JP2008300868A - 半導体装置の半製品およびその非晶質半導体層の結晶化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体装置の電気的な特性を向上させるための、半導体装置の半製品およびその結晶化方法を提供すること。
【解決手段】 半導体装置の半製品の非晶質半導体層を結晶化方法は、結晶化用レーザ光として温度勾配を有する照射強度分布のレーザ光を絶縁層および窒素含有層を通して前記非晶質の半導体層へ照射するレーザ光照射工程と、前記窒素含有層は入射する前記レーザ光の少なくとも一部を吸収して蓄熱する工程と、前記非晶質の半導体層の前記温度勾配を有する照射強度分布のレーザ光により照射された領域は溶融する溶融工程と、溶融後の冷却時に蓄熱工程での蓄熱が熱源として作用し冷却速度を緩和する工程と、前記レーザ光照射工程を２回以上行う工程とを具備してなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の半製品およびその非晶質半導体層を結晶化方法に関する。

半導体装置として、例えば、大規模集積回路装置（以下「ＬＳＩ」という。）、液晶表示装置（以下「ＬＣＤ」という。）等の電子装置に用いられる薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」という。）がある。薄膜トランジスタには、従来より主に液晶表示装置の画素スイッチング素子に用いられている非晶質シリコン薄膜トランジスタ（ａ−ＳｉＴＦＴ）のような非晶質半導体薄膜トランジスタ、多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴ）のような多結晶半導体薄膜トランジスタ等がある。

ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴでは、ａ−ＳｉＴＦＴに比べて、トランジスタ内の電子の移動度が非常に高く、演算処理に要する時間が短いので、トランジスタの寸法を小さくすることができ、電子装置の小型化に有利である。このことから、ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴの実用化のための種々の研究がなされている。

しかし、従来のｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴを電子装置に用いる場合における該ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴの構造およびその製造方法に、解決すべき問題がある。この間の事情を、多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法、特に、従来より広く用いられているエキシマレーザ結晶化法による多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方法を例を挙げて説明する。

図６（ａ）に示すように、ガラス基板１０１の所定の面積領域上に下地保護層（ＳｉＯ_２層、ＳｉＮ層、ＳｉＮ／ＳｉＯ_２層等）１０２と、非晶質シリコン層１０３とをこの順で堆積する。次に、図６（ｂ）に示すように、光学系により四角形状もしくは長尺状にビーム整形されたエキシマレーザ光（ＸｅＣｌ、ＫｒＦ等）１０４を非晶質シリコン層１０３に照射する。この照射により、非晶質シリコン層１０３の照射部分は、５０ｎｓから１００ｎｓの極めて短い時間で溶融および凝固の過程を経て、非晶質から多結晶の構造に変化し、多結晶シリコンになる。エキシマレーザ光１０４を矢印１０５の方向に走査しながら非晶質シリコン層１０３に照射すると、非晶質シリコン層１０３の全部が、図６（ｃ）に示すように、多結晶シリコン層１０６になる（例えば、非特許文献１を参照。）。

図６（ｃ）の多結晶シリコン層を用いて形成したトランジスタが図６（ｄ）に示されている。多結晶シリコン層１０６上にはＳｉＯ_２層などのゲート絶縁層１０７が形成されている。さらにソース不純物注入領域１０９、ドレイン不純物注入領域１０８が形成されている。ソース、ドレイン領域およびゲート絶縁層上にゲート電極１１０を形成し、保護層１１１を形成し、ソース電極１１２、ドレイン電極１１３を形成する。以上により、ゲート電極の電圧によってソースとドレイン間の電流を制御できるＴＦＴが得られる。

「低温多結晶Ｓｉ−ＴＥＴ液晶（原理・構造・素材・製法・装置）システム・オングラスに挑む道筋」、日経マイクロデバイス編「日経マイクロデバイス別冊 フラットパネル・ディスプレイ１９９９」、日経ＢＰ社、１９９８年、第１３２頁から第１３９頁

このように、エキシマレーザ結晶化法によれば、半導体層（具体的には非晶質シリコン層１０３）が極めて短い時間で溶融し、凝固するので、低融点のガラス基板１０１に熱的損傷を与えることなく、半導体が結晶化される。しかし、一方、以下の問題がある。

