(57)【要約】 【課題】優秀な特性を有する多結晶シリコン薄膜を製造することができる多結晶シリコン薄膜の製造方法の提供並びに、上記の製造方法を用いることによって電流特性などが優秀な薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】本発明は多結晶シリコン薄膜を製造する方法及びその製造方法により製造される多結晶シリコン薄膜を利用する薄膜トランジスタに係り、レーザービームを利用して非晶質シリコン薄膜を結晶化する時前記レーザービームによる重畳照射される領域が０．５μｍより大きいことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法及びその製造方法により製造される薄膜トランジスタを提供することによって、電流特性などが優秀な薄膜トランジスタを提供できる。【選択図】図３
2004260160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームを利用して非晶質シリコン薄膜を結晶化する時に前記レーザービームによる重畳照射される領域が０．５μｍより大きいことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記レーザービームによる重畳照射される領域が１μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記製造方法は、ＳＬＳ方法であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の製造方法によって製造される多結晶シリコン薄膜を用いて製造されることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記多結晶シリコン薄膜の結晶粒の平均幅が０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
レーザービームを用いて非晶質シリコンを結晶化して多結晶シリコン薄膜を製造する方法において、
用いられるマスクが下記の式を満足するデザインを有することを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法：  
（式）  
ａ＞ｂ+１  
前記式において、単位はμｍであって、ａはレーザーが透過する領域の幅、ｂはレーザーが透過することができない領域を示す。
【請求項７】
前記マスクの形態が直四角形であることを特徴とする請求項６に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記ａと前記ｂによる重畳照射される幅が０．５μｍより大きいことを特徴とする請求項６に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記重畳照射される幅が１μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記製造方法がＳＬＳ方法であることを特徴とする請求項６に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の製造方法で製造された多結晶シリコン薄膜を用いることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
前記多結晶シリコンの結晶粒の平均幅が０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多結晶シリコン薄膜の製造方法及び薄膜トランジスタに係り、さらに詳細には円柱型形態を有する多結晶シリコンの結晶粒の幅を大きくすることができる多結晶シリコン薄膜の製造方法及びその製造方法により製造された多結晶シリコン薄膜を用いる薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＬＳ結晶化技術を利用して基板上に多結晶または単結晶である粒子が巨大シリコングレーン（ｌａｒｇｅ  ｓｉｌｌｉｃｏｎ  ｇｒａｉｎ）を形成することができ、これを利用してＴＦＴを製作した時、単結晶シリコンで製作されたＴＦＴの特性と同様の特性を得ることができると報告されている。
【０００３】
これを具現する方法としてはＰＣＴ国際特許ＷＯ９７／４５８２７号及び米国特許第６，３２２，６２５号に開示されたように、非晶質シリコンを蒸着した後にＳＬＳ技術で全体基板上の非晶質シリコンを多結晶シリコンに変換したり、基板上の選択領域だけを結晶化する技術が開示されている。
【０００４】
また、米国特許第６，１７７，３９１号ではＳＬＳ結晶化技術を利用して巨大粒子シリコングレーンを形成してドライバーと画素配置を含んだＬＣＤデバイス用ＴＦＴ製作時にアクティブチャネルの方向がＳＬＳ結晶化方法によって成長された結晶粒方向に対して平行の場合に電荷キャリア方向に対する結晶粒系のバリアー効果が最小になるので単結晶シリコンに次ぐＴＦＴ特性を得ることができる。一方、アクティブチャネルの方向と結晶粒成長方向が９０゜である場合にＴＦＴ特性が電荷キャリアのトラップとして作用する多くの結晶粒境界が存在し、ＴＦＴ特性が大きく低下する。
【０００５】
