JPH09116166A - Manufacture of thin film semiconductor device - Google Patents

Manufacture of thin film semiconductor device

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Publication number
JPH09116166A
JPH09116166A JP29179095A JP29179095A JPH09116166A JP H09116166 A JPH09116166 A JP H09116166A JP 29179095 A JP29179095 A JP 29179095A JP 29179095 A JP29179095 A JP 29179095A JP H09116166 A JPH09116166 A JP H09116166A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
film
forming
semiconductor device
semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP29179095A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Shimogaichi
康 下垣内
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH09116166A publication Critical patent/JPH09116166A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently repair the defects of a semiconductor film and a gate insulating film caused by laser annealing. SOLUTION: To manufacture a film semiconductor device, preprocessing is performed first, and a treatment including the film growth is executed at need on an insulating substrate 1. Next, film growth processing is performed to form a noncrystalline semiconductor film 4 on the insulating substrate 1. Subsequently, crystallization processing is performed, and a laser beam 5 is applied to crystallize the semiconductor film 4, thus it is made into the active layer of a film transistor. In after processing, processing including film growth is performed onto the semiconductor film 4 to complete the film transistor. At this time, restoration processing performed before advancing into the after processing after the crystallization process, whereby the defects of the film transistor caused by the application of laser beam is repaired. For example, the insulating substrate 1 is exposed in hydrogen plasma 6 to terminate the defects of the semiconductor film 4 and the gate insulating film 3 in hydrogen.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は絶縁基板上に薄膜ト
ランジスタを集積形成した薄膜半導体装置の製造方法に
関する。より詳しくは、薄膜トランジスタの活性層とな
る半導体薄膜のレーザアニール技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device in which thin film transistors are integrated and formed on an insulating substrate. More specifically, the present invention relates to a laser annealing technique for a semiconductor thin film that becomes an active layer of a thin film transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜半導体装置はアクティブマトリクス
型液晶表示パネルの駆動基板等に好適であり現在盛んに
開発が進められている。液晶表示パネルの大型化に伴な
い、低コストのガラス基板が使用できる低温プロセスが
注目を集めている。特に、動作特性が優れている多結晶
シリコン薄膜トランジスタの低温プロセス化が盛んに研
究開発されている。この際、非晶質シリコンを多結晶シ
リコンに転換できるレーザアニール技術の確立が必須と
なっている。これについて図4を参照しながら簡潔に説
明する。図4は低温プロセスで作成されたボトムゲート
型薄膜トランジスタの断面構造を表わしており、画素電
極のスイッチング用に形成されたものである。ガラス等
の絶縁基板201上に金属等からなるゲート電極202
がパタニング形成されている。ゲート電極202はゲー
ト絶縁膜203により被覆されている。その上に薄膜ト
ランジスタの活性層となる半導体薄膜204がアイラン
ド状に形成されている。この半導体薄膜204は600
℃以下の温度で低温成膜された非晶質シリコンをレーザ
アニールにより多結晶シリコンに転換したものである。
その上にチャネルストッパ205がゲート電極202と
整合してパタニング形成されている。チャネルストッパ
205をマスクとして不純物をイオンドーピングしソー
ス領域S及びドレイン領域Dを形成する。再びレーザア
ニールを行ない半導体薄膜204に導入された不純物を
活性化する。この様にして得られたボトムゲート型の多
結晶シリコン薄膜トランジスタはPSG等からなる層間
絶縁膜206により被覆される。層間絶縁膜206の上
には配線電極207がパタニング形成され、コンタクト
ホールを介してソース領域Sに電気接続する。又画素電
極208もパタニング形成され同じくコンタクトホール
を介してドレイン領域Dに電気接続する。
2. Description of the Related Art A thin film semiconductor device is suitable for a drive substrate of an active matrix type liquid crystal display panel and is under active development. With the increase in size of liquid crystal display panels, low-temperature processes that can use low-cost glass substrates have attracted attention. In particular, research and development of low-temperature processing of polycrystalline silicon thin film transistors, which have excellent operating characteristics, have been actively conducted. At this time, it is essential to establish a laser annealing technique capable of converting amorphous silicon into polycrystalline silicon. This will be briefly described with reference to FIG. FIG. 4 shows a cross-sectional structure of a bottom gate type thin film transistor manufactured by a low temperature process, which is formed for switching pixel electrodes. A gate electrode 202 made of metal or the like on an insulating substrate 201 such as glass
Are formed by patterning. The gate electrode 202 is covered with a gate insulating film 203. A semiconductor thin film 204, which becomes an active layer of the thin film transistor, is formed thereon in an island shape. This semiconductor thin film 204 is 600
Amorphous silicon formed at a low temperature at a temperature of ℃ or less is converted into polycrystalline silicon by laser annealing.
A channel stopper 205 is patterned and formed thereon in alignment with the gate electrode 202. Ions are doped with impurities using the channel stopper 205 as a mask to form a source region S and a drain region D. Laser annealing is performed again to activate the impurities introduced into the semiconductor thin film 204. The bottom gate type polycrystalline silicon thin film transistor thus obtained is covered with an interlayer insulating film 206 made of PSG or the like. A wiring electrode 207 is patterned on the interlayer insulating film 206 and electrically connected to the source region S via a contact hole. The pixel electrode 208 is also patterned and electrically connected to the drain region D through the contact hole.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述した様に低温プロ
セスではレーザ光を照射するレーザアニールにより半導
体薄膜の結晶化及び不純物の活性化を図っている。即ち
低温成膜された非晶質シリコンはレーザアニールにより
局部的に加熱され冷却過程で多結晶シリコンに転換さ
れ、キャリア移動度の高い薄膜トランジスタが形成され
る。又、再度のレーザアニールにより多結晶シリコンに
注入された不純物が活性化されソース領域及びドレイン
領域の低抵抗化が図られる。従来レーザアニールではエ
キシマレーザ光が用いられている。しかしながらエキシ
マレーザ光は短波長の紫外線である。例えば、XeCl
エキシマレーザ光の波長は308nmであり、KrFエキ
シマレーザ光の波長は248nmである。この為エネルギ
ー密度が高く効率的なレーザアニールを行なえる反面半
導体薄膜の結晶構造にダメージを入れる可能性が高く欠
陥準位が誘起される。この誘起欠陥準位は薄膜トランジ
スタの閾値の変動をもたらし、動作特性の不安定化を招
く。特に、ボトムゲート構造の場合半導体薄膜204に
先立ってゲート絶縁膜203が成膜されており、これも
エキシマレーザ光の照射を受ける為、ゲート絶縁膜の界
面及び内部にもダメージが入り欠陥が誘起される。この
為、従来の製造プロセスでは薄膜トランジスタの動作特
性が悪影響を受けるという課題があった。
As described above, in the low temperature process, the semiconductor thin film is crystallized and the impurities are activated by the laser annealing for irradiating the laser beam. That is, the amorphous silicon film formed at a low temperature is locally heated by laser annealing and converted into polycrystalline silicon in the cooling process to form a thin film transistor having high carrier mobility. Further, the impurities injected into the polycrystalline silicon are activated by the laser annealing again, and the resistance of the source region and the drain region is reduced. Conventionally, excimer laser light is used in laser annealing. However, the excimer laser light is short wavelength ultraviolet light. For example, XeCl
The wavelength of the excimer laser light is 308 nm, and the wavelength of the KrF excimer laser light is 248 nm. For this reason, although the energy density is high and efficient laser annealing can be performed, the crystal structure of the semiconductor thin film is likely to be damaged, and a defect level is induced. This induced defect level causes the threshold value of the thin film transistor to fluctuate, resulting in instability in operating characteristics. Particularly, in the case of the bottom gate structure, the gate insulating film 203 is formed prior to the semiconductor thin film 204, and since this is also irradiated with the excimer laser light, the interface and the inside of the gate insulating film are damaged and defects are induced. To be done. Therefore, the conventional manufacturing process has a problem that the operating characteristics of the thin film transistor are adversely affected.

