JP2002261015A - Semiconductor thin film, method of manufacturing it, manufacturing device, semiconductor element and method of manufacturing it - Google Patents

Semiconductor thin film, method of manufacturing it, manufacturing device, semiconductor element and method of manufacturing it

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JP2002261015A
JP2002261015A JP2001391468A JP2001391468A JP2002261015A JP 2002261015 A JP2002261015 A JP 2002261015A JP 2001391468 A JP2001391468 A JP 2001391468A JP 2001391468 A JP2001391468 A JP 2001391468A JP 2002261015 A JP2002261015 A JP 2002261015A
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thin film
semiconductor
manufacturing
energy beam
film
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Keizaburo Kuramasu
敬三郎 倉増
Masumi Ido
眞澄 井土
Yuji Satani
裕司 佐谷
Yoshinao Taketomi
義尚 武富
Hiroshi Tsutsu
博司 筒
Teru Nishitani
輝 西谷
Mikihiko Nishitani
幹彦 西谷
Shinji Goto
真志 後藤
Yoshiko Mino
美子 美濃
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make large-sized crystal grains in a silicon thin film in a polycrystalline silicon thin film transistor to obtain a semiconductor element having a high field-effect mobility and the like. SOLUTION: A semiconductor element is constituted in a structure that an upper insulating film 203 is formed on a lower insulating film 202, which is formed on its side coming into contact with a transparent insulative substrate 201 and has a heat conductivity higher than that of the film 203, and a two-layer structure insulating film consisting of a material having a heat conductivity higher than that of the film 202 is formed on the substrate 201. After that, the film 203 is formed by patterning into the form of a plurality of stripes and thereafter, an amorphous silicon thin film 204 is formed on the patterned insulating film. Moreover, a laser beam is irradiated in scanning in parallel to the strip pattern of the film 203 to turn the thin film 204 into a polycrystalline silicon thin film 210.

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、液晶ディスプレイ
に用いられる薄膜トランジスタ(TFT)、ラインセン
サ等の光センサや太陽電池などの光起電力素子、SRA
M(Static Random Access Memory)などのメモリLS
I等に適用される半導体膜、その製造方法、および製造
装置に関するものである。上記半導体膜は、より詳しく
は、例えば、ガラス基板上などに形成される、非晶質材
料などがレーザアニール処理されることによって形成さ
れた結晶性を有する半導体薄膜である。また、そのよう
な半導体薄膜を用いた半導体素子、およびその製造方法
に関するものである。
The present invention relates to a thin film transistor (TFT) used for a liquid crystal display, an optical sensor such as a line sensor, a photovoltaic element such as a solar cell, an SRA
Memory LS such as M (Static Random Access Memory)
The present invention relates to a semiconductor film applied to I and the like, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus. More specifically, the semiconductor film is, for example, a semiconductor thin film having crystallinity formed on a glass substrate or the like and formed by subjecting an amorphous material or the like to laser annealing. The present invention also relates to a semiconductor device using such a semiconductor thin film and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、薄膜トランジスタ(TFT)等を
構成する高品質なシリコンの半導体薄膜を非晶質絶縁基
板上などに形成する方法および装置として、グロー放電
を用いるプラズマCVD法およびプラズマCVD装置が
用いられている。これらの製造方法および装置で得られ
る水素化アモルファスシリコン(a−Si)膜は、長年
にわたる精力的な研究開発によって、高品質な半導体薄
膜として機能する水準に達し、例えばラップトップ型や
ノート型のパーソナルコンピュータ、エンジニアリング
ワークステーション、カーナビゲーション装置等におけ
るアクティブマトリクス液晶ディスプレイの画素用スイ
ッチングトランジスタ、ファクシミリのイメージセンサ
用光センサ、電卓用バッテリの太陽電池などの電気光学
装置や、各種集積回路等において実用化されている。上
記水素化アモルファスシリコンの最大の長所は、高々3
00℃程度のプロセス温度で大面積の基板上に再現性よ
く安定して製造できることである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method and an apparatus for forming a high-quality silicon semiconductor thin film constituting a thin film transistor (TFT) on an amorphous insulating substrate, a plasma CVD method using a glow discharge and a plasma CVD apparatus have been known. Used. The hydrogenated amorphous silicon (a-Si) film obtained by these manufacturing methods and apparatuses has reached the level of functioning as a high-quality semiconductor thin film through years of vigorous research and development. Practical use in electro-optical devices such as switching transistors for pixels of active matrix liquid crystal displays in personal computers, engineering workstations, car navigation devices, optical sensors for facsimile image sensors, solar cells for calculator batteries, and various integrated circuits. Have been. The greatest advantage of the hydrogenated amorphous silicon is that
That is, it can be stably manufactured with good reproducibility on a large-area substrate at a process temperature of about 00 ° C.

【0003】一方、近年、ディスプレイやイメージセン
サの大型化、画素の高密度化(高精細化)が進むにした
がって、より高速な駆動に追随できるシリコン半導体薄
膜が要求されるようになっている。また、軽量化や低コ
スト化を図るために、液晶ディスプレイの周辺回路部分
に形成されるドライバ素子に適用するためにも、高速な
動作をし得ることが必要とされる。ところが、例えば上
記水素化アモルファスシリコンの電界効果移動度は、高
々1.0cm2/V・secであり、上記要求を充分満
たす電気的特性は得られない。
On the other hand, in recent years, as the size of displays and image sensors has increased and the density of pixels has increased (higher definition), a silicon semiconductor thin film capable of following higher-speed driving has been required. In addition, in order to reduce the weight and cost, it is necessary to be able to operate at high speed in order to apply to a driver element formed in a peripheral circuit portion of a liquid crystal display. However, the field-effect mobility of the hydrogenated amorphous silicon is, for example, at most 1.0 cm 2 / V · sec, and electrical characteristics that sufficiently satisfy the above requirements cannot be obtained.

【0004】そこで、結晶性を有する半導体薄膜を形成
して電界効果移動度等を向上させる手法が研究され、そ
のプロセスとして、(1)シランガスに水素やSiF4
を混合してプラズマCVD法を用いることによって、堆
積する薄膜を結晶化させる製造方法、および(2)アモ
ルファスシリコンを前駆体として結晶化を試みる製造方
法が開発されている。
[0004] Therefore, a technique for forming a semiconductor thin film having crystallinity to improve the field effect mobility and the like has been studied. As the process, (1) hydrogen or SiF 4 is added to silane gas.
And a method of crystallizing a thin film to be deposited by using a plasma CVD method and (2) a method of attempting crystallization using amorphous silicon as a precursor.

【0005】上記(1)は、半導体薄膜の形成と同時に
結晶化を行わせるものであるが、基板を比較的高温(6
00℃以上)に加熱する必要がある。そのために、基板
として、高温に耐える高価な石英基板等を用いる必要が
あり、安価なガラス基板を用いることが困難であり、製
造コストが高くつくという欠点がある。具体的には、例
えばアクティブマトリクス型の液晶表示装置に多く用い
られるコーニング7059ガラスは、ガラス歪点が59
3℃であり、600℃以上の加熱処理を行うと、ガラス
基板の縮みや歪みなどの機械的な変形等が顕著になるた
め、適正な半導体回路の形成プロセスや液晶パネルの作
製プロセス等が困難になる。また、多次元的な集積を図
ろうとすると、先に形成した回路領域に熱的損傷を与え
る恐れがある。
In the above (1), the crystallization is performed simultaneously with the formation of the semiconductor thin film.
(00 ° C. or higher). Therefore, it is necessary to use an expensive quartz substrate or the like that can withstand high temperatures as the substrate, and it is difficult to use an inexpensive glass substrate, and there is a disadvantage that the manufacturing cost is high. Specifically, for example, Corning 7059 glass often used for an active matrix type liquid crystal display device has a glass strain point of 59%.
When the heat treatment is performed at 3 ° C. and 600 ° C. or more, mechanical deformation such as shrinkage or distortion of the glass substrate becomes remarkable, so that an appropriate process for forming a semiconductor circuit or a process for manufacturing a liquid crystal panel is difficult. become. In addition, if multi-dimensional integration is attempted, there is a possibility that the previously formed circuit region may be thermally damaged.

【0006】また、上記(2)は、基板上にアモルファ
スシリコン薄膜を形成し、これを加熱して多結晶シリコ
ン(ポリシリコン:p−Si)薄膜を形成するもので、
主として600℃程度の温度で長時間熱処理を行う固相
成長法と、レーザアニール法(特にエキシマレーザアニ
ール法)とが用いられる。
The above (2) is to form an amorphous silicon thin film on a substrate and heat it to form a polycrystalline silicon (polysilicon: p-Si) thin film.
A solid phase growth method in which heat treatment is performed at a temperature of about 600 ° C. for a long time and a laser annealing method (particularly, an excimer laser annealing method) are used.

【0007】前者の固相成長法は、アモルファス薄膜が
形成された基板を加熱し、600℃以上の温度に20時
間以上保つ必要があるため、やはり、製造コストの増大
等を招く。
In the former solid phase growth method, it is necessary to heat the substrate on which the amorphous thin film is formed and maintain the substrate at a temperature of 600 ° C. or more for 20 hours or more.

【0008】一方、後者のエキシマレーザアニール法
は、例えばIEEE Electron Device Letters,7(1986)pp.2
76-278や、IEEE Transactions onElectron Devices,42
(1995)pp.251-257 に開示されているように、アモルフ
ァスシリコン薄膜に、光エネルギが大きいUV光である
エキシマレーザ光を照射して結晶化させるもので、直接
ガラス基板を加熱することなく、電界効果移動度の高い
(>100cm2/V・sec)、比較的良好な電気的
特性の多結晶シリコン薄膜を得ることに成功している。
すなわち、アモルファスシリコンは、図1に示すような
透過率特性を有し、例えばXeClエキシマレーザによ
る波長が308nmのレーザ光に対しては、吸収係数が
106cm-1程度であるため、レーザ光は、ほとんどア
モルファスシリコンの表面から100Å程度の領域で吸
収され、基板の温度はほとんど上昇することなく(概ね
600℃以下)、アモルファスシリコンだけが高温にな
って、結晶化(多結晶化または単結晶化)する。それゆ
え、安価なガラス基板が使用でき、また、局所的に光ビ
ームを照射して結晶化させることができるので、さほど
高速性の要求されない画素領域をアモルファス薄膜のま
まとし、画素領域の周辺のみを結晶化してここに高速性
の要求されるドライバ回路を形成するといった多次元的
な集積や、既に形成されている回路に熱的ダメージを与
えることなく、順次、同一基板上の特定領域に良質の結
晶質薄膜を形成することが可能になる。更に、この技術
によるとCPU(Central Processing Unit)などを同一
基板上に集積することも可能になる。
On the other hand, the latter excimer laser annealing method is described, for example, in IEEE Electron Device Letters, 7 (1986) pp. 2
76-278 and IEEE Transactions on Electron Devices, 42
As disclosed in (1995) pp. 251-257, an amorphous silicon thin film is irradiated with excimer laser light, which is a UV light having a large light energy, to be crystallized, without directly heating the glass substrate. And a polycrystalline silicon thin film having high field-effect mobility (> 100 cm 2 / V · sec) and relatively good electrical characteristics.
That is, amorphous silicon has transmittance characteristics as shown in FIG. 1 and, for example, has an absorption coefficient of about 10 6 cm −1 with respect to a laser beam having a wavelength of 308 nm by a XeCl excimer laser. Is almost absorbed in a region of about 100 ° from the surface of amorphous silicon, the temperature of the substrate hardly rises (about 600 ° C. or less), and only the amorphous silicon becomes high in temperature and is crystallized (polycrystal or single crystal). ). Therefore, an inexpensive glass substrate can be used, and a light beam can be locally irradiated to be crystallized. Crystallizing to form a driver circuit that requires high-speed operation, and successively improving the quality of a specified area on the same substrate without thermally damaging already formed circuits. Can be formed. Further, according to this technology, it becomes possible to integrate a CPU (Central Processing Unit) and the like on the same substrate.

【0009】ここで、上記のようなp−Siを用いた半
導体素子の例としてのTFTの一般的な構造および製造
方法について説明する。
Here, a general structure and a manufacturing method of a TFT as an example of a semiconductor element using p-Si as described above will be described.

【0010】図2は、コプレナ(coplanar)構造のTF
T110の概略を示す模式図であり、図2(a)はTF
T110の平面図、図2(b)は図2(a)におけるP
−P’矢視断面図である。図2に示すように、上記TF
T110は、絶縁性基板111上に、アンダーコート層
112と、p−Si膜113と、第1の絶縁膜(ゲート
絶縁膜)114と、第2の絶縁膜116と、ゲート電極
115、ソース電極117s及びドレイン電極117d
の3つの電極とが設けられて構成されている。p−Si
膜113は、Si(シリコン)からなる結晶性半導体層
である。また、p−Si膜113は、アンダーコート層
112上に、所定の形状にパターニングされて形成され
ている。更に、p−Si膜113は、チャネル領域11
3aと、ソース領域113b及びドレイン領域113c
とからなっており、上記ソース領域113b及びドレイ
ン領域113cは、チャネル領域113aの両側に位置
する。このソース領域113b及びドレイン領域113
cは、リン又はボロン等の不純物イオンをドーピングす
ることにより形成される。
FIG. 2 shows a TF having a coplanar structure.
FIG. 2A is a schematic diagram showing an outline of T110, and FIG.
FIG. 2B is a plan view of T110, and FIG.
It is sectional drawing in the -P 'arrow direction. As shown in FIG.
T110 is formed by forming an undercoat layer 112, a p-Si film 113, a first insulating film (gate insulating film) 114, a second insulating film 116, a gate electrode 115, a source electrode 117s and drain electrode 117d
And three electrodes are provided. p-Si
The film 113 is a crystalline semiconductor layer made of Si (silicon). The p-Si film 113 is formed on the undercoat layer 112 by patterning it into a predetermined shape. Further, the p-Si film 113 is
3a, the source region 113b and the drain region 113c
The source region 113b and the drain region 113c are located on both sides of the channel region 113a. The source region 113b and the drain region 113
c is formed by doping an impurity ion such as phosphorus or boron.

【0011】第1の絶縁膜114は、例えば二酸化シリ
コン(SiO2)からなり、上記p−Si膜113及び
アンダーコート層112の上方に形成されている。上記
ゲート電極115は、例えばアルミニウム(Al)等か
らなる金属薄膜である。該ゲート電極115は、第1の
絶縁膜114の上方に位置し、かつp−Si膜113の
チャネル領域113aに対応する位置に設けられてい
る。第2の絶縁膜116は、例えばSiO2からなり、
上記ゲート電極115及び第1の絶縁膜114の上方に
積層されている。
The first insulating film 114 is made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ), and is formed above the p-Si film 113 and the undercoat layer 112. The gate electrode 115 is a metal thin film made of, for example, aluminum (Al). The gate electrode 115 is provided above the first insulating film 114 and at a position corresponding to the channel region 113a of the p-Si film 113. The second insulating film 116 is made of, for example, SiO 2 ,
It is stacked above the gate electrode 115 and the first insulating film 114.

【0012】第1の絶縁膜114及び第2の絶縁膜11
6には、それぞれp−Si膜113のソース領域113
b又はドレイン領域113cに達するコンタクトホール
118・118が形成されている。ソース電極117s
及びドレイン電極117dは、このコンタクトホール1
18・118を介して、ソース領域113b又はドレイ
ン領域113cと接触するように形成されている。上記
ゲート電極115、ソース電極117s及びドレイン電
極117dは、図示の断面以外の部分で所定の形状にパ
ターニングされることにより、配線パターンを構成して
いる。
First insulating film 114 and second insulating film 11
6 are source regions 113 of the p-Si film 113, respectively.
Contact holes 118 reaching the drain region 113b or the drain region 113c are formed. Source electrode 117s
And the drain electrode 117d is formed in the contact hole 1
It is formed so as to be in contact with the source region 113b or the drain region 113c via the lines 18 and 118. The gate electrode 115, the source electrode 117s, and the drain electrode 117d form a wiring pattern by being patterned into a predetermined shape at a portion other than the illustrated cross section.

