JP2002158173A - Method for manufacturing thin film, semiconductor thin film, semiconductor device, method for manufacturing semiconductor thin film, and system for manufacturing semiconductor thin film - Google Patents

Method for manufacturing thin film, semiconductor thin film, semiconductor device, method for manufacturing semiconductor thin film, and system for manufacturing semiconductor thin film

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JP2002158173A
JP2002158173A JP2001268736A JP2001268736A JP2002158173A JP 2002158173 A JP2002158173 A JP 2002158173A JP 2001268736 A JP2001268736 A JP 2001268736A JP 2001268736 A JP2001268736 A JP 2001268736A JP 2002158173 A JP2002158173 A JP 2002158173A
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Japan
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thin film
excimer laser
irradiation
laser
semiconductor thin
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Hideharu Nakajima
英晴 中嶋
Yoichi Negoro
陽一 根来
Setsuo Kakui
節夫 確井
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a thin film, especially a semiconductor thin film, in which volatile gases, e.g. hydrogen, in a thin film can be reduced just like a case employing an electric furnace without sacrifice of productivity while preventing breakage of the film. SOLUTION: A thin film containing volatile gas is irradiated with excimer laser light 5 having pulse width of 60 nS or longer thus degassing the thin film. The thin film can be protected against breakage even if it is recrystallized subsequently and short time processing is realized by excimer laser irradiation. Alternatively, a thin film containing 2 atm.% or more of volatile gas is irradiated with excimer laser having pulse width of 60 nS or longer thus degassing the thin film while crystallizing. Since nuclei are formed uniformly, size of crystal particles is made uniform and variations of characteristics are suppressed.

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】本発明は基板上に半導体装置
を製造するために、多結晶シリコン、アモルファスシリ
コンなどの薄膜を導体、絶縁膜、絶縁性基板などの各種
基板上に形成する薄膜の製造方法に関し、特にレーザー
照射を利用した薄膜の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film of polycrystalline silicon or amorphous silicon on a substrate such as a conductor, an insulating film, or an insulating substrate in order to manufacture a semiconductor device on the substrate. More particularly, the present invention relates to a method for producing a thin film using laser irradiation.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜半導体装置は、その一例として表示
用のアクティブマトリクス型液晶ディスプレイなどの駆
動基板への応用が期待されており、現在、その開発が活
発に進められている。薄膜トランジスタの活性層には多
結晶シリコン、非結晶シリコン、又はこの両者が積層さ
れ混在している膜などが使用されている。特に多結晶シ
リコン薄膜トランジスタは小型で高精細なアクティブマ
トリクス型カラー液晶ディスプレイを実現できるため、
その注目度が高い。透明なガラスなどの材料からなる絶
縁基板上に画素スイッチング素子としての薄膜トランジ
スタを形成するためには、従来の半導体技術では電極材
料や抵抗材料に過ぎない多結晶シリコン薄膜をトランジ
スタの活性層(チャンネル領域)に必要とされるモビリ
ティー(移動度)が得られるように改善することが必要
である。もし、このような高い移動度が得られたなら
ば、画素トランジスタと同時にこの基板上に、画素の駆
動回路まで作成することが可能となる。そして、高い移
動度を持った薄膜トランジスタを用いることで、ディス
プレイの製造工程数やコストを大幅に削減でき、同時に
信頼性の向上も可能となる。
2. Description of the Related Art Thin film semiconductor devices are expected to be applied to drive substrates such as active matrix type liquid crystal displays for display as an example, and their development is being actively promoted. Polycrystalline silicon, amorphous silicon, or a film in which both are stacked and mixed are used for the active layer of the thin film transistor. In particular, polycrystalline silicon thin film transistors can realize small, high-definition active matrix color liquid crystal displays.
Its attention is high. In order to form a thin film transistor as a pixel switching element on an insulating substrate made of a material such as transparent glass, a polycrystalline silicon thin film which is merely an electrode material or a resistance material in the conventional semiconductor technology is formed by using an active layer (channel region) of the transistor. ) Must be improved so that the required mobility can be obtained. If such a high mobility is obtained, it is possible to form a pixel driving circuit on this substrate at the same time as the pixel transistor. By using a thin film transistor having high mobility, the number of manufacturing steps and cost of a display can be significantly reduced, and at the same time, reliability can be improved.

【0003】一方、このような薄膜トランジスタのデバ
イス・プロセス技術としては、従来から900℃以上の
処理温度を採用した高温プロセスが確立されている。こ
の高温プロセスは、石英などの耐熱性の高い基板上に半
導体薄膜を成膜し、時間をかけて固相成長させて改質す
る方法で、これにより多結晶シリコンの結晶粒が大きく
成長する。この方法では、100cm/V・s程度の高
いキャリアモビリティーを得ることができるが、石英基
板は高価なため、製造コストが高くなってしまうことに
なる。
On the other hand, as a device processing technique for such a thin film transistor, a high-temperature process employing a processing temperature of 900 ° C. or higher has been established. This high-temperature process is a method in which a semiconductor thin film is formed on a substrate having high heat resistance such as quartz, and is subjected to solid phase growth over a long period of time for reforming, whereby large crystal grains of polycrystalline silicon grow. According to this method, a high carrier mobility of about 100 cm 2 / V · s can be obtained, but since the quartz substrate is expensive, the manufacturing cost is increased.

【0004】そこで、石英基板を用いたいわゆる高温プ
ロセスに代え、ガラス基板を用いて熱工程としてもガラ
スの耐熱温度以下となる約600℃以下の処理温度で作
成可能な低温多結晶プロセスが鋭意開発されている。薄
膜半導体装置の製造工程を低温プロセス化する方法とし
ては、エネルギービーム、特にレーザービームを用いた
レーザーアニ−ル技術が注目を集めており、例えば図1
5の(a)から(e)に示す方法が用いられている。
Therefore, instead of the so-called high-temperature process using a quartz substrate, a low-temperature polycrystalline process that can be formed at a processing temperature of about 600 ° C. or less, which is lower than the heat-resistant temperature of glass, using a glass substrate as a thermal process has been eagerly developed. Have been. As a method of making the manufacturing process of a thin film semiconductor device a low temperature process, a laser annealing technique using an energy beam, particularly a laser beam, has attracted attention.
The methods shown in (a) to (e) of FIG. 5 are used.

【0005】図15の(a)に示すように、例えばガラス
などの低耐熱性絶縁基板101上に非晶質シリコンなど
非晶質半導体薄膜102を成長する。この非晶質半導体
薄膜102の成膜に例えばPECVD(プラズマエンハンス
ドCVD)装置を使用した場合、膜中には水素が約2から
20at%程度含有される。そこで図15の(b)に示す
ように、基板ごと電気炉に入れ、例えば420℃、約2
時間程度の脱ガス処理を施す。この脱ガス処理により、
膜中の水素濃度は2at%未満となる。この後、図15の
(c)に示すように、レーザー光105が局部的に照射
され、その照射領域104が溶融され、レーザー光10
5を停止することで前記照射領域104の温度が低下し
て図15の(d)に示すように再結晶化領域106とな
る。このようなレーザー光105の局部的な照射を繰り
返すことで、図15の(e)に示すように、再結晶化領域
106が基板101上に広がり、結晶粒の大きな多結晶
シリコン膜を得ることができる。このELA(エキシマレ
ーザーニ−ル)法はSi、Geなどの半導体以外にも、導
体、絶縁膜などに適用可能である。
As shown in FIG. 15A, an amorphous semiconductor thin film 102 such as amorphous silicon is grown on a low heat resistant insulating substrate 101 such as glass. When, for example, a PECVD (plasma enhanced CVD) apparatus is used to form the amorphous semiconductor thin film 102, the film contains about 2 to 20 at% of hydrogen. Then, as shown in FIG. 15 (b), the substrate is put into an electric furnace,
Degas for about an hour. By this degassing process,
The hydrogen concentration in the film is less than 2 at%. Thereafter, as shown in FIG. 15C, the laser light 105 is locally irradiated, the irradiated area 104 is melted, and the laser light 10 is irradiated.
By stopping the step 5, the temperature of the irradiation area 104 is reduced to become a recrystallization area 106 as shown in FIG. By repeating such local irradiation of the laser beam 105, a recrystallized region 106 spreads over the substrate 101 and a polycrystalline silicon film having large crystal grains is obtained as shown in FIG. Can be. This ELA (Excimer Laser Niel) method can be applied to conductors, insulating films and the like in addition to semiconductors such as Si and Ge.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記多結晶シ
リコン膜を形成するプロセスにおいては、最初の非晶質
半導体薄膜102の成膜がプラズマCVDによる場合、膜
中の水素を脱ガス化するために電気炉でのアニ−ル処理
を施しているが、例えば420℃で長時間、2時間程度
の脱ガスアニ−ルを行う必要があることから生産性の向
上の妨げとなっており、且つ脱ガス処理のための熱によ
って基板が変形したり、あるいはガラスからの汚染物質
が薄膜に拡散するなどの問題が生じている。
However, in the process of forming the polycrystalline silicon film, if the first amorphous semiconductor thin film 102 is formed by plasma CVD, hydrogen in the film is degassed. Is subjected to an annealing treatment in an electric furnace, but it is necessary to carry out degassing annealing at, for example, 420 ° C. for a long time for about 2 hours, which hinders an improvement in productivity. Problems such as deformation of the substrate due to heat for the gas treatment and diffusion of contaminants from the glass into the thin film occur.

【0007】このような問題を解決する方法の1つとし
て、エキシマレーザーニ−ルを用いる方法があり、例え
ば特開平9−186336号公報および特開平9−28
3443号公報に記載されるように、この種のエキシマ
レーザーとして低エネルギーの例えば60乃至150m
J/cmでレーザー照射をすることで、脱水素化を図
る例が知られる。ところが、脱水素化の効率を高くする
ためにはエネルギー密度が高い方が良く、高いエネルギ
ー密度のままにレーザー照射した場合では、薄膜中に含
有されたガスが爆発的に発生して薄膜自体が破壊されて
しまう問題が生ずることになる。
As one of the methods for solving such a problem, there is a method using an excimer laser tool, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-186336 and 9-28.
As described in Japanese Patent No. 3443, this type of excimer laser has a low energy of, for example, 60 to 150 m.
An example is known in which laser irradiation is performed at J / cm 2 to achieve dehydrogenation. However, in order to increase the efficiency of dehydrogenation, it is better to have a high energy density.If laser irradiation is performed at a high energy density, the gas contained in the thin film explosively generates and the thin film itself becomes The problem of destruction arises.

【0008】また、特に結晶化について言えば、従来、
例えば非晶質シリコンの薄膜を成膜し、レーザービーム
を照射することで照射領域を局部的に加熱溶融した後、
レーザー発振終了と共にビームを停止することで薄膜を
冷却し再結晶化させるという方法が採られており、レー
ザービームの照射による溶融と冷却とを繰り返していく
ことで、結果として結晶粒の大きな多結晶膜を得るよう
にしている。このとき、大粒径に結晶化した半導体薄膜
では、キャリアの散乱が減ることで、膜中の電子の移動
度を高くすることができ、したがって、ここに薄膜トラ
ンジスタを形成することで、より高性能なトランジスタ
が実現できることになる。また、この結晶化した半導体
薄膜に薄膜トランジスタを多数作り込むことで、最終的
に高性能な集積回路の構築も可能である。勿論、このエ
キシマレーザーニール法(ELA法)は、Si,Geな
どの半導体以外にも、導体、絶縁膜などにも適用可能で
ある。
[0008] Particularly, regarding crystallization, conventionally,
For example, after forming a thin film of amorphous silicon and irradiating a laser beam to locally heat and melt the irradiation area,
A method is adopted in which the thin film is cooled and recrystallized by stopping the beam at the end of laser oscillation, and by repeating melting and cooling by irradiating the laser beam, as a result, polycrystals with large crystal grains are obtained. I try to get a film. At this time, in the semiconductor thin film crystallized to have a large grain size, the scattering of carriers can be reduced and the mobility of electrons in the film can be increased. Therefore, by forming a thin film transistor here, higher performance can be obtained. Transistor can be realized. Further, by forming a large number of thin film transistors in the crystallized semiconductor thin film, it is possible to finally construct a high-performance integrated circuit. Of course, this excimer laser neal method (ELA method) can be applied not only to semiconductors such as Si and Ge, but also to conductors and insulating films.

【0009】しかしながら、この結晶化に際して、例え
ばエネルギー源を面レーザーとした場合、エネルギー源
の完全な均一性は期待できない上、例えばアモルファス
シリコン(a−Si)膜の成膜の点からも、膜厚や結晶
性などの膜質を完全に均一化することは難しく、照射面
内全域において均一なサイズの結晶を発生させるという
ことは、現実的には不可能と言わざるを得ない。照射面
内全域で均一なサイズの結晶化を実現するためには、上
述した従来のレーザーアニール法での核形成よりさらに
均一で安定的な核形成が必要となる。
However, when the crystallization is performed using, for example, a surface laser as the energy source, complete uniformity of the energy source cannot be expected. In addition, for example, from the viewpoint of forming an amorphous silicon (a-Si) film, It is difficult to completely uniform the film quality such as thickness and crystallinity, and it is practically impossible to generate crystals of a uniform size over the entire irradiation surface. In order to realize crystallization of a uniform size over the entire irradiation surface, it is necessary to form nuclei more uniformly and more stably than nucleation by the conventional laser annealing method described above.

【0010】そこで、本発明は生産性を妨げることな
く、また、膜の破壊なども発生させずに、薄膜中の水素
を電気炉を用いた場合のように低減する薄膜の製造方
法、特に半導体薄膜の製造方法を提供することを目的と
する。さらに、本発明は、薄膜の膜厚や膜質などが変動
しても核形成を均一に安定的に行え、サイズの揃った多
結晶膜とすることが可能な薄膜の製造方法、半導体薄膜
の製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a method of manufacturing a thin film, particularly a semiconductor, in which hydrogen in the thin film is reduced as in an electric furnace without hindering productivity and without causing breakage of the film. It is an object to provide a method for producing a thin film. Furthermore, the present invention provides a method of manufacturing a thin film capable of uniformly and stably forming nuclei even when the thickness and quality of the thin film fluctuates, and forming a polycrystalline film having a uniform size. The aim is to provide a method.

【0011】本発明の他の目的は、このような製造方法
を用いて製造される半導体薄膜や半導体装置の提供を目
的とする。また、本発明のさらに他の目的は、良質な半
導体薄膜を生産性良く製造する半導体薄膜の製造方法お
よび半導体薄膜製造装置の提供を目的とする。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor thin film and a semiconductor device manufactured by using such a manufacturing method. Still another object of the present invention is to provide a semiconductor thin film manufacturing method and a semiconductor thin film manufacturing apparatus for manufacturing a good quality semiconductor thin film with high productivity.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜の製造方法
は、揮発性ガスを含有した薄膜にそのパルス幅が60ナ
ノ秒以上のエキシマレーザーを照射して該薄膜内の前記
揮発性ガスを脱ガスすることを特徴とする。好ましく
は、薄膜は揮発性ガスを少なくとも2%含有した膜であ
り、特に非晶質シリコン膜や多結晶シリコン膜などの半
導体薄膜であり、例えば膜厚が1nm以上とされる。ま
た、前記薄膜はプラズマCVD、低圧CVD、常圧CVD、触媒C
VD、光CVD、レーザーCVDのいずれか1つまたは複数を用
いて形成される。また、エキシマレーザーについては、
照射は単種類のレーザー照射とすることもでき、少なく
とも2種類のレーザー照射であっても良い。この少なく
とも2種類のレーザー照射は照射強度の異なるものあっ
ても良く、例示すると300mJ/cm未満の照射を
複数回繰り返すレーザー照射と300mJ/cm以上
の照射を複数回繰り返すレーザー照射からなる構成にで
きる。前記パルス幅は、好ましくは60ナノ秒以上且つ
300ナノ秒以下であり、より好ましくは100ナノ秒
以上且つ250ナノ秒以下であり、120ナノ秒以上且
つ230ナノ秒以下である。
According to a method of manufacturing a thin film of the present invention, a thin film containing a volatile gas is irradiated with an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more to remove the volatile gas in the thin film. It is characterized by degassing. Preferably, the thin film is a film containing at least 2% of a volatile gas, particularly a semiconductor thin film such as an amorphous silicon film or a polycrystalline silicon film, for example, having a thickness of 1 nm or more. The thin film is formed by plasma CVD, low pressure CVD, normal pressure CVD, catalyst C.
It is formed by using one or more of VD, optical CVD, and laser CVD. For excimer lasers,
Irradiation may be a single type of laser irradiation, or at least two types of laser irradiation. The at least two types of laser irradiation may have different irradiation intensities, and include, for example, a laser irradiation that repeats irradiation of less than 300 mJ / cm 2 a plurality of times and a laser irradiation that repeats irradiation of 300 mJ / cm 2 or more a plurality of times. Can be. The pulse width is preferably 60 ns or more and 300 ns or less, more preferably 100 ns or more and 250 ns or less, and 120 ns or more and 230 ns or less.

【0013】本発明の他の薄膜の製造方法は、揮発性ガ
スを含有した薄膜に、該薄膜の厚み方向の少なくとも一
部の領域の温度を薄膜形成材料の再結晶化温度以下に維
持するようにエキシマレーザーを照射して該薄膜内の前
記揮発性ガスを脱ガスすることを特徴とする。好ましく
はエキシマレーザーの照射時における薄膜表面付近の温
度は薄膜形成材料の再結晶化温度以下とされる。例え
ば、薄膜形成材料が少なくとも非晶質シリコン膜や多結
晶シリコン膜の場合、薄膜表面付近の温度は好ましくは
800℃から1100℃の範囲にされる。また、薄膜形
成材料は少なくとも非晶質シリコン膜及び多結晶シリコ
ン膜のいずれかを含む構造とされ、前記薄膜表面付近は
薄膜形成材料の再結晶化温度以上の温度とされ且つ前記
薄膜表面から所定深さ部分及びそれよりも深い部分の温
度は800℃から1100℃の範囲とすることもでき
る。前記薄膜表面から所定の深さ部分は例えば表面より
10nmの深さの部分であり、好ましくは5nmであり、よ
り好ましくは3nmの深さの部分である。
According to another method of manufacturing a thin film of the present invention, the temperature of at least a part of the thin film containing a volatile gas in the thickness direction of the thin film is maintained at or below the recrystallization temperature of the thin film forming material. And irradiating the film with an excimer laser to degas the volatile gas in the thin film. Preferably, the temperature near the surface of the thin film at the time of excimer laser irradiation is lower than the recrystallization temperature of the thin film forming material. For example, when the material for forming the thin film is at least an amorphous silicon film or a polycrystalline silicon film, the temperature near the surface of the thin film is preferably in the range of 800 ° C. to 1100 ° C. Further, the thin film forming material has a structure including at least one of an amorphous silicon film and a polycrystalline silicon film, and the vicinity of the thin film surface is set to a temperature equal to or higher than the recrystallization temperature of the thin film forming material. The temperature of the deep portion and the deeper portion can be in the range of 800 ° C to 1100 ° C. The predetermined depth portion from the surface of the thin film is, for example, a portion having a depth of 10 nm from the surface, preferably 5 nm, and more preferably a portion having a depth of 3 nm.

