JPH07106246A - 多結晶シリコン薄膜の形成方法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜の形成方法Info
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- JPH07106246A JPH07106246A JP24440693A JP24440693A JPH07106246A JP H07106246 A JPH07106246 A JP H07106246A JP 24440693 A JP24440693 A JP 24440693A JP 24440693 A JP24440693 A JP 24440693A JP H07106246 A JPH07106246 A JP H07106246A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 絶縁基板１上に、第１の絶縁層２、第１のア
モルファスシリコン層３、第２の絶縁層４、第２のアモ
ルファスシリコン層５を順次形成して、前記第２のアモ
ルファスシリコン層５側からエネルギー線を照射し、前
記第１のアモルファスシリコン層３と第２のアモルファ
スシリコン層５を溶融して結晶化する。 【効果】 第２のアモルファスシリコン層５が蓄熱層と
して作用し、薄膜トランジスタのチャネル層などを形成
するための第１のアモルファスシリコン層３を厚くする
必要がない。これにより膜厚の薄い多結晶シリコン薄膜
が形成できる。これを薄膜トランジスタのチャネル層と
して用いた場合、段差部での絶縁層の絶縁性への悪影響
が小さくなり、金属配線の断線も減らすことができる。
モルファスシリコン層３、第２の絶縁層４、第２のアモ
ルファスシリコン層５を順次形成して、前記第２のアモ
ルファスシリコン層５側からエネルギー線を照射し、前
記第１のアモルファスシリコン層３と第２のアモルファ
スシリコン層５を溶融して結晶化する。 【効果】 第２のアモルファスシリコン層５が蓄熱層と
して作用し、薄膜トランジスタのチャネル層などを形成
するための第１のアモルファスシリコン層３を厚くする
必要がない。これにより膜厚の薄い多結晶シリコン薄膜
が形成できる。これを薄膜トランジスタのチャネル層と
して用いた場合、段差部での絶縁層の絶縁性への悪影響
が小さくなり、金属配線の断線も減らすことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶シリコン薄膜の形
成方法に関し、特に薄膜トランジスタのチャネル領域な
どに好適に用いることができる多結晶シリコン薄膜の形
成方法に関する。
成方法に関し、特に薄膜トランジスタのチャネル領域な
どに好適に用いることができる多結晶シリコン薄膜の形
成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜トランジスタのチャネル領域として
用いる多結晶シリコン薄膜の従来の形成方法を図２に示
す。
用いる多結晶シリコン薄膜の従来の形成方法を図２に示
す。
【０００３】まず同図（ａ）に示すように、ガラスなど
から成る絶縁基板２１上に、第１の絶縁層２２、薄膜ト
ランジスタのチャネル領域となるアモルファスシリコン
層２３、第２の絶縁層２４を順次形成する。このときア
モルファスシリコン層２３の膜厚は２００ｎｍ以上であ
り、通常は５００ｎｍ程度である。
から成る絶縁基板２１上に、第１の絶縁層２２、薄膜ト
ランジスタのチャネル領域となるアモルファスシリコン
層２３、第２の絶縁層２４を順次形成する。このときア
モルファスシリコン層２３の膜厚は２００ｎｍ以上であ
り、通常は５００ｎｍ程度である。
【０００４】次に、同図（ｂ）に示すように、絶縁層２
４側からエネルギー線を照射することにより、アモルフ
ァスシリコン層２３を溶融して固化させることにより結
晶化する。エネルギー線としては、アルゴンイオンレー
ザーやエキシマレーザーなどを用いる。
４側からエネルギー線を照射することにより、アモルフ
ァスシリコン層２３を溶融して固化させることにより結
晶化する。エネルギー線としては、アルゴンイオンレー
ザーやエキシマレーザーなどを用いる。
【０００５】上述の方法では、シリコン層２３の約５０
０ｎｍの膜厚のうち、第１の絶縁層２２に接する側から
約３００ｎｍの厚さで粒径が数１０μｍという巨大な結
晶が形成される。残りの約２００ｎｍは粒径数１００ｎ
ｍの多結晶となる。アモルファスシリコン層２３の底部
に、このように巨大な粒径の結晶ができる理由は、アモ
ルファスシリコン層２３の膜厚が充分に厚いためであ
る。つまり、シリコン層２３に蓄積される熱の絶対量が
大きく、大気中への放熱の効果が相対的に小さいので、
第１の絶縁層２２に接している側のシリコンの結晶化速
度がおそくなるためである。
０ｎｍの膜厚のうち、第１の絶縁層２２に接する側から