（１） 半導体層へのレーザ光の照射後、半導体層が極めて短い時間で冷却するため、冷却後に確認される半導体層の結晶粒の大きさが小さい。

（２） ゲート絶縁層のような絶縁層を多結晶半導体層上に成膜技術により形成するため、半導体層と絶縁層との界面における物理的または化学的な特性および電気的な特性が、絶縁層を熱酸化法により形成した場合に比べて劣る。

（３） 前記（１）の問題は、多結晶半導体薄膜トラジスタの電子の移動度の向上を阻害し、前記（２）の問題は、多結晶半導体薄膜トランジスタの閾電圧のばらつきを生じさせる。

本発明の目的は、半導体装置の電気的な特性を向上させるための、半導体装置の半製品およびその結晶化方法を提供することにある。

本発明に係る結晶化方法は、基板と、該基板上に設けられた下地保護層と、該下地保護層上に設けられた非晶質半導体層と、該非晶質の半導体層上に形成された、電気的絶縁のための絶縁層と、前記非晶質の半導体層と前記絶縁層との界面またはその近傍、前記絶縁層中および前記絶縁層上の少なくともいずれかに形成され前記非晶質の半導体層へ結晶化用レーザ光を照射したときこのレーザ光の一部を吸収して発熱し前記非晶質の半導体層の溶融領域の冷却速度を緩和させるための窒素含有層とからなる半導体装置の半製品の前記非晶質半導体層を結晶化するに際し、前記結晶化用レーザ光として温度勾配を有する照射強度分布のレーザ光を前記絶縁層および前記窒素含有層を通して前記非晶質の半導体層へ照射するレーザ光照射工程と、前記窒素含有層は入射する前記レーザ光の少なくとも一部を吸収して蓄熱する工程と、前記非晶質の半導体層の前記温度勾配を有する照射強度分布のレーザ光により照射された領域は溶融する溶融工程と、溶融後の冷却時に前記蓄熱工程での蓄熱が熱源として作用し冷却速度を緩和する工程と、前記レーザ光照射工程を２回以上行う工程とを含む。

本発明によれば、半導体層の少なくとも一部が、光を受けてこれを熱に変換し、蓄熱する窒素含有領域の存在の下、絶縁層を通しての前記半導体層へのレーザ光の照射により結晶化されていることから、半導体層に形成された結晶粒は大きく、界面近傍の構造が稠密である。このため、半導体装置は、優れた電気的特性を有する。

温度勾配を有する照射強度分布の前記結晶化用レーザ光のビーム形状は、四角状、線状であるものとすることができる。

温度勾配を有する照射強度分布の前記結晶化用レーザ光に照射されたときこのレーザ光の一部を吸収して発熱し前記半導体層の溶融領域の冷却速度を緩和させる窒素含有層の層厚は５ｎｍから１０ｎｍであるものとすることができる。

温度勾配を有する照射強度分布の前記結晶化用レーザ光に照射されたときこのレーザ光の一部を吸収して発熱し前記半導体層の溶融領域の冷却速度を緩和させる前記窒素含有層には体積密度が１ｃｍ^３当たり１０^２０個以上の窒素原子を含む厚さ方向位置を有し、前記半導体層と前記下地保護層との間には１ｃｍ^３当たり１０^２０個の窒素原子を含む厚さ方向位置を有するものとすることができる。

本発明に係る、半導体装置の半製品は、基板と、該基板上に設けられた下地保護層と、該下地保護層上に設けられた半導体層と、該半導体層上に形成された、電気的絶縁のための絶縁層と、前記半導体層と前記絶縁層との界面またはその近傍、前記絶縁層中および前記絶縁層上の少なくともいずれかに形成され前記半導体層へ結晶化用レーザ光を照射したときこのレーザ光の一部を吸収して発熱し前記半導体層の溶融領域の冷却速度を緩和させる窒素含有層とを含む。前記半導体装置の半製品は、前記窒素含有層には体積密度が１ｃｍ^３当たり１０^２０個以上の窒素原子を含む厚さ方向位置を有し、前記半導体層と前記下地保護層との間には１ｃｍ^３当たり１０^２０個の窒素原子を含む厚さ方向位置を有する。

