JPH10150202A

JPH10150202A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10150202A
Application number: JP30923896A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshikawa; 博志吉川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】活性層となる半導体層の結晶性が向上した薄膜
トランジスタを提供するとともに、半導体層の溶融結晶
化または不純物活性化を効率よく行いうる薄膜トランジ
スタの製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る薄膜トランジスタ１は、絶縁
基板上に形成された第１半導体層４と、この第１半導体
層４上を覆って形成された無機絶縁膜５と、この無機絶
縁膜５を介して第１半導体層４上に形成されたうえで薄
膜トランジスタ１の活性層となる第２半導体層６とを備
えている。本発明に係る薄膜トランジスタ１の製造方法
は、第１半導体層４と無機絶縁膜５と第２半導体層６と
を絶縁基板２上に順次積層して形成する工程と、第２半
導体層６の上方からレーザ光１４，１６を照射して第２
半導体層６を溶融結晶化または不純物活性化する工程と
を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタ及
びその製造方法に係り、詳しくは、薄膜トランジスタの
活性層となる半導体層を溶融結晶化または不純物活性化
するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、薄型化及び軽量化が可能で電
力消費量が少なくて済むアクティブマトリクス型の液晶
表示装置は、ノートブック型パーソナルコンピュータや
携帯用テレビジョンなどの表示部として広く使用されて
おり、液晶表示装置を構成する画素それぞれに対しては
駆動用である薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）
が作り込まれている。そして、近年にあっては、液晶表
示装置のさらなる大型化及び高精細化を実現すべく、特
開平６−３４９９７号公報などで開示されているような
ＴＦＴ、つまり、図８で簡略化して示すような構成とさ
れたうえでコプラナ型といわれるＴＦＴ５１を作り込ん
でおくことが行われている。

【０００３】すなわち、このＴＦＴ５１は、ガラスなど
からなる透明状の絶縁基板５２と、ＷやＴｉなどの高融
点金属からなり、層間絶縁膜５３を介したうえで絶縁基
板５２上に形成された金属層５４と、この金属層５４を
覆って形成されたＳｉＯ₂ などの無機絶縁膜５５と、こ
の無機絶縁膜５５上に島形状として形成された非晶質Ｓ
ｉなどからなり、レーザ光の照射による溶融結晶化に伴
ってＴＦＴ５１の活性層となった半導体層５６と、半導
体層５６の中央側に位置するチャネル領域５６ａ上にゲ
ート絶縁膜５７を介して形成されたゲート電極５８と、
陽極酸化膜５９で被覆されたゲート電極５８を覆って形
成された層間絶縁膜６０と、チャネル領域５６ａを挟ん
で半導体層５６の両端側に位置する不純物領域５６ｂ上
に形成された引出電極６１とを備えている。

【０００４】なお、この際、レーザ光の照射によっては
非晶質Ｓｉからなる半導体層５６の溶融結晶化が行われ
るとしているが、微結晶Ｓｉや多結晶Ｓｉからなる半導
体層５６である場合にはレーザ光の照射によって結晶性
を改善することが行われる。

【０００５】また、このＴＦＴ５１における金属層５４
は、外部からの入射光６２によるリーク電流の増加を防
止する遮光層として機能すべく設けられたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来構
成とされたＴＦＴ５１の製造に際しては、つぎのような
不都合が発生することになっていた。すなわち、このＴ
ＦＴ５１が備える絶縁基板５２の厚みは１ｍｍ程度であ
り、絶縁基板５２上には遮光層となるべき熱伝導率の高
い金属層５４が形成されているため、半導体層５６を溶
融結晶化もしくは結晶性を改善してＴＦＴ５１の活性層
とすべく照射されるレーザ光によって半導体層５６へと
与えられる熱量は、金属層５４を介したうえで熱容量の
大きな絶縁基板５２によって奪われてしまう。

