JPH098316A - Fabrication of thin film semiconductor device - Google Patents
Fabrication of thin film semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JPH098316A JPH098316A JP17420695A JP17420695A JPH098316A JP H098316 A JPH098316 A JP H098316A JP 17420695 A JP17420695 A JP 17420695A JP 17420695 A JP17420695 A JP 17420695A JP H098316 A JPH098316 A JP H098316A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- insulating substrate
- laser light
- chamber
- laser annealing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
【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、半導体薄膜にレーザ光を照
射して加熱処理を行なうレーザアニール方法に関する。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, the present invention relates to a laser annealing method in which a semiconductor thin film is irradiated with laser light to perform heat treatment.
【０００２】[0002]
【従来の技術】薄膜半導体装置は絶縁基板に半導体薄膜
を形成した後、この半導体薄膜を活性層として薄膜トラ
ンジスタを集積形成している。絶縁基板として比較的安
価な低融点ガラスを使用可能とする為、従来から薄膜ト
ランジスタの低温プロセスが開発されている。その一環
として、半導体薄膜にレーザ光を照射して加熱処理を行
なうレーザアニールが注目を集めている。このレーザア
ニールは半導体薄膜にレーザ光を照射して局部的に加熱
し、一旦溶融化した後、冷却過程で結晶化を生じさせ、
もって半導体薄膜の電気特性を改善している。あるい
は、半導体薄膜にドーピングされた不純物の活性化の為
にもレーザアニールが使われる。従来、このレーザアニ
ールは真空中で行なっていた。大気中で行なうと、レー
ザアニールで活性化もしくは溶融した半導体材料が大気
によって酸化し、それが欠陥となり半導体薄膜の電気特
性を不安定化すると考えられていた。2. Description of the Related Art In a thin film semiconductor device, after forming a semiconductor thin film on an insulating substrate, a thin film transistor is integratedly formed by using this semiconductor thin film as an active layer. In order to make it possible to use relatively inexpensive low melting point glass as an insulating substrate, a low temperature process for a thin film transistor has been conventionally developed. As part of this, laser annealing, in which a semiconductor thin film is irradiated with laser light to perform heat treatment, has been attracting attention. In this laser annealing, the semiconductor thin film is irradiated with laser light to locally heat it, and once melted, crystallization is caused in the cooling process,
Therefore, the electrical characteristics of the semiconductor thin film are improved. Alternatively, laser annealing is also used to activate the impurities doped in the semiconductor thin film. Conventionally, this laser annealing has been performed in a vacuum. It has been considered that when performed in the air, the semiconductor material activated or melted by laser annealing is oxidized by the air and becomes a defect to destabilize the electrical characteristics of the semiconductor thin film.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらレーザア
ニールを真空中で行なう為には排気可能なチャンバが必
要となり、この為以下の様な課題が生じていた。先ず、
レーザアニールを安定した状態で実施する為には、レー
ザ光を均一化したりそのビーム形状を規定する為の光学
系を固定した方が良い。しかしながら大型基板の全面に
形成された半導体薄膜を一括照射する為には高出力のレ
ーザ光源が必要である。しかしながら、現状では、この
様な高出力のレーザ光源は実用化されていない。ちなみ
に、３０cm角の絶縁基板に対して一括レーザアニールを
行なう為には３００Ｊのエネルギーが必要である。従っ
て、現状では一括照射に代え、レーザ光の断面積を絞る
と共に、照射対象となる絶縁基板を相対的に走査してレ
ーザアニールを行なっている。しかしながら、基板サイ
ズが大きくなると、その二次元走査を行なう為大きなチ
ャンバ容積が必要になる。チャンバ容積が増大するとそ
の真空を保つ為相当の剛性が要求され、チャンバ自体が
非常に大型化し且つ重くなる為コストが嵩んでいた。
又、真空中でレーザアニールを行なうと基板をチャンバ
に投入して排気を行なう際ゴミ等の異物が舞い上がり、
これが基板に付着しやすくなる。さらに、従来のレーザ
アニールでは基板を真空チャンバに投入する一方、石英
等からなるウィンドウを介して外部からレーザ光を基板
に照射していた。しかしながら、石英ウィンドウには半
導体薄膜の溶融により飛散した物質が付着し、長時間の
使用においてはウィンドウの汚れ等によりレーザ光の均
一性悪化やエネルギーの透過率低下を招いていた。However, in order to carry out the laser annealing in a vacuum, a chamber that can be evacuated is required, which causes the following problems. First,
In order to carry out the laser annealing in a stable state, it is better to make the laser beam uniform and fix the optical system for defining the beam shape. However, in order to irradiate the semiconductor thin film formed on the entire surface of the large-sized substrate all at once, a high-power laser light source is necessary. However, at present, such a high-power laser light source has not been put to practical use. By the way, energy of 300 J is required for performing collective laser annealing on a 30 cm square insulating substrate. Therefore, under the present circumstances, instead of collective irradiation, the cross-sectional area of laser light is narrowed down, and the insulating substrate to be irradiated is relatively scanned to perform laser annealing. However, as the substrate size increases, a large chamber volume is required to perform the two-dimensional scanning. When the chamber volume increases, considerable rigidity is required to maintain the vacuum, and the chamber itself becomes very large and heavy, resulting in a high cost.
