JP3149450B2 - 薄膜トランジスタの製造方法及び製造装置 - Google Patents
薄膜トランジスタの製造方法及び製造装置Info
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- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路、ＳＯ
Ｉ、アクティブマトリックス方方式の薄膜トランジスタ
の製造方法に関する。
Ｉ、アクティブマトリックス方方式の薄膜トランジスタ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、単結晶絶縁基板上の半導体薄膜
は、ＳＯＳ（サファイア上のシリコン）にみられるよう
にバルク半導体に比べ、次のような利点を有することが
知られている。
は、ＳＯＳ（サファイア上のシリコン）にみられるよう
にバルク半導体に比べ、次のような利点を有することが
知られている。
【０００３】島状に切断あるいは誘電体分離をすると
き、素子間の分離を容易かつ確実にできる。Ｐ−Ｎ接
合面積を小さくすることにより、浮遊容量を小さくでき
る。
き、素子間の分離を容易かつ確実にできる。Ｐ−Ｎ接
合面積を小さくすることにより、浮遊容量を小さくでき
る。
【０００４】また、サファイア等の単結晶絶縁基板が高
価であることから、これに代わるものとして、溶融水晶
板や、Ｓｉ基板を１０００℃以上温度で酸化して形成し
た非晶質ＳｉＯ2 膜やＳｉ基板上に堆積した非晶質Ｓｉ
Ｏ2 膜あるいは非晶質ＳｉＮ膜を用い、これらの上に半
導体薄体を形成する方法が提案されている。ところが、
これらＳｉＯ2 膜やＳｉＮ膜は単結晶でないため、その
上シリコン層を被着形成し１０００℃以上の温度のプロ
セスで結晶化すると基板上には多結晶が成長する。この
多結晶の粒径は数１０ｎｍであり、このうえにＭＯＳト
ランジスタを形成しても、そのキャリア移動度はバルク
シリコン上のＭＯＳトランジスタの数分の１程度であ
る。
価であることから、これに代わるものとして、溶融水晶
板や、Ｓｉ基板を１０００℃以上温度で酸化して形成し
た非晶質ＳｉＯ2 膜やＳｉ基板上に堆積した非晶質Ｓｉ
Ｏ2 膜あるいは非晶質ＳｉＮ膜を用い、これらの上に半
導体薄体を形成する方法が提案されている。ところが、
これらＳｉＯ2 膜やＳｉＮ膜は単結晶でないため、その
上シリコン層を被着形成し１０００℃以上の温度のプロ
セスで結晶化すると基板上には多結晶が成長する。この
多結晶の粒径は数１０ｎｍであり、このうえにＭＯＳト
ランジスタを形成しても、そのキャリア移動度はバルク
シリコン上のＭＯＳトランジスタの数分の１程度であ
る。
【０００５】また、液晶表示体のアクティブマトリック
ス基板用に、歪点が８５０℃以下の安価なガラス基板上
のＭＯＳトランジスタでは、１０００℃以上のプロセス
を利用することが出来ないので、減圧化学気相成長法で
シリコン層を堆積しても、多結晶の粒径は高々数ｎｍで
あるため、この上にＭＯＳトランジスタを形成しても、
そのキャリア移動度は、バルクシリコン上のＭＯＳトラ
ンジスタの数十分の１程度である。
ス基板用に、歪点が８５０℃以下の安価なガラス基板上
のＭＯＳトランジスタでは、１０００℃以上のプロセス
を利用することが出来ないので、減圧化学気相成長法で
シリコン層を堆積しても、多結晶の粒径は高々数ｎｍで
あるため、この上にＭＯＳトランジスタを形成しても、
そのキャリア移動度は、バルクシリコン上のＭＯＳトラ
ンジスタの数十分の１程度である。
【０００６】そこで最近、レーザービームや電子ビーム
等をシリコン薄膜上を走査し、該薄膜の溶融再個化を行
うことにより、結晶粒径を増大させ単結晶化あるいは多
結晶化する方法が検討されている。この方法によれば、
絶縁基板上に高品質シリコン単結晶相を、または高品質
多結晶を形成でき、それを用いて作成した素子の特性も
向上し、バルクシリコンに作成した素子の特性と同程度
まで改善される。さらにこの方法では、素子を積層化す
ることが可能となりいわゆる３次元ＩＣの実現が可能と
なる。そして高密度、高速、多機能などの特徴を持つ回
路が得られるようになる。
等をシリコン薄膜上を走査し、該薄膜の溶融再個化を行
うことにより、結晶粒径を増大させ単結晶化あるいは多
結晶化する方法が検討されている。この方法によれば、
絶縁基板上に高品質シリコン単結晶相を、または高品質
多結晶を形成でき、それを用いて作成した素子の特性も
向上し、バルクシリコンに作成した素子の特性と同程度
まで改善される。さらにこの方法では、素子を積層化す
ることが可能となりいわゆる３次元ＩＣの実現が可能と
なる。そして高密度、高速、多機能などの特徴を持つ回
路が得られるようになる。
【０００７】レーザービームにより高品質なシリコン層
を形成し薄膜トランジスタを製作した例として、Ｅｘｔ
ｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ２２ｎ
ｄ（１９９０ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｖ
ｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｅｎｄａ
ｉ，１９９０，ｐｐ．９６７−９７０「ＸｅＣｌ Ｅｘ
ｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ａｍｏｒｐ
ｈｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｒｙｓｔｌｌｉｚａｔｉ
ｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｆｉｌｍｓ」が挙げられ
る。
を形成し薄膜トランジスタを製作した例として、Ｅｘｔ
ｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ２２ｎ
ｄ（１９９０ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｖ
ｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｅｎｄａ
ｉ，１９９０，ｐｐ．９６７−９７０「ＸｅＣｌ Ｅｘ
ｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ａｍｏｒｐ
ｈｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｒｙｓｔｌｌｉｚａｔｉ
ｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｆｉｌｍｓ」が挙げられ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ービームの照射によってシリコン層を基板全体にわたっ
て均一に結晶化することは困難である。ＰＥＣＶＤ法あ
るいは減圧化学気相成長法などにより形成したシリコン
層をレーザービームにより高品質なシリコン層を得るた
めには、ある適当なエネルギーが必要である。上記の従
来例のように、モノシランをグロー放電により分解して
形成した水素を含有する非晶質なシリコン層の場合に
は、ある適度なビームエネルギーであると、大粒径の多
結晶シリコン膜を形成することができるが、そのエネル
ギーより少ないエネルギーであると、微結晶粒のシリコ
ン層となってしまう。
ービームの照射によってシリコン層を基板全体にわたっ
て均一に結晶化することは困難である。ＰＥＣＶＤ法あ
るいは減圧化学気相成長法などにより形成したシリコン
層をレーザービームにより高品質なシリコン層を得るた
めには、ある適当なエネルギーが必要である。上記の従
来例のように、モノシランをグロー放電により分解して
形成した水素を含有する非晶質なシリコン層の場合に
は、ある適度なビームエネルギーであると、大粒径の多
結晶シリコン膜を形成することができるが、そのエネル
ギーより少ないエネルギーであると、微結晶粒のシリコ
ン層となってしまう。
【０００９】上記従来例で使用しているエキシマレーザ
ーでは、ビーム進行方向に対して垂直な断面についての
ビームのエネルギー分布は図４に示すように疑似的なガ
ウス分布をしており、必ずしも一定のエネルギー分布を
有するビームではない。すると、ビームのエネルギー強
度に応じて、大粒径のシリコン層や微結晶のシリコン層
の部分が形成され、均一な品質のシリコン層を得ること
ができない。そこで従来例では、大面積にわたって均一
な多結晶シリコン層を得るために、レーザービームを微
細な間隔に位置をずらしながらアニールする方法を試み
ている。しかしながら、この方法では同一地点のシリコ
ン層を数十回も照射しなければならないためたいへん効
率が低い欠点があった。また、この方法では、本来、大
粒径な粒子を有するシリコン層を得るためのエネルギー
よりも大きな強度のレーザービームを照射するため、シ
リコン層の表面が粗くなったり、シリコン層が被着して
いる薄膜に損傷が発生する欠点があった。
ーでは、ビーム進行方向に対して垂直な断面についての
ビームのエネルギー分布は図４に示すように疑似的なガ
ウス分布をしており、必ずしも一定のエネルギー分布を
有するビームではない。すると、ビームのエネルギー強
度に応じて、大粒径のシリコン層や微結晶のシリコン層
の部分が形成され、均一な品質のシリコン層を得ること
ができない。そこで従来例では、大面積にわたって均一
な多結晶シリコン層を得るために、レーザービームを微
細な間隔に位置をずらしながらアニールする方法を試み
ている。しかしながら、この方法では同一地点のシリコ
ン層を数十回も照射しなければならないためたいへん効
率が低い欠点があった。また、この方法では、本来、大
粒径な粒子を有するシリコン層を得るためのエネルギー
よりも大きな強度のレーザービームを照射するため、シ
リコン層の表面が粗くなったり、シリコン層が被着して
いる薄膜に損傷が発生する欠点があった。
【００１０】また一方、特殊な光学系をレーザービーム
の発振源とサンプルであるシリコン層の間に設けて、ビ
ームのエネルギー分布を均一化する試みが行われてき
た。
の発振源とサンプルであるシリコン層の間に設けて、ビ
ームのエネルギー分布を均一化する試みが行われてき
た。
【００１１】しかしながら、この特殊な光学系によるビ
ーム強度分布の改良による結果は、ビーム全体に渡って
均一になっていることなく、ビームの縁ではなお依然と
して不均一性が観測される。エネルギー強度が足りない
部分では、ＰＥＣＶＤにより形成されたシリコン層の場
合、ビームのエネルギー強度が足りない部分では微結晶
シリコン層となり、次にこの微結晶シリコン層に、初期
のシリコン層から大粒径粒子を有するシリコン層を形成
するために必要なエネルギーを照射しても、微結晶状態
のままで変化しない。したがって、従来のような不均一
なエネルギー強度分布を有するエネルギービームでは、
パルスレーザーの照射によって、パルスレーザーのビー
ムよりも広い面積のシリコン層を均一に高品質化するこ
とができない欠点があった。
ーム強度分布の改良による結果は、ビーム全体に渡って
均一になっていることなく、ビームの縁ではなお依然と
して不均一性が観測される。エネルギー強度が足りない
部分では、ＰＥＣＶＤにより形成されたシリコン層の場
