JP2000077333A - Manufacture of thin-film transistor and laser annealing apparatus - Google Patents

Manufacture of thin-film transistor and laser annealing apparatus

Info

Publication number
JP2000077333A
JP2000077333A JP24935798A JP24935798A JP2000077333A JP 2000077333 A JP2000077333 A JP 2000077333A JP 24935798 A JP24935798 A JP 24935798A JP 24935798 A JP24935798 A JP 24935798A JP 2000077333 A JP2000077333 A JP 2000077333A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
laser beam
crystal
semiconductor film
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP24935798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Teru Nishitani
輝 西谷
Yoshinao Taketomi
義尚 武富
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP24935798A priority Critical patent/JP2000077333A/en
Publication of JP2000077333A publication Critical patent/JP2000077333A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain high productivity, high mobility and less variations when a semiconductor thin film for use in a thin-film transistor array of a liquid crystal display is crystallized. SOLUTION: A laser beam from a laser device 1 using a YLF crystal is passed through a harmonics conversion device 3 including a reflecting mirror 2 and two sheets of KDP crystal to convert the wavelength of the laser beam from the laser device 1 to triple thereof, and the laser beam 9 subjected to the harmonics conversion is attenuated down to a predetermined energy with use of an optical attenuator 4. Thereafter, the attenuated laser beam 9 is passed through a uniformalizing device 5 for performing shaping and uniformalizing operations over the attenuated laser beam 9 to form a laser beam 9 having a uniform intensity distribution, to melt and crystallize an amorphous Si film formed on a glass substrate 8, and to form a polycrystalline Si film.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタの
製造方法および半導体膜のレーザアニール装置に関す
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor and a laser annealing apparatus for a semiconductor film.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜トランジスタの半導体膜の製造方法
として、ガラス等の基板に成膜された非晶質半導体膜に
対してレーザ光を照射し、溶融、結晶化させ、結晶質半
導体膜を得るレーザアニール法が使用されている。この
時、レーザの光源としては、アルゴンレーザ、KrFま
たはXeClエキシマレーザが一般に使用されている。
また、YAGレーザを光源とする方法も考案されている
(例えば特開平6−45272号公報)。
2. Description of the Related Art As a method for manufacturing a semiconductor film of a thin film transistor, an amorphous semiconductor film formed on a substrate such as glass is irradiated with a laser beam, melted and crystallized to obtain a crystalline semiconductor film. An annealing method has been used. At this time, an argon laser, a KrF or XeCl excimer laser is generally used as a laser light source.
A method using a YAG laser as a light source has also been devised (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-45272).

【0003】また、半導体膜への不純物のイオンドープ
等で結晶性半導体膜の膜質が悪くなった場合にも、上記
のレーザ光の照射による膜質の改善が行われている。
Further, even when the film quality of the crystalline semiconductor film deteriorates due to ion doping of impurities into the semiconductor film, the film quality is improved by the above-described laser beam irradiation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記したようなレーザ
アニール用のレーザ光源には少なくとも以下の3点の性
能が求められる。
The laser light source for laser annealing as described above is required to have at least the following three performances.

【0005】一点目は、生産性の観点から一度に大面積
を処理する必要があり、高出力であることであり、二点
目は、トランジスタ特性のバラツキを抑えるため、レー
ザ光の出力が安定していることであり、三点目は、レー
ザ装置を長時間運用した場合の装置の安定性とメンテナ
ンスの容易性である。
The first point is that it is necessary to process a large area at a time from the viewpoint of productivity and the output is high. The second point is that the output of the laser beam is stable because the variation in transistor characteristics is suppressed. The third point is the stability of the device and the ease of maintenance when the laser device is operated for a long time.

【0006】ここで、アルゴンレーザは、出力は比較的
安定しているものの、出力が最大4W程度であり生産性
に問題がある。また、エキシマレーザは最大200Wと
高出力であるものの、出射パルス間のバラツキが大きい
という課題がある。さらに、通常のYAGレーザは最大
1800Wと高い出力を有するが、波長が1064nm
であり、通常用いられる非晶質Si膜の吸収率は40%
程度で効率が悪く(図6参照)、またガラス基板を加熱
してしまうことにより歪みが生じるという課題がある。
Here, although the output of the argon laser is relatively stable, the output is about 4 W at the maximum and there is a problem in productivity. Further, although the excimer laser has a high output of 200 W at the maximum, there is a problem that there is a large variation between emitted pulses. Further, a normal YAG laser has a high output of up to 1800 W, but has a wavelength of 1064 nm.
And the absorptance of the commonly used amorphous Si film is 40%
However, there is a problem that the efficiency is low (see FIG. 6), and distortion occurs due to heating the glass substrate.

【0007】また、従来、液晶ディスプレイ用のTFT
を形成する場合には、エキシマレーザの線状のビームを
走査して多結晶Siを形成する方法が一般的となってい
るが、この方法では下記に示すような問題点が生じる。
[0007] Conventionally, a TFT for a liquid crystal display is used.
Is generally formed by scanning a linear beam of an excimer laser to form polycrystalline Si. However, this method has the following problems.

【0008】図7はレーザビームを走査して照射する際
の斜視図を示しており、図7において、7は非晶質S
i、8は基板(ガラス)、9はレーザ光を示している。
FIG. 7 is a perspective view showing a state in which a laser beam is scanned and irradiated. In FIG.
i and 8 denote a substrate (glass), and 9 denotes a laser beam.

【0009】ビームを走査した場合には、レーザパルス
のつなぎ目にTFT特性のバラツキが生じ、図7(a)
に示すように、多結晶Siの線状のパルスに対応する分
布18が生じてしまう。一方、大面積を1度の走査で照
射しきれない場合、数度に分けて照射するが、その場合
のつなぎ目においてもTFT特性のバラツキが生じ、図
7(b)に示すように、多結晶Siの分割走査に対応す
る分布19が生じてしまう。なお、図7(b)において
は、上下に2度分けての分割照射を行った例を示してい
る。
When the beam is scanned, variations in the TFT characteristics occur at the joint of the laser pulses, and as shown in FIG.
As shown in (1), a distribution 18 corresponding to a linear pulse of polycrystalline Si occurs. On the other hand, when the large area cannot be irradiated by one scan, the irradiation is divided into several degrees. In this case, variations in TFT characteristics also occur at the joints, and as shown in FIG. A distribution 19 corresponding to the divisional scanning of Si occurs. Note that FIG. 7B shows an example in which divided irradiation is performed twice vertically.

【0010】さらに、エキシマレーザのパルス幅は約3
0nSと短いため、非晶質Si薄膜が急加熱、急冷却さ
れることになり、得られる多結晶Siの粒径が細かくな
り、その結果、TFT特性(特に移動度)があまり高く
ならない。
Furthermore, the pulse width of the excimer laser is about 3
Since it is as short as 0 nS, the amorphous Si thin film is rapidly heated and cooled, so that the grain size of the obtained polycrystalline Si becomes fine, and as a result, TFT characteristics (particularly mobility) do not become very high.

【0011】また、不純物のイオンドープ等で多結晶S
i膜の膜質が悪くなった場合にレーザ光を照射すること
による膜質の改善する工程においても、上記のSi膜の
結晶化の場合と同様にレーザ光の安定性、生産性、メン
テナンス性、パルス光走査によるバラツキの課題があ
る。
Further, polycrystalline S by impurity ion doping or the like is used.
In the process of improving the film quality by irradiating the laser light when the film quality of the i film is deteriorated, the stability, productivity, maintainability, and pulse of the laser light are similar to the case of the crystallization of the Si film. There is a problem of variation due to optical scanning.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、レーザアニールの光源として、母材結晶としてYL
F、YVO4、アレキサンドライト結晶、ガーネット結
晶またはサファイア結晶を用いるレーザ装置から出射さ
れるレーザ光の2倍、3倍または4倍高調波を用いるこ
とにより、一度に大面積をアニールすることが可能にな
り、生産性が向上した。また、シリコン膜に対する吸収
率が高い波長の光を用いるため、効率が向上した。
In order to solve the above-mentioned problems, YL is used as a base material crystal as a light source for laser annealing.
It is possible to anneal a large area at a time by using twice, three or four times higher harmonics of laser light emitted from a laser device using F, YVO 4 , alexandrite crystal, garnet crystal or sapphire crystal. And improved productivity. In addition, since light having a wavelength having a high absorptivity to the silicon film is used, efficiency is improved.

