JPH09321310A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH09321310A
JPH09321310A JP13920696A JP13920696A JPH09321310A JP H09321310 A JPH09321310 A JP H09321310A JP 13920696 A JP13920696 A JP 13920696A JP 13920696 A JP13920696 A JP 13920696A JP H09321310 A JPH09321310 A JP H09321310A
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region
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line
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drain
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Kiyoshi Yoneda
清 米田
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y10S117/904Laser beam

Abstract

(57)【要約】 【課題】 p−SiTFTLCDのp−Siを形成する
レーザーアニールにおいて、照射領域の強度の不均一に
起因したトランジスタ特性の悪化を防止する。 【解決手段】 エッジラインが被処理基板の垂直あるい
は水平方向に対して45°の方向S1,S2になるようにラ
インビームを照射することで、ラインビームの強度のば
らつきによりグレイサイズが十分に大きくならなかった
線状の結晶化不良領域R'がソース・ドレインS,Dを結ぶ
キャリア移動経路を45°の角度で通過することにな
る。結晶化不良領域R'がソース・ドレインのコンタクト
CT間を完全に分断することがなくなり、結晶化不良領域
R'を通過すること無くコンタクトCT間を結ぶ電荷移動経
路CPが確保され、ON電流の減少が防がれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、特
に、液晶表示装置(LCD:liquid crystaldisplay)
であって、薄膜トランジスタ(TFT:thin film tran
sistor)を表示部及び周辺部に形成した周辺駆動回路一
体型LCDの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、LCDは、小型、薄型、低消費電
力などの利点から、OA機器、AV機器等の分野で実用
化が進められており、特に、各画素に画像情報の書き換
えタイミングを制御するスイッチング素子として、TF
Tを配置したアクティブマトリクス型は、大画面、高精
細の動画表示が可能となるため、各種テレビジョン、パ
ーソナルコンピュータなどのディスプレイに用いられて
いる。
【0003】TFTは、絶縁性の基板上に金属層ととも
に半導体層を所定形状に形成することにより得られる電
界効果型トランジスタ(FET:field effect transis
tor)である。アクティブマトリクス型LCDにおいて
は、TFTは、液晶を挟んだ一対の基板間に形成され
た、液晶を駆動するため各キャパシタンスの一方の電極
に接続されている。
【0004】特に、半導体層として、それまで多用され
てきた非晶質シリコン(a−Si)に代わって、多結晶
シリコン(p−Si)を用いたLCDが開発され、p−
Siの結晶粒の形成あるいは成長のためにレーザー光を
用いたアニールが用いられている。一般に、p−Siは
a−Siに比べて移動度が高く、TFTが小型化され、
高開口率及び高精細化が実現される。また、ゲートセル
フアライン構造による微細化、寄生容量の縮小による高
速化が達成されるため、n−chTFTとp−chTF
Tの電気的相補結線構造即ちCMOSを形成することに
より、高速駆動回路を構成することができる。このた
め、駆動回路部を同一基板上に表示画素部と一体形成す
ることにより、製造コストの削減、LCDモジュールの
小型化が実現される。
【0005】絶縁性基板上へのp−Siの成膜方法とし
ては、低温で生成したa−Siをアニールすることによ
る再結晶化、あるいは、高温状態での固相成長法等があ
るが、いずれの場合も、900℃以上の高温での処理で
あった。このため、耐熱性の点で、絶縁性基板として安
価な無アルカリガラス基板を使うことができず、高価な
石英ガラス基板が必要となり、コストがかかっていた。
これに対し、レーザーアニールを用いて、600℃以下
の比較的低温でのシリコン多結晶化処理を行うことで、
絶縁性基板として無アルカリガラス基板を用いることを
