JPH0945926A - Formation of polycrystalline semiconductor thin film, thin film transistor and its manufacture - Google Patents
Formation of polycrystalline semiconductor thin film, thin film transistor and its manufactureInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は様々な用途に用いられて
いる多結晶半導体薄膜の形成方法、並びに液晶ディスプ
レイや，画像読み取り用センサ及びＲＡＭ（Random Acc
ess Memory）の負荷等に用いられている薄膜トランジス
タ（ thin film toransistor:TFT）及びその製造方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a polycrystalline semiconductor thin film used for various purposes, a liquid crystal display, an image reading sensor and a RAM (Random Acceleration).
The present invention relates to a thin film transistor (TFT) used for a load of an ess memory) and a manufacturing method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】以下、液晶ディスプレイ用に開発が進め
られている多結晶シリコン薄膜トランジスタとその製造
方法について図面を用いて説明する。2. Description of the Related Art A polycrystalline silicon thin film transistor under development for a liquid crystal display and a manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.
【０００３】近年薄膜トランジスタを用いて液晶表示を
行う技術分野では、高価な石英基板ではなく安価なガラ
ス基板を使用できる比較的低温（概ね６００℃以下）に
おいてその作成が可能な多結晶シリコン薄膜を用いた薄
膜トランジスタ（以下、poly-Si ＴＦＴと略記する）が
注目を集めている。低温で多結晶シリコンを形成する手
法の一つに、レーザーアニールを用いて非晶質シリコン
を溶融・結晶化させる方法がある。この方法の欠点はレ
ーザーとしてパルス・レーザーを用い、このパルス・レ
ーザーを重ね合わせて照射することにより、半導体膜を
溶融・結晶化するため、パルス重ね合せ部分における半
導体膜の結晶性が低下し、パルス重ね合せ部分における
トランジスタ特性が悪いことである。この欠点を解消で
きる方法として、例えば、Extended Abstracts of the
1991 International Conferenceon Solid State Device
s and Materials, Yokohama, 1991, p.p.623-625 に、
エキシマ・レーザー照射時に基板を加熱する方法が提案
されている。以下、かかる方法について図５を用いて簡
単に説明する。図５は従来の薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）の構成を示す断面図であり、図において、１はガラ
ス基板、４ａは多結晶シリコン層、５はゲート絶縁層、
６はゲート電極、７はソース領域、８はドレイン領域、
９は層間絶縁層、１０はコンタクトホール、１１はソー
ス電極、１２はドレイン電極である。In recent years, in the technical field of performing liquid crystal display using thin film transistors, a polycrystalline silicon thin film which can be manufactured at a relatively low temperature (approximately 600 ° C. or lower) which can use an inexpensive glass substrate instead of an expensive quartz substrate is used. The thin film transistor (hereinafter, abbreviated as poly-Si TFT) has attracted attention. One of the methods of forming polycrystalline silicon at low temperature is a method of melting and crystallizing amorphous silicon by using laser annealing. The disadvantage of this method is that a pulsed laser is used as a laser, and the semiconductor films are melted and crystallized by irradiating the pulsed lasers in superposition, so that the crystallinity of the semiconductor film in the pulse superposition part decreases, That is, the transistor characteristics in the pulse overlapping portion are poor. As a method for eliminating this drawback, for example, Extended Abstracts of the
1991 International Conferenceon Solid State Device
s and Materials, Yokohama, 1991, pp623-625,
A method of heating a substrate during irradiation of an excimer laser has been proposed. Hereinafter, such a method will be briefly described with reference to FIG. FIG. 5 shows a conventional thin film transistor (TF).
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of T), in which 1 is a glass substrate, 4 a is a polycrystalline silicon layer, 5 is a gate insulating layer,
6 is a gate electrode, 7 is a source region, 8 is a drain region,
Reference numeral 9 is an interlayer insulating layer, 10 is a contact hole, 11 is a source electrode, and 12 is a drain electrode.
【０００４】まずガラス基板１上に非晶質シリコン層を
全面に堆積した後、基板を４００℃に加熱してエキシマ
レーザーを照射し基板上の非晶質シリコン層を局所的に
加熱溶融して結晶化させ、そして、フォトリソグラフィ
ーとエッチング技術を用いて所望の島状のパターンとな
るようパターニングして多結晶シリコン層４ａを得る。
次にＡＰ（Atomospheric Vapor )−ＣＶＤ（Chemical V
apor Deposition ）法により例えばＳｉＯ2 からなるゲ
−ト絶縁層５を形成する。次に、ゲ−ト電極６を形成
し、続いてドナーもしくはアクセプタとなる不純物を多
結晶シリコン層４ａに部分的に導入して、ソ−ス領域７
とドレイン領域８を形成する。次に、層間絶縁層９を形
成した後、ゲ−ト絶縁層５及び層間絶縁層９にコンタク
ト・ホール１０を形成し、そして最後にコンタクト・ホ
ール１０介してソース電極１１及びドレイン電極１２を
形成する。また、このようなpoly-Si ＴＦＴでは、非晶
質シリコンを半導体層として用いるトランジスタよりも
大きな電界効果移動度（以下、単に移動度とも呼ぶ。）
を有するので、不純物としてボロンもしくはリンを用い
ることによりＰチャンネル及びＮチャンネルトランジス
タを選択的に作成することができる。従って、ＣＭＯＳ
（ complementary-MOS）回路を形成することができ、画
素トランジスタの駆動回路を同一基板上に作り込むこと
も可能である（特に図示はしない）。First, after depositing an amorphous silicon layer on the entire surface of a glass substrate 1, the substrate is heated to 400 ° C. and irradiated with an excimer laser to locally heat and melt the amorphous silicon layer on the substrate. It is crystallized, and then patterned by photolithography and etching techniques so as to have a desired island-shaped pattern to obtain a polycrystalline silicon layer 4a.
Next, AP (Atomospheric Vapor) -CVD (Chemical V
The gate insulating layer 5 made of, for example, SiO2 is formed by the apor deposition method. Next, the gate electrode 6 is formed, and subsequently, impurities serving as donors or acceptors are partially introduced into the polycrystalline silicon layer 4a to form the source region 7
And a drain region 8 are formed. Next, after forming the interlayer insulating layer 9, the contact hole 10 is formed in the gate insulating layer 5 and the interlayer insulating layer 9, and finally, the source electrode 11 and the drain electrode 12 are formed through the contact hole 10. To do. In such a poly-Si TFT, a field effect mobility larger than that of a transistor using amorphous silicon as a semiconductor layer (hereinafter, also simply referred to as mobility).
Therefore, by using boron or phosphorus as an impurity, P-channel and N-channel transistors can be selectively formed. Therefore, CMOS
A (complementary-MOS) circuit can be formed, and a pixel transistor drive circuit can be formed on the same substrate (not shown).
【０００５】以上のようにして作製されたpoly-Si ＴＦ
Ｔでは、基板加熱により移動度のバラツキが±１０％以
内に抑えられるとされている。Poly-Si TF produced as described above
In T, it is said that the variation in mobility is suppressed within ± 10% by heating the substrate.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようにして作製された，その移動度のバラツキが±１０
％以内に抑えられたpoly-Si ＴＦＴであっても、これを
用いて液晶ディスプレイを作製した場合、画像上に移動
度の低い部分が筋状のムラとなって現われ、表示品位が
低くなってしまうという課題がある。However, the variation in mobility, which is produced as described above, is ± 10.
Even if it is a poly-Si TFT that has been suppressed to within%, when a liquid crystal display is manufactured using this, low mobility areas appear as streaky unevenness on the image and display quality deteriorates. There is a problem that it will end.