【0013】また、レーザアニールの光源として、ガラ
スレーザのレーザ光の2倍、3倍または4倍高調波を用
いることにより、大出力レーザ光により一度に大面積を
アニールすることが可能になり、生産性が向上した。ま
た、シリコン膜に対する吸収率が高い波長の光を用いる
ため、効率が向上した。
Further, by using a harmonic twice, triple or quadruple the laser light of a glass laser as a light source for laser annealing, it is possible to anneal a large area at once with a high output laser light. Productivity has improved. In addition, since light having a wavelength having a high absorptivity to the silicon film is used, efficiency is improved.

【0014】また、レーザアニールの光源として上記の
光源を用い、複数の異なるエネルギー密度のレーザ光を
非単結晶質半導体膜に照射し、多結晶半導体膜を形成す
ることにより、トランジスタ特性の均一性が向上した。
Further, by using the above-mentioned light source as a light source for laser annealing and irradiating a plurality of laser lights having different energy densities to the non-single crystalline semiconductor film to form a polycrystalline semiconductor film, the uniformity of transistor characteristics can be improved. Improved.

【0015】また、レーザアニールの光源として上記の
光源を用い、レーザ光を非単結晶質半導体膜に照射して
多結晶半導体膜を形成した後、前記レーザ光より高いエ
ネルギー密度のレーザ光を前記多結晶半導体膜に対して
照射することにより、トランジスタ特性の均一性が向上
した。
Further, after the non-single-crystal semiconductor film is irradiated with laser light to form a polycrystalline semiconductor film using the above-mentioned light source as a light source for laser annealing, a laser light having a higher energy density than the laser light is applied to the polycrystalline semiconductor film. By irradiating the polycrystalline semiconductor film, the uniformity of transistor characteristics was improved.

【0016】また、レーザアニールの光源として、母材
結晶としてYAG、YLF、YVO 4、アレキサンドラ
イト結晶、ガーネット結晶またはサファイア結晶を用い
るレーザ装置から出射されるレーザ光の2倍、3倍また
は4倍高調波を照射することにより多結晶半導体膜を溶
融、再結晶化させ、多結晶半導体膜の膜質を向上、改質
させることにより、薄膜トランジスタの半導体膜の膜質
が向上、安定した。
Further, a base material is used as a light source for laser annealing.
YAG, YLF, YVO as crystals Four, Alexandra
Using lite, garnet or sapphire crystals
Twice, three times or more than the laser light emitted from the laser device
Melts the polycrystalline semiconductor film by irradiating the fourth harmonic.
Melt and recrystallize to improve and modify polycrystalline semiconductor film quality
The quality of the semiconductor film of the thin film transistor
Improved and stable.

【0017】また、レーザアニールの光源として、ガラ
スレーザのレーザ光の2倍、3倍または4倍高調波を照
射することにより多結晶半導体膜を溶融、再結晶化さ
せ、多結晶半導体膜の膜質を向上、改質させることによ
り、薄膜トランジスタの半導体膜の膜質が向上、安定し
た。
Further, the polycrystalline semiconductor film is melted and recrystallized by irradiating a laser beam of a laser beam of a glass laser with twice, triple or quadruple harmonics as a light source of the laser annealing, and the film quality of the polycrystalline semiconductor film is improved. By improving and reforming, the film quality of the semiconductor film of the thin film transistor was improved and stabilized.

【0018】また、少なくとも母材結晶としてYAG、
YLF、YVO4、アレキサンドライト結晶、ガーネッ
ト結晶またはサファイア結晶を用いるレーザ装置と、レ
ーザ光を成形するレンズと、レーザ光を均一化する装置
を具備するレーザアニール装置であって、レーザ光を2
倍、3倍および4倍の高調波に変換する装置を具備する
ことを特徴とするレーザアニール装置を用いることによ
り、一度に大面積に対して必要なエネルギー密度のレー
ザ光を照射でき、生産性が向上するとともに、照射され
た半導体膜の膜質の均一性が向上した。また、エキシマ
レーザ等のガスレーザを使用する装置と比較して、装置
のメンテナンスが容易になった。
Further, at least YAG,
A laser annealing apparatus including a laser device using YLF, YVO 4 , an alexandrite crystal, a garnet crystal, or a sapphire crystal, a lens for shaping a laser beam, and a device for homogenizing the laser beam.
By using a laser annealing apparatus characterized in that it is equipped with a device for converting the harmonics into double, triple and quadruple harmonics, it is possible to irradiate a large area with a laser beam having a required energy density at a time, thereby improving productivity. And the uniformity of the film quality of the irradiated semiconductor film was improved. In addition, maintenance of the device is easier than in a device using a gas laser such as an excimer laser.

【0019】また、少なくともガラスレーザ発振器と、
レーザ光を成形するレンズと、レーザ光を均一化する装
置を具備するレーザアニール装置であって、レーザ光を
2倍、3倍および4倍の高調波に変換する装置を具備す
ることを特徴とするレーザアニール装置を用いることに
より、一度に大面積に対して必要なエネルギー密度のレ
ーザ光を照射でき、生産性が向上するとともに、照射さ
れた半導体膜の膜質の均一性が向上した。また、エキシ
マレーザ等のガスレーザを使用する装置と比較して、装
置のメンテナンスが容易になった。
At least a glass laser oscillator;
What is claimed is: 1. A laser annealing apparatus comprising: a lens for shaping laser light; and a device for homogenizing the laser light, comprising: a device for converting laser light into harmonics of 2, 3, and 4 times. By using a laser annealing apparatus, a large area can be irradiated with laser light having a required energy density at a time, thereby improving the productivity and the uniformity of the film quality of the irradiated semiconductor film. In addition, maintenance of the device is easier than in a device using a gas laser such as an excimer laser.

【0020】また、レーザ光増幅器を用いることによ
り、さらに大出力のレーザ光を用いることができ、一度
に大面積に対して必要なエネルギー密度のレーザ光を照
射でき、生産性が向上するとともに、照射された半導体
膜の膜質の均一性が向上した。また、液晶ディスプレイ
の画面に対応する面積や基板全体を一度に照射すること
が可能となり、トランジスタ特性の均一性が飛躍的に向
上した。
Further, by using the laser light amplifier, it is possible to use a laser beam having a higher output, and to irradiate a large area with a laser beam having a required energy density at a time, thereby improving productivity. The uniformity of the film quality of the irradiated semiconductor film was improved. Further, it is possible to irradiate the area corresponding to the screen of the liquid crystal display or the entire substrate at one time, and the uniformity of transistor characteristics is dramatically improved.

【0021】また、レーザ装置の共振器部分をマルチロ
ッドにすることにより、さらにレーザ光の出力が高ま
り、一度に大面積に対して必要なエネルギー密度のレー
ザ光を照射でき、生産性が向上した。
Further, by forming the resonator portion of the laser device as a multi-rod, the output of laser light is further increased, and a large area can be irradiated with laser light having a required energy density at a time, thereby improving productivity. .

【0022】また、レーザ装置の共振器部分をロッドを
ジグザグに配置するスラブ構造とすることにより、さら
に大出力でかつ出力が安定したレーザ光を用いることが
でき、一度に大面積に対して必要なエネルギー密度のレ
ーザ光を照射でき、生産性が向上するとともに、照射さ
れた半導体膜の膜質の均一性が向上した。
Further, since the resonator portion of the laser device has a slab structure in which rods are arranged in a zigzag manner, a laser beam having a higher output and a more stable output can be used, and a large area is required at a time. A laser beam having a high energy density can be irradiated, thereby improving the productivity and improving the uniformity of the film quality of the irradiated semiconductor film.

【0023】また、Qスイッチを用いることにより、さ
らに大出力のレーザ光を用いることができ、一度に大面
積に対して必要なエネルギー密度のレーザ光を照射で
き、生産性が向上するとともに、照射された半導体膜の
膜質の均一性が向上した。
Further, by using the Q switch, a laser beam having a higher output can be used, and a laser beam having a required energy density can be radiated to a large area at a time. The uniformity of the film quality of the obtained semiconductor film was improved.

【0024】また、レーザ光の1パルスの照射時間が2
0nSec以上、好ましくは50nSec以上かつ5m
S以下であることにより、照射された半導体膜の膜質が
改善された。
The irradiation time of one pulse of the laser beam is 2 hours.
0 nSec or more, preferably 50 nSec or more and 5 m
By being S or less, the film quality of the irradiated semiconductor film was improved.

【0025】また、レーザ光が連続光であることによ
り、パルスレーザ光を用いる方式と比較して、フィード
バックレーザ出力制御が容易であり、照射された半導体
膜の膜質の均一性が向上した。
Further, since the laser light is continuous light, feedback laser output control is easier and the uniformity of the film quality of the irradiated semiconductor film is improved as compared with the method using pulsed laser light.

