JP4763740B2 - 薄膜半導体装置及び薄膜半導体装置を用いた画像表示装置 - Google Patents
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Description
(1)所定の多結晶半導体膜に対して、この上部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を配する形態。
(2)所定の多結晶半導体膜に対して、この下部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を配する形態。
(3)所定の多結晶半導体膜に対して、この側部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を配する形態。
(1)本願発明に係わる薄膜半導体装置において、前記半導体層と接する前記絶縁基板の表面に、10nm以上の高さの高低部を有することを特徴とする薄膜半導体装置である。これは、ガラス基板など、絶縁性基板が、10nm以上の高さのうねりのごとき、高低部を有する実際的な形態である。
(2)本願発明に係わる薄膜半導体装置において、上記の半導体層を構成する前記電荷送受手段、即ち、ドレイン領域もしくはソース領域の一部に、前記チャネル領域の厚さよりも厚い領域を有することを特徴とする薄膜半導体装置である。
(3)本願発明に係わる薄膜半導体装置において、前記の半導体層の同一平面内の周縁部に、幅5ミクロン以下、突出長さ5ミクロン以下の少なくとも一つの突起を有することを特徴とする薄膜半導体装置である。
(4)本願発明に係わる多結晶半導体薄膜の製造方法において、照射レーザビームのパルス幅は100ns以上であり1ms以下であることを特徴とする多結晶半導体膜の製造方法である。
(5)絶縁性基板上に形成された非晶質あるいは多結晶の半導体薄膜にレーザビームを照射して前記半導体薄膜を溶融再結晶化して多結晶半導体膜を形成する製造方法において、前記レーザビームのパルス幅と時間依存の形状と間隔を変調する手段と、発振源から射出された前記レーザビームのプロファイルを複数のレンズからなる光学系によりその被照射領域を所定の形状に整形した後前記半導体薄膜上で結像させる手段と、前記レーザビームの照射と同期して前記絶縁性基板を所定の速度とピッチで移動する手段とを有することを具備することを特徴とする多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置である。
(6)前記(5)に記載の多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置において、前記レーザビームの照射と同期して前記絶縁性基板または光学系を所定の速度と間隔で移動すると同時に、前記絶縁性基板上の合わせパターンを検出する手段と、前記レーザビームを干渉計により基板と位置合わせを行う手段を有することを特徴とする多結晶半導体膜の製造方法および製造装置である。
(7)前記(5)あるいは(6)に記載の多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置において、前記レーザビームのパルス幅は100ns以上であり1ms以下、エネルギ密度は200mJ/cm2以上10J/cm2以下であり、前記レーザビームの立ち上り時間、立下り時間、パルス幅、パルス間隔はEO変調器よる偏光により外部電圧で制御されることを特徴とする多結晶半導体膜の製造方法および製造装置である。
(8)前記多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置において、前記レーザビームの強度分布は、ビーム幅内における強度が均一、あるいは一方から他方へ単調に増加、単調に減少する分布パターンであることを特徴とする多結晶半導体膜の製造方法である。
(9)尚、本願発明の多結晶半導体薄膜の製造に用いる、レーザ装置は、固体レーザ装置、あるいは半導体レーザ装置が好適である。
(10)前記多結晶半導体薄膜の製造方法および製造装置において、前記レーザビームの強度分布は、ソースドとレイン方向と平行な方向に光エネルギの強度勾配を有することを特徴とする多結晶半導体膜の製造方法および製造装置である。
図1は、本発明の実施の形態1における薄膜半導体装置を説明するための図である。図1は3つの多結晶シリコン薄膜トランジスタを有する例を示している。図1の(a)は断面構造図、図1の(b)は平面構造図を示す。図1の(a)、(b)において、100は絶縁性基板、101は下層膜、18はゲート電極、17はゲート絶縁膜である。絶縁性基板は、ガラス基板が多用される。又、前記下層膜は通例、二酸化珪素(SiO2)膜が用いられる。
図7は、本発明の実施の形態2における半導体装置を説明するための図である。本例は、結晶成長の観点から、チャネルを構成する半導体層の下部に、第2の半導体層を形成する例である。図は3つの多結晶シリコン薄膜トランジスタが搭載された例を示している。図7の(a)は断面構造図、(b)は平面構造図である。図7の(c)はレーザビームの照射方法を説明する為の断面図である。
図9は、本発明の実施の形態3における半導体装置を説明するための図である。本例は、結晶成長に際して、部分的に熱の放出を容易にする部材を用いた例である。
図11は、本発明の実施の形態3における半導体装置を説明するための図である。3つの多結晶シリコン薄膜トランジスタの(a)は断面構造図、(b)は平面構造図を示す。図11(a)、(b)において、は、100は絶縁性基板、101は下層膜、51は絶縁膜、18はゲート電極、17はゲート絶縁膜である。半導体層は、チャネル領域12、ソース領域20、ドレイン領域19から構成され、チャネル領域12は大粒径の多結晶シリコン膜からなる。シリコン半導体層と下層膜101の間には、選択的に絶縁膜51が挿入されている。絶縁膜51の熱伝導率は、下層膜101と絶縁性基板100の熱伝導率よりも小さい。
Claims (8)
- 絶縁性基板と、多結晶半導体膜からなる第1の半導体膜と、ゲート電極と、前記第1の半導体膜と前記ゲート電極の間に形成されたゲート絶縁膜と、前記第1の半導体膜に所定間隔で設けられた第1の電荷送受手段と第2の電荷送受手段と、前記第1と第2の電荷送受手段の間の第1の半導体膜に形成されるチャネル領域とを有し、且つ前記チャネル領域を構成する前記第1の半導体膜の、前記絶縁性基板もしくは前記ゲート絶縁膜の表面に対する主配向が{110}であり、前記電荷送受手段の一部に、前記チャネル領域の厚さよりも厚い領域を有し、前記第1の半導体膜は、前記チャネル領域における表面凹凸が20nm未満であり、かつ内部引っ張り応力が10 9 dyn/cm 2 以上であり、かつ結晶欠陥密度が10 17 cm −3 以下であり、かつ金属元素密度が10 19 cm −3 以下であることを特徴とする薄膜半導体装置。
- 前記チャネル領域の厚さよりも厚い領域として、幅5ミクロン以下、突出長さ5ミクロン以下の少なくとも一つの突起を有することを特徴とする請求項1記載の薄膜半導体装置。
- 絶縁性基板と、多結晶半導体膜からなる第1の半導体膜と、ゲート電極と、前記第1の半導体膜と前記ゲート電極の間に形成されたゲート絶縁膜と、前記第1の半導体膜に所定間隔で設けられた第1の電荷送受手段と第2の電荷送受手段と、前記第1と第2の電荷送受手段の間の第1の半導体膜に形成されるチャネル領域とを有し、且つ前記チャネル領域を構成する前記第1の半導体膜の、前記絶縁性基板もしくは前記ゲート絶縁膜の表面に対する主配向が{110}であり、前記チャネル領域を構成する前記半導体膜は、前記第1及び第2の電荷送受手段との間を結ぶ方向に対して、前記チャネル領域の結晶粒の長手方向の軸が45度以下の結晶粒を主として構成され、前記第1の半導体膜は、前記チャネル領域における表面凹凸が20nm未満であり、かつ内部引っ張り応力が10 9 dyn/cm 2 以上であり、かつ結晶欠陥密度が10 17 cm −3 以下であり、かつ金属元素密度が10 19 cm −3 以下であることを特徴とする薄膜半導体装置。
- 絶縁性基板と、多結晶半導体膜からなる第1の半導体膜と、ゲート電極と、前記第1の半導体膜と前記ゲート電極の間に形成されたゲート絶縁膜と、前記第1の半導体膜に所定間隔で設けられた第1の電荷送受手段と第2の電荷送受手段と、前記第1と第2の電荷送受手段の間の第1の半導体膜に形成されるチャネル領域とを有し、且つ前記チャネル領域を構成する前記第1の半導体膜の、前記絶縁性基板もしくは前記ゲート絶縁膜の表面に対する主配向が{110}であり、前記チャネル領域を構成する前記半導体膜は、前記第1の電荷送受手段と前記第2の電荷送受手段との間を結ぶ程度の長手方向の長さを有する結晶粒を有し、前記第1の半導体膜は、前記チャネル領域における表面凹凸が20nm未満であり、かつ内部引っ張り応力が10 9 dyn/cm 2 以上であり、かつ結晶欠陥密度が10 17 cm −3 以下であり、かつ金属元素密度が10 19 cm −3 以下であることを特徴とする薄膜半導体装置。
- 絶縁性基板と、該絶縁性基板上に設けられ、多結晶半導体膜からなる第1の半導体膜と、ゲート電極と、前記第1の半導体膜と前記ゲート電極の間に形成されたゲート絶縁膜と、前記第1の半導体膜に所定間隔で設けられた第1の電荷送受手段と第2の電荷送受手段と、前記第1と第2の電荷送受手段の間の第1の半導体膜に形成されるチャネル領域とを有し、且つ前記チャネル領域を構成する前記第1の半導体膜の、前記絶縁性基板もしくは前記ゲート絶縁膜の主表面に対する主配向が{110}であり、前記電荷送受手段の一部に、前記チャネル領域の厚さよりも厚い領域を有し、前記第1の半導体膜は、前記チャネル領域における表面凹凸が20nm未満であり、かつ内部引っ張り応力が10 9 dyn/cm 2 以上であり、かつ結晶欠陥密度が10 17 cm −3 以下であり、かつ金属元素密度が10 19 cm −3 以下であることを特徴とする薄膜半導体装置を含む画像表示装置。
- 前記チャネル領域の厚さよりも厚い領域として、幅5ミクロン以下、突出長さ5ミクロン以下の少なくとも一つの突起を有することを特徴とする請求項5記載の薄膜半導体装置を含む画像表示装置。
- 絶縁性基板と、多結晶半導体膜からなる第1の半導体膜と、ゲート電極と、前記第1の半導体膜と前記ゲート電極の間に形成されたゲート絶縁膜と、前記第1の半導体膜に所定間隔で設けられた第1の電荷送受手段と第2の電荷送受手段と、前記第1と第2の電荷送受手段の間の第1の半導体膜に形成されるチャネル領域とを有し、且つ前記チャネル領域を構成する前記第1の半導体膜の、前記絶縁性基板もしくは前記ゲート絶縁膜の表面に対する主配向が{110}であり、前記チャネル領域を構成する前記半導体膜は、前記第1及び第2の電荷送受手段との間を結ぶ方向に対して、前記チャネル領域の結晶粒の長手方向の軸が45度以下の結晶粒によって主として構成され、前記第1の半導体膜は、前記チャネル領域における表面凹凸が20nm未満であり、かつ内部引っ張り応力が10 9 dyn/cm 2 以上であり、かつ結晶欠陥密度が10 17 cm −3 以下であり、かつ金属元素密度が10 19 cm −3 以下であることを特徴とする薄膜半導体装置を用いた画像表示装置。
- 絶縁性基板と、多結晶半導体膜からなる第1の半導体膜と、ゲート電極と、前記第1の半導体膜と前記ゲート電極の間に形成されたゲート絶縁膜と、前記第1の半導体膜に所定間隔で設けられた第1の電荷送受手段と第2の電荷送受手段と、前記第1と第2の電荷送受手段の間の第1の半導体膜に形成されるチャネル領域とを有し、且つ前記チャネル領域を構成する前記第1の半導体膜の、前記絶縁性基板もしくは前記ゲート絶縁膜の表面に対する主配向が{110}であり、前記チャネル領域を構成する前記半導体膜は、前記第1の電荷送受手段と前記第2の電荷送受手段との間を結ぶ程度の長手方向の長さを有する結晶粒を有し、前記第1の半導体膜は、前記チャネル領域における表面凹凸が20nm未満であり、かつ内部引っ張り応力が10 9 dyn/cm 2 以上であり、かつ結晶欠陥密度が10 17 cm −3 以下であり、かつ金属元素密度が10 19 cm −3 以下であることを特徴とする薄膜半導体装置を用いた画像表示装置。
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