Also, when laser annealing is performed in a vacuum, foreign matter such as dust rises when the substrate is put into the chamber and exhausted,
This tends to adhere to the substrate. Further, in the conventional laser annealing, while the substrate is put into a vacuum chamber, the substrate is irradiated with laser light from the outside through a window made of quartz or the like. However, a substance scattered by melting of the semiconductor thin film adheres to the quartz window, and when used for a long period of time, the uniformity of the laser beam is deteriorated and the energy transmittance is lowered due to contamination of the window.
【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手段を講じた。即ち、本発明にか
かる薄膜半導体装置は以下の工程に従って製造される。
先ず成膜工程を行ない絶縁基板に半導体薄膜を形成す
る。続いて加工工程を行ない、該半導体薄膜を活性層と
して薄膜トランジスタを集積形成する。この際該加工工
程の前後又は中間で照射工程を行ない、該半導体薄膜に
レーザ光を照射して加熱処理を施す。特徴事項として、
前記照射工程は、不活性気体を主成分とする雰囲気下で
レーザ光を照射する。具体的には、前記照射工程は大気
圧以上の圧力で不活性気体が満たされたチャンバに該絶
縁基板を投入してレーザ光を外部から照射する。他の具
体例では、前記照射工程は絶縁基板に不活性気体のシャ
ワーを連続的に供給した状態でレーザ光を照射する。好
ましくは、前記照射工程は９０％以上の濃度の窒素ガス
を含有する雰囲気下でレーザ光を照射する。一応用例で
は、前記照射工程は該半導体薄膜にレーザ光を照射して
その結晶化を行なう。The following means have been taken in order to solve the above-mentioned problems of the prior art. That is, the thin film semiconductor device according to the present invention is manufactured according to the following steps.
First, a film forming process is performed to form a semiconductor thin film on an insulating substrate. Then, a processing step is performed to form a thin film transistor by using the semiconductor thin film as an active layer. At this time, an irradiation step is performed before or after the processing step, and the semiconductor thin film is irradiated with laser light to perform heat treatment. As a feature,
In the irradiation step, laser light is irradiated in an atmosphere containing an inert gas as a main component. Specifically, in the irradiation step, the insulating substrate is placed in a chamber filled with an inert gas at a pressure equal to or higher than atmospheric pressure, and laser light is irradiated from the outside. In another specific example, in the irradiation step, the insulating substrate is irradiated with laser light while a shower of an inert gas is continuously supplied. Preferably, in the irradiation step, laser light is irradiated in an atmosphere containing nitrogen gas having a concentration of 90% or more. In one application example, the semiconductor thin film is irradiated with laser light to crystallize the semiconductor thin film in the irradiation step.
【０００５】[0005]
【作用】本発明では、窒素等の不活性気体を主成分とす
る雰囲気下でレーザ光を半導体薄膜に照射している。こ
のレーザアニールは例えば薄膜トランジスタの活性層と
なる半導体薄膜にレーザ光を照射して結晶化を行なう。
この際、例えば窒素等の不活性ガスが９０％以上で且つ
大気圧以上に保持された雰囲気下でレーザアニールを実
施している。これにより、真空チャンバが不要となり製
造コストダウンが図れる。又、真空中に比べ溶融した半
導体材料等の飛散を抑制できるので、石英ウィンドウを
含めたレーザ光学系の寿命が長くなる。さらには、不活
性気体を充満する事によりゴミ等の異物が基板上へ付着
する事を防止できる。In the present invention, the semiconductor thin film is irradiated with laser light in an atmosphere containing an inert gas such as nitrogen as a main component. In this laser annealing, for example, a semiconductor thin film which becomes an active layer of a thin film transistor is irradiated with laser light to be crystallized.
At this time, laser annealing is performed in an atmosphere in which an inert gas such as nitrogen is 90% or more and atmospheric pressure or more. This eliminates the need for a vacuum chamber and reduces the manufacturing cost. Further, the scattering of the melted semiconductor material or the like can be suppressed as compared with that in a vacuum, so that the life of the laser optical system including the quartz window is extended. Furthermore, by filling the inert gas, it is possible to prevent foreign matter such as dust from adhering to the substrate.