約３００ｎｍの厚さで粒径が数１０μｍという巨大な結
晶が形成される。残りの約２００ｎｍは粒径数１００ｎ
ｍの多結晶となる。アモルファスシリコン層２３の底部
に、このように巨大な粒径の結晶ができる理由は、アモ
ルファスシリコン層２３の膜厚が充分に厚いためであ
る。つまり、シリコン層２３に蓄積される熱の絶対量が
大きく、大気中への放熱の効果が相対的に小さいので、
第１の絶縁層２２に接している側のシリコンの結晶化速
度がおそくなるためである。
【０００６】アモルファスシリコン層２３を２００ｎｍ
より薄くすると、シリコン層２３の全体にわたって粒径
が数１００ｎｍの多結晶になる。これは大気中への放熱
量が蓄熱量に対して大きく、シリコン層２３の温度が急
速に低下してしまうためである。アモルファスシリコン
層２３の膜厚を２００ｎｍ以上としてはじめて第１の絶
縁層２２に接する側に数μｍ径の結晶ができるようにな
る。
より薄くすると、シリコン層２３の全体にわたって粒径
が数１００ｎｍの多結晶になる。これは大気中への放熱
量が蓄熱量に対して大きく、シリコン層２３の温度が急
速に低下してしまうためである。アモルファスシリコン
層２３の膜厚を２００ｎｍ以上としてはじめて第１の絶
縁層２２に接する側に数μｍ径の結晶ができるようにな
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上の説明から明らか
なように、巨大な粒径の結晶を安定して形成するために
は、アモルファスシリコン層２３にある程度の厚みを必
要とする。従来技術では約５００ｎｍの膜厚にし、約３
００ｎｍ厚の多結晶シリコンを得ていた。しかし、必要
以上にシリコン層２３が厚いことはトランジスタの形成
上好ましくなく、トランジスタのチャネル領域近傍の段
差部分で、絶縁層の絶縁性に悪影響をおよぼしたり、金
属配線の断線を引き起こしたりする。
なように、巨大な粒径の結晶を安定して形成するために
は、アモルファスシリコン層２３にある程度の厚みを必
要とする。従来技術では約５００ｎｍの膜厚にし、約３
００ｎｍ厚の多結晶シリコンを得ていた。しかし、必要
以上にシリコン層２３が厚いことはトランジスタの形成
上好ましくなく、トランジスタのチャネル領域近傍の段
差部分で、絶縁層の絶縁性に悪影響をおよぼしたり、金
属配線の断線を引き起こしたりする。
【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、結晶粒径が数１０μｍで膜
厚が２００ｎｍ以下の多結晶シリコン薄膜の形成方法を
提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであり、結晶粒径が数１０μｍで膜
厚が２００ｎｍ以下の多結晶シリコン薄膜の形成方法を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、絶縁基板上に、第１の絶縁層、第１の
アモルファスシリコン層、第２の絶縁層、第２のアモル
ファスシリコン層を順次形成して、前記第２のアモルフ
ァスシリコン層側からエネルギー線を照射し、前記第１
のアモルファスシリコン層と第２のアモルファスシリコ
ン層を溶融して結晶化する。
に、本発明では、絶縁基板上に、第１の絶縁層、第１の
アモルファスシリコン層、第２の絶縁層、第２のアモル
ファスシリコン層を順次形成して、前記第２のアモルフ
ァスシリコン層側からエネルギー線を照射し、前記第１
のアモルファスシリコン層と第２のアモルファスシリコ
ン層を溶融して結晶化する。
【００１０】
【作用】上記のように構成すると、第２のシリコン層を
厚くすることにより、シリコン層の膜厚をトータルで厚
くすることができる。したがって、第１のシリコン層を
デバイス形成に支障のない薄さにすることができる。ま
た、このとき第２のシリコン層の膜厚が２００ｎｍ以上
であれば、単位面積当たりの蓄熱量が放熱量に対して充
分大きく、結晶化速度をおそくすることができる。した
がって、第１のシリコン層が２００ｎｍ以下の膜厚であ
っても、数１０μｍの巨大粒径の多結晶シリコン薄膜を
形成することが可能となる。
厚くすることにより、シリコン層の膜厚をトータルで厚
くすることができる。したがって、第１のシリコン層を
デバイス形成に支障のない薄さにすることができる。ま
た、このとき第２のシリコン層の膜厚が２００ｎｍ以上
であれば、単位面積当たりの蓄熱量が放熱量に対して充
分大きく、結晶化速度をおそくすることができる。した
がって、第１のシリコン層が２００ｎｍ以下の膜厚であ
っても、数１０μｍの巨大粒径の多結晶シリコン薄膜を
形成することが可能となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づき詳
細に説明する。図１は、本発明に係わる多結晶シリコン
薄膜の形成方法を説明するための図であり、１はガラス
などから成る絶縁基板である。
細に説明する。図１は、本発明に係わる多結晶シリコン
