JP2001210591A - Laser irradiation apparatus and laser irradiation method - Google Patents

Laser irradiation apparatus and laser irradiation method

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JP2001210591A
JP2001210591A JP2000017112A JP2000017112A JP2001210591A JP 2001210591 A JP2001210591 A JP 2001210591A JP 2000017112 A JP2000017112 A JP 2000017112A JP 2000017112 A JP2000017112 A JP 2000017112A JP 2001210591 A JP2001210591 A JP 2001210591A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser irradiation technique, which enables a polycrystalline semiconductor film having uniformly distributed and well- arranged particles of a large size to be formed accurately at a target place. SOLUTION: A laser beam comprises a first region, having energy density fewer than Eu which is microcrystallization energy of an amorphous semiconductor thin film, and the second region with an energy density of Eu or higher located at both sides of the first region, arranged along one direction in the irradiation region of a laser beam. The first region is set as a valley shape, for example, and the width is set at 3 μm or less, preferably less than 1.8 μm.

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】本発明は非単結晶半導体薄膜
にパルスレーザ光を照射してアニールを行うレーザ照射
方法に関し、特に液晶ディスプレイや密着型イメージセ
ンサ等に用いられる多結晶シリコン薄膜トランジスタの
チャネル層を形成するレーザ照射方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser irradiation method for irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film with a pulse laser beam for annealing, and more particularly to a channel layer of a polycrystalline silicon thin film transistor used for a liquid crystal display, a contact type image sensor and the like. And a laser irradiation method for forming the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、多結晶シリコン薄膜トランジスタ
により、安価なガラス基板上に駆動回路を備えた液晶表
示装置を形成することが可能となっている。多結晶シリ
コン薄膜の形成法としては、プロセス温度の低温化およ
び高スループット化の観点から、エキシマレーザ光を照
射することにより非晶質シリコン薄膜を結晶化させて多
結晶シリコン薄膜を得るエキシマレーザ結晶化法が広く
用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, it has become possible to form a liquid crystal display device having a drive circuit on an inexpensive glass substrate by using a polycrystalline silicon thin film transistor. As a method of forming a polycrystalline silicon thin film, an excimer laser crystal is used to crystallize an amorphous silicon thin film by irradiating excimer laser light to obtain a polycrystalline silicon thin film from the viewpoint of lowering a process temperature and increasing throughput. The chemical method is widely used.

【0003】ところがエキシマレーザ結晶化法は、レー
ザ光がパルスレーザ光であるために薄膜の熱処理される
時間が限られてしまい、得られる結晶粒子の大きさが制
限されてしまうという問題がある。そのため、得られた
多結晶シリコン薄膜を利用して薄膜トランジスタ(TF
T:Thin Film Transistor)を作
製した場合、その移動度は100cm2/Vs程度に留
まり、現在望まれているような高移動度の素子形成は困
難である。
However, the excimer laser crystallization method has a problem that the heat treatment of the thin film is limited because the laser light is a pulsed laser light, and the size of crystal grains obtained is limited. Therefore, using the obtained polycrystalline silicon thin film, a thin film transistor (TF
When a thin film transistor (T: Thin Film Transistor) is manufactured, the mobility is limited to about 100 cm 2 / Vs, and it is difficult to form a high mobility element as desired at present.

【0004】そこで多結晶シリコン薄膜の大粒径化技術
に関し、これまで種々の検討がなされてきた。
Therefore, various studies have been made on a technique for increasing the grain size of a polycrystalline silicon thin film.

【0005】特開平9−246183号公報には、線幅
方向に台形状ビームプロファイルを有するレーザ光を照
射する方法が開示されている。この方法は、台形状ビー
ムプロファイルのレーザを照射し、多結晶組織を得るも
のである。台形状ビームプロファイルの中央部エネルギ
ー密度を非晶質半導体(非晶質シリコン)の微結晶化し
きい値以上としているため、台形状プロファイルの傾斜
部において、微結晶化しきい値よりも若干低いエネルギ
ーの部分が存在することとなる。この領域において、結
晶粒子径が大きな多結晶半導体領域を得ることができる
とされている。しかしながらこの方法では、たしかに微
結晶化しきい値よりも若干低いエネルギーの部分におい
て結晶粒子径が大きな多結晶半導体領域を得ることがで
きるものの、その大粒径粒子の配列は無秩序であり、粒
径分布も一般に広くなる。したがって、このような多結
晶半導体領域をたとえばTFTのチャネル層として利用
した場合、移動度等のTFT特性のばらつきをもたらす
こととなる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-246183 discloses a method of irradiating a laser beam having a trapezoidal beam profile in the line width direction. In this method, a laser having a trapezoidal beam profile is irradiated to obtain a polycrystalline structure. Since the energy density at the center of the trapezoidal beam profile is equal to or higher than the microcrystallization threshold of the amorphous semiconductor (amorphous silicon), the energy of the energy slightly lower than the microcrystallization threshold at the slope of the trapezoidal profile is increased. There will be parts. It is stated that a polycrystalline semiconductor region having a large crystal grain diameter can be obtained in this region. However, in this method, although it is possible to obtain a polycrystalline semiconductor region having a large crystal grain diameter at a portion of energy slightly lower than the microcrystallization threshold, the arrangement of the large-diameter particles is disordered, and the particle size distribution is large. Are also generally wider. Therefore, when such a polycrystalline semiconductor region is used, for example, as a channel layer of a TFT, variations in TFT characteristics such as mobility are caused.

【0006】また、特開平10−275781号公報お
よび第42回応用物理学関係連合講演会講演予稿集第2
分冊694頁には、複数のレーザパルスを合成してレー
ザ照射を行う技術が開示されている。しかしながらこれ
らの方法を用いた場合においても、結晶粒子の大粒径化
を図ることはできるものの、その配列や粒径分布を揃え
ることは困難であった。
Also, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-275781 and the 42nd Preliminary Lecture Meeting on Applied Physics, No. 2
A separate volume of page 694 discloses a technique for synthesizing a plurality of laser pulses and performing laser irradiation. However, even when these methods are used, although it is possible to increase the crystal grain size, it is difficult to make the arrangement and the grain size distribution uniform.

