JPH11121765A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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- JPH11121765A JPH11121765A JP10236992A JP23699298A JPH11121765A JP H11121765 A JPH11121765 A JP H11121765A JP 10236992 A JP10236992 A JP 10236992A JP 23699298 A JP23699298 A JP 23699298A JP H11121765 A JPH11121765 A JP H11121765A
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Landscapes
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
を有する半導体装置の製造方法、特に液晶表示装置やラ
インセンサ等に組込まれる大面積（大容量）ＬＳＩ等に
用いて好適な半導体装置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 of manufacturing a semiconductor device having a thin film transistor, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device suitable for use in a large-area (large-capacity) LSI incorporated in a liquid crystal display or a line sensor. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、薄膜トランジスタは、石英ガラ
ス等の絶縁基板上に、多結晶シリコン等の半導体薄膜を
被着形成し、この薄膜半導体層に例えばチャネルが形成
される活性領域や低抵抗のソース領域、ドレイン領域を
夫々形成して電界効果型トランジスタを構成するように
している。2. Description of the Related Art In general, a thin film transistor is formed by depositing a semiconductor thin film such as polycrystalline silicon on an insulating substrate such as quartz glass or the like. A field effect transistor is formed by forming a region and a drain region, respectively.
【０００３】ところで、薄膜トランジスタの基板として
は、従来より高融点の石英ガラスが一般に用いられてい
るが、材料費が嵩み高価となるため、石英ガラスより低
融点の通常の耐熱ガラスを基板に用いることが望まれて
いる。As a substrate of a thin film transistor, quartz glass having a high melting point has been generally used, but the material cost is high and the cost is high. Therefore, ordinary heat-resistant glass having a melting point lower than that of quartz glass is used for the substrate. It is desired.
【０００４】このような比較的低融点の耐熱ガラスを基
板に用いる場合には、薄膜トランジスタの製造工程中の
基板上の上限温度を基板ガラスの歪点以下とするような
低温プロセスが必要となる。When such a heat-resistant glass having a relatively low melting point is used for a substrate, a low-temperature process is required such that the upper limit temperature of the substrate during the manufacturing process of the thin film transistor is equal to or lower than the strain point of the substrate glass.
【０００５】しかしながら、このような低温プロセスに
おいては、特性の良好な活性領域を得ることは困難であ
る。即ち、基板上に例えばＣＶＤ（化学気相成長）法等
でシリコンを被着形成したのみでは、結晶粒径の小さな
トラップ密度の高い多結晶シリコン層が形成され、電気
的特性、特にしきい値電圧Ｖth、サブスレッショルド特
性、移動度μ、リーク電流の点で良好なものが得られな
い。However, in such a low-temperature process, it is difficult to obtain an active region having good characteristics. That is, only by depositing silicon on a substrate by, for example, a CVD (chemical vapor deposition) method or the like, a polycrystalline silicon layer having a small crystal grain size and a high trap density is formed, and the electrical characteristics, particularly the threshold voltage, are increased. Good voltage Vth, subthreshold characteristics, mobility μ, and leak current cannot be obtained.
【０００６】そのため、基板上に多結晶シリコン層を形
成した後、シリコンイオンＳｉ+ を注入して非晶質化
し、次いで低温アニール（６００℃程度）して結晶粒径
を大きくした多結晶シリコン層を得る方法が考えられて
いる。Therefore, after a polycrystalline silicon layer is formed on a substrate, silicon ions are implanted to make it amorphous by implantation of Si + , and then the polycrystalline silicon layer is grown at a low temperature (about 600 ° C.) to increase the crystal grain size. There is a way to get it.
【０００７】この場合には、比較的高性能の薄膜トラン
ジスタが得られるが、１０００℃の高温プロセスで製造
された薄膜トランジスタには及ばない。この原因は、多
結晶シリコン層の結晶粒径でなく、その粒界トラップ密
度が６００℃では充分改善されないからである。In this case, a relatively high performance thin film transistor can be obtained, but it is not as good as a thin film transistor manufactured by a high temperature process at 1000 ° C. The reason for this is that the grain boundary trap density is not sufficiently improved at 600 ° C., not the crystal grain size of the polycrystalline silicon layer.
