JPH11145484A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタの製造方法Info
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- JPH11145484A JPH11145484A JP25243998A JP25243998A JPH11145484A JP H11145484 A JPH11145484 A JP H11145484A JP 25243998 A JP25243998 A JP 25243998A JP 25243998 A JP25243998 A JP 25243998A JP H11145484 A JPH11145484 A JP H11145484A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多結晶半導体薄膜中の粒界トラップを減少さ
せて電気的特性を向上させた薄膜トランジスタの製造方
法を提供する。 【解決手段】 絶縁基体としての基板１上に１０００Å
程度の膜厚のＳｉＯ2絶縁膜２を被着形成し、その上に
多結晶シリコン膜３を、例えば温度６１０℃のＣＶＤ法
（気相成長法）で４００Åの厚さに堆積させる。次にシ
リコンイオン(Ｓi +)をドーズ量１×１０14／ｃｍ2でイ
オン注入し、多結晶シリコン膜３を非晶質化させ、６０
０℃で４０時間のアニール（低温アニール）を行なう。
なお該アニールは多結晶シリコン膜３の結晶化が飽和し
ない状態で停止する。次にエキシマレーザを２２０ｍＪ
／ｃｍ2で照射し、非晶質シリコンの融点温度と単結晶
シリコンの融点温度との間の温度で加熱すると、非晶質
部３Ａを溶融して単結晶部３Ｂに変え、粒径の大きい
（〜０.０２μｍ）多結晶シリコン膜３が形成される。
せて電気的特性を向上させた薄膜トランジスタの製造方
法を提供する。 【解決手段】 絶縁基体としての基板１上に１０００Å
程度の膜厚のＳｉＯ2絶縁膜２を被着形成し、その上に
多結晶シリコン膜３を、例えば温度６１０℃のＣＶＤ法
（気相成長法）で４００Åの厚さに堆積させる。次にシ
リコンイオン(Ｓi +)をドーズ量１×１０14／ｃｍ2でイ
オン注入し、多結晶シリコン膜３を非晶質化させ、６０
０℃で４０時間のアニール（低温アニール）を行なう。
なお該アニールは多結晶シリコン膜３の結晶化が飽和し
ない状態で停止する。次にエキシマレーザを２２０ｍＪ
／ｃｍ2で照射し、非晶質シリコンの融点温度と単結晶
シリコンの融点温度との間の温度で加熱すると、非晶質
部３Ａを溶融して単結晶部３Ｂに変え、粒径の大きい
（〜０.０２μｍ）多結晶シリコン膜３が形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶半導体薄膜
を能動層に有する薄膜トランジスタの製造方法に関す
る。
を能動層に有する薄膜トランジスタの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶ディスプレイ,ＬＳＩ等に非
晶質(アモルファス）シリコンが盛んに用いられてい
る。この非晶質シリコンを用いたデバイスとしては、薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）がある。
晶質(アモルファス）シリコンが盛んに用いられてい
る。この非晶質シリコンを用いたデバイスとしては、薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）がある。
【０００３】また、このような薄膜トランジスタを形成
する半導体薄膜の形成方法としては、特願昭６１−７８
１２０号公報記載に係る技術が知られている。この従来
技術は、絶縁基体上の薄膜半導体層にレーザを照射して
溶融した後、冷却固化してなる薄膜単結晶を形成するに
際し、レーザ照射の前工程で熱処理を施して半導体層の
半導体の粒径を均一にするようにしたものである。
する半導体薄膜の形成方法としては、特願昭６１−７８
１２０号公報記載に係る技術が知られている。この従来
技術は、絶縁基体上の薄膜半導体層にレーザを照射して
溶融した後、冷却固化してなる薄膜単結晶を形成するに
際し、レーザ照射の前工程で熱処理を施して半導体層の
半導体の粒径を均一にするようにしたものである。
【０００４】さらに最近では、液晶ディスプレイ，ＬＳ
Ｉ等において移動度の向上が期待されており、このため
高移動度が期待される多結晶シリコン薄膜の研究が盛ん
になっている。
Ｉ等において移動度の向上が期待されており、このため
高移動度が期待される多結晶シリコン薄膜の研究が盛ん
になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多結晶
シリコン薄膜を用いて薄膜トランジスタを形成する場
合、粒界にトラップが生じ、このトラップ密度が大きく
