JPH09293872A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタの製造方法Info
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- JPH09293872A JPH09293872A JP10724096A JP10724096A JPH09293872A JP H09293872 A JPH09293872 A JP H09293872A JP 10724096 A JP10724096 A JP 10724096A JP 10724096 A JP10724096 A JP 10724096A JP H09293872 A JPH09293872 A JP H09293872A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電界効果移動度が高く、かつ電界効果移動度
の半導体基板内でのばらつきの小さい薄膜トランジスタ
を得ることができる薄膜トランジスタの製造方法を提供
する。 【解決手段】 絶縁性基板１の表面を洗浄した後、ベー
スコート膜２を形成し、非晶質シリコン膜３を形成す
る。そして、第１のレーザー光４を絶縁性基板１を最適
な焦点位置から遠ざけた位置に設置して照射し、非晶質
シリコン膜３を変成する。次に、変成されたシリコン膜
５に、第２のレーザー光６を絶縁性基板１を最適な焦点
位置に設置して照射し、変成されたシリコン膜５を熔融
結晶化して多結晶シリコン膜７にする。次に、多結晶シ
リコン膜７を島状にパターニングし、薄膜トランジスタ
を形成する領域以外の多結晶シリコン膜７を除去する。
そして、多結晶シリコン膜７上にゲート絶縁膜８及びゲ
ート電極９を形成して不純物注入を行う。さらに、絶縁
膜１０、ソース電極１１及びドレイン電極１２を形成
し、薄膜トランジスタを得る。
の半導体基板内でのばらつきの小さい薄膜トランジスタ
を得ることができる薄膜トランジスタの製造方法を提供
する。 【解決手段】 絶縁性基板１の表面を洗浄した後、ベー
スコート膜２を形成し、非晶質シリコン膜３を形成す
る。そして、第１のレーザー光４を絶縁性基板１を最適
な焦点位置から遠ざけた位置に設置して照射し、非晶質
シリコン膜３を変成する。次に、変成されたシリコン膜
５に、第２のレーザー光６を絶縁性基板１を最適な焦点
位置に設置して照射し、変成されたシリコン膜５を熔融
結晶化して多結晶シリコン膜７にする。次に、多結晶シ
リコン膜７を島状にパターニングし、薄膜トランジスタ
を形成する領域以外の多結晶シリコン膜７を除去する。
そして、多結晶シリコン膜７上にゲート絶縁膜８及びゲ
ート電極９を形成して不純物注入を行う。さらに、絶縁
膜１０、ソース電極１１及びドレイン電極１２を形成
し、薄膜トランジスタを得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
の製造方法に関し、アクティブマトリクス型の液晶表示
装置及びイメージセンサー等に利用される薄膜トランジ
スタの結晶化工程で好適に実施される薄膜トランジスタ
の製造方法に関するものである。
の製造方法に関し、アクティブマトリクス型の液晶表示
装置及びイメージセンサー等に利用される薄膜トランジ
スタの結晶化工程で好適に実施される薄膜トランジスタ
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガラス等の絶縁性基板上に薄膜トランジ
スタを形成した半導体装置としては、薄膜トランジスタ
を各画素用のスイッチング素子及びそのスイッチング素
子のための周辺駆動回路に用いるアクティブマトリクス
型液晶表示装置並びにイメージセンサー等が知られてい
る。
スタを形成した半導体装置としては、薄膜トランジスタ
を各画素用のスイッチング素子及びそのスイッチング素
子のための周辺駆動回路に用いるアクティブマトリクス
型液晶表示装置並びにイメージセンサー等が知られてい
る。
【０００３】これらの装置に用いられる薄膜トランジス
タには、薄膜状のシリコン半導体を用いることが一般的
である。薄膜状のシリコン半導体としては、非晶質シリ
コン半導体からなるものと結晶性を有するシリコン半導
体からなるものとの二つに大別される。
タには、薄膜状のシリコン半導体を用いることが一般的
である。薄膜状のシリコン半導体としては、非晶質シリ
コン半導体からなるものと結晶性を有するシリコン半導
体からなるものとの二つに大別される。
【０００４】非晶質シリコン半導体は、作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能であるこ
とから、量産性に富み、最も一般的に用いられている。
しかし、構造上トランジスタサイズの縮小化が困難であ
るため、画素の高開口率化が難しく、かつキャリア移動
度等の物性が結晶性を有するシリコン半導体に比べて劣
っている。
く、気相法で比較的容易に作製することが可能であるこ
とから、量産性に富み、最も一般的に用いられている。
しかし、構造上トランジスタサイズの縮小化が困難であ
るため、画素の高開口率化が難しく、かつキャリア移動