【0007】また、MRS BullEtin 21巻
(1996年)、3月号、39頁には、島状に形成した
非晶質シリコン薄膜に、幅5μmの極めて微細な線状ビ
ームを0.75μmピッチでスキャン照射することによ
り、結晶粒子界がほぼ平行に整列している一方向成長多
結晶シリコン薄膜を形成する技術が開示されている。こ
の方法であれば多結晶粒子の均一性も確保されるが、ス
ループットが低下する上、サブミクロンのステージ動作
精度を確保する必要性から搬送系が複雑化するという問
題が生じる。
On the other hand, MRS BullEtin Vol. 21 (1996), March, p. 39 states that an extremely fine linear beam having a width of 5 μm is formed on an island-shaped amorphous silicon thin film at a pitch of 0.75 μm. There is disclosed a technique of forming a unidirectionally grown polycrystalline silicon thin film in which crystal grain boundaries are aligned substantially parallel by scanning irradiation. With this method, the uniformity of the polycrystalline particles is ensured, but the throughput is reduced and the transfer system becomes complicated due to the necessity of ensuring the submicron stage operation accuracy.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであって、粒径分布が均一で、かつ
粒子の配列状態が良好な大粒径多結晶半導体膜を形成す
るレーザ照射技術を提供することを目的とする。また、
目的の場所に位置精度良く多結晶半導体膜を形成するレ
ーザ照射技術を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and forms a large-diameter polycrystalline semiconductor film having a uniform particle size distribution and a good particle arrangement state. An object of the present invention is to provide a laser irradiation technique. Also,
An object of the present invention is to provide a laser irradiation technique for forming a polycrystalline semiconductor film at a target location with high positional accuracy.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明によれば、以下に示すレーザ照射装置およびレーザ照
射方法が提供される。 [1] レーザ光を発生させるレーザ光源と、発生した
レーザ光のエネルギー分布を調整する手段とを備え、エ
ネルギー分布を調整した後のレーザ光を非単結晶半導体
薄膜に照射し多結晶半導体薄膜を形成するレーザ照射装
置であって、前記非単結晶半導体薄膜に照射するレーザ
光の照射領域中の一方向に沿ったエネルギー密度分布
が、非晶質半導体薄膜の微結晶化エネルギーをEuとし
て、エネルギー密度Eu未満の第一の領域と、該第一の
領域の両側に位置するエネルギー密度Eu以上の第二の
領域とを有し、前記第一の領域の幅が3μm以下である
ことを特徴とするレーザ照射装置。 [2] 前記第一の領域の幅が1.8μm以下であるこ
とを特徴とする[1]に記載のレーザ照射装置。 [3] 前記第一の領域が急峻な谷形状を有することを
特徴とする[1]または[2]に記載のレーザ照射装
置。 [4] レーザ光のエネルギー分布を調整する手段が、
基材および該基材の一部を覆う誘電体膜からなるマスク
であって、基材のみを透過したレーザ光による照射領域
と、基材および誘電体膜を透過したレーザ光による照射
領域との境界面近傍に、前記第一の領域を生成すること
を特徴とする[1]乃至[3]いずれかに記載のレーザ
照射装置。 [5] 前記エネルギー密度分布を有する第一のレーザ
光と、該エネルギー密度分布を有し、平均エネルギー密
度が第一のレーザ光より低い第二のレーザ光とを、この
順で同一地点に照射するように調整されたことを特徴と
する[1]乃至[4]いずれかに記載のレーザ照射装
置。 [6] レーザ光を非単結晶半導体薄膜に照射し多結晶
半導体薄膜を形成するレーザ照射方法であって、該レー
ザ光の光照射領域中の一方向に沿ったエネルギー密度分
布が、非晶質半導体薄膜の微結晶化エネルギーをEu
したときに、エネルギー密度Eu未満の第一の領域と、
該第一の領域の両側に位置するエネルギー密度Eu以上
の第二の領域とを有し、前記第一の領域の幅が3μm以
下であることを特徴とするレーザ照射方法。 [7] 前記第一の領域の幅が1.8μm以下であるこ
とを特徴とする[6]に記載のレーザ照射装置。 [8] 前記第一の領域が急峻な谷形状を有することを
特徴とする[6]または[7]に記載のレーザ照射方
法。 [9] 基材および該基材の一部を覆う誘電体膜からな
るマスクにレーザ光透過させ、基材のみを透過したレー
ザ光による照射領域と、基材および誘電体膜を透過した
レーザ光による照射領域との境界面近傍に、前記第一の
領域を生成することを特徴とする[6]乃至[8]いず
れかに記載のレーザ照射方法。 [10] 前記エネルギー密度分布を有する第一のレー
ザ光と、該エネルギー密度分布を有し、平均エネルギー
密度が第一のレーザ光より低い第二のレーザ光とを、こ
の順で同一地点に照射することを特徴とする[6]乃至
[9]いずれかに記載のレーザ照射方法。
According to the present invention for solving the above problems, the following laser irradiation apparatus and laser irradiation method are provided. [1] A laser light source for generating laser light, and means for adjusting the energy distribution of the generated laser light are provided, and the laser light after adjusting the energy distribution is applied to the non-single-crystal semiconductor thin film to form a polycrystalline semiconductor thin film. a laser irradiation apparatus for forming, the energy density distribution along one direction in the irradiation region of the laser beam to be irradiated to the non-single-crystal semiconductor thin film, fine crystallization energy of the amorphous semiconductor thin film as E u, has a first region below the energy density E u, the energy density E u or more second region located on both sides of the first region, the width of the first region is 3μm or less A laser irradiation device characterized by the above-mentioned. [2] The laser irradiation device according to [1], wherein the width of the first region is 1.8 μm or less. [3] The laser irradiation device according to [1] or [2], wherein the first region has a steep valley shape. [4] The means for adjusting the energy distribution of the laser light is
A mask made of a base material and a dielectric film covering a part of the base material, wherein an irradiation region of the laser light transmitted through the base material only and an irradiation region of the laser light transmitted through the base material and the dielectric film The laser irradiation device according to any one of [1] to [3], wherein the first region is generated near a boundary surface. [5] The same spot is irradiated with a first laser beam having the energy density distribution and a second laser beam having the energy density distribution and having an average energy density lower than that of the first laser beam in this order. The laser irradiation apparatus according to any one of [1] to [4], wherein the laser irradiation apparatus is adjusted to perform the following. [6] A laser irradiation method for irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film with laser light to form a polycrystalline semiconductor thin film, wherein an energy density distribution in one direction in a light irradiation region of the laser light is amorphous. fine crystallization energy of the semiconductor thin film when the E u, the first region is less than the energy density E u,
A second region having an energy density of Eu or higher located on both sides of the first region, wherein the width of the first region is 3 μm or less. [7] The laser irradiation apparatus according to [6], wherein the width of the first region is 1.8 μm or less. [8] The laser irradiation method according to [6] or [7], wherein the first region has a steep valley shape. [9] Laser light is transmitted through a mask made of a base material and a dielectric film covering a part of the base material, and a region irradiated with laser light transmitted only through the base material, and a laser beam transmitted through the base material and the dielectric film The laser irradiation method according to any one of [6] to [8], wherein the first region is generated in the vicinity of a boundary with the irradiation region. [10] The same point is irradiated with a first laser beam having the energy density distribution and a second laser beam having the energy density distribution and having an average energy density lower than the first laser beam in this order. The laser irradiation method according to any one of [6] to [9].

【0010】上記したように本発明においては、3μm
以下の狭い幅を有する第一の領域が、エネルギー密度E
u以上の第二の領域に挟まれた形態のエネルギー密度分
布となっている。このため、第一の領域において、図1
および図6に示すように、多結晶粒子が一列または二列
に整然と形成することができる上、多結晶粒子の形成箇
所を所望の位置に精度良く形成できる。核成長の起点が
限られた狭い領域、すなわち第一の領域内にのみ発生す
るためである。3μm以下の狭い幅には、多結晶粒子の
成長核は、一列または二列しか発生しないため、上記の
ように、多結晶粒子が一列または二列に整然と配列した
状態で形成されるのである。
As described above, in the present invention, 3 μm
The first area having the following narrow width is the energy density E
The energy density distribution is in the form of being sandwiched between the second regions of u or more. Therefore, in the first area, FIG.
As shown in FIG. 6 and FIG. 6, the polycrystalline particles can be formed neatly in one or two rows, and the polycrystalline particles can be formed at desired positions with high precision. This is because the starting point of nucleus growth occurs only in a limited narrow region, that is, the first region. In a narrow width of 3 μm or less, only one or two rows of growth nuclei of polycrystalline particles are generated. Therefore, as described above, the polycrystalline grains are formed in a state of being arranged in one or two rows.

【0011】また、本発明においては、多結晶粒子の粒
径が均一となる。本発明においては、第一の領域の両側
に存在する第二の領域のエネルギー密度がEu以上であ
るため、第一の領域を起点として高エネルギー領域側に
向かって進行する核成長が、第二の領域において発生し
た微結晶のところで停止することとなる。このため、個
々の多結晶粒子間で核成長速度のばらつきがあっても最
終的に形成される多結晶粒子の粒径はほぼ均一となるの
である。
In the present invention, the polycrystalline particles have a uniform particle size. In the present invention, since the energy density of the second region existing on both sides of the first region is equal to or higher than Eu , nuclear growth that proceeds from the first region toward the high energy region side is the second region. It stops at the microcrystal generated in the second region. For this reason, even if the nucleus growth rate varies among the individual polycrystalline particles, the particle size of the polycrystalline particles finally formed is substantially uniform.

