JPH0697073A - Formation of polycrystalline silicon layer and polycrystalline silicon thin film transistor using the same - Google Patents
Formation of polycrystalline silicon layer and polycrystalline silicon thin film transistor using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は画像表示装置等の駆動に
使用される多結晶シリコン薄膜トランジスタ等の多結晶
シリコン半導体装置の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a polycrystalline silicon semiconductor device such as a polycrystalline silicon thin film transistor used for driving an image display device or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年平面ディスプレイ等の画像表示素子
への応用を目的とした薄膜トランジスタ(TFT)の開
発が活発に行われている。ディスプレイの大型化・高精
細化、さらには周辺駆動回路のTFT化に対応するため
動作速度の速い多結晶シリコンTFTが期待されてい
る。しかし一般に多結晶シリコン膜の成膜温度は600
℃周辺と高く、画像表示素子に求められる大面積化・低
価格化が難しいという問題がある。2. Description of the Related Art In recent years, thin film transistors (TFTs) have been actively developed for application to image display devices such as flat displays. A polycrystalline silicon TFT having a high operating speed is expected in order to cope with an increase in size and definition of a display and a TFT in a peripheral drive circuit. However, generally, the deposition temperature of the polycrystalline silicon film is 600
There is a problem that it is difficult to increase the area and reduce the cost required for image display devices, which is high at around ℃.
【0003】そのため、レーザーアニール法による低温
プロセスで非晶質シリコンから多結晶シリコンを形成す
る方法が研究されている。例えば、特開昭60−833
21号、または雑誌、固体物理:16[2](昭56−
2)の47〜53頁等の記載のようにシリコンの溶融再
結晶による単結晶化あるいは多結晶化はいわゆるSOI
技術(Silicon On Insulator)と
して多くの研究例があった。Therefore, a method of forming polycrystalline silicon from amorphous silicon by a low temperature process by laser annealing has been studied. For example, JP-A-60-833
No. 21, or magazine, solid physics: 16 [2] (Showa 56-
As described in 2), pages 47 to 53, etc., single crystallization or polycrystallization by melting recrystallization of silicon is a so-called SOI.
There were many examples of research as technology (Silicon On Insulator).
【0004】これに対し、特開昭62−104117号
に開示された高速走査レーザーアニール法においては、
500℃以下のプロセス温度で多結晶シリコン薄膜を形
成し、溶融再結晶法では不可能な低コストガラス基板の
使用が可能にされた。On the other hand, in the high speed scanning laser annealing method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-104117,
A polycrystalline silicon thin film was formed at a process temperature of 500 ° C. or less, and it became possible to use a low-cost glass substrate which was impossible by the melt recrystallization method.
【0005】この高速走査レーザーアニール法によっ
て、一般的なレーザーアニール法では適用が困難とされ
ていた逆スタガー型の素子構造、つまりシリコン膜の下
層に金属配線が設けられており、金属配線がレーザーア
ニール時の温度上昇等の影響を受けてしまうような素子
構造の場合でも、多結晶シリコンTFTを製造すること
が出来るようになった。By this high-speed scanning laser annealing method, an inverted stagger type device structure, which has been difficult to apply by a general laser annealing method, that is, a metal wiring is provided in a lower layer of a silicon film, and the metal wiring is a laser. It has become possible to manufacture a polycrystalline silicon TFT even in the case of an element structure that is affected by temperature rise during annealing.
【0006】しかし、液晶表示素子の大型化がますます
望まれ、また液晶表示装置の製造技術の進歩にともない
非晶質シリコンTFTの製造に用いるガラス基板の面積
はさらに大きくなっている。高精細の大型表示素子を製
造するには、微小な画素寸法に応じて製造時の寸法ばら
つきを抑制することが必要であり、一般的な半導体集積
回路の製造と同等以上の技術が必要とされる。非晶質シ
リコンTFTにとって代わるべく開発が進められている
高性能の多結晶シリコンTFTにおいては、その多結晶
シリコン層の形成が鍵であり、プロセス温度のさらなる
低温化が要求されるようになってきている。However, as the size of the liquid crystal display device is further increased, and with the progress of the manufacturing technology of the liquid crystal display device, the area of the glass substrate used for manufacturing the amorphous silicon TFT is further increased. In order to manufacture a high-definition large-sized display element, it is necessary to suppress the dimensional variation at the time of manufacturing in accordance with a minute pixel size, and a technology equivalent to or more than the manufacturing of a general semiconductor integrated circuit is required. It In a high-performance polycrystalline silicon TFT that is being developed to replace the amorphous silicon TFT, the formation of the polycrystalline silicon layer is the key, and the process temperature is required to be further lowered. ing.
【0007】ここで、前述した高速走査レーザーアニー
ル法について概説する。この方法は連続発振レーザー光
を用い、その光ビームを非晶質シリコン薄膜に高速で照
射するものである。照射時の走査速度が、ビームスポッ
ト径×5000/秒以上で可能となる。Here, the above-mentioned high-speed scanning laser annealing method will be outlined. This method uses continuous wave laser light and irradiates the light beam on the amorphous silicon thin film at high speed. The scanning speed at the time of irradiation becomes possible when the beam spot diameter × 5000 / sec or more.
