JP2674496B2 - 透明絶縁性基板および薄膜トランジスタ - Google Patents
透明絶縁性基板および薄膜トランジスタInfo
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Description
上に形成された多結晶シリコン薄膜トランジスタから構
成される薄膜トランジスタに関するものである。
形成する技術は、大面積透過型液晶ディスプレイや密着
型イメージセンサ等を初めとする各所に応用がめざさ
れ、研究が活発化している。そのなかでも多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタは周辺駆動回路も一体化した全薄膜
化デバイスを作成できる最も有望なデバイスとして注目
を集めている。特にエキシマレーザアニール法を用いた
薄膜トランジスタは低温で高移動度なトランジスタを実
現する手段として最も有効である。エキシマレーザアニ
ール法は基板上に形成されたシリコン薄膜を紫外パルス
光であるエキシマレーザ照射によって、瞬間的に溶融再
結晶を行う方法であり、基板に熱ダメージを与えること
なく、シリコン膜のみ高温処理を行えるため特性を向上
できる。
を図4に示す。ガラス基板102上に半導体活性層20
1としてシリコン薄膜をCVD法等で成膜し、紫外レー
ザ光301であるエキシマレーザ光を照射し、多結晶化
された半導体層202へと半導体膜の改質を行う。この
多結晶化半導体膜202上にゲート絶縁膜401となる
シリコン酸化膜、ゲート電極層501となるポリシリ層
を形成し、電極パターンニングを行う。ソース・ドレイ
ン領域はイオン注入法により形成し、層間絶縁膜を形成
した後、アルミニウムを用いて配線電極層701を形成
する。この方法で作製した薄膜トランジスタでは、N
型、P型ともに移動度100cm2 /V.s以上の高移
動度が得られている。
01を基板裏面からも同時にレーザ照射する事によって
さらに高い移動度を得られるという報告もある(例えば
1992年応用物理学会予講集p669)。エキシマレ
ーザはそのレーザ光波長としてXeCl(波長308n
m)、KrF(波長247nm)、ArF(波長193
nm)があるが、シリコン膜の光吸収効率や、レーザ装
置のパワー、寿命、安定性等の点で308nmがもっと
も多く用いられている。透明絶縁膜としては石英基板あ
るいは600℃以上の耐熱性を持つ無アルカリガラス基
板(例えばコーニング社製7049、HOYA社製NA
40、NA35、日本電気硝子社製OA−2等)が用い
られている。
いる透明絶縁性基板では石英基板を除いて波長300n
m付近で光透過率が急激に減少する。これより短い波長
の光は全く透過しない。このため石英以外の低コストガ
ラス基板上でエキシマレーザアニールを行った場合、次
に掲げる問題点がある。
ス基板で吸収され、ガラスに熱ダメージを発生させてい
る。
薄膜のアニール状態が変動して薄膜の結晶性がばらつ
き、この結果TFT特性のばらつきが大きくなる。
が拡散し特性が劣化する。
手法もガラス基板をレーザが透過しないため従来のガラ
ス基板では不可能である。
の透過率は高いためこれらの問題点は解決するが、基板
コストが非常に高くなるという大きな問題点がある。
ろは第1にSiO2 を主成分とし、Al2 O3 、B2O
3 、BaO、CaO、ZnO、SrOのうち少なくとも
1種以上の成分を5wt%以上含みNa2 O、K2 O、
Li2 Oの成分が0.1wt%以下である透明絶縁性基
板においてFe3+イオンが0.005%以下であること
を特徴とする透明絶縁性基板を提供するところにある。
第2に透明絶縁性基板上に設けられた、多結晶薄膜半導
体活性層と、低抵抗ソース・ドレイン電極層と、半導体
を覆うように形成されるゲート絶縁膜層、電極メタル層
より構成される薄膜半導体装置において、前記透明性絶
縁基板が請求項1記載の透明絶縁性基板であること、お
よび前記多結晶半導体活性層薄膜が紫外パルスレーザ光
照射により結晶化された薄膜であることを特徴とする薄
膜トランジスタを提供するところにある。
る。図1はガラスの他の成分を同一にしてFe3+イオン
濃度のみを変えて光透過特性を測定したものである。こ
れから判るようにFe3+イオンを0.005%以下にす
ると300nm付近の透過率を90%以上確保できた。
