JPH07302909A - ボトム・ゲート型薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

ボトム・ゲート型薄膜トランジスタの製造方法

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JPH07302909A
JPH07302909A JP9441094A JP9441094A JPH07302909A JP H07302909 A JPH07302909 A JP H07302909A JP 9441094 A JP9441094 A JP 9441094A JP 9441094 A JP9441094 A JP 9441094A JP H07302909 A JPH07302909 A JP H07302909A
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JP
Japan
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semiconductor layer
thin film
film transistor
silicon particles
gate type
Prior art date
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JP9441094A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Kanetani
康弘 金谷
Nobuaki Suzuki
信明 鈴木
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電子の移動度を改善して電気的特性を向上させ
る。 【構成】ボトム・ゲート型の薄膜トランジスタであって
基板上に形成された半導体層をアニール処理して結晶化
するに際し、ガラス基板12側からアモールファスシリ
コンなどが使用された半導体層20に向かうように引力
(重力若しくは遠心力)がかけられると共に、その状態
で半導体層20側よりレーザが照射されて半導体層20
をアニール処理する。このアニール処理によってシリコ
ン粒子のうち大きなシリコン粒子30aは引力と反対側
に移動して集積し、小さなシリコン粒子30bは引力と
同じ方向に移動して集積する。半導体層20内の電子は
ゲート絶縁膜16の界面側を流れる。この界面側には上
述した大きなシリコン粒子が集積されているためここを
流れる電子の移動度が大きくなり、結果的にトランジス
タの電気的特性を改善できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、液晶表示装置のスイ
ッチング素子などに使用して好適な薄膜トランジスタ、
特に電気的特性を改善したボトム・ゲート型薄膜トラン
ジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置(LCD)などにはマトリ
ックス状に配列された複数の画素に対するスイッチング
素子として薄膜トランジスタ(TFT)が用いられてい
る。
【0003】この薄膜トランジスタとしては周知のよう
にトップ・ゲート型とボトム・ゲート型がある。トップ
・ゲート型薄膜トランジスタは最表面にゲート電極層が
配されるのに対し、ボトム・ゲート型薄膜トランジスタ
はゲート電極層が埋め込み式の構造となっている。
【0004】ボトム・ゲート型薄膜トランジスタ10の
一例を図5に示す。同図において、12はガラス基板で
あり、ガラス基板12の上面にはゲート電極層14が被
着形成されると共に、ゲート電極層14を覆うようにS
iO2,SiNxなどのゲート絶縁膜16が被着形成さ
れる。このゲート絶縁膜16を介してゲート電極層14
と対向するように薄膜半導体層20が被着形成される。
半導体としてはポリシリコンやアモールファスシリコン
などが使用される。
【0005】半導体層20の左右両面側にはオーミック
コンタクトをとるためのシリコンドープ層22を介して
一対の電極層24,26が被着形成される。一方の電極
層24がドレイン電極であるとすれば、他方の電極層2
6はソース電極として使用される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ゲート絶縁
膜16の上面に被着形成される薄膜の半導体層20はこ
れを結晶化する必要があるため、通常図6に示すような
レーザアニール法を用いる。同図のように重力の方向を
下向きの矢印aで示したとき、重力とは反対方向の上側
に半導体層20が、重力と同じ方向である下側にガラス
基板12がくるように配置されると共に、重力の上方向
より例えばレーザ光が照射されて、半導体層20のアニ
ール化が行なわれる。
【0007】レーザを照射すると半導体層20が溶融
し、溶融したシリコンなどの半導体のうち、図7に示す
ように小さいサイズの結晶(小さなシリコン粒子(グレ
イン)30b)は下の方向つまりゲート絶縁膜16の界
面側に沈み、反対に大きく育った(成長した)大きなサ
イズの結晶(大きなシリコン粒子30a)は上の方向つ
まり一対の電極層24,26側の界面に素早く浮かび上
がる。
【0008】そのため、ボトム・ゲート型の薄膜トラン
ジスタ10の場合にはゲート絶縁膜16とは反対側の結
晶化が進み、逆にゲート絶縁膜16側の結晶化が遅れる
ので、半導体層20が一様には結晶化されず、ゲート絶
縁膜16側の結晶化が充分に行われない領域が存在する
ことになる。この結晶化のアンバランスは薄膜トランジ
スタ10の電気的特性に影響を及ぼしている。
【0009】ドレイン・ソース間の電極層24,26を
流れる電流(電子若しくは正孔)は図5の矢印bで示す
ようにゲート絶縁膜16の界面近くを流れることが知ら
れている。電流の速度(移動度)μはシリコン粒子の大
きさに依存し、シリコン粒子が大きい方が移動度μが大
きくなる。図6のような製法で薄膜トランジスタ10を
形成した場合には、ゲート絶縁膜16側の結晶化が不充
