Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3741791B2 - Semiconductor film crystallization method and thin film transistor manufacturing method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3741791B2 - Semiconductor film crystallization method and thin film transistor manufacturing method - Google Patents

Semiconductor film crystallization method and thin film transistor manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP3741791B2
JP3741791B2 JP25277596A JP25277596A JP3741791B2 JP 3741791 B2 JP3741791 B2 JP 3741791B2 JP 25277596 A JP25277596 A JP 25277596A JP 25277596 A JP25277596 A JP 25277596A JP 3741791 B2 JP3741791 B2 JP 3741791B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor film
pulsed laser
energy density
density
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP25277596A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH1097993A (en
Inventor
清一郎 東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP25277596A priority Critical patent/JP3741791B2/en
Publication of JPH1097993A publication Critical patent/JPH1097993A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3741791B2 publication Critical patent/JP3741791B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体膜をアニールしてその結晶化を図るための半導体膜の結晶化方法、およびこの結晶化方法を用いた薄膜トランジスタの製造方法に関するものである。更に詳しくは、レーザ溶融結晶化法を利用した半導体膜の結晶化技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置のアクティブマトリクス基板では、基板にガラス基板を用いることができるよう低温プロセスによって薄膜トランジスタ(以下、TFTという。)を製造することが望まれている。ここで、TFTのチャネル領域等を形成するのに必要なシリコン膜のうち、アモルファスシリコン膜については低温プロセスによって成膜できるものの、TFTの移動度が低いという欠点がある。
【0003】
そこで、基板上のアモルファスシリコン膜にレーザ光を照射して溶融結晶化するレーザ溶融結晶化法が検討されている。ここで、レーザ光のエネルギー密度はアモルファスシリコンが多結晶シリコンに転移するのに十分なレベルに設定された後、一定のエネルギー密度で照射される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレーザ溶融結晶化法では、照射時間などが種々検討されているものの、シリコン膜の結晶化度と表面粗さ特性の双方の特性をこれ以上向上させることができないという問題点がある。すなわち、レーザ溶融結晶化法においては、図1に示すように、エネルギー密度Eを増加させていくと、「▲」および一点鎖線L1で示すEc 以上でシリコン膜に溶融凝固が起きて多結晶化する。ここで、エネルギー密度Eを増加させるほど、その多結晶化が進むが、エネルギー密度Eが「□」および点線L2で示すEa を越えるとシリコン膜は微結晶化し、移動度の低下と表面の粗れが起きてしまう。このような現象の詳細なメカニズムは解明されていないものの、これまで検討してきたレーザ溶融結晶化の条件検討では上記の微結晶化と表面の粗れの発生により、シリコン膜の結晶化度と表面粗さの双方の特性をこれ以上向上させるのが限界となっている。
【0005】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、レーザ溶融結晶化にこれまで検討されていなかった条件を考慮することにより、半導体膜表面を粗らすことなく、結晶化度をさらに高めることのできる半導体膜の結晶化方法、それを用いたTFTの製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体膜の結晶化方法では、基板上の半導体膜に対してパルス発振レーザ光を照射して前記半導体膜を結晶化するにあたって、前記半導体膜の膜厚を30nmから80nmまでの範囲とし、あらかじめパルス発振レーザ光をシングルショットで照射した時に、前記半導体膜が完全溶融するエネルギー密度の下限値を設定しておき、前記半導体膜からみて前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向を持ち、かつ、前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度での照射時には前記下限値を越えない条件で、前記半導体膜に前記パルス発振レーザ光を照射することを特徴とする。
【0007】
この場合に、前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度での照射時には前記半導体膜の完全溶融するエネルギー密度を越えない条件に設定される。
【0008】
本発明では、基板上の半導体膜に対していきなり高密度のパルス発振レーザ光を照射するのではなく、半導体膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向をもつ条件でパルス発振レーザ光を照射する。かつ、前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度での照射時には前記半導体膜の溶融するエネルギー密度を越えない条件に設定される。このようにレーザ照射を行うと、従来のレーザ溶融結晶化では微結晶化が起きて移動度の低下や表面の粗れが起きてしまうような高密度のレーザ光を照射しても微結晶化が起きない。それ故、最終的に照射できるパルス発振レーザ光のエネルギー密度を高く設定できるので、結晶化度を向上させることができる。
【0009】
本発明では、前記半導体膜からみて前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向をもつ条件で前記半導体膜に前記パルス発振レーザ光を照射した後、前記半導体膜からみて前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度から低密度にシフトする傾向をもつ条件で前記半導体膜に前記パルス発振レーザ光を照射することが好ましい。
【0010】
本発明では、前記半導体膜からみて前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度を高密度で照射した後、さらに該高密度状態で前記パルス発振レーザ光を前記半導体膜に少なくとも1回以上照射することが好ましい。このようなレーザ照射条件を採用すると、レーザ照射時のエネルギー密度にばらつきがあっても、高密度のレーザ照射の繰り返しによって上記のばらつきが吸収されるので、結晶化度にばらつきのない半導体膜を得ることができる。
【0011】
本発明において、前記半導体膜に対する前記パルス発振レーザ光の照射領域を相対移動させていく際には、パルス毎の照射領域が重なり合うように移動させていくことが好ましい。このように構成すると、大面積の基板上に形成した半導体膜を結晶化する場合でも重ね合わせ部分での結晶化度や表面粗さの不連続性を低減できる。
【0012】
本発明では、前記半導体膜の膜厚を30nmから80nmまでの範囲とすることが好ましい。特に、TFTを製造する場合には少なくともチャネル領域を構成する半導体膜の膜厚を30nmから80nmまでの範囲とすることが好ましい。同じエネルギー密度のレーザ照射を行った場合でも、膜厚が30nm未満というように薄すぎると、多結晶化した半導体膜が非晶質に変わってしまうからである。また、半導体膜の膜厚が80nmを越えるほど厚すぎると、厚さ方向でシリコン膜の結晶粒径にばらつきが発生してしまうからである。
【0013】
本発明では、前記半導体膜の薄膜トランジスタ形成予定領域に対して選択的に、前記パルス発振レーザ光を照射することを特徴とする。
このような半導体膜の結晶化方法は、工程の短縮化等に効果がある。
本発明の半導体膜の結晶化方法は、それによって得た結晶性の半導体膜からTFTを形成するのに利用でき、このようにして製造されたTFTは、たとえば液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板上に製造される。
【0014】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【0015】
[実施の形態1]
本発明のいずれの形態でもアモルファスシリコン膜をレーザ溶融結晶化法により多結晶化させる。このレーザ溶融結晶化法では、図1に示すように、エネルギー密度Eを増加させていくと、「▲」および一点鎖線L1で示すEc 以上でシリコン膜に溶融凝固が起きて多結晶化する。ここで、エネルギー密度Eを増加させるほど、その多結晶化が進むが、エネルギー密度Eが「□」および点線L2で示すEa を越えるとシリコン膜は微結晶化し、移動度の低下と表面の粗れが起きてしまう。また、シリコン膜の膜厚が薄い場合には、エネルギー密度EがEa を越えなくても、エネルギー密度Eが「○」および二点鎖線L3で示すEbを越えると、アモルファスシリコン膜となってしまう。なお、エネルギー密度Eが「□」および実線L4で示すEdを越えると、蒸発してしまう。
【0016】
従って、いずれの形態でもアモルファスシリコン膜をレーザ溶融結晶化法により多結晶化させる場合には、エネルギー密度EがEc からEa までの範囲内にあって、かつ、Eb 以下であることが必須条件である。すなわち、このようなエネルギー密度範囲内であれば、アモルファスシリコン膜を多結晶化することができる。ここで、エネルギー密度Eを増加させるほど、その多結晶化が進むので、上記のエネルギー密度範囲内で最大のエネルギー密度Eをもってシリコン膜のレーザ照射を行う。
【0017】
本形態に係る半導体膜の結晶化方法では、たとえば、図2に示すように、基板(図示せず。)上に形成したアモルファスシリコン膜Siに対してパルス発振レーザ光のスポットLSをまず+x方向に走査した後、+y方向にわずかにシフトさせ、しかる後に、スポットLSを−x方向に走査しながら、アモルファスシリコン膜Si全面にスポットLSをあてていく。これを1サイクルとして、本形態ではアモルファスシリコン膜全面へのレーザ照射を繰り返す。なお、レーザ照射を真空雰囲気中又は不活性ガス雰囲気中で行う。
【0018】
このようにして基板上のシリコン膜Siに対してパルス発振レーザ光を照射してアモルファスシリコン膜Siの結晶化を行うにあたって、本形態では、基板上にECR−CVD法により約200nmのシリコン酸化膜(下地保護膜)を形成した後、その表面にLP−CVD法により約50nmのアモルファスシリコン膜を形成し、しかる後に、図3に示すように、シリコン膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度(たとえば、160mJ/cm2 )から高密度(たとえば、310mJ/cm2 )にシフトする傾向をもつ条件でシリコン膜にパルス発振レーザ光を照射する。すなわち、本形態では、シリコン膜に対していきなり、高密度のパルス発振レーザ光を照射するのではなく、シリコン膜のある一点からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度Eが低密度から高密度にシフトする傾向をもつ条件でパルス発振レーザ光を照射する。この場合にも、エネルギー密度が最も高い値E2は、下限値Ea を越えることはない。
【0019】
このようにレーザ照射を行うと、従来のレーザ溶融結晶化では微結晶化が起きて移動度の低下や表面の粗れが起きてしまうような高密度のレーザ光を照射しても上記の微結晶化が起きない。
【0020】
たとえば、エネルギー密度の最高値E2を変化させたときに、本形態のようにエネルギー密度Eを多段階で最高値E2にまで到達させた場合のシリコン膜の結晶化度を、図4に「・」および実線L11で示す。また、従来のように、いきなり高密度のパルス発振レーザ光(エネルギー密度がE2)を照射したときのシリコン膜の結晶化度を図4に「○」および実線L13で示す。ここで、図4の縦軸は、ラマンピークの半値幅であるから、その値が小さいほど、結晶化度が高いことを表す。これらの結果を比較してわかるように、本形態のレーザ溶融結晶化によれば、エネルギー密度Eの最高値E2を下限値Ea にかなり近い値まで設定してその結晶化度を高めることができる。これに対して、従来のレーザ溶融結晶化によれば、エネルギー密度Eの最高値E2を下限値Ea に近づけても結晶化度が高くならない。なお、ラマンピークの半値幅が下限値Ea 付近で跳ね上がっているのは、シリコン膜に微結晶化が起きているためである。
【0021】
同じく、エネルギー密度の最高値E2を変化させたときに、本形態のようにエネルギー密度Eを多段階で最高値E2にまで到達させた場合のシリコン膜表面の粗さを、図5に「・」および実線L21で示す。また、従来のように、いきなり高密度のパルス発振レーザ光(エネルギー密度がE2)を照射したときのシリコン膜の結晶化度を図4に「○」および実線L23で示す。ここで、図5の縦軸は、測定領域内の平均面における最大値と最小値の差であるから、その値が大きいほど、表面が粗れていることを表す。これらの結果を比較してわかるように、本形態のレーザ溶融結晶化によれば、エネルギー密度Eの最高値E2を下限値Ea にかなり近い値まで設定してその結晶化度を高めてもシリコン膜の表面が粗れない。これに対して、従来のレーザ溶融結晶化ではエネルギー密度Eの最高値E2を下限値Ea に近づけても結晶化度が高くならない割りには、シリコン膜の表面が粗れが激しい。
【0022】
それ故、本形態によれば、最終的に照射できるパルス発振レーザ光のエネルギー密度を高く設定できるので、シリコン膜の表面を粗らすことなく、結晶化度を向上させることができる。また、シリコン膜中の欠陥密度を減らすこともできる。
【0023】
本発明において、シリコン膜に対するパルス発振レーザ光の照射領域を相対移動させていく際には、図2に示すように、パルス毎の照射領域(スポットLB)が重なり合うように移動させていくことが好ましい。このように構成すると、大面積の基板上に形成したシリコン膜を結晶化させる場合でも、重ね合わせ部分での結晶化度や表面粗さの不連続性を低減できる。
【0024】
また、本形態ではシリコン膜の膜厚を約50nmとしたが、30nmから80nmまでの範囲とすれば安定した多結晶性のシリコン膜を確実に得ることができる。すなわち、図1に示すように、同じエネルギー密度のレーザ照射を行った場合でも、膜厚が30nm未満というように薄すぎると、多結晶化したシリコン膜が非晶質(アモルファス)に変わってしまうからである。また、半導体膜の膜厚が80nmを越えるほど厚すぎると、厚さ方向でシリコン膜の結晶粒径にばらつきが発生してしまうからである。
【0025】
なお、図3に示す条件では、エネルギー密度Eが7段階で最高値E2にまで到達するように設定したが、エネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向をもつようにパルス発振レーザ光を照射するのであれば、そのステップ数には限定がなく、たとえばスループットを考慮して2段階で最高値E2にまで到達するように設定してもよい。
【0026】
[実施の形態2]
本形態では、図6に示すように、シリコン膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向をもつ条件でパルス発振レーザ光を照射した後、シリコン膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度から低密度にシフトする傾向をもつ条件でパルス発振レーザ光を照射している。このようなレーザ照射条件を採用すると、エネルギー密度の最高値E2を変化させたときのシリコン膜の結晶化度を、図4に「□」および実線L12で示すように、下限値Ea を越えるような高密度のレーザ光を照射したときでも、後で行う低密度のレーザ照射によってシリコン膜の結晶性が回復し、しかもその結晶化度は著しく高い。