【０００６】[0006]
【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
製造方法の実施に用いられるレーザアニールチャンバの
構成例を示す模式的な斜視図である。一般に、薄膜半導
体装置は以下の工程により製造される。先ず、絶縁基板
２に半導体薄膜を形成する成膜工程を行なう。続いて半
導体薄膜を活性層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。この際、加工工程の前後又は中間
で半導体薄膜にレーザ光３を照射して加熱処理を行な
う。この照射工程はレーザアニールと呼ばれており、例
えば半導体薄膜の結晶化や半導体薄膜に注入された不純
物の活性化を目的とする。本発明の特徴事項として、こ
のレーザアニールは窒素ガス等の不活性気体を主成分と
する雰囲気下で行なわれる。この為に、図１に示したチ
ャンバ１−１が用いられる。即ち、大気圧以上の圧力で
不活性気体が導入されたチャンバ１−１に絶縁基板２を
投入してレーザ光３を外部から照射している。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 schematic perspective view showing a configuration example of a laser annealing chamber used for carrying out the method for manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention. Generally, a thin film semiconductor device is manufactured by the following steps. First, a film forming step of forming a semiconductor thin film on the insulating substrate 2 is performed. Subsequently, a processing step of forming a thin film transistor by using the semiconductor thin film as an active layer is performed. At this time, the semiconductor thin film is irradiated with the laser light 3 before or after the processing step to perform heat treatment. This irradiation step is called laser annealing, and is for the purpose of, for example, crystallization of the semiconductor thin film and activation of impurities implanted in the semiconductor thin film. As a feature of the present invention, this laser annealing is performed in an atmosphere whose main component is an inert gas such as nitrogen gas. For this purpose, the chamber 1-1 shown in FIG. 1 is used. That is, the insulating substrate 2 is put into the chamber 1-1 into which the inert gas is introduced at a pressure equal to or higher than the atmospheric pressure, and the laser light 3 is irradiated from the outside.
【０００７】具体的には、このレーザアニールチャンバ
１−１はレーザ光３との焦点距離を正確に出す為固定台
７にしっかりと固定される。チャンバ１−１にはレーザ
光３を絶縁基板２まで到達させる為、石英製のウィンド
ウ４が設けられている。このウィンドウ４を通してアル
ミニウム製のチャンバ１−１内にレーザ光３を導く。こ
のレーザ光３によってＸＹステージ８上に載置された絶
縁基板２がアニールされる。この時、ＸＹステージ８が
Ｘ方向（ａ）及びＹ方向（ｂ）に移動する事で、固定さ
れたレーザ光３に対し基板２が相対的に移動し、結果的
に絶縁基板２の全面がレーザ光３によって照射される事
になる。本発明の特徴事項としてチャンバ１−１には窒
素導入口５が設けられている。この導入口５により窒素
ガスＮ2を流入しながらレーザアニールを行なう。チャ
ンバ１−１内の圧力をコントロールし、余剰となった窒
素ガスＮ2 は排出口６から外部に放出される。Specifically, the laser annealing chamber 1-1 is firmly fixed to the fixed base 7 in order to accurately obtain the focal length with the laser light 3. A window 4 made of quartz is provided in the chamber 1-1 so that the laser light 3 reaches the insulating substrate 2. The laser light 3 is guided through the window 4 into the chamber 1-1 made of aluminum. The insulating substrate 2 placed on the XY stage 8 is annealed by the laser light 3. At this time, the XY stage 8 moves in the X direction (a) and the Y direction (b), so that the substrate 2 moves relatively to the fixed laser beam 3, and as a result, the entire surface of the insulating substrate 2 is changed. It will be irradiated with the laser beam 3. A feature of the present invention is that the chamber 1-1 is provided with a nitrogen inlet 5. Laser annealing is performed while introducing nitrogen gas N 2 through the inlet 5. The pressure inside the chamber 1-1 is controlled, and the surplus nitrogen gas N 2 is discharged from the discharge port 6 to the outside.
【０００８】図２は絶縁基板２の移動機構の具体的な構
成例を示す模式的な斜視図である。Ｘステージガイド８
−ａの上にＹステージガイド８−ｂが搭載され、さらに
その上にステージ８が載せられている。これにより、絶
縁基板２をＸ方向及びＹ方向に移動する。FIG. 2 is a schematic perspective view showing a specific structural example of the moving mechanism of the insulating substrate 2. X stage guide 8
The Y stage guide 8-b is mounted on -a, and the stage 8 is mounted thereon. As a result, the insulating substrate 2 is moved in the X direction and the Y direction.