可能とする方法が開発されている。このような、TFT
基板製造の全工程において処理温度を600℃以下にし
たプロセスは、低温プロセスと呼ばれ、低コストのLC
Dの量産には必須のプロセスである。
【0006】図4は、このようなレーザーアニールを行
うためのレーザー光照射装置の構成を示す概念図であ
る。図中、(51)はレーザー発振源、(52,61)
はミラー、(53,54,55,56)はシリンドリカ
ルレンズ、(57,58,59,62,63)は集光レ
ンズ、(60)はライン幅方向のスリット、(64)は
表面にa−Siが形成された被処理基板(70)を支持
するステージである。また、(65)は、ライン長方向
のスリットで、ステージ(64)に近接して設置されて
いる。
【0007】レーザー光は、例えば、エキシマレーザー
であり、レーザー発振源(51)から照射されたレーザ
ー光は、シリンドリカルレンズ(53,55)及び(5
4,56)からなる2組のコンデンサーレンズにより、
各々上下左右方向に対して強度の出力分布がフラットな
平行光に変形される。この平行光は、図5に示すよう
に、レンズ(58,59,62,63)により一方向に
収束されるとともに、図6に示すように、レンズ(5
7)により他の一方向に引き延ばされて帯形のライン状
にされ、被処理基板(70)に照射される。また、スリ
ット(60,65)は、各々ライン幅及びライン長方向
のエッジ部を規定して被照射領域の形状を明瞭にし、有
効照射領域の強度を一定にしている。被処理基板(7
0)を載置したステージ(64)は、(X,Y)方向に
可動で、照射ラインビームが、そのライン幅方向に走査
され、大面積処理による高スループットでのレーザーア
ニールが実現される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図7は、図4の装置に
より実現されるエキシマレーザーアニール(ELA)に
おいて、被処理基板(70)と、エキシマレーザーの照
射及び走査方向の関係を示す平面図である。被処理基板
(1)は、普通の無アルカリガラス基板であり、その表
面には、a−Siが形成されている。基板(1)は、表
示画素がマトリクス状に配置形成される画素部(2)
と、画素部(2)周辺に配置形成されるゲートドライバ
ー(3)及びドレインドライバー(4)からなるLCD
を構成するアクティブマトリクス基板(5)を6枚含ん
だマザーガラス基板である。画素部(2)では、液晶を
駆動する画素キャパシタの一方の電極である表示電極が
マトリクス状に配置形成され、これらに各々TFTが接
続形成されることになる。ゲートドライバー(3)は主
にシフトレジスタからなり、ドレインドライバー(4)
は、主に、シフトレジスタ及びサンプル・ホールド回路
からなっている。これらドライバー(3,4)は、CM
OS等のTFTアレイにより形成されている。
【0009】この基板(1)に対して、a−Siを多結
晶化してp−Siとするために、ELAが施される。E
LAは図4に示される光学系により実現されるラインビ
ームの照射及びその走査であり、その被照射領域のエッ
ジラインを図7の破線Cで示すような、各レーザーパル
スを所定量ずらしていくことにより走査が行われる。と
ころが、このELAにより形成されたp−Si膜には、
グレインサイズが十分に大きくならない等、結晶性の悪
い線状領域が、ライン長方向に生じる問題がある。この
時、基板(1)上に形成されているTFTは、そのチャ
ンネル長方向及びチャンネル幅方向は、基板(1)の垂
直方向(V)あるいは水平方向(H)のいずれかに一致
している。
【0010】基板(1)上に形成されたTFTは、図8
に示すように、島状に形成されてなるp−Si(11)
のチャンネル領域(CH)上に、ゲート絶縁膜を挟んで
ゲート電極(13)が配されてなっている。チャンネル
領域(CH)の両側は、p−Si中に不純物が低濃度及
び高濃度にドーピングされたLD領域(LD)、更にそ
の外側はソース及びドレイン領域(S,D)となってい
る。前述のライン長方向に線状に延びる結晶化不良領域
は、TFTの島状に形成されたとき、チャンネル長方向
(L)またはチャンネル幅方向(W)に位置することに
なる。特に、このような結晶化不良領域がチャンネル幅
方向(W)に位置した場合、図8のRに示すように、ソ
ース・ドレイン(S,D)間を結ぶキャリアの移動経路
を完全に縦断する如くに残る確率が高くなる。結晶化不
良領域(R)は高抵抗であるため、このように、ソース
・ドレイン(S,D)間に存在していると、ON電流を
低下させ、画素部においてはコントラスト比の低下、駆
動回路部においては誤動作等の問題を招く。
【0011】図9に、このようなラインビームの、位置
に対する照射光強度分布を示す。スリット(60)によ
り、ライン幅aが規定され、概ね鋭いエッジを有したフ
