JP2002118061A - Formation method of crystalline semiconductor film, semiconductor device, and display - Google Patents

Formation method of crystalline semiconductor film, semiconductor device, and display

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JP2002118061A
JP2002118061A JP2000306659A JP2000306659A JP2002118061A JP 2002118061 A JP2002118061 A JP 2002118061A JP 2000306659 A JP2000306659 A JP 2000306659A JP 2000306659 A JP2000306659 A JP 2000306659A JP 2002118061 A JP2002118061 A JP 2002118061A
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semiconductor film
crystal
island
region
forming
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Toshiaki Miyajima
利明 宮嶋
Jiyunkou Takagi
悛公 高木
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Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form large crystal grain using a single-crystal grain as a seed, or a crystalline semiconductor film having large area, while keeping temperature in substrate at a flexibility point or lower. SOLUTION: One portion of the semiconductor film 3 formed on the substrate 1 is removed for forming a constriction section 4 and island-like regions 31A and 31B of the semiconductor film that are wider than the constriction section 4, a line-like energy beam 5 is applied intermittently, while performing scanning from the island-like region 31A at one side at the construction section 4 to the island-like region 31B at the opposite side, and the island-like region 31B is subjected to crystal growth by using the crystal grain passing through the constriction section 4 of the crystal grain growing from a crystal nucleus generated in the island-like region 31A as the seed. A shape where at least two island-like regions are connected at a connection section is formed, the line-like energy beam is applied intermittently, while performing scanning from the island like region at one side at the connection section to the island- like region at the opposite side, and the island-like region at the opposite side is subjected to crystal growth, by using the crystal grain passing through the connection section of the crystal grain growing from a crystal nucleus generated in the island-like region 31A at one side as the seed.

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、結晶性半導体膜の
形成方法およびそれを用いた半導体装置並びにその半導
体装置を備えたディスプレイ装置に関し、特に、非単結
晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に形成された非晶
質または多結晶等の非単結晶半導体膜にエネルギーを加
えて、単一の結晶核を種とする大きな結晶粒或いは大面
積の結晶性半導体膜を得ることができる結晶性半導体膜
の形成方法、およびその半導体膜を用いて優れた性能を
発揮することができる液晶ドライバーや半導体メモリ
ー、半導体論理回路等の半導体装置、並びにそれら半導
体装置を用いたディスプレイ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a crystalline semiconductor film, a semiconductor device using the same, and a display device provided with the semiconductor device, and more particularly to a non-single-crystal insulating film or a non-single-crystal insulating substrate. A crystal capable of obtaining large crystal grains or a large-area crystalline semiconductor film using a single crystal nucleus as a seed by applying energy to an amorphous or polycrystalline non-single-crystal semiconductor film formed thereon. The present invention relates to a method for forming a conductive semiconductor film, a semiconductor device such as a liquid crystal driver, a semiconductor memory, a semiconductor logic circuit, or the like, which can exhibit excellent performance using the semiconductor film, and a display device using the semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、基板上に形成した非単結晶絶
縁膜上または非単結晶絶縁基板上に、非晶質または多結
晶等の半導体膜を形成し、これにエネルギーを加えて半
導体膜を結晶化させる方法が知られている。この方法に
おいて、結晶方位の揃った大きな結晶粒や、結晶方位の
揃った大面積の結晶性半導体膜を得るためには、不規則
な核発生を抑制して、制御された結晶核を種結晶として
結晶成長させることが重要である。
2. Description of the Related Art Conventionally, an amorphous or polycrystalline semiconductor film is formed on a non-single-crystal insulating film or a non-single-crystal insulating substrate formed on a substrate, and energy is applied to the semiconductor film to form a semiconductor film. A method for crystallizing is known. In this method, in order to obtain large crystal grains having a uniform crystal orientation or a large-area crystalline semiconductor film having a uniform crystal orientation, irregular nucleation is suppressed and a controlled crystal nucleus is used as a seed crystal. It is important to grow the crystal as.

【0003】例えば、Appl.Phys.Lett.
Vol.69 No.19 pp.2864〜2866
には、図14に示すように、エキシマ−レーザー光源2
6から出射されたレーザー光をマスク27で整形した
後、ステージ28上に保持した試料29に照射位置をサ
ブミクロンステップで移動させながらパルス状に照射し
て、Si膜を横方向(基板に平行な方向)に結晶成長さ
せる方法が開示されている(従来例1)。なお、図14
において、30は減光器、31はミラー、32はレンズ
である。
[0003] For example, Appl. Phys. Lett.
Vol. 69 No. 19 pp. 2864-2866
As shown in FIG. 14, the excimer laser light source 2
After shaping the laser beam emitted from 6 by a mask 27, the sample 29 held on the stage 28 is irradiated in pulses while moving the irradiation position in sub-micron steps, and the Si film is laterally (parallel to the substrate). (Conventional direction 1). FIG.
In the figure, 30 is a dimmer, 31 is a mirror, and 32 is a lens.

【0004】また、USP4576676には、図15
に示すように、基板33上の多結晶Si膜34にくびれ
部36を形成し、このくびれ部36によって一つの結晶
方位を有する結晶粒のみを選択しようとする方法が開示
されている(従来例2)。なお、図15において、35
は結晶方位のフィルター部を示す。
Further, US Pat. No. 4,576,676 discloses that FIG.
As shown in FIG. 1, a method is disclosed in which a constricted portion 36 is formed in a polycrystalline Si film 34 on a substrate 33, and only a crystal grain having one crystal orientation is selected by the constricted portion 36. 2). In FIG. 15, 35
Indicates a crystal orientation filter part.

【0005】また、Appl.Phys.Lett.V
ol.41 No.8 p.747〜p.749では、
図16に示すように、多結晶Si膜37の一部をエッチ
ング除去して砂時計のような細い部分39を形成し、多
結晶Si膜37の熔融部がこの細い部分39を通過する
ようにして、結晶方位の選択を行っている(従来例
3)。なお、図16において、38は多結晶Si膜37
の除去部を示し、40は結晶成長方向を示す。
Further, Appl. Phys. Lett. V
ol. 41 No. 8 p. 747-p. At 749,
As shown in FIG. 16, a part of the polycrystalline Si film 37 is removed by etching to form a thin portion 39 like an hourglass, and the melted portion of the polycrystalline Si film 37 passes through the thin portion 39. The crystal orientation is selected (conventional example 3). In FIG. 16, reference numeral 38 denotes a polycrystalline Si film 37.
Indicates a crystal growth direction.

【0006】さらに、特開平6−244103号公報に
は、図17(a)および図17(b)に示すように、基
板41上にSiO2膜42を介して非晶質Si膜43を
形成し、その上に結晶化をする助長する元素であるF
e、Co、Ni、Ptのうちの少なくとも一種類を含有
する触媒材料の膜44を全面的(図17(a)の場合)
に、または部分的(図17(b)の場合)に形成した
後、アニールすることにより、非晶質Si膜43を結晶
化させて結晶性Si膜を得る方法が開示されている(従
来例4)。
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244103, an amorphous Si film 43 is formed on a substrate 41 via an SiO 2 film 42 as shown in FIGS. And a crystallization-promoting element, F,
e, Co, Ni, and Pt are entirely covered with a catalyst material film 44 containing at least one of them (in the case of FIG. 17A).
A method is disclosed in which an amorphous Si film 43 is crystallized to form a crystalline Si film by annealing after forming the film or partially (in the case of FIG. 17B) (FIG. 17B) (conventional example). 4).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例1においては、1回目のレーザー照射で発生し
た多数の結晶核を種に結晶成長が進むため、レーザーの
移動方向に細長い結晶粒は得られるが、結晶粒の拡大は
起こらない。
However, in the above-mentioned prior art example 1, since crystal growth proceeds using a large number of crystal nuclei generated by the first laser irradiation as seeds, crystal grains elongated in the direction of laser movement can be obtained. However, crystal grains do not expand.

【0008】上述した従来例2および従来例3の方法で
は、多結晶Siをゾーンメルティング法により熔融さ
せ、その熔融部がエッチングで形成した細い部分を通過
するようにしているため、基板温度が上昇し、ガラス等
の軟化点温度が低い安価な基板を用いることができな
い。
In the above-described methods of Conventional Examples 2 and 3, polycrystalline Si is melted by a zone melting method, and the melted portion passes through a thin portion formed by etching. It is not possible to use an inexpensive substrate that rises and has a low softening point temperature such as glass.

【0009】上述した従来例4の図17(a)に示す触
媒材料の膜44を全面に形成する方法では、結晶成長の
核が非晶質Si膜43の全面にわたって不規則に発生す
るため、μmオーダーの結晶粒が得られるに過ぎず、結
晶方位の揃った大きな結晶粒や単結晶領域を得ることは
困難である。
In the method of forming the catalyst material film 44 over the entire surface of the prior art 4 shown in FIG. 17A, crystal growth nuclei are generated irregularly over the entire surface of the amorphous Si film 43. It is only possible to obtain crystal grains on the order of μm, and it is difficult to obtain large crystal grains or single crystal regions with uniform crystal orientation.

【0010】一方、従来例4の図17(b)に示す触媒
材料の膜44を部分的に形成する方法では、触媒材料の
膜44を形成した領域から形成していない領域に向かっ
て結晶成長が進むが、触媒材料の膜44を形成した領域
内では不規則に核発生が起こる。よって、図17(a)
に示す方法に比べるとより長い結晶粒や単結晶領域が得
られるが、結晶粒の幅はμmオーダーのものが得られる
に過ぎず、さらに大きな結晶粒や単結晶領域を得ること
は困難である。
On the other hand, in the method of partially forming the catalyst material film 44 shown in FIG. 17B of the conventional example 4, the crystal grows from the region where the catalyst material film 44 is formed to the region where the catalyst material film 44 is not formed. However, nucleation occurs irregularly in the region where the catalyst material film 44 is formed. Therefore, FIG.
Although a longer crystal grain or single crystal region can be obtained as compared with the method shown in (1), the width of the crystal grain can only be obtained on the order of μm, and it is difficult to obtain a larger crystal grain or single crystal region. .

【0011】このような結晶方位が揃っていない半導体
膜や結晶欠陥を有する半導体膜を用いて液晶ドライバー
や半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置を作
製した場合には、トランジスタのキャリア移動度が小さ
くなったり、閾値電圧が大きくなり、また、これらのバ
ラツキも大きくなってしまうという問題がある。
When a semiconductor device such as a liquid crystal driver, a semiconductor memory, or a semiconductor logic circuit is manufactured using a semiconductor film having a non-uniform crystal orientation or a semiconductor film having a crystal defect, the carrier mobility of the transistor is reduced. There is a problem that the threshold voltage decreases and the variation increases.

【0012】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、単一の結晶粒を種と
する大きな結晶粒または大面積の結晶性半導体膜を、ガ
ラス等、Siの熔融温度よりも低い温度で軟化する基板
上に形成することができる結晶性半導体膜の形成方法お
よびそれを用いた高性能な半導体装置並びにディスプレ
イ装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art. A large crystal grain or a large-area crystalline semiconductor film using a single crystal grain as a seed is formed by using a glass or the like. It is an object of the present invention to provide a method for forming a crystalline semiconductor film which can be formed on a substrate softening at a temperature lower than the melting temperature of Si, and a high-performance semiconductor device and a display device using the same.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の結晶性半導体膜
の形成方法は、基板上に形成した非単結晶絶縁膜上また
は非単結晶絶縁基板上に半導体膜を形成し、該半導体膜
にエネルギーを加えることにより結晶化させる方法にお
いて、該半導体膜の一部を除去して一つ以上のくびれ部
と、該くびれ部の両側につながっており、かつ、該くび
れ部よりも幅が広い半導体膜の島状領域とを形成する工
程と、該くびれ部に対して一方側の半導体膜の島状領域
から、該くびれ部に対して反対側の半導体膜の島状領域
まで、ライン状のエネルギービームを走査しながら断続
的に照射して該半導体膜を熔融固化させることを繰り返
すことにより、該くびれ部に対して一方側の半導体膜の
島状領域で発生した結晶核から成長した結晶粒のうち、
該くびれ部を通過した結晶粒を種として、該くびれ部に
対して反対側の半導体膜の島状領域を結晶成長させる工
程とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
According to the method of forming a crystalline semiconductor film of the present invention, a semiconductor film is formed on a non-single-crystal insulating film formed on a substrate or on a non-single-crystal insulating substrate, and In a method of crystallizing by applying energy, a part of the semiconductor film is removed to remove one or more constrictions, and a semiconductor connected to both sides of the constriction and having a width wider than the constriction. Forming a film island region; and forming a linear energy from the semiconductor film island region on one side of the constricted portion to the semiconductor film island region on the opposite side of the constricted portion. By repeatedly intermittently irradiating and melting the semiconductor film while scanning the beam, crystal grains grown from crystal nuclei generated in the island region of the semiconductor film on one side with respect to the constricted portion. home,
Using the crystal grains that have passed through the constricted portion as seeds to crystal-grow an island-shaped region of the semiconductor film opposite to the constricted portion, thereby achieving the object described above.

【0014】本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、基
板上に形成した非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基
板上に半導体膜を形成し、該半導体膜にエネルギーを加
えることにより結晶化させる方法において、該半導体膜
を二つ以上の島状領域が結合部でつながった形状にパタ
ーン形成する工程と、該結合部に対して一方側の半導体
膜の島状領域から、該結合部に対して反対側の半導体膜
の島状領域まで、ライン状のエネルギービームを走査し
ながら断続的に照射して該半導体膜を熔融固化させるこ
とを繰り返すことにより、該結合部に対して一方側の半
導体膜の島状領域で発生した結晶核から成長した結晶粒
のうち、該結合部を通過した結晶粒を種として、該結合
部に対して反対側の半導体膜の島状領域を結晶成長させ
る工程とを含み、そのことにより上記目的が達成され
る。
According to the method of forming a crystalline semiconductor film of the present invention, a semiconductor film is formed on a non-single-crystal insulating film or a non-single-crystal insulating substrate formed on a substrate, and the crystal is formed by applying energy to the semiconductor film. Forming the semiconductor film into a shape in which two or more island-shaped regions are connected by a bonding portion; and forming the bonding portion from the island-shaped region of the semiconductor film on one side with respect to the bonding portion. By repeatedly intermittently irradiating the semiconductor film while scanning with a linear energy beam to the island region of the semiconductor film on the opposite side to the semiconductor film, one side with respect to the bonding portion Of the crystal grains grown from the crystal nuclei generated in the island regions of the semiconductor film, the crystal grains that have passed through the joint are used as seeds to grow the island regions of the semiconductor film opposite to the joint. Including the step of causing The above-mentioned object can be achieved by the.

【0015】前記半導体膜の全面に結晶化を容易にする
物質を導入してもよい。
A substance that facilitates crystallization may be introduced into the entire surface of the semiconductor film.

【0016】前記半導体膜のうち、結晶核を発生させた
い側の島状領域に結晶化を容易にする物質を導入しても
よい。
In the semiconductor film, a substance for facilitating crystallization may be introduced into the island region on the side where crystal nuclei are to be generated.

【0017】前記結晶化を容易にする物質を、前記半導
体膜のくびれ部または結合部から離れた位置に導入して
もよい。
The substance that facilitates crystallization may be introduced into the semiconductor film at a position away from a constricted portion or a bonded portion.

【0018】本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、基
板上に形成した非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基
板上に半導体膜を形成し、該半導体膜にエネルギーを加
えることにより結晶化させる方法において、該半導体膜
の一部を除去して一つ以上のくびれ部と、該くびれ部の
両側につながっており、かつ、該くびれ部よりも幅が広
い半導体膜の島状領域とを形成する工程と、該半導体膜
のうち、結晶核を発生させたい側の島状領域において、
該くびれ部から離れた位置に結晶化を容易にする物質を
導入する工程と、該結晶化を容易にする物質を導入した
領域から該くびれ部の方向に向かって、ライン状のエネ
ルギービームを走査しながら断続的に照射して、横方向
の結晶成長が該くびれ部を通過するまで該半導体膜を熔
融固化させることを繰り返す工程と、全体を加熱するこ
とにより、該くびれ部を通過した結晶粒を種として、該
結晶化を容易にする物質を導入していない側の半導体膜
の島状領域を横方向に固相成長させる工程とを含み、そ
のことにより上記目的が達成される。
According to the method for forming a crystalline semiconductor film of the present invention, a semiconductor film is formed on a non-single-crystal insulating film formed on a substrate or a non-single-crystal insulating substrate, and the crystal is formed by applying energy to the semiconductor film. In the method of forming a semiconductor film, a part of the semiconductor film is removed, and one or more constricted portions are connected to both sides of the constricted portion, and an island-shaped region of the semiconductor film wider than the constricted portion. Forming, and in the island-shaped region of the semiconductor film on which a crystal nucleus is to be generated,
A step of introducing a substance that facilitates crystallization at a position away from the constriction, and scanning a linear energy beam from the region where the substance that facilitates crystallization is introduced toward the constriction. Intermittently irradiating while repeating the step of melting and solidifying the semiconductor film until the lateral crystal growth passes through the constricted portion, and heating the whole to form crystal grains that have passed the constricted portion. A step of laterally solid-phase growing an island-shaped region of the semiconductor film on the side where the substance that facilitates crystallization is not introduced, thereby achieving the above object.