【０００９】図３は、レーザアニール装置の全体構成を
示す模式的なブロック図である。前述した様に、本発明
では非晶質シリコン等の半導体薄膜が成膜された絶縁基
板２をレーザ光３で照射する事により、非晶質シリコン
を一旦溶融しその冷却過程で多結晶シリコンに転換す
る。これにより、半導体薄膜の電気特性改善を図ってい
る。図示する様に、レーザアニール装置はレーザアニー
ルを行なうチャンバ１−１、アニールする絶縁基板を投
入する為の入口となるロード室１−２、出口となるアン
ロード室１−３、そしてこれらのチャンバを接続し絶縁
基板２を搬送する為の搬送室１−４から構成されてい
る。処理前の絶縁基板２はロード室１−２に投入され、
矢印ｃで示す様に搬送室１−４を通過した後レーザアニ
ールチャンバ１−１に供給される。チャンバ１−１でレ
ーザアニールを実施した後、矢印ｄで示す様に搬送室１
−４を通ってアンロード室１−３に供給され、処理済み
の絶縁基板２が外部に取り出される。前述した様に、レ
ーザアニールチャンバ１−１は窒素等の不活性ガスが導
入される様になっている。さらに、ロード室１−２、ア
ンロード室１−３、搬送室１−４も全て窒素ガスによっ
てパージされた状態になっている。FIG. 3 is a schematic block diagram showing the overall structure of the laser annealing apparatus. As described above, according to the present invention, by irradiating the insulating substrate 2 on which a semiconductor thin film such as amorphous silicon is formed with the laser beam 3, the amorphous silicon is once melted and becomes polycrystalline silicon in the cooling process. Convert. Thereby, the electrical characteristics of the semiconductor thin film are improved. As shown in the figure, the laser annealing apparatus includes a chamber 1-1 for laser annealing, a load chamber 1-2 as an inlet for introducing an insulating substrate to be annealed, an unload chamber 1-3 as an outlet, and these chambers. And a transfer chamber 1-4 for connecting and connecting the insulating substrate 2 to each other. The insulating substrate 2 before processing is put into the load chamber 1-2,
After passing through the transfer chamber 1-4 as shown by an arrow c, the laser annealing chamber 1-1 is supplied. After carrying out the laser annealing in the chamber 1-1, as shown by the arrow d, the transfer chamber 1
-4, is supplied to the unload chamber 1-3, and the processed insulating substrate 2 is taken out to the outside. As mentioned above, an inert gas such as nitrogen is introduced into the laser annealing chamber 1-1. Further, the load chamber 1-2, the unload chamber 1-3, and the transfer chamber 1-4 are all in a state of being purged with nitrogen gas.
【００１０】引き続き図３を参照して、窒素雰囲気中に
おけるレーザアニールの具体的な方法について説明を加
える。ガラス等からなる絶縁基板２の表面には予め前工
程で非晶質シリコンからなる半導体薄膜が成膜されてい
る。例えば、プラズマＣＶＤにより３５nmの厚みで非晶
質シリコンを堆積する。そして、この成膜工程を経た絶
縁基板２をロード室１−２にセットした後、レーザアニ
ールチャンバ１−１へと導き、ここで絶縁基板２をＸＹ
ステージにセットする。この時、ロード室１−２及び搬
送室１−４は常に窒素パージがなされていて、チャンバ
１−１内のガスの９０％以上を窒素で占める様にする。
レーザアニールチャンバ１−１では窒素導入口５（図
１）より窒素を流し込み、周囲の大気圧よりもやや高め
（例えば１０％程度高め）に設定した圧力を維持する様
に、排出口６（図１）の排出量を制御する。これによ
り、レーザアニールチャンバ１−１の内部を高純度の窒
素で常に満たす事が可能になる。この様な条件で絶縁基
板上の非晶質シリコンにレーザ光を照射して溶融させ
る。その冷却過程で非晶質シリコンは多結晶シリコンに
転換される。この時、周囲雰囲気が９０％以上の窒素で
満たされている為、半導体薄膜の溶融時から凝固時まで
シリコン表面の酸化が抑制でき、真空中と同じ様に表面
欠陥が抑制されたレーザアニールを行なえる。絶縁基板
２は窒素をパージしているラインのみを移動し且つ処理
される為、真空引きの為の排気操作が不要となり、レー
ザアニールに必要な処理時間が短縮化できる。真空引き
を行なう時に巻き上がるゴミ等の異物が基板に付着する
惧れもなくなる。Continuing to refer to FIG. 3, a specific method of laser annealing in a nitrogen atmosphere will be described. On the surface of the insulating substrate 2 made of glass or the like, a semiconductor thin film made of amorphous silicon is previously formed in a previous step. For example, 35 nm thick amorphous silicon is deposited by plasma CVD. Then, after setting the insulating substrate 2 that has undergone this film forming process in the load chamber 1-2, it is guided to the laser annealing chamber 1-1, where the insulating substrate 2 is XY.
Set it on the stage. At this time, the load chamber 1-2 and the transfer chamber 1-4 are constantly purged with nitrogen so that 90% or more of the gas in the chamber 1-1 is occupied with nitrogen.
In the laser annealing chamber 1-1, nitrogen is introduced through the nitrogen inlet 5 (FIG. 1), and the outlet 6 (see FIG. 1) is maintained so as to maintain the pressure set slightly higher than the ambient atmospheric pressure (for example, about 10% higher). Control the emission amount of 1). This makes it possible to constantly fill the interior of the laser annealing chamber 1-1 with high-purity nitrogen. Under such conditions, the amorphous silicon on the insulating substrate is irradiated with laser light to be melted. Amorphous silicon is converted into polycrystalline silicon during the cooling process. At this time, since the ambient atmosphere is filled with 90% or more of nitrogen, it is possible to suppress the oxidation of the silicon surface from the time the semiconductor thin film is melted to the time it is solidified. I can do it. Since the insulating substrate 2 is moved and processed only in the nitrogen purging line, the evacuation operation for vacuuming is unnecessary, and the processing time required for laser annealing can be shortened. There is also no fear that foreign matter such as dust that rolls up when vacuuming is attached to the substrate.