【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
題を解決する為以下の二通りの手段を講じた。即ち第1
の手段では薄膜半導体装置は以下の工程に従って製造さ
れる。先ず前工程を行ない、絶縁基板の上に必要に応じ
て成膜を含む処理を行なう。次に成膜工程を行ない、該
絶縁基板に非単結晶性の半導体薄膜を形成する。続いて
結晶化工程を行ない、レーザ光を照射して該半導体薄膜
を結晶化し薄膜トランジスタの活性層にする。最後に後
工程で該半導体薄膜の上に成膜を含む処理を行なう。特
徴事項として、前記結晶化工程の後で前記後工程に進む
前に修復工程を行ない、レーザ光の照射により生じた薄
膜トランジスタの欠陥を修復する。具体的には前記修復
工程は、水素プラズマ中への暴露、水素ガス雰囲気下の
加熱、水素ガス雰囲気中の加圧又は単純な加熱の何れか
を行なう。なおボトムゲート構造の薄膜トランジスタを
形成する場合には、前記前工程で先ずゲート電極をパタ
ニング形成する処理と該ゲート電極の上にゲート絶縁膜
を成膜する処理を行なう。次に前記成膜工程では600
℃以下の成膜温度で非晶質シリコンからなる半導体薄膜
を形成する。前記結晶化工程ではレーザ光の照射により
該非晶質シリコンを多結晶シリコンに転換する。前記修
復工程では該多結晶シリコンに生じた欠陥に加えて該ゲ
ート絶縁膜に生じた欠陥も修復する。最後に前記後工程
では該多結晶シリコンの上に層間絶縁膜を成膜する処理
とその上に配線電極をパタニング形成する処理を行な
う。
In order to solve the above-mentioned problems of the conventional technique, the following two means are taken. That is, the first
With the above means, the thin film semiconductor device is manufactured according to the following steps. First, a pre-process is performed, and a process including film formation is performed on the insulating substrate as needed. Next, a film forming process is performed to form a non-single crystalline semiconductor thin film on the insulating substrate. Subsequently, a crystallization process is performed and the semiconductor thin film is crystallized by irradiating laser light to form an active layer of a thin film transistor. Finally, in a post process, a process including film formation is performed on the semiconductor thin film. As a characteristic feature, a repairing step is performed after the crystallization step and before proceeding to the subsequent step to repair the defect of the thin film transistor caused by the irradiation of the laser beam. Specifically, in the repairing step, exposure to hydrogen plasma, heating in a hydrogen gas atmosphere, pressurization in a hydrogen gas atmosphere, or simple heating is performed. When forming a thin film transistor having a bottom gate structure, in the previous step, first, a process of patterning a gate electrode and a process of forming a gate insulating film on the gate electrode are performed. Next, in the film forming step, 600
A semiconductor thin film made of amorphous silicon is formed at a film forming temperature of ℃ or less. In the crystallization process, the amorphous silicon is converted into polycrystalline silicon by irradiation with laser light. In the repairing step, defects in the gate insulating film are repaired in addition to defects in the polycrystalline silicon. Finally, in the subsequent step, a process of forming an interlayer insulating film on the polycrystalline silicon and a process of patterning wiring electrodes thereon are performed.