【0013】上記TFT110は次のようにして製造さ
れている。先ず、上記絶縁性基板111上に、例えばS
iO2からなるアンダーコート層112を成膜する。こ
れにより、後に形成されるp−Si膜113等への不純
物の拡散防止などが図られる。次に、上記アンダーコー
ト層112上に、非晶質性シリコンとしてのa−Si膜
(図示しない)を例えばプラズマCVD法によって成膜
し、該a−Si膜をエッチングにて所定の形状にパター
ニングする。なお、パターニングは結晶化の後に行って
もよい。続いて、上記a−Si膜に短波長のエキシマレ
ーザー等を照射して放冷する(レーザーアニール)。こ
れにより、改質、すなわち上記a−Si膜が多結晶化し
てp−Si膜113が形成される。ここで、a−Si膜
は短波長領域での光の吸収係数が大きいので、エネルギ
ービームとしてエキシマレーザーを用いると、a−Si
膜のみを選択的に加熱することができる。したがって、
絶縁性基板111の温度の上昇が小さいので、絶縁性基
板111の材料として、低コストのガラス基板等を採用
できるという利点がある。
The TFT 110 is manufactured as follows. First, on the insulating substrate 111, for example, S
An undercoat layer 112 made of iO 2 is formed . Thus, diffusion of impurities into the p-Si film 113 or the like formed later is prevented. Next, an a-Si film (not shown) as amorphous silicon is formed on the undercoat layer 112 by, for example, a plasma CVD method, and the a-Si film is patterned into a predetermined shape by etching. I do. Note that the patterning may be performed after crystallization. Subsequently, the a-Si film is irradiated with a short-wavelength excimer laser or the like and allowed to cool (laser annealing). Thereby, the reforming, that is, the a-Si film is polycrystallized and the p-Si film 113 is formed. Here, since an a-Si film has a large light absorption coefficient in a short wavelength region, when an excimer laser is used as an energy beam,
Only the film can be selectively heated. Therefore,
Since the temperature rise of the insulating substrate 111 is small, there is an advantage that a low-cost glass substrate or the like can be used as the material of the insulating substrate 111.

【0014】上記で形成したp−Si膜113の上に、
第1の絶縁膜114を常圧CVD(Chemical Vapor Dep
osition )法にて成膜し、さらに第1の絶縁膜114上
に、ゲート電極115を形成する。次に、上記ゲート電
極115をマスクとして、p−Si膜113に、例えば
イオンドーピング法にて、ドナー若しくはアクセプタと
なる不純物イオン、具体的にはリン又はボロン等の不純
物イオンを注入する。これにより、上記p−Si膜11
3に、チャネル領域113aと、ソース領域113b及
びドレイン領域113cとが形成される。
On the p-Si film 113 formed above,
The first insulating film 114 is formed by atmospheric pressure CVD (Chemical Vapor Dep.
osition) method, and a gate electrode 115 is formed over the first insulating film 114. Next, using the gate electrode 115 as a mask, impurity ions serving as donors or acceptors, specifically, impurity ions such as phosphorus or boron are implanted into the p-Si film 113 by, for example, an ion doping method. Thereby, the p-Si film 11
3, a channel region 113a, a source region 113b, and a drain region 113c are formed.

【0015】次に、ゲート電極115上に第2の絶縁膜
116を成膜した後、コンタクトホール118・118
を形成し、例えばアルミニウムを蒸着させ、パターニン
グしてソース電極117sおよびドレイン電極117d
を形成する。
Next, after a second insulating film 116 is formed on the gate electrode 115, contact holes 118 are formed.
Is formed, and, for example, aluminum is vapor-deposited and patterned to form a source electrode 117s and a drain electrode 117d.
To form

【0016】上記のようなp−Si膜形成過程における
エキシマレーザ等のパルス発振方式のレーザは、出力が
大きく、例えばラインビーム状のレーザ光を基板を移動
させるなどして走査しながら照射することにより、一度
に広い面積のアモルファスシリコンを結晶化させること
ができるので半導体装置の量産に有利であるが、結晶品
質を向上させることが困難であるという課題を有してい
る。すなわち、この種のレーザは、1パルスの照射時間
が数10nS程度と非常に短く、照射時と非照射時との
温度差が大きくなるため、溶融されたシリコン膜は急速
に冷却される過程で結晶化する。それゆえ、結晶成長程
度や結晶方位の制御が困難であり、十分な結晶成長が行
われにくく、結晶粒径が小さくなって結晶粒界密度が大
きくなったり、ばらつきが大きくなったりしがちである
とともに、結晶欠陥が多くなりがちである。より詳細に
は、レーザ照射後の冷却過程において、結晶核が無秩序
に発生し、無秩序に発生した各々の結晶核は、これまた
それぞれ無秩序な方向に成長する。そして、結晶粒同志
が互いにぶつかり合った状態で結晶成長が止まる。この
ような成長過程を経て生成された結晶粒は、小粒でラン
ダムな形状のものとなる。このため、結晶粒界が多数存
在するpoly- Si膜となり、このようなpoly- Si膜で
は、電荷キャリアがスムーズに移動できないので、電界
効果移動度等のTFT特性に劣るものとなる。
A pulse oscillation type laser such as an excimer laser in the process of forming a p-Si film as described above has a large output. For example, a laser beam in the form of a line beam is irradiated while scanning by moving a substrate or the like. Thereby, amorphous silicon having a large area can be crystallized at one time, which is advantageous for mass production of semiconductor devices, but has a problem that it is difficult to improve crystal quality. That is, in this type of laser, the irradiation time of one pulse is extremely short, about several tens of nanoseconds, and the temperature difference between irradiation and non-irradiation becomes large, so that the molten silicon film is rapidly cooled. Crystallizes. Therefore, it is difficult to control the degree of crystal growth and the crystal orientation, it is difficult to perform sufficient crystal growth, and the crystal grain size tends to be small, the crystal grain boundary density tends to be large, and the variation tends to be large. At the same time, crystal defects tend to increase. More specifically, in the cooling process after laser irradiation, crystal nuclei are randomly generated, and each of the randomly generated crystal nuclei grows in a random direction. Then, the crystal growth stops in a state where the crystal grains collide with each other. The crystal grains generated through such a growth process are small and have a random shape. This results in a poly-Si film having a large number of crystal grain boundaries. In such a poly-Si film, charge carriers cannot move smoothly, and thus TFT characteristics such as field-effect mobility are inferior.

【0017】以下、結晶成長のメカニズム、および良好
な結晶成長を行わせることが困難な理由について、より
詳細に説明する。上記エキシマレーザは、Xe、Krな
どの希ガスとCl、Fなどのハロゲンの混合ガスを電子
ビームで励起する方法により発生するが、このままでは
好適に使用し難い。このため、ビームホモジナイザーと
呼ばれる光学系を用いて数cm角程度の矩形あるいはラ
イン状の均一な光強度を持つものに整形した光ビーム
が、レーザアニール法において使用されている。そし
て、基板上に形成された非単結晶質薄膜(通常、アモル
ファス薄膜)の結晶化に際しては、この整形された光ビ
ームをスキャンしながら照射する手法が用いられてい
る。
Hereinafter, the mechanism of crystal growth and the reason why it is difficult to perform good crystal growth will be described in more detail. The excimer laser is generated by a method in which a mixed gas of a rare gas such as Xe or Kr and a halogen such as Cl or F is excited by an electron beam. For this reason, a light beam shaped into a rectangular or linear uniform light intensity of several cm square using an optical system called a beam homogenizer is used in the laser annealing method. In crystallization of a non-single-crystalline thin film (usually, an amorphous thin film) formed on a substrate, a method of irradiating the shaped light beam while scanning is used.

【0018】しかし、この方法においても解決すべき幾
つかの課題を抱えており、例えば結晶粒径や結晶化度の
均一性が悪く、トランジスタ特性が安定しない、電界効
果移動度が低いといった課題を抱えている。このため、
これらの課題を解決するための方法として、(1)照射
面の一部に反射膜や吸収膜を被せ薄膜面の光吸収性を制
御することにより強度分布を形成して、結晶の成長方向
を誘導する技術や、(2)基板を加熱(400℃)した
状態でレーザ照射を行うことにより、結晶化を円滑に進
行させる技術(Extended Abstracts of the 1991 Inter
national Conference on Solid State Devices and Mat
erials,Yokohama,1991,p.p. 623-625 )などが提案
されている。また、例えばJpn.J.Appl.Phys.31(1992)p4
550-4554に開示されているものも知られている。これ
は、例えば図3に示すように、前駆体半導体薄膜122
が形成されたガラス基板121を基板ステージ124に
載置し、基板加熱ヒータ125によって基板ステージ1
24を400℃程度に加熱した状態で、エキシマレーザ
123のレーザ光123aを前駆体半導体薄膜122に
照射するものである。このように、レーザ光の照射時に
ガラス基板を加熱する方法が併用されることによって、
高い結晶品質、すなわち、比較的、大きく、かつ均一な
結晶粒が得られ、電気的特性が向上する。
However, this method also has some problems to be solved, such as poor uniformity of crystal grain size and crystallinity, unstable transistor characteristics, and low field-effect mobility. I have. For this reason,
As a method for solving these problems, (1) an intensity distribution is formed by covering a part of an irradiation surface with a reflection film or an absorption film and controlling the light absorption of the thin film surface, thereby controlling the crystal growth direction. (2) Technology for smoothing crystallization by applying laser irradiation while heating the substrate (400 ° C) (Extended Abstracts of the 1991 Inter
national Conference on Solid State Devices and Mat
erials, Yokohama, 1991, pp 623-625) have been proposed. Also, for example, Jpn.J.Appl.Phys.31 (1992) p4
The one disclosed in 550-4554 is also known. This is, for example, as shown in FIG.
Is placed on a substrate stage 124, and a substrate heater 1
The laser light 123 a of the excimer laser 123 is irradiated to the precursor semiconductor thin film 122 while the substrate 24 is heated to about 400 ° C. In this way, by using the method of heating the glass substrate at the time of laser beam irradiation,
High crystal quality, that is, relatively large and uniform crystal grains are obtained, and the electrical characteristics are improved.

【0019】このうち、前者(1)は単結晶化を図るこ
ともでき、また後者(2)は比較的簡便に適用でき、こ
の技術を用いると電界効果移動度のばらつきが±10%
以内に抑えられるとされる。しかしながら、上記技術に
は下記のような問題点があり、多次元的な集積と一層の
コストダウンを図ろうとする最近の技術動向に十分に対
応できるものではない。
Among them, the former (1) can achieve single crystallization, and the latter (2) can be applied relatively easily, and when this technique is used, the variation in the field effect mobility is ± 10%.
It is said that it can be suppressed within. However, the above-described technology has the following problems, and cannot sufficiently respond to recent technical trends for multidimensional integration and further cost reduction.

【0020】すなわち、上記(1)の技術は、反射膜等
を施す工程が必要であるので、その分製造工程が煩雑に
なりコスト上昇を招く。また、限定された狭い領域に反
射膜等を施すのは容易でないので、微小な特定領域の結
晶化を図り難い。
That is, the technique (1) requires a step of applying a reflective film or the like, which complicates the manufacturing process and increases the cost. In addition, since it is not easy to apply a reflection film or the like to a limited narrow area, it is difficult to crystallize a minute specific area.

【0021】他方、上記(2)の技術では、基板を加熱
するための加熱工程を必要とするので、その分生産性が
低下する。すなわち、固相成長法ほど高温には加熱しな
いものの、基板を加熱および冷却するプロセスには、や
はり時間がかかり(例えば30分〜1時間程度)、スル
ープットが低下するという問題点も有している。この問
題点は、基板の面積が大きくなるほど、基板の歪みを緩
和するために加熱および冷却に要する時間が長くなり、
一層顕著なものになる。またこの技術は、電界効果移動
度のばらつきをある程度減少させることができるもの
の、電界効果移動度自体を十分に高めることができない
ので、高速性が要求される回路を形成するには不十分で
ある。すなわち、ガラス基板の歪み等を生じさせないた
めには、550℃程度以上にガラス基板を加熱すること
はできず、より高い結晶品質等を得ることが困難であ
る。更にこの技術は基板全体を加熱する方法であるの
で、基板上の限定された領域(特定領域)のみの結晶化
を図るには不向きである。
On the other hand, in the technique (2), since a heating step for heating the substrate is required, the productivity is reduced accordingly. That is, although the substrate is not heated to a high temperature as in the solid phase growth method, the process of heating and cooling the substrate still requires time (for example, about 30 minutes to 1 hour), and thus has a problem that the throughput is reduced. . The problem is that the larger the area of the substrate, the longer the time required for heating and cooling to reduce the distortion of the substrate,
It will be even more noticeable. Further, this technique can reduce the variation in the field effect mobility to some extent, but cannot sufficiently increase the field effect mobility itself, so that it is insufficient for forming a circuit requiring high speed. . That is, the glass substrate cannot be heated to about 550 ° C. or higher in order to prevent the distortion or the like of the glass substrate, and it is difficult to obtain higher crystal quality or the like. Further, since this technique is a method of heating the entire substrate, it is not suitable for crystallizing only a limited area (specific area) on the substrate.

【0022】以上のように上記(1)、(2)の技術
は、いずれも製造コストを上昇させる等の課題を有す
る。そして特に上記(1)、(2)の技術(従来の他の
技術についても同様である)は、多様かつ多次元的な積
層を実現しにくいという本質的問題点を有している。す
なわち、これらの技術が採用する温度分布の制御手段
は、高速性が要求される回路領域(多結晶化領域)と、
そうでない回路領域(アモルファス領域)とを同一基板
上に選択的に形成するには不向きな手段であり、それゆ
えこれらの技術によっては、高度な集積化とコストダウ
ンとを同時に実現し難い。
As described above, each of the techniques (1) and (2) has a problem such as an increase in manufacturing cost. In particular, the techniques (1) and (2) (the same applies to other conventional techniques) have an essential problem that it is difficult to realize various and multidimensional lamination. That is, the means for controlling the temperature distribution employed by these technologies includes a circuit region (polycrystalline region) requiring high speed,
This is an unsuitable means for selectively forming a circuit region (amorphous region) other than the above on the same substrate. Therefore, it is difficult to simultaneously achieve high integration and cost reduction by these techniques.

【0023】ここで、限定された任意の領域のみを結晶
化できる技術の有用性について説明する。従来技術にか
かるレーザアニール法においては、図4に示すような、
ビームの側部(エッジ部)が急峻で頂上が平坦(単位面
積当たりのエネルギー強度が同一)な光ビームが用いら
れている。このような特性の光ビームを用いたpoly-S
i薄膜であっても、従来ではそれほど高速な動作が要求
されない例えば画素電極のスイッチング回路等を形成す
るために使用されていたので十分であった。
Here, the usefulness of the technique capable of crystallizing only a limited arbitrary region will be described. In the laser annealing method according to the prior art, as shown in FIG.
A light beam having a steep side portion (edge portion) and a flat top (the same energy intensity per unit area) is used. Poly-S using light beam with such characteristics
Even an i-thin film was sufficient because it was conventionally used to form, for example, a switching circuit for a pixel electrode, which does not require a very high-speed operation.

