JPH0864837A - Fabrication of thin film semiconductor device - Google Patents

Fabrication of thin film semiconductor device

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JPH0864837A
JPH0864837A JP22258894A JP22258894A JPH0864837A JP H0864837 A JPH0864837 A JP H0864837A JP 22258894 A JP22258894 A JP 22258894A JP 22258894 A JP22258894 A JP 22258894A JP H0864837 A JPH0864837 A JP H0864837A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
semiconductor thin
insulating substrate
transparent insulating
processing step
Prior art date
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Pending
Application number
JP22258894A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takenobu Urazono
丈展 浦園
Masumitsu Ino
益充 猪野
Masabumi Kunii
正文 国井
Shizuo Nishihara
静夫 西原
Hisao Hayashi
久雄 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH0864837A publication Critical patent/JPH0864837A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To eliminate the need of a laser antireflection film on an existing semiconductor thin film by radiating the laser beam from the rear surface side of a transparent insulating substrate. CONSTITUTION: The transparent insulating substrate 1 is irradiated with a laser beam having adequate energy from the rear side of a transparent insulating substrate 1 to crystallize a semiconductor thin film 2 and activate impurity. Since the gate electrode G is exposed in direct to the laser beam from the rear side in this processing, crystallization can be enabled. Since radiation of laser beam is performed from the rear side, the transparent insulating substrate 1 must be selected from the materials which do not absorb the laser beam. To limit the reflection at the rear side, it is preferable to determine the thickness of the transparent insulating substrate 1 in accordance with wavelength of the laser beam, which eliminates the need of a conventional antireflection coating on the semiconductor film.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は薄膜半導体装置の製造方
法に関する。より詳しくは、レーザ光照射により半導体
薄膜を熱処理する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device. More specifically, it relates to a method of heat-treating a semiconductor thin film by laser light irradiation.

【0002】[0002]

【従来の技術】高解像度ディスプレイとして、スイッチ
ング素子に多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いた大
型で高精細な液晶表示パネルが有望視されている。多結
晶シリコン薄膜トランジスタを用いて大型高精細の液晶
表示パネルを量産する為には、低価格のガラス基板を採
用できる低温プロセスの確立が必須である。低温プロセ
スの手法として従来から大きく期待されてきたのは、レ
ーザ光を非晶質シリコン等の半導体薄膜に照射して、低
融点ガラス基板上に高品質の多結晶シリコンを形成する
技術である。
2. Description of the Related Art As a high-resolution display, a large-sized and high-definition liquid crystal display panel using a polycrystalline silicon thin film transistor as a switching element is considered promising. In order to mass-produce a large-scale high-definition liquid crystal display panel using a polycrystalline silicon thin film transistor, it is essential to establish a low temperature process that can adopt a low-priced glass substrate. A technique that has been widely expected as a low-temperature process technique is a technique of irradiating a semiconductor thin film such as amorphous silicon with laser light to form high-quality polycrystalline silicon on a low-melting-point glass substrate.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来からレ
ーザ光照射による半導体薄膜の結晶化あるいは再結晶化
を行なう場合には、半導体薄膜の表面に予め反射防止膜
を形成しておく事が一般的である。反射防止膜はレーザ
光の照射エネルギーの吸収効率を向上でき、半導体薄膜
を完全溶融化してその結晶化を促進する上で有効であ
る。しかしながら、従来の方式では使用済みとなった反
射防止膜(例えばSiO2 膜、SiN膜等)はエッチン
グ等により除去され、その上に半導体プロセスを適用し
て薄膜トランジスタ等を集積形成していた。一旦成膜し
た反射防止膜を除去する為薄膜半導体装置の製造工程数
増加を招いていたという課題がある。又、レーザ光照射
は半導体薄膜の結晶化に加え、半導体薄膜に注入された
不純物の活性化にも利用されている。例えば、半導体薄
膜の上にゲート電極を形成し、セルフアライメントで不
純物を注入した後、レーザ光を照射して活性化を図る。
しかしながら、この状態ではゲート電極の直下に設けら
れたチャネル部分にレーザ光が届かないので、チャネル
部分の結晶化はできない。従って、チャネル部分の結晶
化を図る為には、予めゲート電極作成前に別途レーザ光
照射を行なう必要があり工程増加を招いていたという課
題がある。さらに、半導体薄膜を成膜した段階でレーザ
光照射を行ない結晶化を図っても、後工程のトランジス
タ製造プロセスで半導体薄膜中に欠陥が生じる事もあ
る。この場合、薄膜トランジスタの作成後は高温の熱処
理ができない為に効率的な欠陥除去が困難であるという
課題がある。
By the way, conventionally, when crystallizing or re-crystallizing a semiconductor thin film by laser light irradiation, it is general that an antireflection film is previously formed on the surface of the semiconductor thin film. Is. The antireflection film can improve the absorption efficiency of the irradiation energy of laser light, and is effective in completely melting the semiconductor thin film and promoting its crystallization. However, in the conventional method, the antireflection film (for example, SiO 2 film, SiN film, etc.) which has been used is removed by etching or the like, and a semiconductor process is applied thereon to integrally form thin film transistors and the like. There is a problem that the number of manufacturing steps of the thin film semiconductor device is increased because the antireflection film that has been formed is removed. Laser light irradiation is used not only for crystallization of a semiconductor thin film but also for activation of impurities implanted in the semiconductor thin film. For example, a gate electrode is formed on a semiconductor thin film, impurities are injected by self-alignment, and then laser light is irradiated for activation.
However, in this state, the laser light does not reach the channel portion provided directly below the gate electrode, so that the channel portion cannot be crystallized. Therefore, in order to crystallize the channel portion, it is necessary to separately perform laser light irradiation before forming the gate electrode, which causes a problem that the number of steps is increased. Further, even if laser light irradiation is performed at the stage of forming the semiconductor thin film to achieve crystallization, defects may occur in the semiconductor thin film in the transistor manufacturing process in a later step. In this case, there is a problem that efficient defect removal is difficult because high-temperature heat treatment cannot be performed after the thin film transistor is formed.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明はレーザ光照射のプロセスに工夫を加
え薄膜半導体装置の製造効率を改善すると共に品質の向
上を図る事を目的とする。かかる目的を達成する為に以
下の手段を講じた。即ち、本発明によれば薄膜半導体装
置は以下の工程により製造される。先ず、透明絶縁基板
の表面側に半導体薄膜を形成する成膜工程を行なう。次
に、該半導体薄膜を素子領域として薄膜トランジスタを
集積形成する加工工程を行なう。本発明の特徴事項とし
て、該加工工程の前後又は中間で該透明絶縁基板の裏面
側からレーザ光を照射し該半導体薄膜を結晶化する処理
工程を行なう。例えば、前記加工工程は該半導体薄膜の
上にゲート電極をパタニング形成する工程を含んでお
り、前記処理工程は該ゲート電極のパタニング形成後に
行なわれ該ゲート電極の直下に位置する部分も含めて該
半導体薄膜の結晶化を図る。又、前記加工工程はゲート
電極のパタニング形成後これをマスクとしてセルフアラ
イメントにより該半導体薄膜に不純物を注入する工程を
含んでおり、前記処理工程は該不純物の注入後に行なわ
れ該半導体薄膜の結晶化と同時に該不純物の活性化を図
る。より一般的には、前記加工工程は該半導体薄膜に不
純物を注入する工程を含んでおり、前記処理工程は該不
純物の注入後に行なわれ該半導体薄膜の結晶化と同時に
該不純物の活性化を図る。加えて、前記加工工程は該処
理工程の後該素子領域を残して半導体薄膜の不要部分を
エッチング除去する工程を含む。さらには、薄膜トラン
ジスタを集積形成した後、個々の薄膜トランジスタに接
続する画素電極を形成する電極工程を行なう場合があ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems of the conventional technique, an object of the present invention is to improve the manufacturing efficiency and the quality of a thin film semiconductor device by devising a process of laser light irradiation. To do. The following measures have been taken in order to achieve this object. That is, according to the present invention, the thin film semiconductor device is manufactured by the following steps. First, a film forming step of forming a semiconductor thin film on the surface side of a transparent insulating substrate is performed. Next, a processing step is performed to form thin film transistors by using the semiconductor thin film as an element region. As a feature of the present invention, a processing step of crystallizing the semiconductor thin film by irradiating a laser beam from the rear surface side of the transparent insulating substrate is performed before or after the processing step. For example, the processing step includes a step of patterning a gate electrode on the semiconductor thin film, and the processing step is performed after the gate electrode is patterned, and the processing step includes a portion located immediately below the gate electrode. Crystallize a semiconductor thin film. Further, the processing step includes a step of implanting impurities into the semiconductor thin film by self-alignment using the gate electrode patterning formation as a mask, and the processing step is performed after the impurity implantation and crystallization of the semiconductor thin film. At the same time, the impurities are activated. More generally, the processing step includes a step of implanting an impurity into the semiconductor thin film, and the processing step is performed after implanting the impurity so as to crystallize the semiconductor thin film and simultaneously activate the impurity. . In addition, the processing step includes a step of removing an unnecessary portion of the semiconductor thin film by etching, leaving the element region after the processing step. Furthermore, after the thin film transistors are integrated and formed, an electrode step of forming pixel electrodes connected to the individual thin film transistors may be performed.