【0014】また、本発明の半導体薄膜は、揮発性ガス
を含有した状態から、そのパルス幅が60ナノ秒以上の
エキシマレーザーを照射して前記揮発性ガスが減少され
てなることを特徴とする。さらに本発明の半導体装置は
このような半導体薄膜を基板上に備えたことを特徴とす
る。好ましくは前記基板はガラス基板である。
The semiconductor thin film of the present invention is characterized in that the volatile gas is reduced by irradiating an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more from a state containing a volatile gas. . Further, the semiconductor device of the present invention is characterized in that such a semiconductor thin film is provided on a substrate. Preferably, the substrate is a glass substrate.

【0015】さらに、本発明の半導体薄膜の製造方法
は、半導体薄膜を基板上に形成した後、そのパルス幅が
60ナノ秒以上のエキシマレーザーを照射して前記半導
体薄膜内の揮発性ガスを脱ガスし、次に前記半導体薄膜
の結晶化をエネルギービームの照射により行うことを特
徴とする。前記エネルギービームはエキシマレーザーの
ビームであることが好ましい。半導体薄膜を基板上に形
成した後、大気開放することなくエキシマレーザーを照
射することができ、さらに、エキシマレーザーの照射後
に、大気開放することなくエネルギービームを照射して
も良い。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, after forming the semiconductor thin film on a substrate, the semiconductor film is irradiated with an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more to remove volatile gas in the semiconductor thin film. Gas, and then crystallization of the semiconductor thin film is performed by irradiation with an energy beam. The energy beam is preferably a beam of an excimer laser. After the semiconductor thin film is formed on the substrate, the semiconductor film can be irradiated with an excimer laser without being exposed to the atmosphere. Further, after the excimer laser irradiation, an energy beam may be irradiated without being exposed to the air.

【0016】本発明の半導体薄膜製造装置は、半導体薄
膜を成膜可能な第1処理室と、前記第1処理室に接続さ
れ処理室内に載置された基板に対してエキシマレーザー
の光を照射可能な第2処理室とを備え、パルス幅が60
ナノ秒以上の前記エキシマレーザーの光を照射して前記
基板上に形成された半導体薄膜内の揮発性ガスを脱ガス
することを特徴とする。第2処理室では好ましくはエネ
ルギービームを照射して前記半導体薄膜の結晶化がなさ
れる。
According to the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, a first processing chamber capable of forming a semiconductor thin film and a substrate connected to the first processing chamber and placed in the processing chamber are irradiated with excimer laser light. A second processing chamber capable of having a pulse width of 60
The method is characterized in that volatile gas in the semiconductor thin film formed on the substrate is degassed by irradiating the excimer laser light for nanoseconds or longer. In the second processing chamber, the semiconductor thin film is preferably crystallized by irradiating an energy beam.

【0017】本発明においては、エキシマレーザーを使
用することで、電気炉を使用した場合に比べて極めて短
時間に脱ガスが可能となる。エキシマレーザーのパルス
幅(デュレイション)を60ナノ秒とすると、従来の5
0ナノ秒程度またはそれ以下のパルス幅のエキシマレー
ザーの照射と異なり、単位時間当たりの薄膜へのエネル
ギー注入量が少なくなる。このため薄膜表面でのエネル
ギー吸収により薄膜表面の加熱が過剰となる前に、薄膜
深さ方向などに熱が散逸し、膜全体を均一に加熱でき
る。従って、薄膜中の水素などの揮発性ガスも均一に脱
ガス化することができる。
In the present invention, by using an excimer laser, degassing can be performed in an extremely short time as compared with the case where an electric furnace is used. Assuming that the pulse width (duration) of the excimer laser is 60 nanoseconds, the conventional 5
Unlike the irradiation of an excimer laser having a pulse width of about 0 nanoseconds or less, the amount of energy injected into the thin film per unit time is reduced. Therefore, before the heating of the thin film surface becomes excessive due to energy absorption on the thin film surface, the heat is dissipated in the depth direction of the thin film and the like, and the entire film can be uniformly heated. Therefore, volatile gas such as hydrogen in the thin film can be uniformly degassed.

【0018】エキシマレーザーの照射エネルギーを薄膜
の温度を薄膜形成材料の再結晶化温度未満に維持するよ
うに設定する発明においては、薄膜の表面付近でレーザ
ービームのエネルギーが吸収されて熱に変換されるが、
薄膜の少なくとも一部の領域の温度が薄膜形成材料の再
結晶化温度未満であるために、薄膜表面付近及び膜内で
実質的な溶融が起こらず再結晶化が生じない。このため
水素など薄膜内の揮発性ガスを効率良く膜から離脱して
膜外部に導出することができる。この場合において、薄
膜の極表面に限ってはガスがすぐに抜けるために結晶化
温度を越えても良いが、表面より所定の深さの部分、す
なわち例えば10nmの深さの部分、好ましくは5nmであ
り、より好ましくは3nmの深さの部分、及びそれよりも
深い部分においては、薄膜形成材料の再結晶化温度未満
に維持される。ただし、より好ましい態様としては、表
面を含めて薄膜の温度を薄膜形成材料の再結晶化温度未
満に維持するように照射エネルギーを設定する。
In the invention in which the irradiation energy of the excimer laser is set so as to maintain the temperature of the thin film below the recrystallization temperature of the thin film forming material, the energy of the laser beam is absorbed near the surface of the thin film and converted into heat. But
Since the temperature of at least a part of the region of the thin film is lower than the recrystallization temperature of the material for forming the thin film, substantial melting does not occur near the surface of the thin film and in the film, and recrystallization does not occur. Therefore, volatile gas such as hydrogen in the thin film can be efficiently separated from the film and led out of the film. In this case, the crystallization temperature may be exceeded for the gas to escape immediately only at the very surface of the thin film. However, a portion having a predetermined depth from the surface, that is, a portion having a depth of, for example, 10 nm, preferably 5 nm More preferably, in a portion having a depth of 3 nm and a portion deeper than 3 nm, the temperature is maintained below the recrystallization temperature of the thin film forming material. However, in a more preferred embodiment, the irradiation energy is set so as to maintain the temperature of the thin film including the surface below the recrystallization temperature of the thin film forming material.

【0019】本発明の半導体薄膜の製造方法及び半導体
薄膜製造装置においては、エキシマレーザーを照射して
半導体薄膜内の揮発性ガスを脱ガスし、次にエネルギー
ビームの照射により半導体薄膜の結晶化を図る。揮発性
ガスの低減された状態で再結晶化が進められるため、結
晶粒を大きくすることができ、例えば薄膜トランジスタ
のチャンネル部分を各ビームで脱ガス化及び結晶化する
ことで、移動度の高い高性能のデバイスを得ることがで
きる。
In the method and apparatus for manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, the excimer laser is irradiated to degas the volatile gas in the semiconductor thin film, and then the semiconductor thin film is crystallized by irradiating an energy beam. Aim. Since recrystallization is advanced in a state where the volatile gas is reduced, crystal grains can be enlarged. For example, by degassing and crystallizing a channel portion of a thin film transistor with each beam, high mobility can be achieved. Performance devices can be obtained.

【0020】以上の方法においては、薄膜内に含まれる
揮発性ガスの脱ガスを行った後に薄膜を結晶化するとい
うのが基本的な考えであるが、さらに一歩進めて、上記
脱ガスと結晶化を同時に行うというのが本願の第2の発
明の考えである。この第2の発明においては、薄膜、特
に半導体薄膜に例えば水素を意図的に含有させて成膜
し、この膜にエネルギービーム、特にパルスあたりの照
射時間(デュレーションタイム)の長いエキシマレーザ
ーを照射することで薄膜の結晶化を行う方法を従来の問
題を解決するための手段としている。すなわち、揮発性
ガスを含有する薄膜にエキシマレーザーを照射すると、
薄膜の少なくとも表面層が溶融する際に、膜中に含有さ
れる揮発性ガスが膜から離脱し、これらが集まってマイ
クロバブル状にアウトガスする。溶融した膜中にマイク
ロバブルが発生すると、膜中から気化熱を奪うために局
所的に薄膜が冷却され、結晶化温度を下回ったところで
選択的に結晶核が発生する。このとき、膜中のガスの質
量が小さく平均自由行程が長いために、薄膜中のガスの
均一性が上げ易く、結晶核の形成を均一に行うという点
において従来の単なるレーザーアニール法よりも均一性
を向上させることが可能になる。
In the above-described method, the basic idea is to degas the volatile gas contained in the thin film and then crystallize the thin film. Simultaneous conversion is the idea of the second invention of the present application. In the second invention, a thin film, especially a semiconductor thin film, is formed by intentionally containing hydrogen, for example, and the film is irradiated with an energy beam, particularly an excimer laser having a long irradiation time (duration time) per pulse. Thus, a method of crystallizing a thin film is used as a means for solving the conventional problem. In other words, when a thin film containing a volatile gas is irradiated with an excimer laser,
When at least the surface layer of the thin film is melted, the volatile gas contained in the film is released from the film, and the collected volatile gases are outgassed into microbubbles. When microbubbles are generated in the melted film, the thin film is locally cooled to remove heat of vaporization from the film, and crystal nuclei are selectively generated when the temperature falls below the crystallization temperature. At this time, since the gas mass in the film is small and the mean free path is long, the uniformity of the gas in the thin film is easy to increase, and the uniform formation of crystal nuclei is more uniform than the conventional simple laser annealing method. Performance can be improved.

【0021】かかる考えに基づく本願発明の薄膜の製造
方法は、揮発性ガスを2原子%以上含有した薄膜にパル
ス幅が60ナノ秒以上のエキシマレーザーを照射し、該
薄膜内の前記揮発性ガスを脱ガスすると同時に薄膜を結
晶化することを特徴とするものである。また、本願発明
の半導体薄膜は、揮発性ガスを2原子%以上含有した状
態から、そのパルス幅が60ナノ秒以上のエキシマレー
ザーを照射して前記揮発性ガスが減少されるとともに結
晶化されてなることを特徴とするものであり、半導体薄
膜の製造方法は、揮発性ガスを2原子%以上含有する半
導体薄膜を基板上に形成した後、そのパルス幅が60ナ
ノ秒以上のエキシマレーザーを照射して前記半導体薄膜
内の揮発性ガスを脱ガスすると同時に前記半導体薄膜を
結晶化することを特徴とするものである。
According to the method for producing a thin film of the present invention based on the above concept, a thin film containing 2 atomic% or more of a volatile gas is irradiated with an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more, and the volatile gas in the thin film is irradiated. And simultaneously crystallizing the thin film. In addition, the semiconductor thin film of the present invention is irradiated with an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more from a state where the volatile gas is contained at 2 atomic% or more, and the volatile gas is reduced and crystallized. The method for manufacturing a semiconductor thin film is characterized in that a semiconductor thin film containing a volatile gas of 2 atomic% or more is formed on a substrate and then irradiated with an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more. And removing the volatile gas in the semiconductor thin film and simultaneously crystallizing the semiconductor thin film.

【0022】上述した本発明の薄膜の製造方法、半導体
薄膜の製造方法においては、例えば揮発性ガスを含有し
た半導体薄膜にエキシマレーザーを照射することで、半
導体薄膜の表層領域(概ね10nm程度)にレーザーの
エネルギーが吸収されて溶融し、この領域に含有されて
いた揮発性ガスは一瞬のうちに膜面全体から均一に気化
しアウトガスする。その一方で、基板との界面に近い領
域の薄膜も上記表層領域からの熱伝導を受けて熱せら
れ、次第に溶融し始めるが、このときにも膜中の揮発性
ガスが膜から離脱して集まり、一定間隔毎にマイクロバ
ブルを形成してアウトガスする。溶融した薄膜中にマイ
クロバブルが発生すると、膜中から気化熱を奪い、溶融
した薄膜が局所的に冷却されて結晶核が他の領域よりも
先行して発生する。この膜中ガスは、薄膜を成膜する段
階で薄膜内に均一に取り込むことが容易であるため、マ
イクロバブルの発生密度を従来のエキシマレーザーアニ
ールで基板と薄膜の界面にランダムに核を成長させる方
法に比べてより均一に形成することができる。以上のよ
うに、本発明によれば、エキシマレーザーアニール時、
基板と薄膜との界面に発生する核をより均一に形成する
ことができるので、薄膜をエキシマレーザーアニールす
るポリシリコン化プロセスにて結晶サイズの揃ったポリ
シリコン薄膜を形成することができ、この薄膜を使用し
た薄膜トランジスタ(TFT)ではトランジスタ間の特
性のバラツキを極力小さく抑えることができるようにな
る。これにより、特性のバラツキの大きなTFTを使用
する際に最も特性の劣るTFTにデバイスの性能が支配
されてしまうという問題を解決することができ、高性能
のTEFデバイスを提供することが可能になる。
In the method for manufacturing a thin film and the method for manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention described above, for example, a semiconductor thin film containing a volatile gas is irradiated with an excimer laser so as to cover a surface layer region (about 10 nm) of the semiconductor thin film. The energy of the laser is absorbed and melted, and the volatile gas contained in this region is instantaneously vaporized and outgassed from the entire film surface instantaneously. On the other hand, the thin film in the region near the interface with the substrate is also heated by receiving heat conduction from the surface layer region and gradually begins to melt, but also in this case, the volatile gas in the film separates from the film and collects. Micro bubbles are formed at regular intervals to outgas. When microbubbles are generated in the melted thin film, heat of vaporization is taken from the film, the melted thin film is locally cooled, and crystal nuclei are generated before other regions. Since the gas in the film can be easily incorporated uniformly into the thin film at the stage of forming the thin film, the generation density of the microbubbles can be increased by the conventional excimer laser annealing to randomly grow nuclei at the interface between the substrate and the thin film. It can be formed more uniformly than the method. As described above, according to the present invention, at the time of excimer laser annealing,
Since the nuclei generated at the interface between the substrate and the thin film can be formed more uniformly, a polysilicon thin film having a uniform crystal size can be formed by a polysiliconization process in which the thin film is excimer laser-annealed. In the case of a thin film transistor (TFT) using, variations in characteristics between transistors can be suppressed as small as possible. As a result, it is possible to solve the problem that the performance of the device is dominated by the TFT having the lowest characteristic when using a TFT having a large variation in characteristics, and it is possible to provide a high-performance TEF device. .

【0023】上記方法においては、エキシマレーザーの
照射エネルギー強度を薄膜が結晶化する閾値エネルギー
以上のエネルギーとする。エキシマレーザーとしては、
例えばXeClレーザーを用いる。このときのエキシマレー
ザーの照射エネルギー強度は、具体的には250〜45
0mJとすることが好ましい。揮発性ガスを含有した薄
膜としては、例えば半導体薄膜であり、この半導体薄膜
は少なくとも膜の一部に非晶質シリコン膜を含む。かか
る半導体薄膜は、プラズマCVD、低圧CVD、常圧CVD、触
媒CVD、光CVD、レーザーCVDのいずれかを用いて成膜さ
れ、その膜厚は10〜100nm程度である。前記薄膜
は、揮発性ガスを含むが、この揮発性ガスの構成原子と
しては、水素原子の他、フッ素原子、塩素原子、ヘリウ
ム原子、アルゴン原子、ネオン原子、クリプトン原子、
キセノン原子などであってもよい。
In the above method, the irradiation energy intensity of the excimer laser is set to be equal to or higher than the threshold energy at which the thin film is crystallized. As an excimer laser,
For example, a XeCl laser is used. The irradiation energy intensity of the excimer laser at this time is specifically 250 to 45.
It is preferably 0 mJ. The thin film containing a volatile gas is, for example, a semiconductor thin film, and this semiconductor thin film includes an amorphous silicon film at least in part of the film. Such a semiconductor thin film is formed using any one of plasma CVD, low pressure CVD, normal pressure CVD, catalytic CVD, optical CVD, and laser CVD, and has a thickness of about 10 to 100 nm. Although the thin film contains a volatile gas, as constituent atoms of the volatile gas, in addition to a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a helium atom, an argon atom, a neon atom, a krypton atom,
It may be a xenon atom or the like.

【0024】上記脱ガス及び結晶化に際しては、エキシ
マレーザーを複数回照射することが好ましく、複数回照
射するエキシマレーザーの照射エネルギー強度を複数種
としてもよい。具体的な照射方法としては、例えば、エ
キシマレーザーの照射位置をずらしながらエキシマレー
ザーを複数回照射する。このとき、各回の照射領域の少
なくとも一部が重なるように上記エキシマレーザーの照
射位置をずらしながらエキシマレーザーを複数回照射す
る。あるいは各回の照射領域が接するように上記エキシ
マレーザーの照射位置をずらしながらエキシマレーザー
を複数回照射する。さらには、薄膜に照射するエキシマ
レーザーの少なくとも照射領域の一部に、空間的にエネ
ルギー強度を変調したエキシマレーザーを照射位置をず
らしながら照射するようにしてもよい。この場合、例え
ば、エキシマレーザーの進行方向側で照射エネルギー強
度が低下するように変調する。
In the above-mentioned degassing and crystallization, it is preferable to irradiate the excimer laser a plurality of times. As a specific irradiation method, for example, the excimer laser is irradiated a plurality of times while shifting the irradiation position of the excimer laser. At this time, the excimer laser is irradiated a plurality of times while shifting the irradiation position of the excimer laser so that at least a part of each irradiation area overlaps. Alternatively, the excimer laser is irradiated a plurality of times while shifting the irradiation position of the excimer laser so that each irradiation area is in contact. Furthermore, an excimer laser whose energy intensity is spatially modulated may be applied to at least a part of an irradiation area of the excimer laser to be applied to the thin film while shifting the irradiation position. In this case, for example, the modulation is performed so that the irradiation energy intensity decreases on the excimer laser traveling direction side.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら、本発明
の実施の形態を詳細に説明する。本発明の薄膜の製造方
法は、揮発性ガスを含有した薄膜にそのパルス幅が60
ナノ秒以上のエキシマレーザーを照射して該薄膜内の前
記揮発性ガスを脱ガスすることを特徴とし、さらには前
記脱ガスと結晶化を同時に行うことを特徴とする。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. According to the method for producing a thin film of the present invention, a thin film containing a volatile gas has a pulse width of 60
The method is characterized in that the volatile gas in the thin film is degassed by irradiating an excimer laser for nanoseconds or longer, and the degassing and crystallization are performed simultaneously.