【０００７】本発明はかかる課題に鑑みてなされたもの
であり、結晶の均一性に優れた多結晶半導体薄膜を形成
できる多結晶半導体薄膜の形成方法、並びに、移動度の
バラツキが極めて小さい薄膜トランジスタ及びその製造
方法を提供することを目的とするものである。The present invention has been made in view of the above problems, and a method for forming a polycrystalline semiconductor thin film capable of forming a polycrystalline semiconductor thin film excellent in crystal uniformity, and a thin film transistor having extremely small variation in mobility, and It is intended to provide a manufacturing method thereof.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明にかかる多結晶半
導体薄膜の形成方法は、基板の主面状に形成された多結
晶化すべき半導体薄膜に、パルス状レーザービームを、
各ショット毎にその前記半導体薄膜への照射領域が所定
ピッチで移動するよう照射して、前記半導体薄膜全域を
溶融・結晶化する多結晶半導体薄膜の形成方法におい
て、前記パルス状レーザービームの前記半導体薄膜への
照射領域の移動ピッチをＰとし、前記レーザービームの
エネルギー強度プロファイルにおける，前記多結晶化す
べき半導体薄膜の結晶化を開始させる強度ＥTHを与える
前記レーザービームの照射面での位置をＸ(ＥTH)とし、
前記多結晶化すべき半導体薄膜のその厚み方向の全体を
完全に結晶化させる強度Ｅ0 を与える前記レーザービー
ムの照射面での位置をＸ(Ｅ0) としたとき、下記式を満
足するように、前記パルス状レーザービームの前記半導
体薄膜への照射領域を移動させることを特徴とするもの
である。A method for forming a polycrystalline semiconductor thin film according to the present invention comprises applying a pulsed laser beam to a semiconductor thin film to be polycrystallized formed on a main surface of a substrate.
In the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film, which comprises irradiating the semiconductor thin film for each shot so that the irradiation region moves at a predetermined pitch to melt and crystallize the entire semiconductor thin film, the semiconductor of the pulsed laser beam The movement pitch of the irradiation region to the thin film is P, and the position on the irradiation surface of the laser beam that gives the intensity ETH for starting crystallization of the semiconductor thin film to be polycrystallized in the energy intensity profile of the laser beam is X ( ETH)
Let X (E0) be the position on the irradiation surface of the laser beam that gives an intensity E0 that completely crystallizes the entire semiconductor thin film to be polycrystallized in the thickness direction. The irradiation area of the semiconductor thin film with the pulsed laser beam is moved.
【０００９】[0009]
【数２】 [Equation 2]
【００１０】また、本発明にかかる多結晶半導体薄膜の
形成方法は、前記の多結晶半導体薄膜の形成方法により
得られた多結晶半導体薄膜に、前記パルス状レーザービ
ームが有する最大のエネルギー強度よりも大きなエネル
ギー強度を有するレーザービームを走査・照射すること
を特徴とするものである。In addition, the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film according to the present invention is such that the polycrystalline semiconductor thin film obtained by the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film is higher than the maximum energy intensity of the pulsed laser beam. It is characterized by scanning and irradiating with a laser beam having a large energy intensity.
【００１１】また、本発明にかかる多結晶半導体薄膜の
形成方法は、前記の多結晶半導体薄膜の形成方法により
得られた多結晶半導体薄膜に、水素をドーピングするこ
とを特徴とするものである。The method for forming a polycrystalline semiconductor thin film according to the present invention is characterized in that the polycrystalline semiconductor thin film obtained by the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film is doped with hydrogen.
【００１２】次に、本発明にかかる薄膜トランジスタ
は、その能動層が多結晶半導体薄膜からなる薄膜トラン
ジスタにおいて、前記多結晶半導体薄膜が前記の多結晶
半導体薄膜の形成方法により形成されたものであること
を特徴とするものである。Next, the thin film transistor according to the present invention is a thin film transistor whose active layer is made of a polycrystalline semiconductor thin film, wherein the polycrystalline semiconductor thin film is formed by the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film. It is a feature.
【００１３】次に、本発明にかかる薄膜トランジスタの
製造方法は、その能動層が多結晶半導体薄膜からなる薄
膜トランジスタの製造方法において、前記多結晶半導体
薄膜を前記の多結晶半導体薄膜の形成方法により形成す
ることを特徴とするものである。Next, in the method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention, in the method of manufacturing a thin film transistor in which the active layer is a polycrystalline semiconductor thin film, the polycrystalline semiconductor thin film is formed by the method of forming a polycrystalline semiconductor thin film. It is characterized by that.
【００１４】本発明者は、前記構成を得るために非晶質
シリコン膜をレーザーアニールにより結晶化した時の結
晶化のメカニズムについて研究した。以下これについて
説明する。The present inventor has studied the mechanism of crystallization when an amorphous silicon film is crystallized by laser annealing to obtain the above structure. This will be described below.
【００１５】図６はパルス状エキシマレーザービームの
１ショットの空間的エネルギープロファイルを説明する
ための図で、図６(a) はエキシマレーザービームの１シ
ョットのビーム形状を模式的に示した図、図６(b) は図
６(a) のＡ−Ａ’線に対応するビームのエネルギー分布
を示した図である。図６(a) において、外側の斜線によ
り特定されてる領域はビームのエッジ領域である。図６
(a) ，図６(b) からビームのエッジ部では次第にエネル
ギーが低くなりついには０になっていることがわかる。
また、図７はエキシマレーザーアニールでしばしば用い
られるエキシマレーザービームの走査照射方式（ステッ
プ・アンド・リピート照射方法）を説明するための図
で、図７(a) は被アニール体（非晶質シリコン膜）のレ
ーザー照射面におけるレーザの照射状態を模式的に示し
た図であり、図７(b) はこの照射方法により多結晶化し
たシリコン膜を用いて薄膜トランジスタを形成した場合
の図７(a) Ｂ−Ｂ’線に対応する移動度の変化状態を示
した図である。図７(b) において、斜線により特定され
てる領域はレーザービーム中央のエネルギー強度が高い
領域、白抜きの領域はレーザービームエッジのエネルギ
ー強度が低い領域であり、第１回目の走査で図の右側方
向に順次レーザービームを移動させ、第２回目の走査で
図の左側方向に順次レーザービームを移動させている。
図７(a) ，図７(b) から、レーザービームの各ショット
の重ね合せ部分（ビームエッジを含む部分）で移動度が
低くなっていることがわかる。本発明者は、鋭意研究の
結果、この薄膜トランジスタの局所的な移動度の低下
に、半導体膜に照射するパルス状レーザービームのエネ
ルギー強度が大きく影響を与えていることをつきとめ
た。FIG. 6 is a diagram for explaining the spatial energy profile of one shot of the pulsed excimer laser beam, and FIG. 6 (a) is a diagram schematically showing the beam shape of one shot of the excimer laser beam, FIG. 6 (b) is a diagram showing the energy distribution of the beam corresponding to the line AA 'in FIG. 6 (a). In FIG. 6 (a), the region specified by the outer diagonal line is the edge region of the beam. Figure 6
From (a) and Fig. 6 (b), it can be seen that the energy gradually decreases to zero at the edge of the beam.
Further, FIG. 7 is a diagram for explaining a scanning irradiation method (step-and-repeat irradiation method) of an excimer laser beam that is often used in excimer laser annealing, and FIG. 7A is an annealed object (amorphous silicon). FIG. 7 (b) is a diagram schematically showing a laser irradiation state on the laser irradiation surface of the (film), and FIG. 7 (b) shows a case where a thin film transistor is formed using a polycrystallized silicon film by this irradiation method. ) It is the figure which showed the change state of the mobility corresponding to a BB 'line. In Fig. 7 (b), the shaded area is the area with high energy intensity at the center of the laser beam, and the white area is the area with low energy intensity at the laser beam edge. The laser beam is sequentially moved in the direction, and the laser beam is sequentially moved in the leftward direction in the drawing in the second scanning.