【0027】
また、本形態のレーザ照射条件を採用すると、エネルギー密度の最高値E2を変化させたときのシリコン膜表面の粗さを、図5に「□」および実線L22で示すように、結晶化度が高い割りにはシリコン膜の表面が粗れが小さい。
【0028】
なお、本形態でも、パルス発振レーザ光の照射領域を相対移動させていく際には、図2に示すように、パルス毎の照射領域(スポットLB)が重なり合うように移動させていくことが好ましい。このように構成すると、大面積の基板上に形成したシリコン膜を結晶化させる場合でも、重ね合わせ部分での結晶化度や表面粗さの不連続性を低減できる。また、シリコン膜の膜厚を30nmから80nmまでの範囲と設定して、安定した多結晶性のシリコン膜を得ることが好ましい。さらにまた、エネルギー密度が低密度から高密度にシフトするようにパルス発振レーザ光を照射し、しかる後に、高密度から低密度にシフトするようにパルス発振レーザ光を照射するのであれば、そのステップ数には限定がなく、たとえば2段階で最高値E2にまで到達するように設定してもよい。
【0029】
[実施の形態3]
上記の形態1、2のいずれにおいても、図7または図8に示すように、シリコン膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度となった後、この高密度状態でパルス発振レーザ光をシリコン膜に少なくとも1回以上照射することが好ましい。図7に示す照射条件は、実施の形態1に本形態を組み合わせた場合に相当し、図8に示す照射条件は、実施の形態2に本形態を組み合わせた場合に相当する。
【0030】
このようなレーザ照射条件を採用すると、レーザ照射時のエネルギー密度にばらつきがあっても、高密度のレーザ照射の繰り返しによって上記のばらつきが吸収されるので、結晶化度にばらつきのないシリコン膜を得ることができる。
【0031】
[実施例]
このような半導体膜の結晶化方法は、それによって得た結晶性の半導体膜からTFTを形成するのに利用でき、このようにして製造されたTFTは、たとえば液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板上に製造される。そこで、本発明の適用例として、液晶表示装置のアクティブマトリクス基板にTFTを製造する例を説明する。
【0032】
(アクティブマトリクス基板の構成)
図9(A)は、液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の構成を模式的に示す説明図である。
【0033】
この図において、液晶表示装置1は、そのアクティブマトリクス基板2上に、信号線3および走査線4で区画形成された画素領域5を有し、そこには、画素用のTFT10を介して画像信号が入力される液晶セルの液晶容量6が構成されている。信号線3に対しては、シフトレジスタ71、レベルシフタ72、ビデオライン73、アナログスイッチ74を備えるデータドライバ部7が構成され、走査線4に対しては、シフトレジスタ81およびレベルシフタ82を備える走査ドライバ部8が構成されている。なお、画素領域5には、前段の走査線4との間に保持容量51が形成されることもある。
【0034】
データドライバ部7や走査ドライバ部8では、図9(B)に2段のインバータを例示するように、N型のTFTn1、n2と、P型のTFTp1、p2とによって構成されたCMOS回路などが高密度に形成される。但し、アクティブマトリクス部9のTFT10と、データドライバ部7のTFTn1、n2やP型のTFTp1、p2とは、基本的な構造が同じであり、同じ工程中で製造される。
【0035】
アクティブマトリクス基板2としては、アクティブマトリクス部9だけが基板上に構成されたもの、アクティブマトリクス部9と同じ基板上にデータドライバ部7が構成されたもの、アクティブマトリクス部9と同じ基板上に走査ドライバ部8が構成されたもの、アクティブマトリクス部9と同じ基板上にデータドライバ部7および走査ドライバ部8の双方が構成されたものがある。また、ドライバ内蔵型のアクティブマトリクス基板2であっても、データドライバ部7に含まれるシフトレジスタ71、レベルシフタ72、ビデオライン73、アナログスイッチ74等の全てがアクティブマトリクス基板2上に構成された完全ドライバ内蔵タイプと、それらの一部がアクティブマトリクス基板2上に構成された部分ドライバ内蔵タイプとがあるが、いずれに対しても本発明を適用できる。
【0036】
図10は、アクティブマトリクス基板の画素領域の1つを拡大して示す平面図、図11(A)は、図10のI−I′線における断面図、図12(B)は、図10のII−II′線における断面図である。なお、データドライバ部7などにおけるTFTは基本的には同一の構造を有するので、その図示を省略する。
【0037】
これらの図において、いずれの画素領域5でも、TFT10は、基板20上において、データ線3に対して層間絶縁膜16のコンタクトホール17を介して電気的接続するソース領域11、画素電極19に対して層間絶縁膜16のコンタクトホール18を介して電気的接続するドレイン領域12、ドレイン領域12とソース領域11との間にチャネルを形成するためのチャネル領域13、およびチャネル領域13に対してゲート絶縁膜14を介して対峙するゲート電極15から構成されている。このゲート電極15は、走査線4の一部として構成されている。なお、基板20の表面側には、シリコン酸化膜からなる下地保護膜21が形成されている。
【0038】
(TFTの製造方法)
図12を参照して、TFTの製造方法を説明する。図12は、図10のI−I′線における断面に対応するTFTの工程断面図である。
【0039】
本例では、基板として、235mm角の無アルカリガラス板を用いて以下の各工程を行なう。
【0040】
(下地保護膜形成工程)
図12(A)において、まず、ECR−PECVD法により250℃〜300℃の温度条件下で、基板20の表面に下地保護膜21となる膜厚が200nmのシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜は、APCVD法でも形成でき、この場合には、基板20の温度を250℃から450℃までの範囲に設定した状態で、モノシラン及び酸素を原料ガスとしてシリコン酸化膜を形成する。
【0041】
(半導体膜堆積工程)
次に、下地保護膜21の表面に真性のシリコン膜30(半導体膜)を50nm程度堆積する。本例では、高真空型LPCVD装置を用いて、原料ガスであるジシランを200SCCM流しながら、425℃の堆積温度でアモルファスのシリコン膜30を堆積する。この高真空型LPCVD装置では、反応室の内部に基板を配置し、反応室内の温度を、まず250℃に保持する。この状態で、ターボ分子ポンプの運転を開始し、定常回転に達した後、反応室内の温度を約1時間かけて、250℃から425℃の堆積温度にまで昇温する。この昇温を開始してから最初の10分間は、反応室にガスを全く導入せず、真空中で昇温を行ない、しかる後、純度が99.9999%以上の窒素ガスを250SCCM流し続ける。堆積温度に到達した後、原料ガスであるジシランを200SCCM流すとともに、純度が99.9999%以上の希釈用ヘリウムを1000SCCM流す。
【0042】
なお、シリコン膜30の形成にあたっては、PECVD法やスパッタ法を用いてもよく、これらの方法によれば、その成膜温度を室温から350℃までの範囲に設定することができる。
【0043】
(レーザ溶融結晶化法によるアニール工程)
次に、図12(B)に示すように、アモルファスのシリコン膜30にレーザ光を照射してシリコン膜30を多結晶シリコンに改質する。本例では、たとえば、キセノン・クロライド(XeCl)のエキシマ・レーザ(波長が308nm)を照射する。この工程において、レーザ照射は、基板20を室温(25℃)とし、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で行なう。
【0044】
このアニール工程を行うにあたっては、前述した実施の形態1ないし3のいずれをも適用できる。ここで、基板20の全面に下地保護膜21およびシリコン膜30が形成された状態にあり、その全面にレーザアニールを行ってもよいが、TFTの形成予定領域だけに選択的にレーザ照射を行い、レーザアニール時間を短縮してもよい。
【0045】
(シリコン膜のパターニング工程)
次に、図12(C)に示すように、アニール工程を行なったシリコン膜30を、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行い、島状のシリコン膜31とする。
【0046】
(ゲート絶縁膜の形成工程)
次に、図12(D)に示すように、ECR−PECVD法により250℃〜300℃の温度条件下で、シリコン膜31に対してシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜14を形成する。
【0047】
(ゲート電極形成工程)
次に、ゲート酸化膜14の表面側に膜厚が600nmのタンタル薄膜をスパッタ法により形成した後、それをフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、ゲート電極15を形成する。本例では、タンタル薄膜を形成する際に、基板温度を180℃に設定し、スパッタガスとして窒素ガスを6.7%含むアルゴンガスを用いる。このように形成したタンタル薄膜は、結晶構造がα構造であり、その比抵抗が小さい。
【0048】
(不純物導入工程)
次に、バケット型質量非分離型のイオン注入装置(イオンドーピング装置)を用いて、ゲート電極15をマスクとしてシリコン膜31に不純物イオンを打ち込む。その結果、ゲート電極15に対してセルフアライン的にソース領域11およびドレイン領域12が形成される。このとき、シリコン膜31のうち、不純物イオンが打ち込まれなかった部分がチャネル領域13となる。
【0049】
なお、Pチャネル型のTFTを形成する場合には、原料ガスとして水素ガスで濃度が5%となるように希釈したジボランを用いる。また、Nチャネル型のTFTを形成する場合には、水素ガスを原料ガスとして、濃度が5%となるように希釈したホスフィンを用いる。
【0050】
(層間絶縁膜の形成工程)
次に、図12(E)に示すように、PECVD法により250℃〜300℃の温度条件下で、層間絶縁膜16としての膜厚が50nmのシリコン酸化膜を形成する。このときの原料ガスは、TEOSと酸素とである。基板温度は、250℃〜300℃である。
【0051】
(活性化工程)
次に、酸素雰囲気下で300℃、1時間の熱処理を行ない、注入したリンイオンの活性化と、層間絶縁膜16の改質とを行なう。
【0052】
(配線工程)
次に、層間絶縁膜16にコンタクトホール17、18を形成する。しかる後に、コンタクトホール17、18を介して、ソース電極(データ線3)をソース領域11に電気的に接続し、ドレイン電極(画素電極19)をドレイン領域12に電気的に接続し、TFT10を形成する。
【0053】
(実施例の主な効果)
以上説明したように、本例のアクティブマトリクス基板の製造方法では、アニール工程におい、レーザ照射時のエネルギー密度を多段階に上昇させる方法を用いたので、結晶性がよくて、かつ、表面に粗れのない多結晶シリコン膜を得ることができる。それ故、動作速度の高いTFTを製造することができる。なお、レーザアニール工程は、アモルファスのシリコン膜をパターニングした後に行ってもよい。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る半導体膜の結晶化方法では、基板上の半導体膜に対していきなり高密度のパルス発振レーザ光を照射するのではなく、半導体膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向を条件でパルス発振レーザ光を照射することに特徴を有する。従って、本発明では、従来のレーザ溶融結晶化では微結晶化が起きて移動度の低下や表面の粗れが起きてしまうような高密度のレーザ光を照射しても上記の微結晶化が起きない。それ故、最終的に照射できるパルス発振レーザ光のエネルギー密度を高く設定できるので、結晶化度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】レーザ溶融結晶化におけるエネルギー密度とシリコンの変化との関係を示す説明図である。
【図2】レーザ溶融結晶化におけるレーザスポットの走査条件を模式的に示す説明図である。
【図3】本発明の実施の形態1に係るレーザ溶融結晶化条件を示す説明図である。
【図4】レーザ溶融結晶化におけるエネルギー密度と結晶化度の関係を示すグラフである。
【図5】レーザ溶融結晶化におけるエネルギー密度と表面粗さの関係を示すグラフである。
【図6】本発明の実施の形態2に係るレーザ溶融結晶化条件を示す説明図である。
【図7】本発明の実施の形態3に係るレーザ溶融結晶化条件を示す説明図である。
【図8】本発明の実施の形態3に係る別のレーザ溶融結晶化条件を示す説明図である。
【図9】(A)は、本発明の実施例に係る液晶表示装置のアクティブマトリクス基板を模式的に示す説明図、(B)は、その駆動回路に用いたCMOS回路の説明図である。
【図10】アクティブマトリクス基板上の画素領域を拡大して示す平面図である。
【図11】(A)は、図10のI−I′線における断面図、(B)は、図10のII−II′線における断面図である。
【図12】本発明の実施例において、図10のI−I′線における断面に対応するTFTの工程断面図である。
【符号の説明】
1・・・液晶表示装置
2・・・アクティブマトリクス基板
3・・・信号線
4・・・走査線
5・・・画素領域
6・・・液晶容量
9・・・アクティブマトリクス部
10・・・TFT
11・・・ソース領域
12・・・ドレイン領域
13・・・チャネル形成領域
14・・・ゲート絶縁膜
15・・・ゲート電極
30、Si・・・シリコン膜(半導体膜)
31・・・島状のシリコン膜(半導体膜)
LS・・・レーザ光のスポット
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor film crystallization method for annealing a semiconductor film to crystallize the semiconductor film, and a method of manufacturing a thin film transistor using the crystallization method. More specifically, the present invention relates to a semiconductor film crystallization technique using a laser melt crystallization method.
[0002]
[Prior art]
In an active matrix substrate of a liquid crystal display device, it is desired to manufacture a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) by a low temperature process so that a glass substrate can be used as the substrate. Here, among the silicon films necessary for forming the channel region and the like of the TFT, the amorphous silicon film can be formed by a low temperature process, but has a drawback that the mobility of the TFT is low.
[0003]
