JPH11354444A - 多結晶半導体膜の製造方法 - Google Patents

多結晶半導体膜の製造方法

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JPH11354444A
JPH11354444A JP15589198A JP15589198A JPH11354444A JP H11354444 A JPH11354444 A JP H11354444A JP 15589198 A JP15589198 A JP 15589198A JP 15589198 A JP15589198 A JP 15589198A JP H11354444 A JPH11354444 A JP H11354444A
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JP
Japan
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semiconductor film
film
crystal
polycrystalline semiconductor
amorphous semiconductor
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JP15589198A
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English (en)
Inventor
Yasuto Kawahisa
慶人 川久
Hiroshi Mihashi
浩 三橋
Yasumasa Goto
康正 後藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非晶質半導体膜をレーザアニールにより結晶
化して製造される多結晶半導体膜の結晶粒径及び結晶方
位のばらつきを防止し、多結晶半導体膜の均質化を図
り、均一特性の多結晶半導体TFTを得ることにより、
液晶表示素子の表示品位の向上を図る。 【解決手段】 ガラス基板10上の第1のa−Si膜1
4を、レーザ光のP偏光成分或いはS偏光成分の何れか
でアニールして結晶方位の揃った結晶核からなる第1の
ポリシリコン膜16に結晶化する。次いで第1のポリシ
リコン膜16上に第2のa−Si膜17を形成後、レー
ザ光でアニールし、第1のポリシリコン膜16の結晶核
を種として第2のa−Si膜17を結晶化して、結晶粒
径及び結晶方位の揃った均質な第2のポリシリコン膜1
8を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質半導体膜を
結晶化して多結晶半導体膜を得る多結晶半導体膜の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高精細な液晶表示素子のスイッチ
ング素子として、非晶質半導体膜に比し移動度が2桁か
ら3桁程度高く且つ液晶表示素子の駆動も含めた高性能
化が可能であり、コストを大幅に低減することも可能で
あることから、多結晶半導体膜であるポリシリコン等を
半導体層とする多結晶半導体薄膜トランジスタ(以下多
結晶半導体TFTと略称する。)の実用化が進められて
いる。この多結晶半導体膜は、ガラス基板に対する熱損
傷が少なく且つ100cm2 /Vs を越える高移動度が
得られる事から一般に、非晶質半導体膜にレーザビーム
を照射して多結晶化するレーザアニール法により製造さ
れている。中でもレーザビームの大面積化が可能であり
生産性に優れている事からエキシマレーザアニール装置
を用いてのレーザアニール法が多用されている。
【0003】そしてレーザアニール法として従来は、絶
縁基板上にアンダーコート層を介して非晶質半導体膜を
形成し、次いでこの非晶質半導体膜にエキシマレーザビ
ームを照射して結晶化させ多結晶半導体膜を得ていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の様
に、非晶質半導体膜に直ちにエキシマレーザビームを照
射して多結晶半導体膜を製造するという従来のエキシマ
レーザアニール法では、エキシマレーザアニール法が瞬
時溶融結晶化法であり、概ね1μ秒以下で非晶質半導体
膜を結晶化して多結晶半導体膜の製造を完了するため
に、結晶粒径及び結晶方位にバラツキを生じてしまって
いた。例えば、照射エネルギー密度300mJ/cm2
エキシマレーザビームを300Hzで、非晶質シリコン
(以下a−Siと略称する。)膜に対して20回照射し
てポリシリコン膜に結晶化すると、結晶粒径の範囲は、
図4に示す様に0.05〜0.7μmとばらつきを生じ
てしまっていた。
【0005】このため、この多結晶半導体TFTを液晶
表示素子の画素電極の駆動素子として用いた場合、移動
度、しきい電圧値或いはサブスレッショルド領域の傾き
(Sファクター)等のばらつきにより、表示画像のコン
トラストの均一性が損なわれたり、画面にチラツキやゴ
ーストを発生し、表示品位を著しく低下するという問題
を生じていた。
【0006】本発明は上記課題を除去するもので、レー
ザアニールによる多結晶半導体膜の結晶化時に結晶粒径
及び結晶方位のばらつきを生じるのを防止して、多結晶
半導体膜を半導体層とする多結晶半導体TFTの特性の
ばらつきを防止することにより、良好な表示品位を有す
る液晶表示素子を得ることが出来る、多結晶半導体の製