【0026】YLFレーザの発振波長は1053nmの
高出力レーザであり、第2高調波は527nm、第3高
調波は351nm、また第4高調波は263nmとな
る。高調波に変換することにより、Siに対する吸収が
桁違いに強くなるため(図6)、アニールの効率が向上
し、エネルギーと処理時間が少なくて済む。YAG、ア
レキサンドライト結晶、ガーネット結晶、サファイア結
晶(一般にルビーレーザ)、ケイ酸系レーザガラスまた
はリン酸系レーザガラスを用いたレーザも高出力の赤外
レーザであり、高調波に変換することにより、レーザア
ニールの光源として適したものになる。高調波変換用の
結晶として例えばKDPを用い、位相整合等の損失を低
減させることにより、元のレーザ光から第3高調波への
変換効率は最大60%に達する。
The oscillation wavelength of the YLF laser is a high output laser with a wavelength of 1053 nm, the second harmonic is 527 nm, the third harmonic is 351 nm, and the fourth harmonic is 263 nm. By converting into harmonics, the absorption to Si is increased by orders of magnitude (FIG. 6), so that the efficiency of annealing is improved and energy and processing time are reduced. Lasers using YAG, alexandrite crystals, garnet crystals, sapphire crystals (generally ruby lasers), silicate-based laser glasses, or phosphate-based laser glasses are also high-output infrared lasers. It becomes suitable as a light source for annealing. By using, for example, KDP as a crystal for harmonic conversion and reducing loss such as phase matching, the conversion efficiency from the original laser light to the third harmonic reaches a maximum of 60%.

【0027】これらのレーザ光源を用いることにより、
現在一般的に使用されているエキシマレーザを用いた半
導体膜のレーザアニールと比較して、大出力でかつパル
ス幅を制御できることから、以下のような特長を有す
る。
By using these laser light sources,
Compared with the laser annealing of a semiconductor film using an excimer laser, which is generally used at present, it has a large output and a controllable pulse width, and thus has the following features.

【0028】第1に、一度に大面積を処理できて、生産
性にすぐれる。第2に、1パルスで広い面積を照射する
ことが可能になり、パルス毎の照射の継ぎ目を原因とす
るトランジスタ特性の不均一性がない。第3に、レーザ
の安定性が高く、トランジスタ特性の均一性が向上す
る。第4に、レーザ装置のメンテナンスが容易であり、
メンテナンス間隔も長い。第5に、パルス幅を長くする
ことにより、移動度が向上する。
First, a large area can be processed at a time, and the productivity is excellent. Second, it is possible to irradiate a large area with one pulse, and there is no non-uniformity of transistor characteristics due to a joint of irradiation for each pulse. Third, the stability of the laser is high, and the uniformity of transistor characteristics is improved. Fourth, maintenance of the laser device is easy,
Long maintenance intervals. Fifth, the mobility is improved by increasing the pulse width.

【0029】またロット増幅器やディスク増幅器という
レーザ光増幅器やQスイッチを使用することにより、超
大出力レーザとなり、上記の大出力レーザを使用する利
点が大きくなる。大面積(55cm×65cm等)の基板
が、移動なしでレーザ光の照射エリアに入り、一括して
照射することも可能になり、さらにトランジスタ特性の
均一性が向上する。
By using a laser amplifier or a Q switch such as a lot amplifier or a disk amplifier, an ultra-high output laser is obtained, and the advantage of using the above high output laser is increased. A substrate having a large area (55 cm × 65 cm or the like) can enter a laser beam irradiation area without being moved and be irradiated collectively, and the uniformity of transistor characteristics is further improved.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお半導体膜として
は、Si、Ge、GaAs等のIII−V半導体、Zn
Se等のII−VI半導体を用いても、本発明の半導体
結晶化方法が同様に有効であることを確認したが、以下
に示す実施の形態においては、最も一般的であるシリコ
ンを例に挙げて説明を行う。なお、レーザ共振媒体に用
いる結晶やガラスには通常Nd等をドープして用いる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, as a semiconductor film, a III-V semiconductor such as Si, Ge, and GaAs, Zn
It has been confirmed that the semiconductor crystallization method of the present invention is similarly effective even when using II-VI semiconductors such as Se. However, in the embodiment described below, silicon, which is the most common, is taken as an example. Will be explained. The crystal or glass used for the laser resonance medium is usually doped with Nd or the like.

【0031】(実施の形態1)以下本発明の実施の形態
1におけるTFTの製造方法について説明する。
(Embodiment 1) A method of manufacturing a TFT according to Embodiment 1 of the present invention will be described below.

【0032】まず、光透過性を有する基板としてのガラ
ス基板上に、ガラスからの不純物を防ぐ目的で、例えば
TEOS CVD法により膜厚300nmの、SiO2
下地層を成膜する。なお、この下地層の膜厚は300n
mに限らず、種々の設定が可能である。
First, for the purpose of preventing impurities from glass, a SiO 2 film having a thickness of 300 nm is formed on a glass substrate as a substrate having optical transparency by, for example, TEOS CVD.
An underlayer is formed. The thickness of this underlayer is 300 n.
Not limited to m, various settings are possible.

【0033】次に、プラズマCVD法により、例えば膜
厚が85nmの非晶質Si膜を成膜する。なお、この非
晶質Si膜の成膜にあたっては、減圧CVD法を用いて
もよく、上記非晶質Si膜の膜厚は85nmに限らず種
々の設定が可能である。
Next, an amorphous Si film having a thickness of, for example, 85 nm is formed by a plasma CVD method. In forming the amorphous Si film, a low pressure CVD method may be used, and the thickness of the amorphous Si film is not limited to 85 nm, and various settings can be made.

【0034】次に図1に示すように、YLF(LiYF
4)結晶を用いるレーザ装置1から出射されるレーザ光
を用いてレーザアニールを行う。本実施の形態に用いた
レーザ装置は、スラブ型レーザであり、出射されるレー
ザ光は波長が1053nm、出力500Wである。さら
に反射鏡2及び2枚のKDP結晶からなる高調波変換装
置3を通し、レーザ装置から出射されるレーザ光の波長
を3倍高調波に変換した。この時、高調波変換後のレー
ザ光の波長は351nm、パワーは300W、パルス幅
は200μSである。高調波変換されたレーザ光9を光
減衰器4を用いて所定のエネルギーまで減衰する。減衰
されたレーザ光9をビームの整形および均一化を行う均
一化装置5を通して、所定の形に整形するとともに、均
一な強度分布をもつレーザ光9にする。なお、上記のレ
ーザ装置1はYLFに代えて、アレキサンドライト結
晶、ガーネット結晶またはサファイア結晶を共振媒体と
するレーザ装置を用いてもよい。レーザ光のパワー密度
は非晶質Si膜を結晶化させるために十分なパワー密度
であればよく、例えば200から400mJ/cm2
好ましくは280〜380mJ/cm2などに設定すれ
ばよい。上記レーザ光の照射によって、ガラス基板8上
に形成された非晶質Si膜は、溶融、結晶化し、多結晶
Si膜が形成される。なお、図1において、6はレーザ
光9が照射された多結晶Si、7はレーザ光9が照射さ
れる前の非晶質Siを示している。
Next, as shown in FIG. 1, YLF (LiYF
4 ) Laser annealing is performed using laser light emitted from the laser device 1 using a crystal. The laser device used in this embodiment is a slab laser, and the emitted laser light has a wavelength of 1053 nm and an output of 500 W. Further, the wavelength of the laser beam emitted from the laser device was converted into a triple harmonic through a reflecting mirror 2 and a harmonic converter 3 composed of two KDP crystals. At this time, the wavelength of the laser light after harmonic conversion is 351 nm, the power is 300 W, and the pulse width is 200 μS. The harmonic-converted laser light 9 is attenuated to a predetermined energy using the optical attenuator 4. The attenuated laser light 9 is shaped into a predetermined shape through a homogenizing device 5 for shaping and uniformizing the beam, and is converted into a laser light 9 having a uniform intensity distribution. Note that the above laser device 1 may use a laser device using an alexandrite crystal, a garnet crystal, or a sapphire crystal as a resonance medium instead of YLF. The power density of the laser beam may be any power density sufficient to crystallize the amorphous Si film, for example, 200 to 400 mJ / cm 2 ,
Preferably, it may be set to 280 to 380 mJ / cm 2 or the like. The irradiation of the laser beam causes the amorphous Si film formed on the glass substrate 8 to melt and crystallize, forming a polycrystalline Si film. In FIG. 1, reference numeral 6 denotes polycrystalline Si irradiated with the laser light 9, and reference numeral 7 denotes amorphous Si before the irradiation with the laser light 9.