Therefore, a laser melt crystallization method in which an amorphous silicon film on a substrate is melted and crystallized by irradiating a laser beam has been studied. Here, the energy density of the laser light is set to a level sufficient for the amorphous silicon to transfer to the polycrystalline silicon, and then irradiated with a constant energy density.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional laser melt crystallization method has various problems such as irradiation time, but there is a problem that both the crystallinity and surface roughness characteristics of the silicon film cannot be improved any more. . That is, in the laser melt crystallization method, as shown in FIG. 1, when the energy density E is increased, the silicon film is melted and solidified at a temperature equal to or higher than “▲” and Ec indicated by the alternate long and short dash line L1. To do. Here, as the energy density E is increased, the polycrystallization progresses. However, when the energy density E exceeds “□” and Ea indicated by the dotted line L2, the silicon film is microcrystallized, the mobility is lowered and the surface roughness is increased. This will happen. Although the detailed mechanism of such a phenomenon has not been elucidated, in the laser melt crystallization conditions that have been studied so far, the crystallinity of the silicon film and the surface due to the occurrence of the above-mentioned microcrystallization and surface roughness are described. There is a limit to further improving both characteristics of roughness.
[0005]
In view of the above problems, the object of the present invention is to further improve the crystallinity without roughening the surface of the semiconductor film by considering the conditions that have not been studied for laser melt crystallization. An object of the present invention is to provide a method for crystallizing a semiconductor film, and a method for manufacturing a TFT using the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the method for crystallizing a semiconductor film according to the present invention, the semiconductor film on the substrate is irradiated with pulsed laser light to crystallize the semiconductor film. When the thickness is in the range of 30 nm to 80 nm and the pulsed laser beam is irradiated with a single shot in advance, a lower limit value of the energy density at which the semiconductor film is completely melted is set, and the pulsed laser is viewed from the semiconductor film. The pulse oscillation is applied to the semiconductor film under the condition that the energy density of light tends to shift from low density to high density, and the energy density of the pulsed laser light does not exceed the lower limit when irradiated with high density. It is characterized by irradiating with laser light.
[0007]
In this case, the conditions are set so as not to exceed the energy density at which the semiconductor film is completely melted when the pulsed laser beam is irradiated at a high energy density.
[0008]
In the present invention, the semiconductor film on the substrate is not suddenly irradiated with high-density pulsed laser light, but the energy density of the pulsed laser light tends to shift from low density to high density as seen from the semiconductor film. Irradiate with pulsed laser light under conditions. In addition, when the energy density of the pulsed laser beam is irradiated at a high density, the conditions are set so as not to exceed the melting energy density of the semiconductor film. When laser irradiation is performed in this way, microcrystallization occurs even when high-density laser light is irradiated, which causes microcrystallization in conventional laser melt crystallization, resulting in reduced mobility and surface roughness. Does not happen. Therefore, since the energy density of the pulsed laser beam that can be finally irradiated can be set high, the crystallinity can be improved.
[0009]
In the present invention, the semiconductor film is irradiated with the pulsed laser light under the condition that the energy density of the pulsed laser light tends to shift from low density to high density as viewed from the semiconductor film, and then viewed from the semiconductor film. It is preferable that the pulsed laser beam is irradiated to the semiconductor film under a condition that the energy density of the pulsed laser beam tends to shift from high density to low density.
[0010]
In the present invention, it is preferable to irradiate the semiconductor film with the pulsed laser light at least once in the high density state after irradiating the semiconductor film with a high energy density of the pulsed laser light. . By adopting such laser irradiation conditions, even if there is a variation in energy density during laser irradiation, the above variation is absorbed by repeated high-density laser irradiation, so a semiconductor film with no variation in crystallinity can be formed. Obtainable.
[0011]
In the present invention, when the irradiation region of the pulsed laser beam with respect to the semiconductor film is relatively moved, it is preferable that the irradiation regions for each pulse are moved so as to overlap each other. With this configuration, even when a semiconductor film formed over a large-area substrate is crystallized, discontinuity in crystallinity and surface roughness at the overlapping portion can be reduced.
[0012]
In the present invention, the thickness of the semiconductor film is preferably in the range of 30 nm to 80 nm. In particular, when manufacturing a TFT, it is preferable that the thickness of the semiconductor film constituting at least the channel region be in the range from 30 nm to 80 nm. This is because even when laser irradiation with the same energy density is performed, if the film thickness is too thin, such as less than 30 nm, the polycrystalline semiconductor film is changed to amorphous. Further, if the thickness of the semiconductor film exceeds 80 nm, the crystal grain size of the silicon film varies in the thickness direction.
[0013]
The present invention is characterized in that the pulsed laser beam is selectively irradiated to a region where the thin film transistor is to be formed in the semiconductor film.
Such a method for crystallizing a semiconductor film is effective in shortening the process.
The method for crystallizing a semiconductor film of the present invention can be used to form a TFT from the crystalline semiconductor film obtained by the method, and the manufactured TFT can be used on, for example, an active matrix substrate for a liquid crystal display device. To be manufactured.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
[Embodiment 1]
In any embodiment of the present invention, the amorphous silicon film is polycrystallized by a laser melt crystallization method. In this laser melt crystallization method, as shown in FIG. 1, when the energy density E is increased, the silicon film is melted and solidified above Ec indicated by “▲” and one-dot chain line L1 to be polycrystallized. Here, as the energy density E is increased, the polycrystallization progresses. However, when the energy density E exceeds “□” and Ea indicated by the dotted line L2, the silicon film is microcrystallized, the mobility is lowered and the surface roughness is increased. This will happen. Further, when the silicon film is thin, even if the energy density E does not exceed Ea, if the energy density E exceeds “◯” and Eb indicated by a two-dot chain line L3, an amorphous silicon film is formed. . Note that if the energy density E exceeds Ed shown by “□” and the solid line L4, it evaporates.
[0016]