【0019】本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、基
板上に形成した非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基
板上に半導体膜を形成し、該半導体膜にエネルギーを加
えることにより結晶化させる方法において、該半導体膜
を二つ以上の島状領域が結合部でつながった形状にパタ
ーン形成する工程と、該半導体膜のうち、結晶核を発生
させたい側の島状領域において、該結合部から離れた位
置に結晶化を容易にする物質を導入する工程と、該結晶
化を容易にする物質を導入した領域から該結合部の方向
に向かって、ライン状のエネルギービームを走査しなが
ら断続的に照射して、横方向の結晶成長が該結合部を通
過するまで該半導体膜を熔融固化させることを繰り返す
工程と、全体を加熱することにより、該結合部を通過し
た結晶粒を種として、該結晶化を容易にする物質を導入
していない側の半導体膜の島状領域を横方向に固相成長
させる工程とを含み、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
According to the method of forming a crystalline semiconductor film of the present invention, a semiconductor film is formed on a non-single-crystal insulating film formed on a substrate or on a non-single-crystal insulating substrate, and the crystal is formed by applying energy to the semiconductor film. A step of patterning the semiconductor film into a shape in which two or more island-shaped regions are connected by a bonding portion; and, in the island-shaped region of the semiconductor film on which a crystal nucleus is to be generated, A step of introducing a substance that facilitates crystallization at a position away from the joint, and scanning a linear energy beam from the region where the substance that facilitates crystallization is introduced toward the joint. While intermittently irradiating, repeating the step of melting and solidifying the semiconductor film until the lateral crystal growth passes through the bonding portion, and heating the whole to remove the crystal grains passing through the bonding portion. As a seed , And a step of solid phase growth of the island region on the side of the semiconductor film that does not introduce a material that facilitates the laterally crystallized, the objects can be achieved.

【0020】本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、基
板上に形成した非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基
板上に半導体膜を形成し、該半導体膜にエネルギーを加
えることにより結晶化させる方法において、該半導体膜
の一部を除去して一つ以上のくびれ部と、該くびれ部の
両側につながっており、かつ、該くびれ部よりも幅が広
い半導体膜の島状領域とを形成する工程と、該半導体膜
のうち、結晶核を発生させたい側の島状領域において、
該くびれ部から離れた位置に結晶化を容易にする物質を
導入する工程と、全体を加熱することにより、該結晶化
を容易にする物質を導入した領域から横方向の固相成長
が該くびれ部を通過するまで該半導体膜を固相成長させ
る工程と、該横方向の固相成長が終了した領域から該く
びれ部から遠ざかる方向に向かって、ライン状のエネル
ギービームを走査しながら断続的に照射して該半導体膜
を熔融固化させることにより、該くびれ部を通過した結
晶粒を種として、該結晶化を容易にする物質を導入して
いない側の半導体膜の島状領域を横方向に結晶成長させ
る工程とを含み、そのことにより上記目的が達成され
る。
The method of forming a crystalline semiconductor film according to the present invention comprises forming a semiconductor film on a non-single-crystal insulating film formed on a substrate or on a non-single-crystal insulating substrate and applying energy to the semiconductor film to form a crystalline semiconductor film. In the method of forming a semiconductor film, a part of the semiconductor film is removed, and one or more constricted portions are connected to both sides of the constricted portion, and an island-shaped region of the semiconductor film wider than the constricted portion. Forming, and in the island-shaped region of the semiconductor film on which a crystal nucleus is to be generated,
A step of introducing a substance that facilitates crystallization at a position distant from the constriction, and heating the entirety, so that a solid phase growth in a lateral direction from the region where the substance that facilitates crystallization is introduced is constricted. A step of solid-phase growing the semiconductor film until passing through the portion, and intermittently scanning a linear energy beam from the region where the lateral solid-phase growth has been completed in a direction away from the constricted portion. By irradiating and solidifying the semiconductor film, the crystal grains that have passed through the constriction are used as seeds to laterally move the island regions of the semiconductor film on the side where the substance that facilitates crystallization is not introduced. And a step of growing a crystal, whereby the above object is achieved.

【0021】本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、基
板上に形成した非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基
板上に半導体膜を形成し、該半導体膜にエネルギーを加
えることにより結晶化させる方法において、該半導体膜
を二つ以上の島状領域が結合部でつながった形状にパタ
ーン形成する工程と、該半導体膜のうち、結晶核を発生
させたい側の島状領域において、該結合部から離れた位
置に結晶化を容易にする物質を導入する工程と、全体を
加熱することにより、該結晶化を容易にする物質を導入
した領域から横方向の固相成長が該結合部を通過するま
で該半導体膜を固相成長させる工程と、該横方向の固相
成長が終了した領域から該結合部から遠ざかる方向に向
かって、ライン状のエネルギービームを走査しながら断
続的に照射して該半導体膜を熔融固化させることによ
り、該結合部を通過した結晶粒を種として、該結晶化を
容易にする物質を導入していない側の半導体膜の島状領
域を横方向に結晶成長させる工程とを含み、そのことに
より上記目的が達成される。
According to the method of forming a crystalline semiconductor film of the present invention, a semiconductor film is formed on a non-single-crystal insulating film or a non-single-crystal insulating substrate formed on a substrate, and the crystal is formed by applying energy to the semiconductor film. A step of patterning the semiconductor film into a shape in which two or more island-shaped regions are connected by a bonding portion; and, in the island-shaped region of the semiconductor film on which a crystal nucleus is to be generated, A step of introducing a substance that facilitates crystallization at a position distant from the bonding part, and heating the whole, so that a solid phase growth in a lateral direction from a region where the substance that facilitates crystallization is introduced is performed at the bonding part. Solid-phase growth of the semiconductor film until passing through, and intermittently irradiating while scanning a linear energy beam from the region where the lateral solid-phase growth has been completed in a direction away from the coupling portion. Then Melting and solidifying the conductor film to crystal-grow the island-like regions of the semiconductor film on the side where the substance facilitating the crystallization is not introduced, using the crystal grains that have passed through the bonding portion as seeds. And thereby the above object is achieved.

【0022】前記くびれ部に対して結晶核を発生させた
い領域とは反対側の半導体膜の島状領域において、該く
びれ部から伸びる二辺を、ライン状エネルギービームの
移動方向に対して垂直な方向から傾斜させてもよい。
In the island-shaped region of the semiconductor film opposite to the region where the crystal nucleus is to be generated with respect to the constricted portion, two sides extending from the constricted portion are perpendicular to the moving direction of the linear energy beam. It may be inclined from the direction.

【0023】前記結合部に対して結晶核を発生させたい
領域とは反対側の半導体膜の島状領域において、該結合
部から伸びる二辺のうち、ライン状エネルギービームの
移動方向と略平行ではない辺を、ライン状エネルギービ
ームの移動方向に対して垂直な方向から傾斜させてもよ
い。
In the island region of the semiconductor film opposite to the region where a crystal nucleus is to be generated with respect to the coupling portion, the two sides extending from the coupling portion are substantially parallel to the moving direction of the linear energy beam. The non-existing side may be inclined from a direction perpendicular to the moving direction of the linear energy beam.

【0024】前記半導体膜をシリコン材料を用いて形成
してもよい。
The semiconductor film may be formed using a silicon material.

【0025】前記結晶化を容易にするための物質とし
て、Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Pd、Auおよび
これらの金属を含む化合物のうちの少なくとも一種類を
導入するのが好ましい。
It is preferable to introduce at least one of Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Pd, Au and a compound containing these metals as a substance for facilitating the crystallization.

【0026】前記半導体膜に結晶化を容易にする物質を
導入する領域と、前記くびれ部との距離を5μm以上に
形成するのが好ましい。
It is preferable that the distance between the region into which the substance for facilitating crystallization is introduced into the semiconductor film and the constricted portion is 5 μm or more.

【0027】前記くびれ部の幅を0.1μm以上10μ
m以下に形成するのが好ましい。
The width of the constricted portion is 0.1 μm or more and 10 μm or more.
m or less.

【0028】前記くびれ部の長さを0.5μm以上10
0μm以下に形成するのが好ましい。
The length of the constriction is 0.5 μm or more and 10 μm or more.
It is preferable that the thickness be 0 μm or less.

【0029】前記半導体膜に結晶化を容易にする物質を
導入する領域と、前記結合部との距離を10μm以上に
形成するのが好ましい。
[0029] It is preferable that the distance between the region where the substance for facilitating crystallization is introduced into the semiconductor film and the bonding portion is 10 μm or more.

【0030】前記結合部の幅を20μm以下に形成する
のが好ましい。
Preferably, the width of the connecting portion is formed to be 20 μm or less.

【0031】前記ライン状エネルギービームを断続的に
照射するステップを、0.1μm以上10μm以下の範
囲とするのが好ましい。
It is preferable that the step of intermittently irradiating the linear energy beam be in a range of 0.1 μm or more and 10 μm or less.

【0032】本発明の半導体装置は、本発明の結晶性半
導体膜の形成方法により得られる半導体膜を用いてお
り、そのことにより上記目的が達成される。
The semiconductor device of the present invention uses the semiconductor film obtained by the method of forming a crystalline semiconductor film of the present invention, thereby achieving the above object.

【0033】本発明のディスプレイ装置は、本発明の半
導体装置を備えており、そのことにより上記目的が達成
される。
A display device according to the present invention includes the semiconductor device according to the present invention, thereby achieving the above object.

【0034】なお、本発明において、くびれ部の幅とは
図13(a)に示すWの寸法を指し、くびれ部の長さと
は図13(a)に示すLの寸法を指し、触媒物質導入領
域とくびれ部との距離とは図13(a)に示すHの寸法
を指すものとする。また、結合部の幅とは図13(b)
に示すDの寸法を指し、触媒物質導入領域と結合部との
距離とは図13(b)に示すKの寸法を指すものとす
る。
In the present invention, the width of the constricted portion indicates the dimension of W shown in FIG. 13 (a), and the length of the constricted portion indicates the dimension of L shown in FIG. 13 (a). The distance between the region and the constricted portion indicates the dimension H shown in FIG. FIG. 13B shows the width of the joint.
, And the distance between the catalytic substance introduction region and the bonding portion indicates the dimension K shown in FIG. 13B.

【0035】以下、本発明の作用について説明する。The operation of the present invention will be described below.

【0036】本発明にあっては、半導体膜の一部を除去
してくびれ部とその両側につながったくびれ部よりも幅
が広い半導体膜の島状領域とを形成し、くびれ部に対し
て一方側の半導体膜の島状領域から反対側の半導体膜の
島状領域まで、ライン状のエネルギービームを走査しな
がら断続的に照射して半導体膜を熔融固化させることを
繰り返して、くびれ部に対して一方側の半導体膜の島状
領域で発生した結晶核から成長した結晶のうち、くびれ
部を通過した結晶粒を種として、反対側の半導体膜の島
状領域を結晶成長させる。第一回目のライン状エネルギ
ービーム照射により発生した結晶核は、第一回目の照射
位置からわずかにずれた位置に照射された第二回目のラ
イン状エネルギービームによって横方向に結晶成長す
る。これを繰り返すことにより、横方向の結晶成長が進
み、略平行な細長い形状の結晶粒が成長する。この横方
向の結晶成長がくびれ部に到達すると、結晶粒の一つが
くびれ部で選択され、その結晶粒がくびれ部を通過して
成長し、くびれ部に対して反対側の島状領域全体がこの
結晶粒を種として結晶成長する。ライン状エネルギービ
ームの照射を断続的に行っているので、基板温度が基板
の軟化点温度まで上昇しない。このことにより、単一の
結晶粒を種とする大きな結晶粒または大面積の結晶性半
導体膜を、基板温度を基板の軟化点温度以下に保ったま
まで得ることが可能となる。
In the present invention, a part of the semiconductor film is removed to form a constricted portion and an island-shaped region of the semiconductor film wider than the constricted portion connected to both sides thereof. From the island-shaped region of the semiconductor film on one side to the island-shaped region of the semiconductor film on the opposite side, the line-shaped energy beam is intermittently radiated while scanning to melt and solidify the semiconductor film. On the other hand, of the crystals grown from the crystal nuclei generated in the island regions of the semiconductor film on one side, the crystal grains that have passed through the constriction are used as seeds to grow the island regions of the semiconductor film on the opposite side. The crystal nucleus generated by the first irradiation of the linear energy beam grows laterally by the second irradiation of the linear energy beam at a position slightly shifted from the first irradiation position. By repeating this, the crystal growth in the lateral direction proceeds, and crystal grains in a substantially parallel and elongated shape grow. When this lateral crystal growth reaches the constriction, one of the crystal grains is selected in the constriction, and the crystal grain grows through the constriction, and the entire island region on the opposite side to the constriction is formed. Crystal growth is performed using the crystal grains as seeds. Since the irradiation of the linear energy beam is performed intermittently, the substrate temperature does not rise to the softening point temperature of the substrate. This makes it possible to obtain a large crystal grain or a large-area crystalline semiconductor film using a single crystal grain as a seed while maintaining the substrate temperature at or below the softening point temperature of the substrate.

【0037】または、半導体膜を二つ以上の島状領域が
結合部でつながった形状にパターン形成し、結合部に対
して一方側の半導体膜の島状領域から反対側の半導体膜
の島状領域まで、ライン状のエネルギービームを走査し
ながら断続的に照射して半導体膜を熔融固化させること
を繰り返して、結合部に対して一方側の半導体膜の島状
領域で発生した結晶核から成長した結晶のうち、結合部
を通過した結晶粒を種として、反対側の半導体膜の島状
領域を結晶成長させる。上記と同様に、細長く横方向に
結晶成長した略平行な結晶粒のうち、一番端の結晶粒が
二つの島状領域の結合部で選択され、結合部に対して反
対側の島状領域全体がこの結晶粒を種として結晶成長す
る。ライン状エネルギービームの照射を断続的に行って
いるので、基板温度が基板の軟化点温度まで上昇しな
い。このことにより、単一の結晶粒を種とする大きな結
晶粒または大面積の結晶性半導体膜を、基板温度を基板
の軟化点温度以下に保ったままで得ることが可能とな
る。
Alternatively, the semiconductor film is patterned in a shape in which two or more island-shaped regions are connected by a joint, and the island-shaped region of the semiconductor film on the opposite side from the island-shaped region of the semiconductor film on one side with respect to the joint. By repeatedly irradiating the semiconductor film by intermittently irradiating it while scanning the line-shaped energy beam to the region, the semiconductor film grows from the crystal nuclei generated in the island region of the semiconductor film on one side with respect to the joint. Using the crystal grains that have passed through the joint portion as seeds, the island-like region of the semiconductor film on the opposite side is grown. Similarly to the above, of the substantially parallel crystal grains elongated in the lateral direction, the endmost crystal grain is selected at the joint of the two island-like regions, and the island-like region on the opposite side to the joint is formed. The whole crystal grows using these crystal grains as seeds. Since the irradiation of the linear energy beam is performed intermittently, the substrate temperature does not rise to the softening point temperature of the substrate. This makes it possible to obtain a large crystal grain or a large-area crystalline semiconductor film using a single crystal grain as a seed while maintaining the substrate temperature at or below the softening point temperature of the substrate.

【0038】半導体膜の全面に結晶化を容易にする物質
を導入することにより、結晶核が発生しやすくなり、そ
の結果、より容易に結晶成長が進むようになる。
By introducing a substance that facilitates crystallization into the entire surface of the semiconductor film, crystal nuclei are easily generated, and as a result, crystal growth proceeds more easily.

【0039】半導体膜のうち、結晶核を発生させたい側
の島状領域に結晶化を容易にする物質を導入することに
より、結晶核が発生しやすくなり、その結果、より容易
に結晶成長が進むようになる。結晶核を発生させたい側
の島状領域に導入した結晶化を容易にする物質は、ライ
ン状のエネルギービームの走査と共に、くびれ部または
結合部を通って反対側の島状領域まで拡散する。このこ
とにより、単一の結晶粒を種とする大きな結晶粒または
大面積の結晶性半導体膜を、基板温度を低温に保ったま
まで得ることが可能となる。
By introducing a substance that facilitates crystallization into the island-like region of the semiconductor film on the side where crystal nuclei are to be generated, crystal nuclei are easily generated, and as a result, crystal growth is more easily performed. I will go forward. The crystallization-facilitating substance introduced into the island region on the side where the crystal nuclei are to be generated diffuses through the constricted portion or the joint portion to the opposite island region with the scanning of the linear energy beam. Thus, a large crystal grain or a large-area crystalline semiconductor film using a single crystal grain as a seed can be obtained while the substrate temperature is kept low.

【0040】結晶化を容易にする物質を、半導体膜のく
びれ部または結合部から離れた位置に導入することによ
り、結晶核が発生しやすくなり、その結果、より容易に
結晶成長が進むようになると共に、結晶核の発生部から
くびれ部または結合部までの間に結晶粒が成長し、より
確実に単一の結晶粒のみがくびれ部または結合部を通過
できるようになる。
By introducing a substance that facilitates crystallization to a position away from the constriction or bonding part of the semiconductor film, crystal nuclei are easily generated, and as a result, crystal growth proceeds more easily. At the same time, crystal grains grow from the portion where the crystal nucleus is generated to the constricted portion or the bonded portion, so that only a single crystal grain can more reliably pass through the constricted portion or the bonded portion.

【0041】くびれ部または結合部までライン状エネル
ギービームを走査しながら断続的に照射して横方向に結
晶成長を行わせ、くびれ部または結合部を通過後は全体
を加熱して横方向に固相成長を行わせることにより、く
びれ部または結合部通過後までライン状エネルギービー
ムを走査する方法に比べてスループットを向上すること
が可能である。
The linear energy beam is intermittently radiated while scanning the constricted portion or the joint to cause crystal growth in the lateral direction. After passing through the constricted portion or the joint, the whole is heated and solidified in the lateral direction. By performing the phase growth, it is possible to improve the throughput as compared with the method of scanning the linear energy beam until after passing through the constricted portion or the coupling portion.

【0042】くびれ部または結合部まで全体を加熱して
横方向に固相成長させることにより、ライン状エネルギ
ービームを照射して熔融固化させるよりも結晶粒が大き
く成長し、くびれ部または結合部での結晶粒選択効果が
より確実に得られる。また、くびれ部または結合部を通
過後はライン状エネルギービームを走査しながら断続的
に照射して熔融固化を繰り返して横方向に結晶成長を行
わせることにより、固相成長と比べて結晶性を向上する
ことが可能である。
By heating the entire portion up to the constricted portion or the joint portion and performing solid phase growth in the lateral direction, crystal grains grow larger than in the case where a linear energy beam is irradiated to be melted and solidified. Is more reliably obtained. In addition, after passing through the constriction or joint, the crystallinity is compared with solid phase growth by intermittently irradiating while scanning with a linear energy beam and repeating melting and solidification to grow crystals in the lateral direction. It is possible to improve.