【0005】本発明は広く薄膜半導体装置の製造方法に
適用されるが、特に好ましくはアクティブマトリクス型
液晶表示パネルの製造方法に適用可能である。この場
合、先ず透明絶縁基板の表面側に半導体薄膜を形成する
成膜工程を行なう。次に、該半導体薄膜を素子領域とし
て薄膜トランジスタを集積形成する加工工程を行なう。
特徴事項として、該加工工程の前後又は中間で該透明絶
縁基板の裏面側からレーザ光を照射し該半導体薄膜を結
晶化する処理工程を行なう。この後、個々の薄膜トラン
ジスタに接続して画素電極を形成する電極工程を行な
う。続いて、所定の間隙を介して該透明絶縁基板の表面
側に対向基板を接合する組立工程を行なう。最後に、該
間隙に液晶を注入する封止工程を行ないアクティブマト
リクス型液晶表示パネルを完成する。
The present invention is widely applicable to a method of manufacturing a thin film semiconductor device, but is particularly preferably applicable to a method of manufacturing an active matrix type liquid crystal display panel. In this case, first, a film forming step of forming a semiconductor thin film on the surface side of the transparent insulating substrate is performed. Next, a processing step is performed to form thin film transistors by using the semiconductor thin film as an element region.
As a feature, a processing step of crystallizing the semiconductor thin film by irradiating a laser beam from the back surface side of the transparent insulating substrate is performed before or after the processing step or in the middle. After that, an electrode process of connecting to each thin film transistor to form a pixel electrode is performed. Then, an assembling process is performed to bond the counter substrate to the front surface side of the transparent insulating substrate with a predetermined gap. Finally, a sealing process of injecting liquid crystal into the gap is performed to complete an active matrix type liquid crystal display panel.