合、ビームのエネルギー強度が足りない部分では微結晶
シリコン層となり、次にこの微結晶シリコン層に、初期
のシリコン層から大粒径粒子を有するシリコン層を形成
するために必要なエネルギーを照射しても、微結晶状態
のままで変化しない。したがって、従来のような不均一
なエネルギー強度分布を有するエネルギービームでは、
パルスレーザーの照射によって、パルスレーザーのビー
ムよりも広い面積のシリコン層を均一に高品質化するこ
とができない欠点があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タの製造方法は、基板上にシリコン層を有する薄膜トラ
ンジスタの製造方法において、前記基板上に前記シリコ
ン層を形成する工程と、短波長の光線を凸レンズを通過
させ、その後凹レンズを通過させる工程と、遮蔽手段に
より前記並行光線の一部分を遮って前記シリコン層に照
射する工程とを有し、前記シリコン層のレーザービーム
により照射される面は重なるように複数回照射されるこ
とを特徴とする。好ましくは、前記レーザービームは、
矩形状のエネルギー分布を有するパルスビームである。
好ましくは、前記凸レンズと前記凹レンズの距離を変更
することによりビームの大きさを変える工程を備える。
本発明の薄膜トランジスタの製造装置は、レーザー源
と、前記レーザー源からの短波長の光線を受ける凸レン
ズと、前記凸レンズの出射光を受ける凹レンズと、前記
凹レンズの出射光の一部分を遮って基板上のシリコン層
に照射する遮蔽手段とを備えることを特徴とする。
タの製造方法は、基板上にシリコン層を有する薄膜トラ
ンジスタの製造方法において、前記基板上に前記シリコ
ン層を形成する工程と、短波長の光線を凸レンズを通過
させ、その後凹レンズを通過させる工程と、遮蔽手段に
より前記並行光線の一部分を遮って前記シリコン層に照
射する工程とを有し、前記シリコン層のレーザービーム
により照射される面は重なるように複数回照射されるこ
とを特徴とする。好ましくは、前記レーザービームは、
矩形状のエネルギー分布を有するパルスビームである。
好ましくは、前記凸レンズと前記凹レンズの距離を変更
することによりビームの大きさを変える工程を備える。
本発明の薄膜トランジスタの製造装置は、レーザー源
と、前記レーザー源からの短波長の光線を受ける凸レン
ズと、前記凸レンズの出射光を受ける凹レンズと、前記
凹レンズの出射光の一部分を遮って基板上のシリコン層
に照射する遮蔽手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
【実施例】以下図面を参照して実施例を詳細に説明す
る。
る。
【００１４】実施例を図１に示す。
【００１５】まず、図１ａに示したように透明絶縁基板
１０１に、電子サイクロトロン共鳴スパッタ法により形
成された二酸化珪素膜１０２を２００ｎｍの厚さで形成
する。該二酸化珪素膜の代わりにＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、
ＰＳＧなどの絶縁膜でもよい。
１０１に、電子サイクロトロン共鳴スパッタ法により形
成された二酸化珪素膜１０２を２００ｎｍの厚さで形成
する。該二酸化珪素膜の代わりにＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、
ＰＳＧなどの絶縁膜でもよい。
【００１６】次に、例えば、減圧化学気相成長法により
５５０℃の温度で５０ｎｍの厚みで非晶質のシリコン層
１０３を形成する。前記のように減圧化学気相成長法に
よるシリコン層は水素の含有量が原子数比で１％以下で
ある。
５５０℃の温度で５０ｎｍの厚みで非晶質のシリコン層
１０３を形成する。前記のように減圧化学気相成長法に
よるシリコン層は水素の含有量が原子数比で１％以下で
ある。
【００１７】次に、図１ｂに示すように、該シリコン層
１０３の表面にレーザービーム１０４を照射する。該レ
ーザービームはＸｅＣｌエキシマレーザーであり、波長
が３０８ｎｍであるので、前記非晶質のシリコン層では
３０８ｎｍの吸収係数が１０6 ｃｍ-1と大きいため、該
レーザービームのエネルギーの大部分が該シリコン層に
吸収される。レーザービームの条件は、半値幅が５０ｎ
ｓであり、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪｃｍ-2
であり、ビームの照射面の幾何学的な大きさは一辺が１
０ｍｍの正方形である。このビームの幾何学的な大きさ
は必要に応じて変更可能である。
１０３の表面にレーザービーム１０４を照射する。該レ
ーザービームはＸｅＣｌエキシマレーザーであり、波長
が３０８ｎｍであるので、前記非晶質のシリコン層では
３０８ｎｍの吸収係数が１０6 ｃｍ-1と大きいため、該
レーザービームのエネルギーの大部分が該シリコン層に
吸収される。レーザービームの条件は、半値幅が５０ｎ
ｓであり、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪｃｍ-2
であり、ビームの照射面の幾何学的な大きさは一辺が１
０ｍｍの正方形である。このビームの幾何学的な大きさ
は必要に応じて変更可能である。
【００１８】つぎに、該レーザービーム１０４のエネル
ギー分布の改良について図に示しながら説明する。図２
に示すレーザー源２０１から発射されたレーザービーム
２０２のエネルギー分布は図２に示すように疑似的なガ
ウス分布をしている。該レーザービーム２０２はアッテ
ネーター２０３と、例えばフライアイレンズのような特
殊な光学レンズ２０４を通過する。該アッテネーター２
０３でレーザービームのエネルギーを必要に応じて減衰