【0026】[第1の実施形態]図1は第1の実施形態
の薄膜の製造方法に用いられる脱ガス化装置を示してい
る。このレーザー脱ガス化装置について説明すると、ガ
ラス基板などの低耐熱性絶縁基板21上に形成された半
導体薄膜22に含有される揮発性ガスである水素ガスな
どを低減するための装置であって、チャンバー20内に
半導体薄膜22を形成した低耐熱性絶縁基板21が載置
される。このレーザー脱ガス化装置は、チャンバー20
外にレーザー発振器23と、アッテネーター(減衰器)
24と、ホモジナイザーを含む光学系25とを有してい
る。チャンバー20内には、XY方向に移動可能なステー
ジ27が設けられており、そのステージ27に半導体薄
膜22を形成した低耐熱性絶縁基板21が載置されてい
る。レーザー発振器23はエキシマレーザー光源を含
み、パルス幅が60ナノ秒以上のレーザー光26を間欠
的に放射する。ホモジナイザーを含む光学系25はレー
ザー発振器23から放射されたレーザー光をアッテネー
ター24を介して受け入れ、各辺が10mm以上の矩形
断面となるように整形して半導体薄膜22に照射する。
アッテネーター24はレーザー発振器23から放射され
たレーザー光のエネルギーを調整する。光学系25はレ
ーザー光を矩形断面に整形すると共に矩形断面内ではエ
ネルギーが均一に分布するように調整する。チャンバー
20内は窒素ガス等不活性雰囲気に保たれている。レー
ザー光26の照射時には、ステージ27がビームの端部
同士が重なるように移動し、半導体薄膜22の表面を間
欠的に逐次照射する。
[First Embodiment] FIG. 1 shows a degassing apparatus used in a method of manufacturing a thin film according to a first embodiment. The laser degassing apparatus will be described. This apparatus is for reducing hydrogen gas, which is a volatile gas, contained in a semiconductor thin film 22 formed on a low heat-resistant insulating substrate 21 such as a glass substrate. A low heat resistant insulating substrate 21 having a semiconductor thin film 22 formed thereon is placed in a chamber 20. This laser degassing apparatus has a chamber 20
Laser oscillator 23 and attenuator (attenuator) outside
24 and an optical system 25 including a homogenizer. A stage 27 movable in the XY direction is provided in the chamber 20, and a low heat resistant insulating substrate 21 on which a semiconductor thin film 22 is formed is mounted on the stage 27. The laser oscillator 23 includes an excimer laser light source, and emits a laser beam 26 having a pulse width of 60 nanoseconds or more intermittently. The optical system 25 including the homogenizer receives the laser light emitted from the laser oscillator 23 via the attenuator 24, shapes the laser light so that each side has a rectangular cross section of 10 mm or more, and irradiates the semiconductor thin film 22.
The attenuator 24 adjusts the energy of the laser light emitted from the laser oscillator 23. The optical system 25 shapes the laser light into a rectangular cross section and adjusts the energy so that the energy is uniformly distributed in the rectangular cross section. The inside of the chamber 20 is maintained in an inert atmosphere such as nitrogen gas. At the time of irradiation with the laser light 26, the stage 27 moves so that the ends of the beam overlap each other, and irradiates the surface of the semiconductor thin film 22 intermittently.

【0027】このレーザー脱ガス化装置のチャンバー2
0内に置かれた絶縁基板21の主面上に形成されている
半導体薄膜22はプラズマCVD装置によって形成された
膜であり、当該半導体薄膜22が非晶質シリコン膜であ
る場合ではシランガスを用いて成膜が進められることか
ら、膜中には揮発性ガスとして水素が含まれている。な
お、半導体薄膜22がスパッタリング法などで形成され
る場合でも、雰囲気ガスの一部やターゲット原子の一部
などが取り込まれていることがある。本実施形態におい
ては、そのような水素などの揮発性ガスをレーザー照射
によって脱ガスすることをその特徴としているが、特に
本実施形態で使用されるレーザー発振器23は、そのレ
ーザー光のパルス幅が60ナノ秒以上のエキシマレーザ
ーを用いた構成とされている。従来の結晶化などに使用
されているエキシマレーザーはそのパルス幅が50ナノ
秒未満であり、それをそのまま水素等の脱ガスに利用し
た場合では薄膜内に含有されていた揮発性ガスが爆発的
に膜外に導出されて膜が破壊されるという問題がある。
しかし、本実施形態のように、パルス幅が60ナノ秒以
上のエキシマレーザーを使用することで、半導体薄膜2
2の薄膜表面の温度を過剰に高くすることもなく、膜の
破壊を防止しながらの脱ガスが実現される。
Chamber 2 of this laser degasser
The semiconductor thin film 22 formed on the main surface of the insulating substrate 21 placed in the substrate 0 is a film formed by a plasma CVD apparatus, and when the semiconductor thin film 22 is an amorphous silicon film, a silane gas is used. Since film formation proceeds, the film contains hydrogen as a volatile gas. Note that even when the semiconductor thin film 22 is formed by a sputtering method or the like, a part of the atmospheric gas, a part of the target atoms, and the like may be taken in. The present embodiment is characterized in that such a volatile gas such as hydrogen is degassed by laser irradiation. In particular, the laser oscillator 23 used in the present embodiment has a pulse width of the laser light. The configuration uses an excimer laser of 60 nanoseconds or more. Conventional excimer lasers used for crystallization, etc., have a pulse width of less than 50 nanoseconds, and when used directly for degassing such as hydrogen, the volatile gas contained in the thin film explodes. However, there is a problem that the film is broken out by being led out of the film.
However, by using an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more as in this embodiment, the semiconductor thin film 2
The degassing can be realized while preventing the destruction of the film without excessively increasing the temperature of the thin film surface.

【0028】レーザー発振器23に使用されるパルス幅
が60ナノ秒以上のエキシマレーザーは、半導体薄膜2
2の薄膜表面の温度を過剰にすることもなく、水素など
の脱ガス化が可能なエキシマレーザー光源であれば、種
々の光源を用いることができ、例示すると、Ar、K
r、Xe、F、Cl、KrF、KrCl、XeCl、XeF、XeBr、
XeI、ArF、ArCl、HgCl、HgBr、HgI、HgCd、CdI、CdBr、
ZnI、NaXe、XeTl、ArO、KrO、XeO、KrS、XeS、XeSe、Mg
、Hgの中から選ばれた1つまたは2以上のエキシマ
レーザーを用いることができる。
An excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more used for the laser oscillator 23 is a semiconductor thin film 2
Various light sources can be used as long as the light source is an excimer laser light source capable of degassing hydrogen or the like without excessively increasing the temperature of the thin film surface of Ar 2 or K 2 .
r 2 , Xe 2 , F 2 , Cl 2 , KrF, KrCl, XeCl, XeF, XeBr,
XeI, ArF, ArCl, HgCl, HgBr, HgI, HgCd, CdI, CdBr,
ZnI, NaXe, XeTl, ArO, KrO, XeO, KrS, XeS, XeSe, Mg
One or two or more excimer lasers selected from Hg 2 and Hg 2 can be used.

【0029】エキシマレーザーのパルス幅は60ナノ秒
以上であれば、薄膜表面での熱の集中を緩和できるが、
その好ましい範囲としては60ナノ秒以上且つ300ナ
ノ秒以下であり、より好ましくは100ナノ秒以上且つ
250ナノ秒以下であり、さらに好ましくは120ナノ
秒以上且つ230ナノ秒以下の範囲の設定される。好ま
しい範囲の上限としての300ナノ秒は、300ナノ秒
のパルス幅が現状のエキシマレーザーが有効なビーム照
射を行う範囲であり、それとともにパルス幅が余り長く
なりすぎると単位面積当たりのエネルギー密度が低くな
り過ぎ脱ガス効率が低下してしまうことになる。
If the pulse width of the excimer laser is 60 nanoseconds or more, the concentration of heat on the surface of the thin film can be reduced.
The preferable range is 60 nanoseconds or more and 300 nanoseconds or less, more preferably 100 nanoseconds or more and 250 nanoseconds or less, and still more preferably 120 nanoseconds or more and 230 nanoseconds or less. . The upper limit of the preferable range, 300 nanoseconds, is a range in which the current excimer laser emits a beam with a pulse width of 300 nanoseconds, and if the pulse width becomes too long, the energy density per unit area is reduced. It will be too low and the degassing efficiency will be reduced.

【0030】エキシマレーザーのパルス幅は60ナノ秒
以上という条件は、換言すると、揮発性ガスを含有した
薄膜に、該薄膜の温度を薄膜形成材料の再結晶化温度未
満に維持するようにエキシマレーザーを照射して該薄膜
内の揮発性ガスを脱ガスする条件を満たすものとなる。
再結晶化温度未満に維持することで、薄膜の結晶化は開
始せず、揮発性ガスの脱ガスが効率良く進められる。特
に薄膜表面付近または表面より所定深さだけ深い領域と
それより深い部分の温度を薄膜形成材料の再結晶化温度
未満とすることで、薄膜表面付近が再結晶化することが
防止され、円滑な脱ガスが実現される。薄膜がたとえば
非晶質シリコン膜や多結晶シリコン膜の場合、シリコン
の結晶化温度は1140℃程度であることから、エキシ
マレーザー照射時の薄膜の温度は例示的には800℃か
ら1100℃の範囲にされる。
The condition that the pulse width of the excimer laser is 60 nanoseconds or more, in other words, the excimer laser is applied to the thin film containing the volatile gas so that the temperature of the thin film is maintained below the recrystallization temperature of the thin film forming material. Irradiates the gas and satisfies the condition for removing the volatile gas in the thin film.
By maintaining the temperature below the recrystallization temperature, the crystallization of the thin film does not start, and the degassing of the volatile gas proceeds efficiently. In particular, by setting the temperature of the region near the surface of the thin film or a portion deeper than the surface by a predetermined depth and the portion deeper than that to less than the recrystallization temperature of the thin film forming material, the vicinity of the thin film surface is prevented from being recrystallized. Degassing is achieved. When the thin film is, for example, an amorphous silicon film or a polycrystalline silicon film, since the crystallization temperature of silicon is about 1140 ° C., the temperature of the thin film during excimer laser irradiation is, for example, in the range of 800 ° C. to 1100 ° C. To be.

【0031】次に、図2の(a)乃至(e)を参照しながら、
本実施形態の薄膜の製造方法について説明する。まず、
図2の(a)に示すように、ガラス、石英、又はサファイ
ヤなどの絶縁基板1を用意し、その主面上に例えばプラ
ズマエンハンストCVD法などにより非晶質半導体薄膜2
を形成する。絶縁基板1としては、特に本実施形態にお
いてはエキシマレーザーを光源とすることから低耐熱性
のいわゆる白板ガラスを用いても良い。非晶質半導体薄
膜2としては一例として非晶質シリコン膜が形成される
が、プラズマエンハンストCVD法などを用いて成膜した
場合では、条件に応じて10原子%以下の水素を含んだ
薄膜として形成される。この非晶質半導体薄膜2の膜厚
は例えば50nm程度であるが、好適な厚みは製造すべ
きデバイスの特性に応じて調整可能である。この非晶質
半導体薄膜2には、揮発性ガスとして主に水素が含有さ
れるが、この揮発性ガスを構成する原子としてはヘリウ
ム原子、アルゴン原子、ネオン原子、クリプトン原子、
キセノン原子などであっても良く、その他のCVD時や成
膜時の雰囲気ガスやスパッタ時のターゲット原子などで
あっても良い。揮発性ガスの構成原子の含有量は例えば
2原子%以上であり、前述のようにプラズマエンハンス
トCVD法などを用いて成膜した場合では、条件に応じて
当初10原子%以下の水素を含んだ水素化薄膜として形
成される。
Next, referring to FIGS. 2A to 2E,
A method for manufacturing a thin film according to the present embodiment will be described. First,
As shown in FIG. 2A, an insulating substrate 1 such as glass, quartz, or sapphire is prepared, and an amorphous semiconductor thin film 2 is formed on its main surface by, for example, a plasma enhanced CVD method.
To form As the insulating substrate 1, in particular, in the present embodiment, a so-called white plate glass having low heat resistance may be used since an excimer laser is used as a light source. As an example, an amorphous silicon film is formed as the amorphous semiconductor thin film 2. However, when the amorphous semiconductor thin film 2 is formed using a plasma enhanced CVD method or the like, a thin film containing 10 atomic% or less of hydrogen is used depending on conditions. It is formed. The thickness of the amorphous semiconductor thin film 2 is, for example, about 50 nm, but a suitable thickness can be adjusted according to the characteristics of a device to be manufactured. The amorphous semiconductor thin film 2 mainly contains hydrogen as a volatile gas, and atoms constituting the volatile gas include a helium atom, an argon atom, a neon atom, a krypton atom,
Xenon atoms or the like may be used, or other atmospheric gas during CVD or film formation, or target atoms during sputtering. The content of the constituent atoms of the volatile gas is, for example, 2 atomic% or more, and when the film is formed by using the plasma enhanced CVD method as described above, initially contains 10 atomic% or less of hydrogen depending on the conditions. Formed as a hydrogenated thin film.

【0032】このような非晶質半導体薄膜2を形成した
ところで、前述の如きレーザー脱ガス化装置に絶縁基板
1ごと装着し、図2の(b)に示すように、エキシマレ
ーザーのレーザー光5を照射して非晶質半導体薄膜2の
一部に照射領域4を形成する。このレーザー光5の照射
は、パルス幅は60ナノ秒以上とされ、好ましい範囲と
しては60ナノ秒以上且つ300ナノ秒以下であり、よ
り好ましくは100ナノ秒以上且つ250ナノ秒以下で
あり、さらに好ましくは120ナノ秒以上且つ230ナ
ノ秒以下の範囲の設定される。このエキシマレーザーの
照射は、例えば350mJ/cmのエネルギー強度で
単数回とすることもできるが、300mJ/cmのエ
ネルギー強度でたとえば50回程度の照射であっても良
い。60ナノ秒以上のパルス幅のエキシマレーザーの照
射によって、非晶質半導体薄膜2の水素等が脱ガス化す
る。非晶質半導体薄膜2が当初10原子%以下の水素を
含んだ薄膜として形成された場合であってもエキシマレ
ーザーの照射から薄膜中の水素等は離脱して行き、照射
領域4ではその揮発性ガスの濃度は確実に低減される。
非晶質シリコン膜の場合は、その水素濃度を8%以下に
抑えることで、非晶質シリコン膜から放出される水素に
よって起こるアブレーションは発生しなくなり、多結晶
化する場合には一例として水素含有率が2%から5%以
下に制御することが好ましい。
After forming such an amorphous semiconductor thin film 2, the insulating substrate 1 is mounted on the laser degassing apparatus as described above, and as shown in FIG. To form an irradiation region 4 on a part of the amorphous semiconductor thin film 2. The irradiation of the laser light 5 has a pulse width of 60 nanoseconds or more, and a preferable range is 60 nanoseconds or more and 300 nanoseconds or less, more preferably 100 nanoseconds or more and 250 nanoseconds or less. Preferably, it is set in a range from 120 nanoseconds to 230 nanoseconds. The excimer laser may be irradiated singly at an energy intensity of, for example, 350 mJ / cm 2 , or may be irradiated at an energy intensity of 300 mJ / cm 2 , for example, about 50 times. Irradiation of an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more degass hydrogen and the like in the amorphous semiconductor thin film 2. Even when the amorphous semiconductor thin film 2 is initially formed as a thin film containing 10 atomic% or less of hydrogen, hydrogen and the like in the thin film are desorbed from the excimer laser irradiation, and the volatility thereof in the irradiation region 4 The concentration of the gas is reliably reduced.
In the case of an amorphous silicon film, by suppressing the hydrogen concentration to 8% or less, ablation caused by hydrogen released from the amorphous silicon film does not occur. Preferably, the rate is controlled from 2% to 5% or less.

【0033】続いて、図2の(c)に示すように、エキ
シマレーザーの照射をさらに広い範囲に拡大して、絶縁
基板1上の非晶質半導体薄膜2の多くが照射領域4とさ
れる。このエキシマレーザーの照射は例えば脱ガス化装
置のチャンバー内のステージがビームの端部同士が重な
るように移動し、半導体薄膜の表面を間欠的に逐次照射
するものであっても良く、また、このような面順次に限
らず線順次に照射する方式であっても良い。また、ステ
ージを固定してエキシマレーザーのビーム側を走査する
ようにしても良く、ステージとビームの両方を動かすよ
うにしても良い。照射領域4では薄膜中の水素等は離脱
して行って水素等の濃度は確実に低減され、例えば膜中
の水素ガス濃度が例えば2原子%未満の非晶質半導体薄
膜2を形成することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the irradiation of the excimer laser is expanded to a wider range so that most of the amorphous semiconductor thin film 2 on the insulating substrate 1 becomes the irradiation region 4. . The irradiation of the excimer laser may be, for example, a stage in a chamber of a degassing apparatus that moves so that the ends of the beams overlap, and may irradiate the surface of the semiconductor thin film intermittently and sequentially. Irradiation may be performed in a line-sequential manner without being limited to such a plane-sequential manner. Further, the stage may be fixed and the beam side of the excimer laser may be scanned, or both the stage and the beam may be moved. In the irradiation region 4, hydrogen and the like in the thin film are separated and the concentration of the hydrogen and the like is surely reduced. For example, it is possible to form the amorphous semiconductor thin film 2 in which the hydrogen gas concentration in the film is less than 2 atomic%, for example. it can.

【0034】このような脱ガス化工程の後、本実施形態
においては、同じ絶縁基板1上の非晶質半導体薄膜2が
エキシマレーザーのレーザー光7によってアニ−ルさ
れ、図2の(d)に示すように、再結晶化が進められ
る。この時のエキシマレーザーの照射は非晶質半導体薄
膜2の形成材料の結晶化エネルギー以上の照射強度を持
って照射されるものであり、例えば500mJ/cm
で単数回又は複数回のエキシマレーザー照射を行う。こ
のエキシマレーザーの照射によって非晶質半導体薄膜2
は再結晶化され、結晶粒のサイズは大きくされ多結晶半
導体薄膜からなる再結晶化領域6とされる。
After such a degassing step, in the present embodiment, the amorphous semiconductor thin film 2 on the same insulating substrate 1 is annealed by a laser beam 7 of an excimer laser, and FIG. As shown in (1), recrystallization proceeds. At this time, the excimer laser is irradiated with an irradiation intensity higher than the crystallization energy of the material for forming the amorphous semiconductor thin film 2, for example, 500 mJ / cm 2.
Singly or multiple times excimer laser irradiation. The amorphous semiconductor thin film 2 is irradiated by the excimer laser irradiation.
Is recrystallized, and the size of the crystal grains is increased to form a recrystallized region 6 made of a polycrystalline semiconductor thin film.