【０００７】そして、このようになっていると、金属層
５４及び無機絶縁膜５５と半導体層５６との間における
温度勾配が大きくなり、半導体層５６の凝固速度が速く
なって結晶成長が抑制される結果、この半導体層５６に
おける結晶性が低下して特性劣化が生じることになる。
なお、ここでは、ＴＦＴ５１の活性層となる半導体層５
６の溶融結晶化に着目しているが、この半導体層５６の
ソース及びドレインとなる不純物領域５６ｂを活性化す
べく照射されるレーザ光による加熱時にも同様の不都合
が発生することになり、不純物活性化のために長時間を
要することが避けられないという現状もある。

【０００８】本発明は、このような不都合に鑑みて創案
されたものであって、活性層となる半導体層の結晶性が
向上したＴＦＴを提供するとともに、半導体層の溶融結
晶化または不純物活性化を効率よく行いうるＴＦＴの製
造方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
ＴＦＴは、絶縁基板上に形成された第１半導体層と、こ
の第１半導体層上を覆って形成された無機絶縁膜と、こ
の無機絶縁膜を介して前記第１半導体層上に形成された
うえでＴＦＴの活性層となる第２半導体層とを備えてい
ることを特徴とするものであり、本発明の請求項２に係
るＴＦＴは、請求項１に記載したＴＦＴの第１半導体層
が第２半導体層よりも大きな占有面積を有していること
を特徴とするものである。

【００１０】本発明の請求項３に係るＴＦＴの製造方法
は、請求項１または請求項２に記載したＴＦＴを製造す
る方法であって、第１半導体層と無機絶縁膜と第２半導
体層とを絶縁基板上に順次積層して形成する工程と、前
記第２半導体層の上方からレーザ光を照射して前記第２
半導体層を溶融結晶化または不純物活性化する工程とを
含んでいる。

【００１１】本発明の請求項４に係るＴＦＴの製造方法
も、請求項１または請求項２に記載したＴＦＴを製造す
る方法であって、第１半導体層と無機絶縁膜と第２半導
体層とを絶縁基板上に順次積層して形成する工程と、前
記第２半導体層の上方位置に紫外線吸収フィルタを配置
する工程と、この紫外線吸収フィルタの上方からレーザ
光を照射して前記第２半導体層を溶融結晶化または不純
物活性化する工程とを含んでいる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１３】図１は本実施の形態に係るＴＦＴの要部構
造を簡略化して示す構造断面図、図２ないし図５はＴＦ
Ｔの製造方法を手順に従って示す工程断面図であり、図
１における符号１はＴＦＴを示している。

【００１４】本実施の形態に係るＴＦＴ１は、液晶表示
装置の各画素に対して駆動用として作り込まれるコプラ
ナ型のＴＦＴであり、図１で示すように、石英やガラス
などからなる透明状の絶縁基板２と、この絶縁基板２を
被覆して形成されたＳｉＯ₂などからなる層間絶縁膜３
と、非晶質Ｓｉなどからなり、層間絶縁膜３上に形成さ
れた島形状の第１半導体層４と、この第１半導体層４を
覆って形成されたＳｉＯ₂ などの無機絶縁膜５と、この
無機絶縁膜５上に形成された非晶質Ｓｉからなり、か
つ、レーザ光の照射による溶融結晶化に伴ってＴＦＴ１
の活性層となった島形状の第２半導体層６と、この第２
半導体層６を被覆して形成されたＳｉＯ₂などからなる
ゲート絶縁膜７と、Ａｌなどの金属材料からなり、第２
半導体層６の中央側に位置するチャネル領域６ａ上にゲ
ート絶縁膜７を介して形成されたゲート電極８と、陽極
酸化膜９で被覆されたゲート電極８を覆って形成された
ＳｉＯ₂ などの層間絶縁膜１０と、チャネル領域６ａを
挟んで第２半導体層６の両端側に位置する不純物領域６
ｂ上に形成されたうえ、Ａｌなどの金属材料からなる引
出電極１１とを備えている。