従来のガラス基板では波長300nm付近で光透過率が
大きく減少しているのに対して、本発明のガラス基板で
は90%以上の光透過性を示しているのがわかる。
とガラスに不純物として含まれるFeやTiなどの紫外
線吸収イオンの量に比例する。ガラスの基本組成はガラ
構造の骨格をなすガラス形成物(SiO2 やB2 O3 )
と骨格を切断しその間に入る修飾酸化物(アルカリ土類
金属酸化物など)からなる。ガラス形成酸化物の吸収端
はSiO2 162nm B2 O3 200nmであるた
め、300nm付近の光吸収には影響を及ぼさない。し
かし修飾酸化物が入るとガラス骨格を切断することによ
り非架橋酸素イオンが生じこの非架橋イオンの電子が励
起または解放する事によって紫外線が吸収される。した
がって修飾酸化物を含むガラスの紫外線吸収端は長波長
側にシフトする。この結果300nmでの光吸収に差が
生じてくる。
はガラスの不純物イオン特にFe3+である。一般のソー
ダガラスには約0.1%のFe2 O3 が含まれていて紫
外線はほとんどガラスに吸収されてしまう。鉄の不純物
でもFe2+は赤外域に吸収があり、紫外域には吸収が無
い。
アルカリガラス、耐熱温度600℃以上)は石英をのぞ
きFe3+イオンを少なくとも0.02%以上含んでい
る。このようなガラス基板の光透過特性は図1に示すよ
うに300nmで急激に透過率が低下する。
i、Ce、V、Pb等がある。Tiが約数10ppmの
オーダ含まれているが、その他の不純物イオンは検出限
界以下しか含まれておらず、この程度の量では300n
mの吸収には影響を及ぼさない。このためFeイオンの
低減に限ってガラス基板の製造方法の改善を行えばよ
く、ガラスの性質、製造コストの大幅な変化なしに30
0nm付近の光透過率の改善が可能である。
Fe3+イオンのみ低減させ0.005%以下にすること
によりは石英基板に比較してはるかに製造コストを十分
低く保ちながら、300nm付近の光透過性の改善され
た基板を製造できた。このガラス基板に直接308nm
のエキシマレーザ光を照射しても基板にダメージは生じ
なかった。
は波長300nm付近で透過率は20%しかない。この
ため、基板裏面よりの光照射は当然無理であり、表面か
らの照射においてもpoly−Si膜厚は薄くなるとと
もに透過した光によって基板が加熱され問題となる。特
に薄膜トランジスタの高性能化のためのシリコン膜厚は
薄膜化の傾向にある。シリコン膜を薄膜化していくにつ
れ通過した光がガラスに吸収され基板が加熱される。こ
のためシリコン膜の熱加熱状態が変動し、再結晶化プロ
セスにばらつきが生じ、TFT特性がばらついてしま
う。基板の光透過率が90%以上あれば、レーザ照射時
に基板に光吸収によって加熱される効果は無視でき、安
定した再結晶化プロセスが得られる。
び構造図である。本発明のガラス基板101上に活性層
となる多結晶シリコン薄膜202を作製する。この多結
晶シリコン膜は予め作製した非晶質、もしくは多結晶シ
リコン膜201をエキシマレーザ光301を照射するこ
とより結晶化したシリコン膜である(同図(B))、こ
の上部にゲート絶縁膜401、ゲート電極501、層間
絶縁膜601、ソース・ドレイン電極層701を設け構
成されている。本発明の薄膜トランジスタの作製方法で
はガラス基板の300nm付近の光透過性が高くレーザ
照射による基板加熱がなく、均一性の優れる薄膜トラン
ジスタが作製できた。
は波長300nm付近で透過率は20%しかない。この
ため、基板裏面よりの光照射は当然無理であり、表面か
らの照射においてもpoly−Si膜厚は薄くなるとと
もに透過した光によって基板が加熱され問題となる。特
に薄膜トランジスタの高性能化のためシリコン膜厚は薄
膜化の傾向にある。シリコン膜を薄膜化していくにつれ
通過した光がガラスに吸収され基板が加熱される。この
ためシリコン膜の熱加熱状態が変動し、再結晶化プロセ
スにばらつきが生じ、TFT特性がばらついてしまう。
基板の光透過率が90%以上あれば、レーザ照射時に基
板が光吸収によって加熱される効果は無視でき、安定し
た再結晶化プロセスが得られる。
ンジスタについて詳述したが、スタガ構造等、他の構造
のトランジスタについても同様の効果が期待できる。図
3はスタガ構造薄膜トランジスタを作製した場合の構造
図である。本発明のガラス基板101上にソース・ドレ
イン領域となるドープトシリコン層801を形成する。