【0035】この再結晶化領域6の形成は、その後、図
2の(e)に示すように、チャンバー内のステージがビー
ムの端部同士が重なるように移動し、非晶質半導体薄膜
2を絶縁基板1と共に移動させて半導体薄膜の表面を間
欠的に逐次照射する。また、このような面順次に限らず
線順次に照射する方式であっても良い。また、ステージ
を固定してエキシマレーザーのビーム側を走査するよう
にしても良く、ステージとビームの両方を動かすように
しても良い。この再結晶化領域6の形成時には、既に照
射領域4の形成によって半導体薄膜2の揮発性ガスの含
有量特に水素含有量が低減されているため、膜の爆発を
防止することができる。
After forming the recrystallized region 6, as shown in FIG. 2E, the stage in the chamber is moved so that the beam ends overlap, and the amorphous semiconductor thin film 2 is removed. The surface of the semiconductor thin film is sequentially and intermittently irradiated while being moved together with the insulating substrate 1. In addition, a method of irradiating in a line-sequential manner is not limited to such a plane-sequential manner. Further, the stage may be fixed and the beam side of the excimer laser may be scanned, or both the stage and the beam may be moved. When the recrystallized region 6 is formed, since the volatile gas content, particularly the hydrogen content, of the semiconductor thin film 2 has already been reduced by the formation of the irradiation region 4, the explosion of the film can be prevented.

【0036】この製造方法においては、脱水素化を図る
ためのレーザー光5の照射と再結晶化を図るためのレー
ザー光7の照射は、それぞれ個別の装置で行うこともで
きるが、たとえば同じレーザー装置のエネルギーを変え
て同じチャンバー内で続けて行うようにすることもで
き、チャンバーが2つに分かれる場合であっても大気開
放せずに連続した処理をするようにしても良い。
In this manufacturing method, the irradiation of the laser beam 5 for dehydrogenation and the irradiation of the laser beam 7 for recrystallization can be carried out by separate apparatuses. The energy of the apparatus may be changed so as to be continuously performed in the same chamber. Even when the chamber is divided into two, continuous processing may be performed without opening to the atmosphere.

【0037】以上は本実施形態の工程に沿った説明であ
るが、ここで本実施形態のエキシマレーザーの照射が従
来のエキシマレーザーの照射に比べて半導体薄膜内でよ
り理想的な温度分布を示すことを図3及び図4を挙げな
がら説明する。
The above is a description along the steps of the present embodiment. Here, the excimer laser irradiation of the present embodiment shows a more ideal temperature distribution in the semiconductor thin film as compared with the conventional excimer laser irradiation. This will be described with reference to FIGS.

【0038】図3は従来のエキシマレーザーの照射によ
る半導体薄膜内の温度分布を示す図であり、シミュレー
ションの結果を示している。図3において、縦軸は温度
(K)であり、横軸は距離(薄膜の厚み)(nm)である。
この従来のエキシマレーザーの温度分布は、照射強度が
350mJ/cmであり、パルス幅が30nsであり、
基板温度が300Kとして計算したものである。図3に
おいて、複数の曲線はそれぞれレーザー照射後の時間経
過(0.5ns, 1.0ns, 1.5ns, 2.0ns, 2.5 ns)を示してい
る。従来のエキシマレーザーの照射は、例えばラムダ社
のレーザーのデータに基づくシミュレーションである。
ここで想定する半導体薄膜の膜厚は例えば40nmであ
り、半導体薄膜の厚み方向における温度分布は、薄膜の
厚みが増えるにしたがって極めて急峻な立下りを示して
いる。このことはパルス幅の短いエキシマレーザーを照
射した場合では、薄膜表面付近が短時間で加熱される一
方で内部や薄膜の基板との界面側ではそれほどの温度上
昇がなく、ごく表面だけの脱ガス化が果たせるものの薄
膜内部側では脱ガス効果を望むことが困難である。
FIG. 3 is a diagram showing a temperature distribution in a semiconductor thin film by irradiation with a conventional excimer laser, and shows a result of a simulation. In FIG. 3, the vertical axis represents temperature (K), and the horizontal axis represents distance (thickness of thin film) (nm).
The temperature distribution of this conventional excimer laser has an irradiation intensity of 350 mJ / cm 2 , a pulse width of 30 ns,
The calculation is based on a substrate temperature of 300K. In FIG. 3, a plurality of curves respectively indicate the lapse of time (0.5 ns, 1.0 ns, 1.5 ns, 2.0 ns, 2.5 ns) after laser irradiation. The irradiation of the conventional excimer laser is a simulation based on, for example, laser data of Lambda.
The thickness of the semiconductor thin film assumed here is, for example, 40 nm, and the temperature distribution in the thickness direction of the semiconductor thin film shows an extremely steep fall as the thickness of the thin film increases. This means that when an excimer laser with a short pulse width is irradiated, the vicinity of the thin film surface is heated in a short period of time, but there is no appreciable increase in temperature inside or at the interface between the thin film and the substrate. However, it is difficult to obtain a degassing effect inside the thin film.

【0039】これに対して図4は本発明のパルス幅が6
0ナノ秒以上のエキシマレーザーの照射による半導体薄
膜内の温度分布を示す図であり、同様にシミュレーショ
ンの結果を示している。図4において、縦軸は温度
(K)であり、横軸は距離(薄膜の厚み)(nm)である。
温度分布は照射強度が550mJ/cmであり、パル
ス幅が150nsであり、基板温度が300Kとして計算
したものである。図4において、複数の曲線はそれぞれ
レーザー照射後の時間経過(5ns, 10ns, 15ns, 20ns, 25
ns)を示している。このパルス幅が150nsのエキシマ
レーザーの照射によって、例えば10ns経過後の温度分
布曲線からは表面が1100℃程度の結晶化温度よりや
や低めの温度であるにも拘らず、薄膜内部は1100℃
から800℃程度の薄膜表面から厚み方向に深い位置に
向かって緩やかに温度が下がる温度分布となり、薄膜表
面から40nmの半導体薄膜と絶縁基板の間の界面でも、
800℃近くとなるため、有効な脱水素処理が期待でき
ることになる。
FIG. 4 shows that the pulse width of the present invention is 6
FIG. 9 is a diagram showing a temperature distribution in a semiconductor thin film by excimer laser irradiation for 0 ns or more, and similarly shows a result of a simulation. In FIG. 4, the vertical axis represents temperature (K), and the horizontal axis represents distance (thickness of thin film) (nm).
The temperature distribution was calculated assuming that the irradiation intensity was 550 mJ / cm 2 , the pulse width was 150 ns, and the substrate temperature was 300 K. In FIG. 4, a plurality of curves indicate time lapses after laser irradiation (5 ns, 10 ns, 15 ns, 20 ns, 25 ns).
ns). By irradiation with an excimer laser having a pulse width of 150 ns, the inside of the thin film is kept at 1100 ° C. even though the surface has a temperature slightly lower than the crystallization temperature of about 1100 ° C. from a temperature distribution curve after e.g.
The temperature distribution gradually decreases from the surface of the thin film from about 800 ° C. to the position deeper in the thickness direction, and even at the interface between the semiconductor thin film and the insulating substrate 40 nm from the surface of the thin film,
Since the temperature is close to 800 ° C., effective dehydrogenation can be expected.

【0040】このようにパルス幅が従来のレーザー光に
比べて長いエキシマレーザーを使用することにより、薄
膜表面の温度をそれほど高くすることなく、すなわち薄
膜形成材料の溶融化あるいは再結晶化の温度よりも低い
温度の表面側を保ちつつ、同時に薄膜内部も適度の昇温
を図ることができ、薄膜の厚み方向のあらゆる領域で確
実な脱水素化が可能となる。
As described above, by using an excimer laser having a pulse width longer than that of the conventional laser light, the temperature of the thin film surface is not so increased, that is, the temperature of melting or recrystallization of the thin film forming material is reduced. The temperature inside the thin film can be raised at the same time while maintaining a low temperature surface side, and reliable dehydrogenation can be performed in all regions in the thickness direction of the thin film.

【0041】[第2の実施形態]次に、図5を参照しな
がら、本発明に従って製造した薄膜トランジスタを用い
るところの半導体装置としてのアクティブマトリクス型
表示装置の一例を説明する。本実施形態はパルス幅が6
0ナノ以上のエキシマレーザーで脱水素化を図り、その
薄膜をチャンネルとして利用して半導体装置を構成した
例である。図示するように、本表示装置は一対の絶縁基
板31、32と両者の間に保持された電気光学物質33
とを備えたパネル構造を有する。電気光学物質33とし
ては、例えば液晶材料を用いる。下側の絶縁基板31に
は画素アレイ部34と駆動回路部とが集積形成されてい
る。駆動回路部は垂直スキャナ35と水平スキャナ36
とに分かれている。また、絶縁基板31の周辺部上端に
は外部接続用の端子部37が形成されている。端子部3
7は配線38を介して垂直スキャナ35及び水平スキャ
ナ36に接続している。画素アレイ部34には行状のゲ
ート配線39と列状の信号配線40が形成されている。
両配線の交差部には画素電極41とこれを駆動する薄膜
トランジスタ42が形成されている。薄膜トランジスタ
42のゲート電極は対応するゲート配線39に接続さ
れ、ドレイン領域は対応する画素電極41に接続され、
ソース領域は対応する信号配線40に接続している。ゲ
ート配線39は垂直スキャナ35に接続する一方、信号
配線40は水平スキャナ36に接続している。画素電極
41をスイッチング駆動する薄膜トランジスタ42及び
垂直スキャナ35と水平スキャナ36に含まれる薄膜ト
ランジスタは、第1の実施形態の方法によってパルス幅
が60ナノ以上のエキシマレーザーでその薄膜のチャン
ネル部分が脱水素化されて作製されたものである。更に
は、垂直スキャナや水平スキャナに加え、ビデオドライ
バやタイミングジェネレータも絶縁基板31内に集積形
成することも可能である。
[Second Embodiment] Next, an example of an active matrix type display device as a semiconductor device using a thin film transistor manufactured according to the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the pulse width is 6
This is an example in which a semiconductor device is configured by dehydrogenating with an excimer laser of 0 nano or more and using the thin film as a channel. As shown, the display device includes a pair of insulating substrates 31 and 32 and an electro-optical material 33 held between the pair.
And a panel structure comprising: As the electro-optical material 33, for example, a liquid crystal material is used. The pixel array section 34 and the drive circuit section are integrally formed on the lower insulating substrate 31. The driving circuit section includes a vertical scanner 35 and a horizontal scanner 36.
And divided into A terminal 37 for external connection is formed at the upper end of the peripheral portion of the insulating substrate 31. Terminal 3
Reference numeral 7 is connected to a vertical scanner 35 and a horizontal scanner 36 via a wiring 38. A row-shaped gate wiring 39 and a column-shaped signal wiring 40 are formed in the pixel array section 34.
A pixel electrode 41 and a thin film transistor 42 for driving the pixel electrode 41 are formed at the intersection of the two wires. The gate electrode of the thin film transistor 42 is connected to the corresponding gate line 39, the drain region is connected to the corresponding pixel electrode 41,
The source region is connected to the corresponding signal wiring 40. The gate wiring 39 is connected to the vertical scanner 35, while the signal wiring 40 is connected to the horizontal scanner 36. The thin film transistor 42 for switching and driving the pixel electrode 41 and the thin film transistors included in the vertical scanner 35 and the horizontal scanner 36 are excimer lasers having a pulse width of 60 nanometers or more according to the method of the first embodiment, and the channel portion of the thin film is dehydrogenated. This is what was produced. Furthermore, in addition to the vertical scanner and the horizontal scanner, a video driver and a timing generator can also be integrated and formed in the insulating substrate 31.

【0042】[第3の実施形態]本実施形態は、第1の
実施形態の工程に第2回目の脱水素化(揮発性ガス低
減)工程が加わった薄膜の製造方法の例である。
[Third Embodiment] This embodiment is an example of a method for producing a thin film in which a second dehydrogenation (reducing volatile gas) step is added to the steps of the first embodiment.

【0043】図6の(a)乃至(e)および図7の(f)及び
(g)を参照しながら、本実施形態の薄膜の製造方法に
ついて説明する。まず、図6の(a)に示すように、第1
の実施形態と同様に、ガラス(低耐熱性のいわゆる白板
ガラスを含む。)、石英、又はサファイヤなどの絶縁基
板11を用意し、その主面上に例えばプラズマエンハン
ストCVD法などにより非晶質半導体薄膜12を形成す
る。非晶質半導体薄膜12はCVDの条件などに応じて例
えば10原子%を越える水素を含んだ薄膜として形成さ
れ、この非晶質半導体薄膜12の膜厚は例えば50nm
程度である。
With reference to FIGS. 6A to 6E and FIGS. 7F and 7G, a method of manufacturing a thin film according to this embodiment will be described. First, as shown in FIG.
Similarly to the above embodiment, an insulating substrate 11 such as glass (including so-called low-heat-resistant so-called white plate glass), quartz, or sapphire is prepared, and an amorphous semiconductor is formed on its main surface by, for example, a plasma enhanced CVD method. A thin film 12 is formed. The amorphous semiconductor thin film 12 is formed as a thin film containing, for example, more than 10 atomic% of hydrogen depending on the conditions of CVD, and the thickness of the amorphous semiconductor thin film 12 is, for example, 50 nm.
It is about.

【0044】このような非晶質半導体薄膜12を形成し
たところで、前述の如きレーザー脱ガス化装置に絶縁基
板11ごと装着し、図6の(b)に示すように、エキシ
マレーザーの第1レーザー光15を照射して非晶質半導
体薄膜12の一部に照射領域14を形成する。この第1
レーザー光15の照射は、パルス幅は60ナノ秒以上と
され、好ましい範囲としては60ナノ秒以上且つ300
ナノ秒以下であり、より好ましくは100ナノ秒以上且
つ250ナノ秒以下であり、さらに好ましくは120ナ
ノ秒以上且つ230ナノ秒以下の範囲の設定される。こ
のエキシマレーザーの照射は結晶化を生じさせず且つ薄
膜の爆発も生じさせない例えば200mJ/cm乃至
250mJ/cmのエネルギー強度である。単数回と
することもできるが、この200mJ/cm乃至25
0mJ/cmのエネルギー強度でたとえば2回乃至2
0回程度の照射であっても良い。60ナノ秒以上のパル
ス幅のエキシマレーザーの照射によって、非晶質半導体
薄膜12の水素等が脱ガス化する。非晶質半導体薄膜1
2が当初10原子%を越える水素を含んだ薄膜として形
成された場合であってもエキシマレーザーの照射から薄
膜中の水素等は離脱して行き、照射領域14ではその揮
発性ガスの濃度は確実に低減される。このような200
mJ/cm乃至250mJ/cmのエネルギー強度の
レーザー照射によって、その水素濃度を第1段階として
先ず8%以下に抑えることが可能となる。
After such an amorphous semiconductor thin film 12 is formed, it is mounted on the laser degassing apparatus as described above together with the insulating substrate 11, and as shown in FIG. 6 (b), a first laser of an excimer laser. Irradiation with light 15 forms an irradiation region 14 in a part of the amorphous semiconductor thin film 12. This first
The irradiation of the laser beam 15 has a pulse width of 60 ns or more, and a preferable range is 60 ns or more and 300 ns or more.
The range is set to be not more than nanoseconds, more preferably not less than 100 nanoseconds and not more than 250 nanoseconds, and further preferably not less than 120 nanoseconds and not more than 230 nanoseconds. The irradiation of the excimer laser is the energy intensity of which does not cause even explosion and thin without causing crystallization example 200 mJ / cm 2 to 250 mJ / cm 2. It can be performed singly, but this 200 mJ / cm 2 to 25
At an energy intensity of 0 mJ / cm 2 , for example, two to two times
The irradiation may be performed about 0 times. By irradiation with an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more, hydrogen and the like in the amorphous semiconductor thin film 12 are degassed. Amorphous semiconductor thin film 1
Even when 2 is initially formed as a thin film containing more than 10 atomic% of hydrogen, hydrogen and the like in the thin film are desorbed from the excimer laser irradiation, and the concentration of the volatile gas in the irradiation area 14 is reliable. To be reduced. 200 like this
by laser irradiation energy intensity of mJ / cm 2 to 250 mJ / cm 2, it is possible to suppress the hydrogen concentration in the first 8% or less as the first step.

【0045】続いて、図6の(c)に示すように、エキ
シマレーザーの照射をさらに広い範囲に拡大して、絶縁
基板11上の非晶質半導体薄膜12の多くが照射領域1
4とされる。このエキシマレーザーの照射は例えば脱ガ
ス化装置のチャンバー内のステージがビームの端部同士
が重なるように移動し、半導体薄膜の表面を間欠的に逐
次照射するものであっても良く、また、このような面順
次に限らず線順次に照射する方式であっても良い。ま
た、ステージを固定してエキシマレーザーのビーム側を
走査するようにしても良く、ステージとビームの両方を
動かすようにしても良い。照射領域14では薄膜中の水
素等は離脱して行って水素等の濃度は確実に低減され
る。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, the irradiation of the excimer laser is expanded to a wider range, so that the amorphous semiconductor thin film 12 on the insulating substrate 11 is largely irradiated.
It is set to 4. The irradiation of the excimer laser may be, for example, a stage in a chamber of a degassing apparatus that moves so that the ends of the beams overlap, and may irradiate the surface of the semiconductor thin film intermittently and sequentially. Irradiation may be performed in a line-sequential manner without being limited to such a plane-sequential manner. Further, the stage may be fixed and the beam side of the excimer laser may be scanned, or both the stage and the beam may be moved. In the irradiation region 14, hydrogen and the like in the thin film are separated and the concentration of the hydrogen and the like is reliably reduced.