これは通常的にＳＬＳ方法が非晶質シリコン層にレーザービームを２回以上重畳照射して結晶質シリコンを側面成長させることによって結晶化する方法である。これを利用して製造した多結晶シリコン結晶粒は一方向に長い円柱型形態を有することを特徴とし、結晶粒の有限な大きさによって、隣接した結晶粒間には結晶粒境界が生じるためである。
【０００６】
実際に、アクティブマトリックスディスプレー製作時に駆動回路内のＴＦＴと画素セル領域内のＴＦＴは、一般的に９０゜の角度を有する場合があり、この時、各ＴＦＴの特性を大きく低下させなくて、ＴＦＴ間特性の均一性を向上させるためには結晶成長方向に対するアクティブチャネル領域の方向を３０゜ないし６０゜の角度に傾くように製作することによってデバイスの均一性を向上させることができる。
【特許文献１】ＰＣＴ国際特許ＷＯ９７／４５８２７号
【特許文献２】米国特許第６，３２２，６２５号
【特許文献３】米国特許第６，１７７，３９１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、この方法もＳＬＳ結晶化技術により形成される有限大きさの結晶粒を利用することによって、致命的な結晶粒境界がアクティブチャネル領域内に含まれる確率が存在し、したがって、ＴＦＴ間特性差を引き起こす予測できない不均一性が存在するようになる問題点がある。
【０００８】
また、アクティブチャネルの方向と結晶粒成長方向が平行の場合にもＴＦＴ特性は、結晶粒の長さだけでなく成長方向が同じで並んで配列された結晶粒間の間隔（結晶粒の幅）にしたがって変わるようになる。結晶粒の幅が小さい場合には電荷移動時散乱効果（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）により電界移動度が大きく低下する問題点がある。したがって、一定の大きさ以上の結晶粒幅を有する結晶粒を製造する製造方法が要求されている。
【０００９】
本発明は、上述したような問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、優秀な特性を有する多結晶シリコン薄膜を製造することができる多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供する。
【００１０】
また、本発明は上記の製造方法を用いることによって電流特性などが優秀な薄膜トランジスタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は前記した目的を達成するために、レーザービームを利用して非晶質シリコン薄膜を結晶化する時前記レーザービームが重畳照射される領域が０．５μｍより大きいことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供する。また、本発明は、ＳＬＳ結晶化方法で多結晶シリコン薄膜を製造する方法において、用いられるマスクが下記の式を満足するデザインを有することを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供する。  
（式）  
ａ＞ｂ+１  
前記式において、単位はμｍであって、ａはレーザーが透過する領域の幅、ｂはレーザーが透過することができない領域を示す。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明においてはＳＬＳ結晶化時に既に形成された結晶質シリコンにレーザービームを照射する領域を最適化することによって結晶粒の幅を一定の大きさ以上に増加させて、これを通じて優秀な特性を有するＴＦＴ用多結晶シリコン薄膜を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図面を参照しながらさらに詳細に説明する。本発明において用いられるａ及びｂは単位がμｍである長さを示す。
【００１４】
図１及び図２は、通常のＳＬＳ結晶化方法及びその方法により製造された多結晶シリコンの概略的な形態を示す図面である。図１に示すようにＳＬＳ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）方法で非晶質シリコンを結晶化させる方法において用いられるマスクは、レーザービームが透過される領域（幅：ａ）と透過することができない領域（幅：ｂ）が連続的に配列された形態を有する。
【００１５】
前記幅ａ、ｂは、プライマリ結晶粒境界と垂直である方向に直線長さで測定した時マスクにより光が透過する領域と透過することができない領域に定義される。また、結晶粒境界がアクティブチャネル（ａｃｔｉｖｅ  ｃｈａｎｎｅｌ）領域内に存在する時ＴＦＴ特性に致命的な影響を与える結晶粒境界、すなわち、アクティブチャネル方向の垂直方向に対する結晶粒境界の傾く角度が−４５゜≦θ≦４５゜である"プライマリ"結晶粒境界と定義し、プライマリ結晶粒境界と垂直に形成されている"セコンダリー"結晶粒境界間の距離を結晶粒境界の幅Ｗと定義し、通常誤差範囲に属する結晶粒境界の距離と定義する。
【００１６】
上記のようにレーザービームを前記マスクを通過して非晶質シリコン薄膜層に照射すればレーザービームが透過した領域では非晶質シリコンの溶解と凝固により多結晶シリコン結晶粒が側面成長が起こらなくなるので一方向に長い円柱型の結晶粒を有する多結晶シリコン薄膜層が形成されてレーザービームが透過することができない領域では非晶質シリコンが残っている。