分で、小さなシリコン粒子30bが集積されている可能
性が高いので電子の移動度μは一般に低い。つまり電気
的特性が悪い。移動度μは、μ=50〜100位であ
る。因みに、トップ・ゲート型の薄膜トランジスタの移
動度μは、μ=100〜200位である。
【0010】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、移動度μを大きくして電気的
特性を改善できる特にボトム・ゲート型の薄膜トランジ
スタの製造方法を提案するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、この発明においては、ボトム・ゲート型の薄膜トラ
ンジスタを製造するに当たり、基板上に形成された半導
体層をアニール処理して結晶化するに際し、基板側から
半導体層に向かうように引力がかけられると共に、その
状態で半導体層側よりレーザが照射されて半導体層をア
ニール処理してこの半導体層の結晶化が行われるように
なされたことを特徴とするものである。
【0012】
【作用】図1のように矢印aで示す重力方向に対し、重
力に逆らう側(上側)にガラス基板12が、重力と同じ
側(下側)に半導体層20が位置するようにした状態で
半導体層20側からレーザを照射してアニール処理を行
なうことによって半導体層20の結晶化が行なわれる。
【0013】そうすると、上述したと同じ理由で、溶融
した半導体であるシリコン結晶のうち大きく成長した大
きなシリコン粒子30aは素早く浮かび上がるので、重
力とは反対方向に移動して集積し、小さなシリコン粒子
30bは下側(重力と同じ方向)に沈む(図2参照)。
シリコン粒子が浮かび上がる側はゲート絶縁膜16側で
あるので、ゲート絶縁膜16の界面側にはいずれも大き
なシリコン粒子30aが集積していることになる。ドレ
イン・ソース間の電極層24,26間に電流を流したと
きには大きなシリコン粒子30aが集積されたゲート絶
縁膜16側の界面を電流が流れる。大きなシリコン粒子
30a側を電流が流れると電子の移動度μが改善され
る。つまり薄膜トランジスタ10の電気特性が改善され
る。
【0014】
【実施例】続いて、この発明に係るボトム・ゲート型薄
膜トランジスタの製造方法について、図面を参照して詳
細に説明する。
【0015】この発明に係るボトム・ゲート型の薄膜ト
ランジスタは従来と同じ構造であって、図5に示した従
来例と同じく基板12としてはガラス基板が使用され、
このガラス基板12の所定位置にはゲート電極層14の
電極が被着形成され、このゲート電極層14を覆うよう
にしてゲート絶縁膜16が被着形成され、そしてその上
面に薄膜構成の半導体層20が被着形成されることは従
来と同様である。半導体層20としてはポリシリコンや
アモールファスシリコンなどが使用されることも従来と
同じである。したがって薄膜トランジスタ10の構造は
図5に示す従来例を参照してその説明は割愛する。
【0016】この発明はこの半導体層20が形成された
段階で半導体層20の結晶化が行なわれる。
【0017】図1はこの結晶化処理の説明図であって、
重力の方向を従来と同じく矢印aのように定めたとき、
重力に逆らう上側にはガラス基板12が位置し、重力と
同じ方向となる下側には半導体層20が位置するように
薄膜トランジスタ10が配置される。この配置関係を保
持して半導体層20側からレーザが照射されて半導体層
20がアニール処理される。
【0018】レーザが照射されて半導体層20の半導体
(シリコン)が溶融されるとシリコン粒子の移動が起き
る。溶融した半導体であるシリコン結晶のうち大きく成
長したサイズの大きなシリコン粒子30aは素早く浮か
び上がるので、重力とは反対方向に移動して集積し、サ
イズの小さなシリコン粒子30bは下側(重力と同じ方
向)に沈む(図2参照)。
【0019】サイズの大きなシリコン粒子30aが浮か
び上がる側はゲート絶縁膜16側であるので、ゲート絶
縁膜16の界面側にはいずれも大きなサイズのシリコン
粒子30aが集積していることになる。上述したように
ドレイン・ソース間の電極層24,26間に電流を流し
たときにはサイズの大きなシリコン粒子30aが集積さ
れたゲート絶縁膜16側の界面を電流が流れる。サイズ
の大きなシリコン粒子30a側を電流が流れると電子の
移動度μが改善される。つまり薄膜トランジスタ10の
電気特性が改善される。
【0020】従来方法により製造された薄膜トランジス
タ10の移動度μは、μ=50〜100程度であるが、
この発明方法によると実験によれば、μ=100〜20
0程度まで改善される。この数値はトップ・ゲート型薄
膜トランジスタの移動度とほぼ同じ数値である。
【0021】半導体層20を溶融するレーザアニール処
理は半導体層20の上面に一対の電極層24,26を形
成した図5のような工程を経たのちに行なってもよい。
【0022】図1に示すようなレーザアニールを行なう
ための製造装置としては図3あるいは図4に示すような
ものが考えられる。図3に示す製造装置40はXYテー
ブル42を有し、その下面の所定位置にはレーザアニー
ル化するためのチャンバー44が設けられる。チャンバ
ー44内は真空にしてもよければ、窒素ガスを封入して
もよいしあるいはまた大気と同じでもよい。
【0023】チャンバー44の内部に存在するXYテー
ブル42の下面(載置面)42aにはこの面にガラス基
板12を密着させた状態、つまり半導体層20が外部に
露呈するように載置される。この載置状態で半導体層2
0にレーザを照射することによって半導体層20に対す
るレーザアニール処理が行なわれる。46はレーザ透過
用の石英ガラスであり、50はレーザ源(エキシマレー
ザ、レーザダイオードなどのレーザ光源)である。重力
は矢印aの方向に作用する。
【0024】このように構成された製造装置40でレー
ザ源50から出射したレーザをミラー52で反射させな
がら半導体層20に照射すれば、アニール化された半導
体層20内では溶融したシリコン粒子が移動して上述し
たと同じような構造の薄膜トランジスタ10を得ること
ができる。