【0012】上記[2]または[7]の発明によれば、
多結晶粒子の粒径を顕著に大粒径化できる上、多結晶粒
子の配列を一層良好にすることができる。第一の領域に
成長核が一列のみ発生するため、結晶粒子の成長が双方
向に進むためである。
According to the invention of the above [2] or [7],
The particle diameter of the polycrystalline particles can be significantly increased, and the arrangement of the polycrystalline particles can be further improved. This is because only one row of growth nuclei is generated in the first region, so that the growth of crystal grains proceeds in both directions.

【0013】上記[3]または[8]の発明によれば、
谷形状の底部に精度良く成長核を発生させることがで
き、粒子の配列性を一層良好にすることができ、粒径も
充分に大きくすることができる。
According to the invention of the above [3] or [8],
Growth nuclei can be generated with high accuracy at the bottom of the valley shape, the arrangement of particles can be further improved, and the particle size can be sufficiently increased.

【0014】上記[4]または[9]の発明によれば、
上記[1]等に規定する特定のエネルギー密度分布を簡
便な方法で精度良く実現することができ、生産性に優れ
る等の利点が得られる。
According to the invention of the above [4] or [9],
The specific energy density distribution defined in the above [1] and the like can be realized with high accuracy by a simple method, and advantages such as excellent productivity can be obtained.

【0015】また、上記[5]および[10]の発明に
よれば、膜の溶融時間を長くすることができるため、よ
り大粒径の多結晶粒子が得られる。
Further, according to the inventions of the above [5] and [10], the melting time of the film can be lengthened, so that polycrystalline particles having a larger particle size can be obtained.

【0016】以上のように本発明によれば、大粒径かつ
粒径均一性に優れた多結晶組織を、整然とした配列した
状態で位置精度良く形成することができる。この多結晶
組織を利用することにより、高移動度を有する薄膜トラ
ンジスタ素子を大面積基板上に均一に形成することが可
能となる。
As described above, according to the present invention, a polycrystalline structure having a large grain size and excellent grain size uniformity can be formed with a high degree of positional accuracy in an orderly arrangement. By utilizing this polycrystalline structure, a thin film transistor having high mobility can be uniformly formed over a large-area substrate.

【0017】[0017]

【実施の形態】本発明はレーザ光、特にパルスレーザ光
を非単結晶半導体薄膜に照射するものである。本発明に
おいては、多結晶粒子を形成すべき領域全体に対してレ
ーザ光を一括照射する形態とすることが好ましい。すな
わち、レーザ光の照射領域を、多結晶粒子を形成すべき
領域全体と一致させる形態とすることが好ましい。これ
により高い生産性を実現することができる。また、これ
以外に、線状あるいは矩形状の照射領域を有するレーザ
光を用い、レーザ光をスキャンしながら照射を行う方式
とすることもできる。たとえば線状の照射領域のレーザ
光を用いる場合は、照射領域をその短軸方向に移動さ
せ、所望の領域全体に対してレーザ照射を行う。なお、
本発明に係るレーザ照射は、基板を加熱しながら行うこ
ともできる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is directed to irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film with laser light, particularly pulsed laser light. In the present invention, it is preferable that the entire region where the polycrystalline particles are to be formed be irradiated with laser light at a time. That is, it is preferable that the irradiation region of the laser beam be made to coincide with the entire region where the polycrystalline particles are to be formed. Thereby, high productivity can be realized. In addition, a method in which laser light having a linear or rectangular irradiation area is used and irradiation is performed while scanning the laser light may be employed. For example, when using laser light in a linear irradiation area, the irradiation area is moved in the short axis direction, and laser irradiation is performed on the entire desired area. In addition,
The laser irradiation according to the present invention can be performed while heating the substrate.

【0018】本発明において、非単結晶半導体薄膜とは
単結晶でない半導体薄膜をいい、非晶質シリコンなどの
非晶質薄膜や、多結晶シリコンなどの多結晶薄膜をい
う。また本発明における多結晶半導体薄膜を構成する結
晶粒子の粒子径は、好ましくは0.5μm以上、さらに
好ましくは1μm以上である。このような大粒径の粒子
により多結晶半導体薄膜を構成することにより、高効率
の素子を得ることができる。
In the present invention, a non-single-crystal semiconductor thin film refers to a semiconductor thin film that is not a single crystal, and refers to an amorphous thin film such as amorphous silicon or a polycrystalline thin film such as polycrystalline silicon. The particle diameter of the crystal particles constituting the polycrystalline semiconductor thin film in the present invention is preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more. By forming a polycrystalline semiconductor thin film with such large-diameter particles, a highly efficient device can be obtained.

【0019】本発明における非晶質の微結晶化エネルギ
ーEuについて以下、説明する。非晶質シリコンのレー
ザアニールにおいて、形成される多結晶シリコンの結晶
粒子径は、レーザエネルギー密度に依存する。エネルギ
ー密度が増加するにしたがい粒径は増加するが、ある特
定のエネルギー密度を越えると粒径が20nm以下と極
めて微細になることが知られている。このときのエネル
ギー密度を非晶質の微結晶化しきい値といい、Euと表
す。微結晶化は、薄膜の溶融状態の変化により、再結晶
化時の核発生機構が、基板薄膜界面を核発生サイトとし
た不均一核発生から、均一核発生へと変化することによ
り発生すると考えられている。この核発生機構の変化
は、薄膜の到達温度と冷却速度に依存する。従って微結
晶化しきい値Euは、薄膜の膜厚、薄膜の構造、パルス
レーザ光の波長、パルス幅、などに依存して変化する。
例えば、一旦レーザ結晶化した多結晶シリコン薄膜のE
uは、非晶質シリコン薄膜のEuに対して約14%大きな
値となる。これは、膜表面のレーザに対する反射率およ
び熱物性が異なるためである。
[0019] The amorphous fine crystallization energy E u of the present invention will be described below. In laser annealing of amorphous silicon, the crystal grain size of the formed polycrystalline silicon depends on the laser energy density. It is known that as the energy density increases, the particle size increases, but when the energy density exceeds a certain specific value, the particle size becomes extremely fine as 20 nm or less. The energy density of the called amorphous micro-crystallization threshold, expressed as E u. Microcrystallization is thought to occur when the nucleation mechanism during recrystallization changes from heterogeneous nucleation with nucleation sites at the substrate thin film interface to uniform nucleation due to changes in the melting state of the thin film. Have been. This change in the nucleation mechanism depends on the temperature reached and the cooling rate of the thin film. Accordingly, the microcrystallization threshold Eu changes depending on the thickness of the thin film, the structure of the thin film, the wavelength of the pulsed laser light, the pulse width, and the like.
For example, E of a polycrystalline silicon thin film once laser-crystallized
u is a large value of about 14% with respect to E u of the amorphous silicon thin film. This is because the reflectivity of the film surface to the laser and the thermal properties are different.

【0020】エネルギー密度Eu以上の領域とEu未満の
領域を含むプロファイルのレーザ光を非単結晶半導体薄
膜に照射した場合、エネルギー密度がEuよりもわずか
に低い領域に、大粒径の多結晶粒子が形成される。図7
はその一例を示すものである。このような多結晶粒子
は、主として低エネルギー側から高エネルギー側へと成
長する傾向にある。核発生は、低エネルギー側の方でよ
り早く起こるからである。
[0020] If the laser beam profile that includes regions of less than the energy density E u or more areas and E u was irradiated to the non-single-crystal semiconductor thin film, the energy density is slightly lower region than E u, the large particle size Polycrystalline particles are formed. FIG.
Shows an example. Such polycrystalline particles tend to grow mainly from the low energy side to the high energy side. Nucleation occurs earlier on the lower energy side.

