JP2000182986A - Laser radiating device and method/beam homogenizer/ semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Laser radiating device and method/beam homogenizer/ semiconductor device and its manufacture

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JP2000182986A
JP2000182986A JP11284834A JP28483499A JP2000182986A JP 2000182986 A JP2000182986 A JP 2000182986A JP 11284834 A JP11284834 A JP 11284834A JP 28483499 A JP28483499 A JP 28483499A JP 2000182986 A JP2000182986 A JP 2000182986A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To anneal a semiconductor film by laser irradiation with an enough uniformity and a high productivity over a large range of thickness. SOLUTION: A laser irradiating device emits line-shaped laser beams with scanning in the direction of the beam width. The laser beam has a first energy E1 density at a first beam width W1 on the irradiating surface and has a second energy E2 density at a second beam width W2. The second energy density is higher than the first energy density.

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】本明細書で開示する発明は、
線状のレーザービームを走査して照射する構成に関す
る。本明細書で開示する発明は、非単結晶半導体膜に線
状のレーザービームをそのビーム幅方向に走査しながら
照射してアニールする構成に関する。本明細書で開示す
る発明は、半導体装置とその作製に関する。
TECHNICAL FIELD [0001] The invention disclosed in the present specification is:
The present invention relates to a configuration in which a linear laser beam is scanned and irradiated. The invention disclosed in this specification relates to a configuration in which a non-single-crystal semiconductor film is irradiated with a linear laser beam while being scanned in the beam width direction to anneal the film. The invention disclosed in this specification relates to a semiconductor device and its manufacture.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上に形成され
た非単結晶半導体膜(非晶質、多結晶、微結晶等、単結
晶でない半導体膜)にアニールを施して、結晶化させた
り、結晶性を向上させて結晶性半導体膜(単結晶、多結
晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜)を得る技術
が、広く研究されている。上記半導体膜には、珪素膜が
よく用いられる。
2. Description of the Related Art In recent years, a non-single-crystal semiconductor film (a non-single-crystal semiconductor film such as amorphous, polycrystalline, or microcrystalline) formed on an insulating substrate such as glass is annealed to be crystallized. Techniques for obtaining a crystalline semiconductor film (a semiconductor film having crystallinity such as single crystal, polycrystal, or microcrystal) by improving crystallinity have been widely studied. As the semiconductor film, a silicon film is often used.

【0003】ガラス基板は、従来よく使用されてきた石
英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基
板を容易に作成できる利点を持っている。これが上記研
究が行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザ
ーが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからであ
る。レーザーは基板の温度をあまり変えずに半導体膜に
のみ高いエネルギーを与えることができる。
A glass substrate is inexpensive and has good workability as compared with a quartz substrate which has been often used in the past, and has an advantage that a large-area substrate can be easily formed. This is why the above studies are performed. A laser is preferably used for crystallization because the melting point of the glass substrate is low. The laser can apply high energy only to the semiconductor film without changing the temperature of the substrate so much.

【0004】珪素膜にレーザーアニールを施して形成さ
れた結晶性珪素膜は、高い移動度を有するため、この結
晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を形成
し、例えば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動
回路用のTFTを作製する、モノリシック型の液晶電気
光学装置等に盛んに利用されている。該結晶性珪素膜は
多くの結晶粒からできているため、多結晶珪素膜、ある
いは多結晶半導体膜とも呼ばれる。
Since a crystalline silicon film formed by performing laser annealing on a silicon film has high mobility, a thin film transistor (TFT) is formed using the crystalline silicon film. Above, it is widely used in monolithic liquid crystal electro-optical devices for producing TFTs for driving pixels and driving circuits. Since the crystalline silicon film is made of many crystal grains, it is also called a polycrystalline silicon film or a polycrystalline semiconductor film.

【0005】また、出力の大きい、エキシマレーザー等
のパルスレーザービームを、被照射面において、数cm
角の四角いスポットや、数ミリ幅×数10cmの線状と
なるように光学系にて加工し、レーザービームを走査さ
せて(レーザービームの照射位置を被照射面に対し相対
的に移動させて)、レーザーアニールを行う方法が、量
産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用され
る。
Further, a pulse laser beam having a large output, such as an excimer laser, is irradiated on the surface to be irradiated by several cm.
It is processed by an optical system so that it becomes a square spot with a square or a linear shape of several millimeters width x several tens of centimeters, and scans with a laser beam. ), A method of performing laser annealing is preferably used because it has good mass productivity and is industrially excellent.

【0006】特に、線状レーザービームを用いると、前
後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを用
いた場合とは異なり、線状レーザーの線方向に直角な方
向だけの走査で被照射面全体にレーザー照射を行うこと
ができるため、高い量産性が得られる。線方向に直角な
方向に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向で
あるからである。この高い量産性により、現在レーザー
アニールにはエキシマレーザービームを適当な光学系で
加工した線状レーザービームを使用することが主流にな
りつつある。
In particular, when a linear laser beam is used, unlike the case where a spot-shaped laser beam that needs to be scanned back and forth and left and right is used, the irradiation surface is scanned only in a direction perpendicular to the linear direction of the linear laser. Since laser irradiation can be performed on the whole, high mass productivity can be obtained. Scanning is performed in a direction perpendicular to the line direction because it is the most efficient scanning direction. Due to this high mass productivity, the use of a linear laser beam obtained by processing an excimer laser beam with an appropriate optical system is now becoming mainstream for laser annealing.

【0007】一般に線状レーザービームを形成する場
合、元が長方形状のビームを適当なレンズ群に通して線
状に加工する。前記長方形状のビームはアスペクト比が
2から5程度であるが、例えば、図2A,Bに示したレ
ンズ群(これをビームホモジェナイザーと呼ぶ。)によ
り、アスペクト比100以上の線状ビームに変形され
る。その際、エネルギーのビーム内分布も同時に均質化
されるように、上記レンズ群は設計されている。エネル
ギー分布を一様化する方法は、元の長方形のビームを分
割後、各々拡大し重ね合わせて均質化するものである。
In general, when a linear laser beam is formed, an original rectangular beam is processed into a linear shape by passing it through an appropriate lens group. The rectangular beam has an aspect ratio of about 2 to 5. For example, the lens group (referred to as a beam homogenizer) shown in FIGS. 2A and 2B converts the beam into a linear beam having an aspect ratio of 100 or more. Be transformed. At this time, the lens group is designed so that the energy distribution in the beam is also homogenized at the same time. In the method of making the energy distribution uniform, an original rectangular beam is divided, then enlarged and superimposed, and homogenized.

【0008】図2A,Bに示す装置は、発振器201か
らのレーザー光(この状態では概略矩形形状を有してい
る)を202、203、204、205、207で示す
光学系を介して、線状ビームとして照射する機能を有し
ている。なお、206はミラーである。
The apparatus shown in FIGS. 2A and 2B transmits a laser beam (having a substantially rectangular shape in this state) from an oscillator 201 through an optical system shown by 202, 203, 204, 205 and 207. It has the function of irradiating as a shaped beam. Reference numeral 206 denotes a mirror.

【0009】202はシリンドリカルレンズアレイと呼
ばれ、ビームを多数に分割する機能を有する。この分割
された多数のビームは、シリンドリカルレンズ205で
1つに合成される。
Reference numeral 202 denotes a cylindrical lens array, which has a function of dividing a beam into a large number. Many of the split beams are combined into one by the cylindrical lens 205.

【0010】この構成は、ビーム内の強度分布を均一に
するために必要とされる。また、シリンドリカルレンズ
アレイ203とシリンドリカルレンズ204との組み合
わせも上述したシリンドリカルレンズアレイ202とシ
リンドリカルレンズ205の組み合わせと同様な機能を
有する。
This configuration is required to make the intensity distribution in the beam uniform. Also, the combination of the cylindrical lens array 203 and the cylindrical lens 204 has the same function as the combination of the cylindrical lens array 202 and the cylindrical lens 205 described above.

【0011】即ち、シリンドリカルレンズアレイ202
とシリンドリカルレンズ205の組み合わせは、線状レ
ーザービームの長手方向におけるエネルギー(強度)分
布を均一にする機能を有し、シリンドリカルレンズアレ
イ203とシリンドリカルレンズ204の組み合わせ
は、線状レーザービームの幅方向におけるエネルギー
(強度)分布を均一にする機能を有している。ミラー2
06を介して、シリンドリカルレンズ207を配置する
ことにより、より細い線状レーザービームを得ることが
できる。
That is, the cylindrical lens array 202
The combination of the cylindrical lens 205 and the cylindrical lens 205 has a function to make the energy (intensity) distribution in the longitudinal direction of the linear laser beam uniform, and the combination of the cylindrical lens array 203 and the cylindrical lens 204 has a function in the width direction of the linear laser beam. It has a function to make energy (intensity) distribution uniform. Mirror 2
A thinner linear laser beam can be obtained by arranging the cylindrical lens 207 through 06.

【0012】ビーム内のエネルギー分布を均質化する役
割を果たす光学系をビームホモジェナイザーと呼ぶ。図
2に示した光学系もビームホモジェナイザーの1つであ
る。エネルギー分布を一様化する方法は、元の長方形の
ビームを分割後、各々拡大し重ね合わせて均質化するも
のである。
An optical system that plays a role in homogenizing the energy distribution in a beam is called a beam homogenizer. The optical system shown in FIG. 2 is also one of the beam homogenizers. In the method of making the energy distribution uniform, an original rectangular beam is divided, then enlarged and superimposed, and homogenized.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上記線状に加工された
パルスレーザービームを走査させて、非単結晶半導体膜
に対してレーザーアニールを施すに際し、いくつかの問
題が生じている。それらの問題の1つは非単結晶半導体
膜の条件、例えば膜厚等、によっては、レーザーアニー
ルが膜面全体に一様に為されないことにあった。
There are several problems in performing laser annealing on a non-single-crystal semiconductor film by scanning the pulsed laser beam processed into a linear shape. One of these problems is that laser annealing is not performed uniformly on the entire film surface depending on the conditions of the non-single-crystal semiconductor film, for example, the film thickness.

【0014】半導体膜を用いた半導体装置の作製におい
て、作製しようとする半導体素子や装置の性質に応じ
て、半導体膜の厚さを変化させることがある。例えば、
高い特性を得ようとすると薄い膜、例えば25〜55n
m程度のものが必要であった。あるいは、高い信頼性を
得ようとすると、厚い膜、例えば、55nm〜100n
m程度のものが要求された。よって、作ろうとする半導
体素子に要求される特性によって、半導体膜の膜厚を変
えることが行われる。
In manufacturing a semiconductor device using a semiconductor film, the thickness of the semiconductor film may be changed depending on the properties of a semiconductor element or a device to be manufactured. For example,
In order to obtain high characteristics, a thin film, for example, 25 to 55 n
m was required. Alternatively, in order to obtain high reliability, a thick film, for example, 55 nm to 100 n
m is required. Therefore, the thickness of the semiconductor film is changed depending on the characteristics required for the semiconductor element to be manufactured.

【0015】例えば、膜厚が50nm〜60nmの範囲
の非単結晶半導体膜より、50nm以下の非単結晶半導
体膜にレーザービームを照射した場合、ビームとビーム
の重なりの部分で縞ができてしまう現象が目立ち、これ
らの縞の一本一本で膜の半導体特性が著しく異なること
がある。(図1参照。)
For example, when a non-single-crystal semiconductor film having a thickness of 50 nm to 60 nm is irradiated with a laser beam to a non-single-crystal semiconductor film having a thickness of 50 nm or less, stripes are formed at overlapping portions of the beams. The phenomenon is conspicuous, and the semiconductor characteristics of the film may be significantly different for each of these stripes. (See FIG. 1.)

【0016】あるいは、60nm以上の膜厚を持つ非単
結晶半導体膜を同様にレーザーアニールした場合でも、
ビームとビームの重なりの部分で縞ができてしまう現象
が起こることがある。
Alternatively, even when a non-single-crystal semiconductor film having a thickness of 60 nm or more is similarly laser-annealed,
A phenomenon that fringes are formed at a portion where beams overlap each other may occur.

【0017】例えばこの縞ができた結晶性半導体膜を使
用して半導体装置、例えば薄膜トランジスタを作製し、
かかる薄膜トランジスタを有する液晶ディスプレイを作
製した場合、この縞が画面の表示にそのまま出てしまう
不都合が生じた。この問題は、レーザーの照射対象であ
る非単結晶半導体膜の膜質の改良や、線状レーザーの走
査ピッチ(隣り合うパルスの間隔。)を細かくすること
で、改善されつつあるが、まだ十分ではない。本出願人
の実験によると、走査ピッチは線状レーザービームのビ
ーム巾の10分の1前後が最も適当であった。
For example, a semiconductor device, for example, a thin film transistor is manufactured using the crystalline semiconductor film having the stripes.
When a liquid crystal display having such a thin film transistor is manufactured, there is a problem that the stripes are directly displayed on a screen. This problem has been improved by improving the film quality of the non-single-crystal semiconductor film to be irradiated with the laser and by reducing the scanning pitch of the linear laser (the interval between adjacent pulses), but it is still insufficient. Absent. According to the experiment conducted by the present applicant, the scanning pitch is most suitably about 1/10 of the beam width of the linear laser beam.

【0018】本明細書で開示する発明は、非単結晶半導
体膜の広い範囲の膜厚において、十分な均質性と高い生
産性を持ってレーザーアニールする方法及びかかる方法
によって作製される結晶性半導体膜を用いた半導体装置
を提供するものである。
The invention disclosed in the present specification relates to a method for laser annealing with sufficient homogeneity and high productivity in a wide range of film thicknesses of a non-single-crystal semiconductor film, and a crystalline semiconductor produced by such a method. A semiconductor device using a film is provided.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、本出願で開示する発明の一つは、線状のレーザー
ビームをビーム幅方向に走査しながら照射するレーザー
照射装置であって、照射面における前記レーザービーム
は、第1のビーム幅において第1のエネルギー密度と、
第2のビーム幅において第2のエネルギー密度を有し、
第2のエネルギー密度は第1のエネルギー密度より高い
ことを特徴とするレーザー照射装置である。
Means for Solving the Problems In order to solve such problems, one of the inventions disclosed in the present application is a laser irradiation apparatus for irradiating a linear laser beam while scanning in a beam width direction. The laser beam on the irradiation surface has a first energy density at a first beam width;
A second energy density at a second beam width;
The second energy density is higher than the first energy density.

【0020】かかる装置において、第1のビーム幅と第
2のビーム幅は等しくしてもよい。
In such an apparatus, the first beam width and the second beam width may be equal.