It can be seen from FIGS. 7 (a) and 7 (b) that the mobility is low at the overlapping portion (the portion including the beam edge) of each shot of the laser beam. As a result of earnest research, the present inventor has found that the local mobility reduction of the thin film transistor is greatly affected by the energy intensity of the pulsed laser beam with which the semiconductor film is irradiated.
【００１６】即ち、前記したようにパルス状エキシマレ
ーザービーム（の１ショット）はエネルギー強度の分布
をもっており、このレーザービームは（１）前駆体（結
晶化がなされる前の）半導体膜の結晶化が開始するエネ
ルギー強度（閾値エネルギー強度）未満の強度を有する
領域，（２）前駆体半導体膜の結晶化が開始する閾値エ
ネルギー強度から前駆体半導体薄膜がその厚み方向の全
体が完全に結晶化するエネルギー強度（完全結晶化エネ
ルギー強度）までの強度を有する領域，（３）前記完全
結晶化エネルギー強度以上で設定された最大エネルギー
強度までの強度を有する領域の３つの領域，を有してい
る。That is, as described above, the pulsed excimer laser beam (one shot thereof) has a distribution of energy intensity, and this laser beam (1) crystallizes the precursor (before crystallization) semiconductor film. A region having an intensity less than the energy intensity (threshold energy intensity) at which (2) the precursor semiconductor thin film is completely crystallized in the thickness direction from the threshold energy intensity at which the crystallization of the precursor semiconductor film starts. It has three regions: a region having an intensity up to the energy intensity (complete crystallization energy intensity), and (3) a region having an intensity up to the maximum energy intensity set above the complete crystallization energy intensity.
【００１７】このため、第１ショット目でレーザービ
ームの前記（１）の領域が照射された前駆体半導体膜の
領域は、第１ショット目照射後はもとの前駆体のままで
あるが、かかる領域には第２ショット目以降において、
レーザービームが定寸移動して前駆体半導体膜へのレー
ザービームの照射領域が移動していることにより、レー
ザービームのうちの前記（３）の完全結晶化エネルギー
強度以上のエネルギー強度を有する領域が照射されて、
完全結晶化がなされる。Therefore, the region of the precursor semiconductor film irradiated with the region (1) of the laser beam in the first shot remains the original precursor after the first shot, In this area, after the second shot,
Since the laser beam moves to a predetermined size to move the irradiation region of the laser beam to the precursor semiconductor film, the region of the laser beam having the energy intensity equal to or higher than the complete crystallization energy intensity of the above (3) is changed. Irradiated,
Complete crystallization is done.
【００１８】また、第１ショット目でレーザービーム
の前記（３）の領域が照射された前駆体半導体膜の領域
は、この第１ショット目で完全結晶化がなされる。とこ
ろが、第１ショット目でレーザービームの前記（２）
の領域が照射された前駆体半導体膜の領域は、第１ショ
ット目の照射により非晶質部分と多結晶部分が混在し、
第２ショット目以降においてレーザービームの前記
（３）の領域が照射されると、第１ショット目で部分的
に結晶化した部分が種結晶となってその厚み方向の全体
にかけて結晶化されるので、前記，で説明した領域
とは異なった結晶性を有するものとなり、薄膜トランジ
スタとした場合に、前記，で説明した領域とはその
移動度が異なることとなる。Further, the region of the precursor semiconductor film irradiated with the region (3) of the laser beam at the first shot is completely crystallized at the first shot. However, in the first shot, the laser beam (2)
In the region of the precursor semiconductor film irradiated with the region of, the amorphous part and the polycrystalline part are mixed by the irradiation of the first shot,
When the region (3) of the laser beam is irradiated after the second shot, the part crystallized in the first shot becomes a seed crystal and is crystallized throughout the thickness direction. , And has a different crystallinity from the region described in the above, and when a thin film transistor is formed, its mobility is different from the region described in the above.
【００１９】従って、本発明者は前駆体半導体膜の全域
にわたり、第１ショット目でレーザービームの前記
（２）の領域が照射され、第２ショット目以降でレーザ
ービーム前記（３）の領域が照射されて結晶化されるよ
う、レーザービームを前駆体半導体膜の一端から半導体
膜の全域にかけて定寸移動させていけば、前駆体半導体
膜の全域が、前記で説明した，第１ショット目で結晶
化した部分が種結晶となって第２ショット目以降でその
厚み方向の全体にかけて結晶化がなされたものとなり、
その全域にかけて結晶性が均一な多結晶半導体膜を得る
ことができると考え、前記構成からなる本発明の多結晶
半導体膜の形成方法、並びに薄膜トランジスタ及びその
製造方法を想到したのである。Therefore, the inventor of the present invention irradiates the region (2) of the laser beam at the first shot over the entire area of the precursor semiconductor film, and the region (3) of the laser beam after the second shot. If the laser beam is moved in a fixed size from one end of the precursor semiconductor film to the entire region of the semiconductor film so that the precursor semiconductor film is irradiated and crystallized, the entire region of the precursor semiconductor film can be formed by the first shot described above. The crystallized portion becomes a seed crystal, and after the second shot, the crystal is crystallized throughout the thickness direction,
It is thought that a polycrystalline semiconductor film having uniform crystallinity over the entire area can be obtained, and the inventors have conceived a method for forming a polycrystalline semiconductor film of the present invention having the above-described structure, a thin film transistor, and a method for manufacturing the same.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】本発明の多結晶半導体薄膜の形成
方法においては、基板の主面状に形成された多結晶化す
べき半導体薄膜に、パルス状レーザービームを、各ショ
ット毎にその前記半導体薄膜への照射領域が所定ピッチ
で移動するよう照射して、前記半導体薄膜全域を溶融・
結晶化する多結晶半導体薄膜の形成方法において、前記
パルス状レーザービームの前記半導体薄膜への照射領域
の移動ピッチをＰとし、前記レーザービームのエネルギ
ー強度プロファイルにおける，前記多結晶化すべき半導
体薄膜の結晶化を開始させる強度ＥTHを与える前記レー
ザービームの照射面での位置をＸ(ＥTH)とし、前記多結
晶化すべき半導体薄膜のその厚み方向の全体を完全に結
晶化させる強度Ｅ0を与える前記レーザービームの照射
面での位置をＸ(Ｅ0)としたとき、下記式を満足するよ
うに、前記パルス状レーザービームの前記半導体薄膜へ
の照射領域を移動させるようにしたから、前記パルス状
レーザービームが各ショット毎に前記移動ピッチＰで移
動すると、第１ショット目のレーザービームの照射によ
って半導体膜に非晶質部分と多結晶部分が混在した領域
が形成される第１の結晶化プロセスと、この領域に第２
ショット目以降のレーザービームが照射されることによ
り，当該領域において前記第１ショット目で結晶化した
結晶が種結晶となってその厚み方向の全体にかけて結晶
化がなされる第２の結晶化プロセスとからなる結晶化プ
ロセスにより、前記半導体膜の全域が結晶化されること
となり、その結果、前記半導体膜がその全域において均
一な結晶性を有する多結晶半導体膜に改質される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film according to the present invention, a pulsed laser beam is applied to a semiconductor thin film formed on the main surface of a substrate to be polycrystallized for each shot. Irradiation is performed so that the irradiation area on the thin film moves at a predetermined pitch to melt and melt the entire area of the semiconductor thin film.