【0008】この走査速度の条件について、本発明の実
施例である図3〜4を参照しながら説明する。非晶質シ
リコン薄膜3をレーザーアニールする際、そのレーザー
パワーを小さい値から増加させると、完全な溶融状態に
ならずに非晶質シリコン薄膜が結晶化し始め多結晶シリ
コン層が得られる。これを第1のレーザーパワー閾値と
呼ぶ。The condition of the scanning speed will be described with reference to FIGS. 3 to 4 which are the embodiments of the present invention. When laser annealing the amorphous silicon thin film 3 and increasing the laser power from a small value, the amorphous silicon thin film begins to crystallize without obtaining a completely molten state, and a polycrystalline silicon layer is obtained. This is called the first laser power threshold.
【0009】これは非晶質シリコン薄膜3に過渡的なエ
ネルギー衝撃を与えることで、多結晶化が生じ始めてい
ると考えられる。非晶質シリコン薄膜3の膜厚方向にお
いても、ほぼ一様に多結晶化が起こり得る。また、原子
のプロフィールを擾乱せずに微小領域ごとにアニールを
達成していると考えられる。It is considered that this is because polycrystallization has begun to occur due to the transient energy impact on the amorphous silicon thin film 3. Polycrystallization can occur almost uniformly in the thickness direction of the amorphous silicon thin film 3. In addition, it is considered that annealing is achieved for each minute region without disturbing the atomic profile.
【0010】さらにレーザーパワーを増加させると、つ
いに非晶質シリコン薄膜3は微小領域ごとでの多結晶化
というプロセスを通り越して、照射された領域のほぼ全
面で完全溶融状態に至る。これを第2のレーザーパワー
閾値と呼ぶ。この場合、非晶質シリコン薄膜3はその状
態が変わり、ガラス基板1上で凝集状態を示し、均質な
膜状を呈しない。When the laser power is further increased, the amorphous silicon thin film 3 finally passes through the process of polycrystallization in each minute region and reaches a completely molten state in almost the entire irradiated region. This is called the second laser power threshold. In this case, the amorphous silicon thin film 3 changes its state, shows an aggregated state on the glass substrate 1, and does not have a uniform film shape.
【0011】光ビームをビームスポット径×5000/
秒以上の高速で走査することで、上記の第1のレーザー
パワー閾値と第2のレーザーパワー閾値との間で、十分
なレーザーパワーの有効幅を取ることができるようにな
りレーザーアニールの制御が容易になる。The beam spot diameter of the light beam × 5000 /
By scanning at a high speed of not less than a second, it becomes possible to obtain a sufficient effective width of laser power between the first laser power threshold value and the second laser power threshold value described above, and control of laser annealing can be performed. It will be easier.
【0012】低速でレーザーアニールする場合、そのレ
ーザーパワーが小さいときは、透光性が少し変化するの
みで多結晶化が起こらない。また、レーザーパワーをわ
ずかに大きくするだけで一気に溶融状態に遷移してしま
うことになる。そのため低速でのレーザーアニールは完
全溶融の手法しかとりにくくなる。In the case of laser annealing at a low speed, when the laser power is small, the translucency is slightly changed and polycrystallization does not occur. In addition, a slight increase in laser power will cause a transition to the molten state at once. For this reason, laser annealing at low speed is only possible with a method of complete melting.
【0013】これに対して、高速走査レーザーアニール
法では、第1のレーザーパワー閾値と第2のレーザーパ
ワー閾値との間でレーザーパワーを選択でき、非晶質シ
リコン薄膜3の多結晶化を制御できる。具体的には、光
ビームの走査速度がビームスポット径×数万/秒以上の
範囲で望ましい性能が得られる。On the other hand, in the high speed scanning laser annealing method, the laser power can be selected between the first laser power threshold value and the second laser power threshold value, and the polycrystallization of the amorphous silicon thin film 3 can be controlled. it can. Specifically, the desired performance is obtained when the scanning speed of the light beam is in the range of the beam spot diameter × tens of thousands / second or more.
【0014】特に、ビームスポット径×(200000
〜400000)/秒の走査速度を用いれば、対角10
インチで640×400程度の画素数のパネルをほぼ1
分内の時間でアニール処理することもできる。そして、
このような高速走査の光ビームアニールを用いているた
め非晶質シリコンを完全な溶融状態に至らしめることな
く多結晶化するところに製造上の特長がある。つぎに、
プロセス全体について説明する。In particular, the beam spot diameter × (200000
~ 400,000) / sec, a diagonal speed of 10
Approximately 1 panel with 640 x 400 pixels per inch
It is also possible to perform the annealing treatment within the time within minutes. And
Since such high-speed scanning light beam annealing is used, there is a manufacturing feature in that amorphous silicon is polycrystallized without reaching a completely molten state. Next,
Describe the entire process.