【０００８】そこで、上記低温アニール後、Ａｒレーザ
で短時間のアニールを施して多結晶シリコン層のトラッ
プ密度を低減させる方法が考えられるが、このＡｒレー
ザは、波長が長く、連続発振（ＣＷ）のため、面による
照射が困難であり、大面積を有する膜厚１０００Å未満
の多結晶シリコン薄膜には適さない。Therefore, a method of reducing the trap density of the polycrystalline silicon layer by performing short-time annealing with an Ar laser after the low-temperature annealing described above is considered. This Ar laser has a long wavelength and continuous oscillation (CW). Therefore, it is difficult to irradiate the surface, and it is not suitable for a polycrystalline silicon thin film having a large area and a film thickness of less than 1000 °.
【０００９】ところが、最近、短波長のパルスを発振す
るエキシマレーザによるパルスレーザアニールが注目さ
れ、実用化されている。However, recently, pulse laser annealing using an excimer laser that oscillates short-wavelength pulses has attracted attention and has been put to practical use.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
エキシマレーザによるパルスレーザアニールは、照射領
域を瞬時に溶融して行っているため、特に大面積の多結
晶シリコン薄膜に対してアニールした場合、不連続面が
形成され、その後のデバイス作製に影響を及ぽすという
不都合があった。However, in the conventional pulse laser annealing using an excimer laser, since the irradiation area is melted instantaneously, the annealing is particularly difficult when annealing is performed on a large-area polycrystalline silicon thin film. There is a disadvantage that a continuous surface is formed, which affects subsequent device fabrication.
【００１１】即ち、エキシマレーザビームを光学的ホモ
ジナイザを介して多結晶シリコン薄膜に照射すると、１
０ｍｍ角以上の照射面積を得ることができ、これを走査
することによって、大面積アニールが可能となるが、上
述の如く、照射領域を溶融する程度のエネルギ密度（約
１Ｊ／ｃｍ2 ）で行なうため、各照射領域間で未溶融領
域が形成されるのを防止する目的で照射領域を１部重ね
て走査した場合、照射領域の重なった部分が更に溶融
し、結果的に多結晶シリコン薄膜表面が不連続面、即ち
凹凸面となってしまい、その後のデバイス作製に支障を
来すという不都合があった。That is, when the polycrystalline silicon thin film is irradiated with an excimer laser beam via an optical homogenizer, 1
An irradiation area of 0 mm square or more can be obtained, and by scanning this, large-area annealing can be performed. However, as described above, the irradiation is performed at an energy density (about 1 J / cm 2 ) that melts the irradiation area. For this reason, when scanning is performed with one part of the irradiation region overlapped in order to prevent the formation of an unmelted region between the irradiation regions, the overlapping portion of the irradiation region is further melted, and as a result, the surface of the polycrystalline silicon thin film is melted. Is a discontinuous surface, that is, an uneven surface, which hinders subsequent device fabrication.
【００１２】本発明は、このような点に鑑み成されたも
ので、その目的とするところは、液晶表示装置やライン
センサ等に用いられる大容量メモリ（メガビット級ＤＲ
ＡＭやＳＲＡＭ等）等の大面積を有する半導体装置の形
成をより効率よく、かつ特性の劣化を招来させることな
く行なうことができる半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a large-capacity memory (mega-bit DR) used for a liquid crystal display device, a line sensor, and the like.
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a semiconductor device having a large area such as an AM or an SRAM more efficiently and without causing deterioration in characteristics.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、絶縁基板１上に第１の多結晶シリコン薄膜５
を形成する方法と、この第１の多結晶シリコン薄膜５中
の結晶部分を溶融させないように制御された矩形状のレ
ーザビーム７を第１の多結晶シリコン薄膜５に照射して
第２の多結晶シリコン薄膜を形成する工程と、第２の多
結晶シリコン薄膜を能動層に有する薄膜トランジスタを
形成する工程を含む。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a first polycrystalline silicon thin film is formed on an insulating substrate.