【0025】図4は製造装置40の他の例を示すもので
あり、本例では引力となる重力の代わりに遠心力を利用
している。そのため同図のように回転軸52の一端に回
転棒54が取り付けられ、その先端に載置板56が垂直
となるように取り付けられている。載置板56には図3
と同じく半導体層20が外側となるようにガラス基板1
2が載置固定される。載置板56と対向する位置には図
3と同様なレーザ源50が配置される。
【0026】さて、この構成において、回転軸52を所
定速度で回転させればガラス基板12にはその回転速度
で決まる遠心力が作用するので、この遠心力が半導体層
20に対して重力と同じように作用する。したがってこ
の状態でレーザを半導体層20に照射すれば図3と同じ
ように半導体層20に対するレーザアニール処理を実現
できる。回転速度を速くすれば重力以上の遠心力を得る
ことができるので、浮かび上がるシリコン粒子の速度が
速く、しかも結晶の成長も速くなると考えられるので、
サイズの大きなシリコン粒子をゲート絶縁膜16の界面
側により一層集積できるし、アニール時間も短縮でき
る。
【0027】上述した実施例はこの発明をLCD用薄膜
トランジスタに適用したが、ボトム・ゲート型薄膜トラ
ンジスタであればこれら以外の用途に使用される薄膜ト
ランジスタにも本発明方法を適用でき、それによって電
気的特性を改善できるから、上述したレーザアニール処
理はLCD用薄膜トランジスタに限られるものではな
い。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、ボ
トム・ゲート型の薄膜トランジスタを製造するに当た
り、基板上に形成された半導体層をアニール処理して結
晶化するに際し、基板側から半導体層に向かうように引
力がかけられると共に、その状態で半導体層側よりレー
ザが照射して半導体層をアニール処理することによって
半導体層の結晶化を行うようにしたものである。
【0029】これによれば、電流が流れる側に比較的サ
イズの大きなシリコン粒子を集積させることができるの
で、これによって電子の移動度μを大きくすることがで
きるようになり、薄膜トランジスタの電気特性を従来よ
りも大幅に改善できる。これによって、このボトム・ゲ
ート型薄膜トランジスタをトップ・ゲート型と同程度の
電気的特性を付与することができる。
【0030】そのため、この発明は電流の速度(移動
度)μの速いトランジスタとして要求されるLCD用薄
膜トランジスタなどに適用して極めて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る薄膜トランジスタの一例を示す
一部の工程断面図である。
【図2】この発明に係る薄膜トランジスタの一例を示す
一部のレーザアニール処理の断面図である。
【図3】この発明に係る薄膜トランジスタ用製造装置の
一例を示す要部の概念図である。
【図4】この発明に係る薄膜トランジスタ用製造装置の
他の例を示す要部の概念図である。
【図5】従来の薄膜トランジスタの一例を示す断面図で
ある。
【図6】従来の薄膜トランジスタの一例を示す一部の工
程断面図である。
【図7】レーザアニール処理による結晶化の説明図であ
る。
【符号の説明】
10 薄膜トランジスタ 12 ガラス基板 14 ゲート電極層 16 ゲート絶縁膜 20 半導体層 24,26 電極層 40 製造装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/12 R

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボトム・ゲート型の薄膜トランジスタを
    製造するに当たり、基板上に形成された半導体層をアニ
    ール処理して結晶化するに際し、 上記基板側から半導体層に向かうように引力がかけられ
    ると共に、その状態で上記半導体層側よりレーザが照射
    されて上記半導体層をアニール処理してこの半導体層の
    結晶化が行われるようになされたことを特徴とするボト
    ム・ゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】 上記半導体層としてはポリシリコンやア
    モールファスシリコンが使用されたことを特徴とする請
    求項1記載のボトム・ゲート型薄膜トランジスタの製造
    方法。
  3. 【請求項3】 上記引力は重力若しくは遠心力であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のボトム・ゲート型薄膜ト
    ランジスタの製造方法。
JP9441094A 1994-05-06 1994-05-06 ボトム・ゲート型薄膜トランジスタの製造方法 Pending JPH07302909A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5897381A (en) * 1996-07-11 1999-04-27 Lsi Logic Corporation Method of forming a layer and semiconductor substrate
EP0984492A2 (en) * 1998-08-31 2000-03-08 Sel Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device comprising organic resin and process for producing semiconductor device
JP2006032926A (ja) * 2004-06-16 2006-02-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザ処理装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の作製方法

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