In the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film to be crystallized, the movement pitch of the irradiation region of the pulsed laser beam to the semiconductor thin film is P, and the crystal of the semiconductor thin film to be polycrystallized in the energy intensity profile of the laser beam. X (ETH) is the position on the irradiation surface of the laser beam that gives the intensity ETH that initiates crystallization, and the laser beam that gives the intensity E0 that completely crystallizes the entire semiconductor thin film to be polycrystallized in its thickness direction. When the position on the irradiation surface of X is E (E0), the irradiation area of the pulsed laser beam to the semiconductor thin film is moved so as to satisfy the following equation. When moving at the moving pitch P for each shot, the amorphous film is formed on the semiconductor film by the irradiation of the laser beam of the first shot. The first crystallization process in which a region in which the polycrystal and the polycrystal part are mixed is formed,
A second crystallization process in which the crystallized in the first shot serves as a seed crystal in the region and is crystallized over the entire thickness direction by irradiation with the laser beam after the shot. By the crystallization process consisting of, the entire area of the semiconductor film is crystallized, and as a result, the semiconductor film is reformed into a polycrystalline semiconductor film having uniform crystallinity over the entire area.
【００２１】[0021]
【数３】 (Equation 3)
【００２２】また本発明においては、前記構成の好まし
い例として、前記多結晶化すべき半導体薄膜にパルス状
レーザービームを照射する前に、前記多結晶化すべき半
導体薄膜を加熱処理して当該半導体薄膜中に含有されて
いる水素を除去するようにすると、前記半導体膜の結晶
化プロセスが水素に阻害されることなく進行し、前記半
導体膜がその全域においてより均一な結晶性を有する多
結晶半導体膜に改質される。In the present invention, as a preferred example of the above structure, before irradiating the semiconductor thin film to be polycrystallized with a pulsed laser beam, the semiconductor thin film to be polycrystallized is heat-treated and If the hydrogen contained in is removed, the crystallization process of the semiconductor film proceeds without being hindered by hydrogen, and the semiconductor film becomes a polycrystalline semiconductor film having more uniform crystallinity in the entire region. Be modified.
【００２３】更に本発明の多結晶半導体薄膜の形成方法
においては、前記の多結晶半導体薄膜の形成方法により
得られた多結晶半導体薄膜に、前記パルス状レーザービ
ームが有する最大のエネルギー強度よりも大きなエネル
ギー強度を有するレーザービームを走査・照射するよう
にしたから、前記多結晶半導体薄膜中の転位及び点欠陥
等の結晶欠陥が緩和され、結晶性がより良好なものとな
る。Further, in the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film of the present invention, the polycrystalline semiconductor thin film obtained by the above-mentioned method for forming a polycrystalline semiconductor thin film has a larger energy intensity than the maximum energy intensity of the pulsed laser beam. Since the laser beam having the energy intensity is scanned and irradiated, crystal defects such as dislocations and point defects in the polycrystalline semiconductor thin film are relaxed, and the crystallinity becomes better.
【００２４】更に本発明の多結晶半導体薄膜の形成方法
においては、前記の多結晶半導体薄膜の形成方法により
得られた多結晶半導体薄膜に、水素をドーピングするよ
うにしたから、多結晶の粒界にあるダングリング・ボン
ドが補償され、結晶性がより良好なものとなる。Further, in the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film of the present invention, since the polycrystalline semiconductor thin film obtained by the above-mentioned method for forming a polycrystalline semiconductor thin film is doped with hydrogen, the polycrystalline grain boundaries are The dangling bond at 1 is compensated, and the crystallinity becomes better.
【００２５】更に本発明の薄膜トランジスタにおいて
は、その能動層が多結晶半導体薄膜からなる薄膜トラン
ジスタにおいて、前記多結晶半導体薄膜を前記の多結晶
半導体薄膜の形成方法により形成されたものにしたか
ら、その能動層がその全域において均一な結晶性を有す
る多結晶半導体薄膜で構成された，移動度のバラツキが
極めて小さい薄膜トランジスタを得ることができる。Further, in the thin film transistor of the present invention, in the thin film transistor whose active layer is composed of a polycrystalline semiconductor thin film, the polycrystalline semiconductor thin film is formed by the above-mentioned method for forming a polycrystalline semiconductor thin film. It is possible to obtain a thin film transistor whose layer is composed of a polycrystalline semiconductor thin film having uniform crystallinity over the entire region and has extremely small variation in mobility.
【００２６】更に本発明の薄膜トランジスタの製造方法
においては、その能動層が多結晶半導体薄膜からなる薄
膜トランジスタの製造方法において、前記多結晶半導体
薄膜を前記の多結晶半導体薄膜の形成方法により形成す
るようにしたから、前記の移動度のバラツキが極めて小
さい薄膜トランジスタを合理的に製造することができ
る。Further, in the method of manufacturing a thin film transistor of the present invention, in the method of manufacturing a thin film transistor whose active layer is composed of a polycrystalline semiconductor thin film, the polycrystalline semiconductor thin film is formed by the method of forming a polycrystalline semiconductor thin film. Therefore, it is possible to rationally manufacture the thin film transistor having the extremely small variation in mobility.
【００２７】[0027]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 （実施例１）図１は本発明の実施例１による多結晶半導
体薄膜の形成工程を示す工程断面図である。以下、この
図に従って多結晶半導体薄膜の形成工程を説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a process sectional view showing a process for forming a polycrystalline semiconductor thin film according to Embodiment 1 of the present invention. The process of forming the polycrystalline semiconductor thin film will be described below with reference to this figure.
【００２８】ガラス基板中の不純物の拡散を防ぐバッフ
ァー層としてのＳｉＯ2 膜（図示せず。）を被着したガ
ラス基板１（コ−ニング社製＃７０５９ガラス（商品
名））上に例えばシラン（ＳｉＨ4）と水素（Ｈ2）を原
料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により膜厚８５ｎ
ｍの非晶質シリコン薄膜２を形成し、次いでこの非晶質
シリコン薄膜２に波長３０８ｎｍ，パルス幅４５ｎｓｅ
ｃのＸｅＣｌエキシマ・レーザービーム３を各ショット
毎に所定ピッチＰにて定寸移動させながら溶融し、結晶
化して（図１（ａ））、非晶質シリコン薄膜２を多結晶
シリコン膜５に改質する（図１（ｂ））。For example, silane is formed on a glass substrate 1 (# 7059 glass (trade name) manufactured by Corning Co., Ltd.) on which a SiO 2 film (not shown) as a buffer layer for preventing diffusion of impurities in the glass substrate is adhered. A film thickness of 85 n is formed by the plasma CVD method using (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ) as source gases.
m amorphous silicon thin film 2 is formed, and then the amorphous silicon thin film 2 has a wavelength of 308 nm and a pulse width of 45 nse.
The XeCl excimer laser beam 3 of c is melted and crystallized while moving the XeCl excimer laser beam 3 at a predetermined pitch P for each shot (FIG. 1 (a)), and the amorphous silicon thin film 2 is converted into a polycrystalline silicon film 5. It is modified (FIG. 1 (b)).
【００２９】図３は膜厚８５ｎｍの非晶質シリコンにＸ
ｅＣｌエキシマレーザーを照射した時の紫外光の反射率
を示している。紫外光反射率は非晶質シリコンが多結晶
化することにより上昇するので、紫外光反射率の変化か
ら多結晶化の進行具合いを見積ることが出来る。この場
合、紫外光反射率は、レーザーのエネルギー強度（密
度）が約１６０ｍＪ／ｃｍ2 である時から上昇を始め、
約２５０ｍＪ／ｃｍ2 での時に飽和しているので、約１
６０ｍＪ／ｃｍ2 が前駆体である非晶質シリコン薄膜の
結晶化閾値エネルギー強度（密度）で、約２５０ｍＪ／
ｃｍ2 が完全結晶化エネルギー強度（密度）であること
がわかる。FIG. 3 shows X on amorphous silicon with a film thickness of 85 nm.
