JP2001351863A - Manufacturing method for semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method for semiconductor device

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JP2001351863A
JP2001351863A JP2001117544A JP2001117544A JP2001351863A JP 2001351863 A JP2001351863 A JP 2001351863A JP 2001117544 A JP2001117544 A JP 2001117544A JP 2001117544 A JP2001117544 A JP 2001117544A JP 2001351863 A JP2001351863 A JP 2001351863A
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JP
Japan
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region
semiconductor film
substrate
amorphous semiconductor
irradiated
Prior art date
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Application number
JP2001117544A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Funai
尚 船井
Naoki Makita
直樹 牧田
Toru Takayama
徹 高山
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Sharp Corp
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd, Sharp Corp filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a polycrystal semiconductor film with good quality. SOLUTION: In a substrate, an amorphous semiconductor film is deposited on an insulating substrate 1. The substrate is treated and the amorphous silicon region 3 is poly-crystallized by moving a heating part 6 to be heated locally to an amorphous silicon film region 3 or shifting the substrate with the deposited amorphous semiconductor film to the heating part 6. In this case, a seed crystal of crystal grains adjoining to the heating region 2 is used, in which a semiconductor part is poly-crystallized by a heating light beam 7. Therefore, crystal grains are uniformly grown in the movement direction of the heating region 2.

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、アクティブマトリ
ックス型液晶ディスプレーなどの大面積半導体装置など
の製造に用いられ、非線形素子を形成するための半導体
膜を形成する半導体基板を用いた半導体装置の製造方法
に関する
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention provides the manufacture of a semiconductor device using a semiconductor substrate to form used in the manufacture of large area semiconductor devices such as an active matrix liquid crystal display, a semiconductor film for forming a non-linear element Method
About .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、多結晶化の方法として、非晶質半
導体膜を堆積させた基板全面を熱処理炉内に保持し、6
00℃程度の温度で長時間の加熱処理を行っていた。こ
れを従来例1とする。また、この基板全面にわたって、
エキシマレーザーを用いて非晶質半導体膜の多結晶化を
行う従来例2などの手法が取られていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a polycrystallization method, the entire surface of a substrate on which an amorphous semiconductor film has been deposited is held in a heat treatment furnace, and
Long-time heat treatment was performed at a temperature of about 00 ° C. This is referred to as Conventional Example 1. Also, over the entire surface of this substrate,
A technique such as Conventional Example 2 in which an amorphous semiconductor film is polycrystallized using an excimer laser has been adopted.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、多結晶半導
体膜を用いてN型の薄膜トランジスターを作製する場
合、トランジスターのチャネル領域内に、多結晶半導体
膜の結晶粒界が存在すると、この部分で不対共有電子
(ダングリングボンド)の存在によりポテンシャル障壁
が生じるため、電子の移動が妨害され、結果として、ト
ランジスターON動作時の移動度が低下したり、結晶粒
界付近でトラップ準位が発生することによって、トラン
ジスターOFF動作時に、電子がこのトラップ準位を介
して流れ、OFF時のリーク電流が増大するなど、トラ
ンジスター特性劣化の原因となる。
In the case where an N-type thin film transistor is manufactured using a polycrystalline semiconductor film, if a crystal grain boundary of the polycrystalline semiconductor film exists in a channel region of the transistor, this portion is not used. The presence of unpaired shared electrons (dangling bonds) creates a potential barrier, which hinders electron movement, resulting in reduced mobility during transistor ON operation and trap levels near crystal grain boundaries. Accordingly, when the transistor is turned off, electrons flow through the trap level, and the leakage current at the time of turning off increases, which causes deterioration of transistor characteristics.

【0004】したがって、トランジスターの素子特性向
上のためには、チャネル領域内の結晶粒界数を少なくす
ることが望ましい。
Therefore, in order to improve the device characteristics of a transistor, it is desirable to reduce the number of crystal grain boundaries in a channel region.

【0005】ところで、近年、応用物理学会において、
多結晶半導体の結晶粒を基板方向に成長させ、この多結
晶半導体膜を用いて薄膜トランジスターを作製した場
合、結晶粒の成長方向に、薄膜トランジスターの導電方
向を一致させる場合と、結晶粒の成長方向と、薄膜トラ
ンジスターの導電方向を交差させる場合とでトランジス
ター特性の比較を行った研究結果が発表されて注目を集
めている(’93春季応用物理学会;講演番号29a
SZT−6)。
[0005] Recently, at the Japan Society of Applied Physics,
When the crystal grains of the polycrystalline semiconductor are grown in the direction of the substrate and a thin film transistor is manufactured using this polycrystalline semiconductor film, the growth direction of the thin film transistor matches the growth direction of the crystal grains, and the growth of the crystal grains. Research results comparing transistor characteristics in the case where the direction and the conduction direction of the thin film transistor are crossed have been published and attracted attention ('93 Spring Applied Physics Society; Lecture No. 29a)
SZT-6).

【0006】これによるとn型薄膜トランジスターを
した場合、結晶粒の成長方向と、トランジスターの導
電方向を一致させたものの移動度が、結晶粒の成長方向
と、トランジスターの導電方向を交差させたものの移動
度に対して、数倍大きく、結晶粒界を横断する方向に電
流を流すと、結晶粒界の影響を大きく受けるが、結晶粒
界に沿って電流を流すと、結晶粒界の影響をあまり受け
ないことが明らかとなった。したがって、多結晶半導体
膜の結晶粒を基板面方向に成長させ、結晶粒の成長方向
と、トランジスターの導電方向を一致させることによ
り、実質的に、トランジスターのチャネル領域内の結晶
粒界数を減らすのと同等の効果を得ることができ、結果
として良好な特性を有する薄膜トランジスターを作製
きる。
[0006] create a According to this n-type thin film transistor
When manufactured , the mobility of the crystal grain growth direction and the conductivity direction of the transistor are matched, and the mobility of the crystal grain growth direction and the mobility of the transistor crossing the transistor conduction direction are several times larger, It has been found that when a current flows in a direction crossing the crystal grain boundary, the influence of the crystal grain boundary is large, but when a current flows along the crystal grain boundary, the current is hardly affected by the crystal grain boundary. Therefore, by growing the crystal grains of the polycrystalline semiconductor film in the direction of the substrate surface and making the growth direction of the crystal grains coincide with the conduction direction of the transistor, the number of crystal grain boundaries in the channel region of the transistor is substantially reduced. The same effect as described above can be obtained, and as a result, a thin film transistor having good characteristics can be manufactured .

【0007】従来例1に示したように、基板全面に熱処
理炉内に保持して加熱処理を行う場合、基板全面にわた
って非晶質半導体膜にランダムに種結晶が発生し、この
種結晶を核として多結晶化が進行して行く。この多結晶
化は、核結晶粒が種結晶を中心として、放射状に成長
し、他の結晶粒と界面が接触するまで進行し、接触後は
加熱処理を継続しても結晶成長は進行しない。このよう
に、熱処理炉内での加熱処理により多結晶化を行った非
晶質半導体膜を用いて、薄膜トランジスターを作製した
場合、トランジスター特性の、同一基板面内での均一性
が良好である特徴を持つ。しかしながら、多結晶半導体
膜の結晶粒の形状には方向性が無いこと、トランジスタ
ーのチャネル領域内の結晶粒界を制御しにくいこと、ま
た、各界面で、キャリア電子の移動を妨げる、ポテンシ
ャル障壁の高さを、低く押さえることが難しいことなど
から、100cm2/Vs以上の高移動度を有する薄膜
トランジスターの作製は困難である。
As shown in Conventional Example 1, when heat treatment is performed while holding the entire surface of the substrate in a heat treatment furnace, a seed crystal is randomly generated in the amorphous semiconductor film over the entire surface of the substrate. As the polycrystallization proceeds. This polycrystallization causes the core crystal grains to grow radially around the seed crystal and progresses until the interface comes into contact with other crystal grains. After the contact, the crystal growth does not progress even if the heat treatment is continued. As described above, when a thin film transistor is manufactured using an amorphous semiconductor film that has been polycrystallized by heat treatment in a heat treatment furnace, uniformity of transistor characteristics in the same substrate surface is favorable. Has features. However, the shape of the crystal grains of the polycrystalline semiconductor film has no directionality, it is difficult to control the crystal grain boundaries in the channel region of the transistor, and at each interface, the potential barrier, which hinders the movement of carrier electrons. Since it is difficult to keep the height low, it is difficult to manufacture a thin film transistor having a high mobility of 100 cm 2 / Vs or more.

【0008】近年、非晶質半導体膜の成膜前に該半導体
膜の下層膜表面を、酸性溶液を用いて処理することによ
り、非晶質半導体膜熱処理時の種結晶の発生密度を低く
抑え、これにより多結晶化完了時の結晶粒径をより大き
なものにする(’92秋季応用物理学会;講演番号17
p−ZT−4)研究が発表された。この手法を大面積半
導体装置の作製に応用した場合、プロセス的にはウエッ
トエッチングの一工程が加わるのみでマスクプロセスや
成膜プロセスの増加は無く、平均結晶粒径の大型化に効
果がある。しかしながら、このようにして多結晶化を行
った半導体基板を用いて、実際に薄膜トランジスターを
作製した場合、トランジスターのチャネル部分に存在す
る結晶粒界の数や方向を制御できないため、トランジス
ターの特性にばらつきを生じる。この特性のばらつき
は、平均結晶粒径が大きくなり、チャネル部分に存在す
る結晶粒界の数が少なくなればなるほど深刻になる。
In recent years, the density of seed crystals generated during heat treatment of an amorphous semiconductor film has been reduced by treating the surface of the lower film of the semiconductor film with an acidic solution before the formation of the amorphous semiconductor film. Thus, the crystal grain size at the completion of polycrystallization is made larger ('92 Autumn Society of Applied Physics; Lecture number 17)
p-ZT-4) study published. When this technique is applied to the fabrication of a large-area semiconductor device, only one wet etching step is added as a process, and there is no increase in a mask process or a film forming process, which is effective in increasing the average crystal grain size. However, a thin film transistor is actually fabricated using the semiconductor substrate thus polycrystallized.
In the case where the transistor is manufactured, the number and the direction of crystal grain boundaries existing in the channel portion of the transistor cannot be controlled, so that the characteristics of the transistor vary. This characteristic variation becomes more serious as the average crystal grain size increases and the number of crystal grain boundaries existing in the channel portion decreases.

【0009】また、熱処理的に非晶質半導体膜に対し
て、局部的にエキシマレーザーを照射した後、熱処理を
行うことによって、このレーザー照射部分を中心として
非晶質半導体膜の多結晶化を行い、結晶粒径の大型化
と、結晶部分の位置制御を行う(’92秋季応用物理学
会;講演番号17p ZT−11)研究が発表された。
Further, after exposing an excimer laser locally to the amorphous semiconductor film by heat treatment, the amorphous semiconductor film is subjected to a heat treatment so that the amorphous semiconductor film is polycrystallized around the laser-irradiated portion. A study was conducted to increase the crystal grain size and control the position of the crystal part ('92 Autumn Society of Applied Physics; Lecture No. 17p ZT-11).