【００１５】そして、この際における第１半導体層４
は、従来の金属層５４と同様のリーク電流を防止する遮
光層としてのみならず、後述する蓄熱層としても機能す
るものであり、第２半導体層６と同程度の占有面積、あ
るいは、より一層大きな占有面積を有している。なお、
本実施の形態では、非晶質Ｓｉからなる第２半導体層６
がレーザ光の照射によって溶融結晶化されたうえでＴＦ
Ｔ１の活性層になるとしているが、微結晶Ｓｉや多結晶
Ｓｉからなる第２半導体層６である場合にはレーザ光の
照射で結晶性が改善されることになり、結晶性の改善さ
れた第２半導体層６がＴＦＴ１の活性層となるのであ
る。

【００１６】次に、本実施の形態に係るＴＦＴ１の製造
方法を、図２ないし図４の工程断面図に基づいて説明す
る。

【００１７】まず、図２（Ａ）で示すように、例えば、
厚さが１．１ｍｍ、対角長さが５インチの正方形ガラス
板を絶縁基板２として用意し、かつ、膜厚が１００ｎｍ
〜５００ｎｍ程度のＳｉＯ₂やＳｉＮ_xからなる層間絶縁
膜３を絶縁基板２の表面上に成膜したうえ、膜厚が１０
０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の非晶質Ｓｉからなる第１半
導体膜１２を層間絶縁膜３上に成膜する。なお、この際
における層間絶縁膜３としては、ＳｉＨ₄ガス及びＯ₂ガ
スを使用したうえでの常圧ＣＶＤ法によって成膜された
ＳｉＯ₂の他、スパッタ法や減圧ＣＶＤ法、プラズマＣ
ＶＤ法、リモートプラズマＣＶＤ法を採用して成膜され
たＳｉＯ₂を用いることも可能である。

【００１８】また、ここでの第１半導体膜１２が非晶質
Ｓｉに限定されることはなく、微結晶Ｓｉや多結晶Ｓ
ｉ、あるいは、ＧａやＧｅからなるものであってもよい
ことは勿論であり、この第１半導体膜１２はエキシマレ
ーザなどのようなパルスレーザから照射されるレーザ
光、つまり、ＸｅＦ（波長３５１ｎｍ），ＸｅＣｌ（波
長３０８ｎｍ），ＫｒＦ（波長２４９ｎｍ），ＡｒＦ
（波長１９３ｎｍ）を吸収する半導体材料からなるもの
でありさえすればよいものである。さらに、この第１半
導体膜１２は、ＳｉＨ₄ガス及びＨ₂ガスを用いたプラズ
マＣＶＤ法を採用し、絶縁基板２の温度を２００〜３０
０℃程度としたうえで成膜されているが、減圧ＣＶＤ法
によっても成膜可能である。

【００１９】引き続き、図２（Ｂ）で示すように、第１
半導体膜１２をエッチングすることによって所定の占有
面積を有する第１半導体層４を形成し、かつ、膜厚が１
００ｎｍ〜５００ｎｍ程度のＳｉＯ₂やＳｉＮ_xからなる
層間絶縁膜５でもって第１半導体層４上を覆った後、膜
厚が３０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の非晶質Ｓｉからなる第
２半導体膜１３を層間絶縁膜５上に成膜する。なお、こ
れらの層間絶縁膜５及び第２半導体膜１３のそれぞれ
は、層間絶縁膜３及び第１半導体膜１２と同様の手順に
従って成膜される。また、この際における半導体膜１３
が非晶質Ｓｉに限られることはなく、ＳｉやＳｉＧｅも
しくはＰやＢを含むＳｉ、あるいは、微結晶Ｓｉや多結
晶Ｓｉからなるものであってもよい。

【００２０】次に、図２（Ｃ）で示すように、第２半導
体膜１３をエッチングして所定の占有面積を有する第２
半導体層６を形成する。そして、この第２半導体膜１３
のエッチングに際しては、エッチングによって形成され
る第２半導体層６の占有面積が第１半導体層４の占有面
積と同程度、あるいは、より小さくなるよう調整するこ
とが行われる。すなわち、このような調整によって第１
半導体層４は第２半導体層６と同程度の占有面積、ある
いは、より一層大きな占有面積を有していることにな
る。