And irradiating the first polycrystalline silicon thin film 5 with a rectangular laser beam 7 controlled so as not to melt the crystal part in the first polycrystalline silicon thin film 5, Forming a thin film transistor having a second polycrystalline silicon thin film as an active layer;
【００１４】また本発明は、上記半導体装置の製造方法
において、第１の多結晶シリコン薄膜５形成工程が、非
晶質シリコン薄膜４を形成する工程と、この非晶質シリ
コン薄膜４を結晶成長させる工程を含む。Further, according to the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device, the first polycrystalline silicon thin film 5 forming step includes a step of forming the amorphous silicon thin film 4 and a step of growing the amorphous silicon thin film 4 by crystal growth. Including the step of causing
【００１５】また本発明は、上記半導体装置の製造方法
において、レーザビーム７が第１の多結晶シリコン薄膜
５に対して照射領域１５が一部１７重なるように走査さ
れる。According to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device described above, the laser beam 7 is scanned so that the irradiation region 15 partially overlaps the first polycrystalline silicon thin film 5.
【００１６】また本発明は、上記半導体装置の製造方法
において、レーザビーム７をパルスレーザとする。According to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the laser beam 7 is a pulse laser.
【００１７】上述の本発明の方法によれば、第１の多結
晶シリコン薄膜５中の結晶部分を溶融させないように制
御された矩形状のレーザビーム７を照射して第２の多結
晶シリコン薄膜を形成するので、結晶部分は溶融せずに
微小欠陥のみ改善された第２の多結晶シリコン薄膜が形
成される。このとき、レーザビーム７が矩形状７Ｓであ
るため大面積を走査するのに好適であり、大面積の多結
晶シリコン薄膜５の微小欠陥を改善することができる。
即ち、従来達成できなかった大面積を有する多結晶シリ
コン薄膜に対する膜質向上を目的としたアニールを実現
させることができる。According to the above-described method of the present invention, the second polycrystalline silicon thin film 5 is irradiated with the rectangular laser beam 7 controlled so as not to melt the crystal part in the first polycrystalline silicon thin film 5. Is formed, so that the second polycrystalline silicon thin film in which only the micro defects are improved without melting the crystal part is formed. At this time, since the laser beam 7 has a rectangular shape 7S, it is suitable for scanning a large area, and it is possible to improve minute defects in the large-area polycrystalline silicon thin film 5.
That is, it is possible to realize annealing for the purpose of improving the film quality of a polycrystalline silicon thin film having a large area, which cannot be achieved conventionally.
【００１８】そして、上述のように微小欠陥が改善され
てトラップ密度が低減された第２の多結晶シリコン薄膜
を能動層に有して薄膜トランジスタを形成するので、大
面積を有する半導体装置、例えば液晶表示装置やライン
センサ等に用いられる大容量メモリ（メガビット級ＤＲ
ＡＭやＳＲＡＭ等）等の形成をより効率よく、かつ特性
の劣化を招来させることなく行なうことができる。Since the thin film transistor is formed by using the second polycrystalline silicon thin film having the fine defects improved and the trap density reduced as described above in the active layer, a semiconductor device having a large area, such as a liquid crystal, Large-capacity memory (mega-bit class DR used for display devices, line sensors, etc.)
AM, SRAM, etc.) can be formed more efficiently and without deteriorating characteristics.
【００１９】また、第１の多結晶シリコン薄膜５形成工
程が、非晶質シリコン薄膜４を形成する工程と、この非
晶質シリコン薄膜４を結晶成長させる工程を含むときに
は、レーザビーム７の照射前に予め第１の多結晶シリコ
ン薄膜５の結晶粒径を大きくして、トラップ密度を小さ
くしておくことができる。When the step of forming the first polycrystalline silicon thin film 5 includes a step of forming the amorphous silicon thin film 4 and a step of growing the amorphous silicon thin film 4, the irradiation of the laser beam 7 is performed. The trap density can be reduced by increasing the crystal grain size of the first polycrystalline silicon thin film 5 beforehand.