【0010】この手法を大面積半導体装置の作製に応用
した場合、結晶粒の位置を制御することが可能であるた
め、トランジスターを作製する場所に優先的に結晶を成
長させることが可能であるという特徴を持つ。この特徴
は、例えばトランジスターを作製する場所にトランジス
ターを作製するのに十分な大きさだけ結晶が成長すれ
ば、その他の部分は非晶質であっても全く問題を生じな
いので、熱処理時間の短時間化に効果があり、作製する
素子の大きさが小さければ小さいほどその効果は大きく
なる。ところで、周辺駆動回路を画像表示素子群と同一
の基板上に形成するような半導体基板について考えた場
合、チャネル幅が100μm以上の大きさの大型トラン
ジスターを作製する必要がある。このような場合には先
に示したようにレーザー照射領域を中心として結晶成長
を行ったとしても、大型のトランジスター全体を一つの
結晶で形成するのは困難であり、トランジスター特性安
定のためには、チャネル領域に介在する結晶粒界の数
や、方向について制御する工夫が新たに必要となる。
When this technique is applied to the manufacture of a large-area semiconductor device, it is possible to control the position of the crystal grains, so that the crystal can be preferentially grown at the place where the transistor is manufactured. Has features. This feature, for example, in place of making a transistor only large enough to produce the transistor if the crystal is grown, since the other parts does not cause any problems be amorphous, the heat treatment time short This is effective in shortening the time. The smaller the size of the element to be manufactured, the greater the effect. By the way, when considering a semiconductor substrate in which the peripheral driving circuit is formed on the same substrate as the image display element group, it is necessary to manufacture a large transistor having a channel width of 100 μm or more. In such a case, even if crystal growth is performed centering on the laser irradiation area as described above, it is difficult to form a large transistor entirely with one crystal. In addition, a device for controlling the number and direction of crystal grain boundaries interposed in the channel region is newly required.

【0011】さらに、P(リン)に代表されるV族の元
素をシリコン膜に部分的に注入した後、熱処理を行って
非晶質半導体膜の多結晶化を行うと、被注入部分より多
結晶化が進行するという研究(’92秋季応用物理学
会;講演番号17p−ZT−5)が発表された。この手
法を大面積半導体装置の作製に応用した場合にも、結晶
粒の位置を制御することが可能であるため、トランジス
ターを作製する場所に優先的に結晶を成長させることが
可能であるという特徴を持つ。先に述べたようにこの特
徴は、熱処理時間の短時間化に効果がある。さらに被注
入領域を帯状にすることによって、該注入領域の両側
で、結晶粒の成長方向をある程度制御できるという長所
を持つ。しかしながら、この結晶成長の促進効果は、注
入不純物がn型のときのみ有効で、p型不純物では結晶
成長の促進効果はない。このことは、基板上にCMOS
などp型トランジスターを必要とする半導体装置を作製
する場合には、新たな工夫が必要であることを示してい
る。
Further, when a group V element represented by P (phosphorus) is partially implanted into a silicon film and then subjected to a heat treatment to polycrystallize the amorphous semiconductor film, the amorphous semiconductor film becomes more crystalline than the implanted portion. A study that crystallization proceeds ('92 Autumn Society of Applied Physics; Lecture No. 17p-ZT-5) was published. Even when this technique is applied to the fabrication of a large-area semiconductor device, the position of the crystal grains can be controlled, so that the crystal can be preferentially grown at the place where the transistor is to be fabricated. have. As described above, this feature is effective in shortening the heat treatment time. Further, by forming the region to be implanted into a band shape, there is an advantage that the growth direction of crystal grains can be controlled to some extent on both sides of the implantation region. However, the effect of promoting the crystal growth is effective only when the implanted impurity is n-type, and has no effect of promoting the crystal growth with the p-type impurity. This means that CMOS
For example, when a semiconductor device requiring a p-type transistor is manufactured , a new device is required.

【0012】さらに、非晶質半導体膜の成膜前に、下地
基板に段差をつけておくと非晶質半導体膜の多結晶化時
に、この段差部より多結晶化が進行していくという研究
(’92秋季応用物理学会;講演番号17p−ZT−
3)が発表された。この手法を大面積半導体装置の作製
に応用した場合にも、前述した2例と同様に、結晶粒の
位置を制御することが可能であり、トランジスターを
する場所に優先的に結晶を成長させることが可能であ
るという特徴を持つ。先に述べたようにこの特徴は、熱
処理時間の短時間化に効果がある。しかも、結晶は段差
から遠ざかる向きに進行するため、結晶成長に方向性が
あるため、この手法を用いて作製した多結晶半導体基板
を用いてトランジスターを作製した場合、チャネル領域
に存在する結晶粒界を、ある程度制御できる。さらに、
注入不純物が、結晶成長に関与していないため、CMO
Sなどの回路構成に対しても特に新たな工夫を必要とし
ない。しかし、基板全面にわたってトランジスターなど
の半導体装置が分布する大面積半導体装置では、基板上
に段差部分が増えれば、その分だけトランジスターなど
に電気信号を送る配線に、断線の可能性が高くなるため
あまり好ましくない。
Furthermore, if a step is formed on the underlying substrate before the formation of the amorphous semiconductor film, the polycrystallization of the amorphous semiconductor film progresses from the step when polycrystallized. ('92 Autumn Society of Applied Physics; Lecture number 17p-ZT-
3) was announced. Even when applied to produce <br/> large area semiconductor device of this approach, it is possible to similarly to the second example described above, to control the position of the crystal grains, create a transistor
It has a feature that the location of manufacturing it is possible to grow preferentially crystallized. As described above, this feature is effective in shortening the heat treatment time. Moreover, since the crystal proceeds in a direction away from the step, the crystal growth has directionality. Therefore, when a transistor is manufactured using a polycrystalline semiconductor substrate manufactured using this method, a crystal grain boundary existing in a channel region is formed. Can be controlled to some extent. further,
Since the implanted impurities are not involved in the crystal growth, the CMO
No special ingenuity is required for the circuit configuration such as S. However, in a large-area semiconductor device in which semiconductor devices such as transistors are distributed over the entire surface of a substrate, the more steps on the substrate, the higher the possibility of disconnection of wiring for sending electric signals to transistors and the like. Not preferred.

【0013】さらに、非晶質半導体膜上に単結晶半導体
を圧着した状態で、熱処理を行い、非晶質半導体膜の多
結晶化を行うことによって、各結晶粒が、該単結晶半導
体と同一の配向性を持つという研究(’92秋季応用物
理学会;講演番号17p−ZT−7)が発表された。こ
の方法は、非晶質半導体膜の多結晶化などの種結晶は、
非晶質半導体基板の外側に設けるというもので、非晶質
半導体基板自体には、薬液処理や段差形成、不純物注
入、レーザー照射と言った追加プロセスを必要としな
い。しかしこの手法を用いて作製した多結晶半導体膜で
は、結晶粒界の位置制御ができないため前述の通り作製
したトランジスターの特性に同一基板内でばらつきを生
じる。また、300mm角以上の大型の非晶質半導体基
板を用いた場合、全面にわたって単結晶半導体を圧着す
るのは困難である。
Further, a heat treatment is performed in a state where the single crystal semiconductor is pressed on the amorphous semiconductor film, and the amorphous semiconductor film is polycrystallized, so that each crystal grain becomes the same as the single crystal semiconductor. ('92 Autumn Society of Applied Physics; Lecture No. 17p-ZT-7) was published. In this method, seed crystals such as polycrystallization of an amorphous semiconductor film are
Since it is provided outside the amorphous semiconductor substrate, the amorphous semiconductor substrate itself does not require additional processes such as chemical treatment, step formation, impurity implantation, and laser irradiation. However, in a polycrystalline semiconductor film manufactured using this technique, the position of a crystal grain boundary cannot be controlled, and thus the characteristics of the transistor manufactured as described above vary within the same substrate. When a large-sized amorphous semiconductor substrate having a size of 300 mm square or more is used, it is difficult to press-bond a single crystal semiconductor over the entire surface.

【0014】以上述べてきたように、熱処理炉内に加熱
処理を行うことにより、非晶質半導体膜の多結晶化を行
った基板を用いて実際に半導体装置を作製する場合、解
決しなければならないいくつかの問題が依然として残っ
ている。
As described above, when a semiconductor device is actually manufactured by using a substrate on which an amorphous semiconductor film has been polycrystallized by performing a heat treatment in a heat treatment furnace, there is no solution. There still remain some issues to be solved.

【0015】また、従来例2として例にあげたように、
エキシマレーザーを用いて非晶質半導体膜の多結晶化を
行う場合、レーザーの被照射領域の非晶質半導体膜を急
激な加熱により一旦熔融させてから多結晶半導体化する
ことが可能である。このように、エキシマレーザーを用
いて多結晶化を行った非晶質半導体膜は、結晶粒界でキ
ャリア電子の移動を妨げるポテンシャル障壁の高さを、
低く抑えることが可能で、比較的容易に、100cm2
/Vs以上の高移動度を有する薄膜トランジスターを
できる。
[0015] Further, as mentioned in the conventional example 2,
In the case where an amorphous semiconductor film is polycrystallized by using an excimer laser, the amorphous semiconductor film in a region to be irradiated with the laser can be melted once by rapid heating and then turned into a polycrystalline semiconductor. As described above, the amorphous semiconductor film that has been polycrystallized using an excimer laser has a height of a potential barrier that hinders movement of carrier electrons at a crystal grain boundary.
It can be kept low and relatively easily, 100cm 2
/ Vs or create a thin film transistor having a high mobility
Can be manufactured .

【0016】しかしながら、「第29回 VLSI F
ORUM 最新poly−Si TFT プロセス技
術」において、「エキシマレーザ結晶化法による大粒径
多結晶Si薄膜の低温形成」で述べられているように、
エキシマレーザーによる多結晶化は、レーザーの被照射
領域の冷却が、ナノセカント(n sec)オーダーと
急激であるため、多結晶半導体膜の結晶粒径が小さく、
この半導体膜を用いて薄膜トランジスターの作製を行っ
た場合、トランジスターのチャネル領域内に多数の結晶
粒界を含むため、トランジスター特性の改善には限界が
ある。また、エキシマレーザーの照射領域は、現在のと
ころ、たかだか数mm角の大きさに留まっていること
と、パルス波レーザーであるため、照射領域の移動に伴
い、半導体面に照射吸収される熱量にむらが生じ、作製
した薄膜トランジスターの特性に、同一基板面内でばら
つきが生じるなどの問題を抱えている。
However, "29th VLSI F
As described in "ORUM latest poly-Si TFT process technology", "Low temperature formation of large grain polycrystalline Si thin film by excimer laser crystallization method"
In the case of polycrystallization using an excimer laser, since the cooling of a laser irradiation region is rapid in the order of nanoseconds (nsec), the crystal grain size of the polycrystalline semiconductor film is small.
In the case where a thin film transistor is manufactured using this semiconductor film, there is a limit to improvement in transistor characteristics because a large number of crystal boundaries are included in a channel region of the transistor. At present, the irradiation area of the excimer laser is at most only a few mm square, and because it is a pulse wave laser, the amount of heat absorbed and absorbed by the semiconductor surface as the irradiation area moves There is a problem that unevenness occurs and the characteristics of the manufactured thin film transistor vary within the same substrate surface.

【0017】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、良質の多結晶半導体膜を形成可能な半導体装置の製
造方法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a high-quality polycrystalline semiconductor film.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導体膜
を堆積後、被照射領域が帯状になるように加熱光線を該
非晶質半導体膜に照射することで加熱して多結晶半導体
領域を形成し、さらに該基板に対して該光線の照射によ
る該帯状の被照射領域を移動させながら、該非晶質半導
体膜を多結晶化する半導体装置の製造方法であって、該
光線は連続波レーザであり、該基板に対する該被照射領
域を移動させる速度は、該多結晶半導体領域を熔融させ
ないようにするとともに、該被照射領域に該光線が照射
されてから該非晶質半導体膜が熔融するまでの時間で該
帯状の被照射領域の幅を割ることにより得られる速度以
下にすることを特徴とする。
According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, after depositing an amorphous semiconductor film on a substrate having an insulating surface, a heating beam is applied to the amorphous semiconductor film so that the irradiated area becomes band-shaped. The amorphous semiconductor film is heated by irradiating the amorphous semiconductor film to form a polycrystalline semiconductor region, and further, the amorphous semiconductor film is polycrystallized while moving the band-shaped irradiated region by the irradiation of the light beam with respect to the substrate. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the light beam is a continuous wave laser, and the speed of moving the irradiated region with respect to the substrate is such that the polycrystalline semiconductor region is not melted, and The speed is obtained by dividing the width of the band-shaped irradiated region by the time from the irradiation of the light beam to the melting of the amorphous semiconductor film.