【0035】この後、多結晶Si膜には、多数のダング
リングボンドが形成されているので、水素プラズマ中
で、例えば450℃、2時間放置する。
After that, since a large number of dangling bonds are formed in the polycrystalline Si film, the film is left in a hydrogen plasma, for example, at 450 ° C. for 2 hours.

【0036】以下、従来のTFTと同様に下記のような
工程を経る。まずドライエッチングにより、多結晶Si
層をパターニングする。次に、例えばTEOS CVD
法によりSiO2をゲート絶縁膜として必要な膜厚、例
えば100nm成膜する。次に、アルミニウム膜をスバ
ッタリングし、エッチングにより所定の形状にパターニ
ングして、ゲート電極を形成する。その後、イオンドー
ピング装置により、ゲート電極をマスクとしてソースお
よびドレイン領域に必要な種類のドーパントを注入す
る。さらに、酸化Siから成る層間絶縁膜を常圧CVD
法にて成膜し、ゲート電極を覆い、エッチングにより、
層間絶縁膜および酸化Si膜に多結晶Si膜のソース領
域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを開口
する。次に、チタン膜およびアルミニウム膜をスパッタ
リングし、エッチングにより所定の形状にパターニング
して、ソース電極およびドレイン電極を形成する。
Hereinafter, the following steps are performed similarly to the conventional TFT. First, by dry etching, polycrystalline Si
Pattern the layer. Next, for example, TEOS CVD
SiO 2 is formed to a thickness required as a gate insulating film, for example, 100 nm by a method. Next, the aluminum film is sputtered and patterned into a predetermined shape by etching to form a gate electrode. Thereafter, a necessary kind of dopant is implanted into the source and drain regions by using the gate electrode as a mask by an ion doping apparatus. Further, an interlayer insulating film made of silicon oxide is formed by atmospheric pressure CVD.
Film, cover the gate electrode, and etch
A contact hole reaching the source region or the drain region of the polycrystalline Si film is opened in the interlayer insulating film and the Si oxide film. Next, a titanium film and an aluminum film are sputtered and patterned into a predetermined shape by etching to form a source electrode and a drain electrode.

【0037】このようにして形成されたTFTは、レー
ザアニール工程にエキシマレーザを用いる従来の工程に
より作成されたTFTと比較して、移動度が3.5倍に
向上した。また、従来のTFTにおける、移動度のバラ
ツキが15%程度であるのに対し、本実施の形態で作成
したTFTの移動度バラツキは9%と均一性にすぐれ
る。
The mobility of the TFT thus formed is 3.5 times higher than that of a TFT formed by a conventional process using an excimer laser in a laser annealing process. The mobility variation of the conventional TFT is about 15%, whereas the mobility variation of the TFT formed in this embodiment is 9%, which is excellent in uniformity.

【0038】また、本実施の形態で用いたレーザ光の照
射パワーが300Wであるので、従来の照射パワー20
0Wであるエキシマレーザを使用する場合と比較して、
タクトが1.5倍向上した。
Since the irradiation power of the laser beam used in the present embodiment is 300 W, the conventional irradiation power of 20 W is used.
Compared to the case of using an excimer laser of 0 W,
Tact was improved 1.5 times.

【0039】(実施の形態2)以下本発明の実施の形態
2におけるTFTの製造方法について説明する。
(Embodiment 2) Hereinafter, a method of manufacturing a TFT according to Embodiment 2 of the present invention will be described.

【0040】上記の実施の形態1と同様にして、ガラス
基板上にSiO2下地層および非晶質Si膜を成膜す
る。
As in the first embodiment, a SiO 2 underlayer and an amorphous Si film are formed on a glass substrate.

【0041】次に図1に示すように、ガラスを共振媒体
として用いるレーザ装置1から出射されるレーザ光を用
いてレーザアニールを行う。本実施の形態に用いたレー
ザ装置は、ガラス、例えばリン酸ガラスLHG5を共振
媒体として用いる方式であり、パルス幅は300μSで
ある。なお、ガラスの種類としては珪酸系、リン酸系、
ふつリン酸系などを用いることができる。ガラスレーザ
装置から出射されるレーザ光を用いて、実施の形態1と
同様にして高調波変換装置3を通し、波長を3倍高調波
に変換し、光減衰器4、均一化装置5を通し、所定の波
長、形状、強度のレーザ光を得る。高調波への変換は、
2倍および4倍のものも使用することができる。レーザ
光のパワー密度は実施の形態1と同様である。上記レー
ザ光の照射によって、ガラス基板8上に形成された非晶
質Si膜は、溶融、結晶化し、多結晶Si膜が形成され
る。
Next, as shown in FIG. 1, laser annealing is performed using laser light emitted from a laser device 1 using glass as a resonance medium. The laser device used in this embodiment is a system using glass, for example, phosphate glass LHG5 as a resonance medium, and has a pulse width of 300 μS. In addition, as a kind of glass, silicate type, phosphoric acid type,
A phosphoric acid type or the like can be used. Using the laser light emitted from the glass laser device, the light passes through the harmonic converter 3 in the same manner as in the first embodiment, converts the wavelength to a triple harmonic, passes through the optical attenuator 4, and the homogenizer 5. A laser beam having a predetermined wavelength, shape, and intensity is obtained. Conversion to harmonics is
Double and quadruples can also be used. The power density of the laser light is the same as in the first embodiment. The irradiation of the laser beam causes the amorphous Si film formed on the glass substrate 8 to melt and crystallize, forming a polycrystalline Si film.

【0042】その後、多結晶Si膜には、多数のダング
リングボンドが形成されているので、水素プラズマ中
で、例えば450℃、2時間放置する。
After that, since a large number of dangling bonds are formed on the polycrystalline Si film, the film is left at, for example, 450 ° C. for 2 hours in hydrogen plasma.

【0043】以下、実施の形態1と同様の工程を経てT
FTを形成する。このようにして形成されたTFTは、
レーザアニール工程にエキシマレーザを用いる従来の工
程により作成されたTFTと比較して、移動度が3.7
倍に向上した。また、従来のTFTにおける、移動度の
バラツキが15%程度であるのに対し、本実施の形態で
作成したTFTの移動度バラツキは9%と均一性にすぐ
れる。
Hereinafter, through the same steps as in the first embodiment, T
Form FT. The TFT thus formed is:
The mobility is 3.7 compared to a TFT formed by a conventional process using an excimer laser for a laser annealing process.
Improved by a factor of two. The mobility variation of the conventional TFT is about 15%, whereas the mobility variation of the TFT formed in this embodiment is 9%, which is excellent in uniformity.

【0044】また、本実施の形態で用いたレーザ光の照
射パワーが720Wであるので、従来の照射パワー20
0Wであるエキシマレーザを使用する場合と比較して、
タクトが3.6倍向上した。
Since the irradiation power of the laser beam used in this embodiment is 720 W, the conventional irradiation power of 20 W is used.
Compared to the case of using an excimer laser of 0 W,
Tact time improved by 3.6 times.

【0045】(実施の形態3)以下本発明の実施の形態
3におけるTFTの製造方法について説明する。
Embodiment 3 Hereinafter, a method of manufacturing a TFT according to Embodiment 3 of the present invention will be described.

【0046】上記の実施の形態1と同様にして、ガラス
基板上にSiO2下地層および非晶質Si膜を成膜す
る。次に、実施の形態1に用いたレーザ光の照射によっ
て、ガラス基板8上に形成された非晶質Si膜は、溶
融、結晶化し、多結晶Si膜が形成される。その後、実
施の形態1と同様にして、水素化処理、多結晶Si層の
パターニング、ゲート絶縁膜成膜、ゲート電極を形成、
およびイオンドーピングを行う。
As in the first embodiment, an SiO 2 underlayer and an amorphous Si film are formed on a glass substrate. Next, the amorphous Si film formed on the glass substrate 8 is melted and crystallized by the irradiation of the laser beam used in Embodiment 1, and a polycrystalline Si film is formed. Thereafter, in the same manner as in the first embodiment, hydrogenation treatment, patterning of a polycrystalline Si layer, formation of a gate insulating film, formation of a gate electrode,
And ion doping.

【0047】このドーピング工程により、多結晶Si層
にダメージが与えらて、欠陥が生じる。そこで、実施の
形態1で用いたレーザ装置のレーザ光をガラス基板8上
に形成された多結晶Si膜に対して照射することによ
り、溶融、再結晶化し、多結晶Si膜内の欠陥を減少さ
せる。この時のレーザ光のパワー密度は非晶質Si膜を
溶融させるために十分なパワー密度であればよく、例え
ば200から400mJ/cm2、好ましくは200〜
310mJ/cm2などに設定すればよい。
This doping step damages the polycrystalline Si layer and causes defects. Therefore, by irradiating the polycrystalline Si film formed on the glass substrate 8 with laser light of the laser device used in the first embodiment, the polycrystalline Si film is melted and recrystallized to reduce defects in the polycrystalline Si film. Let it. The power density of the laser beam at this time may be a power density sufficient to melt the amorphous Si film, for example, 200 to 400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 400 mJ / cm 2 .
It may be set to 310 mJ / cm 2 or the like.