Therefore, in any form, when the amorphous silicon film is polycrystallized by the laser melt crystallization method, it is an essential condition that the energy density E is in the range from Ec to Ea and not more than Eb. is there. That is, within such an energy density range, the amorphous silicon film can be polycrystallized. Here, as the energy density E is increased, the crystallization proceeds, so that the silicon film is irradiated with the laser having the maximum energy density E within the above energy density range.
[0017]
In the method for crystallizing a semiconductor film according to this embodiment, for example, as shown in FIG. 2, a spot LS of a pulsed laser beam is first formed in the + x direction with respect to an amorphous silicon film Si formed on a substrate (not shown). Then, the spot LS is slightly shifted in the + y direction, and then the spot LS is applied to the entire surface of the amorphous silicon film Si while scanning the spot LS in the −x direction. With this as one cycle, in this embodiment, laser irradiation is repeated on the entire surface of the amorphous silicon film. Note that laser irradiation is performed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere.
[0018]
When the amorphous silicon film Si is crystallized by irradiating the silicon film Si on the substrate with the pulsed laser beam in this way, in this embodiment, a silicon oxide film of about 200 nm is formed on the substrate by ECR-CVD. After forming the (underlying protective film), an amorphous silicon film of about 50 nm is formed on the surface by LP-CVD. Thereafter, as shown in FIG. 3, the energy density of the pulsed laser beam is seen from the silicon film. Low density (for example, 160 mJ / cm 2 ) To high density (eg, 310 mJ / cm 2 The silicon film is irradiated with pulsed laser light under a condition that tends to shift to). That is, in this embodiment, the energy density E of the pulsed laser beam shifts from a low density to a high density as viewed from a certain point of the silicon film, rather than irradiating the silicon film with a high density pulsed laser beam. The pulsed laser beam is irradiated under conditions that tend to Also in this case, the value E2 having the highest energy density does not exceed the lower limit Ea.
[0019]
When laser irradiation is performed in this manner, the above-mentioned microscopic crystallization occurs in the conventional laser melt crystallization, and even if high-density laser light is irradiated that causes a decrease in mobility or surface roughness, the above-mentioned microscopic crystallization occurs. Crystallization does not occur.
[0020]
For example, when the maximum value E2 of the energy density is changed, the crystallinity of the silicon film when the energy density E reaches the maximum value E2 in multiple stages as in this embodiment is shown in FIG. ”And a solid line L11. Further, the crystallinity of the silicon film when suddenly irradiated with a high-density pulsed laser beam (energy density is E2) as in the prior art is indicated by “◯” and a solid line L13 in FIG. Here, since the vertical axis in FIG. 4 is the half width of the Raman peak, the smaller the value, the higher the crystallinity. As can be seen by comparing these results, according to the laser melt crystallization of this embodiment, the maximum value E2 of the energy density E can be set to a value that is considerably close to the lower limit value Ea, and the crystallinity can be increased. . On the other hand, according to the conventional laser melt crystallization, even if the maximum value E2 of the energy density E is brought close to the lower limit value Ea, the crystallinity does not increase. The reason why the half width of the Raman peak jumps up near the lower limit Ea is that microcrystallization occurs in the silicon film.
[0021]
Similarly, when the maximum value E2 of the energy density is changed, the roughness of the silicon film surface when the energy density E reaches the maximum value E2 in multiple steps as in this embodiment is shown in FIG. ”And a solid line L21. Further, the crystallinity of the silicon film when suddenly irradiated with a high-density pulsed laser beam (energy density is E2) as in the prior art is indicated by “◯” and a solid line L23 in FIG. Here, since the vertical axis of FIG. 5 is the difference between the maximum value and the minimum value on the average surface in the measurement region, the larger the value, the rougher the surface. As can be seen by comparing these results, according to the laser melt crystallization of this embodiment, even if the maximum value E2 of the energy density E is set to a value very close to the lower limit Ea and the crystallinity is increased, silicon The film surface is not rough. On the other hand, in the conventional laser melt crystallization, the surface of the silicon film is extremely rough as long as the degree of crystallinity does not increase even if the maximum value E2 of the energy density E approaches the lower limit Ea.
[0022]
Therefore, according to this embodiment, since the energy density of the pulsed laser beam that can be finally irradiated can be set high, the crystallinity can be improved without roughening the surface of the silicon film. In addition, the defect density in the silicon film can be reduced.
[0023]
In the present invention, when the irradiation region of the pulsed laser beam with respect to the silicon film is relatively moved, as shown in FIG. 2, the irradiation regions (spots LB) for each pulse may be moved so as to overlap each other. preferable. With this configuration, even when a silicon film formed on a large-area substrate is crystallized, discontinuity in crystallinity and surface roughness at the overlapping portion can be reduced.
[0024]
In this embodiment, the thickness of the silicon film is about 50 nm. However, when the thickness is in the range of 30 nm to 80 nm, a stable polycrystalline silicon film can be obtained with certainty. That is, as shown in FIG. 1, even when laser irradiation with the same energy density is performed, if the film thickness is too thin, such as less than 30 nm, the polycrystalline silicon film changes to amorphous. Because. Further, if the thickness of the semiconductor film exceeds 80 nm, the crystal grain size of the silicon film varies in the thickness direction.
[0025]
In the conditions shown in FIG. 3, the energy density E is set to reach the maximum value E2 in seven stages. However, the pulsed laser beam is used so that the energy density tends to shift from low density to high density. If irradiation is performed, the number of steps is not limited. For example, the maximum value E2 may be set in two stages in consideration of throughput.
[0026]
[Embodiment 2]
In this embodiment, as shown in FIG. 6, after irradiating the pulsed laser beam under the condition that the energy density of the pulsed laser beam tends to shift from low density to high density as seen from the silicon film, the pulse is seen from the silicon film. The pulsed laser beam is irradiated under the condition that the energy density of the oscillation laser beam tends to shift from high density to low density. When such laser irradiation conditions are employed, the crystallinity of the silicon film when the maximum energy density value E2 is changed so as to exceed the lower limit value Ea as shown by “□” and the solid line L12 in FIG. Even when a high-density laser beam is irradiated, the crystallinity of the silicon film is recovered by the low-density laser irradiation performed later, and the crystallinity is remarkably high.
[0027]