【0019】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導体膜を堆積後、
被照射領域が帯状になるように加熱光線を該非晶質半導
体膜に照射することで加熱して多結晶半導体領域を形成
し、さらに該基板に対して該光線の照射による該帯状の
被照射領域を移動させながら、該非晶質半導体膜を多結
晶化する半導体装置の製造方法であって、該光線はラン
プ光であり、該基板に対する該被照射領域を移動させる
速度は、該多結晶半導体領域を熔融させないようにする
とともに、該被照射領域に該光線が照射されてから該非
晶質半導体膜が熔融するまでの時間で該帯状の被照射領
域の幅を割ることにより得られる速度以下にすることを
特徴とする。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
After depositing an amorphous semiconductor film on a substrate having an insulating surface,
The amorphous semiconductor film is heated by irradiating the amorphous semiconductor film with a heating light beam so as to form a polycrystalline semiconductor region so that the irradiated region has a band shape. A method of manufacturing a semiconductor device in which the amorphous semiconductor film is polycrystallized while moving the light, wherein the light beam is a lamp light, and the speed of moving the irradiated region with respect to the substrate is the polycrystalline semiconductor region. And not more than the speed obtained by dividing the width of the band-shaped irradiated region by the time from the irradiation of the light to the irradiated region to the melting of the amorphous semiconductor film. It is characterized by the following.

【0020】前記加熱光線の光源は1つまたは複数のラ
ンプである。
The light source for the heating beam is one or more lamps.

【0021】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導体膜を堆積後、
該非晶質半導体膜にV族元素の中から少なくとも一つの
元素を注入した帯状の被注入領域を形成し、被照射領域
が帯状になるように加熱光線で該被注入領域を照射し
て、さらに該基板に対して該光線による被照射領域を移
動させて該被注入領域から該非晶質半導体膜を多結晶化
させる半導体装置の製造方法であって、該光線は連続波
レーザまたはランプ光であり、該基板に対する該被照射
領域を移動させる速度は、該多結晶半導体領域を熔融さ
せないようにするとともに、該被照射領域に該光線が照
射されてから該非晶質半導体膜が熔融するまでの時間で
該帯状の被照射領域の幅を割ることにより得られる速度
以下にすることを特徴とする。
Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
After depositing an amorphous semiconductor film on a substrate having an insulating surface,
Forming a band-shaped region to be implanted into the amorphous semiconductor film with at least one element selected from group V elements, irradiating the region to be implanted with a heating light beam so that the region to be irradiated is band-shaped; A method of manufacturing a semiconductor device in which an irradiation region with the light beam is moved relative to the substrate to polycrystallize the amorphous semiconductor film from the injection region, wherein the light beam is a continuous wave laser or a lamp light. The speed of moving the irradiated region with respect to the substrate is such that the polycrystalline semiconductor region is not melted, and the time from the irradiation of the irradiated region with the light beam to the melting of the amorphous semiconductor film. In this case, the speed is obtained by dividing the width of the band-shaped irradiated region by a value equal to or lower than the obtained speed.

【0022】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
絶縁表面を有し、基板には高さ100nm以上の凸部、
または深さ100nm以上の凹部が帯状に設けられた基
板上に非晶質半導体膜を堆積後、該凸部または凹部上に
設けられた前記非晶質半導体膜の段差領域に被照射領域
が帯状になるように加熱光線を照射して、さらに該基板
に対して該光線による被照射領域を移動させることで該
段差領域から該非晶質半導体膜を多結晶化させる半導体
装置の製造方法であって、該光線は連続波レーザまたは
ランプ光であり、該基板に対する該被照射領域を移動さ
せる速度は、該多結晶半導体領域を熔融させないように
するとともに、該被照射領域に該光線が照射されてから
該非晶質半導体膜が熔融するまでの時間で該帯状の被照
射領域の幅を割ることにより得られる速度以下にするこ
とを特徴とする。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
It has an insulating surface, and the substrate has a protrusion with a height of 100 nm or more,
Alternatively, after an amorphous semiconductor film is deposited on a substrate provided with a strip having a depth of 100 nm or more in a strip shape, a region to be irradiated is strip-shaped in a step region of the amorphous semiconductor film provided on the protrusion or the recess. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: irradiating a heating light beam such that the amorphous semiconductor film is polycrystallized from the step region by moving a region irradiated with the light beam with respect to the substrate. The light beam is a continuous wave laser or a lamp light, and the speed of moving the irradiated region with respect to the substrate is such that the polycrystalline semiconductor region is not melted, and the irradiated region is irradiated with the light beam. And the speed obtained by dividing the width of the band-shaped irradiated region by the time until the amorphous semiconductor film melts.

【0023】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導体膜を堆積後、
該非晶質半導体膜と同一元素で構成された単結晶半導体
を該非晶質半導体膜に帯状に圧着させて圧着領域を形成
し、該圧着領域に被照射領域が帯状になるように加熱光
線を照射して、さらに該基板に対して該加熱光線による
被照射領域を移動させることで該圧着領域から該非晶質
半導体膜を多結晶化させる半導体装置の製造方法であっ
て、該光線は連続波レーザまたはランプ光であり、該基
板に対する該被照射領域を移動させる速度は、該多結晶
半導体領域を熔融させないようにするとともに、該被照
射領域に該光線が照射されてから該非晶質半導体膜が熔
融するまでの時間で該帯状の被照射領域の幅を割ること
により得られる速度以下にすることを特徴とする。
Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
After depositing an amorphous semiconductor film on a substrate having an insulating surface,
A single-crystal semiconductor formed of the same element as the amorphous semiconductor film is pressed in a band shape on the amorphous semiconductor film to form a pressure-bonded region, and the pressure-bonded region is irradiated with a heating light beam so that the irradiated region has a band shape. And further moving the region irradiated with the heating light beam with respect to the substrate to polycrystallize the amorphous semiconductor film from the compression region, wherein the light beam is a continuous wave laser. Or a lamp light, the speed of moving the irradiated region with respect to the substrate is such that the polycrystalline semiconductor region is not melted and the amorphous semiconductor film is irradiated after the irradiated region is irradiated with the light beam. The speed is obtained by dividing the width of the belt-shaped irradiated region by the time required for melting to be not more than the speed obtained.

【0024】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導体膜を堆積後、
該非晶質半導体膜にエキシマレーザーを照射して帯状の
多結晶領域を形成し、該多結晶領域に被照射領域が帯状
になるように加熱光線を照射して、さらに該基板に対し
て該光線による被照射領域を移動させることで、該多結
晶領域から該非晶質半導体膜を多結晶化させる半導体装
置の製造方法であって、該光線は連続波レーザまたはラ
ンプ光であり、該基板に対する該被照射領域を移動させ
る速度は、該多結晶半導体領域を熔融させないようにす
るとともに、該被照射領域に該光線が照射されてから該
非晶質半導体膜が熔融するまでの時間で該帯状の被照射
領域の幅を割ることにより得られる速度以下にすること
を特徴とする。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
After depositing an amorphous semiconductor film on a substrate having an insulating surface,
The amorphous semiconductor film is irradiated with an excimer laser to form a band-shaped polycrystalline region, and the polycrystalline region is irradiated with a heating light beam such that a region to be irradiated is band-shaped. Moving a region to be irradiated by the method, a method for manufacturing a semiconductor device in which the amorphous semiconductor film is polycrystallized from the polycrystalline region, wherein the light beam is a continuous wave laser or lamp light, The moving speed of the irradiated region is set so that the polycrystalline semiconductor region is not melted, and the band-shaped coated region is moved for a period of time from the irradiation of the irradiated region with the light beam to the melting of the amorphous semiconductor film. It is characterized in that the speed is not more than the speed obtained by dividing the width of the irradiation area.

【0025】いずれの場合でも、プラズマCVD装置、
減圧CVD装置、スパッタ装置のうち、いずれか一つの
装置を用いて前記非晶質半導体膜を堆積することが好ま
しい。
In any case, a plasma CVD apparatus,
It is preferable that the amorphous semiconductor film is deposited using one of a low-pressure CVD apparatus and a sputtering apparatus.

【0026】前記非晶質半導体膜の膜厚は30〜150
nmの範囲であることが好ましい。
The thickness of the amorphous semiconductor film is 30 to 150.
It is preferably in the range of nm.

【0027】さらに、前記照射領域の幅方向に前記加熱
光線を移動させるか、又は該照射領域を横断する方向に
前記基板を移動させることで、該被照射領域を移動させ
ることが好ましい。
Further, it is preferable that the irradiation region is moved by moving the heating light beam in the width direction of the irradiation region or by moving the substrate in a direction crossing the irradiation region.

【0028】また、前記加熱光線の照射エネルギー密度
を、前記非晶質半導体膜が熔融する範囲内とすることが
好ましい。
Further, it is preferable that the irradiation energy density of the heating light beam is in a range where the amorphous semiconductor film is melted.

【0029】さらに、前記加熱光線の照射エネルギー密
度を、前記非晶質半導体膜が熔融し、該非晶質半導体膜
と同一組成の多結晶半導体膜が熔融しない範囲とするこ
とが好ましい。
Further, it is preferable that the irradiation energy density of the heating light beam is in a range where the amorphous semiconductor film is melted and a polycrystalline semiconductor film having the same composition as the amorphous semiconductor film is not melted.

【0030】[0030]

【作用】上記構成により、加熱領域を移動させながら非
晶質半導体基板を部分的に加熱するので、加熱領域に隣
接する、加熱によって多結晶化された半導体部分の結晶
粒が種結晶となって、加熱領域の移動方向に結晶粒を成
長させることが可能となり、良質の多結晶半導体膜が形
成される。また、加熱部の熱源として帯状の加熱光源を
用いたので、非晶質半導体基板の多結晶化が容易になさ
れる。
According to the above structure, since the amorphous semiconductor substrate is partially heated while moving the heating region, the crystal grains of the semiconductor portion adjacent to the heating region and polycrystallized by heating become seed crystals. Thus, crystal grains can be grown in the direction of movement of the heating region, and a high-quality polycrystalline semiconductor film is formed. In addition, since a belt-shaped heating light source is used as a heat source of the heating unit, the amorphous semiconductor substrate can be easily polycrystallized.

【0031】また、特に、加熱光源として、ランプまた
は、連続波レーザーを用いることにより、非晶質半導体
膜の熔融多結晶化が可能となり、結晶粒界でキャリア電
子の移動を妨げるポテンシャル障壁の高さを、低く抑え
ることが可能になる。また、被加熱領域の冷却速度が、
加熱領域の移動速度によって制御可能となり、熔融半導
体膜の冷却がゆるやかに行われるので、各結晶粒が、数
ミクロン以上の大きさに成長し、結晶粒界密度の小さな
多結晶半導体膜が供給されることになる。さらに、連続
光を照射するため、照射領域に伴い、半導体面に照射吸
収される熱量にむらが生じにくく、作製した薄膜トラン
ジスター特性の同一基板面内でのばらつきを小さく抑え
ることが可能となる。
Further, in particular, by using a lamp or a continuous wave laser as a heating light source, it becomes possible to melt polycrystallize an amorphous semiconductor film, and to increase the potential barrier which hinders the movement of carrier electrons at crystal grain boundaries. Can be kept low. Also, the cooling rate of the heated area is
Controllable by the moving speed of the heating area, the cooling of the molten semiconductor film is performed slowly, so that each crystal grain grows to a size of several microns or more, and a polycrystalline semiconductor film having a small grain boundary density is supplied. Will be. Further, since the continuous light is irradiated, unevenness in the amount of heat absorbed and absorbed in the semiconductor surface due to the irradiation area is less likely to occur, and the variation in the characteristics of the manufactured thin film transistor within the same substrate surface can be suppressed.

【0032】次に、非晶質半導体膜の熔融を行わない場
合における多結晶化時の結晶成長促進方法について述べ
る。
Next, a method of promoting crystal growth during polycrystallization when the amorphous semiconductor film is not melted will be described.

