JPH11195608A - レーザアニール方法 - Google Patents
レーザアニール方法Info
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- JPH11195608A JPH11195608A JP29640198A JP29640198A JPH11195608A JP H11195608 A JPH11195608 A JP H11195608A JP 29640198 A JP29640198 A JP 29640198A JP 29640198 A JP29640198 A JP 29640198A JP H11195608 A JPH11195608 A JP H11195608A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】キャリアの移動度が大きい薄膜半導体装置を提
供する。 【解決手段】絶縁基板上の半導体膜を、レーザアニール
を用いることで{111}配向とする。
供する。 【解決手段】絶縁基板上の半導体膜を、レーザアニール
を用いることで{111}配向とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜半導体装置製造
におけるレーザアニール方法に係り、特にアクティブマ
トリクス方式のディスプレイに好適なレーザアニール方
法に関する。
におけるレーザアニール方法に係り、特にアクティブマ
トリクス方式のディスプレイに好適なレーザアニール方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、アクティブマトリクス用の薄膜半
導体装置である薄膜トランジスタ(Thin Film Transist
or、略してTFT)材料としては高画質化の点ですぐれ
ている多結晶シリコン(Polycrystalline Silicon,略し
てpoly−Si)が用いられている。このPoly−Si膜は
減圧CVD法(LPCVD法)及び常圧CVD法(AP
CVD法)により作成されている。絶縁基板としては石
英ガラス又は通常のガラス板を用いる。通常のガラス板
を用いる際は最高温度が約640℃という大きな制約が
あるためガラス板には熱的影響を与えずPoly−Si膜の
表面層だけをレーザ照射することで再結晶化する方法が
試みられている。この方法によればガラス板に影響を与
えない低温熱アニールに比べ結晶性が向上している。
導体装置である薄膜トランジスタ(Thin Film Transist
or、略してTFT)材料としては高画質化の点ですぐれ
ている多結晶シリコン(Polycrystalline Silicon,略し
てpoly−Si)が用いられている。このPoly−Si膜は
減圧CVD法(LPCVD法)及び常圧CVD法(AP
CVD法)により作成されている。絶縁基板としては石
英ガラス又は通常のガラス板を用いる。通常のガラス板
を用いる際は最高温度が約640℃という大きな制約が
あるためガラス板には熱的影響を与えずPoly−Si膜の
表面層だけをレーザ照射することで再結晶化する方法が
試みられている。この方法によればガラス板に影響を与
えない低温熱アニールに比べ結晶性が向上している。
【0003】従来はこのレーザ照射方法として特開昭60
−245124号に記載のようにSi膜で吸収率の大きな紫外
光パルスレーザを照射して半導体装置を製造する方法が
検討されていた。
−245124号に記載のようにSi膜で吸収率の大きな紫外
光パルスレーザを照射して半導体装置を製造する方法が
検討されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術ではレー
ザ照射によって結晶性を向上させることでTFT特性を
向上させていたが再結晶化したPoly−Si膜の結晶の配
向性については検討されておらずTFTを作成したとき
のキャリア移動度を更に向上させる可能性があった。
ザ照射によって結晶性を向上させることでTFT特性を
向上させていたが再結晶化したPoly−Si膜の結晶の配
向性については検討されておらずTFTを作成したとき
のキャリア移動度を更に向上させる可能性があった。
【0005】本発明の目的は薄膜半導体装置の特性を向
上させるための薄膜半導体装置の構造、とりわけTFT
の能動層に使用されるPoly−Si膜の配向性を考慮する
ことで更に大きなキャリア移動度を得ることにある。
上させるための薄膜半導体装置の構造、とりわけTFT
の能動層に使用されるPoly−Si膜の配向性を考慮する
ことで更に大きなキャリア移動度を得ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的をガラス基板等
の絶縁性基板上に形成された半導体装置であるTFTを
構成するPoly−Si層を{111}面を主体とした配向
を持たせることにより達成される。
の絶縁性基板上に形成された半導体装置であるTFTを
構成するPoly−Si層を{111}面を主体とした配向
を持たせることにより達成される。