度等の物性が結晶性を有するシリコン半導体に比べて劣
っている。
【０００５】したがって、より優れた高速特性と高開口
率を得るため、結晶性を有するシリコン半導体からなる
薄膜トランジスタの製造方法の確立が強く求められてい
る。
率を得るため、結晶性を有するシリコン半導体からなる
薄膜トランジスタの製造方法の確立が強く求められてい
る。
【０００６】一方、結晶性を有するシリコン半導体とし
ては、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）、多結晶シリコン
（ｐ−Ｓｉ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、結晶成
分を含む非晶質シリコン及び結晶性と非晶質性との中間
の状態を有するセミアモルファスシリコン等が知られて
いる。
ては、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）、多結晶シリコン
（ｐ−Ｓｉ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、結晶成
分を含む非晶質シリコン及び結晶性と非晶質性との中間
の状態を有するセミアモルファスシリコン等が知られて
いる。
【０００７】これら結晶性を有する薄膜状のシリコン半
導体を得る方法としては、 （１）結晶性を有する膜を直接成膜する （２）半導体膜を成膜しておき、熱エネルギーを加える
ことによって結晶化させる （３）半導体膜を成膜しておき、レーザー光のエネルギ
ーによって結晶化させるというような方法が知られてい
る。
導体を得る方法としては、 （１）結晶性を有する膜を直接成膜する （２）半導体膜を成膜しておき、熱エネルギーを加える
ことによって結晶化させる （３）半導体膜を成膜しておき、レーザー光のエネルギ
ーによって結晶化させるというような方法が知られてい
る。
【０００８】しかし、前述した各方法には、以下のよう
な問題点がある。
な問題点がある。
【０００９】（１）の方法では、成膜工程と同時に結晶
化が進行するため、結晶性シリコンを得るにはシリコン
膜の厚膜化が不可欠であり、粒径の大きさを一定以上に
大きくすることが困難である。したがって、シリコン膜
中に多くの粒界を含み、キャリア移動度が粒界部のトラ
ップによって制限されるため、駆動回路に必要な電流駆
動能力が得られない。また、成膜温度が６００℃以上の
高温であるため、安価なガラス基板が使用できないとい
うコスト面の問題点もある。
化が進行するため、結晶性シリコンを得るにはシリコン
膜の厚膜化が不可欠であり、粒径の大きさを一定以上に
大きくすることが困難である。したがって、シリコン膜
中に多くの粒界を含み、キャリア移動度が粒界部のトラ
ップによって制限されるため、駆動回路に必要な電流駆
動能力が得られない。また、成膜温度が６００℃以上の
高温であるため、安価なガラス基板が使用できないとい
うコスト面の問題点もある。
【００１０】（２）の方法では、大面積に対応できると
いう利点はあるが、結晶化には６００℃以上の高温で数
十時間にわたる加熱処理が必要であるため、安価なガラ
ス基板の使用及び単位時間当たりの加工数であるスルー
プットの向上を考えると、加熱温度を下げ、さらに短時
間で結晶化させるという相反する問題点を同時に解決す
る必要がある。
いう利点はあるが、結晶化には６００℃以上の高温で数
十時間にわたる加熱処理が必要であるため、安価なガラ
ス基板の使用及び単位時間当たりの加工数であるスルー
プットの向上を考えると、加熱温度を下げ、さらに短時
間で結晶化させるという相反する問題点を同時に解決す
る必要がある。
【００１１】（３）の方法では、熔融結晶化過程の結晶
化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好に処理
され高品質な結晶性シリコン膜が得られるが、現在最も
一般的に使用されているエキシマレーザーを例にとる
と、レーザー光の照射面積が小さく低スループットであ
るという問題点がある。また、大面積基板の全面を均一
に処理するには、レーザーの安定性が充分ではないとい
う問題点がある。
化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好に処理
され高品質な結晶性シリコン膜が得られるが、現在最も
一般的に使用されているエキシマレーザーを例にとる
と、レーザー光の照射面積が小さく低スループットであ
るという問題点がある。また、大面積基板の全面を均一
に処理するには、レーザーの安定性が充分ではないとい
う問題点がある。
【００１２】非晶質シリコン膜をレーザー光によって熔
融結晶化し、薄膜トランジスタを製造する具体的な方法
としては、例えば、同一の照射条件のレーザー光を走査
し、非晶質シリコン膜をアニールして多結晶シリコン膜
とする方法がある。
融結晶化し、薄膜トランジスタを製造する具体的な方法
としては、例えば、同一の照射条件のレーザー光を走査
し、非晶質シリコン膜をアニールして多結晶シリコン膜
とする方法がある。
【００１３】また、特開平５−２７５３３６号公報に開