【００２０】また、レーザビーム７が第１の多結晶シリ
コン薄膜５に対して照射領域１５が一部重なるように走
査されるときには、照射領域１５間で欠陥が改善されて
いない領域が形成されることを防止することができる。When the laser beam 7 is scanned so that the irradiation region 15 partially overlaps the first polycrystalline silicon thin film 5, a region in which defects are not improved between the irradiation regions 15 is formed. Can be prevented.
【００２１】また、矩形状のレーザビーム７をパルスレ
ーザとすることにより、面による照射が可能となり大面
積の照射を行うことができる。Further, by using the rectangular laser beam 7 as a pulsed laser, it is possible to irradiate on a surface and irradiate a large area.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を参照しながら
本発明の実施の形態を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
【００２３】図１は、本実施の形態に係る半導体装置の
製造方法を示す工程図である。以下順を追ってその工程
を説明する。FIG. 1 is a process chart showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment. The steps will be described below in order.
【００２４】まず、図１Ａに示すように、例えば耐熱ガ
ラスより成る絶縁基板１上に膜厚１０００Å程度のＳｉ
Ｏ2 膜２を形成したのち、該ＳｉＯ2 膜２上に膜厚８０
０Å程度の多結晶シリコン薄膜３を例えばＣＶＤ法等で
被着形成する。First, as shown in FIG. 1A, an insulating substrate 1 made of, for example, heat-resistant glass is
After forming the O 2 film 2, a film thickness of 80 is formed on the SiO 2 film 2.
A polycrystalline silicon thin film 3 of about 0 ° is formed by, for example, a CVD method.
【００２５】次に、図１Ｂに示すように、多結晶シリコ
ン薄膜３に対してシリコンイオンＳｉ+ をイオン注入し
て多結晶シリコン薄膜３を非晶質シリコン薄膜４に変化
させる。このときのＳｉ+ のイオン注入条件としては、
例えば打込みエネルギ約４０ｋｅＶとし、打込みドーズ
量を１．５×１０-15 ｃｍ-2程度とする。Next, as shown in FIG. 1B, silicon ions Si + are ion-implanted into the polycrystalline silicon thin film 3 to change the polycrystalline silicon thin film 3 into an amorphous silicon thin film 4. At this time, Si + ion implantation conditions include:
For example, the implantation energy is about 40 keV, and the implantation dose is about 1.5 × 10 −15 cm −2 .
【００２６】次に、図１Ｃに示すように、非晶質シリコ
ン薄膜４に対して例えば６００℃、３０時間の低温熱処
理を施して結晶成長させ、図示する如く結晶粒の大きな
多結晶シリコン薄膜５を形成する。このとき、多結晶シ
リコン薄膜５は、粒径は成長するが、粒界のトラップ密
度は悪い（高い）。Next, as shown in FIG. 1C, the amorphous silicon thin film 4 is subjected to a low-temperature heat treatment at, eg, 600 ° C. for 30 hours to grow crystals, and as shown in FIG. To form At this time, the polycrystalline silicon thin film 5 grows in grain size, but has a low (high) trap density at the grain boundary.
【００２７】次に、図１Ｄに示すように、多結晶シリコ
ン薄膜５上に膜厚５００Å程度のＳｉＯ2 膜６を例えば
ＣＶＤ法等で被着形成する。Next, as shown in FIG. 1D, an SiO 2 film 6 having a thickness of about 500 ° is formed on the polycrystalline silicon thin film 5 by, eg, CVD.