【0007】このPoly−Si層は減圧CVD法により基
板温度550℃以下の温度において1500Å以下の膜
厚で堆積し、500℃以下で堆積したSi膜では200
mJ/cm2 以上、520〜550℃で堆積したSi膜で
は400mJ/cm2 以上の光強度でレーザ光をPoly−S
i層側から照射することで得られる。又、550℃で堆
積したSi膜を薄膜化した場合、800〜1500Åの
膜厚では400mJ/cm2 以上、600〜800Åの膜
厚では300mJ/cm2 以上、600Å以下の膜厚では
200mJ/cm2 以上の光強度でレーザ光をPoly−Si
層側から照射することで得られる。
板温度550℃以下の温度において1500Å以下の膜
厚で堆積し、500℃以下で堆積したSi膜では200
mJ/cm2 以上、520〜550℃で堆積したSi膜で
は400mJ/cm2 以上の光強度でレーザ光をPoly−S
i層側から照射することで得られる。又、550℃で堆
積したSi膜を薄膜化した場合、800〜1500Åの
膜厚では400mJ/cm2 以上、600〜800Åの膜
厚では300mJ/cm2 以上、600Å以下の膜厚では
200mJ/cm2 以上の光強度でレーザ光をPoly−Si
層側から照射することで得られる。
【0008】レーザ照射によって再結晶化したPoly−S
i膜は個々のSi結晶中には欠陥が少なく電子のトラッ
プは粒界に大きく影響される。Poly−Siの結晶粒界の
界面電荷密度は、Si単結晶の各結晶面とSiO2 との
界面電荷密度が〈100〉,〈110〉,〈111〉の
順に増加することと同様の関係が成立し、{111}優
位配向のPoly−Si膜では配向性の見られないPoly−S
i膜に比べ膜と垂直方向(〈111〉方向)のトラップ
密度が大となる。膜と平行方向では反対に{111}優
位配向のPoly−Si膜が配向性の見られないPoly−Si
膜に比べ相対的に低いトラップ密度を示すことになる。
トラップ密度が低いと粒界に生じる空乏層幅はせまくな
り、ここでのポテンシャル障壁は低くなる。Poly−Si
のキャリア移動度は主として粒界におけるポテンシャル
障害の高さで決まる。TFTのキャリアはPoly−Si膜
と平行方向に流れる。これらの条件から{111}優位
配向のPoly−Si膜では配向性のないPoly−Siに比べ
相対的にキャリアの移動度が大きくなる。
i膜は個々のSi結晶中には欠陥が少なく電子のトラッ
プは粒界に大きく影響される。Poly−Siの結晶粒界の
界面電荷密度は、Si単結晶の各結晶面とSiO2 との
界面電荷密度が〈100〉,〈110〉,〈111〉の
順に増加することと同様の関係が成立し、{111}優
位配向のPoly−Si膜では配向性の見られないPoly−S
i膜に比べ膜と垂直方向(〈111〉方向)のトラップ
密度が大となる。膜と平行方向では反対に{111}優
位配向のPoly−Si膜が配向性の見られないPoly−Si
膜に比べ相対的に低いトラップ密度を示すことになる。
トラップ密度が低いと粒界に生じる空乏層幅はせまくな
り、ここでのポテンシャル障壁は低くなる。Poly−Si
のキャリア移動度は主として粒界におけるポテンシャル
障害の高さで決まる。TFTのキャリアはPoly−Si膜
と平行方向に流れる。これらの条件から{111}優位
配向のPoly−Si膜では配向性のないPoly−Siに比べ
相対的にキャリアの移動度が大きくなる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を説明する。
【0010】図1は本発明を用いたTFT全体の断面構
造を示す。基板1は歪温度約640℃のガラス基板であ
る。基板1を550℃に保ち、ヘリウムで20%に希釈
したモノシランガスを原料として圧力1Torrの条件でL
PCVD膜を堆積させる。堆積時間は85分間で150
0Åの膜を堆積させる。次に基板1を480℃に保ち、
ヘリウムで4%に希釈したモノシランガスと酸素を原料
として常圧CVDにより表面保護膜を約8分間で100
0Å堆積させる。この膜の上面からXeClをガス源と
した紫外光パルスレーザ(波長308nm,パルス幅2
5ns)を照射することでLPCVD膜を再結晶化しPo
ly−Si膜2,3,4を得る。この時レーザ光強度を4
00mJ/cm2 以上とすることでPoly−Si膜の主たる
配向は{111}優位配向となり平均結晶粒径は約10
00Åである。次に表面保護膜として用いたSiO2 膜
をフッ酸の水溶液で除去する。レーザ照射により再結晶
化したPoly−Si膜を島状に形成するホトエッチングの
工程を通した後、常圧CVD法によりゲート絶縁膜用の
SiO2 膜5を堆積させる。次にゲート電極用のPoly−
Si膜6を550℃、1Torrの条件で3500Å堆積さ
せる。ゲート膜5をホト,エッチした後、ソース,ドレ
イン領域3,4のインプラを行う。条件はリン(P)を
用い、5×1015cm-2のドーズ量、30KeVの電圧で
ある。リンガラスからなるパッシベーション膜8を48
0℃で5000Å堆積させ、さらにN2 中600℃の条
件で20時間以上の熱処理、あるいは200mJ/cm2