【0021】図1は、本発明において用いるレーザ光の
エネルギー密度分布の一例を示すものである。このレー
ザ光は矩形状の照射領域を有するレーザであり、図のエ
ネルギー密度分布は、長辺方向に沿ったプロファイルを
示している。図に示したエネルギー密度分布は、略平坦
な領域と、平坦な領域の内部に急峻な谷部を有する形状
となっている。すなわち、非晶質半導体薄膜の微結晶化
エネルギーをEuとして、エネルギー密度Eu未満の第一
の領域と、該第一の領域の両側に位置するエネルギー密
度Eu以上の第二の領域とを有するプロファイルとなっ
ている。第一の領域は急峻な谷形状を有しており、その
幅(W1)は1.8μm以下となっている。この図では
第二の領域はフラットな形状となっているが、エネルギ
ー密度Eu以上である限り、これに限られず任意の形状
とすることができる。
FIG. 1 shows an example of an energy density distribution of a laser beam used in the present invention. This laser light is a laser having a rectangular irradiation area, and the energy density distribution in the figure shows a profile along the long side direction. The energy density distribution shown in the figure has a shape having a substantially flat region and a steep valley inside the flat region. That is, fine crystallization energy of the amorphous semiconductor thin film as E u, the first region is less than the energy density E u, a second region of higher energy density E u located on both sides of the first region The profile has The first region has a steep valley shape, and its width (W 1 ) is 1.8 μm or less. In this figure, the second region has a flat shape, but is not limited to this and may have any shape as long as the energy density is equal to or higher than Eu .

【0022】上記のようなエネルギー分布は、基材およ
びその一部を覆う誘電体膜からなるマスクを用いること
により実現できる。このようなマスクを用いることによ
り、基材および誘電体膜を透過したレーザ光による照射
領域との境界面近傍に、第二の領域が生成される。図2
はこのようなマスクの一例を示すものであり、石英板2
01の表面の一部にSiO2膜202がコーティングさ
れている。SiO2の代わりにSiN等を用いることも
できる。このマスクは、一回反転型の位相シフトマスク
である。通常のトップフラット型プロファイルのレーザ
光が、位相シフトマスクを通過するとき、SiO2膜2
02により、位相が反転し、急峻な谷形状を有するプロ
ファイルとなる。谷形状については、位相シフトマスク
を含めた光学系の設計次第により、任意の形状とするこ
とができる。位相シフトマスクを利用した上記方法の詳
細については、SPIE vol.1463 Optical Laser Microli
thography IV (1991) p74-86,p87-100に記載されてい
る。
The above energy distribution can be realized by using a mask made of a dielectric film covering the base material and a part thereof. By using such a mask, a second region is generated in the vicinity of the boundary surface with the region irradiated with the laser light transmitted through the base material and the dielectric film. FIG.
Shows an example of such a mask, and the quartz plate 2
01 is coated with a SiO 2 film 202. SiN or the like can be used instead of SiO 2 . This mask is a one-time inversion type phase shift mask. When a laser beam having a normal top flat profile passes through a phase shift mask, the SiO 2 film 2
With 02, the phase is inverted and the profile has a steep valley shape. The valley shape can be any shape depending on the design of the optical system including the phase shift mask. For details of the above method using a phase shift mask, see SPIE vol.1463 Optical Laser Microli.
thography IV (1991) p74-86, p87-100.

【0023】図9は、本発明に係るレーザ照射装置の概
略図である。レーザ光源1から発したレーザビームは、
光学系2を経た後、マスク6を通過してチャンバ3内の
ステージ4上に保持された基板5に照射される。マスク
6は図2に示した構造を有している。このような特殊な
構造のマスクを透過させることにより、マスク透過前に
おいてトップフラット型のエネルギー密度分布を有して
いたレーザ光が、マスク透過後、図2に示したように急
峻な谷部を有するエネルギー密度分布のレーザ光とな
る。
FIG. 9 is a schematic view of a laser irradiation apparatus according to the present invention. The laser beam emitted from the laser light source 1 is
After passing through the optical system 2, the light passes through the mask 6 and is irradiated onto the substrate 5 held on the stage 4 in the chamber 3. The mask 6 has the structure shown in FIG. By transmitting the light through the mask having such a special structure, the laser light having a top flat type energy density distribution before the transmission through the mask causes a sharp valley as shown in FIG. It becomes a laser beam having an energy density distribution.

【0024】本発明者らの検討によれば、第一の領域に
発生する大粒径多結晶粒子の数は、第一の領域の幅(W
1)に依存することが確認されている。W1を多結晶粒子
の粒径の2倍以上の幅とした場合、各々のエネルギー勾
配に沿って多結晶粒子が2個以上(2列以上)発生す
る。一方、W1が多結晶粒子の粒径の2倍未満、特に
1.2倍未満とした場合、具体的には1.8μm未満、
特に1μm未満とした場合、多結晶粒子は1個(一列)
のみ形成され、同時に粒径も顕著な拡大を示す。この原
因としては、W1が狭まったために、核発生が一箇所に
なり、かつ粒子の成長方向が双方のエネルギー勾配に沿
って進むためであると考えられる。
According to the study of the present inventors, the number of large-sized polycrystalline particles generated in the first region is determined by the width (W) of the first region.
1 ) It has been confirmed that it depends. If the W 1 and at least twice the width of the particle size of the polycrystalline particles, polycrystalline particles along each of the energy gradient is two or more (2 or more columns) occurs. On the other hand, when W 1 is less than twice the particle size of the polycrystalline particles, particularly less than 1.2 times, specifically, less than 1.8 μm,
In particular, when the thickness is less than 1 μm, one polycrystalline particle (one row)
Only, and at the same time the particle size shows a remarkable expansion. This may be due, for W 1 is narrowed, nucleation is in one place, and is considered a growth direction of particles is to proceed along the energy gradient of the both.

【0025】図1の場合、W1を1.8μm以下として
いるため、多結晶粒子は1個(一列)のみ形成され、大
粒径かつ粒径均一性の良好な多結晶粒子が秩序性良く形
成される。一方、図6はW1を2.5μm程度とした場
合の例であり、各々のエネルギー勾配に沿って多結晶粒
子が1列ずつ、合計2列形成されている。また図10は
1を5μm程度とした場合の例であり、各々のエネル
ギー勾配に沿って多結晶粒子が複数列ずつ形成されてい
る。この場合、高エネルギー側に近づくにつれて多結晶
粒子の配列が無秩序になるとともに、粒径も不均一にな
っていく。
In the case of FIG. 1, since W 1 is 1.8 μm or less, only one polycrystalline particle (one row) is formed, and polycrystalline particles having a large particle size and good uniformity in particle size have good order. It is formed. On the other hand, FIG. 6 shows an example in which W 1 is set to about 2.5 μm, and two rows of polycrystalline grains are formed one by one along each energy gradient. FIG. 10 shows an example in which W 1 is set to about 5 μm, and a plurality of rows of polycrystalline particles are formed along each energy gradient. In this case, the arrangement of the polycrystalline particles becomes disordered and the particle size becomes non-uniform as it approaches the high energy side.

【0026】以上のことから本発明においてはW1を3
μm以下としている。これにより、第一の領域中に多結
晶粒子の成長核が一列または二列のみ発生することとな
り、粒径分布が均一で、かつ粒子の配列状態が良好な大
粒径多結晶粒子を所望の位置に精度良く形成される。
From the above, in the present invention, W 1 is set to 3
μm or less. As a result, only one or two rows of growth nuclei of polycrystalline particles are generated in the first region, and a large-diameter polycrystalline particle having a uniform particle size distribution and a good particle arrangement state is obtained. It is formed with high accuracy at the position.