【0021】かかる装置において、走査は、レーザービ
ームの第1のエネルギー密度を有する側から行ってもよ
い。
In such an apparatus, the scanning may be performed from the side having the first energy density of the laser beam.

【0022】また、走査は、レーザービームの第2のエ
ネルギー密度を有する側から行ってもよい。
The scanning may be performed from the side having the second energy density of the laser beam.

【0023】さらには、レーザービームは第1のエネル
ギー密度を有する側から走査した後、第2のエネルギー
密度を有する側から走査したり、逆に、第2のエネルギ
ー密度を有する側から走査した後、第1のエネルギー密
度を有する側から走査してもよい。
Further, the laser beam scans from the side having the first energy density and then scans from the side having the second energy density, or conversely, scans from the side having the second energy density. , From the side having the first energy density.

【0024】また、前記第1のエネルギー密度と第2の
エネルギー密度の差は、第1のエネルギー密度の4%〜
30%とするとより好ましい。
Further, the difference between the first energy density and the second energy density is 4% of the first energy density.
More preferably, it is 30%.

【0025】また、レーザービームの照射は、He、Ar、
N2のいずれかもしくはそれらの混合気体の雰囲気で行わ
れると好ましい。
The laser beam irradiation is performed for He, Ar,
It is preferable to carry out the reaction in an atmosphere of any of N 2 or a mixed gas thereof.

【0026】本出願で開示する発明の他の一つは、レー
ザービームを分割する役割を果たす光学レンズと、前記
分割されたレーザービームを合成する光学系とを有し、
前記光学レンズは、シリンドリカルレンズと半シリンド
リカルレンズとで構成されていることを特徴とするビー
ムホモジェナイザーである。
Another aspect of the invention disclosed in the present application has an optical lens that plays a role of splitting a laser beam, and an optical system that combines the split laser beam,
The optical lens is a beam homogenizer comprising a cylindrical lens and a semi-cylindrical lens.

【0027】かかるビームホモジェナイザーは、前記し
た第1のエネルギー密度と第2のエネルギー密度を有す
る線状のレーザービームを得ることができる。
The beam homogenizer can obtain a linear laser beam having the first energy density and the second energy density.

【0028】前記の半シリンドリカルレンズは、シリン
ドリカルレンズを長さ方向の断面形状が長方形になるよ
うに2つの合同な立体に分けた場合の一方の形状を有し
ている。
The above-mentioned semi-cylindrical lens has one shape when the cylindrical lens is divided into two congruent three-dimensional bodies so that the cross-sectional shape in the longitudinal direction becomes rectangular.

【0029】前記の半シリンドリカルレンズは複数個あ
ってもよい。
There may be a plurality of the semi-cylindrical lenses.

【0030】上記したレーザー照射装置において、レー
ザービームは周波数100Hz以上のパルスレーザーで
あるとより好ましい。
In the above-described laser irradiation apparatus, the laser beam is more preferably a pulse laser having a frequency of 100 Hz or more.

【0031】また、本明細書で開示する他の構成は、線
状のレーザービームをビーム幅方向に走査しながら照射
するレーザー照射方法であって、照射面における前記レ
ーザービームは、第1のビーム幅において第1のエネル
ギー密度と、第2のビーム幅において第2のエネルギー
密度を有し、第2のエネルギー密度は第1のエネルギー
密度より高いことを特徴とするレーザー照射方法であ
る。
Another configuration disclosed in this specification is a laser irradiation method of irradiating a linear laser beam while scanning in a beam width direction, wherein the laser beam on an irradiation surface is a first beam. A laser irradiation method characterized by having a first energy density in a width and a second energy density in a second beam width, wherein the second energy density is higher than the first energy density.

【0032】また、本出願で開示する発明の他の一つ
は、結晶性半導体膜を有する半導体装置であって、前記
結晶性半導体膜は、第1のビーム幅において第1のエネ
ルギー密度と、第2のビーム幅において前記第1のエネ
ルギー密度より高い第2のエネルギー密度を、照射面に
おいて有する線状レーザービームが、そのビーム幅方向
に走査しつつ照射されたものであることを特徴とする半
導体装置である。
Another aspect of the invention disclosed in the present application is a semiconductor device having a crystalline semiconductor film, wherein the crystalline semiconductor film has a first energy density at a first beam width, A linear laser beam having a second energy density higher than the first energy density at the second beam width on the irradiation surface is irradiated while scanning in the beam width direction. It is a semiconductor device.

【0033】前記半導体装置は、前記結晶性半導体を活
性層とした薄膜トランジスタであることは好ましい。
It is preferable that the semiconductor device is a thin film transistor using the crystalline semiconductor as an active layer.

【0034】前記結晶性半導体膜の膜厚は、25nm〜
75nmであることは好ましい。この範囲の膜厚は、第
1のビーム幅において第1のエネルギー密度と、第2の
ビーム幅において前記第1のエネルギー密度より高い第
2のエネルギー密度を、照射面において有する線状レー
ザービームが、そのビーム幅方向に走査しつつ照射され
た際に、膜質の面内均質性が向上されている。
The thickness of the crystalline semiconductor film is from 25 nm to
It is preferably 75 nm. The film thickness in this range is such that the linear laser beam having a first energy density at the first beam width and a second energy density higher than the first energy density at the second beam width on the irradiation surface is used. When irradiated while scanning in the beam width direction, the in-plane uniformity of the film quality is improved.

【0035】本出願で開示する他の発明は、基板上の非
単結晶半導体膜に対し、線状のレーザービームをそのビ
ーム幅方向に走査しながら照射して結晶性半導体膜を得
る工程と、前記結晶性半導体膜を用いて半導体装置を作
製する工程とを有し、前記線状のレーザービームは、第
1のビーム幅において第1のエネルギー密度と、第2の
ビーム幅において第2のエネルギー密度を照射面におい
て有し、第2のエネルギー密度は第1のエネルギー密度
より高いことを特徴とする半導体装置の作製方法であ
る。
Another invention disclosed in the present application includes a step of irradiating a non-single-crystal semiconductor film on a substrate with a linear laser beam while scanning in a beam width direction to obtain a crystalline semiconductor film; Manufacturing a semiconductor device using the crystalline semiconductor film, wherein the linear laser beam has a first energy density at a first beam width and a second energy density at a second beam width. A method for manufacturing a semiconductor device, which has a density on an irradiation surface and a second energy density higher than the first energy density.

【0036】上記作製方法において、第1のビーム幅と
第2のビーム幅は等しいことは好ましい。
In the above manufacturing method, it is preferable that the first beam width is equal to the second beam width.

【0037】上記作製方法において、走査は、レーザー
ビームの第1のエネルギー密度を有する側からしてもよ
い。
In the above manufacturing method, the scanning may be performed from the side having the first energy density of the laser beam.

【0038】上記作製方法において、走査は、レーザー
ビームの第2のエネルギー密度を有する側からしてもよ
い。
In the above manufacturing method, the scanning may be performed from the side having the second energy density of the laser beam.

【0039】上記作製方法において、前記非単結晶半導
体膜を第1のエネルギー密度を有する側から走査してア
ニールし結晶性半導体膜とした後、該結晶性半導体膜を
第2のエネルギー密度を有する側から走査してアニール
してもよい。
In the above manufacturing method, after the non-single-crystal semiconductor film is scanned from the side having the first energy density to be annealed to be a crystalline semiconductor film, the crystalline semiconductor film has the second energy density. The annealing may be performed by scanning from the side.

【0040】上記作製方法において、前記非単結晶半導
体膜を第2のエネルギー密度を有する側から走査してア
ニールし結晶性半導体膜とした後、該結晶性半導体膜を
第1のエネルギー密度を有する側から走査してアニール
してもよい。
In the above manufacturing method, after the non-single-crystal semiconductor film is scanned from the side having the second energy density and annealed to form a crystalline semiconductor film, the crystalline semiconductor film has the first energy density. The annealing may be performed by scanning from the side.

【0041】上記作製方法において、前記第1のエネル
ギー密度と第2のエネルギー密度との差は、第1のエネ
ルギー密度の4%〜30%であるとよい。
In the above manufacturing method, the difference between the first energy density and the second energy density is preferably 4% to 30% of the first energy density.

【0042】上記作製方法において、照射は、He、Ar、
N2のいずれかもしくはそれらの混合気体の雰囲気で行わ
れるとよい。
In the above manufacturing method, irradiation is performed on He, Ar,
It may be performed in an atmosphere of any of N 2 or a mixed gas thereof.

【0043】上記作製方法において、照射はHe雰囲気で
行われることは好ましい。これにより、非単結晶半導体
膜上に酸化珪素膜等によるキャップ層等を設けずに直接
レーザー照射した場合の、アニール後の結晶性珪素膜の
膜質の面内均質性が高まり、またリッジといわれる、レ
ーザー照射後に結晶の粒界付近が盛り上がる現象も極め
て少なくなる。
In the above manufacturing method, the irradiation is preferably performed in a He atmosphere. Accordingly, when laser irradiation is performed directly without providing a cap layer or the like of a silicon oxide film or the like on the non-single-crystal semiconductor film, the in-plane uniformity of the film quality of the crystalline silicon film after annealing is increased, and it is called a ridge. In addition, the phenomenon in which the vicinity of the crystal grain boundary rises after the laser irradiation is extremely reduced.

【0044】上記作製方法において、レーザービームは
周波数100Hz以上のパルスレーザーであるとより好
ましい。かかる周波数とすることで走査速度を速めるこ
とができるので、処理速度を高めることができ、半導体
装置の生産性が向上する。
In the above manufacturing method, the laser beam is more preferably a pulse laser having a frequency of 100 Hz or more. With such a frequency, the scanning speed can be increased, so that the processing speed can be increased and the productivity of the semiconductor device can be improved.

【0045】図2に示した線状レーザービーム形成の為
の光学系(ビームホモジェナイザー)は、非常に均質性
の高い線状レーザービームを形成する。該線状レーザー
ビームのエネルギー分布を、線状レーザービームのビー
ム幅方向の断面でみると、その断面は図3に示す様に矩
形状の分布になる。
The optical system (beam homogenizer) for forming a linear laser beam shown in FIG. 2 forms a highly uniform linear laser beam. When the energy distribution of the linear laser beam is viewed in a cross section in the beam width direction of the linear laser beam, the cross section has a rectangular distribution as shown in FIG.

【0046】本出願人は、このエネルギー分布を変化さ
せることにより、より均質なレーザーアニールができる
条件を探求した。探求の方法は、非単結晶半導体膜の直
前にレーザー用の減光フィルターを配置することでエネ
ルギーの分布を変えるようにした。該フィルターは、図
2に示した光学系の性質から非単結晶半導体膜直前(1
mm以内)に配置した。
The present applicant has searched for conditions under which the laser energy can be changed to achieve more uniform laser annealing. The method of searching was to change the energy distribution by arranging a neutral density filter for laser immediately before the non-single-crystal semiconductor film. Due to the nature of the optical system shown in FIG.
mm or less).

【0047】その結果、図2の光学系を用いた従来の方
法に比較して、珪素膜の厚さが40nmであっても均質
にレーザーアニールできた。
As a result, as compared with the conventional method using the optical system shown in FIG. 2, even when the thickness of the silicon film was 40 nm, laser annealing could be performed more uniformly.

【0048】このとき、前記の減光フィルターには透過
率90%のものを使用した。また、このときフィルター
は線状レーザービームの幅方向に対して概略半分にかか
るように配置した
At this time, a filter having a transmittance of 90% was used for the neutral density filter. At this time, the filter was arranged so as to cover approximately half of the width of the linear laser beam.

【0049】前記エネルギー分布を図4に示した。図4
は、図3と同様に線状レーザービームの幅方向の断面の
エネルギー分布を示したものである。このエネルギー分
布で、従来のレーザー照射方法と同様の条件でレーザー
照射したところ、レーザー照射跡が従来と比較して目立
たなくなった。このとき、線状レーザーの走査の方向
は、エネルギーの低い方を前にして行った。すなわち、
図4のA の方向に線状ビームを走査することで珪素膜を
レーザーアニールした。
FIG. 4 shows the energy distribution. FIG.
3 shows the energy distribution of the cross section in the width direction of the linear laser beam as in FIG. With this energy distribution, when laser irradiation was performed under the same conditions as the conventional laser irradiation method, the laser irradiation trace became less noticeable than in the conventional case. At this time, the scanning direction of the linear laser was performed in such a manner that the lower energy was used first. That is,
The silicon film was laser-annealed by scanning a linear beam in the direction of A in FIG.

【0050】図4に線状レーザービームの形状を特徴づ
ける2種類のエネルギー(E1、E2)とそれらの幅(w
1、w2)を定義した。ここで、E1<E2とすると、1.04
≦E2/E1 ≦1.3 の範囲で、効果があった。また、w1と
w2の関係は、w1≒w2であるとよかった。
FIG. 4 shows two types of energy (E1, E2) characterizing the shape of the linear laser beam and their widths (w).
1, w2) were defined. Here, if E1 <E2, 1.04
The effect was obtained in the range of ≦ E2 / E1 ≦ 1.3. Also, the relationship between w1 and w2 should have been w1 ≒ w2.

【0051】さらに、本出願人は、該レーザービームが
厚い珪素膜(55nm以上)に対してどのような効果を
もたらすかを調べた。その結果、厚さ65nmの珪素膜
に対して、薄い珪素膜を処理したときとは逆方向(図4
に示したB の方向)に走査しながらレーザーアニールを
行ったところ、レーザー照射跡が従来と比較して目立た
なくなった。
Further, the present applicant has examined what effect the laser beam has on a thick silicon film (55 nm or more). As a result, the direction of the silicon film having a thickness of 65 nm is opposite to the direction in which the thin silicon film is processed (FIG.
When laser annealing was performed while scanning in the direction of B shown in (1), the laser irradiation traces became less conspicuous than in the past.

【0052】図4に示した線状レーザービームは、膜厚
50〜60nmの珪素膜に対しても、均質なレーザーア
ニールを行うことができた。照射時の走査の方向は図4
に示したA 、B いずれの方向も均質なアニールができ
た。
The linear laser beam shown in FIG. 4 was able to perform uniform laser annealing on a silicon film having a thickness of 50 to 60 nm. Fig. 4 shows the scanning direction during irradiation.
In both directions A and B, uniform annealing was performed.