【0006】[0006]

【作用】本発明によれば、薄膜トランジスタを集積形成
する加工工程の前後又は中間で、透明絶縁基板の裏面側
からレーザ光を照射し半導体薄膜を結晶化している。透
明絶縁基板の裏面側からレーザ光を照射する事で、従来
半導体薄膜の上に成膜していたレーザ光の反射防止膜が
必要なくなり、製造工程数の削減が可能になる。レーザ
光の反射防止膜の代わりに、透明絶縁基板の厚み等を適
切に設定する事により透明絶縁基板自体が反射防止機能
を奏する事が可能である。又、薄膜トランジスタの加工
工程段階でレーザ光を照射し半導体薄膜を結晶化させる
為、薄膜トランジスタの加工工程中に生じた結晶欠陥を
効率的に除去する事ができる。本発明では、薄膜トラン
ジスタの素子領域(活性層)となる半導体薄膜を透明絶
縁基板の表面側に成膜する一方、透明絶縁基板の裏面側
からレーザ光を照射している。従って、トランジスタを
形成する加工工程の適切な段階で、容易に半導体薄膜の
結晶化及び半導体薄膜に注入された不純物の活性化を同
時に行なう事ができる。
According to the present invention, the semiconductor thin film is crystallized by irradiating a laser beam from the back surface side of the transparent insulating substrate before, after or in the middle of the processing step of forming the thin film transistor in an integrated manner. By irradiating the laser beam from the back surface side of the transparent insulating substrate, the antireflection film for the laser beam, which is conventionally formed on the semiconductor thin film, is not required, and the number of manufacturing steps can be reduced. By setting the thickness of the transparent insulating substrate appropriately instead of the antireflection film for laser light, the transparent insulating substrate itself can perform the antireflection function. Further, since the semiconductor thin film is crystallized by irradiating the laser beam in the step of processing the thin film transistor, it is possible to efficiently remove crystal defects generated during the step of processing the thin film transistor. According to the present invention, the semiconductor thin film which becomes the element region (active layer) of the thin film transistor is formed on the front surface side of the transparent insulating substrate, while the laser beam is irradiated from the back surface side of the transparent insulating substrate. Therefore, the crystallization of the semiconductor thin film and the activation of the impurities implanted in the semiconductor thin film can be easily performed simultaneously at an appropriate stage of the process for forming the transistor.

【0007】[0007]

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図1は本発明にかかる薄膜半導体装置
の製造方法を示す工程図である。先ず工程(A)で、透
明絶縁基板1の表面側に半導体薄膜2を形成する。即
ち、薄膜トランジスタの素子領域(活性層)となる半導
体薄膜2を40〜150nmの厚みで成膜する。例えば、
透明絶縁基板1上に直接、減圧CVDにより500℃の
温度で非晶質シリコンからなる半導体薄膜2を60nmの
厚みで成膜する。なお、CVD法等で半導体薄膜2を成
膜した場合には、透明絶縁基板1の裏面側に付着膜3が
伴なう事になる。本成膜工程では、透明絶縁基板1に含
まれる不純物を抑える為、半導体薄膜2と透明絶縁基板
1との間にSiO2 やSiN等の下地膜を成膜しても良
い。但し、下地膜はレーザ光を反射吸収しない材料に限
られる。次に工程(B)で、半導体薄膜2の上にゲート
絶縁膜4を成膜する。本例では、SiO2 を常圧CVD
により120nmの厚みで成膜した。次に工程(C)で、
ゲート絶縁膜4の上にゲート電極Gをパタニング形成す
る。続いて工程(D)で、ゲート電極Gをマスクとしセ
ルフアライメントにより半導体薄膜2中に不純物を注入
しソース領域S及びドレイン領域Dを設ける。本例で
は、画素電極のスイッチング駆動用としてNチャネル型
の薄膜トランジスタを形成する為、不純物としては砒素
を5×1015/cm2 のドーズ量でイオン注入した。な
お、Pチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合に
は、例えば硼素を5×1015/cm2 のドーズ量でイオン
注入すれば良い。なお、半導体薄膜2において、ゲート
電極Gの両側に設けられたソース領域S及びドレイン領
域Dの間にはチャネル領域chが規定される。このチャ
ネル領域chはゲート電極Gの直下に位置する。以上に
説明した(B),(C),(D)は、半導体薄膜2を素
子領域として薄膜トランジスタを集積形成する加工工程
の前段階となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram showing a method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention. First, in step (A), the semiconductor thin film 2 is formed on the front surface side of the transparent insulating substrate 1. That is, the semiconductor thin film 2 to be the element region (active layer) of the thin film transistor is formed with a thickness of 40 to 150 nm. For example,
A semiconductor thin film 2 made of amorphous silicon and having a thickness of 60 nm is directly formed on the transparent insulating substrate 1 by low pressure CVD at a temperature of 500 ° C. When the semiconductor thin film 2 is formed by the CVD method or the like, the adhesion film 3 is accompanied on the back surface side of the transparent insulating substrate 1. In this film forming step, in order to suppress impurities contained in the transparent insulating substrate 1, a base film such as SiO 2 or SiN may be formed between the semiconductor thin film 2 and the transparent insulating substrate 1. However, the base film is limited to a material that does not reflect and absorb the laser light. Next, in step (B), the gate insulating film 4 is formed on the semiconductor thin film 2. In this example, SiO 2 is subjected to atmospheric pressure CVD.
To form a film having a thickness of 120 nm. Next, in step (C),
The gate electrode G is patterned on the gate insulating film 4. Then, in step (D), the source region S and the drain region D are provided by implanting impurities into the semiconductor thin film 2 by self-alignment using the gate electrode G as a mask. In this example, in order to form an N-channel type thin film transistor for switching driving of the pixel electrode, arsenic was ion-implanted as an impurity at a dose of 5 × 10 15 / cm 2 . When forming a P-channel type thin film transistor, for example, boron may be ion-implanted at a dose amount of 5 × 10 15 / cm 2 . In the semiconductor thin film 2, a channel region ch is defined between the source region S and the drain region D provided on both sides of the gate electrode G. This channel region ch is located immediately below the gate electrode G. The processes (B), (C), and (D) described above are the pre-stages of the processing steps for forming the thin film transistors by using the semiconductor thin film 2 as an element region.