以上の光強度で紫外光パルスレーザを照射することでイ
ンプラ領域を活性化させる。コンタクト用のホト,エッ
チ行程の後、Al電極7を6000Åスパッタすること
でTFTを形成する。
造を示す。基板1は歪温度約640℃のガラス基板であ
る。基板1を550℃に保ち、ヘリウムで20%に希釈
したモノシランガスを原料として圧力1Torrの条件でL
PCVD膜を堆積させる。堆積時間は85分間で150
0Åの膜を堆積させる。次に基板1を480℃に保ち、
ヘリウムで4%に希釈したモノシランガスと酸素を原料
として常圧CVDにより表面保護膜を約8分間で100
0Å堆積させる。この膜の上面からXeClをガス源と
した紫外光パルスレーザ(波長308nm,パルス幅2
5ns)を照射することでLPCVD膜を再結晶化しPo
ly−Si膜2,3,4を得る。この時レーザ光強度を4
00mJ/cm2 以上とすることでPoly−Si膜の主たる
配向は{111}優位配向となり平均結晶粒径は約10
00Åである。次に表面保護膜として用いたSiO2 膜
をフッ酸の水溶液で除去する。レーザ照射により再結晶
化したPoly−Si膜を島状に形成するホトエッチングの
工程を通した後、常圧CVD法によりゲート絶縁膜用の
SiO2 膜5を堆積させる。次にゲート電極用のPoly−
Si膜6を550℃、1Torrの条件で3500Å堆積さ
せる。ゲート膜5をホト,エッチした後、ソース,ドレ
イン領域3,4のインプラを行う。条件はリン(P)を
用い、5×1015cm-2のドーズ量、30KeVの電圧で
ある。リンガラスからなるパッシベーション膜8を48
0℃で5000Å堆積させ、さらにN2 中600℃の条
件で20時間以上の熱処理、あるいは200mJ/cm2
以上の光強度で紫外光パルスレーザを照射することでイ
ンプラ領域を活性化させる。コンタクト用のホト,エッ
チ行程の後、Al電極7を6000Åスパッタすること
でTFTを形成する。
【0011】図2はPoly−Siを減圧CVD法により基
板温度を550℃として1500Å堆積し、そのPoly−
Si側から光強度を100〜400mJ/cm2 の間で変
化させ紫外光パルスレーザを照射して再結晶化させた際
の各面からのX線回折強度と、上記方法で作成したTF
Tの移動度の変化を示す。最も回折強度の強いSi(1
11)回折ピークはしきいエネルギ(約100mJ/cm
2 )以上で光強度に比例して増加しているが他のSi
(220),Si(311)回折ピークは光強度300mJ
/cm2 以上で増加量が鈍り配向性が{111}優位配向
となる。{111}優位配向となる300mJ/cm2 以
上の光強度で移動度は急激に増大している。
板温度を550℃として1500Å堆積し、そのPoly−
Si側から光強度を100〜400mJ/cm2 の間で変
化させ紫外光パルスレーザを照射して再結晶化させた際
の各面からのX線回折強度と、上記方法で作成したTF
Tの移動度の変化を示す。最も回折強度の強いSi(1
11)回折ピークはしきいエネルギ(約100mJ/cm
2 )以上で光強度に比例して増加しているが他のSi
(220),Si(311)回折ピークは光強度300mJ
/cm2 以上で増加量が鈍り配向性が{111}優位配向
となる。{111}優位配向となる300mJ/cm2 以
上の光強度で移動度は急激に増大している。
【0012】次に図3に減圧CVD法による堆積する際
の堆積温度を500〜600℃としてLPCVD膜を堆
積した後上記記載と同様に表面保護膜を堆積、その後紫
外光パルスレーザを照射し再結晶化したPoly−Si膜の
結晶配向性を示す。基板温度500℃で堆積したLPC
VD膜には200mJ/cm2 以上、520〜550℃で
堆積したSi膜では400mJ/cm2 以上の光強度でレ
ーザ光を照射することで{111}優位配向となり、基
板温度580℃以上で堆積したSi膜では{111}優
位配向は見られない。
の堆積温度を500〜600℃としてLPCVD膜を堆
積した後上記記載と同様に表面保護膜を堆積、その後紫
外光パルスレーザを照射し再結晶化したPoly−Si膜の
結晶配向性を示す。基板温度500℃で堆積したLPC
VD膜には200mJ/cm2 以上、520〜550℃で
堆積したSi膜では400mJ/cm2 以上の光強度でレ
ーザ光を照射することで{111}優位配向となり、基
板温度580℃以上で堆積したSi膜では{111}優
位配向は見られない。
【0013】次に図4に減圧CVD法により堆積する際
の基板温度を550℃として堆積時間を短くしてLPC
VD膜を400〜1500Åの膜厚で堆積した後上記記
載を同様に表面保護膜を堆積、その後紫外光パルスレー
ザを照射し再結晶化したPoly−Si膜の結晶配向性を示
す。膜厚1500Åでは400mJ/cm2 以上、800Å
では300mJ/cm2 以上、600Å及び400Åでは
200mJ/cm2 以上の光強度でレーザ光を照射するこ
とで{111}優位配向となる。
の基板温度を550℃として堆積時間を短くしてLPC
VD膜を400〜1500Åの膜厚で堆積した後上記記