【００２８】次に、図１Ｅに示すように、多結晶シリコ
ン薄膜５に対して希ガス・ハライドエキシマレーザビー
ム７を照射してトラップ密度の低減化を目的としたアニ
ールを行なう。Next, as shown in FIG. 1E, the polycrystalline silicon thin film 5 is irradiated with a rare gas / halide excimer laser beam 7 to perform annealing for the purpose of reducing the trap density.
【００２９】本実施の形態では、図２に示すように、希
ガス・ハライドエキシマレーザ光源８として波長３０８
ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ光源を用い、該レーザ光
源８からのビーム７をワークステーション、図示の例で
は、ミラー９、アッテネータ１０、ミラー１１及び１
２、ビームホモジナイザ１３を介してステージ１４上に
載置されたウェハ（図示せず）上の多結晶シリコン薄膜
５に照射する。In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the rare gas halide excimer laser light source 8 has a wavelength of 308.
nm XeCl excimer laser light source, and a beam 7 from the laser light source 8 is transmitted to a workstation, in the illustrated example, a mirror 9, an attenuator 10, mirrors 11 and 1
2. Irradiate the polycrystalline silicon thin film 5 on the wafer (not shown) mounted on the stage 14 via the beam homogenizer 13.
【００３０】このとき、ビームホモジナイザ１３を経て
照射されたビーム７は、そのビームプロファイルが広範
囲にわたり極めて均一となり、ビームスポット７Ｓの形
状が図２の拡大図で示すように、１０ｍｍ角の矩形状の
照射面積を有するものとなる。At this time, the beam 7 irradiated through the beam homogenizer 13 has a very uniform beam profile over a wide range, and the beam spot 7S has a rectangular shape of 10 mm square as shown in the enlarged view of FIG. It has an irradiation area.
【００３１】また、ビーム７は、その照射温度が、多結
晶シリコン薄膜５を溶融させない程度の温度、即ち非晶
質シリコンの融点より高く、単結晶シリコンの融点より
低くなるようにそのエネルギ密度を設定する。本実施の
形態（８００Å厚の多結晶シリコン薄膜５、５００Å厚
のＳｉＯ2 膜６）では、３００ｍＪ／ｃｍ2 より近い密
度に設定する。The energy density of the beam 7 is set so that the irradiation temperature is such that the polycrystalline silicon thin film 5 is not melted, that is, higher than the melting point of amorphous silicon and lower than the melting point of single crystal silicon. Set. In the present embodiment (the polycrystalline silicon thin film 5 having a thickness of 800 mm and the SiO 2 film 6 having a thickness of 500 mm), the density is set to be closer to 300 mJ / cm 2 .
【００３２】そして、本実施の形態では、ステージ１４
又はビームホモジナイザ１３を相対的に移動させてビー
ムスポット７Ｓをステージ１４上の多結晶シリコン薄膜
５に対して走査させる。このようにすれば、大面積を有
する多結晶シリコン薄膜５に対しレーザビーム７による
大面積アニールを行なうことができる。In the present embodiment, the stage 14
Alternatively, the beam homogenizer 13 is relatively moved to scan the beam spot 7S with respect to the polycrystalline silicon thin film 5 on the stage 14. In this way, large-area annealing with laser beam 7 can be performed on polycrystalline silicon thin film 5 having a large area.
【００３３】図３は、２０ｍｍ角の矩形状セル（多結晶
シリコン薄膜）５に対し、１０ｍｍ角のビームスポット
を走査させる例を示したもので、まず、図３Ａに示すよ
うに、ビームスポットをセル５に対し番号１，２，３，
４の順に走査させる。このときはまだ照射領域１５の境
界１６において未照射部分が存在し、セル５表面は不連
続となっている。FIG. 3 shows an example in which a 20 mm square rectangular cell (polycrystalline silicon thin film) 5 is scanned with a 10 mm square beam spot. First, as shown in FIG. Numbers 1, 2, 3, for cell 5
Scan in the order of 4. At this time, an unirradiated portion still exists at the boundary 16 of the irradiation region 15, and the surface of the cell 5 is discontinuous.