【0008】次に工程(E)で、透明絶縁基板1の裏面
側に堆積した諸々の付着膜3を除去する。続いて工程
(F)で、透明絶縁基板1の裏面側から適当なエネルギ
ーのレーザ光を照射し、半導体薄膜2の結晶化及び不純
物の活性化を図る。この処理工程で、ゲート電極G直下
に位置するチャネル領域chは透明絶縁基板1の裏面側
から直接レーザ光に曝露される為、その結晶化を行なう
事が可能である。同時に、ソース領域S及びドレイン領
域Dに注入された不純物の活性化も可能になる。本例で
はXeClレーザを使用して、450mJ/cm2 のエネル
ギー密度にてレーザ光照射を行なった。本発明ではレー
ザ光照射を裏面側から行なう為、透明絶縁基板1はレー
ザ光を吸収しない材料を選択する必要がある。好ましく
は、レーザ光の裏面反射を抑える為に、レーザ光の波長
に合わせて透明絶縁基板1の厚みを設定しておく事が良
い。この様にすれば、別途反射防止膜を設ける必要はな
くなる。この時、レーザ光の照射領域は、少なくとも薄
膜半導体装置のワンチップ以上に相当する面積をカバー
し、1回のレーザ光パルス照射にて結晶化及び活性化を
実現する。この薄膜半導体装置のワンチップは、後工程
でアクティブマトリクス型液晶表示パネルの組み立てに
用いられる。なお、本処理工程では、必要ならば薄膜ト
ランジスタ上に予めパシベーション膜を成膜しておいて
も良い。
Next, in step (E), the various adhering films 3 deposited on the back surface side of the transparent insulating substrate 1 are removed. Subsequently, in step (F), laser light of appropriate energy is irradiated from the back surface side of the transparent insulating substrate 1 to crystallize the semiconductor thin film 2 and activate impurities. In this processing step, the channel region ch located directly below the gate electrode G is exposed to the laser beam directly from the back surface side of the transparent insulating substrate 1, so that it can be crystallized. At the same time, the impurities implanted in the source region S and the drain region D can be activated. In this example, a XeCl laser was used to perform laser light irradiation at an energy density of 450 mJ / cm 2 . In the present invention, since laser light irradiation is performed from the back surface side, it is necessary to select a material that does not absorb laser light for the transparent insulating substrate 1. It is preferable to set the thickness of the transparent insulating substrate 1 according to the wavelength of the laser light in order to suppress back reflection of the laser light. By doing so, it is not necessary to separately provide an antireflection film. At this time, the laser light irradiation region covers at least an area corresponding to one chip or more of the thin film semiconductor device, and crystallization and activation are realized by one laser light pulse irradiation. One chip of this thin film semiconductor device is used for assembling an active matrix type liquid crystal display panel in a later step. In this processing step, a passivation film may be formed in advance on the thin film transistor if necessary.

【0009】次に工程(G)で、レーザ光の照射処理を
受けた半導体薄膜2を、薄膜トランジスタの素子領域に
合わせてエッチングする。即ち、照射処理の後素子領域
を残して半導体薄膜2の不要部分をエッチング除去す
る。仮に、レーザ光の照射前に半導体薄膜2を素子領域
の形状に合わせてエッチングした場合には、レーザ光照
射による加熱の温度分布が不均一になり、半導体薄膜の
一部が失われる惧れがある。続いて工程(H)で、薄膜
トランジスタを第1パシベーション膜5で被覆する。例
えば、SiO2 を300nmの厚みで成膜し、第1パシベ
ーション膜5とする。さらに第1パシベーション膜5に
コンタクトホールを開口し、薄膜トランジスタのソース
領域Sに連通する配線6を設ける。以上説明した工程
(G),(H)が薄膜トランジスタを集積形成する加工
工程の後段階となる。従って、レーザ光の照射を行なう
処理工程は、薄膜トランジスタの一連の加工工程の中間
で行なわれる事になる。
Next, in step (G), the semiconductor thin film 2 that has been subjected to the laser light irradiation process is etched in accordance with the element region of the thin film transistor. That is, unnecessary portions of the semiconductor thin film 2 are removed by etching, leaving the element region after the irradiation process. If the semiconductor thin film 2 is etched according to the shape of the element region before the laser light irradiation, the heating temperature distribution due to the laser light irradiation becomes uneven, and there is a possibility that a part of the semiconductor thin film may be lost. is there. Subsequently, in step (H), the thin film transistor is covered with the first passivation film 5. For example, SiO 2 is deposited to a thickness of 300 nm to form the first passivation film 5. Further, a contact hole is opened in the first passivation film 5, and a wiring 6 communicating with the source region S of the thin film transistor is provided. The steps (G) and (H) described above are the latter stages of the processing steps for forming the thin film transistor in an integrated manner. Therefore, the processing step of irradiating the laser beam is performed in the middle of a series of processing steps of the thin film transistor.