本発明によれば、半製品が、半導体層と該半導体層上に形成された絶縁層との界面またはその近傍、絶縁層中および絶縁層上の少なくともいずれかに形成された窒素含有領域を含むことから、半導体装置の形成のために、絶縁層を通して半導体層へ結晶化用レーザ光を照射したとき、窒素含有領域がレーザ光の少なくとも一部を吸収して発熱し、発熱した窒素含有領域がレーザ光の照射によって溶融した半導体層の冷却の速度を緩和する。

その結果、半導体層の結晶粒を大きなものとし、界面近傍の構造を稠密なものにすることができ、これにより、半導体装置の電気的な特性を向上させることができる。

図１を参照するに、半導体装置の半製品１０は、基板１２と、半導体層１４と、絶縁層１６と、窒素含有領域１８と、必要に応じて配置される下地保護層２０とを含む。

基板１２として、シリコンまたは他の半導体を含む半導体基板、ガラスのような絶縁性基板を用いることができる。絶縁性基板は、例えば、コーニング社の１７３７ガラス、溶融石英、サファイア、プラスチック、ポリイミド等の材料で形成される。図示の例では、基板１０は１７３７ガラス基板からなる。

半導体層１４として、シリコン（以下「Ｓｉ」という。）、シリコンゲンルマニウム（以下「ＳｉＧｅ」とう。）のような半導体を含む層を用いることができる。図示の例では、半導体層１４はＳｉからなる。半導体層１４は、基板１２上に間接的に形成されている。すなわち、図示の例では、下地保護層２０上に形成されている。半導体層１４は、図示の例に代えて、下地保護層２０を介在させることなく基板１２上に直接に形成してもよい。

絶縁層１６として、電気的絶縁機能を有する酸化物を用いることができる。図示の例では、絶縁層１６は、二酸化ケイ素（以下「ＳｉＯ_２」という。」）からなり、また、半導体層１４上に形成されている。絶縁層１６は、例えば電界効果トランジスタのゲート絶縁層として用いられる。

窒素含有領域１８は、図示の例では、半導体層１４と絶縁層１６との間すなわち界面の全部に形成されている。窒素含有領域１８は、図示の例に代えて、前記界面の近傍すなわち該界面を含む半導体層１４の上層部分または絶縁層１６の下層部分、絶縁層１６中すなわち前記界面を含まない部分中、または絶縁層１６上のいずれかに形成してもよい。あるいは、前記界面、前記界面の近傍、絶縁層１６中及び絶縁層１６上のうちの少なくとも２つに形成してもよい。また、面上でみて部分的に形成されていてもよい。窒素含有領域１８は、半導体層の全部にあるように、またはトランジスタのチャネルに対応した領域となるようにパターニングを施されていてもよい。

下地保護層２０として、二酸化ケイ素（以下「ＳｉＯ_２」という。」）、窒化ケイ素（以下「ＳｉＮ」という。）、窒化ケイ素と二酸化ケイ素との２層構造物（以下「ＳｉＮ／ＳｉＯ_２」という。）、アルミナ、マイカ等の酸化物からなるものとすることができる。図示の例では、下地保護層２０は、ＳｉＯ_２からなる。下地保護層２０は、基板１２上に形成され、基板１２（具体的にはガラス基板）の不純物の影響を防止する役割を果たす。

半製品１０は、図１に示す例では、半導体層１４と絶縁層１６との界面に形成された窒素含有領域１８が、半導体装置の形成のために半導体層１４を結晶化させるべく絶縁層１６を通して半導体層１４にレーザ光を照射したとき、レーザ光の少なくとも一部を吸収して発熱する。発熱した窒素含有領域１８は、いわば熱源として作用し、レーザ光の照射によって溶融した半導体層１４の冷却の速度を緩和する。

これによれば、溶融後の冷却後に伴って、半導体層１４中に生成される結晶粒は大きく、半導体層１４と絶縁層１６との界面近傍の構造は稠密なものになる。また、半導体層１４と絶縁層１６との界面に形成された窒素含有領域１８は実質的に窒化層または窒化膜をなし、その誘電率は高い。

