JP2001144015A - Laser equipment and laser annealing method - Google Patents

Laser equipment and laser annealing method

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JP2001144015A
JP2001144015A JP2000243194A JP2000243194A JP2001144015A JP 2001144015 A JP2001144015 A JP 2001144015A JP 2000243194 A JP2000243194 A JP 2000243194A JP 2000243194 A JP2000243194 A JP 2000243194A JP 2001144015 A JP2001144015 A JP 2001144015A
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健司 笠原
Ritsuko Kawasaki
律子 河崎
Hisashi Otani
久 大谷
Koichiro Tanaka
幸一郎 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser annealing method for obtaining a crystalline semiconductor film wherein crystal grain diameter is large. SOLUTION: When an amorphous semiconductor film is crystallized by irradiation of a laser light, the laser light is cast on the surface and the back of the amorphous semiconductor film. In this case, relation of 0 Io'/Io<1 or,1 Io'/Io is maintained in the ratio (Io/Io) between effective energy intensity (Io) of a laser light cast on the surface and effective energy intensity (Io) of a laser light cast on the back.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はレーザー光を用いた
半導体膜のアニール(以下、レーザーアニールという)
の方法及びそれを行うためのレーザー装置(レーザーと
該レーザーから出力されるレーザー光を被処理体まで導
くための光学系を含む装置)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to annealing of a semiconductor film using laser light (hereinafter referred to as laser annealing).
And a laser apparatus (an apparatus including a laser and an optical system for guiding laser light output from the laser to an object to be processed).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、薄膜トランジスタ(以下、TFT
という)の開発が進められ、結晶質半導体膜として多結
晶シリコン膜(ポリシリコン膜)を用いたTFTが注目
されている。特に、液晶表示装置(液晶ディスプレイ)
やEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置(ELデ
ィスプレイ)においては、画素をスイッチングする素子
やその画素を制御するための駆動回路を形成する素子と
して用いられる。
2. Description of the Related Art In recent years, thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) have been developed.
Has been developed, and a TFT using a polycrystalline silicon film (polysilicon film) as a crystalline semiconductor film has attracted attention. In particular, liquid crystal displays (liquid crystal displays)
And EL (electroluminescence) display devices (EL displays) are used as elements for switching pixels and elements for forming a drive circuit for controlling the pixels.

【0003】ポリシリコン膜を得る手段としては、非晶
質シリコン膜(アモルファスシリコン膜)を結晶化させ
てポリシリコン膜とする技術が一般的である。特に、最
近ではレーザー光を用いてアモルファスシリコン膜を結
晶化する方法が注目されている。本明細書中では、非晶
質半導体膜をレーザー光で結晶化し、結晶質半導体膜を
得る手段をレーザー結晶化という。
As a means for obtaining a polysilicon film, a technique of crystallizing an amorphous silicon film (amorphous silicon film) into a polysilicon film is generally used. In particular, recently, a method of crystallizing an amorphous silicon film using laser light has attracted attention. In this specification, means for crystallizing an amorphous semiconductor film with laser light to obtain a crystalline semiconductor film is called laser crystallization.

【0004】レーザー結晶化は、半導体膜の瞬間的な加
熱が可能であり、ガラス基板やプラスチック基板等の耐
熱性の低い基板上に形成された半導体膜のアニール手段
として有効な技術である。また、従来の電熱炉を用いた
加熱手段(以下、ファーネスアニールという)に比べて
格段にスループットが高い。
[0004] Laser crystallization is a technique capable of instantaneously heating a semiconductor film and effective as an annealing means for a semiconductor film formed on a substrate having low heat resistance such as a glass substrate or a plastic substrate. Further, the throughput is much higher than that of a heating means using a conventional electric furnace (hereinafter, referred to as furnace annealing).

【0005】レーザー光にも様々な種類があるが、一般
的にはパルス発振型のエキシマレーザーを発振源とする
レーザー光(以下、エキシマレーザー光という)を用い
たレーザー結晶化が用いられている。エキシマレーザー
は出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であ
るという利点を有し、さらにエキシマレーザー光はシリ
コン膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。
There are various types of laser light, and generally, laser crystallization using laser light (hereinafter referred to as excimer laser light) using a pulse oscillation type excimer laser as an oscillation source is used. . An excimer laser has an advantage that it has a large output and can be repeatedly irradiated at a high frequency, and has an advantage that an excimer laser beam has a high absorption coefficient with respect to a silicon film.

【0006】現在、最も注目されている問題はレーザー
光で結晶化された結晶質半導体膜の結晶粒径を如何に大
きくするかである。当然のことながら、一つの結晶粒
(グレインともいう)が大きくなれば、TFTの特にチ
ャネル形成領域を横切る結晶粒界の数が減る。そのた
め、電界効果移動度やしきい値電圧といったTFTの代
表的な電気特性のばらつきを改善することが可能とな
る。
At present, the most noticeable problem is how to increase the crystal grain size of a crystalline semiconductor film crystallized by laser light. As a matter of course, as one crystal grain (also referred to as a grain) becomes larger, the number of crystal grain boundaries that traverse the TFT, particularly, the channel formation region decreases. Therefore, it is possible to improve variations in typical electric characteristics of the TFT such as the field-effect mobility and the threshold voltage.

【0007】また、各結晶粒の内部は、比較的きれいな
結晶性を維持しており、上述のTFTの諸特性を向上さ
せるためには、一つの結晶粒の内部に完全にチャネル形
成領域が収まるようにしてTFTを形成することが望ま
しい。
Further, the inside of each crystal grain maintains relatively clean crystallinity, and in order to improve the above-mentioned various characteristics of the TFT, the channel forming region is completely contained within one crystal grain. It is desirable to form a TFT in such a manner.

【0008】しかしながら、現在の技術では結晶粒径の
十分に大きな結晶質半導体膜を得ることは困難であり、
実験的に得られたという報告はあるものの、実用化レベ
ルには達していないのが現状である。
However, it is difficult to obtain a crystalline semiconductor film having a sufficiently large crystal grain size with the current technology.
Although there are reports that they were obtained experimentally, they have not yet reached the level of practical use.

【0009】実験的には「"High-Mobility Poly-Si Thi
n-Film Transistors Fabricated bya Novel Excimer La
ser Crystallization Method", K.Shimizu, O.Sugiura
andM.Matumura, IEEE Transactions on Electron Devic
es vol.40, No.1, pp112-117,1993」に示されるような
結果が得られている。同文献は、基板上にSi/SiO
2/n+Siの3層構造を形成し、エキシマレーザー光を
Si側とn+Si側の両方向から照射している。そし
て、このような構成により結晶粒径を大きくできる旨が
示されている。
Experimentally, "" High-Mobility Poly-Si Thi
n-Film Transistors Fabricated bya Novel Excimer La
ser Crystallization Method ", K.Shimizu, O.Sugiura
andM.Matumura, IEEE Transactions on Electron Devic
es vol.40, No.1, pp112-117, 1993 ”. This reference discloses that Si / SiO
A three-layer structure of 2 / n + Si is formed, and excimer laser light is irradiated from both directions of the Si side and the n + Si side. It is shown that such a configuration can increase the crystal grain size.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するための技術であり、結晶粒径の大きい結晶質
半導体膜を得るためのレーザーアニール方法及びそのレ
ーザーアニール方法に用いるレーザー装置を提供するこ
とを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to solving the above-mentioned problems, and is directed to a laser annealing method for obtaining a crystalline semiconductor film having a large crystal grain size and a laser apparatus used for the laser annealing method. The task is to provide

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、非晶質
半導体膜を結晶化するにあたって、レーザー光を非晶質
半導体膜の表面(上に薄膜が重ねられていく面)及び裏
面(表面とは反対側の面)に同時に照射し、且つ、その
表面に照射されたレーザー光(以下、第一次レーザー光
という)の実効エネルギー強度と裏面に照射されるレー
ザー光(以下、第二次レーザー光という)の実効エネル
ギー強度とを異なるものとする点にある。
SUMMARY OF THE INVENTION The gist of the present invention is that when crystallizing an amorphous semiconductor film, a laser beam is applied to the surface of the amorphous semiconductor film (the surface on which the thin film is superposed) and the back surface ( And the effective energy intensity of the laser light (hereinafter referred to as primary laser light) applied to the front surface and the laser light applied to the back surface (hereinafter referred to as second laser light). (Referred to as secondary laser light).

【0012】即ち、第一次レーザー光の実効エネルギー
強度を(I0)とし、第二次レーザー光の実効エネルギ
ー強度を(I0')とした時、実効エネルギー強度比(I
0'/I0)に「0<I0'/I0<1」または「1<I0'/
0」の関係が成り立つようにレーザー光を照射するこ
とを特徴とする。勿論、I0・I0'≠0である。
That is, when the effective energy intensity of the primary laser light is (I 0 ) and the effective energy intensity of the secondary laser light is (I 0 ′), the effective energy intensity ratio (I 0 )
0 ′ / I 0 ) to “0 <I 0 ′ / I 0 <1” or “1 <I 0 ′ /
It is characterized by irradiating a laser beam so that the relationship of “I 0 ” is satisfied. Of course, I 0 · I 0 ′ ≠ 0.

【0013】なお、本明細書中において、「実効エネル
ギー強度」とはレーザー光が非晶質半導体膜の表面また
は裏面に達した時に有するエネルギー強度であり、反射
等によるエネルギー損失を考慮したエネルギー強度(こ
こでは、単位は密度:mJ/cm2で表す)と定義す
る。測定することはできないが、レーザー光の経路に存
在する媒質が判れば反射率や透過率の計算から求めるこ
とができる。
In this specification, the term “effective energy intensity” refers to the energy intensity of a laser beam when it reaches the front or back surface of the amorphous semiconductor film, and is an energy intensity in consideration of energy loss due to reflection or the like. Here, the unit is defined as density: mJ / cm 2 . Although it cannot be measured, it can be obtained from the calculation of reflectance and transmittance if the medium existing in the path of the laser beam is known.

【0014】例えば、図6に示す構造に本発明を実施し
た場合について、実効エネルギー強度の具体的な算出方
法を説明する。図6において、601はアルミニウムで
なる反射体、602はコーニング社#1737基板(厚
さ0.7mm)、603は200nm厚の窒化酸化シリ
コン膜(以下、SiON膜という)、604は55nm
厚のアモルファスシリコン膜である。このような試料に
対して空気中で、波長308nmのXeClエキシマレ
ーザー光を照射する場合を例にとる。
For example, a specific method of calculating the effective energy intensity when the present invention is applied to the structure shown in FIG. 6 will be described. In FIG. 6, 601 is a reflector made of aluminum, 602 is a Corning # 1737 substrate (0.7 mm thick), 603 is a 200-nm-thick silicon nitride oxide film (hereinafter referred to as SiON film), and 604 is 55 nm
It is a thick amorphous silicon film. A case where such a sample is irradiated with XeCl excimer laser light having a wavelength of 308 nm in the air will be taken as an example.

【0015】アモルファスシリコン膜604に到達する
直前のレーザー光(波長308nm)のエネルギー強度
を(Ia)とする。このとき、第一次レーザー光の実効
エネルギー強度(I0)は、アモルファスシリコン膜の
表面におけるレーザー光の反射を考慮して、I0=I
a(1−RSi)で表される。但し、RSiはレーザー光の
反射率である。この場合、計算ではI0=0.45Ia
なる。
The energy intensity of the laser light (wavelength 308 nm) immediately before reaching the amorphous silicon film 604 is defined as (I a ). At this time, the effective energy intensity (I 0 ) of the primary laser light is given by I 0 = I 0 in consideration of the reflection of the laser light on the surface of the amorphous silicon film.
a is represented by (1−R Si ). Here, R Si is the reflectance of the laser beam. In this case, the I 0 = 0.45I a in the calculation.

【0016】また、第二次レーザー光の実効エネルギー
強度(I0')は、I0'=Ia1737Al1737(1−R
SiON-Si)で表される。但し、T1737は#1737基板
の透過率、RAlはアルミニウム表面での反射率、R
SiON-SiはSiON膜中からアモルファスシリコン膜へ
入射する際の反射率である。なお、空気中からSiON
膜へ入射する際の反射率、SiON膜中の透過率、Si
ON膜中から#1737基板へ入射する際の反射率及び
#1737基板中からSiON膜へ入射する際の反射率
は、実験的に無視しうることが判明したので計算に含め
なかった。この場合、計算ではI0'=0.13Iaとな
る。
The effective energy intensity (I 0 ′) of the secondary laser light is I 0 ′ = I a T 1737 R Al T 1737 (1-R
SiON-Si ). Here, T 1737 is the transmittance of the # 1737 substrate, R Al is the reflectance on the aluminum surface, R
SiON-Si is the reflectivity when entering the amorphous silicon film from inside the SiON film. In addition, SiON
Reflectance when entering the film, transmittance in SiON film, Si
The reflectivity when entering the # 1737 substrate from inside the ON film and the reflectivity when entering the SiON film from inside the # 1737 substrate were not included in the calculation because it was experimentally found to be negligible. In this case, the I 0 '= 0.13I a in the calculation.

【0017】従って、図6の構造の場合、第一次レーザ
ー光の実効エネルギー強度(I0)は0.45Ia、第二
次レーザー光の実効エネルギー強度(I0')は0.13
aと求められる。即ち、実効エネルギー強度比(I0'
/I0)は0.29である。以上のようにして求められ
る実効エネルギー強度比が、0<I0'/I0<1を満た
すという点が本発明の特徴の一つである。
Accordingly, in the case of the structure shown in FIG. 6, the effective energy intensity (I 0 ) of the primary laser light is 0.45I a , and the effective energy intensity (I 0 ′) of the secondary laser light is 0.13.
Obtained as I a. That is, the effective energy intensity ratio (I 0
/ I 0 ) is 0.29. One of the features of the present invention is that the effective energy intensity ratio obtained as described above satisfies 0 <I 0 ′ / I 0 <1.

