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結晶化方法、パターニング方法、および、薄膜トランジスタ作製方法 新技術説明会

国内特許コード P170013700
整理番号 27‐12
掲載日 2017年2月7日
出願番号 特願2015-135706
公開番号 特開2017-017292
出願日 平成27年7月6日(2015.7.6)
公開日 平成29年1月19日(2017.1.19)
発明者
  • 葉 文昌
出願人
  • 国立大学法人島根大学
発明の名称 結晶化方法、パターニング方法、および、薄膜トランジスタ作製方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】半導体レーザを用いて非晶質の半導体膜等の所望箇所を効率的かつ簡便に単結晶化する方法を提供すること。
【解決手段】 半導体レーザ装置からのレーザ光を、プリズムを用いて光の進行方向から見て略V字状のビームスポットに形状変更し、平面的に広がる非晶質ないし微結晶の対象素材に対してビームスポットをV字頂点が進行方向前側となるように配向して相対的に移動させ、照射軌跡部分をラテラル成長により単結晶化することを特徴とする結晶化方法。
【選択図】図5
従来技術、競合技術の概要


従来、Si薄膜トランジスタの性能向上を目的とした研究が進められている。たとえば、液晶ディスプレイの高速駆動化・高精細化には、高キャリア移動度と均一性が要求され、これは結晶質に依存する。



ここで、エキシマレーザ結晶化方法によれば、Si薄膜を非晶質から多結晶へと相変換させ、キャリア移動度を100倍程度向上させることが可能である(非特許文献1,2)。しかしながら同方法では結晶粒径が均一とならず、薄膜トランジスタの性能がばらつきやすい。したがって、粒界消失すなわち単結晶化を目指した改質技術が研究されている。ただし、エキシマレーザはパルス発振であるため、同方法では結晶粒が大面積Si膜上で連続的に成長できない。



近年、大面積Si膜上で連続的に結晶成長させられる方法として、連続波レーザ結晶化法が提案されている。この方法ではレーザスポットのスキャン方向に結晶粒が連続的にラテラル成長していく。しかしながら、スキャン方向と平行に結晶粒界も延伸していくので、薄膜トランジスタの均一性の問題は依然として解決されない。



一方、特殊なレーザスポット形状により、スキャン領域を単結晶化する方法も提案されている。たとえば、U字型の連続波レーザスポットをSi膜上で走査する技術が知られている(非特許文献3)。また、ドーナツ状の連続波レーザスポットを用いる方法も知られている(非特許文献4)。



しかしながら、従来の技術では以下の問題点があった。
U字型のレーザスポットは、遮蔽マスクを使ってスポット形状を作出するものであり、レーザ光の使用効率が低い上にレーザパワー密度を大きくしづらく、量産性を考慮すると現実的でないという問題点があった。
また、ドーナツ状とするには、2m程度の大型の気体レーザ発振器の片方の反射鏡を凸面鏡にすることで実現できるものの、そもそも半導体レーザに適用できる技術ではないという問題点があった。



一方、半導体レーザは、近時ハイパワー化と低コスト化が進んでいるため、これをレーザ加工の光源としたいという潜在的な需要が存在する。

産業上の利用分野


本発明は、簡素簡便な装置構成で非晶質の半導体膜等の所望箇所を効率的に単結晶化する方法に関し、特に、半導体レーザを用いた結晶化方法、パターニング方法、および、薄膜トランジスタの作製方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
半導体レーザ装置からのレーザ光を、プリズムを用いて光の進行方向から見て略V字状のビームスポットに形状変更し、
平面的に広がる非晶質ないし微結晶の対象素材に対してビームスポットをV字頂点が進行方向前側となるように配向して相対的に移動させ、照射軌跡部分をラテラル成長により単結晶化することを特徴とする結晶化方法。

【請求項2】
ダブプリズムを用いてレーザ光の半分を反転させビームスポットを略V字状とすることを特徴とする請求項1に記載の結晶化方法。

【請求項3】
基板上または積層体上に形成された、非晶質ないし微結晶の半導体膜に対して、請求項1または2に記載の結晶化方法により所定箇所を単結晶化し、
単結晶に対する速度より非晶質ないし微結晶に対するエッチング速度が早い剤を用いて、非晶質ないし微結晶のままである領域を除去し、
基板上または積層体上にパターンを形成することを特徴とするパターニング方法。

【請求項4】
請求項3に記載のパターニング方法を用いてチャネル領域および/またはソースドレイン領域および/またはゲート電極を形成する工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ作製方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015135706thum.jpg
出願権利状態 公開
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