【0043】くびれ部に対して結晶核を発生させたい領
域とは反対側の半導体膜の島状領域において、くびれ部
から伸びる二辺をライン状エネルギービームの移動方向
に対して垂直な方向から傾斜させることにより、島状領
域の角部でランダムな核発生が起こるのを防ぎ、より確
実にくびれ部を通過した結晶粒のみを種として結晶成長
が進むようにすることができる。
In the island region of the semiconductor film opposite to the region where the crystal nucleus is to be generated with respect to the constriction, two sides extending from the constriction are inclined from a direction perpendicular to the moving direction of the linear energy beam. By doing so, it is possible to prevent random nucleation from occurring at the corners of the island-like region, and it is possible to more reliably promote crystal growth using only crystal grains that have passed through the constricted portion as seeds.

【0044】結合部に対して結晶核を発生させたい領域
とは反対側の半導体膜の島状領域において、結合部から
伸びる二辺のうち、ライン状エネルギービームの移動方
向と略平行ではない辺をライン状エネルギービームの移
動方向に対して垂直な方向から傾斜させることにより、
島状領域の角部でランダムな核発生が起こるのを防ぎ、
より確実に結合部を通過した結晶粒のみを種として結晶
成長が進むようにすることができる。
In the island region of the semiconductor film opposite to the region where the crystal nucleus is to be generated with respect to the coupling portion, of the two sides extending from the coupling portion, the side not substantially parallel to the moving direction of the linear energy beam. Is tilted from a direction perpendicular to the direction of movement of the linear energy beam,
Preventing random nucleation at the corners of the islands,
Crystal growth can be made to proceed more reliably using only the crystal grains that have passed through the bonding portion as seeds.

【0045】半導体膜としてシリコン材料を用いた場合
には、単一元素からなる半導体膜なので、化合物半導体
のような組成ずれが起こらず、安定した結晶化が可能で
ある。また、シリコンは通常のLSIに広く用いられて
いる材料であり、本発明を用いて形成した半導体膜はこ
れらに広く利用可能である。
When a silicon material is used as the semiconductor film, since it is a semiconductor film made of a single element, stable crystallization is possible without causing a composition shift unlike a compound semiconductor. Silicon is a material widely used for ordinary LSIs, and a semiconductor film formed by using the present invention can be widely used for these.

【0046】結晶化を容易にするための物質(触媒物
質)としては、Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Pd、
Auおよびこれらの金属を含む化合物のうちの少なくと
も一種類を用いることができる。
Materials (catalytic materials) for facilitating crystallization include Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Pd,
At least one of Au and a compound containing these metals can be used.

【0047】触媒物質導入領域とくびれ部との距離を5
μm以上にしたり、くびれ部の幅を0.1μm以上10
μm以下にしたり、くびれ部の長さを0.5μm以上1
00μm以下にすることにより、結晶粒の選択効果がよ
り確実になる。くびれ部の幅を0.1μmより狭くした
り、くびれ部の長さを100μmより長くすると、くび
れ部の触媒物質導入側で発生した結晶核がくびれ部を通
過して反対側まで結晶方位を引き継いで成長しなくな
る。また、くびれ部の幅を10μmより広くしたり、く
びれ部の長さを0.5μmより短くしたり、触媒物質導
入領域とくびれ部との距離を5μmより短くすると、く
びれ部での結晶方位選択効果が低下して、くびれ部の触
媒物質導入側で発生した複数の結晶方位を有する結晶粒
がくびれ部を通過して反対側まで成長してしまい、単一
の結晶粒を種とする大きな結晶粒または大面積の結晶性
半導体膜を形成することができなくなる。
The distance between the catalytic substance introduction region and the constricted portion is 5
μm or more, and the width of the constricted part is 0.1 μm or more
μm or less, and the length of the constricted part is 0.5 μm or more and 1
By setting the thickness to be equal to or less than 00 μm, the effect of selecting crystal grains can be further ensured. If the width of the constricted portion is made smaller than 0.1 μm or the length of the constricted portion is made longer than 100 μm, crystal nuclei generated on the catalyst material introduction side of the constricted portion pass through the constricted portion and take over the crystal orientation to the opposite side. Stops growing. If the width of the constricted portion is made wider than 10 μm, the length of the constricted portion is made shorter than 0.5 μm, or the distance between the catalyst substance introduction region and the constricted portion is made smaller than 5 μm, the crystal orientation in the constricted portion is selected. The effect is reduced, and the crystal grains having multiple crystal orientations generated on the catalyst material introduction side of the constriction part grow through the constriction part to the opposite side, and a large crystal seeded from a single crystal grain A crystalline semiconductor film having a grain or a large area cannot be formed.

【0048】触媒物質導入領域と結合部との距離を10
μm以上にしたり、結合部の幅を20μm以下にするこ
とにより、結晶粒の選択効果がより確実になる。触媒物
質導入領域と結合部との距離を10μmより短くした
り、結合部の幅を20μmより広くすると、結合部での
結晶方位選択効果が低下して、結合部の触媒物質導入側
で発生した複数の結晶方位を有する結晶粒が結合部を通
過して反対側まで成長してしまい、単一の結晶粒を種と
する大きな結晶粒または大面積の結晶性半導体膜を形成
することができなくなる。
The distance between the catalytic substance introduction region and the joint is 10
When the width is set to be equal to or more than μm or the width of the bonding portion is set to be equal to or less than 20 μm, the effect of selecting the crystal grains becomes more reliable. When the distance between the catalytic material introduction region and the bonding part is shorter than 10 μm or the width of the bonding part is wider than 20 μm, the effect of selecting the crystal orientation at the bonding part is reduced, and this occurs on the catalyst material introduction side of the bonding part. Crystal grains having a plurality of crystal orientations pass through the bonding portion and grow to the opposite side, making it impossible to form a large crystal grain or a large-area crystalline semiconductor film using a single crystal grain as a seed. .

【0049】ライン状エネルギービームを断続的に照射
するステップ(照射中心位置の間隔)を、0.1μm以
上10μmの範囲とすることにより、横方向の結晶成長
を確実に行うことが可能となる。
By setting the step of irradiating the line-shaped energy beam intermittently (interval between irradiation center positions) in the range of 0.1 μm or more and 10 μm, it becomes possible to surely carry out lateral crystal growth.

【0050】このようにして得られる単一の結晶粒を種
とする大きな結晶粒または大面積の結晶性半導体膜を用
いれば、トランジスタのキャリア移動度を大きく、閾値
電圧を小さくすることが可能であり、またこれらのバラ
ツキも小さくできるので、特性の向上を図ることが可能
である。
When a large crystal grain or a large-area crystalline semiconductor film having a single crystal grain as a seed obtained in this manner is used, the carrier mobility of the transistor can be increased and the threshold voltage can be reduced. In addition, since these variations can be reduced, the characteristics can be improved.

【0051】さらに、このように特性が向上された半導
体装置を備えることにより、高精細、高開口率のディス
プレイ装置を実現することが可能となる。
Further, by providing the semiconductor device having the improved characteristics as described above, it is possible to realize a display device with high definition and high aperture ratio.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら具体的に説明する。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【0053】(実施形態1)本実施形態1は、非単結晶
絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に形成した非晶質ま
たは多結晶等の半導体膜の一部を除去してくびれ部と、
くびれ部の両側につながったくびれ部よりも幅が広い半
導体膜の島状領域とを形成して、くびれ部に対して一方
側の島状領域からくびれ部を通って反対側の島状領域ま
で、ライン状レーザービームを走査しながら断続的に照
射して熔融固化させることを繰り返すことにより、くび
れ部に対して一方側の島状領域で発生した結晶核から成
長した多数の結晶粒の一つをくびれ部で選択し、くびれ
部を通過した結晶粒を種として、反対側の幅の広い半導
体膜の島領域を結晶成長させることにより、単一の結晶
粒を種とする大きな結晶粒または大面積の結晶性半導体
膜を基板温度を基板の軟化点温度以下に保ったままで得
ようとするものである。
(Embodiment 1) In Embodiment 1, an amorphous or polycrystalline semiconductor film formed on a non-single-crystal insulating film or a non-single-crystal insulating substrate is partially removed to form a constricted portion. ,
Forming an island-shaped region of the semiconductor film wider on both sides of the constricted portion than the constricted portion, from the island-shaped region on one side of the constricted portion to the island-shaped region on the opposite side through the constricted portion One of the many crystal grains grown from the crystal nuclei generated in the island-like region on one side of the constriction by repeating the intermittent irradiation and melting and solidification while scanning with a linear laser beam Is selected at the constricted portion, and the crystal grains that have passed through the constricted portion are used as seeds to grow the island region of the wide semiconductor film on the opposite side. An object is to obtain a crystalline semiconductor film having an area while maintaining the substrate temperature at or below the softening point temperature of the substrate.

【0054】図1は実施形態1の結晶性半導体膜の形成
方法について説明するための斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view for explaining a method for forming a crystalline semiconductor film according to the first embodiment.

【0055】まず、図1(a)に示すように、SiO2
膜2を200nmの厚みに形成したガラス基板1上に、
減圧CVD(化学気相成長)法によりSi26ガスを用
いて非晶質Si膜3を100nmの厚みに形成し、その
一部をRIE(反応性イオンエッチング)法によりCF
4ガスとO2ガスを用いてエッチングして、幅が1μmで
長さが5μmのくびれ部4を形成する。
[0055] First, as shown in FIG. 1 (a), SiO 2
On a glass substrate 1 on which a film 2 is formed to a thickness of 200 nm,
An amorphous Si film 3 is formed to a thickness of 100 nm by using a Si 2 H 6 gas by a low pressure CVD (chemical vapor deposition) method, and a part thereof is formed by a RIE (reactive ion etching) method.
Etching is performed using 4 gas and O 2 gas to form a constricted portion 4 having a width of 1 μm and a length of 5 μm.

【0056】次に、図1(b)の矢印Vに示す方向に、
ライン状レーザービーム5を移動させながら0.5μm
ステップで断続的に照射して、非晶質Si膜3が局所的
に熔融するように加熱し、加熱部をくびれ部4の一方側
の島状領域31Aからくびれ部4を通って反対側の島状
領域31Bに移動させて横方向への結晶成長を継続させ
る。このときのレーザービームの移動速度は、レーザー
のパルス間隔に依存し、例えば300Hzで発振してい
るレーザーを用いる場合には、毎秒0.5μm×300
=150μmの速度、すなわち、9mm/分の移動速度
にすればよい。これにより、非晶質Si膜3の温度は、
局所的にSiの熔融温度である1414℃まで温度が上
がる。なお、この際には、ガラス基板1全体を400℃
に加熱しておく。ここで、ガラス基板1全体を加熱する
のは、加熱の際に局所加熱部とその周りの基板の温度差
が大きすぎると基板が熱歪みのために沿ってしまうから
であり、基板全体を加熱することにより基板の反りの発
生を防止する。但し、基板全体の加熱温度を上げ過ぎる
と、局所加熱部以外でも不規則な核発生が生じて大きな
結晶粒または大面積の結晶性半導体膜が得られなくなる
ので、結晶成長の起こらない範囲の温度で基板全体を加
熱する。
Next, in the direction indicated by the arrow V in FIG.
0.5 μm while moving the linear laser beam 5
Irradiation is performed intermittently in steps to heat the amorphous Si film 3 so that the amorphous Si film 3 is locally melted, and the heated portion is moved from the island-like region 31A on one side of the constricted portion 4 through the constricted portion 4 to the opposite side. The crystal is moved to the island region 31B to continue the lateral crystal growth. The moving speed of the laser beam at this time depends on the pulse interval of the laser. For example, when using a laser oscillating at 300 Hz, 0.5 μm × 300
= 150 μm, that is, a moving speed of 9 mm / min. Thereby, the temperature of the amorphous Si film 3 becomes
The temperature locally rises to 1414 ° C., which is the melting temperature of Si. In this case, the entire glass substrate 1 was heated at 400 ° C.
And heat it. Here, the whole glass substrate 1 is heated because if the temperature difference between the local heating portion and the surrounding substrate is too large during heating, the substrate will be stretched due to thermal distortion, and the entire substrate will be heated. This prevents the substrate from warping. However, if the heating temperature of the entire substrate is excessively increased, irregular nuclei are generated even in portions other than the local heating portion, and large crystal grains or a large-area crystalline semiconductor film cannot be obtained. To heat the entire substrate.

【0057】このように、非晶質Si膜3に幅が1μ
m、長さが5μmのくびれ部4を形成し、くびれ部4に
対して一方側の島状領域31Aにライン状レーザービー
ムを照射して非晶質Si膜3を局所的に熔融固化し、多
数の微小な結晶粒を形成した後、ライン状レーザービー
ムを断続的に照射しながら移動させることにより、この
微小な結晶粒を横方向に成長させる。その一つをくびれ
部4で選択し、さらにくびれ部4に対して反対側の島状
領域31Bまで結晶成長させることにより、本発明の目
的である、単一の結晶粒を種とする大きな結晶粒または
大面積の結晶性半導体膜を基板温度を基板の軟化点温度
以下に保ったままで得ることができる。
As described above, the width of the amorphous Si film 3 is 1 μm.
m, a constricted portion 4 having a length of 5 μm is formed, and the constricted portion 4 is irradiated with a linear laser beam on one of the island regions 31A to locally melt and solidify the amorphous Si film 3, After forming a large number of fine crystal grains, the fine crystal grains are laterally grown by moving the laser beam while intermittently applying a linear laser beam. By selecting one of them at the constricted portion 4 and further growing the crystal to the island region 31B on the opposite side to the constricted portion 4, a large crystal seeded by a single crystal grain, which is the object of the present invention, is obtained. A crystalline semiconductor film having a grain or a large area can be obtained while maintaining the substrate temperature at or below the softening point temperature of the substrate.

【0058】図2は、本実施形態における結晶粒の成長
の様子を模式的に示す図である。第一回目のライン状レ
ーザービーム照射により発生した結晶核が、第一回目の
照射位置から0.5μmずれた位置に照射された第二回
目のライン状レーザービームによって横方向に結晶成長
する。これが繰り返されて横方向に結晶成長が進み、略
平行な細長い形状の結晶粒6が成長する。この横方向結
晶成長がくびれ部4に達すると、結晶粒6の一つがくび
れ部4で選択され、その結晶粒がくびれ部4を通過して
成長し、反対側の島状領域31B全体がこの結晶粒を種
に結晶成長する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a state of crystal grain growth in the present embodiment. A crystal nucleus generated by the first irradiation of the linear laser beam grows laterally by the second irradiation of the linear laser beam at a position shifted from the first irradiation position by 0.5 μm. By repeating this, the crystal growth progresses in the lateral direction, and the crystal grains 6 having a substantially parallel and elongated shape grow. When the lateral crystal growth reaches the constricted portion 4, one of the crystal grains 6 is selected in the constricted portion 4, the crystal grain grows through the constricted portion 4, and the entire island region 31B on the opposite side is grown. The crystal grows using the crystal grains as seeds.

【0059】(実施形態2)本実施形態2は、非単結晶
絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に形成した非晶質ま
たは多結晶等の半導体膜を二つの島状領域がその一部を
接した結合部でつながった形状にパターン形成し、結合
部に対して一方側の島状領域から反対側の島状領域ま
で、ライン状レーザービームを走査しながら断続的に照
射して熔融固化させることを繰り返すことにより、結合
部に対して一方側の島状領域で発生した結晶核から成長
した多数の結晶粒のうち、一番端の結晶粒が結合部を通
過し、この結晶粒を種として、反対側の半導体膜の島領
域を結晶成長させることにより、単一の結晶粒を種とす
る大きな結晶粒または大面積の結晶性半導体膜を基板温
度を基板の軟化点温度以下に保ったままで得ようとする
ものである。
Embodiment 2 In Embodiment 2, an amorphous or polycrystalline semiconductor film formed on a non-single-crystal insulating film or a non-single-crystal insulating substrate is partially formed by two island regions. The pattern is formed into a shape connected by the joints that are in contact with each other, and from the island area on one side to the island area on the other side of the joint, it is intermittently irradiated while scanning with a linear laser beam and melted and solidified. By repeating this, the endmost crystal grain of the many crystal grains grown from the crystal nuclei generated in the island region on one side of the bonding portion passes through the bonding portion, and this crystal grain is As a seed, by growing a crystal in an island region of the semiconductor film on the opposite side, a large crystal grain using a single crystal grain as a seed or a large-area crystalline semiconductor film is kept at a substrate temperature equal to or lower than the softening point temperature of the substrate. It is intended to be obtained as it is.

【0060】図3は実施形態2の結晶性半導体膜の形成
方法について説明するための斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view for explaining a method for forming a crystalline semiconductor film according to the second embodiment.

【0061】まず、図3(a)に示すように、SiO2
膜2を200nmの厚みに形成したガラス基板1上に、
減圧CVD法によりSi26ガスを用いて非晶質Si膜
3を100nmの厚みに形成し、その一部をRIE法に
よりCF4ガスとO2ガスを用いてエッチングして、二つ
の島状領域32A、32Bが幅10μmの結合部7でつ
ながった形状になるようにパターン形成する。
[0061] First, as shown in FIG. 3 (a), SiO 2
On a glass substrate 1 on which a film 2 is formed to a thickness of 200 nm,
An amorphous Si film 3 is formed to a thickness of 100 nm by using a Si 2 H 6 gas by a low pressure CVD method, and a part thereof is etched by a RIE method using a CF 4 gas and an O 2 gas to form two islands. The pattern is formed so that the shape-like regions 32A and 32B have a shape connected by the joint 7 having a width of 10 μm.