【0005】本発明の第2手段によれば、薄膜半導体装
置は以下の工程により製造される。先ず前工程を行ない
絶縁基板の上にゲート電極を形成しさらにその上にゲー
ト絶縁膜を成膜する。次に成膜工程を行ない、該ゲート
絶縁膜の上に半導体薄膜を形成する。続いて注入工程を
行ない、該半導体薄膜に不純物のイオンを領域選択的に
打ち込み薄膜トランジスタのソース/ドレイン領域を形
成する。最後に後工程を行ない、該半導体薄膜の上に層
間絶縁膜を形成しさらにその上に配線電極をパタニング
形成する。特徴事項として前記注入工程の後で前記後工
程に進む前に、該半導体薄膜の上に保護膜を形成してこ
れを介しレーザ光を照射して不純物を活性化すると共に
該レーザ光から該ゲート絶縁膜を保護する。好ましく
は、前記保護膜はソース/ドレイン領域の間に位置する
チャネル領域に整合して形成され、照射されたレーザ光
を選択的に反射する。
According to the second means of the present invention, the thin film semiconductor device is manufactured by the following steps. First, a pre-process is performed to form a gate electrode on an insulating substrate, and then a gate insulating film is formed thereon. Next, a film forming process is performed to form a semiconductor thin film on the gate insulating film. Then, an implantation process is performed to implant the impurity ions into the semiconductor thin film in a region-selective manner to form the source / drain regions of the thin film transistor. Finally, a post-process is performed to form an interlayer insulating film on the semiconductor thin film, and a wiring electrode is patterned on the interlayer insulating film. Characteristically, after the implantation step and before proceeding to the subsequent step, a protective film is formed on the semiconductor thin film, laser light is irradiated through the protective film to activate impurities, and the gate is irradiated from the laser light. Protect the insulating film. Preferably, the protective film is formed in alignment with the channel region located between the source / drain regions, and selectively reflects the irradiated laser light.

【0006】本発明の第1側面によれば、結晶化工程の
後で後工程に進む前に修復工程を行ないレーザ光の照射
により生じた薄膜トランジスタの欠陥を修復している。
この修復工程は所謂水素化処理を主体とし、半導体薄膜
中に水素を導入してシリコンのダングリングボンドをタ
ーミネート(終端化)するものである。本発明では結晶
化工程の直後で後工程に入る前にこの修復工程を実施す
るので、極めて効率良く水素化処理を行なう事ができ
る。特にボトムゲート構造の場合半導体薄膜の欠陥のみ
ならずその下方に位置するゲート絶縁膜の欠陥も効率良
く修復できる為、薄膜トランジスタの動作特性が顕著に
改善される。後工程の段階で修復工程を行なうと薄膜ト
ランジスタの上に既にチャネルストッパ、層間絶縁膜、
配線電極等が形成されている為、水素化処理の進行が阻
害され、効率的に修復を行なえない。同様に本発明の第
2側面では、不純物の注入工程の後で後工程に進む前に
半導体薄膜の上に保護膜を形成している。この保護膜を
介してレーザ光を照射し不純物を活性化する。この際保
護膜はレーザ光からゲート絶縁膜を有効に遮閉してお
り、欠陥の誘起を防止している。
According to the first aspect of the present invention, the defect of the thin film transistor caused by the irradiation of the laser beam is repaired by performing the repair process after the crystallization process and before proceeding to the subsequent process.
This repairing process is mainly a so-called hydrogenation process and introduces hydrogen into the semiconductor thin film to terminate the silicon dangling bond. In the present invention, since this repairing step is carried out immediately after the crystallization step and before the subsequent step, the hydrogenation treatment can be carried out extremely efficiently. Particularly, in the case of the bottom gate structure, not only the defects of the semiconductor thin film but also the defects of the gate insulating film located therebelow can be efficiently repaired, so that the operating characteristics of the thin film transistor are significantly improved. When a repair process is performed in a later step, a channel stopper, an interlayer insulating film, and
Since the wiring electrodes and the like are formed, the progress of the hydrogenation treatment is hindered and the repair cannot be efficiently performed. Similarly, in the second aspect of the present invention, the protective film is formed on the semiconductor thin film after the step of implanting impurities and before proceeding to the subsequent step. Laser light is irradiated through this protective film to activate the impurities. At this time, the protective film effectively shields the gate insulating film from the laser light and prevents the induction of defects.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の最良
な実施形態を詳細に説明する。図1は本発明にかかる薄
膜半導体装置製造方法の第1実施形態を示す工程図であ
る。先ず(A)に示す様に前工程を行ない、ガラス等か
らなる絶縁基板1の上に必要に応じて成膜を含む処理を
実施する。例えばボトムゲート構造の薄膜トランジスタ
を形成する場合には、Mo/Ta等からなるゲート電極
2をパタニング形成する。さらにゲート電極2の上にS
iNx 又はSiO2 等からなるゲート絶縁膜3を成膜す
る。本例ではプラズマCVDによりSiNx 及びSiO
2 を連続成膜して二層構造のゲート絶縁膜3を形成して
いる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram showing a first embodiment of a method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention. First, as shown in (A), a pre-process is performed to perform a process including film formation on the insulating substrate 1 made of glass or the like, if necessary. For example, when forming a thin film transistor having a bottom gate structure, the gate electrode 2 made of Mo / Ta or the like is patterned. Furthermore, on the gate electrode 2, S
A gate insulating film 3 made of iN x or SiO 2 is formed. In this example, SiN x and SiO are formed by plasma CVD.
2 is continuously formed to form a gate insulating film 3 having a two-layer structure.