【0018】また、第一次レーザー光の強度が第二次レ
ーザー光の強度よりも小さい場合においても本発明は成
り立つ。即ち、実効エネルギー強度比が1<I0'/I0
を満たす場合においても本発明が成り立つ。
Further, the present invention can be realized even when the intensity of the primary laser light is smaller than the intensity of the secondary laser light. That is, the effective energy intensity ratio is 1 <I 0 ′ / I 0
The present invention is also satisfied when the condition is satisfied.

【0019】第一次レーザー光と第二次レーザー光の実
効エネルギー強度を異なるものとするためには、以下の
方法が挙げられる。 1)基板の下に設けた反射体を用いて非晶質半導体膜の
表面及び裏面にレーザー光を照射する際に、反射体の反
射率を調節することで第二次レーザー光の実効エネルギ
ー強度を減衰させ、相対的に第一次レーザー光の実効エ
ネルギー強度よりも小さくする方法。 2)第一次レーザー光を途中で分割して第二次レーザー
光を形成し、第一次レーザー光の実効エネルギー強度も
しくは第二次レーザー光の実効エネルギー強度をフィル
ター(バリアブルアッテネータ等)で減衰させ、相対的
に両者の実効エネルギー強度を異なるものとする方法。 3)非晶質半導体膜を形成する基板の材質によって、第
二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させ、相対
的に第一次レーザー光の実効エネルギー強度よりも小さ
くする方法。 4)基板と非晶質半導体膜の間に絶縁膜を挟み、第二次
レーザー光の実効エネルギー強度をその絶縁膜で減衰さ
せ、相対的に第一次レーザー光の実効エネルギー強度よ
りも小さくする方法。 5)非晶質半導体膜の表面を絶縁膜で覆っておき、非晶
質半導体膜の表面における第一次レーザー光の反射率を
小さくすることで、第一次レーザー光の実効エネルギー
強度を相対的に第二次レーザー光の実効エネルギー強度
よりも大きくなるようにする方法。 6)非晶質半導体膜を絶縁膜で覆っておき、第一次レー
ザー光の実効エネルギーをその絶縁膜で減衰させ、相対
的に第二次レーザー光の実効エネルギーよりも小さくな
るようにする方法。 7)第一次レーザー光と第二次レーザー光をそれぞれ別
のレーザーを発振源として形成し、両者の実効エネルギ
ー強度を異なるものとする方法。
In order to make the effective energy intensities of the primary laser light and the secondary laser light different, the following method can be used. 1) When irradiating laser light to the front and back surfaces of the amorphous semiconductor film using a reflector provided below the substrate, the effective energy intensity of the secondary laser light is adjusted by adjusting the reflectance of the reflector. Attenuating the laser beam so that it is relatively smaller than the effective energy intensity of the primary laser beam. 2) The primary laser light is split in the middle to form a secondary laser light, and the effective energy intensity of the primary laser light or the secondary laser light is attenuated by a filter (variable attenuator, etc.). And making the effective energy intensities of the two relatively different. 3) A method in which the effective energy intensity of the secondary laser light is attenuated depending on the material of the substrate on which the amorphous semiconductor film is formed, and is relatively smaller than the effective energy intensity of the primary laser light. 4) An insulating film is interposed between the substrate and the amorphous semiconductor film, and the effective energy intensity of the secondary laser light is attenuated by the insulating film so as to be relatively smaller than the effective energy intensity of the primary laser light. Method. 5) By covering the surface of the amorphous semiconductor film with an insulating film and reducing the reflectance of the primary laser light on the surface of the amorphous semiconductor film, the effective energy intensity of the primary laser light is relatively reduced. Method to make the effective energy intensity of the secondary laser light larger than the effective energy intensity. 6) A method in which the amorphous semiconductor film is covered with an insulating film, and the effective energy of the primary laser light is attenuated by the insulating film so as to be relatively smaller than the effective energy of the secondary laser light. . 7) A method in which the primary laser light and the secondary laser light are formed using different lasers as oscillation sources, and the effective energy intensities thereof are different.

【0020】また、本発明はレーザーの種類によるもの
ではなく、一般的に知られるエキシマレーザー(代表的
にはKrFレーザーもしくはXeClレーザー)、固体
レーザー(代表的にはNd:YAGレーザーもしくはル
ビーレーザー)、ガスレーザー(代表的にはアルゴンレ
ーザーもしくはヘリウム・ネオンレーザー)、金属蒸気
レーザー(代表的には銅蒸気レーザーもしくはヘリウム
・カドミウムレーザー)または半導体レーザーを用いる
ことができる。
The present invention does not depend on the type of laser, but generally known excimer laser (typically, KrF laser or XeCl laser), solid laser (typically, Nd: YAG laser or ruby laser). A gas laser (typically, an argon laser or a helium-neon laser), a metal vapor laser (typically, a copper vapor laser or a helium-cadmium laser), or a semiconductor laser can be used.

【0021】なお、Nd:YAGレーザーのように基本
波(第1高調波:波長1064nm)の波長が長いレー
ザー光を用いる場合は、第2高調波、第3高調波もしく
は第4高調波を用いるのが好ましい。これらの高調波は
非線形結晶(非線形素子)を用いて得ることができる。
また、公知のQスイッチ方式を用いても良い。
When a laser beam having a long fundamental wave (first harmonic: wavelength 1064 nm), such as an Nd: YAG laser, is used, the second, third, or fourth harmonic is used. Is preferred. These harmonics can be obtained using a non-linear crystal (non-linear element).
Further, a known Q-switch method may be used.

【0022】〔発明に至るまでの経緯〕ここで、本出願
人が本発明に想到した経緯について、実験結果に基づい
て説明する。図7に示すSEM(Scanning Electron Mi
croscopy)写真はレーザー結晶化により形成したポリシ
リコン膜にセコ・エッチングを施した後の写真である。
セコ・エッチング技術に関する詳細は、「F.Secco d' A
ragona:"Dislocation Etch for (100) Planes in Silic
on".J.Electrochem.soc.Vol.119.No.7.pp.948-950(197
2)」を参考にすれば良い。
[Circumstances leading up to the invention] Here, the background that the present applicant came to the present invention will be described based on experimental results. SEM (Scanning Electron Mi) shown in FIG.
The croscopy photograph is a photograph after the polysilicon film formed by laser crystallization is subjected to Secco etching.
For more information on Seco etching technology, see "F.Secco d'A
ragona: "Dislocation Etch for (100) Planes in Silic
on ".J.Electrochem.soc.Vol.119.No.7.pp.948-950 (197
2) ”.

【0023】どちらもコーニング社製#1737基板
(厚さ0.7mm)の上に酸化シリコン膜(厚さ200
nm)を介してアモルファスシリコン膜(厚さ55n
m)を形成し、エキシマレーザー光を照射して得てい
る。なお、この実験で用いたエキシマレーザー光は、励
起ガスとしてXeClガスを用いた波長308nmのパ
ルスレーザー光であり、パルス幅は30ns、ショット
数は20ショット、エネルギー密度は370mJ/cm
2とした。
In both cases, a silicon oxide film (thickness: 200 mm) was placed on a Corning # 1737 substrate (thickness: 0.7 mm).
nm) through an amorphous silicon film (thickness 55n).
m) is formed, and is obtained by irradiating an excimer laser beam. The excimer laser light used in this experiment was a pulse laser light having a wavelength of 308 nm using XeCl gas as an excitation gas, a pulse width was 30 ns, the number of shots was 20, and the energy density was 370 mJ / cm.
And 2 .

【0024】図7(A)はアモルファスシリコン膜の表
面のみにレーザー光を照射して得たポリシリコン膜(平
均結晶粒径は約0.3μm)であり、図7(B)はアモ
ルファスシリコン膜の表面及び裏面にレーザー光を照射
して得たポリシリコン膜(平均結晶粒径は約1.5μ
m)である。これによればアモルファスシリコン膜の表
面及び裏面にレーザー光を照射して得たポリシリコン膜
の方が結晶粒径は約5倍も大きく、両面からの照射が非
常に効果的であることが確認された。
FIG. 7A shows a polysilicon film (average crystal grain diameter is about 0.3 μm) obtained by irradiating laser light only to the surface of the amorphous silicon film, and FIG. 7B shows the amorphous silicon film. A polysilicon film obtained by irradiating a laser beam to the front and back surfaces of the semiconductor device (the average crystal grain size is about 1.5 μm)
m). According to this, the polysilicon film obtained by irradiating the laser light to the front and back surfaces of the amorphous silicon film has a crystal grain size about 5 times larger than that of the amorphous silicon film, and it has been confirmed that irradiation from both surfaces is very effective. Was done.

【0025】なお、本明細書中において、平均結晶粒径
の定義は特願平10−020566号出願の明細書中に
おける「結晶粒領域の平均径の定義」に準ずるものとす
る。
In this specification, the definition of the average crystal grain size is in accordance with the definition of the average diameter of the crystal grain region in the specification of Japanese Patent Application No. 10-020566.

【0026】以上のように、非晶質半導体膜の表面及び
裏面にレーザー光を照射することで結晶粒径を大きくで
きることが確認された。なお、従来例で示した文献中の
実験は、結晶化させようとする半導体膜の裏面に直接レ
ーザー光は照射されず、n+Siの余熱を利用して蓄熱
効果を狙っており、本出願人が行った実験とは全く構成
が異なっている。
As described above, it has been confirmed that the crystal grain size can be increased by irradiating the front and back surfaces of the amorphous semiconductor film with laser light. In the experiments in the literature described in the conventional example, the back surface of the semiconductor film to be crystallized is not directly irradiated with the laser beam, but aims at the heat storage effect using the residual heat of n + Si. The configuration is completely different from the experiment performed by humans.

【0027】次に、本出願人は、ガラス基板の代わりに
石英基板を用いて同様の実験(但し、レーザー光のエネ
ルギー密度は200mJ/cm2とした。)を行った。
その結果、図8に示すような結果(セコ・エッチング後
のSEM写真)が得られた。
Next, the present applicant conducted a similar experiment using a quartz substrate instead of a glass substrate (provided that the energy density of the laser beam was 200 mJ / cm 2 ).
As a result, the result as shown in FIG. 8 (SEM photograph after Seco etching) was obtained.

【0028】図8(A)はアモルファスシリコン膜の表
面のみにレーザー光を照射して得られたポリシリコン膜
であり、図8(B)はアモルファスシリコン膜の表面及
び裏面にレーザー光を照射して得られたポリシリコン膜
である。これによれば基板として石英基板を用いた場
合、平均結晶粒径はせいぜい0.4〜0.5μm程度で
あり、図7(B)に示したような大粒径化は確認できな
かった。また、基板の片面から照射しても両面から照射
しても結晶粒径に差は見られなかった。即ち、前述と同
様に、非晶質半導体膜の表面及び裏面にレーザー光を照
射したにも拘わらず、平均結晶粒径の増大という効果は
確認されなかった。
FIG. 8A shows a polysilicon film obtained by irradiating only the surface of the amorphous silicon film with a laser beam, and FIG. 8B shows the polysilicon film obtained by irradiating the laser beam on the front and back surfaces of the amorphous silicon film. This is a polysilicon film obtained by the above method. According to this, when a quartz substrate was used as the substrate, the average crystal grain size was at most about 0.4 to 0.5 μm, and the increase in grain size as shown in FIG. 7B could not be confirmed. In addition, no difference was observed in the crystal grain size when the irradiation was performed from one side or both sides of the substrate. That is, as described above, the effect of increasing the average crystal grain size was not confirmed despite the laser light irradiation on the front and back surfaces of the amorphous semiconductor film.

【0029】そこで本出願人は、以上の実験結果につい
て考察し、図7及び図8に示した実験の差は、ガラス基
板の透過率(約50%)と石英基板の透過率(約93
%)の差、即ち、非晶質半導体膜の裏面に照射されるレ
ーザー光の実効エネルギー強度の差であると予想した。
そして、確認のため以下のような実験を行った。
Then, the present applicant considered the above experimental results, and the difference between the experiments shown in FIGS. 7 and 8 is that the transmittance of the glass substrate (about 50%) and the transmittance of the quartz substrate (about 93%).
%), That is, the difference in the effective energy intensity of the laser light applied to the back surface of the amorphous semiconductor film.
The following experiment was performed for confirmation.

【0030】まず、本実験では図6に示した構造の試料
を、基板602に石英基板を用い、反射体601に窒化
タンタル膜を用いて作製した。そして、この試料に対し
て図7(B)の写真を得たのと同一条件でXeClエキ
シマレーザー光を照射し、得られたポリシリコン膜の平
均結晶粒径をセコ・エッチング後のSEM写真にて確認
した。この結果を図9に示す。
First, in this experiment, a sample having the structure shown in FIG. 6 was manufactured using a quartz substrate as the substrate 602 and a tantalum nitride film as the reflector 601. Then, this sample was irradiated with XeCl excimer laser light under the same conditions as those for obtaining the photograph of FIG. 7 (B), and the average crystal grain size of the obtained polysilicon film was shown on the SEM photograph after Seco etching. Confirmed. The result is shown in FIG.