させる。該特殊な光学レンズ２０４で、該レーザービー
ムのエネルギー分布を、疑似的なガウス分布から図３ａ
に示すようにエネルギー密度が一定のピークＥMAX を持
つ疑似台形状のエネルギー分布に改良する。次に、該エ
ネルギー分布が疑似台形状に改良されたレーザービーム
を凸レンズ２０５に通過させる。次に、該凸レンズ２０
５を通過したレーザービームを凹レンズ２０６に通過さ
せる。次に該凸レンズ２０５と該凹レンズ２０６の距離
を変更することによりビームの大きさを変えられる。ま
た、該凹レンズ２０６を通過したレーザービームは平行
光線となる。該凹レンズ２０６を通過したレーザービー
ムを、マスク２０７に通過させる。該マスク２０７の基
板の材質は良質の石英であり、図４に示すようにレーザ
ー光を遮るマスクの描画部分４０１は、タングステンな
どの高融点金属である。または波長３０８ｎｍの光につ
いて反射係数の大きな金属薄膜であってもよい。該マス
ク２０７を通過することにより、図５に示すようにビー
ムの縁が極めて急峻であり縁以外の部分のエネルギー密
度が均一な矩形状のエネルギー分布のレーザービーム２
０８が得られる。
ギー分布の改良について図に示しながら説明する。図２
に示すレーザー源２０１から発射されたレーザービーム
２０２のエネルギー分布は図２に示すように疑似的なガ
ウス分布をしている。該レーザービーム２０２はアッテ
ネーター２０３と、例えばフライアイレンズのような特
殊な光学レンズ２０４を通過する。該アッテネーター２
０３でレーザービームのエネルギーを必要に応じて減衰
させる。該特殊な光学レンズ２０４で、該レーザービー
ムのエネルギー分布を、疑似的なガウス分布から図３ａ
に示すようにエネルギー密度が一定のピークＥMAX を持
つ疑似台形状のエネルギー分布に改良する。次に、該エ
ネルギー分布が疑似台形状に改良されたレーザービーム
を凸レンズ２０５に通過させる。次に、該凸レンズ２０
５を通過したレーザービームを凹レンズ２０６に通過さ
せる。次に該凸レンズ２０５と該凹レンズ２０６の距離
を変更することによりビームの大きさを変えられる。ま
た、該凹レンズ２０６を通過したレーザービームは平行
光線となる。該凹レンズ２０６を通過したレーザービー
ムを、マスク２０７に通過させる。該マスク２０７の基
板の材質は良質の石英であり、図４に示すようにレーザ
ー光を遮るマスクの描画部分４０１は、タングステンな
どの高融点金属である。または波長３０８ｎｍの光につ
いて反射係数の大きな金属薄膜であってもよい。該マス
ク２０７を通過することにより、図５に示すようにビー
ムの縁が極めて急峻であり縁以外の部分のエネルギー密
度が均一な矩形状のエネルギー分布のレーザービーム２
０８が得られる。
【００１９】該シリコン層１０３をビームアニールする
時の該シリコン層１０３周辺の雰囲気は、真空あるいは
不活性ガス雰囲気、あるいは窒素雰囲気、あるいは大気
の雰囲気である。
時の該シリコン層１０３周辺の雰囲気は、真空あるいは
不活性ガス雰囲気、あるいは窒素雰囲気、あるいは大気
の雰囲気である。
【００２０】また、該レーザービーム１０４の強度は、
該アッテネーター２０３と該凸レンズ２０５と該凹レン
ズ２０６の距離を変更することにより適宜調整すること
ができる。
該アッテネーター２０３と該凸レンズ２０５と該凹レン
ズ２０６の距離を変更することにより適宜調整すること
ができる。
【００２１】図２に示すように該シリコン層１０３が形
成されている基板２０９をステージ２１０に載せて、ビ
ームの進行方向に対して垂直または斜めに設置してある
駆動系２１１を接続している該ステージ２１０を、該レ
ーザー源２０１のレーザー発振周波数およびレーザーの
発信するタイミングと該駆動系の動作をコントロールす
るコンピューター２１２によりコントロールしながらパ
ルスビームの照射位置を変更できる。
成されている基板２０９をステージ２１０に載せて、ビ
ームの進行方向に対して垂直または斜めに設置してある
駆動系２１１を接続している該ステージ２１０を、該レ
ーザー源２０１のレーザー発振周波数およびレーザーの
発信するタイミングと該駆動系の動作をコントロールす
るコンピューター２１２によりコントロールしながらパ
ルスビームの照射位置を変更できる。
【００２２】該レーザービーム１０４の幾何学的大きさ
よりも広い面積の該シリコン層１０３をアニールする場
合には、該シリコン層表面において照射位置を変えた複
数回のパルスビームを照射しなければならない。
よりも広い面積の該シリコン層１０３をアニールする場
合には、該シリコン層表面において照射位置を変えた複
数回のパルスビームを照射しなければならない。
【００２３】図６に照射位置を変えた場合のシリコン層
の結晶化の様子を示す。
の結晶化の様子を示す。
【００２４】図６ａの例は、該特殊な光学レンズ２０４
と該凸レンズ２０５と該凹レンズ２０６を通過させるが
該マスク２０７を通過させないレーザービームを照射位
置を変えてシリコン層をアニールした場合の例を示す。
このレーザービームは図３ａに示すような台形状のエネ
ルギー分布を有する。
と該凸レンズ２０５と該凹レンズ２０６を通過させるが
該マスク２０７を通過させないレーザービームを照射位
置を変えてシリコン層をアニールした場合の例を示す。
このレーザービームは図３ａに示すような台形状のエネ
ルギー分布を有する。
【００２５】図３ｂに該台形状のエネルギー分布を有す
るパルスビームを照射した場合のシリコン層の様子を示
す。図３ａに示すように、パルスレーザーのエネルギー
密度ＥがＯ≦Ｅ≦Ｅ1 の範囲では、該シリコン層１０３
は変化しない。該パルスレーザーのエネルギー密度Ｅが