【0033】Ni、Cu、Pd、Pt、Co、Fe、A
g、Au、InおよびSnの中から選ばれた少なくとも
一つの元素を、非晶質半導体膜に注入して多結晶化を行
うと、この注入金属が触媒的な働きをして、結晶成長が
促進され、注入金属の濃度が濃い部分を結晶成長端とし
て被注入領域外へ容易に結晶粒が成長して行く。これに
より、基板全面にわたって結晶成長方向のそろった多結
晶半導体膜が形成され、しかも、注入金属濃度の濃い部
分は、結晶成長端とともに基板上を移動するため、半導
体装置を作製する領域の不純物金属濃度は、実用上問題
のない程度にまで抑えられる。
Ni, Cu, Pd, Pt, Co, Fe, A
When at least one element selected from g, Au, In, and Sn is implanted into the amorphous semiconductor film and polycrystallization is performed, the implanted metal acts as a catalyst to increase crystal growth. As a result, crystal grains grow easily outside the region to be implanted with the portion where the concentration of the implanted metal is high as the crystal growth end. As a result, a polycrystalline semiconductor film having a uniform crystal growth direction is formed over the entire surface of the substrate, and the portion where the concentration of the injected metal is high moves on the substrate together with the crystal growth end. The concentration can be suppressed to a level that causes no practical problem.

【0034】また、V族元素のうち少なくともいずれか
一つを、非晶質半導体膜に注入して、この被注入領域側
より多結晶化を行うと、非晶質膜の多結晶化が促進され
る。(発明が解決しようとする課題)では、結晶促進効
果がp型不純物を注入した場合には見られないことか
ら、CMOSなどの形成時に問題が残る点を指摘した
が、本発明の方法では種結晶の発生促進にのみV族元素
の注入を利用するものであり、半導体装置を作製する領
域までは、注入不純物は拡散しない。したがって、(発
明が解決しようとする課題)で述べた問題点は解決され
る。
In addition, when at least one of Group V elements is implanted into the amorphous semiconductor film and polycrystallization is performed from the side of the region to be implanted, the polycrystallization of the amorphous film is promoted. Is done. (Problems to be Solved by the Invention) pointed out that a problem remains during the formation of a CMOS or the like because the crystal promotion effect is not seen when p-type impurities are implanted. Injection of a group V element is used only for promoting the generation of crystals, and the implanted impurities do not diffuse to a region where a semiconductor device is manufactured . Therefore, the problem described in (Problems to be solved by the invention) is solved.

【0035】さらに、基板の一辺に沿って平行に段差部
を形成した場合、加熱処理により多結晶化を行うと、こ
の段差部分で多結晶化が促進される。本発明は、この段
差部分で発生する多結晶を種結晶として利用するもので
あり、基板全面にわたって段差を形成する必要がないた
め、(発明が解決しようとする課題)で述べた問題点は
解決される。
Further, when a step portion is formed in parallel along one side of the substrate, polycrystallization is promoted at the step portion by performing polycrystallization by heat treatment. The present invention utilizes a polycrystal generated at the step as a seed crystal, and does not require a step to be formed over the entire surface of the substrate. Therefore, the problem described in (Problems to be Solved by the Invention) is solved. Is done.

【0036】さらに、非晶質半導体基板外部に種結晶を
設ける際に、圧着して熱処理することによって発生した
結晶粒を、種結晶として利用する点であり、基板の一辺
に沿って帯状に圧着領域を設けるだけで、基板全面にわ
たって単結晶半導体または多結晶半導体を圧着する必要
が無く、(発明が解決しようとする課題)で述べた問題
点が解決される。
Further, when a seed crystal is provided outside the amorphous semiconductor substrate, crystal grains generated by pressure bonding and heat treatment are used as a seed crystal, and are pressed in a band along one side of the substrate. By simply providing the region, there is no need to press the single crystal semiconductor or the polycrystalline semiconductor over the entire surface of the substrate, and the problem described in (Problems to be Solved by the Invention) is solved.

【0037】さらに、非晶質半導体膜にエキシマレーザ
ーを照射することによって、基板の一辺に沿って、多結
晶半導体を形成するものである。本発明においては、形
成した多結晶半導体は、種結晶として使用するのみであ
るため、結晶粒が小さいことや、トランジスターを作製
した場合の特性のばらつきといった(発明が解決しよう
とする課題)で述べた問題点は解決される。
Further, a polycrystalline semiconductor is formed along one side of the substrate by irradiating an excimer laser to the amorphous semiconductor film. In the present invention, a polycrystalline semiconductor formed, since it is only used as a seed crystal, it and the crystal grains are small, such as variations in the characteristics of the case of manufacturing <br/> the transistor (to be Solved by the Invention The problem described in (Issue) is solved.

【0038】さらに、照射エネルギー密度を、非晶質半
導体膜が熔融し、多結晶半導体膜が熔融しない範囲とし
ているので、多結晶化が効率よく品質よくなされる。
Further, since the irradiation energy density is in a range where the amorphous semiconductor film is melted and the polycrystalline semiconductor film is not melted, polycrystallization is efficiently performed with high quality.

【0039】さらに、基板の移動速度、または、加熱源
の移動速度を、加熱開始から非晶質半導体が熔融するま
での時間で、加熱領域幅を割った値とするか、または、
加熱開始から非晶質半導体が熔融するまでの時間で、加
熱幅を割った値よりも小さくすれば、多結晶化が確実に
なされて効率よく品質よくなされる。
Further, the moving speed of the substrate or the moving speed of the heating source is set to a value obtained by dividing the width of the heating region by the time from the start of heating to the melting of the amorphous semiconductor, or
If the time from the start of heating to the melting of the amorphous semiconductor is made smaller than the value obtained by dividing the heating width, polycrystallization is ensured and the quality is improved efficiently.

【0040】さらに、プラズマCVD装置、減圧CVD
装置、スパッタ装置のうちいずれか一つの装置を用いれ
ば、非晶質半導体膜が容易に成膜される。
Further, a plasma CVD apparatus, a low pressure CVD
When any one of the apparatus and the sputtering apparatus is used, an amorphous semiconductor film can be easily formed.

【0041】さらに、非晶質シリコン膜の膜厚が30〜
150nmであれば、多結晶化が良好になされる。
Further, the thickness of the amorphous silicon film is 30 to
If it is 150 nm, polycrystallization is favorably performed.

【0042】さらに、照射領域が帯状である加熱光源を
少なくとも1つ有し、熱処理を行う基板の基板面の片側
または両側から加熱光源により加熱光を照射しながら、
基板面に沿って照射領域を横断する方向に被加熱基板を
移動させるかまたは、基板面に沿って照射領域が横断す
る方向に照射領域を移動させるので、非晶質半導体膜を
堆積させた基板を良好に熱処理できて非晶質膜の多結晶
化が品質よく実施される。
Further, the substrate has at least one heating light source whose irradiation area is band-shaped, and the heating light source irradiates the heating light from one or both sides of the substrate surface of the substrate to be heat-treated.
Since the substrate to be heated is moved in the direction crossing the irradiation region along the substrate surface, or the irradiation region is moved in the direction crossing the irradiation region along the substrate surface, the substrate on which the amorphous semiconductor film is deposited Can be satisfactorily heat-treated, and the polycrystallization of the amorphous film can be performed with good quality.

【0043】以上のように、本発明の多結晶化方法は、
(発明が解決しようとする課題)で問題とした点を一括
して解決することを可能とするものである。
As described above, the polycrystallization method of the present invention comprises:
(Problems to be Solved by the Invention) It is possible to collectively solve the problem points.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の実施の形態1における
半導体基板の部分加熱の様子を、半導体基板上方より見
た場合の概略平面図である。図1において、ガラスなど
の絶縁性表面を持つ絶縁性基板1上に、直接または、間
にSiO2などの絶縁膜を挟む形で、プラズマCVD装
置、減圧CVD装置、スパッタ装置のうちいずれか一つ
の装置を用い、即ち、PE−CVDまたはLP−CVD
などの成膜装置を用いて、非晶質シリコン(a−Si)
膜を堆積させたものである。この非晶質シリコン膜の膜
厚は、30〜150nm、好ましくは、50〜100n
mの間に設定する。この基板1上の非晶質シリコン膜に
対する熱線照射による部分加熱の照射領域2は、加熱光
線を用いた熱処理の場合、加熱光線の照射領域に相当す
る。また、この非晶質シリコン膜領域3は、基板1上の
シリコンが非晶質シリコン(a−Si)の状態である領
域であって、領域4は、基板1上の非晶質シリコン膜が
加熱されている加熱領域であり、さらに、領域5は、加
熱後の多結晶シリコン(p−Si)化された状態の領域
を示している。
Embodiments of the present invention will be described below. (Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic plan view showing a state of partial heating of a semiconductor substrate according to Embodiment 1 of the present invention when viewed from above the semiconductor substrate. In FIG. 1, one of a plasma CVD apparatus, a low-pressure CVD apparatus, and a sputtering apparatus is formed on an insulating substrate 1 having an insulating surface such as glass directly or with an insulating film such as SiO 2 interposed therebetween. Using two devices, namely PE-CVD or LP-CVD
Amorphous silicon (a-Si)
A film is deposited. The thickness of this amorphous silicon film is 30 to 150 nm, preferably 50 to 100 n.
Set between m. The irradiation region 2 of the partial heating of the amorphous silicon film on the substrate 1 by the irradiation of the heat ray corresponds to the irradiation region of the heating light beam in the case of the heat treatment using the heating light beam. The amorphous silicon film region 3 is a region where silicon on the substrate 1 is in an amorphous silicon (a-Si) state, and the region 4 is a region where the amorphous silicon film on the substrate 1 is The region 5 is a heated region that is being heated, and a region 5 is a region that has been converted into polycrystalline silicon (p-Si) after heating.

【0045】つまり、基板は、右方向に向かって照射領
域2を横断するように進み、この照射領域2を通過する
のに伴って表面の非晶質シリコン(a−Si)膜が加熱
処理されて多結晶シリコン(p−Si)化されるか、ま
たは、照射領域2が、例えば右側により左側に向かって
移動して行くことにより、基板1上の非晶質シリコン
(a−Si)膜が加熱処理されて多結晶シリコン(p−
Si)化される。
That is, the substrate advances rightward so as to cross the irradiation region 2, and as the substrate passes through the irradiation region 2, the amorphous silicon (a-Si) film on the surface is heat-treated. The amorphous silicon (a-Si) film on the substrate 1 is converted into polycrystalline silicon (p-Si) or the irradiation region 2 moves from the right side to the left side, for example. Heat-treated polycrystalline silicon (p-
Si).

【0046】ここで、加熱領域を移動させながら再結晶
化を行う考え方について詳しく説明する。シリコンを加
熱してゆくと、やがて融点(m.p.)に達して、シリ
コンは溶融する。このとき、被加熱体であるシリコン
が、元々アモルファスシリコンであれば、融点m.p.
(a−Si)は約1200℃前後であり、元々ポリシリ
コンであれば、融点m.p.(p−Si)は約1600
〜1700℃程度であり、これら両者の間には400〜
500℃程度の開きがある。
Here, the concept of performing recrystallization while moving the heating region will be described in detail. As the silicon is heated, it eventually reaches its melting point (mp) and the silicon melts. At this time, if silicon to be heated is originally amorphous silicon, the melting point is m.p. p.
(A-Si) is about 1200 ° C., and if it is originally polysilicon, the melting point is m. p. (P-Si) is about 1600
11700 ° C., and between these two, 400〜
There is an opening of about 500 ° C.

【0047】したがって、アモルファスシリコンとポリ
シリコンが隣接した状態で両者を加熱して行くと、アモ
ルファス部分がまず溶融し、この溶融シリコンとポリシ
リコンが隣接した状態を作り出すことが可能となる。こ
のように、溶融シリコンとポリシリコンが隣接状態で
は、結晶端部でシリコンの結晶が成長する。このよう
に、例えば、シリコンウエハの材料である単結晶シリコ
ン柱は、溶融シリコン表面に種結晶となる単結晶シリコ
ンの小片を接触させて結晶を成長させて作ることができ
る。
Therefore, when the amorphous silicon and the polysilicon are heated in a state where they are adjacent to each other, the amorphous portion is first melted, and it becomes possible to create a state where the molten silicon and the polysilicon are adjacent to each other. As described above, when the molten silicon and the polysilicon are adjacent to each other, a crystal of silicon grows at the crystal end. As described above, for example, a single crystal silicon pillar, which is a material of a silicon wafer, can be formed by growing a crystal by bringing small pieces of single crystal silicon serving as a seed crystal into contact with the surface of molten silicon.