The reflectance of ultraviolet light when irradiated with eCl excimer laser is shown. Since the ultraviolet light reflectance increases due to the polycrystallization of amorphous silicon, the progress of polycrystallization can be estimated from the change in the ultraviolet light reflectance. In this case, the ultraviolet light reflectance starts to rise when the energy intensity (density) of the laser is about 160 mJ / cm 2 ,
It is saturated at about 250 mJ / cm 2 , so about 1
The crystallization threshold energy intensity (density) of the amorphous silicon thin film whose precursor is 60 mJ / cm 2 is about 250 mJ /
It can be seen that cm 2 is the complete crystallization energy intensity (density).
【００３０】本実施例では、前記波長３０８ｎｍ，パル
ス幅４５ｎｓｅｃのＸｅＣｌエキシマレーザー照射工程
において、レーザーのエネルギー強度（密度）を、完全
結晶化エネルギー強度（密度）２５０ｍＪ／ｃｍ2 より
やや高い２６０ｍＪ／ｃｍ2に設定して照射した。In this embodiment, the energy intensity (density) of the laser is 260 mJ / cm 2 which is slightly higher than the complete crystallization energy intensity (density) 250 mJ / cm 2 in the XeCl excimer laser irradiation process with the wavelength of 308 nm and the pulse width of 45 nsec. Irradiation was set at 2 .
【００３１】図４はこのパルス状ＸｅＣｌエキシマレー
ザーの設定エネルギー（密度）を２６０ｍＪ／ｃｍ2 に
した場合の、被照射体である非晶質シリコン表面におけ
る（１ショット目の）レーザーのエネルギー強度（密
度）のプロファイルである。図において、ＥTHは結晶化
閾値エネルギー強度（密度）、Ｅ0 は完全結晶化エネル
ギー強度（密度）、Ｘ(ＥTH)はレーザーのエネルギー
（密度）が結晶化閾値エネルギー強度（密度）ＥTHとな
る非晶質シリコン表面でのレーザーのエッジ端部（基準
点）からの位置、Ｘ(Ｅ0 )はレーザーのエネルギー強度
（密度）が完全結晶化エネルギー強度（密度）Ｅ0 とな
る非晶質シリコン表面でのレーザーのエッジ端部（基準
点）からの位置である。この図から、レーザーのエネル
ギー強度（密度）が結晶化閾値エネルギー強度（密度）
ＥTHである１６０ｍＪ／ｃｍ2 となる位置と、完全結晶
化エネルギー強度（密度）Ｅ0 である２５０ｍＪ／ｃｍ
2 となる位置との間の距離（長さ）が約１ｍｍであるこ
とが分かる。本実施例では、照射ピッチＰが、Ｐ≦ Ｘ
(Ｅ0)−Ｘ(ＥTH)＝１ｍｍを満たすもの、すなわち、照
射ピッチＰ１が１ｍｍ以下となるようパルス状ＸｅＣｌ
エキシマレーザーを各ショット毎に定寸移動させて、非
晶質シリコン薄膜２を溶融・結晶化することにより、極
めて均一な結晶性を有する多結晶シリコン膜５を得るこ
とができた。より詳細には、生産性を考慮して、照射ピ
ッチＰを１ｍｍに設定して照射を行った。図４中の一点
鎖線で示す特性線（プロファイル）ａ，ｂは、１ショッ
ト目のレーザー光（図中の実線の特性線（プロファイ
ル））を照射した後、照射ピッチＰを１ｍｍにして順次
照射した２ショット目，３ショット目のレーザー光の特
性線（プロファイル）を示している 尚、本実施例１では、レーザーの設定エネルギー強度
（密度）を２６０ｍＪ／ｃｍ2 にしたが、これに限定さ
れるものではなく、完全結晶化エネルギー強度（密度）
２５０ｍＪ／ｃｍ2 以上で、薄膜が爆発的な結晶化を示
すエネルギー強度（密度）である５００ｍＪ／ｃｍ2 以
下であればよい。FIG. 4 shows the energy intensity (first shot) of the laser (on the first shot) on the surface of the amorphous silicon which is the object to be irradiated, when the set energy (density) of this pulsed XeCl excimer laser is set to 260 mJ / cm 2. Density) profile. In the figure, ETH is the crystallization threshold energy intensity (density), E0 is the complete crystallization energy intensity (density), and X (ETH) is the amorphous state where the laser energy (density) is the crystallization threshold energy intensity (density) ETH. The position from the edge (reference point) of the laser on the quality silicon surface, X (E0) is the laser on the amorphous silicon surface where the energy intensity (density) of the laser is the complete crystallization energy intensity (density) E0. Is the position from the edge end (reference point) of. From this figure, the laser energy intensity (density) is the crystallization threshold energy intensity (density).
Position at which ETH is 160 mJ / cm 2 and perfect crystallization energy intensity (density) E 0 is 250 mJ / cm 2.
It can be seen that the distance (length) from the position of 2 is about 1 mm. In this embodiment, the irradiation pitch P is P ≦ X
(E0) -X (ETH) = 1 mm, that is, pulsed XeCl so that the irradiation pitch P1 is 1 mm or less.
The amorphous silicon thin film 2 was melted and crystallized by moving the excimer laser by a fixed amount for each shot, whereby the polycrystalline silicon film 5 having extremely uniform crystallinity could be obtained. More specifically, in consideration of productivity, irradiation was performed with the irradiation pitch P set to 1 mm. Characteristic lines (profiles) a and b indicated by alternate long and short dash lines in FIG. 4 are sequentially irradiated with the irradiation pitch P of 1 mm after irradiating the first shot laser beam (solid line characteristic line (profile) in the figure). The characteristic lines (profiles) of the laser light of the second and third shots are shown. In the first embodiment, the set energy intensity (density) of the laser is set to 260 mJ / cm2, but it is not limited to this. Not a thing, but a perfect crystallization energy intensity (density)
In 250 mJ / cm 2 or more, the thin film may be a is 500 mJ / cm 2 or less energy intensity showing the explosive crystallization (density).
【００３２】また、本実施例１では前駆体半導体薄膜と
しての非晶質シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ法により形
成したが、このプラズマＣＶＤ法による非晶質シリコン
薄膜は水素を含有するので、エキシマレーザーを照射す
る前に４００℃から４５０℃程度に加熱して膜中の水素
を除去することが好ましく、これにより、より均一な結
晶性の多結晶半導体膜を形成することができる。In Example 1, the amorphous silicon thin film as the precursor semiconductor thin film was formed by the plasma CVD method. Since the amorphous silicon thin film by the plasma CVD method contains hydrogen, the excimer laser is used. Before irradiation, it is preferable to heat the film to about 400 to 450 ° C. to remove hydrogen in the film, whereby a more uniform polycrystalline semiconductor film can be formed.
【００３３】（実施例２）図２は本発明の実施例２によ
る薄膜トランジスタの製造工程を示す工程別断面図であ
る。以下、この図に従って薄膜トランジスタの製造工程
を説明する。(Embodiment 2) FIG. 2 is a cross-sectional view showing the steps of manufacturing a thin film transistor according to Embodiment 2 of the present invention. The manufacturing process of the thin film transistor will be described below with reference to this drawing.
