JPH04226039A - 多結晶半導体薄膜トランジスタの製造方法及びアクティブマトリックス基板 - Google Patents
多結晶半導体薄膜トランジスタの製造方法及びアクティブマトリックス基板Info
- Publication number
- JPH04226039A JPH04226039A JP3115464A JP11546491A JPH04226039A JP H04226039 A JPH04226039 A JP H04226039A JP 3115464 A JP3115464 A JP 3115464A JP 11546491 A JP11546491 A JP 11546491A JP H04226039 A JPH04226039 A JP H04226039A
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- JP
- Japan
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- gate
- source
- film transistor
- thin film
- gate electrode
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は画像表示装置等の駆動に
使用される多結晶半導体薄膜トランジスタの製造方法等
に関するものである。
使用される多結晶半導体薄膜トランジスタの製造方法等
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年平面ディスプレイ等の画像表示素子
への応用を目的とした薄膜トランジスタ(TFT)の開
発が活発に行われている。多結晶半導体TFTは非晶質
半導体薄膜を用いた場合と比べ高性能・高信頼性等の長
所があるが、製膜に高温を要するという短所がある。そ
こで、高温プロセスを経ずに多結晶半導体薄膜を得るこ
とができるレーザー光照射による非晶質半導体薄膜の結
晶化技術の研究・応用が盛んに行われている。
への応用を目的とした薄膜トランジスタ(TFT)の開
発が活発に行われている。多結晶半導体TFTは非晶質
半導体薄膜を用いた場合と比べ高性能・高信頼性等の長
所があるが、製膜に高温を要するという短所がある。そ
こで、高温プロセスを経ずに多結晶半導体薄膜を得るこ
とができるレーザー光照射による非晶質半導体薄膜の結
晶化技術の研究・応用が盛んに行われている。
【0003】また、TFTの動作速度を向上させるため
にゲート・ドレイン間の寄生容量を減少させる試みが行
われているが、ソース電極(以下ソースという)・ドレ
イン電極(以下ドレインという)をゲート電極(以下ゲ
ートという)と自己整合的に形成する方法はきわめて有
効な方法である。
にゲート・ドレイン間の寄生容量を減少させる試みが行
われているが、ソース電極(以下ソースという)・ドレ
イン電極(以下ドレインという)をゲート電極(以下ゲ
ートという)と自己整合的に形成する方法はきわめて有
効な方法である。
【0004】ソース・ドレイン領域をイオン注入法によ
りゲートと自己整合的に形成するレーザーによる多結晶
化TFTについて、図2に従って従来の製造方法を説明
する。図2(a)は、従来のTFTの製造方法の最初の
段階を示す断面図であり、図2(b)は、TFTの製造
方法の図2(a)に示す次の段階を示す断面図である。
りゲートと自己整合的に形成するレーザーによる多結晶
化TFTについて、図2に従って従来の製造方法を説明
する。図2(a)は、従来のTFTの製造方法の最初の
段階を示す断面図であり、図2(b)は、TFTの製造
方法の図2(a)に示す次の段階を示す断面図である。
【0005】絶縁基板21上にパッシベーション膜22
、非晶質半導体層23を積層し、レーザー光照射多結晶
化を行い、フォトリソグラフィーにより多結晶半導体薄
膜26のパターンを形成、その上にゲート絶縁膜24、
ゲートの電極となる導電材料25を積層し、再びフォト
リソグラフィーによりゲートのパターンを形成、ゲート
絶縁膜もゲートと同じパターンにエッチングする。
、非晶質半導体層23を積層し、レーザー光照射多結晶
化を行い、フォトリソグラフィーにより多結晶半導体薄
膜26のパターンを形成、その上にゲート絶縁膜24、
ゲートの電極となる導電材料25を積層し、再びフォト
リソグラフィーによりゲートのパターンを形成、ゲート
絶縁膜もゲートと同じパターンにエッチングする。
【0006】ここでイオン注入法によりゲートをマスク
としてに多結晶半導体層26に不純物イオンをドーピン
グし、不純物イオン活性化のための熱処理を行いソース
・ドレイン領域を形成する。さらに層間絶縁膜を堆積し
、ソース・ドレイン領域上にコンタクトホールを形成し
、その上にソース及びドレインを形成する。
としてに多結晶半導体層26に不純物イオンをドーピン
グし、不純物イオン活性化のための熱処理を行いソース
・ドレイン領域を形成する。さらに層間絶縁膜を堆積し
、ソース・ドレイン領域上にコンタクトホールを形成し
、その上にソース及びドレインを形成する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の熱処
理により不純物イオンの活性化を行う方法では、基板と
してガラスなどの生産性の良い耐熱性の低い材料を用い
た場合、不純物イオンの活性化に十分な高温で熱処理す
ることができず、ソース・ドレイン領域の抵抗は十分に
は下がらない。
理により不純物イオンの活性化を行う方法では、基板と
してガラスなどの生産性の良い耐熱性の低い材料を用い
た場合、不純物イオンの活性化に十分な高温で熱処理す
ることができず、ソース・ドレイン領域の抵抗は十分に
は下がらない。
【0008】また、十分な高温で熱処理するためには生
産性の悪い石英などの耐熱性の良い基板材料を用いなけ