【0024】しかし、ゲート駆動回路やソース駆動回
路、さらにはCPUなどの高速な動作を必要とする素子
をも同一の基板上に一体的に形成しようとする場合にお
いては、上記従来技術で実現できる程度の品質の多結晶
質薄膜では不十分である。具体的には、例えばLCDの
画素領域においては0.5〜10cm2/Vs程度の移
動度で十分であるが、画素を制御するためのゲート回路
やソース回路等の周辺駆動回路では、100〜300c
2/Vs程度の移動度が必要である。ところが、上記
特性の光ビームを用いる従来技術では、安定して高い移
動度を得ることができない。すなわち、一般に多結晶シ
リコン薄膜では、結晶の粒径が大きければ大きいほど移
動度等のトランジスタ特性が高くなるが、上記のような
多結晶化処理によっては、十分なトランジスタ特性を得
ることはできない。
However, when elements requiring high-speed operation, such as a gate drive circuit and a source drive circuit, and even a CPU or the like, are to be integrally formed on the same substrate, the above-described conventional technique can be used. Polycrystalline thin films of moderate quality are not sufficient. Specifically, for example, a mobility of about 0.5 to 10 cm 2 / Vs is sufficient in a pixel region of an LCD, but a mobility of about 100 to 10 cm 2 / Vs is used in a peripheral driving circuit such as a gate circuit or a source circuit for controlling pixels. 300c
Mobility of about m 2 / Vs is required. However, the conventional technique using the light beam having the above characteristics cannot stably obtain a high mobility. That is, in general, in a polycrystalline silicon thin film, transistor characteristics such as mobility increase as the crystal grain size increases, but sufficient transistor characteristics cannot be obtained by the above polycrystallization treatment.

【0025】この原因としては、上記特性の光ビームで
は、結晶粒や結晶化度の不均一性が大きくなり、また結
晶粒を大きくし結晶化度を高めようとして、照射強度を
強めたり照射回数を増やすと、一層結晶粒の大きさが不
揃いになって結晶化度がばらつくようになるからであ
る。以下、この原因について詳細に検討する。
The reason for this is that, with a light beam having the above characteristics, the crystal grains and the degree of non-uniformity of crystallinity increase, and in order to enlarge the crystal grains and increase the crystallinity, the irradiation intensity is increased or the number of irradiations is increased. This is because, when the number is increased, the size of the crystal grains becomes more irregular and the degree of crystallinity varies. Hereinafter, this cause will be discussed in detail.

【0026】図5は、基板上に形成された非晶質シリコ
ン薄膜に上記矩形状の光ビームを照射したときにおける
結晶化度の分布を示す模式図である。図5において、1
701は照射光の境界を示し、1702、1704は結
晶化度の低い部分を示し、斜線部1703は結晶化度の
高い部分を示す。この図に示すごとく、エネルギー強度
が均一なエキシマレーザを用いた従来法によると、照射
光の境界1701より少し内側に入った斜線部1703
のみで結晶化度が高くなり、他の部分(境界付近170
2および中央部1704)では結晶化度が低くなるとい
う特徴的な結晶化度の分布パターンが形成される。そし
て、このことは、顕微ラマン分光法によって確認され
る。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the distribution of crystallinity when the rectangular light beam is irradiated on the amorphous silicon thin film formed on the substrate. In FIG. 5, 1
Reference numeral 701 denotes a boundary of the irradiation light, 1702 and 1704 denote low crystallinity portions, and hatched portions 1703 denote high crystallinity portions. As shown in this figure, according to the conventional method using an excimer laser having a uniform energy intensity, a hatched portion 1703 slightly inside the boundary 1701 of the irradiation light.
Alone increases the crystallinity, and the other parts (170 around the boundary)
2 and the central portion 1704), a characteristic crystallinity distribution pattern of low crystallinity is formed. This is confirmed by micro-Raman spectroscopy.

【0027】すなわち、図5のA−A線に沿う部分のラ
マン強度の測定結果を図6に示すが、図6において、境
界より少し内側に入ったところの急峻なピークの存在か
ら、この部分の結晶化度が高いことがわかる。また、中
央部分にピークが存在しないことから、この部分の結晶
化度が低いことがわかる。
That is, FIG. 6 shows the measurement results of the Raman intensity of the portion along the line AA in FIG. 5. In FIG. 6, the presence of a steep peak slightly inside the boundary indicates the presence of this portion. It can be seen that the degree of crystallinity is high. Further, since there is no peak in the central portion, it is understood that the crystallinity of this portion is low.

【0028】次に、図7を参照しながら、このような結
晶化度の不均一が生じるメカニズムついて考察する。非
晶質シリコン薄膜に光ビームを照射し、薄膜温度をシリ
コンの溶融温度以上(約1400℃以上)に加熱した
後、光照射を止めると、放熱により薄膜温度が低下し、
この過程で溶融していたシリコンが析出し結晶化する。
ここで、図7(a)のような均一な光強度分布の光ビー
ムを照射した場合、薄膜面には図7(b)に示すような
温度分布パターンが形成される。すなわち、中央部には
温度勾配のない平坦な温度領域が形成され、周辺部では
熱が周囲に逃げるために急峻な温度勾配が形成される
が、この場合、中央部の温度がシリコンの溶融温度以上
であれば、照射終了後に、先ず温度分布曲線1901と
結晶化温度線1902との交点付近(境界付近)の温度
が結晶化温度に達する。よって、この付近に結晶核(1
903)が発生する(図7(c))。すなわち、非晶質
シリコン薄膜が溶融点を超え、溶融点を超えた領域で非
晶質シリコン薄膜が溶融し固化するときに結晶化が起こ
ることにより多結晶化が図られる。次いで、更に温度が
下がると(図7(d))、前記結晶核1903を開始点
として未だ結晶化温度に達していない中央部方向に向か
って結晶化が進行していく(図7(e))が、光エネル
ギー強度の均一な光ビームを用いた場合では、図7
(b、d、f)の如く中央部に面方向の温度勾配が殆ど
ない状態で温度降下する。したがって、温度降下のある
時点で比較的広い範囲が同時に結晶化温度に到達し(図
7(f))、この範囲(1904)の何れの部位におい
ても等しい確率で結晶核が発生し得るようになる。この
ため、図7(g)に示すように、1904の全面におい
て同時的に微小な結晶核が発生し、その結果として微小
な多数の結晶粒からなるpoly- Si薄膜が形成される。
このようなpoly- Si薄膜は、当然に結晶粒界の密度が
大きい。よって、結晶粒界にキャリアが捕捉される程度
が大きくなるので、電界効果移動度が小さくなる。な
お、図7(c)の1900は薄膜の断面を示している。
Next, with reference to FIG. 7, the mechanism by which such non-uniform crystallinity occurs will be considered. After irradiating the amorphous silicon thin film with a light beam and heating the thin film temperature to a temperature higher than the melting temperature of silicon (about 1400 ° C. or higher), when the light irradiation is stopped, the thin film temperature decreases due to heat radiation,
In this process, the molten silicon precipitates and crystallizes.
Here, when a light beam having a uniform light intensity distribution as shown in FIG. 7A is applied, a temperature distribution pattern as shown in FIG. 7B is formed on the thin film surface. That is, a flat temperature region without a temperature gradient is formed in the central portion, and a steep temperature gradient is formed in the peripheral portion because heat escapes to the surroundings. In this case, the temperature in the central portion is the melting temperature of silicon. If this is the case, after the end of the irradiation, first, the temperature near the intersection (near the boundary) between the temperature distribution curve 1901 and the crystallization temperature line 1902 reaches the crystallization temperature. Therefore, the crystal nucleus (1
903) occurs (FIG. 7C). That is, the amorphous silicon thin film exceeds the melting point, and crystallization occurs when the amorphous silicon thin film is melted and solidified in a region beyond the melting point, whereby polycrystallization is achieved. Next, when the temperature further decreases (FIG. 7 (d)), crystallization proceeds from the crystal nucleus 1903 as a starting point toward a central portion which has not yet reached the crystallization temperature (FIG. 7 (e)). 7), when a light beam having a uniform light energy intensity is used, FIG.
As shown in (b, d, f), the temperature drops in a state where there is almost no temperature gradient in the center in the plane direction. Therefore, at a certain point of the temperature drop, a relatively wide range reaches the crystallization temperature at the same time (FIG. 7 (f)), and crystal nuclei can be generated with equal probability in any part of this range (1904). Become. For this reason, as shown in FIG. 7G, fine crystal nuclei are simultaneously generated on the entire surface of 1904, and as a result, a poly-Si thin film composed of many fine crystal grains is formed.
Such a poly-Si thin film naturally has a high density of crystal grain boundaries. Therefore, the degree to which carriers are trapped at the crystal grain boundaries increases, and the field-effect mobility decreases. Note that reference numeral 1900 in FIG. 7C indicates a cross section of the thin film.

【0029】また、上記のような結晶化度の不均一が生
じるメカニズムは、図8に示すようにライン状のレーザ
ビームを照射する場合も同様である。ここで、図8にお
いて、(a)は、使用するエキシマレーザのx,y方向
のエネルギー密度分布を、(b)は、このようなエネル
ギー密度分布を有するエキシマレーザを非晶質シリコン
薄膜上に照射した場合の非晶質シリコン薄膜の温度上昇
分布を、(c)は上記の(a)及び(b)のようにして
レーザが照射される多結晶シリコン薄膜トランジスタの
斜視図を示している。すなわち、図8(a)に示すよう
にエネルギー分布を有するレーザを用いていることに起
因して、被照射領域のy方向の温度分布はほぼ均一であ
るものの、図8(b)に示すように、x方向では中央部
が高く両側が低い温度分布を生じる。このような温度分
布の結果として、結晶化はx方向の周辺部から中央へ進
み、多数の核生成により中央部ではそれぞれの成長面が
出会うことになり、図8(c)に多結晶シリコン薄膜の
結晶化状態を模式的に示すように、レーザビームのライ
ンビームエネルギー密度が低い部分の結晶粒は大きいも
のの、エネルギー密度が高い部分(中央部)の結晶粒は
小さくなってしまう。なお、図8において、131は透
明絶縁性基板、134は多結晶シリコン薄膜で141は
結晶粒を示している。また、139は絶縁膜で一般には
2酸化珪素(SiO2)膜が用いられ、140は非晶質シ
リコン薄膜である。
The mechanism by which the degree of crystallinity becomes non-uniform as described above is the same as in the case of irradiating a linear laser beam as shown in FIG. Here, in FIG. 8, (a) shows the energy density distribution in the x and y directions of the excimer laser to be used, and (b) shows the excimer laser having such an energy density distribution on an amorphous silicon thin film. The temperature rise distribution of the amorphous silicon thin film when irradiated is shown, and (c) is a perspective view of a polycrystalline silicon thin film transistor irradiated with laser as shown in (a) and (b) above. That is, although the temperature distribution in the y-direction of the irradiated area is substantially uniform due to the use of the laser having the energy distribution as shown in FIG. 8A, as shown in FIG. In the x direction, a temperature distribution that is high at the center and low at both sides is generated. As a result of such a temperature distribution, the crystallization proceeds from the peripheral portion to the center in the x direction, and the respective growth surfaces meet in the central portion due to generation of a large number of nuclei. As shown schematically, the crystal grain in the portion where the line beam energy density of the laser beam is low is large, but the crystal grain in the portion where the energy density is high (center portion) is small. In FIG. 8, 131 denotes a transparent insulating substrate, 134 denotes a polycrystalline silicon thin film, and 141 denotes crystal grains. Reference numeral 139 denotes an insulating film, which is generally a silicon dioxide (SiO 2 ) film, and reference numeral 140 denotes an amorphous silicon thin film.

【0030】なお、上記の例では、説明を簡単化するた
めに1回のエネルギビームの照射を行った場合を示した
が、複数回照射する場合などでも同様である。
In the above example, the case where the energy beam is irradiated once is shown for the sake of simplicity, but the same applies to the case where the energy beam is irradiated a plurality of times.

【0031】また、従来のレーザアニールにおいては、
上記のように電界効果移動度の向上が困難であることに
加えて、半導体膜の膜質の均一性を向上させることが困
難であり、特に上記両者を両立させることが困難である
という問題点を有していた。
In conventional laser annealing,
In addition to the difficulty in improving the field-effect mobility as described above, it is difficult to improve the uniformity of the film quality of the semiconductor film, and in particular, it is difficult to achieve both. Had.

【0032】ここで、従来のレーザアニール装置の構成
について図9に基づいて説明する。図9において、15
1はレーザ発振器、152は反射鏡、153は均一化装
置、154は窓、155は非晶質シリコン層が形成され
た基板、156はステージ、157は制御装置を示して
いる。そして、非晶質シリコン層のレーザアニールの際
には、レーザ発振器151から発振したレーザ光を反射
鏡152によって均一化装置153に導き、エネルギー
の均一な所定の形に整形されたレーザビームを窓154
を通して処理室内のステージ156に固定された基板1
55に照射するようになっている。
Here, the configuration of a conventional laser annealing apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 9, 15
1 is a laser oscillator, 152 is a reflecting mirror, 153 is a homogenizing device, 154 is a window, 155 is a substrate on which an amorphous silicon layer is formed, 156 is a stage, and 157 is a control device. During the laser annealing of the amorphous silicon layer, the laser beam oscillated from the laser oscillator 151 is guided to the homogenizer 153 by the reflecting mirror 152, and the laser beam shaped into a predetermined shape with uniform energy is applied to the window. 154
Substrate 1 fixed to stage 156 in the processing chamber through
55 is illuminated.

【0033】上記のようなレーザアニール装置を用いて
アニール処理を行う場合、レーザビームを基板全面に一
括で照射することは困難であるため、実際には、レーザ
の照射領域を重ね合わせつつ、順次ずらしながら基板全
面を同一条件で照射している(例えば、I.Asai,N.Kato,
M.Fuse and T.Hamano,ジャパン ジェイ アプライフィ
ジックス(Jpn.J.Appl.Phys.) 32 (1993)474)。しかし
ながら、このようにレーザビームの照射領域を重ねつ
つ、順次ずらしながら照射するレーザアニールの方法で
は、レーザエネルギー密度を高くすれば、半導体膜特性
の評価基準の一つである移動度が高くなり、全体的に膜
質が向上するものの、照射領域の継ぎ目で膜質の不均一
が生じ、半導体膜全体の均一性が低くなる。一方、比較
的低いエネルギー密度でレーザ照射すると、膜質の均一
性を向上させることは容易になるが、エネルギー密度が
低いために電界効果移動度を高くすることが困難にな
る。
When an annealing process is performed using the above-described laser annealing apparatus, it is difficult to irradiate the entire surface of the substrate with a laser beam at one time. The entire surface of the substrate is irradiated under the same conditions while shifting (for example, I. Asai, N. Kato,
M. Fuse and T. Hamano, Japan J Appli Physics (Jpn. J. Appl. Phys.) 32 (1993) 474). However, in the laser annealing method of irradiating the laser beam while shifting the irradiation area sequentially while overlapping the irradiation areas of the laser beam, if the laser energy density is increased, the mobility, which is one of the evaluation criteria of the semiconductor film characteristics, is increased. Although the film quality is improved as a whole, the film quality becomes non-uniform at the joint of the irradiation area, and the uniformity of the entire semiconductor film is reduced. On the other hand, when laser irradiation is performed at a relatively low energy density, it is easy to improve the uniformity of the film quality, but it is difficult to increase the field-effect mobility because the energy density is low.

【0034】それゆえ、例えばTFTが形成された基板
を液晶ディスプレイに用いる場合、図10に示すように
比較的大面積の画像表示領域158に必要とされる膜質
の均一性と、周辺回路部(ドライバ回路)159に必要
とされる電界効果移動度とを満足する半導体膜を形成す
ることは困難であった。なお、このような問題点に対し
ては、例えば米国USP5756364号に開示されて
いるように、画像表示領域158と周辺回路部159と
でレーザビームの強度を異ならせることが提案されてい
るが、このようにレーザビームの強度を異ならせるだけ
では、周辺回路部159において十分な電界効果移動度
を持たせることが困難である。
Therefore, for example, when a substrate on which a TFT is formed is used for a liquid crystal display, as shown in FIG. 10, uniformity of film quality required for a relatively large area image display region 158 and peripheral circuit portion ( It has been difficult to form a semiconductor film that satisfies the field effect mobility required for the driver circuit 159. In order to solve such a problem, for example, as disclosed in U.S. Pat. No. 5,756,364, it is proposed to make the laser beam intensity different between the image display area 158 and the peripheral circuit section 159. It is difficult to make the peripheral circuit portion 159 have sufficient field effect mobility only by changing the intensity of the laser beam in this way.