【0015】まず、ガラス基板上にパッシベーション膜
2および非晶質シリコン薄膜3を基板温度450℃で形
成し、出力13Wのアルゴンイオンレーザー光の出力光
ビームを約50μm径に集光し、約11m/秒の速度で
非晶質シリコン薄膜3上を走査照射し、非晶質シリコン
薄膜3の多結晶化を行う。First, a passivation film 2 and an amorphous silicon thin film 3 are formed on a glass substrate at a substrate temperature of 450 ° C., an output light beam of an argon ion laser beam with an output of 13 W is condensed to a diameter of about 50 μm, and the output is about 11 m. The amorphous silicon thin film 3 is scanned and irradiated at a speed of / sec to polycrystallize the amorphous silicon thin film 3.
【0016】さらに、形成された多結晶シリコン層30
の膜質改善のため光ビームアニール後の熱処理を行う
(ポスト光ビームアニール)。そして、通常のTFT製
造プロセスにより多結晶シリコンTFTを形成する。光
ビームアニール後の熱処理は高温であるほど効果がある
と考えられているので、ガラス基板の耐熱性との兼ね合
いで450℃ないし500℃の温度条件で通常行ってい
る。Further, the formed polycrystalline silicon layer 30
Heat treatment after light beam annealing is performed to improve the film quality (post light beam annealing). Then, a polycrystalline silicon TFT is formed by a normal TFT manufacturing process. Since it is considered that the heat treatment after the light beam annealing is more effective at higher temperatures, it is usually performed under the temperature condition of 450 to 500 ° C. in consideration of the heat resistance of the glass substrate.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した高速
走査の光ビームアニール法により多結晶シリコン層30
を形成し、その後の熱処理を行っても、形成された多結
晶シリコン層30の欠陥密度は十分に低くならなかっ
た。そして欠陥密度が低減されないため目的とするデバ
イスであるTFTの電気的特性に問題を残していた。ま
たこの熱処理を行う工程がTFT製造プロセス中でも最
高温度を要する工程となり、全プロセスの低温化を妨げ
ているという問題があった。However, the polycrystalline silicon layer 30 is formed by the above-described high speed scanning light beam annealing method.
However, the defect density of the formed polycrystalline silicon layer 30 did not become sufficiently low even if the heat treatment was performed. Since the defect density is not reduced, there remains a problem in the electrical characteristics of the target device TFT. Further, there is a problem that the step of performing the heat treatment becomes a step requiring the highest temperature even in the TFT manufacturing process, which hinders the temperature reduction of the whole process.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基板上に
形成された非晶質シリコン薄膜に、連続発振レーザー光
などの光ビームを照射せしめ、前記光ビームの走査速度
をビームスポット径×5000/秒以上として前記非晶
質シリコン薄膜を光ビームアニールし、完全な溶融状態
に至らしめることなく多結晶シリコン層化し、さらにこ
の多結晶シリコン層を350℃以上430℃以下の温度
で熱処理することを特徴とする多結晶シリコン層の形成
方法を提供する。According to the present invention, an amorphous silicon thin film formed on an insulating substrate is irradiated with a light beam such as continuous wave laser light, and the scanning speed of the light beam is set to a beam spot diameter x The amorphous silicon thin film is light beam annealed at 5000 / sec or more to form a polycrystalline silicon layer without reaching a completely molten state, and this polycrystalline silicon layer is further heat-treated at a temperature of 350 ° C. or more and 430 ° C. or less. A method for forming a polycrystalline silicon layer is provided.
【0019】以下にコプレーナ構造の多結晶シリコンT
FTを例にとって図3〜4にしたがって説明する。The following is a polycrystalline silicon T having a coplanar structure.
An example of FT will be described with reference to FIGS.
【0020】まず、ガラス、セラミック等の基板1上に
プラズマCVD、スパッタリング、減圧CVD、常圧C
VD等により酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオ
キシナイトライド(SiOx Ny :x=0〜2、y=0
〜1.8)、酸化タンタル等の単層または多層膜からな
るパッシベーション膜2(膜厚:50〜1000nm)
を形成した。さらに、非晶質シリコン薄膜3( 膜厚:1
0〜500nm)を300℃の製膜温度で形成した。First, plasma CVD, sputtering, low pressure CVD, atmospheric pressure C on a substrate 1 such as glass or ceramics.
According to VD, etc., silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride (SiO x N y : x = 0 to 2, y = 0
~ 1.8), a passivation film 2 (film thickness: 50 to 1000 nm) formed of a single layer or a multilayer film of tantalum oxide or the like.
Was formed. Furthermore, the amorphous silicon thin film 3 (film thickness: 1
0 to 500 nm) was formed at a film forming temperature of 300 ° C.
【0021】必要に応じてTFTの閾値電圧を制御する
ため、非晶質シリコン薄膜3の中にホウ素(B)あるい
はリン(P)などの不純物を数十から数百ppm程度膜
厚方向に均一あるいは不均一に含有せしめた。In order to control the threshold voltage of the TFT as necessary, impurities such as boron (B) or phosphorus (P) in the amorphous silicon thin film 3 are made uniform in the film thickness direction by about tens to hundreds of ppm. Alternatively, it was contained non-uniformly.
【0022】そして、上述した高速走査レーザーアニー
ル法によって、非晶質シリコン薄膜3を光ビームアニー
ルし、完全な溶融状態に至らしめることなく多結晶化を
行った。光ビーム6には高出力の連続発振アルゴンイオ
ンレーザーを用いた。Then, the amorphous silicon thin film 3 was annealed by a light beam by the above-described high speed scanning laser annealing method, so that the amorphous silicon thin film 3 was polycrystallized without reaching a completely molten state. A high power continuous wave argon ion laser was used for the light beam 6.
【0023】光ビームアニールの終了後、形成された多
結晶シリコン層30中の欠陥密度を減少させるため熱処
理を行った。図1に電子スピン共鳴法によって測定した
多結晶シリコン層30中の欠陥密度(その縦軸上の単位
は[×1017個/cm3 ]である)と熱処理温度との関
係を示す。熱処理温度が400℃では、欠陥密度はほぼ
0に近く、500℃では4.2×1017個/cm3 の値
が得られた。400℃を中心として350℃以上430
℃以下の範囲で欠陥密度が小さくなっており熱処理の効
果が最も大きかった。After the completion of the light beam annealing, heat treatment was performed to reduce the defect density in the formed polycrystalline silicon layer 30. FIG. 1 shows the relationship between the defect density (unit on the vertical axis is [× 10 17 / cm 3 ]) in the polycrystalline silicon layer 30 measured by the electron spin resonance method and the heat treatment temperature. When the heat treatment temperature was 400 ° C., the defect density was close to 0, and at 500 ° C., a value of 4.2 × 10 17 defects / cm 3 was obtained. 350 ° C or more 430 centered at 400 ° C
The defect density was low in the range of ℃ or below, and the effect of heat treatment was the largest.
【0024】一般的には、レーザーアニール法を用いな
い、減圧CVDにより製膜された多結晶シリコン膜は6
00℃前後での熱処理により、膜質が改善されることが
知られいる。この膜質改善は550℃以下では起こらな
いとされている。Generally, a polycrystalline silicon film formed by low pressure CVD without using the laser annealing method has 6
It is known that heat treatment at around 00 ° C. improves the film quality. It is said that this film quality improvement does not occur at 550 ° C. or lower.
【0025】したがって本発明の製造方法での熱処理に
よる多結晶シリコン層中の欠陥密度の減少は、従来知ら
れている600℃の熱処理の場合とは異なるメカニズム
によるものと考えられる。つまり、高速走査レーザーア
ニール法によって形成された多結晶シリコン層30に特
異的なものであると考えられる。また、図1の特性曲線
は高速走査光ビームアニールを行い、熱処理を施した多
結晶シリコン層30の普遍的な特性であり、高速走査光
ビームアニールを施す以前の非晶質シリコン薄膜3の製
膜装置、製膜条件、熱処理条件等に依存しないことが分
かった。Therefore, it is considered that the reduction of the defect density in the polycrystalline silicon layer by the heat treatment in the manufacturing method of the present invention is due to a mechanism different from the conventionally known heat treatment at 600 ° C. That is, it is considered to be peculiar to the polycrystalline silicon layer 30 formed by the high speed scanning laser annealing method. Further, the characteristic curve of FIG. 1 is a universal characteristic of the polycrystalline silicon layer 30 which has been subjected to the high speed scanning light beam annealing and subjected to the heat treatment. It was found that it did not depend on the film apparatus, film forming conditions, heat treatment conditions, and the like.
【0026】さらに、フォトリソグラフィーにより多結
晶シリコン層30をパターン化し、その上にプラズマC
VD、スパッタリング、減圧CVD、常圧CVD等によ
り酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイト
ライド、酸化タンタル等の単層または多層膜からなるゲ
ート絶縁膜4( 膜厚:100〜500nm)を形成し、
さらに真空蒸着法、スパッタリング法等によりクロム、
タンタル、アルミニウム等の単層または多層膜からなる
ゲート電極5を形成した。Further, the polycrystalline silicon layer 30 is patterned by photolithography, and the plasma C is formed on the polycrystalline silicon layer 30.
A gate insulating film 4 (film thickness: 100 to 500 nm) consisting of a single layer or a multilayer film of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, tantalum oxide, etc. is formed by VD, sputtering, low pressure CVD, atmospheric pressure CVD, etc.
Furthermore, chromium is deposited by vacuum deposition, sputtering, etc.
The gate electrode 5 made of a single layer or a multilayer film of tantalum, aluminum or the like was formed.
【0027】さらに、イオン注入法によりゲート電極5
をマスクとして用いて、TFTのソース31及びドレイ
ン32となる多結晶シリコン層30のそれぞれの領域
に、リン(P)、ホウ素(B)、ヒ素(As)等の不純
物イオンをドーピングした。必要に応じ不純物イオン活
性化のための熱処理を行った後、層間絶縁膜8を堆積
し、ソース31とドレイン32のそれぞれの領域上にコ
ンタクトホールを形成し、その上にソース31またはド
レイン32へ接続される電極層9を形成した(図4)。Further, the gate electrode 5 is formed by the ion implantation method.
Using as a mask, the respective regions of the polycrystalline silicon layer 30 serving as the source 31 and the drain 32 of the TFT were doped with impurity ions such as phosphorus (P), boron (B), and arsenic (As). After heat treatment for activating the impurity ions as necessary, an interlayer insulating film 8 is deposited, contact holes are formed on the respective regions of the source 31 and the drain 32, and the contact holes are formed on the source 31 or the drain 32. The electrode layer 9 to be connected was formed (FIG. 4).
【0028】上述した多結晶シリコン層30中の欠陥密
度を減少させるための熱処理は単独の工程として行うこ
とができるし、不純物イオン活性化のためのシンタリン
グ等の処理と兼ねてもよいし、ゲート絶縁膜4や層間絶
縁膜8などの製膜工程と兼ねて行うことも可能である。The heat treatment for reducing the defect density in the polycrystalline silicon layer 30 described above can be performed as a single process, and may be combined with a process such as sintering for activating impurity ions. It is also possible to perform the film forming step for the gate insulating film 4 and the interlayer insulating film 8 as well.
【0029】以上コプレーナ型多結晶シリコンTFTの
場合を例にとって説明したが、TFTの構造は逆スタガ
ー型やスタガー型等の他の構造のTFTであっても構わ
ないし、太陽電池などの他の多結晶シリコンデバイスに
も応用できる。The case of the coplanar type polycrystalline silicon TFT has been described above as an example. However, the structure of the TFT may be a TFT of other structure such as an inverted stagger type or a stagger type, and other types such as a solar cell. It can also be applied to crystalline silicon devices.
【0030】[0030]
(実施例1)本発明の実施例1を説明する。本実施例は
高速走査レーザーアニール直後に本発明の熱処理を行
い、その後の工程は従来通りに行うものである。ガラス
基板1(コーニング7059)上にプラズマCVD法に
より200nm厚の酸化シリコンのパッシベーション膜
2を形成し、その上に100nm厚の非晶質シリコン薄
膜3を基板温度300℃で形成し、350℃で30分間
熱処理した。(Example 1) Example 1 of the present invention will be described. In this embodiment, the heat treatment of the present invention is carried out immediately after the high speed scanning laser annealing, and the subsequent steps are carried out as usual. A 200 nm thick silicon oxide passivation film 2 is formed on a glass substrate 1 (Corning 7059) by a plasma CVD method, and a 100 nm thick amorphous silicon thin film 3 is formed thereon at a substrate temperature of 300 ° C. Heat treated for 30 minutes.
【0031】非晶質シリコン薄膜3上に出力13Wのア
ルゴンイオンレーザーの光ビームを約50μm径に集光
して照射した。この光ビームを、約11m/秒の速度で
走査照射し(ビームスポット径×220000の走査速
度)、非晶質シリコン薄膜3の多結晶化を行った。その
後、400℃・1時間の熱処理を行った。On the amorphous silicon thin film 3, a light beam of an argon ion laser with an output of 13 W was condensed and irradiated at a diameter of about 50 μm. This light beam was scanned and irradiated at a speed of about 11 m / sec (beam spot diameter × scanning speed of 220,000) to polycrystallize the amorphous silicon thin film 3. Then, heat treatment was performed at 400 ° C. for 1 hour.
【0032】さらに、フォトリソグラフィーにより多結
晶シリコン層30を島状にパターン化し、その上にプラ
ズマCVD法により200nmの厚みの窒化シリコンか
らなるゲート絶縁膜4を300℃にて堆積し、さらにゲ
ート電極5の材料として150nmの厚みのクロムを電
子線加熱蒸着法により300℃で蒸着した。Further, the polycrystalline silicon layer 30 is patterned into an island shape by photolithography, and a gate insulating film 4 made of silicon nitride having a thickness of 200 nm is deposited thereon at 300 ° C. by a plasma CVD method. Chromium with a thickness of 150 nm as the material of No. 5 was vapor-deposited at 300 ° C. by an electron beam heating vapor deposition method.
【0033】そして、フォトリソグラフィーによりゲー
ト電極5をパターン形成した。さらにゲート絶縁膜4を
エッチングした後、イオン注入法によりゲート電極5を
マスクとして多結晶シリコン層30の島の部分のうち、
TFTのソースまたはドレイン領域とする部分に、リン
(P)イオンを加速電圧10kV、ドーズ量2×1015
個/cm2 の条件でドーピングした。Then, the gate electrode 5 was patterned by photolithography. After the gate insulating film 4 is further etched, by using the gate electrode 5 as a mask by the ion implantation method, among the island portions of the polycrystalline silicon layer 30,
Phosphorus (P) ions are applied to the source or drain region of the TFT at an acceleration voltage of 10 kV and a dose of 2 × 10 15.
Doping was carried out under the condition of individual pieces / cm 2 .
【0034】不純物イオン活性化のための熱処理を30
0℃・1時間行った後、層間絶縁膜8、透明導電体膜1
1を堆積し、透明導電体膜11を表示電極の形にパター
ン化し、ソースまたはドレイン領域上にコンタクトホー
ルを形成し、その上にソースまたはドレインに接続され
る電極層9を形成した。A heat treatment for activating the impurity ions is performed 30 times.
After 1 hour at 0 ° C., the interlayer insulating film 8 and the transparent conductor film 1
1 was deposited, the transparent conductor film 11 was patterned into the shape of a display electrode, a contact hole was formed on the source or drain region, and an electrode layer 9 connected to the source or drain was formed thereon.
【0035】(実施例2)次に第2の実施例を説明す
る。本実施例はゲート絶縁膜4の製膜温度と、不純物イ
オンの活性化アニール温度を本発明の熱処理として適当
な温度とすることによりレーザーアニール直後の単独の
熱処理工程を省略するものである。(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described. In this embodiment, the film forming temperature of the gate insulating film 4 and the activation annealing temperature of the impurity ions are set to appropriate temperatures for the heat treatment of the present invention, thereby omitting a single heat treatment step immediately after laser annealing.
【0036】ガラス基板(コーニング7059)1上に
プラズマCVD法により200nm厚の酸化シリコンの
パッシベーション膜2及び100nm厚の非晶質シリコ
ン薄膜3を基板温度300℃で形成し、350℃で30
分間熱処理した。出力13Wのアルゴンイオンレーザー
の光ビームを約50μm径に集光し、非晶質シリコン層
3の上に約11m/秒の速度で走査照射し(ビームスポ
ット径×220000/秒の走査速度)、非晶質シリコ
ン薄膜3の多結晶化を行った。A 200 nm thick silicon oxide passivation film 2 and a 100 nm thick amorphous silicon thin film 3 are formed on a glass substrate (Corning 7059) 1 by plasma CVD at a substrate temperature of 300 ° C. and at 350 ° C.
Heat treated for minutes. A light beam of an argon ion laser with an output of 13 W is condensed to a diameter of about 50 μm, and scanning irradiation is performed on the amorphous silicon layer 3 at a speed of about 11 m / second (beam spot diameter × 220,000 / second scanning speed). The amorphous silicon thin film 3 was polycrystallized.
【0037】フォトリソグラフィーにより多結晶シリコ
ン層30を島状にパターン化し、その上にプラズマCV
D法により200nmの厚みの窒化シリコンからなるゲ
ート絶縁膜4を350℃にて堆積し、さらにゲート電極
5の材料として150nmの厚みのクロムを電子線加熱
蒸着法により300℃で蒸着した。The polycrystalline silicon layer 30 is patterned into an island shape by photolithography, and a plasma CV is formed thereon.
A gate insulating film 4 made of silicon nitride having a thickness of 200 nm was deposited by the method D at 350 ° C., and chromium having a thickness of 150 nm as a material for the gate electrode 5 was vapor-deposited at a temperature of 300 ° C. by an electron beam heating vapor deposition method.
【0038】そして、フォトリソグラフィーによりゲー
ト電極5のパターンを形成した。さらにゲート絶縁膜4
をエッチングした後、イオン注入法によりゲート電極5
をマスクにして多結晶シリコンの島のソースまたはドレ
イン領域になる部分に、リン(P)イオンを加速電圧1
0kV、ドーズ量2×1015個/cm2 の条件でドーピ
ングした。Then, a pattern of the gate electrode 5 was formed by photolithography. Furthermore, the gate insulating film 4
After etching, the gate electrode 5 is formed by the ion implantation method.
Is used as a mask, and phosphorus (P) ions are applied at an accelerating voltage of 1
Doping was performed under the conditions of 0 kV and a dose amount of 2 × 10 15 pieces / cm 2 .
【0039】さらに不純物イオン活性化のための熱処理
を350℃・1時間行った後、層間絶縁膜8を堆積し、
ソース31及びドレイン32の領域上にコンタクトホー
ルを形成し、その上にソース31またはドレイン32に
接続される電極層9を形成した。Further, after heat treatment for activating the impurity ions is performed at 350 ° C. for 1 hour, the interlayer insulating film 8 is deposited,
Contact holes were formed on the regions of the source 31 and the drain 32, and the electrode layer 9 connected to the source 31 or the drain 32 was formed thereon.
【0040】(実施例3)図5〜6を参照しながら本発
明の実施例3の説明を行う。実施例3はアルミニウムを
ゲートの電極材料として用いているため、プロセスの最
高温度を300℃で形成した逆スタガー型の多結晶シリ
コンTFTである。(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Example 3 is an inverted stagger type polycrystalline silicon TFT formed at a process maximum temperature of 300 ° C. because aluminum is used as a gate electrode material.
【0041】ガラス基板1上にアルミニウムを50nm
の厚みで電子線加熱蒸着法により蒸着し、フォトリソグ
ラフィーによりゲート電極5のパターンを形成し、その
上にプラズマCVD法により窒化シリコンSiNx (x
=1.1〜1.6)200nmからなるゲート絶縁膜
4、及び100nmの厚みの非晶質シリコン薄膜3を製
膜温度200℃で積層し、さらに窒化シリコンSiNx
(x=1.2〜1.6)50nmからなる反射防止膜1
0を製膜温度300℃で製膜し、非晶質シリコン薄膜3
の膜生成後の熱処理を兼ねた。Aluminum having a thickness of 50 nm is formed on the glass substrate 1.
With a thickness of 1 nm by electron beam heating vapor deposition method, a pattern of the gate electrode 5 is formed by photolithography, and silicon nitride SiN x (x
= 1.1 to 1.6) A gate insulating film 4 having a thickness of 200 nm and an amorphous silicon thin film 3 having a thickness of 100 nm are stacked at a film forming temperature of 200 ° C., and silicon nitride SiN x is further formed.
(X = 1.2 to 1.6) Antireflection film 1 made of 50 nm
0 was formed at a film forming temperature of 300 ° C. to form an amorphous silicon thin film 3
It also served as a heat treatment after the film formation.
【0042】10Wのアルゴンイオンレーザー光を約5
0μm径に集光し、約13m/秒の速度で走査照射し
(ビームスポット径×260000/秒)。非晶質シリ
コン薄膜3の多結晶化を行った。このようにして多結晶
シリコン層30を形成した(図5)。About 10 W of argon ion laser light was used.
The light was focused to a diameter of 0 μm, and scanning irradiation was performed at a speed of about 13 m / sec (beam spot diameter × 260000 / sec). The amorphous silicon thin film 3 was polycrystallized. Thus, the polycrystalline silicon layer 30 was formed (FIG. 5).
【0043】反射防止膜10を除去した後、ポジ型フォ
トレジスト(東京応化製OFPR−800)を塗布し、
基板裏面より露光し現像することにより、自己整合的に
ゲート電極5と同一パターンのフォトレジスト層を形成
した。イオン注入法によりフォトレジスト層のパターン
をマスクに多結晶シリコン層30のソース及びドレイン
の領域となる部分に、リン(P)イオンを加速電圧10
kV、ドーズ量2×1015個/cm2 の条件でドーピン
グした。After removing the antireflection film 10, a positive photoresist (OFPR-800 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) is applied,
By exposing and developing from the back surface of the substrate, a photoresist layer having the same pattern as the gate electrode 5 was formed in a self-aligned manner. By using the photoresist layer pattern as a mask, phosphorus (P) ions are accelerated by an ion implantation method to the portions that will be the source and drain regions of the polycrystalline silicon layer 30.
Doping was performed under the conditions of kV and a dose amount of 2 × 10 15 pieces / cm 2 .
【0044】フォトレジスト層を酸素プラズマにより除
去した後、不純物イオンの活性化のための熱処理を30
0℃・1時間で行った。フォトリソグラフィーにより多
結晶シリコン層30を島状にパターン化し、その上にプ
ラズマCVD法によりシリコンオキシナイトライドを2
00nmの厚みで形成して層間絶縁膜8を堆積し、ソー
スまたはドレイン領域上にコンタクトホールを形成し、
その上に電極9を形成した(図6)。After removing the photoresist layer by oxygen plasma, a heat treatment for activating impurity ions is performed for 30 minutes.
It was carried out at 0 ° C. for 1 hour. The polycrystalline silicon layer 30 is patterned into an island shape by photolithography, and silicon oxynitride is deposited thereon by plasma CVD.
Formed to a thickness of 00 nm, an interlayer insulating film 8 is deposited, and a contact hole is formed on the source or drain region,
The electrode 9 was formed on it (FIG. 6).
【0045】図2は本発明の多結晶シリコン薄膜の形成
方法を用いて製造された多結晶シリコンTFTと従来の
方法により製造されたTFTのリーク電流−ドレイン電
圧の特性曲線である。FIG. 2 is a characteristic curve of leakage current-drain voltage of a polycrystalline silicon TFT manufactured by using the method for forming a polycrystalline silicon thin film of the present invention and a TFT manufactured by a conventional method.
【0046】曲線Aが従来例(450℃での熱処理)に
よるTFTのリーク電流である。曲線Bが本発明(40
0℃での熱処理)によるTFTのリーク電流である。3
50℃での熱処理によって形成されたTFTも曲線Bと
同等の特性を示した。本発明のTFTでは、そのリーク
電流が従来例に比して、大きく減少していることがわか
る。また、TFTのオン電流や閾値特性も改善されるこ
とが確認された。Curve A is the leak current of the TFT by the conventional example (heat treatment at 450 ° C.). Curve B represents the present invention (40
It is the leak current of the TFT due to the heat treatment at 0 ° C.). Three
The TFT formed by the heat treatment at 50 ° C. also showed the same characteristics as the curve B. It can be seen that in the TFT of the present invention, the leak current is greatly reduced as compared with the conventional example. It was also confirmed that the on-current and threshold characteristics of the TFT are improved.
【0047】表示技術の国際会議SID’91(Soc
iety for Information Disp
lay)のダイジェスト(663〜666頁)によれ
ば、液晶表示装置製造に最も一般的に用いられているコ
ーニング7059ガラスの熱収縮は1時間処理の場合、
300℃で3ppm、350℃で6ppm、400℃で
15ppm、450℃で40ppmとなっている。International Conference on Display Technology SID '91 (Soc
yety for Information Disp
Lay) 's digest (pages 663-666) shows that the heat shrinkage of Corning 7059 glass, which is most commonly used in liquid crystal display manufacturing, is 1 hour after treatment.
It is 3 ppm at 300 ° C., 6 ppm at 350 ° C., 15 ppm at 400 ° C., and 40 ppm at 450 ° C.
【0048】例えば1辺の寸法長が300mmのガラス
基板では、10ppm収縮すると3μmのパターンずれ
を起こすことになる。液晶表示素子を製造するうえで、
使用基板サイズと設計ルールにもよるが、プロセス温度
を低温化することの効果はきわめて大きい。For example, on a glass substrate having a side length of 300 mm, a shrinkage of 10 ppm causes a pattern shift of 3 μm. In manufacturing liquid crystal display elements,
Although it depends on the size of the substrate used and the design rules, the effect of lowering the process temperature is extremely large.
【0049】[0049]
【発明の効果】本発明の方法によれば、従来の製造プロ
セス中で最高温度であった光ビームアニール後の熱処理
温度を下げることができるため、高速TFTを用いた画
像表示素子の駆動回路を製造するプロセス全体の低温化
を達成することができるようになった。According to the method of the present invention, the heat treatment temperature after the light beam annealing, which was the highest temperature in the conventional manufacturing process, can be lowered, so that the driving circuit of the image display device using the high speed TFT can be formed. It has become possible to achieve lower temperatures in the entire manufacturing process.
【0050】つまり製造プロセスでの所要温度を低く
し、高価な高温炉を使わずにすむこととなった。また、
従来の製造方法に比して、相対的に低温での製造が可能
となった。高速走査レーザーアニールの製造方法により
形成された多結晶シリコン層において、特にその膜質が
改善される結果が得られた。また、温度管理がより容易
になりTFT製造の歩留が改善された。That is, the temperature required in the manufacturing process is lowered, and an expensive high temperature furnace is not required. Also,
It is possible to manufacture at a relatively low temperature as compared with the conventional manufacturing method. It was found that the quality of the polycrystalline silicon layer formed by the high speed scanning laser annealing method was improved. In addition, temperature control becomes easier and the yield of TFT manufacturing is improved.
【0051】また製造ロット間の特性ばらつきも低減さ
れるようになった。さらに、全工程でのスループットが
短縮され、例えば高性能の液晶パネル駆動用回路を短サ
イクルで製造可能となった。Further, variations in characteristics between manufacturing lots have also been reduced. Further, the throughput in all steps is shortened, and, for example, a high-performance liquid crystal panel driving circuit can be manufactured in a short cycle.
【図1】電子スピン共鳴法によって測定した多結晶シリ
コン層中の欠陥密度と熱処理温度との関係を示すグラ
フ。FIG. 1 is a graph showing a relationship between a defect density in a polycrystalline silicon layer measured by an electron spin resonance method and a heat treatment temperature.
【図2】本発明と従来例の多結晶シリコンTFTのリー
ク電流−ドレイン電圧特性を示すグラフ。FIG. 2 is a graph showing leakage current-drain voltage characteristics of a polycrystalline silicon TFT of the present invention and a conventional example.
【図3】非晶質シリコン薄膜3に光ビーム6を照射して
多結晶化を行う状態を示す模式図。FIG. 3 is a schematic view showing a state in which an amorphous silicon thin film 3 is irradiated with a light beam 6 to be polycrystallized.
【図4】実施例2のコプレナー型のTFTの一部断面
図。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a coplanar TFT of Example 2.
【図5】実施例3の逆スタガー型TFTを製造するプロ
セス途中での断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view in the process of manufacturing an inverted stagger type TFT of Example 3.
【図6】実施例3の逆スタガー型のTFTの断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of an inverted stagger type TFT of Example 3.
1:基板 2:パッシベーション膜 3:非晶質シリコン薄膜 4:ゲート絶縁膜 5:ゲート電極 6:光ビーム 11:透明導電体膜 30:多結晶シリコン層 1: Substrate 2: Passivation film 3: Amorphous silicon thin film 4: Gate insulating film 5: Gate electrode 6: Light beam 11: Transparent conductor film 30: Polycrystalline silicon layer
Claims (2)
膜に、連続発振レーザー光などの光ビームを照射せし
め、前記光ビームの走査速度をビームスポット径×50
00/秒以上として前記非晶質シリコン薄膜を光ビーム
アニールし、完全な溶融状態に至らしめることなく多結
晶シリコン層化し、さらにこの多結晶シリコン層を35
0℃以上430℃以下の温度で熱処理することを特徴と
する多結晶シリコン層の形成方法。1. An amorphous silicon thin film formed on an insulating substrate is irradiated with a light beam such as continuous wave laser light, and the scanning speed of the light beam is beam spot diameter × 50.
The amorphous silicon thin film is annealed with a light beam at a rate of 00 / sec or more to form a polycrystalline silicon layer without reaching a completely molten state.
A method for forming a polycrystalline silicon layer, which comprises performing heat treatment at a temperature of 0 ° C. or higher and 430 ° C. or lower.
ン層を用いて形成された多結晶シリコン薄膜トランジス
タ。2. A polycrystalline silicon thin film transistor formed by using the polycrystalline silicon layer formed by the method of claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26956392A JPH0697073A (en) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | Formation of polycrystalline silicon layer and polycrystalline silicon thin film transistor using the same |
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JPH0697073A true JPH0697073A (en) | 1994-04-08 |
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JP (1) | JPH0697073A (en) |
Cited By (8)
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- 1992-09-11 JP JP26956392A patent/JPH0697073A/en not_active Withdrawn
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