【0031】図9を見れば判るように、得られたポリシ
リコン膜の結晶粒は、図7(B)のポリシリコン膜とほ
ぼ同じ様な状態で分布していることが確認された。ま
た、図7(B)の写真を得た試料の場合、第一次レーザ
ー光と第二次レーザー光の実効エネルギー強度比が0.
29であることは既に述べた。これは実質的にガラス基
板で第二次レーザー光が減衰した結果である。これと同
じように本実験の試料について実効エネルギー強度比を
計算した結果、0.33という値が得られた。これは実
質的に反射体で第二次レーザー光が減衰した結果であ
る。
As can be seen from FIG. 9, it is confirmed that the crystal grains of the obtained polysilicon film are distributed in almost the same state as the polysilicon film of FIG. 7B. In the case of the sample obtained in the photograph of FIG. 7B, the effective energy intensity ratio between the primary laser light and the secondary laser light is 0.5.
29 has already been mentioned. This is substantially the result of the attenuation of the secondary laser light on the glass substrate. Similarly, as a result of calculating the effective energy intensity ratio for the sample of the present experiment, a value of 0.33 was obtained. This is a result of the secondary laser light being substantially attenuated by the reflector.

【0032】また、図8(B)の試料(石英とアルミニ
ウムでなる反射体の組み合わせ)と図9の試料(石英と
窒化タンタルでなる反射体の組み合わせ)は反射体表面
の材質が異なる以外同一構造であり、異なる点は図9の
試料では反射体表面の反射率が図8(B)の試料よりも
小さい点のみである。
The sample of FIG. 8B (combination of a reflector made of quartz and aluminum) and the sample of FIG. 9 (combination of a reflector made of quartz and tantalum nitride) are the same except that the material of the reflector surface is different. The structure is different from that of the sample of FIG. 9 only in that the reflectance of the reflector surface is smaller than that of the sample of FIG.

【0033】以上の結果を考察すると、非晶質半導体膜
の表面及び裏面にレーザー光を照射して結晶化する場
合、表面側のレーザー光(第一次レーザー光)の実効エ
ネルギー強度よりも、裏面側のレーザー光(第二次レー
ザー光)の実効エネルギー強度が小さい場合において平
均結晶粒径の増加が確認されることが判った。
Considering the above results, when the front and back surfaces of the amorphous semiconductor film are crystallized by irradiating laser light, the effective energy intensity of the laser light (primary laser light) on the front surface side is larger than the effective energy intensity. It was found that when the effective energy intensity of the laser beam (secondary laser beam) on the back side was small, an increase in the average crystal grain size was confirmed.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】〔実施形態1〕本発明の実施形態
の一つについて説明する。図1(A)は本発明のレーザ
ー装置の構成を示す図である。このレーザー装置は、レ
ーザー101、レーザー101を発振源とするレーザー
光を線状に変形する光学系201、透光性基板を固定す
るステージ102を有し、ステージ102にはヒータ1
03とヒータコントローラー104が具備されて、基板
を室温〜550℃の範囲の温度に保持することができ
る。また、ステージ102上には反射体105が設けら
れ、その上に非晶質半導体膜が形成された基板106が
設置される。
[Embodiment 1] One embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a laser device of the present invention. This laser apparatus includes a laser 101, an optical system 201 that linearly transforms laser light using the laser 101 as an oscillation source, and a stage 102 for fixing a light-transmitting substrate.
03 and the heater controller 104 are provided to keep the substrate at a temperature in the range of room temperature to 550 ° C. A reflector 105 is provided on the stage 102, and a substrate 106 on which an amorphous semiconductor film is formed is provided.

【0035】次に、図1(A)のような構成のレーザー
装置において、基板106の保持方法を図1(B)を用
いて説明する。ステージ102に保持された基板106
は、反応室107に設置され、レーザー101を発振源
とする線状のレーザー光が照射される。反応室内は図示
されていない排気系またはガス系により減圧状態または
不活性ガス雰囲気とすることができ、半導体膜を汚染さ
せることなく100〜450℃まで加熱することができ
る。
Next, a method for holding the substrate 106 in the laser device having the structure shown in FIG. 1A will be described with reference to FIG. Substrate 106 held on stage 102
Is installed in the reaction chamber 107, and is irradiated with a linear laser beam having the laser 101 as an oscillation source. The inside of the reaction chamber can be reduced in pressure or in an inert gas atmosphere by an exhaust system or a gas system (not shown), and can be heated to 100 to 450 ° C. without contaminating the semiconductor film.

【0036】また、ステージ102はガイドレール10
8に沿って反応室内を移動することができ、基板の全面
に線状のレーザー光を照射することができる。レーザー
光は基板106の上面に設けられた図示されていない石
英製の窓から入射する。また、図1(B)ではこの反応
室107にトランスファー室109、中間室110、ロ
ード・アンロード室111が接続され、それぞれの室は
仕切弁112、113で分離されている。
The stage 102 is mounted on the guide rail 10.
8, the substrate can be moved in the reaction chamber, and the entire surface of the substrate can be irradiated with linear laser light. The laser light enters from a quartz window (not shown) provided on the upper surface of the substrate 106. In FIG. 1B, a transfer chamber 109, an intermediate chamber 110, and a load / unload chamber 111 are connected to the reaction chamber 107, and these chambers are separated by gate valves 112 and 113.

【0037】ロード・アンロード室111には複数の基
板を保持することが可能なカセット114が設置され、
トランスファー室109に設けられた搬送ロボット11
5により基板が搬送される。基板106'は搬送中の基
板を表す。このような構成とすることによりレーザーア
ニールを減圧下または不活性ガス雰囲気中で連続して処
理することができる。
In the load / unload chamber 111, a cassette 114 capable of holding a plurality of substrates is provided.
Transfer robot 11 provided in transfer room 109
The substrate is transported by 5. The substrate 106 'represents the substrate being transported. With such a configuration, laser annealing can be continuously performed under reduced pressure or in an inert gas atmosphere.

【0038】次に、レーザー光を線状にする光学系20
1の構成について図2を用いて説明する。図2(A)は
光学系201を側面から見た図であり、図2(B)は光
学系201を上面から見た図である。
Next, an optical system 20 for linearizing the laser light
1 will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a diagram of the optical system 201 viewed from the side, and FIG. 2B is a diagram of the optical system 201 viewed from the top.

【0039】レーザー101を発振源とするレーザー光
はシリンドリカルレンズアレイ202により縦方向に分
割される。この分割されたレーザー光はシリンドリカル
レンズ203によりさらに横方向に分割される。即ち、
レーザー光はシリンドリカルレンズアレイ202、20
3によって最終的にはマトリクス状に分割されることに
なる。
A laser beam having the laser 101 as an oscillation source is split vertically by a cylindrical lens array 202. The split laser light is further split in the horizontal direction by the cylindrical lens 203. That is,
The laser light is applied to the cylindrical lens arrays 202 and 20.
3 will eventually be divided into a matrix.

【0040】そして、レーザー光はシリンドリカルレン
ズ204により一旦集光される。その際、シリンドリカ
ルレンズ204の直後にシリンドリカルレンズ205を
通る。その後、ミラー206で反射され、シリンドリカ
ルレンズ207を通った後、照射面208に達する。
Then, the laser light is once collected by the cylindrical lens 204. At this time, the light passes through the cylindrical lens 205 immediately after the cylindrical lens 204. After that, the light is reflected by the mirror 206, passes through the cylindrical lens 207, and reaches the irradiation surface 208.

【0041】このとき、照射面208に投影されたレー
ザー光は線状の照射面を示す。即ち、シリンドリカルレ
ンズ207を透過したレーザー光の断面形状は線状にな
っていることを意味する。この線状に変形されたレーザ
ー光の幅方向(短い方向)の均質化は、シリンドリカル
レンズアレイ202、シリンドリカルレンズ204及び
シリンドリカルレンズ207で行われる。また、上記レ
ーザー光の長手方向(長い方向)の均質化は、シリンド
リカルレンズアレイ203及びシリンドリカルレンズ2
05で行われる。
At this time, the laser light projected on the irradiation surface 208 shows a linear irradiation surface. That is, it means that the cross-sectional shape of the laser beam transmitted through the cylindrical lens 207 is linear. Homogenization of the linearly deformed laser light in the width direction (short direction) is performed by the cylindrical lens array 202, the cylindrical lens 204, and the cylindrical lens 207. The homogenization of the laser light in the longitudinal direction (long direction) is performed by the cylindrical lens array 203 and the cylindrical lens 2.
05.

【0042】次に、基板上に形成された被処理膜の表面
及び裏面からレーザー光を照射するための構成について
図3を用いて説明する。図3に示したのは、図1におけ
る基板106と反射体105との位置関係を示す図であ
る。
Next, a configuration for irradiating a laser beam from the front and back surfaces of the film to be processed formed on the substrate will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between the substrate 106 and the reflector 105 in FIG.

【0043】図3において、301は透光性基板であ
り、その表面(薄膜または素子が形成される側の面)に
は絶縁膜302、非晶質半導体膜(または微結晶半導体
膜)303が形成されている。また、透光性基板301
の下にはレーザー光を反射させるための反射体304が
配置される。
In FIG. 3, reference numeral 301 denotes a light-transmitting substrate, and an insulating film 302 and an amorphous semiconductor film (or a microcrystalline semiconductor film) 303 are provided on the surface thereof (the surface on which a thin film or element is formed). Is formed. In addition, the light-transmitting substrate 301
A reflector 304 for reflecting the laser light is disposed below.

【0044】透光性基板301はガラス基板、石英基
板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用い
られる。この透光性基板301自体で第二次レーザー光
の実効エネルギー強度を調節することが可能である。ま
た、絶縁膜302は酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン
膜(SiOxNy)などの珪素を含む絶縁膜を用いれば
良く、この絶縁膜302で第二次レーザー光の実効エネ
ルギー強度を調節しても良い。また、非晶質半導体膜3
03はアモルファスシリコン膜の他に、アモルファスシ
リコンゲルマニウム膜などの化合物半導体膜も含む。
As the translucent substrate 301, a glass substrate, a quartz substrate, a crystallized glass substrate, or a plastic substrate is used. The transmissive substrate 301 itself can adjust the effective energy intensity of the secondary laser light. Further, as the insulating film 302, an insulating film containing silicon such as a silicon oxide film or a silicon nitride oxide film (SiOxNy) may be used, and the effective energy intensity of the secondary laser light may be adjusted with the insulating film 302. Further, the amorphous semiconductor film 3
03 includes a compound semiconductor film such as an amorphous silicon germanium film in addition to the amorphous silicon film.

【0045】また、反射体304は表面(レーザー光の
反射面)に金属膜を形成した基板であっても良いし、金
属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜と
しては如何なる材料を用いても良い。代表的には、シリ
コン(Si)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、タ
ングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)
のいずれかの元素を含む金属膜を用いる。例えば、窒化
タングステン(WN)、窒化チタン(TiN)、窒化タ
ンタル(TaN)を用いても良い。
The reflector 304 may be a substrate having a metal film formed on the surface (reflection surface of laser light) or a substrate made of a metal element. In this case, any material may be used for the metal film. Typically, silicon (Si), aluminum (Al), silver (Ag), tungsten (W), titanium (Ti), tantalum (Ta)
A metal film containing any one of the above elements is used. For example, tungsten nitride (WN), titanium nitride (TiN), and tantalum nitride (TaN) may be used.

【0046】さらに、この反射体304は透光性基板3
01に接して設けても良いし、離して設けても良い。ま
た、反射体304を配置する代わりに、基板301の裏
面(表面の反対側の面)に直接上述のような金属膜を形
成し、そこでレーザー光を反射させることも可能であ
る。いずれにしても、この反射体304の反射率で第二
次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することがで
きる。また、反射体304を透光性基板301と離して
設置する場合、その隙間に充填する気体(ガス)で第二
次レーザー光のエネルギー強度を制御することも可能で
ある。
Further, the reflector 304 is formed on the transparent substrate 3.
01 may be provided, or may be provided separately. Instead of disposing the reflector 304, it is also possible to form the above-described metal film directly on the back surface (the surface opposite to the front surface) of the substrate 301 and reflect the laser light there. In any case, the reflectivity of the reflector 304 can be used to adjust the effective energy intensity of the secondary laser light. When the reflector 304 is provided separately from the light-transmitting substrate 301, the energy intensity of the secondary laser light can be controlled by a gas filling the gap.

【0047】そして、図2で説明した光学系201(図
中ではシリンドリカルレンズ207のみを示す。)を経
由して線状に変形されたレーザー光が、非晶質半導体膜
303に照射される。この線状に変形されたレーザー光
の照射はレーザー光を走査することによって行われる。
Then, the amorphous semiconductor film 303 is irradiated with a linearly deformed laser beam via the optical system 201 (only the cylindrical lens 207 is shown in the figure) described with reference to FIG. The irradiation of the linearly deformed laser light is performed by scanning the laser light.

【0048】いずれにしても、シリンドリカルレンズ2
07を透過して非晶質半導体膜303の表面に照射され
る第一次レーザー光305と、反射体304で一旦反射
されて非晶質半導体膜303の裏面に照射される第二次
レーザー光306との実効エネルギー強度比(I0'/I
0)が、0<I0'/I0<1または1<I0'/I0の関係
を満たすことが重要である。このためには、反射体30
4のレーザー光に対する反射率は20〜80%であるこ
とが好ましい。また、このとき、本実施形態でいくつか
述べた第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰さ
せる手段を、複数組み合わせて所望の強度比としても良
い。
In any case, the cylindrical lens 2
07, the first laser light 305 irradiating the front surface of the amorphous semiconductor film 303 and the second laser light once reflected by the reflector 304 and irradiating the back surface of the amorphous semiconductor film 303. 306 and the effective energy intensity ratio (I 0 ′ / I
0 ) satisfies the relationship of 0 <I 0 ′ / I 0 <1 or 1 <I 0 ′ / I 0 . For this purpose, the reflector 30
The reflectivity of the laser light of No. 4 is preferably 20 to 80%. At this time, a desired intensity ratio may be obtained by combining a plurality of means for attenuating the effective energy intensity of the secondary laser light described in this embodiment.