ればならず、大面積の基板を使用することができない。 従って従来の方法では大面積ディスプレイを実現するこ
と、あるいは大面積の基板から複数個の製品を製造しコ
ストダウンを図ることができないという問題があった。
産性の悪い石英などの耐熱性の良い基板材料を用いなけ
ればならず、大面積の基板を使用することができない。 従って従来の方法では大面積ディスプレイを実現するこ
と、あるいは大面積の基板から複数個の製品を製造しコ
ストダウンを図ることができないという問題があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決すべくなされたものであり、透明絶縁基板上に形成
された非単結晶半導体をレーザー光によりビームアニ−
ルして多結晶化する薄膜トランジスタの製造方法におい
て、該非単結晶半導体上にゲート絶縁膜・ゲート電極を
形成し、該ゲート電極をマスクとしてソース・ドレイン
領域の該非単結晶半導体に不純物イオンを注入したのち
、該透明絶縁基板裏面よりレーザー光を照射し、上記非
単結晶半導体を完全な溶融状態に至らしめることなく、
該ゲート電極下の該非単結晶半導体の多結晶化又は結晶
性向上、ソース・ドレイン領域の該非単結晶半導体の多
結晶化及び活性化又は、結晶性向上及び活性化を同時に
行うことを特徴とする多結晶半導体薄膜トランジスタの
製造方法を提供するものである。
解決すべくなされたものであり、透明絶縁基板上に形成
された非単結晶半導体をレーザー光によりビームアニ−
ルして多結晶化する薄膜トランジスタの製造方法におい
て、該非単結晶半導体上にゲート絶縁膜・ゲート電極を
形成し、該ゲート電極をマスクとしてソース・ドレイン
領域の該非単結晶半導体に不純物イオンを注入したのち
、該透明絶縁基板裏面よりレーザー光を照射し、上記非
単結晶半導体を完全な溶融状態に至らしめることなく、
該ゲート電極下の該非単結晶半導体の多結晶化又は結晶
性向上、ソース・ドレイン領域の該非単結晶半導体の多
結晶化及び活性化又は、結晶性向上及び活性化を同時に
行うことを特徴とする多結晶半導体薄膜トランジスタの
製造方法を提供するものである。
【0010】以下本発明を図面に従って説明する。
図1(a)は、本発明の製造方法にかかる最初の段階を
示す断面図である。 図1(b)は、図1(a)の次の段階を示す断面図であ
る。 図1(c)は、本発明の最終段階を示す断面図である。
示す断面図である。 図1(b)は、図1(a)の次の段階を示す断面図であ
る。 図1(c)は、本発明の最終段階を示す断面図である。
【0011】図1(a),(b),(c)において、ま
ず、ガラス、セラミック、プラスチック等の透明絶縁基
板1上にプラズマCVD、スパッタリング、減圧CVD
,常圧CVD等によりSiOx ,SiNx 、SiO
x Ny 、TaOx 等の単層または多層膜からなる
パッシベーション膜2を膜厚50〜1000nmの範囲
で形成する。その上にシリコン(Si),ゲルマニウム
(Ge)等の非単結晶半導体たる非晶質半導体層3を膜
厚10〜500nm の範囲で形成する。10nm以下
は結晶性が悪く、TFTの電気的特性が悪くなり、かつ
、レーザーパワーの使用できる範囲が狭くなる。また、
500nm以上は非晶質半導体層3がレーザー照射時
に剥離し易くなり、好ましくない。望ましい範囲は50
〜 400nmである。
ず、ガラス、セラミック、プラスチック等の透明絶縁基
板1上にプラズマCVD、スパッタリング、減圧CVD
,常圧CVD等によりSiOx ,SiNx 、SiO
x Ny 、TaOx 等の単層または多層膜からなる
パッシベーション膜2を膜厚50〜1000nmの範囲
で形成する。その上にシリコン(Si),ゲルマニウム
(Ge)等の非単結晶半導体たる非晶質半導体層3を膜
厚10〜500nm の範囲で形成する。10nm以下
は結晶性が悪く、TFTの電気的特性が悪くなり、かつ
、レーザーパワーの使用できる範囲が狭くなる。また、
500nm以上は非晶質半導体層3がレーザー照射時
に剥離し易くなり、好ましくない。望ましい範囲は50
〜 400nmである。
【0012】この非晶質半導体の替わりに粒径が50μ
m未満の微細な結晶粒子が含まれるいわゆる微結晶半導
体又は、多結晶半導体をも使用できる。多結晶半導体を
使用した場合は、後で行うレーザー照射により、結晶性
の向上を施し、TFTの電流増幅率の向上を行うもので
ある。なお、本発明の説明に代表として非晶質半導体を
使用するが、本発明は非晶質半導体の替りに、微結晶半
導体、多結晶半導体を使用した場合にも適用可能である
。
m未満の微細な結晶粒子が含まれるいわゆる微結晶半導
体又は、多結晶半導体をも使用できる。多結晶半導体を
使用した場合は、後で行うレーザー照射により、結晶性
の向上を施し、TFTの電流増幅率の向上を行うもので
ある。なお、本発明の説明に代表として非晶質半導体を
使用するが、本発明は非晶質半導体の替りに、微結晶半
導体、多結晶半導体を使用した場合にも適用可能である
。
【0013】非晶質半導体として非晶質シリコンを用い
た場合、その非晶質シリコンの水素含有量はレーザービ
ームアニールの工程を安定に行うために約0.5〜20
原子%の範囲が好ましい。20原子%以上は使用可能な
レーザーパワーの範囲が狭く非晶質シリコン膜が剥離し
易くなり、0.5原子%以下の場合には、より大きいレ
ーザーパワーを必要とし、かつ、走査速度を低くしなけ
ればならず生産性が悪い。より好ましくは1〜10原子
%である。
た場合、その非晶質シリコンの水素含有量はレーザービ
ームアニールの工程を安定に行うために約0.5〜20
原子%の範囲が好ましい。20原子%以上は使用可能な
レーザーパワーの範囲が狭く非晶質シリコン膜が剥離し
易くなり、0.5原子%以下の場合には、より大きいレ
ーザーパワーを必要とし、かつ、走査速度を低くしなけ
ればならず生産性が悪い。より好ましくは1〜10原子