【0046】このような第1の脱ガス化工程の後、第2
の脱ガス化工程で第2のエキシマレーザーの照射が行わ
れる。図6の(d)に示すように、第1レーザー光15
が照射された照射領域14に対してエキシマレーザーの
第2レーザー光16をさらに照射する。この第2レーザ
ー光17の照射は、パルス幅は60ナノ秒以上とされ、
好ましい範囲としては60ナノ秒以上且つ300ナノ秒
以下であり、より好ましくは100ナノ秒以上且つ25
0ナノ秒以下であり、さらに好ましくは120ナノ秒以
上且つ230ナノ秒以下の範囲の設定される。このエキ
シマレーザーの照射は第1のエキシマレーザーの照射よ
りもエネルギー密度が高く設定され例えば300mJ/
cm乃至350mJ/cmのエネルギー強度であ
る。単数回とすることもできるが、この300mJ/c
乃至350mJ/cmのエネルギー強度でたとえ
ば2回乃至40回程度の照射であっても良い。60ナノ
秒以上のパルス幅のエキシマレーザーの照射によって、
非晶質半導体薄膜12の水素等が一層脱ガス化する。非
晶質半導体薄膜12が当初10原子%を越える水素を含
んだ薄膜として形成された場合であっても、エキシマレ
ーザーの照射から第1脱ガス化工程でも残された薄膜中
の水素等は離脱して行き、第2レーザー光16の照射領
域17ではその揮発性ガスの濃度はさらに確実に低減さ
れる。第2レーザー光16は第1レーザー光15と同じ
レーザー光源を使用しながら異なるエネルギー強度とす
ることもでき、また、異なるレーザー光源を使用しても
良い。
After the first degassing step, the second
In the degassing step, irradiation of the second excimer laser is performed. As shown in FIG. 6D, the first laser beam 15
Is further irradiated with the second laser beam 16 of the excimer laser to the irradiation region 14 irradiated with. The irradiation of the second laser light 17 has a pulse width of 60 nanoseconds or more,
The preferred range is 60 ns or more and 300 ns or less, more preferably 100 ns or more and 25 ns or less.
0 ns or less, and more preferably in the range of 120 ns or more and 230 ns or less. The energy of this excimer laser irradiation is set higher than that of the first excimer laser irradiation, for example, 300 mJ /
It is the energy intensity of cm 2 to 350 mJ / cm 2. It can be singular, but this 300mJ / c
The irradiation may be performed, for example, about 2 to 40 times at an energy intensity of m 2 to 350 mJ / cm 2 . By excimer laser irradiation with a pulse width of 60 nanoseconds or more,
Hydrogen and the like in the amorphous semiconductor thin film 12 are further degassed. Even when the amorphous semiconductor thin film 12 is initially formed as a thin film containing more than 10 atomic% of hydrogen, hydrogen and the like in the thin film remaining in the first degassing step are desorbed from excimer laser irradiation. Then, the concentration of the volatile gas in the irradiation area 17 of the second laser beam 16 is more reliably reduced. The second laser beam 16 may have the same laser light source as the first laser beam 15 and have a different energy intensity, or a different laser light source may be used.

【0047】続いて、図6の(e)に示すように、第2
のエキシマレーザーの照射をさらに広い範囲に拡大し
て、絶縁基板11上の非晶質半導体薄膜12の多くが照
射領域17とされる。このエキシマレーザーの照射は例
えば脱ガス化装置のチャンバー内のステージがビームの
端部同士が重なるように移動し、半導体薄膜の表面を間
欠的に逐次照射するものであっても良く、また、このよ
うな面順次に限らず線順次に照射する方式であっても良
い。また、ステージを固定してエキシマレーザーのビー
ム側を走査するようにしても良く、ステージとビームの
両方を動かすようにしても良い。照射領域17では薄膜
中の水素等は離脱して行って水素等の濃度は確実に低減
される。
Subsequently, as shown in FIG.
Of the amorphous semiconductor thin film 12 on the insulating substrate 11 is used as the irradiation region 17. The irradiation of the excimer laser may be, for example, a stage in a chamber of a degassing apparatus that moves so that the ends of the beams overlap, and may irradiate the surface of the semiconductor thin film intermittently and sequentially. Irradiation may be performed in a line-sequential manner as well as in the plane-sequential manner. Further, the stage may be fixed and the beam side of the excimer laser may be scanned, or both the stage and the beam may be moved. In the irradiation area 17, hydrogen and the like in the thin film are separated and the concentration of the hydrogen and the like is reliably reduced.

【0048】なお、この図6に示した工程では、第1の
エキシマレーザーの照射を基板全体に対して行った後、
第2のエキシマレーザーの照射を基板全体に対して行う
工程を説明したが、基板上の一部に第1のエキシマレー
ザーを照射し、その直後に第2のエキシマレーザーを照
射して、その第1のエキシマレーザーの照射と第2のエ
キシマレーザーの照射の組み合わせを基板全体に順次広
げるようにしても良い。
In the process shown in FIG. 6, after the first excimer laser irradiation is performed on the entire substrate,
Although the step of irradiating the entire substrate with the second excimer laser has been described, the first excimer laser is irradiated on a part of the substrate, and the second excimer laser is irradiated immediately after that, and the second excimer laser is irradiated. The combination of the irradiation of the first excimer laser and the irradiation of the second excimer laser may be sequentially spread over the entire substrate.

【0049】同じ非晶質半導体薄膜12の照射領域17
がエキシマレーザーのレーザー光19によってアニ−ル
され、図7の(f)に示すように、再結晶化が進められ
る。この時のエキシマレーザーの照射は非晶質半導体薄
膜12の形成材料の結晶化エネルギー以上の照射強度を
持って照射されるものであり、例えば500mJ/cm
で単数回又は複数回のエキシマレーザー照射を行う。
このエキシマレーザーの照射によって非晶質半導体薄膜
12は再結晶化され、結晶粒のサイズは大きくされ多結
晶半導体薄膜からなる再結晶化領域18とされる。
The irradiation region 17 of the same amorphous semiconductor thin film 12
Is annealed by the laser beam 19 of the excimer laser, and recrystallization proceeds as shown in FIG. The excimer laser irradiation at this time is performed with an irradiation intensity higher than the crystallization energy of the material for forming the amorphous semiconductor thin film 12, for example, 500 mJ / cm.
In step 2 , single or multiple excimer laser irradiation is performed.
By the irradiation of the excimer laser, the amorphous semiconductor thin film 12 is recrystallized, and the size of the crystal grains is increased to form a recrystallized region 18 made of a polycrystalline semiconductor thin film.

【0050】この再結晶化領域18の形成は、その後、
図7の(g)に示すように、チャンバー内のステージがビ
ームの端部同士が重なるように移動し、非晶質半導体薄
膜12を絶縁基板11と共に移動させて半導体薄膜の表
面を間欠的に逐次照射する。また、このような面順次に
限らず線順次に照射する方式であっても良い。また、ス
テージを固定してエキシマレーザーのビーム側を走査す
るようにしても良く、ステージとビームの両方を動かす
ようにしても良い。この再結晶化領域18の形成時に
は、既に照射領域17の形成によって半導体薄膜12の
揮発性ガスの含有量特に水素含有量が十分に、より均一
性高く低減されているため、膜の爆発を防止することが
できる。このような多段階のレーザービームの照射によ
って均一性、再現性良く水素等の揮発性ガスを低減でき
る。特に、当初の水素含有量が10原子%を越えるよう
な場合では、多段階のレーザー照射による脱ガス工程で
薄膜の爆発を防止しながらの均一性、再現性の優れた水
素等の揮発性ガスの低減が可能となる。
The formation of the recrystallized region 18 is thereafter performed
As shown in FIG. 7 (g), the stage in the chamber is moved so that the ends of the beam overlap each other, and the amorphous semiconductor thin film 12 is moved together with the insulating substrate 11 so that the surface of the semiconductor thin film is intermittently moved. Irradiate sequentially. In addition, a method of irradiating in a line-sequential manner is not limited to such a plane-sequential manner. Further, the stage may be fixed and the beam side of the excimer laser may be scanned, or both the stage and the beam may be moved. When the recrystallized region 18 is formed, the volatile region content, particularly the hydrogen content, of the semiconductor thin film 12 has been sufficiently reduced by the formation of the irradiation region 17 and the uniformity thereof has been reduced, thereby preventing the explosion of the film. can do. By such multi-step laser beam irradiation, volatile gas such as hydrogen can be reduced with good uniformity and reproducibility. In particular, when the initial hydrogen content exceeds 10 atomic%, volatile gas such as hydrogen having excellent uniformity and reproducibility while preventing explosion of the thin film in the degassing process by multi-step laser irradiation. Can be reduced.

【0051】図8は多段階のレーザー照射による脱ガス
工程で、異なるエネルギー密度のレーザーを照射した場
合のショット回数と膜中の水素含有量の関係を示した図
である。エキシマレーザーはXeClレーザー(波長308
nm)でそのパルス幅は150ナノ秒から200ナノ秒に
設定され、形成した非晶質シリコンの膜厚はおよそ40
nmである。縦軸は絶縁基板上にCVDなどによって形成し
た時点での水素含有量を1として、その割合を相対的に
示している。横軸はXeClエキシマレーザーのショット回
数である。このグラフからも明らかなように、200m
J/cm乃至250mJ/cmのエネルギー強度でエ
キシマレーザーを照射した場合には、ショット回数に応
じて徐々に水素含有量が減る傾向にあるものの概ねショ
ット回数が20回以上40回以下の範囲では0.7から
0.6程度の間の含有量に収束するような傾向がある。
したがって、本実施形態の第1のレーザー照射は200
mJ/cm乃至250mJ/cmのエネルギー強度で
あるから、第1のレーザー照射後は膜内の水素含有量は
0.7から0.6程度の間に落ち着くことになる。一
方、300mJ/cm以上で例えば350mJ/cm
付近のエネルギー強度でエキシマレーザーを照射した場
合には、単数回若しくは少ない回数で大きく膜内の水素
含有量が低減され、たとえば当初の0.2程度というこ
とは既に電気炉アニ−ルによる水素含有量の低減と同じ
レベルに到達していることを意味し、それ以上のレーザ
ー照射はあまり有意義ではない。本実施形態の第2のレ
ーザー照射は300mJ/cm乃至350mJ/cm
のエネルギー強度であるから、当該第2のレーザー照射
で確実な脱水素化が行われる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the number of shots and the hydrogen content in the film when lasers of different energy densities are irradiated in a degassing step by laser irradiation in multiple stages. Excimer laser is XeCl laser (wavelength 308)
nm), the pulse width is set from 150 nanoseconds to 200 nanoseconds, and the thickness of the formed amorphous silicon is about 40 nanoseconds.
nm. The vertical axis indicates the relative hydrogen content assuming that the hydrogen content at the time of formation on the insulating substrate by CVD or the like is 1. The horizontal axis is the number of shots of the XeCl excimer laser. As is clear from this graph, 200 m
When the excimer laser is irradiated with an energy intensity of J / cm 2 to 250 mJ / cm 2 , the hydrogen content tends to gradually decrease according to the number of shots, but the number of shots is generally in the range of 20 to 40 times Then, the content tends to converge to a content of about 0.7 to 0.6.
Therefore, the first laser irradiation of this embodiment is 200
mJ / cm 2 to from an energy intensity of 250 mJ / cm 2, after the first laser irradiation hydrogen content in the film will be settled between about 0.7 and 0.6. On the other hand, at 300 mJ / cm 2 or more, for example, 350 mJ / cm 2
When the excimer laser is irradiated at an energy intensity near the single or small number of times, the hydrogen content in the film is greatly reduced by a single or small number of times. Meaning that the same level has been reached as the amount of reduction, further laser irradiation is not very meaningful. The second laser irradiation in this embodiment is performed at 300 mJ / cm 2 to 350 mJ / cm 2.
Because of the energy intensity, dehydrogenation is reliably performed by the second laser irradiation.

【0052】このように第2のレーザー照射だけでも、
脱ガス化という点では効果が得られるものと言うことが
できるが、半導体薄膜を有するデバイスを安定して供給
し、さらに膜内の水素含有量の均一化を確保するという
点からも多段階のレーザー照射は有効である。
As described above, even when the second laser irradiation alone is used,
It can be said that the effect can be obtained in terms of degassing, but multi-step from the viewpoint of stably supplying a device having a semiconductor thin film and further ensuring uniformity of the hydrogen content in the film. Laser irradiation is effective.

【0053】[第4の実施形態]図9及び図10、図1
1を参照して、本発明の第4の実施形態について説明す
る。本実施形態は半導体薄膜の製造方法及び半導体薄膜
製造装置に関する。
[Fourth Embodiment] FIGS. 9, 10 and 1
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment relates to a semiconductor thin film manufacturing method and a semiconductor thin film manufacturing apparatus.

【0054】先ず、図9を参照して半導体薄膜製造装置
について説明する。図9は本実施形態にかかる半導体薄
膜製造装置の一例の概略的な断面を示す。その主たる構
成は、CVDチャンバー59がレーザー照射チャンバー
65と搬送チャンバー64を介して接続する構造となっ
ている。
First, a semiconductor thin film manufacturing apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a schematic cross section of an example of the semiconductor thin film manufacturing apparatus according to the present embodiment. The main configuration is such that the CVD chamber 59 is connected to the laser irradiation chamber 65 via the transfer chamber 64.

【0055】CVDチャンバー59は試料台62に載置
された基板上に薄膜をCVD法によって形成するための
処理室であり、CVDチャンバー59の上部に形成され
たガス導入口60より、成膜ガス61を導入して基板上
に薄膜を形成する。搬送チャンバー64はCVDチャン
バー59で処理された基板を大気開放することなくレー
ザー照射チャンバー65まで運ぶための搬送路となり、
特にCVDチャンバー59と搬送チャンバー64の間に
はゲート63が設けられ、例えばCVD法にて薄膜を形
成している間はゲート63が閉じられてCVDチャンバ
ー59と搬送チャンバー64の間はガスが流通しない。
レーザー照射チャンバー65はレーザー照射による脱ガ
ス化処理および再結晶化のためのアニ−ル処理を施すた
めの処理室であり、試料台75上に搬送チャンバー64
から搬送された基板が載置される。このレーザー照射チ
ャンバー65の上部には、レーザー光を透過する石英窓
66が設けられており、この石英窓66を介してエキシ
マレーザー67からレーザー光がレーザー照射チャンバ
ー65の基板上面に対して照射される。レーザー照射チ
ャンバー65の上部には、レーザー照射チャンバー65
内の雰囲気を所定の例えば窒素雰囲気にするためのガス
導入口68も設けられ、レーザー照射チャンバー65の
側壁にはレーザー照射後の処理基板を排出するための排
出口69も設けられている。
The CVD chamber 59 is a processing chamber for forming a thin film on the substrate placed on the sample stage 62 by a CVD method. 61 is introduced to form a thin film on the substrate. The transfer chamber 64 is a transfer path for transferring the substrate processed in the CVD chamber 59 to the laser irradiation chamber 65 without opening the substrate to the atmosphere.
In particular, a gate 63 is provided between the CVD chamber 59 and the transfer chamber 64. For example, the gate 63 is closed while a thin film is formed by the CVD method, and a gas flows between the CVD chamber 59 and the transfer chamber 64. do not do.
The laser irradiation chamber 65 is a processing chamber for performing a degassing process by laser irradiation and an annealing process for recrystallization, and a transfer chamber 64 on a sample table 75.
The substrate transported from is loaded. Above the laser irradiation chamber 65, a quartz window 66 through which laser light is transmitted is provided. Through the quartz window 66, laser light is irradiated from an excimer laser 67 onto the upper surface of the substrate of the laser irradiation chamber 65. You. Above the laser irradiation chamber 65, a laser irradiation chamber 65 is provided.
There is also provided a gas inlet 68 for changing the internal atmosphere to a predetermined nitrogen atmosphere, for example, and an outlet 69 for discharging the processed substrate after the laser irradiation on the side wall of the laser irradiation chamber 65.

【0056】レーザー照射チャンバー65の上部に配設
されたエキシマレーザー67は特にそのパルス幅が60
ナノ秒以上のレーザーであり、本実施態様においては照
射のエネルギー密度を変えることで脱水素化と共にアニ
−ルによる再結晶化も行う。このエキシマレーザー67
は試料台75上の基板の端部に対峙して該端部を照射す
る状態から水平方向に移動可能に設けられている。
The excimer laser 67 disposed above the laser irradiation chamber 65 has a pulse width of 60 in particular.
In this embodiment, recrystallization by annealing is performed together with dehydrogenation by changing the energy density of irradiation in this embodiment. This excimer laser 67
Is provided so as to be able to move in the horizontal direction from a state in which the end of the substrate on the sample table 75 is opposed to the end of the substrate.

【0057】次に、図9の半導体薄膜製造装置を用いて
脱ガス化及び結晶化を行う半導体薄膜の製造方法につい
て図10及び図11を参照しながら説明する。
Next, a method of manufacturing a semiconductor thin film in which degassing and crystallization are performed using the semiconductor thin film manufacturing apparatus of FIG. 9 will be described with reference to FIGS.

【0058】先ず、図10の(a)に示すように、CVD
チャンバー59内で基板51が試料台62に載置され、
ゲート63を閉じた状態でCVD法による成膜を行う。
このCVD法による成膜時には、ガス導入口60より非
晶質シリコン膜の成膜のためのCVDガスとして、たと
えばシランガス及び水素ガスが導入される。これらCV
Dガスの導入と共に成膜時はプラズマ放電がCVDチャ
ンバー59内で行われ、基板51上には非晶質シリコン
(a-Si)膜52が積層される。このようなプラズマエン
ハンストCVDの場合は、必然的に水素が非晶質シリコ
ン膜52に含有されてしまうことになる。
First, as shown in FIG.
The substrate 51 is placed on the sample stage 62 in the chamber 59,
A film is formed by the CVD method with the gate 63 closed.
At the time of film formation by this CVD method, for example, silane gas and hydrogen gas are introduced from the gas inlet 60 as a CVD gas for forming an amorphous silicon film. These CVs
At the time of film formation together with the introduction of the D gas, plasma discharge is performed in the CVD chamber 59, and an amorphous silicon (a-Si) film 52 is stacked on the substrate 51. In the case of such plasma enhanced CVD, hydrogen is inevitably contained in the amorphous silicon film 52.

【0059】続いて、プラズマ放電を停止し、CVDガ
スの供給も停止し、CVDチャンバー59内を真空にす
る。CVDチャンバー59内を真空にした後、搬送チャ
ンバー64およびレーザー照射チャンバー65も真空に
引かれ、ゲート63が開かれてCVDチャンバー59内
で成膜された基板51が図10の(b)の矢印70方向
に搬送され、搬送チャンバー64内を通過した後、レー
ザー照射チャンバー65に到達する。レーザー照射チャ
ンバー65内では成膜された基板51は試料台75の上
に載置される。搬送チャンバー64とCVDチャンバー
59の間に形成されたゲート63は基板51の通過後に
閉じられる。基板51のCVDチャンバー59からレー
ザー照射チャンバー65までの搬送の間に、基板51の
まわりの雰囲気が大気開放されることがなく、短時間の
処理が実現できると共に、不要な不純物などにも汚染さ
れる確率も低くなる。
Subsequently, the plasma discharge is stopped, the supply of the CVD gas is stopped, and the inside of the CVD chamber 59 is evacuated. After the inside of the CVD chamber 59 is evacuated, the transfer chamber 64 and the laser irradiation chamber 65 are also evacuated, the gate 63 is opened, and the substrate 51 formed in the CVD chamber 59 is turned into an arrow shown in FIG. After being conveyed in the direction of 70 and passing through the inside of the transfer chamber 64, it reaches the laser irradiation chamber 65. In the laser irradiation chamber 65, the substrate 51 on which a film is formed is placed on a sample table 75. The gate 63 formed between the transfer chamber 64 and the CVD chamber 59 is closed after passing through the substrate 51. During the transfer of the substrate 51 from the CVD chamber 59 to the laser irradiation chamber 65, the atmosphere around the substrate 51 is not opened to the atmosphere, so that a short-time processing can be realized, and the substrate 51 is contaminated with unnecessary impurities. Probability is lower.