Further, when the laser irradiation condition of this embodiment is adopted, the roughness of the silicon film surface when the maximum energy density value E2 is changed is shown as “□” and a solid line L22 in FIG. The surface of the silicon film is less rough for a high price.
[0028]
In this embodiment as well, when the irradiation region of the pulsed laser beam is relatively moved, it is preferable that the irradiation regions (spots LB) for each pulse are overlapped as shown in FIG. . With this configuration, even when a silicon film formed on a large-area substrate is crystallized, discontinuity in crystallinity and surface roughness at the overlapping portion can be reduced. Moreover, it is preferable to obtain a stable polycrystalline silicon film by setting the film thickness of the silicon film to a range from 30 nm to 80 nm. Furthermore, if the pulsed laser beam is irradiated so that the energy density is shifted from low density to high density, and then the pulsed laser beam is irradiated so as to shift from high density to low density, then that step The number is not limited, and may be set to reach the maximum value E2 in two stages, for example.
[0029]
[Embodiment 3]
In either of the first and second embodiments, as shown in FIG. 7 or FIG. 8, after the energy density of the pulsed laser beam becomes high as viewed from the silicon film, the pulsed laser beam is used in this high density state. It is preferable to irradiate the silicon film at least once. The irradiation conditions shown in FIG. 7 correspond to the case where this embodiment is combined with Embodiment 1, and the irradiation conditions shown in FIG. 8 correspond to the case where this embodiment is combined with Embodiment 2.
[0030]
By adopting such laser irradiation conditions, even if there is a variation in energy density during laser irradiation, the above variation is absorbed by repeated high-density laser irradiation, so a silicon film with no variation in crystallinity can be formed. Obtainable.
[0031]
[Example]
Such a method for crystallizing a semiconductor film can be used to form a TFT from the crystalline semiconductor film thus obtained, and the TFT manufactured in this way can be used, for example, on an active matrix substrate for a liquid crystal display device. To be manufactured. Therefore, as an application example of the present invention, an example of manufacturing TFTs on an active matrix substrate of a liquid crystal display device will be described.
[0032]
(Configuration of active matrix substrate)
FIG. 9A is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the active matrix substrate of the liquid crystal display device.
[0033]
In this figure, a liquid crystal display device 1 has a pixel region 5 partitioned and formed by a signal line 3 and a scanning line 4 on an active matrix substrate 2, in which an image signal is passed through a pixel TFT 10. A liquid crystal capacitor 6 of the liquid crystal cell is inputted. A data driver section 7 including a shift register 71, a level shifter 72, a video line 73, and an analog switch 74 is configured for the signal line 3, and a scan driver including a shift register 81 and a level shifter 82 for the scanning line 4. Part 8 is configured. In the pixel region 5, a storage capacitor 51 may be formed between the pixel line 5 and the preceding scanning line 4.
[0034]
In the data driver unit 7 and the scan driver unit 8, as illustrated in FIG. 9B, a CMOS circuit constituted by N-type TFTs n1 and n2 and P-type TFTs p1 and p2, as exemplified by a two-stage inverter, It is formed with high density. However, the TFT 10 of the active matrix portion 9 and the TFTs n1 and n2 of the data driver portion 7 and the P-type TFTs p1 and p2 have the same basic structure and are manufactured in the same process.
[0035]
As the active matrix substrate 2, only the active matrix unit 9 is configured on the substrate, the data driver unit 7 is configured on the same substrate as the active matrix unit 9, and scanning is performed on the same substrate as the active matrix unit 9. Some have a driver unit 8 and some have a data driver unit 7 and a scan driver unit 8 on the same substrate as the active matrix unit 9. Even in the case of the driver-embedded active matrix substrate 2, the shift register 71, level shifter 72, video line 73, analog switch 74, and the like included in the data driver unit 7 are all configured on the active matrix substrate 2. There are a driver built-in type and a partial driver built-in type in which some of them are formed on the active matrix substrate 2, and the present invention can be applied to both.
[0036]
10 is an enlarged plan view showing one of the pixel regions of the active matrix substrate, FIG. 11A is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 10, and FIG. It is sectional drawing in the II-II 'line. Since the TFTs in the data driver unit 7 and the like basically have the same structure, the illustration thereof is omitted.
[0037]
In these drawings, in any pixel region 5, the TFT 10 is connected to the source region 11 and the pixel electrode 19 which are electrically connected to the data line 3 through the contact hole 17 of the interlayer insulating film 16 on the substrate 20. The drain region 12 electrically connected through the contact hole 18 of the interlayer insulating film 16, the channel region 13 for forming a channel between the drain region 12 and the source region 11, and gate insulation with respect to the channel region 13 The gate electrode 15 is opposed to the film 14. The gate electrode 15 is configured as a part of the scanning line 4. A base protective film 21 made of a silicon oxide film is formed on the surface side of the substrate 20.
[0038]
(TFT manufacturing method)
With reference to FIG. 12, the manufacturing method of TFT is demonstrated. 12 is a process sectional view of the TFT corresponding to the section taken along the line II ′ of FIG.
[0039]
In this example, the following processes are performed using a 235 mm square non-alkali glass plate as the substrate.
[0040]
(Base protective film formation process)
In FIG. 12A, first, a silicon oxide film having a thickness of 200 nm to be the base protective film 21 is formed on the surface of the substrate 20 under a temperature condition of 250 ° C. to 300 ° C. by an ECR-PECVD method. The silicon oxide film can also be formed by the APCVD method. In this case, the silicon oxide film is formed using monosilane and oxygen as source gases in a state where the temperature of the substrate 20 is set in a range from 250 ° C. to 450 ° C.
[0041]
(Semiconductor film deposition process)
Next, an intrinsic silicon film 30 (semiconductor film) is deposited on the surface of the base protective film 21 to a thickness of about 50 nm. In this example, the amorphous silicon film 30 is deposited at a deposition temperature of 425 ° C. using a high-vacuum LPCVD apparatus while disilane, which is a source gas, flows in 200 SCCM. In this high vacuum type LPCVD apparatus, a substrate is disposed inside a reaction chamber, and the temperature in the reaction chamber is first maintained at 250 ° C. In this state, the operation of the turbo molecular pump is started, and after steady rotation is reached, the temperature in the reaction chamber is raised from 250 ° C. to a deposition temperature of 425 ° C. over about 1 hour. During the first 10 minutes after the start of the temperature increase, no gas is introduced into the reaction chamber, the temperature is increased in vacuum, and then a nitrogen gas having a purity of 99.9999% or more continues to flow at 250 SCCM. After reaching the deposition temperature, 200 SCCM of disilane which is a raw material gas is supplied, and 1000 SCCM of helium for dilution having a purity of 99.9999% or more is supplied.