【００３４】次に、図３Ｂに示すように、ビームスポッ
トをセル５に対し番号５，６，７，８の順に走査し、更
に、図３Ｃの番号９で示すように、セル５の中央部分を
照射する。この段階で完全に未照射部分がなくなりセル
５表面に存していた不連続部分は消失する。また、ビー
ム７のエネルギ密度を上述の加く設定したので、最初の
照射領域（番号１，２，３，４で示す領域）１５及び照
射領域１５が重なった領域（番号５，６，７，８，９で
示す領域）１７における結晶部分は溶けず微小欠陥のみ
改善され、多結晶シリコン薄膜５中の結晶の溶融に伴う
不連続面は形成されない。Next, as shown in FIG. 3B, the beam spot is scanned on the cell 5 in the order of numbers 5, 6, 7, and 8, and further, as shown by the number 9 in FIG. Is irradiated. At this stage, the unirradiated portion completely disappears, and the discontinuous portion existing on the surface of the cell 5 disappears. In addition, since the energy density of the beam 7 is set to be the above-mentioned, the first irradiation area (the area indicated by the numbers 1, 2, 3, and 4) 15 and the area where the irradiation area 15 overlaps (the numbers 5, 6, 7, and The crystal part in regions (regions indicated by 8 and 9) 17 is not melted and only the microdefects are improved, and no discontinuous plane is formed due to the melting of the crystal in the polycrystalline silicon thin film 5.
【００３５】上記の例は、エネルギ密度を一定にしてビ
ーム７を照射したが、番号５，６，７，８，９で示す領
域１７を照射する際のエネルギ密度を番号１，２，３，
４で示す領域１５を照射する際のエネルギ密度より低く
設定してもよい。In the above example, the beam 7 is irradiated with the energy density kept constant, but the energy density when irradiating the area 17 indicated by the numbers 5, 6, 7, 8, 9 is changed to the numbers 1, 2, 3,
4 may be set lower than the energy density when irradiating the region 15.
【００３６】また、走査順序としては、上記の例のほ
か、図４に示すように行ってもよい。この場合において
も、照射領域及び照射領域が重なった領域における結晶
部分は溶けず微小欠陥のみ改善され、不連続面は形成さ
れない。The scanning order may be as shown in FIG. 4 in addition to the above example. Also in this case, the crystal part in the irradiation region and the region where the irradiation region overlaps is not melted, and only the minute defect is improved, and no discontinuous surface is formed.
【００３７】この工程以降は、素子形成領域の分離、素
子形成領域へのデバイス作製等が行なわれて本実施の形
態に係る電気的特性が改善されたＬＳＩを得る。After this step, separation of the element formation region, device fabrication in the element formation region, and the like are performed to obtain an LSI with improved electrical characteristics according to the present embodiment.
【００３８】上述の如く本実施の形態によれば、図１Ｅ
において、ＸｅＣｌエキシマレーザビーム７によるアニ
ール処理時、ビーム７の照射温度が多結晶シリコン薄膜
５中の結晶の溶融温度より低くなるように、即ち非晶質
シリコンの融点より高く、単結晶シリコンの融点より低
くなるようにビーム７のエネルギ密度を設定し、更にビ
ームホモジナイザ１３によりビームスポット７Ｓの形状
を例えば１０ｍｍ角の矩形状にし、そしてこのビームス
ポット７Ｓを多結晶シリコン薄膜５に対し、一部が重な
るように走査するようにしたので、ビーム７の照射領域
１５及び照射領域１５が重なった領域１７における結晶
部分は溶けず微小欠陥のみ改善される。According to the present embodiment as described above, FIG.