【0027】本発明において、W1を1.8μm以下、
特に、1μm以下とすれば、多結晶粒子の粒径を顕著に
大粒径化できる上、多結晶粒子の配列を一層良好にする
ことができる。これは、前述したように結晶粒子の成長
が双方向に進むことによると考えられる。多結晶粒子の
成長は、エネルギーの低い領域から高い領域に向かって
進行する。図6のように第一の領域に二列の成長核が発
生した場合は、各列の成長核は、もう一方の成長核と隣
接する側では成長が抑制され、主として高エネルギー側
に成長していく。これに対して図1のように第一の領域
に一列の成長核が発生した場合は、成長核は両側の高エ
ネルギー側に成長していく。したがって、第一の領域に
一列の成長核が発生した場合は、成長核が二列に発生し
た場合に比べ、核成長がおよそ2倍となり、粒径が顕著
に大きくなると考えられる。また、第一の領域に一列の
成長核が発生した場合は、核成長を経た後も粒子の配列
秩序の乱れが生じにくいため、二列の成長核が発生した
場合に比べ粒子の配列状態を一層良好となる。
In the present invention, W 1 is 1.8 μm or less,
In particular, when the thickness is 1 μm or less, the particle size of the polycrystalline particles can be significantly increased, and the arrangement of the polycrystalline particles can be further improved. This is considered to be due to the fact that the growth of crystal grains proceeds in both directions as described above. The growth of the polycrystalline grains proceeds from a low energy region to a high energy region. When two rows of growth nuclei are generated in the first region as shown in FIG. 6, growth of each row of growth nuclei is suppressed on the side adjacent to the other growth nucleus, and grows mainly on the high energy side. To go. On the other hand, when a row of growth nuclei is generated in the first region as shown in FIG. 1, the growth nuclei grow on both high energy sides. Therefore, it is considered that when one row of growth nuclei is generated in the first region, the nucleus growth is about twice as large as when the growth nuclei are generated in two rows, and the grain size is significantly increased. In addition, when a single row of growth nuclei is generated in the first region, the arrangement of the particles is less likely to be disrupted even after the nucleus growth. It will be even better.

【0028】なお、第一の領域に一列の成長核を発生さ
せるにはW1を1.8μm以下とすることが好適である
が、特にW1を1μm以下とすれば、より確実に一列の
成長核を発生させることができる。
[0028] Note that to actually generate a row of growing nuclei in the first region is preferably set to less 1.8μm to W 1, particularly when the W 1 and 1μm or less, more reliably a row Growth nuclei can be generated.

【0029】本発明において、第一の領域のエネルギー
分布の形状は種々のものとすることができるが、図1等
に示すような谷形状であることが好ましい。このような
形状とすれば、谷形状の底部に精度良く成長核を発生さ
せることができ、粒子の配列性を一層良好にすることが
でき、粒径も充分に大きくすることができる。
In the present invention, the shape of the energy distribution in the first region can be various, but is preferably a valley shape as shown in FIG. With such a shape, a growth nucleus can be generated with high accuracy at the bottom of the valley shape, the particle arrangement can be further improved, and the particle size can be sufficiently increased.

【0030】本発明においては、目的に応じて第一の領
域を複数箇所設けることができる。このようにすれば、
一回の照射で複数の多結晶組織を形成することが可能と
なる。図1には説明の便宜のため谷形状の第一の領域を
一箇所のみ示したが、実際には、図11のように二箇所
設けても良く、あるいは三箇所以上設けることもでき
る。本発明によれば位置精度良く多結晶組織を形成でき
ることから、上記のように複数の第一の領域を設けるこ
とにより目的の多結晶膜を好適に作製することができ
る。
In the present invention, a plurality of first regions can be provided according to the purpose. If you do this,
A single irradiation makes it possible to form a plurality of polycrystalline structures. Although only one valley-shaped first region is shown in FIG. 1 for the sake of convenience of description, in practice, two first regions may be provided as shown in FIG. 11, or three or more regions may be provided. According to the present invention, since a polycrystalline structure can be formed with high positional accuracy, a target polycrystalline film can be suitably produced by providing a plurality of first regions as described above.

【0031】本発明は、照射領域中の一方向に沿ったエ
ネルギー密度分布を規定するものであるが、上記一方向
と直交する方向に沿ったエネルギー密度分布については
任意の形状とすることができる。図12は、直交方向の
エネルギー密度分布を設けない例である。直交方向のい
ずれの位置においても同一のプロファイルとなってい
る。図13は直交方向に谷部を設けた例である。直交方
向の谷部の幅については、多結晶粒子を形成する面積に
応じて適宜設定される。
Although the present invention defines the energy density distribution in one direction in the irradiation area, the energy density distribution in a direction orthogonal to the one direction can have any shape. . FIG. 12 is an example in which the energy density distribution in the orthogonal direction is not provided. The profile is the same at any position in the orthogonal direction. FIG. 13 shows an example in which valleys are provided in the orthogonal direction. The width of the valley in the orthogonal direction is appropriately set according to the area where the polycrystalline particles are formed.

【0032】本発明においては、所定のプロファイルの
レーザ光を同一地点に複数回照射してもよい。すなわち
所定のエネルギー密度プロファイルを有するレーザ光
を、照射位置をずらすことなく、同一地点に複数回照射
してもよい。このようにした場合、多結晶粒子を一層大
粒径化することができる。前述したように、第一の領域
を起点として高エネルギー領域側に向かって進行する核
成長は、第二の領域において発生した微結晶のところで
停止する。したがって、第二の領域において微結晶粒子
の発生する時期が遅くなれば第一の領域を起点とする核
成長時間はより長くなり、結果として多結晶粒子の粒径
がより大きくなる。複数回照射を行う場合、第二の領域
における膜の溶融時間が長くなり、微結晶粒子の発生が
抑制されるため、上記理由により多結晶粒子がより大粒
径化するのである。
In the present invention, the same spot may be irradiated a plurality of times with laser light having a predetermined profile. That is, the same spot may be irradiated a plurality of times with laser light having a predetermined energy density profile without shifting the irradiation position. In this case, the size of the polycrystalline particles can be further increased. As described above, the nucleus growth that progresses from the first region toward the high energy region side stops at the microcrystal generated in the second region. Therefore, if the generation time of the microcrystalline particles in the second region is delayed, the nucleus growth time starting from the first region is longer, and as a result, the particle size of the polycrystalline particles is larger. When irradiation is performed a plurality of times, the melting time of the film in the second region becomes longer, and the generation of microcrystalline particles is suppressed, so that the polycrystalline particles have a larger particle size for the above-described reason.

【0033】第一および第二のレーザ光をこの順で照射
する場合、第二のレーザ光の平均エネルギー密度は、第
一のレーザ光の平均エネルギー密度より低くすることが
好ましい。第二のレーザ光の平均エネルギー密度が高す
ぎると、第一のレーザ光により多結晶化した部分が微結
晶化する場合がある。第二のレーザ光の平均エネルギー
密度を下げる場合においては、エネルギー密度の最高値
と最低値の比を第一のレーザ光と第二のレーザ光とで略
一致させる構成とすることが好ましい。このようにすれ
ば、第一のレーザ光を生成するのに用いた光学系をその
まま用い、レーザ強度を下げるだけで第二のレーザ光を
生成することが可能となり、簡便な構造の照射装置で、
上記照射を実現することができる。
When irradiating the first and second laser beams in this order, the average energy density of the second laser beam is preferably lower than the average energy density of the first laser beam. If the average energy density of the second laser light is too high, the portion that has been polycrystallized by the first laser light may be microcrystallized. In a case where the average energy density of the second laser light is reduced, it is preferable that the ratio between the highest value and the lowest value of the energy density is made substantially equal between the first laser light and the second laser light. This makes it possible to use the optical system used to generate the first laser light as it is, and to generate the second laser light simply by lowering the laser intensity. ,
The above irradiation can be realized.

