(57)【要約】【課題】  有機ＥＬデイスプレイからなるシステムオンガラスを実現する半導体薄膜の製造方法。【解決手段】  非晶質基板と、前記非晶質基板上に化学気相成長方法あるいは物理気相成長方法を利用して形成された柱状構造を有している微結晶シリコンあるいはナノクリスタルシリコンからなる半導体シリコン薄膜を成長する工程と、該シリコン薄膜の所望の領域の水素出しを連続波レーザーを利用して行い、該水素出しを行った領域に対して、水素出し処理時よりも高いパワーを有する連続波レーザーを照射して大粒径多結晶シリコンを形成することを特徴とした半導体薄膜の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質基板と、前記非晶質基板上に形成された柱状構造からなる微結晶シリコンあるいはナノクリスタルシリコンからなる動作半導体薄膜において、該動作半導体薄膜の多結晶シリコン半導体を形成する領域のみに連続波レーザを照射して、照射を行った領域の微結晶シリコンあるいはナノクリスタルシリコンに含まれる水素の脱水素化処理を行い、水素出しを行った領域に同一のレーザを利用して、大粒径ラテラル多結晶シリコン薄膜を形成することを特徴とした半導体製造方法。
【請求項２】
大粒径多結晶シリコンの形成は、脱水素化処理よりも高いレーザパワーであることを特徴とする請求項１項。
【請求項３】
連続波レーザとして半導体励起固体連続波レーザーを利用することを特徴とする請求項１項。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は半導体装置に関し、特に非晶質基板上に設けられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成するための半導体薄膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近時では、無アルカリガラス基板上に多結晶半導体からなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（特に多結晶シリコンＴＦＴ）からなる高精細デイスプレイが実現されている。多結晶シリコンＴＦＴの動作半導体薄膜となる多結晶シリコン膜を形成する手法としては、先ず非晶質（アモルファス）シリコン膜を成膜した後、紫外波長で短パルスのエキシマレーザ光を照射する。これにより、ガラス基板に影響を与えることなく非晶質シリコン膜のみを溶融結晶化させて多結晶シリコン膜を得る方法が主流となっている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  上記の手法で多結晶シリコン膜を形成するに際して、大面積化に対応した高出力、線状ビームのエキシマレーザが利用されており、これによって結晶化した多結晶シリコン膜を用いたトップゲート型の薄膜トランジスタが開発されている。エキシマレーザ結晶化では、ランダムに発生した核から等方的に成長し、結晶粒径は１μｍに満たず、チャネル領域には結晶粒径が小さいために多数の結晶粒が含まれ、このＴＦＴの移動度は典型的には１００ｃｍ２／Ｖｓ程度である。この値は、非晶質シリコンに比較すれば１００倍ほど高いが、単結晶シリコン（Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴ）の移動度に比較すれば約１／６である。移動度は、結晶粒径が大きくチャネルの長さ方向に存在する粒界が少ない場合には大きく、チャネル部分の結晶粒径が小さくチャネルの長さ方向に粒界が多数存在する場合には小さくなる。また、結晶粒界には欠陥が多く、チャネル内部に粒界が存在することにより特性が抑えられている。従って、多結晶シリコンＴＦＴで高いｇｍを実現するためには、結晶粒径を大きくすることが要求される。
【０００４】  近時では有機ＥＬデイスプレイが注目されている。このディスプレイを動作させるためには高い電流駆動能力が必要とされる。結晶性成分を有するシリコン薄膜は非晶質シリコン薄膜よりも移動度が高いことが知られている。従って、微結晶シリコンあるいはナノクリスタルシリコンからなるＴＦＴを有機ＥＬデイスプレイ駆動用のＴＦＴとして利用し、有機ＥＬデイスプレイを動作させる周辺回路用として大粒径の多結晶シリコンからなる多結晶シリコンＴＦＴを一体形成できれば、高い性能を有する有機ＥＬデイスプレイを利用したシステムオンガラスを実現することが可能である。
【０００５】  本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、有機ＥＬデイスプレイからなるシステムオンガラスを実現することを目的とする半導体装置の製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【０００７】  本発明によれば、有機ＥＬデイスプレイを動作させるスイッチ素子には非晶質シリコンＴＦＴよりも電流駆動能力が高い微結晶シリコンあるいはナノクリスタルシリコンからなるＴＦＴが形成され、有機ＥＬデイスプレイを駆動させる周辺回路領域には大粒径多結晶シリコンからなるＴＦＴが一体形成される。
【０００８】−本発明の基本骨子−