Ｅ2 ≦Ｅ≦Ｅ3の範囲にある場合には該シリコン層１０
３は大粒径の結晶を有する良質な多結晶シリコン層３０
１に変化する。また該パルスレーザーのエネルギー密度
ＥがＥ1 ≦Ｅ≦Ｅ2 の範囲にある場合には該シリコン層
１０３は微結晶粒子を有するシリコン層３０２に変化す
る。また、該パルスレーザーのエネルギー密度Ｅが、Ｅ
3 ≦Ｅの範囲にある場合には、エネルギー密度が大きす
ぎる場合であり、該シリコン層は非晶質なシリコン層に
変化する。そこで図３ｂには、パルスレーザーの最大の
エネルギー密度ＥMAX がＥ3 よりも小さい場合を示し
た。図３ｂに示したようにビームが照射された部分のう
ち中心部３０１には多結晶シリコン層が形成されるが、
周辺部３０２は微結晶粒子を有するシリコン層が形成さ
れる。
るパルスビームを照射した場合のシリコン層の様子を示
す。図３ａに示すように、パルスレーザーのエネルギー
密度ＥがＯ≦Ｅ≦Ｅ1 の範囲では、該シリコン層１０３
は変化しない。該パルスレーザーのエネルギー密度Ｅが
Ｅ2 ≦Ｅ≦Ｅ3の範囲にある場合には該シリコン層１０
３は大粒径の結晶を有する良質な多結晶シリコン層３０
１に変化する。また該パルスレーザーのエネルギー密度
ＥがＥ1 ≦Ｅ≦Ｅ2 の範囲にある場合には該シリコン層
１０３は微結晶粒子を有するシリコン層３０２に変化す
る。また、該パルスレーザーのエネルギー密度Ｅが、Ｅ
3 ≦Ｅの範囲にある場合には、エネルギー密度が大きす
ぎる場合であり、該シリコン層は非晶質なシリコン層に
変化する。そこで図３ｂには、パルスレーザーの最大の
エネルギー密度ＥMAX がＥ3 よりも小さい場合を示し
た。図３ｂに示したようにビームが照射された部分のう
ち中心部３０１には多結晶シリコン層が形成されるが、
周辺部３０２は微結晶粒子を有するシリコン層が形成さ
れる。
【００２６】次に、図６ａに示すように照射位置を変え
て、１回目の照射部分と重なる部分６０３を形成するよ
うに、２回目のパルスビームを照射する。１回目のパル
スビームと２回目のパルスビームの最大エネルギーＥ
MAX エネルギーが等しければ、領域６０１と領域６０２
のシリコン層は同じ結晶状態である。また、上記のよう
に減圧化学気相成長法などによる水素の含有量が少ない
非晶質のシリコン層の場合には、該レーザービーム１０
４の照射するパルスビームの回数にかかわらず同じ状態
の結晶が得られる。したがって、領域６０１および領域
６０２および領域６０３のシリコン層は同じ結晶状態で
ある。ところが周辺部３０２の微結晶粒子を有するシリ
コン層に、上記のＥ2 ≦Ｅ≦Ｅ3 の範囲にあるエネルギ
ーＥのレーザービームを照射しても、微結晶粒子を有す
るシリコン層のままで変化しない。また、上記のＥ1 ≦
Ｅ≦Ｅ2 の範囲にあるエネルギーのパルスレーザーを中
心部３０１の多結晶シリコン層に照射しても、変化は認
められない。図６ａにおいて１回目と２回目のパルスビ
ームのエネルギーがＥ1 ≦Ｅ≦Ｅ2 の照射領域を６０４
と示した。
て、１回目の照射部分と重なる部分６０３を形成するよ
うに、２回目のパルスビームを照射する。１回目のパル
スビームと２回目のパルスビームの最大エネルギーＥ
MAX エネルギーが等しければ、領域６０１と領域６０２
のシリコン層は同じ結晶状態である。また、上記のよう
に減圧化学気相成長法などによる水素の含有量が少ない
非晶質のシリコン層の場合には、該レーザービーム１０
４の照射するパルスビームの回数にかかわらず同じ状態
の結晶が得られる。したがって、領域６０１および領域
６０２および領域６０３のシリコン層は同じ結晶状態で
ある。ところが周辺部３０２の微結晶粒子を有するシリ
コン層に、上記のＥ2 ≦Ｅ≦Ｅ3 の範囲にあるエネルギ
ーＥのレーザービームを照射しても、微結晶粒子を有す
るシリコン層のままで変化しない。また、上記のＥ1 ≦
Ｅ≦Ｅ2 の範囲にあるエネルギーのパルスレーザーを中
心部３０１の多結晶シリコン層に照射しても、変化は認
められない。図６ａにおいて１回目と２回目のパルスビ
ームのエネルギーがＥ1 ≦Ｅ≦Ｅ2 の照射領域を６０４
と示した。
【００２７】したがって、図３ａのエネルギー分布を有
するパルスビームを照射位置を変えてシリコン層をアニ
ールすると上記に示した理由で図６ｂに示すように微結
晶粒子を有するシリコン層の領域６０６が形成される。
するパルスビームを照射位置を変えてシリコン層をアニ
ールすると上記に示した理由で図６ｂに示すように微結
晶粒子を有するシリコン層の領域６０６が形成される。
【００２８】すなわち、図３ａに示すようなＥ1 ≦Ｅ≦
Ｅ2 のエネルギーを有する台形状のあるいはそれに類似
のエネルギー分布のパルスビームを照射位置を変えて該
シリコン層１０３に複数回照射すると、結晶状態が不均
一なシリコン層が形成され、このように形成された不均
一な結晶状態のシリコン層を材料にした薄膜トランジス
タの特性は基板全体で不均一な分布となってしまう。
Ｅ2 のエネルギーを有する台形状のあるいはそれに類似
のエネルギー分布のパルスビームを照射位置を変えて該
シリコン層１０３に複数回照射すると、結晶状態が不均
一なシリコン層が形成され、このように形成された不均
一な結晶状態のシリコン層を材料にした薄膜トランジス
タの特性は基板全体で不均一な分布となってしまう。
【００２９】図６ａの様に照射された場合のシリコン層
の結晶状態の分布の模式図を図６ｂに示す。大粒径の粒
子を有する良質なシリコン層の領域６０５と微結晶粒子
を有するシリコン層６０６が形成される。
の結晶状態の分布の模式図を図６ｂに示す。大粒径の粒
子を有する良質なシリコン層の領域６０５と微結晶粒子
を有するシリコン層６０６が形成される。