窒素含有領域１８における窒素の含有量については、窒素含有領域に含まれる窒素原子の数の体積密度が１ｃｍ^３当たり１０^２０個以上（以下「１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３」という。）のとき、窒素含有領域１８の前記熱源作用が最も有効に働き、その結果、半導体層１４の半導体の結晶粒が最も大きくなり、半導体層１４と絶縁層１６との界面近傍の領域が稠密な構造になることを見いだした。

半製品１０の半導体層１４をレーザ光照射によって結晶化して得られる半導体装置、例えば、多結晶半導体薄膜トラジスタは、従来と比べて、電子の移動度が高く、また閾電圧のばらつきが少ない。さらに、窒素含有領域１８が有する誘電率のために、多大の電流駆動力を有する。さらに、半導体装置の電気的な特性は、窒素含有領域中の窒素原子数の密度が１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上のとき、最も良好である。

次に、図１に示す半導体の半製品１０の製造方法について説明する。

まず、基板１２上に下地保護層２０を形成する。基板１２として例えばガラス基板を用いるときは、該ガラス基板上に例えばプラズマ化学気相成長法により下地保護層２０としてのＳｉＯ_２層を形成する。

次に、下地保護層２０上に半導体層１４として例えば非晶質シリコン層をプラズマ化学気相成長法により形成する。次いで、この半導体層１４面に窒素含有領域１８を形成すべく、半導体層１４の表面領域をプラズマ窒化して、数ｎｍのＳｉＮ層を形成する。その後、表面領域に窒素含有領域１８としてのＳｉＮ層が形成された半導体層１４上に、絶縁層１６として例えばＳｉＯ_２層をプラズマ化学気相成長法により形成する。

このようにして、半導体装置の半製品１０を製造することができる。図示の例に代えて、半導体層１４と絶縁層１６との界面の近傍に窒素含有領域１８を形成するときは、前記界面の近傍に例えばプラズマ窒化処理を施す。絶縁層１６中に窒素含有領域１８を形成するときは、絶縁層１６の下層部分の形成後、該下層部分上に窒化ケイ素のような窒素を含む層を形成し、この窒素を含む層上に絶縁層１６の上層部分を形成する。さらに、絶縁層１６上に窒素含有領域１８を形成するときは、絶縁層１６上に窒化ケイ素のような窒素を含む層を形成する。

半製品１０の半導体層１４の少なくとも一部に波長２８０ｎｍ以下のエキシマレーザ光を照射することにより半導体層１４の少なくとも一部を結晶化させることにより、半導体装置を製造することができる。
レーザ光の照射の領域や面積は、窒素含有領域１８がレーザ光を直接吸収し、または例えばレーザ光の絶縁層３０での散乱光を吸収し、窒素含有領域１８が前記熱源として作用するように、任意に定めることができる。また、位相シフトマスクを用いた光学系によりレーザ光照射の強度分布を整形する技術と組み合わせれば、温度勾配による結晶核の生成密度が低下するので、半導体層の結晶粒径をさらに大きくすることができる。

次に、半導体装置の製造方法について詳説する。

図２（ａ）を参照するに、基板２２としてコーニング社の１７３７ガラスを用い、また、基板２２上に下地保護層２４として、テトラエチルオルソシリケート（以下「ＴＥＯＳ」という。）と酸素とのプラズマ化学気相成長法により層厚３００ｎｍのＳｉＮ／ＳｉＯ_２層を形成する。次に、下地保護層２４上に半導体層２６として、プラズマ化学気相成長法により層厚１００ｎｍの非晶質シリコン層を形成する。

次に、半導体層２６上面に窒素含有領域２８を形成すべく、半導体層２６表面のプラズマ窒化により、５ｎｍから１０ｎｍの範囲内の層厚のＳｉＮ層を形成する。このＳｉＮ層が窒素含有領域２８をなす。ＳｉＮ層上に、絶縁層３０として、ＴＥＯＳと酸素とのプラズマ化学気相成長により層厚１００ｎｍのＳｉＯ_２層を形成する。絶縁層３０は、後述するように、ゲート絶縁膜として用いられる。