【0049】また、シリンドリカルレンズ207を通過
したレーザー光は、集光される過程で基板表面に対して
45〜90°の入射角を持つ。そのため、第二次レーザ
ー光306は非晶質半導体膜303の裏面側にも回り込
んで照射される。また、反射体304の反射面に起伏部
を設けてレーザー光を乱反射させることで、第二次レー
ザー光306をさらに効率良く得ることができる。
The laser beam having passed through the cylindrical lens 207 has an incident angle of 45 to 90 ° with respect to the substrate surface in the process of being focused. Therefore, the secondary laser light 306 is also applied to the back surface side of the amorphous semiconductor film 303 while wrapping around. In addition, the secondary laser light 306 can be obtained more efficiently by providing an uneven portion on the reflection surface of the reflector 304 and irregularly reflecting the laser light.

【0050】〔実施形態2〕本実施形態ではの実施形態
1と異なる実施の形態について説明する。本実施形態で
は、実施形態1のような反射体を用いず、光学系の途中
で分光した二系統のレーザー光を非晶質半導体膜の表面
及び裏面から照射する例を示す。
[Embodiment 2] An embodiment different from Embodiment 1 in this embodiment will be described. In the present embodiment, an example is shown in which two systems of laser light separated in the middle of the optical system are irradiated from the front surface and the back surface of the amorphous semiconductor film without using the reflector as in the first embodiment.

【0051】図4(A)は本実施形態のレーザー装置の
構成を示す図である。基本的な構成は実施形態1で説明
した図1のレーザー装置と同様であるので異なる部分の
符号を変えて説明する。
FIG. 4A is a diagram showing the configuration of the laser device of this embodiment. Since the basic configuration is the same as that of the laser apparatus of FIG. 1 described in the first embodiment, the description will be made with the reference numerals of the different parts changed.

【0052】このレーザー装置は、レーザー101、レ
ーザー101を発振源とするレーザー光を線状に変形
し、且つ、二系統に分光する光学系401、透光性基板
を固定する透光性のステージ402を有する。また、ス
テージ402上には基板403aが設置され、その上に
非晶質半導体膜403bが形成されている。
This laser apparatus comprises a laser 101, an optical system 401 for linearly transforming a laser beam emitted from the laser 101 as an oscillation source and splitting the laser light into two systems, and a translucent stage for fixing a translucent substrate. 402. A substrate 403a is provided on the stage 402, and an amorphous semiconductor film 403b is formed thereon.

【0053】本実施形態の場合、ステージ402を透過
したレーザー光を非晶質半導体膜403bに照射するた
め、ステージ402は透光性を有してなければならな
い。また、ステージ402側から照射されるレーザー光
(第二次レーザー光)はステージ402を透過するの
で、その実効エネルギー強度はステージ402を透過す
る際の減衰を考慮しなければならない。
In the case of this embodiment, since the amorphous semiconductor film 403b is irradiated with the laser beam transmitted through the stage 402, the stage 402 must have a light transmitting property. In addition, since the laser light (secondary laser light) emitted from the side of the stage 402 passes through the stage 402, the effective energy intensity of the laser light needs to consider the attenuation when transmitting through the stage 402.

【0054】また、図4(B)は図4(A)に示したレ
ーザー装置における基板403aの保持方法を説明する
図面であるが、透光性ステージ402を用いること以外
は図1(B)に示した構成と同一であるので説明は省略
する。
FIG. 4B is a view for explaining a method for holding the substrate 403a in the laser device shown in FIG. 4A, except that a light-transmitting stage 402 is used. Since the configuration is the same as that shown in FIG.

【0055】次に、図4(A)に示した光学系401の
構成について図5を用いて説明する。図5は光学系40
1を側面から見た図である。レーザー501を発振源と
するレーザー光はシリンドリカルレンズアレイ502に
より縦方向に分割される。この分割されたレーザー光は
シリンドリカルレンズ503によりさらに横方向に分割
される。こうしてレーザー光はシリンドリカルレンズア
レイ502、503によってマトリクス状に分割され
る。
Next, the configuration of the optical system 401 shown in FIG. 4A will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an optical system 40.
FIG. 1 is a side view of 1. Laser light having a laser 501 as an oscillation source is split in a vertical direction by a cylindrical lens array 502. The split laser beam is further split laterally by the cylindrical lens 503. In this manner, the laser light is divided into a matrix by the cylindrical lens arrays 502 and 503.

【0056】そして、レーザー光はシリンドリカルレン
ズ504により一旦集光される。その際、シリンドリカ
ルレンズ504の直後にシリンドリカルレンズ505を
通る。ここまでは図2に示した光学系と同様である。
Then, the laser light is once collected by the cylindrical lens 504. At this time, the light passes through the cylindrical lens 505 immediately after the cylindrical lens 504. Up to this point, it is the same as the optical system shown in FIG.

【0057】その後、レーザー光はハーフミラー506
に入射し、ここでレーザー光は第一次レーザー光507
と第二次レーザー光508とに分光される。そして、第
一次レーザー光507はミラー509、510で反射さ
れ、シリンドリカルレンズ511を通った後、非晶質半
導体膜403bの表面に達する。
Thereafter, the laser light is applied to the half mirror 506.
, Where the laser beam is the primary laser beam 507
And a secondary laser beam 508. Then, the primary laser light 507 is reflected by the mirrors 509 and 510, passes through the cylindrical lens 511, and reaches the surface of the amorphous semiconductor film 403b.

【0058】また、ハーフミラー506で分光された第
二次レーザー光508はミラー512、513、514
で反射され、シリンドリカルレンズ515を通った後、
基板403aを透過して非晶質半導体膜403bの裏面に
達する。
The secondary laser light 508 split by the half mirror 506 is reflected by mirrors 512, 513, 514.
After being reflected by and passing through the cylindrical lens 515,
The light passes through the substrate 403a and reaches the back surface of the amorphous semiconductor film 403b.

【0059】このとき、実施形態1と同様に基板の照射
面に投影されたレーザー光は線状の照射面を示す。ま
た、この線状に変形されたレーザー光の幅方向(短い方
向)の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ502、
シリンドリカルレンズ504及びシリンドリカルレンズ
515で行われる。また、上記レーザー光の長手方向
(長い方向)の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ
503、シリンドリカルレンズ505及びシリンドリカ
ルレンズ511で行われる。
At this time, similarly to the first embodiment, the laser light projected on the irradiation surface of the substrate shows a linear irradiation surface. The homogenization in the width direction (short direction) of the linearly deformed laser light is performed by the cylindrical lens array 502,
This is performed by the cylindrical lens 504 and the cylindrical lens 515. The homogenization of the laser light in the longitudinal direction (long direction) is performed by the cylindrical lens array 503, the cylindrical lens 505, and the cylindrical lens 511.

【0060】いずれにしても、シリンドリカルレンズ5
11を透過して非晶質半導体膜403bの表面に照射さ
れる第一次レーザー光と、シリンドリカルレンズ515
を透過して非晶質半導体膜403bの裏面に照射される
第二次レーザー光との実効エネルギー強度比(I0'/I
0)が、0<I0'/I0<1または1<I0'/I0の関係
を満たすことが重要である。
In any case, the cylindrical lens 5
A primary laser beam transmitted through the laser beam 11 and irradiated on the surface of the amorphous semiconductor film 403b;
Energy intensity ratio (I 0 ′ / I) with the secondary laser light that is transmitted through the laser beam and irradiates the back surface of the amorphous semiconductor film 403b.
0 ) satisfies the relationship of 0 <I 0 ′ / I 0 <1 or 1 <I 0 ′ / I 0 .

【0061】本実施形態では基板403aとしてガラス
基板(ここで用いるレーザー光の透過率が約50%の材
料でなるもの)を用いることで、上述の関係式を満たす
ようにしている。勿論、基板以外にも基板403a上に
設けた絶縁膜(図示せず)や、基板403aを設置する
ステージ(図示せず)の透過率や界面の反射率を調節し
て第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させて
も良い。
In the present embodiment, the above relational expression is satisfied by using a glass substrate (made of a material having a laser beam transmittance of about 50% used here) as the substrate 403a. Of course, in addition to the substrate, the transmittance of the insulating film (not shown) provided on the substrate 403a or the stage (not shown) on which the substrate 403a is installed and the reflectance of the interface are adjusted to adjust the secondary laser light. The effective energy intensity may be attenuated.

【0062】また、光学系401の第二次レーザー光の
光路において、任意の場所に減光フィルターを設けて、
第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させるこ
とも可能であるし、逆に光学系401の第一次レーザー
光の光路において、任意の場所に減光フィルターを設け
て、第一次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させ
ることも可能である。
Further, in the optical path of the secondary laser light of the optical system 401, a neutral density filter is provided at an arbitrary position,
It is also possible to attenuate the effective energy intensity of the secondary laser light. Conversely, in the optical path of the primary laser light of the optical system 401, a neutral density filter is provided at an arbitrary position to provide the primary laser light. Can be attenuated.

【0063】また、本実施形態でいくつか述べた第一次
レーザー光もしくは第二次レーザー光の実効エネルギー
強度を減衰させる手段を、複数組み合わせて所望の強度
比としても良い。
Further, a plurality of means for attenuating the effective energy intensity of the primary laser light or the secondary laser light described in this embodiment may be used in combination to obtain a desired intensity ratio.

【実施例】〔実施例1〕本実施例では、実施形態1に示
した構成でアモルファスシリコン膜の結晶化を行った例
を示す。説明には図3を用いる。
[Example 1] In this example, an example in which an amorphous silicon film is crystallized with the configuration shown in the first embodiment will be described. FIG. 3 is used for the description.

【0064】本実施例では、基板301として1.1m
m厚の石英基板、絶縁膜302として200nm厚の窒
化酸化シリコン膜(SiON膜)、非晶質半導体膜30
3としてアモルファスシリコン膜を用いた。このとき、
SiON膜302とアモルファスシリコン膜303はプ
ラズマCVD法を用いて形成した。
In this embodiment, the substrate 301 is 1.1 m
m-thick quartz substrate, 200-nm-thick silicon nitride oxide film (SiON film) as the insulating film 302, and the amorphous semiconductor film 30
As No. 3, an amorphous silicon film was used. At this time,
The SiON film 302 and the amorphous silicon film 303 were formed using a plasma CVD method.

【0065】本実施例では、まずSiH4を4SCCM、N2
Oを400SCCMとして反応室に導入し、成膜温度400
℃、反応圧力30Pa、放電電力密度0.41W/cm2、放
電周波数60MHzとしてSiON膜302を形成した。
次に、SiH4を100SCCMで反応室に導入し、成膜温
度300℃、反応圧力45Pa、放電電力密度0.037
W/cm2、放電周波数13.56MHzとしてアモルファスシ
リコン膜303を形成した。なお、実際にはアモルファ
スシリコン膜をパターニングして島状パターンとした。
In this embodiment, first, 4 SCCM of SiH 4 and N 2
O was introduced into the reaction chamber at 400 SCCM,
The SiON film 302 was formed at a temperature of 30 ° C., a reaction pressure of 30 Pa, a discharge power density of 0.41 W / cm 2 , and a discharge frequency of 60 MHz.
Next, SiH 4 was introduced into the reaction chamber at 100 SCCM, the film formation temperature was 300 ° C., the reaction pressure was 45 Pa, and the discharge power density was 0.037.
An amorphous silicon film 303 was formed at W / cm 2 and a discharge frequency of 13.56 MHz. Actually, the amorphous silicon film was patterned into an island pattern.

【0066】次に、図1(B)に示したようなエキシマ
レーザー装置を用いてアモルファスシリコン膜303の
レーザー結晶化を行った。このとき、図3の反射体30
4としては、シリコン基板上に窒化タングステン膜を形
成したものを用いた。また、反射体304と石英基板3
01との間には150μmの隙間を空けた。
Next, laser crystallization of the amorphous silicon film 303 was performed using an excimer laser apparatus as shown in FIG. At this time, the reflector 30 of FIG.
As No. 4, a tungsten nitride film formed on a silicon substrate was used. The reflector 304 and the quartz substrate 3
A gap of 150 μm was provided between the gap and 01.

【0067】この状態で図3に示すようにエキシマレー
ザー光(第一次レーザー光305と第二次レーザー光3
06)をアモルファスシリコン膜303に対して室温、
大気雰囲気中で照射した。エキシマレーザー光は図2に
示した光学系により断面形状を線状(0.4mm×16
0mm)に変形し、基板の一端から他端まで走査した。
また、走査速度は1mm/sとし、エネルギー密度(図
6のIaに想到するエネルギー強度)は336mJ/c
2、パルス幅は30ns、繰り返し周波数は30H
z、重ね合わせ率は90%とした。これにより一カ所に
20ショットのレーザー光を照射することができた。
In this state, as shown in FIG. 3, excimer laser light (primary laser light 305 and secondary laser light 3
06) with respect to the amorphous silicon film 303 at room temperature,
Irradiation was performed in an air atmosphere. The cross section of the excimer laser light is linear (0.4 mm × 16 mm) by the optical system shown in FIG.
0 mm) and scanned from one end of the substrate to the other.
The scanning speed was set to 1 mm / s, and the energy density (energy intensity imagining Ia in FIG. 6) was 336 mJ / c.
m 2 , pulse width 30 ns, repetition frequency 30H
z and the overlapping ratio were 90%. As a result, one shot could be irradiated with 20 shots of laser light.