【0010】最後に工程(I)で、第2パシベーション
膜7を成膜し、配線6を被覆する。例えばSiO2 を3
00nmの厚みで成膜して、第2パシベーション膜7とす
る。続いて第2パシベーション膜7及び第1パシベーシ
ョン膜5を通してコンタクトホールを開口し、ドレイン
領域Dに接続する画素電極8を設ける。この画素電極8
はITO等の透明導電膜からなる。以上により薄膜半導
体装置が完成する。この後、アクティブマトリクス型の
液晶表示パネルを組み立てる場合には、所定の間隙を介
して透明絶縁基板1の表面側に対向基板を接合する組立
工程を行なう。そして、該間隙に液晶を注入する封止工
程を行なってアクティブマトリクス型液晶表示パネルを
完成する。
Finally, in step (I), a second passivation film 7 is formed to cover the wiring 6. For example, SiO 2 is 3
The second passivation film 7 is formed with a thickness of 00 nm. Then, a contact hole is opened through the second passivation film 7 and the first passivation film 5, and a pixel electrode 8 connected to the drain region D is provided. This pixel electrode 8
Is made of a transparent conductive film such as ITO. Through the above steps, the thin film semiconductor device is completed. After that, when assembling the active matrix type liquid crystal display panel, an assembling step of joining the counter substrate to the front surface side of the transparent insulating substrate 1 through a predetermined gap is performed. Then, a sealing process of injecting liquid crystal into the gap is performed to complete the active matrix type liquid crystal display panel.

【0011】以上に説明した実施例では、ゲート電極の
パタニング形成後セルフアライメントにより不純物を半
導体薄膜に注入した段階で、透明絶縁基板の裏面側から
レーザ光を照射し半導体薄膜の結晶化と同時に不純物の
活性化を図っている。しかしながら、本発明はこの工程
順に限られるものではなく、一般に薄膜トランジスタの
活性層となる半導体薄膜を成膜した後、適当な工程段階
で透明絶縁基板の裏面側からレーザ光を照射し結晶化や
活性化を実施する事ができる。仮に、不純物を注入する
前の段階でレーザ光の照射を行なえば半導体薄膜の結晶
化のみを実施できる。逆に、先に結晶化された半導体薄
膜に不純物の注入を行なって、その後再度レーザ光を照
射すれば不純物の活性化を主体的に起す事も可能であ
る。
In the embodiments described above, at the stage where impurities are injected into the semiconductor thin film by self-alignment after the patterning of the gate electrode, laser light is irradiated from the back surface side of the transparent insulating substrate to crystallize the semiconductor thin film and the impurities are simultaneously formed. I am trying to activate. However, the present invention is not limited to this process order, and in general, after forming a semiconductor thin film to be the active layer of a thin film transistor, laser light is irradiated from the back surface side of the transparent insulating substrate at an appropriate process step to perform crystallization or activation. Can be implemented. If laser light irradiation is performed before the impurity is injected, only crystallization of the semiconductor thin film can be performed. On the contrary, if impurities are injected into the crystallized semiconductor thin film first and then laser light is irradiated again, it is possible to activate the impurities mainly.

【0012】図2は、図1に示した工程(F)で行なわ
れるレーザ光照射の具体例を表わした説明図である。一
般に透明絶縁基板1は大型のウエハからなり表示用薄膜
半導体装置(以下表示用半導体チップと呼ぶ)を多数個
取りできる様にしている。即ち透明絶縁基板1には予め
複数の区画11が設定されており、レーザ光照射工程で
は個々の区画11に対してレーザパルス12を順次ワン
ショットで照射する。本例では区画11は矩形を有して
おり、これに整合して矩形のレーザ光断面13を有する
レーザパルス12をワンショットで透明絶縁基板1の裏
面側から照射する。
FIG. 2 is an explanatory view showing a concrete example of laser light irradiation performed in the step (F) shown in FIG. Generally, the transparent insulating substrate 1 is composed of a large wafer so that a large number of display thin film semiconductor devices (hereinafter referred to as display semiconductor chips) can be obtained. That is, a plurality of sections 11 are set in advance on the transparent insulating substrate 1, and in the laser beam irradiation step, each section 11 is sequentially irradiated with a laser pulse 12 in one shot. In this example, the section 11 has a rectangular shape, and a laser pulse 12 having a rectangular laser beam cross section 13 aligned with this is irradiated in one shot from the back surface side of the transparent insulating substrate 1.

【0013】図3は、図1の製造方法に従って形成され
た薄膜トランジスタの電気特性を示すグラフである。な
お、(A)は比較の為レーザ光照射を施されていない薄
膜トランジスタの特性を表わし、(B)はレーザ光照射
を受けた薄膜トランジスタの特性を表わしている。何れ
のグラフも、縦軸にドレイン電流Idsをとってあり横
軸にゲート電圧Vgsをとってある。照射処理を受けて
いない薄膜トランジスタではオン電流が比較的低く、オ
フ電流が比較的高くなっている。これに対し、照射処理
を受けた薄膜トランジスタは十分に高いオン電流を有す
ると共に、オフ電流が大幅に抑制されている。従って、
アクティブマトリクス型液晶表示パネルとして組み込ん
だ場合、画素電極のスイッチング用として本発明にかか
る薄膜トランジスタは優れた特性を有している。
FIG. 3 is a graph showing the electrical characteristics of the thin film transistor formed according to the manufacturing method of FIG. For comparison, (A) shows the characteristics of a thin film transistor not irradiated with laser light, and (B) shows the characteristics of a thin film transistor irradiated with laser light. In each graph, the vertical axis represents the drain current Ids and the horizontal axis represents the gate voltage Vgs. The thin film transistor that has not been subjected to the irradiation process has a relatively low on-current and a relatively high off-current. On the other hand, the thin film transistor subjected to the irradiation treatment has a sufficiently high on-current and the off-current is significantly suppressed. Therefore,
When incorporated as an active matrix type liquid crystal display panel, the thin film transistor according to the present invention has excellent characteristics for switching pixel electrodes.