【００１１】図４に示す様に、絶縁基板２にレーザ光３
を照射すると照射を受けた部位の半導体薄膜が非晶質シ
リコンから多結晶シリコン２−１に転換する。この際、
レーザアニールによって溶融したシリコンは僅かながら
微細な粒子９として空間に飛散する。この飛散したシリ
コン粒子９によって石英ウィンドウ４（図１）は次第に
汚れていく。この時チャンバ内部を窒素雰囲気で満たし
且つ大気圧以上の圧力に保持する事で、シリコンの微小
粒子９が窒素分子１０と衝突する為、ウィンドウの汚染
を防ぐ事ができる。又大気圧以上の圧力を保持する事
で、シリコン溶融時の突沸を抑え込み、安定したレーザ
アニールを行なえる様にする。この場合には、窒素ガス
の圧力をできるだけ高くした方が大きな効果が得られ
る。As shown in FIG. 4, laser light 3 is applied to the insulating substrate 2.
Is irradiated, the semiconductor thin film in the irradiated portion is converted from amorphous silicon into polycrystalline silicon 2-1. On this occasion,
The silicon melted by the laser annealing scatters into the space as a fine particle 9 although slightly. The quartz windows 4 (FIG. 1) are gradually soiled by the scattered silicon particles 9. At this time, by filling the inside of the chamber with a nitrogen atmosphere and maintaining the pressure at atmospheric pressure or higher, the silicon microparticles 9 collide with the nitrogen molecules 10, so that contamination of the window can be prevented. Also, by maintaining the pressure above the atmospheric pressure, bumping at the time of melting silicon is suppressed and stable laser annealing can be performed. In this case, a greater effect can be obtained by increasing the pressure of nitrogen gas as much as possible.
【００１２】図５はレーザアニール方法の他の実施例を
示す模式的な斜視図である。本例では絶縁基板２に不活
性気体（窒素ガスＮ2 ）のシャワーを連続的に供給した
状態でレーザ光３を照射し、非晶質シリコンを多結晶シ
リコン２−１に転換している。即ち、窒素シャワーノズ
ル１１を使い局所的に窒素ガスＮ2 を吹き付ける事によ
り、９０％以上の窒素雰囲気を局部的に作り出すもので
ある。この場合、チャンバを設ける必要がない為レーザ
アニールの為の装置コストをさらに下げる事が可能とな
る。FIG. 5 is a schematic perspective view showing another embodiment of the laser annealing method. In this example, the insulating substrate 2 is irradiated with the laser beam 3 while the shower of the inert gas (nitrogen gas N 2 ) is continuously supplied to convert the amorphous silicon into the polycrystalline silicon 2-1. That is, by using the nitrogen shower nozzle 11 and locally blowing the nitrogen gas N 2 , 90% or more of the nitrogen atmosphere is locally created. In this case, since it is not necessary to provide a chamber, it is possible to further reduce the apparatus cost for laser annealing.
【００１３】以上に説明した実施例では不活性ガスとし
て窒素を用いていたが本発明はこれに限られるものでは
なく、ヘリウム等の他の不活性ガスも使用可能である。
但し、不活性ガスに代えて水素等の還元性ガスを用いる
事は好ましくない。水素ガスを用いるとチャンバのシー
ルが必要になると共にパージも必要である。この為、チ
ャンバ構造が複雑になる。又、上述した実施例ではレー
ザアニールにより非晶質シリコンを多結晶シリコンに転
換する結晶化を行なっていたが、本発明はこれに限られ
るものではない。最初から絶縁基板上に多結晶シリコン
を成膜した場合でも、半導体薄膜の特性向上を目的とし
たレーザアニールを行なう場合があり、本発明はこの時
にも適用可能である。さらには、半導体薄膜に注入され
た不純物の活性化を行なう際にも本発明のレーザアニー
ルは適用可能である。さらに、レーザアニールチャンバ
の材質は特にアルミニウムでなくても良い。チャンバは
不活性ガスを溜める事ができるものであれば、他の金
属、樹脂、セラミック、石英等の材質を用いる事ができ
る。Although nitrogen is used as the inert gas in the above-described embodiments, the present invention is not limited to this, and other inert gases such as helium can also be used.
However, it is not preferable to use a reducing gas such as hydrogen in place of the inert gas. The use of hydrogen gas requires sealing of the chamber as well as purging. Therefore, the chamber structure becomes complicated. Further, in the above-mentioned embodiment, crystallization was carried out by converting amorphous silicon into polycrystalline silicon by laser annealing, but the present invention is not limited to this. Even when polycrystalline silicon is formed on the insulating substrate from the beginning, laser annealing may be performed for the purpose of improving the characteristics of the semiconductor thin film, and the present invention is applicable at this time as well. Furthermore, the laser annealing of the present invention can be applied when activating the impurities implanted in the semiconductor thin film. Further, the material of the laser annealing chamber may not be aluminum in particular. The chamber may be made of other materials such as metal, resin, ceramic, quartz, etc., as long as it can store the inert gas.
【００１４】最後に図６及び図７の工程図を参照して、
レーザアニールを用いた薄膜半導体装置の製造方法を説
明する。先ず工程（ａ）で、ガラス等からなる絶縁基板
１０１の表面に半導体薄膜１０２を成膜する。続いて絶
縁基板１０１を不活性雰囲気中に投入し、レーザ光１０
３を照射して加熱処理を行なう。例えば、半導体薄膜１
０２として非晶質シリコンを成膜した場合、レーザアニ
ールによる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。レーザ光１０３
としては例えばエキシマレーザパルスを用いる事ができ
る。エキシマレーザ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１０２の表面層で吸収さ
れ、その部分の温度を上昇させるが、絶縁基板１０１ま
で加熱する事はない。透明絶縁基板１０１に例えば厚み
３０nmのプラズマＣＶＤシリコンを成膜した場合、Ｘｅ
Ｃｌ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１３０mJ／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。次に工程（ｂ）に進み、半導体薄膜１０２をアイ
ランド状にパタニングして素子領域とする。この素子領
域を被覆する様にゲート絶縁膜１０４を成膜する。工程
（ｃ）に進み、ゲート絶縁膜１０４の上にゲート電極１
０５をパタニングする。続いて工程（ｄ）でイオンドー
ピング等により不純物イオン１０６を照射する。これに
よりゲート電極１０５をマスクとしたセルフアライメン
トで半導体薄膜１０２中に高濃度で不純物をドーピング
でき、薄膜トランジスタのソース領域１０７及びドレイ
ン領域１０８を形成する。この際、再びレーザアニール
を行なう事で、半導体薄膜１０２に注入された不純物の
活性化が可能になる。この活性化を目的としたレーザア
ニールも本発明に従って不活性雰囲気下で行なう事がで
きる。Finally, referring to the process diagrams of FIGS. 6 and 7,
A method of manufacturing a thin film semiconductor device using laser annealing will be described. First, in step (a), a semiconductor thin film 102 is formed on the surface of an insulating substrate 101 made of glass or the like. Then, the insulating substrate 101 is put into an inert atmosphere and laser light 10 is applied.
Irradiation 3 is performed to perform heat treatment. For example, the semiconductor thin film 1
When an amorphous silicon film is formed as 02, it is once melted by lump heating by laser annealing and then crystallized to obtain polycrystalline silicon having a relatively large grain size. Laser light 103
For example, an excimer laser pulse can be used. Since the excimer laser is a strong pulsed ultraviolet light, it is absorbed by the surface layer of the semiconductor thin film 102 made of silicon or the like and raises the temperature of that portion, but does not heat the insulating substrate 101. For example, when plasma CVD silicon having a thickness of 30 nm is formed on the transparent insulating substrate 101, Xe
The melting threshold energy when irradiated with Cl excimer laser light is about 130 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. Next, in step (b), the semiconductor thin film 102 is patterned into an island shape to form an element region. A gate insulating film 104 is formed so as to cover this element region. Proceeding to step (c), the gate electrode 1 is formed on the gate insulating film 104.
Pattern 05. Subsequently, in step (d), the impurity ions 106 are irradiated by ion doping or the like. Thus, the semiconductor thin film 102 can be doped with impurities at a high concentration by self-alignment using the gate electrode 105 as a mask, and the source region 107 and the drain region 108 of the thin film transistor are formed. At this time, by performing laser annealing again, the impurities implanted in the semiconductor thin film 102 can be activated. Laser annealing for the purpose of activation can also be performed in an inert atmosphere according to the present invention.
【００１５】図７の工程（ｅ）に進み、薄膜トランジス
タをＰＳＧ等からなる第１層間絶縁膜１０９で被覆す
る。最後に工程（ｆ）で、第１層間絶縁膜１０９にコン
タクトホールを開口する。この後第１層間絶縁膜１０９
の上にアルミニウム等の金属を成膜した後所定の形状に
パタニングして配線電極１１０に加工する。この配線電
極１１０は薄膜トランジスタのソース領域１０７と接続
している。さらに配線電極１１０を被覆する様にＰＳＧ
等からなる第２層間絶縁膜１１１を成膜する。第２層間
絶縁膜１１１及び第１層間絶縁膜１０９に連続してコン
タクトホールを開口する。第２層間絶縁膜１１１の上に
ＩＴＯ等からなる透明導電膜を成膜し、所定の形状にパ
タニングして画素電極１１４に加工する。この画素電極
１１４はコンタクトホールを介して薄膜トランジスタの
ドレイン領域１０８と接続している。以上により表示用
薄膜半導体装置が完成する。この薄膜半導体装置を駆動
基板としてアクティブマトリクス型の表示パネルを製造
できる。この場合には予め対向電極が形成された別の絶
縁基板を所定の間隙を介して絶縁基板１０１に接合す
る。この間隙に液晶等の電気光学物質を封入充填する
と、アクティブマトリクス型の表示パネルが完成する。Proceeding to step (e) in FIG. 7, the thin film transistor is covered with the first interlayer insulating film 109 made of PSG or the like. Finally, in step (f), contact holes are opened in the first interlayer insulating film 109. Thereafter, the first interlayer insulating film 109
A film of metal such as aluminum is formed on the upper surface and patterned into a predetermined shape to form the wiring electrode 110. The wiring electrode 110 is connected to the source region 107 of the thin film transistor. Further, the PSG is formed so as to cover the wiring electrode 110.
A second interlayer insulating film 111 made of, for example, is formed. Contact holes are continuously formed in the second interlayer insulating film 111 and the first interlayer insulating film 109. A transparent conductive film made of ITO or the like is formed on the second interlayer insulating film 111, patterned into a predetermined shape, and processed into a pixel electrode 114. The pixel electrode 114 is connected to the drain region 108 of the thin film transistor via a contact hole. The display thin film semiconductor device is thus completed. Using this thin film semiconductor device as a drive substrate, an active matrix type display panel can be manufactured. In this case, another insulating substrate having a counter electrode formed in advance is bonded to the insulating substrate 101 with a predetermined gap. By filling and filling the gap with an electro-optical material such as liquid crystal, an active matrix type display panel is completed.
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上説明した様に、本発明では不活性気
体を主成分とする雰囲気下でレーザ光を半導体薄膜に照
射する事でレーザアニールを実施している。従来の様に
真空状態を作らなくて良い為、真空ポンプは必要なくな
る。レーザアニールチャンバは絶縁基板を載置する為の
ステージとチャンバ固定台以外に剛性が必要なくなり、
構造が簡単になり、装置コストが低減化できる。前述し
た様に真空状態を作らなくて良い為、ゴミ等の異物の巻
き上げがなくなり、絶縁基板表面を汚染する惧れが少な
くなる。さらに、レーザアニール時に飛散したシリコン
の微粒子が石英ウィンドウに付着しにくくなる為、レー
ザ光学系の寿命が長くなる。As described above, in the present invention, laser annealing is carried out by irradiating a semiconductor thin film with laser light in an atmosphere containing an inert gas as a main component. Since it is not necessary to create a vacuum state as in the past, a vacuum pump is unnecessary. The laser annealing chamber does not require rigidity other than the stage for mounting the insulating substrate and the chamber fixing table,
The structure is simplified and the device cost can be reduced. As described above, since it is not necessary to create a vacuum state, foreign matter such as dust is not rolled up, and the risk of contaminating the surface of the insulating substrate is reduced. Further, since the fine particles of silicon scattered during the laser annealing are less likely to adhere to the quartz window, the life of the laser optical system is extended.
【図１】レーザアニールに用いるチャンバの構成例を示
す模式的な斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration example of a chamber used for laser annealing.
【図２】レーザアニールチャンバ内に組み込まれるＸＹ
ステージの一例を示す斜視図である。FIG. 2 XY incorporated in a laser annealing chamber
It is a perspective view showing an example of a stage.
【図３】レーザアニール装置の全体構成を示すブロック
図である。FIG. 3 is a block diagram showing the overall configuration of a laser annealing apparatus.
【図４】レーザアニール処理を示す模式的な斜視図であ
る。FIG. 4 is a schematic perspective view showing a laser annealing process.
【図５】本発明の他の実施例にかかるレーザアニール方
法を示す模式的な斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view showing a laser annealing method according to another embodiment of the present invention.
【図６】本発明にかかる薄膜半導体装置製造方法を示す
工程図である。FIG. 6 is a process drawing showing the method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention.
【図７】同じく本発明にかかる薄膜半導体装置製造方法
を示す工程図である。FIG. 7 is a process drawing showing a method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention.
１−１ チャンバ ２ 絶縁基板 ３ レーザ光 ４ 石英ウィンドウ ５ 窒素導入口 ６ 窒素排出口 ７ チャンバ固定台 ８ ＸＹステージ １０ 窒素分子 １１ 窒素シャワーノズル 1-1 Chamber 2 Insulating Substrate 3 Laser Light 4 Quartz Window 5 Nitrogen Inlet 6 Nitrogen Outlet 7 Chamber Fixing Stand 8 XY Stage 10 Nitrogen Molecule 11 Nitrogen Shower Nozzle
Claims (5)
程と、該半導体薄膜を活性層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
該半導体薄膜にレーザ光を照射して加熱処理を行なう照
射工程とを含む薄膜半導体装置の製造方法であって、 前記照射工程は、不活性気体を主成分とする雰囲気下で
レーザ光を照射する事を特徴とする薄膜半導体装置の製
造方法。1. A film forming step of forming a semiconductor thin film on an insulating substrate, a processing step of forming a thin film transistor by using the semiconductor thin film as an active layer, and irradiation of laser light to the semiconductor thin film before, after, or in the middle of the processing step. And a heating step of performing heat treatment, wherein the irradiation step is a step of irradiating a laser beam in an atmosphere containing an inert gas as a main component. Manufacturing method.
活性気体が満たされたチャンバに該絶縁基板を投入して
レーザ光を外部から照射する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 thin film according to claim 1, wherein in the irradiation step, the insulating substrate is put into a chamber filled with an inert gas at a pressure of atmospheric pressure or more to irradiate laser light from the outside. Manufacturing method of semiconductor device.
体のシャワーを連続的に供給した状態でレーザ光を照射
する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 method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 1, wherein in the irradiation step, the insulating substrate is irradiated with laser light while a shower of an inert gas is continuously supplied.