【0035】なお、この明細書で結晶化というときに
は、単結晶化と多結晶化の双方を含めた意味で使用して
あるが、本発明の結晶質半導体薄膜の作製方法はpoly-
Si薄膜の作製に特に有用である。
In this specification, crystallization is used to include both single crystallization and polycrystallization. However, the method for producing a crystalline semiconductor thin film of the present invention is poly-crystalline.
It is particularly useful for producing a Si thin film.

【0036】[0036]

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザアニール
方法においては、上記のように、結晶粒径や結晶方位を
制御することが困難であり、高い結晶品質、すなわち、
大きく、かつ均一な結晶粒径を有し、結晶欠陥も少ない
半導体薄膜を形成することが困難であるとともに、スル
ープットを向上させて製造コストを低減することも困難
であり、しかも、半導体薄膜の膜特性(電界効果移動度
等)の向上と膜質の均一性を同時に達成することができ
ないという問題点を有していた。
In the conventional laser annealing method, as described above, it is difficult to control the crystal grain size and crystal orientation, and high crystal quality, that is,
It is difficult to form a semiconductor thin film having a large and uniform crystal grain size and few crystal defects, and it is also difficult to improve the throughput and reduce the manufacturing cost. There is a problem that it is not possible to simultaneously improve the characteristics (such as the field effect mobility) and uniformity of the film quality.

【0037】本発明は、上記の点に鑑み、スループット
の低下を招くことなく、しかも、高い結晶品質の半導体
薄膜を形成することができ、さらに、半導体薄膜の膜特
性の向上と膜質の均一性を同時に達成することができる
半導体薄膜の製造方法、および装置、ならびにそのよう
な半導体薄膜を用いた、電界効果移動度等のTFT特性
に優れた薄膜トランジスタ、およびその製造方法の提供
を目的としている。
In view of the above, the present invention can form a semiconductor thin film of high crystal quality without lowering the throughput, and can further improve the film characteristics of the semiconductor thin film and improve the uniformity of the film quality. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for manufacturing a semiconductor thin film capable of simultaneously achieving the above, and a thin film transistor using such a semiconductor thin film and having excellent TFT characteristics such as field-effect mobility, and a method for manufacturing the same.

【0038】[0038]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明者等は種々検討した結果、多結晶シリコン薄
膜の結晶粒が小さくなる原因が、エキシマレーザ照射に
より加熱された際のシリコン薄膜の温度分布によるもの
であることに着目し、少なくともトランジスタを形成す
る領域に関して大きな粒径を持つ多結晶シリコン薄膜化
する方法を考え出した。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made various studies and found that the crystal grains of the polycrystalline silicon thin film become small due to the fact that the silicon thin film when heated by excimer laser irradiation. Focusing on the temperature distribution of the thin film, a method of forming a polycrystalline silicon thin film having a large grain size at least in a region where a transistor is formed has been devised.

【0039】すなわち本発明者等は、レーザによる多結
晶化処理を行う際に、トランジスタを形成する領域を挟
んで、その両側に熱伝導が高い領域を設けることによ
り、トランジスタが形成される領域の周囲の領域の温度
が高くなるようにし、トランジスタ形成領域の温度を周
囲に比較して相対的に低くすることで、トランジスタ形
成領域のシリコン薄膜を最初に結晶化させて粒径の増大
化を行い得ると考えるに至った。
That is, the present inventors provide high heat conduction regions on both sides of a region where a transistor is to be formed when performing a polycrystallization process using a laser, so that the region where the transistor is formed is formed. By increasing the temperature of the surrounding area and lowering the temperature of the transistor forming area relatively to the surrounding area, the silicon thin film in the transistor forming area is first crystallized to increase the grain size. I came to think I could get it.

【0040】そこで、請求項1の発明は、基板上に、第
1の熱伝導率を有する第1の絶縁膜と、上記第1の熱伝
導率と異なる第2の熱伝導率を有し、部分的な領域に選
択的に形成された第2の絶縁膜とを積層する工程と、上
記第1の絶縁膜および第2の絶縁膜上に非単結晶半導体
薄膜を積層する工程と、上記非単結晶半導体薄膜にエネ
ルギビームを照射して結晶成長させる工程とを有するこ
とを特徴としている。
Therefore, the invention of claim 1 has a first insulating film having a first thermal conductivity on a substrate and a second thermal conductivity different from the first thermal conductivity, Laminating a second insulating film selectively formed in a partial region, laminating a non-single-crystal semiconductor thin film on the first insulating film and the second insulating film, Irradiating the single crystal semiconductor thin film with an energy beam to grow crystals.

【0041】具体的には、例えば非晶質シリコン薄膜の
絶縁膜の熱伝導率をトランジスタが形成される領域とそ
の他の領域とで異ならしめることにより、トランジスタ
が形成される領域の非晶質シリコン薄膜の熱伝導性をそ
の他の領域の非晶質シリコン薄膜よりも高くする。
More specifically, for example, by making the thermal conductivity of the insulating film of the amorphous silicon thin film different between the region where the transistor is formed and the other region, the amorphous silicon film in the region where the transistor is formed is formed. The thermal conductivity of the thin film is made higher than that of the amorphous silicon thin film in other regions.

【0042】この構成によれば、多結晶化を行う際の、
トランジスタ形成領域のシリコン薄膜の温度がその他の
領域よりも低いため、結晶化がトランジスタ形成領域か
ら発生することになり、トランジスタ形成領域の多結晶
シリコンの粒径を大きくすることができる。
According to this configuration, when performing polycrystallization,
Since the temperature of the silicon thin film in the transistor formation region is lower than that in the other regions, crystallization occurs from the transistor formation region, and the grain size of polycrystalline silicon in the transistor formation region can be increased.

【0043】また、請求項12の発明は、半導体膜表面
の周縁の少なくとも一部には、半導体膜に対して略水平
方向に延びる1つ以上の突起部が設けられることを特徴
としている。
According to a twelfth aspect of the present invention, at least a part of the periphery of the surface of the semiconductor film is provided with one or more protrusions extending in a direction substantially horizontal to the semiconductor film.

【0044】ここで、本発明の理解に供するため、本発
明に到るアプローチについて簡単に説明する。まず、本
発明者らは、従来技術の上記課題の要因を究明すべく検
討を重ね、十分明確には解明されなかったものの、その
要因として以下の事項を想定するに到った。すなわち、
一般に、結晶核の発生および結晶成長は、半導体膜がア
ニール処理により一旦,加熱され、その後、冷却される
ことにより成される。
Here, an approach to the present invention will be briefly described for the purpose of understanding the present invention. First, the present inventors have repeatedly studied to find the causes of the above-mentioned problems of the conventional technology, and have not sufficiently clarified them, but have assumed the following items as the causes. That is,
Generally, generation of crystal nuclei and crystal growth are performed by heating a semiconductor film once by an annealing process and then cooling the semiconductor film.

【0045】ところで、従来技術においては、アニール
処理後の半導体膜は、その中央部および周辺部にかかわ
らず、ほぼ一様に冷却されており、この結果、結晶核が
ランダムな位置にほぼ同時期に発生してしまうので、結
晶粒径や結晶方位を制御することが困難になっていると
想定される。また、このことにより、結晶核が比較的近
接した位置にほぼ同時に発生するおそれがあり、この場
合、結晶成長の過程で結晶同士が干渉し合い、十分な結
晶粒径を得ることが困難となっている。
By the way, in the prior art, the semiconductor film after the annealing treatment is cooled substantially uniformly regardless of the central part and the peripheral part, and as a result, the crystal nuclei are located at random positions almost simultaneously. Therefore, it is assumed that it is difficult to control the crystal grain size and crystal orientation. In addition, this may cause crystal nuclei to be generated almost simultaneously at relatively close positions. In this case, the crystals interfere with each other during the crystal growth process, making it difficult to obtain a sufficient crystal grain size. ing.

【0046】そして、上記した事項を念頭に鋭意検討し
た結果、本発明者らは、「半導体膜の周辺部における結
晶核を,中央方部における結晶核よりも早い時期に発生
させ、その後、周辺部部に発生した結晶核を、中央部に
おいて結晶核が発生もしくは結晶成長する以前に、中央
部に向けて結晶成長させることにより、結晶粒径や結晶
方位を制御可能にすると共に、結晶成長の過程にある結
晶同士の干渉を防止して、十分な結晶粒径を得る。」と
いう本発明の技術的思想を創出したのである。
As a result of intensive studies with the above matters in mind, the present inventors have found that “crystal nuclei in the peripheral portion of the semiconductor film are generated earlier than crystal nuclei in the central portion, and thereafter, The crystal nuclei generated in the part are grown toward the central part before the crystal nucleus is generated or grown in the central part, so that the crystal grain size and the crystal orientation can be controlled and the crystal growth The technical idea of the present invention is to create a sufficient crystal grain size by preventing interference between crystals in the process.

【0047】すなわち、請求項12によれば、アニール
処理後の半導体膜において、周縁の突起部に蓄積された
熱は水平面において外側の複数の方向(例えば、突起部
が矩形状を有する場合、3方向)に拡散するのに対し
て、中央部に蓄積された熱は水平面内において未だ冷却
されていない周縁側にしか逃げ場がないので、突起部を
含めて周縁が中央部に較べて十分早く冷却される。
That is, according to the twelfth aspect, in the semiconductor film after the annealing process, the heat accumulated in the peripheral protrusions is transferred to a plurality of directions on the horizontal surface outside (for example, when the protrusions have a rectangular shape, three times). Direction), while the heat accumulated in the central part has an escape area only on the peripheral side that has not yet been cooled in the horizontal plane, so the peripheral edge including the protrusion cools down much faster than the central part Is done.

【0048】この結果、周縁における結晶核は、中央部
における結晶核よりも早い時期に発生し、中央部におい
て結晶核が発生もしくは結晶成長する以前に、この周縁
に発生した結晶核が中央部に向けて結晶成長するので、
結晶粒径や結晶方位が制御可能となる。このことによ
り、結晶成長の過程にある結晶同士の干渉が防止され、
十分な結晶粒径を得ることができる。
As a result, the crystal nuclei at the periphery are generated earlier than the crystal nuclei at the center, and the crystal nuclei generated at the periphery are formed at the center before the crystal nuclei are generated or grown at the center. Because the crystal grows toward
The crystal grain size and crystal orientation can be controlled. This prevents interference between crystals in the course of crystal growth,
A sufficient crystal grain size can be obtained.

【0049】また、請求項13によれば、突起部に1つ
の結晶核のみが発生して、この結晶核が結晶成長するこ
とになる。なお、請求項14、15によれば、結晶の粒
径がより整い、突起部毎に1つの結晶核が確実に発生す
る。
According to the thirteenth aspect, only one crystal nucleus is generated at the projection, and the crystal nucleus grows. According to the fourteenth and fifteenth aspects, the grain size of the crystal is further adjusted, and one crystal nucleus is reliably generated for each projection.

【0050】また、請求項16によれば、突起部に発生
し成長した結晶は、さらに、中央部に向かって成長する
が、この場合、隣り合う突起部から中央部に向かう結晶
成長および、対向する辺の突起部から中央部に向かう結
晶成長に対して、極力、干渉し合うことなく、結晶成長
することが見込まれる。
According to the sixteenth aspect, the crystal generated and grown on the protrusion further grows toward the center. In this case, the crystal grows from the adjacent protrusion toward the center and the crystal grows toward the center. It is anticipated that the crystal growth will be minimized from interfering with the crystal growth from the protrusion on the side to the center.

【0051】また、請求項18によれば、突起部はゲー
ト電極に対応する領域に設けられるので、良好な導電特
性を得ることができる。
According to the eighteenth aspect, since the protrusion is provided in the region corresponding to the gate electrode, good conductive characteristics can be obtained.

【0052】また、請求項19は、非晶質半導体膜を形
成する工程と、前記非晶質半導体膜の周縁の少なくとも
一部に、略水平方向に延びる1つ以上の突起部を選択的
に形成する工程と、前記突起部が形成された非晶質半導
体膜をアニール処理して結晶化させる工程を含むことを
特徴とする半導体膜の製造方法である。
In another aspect of the present invention, the step of forming the amorphous semiconductor film and the step of selectively forming one or more protrusions extending in a substantially horizontal direction on at least a part of the periphery of the amorphous semiconductor film are provided. A method of manufacturing a semiconductor film, comprising a step of forming and a step of annealing and crystallizing the amorphous semiconductor film on which the protrusions are formed.

【0053】請求項19により製造された半導体膜にお
いては、請求項12と同様の効果を奏する。
The semiconductor film manufactured according to the nineteenth aspect has the same effect as the twelfth aspect.

【0054】さらに、請求項22によれば、半導体膜の
周辺部における結晶核を中央部における結晶核よりも早
い時期に発生させ、その後、前記周辺部に発生した前記
結晶核を、前記中央部において結晶核が発生もしくは結
晶成長する以前に、中央部に向けて結晶成長させるの
で、結晶粒径や結晶方位が制御可能となる。
Further, according to claim 22, a crystal nucleus in a peripheral portion of the semiconductor film is generated earlier than a crystal nucleus in a central portion, and thereafter, the crystal nucleus generated in the peripheral portion is replaced with the central portion. Since the crystal is grown toward the center before the generation of the crystal nucleus or the crystal growth, the crystal grain size and the crystal orientation can be controlled.

【0055】このことにより、結晶成長の過程にある結
晶同士の干渉が防止され、十分な結晶粒径を得ることが
できる。
As a result, interference between crystals in the course of crystal growth is prevented, and a sufficient crystal grain size can be obtained.

【0056】また、上記の課題を解決するために、請求
項26に記載の発明は、チャネル領域と、前記チャネル
領域の両側に配置されたソース領域、およびドレイン領
域とを有する結晶質半導体層が基板上に形成されてなる
結晶質薄膜トランジスタにおいて、前記結晶質半導体層
は、非単結晶質薄膜を結晶化してなるものであり、前記
結晶質半導体層の少なくともチャネル領域には、結晶成
長方向を制御する結晶成長方向制御空隙が設けられてい
ることを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, a crystalline semiconductor layer having a channel region, and a source region and a drain region disposed on both sides of the channel region is provided. In a crystalline thin film transistor formed on a substrate, the crystalline semiconductor layer is formed by crystallizing a non-single crystalline thin film, and at least a channel region of the crystalline semiconductor layer controls a crystal growth direction. Characterized in that a gap for controlling the crystal growth direction is provided.

【0057】上記構成によると、チャネル領域に形成さ
れた結晶成長方向制御空隙が、非単結晶質薄膜の結晶化
に際してチャネル領域の結晶成長方向を制御する。した
がって、このような結晶成長方向制御空隙を有してなる
結晶質半導体層は、結晶形状や結晶粒界密度が好適に規
制されたものとなっているので、上記構成の結晶質薄膜
トランジスタは、電界効果移動度等のTFT特性に優れ
る。
According to the above configuration, the crystal growth direction control gap formed in the channel region controls the crystal growth direction of the channel region when crystallization of the non-single crystalline thin film. Therefore, in the crystalline semiconductor layer having such a crystal growth direction control gap, the crystal shape and the crystal grain boundary density are appropriately regulated. Excellent TFT characteristics such as effective mobility.