【0048】その後、上記の実施の形態1と同様の所定
の成膜処理、エッチング工程を繰り返して、液晶表示装
置の駆動用TFTを形成した。
Thereafter, the same film forming process and etching process as those in the first embodiment were repeated to form a driving TFT of the liquid crystal display device.

【0049】このようにして形成されたTFTは、実施
の形態1の方法で作成されたTFTと比較して、移動度
は1.2倍に向上した。また、従来のTFTにおける、
移動度のバラツキが15%程度であるのに対し、本実施
の形態で作成したTFTの移動度バラツキは7%と均一
性にすぐれる。
The mobility of the TFT thus formed is 1.2 times that of the TFT formed by the method of the first embodiment. Also, in a conventional TFT,
The variation in mobility is about 15%, while the variation in mobility of the TFT formed in this embodiment is 7%, which is excellent in uniformity.

【0050】また、本実施の形態で用いたレーザ光の照
射パワーが300Wであるので、多結晶Si改質の工程
に従来の照射パワー200Wであるエキシマレーザを使
用する場合と比較して、タクトが1.5倍向上した。
Further, since the irradiation power of the laser beam used in the present embodiment is 300 W, the tact time is smaller than that in the case of using an excimer laser having a conventional irradiation power of 200 W in the polycrystalline Si reforming step. Was improved 1.5 times.

【0051】(実施の形態4)以下本発明の実施の形態
4におけるTFTの製造方法について説明する。
(Embodiment 4) Hereinafter, a method of manufacturing a TFT according to Embodiment 4 of the present invention will be described.

【0052】上記の実施の形態3と同様にして、ガラス
基板上にSiO2下地層および非晶質Si膜を成膜、多
結晶Si膜が形成、水素化処理、多結晶Si層のパター
ニング、ゲート絶縁膜成膜、ゲート電極を形成、および
イオンドーピングを行う。
In the same manner as in the third embodiment, an SiO 2 underlayer and an amorphous Si film are formed on a glass substrate, a polycrystalline Si film is formed, hydrogenation treatment, patterning of the polycrystalline Si layer, A gate insulating film is formed, a gate electrode is formed, and ion doping is performed.

【0053】このドーピング工程により、多結晶Si層
にダメージが与えられ、欠陥が生じる。そこで、実施の
形態2で用いたレーザ装置のレーザ光をガラス基板8上
に形成された多結晶Si膜に対して照射することによ
り、溶融、再結晶化し、多結晶Si膜内の欠陥を減少さ
せる。この時のレーザ光のパワー密度は非晶質Si膜を
溶融させるために十分なパワー密度であればよく、例え
ば200から400mJ/cm2、好ましくは200〜
310mJ/cm2などに設定すればよい。
This doping step damages the polycrystalline Si layer and causes defects. Therefore, by irradiating the polycrystalline Si film formed on the glass substrate 8 with laser light of the laser device used in the second embodiment, the polycrystalline Si film is melted and recrystallized, thereby reducing defects in the polycrystalline Si film. Let it. The power density of the laser beam at this time may be a power density sufficient to melt the amorphous Si film, for example, 200 to 400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 400 mJ / cm 2 .
It may be set to 310 mJ / cm 2 or the like.

【0054】その後、実施の形態1と同様の所定の成膜
処理、エッチング工程を繰り返して、液晶表示装置の駆
動用TFTを形成した。
Thereafter, the same predetermined film forming process and etching process as in Embodiment 1 were repeated to form a driving TFT of the liquid crystal display device.

【0055】このようにして形成されたTFTの移動度
および移動度のバラツキは実施の形態3とほぼ同様の効
果が認められた。また、本実施の形態で用いたレーザ光
の照射パワーが720Wであるので、多結晶Si改質の
工程に従来の照射パワー200Wであるエキシマレーザ
を使用する場合と比較して、タクトが3.6倍向上し
た。
The mobility and the variation of the mobility of the TFT thus formed have substantially the same effects as in the third embodiment. In addition, since the irradiation power of the laser beam used in the present embodiment is 720 W, the tact is 3 times as compared with the case where an excimer laser having a conventional irradiation power of 200 W is used in the polycrystalline Si reforming process. 6 times improved.

【0056】以上エキシマレーザアニールをソース・ド
レイン領域形成のための不純物注入の際に生じる欠陥の
減少のために用いる場合について実施の形態3及び4に
おいて説明を行ったが、その様子を図2に示す。
The case where the excimer laser annealing is used to reduce defects generated at the time of impurity implantation for forming source / drain regions has been described in the third and fourth embodiments. FIG. Show.

【0057】図2において、8はガラスなどの基板、6
は多結晶Si、12はゲート絶縁膜、11はゲート電
極、13はダメージを受けた多結晶Siを示しており、
図3(a)に示すような不純物注入によって生じた欠陥
は、図3(b)のようにゲート電極側からエキシマレー
ザ光を照射するか、または図3(c)のように裏面側
(ガラス基板側)からエキシマレーザ光を照射すること
により減少させる。
In FIG. 2, reference numeral 8 denotes a substrate made of glass or the like;
Indicates polycrystalline Si, 12 indicates a gate insulating film, 11 indicates a gate electrode, 13 indicates damaged polycrystalline Si,
Defects caused by impurity implantation as shown in FIG. 3A can be obtained by irradiating excimer laser light from the gate electrode side as shown in FIG. 3B or by using the back surface (glass) as shown in FIG. It is reduced by irradiating excimer laser light from the substrate side).

【0058】(実施の形態5)以下本発明の実施の形態
5におけるTFTの製造方法について説明する。
(Fifth Embodiment) Hereinafter, a method of manufacturing a TFT according to a fifth embodiment of the present invention will be described.

【0059】上記の実施の形態1と同様にして、ガラス
基板上にSiO2下地層および非晶質Si膜を成膜す
る。
In the same manner as in the first embodiment, an SiO 2 underlayer and an amorphous Si film are formed on a glass substrate.

【0060】次に図1に示すように、YAG結晶を共振
媒体として用いるレーザ装置1から出射されるレーザ光
を用いてレーザアニールを行う。共振媒体の結晶として
は、YAGの他にYLF、YVO4、アレキサンドライ
ト結晶、ガーネット結晶またはサファイア結晶を用いる
ことができる。YAGレーザ装置から出射されるレーザ
光に対して、ロッド型レーザ光増幅器およびディスク型
レーザ光増幅器を用いて、レーザ光の強度を高める。増
幅されたレーザ光に対して、実施の形態1と同様にして
高調波変換装置3、光減衰器4および均一化装置5を通
し、所定の波長、形状、強度のレーザ光を得る。なお、
レーザ光のパワー密度は実施の形態1と同様である。上
記レーザ光の照射によって、ガラス基板8上に形成され
た非晶質Si膜は、溶融、結晶化し、多結晶Si膜が形
成される。
Next, as shown in FIG. 1, laser annealing is performed using laser light emitted from a laser device 1 using a YAG crystal as a resonance medium. As the crystal of the resonance medium, besides YAG, YLF, YVO 4 , alexandrite crystal, garnet crystal or sapphire crystal can be used. With respect to the laser light emitted from the YAG laser device, the intensity of the laser light is increased using a rod-type laser light amplifier and a disk-type laser light amplifier. The amplified laser light passes through the harmonic conversion device 3, the optical attenuator 4, and the equalization device 5 in the same manner as in the first embodiment to obtain laser light having a predetermined wavelength, shape, and intensity. In addition,
The power density of the laser light is the same as in the first embodiment. The irradiation of the laser beam causes the amorphous Si film formed on the glass substrate 8 to melt and crystallize, forming a polycrystalline Si film.