【0068】なお、本実施例の構成でレーザー結晶化を
行う場合、第一次レーザー光の実効エネルギー強度(I
0)は151.2mJ/cm2であり、第二次レーザー光
の実効エネルギー強度(I0')は77.3mJ/cm2
であった。従って、実効エネルギー強度比(I0'/
0)は0.51であった。
When laser crystallization is performed in the configuration of this embodiment, the effective energy intensity (I
0 ) is 151.2 mJ / cm 2 , and the effective energy intensity (I 0 ′) of the secondary laser beam is 77.3 mJ / cm 2
Met. Therefore, the effective energy intensity ratio (I 0 ′ /
I 0 ) was 0.51.

【0069】ここで本実施例に従って結晶化させたポリ
シリコン膜のSEM写真を図10に示す。なお、図10
はセコ・エッチング後の状態である。このセコ・エッチ
ングはフッ化水素酸溶液50ccと水25ccと1.1
4gのクロム酸カリウム(二価)とを加えた室温のエッ
チャントを用いた。
FIG. 10 shows an SEM photograph of the polysilicon film crystallized according to this embodiment. Note that FIG.
Is the state after the Seco etching. This secco etching was performed using 50 cc of hydrofluoric acid solution, 25 cc of water and 1.1 cc.
A room temperature etchant to which 4 g of potassium chromate (divalent) was added was used.

【0070】その結果、図10に示すように、島状パタ
ーンの中心付近に平均結晶粒径が0.5〜0.6μm程
度の比較的大きな結晶粒が確認できた。島状パターンの
端部には結晶粒径の小さな結晶粒が存在するが、レーザ
ーエネルギー密度を変えることで形成される位置が変化
する。実際に本実施例によって形成したポリシリコン膜
をTFTの活性層として用いる場合には、このような結
晶粒径の小さな部分がチャネル形成領域に当たらないよ
うに設計すれば良い。
As a result, as shown in FIG. 10, relatively large crystal grains having an average crystal grain size of about 0.5 to 0.6 μm were confirmed near the center of the island pattern. Although crystal grains having a small crystal grain size exist at the end of the island-shaped pattern, the positions formed by changing the laser energy density change. In the case where the polysilicon film formed according to the present embodiment is actually used as an active layer of a TFT, the design should be such that such a portion having a small crystal grain size does not hit the channel formation region.

【0071】〔実施例2〕本実施例では、実施形態1に
示した構成でアモルファスシリコン膜の結晶化を行った
例を示す。なお、本実施例で行ったレーザー結晶化は実
施例1において反射体304の表面に形成する膜をタン
グステン膜に、レーザーエネルギー密度を369mJ/
cm2に変更しただけであるので、他の条件の詳細な説
明は実施例1を参考にすれば良い。
[Embodiment 2] In this embodiment, an example in which an amorphous silicon film is crystallized with the structure shown in the first embodiment will be described. In the laser crystallization performed in this embodiment, the film formed on the surface of the reflector 304 in the first embodiment is a tungsten film, and the laser energy density is 369 mJ /.
Since it was merely changed to cm 2 , the detailed description of the other conditions may be referred to Example 1.

【0072】本実施例に従って結晶化させたポリシリコ
ン膜のSEM写真を図11に示す。なお、実施例1と同
様に図11はセコ・エッチング後の状態である。セコ・
エッチングの条件は実施例1を参考にすれば良い。
FIG. 11 shows an SEM photograph of the polysilicon film crystallized according to this embodiment. Note that FIG. 11 shows a state after the secco etching as in the first embodiment. Seco
The etching conditions may be referred to Embodiment 1.

【0073】なお、本実施例の構成でレーザー結晶化を
行う場合、第一次レーザー光の実効エネルギー強度(I
0)は166.1mJ/cm2であり、第二次レーザー光
の実効エネルギー強度(I0')は88.6mJ/cm2
であった。従って、実効エネルギー強度比(I0'/
0)は0.53であった。
When laser crystallization is performed in the configuration of this embodiment, the effective energy intensity (I
0 ) is 166.1 mJ / cm 2 and the effective energy intensity (I 0 ′) of the secondary laser beam is 88.6 mJ / cm 2.
Met. Therefore, the effective energy intensity ratio (I 0 ′ /
I 0 ) was 0.53.

【0074】その結果、図11に示すように、島状パタ
ーン全体に平均結晶粒径が0.6〜0.7μm程度の比
較的大きな結晶粒が確認できた。なお、図11では図1
0に見られたような島状パターンの端部の小さな結晶粒
は顕著に見られなかった。しかしながら、レーザーエネ
ルギー密度を変えることで顕著に見られる条件もあった
ため、レーザーエネルギー密度の最適化が必要である。
また、結晶粒径の小さな部分があっても、実施例1と同
様にTFTのチャネル形成領域に当たらないように設計
すれば問題はない。
As a result, as shown in FIG. 11, relatively large crystal grains having an average crystal grain size of about 0.6 to 0.7 μm were confirmed in the entire island pattern. In FIG. 11, FIG.
Small crystal grains at the edge of the island-like pattern as shown in FIG. 0 were not remarkably observed. However, there are some conditions that are conspicuous when the laser energy density is changed, so that the laser energy density needs to be optimized.
Even if there is a portion having a small crystal grain size, there is no problem if the design is made so as not to hit the channel forming region of the TFT as in the first embodiment.

【0075】〔実施例3〕本実施例では、実施形態1に
示した構成でアモルファスシリコン膜の結晶化を行った
例を示す。なお、本実施例で行ったレーザー結晶化は実
施例1において反射体304の表面に形成する膜を窒化
チタン膜に、レーザーエネルギー密度を384mJ/c
2に変更しただけであるので、他の条件の詳細な説明
は実施例1を参考にすれば良い。
[Embodiment 3] In this embodiment, an example in which an amorphous silicon film is crystallized with the structure shown in the first embodiment will be described. In the laser crystallization performed in this embodiment, the film formed on the surface of the reflector 304 in the first embodiment is a titanium nitride film, and the laser energy density is 384 mJ / c.
Since only m 2 has been changed, the detailed description of the other conditions may be referred to the first embodiment.

【0076】本実施例に従って結晶化させたポリシリコ
ン膜のSEM写真を図12に示す。なお、実施例1と同
様に図12はセコ・エッチング後の状態である。セコ・
エッチングの条件は実施例1を参考にすれば良い。
FIG. 12 shows an SEM photograph of the polysilicon film crystallized according to this embodiment. FIG. 12 shows a state after Seco etching as in the first embodiment. Seco
The etching conditions may be referred to Embodiment 1.

【0077】なお、本実施例の構成でレーザー結晶化を
行う場合、第一次レーザー光の実効エネルギー強度(I
0)は172.8mJ/cm2であり、第二次レーザー光
の実効エネルギー強度(I0')は57.6mJ/cm2
であった。従って、実効エネルギー強度比(I0'/
0)は0.33であった。
When laser crystallization is performed in the configuration of this embodiment, the effective energy intensity (I
0 ) is 172.8 mJ / cm 2 , and the effective energy intensity (I 0 ′) of the secondary laser light is 57.6 mJ / cm 2
Met. Therefore, the effective energy intensity ratio (I 0 ′ /
I 0 ) was 0.33.

【0078】その結果、図12に示すように、島状パタ
ーン全体に平均結晶粒径が0.8〜1.0μm程度の大
きな結晶粒が確認できた。この結晶粒は紙面に向かって
横方向に長い形状であり、島状パターンの横方向の端部
から結晶化が進行した可能性を示唆するものと思われ
る。この傾向は図11においても若干確認される。
As a result, as shown in FIG. 12, large crystal grains having an average crystal grain size of about 0.8 to 1.0 μm were confirmed in the entire island pattern. These crystal grains have a shape that is longer in the horizontal direction toward the paper surface, and it is considered that this suggests the possibility that crystallization has progressed from the horizontal ends of the island pattern. This tendency is slightly confirmed also in FIG.

【0079】また、やはりレーザーエネルギー密度を変
えることで顕著に見られる条件もあったため、レーザー
エネルギー密度の最適化が必要である。また、結晶粒径
の小さな部分があっても、実施例1と同様にTFTのチ
ャネル形成領域に当たらないように設計すれば問題はな
い。
Further, there are also conditions that are remarkably observed when the laser energy density is changed, so that the laser energy density needs to be optimized. Even if there is a portion having a small crystal grain size, there is no problem if the design is made so as not to hit the channel forming region of the TFT as in the first embodiment.

【0080】〔実施例4〕本実施例では、実施形態1ま
たは実施形態2の方法により、TFTの活性層となるポ
リシリコン膜を形成する例について説明する。説明には
図13を用いる。
[Embodiment 4] In this embodiment, an example of forming a polysilicon film to be an active layer of a TFT by the method of Embodiment 1 or Embodiment 2 will be described. FIG. 13 is used for the description.

【0081】まず、ガラス基板上に厚さ200nmの窒
化酸化シリコン膜(図示せず)を形成し、その上に50
nm厚のアモルファスシリコン膜(図示せず)を形成す
る。次に、アモルファスシリコン膜をパターニングして
アモルファスシリコン膜でなる島状パターン701a、
701bを形成する。(図13(A))
First, a 200-nm-thick silicon nitride oxide film (not shown) is formed on a glass substrate, and a 50-nm-thick silicon nitride oxide film is formed thereon.
An amorphous silicon film (not shown) having a thickness of nm is formed. Next, the amorphous silicon film is patterned to form an island pattern 701a made of an amorphous silicon film.
701b is formed. (FIG. 13A)

【0082】次に、島状パターン701a、701bを、
実施形態1または実施形態2の方法によってレーザー結
晶化する。レーザー結晶化によって得られたポリシリコ
ン膜でなる島状パターン702a、702bは端部に結晶
粒の小さな領域703a、703bを有することがある。
また、島状パターン702a、702bの端部は結晶欠陥
や格子歪みを多く含む領域でもある。(図13(B))
Next, the island patterns 701a and 701b are
Laser crystallization is performed by the method according to the first or second embodiment. The island-shaped patterns 702a and 702b made of a polysilicon film obtained by laser crystallization may have regions 703a and 703b with small crystal grains at end portions.
Further, the end portions of the island-shaped patterns 702a and 702b are regions containing a lot of crystal defects and lattice distortion. (FIG. 13 (B))

【0083】なお、704a、704bで示された点線
は、アモルファスシリコン膜でなる島状パターン701
a、701bの跡であり、レーザー結晶化によって島状パ
ターンが1〜15%ほど縮小化することを意味する。こ
の縮小化はシリコン膜の緻密化と気化によって起こると
考えられるが詳細は明らかではない。
The dotted lines 704a and 704b indicate the island-shaped patterns 701 made of an amorphous silicon film.
a, 701b, which means that the island pattern is reduced by about 1 to 15% by laser crystallization. This reduction is considered to occur due to the densification and vaporization of the silicon film, but details are not clear.

【0084】次に、ポリシリコン膜でなる島状パターン
702a、702bを再びパターニングして活性層705
a、705bを形成する。なお、706a、706bで示さ
れた点線は結晶粒の小さな領域703a、703bの跡で
ある。(図13(C))
Next, the island patterns 702a and 702b made of a polysilicon film are patterned again to form the active layer 705.
a and 705b are formed. Note that dotted lines 706a and 706b are traces of small regions 703a and 703b of crystal grains. (FIG. 13 (C))

【0085】次に、活性層705a、705bを覆って8
0nm厚の窒化酸化シリコン膜でなるゲート絶縁膜を形
成し、その上にゲート電極707を形成する。ゲート電
極707は窒化タングステン膜とタングステン膜との積
層構造で形成し、膜厚は300nmとする。(図13
(D))
Next, covering the active layers 705a and 705b,
A gate insulating film made of a 0-nm-thick silicon nitride oxide film is formed, and a gate electrode 707 is formed thereover. The gate electrode 707 has a stacked structure of a tungsten nitride film and a tungsten film, and has a thickness of 300 nm. (FIG. 13
(D))

【0086】ゲート電極707を形成したら、n型を付
与する不純物元素の添加工程を行い、ソース領域708
a、ドレイン領域709a、LDD領域710を形成す
る。さらに、選択的にp型を付与する不純物元素の添加
工程を行い、ソース領域708b、ドレイン領域709b
を形成する。また同時に、チャネル形成領域711a、
711b(活性層のうち不純物元素が添加されなかった
領域)が形成される。
After the gate electrode 707 is formed, a step of adding an impurity element imparting n-type is performed, and the source region 708 is formed.
a, a drain region 709a and an LDD region 710 are formed. Further, a step of selectively adding an impurity element for imparting p-type is performed, so that a source region 708b and a drain region 709b are formed.
To form At the same time, the channel formation region 711a,
711b (a region in the active layer to which the impurity element is not added) is formed.

【0087】次に、酸化シリコン膜でなる層間絶縁膜
(図示せず)を1μmの厚さに形成した後、コンタクト
ホールを開けて、ソース配線712a、712b、ドレイ
ン配線713を形成する。これら配線はアルミニウム膜
を主体とする低抵抗な導電膜で形成すれば良い。(図1
3(E))
Next, after an interlayer insulating film (not shown) made of a silicon oxide film is formed to a thickness of 1 μm, contact holes are opened, and source wirings 712a, 712b and drain wiring 713 are formed. These wirings may be formed of a low-resistance conductive film mainly composed of an aluminum film. (Figure 1
3 (E))

【0088】以上の工程によって、図13(E)に示す
ような構造のnチャネル型TFT714及びpチャネル
型TFT715を相補的に組み合わせたCMOS回路7
16が形成される。
Through the above steps, a CMOS circuit 7 in which an n-channel TFT 714 and a p-channel TFT 715 having a structure as shown in FIG.
16 are formed.