【0062】次に、図3(b)の矢印Vに示す方向に、
ライン状レーザービーム5を実施形態1と同様の移動速
度で移動させながら、0.5μmステップで断続的に照
射して、非晶質Si膜3が局所的に熔融するように加熱
し、加熱部を結合部7の一方側の島状領域32Aから結
合部7を通って反対側の島状領域32Bに移動させて横
方向への結晶成長を継続させる。この際には、ガラス基
板1全体を400℃に加熱しておく。
Next, in the direction indicated by the arrow V in FIG.
While moving the linear laser beam 5 at the same moving speed as in the first embodiment, the laser beam is intermittently irradiated in 0.5 μm steps to heat the amorphous Si film 3 so as to locally melt. Is moved from the island region 32A on one side of the joint portion 7 to the island region 32B on the opposite side through the joint portion 7 to continue the crystal growth in the lateral direction. At this time, the entire glass substrate 1 is heated to 400 ° C.

【0063】図4は、本実施形態における結晶粒の成長
の様子を模式的に示す図である。第一回目のライン状レ
ーザービーム照射により発生した結晶核が、第一回目の
照射位置から0.5μmずれた位置に照射された第二回
目のライン状レーザービームによって横方向に結晶成長
する。これが繰り返されて横方向に結晶成長が進み、略
平行な細長い形状の結晶粒6が成長する。この横方向結
晶成長が結合部7に達すると、一番端の結晶粒6が結合
部7を通過して成長し、反対側の島状領域32B全体が
この結晶粒を種に結晶成長する。これにより、本発明の
目的である、単一の結晶粒を種とする大きな結晶粒また
は大面積の結晶性半導体膜を基板温度を基板の軟化点温
度以下に保ったままで得ることができる。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a state of crystal grain growth in the present embodiment. A crystal nucleus generated by the first irradiation of the linear laser beam grows laterally by the second irradiation of the linear laser beam at a position shifted from the first irradiation position by 0.5 μm. By repeating this, the crystal growth progresses in the lateral direction, and the crystal grains 6 having a substantially parallel and elongated shape grow. When the lateral crystal growth reaches the joint 7, the endmost crystal grain 6 grows through the joint 7, and the entire island region 32B on the opposite side grows using the crystal grain as a seed. This makes it possible to obtain a large crystal grain or a large-area crystalline semiconductor film having a single crystal grain as a seed while maintaining the substrate temperature at or below the softening point temperature of the substrate.

【0064】(実施形態3)本実施形態3は、上述した
実施形態1による結晶性半導体膜の形成方法において、
半導体膜に触媒物質を導入するものである。
(Embodiment 3) Embodiment 3 is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film according to Embodiment 1 described above.
It introduces a catalytic substance into the semiconductor film.

【0065】まず、実施形態1と同様にして、SiO2
膜を200nmの厚みに形成したガラス基板上に、幅が
1μmで長さが5μmのくびれ部を有する非晶質Si膜
を100nmの厚み形成する。
First, as in the first embodiment, SiO 2
An amorphous Si film having a constricted portion with a width of 1 μm and a length of 5 μm is formed with a thickness of 100 nm on a glass substrate having a thickness of 200 nm.

【0066】次に、全面にNiを1nmの厚みに蒸着し
た後、ライン状レーザービームを実施形態1と同様の移
動速度で移動させながら0.5μmステップで断続的に
照射して、非晶質Si膜が局所的に熔融するように加熱
し、加熱部をくびれ部の一方側の島状領域からくびれ部
を通って反対側の島状領域に移動させて横方向への結晶
成長を継続させる。この際には、ガラス基板全体を40
0℃に加熱しておく。
Next, after vapor-depositing Ni to a thickness of 1 nm on the entire surface, a linear laser beam is intermittently irradiated in 0.5 μm steps while moving at the same moving speed as in the first embodiment, thereby forming an amorphous layer. The Si film is heated so as to locally melt, and the heated portion is moved from the island region on one side of the constricted portion to the island region on the other side through the constricted portion to continue the crystal growth in the lateral direction. . In this case, the entire glass substrate is
Heat to 0 ° C.

【0067】このように、半導体膜に触媒物質を導入す
ることにより、結晶核が発生しやすくなり、その結果、
より容易に結晶成長が進むようになり、基板温度を低温
に保ったままで、単一の結晶粒を種とする大きな結晶粒
または大面積の結晶性半導体膜を基板温度を基板の軟化
点温度以下に保ったままで得ることができる。
As described above, by introducing the catalytic substance into the semiconductor film, crystal nuclei are easily generated, and as a result,
Crystal growth progresses more easily, and the substrate temperature is kept below the softening point of the substrate, while keeping the substrate temperature at a low temperature, making large crystal grains or large-area crystalline semiconductor films seeded by a single crystal grain. It can be obtained while keeping it.

【0068】(実施形態4)本実施形態4は、上述した
実施形態2による結晶性半導体膜の形成方法において、
半導体膜に触媒物質を導入するものである。
(Embodiment 4) Embodiment 4 is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film according to Embodiment 2 described above.
It introduces a catalytic substance into the semiconductor film.

【0069】まず、実施形態2と同様にして、SiO2
膜を200nmの厚みに形成したガラス基板上に非晶質
Si膜を100nmの厚みに形成し、その一部をエッチ
ングして、二つの島状領域が幅10μmの結合部でつな
がった形状になるようにパターン形成する。
First, in the same manner as in Embodiment 2, SiO 2
An amorphous Si film is formed to a thickness of 100 nm on a glass substrate having a thickness of 200 nm, and a part thereof is etched to form a shape in which two island-shaped regions are connected by a joint having a width of 10 μm. Pattern.

【0070】次に、全面にNiを1nmの厚みに蒸着し
た後、ライン状レーザービームを実施形態1と同様の移
動速度で移動させながら0.5μmステップで断続的に
照射して、非晶質Si膜が局所的に熔融するように加熱
し、加熱部を結合部の一方側の島状領域から結合部を通
って反対側の島状領域に移動させて横方向への結晶成長
を継続させる。この際には、ガラス基板全体を400℃
に加熱しておく。
Next, after vapor-depositing Ni to a thickness of 1 nm on the entire surface, a linear laser beam is intermittently irradiated in 0.5 μm steps while moving at the same moving speed as in the first embodiment, thereby forming an amorphous layer. Heating is performed so that the Si film is locally melted, and the heated portion is moved from the island region on one side of the bonding portion to the island region on the other side through the bonding portion to continue the crystal growth in the lateral direction. . In this case, the entire glass substrate is heated at 400 ° C.
And heat it.

【0071】このように、半導体膜に触媒物質を導入す
ることにより、実施形態3と同様に、結晶核が発生しや
すくなり、その結果、より容易に結晶成長が進むように
なり、基板温度をさらに低温に保ったままで、単一の結
晶粒を種とする大きな結晶粒または大面積の結晶性半導
体膜を基板温度を基板の軟化点温度以下に保ったままで
得ることができる。
As described above, by introducing the catalytic substance into the semiconductor film, crystal nuclei are easily generated as in the third embodiment. As a result, crystal growth proceeds more easily, and the substrate temperature is reduced. Further, a large crystal grain or a large-area crystalline semiconductor film using a single crystal grain as a seed can be obtained while the substrate temperature is kept at a temperature equal to or lower than the softening point temperature of the substrate.

【0072】(実施形態5)本実施形態5は、上述した
実施形態3による結晶性半導体膜の形成方法において、
触媒物質の導入を結晶核を発生させたい側の島状領域の
一部に行うものである。
(Embodiment 5) Embodiment 5 is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film according to Embodiment 3 described above.
The catalyst material is introduced into a part of the island region on the side where crystal nuclei are to be generated.

【0073】図5は実施形態5の結晶性半導体膜の形成
方法について説明するための斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view for explaining a method for forming a crystalline semiconductor film according to the fifth embodiment.

【0074】まず、図5(a)に示すように、実施形態
1と同様にして、SiO2膜2を200nmの厚みに形
成したガラス基板1上に、幅1μmで長さが5μmのく
びれ部4を有する非晶質Si膜3を100nmの厚みに
形成する。
First, as shown in FIG. 5A, in the same manner as in the first embodiment, a constricted portion having a width of 1 μm and a length of 5 μm was formed on a glass substrate 1 on which an SiO 2 film 2 was formed to a thickness of 200 nm. An amorphous Si film 3 having a thickness of 4 is formed to a thickness of 100 nm.

【0075】次に、図5(b)に示すように、全面に常
圧CVD法によりSiH4ガスとO2ガスを用いてSiO
2膜8を100nmの厚みに形成すし、くびれ部4に対
して一方側の非晶質Si膜3の一部が露出するように、
RIE法によりCF4ガスとCHF3ガスを用いてSiO
2膜8をエッチングして開口する。このとき、非晶質S
i膜3の露出部9とくびれ部4との距離は10μmにす
る。
Next, as shown in FIG. 5 (b), the entire surface is formed by a normal pressure CVD method using a SiH 4 gas and an O 2 gas to form a SiO 2 gas.
2 The film 8 is formed to a thickness of 100 nm, and a part of the amorphous Si film 3 on one side is exposed to the constricted portion 4.
SiO 2 by RIE using CF 4 gas and CHF 3 gas
2 Open the film 8 by etching. At this time, the amorphous S
The distance between the exposed part 9 and the constricted part 4 of the i film 3 is set to 10 μm.

【0076】次に、全面にNiを1nmの厚みに蒸着
し、図5(c)の矢印Vに示す方向に、ライン状レーザ
ービーム5を実施形態1と同様の移動速度で移動させな
がら0.5μmステップで断続的に照射して、非晶質S
i膜3が局所的に熔融するように加熱し、加熱部をくび
れ部4の一方側の島状領域31Aからくびれ部4を通っ
て反対側の島状領域31Bに移動させて横方向への結晶
成長を継続させる。この際には、ガラス基板1全体を4
00℃に加熱しておく。
Next, Ni is vapor-deposited to a thickness of 1 nm on the entire surface, and the linear laser beam 5 is moved in the direction indicated by the arrow V in FIG. Irradiation is performed intermittently in 5 μm steps to obtain amorphous S
The i-film 3 is heated so as to be locally melted, and the heating portion is moved from the island region 31A on one side of the constricted portion 4 to the island region 31B on the opposite side through the constricted portion 4 to move in the lateral direction. Continue crystal growth. In this case, the entire glass substrate 1 is
Heat to 00 ° C.

【0077】このように、結晶核を発生させたい側の半
導体膜の島状領域の一部に触媒物質を導入することによ
り、結晶核が発生しやすくなり、その結果、より容易に
結晶成長が進むようになり、基板温度を低温に保ったま
まで、単一の結晶粒を種とする大きな結晶粒または大面
積の結晶性半導体膜を基板温度を基板の軟化点温度以下
に保ったままで得ることができる。
As described above, by introducing the catalytic substance into a part of the island region of the semiconductor film on which the crystal nucleus is to be generated, the crystal nucleus is easily generated, and as a result, the crystal growth can be more easily performed. To obtain large crystal grains or large-area crystalline semiconductor films using a single crystal grain as a seed while maintaining the substrate temperature at or below the softening point temperature of the substrate while keeping the substrate temperature low. Can be.

【0078】(実施形態6)本実施形態6は、上述した
実施形態4による結晶性半導体膜の形成方法において、
触媒物質の導入を結晶核を発生させたい側の島状領域の
一部に行うものである。
(Embodiment 6) Embodiment 6 is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film according to Embodiment 4 described above.
The catalyst material is introduced into a part of the island region on the side where crystal nuclei are to be generated.

【0079】図6は実施形態6の結晶性半導体膜の形成
方法について説明するための斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view for explaining a method for forming a crystalline semiconductor film according to the sixth embodiment.

【0080】まず、図6(a)に示すように、実施形態
2と同様にして、SiO2膜2を200nmの厚みに形
成したガラス基板1上に非晶質Si膜3を100nmの
厚みに形成し、その一部をエッチングして、二つの島状
領域32A、32Bが幅10μmの結合部7でつながっ
た形状になるようにパターン形成する。
First, as shown in FIG. 6A, an amorphous Si film 3 is formed to a thickness of 100 nm on a glass substrate 1 on which an SiO 2 film 2 is formed to a thickness of 200 nm in the same manner as in the second embodiment. Then, a pattern is formed by etching a part thereof so that the two island-shaped regions 32A and 32B have a shape connected by a joint 7 having a width of 10 μm.

【0081】次に、図6(b)に示すように、全面に常
圧CVD法によりSiH4ガスとO2ガスを用いてSiO
2膜8を100nmの厚みに形成すし、結合部7に対し
て一方側の非晶質Si膜3の一部が露出するように、R
IE法によりCF4ガスとCHF3ガスを用いてSiO2
膜8をエッチングして開口する。このとき、非晶質Si
膜3の露出部9と結合部7との距離は10μmにする。
Next, as shown in FIG. 6 (b), the whole surface is formed by a normal pressure CVD method using a SiH 4 gas and an O 2 gas to form a SiO 2 gas.
2 is formed so as to have a thickness of 100 nm, and the R is formed so that a part of the amorphous Si film 3 on one side of the bonding portion 7 is exposed.
SiO 2 using CF 4 gas and CHF 3 gas by IE method
An opening is formed by etching the film 8. At this time, the amorphous Si
The distance between the exposed part 9 of the film 3 and the coupling part 7 is set to 10 μm.

【0082】次に、全面にNiを1nmの厚みに蒸着
し、図6(c)の矢印Vに示す方向に、ライン状レーザ
ービーム5を実施形態1と同様の移動速度で移動させな
がら0.5μmステップで断続的に照射して、非晶質S
i膜3が局所的に熔融するように加熱し、加熱部を結合
部7の一方側の島状領域32Aから結合部7を通って反
対側の島状領域32Bに移動させて横方向への結晶成長
を継続させる。この際には、ガラス基板1全体を400
℃に加熱しておく。
Next, Ni is vapor-deposited to a thickness of 1 nm on the entire surface, and the linear laser beam 5 is moved in the direction indicated by the arrow V in FIG. Irradiation is performed intermittently in 5 μm steps to obtain amorphous S
Heating is performed so that the i-film 3 is locally melted, and the heating unit is moved from the island-like region 32A on one side of the joint 7 to the island-like region 32B on the opposite side through the joint 7 to move in the lateral direction. Continue crystal growth. In this case, the entire glass substrate 1 is
Heat to ° C.

【0083】このように、結晶核を発生させたい側の半
導体膜の島状領域の一部に触媒物質を導入することによ
り、実施形態5と同様に、結晶核が発生しやすくなり、
その結果、より容易に結晶成長が進むようになり、基板
温度を低温に保ったままで、単一の結晶粒を種とする大
きな結晶粒または大面積の結晶性半導体膜を基板温度を
基板の軟化点温度以下に保ったままで得ることができ
る。
As described above, by introducing a catalytic substance into a part of the island region of the semiconductor film on the side where the crystal nuclei are to be generated, crystal nuclei are easily generated as in the fifth embodiment.
As a result, the crystal growth proceeds more easily, and while the substrate temperature is kept at a low temperature, a large crystal grain or a large-area crystalline semiconductor film using a single crystal grain as a seed is softened to the substrate temperature. It can be obtained while keeping the temperature below the point temperature.

【0084】(実施形態7)本実施形態7は、上述した
実施形態1による結晶性半導体膜の形成方法において、
非晶質Si膜に複数個のくびれ部を形成するものであ
る。
(Embodiment 7) Embodiment 7 is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film according to Embodiment 1 described above.
A plurality of constrictions are formed in the amorphous Si film.

【0085】図7は実施形態7の結晶性半導体膜の形成
方法における半導体膜の形状を説明するための上面図で
ある。
FIG. 7 is a top view for explaining the shape of the semiconductor film in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the seventh embodiment.

【0086】まず、実施形態1と同様にして、SiO2
膜2を200nmの厚みに形成したガラス基板1上に、
幅1μmで長さが5μmのくびれ部4を複数個有する非
晶質Si膜3を100nmの厚みに形成する。
First, in the same manner as in Embodiment 1, SiO 2
On a glass substrate 1 on which a film 2 is formed to a thickness of 200 nm,
An amorphous Si film 3 having a plurality of narrow portions 4 having a width of 1 μm and a length of 5 μm is formed to a thickness of 100 nm.

【0087】次に、ライン状レーザービームを実施形態
1と同様の移動速度で移動させながら0.5μmステッ
プで断続的に照射して、非晶質Si膜3が局所的に熔融
するように加熱し、加熱部をくびれ部4の一方側の島状
領域33Aからくびれ部4を通って反対側の島状領域3
3B〜33Dに移動させて横方向への結晶成長を継続さ
せる。この際には、ガラス基板1全体を400℃に加熱
しておく。
Next, a linear laser beam is intermittently irradiated in 0.5 μm steps while moving at the same moving speed as in the first embodiment, and heating is performed so that the amorphous Si film 3 is locally melted. Then, the heating portion is moved from the island region 33A on one side of the neck portion 4 through the neck portion 4 to the island region 3 on the opposite side.
Move to 3B to 33D to continue the crystal growth in the lateral direction. At this time, the entire glass substrate 1 is heated to 400 ° C.

【0088】この際に、実施形態3と同様に、全面に触
媒物質であるNiを1nm蒸着した後、ライン状レーザ
ービームで加熱してもよい。または、実施形態5と同様
に、非晶質Si膜3の一部が露出するようにSiO2
を100nmの厚みに形成し、触媒物質であるNiを1
nm蒸着した後、ライン状レーザービームで加熱しても
よい。
At this time, as in the third embodiment, Ni as a catalyst substance may be deposited on the entire surface to a thickness of 1 nm and then heated by a linear laser beam. Alternatively, similarly to the fifth embodiment, an SiO 2 film is formed to a thickness of 100 nm so that a part of the amorphous Si film 3 is exposed, and Ni as a catalyst substance is added to the substrate.
After vapor deposition in nm, the substrate may be heated with a linear laser beam.