示されているように、非晶質シリコン膜をレーザー光に
よってアニールする際に、非晶質シリコン膜に含まれる
水素が一気に噴出してシリコン膜を損傷することを防止
するため、２回以上のレーザー光の照射によって非晶質
シリコン膜をアニールして多結晶シリコン膜とする方法
が提案されている。
示されているように、非晶質シリコン膜をレーザー光に
よってアニールする際に、非晶質シリコン膜に含まれる
水素が一気に噴出してシリコン膜を損傷することを防止
するため、２回以上のレーザー光の照射によって非晶質
シリコン膜をアニールして多結晶シリコン膜とする方法
が提案されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】前述した方法には、以
下のような問題点がある。
下のような問題点がある。
【００１５】同一の照射条件のレーザー光を走査し、非
晶質シリコン膜をアニールして多結晶シリコン膜とする
方法では、１本目の走査ラインと２本目の走査ラインと
が重なり合う部分が存在するため、レーザー光の照射面
積内に光吸収係数の異なる非晶質シリコン膜と多結晶シ
リコン膜とが混在する。このため、図４に示すように、
エネルギー密度の高いレーザー光を照射すれば特性の優
れた電界効果移動度の高い薄膜トランジスタを得ること
ができるが、電界効果移動度の半導体基板内でのばらつ
きが大きくなり、実用化することは困難である。
晶質シリコン膜をアニールして多結晶シリコン膜とする
方法では、１本目の走査ラインと２本目の走査ラインと
が重なり合う部分が存在するため、レーザー光の照射面
積内に光吸収係数の異なる非晶質シリコン膜と多結晶シ
リコン膜とが混在する。このため、図４に示すように、
エネルギー密度の高いレーザー光を照射すれば特性の優
れた電界効果移動度の高い薄膜トランジスタを得ること
ができるが、電界効果移動度の半導体基板内でのばらつ
きが大きくなり、実用化することは困難である。
【００１６】図４は、従来の薄膜トランジスタの電界効
果移動度と照射エネルギー密度との関係を示す説明図で
ある。照射エネルギー密度が低い場合、電界効果移動度
の半導体基板内でのばらつきは小さいが、電界効果移動
度の低い薄膜トランジスタしか得られず、逆に照射エネ
ルギー密度が高い場合、電界効果移動度は高いが、電界
効果移動度の半導体基板内でのばらつきの大きい薄膜ト
ランジスタしか得られないことを示している。
果移動度と照射エネルギー密度との関係を示す説明図で
ある。照射エネルギー密度が低い場合、電界効果移動度
の半導体基板内でのばらつきは小さいが、電界効果移動
度の低い薄膜トランジスタしか得られず、逆に照射エネ
ルギー密度が高い場合、電界効果移動度は高いが、電界
効果移動度の半導体基板内でのばらつきの大きい薄膜ト
ランジスタしか得られないことを示している。
【００１７】また、特開平５−２７５３３６号公報に開
示されている方法では、シリコン膜中の水素量を制御す
ることについては有効であるが、多結晶シリコン膜の結
晶性及び電界効果移動度の均一性等については考慮され
ていない。
示されている方法では、シリコン膜中の水素量を制御す
ることについては有効であるが、多結晶シリコン膜の結
晶性及び電界効果移動度の均一性等については考慮され
ていない。
【００１８】本発明は、以上のような従来の問題点に鑑
みなされたものであって、電界効果移動度が高く、かつ
電界効果移動度の半導体基板内でのばらつきの小さい薄
膜トランジスタを得ることができる薄膜トランジスタの
製造方法を提供することを目的としている。
みなされたものであって、電界効果移動度が高く、かつ
電界効果移動度の半導体基板内でのばらつきの小さい薄
膜トランジスタを得ることができる薄膜トランジスタの
製造方法を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明の請求項１記載の薄膜トランジスタの製
造方法は、絶縁性基板上に堆積された非晶質半導体膜
に、少なくとも２回のレーザー光照射を行うことによ
り、前記非晶質半導体膜を多結晶半導体膜とする薄膜ト
ランジスタの製造方法において、前記レーザー光は、少
なくとも２種類の異なるエネルギー強度分布を有するこ
とを特徴としている。
ために、本発明の請求項１記載の薄膜トランジスタの製
造方法は、絶縁性基板上に堆積された非晶質半導体膜
に、少なくとも２回のレーザー光照射を行うことによ
り、前記非晶質半導体膜を多結晶半導体膜とする薄膜ト
ランジスタの製造方法において、前記レーザー光は、少
なくとも２種類の異なるエネルギー強度分布を有するこ
とを特徴としている。
【００２０】請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方
法は、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法にお
いて、前記エネルギー強度分布は、第１のレーザー光が
なだらかな曲線を有し、第２のレーザー光が急峻な曲線
を有することを特徴としている。
法は、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法にお
いて、前記エネルギー強度分布は、第１のレーザー光が