次に、下地保護層２４、半導体層２６および絶縁層３０を窒素雰囲気中において温度６００℃で１時間加熱して、脱水素処理をする。非晶質の半導体層２６を多結晶の半導体層に変換すべく、絶縁層３０を通して波長２８０ｎｍ以下のエキシマレーザ光３２を半導体層２６に照射する。

図２に示す例では、波長２８０ｎｍ以下のエキシマレーザ光３２として波長２４９ｎｍのＫｒＦレーザ光を用いている。エキシマレーザ光の照射エネルギ密度Ｅは、下地保護層２４、半導体層２６および絶縁層３０の各形成方法および各層厚に依存し、図示の例では、６００ｍＪ／ｃｍ^２としている。エキシマレーザビームの形状は、光学系を用いて四角状、線状等に整形することができる。エキシマレーザ光の照射を２回以上繰り返してもよく、図示の例では、６０回のレーザ光照射を行う。

図２（ｂ）に示すように、エキシマレーザ光３２の照射が終わった非晶質の半導体層２６は、多結晶の半導体層３４に変換されている。このときの結晶粒の粒径を測定したところ、窒素含有領域２８を形成しなかったときと比べて、粒径は１．３倍以上であった。ここで、多結晶領域は、部分的に単結晶の領域も含む。結晶粒の粒径は、層構成やレーザ光のエネルギ密度に依存するが、ほぼ１μｍ以上の結晶粒ができており、５μｍ程度の結晶粒も確認された。

このような大結晶粒を有する多結晶の半導体層３４を薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」という。）、具体的には、電界効果トランジスタのチャネルに用いれば、単結晶トランジスタに近い性能を有する薄膜トランジスタが得られる。

図２（ｃ）に、上記の製造方法を用いて得られたＴＦＴを示す。このＴＦＴでは、絶縁層３０をゲート絶縁膜として用いている。ゲート絶縁層３０上にゲート電極３６（例えば、高濃度リンドープポリシリコン、Ｗ、ＴｉＷ、ＷＳｉ_２、ＭｏＳｉ_２等）を形成する。ゲート電極３６をマスクにしてイオン注入を行い、ソース領域３８、ドレイン領域４０を形成する。イオン注入に関して、ＴＦＴがＮ型のＴＦＴであれば、Ｐ^＋を１０^１５ｃｍ^−２オーダで注入し、Ｐ型であれば、ＢＦ^２＋を１０^１５ｃｍ^−２オーダで注入する。

次に、電気炉内で窒素をキャリアガスとして、５００℃から６００℃で約１時間加熱して不純物の活性化を行う。これに代えて、ピッドサーマルアニーリング（以下「ＲＴＡ」という。）法により７００℃で１分間加熱してもよい。最後に、層間絶縁層４２を形成し、コンタクト穴を形成し、ソース電極４４、ドレイン電極４６を形成する。ソース電極４４、ドレイン電極４６として、Ａｌ、Ｗ、Ａｌ／ＴｉＮ等を用いることができる。

このようにして製造されたＴＦＴのチャネル領域（半導体層３４）とゲート絶縁層（絶縁層３０）との界面領域には、窒素原子が１ｃｍ^３当たり１０^２０個以上含まれており、結晶学的に高品質の界面が形成されている。ここで、界面領域における窒素原子の濃度は、次に説明する二次イオン質量分析（以下「ＳＩＭＳ」という。）法を用いて確認することができる。

この二次イオン質量分析法では、照射イオンとして例えばＡｒ^＋、Ｘｅ^＋等の希ガスイオンを用いたイオンビームを層上方から層に照射し、スパッタリング現象により層表面から放出される層中の原子または分子から発生する二次イオンを質量分析計によって元素分析を行う。イオンビームの連続的な照射によりスパッタリング現象を継続させて層のエッチングを行いながら層の深さ方向の元素分析を行う。