【0008】次に(B)に示す様に成膜工程を行ない絶
縁基板1に非単結晶性の半導体薄膜4を形成する。本例
では600℃以下の成膜温度でプラズマCVDにより非
晶質シリコンを形成している。続いて結晶化工程を行な
い、レーザ光5を照射して半導体薄膜4を結晶化し薄膜
トランジスタの活性層にする。この段階で半導体薄膜4
及びゲート絶縁膜3に相当程度の欠陥が誘起される。本
例ではエキシマレーザ光のパルス照射により非晶質シリ
コンを局部的に加熱し冷却過程で多結晶シリコンに転換
している。
Next, as shown in (B), a film forming process is performed to form a non-single crystalline semiconductor thin film 4 on the insulating substrate 1. In this example, amorphous silicon is formed by plasma CVD at a film forming temperature of 600 ° C. or less. Subsequently, a crystallization process is performed, and the semiconductor thin film 4 is crystallized by irradiating the laser beam 5 to form an active layer of a thin film transistor. At this stage, the semiconductor thin film 4
Also, considerable defects are induced in the gate insulating film 3. In this example, the amorphous silicon is locally heated by the pulse irradiation of the excimer laser light and converted into polycrystalline silicon in the cooling process.

【0009】続いて(C)に示す様に、結晶化工程の直
後で次の後工程に進む前に修復工程を行ない、レーザ光
の照射により生じた薄膜トランジスタの欠陥を修復す
る。本例では絶縁基板1を水素プラズマ6に暴露して欠
陥修復を行なっている。これにより水素が半導体薄膜4
及びゲート絶縁膜3に導入されこれらの膜に誘起した欠
陥(ダングリングボンド)をターミネートする。以上の
様に、本発明では結晶化工程の直後、半導体薄膜4が表
面に露出している状態で水素化処理を行なうので極めて
効率的な欠陥の修復が可能である。なお修復工程では水
素プラズマ6中への暴露に代えて、水素ガス雰囲気下の
加熱を行なっても良い。例えば100℃以上の温度で加
熱処理を行なう事で雰囲気中の水素が半導体薄膜4及び
ゲート絶縁膜3に導入できる。あるいは水素ガス雰囲気
中の加圧処理を行なう事で欠陥修復を図っても良い。さ
らには単純な加熱処理を行なってもある程度欠陥を修復
する事ができる。この加熱処理は例えば200℃以上で
10分以上行なう。
Subsequently, as shown in (C), a repairing step is performed immediately after the crystallization step and before proceeding to the next subsequent step to repair the defect of the thin film transistor caused by the irradiation of the laser beam. In this example, the insulating substrate 1 is exposed to hydrogen plasma 6 to repair defects. As a result, hydrogen becomes a semiconductor thin film 4
And the defects (dangling bonds) introduced into the gate insulating film 3 and induced in these films are terminated. As described above, in the present invention, the hydrogenation treatment is performed immediately after the crystallization step while the semiconductor thin film 4 is exposed on the surface, so that the defects can be repaired extremely efficiently. In the repairing step, heating in a hydrogen gas atmosphere may be performed instead of exposure to the hydrogen plasma 6. For example, hydrogen in the atmosphere can be introduced into the semiconductor thin film 4 and the gate insulating film 3 by performing the heat treatment at a temperature of 100 ° C. or higher. Alternatively, the defect may be repaired by performing a pressure treatment in a hydrogen gas atmosphere. Furthermore, even if a simple heat treatment is performed, the defects can be repaired to some extent. This heat treatment is performed at 200 ° C. or higher for 10 minutes or longer.