【0053】かかる構成により、線状レーザービームで
均質にアニールできる非単結晶半導体膜の厚さの範囲が
飛躍的に拡がった。しかしながら、非単結晶半導体膜の
直前(1mm以内)にレーザー用のフィルターを配置す
ることは、簡易な構成で図4のエネルギー分布を実現で
きる反面、耐久性に問題があり、また装置の微調整を必
要とした。
With this configuration, the range of the thickness of the non-single-crystal semiconductor film that can be uniformly annealed by the linear laser beam has been greatly expanded. However, arranging a laser filter immediately before the non-single-crystal semiconductor film (within 1 mm) can realize the energy distribution of FIG. 4 with a simple configuration, but has a problem in durability and fine adjustment of the apparatus. Needed.

【0054】そこで本出願人は、図2の光学系のうち、
線状レーザービームのビーム幅におけるエネルギー分布
を均一にする機能を有する部分の構成を変えることで、
図4に示したエネルギー分布を得ることのできる光学系
を発明した。該光学系の一部を図5に示す。図5の光学
系は、図2に記載したシリンドリカルレンズアレイ20
3を、シリンドリカルレンズアレイ501に置き換えた
ものである。
Then, the applicant of the present invention has proposed the optical system shown in FIG.
By changing the configuration of the part that has the function of making the energy distribution in the beam width of the linear laser beam uniform,
An optical system capable of obtaining the energy distribution shown in FIG. 4 was invented. FIG. 5 shows a part of the optical system. The optical system shown in FIG. 5 corresponds to the cylindrical lens array 20 shown in FIG.
3 is replaced with a cylindrical lens array 501.

【0055】図5では、ビーム長におけるエネルギー分
布を均一にする機能を有する部分等は、簡単のため省い
た。
In FIG. 5, parts having the function of making the energy distribution uniform over the beam length are omitted for simplicity.

【0056】図5の光学系の特徴は、シリンドリカルレ
ンズアレイ501の構成にある。このシリンドリカルレ
ンズアレイにより、照射面には2段のエネルギー分布を
持つ線状レーザービームが形成される。シリンドリカル
レンズアレイ501の特徴は、通常の形状のシリンドリ
カルレンズと、幅方向(シリンドリカルレンズの主平面
に平行かつ稜線に垂直な方向)での断面が、通常の形状
のシリンドリカルレンズを光軸で半分に切った場合の一
方の形状を有するもの(本明細書では、これを半シリン
ドリカルレンズと呼ぶ。)とをアレイ状に組み合わせた
ことにある。
The feature of the optical system shown in FIG. 5 lies in the configuration of the cylindrical lens array 501. With this cylindrical lens array, a linear laser beam having a two-stage energy distribution is formed on the irradiation surface. The characteristic of the cylindrical lens array 501 is that a normal-shaped cylindrical lens and a cross-section in the width direction (a direction parallel to the main plane of the cylindrical lens and perpendicular to the ridge line) are formed by cutting the normal-shaped cylindrical lens in half along the optical axis. That is, a lens having one of the cut shapes (this is called a semi-cylindrical lens in this specification) is combined in an array.

【0057】シリンドリカルレンズアレイ501を立体
視したものを図6に記載した。通常の形状のシリンドリ
カルレンズは図6の602、603、604、605に
あたる。半シリンドリカルレンズ601、606の形状
は、幅方向(シリンドリカルレンズの主平面に平行かつ
稜線に垂直な方向)の断面が、通常の形状のシリンドリ
カルレンズを光軸で半分に切った場合の一方の形状を有
するものとした。その長さ方向の切断面は長方形で、2
つに分かれたレンズは互いに合同または概略合同になる
ような形状である。
FIG. 6 shows a stereoscopic view of the cylindrical lens array 501. Normally shaped cylindrical lenses correspond to 602, 603, 604 and 605 in FIG. The shape of the semi-cylindrical lenses 601 and 606 is one shape when a cross section in the width direction (direction parallel to the main plane of the cylindrical lens and perpendicular to the ridge line) is obtained by cutting a normal shape cylindrical lens in half along the optical axis. It was made to have. Its longitudinal section is rectangular and 2
The split lenses are shaped to be congruent or approximately congruent with each other.

【0058】この結果、1つの通常のシリンドリカルレ
ンズを通過する光は、線状レーザービームの幅いっぱい
に拡がるが、半シリンドリカルレンズを通過する光は、
線状レーザービームの幅に対して、片側半分にしか拡が
らない。よって、図5記載の光学系は、図4に示したエ
ネルギー分布を持つ線状レーザービームを作ることがで
きる。
As a result, the light passing through one ordinary cylindrical lens spreads over the entire width of the linear laser beam, but the light passing through the half cylindrical lens is
It expands only to one half of the width of the linear laser beam. Therefore, the optical system shown in FIG. 5 can generate a linear laser beam having the energy distribution shown in FIG.

【0059】シリンドリカルレンズアレイ501の形状
は、図7に示したように様々な形態がとれるが、この形
態は入射させるレーザービームのエネルギー分布により
最適化される。通常、図4記載の線状レーザービームの
エネルギー密度E1とE2の差は、E1の4〜30%程度がよ
かった。そして、そのようなビームを形成するために
は、半シリンドリカルレンズを通過するレーザー光のエ
ネルギーを、レーザー光の全エネルギーの2〜15%程
度にすればよかった。
The shape of the cylindrical lens array 501 can take various forms as shown in FIG. 7, but this form is optimized by the energy distribution of the incident laser beam. Usually, the difference between the energy densities E1 and E2 of the linear laser beam shown in FIG. 4 is preferably about 4 to 30% of E1. In order to form such a beam, the energy of the laser beam passing through the semi-cylindrical lens should be set to about 2 to 15% of the total energy of the laser beam.

【0060】このような形状のシリンドリカルレンズア
レイ501の例は図7の701、702、703、70
4に示した。また、705のような簡単な構成でも本発
明が示す効果がある。701は複数のシリンドリカルレ
ンズの両端に半シリンドリカルレンズを一つずつ配置し
た例である。702は、複数のシリンドリカルレンズの
間に一つの半シリンドリカルレンズが配置されたもの
を、複数配置したものである。703は複数のシリンド
リカルレンズの中央に複数の半シリンドリカルレンズを
配置したものである。704は複数のシリンドリカルレ
ンズの両端に複数の半シリンドリカルレンズを配置した
ものである。705は複数のシリンドリカルレンズの中
央に一つの半シリンドリカルレンズを配置したものであ
る。
Examples of the cylindrical lens array 501 having such a shape are shown in FIG. 7 at 701, 702, 703, and 70.
The results are shown in FIG. Further, even with a simple configuration such as 705, the effect of the present invention can be obtained. Reference numeral 701 denotes an example in which half cylindrical lenses are arranged at both ends of a plurality of cylindrical lenses. Reference numeral 702 denotes an arrangement in which one half cylindrical lens is arranged between a plurality of cylindrical lenses. Reference numeral 703 denotes an arrangement in which a plurality of semi-cylindrical lenses are arranged at the center of the plurality of cylindrical lenses. Reference numeral 704 denotes an arrangement in which a plurality of semi-cylindrical lenses are arranged at both ends of a plurality of cylindrical lenses. Reference numeral 705 denotes an arrangement in which one half cylindrical lens is arranged at the center of a plurality of cylindrical lenses.

【0061】シリンドリカルレンズアレイにおいて、半
シリンドリカルレンズの数は1つでもよいが、複数個あ
るほうが、かかる均一性の向上には効果があり、さら
に、その数が偶数個であると、より好ましい。ただし、
半シリンドリカルレンズの向きはすべて同じ向きであ
る。すなわち、シリンドリカルレンズアレイの幅方向
(シリンドリカルレンズの主平面に平行かつ稜線に垂直
な方向)において、複数の半シリンドリカルレンズの断
面の形状は同じである。
In the cylindrical lens array, the number of half-cylindrical lenses may be one. However, it is more effective to provide a plurality of semi-cylindrical lenses for improving such uniformity, and it is more preferable that the number is even. However,
The directions of the semi-cylindrical lenses are all the same. That is, in the width direction of the cylindrical lens array (the direction parallel to the main plane of the cylindrical lens and perpendicular to the ridge line), the cross-sectional shape of the plurality of half cylindrical lenses is the same.

【0062】また、シリンドリカルレンズアレイ501
の構成は、シリンドリカルレンズアレイ501に入射す
るレーザービームのエネルギー分布が、線対称(例えば
ガウシアン分布)または線対称に近いものであった場
合、シリンドリカルレンズアレイにおける半シリンドリ
カルレンズの配置を、線対称なエネルギー分布の対称軸
に対し、対称の位置にすると、各エネルギー密度を有す
るビーム幅における、ビーム幅方向のエネルギー密度の
均一性が向上し、より均質なアニールができる。
Also, the cylindrical lens array 501
When the energy distribution of the laser beam incident on the cylindrical lens array 501 is linearly symmetric (eg, Gaussian distribution) or nearly linearly symmetric, the arrangement of the semi-cylindrical lenses in the cylindrical lens array is By setting the symmetrical position with respect to the symmetry axis of the energy distribution, the uniformity of the energy density in the beam width direction in the beam width having each energy density is improved, and more uniform annealing can be performed.

【0063】[0063]

【発明の実施の形態】以下に本明細書で開示する発明の
実施の形態を実施例にて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the present invention disclosed in this specification will be described below with reference to examples.

【0064】[0064]

【実施例】〔実施例1〕ここでは、35nmの膜厚を持
つ非単結晶珪素膜を線状レーザービームでアニールする
方法を述べる。前述のとおり、35nmの膜厚は半導体
膜としては薄く、高特性の半導体素子を作製するのに適
している。
[Embodiment 1] Here, a method of annealing a non-single-crystal silicon film having a thickness of 35 nm with a linear laser beam will be described. As described above, a film thickness of 35 nm is thin as a semiconductor film and is suitable for manufacturing a semiconductor element with high characteristics.

【0065】まず、基板として127mm角のガラス基
板(コーニング1737)を用意した。この基板は60
0℃までの温度であれば充分な耐久性があった。該ガラ
ス基板上に下地膜として酸化珪素膜を200nm成膜し
た。さらに、その上に非晶質珪素膜を35nmの厚さに
成膜した。成膜は、共にプラズマCVD法にて行った。
First, a 127 mm square glass substrate (Corning 1737) was prepared as a substrate. This substrate is 60
At temperatures up to 0 ° C., there was sufficient durability. A 200-nm-thick silicon oxide film was formed as a base film on the glass substrate. Further, an amorphous silicon film was formed thereon to a thickness of 35 nm. Both films were formed by the plasma CVD method.

【0066】上記成膜済の基板を、450℃、1時間の
熱浴にさらした。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を
減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜が
レーザーエネルギーに対して耐えきれないので本工程を
いれた。該膜内の水素の密度は1020atoms/cm3 オーダ
ーが適当であった。
The film-formed substrate was exposed to a heat bath at 450 ° C. for 1 hour. This step is a step for reducing the hydrogen concentration in the amorphous silicon film. This step was performed because too much hydrogen in the film could not withstand the laser energy. The density of hydrogen in the film was appropriately on the order of 10 20 atoms / cm 3 .

【0067】図8に、レーザー照射装置の例を示す。図
8は、レーザー照射装置の概観である。図8において、
レーザー照射装置は、レーザー発振装置201から照射
され、光学系801により光路が変更されたパルスレー
ザービームを、ミラー206で反射させ、シリンドリカ
ルレンズ207にて集光させつつ、被処理基板802に
照射される機能を有している。
FIG. 8 shows an example of a laser irradiation apparatus. FIG. 8 is an overview of a laser irradiation apparatus. In FIG.
The laser irradiation device irradiates the substrate 802 with a pulsed laser beam irradiated from the laser oscillation device 201 and having an optical path changed by the optical system 801 while being reflected by the mirror 206 and condensed by the cylindrical lens 207. Function.

【0068】レーザー発振装置201は、ここでは、X
eClエキシマレーザー(波長308nm)を発振する
ものを用いた。他に、KrFエキシマレーザー(波長2
48nm)等を用いてもよい。また、連続発振エキシマ
レーザーを用いても良い。
In this case, the laser oscillation device 201
A laser oscillating an eCl excimer laser (wavelength 308 nm) was used. In addition, a KrF excimer laser (wavelength 2
48 nm) may be used. Further, a continuous wave excimer laser may be used.

【0069】光学系801には、図2に示した光学系の
内シリンドリカルレンズアレイ203を本発明のシリン
ドリカルレンズアレイ701に置換したものを使用し
た。なお、シリンドリカルレンズアレイ202は凸レン
ズで構成されているが、凹レンズもしくは、凹凸混合で
構成しても本発明の本質になんら影響しない。
The optical system 801 is the same as the optical system shown in FIG. 2 except that the cylindrical lens array 203 is replaced by the cylindrical lens array 701 of the present invention. In addition, although the cylindrical lens array 202 is formed of a convex lens, the essence of the present invention is not affected at all even if it is formed of a concave lens or a mixture of concave and convex.

【0070】シリンドリカルレンズアレイ701を使用
した理由は、該シリンドリカルレンズアレイ701に入
射するエキシマレーザービームがガウシアンで近似され
るエネルギー分布を持っていたためである。また、半シ
リンドリカルレンズが両端に位置するシリンドリカルレ
ンズアレイ701を選んだ理由は、図4で図示したエネ
ルギー密度E1とE2の差が、35nmの珪素膜を均一にレ
ーザー照射するための最適な値となるからである。
The reason for using the cylindrical lens array 701 is that the excimer laser beam incident on the cylindrical lens array 701 has an energy distribution approximated by Gaussian. The reason for selecting the cylindrical lens array 701 in which the semi-cylindrical lens is located at both ends is that the difference between the energy densities E1 and E2 shown in FIG. 4 is the optimum value for uniformly irradiating the 35 nm silicon film with the laser. Because it becomes.

【0071】ガウシアンで近似されるエネルギー分布を
持っているビーム(ガウシアンビーム)の様にエネルギ
ー分布の中央がもっともエネルギーが強く、端にいくに
したがってエネルギーが減衰していくビームに対して
は、半シリンドリカルレンズを、シリンドリカルレンズ
アレイ501の中央に配置すると、エネルギー密度E1と
E2の差がもっとも大きくなり、両端に配置すると前記の
エネルギー差がもっとも小さくなった。
For a beam having an energy distribution approximated by Gaussian (Gaussian beam), the center of the energy distribution has the strongest energy, and the energy gradually decreases toward the end. When the cylindrical lens is arranged at the center of the cylindrical lens array 501, the energy density E1
The difference in E2 was largest, and the energy difference was smallest when placed at both ends.