図３に、前記二次イオン質量分析法による、絶縁層３０、半導体層３４及び下地保護層２４中に存在する窒素の元素分析の結果をグラフで示す。このグラフは、層の深さ（μｍ）方向でみたときの層中の窒素濃度すなわち窒素原子数の体積密度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）を示す。絶縁層３０と半導体層３４との界面に、ほぼ１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の濃度すなわち高濃度の窒素が存在することが理解される。グラフ中の指標線Ｍは、窒素濃度が１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であることを示す。このようなＴＦＴは、電子の移動度が高く、動作の閾電圧のばらつきが少ない。

前記した半導体装置の製造方法において、非晶質の半導体層の全部を多結晶の半導体層に変換するか、または、非晶質の半導体層の一部を多結晶もしくは単結晶の構造に変換するかは、任意に選択することができる。したがって、エキシマレーザ光の照射条件は前記した条件に限定されない。非晶質の半導体層の全部を多結晶の半導体層に変換するようにエキシマレーザ光の照射条件を決めてもよいし、非晶質の半導体層の一部を多結晶の構造に変換するようにエキシマレーザ光の照射条件を決めてもよい。

また、半導体層２６、窒素含有領域２８、絶縁層３０の形成時に、各層をパターニングするためのリソグラフィ技術を用いるようにしてもよい。

具体的には、半導体層２６を形成後、リソグラフィ技術により半導体層２６にパターニングを施し、パターニングされた半導体層２６に窒素含有領域２８を形成する。次いで、窒素含有領域２８にパターニングを施し、パターニングされた窒素含有領域２８に絶縁層３０を形成し、絶縁層３０にパターニングを施す。その後、半導体層２６の結晶化のためのレーザ光照射を行う。

レーザ光照射後、ウエットエッチング法またはドライエッチング法により絶縁層３０を除去する。次に、ＴＥＯＳと酸素とのプラズマ化学気相成長により絶縁層としてＳｉＯ_２層を形成する。これは、再度、新たな絶縁層３０を形成したものといえる。

このようなリソグラフィ技術を利用した半導体装置の製造方法では、絶縁層３０の除去後、新たな絶縁層を形成するので、絶縁層の厚さを任意に選択することができ、絶縁層の厚さをより一層薄くすることができる。このようなリソグラフィ技術を用いて製造したＴＦＴは、リソグラフィ技術を用いないときと比べて、ＴＦＴの電子の移動度が高い。

前記した半導体装置およびその製造方法について、Ｐ型の薄膜ＭＯＳ電界効果トランジスタ（以下「Ｐ型のＴＦＴＭＯＳＦＥＴ」という。）やＮ型の薄膜ＭＯＳ電界効果トランジスタ（以下「Ｎ型のＴＦＴＭＯＳＦＥＴ」という。）のような単一の薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」という。）を用いて説明したが、Ｐ型のＴＦＴＭＯＳＦＥＴとＮ型のＴＦＴＭＯＳＦＥＴとを含む相補型薄膜電界効果トランジスタ（以下「ＴＦＴＣＭＯＳＦＥＴ」という。）のような複合型の薄膜トランジスタの製造も同様にして行うことができる。また、透明電極層を形成すれば、液晶表示装置の画素スイッチング用ＴＦＴとすることもできる。

図４を参照するに、１つの基板４８に、複数の画素スイッチング用ＴＦＴ５０を形成することにより、液晶パネル５２を製造することができる。この液晶パネル５２に、ＸドライバＩＣ５４、ＹドライバＩＣ５６、コントロール回路５８、メイン回路６０等を電気的に接続することにより、液晶表示装置を製造することができる。

図５を参照するに、１つの基板６２に、前記した複数の画素スイッチング用ＴＦＴ５０を含む液晶パネル部６４と、前記したＴＦＴＣＭＯＳＦＥＴを用いてＸドライバＩＣ部６６、ＹドライバＩＣ部６８、コントロール回路部７０、メイン回路部７２等とを形成することにより、液晶表示装置を製造することができる。

本発明に係る半導体装置の半製品の実施例を概略的に示す図。 本発明に係る半導体装置およびその製造方法の実施例を概略的に示す図。 二次イオン質量分析法により測定された窒素濃度のグラフを示す図。 本発明に係る電子装置の実施例を概略的に示す図。 本発明に係る電子装置の他の実施例を概略的に示す図。 従来の半導体装置およびその製造方法の実施例を概略的に示す図。