【0048】本発明は、結晶の成長をシリコン膜の膜面
方向に応用させたものであり、種結晶としてのポリシリ
コン領域と、アモルファスシリコン領域とが隣接した状
態で、両者を同時に加熱してやることにより、種結晶部
分より結晶粒を成長させて、結晶粒の大きなポリシリコ
ン膜を得るものである。
According to the present invention, the crystal growth is applied in the direction of the surface of the silicon film. In the state where the polysilicon region as the seed crystal and the amorphous silicon region are adjacent to each other, they are simultaneously heated. Thus, crystal grains are grown from the seed crystal portion to obtain a polysilicon film having large crystal grains.

【0049】図2は図1の半導体基板および熱処理装置
の断面図である。図2において、照射領域が帯状である
加熱光源部6を少なくとも一つ有し、熱処理を行う基板
面の片側から加熱光線7を照射しながら、基板面に沿っ
て照射領域2を横断する方向に被加熱基板を移動させる
か、または、基板面に沿って照射領域2を横断する方向
に照射領域2を移動させる機構を有して熱処理する。
FIG. 2 is a sectional view of the semiconductor substrate and the heat treatment apparatus of FIG. In FIG. 2, the irradiation region has at least one heating light source unit 6 having a band shape, and while irradiating the heating light beam 7 from one side of the substrate surface to be subjected to the heat treatment, in a direction crossing the irradiation region 2 along the substrate surface. The heat treatment is performed by moving the substrate to be heated or having a mechanism for moving the irradiation region 2 in a direction crossing the irradiation region 2 along the substrate surface.

【0050】この加熱光源部6として、ランプまたは、
連続波レーザーを用いることにより、非晶質半導体膜の
熔融多結晶化が可能となり、結晶粒界でキャリア電子の
移動を妨げるポテンシャル障壁の高さを、低く抑えるこ
とが可能になる。また、被加熱領域の冷却速度が、加熱
領域の移動速度によって制御可能であり、熔融半導体膜
の冷却がゆるやかに行われるため、各結晶粒が、数ミク
ロン以上の大きさに成長し、結晶粒界密度の小さな多結
晶半導体膜が供給されることになる。さらに、連続光を
照射するため、照射領域に伴い、半導体面に照射吸収さ
れる熱量にむらが生じにくく、作製した薄膜トランジス
ター特性の同一基板面内でのばらつきを小さく抑えるこ
とが可能になる。
As the heating light source section 6, a lamp or
By using a continuous wave laser, the amorphous semiconductor film can be melt-polycrystallized, and the height of a potential barrier that hinders the movement of carrier electrons at a crystal grain boundary can be reduced. In addition, the cooling rate of the heated area can be controlled by the moving speed of the heating area, and the cooling of the molten semiconductor film is performed slowly, so that each crystal grain grows to a size of several microns or more, and A polycrystalline semiconductor film having a low boundary density is supplied. Further, since the continuous light is irradiated, unevenness in the amount of heat irradiated and absorbed on the semiconductor surface is less likely to occur due to the irradiation area, and it is possible to suppress variations in the characteristics of the manufactured thin film transistor within the same substrate surface.

【0051】また、照射エネルギー密度を、非晶質半導
体膜が熔融しない範囲とするか、または、非晶質半導体
膜が熔融し、多結晶半導体膜が熔融しない範囲とする。
また、基板の移動速度、または、加熱光源部6の移動速
度を、加熱開始から非晶質半導体が熔融するまでの時間
で、加熱領域4の幅を割った値とするか、または、加熱
開始から非晶質半導体が熔融するまでの時間で、加熱領
域4の幅を割った値よりも小さくすれば、多結晶化が確
実になされて効率よく品質よくなされる。 (実施の形態2)図3(a)は本発明の実施の形態2に
おける多結晶化を行う基板を、a−Si堆積面より見た
場合の平面図、また、図3(b)は、図3(a)のA−
B断面図である。図3(a)および図3(b)におい
て、基板1上に非晶質半導体膜を堆積させた基板として
方形のものを用い、この基板の一つの辺に沿って、N
i、Cu、Pd、Pt、Co、Fe、Ag、Au、I
n、Snの中から少なくとも一つの元素を選択して注入
した帯状の斜線領域8を形成する。即ち、斜線領域8
は、Ni、Cu、Pd、Pt、Co、Fe、Ag、A
u、In、Snの不純物のうち、少なくとも1つの元素
をドーピングした領域を示している。
The irradiation energy density is set to a range where the amorphous semiconductor film does not melt or a range where the amorphous semiconductor film melts and the polycrystalline semiconductor film does not melt.
Further, the moving speed of the substrate or the moving speed of the heating light source unit 6 is set to a value obtained by dividing the width of the heating region 4 by the time from the start of heating to the melting of the amorphous semiconductor, or If the width of the heating region 4 is smaller than the value obtained by dividing the width of the heating region 4 by the time from when the amorphous semiconductor is melted, polycrystallization is surely performed and the quality is improved efficiently. (Embodiment 2) FIG. 3A is a plan view of a substrate to be subjected to polycrystallization according to Embodiment 2 of the present invention as viewed from an a-Si deposition surface, and FIG. A- of FIG.
It is B sectional drawing. In FIGS. 3A and 3B, a rectangular substrate is used in which an amorphous semiconductor film is deposited on a substrate 1 and N is applied along one side of the substrate.
i, Cu, Pd, Pt, Co, Fe, Ag, Au, I
At least one element is selected from n and Sn to form a band-shaped hatched region 8 implanted. That is, the hatched area 8
Is Ni, Cu, Pd, Pt, Co, Fe, Ag, A
It shows a region doped with at least one element among impurities of u, In, and Sn.

【0052】熱処理の方法は、実施の形態1に記載した
通りであるが、基板の加熱は、B側から始まってA側の
向きに進行させる。このとき、斜線領域8よりもA側の
非晶質シリコン領域3において、実施の形態1の熱処理
により、被注入領域である斜線領域8側より非晶質半導
体膜の多結晶化を行った後、この多結晶半導体膜を用い
て半導体装置を作製する。
The method of the heat treatment is as described in the first embodiment, but the heating of the substrate is started from the B side and progresses in the direction of the A side. At this time, in the amorphous silicon region 3 on the A side from the hatched region 8, the amorphous semiconductor film is polycrystallized from the hatched region 8 side which is the implanted region by the heat treatment of the first embodiment. A semiconductor device is manufactured using this polycrystalline semiconductor film.

【0053】このように、Ni、Cu、Pd、Pt、C
o、Fe、Ag、Au、In、Snなどの金属元素のう
ち少なくともいずれか一つを、非晶質シリコンに注入し
て本発明の実施の形態1の熱処理で多結晶化を行うと、
注入金属が触媒的な働きをして、結晶成長が促進され、
この注入金属の濃度が濃い部分を結晶成長端として被注
入領域外へ容易に結晶粒が成長して行く。これにより、
基板全面にわたって結晶成長方向のそろった多結晶半導
体膜を形成できる。しかも、この注入金属濃度の濃い部
分は、結晶成長端とともに基板上を移動するため、半導
体装置を作製する領域の不純物金属濃度は、実用上問題
のない程度にまで抑えられる。 (実施の形態3)図4(a)は本発明の実施の形態3に
おける多結晶化を行う基板を、a−Si堆積面より見た
場合の平面図、また、図4(b)は、図4(a)のC−
D断面図である。図4(a)および図4(b)におい
て、基板1上に非晶質半導体膜を堆積させた基板として
方形のものを用い、この基板の一つの辺に沿って、リン
に代表されるV族元素の中から少なくとも一つの元素を
選択して注入した帯状の斜線領域9を形成する。この斜
線領域9は、V族元素の不純物のうち、少なくとも1つ
の元素をドーピングした領域を示している。
Thus, Ni, Cu, Pd, Pt, C
When at least one of metal elements such as o, Fe, Ag, Au, In, and Sn is implanted into amorphous silicon and polycrystallized by the heat treatment according to the first embodiment of the present invention,
The injected metal acts as a catalyst to promote crystal growth,
Crystal grains grow easily out of the region to be implanted with the portion where the concentration of the implanted metal is high as the crystal growth end. This allows
A polycrystalline semiconductor film having a uniform crystal growth direction can be formed over the entire surface of the substrate. In addition, the portion where the concentration of the implanted metal is high moves on the substrate together with the crystal growth end, so that the impurity metal concentration in the region where the semiconductor device is manufactured can be suppressed to a level that causes no practical problem. (Embodiment 3) FIG. 4A is a plan view of a substrate on which polycrystallization is performed according to Embodiment 3 of the present invention as viewed from an a-Si deposition surface, and FIG. C- in FIG.
It is D sectional drawing. In FIGS. 4A and 4B, a rectangular substrate is used in which an amorphous semiconductor film is deposited on the substrate 1, and V is typified by phosphorus along one side of the substrate. A band-like hatched region 9 is formed by selecting at least one element from the group elements. The hatched region 9 indicates a region doped with at least one of the group V element impurities.

【0054】熱処理の方法は、実施の形態1に記載した
通りであるが、基板の加熱は、D側より始まってC側の
向きに進行させる。つまり、斜線領域9よりもC側の非
晶質シリコン領域3において、実施の形態1の熱処理に
より、被注入領域である斜線領域9側より非晶質半導体
膜の多結晶化を行った後、この多結晶半導体膜を用いて
半導体装置を作製する。
The method of the heat treatment is as described in Embodiment Mode 1. However, the heating of the substrate is started from the D side and progressed in the direction of the C side. That is, in the amorphous silicon region 3 on the C side from the hatched region 9, the amorphous semiconductor film is polycrystallized from the hatched region 9 side, which is the region to be implanted, by the heat treatment of the first embodiment. A semiconductor device is manufactured using the polycrystalline semiconductor film.

【0055】このように、V族元素のうちいずれか少な
くとも一つを、非晶質シリコンに注入して多結晶化を行
うと、非晶質膜の多結晶化が促進する。発明が解決しよ
うとする課題では、結晶促進効果がp型不純物を注入し
た場合には見られないことから、CMOSなどの形成時
に問題が残る点を指摘したが、本発明の実施の形態3の
製造方法では、種結晶の発生促進にのみV族元素の注入
を利用するものであり、半導体装置を作製する領域まで
は、注入不純物は拡散しない。したがって、発明が解決
しようとする課題で述べた問題点を解決することができ
る。 (実施の形態4)図5(a)は本発明の実施の形態4に
おける多結晶化を行う基板を、a−Si堆積面より見た
場合の平面図、図5(b)は図5(a)のE−F断面図
である。図5(a)および図5(b)において、絶縁性
基板1として方形のものを用い、この基板1の一つの辺
に沿って平行に、深さ100nm以上の段差のある凹部
領域10を形成後、この凹部領域10を含めた基板1上
に非晶質半導体膜を堆積させる。
As described above, when polycrystallization is performed by injecting at least one of group V elements into amorphous silicon, polycrystallization of the amorphous film is promoted. In the problem to be solved by the present invention, it has been pointed out that a problem remains during the formation of a CMOS or the like because a crystal promoting effect is not observed when a p-type impurity is implanted. In the manufacturing method, implantation of a group V element is used only for promoting generation of a seed crystal, and implanted impurities do not diffuse to a region where a semiconductor device is manufactured . Therefore, the problems described in the problem to be solved by the invention can be solved. (Embodiment 4) FIG. 5A is a plan view of a substrate to be subjected to polycrystallization in Embodiment 4 of the present invention when viewed from the a-Si deposition surface, and FIG. It is EF sectional drawing of a). In FIGS. 5A and 5B, a rectangular insulating substrate 1 is used, and a recessed region 10 having a step with a depth of 100 nm or more is formed in parallel along one side of the substrate 1. After that, an amorphous semiconductor film is deposited on the substrate 1 including the concave region 10.