【0061】以下、実施の形態1と同様の工程を経てT
FTを形成する。本実施の形態のレーザアニール工程に
用いたレーザ装置をさらに具体的に説明する。本実施の
形態に用いたレーザ装置は、Qスイッチを用いたパルス
レーザで、またマルチロッド型であり、出射されるレー
ザ光は波長が1064nm、出力2kWである。さらに
図3に示すように、ロッド型およびディスク型のレーザ
光増幅器を直列に複数配置することにより、レーザ光を
増幅し、増幅後のレーザ光出力は200MW、パルス幅
は200nSであり、高調波変換、整形を施し、照射可
能なレーザ光のパワーは100MWである。なお、図3
において、15はビーム整形用光学系、16はロッド型
増幅器、17はディスク型増幅器を示している。
Hereinafter, through the same steps as in the first embodiment, T
Form FT. The laser device used in the laser annealing step of the present embodiment will be described more specifically. The laser device used in this embodiment is a pulse laser using a Q switch, and is a multi-rod type. The emitted laser light has a wavelength of 1064 nm and an output of 2 kW. Further, as shown in FIG. 3, by arranging a plurality of rod-type and disk-type laser light amplifiers in series, the laser light is amplified, the amplified laser light output is 200 MW, the pulse width is 200 nS, and The power of the laser beam that can be converted and shaped and irradiated is 100 MW. Note that FIG.
In the figure, 15 is a beam shaping optical system, 16 is a rod type amplifier, and 17 is a disk type amplifier.

【0062】従来液晶ディスプレイ用のTFTを形成す
る場合に、エキシマレーザの線状のビームを走査して多
結晶Siを形成していたが、レーザパルスのつなぎ目に
TFT特性のバラツキを生じたり、大面積を1度の走査
で照射しきれない場合、数度に分けて照射するが、その
場合のつなぎ目においてTFT特性のバラツキを生じる
という課題がある。そこで上記のように、大出力レーザ
を使用することにより、液晶ディスプレイの画面に対応
する面積(図4b)や基板全体(図4a)を一度に照射
することが可能となり、トランジスタ特性の均一性が飛
躍的に向上した。
Conventionally, when a TFT for a liquid crystal display is formed, polycrystalline Si is formed by scanning a linear beam of an excimer laser. However, variations in TFT characteristics occur at the connection of laser pulses, In the case where the irradiation cannot be performed by one scanning of the area, the irradiation is performed in several degrees. However, there is a problem that a variation in the TFT characteristics occurs at a joint in that case. Therefore, as described above, by using a high-power laser, it is possible to irradiate the area (FIG. 4B) corresponding to the screen of the liquid crystal display or the entire substrate (FIG. 4A) at once, and the uniformity of the transistor characteristics is improved. Dramatically improved.

【0063】本実施の形態の方法により作成したTFT
は、レーザアニール工程にエキシマレーザを用いる従来
の工程により作成されたTFTと比較して、移動度が3
倍に向上した。また、従来のTFTにおける、移動度の
バラツキが15%程度であるのに対し、本実施の形態で
作成したTFTの移動度バラツキは3%と均一性にすぐ
れる。
The TFT formed by the method of the present embodiment
Has a mobility of 3 compared to a TFT manufactured by a conventional process using an excimer laser for a laser annealing process.
Improved by a factor of two. In addition, the mobility variation of the conventional TFT is about 15%, whereas the mobility variation of the TFT formed in this embodiment is 3%, which is excellent in uniformity.

【0064】また、本実施の形態で用いたレーザ光の照
射パワーが200MWと非常に強力であるため、タクト
は搬送時間を除くとほぼ0である。
Further, since the irradiation power of the laser beam used in the present embodiment is as high as 200 MW, the tact is almost zero except for the transport time.

【0065】(実施の形態6)以下本発明の実施の形態
6におけるTFTの製造方法について説明する。
(Embodiment 6) A method of manufacturing a TFT according to Embodiment 6 of the present invention will be described below.

【0066】上記の実施の形態1と同様にして、ガラス
基板上にSiO2下地層および非晶質Si膜を成膜す
る。
As in the first embodiment, an SiO 2 underlayer and an amorphous Si film are formed on a glass substrate.

【0067】次に後述するレーザ光を用いてレーザアニ
ールを行う。レーザ光の照射によって、ガラス基板8上
に形成された非晶質Si膜は、溶融、結晶化し、多結晶
Si膜が形成される。
Next, laser annealing is performed using a laser beam described later. By the irradiation of the laser beam, the amorphous Si film formed on the glass substrate 8 is melted and crystallized to form a polycrystalline Si film.

【0068】以下、実施の形態1と同様の工程を経てT
FTを形成する。本実施の形態のレーザアニール工程に
用いたレーザ装置を具体的に説明する。パルス発振の固
体レーザのパルス幅は励起光源、Qスイッチの種類、発
振周波数、パルス圧縮の有無、Ndのドーズ量等によ
り、100fSから20mS程度まで制御することが可
能である。
Hereinafter, through the same steps as in the first embodiment, T
Form FT. The laser device used in the laser annealing step of the present embodiment will be specifically described. The pulse width of the pulsed solid-state laser can be controlled from about 100 fS to about 20 mS depending on the excitation light source, the type of the Q switch, the oscillation frequency, the presence or absence of pulse compression, the dose of Nd, and the like.

【0069】YAGレーザの3倍高調波を用いて、多結
晶Si形成のレーザパルス幅依存性を10nSから10
mSまで調査した。10nSから50nSまではキセノ
ンフラッシュランプ励起でポッケルスQスイッチを用い
る方式、50nSから200nSまではクリプトンアー
クランプ励起で超音波Qスイッチを用いる方式、そして
200nSから10mSまではキセノンフラッシュラン
プ励起でQスイッチを用いない方式により、バルス幅を
制御した。
Using the third harmonic of the YAG laser, the dependence of the polycrystalline Si formation on the laser pulse width was reduced from 10 ns to 10 ns.
Investigated to mS. From 10nS to 50nS, use a Pockels Q switch with xenon flash lamp excitation, from 50nS to 200nS, use an ultrasonic Q switch with krypton arc lamp excitation, and from 200nS to 10mS use a Q switch with xenon flash lamp excitation. The pulse width was controlled by a method that was not used.

【0070】上記レーザ光に対して、実施の形態1と同
様にして3倍高調波変換装置3、光減衰器4および均一
化装置5を通し、所定の波長、形状、強度のレーザ光を
得る。
The laser beam passes through the third harmonic converter 3, optical attenuator 4, and homogenizer 5 in the same manner as in the first embodiment, and a laser beam having a predetermined wavelength, shape, and intensity is obtained. .

【0071】上記製造方法で作製されたTFTの電界効
果移動度のパルス幅依存性を図5に示す。電界効果移動
度は20nS以上で高性能TFTの目安となる100c
2/V・S以上となり、50nS以上で200cm2
V・Sを越え、パルス幅が長くなると、移動度が向上す
る傾向がみられる。パルス幅が短い場合、急加熱および
急冷却により、Siの結晶成長が阻害されているためと
考えられる。
FIG. 5 shows the pulse width dependence of the field effect mobility of the TFT manufactured by the above manufacturing method. Field effect mobility is 20nS or more and 100c which is a standard of high performance TFT
m 2 / V · S or more, and 200 cm 2 /
When the pulse width exceeds VS and the pulse width becomes longer, the mobility tends to be improved. It is considered that when the pulse width is short, the crystal growth of Si is inhibited by rapid heating and rapid cooling.

【0072】しかし、単調に1μS程度からは頭打ちと
なり、5mS以上のパルス幅では200cm2/V・S
以下まで低下する。これは、加熱時間が長すぎると、下
地や基板へ熱が伝わりすぎ、不純物の拡散等の問題を生
じるためと考えられる。
However, it monotonically reaches a plateau from about 1 μS and reaches 200 cm 2 / V · S for a pulse width of 5 mS or more.
It falls to below. This is considered to be because if the heating time is too long, heat is excessively transmitted to the base or the substrate, which causes problems such as diffusion of impurities.

【0073】図5に示した実験結果およびアルゴンレー
ザ等の連続光では、移動度が60cm2/V・S程度で
あることを考慮すると、1パルスの照射時間が20nS
ec以上、好ましくは50nSec以上かつ5mS以下
であるレーザ光を用いて、レーザアニールを行うことに
より、高移動度の多結晶Si膜を形成することができ
る。
In consideration of the experimental result shown in FIG. 5 and the fact that the mobility is about 60 cm 2 / V · S in continuous light such as an argon laser, the irradiation time of one pulse is 20 nS.
By performing laser annealing using laser light having a value of ec or more, preferably 50 nSec or more and 5 mS or less, a polycrystalline Si film with high mobility can be formed.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レーザア
ニールの光源として、母材結晶としてYAG、YLF、
YVO4、アレキサンドライト結晶、ガーネット結晶ま
たはサファイア結晶を用いるレーザ装置、あるいはケイ
酸系レーザガラスまたはリン酸系レーザガラスを用いた
レーザ装置から出射されるレーザ光の2倍、3倍または
4倍高調波を用いることにより、従来のエキシマレーザ
等と比較して、大出力が得られることから、一度に大面
積をアニールすることが可能になり、生産性が向上し
た。
As described above, according to the present invention, as a light source for laser annealing, YAG, YLF,
A laser device using YVO 4 , an alexandrite crystal, a garnet crystal, or a sapphire crystal, or a laser device using a silicate laser glass or a phosphoric acid laser glass, which is twice, three or four times higher harmonics. By using, a large output can be obtained as compared with a conventional excimer laser or the like, so that it is possible to anneal a large area at once, and the productivity is improved.