【0010】最後に(D)に示す様に後工程を行ない、
半導体薄膜4の上に成膜を含む処理を実施してボトムゲ
ート型の薄膜トランジスタを完成させる。具体的には半
導体薄膜4の上にチャネルストッパ7をゲート電極2に
整合してパタニング形成する。例えばSiO2 又はSi
x を100nm〜200nmの厚みで成膜した後フォトレ
ジストをその上に塗布する。ゲート電極2をマスクとし
た裏面露光を行なってフォトレジストをパタニングす
る。このフォトレジストをマスクとしてSiO2又はS
iNx をエッチングすると、ゲート電極2に整合したチ
ャネルストッパ7が得られる。このチャネルストッパ7
をマスクとしてセルフアライメントにより不純物を半導
体薄膜4中にイオンドーピングする。これにより薄膜ト
ランジスタのソース領域S及びドレイン領域Dが形成さ
れる。又、チャネルストッパ7の直下には不純物が注入
されないチャネル領域が残される事になる。さらに薄膜
トランジスタをPSG等からなる層間絶縁膜8で被覆す
る。この層間絶縁膜8にウェットエッチングでコンタク
トホールを開口する。最後に層間絶縁膜8の上にアルミ
ニウム等の金属をスパッタリングした後所定の形状にパ
タニングして配線電極9に加工する。この配線電極9は
コンタクトホールを介してソース領域Sに電気接続して
いる。加えてITO等の透明導電膜を成膜した後所定の
形状にパタニングして画素電極10に加工する。この画
素電極10はドレイン領域Dに電気接続している。以上
によりアクティブマトリクス液晶表示パネル等に好適な
薄膜半導体装置が完成する。なお、(D)に示した後工
程の段階でレーザ光照射による誘起欠陥を修復する事も
考えられる。しかしながら後工程の段階では半導体薄膜
4の上にチャネルストッパ7、層間絶縁膜8、配線電極
9等が形成されており、水素化処理を効率的に行なう事
ができない。特にボトムゲート構造の場合ゲート絶縁膜
3の誘起欠陥を修復する事が困難になる。
Finally, as shown in (D), a post process is performed,
A process including film formation is performed on the semiconductor thin film 4 to complete a bottom gate type thin film transistor. Specifically, the channel stopper 7 is aligned with the gate electrode 2 and patterned on the semiconductor thin film 4. For example SiO 2 or Si
After forming a film of N x with a thickness of 100 nm to 200 nm, a photoresist is applied thereon. Backside exposure is performed using the gate electrode 2 as a mask to pattern the photoresist. Using this photoresist as a mask, SiO 2 or S
When iN x is etched, the channel stopper 7 aligned with the gate electrode 2 is obtained. This channel stopper 7
Using the as a mask, the semiconductor thin film 4 is ion-doped with impurities by self-alignment. Thereby, the source region S and the drain region D of the thin film transistor are formed. Further, a channel region where impurities are not implanted is left just below the channel stopper 7. Further, the thin film transistor is covered with an interlayer insulating film 8 made of PSG or the like. A contact hole is opened in this interlayer insulating film 8 by wet etching. Finally, a metal such as aluminum is sputtered on the interlayer insulating film 8 and then patterned into a predetermined shape to form the wiring electrode 9. The wiring electrode 9 is electrically connected to the source region S via a contact hole. In addition, after forming a transparent conductive film such as ITO, the pixel electrode 10 is processed by patterning into a predetermined shape. The pixel electrode 10 is electrically connected to the drain region D. As described above, a thin film semiconductor device suitable for an active matrix liquid crystal display panel or the like is completed. Note that it is also possible to repair the induced defects due to laser light irradiation in the stage of the post process shown in (D). However, in the later step, the channel stopper 7, the interlayer insulating film 8, the wiring electrode 9 and the like are formed on the semiconductor thin film 4, so that the hydrogenation process cannot be efficiently performed. Particularly in the case of the bottom gate structure, it becomes difficult to repair the induced defects in the gate insulating film 3.

【0011】図2は本発明にかかる薄膜半導体装置製造
方法の第2実施形態を示す工程図である。先ず(A)に
示す様に前工程を行ない、絶縁基板11の上にゲート電
極12を形成し、さらにその上にゲート絶縁膜13を成
膜する。続いて成膜工程を行ない、ゲート絶縁膜13の
上に半導体薄膜14を形成する。
FIG. 2 is a process diagram showing a second embodiment of the method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention. First, as shown in (A), a pre-process is performed to form the gate electrode 12 on the insulating substrate 11 and further form the gate insulating film 13 thereon. Subsequently, a film forming process is performed to form the semiconductor thin film 14 on the gate insulating film 13.