造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、基板上に堆積される非晶質半導体膜にレーザ
光を照射して結晶化する多結晶半導体膜の製造方法にお
いて、前記基板上に非晶質半導体膜を製造する工程と、
前記非晶質半導体膜に前記レーザ光のS偏光成分或いは
P偏光成分の何れか一方のみの偏光成分を照射する第1
の照射工程とを実施するものである。
【0008】そして本発明は上記構成により、先ず非晶
質半導体膜をレーザ光のS偏光成分或いはP偏光成分の
何れか一方の偏光成分でアニールし、この後再度レーザ
光で非晶質半導体膜をアニールする事により、形成され
た多結晶半導体膜の結晶粒径及び結晶方位がばらつくの
を防止し、特性が均一な多結晶半導体TFTの実用化を
図り、液晶表示素子の表示品位を向上するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下本発明を図1乃至図3に示す
実施の形態を参照して説明する。図1は、ガラス基板1
0上にシリコン窒化膜(SiN)11a、シリコン酸化
膜(SiO2)11bから成るアンダーコート層11を
介して製造される多結晶半導体膜である第1及び第2の
ポリシリコン薄膜16、18を示す一部概略断面図であ
る。
【0010】次に第1及び第2のポリシリコン薄膜1
6、18の製造方法について述べる。図2(a)に示す
様にガラス基板10上にプラズマ化学気相成長法を用い
てシリコン窒化膜(SiN)11aを50nm、シリコ
ン酸化膜(SiO2 )11bを100nm製造し、更に
プラズマ化学気相成長法を用いて非晶質半導体膜である
第1のa−Si膜14を20nmの厚さに堆積する。次
に図2(b)に示す様に濃度1%の希フッ酸(HF)に
て第1のa−Si膜14を洗浄する。次にエキシマレー
ザアニール装置(図示せず)のエキシマレーザ発振器の
出射部に、エキシマレーザのP偏光成分のみを取り出す
ための複素屈折率を有する偏光子を配置し、図2(c)
に示す様に、第1のa−Si膜14にエキシマレーザ光
のP偏光成分[P]のみを照射する第1の照射工程を行
い、第1のa−Si膜14を結晶化し第1のポリシリコ
ン膜16を製造する。この時の照射エネルギー密度は1
50mJ/cm2 、300Hzで照射回数は10回に設定
した。
【0011】次に図2(d)に示す様に再びプラズマ化
学気相成長法を用いて、第1のa−Si膜14を結晶化
して成る第1のポリシリコン膜16上に、第2のa−S
i膜17を35nmの厚さに堆積する。次にエキシマレ
ーザアニール装置のエキシマレーザ発振器の出射部の偏
光子を取り除き、図2(e)に示す様に、第2のa−S
i膜17にエキシマレーザ光[Xe]を照射して第2の
照射工程を行い第1のポリシリコン膜16の結晶核を種
として第2のa−Si膜17を結晶化し第2のポリシリ
コン膜18を製造する。この時の照射エネルギー密度は
300mJ/cm2 、300Hzで照射回数は10回に設
定した。
【0012】この様にして形成した第1及び第2のポリ
シリコン膜16、18の、結晶粒の間隙であり非晶質状
態の粒界領域を、セコエッチングにより選択的にエッチ
ングした後、フィールドエミッシヨン型の電子顕微鏡に
て観察して結晶粒径を評価した。この結果図3に示すよ
うに、従来は結晶粒径が0.05〜0.7μmとばらつ
きが大きかったのに比し、本実施の形態におけるポリシ
リコン膜16、18の結晶粒径は図3に示す様に0.2
5〜0.5μmの範囲に収められた。
【0013】又X線回折および高速反射電子線回折によ
り、第1及び第2のポリシリコン膜16、18の結晶配
向性を評価した。この結果結晶方位のばらつきが少な
く、(400)成分が支配的である結晶配列を示す事が
判明した。
【0014】そしてこの様にして成る第1及び第2のポ
リシリコン膜16、18をチャネル層に用いてポリシリ
コンTFTを製造した所均一な特性を示し、このポリシ
リコンTFTを液晶表示素子の画素電極の駆動素子とし
て用いたところ、コントラストが均一で表示画面にチラ
ツキやゴーストを生じる事がなかった。
【0015】この様に構成すれば、先ず第1のa−Si
膜14にエキシマレーザ光のP偏光成分[P]のみを照
射して結晶方位の揃った第1のポリシリコン膜16を製
造しこの後、第2のa−Si膜17にエキシマレーザ光
[Xe]を照射して第1のポリシリコン膜16の結晶を
結晶核として、第2のa−Si膜17の結晶成長を促進
出来、結晶粒径及び結晶方位の揃った均質で良好な第2
のポリシリコン膜18を得られる。
【0016】従ってこのような第2のポリシリコン膜1
8をチャネル層に用いる事により、均一な特性のポリシ
リコンTFTひいては、表示画像のコントラストが均一
でちらつきやゴーストが無く高い表示品位を有する液晶
表示素子を得ることが出来る。
【0017】尚本発明は上記実施の形態に限られるもの
でなく、その趣旨を変えない範囲での変更は可能であっ
て、例えば非晶質半導体膜に結晶核を形成するための照
射光は、レーザ光のP偏光成分或いはS偏光成分の何れ
で有っても良い。尚、レーザ光からP偏光成分或いはS
偏光成分の何れを取り出すかは、偏光子の配置方向を9
0°回転する事により選択可能である。
【0018】又非晶質半導体膜は単層であっても良く、
非晶質半導体膜成膜後、レーザ光のP偏光成分或いはS
偏光成分の何れかを照射して、結晶方位の揃った結晶核
を形成し、この後、非晶質半導体膜にレーザ光を再度照