【0075】また、欠陥等が多い多結晶Si膜にレーザ
光を照射して、溶融、再結晶化させる工程に、上記の固
体レーザの高調波を用いることにより、生産性が向上し
た。
Further, the productivity is improved by using the harmonics of the solid-state laser in the step of irradiating a polycrystalline Si film having many defects and the like with a laser beam to melt and recrystallize the film.

【0076】また、上記の固体レーザ装置に対して、さ
らにレーザ光増幅器を用いることにより、レーザ光強度
を飛躍的に高めることでき、これにより、生産性が向上
するとともに、液晶ディスプレイの画面に対応する面積
や基板全体を一度に照射することが可能となり、トラン
ジスタ特性の均一性が向上した。
Further, by using a laser light amplifier in addition to the above-mentioned solid-state laser device, the laser light intensity can be dramatically increased, thereby improving the productivity and supporting the screen of the liquid crystal display. It is possible to irradiate the entire area or the entire substrate at once, and the uniformity of transistor characteristics is improved.

【0077】また、上記固体レーザは、構成によりパル
ス幅を選択することが可能であり、1パルスの照射時間
が20nSec以上、好ましくは50nSec以上かつ
5mS以下であるレーザ光を用いて、レーザアニールを
行うことにより、TFTの移動度が高くなった。
The pulse width of the solid-state laser can be selected depending on the configuration. Laser annealing is performed by using a laser beam having a pulse irradiation time of 20 nSec or more, preferably 50 nSec or more and 5 mS or less. By doing so, the mobility of the TFT was increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態において用いたレーザ光の
照射方法を示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing a laser light irradiation method used in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態3および4におけるレーザ
光の照射による多結晶半導体膜の改質の工程を示す断面
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step of modifying a polycrystalline semiconductor film by laser light irradiation in Embodiments 3 and 4 of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態5で用いたレーザアニール
装置の構成を示す断面図
FIG. 3 is a sectional view showing a configuration of a laser annealing apparatus used in a fifth embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態5で作成した多結晶Si膜
を示す斜視図
FIG. 4 is a perspective view showing a polycrystalline Si film formed in a fifth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態6に記載のTFT電解効果
移動度のパルス幅依存性を示す図
FIG. 5 is a diagram showing the pulse width dependence of the TFT field-effect mobility described in Embodiment 6 of the present invention.

【図6】非晶質Si膜の分光透過率を示す図FIG. 6 is a diagram showing a spectral transmittance of an amorphous Si film;

【図7】従来のレーザ照射方法による多結晶Si膜を示
す斜視図
FIG. 7 is a perspective view showing a polycrystalline Si film formed by a conventional laser irradiation method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ発振器 2 反射鏡 3 高調波発生器(例KDP結晶) 4 減衰器 5 均一化装置 6 多結晶Si 7 非晶質Si 8 基板(ガラス) 9 レーザ光 10 イオン化された不純物 11 ゲート配線用金属膜 12 絶縁膜 13 ダメージを受けた多結晶Si層 14 反射鏡 15 ビーム整形用光学系 16 ロッド型増幅器 17 ディスク型増幅器 18 多結晶Si、線状のパルスに対応する分布 19 多結晶Si、分割走査に対応する分布 REFERENCE SIGNS LIST 1 laser oscillator 2 reflector 3 harmonic generator (eg KDP crystal) 4 attenuator 5 homogenizer 6 polycrystalline Si 7 amorphous Si 8 substrate (glass) 9 laser light 10 ionized impurity 11 metal for gate wiring Film 12 Insulating film 13 Damaged polycrystalline Si layer 14 Reflector 15 Beam shaping optical system 16 Rod type amplifier 17 Disk type amplifier 18 Polycrystalline Si, distribution corresponding to linear pulse 19 Polycrystalline Si, divided scanning Distribution corresponding to

フロントページの続き Fターム(参考) 2H092 JA24 KA04 MA30 NA24 NA27 NA29 NA30 PA01 5F052 AA02 AA11 BA07 BB03 BB07 CA10 DA02 DB03 HA01 JA10Continued on the front page F term (reference) 2H092 JA24 KA04 MA30 NA24 NA27 NA29 NA30 PA01 5F052 AA02 AA11 BA07 BB03 BB07 CA10 DA02 DB03 HA01 JA10

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 母材結晶としてYLF、YVO4、アレ
キサンドライト結晶、ガーネット結晶またはサファイア
結晶を用いるレーザ装置から出射されるレーザ光の2
倍、3倍または4倍高調波を照射することにより非単結
晶質半導体膜を溶融、結晶化させ、多結晶半導体膜を形
成する工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの
製造方法。
1. A laser beam emitted from a laser device using YLF, YVO 4 , alexandrite crystal, garnet crystal or sapphire crystal as a base material crystal.
A method for manufacturing a thin film transistor, comprising a step of irradiating a non-single-crystal semiconductor film by irradiating double-, triple-, or quadruple-order harmonics to crystallize and form a polycrystalline semiconductor film.
【請求項2】 ガラスレーザのレーザ光の2倍、3倍ま
たは4倍高調波を照射することにより非単結晶質半導体
膜を溶融、結晶化させ、多結晶半導体膜を形成する工程
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
2. A step of irradiating a laser beam of a glass laser with twice, three or four times higher harmonics to melt and crystallize the non-single-crystal semiconductor film to form a polycrystalline semiconductor film. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising:
【請求項3】 複数の異なるエネルギー密度のレーザ光
を非単結晶質半導体膜に照射し、多結晶半導体膜を形成
する工程を含むことを特徴とする請求項1または2に記
載の薄膜トランジスタの製造方法。
3. The method according to claim 1, further comprising irradiating the non-single-crystal semiconductor film with a plurality of laser beams having different energy densities to form a polycrystalline semiconductor film. Method.
【請求項4】 レーザ光を非単結晶質半導体膜に照射多
結晶半導体膜を形成し、前記レーザ光より高いエネルギ
ー密度のレーザ光を前記多結晶半導体膜に対して照射す
る工程を含むことを特徴とする請求項1または2に記載
の薄膜トランジスタの製造方法。
4. A method for irradiating a non-single crystalline semiconductor film with laser light to form a polycrystalline semiconductor film and irradiating the polycrystalline semiconductor film with laser light having an energy density higher than that of the laser light. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項5】 母材結晶としてYAG、YLF、YVO
4、アレキサンドライト結晶、ガーネット結晶またはサ
ファイア結晶を用いるレーザ装置から出射されるレーザ
光の2倍、3倍または4倍高調波を照射することにより
多結晶半導体膜を溶融、再結晶化させ、多結晶半導体膜
の膜質を向上、改質させる工程を含むことを特徴とする
薄膜トランジスタの製造方法。
5. A base material crystal of YAG, YLF, YVO
4. The polycrystalline semiconductor film is melted and recrystallized by irradiating a laser beam emitted from a laser device using an alexandrite crystal, a garnet crystal, or a sapphire crystal with twice, three times, or four times the harmonic, thereby forming a polycrystal. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising a step of improving and modifying the quality of a semiconductor film.
【請求項6】 ガラスレーザのレーザ光の2倍、3倍ま
たは4倍高調波を照射することにより多結晶半導体膜を
溶融、再結晶化させ、多結晶半導体膜の膜質を向上、改
質させる工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ
の製造方法。
6. The polycrystalline semiconductor film is melted and recrystallized by irradiating a laser beam of twice, three times or four times higher than a laser beam of a glass laser to improve and modify the quality of the polycrystalline semiconductor film. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising the steps of:
【請求項7】 少なくとも母材結晶としてYAG、YL
F、YVO4、アレキサンドライト結晶、ガーネット結
晶またはサファイア結晶を用いるレーザ装置と、レーザ
光を成形するレンズと、レーザ光を均一化する装置と、
レーザ光を2倍、3倍および4倍の高調波に変換する装
置とを具備するレーザアニール装置。
7. YAG, YL at least as a base material crystal
A laser device using F, YVO 4 , alexandrite crystal, garnet crystal or sapphire crystal, a lens for shaping the laser beam, and a device for homogenizing the laser beam;
A laser annealing apparatus for converting laser light into harmonics of two, three and four times.
【請求項8】 少なくともガラスレーザ発振器と、レー
ザ光を成形するレンズと、レーザ光を均一化する装置
と、レーザ光を2倍、3倍および4倍の高調波に変換す
る装置とを具備するレーザアニール装置。
8. A system comprising at least a glass laser oscillator, a lens for shaping a laser beam, a device for homogenizing the laser beam, and a device for converting the laser beam into two, three and four times higher harmonics. Laser annealing equipment.
【請求項9】 レーザ光増幅器を用いることを特徴とす
る請求項7または8に記載のレーザアニール装置。
9. The laser annealing apparatus according to claim 7, wherein a laser light amplifier is used.
【請求項10】レーザ装置の共振器部分をマルチロッド
にすることを特徴とする請求項7〜9いずれかに記載の
レーザアニール装置。
10. The laser annealing apparatus according to claim 7, wherein the resonator portion of the laser device is a multi-rod.
【請求項11】 レーザ装置の共振器部分をロッドをジ
グザグに配置するスラブ構造とすることを特徴とする請
求項7〜10いずれかに記載のレーザアニール装置。
11. The laser annealing apparatus according to claim 7, wherein a resonator portion of the laser apparatus has a slab structure in which rods are arranged in a zigzag manner.
【請求項12】 Qスイッチを用いることを特徴とする
請求項7〜9いずれかに記載のレーザアニール装置。
12. The laser annealing apparatus according to claim 7, wherein a Q switch is used.
【請求項13】 レーザ光の1パルスの照射時間が20
nSec以上であることを特徴とする請求項7〜10い
ずれかに記載のレーザアニール装置。
13. An irradiation time of one pulse of laser light is 20 times.
The laser annealing apparatus according to claim 7, wherein nSec is equal to or more than nSec.
【請求項14】 レーザ光が連続光であることを特徴と
する請求項7〜9いずれかに記載のレーザアニール装
置。
14. The laser annealing apparatus according to claim 7, wherein the laser light is continuous light.
【請求項15】 レーザ光のフィードバック出力安定化
装置を具備することを特徴とする請求項12に記載のレ
ーザアニール装置。
15. The laser annealing apparatus according to claim 12, further comprising a laser beam feedback output stabilizing apparatus.
JP24935798A 1998-09-03 1998-09-03 Manufacture of thin-film transistor and laser annealing apparatus Pending JP2000077333A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24935798A JP2000077333A (en) 1998-09-03 1998-09-03 Manufacture of thin-film transistor and laser annealing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24935798A JP2000077333A (en) 1998-09-03 1998-09-03 Manufacture of thin-film transistor and laser annealing apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000077333A true JP2000077333A (en) 2000-03-14

Family

ID=17191832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24935798A Pending JP2000077333A (en) 1998-09-03 1998-09-03 Manufacture of thin-film transistor and laser annealing apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000077333A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000054314A1 (en) * 1999-03-10 2000-09-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method and apparatus for laser heat treatment, and semiconductor device
WO2002061816A1 (en) * 2001-02-01 2002-08-08 Sony Corporation Method for forming thin semiconductor film, method for fabricating semiconductor device, system for executing these methods and electrooptic device
US6521492B2 (en) 2000-06-12 2003-02-18 Seiko Epson Corporation Thin-film semiconductor device fabrication method
JP2003133253A (en) * 2001-07-30 2003-05-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Laser processing device and manufacturing method of semiconductor device
WO2003043070A1 (en) * 2001-11-12 2003-05-22 Sony Corporation Laser annealing device and thin-film transistor manufacturing method
JP2003332350A (en) * 2002-05-17 2003-11-21 Hitachi Ltd Thin film semiconductor device
KR100894925B1 (en) * 2001-08-09 2009-04-27 소니 가부시끼 가이샤 Laser anneal apparatus and thin film transistor manufacturing method
KR100942330B1 (en) * 2001-09-14 2010-02-12 소니 주식회사 Laser irradiation apparatus and method of treating semiconductor thin film
US7679800B2 (en) 2001-07-30 2010-03-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser treatment apparatus and method of manufacturing semiconductor device
WO2015003817A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-15 Manz Ag Device and method for thermally treating a substrate
JP2015115401A (en) * 2013-12-10 2015-06-22 三菱電機株式会社 Laser annealing method and laser anneal device

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6753548B2 (en) 1999-03-10 2004-06-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Laser heat treatment method, laser heat treatment apparatus, and semiconductor device
WO2000054314A1 (en) * 1999-03-10 2000-09-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method and apparatus for laser heat treatment, and semiconductor device
US6521492B2 (en) 2000-06-12 2003-02-18 Seiko Epson Corporation Thin-film semiconductor device fabrication method
WO2002061816A1 (en) * 2001-02-01 2002-08-08 Sony Corporation Method for forming thin semiconductor film, method for fabricating semiconductor device, system for executing these methods and electrooptic device
JP2002231628A (en) * 2001-02-01 2002-08-16 Sony Corp Method of forming semiconductor thin film, method of manufacturing semiconductor device, device used for carrying out the same, and electro-optical device
US7679800B2 (en) 2001-07-30 2010-03-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser treatment apparatus and method of manufacturing semiconductor device
JP2003133253A (en) * 2001-07-30 2003-05-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Laser processing device and manufacturing method of semiconductor device
US8035877B2 (en) 2001-07-30 2011-10-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser treatment apparatus and method of manufacturing semiconductor device
JP4566503B2 (en) * 2001-07-30 2010-10-20 株式会社半導体エネルギー研究所 Laser processing apparatus and semiconductor device manufacturing method
KR100894925B1 (en) * 2001-08-09 2009-04-27 소니 가부시끼 가이샤 Laser anneal apparatus and thin film transistor manufacturing method
KR100942330B1 (en) * 2001-09-14 2010-02-12 소니 주식회사 Laser irradiation apparatus and method of treating semiconductor thin film
WO2003043070A1 (en) * 2001-11-12 2003-05-22 Sony Corporation Laser annealing device and thin-film transistor manufacturing method
JP2003332350A (en) * 2002-05-17 2003-11-21 Hitachi Ltd Thin film semiconductor device
US7939826B2 (en) 2002-05-17 2011-05-10 Hitachi Displays, Ltd. Thin film semiconductor device
KR101060418B1 (en) * 2002-05-17 2011-08-29 가부시키가이샤 히타치 디스프레이즈 Thin film semiconductor devices
WO2015003817A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-15 Manz Ag Device and method for thermally treating a substrate
JP2015115401A (en) * 2013-12-10 2015-06-22 三菱電機株式会社 Laser annealing method and laser anneal device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3949362B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US5803965A (en) Method and system for manufacturing semiconductor device
US7551655B2 (en) Laser irradiation apparatus, laser irradiation method and method for manufacturing semiconductor device
US7842589B2 (en) Laser irradiation apparatus with means for applying magnetic field
US6602765B2 (en) Fabrication method of thin-film semiconductor device
JP3586558B2 (en) Method for reforming thin film and apparatus used for implementing the method
EP1087429B1 (en) Method for laser heat treatment, and semiconductor device
US7071035B2 (en) Apparatus and method for laser radiation
US6521492B2 (en) Thin-film semiconductor device fabrication method
US8106330B2 (en) Method for fabricating semiconductor film and semiconductor device and laser processing apparatus
KR100321001B1 (en) A method of producing a semiconductor device
JPH06132219A (en) Laser treatment method
JP2000077333A (en) Manufacture of thin-film transistor and laser annealing apparatus
KR101133827B1 (en) Thin-film transistor manufacturing method and thin-film transistor
JP2011165717A (en) Display device and method of manufacturing the same
JPH1041244A (en) Laser treating apparatus and manufacturing method of semiconductor device
JP2004039660A (en) Method for manufacturing polycrystalline semiconductor film, method for manufacturing thin film transistor, display device, and pulse laser annealing apparatus
JP2000216088A (en) Method of forming semiconductor thin film and laser irradiator
JP2003168646A (en) Method of manufacturing semiconductor device
JPH0562924A (en) Laser annealing device
JP2002083768A (en) Method of manufacturing single crystal film, and single crystal film substrate, and semiconductor device
JP4293414B2 (en) Method for crystallizing semiconductor film and method for manufacturing semiconductor device using the same
JP3210313B2 (en) Method for improving characteristics of polycrystalline silicon thin film
JPH09293680A (en) Semiconductor crystal film, manufacture of this crystal film and manufacturing device for this crystal film
JP2000208415A (en) Crystallizing method for semiconductor thin film and laser irradiation apparatus