なだらかな曲線を有し、第２のレーザー光が急峻な曲線
を有することを特徴としている。
【００２１】請求項３記載の薄膜トランジスタの製造方
法は、請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法にお
いて、光学系と前記絶縁性基板との距離を変化させるこ
とにより、前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー
光とを得ることを特徴としている。
法は、請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法にお
いて、光学系と前記絶縁性基板との距離を変化させるこ
とにより、前記第１のレーザー光と前記第２のレーザー
光とを得ることを特徴としている。
【００２２】請求項４記載の薄膜トランジスタの製造方
法は、請求項１乃至請求項３記載の薄膜トランジスタの
製造方法において、前記第１のレーザー光は、前記非晶
質半導体膜を結晶化できる閾値エネルギー密度であり、
前記第２のレーザー光は、前記第１のレーザー光によっ
て変成された半導体膜を十分に熔融結晶化できるエネル
ギー密度であることを特徴としている。
法は、請求項１乃至請求項３記載の薄膜トランジスタの
製造方法において、前記第１のレーザー光は、前記非晶
質半導体膜を結晶化できる閾値エネルギー密度であり、
前記第２のレーザー光は、前記第１のレーザー光によっ
て変成された半導体膜を十分に熔融結晶化できるエネル
ギー密度であることを特徴としている。
【００２３】本発明の薄膜トランジスタの製造方法によ
れば、少なくとも２種類の異なるエネルギー強度分布を
有するレーザー光によって非晶質シリコン膜をアニール
し、多結晶シリコン膜とすることにより、第１のレーザ
ー光で非晶質シリコン膜の表面を変成して多結晶シリコ
ン膜にすることができるとともに、シリコン膜中の脱水
素化処理及びシリコン膜表面にシリコン酸化膜を形成す
ることができるため、第２のレーザー光で変成したシリ
コン膜を熔融結晶化して多結晶シリコン膜にすれば、良
好な結晶性を有し、電界効果移動度の半導体基板内での
ばらつきの小さい薄膜トランジスタを得ることができ
る。
れば、少なくとも２種類の異なるエネルギー強度分布を
有するレーザー光によって非晶質シリコン膜をアニール
し、多結晶シリコン膜とすることにより、第１のレーザ
ー光で非晶質シリコン膜の表面を変成して多結晶シリコ
ン膜にすることができるとともに、シリコン膜中の脱水
素化処理及びシリコン膜表面にシリコン酸化膜を形成す
ることができるため、第２のレーザー光で変成したシリ
コン膜を熔融結晶化して多結晶シリコン膜にすれば、良
好な結晶性を有し、電界効果移動度の半導体基板内での
ばらつきの小さい薄膜トランジスタを得ることができ
る。
【００２４】さらに、エネルギー強度分布は、第１のレ
ーザー光がなだらかな曲線を有し、第２のレーザー光が
急峻な曲線を有することにより、さらに良好な結晶性を
有し、電界効果移動度の半導体基板内でのばらつきの小
さい薄膜トランジスタを得ることができる。
ーザー光がなだらかな曲線を有し、第２のレーザー光が
急峻な曲線を有することにより、さらに良好な結晶性を
有し、電界効果移動度の半導体基板内でのばらつきの小
さい薄膜トランジスタを得ることができる。
【００２５】また、光学系と絶縁性基板との距離を変化
させることによって第１のレーザー光と第２のレーザー
光とを得ることにより、パルスエネルギーまたは発振周
波数等の光学系の設定条件を変更することなくエネルギ
ー強度分布を異ならせることができるため、再現性よ
く、安定したレーザー光をシリコン膜に照射することが
できる。
させることによって第１のレーザー光と第２のレーザー
光とを得ることにより、パルスエネルギーまたは発振周
波数等の光学系の設定条件を変更することなくエネルギ
ー強度分布を異ならせることができるため、再現性よ
く、安定したレーザー光をシリコン膜に照射することが
できる。
【００２６】また、第１のレーザー光は、非晶質シリコ
ン膜を結晶化できる閾値エネルギー密度であり、第２の
レーザー光は、第１のレーザー光によって変成されたシ
リコン膜を十分に熔融結晶化できるエネルギー密度であ
ることにより、より一層良好な結晶性を有し、電界効果
移動度の半導体基板内でのばらつきの小さい薄膜トラン
ジスタを得ることができる。
ン膜を結晶化できる閾値エネルギー密度であり、第２の
レーザー光は、第１のレーザー光によって変成されたシ
リコン膜を十分に熔融結晶化できるエネルギー密度であ
ることにより、より一層良好な結晶性を有し、電界効果
移動度の半導体基板内でのばらつきの小さい薄膜トラン
ジスタを得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１乃至図３を用いて説明する。図１は本発明に係わる薄
膜トランジスタの製造工程を示す工程図、図２は光学系
とレーザー光の被照射面との焦点距離を変化させた場合
のエネルギー強度分布を示す説明図、図３は本発明に係
わる薄膜トランジスタの電界効果移動度と照射エネルギ
ー密度との関係を示す説明図である。