【0014】図4は、本発明に従って製造された表示用
半導体チップの一例を示す模式的な斜視図である。表示
用半導体チップ50を製造するには、先ず最初に成膜工
程を行ない比較的低融点(例えば600℃以下)のガラ
ス材料からなる透明絶縁基板51の上に半導体薄膜52
を形成する。この半導体薄膜52は前駆状態では非晶質
又は比較的小さな粒径を有する多結晶であり、例えば非
晶質シリコンや多結晶シリコンからなる。次に、半導体
薄膜52の加熱処理を含む一連の処理を行ない、1チッ
プ分の区画53に薄膜トランジスタを集積形成する。本
例では区画53内に画素アレイ部54、水平走査回路5
5、垂直走査回路56を含んでいる。これらには何れも
薄膜トランジスタが集積形成される。最後に画素アレイ
部54に1画面分の画素電極を形成して表示用半導体チ
ップ50が完成する。上述した加熱処理はレーザ光照射
により行なわれ、区画53に対してレーザパルスをワン
ショットで透明絶縁基板51の裏面側から照射し、1チ
ップ分の半導体薄膜52の一括加熱処理を行なう。この
レーザ光照射は一括加熱により半導体薄膜52の結晶化
を行なう事を目的とする。例えば、半導体薄膜52が前
駆状態で非晶質シリコンである時には、一括加熱により
一旦溶融した後結晶化し比較的大粒径の多結晶シリコン
が得られる。半導体薄膜52が前駆状態で比較的粒径の
小さな多結晶である場合には、一括加熱により溶融した
後再び結晶化し比較的大粒径の多結晶に変換できる。な
お、このレーザ光照射は結晶化を目的とする場合に限ら
ず、半導体薄膜52に不純物を注入した後の一括加熱に
より不純物の活性化を行なう場合にも用いられる。さら
には、一括加熱により半導体薄膜52の結晶化及び不純
物の活性化を同時に行なう事もできる。レーザパルスと
してエキシマレーザ光を用いる事ができる。エキシマレ
ーザ光は強力なパルス紫外光である為、シリコン等から
なる半導体薄膜52で吸収され、その部分の温度を上昇
させる。しかしながら透明絶縁基板51はエキシマレー
ザ光を殆ど吸収しない材料が選択される為、直接レーザ
光照射を受けても基板温度が上昇する惧れはない。透明
絶縁基板51に成膜する前駆膜としては低温で作成でき
るプラズマCVDシリコン膜等を選ぶ事ができる。ガラ
ス材料からなる透明絶縁基板51に例えば厚み30nmの
プラズマCVDシリコン膜を成膜した場合、XeClエ
キシマレーザ光を照射した時の溶融閾値エネルギーは1
30mJ/cm2 程度である。膜厚全体が溶融するには例え
ば220mJ/cm2 程度のエネルギーが必要である。溶融
してから固化するまでの時間はおよそ70nsである。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing an example of a display semiconductor chip manufactured according to the present invention. In order to manufacture the display semiconductor chip 50, first, a film forming process is performed, and a semiconductor thin film 52 is formed on a transparent insulating substrate 51 made of a glass material having a relatively low melting point (for example, 600 ° C. or lower).
To form. The semiconductor thin film 52 is amorphous or polycrystalline having a relatively small grain size in the precursor state, and is made of, for example, amorphous silicon or polycrystalline silicon. Next, a series of treatments including a heat treatment of the semiconductor thin film 52 is performed, and thin film transistors are integratedly formed in the partition 53 for one chip. In this example, the pixel array section 54 and the horizontal scanning circuit 5 are provided in the section 53.
5, a vertical scanning circuit 56 is included. A thin film transistor is integrally formed on each of these. Finally, a pixel electrode for one screen is formed in the pixel array section 54 to complete the display semiconductor chip 50. The above-described heat treatment is performed by laser light irradiation, and the section 53 is irradiated with a laser pulse in one shot from the back surface side of the transparent insulating substrate 51, and the semiconductor thin film 52 for one chip is collectively heat-treated. This laser light irradiation is intended to crystallize the semiconductor thin film 52 by batch heating. For example, when the semiconductor thin film 52 is amorphous silicon in the precursor state, it is once melted by batch heating and then crystallized to obtain polycrystalline silicon having a relatively large grain size. When the semiconductor thin film 52 is a polycrystal with a relatively small grain size in the precursor state, it can be melted by batch heating and then recrystallized to be converted into a polycrystal with a relatively large grain size. The laser light irradiation is not limited to the case of crystallization, but is also used in the case of activating impurities by batch heating after the impurities are injected into the semiconductor thin film 52. Furthermore, crystallization of the semiconductor thin film 52 and activation of impurities can be simultaneously performed by batch heating. Excimer laser light can be used as the laser pulse. Since the excimer laser light is a strong pulsed ultraviolet light, it is absorbed by the semiconductor thin film 52 made of silicon or the like and raises the temperature of that portion. However, since the transparent insulating substrate 51 is made of a material that hardly absorbs excimer laser light, there is no fear that the substrate temperature will rise even if it is directly irradiated with laser light. As the precursor film formed on the transparent insulating substrate 51, a plasma CVD silicon film or the like that can be formed at a low temperature can be selected. For example, when a plasma CVD silicon film having a thickness of 30 nm is formed on the transparent insulating substrate 51 made of a glass material, the melting threshold energy when irradiated with XeCl excimer laser light is 1
It is about 30 mJ / cm 2 . Energy of about 220 mJ / cm 2 is required for melting the entire film thickness. The time from melting to solidifying is about 70 ns.