In the annealing process using the XeCl excimer laser beam 7, the irradiation temperature of the beam 7 is set lower than the melting temperature of the crystal in the polycrystalline silicon thin film 5, that is, higher than the melting point of amorphous silicon and the melting point of single crystal silicon. The energy density of the beam 7 is set so as to be lower, and the beam spot 7S is made into a rectangular shape of, for example, 10 mm square by the beam homogenizer 13, and this beam spot 7S is partially formed with respect to the polycrystalline silicon thin film 5. Since the scanning is performed so as to overlap, the crystal portion in the irradiation area 15 of the beam 7 and the crystal area 17 where the irradiation area 15 overlaps is not melted, and only the minute defect is improved.
【００３９】その結果、大面積を有する多結晶シリコン
薄膜５表面に未照射及び結晶部分の溶融に伴う不連続面
（凹凸面）を形成することなく、多結晶シリコン薄膜５
のトラップ密度を低減することができ、従来達成できな
かった大面積を有する多結晶シリコン薄膜５の膜質向上
を目的としたアニールを実現させることができ、液晶表
示装置やラインセンサ等に用いられる大容量メモリ（メ
ガビット級ＤＲＡＭやＳＲＡＭ等）の形成をより効率よ
く、かつ特性の劣化を招来させることなく行なうことが
できる。As a result, the surface of the polycrystalline silicon thin film 5 having a large area does not form a discontinuous surface (irregular surface) due to the non-irradiation and melting of the crystal portion, and the polycrystalline silicon thin film
Can be reduced, and annealing for the purpose of improving the film quality of the polycrystalline silicon thin film 5 having a large area, which cannot be achieved conventionally, can be realized. It is possible to more efficiently form a capacity memory (Megabit DRAM, SRAM, etc.) without deteriorating characteristics.
【００４０】また、ビーム７のエネルギ密度を上述の加
く多結晶シリコン薄膜５中の結晶が溶融しない程度の照
射温度となるように設定したので、レーザ出力に関する
負担を軽減することができると共に、多層構造のメモリ
セルを作製する場合、下部のトランジスタの特性を劣化
させることなく、即ち不純物領域を必要以上に拡散させ
ることなく上部のトランジスタを形成することができ
る。Further, since the energy density of the beam 7 is set so that the irradiation temperature does not melt the crystal in the polycrystalline silicon thin film 5 to be added, the load on the laser output can be reduced. When a memory cell having a multilayer structure is manufactured, an upper transistor can be formed without deteriorating characteristics of a lower transistor, that is, without unnecessarily diffusing an impurity region.
【００４１】また、エキシマレーザビーム７による多結
晶シリコン薄膜５へのアニール処理時、図１Ｅに示すよ
うに、多結晶シリコン薄膜５上にＳｉＯ2 膜６を形成し
てから行なうようにしたので、ＳｉＯ2 膜６が一種の反
射防止膜となり（即ち、多結晶シリコン薄膜５に直接Ｘ
ｅＣｌエキシマレーザビーム７を照射すると、表面にお
いて約７０％が反射されてしまうが、ＳｉＯ2 膜６を介
して照射するとほとんど反射されない）、多結晶シリコ
ン薄膜５へのアニール効率をより高めることができ、膜
中のトラップ密度の低減化をより一層図ることができ
る。Further, the annealing process for the polycrystalline silicon thin film 5 by the excimer laser beam 7 is performed after forming the SiO 2 film 6 on the polycrystalline silicon thin film 5 as shown in FIG. 1E. The SiO 2 film 6 becomes a kind of anti-reflection film (that is, X
When irradiated with the eCl excimer laser beam 7, about 70% is reflected on the surface, but hardly reflected when irradiated via the SiO 2 film 6), so that the efficiency of annealing the polycrystalline silicon thin film 5 can be further improved. In addition, the trap density in the film can be further reduced.
【００４２】[0042]
【発明の効果】本発明に係る半導体装置の製造方法は、
第１の多結晶シリコン薄膜中の結晶部分を溶融させない
ように制御された矩形状のレーザビームを照射して第２
の多結晶シリコン薄膜を形成するようにしたので、結晶
部分は溶融せずに微小欠陥のみ改善された第２の多結晶
シリコン薄膜が形成され、大面積を有する多結晶シリコ
ン薄膜に対して不連続な部分を形成することなく膜質向
上が図られる。According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
The second portion is irradiated with a rectangular laser beam controlled so as not to melt the crystal portion in the first polycrystalline silicon thin film.