１乃至図３を用いて説明する。図１は本発明に係わる薄
膜トランジスタの製造工程を示す工程図、図２は光学系
とレーザー光の被照射面との焦点距離を変化させた場合
のエネルギー強度分布を示す説明図、図３は本発明に係
わる薄膜トランジスタの電界効果移動度と照射エネルギ
ー密度との関係を示す説明図である。
【００２８】図２において、Ｘ軸はレーザー光の幅方
向、Ｙ軸はエネルギー強度、Ａは最適な焦点距離におけ
るエネルギー強度分布、Ｂは最適な焦点距離から被照射
面を５ｍｍ遠ざけた場合のエネルギー強度分布、Ｃは最
適な焦点距離から被照射面を１０ｍｍ遠ざけた場合のエ
ネルギー強度分布を表しており、光学系と被照射面との
焦点距離を変化させることにより、光学系の設定条件を
変更することなく、エネルギー強度とその分布曲線の形
状を変化させられることを示している。
向、Ｙ軸はエネルギー強度、Ａは最適な焦点距離におけ
るエネルギー強度分布、Ｂは最適な焦点距離から被照射
面を５ｍｍ遠ざけた場合のエネルギー強度分布、Ｃは最
適な焦点距離から被照射面を１０ｍｍ遠ざけた場合のエ
ネルギー強度分布を表しており、光学系と被照射面との
焦点距離を変化させることにより、光学系の設定条件を
変更することなく、エネルギー強度とその分布曲線の形
状を変化させられることを示している。
【００２９】図３は、第１のレーザー光として２００ｍ
Ｊ／ｃｍ2のレーザー光をシリコン膜に照射した後、第
２のレーザー光をシリコン膜に照射した場合、第２のレ
ーザー光のエネルギー密度と得られる薄膜トランジスタ
の電界効果移動度との関係を表しており、第２のレーザ
ー光としてエネルギー密度の高いレーザー光を照射し、
電界効果移動度の高い薄膜トランジスタを製造しても、
半導体基板内の電界効果移動度のばらつきが小さくなる
ことを示している。
Ｊ／ｃｍ2のレーザー光をシリコン膜に照射した後、第
２のレーザー光をシリコン膜に照射した場合、第２のレ
ーザー光のエネルギー密度と得られる薄膜トランジスタ
の電界効果移動度との関係を表しており、第２のレーザ
ー光としてエネルギー密度の高いレーザー光を照射し、
電界効果移動度の高い薄膜トランジスタを製造しても、
半導体基板内の電界効果移動度のばらつきが小さくなる
ことを示している。
【００３０】まず、図１（ａ）に示すように、石英また
はガラス等からなる絶縁性基板１の表面を洗浄した後、
二酸化シリコンからなるベースコート膜２をスパッタリ
ング装置を用いて厚さ３００ｎｍ程度堆積させる。
はガラス等からなる絶縁性基板１の表面を洗浄した後、
二酸化シリコンからなるベースコート膜２をスパッタリ
ング装置を用いて厚さ３００ｎｍ程度堆積させる。
【００３１】このベースコート膜２の膜厚は、絶縁性基
板１の表面状態によって異なり、十分に平坦かつナトリ
ウムイオン等の半導体特性に悪影響を与えるイオン濃度
が十分に低ければ省略することができ、逆に傷があった
り凹凸が激しければ３００ｎｍよりも厚く堆積させる必
要がある。
板１の表面状態によって異なり、十分に平坦かつナトリ
ウムイオン等の半導体特性に悪影響を与えるイオン濃度
が十分に低ければ省略することができ、逆に傷があった
り凹凸が激しければ３００ｎｍよりも厚く堆積させる必
要がある。
【００３２】次に、図１（ｂ）に示すように、ベースコ
ート膜２上に化学的気相成長法（ＣＶＤ法）またはスパ
ッタリング法を用いて、非晶質シリコン膜３を５０ｎｍ
程度の厚さに堆積させ、第１のレーザー光４として、エ
キシマ（ＸｅＣｌ）レーザーを用いて発振波長３０８ｎ
ｍ、発振時間（パルス幅）約５０ｎｍ、発振周波数３０
０Ｈｚの設定条件で、絶縁性基板１を最適な焦点位置か
ら５ｍｍ遠ざけた位置に設置して照射し、非晶質シリコ
ン膜３を変成する。
ート膜２上に化学的気相成長法（ＣＶＤ法）またはスパ
ッタリング法を用いて、非晶質シリコン膜３を５０ｎｍ
程度の厚さに堆積させ、第１のレーザー光４として、エ
キシマ（ＸｅＣｌ）レーザーを用いて発振波長３０８ｎ
ｍ、発振時間（パルス幅）約５０ｎｍ、発振周波数３０
０Ｈｚの設定条件で、絶縁性基板１を最適な焦点位置か
ら５ｍｍ遠ざけた位置に設置して照射し、非晶質シリコ
ン膜３を変成する。
【００３３】このとき、絶縁性基板１面での第１のレー
ザー光４のエネルギー密度は２００ｍＪ／ｃｍ2、レー
ザー光の幅は約２ｍｍ、エネルギー強度分布は図２に示
すＢのようになだらかな曲線を有している。
ザー光４のエネルギー密度は２００ｍＪ／ｃｍ2、レー
ザー光の幅は約２ｍｍ、エネルギー強度分布は図２に示
すＢのようになだらかな曲線を有している。
【００３４】次に、図１（ｃ）に示すように、第１のレ
ーザー光４によって変成されたシリコン膜５に、第２の
レーザー光６として、エキシマ（ＸｅＣｌ）レーザーを
用いて発振波長３０８ｎｍ、発振時間（パルス幅）約５
０ｎｍ、発振周波数３００Ｈｚの設定条件で、絶縁性基
板１を最適な焦点位置に設置して照射し、第１のレーザ
ー光４によって変成されたシリコン膜５を熔融結晶化し
て多結晶シリコン膜７を得る。
ーザー光４によって変成されたシリコン膜５に、第２の
レーザー光６として、エキシマ（ＸｅＣｌ）レーザーを
用いて発振波長３０８ｎｍ、発振時間（パルス幅）約５