【００２１】その後、図３（Ａ）で示すように、第２半
導体層６の上方からパルスレーザのレーザ光１４を照射
することによって非結質Ｓｉからなる第２半導体層６を
加熱して溶融結晶化する、あるいは、微結晶Ｓｉや多結
晶Ｓｉからなる第２半導体層６の結晶性を改善すること
を行う。そして、この際においては、第２半導体層６を
ＴＦＴ１の活性層とすべく照射されるレーザ光が第２半
導体層６のみならず、絶縁基板２上に形成された第１半
導体層４をも加熱していることになり、レーザ光から与
えられる熱量が第１半導体層４でもって蓄熱される、つ
まり、第１半導体層４が蓄熱層として機能する結果、第
１半導体層４と第２半導体層６との間における温度勾配
が小さくなり、第２半導体層６の凝固速度が遅くなって
結晶成長が促進されるため、第２半導体層６の結晶粒径
が大きくなって結晶性が向上することになる。

【００２２】さらにまた、第１半導体層４の占有面積が
第２半導体層６の占有面積よりも大きい場合には、第２
半導体層６よりも外側にある第１半導体層４の端縁部分
４ａの溶融結晶化もしくは結晶性改善も同時に実行され
ることになり、かつ、この第１半導体層４に対してはレ
ーザ光からの熱量が端縁部分４ａを通じたうえで直接的
に与えられ、より大きな熱量が蓄えられるため、第１半
導体層４がより優れた蓄熱層として機能することにな
る。なお、この際におけるパルスレーザが短波長のもの
であれば、下地基板にダメージを与えることなく、第２
半導体層６を効率よく加熱しうることは勿論であり、非
結質Ｓｉを溶融結晶化した方が多結晶Ｓｉなどを直接的
に成膜しているよりも結晶粒径が大きくなる結果、良好
な特性が得られることになる。

【００２３】引き続き、図３（Ｂ）で示すように、Ｓｉ
Ｈ₄ガス及びＯ₂ガスを用いた常圧ＣＶＤ法を採用したう
え、膜厚が５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度のＳｉＯ₂からな
るゲート絶縁膜１５を成膜する。なお、この際には、ス
パッタ法や減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、リモート
プラズマＣＶＤ法を採用してもよく、また、段差の被覆
性に優れたＴＥＯＳ（Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate，Ｓ
ｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）ガスを用いた常圧ＣＶＤ法やプラズ
マＣＶＤ法の採用も可能である。また、ゲート絶縁膜１
５がＳｉＯ₂からなるものに限られることはなく、Ｓｉ
Ｎ_x，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｔａ₂Ｏ₅のいずれか、あるいはまた、
これらの組み合わせであってもよいことは勿論である。

【００２４】さらに、図３（Ｃ）で示すように、Ｔａや
Ａｌを含む金属材料、例えば、ＡｌＳｉやＡｌＴｉなど
を用いたうえでのスパッタ法を採用することにより、膜
厚が２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度とされたゲート電極８
をゲート絶縁膜１５上に形成したうえ、膜厚が５０ｎｍ
〜１μｍ程度とされた陽極酸化膜９をゲート電極８の表
面上に形成する。なお、ゲート電極８としては、Ａｌを
含む金属材料を用いることが低抵抗化を図るうえで好ま
しい。

【００２５】引き続き、図４（Ａ）で示すように、ゲー
ト電極８及び陽極酸化膜９をマスクとしたエッチングに
よってゲート絶縁膜１５の不要部分を除去することによ
り、ゲート絶縁膜７を形成するとともに、第２半導体層
６のソース及びドレインとなる不純物領域６ｂを露出さ
せておいたうえ、これらの不純物領域６ｂに対して所要
の不純物イオンを注入することを行う。すなわち、この
際、Ｐ型の不純物領域とするにはＢイオン、また、Ｎ型
の不純物領域とするにはＰイオンを注入する。

【００２６】なお、ゲート絶縁膜１５の不要部分を除去
するには、エッチング液を用いたうえでのウェットエッ
チングあるいはプラズマを用いたうえでのドライエッチ
ングのいずれかが採用されることになり、また、不純物
イオンの注入にあたっては、プラズマを利用したイオン
注入装置が使用されることになる。