【００３０】図７の例は、レーザービームのエネルギー
分布を上記の方法により改良した場合のシリコン層の様
子を示す。１回目のパルスビームの照射により該シリコ
ン層１０３は多結晶シリコン層７０１に変化する。次に
照射位置を変えて、１回目の照射部分と重なる部分７０
３を形成するように、２回目のパルスビームを照射す
る。１回目のパルスビームと２回目のパルスビームのエ
ネルギーが等しければ、７０１と領域７０２のシリコン
層は同じ結晶状態である。
分布を上記の方法により改良した場合のシリコン層の様
子を示す。１回目のパルスビームの照射により該シリコ
ン層１０３は多結晶シリコン層７０１に変化する。次に
照射位置を変えて、１回目の照射部分と重なる部分７０
３を形成するように、２回目のパルスビームを照射す
る。１回目のパルスビームと２回目のパルスビームのエ
ネルギーが等しければ、７０１と領域７０２のシリコン
層は同じ結晶状態である。
【００３１】また、上記のように減圧化学気相成長法な
どによる水素の含有量が少ない非晶質のシリコン層の場
合には、該レーザービーム１０４の照射するパルスの回
数にかかわらず同じ状態の結晶が得られる。したがっ
て、図７ａに示す領域７０３の結晶状態は領域７０１お
よび領域７０２と同じである。さらに、前述のように矩
形型のエネルギー分布を持つレーザービームのため境界
７０４には微結晶粒子が形成されないため実質的に領域
７０１と領域７０２と領域７０３の間には境界状態のな
い均一な多結晶シリコン層が形成される。図７ａの様に
照射された場合のシリコン層の結晶状態の分布の模式図
を図７ｂに示す。大粒径の粒子を有する良質なシリコン
層の領域７０５のみが形成され、微結晶粒子を有するシ
リコン層は形成されない。したがって、図５に示す矩形
状のエネルギー分布を有する、適度なエネルギーのパル
スビームで、照射位置を変えて個々のパルスビームが重
なり部分を形成するように基板全体の該シリコン層１０
３をアニールすると、図１ｃに示すように、基板全体に
渡って均一な大きな結晶粒を有する良質なシリコン層１
０５を得ることができる。したがって、該レーザービー
ム２０８すなわち該レーザービーム１０４を該シリコン
層１０３に照射することによって、基板全体に渡って均
一な多結晶シリコン層１０５が得られ、これによって、
基板全体に渡って均一な特性を有する移動度が高い高性
能な薄膜トランジスタを製造することができる。
どによる水素の含有量が少ない非晶質のシリコン層の場
合には、該レーザービーム１０４の照射するパルスの回
数にかかわらず同じ状態の結晶が得られる。したがっ
て、図７ａに示す領域７０３の結晶状態は領域７０１お
よび領域７０２と同じである。さらに、前述のように矩
形型のエネルギー分布を持つレーザービームのため境界
７０４には微結晶粒子が形成されないため実質的に領域
７０１と領域７０２と領域７０３の間には境界状態のな
い均一な多結晶シリコン層が形成される。図７ａの様に
照射された場合のシリコン層の結晶状態の分布の模式図
を図７ｂに示す。大粒径の粒子を有する良質なシリコン
層の領域７０５のみが形成され、微結晶粒子を有するシ
リコン層は形成されない。したがって、図５に示す矩形
状のエネルギー分布を有する、適度なエネルギーのパル
スビームで、照射位置を変えて個々のパルスビームが重
なり部分を形成するように基板全体の該シリコン層１０
３をアニールすると、図１ｃに示すように、基板全体に
渡って均一な大きな結晶粒を有する良質なシリコン層１
０５を得ることができる。したがって、該レーザービー
ム２０８すなわち該レーザービーム１０４を該シリコン
層１０３に照射することによって、基板全体に渡って均
一な多結晶シリコン層１０５が得られ、これによって、
基板全体に渡って均一な特性を有する移動度が高い高性
能な薄膜トランジスタを製造することができる。
【００３２】上記の実施例は減圧化学気相成長法によっ
て形成されたシリコン層の結晶化について説明したが、
ＰＥＣＶＤによって形成されたシリコン層でも、４５０
℃で窒素雰囲気で６０分のアニールを施すと水素の含有
量が１％以下になるので、ＰＥＣＶＤによって形成され
たシリコン層でも本発明は適用できる。無論スパッタ法
により形成されたシリコン層でも本発明は適用できる。
て形成されたシリコン層の結晶化について説明したが、
ＰＥＣＶＤによって形成されたシリコン層でも、４５０
℃で窒素雰囲気で６０分のアニールを施すと水素の含有
量が１％以下になるので、ＰＥＣＶＤによって形成され
たシリコン層でも本発明は適用できる。無論スパッタ法
により形成されたシリコン層でも本発明は適用できる。
【００３３】上記の実施例は、シリコン層の結晶化につ
いて説明したが、上記の実施例に限らず、パルスレーザ
ービームにより薄膜あるいは基体などを大面積に渡って
均一に改質する場合でも本発明は適用できる。
いて説明したが、上記の実施例に限らず、パルスレーザ
ービームにより薄膜あるいは基体などを大面積に渡って
均一に改質する場合でも本発明は適用できる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザービームの幾何学的形状よりも広い面積のシリコン
層を均一に結晶化することができるので、大面積の基板
上にレーザービームの照射によって結晶粒径の大きな良
質なシリコン層を均一に形成することができる。したが
って、基板全面に移動度の高い高性能の薄膜トランジス
タを室温のレーザーアニールにより基板全面に形成する
ことができるので、駆動回路を内蔵したアクティブマト
リックス方式の平面表示体を、石英ではなくガラス基板
に製造することができる。この結果、平面表示体のコス
トは、基板に効果な石英基板でなく安価なガラス基板に