０ｎｍ、発振周波数３００Ｈｚの設定条件で、絶縁性基
板１を最適な焦点位置に設置して照射し、第１のレーザ
ー光４によって変成されたシリコン膜５を熔融結晶化し
て多結晶シリコン膜７を得る。
【００３５】このとき、絶縁性基板１面での第２のレー
ザー光６のエネルギー密度は２８５ｍＪ／ｃｍ2、レー
ザー光の幅は約２ｍｍ、エネルギー強度分布は図２に示
すＡのように急峻な曲線を有している。尚、第２のレー
ザー光６の幅は、第１のレーザー光４の幅よりも若干細
くなっている。
ザー光６のエネルギー密度は２８５ｍＪ／ｃｍ2、レー
ザー光の幅は約２ｍｍ、エネルギー強度分布は図２に示
すＡのように急峻な曲線を有している。尚、第２のレー
ザー光６の幅は、第１のレーザー光４の幅よりも若干細
くなっている。
【００３６】本実施の形態における第１のレーザー光４
の発振波長は３０８ｎｍ、発振時間（パルス幅）は約５
０ｎｍ、発振周波数は３００Ｈｚ、照射エネルギー密度
は２００ｍＪ／ｃｍ2とし、第２のレーザー光６の発振
波長は３０８ｎｍ、発振時間（パルス幅）は約５０ｎ
ｍ、発振周波数は３００Ｈｚ、照射エネルギー密度は２
８５ｍＪ／ｃｍ2としたが、シリコン膜の状態（膜質、
膜厚、構造）によって条件は異なる。
の発振波長は３０８ｎｍ、発振時間（パルス幅）は約５
０ｎｍ、発振周波数は３００Ｈｚ、照射エネルギー密度
は２００ｍＪ／ｃｍ2とし、第２のレーザー光６の発振
波長は３０８ｎｍ、発振時間（パルス幅）は約５０ｎ
ｍ、発振周波数は３００Ｈｚ、照射エネルギー密度は２
８５ｍＪ／ｃｍ2としたが、シリコン膜の状態（膜質、
膜厚、構造）によって条件は異なる。
【００３７】ここで、得られた多結晶シリコン膜７をラ
マン測定によって評価すれば、５１０〜５２０ｃｍ-1付
近にピークが現れ、結晶化されていることを確認でき
る。
マン測定によって評価すれば、５１０〜５２０ｃｍ-1付
近にピークが現れ、結晶化されていることを確認でき
る。
【００３８】次に、図１（ｄ）に示すように、エッチン
グ処理にて多結晶シリコン膜７を島状にパターニング
し、薄膜トランジスタを形成する領域以外の多結晶シリ
コン膜７を除去する。
グ処理にて多結晶シリコン膜７を島状にパターニング
し、薄膜トランジスタを形成する領域以外の多結晶シリ
コン膜７を除去する。
【００３９】次に、図１（ｅ）に示すように、多結晶シ
リコン膜７上にスパッタリング法によってゲート絶縁膜
８を堆積させ、ゲート電極９を形成して不純物注入を行
う。さらに、二酸化シリコンからなる絶縁膜１０を形成
し、エッチングによって開口部を設け、ソース電極１１
及びドレイン電極１２を形成し、薄膜トランジスタを得
る。
リコン膜７上にスパッタリング法によってゲート絶縁膜
８を堆積させ、ゲート電極９を形成して不純物注入を行
う。さらに、二酸化シリコンからなる絶縁膜１０を形成
し、エッチングによって開口部を設け、ソース電極１１
及びドレイン電極１２を形成し、薄膜トランジスタを得
る。
【００４０】このようにして得られる薄膜トランジスタ
は、図３に示すように、電界効果移動度が高くても、電
界効果移動度の半導体基板内でのばらつきの小さい薄膜
トランジスタである。
は、図３に示すように、電界効果移動度が高くても、電
界効果移動度の半導体基板内でのばらつきの小さい薄膜
トランジスタである。
【００４１】
【発明の効果】以上の説明のように、本発明の薄膜トラ
ンジスタの製造方法によれば、少なくとも２種類の異な
るエネルギー強度分布を有するレーザー光によって非晶
質シリコン膜をアニールし、多結晶シリコン膜とするこ
とにより、良好な結晶性を有し、電界効果移動度が高
く、かつ電界効果移動度の半導体基板内でのばらつきの
小さい薄膜トランジスタを得ることができ、高速応答の
薄膜トランジスタを得ることができる。
ンジスタの製造方法によれば、少なくとも２種類の異な
るエネルギー強度分布を有するレーザー光によって非晶
質シリコン膜をアニールし、多結晶シリコン膜とするこ
とにより、良好な結晶性を有し、電界効果移動度が高
く、かつ電界効果移動度の半導体基板内でのばらつきの
小さい薄膜トランジスタを得ることができ、高速応答の
薄膜トランジスタを得ることができる。
【００４２】さらに、エネルギー強度分布は、第１のレ
ーザー光がなだらかな曲線を有し、第２のレーザー光が
急峻な曲線を有することにより、さらに良好な結晶性を
有し、電界効果移動度が高く、かつ電界効果移動度の半
導体基板内でのばらつきの小さい薄膜トランジスタを得
ることができ、高速応答の薄膜トランジスタを得ること
ができる。
ーザー光がなだらかな曲線を有し、第２のレーザー光が
急峻な曲線を有することにより、さらに良好な結晶性を
有し、電界効果移動度が高く、かつ電界効果移動度の半
導体基板内でのばらつきの小さい薄膜トランジスタを得
ることができ、高速応答の薄膜トランジスタを得ること
ができる。
【００４３】また、光学系と絶縁性基板との距離を変化
させることによって第１のレーザー光と第２のレーザー
光とを得ることにより、パルスエネルギーまたは発振周
波数等の光学系の設定条件を変更することなくエネルギ
ー強度分布を異ならせることができるため、再現性よ