【0058】ここで、上記結晶成長方向制御空隙とは、
結晶質半導体層(製造段階では非単結晶質薄膜)の表面
に形成された窪み(凹)であり、この窪みは結晶質半導
体層の下層(基板面またはアンダーコート層)にまで達
するものであってもよく、また下層にまで達しないもの
であってもよい。また、窪みの大きさや形状についても
特に制限されない。よって、結晶質半導体層の表面積の
大小、厚み、或いは所望する電界効果移動度等を勘案し
て適当に設定できる。例えば表面形状が円形、方形の
穴、或いは細長い溝などが例示でき、穴または溝の断面
形状としてはC字型やV型、コの字型などが例示でき
る。なお、結晶成長方向制御空隙の役割・機能の詳細に
ついては下記する。
Here, the above-mentioned crystal growth direction control gap is:
A depression (concave) formed on the surface of the crystalline semiconductor layer (non-monocrystalline thin film in the manufacturing stage), and the depression reaches the lower layer (substrate surface or undercoat layer) of the crystalline semiconductor layer. Or may not reach the lower layer. Also, the size and shape of the depression are not particularly limited. Therefore, it can be appropriately set in consideration of the size and thickness of the surface area of the crystalline semiconductor layer, the desired field-effect mobility, and the like. For example, a hole having a circular or square surface shape or an elongated groove can be exemplified, and the cross-sectional shape of the hole or groove can be exemplified by a C-shape, a V-shape, or a U-shape. The details of the role and function of the crystal growth direction control gap will be described later.

【0059】請求項27に記載の発明は、チャネル領域
と、前記チャネル領域の両側に配置されたソース領域、
およびドレイン領域とを有する結晶質半導体層が基板上
に形成されてなる結晶質薄膜トランジスタにおいて、前
記半導体層が、非単結晶質薄膜を結晶化してなるもので
あり、前記結晶質半導体層の少なくともチャネル領域に
は、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向に溝状の空
隙が、2列以上設けられていることを特徴とする。
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, there is provided a channel region, a source region disposed on both sides of the channel region,
And a crystalline semiconductor layer having a drain region and a crystalline semiconductor layer formed on a substrate, wherein the semiconductor layer is obtained by crystallizing a non-single crystalline thin film, and at least a channel of the crystalline semiconductor layer is formed. The region is characterized in that two or more rows of groove-shaped voids are provided in a direction connecting the source region and the drain region.

【0060】この構成によると、2列以上設けられた溝
状の空隙が、非単結晶質薄膜の結晶化に際して、結晶の
成長方向をソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向に誘
導するように機能するので、その結果物としてのpoly-
Si膜は、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向に長
い、大粒の結晶粒の集合体となる。このようなpoly-S
i膜は、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向におけ
る結晶粒界密度が小さいので、この方向におけるキャリ
ア移動速度が速い。つまり、上記構成の結晶質薄膜トラ
ンジスタは、キャリア移動度等の特性に優れる。
According to this configuration, the groove-shaped voids provided in two or more rows function to guide the crystal growth direction to the direction connecting the source region and the drain region when the non-single-crystalline thin film is crystallized. So the resulting poly-
The Si film is an aggregate of large crystal grains that are long in the direction connecting the source region and the drain region. Such poly-S
Since the i-film has a low crystal grain boundary density in the direction connecting the source region and the drain region, the carrier movement speed in this direction is high. That is, the crystalline thin film transistor having the above structure is excellent in characteristics such as carrier mobility.

【0061】ここで、結晶成長方向制御空隙を設ける
と、結晶成長方向が制御された大粒の結晶粒が得られる
理由を、図11および図20を参照しながら詳説する。
The reason why large crystal grains with controlled crystal growth direction can be obtained by providing the crystal growth direction control voids will be described in detail with reference to FIGS. 11 and 20.

【0062】図20に示すように、結晶質半導体層の前
駆体である非単結晶質薄膜表面に、溝状の結晶成長方向
制御空隙(符号411)をソース領域とドレイン領域と
を結ぶ方向に2列以上形成し、しかる後、常法に従って
当該薄膜に可吸収性のエネルギービームを照射すると、
薄膜面の温度は、結晶成長方向制御空隙とその近傍およ
び半導体薄膜周縁部に低く、チャネル領域本体部(結晶
成長方向制御空隙が形成されていない薄膜部分)に高い
温度分布となる。
As shown in FIG. 20, a groove-shaped crystal growth direction control gap (reference numeral 411) is formed on the surface of the non-single crystalline thin film which is a precursor of the crystalline semiconductor layer in a direction connecting the source region and the drain region. When two or more rows are formed, and then the thin film is irradiated with an absorbable energy beam according to a conventional method,
The temperature of the thin film surface is low in the crystal growth direction control gap, its vicinity, and the periphery of the semiconductor thin film, and has a high temperature distribution in the channel region main body (the thin film portion where the crystal growth direction control gap is not formed).

【0063】なぜなら、溝部分(結晶成長方向制御空
隙)は、他の部分に比べ薄膜の厚みが薄くなっている
か、または薄膜が存在しないので、エネルギービームの
吸収が少なく、この結果として溝部分の温度が他の部分
に比べて低くなるからである。また、通常、半導体薄膜
の外側には薄膜が存在しないのでエネルギービームの吸
収が少ないと共に、周縁部では熱が外側に拡散するの
で、薄膜中央部分に比較し温度が低くなるからである。
This is because the groove portion (the crystal growth direction control gap) has a smaller thickness of the thin film than other portions or does not have the thin film, so that the absorption of the energy beam is small. This is because the temperature is lower than other parts. In addition, since there is usually no thin film outside the semiconductor thin film, the absorption of the energy beam is small, and the heat is diffused outside at the peripheral portion, so that the temperature is lower than that at the central portion of the thin film.

【0064】次に、結晶成長方向制御空隙および周縁部
に低い温度分布をもった非単結晶質薄膜における結晶成
長過程を説明する。なお、非単結晶質薄膜の周縁部の温
度が低いのは従来技術においても同様なことであるの
で、ここでは結晶成長方向制御空隙と結晶成長方向との
関係について、図11を参照しながら説明する。
Next, the crystal growth process in a non-single-crystal thin film having a crystal growth direction control gap and a low temperature distribution in the periphery will be described. Since the temperature of the peripheral portion of the non-single-crystalline thin film is low also in the conventional technique, the relationship between the crystal growth direction control gap and the crystal growth direction will be described with reference to FIG. I do.

【0065】図11は結晶成長の様を概念的に説明する
ための図である。先ず本体部よりも温度の低い結晶成長
方向制御空隙の周辺に結晶核が発生する。そして、この
結晶核は薄膜全体の温度降下に伴って、より温度の高い
方向、すなわち溝状の結晶成長方向制御空隙から遠ざか
る方向(溝に対し垂直な方向)に向かって成長する。こ
こで、上記構成では、結晶成長方向制御空隙がソース領
域とドレイン領域とを結ぶ方向に2列以上設けられてい
るので、対向する2つの結晶成長方向制御空隙付近でそ
れぞれ発生した結晶核は、逆の方向からそれぞれチャネ
ル領域本体部の中央に向かって成長する。
FIG. 11 is a diagram for conceptually explaining the manner of crystal growth. First, crystal nuclei are generated around the crystal growth direction control gaps whose temperature is lower than that of the main body. The crystal nuclei grow in a direction of higher temperature, that is, in a direction away from the groove-shaped crystal growth direction control gap (a direction perpendicular to the grooves) as the temperature of the entire thin film drops. Here, in the above configuration, since the crystal growth direction control gaps are provided in two or more rows in the direction connecting the source region and the drain region, the crystal nuclei generated near the two opposing crystal growth direction control gaps are: Each grows from the opposite direction toward the center of the channel region main body.

【0066】このため、結晶粒同志がチャネル領域本体
部の中央付近でぶつかり合うことになるが、結晶成長方
向制御空隙から遠い中央付近は他の部分よりも温度が高
く、未だ分子が自由に動き得る状態にある。よって、ぶ
つかり合いを避ける方向、すなわちソース領域とドレイ
ン領域とを結ぶ方向(溝と平行な方向)に結晶成長が誘
導される(図11a参照)。この結果、ソース領域とド
レイン領域とを結ぶ方向に長い大粒の結晶粒が形成され
る(図11b参照)。このような形状の結晶粒の集合体
からなるチャネル領域であると、ソース領域とドレイン
領域とを結ぶ方向の結晶粒界密度が小さいので、電界効
果移動度等のTFT特性に優れた結晶質薄膜トランジス
タが構成できる。
As a result, the crystal grains collide with each other near the center of the channel region main body. However, the temperature near the center far from the crystal growth direction control gap is higher than other portions, and the molecules still move freely. In a state of gaining. Therefore, crystal growth is induced in a direction to avoid collision, that is, in a direction connecting the source region and the drain region (a direction parallel to the groove) (see FIG. 11A). As a result, large crystal grains long in the direction connecting the source region and the drain region are formed (see FIG. 11B). In the case of a channel region composed of an aggregate of crystal grains having such a shape, a crystalline thin film transistor having excellent TFT characteristics such as field-effect mobility because a crystal grain boundary density in a direction connecting a source region and a drain region is small. Can be configured.

【0067】請求項28に記載の発明は、請求項26に
記載の発明において、前記結晶成長方向制御空隙が、ソ
ース領域とドレイン領域とを結ぶ方向に不連続的に複数
設けられていることを特徴とする。
According to a twenty-eighth aspect of the present invention, in the twenty-sixth aspect, the plurality of crystal growth direction control gaps are discontinuously provided in a direction connecting the source region and the drain region. Features.

【0068】不連続的に複数の結晶成長方向制御空隙を
配置したこの構成であると、結晶成長がより極め細かに
制御され、特に結晶成長方向制御空隙を2列以上配列し
た場合には、結晶粒の大きさや形状を一層極め細かに制
御できる。この理由を次に説明する。
With this configuration in which a plurality of crystal growth direction control gaps are discontinuously arranged, crystal growth can be more finely controlled. In particular, when two or more rows of crystal growth direction control gaps are arranged, the crystal growth direction can be reduced. The size and shape of the grains can be more precisely controlled. The reason will be described below.

【0069】上記請求項27で説明したように、より早
く結晶化温度にまで降温する結晶成長方向制御空隙の近
傍で結晶核が発生するが、各々の結晶核の間隔が狭い
と、十分に成長する前に他の結晶粒とぶつかって結晶成
長が止まるため、多数の微小な結晶粒からなる多結晶質
となると共に、結晶粒同志が衝突する境界付近では結晶
構造が歪になる。このため、所望のTFT特性が得られ
ない。このことから、電界効果移動度等のTFT特性を
高めるためには、結晶成長方向を制御すると共に、結晶
核の発生密度をも適正に制御する必要がある。
As described in the twenty-seventh aspect, crystal nuclei are generated in the vicinity of the crystal growth direction control gap where the temperature is lowered to the crystallization temperature sooner. Before crystal growth, it collides with other crystal grains to stop crystal growth, so that it becomes polycrystalline composed of a large number of fine crystal grains, and the crystal structure becomes distorted near boundaries where crystal grains collide with each other. Therefore, desired TFT characteristics cannot be obtained. Therefore, in order to enhance the TFT characteristics such as the field-effect mobility, it is necessary to control not only the crystal growth direction but also the generation density of crystal nuclei appropriately.

【0070】ここで、空隙を不連続的に配置すると、空
隙の近傍で結晶核が発生するが、空隙と隣の空隙との中
間部分では結晶核が発生し難い。したがって、空隙の数
や空隙同志の間隔を調節することにより結晶核の発生密
度を制御できることになる。なお、空隙と隣の空隙との
中間部分において結晶核が発生しにくいのは、この部分
(薄膜物質が存在する部分)はレーザ照射によって十分
に昇温するからである。
Here, if the voids are arranged discontinuously, crystal nuclei are generated in the vicinity of the voids, but it is difficult to generate crystal nuclei in the intermediate portion between the voids and the adjacent voids. Therefore, the density of crystal nuclei can be controlled by adjusting the number of voids and the spacing between voids. The reason that crystal nuclei are not easily generated in the intermediate portion between the void and the adjacent void is that this portion (the portion where the thin film substance exists) is sufficiently heated by laser irradiation.

【0071】請求項29の発明は、チャネル領域と、前
記チャネル領域の両側に配置されたソース領域、および
ドレイン領域とを有する半導体層が基板上に形成されて
なる結晶質薄膜トランジスタにおいて、前記結晶質半導
体層が、非単結晶質薄膜を結晶化してなるものであり、
少なくともチャネル領域には、チャネル領域本体部に比
較して結晶化開始温度が高い早期結晶化領域が設けられ
ていることを特徴とする。
According to a twenty-ninth aspect of the present invention, there is provided a crystalline thin film transistor in which a semiconductor layer having a channel region, and a source region and a drain region disposed on both sides of the channel region is formed on a substrate. The semiconductor layer is obtained by crystallizing a non-single-crystalline thin film,
At least the channel region is provided with an early crystallization region having a higher crystallization start temperature than the channel region main body.

【0072】上記構成によると、早期結晶化領域がチャ
ネル領域本体部の結晶成長を制御するように機能する結
果、結晶粒界密度の小さい良質の結晶質半導体層が形成
できる。この理由は次の通りである。
According to the above configuration, the early crystallization region functions to control the crystal growth of the channel region main portion, so that a high-quality crystalline semiconductor layer having a small crystal grain boundary density can be formed. The reason is as follows.

【0073】早期結晶化領域は、チャネル領域本体部に
比較して結晶化開始温度が高い部分であるので、放冷過
程において先ず最初に早期結晶化領域で結晶核が発生す
る。よって、その後はこの結晶核を中心にして結晶成長
が行われる。よって、早期結晶化領域を設けることによ
り、一度に多数の結晶核が発生する現象を防止でき、そ
の結果として、より大きな結晶粒が集合した多結晶質半
導体層となすことができる。
Since the early crystallization region is a portion where the crystallization start temperature is higher than that of the channel region main portion, crystal nuclei are first generated in the early crystallization region during the cooling process. Therefore, thereafter, crystal growth is performed centering on the crystal nucleus. Therefore, by providing the early crystallization region, a phenomenon that many crystal nuclei are generated at one time can be prevented, and as a result, a polycrystalline semiconductor layer in which larger crystal grains are aggregated can be formed.

【0074】ここで、早期結晶化領域は、少なくともチ
ャネル領域に1つ以上配置すればよいが、ソース領域と
ドレイン領域とを結ぶ方向へのキャリアの移動を障害し
ない位置に複数の早期結晶化領域を設けるのもよい。適
正な位置および間隔で複数の早期結晶化領域を薄膜面に
点在させると、結晶核の発生密度を適正に制御できるの
で、一層良好な結果が得られる。なお、上記構成におけ
る「結晶化開始温度が高い」とは、チャネル領域本体部
に比較し、より高い温度において結晶化が開始されるこ
とを意味する。
Here, at least one early crystallization region may be arranged at least in the channel region. However, the plurality of early crystallization regions are located at positions where the movement of carriers in the direction connecting the source region and the drain region is not hindered. May be provided. If a plurality of early crystallized regions are scattered at appropriate positions and intervals on the thin film surface, the density of crystal nuclei can be appropriately controlled, so that better results can be obtained. Note that “high crystallization start temperature” in the above configuration means that crystallization is started at a higher temperature than the channel region main body.

【0075】請求項30の発明は、請求項29に記載の
結晶質薄膜トランジスタにおいて、前記早期結晶化領域
が、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向に長い形状
のものであることを特徴とする。
According to a thirtieth aspect of the present invention, in the crystalline thin film transistor according to the twenty-ninth aspect, the early crystallization region has a shape elongated in a direction connecting the source region and the drain region.