[0042]
In forming the silicon film 30, a PECVD method or a sputtering method may be used. According to these methods, the film formation temperature can be set in a range from room temperature to 350.degree.
[0043]
(Annealing process by laser melt crystallization method)
Next, as shown in FIG. 12B, the amorphous silicon film 30 is irradiated with laser light to modify the silicon film 30 into polycrystalline silicon. In this example, for example, xenon chloride (XeCl) excimer laser (wavelength: 308 nm) is irradiated. In this step, laser irradiation is performed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere with the substrate 20 at room temperature (25 ° C.).
[0044]
In performing this annealing step, any of the first to third embodiments described above can be applied. Here, the base protective film 21 and the silicon film 30 are formed on the entire surface of the substrate 20, and laser annealing may be performed on the entire surface. However, laser irradiation is selectively performed only on the region where the TFT is to be formed. The laser annealing time may be shortened.
[0045]
(Silicon film patterning process)
Next, as shown in FIG. 12C, the silicon film 30 that has been subjected to the annealing process is patterned using a photolithography technique to form an island-shaped silicon film 31.
[0046]
(Gate insulating film formation process)
Next, as shown in FIG. 12D, a gate oxide film 14 made of a silicon oxide film is formed on the silicon film 31 under a temperature condition of 250 ° C. to 300 ° C. by an ECR-PECVD method.
[0047]
(Gate electrode formation process)
Next, after forming a tantalum thin film having a thickness of 600 nm on the surface side of the gate oxide film 14 by sputtering, the tantalum thin film is patterned using a photolithography technique to form the gate electrode 15. In this example, when forming the tantalum thin film, the substrate temperature is set to 180 ° C., and an argon gas containing 6.7% nitrogen gas is used as a sputtering gas. The tantalum thin film thus formed has an α structure and a low specific resistance.
[0048]
(Impurity introduction process)
Next, impurity ions are implanted into the silicon film 31 using the bucket electrode 15 as a mask by using a bucket type mass non-separation type ion implantation apparatus (ion doping apparatus). As a result, the source region 11 and the drain region 12 are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 15. At this time, a portion of the silicon film 31 where the impurity ions are not implanted becomes the channel region 13.
[0049]
Note that in the case of forming a P-channel TFT, diborane diluted with hydrogen gas so as to have a concentration of 5% is used as a source gas. In the case of forming an N-channel TFT, phosphine diluted with hydrogen gas as a source gas so as to have a concentration of 5% is used.
[0050]
(Interlayer insulation film formation process)
Next, as shown in FIG. 12E, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is formed as the interlayer insulating film 16 under a temperature condition of 250 ° C. to 300 ° C. by PECVD. The source gas at this time is TEOS and oxygen. The substrate temperature is 250 ° C to 300 ° C.
[0051]
(Activation process)
Next, heat treatment is performed at 300 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere to activate the implanted phosphorus ions and modify the interlayer insulating film 16.
[0052]
(Wiring process)
Next, contact holes 17 and 18 are formed in the interlayer insulating film 16. Thereafter, the source electrode (data line 3) is electrically connected to the source region 11 through the contact holes 17 and 18, the drain electrode (pixel electrode 19) is electrically connected to the drain region 12, and the TFT 10 is connected. Form.
[0053]
(Main effects of the embodiment)
As described above, in the manufacturing method of the active matrix substrate of this example, since the method of increasing the energy density at the time of laser irradiation in multiple steps is used in the annealing process, the crystallinity is good and the surface is rough. A polycrystalline silicon film having no defects can be obtained. Therefore, a TFT having a high operation speed can be manufactured. The laser annealing step may be performed after patterning the amorphous silicon film.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, in the semiconductor film crystallization method according to the present invention, the semiconductor film on the substrate is not suddenly irradiated with a high-density pulsed laser beam, but the pulsed laser beam is viewed from the semiconductor film. It is characterized by irradiating pulsed laser light on the condition that the energy density tends to shift from low density to high density. Therefore, in the present invention, the above-mentioned microcrystallization is not caused even by irradiation with high-density laser light that causes microcrystallization to occur in conventional laser melt crystallization, resulting in lower mobility or surface roughness. I don't get up. Therefore, since the energy density of the pulsed laser beam that can be finally irradiated can be set high, the crystallinity can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a relationship between energy density and change in silicon in laser melt crystallization.
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing laser spot scanning conditions in laser melt crystallization.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing laser melt crystallization conditions according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between energy density and crystallinity in laser melt crystallization.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between energy density and surface roughness in laser melt crystallization.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing laser melt crystallization conditions according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing laser melt crystallization conditions according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing another laser melt crystallization condition according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9A is an explanatory view schematically showing an active matrix substrate of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9B is an explanatory view of a CMOS circuit used in its drive circuit.
FIG. 10 is an enlarged plan view showing a pixel region on an active matrix substrate.
11A is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 10, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line II-II ′ of FIG.
12 is a process sectional view of the TFT corresponding to the section taken along the line II ′ of FIG. 10 in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1. Liquid crystal display device
2 ... Active matrix substrate
3 ... Signal line
4 ... Scanning line
5 ... Pixel area
6. Liquid crystal capacity
9 ... Active matrix part
10 ... TFT
11 ... Source region
12 ... Drain region
13 ... Channel formation region
14 ... Gate insulating film
15 ... Gate electrode
30, Si ... silicon film (semiconductor film)
31 ... Island-like silicon film (semiconductor film)
LS ... Spot of laser beam