【0089】なお、本実施例は本発明をTFTの活性層
を形成する際に実施した一実施例であり、この作製工程
に限定する必要はない。本発明は、公知のあらゆるTF
Tの作製工程に用いることができる。但し、活性層の下
に遮光膜等を設ける場合、即ち、非晶質半導体膜の表面
及び裏面を同時にレーザーアニールすることが不可能な
場合を除く。
This embodiment is an embodiment in which the present invention is implemented when forming an active layer of a TFT, and it is not necessary to limit the present invention to this manufacturing process. The present invention relates to any known TF
It can be used for the manufacturing process of T. However, this excludes the case where a light-shielding film or the like is provided below the active layer, that is, the case where it is impossible to simultaneously perform laser annealing on the front and back surfaces of the amorphous semiconductor film.

【0090】また、本実施例ではCMOS回路を形成す
る例を示しているが、アクティブマトリクス型画像表示
装置の画素部に設けられる画素TFTも、公知の技術を
用いれば容易に作製することが可能である。
Although the present embodiment shows an example in which a CMOS circuit is formed, a pixel TFT provided in a pixel portion of an active matrix type image display device can be easily manufactured by using a known technique. It is.

【0091】〔実施例5〕実施例4ではTFTの活性層
の形成に本発明を実施した例を示したが、このようにT
FTを用いる半導体装置全ての本発明を実施することが
できる。即ち、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(エレクトロルミネッ
センス)ディスプレイ、アクティブマトリクス型EC
(エレクトロクロミクス)ディスプレイに実施しても良
い。
[Embodiment 5] In the embodiment 4, the embodiment in which the present invention is applied to the formation of the active layer of the TFT is shown.
The present invention can be applied to all semiconductor devices using FT. That is, an active matrix type liquid crystal display, an active matrix type EL (electroluminescence) display, an active matrix type EC
(Electrochromics) It may be applied to a display.

【0092】さらに、ICやLSIに使われるSRAM
の負荷トランジスタを形成する際に本発明を実施するこ
ともできるし、ICやLSIの上に三次元構造でTFT
を形成する場合においても本発明は有効である。
Further, SRAMs used for ICs and LSIs
The present invention can be implemented when forming a load transistor of the present invention, and a TFT having a three-dimensional structure can be formed on an IC or LSI.
The present invention is also effective in forming

【0093】〔実施例6〕本実施例では、図14
(A)、(B)に示した構造に対して、実施例1に示し
た条件でレーザー光を照射した場合について説明する。
[Embodiment 6] In this embodiment, FIG.
A case where the structure shown in (A) and (B) is irradiated with laser light under the conditions shown in Example 1 will be described.

【0094】図14(A)の構造において、801は
1.1mm厚の石英基板、802は200nm厚の窒化
酸化シリコン膜、803は55nm厚のアモルファスシ
リコン膜である。即ち、図14(A)の構造では通常の
レーザー結晶化を行った。
In the structure shown in FIG. 14A, reference numeral 801 denotes a 1.1-mm-thick quartz substrate, 802 denotes a 200-nm-thick silicon nitride oxide film, and 803 denotes a 55-nm-thick amorphous silicon film. That is, normal laser crystallization was performed in the structure of FIG.

【0095】また、図14(B)の構造において、80
4は表面(反射面)が窒化タンタル膜でなる反射体、8
05は1.1mm厚の石英基板、806は200nm厚
の窒化酸化シリコン膜、807は55nm厚のアモルフ
ァスシリコン膜である。即ち、図14(B)の構造では
本発明を実施してレーザー結晶化を行った。
Further, in the structure of FIG.
4 is a reflector whose surface (reflection surface) is made of a tantalum nitride film;
05 is a quartz substrate having a thickness of 1.1 mm, 806 is a silicon nitride oxide film having a thickness of 200 nm, and 807 is an amorphous silicon film having a thickness of 55 nm. That is, in the structure of FIG. 14B, laser crystallization was performed by implementing the present invention.

【0096】その結果得られたポリシリコン膜のTEM
(Transmission Electron Microscopy)写真を図15
(A)、(B)に示す。図15(A)は、図14(A)
の構造でアモルファスシリコン膜803を結晶化して得
たポリシリコン膜のTEM写真であり、図15(B)
は、図14(B)の構造でアモルファスシリコン膜80
7を結晶化して得たポリシリコン膜のTEM写真であ
る。
The TEM of the resulting polysilicon film
(Transmission Electron Microscopy) Fig. 15
(A) and (B) show. FIG. 15A shows the state shown in FIG.
15B is a TEM photograph of a polysilicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film 803 with the structure shown in FIG.
Is an amorphous silicon film 80 having the structure shown in FIG.
7 is a TEM photograph of a polysilicon film obtained by crystallizing No. 7.

【0097】図15(A)と図15(B)とを比較する
と、本発明を実施した図15(B)のポリシリコン膜の
方が明らかに結晶粒径が大きいことを確認できる。以上
のように、本発明を実施することで結晶質半導体膜の平
均結晶粒径を拡大することができることがTEM写真か
らも確かめられた。
By comparing FIG. 15A and FIG. 15B, it can be confirmed that the polysilicon film of FIG. 15B in which the present invention is implemented has a clearly larger crystal grain size. As described above, it was also confirmed from the TEM photograph that the present invention can increase the average crystal grain size of the crystalline semiconductor film.

【0098】〔実施例7〕本出願人の実験によれば、実
効エネルギー強度比(I0'/I0)が0<I0'/I0<1
または1<I0'/I0の関係を満たす場合において、特
に平均結晶粒径の拡大が顕著な条件が存在した。
Embodiment 7 According to an experiment conducted by the present applicant, the effective energy intensity ratio (I 0 ′ / I 0 ) is 0 <I 0 ′ / I 0 <1.
Or, when satisfying the relationship of 1 <I 0 ′ / I 0 , there was a condition that the average crystal grain size was particularly remarkably enlarged.

【0099】本実施例では、図6に示した構造において
基板(全て1.1mm厚)または反射体(厳密には反射
体の反射面)の材質を様々に変えて行った実験について
説明する。まず、実験に用いた試料(A)〜(B)にお
ける基板及び反射体とその時の実効エネルギー強度比を
表1に示す。
In the present embodiment, an experiment will be described in which the material shown in FIG. 6 is changed variously for the substrate (all of which is 1.1 mm thick) or the reflector (strictly, the reflection surface of the reflector). First, Table 1 shows the substrates and reflectors and the effective energy intensity ratios at that time in the samples (A) and (B) used in the experiment.

【0100】[0100]

【表1】 [Table 1]

【0101】なお、表1において、#1737はコーニ
ング社製ガラス基板の商品名であり、AN100は旭ガ
ラス社製ガラス基板の商品名である。
In Table 1, # 1737 is a product name of a glass substrate manufactured by Corning Incorporated, and AN100 is a product name of a glass substrate manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.

【0102】このように実効エネルギー強度比が0.0
7〜1.0の範囲で作製された試料に対して実施例1〜
3と同様の条件でXeClエキシマレーザー光を照射
し、その結果得られたポリシリコン膜をSEM写真にて
観察した。
As described above, when the effective energy intensity ratio is 0.0
Examples 1 to 7 for samples prepared in the range of 7 to 1.0
XeCl excimer laser light was irradiated under the same conditions as in No. 3, and the resulting polysilicon film was observed in an SEM photograph.

【0103】その結果、実効エネルギー強度比が0.2
9、0.33、0.53または0.67では平均結晶粒
径が1μm程度となることが確認され、実効エネルギー
強度比が1.0、0.16、0.11、0.07の場合
においては、平均結晶粒径が0.3μm程度であること
が確認された。即ち、第一次レーザー光と第二次レーザ
ー光とで実効エネルギー強度が20%以上違う条件にお
いて、平均結晶粒径の拡大が顕著に起こると考えられ
る。従って、以上の結果は、実効エネルギー強度比がI
0'/I0=0.2〜0.9(好ましくは0.3〜0.
7)である時に最適な結晶化条件が存在することを示唆
していると考えられる。
As a result, the effective energy intensity ratio was 0.2
At 9, 0.33, 0.53 or 0.67, the average grain size was confirmed to be about 1 μm, and when the effective energy intensity ratio was 1.0, 0.16, 0.11, 0.07. In, it was confirmed that the average crystal grain size was about 0.3 μm. That is, under the condition that the effective energy intensity of the primary laser light differs from that of the secondary laser light by 20% or more, it is considered that the average crystal grain size significantly increases. Therefore, the above results indicate that the effective energy intensity ratio is I
0 ′ / I 0 = 0.2 to 0.9 (preferably 0.3 to 0 .
It is considered that when the condition (7) is satisfied, it indicates that the optimal crystallization condition exists.

【0104】〔実施例8〕本実施例では、実施形態2と
は異なる構造の光学系を用いた場合の例について図16
を用いて説明する。具体的には線状レーザー光の長手方
向または幅方向の長さを可変にする構成例を示す。
[Embodiment 8] In this embodiment, an example in which an optical system having a structure different from that of the second embodiment is used is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. Specifically, a configuration example in which the length of the linear laser light in the longitudinal direction or the width direction is variable will be described.

【0105】本実施例に示す光学系10を用いた場合、
結晶化のためにより高いエネルギーを要する半導体膜に
対しては線状レーザー光の長手方向の長さを短く、比較
的低いエネルギーで結晶化できる半導体膜には線状レー
ザー光の長手方向の長さを長く設定できる。これにより
エネルギー効率をいつでも最大にすることができる。ま
た、線状レーザー光の幅方向の長さを可変にすることに
より半導体膜の結晶化に最も適した幅方向の長さを決定
することができる。
When the optical system 10 shown in this embodiment is used,
For semiconductor films that require higher energy for crystallization, the length of the linear laser light in the longitudinal direction is shorter. For semiconductor films that can be crystallized with relatively lower energy, the length of the linear laser light in the longitudinal direction is shorter. Can be set longer. This allows maximum energy efficiency at any time. Further, by making the length in the width direction of the linear laser light variable, the length in the width direction most suitable for crystallization of the semiconductor film can be determined.

【0106】図16に示した光学系と図5に示した光学
系とで異なる点は、図16に示した光学系では、レーザ
ー光を幅方向に分割する役割を果たすシリンドリカルア
レイレンズ502に加えて同様の役割を果たすシリンド
リカルアレイレンズ11と、長手方向に分割する役割を
果たすシリンドリカルアレイレンズ503に加えて同様
の役割を果たすシリンドリカルアレイレンズ12とを用
いている点である。
The difference between the optical system shown in FIG. 16 and the optical system shown in FIG. 5 is that the optical system shown in FIG. 16 is different from the optical system shown in FIG. And a cylindrical array lens 11 that plays a similar role, and a cylindrical array lens 12 that plays a similar role in addition to the cylindrical array lens 503 that plays a role of dividing in the longitudinal direction.

【0107】本実施例において、線状レーザー光の断面
形状を変更する方法は長手方向も幅方向も同じ方法をと
っているので、ここでは長手方向に分割する役割を果た
す2つのシリンドリカルアレイレンズについてのみ説明
する。
In this embodiment, since the method of changing the cross-sectional shape of the linear laser beam is the same in both the longitudinal direction and the width direction, here, two cylindrical array lenses that serve to divide in the longitudinal direction are used. I will explain only.

【0108】シリンドリカルアレイレンズ503でレー
ザー光の長手方向に分割された個々のレーザー光は、シ
リンドリカルアレイレンズ12を形成する対応する個々
のシリンドリカルレンズに入射する。具体的には、シリ
ンドリカルアレイレンズ503が7つに分割されていれ
ばシリンドリカルアレイレンズ12も7つに分割された
ものを用いる。なお、シリンドリカルアレイレンズ50
3とシリンドリカルアレイレンズ12とは同一形状であ
ってもよいし、シリンドリカルレンズの曲率半径のみ異
なっていてもよい。
The individual laser beams split in the longitudinal direction of the laser beam by the cylindrical array lens 503 enter the corresponding individual cylindrical lenses forming the cylindrical array lens 12. Specifically, if the cylindrical array lens 503 is divided into seven, the cylindrical array lens 12 that is divided into seven is used. Note that the cylindrical array lens 50
3 and the cylindrical array lens 12 may have the same shape, or may differ only in the radius of curvature of the cylindrical lens.

【0109】このとき、焦点距離の組み合わせによりレ
ーザー光の長さの可変領域を決定できる。即ち、シリン
ドリカルアレイレンズ503とシリンドリカルアレイレ
ンズ12との距離を変化させることにより、線状レーザ
ー光の長手方向の長さを制御することができる。
At this time, the variable region of the length of the laser beam can be determined by the combination of the focal lengths. That is, by changing the distance between the cylindrical array lens 503 and the cylindrical array lens 12, the length of the linear laser light in the longitudinal direction can be controlled.

【0110】また、シリンドリカルアレイレンズ503
とシリンドリカルアレイレンズ12との間の距離は、シ
リンドリカルアレイレンズ503の焦点距離の2倍より
も短くすることが好ましい。これによりシリンドリカル
アレイレンズ503で分割されたレーザー光は、シリン
ドリカルアレイレンズ12を形成する個々のシリンドリ
カルレンズに1対1で対応させて入射させることができ
る。
Also, the cylindrical array lens 503
It is preferable that the distance between the lens and the cylindrical array lens 12 be shorter than twice the focal length of the cylindrical array lens 503. As a result, the laser beams split by the cylindrical array lens 503 can be made to correspond to the individual cylindrical lenses forming the cylindrical array lens 12 on a one-to-one basis.