Is formed, a second polycrystalline silicon thin film in which only crystal defects are improved without melting the crystal portion is formed, and the polycrystalline silicon thin film having a large area is discontinuous. The film quality can be improved without forming any unnecessary portions.
【００４３】そして、上述のように微小欠陥が改善され
てトラップ密度が低減された第２の多結晶シリコン薄膜
を能動層に有して薄膜トランジスタを形成するので、大
面積を有する半導体装置、例えば液晶表示装置やライン
センサ等に用いられる大容量メモリ（メガビット級ＤＲ
ＡＭやＳＲＡＭ等）等の形成をより効率よく、かつ特性
の劣化を招来させることなく行なうことができる。Since the active layer has the second polycrystalline silicon thin film in which the fine defects are improved and the trap density is reduced as described above, the thin film transistor is formed. Large-capacity memory (mega-bit class DR used for display devices, line sensors, etc.)
AM, SRAM, etc.) can be formed more efficiently and without deteriorating characteristics.
【図１】Ａ〜Ｅ 本発明の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を示す工程図である。1A to 1E are process diagrams showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;
【図２】本発明の実施の形態に係るレーザアニール処理
を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a laser annealing process according to the embodiment of the present invention.
【図３】Ａ〜Ｃ 本発明の実施の形態に係る走査順序を
示す工程図である。3A to 3C are process diagrams showing a scanning order according to the embodiment of the present invention.
【図４】Ａ〜Ｃ 本発明の実施の形態に係る他の走査順
序を示す工程図である。FIGS. 4A to 4C are process diagrams showing another scanning order according to the embodiment of the present invention.
１ 絶縁基板、２，６ ＳｉＯ2 膜、３，５ 多結晶シ
リコン薄膜、４ 非晶質シリコン薄膜、７ レーザビー
ム、７Ｓ ビームスポット、８ 光源、９，１１，１２
ミラー、１０ アッテネータ、１３ ビームホモジナ
イザ、１４ ステージ、１５ 照射領域、１７ 照射領
域が重なった領域Reference Signs List 1 insulating substrate, 2,6 SiO 2 film, 3,5 polycrystalline silicon thin film, 4 amorphous silicon thin film, 7 laser beam, 7S beam spot, 8 light source, 9, 11, 12
Mirror, 10 attenuator, 13 beam homogenizer, 14 stage, 15 irradiation area, 17 area where irradiation area overlaps
Claims (4)
を形成する方法と、 前記第１の多結晶シリコン薄膜中の結晶部分を溶融させ
ないように制御された矩形状のレーザビームを前記第１
の多結晶シリコン薄膜に照射して第２の多結晶シリコン
薄膜を形成する工程と、 前記第２の多結晶シリコン薄膜を能動層に有する薄膜ト
ランジスタを形成する工程を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。1. A method for forming a first polycrystalline silicon thin film on an insulating substrate, and a method for forming a rectangular laser beam which is controlled so as not to melt a crystal part in the first polycrystalline silicon thin film. 1
Irradiating the polycrystalline silicon thin film to form a second polycrystalline silicon thin film; and forming a thin film transistor having the second polycrystalline silicon thin film in an active layer. Production method.
が、非晶質シリコン薄膜を形成する工程と、この非晶質
シリコン薄膜を結晶成長させる工程を含むことを特徴と
する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein said first polycrystalline silicon thin film forming step includes a step of forming an amorphous silicon thin film, and a step of crystal growing said amorphous silicon thin film. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
シリコン薄膜に対して照射領域が一部重なるように走査
されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の
製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the laser beam is scanned such that an irradiation area partially overlaps the first polycrystalline silicon thin film.
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造
方法。4. The method according to claim 1, wherein the laser beam is a pulse laser.
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