Claims (6)

基板上の半導体膜に対してパルス発振レーザ光を照射して前記半導体膜を結晶化するにあたって、
前記半導体膜の膜厚を30nmから80nmまでの範囲とし、
あらかじめパルス発振レーザ光をシングルショットで照射した時に、前記半導体膜が完全溶融するエネルギー密度の下限値を設定しておき、
前記半導体膜からみて前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向を持ち、かつ、前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度での照射時には前記下限値を越えない条件で、前記半導体膜に前記パルス発振レーザ光を照射することを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
In crystallizing the semiconductor film by irradiating the semiconductor film on the substrate with pulsed laser light,
The thickness of the semiconductor film ranges from 30 nm to 80 nm,
When the pulse oscillation laser beam is irradiated with a single shot in advance, a lower limit value of the energy density at which the semiconductor film is completely melted is set,
A condition in which the energy density of the pulsed laser beam tends to shift from a low density to a high density when viewed from the semiconductor film, and the lower limit value is not exceeded when the energy density of the pulsed laser beam is irradiated at a high density And irradiating the semiconductor film with the pulsed laser beam.
請求項1において、前記半導体膜からみて前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向をもつ条件で前記半導体膜に前記パルス発振レーザ光を照射した後、前記半導体膜からみて前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度から低密度にシフトする傾向をもつ条件に前記半導体膜に前記パルス発振レーザ光を照射することを特徴とする半導体膜の結晶化方法。  2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor film is irradiated with the pulsed laser light under a condition that the energy density of the pulsed laser light tends to shift from a low density to a high density as viewed from the semiconductor film, Accordingly, the semiconductor film crystallization method is characterized in that the semiconductor film is irradiated with the pulsed laser light under a condition that the energy density of the pulsed laser light tends to shift from high density to low density. 請求項1ないし2のいずれかにおいて、前記半導体膜からみて前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度となった後、該高密度状態で前記パルス発振レーザ光を前記半導体膜に少なくとも1回以上照射することを特徴とする半導体膜の結晶化方法。  3. The pulse oscillation laser light is applied to the semiconductor film at least once in the high density state after the energy density of the pulse oscillation laser light becomes high when viewed from the semiconductor film. Irradiation, a method for crystallizing a semiconductor film. 請求項1ないし3のいずれかにおいて、前記半導体膜に対する前記パルス発振レーザ光の照射領域を相対移動させていく際には、パルス毎の照射領域が重なり合うように移動させていくことを特徴とする半導体膜の結晶化方法。  4. The method according to claim 1, wherein when the irradiation region of the pulsed laser beam with respect to the semiconductor film is relatively moved, the irradiation regions for each pulse are moved so as to overlap each other. A method for crystallizing a semiconductor film. 請求項1ないし4のいずれかにおいて、前記半導体膜の薄膜トランジスタ形成予定領域に対して選択的に、前記パルス発振レーザ光を照射することを特徴とする半導体膜の結晶化方法。  5. The method for crystallizing a semiconductor film according to claim 1, wherein the pulsed laser light is selectively irradiated to a region where the thin film transistor is to be formed in the semiconductor film. 請求項1ないし5のいずれかに規定する半導体膜の結晶化方法によって得た結晶性の半導体膜から薄膜トランジスタを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 for manufacturing a thin film transistor, comprising forming a thin film transistor from a crystalline semiconductor film obtained by the method for crystallizing a semiconductor film as defined in claim 1.
JP25277596A 1996-09-25 1996-09-25 Semiconductor film crystallization method and thin film transistor manufacturing method Expired - Fee Related JP3741791B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25277596A JP3741791B2 (en) 1996-09-25 1996-09-25 Semiconductor film crystallization method and thin film transistor manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25277596A JP3741791B2 (en) 1996-09-25 1996-09-25 Semiconductor film crystallization method and thin film transistor manufacturing method