【００３４】先ず、前記実施例１の多結晶半導体膜の形
成工程と同様にして、ガラス基板中の不純物の拡散を防
ぐバッファー層としてのＳｉＯ2 膜（図示せず。）を被
着したガラス基板１（コ−ニング社製＃７０５９ガラス
（商品名））上に例えばシラン（ＳｉＨ4）と水素
（Ｈ2）を原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法によ
り膜厚８５ｎｍの非晶質シリコン薄膜２を形成し、次い
でこの非晶質シリコン薄膜２に波長３０８ｎｍ，パルス
幅４５ｎｓｅｃのＸｅＣｌエキシマ・レーザービーム３
を、設定エネルギー強度（密度）２６０ｍＪ／ｃｍ2 で
各ショット毎に１ｍｍピッチで定寸移動させながら照射
して溶融・結晶化させ（図２（ａ））、非晶質シリコン
薄膜２を多結晶シリコン膜（層）４に改変する（図２
（ｂ））。First, similarly to the step of forming the polycrystalline semiconductor film of Example 1, a glass substrate coated with a SiO 2 film (not shown) as a buffer layer for preventing diffusion of impurities in the glass substrate. An amorphous silicon thin film 2 having a thickness of 85 nm was formed on 1 (# 7059 glass (trade name) manufactured by Corning Co., Ltd.) by a plasma CVD method using silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ) as source gases. Then, the XeCl excimer laser beam 3 having a wavelength of 308 nm and a pulse width of 45 nsec is formed on the amorphous silicon thin film 2.
Are melted and crystallized by irradiating with a set energy intensity (density) of 260 mJ / cm 2 while moving a fixed size at a pitch of 1 mm for each shot (FIG. 2A), and the amorphous silicon thin film 2 is polycrystallized. Change to silicon film (layer) 4 (Fig. 2
(B)).
【００３５】次に、多結晶シリコン膜（層）４を覆うよ
うにＳｉＯ2 からなるゲート絶縁層５を常圧ＣＶＤ法を
用いて１００ｎｍの厚みで堆積形成し、続いてゲート絶
縁層５上に例えばスパッタ法によりクロム（Ｃｒ）膜を
被着し、フォトリソグラフィー及びエッチング技術を用
いてこのＣｒ膜をパターニングしてゲート電極６を形成
した後、このゲート電極６をマスクとして用いて、リ
ン，アルミニウム等のドナーとなる不純物元素、または
ボロン，砒素等のアクセプタとなる不純物元素を質量分
離を行わないイオンドーピング法，或いは，バケットタ
イプイオンドープ法（このバケットタイプイオンドープ
法は例えばExtended Abstracts of the 22nd (1990) In
ternational Conference on Solid State Devices and
Materials,p. 971または p.1197に記載されている。）
を用いてドーピングして、多結晶シリコン膜（層）４に
ソ−ス及びドレイン領域７及び８を作る（図２
（ｃ））。Next, a gate insulating layer 5 made of SiO 2 is deposited to a thickness of 100 nm by atmospheric pressure CVD so as to cover the polycrystalline silicon film (layer) 4, and is subsequently formed on the gate insulating layer 5. For example, a chromium (Cr) film is deposited by a sputtering method, the Cr film is patterned by using photolithography and etching techniques to form a gate electrode 6, and then the gate electrode 6 is used as a mask to remove phosphorus and aluminum. Ion doping method that does not perform mass separation of an impurity element such as a donor or an impurity element such as boron or arsenic that serves as an acceptor, or a bucket type ion doping method (this bucket type ion doping method is, for example, Extended Abstracts of the 22nd (1990) In
ternational Conference on Solid State Devices and
Materials, p. 971 or p. 1197. )
To form source and drain regions 7 and 8 in the polycrystalline silicon film (layer) 4 (FIG. 2).
(C)).
【００３６】次に、前記導入された不純物を活性化させ
るために多結晶シリコン膜（層）４を３００〜６００℃
程度で熱処理した後、ゲート絶縁層５及びゲート電極６
を覆うように、層間絶縁用として例えばＡＰ−ＣＶＤ法
によりＳｉＯ2 からなる層間絶縁層９を形成し、次いで
ゲート絶縁層５及び層間絶縁層９にコンタクト・ホ−ル
１０を形成し、この後、アルミニウム（Ａｌ）膜をスパ
ッタ法で堆積形成し、フォトリソグラフィー及びエッチ
ング技術を用いてこのアルミニウム（Ａｌ）膜をパター
ニングしてソース電極及びドレイン電極１１を形成する
と、多結晶シリコンＴＦＴが完成する（図２（ｄ））。Next, the polycrystalline silicon film (layer) 4 is heated to 300 to 600 ° C. to activate the introduced impurities.
After the heat treatment is performed to a degree, the gate insulating layer 5 and the gate electrode 6
To form an interlayer insulating layer 9 made of SiO 2 for interlayer insulating by, for example, AP-CVD method, and then a contact hole 10 is formed on the gate insulating layer 5 and the interlayer insulating layer 9. Then, an aluminum (Al) film is deposited and formed by a sputtering method, and the source and drain electrodes 11 are formed by patterning the aluminum (Al) film by using a photolithography and etching technique to complete a polycrystalline silicon TFT ( FIG. 2D).
【００３７】このような本実施例の多結晶シリコンＴＦ
Ｔは、能動層となる多結晶シリコン膜（層）４の結晶性
がその全域にわたって均一であることから、移動度のバ
ラツキが小さいものとなる。特に、前記製造工程におけ
るレーザー結晶化以降，ＴＦＴ完成までのいずれかの工
程の後に、水素をドーピングする工程もしくは水素雰囲
気下での熱処理（３００〜４００℃）工程もしくは水素
プラズマ処理工程を付加することにより、多結晶シリコ
ン膜（層）４における多結晶の粒界にあるダングリング
・ボンドが補償されて、結晶性の均一化がより高いレベ
ルでなされることとなり、ＴＦＴの移動度のバラツキは
３％程度の極めて小さいものとなる。また、前記工程で
は特に明記していないが、オフ特性を改善するためＬＤ
Ｄ（Lightly doped drain ）構造を採用することも可能
である。また、前記のボロン，砒素等のアクセプタとな
る不純物元素及びリン，アルミニウム等のドナーとなる
不純物元素の両方を選択的に用いることにより、Ｐチャ
ンネル及びＮチャンネルトランジスタを選択的に作成し
て、ＣＭＯＳ回路を基板上に作り込むことも可能であ
る。The polycrystalline silicon TF of this embodiment as described above is used.
Since T has uniform crystallinity of the polycrystalline silicon film (layer) 4 serving as an active layer over its entire area, T has a small variation in mobility. In particular, a step of doping hydrogen, a heat treatment (300 to 400 ° C.) in a hydrogen atmosphere, or a hydrogen plasma treatment step is added after any step from laser crystallization to TFT completion in the manufacturing process. As a result, dangling bonds at the grain boundaries of the polycrystalline silicon in the polycrystalline silicon film (layer) 4 are compensated, and the crystallinity is made uniform at a higher level. It becomes an extremely small value of about%. Although not specified in the above process, the LD is used to improve the off characteristics.
It is also possible to adopt a D (Lightly doped drain) structure. Further, by selectively using both the impurity element serving as an acceptor such as boron and arsenic and the impurity element serving as a donor such as phosphorus and aluminum, a P-channel transistor and an N-channel transistor are selectively formed to form a CMOS. It is also possible to build the circuit on the substrate.