【0089】(実施形態8)本実施形態8は、上述した
実施形態2による結晶性半導体膜の形成方法において、
非晶質Si膜に複数個の結合部を形成するものである。
(Embodiment 8) Embodiment 8 is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film according to Embodiment 2 described above.
A plurality of joints are formed on the amorphous Si film.

【0090】図8は実施形態8の結晶性半導体膜の形成
方法における半導体膜の形状を説明するための上面図で
ある。
FIG. 8 is a top view for explaining the shape of the semiconductor film in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the eighth embodiment.

【0091】まず、実施形態2と同様にして、SiO2
膜2を200nmの厚みに形成したガラス基板1上に非
晶質Si膜3を100nmの厚みに形成し、その一部を
エッチングして、島状領域34Aと34B、34Aと3
4Cが幅10μmの結合部7でつながった形状になるよ
うにパターン形成する。
First, in the same manner as in Embodiment 2, SiO 2
An amorphous Si film 3 is formed with a thickness of 100 nm on a glass substrate 1 on which a film 2 is formed with a thickness of 200 nm, and a part thereof is etched to form island regions 34A and 34B and 34A and 3A.
A pattern is formed so that 4C has a shape connected by a joint 7 having a width of 10 μm.

【0092】次に、ライン状レーザービームを実施形態
1と同様の移動速度で移動させながら0.5μmステッ
プで断続的に照射して、非晶質Si膜3が局所的に熔融
するように加熱し、加熱部を結合部7の一方側の島状領
域34Aから結合部7を通って反対側の島状領域34
B、34Cに移動させて横方向への結晶成長を継続させ
る。この際には、ガラス基板1全体を400℃に加熱し
ておく。
Next, a linear laser beam is intermittently irradiated in 0.5 μm steps while moving at the same moving speed as in the first embodiment, and is heated so that the amorphous Si film 3 is locally melted. Then, the heating portion is moved from the island-like region 34A on one side of the joint portion 7 through the joint portion 7 to the island-like region 34 on the opposite side.
B, 34C to continue the crystal growth in the lateral direction. At this time, the entire glass substrate 1 is heated to 400 ° C.

【0093】この際に、実施形態4と同様に、全面に触
媒物質であるNiを1nm蒸着した後、ライン状レーザ
ービームで加熱してもよい。または、実施形態6と同様
に、非晶質Si膜3の一部が露出するようにSiO2
を100nmの厚みに形成し、触媒物質であるNiを1
nm蒸着した後、ライン状レーザービームで加熱しても
よい。
At this time, similarly to the fourth embodiment, Ni as a catalyst substance may be deposited on the entire surface to a thickness of 1 nm and then heated by a linear laser beam. Alternatively, similarly to the sixth embodiment, an SiO 2 film is formed to a thickness of 100 nm so that a part of the amorphous Si film 3 is exposed, and Ni as a catalyst substance is added to the substrate.
After vapor deposition in nm, the substrate may be heated with a linear laser beam.

【0094】(実施形態9)本実施形態9は、上述した
実施形態5または実施形態7による部分的に触媒物質を
導入する結晶性半導体膜の形成方法において、ライン状
レーザービームによる局所的加熱の移動をくびれ部まで
とし、その後は炉による略均一な加熱を行って結晶成長
させるものである。
(Embodiment 9) Embodiment 9 is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film in which a catalytic substance is partially introduced according to Embodiment 5 or Embodiment 7 described above. The movement is performed up to the constricted portion, and thereafter, the crystal is grown by performing substantially uniform heating by a furnace.

【0095】まず、実施形態1と同様にして、SiO2
膜を200nmの厚みに形成したガラス基板上に、幅1
μmで長さが5μmのくびれ部を一つまたは複数個有す
る非晶質Si膜を100nmの厚みに形成する。
First, in the same manner as in Embodiment 1, SiO 2
A film having a width of 1 was formed on a glass substrate having a thickness of 200 nm.
An amorphous Si film having one or a plurality of constricted portions having a thickness of 5 μm and a length of 5 μm is formed to a thickness of 100 nm.

【0096】次に、実施形態5と同様にして、全面にS
iO2膜を100nmの厚みに形成し、くびれ部に対し
て一方側の非晶質Si膜の一部が露出するように、Si
2膜をエッチングして開口する。このとき、非晶質S
i膜の露出部とくびれ部との距離は10μmとする。
Next, as in the fifth embodiment, S
An iO 2 film is formed to a thickness of 100 nm, and the SiO film is formed so that a part of the amorphous Si film on one side is exposed to the constricted portion.
An opening is formed by etching the O 2 film. At this time, the amorphous S
The distance between the exposed portion and the constricted portion of the i film is 10 μm.

【0097】次に、全面にNiを1nmの厚みに蒸着
し、ライン状レーザービームを実施形態1と同様の移動
速度で移動させながら0.5μmステップで断続的に照
射して熔融固化を繰り返し、加熱部をくびれ部の一方側
の島状領域からくびれ部まで移動させて、横方向に結晶
成長させる。この際には、ガラス基板全体を400℃に
加熱しておく。
Next, Ni was vapor-deposited on the entire surface to a thickness of 1 nm, and a linear laser beam was intermittently irradiated in 0.5 μm steps while being moved at the same moving speed as in the first embodiment to repeatedly melt and solidify. The heating portion is moved from the island region on one side of the constricted portion to the constricted portion, and the crystal is grown in the lateral direction. At this time, the entire glass substrate is heated to 400 ° C.

【0098】次に、全体を炉で580℃になるように略
均一に加熱する。これにより、ライン状レーザービーム
のステップ照射により細長い形状に成長した結晶粒のう
ち、くびれ部で選択されたものを種として、炉による加
熱によってくびれ部に対して反対側の島状領域の結晶成
長が進む。
Next, the whole is heated substantially uniformly to 580 ° C. in a furnace. As a result, crystal grains grown in an elongated shape by the step irradiation of the linear laser beam are used as seeds, which are selected at the constricted portion, and crystal growth in an island region on the opposite side to the constricted portion by heating in a furnace. Advances.

【0099】一部にNiを導入した側の島状領域におい
て、ライン状レーザービームのステップ照射により横方
向に細長く結晶粒が成長し、くびれ部で選択された結晶
粒にはNiが拡散して含まれるため、後の均一加熱時も
ランダムな核発生は生じず、くびれ部で選択された結晶
粒を種として横方向に結晶成長を進ませることができ
る。
In the island region on the side where Ni is partially introduced, crystal grains are elongated in the lateral direction by the step irradiation of the linear laser beam, and Ni diffuses into the crystal grains selected in the constricted portion. Since it is included, random nucleation does not occur even at the time of subsequent uniform heating, and crystal growth can be advanced in the lateral direction using the crystal grains selected in the constricted portion as seeds.

【0100】ライン状レーザービームで10インチの長
さをステップ送りして結晶化する際に、300Hzで発
振しているレーザーを用いて0.5μmでステップを送
ることを考えると、9mm/分となり、1枚の基板の処
理に約30分を要する。これに対して、炉による熱処理
の場合には、10インチ角程度の基板であれば一度に数
十枚の処理が可能であるため、例えば1回の処理に5時
間かかっても、スループットは向上することができる。
When crystallizing by step-feeding a length of 10 inches with a line-shaped laser beam, considering that a step is sent at 0.5 μm using a laser oscillating at 300 Hz, it becomes 9 mm / min. It takes about 30 minutes to process one substrate. On the other hand, in the case of a heat treatment using a furnace, if a substrate having a size of about 10 inches square can process several tens of sheets at a time, the throughput is improved even if one processing takes 5 hours. can do.

【0101】(実施形態10)本実施形態10は、上述
した実施形態6または実施形態9による部分的に触媒物
質を導入する結晶性半導体膜の形成方法において、ライ
ン状レーザービームによる局所的加熱の移動を結合部ま
でとし、その後は炉による略均一な加熱を行って結晶成
長させるものである。
(Embodiment 10) Embodiment 10 is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film in which a catalytic substance is partially introduced according to Embodiment 6 or Embodiment 9 described above. The movement is performed up to the joint, and thereafter, the crystal is grown by performing substantially uniform heating in a furnace.

【0102】まず、実施形態2と同様にして、SiO2
膜を200nmの厚みに形成したガラス基板上に非晶質
Si膜を100nmの厚みに形成し、その一部をエッチ
ングして、二つの島状領域が一つまたは複数個の幅10
μmの結合部でつながった形状になるようにパターン形
成する。
First, in the same manner as in Embodiment 2, SiO 2
An amorphous Si film is formed to a thickness of 100 nm on a glass substrate having a thickness of 200 nm, and a part thereof is etched to form two or more island regions having one or more widths of 10 nm.
A pattern is formed so as to have a shape connected by a joint of μm.

【0103】次に、実施形態6と同様にして、全面にS
iO2膜8を100nmの厚みに形成し、結合部に対し
て一方側の非晶質Si膜の一部が露出するように、Si
2膜をエッチングして開口する。このとき、非晶質S
i膜の露出部と結合部との距離は10μmとする。
Next, as in the sixth embodiment, S
The iO 2 film 8 is formed to a thickness of 100 nm, and the SiO film 8 is formed so that a part of the amorphous Si film on one side of the bonding portion is exposed.
An opening is formed by etching the O 2 film. At this time, the amorphous S
The distance between the exposed part of the i-film and the coupling part is 10 μm.

【0104】次に、全面にNiを1nmの厚みに蒸着
し、ライン状レーザービームを実施形態1と同様の移動
速度で移動させながら0.5μmステップで断続的に照
射して熔融固化を繰り返し、加熱部を結合部まで移動さ
せて、横方向に結晶成長させる。この際には、ガラス基
板全体を400℃に加熱しておく。
Next, Ni was vapor-deposited on the entire surface to a thickness of 1 nm, and a linear laser beam was intermittently irradiated in 0.5 μm steps while moving at the same moving speed as in the first embodiment, thereby repeating melting and solidification. The heating part is moved to the joint part to grow the crystal in the lateral direction. At this time, the entire glass substrate is heated to 400 ° C.

【0105】次に、全体を炉で580℃になるように略
均一に加熱する。これにより、ライン状レーザービーム
のステップ照射により細長い形状に成長した結晶粒のう
ち、結合部で選択されたものを種として、炉による加熱
によって結合部に対して反対側の島状領域の結晶成長が
進む。
Next, the whole is heated substantially uniformly to 580 ° C. in a furnace. As a result, crystal grains grown in an elongated shape by the step irradiation of the line-shaped laser beam are used as seeds, and the crystal grown in the island-like region on the opposite side to the joint by heating in a furnace is used as a seed. Advances.

【0106】実施形態9と同様に、結合部で選択された
結晶粒にはNiが拡散して含まれるため、後の均一加熱
時もランダムな核発生は生じず、結合部で選択された結
晶粒を種として横方向に結晶成長を進ませることができ
る。
As in the ninth embodiment, since Ni is diffused and contained in the crystal grains selected at the bonding portion, random nucleation does not occur even in the subsequent uniform heating, and the crystal selected at the bonding portion does not occur. The crystal growth can be advanced in the lateral direction by using the grains as seeds.

【0107】ライン状レーザービームで10インチの長
さをステップ送りして結晶化する際に、300Hzで発
振しているレーザーを用いて0.5μmでステップを送
ることを考えると、9mm/分となり、1枚の基板の処
理に約30分を要する。これに対して、炉による熱処理
の場合には、10インチ角程度の基板であれば一度に数
十枚の処理が可能であるため、例えば1回の処理に5時
間かかっても、スループットは向上することができる。
When crystallizing by step-feeding a length of 10 inches with a line-shaped laser beam, considering that the laser is oscillated at 300 Hz and the step is sent at 0.5 μm, the speed becomes 9 mm / min. It takes about 30 minutes to process one substrate. On the other hand, in the case of a heat treatment using a furnace, if a substrate having a size of about 10 inches square can process several tens of sheets at a time, the throughput is improved even if one processing takes 5 hours. can do.

【0108】(実施形態11)本実施形態11は、上述
した実施形態5または実施形態7による部分的に触媒物
質を導入する結晶性半導体膜の形成方法において、触媒
物質導入領域からくびれ部までは略均一な加熱を行って
横方向に固相成長させ、くびれ部を通過した後はライン
状レーザービームによる局所加熱部を移動して、くびれ
部を通過した結晶粒を種として結晶成長させるものであ
る。
(Embodiment 11) Embodiment 11 is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film in which a catalytic substance is partially introduced according to Embodiment 5 or 7 described above. After performing substantially uniform heating and solid phase growth in the lateral direction, after passing through the constricted part, it moves through the local heating part by the linear laser beam, and crystal grows using the crystal grains that passed through the constricted part as seeds. is there.

【0109】まず、実施形態1と同様にして、SiO2
膜を200nmの厚みに形成したガラス基板上に、幅1
μmで長さが5μmのくびれ部を一つまたは複数個有す
る非晶質Si膜を100nmの厚みに形成する。
First, in the same manner as in Embodiment 1, SiO 2
A film having a width of 1 was formed on a glass substrate having a thickness of 200 nm.
An amorphous Si film having one or a plurality of constricted portions having a thickness of 5 μm and a length of 5 μm is formed to a thickness of 100 nm.

【0110】次に、実施形態5と同様にして、全面にS
iO2膜を100nmの厚みに形成し、くびれ部に対し
て一方側の非晶質Si膜の一部が露出するように、Si
2膜をエッチングして開口する。このとき、非晶質S
i膜の露出部とくびれ部との距離は10μmとする。
Next, as in the fifth embodiment, S
An iO 2 film is formed to a thickness of 100 nm, and the SiO film is formed so that a part of the amorphous Si film on one side is exposed to the constricted portion.
An opening is formed by etching the O 2 film. At this time, the amorphous S
The distance between the exposed portion and the constricted portion of the i film is 10 μm.

【0111】次に、全面にNiを1nmの厚みに蒸着
し、全体を炉で580℃になるように略均一に加熱する
ことにより、非晶質Si膜の露出部において非晶質Si
膜とNiが反応して生じた結晶核を種として固相成長さ
せる。結晶成長がくびれ部を通過した時点で炉による加
熱を止める。
Next, Ni is vapor-deposited on the entire surface to a thickness of 1 nm, and the whole is heated substantially uniformly at 580 ° C. in a furnace so that the amorphous Si film is exposed at the exposed portion of the amorphous Si film.
Solid phase growth is performed using crystal nuclei generated by the reaction between the film and Ni as seeds. When the crystal growth passes through the constriction, the heating by the furnace is stopped.

【0112】パルス発振のライン状レーザービームを用
いた場合には、くびれ部で一つの結晶粒を選択して、そ
れを種として結晶成長させない限り、幅が1μm程度の
細長い結晶粒の並んだ結晶がレーザーの送り方向に成長
するだけである。これに対して、触媒物質を導入して固
相成長させた場合には、結晶成長しやすい結晶方位を有
する結晶粒が優先的に大きくなり、その結果、比較的大
きな結晶粒からなる結晶が得られ、くびれ部での選択効
果が高くなる。
When a pulsed linear laser beam is used, one crystal grain is selected at the constricted portion, and unless a crystal is grown using the crystal grain as a seed, a crystal in which elongated crystal grains having a width of about 1 μm are arranged. Only grows in the direction of the laser beam. In contrast, when solid phase growth is performed by introducing a catalytic substance, crystal grains having crystal orientations that facilitate crystal growth are preferentially larger, and as a result, crystals composed of relatively large crystal grains are obtained. And the selection effect in the constricted part is enhanced.

【0113】次に、ライン状レーザービームを実施形態
1と同様の移動速度で移動させながら0.5μmステッ
プで断続的に照射して熔融固化を繰り返し、加熱部を固
相成長が終了した箇所からくびれ部に対して反対側へ移
動させて、くびれ部で選択された結晶粒を種として横方
向に結晶成長させる。この際には、ガラス基板全体を4
00℃に加熱しておく。
Next, the linear laser beam is intermittently irradiated in 0.5 μm steps while being moved at the same moving speed as in the first embodiment to repeat melting and solidification. The crystal is moved in the opposite direction with respect to the constricted portion, and the crystal grains selected in the constricted portion are grown as seeds in the lateral direction. In this case, the entire glass substrate is
Heat to 00 ° C.

【0114】(実施形態12)本実施形態12は、上述
した実施形態6または実施形態8による部分的に触媒物
質を導入する結晶性半導体膜の形成方法において、触媒
物質導入領域から結合部までは略均一な加熱を行って横
方向に固相成長させ、結合部を通過した後はライン状レ
ーザービームによる局所加熱部を移動して、結合部を通
過した結晶粒を種として結晶成長させるものである。
(Embodiment 12) The twelfth embodiment is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film in which a catalytic material is partially introduced according to the sixth or eighth embodiment described above. After performing substantially uniform heating and solid phase growth in the lateral direction, after passing through the joint, the local heating part by the linear laser beam is moved, and the crystal grains that have passed through the joint are grown as seeds. is there.

【0115】まず、実施形態2と同様にして、SiO2
膜を200nmの厚みに形成したガラス基板上に非晶質
Si膜を100nmの厚みに形成し、その一部をエッチ
ングして、二つの島状領域が一つまたは複数個の幅10
μmの結合部でつながった形状になるようにパターン形
成する。
First, in the same manner as in Embodiment 2, SiO 2
An amorphous Si film is formed to a thickness of 100 nm on a glass substrate having a thickness of 200 nm, and a part thereof is etched to form two or more island regions having one or more widths of 10 nm.
A pattern is formed so as to have a shape connected by a joint of μm.

【0116】次に、実施形態6と同様にして、全面にS
iO2膜を100nmの厚みに形成し、結合部に対して
一方側の非晶質Si膜の一部が露出するように、SiO
2膜をエッチングして開口する。このとき、非晶質Si
膜の露出部とくびれ部との距離は10μmとする。
Next, as in the sixth embodiment, S
An iO 2 film is formed to a thickness of 100 nm, and the SiO 2 film is formed so as to expose a part of the amorphous Si film on one side with respect to the joint.
2 Open the film by etching. At this time, the amorphous Si
The distance between the exposed portion and the constricted portion of the film is 10 μm.