ラットな性質となってはいるが、図のA及びBで示しす
ような、強度が極端に上がったり、下がったりした部分
があり、フラットな形状から大きく外れた部分が生じて
いる。Bは、スリット(60)のエッジ部で、波長の短
いレーザー光が回析することに起因していると考えられ
る。また、Aは、主に、光学系を構成するレンズ(5
3,54,55,56,58,59,62,63)に付
着した異物等により、遮光、回析、干渉等が起こって、
光強度のムラが生じ、これが更にライン幅方向に集光さ
れるとともに、ライン長方向に引き延ばされて生じたも
のであると推測される。このように、光のムラを生じさ
せる異物は、例えば、クリーンルーム内に僅かに存在し
ても、光学特性へ影響を及ぼし、強度分布のフラットな
性質を損なう原因となる。
【0012】図10に、a−SiをELAにより結晶化
してp−Siにする時の、レーザーエネルギーとグレイ
ンサイズとの関係を示している。図より、最適なエネル
ギーEoを頂点として、これよりもエネルギーが小さく
ても、また、大きくてもグレインサイズが小さくなるこ
とが分かる。少なくともグレインサイズをr以上にした
い場合、エネルギーは、EdからEuの間の範囲内になけ
ればならない。エネルギーEoの時、図9において、光
強度はIo、また、エネルギーEd及びEuの時の光強度
は、各々Id及びIuとなる。従って、AあるいはBで示
されるような、各々光強度がIuよりも高い部分、ある
いは、Idよりも低い部分では、グレインサイズは十分
に大きくならず、予定の値rが得られない。
【0013】例えば、図4に示すレーザー光照射装置に
おいて、ライン幅が5〜10mm、ライン長が80〜1
50mmのラインビームが得られ、このラインビーム
を、被処理基板(70)上で、ライン幅方向への走査を
複数回行うことにより、全体に満遍なくレーザー光が照
射され、大面積を処理することができるが、同時に、図
9のAあるいはBに当たる領域は、ライン長方向に沿っ
て線状に延びる結晶化不良領域となり、基板(1)上に
縞状に生じることになる。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するために成され、基板上に形成された多結晶半導体膜
の島状層と、前記多結晶半導体膜の島状層中のチャンネ
ル領域に絶縁膜を介して重畳配置されたゲート電極と、
前記多結晶半導体膜の島状層中のチャンネル領域を挟む
ように位置するソース領域及びドレイン領域に各々接続
されたソース電極及びドレイン電極を有し、前記多結晶
半導体膜は、基板上に形成された非晶質半導体膜にレー
ザービームを照射することにより多結晶化して得られる
半導体装置の製造方法において、前記レーザービーム
は、被照射領域のエッジラインが、前記チャンネル領域
のチャンネル長方向あるいはチャンネル幅方向のいずれ
とも、非直角をなすように照射される構成である。
【0015】これにより、照射レーザービームの強度の
不均一により、結晶化が十分に成されない線状領域が、
電荷移動経路を縦断することが無くなり、高抵抗の介在
によるON電流の減少が防がれる。前記レーザービーム
は、発振源から照射されたレーザー光を複数のレンズの
組み合わせからなる光学系により被照射領域を帯形のラ
イン状に整形して、目標物へ照射するラインビームであ
る構成である。
【0016】ラインビームの走査により実現された高ス
ループットのレーザーアニールにおいて、ラインビーム
の強度分布の不均一な部分による生じる線状の結晶化不
良領域が、チャンネル領域を縦断する如くに位置するこ
とが無くなるので、電荷移動経路に高抵抗が介在される
ことが無く、当該半導体素子のON電流が減少すること
が防がれる。
【0017】前記ラインビームのライン長方向は、前記
チャンネル長方向あるいはチャンネル幅方向と45°の
角度を成す構成である。これにより、ラインビーム強度
の不均一により生成される線状の結晶化不良領域が、電
荷移動経路に対して、常に45°の角度で位置すること
になり、島状の多結晶半導体層を縦断することが無くな
り、結晶化不良領域が電荷移動経路を完全に分断して抵
抗が増大するといったことが防がれる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態であ
る、ELAにおける被処理基板と、ラインビームの照射
及び走査方向の関係を示す平面図である。被処理基板
(1)は、普通の無アルカリガラス基板であり、その表
面には、a−Siが形成されている。基板(1)は、表
示画素がマトリクス状に配置形成される画素部(2)
と、画素部(2)周辺に配置形成されるゲートドライバ
ー(3)及びドレインドライバー(4)からなるLCD
を構成するアクティブマトリクス基板(5)を6枚含ん
だマザーガラス基板である。画素部(2)では、液晶を
駆動する画素キャパシタの一方の電極である表示電極が
マトリクス状に配置され、これらに各々TFTが接続形
成されることになる。ゲートドライバー(3)は主にシ
フトレジスタからなり、ドレインドライバー(4)は、
主に、シフトレジスタ及びサンプル・ホールド回路から
なっている。これらドライバーは、CMOS等のTFT
のアレイにより形成されている。
【0019】この基板(1)に対して、a−Siを多結
晶化してp−SiとするためにELAが施される。EL
Aは図4に示される光学系により実現されるラインビー
ムの照射及びその走査である。被照射領域はそのエッジ
ラインを破線C’で示す如く基板の垂直方向(V)ある
いは水平方向(H)のいずれとも45°の角度を成す方
向(S1)あるいはこれに直角な(S2)に延びる帯形
のライン状である。このラインビームは各照射パルスを
所定量のオーバーラップをもってずらしていくことで矢
印で示す方向に走査される。
【0020】これら方向(S1,S2)に沿ってライン
ビームを照射した時、図9に示された光強度の大きく変
化した部分(A,B)が通過して、グレインサイズが十
分に大きくならなかった結晶化不良領域(R’)は、基
板(1)上の斜め45°の方向に生じることになる。一
方、基板(1)上に形成される各TFTは、図2に示さ
れるように、島状に形成されたp−Si(11)中に、
ノンドープのチャンネル領域(CH)、ライトドープの
LD領域(LD)及びヘビードープのソース・ドレイン
領域(S,D)が形成され、チャンネル領域(CH)上
には、ゲート絶縁膜を挟んで、ゲート電極(13)が配
されている。
【0021】また、図3はTFTが完成された時の断面
図である。被処理基板である無アルカリガラスの基板
(10)上に、p−Si(11)が島状に形成され、ノ
ンドープのチャンネル領域(CH)、チャンネル領域
(CH)の両側にはLD領域(LD)、更にその外側に
はソース及びドレイン領域(S,D)が形成されてい
る。p−Si(11)上には、ゲート絶縁膜(12)が
被覆され、チャンネル領域(CH)に対応する領域に
は、ドープトp−Si(13p)及びタングステンシリ
サイド(13s)等からなるゲート電極(13)が形成
されている。このゲート電極(13)上には、CMOS
構造における他方の導電形のイオン注入時のカウンター
ドープを防ぐための注入ストッパー(14)、ゲート電
極(13)側壁には、p−Si(11)に注入された不
純物がアニールにより横方向へ拡散した時、ゲート電極
(13)のエッジを越えてLD領域(LD)が拡大しな
いように、あらかじめマージンを設けるためのサイドウ
ォール(15)が形成されている。これらを覆う全面に
は、第1の層間絶縁膜(16)が形成され、第1の層間
絶縁膜(16)上には、低抵抗メタルからなるドレイン
電極(17)及びソース電極(18)が形成され、各々
ゲート絶縁膜(12)及び層間絶縁膜(16)中に形成
されたコンタクトホール(CT)を介して、ドレイン領
域(D)及びソース領域(S)に接続されている。更
に、これらを覆う全面には、平坦化作用のある第2の層
間絶縁膜(19)が形成されている。画素部では、第2
の層間絶縁膜(19)上には、液晶駆動用の表示電極が
形成され、ソース電極(18)上に開口されたコンタク
トホールを介してソース電極(18)に接続される。ド
レイン及びソース領域(S,D)と、ドレイン電極(1
7)及びソース電極(18)とのコンタクトは図2にお
いて点線で囲まれたコンタクトホール(CT)で行われ
ている。
【0022】このようなTFTは、基板(1,5)にお
いて、そのチャンネル長(L)方向あるいはチャンネル
幅(W)方向が垂直方向(V)あるいは平行方向(H)
になるように形成されている。従って、図1に示す如
く、ラインビームの被照射領域のエッジライン(C’)
方向(S1,S2)を設定することで、図2において、
被照射領域のエッジラインあるいはこれにライン長方向
に延びる結晶化不良領域(R’)は、TFTのチャンネ
ル長(L)方向あるいはチャンネル幅(W)方向に対し
て、いずれも45°の角度を成して位置することにな
る。このため、ラインビームの強度が大きく変化して生
じる結晶化不良領域(R’)は、チャンネル領域(C
H)及びLD領域(LD)を挟んだソース・ドレイン領
域(S,D)を結ぶキャリア移動経路を45°の角度を
もって斜めに通過することになる。これにより、従来
の、図8に示されるような、結晶化不良領域(R)がキ
ャリア移動経路を完全に縦断するように生じることが無
くなくなり、図2に示すように結晶化不良領域(R’)
は、TFTのチャンネル長(L)方向あるいはチャンネ
ル幅(W)方向に対して、いずれも45°の角度で斜め
に位置することなる。このため、結晶化不良領域
(R’)が、チャンネル領域(CH)及びLD領域(L
D)を挟んだソース・ドレイン領域(S,D)間を結ぶ
キャリア移動経路を完全に分断することが無くなる。例
えば、図8において、ソース領域(S)あるいはLD領
域(LD)において、ソース及びドレイン(S,D)の
コンタクト部(CT)間を完全に分断していた結晶化不
良領域(R)は、一部、図2に示すようにコンタクト部
(CT)に侵入する。このため、高抵抗の結晶化不良領
域(R’)を通過しないソース・ドレイン間キャリア移
動経路(CP)が確保されるので、ON電流の減少が抑
えられる。
【0023】特に、周辺駆動回路においては、チャンネ
ル長5〜10μmに対して、チャンネル幅が100〜5
00μmで十分に大きいため、エッジライン(C)の方
向を、チャンネル長(L)(チャンネル幅(W))方向
に対して45°の角度に設定することで、結晶化不良領
域(R’)は、必ず、ドレイン及びソースのコンタクト
領域(CT)をわたることになるため、高抵抗の結晶化
不良領域(R’)を通過せずにソース及びドレイン
(S,D)のコンタクトホール(CT)間を結ぶキャリ
ア移動経路(CP)が確保されるので、ON電流の減少
が防がれる。
【0024】
【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明
で、絶縁性基板上に形成された非晶質半導体層をレーザ
ーアニールにより再結晶化して得られる多結晶半導体層
を用いた半導体装置の製造方法において、レーザー光の
被照射領域のエッジラインが被処理基板の垂直方向ある
いは水平方向に対して、非直角、特に45°になるよう
にしたことにより、エッジラインに平行に生じる線状の
結晶化不良領域が、半導体素子に用いられる島状領域の
チャンネル長あるいはチャンネル幅方向に対して、斜め
方向をもって位置するようになる。このため、ソース・
ドレイン間を結ぶ電荷移動経路のうち、結晶化不良領域
を通過しない経路が確保され、この経路が高抵抗を介在
せずにソース・ドレイン間を結ぶために、ソース・ドレ
イン間に抵抗の増大が抑えられ、画素部におけるコント
ラスト比の低下や周辺駆動回路部における誤動作等の問
題が防がれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかる被処理基板とライン
ビームの被照射領域との位置関係を示す平面図である。
【図2】本発明の実施形態にかかるTFTチャンネル領
域と結晶化不良領域との位置関係を示す平面図である。
【図3】TFTの断面図である。
【図4】レーザー光照射装置の構成図である。
【図5】レーザー光照射装置の光学系の構成図である。
【図6】レーザー光照射装置の光学系の構成図である。
【図7】従来の被処理基板とラインビームの被照射領域
との位置関係を示す平面図である。
【図8】TFTの平面図である。
【図9】照射レーザー光の強度分布図である。
【図10】レーザーエネルギーとグレインサイズの関係
図である。
【符号の説明】
1 被処理基板 2 画素部 3 ゲートドライバー 4 ドレインドライバー 5 アクティブマトリクス基板 10 基板 11 p−Si 12 ゲート絶縁膜 13 ゲート電極 17 ドレイン電極 18 ソース電極 CH チャンネル領域 D ドレイン領域 S ソース領域 CT コンタクト部 C ラインビームのエッジライン R 結晶化不良領域

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成された多結晶半導体膜の状
    島層と、前記多結晶半導体膜の島状層中のチャンネル領
    域に絶縁膜を介して重畳配置されたゲート電極と、前記
    多結晶半導体膜の島状層中のチャンネル領域を挟むよう
    に位置するソース領域及びドレイン領域に各々接続され
    たソース電極及びドレイン電極を有し、前記多結晶半導
    体膜は、基板上に形成された非晶質半導体膜にレーザー
    ビームを照射することにより多結晶化して得られる半導
    体装置の製造方法において、 前記レーザービームは、被照射領域のエッジラインが、
    前記チャンネル領域のチャンネル長方向あるいはチャン
    ネル幅方向のいずれとも、非直角をなすように照射され
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記レーザービームは、発振源から照射
    されたレーザー光を複数のレンズの組み合わせからなる
    光学系により被照射領域を帯形のライン状に整形して、
    目標物へ照射するラインビームであることを特徴とする
    請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記ラインビームのライン長方向は、前
    記チャンネル長方向あるいはチャンネル幅方向と45°
    の角度を成すことを特徴とする請求項2記載の半導体装
    置の製造方法。
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