【００３８】（実施例３）本実施例３は前記実施例２よ
りも更に能動層となる多結晶シリコン膜（層）の特性が
向上した薄膜トランジスタを得るために、前記実施例２
と同様にエキシマレーザーを設定エネルギー２６０ｍＪ
／ｃｍ2 で走査しながら非晶質シリコン薄膜２に照射し
て多結晶シリコン膜（層）４を得た後、この多結晶シリ
コン膜（層）４にエキシマレーザーを設定エネルギー強
度（密度）３９０ｍＪ／ｃｍ2 で走査しながら照射し
て、結晶内部の転位及び点欠陥等の結晶欠陥を減少さ
せ、この後、前記実施例２と同様にして薄膜トランジス
タに形成を行うものである。ここで、多結晶シリコン膜
（層）４に照射するエキシマレーザーの設定エネルギー
強度（密度）は、多結晶シリコン膜（層）４が溶融して
爆発的な結晶化を起こすエネルギー強度（密度）より小
さいもので、結晶の原子の配列状態が変化するに必要な
強度（密度）である。(Embodiment 3) In this embodiment 3, in order to obtain a thin film transistor in which the characteristics of a polycrystalline silicon film (layer) serving as an active layer are further improved as compared with the embodiment 2, the embodiment 2
The excimer laser is set to 260mJ in the same way as
The amorphous silicon thin film 2 is irradiated while scanning at a scanning speed of / cm 2 to obtain a polycrystalline silicon film (layer) 4, and then an excimer laser is applied to the polycrystalline silicon film (layer) 4 at a set energy intensity (density) of 390 mJ. / irradiated while scanning in cm 2, to reduce the crystal defects such as dislocations and point defects in the crystal interior, and thereafter, performs a formed thin film transistors in the same manner as in example 2. Here, the set energy intensity (density) of the excimer laser that irradiates the polycrystalline silicon film (layer) 4 is more than the energy intensity (density) at which the polycrystalline silicon film (layer) 4 melts and causes explosive crystallization. It is small, and is the strength (density) required for changing the arrangement state of the atoms of the crystal.
【００３９】尚、前記実施例２，３では、ゲート電極６
材料としてＣｒを用いたが、本発明においては、ゲート
電極材料として、アルミニウム（Ａｌ），タンタル（Ｔ
ａ），モリブデン（Ｍｏ），クロム（Ｃｒ）及びチタン
（Ｔｉ）から選ばれる１種の金属または２種以上の金属
の合金、不純物を多量に含む多結晶シリコン、多結晶Ｓ
ｉＧｅ合金を用いても同様の効果を得ることができる、
また、ゲート電極６をＩＴＯ（錫添加酸化インジウム）
膜等の透明導電層で構成しても同様の効果を得ることが
できる。In the second and third embodiments, the gate electrode 6
Although Cr is used as the material, aluminum (Al), tantalum (T) is used as the gate electrode material in the present invention.
a), molybdenum (Mo), chromium (Cr) and titanium (Ti), one metal or an alloy of two or more metals, polycrystalline silicon containing a large amount of impurities, and polycrystalline S
The same effect can be obtained by using iGe alloy,
Further, the gate electrode 6 is made of ITO (tin-added indium oxide).
The same effect can be obtained even if the transparent conductive layer such as a film is used.
【００４０】また、前記実施例２，３では、ソース電極
１１およびドレイン電極１２材料としてアルミニウム
（Ａｌ）を用いたが、本発明においては、ソース電極お
よびドレイン電極材料として、アルミニウム（Ａｌ），
タンタル（Ｔａ），モリブデン（Ｍｏ），クロム（Ｃ
ｒ）及びチタン（Ｔｉ）から選ばれる１種の金属または
２種以上の金属の合金を用いても同様の効果を得ること
ができる。Further, although aluminum (Al) was used as the material of the source electrode 11 and the drain electrode 12 in Examples 2 and 3, in the present invention, aluminum (Al) was used as the material of the source electrode and the drain electrode.
Tantalum (Ta), molybdenum (Mo), chromium (C
Similar effects can be obtained by using one kind of metal selected from r) and titanium (Ti) or an alloy of two or more kinds of metals.
【００４１】また、前記実施例２，３では、ゲート絶縁
層５をＳｉＯ2 からなるものとしたが、本発明において
は、例えば、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化アルミ
ニウム等の他の絶縁性物質によりゲート絶縁層を形成し
ても同様の効果を得ることができる。また、ゲート絶縁
層５の堆積方法としても、前記の常圧ＣＶＤ法に限定さ
れるものではなく、ＥＣＲ（Eiectron Cyclotron Reson
ance）−ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、
スパッタ法等を用いることができる。Although the gate insulating layer 5 is made of SiO 2 in the second and third embodiments, in the present invention, it may be made of other insulating material such as silicon nitride, tantalum oxide, and aluminum oxide. The same effect can be obtained by forming the gate insulating layer. Further, the method for depositing the gate insulating layer 5 is not limited to the atmospheric pressure CVD method described above, and may be ECR (Eiectron Cyclotron Resonance).
ance) -CVD method, low pressure CVD method, plasma CVD method,
A sputtering method or the like can be used.
【００４２】また、前記実施例１〜３ではＸｅＣｌエキ
シマレーザーを用いたが、本発明においてＫｒレーザ
ー，Ａｒレーザー等の他のレーザーアニール用光源を適
用できることは言うまでもない。Although the XeCl excimer laser is used in the first to third embodiments, it goes without saying that other laser annealing light sources such as a Kr laser and an Ar laser can be applied in the present invention.
【００４３】また、前記実施例１〜３では、結晶化閾値
エネルギー強度（密度）ＥTHが１６０ｍＪ／ｃｍ2 、完
全結晶化エネルギー強度（密度）Ｅ0 が２５０ｍＪ／ｃ
ｍ2であったが、これは非晶質半導体薄膜の材料，膜
厚，レーザーの種類等のパラメータに大きく依存するも
のであり、前記値に限定されるものではない。また、Ｘ
( Ｅ0)−Ｘ(ＥTH)は１ｍｍであったが、これもレーザー
ビームの設定エネルギー，ビーム径等に依存するもので
あり、前記値に限定されるものではない。In Examples 1 to 3, the crystallization threshold energy intensity (density) ETH is 160 mJ / cm 2 , and the complete crystallization energy intensity (density) E0 is 250 mJ / c.
Although it was m 2 , it largely depends on parameters such as the material of the amorphous semiconductor thin film, the film thickness, and the type of laser, and is not limited to the above value. Also, X
(E0) -X (ETH) was 1 mm, but this also depends on the set energy of the laser beam, the beam diameter, etc., and is not limited to the above value.
【００４４】また、前記実施例１〜３では、基板１とし
てコ−ニング社製＃７０５９ガラス（商品名）からなる
ガラス基板を用いたが、本発明においては他の材料組成
のガラス基板，石英基板またはサファイア基板等の他の
絶縁性基板を適用できることは言うまでもない。In Examples 1 to 3, a glass substrate made of Corning # 7059 glass (trade name) was used as the substrate 1, but in the present invention, a glass substrate having another material composition, quartz. It goes without saying that another insulating substrate such as a substrate or a sapphire substrate can be applied.
【００４５】また、前記実施例１〜３では、非晶質半導
体薄膜として非晶質シリコン層を用いたが、本発明にお
いては、他の非晶質半導体材料、例えば非晶質のゲルマ
ニウム（Ｇｅ），非晶質のシリコン・ゲルマニウム合金
（ＳｉＧｅ）等からなる非晶質半導体薄膜を適用できる
ことは言うまでもない。また、非晶質半導体材料の堆積
方法としてプラズマＣＶＤを用いたが、他の堆積方法、
例えば熱ＣＶＤ，ＥＣＲ−ＣＶＤ、リモートプラズマＣ
ＶＤ、スパッタ法等を適用できることは言うまでもな
い。In the first to third embodiments, an amorphous silicon layer is used as the amorphous semiconductor thin film, but in the present invention, another amorphous semiconductor material such as amorphous germanium (Ge) is used. ), And it is needless to say that an amorphous semiconductor thin film made of an amorphous silicon-germanium alloy (SiGe) or the like can be applied. Further, although plasma CVD is used as the deposition method of the amorphous semiconductor material, another deposition method,
For example, thermal CVD, ECR-CVD, remote plasma C
Needless to say, VD, sputtering method and the like can be applied.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
その全域において結晶性の均一化が図られた多結晶半導
体薄膜が形成することができる。また、本発明によれ
ば、移動度のバラツキが極めて小さい薄膜トランジスタ
を得ることができる。As described above, according to the present invention,
A polycrystalline semiconductor thin film having uniform crystallinity over the entire region can be formed. Further, according to the present invention, it is possible to obtain a thin film transistor with extremely small variation in mobility.