【0111】また、本実施例では、ハーフミラー13と
して透過率可変型ハーフミラーを用いている。ここで透
過率可変型ハーフミラーの構成について図17を用いて
説明する。まず図17(A)の透過率可変型ハーフミラ
ーの例を示す。
In this embodiment, a variable transmittance half mirror is used as the half mirror 13. Here, the configuration of the variable transmittance half mirror will be described with reference to FIG. First, an example of the variable transmittance half mirror shown in FIG.

【0112】紙面左から入射するレーザー光902は、
透過率可変型ハーフミラー901によりレーザー光90
3とレーザビーム904に分離される。また、透過率可
変型ハーフミラー901には、各々透過率の異なる領域
905〜908が設けられた構造となっている。
The laser beam 902 incident from the left side of the paper is
Laser light 90 by variable transmittance half mirror 901
3 and a laser beam 904. The variable transmittance half mirror 901 has a structure in which regions 905 to 908 having different transmittances are provided.

【0113】図中の透過率可変型ハーフミラー901に
平行な矢印909の方向に前記透過率可変型ハーフミラ
ー901を動かすことで、透過したレーザー光903と
反射したレーザー光904とのエネルギー強度を異なる
ものとすることができる。なお、図17(A)では、4
つの透過率の異なる領域905〜908を示したが、こ
の領域は二つ以上であればいくつでも構わない。
By moving the variable transmittance half mirror 901 in the direction of an arrow 909 parallel to the variable transmittance half mirror 901 in the figure, the energy intensity of the transmitted laser beam 903 and the reflected laser beam 904 can be reduced. It can be different. Note that in FIG.
Although two regions 905 to 908 having different transmittances are shown, any number of regions may be used as long as the number is two or more.

【0114】次に、別の例を図17(B)に示す。紙面
左から入射するレーザー光912は、透過率可変型ハー
フミラー911によりレーザー光913とレーザー光9
14に分離される。透過率可変型ハーフミラー911は
図17(A)の透過率可変型ハーフミラー901よりも
さらに複数の領域に分割され、各領域では細かく段階的
に透過率が変化していくような構造となっている。
Next, another example is shown in FIG. The laser beam 912 incident from the left side of the paper is converted into a laser beam 913 and a laser beam 9 by a variable transmittance half mirror 911.
14 is separated. The variable transmittance half mirror 911 is further divided into a plurality of regions than the variable transmittance half mirror 901 of FIG. 17A, and has a structure in which the transmittance changes finely and stepwise in each region. ing.

【0115】このような透過率可変型ハーフミラーは市
販されているが、このように透過率の異なる領域が段階
的に細かく設けられていても、矢印915の方向に動か
すことで、透過したレーザー光913と反射したレーザ
ー光914とのエネルギー強度を異なるものとすること
ができる。
Such a variable transmittance half mirror is commercially available. However, even if regions having different transmittances are provided in a stepwise manner in this manner, the laser beam transmitted by moving in the direction of arrow 915 can be obtained. The energy intensities of the light 913 and the reflected laser light 914 can be different.

【0116】以上に示した光学系を用いることで、最終
的に半導体膜に照射されるレーザー光のエネルギー強度
を調節することが可能となる。この構成は実施形態1に
対して用いることも可能である。
By using the optical system described above, it is possible to adjust the energy intensity of the laser beam finally irradiated on the semiconductor film. This configuration can be used for the first embodiment.

【0117】〔実施例9〕本実施例では、実施例7にお
いて、反射体の反射面における多重反射の影響を考慮し
て実効エネルギー強度比を求めた例を示す。なお、実験
に用いた試料(A)〜(H)は実施例7と同一のもので
ある。また、本実施例の場合、第二次レーザー光の実効
エネルギー強度(I0')は、I0'=Iasubmirror
sub(1−RSiON-Si)/1−RSiON-Sisubmirror
subで表される。
[Embodiment 9] In this embodiment, an example is shown in which the effective energy intensity ratio is obtained in consideration of the effect of multiple reflection on the reflecting surface of the reflector in the embodiment 7. Samples (A) to (H) used in the experiment are the same as those in Example 7. Further, in the case of the present embodiment, the effective energy intensity (I 0 ′) of the secondary laser beam is I 0 ′ = I a T sub R mirror T
sub (1-R SiON-Si ) / 1-R SiON-Si T sub R mirror T
Represented by sub .

【0118】但し、Tsubは基板の透過率、Rmirror
反射体の表面での反射率、RSiON-SiはSiON膜中か
らアモルファスシリコン膜へ入射する際の反射率であ
る。なお、空気中からSiON膜へ入射する際の反射
率、SiON膜中の透過率、SiON膜中から基板へ入
射する際の反射率及び基板中からSiON膜へ入射する
際の反射率は、実験的に無視しうることが判明したので
計算に含めなかった。
Here, T sub is the transmittance of the substrate, R mirror is the reflectance on the surface of the reflector, and R SiON-Si is the reflectance when entering the amorphous silicon film from inside the SiON film. The reflectance when entering the SiON film from the air, the transmittance in the SiON film, the reflectance when entering from the SiON film to the substrate, and the reflectance when entering from the substrate to the SiON film are experimentally determined. Since it turned out to be negligible, it was not included in the calculation.

【0119】上記数式から計算されたデータを表2に示
す。表2に示すデータは表1のデータに多重反射の影響
を考慮して修正を加えたものである。
Table 2 shows data calculated from the above equations. The data shown in Table 2 is obtained by modifying the data in Table 1 in consideration of the influence of multiple reflection.

【0120】[0120]

【表2】 [Table 2]

【0121】表2に示したデータを基にしても実施例7
で述べた最適な結晶化条件、即ち実効エネルギー強度比
がI0'/I0=0.2〜0.9(好ましくは0.3〜
0.7)を満たす条件は変わらなかった。
Example 7 based on the data shown in Table 2
The optimum crystallization condition described in the above, that is, the effective energy intensity ratio is I 0 ′ / I 0 = 0.2 to 0.9 (preferably 0.3 to 0.9).
The condition satisfying 0.7) was not changed.

【0122】〔実施例10〕本実施例では、本発明の効
果について実験結果に基づいて説明を行う。なお、本実
施例では、結晶性を相対的に5段階に分けて評価した。
本明細書中において結晶状態は以下のように区別して評
価することにした。
[Embodiment 10] In this embodiment, effects of the present invention will be described based on experimental results. In this example, the crystallinity was evaluated in five stages relatively.
In the present specification, the crystalline state is evaluated as distinguished as follows.

【0123】 結晶状態(0):膜がアブレーションにより消失するに
至った状態。 結晶状態(1):図18(A)に示されるように、細か
い結晶粒が見受けられる微結晶状態。 結晶状態(2):図18(B)に示されるように、平均
結晶粒径が300〜450nm程度の結晶粒が見受けら
れる結晶状態。 結晶状態(3):図19(A)に示されるように、平均
結晶粒径が600〜800nm程度の比較的大きな結晶
粒が見受けられる結晶状態。 結晶状態(4):図19(B)に示されるように、長径
で3μm程度を超える非常に大きな結晶粒が見受けられ
る結晶状態。なお、本実施例ではこの状態の結晶粒をS
LG(Super Lateral Growth)により形成された結晶粒
と呼ぶことにする。
Crystal state (0): state in which the film has disappeared by ablation. Crystal state (1): As shown in FIG. 18A, a fine crystal state in which fine crystal grains are observed. Crystal state (2): As shown in FIG. 18B, a crystal state having an average crystal grain size of about 300 to 450 nm is observed. Crystal state (3): As shown in FIG. 19A, a crystal state in which relatively large crystal grains having an average crystal grain size of about 600 to 800 nm are observed. Crystal state (4): As shown in FIG. 19B, a crystal state in which very large crystal grains having a major axis exceeding about 3 μm are observed. In this embodiment, the crystal grains in this state are defined as S
The crystal grains are formed by LG (Super Lateral Growth).

【0124】以上の評価に基づき、レーザー結晶化の条
件と結晶状態の関係を調べた。図20に示されるデータ
は、照射エネルギー(アモルファスシリコン膜に到達す
る直前のレーザー光のエネルギー強度Iaに相当する)
と結晶状態の関係をシングル照射とデュアル照射とで比
較した結果である。なお、シングル照射とは表面のみへ
レーザー光を照射した場合であり、デュアル照射とは表
面および裏面へレーザー光を照射した場合を指す。
On the basis of the above evaluation, the relationship between the laser crystallization conditions and the crystal state was examined. The data shown in Figure 20, (corresponding to an energy intensity I a of the laser beam just before reaching the amorphous silicon film) irradiation energy
4 shows the results of comparison between the single irradiation and the dual irradiation for the relationship between and single crystal irradiation. Note that single irradiation refers to a case where only the front surface is irradiated with laser light, and dual irradiation refers to a case where the front and back surfaces are irradiated with laser light.

【0125】図20から明らかなように、デュアル照射
の方が低い照射エネルギーで結晶状態の良好な膜が得ら
れる。即ち、シングル照射の場合はSLGを起こすため
に510mJ/cm2前後の照射エネルギーが必要であるが、
デュアル照射の場合は440〜460mJ/cm2前後の照射
エネルギーで良い。このことは従来のシングル照射に比
べて本発明で用いるデュアル照射の方が低い照射エネル
ギーでより結晶性の高い半導体膜が得られることを示し
ている。
As is clear from FIG. 20, a film having a good crystal state can be obtained with dual irradiation at a lower irradiation energy. In other words, in the case of single irradiation, irradiation energy of about 510 mJ / cm 2 is required to cause SLG,
In the case of dual irradiation, irradiation energy of about 440 to 460 mJ / cm 2 is sufficient. This indicates that a semiconductor film having higher crystallinity can be obtained with lower irradiation energy in the dual irradiation used in the present invention than in the conventional single irradiation.

【0126】また、実験的には照射エネルギーが高いほ
ど第一次レーザー光の実効エネルギーが高くなり、形成
された結晶質半導体膜の表面荒れが増すことが判ってい
る。このことはSLGにより形成された結晶を得るにあ
たって、デュアル照射の方が膜表面に与えるダメージを
少なくできることを示唆している。
It has been experimentally found that the higher the irradiation energy is, the higher the effective energy of the primary laser light is, and the surface roughness of the formed crystalline semiconductor film is increased. This suggests that, in obtaining crystals formed by SLG, dual irradiation can reduce damage to the film surface.

【0127】次に、デュアル照射の場合において、反射
体の反射率を変えて実効エネルギー強度比を変えた実験
結果を示す。図21(A)は照射エネルギーと結晶状態
の関係を、図21(B)は実効入射エネルギーと結晶状
態の関係を示している。
Next, in the case of dual irradiation, experimental results are shown in which the reflectance of the reflector is changed to change the effective energy intensity ratio. FIG. 21A shows the relationship between the irradiation energy and the crystal state, and FIG. 21B shows the relationship between the effective incident energy and the crystal state.

【0128】図21(A)に示すように、反射体の反射
率が高くなるほど(第二次レーザー光の実効エネルギー
強度が強くなるほど)、同じ照射エネルギーでも結晶状
態が良くなる結果が得られた。これは同じ照射エネルギ
ーの場合、デュアル照射の方が実効入射エネルギーが高
いためと考えられる。なお、実効入射エネルギーとは、
非晶質半導体膜に入射した実効エネルギーの総和であ
り、第一次レーザー光の実効エネルギー強度と第二次実
効エネルギー強度の和に相当する。
As shown in FIG. 21A, as the reflectivity of the reflector increases (the effective energy intensity of the secondary laser beam increases), the result that the crystal state is improved even with the same irradiation energy was obtained. . This is probably because, for the same irradiation energy, the dual irradiation has a higher effective incident energy. The effective incident energy is
This is the sum of the effective energies incident on the amorphous semiconductor film, and corresponds to the sum of the effective energy intensity of the primary laser light and the secondary effective energy intensity.

【0129】そこで、同じ照射エネルギーに固定して実
効入射エネルギーと結晶状態の関係を調べた。すると図
21(B)に示すように、反射率が高くなるほどSLG
により形成された結晶(結晶状態4)を得るために必要
な実効入射エネルギーが高エネルギー側へシフトしてい
た。換言すれば、反射体の反射率は低い方が、より少な
い実効入射エネルギーでSLGにより形成された結晶粒
を得やすい、即ちエネルギー損失の少ない結晶化が可能
であることを意味している。
Therefore, the relationship between the effective incident energy and the crystal state was examined while fixing the same irradiation energy. Then, as shown in FIG. 21B, the higher the reflectance, the higher the SLG
The effective incident energy required to obtain the crystal (crystal state 4) formed by the above was shifted to a higher energy side. In other words, the lower the reflectivity of the reflector, the easier it is to obtain crystal grains formed by SLG with less effective incident energy, that is, it means that crystallization with less energy loss is possible.

【0130】また、図21(B)に示すように、反射体
の反射率の低くしていくとSLGに至る実効入射エネル
ギーも低くなっていくが、反射率がゼロではSLGは発
生しないことが確認されている。このことから反射体の
反射率には、SLGが発生する上での最適値が存在する
と考えられる。
As shown in FIG. 21 (B), as the reflectance of the reflector decreases, the effective incident energy reaching the SLG also decreases. However, when the reflectance is zero, the SLG does not occur. Has been confirmed. From this, it is considered that the reflectance of the reflector has an optimal value for generating SLG.

【0131】[0131]

【発明の効果】本発明に示したように、非晶質半導体膜
をレーザー結晶化する際に、レーザー光を非晶質半導体
膜の表面及び裏面を同時に照射し、且つ、裏面側に照射
される実効エネルギー強度と表面側に照射される実効エ
ネルギー強度とを異なるものとすることにより、従来に
比べて平均結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ること
が可能となる。
As shown in the present invention, when the amorphous semiconductor film is subjected to laser crystallization, the laser light is simultaneously irradiated on the front and back surfaces of the amorphous semiconductor film and is irradiated on the back surface side. By making the effective energy intensity different from the effective energy intensity applied to the surface side, it is possible to obtain a crystalline semiconductor film having an average crystal grain size larger than that of the related art.