【００２７】次には、３００〜５００℃程度のＮ₂雰囲
気中で加熱することによって多結晶Ｓｉ膜やゲート絶縁
膜７、ゲート電極８などに含有された水素を抜くための
脱水素処理が実行されることになり、この脱水素処理で
は、多結晶Ｓｉ膜中の水素量を５×１０¹⁹個／ｃｍ³、
好ましくは、５×１０¹⁸個／ｃｍ³程度とすることが行
われる。なお、ここでの脱水素処理をレーザ光の照射に
よって行うことも可能であり、この場合には、後述する
不純物活性化の際よりもエネルギ密度の低いレーザ光が
照射される。

【００２８】その後、図４（Ｂ）で示すように、ゲート
絶縁膜７及びゲート電極８が積層された第２半導体層６
の上方から２００〜３００ｍＪ／ｃｍ²程度のエネルギ
密度とされたレーザ光１６をパルスレーザでもって照射
することにより、第２半導体層６の不純物領域６ｂに注
入された不純物を電気的に活性化するためのアニール処
理、つまり、不純物活性化を実行する。そして、この際
においても、不純物活性化のために照射されるレーザ光
が第１半導体層４を加熱しており、この第１半導体層４
が蓄熱層として機能するので、第１半導体層４と第２半
導体層６との間における温度勾配が小さくなる結果、不
純物領域６ｂの不純物活性化が促進されることになる。
なお、不純物活性化にあたっても、ＸｅＦ（波長３５１
ｎｍ），ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ），ＫｒＦ（波長２
４９ｎｍ），ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）のエキシマレー
ザを使用しうることは勿論であり、短波長のパルスレー
ザを使用すれば、下地基板にダメージを与えることが少
なくて済むことになる。また、本実施の形態では、第２
半導体層６の不純物領域６ｂにおける不純物活性化を第
２半導体層６の溶融結晶化とは別の工程で行っている
が、図３（Ａ）で示した第２半導体層６の溶融結晶化と
同時に不純物領域６ｂの不純物活性化を行うことも可能
であり、溶融結晶化及び不純物活性化を同時に行っても
よいことは勿論である。

【００２９】ところで、通常、レーザ光の照射によって
不純物活性化を実行した場合には、レーザ光が照射され
た第２半導体層６の表面温度が６００℃以上、特に、Ｓ
ｉ半導体であれば１０００℃以上となり、第２半導体層
６中に含有されている水素の急激な移動が生じ、かつ、
表面から水素が飛び出すことも起こるため、第２半導体
層６の結晶性が損なわれてしまう。さらに、半導体の溶
融温度を越えると、第２半導体層６の不純物領域６ｂに
注入された不純物が真性半導体であるチャネル領域６ａ
へと拡散しやすくなり、トランジスタ特性の劣化を招く
ことになってしまう。すなわち、これら不純物の拡散の
程度は、結晶の温度と時間とに依存している。そこで、
本実施の形態に係るＴＦＴ１の不純物活性化に際して
は、レーザ光の強度を通常よりも低く設定し、第１半導
体層４が有する蓄熱層としての機能を利用したうえ、半
導体の凝固速度を遅くすることによって活性化に要する
時間の延長を実現することを行っているのである。

【００３０】引き続き、図４（Ｃ）で示すように、Ｓｉ
Ｈ₄ガス及びＯ₂ガスを用いた常圧ＣＶＤ法を採用したう
え、膜厚が３００ｎｍ〜５００ｎｍ程度のＳｉＯ₂から
なる層間絶縁膜１０を成膜する。なお、この際において
は、ＴＥＯＳガスを用いた常圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶ
Ｄ法を採用することも可能であり、また、プラズマＣＶ
Ｄ法を採用したうえ、２００〜２５０℃の温度下でＳｉ
Ｎ_xからなる層間絶縁膜１０を成膜してもよい。さら
に、この層間絶縁膜１０に対してコンタクトホールを形
成し、かつ、スパッタ法を採用することによってＡｌを
含んだ金属材料からなる金属膜を成膜した後、この金属
膜をパターニングすることによって引出電極１１を形成
すると、図１で示したＴＦＴ１が完成したことになる。
そして、このＴＦＴ１を製造する際における蓄熱層とし
ての機能を果たした第１半導体層４は、完成後のＴＦＴ
１における遮光層、つまり、外部からの入射光によるリ
ーク電流の増加を防止する遮光層として機能することに
なっている。

【００３１】ところで、以上説明したＴＦＴ１の製造方
法においては、図３（Ａ）及び図４（Ｂ）で示したよう
に、レーザ光の照射によって第１半導体層４及び第２半
導体層６の溶融温度が同じとなり、かつ、第１半導体層
４の端縁部分４ａと第２半導体層６の不純物領域６ｂと
のアニール温度が同じとなっているが、溶融温度及びア
ニール温度が同じである必然性はなく、むしろ第１半導
体層４の方を第２半導体層６よりも高温としたうえで第
１半導体層４から第２半導体層６へとより多くの熱量を
伝えることが望ましい。そこで、第２半導体層６の溶融
結晶化に際しては、図３（Ａ）に代わる図５（Ａ）及び
図４（Ｂ）に代わる図５（Ｂ）でそれぞれ示すように、
第２半導体層６とほぼ等しい面積を有する紫外線吸収フ
ィルタ１７を第２半導体層６の上方位置に予め配置して
おいたうえ、この紫外線吸収フィルタ１７の上方からパ
ルスレーザのレーザ光１４，１６を照射することを行っ
てもよい。

【００３２】なお、この際における紫外線吸収フィルタ
１７はガラス板１８に真空蒸着部分１９が設けられたも
のであり、「光学枝術ハンドブック増補版」（朝倉書
店）には各種の紫外線吸収フィルタが記載されている。
そして、本実施の形態において使用可能な紫外線吸収フ
ィルタ１７としては、Ｃｅ含有のガラスを用いて作製さ
れたうえで３８０ｎｍ以下の紫外線をカットする特性を
有する１Ａフィルタなどがあり、図５（Ａ）で示した溶
融結晶化に際しては、吸収率が２０％の紫外線吸収フィ
ルタ１７を使用することによって第１半導体層４の端縁
部分４ａに対するレーザ光１４のエネルギ密度を３５０
ｍＪ／ｃｍ²程度としたとき、第２半導体層６に対する
レーザ光１４のエネルギ密度は２８０ｍＪ／ｃｍ²程度
となる。

【００３３】さらにまた、第２半導体層６の溶融結晶化
に際し、第１半導体層４が蓄熱層として機能することに
よって第２半導体層６の温度がどのように上昇するかを
熱力学的に見積もってみたので、以下、ＴＦＴの構造を
模式化して示す図６の説明図を参照しながら説明する。
なお、実際上においては、熱伝導の経時的な変化が避け
られないので、必ずしもＳｉ膜の凝固時間でもって熱平
衡状態に至るとは限らないが、ここでは（ａ），（ｂ）
の仮定を置いたうえで熱平衡状態となる温度変化の過程
におけるＳｉ膜が蓄熱層として果たす役割を調査してい
る。