【0034】第一のレーザ光照射開始時から第二のレー
ザ光照射開始時までの照射間隔は、第一のレーザ光のパ
ルス幅の6倍以下とすることが好ましい。膜の溶融時間
は、通常、パルス幅の6倍程度以内であることから、上
記のような照射間隔とすることによって第二の領域にお
ける微結晶粒子の発生する時期を有効に遅延させること
ができ、多結晶粒子を一層大粒径化できるからである。
ここで、膜溶融時間は、レーザ光の時間に依存したパル
ス形状およびパルス幅に依存する。一般にエキシマレー
ザ光のパルス形状は、図4に示すような複数の山からな
るパルス形状を示し、パルス幅とは半値幅を指す。ここ
で、パルスの立ち上がりから最大値までの時間(t1
が長くなると、過渡的な冷却が働くために、膜の最大到
達温度が低下し、エネルギー効率が低下してしまう。従
って、t1は小さな方が良く、20ns以下が望まし
い。
It is preferable that the irradiation interval from the start of the first laser light irradiation to the start of the second laser light irradiation be six times or less the pulse width of the first laser light. Since the melting time of the film is generally within about six times the pulse width, the irradiation interval as described above can effectively delay the time at which microcrystalline particles are generated in the second region. This is because the polycrystalline particles can be further increased in particle size.
Here, the film melting time depends on the pulse shape and pulse width depending on the time of the laser beam. Generally, the pulse shape of the excimer laser light has a pulse shape composed of a plurality of peaks as shown in FIG. 4, and the pulse width indicates a half width. Here, the time from the rise of the pulse to the maximum value (t 1 )
When the length of the film becomes long, the maximum temperature of the film decreases due to the transient cooling, and the energy efficiency decreases. Therefore, it is better that t 1 is small, and it is desirable that t 1 be 20 ns or less.

【0035】複数回照射を行う場合の照射回数は特に制
限がないが、プロセス効率向上の観点から、できるだけ
少ない方が望ましい。照射回数は、好ましくは2〜10
回、さらに好ましくは2回とする。本発明の照射方法で
は、2回程度の照射により、目的とする多結晶シリコン
薄膜の形成が充分可能だからである。
There are no particular restrictions on the number of irradiations in the case of performing irradiation a plurality of times, but it is desirable that the number be as small as possible from the viewpoint of improving process efficiency. The number of irradiation is preferably 2 to 10
Times, more preferably twice. This is because the irradiation method of the present invention can sufficiently form a target polycrystalline silicon thin film by irradiation twice.

【0036】図3は、一度めのレーザ照射により膜が溶
融している間に同一地点に重ねて二度めのレーザ照射を
行う、いわゆるダブルパルス照射を行うレーザ照射装置
の一例である。図に示した2個の光源301、302を
制御装置303で同期させ、位相シフトマスクを含む光
学系304を通って急峻な谷部を有するように整形した
2個のパルスレーザ光を、チャンバ305内に設置され
た基板306にダブルパルス照射を行う。
FIG. 3 shows an example of a laser irradiation apparatus for performing a so-called double pulse irradiation in which a second laser irradiation is carried out at the same point while the film is being melted by the first laser irradiation. A controller 303 synchronizes the two light sources 301 and 302 shown in the figure, and passes two pulsed laser beams shaped so as to have a sharp valley through an optical system 304 including a phase shift mask into a chamber 305. Double pulse irradiation is performed on the substrate 306 installed therein.

【0037】[0037]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0038】実施例1 レーザ照射を行う前に、レーザ光のプロファイル決定の
ための予備実験を行った。その結果、膜厚50nmの非
晶質シリコン膜に、波長308nmでパルス幅50ns
のXeClレーザ光を室温で照射するときのEuは47
0mJ/cm2であり、微結晶化しきい値直下で形成さ
れる多結晶粒子の粒径は約0.9μmであることが確認
された。
Example 1 Before performing laser irradiation, a preliminary experiment was performed to determine the profile of a laser beam. As a result, a pulse width of 50 ns at a wavelength of 308 nm is formed on an amorphous silicon film having a thickness of 50 nm.
The E u when the XeCl laser light irradiated at room temperature 47
It was 0 mJ / cm 2 , and it was confirmed that the particle diameter of the polycrystalline particles formed immediately below the microcrystallization threshold was about 0.9 μm.

【0039】つづいて、レーザ照射対象となる基板を作
製した。まずガラス基板上に、プラズマCVD法を用い
て下地絶縁膜として二酸化シリコン薄膜を200nm成
膜した。次いで減圧CVD法を用いて非晶質シリコン薄
膜を50nm成膜した。非晶質シリコン薄膜の成膜方法
としては、他にPECVD法、スパッタ法などを用いる
こともできるが、減圧CVD法を用いれば、非晶質シリ
コン薄膜中にガスが混入することが防止される。
Subsequently, a substrate to be irradiated with the laser was manufactured. First, a 200-nm-thick silicon dioxide thin film was formed as a base insulating film on a glass substrate by a plasma CVD method. Next, an amorphous silicon thin film was formed to a thickness of 50 nm using a low pressure CVD method. As a method for forming the amorphous silicon thin film, PECVD, sputtering, or the like can be used. However, if a low-pressure CVD method is used, gas is prevented from being mixed into the amorphous silicon thin film. .

【0040】上記のようにして得られた非晶質シリコン
薄膜に、波長308nm、パルス幅50nsのXeCl
レーザ光を照射した。レーザ光のエネルギー密度分布
は、図1と同様の形状とした。すなわち、500mJ/
cm2の概略平坦な領域と、エネルギー最低値が400
mJ/cm2、W1が1μmとなる急峻な谷部とを有する
プロファイルのレーザ光を照射した。基板の加熱は行わ
なかった。
XeCl having a wavelength of 308 nm and a pulse width of 50 ns is applied to the amorphous silicon thin film obtained as described above.
Irradiated with laser light. The energy density distribution of the laser beam had the same shape as that of FIG. That is, 500 mJ /
cm 2 and a minimum energy of 400
Irradiation was performed with laser light having a profile having mJ / cm 2 and a steep valley where W 1 was 1 μm. The substrate was not heated.

【0041】得られた薄膜を、走査型電子顕微鏡(SE
M)にて観察したところ、粒子径が約1.7μmの大粒
子が一列に規則正しく整列した大粒径均質組織が発生し
ていることが確認された。形成された結晶粒子の中心位
置は、プロファイルにおけるエネルギー最低地点に相当
していた。本実施例の結果から、本発明によれば、顕著
に成長した結晶粒子を位置精度良く作製できることが判
る。
The obtained thin film was subjected to a scanning electron microscope (SE).
Observation in M) confirmed that a large-particle homogeneous structure in which large particles having a particle diameter of about 1.7 μm were regularly arranged in a line was generated. The center position of the formed crystal grain was equivalent to the lowest energy point in the profile. From the results of this example, it can be seen that according to the present invention, remarkably grown crystal grains can be produced with high positional accuracy.

【0042】実施例2 レーザ照射時の基板を400℃に加熱すること以外は実
施例1と同様にしてレーザ照射を行った。得られた多結
晶粒子の平均粒径は2.6μmとなった。
Example 2 Laser irradiation was performed in the same manner as in Example 1 except that the substrate during laser irradiation was heated to 400 ° C. The average particle size of the obtained polycrystalline particles was 2.6 μm.

【0043】実施例3 W1を1.8μm以上とすること以外は実施例1と同様
にしてレーザ照射を行った。0.9μmの大粒径多結晶
粒子が2列配列した多結晶組織が得られた。
Example 3 Laser irradiation was performed in the same manner as in Example 1 except that W 1 was set to 1.8 μm or more. A polycrystalline structure in which 0.9 μm large-diameter polycrystalline particles were arranged in two rows was obtained.