符号の説明

１０ 半導体装置の半製品
１２、２２、４８、６２ 基板
１４、２６、３４ 半導体層
１６、３０ 絶縁層
１８、２８ 窒素含有領域
２０、２４ 下地保護層
３２ エキシマレーザ光
３６ ゲート電極
３８ ソース領域
４０ ドレイン領域
４２ 層間絶縁層
４４ ソース電極
４６ ドレイン電極
５０ 画素スイッチング用ＴＦＴ
５２ 液晶パネル
５４ ＸドライバＩＣ
５６ ＹドライバＩＣ
５８ コントロール回路
６０ メイン回路
６４ 液晶パネル部
６６ ＸドライバＩＣ部
６８ ＹドライバＩＣ部
７０ コントロール回路部
７２ メイン回路部

Claims (5)

1. 基板と、
   該基板上に設けられた下地保護層と、
   該下地保護層上に設けられた非晶質半導体層と、
   該非晶質の半導体層上に形成された、電気的絶縁のための絶縁層と、
   前記非晶質の半導体層と前記絶縁層との界面またはその近傍、前記絶縁層中および前記絶縁層上の少なくともいずれかに形成され前記非晶質の半導体層へ結晶化用レーザ光を照射したときこのレーザ光の一部を吸収して発熱し前記非晶質の半導体層の溶融領域の冷却速度を緩和させるための窒素含有層とからなる半導体装置の半製品の前記非晶質半導体層を結晶化するに際し、
   前記結晶化用レーザ光として温度勾配を有する照射強度分布のレーザ光を前記絶縁層および前記窒素含有層を通して前記非晶質の半導体層へ照射するレーザ光照射工程と、
   前記窒素含有層は入射する前記レーザ光の少なくとも一部を吸収して蓄熱する工程と、
   前記非晶質の半導体層の前記温度勾配を有する照射強度分布のレーザ光により照射された領域は溶融する溶融工程と、
   溶融後の冷却時に前記蓄熱工程での蓄熱が熱源として作用し冷却速度を緩和する工程と、
   前記レーザ光照射工程を２回以上行う工程とを具備してなることを特徴とする結晶化方法。
2. 温度勾配を有する照射強度分布の前記結晶化用レーザ光のビーム形状は、四角状、線状である請求項１記載の結晶化方法。
3. 温度勾配を有する照射強度分布の前記結晶化用レーザ光に照射されたときこのレーザ光の一部を吸収して発熱し前記半導体層の溶融領域の冷却速度を緩和させる窒素含有層の層厚は５ｎｍから１０ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の結晶化方法。
4. 温度勾配を有する照射強度分布の前記結晶化用レーザ光に照射されたときこのレーザ光の一部を吸収して発熱し前記半導体層の溶融領域の冷却速度を緩和させる前記窒素含有層には体積密度が１ｃｍ^３当たり１０^２０個以上の窒素原子を含む厚さ方向位置を有し、前記半導体層と前記下地保護層との間には１ｃｍ^３当たり１０^２０個の窒素原子を含む厚さ方向位置を有することを特徴とする請求項１又は３に記載の結晶化方法。
5. 基板と、
   該基板上に設けられた下地保護層と、
   該下地保護層上に設けられた半導体層と、
   該半導体層上に形成された、電気的絶縁のための絶縁層と、
   前記半導体層と前記絶縁層との界面またはその近傍、前記絶縁層中および前記絶縁層上の少なくともいずれかに形成され前記半導体層へ結晶化用レーザ光を照射したときこのレーザ光の一部を吸収して発熱し前記半導体層の溶融領域の冷却速度を緩和させる窒素含有層とを含む、半導体装置の半製品であって、
   前記窒素含有層には体積密度が１ｃｍ^３当たり１０^２０個以上の窒素原子を含む厚さ方向位置を有し、前記半導体層と前記下地保護層との間には１ｃｍ^３当たり１０^２０個の窒素原子を含む厚さ方向位置を有することを特徴とする半導体装置の半製品。

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