【００３４】（ａ）熱の伝達量は熱伝達速度に比例す
る。

【００３５】（ｂ）トランジスタとして使用されるＳｉ
１の冷却時であって、レーザ光の照射後１０００ｎｓ程
度までの時間内における熱量の移動を考慮する。

【００３６】まず、図６におけるＳｉ１，Ｓｉ２，Ｓｉ
３それぞれの質量をｍ_si1，ｍ_si2，ｍ_si3とし、トラン
ジスタであるＳｉ１の縦横長さをともにＬとする一方、
蓄熱層となるＳｉ２の縦長さをＬ、横長さをＺとする。
そして、図６で示したような熱平衡状態を考えると、Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４＝ｍ_si1Ｃ_siＴ_si…（１）Ｑ２−ｍ_si2Ｃ_siＴ_si＝ｍ_si3Ｃ_si（Ｔ_si−Ｔ_sub）…（２）Ｔ_si＝（Ｑ２＋ｍ_si3Ｃ_siＴ_sub）／［Ｃ_si（ｍ_si2＋ｍ_si3）］…（２′）ここで、仮定（ａ）に基づき、Ｓｉ２の熱量がＱ２，Ｑ
３，Ｑ４のそれぞれに対してどのように分配されるかを
考える。そして、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の熱伝達速度
をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４とし、かつ、Ｓｉ及
びＳｉＯ₂の熱伝導率をそれぞれＫ_Si，Ｋ_SiO2とする
と、Ｖ１＝（Ｌ²／ｔ_SiO2）Ｋ_SiO2（Ｔ_si1−Ｔ_sub）…（３）Ｖ２＝（４Ｌｔ_si2／Ｚ）Ｋ_Si（Ｔ_si2−Ｔ_sub）…（４）Ｖ３＝（４ＺＬ／ｔ_SiO2）Ｋ_SiO2（Ｔ_si2−Ｔ_sub）…（５）Ｖ４＝（４ＺＬ／ｔ_glass）Ｋ_SiO2（Ｔ_si2−Ｔ_glass）…（６）そして、ガラス基板は１ｍｍ程度とｔ_glassが大きいの
でＶ４はＶ２及びＶ３と比較して非常に小さくなるが、
Ｓｉに対するレーザ光の照射後１０００ｎｓまでの間に
はガラス基板へもＶ３と同じ熱量が伝わるとした際に
は、Ｖ３＝Ｖ４となる。また、「化学便覧２」（日本化
学会編）によると、Ｋ_Si，Ｋ_SiO2は温度１０００Ｋの時
に等しくなる程度であるから、（４）と（５）とに基づ
き、Ｖ２／Ｖ３＝１０ｔ_si2ｔ_SiO2／Ｚ²…（７）となり、ｍ_si1＝Ｌ²ｔ_si1ｄ_si1…（８）ｍ_si2＝Ｌ²ｔ_si2ｄ_si2…（９）ｍ_si3＝Ｌ²ｔ_si3ｄ_si3…（１０）となる。そこで、Ｑ２＝（３／２）Ｑ３…（１１）の時
は、（１），（２′），（９），（１０）からＴ_si＝［（１／３）ｍ_si2Ｃ_siＴ_si2＋ｍ_si3Ｃ_siＴ_sub］／［Ｃ_si（ｍ_si2＋ｍ_si3）］＝［（１２Ｚ／７Ｌ）Ｔ_si2＋Ｔ_sub］／［（４Ｚ／Ｌ）＋１］…（１２）但し、Ｚ²＝（２０／３）ｔ_si2ｔ_SiO2 また、Ｑ２＝Ｑ３…（１３）の時は、（１），（２）か
らＴ_si＝［（４Ｚ／３Ｌ）ｔ_si2＋Ｔ_sub］／［（４Ｚ／Ｌ）＋１］…（１４）但し、Ｚ²＝１０ｔ_si2ｔ_SiO2 さらに、Ｑ２＝（２／３）Ｑ３…（１５）の時は、
（１），（２）からＴ_si＝［（Ｚ／Ｌ）ｔ_si2＋Ｔ_sub］／［（４Ｚ／Ｌ）＋１］…（１６）但し、Ｚ²＝１５ｔ_si2ｔ_SiO2 従って、Ｓｉ２の溶融温度を１６００℃と仮定し、ｄ_si
＝２．３３ｇｃｍ^-3とＣ_si＝２６．３４ＪＫ^-1ｍｏｌ^-1
（１０００Ｋの時）とを（１２），（１４），（１６）
に代入したうえでそれぞれをグラフ化すると、図７の
（ａ）から（ｉ）で示すような結果が得られる。そし
て、この図７における（ｇ）以外のグラフからは、Ｚ／
Ｌが大きくなると、蓄熱層であるＳｉ２の温度Ｔ_si2が
基板以上の温度にまで上昇しており、特に、基板温度が
２０℃程度と低い場合にはＳｉ２の温度Ｔ_si2が高くな
ってトランジスタであるＳｉ１の凝固速度を遅くする効
果が現れていることが分かる。すなわち、Ｑ２＝Ｑ３の
場合を検討してみると、Ｚ²＝１０ｔ_si2ｔ_SiO2と図７中
の（ｆ）、つまり、基板温度が２０℃の場合、Ｚ／Ｌ＝
１．０の時にレーザ照射によってＳｉ２の温度Ｔ_si2が
４３０℃に上昇する。