【図１】本発明の実施例１による多結晶半導体薄膜の形
成工程を示す工程断面図である。。FIG. 1 is a process sectional view showing a process for forming a polycrystalline semiconductor thin film according to a first embodiment of the present invention. .
【図２】本発明の実施例２による薄膜トランジスタの製
造工程を示す工程別断面図である。2A to 2D are cross-sectional views showing a manufacturing process of a thin film transistor according to a second embodiment of the present invention.
【図３】膜厚８５ｎｍの非晶質シリコンにＸｅＣｌエキ
シマレーザーを照射した時の紫外光反射率の照射エネル
ギー依存性を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing irradiation energy dependence of ultraviolet light reflectance when an amorphous silicon having a film thickness of 85 nm is irradiated with a XeCl excimer laser.
【図４】ＸｅＣｌエキシマレーザーの設定エネルギー
（密度）を２６０ｍＪ／ｃｍ2 にした場合の、被照射体
である非晶質シリコン表面におけるレーザーのエネルギ
ー強度（密度）のプロファイルを示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a profile of laser energy intensity (density) on the surface of the amorphous silicon that is an irradiation target when the set energy (density) of the XeCl excimer laser is set to 260 mJ / cm 2 .
【図５】従来の薄膜トランジスタの構成を示す断面図で
ある。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional thin film transistor.
【図６】図６(a) はエキシマレーザービームの１ショッ
トのビーム形状を模式的に示した図であり、図６(b) は
図６(a) のＡ−Ａ’線に対応するビームのエネルギー分
布を示した図である。6 (a) is a diagram schematically showing the beam shape of one shot of an excimer laser beam, and FIG. 6 (b) is a beam corresponding to the line AA ′ in FIG. 6 (a). It is the figure which showed the energy distribution of.
【図７】図７(a) は被アニール体（非晶質シリコン膜）
のレーザー照射面におけるレーザの照射状態を模式的に
示した図であり、図７(b) はこの照射方法により多結晶
化したシリコン膜を用いて薄膜トランジスタを形成した
場合の図７(a) Ｂ−Ｂ’線に対応する移動度の変化状態
を示した図である。FIG. 7A is an object to be annealed (amorphous silicon film).
FIG. 7 (b) is a diagram schematically showing the laser irradiation state on the laser irradiation surface of FIG. 7 (b) when a thin film transistor is formed using a silicon film polycrystallized by this irradiation method. It is the figure which showed the change state of the mobility corresponding to a -B 'line.
１ ガラス基板 ２ 非晶質シリコン層 ３ エキシマ・レーザー光 ４，４ａ 多結晶シリコン層 ５ ゲ−ト絶縁層 ６ ゲ−ト電極 ７ ソース領域 ８ ドレイン領域 ９ 層間絶縁層 １０ コンタクト・ホール １１ ソース電極 １２ ドレイン電極 1 Glass Substrate 2 Amorphous Silicon Layer 3 Excimer Laser Light 4, 4a Polycrystalline Silicon Layer 5 Gate Insulating Layer 6 Gate Electrode 7 Source Region 8 Drain Region 9 Interlayer Insulating Layer 10 Contact Hole 11 Source Electrode 12 Drain electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川村 哲也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 宮田 豊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tetsuya Kawamura 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Yutaka Miyata, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (6)
き半導体薄膜に、パルス状レーザービームを各ショット
毎にその前記半導体薄膜への照射領域が所定ピッチで移
動するよう照射して、前記半導体薄膜全域を溶融・結晶
化する多結晶半導体薄膜の形成方法において、 前記パルス状レーザービームの前記半導体薄膜への照射
領域の移動ピッチをＰとし、前記レーザービームのエネ
ルギー強度プロファイルにおける，前記多結晶化すべき
半導体薄膜の結晶化を開始させる強度ＥTHを与える前記
レーザービームの照射面での位置をＸ(ＥTH)とし、前記
多結晶化すべき半導体薄膜のその厚み方向の全体を完全
に結晶化させる強度Ｅ0 を与える前記レーザービームの
照射面での位置をＸ(Ｅ0) としたとき、下記式を満足す
るように、前記パルス状レーザービームの前記半導体薄
膜への照射領域を移動させることを特徴とする多結晶半
導体薄膜の形成方法。 【数１】 1. A semiconductor thin film to be polycrystallized formed on the main surface of a substrate is irradiated with a pulsed laser beam so that the irradiation region of the semiconductor thin film moves at a predetermined pitch for each shot, In the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film in which the entire semiconductor thin film is melted and crystallized, the movement pitch of an irradiation region of the pulsed laser beam onto the semiconductor thin film is set to P, and Let X (ETH) be the position on the irradiation surface of the laser beam that gives the intensity ETH that starts the crystallization of the semiconductor thin film to be crystallized, and completely crystallize the entire semiconductor thin film to be polycrystallized in its thickness direction. When the position on the irradiation surface of the laser beam that gives the intensity E0 is X (E0), the pulsed laser should satisfy the following formula. Method of forming a polycrystalline semiconductor thin film characterized by moving the irradiation region to the semiconductor thin film of the beam. [Equation 1]
状レーザービームを照射する前に、前記多結晶化すべき
半導体薄膜を加熱処理することにより当該半導体薄膜中
に含有されている水素を除去する請求項１に記載の多結
晶半導体薄膜の形成方法。2. The hydrogen contained in the semiconductor thin film is removed by heat-treating the semiconductor thin film to be polycrystallized before irradiating the semiconductor thin film to be polycrystallized with a pulsed laser beam. Item 2. A method for forming a polycrystalline semiconductor thin film according to Item 1.
成方法により得られた多結晶半導体薄膜に、前記パルス
状レーザービームが有する最大のエネルギー強度よりも
大きなエネルギー強度を有するレーザービームを走査・
照射する多結晶半導体薄膜の形成方法。3. The polycrystalline semiconductor thin film obtained by the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film according to claim 1, is scanned with a laser beam having an energy intensity higher than the maximum energy intensity of the pulsed laser beam.・
Method of forming polycrystalline semiconductor thin film for irradiation.
成方法により得られた多結晶半導体薄膜に、水素をドー
ピングする多結晶半導体薄膜の形成方法。4. A method for forming a polycrystalline semiconductor thin film, wherein the polycrystalline semiconductor thin film obtained by the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film according to claim 1 is doped with hydrogen.
薄膜トランジスタにおいて、 前記多結晶半導体薄膜が請求項１〜４のいずれかに記載
の多結晶半導体薄膜の形成方法により形成されたもので
あることを特徴とする薄膜トランジスタ。5. A thin film transistor whose active layer is composed of a polycrystalline semiconductor thin film, wherein the polycrystalline semiconductor thin film is formed by the method for forming a polycrystalline semiconductor thin film according to any one of claims 1 to 4. Is a thin film transistor.
薄膜トランジスタの製造方法において、 前記多結晶半導体薄膜を請求項１〜４のいずれかに記載
の多結晶半導体薄膜の形成方法により形成することを特
徴とする薄膜トランジスタの製造方法。6. A method of manufacturing a thin film transistor, the active layer of which is a polycrystalline semiconductor thin film, wherein the polycrystalline semiconductor thin film is formed by the method of forming a polycrystalline semiconductor thin film according to any one of claims 1 to 4. A method of manufacturing a thin film transistor having the characteristics.
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-
1995
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