薄膜の形成方法を説明するための図であり、１はガラス
などから成る絶縁基板である。
【００１２】まず同図（ａ）に示すように、絶縁基板１
上に第１の絶縁層である二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）膜２、
チャネル領域となる第１のアモルファスシリコン層３、
第２の絶縁層４、第２のアモルファスシリコン層５、第
３の絶縁層６を順次形成する。第１の絶縁層２は、例え
ばシランガス（ＳｉＨ4 ）と笑気ガス（Ｎ2 Ｏ）を用い
たプラズマＣＶＤ法により、厚さ５００ｎｍ程度に形成
され、第１のアモルファスシリコン層３は、例えばシラ
ンガスを用いたプラズマＣＶＤ法などにより、厚さ１０
０ｎｍ程度に形成される。第２の絶縁層３は、例えば二
酸化珪素、酸化タンタル（ＴａＯx ）、窒化珪素（Ｓｉ
x Ｎy ）などが用いられ、酸化タンタルで形成する場合
はスパッタリング法により、また二酸化珪素で形成する
場合はシランガスと笑気ガスを用いたプラズマＣＶＤ法
により、さらに窒化珪素で形成する場合はシランガスと
アンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いたプラズマＣＶＤ法で
５０ｎｍ程度に形成される。第２のアモルファスシリコ
ン層４は、例えばシランガスを用いたプラズマＣＶＤ法
により、２００ｎｍ以上に形成され、第３の絶縁層６
は、二酸化珪素などが用いられ、例えばシランガスと笑
気ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、５ｎｍ程度に
形成される。なお、第３の絶縁層６は、アモルファスシ
リコン層３、５を結晶化する際に、外気から不純物がア
モルファスシリコン層３、５内に混入するのを防止した
り、アモルファスシリコン層５が飛び散るのを防止する
ために設けるものであり、第１のアモルファスシリコン
層３のみをデバイスに用いる場合は、第３の絶縁層６は
必ずしも必要ではない。
上に第１の絶縁層である二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）膜２、
チャネル領域となる第１のアモルファスシリコン層３、
第２の絶縁層４、第２のアモルファスシリコン層５、第
３の絶縁層６を順次形成する。第１の絶縁層２は、例え
ばシランガス（ＳｉＨ4 ）と笑気ガス（Ｎ2 Ｏ）を用い
たプラズマＣＶＤ法により、厚さ５００ｎｍ程度に形成
され、第１のアモルファスシリコン層３は、例えばシラ
ンガスを用いたプラズマＣＶＤ法などにより、厚さ１０
０ｎｍ程度に形成される。第２の絶縁層３は、例えば二
酸化珪素、酸化タンタル（ＴａＯx ）、窒化珪素（Ｓｉ
x Ｎy ）などが用いられ、酸化タンタルで形成する場合
はスパッタリング法により、また二酸化珪素で形成する
場合はシランガスと笑気ガスを用いたプラズマＣＶＤ法
により、さらに窒化珪素で形成する場合はシランガスと
アンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いたプラズマＣＶＤ法で
５０ｎｍ程度に形成される。第２のアモルファスシリコ
ン層４は、例えばシランガスを用いたプラズマＣＶＤ法
により、２００ｎｍ以上に形成され、第３の絶縁層６
は、二酸化珪素などが用いられ、例えばシランガスと笑
気ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、５ｎｍ程度に
形成される。なお、第３の絶縁層６は、アモルファスシ
リコン層３、５を結晶化する際に、外気から不純物がア
モルファスシリコン層３、５内に混入するのを防止した
り、アモルファスシリコン層５が飛び散るのを防止する
ために設けるものであり、第１のアモルファスシリコン
層３のみをデバイスに用いる場合は、第３の絶縁層６は
必ずしも必要ではない。
【００１３】エネルギー線を照射する前に、第１のアモ
ルファスシリコン層３および第２のアモルファスシリコ
ン層５中の水素をぬくために、窒素雰囲気中６００℃で
１時間程度アニールする。
ルファスシリコン層３および第２のアモルファスシリコ
ン層５中の水素をぬくために、窒素雰囲気中６００℃で
１時間程度アニールする。
【００１４】次に、同図（ｂ）に示すように、Ａｒイオ
ンレーザーなどのエネルギー線を照射して第１のアモル
ファスシリコン層３および第２のアモルファスシリコン
層５を溶融して固化させることにより結晶化する。この
ときＡｒイオンレーザーのパワーは、０．１〜１．０Ｗ
程度で行う。レーザのビームは２本に分割し、その間隔
が数１０μｍになるように調節する。中央部分から結晶
化すようにするためである。レーザービームは、図２に
示すように、分割方向に垂直に１〜１０ｃｍ／ｓｅｃの
スピードで走査する。
ンレーザーなどのエネルギー線を照射して第１のアモル
ファスシリコン層３および第２のアモルファスシリコン