【００３７】そして、ｔ_si2＝ｔ_SiO2＝０．５μｍとし
たとき、Ｚ＝Ｌ＝１．６μｍとなる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＴＦ
Ｔにおいては、ＴＦＴの活性層となる第２半導体層から
絶縁基板によって熱量が奪われることを防止するための
蓄熱層として機能する第１半導体層を絶縁基板及び第２
半導体層間に介在させているので、第２半導体層の凝固
速度が早くなって結晶成長が促進され、かつ、不純物活
性化が促進される結果、結晶粒径が大きくなって結晶性
の優れた活性層を備えたＴＦＴが得られる。そして、蓄
熱層として機能した第１半導体層が遮光層としても機能
するため、ＴＦＴの有する特性が向上するという効果も
得られる。また、本発明に係るＴＦＴの製造方法を採用
した際には、工程を簡略化しながらも上記のような優れ
た特性を有するＴＦＴを容易に製造しうるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るＴＦＴの要部構造を簡略化
して示す構造断面図である。

【図２】本実施の形態に係るＴＦＴの製造方法を手順に
従って示す工程断面図のうち、前段工程を示す工程断面
図である。

【図３】本実施の形態に係るＴＦＴの製造方法を手順に
従って示す工程断面図のうち、中段工程を示す工程断面
図である。

【図４】本実施の形態に係るＴＦＴの製造方法を手順に
従って示す工程断面図のうち、後段工程を示す工程断面
図である。

【図５】本実施の形態に係るＴＦＴの製造方法を手順に
従って示す工程断面図のうち、変形例を示す工程断面図
である。

【図６】ＴＦＴの構造を模式化して示す説明図である。

【図７】熱力学的な見積もりの結果を示す説明図であ
る。

【図８】従来の形態に係るＴＦＴの要部構造を簡略化し
て示す構造断面図である。

【符号の説明】

１ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２絶縁基板３層間絶縁膜４第１半導体層５無機絶縁膜６第２半導体層６ａチャネル領域６ｂ不純物領域７ゲート絶縁膜８ゲート電極９陽極酸化膜１０層間絶縁膜１１引出電極１２第１半導体膜１３第２半導体膜１４レーザ光１５ゲート絶縁膜１６レーザ光１７紫外線吸収フィルタ１８ガラス板１９真空蒸着部分５１ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）５２絶縁基板５３層間絶縁膜５４金属膜５５無機絶縁膜５６半導体層５６ａチャネル領域５６ｂ不純物領域５７ゲート絶縁膜５８ゲート電極５９陽極酸化膜６０層間絶縁膜６１引出電極６２入射光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に形成された第１半導体層
と、この第１半導体層上を覆って形成された無機絶縁膜
と、この無機絶縁膜を介して前記第１半導体層上に形成
されたうえで薄膜トランジスタの活性層となる第２半導
体層とを備えていることを特徴とする薄膜トランジス
タ。
【請求項２】請求項１に記載した薄膜トランジスタで
あって、第１半導体層は、第２半導体層よりも大きな占有面積を
有していることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載した薄膜
トランジスタを製造する方法であって、第１半導体層と無機絶縁膜と第２半導体層とを絶縁基板
上に順次積層して形成する工程と、前記第２半導体層の
上方からレーザ光を照射して前記第２半導体層を溶融結
晶化または不純物活性化する工程とを含んでいることを
特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載した薄膜
トランジスタを製造する方法であって、第１半導体層と無機絶縁膜と第２半導体層とを絶縁基板
上に順次積層して形成する工程と、前記第２半導体層の
上方位置に紫外線吸収フィルタを配置する工程と、この
紫外線吸収フィルタの上方からレーザ光を照射して前記
第２半導体層を溶融結晶化または不純物活性化する工程
とを含んでいることを特徴とする薄膜トランジスタの製
造方法。