【0072】上記の工程で作製した厚さ35nmの非晶
質珪素膜を均質にレーザーアニールするために必要なレ
ーザービームのエネルギーは、ここではE2= 300mJ
/ cm2 、E1= 280mJ/ cm2 であった。
The energy of the laser beam required to uniformly laser anneal the amorphous silicon film having a thickness of 35 nm produced in the above-mentioned process is E2 = 300 mJ here.
/ cm 2 and E1 = 280 mJ / cm 2 .

【0073】これらの条件は、照射対象の半導体膜の特
性に依存する。
These conditions depend on the characteristics of the semiconductor film to be irradiated.

【0074】被処理基板802は、台803上に配置さ
れた。そして、台803は、移動機構804によって、
線状レーザービームの線方向に対して直角方向(線状レ
ーザービームを含む平面を含む。)に真っ直ぐに移動さ
れ、被処理基板802上面に対しレーザービームを走査
しながら照射することを可能とする。
The substrate to be processed 802 was placed on a table 803. The table 803 is moved by the moving mechanism 804.
The laser beam is moved straight in a direction perpendicular to the line direction of the linear laser beam (including a plane including the linear laser beam), so that the upper surface of the substrate to be processed 802 can be irradiated while scanning the laser beam. .

【0075】図9に示す装置の説明をする。ロード/ア
ンロード室905に、被処理基板802が多数枚、例え
ば20枚収納されたカセット903が配置される。ロボ
ットアーム904により、カセット903から一枚の基
板がアライメント室に移動される。
The device shown in FIG. 9 will be described. In the load / unload chamber 905, a cassette 903 accommodating a large number of substrates to be processed 802, for example, 20 substrates is arranged. One substrate is moved from the cassette 903 to the alignment chamber by the robot arm 904.

【0076】アライメント室902には、被処理基板8
02とロボットアーム904との位置関係を修正するた
めの、アライメント機構が配置されている。アライメン
ト室902は、ロード/アンロード室905と接続され
ている。
The alignment chamber 902 contains the substrate 8 to be processed.
An alignment mechanism for correcting the positional relationship between the robot arm 02 and the robot arm 904 is provided. The alignment chamber 902 is connected to the load / unload chamber 905.

【0077】基板は、ロボットアーム904によって基
板搬送室901に運ばれ、さらにロボットアーム904
によって、レーザー照射室906に移送される。図8に
おいて、被処理基板802上に照射される線状レーザー
ビームは、幅0.4mm×長さ135mmとする。ま
た、w1=w2=0.2mmとする。
The substrate is transferred to the substrate transfer chamber 901 by the robot arm 904, and further transferred to the robot arm 904.
Is transferred to the laser irradiation chamber 906. In FIG. 8, a linear laser beam applied to a substrate to be processed 802 has a width of 0.4 mm and a length of 135 mm. It is assumed that w1 = w2 = 0.2 mm.

【0078】レーザー照射前に雰囲気をHeに置換する。
このとき真空ポンプ907で、基板雰囲気を希薄にした
のちに、ガスボンベ908からHeをレーザー照射室90
6に導入した。雰囲気は1気圧とした。これは、空気中
からの膜の汚染を防ぐために行った。前記雰囲気は、
N2、あるいは、Ar、でもよい。また、それらの混合気体
でもよい。また、レーザー照射装置がクリーンルームに
入っているのであれば、空気中での照射でもよい。ま
た、He雰囲気とすると、非単結晶半導体膜上に酸化珪素
膜などのキャップ層を設けず、本実施例のように、直接
レーザー照射して結晶化させた場合、アニール後の結晶
性珪素膜の膜質がより均質となり、また、リッジといわ
れる、レーザー照射後に結晶の粒界付近が盛り上がる現
象も極めて少なくなる。
Before laser irradiation, the atmosphere is replaced with He.
At this time, after the substrate atmosphere is diluted with the vacuum pump 907, He is supplied from the gas cylinder 908 to the laser irradiation chamber 90.
6 was introduced. The atmosphere was 1 atm. This was done to prevent membrane contamination from the air. The atmosphere is
N 2 or Ar may be used. Further, a mixed gas thereof may be used. If the laser irradiation device is in a clean room, the irradiation may be performed in the air. When the atmosphere is He, no cap layer such as a silicon oxide film is provided on the non-single-crystal semiconductor film, and when crystallized by direct laser irradiation as in this embodiment, the crystalline silicon film after annealing is obtained. Is more uniform, and a phenomenon called a ridge, which rises near a crystal grain boundary after laser irradiation, is extremely reduced.

【0079】エネルギー密度E1から走査される(すなわ
ち非晶質珪素膜のある一点に注目したとき、最初にあた
るエネルギーがE1になるように)ように、台803を移
動機構804に沿って1. 2mm/sで一方向に移動さ
せながら行うことで、線状レーザービームを走査させ
た。レーザーの発振周波数は30Hzとし、珪素膜のあ
る一点に注目すると、計10ショットのレーザービーム
が照射された。前記ショット数は5ショットから50シ
ョットの範囲で適当に選ぶ。
The table 803 is moved along the moving mechanism 804 by 1.2 mm so that scanning is performed from the energy density E1 (that is, when a certain point of the amorphous silicon film is noticed, the first energy becomes E1). The scan was performed while moving in one direction at / s, thereby scanning the linear laser beam. The laser oscillation frequency was set to 30 Hz, and when focusing on one point of the silicon film, a total of 10 shots of the laser beam were irradiated. The number of shots is appropriately selected from a range of 5 shots to 50 shots.

【0080】また、生産性を高めるために、エキシマレ
ーザーの発振周波数を100Hz以上にしてもよかっ
た。このとき、前記ショット数を維持するため、移動機
構804は4mm/s以上の速度で走査させる必要があ
った。
Further, in order to enhance the productivity, the oscillation frequency of the excimer laser may be set to 100 Hz or more. At this time, in order to maintain the number of shots, the moving mechanism 804 had to scan at a speed of 4 mm / s or more.

【0081】レーザー照射の際、線状レーザービームの
走査方向は図4に示したA 、B いずれの方向でも効果が
あった。しかしながら非単結晶半導体膜の状態(水素の
含有量、厚さ等)の違いにより最適な方向は変わった。
例えば、厚さ45nmの珪素膜に対しては、先ず、A の
方向に1度走査した後に、B の方向にもう一度走査する
と、より均一なレーザー照射ができた。
At the time of laser irradiation, the scanning direction of the linear laser beam was effective in any of the directions A and B shown in FIG. However, the optimal direction changed depending on the state (hydrogen content, thickness, etc.) of the non-single-crystal semiconductor film.
For example, when a silicon film having a thickness of 45 nm was scanned once in the direction of A and then scanned again in the direction of B, more uniform laser irradiation was achieved.

【0082】かかる工程により、膜質の面内均質性の優
れた結晶性珪素膜を得ることができた。レーザー照射終
了後、被処理基板802はロボットアーム904によっ
て基板搬送室902に引き戻される。被処理基板802
は、ロボットアーム904によって、ロード/アンロー
ド室905に移送され、カセット903に収納される。
According to this step, a crystalline silicon film having excellent in-plane uniformity of the film quality could be obtained. After the laser irradiation, the substrate to be processed 802 is returned to the substrate transfer chamber 902 by the robot arm 904. Substrate to be processed 802
Is transferred to the load / unload chamber 905 by the robot arm 904 and stored in the cassette 903.

【0083】こうして、レーザーアニール工程が終了す
る。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、
多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。
Thus, the laser annealing step is completed. Thus, by repeating the above steps,
A large number of substrates can be processed one by one continuously.

【0084】なお、本実施例において、線状レーザービ
ームをエネルギー密度E1の側からの走査のみを行った
が、かかる走査の後、エネルギー密度E2の側からの走査
を行うことで、より均一性が向上する場合がある。
In this embodiment, only the scanning of the linear laser beam from the energy density E1 side is performed. However, after the scanning, the scanning from the energy density E2 side is performed. May be improved.

【0085】〔実施例2〕ここでは、65nmの膜厚を
持つ非単結晶珪素膜を線状レーザービームでアニールす
る方法を述べる。前述のとおり、65nmの膜厚は半導
体膜としては厚く、高信頼性の半導体素子を作製するの
に適している。
Embodiment 2 Here, a method of annealing a non-single-crystal silicon film having a thickness of 65 nm with a linear laser beam will be described. As described above, a film thickness of 65 nm is large for a semiconductor film and is suitable for manufacturing a highly reliable semiconductor element.

【0086】まず、基板として127mm角のガラス基
板(コーニング1737)を用意した。この基板は60
0℃までの温度であれば充分な耐久性があった。該ガラ
ス基板上に下地膜として酸化珪素膜を200nm成膜し
た。さらに、その上に非晶質珪素膜を65nmの厚さに
成膜した。成膜は、共にプラズマCVD法にて行った。
First, a 127 mm square glass substrate (Corning 1737) was prepared as a substrate. This substrate is 60
At temperatures up to 0 ° C., there was sufficient durability. A 200-nm-thick silicon oxide film was formed as a base film on the glass substrate. Further, an amorphous silicon film was formed thereon to a thickness of 65 nm. Both films were formed by the plasma CVD method.

【0087】上記成膜済の基板を、500℃、1時間の
熱浴にさらした。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を
減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜が
レーザーエネルギーに対して耐えきれないので本工程を
いれた。該膜内の水素の密度は1020atoms/cm3 オーダ
ーが適当であった。
The substrate on which the film had been formed was exposed to a heat bath at 500 ° C. for 1 hour. This step is a step for reducing the hydrogen concentration in the amorphous silicon film. This step was performed because too much hydrogen in the film could not withstand the laser energy. The density of hydrogen in the film was appropriately on the order of 10 20 atoms / cm 3 .

【0088】図8に、本発明のレーザー照射装置を示
す。図8は、レーザー照射装置の概観である。
FIG. 8 shows a laser irradiation apparatus according to the present invention. FIG. 8 is an overview of a laser irradiation apparatus.

【0089】図8において、レーザー照射装置は、レー
ザー発振装置201から照射され、光学系801により
光路が変更されたパルスレーザービームを、ミラー20
6で反射させ、シリンドリカルレンズ207にて集光さ
せつつ、被処理基板802に照射される機能を有してい
る。
In FIG. 8, a laser irradiation device irradiates a pulse laser beam irradiated from a laser oscillation device 201 and having an optical path changed by an optical system 801 to a mirror 20.
6 and a function of irradiating the substrate to be processed 802 while condensing the light by the cylindrical lens 207.

【0090】レーザー発振装置201は、ここでは、X
eClエキシマレーザー(波長308nm)を発振する
ものを用いた。他に、KrFエキシマレーザー(波長2
48nm)等を用いてもよかった。
The laser oscillating device 201 here uses X
A laser oscillating an eCl excimer laser (wavelength 308 nm) was used. In addition, a KrF excimer laser (wavelength 2
48 nm) or the like.

【0091】光学系801には、図2に示した光学系の
内シリンドリカルレンズアレイ203を本発明のシリン
ドリカルレンズアレイ702に置換したものを使用し
た。なお、シリンドリカルレンズアレイ202は凸レン
ズで構成されているが、凹レンズもしくは、凹凸混合で
構成しても本発明の本質になんら影響しなかった。
The optical system 801 is the same as the optical system shown in FIG. 2 except that the inner cylindrical lens array 203 is replaced by the cylindrical lens array 702 of the present invention. Although the cylindrical lens array 202 is composed of a convex lens, it does not affect the essence of the present invention even if it is composed of a concave lens or a mixture of concave and convex.

【0092】シリンドリカルレンズアレイ702を使用
した理由は、該シリンドリカルレンズアレイ702に入
射するエキシマレーザービームがガウシアンで近似され
るエネルギー分布を持っていたためである。また、半シ
リンドリカルレンズが端のシリンドリカルレンズと中心
のシリンドリカルレンズの間に位置するシリンドリカル
レンズアレイ702を選んだ理由は、図4で図示したエ
ネルギー密度E1とE2の差が、65nmの珪素膜を均一に
レーザー照射するための最適な値となるからである。
The reason for using the cylindrical lens array 702 is that the excimer laser beam incident on the cylindrical lens array 702 has an energy distribution approximated by Gaussian. Further, the reason that the semi-cylindrical lens selects the cylindrical lens array 702 located between the end cylindrical lens and the center cylindrical lens is that the difference between the energy densities E1 and E2 shown in FIG. This is because the optimum value for laser irradiation is obtained.

【0093】ガウシアンビームの様に中央がもっともエ
ネルギーが強く、端にいくにしたがってエネルギーが減
衰していくビームに対しては、半シリンドリカルレンズ
を、シリンドリカルレンズアレイ501の中央に配置す
ると、エネルギー密度E1とE2の差がもっとも大きくな
り、両端に配置すると前記のエネルギー差がもっとも小
さくなった。
For a beam such as a Gaussian beam where the energy is the strongest at the center and the energy is attenuated toward the end, the energy density E1 can be obtained by disposing a half cylindrical lens at the center of the cylindrical lens array 501. The difference between E2 and E2 was the largest, and the energy difference described above was smallest when arranged at both ends.

【0094】上記で作成した厚さ65nmの非晶質珪素
膜を均質にレーザーアニールするために必要なレーザー
ビームのエネルギーは、ここではE2= 450mJ/ cm
2 、E1= 380mJ/ cm2 であった。
The energy of the laser beam required to uniformly laser anneal the 65 nm-thick amorphous silicon film formed above is E2 = 450 mJ / cm2 here.
2 , E1 = 380 mJ / cm 2 .

【0095】これらの条件は、照射対象の半導体膜の特
性に依存する。
These conditions depend on the characteristics of the semiconductor film to be irradiated.

【0096】被処理基板802は、台803上に配置さ
れた。そして、台803は、移動機構804によって、
線状レーザービームの線方向に対して直角方向(線状レ
ーザービームを含む平面を含む。)に真っ直ぐに移動さ
れ、被処理基板802上面に対しレーザービームを走査
しながら照射することを可能とする。
The substrate to be processed 802 was placed on a table 803. The table 803 is moved by the moving mechanism 804.
The laser beam is moved straight in a direction perpendicular to the line direction of the linear laser beam (including a plane including the linear laser beam), so that the upper surface of the substrate to be processed 802 can be irradiated while scanning the laser beam. .