【0132】そして、結晶粒径の大きい結晶質半導体膜
を得ることにより、TFT又はTFTで形成されたアク
ティブマトリクス型表示装置に代表される半導体装置の
性能を大幅に向上させうる。
By obtaining a crystalline semiconductor film having a large crystal grain size, the performance of a TFT or a semiconductor device typified by an active matrix display device formed of a TFT can be greatly improved.

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

【図1】 レーザー装置の構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser device.

【図2】 レーザー装置の光学系の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an optical system of the laser device.

【図3】 レーザーアニールの方法を示す図。FIG. 3 is a view showing a laser annealing method.

【図4】 レーザー装置の構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a laser device.

【図5】 レーザー装置の光学系の構成を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical system of the laser device.

【図6】 第一次レーザー光と第二次レーザー光を説
明するための図。
FIG. 6 is a diagram for explaining a primary laser beam and a secondary laser beam.

【図7】 ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すSE
M写真。
FIG. 7 is an SE showing crystal grains in a polysilicon film.
M photo.

【図8】 ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すSE
M写真。
FIG. 8 shows SE showing crystal grains of a polysilicon film.
M photo.

【図9】 ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すSE
M写真。
FIG. 9 is an SE showing crystal grains in a polysilicon film.
M photo.

【図10】 ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すSE
M写真。
FIG. 10 is an SE showing crystal grains of a polysilicon film.
M photo.

【図11】 ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すSE
M写真。
FIG. 11 shows an SE showing crystal grains of a polysilicon film.
M photo.

【図12】 ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すSE
M写真。
FIG. 12 shows SE showing crystal grains in a polysilicon film.
M photo.

【図13】 TFTを用いたCMOS回路の作製工程を
示す図。
FIG. 13 is a view showing a manufacturing process of a CMOS circuit using a TFT.

【図14】 試料構造を示す図。FIG. 14 shows a sample structure.

【図15】 ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すTE
M写真
FIG. 15 is a diagram showing TE showing a state of crystal grains of a polysilicon film.
M photo

【図16】 レーザー装置の光学系の構成を示す図。FIG. 16 is a diagram showing a configuration of an optical system of a laser device.

【図17】 透過率可変型ハーフミラーを説明する図。FIG. 17 is a diagram illustrating a variable transmittance half mirror.

【図18】 ポリシリコン膜の結晶状態を示すSEM写
真。
FIG. 18 is an SEM photograph showing a crystal state of a polysilicon film.

【図19】 ポリシリコン膜の結晶状態を示すSEM写
真。
FIG. 19 is an SEM photograph showing a crystal state of a polysilicon film.

【図20】 照射エネルギーと結晶状態の関係を示す
図。
FIG. 20 is a diagram showing a relationship between irradiation energy and a crystal state.

【図21】 照射エネルギーまたは実効入射エネルギー
と結晶状態の関係を示す図。
FIG. 21 is a diagram showing a relationship between irradiation energy or effective incident energy and a crystal state.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 幸一郎 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 Fターム(参考) 5F052 AA02 AA11 BA07 BA15 BB07 CA04 DA02 DB03 JA01 JA04 5F072 AA06 KK15 RR05 YY08 5F110 AA30 BB01 BB02 BB04 BB07 BB11 CC02 DD01 DD02 DD03 DD13 DD14 DD15 EE01 EE04 EE14 FF04 GG01 GG02 GG13 GG16 GG25 GG45 HL03 HM15 NN04 NN23 PP03 PP04 PP06 PP40  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Koichiro Tanaka 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa F-Terminator, Semi-Conductor Energy Laboratory Co., Ltd. 5F052 AA02 AA11 BA07 BA15 BB07 CA04 DA02 DB03 JA01 JA04 5F072 AA06 KK15 RR05 YY08 5F110 AA30 BB01 BB02 BB04 BB07 BB11 CC02 DD01 DD02 DD03 DD13 DD14 DD15 EE01 EE04 EE14 FF04 GG01 GG02 GG13 GG16 GG25 GG45 HL03 HM15 NN04 NN23 PP03 PP04 PP06 PP40

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザーと、該レーザーを発振源とするレ
ーザー光を被処理体の表面及び裏面に導く光学系と、前
記被処理体を保持するステージとを有し、 前記被処理体と前記ステージとの間には反射体が設けら
れ、前記被処理体の裏面に導かれるレーザー光は前記反
射体で反射されてから前記被処理体の裏面に導かれるこ
とを特徴とするレーザー装置。
An optical system for guiding a laser beam having the laser as an oscillation source to a front surface and a back surface of an object; and a stage for holding the object. A laser device, wherein a reflector is provided between the stage and the laser beam guided to the back surface of the object to be processed is reflected by the reflector and then guided to the back surface of the object to be processed.
【請求項2】請求項1において、前記反射体の前記レー
ザー光に対する反射率は20〜80%であることを特徴
とするレーザー装置。
2. The laser device according to claim 1, wherein the reflectance of the reflector with respect to the laser light is 20 to 80%.
【請求項3】レーザーと、該レーザーを発振源とするレ
ーザー光を被処理体の表面及び裏面に導く光学系とを有
し、 前記光学系には、前記被処理体の表面に導かれるレーザ
ー光のエネルギー密度または前記被処理体の裏面に導か
れるレーザー光のエネルギー密度のいずれか一方を減衰
させるフィルターを含むことを特徴とするレーザー装
置。
3. An optical system for guiding a laser beam using the laser as an oscillation source to a front surface and a back surface of an object to be processed, wherein the optical system includes a laser guided to the surface of the object to be processed. A laser device, comprising: a filter for attenuating one of an energy density of light and an energy density of laser light guided to a back surface of the object.
【請求項4】請求項1乃至請求項3のいずれか一におい
て、前記レーザー光は前記光学系により断面形状が線状
に変形されることを特徴とするレーザー装置。
4. A laser device according to claim 1, wherein said laser beam is linearly deformed in cross section by said optical system.
【請求項5】レーザー光が被処理体の表面及び裏面に照
射される時、前記被処理体の表面に照射されるレーザー
光の実効エネルギー強度(I0)と前記被処理体の裏面
に照射されるレーザー光の実効エネルギー強度(I0')
が異なることを特徴とするレーザーアニール方法。
5. When a laser beam is applied to the front and back surfaces of the object, the effective energy intensity (I 0 ) of the laser beam applied to the surface of the object and the back surface of the object are irradiated. Effective energy intensity of the emitted laser light (I 0 ')
A laser annealing method, wherein
【請求項6】レーザー光が被処理体の表面及び裏面に照
射される時、前記被処理体の表面に照射されるレーザー
光の実効エネルギー強度(I0)と前記被処理体の裏面
に照射されるレーザー光の実効エネルギー強度(I0')
との間に0<I0'/I0<1または1<I0'/I0の関係
があることを特徴とするレーザーアニール方法。
6. An effective energy intensity (I 0 ) of the laser light applied to the surface of the object to be processed when the laser light is applied to the front surface and the back surface of the object to be applied and the back surface of the object to be processed. Effective energy intensity of the emitted laser light (I 0 ')
And 0 <I 0 ′ / I 0 <1 or 1 <I 0 ′ / I 0 .
【請求項7】レーザーを発振源とするレーザー光が形成
される段階と、 前記レーザー光が被処理体の表面及び裏面に照射される
段階と、 を有し、 前記被処理体の裏面に照射されるレーザー光は、前記被
処理体の裏面側に設けられた反射体で反射されて前記被
処理体の裏面に照射されることを特徴とするレーザーア
ニール方法。
7. A step of forming a laser beam using a laser as an oscillation source, and a step of irradiating the laser beam to a front surface and a back surface of the object, and irradiating the back surface of the object. The laser annealing method is characterized in that the laser light to be reflected is reflected by a reflector provided on the back side of the object to be processed and is applied to the back side of the object to be processed.
【請求項8】レーザーを発振源とするレーザー光が形成
される段階と、 前記レーザー光が被処理体の表面及び裏面に照射される
段階と、 を有し、 前記被処理体の裏面に照射されるレーザー光は、前記被
処理体の裏面側に設けられた反射体で反射されて前記被
処理体の裏面に照射され、 前記被処理体の表面に照射されるレーザー光の実効エネ
ルギー強度(I0)と前記被処理体の裏面に照射される
レーザー光の実効エネルギー強度(I0')が異なること
を特徴とするレーザーアニール方法。
8. A step of forming a laser beam using a laser as an oscillation source, and a step of irradiating the laser beam to the front and back surfaces of the object to be processed, and irradiating the back surface of the object to be processed. The reflected laser light is reflected by a reflector provided on the back surface side of the object to be processed and is irradiated on the back surface of the object to be processed, and the effective energy intensity of the laser light applied to the surface of the object to be processed ( I 0) and the laser annealing method effective energy intensity of the laser light irradiated on the back surface of the object to be processed (I 0 ') are different from each other.
【請求項9】レーザーを発振源とするレーザー光が形成
される段階と、 前記レーザー光が被処理体の表面及び裏面に照射される
段階と、 を有し、 前記被処理体の裏面に照射されるレーザー光は、前記被
処理体の裏面側に設けられた反射体で反射されて前記被
処理体の裏面に照射され、 前記被処理体の表面に照射されるレーザー光の実効エネ
ルギー強度(I0)と前記被処理体の裏面に照射される
レーザー光の実効エネルギー強度(I0')との間に0<
0'/I0<1または1<I0'/I0の関係があることを
特徴とするレーザーアニール方法。
9. A step of forming a laser beam using a laser as an oscillation source, and a step of irradiating the laser beam to a front surface and a back surface of the object, and irradiating the back surface of the object. The reflected laser light is reflected by a reflector provided on the back surface side of the object to be processed and is irradiated on the back surface of the object to be processed, and the effective energy intensity of the laser light applied to the surface of the object to be processed ( 0 between I 0) and the effective energy intensity of the laser light irradiated on the back surface of the object to be processed (I 0 ') <
A laser annealing method characterized by a relationship of I 0 ′ / I 0 <1 or 1 <I 0 ′ / I 0 .
【請求項10】レーザーを発振源とするレーザー光が形
成される段階と、 前記レーザー光が被処理体の表面及び裏面に照射される
段階と、 を有し、 前記レーザー光は光学系により前記被処理体の表面に照
射されるレーザー光と前記被処理体の裏面に照射される
レーザー光とに分割されることを特徴とするレーザーア
ニール方法。
10. A step of forming a laser beam using a laser as an oscillation source; and a step of irradiating the laser beam on the front and back surfaces of the object to be processed. A laser annealing method, wherein the laser light is divided into a laser beam irradiated on a front surface of a processing object and a laser beam irradiated on a back surface of the processing object.
【請求項11】レーザーを発振源とするレーザー光が形
成される段階と、 前記レーザー光が被処理体の表面及び裏面に照射される
段階と、 を有し、 前記レーザー光は光学系により前記被処理体の表面に照
射されるレーザー光と前記被処理体の裏面に照射される
レーザー光とに分割され、 前記被処理体の表面に照射されるレーザー光の実効エネ
ルギー強度(I0)と前記被処理体の裏面に照射される
レーザー光の実効エネルギー強度(I0')が異なること
を特徴とするレーザーアニール方法。
11. A step of forming a laser beam using a laser as an oscillation source; and a step of irradiating the laser beam to the front and back surfaces of the object to be processed, wherein the laser beam is emitted by an optical system. An effective energy intensity (I 0 ) of the laser light, which is divided into a laser beam applied to the surface of the object and a laser beam applied to the back surface of the object, and applied to the surface of the object; A laser annealing method characterized in that the effective energy intensity (I 0 ′) of the laser light applied to the back surface of the object to be processed is different.
【請求項12】レーザーを発振源とするレーザー光が形
成される段階と、 前記レーザー光が被処理体の表面及び裏面に照射される
段階と、 を有し、 前記レーザー光は光学系により前記被処理体の表面に照
射されるレーザー光と前記被処理体の裏面に照射される
レーザー光とに分割され、 前記被処理体の表面に照射されるレーザー光の実効エネ
ルギー強度(I0)と前記被処理体の裏面に照射される
レーザー光の実効エネルギー強度(I0')との間に0<
0'/I0<1または1<I0'/I0の関係があることを
特徴とするレーザーアニール方法。
12. A step of forming a laser beam using a laser as an oscillation source; and a step of irradiating the laser beam on the front and back surfaces of the object to be processed. An effective energy intensity (I 0 ) of the laser light, which is divided into a laser beam applied to the surface of the object and a laser beam applied to the back surface of the object, and applied to the surface of the object; 0 <between the laser beam and the effective energy intensity (I 0 ′) of the laser beam applied to the back surface of the object to be processed.
A laser annealing method characterized by a relationship of I 0 ′ / I 0 <1 or 1 <I 0 ′ / I 0 .
【請求項13】請求項5乃至請求項12のいずれか一に
おいて、前記レーザー光が線状に変形される段階が含ま
れることを特徴とするレーザーアニール方法。
13. The laser annealing method according to claim 5, further comprising the step of linearly deforming the laser light.
【請求項14】請求項5乃至請求項12のいずれか一に
おいて、前記被処理体とは非晶質半導体膜若しくは微結
晶半導体膜であることを特徴とするレーザーアニール方
法。
14. The laser annealing method according to claim 5, wherein the object to be processed is an amorphous semiconductor film or a microcrystalline semiconductor film.
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