く、安定したレーザー光をシリコン膜に照射することが
でき、半導体基板間で特性のばらつきの小さい薄膜トラ
ンジスタを得ることができる。
させることによって第１のレーザー光と第２のレーザー
光とを得ることにより、パルスエネルギーまたは発振周
波数等の光学系の設定条件を変更することなくエネルギ
ー強度分布を異ならせることができるため、再現性よ
く、安定したレーザー光をシリコン膜に照射することが
でき、半導体基板間で特性のばらつきの小さい薄膜トラ
ンジスタを得ることができる。
【００４４】また、第１のレーザー光は、非晶質シリコ
ン膜を結晶化できる閾値エネルギー密度であり、第２の
レーザー光は、第１のレーザー光によって変成されたシ
リコン膜を十分に熔融結晶化できるエネルギー密度であ
ることにより、より一層良好な結晶性を有し、電界効果
移動度が高く、かつ電界効果移動度の半導体基板内での
ばらつきの小さい薄膜トランジスタを得ることができ、
高速応答の薄膜トランジスタを得ることができる。
ン膜を結晶化できる閾値エネルギー密度であり、第２の
レーザー光は、第１のレーザー光によって変成されたシ
リコン膜を十分に熔融結晶化できるエネルギー密度であ
ることにより、より一層良好な結晶性を有し、電界効果
移動度が高く、かつ電界効果移動度の半導体基板内での
ばらつきの小さい薄膜トランジスタを得ることができ、
高速応答の薄膜トランジスタを得ることができる。
【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明に係わる薄膜トランジ
スタの製造工程を示す工程図である。
スタの製造工程を示す工程図である。
【図２】光学系とレーザー光の被照射面との焦点距離を
変化させた場合のエネルギー強度分布を示す説明図であ
る。
変化させた場合のエネルギー強度分布を示す説明図であ
る。
【図３】本発明に係わる薄膜トランジスタの電界効果移
動度と照射エネルギー密度との関係を示す説明図であ
る。
動度と照射エネルギー密度との関係を示す説明図であ
る。
【図４】従来の薄膜トランジスタの電界効果移動度と照
射エネルギー密度との関係を示す説明図である。
射エネルギー密度との関係を示す説明図である。
１ 絶縁性基板 ２ ベースコート膜 ３ 非晶質シリコン膜 ４ 第１のレーザー光 ５ 変成されたシリコン膜 ６ 第２のレーザー光 ７ 多結晶シリコン膜 ８ ゲート絶縁膜 ９ ゲート電極 １０ 絶縁膜 １１ ソース電極 １２ ドレイン電極
Claims (4)
- 【請求項１】 絶縁性基板上に堆積された非晶質半導体
膜に、少なくとも２回のレーザー光照射を行うことによ
り、前記非晶質半導体膜を多結晶半導体膜とする薄膜ト
ランジスタの製造方法において、前記レーザー光は、少
なくとも２種類の異なるエネルギー強度分布を有するこ
とを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項２】 前記エネルギー強度分布は、第１のレー
ザー光がなだらかな曲線を有し、第２のレーザー光が急
峻な曲線を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜
トランジスタの製造方法。 - 【請求項３】 光学系と前記絶縁性基板との距離を変化
させることにより、前記第１のレーザー光と前記第２の
レーザー光とを得ることを特徴とする請求項２記載の薄
膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項４】 前記第１のレーザー光は、前記非晶質半
導体膜を結晶化できる閾値エネルギー密度であり、前記
第２のレーザー光は、前記第１のレーザー光によって変
成された半導体膜を十分に熔融結晶化できるエネルギー
密度であることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載
の薄膜トランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10724096A JPH09293872A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10724096A JPH09293872A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09293872A true JPH09293872A (ja) | 1997-11-11 |
Family
ID=14454040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10724096A Pending JPH09293872A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09293872A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002164283A (ja) * | 2000-09-18 | 2002-06-07 | Toshiba Corp | 多結晶半導体膜の形成方法 |