【0097】図9に示す装置の説明をする。ロード/ア
ンロード室905に、被処理基板802が多数枚、例え
ば20枚収納されたカセット903が配置される。ロボ
ットアーム904により、カセット903から一枚の基
板がアライメント室に移動される。
Next, the apparatus shown in FIG. 9 will be described. In the load / unload chamber 905, a cassette 903 accommodating a large number of substrates to be processed 802, for example, 20 substrates is arranged. One substrate is moved from the cassette 903 to the alignment chamber by the robot arm 904.

【0098】アライメント室902には、被処理基板8
02とロボットアーム904との位置関係を修正するた
めの、アライメント機構が配置されている。アライメン
ト室902は、ロード/アンロード室905と接続され
ている。
The alignment chamber 902 contains the substrate 8 to be processed.
An alignment mechanism for correcting the positional relationship between the robot arm 02 and the robot arm 904 is provided. The alignment chamber 902 is connected to the load / unload chamber 905.

【0099】基板は、ロボットアーム904によって基
板搬送室901に運ばれ、さらにロボットアーム904
によって、レーザー照射室906に移送される。図8に
おいて、被処理基板802上に照射される線状レーザー
ビームは、幅0.4mm×長さ135mmとする。ま
た、w1=w2=0.2mmとする。
The substrate is transferred to the substrate transfer chamber 901 by the robot arm 904, and is further transferred to the robot arm 904.
Is transferred to the laser irradiation chamber 906. In FIG. 8, a linear laser beam applied to a substrate to be processed 802 has a width of 0.4 mm and a length of 135 mm. It is assumed that w1 = w2 = 0.2 mm.

【0100】レーザー照射前に雰囲気をHeに置換した。
これは、空気中からの膜の汚染を防ぐために行った。前
記雰囲気は、N2、あるいは、Ar、でもよかった。また、
それらの混合気体でもよかった。また、レーザー照射装
置がクリーンルームに入っているのであれば、空気中で
の照射でもよかった。また、He雰囲気とすると、非単結
晶半導体膜上に酸化珪素膜などのキャップ層を設けず、
本実施例のように、直接レーザー照射して結晶化させた
場合、アニール後の結晶性珪素膜の膜質がより均質とな
り、また、リッジといわれる、レーザー照射後に結晶の
粒界付近が盛り上がる現象も極めて少なくなる。
The atmosphere was replaced with He before laser irradiation.
This was done to prevent membrane contamination from the air. The atmosphere could be N 2 or Ar. Also,
A mixture of them was also acceptable. If the laser irradiation device is in a clean room, irradiation in air may be used. When the atmosphere is He, a cap layer such as a silicon oxide film is not provided over the non-single-crystal semiconductor film.
When crystallized by direct laser irradiation as in this embodiment, the film quality of the crystalline silicon film after annealing becomes more uniform, and a phenomenon called a ridge, which rises near the crystal grain boundary after laser irradiation, also occurs. Extremely low.

【0101】エネルギー密度E2から走査される(すなわ
ち非晶質珪素膜のある一点に注目したとき、最初にあた
るエネルギーがE2になるように)ように、台803を
1. 2mm/sで一方向に移動させながら行うことで、
線状レーザービームを走査させた。レーザーの発振周波
数は30Hzとし、非晶質珪素膜のある一点に注目する
と、計10ショットのレーザービームが照射された。前
記ショット数は5ショットから50ショットの範囲で適
当に選ぶ。
The table 803 is moved in one direction at 1.2 mm / s so that scanning is performed from the energy density E2 (that is, when focusing on a certain point of the amorphous silicon film, the first energy becomes E2). By doing while moving,
A linear laser beam was scanned. The laser oscillation frequency was 30 Hz, and when focusing on a certain point of the amorphous silicon film, a total of 10 shots of the laser beam were irradiated. The number of shots is appropriately selected from a range of 5 shots to 50 shots.

【0102】レーザー照射終了後、被処理基板802は
ロボットアーム904によって基板搬送室902に引き
戻される。被処理基板802は、ロボットアーム904
によって、ロード/アンロード室905に移送され、カ
セット903に収納される。
After the laser irradiation is completed, the substrate to be processed 802 is returned to the substrate transfer chamber 902 by the robot arm 904. The substrate to be processed 802 is a robot arm 904
Is transferred to the load / unload chamber 905 and stored in the cassette 903.

【0103】かかる工程により、膜質の面内均質性の優
れた結晶性珪素膜を得ることができた。
By such a process, a crystalline silicon film having excellent in-plane uniformity of film quality could be obtained.

【0104】こうして、レーザーアニール工程が終了す
る。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、
多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。
Thus, the laser annealing step is completed. Thus, by repeating the above steps,
A large number of substrates can be processed one by one continuously.

【0105】なお、本実施例において、線状レーザービ
ームをエネルギー密度E2からの走査(図4、Bの方向)
のみ行ったが、かかる走査の後、エネルギー密度E1から
の走査(図4、Aの方向)を行うことで、より均質性が
向上する場合もある。
In this embodiment, scanning with a linear laser beam from the energy density E2 (the direction of B in FIG. 4)
However, after performing such scanning, the scanning may be performed from the energy density E1 (in the direction of A in FIG. 4) to further improve the homogeneity.

【0106】〔実施例3〕実施例1,2において、レー
ザーアニールされる非単結晶半導体膜として非晶質珪素
膜の例を示したが、非単結晶半導体膜として、非晶質珪
素膜を熱結晶化させた結晶性珪素膜を用いてもよい。
Embodiment 3 In Embodiments 1 and 2, an example of an amorphous silicon film as a non-single-crystal semiconductor film to be laser-annealed has been described, but an amorphous silicon film is used as a non-single-crystal semiconductor film. A crystalline silicon film that has been thermally crystallized may be used.

【0107】さらに、非晶質珪素膜を熱結晶化させる際
に、結晶性を促進する元素を非晶質珪素膜に添加して結
晶性を高めても良い。この場合、550℃、4時間程度
で十分な結晶化をさせることが出来る。結晶性を促進す
る元素としては、ニッケル、ゲルマニウム、鉄、パラジ
ウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金などである。
Further, when the amorphous silicon film is thermally crystallized, an element which promotes crystallinity may be added to the amorphous silicon film to increase the crystallinity. In this case, sufficient crystallization can be performed at 550 ° C. for about 4 hours. Elements that promote crystallinity include nickel, germanium, iron, palladium, tin, lead, cobalt, platinum, copper, gold, and the like.

【0108】これらの結晶性を促進する元素を非晶質珪
素膜に添加するには、非晶質珪素膜の上面又は下面(非
晶質珪素膜の下地の上面)に、結晶性を促進する元素を
含む層を形成する。層は非晶質珪素膜の上面又は下面
の、全面に形成してもよいし、一部に形成してもよい。
層を非晶質珪素膜の上面又は下面の一部に形成した場
合、層と重ならない非晶質珪素膜の領域において、非晶
質珪素膜は横方向に結晶が成長する。
In order to add these elements for promoting the crystallinity to the amorphous silicon film, the crystallinity is promoted on the upper surface or the lower surface of the amorphous silicon film (the upper surface of the base of the amorphous silicon film). A layer containing an element is formed. The layer may be formed on the entire upper surface or lower surface of the amorphous silicon film, or may be formed partially.
When the layer is formed on a part of the upper surface or the lower surface of the amorphous silicon film, in the region of the amorphous silicon film which does not overlap with the layer, crystals grow in the lateral direction in the amorphous silicon film.

【0109】層の形成方法としては、結晶化を促進する
元素を含む(例えば10ppm)水溶液をスピンコート法
などにより塗布する。他に、スパッタ法、真空蒸着法に
よって結晶性を促進する元素の層を、例えば1〜5nmの
厚さに形成してもよい。また、上記結晶性を促進する元
素を含む電極を用いて発生させたプラズマに非晶質珪素
膜の上面又は下面を曝す処理により、結晶性を促進する
元素の層を形成してもよい。
As a layer forming method, an aqueous solution containing an element for promoting crystallization (for example, 10 ppm) is applied by a spin coating method or the like. Alternatively, a layer of an element that promotes crystallinity may be formed to a thickness of, for example, 1 to 5 nm by a sputtering method or a vacuum evaporation method. Alternatively, a layer of an element which promotes crystallinity may be formed by a process in which the upper surface or the lower surface of the amorphous silicon film is exposed to plasma generated using an electrode including the element which promotes crystallinity.

【0110】このような方法で作製された結晶性珪素膜
は、結晶化温度が低いため欠陥を多く含む場合があり、
より結晶性を向上させて半導体素子としての特性を高め
るために、レーザー照射を行うことは好ましい。
A crystalline silicon film manufactured by such a method may have many defects due to a low crystallization temperature,
It is preferable to perform laser irradiation in order to further improve crystallinity and enhance characteristics as a semiconductor element.

【0111】〔実施例4〕本実施例では、実施例1また
は実施例2または実施例3で得られた結晶性珪素膜を利
用してTFT(薄膜トランジスタ)を作製する例を示
す。本実施例の工程を図10に示す。
[Embodiment 4] In this embodiment, an example is described in which a TFT (thin film transistor) is manufactured using the crystalline silicon film obtained in Embodiment 1, Embodiment 2, or Embodiment 3. The steps of this embodiment are shown in FIG.

【0112】図10において、ガラス等の基板1001
上に下地膜として厚さ200nmの酸化珪素膜1002
を設け、かかる基板上に厚さ50nmの結晶性珪素膜1
003を形成する。前記結晶性珪素膜1003は、本明
細書に示されるレーザーアニール方法によって作製され
たものを用いる。例えば実施例1または実施例2によっ
て得られるものを用いる。(図10(A))
In FIG. 10, a substrate 1001 made of glass or the like is used.
A 200 nm-thick silicon oxide film 1002 as a base film thereon
And a crystalline silicon film 1 having a thickness of 50 nm is formed on the substrate.
003 is formed. As the crystalline silicon film 1003, a film manufactured by a laser annealing method described in this specification is used. For example, one obtained by the embodiment 1 or 2 is used. (FIG. 10A)

【0113】結晶性珪素膜1003をパターニングする
ことで、TFTの島状の活性層パターン1004を形成
する。この活性層パターンには、チャネル形成領域と高
抵抗領域が形成される。(図10(B))。
By patterning the crystalline silicon film 1003, a TFT island-shaped active layer pattern 1004 is formed. In this active layer pattern, a channel forming region and a high resistance region are formed. (FIG. 10 (B)).

【0114】活性層を形成後、ゲイト絶縁膜1005と
して酸化珪素膜をプラズマCVD法により150nmの厚
さに成膜する。ゲイト絶縁膜1005成膜以降の工程
は、ゲイト絶縁膜1005を成膜した温度を越えないよ
うにする。このようにすることで、特にS値特性の優れ
たTFTを作製できる。
After forming the active layer, a silicon oxide film is formed as a gate insulating film 1005 to a thickness of 150 nm by a plasma CVD method. Steps after the formation of the gate insulating film 1005 are performed so that the temperature does not exceed the temperature at which the gate insulating film 1005 is formed. In this manner, a TFT having particularly excellent S value characteristics can be manufactured.

【0115】次にScを含んだAl膜をスパッタ法により
400 nm の厚さに成膜する。そして、この膜をパター
ニングし、ゲイト電極を得る。またさらに、陽極酸化法
により、パターンの露呈したAl膜表面に陽極酸化膜10
07を200nmの厚さで形成し、ゲイト電極1006を
得てもよい。
Next, an Al film containing Sc is formed to a thickness of 400 nm by sputtering. Then, this film is patterned to obtain a gate electrode. Further, the anodized film 10 is formed on the surface of the exposed Al film by anodizing.
07 may be formed with a thickness of 200 nm to obtain the gate electrode 1006.

【0116】この陽極酸化膜はゲイト電極の表面を電気
的及び物理的に保護する機能を有している。また、後の
工程において、チャネル領域に隣接してオフセット領域
と称される高抵抗領域を形成するために機能する。
This anodic oxide film has a function of electrically and physically protecting the surface of the gate electrode. In a later step, it functions to form a high-resistance region called an offset region adjacent to the channel region.

【0117】次に、ゲイト電極1006、及び、陽極酸
化膜を形成した場合には陽極酸化膜1007をマスクと
して燐のドーピングを行う。
Next, when the gate electrode 1006 and the anodic oxide film are formed, doping of phosphorus is performed using the anodic oxide film 1007 as a mask.

【0118】燐のドーピングを行うことで、ソース領域
1008、チャネル形成領域1009、ドレイン領域1
010、オフセット領域1011、1012が自己整合
的に形成される。リンのドーズ量は本実施例では、5×
1014ions/cm2 をイオンドーピング装置を用いて導
入した。
By doping with phosphorus, the source region 1008, the channel formation region 1009, and the drain region 1 are formed.
010, offset regions 1011 and 1012 are formed in a self-aligned manner. In this embodiment, the dose of phosphorus is 5 ×
10 14 ions / cm 2 were introduced using an ion doping apparatus.

【0119】次にレーザーにより、燐を活性化させる。
レーザーは実施例1で示した方法で照射した。これによ
り、基板面内において均一な活性化を行うことができ
た。
Next, phosphorus is activated by a laser.
The laser was irradiated by the method described in Example 1. As a result, uniform activation could be performed in the plane of the substrate.

【0120】レーザー照射前に雰囲気をHeに置換した。
これは、空気中からの膜の汚染を防ぐために行った。前
記雰囲気は、N2、あるいは、Ar、でもよかった。また、
それらの混合気体でもよかった。また、レーザー照射装
置がクリーンルームに入っているのであれば、空気中で
の照射でもよかった。
Before laser irradiation, the atmosphere was replaced with He.
This was done to prevent membrane contamination from the air. The atmosphere could be N 2 or Ar. Also,
A mixture of them was also acceptable. If the laser irradiation device is in a clean room, irradiation in air may be used.

【0121】レーザービームのエネルギー密度は、E1=
170mJ/cm2 、 E2=200mJ/cm2 程度とし
た。なお本工程における適当なエネルギー密度は、レー
ザーの種類や照射の方法、半導体膜の状態により異なる
ので、それに合わせて調整する。レーザーの照射によ
り、ソースドレイン領域のシート抵抗は1KΩ/□まで
下がった。(図10(C))
The energy density of the laser beam is E1 =
170 mJ / cm 2 and E2 = about 200 mJ / cm 2 . The appropriate energy density in this step varies depending on the type of laser, the irradiation method, and the state of the semiconductor film, and is adjusted according to the energy density. Due to the laser irradiation, the sheet resistance of the source / drain region decreased to 1 KΩ / □. (FIG. 10 (C))

【0122】レーザーで半導体膜を活性化する際、線状
レーザービームの走査方向は図4に示したA 、B いずれ
の方向でも効果があった。
When the semiconductor film was activated by the laser, the scanning direction of the linear laser beam was effective in any of the directions A and B shown in FIG.