【0056】熱処理の方法は実施の形態1に記載した通
りであるが、基板の加熱は、凹部領域10側より始まっ
てEの向きに進行させる。つまり、この凹部領域10よ
りもE側の非晶質シリコン領域3において、実施の形態
1の熱処理による多結晶化を行った後、凹部領域10側
より非晶質膜の多結晶化を行う。この多結晶半導体膜を
用いて半導体装置を作製する。
The method of the heat treatment is as described in the first embodiment, but the heating of the substrate is started from the concave region 10 side and progresses in the direction of E. That is, in the amorphous silicon region 3 on the E side from the concave region 10, polycrystallization is performed by the heat treatment of the first embodiment, and then the amorphous film is polycrystallized from the concave region 10 side. A semiconductor device is manufactured using the polycrystalline semiconductor film.

【0057】このように、基板1の一辺に沿って平行に
段差部分を形成した場合、加熱処理により多結晶化を行
うと、この段差部分で多結晶化が促進される。本実施の
形態4は、この段差部分で発生する多結晶を種結晶とし
て利用するものであり、基板全面にわたって段差を形成
する必要がないため、(発明が解決しようとする課題)
で述べた問題点を解決することができる。
As described above, when a step portion is formed in parallel along one side of the substrate 1 and polycrystallization is performed by heat treatment, polycrystallization is promoted at the step portion. In the fourth embodiment, a polycrystal generated at the step portion is used as a seed crystal, and it is not necessary to form a step over the entire surface of the substrate.
Can be solved.

【0058】なお、本実施の形態4では、断面構造が凹
状の段差部として凹部領域10を示したが、段差がつい
ているものであれば特に断面の形状が凹状である必要は
なく、断面構造が凸状であっても階段状であっても差し
支えない。即ち、基板1の一つの辺に沿って、高さ10
0nm以上の段差を形成すればよく、その後に非晶質半
導体膜を堆積させる。 (実施の形態5)図6(a)は本発明の実施の形態5に
おける多結晶化を行う基板を、a−Si堆積面より見た
場合の平面図、また、図6(b)は図6(a)のG−H
断面図である。図6(a)および図6(b)において、
基板1上に非晶質半導体膜を堆積させた基板として方形
のものを用い、この基板1に非晶質半導体膜を堆積後、
基板1の一つの辺に沿って、非晶質半導体膜を堆積させ
た面に非晶質半導体膜と同一元素で構成された単結晶半
導体よりなる斜線領域11を帯状に圧着する。
In the fourth embodiment, the concave region 10 is shown as a step portion having a concave cross-sectional structure. However, the shape of the cross-section does not need to be concave as long as it has a step. May be convex or stepped. That is, along one side of the substrate 1, the height 10
What is necessary is just to form a step of 0 nm or more, and then an amorphous semiconductor film is deposited. (Embodiment 5) FIG. 6 (a) is a plan view of a substrate to be subjected to polycrystallization in Embodiment 5 of the present invention when viewed from the a-Si deposition surface, and FIG. GH of 6 (a)
It is sectional drawing. 6 (a) and 6 (b),
A square substrate is used as an amorphous semiconductor film deposited on a substrate 1. After the amorphous semiconductor film is deposited on the substrate 1,
Along the one side of the substrate 1, a hatched region 11 made of a single crystal semiconductor made of the same element as the amorphous semiconductor film is pressed in a band shape on the surface on which the amorphous semiconductor film is deposited.

【0059】熱処理の方法は実施の形態1に記載した通
りであるが、基板の加熱は、圧着した斜線領域11側よ
り始まってGの向きに進行させる。即ち、斜線領域11
よりもG側の非晶質シリコン膜領域3において、本実施
の形態5の熱処理による多結晶化を行った後、多結晶半
導体膜を用いて半導体装置を作製する。
The method of the heat treatment is as described in the first embodiment. However, the heating of the substrate is started from the press-bonded oblique line area 11 side and proceeds in the direction of G. That is, the shaded area 11
In the amorphous silicon film region 3 on the G side, polycrystallization is performed by the heat treatment of the fifth embodiment, and then a semiconductor device is manufactured using the polycrystalline semiconductor film.

【0060】このように、非晶質半導体基板の外部に種
結晶を設けるものである。本発明の実施の形態5の特徴
は、圧着して熱処理することによって発生した結晶粒
を、種結晶として利用する点であり、基板の一辺に沿っ
て帯状に圧着領域を設けるだけで、基板全面にわたって
単結晶半導体を圧着する必要が無く、(発明が解決しよ
うとする課題)で述べた問題点を解決することができ
る。 (実施の形態6)図7(a)は本発明の実施の形態6に
おける多結晶化を行う基板を、a−Si堆積面より見た
場合の平面図、また、図7(b)は、図7(a)のI−
J断面図である。図7(a)および図7(b)におい
て、基板1上に非晶質半導体膜を堆積させた基板として
方形のものを用い、この基板の一つの辺に沿って、非晶
質半導体膜を堆積させた面に、この非晶質半導体膜と同
一元素で構成された多結晶半導体基板12を、非晶質半
導体膜と多結晶半導体膜が帯状に重なるように斜線領域
13の端部側を圧着し、この圧着側より非晶質膜の多結
晶化を行う。
As described above, the seed crystal is provided outside the amorphous semiconductor substrate. A feature of the fifth embodiment of the present invention is that crystal grains generated by pressure bonding and heat treatment are used as seed crystals, and only by providing a band-shaped pressing region along one side of the substrate, the entire surface of the substrate can be used. Therefore, the problem described in (Problems to be Solved by the Invention) can be solved. (Embodiment 6) FIG. 7 (a) is a plan view of a substrate to be subjected to polycrystallization according to Embodiment 6 of the present invention as viewed from the a-Si deposition surface, and FIG. I- in FIG.
It is J sectional drawing. In FIGS. 7A and 7B, a rectangular substrate is used as an amorphous semiconductor film deposited on a substrate 1. An amorphous semiconductor film is formed along one side of the substrate. A polycrystalline semiconductor substrate 12 made of the same element as that of the amorphous semiconductor film is placed on the surface on which the amorphous semiconductor film is deposited so that the amorphous semiconductor film and the polycrystalline semiconductor film overlap with each other in a strip shape. Crimping is performed and the amorphous film is polycrystallized from this crimping side.

【0061】熱処理の方法は実施の形態1に記載した通
りであるが、基板の加熱は、斜線領域13の圧着側より
始まってIの向きに進行させる。この圧着側よりもI側
の非晶質シリコン膜領域3において、本実施の形態6に
よる多結晶化を行った後、多結晶半導体膜を用いて半導
体装置を作製する。
The method of the heat treatment is as described in the first embodiment, but the heating of the substrate is started from the pressure-bonding side of the oblique line region 13 and proceeds in the direction of I. After performing polycrystallization according to the sixth embodiment in the amorphous silicon film region 3 on the I side from the compression side, a semiconductor device is manufactured using the polycrystalline semiconductor film.

【0062】このように、非晶質半導体基板の外部に種
結晶を設けるものである。本実施の形態6の特徴は、圧
着して熱処理することによって発生した結晶粒を、種結
晶として利用する点であり、基板の一辺に沿って帯状に
圧着領域を設けるだけで、基板全面にわたって多結晶半
導体を圧着する必要が無く、(発明が解決しようとする
課題)で述べた問題点を解決することができる。 (実施の形態7)図8(a)は、本発明の実施の形態7
における多結晶化を行う基板を、a−Si堆積面より見
た場合の平面図、また、図8(b)は、図8(a)のK
−L断面図である。図8(a)および図8(b)におい
て、基板1上に非晶質半導体膜を堆積させた基板として
方形のものを用い、この基板の一つの辺に沿って、エキ
シマレーザーを照射して、帯状の多結晶領域14を形成
する。この斜線で示される多結晶領域14は、エキシマ
レーザーの照射によって多結晶化した領域を示してい
る。
As described above, the seed crystal is provided outside the amorphous semiconductor substrate. The feature of the sixth embodiment is that crystal grains generated by pressure-bonding and heat treatment are used as seed crystals, and only by providing a band-shaped pressure-bonded region along one side of the substrate, the entire surface of the substrate is multiplied. It is not necessary to crimp the crystal semiconductor, and the problem described in (Problems to be Solved by the Invention) can be solved. (Embodiment 7) FIG. 8A shows Embodiment 7 of the present invention.
8B is a plan view of a substrate on which polycrystallization is performed as viewed from the a-Si deposition surface, and FIG.
It is -L sectional drawing. 8A and 8B, a rectangular substrate having an amorphous semiconductor film deposited on a substrate 1 is used, and an excimer laser is irradiated along one side of the substrate. Then, a band-shaped polycrystalline region 14 is formed. The polycrystalline region 14 shown by oblique lines indicates a region that has been polycrystallized by irradiation with an excimer laser.

【0063】熱処理の方法は実施の形態1に記載した通
りであるが、基板の加熱は、多結晶領域14側より始ま
ってKの向きに進行させる。この多結晶領域14よりも
K側の非晶質シリコン膜領域3において、本実施の形態
7による多結晶化を行った後、この多結晶半導体膜を用
いて半導体装置を作製する。
The method of the heat treatment is as described in the first embodiment, but the heating of the substrate is started from the polycrystalline region 14 side and proceeds in the direction of K. After polycrystallization according to the seventh embodiment is performed in the amorphous silicon film region 3 on the K side of the polycrystalline region 14, a semiconductor device is manufactured using the polycrystalline semiconductor film.

【0064】このように、非晶質半導体膜にエキシマレ
ーザーを照射することによって、基板の一辺に沿って、
多結晶半導体を形成するものである。本実施の形態7に
おいては、形成した多結晶半導体は、種結晶として使用
するのみであるため、結晶粒が小さいことや、トランジ
スターを作製した場合の特性のばらつきといった(発明
が解決しようとする課題)で述べた問題点は解決され
る。
As described above, by irradiating an excimer laser to the amorphous semiconductor film, along the one side of the substrate,
It forms a polycrystalline semiconductor. In the seventh embodiment, since the formed polycrystalline semiconductor is used only as a seed crystal, the polycrystalline semiconductor has small crystal grains and variations in characteristics when a transistor is manufactured. The problem described in (2) is solved.

【0065】以上の各実施の形態による非晶質半導体膜
の多結晶化を行うことで、結晶粒の成長方向を均一に制
御することが可能となる。この多結晶化後の半導体基板
を用いて薄膜トランジスターを作製する場合に、トラン
ジスターの導電方向と、結晶粒の成長方向を一致させる
ことにより、トランジスターのチャネル領域内に存在す
る結晶粒界によるトランジスター特性の劣化を少なくす
ることが可能となる。
By performing the polycrystallization of the amorphous semiconductor film according to each of the above embodiments, it is possible to control the growth direction of the crystal grains uniformly. When a thin film transistor is manufactured using the semiconductor substrate after the polycrystallization, by setting the conduction direction of the transistor and the growth direction of the crystal grains to be the same, the transistor characteristics due to the crystal grain boundaries existing in the channel region of the transistor are obtained. Can be reduced.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上により本発明によれば、加熱領域を
移動させながら非晶質半導体基板を部分的に加熱するた
め、加熱領域に隣接する、加熱によって多結晶化された
半導体部分の結晶粒が種結晶となって、加熱領域の移動
方向に結晶粒を成長させることができ、良質の多結晶半
導体膜を得ることができる。また、加熱部の熱源として
帯状の加熱光源を用いれば、非晶質半導体基板の多結晶
化を容易に実施することができる。
As described above, according to the present invention, since the amorphous semiconductor substrate is partially heated while moving the heating region, the crystal grains of the semiconductor portion adjacent to the heating region and polycrystallized by heating are heated. Becomes a seed crystal, crystal grains can be grown in the moving direction of the heating region, and a high-quality polycrystalline semiconductor film can be obtained. In addition, when a belt-like heating light source is used as a heat source of the heating unit, the amorphous semiconductor substrate can be easily polycrystallized.