射することにより結晶粒径及び結晶方位の揃ったポリシ
リコン膜を形成しても良い。
【0019】更に基板に形成するアンダーコート層や非
晶質半導体膜の膜厚や成膜条件等限定されないが、これ
らの条件により多結晶半導体膜の結晶の配列方向が異な
る事から、膜厚や成膜条件を変えて、(111)配向も
しくは(220)配向等の結晶方位を強くする等任意で
ある。
【0020】又基板のサイズも任意であり、大面積基板
上に製造された非晶質半導体膜をレーザアニールする場
合には、シリンドリカルレンズ等を用いてレーザ光及
び、レーザ光のP偏光成分或いはS偏光成分を線状に形
成し、照射する事となる。即ち、偏光子を取り付けたレ
ーザ発振器から発振されたレーザ光のP偏光成分或いは
S偏光成分の何れかを、シリンドリカルレンズ等を用い
て線状のP偏光成分或いはS偏光成分に形成し、この線
状の偏光成分を大面積基板上の第1の非晶質半導体膜に
走査照射することにより結晶化して結晶核を形成する。
次いでレーザ発振器から偏光子を取り除き、レーザ光を
シリンドリカルレンズ等を用いて線状レーザ光に形成し
て、この線状のレーザ光を大面積基板上の第2の非晶質
半導体膜に走査照射することにより、先に形成された結
晶核を種にして結晶粒径及び結晶方位の揃った多結晶半
導体膜を形成する等しても良い。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、非
晶質半導体膜のレーザアニール時、先ずレーザ光のP偏
光成分或いはS偏光成分の何れかを照射して結晶核を形
成し、この後にレーザ光を照射する事により、先に形成
された結晶核を種として結晶粒径及び結晶方位の揃った
均質で良好な多結晶半導体膜を製造出来る。従ってこの
ようにして得られた多結晶半導体膜を用いて均一特性の
多結晶半導体TFTを製造出来、ひいては表示品位の高
い液晶表示素子を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるガラス基板上に製
造されるポリシリコン薄膜を示す一部概略断面図であ
る。
【図2】本発明の実施の形態におけるポリシリコン薄膜
の製造工程を示し(a)はその第1のa−Si膜成膜
時、(b)はその第1のa−Si膜表面の洗浄時、
(c)はその第1のa−Si膜表面のP偏光成分による
照射時、(d)はその第2のa−Si膜成膜時(e)
はその第2のa−Si膜表面のレーザ光照射によるポリ
シリコン膜の結晶化時を示す概略説明図である。
【図3】本発明の実施の形態により形成されたポリシリ
コン膜の結晶粒径の分布を示すグラフである。
【図4】従来のポリシリコン膜の結晶粒径の分布を示す
グラフである。
【符号の説明】
10…ガラス基板 11…アンダーコート層 14…第1のa−Si膜 16…第1のポリシリコン膜 17…第2のa−Si膜 18…第2のポリシリコン膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に堆積される非晶質半導体膜にレ
    ーザ光を照射して結晶化する多結晶半導体膜の製造方法
    において、 前記基板上に非晶質半導体膜を製造する工程と、前記非
    晶質半導体膜に前記レーザ光のS偏光成分或いはP偏光
    成分の何れか一方のみの偏光成分を照射する第1の照射
    工程とを具備する事を特徴とする多結晶半導体膜の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 第1の照射工程終了後、非晶質半導体膜
    にレーザ光を照射する第2の照射工程を具備する事を特
    徴とする請求項1に記載の多結晶半導体膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 基板上に堆積される非晶質半導体膜にレ
    ーザ光を照射して結晶化する多結晶半導体膜の製造方法
    において、 前記基板上に第1の非晶質半導体膜を製造する工程と、
    この第1の非晶質半導体膜に前記レーザ光のS偏光成分
    或いはP偏光成分の何れか一方のみの偏光成分を照射す
    る第1の照射工程と、この第1の照射工程終了後、前記
    第1の非晶質半導体膜上に第2の非晶質半導体膜を製造
    する工程と、この第2の非晶質半導体膜に前記レーザ光
    を照射する第2の照射工程とを具備する事を特徴とする
    多結晶半導体膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 第1の照射工程を、レーザ発振器の出射
    部にS偏光成分或いはP偏光成分の何れかを取り出す偏
    光子を取着して成るレーザアニール装置を用いて行い、
    第2の照射工程を、前記出射部から前記偏光子を取り外
    して成る前記レーザアニール装置を用いて行う事を特徴
    とする請求項2又は請求項3の何れかに記載の多結晶半
    導体膜の製造方法。
  5. 【請求項5】 レーザアニール装置が、レーザ発振器に
    てエキシマレーザを出射するエキシマレーザアニール装
    置である事を特徴とする請求項4に記載の多結晶半導体
    膜の製造方法。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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