JPH04307727A - 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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- JPH04307727A JPH04307727A JP3071714A JP7171491A JPH04307727A JP H04307727 A JPH04307727 A JP H04307727A JP 3071714 A JP3071714 A JP 3071714A JP 7171491 A JP7171491 A JP 7171491A JP H04307727 A JPH04307727 A JP H04307727A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/073—Shaping the laser spot
- B23K26/0732—Shaping the laser spot into a rectangular shape
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
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- Plasma & Fusion (AREA)
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- Recrystallisation Techniques (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、半導体集積回路、ＳＯ
Ｉ、アクティブマトリックス型方式の薄膜トランジスタ
、３次元素子の構成に関する。
Ｉ、アクティブマトリックス型方式の薄膜トランジスタ
、３次元素子の構成に関する。
【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。
、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Ｓ
ｉＯ２ 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Ｍ
ＯＳ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Ｓ
ｉＯ２ 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Ｍ
ＯＳ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 ｔｈｅ
２２ｎｄ（１９９０ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔ
ａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉ
ａｌｓ，Ｓｅｎｄａｉ，１９９０，ｐｐ．９６７−９７
０「ＸｅＣｌ Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ−Ｉｎ
ｄｕｃｅｄ Ａｍｏｒｐｈｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ
Ｃｒｙｓｔｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌ
ｉｃｏｎ 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 ｔｈｅ
２２ｎｄ（１９９０ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）
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ａｌｓ，Ｓｅｎｄａｉ，１９９０，ｐｐ．９６７−９７
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ｉｃｏｎ 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】本発明は、上記の問題を
鑑み、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
するシリコン半導体層の形成方法を提供するものである
。
鑑み、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
するシリコン半導体層の形成方法を提供するものである
。
【００１３】
【実施例】以下図面を参照して実施例を詳細に説明する
。
。
【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５
０ｎｓであり、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪｃ
ｍ−２であり、ビームの照射面の幾何学的な大きさは一
辺が１０ｍｍ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５
０ｎｓであり、エネルギー密度が２００〜４００ｍＪｃ
ｍ−２であり、ビームの照射面の幾何学的な大きさは一
辺が１０ｍｍ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
２０５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２０８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
２０５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２０８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１０
３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
１０３は大粒径の結晶を有する良質な多結晶シリコン層
３０１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、Ｅ３ ≦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１０
３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
１０３は大粒径の結晶を有する良質な多結晶シリコン層
３０１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、Ｅ３ ≦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ＥＭ
ＡＸ エネルギーが等しければ、領域６０１と領域６０
２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１
０４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ＥＭ
ＡＸ エネルギーが等しければ、領域６０１と領域６０
２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１
０４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７
０４には微結晶粒子が形成されないため実質的に領域７
０１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１０３
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１０
５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７
０４には微結晶粒子が形成されないため実質的に領域７
０１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１０３
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１０
５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
Claims (2)
- 【請求項１】基板にシリコン層を形成する工程と、該シ
リコン層に遮蔽版によって一部分を遮った短波長の光線
のビームを照射する工程と、該シリコン層に該ビームを
複数回照射する工程と、各々の該ビームの該シリコン層
での照射面が重なる工程を有することを特徴とするシリ
コン半導体層の形成方法。 - 【請求項２】前記請求項１において、該短波長の光線の
ビームがパルス光であることを特徴とする請求項１記載
のシリコン半導体層の形成方法。
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 true JPH04307727A (ja) | 1992-10-29 |
| JP3149450B2 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) |
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1991
- 1991-04-04 JP JP07171491A patent/JP3149450B2/ja not_active Expired - Lifetime
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