%である。
【0014】このような非晶質シリコンはプラズマCV
D法により350℃以上の基板温度で形成することがで
きるし、スパッタリング法あるいはイオンクラスタービ
ーム蒸着法により反応容器内の水素分圧を制御して形成
することもできるし、減圧CVD法等でも形成すること
ができる。
D法により350℃以上の基板温度で形成することがで
きるし、スパッタリング法あるいはイオンクラスタービ
ーム蒸着法により反応容器内の水素分圧を制御して形成
することもできるし、減圧CVD法等でも形成すること
ができる。
【0015】またプラズマCVD法等で形成した水素含
有量約20原子%以上の非晶質シリコンを450℃以上
の温度で熱処理することにより水素を放出させ、含有量
約10原子%以下にして用いることもできる。また薄膜
トランジスタの閾値電圧を制御するため、非晶質半導体
中にホウ素(B)あるいはリン(P)などの不純物を数
十から数百PPM程度膜厚方向に均一あるいは不均一に
含んでいてもよい。
有量約20原子%以上の非晶質シリコンを450℃以上
の温度で熱処理することにより水素を放出させ、含有量
約10原子%以下にして用いることもできる。また薄膜
トランジスタの閾値電圧を制御するため、非晶質半導体
中にホウ素(B)あるいはリン(P)などの不純物を数
十から数百PPM程度膜厚方向に均一あるいは不均一に
含んでいてもよい。
【0016】フォトリソグラフィーにより該非晶質半導
体層3をパターン化し、その上にプラズマCVD、スパ
ッタリング、減圧CVD,常圧CVD等によりSiOx
,SiNx 、SiOx Ny 、TaOx 等の単
層または多層膜からなるゲート絶縁膜4を形成する。更
にその上に真空蒸着法、スパッタリング法等によりクロ
ム(Cr),タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)
等の単層または多層膜からなるゲート電極となるべきゲ
ート材料を形成する。再びフォトリソグラフィーにより
ゲートのパターンにゲートの電極となる導体部分5を形
成する。ゲート絶縁膜4も必要に応じ、ゲートと同じパ
ターンに一部または全部エッチングする。
体層3をパターン化し、その上にプラズマCVD、スパ
ッタリング、減圧CVD,常圧CVD等によりSiOx
,SiNx 、SiOx Ny 、TaOx 等の単
層または多層膜からなるゲート絶縁膜4を形成する。更
にその上に真空蒸着法、スパッタリング法等によりクロ
ム(Cr),タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)
等の単層または多層膜からなるゲート電極となるべきゲ
ート材料を形成する。再びフォトリソグラフィーにより
ゲートのパターンにゲートの電極となる導体部分5を形
成する。ゲート絶縁膜4も必要に応じ、ゲートと同じパ
ターンに一部または全部エッチングする。
【0017】さらにイオン注入法によりゲートをマスク
に非晶質半導体層3のソース・ドレイン領域になる部分
に、リン(P),ホウ素(B)、ヒ素(As)等の不純
物イオンを加速電圧1〜100kVで5×1014〜1
×1016個/cm2 ドーピングする。このとき水素
(H)、弗素(F)等のイオンが同時に注入されてもか
まわないし、PHx ,Bx Hy ,BFx などの
分子イオンが同時に注入されてもかまわない。
に非晶質半導体層3のソース・ドレイン領域になる部分
に、リン(P),ホウ素(B)、ヒ素(As)等の不純
物イオンを加速電圧1〜100kVで5×1014〜1
×1016個/cm2 ドーピングする。このとき水素
(H)、弗素(F)等のイオンが同時に注入されてもか
まわないし、PHx ,Bx Hy ,BFx などの
分子イオンが同時に注入されてもかまわない。
【0018】ゲートをマスクとしたので、ゲートの下の
非晶質半導体3の部分には、P,B等がドープされない
ために、ソース・ドレイン領域とゲートとの位置関係は
位置合わせ不要であり、必然的に(自己整合的に)決定
される。
非晶質半導体3の部分には、P,B等がドープされない
ために、ソース・ドレイン領域とゲートとの位置関係は
位置合わせ不要であり、必然的に(自己整合的に)決定
される。
【0019】ここで透明絶縁基板1裏面よりレーザー光
6を照射し、非晶質半導体層3の多結晶化と不純物イオ
ンの活性化を同時に行う。レーザーとしては連続発振ア
ルゴンイオンレーザー、クリプトンイオンレーザー、X
eClエキシマレーザー等が使用できるが、生産性、安
定性の点からアルゴンイオンレーザーを用いて高速走査
により行うことが望ましい。
6を照射し、非晶質半導体層3の多結晶化と不純物イオ
ンの活性化を同時に行う。レーザーとしては連続発振ア
ルゴンイオンレーザー、クリプトンイオンレーザー、X
eClエキシマレーザー等が使用できるが、生産性、安
定性の点からアルゴンイオンレーザーを用いて高速走査
により行うことが望ましい。
【0020】ここで高速とは走査速度をビームスポット
径×5000/秒以上とすることとし、このとき非晶質
半導体は完全な溶融状態に至らしめられることなく多結
晶化する。このことは図3のようにレーザー光照射の前
後で半導体中のイオン分布が変化しないことによって示
される。
径×5000/秒以上とすることとし、このとき非晶質
半導体は完全な溶融状態に至らしめられることなく多結
晶化する。このことは図3のようにレーザー光照射の前
後で半導体中のイオン分布が変化しないことによって示
される。
【0021】図3に、シリコン薄膜中の不純物(ホウ素
(B))の深さ方向の濃度分布をSIMS(2次イオン
質量分析法)により測定した結果を示す。図3において
、曲線(a)は非晶質シリコン中にB+ イオンを加速
電圧40KVで注入した後、全く熱処理も行わない状態
でのホウ素(B)の濃度分布である。曲線(b)はアル