形成することができるので、平面表示体のコストが安価
になる。
ーザービームの幾何学的形状よりも広い面積のシリコン
層を均一に結晶化することができるので、大面積の基板
上にレーザービームの照射によって結晶粒径の大きな良
質なシリコン層を均一に形成することができる。したが
って、基板全面に移動度の高い高性能の薄膜トランジス
タを室温のレーザーアニールにより基板全面に形成する
ことができるので、駆動回路を内蔵したアクティブマト
リックス方式の平面表示体を、石英ではなくガラス基板
に製造することができる。この結果、平面表示体のコス
トは、基板に効果な石英基板でなく安価なガラス基板に
形成することができるので、平面表示体のコストが安価
になる。
【００３５】また、シリコン層の吸収係数が大きな波長
を有するパルスエキシマレーザーによりシリコン層を良
質化できるので、３次元半導体集積回路を形成すること
もできる。
を有するパルスエキシマレーザーによりシリコン層を良
質化できるので、３次元半導体集積回路を形成すること
もできる。
【図１】本発明のシリコン半導体層を形成する実施例の
工程図である。
工程図である。
【図２】本発明の、パルスレーザービームのエネルギー
分布を矩形状に改良する方法の光学系の図である。
分布を矩形状に改良する方法の光学系の図である。
【図３】エネルギーの分布を改良する前のレーザービー
ムのエネルギー強度分布と、エネルギー強度に対するシ
リコン層の変化を示す図である。
ムのエネルギー強度分布と、エネルギー強度に対するシ
リコン層の変化を示す図である。
【図４】本発明の、パルスレーザービームのエネルギー
強度分布を矩形状に改良するためのマスクの図である。
強度分布を矩形状に改良するためのマスクの図である。
【図５】本発明により、改良されたパルスレーザービー
ムのエネルギー強度分布を示す図である。
ムのエネルギー強度分布を示す図である。
【図６】従来のエネルギー強度分布を有するパルスレー
ザービームを複数回照射した場合のシリコン層の変化を
示す図である。
ザービームを複数回照射した場合のシリコン層の変化を
示す図である。
【図７】本発明により、改良されたパルスレーザービー
ムを複数回照射した場合のシリコン層の変化を示す図で
ある。
ムを複数回照射した場合のシリコン層の変化を示す図で
ある。
１０１ 透明絶縁基板 １０２ 二酸化珪素膜 １０３ シリコン層 １０４ レーザービーム １０５ 多結晶シリコン層 ２０１ レーザー源 ２０２ 改良前のレーザービーム ２０３ アッテネーター ２０４ 特殊な光学レンズ ２０５ 凸レンズ ２０６ 凹レンズ ２０７ マスク ２０８ 矩形状のエネルギー分布のレーザービーム
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上にシリコン層を有する薄膜トラン
ジスタの製造方法において、前記基板上に前記シリコン
層を形成する工程と、短波長の光線を凸レンズを通過さ
せ、その後凹レンズを通過させる工程と、遮蔽手段によ
り前記並行光線の一部分を遮って前記シリコン層に照射
する工程とを有し、前記シリコン層のレーザービームに
より照射される面は重なるように複数回照射されること
を特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項２】 前記レーザービームは、矩形状のエネル
ギー分布を有するパルスビームであることを特徴とする
請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項３】 前記凸レンズと前記凹レンズの距離を変
更することによりビームの大きさを変える工程を備える
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタの製
造方法。 - 【請求項４】 レーザー源と、前記レーザー源からの短
波長の光線を受ける凸レンズと、前記凸レンズの出射光
を受ける凹レンズと、前記凹レンズの出射光の一部分を
遮って基板上のシリコン層に照射する遮蔽手段とを備え
ることを特徴とする薄膜トランジスタの製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07171491A JP3149450B2 (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 薄膜トランジスタの製造方法及び製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07171491A JP3149450B2 (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 薄膜トランジスタの製造方法及び製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04307727A JPH04307727A (ja) | 1992-10-29 |
| JP3149450B2 true JP3149450B2 (ja) | 2001-03-26 |
Family