この上部に活性層となるシリコン薄膜201を作製しエ
キシマレーザ光301照射により多結晶化膜202にす
る。この上部にゲート絶縁膜401、ゲート電極50
1、層間絶縁膜601、ソース・ドレイン電極層701
を設け構成されている。この構造の薄膜トランジスタに
おいてもレーザ照射による基板加熱がなく、均一性の優
れる薄膜トランジスタが作製できた。
る結晶化プロセスをもちいた場合である。前述したよう
に通常の無アルカリガラスでは光透過率は20%しかな
いため、基板裏面よりの光照射は当然無理である。しか
し本発明のガラス基板を用いる事によって基板両面より
のレーザ照射が可能となり素子性能の向上がえられた。
絶縁性基板により波長300nm付近での光透過性を高
めることができた。さらに本基板を用いた薄膜トランジ
スタによりレーザ照射時の基板へのダメージや、結晶化
プロセスのばらつきを抑えることができ均一性の優れた
薄膜トランジスタが再現性よく製作できた。
図。
製造方法を示す図である。
製造方法を示す図である。(スガタ構造の場合)
図
製造方法を示す図である。(両面アニール方法の実施
例)
00nmで光透過性である基板) 102 ガラス基板(従来基板) 201 シリコン薄膜 202 多結晶シリコン薄膜(基板表面よりレーザ照射
結晶化) 203 多結晶シリコン膜(基板両面よりレーザ照射結
晶化) 301 エキシマレーザ光 401 ゲート絶縁膜 501 ゲート電極層 601 層間絶縁膜層 701 電極層 801 ソース・ドレイン層
Claims (2)
- 【請求項1】 SiO2 を主成分とし、Al2 O3 、B
2 O3 、BaO、CaO、ZnO、SrOのうち少なく
とも1種以上の成分を5wt%以上含みNa2 O、K2
O、Li2 Oの成分が0.1wt%以下である透明絶縁
性基板において、Fe3+イオンが0.005%以下であ
ることを特徴とする透明絶縁性基板。 - 【請求項2】 透明絶縁性基板上に設けられた、多結晶
薄膜半導体活性層と、低抵抗ソース・ドレイン電極層
と、半導体を覆うように形成されるゲート絶縁膜層、電
極メタル層より構成される薄膜トランジスタにおいて、
前記透明性絶縁基板が請求項1記載の透明絶縁性基板で
あること、および前記多結晶半導体活性層薄膜が紫外パ
ルスレーザ光照射により結晶化された薄膜であることを
特徴とする薄膜トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33399593A JP2674496B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 透明絶縁性基板および薄膜トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33399593A JP2674496B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 透明絶縁性基板および薄膜トランジスタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07202208A JPH07202208A (ja) | 1995-08-04 |
JP2674496B2 true JP2674496B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=18272320
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33399593A Expired - Lifetime JP2674496B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 透明絶縁性基板および薄膜トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
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1993
- 1993-12-28 JP JP33399593A patent/JP2674496B2/ja not_active Expired - Lifetime
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