【0123】次に、層間絶縁膜として、窒化珪素膜10
13をプラズマCVD 法によって25nmの厚さに成膜
し、更に酸化珪素膜1014を厚さ900nmで成膜す
る。
Next, the silicon nitride film 10 is used as an interlayer insulating film.
13 is formed to a thickness of 25 nm by a plasma CVD method, and a silicon oxide film 1014 is further formed to a thickness of 900 nm.

【0124】次に、コンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極1015、ドレイン電極1016を形成する。
(図10(D))
Next, a contact hole is formed, and a source electrode 1015 and a drain electrode 1016 are formed.
(FIG. 10 (D))

【0125】こうして、Nチャネル型TFTが完成す
る。本実施例では燐をソース領域、ドレイン領域に導入
したのでNチャネル型TFTが作製されたが、Pチャネ
ル型を作製するのであれば、燐に変えてボロンをドーピ
ングすればよい。
Thus, an N-channel type TFT is completed. In this embodiment, an N-channel TFT is manufactured because phosphorus is introduced into the source and drain regions. However, if a P-channel TFT is manufactured, boron may be doped instead of phosphorus.

【0126】上記方法によって形成された結晶性半導体
膜を用いて作製されたTFTを使って、例えば、アクテ
ィブマトリクス型液晶ディスプレイを作製した場合、従
来と比較してレーザーの加工あとである縞を目立たなく
する、あるいは除去することができた。これは、本発明
により個々のTFTの特性のバラツキ、特に移動度のバ
ラツキが抑えられたことによる。
When, for example, an active matrix type liquid crystal display is manufactured using a TFT manufactured using the crystalline semiconductor film formed by the above method, stripes after laser processing are more conspicuous as compared with the related art. It could be eliminated or removed. This is because variation in characteristics of individual TFTs, particularly variation in mobility, is suppressed by the present invention.

【0127】なお、実施例4では、TFTとしてトップ
ゲート型(コプレナ型)の例を示したが、他に、スタガ
型や、ボトムゲート型の逆スタガ、逆コプレナのTFT
にも、同様に実施できる。
In the fourth embodiment, a top gate type (coplanar type) TFT is shown as an example. However, a staggered type, a bottom gate type inverted staggered type, and an inverted coplanar type TFT may be used.
Can be similarly implemented.

【0128】〔実施例5〕本実施例では、本出願にて示
された半導体装置及びその作製方法を用いた液晶表示装
置の例を図11に示す。画素TFT(画素スイッチング
素子)の作製方法やセル組工程は公知の手段を用いれば
良いので詳細な説明は省略する。
[Embodiment 5] In this embodiment, an example of a liquid crystal display device using the semiconductor device and its manufacturing method shown in the present application is shown in FIGS. A well-known means may be used for a method of manufacturing a pixel TFT (pixel switching element) and a cell assembling step, and a detailed description thereof will be omitted.

【0129】図11において800は絶縁表面を有する
基板(ガラス基板又は酸化シリコン膜を設けたプラスチ
ック基板)、801は画素マトリクス回路、802は走
査線駆動回路、803は信号線駆動回路、830は対向
基板、810はFPC(フレキシブルプリントサーキッ
ト)、820はロジック回路である。ロジック回路82
0としては、D/Aコンバータ、γ補正回路、信号分割
回路などの従来ICで代用していた様な処理を行う回路
を形成することができる。勿論、基板上にICチップを
設けて、ICチップ上で信号処理を行うことも可能であ
る。
In FIG. 11, reference numeral 800 denotes a substrate having an insulating surface (a glass substrate or a plastic substrate provided with a silicon oxide film), 801 denotes a pixel matrix circuit, 802 denotes a scanning line driving circuit, 803 denotes a signal line driving circuit, and 830 denotes a facing side. A substrate 810 is an FPC (flexible printed circuit), and 820 is a logic circuit. Logic circuit 82
As 0, a circuit such as a D / A converter, a γ correction circuit, a signal division circuit, and the like, which performs processing similar to that of a conventional IC, can be formed. Of course, it is also possible to provide an IC chip on a substrate and perform signal processing on the IC chip.

【0130】さらに、本実施例では液晶表示装置を例に
挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示
装置であればEL(エレクトロルミネッセンス)表示装
置やEC(エレクトロクロミックス)表示装置に本願発
明を適用することも可能であることは言うまでもない。
Further, in this embodiment, a liquid crystal display device is described as an example. However, if the display device is an active matrix type display device, the present invention is applied to an EL (electroluminescence) display device and an EC (electrochromics) display device. It goes without saying that the invention can be applied.

【0131】また、作製できる液晶表示装置は透過型か
反射型かは問わない。この様に本願発明はあらゆるアク
ティブマトリクス型の電気光学装置(半導体装置)に対
して適用することが可能である。
The liquid crystal display device that can be manufactured does not matter whether it is a transmission type or a reflection type. As described above, the present invention can be applied to any active matrix type electro-optical device (semiconductor device).

【0132】なお、本実施例に示した半導体装置を作製
するにあたって、実施例1〜実施例4のどの構成を採用
しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いるこ
とが可能である。
In manufacturing the semiconductor device shown in this embodiment, any of the structures of Embodiments 1 to 4 may be employed, or the embodiments may be freely combined and used. .

【0133】〔実施例6〕本実施例では、本願発明を用
いて作製したEL(エレクトロルミネッセンス)表示装
置について説明する。
[Embodiment 6] In this embodiment, an EL (electroluminescence) display device manufactured by using the present invention will be described.

【0134】図15(A)は本願発明を用いて作製した
EL表示装置の上面図である。図14(A)において、
10は基板、11は画素部、12はソース側駆動回路、
13はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は
配線14〜16を経てFPC17に至り、外部機器へと
接続される。
FIG. 15A is a top view of an EL display device manufactured by using the present invention. In FIG. 14A,
10 is a substrate, 11 is a pixel portion, 12 is a source side driving circuit,
Reference numeral 13 denotes a gate-side drive circuit. Each drive circuit reaches the FPC 17 via wirings 14 to 16 and is connected to an external device.

【0135】このとき少なくとも画素部、好ましくは駆
動回路及び画素部を囲むようにしてシーリング材(ハウ
ジング材ともいう)18を設ける。なお、シーリング材
18は素子部を囲めるような凹部を持つ金属板やガラス
板を用いても良いし、紫外線硬化樹脂を用いても良い。
シーリング材18として素子部を囲めるような凹部を持
つ金属板を用いた場合、接着剤19によって基板10に
固着させ、基板10との間に密閉空間を形成する。この
とき、EL素子は完全に前記密閉空間に封入された状態
となり、外気から完全に遮断される。
At this time, a sealing material (also referred to as a housing material) 18 is provided so as to surround at least the pixel portion, preferably the driving circuit and the pixel portion. Note that the sealing material 18 may be a metal plate or a glass plate having a concave portion surrounding the element portion, or may be an ultraviolet curable resin.
When a metal plate having a concave portion surrounding the element portion is used as the sealing material 18, the sealing member 18 is fixed to the substrate 10 with an adhesive 19 to form a sealed space with the substrate 10. At this time, the EL element is completely sealed in the closed space, and is completely shut off from the outside air.

【0136】さらに、シーリング材18と基板10との
間の空隙20には不活性ガス(アルゴン、ヘリウム、窒
素等)を充填しておいたり、酸化バリウム等の乾燥剤を
設けておくことが望ましい。これによりEL素子の水分
等による劣化を抑制することが可能である。
Further, it is desirable to fill the gap 20 between the sealing material 18 and the substrate 10 with an inert gas (argon, helium, nitrogen, etc.) or to provide a desiccant such as barium oxide. . This makes it possible to suppress the deterioration of the EL element due to moisture or the like.

【0137】また、図15(B)は本実施例のEL表示
装置の断面構造であり、基板10、下地膜21の上に駆
動回路用TFT(但し、ここではnチャネル型TFTと
pチャネル型TFTを組み合わせたCMOS回路を図示
している。)22及び画素部用TFT23(但し、ここ
ではEL素子への電流を制御するTFTだけ図示してい
る。)が形成されている。これらのTFTは公知の構造
(トップゲート構造またはボトムゲート構造)を用いれ
ば良い。
FIG. 15B shows a cross-sectional structure of the EL display device of this embodiment, in which a TFT for a driving circuit (here, an n-channel TFT and a p-channel TFT) are formed on a substrate 10 and a base film 21. A CMOS circuit combining TFTs is shown) 22 and a TFT 23 for a pixel portion (however, only a TFT for controlling current to an EL element is shown here). These TFTs may use a known structure (top gate structure or bottom gate structure).

【0138】本願発明は、駆動回路用TFT22の活性
層24、画素部用TFT23の活性層25となる半導体
層の形成に際して用いることができる。また、半導体層
の形成以外のプロセスについては公知の技術を用いれば
良い。
The present invention can be used when forming a semiconductor layer to be the active layer 24 of the drive circuit TFT 22 and the active layer 25 of the pixel portion TFT 23. In addition, a known technique may be used for processes other than the formation of the semiconductor layer.

【0139】本願発明を用いて半導体層を形成し、それ
を活性層とする駆動回路用TFT22、画素部用TFT
23が完成したら、樹脂材料でなる層間絶縁膜(平坦化
膜)26の上に画素部用TFT23のドレインと電気的
に接続する透明導電膜でなる画素電極27を形成する。
透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化
合物(ITOと呼ばれる)または酸化インジウムと酸化
亜鉛との化合物を用いることができる。そして、画素電
極27を形成したら、絶縁膜28を形成し、画素電極2
7上に開口部を形成する。
A TFT 22 for a drive circuit and a TFT for a pixel portion are formed by using the present invention to form a semiconductor layer and use the semiconductor layer as an active layer.
When the pixel electrode 23 is completed, a pixel electrode 27 made of a transparent conductive film electrically connected to the drain of the pixel portion TFT 23 is formed on an interlayer insulating film (flattening film) 26 made of a resin material.
As the transparent conductive film, a compound of indium oxide and tin oxide (called ITO) or a compound of indium oxide and zinc oxide can be used. After the pixel electrode 27 is formed, the insulating film 28 is formed, and the pixel electrode 2 is formed.
An opening is formed on 7.

【0140】次に、EL層29を形成する。EL層29
は公知のEL材料(正孔注入層、正孔輸送層、発光層、
電子輸送層または電子注入層)を自由に組み合わせて積
層構造または単層構造とすれば良い。どのような構造と
するかは公知の技術を用いれば良い。また、EL材料に
は低分子系材料と高分子系(ポリマー系)材料がある。
低分子系材料を用いる場合は蒸着法を用いるが、高分子
系材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法また
はインクジェット法等の簡易な方法を用いることが可能
である。
Next, an EL layer 29 is formed. EL layer 29
Are known EL materials (a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer,
An electron transport layer or an electron injection layer) may be freely combined to form a stacked structure or a single-layer structure. A known technique may be used to determine the structure. EL materials include low molecular weight materials and high molecular weight (polymer) materials.
When a low molecular material is used, an evaporation method is used. When a high molecular material is used, a simple method such as a spin coating method, a printing method, or an ink jet method can be used.

【0141】本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸
着法によりEL層を形成する。シャドーマスクを用いて
画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層(赤色発光
層、緑色発光層及び青色発光層)を形成することで、カ
ラー表示が可能となる。その他にも、色変換層(CC
M)とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光
層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいず
れの方法を用いても良い。勿論、単色発光のEL表示装
置とすることもできる。
In this embodiment, an EL layer is formed by an evaporation method using a shadow mask. By forming a light-emitting layer (a red light-emitting layer, a green light-emitting layer, and a blue light-emitting layer) capable of emitting light having different wavelengths for each pixel using a shadow mask, color display becomes possible. In addition, the color conversion layer (CC
M) and a color filter are combined, and a white light-emitting layer and a color filter are combined. Either method may be used. Needless to say, a monochromatic EL display device can be used.

【0142】EL層29を形成したら、その上に陰極3
0を形成する。陰極30とEL層29の界面に存在する
水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従っ
て、真空中でEL層29と陰極30を連続成膜するか、
EL層29を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで
陰極30を形成するといった工夫が必要である。本実施
例ではマルチチャンバー方式(クラスターツール方式)
の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とす
る。
After forming the EL layer 29, the cathode 3
0 is formed. It is desirable to remove moisture and oxygen existing at the interface between the cathode 30 and the EL layer 29 as much as possible. Therefore, the EL layer 29 and the cathode 30 are continuously formed in a vacuum,
It is necessary to devise that the EL layer 29 is formed in an inert atmosphere and the cathode 30 is formed without opening to the atmosphere. In this embodiment, a multi-chamber method (cluster tool method)
By using the film forming apparatus described above, the film forming as described above can be performed.

【0143】なお、本実施例では陰極30として、Li
F(フッ化リチウム)膜とAl(アルミニウム)膜の積
層構造を用いる。具体的にはEL層29上に蒸着法で1
nm厚のLiF(フッ化リチウム)膜を形成し、その上
に300nm厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公
知の陰極材料であるMgAg電極を用いても良い。そし
て陰極30は31で示される領域において配線16に接
続される。配線16は陰極30に所定の電圧を与えるた
めの電源供給線であり、導電性ペースト材料32を介し
てFPC17に接続される。
In this embodiment, the cathode 30 is made of Li
A laminated structure of an F (lithium fluoride) film and an Al (aluminum) film is used. Specifically, one layer is formed on the EL layer 29 by vapor deposition.
A LiF (lithium fluoride) film having a thickness of 300 nm is formed, and an aluminum film having a thickness of 300 nm is formed thereon. Of course, a MgAg electrode which is a known cathode material may be used. The cathode 30 is connected to the wiring 16 in a region indicated by 31. The wiring 16 is a power supply line for applying a predetermined voltage to the cathode 30, and is connected to the FPC 17 via a conductive paste material 32.