【0015】上述の様に、本発明は大面積の表示用半導
体チップ50をパルスエネルギーのレーザで透明絶縁基
板の裏面側から一度にアニールする事を特徴としてい
る。レーザ照射領域である区画53には画素アレイ部5
4、水平走査回路55、垂直走査回路56が設けられて
おり、何れも薄膜トランジスタを含んでいる。この表示
用半導体チップ50においては、薄膜トランジスタの総
数は100kbit以上であり、区画53の対角寸法は15
mm以上である。この対角寸法は例えば3インチ程度にま
で及ぶ。区画53に対して例えば波長が300nm〜35
0nmのエキシマレーザ光を基板の裏面側から照射し、そ
のエネルギー密度は200mJ/cm2 〜450mJ/cm2
度に設定される。
As described above, the present invention is characterized in that the large-area display semiconductor chip 50 is annealed at one time from the back surface side of the transparent insulating substrate with a pulse energy laser. The pixel array section 5 is provided in the section 53 which is the laser irradiation area.
4, a horizontal scanning circuit 55, and a vertical scanning circuit 56 are provided, each including a thin film transistor. In this display semiconductor chip 50, the total number of thin film transistors is 100 kbit or more, and the diagonal dimension of the partition 53 is 15
mm or more. This diagonal dimension extends to, for example, about 3 inches. For example, the wavelength is 300 nm to 35 with respect to the section 53.
The excimer laser beam 0nm irradiated from the back side of the substrate, its energy density is set to about 200mJ / cm 2 ~450mJ / cm 2 .

【0016】図5は、図4に示した様な表示用半導体チ
ップを用いて組み立てられたアクティブマトリクス型液
晶表示パネルの一例を示す模式的な斜視図である。図示
する様に、アクティブマトリクス型液晶表示パネルは透
明絶縁基板101と対向基板102と両者の間に保持さ
れた液晶103とを備えた積層構造を有する。透明絶縁
基板101には画素アレイ部104と駆動回路部とが集
積形成されている。駆動回路部は垂直走査回路105と
水平走査回路106とに分かれている。又透明絶縁基板
101の周辺部上端には外部接続用の端子部107が形
成されている。端子部107は配線108を介して垂直
走査回路105及び水平走査回路106に接続してい
る。画素アレイ部104にはマトリクス状に配列した画
素電極109及び対応する薄膜トランジスタ110が集
積形成されている。これらの画素電極109及び薄膜ト
ランジスタ110は、図1で示した工程に従い透明絶縁
基板101の上に集積形成されたものである。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing an example of an active matrix type liquid crystal display panel assembled using the display semiconductor chip as shown in FIG. As shown in the figure, the active matrix type liquid crystal display panel has a laminated structure including a transparent insulating substrate 101, a counter substrate 102, and a liquid crystal 103 held between them. A pixel array section 104 and a drive circuit section are integrally formed on the transparent insulating substrate 101. The drive circuit section is divided into a vertical scanning circuit 105 and a horizontal scanning circuit 106. A terminal portion 107 for external connection is formed on the upper edge of the peripheral portion of the transparent insulating substrate 101. The terminal portion 107 is connected to the vertical scanning circuit 105 and the horizontal scanning circuit 106 via the wiring 108. In the pixel array section 104, pixel electrodes 109 arranged in a matrix and corresponding thin film transistors 110 are integrally formed. The pixel electrode 109 and the thin film transistor 110 are integrated and formed on the transparent insulating substrate 101 according to the process shown in FIG.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、透
明絶縁基板の裏面側からレーザ光を照射し半導体薄膜を
結晶化させている。透明絶縁基板自体が反射防止膜とし
て機能する為従来の様に半導体薄膜の上に別途反射防止
膜を設ける必要がなくなり工程数の削減が可能になると
いう効果がある。薄膜トランジスタの作成段階でレーザ
光を照射し半導体薄膜を結晶化させる為、トランジスタ
作成過程で生じた結晶欠陥を効率的に除去する事が可能
になるという効果がある。又、半導体薄膜を透明絶縁基
板の表面側に成膜する一方、裏面側からレーザ光を照射
する事により、トランジスタ作成のいかなる段階におい
ても容易に半導体薄膜の結晶化及び半導体薄膜に注入さ
れた不純物の活性化を行なう事が可能になり工程設計の
自由度が増すという効果がある。
As described above, according to the present invention, the semiconductor thin film is crystallized by irradiating a laser beam from the back surface side of the transparent insulating substrate. Since the transparent insulating substrate itself functions as an antireflection film, there is no need to separately provide an antireflection film on the semiconductor thin film as in the conventional case, and the number of steps can be reduced. Since the semiconductor thin film is crystallized by irradiating laser light in the stage of forming the thin film transistor, there is an effect that it is possible to efficiently remove crystal defects generated in the process of forming the transistor. Further, while the semiconductor thin film is formed on the front surface side of the transparent insulating substrate and the back surface side is irradiated with laser light, crystallization of the semiconductor thin film and impurities injected into the semiconductor thin film can be easily performed at any stage of transistor formation. This has the effect of increasing the degree of freedom in process design by enabling activation of the process.

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

【図1】本発明にかかる薄膜半導体装置の製造方法を示
す工程図である。
FIG. 1 is a process drawing showing a method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention.

【図2】レーザ光照射の具体例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a specific example of laser light irradiation.