【0076】早期結晶化領域はキャリア移動させる領域
ではないので、この領域はソース領域とドレイン領域と
を結ぶ方向に対し幅狭がよい。なぜなら、早期結晶化領
域がソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と直交方向
に長い形状であると、早期結晶化領域がキャリア移動度
を障害する原因になるからである。
Since the early crystallization region is not a region for moving carriers, this region is preferably narrow in a direction connecting the source region and the drain region. This is because if the early crystallized region has a shape that is long in a direction orthogonal to the direction connecting the source region and the drain region, the early crystallized region may cause the carrier mobility to be impaired.

【0077】請求項31の発明は、請求項29に記載の
結晶質薄膜トランジスタにおいて、前記早期結晶化領域
が、チャネル領域本体部を構成する成分と不純物とを含
んでなるものであることを特徴とする。
According to a thirty-first aspect of the present invention, in the crystalline thin film transistor according to the twenty-ninth aspect, the early crystallization region includes a component constituting a channel region main body and an impurity. I do.

【0078】半導体層に不純物を含ませて結晶化開始温
度を上げる手段であると、比較的簡単に早期結晶化領域
を形成することができる。よって、上記構成の結晶質薄
膜トランジスタは、電界効果移動度等のTFT特性に優
れ、しかも安価となる。
If the means for increasing the crystallization start temperature by including impurities in the semiconductor layer, the early crystallization region can be formed relatively easily. Therefore, the crystalline thin film transistor having the above configuration is excellent in TFT characteristics such as the field effect mobility and is inexpensive.

【0079】請求項32の発明は、請求項26に記載の
結晶質薄膜トランジスタにおいて、前記結晶質半導体層
が、シリコン、またはシリコンとゲルマニウムの化合物
を主成分とするものであることを特徴とする。
A thirty-second aspect of the present invention is the crystalline thin-film transistor according to the twenty-sixth aspect, wherein the crystalline semiconductor layer is mainly composed of silicon or a compound of silicon and germanium.

【0080】シリコン、またはシリコンとゲルマニウム
の化合物は、入手し易くかつ結晶化し易い。よって、上
記構成であると、高品質の結晶質薄膜トランジスタを安
価に提供できる。
Silicon or a compound of silicon and germanium is easily available and easily crystallized. Therefore, with the above structure, a high-quality crystalline thin film transistor can be provided at low cost.

【0081】以下に記載する請求項33〜39の発明
は、上記請求項26〜32の結晶質薄膜トランジスタの
製造方法に関する。そして請求項33〜39の発明の作
用効果は、概ね上記請求項26〜32の説明で記載した
と同様である。したがって、以下では作用効果の詳細な
説明は省略する。
The invention of claims 33 to 39 described below relates to the method of manufacturing the crystalline thin film transistor of claims 26 to 32. The functions and effects of the inventions of claims 33 to 39 are substantially the same as those described in the description of claims 26 to 32. Therefore, a detailed description of the operation and effect will be omitted below.

【0082】請求項33の発明は、チャネル領域と、前
記チャネル領域の両側に配置されたソース領域、および
ドレイン領域とを有する結晶質半導体層を備える結晶質
薄膜トランジスタの製造方法において、少なくとも絶縁
性基板の上に非単結晶質薄膜を堆積する工程と、前記非
単結晶質薄膜に、結晶成長方向制御空隙を形成する工程
と、結晶成長方向制御空隙が形成された非単結晶質半導
体薄膜に、エネルギービームを照射して当該薄膜を結晶
化する工程とを備える結晶質薄膜トランジスタの製造方
法に関する。
According to a thirty-third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a crystalline thin film transistor including a crystalline semiconductor layer having a channel region, and a source region and a drain region disposed on both sides of the channel region. Depositing a non-single crystalline thin film on the non-single crystalline thin film, forming a crystal growth direction control gap in the non-single crystalline thin film, Irradiating an energy beam to crystallize the thin film.

【0083】上記請求項33の発明において、前記結晶
成長方向制御空隙を、ソース領域とドレイン領域とを結
ぶ方向に溝状に形成することができ、更に前記結晶成長
方向制御空隙を、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方
向に不連続的に複数形成することができる。そしてこれ
らの構成により、上記した請求項26〜28の結晶質薄
膜トランジスタが作製できる。
[0083] In the above invention, the crystal growth direction control gap may be formed in a groove shape in a direction connecting the source region and the drain region. A plurality can be formed discontinuously in the direction connecting the drain region. With these configurations, the above-described crystalline thin film transistors according to claims 26 to 28 can be manufactured.

【0084】請求項36の発明は、チャネル領域と、前
記チャネル領域の両側に配置されたソース領域、および
ドレイン領域とを有する結晶質半導体層が形成されてな
る結晶質薄膜トランジスタの製造方法において、少なく
とも絶縁性基板の上に非単結晶質薄膜を堆積する工程
と、前記非単結晶質半導体薄膜の一部に、当該部分の結
晶化開始温度を高める不純物をイオン注入して不純物を
含む早期結晶化領域を形成する早期結晶化領域形成工程
と、前記早期結晶化領域形成工程の後、エネルギービー
ムを照射して当該薄膜の結晶化を行う工程と、を備える
結晶質薄膜トランジスタの製造方法に関する。
According to a thirty-sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a crystalline thin film transistor comprising a crystalline semiconductor layer having a channel region and a source region and a drain region disposed on both sides of the channel region. Depositing a non-single-crystalline thin film on the insulating substrate; and ion-implanting an impurity for increasing the crystallization start temperature of the non-single-crystalline semiconductor thin film into a part of the non-single-crystalline semiconductor thin film, thereby performing early crystallization including the impurity. The present invention relates to a method for manufacturing a crystalline thin film transistor, comprising: an early crystallization region forming step of forming a region; and, after the early crystallization region forming step, a step of irradiating an energy beam to crystallize the thin film.

【0085】上記請求項36の発明において、前記早期
結晶化領域形成工程で、前記ソース領域と前記ドレイン
領域とを結ぶ方向に長い帯状の早期結晶化領域を形成す
ることができ、更に前記早期結晶化領域を、前記ソース
領域と前記ドレイン領域とを結ぶ方向に不連続的に配置
することができる。そしてこれらの構成により、上記し
た請求項29〜31の結晶質薄膜トランジスタが作製で
きる。
In the invention according to claim 36, in the early crystallization region forming step, a band-like early crystallization region long in a direction connecting the source region and the drain region can be formed, and the early crystallization region can be formed. The active region can be discontinuously arranged in a direction connecting the source region and the drain region. With these configurations, the above-described crystalline thin film transistors according to claims 29 to 31 can be manufactured.

【0086】更に、製造方法に関する上記各発明におい
ては、前記エネルギービームとして、エキシマレーザビ
ームを用いることができる。
Further, in each of the above inventions relating to the manufacturing method, an excimer laser beam can be used as the energy beam.

【0087】エキシマレーザは、光エネルギーが大きい
と共に、UV光であるのでシリコンによく吸収される。
よって、エキシマレーザビームを用いると、効率よく非
単結晶質半導体層の結晶化を行うことができ、特に非単
結晶質半導体層がシリコン等の紫外線吸収性の物質で組
成されている場合においては、半導体層のみを選択的に
加熱し溶融させることができる。したがって、照射領域
以外の部分に対し熱的悪影響を及ぼすことなく、半導体
層の結晶化を行えると共に、基板温度の上昇が小さいの
で、安価なガラス基板が使用できる。更にエキシマレー
ザとUV吸収性の薄膜材料との組み合わせであると、結
晶成長方向制御空隙と、吸半導体層本体部との温度差が
大きくなるので、結晶成長方向制御空隙の機能(結晶成
長方向を制御する機能)が十分に発揮される。
The excimer laser has a high light energy and is a UV light, so that it is well absorbed by silicon.
Therefore, with the use of an excimer laser beam, the non-single-crystalline semiconductor layer can be efficiently crystallized, particularly when the non-single-crystalline semiconductor layer is composed of an ultraviolet absorbing material such as silicon. Alternatively, only the semiconductor layer can be selectively heated and melted. Therefore, the semiconductor layer can be crystallized without adversely affecting a portion other than the irradiation region, and the rise in the substrate temperature is small, so that an inexpensive glass substrate can be used. Further, when a combination of an excimer laser and a UV-absorbing thin film material is used, the temperature difference between the crystal growth direction control gap and the main body of the semiconductor absorbing layer increases, so that the function of the crystal growth direction control gap (crystal growth direction Control function) is fully exhibited.

【0088】また、本発明者らは、結晶化のメカニズム
に対する上記考察を踏まえて、結晶を十分に成長させる
方法について鋭意研究した。その結果、光ビーム幅内の
光強度分布を意図的に不均一にすることにより、結晶化
が円滑に進行し、その結果として良質の結晶質薄膜が得
られることを見出した。このような知見に基づいて以下
の構成の本発明を完成した。
The inventors of the present invention have intensively studied a method for sufficiently growing a crystal based on the above consideration of the crystallization mechanism. As a result, they have found that, by intentionally making the light intensity distribution within the light beam width non-uniform, crystallization proceeds smoothly, and as a result, a high-quality crystalline thin film can be obtained. Based on such knowledge, the present invention having the following configuration has been completed.

【0089】すなわち、請求項40の発明は、基板上に
形成された非単結晶質からなる薄膜に光ビームを照射す
ることにより、前記非単結晶質を結晶化または再結晶化
して結晶質半導体薄膜となす結晶質半導体薄膜の作製方
法において、上記光ビームとして、被照射面である前記
薄膜表面に温度勾配若しくは温度分布の不均一が生じる
ように、光エネルギー強度の分布パターンが調節された
光ビームを用いることを特徴とする。
That is, a non-single-crystal thin film formed on a substrate is irradiated with a light beam, whereby the non-single-crystal is crystallized or recrystallized. In the method for producing a crystalline semiconductor thin film to be a thin film, the light beam whose light energy intensity distribution pattern is adjusted so that a temperature gradient or a non-uniform temperature distribution is generated on the surface of the thin film that is the surface to be irradiated as the light beam. It is characterized by using a beam.

【0090】この構成であると、光ビームが照射された
非単結晶質薄膜表面に温度勾配若しくは温度分布の不均
一が生じるので、広い範囲で同時的に微小な結晶核が発
生するという上記図7f、gで説明した現象が防止でき
る。したがって、相対的に大きな結晶粒が得られ、また
結晶化度の均一性が高まる。この結果、結晶粒界の密度
が小さくなり、電界効果移動度が向上する。
With this configuration, a temperature gradient or non-uniform temperature distribution occurs on the surface of the non-single-crystal thin film irradiated with the light beam, so that fine crystal nuclei are generated simultaneously in a wide range. The phenomenon described in 7f and g can be prevented. Therefore, relatively large crystal grains can be obtained, and the uniformity of crystallinity can be improved. As a result, the density of crystal grain boundaries decreases, and the field-effect mobility improves.

【0091】請求項41の発明は、請求項40記載の結
晶質薄膜の作製方法において、前記光ビームとして、ビ
ーム幅内における光強度が一方から他方へ単調に増加し
または一方から他方へ単調に減少する分布パターンを有
する光ビームを用いることを特徴とする。
According to a forty-first aspect of the present invention, in the method for producing a crystalline thin film according to the forty-ninth aspect, the light intensity within the beam width monotonically increases from one side to the other or monotonically from one side to the other side. The method is characterized in that a light beam having a decreasing distribution pattern is used.

【0092】この構成であると、光エネルギー強度の高
低に対応して、被照射面である非単結晶質薄膜表面に温
度勾配が形成され、結晶化が温度の低い所から温度の高
い方向に誘導される。よって、無秩序な結晶核の発生や
無秩序な結晶の成長が防止されるので、上記図7f、g
で説明したような現象が確実に防止できる。
With this configuration, a temperature gradient is formed on the surface of the non-single-crystalline thin film, which is the surface to be illuminated, in accordance with the intensity of the light energy, and the crystallization proceeds in a direction from a low temperature to a high temperature. Be guided. Thus, generation of disordered crystal nuclei and disordered crystal growth are prevented, and the above-described FIGS.
Can be reliably prevented.

【0093】ここで、結晶質薄膜を例えばソース領域−
チャネル領域−ドレイン領域とからなる半導体回路に使
用する場合においては、好ましくはソース−ドレイン方
向と平行な方向に光エネルギーの強度勾配を形成する。
このようにすると、結晶成長の方向がキャリアの移動方
向と平行する方向に規制され、この方向における結晶粒
界密度が小さくなる。よって、この方法の採用により、
例えば300cm2/Vs程度ないしそれ以上の移動度
が実現できる。
Here, the crystalline thin film is formed, for example, in the source region-
When used in a semiconductor circuit comprising a channel region and a drain region, an intensity gradient of light energy is preferably formed in a direction parallel to the source-drain direction.
In this way, the direction of crystal growth is regulated in a direction parallel to the direction of carrier movement, and the density of crystal grain boundaries in this direction decreases. Therefore, by adopting this method,
For example, a mobility of about 300 cm 2 / Vs or more can be realized.

【0094】請求項42の発明は、請求項40記載の結
晶質薄膜の作製方法において、前記光ビームとして、ビ
ーム幅内において相対的に光強度の強い部分と相対的に
光強度の弱い部分とが平面的に交互に配列された分布パ
ターンを有する光ビームを用いることを特徴とする。
According to a forty-second aspect, in the method for manufacturing a crystalline thin film according to the forty-ninth aspect, the light beam includes a portion having a relatively high light intensity and a portion having a relatively low light intensity within a beam width. Are characterized by using light beams having distribution patterns alternately arranged in a plane.

【0095】光強度の強い部分と弱い部分とからなる縞
状のパターンを有する光ビームが照射されると、照射面
に温度の高い部分と低い部分とからなる縞状の温度分布
パターンが形成できる。このような縞状の温度分布パタ
ーンにおいては、温度の低い部分(通常帯状になってい
る)から温度の高い部分方向に結晶成長が誘導される。
そして、温度の高い部分(帯)の中央部付近で結晶粒が
衝突し、ここに結晶粒界の連続線(山脈のような連続
線)が形成されると共に、この連続線と平行な方向にや
や長い結晶粒が形成される。
When a light beam having a striped pattern composed of a portion having a high light intensity and a portion having a low light intensity is irradiated, a striped temperature distribution pattern composed of a high temperature portion and a low temperature portion can be formed on the irradiated surface. . In such a striped temperature distribution pattern, crystal growth is induced from a low-temperature portion (usually a strip) to a high-temperature portion.
Then, the crystal grains collide near the center of the high temperature portion (band), and a continuous line of the crystal grain boundary (continuous line like a mountain range) is formed here, and in a direction parallel to this continuous line. Slightly longer crystal grains are formed.

【0096】したがって、この構成によっても、上記図
7f、gで説明したような現象が防止でき、更に上記請
求項41の発明におけると同様な効果も得られる。すな
わち、相対的に光強度の強い領域と光強度の弱い領域と
をソース−ドレイン方向に平行させて配置し結晶化を行
う。このようにすると、結晶粒の衝突線がソース−ドレ
イン方向と平行になり、キャリアが移動度を大きく低下
させる原因になる結晶粒の衝突線(結晶粒界の境界線)
を横断することがなくなる。よって、高い移動度を有す
るチャネル領域が形成できることになる。
Therefore, even with this configuration, the phenomenon described with reference to FIGS. 7F and 7G can be prevented, and the same effect as that of the invention according to claim 41 can be obtained. That is, crystallization is performed by arranging a region having a relatively high light intensity and a region having a relatively low light intensity in parallel with the source-drain direction. In this case, the collision line of the crystal grain becomes parallel to the source-drain direction, and the collision line of the crystal grain (boundary line of the crystal grain boundary) causing the carrier to greatly reduce the mobility.
Will not cross. Therefore, a channel region having high mobility can be formed.