【0117】次に、全面にNiを1nmの厚みに蒸着
し、全体を炉で580℃になるように略均一に加熱する
ことにより、非晶質Si膜の露出部において非晶質Si
膜とNiが反応して生じた結晶核を種として固相成長さ
せる。結晶成長が結合部を通過した時点で炉による加熱
を止める。
Next, Ni is vapor-deposited on the entire surface to a thickness of 1 nm, and the whole is heated substantially uniformly at 580 ° C. in a furnace so that the amorphous Si film is exposed at the exposed portion of the amorphous Si film.
Solid phase growth is performed using crystal nuclei generated by the reaction between the film and Ni as seeds. When the crystal growth has passed through the joint, the heating by the furnace is stopped.

【0118】パルス発振のライン状レーザービームを用
いた場合には、結合部で一つの結晶粒を選択して、それ
を種として結晶成長させない限り、幅が1μm程度の細
長い結晶粒の並んだ結晶がレーザーの送り方向に成長す
るだけである。これに対して、触媒物質を導入して固相
成長させた場合には、結晶成長しやすい結晶方位を有す
る結晶粒が優先的に大きくなり、その結果、比較的大き
な結晶粒からなる結晶が得られ、結合部での選択効果が
高くなる。
In the case where a pulsed linear laser beam is used, one crystal grain is selected at a coupling portion, and unless a crystal is grown using the crystal grain as a seed, a crystal in which elongated crystal grains having a width of about 1 μm are arranged. Only grows in the direction of the laser beam. In contrast, when solid phase growth is performed by introducing a catalytic substance, crystal grains having crystal orientations that facilitate crystal growth are preferentially larger, and as a result, crystals composed of relatively large crystal grains are obtained. Therefore, the effect of selection at the joint is enhanced.

【0119】次に、ライン状レーザービームを実施形態
1と同様の移動速度で移動させながら0.5μmステッ
プで断続的に照射して熔融固化を繰り返し、加熱部を固
相成長が終了した箇所から結合部に対して反対側へ移動
させて、くびれ部で選択された結晶粒を種として横方向
に結晶成長させる。この際には、ガラス基板全体を40
0℃に加熱しておく。
Next, the linear laser beam is intermittently irradiated in 0.5 μm steps while being moved at the same moving speed as in the first embodiment, and is repeatedly melted and solidified. The crystal is moved in the opposite direction with respect to the joint portion, and the crystal grains selected in the narrow portion are grown as seeds in the lateral direction. In this case, the entire glass substrate is
Heat to 0 ° C.

【0120】(実施形態13)本実施形態13は、上述
した実施形態1、実施形態3、実施形態5、実施形態
7、実施形態9または実施形態11による結晶性半導体
膜の形成方法において、結晶核を発生させたい側とは反
対側の半導体膜の島状領域において、くびれ部から伸び
る二辺を、ライン状エネルギービームの移動方向に対し
て垂直な方向から傾斜させるものである。
(Thirteenth Embodiment) The thirteenth embodiment is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film according to the first, third, fifth, seventh, ninth or eleventh embodiments described above. In the island-shaped region of the semiconductor film opposite to the side where the nucleus is to be generated, two sides extending from the constricted portion are inclined from a direction perpendicular to the moving direction of the linear energy beam.

【0121】図9(a)は実施形態13の結晶性半導体
膜の形成方法における半導体膜の形状を説明するための
上面図であり、図9(b)は比較のために実施形態13
とは異なる形状で結晶成長を行った場合における結晶粒
の成長の様子を模式的に示す図である。
FIG. 9A is a top view for explaining the shape of the semiconductor film in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the thirteenth embodiment, and FIG.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a state of crystal grain growth when crystal growth is performed in a shape different from that of FIG.

【0122】まず、図9(a)に示すように、実施形態
1と同様にして、SiO2膜を200nmの厚みに形成
したガラス基板上に、幅1μmで長さが5μmのくびれ
部4を有する非晶質Si膜3を100nmの厚みに形成
する。このとき、結晶核を発生させたい側35Aとは反
対側の半導体膜の島状領域35Bにおいて、くびれ部4
から伸びる二辺を、ライン状エネルギービームの移動方
向に対して垂直な方向から傾斜させる。
First, as shown in FIG. 9A, a constricted portion 4 having a width of 1 μm and a length of 5 μm was formed on a glass substrate having a 200 nm thick SiO 2 film in the same manner as in the first embodiment. The amorphous Si film 3 having a thickness of 100 nm is formed. At this time, the constricted portion 4 is formed in the island-shaped region 35B of the semiconductor film opposite to the side 35A where the crystal nucleus is to be generated.
Are inclined from a direction perpendicular to the moving direction of the linear energy beam.

【0123】次に、必要に応じて、全面に触媒物質であ
るNiを1nm蒸着するか、または、非晶質Si膜3の
一部が露出するようにSiO2膜を100nmの厚みに
形成し、触媒物質であるNiを1nm蒸着する。
Next, if necessary, Ni as a catalyst substance is deposited to a thickness of 1 nm on the entire surface, or a SiO 2 film is formed to a thickness of 100 nm so that a part of the amorphous Si film 3 is exposed. Then, Ni as a catalyst substance is deposited to a thickness of 1 nm.

【0124】加熱法としては、触媒物質を導入しない
か、または全面に導入する場合には、ライン状レーザー
ビームを実施形態1と同様の移動速度で移動させながら
0.5μmステップで断続的に照射して熔融固化を繰り
返し、加熱部をくびれ部4に対して一方側の島状領域3
5Aからくびれ部4を通って反対側の島状領域35Bへ
移動させて、くびれ部4で選択された結晶粒を種として
横方向に結晶成長させる。この際には、ガラス基板全体
を400℃に加熱しておく。
As a heating method, when the catalytic substance is not introduced, or when the catalytic substance is introduced over the entire surface, the linear laser beam is intermittently irradiated in 0.5 μm steps while moving at the same moving speed as in the first embodiment. And the solidification is repeated, and the heating part is confined to the constricted part 4 on one side of the island region
The crystal is moved from 5A through the constricted portion 4 to the island region 35B on the opposite side, and the crystal grains selected in the constricted portion 4 are grown as seeds in the lateral direction. At this time, the entire glass substrate is heated to 400 ° C.

【0125】一方、触媒物質を導入する場合には、全て
の結晶成長をライン状レーザービームによる加熱によっ
て行ってもよいが、くびれ部4までの結晶成長をライン
状レーザービームにより行い、その後で均一加熱を行っ
てもよく、または、くびれ部4までの結晶成長を均一加
熱により行い、その後でライン状レーザービームによる
加熱を行ってもよい。
On the other hand, when the catalytic substance is introduced, all the crystal growth may be performed by heating with a linear laser beam. However, the crystal growth up to the constricted portion 4 is performed by the linear laser beam, and thereafter, the uniform growth is performed. Heating may be performed, or crystal growth up to the constricted portion 4 may be performed by uniform heating, and then heating by a linear laser beam may be performed.

【0126】図9(b)に、島状領域36Bにおいて、
くびれ部4から伸びる二辺がライン状エネルギービーム
の移動方向に対して垂直である場合について、結晶核の
発生と結晶粒の成長の様子を模式的に示す。島状領域3
6Bにライン状レーザービームが最初に照射されたとき
に、くびれ部4まで成長してきた島状領域36Aの結晶
粒を種として横方向に結晶成長する速度は有限である。
このため、島状領域36Bの幅が広い場合には、上記結
晶粒を種として成長しきれず、くびれ部4から離れた領
域ではランダムな結晶核発生10が生じる。そして、こ
のランダムに発生した結晶核10を種として成長した結
晶粒11が生じ、島状領域36B全体を、くびれ部4を
通過した結晶粒を種として結晶成長させることができな
くなる。
FIG. 9B shows that the island-like region 36 B
In the case where two sides extending from the constricted portion 4 are perpendicular to the moving direction of the linear energy beam, the state of generation of crystal nuclei and growth of crystal grains are schematically shown. Island area 3
When the line-shaped laser beam is first irradiated on 6B, the crystal growth rate in the lateral direction is limited by using the crystal grains of the island-shaped region 36A that has grown to the constricted portion 4 as a seed.
For this reason, when the width of the island region 36B is wide, the crystal grains cannot grow as seeds, and a random crystal nucleus generation 10 occurs in a region away from the constriction 4. Then, crystal grains 11 grown using the randomly generated crystal nuclei 10 as seeds are generated, and it becomes impossible to grow the entire island-like region 36B using the crystal grains that have passed through the constricted portion 4 as seeds.

【0127】これに対して、図9(a)に示すように、
島状領域35Bにおいて、くびれ部4から伸びる二辺を
ライン状エネルギービームの移動方向に対して垂直から
傾斜させた場合には、ランダムな核発生を抑えて、幅の
広い島状領域35B全体を、くびれ部4を通過した結晶
粒を種として結晶成長させることができる。
On the other hand, as shown in FIG.
In the case where the two sides extending from the constricted portion 4 are inclined from a direction perpendicular to the moving direction of the linear energy beam in the island region 35B, random nucleation is suppressed, and the entire wide island region 35B is reduced. The crystal can be grown using the crystal grains that have passed through the constricted portion 4 as seeds.

【0128】(実施形態14)本実施形態14は、上述
した実施形態2、実施形態4、実施形態6、実施形態
8、実施形態10または実施形態12による結晶性半導
体膜の形成方法において、結晶核を発生させたい側とは
反対側の半導体膜の島状領域において、結合部から伸び
る二辺のうち、ライン状エネルギービームの移動方向と
略平行ではない辺を、ライン状エネルギービームの移動
方向に対して垂直な方向から傾斜させるものである。
(Embodiment 14) Embodiment 14 is directed to a method of forming a crystalline semiconductor film according to Embodiment 2, Embodiment 4, Embodiment 6, Embodiment 8, Embodiment 10 or Embodiment 12 described above. In the island region of the semiconductor film opposite to the side where the nucleus is to be generated, of the two sides extending from the coupling portion, the side that is not substantially parallel to the moving direction of the linear energy beam is defined as the moving direction of the linear energy beam. Is inclined from a direction perpendicular to the direction.

【0129】図10(a)は実施形態14の結晶性半導
体膜の形成方法における半導体膜の形状を説明するため
の上面図であり、図10(b)は比較のために実施形態
14とは異なる形状で結晶成長を行った場合における結
晶粒の成長の様子を模式的に示す図である。
FIG. 10A is a top view for explaining the shape of the semiconductor film in the method for forming a crystalline semiconductor film of Embodiment 14, and FIG. 10B is different from Embodiment 14 for comparison. It is a figure which shows typically the mode of growth of a crystal grain when crystal growth is performed in a different shape.

【0130】まず、図10(a)に示すように、実施形
態2と同様にして、SiO2膜を200nmの厚みに形
成したガラス基板上に非晶質Si膜3を100nmの厚
みに形成し、その一部をエッチングして、二つの島状領
域が幅10μmの結合部7でつながった形状になるよう
にパターン形成する。このとき、結晶核を発生させたい
側37Aとは反対側の半導体膜の島状領域37Bにおい
て、結合部7から伸びる二辺のうち、ライン状エネルギ
ービームの移動方向と略平行ではない辺を、ライン状エ
ネルギービームの移動方向に対して垂直な方向から傾斜
させる。
First, as shown in FIG. 10A, an amorphous Si film 3 having a thickness of 100 nm was formed on a glass substrate having a SiO 2 film having a thickness of 200 nm in the same manner as in the second embodiment. Then, a part thereof is etched to form a pattern such that the two island-shaped regions are connected by a joint 7 having a width of 10 μm. At this time, in the island-like region 37B of the semiconductor film opposite to the side 37A where the crystal nucleus is to be generated, of the two sides extending from the coupling portion 7, the side that is not substantially parallel to the moving direction of the linear energy beam is It is inclined from a direction perpendicular to the moving direction of the linear energy beam.

【0131】次に、必要に応じて、全面に触媒物質であ
るNiを1nm蒸着するか、または、非晶質Si膜3の
一部が露出するようにSiO2膜を100nmの厚みに
形成し、触媒物質であるNiを1nm蒸着する。
Next, if necessary, Ni as a catalyst substance is deposited to a thickness of 1 nm on the entire surface, or a SiO 2 film is formed to a thickness of 100 nm so that a part of the amorphous Si film 3 is exposed. Then, Ni as a catalyst substance is deposited to a thickness of 1 nm.

【0132】加熱法としては、触媒物質を導入しない
か、または全面に導入する場合には、ライン状レーザー
ビームを実施形態1と同様の移動速度で移動させながら
0.5μmステップで断続的に照射して熔融固化を繰り
返し、加熱部を結合部7に対して一方側の島状領域37
Aから結合部7を通って反対側の島状領域37Bへ移動
させて、結合部7で選択された結晶粒を種として横方向
に結晶成長させる。この際には、ガラス基板全体を40
0℃に加熱しておく。
As a heating method, when the catalytic substance is not introduced or is introduced over the entire surface, the linear laser beam is intermittently irradiated in 0.5 μm steps while moving at the same moving speed as in the first embodiment. Then, the solidification is repeated, and the heating part is connected to the joint part 7 on one side of the island-like region 37.
A is moved from A to the island-like region 37B on the opposite side through the joint 7 and the crystal grains selected at the joint 7 are grown as seeds in the lateral direction. In this case, the entire glass substrate is
Heat to 0 ° C.

【0133】一方、触媒物質を導入する場合には、全て
の結晶成長をライン状レーザービームによる加熱によっ
て行ってもよいが、結合部7までの結晶成長をライン状
レーザービームにより行い、その後で均一加熱を行って
もよく、または、結合部7までの結晶成長を均一加熱に
より行い、その後でライン状レーザービームによる加熱
を行ってもよい。
On the other hand, when a catalytic substance is introduced, all the crystal growth may be performed by heating with a linear laser beam. Heating may be performed, or crystal growth up to the bonding portion 7 may be performed by uniform heating, and then heating by a linear laser beam may be performed.

【0134】図10(b)に、島状領域38Bにおい
て、結合部7から伸びる二辺のうち、ライン状エネルギ
ービームの移動方向と略平行ではない辺がライン状エネ
ルギービームの移動方向に対して垂直である場合につい
て、結晶核の発生と結晶粒の成長の様子を模式的に示
す。島状領域38Bにライン状レーザービームが最初に
照射されたときに、結合部7まで成長してきた島状領域
38Aの結晶粒を種として横方向に結晶成長する速度は
有限である。このため、島状領域38Bの幅が広い場合
には、上記結晶粒を種として成長しきれず、結合部7か
ら離れた領域ではランダムな結晶核発生10が生じる。
そして、このランダムに発生した結晶核10を種として
成長した結晶粒11が生じ、島状領域38B全体を、結
合部7を通過した結晶粒を種として結晶成長させること
ができなくなる。
In FIG. 10B, in the island-like region 38B, of the two sides extending from the coupling portion 7, the side that is not substantially parallel to the moving direction of the linear energy beam corresponds to the moving direction of the linear energy beam. The state of generation of crystal nuclei and growth of crystal grains in the case of vertical direction is schematically shown. When the line-shaped laser beam is first irradiated on the island-shaped region 38B, the crystal growth rate in the lateral direction is limited by using the crystal grains of the island-shaped region 38A grown to the joint portion 7 as seeds. For this reason, when the width of the island region 38B is wide, the crystal grains cannot grow completely as seeds, and random crystal nucleus generation 10 occurs in a region away from the joint 7.
Then, crystal grains 11 grown by using the randomly generated crystal nuclei 10 as seeds are generated, and it becomes impossible to grow the entire island-like region 38B using the crystal grains that have passed through the coupling portion 7 as seeds.

【0135】これに対して、図10(a)に示すよう
に、島状領域37Bにおいて、結合部7から伸びる二辺
のうち、ライン状エネルギービームの移動方向と略平行
ではない辺をライン状エネルギービームの移動方向に対
して垂直から傾斜させた場合には、ランダムな核発生を
抑えて、幅の広い島状領域37B全体を、結合部7を通
過した結晶粒を種として結晶成長させることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 10A, in the island-like region 37B, of the two sides extending from the coupling portion 7, the side that is not substantially parallel to the moving direction of the linear energy beam is defined as a line. When tilted from the direction perpendicular to the moving direction of the energy beam, random nucleation is suppressed, and the entire wide island-like region 37B is grown using the crystal grains that have passed through the coupling portion 7 as seeds. Can be.

【0136】(実施形態15)この実施形態15では、
上述した各実施形態のいずれかによる結晶性半導体膜の
形成方法で作製した結晶性Si膜を用いて、薄膜トラン
ジスタ等からなる液晶ドライバーや半導体メモリー、半
導体論理回路等の半導体装置を作製する方法を説明す
る。
(Embodiment 15) In this embodiment 15,
A method for manufacturing a semiconductor device such as a liquid crystal driver including a thin film transistor, a semiconductor memory, a semiconductor logic circuit, or the like using a crystalline Si film manufactured by the method for forming a crystalline semiconductor film according to any of the above-described embodiments will be described. I do.

【0137】図11は、実施形態15の半導体装置の製
造工程を説明するための断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the fifteenth embodiment.