【0144】31に示された領域において陰極30と配
線16とを電気的に接続するために、層間絶縁膜26及
び絶縁膜28にコンタクトホールを形成する必要があ
る。これらは層間絶縁膜26のエッチング時(画素電極
用コンタクトホールの形成時)や絶縁膜28のエッチン
グ時(EL層形成前の開口部の形成時)に形成しておけ
ば良い。また、絶縁膜28をエッチングする際に、層間
絶縁膜26まで一括でエッチングしても良い。この場
合、層間絶縁膜26と絶縁膜28が同じ樹脂材料であれ
ば、コンタクトホールの形状を良好なものとすることが
できる。
In order to electrically connect the cathode 30 and the wiring 16 in the region indicated by 31, it is necessary to form contact holes in the interlayer insulating film 26 and the insulating film 28. These may be formed at the time of etching the interlayer insulating film 26 (at the time of forming a contact hole for a pixel electrode) or at the time of etching the insulating film 28 (at the time of forming an opening before forming an EL layer). Further, when etching the insulating film 28, the etching may be performed all at once up to the interlayer insulating film 26. In this case, if the interlayer insulating film 26 and the insulating film 28 are the same resin material, the shape of the contact hole can be made good.

【0145】また、配線16はシーリング材18と基板
10との間を隙間(但し接着剤19で塞がれている。)
を通ってFPC17に電気的に接続される。なお、ここ
では配線16について説明したが、他の配線14、15
も同様にしてシーリング材18の下を通ってFPC17
に電気的に接続される。
The wiring 16 has a gap between the sealing material 18 and the substrate 10 (however, the wiring 16 is closed by the adhesive 19).
And is electrically connected to the FPC 17. Although the wiring 16 has been described here, the other wirings 14, 15
In the same manner, pass under the sealing material 18 and pass through the FPC 17
Is electrically connected to

【0146】以上のような構成でなるEL表示装置にお
いて、本願発明を用いることができる。本願発明を用い
ることで、TFTの活性層となる半導体層の結晶性が均
質なものとなるため、TFTの電気特性のばらつきが低
減される。そのため、表示された画質を良好なものとす
ることができる。
The present invention can be used in the EL display device having the above configuration. By using the present invention, the semiconductor layer serving as the active layer of the TFT has a uniform crystallinity, so that variations in the electrical characteristics of the TFT are reduced. Therefore, the displayed image quality can be improved.

【0147】〔実施例7〕 本出願で開示した半導体装
置及びその作製方法は、従来のIC技術全般に適用する
ことが可能である。即ち、現在市場に流通している全て
の半導体回路に適用できる。例えば、ワンチップ上に集
積化されたRISCプロセッサ、ASICプロセッサ等
のマイクロプロセッサに適用しても良いし、液晶用ドラ
イバー回路(D/Aコンバータ、γ補正回路、信号分割
回路等)に代表される信号処理回路や携帯機器(携帯電
話、PHS、モバイルコンピュータ)用の高周波回路に
適用しても良い。
[Embodiment 7] The semiconductor device and the manufacturing method thereof disclosed in the present application can be applied to all conventional IC technologies. That is, the present invention can be applied to all semiconductor circuits currently on the market. For example, the present invention may be applied to a microprocessor such as an RISC processor or an ASIC processor integrated on one chip, or may be represented by a liquid crystal driver circuit (D / A converter, γ correction circuit, signal division circuit, etc.). The present invention may be applied to a signal processing circuit or a high-frequency circuit for a portable device (cellular phone, PHS, mobile computer).

【0148】また、マイクロプロセッサ等の半導体回路
は様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能す
る。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュー
タ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙
げられる。また、車両(自動車や電車等)の制御用コン
ピュータなども挙げられる。本願発明はその様な半導体
装置に対しても適用可能である。
A semiconductor circuit such as a microprocessor is mounted on various electronic devices and functions as a central circuit. Representative electronic devices include personal computers, portable information terminal devices, and all other home appliances. Further, a computer for controlling a vehicle (an automobile, a train, or the like) is also included. The present invention is also applicable to such a semiconductor device.

【0149】なお、本実施例に示した半導体装置を作製
するにあたって、実施例1〜実施例4のどの構成を採用
しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いるこ
とが可能である。
In manufacturing the semiconductor device shown in this embodiment, any of the structures of Embodiments 1 to 4 may be employed, or the embodiments may be freely combined and used. .

【0150】〔実施例8〕本願発明を実施して形成され
たCMOS回路や画素マトリクス回路は様々な電気光学
装置(アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アク
ティブマトリクス型ELディスプレイ、アクティブマト
リクス型ECディスプレイ)に用いることができる。即
ち、それら電気光学装置を表示媒体として組み込んだ電
子機器全てに本願発明を実施できる。
[Embodiment 8] A CMOS circuit and a pixel matrix circuit formed by carrying out the present invention are used for various electro-optical devices (active matrix liquid crystal display, active matrix EL display, active matrix EC display). be able to. That is, the invention of the present application can be applied to all electronic devices incorporating such electro-optical devices as display media.

【0151】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、プロジェクター(リア型またはフ
ロント型)、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型
ディスプレイ)、カーナビゲーション、パーソナルコン
ピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯
電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一
例を図12乃至図14に示す。
Examples of such electronic devices include a video camera, a digital camera, a projector (rear or front type), a head mounted display (goggle type display), a car navigation, a personal computer, and a portable information terminal (mobile computer, mobile phone). Or an electronic book). Examples of these are shown in FIGS.

【0152】図12(A)はパーソナルコンピュータで
あり、本体2001、画像入力部2002、表示装置2
003、キーボード2004で構成される。本願発明を
画像入力部2002、表示装置2003やその他の信号
制御回路に適用することができる。
FIG. 12A shows a personal computer, which includes a main body 2001, an image input section 2002, and a display device 2.
003 and a keyboard 2004. The present invention can be applied to the image input unit 2002, the display device 2003, and other signal control circuits.

【0153】図12(B)はビデオカメラであり、本体
2101、表示装置2102、音声入力部2103、操
作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部21
06で構成される。本願発明を表示装置2102、音声
入力部2103やその他の信号制御回路に適用すること
ができる。
FIG. 12B shows a video camera, which includes a main body 2101, a display device 2102, an audio input unit 2103, an operation switch 2104, a battery 2105, and an image receiving unit 21.
06. The present invention can be applied to the display device 2102, the audio input unit 2103, and other signal control circuits.

【0154】図12(C)はモバイルコンピュータ(モ
ービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部
2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表
示装置2205で構成される。本願発明は表示装置22
05やその他の信号制御回路に適用できる。
FIG. 12C shows a mobile computer (mobile computer), which comprises a main body 2201, a camera section 2202, an image receiving section 2203, operation switches 2204, and a display device 2205. The present invention relates to a display device 22.
05 and other signal control circuits.

【0155】図12(D)はゴーグル型ディスプレイで
あり、本体2301、表示装置2302、アーム部23
03で構成される。本発明は表示装置2302やその他
の信号制御回路に適用することができる。
FIG. 12D shows a goggle type display, which includes a main body 2301, a display device 2302, and an arm 23.
03. The present invention can be applied to the display device 2302 and other signal control circuits.

【0156】図12(E)はプログラムを記録した記録
媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであ
り、本体2401、表示装置2402、スピーカ部24
03、記録媒体2404、操作スイッチ2405で構成
される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Di
gital Versatile Disc)、CD等
を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネット
を行うことができる。本発明は表示装置2402やその
他の信号制御回路に適用することができる。
FIG. 12E shows a player that uses a recording medium (hereinafter, referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 2401, a display device 2402, and a speaker unit 24.
03, a recording medium 2404, and operation switches 2405. This device uses a DVD (Di) as a recording medium.
A digital versatile disc), a CD, and the like can be used for music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet. The present invention can be applied to the display device 2402 and other signal control circuits.

【0157】図12(F)はデジタルカメラであり、本
体2501、表示装置2502、接眼部2503、操作
スイッチ2504、受像部(図示しない)で構成され
る。本願発明を表示装置2502やその他の信号制御回
路に適用することができる。
FIG. 12F shows a digital camera, which comprises a main body 2501, a display device 2502, an eyepiece unit 2503, operation switches 2504, and an image receiving unit (not shown). The present invention can be applied to the display device 2502 and other signal control circuits.

【0158】図13(A)は携帯電話であり、本体30
01,音声出力部3003、音声入力部3003、表示
装置3004、操作スイッチ3005、アンテナ300
6で構成される。
FIG. 13A shows a mobile phone, and the main body 30 is provided.
01, audio output unit 3003, audio input unit 3003, display device 3004, operation switch 3005, antenna 300
6.

【0159】図13(B)は携帯書籍(電子書籍)であ
り、本体3101、表示装置3102、3103、記憶
媒体3104、操作スイッチ3105、アンテナ310
6で構成される。
FIG. 13B shows a portable book (electronic book), which includes a main body 3101, display devices 3102 and 3103, a storage medium 3104, operation switches 3105, and an antenna 310.
6.

【0160】図14(A)はフロント型プロジェクター
であり、表示装置2601、スクリーン2602で構成
される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適
用することができる。
FIG. 14A shows a front type projector, which comprises a display device 2601 and a screen 2602. The present invention can be applied to a display device and other signal control circuits.

【0161】図14(B)はリア型プロジェクターであ
り、本体2701、表示装置2702、ミラー270
3、スクリーン2704で構成される。本発明は表示装
置やその他の信号制御回路に適用することができる。
FIG. 14B shows a rear type projector, which includes a main body 2701, a display device 2702, and a mirror 270.
3. It is composed of a screen 2704. The present invention can be applied to a display device and other signal control circuits.

【0162】なお、図14(C)は、図14(A)及び
図14(B)中における表示装置2601、2702の
構造の一例を示した図である。表示装置2601、27
02は、光源光学系2801、ミラー2802、280
5〜2807、ダイクロイックミラー2803、280
4、光学レンズ2808、2809、2811、液晶表
示装置2810、投射光学系2812で構成される。投
射光学系2812は、投射レンズを備えた光学系で構成
される。本実施例は液晶表示装置2810を三つ使用す
る三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板
式であってもよい。また、図13(C)中において矢印
で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能
を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィル
ム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
FIG. 14C is a diagram showing an example of the structure of the display devices 2601 and 2702 in FIGS. 14A and 14B. Display devices 2601, 27
02 denotes a light source optical system 2801, mirrors 2802 and 280
5 to 2807, dichroic mirror 2803, 280
4. It is composed of optical lenses 2808, 2809, 2811, a liquid crystal display device 2810, and a projection optical system 2812. The projection optical system 2812 is configured by an optical system having a projection lens. In this embodiment, an example of a three-panel type using three liquid crystal display devices 2810 is shown; however, there is no particular limitation, and for example, a single-panel type may be used. Further, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarizing function, a film for adjusting a phase difference, and an IR film in an optical path indicated by an arrow in FIG. Good.

【0163】また、図13(D)は、図13(C)中に
おける光源光学系2801の構造の一例を示した図であ
る。本実施例では、光源光学系2801は、光源281
3、2814、合成プリズム2815、コリメータレン
ズ2816、2820、レンズアレイ2817、281
8、偏光変換素子2819で構成される。なお、図13
(D)に示した光源光学系は光源を2つ用いたが、光源
を3〜4つ、あるいはそれ以上用いてもよく、勿論、光
源を1つ用いてもよい。また、光源光学系に実施者が適
宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相
差を調節するフィルム、IRフィルム等を設けてもよ
い。
FIG. 13D is a diagram showing an example of the structure of the light source optical system 2801 in FIG. 13C. In this embodiment, the light source optical system 2801 includes the light source 281.
3, 2814, combining prism 2815, collimator lenses 2816, 2820, lens arrays 2817, 281
8. It is composed of a polarization conversion element 2819. Note that FIG.
Although the light source optical system shown in (D) uses two light sources, three to four or more light sources may be used, and of course, one light source may be used. Further, the practitioner may appropriately provide an optical lens, a film having a polarizing function, a film for adjusting a phase difference, an IR film, or the like to the light source optical system.

【0164】以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて
広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能で
ある。また、本実施例の電子機器は実施例1〜6のどの
ような組み合わせからなる構成を用いても実現すること
ができる。
As described above, the applicable range of the present invention is extremely wide, and the present invention can be applied to electronic devices in various fields. Further, the electronic apparatus according to the present embodiment can be realized by using any combination of the embodiments 1 to 6.

【0165】[0165]

【発明の効果】本発明により、半導体膜に対する線状レ
ーザービームによるレーザーアニールにおいて、得られ
る結晶性半導体膜の面内均質性を向上させることができ
る。特にレーザーアニールによって得られる結晶性半導
体膜を高い面内均質性を有するものとできる、非単結晶
半導体膜の膜厚の範囲を広げることができる。
According to the present invention, the in-plane homogeneity of the obtained crystalline semiconductor film can be improved in laser annealing of the semiconductor film with a linear laser beam. In particular, a crystalline semiconductor film obtained by laser annealing can have high in-plane homogeneity, and the range of the thickness of the non-single-crystal semiconductor film can be widened.

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

【図1】 線状レーザーによりレーザー結晶化された珪
素膜の写真。
FIG. 1 is a photograph of a silicon film laser-crystallized by a linear laser.

【図2】 従来の線状レーザービームを形成する光学
系。
FIG. 2 shows a conventional optical system for forming a linear laser beam.

【図3】 線状レーザービームの幅方向の断面のエネル
ギー分布を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an energy distribution of a cross section of a linear laser beam in a width direction.

【図4】 線状レーザービームの幅方向の断面のエネル
ギー分布を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an energy distribution of a cross section of a linear laser beam in a width direction.

【図5】 線状レーザービーム形成の為の光学系の一部
を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a part of an optical system for forming a linear laser beam.

【図6】 シリンドリカルレンズアレイの例を示す立体
図。
FIG. 6 is a three-dimensional view showing an example of a cylindrical lens array.

【図7】 シリンドリカルレンズアレイの例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an example of a cylindrical lens array.

【図8】 実施例におけるレーザー照射装置を示す図。FIG. 8 is a view showing a laser irradiation apparatus in the embodiment.

【図9】 実施例におけるレーザー照射装置の上面図。FIG. 9 is a top view of the laser irradiation apparatus according to the embodiment.

【図10】 実施例の工程を示す図。FIG. 10 is a view showing a step in the example.

【図11】 半導体装置(液晶表示装置)の構成を示す
図。
FIG. 11 illustrates a structure of a semiconductor device (a liquid crystal display device).

【図12】 半導体装置(電子機器)の例を示す図。FIG. 12 illustrates an example of a semiconductor device (electronic device).

【図13】 半導体装置(電子機器)の例を示す図。FIG. 13 illustrates an example of a semiconductor device (electronic device).

【図14】 半導体装置(電子機器)の例を示す図。FIG. 14 illustrates an example of a semiconductor device (electronic device).