【0012】次に(B)に示す様に注入工程を行ない、
半導体薄膜14に不純物のイオンを領域選択的に打ち込
み薄膜トランジスタのソース領域S及びドレイン領域D
を形成する。具体的には先ず半導体薄膜14の上にフォ
トレジスト15を塗布し、ゲート電極12をマスクとし
て裏面露光を行なう。これによりフォトレジスト15は
ゲート電極12と整合した形状にパタニングされる。こ
のフォトレジスト15をマスクとしてセルフアライメン
トでイオンドーピングを行なうと、ソース領域S及びド
レイン領域Dが形成できる。なおフォトレジスト15の
直下には不純物イオンが注入されないチャネル領域が残
される事になる。
Next, an injection step is performed as shown in FIG.
Impurity ions are selectively implanted into the semiconductor thin film 14 to form a source region S and a drain region D of the thin film transistor.
To form Specifically, first, a photoresist 15 is applied on the semiconductor thin film 14, and back surface exposure is performed using the gate electrode 12 as a mask. As a result, the photoresist 15 is patterned into a shape matching the gate electrode 12. When the ion doping is performed by self-alignment using the photoresist 15 as a mask, the source region S and the drain region D can be formed. Note that a channel region where impurity ions are not implanted is left just below the photoresist 15.

【0013】次に(C)に示す様に注入工程の後で次の
後工程に進む前に、半導体薄膜14の上に保護膜16を
形成する。さらにこの保護膜16を介してレーザ光17
を照射し、半導体薄膜14に注入された不純物を活性化
する。これによりソース領域S及びドレイン領域Dの低
抵抗化が図られる。この際保護膜16はゲート絶縁膜1
3をレーザ光16から遮断しており、ゲート絶縁膜13
中にレーザ光誘起欠陥が生じる事を防いでいる。本例で
は保護膜16がソース領域S及びドレイン領域Dの間に
位置するチャネル領域に整合して形成されており、照射
されたレーザ光17を選択的に反射している。従って、
チャネル領域及びその直下のゲート絶縁膜にレーザ光が
照射される惧れがなく欠陥が誘起されない。なお、保護
膜16は例えばSiO2 やSiNx からなり、少なくと
も10nm以上の厚みで積層する。又、保護膜16をパタ
ニングする場合には図1に示したチャネルストッパ7と
同様に裏面露光技術を利用する。好ましくはこの保護膜
16は150nm程度の厚みに設定されている。この厚み
は波長308nmのXeClエキシマレーザ光に対して極
めて高い反射率を実現できる。
Next, as shown in (C), a protective film 16 is formed on the semiconductor thin film 14 after the implantation step and before proceeding to the next subsequent step. Further, laser light 17 is passed through this protective film 16.
Is irradiated to activate the impurities implanted in the semiconductor thin film 14. As a result, the resistance of the source region S and the drain region D can be reduced. At this time, the protective film 16 is the gate insulating film 1.
3 is cut off from the laser beam 16 and the gate insulating film 13
It prevents the laser light induced defects from occurring. In this example, the protective film 16 is formed in alignment with the channel region located between the source region S and the drain region D, and selectively reflects the emitted laser light 17. Therefore,
There is no fear that the channel region and the gate insulating film directly below the channel region will be irradiated with laser light, and defects will not be induced. The protective film 16 is made of, for example, SiO 2 or SiN x , and is laminated with a thickness of at least 10 nm or more. When the protective film 16 is patterned, the backside exposure technique is used similarly to the channel stopper 7 shown in FIG. The protective film 16 is preferably set to have a thickness of about 150 nm. This thickness can realize an extremely high reflectance for XeCl excimer laser light having a wavelength of 308 nm.

【0014】最後に(D)に示す様に後工程を行ない、
半導体薄膜14の上に層間絶縁膜18を形成する。さら
にその上に配線電極19及び画素電極20をパタニング
形成する。
Finally, a post-process is performed as shown in (D),
An interlayer insulating film 18 is formed on the semiconductor thin film 14. Further, the wiring electrode 19 and the pixel electrode 20 are patterned and formed thereon.

【0015】以上の様に第1実施形態及び第2実施形態
ではエキシマレーザ光誘起欠陥の生成を抑制している。
これにより薄膜トランジスタの動作特性において閾値の
面内ばらつきや経時変動を抑える事ができる。仮に誘起
欠陥を放置するとそのエネルギー準位やイオン化された
原子等によってチャネル電位が変動を受ける為、薄膜ト
ランジスタの動作特性が不安定化する。
As described above, in the first and second embodiments, generation of excimer laser light induced defects is suppressed.
As a result, it is possible to suppress in-plane variation in threshold value and temporal change in the operating characteristics of the thin film transistor. If the induced defect is left as it is, the channel potential is changed by its energy level, ionized atoms, etc., so that the operating characteristics of the thin film transistor become unstable.