本発明は、微結晶シリコンあるいはナノクリスタルシリコンからなるＴＦＴを有機ＥＬデイスプレイ駆動用のＴＦＴとして具備し、さらに有機ＥＬデイスプレイを動作させる周辺回路として大粒径の多結晶シリコンからなるＴＦＴを具備しており、両者が同一基板上に一体形成していることを特徴とする有機ＥＬシステムオンガラスを実現するための半導体装置の製造方法に関する。
【０００９】  近時では有機ＥＬデイスプレイが注目されている。このデイスプレイを動作させるためには高い電流駆動能力が必要とされる。結晶性成分を有するシリコン薄膜は非晶質シリコン薄膜よりも移動度が高い。従って、微結晶シリコンあるいはナノクリスタルシリコンからなるＴＦＴを有機ＥＬデイスプレイ駆動用のスイッチングＴＦＴとして利用する。
【００１０】  有機ＥＬデイスプレイを制御する周辺回路用回路として、大粒径の多結晶シリコンからなる多結晶シリコンＴＦＴを具備する。これにより有機ＥＬデイスプレイからなるシステムオンガラスが実現される。
【００１１】  非晶質基板上に微結晶シリコンあるいはナノクリスタルシリコンからなる半導体薄膜を化学気相成長方法あるいは物理気相成長方法を用いて柱状構造に形成する工程と、該シリコン薄膜の所望の領域の水素出しを連続波レーザを利用して行い、該水素出しを行った領域に対して、水素出し処理時よりも高いパワーを有する連続波レーザを照射して大粒径多結晶シリコンを形成する。
【００１２】  本発明によれば、有機ＥＬデイスプレイを制御する周辺回路用回路として、大粒径の多結晶シリコンからなる多結晶シリコンＴＦＴを具備し、有機ＥＬデイスプレイに対しては、微結晶シリコンあるいはナノクリスタルシリコンからなるＴＦＴを具備した有機ＥＬシステムオンガラスが実現される。
【００１３】−本発明を適用した具体的な諸実施形態−
以下、本発明の具体的な諸実施形態について詳述する。
ここでは、微結晶シリコンあるいはナノクリスタルシリコンの成膜はプラズマＣＶＤを利用し、大粒径多結晶シリコン薄膜の形成には、連続波レーザを利用する技術について記述する。
【００１４】  連続波レーザとしては、半導体励起固体連続波（ＣＷ）レーザー（波長：５３２ｎｍ）を利用した。なお、レーザはこれに限定したものではなく、大粒径結晶を形成する技術、例えば、パルスレーザー、例えばエキシマレーザによるＳＬＳ（Ｓｅｑｕｅｎｃｉａｌ    Ｌａｔｅｒａｌ  Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）でもよい。また、他の波長の連続波レーザーでもよい。
【００１５】  本実施形態では非晶質透明基板として石英ガラスを用いるが、基板材料はこれに限定したものではなく、無アルカリガラスやプラスチックなどでも良い。
【００１６】（実施形態１）
図１は、本実施形態によって形成されたシリコン薄膜の概略配置図である。
【００１７】  図２〜図５は、シリコン薄膜の製造方法を工程順に示す概略模式図である。
先ず、図２に示すように、石英ガラス基板１上にプラズマＣＶＤにより微結晶シリコン薄膜を７５ｎｍ成長する。該微結晶シリコン薄膜は、水素希釈したシランガスを利用することにより形成した。
【００１８】  続いて、図３に示すように、大粒径多結晶シリコンを形成する必要がある所望の領域に対して、レーザパワー  １．７Ｗでレーザをスキャンしながらオーバーラップ照射する。なお、シリコン薄膜を溶融するためには、４．０Ｗのレーザパワーが必要とされることが明らかになっている。
【００１９】  引き続いて、図３と同じ領域をレーザパワー  ２．０Ｗにて再びスキャンしながらレーサ照射を行う。
【００２０】  続いて、図４に示すように、シリコンが溶融するような高いエネルギーを有するレーザパワーにて、大粒径からなるラテラル結晶を形成する。本実験では、パワーを４．５Ｗにて設定して実験を行った。
【００２１】  最終的な形態を図１に示す。
有機ＥＬデイスプレイを形成する領域は微結晶シリコン薄膜、有機ＥＬデイスプレイ部分を制御する周辺回路を形成する領域は、大粒径のラテラル多結晶シリコンが形成される。
【発明の効果】
【００２２】  本発明により、微結晶シリコンあるいはナノクリスタルシリコンからなる薄膜トランジスタを有機ＥＬデイスプレイ駆動用のＴＦＴとして利用し、有機ＥＬデイスプレイを制御する周辺回路のＴＦＴとして大粒径の多結晶シリコンからなる多結晶シリコンＴＦＴを一体形成した有機ＥＬシステムオンガラスが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態による半導体製造方法を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態による半導体製造方法を工程順に示す概略図である。
【図３】図２に引き続き、本発明の実施形態による半導体製造方法を工程順に示す概略図である。
【図４】図３に引き続き、本発明の実施形態による半導体製造方法を工程順に示す概略図である。
【符号の説明】
【００２４】１，１  ガラス基板
２，２  ナノクリスタルシリコン薄膜
３，３  レーザーによる水素出し領域
４，４  大粒径ラテラル多結晶シリコン薄膜領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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