【図3】薄膜トランジスタの電気特性を示すグラフであ
る。
FIG. 3 is a graph showing electric characteristics of a thin film transistor.

【図4】本発明に従って製造された薄膜半導体装置の一
例を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a thin film semiconductor device manufactured according to the present invention.

【図5】本発明に従って製造された薄膜半導体装置を用
いて組み立てられたアクティブマトリクス型液晶パネル
の一例を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of an active matrix type liquid crystal panel assembled using the thin film semiconductor device manufactured according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 透明絶縁基板 2 半導体薄膜 3 付着膜 4 ゲート絶縁膜 8 画素電極 11 区画 12 レーザパルス 13 レーザ光断面 1 Transparent Insulating Substrate 2 Semiconductor Thin Film 3 Adhesive Film 4 Gate Insulating Film 8 Pixel Electrode 11 Section 12 Laser Pulse 13 Laser Light Cross Section

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/268 Z (72)発明者 西原 静夫 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 林 久雄 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01L 21/268 Z (72) Inventor Shizuo Nishihara 6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soniー Incorporated (72) Inventor Hisao Hayashi 6-735 Kitashinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Incorporated

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 透明絶縁基板の表面側に半導体薄膜を形
成する成膜工程と、 該半導体薄膜を素子領域として薄膜トランジスタを集積
形成する加工工程と、 該加工工程の前後又は中間で該透明絶縁基板の裏面側か
らレーザ光を照射し該半導体薄膜を結晶化する処理工程
とを行なう薄膜半導体装置の製造方法。
1. A film forming step of forming a semiconductor thin film on the front surface side of a transparent insulating substrate, a processing step of integrally forming thin film transistors using the semiconductor thin film as an element region, and the transparent insulating substrate before or after the processing step. A method of irradiating a laser beam from the rear surface side of the substrate to crystallize the semiconductor thin film,
【請求項2】 前記加工工程は該半導体薄膜の上にゲー
ト電極をパタニング形成する工程を含んでおり、前記処
理工程は該ゲート電極のパタニング形成後に行なわれ該
ゲート電極の直下に位置する部分も含めて該半導体薄膜
の結晶化を図る請求項1記載の薄膜半導体装置の製造方
法。
2. The processing step includes a step of patterning a gate electrode on the semiconductor thin film, and the processing step is performed after the gate electrode is patterned, and a portion directly below the gate electrode is also formed. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 1, further comprising crystallizing the semiconductor thin film.
【請求項3】 前記加工工程はゲート電極のパタニング
形成後これをマスクとしてセルフアライメントにより該
半導体薄膜に不純物を注入する工程を含んでおり、前記
処理工程は該不純物の注入後に行なわれ該半導体薄膜の
結晶化と同時に該不純物の活性化を図る請求項2記載の
薄膜半導体装置の製造方法。
3. The processing step includes a step of implanting an impurity into the semiconductor thin film by self-alignment after patterning the gate electrode and using the patterning as a mask, and the processing step is performed after the impurity implantation. 3. The method for manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 2, wherein activation of the impurities is performed simultaneously with crystallization of.
【請求項4】 前記加工工程は該半導体薄膜に不純物を
注入する工程を含んでおり、前記処理工程は該不純物の
注入後に行なわれ該半導体薄膜の結晶化と同時に該不純
物の活性化を図る請求項1記載の薄膜半導体装置の製造
方法。
4. The processing step includes a step of implanting an impurity into the semiconductor thin film, and the processing step is performed after implanting the impurity so as to crystallize the semiconductor thin film and simultaneously activate the impurity. Item 2. A method of manufacturing a thin film semiconductor device according to Item 1.
【請求項5】 前記加工工程は、該処理工程の後該素子
領域を残して半導体薄膜の不要部分をエッチング除去す
る工程を含む請求項1記載の薄膜半導体装置の製造方
法。
5. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 1, wherein the processing step includes a step of etching away an unnecessary portion of the semiconductor thin film leaving the element region after the processing step.
【請求項6】 薄膜トランジスタを集積形成した後、個
々の薄膜トランジスタに接続する画素電極を形成する電
極工程を行なう請求項1記載の薄膜半導体装置の製造方
法。
6. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 1, wherein after the thin film transistors are integrated and formed, an electrode step of forming a pixel electrode connected to each thin film transistor is performed.
【請求項7】 透明絶縁基板の表面側に半導体薄膜を形
成する成膜工程と、 該半導体薄膜を素子領域として薄膜トランジスタを集積
形成する加工工程と、 該加工工程の前後又は中間で該透明絶縁基板の裏面側か
らレーザ光を照射し該半導体薄膜を結晶化する処理工程
と、 個々の薄膜トランジスタに接続して画素電極を形成する
電極工程と、 所定の間隙を介して該透明絶縁基板の表面側に対向基板
を接合する組立工程と、 該間隙に液晶を注入する封止工程とを行なうアクティブ
マトリクス型液晶表示パネルの製造方法。
7. A film forming step of forming a semiconductor thin film on the surface side of a transparent insulating substrate, a processing step of integrally forming thin film transistors using the semiconductor thin film as an element region, and the transparent insulating substrate before or after the processing step. Of the semiconductor thin film by irradiating the semiconductor thin film with laser light from the back side of the electrode, an electrode step of forming a pixel electrode by connecting to each thin film transistor, and a surface side of the transparent insulating substrate through a predetermined gap. A method for manufacturing an active matrix type liquid crystal display panel, comprising: an assembling step of joining opposite substrates; and a sealing step of injecting liquid crystal into the gap.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8080450B2 (en) 2007-04-18 2011-12-20 Mitsubishi Electric Corporation Method of manufacturing semiconductor thin film

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