層５を溶融して固化させることにより結晶化する。この
ときＡｒイオンレーザーのパワーは、０．１〜１．０Ｗ
程度で行う。レーザのビームは２本に分割し、その間隔
が数１０μｍになるように調節する。中央部分から結晶
化すようにするためである。レーザービームは、図２に
示すように、分割方向に垂直に１〜１０ｃｍ／ｓｅｃの
スピードで走査する。
【００１５】上記第２のアモルファスシリコン層５の膜
厚を２００ｎｍ以上に厚くすることで、単位面積当たり
の蓄熱量を大きくすることができ、大気中や絶縁基板１
への放熱の影響を相対的に小さくすることができる。こ
れによりシリコンの凝固速度を小さくすることができ、
粒径が数１０μｍの多結晶シリコン薄膜を形成すること
ができる。これを用いて薄膜トランジスタを形成した場
合、粒界の影響が減り移動度が大きくなる。また粒界を
介した電流を減らすことができるので、トランジスタの
ＯＦＦ電流を小さくすることができる。
厚を２００ｎｍ以上に厚くすることで、単位面積当たり
の蓄熱量を大きくすることができ、大気中や絶縁基板１
への放熱の影響を相対的に小さくすることができる。こ
れによりシリコンの凝固速度を小さくすることができ、
粒径が数１０μｍの多結晶シリコン薄膜を形成すること
ができる。これを用いて薄膜トランジスタを形成した場
合、粒界の影響が減り移動度が大きくなる。また粒界を
介した電流を減らすことができるので、トランジスタの
ＯＦＦ電流を小さくすることができる。
【００１６】上記のように、第３の絶縁層６側からエネ
ルギー線を照射して第１のアモルファスシリコン層３と
第３のアモルファスシリコン層５を多結晶化した後、第
３の絶縁層６、第２のシリコン層５、第２の絶縁層４を
エッチング除去して、多結晶化した第２のシリコン層３
を例えばトランジスタのチャネル層として利用する。第
３の絶縁層６および第２の絶縁層４をエッチングする場
合は、フッ酸などのエッチング液が用いられ、多結晶化
した第２のシリコン層５をエッチングする場合は、フッ
酸と硝酸の混合液などが用いられる。
ルギー線を照射して第１のアモルファスシリコン層３と
第３のアモルファスシリコン層５を多結晶化した後、第
３の絶縁層６、第２のシリコン層５、第２の絶縁層４を
エッチング除去して、多結晶化した第２のシリコン層３
を例えばトランジスタのチャネル層として利用する。第
３の絶縁層６および第２の絶縁層４をエッチングする場
合は、フッ酸などのエッチング液が用いられ、多結晶化
した第２のシリコン層５をエッチングする場合は、フッ
酸と硝酸の混合液などが用いられる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る多結晶シリ
コン薄膜の形成方法によれば、絶縁基板上に、第１の絶
縁層、第１のアモルファスシリコン層、第２の絶縁層、
第２のアモルファスシリコン層を順次形成して、前記第
２のアモルファスシリコン層側からエネルギー線を照射
し、前記第１のアモルファスシリコン層と第２のアモル
ファスシリコン層を溶融して結晶化することから、第２
のシリコン層が蓄熱層として作用し、薄膜トランジスタ
のチャネル層などを形成するための第１のシリコン層を
厚くする必要がない。これにより膜厚の薄い多結晶シリ
コン薄膜が形成できる。これを薄膜トランジスタのチャ
ネル層として用いた場合、段差部での絶縁層の絶縁性へ
の悪影響が小さくなり、金属配線の断線も減らすことが
できる。
コン薄膜の形成方法によれば、絶縁基板上に、第１の絶
縁層、第１のアモルファスシリコン層、第２の絶縁層、
第２のアモルファスシリコン層を順次形成して、前記第
２のアモルファスシリコン層側からエネルギー線を照射
し、前記第１のアモルファスシリコン層と第２のアモル
ファスシリコン層を溶融して結晶化することから、第２
のシリコン層が蓄熱層として作用し、薄膜トランジスタ
のチャネル層などを形成するための第１のシリコン層を
厚くする必要がない。これにより膜厚の薄い多結晶シリ
コン薄膜が形成できる。これを薄膜トランジスタのチャ
ネル層として用いた場合、段差部での絶縁層の絶縁性へ
の悪影響が小さくなり、金属配線の断線も減らすことが
できる。
【図１】本発明に係る多結晶シリコン薄膜の形成方法を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図２】アルゴンイオンレーザーによるシリコンの結晶
化を説明するための図である。
化を説明するための図である。
【図３】従来の多結晶シリコン薄膜の形成方法を説明す
るための図である。
るための図である。
１・・・絶縁基板、２・・・第１の絶縁層、３・・・第
１のアモルファスシリコン層、４・・・第２の絶縁層、
５・・・第２のモルファスシリコン層
１のアモルファスシリコン層、４・・・第２の絶縁層、
５・・・第２のモルファスシリコン層
Claims (2)
- 【請求項１】 絶縁基板上に、第１の絶縁層、第１のア
モルファスシリコン層、第２の絶縁層、第２のアモルフ