【0067】また、加熱光源として、ランプまたは、連
続波レーザーを用いることにより、非晶質半導体膜の熔
融多結晶化が可能となり、結晶粒界でキャリア電子の移
動を妨げるポテンシャル障壁の高さを、低く抑えること
ができる。また、被加熱領域の冷却速度が、加熱領域の
移動速度によって制御可能となり、熔融半導体膜の冷却
がゆるやかに行われるため、各結晶粒が、数ミクロン以
上の大きさに成長し、結晶粒界密度の小さな多結晶半導
体膜を得ることができる。さらに、連続光を照射するた
め、照射領域に伴い、半導体面に照射吸収される熱量に
むらが生じにくく、作製した薄膜トランジスター特性の
同一基板面内でのばらつきを小さく抑えることができ
る。
Further, by using a lamp or a continuous wave laser as a heating light source, it becomes possible to melt and polycrystallize the amorphous semiconductor film, and to reduce the height of a potential barrier which hinders the movement of carrier electrons at crystal grain boundaries. , Can be kept low. In addition, the cooling rate of the heated region can be controlled by the moving speed of the heated region, and the cooling of the molten semiconductor film is performed slowly, so that each crystal grain grows to a size of several microns or more, and the crystal grain boundary grows. A low-density polycrystalline semiconductor film can be obtained. Further, since the continuous light is irradiated, unevenness in the amount of heat absorbed and absorbed in the semiconductor surface due to the irradiation area is less likely to occur, and variations in the characteristics of the manufactured thin film transistor within the same substrate surface can be suppressed.

【0068】さらに、Ni、Cu、Pd、Pt、Co、
Fe、Ag、Au、InおよびSnの中から選ばれた少
なくとも一つの元素を、非晶質半導体膜に注入して多結
晶化を行えば、この注入金属が触媒的な働きをして、結
晶成長が促進され、注入金属の濃度が濃い部分を結晶成
長端として被注入領域外へ容易に結晶粒が成長して行く
ため、基板全面にわたって結晶成長方向のそろった多結
晶半導体膜を得ることができる。しかも、注入金属濃度
の濃い部分は、結晶成長端とともに基板上を移動するた
め、半導体装置を作製する領域の不純物金属濃度は、実
用上問題のない程度にまで抑えることができる。
Further, Ni, Cu, Pd, Pt, Co,
If at least one element selected from Fe, Ag, Au, In and Sn is implanted into the amorphous semiconductor film and polycrystallization is performed, the implanted metal acts as a catalyst, and Since growth is promoted and crystal grains grow easily outside the region to be implanted with the portion where the concentration of the implanted metal is high as the crystal growth end, it is possible to obtain a polycrystalline semiconductor film having a uniform crystal growth direction over the entire substrate. it can. In addition, since the portion where the concentration of the implanted metal is high moves on the substrate together with the crystal growth end, the impurity metal concentration in the region where the semiconductor device is manufactured can be suppressed to a practically acceptable level.

【0069】また、所定のV族元素のうち少なくともい
ずれか一つを、非晶質半導体膜に注入して、この被注入
領域側より多結晶化を行うと、非晶質膜の多結晶化を促
進することができる。本発明の方法では種結晶の発生促
進にのみV族元素の注入を利用するものであるため、半
導体装置を作製する領域までは、注入不純物は拡散しな
い。
Further, when at least one of the predetermined group V elements is implanted into the amorphous semiconductor film and polycrystallization is performed from the side of the region to be implanted, the amorphous film becomes polycrystalline. Can be promoted. In the method of the present invention, the implantation of the group V element is used only for promoting the generation of the seed crystal. Therefore, the implanted impurity does not diffuse to the region where the semiconductor device is manufactured .

【0070】さらに、基板の一辺に沿って平行に段差部
を形成した場合、加熱処理により多結晶化を行うと、こ
の段差部分で多結晶化を促進することができる。本発明
は、この段差部分で発生する多結晶を種結晶として利用
するため、基板全面にわたって段差を形成する必要がな
い。
Further, when a step portion is formed in parallel along one side of the substrate, polycrystallization can be promoted at the step portion by performing polycrystallization by heat treatment. In the present invention, since the polycrystal generated at the step portion is used as a seed crystal, it is not necessary to form a step over the entire surface of the substrate.

【0071】さらに、非晶質半導体基板外部に種結晶を
設けるものであり、基板の一辺に沿って帯状に圧着領域
を設けるだけで、基板全面にわたって単結晶半導体また
は多結晶半導体を圧着する必要はない。
Further, a seed crystal is provided outside the amorphous semiconductor substrate. It is not necessary to provide a single-crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor over the entire surface of the substrate only by providing a band-like compression region along one side of the substrate. Absent.

【0072】さらに、非晶質半導体膜にエキシマレーザ
ーを照射することによって、基板の一辺に沿って形成し
た多結晶半導体は、種結晶として使用するのみであるた
め、従来のように結晶粒が小さいことや、トランジスタ
ーを作製した場合の特性のばらつきはない。
Further, the polycrystalline semiconductor formed along one side of the substrate by irradiating the amorphous semiconductor film with an excimer laser is used only as a seed crystal, so that the crystal grains are small as in the prior art. That is, there is no variation in characteristics when a transistor is manufactured .

【0073】さらに、照射エネルギー密度を、非晶質半
導体膜が熔融し、多結晶半導体膜が熔融しない範囲とし
ているため、多結晶化を効率よく品質よくすることがで
きる。
Further, since the irradiation energy density is in a range where the amorphous semiconductor film is melted and the polycrystalline semiconductor film is not melted, polycrystallization can be efficiently performed with high quality.

【0074】さらに、基板の移動速度、または、加熱源
の移動速度を、加熱開始から非晶質半導体が熔融するま
での時間で、加熱領域幅を割った値とするか、または、
加熱開始から非晶質半導体が熔融するまでの時間で、加
熱幅を割った値よりも小さくするため、多結晶化を確実
に効率よく品質よくすることができる。
Further, the moving speed of the substrate or the moving speed of the heating source is set to a value obtained by dividing the width of the heating region by the time from the start of heating to the melting of the amorphous semiconductor, or
Since the time from the start of heating to the melting of the amorphous semiconductor is smaller than a value obtained by dividing the heating width, polycrystallization can be surely and efficiently improved.

【0075】さらに、プラズマCVD装置、減圧CVD
装置、スパッタ装置のうちいずれか一つの装置を用いる
ことにより、非晶質半導体膜を容易に成膜することがで
きる。
Further, a plasma CVD apparatus, a low pressure CVD
By using any one of the apparatus and the sputtering apparatus, an amorphous semiconductor film can be easily formed.

【0076】さらに、非晶質シリコン膜の膜厚が30〜
150nmに設定することにより、多結晶化を良好にす
ることができる。
Further, when the thickness of the amorphous silicon film is 30 to
By setting the thickness to 150 nm, polycrystallization can be improved.

【0077】さらに、非晶質半導体膜を堆積させた基板
を良好に熱処理することができて非晶質膜の多結晶化を
品質よく実施することができる。
Further, the substrate on which the amorphous semiconductor film has been deposited can be favorably heat-treated, and the amorphous film can be polycrystallized with good quality.

【0078】したがって、本発明の手法を用いて非晶質
半導体膜の多結晶化を行うことにより、良質の多結晶半
導体膜を有する基板材料を供給することができる。この
基板材料を用いれば、例えば、非線形素子として、薄膜
トランジスターを備えたアクティブマトリックス型の液
晶両像表示装置を作製したような場合、両面内で均一な
画像表示特性を有する、駆動回路一体型(ドライバーモ
ノリシック)の液晶画像表示装置を製作することがで
き、ドライバーモノリシック化を行うことによって、画
像表示装置の製造コストの大幅な低減も実現できる。
Therefore, by performing the polycrystallization of the amorphous semiconductor film using the method of the present invention, a substrate material having a high-quality polycrystalline semiconductor film can be supplied. If this substrate material is used, for example, when an active matrix type liquid crystal dual image display device having a thin film transistor is manufactured as a nonlinear element, a drive circuit integrated type (which has uniform image display characteristics on both sides) A driver monolithic liquid crystal image display device can be manufactured, and by making the driver monolithic, the manufacturing cost of the image display device can be significantly reduced.

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

【図1】本発明の実施の形態1における半導体基板の部
分加熱の様子を、半導体基板上方より見た場合の概略平
面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a state of partial heating of a semiconductor substrate according to Embodiment 1 of the present invention when viewed from above the semiconductor substrate.

【図2】図1の半導体基板および熱処理装置の多結晶化
を行う場合の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view when performing polycrystallization of the semiconductor substrate and the heat treatment apparatus of FIG. 1;

【図3】(a)は本発明の実施の形態2における多結晶
化を行う基板を、a−Si堆積面より見た場合の平面
図、(b)は、(a)のA−B断面図である。
FIG. 3A is a plan view of a substrate on which polycrystallization is performed according to a second embodiment of the present invention when viewed from an a-Si deposition surface, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along a line AB in FIG. FIG.

【図4】(a)は本発明の実施の形態3における多結晶
化を行う基板を、a−Si堆積面より見た場合の平面
図、(b)は、(a)のC−D断面図である。
FIG. 4A is a plan view of a substrate on which polycrystallization is performed according to a third embodiment of the present invention as viewed from an a-Si deposition surface, and FIG. 4B is a CD cross section of FIG. FIG.

【図5】(a)は本発明の実施の形態4における多結晶
化を行う基板を、a−Si堆積面より見た場合の平面
図、(b)は、(a)のE−F断面図である。
FIG. 5A is a plan view of a substrate on which polycrystallization is performed according to a fourth embodiment of the present invention as viewed from an a-Si deposition surface, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line EF of FIG. FIG.

【図6】(a)は本発明の実施の形態5における多結晶
化を行う基板を、a−Si堆積面より見た場合の平面
図、(b)は、(a)のG−H断面図である。
FIG. 6A is a plan view of a substrate on which polycrystallization is performed in Embodiment 5 of the present invention as viewed from an a-Si deposition surface, and FIG. 6B is a GH cross section of FIG. FIG.

【図7】(a)は本発明の実施の形態6における多結晶
化を行う基板を、a−Si堆積面より見た場合の平面
図、(b)は、(a)のI−J断面図である。
FIG. 7A is a plan view of a substrate on which polycrystallization is performed according to a sixth embodiment of the present invention as viewed from an a-Si deposition surface, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line IJ in FIG. FIG.