【００１７】
図２に示すように、ステージ移動によりマスクを移動して非晶質シリコン薄膜層と既に結晶化された多結晶シリコン層の一部が露出するように重なって、レーザービームを照射すれば非晶質シリコン及び結晶質シリコンが溶解されて以後冷却されながらマスクに遮られて溶解できない既に形成された多結晶シリコン結晶粒にシリコン原子が付着されて結晶粒が成長して幅がＷである一方向に長い円柱型結晶粒を有するようになる。
【００１８】
一方、レーザービームを再度重畳照射する場合、重なった部分の既に形成された結晶粒は再び溶解されてこの溶解される領域のＯにより結晶化された多結晶シリコン結晶粒の幅Ｗが変わるようになる。
【００１９】
図３ないし図６は、本発明の実施例によって重畳領域の幅を各々０．５、１、１．５、２μｍに異なるように形成された多結晶シリコン結晶粒の組織を示す写真である。
【００２０】
図７は、図３ないし図６の結晶粒構造を有する多結晶シリコン薄膜（長さ３．５μｍ）においてプライマリ結晶粒境界から１μｍ、１．７５μｍ、２．５μｍにおける結晶粒の幅を定量化した値を示すグラフである。
【００２１】
図３ないし図６及び図７を参照すれば、重畳領域が２μｍである場合に結晶粒の幅は０．６μｍ以上であり、重畳が減少して重畳が０．５μｍである場合の結晶粒の幅は０．２μｍ程度の大きさを有する。このように、レーザービームによる重畳照射される領域の幅Ｏが減少すれば多結晶シリコン結晶粒の幅Ｗは減少される。
【００２２】
図８は、図３ないし図６の構造を有する多結晶シリコン薄膜を利用して製造したＴＦＴの電界移動度を示すグラフであって、図９は図３ないし図６の構造を有する多結晶シリコン薄膜を利用して製造したＴＦＴのしきい電圧特性を示すグラフである。図８及び図９を参照すれば、重畳が大きい場合には電界移動度が高くてしきい電圧は低い優秀なＴＦＴの特性を示す。重畳が１μｍ以上になって結晶粒幅の平均値が０．２μｍより大きくなり、このような場合には重畳程度によるＴＦＴ特性差が比較的少なくて優秀な特性を示す。これに反し重畳が０．５μｍに結晶化して多結晶シリコン結晶粒幅（ｗｉｄｔｈ）の平均が０．２μｍ程度である場合に電界移動度は大きく低下して、しきい電圧も高まっておりＴＦＴ間の不均一な特性を示す。
【００２３】
したがって、結晶化時にレーザービームが重畳照射される領域（ｏｖｅｒｌａｐ）を０．５μｍ以上にすれば平均結晶粒の幅が０．２μｍ以上である多結晶シリコン薄膜を形成することができ、これを利用して製造したＴＦＴは均一で優秀な特性を有するようになる。
【００２４】
すなわち、透明領域である図１のａと不透明領域であるｂとの関係において重なる部分はa−bになってａ−ｂが１μｍ以上ならば平均結晶粒の幅が０．２μｍ以上である多結晶シリコン薄膜を形成することができる。
【００２５】
これを式で整理すれば次の通りである。  
（式）  
ａ＞ｂ+１  
前記式において、単位はμｍであって、ａはレーザーが透過する領域の幅、ｂはレーザーが透過することができない領域を示す。本発明において用いるレーザーによる結晶化方法としてはＳＬＳ方法を用いることが望ましい。また、本発明において用いられるマスクは、直四角形の形態を有するマスクを用いることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】通常の一実施例によるＳＬＳ結晶化方法及びその方法により製造された多結晶シリコンの概略的な形態を示す図面である。
【図２】通常の一実施例によるＳＬＳ結晶化方法及びその方法により製造された多結晶シリコンの概略的な形態を示す図面である。
【図３】本発明の実施例によって重畳領域の幅を０．５μｍに異にして形成された多結晶シリコン結晶粒の組織を示す写真である。
【図４】本発明の実施例によって重畳領域の幅を１μｍに異にして形成された多結晶シリコン結晶粒の組織を示す写真である。
【図５】本発明の実施例によって重畳領域の幅を１．５μｍに異にして形成された多結晶シリコン結晶粒の組織を示す写真である。
【図６】本発明の実施例によって重畳領域の幅を２μｍに異にして形成された多結晶シリコン結晶粒の組織を示す写真である。
【図７】図３ないし図６の結晶粒構造を有する多結晶シリコン薄膜（長さ３．５μｍ）においてプライマリ結晶粒境界から１μｍ、１．７５μｍ、２．５μｍにおいて結晶粒の幅を定量化した値を示すグラフである。
【図８】図３ないし図６の構造を有する多結晶シリコン薄膜を利用して製造したＴＦＴの電界移動度を示すグラフである。
【図９】図３ないし図６の構造を有する多結晶シリコン薄膜を利用して製造したＴＦＴのしきい電圧特性を示すグラフである。
【図１】
2004260160.tif 000003
【図２】
2004260160.tif 000004
【図３】
2004260160.tif 000005
【図４】
2004260160.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004260160.tif 000008
【図７】
2004260160.tif 000009
【図８】
2004260160.tif 000010
【図９】
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