【0097】請求項43の本発明は、請求項42記載の
結晶質薄膜の作製方法において、前記光ビームとして、
少なくとも2つの互いにコヒーレントな光を同時に照射
して光干渉を生じさせることにより形成した光ビームを
用いることを特徴とする。
According to the present invention of claim 43, in the method for producing a crystalline thin film according to claim 42, the light beam is
It is characterized by using a light beam formed by simultaneously irradiating at least two mutually coherent lights to cause light interference.

【0098】光干渉を利用するこの構成であると、きめ
細かな光強度分布を形成でき、その結果として照射面に
きめ細かな縞状の温度分布が形成できる。よって、この
構成によると、、比較的幅の広い領域の結晶化を円滑に
進行させることができる。
With this configuration utilizing light interference, a fine light intensity distribution can be formed, and as a result, a fine striped temperature distribution can be formed on the irradiation surface. Therefore, according to this configuration, crystallization of a relatively wide region can be smoothly advanced.

【0099】請求項44の本発明は、請求項40記載の
結晶質薄膜の作製方法において、前記光ビームとして、
少なくとも2つの互いにコヒーレントな光を同時に照射
し、かつ前記光の少なくとも1つの光の位相を動的に変
調することにより形成した波動的な干渉パターンを用い
ることを特徴とする 動的な光干渉パターンを利用するこの構成では、光ビー
ムのエネルギー強度分布が波動的に変化し、これに対応
して照射面の温度が一方向に移動していくように波動的
に変化する。よって、この構成であると、非結晶質薄膜
中に含まれる不純物を徐々に有効領域外に追いやること
ができ、その結果として高純度かつ移動度に優れた結晶
質薄膜を形成できる。
According to a forty-fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a crystalline thin film according to the forty-fourth aspect, the light beam is
A dynamic light interference pattern characterized by using a wave-like interference pattern formed by simultaneously irradiating at least two mutually coherent lights and dynamically modulating the phase of at least one of the lights. In this configuration using the method, the energy intensity distribution of the light beam changes in a wave-like manner, and the temperature of the irradiation surface changes in a wave-like manner in response to the change. Therefore, with this configuration, impurities contained in the amorphous thin film can be gradually driven out of the effective region, and as a result, a crystalline thin film having high purity and excellent mobility can be formed.

【0100】なお、上記請求項40〜44記載の結晶質
薄膜の作製方法において、前記光ビームを基板上の非単
結晶質薄膜に対して相対的に移動させながら照射しても
よい。照射面(非単結晶質薄膜面)に温度勾配若しくは
温度分布の不均一が生じるように、光エネルギー強度の
分布パターンが調節された光ビームを、薄膜面に対し相
対的に移動させながら照射するこの構成であると、きめ
細かに結晶成長方向を誘導できる。よって、結晶化度の
均一性が高く、一定方向における結晶粒界密度の小さい
良質な結晶質薄膜が得られる。
In the method for producing a crystalline thin film according to any one of claims 40 to 44, the light beam may be irradiated while relatively moving the non-single crystalline thin film on the substrate. A light beam whose light energy intensity distribution pattern is adjusted so as to cause a temperature gradient or a non-uniform temperature distribution on the irradiation surface (non-single-crystalline thin film surface) is irradiated while moving relatively to the thin film surface. With this configuration, the crystal growth direction can be guided finely. Therefore, a high-quality crystalline thin film having high crystallinity uniformity and a small grain boundary density in a certain direction can be obtained.

【0101】請求項45の発明は、基板上に形成された
非単結晶質からなる薄膜に光ビームを照射し、しかる後
放熱して、前記非単結晶質を結晶化または再結晶化する
結晶質半導体薄膜の作製方法において、周囲雰囲気圧力
を一定値以上に保つことにより、光ビームの照射された
薄膜面に不均一な温度分布を生じさせることを特徴とす
る。
A forty-fifth aspect of the present invention is directed to a crystal for irradiating a non-single crystalline thin film formed on a substrate with a light beam and then radiating heat to crystallize or recrystallize the non-single crystalline. In the method for manufacturing a high quality semiconductor thin film, an uneven temperature distribution is generated on a thin film surface irradiated with a light beam by maintaining an ambient atmospheric pressure at a predetermined value or more.

【0102】この構成であると、雰囲気ガスを構成する
気体分子が薄膜面に衝突し離脱する際に薄膜の熱を奪
い、局所的に温度の低い部位を形成する。よって、この
部位で結晶核が発生し、この結晶核が結晶の成長を促進
するので、上記図7f、gで説明したような現象が防止
できる。
With this configuration, when gas molecules constituting the atmospheric gas collide with the surface of the thin film and desorb, the heat of the thin film is taken away, and a locally low-temperature portion is formed. Therefore, a crystal nucleus is generated at this portion, and the crystal nucleus promotes the growth of the crystal, so that the phenomenon described with reference to FIGS. 7F and 7G can be prevented.

【0103】請求項46の発明は、請求項45に記載の
結晶質薄膜の形成方法において、前記一定値以上の雰囲
気圧力が、雰囲気ガスが水素ガスのとき、10-5tor
r以上であることを特徴とする。
The invention according to claim 46 is the method for forming a crystalline thin film according to claim 45, wherein the atmospheric pressure equal to or higher than the predetermined value is 10-5 torr when the atmospheric gas is hydrogen gas.
r or more.

【0104】10-5torr以上の水素ガス圧中でレー
ザアニール処理を行うと、比熱の高い水素分子の運動に
より上記請求項45に記載した作用効果が確実に得られ
る。
When the laser annealing treatment is performed in a hydrogen gas pressure of 10 -5 torr or more, the action and effect as described in claim 45 can be reliably obtained by the movement of hydrogen molecules having high specific heat.

【0105】また、上記の課題を解決するため、請求項
47の発明は、半導体膜の製造方法であって、基板上に
形成された前駆体半導体膜に、少なくとも、上記前駆体
半導体膜を結晶化させ得るエネルギを上記前駆体半導体
膜に与える第1のエネルギビームと、上記第1のエネル
ギビームより上記前駆体半導体膜の吸収率が小さく、か
つ、上記前駆体半導体膜を結晶化させ得るエネルギより
も小さいエネルギを上記前駆体半導体膜に与える第2の
エネルギビームとを照射して、上記前駆体半導体膜を結
晶化させる工程を有することを特徴としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor film, wherein at least the precursor semiconductor film formed on a substrate is crystallized. A first energy beam that gives energy that can be converted to the precursor semiconductor film, and an energy that allows the precursor semiconductor film to have a lower absorptivity than the first energy beam and to crystallize the precursor semiconductor film. A step of irradiating the precursor semiconductor film with a second energy beam that gives smaller energy to the precursor semiconductor film to crystallize the precursor semiconductor film.

【0106】これにより、第2のエネルギビームは、前
駆体半導体膜の下部および基板にまで到達しやすく、前
駆体半導体膜が、その厚さ方向にわたって加熱されると
ともに、基板も加熱され、第1のエネルギビームの照射
時と照射終了後との温度差が減少する。そこで、第1の
エネルギビームが照射されることによって加熱され、溶
融した前駆体半導体膜は、その照射が終了した後に、徐
冷されながら、結晶化する。それゆえ、結晶成長が促進
され、比較的大きな結晶粒が形成されるとともに、結晶
欠陥が減少し、半導体膜の電気的特性が向上する。
Thus, the second energy beam easily reaches the lower part of the precursor semiconductor film and the substrate, and the precursor semiconductor film is heated in the thickness direction and the substrate is also heated. The temperature difference between the irradiation of the energy beam and the end of the irradiation is reduced. Therefore, the precursor semiconductor film heated and melted by irradiation with the first energy beam is crystallized while being gradually cooled after the irradiation is completed. Therefore, crystal growth is promoted, relatively large crystal grains are formed, crystal defects are reduced, and electric characteristics of the semiconductor film are improved.

【0107】請求項48の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、上記前駆体半導体膜は、非晶質
シリコン薄膜であることを特徴としている。
[0107] The invention of claim 48 is the method of manufacturing a semiconductor film of claim 47, wherein the precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film.

【0108】これにより、結晶品質の良好で、電界効果
移動度などの電気的特性が良好な多結晶シリコン薄膜を
容易に形成することができる。
As a result, it is possible to easily form a polycrystalline silicon thin film having good crystal quality and good electric characteristics such as field effect mobility.

【0109】請求項49の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、上記第1のエネルギビームは、
上記前駆体半導体膜の吸収係数が、上記前駆体半導体膜
の膜厚のほぼ逆数以上であるとともに、上記第2のエネ
ルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸収係数が、上記
前駆体半導体膜の膜厚のほぼ逆数以下であることを特徴
としている。
The invention of claim 49 is the method of manufacturing a semiconductor film of claim 47, wherein the first energy beam is
The absorption coefficient of the precursor semiconductor film is equal to or greater than the reciprocal of the thickness of the precursor semiconductor film, and the second energy beam has an absorption coefficient of the precursor semiconductor film of the precursor semiconductor film. It is characterized in that it is not more than the reciprocal of the film thickness.

【0110】これにより、多くの第1のエネルギビーム
が前駆体半導体膜の表面付近で吸収される一方、多くの
第2のエネルギビームは前駆体半導体膜の下部および基
板にまで到達するので、前駆体半導体膜が効率よく加熱
されるとともに、基板も加熱され、第1のエネルギビー
ムの照射が終了した後に、徐冷されて結晶成長が促進さ
れるので、比較的大きな結晶粒を確実に形成され、結晶
品質の良好な半導体膜が形成される。
As a result, while many first energy beams are absorbed near the surface of the precursor semiconductor film, many second energy beams reach the lower part of the precursor semiconductor film and the substrate. The body semiconductor film is efficiently heated, the substrate is also heated, and after the first energy beam irradiation is completed, the substrate is gradually cooled to promote crystal growth, so that relatively large crystal grains are reliably formed. Thus, a semiconductor film having good crystal quality is formed.

【0111】請求項50の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、上記第1のエネルギビームは、
上記前駆体半導体膜の吸収係数が、上記前駆体半導体膜
の膜厚の逆数のほぼ10倍以上であるとともに、上記第
2のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸収係数
が、上記前駆体半導体膜の膜厚のほぼ逆数であることを
特徴としている。
The invention of claim 50 is the method of manufacturing a semiconductor film of claim 47, wherein the first energy beam is
The absorption coefficient of the precursor semiconductor film is approximately 10 times or more the reciprocal of the thickness of the precursor semiconductor film, and the second energy beam has an absorption coefficient of the precursor semiconductor film of the precursor semiconductor film. It is characterized in that the thickness is substantially the reciprocal of the thickness of the semiconductor film.

【0112】これにより、前駆体半導体膜が、一層、効
率よく加熱され、より結晶品質の良好な半導体膜が形成
される。
As a result, the precursor semiconductor film is more efficiently heated, and a semiconductor film having better crystal quality is formed.

【0113】請求項51の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、上記第1のエネルギビーム、お
よび第2のエネルギビームは、互いに波長の異なる光で
あることを特徴としている。
The invention of claim 51 is the method of manufacturing a semiconductor film of claim 47, wherein the first energy beam and the second energy beam are light beams having different wavelengths. .

【0114】これにより、上記のような吸収率の差を容
易に与えることができる。
Thus, the difference in the absorptance as described above can be easily provided.

【0115】上記のような互いに波長の異なる光は、例
えば、上記第1のエネルギビームは、単波長のエネルギ
ビームであるとともに、上記第2のエネルギビームは、
少なくとも可視光領域の波長成分を含む光が適用でき
る。
In the light having different wavelengths as described above, for example, the first energy beam is a single-wavelength energy beam, and the second energy beam is
Light containing at least a wavelength component in the visible light region can be applied.

【0116】より具体的には、第1のエネルギビームと
第2のエネルギビームとは、例えば、レーザ光と赤外線
ランプと、レーザ光と白熱光と、またはレーザ光とエキ
シマランプ光となどを用いることができる。また、上記
のような互いに波長の異なる光として、例えば、上記第
2のエネルギビームは、キセノンフラッシュランプ光な
ど、少なくとも可視光領域から紫外光領域の波長成分を
含む光を用いることもできる。
More specifically, as the first energy beam and the second energy beam, for example, laser light and infrared lamp, laser light and incandescent light, or laser light and excimer lamp light are used. be able to. Further, as the light having different wavelengths as described above, for example, the second energy beam may be light including a wavelength component in at least a visible light region to an ultraviolet light region, such as a xenon flash lamp light.

【0117】さらに、上記第1のエネルギービーム、お
よび第2のエネルギビームは、レーザ光であってもよ
い。
Further, the first energy beam and the second energy beam may be laser beams.

【0118】すなわち、レーザ光を用いれば、エネルギ
密度の大きなエネルギビームを容易に照射することがで
きるので、前駆体半導体膜および基板を効率よく加熱す
ることが容易にできる。
That is, by using a laser beam, it is possible to easily irradiate an energy beam having a large energy density, so that the precursor semiconductor film and the substrate can be easily heated efficiently.

【0119】具体的には、例えば、上記前駆体半導体膜
が非晶質シリコン薄膜である場合に、上記第1のエネル
ギビームとして、アルゴンフッ素エキシマレーザ、クリ
プトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩素エキシマレ
ーザ、またはキセノンフッ素エキシマレーザのうちの何
れかのレーザ光、上記第2のエネルギビームとして、ア
ルゴンレーザのレーザ光を用いることができる。
More specifically, for example, when the precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film, the first energy beam is an argon fluorine excimer laser, a krypton fluorine excimer laser, a xenon chlorine excimer laser, or Any of a xenon fluorine excimer laser and a laser beam of an argon laser can be used as the second energy beam.

【0120】また、上記基板がガラス基板であり、上記
前駆体半導体膜が非晶質シリコン薄膜である場合に、上
記第1のエネルギビームとして、アルゴンフッ素エキシ
マレーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン
塩素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレ
ーザのうちの何れかのレーザ光、上記第2のエネルギビ
ームとして、炭酸ガスレーザのレーザ光を用いることが
できる。
Further, when the substrate is a glass substrate and the precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film, the first energy beam is an argon fluorine excimer laser, a krypton fluorine excimer laser, a xenon chlorine excimer laser. A laser beam of any of a laser and a xenon fluorine excimer laser, and a laser beam of a carbon dioxide laser can be used as the second energy beam.

【0121】上記各エキシマレーザは、大きな出力を得
やすいとともに、非晶質シリコン薄膜の表面付近で吸収
されやすい一方、上記アルゴンレーザのレーザ光は、あ
る程度非晶質シリコン薄膜を透過して、非晶質シリコン
薄膜の厚さ方向にわたって吸収されやすく、また、炭酸
ガスレーザのレーザ光は、非晶質シリコン薄膜を比較的
よく透過して、ガラス基板に吸収されやすいので、非晶
質シリコン薄膜を効率よく加熱でき、結晶品質の良好な
多結晶シリコン薄膜を形成することが容易にできるとと
もに、生産性を向上させることも容易にできる。
Each of the above excimer lasers easily obtains a large output and is easily absorbed in the vicinity of the surface of the amorphous silicon thin film. The amorphous silicon thin film is easily absorbed in the thickness direction of the amorphous silicon thin film, and the laser beam of the carbon dioxide gas laser passes through the amorphous silicon thin film relatively well and is easily absorbed by the glass substrate. Heating can be performed well, and a polycrystalline silicon thin film having good crystal quality can be easily formed, and productivity can be easily improved.

【0122】請求項61の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、上記第1のエネルギビーム、お
よび第2のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜にお
ける帯状の領域に照射することを特徴としている。
The invention of claim 61 is the method of manufacturing a semiconductor film of claim 47, wherein the first energy beam and the second energy beam irradiate a strip-shaped region in the precursor semiconductor film. It is characterized by:

【0123】このように帯状の領域に照射することによ
り、均一な温度分布で加熱することが容易にでき、一様
な結晶品質の半導体膜を容易に形成することができると
ともに、結晶化工程に要する時間を短く抑えることも容
易にできる。
By irradiating the belt-shaped region in this manner, heating can be easily performed with a uniform temperature distribution, a semiconductor film having a uniform crystal quality can be easily formed, and the crystallization process can be easily performed. The required time can be easily reduced.