【0044】比較例1 図8に示す通常のトップフラット型ビームを用い、対照
実験を行った。最大エネルギー密度は実施例1と同様で
ある。得られた多結晶組織は粒子径約1μmの大粒子を
含んでいたが、これらは図8に模式的に示したように無
秩序に配列していた。また、この領域の粒径分布はおよ
そ0.02〜1μmであり、不均質な組織となってい
た。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 A control experiment was performed using a normal top flat beam shown in FIG. The maximum energy density is the same as in the first embodiment. Although the obtained polycrystalline structure contained large particles having a particle diameter of about 1 μm, they were randomly arranged as schematically shown in FIG. In addition, the particle size distribution in this region was approximately 0.02 to 1 μm, and the structure was heterogeneous.

【0045】実施例4 レーザ照射を行う前に、レーザ光のプロファイル決定の
ための予備実験を行った。その結果、膜厚50nmの非
晶質シリコン膜に、波長308nmでパルス幅50ns
のXeClレーザ光を室温で照射するときのEuは47
0mJ/cm2であり、微結晶化しきい値直下で形成さ
れる大粒径多結晶粒子の粒径は約0.9μmであること
が確認された。
Example 4 Before performing laser irradiation, a preliminary experiment was performed to determine the profile of laser light. As a result, a pulse width of 50 ns at a wavelength of 308 nm is formed on an amorphous silicon film having a thickness of 50 nm.
The E u when the XeCl laser light irradiated at room temperature 47
It was 0 mJ / cm 2 , and it was confirmed that the large-diameter polycrystalline particles formed immediately below the microcrystallization threshold value had a particle size of about 0.9 μm.

【0046】つづいて、レーザ照射対象となる基板を作
製した。まずガラス基板上に、PECVD法を用いて下
地絶縁膜として窒化シリコン薄膜を100nm成膜し
た。次いで減圧CVD法を用いて非晶質シリコン薄膜を
50nm成膜した。
Subsequently, a substrate to be irradiated with the laser was manufactured. First, a 100-nm-thick silicon nitride thin film was formed as a base insulating film over a glass substrate by PECVD. Next, an amorphous silicon thin film was formed to a thickness of 50 nm using a low pressure CVD method.

【0047】上記のようにして得られた非晶質シリコン
薄膜に、波長308nm、パルス幅50nsのXeCl
レーザ光を用いてレーザ照射を行った。図3に示した2
個の光源301、302を制御装置303で同期させ、
位相シフトマスクを含む光学系304を通って急峻な谷
部を有するように整形した2個のパルスレーザ光を、チ
ャンバ305内に設置された基板306にダブルパルス
照射を行った。ダブルパルス照射条件としては、第1の
レーザ光の概略平坦な領域を480mJ/cm 2、エネ
ルギー最低値を380mJ/cm2、W1を1μmとし、
第2のレーザ光は第1のレーザ光と略相似形のプロファ
イルを有しているが、そのエネルギー密度は第1のレー
ザ光の2/5とし、照射間隔を80nsとした。第1の
レーザ光および第2のレーザ光のパルス幅はそれぞれ5
0および35nsである。
The amorphous silicon obtained as described above
XeCl with a wavelength of 308 nm and a pulse width of 50 ns
Laser irradiation was performed using laser light. 2 shown in FIG.
The light sources 301 and 302 are synchronized by the control device 303,
Steep valley through optical system 304 including phase shift mask
Two pulsed laser beams shaped to have
Double pulse on substrate 306 installed in chamber 305
Irradiation was performed. As the double pulse irradiation conditions, the first
480 mJ / cm for a roughly flat area of laser light Two, Energy
Rugged minimum value is 380mJ / cmTwo, W1Is 1 μm,
The second laser light has a profile substantially similar to that of the first laser light.
The energy density of the first laser
The light was set to 2/5 and the irradiation interval was set to 80 ns. First
The pulse width of each of the laser light and the second laser light is 5
0 and 35 ns.

【0048】得られた薄膜を走査型電子顕微鏡(SE
M)にて観察したところ、図5のように粒子径が約4.
4μmの大粒子が一列に規則正しく整列した大粒径均質
組織が発生していることが確認された。プロファイル上
谷部で核発生した結晶粒子の成長が終了する時点は、高
エネルギー域での微結晶が核発生する時点である。従っ
て、第2のレーザ光により高エネルギー域での核発生が
抑制された本実施例では、第1の実施例よりも顕著な成
長が実現可能となった。
The obtained thin film was subjected to a scanning electron microscope (SE).
M), the particle size was about 4.0 as shown in FIG.
It was confirmed that a large-sized homogeneous structure in which large particles of 4 μm were regularly arranged in a line was generated. The point in time when the growth of the crystal grains that have generated nuclei in the upper valley of the profile ends is the point in time when microcrystals generate nuclei in the high energy region. Therefore, in the present embodiment in which nucleation in a high energy region is suppressed by the second laser beam, more remarkable growth can be realized than in the first embodiment.

【0049】また、形成された結晶粒子の中心位置は、
プロファイルにおけるエネルギー最低地点に相当してお
り、本発明によれば、顕著に成長した結晶粒子を位置精
度良く作製できることが確認された。
The center position of the formed crystal particle is
This corresponds to the lowest energy point in the profile, and it has been confirmed that according to the present invention, crystal grains that have grown remarkably can be produced with high positional accuracy.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、狭
い幅を有する第一の領域が、エネルギー密度Eu以上の
第二の領域に挟まれた形態のエネルギー密度分布となっ
ているため、粒径分布が均一で、かつ粒子の配列状態が
良好な大粒径多結晶半導体膜を、目的の場所に位置精度
良く形成することができる。この多結晶半導体膜を利用
することにより、高移動度を有する薄膜トランジスタ素
子を大面積基板上に均一に形成することが可能となる。
As described above, according to the present invention, the first region having a narrow width has an energy density distribution in a form sandwiched by the second regions having an energy density of Eu or more. In addition, a large-diameter polycrystalline semiconductor film having a uniform particle size distribution and a good particle arrangement can be formed at a target location with high positional accuracy. By using this polycrystalline semiconductor film, a thin film transistor element having high mobility can be uniformly formed over a large-area substrate.

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

【図1】本発明において用いられるレーザ光のエネルギ
ー密度分布、および、このレーザ光により形成される多
結晶半導体粒子の状態を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an energy density distribution of a laser beam used in the present invention and a state of polycrystalline semiconductor particles formed by the laser beam.

【図2】本発明において用いられるマスクの構造を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a mask used in the present invention.

【図3】本発明に係るレーザ照射装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a laser irradiation apparatus according to the present invention.

【図4】レーザ強度の時間依存性を説明するための図で
ある。
FIG. 4 is a diagram for explaining the time dependence of laser intensity.

【図5】本発明において用いられるレーザ光のエネルギ
ー密度分布、および、このレーザ光により形成される多
結晶半導体粒子の状態を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an energy density distribution of a laser beam used in the present invention and a state of polycrystalline semiconductor particles formed by the laser beam.

【図6】レーザ光のエネルギー密度分布、および、この
レーザ光により形成される多結晶半導体粒子の状態を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an energy density distribution of a laser beam and a state of polycrystalline semiconductor particles formed by the laser beam.

【図7】レーザ光のエネルギー密度分布、および、この
レーザ光により形成される多結晶半導体粒子の状態を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an energy density distribution of laser light and a state of polycrystalline semiconductor particles formed by the laser light.

【図8】従来のレーザ光のエネルギー密度分布、およ
び、このレーザ光により形成される多結晶半導体粒子の
状態を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a conventional energy density distribution of laser light and a state of polycrystalline semiconductor particles formed by the laser light.

【図9】本発明に係るレーザ照射装置の概略図である。FIG. 9 is a schematic view of a laser irradiation apparatus according to the present invention.

【図10】レーザ光のエネルギー密度分布、および、こ
のレーザ光により形成される多結晶半導体粒子の状態を
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an energy density distribution of a laser beam and a state of polycrystalline semiconductor particles formed by the laser beam.

【図11】本発明において用いられるレーザ光のエネル
ギー密度分布を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an energy density distribution of a laser beam used in the present invention.

【図12】本発明において用いられるレーザ光のエネル
ギー密度分布を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an energy density distribution of a laser beam used in the present invention.

【図13】本発明において用いられるレーザ光のエネル
ギー密度分布を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an energy density distribution of a laser beam used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パルスレーザ光源 2 光学系 3 チャンバ 4 ステージ 5 基板 6 スリット 201 石英板 202 SiO2膜 301、302 光源 303 制御装置 304 光学系 305 チャンバ 306 基板Reference Signs List 1 pulse laser light source 2 optical system 3 chamber 4 stage 5 substrate 6 slit 201 quartz plate 202 SiO 2 film 301, 302 light source 303 controller 304 optical system 305 chamber 306 substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉岡 幸次 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内 Fターム(参考) 5F052 AA02 AA11 BA07 BA12 BA20 BB07 CA04 DA02 DB02 EA11 JA01  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Koji Sugioka 2-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama F-term (reference) in RIKEN 5F052 AA02 AA11 BA07 BA12 BA20 BB07 CA04 DA02 DB02 EA11 JA01

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光を発生させるレーザ光源と、発
生したレーザ光のエネルギー分布を調整する手段とを備
え、エネルギー分布を調整した後のレーザ光を非単結晶
半導体薄膜に照射し多結晶半導体薄膜を形成するレーザ
照射装置であって、前記非単結晶半導体薄膜に照射する
レーザ光の照射領域中の一方向に沿ったエネルギー密度
分布が、非晶質半導体薄膜の微結晶化エネルギーをEu
として、エネルギー密度Eu未満の第一の領域と、該第
一の領域の両側に位置するエネルギー密度Eu以上の第
二の領域とを有し、前記第一の領域の幅が3μm以下で
あることを特徴とするレーザ照射装置。
1. A polycrystalline semiconductor comprising: a laser light source for generating laser light; and means for adjusting the energy distribution of the generated laser light, and irradiating the non-single-crystal semiconductor thin film with the laser light after adjusting the energy distribution. A laser irradiation apparatus for forming a thin film, wherein an energy density distribution along one direction in an irradiation region of a laser beam applied to the non-single-crystal semiconductor thin film is used to reduce the microcrystallization energy of the amorphous semiconductor thin film to Eu.
As a first area less than the energy density E u, and a energy density E u or more second region located on both sides of said first region, the width of the first region is at 3μm or less A laser irradiation apparatus, comprising:
【請求項2】 前記第一の領域の幅が1.8μm以下で
あることを特徴とする請求項1に記載のレーザ照射装
置。
2. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the width of the first region is 1.8 μm or less.
【請求項3】 前記第一の領域が急峻な谷形状を有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ照射
装置。
3. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the first region has a steep valley shape.
【請求項4】 レーザ光のエネルギー分布を調整する手
段が、基材および該基材の一部を覆う誘電体膜からなる
マスクであって、基材のみを透過したレーザ光による照
射領域と、基材および誘電体膜を透過したレーザ光によ
る照射領域との境界面近傍に、前記第一の領域を生成す
ることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載のレ
ーザ照射装置。
4. A means for adjusting an energy distribution of a laser beam is a mask made of a base material and a dielectric film covering a part of the base material, and an irradiation area of the laser light transmitted only through the base material; The laser irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the first area is generated near a boundary between the area irradiated with the laser light transmitted through the base material and the dielectric film.
【請求項5】 前記エネルギー密度分布を有する第一の
レーザ光と、該エネルギー密度分布を有し、平均エネル
ギー密度が第一のレーザ光より低い第二のレーザ光と
を、この順で同一地点に照射するように調整されたこと
を特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載のレーザ照
射装置。
5. A first laser beam having the energy density distribution and a second laser beam having the energy density distribution and having an average energy density lower than the first laser beam at the same point in this order. The laser irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the laser irradiation apparatus is adjusted to irradiate the laser beam.
【請求項6】 レーザ光を非単結晶半導体薄膜に照射し
多結晶半導体薄膜を形成するレーザ照射方法であって、
該レーザ光の光照射領域中の一方向に沿ったエネルギー
密度分布が、非晶質半導体薄膜の微結晶化エネルギーを
uとしたときに、エネルギー密度Eu未満の第一の領域
と、該第一の領域の両側に位置するエネルギー密度Eu
以上の第二の領域とを有し、前記第一の領域の幅が3μ
m以下であることを特徴とするレーザ照射方法。
6. A laser irradiation method for irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film with a laser beam to form a polycrystalline semiconductor thin film,
Energy density distribution along one direction in the light irradiation area of the laser light, fine crystallization energy of the amorphous semiconductor thin film when the E u, the first region is less than the energy density Eu, said Energy density Eu located on both sides of a region
Having a second region as described above, wherein the width of the first region is 3 μm.
m or less.
【請求項7】 前記第一の領域の幅が1.8μm以下で
あることを特徴とする請求項6に記載のレーザ照射装
置。
7. The laser irradiation apparatus according to claim 6, wherein the width of the first region is 1.8 μm or less.
【請求項8】 前記第一の領域が急峻な谷形状を有する
ことを特徴とする請求項6または7に記載のレーザ照射
方法。
8. The laser irradiation method according to claim 6, wherein the first region has a steep valley shape.
【請求項9】 基材および該基材の一部を覆う誘電体膜
からなるマスクにレーザ光透過させ、基材のみを透過し
たレーザ光による照射領域と、基材および誘電体膜を透
過したレーザ光による照射領域との境界面近傍に、前記
第一の領域を生成することを特徴とする請求項6乃至8
いずれかに記載のレーザ照射方法。
9. A laser beam is transmitted through a mask made of a base material and a dielectric film covering a part of the base material, and is irradiated with an area irradiated with laser light transmitted only through the base material and through the base material and the dielectric film. The said 1st area | region is produced | generated near the boundary surface with the irradiation area | region by a laser beam, The Claims 6 thru | or 8 characterized by the above-mentioned.
The laser irradiation method according to any one of the above.
【請求項10】 前記エネルギー密度分布を有する第一
のレーザ光と、該エネルギー密度分布を有し、平均エネ
ルギー密度が第一のレーザ光より低い第二のレーザ光と
を、この順で同一地点に照射することを特徴とする請求
項6乃至9いずれかに記載のレーザ照射方法。
10. A first laser beam having the energy density distribution and a second laser beam having the energy density distribution and having an average energy density lower than the first laser beam at the same point in this order. The laser irradiation method according to any one of claims 6 to 9, wherein the laser irradiation is performed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003043070A1 (en) * 2001-11-12 2003-05-22 Sony Corporation Laser annealing device and thin-film transistor manufacturing method
KR20040023541A (en) * 2002-09-09 2004-03-18 가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타 Crystallization Apparatus, Crystallization Method, and Phase Shifter
JP2004119617A (en) * 2002-09-25 2004-04-15 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd Semiconductor device, method for manufacturing same, and manufacturing device
JP2008283211A (en) * 2008-07-14 2008-11-20 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd Semiconductor device
JP2014033002A (en) * 2012-08-01 2014-02-20 Japan Steel Works Ltd:The Laser annealing method and device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003043070A1 (en) * 2001-11-12 2003-05-22 Sony Corporation Laser annealing device and thin-film transistor manufacturing method
KR20040023541A (en) * 2002-09-09 2004-03-18 가부시키가이샤 에키쇼센탄 기쥬쓰 가이하쓰센타 Crystallization Apparatus, Crystallization Method, and Phase Shifter
JP2004119617A (en) * 2002-09-25 2004-04-15 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd Semiconductor device, method for manufacturing same, and manufacturing device
JP2008283211A (en) * 2008-07-14 2008-11-20 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd Semiconductor device
JP2014033002A (en) * 2012-08-01 2014-02-20 Japan Steel Works Ltd:The Laser annealing method and device

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