ゴンイオンレーザーでビーム径50μm、ビームエネル
ギー8W、走査速度10m/sの条件で、アニール、多
結晶化した後のホウ素(B)の濃度分布を示す。
(B))の深さ方向の濃度分布をSIMS(2次イオン
質量分析法)により測定した結果を示す。図3において
、曲線(a)は非晶質シリコン中にB+ イオンを加速
電圧40KVで注入した後、全く熱処理も行わない状態
でのホウ素(B)の濃度分布である。曲線(b)はアル
ゴンイオンレーザーでビーム径50μm、ビームエネル
ギー8W、走査速度10m/sの条件で、アニール、多
結晶化した後のホウ素(B)の濃度分布を示す。
【0022】曲線(c)はパルスXeClエキシマレー
ザーで0.8J/cm−2のエネルギーでアニールし、
多結晶化した後ホウ素(B)の濃度分布を示す。曲線(
c)では、シリコン中のSiが拡散しており、多結晶化
時にシリコンが完全溶融していることがわかる。これに
対して曲線(b)は曲線(a)と比べてほとんど変化が
なく、シリコンの溶融は起こっていないと考えられる。
ザーで0.8J/cm−2のエネルギーでアニールし、
多結晶化した後ホウ素(B)の濃度分布を示す。曲線(
c)では、シリコン中のSiが拡散しており、多結晶化
時にシリコンが完全溶融していることがわかる。これに
対して曲線(b)は曲線(a)と比べてほとんど変化が
なく、シリコンの溶融は起こっていないと考えられる。
【0023】レーザー光照射は大気中で行っても真空中
で行っても、あるいは窒素ガス、水素ガス等の雰囲気中
で行ってもよい。透明絶縁基板1を加熱あるいは冷却し
てもよいが、アルゴンイオンレーザーの高速走査の場合
はこれらの条件の違いの影響は小さいので、生産性の観
点から大気中、室温で行うことが望ましい。さらに層間
絶縁膜7を堆積し、ソース・ドレイン領域上にコンタク
トホールを形成し、その上にソース・ドレイン8を形成
する。
で行っても、あるいは窒素ガス、水素ガス等の雰囲気中
で行ってもよい。透明絶縁基板1を加熱あるいは冷却し
てもよいが、アルゴンイオンレーザーの高速走査の場合
はこれらの条件の違いの影響は小さいので、生産性の観
点から大気中、室温で行うことが望ましい。さらに層間
絶縁膜7を堆積し、ソース・ドレイン領域上にコンタク
トホールを形成し、その上にソース・ドレイン8を形成
する。
【0024】このようにして製造されたものは、P,B
等の不純物イオンがドーピングされた低抵抗の多結晶部
分9、10、多結晶半導体11を有し、ソース、ドレイ
ン領域として低抵抗な多結晶半導体を有するTFTとな
る。 なお、多結晶半導体11の部分の領域をチャンネル領域
というものとする。
等の不純物イオンがドーピングされた低抵抗の多結晶部
分9、10、多結晶半導体11を有し、ソース、ドレイ
ン領域として低抵抗な多結晶半導体を有するTFTとな
る。 なお、多結晶半導体11の部分の領域をチャンネル領域
というものとする。
【0025】本発明にかかるレーザービームの走査速度
は前述の如くビームスポット径×5000/秒以上とさ
れ、通常最大でもビームスポット径×500000/秒
以下とされる。なお、具体的には40m/秒以下とされ
ることが好ましい。これにより、非晶質半導体薄膜は完
全な溶融状態に至ることなく結晶化し、多結晶半導体薄
膜とすることができる。
は前述の如くビームスポット径×5000/秒以上とさ
れ、通常最大でもビームスポット径×500000/秒
以下とされる。なお、具体的には40m/秒以下とされ
ることが好ましい。これにより、非晶質半導体薄膜は完
全な溶融状態に至ることなく結晶化し、多結晶半導体薄
膜とすることができる。
【0026】以下、その理由をレーザービームを走査照
射するときの非晶質半導体薄膜の変化の時のレーザーパ
ワーとの関係から説明する。
射するときの非晶質半導体薄膜の変化の時のレーザーパ
ワーとの関係から説明する。
【0027】まず、ある走査速度において照射レーザー
パワーを充分に小さい値から増加させるとき、非晶質半
導体薄膜が結晶化を示し始めて多結晶半導体薄膜となる
第1のレーザーパワー閾値が現わる。更にレーザーパワ
ーを増加させると、ついに半導体薄膜が溶融状態に至り
、第2のレーザーパワー閾値が見出される。
パワーを充分に小さい値から増加させるとき、非晶質半
導体薄膜が結晶化を示し始めて多結晶半導体薄膜となる
第1のレーザーパワー閾値が現わる。更にレーザーパワ
ーを増加させると、ついに半導体薄膜が溶融状態に至り
、第2のレーザーパワー閾値が見出される。
【0028】安定して多結晶半導体薄膜とするために、
この第1、第2の両レーザーパワー閾値の間で照射レー
ザーパワーを選択する必要がある。しかし、走査速度が
遅い場合、この両レーザーパワー閾値の間隔が小さくな
り、更に遅くした場合には両閾値間に、安定して多結晶
半導体薄膜となすのに適したレーザーパワーの設定マー
ジンが存在しなくなる。これに対し、走査速度が速い場
合、遅い場合に比較してレーザーパワーの閾値は共に増
加し同時に間隔は開き、レーザーパワーの設定マージン
が拡がる。本発明はこの走査速度をビームスポット径×
5000/秒以上とする。
この第1、第2の両レーザーパワー閾値の間で照射レー
ザーパワーを選択する必要がある。しかし、走査速度が
遅い場合、この両レーザーパワー閾値の間隔が小さくな
り、更に遅くした場合には両閾値間に、安定して多結晶
半導体薄膜となすのに適したレーザーパワーの設定マー
ジンが存在しなくなる。これに対し、走査速度が速い場
合、遅い場合に比較してレーザーパワーの閾値は共に増
加し同時に間隔は開き、レーザーパワーの設定マージン
が拡がる。本発明はこの走査速度をビームスポット径×
5000/秒以上とする。
【0029】ここで、走査速度の望ましい範囲がビーム
スポット径との関係で存在する理由は、ビームスポット
径より充分に小さい被照射部分について見ると、ある走
査速度の場合照射速度がビームスポット径に比例し、照