【図8】(a)は本発明の実施の形態7における多結晶
化を行う基板を、a−Si堆積面より見た場合の平面
図、(b)は、(a)のK−L断面図である。
FIG. 8A is a plan view of a substrate on which polycrystallization is performed according to a seventh embodiment of the present invention when viewed from an a-Si deposition surface, and FIG. 8B is a KL cross section of FIG. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性基板 2 照射領域 3 非晶質シリコン膜領域 4 加熱領域 5 多結晶シリコン膜領域 6 加熱光源部 7 加熱光線 8,9,11,13 斜線領域 10 凹部領域 12 多結晶半導体基板 14 多結晶領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 2 Irradiation area 3 Amorphous silicon film area 4 Heating area 5 Polycrystalline silicon film area 6 Heating light source part 7 Heating light beam 8, 9, 11, 13 Shaded area 10 Concave area 12 Polycrystalline semiconductor substrate 14 Polycrystal region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧田 直樹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 高山 徹 神奈川県厚木市長谷398 株式会社半導体 エネルギー研究所内 Fターム(参考) 5F052 AA02 AA27 BA07 BB07 CA10 DB02 DB03 DB07 FA06 FA22 FA23 FA24 GA02 JA04 5F110 AA01 AA26 BB02 BB04 DD02 DD13 DD21 GG02 GG13 GG16 GG25 GG43 GG45 GG47 PP02 PP03 PP05 PP07 PP23 PP29 PP31 PP34 PP36  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Naoki Makita 22-22, Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Tohru Takayama 398, Hase, Atsugi-shi, Kanagawa F Terms (reference) 5F052 AA02 AA27 BA07 BB07 CA10 DB02 DB03 DB07 FA06 FA22 FA23 FA24 GA02 JA04 5F110 AA01 AA26 BB02 BB04 DD02 DD13 DD21 GG02 GG13 GG16 GG25 GG43 GG45 GG47 PP02 PP03 PP05 PP07 PP23 PP29 PP31 PP31

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導
体膜を堆積後、被照射領域が帯状になるように加熱光線
を該非晶質半導体膜に照射することで加熱して多結晶半
導体領域を形成し、さらに該基板に対して該光線の照射
による該帯状の被照射領域を移動させながら、該非晶質
半導体膜を多結晶化する半導体装置の製造方法であっ
て、 該光線は連続波レーザであり、 該基板に対する該被照射領域を移動させる速度は、該多
結晶半導体領域を熔融させないようにするとともに、
被照射領域に該光線が照射されてから該非晶質半導体膜
が熔融するまでの時間で該帯状の被照射領域の幅を割る
ことにより得られる速度以下にすることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
An amorphous semiconductor film is deposited on a substrate having an insulating surface and then heated by irradiating the amorphous semiconductor film with a heating light beam so that a region to be irradiated has a band shape. Forming a region, and further moving the band-shaped irradiated region by irradiating the substrate with the light beam, while polycrystallizing the amorphous semiconductor film, wherein the light beam is continuous. And a moving speed of the irradiation area with respect to the substrate is the multi- wave laser.
A rate obtained by dividing the width of the belt-shaped irradiated region by the time from the irradiation of the irradiated region with the light beam to the melting of the amorphous semiconductor film while preventing the crystalline semiconductor region from being melted. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by the following.
【請求項2】 絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導
体膜を堆積後、被照射領域が帯状になるように加熱光線
を該非晶質半導体膜に照射することで加熱して多結晶半
導体領域を形成し、さらに該基板に対して該光線の照射
による該帯状の被照射領域を移動させながら、該非晶質
半導体膜を多結晶化する半導体装置の製造方法であっ
て、 該光線はランプ光であり、 該基板に対する該被照射領域を移動させる速度は、該多
結晶半導体領域を熔融させないようにするとともに、
被照射領域に該光線が照射されてから該非晶質半導体膜
が熔融するまでの時間で該帯状の被照射領域の幅を割る
ことにより得られる速度以下にすることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
2. After depositing an amorphous semiconductor film on a substrate having an insulating surface, the amorphous semiconductor film is heated by irradiating the amorphous semiconductor film with a heating light beam so that a region to be irradiated becomes band-shaped. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a region; and further moving the band-shaped region to be irradiated by irradiation of the light beam on the substrate while polycrystallizing the amorphous semiconductor film. is light, the speed of moving the該被irradiation region for the substrate is multi
A rate obtained by dividing the width of the belt-shaped irradiated region by the time from the irradiation of the irradiated region with the light beam to the melting of the amorphous semiconductor film while preventing the crystalline semiconductor region from being melted. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by the following.
【請求項3】 前記加熱光線の光源は1つまたは複数の
ランプである請求項2記載の半導体装置の製造方法。 【請求項4】 絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導
体膜を堆積後、該非晶質半導体膜にV族元素の中から少
なくとも一つの元素を注入した帯状の被注入領域を形成
し、被照射領域が帯状になるように加熱光線で該被注入
領域を照射して、さらに該基板に対して該光線による被
照射領域を移動させて該被注入領域から該非晶質半導体
膜を多結晶化させる半導体装置の製造方法であって、 該光線は連続波レーザまたはランプ光であり、 該基板に対する該被照射領域を移動させる速度は、該多
結晶半導体領域を熔融させないようにするとともに、
被照射領域に該光線が照射されてから該非晶質半導体膜
が熔融するまでの時間で該帯状の被照射領域の幅を割る
ことにより得られる速度以下にすることを特徴とする半
導体装置の製造方法。 【請求項5】 絶縁表面を有し、基板には高さ100n
m以上の凸部、または深さ100nm以上の凹部が帯状
に設けられた基板上に非晶質半導体膜を堆積後、該凸部
または凹部上に設けられた前記非晶質半導体膜の段差領
域に被照射領域が帯状になるように加熱光線を照射し
て、さらに該基板に対して該光線による被照射領域を移
動させることで該段差領域から該非晶質半導体膜を多結
晶化させる半導体装置の製造方法であって、 該光線は連続波レーザまたはランプ光であり、 該基板に対する該被照射領域を移動させる速度は、該多
結晶半導体領域を熔融させないようにするとともに、
被照射領域に該光線が照射されてから該非晶質半導体膜
が熔融するまでの時間で該帯状の被照射領域の幅を割る
ことにより得られる速度以下にすることを特徴とする半
導体装置の製造方法。 【請求項6】 絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導
体膜を堆積後、該非晶質半導体膜と同一元素で構成され
た単結晶半導体を該非晶質半導体膜に帯状に圧着させて
圧着領域を形成し、該圧着領域に被照射領域が帯状にな
るように加熱光線を照射して、さらに該基板に対して該
加熱光線による被照射領域を移動させることで該圧着領
域から該非晶質半導体膜を多結晶化させる半導体装置の
製造方法であって、 該光線は連続波レーザまたはランプ光であり、 該基板に対する該被照射領域を移動させる速度は、該多
結晶半導体領域を熔融させないようにするとともに、
被照射領域に該光線が照射されてから該非晶質半導体膜
が熔融するまでの時間で該帯状の被照射領域の幅を割る
ことにより得られる速度以下にすることを特徴とする半
導体装置の製造方法。 【請求項7】 絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導
体膜を堆積後、該非晶質半導体膜にエキシマレーザーを
照射して帯状の多結晶領域を形成し、該多結晶領域に被
照射領域が帯状になるように加熱光線を照射して、さら
に該基板に対して該光線による被照射領域を移動させる
ことで、該多結晶領域から該非晶質半導体膜を多結晶化
させる半導体装置の製造方法であって、 該光線は連続波レーザまたはランプ光であり、 該基板に対する該被照射領域を移動させる速度は、該多
結晶半導体領域を熔融させないようにするとともに、
被照射領域に該光線が照射されてから該非晶質半導体膜
が熔融するまでの時間で該帯状の被照射領域の幅を割る
ことにより得られる速度以下にすることを特徴とする半
導体装置の製造方法。 【請求項8】 プラズマCVD装置、減圧CVD装置、
スパッタ装置のうち、いずれか一つの装置を用いて前記
非晶質半導体膜を堆積する請求項1〜7のうちいずれか
に記載の半導体装置の製造方法。 【請求項9】 前記非晶質半導体膜の膜厚は30〜15
0nmの範囲である請求項1〜8のうちいずれかに記載
の半導体装置の製造方法。 【請求項10】 前記照射領域の幅方向に前記加熱光線
を移動させるか、又は該照射領域を横断する方向に前記
基板を移動させることで、該被照射領域を移動させる請
求項1〜9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 【請求項11】 前記加熱光線の照射エネルギー密度
を、前記非晶質半導体膜が熔融する範囲内とする請求項
1〜10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 【請求項12】 前記加熱光線の照射エネルギー密度
を、前記非晶質半導体膜が熔融し、該非晶質半導体膜と
同一組成の多結晶半導体膜が熔融しない範囲とする請求
項1〜10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the light source of the heating light beam is one or a plurality of lamps. 4. An amorphous semiconductor film is deposited on a substrate having an insulating surface, and a band-shaped region to be implanted with at least one of Group V elements is formed in the amorphous semiconductor film. The injection region is irradiated with a heating light beam so that the irradiation region has a band shape, and the irradiation region is further moved with respect to the substrate by the light beam so that the amorphous semiconductor film is polycrystalline from the injection region. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the light beam is a continuous wave laser or a lamp light, and the speed of moving the irradiated region with respect to the substrate is the multiple speed.
A rate obtained by dividing the width of the belt-shaped irradiated region by the time from the irradiation of the irradiated region with the light beam to the melting of the amorphous semiconductor film while preventing the crystalline semiconductor region from being melted. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by the following. 5. An insulating surface having a height of 100 n on a substrate.
After depositing an amorphous semiconductor film on a substrate on which a convex portion having a length of m or more or a concave portion having a depth of 100 nm or more is provided in a strip shape, a step region of the amorphous semiconductor film provided on the convex portion or the concave portion A semiconductor device for irradiating the substrate with a heating light beam so that the region to be irradiated becomes a band shape, and further moving the region to be irradiated with the light beam with respect to the substrate, thereby polycrystallizing the amorphous semiconductor film from the step region. a method of manufacturing, the ray is a continuous wave laser or lamp light, speed of moving the該被irradiation region for the substrate is multi
A rate obtained by dividing the width of the belt-shaped irradiated region by the time from the irradiation of the irradiated region with the light beam to the melting of the amorphous semiconductor film while preventing the crystalline semiconductor region from being melted. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by the following. 6. An amorphous semiconductor film is deposited over a substrate having an insulating surface, and then a single crystal semiconductor composed of the same element as the amorphous semiconductor film is pressed into the amorphous semiconductor film in a band shape. Forming a region, irradiating a heating beam to the compression region so that the region to be irradiated is in a band shape, and further moving the region to be irradiated by the heating beam with respect to the substrate, thereby forming the amorphous region from the compression region. a method of manufacturing a semiconductor device to be polycrystalline semiconductor film, the ray is a continuous wave laser or lamp light, speed of moving the該被irradiation region for the substrate is multi
A rate obtained by dividing the width of the belt-shaped irradiated region by the time from the irradiation of the irradiated region with the light beam to the melting of the amorphous semiconductor film while preventing the crystalline semiconductor region from being melted. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by the following. 7. An amorphous semiconductor film is deposited on a substrate having an insulating surface, and then the amorphous semiconductor film is irradiated with an excimer laser to form a band-like polycrystalline region, and the polycrystalline region is irradiated. A semiconductor device that irradiates a heating beam so that a region becomes a band shape and further moves the region irradiated by the beam with respect to the substrate, so that the amorphous semiconductor film is polycrystallized from the polycrystalline region. The method of manufacturing, wherein the light beam is a continuous wave laser or a lamp light, and the speed of moving the irradiated area with respect to the substrate is the multiple speed.
A rate obtained by dividing the width of the belt-shaped irradiated region by the time from the irradiation of the irradiated region with the light beam to the melting of the amorphous semiconductor film while preventing the crystalline semiconductor region from being melted. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by the following. 8. A plasma CVD apparatus, a low pressure CVD apparatus,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein the amorphous semiconductor film is deposited using any one of sputtering devices. 9. The thickness of the amorphous semiconductor film is 30 to 15
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein the range is 0 nm. 10. Move the said heating beam in the width direction of the irradiated region, or by moving the substrate in a direction transverse to the irradiated region, of claims 1 to 9 for moving the該被irradiation region A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above. Wherein said irradiation energy density of the heating beam, the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the amorphous semiconductor film is within the range of melting. 12. The method according to claim 1 , wherein the irradiation energy density of the heating light beam is in a range where the amorphous semiconductor film is melted and a polycrystalline semiconductor film having the same composition as the amorphous semiconductor film is not melted. 13. A method for manufacturing a semiconductor device according to
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011124441A (en) * 2009-12-11 2011-06-23 Utec:Kk Method for manufacturing crystallized film and crystallization apparatus
JP2015164194A (en) * 2012-06-11 2015-09-10 ウルトラテック インク Laser annealing system whose retention time is significantly short and method
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US10083843B2 (en) 2014-12-17 2018-09-25 Ultratech, Inc. Laser annealing systems and methods with ultra-short dwell times

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