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003394342A Division JP2004111992A (en) 2003-11-25 2003-11-25 Semiconductor film crystallization method and active matrix substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1097993A JPH1097993A (en) 1998-04-14
JP3741791B2 true JP3741791B2 (en) 2006-02-01

Family

ID=17242119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25277596A Expired - Fee Related JP3741791B2 (en) 1996-09-25 1996-09-25 Semiconductor film crystallization method and thin film transistor manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3741791B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000331932A (en) 1999-05-18 2000-11-30 Hitachi Ltd Polycrystalline semiconductor thin film, method for manufacturing the same, semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device, and electronic device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1097993A (en) 1998-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3305961B2 (en) Method of manufacturing polycrystalline silicon thin film transistor
US5624851A (en) Process of fabricating a semiconductor device in which one portion of an amorphous silicon film is thermally crystallized and another portion is laser crystallized
JP3349355B2 (en) Laser annealing method for semiconductor film
KR100227439B1 (en) Polycrystalline thin film and thin film semiconductor device manufacturing method
JP4245915B2 (en) Thin film transistor manufacturing method and display device manufacturing method
KR20030061423A (en) Method for doping semiconductor layer, method for producing thin film semiconductor element and thin film semiconductor element
JP3359689B2 (en) Semiconductor circuit and manufacturing method thereof
US6440824B1 (en) Method of crystallizing a semiconductor thin film, and method of manufacturing a thin-film semiconductor device
JP3431682B2 (en) Method for manufacturing semiconductor circuit
JP3359690B2 (en) Method for manufacturing semiconductor circuit
JP3477969B2 (en) Active matrix substrate manufacturing method and liquid crystal display device
JP3840697B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device, manufacturing method of active matrix substrate, and manufacturing method of liquid crystal display device
JP3528577B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and annealing apparatus
JP3741791B2 (en) Semiconductor film crystallization method and thin film transistor manufacturing method
JP2000340503A (en) Method for manufacturing semiconductor film, method for manufacturing thin film transistor, active matrix substrate
JP3346145B2 (en) Semiconductor film crystallization method, thin film transistor manufacturing method, active matrix substrate, active matrix substrate manufacturing method, liquid crystal display device, and annealing device
JP3580104B2 (en) Active matrix substrate, method of manufacturing the same, and liquid crystal display device
JP3238581B2 (en) Semiconductor circuit
JP4987198B2 (en) Method for manufacturing polycrystalline silicon thin film transistor
JP2004039660A (en) Method for manufacturing polycrystalline semiconductor film, method for manufacturing thin film transistor, display device, and pulse laser annealing device
JP2004111992A (en) Semiconductor film crystallization method and active matrix substrate
JPH0927624A (en) Thin film transistor, manufacture of thin film transistor and liquid crystal display
JP3644185B2 (en) Method for manufacturing active matrix substrate
JP3330923B2 (en) Method for manufacturing semiconductor circuit
JP3431903B2 (en) Semiconductor circuit and semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030924

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20031125

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20040106

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20040305

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050907

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20051109

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091118

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091118

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101118

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101118

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111118

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111118

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121118

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121118

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131118

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees