JPH05315362A - 半導体装置の製造方法及び液晶表示装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び液晶表示装置

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JPH05315362A
JPH05315362A JP14625392A JP14625392A JPH05315362A JP H05315362 A JPH05315362 A JP H05315362A JP 14625392 A JP14625392 A JP 14625392A JP 14625392 A JP14625392 A JP 14625392A JP H05315362 A JPH05315362 A JP H05315362A
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JP
Japan
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thin film
film
laser
semiconductor
semiconductor device
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JP14625392A
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Masamune Kusunoki
雅統 楠
Koji Mori
孝二 森
Nobuaki Kondo
信昭 近藤
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アニール時の被アニール部内の温度分布が均
一になり、アニール後の結晶粒径を一様にする。 【構成】 CVD室内にプラスチックフィルム4をセッ
トして基板温度を室温にする。次にArFレーザ2でプ
ラスチックフィルム4の表面近傍を照射して非晶質シリ
コン3を堆積させる。プラスチックフィルム4をアブレ
ーション室に移動させ、ArFレーザ2のレーザ径を調
節して照射し、光化学的アブレーションによりサファイ
ア5をプラスチックフィルム4上に堆積させる。次に、
プラスチックフィルム4の基板温度を室温にしたまま、
ArFレーザ2でサファイア5上に照射する。レーザエ
ネルギーは、サファイア5にあまり吸収されず、非晶質
シリコン3に吸収され、該非晶質シリコン3は、結晶化
して結晶化シリコン6となる。その後、MOSトランジ
スタを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、半導体装置の製造方法及び液晶
表示装置に関し、より詳細には、耐熱性の低い基板上に
薄膜トランジスタを形成する半導体装置の製造方法及び
該薄膜トランジスタを液晶ディスプレイ用表示部に用い
た液晶表示装置に関する。例えば、MOS(Metal Oxid
e Semiconductor)トランジスタ、C(Complementary)
MOSトランジスタ、バイポーラトランジスタ、LCD
(Liquid Crystal Device)用駆動素子に適用されるも
のである。
【0002】
【従来技術】従来、耐熱性の低い基板上に高性能の薄膜
トランジスタ(TFT;Thin FilmTransistor)を形成
する方法において、基板上に半導体薄膜を形成し、該半
導体薄膜をパルス光エネルギーの最表面加工性を利用し
た照射アニール(anneal;熱処理)により、これを結晶粒
径が増大した多結晶半導体層、すなわち半導体結晶層に
し、その層にTFTを形成する方法がある。しかし、パ
ルス光エネルギーによるアニールは、短時間のうちに半
導体薄膜が、溶融、固化するので、ランダムな結晶核の
発生と、パルス光エネルギーの面内不均一性による被ア
ニール部内の温度分布の不均一性から、アニール後の結
晶粒径が一様でないという問題があった。
【0003】半導体基板上に素子を形成する半導体装置
においては、酸化、拡散、イオン注入及び写真触刻等に
より、シリコン基板上に平面的(2次元的)に素子を配
列することが通常行なわれている。しかし、二層以上の
多層に素子を形成することが要求され、そのために、素
子を微細化して半導体装置を高集積化及び高速化する、
いわゆる積層半導体装置(3次元IC)が提案されてい
る。この3次元ICを実現するために、例えば、シリコ
ン基板上をSiO2、SiN等の絶縁膜で覆い、その上
に多結晶シリコン薄膜を被着し、これを連続ビームのレ
ーザ光若しくは電子線により照射アニールすることによ
り単結晶シリコン層とし、該層中に素子を形成すること
により、積層半導体装置を製造するものがある。しかし
ながら、従来のビームアニール法では、結晶粒径を20
〜30[μm]にするのが限界で、しかも再結晶化した
シリコン結晶層中には多数の転位、多晶及び積層等の欠
陥が含まれ、シリコン結晶層の結晶性は極めて悪いもの
であった。この点を解決するために、例えば、特開昭6
0−54426号公報に「半導体薄膜結晶層の製造方
法」が提案されている。この公報のものは、アニールす
べき半導体薄膜上に高融点金属膜を形成することによ
り、ビームアニール時の照射損傷をおさえるとともにア
ニールの均一化を図るものである。
【0004】
【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、アニールを行なうためのレーザの透過率と、熱
伝導率が高い薄膜を半導体薄膜上に形成することによ
り、アニール時の被アニール部内の温度分布が均一にな
り、アニール後の結晶粒径を一様にすることが可能とな
るような半導体装置の製造方法及び液晶表示装置を提供
することを目的としてなされたものである。
【0005】
【構成】本発明は、上記目的を達成するために、(1)
プラスチックフィルム上に薄膜トランジスタ(TFT)
を形成する半導体装置の製造方法において、前記プラス
チックフィルム上に半導体薄膜を形成し、該半導体薄膜
をパルスレーザ照射により半導体薄膜の結晶化を行なう
際に、予め前記半導体薄膜上には、熱伝導率(K)と結
晶化のためのレーザの透過率(T)が、K≧0.03
(cal/cm・s・℃)、T≧80%の範囲にある薄膜
を形成しておくこと、更には、(2)前記半導体薄膜上
の薄膜にはセラミック絶縁材料を用いること、更には、
(3)前記(2)において、前記セラミック絶縁材料を
薄膜トランジスタのゲート絶縁膜に用いること、更に
は、(4)前記(2)において、前記セラミック絶縁材
料はレーザアブレーション法により形成し、該レーザに
はエキシマレーザを用い、該レーザ条件としてレーザエ
ネルギーが10mJ/cm2〜1J/cm2、ショット数
1〜100でターゲットに照射すること、更には、
(5)前記(1)において、前記プラスチックフィルム
上の半導体薄膜と、該半導体薄膜上の薄膜を同一系内に
おいて光エネルギーにより形成すること、更には、
(6)前記(1)において、前記薄膜トランジスタを液
晶ディスプレイ用表示部の駆動に用いていることを特徴
としたものである。以下、本発明の実施例に基づいて説
明する。
【0006】本発明は、耐熱性の低い基板上に高性能の
TFTを形成する方法において、アニールを行なうため
のレーザの透過率と、熱伝導率が高い薄膜を半導体薄膜
上に形成することにより、アニール時の被アニール部内
の温度分布が均一になり、アニール後の結晶粒径を一様
にすることを可能にする方法であるが、半導体薄膜上の
薄膜をセラミック絶縁材料とすることで、これをゲート
絶縁膜として使用でき、また半導体薄膜とゲート絶縁膜
との界面を清浄にすることができ、TFT素子の特性を
安定にすることができる。表1にセラミック絶縁材料の
材料特性を示す。
【0007】
【表1】
【0008】図1(a)〜(d)は、本発明による半導
体装置の製造方法の一実施例を説明するための工程図
で、図中、1は雰囲気ガス、2はレーザ、3は非晶質シ
リコン、4はプラスチック基板、5はサファイア、6は
結晶化シリコン、7はゲート電極、8aはソース電極、
8bはドレイン電極、9は層間絶縁膜である。また、図
2は、本発明による半導体装置の製造装置の構成図で、
図中、21はガスボンベ、22はレーザ、23aはCV
D(Chemical Vapor Deposition)アニール用光学系、
23bはアブレーション用光学系、24は石英窓、25
はしきり窓、26はCVDアニール窓、27はターゲッ
ト、28はアブレーション室、29は排気系である。
【0009】以下、図1及び図2に基づいて説明する。 (1)図1(a)の工程:CVD室21内に50mm角
のプラスチックフィルム4をセットし、基板温度を室温
にする。次に処理室21内をジシラン(Si26)雰囲
気1にし、光学系23aでレーザ径を30mm角にした
ArFレーザ2でプラスチックフィルム4の表面近傍を
照射して非晶質シリコン3を堆積させた。堆積条件は、
Si26流量10sccm、ガス圧0.5torr、レーザパワ
ー200mJ/cm2である。
【0010】(2)図1(b)の工程:次にプラスチッ
クフィルム4をアブレーション室28に移動させ、光学
系23bでArFレーザ2のレーザ径を調節し、ターゲ
ット27に照射して光化学的アブレーションによりサフ
ァイア(α−Al23)5をプラスチックフィルム4上
に堆積させる。アブレーション条件は、レーザパワー3
00mJ/cm2、ショット数20ショットである。
【0011】(3)図1(c)の工程:次に再度プラス
チックフィルム4を処理室21に移動させ、基板温度を
室温にしたまま、光学系23aでレーザ径を20mm角
にしたArFレーザ2でサファイア(α−Al23)5
上に照射する。するとレーザエネルギーは、サファイア
(α−Al23)5にあまり吸収されず、非晶質シリコ
ン3に吸収される。その過程で非晶質シリコン3は、結
晶化して結晶化シリコン6となる。 (4)図1(d)の工程:その後、MOSトランジスタ
を形成した。すなわち、結晶化シリコン6上のサファイ
ア(α−Al23)5をパターニングし、これをゲート
絶縁膜とし、ゲート電極11を形成した後、所定のプロ
セスを経てMOSトランジスタを形成した。
【0012】エキシマレーザのような紫外線は、上記の
ような半導体薄膜の吸収係数が大きく、そのレーザ光の
ほとんどが上記半導体薄膜とセラミック絶縁材料との界
面近傍で吸収され、局所的に温度が上昇して半導体薄膜
を結晶することが可能となる。このように半導体薄膜表
層での局所的な加熱なので、下地基板であるプラスチッ
クフィルムへの熱的ダメージは抑制できる。また、半導
体薄膜上の薄膜セラミック絶縁材料とすることによりT
FTのゲート絶縁膜として利用可能できるので、プロセ
スが簡単化され、なおかつ半導体薄膜とセラミック絶縁
材料との界面特性もアニール時に改善していることが期
待される。すなわち、半導体薄膜の結晶粒径の均一化
と、界面特性の改善からTFT特性の向上が期待でき
る。このTFT素子をLCDの駆動素子に用いれば、L
CD画像の応答速度が早くなり、LCDとしての品質が
向上する。
【0013】
【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。 (1)請求項1に対する効果:プラスチックフィルム上
に高性能のTFTを形成する方法において、アニールを
行なうためのレーザの透過率と、熱伝導率が高い薄膜を
半導体薄膜上に形成することにより、アニール時の被ア
ニール部内の温度分布が均一になり、アニール後の結晶
粒径を一様にすることが可能となる。 (2)請求項2に対する効果:半導体薄膜上の薄膜に、
セラミック絶縁材料を用いれば、局所的に高温になった
としても、それに耐えうることができ、なおかつ材料特
性を損なうことはない。 (3)請求項3に対する効果:セラミック絶縁材料を薄
膜トランジスタのゲート絶縁膜に用いれば、連続プロセ
スなので、半導体薄膜とゲート絶縁膜との界面を清浄に
かつ、アニール工程により界面特性も向上するので、T
FT素子の特性を安定にすることができる。 (4)請求項4に対する効果:セラミック絶縁材料は、
レーザアブレーション法により形成すれば、良好な膜質
の絶縁材料を得ることができる。また、レーザには、エ
キシマレーザを用い、その条件としてレーザエネルギー
10mJ/cm2〜1J/cm2、ショット数1〜100
でターゲットに照射するので、この条件範囲で最適な膜
質を得ることができる。 (5)請求項5に対する効果:プラスチックフィルム上
の半導体薄膜と、該半導体薄膜上の薄膜を同一系内にお
いて光エネルギーにより形成するので、レーザにより低
温化プロセスによってプラスチックフィルムへの熱ダメ
ージを抑制することが可能となる。 (6)請求項6に対する効果:薄膜トランジスタを液晶
ディスプレイ用表示部の駆動に用いているので、プラス
チックフィルムLCDの品質を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による半導体装置の製造方法の一実施
例を説明するための構成図である。
【図2】 本発明による半導体装置の製造装置の構成図
である。
【符号の説明】
1…雰囲気ガス、2…レーザ、3…非晶質シリコン、4
…プラスチック基板、5…サファイア、6…結晶化シリ
コン、7…ゲート電極、8a…ソース電極、8b…ドレ
イン電極、9…層間絶縁膜。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラスチックフィルム上に薄膜トランジ
    スタを形成する半導体装置の製造方法において、前記プ
    ラスチックフィルム上に半導体薄膜を形成し、該半導体
    薄膜をパルスレーザ照射により半導体薄膜の結晶化を行
    なう際に、予め前記半導体薄膜上には、熱伝導率(K)
    と結晶化のためのレーザの透過率(T)とが、K≧0.
    03(cal/cm・s・℃)、T≧80%の範囲にある
    薄膜を形成しておくことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 前記半導体薄膜上の薄膜にはセラミック
    絶縁材料を用いることを特徴とする請求項1記載の半導
    体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記セラミック絶縁材料を薄膜トランジ
    スタのゲート絶縁膜に用いることを特徴とする請求項2
    記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記セラミック絶縁材料はレーザアブレ
    ーション法により形成し、該レーザにはエキシマレーザ
    を用い、該レーザ条件としてレーザエネルギーが10m
    J/cm2〜1J/cm2、ショット数1〜100でター
    ゲットに照射することを特徴とする請求項2記載の半導
    体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記プラスチックフィルム上の半導体薄
    膜と、該半導体薄膜上の薄膜を同一系内において光エネ
    ルギーにより形成することを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の薄膜トランジスタを液晶
    ディスプレイ用表示部の駆動に用いることを特徴とする
    液晶表示装置。
JP14625392A 1992-05-12 1992-05-12 半導体装置の製造方法及び液晶表示装置 Pending JPH05315362A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003178979A (ja) * 2001-08-30 2003-06-27 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
JP2007059706A (ja) * 2005-08-25 2007-03-08 Takayasu Mochizuki 半導体結晶膜の製造方法とそれを用いた装置

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JP2003178979A (ja) * 2001-08-30 2003-06-27 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
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