ァスシリコン層を順次形成して、前記第２のアモルファ
スシリコン層側からエネルギー線を照射し、前記第１の
アモルファスシリコン層と第２のアモルファスシリコン
層を溶融して結晶化する多結晶シリコン薄膜の形成方
法。 - 【請求項２】 前記第２のアモルファスシリコン層の膜
厚が２００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に
記載の多結晶シリコン薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24440693A JPH07106246A (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 多結晶シリコン薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24440693A JPH07106246A (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 多結晶シリコン薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07106246A true JPH07106246A (ja) | 1995-04-21 |
Family
ID=17118196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24440693A Pending JPH07106246A (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | 多結晶シリコン薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07106246A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100535350B1 (ko) * | 1998-06-26 | 2006-03-16 | 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 | 폴리실리콘 박막 트랜지스터의 폴리실리콘층형성방법 |
| KR100734844B1 (ko) * | 2005-07-26 | 2007-07-03 | 한국전자통신연구원 | 거대 그레인 형성을 위한 비정질 실리콘의 결정화 방법 |
| JP2007258234A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Nara Institute Of Science & Technology | 半導体素子，薄膜トランジスタ，レーザーアニール装置，並びに半導体素子の製造方法 |
| JP2008235875A (ja) * | 2007-02-23 | 2008-10-02 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP24440693A patent/JPH07106246A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100535350B1 (ko) * | 1998-06-26 | 2006-03-16 | 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 | 폴리실리콘 박막 트랜지스터의 폴리실리콘층형성방법 |
| KR100734844B1 (ko) * | 2005-07-26 | 2007-07-03 | 한국전자통신연구원 | 거대 그레인 형성을 위한 비정질 실리콘의 결정화 방법 |
| US7678666B2 (en) | 2005-07-26 | 2010-03-16 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Crystallization method of amorphous silicon for forming large grain with single pulse laser |
| JP2007258234A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Nara Institute Of Science & Technology | 半導体素子，薄膜トランジスタ，レーザーアニール装置，並びに半導体素子の製造方法 |
| JP2008235875A (ja) * | 2007-02-23 | 2008-10-02 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
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