【0016】図3は、図1又は図2に示す製造方法に従
って作成された薄膜半導体装置を駆動基板に用いたアク
ティブマトリクス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、液晶表示パネルはガラス
等からなる駆動基板101と同じくガラス等からなる対
向基板102と両者の間に保持された液晶103とで構
成されている。駆動基板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
直駆動回路105と水平駆動回路106とに分かれてい
る。又、駆動基板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1
08を介して垂直駆動回路105及び水平駆動回路10
6に接続している。画素アレイ部104は互いに交差し
たゲートライン109と信号ライン110を備えてい
る。両ライン109,110の交差部には画素電極11
1とこれを駆動する薄膜トランジスタ112とが集積形
成されている。一方、対向基板102の内表面には図示
しないが対向電極やカラーフィルタが形成されている。
本発明によれば、薄膜トランジスタは低温プロセスで形
成されるので、駆動基板101として低コストのガラス
等が使用でき、液晶表示パネルの大画面化に寄与でき
る。又、低温プロセスであっても高品質な多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタを形成できるので、画素スイッチン
グ用の薄膜トランジスタ112に加えて周辺の垂直駆動
回路105及び水平駆動回路106も薄膜トランジスタ
で集積形成できる。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing an example of an active matrix liquid crystal display panel using a thin film semiconductor device manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 1 or 2 as a driving substrate. As shown in the figure, the liquid crystal display panel is composed of a drive substrate 101 made of glass or the like, a counter substrate 102 made of glass or the like, and a liquid crystal 103 held between the two. The pixel array section 104 is provided on the driving substrate 101.
And the drive circuit section are formed integrally. The drive circuit section is divided into a vertical drive circuit 105 and a horizontal drive circuit 106. Further, a terminal portion 107 for external connection is formed at an upper end of a peripheral portion of the drive substrate 101. Terminal section 107 is wiring 1
08 through the vertical drive circuit 105 and the horizontal drive circuit 10
6 is connected. The pixel array unit 104 includes a gate line 109 and a signal line 110 that cross each other. The pixel electrode 11 is provided at the intersection of both lines 109 and 110.
1 and a thin film transistor 112 for driving the same are integrally formed. On the other hand, a counter electrode and a color filter (not shown) are formed on the inner surface of the counter substrate 102.
According to the present invention, since the thin film transistor is formed by a low temperature process, low-cost glass or the like can be used as the driving substrate 101, which can contribute to a large screen of the liquid crystal display panel. Further, since a high-quality polycrystalline silicon thin film transistor can be formed even in the low temperature process, the vertical driving circuit 105 and the horizontal driving circuit 106 in the periphery can be integrally formed by the thin film transistor in addition to the thin film transistor 112 for pixel switching.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、レ
ーザアニールによる半導体薄膜の結晶化や不純物の活性
化において、極力ゲート絶縁膜中にレーザ光誘起欠陥が
残らない様にしている。これにより低温プロセスで作成
された薄膜トランジスタの動作特性を安定化する事がで
きる。例えば、ボトムゲート型多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタの閾値電圧の経時変化や面内分布のばらつきを
小さくできる。これにより、例えば低温多結晶シリコン
薄膜トランジスタをスイッチング素子や周辺駆動回路に
用いた液晶表示パネルの画像ユニフォーミティを顕著に
改善する事が可能になる。
As described above, according to the present invention, laser light induced defects are prevented from remaining in the gate insulating film as much as possible when the semiconductor thin film is crystallized and the impurities are activated by laser annealing. As a result, the operating characteristics of the thin film transistor manufactured by the low temperature process can be stabilized. For example, it is possible to reduce variations in the threshold voltage of the bottom gate type polycrystalline silicon thin film transistor over time and variations in the in-plane distribution. This makes it possible to remarkably improve the image uniformity of a liquid crystal display panel using, for example, a low temperature polycrystalline silicon thin film transistor in a switching element or a peripheral drive circuit.

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

【図1】本発明にかかる薄膜半導体装置製造方法の第1
実施形態を示す工程図である。
FIG. 1 shows a first example of a method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention.
It is a process drawing showing an embodiment.

【図2】本発明にかかる薄膜半導体装置製造方法の第2
実施形態を示す工程図である。
FIG. 2 shows a second example of the method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention.
It is a process drawing showing an embodiment.

【図3】本発明に従って製造された薄膜半導体装置を駆
動基板として組み立てた液晶表示パネルの一例を示す斜
視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a liquid crystal display panel in which a thin film semiconductor device manufactured according to the present invention is assembled as a drive substrate.

【図4】従来の薄膜半導体装置を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional thin film semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁基板 2 ゲート電極 3 ゲート絶縁膜 4 半導体薄膜 5 レーザ光 6 水素プラズマ 8 層間絶縁膜 9 配線電極 10 画素電極 16 保護膜 1 Insulating Substrate 2 Gate Electrode 3 Gate Insulating Film 4 Semiconductor Thin Film 5 Laser Light 6 Hydrogen Plasma 8 Interlayer Insulating Film 9 Wiring Electrode 10 Pixel Electrode 16 Protective Film

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/78 627E ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 29/78 627E