載を同様に表面保護膜を堆積、その後紫外光パルスレー
ザを照射し再結晶化したPoly−Si膜の結晶配向性を示
す。膜厚1500Åでは400mJ/cm2 以上、800Å
では300mJ/cm2 以上、600Å及び400Åでは
200mJ/cm2 以上の光強度でレーザ光を照射するこ
とで{111}優位配向となる。
【0014】本実施例で述べた{111}を主配向とす
るPoly−Si膜は移動度が大きく、これをTFTの能動
領域に用いることですぐれた電気特性を得ることができ
る。以上によれば、LPCVD膜の堆積条件が異なって
も照射紫外光パルスレーザ光の光強度を最適化すること
で{111}優位配向のPoly−Si膜が得られる。
るPoly−Si膜は移動度が大きく、これをTFTの能動
領域に用いることですぐれた電気特性を得ることができ
る。以上によれば、LPCVD膜の堆積条件が異なって
も照射紫外光パルスレーザ光の光強度を最適化すること
で{111}優位配向のPoly−Si膜が得られる。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、キャリアの移動度が大
きい薄膜半導体装置を得ることができる。
きい薄膜半導体装置を得ることができる。
【図1】本発明のTFTの構造の模式図。
【図2】レーザアニール後のPoly−Siの結晶性及び移
動度の光強度依存性を示す図。
動度の光強度依存性を示す図。
【図3】Poly−Si膜の結晶配向性を示す図。
【図4】Poly−Si膜の結晶配向性を示す図。
1…絶縁性基板、2…多結晶シリコン層、3…ソース領
域、4…ドレイン領域、5…ゲート絶縁膜、6…ゲート
電極、7…Al電極、8…パッシベーション膜。
域、4…ドレイン領域、5…ゲート絶縁膜、6…ゲート
電極、7…Al電極、8…パッシベーション膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡島 義昭 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内
Claims (2)
- 【請求項1】絶縁基板と該基板上に形成された半導体膜
を有する薄膜半導体装置において、レーザ照射により該
半導体層を{111}面を主体とした配向を持つ多結晶
シリコン膜とすることを特徴とするレーザアニール方
法。 - 【請求項2】請求項1記載のレーザアニール方法におい
て絶縁基板上に550℃以下の基板温度で減圧CVD法
により多結晶シリコン膜を形成し、該多結晶シリコン膜
をレーザ照射することで{111}面を主体とした配向
を持つ多結晶シリコン膜とすることを特徴とするレーザ
アニール方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29640198A JPH11195608A (ja) | 1988-11-30 | 1998-10-19 | レーザアニール方法 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30055888A JP2880175B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | レーザアニール方法及び薄膜半導体装置 |
JP29640198A JPH11195608A (ja) | 1988-11-30 | 1998-10-19 | レーザアニール方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30055888A Division JP2880175B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | レーザアニール方法及び薄膜半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11195608A true JPH11195608A (ja) | 1999-07-21 |
Family
ID=17886278
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30055888A Expired - Lifetime JP2880175B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | レーザアニール方法及び薄膜半導体装置 |