【0060】水素を含有する非晶質シリコン膜52を形
成している基板51がレーザー照射チャンバー65内の
試料台75の上に載置されたところで、図10の(c)
に示すように、脱水素化のためのレーザー光72の照射
が行われる。このレーザー光72の照射は、たとえばエ
キシマレーザー67からのパルス幅が60ナノ秒以上の
レーザー光72の照射であり、そのエネルギー密度は非
晶質シリコン膜52を溶融したり結晶化したりしない程
度の例えば約300mJ/cmとされる。エキシマレ
ーザー67からレーザー光72は基板51上の非晶質シ
リコン膜52全面には一括して当たらないため、エキシ
マレーザー67は基板51の主面に沿って図中矢印71
方向に移動し、水素を含有する非晶質シリコン膜52の
全面の脱ガスを行う。なお、レーザー照射チャンバー6
5を大きく基板51のサイズの2倍程度とし、試料台7
5をXYステージなどによって構成することで、エキシ
マレーザー67を固定しながら試料台75を水平面内で
移動させてエキシマレーザー67のレーザー光72の全
面照射を図るようにしても良い。また、エキシマレーザ
ー67のレーザー光72と試料台75の双方を移動させ
るようにすることもできる。このような脱ガス化のため
のレーザー光72の照射によって非晶質シリコン膜52
に含有される水素の量は低減され、たとえば2原子%以
下の電気炉アニ−ル並の脱ガス化も瞬時に行うことがで
きる。
When the substrate 51 on which the hydrogen-containing amorphous silicon film 52 is formed is placed on the sample table 75 in the laser irradiation chamber 65, FIG.
As shown in (1), irradiation with a laser beam 72 for dehydrogenation is performed. The irradiation with the laser light 72 is, for example, irradiation with the laser light 72 having a pulse width of 60 nanoseconds or more from the excimer laser 67, and the energy density of the laser light 72 is such that the amorphous silicon film 52 is not melted or crystallized. For example, it is about 300 mJ / cm 2 . Since the laser beam 72 from the excimer laser 67 does not collectively hit the entire surface of the amorphous silicon film 52 on the substrate 51, the excimer laser 67 is moved along the main surface of the substrate 51 by an arrow 71 in FIG.
Then, the entire surface of the amorphous silicon film 52 containing hydrogen is degassed. The laser irradiation chamber 6
5 is about twice the size of the substrate 51,
By configuring the 5 with an XY stage or the like, the sample table 75 may be moved in a horizontal plane while fixing the excimer laser 67 so that the entire surface of the laser beam 72 of the excimer laser 67 is irradiated. Further, both the laser beam 72 of the excimer laser 67 and the sample table 75 can be moved. Irradiation of the laser beam 72 for such degassing makes the amorphous silicon film 52
The amount of hydrogen contained in the gas is reduced, and, for example, the degassing of an electric furnace as low as 2 atomic% or less can be performed instantaneously.

【0061】この脱ガス化処理に続いて非晶質シリコン
膜52の結晶化を同じエキシマレーザー67を用いて行
う。この結晶化のためのエキシマレーザー67からのレ
ーザー光73は例えば500mJ/cm程度であり、
既に脱水素化および脱ガス化処理がエキシマレーザー6
7からのレーザー光72によって進められていることか
ら、膜の爆発などを未然に防止しながら進めることがで
きる。この結晶化のためのエキシマレーザー67からの
レーザー光73も、図11の(d)に示すように矢印7
1方向にエキシマレーザー67を移動させながら照射す
ることができ、基板51上の非晶質シリコン膜52の全
面を結晶化させることができる。また、脱水素化のため
のレーザー照射と同様に、試料台75をXYステージな
どによって構成することで、エキシマレーザー67を固
定しながら試料台75を水平面内で移動させてエキシマ
レーザー67のレーザー光73の全面照射を図るように
しても良い。また、エキシマレーザー67のレーザー光
73と試料台75の双方を移動させるようにすることも
できる。
Following this degassing process, the crystallization of the amorphous silicon film 52 is performed using the same excimer laser 67. The laser light 73 from the excimer laser 67 for this crystallization is, for example, about 500 mJ / cm 2 ,
Dehydrogenation and degassing have already been performed by excimer laser 6
Since the laser beam 72 is used for the laser beam 72, the film can proceed while preventing explosion of the film. The laser light 73 from the excimer laser 67 for this crystallization is also indicated by an arrow 7 as shown in FIG.
Irradiation can be performed while moving the excimer laser 67 in one direction, and the entire surface of the amorphous silicon film 52 on the substrate 51 can be crystallized. Similarly to the laser irradiation for dehydrogenation, by configuring the sample stage 75 with an XY stage or the like, the sample stage 75 is moved in a horizontal plane while the excimer laser 67 is fixed, and the laser beam of the excimer laser 67 is moved. The entire surface 73 may be irradiated. In addition, both the laser beam 73 of the excimer laser 67 and the sample table 75 can be moved.

【0062】最後に、図11の(e)に示すように、レ
ーザー照射チャンバー65の側部に形成された排出口6
9が開かれ、脱ガス化処理とともに結晶化処理も施され
た成膜済み基板51が排出口69から取り出される。
Finally, as shown in FIG. 11E, the discharge port 6 formed on the side of the laser irradiation chamber 65 is formed.
9 is opened, and the film-formed substrate 51 that has been subjected to the crystallization treatment together with the degassing treatment is taken out from the outlet 69.

【0063】以上の如き工程から、同じエキシマレーザ
ー67を用いて基板51上の非晶質シリコン膜52は脱
ガス化処理されると共に結晶化処理も施される。従来の
製造方法では、電気炉で脱ガス化するために、CVD装
置からレーザーアニ−ル処理装置までの間で2時間ほど
の時間がかかり、大気に開放することも不可欠であった
が、本実施形態ではCVD工程から脱ガス工程及び結晶
化工程まで同じ半導体薄膜製造装置を使用して処理でき
るため、生産性を高くできる。また、結晶化の前に十分
な脱ガス化が行われるため、非晶質シリコン膜52の爆
発を防止することができ、良質な結晶の半導体薄膜を供
給できる。
From the above steps, the amorphous silicon film 52 on the substrate 51 is degassed and crystallized using the same excimer laser 67. In the conventional manufacturing method, it takes about two hours from the CVD apparatus to the laser annealing apparatus in order to degas in an electric furnace, and it is indispensable to open to the atmosphere. In the embodiment, the processing can be performed using the same semiconductor thin film manufacturing apparatus from the CVD step to the degassing step and the crystallization step, so that the productivity can be increased. In addition, since sufficient degassing is performed before crystallization, the explosion of the amorphous silicon film 52 can be prevented, and a high-quality crystalline semiconductor thin film can be supplied.

【0064】[第5の実施形態]図12は第5の実施形
態の半導体薄膜製造装置の例である。試料台80上に基
板81が載置され、その基板81上には非晶質シリコン
膜82が形成されている。この非晶質シリコン膜82に
対峙するように、一対のエキシマレーザー装置83、8
4が設けられており、それぞれ矢印50方向に移動可能
とされている。これらのエキシマレーザー装置83、8
4の一方のエキシマレーザー装置83は、先に非晶質シ
リコン膜82にレーザー光87が照射される側であり、
そのレーザー光87は脱ガス、脱水素化に適したパルス
幅が60ナノ秒以上の光であり、そのエネルギー密度は
例えば300mJ/cm乃至350mJ/cmであ
る。他方のエキシマレーザー装置84は、エキシマレー
ザー装置83からのレーザー光87に引き続いて照射さ
れるレーザー光88を発生させ、そのエネルギー密度は
結晶化に好適な例えば500mJ/cm乃至600mJ
/cm程度である。一対のエキシマレーザー装置8
3、84はそれぞれ矢印50方向に移動できる。
[Fifth Embodiment] FIG. 12 shows an example of a semiconductor thin film manufacturing apparatus according to a fifth embodiment. A substrate 81 is placed on a sample stage 80, and an amorphous silicon film 82 is formed on the substrate 81. A pair of excimer laser devices 83 and 8 are opposed to this amorphous silicon film 82.
4 are provided, each of which is movable in the direction of arrow 50. These excimer laser devices 83, 8
4 is a side on which the amorphous silicon film 82 is first irradiated with the laser beam 87;
As the laser beam 87 is degassed, the pulse width suitable for the dehydrogenation of more than 60 ns light, the energy density is, for example, 300 mJ / cm 2 to 350 mJ / cm 2. The other excimer laser device 84 generates a laser beam 88 which is irradiated subsequently to the laser beam 87 from the excimer laser device 83, and has an energy density of, for example, 500 mJ / cm 2 to 600 mJ suitable for crystallization.
/ Cm 2 . A pair of excimer laser devices 8
3, 84 can move in the direction of arrow 50, respectively.

【0065】基板81上の非晶質シリコン膜82は、一
対のエキシマレーザー装置83、84はそれぞれ矢印5
0方向に移動する結果、最初に脱ガス化され、続いて再
結晶化される。この再結晶化時には既に脱ガス化されて
いるために膜の爆発などの問題は未然に防止される。な
お、図12の例では、一対のエキシマレーザー装置8
3、84が矢印50方向に移動するものとして説明して
いるが、基板51側や一対のエキシマレーザー装置8
3、84と基板51の双方を移動させるようにしても良
い。
A pair of excimer laser devices 83 and 84 are respectively indicated by arrows 5
As a result of moving in the zero direction, it is first degassed and subsequently recrystallized. At the time of this recrystallization, problems such as explosion of the film are prevented beforehand because the gas has already been degassed. In the example of FIG. 12, a pair of excimer laser devices 8
3 and 84 are described as moving in the direction of the arrow 50, but the substrate 51 side and the pair of excimer laser devices 8
3, 84 and the substrate 51 may both be moved.

【0066】[第6の実施形態]図26は第5の実施形
態の半導体薄膜製造装置をCVDチャンバーを伴う構成
とした例を示す図である。この第6の実施形態の半導体
薄膜製造装置は、その主たる構成は、CVDチャンバー
91がレーザー照射チャンバー93と搬送チャンバーを
介して接続する構造となっており、チャンバー自体の構
成は図9に示した装置と同様である。
[Sixth Embodiment] FIG. 26 is a view showing an example in which a semiconductor thin film manufacturing apparatus according to a fifth embodiment is configured to include a CVD chamber. The semiconductor thin film manufacturing apparatus according to the sixth embodiment has a main configuration in which a CVD chamber 91 is connected to a laser irradiation chamber 93 via a transfer chamber, and the configuration of the chamber itself is shown in FIG. Same as the device.

【0067】CVDチャンバー91は試料台92に載置
された基板上に薄膜をCVD法によって形成するための
処理室であり、成膜ガスを導入して基板上に薄膜を形成
する。レーザー照射チャンバー93はレーザー照射によ
る脱ガス化処理および再結晶化のためのアニ−ル処理を
施すための処理室であり、試料台94上に搬送チャンバ
ーから搬送された基板95が載置される。このレーザー
照射チャンバー93の上部には、レーザー光を透過する
石英窓が設けられており、この石英窓を介して一対のエ
キシマレーザー装置97、98からレーザー光がレーザ
ー照射チャンバー93の基板上面の薄膜96に対して照
射される。
The CVD chamber 91 is a processing chamber for forming a thin film on a substrate placed on a sample stage 92 by a CVD method, and forms a thin film on the substrate by introducing a film forming gas. The laser irradiation chamber 93 is a processing chamber for performing a degassing process by laser irradiation and an annealing process for recrystallization, and a substrate 95 transferred from the transfer chamber is placed on a sample stage 94. . A quartz window through which laser light is transmitted is provided on the upper part of the laser irradiation chamber 93, and laser light from a pair of excimer laser devices 97 and 98 is applied to the thin film on the upper surface of the substrate of the laser irradiation chamber 93 through the quartz window. 96.

【0068】エキシマレーザー装置97は特にそのパル
ス幅が60ナノ秒以上のレーザーであり、レーザー光9
9を基板上面の薄膜96に対して照射して脱水素化に使
用される。他方のエキシマレーザー装置98はレーザー
光100を基板上面の薄膜96に対して照射してアニ−
ルによる再結晶化を行う。一対のエキシマレーザー装置
97、98はそれぞれ矢印50方向に移動でき、基板9
5上の非晶質シリコン膜96は、一対のエキシマレーザ
ー装置97、98がそれぞれ矢印50方向に移動する結
果、最初に脱ガス化され、続いて再結晶化される。この
再結晶化時には既に脱ガス化されているために膜の爆発
などの問題は未然に防止されることになる。なお、図1
3の例では、一対のエキシマレーザー装置97、98が
矢印50方向に移動するものとして説明しているが、基
板95側や一対のエキシマレーザー装置97、98と基
板95の双方を移動させるようにしても良い。
The excimer laser device 97 is a laser having a pulse width of at least 60 nanoseconds.
The thin film 96 on the upper surface of the substrate is irradiated with 9 and used for dehydrogenation. The other excimer laser device 98 irradiates a laser beam 100 to the thin film 96 on the upper surface of the substrate and animates it.
And recrystallize it. Each of the pair of excimer laser devices 97 and 98 can move in the direction of arrow 50,
As a result of the pair of excimer laser devices 97 and 98 respectively moving in the direction of the arrow 50, the amorphous silicon film 96 on 5 is first degassed and subsequently recrystallized. At the time of the recrystallization, problems such as explosion of the film are prevented beforehand because the gas has been degassed. FIG.
In the example of the third example, the pair of excimer laser devices 97 and 98 are described as moving in the direction of arrow 50. However, the substrate 95 side and both the pair of excimer laser devices 97 and 98 and the substrate 95 are moved. May be.

【0069】[第7の実施形態]本実施形態の半導体薄
膜製造装置は、レーザー光源からのレーザービームをビ
ームスプリッタで分割し、分割された一方のレーザービ
ームを照射して半導体薄膜を脱ガス化し、分割された他
方のレーザービームを照射して半導体薄膜を結晶化する
ことを特徴とする。その構成は図14に示すように、単
一のパルス幅が60ナノ秒以上のレーザービームを発生
させるエキシマレーザー装置55を有し、そのビームを
分割するビームスプリッタ56がエキシマレーザー装置
55からのレーザービームの光線上に配設されている。
このビームスプリッタ56で分割された一方のレーザー
ビーム46は直接基板49上の半導体薄膜48に照射さ
れ、このレーザービーム46は半導体薄膜48の脱ガス
化に用いられる。ビームスプリッタ56で分割され透過
する側の他方のレーザービームはミラー57で反射さ
れ、反射したレーザービーム47が基板49上の半導体
薄膜48に照射される。このレーザービーム47は半導
体薄膜48の結晶化を図る。図14において、基板49
は試料台58上に固定されており、本実施形態において
は試料台58が矢印50方向に移動して半導体薄膜48
のほぼ全面にわたってレーザービーム46による脱ガス
化処理とレーザービーム47による結晶化処理が進めら
れる。
[Seventh Embodiment] A semiconductor thin film manufacturing apparatus according to this embodiment divides a laser beam from a laser light source by a beam splitter and irradiates one of the divided laser beams to degas the semiconductor thin film. The semiconductor thin film is crystallized by irradiating the other divided laser beam. As shown in FIG. 14, the configuration has an excimer laser device 55 for generating a laser beam having a single pulse width of 60 nanoseconds or more, and a beam splitter 56 for splitting the beam has a laser beam from the excimer laser device 55. Arranged on the beam of the beam.
One of the laser beams 46 split by the beam splitter 56 is directly applied to the semiconductor thin film 48 on the substrate 49, and the laser beam 46 is used for degassing the semiconductor thin film 48. The other laser beam on the side that is split and transmitted by the beam splitter 56 is reflected by a mirror 57, and the reflected laser beam 47 irradiates a semiconductor thin film 48 on a substrate 49. The laser beam 47 crystallizes the semiconductor thin film 48. In FIG. 14, the substrate 49
Is fixed on a sample stage 58, and in the present embodiment, the sample stage 58 moves in the direction of the arrow 50 to move the semiconductor thin film 48.
The degassing process by the laser beam 46 and the crystallization process by the laser beam 47 are performed over almost the entire surface of the substrate.

【0070】なお、本実施形態においては、脱ガスを目
的とする弱いエネルギー密度のレーザービーム46がビ
ームスプリッタ56で反射し、結晶化を目的とする強い
エネルギー密度のレーザービーム47がビームスプリッ
タ56を透過するようにしているが、その逆の関係のレ
ーザービームを出力するような光学系を配することもで
きる。また、本実施形態では試料台58が移動して、薄
膜の脱ガスならびに結晶化が進められるが、レーザー装
置側が移動する構造やその両方の構成が移動する構造で
あっても良い。また、本実施形態ではレーザービームを
2つに分割したが、これに限定されず、3以上の分割を
したり、空間的に更に離れた部分にレーザービームを分
けるような機構を有していても良い。
In this embodiment, a laser beam 46 having a low energy density for degassing is reflected by a beam splitter 56, and a laser beam 47 having a high energy density for crystallization is applied to the beam splitter 56. Although the light is transmitted, an optical system that outputs a laser beam having the opposite relationship may be provided. In the present embodiment, the sample stage 58 moves to promote degassing and crystallization of the thin film. However, a structure in which the laser device side moves or a structure in which both the structures move may be used. Further, in the present embodiment, the laser beam is divided into two. However, the present invention is not limited to this, and has a mechanism that divides the laser beam into three or more parts or separates the laser beam into portions that are further apart spatially. Is also good.

【0071】[第8の実施の形態]本実施の形態は、エ
キシマレーザの照射により半導体薄膜の脱ガスと結晶化
を同時に行うものである。
[Eighth Embodiment] In this embodiment, degassing and crystallization of a semiconductor thin film are simultaneously performed by irradiation with an excimer laser.

【0072】本実施の形態においては、レーザー装置か
ら出力された時点でレーザー光はその強度分布がガウシ
ャン分布となっているため、これをホモジナイザーに通
してレーザー断面内において強度が均一になるようにす
る。これをさらにスリットに導くことでレーザーの強度
を箱型分布とする。このようにレーザー強度を均一にし
たレーザービームを用い、主副2つのレーザービームを
隣接または主レーザービームのトレーリングエッジ(T
E)側に副レーザービームの一部をオーバーラップさせ
て位置させ、且つ、主レーザービームが停止するとき、
またはその前から副レーザービームの照射を開始する。
In this embodiment, since the intensity distribution of the laser light at the time of output from the laser device has a Gaussian distribution, it is passed through a homogenizer so that the intensity becomes uniform within the laser cross section. I do. This is further led to a slit so that the intensity of the laser is distributed in a box shape. Using a laser beam having a uniform laser intensity as described above, the two main and sub laser beams are adjacent to each other or the trailing edge (T
E) When a part of the sub laser beam is overlapped on the side, and the main laser beam stops,
Alternatively, the sub-laser beam irradiation is started before that.

【0073】このとき、特に上述の主レーザービーム進
行方向の後方側となるトレーリングエッジに隣接または
オーバーラップした副レーザービームの強度を主レーザ
ービームより低く設定する。例えば、この副レーザービ
ームの照射により膜の温度がSi結晶化温度より低く、
且つ少なくとも1100℃程度になるように設定するこ
とが望ましい。さらに、主レーザービームは試料上面か
ら照射し、副レーザービームは基板下面側から照射す
る。あるいは、この逆でもよい。さらには、両レーザー
を基板の下面側に設けるなども可能である。
At this time, in particular, the intensity of the sub-laser beam adjacent or overlapping the trailing edge on the rear side in the main laser beam traveling direction is set lower than that of the main laser beam. For example, the temperature of the film is lower than the Si crystallization temperature by the irradiation of the sub-laser beam,
It is desirable to set the temperature to at least about 1100 ° C. Further, the main laser beam is irradiated from above the sample, and the sub-laser beam is irradiated from below the substrate. Alternatively, the reverse is also possible. Furthermore, both lasers can be provided on the lower surface side of the substrate.

【0074】このように、基板上のa−Si膜をレーザ
ーアニールする時に、そのトレーリングエッジ側が急速
に冷却されることにより結晶化できずに再a−Si化し
てしまう問題が、主レーザービーム照射によりアニール
される領域のトレーリングエッジ部(TE部)に主レー
ザービームより出力の低い副レーザービームを主レーザ
ービーム停止後まで照射を続けるようにすることによ
り、このTE部の再アモルファス化を防止し、結晶化を
確実に行うことができる。また、既結晶化領域との間の
熱的不連続性を低く抑えることも可能となり、結晶粒の
成長に加えて、既結晶化領域との界面領域での結晶ディ
スロケーション発生の防止や結晶粒内のイントラディフ
ェクトの発生防止に対する効果も期待することができ
る。
As described above, when the a-Si film on the substrate is subjected to laser annealing, the trailing edge side is rapidly cooled, so that it cannot be crystallized and re-a-Si is formed. The trailing edge portion (TE portion) of the region to be annealed by the irradiation is continuously irradiated with the sub-laser beam having a lower output than the main laser beam until the main laser beam is stopped. Thus, crystallization can be reliably performed. In addition, thermal discontinuity between the crystallized region and the crystallized region can be suppressed to a low level. In addition to the growth of crystal grains, prevention of crystal dislocation at the interface region with the crystallized region and prevention of crystal grains It can also be expected to have an effect of preventing the occurrence of intradefects in the inside.

【0075】また、従来の方法である2回のレーザー照
射を順に行う方法では、最初の照射でa−Si膜下の基
板及び膜との界面を温めることで、次の照射での結晶化
をより安定的に行うことができるとしているが、照射領
域の端部については、この方法でも急冷を免れず照射端
部でのa−Si化の心配は残っている。本実施の形態で
は、これに対して、上記の通り照射領域の端部が急冷さ
れるのを防止し、a−Si化の防止や既結晶化領域との
整合を容易にするなどの効果が期待できる。さらに、特
に基板の上面側に2つのレーザーを設けることで、装置
構成が容易になる他、基板が不透明でも対応が可能であ
るという効果も期待できる。
In the conventional method of sequentially performing two laser irradiations, the first irradiation warms the interface between the substrate and the film under the a-Si film, so that the crystallization by the next irradiation is performed. Although it is described that the irradiation can be performed more stably, the end portion of the irradiation region is not escaped from the rapid cooling even by this method, and there is a concern about a-Si conversion at the irradiation end portion. In the present embodiment, on the other hand, effects such as preventing the end portion of the irradiation region from being rapidly cooled as described above, preventing a-Si formation, and facilitating the alignment with the crystallized region are obtained. Can be expected. Furthermore, in particular, by providing two lasers on the upper surface side of the substrate, it is possible to expect an effect that the configuration of the device becomes easy and that even if the substrate is opaque, it is possible to cope with it.

【0076】図16は、以上により作製された半導体薄
膜の電子顕微鏡写真(倍率20000倍)であり、図1
7はその拡大像(倍率50000倍)である。この半導
体薄膜の結晶粒の粒径範囲は60〜200nm、平均粒
径は140nmであり、結晶粒のサイズの揃った均一性
の高い多結晶膜であることがわかる。
FIG. 16 is an electron micrograph (magnification: 20,000) of the semiconductor thin film produced as described above.
7 is an enlarged image (magnification: 50,000 times). The crystal grain size range of this semiconductor thin film is 60 to 200 nm, and the average grain size is 140 nm, indicating that the semiconductor thin film is a highly uniform polycrystalline film having uniform crystal grain sizes.

【0077】[第9の実施の形態]本実施の形態では、
主副2つのレーザービームを隣接または主レーザービー
ムのTE側に副レーザービームの一部をオーバーラップ
するように位置させ、且つ、主レーザービームが停止す
る時、またはその前から副レーザービームの照射を開始
するように設定した上、この主レーザービームの照射に
より溶融した膜の特にTE部の冷却する時間を以下のよ
うに設定した。すなわち、Siがa−Siでなく多結晶
状態に結晶化できる速度は最大20nm/秒であること
より、溶融した基板上の膜が結晶化する時に、上記結晶
化速度20nm/秒以内を維持しながら結晶化できるよ
うに、結晶化時間として基板上の膜厚を上記結晶化速度
20nm/秒で除した値以上の時間を費やして結晶化で
きるように副レーザービームの照射条件、特に照射強度
を設定する。
[Ninth Embodiment] In the ninth embodiment,
The main and sub two laser beams are positioned adjacent to or on the TE side of the main laser beam so as to partially overlap the sub laser beam, and the main laser beam is irradiated when the main laser beam is stopped or before the main laser beam stops Was set to start, and the time for cooling the film melted by the irradiation of the main laser beam, particularly the TE portion, was set as follows. That is, since the rate at which Si can be crystallized into a polycrystalline state instead of a-Si is a maximum of 20 nm / sec, when the film on the molten substrate is crystallized, the crystallization rate is maintained within 20 nm / sec. The irradiating conditions of the secondary laser beam, particularly the irradiation intensity, are set so that the crystallization can be performed by spending a time equal to or more than the value obtained by dividing the film thickness on the substrate by the above-mentioned crystallization speed of 20 nm / sec. Set.

【0078】[第10の実施の形態]本実施の形態で
は、基板上の膜をレーザーアニールする時に、主レーザ
ービームに隣接、または一部オーバーラップした状態で
副レーザービームを設けるときに、この副レーザービー
ムを発散、または収束する状態とする。また、副レーザ
ービームと主レーザービームとの間に角度を設ける。
[Tenth Embodiment] In this embodiment, when a film on a substrate is subjected to laser annealing, when a sub-laser beam is provided adjacent to or partially overlapping a main laser beam, The secondary laser beam is diverged or converged. An angle is provided between the sub laser beam and the main laser beam.

【0079】[0079]

【発明の効果】上述のように、基板上の非晶質シリコン
膜などの脱ガス化のために、パルス幅が60ナノ秒以上
の比較的にパルス幅の長いレーザービームを照射するこ
とで、薄膜中の水素等は離脱して行き、その照射領域で
はその水素等の濃度は確実に低減される。このため続い
て結晶化のために、エネルギー密度の高いレーザー照射
を行った場合であっても、膜の爆発などの水素等に起因
する問題は生じないことになる。本発明では、脱ガス化
自体がエキシマレーザーを用いた短時間の処理であり、
従来の電気炉を用いたプロセスに比べて大幅な製造工程
にかかる時間を短縮することができ、製造される半導体
薄膜や半導体装置を生産性良く製造できることになる。
As described above, in order to degas an amorphous silicon film or the like on a substrate, a relatively long pulsed laser beam having a pulse width of 60 nanoseconds or more is irradiated. Hydrogen and the like in the thin film are released, and the concentration of the hydrogen and the like is reliably reduced in the irradiation region. For this reason, even when laser irradiation with a high energy density is performed for crystallization subsequently, problems due to hydrogen and the like such as explosion of the film do not occur. In the present invention, degassing itself is a short-time treatment using an excimer laser,
Compared with a conventional process using an electric furnace, the time required for a significant manufacturing process can be shortened, and a semiconductor thin film and a semiconductor device to be manufactured can be manufactured with high productivity.

【0080】特に本発明では、パルス幅が60ナノ秒以
上の比較的にパルス幅の長いレーザービームを照射する
ことから、エネルギー密度を60乃至150mJ/cm
程度の低いものとする必要もなく、有効な脱ガス化が
可能であり、エネルギー強度の異なる複数の照射を行う
ものでは、再現性良く、均一に脱ガス化を図ることも可
能である。
In particular, in the present invention, since the laser beam having a relatively long pulse width of 60 nanoseconds or more is irradiated, the energy density is 60 to 150 mJ / cm.
Effective degassing is possible without having to be as low as about 2, and degassing can be achieved with good reproducibility and uniformity by performing a plurality of irradiations with different energy intensities.

【0081】一方、本発明において、特に半導体薄膜に
例えば水素を意図的に含有させて成膜し、この膜にエネ
ルギービーム、特に、パルスあたりの照射時間(デュレ
ーションタイム)の長いエキシマレーザーを照射するこ
とで、薄膜の脱ガスと結晶化を同時に行うことができ、
薄膜の膜厚や膜質などが変動しても核形成を均一に安定
的に行え、サイズの揃った多結晶膜とすることが可能で
ある。
On the other hand, in the present invention, in particular, a semiconductor thin film is formed by intentionally containing hydrogen, for example, and the film is irradiated with an energy beam, particularly an excimer laser having a long irradiation time (duration time) per pulse. By doing so, it is possible to simultaneously degas and crystallize the thin film,
The nucleus can be formed uniformly and stably even if the film thickness or film quality of the thin film fluctuates, and a polycrystalline film having a uniform size can be obtained.

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

【図1】本発明の第1の実施形態の薄膜の製造方法に用
いられる脱ガス化装置の一例を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a degassing apparatus used in a method for producing a thin film according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態の薄膜の製造方法をそ
の工程に従って説明するための工程断面図であり、
(a)は非晶質半導体薄膜の形成工程、(b)は脱ガス化
用のレーザー光の照射工程、(c)はそのレーザー光の
照射工程の続き、(d)は再結晶化用のレーザー光の照
射工程、(e)はそのレーザー光の照射工程の続きであ
る。
FIG. 2 is a process cross-sectional view for describing a thin film manufacturing method according to the first embodiment of the present invention in accordance with the process;
(A) is a step of forming an amorphous semiconductor thin film, (b) is a step of irradiating a laser beam for degassing, (c) is a continuation of the step of irradiating the laser beam, and (d) is a step of recrystallization. The laser light irradiation step, (e) is a continuation of the laser light irradiation step.

【図3】従来のエキシマレーザーの厚さ方向の温度分布
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a temperature distribution in a thickness direction of a conventional excimer laser.

【図4】本発明にかかるエキシマレーザーの厚さ方向の
温度分布を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a temperature distribution in a thickness direction of an excimer laser according to the present invention.

【図5】本発明の薄膜の製造方法によって製造された薄
膜半導体装置を用いたアクティブマトリクス型表示装置
を示す模式的な斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing an active matrix type display device using a thin film semiconductor device manufactured by the thin film manufacturing method of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施形態の薄膜の製造方法をそ
の工程に従って説明するための工程断面図であり、
(a)は非晶質半導体薄膜の形成工程、(b)は脱ガス化
用の第1レーザー光の照射工程、(c)はそのレーザー
光の照射工程の続き、(d)は脱ガス化用の第2レーザ
ー光の照射工程、(e)はそのレーザー光の照射工程の
続きである。
FIG. 6 is a process cross-sectional view for describing a thin film manufacturing method according to a third embodiment of the present invention in accordance with the process;
(A) is a step of forming an amorphous semiconductor thin film, (b) is a step of irradiating a first laser beam for degassing, (c) is a continuation of the step of irradiating the laser beam, and (d) is degassing. (E) is a continuation of the laser light irradiation step.

【図7】前記第3の実施形態の薄膜の製造方法をその工
程に従って説明するための工程断面図であり、(f)は
再結晶化用のレーザー光の照射工程、(g)はそのレー
ザー光の照射工程の続きである。
FIGS. 7A and 7B are process cross-sectional views for describing a method of manufacturing a thin film according to the third embodiment in accordance with the process, wherein FIG. 7F is a laser beam irradiation process for recrystallization, and FIG. This is a continuation of the light irradiation step.

【図8】エキシマレーザーを照射した時の非晶質シリコ
ン膜における水素含有量とエキシマレーザーのショット
回数の関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the hydrogen content in the amorphous silicon film and the number of shots of the excimer laser when irradiated with an excimer laser.

【図9】本発明の第4の実施形態の半導体薄膜製造装置
の構造を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic view illustrating a structure of a semiconductor thin film manufacturing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施形態の半導体薄膜の製造
方法をその装置内の状態と共に示す断面図であり、(a)
はCVD工程、(b)は基板の搬送工程、(c)は脱ガ
ス化工程を示す。
10A and 10B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor thin film according to a fourth embodiment of the present invention, together with a state in the apparatus, and FIG.
Shows a CVD step, (b) shows a substrate transfer step, and (c) shows a degassing step.

【図11】本発明の第4の実施形態の半導体薄膜の製造
方法をその装置内の状態と共に示す断面図であり、(d)
は結晶化工程、(e)は基板の排出工程を示す。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor thin film according to a fourth embodiment of the present invention, together with a state in the apparatus, and (d).
Shows a crystallization step, and (e) shows a substrate discharging step.

【図12】本発明の第5の実施形態の半導体薄膜製造装
置の構造を示す模式図である。
FIG. 12 is a schematic view illustrating a structure of a semiconductor thin film manufacturing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第6の実施形態の半導体薄膜製造装
置の構造を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a structure of a semiconductor thin film manufacturing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第7の実施形態の半導体薄膜製造装
置の構造を示す模式図である。
FIG. 14 is a schematic view illustrating a structure of a semiconductor thin film manufacturing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図15】従来の薄膜の製造方法を説明するための工程
断面図であり、(a)は非晶質半導体薄膜の形成工程、
(b)は電気炉による脱ガス化工程、(c)はレーザー
光の照射工程、(d)は再結晶工程、(e)はその再結
晶化工程の続きである。
FIG. 15 is a process cross-sectional view for explaining a conventional method of manufacturing a thin film, in which (a) shows a process of forming an amorphous semiconductor thin film,
(B) is a degassing step using an electric furnace, (c) is a laser beam irradiation step, (d) is a recrystallization step, and (e) is a continuation of the recrystallization step.

【図16】本発明により作製された半導体薄膜の電子顕
微鏡写真(倍率20000倍)である。
FIG. 16 is an electron micrograph (magnification: 20,000) of a semiconductor thin film produced according to the present invention.

【図17】本発明により作製された半導体薄膜の電子顕
微鏡写真(倍率50000倍)である。
FIG. 17 is an electron micrograph (magnification: 50,000 times) of a semiconductor thin film produced according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁基板 2 非晶質半導体薄膜 5 レーザー光 6 再結晶化領域 15 第1レーザー光 16 第2レーザー光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 2 Amorphous semiconductor thin film 5 Laser light 6 Recrystallization area 15 First laser light 16 Second laser light

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 確井 節夫 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 4K030 BA29 BA30 BB03 CA06 CA12 DA09 JA01 JA10 JA11 JA13 JA18 5F052 AA02 BA02 BA11 BB03 BB07 DA01 DA02 DB01 DB02 DB03 EA15 FA19 JA01 5F110 AA26 AA30 BB02 DD02 DD03 DD04 GG02 GG13 GG16 GG25 GG43 GG44 GG45 PP03 PP04 PP05 PP06 PP13 PP26 PP29 PP35  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Setsuo Sekii 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo F-term in Sony Corporation (reference) 4K030 BA29 BA30 BB03 CA06 CA12 DA09 JA01 JA10 JA11 JA13 JA18 5F052 AA02 BA02 BA11 BB03 BB07 DA01 DA02 DB01 DB02 DB03 EA15 FA19 JA01 5F110 AA26 AA30 BB02 DD02 DD03 DD04 GG02 GG13 GG16 GG25 GG43 GG44 GG45 PP03 PP04 PP05 PP06 PP13 PP26 PP29 PP35

Claims (52)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 揮発性ガスを含有した薄膜にパルス幅が
60ナノ秒以上のエキシマレーザーを照射して該薄膜内
の前記揮発性ガスを脱ガスすることを特徴とする薄膜の
製造方法。
1. A method for producing a thin film, comprising irradiating a thin film containing a volatile gas with an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more to degas the volatile gas in the thin film.
【請求項2】 前記揮発性ガスを少なくとも2原子%含
有した膜にエキシマレーザーを照射することを特徴とす
る請求項1記載の薄膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein an excimer laser is applied to the film containing at least 2 atomic% of the volatile gas.
【請求項3】 前記エキシマレーザーの照射は少なくと
も2種類のレーザー照射からなることを特徴とする請求
項1記載の薄膜の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the irradiation with the excimer laser comprises at least two types of laser irradiation.
【請求項4】 前記少なくとも2種類のレーザー照射は
照射強度の異なる2種類のレーザー照射であることを特
徴とする請求項1記載の薄膜の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the at least two kinds of laser irradiation are two kinds of laser irradiations having different irradiation intensities.
【請求項5】 前記照射強度の異なる2種類のレーザー
照射は300mJ/cm以下の照射を複数回繰り返す
レーザー照射と300mJ/cm以上の照射を複数回
繰り返すレーザー照射からなることを特徴とする請求項
4記載の薄膜の製造方法。
5. The two types of laser irradiation having different irradiation intensities include laser irradiation in which irradiation of 300 mJ / cm 2 or less is repeated a plurality of times and laser irradiation in which irradiation of 300 mJ / cm 2 or more is repeated a plurality of times. A method for producing a thin film according to claim 4.
【請求項6】 前記パルス幅は60ナノ秒以上且つ30
0ナノ秒以下であることを特徴とする請求項1記載の薄
膜の製造方法。
6. The pulse width is 60 ns or more and 30 ns or more.
The method for producing a thin film according to claim 1, wherein the time is 0 nanosecond or less.
【請求項7】 前記パルス幅は100ナノ秒以上且つ2
50ナノ秒以下であることを特徴とする請求項6記載の
薄膜の製造方法。
7. The pulse width is not less than 100 nanoseconds and
The method for producing a thin film according to claim 6, wherein the time is 50 nanoseconds or less.
【請求項8】 前記パルス幅は120ナノ秒以上且つ2
30ナノ秒以下であることを特徴とする請求項7記載の
薄膜の製造方法。
8. The method according to claim 1, wherein the pulse width is not less than 120 nanoseconds and 2
The method for producing a thin film according to claim 7, wherein the time is 30 nanoseconds or less.
【請求項9】 前記エキシマレーザーはAr、Kr、Xe
、F、Cl、KrF、KrCl、XeCl、XeF、XeBr、XeI、Ar
F、ArCl、HgCl、HgBr、HgI、HgCd、CdI、CdBr、ZnI、Na
Xe、XeTl、ArO、KrO、XeO、KrS、XeS、XeSe、Mg、Hg
の中から選ばれた1つまたは2以上のレーザーからな
ることを特徴とする請求項1記載の薄膜の製造方法。
9. The excimer laser is composed of Ar 2 , Kr 2 , Xe
2, F 2, Cl 2, KrF, KrCl, XeCl, XeF, XeBr, XeI, Ar
F, ArCl, HgCl, HgBr, HgI, HgCd, CdI, CdBr, ZnI, Na
Xe, XeTl, ArO, KrO, XeO, KrS, XeS, XeSe, Mg 2, Hg
2. The method according to claim 1, wherein the method comprises one or more lasers selected from the group consisting of two.
【請求項10】 前記揮発性ガスを含有した薄膜は半導
体薄膜であることを特徴とする請求項1記載の薄膜の製
造方法。
10. The method according to claim 1, wherein the volatile gas-containing thin film is a semiconductor thin film.
【請求項11】 前記半導体薄膜は少なくとも膜の一部
に非晶質シリコン膜又は多結晶シリコン膜のいずれかを
含むことを特徴とする請求項10記載の薄膜の製造方
法。
11. The method for manufacturing a thin film according to claim 10, wherein said semiconductor thin film includes at least a part of one of an amorphous silicon film and a polycrystalline silicon film.
【請求項12】 前記薄膜はプラズマCVD、低圧CVD、常
圧CVD、触媒CVD、光CVD、レーザーCVDのいずれか1つま
たは複数を用いて形成されることを特徴とする請求項1
0記載の薄膜の製造方法。
12. The method according to claim 1, wherein the thin film is formed using one or more of plasma CVD, low pressure CVD, normal pressure CVD, catalytic CVD, photo CVD, and laser CVD.
0. The method for producing a thin film according to item 0.
【請求項13】 前記薄膜は膜厚が1nm以上であること
を特徴とする請求項10記載の薄膜の製造方法。
13. The method according to claim 10, wherein said thin film has a thickness of 1 nm or more.
【請求項14】 前記薄膜は前記揮発性ガスの構成原子
として水素原子、ヘリウム原子、アルゴン原子、ネオン
原子、クリプトン原子、キセノン原子の中の少なくとも
1種類を有していることを特徴とする請求項1記載の薄
膜の製造方法。
14. The thin film has at least one of hydrogen, helium, argon, neon, krypton, and xenon atoms as constituent atoms of the volatile gas. Item 3. The method for producing a thin film according to Item 1.
【請求項15】 前記揮発性ガスの構成原子の含有量は
少なくとも2原子%であることを特徴とする請求項14
記載の薄膜の製造方法。
15. The volatile gas according to claim 14, wherein the content of the constituent atoms is at least 2 atomic%.
A method for producing the thin film according to the above.
【請求項16】 揮発性ガスを含有した薄膜に、該薄膜
の厚さ方向の少なくとも一部を含む領域の温度を薄膜形
成材料の再結晶化温度未満に維持するようにエキシマレ
ーザーを照射して該薄膜内の前記揮発性ガスを脱ガスす
ることを特徴とする薄膜の製造方法。
16. A thin film containing a volatile gas is irradiated with an excimer laser so that a temperature of a region including at least a part of the thin film in a thickness direction is maintained at a temperature lower than a recrystallization temperature of a thin film forming material. A method for producing a thin film, comprising degassing the volatile gas in the thin film.
【請求項17】 前記エキシマレーザーの照射時におけ
る薄膜表面付近の温度は薄膜形成材料の再結晶化温度未
満であることを特徴とする請求項16記載の薄膜の製造
方法。
17. The method for producing a thin film according to claim 16, wherein the temperature near the surface of the thin film at the time of irradiation with the excimer laser is lower than the recrystallization temperature of the material for forming the thin film.
【請求項18】 前記薄膜形成材料は少なくとも非晶質
シリコン膜及び多結晶シリコン膜のいずれかを含み、前
記薄膜表面付近の温度は800℃から1100℃の範囲
であることを特徴とする請求項17記載の薄膜の製造方
法。
18. The thin film forming material includes at least one of an amorphous silicon film and a polycrystalline silicon film, and a temperature near a surface of the thin film is in a range of 800 ° C. to 1100 ° C. 18. The method for producing a thin film according to 17.
【請求項19】 前記薄膜形成材料は少なくとも非晶質
シリコン膜及び多結晶シリコン膜のいずれかを含み、前
記薄膜表面付近は薄膜形成材料の再結晶化温度以上の温
度とされ且つ前記薄膜表面から所定深さ部分及びそれよ
りも深い部分の温度は800℃から1100℃の範囲で
あることを特徴とする請求項16記載の薄膜の製造方
法。
19. The thin film forming material includes at least one of an amorphous silicon film and a polycrystalline silicon film, and the vicinity of the thin film surface is set to a temperature not lower than the recrystallization temperature of the thin film forming material, and 17. The method for producing a thin film according to claim 16, wherein the temperature of the predetermined depth portion and a portion deeper than the predetermined depth range from 800 ° C. to 1100 ° C.
【請求項20】 揮発性ガスを2原子%以上含有した薄
膜にパルス幅が60ナノ秒以上のエキシマレーザーを照
射し、該薄膜内の前記揮発性ガスを脱ガスすると同時に
薄膜の少なくとも一部を結晶化することを特徴とする薄
膜の製造方法。
20. A thin film containing 2 atomic% or more of volatile gas is irradiated with an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more, and the volatile gas in the thin film is degassed and at least a part of the thin film is removed. A method for producing a thin film, comprising crystallization.
【請求項21】 上記エキシマレーザーの照射エネルギ
ー強度を薄膜が結晶化する閾値エネルギー以上のエネル
ギーとすることを特徴とする請求項20記載の薄膜の製
造方法。
21. The method for producing a thin film according to claim 20, wherein the irradiation energy intensity of the excimer laser is set to an energy not less than a threshold energy for crystallizing the thin film.
【請求項22】 前記エキシマレーザーはXeClレーザー
からなることを特徴とする請求項20記載の薄膜の製造
方法。
22. The method according to claim 20, wherein the excimer laser comprises an XeCl laser.
【請求項23】 前記エキシマレーザーの照射エネルギ
ー強度を250〜450mJとすることを特徴とする請
求項22記載の薄膜の製造方法。
23. The method according to claim 22, wherein the irradiation energy intensity of the excimer laser is 250 to 450 mJ.
【請求項24】 前記揮発性ガスを含有した薄膜は半導
体薄膜であることを特徴とする請求項20記載の薄膜の
製造方法。
24. The method according to claim 20, wherein the thin film containing a volatile gas is a semiconductor thin film.
【請求項25】 前記半導体薄膜は少なくとも膜の一部
に非晶質シリコン膜を含むことを特徴とする請求項24
記載の薄膜の製造方法。
25. The semiconductor thin film according to claim 24, wherein at least a part of the semiconductor thin film includes an amorphous silicon film.
A method for producing the thin film according to the above.
【請求項26】 前記薄膜はプラズマCVD、低圧CVD、常
圧CVD、触媒CVD、光CVD、レーザーCVDのいずれか1つま
たは複数を用いて形成されることを特徴とする請求項2
4記載の薄膜の製造方法。
26. The thin film is formed by using one or more of plasma CVD, low pressure CVD, normal pressure CVD, catalytic CVD, photo CVD, and laser CVD.
5. The method for producing a thin film according to 4.
【請求項27】 前記薄膜は膜厚が10〜100nmであ
ることを特徴とする請求項24記載の薄膜の製造方法。
27. The method according to claim 24, wherein the thin film has a thickness of 10 to 100 nm.
【請求項28】 前記薄膜は前記揮発性ガスの構成原子
として水素原子、フッ素原子、塩素原子、ヘリウム原
子、アルゴン原子、ネオン原子、クリプトン原子、キセ
ノン原子の中の少なくとも1種類を有していることを特
徴とする請求項20記載の薄膜の製造方法。
28. The thin film has at least one of hydrogen, fluorine, chlorine, helium, argon, neon, krypton, and xenon atoms as constituent atoms of the volatile gas. The method for producing a thin film according to claim 20, wherein:
【請求項29】 上記エキシマレーザーを複数回照射す
ることを特徴とする請求項20記載の薄膜の製造方法。
29. The method according to claim 20, wherein the excimer laser is irradiated a plurality of times.
【請求項30】 上記複数回照射するエキシマレーザー
の照射エネルギー強度を複数種とすることを特徴とする
請求項29記載の薄膜の製造方法。
30. The method of manufacturing a thin film according to claim 29, wherein a plurality of types of irradiation energy intensities of the excimer laser irradiated a plurality of times are used.
【請求項31】 上記エキシマレーザーの照射位置をず
らしながらエキシマレーザーを複数回照射することを特
徴とする請求項29記載の薄膜の製造方法。
31. The method according to claim 29, wherein the excimer laser is irradiated a plurality of times while shifting the irradiation position of the excimer laser.
【請求項32】 各回の照射領域の少なくとも一部が重
なるように上記エキシマレーザーの照射位置をずらしな
がらエキシマレーザーを複数回照射することを特徴とす
る請求項30記載の薄膜の製造方法。
32. The method of manufacturing a thin film according to claim 30, wherein the excimer laser is irradiated a plurality of times while shifting the irradiation position of the excimer laser so that at least a part of each irradiation area overlaps.
【請求項33】 各回の照射領域が接するように上記エ
キシマレーザーの照射位置をずらしながらエキシマレー
ザーを複数回照射することを特徴とする請求項30記載
の薄膜の製造方法。
33. The method for producing a thin film according to claim 30, wherein the excimer laser is irradiated a plurality of times while shifting the irradiation position of the excimer laser so that each irradiation area comes into contact.
【請求項34】 薄膜に照射するエキシマレーザーの少
なくとも照射領域の一部に、空間的に変調したエキシマ
レーザーを照射位置をずらしながら照射することを特徴
とする請求項20記載の薄膜の製造方法。
34. The method for manufacturing a thin film according to claim 20, wherein the spatially modulated excimer laser is irradiated to at least a part of an irradiation area of the excimer laser irradiated to the thin film while shifting the irradiation position.
【請求項35】 前記空間的な変調は、エネルギー強度
の変調であることを特徴とする請求項34記載の薄膜の
製造方法。
35. The method according to claim 34, wherein the spatial modulation is a modulation of energy intensity.
【請求項36】 エキシマレーザーの進行方向側で照射
エネルギー強度が低下するように変調することを特徴と
する請求項34記載の薄膜の製造方法。
36. The method for producing a thin film according to claim 34, wherein the irradiation energy intensity is modulated so as to decrease on the side of the excimer laser traveling direction.
【請求項37】 揮発性ガスを含有した状態から、その
パルス幅が60ナノ秒以上のエキシマレーザーを照射し
て前記揮発性ガスが減少されてなることを特徴とする半
導体薄膜。
37. A semiconductor thin film wherein the volatile gas is reduced by irradiating an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more from a state containing the volatile gas.
【請求項38】 揮発性ガスを2原子%以上含有した状
態から、そのパルス幅が60ナノ秒以上のエキシマレー
ザーを照射して前記揮発性ガスが減少されるとともに少
なくとも一部が結晶化されてなることを特徴とする半導
体薄膜。
38. From a state in which a volatile gas is contained at 2 at% or more, an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more is irradiated to reduce the volatile gas and at least partially crystallize it. A semiconductor thin film, comprising:
【請求項39】 パルス幅が60ナノ秒以上のエキシマ
レーザーを照射して揮発性ガスを含有した状態から該揮
発性ガスの含有量が減少されてなる半導体薄膜を基板上
に備えたことを特徴とする半導体装置。
39. A semiconductor thin film having a volatile gas content reduced from a state containing a volatile gas by irradiating an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more on a substrate. Semiconductor device.
【請求項40】 前記基板はガラス基板であることを特
徴とする請求項39記載の半導体装置。
40. The semiconductor device according to claim 39, wherein said substrate is a glass substrate.
【請求項41】 パルス幅が60ナノ秒以上のエキシマ
レーザーを照射して揮発性ガスを2原子%以上含有した
状態から該揮発性ガスの含有量が減少されるとともに少
なくとも一部が結晶化されてなる半導体薄膜を基板上に
備えたことを特徴とする半導体装置。
41. Irradiation with an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more reduces the volatile gas content from a state in which the volatile gas content is 2 atomic% or more, and at least partially crystallizes the volatile gas. A semiconductor device comprising a semiconductor thin film formed on a substrate.
【請求項42】 半導体薄膜を基板上に形成した後、そ
のパルス幅が60ナノ秒以上のエキシマレーザーを照射
して前記半導体薄膜内の揮発性ガスを脱ガスし、次に前
記半導体薄膜の結晶化をエネルギービームの照射により
行うことを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
42. After forming a semiconductor thin film on a substrate, the semiconductor film is irradiated with an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more to degas volatile gas in the semiconductor thin film. A method for producing a semiconductor thin film, wherein the method comprises the steps of:
【請求項43】 前記エネルギービームはエキシマレー
ザーのビームであることを特徴とする請求項42記載の
半導体薄膜の製造方法。
43. The method according to claim 42, wherein the energy beam is an excimer laser beam.
【請求項44】 半導体薄膜を基板上に形成した後、大
気開放することなくエキシマレーザーを照射することを
特徴とする請求項42記載の半導体薄膜の製造方法。
44. The method according to claim 42, wherein after forming the semiconductor thin film on the substrate, the semiconductor thin film is irradiated with an excimer laser without opening to the atmosphere.
【請求項45】 半導体薄膜を基板上に形成した後、大
気開放することなくエキシマレーザーを照射し、且つ該
エキシマレーザーの照射後に、大気開放することなくエ
ネルギービームを照射して前記半導体薄膜の結晶化をす
ることを特徴とする請求項42記載の半導体薄膜の製造
方法。
45. After forming a semiconductor thin film on a substrate, irradiating an excimer laser without opening to the atmosphere, and irradiating an energy beam after opening the excimer laser without opening to the atmosphere to crystallize the semiconductor thin film. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 42, wherein the method is performed.
【請求項46】 前記エキシマレーザーは複数回照射さ
れ、各回の照射領域の一部が重なって照射されることを
特徴とする請求項42記載の半導体薄膜の製造方法。
46. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 42, wherein the excimer laser is irradiated a plurality of times, and a part of each irradiation area is irradiated overlapping.
【請求項47】 揮発性ガスを2原子%以上含有する半
導体薄膜を基板上に形成した後、そのパルス幅が60ナ
ノ秒以上のエキシマレーザーを照射して前記半導体薄膜
内の揮発性ガスを脱ガスすると同時に前記半導体薄膜の
少なくとも一部を結晶化することを特徴とする半導体薄
膜の製造方法。
47. After forming a semiconductor thin film containing a volatile gas of 2 atomic% or more on a substrate, an excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more is irradiated to remove the volatile gas in the semiconductor thin film. A method of manufacturing a semiconductor thin film, wherein at least a part of the semiconductor thin film is crystallized at the same time as gasification.
【請求項48】 半導体薄膜を基板上に形成した後、大
気開放することなくエキシマレーザーを照射することを
特徴とする請求項47記載の半導体薄膜の製造方法。
48. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 47, wherein after forming the semiconductor thin film on the substrate, excimer laser is irradiated without opening to the atmosphere.
【請求項49】 半導体薄膜を成膜可能な第1処理室
と、 前記第1処理室に接続され処理室内に載置された基板に
対してエキシマレーザーの光を照射可能な第2処理室と
を備え、 前記第2処理室内でパルス幅が60ナノ秒以上の前記エ
キシマレーザーの光を照射して前記基板上に形成された
半導体薄膜内の揮発性ガスを脱ガスすることを特徴とす
る半導体薄膜製造装置。
49. A first processing chamber capable of forming a semiconductor thin film, and a second processing chamber connected to the first processing chamber and capable of irradiating a substrate placed in the processing chamber with light from an excimer laser. A semiconductor having a pulse width of 60 nanoseconds or more in the second processing chamber and degassing volatile gas in a semiconductor thin film formed on the substrate by irradiating light of the excimer laser. Thin film manufacturing equipment.
【請求項50】 前記第2処理室ではエネルギービーム
を照射して前記半導体薄膜の結晶化がなされることを特
徴とする請求項49記載の半導体薄膜製造装置。
50. The apparatus according to claim 49, wherein the semiconductor thin film is crystallized by irradiating an energy beam in the second processing chamber.
【請求項51】 レーザー光源からのレーザービームを
ビームスプリッタで分割し、分割された一方のレーザー
ビームを照射して半導体薄膜を脱ガス化し、分割された
他方のレーザービームを照射して半導体薄膜を結晶化す
ることを特徴とする半導体薄膜製造装置。
51. A laser beam from a laser light source is split by a beam splitter, one of the split laser beams is irradiated to degas the semiconductor thin film, and the other split laser beam is irradiated to split the semiconductor thin film. An apparatus for manufacturing a semiconductor thin film, characterized by crystallization.
【請求項52】 揮発性ガスを2原子%以上含有する半
導体薄膜を成膜可能な第1処理室と、 前記第1処理室に接続され処理室内に載置された基板に
対してエキシマレーザーの光を照射可能な第2処理室と
を備え、 前記第2処理室内でパルス幅が60ナノ秒以上の前記エ
キシマレーザーの光を照射して前記基板上に形成された
半導体薄膜内の揮発性ガスを脱ガスすると同時に少なく
とも一部を結晶化することを特徴とする半導体薄膜製造
装置。
52. A first processing chamber capable of forming a semiconductor thin film containing at least 2 atomic% of a volatile gas, and an excimer laser for a substrate connected to the first processing chamber and placed in the processing chamber. A second processing chamber capable of irradiating light; a volatile gas in a semiconductor thin film formed on the substrate by irradiating light of the excimer laser having a pulse width of 60 nanoseconds or more in the second processing chamber. Characterized in that at least a portion is crystallized at the same time as degassing.
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