| JP2004250786A (ja) * | 2003-01-28 | 2004-09-09 | Iwakura Yosetsu Kogyosho:Kk | レーザによるカラーマーキング方法 |
| US7063999B2 (en) * | 2000-05-10 | 2006-06-20 | Nec Corporation | Thin film processing method and thin film processing apparatus including controlling the cooling rate to control the crystal sizes |
| CN1332418C (zh) * | 2001-06-01 | 2007-08-15 | 株式会社半导体能源研究所 | 制造半导体器件的方法 |
| US20090291516A1 (en) * | 2001-08-22 | 2009-11-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Peeling Method and Method of Manufacturing Semiconductor Device |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP10724096A patent/JPH09293872A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7063999B2 (en) * | 2000-05-10 | 2006-06-20 | Nec Corporation | Thin film processing method and thin film processing apparatus including controlling the cooling rate to control the crystal sizes |
| US7396712B2 (en) | 2000-05-10 | 2008-07-08 | Nec Corporation | Thin film processing method and thin processing apparatus |
| JP2002164283A (ja) * | 2000-09-18 | 2002-06-07 | Toshiba Corp | 多結晶半導体膜の形成方法 |
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| US8338198B2 (en) * | 2001-08-22 | 2012-12-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of peeling thin film device and method of manufacturing semiconductor device using peeled thin film device |
| US9281403B2 (en) | 2001-08-22 | 2016-03-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Peeling method and method of manufacturing semiconductor device |
| US9755148B2 (en) | 2001-08-22 | 2017-09-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Peeling method and method of manufacturing semiconductor device |
| US9842994B2 (en) | 2001-08-22 | 2017-12-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Peeling method and method of manufacturing semiconductor device |
| US10529748B2 (en) | 2001-08-22 | 2020-01-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Peeling method and method of manufacturing semiconductor device |
| US11296131B2 (en) | 2001-08-22 | 2022-04-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Peeling method and method of manufacturing semiconductor device |
| JP2004250786A (ja) * | 2003-01-28 | 2004-09-09 | Iwakura Yosetsu Kogyosho:Kk | レーザによるカラーマーキング方法 |
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