JP29640198A Pending JPH11195608A (ja) | 1988-11-30 | 1998-10-19 | レーザアニール方法 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30055888A Expired - Lifetime JP2880175B2 (ja) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | レーザアニール方法及び薄膜半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JP2880175B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1213769A2 (en) * | 2000-12-06 | 2002-06-12 | Hitachi Ltd. | Thin film transistor and method for manufacturing the same |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5753542A (en) * | 1985-08-02 | 1998-05-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for crystallizing semiconductor material without exposing it to air |
DE69125886T2 (de) * | 1990-05-29 | 1997-11-20 | Semiconductor Energy Lab | Dünnfilmtransistoren |
JP3277548B2 (ja) * | 1991-05-08 | 2002-04-22 | セイコーエプソン株式会社 | ディスプレイ基板 |
JP2935446B2 (ja) * | 1992-02-28 | 1999-08-16 | カシオ計算機株式会社 | 半導体装置 |
CN1244891C (zh) | 1992-08-27 | 2006-03-08 | 株式会社半导体能源研究所 | 有源矩阵显示器 |
KR950010859B1 (ko) * | 1992-09-29 | 1995-09-25 | 현대전자산업주식회사 | 박막 트랜지스터의 채널폴리 제조방법 |
TW226478B (en) * | 1992-12-04 | 1994-07-11 | Semiconductor Energy Res Co Ltd | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US6730549B1 (en) | 1993-06-25 | 2004-05-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for its preparation |
TW295703B (ja) * | 1993-06-25 | 1997-01-11 | Handotai Energy Kenkyusho Kk | |
JPH1065180A (ja) * | 1996-03-29 | 1998-03-06 | A G Technol Kk | 多結晶半導体薄膜、その形成方法、多結晶半導体tft、およびtft基板 |
TW451284B (en) | 1996-10-15 | 2001-08-21 | Semiconductor Energy Lab | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP4600556B2 (ja) | 2008-09-19 | 2010-12-15 | コベルコ建機株式会社 | 建設機械 |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP30055888A patent/JP2880175B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-10-19 JP JP29640198A patent/JPH11195608A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1213769A2 (en) * | 2000-12-06 | 2002-06-12 | Hitachi Ltd. | Thin film transistor and method for manufacturing the same |
EP1213769A3 (en) * | 2000-12-06 | 2004-09-29 | Hitachi Ltd. | Thin film transistor and method for manufacturing the same |
US6903371B2 (en) | 2000-12-06 | 2005-06-07 | Hitachi, Ltd. | Thin film transistor and display using the same |
US7227186B2 (en) | 2000-12-06 | 2007-06-05 | Hitachi, Ltd. | Thin film transistor and method of manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2880175B2 (ja) | 1999-04-05 |
JPH02148831A (ja) | 1990-06-07 |
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