素ガスを含有する雰囲気下でレーザ光を照射する事を特
徴とする請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法。4. The method for manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 1, wherein the irradiation step comprises irradiating the laser light in an atmosphere containing nitrogen gas having a concentration of 90% or more.
光を照射してその結晶化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。5. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 1, wherein in the irradiating step, the semiconductor thin film is irradiated with laser light to crystallize it.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17420695A JP3735394B2 (en) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | Method for manufacturing thin film semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17420695A JP3735394B2 (en) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | Method for manufacturing thin film semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH098316A true JPH098316A (en) | 1997-01-10 |
| JP3735394B2 JP3735394B2 (en) | 2006-01-18 |
Family
ID=15974586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17420695A Expired - Fee Related JP3735394B2 (en) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | Method for manufacturing thin film semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3735394B2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6588232B1 (en) | 1998-01-13 | 2003-07-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Treatment device, laser annealing device, manufacturing apparatus, and manufacturing apparatus for flat display device |
| US6642091B1 (en) | 1999-07-15 | 2003-11-04 | Nec Corporation | Thin-film semiconductor device and apparatus for fabricating thin-film semiconductor device |
| US6863733B1 (en) | 1999-07-15 | 2005-03-08 | Nec Corporation | Apparatus for fabricating thin-film semiconductor device |
| JP2011071463A (en) * | 2009-09-22 | 2011-04-07 | Samsung Mobile Display Co Ltd | Laser crystallization apparatus |
| JP2015115583A (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-22 | 三菱電機株式会社 | Manufacturing method of silicon-carbide semiconductor apparatus, and laser anneal device |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5540476B2 (en) | 2008-06-30 | 2014-07-02 | 株式会社Ｉｈｉ | Laser annealing equipment |
| JP7034645B2 (en) | 2017-09-22 | 2022-03-14 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | Board processing method and board processing equipment |
-
1995
- 1995-06-16 JP JP17420695A patent/JP3735394B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6588232B1 (en) | 1998-01-13 | 2003-07-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Treatment device, laser annealing device, manufacturing apparatus, and manufacturing apparatus for flat display device |
| US6642091B1 (en) | 1999-07-15 | 2003-11-04 | Nec Corporation | Thin-film semiconductor device and apparatus for fabricating thin-film semiconductor device |
| US6863733B1 (en) | 1999-07-15 | 2005-03-08 | Nec Corporation | Apparatus for fabricating thin-film semiconductor device |
| JP2011071463A (en) * | 2009-09-22 | 2011-04-07 | Samsung Mobile Display Co Ltd | Laser crystallization apparatus |
| JP2015115583A (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-22 | 三菱電機株式会社 | Manufacturing method of silicon-carbide semiconductor apparatus, and laser anneal device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3735394B2 (en) | 2006-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100422993B1 (en) | Method for manufacturing a semiconductor device | |
| JP3204986B2 (en) | Crystallization of semiconductor film region on substrate and device manufactured by this method | |
| EP0598394A2 (en) | Method and apparatus for manufacturing a liquid crystal display substrate, and apparatus and method for evaluating semiconductor crystals | |
| US20100006776A1 (en) | Semiconductor thin film forming system | |
| JPH11307450A (en) | Reforming method of thin film and device used for its operation | |
| JP3735394B2 (en) | Method for manufacturing thin film semiconductor device | |
| JPH118205A (en) | Manufacture of semiconductor device and laser beam irradiation device | |
| US6149984A (en) | Laser irradiation method | |
| JPH09186085A (en) | Laser annealing method and laser annealing apparatus | |
| US6797651B2 (en) | Method for manufacturing polycrystalline semiconductor layers and thin-film transistors and laser annealing apparatus | |
| JP2002093738A (en) | Manufacturing device for polycrystalline semiconductor film | |
| JPH08213341A (en) | Laser annealing and irradiation with laser beam | |
| JP4001647B2 (en) | Method for manufacturing crystalline semiconductor film | |
| JP3926862B2 (en) | Semiconductor processing method and thin film transistor manufacturing method | |
| JP2003224117A (en) | Device for forming insulation film | |
| JPH0936376A (en) | Manufacture of thin-film semiconductor device | |
| JP3196132B2 (en) | Method for manufacturing liquid crystal display substrate, method for evaluating semiconductor crystal, method for manufacturing semiconductor crystal thin film, and apparatus for manufacturing semiconductor crystal thin film | |
| JP3204188B2 (en) | Method for forming silicon thin film and apparatus for forming silicon thin film | |
| KR100935850B1 (en) | Apparatus and method for manufacturing of Poly Silicon layer used a Laser Crystallization Process | |
| JP3390830B2 (en) | Polycrystalline semiconductor film manufacturing equipment | |
| JP3763908B2 (en) | Laser irradiation system | |
| JP3599679B2 (en) | Method for manufacturing thin film transistor | |
| JP3797257B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus | |
| JP2000216129A (en) | Film surface cleaning method and device | |
| JP3545213B2 (en) | Laser annealing equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Effective date: 20040105 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20040305 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050916 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051024 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050916 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 4 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091028 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |