JPH0330433A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置及びその製造方法に係り、特に薄膜
トランジスタ製造の際のレーザアニール方法に関する。

〔従来の技術〕

歪温度の低いガラス基板などの絶縁基板上に形成した半
導体薄膜を結晶化させる際、できるだけ熱的影響を基板
に与えないようにするために歪温度以下の低温でアニー
ルする方法が検討されてぃる。しかし、歪温度の低い安
価なガラス基板を用いようとすれば、熱アニールで結晶
性を向上させることに限度があるため、例えば、薄膜半
導体で吸収される紫外光パルスレーザを用いるなどの他
のアニール方法を検討する必要があった。

これまで、これら２つのアニール効果を併用する方法と
して、特開昭６１−７８１１９号に示すように。

短波長レーザにより表面部だけを一旦再結晶化し、その
後熱処理によって固相成長を行なわせることで結晶粒径
を大きくし、粒径をそろえて特性を向上させる方法や、
特開昭６３−３１１０８号に示すように、結晶化する半
導体膜の下に熱伝導率の小さい枠型絶縁膜を形成し、レ
ーザ光を照射することで枠型絶＃膜内部の多結晶シリコ
ン膜の結晶化を中央部から枠型方向に進め、結晶性を向
上させ、その部分に素子を型成することで特性を向上さ
せる方法を検討している。あるいは特開昭６３−１４２
８１０号公報に示すように、結晶化する半導体膜上にレ
ーザ光の吸収係数の大きな膜を形成し、その膜に照射し
たレーザ光が吸収され、発熱した熱によって再結晶化さ
せる方法などが検討されてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

レーザを用いた従来技術では素子を形成する部分だけの
結晶性を向上させる方法について検討しているが、例え
ば、液晶デイスプレィなどの表示用素子として半導体装
置を用いるため、基板上にマトリクス状で素子を形成す
る場合には、その素子間でレーザ光の位置を制御するの
は、例えばスリット等を用いた場合でもレーザ光の広が
りや干渉などがあって離しく、基板に密着させたマスク
を用いても不純物の拡散や熱伝導などの問題がある。レ
ーザ光を絞り１個々の素子に対応する照射方法とすれば
、照射回数が非常に多くなり、処理時間が長くかかると
いう問題がある。

一方、絶縁基板上に形成された半導体薄膜を、レーザ光
によって全面再結晶化し、その後に素子を形成する方法
では、照射するレーザ光の強度分布を均一化しても最初
のレーザ光によって結晶化された部分と未結晶化部分の
エツジの照射跡がその後レーザ光をずらして照射しても
残るという問題点があった。この跡は第１図に示すよう
に半導体膜の膜厚を薄くするにつれ狭くなるが無くなる
ことはない。例えば膜厚３５０ｎｍのシリコン膜ではこ
の幅は約５０μｍであるが、８０ｎｍの膜厚では１０μ
ｍとなる。この跡の部分を微小部Ｘ線回折法で測定した
結果を第２図に示すが、その部分で結晶性が向上してい
ないことがわかる。この部分に素子が形成された場合、
特性が他に比べ劣化することになるため、素子の配置が
制約される欠点があった。

本発明の目的は、基板より小さいビーム形状のレーザ光
を用い半導体膜全面を結晶化する場合、結晶性の低下し
ている部分を生じさせないことにあるゆ 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するためにレーザ光を照射することで、
最初に結晶化させる部分と未結晶化部分のエツジ部とな
る半導体薄膜の基板側に、紫外光を透過する絶縁膜を介
して該絶縁膜より隅点が低く、紫外光に対する吸収係数
が結晶化した半導体薄膜より大きい材質の膜を形成する
。

〔作用〕

レーザ光の重り部分で結晶性が向上しないのは未照射部
分、結晶化部分、レーザ光エツジ部でレーザ光強度が低
下していることにより微細な結晶が生じた部分では、結
晶性が異なることによって紫外光の吸収率が異なること
による０例えば、減圧ＣＶＤ法でシリコン膜を形成する
場合の基板温度を変え、成膜時に結晶状態の異なる膜で
吸収係数を測定した結果を第３図に示す。この結果から
結晶性が測定されるようになると、吸収係数が最も大き
いアモルファス状のシリコン膜（５６０℃で形成）に比
べ１７２程度に低下し、同じ光強度のレーザ光を照射し
ただけでは再結晶化に用いられる実効エネルギが低下す
ることがわかる。これによりレーザエツジ部で微細な結
晶が生じた部分では未結晶化部分と同じ光強度でレーザ
光を照射した場合では、結晶化効率が悪く結晶性が向上
しない、逆に一定の照射エネルギで完全に結晶化された
部分（例えば照射レーザ光の中央部分）にし−ザエツジ
部を移動させ、再度レーザ照射を行なってもレーザ光は
透過する量が多くなり、半導体膜単位体積当りのエネル
ギが低下することで、再結晶化のしきいエネルギに達せ
ず再結晶は起らない。

水沫で用いるレーザ光のエツジ部の等間隔膜は半導体膜
が結晶化されている時はレーザ光が透過せずそのままで
あるが、次にレーザ光をずらして照射する時に、先の照
射で結晶化された部分のレーザ光が透過し、それにより
加熱される。その熱により、先の照射でのレーザ光エツ
ジ部で微細な結晶が生じている部分の再結晶化を行ない
、その部分の結晶性を向上させることができる。

また、結晶化する半導体膜が厚い場合や、結晶化しても
吸収係数が低下しない場合、同じ波長のレーザ光では半
導体膜より基板側にある等間隔膜を加熱することができ
ないこともある。この時。

先に照射したレーザ光よりも波長の長いレーザ光を該等
間隔膜上に照射することで加熱し、結晶性を向上させる
ことができる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を説明する。第４図の断面図に示
すようにガラス基板１上にＳｉＨ＋　を原料として減圧
ＣＶＤ法により例えば１１００ｎのアモルファス状シリ
コン層２を形成し、その後、ホト、エツチング行程によ
り第４図の平面図に示すように例えば１０μｍの線幅で
格子状に形成する１次いで第５図に示すように基板全面
を覆う酸化シリコン層３をＳｉＨ番または５ｉ（ＯＣＯ
ｚＨｆ５）番を原料としたＣＶＤ法により形成し、該酸
化シリコン層を覆うように、例えば減圧ＣＶＤ法により
１１００ｎのアモルファス状のシリコン膜４を形成する
。更に該シリコン膜を覆うように前述したのと同じ方法
で酸化シリコンｆｌ１５を形成する。その上から結晶化
のための紫外光パルスレーザ６を例えば波長３０８ｎｍ
、エネルギ密度３００ｍＪ／ａＪで照射し、シリコン膜
４を結晶化させる。この時第６図に示すようにレーザの
エツジ部が格子状のシリコン膜２上にくるようにし、次
にレーザ光をずらして照射する時も、結晶化領域と未結
晶化領域の境界が格子状シリコン膜２と重るよようにす
る。本発明によれば、レーザ光エツジ部で生じる結晶性
の向上しない部分を１次に照射するレーザ光の透過する
成分を用いて半導体膜の基板側にある格子状の膜を加熱
し、その熱によってエツジ部の結晶性を向上させること
ができ、結晶性の均一な膜を得ることができる。また、
用いるレーザ光が例えばアルゴンレーザの様に連続発振
レーザである場合、第７図に示すようにガラス基板上の
シリコン膜２′をレーザ光の移動幅と同じ間隔で縞状に
形成し、その縞の方向に沿ってレーザ光あるいは基板を
移動させることでも同様に結晶性の均一な膜を得ること
ができる。

この様にして結晶化した膜をアクティブマトリクス方式
のデイスプレィに用いる場合、縞状あるいは格子状に形
成した膜が光を遮る可能性がある。

そこでこの膜を第８図に示すように配線として用いる線
と重ねてしまい、それにレーザ形状を合せて照射するこ
とで、縞状膜独自の影を写すことが無い、また、格子状
の膜がそのまま配線材料として使用することができる抵
抗率であるならば、そのまま配線材として用いても問題
無い。

また、結晶化するシリコン膜４が例えば３００ｎｍと厚
い場合、透過した紫外光だけでは綿状のシリコン膜２を
加熱することができず、レーザ光のエツジ部の結晶性を
向上させることができなくなる。そこで、先に照射した
レーザ光よりも波長の長いレーザ光（例えば最初を波長
３０８ｎｍのエキシマレーザ、次いで波長６９７ｎｍの
ルビーレーザ）を縞状シリコン２の部分に照射する。波
長の長いレーザ光は、結晶化されたシリコンｌ１１４を
透過するエネルギが大きくなり、縞状シリコン膜２を加
熱することができ、膜厚の厚い半導体膜も基板全体で均
一に再結晶化させることができる。

〔発明の効果〕

本発明によればレーザ光のエツジ部分の結晶性を向上さ
せることができることから、基板より小さなレーザ光を
用いて結晶化アニールを行なう場合でも、基板面内で均
一な結晶性の膜を得ることができる。それにより、基板
内での素子配置を自由に設計することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリコン膜厚の違によるレーザエツジ部の変色
幅の変化を示す図、第２図はレーザエツジ部の結晶性を
Ｘ線回折法により測定した結果を示す図、第３図は結晶
性の違による３Ｑ８ｎｍのレーザ光の吸収係数変化を示
す図、第４図、第５図は本発明の一実施例の素子の構造
を示す図、第６図、第７図は素子の構造とレーザ照射場
所とを対応させた実施例を示す図、第８図は本発明を実
際の平面デイスプレィに適用した場合の構造を示す図で
ある。 １・・・ガラス基板、２．２′・・・アモルファス状シ
リコン膜、３，５．８・・・酸化シリコン膜、４・・・
素子に用いるシリコン膜、６・・・紫外光パルスレーザ
、７・・・配線材、９・・・画素部、１ｏ・・・駆動回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁基板上に形成された半導体薄膜装置において、
   素子を形成する半導体薄膜の基板側に紫外光を透過する
   絶縁膜を介し、融点が該絶縁膜より低く、紫外光に対す
   る吸収係数が結晶化した半導体薄膜より大きい材質の膜
   を等間隔で縞状、あるいは格子状に設けたことを特徴と
   する半導体装置。 ２、請求範囲第１項記載の半導体装置において、素子と
   して用いる半導体膜の結晶化に基板より小さいビーム形
   状のレーザ光を用いる場合、最初のビーム照射で結晶化
   された部分と未結晶化部分のエッジ部を前項記載の等間
   隔膜上にくるようにして照射することを特徴とする半導
   体装置の製造方法。 ３、請求範囲第２項記載の半導体装置の製造方法におい
   て、用いるレーザ光が連続発振である場合、第１項記載
   の等間隔膜を該レーザ光の移動幅と同じ間隔の縞状にし
   、パルス発振である場合、該レーザ光の横方向と縦方向
   の移動幅と同じ間隔の格子状にすることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。 ４、請求範囲第２項記載の半導体装置の製造方法におい
   て、全面を照射した後、１度目に照射したレーザ光の波
   長に比べ波長の長いレーザ光を第１項記載の等間隔膜上
   に照射することを特徴とする半導体装置の製造方法。