【0138】まず、SiO2膜を200nmの厚みに形
成したガラス基板1上に、上記実施形態1〜実施形態1
5のようにして作製した結晶性Si膜12を、RIE法
によりCF4ガスとO2ガスを用いてパターニングする。
次に、通常の薄膜トランジスタ作製工程と同様にして、
プラズマCVD法によりTEOS(テトラエトキシシラ
ン)ガスとO3ガスを用いてゲートSiO2膜13を形成
する。その上にスパッタリング法によりWSi2/多結
晶Siを形成し、RIE法によりCF4ガスとCHF3
スを用いてパターニングしてゲート電極14を形成す
る。続いて、ソース・ドレイン領域にイオンドーピング
法によりP(リン)やB(ホウ素)の注入を行い、プラ
ズマCVD法によりTEOSガスとO3ガスを用いてS
iO2膜15を形成した後、RIE法によりCF4ガスと
CHF3ガスを用いてSiO2膜15のエッチングを行っ
てコンタクトホールを形成する。この上にスパッタリン
グ法によりAl配線16を形成し、プラズマCVD法に
よりSiH4ガスとNH3ガスとN2ガスを用いてSiN
保護膜17を形成する。その後、RIE法によりCF4
ガスとCHF3ガスを用いてSiN保護膜17の一部を
エッチングして窓開けすることにより、薄膜トランジス
タや抵抗、キャパシタ等の半導体素子を備えた液晶ドラ
イバーや半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装
置を作製する。
First, on the glass substrate 1 on which the SiO 2 film was formed to a thickness of 200 nm, the first to first embodiments were used.
The crystalline Si film 12 produced as in 5 is patterned by RIE using CF 4 gas and O 2 gas.
Next, in the same manner as a normal thin film transistor manufacturing process,
A gate SiO 2 film 13 is formed by a plasma CVD method using a TEOS (tetraethoxysilane) gas and an O 3 gas. WSi 2 / polycrystalline Si is formed thereon by sputtering, and patterning is performed by RIE using CF 4 gas and CHF 3 gas to form a gate electrode 14. Subsequently, P (phosphorus) or B (boron) is implanted into the source / drain regions by an ion doping method, and S is formed by a plasma CVD method using TEOS gas and O 3 gas.
After the iO 2 film 15 is formed, the SiO 2 film 15 is etched by RIE using CF 4 gas and CHF 3 gas to form a contact hole. An Al wiring 16 is formed thereon by sputtering, and SiN is formed by plasma CVD using SiH 4 gas, NH 3 gas and N 2 gas.
A protective film 17 is formed. Then, CF 4 was obtained by the RIE method.
By etching a part of the SiN protective film 17 using a gas and CHF 3 gas to open a window, a semiconductor device such as a liquid crystal driver, a semiconductor memory, a semiconductor logic circuit or the like having a semiconductor element such as a thin film transistor, a resistor, and a capacitor. Is prepared.

【0139】このようにして得られる半導体装置は、ト
ランジスタのキャリア移動度を大きく、閾値電圧を小さ
くすることができ、また、これらのバラツキも小さくす
ることができ、特性の向上を図ることができた。
In the semiconductor device obtained in this manner, the carrier mobility of the transistor can be increased, the threshold voltage can be reduced, and these variations can be reduced, and the characteristics can be improved. Was.

【0140】(実施形態16)この実施形態16では、
本発明の半導体装置を備えたディスプレイ装置を作製す
る方法を説明する。
(Embodiment 16) In this embodiment 16,
A method for manufacturing a display device including the semiconductor device of the present invention will be described.

【0141】この実施形態16では、上述した実施形態
15と同様に作製した半導体装置を用いた液晶ディスプ
レイ装置を作製する方法を説明する。
In the sixteenth embodiment, a method of manufacturing a liquid crystal display device using a semiconductor device manufactured in the same manner as in the fifteenth embodiment will be described.

【0142】図12は、実施形態16のディスプレイ装
置の製造工程を説明するための断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the display device of the sixteenth embodiment.

【0143】まず、図12(a)に示すように、上記実
施形態15においてAl配線16まで作製した半導体装
置上に、プラズマCVD法によりTEOSガスとO3
スを用いてSiO2膜18を形成し、RIE法によりC
4ガスとCHF3ガスを用いてエッチングを行ってスル
ーホールを形成する。次に、スパッタリング法によりI
TO膜を形成し、HClとFeCl3を用いてパターニ
ングして画素電極19を形成する。その後、プラズマC
VD法によりSiH4ガスとNH3ガスとN2ガスを用い
てSiN保護膜20を形成する。その上に配向膜として
ポリイミド膜21をオフセット印刷法により形成し、ラ
ビング処理を行う。
First, as shown in FIG. 12A, an SiO 2 film 18 is formed on a semiconductor device fabricated up to the Al wiring 16 in the fifteenth embodiment by using a TEOS gas and an O 3 gas by a plasma CVD method. RIE method
Etching is performed using F 4 gas and CHF 3 gas to form through holes. Next, the I
A TO film is formed, and is patterned using HCl and FeCl 3 to form a pixel electrode 19. Then, plasma C
The SiN protective film 20 is formed by VD using SiH 4 gas, NH 3 gas, and N 2 gas. A polyimide film 21 is formed thereon as an alignment film by an offset printing method, and rubbing is performed.

【0144】一方、図12(b)に示すように、別のガ
ラス基板22に赤、緑、青の各感光性樹脂膜の付いたフ
ィルムを熱圧着して転写、フォトリソグラフィー工程に
よるパターニングを行う。さらに、赤、緑、青の間のス
ペースに、ブラックマトリクス部を同様に形成して、カ
ラーフィルター23を作製する。この上にスパッタリン
グ法によりITO膜24を形成し、その上に配向膜とし
てポリイミド膜25をオフセット印刷法により形成し、
ラビング処理を行う。
On the other hand, as shown in FIG. 12B, a film having a red, green, and blue photosensitive resin film is thermocompression-bonded to another glass substrate 22 and transferred and patterned by a photolithography process. . Further, a black matrix portion is similarly formed in a space between red, green, and blue, and the color filter 23 is manufactured. An ITO film 24 is formed thereon by a sputtering method, and a polyimide film 25 is formed thereon as an alignment film by an offset printing method.
A rubbing process is performed.

【0145】このカラーフィルター23を形成したガラ
ス基板22と、薄膜トランジスタ等の半導体装置を形成
したガラス基板1とをシール樹脂で貼り合わせる。この
際に、2枚のガラス基板間のスペースを一定にするた
め、真球状のシリカを散布しておく。その後、両基板間
に液晶を注入し、両側に偏光板を貼り付け、周辺にドラ
イバーIC等を実装して液晶ディスプレイ装置を作製す
る。
The glass substrate 22 on which the color filter 23 is formed and the glass substrate 1 on which a semiconductor device such as a thin film transistor is formed are bonded with a sealing resin. At this time, in order to keep the space between the two glass substrates constant, spherical silica is sprayed. Thereafter, a liquid crystal is injected between the two substrates, a polarizing plate is attached on both sides, and a driver IC and the like are mounted on the periphery to produce a liquid crystal display device.

【0146】このようにして得られるディスプレイ装置
は、半導体装置のキャリア移動度が高く、閾値電圧が低
く、また、これらのバラツキも小さいため、画素トラン
ジスタを小さくすることができ、高精細および高開口率
にすることができる。
In the display device thus obtained, the carrier mobility of the semiconductor device is high, the threshold voltage is low, and these variations are small. Therefore, the pixel transistor can be made small, and the high definition and the high aperture can be obtained. Rate.

【0147】なお、上記実施形態では、ガラス基板上に
SiO2膜を形成したものの上に結晶性半導体膜を形成
したが、ガラス基板に直接結晶性半導体膜を形成した
り、または石英基板、セラミック基板等に形成してもよ
い。また、ガラス基板や石英基板、セラミック基板等に
SiO2膜やSiN膜、SiON膜等の非単結晶絶縁膜
を単層または積層形成したものを用いてもよい。
In the above embodiment, the crystalline semiconductor film is formed on a glass substrate on which an SiO 2 film is formed. However, a crystalline semiconductor film can be formed directly on a glass substrate, or a quartz substrate, a ceramic substrate, or a ceramic substrate. It may be formed on a substrate or the like. Alternatively, a single-layer or stacked non-single-crystal insulating film such as a SiO 2 film, a SiN film, or a SiON film may be used over a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like.

【0148】半導体膜としてはSi膜を例に挙げたが、
SiGe膜やGaAs膜、InP膜等の半導体膜であっ
ても良い。
As the semiconductor film, an Si film has been described as an example.
A semiconductor film such as a SiGe film, a GaAs film, or an InP film may be used.

【0149】上記実施形態では、エネルギーを部分的に
加えるために、ライン状レーザービームを用いたが、ラ
イン状に整形した光、ライン状に整形した荷電粒子、点
状光をライン状に高速スキャンさせたもの、点状荷電粒
子ビームをライン状に高速スキャンさせたもの等のエネ
ルギーを用いてもよい。また、エネルギービームを走査
して断続的に照射するためには、半導体膜を形成した基
板の方を移動させてエネルギービームを断続的に照射し
てもよい。
In the above embodiment, a linear laser beam is used to partially apply energy. However, linearly shaped light, linearly shaped charged particles, and point light are scanned at high speed in a line. Energy obtained by scanning a point-like charged particle beam at a high speed in a line may be used. Further, in order to scan and irradiate the energy beam intermittently, the substrate on which the semiconductor film is formed may be moved and the energy beam may be intermittently irradiated.

【0150】半導体膜の結晶化を容易にするためにNi
を1nmの厚みに蒸着したが、0.1nm〜100nm
相当であればよい。また、Niは、スパッタリング法や
真空蒸着等の蒸着法を用いて蒸着してもよいが、Niを
含む溶液を塗布したり、イオン注入やCVD法等により
導入してもよい。半導体膜の結晶化を容易にする物質と
しては、Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Pd、Auお
よびこれらの金属を含む化合物のうちの少なくとも一種
類を導入すればよい。
Ni is used to facilitate crystallization of the semiconductor film.
Was deposited to a thickness of 1 nm, but 0.1 nm to 100 nm
It should just be considerable. In addition, Ni may be deposited by an evaporation method such as a sputtering method or a vacuum evaporation method, but may be introduced by applying a solution containing Ni, by ion implantation, a CVD method, or the like. As a substance that facilitates crystallization of the semiconductor film, at least one of Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Pd, Au, and a compound containing these metals may be introduced.

【0151】さらに、上記実施形態では非晶質Si膜を
用いたが、多結晶Si膜を用いた場合も同様にして、結
晶性半導体膜を形成することができる。
Further, in the above embodiment, an amorphous Si film is used, but a crystalline semiconductor film can be formed in the same manner when a polycrystalline Si film is used.

【0152】[0152]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
非晶質または多結晶等の半導体膜にエネルギーを加える
ことにより結晶成長させるに際して、エネルギービーム
を走査しながら断続的に照射し、不規則に発生した多数
の結晶核から成長した結晶粒のうちの一つをくびれ部ま
たは結合部で選択することにより、単一の結晶粒を種と
する大きな結晶粒または大面積の結晶性半導体膜を基板
温度を軟化点以下に保ったままで形成することができ
る。このように結晶性が改善された半導体膜を用いるこ
とにより、半導体装置やディスプレイ装置の高性能化を
図ることができる。
As described in detail above, according to the present invention,
At the time of crystal growth by applying energy to an amorphous or polycrystalline semiconductor film, it is irradiated intermittently while scanning an energy beam, and among crystal grains grown from a large number of crystal nuclei generated irregularly. By selecting one at the constricted portion or the joint portion, a large crystal grain or a large-area crystalline semiconductor film using a single crystal grain as a seed can be formed while maintaining the substrate temperature at or below the softening point. . By using a semiconductor film with improved crystallinity, the performance of a semiconductor device or a display device can be improved.

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

【図1】(a)および(b)は実施形態1の半導体膜の
形成方法について説明するための斜視図である。
FIGS. 1A and 1B are perspective views for explaining a method for forming a semiconductor film according to a first embodiment.

【図2】実施形態1の半導体膜の形成方法における結晶
粒の成長の様子を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing a state of crystal grain growth in the method of forming a semiconductor film according to the first embodiment.

【図3】(a)および(b)は実施形態2の半導体膜の
形成方法について説明するための斜視図である。
FIGS. 3A and 3B are perspective views for describing a method of forming a semiconductor film according to a second embodiment.

【図4】実施形態2の半導体膜の形成方法における結晶
粒の成長の様子を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic view showing a state of crystal grain growth in a method for forming a semiconductor film according to a second embodiment.

【図5】(a)〜(c)は実施形態5の半導体膜の形成
方法について説明するための斜視図である。
FIGS. 5A to 5C are perspective views for describing a method for forming a semiconductor film according to a fifth embodiment.

【図6】(a)〜(c)は実施形態6の半導体膜の形成
方法について説明するための斜視図である。
FIGS. 6A to 6C are perspective views for describing a method for forming a semiconductor film according to a sixth embodiment.

【図7】実施形態7の結晶性半導体膜の形成方法におけ
る半導体膜の形状を説明するための上面図である。
FIG. 7 is a top view illustrating a shape of a semiconductor film in a method for forming a crystalline semiconductor film according to a seventh embodiment.

【図8】実施形態8の結晶性半導体膜の形成方法におけ
る半導体膜の形状を説明するための上面図である。
FIG. 8 is a top view illustrating a shape of a semiconductor film in a method for forming a crystalline semiconductor film according to an eighth embodiment.

【図9】(a)は実施形態13の結晶性半導体膜の形成
方法における半導体膜の形状を説明するための上面図で
あり、(b)は比較のために実施形態13とは異なる形
状で結晶成長を行った場合における結晶粒の成長の様子
を模式的に示す図である。
9A is a top view for explaining a shape of a semiconductor film in a method for forming a crystalline semiconductor film according to Embodiment 13, and FIG. 9B is a diagram having a shape different from that of Embodiment 13 for comparison. It is a figure which shows typically the mode of growth of the crystal grain at the time of performing crystal growth.

【図10】(a)は実施形態14の結晶性半導体膜の形
成方法における半導体膜の形状を説明するための上面図
であり、(b)は比較のために実施形態14とは異なる
形状で結晶成長を行った場合における結晶粒の成長の様
子を模式的に示す図である。
FIG. 10A is a top view for explaining a shape of a semiconductor film in a method for forming a crystalline semiconductor film of Embodiment 14, and FIG. 10B is a diagram having a shape different from that of Embodiment 14 for comparison. It is a figure which shows typically the mode of growth of the crystal grain at the time of performing crystal growth.

【図11】実施形態15の半導体装置の製造工程につい
て説明するための断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view for describing a manufacturing step of the semiconductor device of the fifteenth embodiment.

【図12】(a)および(b)は実施形態16のディス
プレイ装置の製造工程について説明するための断面図で
ある。
FIGS. 12A and 12B are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the display device of the sixteenth embodiment.

【図13】(a)は本発明におけるくびれ部の幅
(W)、長さ(L)および触媒物質導入領域とくびれ部
との距離(H)の定義を説明するための図であり、
(b)は本発明における結合部の幅(D)および触媒物
質導入領域と結合部との距離(K)の定義を説明するた
めの図である。
FIG. 13A is a diagram for explaining the definition of the width (W) and length (L) of the constricted portion and the distance (H) between the catalytic substance introduction region and the constricted portion in the present invention;
(B) is a diagram for explaining the definition of the width (D) of the joint and the distance (K) between the catalytic substance introduction region and the joint in the present invention.

【図14】従来例1の半導体膜の形成方法について説明
するための装置構成図である。
FIG. 14 is an apparatus configuration diagram for describing a method of forming a semiconductor film of Conventional Example 1.

【図15】従来例2の半導体膜の形成方法について説明
するための斜視図である。
FIG. 15 is a perspective view for describing a method of forming a semiconductor film of Conventional Example 2.

【図16】従来例3の半導体膜の形成方法について説明
するための平面図である。
FIG. 16 is a plan view for describing a method for forming a semiconductor film of Conventional Example 3.