射エネルギーがこの照射時間にほぼ比例するという関係
にあるからである。以上の理由から、走査速度は、ビー
ムスポット径×5000/秒以上とされる。
スポット径との関係で存在する理由は、ビームスポット
径より充分に小さい被照射部分について見ると、ある走
査速度の場合照射速度がビームスポット径に比例し、照
射エネルギーがこの照射時間にほぼ比例するという関係
にあるからである。以上の理由から、走査速度は、ビー
ムスポット径×5000/秒以上とされる。
【0030】これによって、非晶質半導体薄膜は完全な
溶融状態に至ることなく結晶化し、極く短時間のうちに
、多結晶半導体薄膜となることができ、耐熱温度の低い
安価なガラス基板の使用が可能であり、かつ、基板サイ
ズの大型化も容易に対応可能である。
溶融状態に至ることなく結晶化し、極く短時間のうちに
、多結晶半導体薄膜となることができ、耐熱温度の低い
安価なガラス基板の使用が可能であり、かつ、基板サイ
ズの大型化も容易に対応可能である。
【0031】さらに、レーザーパワーの設定マージンが
広くなるので、温度制御が容易となり、かつ走査速度が
速いので生産性も向上する。なお、非晶質シリコン膜に
レーザービームを走査照射する際、非晶質半導体膜上に
予め酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の絶縁膜を形成
し、レーザービームの反射防止膜あるいは表面保護膜と
して用いても良い。
広くなるので、温度制御が容易となり、かつ走査速度が
速いので生産性も向上する。なお、非晶質シリコン膜に
レーザービームを走査照射する際、非晶質半導体膜上に
予め酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の絶縁膜を形成
し、レーザービームの反射防止膜あるいは表面保護膜と
して用いても良い。
【0032】
【実施例】以下、本発明を、実施例によってさらに詳し
く説明する。 [実施例1]ガラス基板(旭硝子(株)製ANガラス)
上にプラズマCVD法により膜厚200nmのSiOx
によるパッシベーション膜および膜厚100nmのa
−Siによる非晶質半導体層をガラス基板の温度450
℃で形成した。
く説明する。 [実施例1]ガラス基板(旭硝子(株)製ANガラス)
上にプラズマCVD法により膜厚200nmのSiOx
によるパッシベーション膜および膜厚100nmのa
−Siによる非晶質半導体層をガラス基板の温度450
℃で形成した。
【0033】このa−Siの含有水素量は約5原子%で
あった。次にフォトリソグラフィーによりa−Siを島
状にパターン化し、その上にプラズマCVD法により膜
厚200nmのSiONからなるゲート絶縁膜を300
℃にて堆積し、さらにゲート材料として膜厚150nm
のCrを電子線加熱蒸着法により300℃で蒸着した。
あった。次にフォトリソグラフィーによりa−Siを島
状にパターン化し、その上にプラズマCVD法により膜
厚200nmのSiONからなるゲート絶縁膜を300
℃にて堆積し、さらにゲート材料として膜厚150nm
のCrを電子線加熱蒸着法により300℃で蒸着した。
【0034】フォトリソグラフィーによりゲートのパタ
ーンにゲートの電極となる導体部分を形成、ゲート絶縁
膜もゲートと同じパターンにエッチングした。さらにイ
オン注入法によりゲートのCrをマスクにa−Siの島
のソース・ドレイン領域になる部分に、Pイオンを加速
電圧10kV、ドーズ量2×1015個/cm2 の条
件でドーピングした。ここでガラス基板裏面より8Wの
アルゴンイオンレーザー光を約50μm径に集光、照射
し、a−Siの多結晶化と不純物イオンの活性化を同時
に行った。このときのレーザー光の走査速度は13m/
s(ビームスポット径の26×104 倍/秒)であっ
た。
ーンにゲートの電極となる導体部分を形成、ゲート絶縁
膜もゲートと同じパターンにエッチングした。さらにイ
オン注入法によりゲートのCrをマスクにa−Siの島
のソース・ドレイン領域になる部分に、Pイオンを加速
電圧10kV、ドーズ量2×1015個/cm2 の条
件でドーピングした。ここでガラス基板裏面より8Wの
アルゴンイオンレーザー光を約50μm径に集光、照射
し、a−Siの多結晶化と不純物イオンの活性化を同時
に行った。このときのレーザー光の走査速度は13m/
s(ビームスポット径の26×104 倍/秒)であっ
た。
【0035】さらに層間絶縁膜として膜厚300nmの
SiONを堆積し、ソース・ドレイン領域上にコンタク
トホールを形成し、その上にソース・ドレインの電極と
なる導体部分を形成した。このようにして同一基板上に
100個TFTを形成し、ソース・ドレイン領域の導電
率を測定した結果、100個すべてのTFTが、80Ω
−1cm−1以上であった。
SiONを堆積し、ソース・ドレイン領域上にコンタク
トホールを形成し、その上にソース・ドレインの電極と
なる導体部分を形成した。このようにして同一基板上に
100個TFTを形成し、ソース・ドレイン領域の導電
率を測定した結果、100個すべてのTFTが、80Ω
−1cm−1以上であった。
【0036】[実施例2]ガラス基板(コーニング社製
7059)上にプラズマCVD法により膜厚200nm
のSiOx によるパッシベーション膜および膜厚20
0nmのa−Siによる非晶質半導体層を基板温度30
0℃で形成した。
7059)上にプラズマCVD法により膜厚200nm
のSiOx によるパッシベーション膜および膜厚20
0nmのa−Siによる非晶質半導体層を基板温度30
0℃で形成した。
【0037】このa−Siの含有水素量は約18原子%
であった。窒素気流中450℃にて30分間熱処理を行
い、a−Siの含有水素量は約10原子%に減少した。 フォトリソグラフィーによりa−Siを島状にパターン
化し、その上にプラズマCVD法により膜厚250nm
のSiNx からなるゲート絶縁膜を350℃にて堆積
し、さらにゲート材料として膜厚l50nmのAlをス
パッタリング法により150℃で蒸着した。
であった。窒素気流中450℃にて30分間熱処理を行
い、a−Siの含有水素量は約10原子%に減少した。 フォトリソグラフィーによりa−Siを島状にパターン
化し、その上にプラズマCVD法により膜厚250nm
のSiNx からなるゲート絶縁膜を350℃にて堆積
し、さらにゲート材料として膜厚l50nmのAlをス
パッタリング法により150℃で蒸着した。
【0038】フォトリソグラフィーによりゲートのパタ
ーンにゲートの電極となる導体部分を形成、ゲート絶縁
膜もゲートと同じパターンにエッチングした。さらにイ
オン注入法によりゲートのAlをマスクにa−Siの島
のソース・ドレイン領域になる部分に、BFx イオン
(x=0〜3)を加速電圧20kV、ドーズ量4×10
15個/cm2 の条件でドーピングした。
ーンにゲートの電極となる導体部分を形成、ゲート絶縁
膜もゲートと同じパターンにエッチングした。さらにイ
オン注入法によりゲートのAlをマスクにa−Siの島
のソース・ドレイン領域になる部分に、BFx イオン
(x=0〜3)を加速電圧20kV、ドーズ量4×10
15個/cm2 の条件でドーピングした。
【0039】ここでガラス基板裏面より9Wのアルゴン
イオンレーザー光を約100μm径に集光、照射し、a
−Siの多結晶化と不純物イオンの活性化を同時に行っ
た。このときのレーザー光の走査速度は1.2m/s(
ビームスポット径の12,000倍)であった。さらに
層間絶縁膜として膜厚300nmのSiONを堆積し、
ソース・ドレイン領域上にコンタクトホールを形成し、
その上にソース・ドレインの電極となる導体部分を形成
した。 このようにして同一基板上に100個TFTを形成し、
ソース・ドレイン領域の導電率を測定した結果、100
個すべてのTFTが、40Ω−1cm−1以上であった
。
イオンレーザー光を約100μm径に集光、照射し、a
−Siの多結晶化と不純物イオンの活性化を同時に行っ
た。このときのレーザー光の走査速度は1.2m/s(
ビームスポット径の12,000倍)であった。さらに
層間絶縁膜として膜厚300nmのSiONを堆積し、
ソース・ドレイン領域上にコンタクトホールを形成し、
その上にソース・ドレインの電極となる導体部分を形成
した。 このようにして同一基板上に100個TFTを形成し、
ソース・ドレイン領域の導電率を測定した結果、100
個すべてのTFTが、40Ω−1cm−1以上であった
。
【0040】[実施例3]a−Siの膜厚を50nm、
300nm、400nmとし、他の条件はすべて実施例
1、2と同一にしてTFTを製造した。結果は実施例1
、2と同じであった。
300nm、400nmとし、他の条件はすべて実施例
1、2と同一にしてTFTを製造した。結果は実施例1
、2と同じであった。
【0041】[実施例4]a−Si膜の含有水素量を4
、6、8、10原子%とし、他の条件はすべて実施例1
、2と同一にしてTFTを製造した。結果は実施例1、
2と同じであった。
、6、8、10原子%とし、他の条件はすべて実施例1
、2と同一にしてTFTを製造した。結果は実施例1、
2と同じであった。
【0042】[実施例5]レーザー照射直前のガラス基
板の温度を、10、30、50、80℃とし、他の条件
は実施例1、2と同一にしてTFTを製造した。結果は
実施例1、2と同じであった。
板の温度を、10、30、50、80℃とし、他の条件
は実施例1、2と同一にしてTFTを製造した。結果は
実施例1、2と同じであった。
【0043】[比較例]以下、不純物イオンの活性化を
熱処理により行う比較例を説明する。ガラス基板(コー
ニング社製7059)上にプラズマCVD法により膜厚
200nmのSiOx によるパッシベーション膜およ
び200nm厚のa−Siによる非晶質半導体層を基板
温度300℃で形成した。
熱処理により行う比較例を説明する。ガラス基板(コー
ニング社製7059)上にプラズマCVD法により膜厚
200nmのSiOx によるパッシベーション膜およ
び200nm厚のa−Siによる非晶質半導体層を基板
温度300℃で形成した。
【0044】このa−Siの含有水素量は約18%であ
った。窒素気流中450℃にて30分間熱処理を行い、
a−Siの含有水素量は約10%に減少した。ここで6
Wのアルゴンイオンレーザー光を約50μm径に集光、
走査速度13m/sで照射し、a−Siの多結晶化を行
った後、フォトリソグラフィーによりpoly−Siを
島状にパターン化し、その上にプラズマCVD法により
SiNx 膜厚250nmからなるゲート絶縁膜を35
0℃にて堆積し、さらにゲート材料としてAl膜厚15
0nmをスパッタリング法により150℃で蒸着した。
った。窒素気流中450℃にて30分間熱処理を行い、
a−Siの含有水素量は約10%に減少した。ここで6
Wのアルゴンイオンレーザー光を約50μm径に集光、
走査速度13m/sで照射し、a−Siの多結晶化を行
った後、フォトリソグラフィーによりpoly−Siを
島状にパターン化し、その上にプラズマCVD法により
SiNx 膜厚250nmからなるゲート絶縁膜を35
0℃にて堆積し、さらにゲート材料としてAl膜厚15
0nmをスパッタリング法により150℃で蒸着した。
【0045】フォトリソグラフィーによりゲートのパタ
ーンにゲートの電極となる導体部分を形成、ゲート絶縁
膜もゲートと同じパターンにエッチングした。さらにイ
オン注入法によりゲートのAlをマスクにpoly−S
iの島のソース・ドレイン領域になる部分に、BFx
イオン(x=0〜3)を加速電圧20kV、ドーズ量4
×1015/cm2 の条件でドーピングした。
ーンにゲートの電極となる導体部分を形成、ゲート絶縁
膜もゲートと同じパターンにエッチングした。さらにイ
オン注入法によりゲートのAlをマスクにpoly−S
iの島のソース・ドレイン領域になる部分に、BFx
イオン(x=0〜3)を加速電圧20kV、ドーズ量4
×1015/cm2 の条件でドーピングした。
【0046】ここで不純物イオンの活性化のための熱処
理を300℃または400℃または550℃にて60分
間行った。さらに層間絶縁膜としてSiON300nm
を堆積し、ソース・ドレイン領域上にコンタクトホール
を形成し、その上にソース・ドレインの電極となる導体
部分を形成した。
理を300℃または400℃または550℃にて60分
間行った。さらに層間絶縁膜としてSiON300nm
を堆積し、ソース・ドレイン領域上にコンタクトホール
を形成し、その上にソース・ドレインの電極となる導体
部分を形成した。
【0047】このようにして同一基板上に100個TF
Tを形成し、ソース・ドレイン領域の導電率を測定した
結果、300℃で活性化のための熱処理を行った基板は
約0.5Ω−1cm−1と不十分な導電率であった。4
00℃で熱処理を行った基板では約4Ω−1cm−1で
導電率はまだ不足であり、またAlの配線が熱によりダ
メージを受けいわゆるヒロックを発生していた。
Tを形成し、ソース・ドレイン領域の導電率を測定した
結果、300℃で活性化のための熱処理を行った基板は
約0.5Ω−1cm−1と不十分な導電率であった。4
00℃で熱処理を行った基板では約4Ω−1cm−1で
導電率はまだ不足であり、またAlの配線が熱によりダ
メージを受けいわゆるヒロックを発生していた。
【0048】550℃で熱処理した基板では約40Ω−
1cm−1と導電率はかなり良好であったが、Alの損
傷は更に激しく一部断線した部分もあった。またこの温
度では熱処理によるガラス基板の収縮・変形も大きく、
100mmに対して約4μm収縮しており、より大きな
ガラス基板を使用することは不可能と考えられる。
1cm−1と導電率はかなり良好であったが、Alの損
傷は更に激しく一部断線した部分もあった。またこの温
度では熱処理によるガラス基板の収縮・変形も大きく、
100mmに対して約4μm収縮しており、より大きな
ガラス基板を使用することは不可能と考えられる。
【0049】
【発明の効果】本発明は基板裏面よりレーザー光照射す
ることによりチャネル領域の多結晶化、ソース・ドレイ
ン領域の多結晶化・活性化を同時に行うものであるため
、従来の熱処理による活性化の場合とくらべてソース・
ドレイン領域の導電率を大きく向上させることができる
。
ることによりチャネル領域の多結晶化、ソース・ドレイ
ン領域の多結晶化・活性化を同時に行うものであるため
、従来の熱処理による活性化の場合とくらべてソース・
ドレイン領域の導電率を大きく向上させることができる
。
【0050】たとえばPイオンを注入したn型の場合従
来の熱処理(500℃1時間)では導電率7Ω−1cm
−1程度であるのに対し、本発明のレーザー光照射によ
る方法によれば約80Ω−1cm−1と1桁以上向上さ
せることができた。これによりトランジスタのオン電流
が増加しオフ電流は変化しないため、TFTの駆動能力
が増大し、アクティブマトリクスの走査線数を増加させ
ることができ、より精細なディスプレイを製造すること
ができる。
来の熱処理(500℃1時間)では導電率7Ω−1cm
−1程度であるのに対し、本発明のレーザー光照射によ
る方法によれば約80Ω−1cm−1と1桁以上向上さ
せることができた。これによりトランジスタのオン電流
が増加しオフ電流は変化しないため、TFTの駆動能力
が増大し、アクティブマトリクスの走査線数を増加させ
ることができ、より精細なディスプレイを製造すること
ができる。
【0051】また熱処理を行わないため、生産性の良い
、耐熱性の低いガラス基板等を使用でき、大面積の基板
を使用することができ、大面積ディスプレイを実現する
こと、あるいは大面積の基板から複数個の製品を製造し
コストダウンを図ることができるようになった。また熱
処理を行わないため低融点低抵抗のAlを配線材料とし
て用いることができ、大面積ディスプレイの配線抵抗の
増大の問題も解決できる。
、耐熱性の低いガラス基板等を使用でき、大面積の基板
を使用することができ、大面積ディスプレイを実現する
こと、あるいは大面積の基板から複数個の製品を製造し
コストダウンを図ることができるようになった。また熱
処理を行わないため低融点低抵抗のAlを配線材料とし
て用いることができ、大面積ディスプレイの配線抵抗の
増大の問題も解決できる。
【0052】更に本発明の製造方法ではチャネル部分の
多結晶化も同時に行うため、工程数の点でも従来法より
ソース・ドレイン領域活性化のための熱処理の分だけ減
少させることができるという効果も認められる。
多結晶化も同時に行うため、工程数の点でも従来法より
ソース・ドレイン領域活性化のための熱処理の分だけ減
少させることができるという効果も認められる。
【図1】(a)、(b)および(c)は、本発明の製造
方法の、それぞれ最初の段階、次の段階、および最終段
階を示す断面図。
方法の、それぞれ最初の段階、次の段階、および最終段
階を示す断面図。
【図2】(a)および(b)は、従来のTFTの製造方
法の、それぞれの最初の段階および次の段階を示す断面
図。
法の、それぞれの最初の段階および次の段階を示す断面
図。
【図3】レーザー光照射前後のシリコン薄膜中の不純物
イオン分布を示す特性図。
イオン分布を示す特性図。
1 透明絶縁基板
2 パッシベーション膜
3 非晶質半導体層
4 ゲート絶縁膜
5 ゲートの電極になる導体部分
6 レーザー光
Claims (3)
- 【請求項1】透明絶縁基板上に形成された非単結晶半導
体をレーザー光によりビームアニ−ルして多結晶化する
薄膜トランジスタの製造方法において、該非単結晶半導
体上にゲート絶縁膜・ゲート電極を形成し、該ゲート電
極をマスクとしてソース・ドレイン領域の該非単結晶半
導体に不純物イオンを注入したのち、該透明絶縁基板裏
面よりレーザー光を照射し、上記非単結晶半導体を完全
な溶融状態に至らしめることなく、該ゲート電極下の該
非単結晶半導体の多結晶化又は結晶性向上、ソース・ド
レイン領域の該非単結晶半導体の多結晶化及び活性化又
は、結晶性向上及び活性化を同時に行うことを特徴とす
る多結晶半導体薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項2】レーザービームの走査速度をビームスポッ
ト径×5000/秒以上として、透明絶縁基板上の非単
結晶半導体を完全な溶融状態に至らしめることなく、多
結晶化させることを特徴とする請求項1の多結晶半導体
薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項3】請求項1又は2の多結晶半導体薄膜トラン
ジスタの製造方法を使用して製造されたアクティブマト
リックス基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3115464A JPH04226039A (ja) | 1990-05-11 | 1991-04-19 | 多結晶半導体薄膜トランジスタの製造方法及びアクティブマトリックス基板 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-120111 | 1990-05-11 | ||
| JP12011190 | 1990-05-11 | ||
| JP3115464A JPH04226039A (ja) | 1990-05-11 | 1991-04-19 | 多結晶半導体薄膜トランジスタの製造方法及びアクティブマトリックス基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04226039A true JPH04226039A (ja) | 1992-08-14 |
Family
ID=26453958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3115464A Withdrawn JPH04226039A (ja) | 1990-05-11 | 1991-04-19 | 多結晶半導体薄膜トランジスタの製造方法及びアクティブマトリックス基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04226039A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002231654A (ja) * | 2001-01-30 | 2002-08-16 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | レーザアニール方法及び装置 |
| US6489632B1 (en) | 1993-01-18 | 2002-12-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having a gate oxide film |
| US6864142B1 (en) * | 2002-02-19 | 2005-03-08 | Xilinx, Inc. | Method to produce a factory programmable IC using standard IC wafers and the structure |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP3115464A patent/JPH04226039A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7408233B2 (en) | 1919-01-18 | 2008-08-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having N-channel thin film transistor with LDD regions and P-channel thin film transistor with LDD region |
| US6489632B1 (en) | 1993-01-18 | 2002-12-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having a gate oxide film |
| US6995432B2 (en) | 1993-01-18 | 2006-02-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device having a gate oxide film with some NTFTS with LDD regions and no PTFTS with LDD regions |
| JP2002231654A (ja) * | 2001-01-30 | 2002-08-16 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | レーザアニール方法及び装置 |
| US6864142B1 (en) * | 2002-02-19 | 2005-03-08 | Xilinx, Inc. | Method to produce a factory programmable IC using standard IC wafers and the structure |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980711 |