【図15】 実施例のEL表示装置の例を示す図。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an EL display device according to an embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

201 レーザー発振装置 202 レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ
アレイ 203 レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ
アレイ 204 レーザー光を集光するためのシリンドリカルレ
ンズ 205 レーザー光を集光するためのシリンドリカルレ
ンズ 206 ミラー 207 線状ビームを集光するためのシリンドリカルレ
ンズ 501 シリンドリカルレンズアレイ 601 半シリンドリカルレンズ 602 シリンドリカルレンズ 603 シリンドリカルレンズ 604 シリンドリカルレンズ 605 シリンドリカルレンズ 606 半シリンドリカルレンズ 701 シリンドリカルレンズアレイ 702 シリンドリカルレンズアレイ 703 シリンドリカルレンズアレイ 704 シリンドリカルレンズアレイ 705 シリンドリカルレンズアレイ 801 光学系 802 基板 803 台 804 移動機構 901 基板搬送室 902 アライメント室 903 カセット 904 ロボットアーム 905 ロード/アンロード室 906 レーザー照射室 907 排気機構 908 ガスボンベ
Reference Signs List 201 Laser oscillation device 202 Cylindrical lens array for laser beam splitting 203 Cylindrical lens array for laser beam splitting 204 Cylindrical lens for condensing laser beam 205 Cylindrical lens for condensing laser beam 206 Mirror 207 line Cylindrical lens 501 for condensing the shaped beam 501 cylindrical lens array 601 semi-cylindrical lens 602 cylindrical lens 603 cylindrical lens 604 cylindrical lens 605 cylindrical lens 606 semi-cylindrical lens 701 cylindrical lens array 702 cylindrical lens array 703 cylindrical lens array 703 cylindrical lens array 705 cylindrical callen Array 801 Optical system 802 Substrate 803 unit 804 Moving mechanism 901 Substrate transfer chamber 902 Alignment chamber 903 Cassette 904 Robot arm 905 Load / unload chamber 906 Laser irradiation chamber 907 Exhaust mechanism 908 Gas cylinder

Claims (35)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 線状のレーザービームをビーム幅方向に
走査しながら照射するレーザー照射装置であって、 前記レーザービームは、照射面において第1のビーム幅
において第1のエネルギー密度を、第2のビーム幅にお
いて第2のエネルギー密度を有し、 前記第2のエネルギー密度は前記第1のエネルギー密度
より高いことを特徴とするレーザー照射装置。
1. A laser irradiation apparatus for irradiating a linear laser beam while scanning in a beam width direction, wherein the laser beam has a first energy density at a first beam width and a second energy density at a first beam width on an irradiation surface. A laser irradiation apparatus having a second energy density at a beam width of, wherein the second energy density is higher than the first energy density.
【請求項2】 請求項1において、第1のビーム幅と第
2のビーム幅は等しいことを特徴とするレーザー照射装
置。
2. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the first beam width and the second beam width are equal.
【請求項3】 請求項1又は請求項2において、走査
は、レーザービームの第1のエネルギー密度を有する側
からすることを特徴とするレーザー照射装置。
3. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the scanning is performed from the side having the first energy density of the laser beam.
【請求項4】 請求項1又は請求項2において、走査
は、レーザービームの第2のエネルギー密度を有する側
からすることを特徴とするレーザー照射装置。
4. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the scanning is performed from a side having a second energy density of the laser beam.
【請求項5】 請求項1又は請求項2において、レーザ
ービームは第1のエネルギー密度を有する側から走査し
た後、第2のエネルギー密度を有する側から走査するこ
とを特徴とするレーザー照射装置。
5. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the laser beam scans from a side having a first energy density and then scans from a side having a second energy density.
【請求項6】 請求項1又は請求項2において、レーザ
ービームは第2のエネルギー密度を有する側から走査し
た後、第1のエネルギー密度を有する側から走査するこ
とを特徴とするレーザー照射装置。
6. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the laser beam scans from a side having the second energy density and then scans from a side having the first energy density.
【請求項7】 請求項1ないし請求項6のいずれか1項
において、第1のエネルギー密度と第2のエネルギー密
度との差は、第1のエネルギー密度の4%〜30%であ
ることを特徴とするレーザー照射装置。
7. The method according to claim 1, wherein a difference between the first energy density and the second energy density is 4% to 30% of the first energy density. Characterized laser irradiation equipment.
【請求項8】 請求項1ないし請求項7のいずれか1項
において、照射は、He、Ar、N2のいずれかもしくはそれ
らの混合気体の雰囲気で行われることを特徴とするレー
ザー照射装置。
8. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the irradiation is performed in an atmosphere of any one of He, Ar, and N 2 or a mixed gas thereof.
【請求項9】 レーザービームを分割する役割を果たす
光学レンズと、前記光学レンズによって分割されたレー
ザービームを合成する光学系とを有し、 前記光学レンズは、シリンドリカルレンズと半シリンド
リカルレンズとを有することを特徴とするビームホモジ
ェナイザー。
9. An optical lens for splitting a laser beam, and an optical system for synthesizing the laser beam split by the optical lens, wherein the optical lens includes a cylindrical lens and a semi-cylindrical lens. A beam homogenizer characterized in that:
【請求項10】 請求項9において、半シリンドリカル
レンズは、シリンドリカルレンズを長さ方向の断面形状
が長方形になるように2つの合同な立体に分けた一方の
形状を有していることを特徴とするビームホモジェナイ
ザー。
10. The semi-cylindrical lens according to claim 9, wherein the semi-cylindrical lens has one shape obtained by dividing the cylindrical lens into two congruent three-dimensional bodies so that the cross-sectional shape in the length direction is rectangular. Beam homogenizer.
【請求項11】 請求項9又は10記載の光学レンズを
構成する半シリンドリカルレンズは複数個あることを特
徴とするビームホモジェナイザー。
11. A beam homogenizer comprising a plurality of semi-cylindrical lenses constituting the optical lens according to claim 9.
【請求項12】 請求項9ないし請求項11のいずれか
1項に記載のビームホモジェナイザーを有するレーザー
照射装置。
12. A laser irradiation apparatus having the beam homogenizer according to claim 9.
【請求項13】 請求項1ないし請求項8のいずれか1
項または、請求項12記載のレーザー照射装置におい
て、レーザービームは周波数100Hz以上のパルスレ
ーザーであることを特徴とするレーザー照射装置。
13. The method according to claim 1, wherein:
13. The laser irradiation apparatus according to claim 12, wherein the laser beam is a pulse laser having a frequency of 100 Hz or more.
【請求項14】 線状のレーザービームをビーム幅方向
に走査しながら照射するレーザー照射方法であって、 照射面における前記レーザービームは、第1のビーム幅
において第1のエネルギー密度を、第2のビーム幅にお
いて第2のエネルギー密度を有し、 第2のエネルギー密度は第1のエネルギー密度より高い
ことを特徴とするレーザー照射方法。
14. A laser irradiation method for irradiating a linear laser beam while scanning in a beam width direction, wherein the laser beam on an irradiation surface has a first energy density at a first beam width and a second energy density at a second beam width. Having a second energy density at a beam width of, wherein the second energy density is higher than the first energy density.
【請求項15】 請求項14において、第1のビーム幅
と第2のビーム幅は等しいことを特徴とするレーザー照
射方法。
15. The laser irradiation method according to claim 14, wherein the first beam width and the second beam width are equal.
【請求項16】 請求項14又は請求項15において、
走査は、レーザービームの第1のエネルギー密度を有す
る側からすることを特徴とするレーザー照射方法。
16. The method according to claim 14, wherein
The laser irradiation method, wherein the scanning is performed from the side having the first energy density of the laser beam.
【請求項17】 請求項14又は請求項15において、
走査は、レーザービームの第2のエネルギー密度を有す
る側からすることを特徴とするレーザー照射方法。
17. The method according to claim 14, wherein
The laser irradiation method, wherein the scanning is performed from the side having the second energy density of the laser beam.
【請求項18】 請求項14又は請求項15において、
レーザービームは第1のエネルギー密度を有する側から
走査した後、第2のエネルギー密度を有する側から走査
することを特徴とするレーザー照射方法。
18. The method according to claim 14, wherein
A laser irradiation method, wherein a laser beam scans from a side having a first energy density and then scans from a side having a second energy density.
【請求項19】 請求項14又は請求項15において、
レーザービームは第2のエネルギー密度を有する側から
走査した後、第1のエネルギー密度を有する側から走査
することを特徴とするレーザー照射方法。
19. The method according to claim 14, wherein
A laser irradiation method, wherein a laser beam scans from a side having a second energy density and then scans from a side having a first energy density.
【請求項20】 請求項14ないし請求項19のいずれ
か1項において、第1のエネルギー密度と第2のエネル
ギー密度との差は、第1のエネルギー密度の4%〜30
%であることを特徴とするレーザー照射方法。
20. The method according to claim 14, wherein a difference between the first energy density and the second energy density is 4% to 30% of the first energy density.
% Laser irradiation method.
【請求項21】 請求項14ないし請求項19のいずれ
か1項において、照射は、He、Ar、N2のいずれかもしく
はそれらの混合気体の雰囲気で行われることを特徴とす
るレーザー照射方法。
21. The laser irradiation method according to claim 14, wherein the irradiation is performed in an atmosphere of any one of He, Ar, and N 2 or a mixed gas thereof.
【請求項22】 結晶性半導体膜を有する半導体装置で
あって、 前記結晶性半導体膜は、第1のビーム幅において第1の
エネルギー密度と、第2のビーム幅において前記第1の
エネルギー密度より高い第2のエネルギー密度を、照射
面において有する線状レーザービームが、そのビーム幅
方向に走査しつつ照射されたものであることを特徴とす
る半導体装置。
22. A semiconductor device having a crystalline semiconductor film, wherein the crystalline semiconductor film has a first energy density at a first beam width and a first energy density at a second beam width. A semiconductor device, wherein a linear laser beam having a high second energy density on an irradiation surface is irradiated while scanning in a beam width direction.
【請求項23】 請求項22において、半導体装置は、
前記結晶性半導体を活性層とした薄膜トランジスタであ
ることを特徴とする半導体装置。
23. The semiconductor device according to claim 22,
A semiconductor device comprising a thin film transistor using the crystalline semiconductor as an active layer.
【請求項24】 請求項23において、前記結晶性半導
体膜の膜厚は、25nm〜75nmであることを特徴と
する半導体装置。
24. The semiconductor device according to claim 23, wherein the thickness of the crystalline semiconductor film is 25 nm to 75 nm.
【請求項25】 基板上の非単結晶半導体膜に対し、線
状のレーザービームをそのビーム幅方向に走査しながら
照射して結晶性半導体膜を得る工程と、 前記結晶性半導体膜を用いて半導体装置を作製する工程
とを有し、 前記線状のレーザービームは、第1のビーム幅において
第1のエネルギー密度と、第2のビーム幅において第2
のエネルギー密度を照射面において有し、 第2のエネルギー密度は第1のエネルギー密度より高い
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
25. A step of irradiating a non-single-crystal semiconductor film on a substrate with a linear laser beam while scanning in a beam width direction thereof to obtain a crystalline semiconductor film, and using the crystalline semiconductor film. Manufacturing a semiconductor device, wherein the linear laser beam has a first energy density at a first beam width and a second energy density at a second beam width.
A second energy density is higher than the first energy density.
【請求項26】 請求項25において、第1のビーム幅
と第2のビーム幅は等しいことを特徴とする半導体装置
の作製方法。
26. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 25, wherein the first beam width is equal to the second beam width.
【請求項27】 請求項25又は請求項26において、
走査は、レーザービームの第1のエネルギー密度を有す
る側からすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
27. In claim 25 or claim 26,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein scanning is performed from a side having a first energy density of a laser beam.
【請求項28】 請求項25又は請求項26において、
走査は、レーザービームの第2のエネルギー密度を有す
る側からすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
28. The method according to claim 25, wherein
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the scanning is performed from a side having a second energy density of the laser beam.
【請求項29】 請求項25又は請求項26において、
前記非単結晶半導体膜を第1のエネルギー密度を有する
側から走査してアニールし結晶性半導体膜とした後、該
結晶性半導体膜を第2のエネルギー密度を有する側から
走査してアニールすることを特徴とする半導体装置の作
製方法。
29. The method according to claim 25 or 26,
Scanning the non-single-crystal semiconductor film from the side having the first energy density to anneal it into a crystalline semiconductor film, and then scanning and annealing the crystalline semiconductor film from the side having the second energy density. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項30】 請求項25又は請求項26において、
前記非単結晶半導体膜を第2のエネルギー密度を有する
側から走査してアニールし結晶性半導体膜とした後、該
結晶性半導体膜を第1のエネルギー密度を有する側から
走査してアニールすることを特徴とする半導体装置の作
製方法。
30. In claim 25 or claim 26,
After the non-single-crystal semiconductor film is scanned and annealed from the side having the second energy density to obtain a crystalline semiconductor film, the crystalline semiconductor film is annealed by scanning from the side having the first energy density. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項31】 請求項25ないし請求項30のいずれ
か1項において、前記第1のエネルギー密度と第2のエ
ネルギー密度との差は、第1のエネルギー密度の4%〜
30%であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
31. The method according to claim 25, wherein the difference between the first energy density and the second energy density is 4% of the first energy density.
30. A method for manufacturing a semiconductor device, which is 30%.
【請求項32】 請求項25ないし請求項31のいずれ
か1項において、照射は、He、Ar、N2、空気のいずれか
もしくはそれらの混合気体の雰囲気で行われることを特
徴とする半導体装置の作製方法。
32. The semiconductor device according to claim 25, wherein the irradiation is performed in an atmosphere of any one of He, Ar, N 2 , air, or a mixed gas thereof. Method of manufacturing.
【請求項33】 請求項25ないし請求項31のいずれ
か1項において、照射は、He雰囲気で行われることを特
徴とする半導体装置の作製方法。
33. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 25, wherein the irradiation is performed in a He atmosphere.
【請求項34】 請求項25ないし請求項32のいずれ
か1項において、レーザービームは周波数100Hz以
上のパルスレーザーであることを特徴とする半導体装置
の作製方法。
34. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 25, wherein the laser beam is a pulsed laser having a frequency of 100 Hz or higher.
【請求項35】 請求項25ないし請求項34のいずれ
か1項において、非単結晶半導体膜は非晶質珪素膜に結
晶化を促進する元素を添加して結晶化された結晶性珪素
膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
35. The non-single-crystal semiconductor film according to any one of claims 25 to 34, wherein the non-single-crystal semiconductor film is a crystalline silicon film crystallized by adding an element which promotes crystallization to an amorphous silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of:
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