【図17】(a)および(b)は従来例4の半導体膜の
形成方法について説明するための断面図である。
FIGS. 17A and 17B are cross-sectional views illustrating a method for forming a semiconductor film of Conventional Example 4. FIGS.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、22 ガラス基板 2、8、15、18、42 SiO2膜 3、43 非晶質Si膜 31A、31B、32A、32B、33A、33B、3
3C、33D、34A、34B、34C、35A、35
B、36A、36B、37A、37B、38A、38B
島状領域 4、36 くびれ部 5 ライン状レーザビーム 6 結晶粒 7 結合部 9 非晶質Si膜の露出部 10 ランダムに発生する結晶核 11 ランダムに発生した結晶核から成長した結晶粒 12 結晶性Si膜 13 ゲートSiO2膜 14 ゲート電極 16 Al配線 17、20 SiN保護膜 19 画素電極 21、25 ポリイミド膜 23 カラーフィルター 24 ITO膜 26 エキシマ−レーザー光源 27 マスク 28 ステージ 29 試料 30 減光器 31 ミラー 32 レンズ 33、41 基板 34、37 多結晶Si膜 35 結晶方位のフィルター部 38 多結晶Si膜の除去部 39 細い部分 40 結晶成長方向 44 触媒材料の膜 V ライン状レーザビームの移動方向 W くびれ部の幅 L くびれ部の長さ H 触媒物質導入領域とくびれ部との距離 D 結合部の幅 K 触媒物質導入領域と結合部との距離
1,22 glass substrate 2,8,15,18,42 SiO 2 film 3,43 amorphous Si film 31A, 31B, 32A, 32B, 33A, 33B, 3
3C, 33D, 34A, 34B, 34C, 35A, 35
B, 36A, 36B, 37A, 37B, 38A, 38B
Island-shaped region 4, 36 Narrow portion 5 Line-shaped laser beam 6 Crystal grain 7 Bonding portion 9 Exposed portion of amorphous Si film 10 Randomly generated crystal nucleus 11 Crystal grain grown from randomly generated crystal nucleus 12 Crystallinity Si film 13 Gate SiO 2 film 14 Gate electrode 16 Al wiring 17, 20 SiN protective film 19 Pixel electrode 21, 25 Polyimide film 23 Color filter 24 ITO film 26 Excimer laser light source 27 Mask 28 Stage 29 Sample 30 Dimmer 31 Mirror Reference Signs List 32 Lens 33, 41 Substrate 34, 37 Polycrystalline Si film 35 Filter part of crystal orientation 38 Removal part of Polycrystalline Si film 39 Thin part 40 Crystal growth direction 44 Film of catalytic material V Moving direction of linear laser beam W Narrow part Width L Length of constricted part H Distance between catalytic substance introduction region and constricted part D Width of the joint K Distance between the catalytic substance introduction region and the joint

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H092 JA24 KA05 MA07 MA18 MA30 NA24 5F052 AA02 AA11 BA07 DA02 DB02 FA02 FA03 FA06 FA19 JA01 5F110 BB02 BB03 BB05 CC02 DD02 DD03 DD04 DD13 DD14 DD15 EE05 EE09 EE14 FF02 FF29 GG02 GG04 GG13 GG47 HJ18 HL03 NN01 NN23 NN24 NN35 PP01 PP05 PP06 PP08 PP23 PP34 QQ04  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 2H092 JA24 KA05 MA07 MA18 MA30 NA24 5F052 AA02 AA11 BA07 DA02 DB02 FA02 FA03 FA06 FA19 JA01 5F110 BB02 BB03 BB05 CC02 DD02 DD03 DD04 DD13 DD14 DD15 EE05 EE09 EE14 FF02GG04 GG02 GG04 GG02 GG04 HJ18 HL03 NN01 NN23 NN24 NN35 PP01 PP05 PP06 PP08 PP23 PP34 QQ04

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成した非単結晶絶縁膜上また
は非単結晶絶縁基板上に半導体膜を形成し、該半導体膜
にエネルギーを加えることにより結晶化させる方法にお
いて、 該半導体膜の一部を除去して一つ以上のくびれ部と、該
くびれ部の両側につながっており、かつ、該くびれ部よ
りも幅が広い半導体膜の島状領域とを形成する工程と、 該くびれ部に対して一方側の半導体膜の島状領域から、
該くびれ部に対して反対側の半導体膜の島状領域まで、
ライン状のエネルギービームを走査しながら断続的に照
射して該半導体膜を熔融固化させることを繰り返すこと
により、該くびれ部に対して一方側の半導体膜の島状領
域で発生した結晶核から成長した結晶のうち、該くびれ
部を通過した結晶粒を種として、該くびれ部に対して反
対側の半導体膜の島状領域を結晶成長させる工程とを含
む結晶性半導体膜の形成方法。
1. A method for forming a semiconductor film over a non-single-crystal insulating film or a non-single-crystal insulating substrate formed over a substrate and applying energy to the semiconductor film to crystallize the semiconductor film. Removing a portion to form one or more constricted portions and an island-shaped region of the semiconductor film connected to both sides of the constricted portion and wider than the constricted portion; On the other hand, from the island region of the semiconductor film on one side,
Up to the island region of the semiconductor film opposite to the constricted portion,
By repeating the melting and solidification of the semiconductor film by intermittently irradiating the semiconductor film while scanning with a line-shaped energy beam, the growth from the crystal nuclei generated in the island region of the semiconductor film on one side with respect to the constricted portion. Using the crystal grains that have passed through the constricted portion as seeds, crystal growing an island-shaped region of the semiconductor film opposite to the constricted portion.
【請求項2】 基板上に形成した非単結晶絶縁膜上また
は非単結晶絶縁基板上に半導体膜を形成し、該半導体膜
にエネルギーを加えることにより結晶化させる方法にお
いて、 該半導体膜を二つ以上の島状領域が結合部でつながった
形状にパターン形成する工程と、 該結合部に対して一方側の半導体膜の島状領域から、該
結合部に対して反対側の半導体膜の島状領域まで、ライ
ン状のエネルギービームを走査しながら断続的に照射し
て該半導体膜を熔融固化させることを繰り返すことによ
り、該結合部に対して一方側の半導体膜の島状領域で発
生した結晶核から成長した結晶のうち、該結合部を通過
した結晶粒を種として、該結合部に対して反対側の半導
体膜の島状領域を結晶成長させる工程とを含む結晶性半
導体膜の形成方法。
2. A method for forming a semiconductor film on a non-single-crystal insulating film formed on a substrate or a non-single-crystal insulating substrate and crystallizing the semiconductor film by applying energy to the semiconductor film. Forming a pattern in a shape in which at least one island-shaped region is connected by a bonding portion; and forming an island of the semiconductor film opposite to the bonding portion from the island-shaped region of the semiconductor film on one side of the bonding portion. The semiconductor film is melted and solidified by intermittently irradiating the semiconductor film while scanning the line-shaped energy beam up to the joint region. Of crystal grown from a crystal nucleus, using as a seed a crystal grain that has passed through the bonding portion, and crystal-growing an island-shaped region of the semiconductor film on the opposite side to the bonding portion. Method.
【請求項3】 前記半導体膜の全面に結晶化を容易にす
る物質を導入する請求項1または請求項2に記載の結晶
性半導体膜の形成方法。
3. The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein a material that facilitates crystallization is introduced into the entire surface of the semiconductor film.
【請求項4】 前記半導体膜のうち、結晶核を発生させ
たい側の島状領域に結晶化を容易にする物質を導入する
請求項1または請求項2に記載の結晶性半導体膜の形成
方法。
4. The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein a material that facilitates crystallization is introduced into an island-shaped region of the semiconductor film on which a crystal nucleus is to be generated. .
【請求項5】 前記結晶化を容易にする物質を、前記半
導体膜のくびれ部または結合部から離れた位置に導入す
る請求項4に記載の結晶性半導体膜の形成方法。
5. The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 4, wherein the substance that facilitates crystallization is introduced at a position away from a constricted portion or a bonded portion of the semiconductor film.
【請求項6】 基板上に形成した非単結晶絶縁膜上また
は非単結晶絶縁基板上に半導体膜を形成し、該半導体膜
にエネルギーを加えることにより結晶化させる方法にお
いて、 該半導体膜の一部を除去して一つ以上のくびれ部と、該
くびれ部の両側につながっており、かつ、該くびれ部よ
りも幅が広い半導体膜の島状領域とを形成する工程と、 該半導体膜のうち、結晶核を発生させたい側の島状領域
において、該くびれ部から離れた位置に結晶化を容易に
する物質を導入する工程と、 該結晶化を容易にする物質を導入した領域から該くびれ
部の方向に向かって、ライン状のエネルギービームを走
査しながら断続的に照射して、横方向の結晶成長が該く
びれ部を通過するまで該半導体膜を熔融固化させること
を繰り返す工程と、 全体を加熱することにより、該くびれ部を通過した結晶
粒を種として、該結晶化を容易にする物質を導入してい
ない側の半導体膜の島状領域を横方向に固相成長させる
工程とを含む結晶性半導体膜の形成方法。
6. A method for forming a semiconductor film on a non-single-crystal insulating film formed on a substrate or a non-single-crystal insulating substrate and crystallizing the semiconductor film by applying energy to the semiconductor film. Removing the portion to form one or more constricted portions and an island-shaped region of the semiconductor film connected to both sides of the constricted portion and wider than the constricted portion; A step of introducing a substance that facilitates crystallization at a position away from the constriction in the island-shaped region on the side where crystal nuclei are to be generated; and Repeating the step of irradiating the semiconductor film intermittently while scanning a linear energy beam in the direction of the constricted portion, and melting and solidifying the semiconductor film until lateral crystal growth passes through the constricted portion; Heat the whole And, by using the crystal grains that have passed through the constricted portion as seeds, laterally solid-phase growing the island regions of the semiconductor film on the side where the substance that facilitates the crystallization is not introduced. A method for forming a semiconductor film.
【請求項7】 基板上に形成した非単結晶絶縁膜上また
は非単結晶絶縁基板上に半導体膜を形成し、該半導体膜
にエネルギーを加えることにより結晶化させる方法にお
いて、 該半導体膜を二つ以上の島状領域が結合部でつながった
形状にパターン形成する工程と、 該半導体膜のうち、結晶核を発生させたい側の島状領域
において、該結合部から離れた位置に結晶化を容易にす
る物質を導入する工程と、 該結晶化を容易にする物質を導入した領域から該結合部
の方向に向かって、ライン状のエネルギービームを走査
しながら断続的に照射して、横方向の結晶成長が該結合
部を通過するまで該半導体膜を熔融固化させることを繰
り返す工程と、 全体を加熱することにより、該結合部を通過した結晶粒
を種として、該結晶化を容易にする物質を導入していな
い側の半導体膜の島状領域を横方向に固相成長させる工
程とを含む結晶性半導体膜の形成方法。
7. A method for forming a semiconductor film on a non-single-crystal insulating film formed on a substrate or a non-single-crystal insulating substrate and crystallizing the semiconductor film by applying energy to the semiconductor film. Forming a pattern in a shape in which at least one island region is connected by a bonding portion; and crystallizing the semiconductor film at a position away from the bonding portion in the island region on the side where a crystal nucleus is desired to be generated. A step of introducing a substance for facilitating the irradiation, and intermittently irradiating while scanning a linear energy beam from the region where the substance for facilitating the crystallization is introduced toward the joint, and Repeating the step of fusing and solidifying the semiconductor film until the crystal growth of the semiconductor film passes through the bonding portion; and heating the whole to facilitate the crystallization by using the crystal grains that have passed through the bonding portion as seeds. Guide the substance Method of forming a crystalline semiconductor film including an island-like region on the side of the semiconductor film that is not a step of solid-phase crystallization in the lateral direction.
【請求項8】 基板上に形成した非単結晶絶縁膜上また
は非単結晶絶縁基板上に半導体膜を形成し、該半導体膜
にエネルギーを加えることにより結晶化させる方法にお
いて、 該半導体膜の一部を除去して一つ以上のくびれ部と、該
くびれ部の両側につながっており、かつ、該くびれ部よ
りも幅が広い半導体膜の島状領域とを形成する工程と、 該半導体膜のうち、結晶核を発生させたい側の島状領域
において、該くびれ部から離れた位置に結晶化を容易に
する物質を導入する工程と、 全体を加熱することにより、該結晶化を容易にする物質
を導入した領域から横方向の固相成長が該くびれ部を通
過するまで該半導体膜を固相成長させる工程と、 該横方向の固相成長が終了した領域から該くびれ部から
遠ざかる方向に向かって、ライン状のエネルギービーム
を走査しながら断続的に照射して該半導体膜を熔融固化
させることにより、該くびれ部を通過した結晶粒を種と
して、該結晶化を容易にする物質を導入していない側の
半導体膜の島状領域を横方向に結晶成長させる工程とを
含む結晶性半導体膜の形成方法。
8. A method for forming a semiconductor film on a non-single-crystal insulating film or a non-single-crystal insulating substrate formed on a substrate and applying energy to the semiconductor film to crystallize the semiconductor film. Removing the portion to form one or more constricted portions and an island-shaped region of the semiconductor film connected to both sides of the constricted portion and wider than the constricted portion; A step of introducing a substance that facilitates crystallization at a position away from the constriction in the island region on the side where crystal nuclei are to be generated; and heating the whole to facilitate the crystallization. Solid-phase growing the semiconductor film from the region into which the substance has been introduced until the solid phase growth in the lateral direction passes through the constriction; and moving away from the constriction from the region where the solid-phase growth in the lateral direction has been completed. Towards, line-shaped energy The semiconductor film on the side where the substance that facilitates the crystallization is not introduced by using the crystal grains that have passed through the constricted portion as seeds by intermittently irradiating the semiconductor film while scanning with the energy beam to melt and solidify the semiconductor film. Forming a crystalline semiconductor film laterally in the island-shaped region.
【請求項9】 基板上に形成した非単結晶絶縁膜上また
は非単結晶絶縁基板上に半導体膜を形成し、該半導体膜
にエネルギーを加えることにより結晶化させる方法にお
いて、 該半導体膜を二つ以上の島状領域が結合部でつながった
形状にパターン形成する工程と、 該半導体膜のうち、結晶核を発生させたい側の島状領域
において、該結合部から離れた位置に結晶化を容易にす
る物質を導入する工程と、 全体を加熱することにより、該結晶化を容易にする物質
を導入した領域から横方向の固相成長が該結合部を通過
するまで該半導体膜を固相成長させる工程と、 該横方向の固相成長が終了した領域から該結合部から遠
ざかる方向に向かって、ライン状のエネルギービームを
走査しながら断続的に照射して該半導体膜を熔融固化さ
せることにより、該結合部を通過した結晶粒を種とし
て、該結晶化を容易にする物質を導入していない側の半
導体膜の島状領域を横方向に結晶成長させる工程とを含
む結晶性半導体膜の形成方法。
9. A method for forming a semiconductor film on a non-single-crystal insulating film formed on a substrate or a non-single-crystal insulating substrate and crystallizing the semiconductor film by applying energy to the semiconductor film. Forming a pattern in a shape in which at least one island region is connected by a bonding portion; and crystallizing the semiconductor film at a position away from the bonding portion in the island region on the side where a crystal nucleus is desired to be generated. Heating the whole, so that the semiconductor film is solid-phased from the region where the material for facilitating crystallization is introduced until the solid-phase growth in the lateral direction passes through the bonding portion. Growing the semiconductor film by intermittently irradiating the semiconductor film while scanning a linear energy beam from the region where the lateral solid phase growth has been completed, in a direction away from the coupling portion. By Using the crystal grains that have passed through the bonding portion as seeds to laterally grow an island-shaped region of the semiconductor film on the side where the substance that facilitates crystallization is not introduced. Forming method.
【請求項10】 前記くびれ部に対して結晶核を発生さ
せたい領域とは反対側の半導体膜の島状領域において、
該くびれ部から伸びる二辺を、ライン状エネルギービー
ムの移動方向に対して垂直な方向から傾斜させる請求項
1、請求項3乃至請求項6のいずれかまたは請求項8に
記載の結晶性半導体膜の形成方法。
10. An island region of a semiconductor film opposite to a region where a crystal nucleus is to be generated with respect to the constricted portion,
9. The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein two sides extending from the constricted portion are inclined from a direction perpendicular to a moving direction of the linear energy beam. Formation method.
【請求項11】 前記結合部に対して結晶核を発生させ
たい領域とは反対側の半導体膜の島状領域において、該
結合部から伸びる二辺のうち、ライン状エネルギービー
ムの移動方向と略平行ではない辺を、ライン状エネルギ
ービームの移動方向に対して垂直な方向から傾斜させる
請求項2乃至請求項5のいずれか、請求項7または請求
項9に記載の結晶性半導体膜の形成方法。
11. An island-shaped region of the semiconductor film opposite to a region where a crystal nucleus is to be generated with respect to the coupling portion. The method for forming a crystalline semiconductor film according to any one of claims 2 to 5, wherein the non-parallel side is inclined from a direction perpendicular to a moving direction of the linear energy beam. .
【請求項12】 前記半導体膜をシリコン材料を用いて
形成する請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の結
晶性半導体膜の形成方法。
12. The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor film is formed using a silicon material.
【請求項13】 前記結晶化を容易にするための物質と
して、Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Pd、Auおよ
びこれらの金属を含む化合物のうちの少なくとも一種類
を導入する請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の
結晶性半導体膜の形成方法。
13. A material for facilitating crystallization, wherein at least one of Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Pd, Au and a compound containing these metals is introduced. A method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 12.
【請求項14】 前記半導体膜に結晶化を容易にする物
質を導入する領域と、前記くびれ部との距離を5μm以
上に形成する請求項5、請求項6、請求項8、請求項1
0、請求項12または請求項13に記載の結晶性半導体
膜の形成方法。
14. The semiconductor device according to claim 5, wherein a distance between a region into which a substance for facilitating crystallization is introduced and the constricted portion is formed to be 5 μm or more.
14. The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 12.
【請求項15】 前記くびれ部の幅を0.1μm以上1
0μm以下に形成する請求項1、請求項3乃至請求項6
のいずれか、請求項8、請求項10または請求項12乃
至請求項14のいずれかに記載の結晶性半導体膜の形成
方法。
15. The width of the constricted portion is 0.1 μm or more and 1
7. The semiconductor device according to claim 1, which is formed to a thickness of 0 μm or less.
15. The method for forming a crystalline semiconductor film according to any one of claims 8, 10, and 12 to 14.
【請求項16】 前記くびれ部の長さを0.5μm以上
100μm以下に形成する請求項1、請求項3乃至請求
項6のいずれか、請求項8、請求項10または請求項1
2乃至請求項15のいずれかに記載の結晶性半導体膜の
形成方法。
16. The method according to claim 1, wherein said constricted portion is formed to have a length of 0.5 μm or more and 100 μm or less.
The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 2.
【請求項17】 前記半導体膜に結晶化を容易にする物
質を導入する領域と、前記結合部との距離を10μm以
上に形成する請求項5、請求項7、請求項9、請求項1
1乃至請求項13のいずれかに記載の結晶性半導体膜の
形成方法。
17. The semiconductor device according to claim 5, wherein a distance between a region into which a substance for facilitating crystallization is introduced into the semiconductor film and the coupling portion is set to 10 μm or more.
The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 1.
【請求項18】 前記結合部の幅を20μm以下に形成
する請求項2乃至請求項5のいずれか、請求項7、請求
項9、請求項11乃至請求項13のいずれかまたは請求
項17記載の結晶性半導体膜の形成方法。
18. The connecting part according to claim 2, wherein the width of the connecting part is formed to be not more than 20 μm. Of forming a crystalline semiconductor film.
【請求項19】 前記ライン状エネルギービームを断続
的に照射するステップを、0.1μm以上10μm以下
の範囲とする請求項1乃至請求項18のいずれかに記載
の結晶性半導体膜の形成方法。
19. The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the step of intermittently irradiating the linear energy beam has a range of 0.1 μm or more and 10 μm or less.
【請求項20】 請求項1乃至請求項19のいずれかに
記載の結晶性半導体膜の形成方法により得られる半導体
膜を用いた半導体装置。
20. A semiconductor device using a semiconductor film obtained by the method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 1.
【請求項21】 請求項20に記載の半導体装置を備え
たディスプレイ装置。
21. A display device comprising the semiconductor device according to claim 20.
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