ID=13468477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07171491A Expired - Lifetime JP3149450B2 (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 薄膜トランジスタの製造方法及び製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3149450B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101578438B1 (ko) * | 2014-08-20 | 2015-12-17 | 주식회사 문인 | 천장판넬 내진시공장치 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2785551B2 (ja) * | 1991-10-04 | 1998-08-13 | ソニー株式会社 | エキシマレーザ光照射による熱処理方法 |
| JPH06124913A (ja) * | 1992-06-26 | 1994-05-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー処理方法 |
| US6897100B2 (en) * | 1993-11-05 | 2005-05-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for processing semiconductor device apparatus for processing a semiconductor and apparatus for processing semiconductor device |
| TW345705B (en) * | 1994-07-28 | 1998-11-21 | Handotai Energy Kenkyusho Kk | Laser processing method |
| JP3535241B2 (ja) * | 1994-11-18 | 2004-06-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体デバイス及びその作製方法 |
| TW305063B (ja) | 1995-02-02 | 1997-05-11 | Handotai Energy Kenkyusho Kk | |
| TW297138B (ja) * | 1995-05-31 | 1997-02-01 | Handotai Energy Kenkyusho Kk | |
| US6524977B1 (en) | 1995-07-25 | 2003-02-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of laser annealing using linear beam having quasi-trapezoidal energy profile for increased depth of focus |
| US5858807A (en) * | 1996-01-17 | 1999-01-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing liquid crystal display device |
| JP3301054B2 (ja) | 1996-02-13 | 2002-07-15 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | レーザー照射装置及びレーザー照射方法 |
| JP3562389B2 (ja) * | 1999-06-25 | 2004-09-08 | 三菱電機株式会社 | レーザ熱処理装置 |
| US7812283B2 (en) | 2004-03-26 | 2010-10-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation method, laser irradiation apparatus, and method for fabricating semiconductor device |
| US8525075B2 (en) | 2004-05-06 | 2013-09-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus |
| US8624155B1 (en) * | 2009-05-12 | 2014-01-07 | Vinyl Technologies, Inc. | Apparatus for scribing thin films in photovoltaic cells |
| US9214346B2 (en) * | 2012-04-18 | 2015-12-15 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method to reduce particles in advanced anneal process |
| GB2541412B (en) * | 2015-08-18 | 2018-08-01 | M Solv Ltd | Method and Apparatus for Forming a Conductive Track |
-
1991
- 1991-04-04 JP JP07171491A patent/JP3149450B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101578438B1 (ko) * | 2014-08-20 | 2015-12-17 | 주식회사 문인 | 천장판넬 내진시공장치 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04307727A (ja) | 1992-10-29 |
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