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板の上に必要に応じて成膜を含む
処理を行なう前工程と、 該絶縁基板に非単結晶性の半導体薄膜を形成する成膜工
程と、 レーザ光を照射して該半導体薄膜を結晶化し薄膜トラン
ジスタの活性層にする結晶化工程と、 該半導体薄膜の上に成膜を含む処理を行なう後工程とを
含む薄膜半導体装置の製造方法であって、 前記結晶化工程の後で前記後工程に進む前に修復工程を
行ないレーザ光の照射により生じた薄膜トランジスタの
欠陥を修復する事を特徴とする薄膜半導体装置の製造方
法。
1. A pre-process of performing a process including film formation on an insulating substrate as necessary, a film forming process of forming a non-single crystalline semiconductor thin film on the insulating substrate, and a laser beam irradiation. What is claimed is: 1. A method of manufacturing a thin film semiconductor device, comprising: a crystallization step of crystallizing the semiconductor thin film into an active layer of a thin film transistor; and a post-step of performing a treatment including film formation on the semiconductor thin film. A method for manufacturing a thin film semiconductor device, comprising: performing a repairing step before performing the subsequent step to repair defects in a thin film transistor caused by irradiation with laser light.
【請求項2】 前記修復工程は、水素プラズマ中への暴
露、水素ガス雰囲気下の加熱、水素ガス雰囲気中の加圧
又は単純な加熱の何れかを行なう事を特徴とする請求項
1記載の薄膜半導体装置の製造方法。
2. The repairing step includes performing exposure to hydrogen plasma, heating in a hydrogen gas atmosphere, pressurization in a hydrogen gas atmosphere, or simple heating. Method of manufacturing thin film semiconductor device.
【請求項3】 前記前工程はゲート電極をパタニング形
成する処理と該ゲート電極の上にゲート絶縁膜を成膜す
る処理を含み、前記成膜工程は600℃以下の成膜温度
で非晶質シリコンからなる半導体薄膜を形成し、前記結
晶化工程はレーザ光の照射により該非晶質シリコンを多
結晶シリコンに転換し、前記修復工程は該多結晶シリコ
ンに生じた欠陥に加えて該ゲート絶縁膜に生じた欠陥も
修復し、前記後工程は該多結晶シリコンの上に層間絶縁
膜を成膜する処理とその上に配線電極をパタニング形成
する処理を含む事を特徴とする請求項1記載の薄膜半導
体装置の製造方法。
3. The preceding step includes a step of patterning a gate electrode and a step of forming a gate insulating film on the gate electrode, wherein the film forming step is amorphous at a film forming temperature of 600 ° C. or less. A semiconductor thin film made of silicon is formed, the crystallization step converts the amorphous silicon into polycrystalline silicon by irradiation with laser light, and the repair step adds the gate insulating film in addition to the defects generated in the polycrystalline silicon. 2. The defect produced in the above step is also repaired, and the post-process includes a step of forming an interlayer insulating film on the polycrystalline silicon and a step of patterning a wiring electrode thereon. Method of manufacturing thin film semiconductor device.
【請求項4】 絶縁基板の上にゲート電極を形成しさら
にその上にゲート絶縁膜を成膜する前工程と、 該ゲート絶縁膜の上に半導体薄膜を形成する成膜工程
と、 該半導体薄膜に不純物のイオンを領域選択的に打ち込み
薄膜トランジスタのソース/ドレイン領域を形成する注
入工程と、 該半導体薄膜の上に層間絶縁膜を形成しさらにその上に
配線電極をパタニング形成する後工程とを含む薄膜半導
体装置の製造方法であって、 前記注入工程の後で前記後工程に進む前に該半導体薄膜
の上に保護膜を形成してこれを介しレーザ光を照射して
不純物を活性化すると共に該レーザ光から該ゲート絶縁
膜を保護する事を特徴とする薄膜半導体装置の製造方
法。
4. A pre-process of forming a gate electrode on an insulating substrate and further forming a gate insulating film thereon, a film forming process of forming a semiconductor thin film on the gate insulating film, and the semiconductor thin film. An implantation step of selectively implanting impurity ions into the source / drain regions of the thin film transistor, and a post-step of forming an interlayer insulating film on the semiconductor thin film and further patterning a wiring electrode thereon. A method of manufacturing a thin film semiconductor device, which comprises forming a protective film on the semiconductor thin film after the implantation step and before proceeding to the subsequent step, and irradiating a laser beam therethrough to activate impurities. A method of manufacturing a thin film semiconductor device, comprising protecting the gate insulating film from the laser light.
【請求項5】 前記保護膜はソース/ドレイン領域の間
に位置するチャネル領域に整合して形成され、照射され
たレーザ光を選択的に反射する事を特徴とする請求項4
記載の薄膜半導体装置の製造方法。
5. The protective film is formed in alignment with a channel region located between the source / drain regions, and selectively reflects the emitted laser light.
A manufacturing method of the thin film semiconductor device according to the above.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5006493A (en) * 1986-03-31 1991-04-09 The Dow Chemical Company Novel ceramic binder comprising poly(ethyloxazoline)
KR101278477B1 (en) * 2006-11-07 2013-06-24 삼성디스플레이 주식회사 Metod of fabricating thin film transistor substrate

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