なる問題点がある。
シリコン薄膜を用いて薄膜トランジスタを形成する場
合、粒界にトラップが生じ、このトラップ密度が大きく
なる問題点がある。
【０００６】斯るトラップ密度（Ｎt）が増大した場
合、以下の式により、 Ｓ〜ｋＴ／ｑ・ｌｎ10・(1＋ｑＮt／Ｃox)…(1) Ｓ：電圧のスイング値 ｑ：電荷 Ｃox：絶縁膜容量 μ〜μ0・ｅｘｐ（−ΔＥ／ｋＴ）…(2) μ：移動度 ΔＥ：グレインバンダリーを乗り越えるためのエネルギ
ー μ0∝Ｌ…(3) Ｌ：粒径 ΔＥ∝Ｎt 2…(4) Ｊr＝(ｑＮtｋＴπ)δｖthｎi／2ＷR（ＶR)…(5) (ｐｎ
接合) Ｊ：電流密度 Ｎi：真性キャリア密度 ＶR：逆バイアス 移動度μが小さくなると共に、電圧のスイング値が大き
く、また、リーク電流が大きくなるという問題点があ
る。特に、多結晶シリコンの粒界部は、微細な非晶質と
してとらえることもでき、ダングリングボンドが存在
し、トラップ密度が大きいといえる。
合、以下の式により、 Ｓ〜ｋＴ／ｑ・ｌｎ10・(1＋ｑＮt／Ｃox)…(1) Ｓ：電圧のスイング値 ｑ：電荷 Ｃox：絶縁膜容量 μ〜μ0・ｅｘｐ（−ΔＥ／ｋＴ）…(2) μ：移動度 ΔＥ：グレインバンダリーを乗り越えるためのエネルギ
ー μ0∝Ｌ…(3) Ｌ：粒径 ΔＥ∝Ｎt 2…(4) Ｊr＝(ｑＮtｋＴπ)δｖthｎi／2ＷR（ＶR)…(5) (ｐｎ
接合) Ｊ：電流密度 Ｎi：真性キャリア密度 ＶR：逆バイアス 移動度μが小さくなると共に、電圧のスイング値が大き
く、また、リーク電流が大きくなるという問題点があ
る。特に、多結晶シリコンの粒界部は、微細な非晶質と
してとらえることもでき、ダングリングボンドが存在
し、トラップ密度が大きいといえる。
【０００７】本発明は、このような従来の問題点に着目
して創案されたものであって、粒界のトラップ密度を減
少させて、電気的特性を高めた多結晶半導体薄膜を能動
層に有する、薄膜トランジスタの製造方法を得んとする
ものである。
して創案されたものであって、粒界のトラップ密度を減
少させて、電気的特性を高めた多結晶半導体薄膜を能動
層に有する、薄膜トランジスタの製造方法を得んとする
ものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】（１）絶縁基板上に多結
晶半導体薄膜を形成する工程と、少なくとも前記多結晶
半導体薄膜を構成する結晶の粒界を溶融する一方、前記
多結晶半導体薄膜の厚さを変えないアニール処理を前記
多結晶半導体薄膜に施す工程と、前記アニール処理が施
された多結晶半導体薄膜を能動層に有する薄膜トランジ
スタを形成する工程とを含むことを特徴としている。
晶半導体薄膜を形成する工程と、少なくとも前記多結晶
半導体薄膜を構成する結晶の粒界を溶融する一方、前記
多結晶半導体薄膜の厚さを変えないアニール処理を前記
多結晶半導体薄膜に施す工程と、前記アニール処理が施
された多結晶半導体薄膜を能動層に有する薄膜トランジ
スタを形成する工程とを含むことを特徴としている。
【０００９】また前記多結晶半導体薄膜が、化学的気相
成長法によって堆積された薄膜であることを特徴とし、
前記多結晶半導体薄膜が、前記絶縁基板上に非晶質半導
体薄膜を形成し、この非晶質半導体薄膜に結晶化が飽和
しない程度のアニールを施すことによって一部に非晶質
部を残して結晶化した領域を含む多結晶半導体薄膜であ
ることを特徴とし、前記アニール処理工程が、前記非晶
質部を溶融する工程であることを特徴としている。
成長法によって堆積された薄膜であることを特徴とし、
前記多結晶半導体薄膜が、前記絶縁基板上に非晶質半導
体薄膜を形成し、この非晶質半導体薄膜に結晶化が飽和
しない程度のアニールを施すことによって一部に非晶質
部を残して結晶化した領域を含む多結晶半導体薄膜であ
ることを特徴とし、前記アニール処理工程が、前記非晶
質部を溶融する工程であることを特徴としている。
【００１０】（２）多結晶半導体薄膜の粒界や微小欠陥
は、当該半導体の非晶質状態での融点以上で且つその半
導体の単結晶状態での融点未満の温度で熱処理すること
により、粒界等のみを溶融し、不対原子層を減少させて
トラップ密度を小さくして薄膜の電気的特性を高める。
このため、多結晶半導体薄膜の厚さの変化はなく平坦性
を維持することが可能となる。
は、当該半導体の非晶質状態での融点以上で且つその半
導体の単結晶状態での融点未満の温度で熱処理すること
により、粒界等のみを溶融し、不対原子層を減少させて
トラップ密度を小さくして薄膜の電気的特性を高める。
このため、多結晶半導体薄膜の厚さの変化はなく平坦性
を維持することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
に係る薄膜トランジスタの製造方法の一実施形態例を説
明する。
に係る薄膜トランジスタの製造方法の一実施形態例を説
明する。
【００１２】（第１実施形態例）先ず、図１に示すよう
に、絶縁基体としての例えば耐熱ガラスより成る基板１
上に１０００Å程度の膜厚のＳｉＯ2絶縁膜２を被着形
成し、さらに、ＳｉＯ2絶縁膜２上に、多結晶シリコン
膜３を、例えば温度６１０℃のＣＶＤ法（気相成長法）
で４００Åの厚さに堆積させる。
に、絶縁基体としての例えば耐熱ガラスより成る基板１
上に１０００Å程度の膜厚のＳｉＯ2絶縁膜２を被着形
成し、さらに、ＳｉＯ2絶縁膜２上に、多結晶シリコン
膜３を、例えば温度６１０℃のＣＶＤ法（気相成長法）
で４００Åの厚さに堆積させる。
【００１３】次に、多結晶シリコン膜３にエキシマレー
ザを照射温度が１３００℃程度となるよう例えば２２０
ｍＪ／ｃｍ2で照射して、多結晶シリコンの粒界のみを
溶融させる。かかるエキシマレーザの照射を行なった後
の多結晶シリコン膜３の厚さは、４００Åで変化はみら
れない。
ザを照射温度が１３００℃程度となるよう例えば２２０
ｍＪ／ｃｍ2で照射して、多結晶シリコンの粒界のみを
溶融させる。かかるエキシマレーザの照射を行なった後
の多結晶シリコン膜３の厚さは、４００Åで変化はみら
れない。
【００１４】なお、上記エキシマレーザの照射温度は、
非晶質シリコンの融点温度（１１００℃）よりも高く単
結晶シリコンの融点温度（１４１５℃）よりも低い範囲
で設定可能である。
非晶質シリコンの融点温度（１１００℃）よりも高く単
結晶シリコンの融点温度（１４１５℃）よりも低い範囲
で設定可能である。
【００１５】（第２実施形態例）本実施形態例は、先
ず、上記第１の実施形態例と同様に基板１上にＳｉＯ2
絶縁膜２，多結晶シリコン膜３を順次形成した後、図２
（ａ）に示すようにシリコンイオン(Ｓi +)をドーズ量１
×１０14／ｃｍ2でイオン注入し、多結晶シリコン膜３
を非晶質化させ、６００℃で４０時間のアニール（低温
アニール）を行なう。なお、このアニールは、多結晶シ
リコン膜３の結晶化が飽和しない状態で停止する。
ず、上記第１の実施形態例と同様に基板１上にＳｉＯ2
絶縁膜２，多結晶シリコン膜３を順次形成した後、図２
（ａ）に示すようにシリコンイオン(Ｓi +)をドーズ量１
×１０14／ｃｍ2でイオン注入し、多結晶シリコン膜３
を非晶質化させ、６００℃で４０時間のアニール（低温
アニール）を行なう。なお、このアニールは、多結晶シ
リコン膜３の結晶化が飽和しない状態で停止する。
【００１６】図２（ｂ）は、多結晶シリコン膜３が上記
工程により非晶質化した非晶質部３Ａと結晶化した単結
晶部３Ｂに変った断面状態を示しており、図３はその平
面である。
工程により非晶質化した非晶質部３Ａと結晶化した単結
晶部３Ｂに変った断面状態を示しており、図３はその平
面である。
【００１７】次に、図２（ｃ）のようにエキシマレーザ
を２２０ｍＪ／ｃｍ2で照射し、上記第１実施形態例と
同様に非晶質シリコンの融点温度と単結晶シリコンの融
点温度との間の温度で加熱することにより、非晶質部３
Ａを溶融して単結晶部３Ｂに変え、粒径の大きい（〜
０.０２μｍ）多結晶シリコン膜３が形成される。本実
施形態例においても多結晶シリコン膜３の厚さに変化は
なかった。
を２２０ｍＪ／ｃｍ2で照射し、上記第１実施形態例と
同様に非晶質シリコンの融点温度と単結晶シリコンの融
点温度との間の温度で加熱することにより、非晶質部３
Ａを溶融して単結晶部３Ｂに変え、粒径の大きい（〜
０.０２μｍ）多結晶シリコン膜３が形成される。本実
施形態例においても多結晶シリコン膜３の厚さに変化は
なかった。
【００１８】次に、このようにして形成された多結晶シ
リコン薄膜を用いて、チャネル長１μｍ，チャネル幅１
０μｍとして薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、エキシマ
レーザの照射工程を省略したシリコン薄膜を用いて形成
した同様の構造の薄膜トランジスタの特性を図４〜図７
のグラフに基づいて比較する。
リコン薄膜を用いて、チャネル長１μｍ，チャネル幅１
０μｍとして薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、エキシマ
レーザの照射工程を省略したシリコン薄膜を用いて形成
した同様の構造の薄膜トランジスタの特性を図４〜図７
のグラフに基づいて比較する。
【００１９】図４に示すグラフは、エキシマレーザ照射
が施された薄膜トランジスタのゲート電圧とドレイン電
流との関係を示すものであり、図５のグラフに示す、エ
キシマレーザ照射をしない薄膜トランジスタとその特性
を比較すると、そのスイングが大きく立上り特性が良好
となっている。
が施された薄膜トランジスタのゲート電圧とドレイン電
流との関係を示すものであり、図５のグラフに示す、エ
キシマレーザ照射をしない薄膜トランジスタとその特性
を比較すると、そのスイングが大きく立上り特性が良好
となっている。
【００２０】また、図６及び図７は、電子移動度とゲー
ト電圧との関係を示すグラフであり、図６に示すエキシ
マレーザ照射を施して成る薄膜トランジスタの電子移動
度は、図７に示すエキシマレーザ照射を施していない薄
膜トランジスタの電子移動度よりも著しく向上してい
る。
ト電圧との関係を示すグラフであり、図６に示すエキシ
マレーザ照射を施して成る薄膜トランジスタの電子移動
度は、図７に示すエキシマレーザ照射を施していない薄
膜トランジスタの電子移動度よりも著しく向上してい
る。
【００２１】上記した特性の比較から判るように、エキ
シマレーザを照射したことにより粒界となっている非晶
部分が溶融して、トラップ密度が減少し、各種特性が向
上したものと考えられる。
シマレーザを照射したことにより粒界となっている非晶
部分が溶融して、トラップ密度が減少し、各種特性が向
上したものと考えられる。
【００２２】以上、各実施形態例について説明したが、
本発明は、この他各種の変更が可能である。
本発明は、この他各種の変更が可能である。
【００２３】例えば、上記各実施形態例においては、エ
キシマレーザを加熱手段として用いたが、加熱温度を非
晶質シリコンの融点以上で単結晶シリコンの融点未満の
温度とする加熱手段であれば他のものを用いてもよい。
キシマレーザを加熱手段として用いたが、加熱温度を非
晶質シリコンの融点以上で単結晶シリコンの融点未満の
温度とする加熱手段であれば他のものを用いてもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、多結晶半
導体薄膜における粒界トラップを減少させて電気的特性
を向上させる効果がある。
に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、多結晶半
導体薄膜における粒界トラップを減少させて電気的特性
を向上させる効果がある。
【００２５】また、粒界付近のみしか溶融しないため、
薄膜の平坦性を維持する効果がある。さらに、基本的結
晶粒径は維持されるため、粒径の制御性を良好にする効
果がある。
薄膜の平坦性を維持する効果がある。さらに、基本的結
晶粒径は維持されるため、粒径の制御性を良好にする効
果がある。
【図１】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の第
１の実施形態例を示す断面図。
１の実施形態例を示す断面図。
【図２】本発明の第２実施形態例の断面図。
【図３】本発明の第２実施形態例の平面図。
【図４】エキシマレーザを照射した薄膜を用いたトラン
ジスタのスイングを示すグラフ。
ジスタのスイングを示すグラフ。
【図５】エキシマレーザを照射しない薄膜を用いたトラ
ンジスタのスイングを示すグラフ。
ンジスタのスイングを示すグラフ。
【図６】エキシマレーザを照射した薄膜を用いたトラン
ジスタの移動度を示すグラフ。
ジスタの移動度を示すグラフ。
【図７】エキシマレーザを照射しない薄膜を用いたトラ
ンジスタの移動度を示すグラフ。
ンジスタの移動度を示すグラフ。
３…多結晶シリコン膜、３Ａ…非晶質部、３Ｂ…単結晶
部。
部。
Claims (4)
- 【請求項１】 絶縁基板上に多結晶半導体薄膜を形成す
る工程と、 少なくとも前記多結晶半導体薄膜を構成する結晶の粒界
を溶融する一方、前記多結晶半導体薄膜の厚さを変えな
いアニール処理を前記多結晶半導体薄膜に施す工程と、 前記アニール処理が施された多結晶半導体薄膜を能動層
に有する薄膜トランジスタを形成する工程とを含む薄膜
トランジスタの製造方法。 - 【請求項２】 前記多結晶半導体薄膜が、化学的気相成
長法によって堆積された薄膜であることを特徴とする請
求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項３】 前記多結晶半導体薄膜が、前記絶縁基板
上に非晶質半導体薄膜を形成し、この非晶質半導体薄膜
に結晶化が飽和しない程度のアニールを施すことによっ
て一部に非晶質部を残して結晶化した領域を含む多結晶
半導体薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の薄
膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項４】 前記アニール処理工程が、前記非晶質部
を溶融する工程であることを特徴とする請求項３に記載
の薄膜トランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25243998A JPH11145484A (ja) | 1989-11-16 | 1998-09-07 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29791489A JP3287834B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | 多結晶半導体薄膜の熱処理方法 |
| JP25243998A JPH11145484A (ja) | 1989-11-16 | 1998-09-07 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29791489A Division JP3287834B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | 多結晶半導体薄膜の熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145484A true JPH11145484A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=17852728
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29791489A Expired - Fee Related JP3287834B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | 多結晶半導体薄膜の熱処理方法 |
| JP25243998A Pending JPH11145484A (ja) | 1989-11-16 | 1998-09-07 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29791489A Expired - Fee Related JP3287834B2 (ja) | 1989-11-16 | 1989-11-16 | 多結晶半導体薄膜の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP3287834B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004186199A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-07-02 | Canon Inc | 結晶性薄膜の製造方法 |
| US6828178B2 (en) * | 2001-07-18 | 2004-12-07 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co., Ltd. | Thin film semiconductor device having arrayed configuration of semiconductor crystals and a method for producing it |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09218425A (ja) * | 1996-02-09 | 1997-08-19 | Toshiba Electron Eng Corp | 液晶表示装置及びその製造方法 |
| JP4098377B2 (ja) * | 1996-09-30 | 2008-06-11 | 株式会社東芝 | 多結晶半導体膜の製造方法 |
| JPH11219133A (ja) * | 1998-02-02 | 1999-08-10 | Tdk Corp | 画像表示装置 |
-
1989
- 1989-11-16 JP JP29791489A patent/JP3287834B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-09-07 JP JP25243998A patent/JPH11145484A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6828178B2 (en) * | 2001-07-18 | 2004-12-07 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co., Ltd. | Thin film semiconductor device having arrayed configuration of semiconductor crystals and a method for producing it |
| JP2004186199A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-07-02 | Canon Inc | 結晶性薄膜の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3287834B2 (ja) | 2002-06-04 |
| JPH03159116A (ja) | 1991-07-09 |
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