【0124】請求項62の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、上記第2のエネルギビームにお
ける上記前駆体半導体膜への照射領域は、上記第1のエ
ネルギビームにおける上記前駆体半導体膜への照射領域
よりも大きく、かつ、上記第1のエネルギビームの照射
領域を含む領域であることを特徴としている。
The invention of claim 62 is the method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the irradiation region of the precursor semiconductor film with the second energy beam is the same as the precursor region of the first energy beam. It is a region that is larger than the irradiation region on the body semiconductor film and includes the irradiation region of the first energy beam.

【0125】これにより、やはり、均一な温度分布で加
熱することが容易にでき、一様な結晶品質の半導体膜を
容易に形成することができる。
As a result, heating can be easily performed with a uniform temperature distribution, and a semiconductor film having uniform crystal quality can be easily formed.

【0126】請求項63の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、上記第1のエネルギビーム、お
よび第2のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜にほ
ぼ垂直に入射するように照射することを特徴としてい
る。
The invention of claim 63 is the method of manufacturing a semiconductor film of claim 47, wherein the first energy beam and the second energy beam are incident almost perpendicularly on the precursor semiconductor film. Irradiation is performed.

【0127】このように、各エネルギビームが前駆体半
導体膜にほぼ垂直に入射することにより、各エネルギビ
ームの照射むらが低減されるので、やはり、一様な結晶
品質の半導体膜を容易に形成することができる。
As described above, since each energy beam is substantially perpendicularly incident on the precursor semiconductor film, the irradiation unevenness of each energy beam is reduced, so that a semiconductor film having uniform crystal quality can be easily formed. can do.

【0128】請求項64の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、第2のエネルギビームは、少な
くとも、上記第1のエネルギビームを照射するのに先立
って照射することを特徴としている。上記第1のエネル
ギビームに先立つ上記第2のエネルギビームの照射は、
各エネルギビームの照射タイミングを制御することによ
り行うことができるほか、例えば、上記前駆体半導体膜
の形成された基板を移動させるとともに、上記第2のエ
ネルギビームは、上記前駆体半導体膜における上記第1
のエネルギビームの照射位置よりも、上記移動方向前方
側の位置に照射することなどによっても行うことができ
る。
[0128] The invention of claim 64 is the method of manufacturing a semiconductor film of claim 47, wherein the second energy beam is irradiated at least prior to the irradiation of the first energy beam. And Irradiation of the second energy beam prior to the first energy beam,
In addition to controlling the irradiation timing of each energy beam, for example, while moving the substrate on which the precursor semiconductor film is formed, the second energy beam is used for the second energy beam in the precursor semiconductor film. 1
It can also be performed by, for example, irradiating a position on the forward side in the moving direction with respect to the irradiation position of the energy beam.

【0129】このような照射を行うことにより、第2の
エネルギビームによって半導体膜や基板が十分に加熱さ
れた状態で、第1のエネルギビームによって結晶化が行
われるので、効率よく結晶化工程を行うことができる。
By performing such irradiation, crystallization is performed by the first energy beam in a state where the semiconductor film or the substrate is sufficiently heated by the second energy beam. It can be carried out.

【0130】請求項66の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、上記第1のエネルギビームは、
間欠的に照射する一方、上記第2のエネルギビームは、
連続的に照射することを特徴としている。具体的には、
例えば、第1のエネルギビームとして、パルス発振のレ
ーザ光、第2のエネルギビームとして、連続発振のレー
ザ光やランプの光を用いることができる。
The invention of claim 66 is the method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam is
While irradiating intermittently, the second energy beam is
It is characterized by continuous irradiation. In particular,
For example, pulse oscillation laser light can be used as the first energy beam, and continuous oscillation laser light or lamp light can be used as the second energy beam.

【0131】このように、第2のエネルギビームを連続
的に照射することにより、基板および前駆体半導体膜を
所定の安定した温度に加熱することが容易にできるとと
もに、第1のエネルギビームを間欠的に照射することに
より、基板への熱の伝達を少なく抑えて、基板の過大な
加熱による溶融や歪みの発生を防止しつつ、前駆体半導
体膜の結晶化を確実に行うことが容易にできる。
As described above, by continuously irradiating the second energy beam, the substrate and the precursor semiconductor film can be easily heated to a predetermined stable temperature, and the first energy beam can be intermittently irradiated. By irradiating the substrate, it is possible to easily conduct crystallization of the precursor semiconductor film while suppressing transmission of heat to the substrate, preventing melting and distortion caused by excessive heating of the substrate. .

【0132】請求項69の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、上記第1のエネルギビーム、お
よび第2のエネルギビームは、互いに同期させて、間欠
的に照射することを特徴としている。具体的な照射タイ
ミングとしては、例えば、上記第1のエネルギビームを
照射する期間は、上記第2のエネルギビームを照射する
期間内で、かつ、上記第2のエネルギビームの照射周期
の3分の2以下の期間になるようにすることが好まし
い。また、各エネルギビームは、具体的には、第1のエ
ネルギビームとして、パルス発振のレーザ光、第2のエ
ネルギビームとして、パルス発振のレーザ光や、間欠的
に点灯されるランプの光を用いることができる。
The invention of claim 69 is the method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam and the second energy beam are intermittently irradiated in synchronization with each other. Features. As a specific irradiation timing, for example, the period of irradiating the first energy beam is within the period of irradiating the second energy beam, and is 分 の of the irradiation period of the second energy beam. It is preferable to set the period to 2 or less. Specifically, each energy beam uses a pulsed laser beam as the first energy beam, and uses a pulsed laser beam or a lamp light that is intermittently turned on as the second energy beam. be able to.

【0133】このように、第1のエネルギビーム、およ
び第2のエネルギビームを間欠的に照射することによ
り、単位面積あたりに大きな光量で照射することが容易
にでき、基板の過大な加熱による溶融や歪みの発生を防
止しつつ、大きなエネルギを与えて加熱することができ
るので、前駆体半導体膜の結晶化を確実に行うことが容
易にできる。特に、パルス発振のレーザ光は、大出力の
ものが得やすく、広い面積にわたって高温に加熱するこ
とが容易にできるので、結晶化工程に要する時間を短く
抑えて生産性を向上させることも容易にできる。
As described above, by intermittently irradiating the first energy beam and the second energy beam, it is possible to easily irradiate a large amount of light per unit area and to melt the substrate by excessive heating. Heating can be performed by applying a large amount of energy while preventing generation of heat or strain, so that crystallization of the precursor semiconductor film can be easily performed with certainty. In particular, a pulsed laser beam can easily be obtained with a high output and can be easily heated to a high temperature over a wide area, so that the time required for the crystallization step can be shortened and the productivity can be easily improved. it can.

【0134】請求項73、または請求項74の発明は、
請求項47の半導体膜の製造方法であって、上記第1の
エネルギビーム、および第2のエネルギビームは、上記
前駆体半導体膜が300℃以上1200℃以下、さらに
好ましくは、600℃以上1100℃以下の温度に加熱
されるように照射することを特徴としている。
The invention of claim 73 or claim 74 is
48. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam and the second energy beam are formed such that the precursor semiconductor film has a temperature of 300C to 1200C, more preferably 600C to 1100C. Irradiation is performed so as to be heated to the following temperature.

【0135】このような範囲の温度に前駆体半導体膜を
加熱することにより、部分的に微細な結晶が生じること
による結晶欠陥や不均一な結晶化を防止しつつ、結晶化
する際の温度変化をゆるやかにして結晶成長を促進し、
大きな結晶粒を形成することが容易にできる。
By heating the precursor semiconductor film to a temperature in such a range, it is possible to prevent crystal defects and uneven crystallization due to the generation of partially fine crystals, and to change the temperature during crystallization. To promote crystal growth,
Large crystal grains can be easily formed.

【0136】請求項75の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、さらに、上記前駆体半導体膜の
形成された基板をヒータにより加熱する工程を有するこ
とを特徴としている。具体的には、例えば、上記前駆体
半導体膜の形成された基板が300℃以上600℃以下
の温度になるように加熱することが好ましい。
[0136] The invention of claim 75 is the method of manufacturing a semiconductor film of claim 47, further comprising a step of heating the substrate on which the precursor semiconductor film is formed by a heater. Specifically, for example, it is preferable to heat the substrate on which the precursor semiconductor film is formed to a temperature of 300 ° C. or more and 600 ° C. or less.

【0137】このように、第2のエネルギビームに加え
て、ヒータによって基板を加熱することによって、一
層、前駆体半導体膜を効率よく加熱することができると
ともに、徐礼して結晶成長を促進することが容易にでき
る。しかも、従来のヒータだけによって基板を加熱する
場合に比べて、短時間で所定の温度に加熱することがで
きるので、生産性を容易に向上させることができる。
As described above, by heating the substrate with the heater in addition to the second energy beam, the precursor semiconductor film can be further efficiently heated, and the crystal growth is promoted by gradual heating. Can be done easily. Moreover, since the substrate can be heated to a predetermined temperature in a short time as compared with the case where the substrate is heated only by a conventional heater, productivity can be easily improved.

【0138】請求項77の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、上記第1のエネルギビームは、
上記前駆体半導体膜における複数の領域に照射するとと
もに、上記第2のエネルギビームは、上記複数の領域の
一部についてだけ照射することを特徴としている。
[0138] The invention of claim 77 is the method of manufacturing a semiconductor film of claim 47, wherein the first energy beam is:
In addition to irradiating a plurality of regions in the precursor semiconductor film, the second energy beam irradiates only a part of the plurality of regions.

【0139】このように部分的に第2のエネルギビーム
を照射することにより、例えば特に高い電気的特性が必
要な領域だけについて結晶性を向上させることができる
ので、短時間の結晶化工程で、必要十分な結晶化を行
い、生産性を向上させることが容易にできる。
By partially irradiating the second energy beam as described above, for example, the crystallinity can be improved only in a region where particularly high electric characteristics are required. The necessary and sufficient crystallization can be easily performed to improve the productivity.

【0140】請求項78の発明は、請求項47の半導体
膜の製造方法であって、上記第2のエネルギビームは、
上記基板における吸収率が、上記上記前駆体半導体膜に
おける吸収率よりも大きいことを特徴としている。ま
た、さらに、上記第1のエネルギビームは、上記前駆体
半導体膜の吸収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚の逆
数のほぼ10倍以上であることが好ましい。
The invention of claim 78 is the method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the second energy beam is
An absorptance in the substrate is larger than an absorptivity in the precursor semiconductor film. Further, the first energy beam preferably has an absorption coefficient of the precursor semiconductor film that is at least about 10 times the reciprocal of the thickness of the precursor semiconductor film.

【0141】具体的には、例えば、上記基板はガラス基
板であり、上記前駆体半導体膜が非晶質シリコン薄膜で
ある場合に、上記第1のエネルギビームとして、アルゴ
ンフッ素エキシマレーザ、クリプトンフッ素エキシマレ
ーザ、キセノン塩素エキシマレーザ、またはキセノンフ
ッ素エキシマレーザのうちの何れかのレーザ光、上記第
2のエネルギビームとして、炭酸ガスレーザのレーザ光
を用いることができる。
More specifically, for example, when the substrate is a glass substrate and the precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film, the first energy beam is an argon fluorine excimer laser, a krypton fluorine excimer laser, or the like. A laser beam of any of a laser, a xenon chlorine excimer laser, and a xenon fluorine excimer laser, and a laser beam of a carbon dioxide gas laser can be used as the second energy beam.

【0142】これにより、多くの第1のエネルギビーム
が前駆体半導体膜の表面付近で吸収される一方、多くの
第2のエネルギビームは基板に吸収されるので、前駆体
半導体膜が効率よく加熱されるとともに、基板も加熱さ
れ、第1のエネルギビームの照射が終了した後に、徐冷
されて結晶成長が促進されるので、比較的大きな結晶粒
を確実に形成され、結晶品質の良好な半導体膜が形成さ
れる。
Thus, while many first energy beams are absorbed near the surface of the precursor semiconductor film, many second energy beams are absorbed by the substrate, so that the precursor semiconductor film is efficiently heated. At the same time, the substrate is also heated, and after the irradiation of the first energy beam is completed, the substrate is gradually cooled to promote crystal growth, so that relatively large crystal grains are reliably formed, and a semiconductor with good crystal quality is formed. A film is formed.

【0143】請求項81の発明は、基板上に形成された
前駆体半導体膜を結晶化させる半導体膜の製造装置であ
って、第1のエネルギビームを照射する第1の照射手段
と、上記第1のエネルギビームより上記前駆体半導体膜
の吸収率が小さい第2のエネルギビームとを照射する第
2の照射手段とを備えたことを特徴としている。
An invention according to claim 81 is an apparatus for manufacturing a semiconductor film for crystallizing a precursor semiconductor film formed on a substrate, comprising: a first irradiation means for irradiating a first energy beam; And a second irradiating means for irradiating the first energy beam with a second energy beam having a lower absorption rate of the precursor semiconductor film.

【0144】これにより、第2のエネルギビームは、前
駆体半導体膜の下部および基板にまで到達しやすく、前
駆体半導体膜が、その厚さ方向にわたって加熱されると
ともに、基板も加熱され、第1のエネルギビームの照射
時と照射終了後との温度差が減少する。そこで、第1の
エネルギビームが照射されることによって加熱され、溶
融した前駆体半導体膜は、その照射が終了した後に、徐
冷されながら、結晶化する。それゆえ、結晶成長が促進
され、比較的大きな結晶粒が形成されるとともに、結晶
欠陥が減少し、電気的特性が向上した半導体膜を製造す
ることができる。
As a result, the second energy beam easily reaches the lower portion of the precursor semiconductor film and the substrate, and the precursor semiconductor film is heated in the thickness direction and the substrate is also heated. The temperature difference between the irradiation of the energy beam and the end of the irradiation is reduced. Therefore, the precursor semiconductor film heated and melted by irradiation with the first energy beam is crystallized while being gradually cooled after the irradiation is completed. Therefore, crystal growth is promoted, relatively large crystal grains are formed, crystal defects are reduced, and a semiconductor film with improved electrical characteristics can be manufactured.

【0145】請求項82の発明は、請求項81の半導体
膜の製造装置であって、上記第2の照射手段は、放射状
に第2のエネルギビームを発するランプであるととも
に、さらに、上記第2のエネルギビームを集光する凹面
反射鏡を備えたことを特徴としている。
An invention according to claim 82 is the apparatus for manufacturing a semiconductor film according to claim 81, wherein the second irradiating means is a lamp which emits a second energy beam in a radial manner, and further comprises the second irradiating means. And a concave reflector for condensing the energy beam.

【0146】これにより、基板等を効率よく加熱するこ
とができるとともに、温度分布を均一化して、一様な結
晶品質の半導体膜を形成することが容易にできる。
Accordingly, the substrate and the like can be efficiently heated, and the temperature distribution can be made uniform to easily form a semiconductor film having uniform crystal quality.

【0147】請求項83の発明は、請求項81の半導体
膜の製造装置であって、さらに、上記第1のエネルギビ
ームと第2のエネルギビームとのうち、いずれか一方を
反射する一方、他方を透過させる反射板を備え、上記第
1のエネルギビーム、および第2のエネルギビームを、
何れも上記前駆体半導体膜にほぼ垂直に入射させるよう
に構成されていることを特徴としている。
An invention according to claim 83 is the apparatus for manufacturing a semiconductor film according to claim 81, further comprising reflecting one of the first energy beam and the second energy beam and the other. And a reflecting plate that transmits the first energy beam and the second energy beam.
Both are characterized in that they are configured to be incident on the precursor semiconductor film almost perpendicularly.

【0148】このように、各エネルギビームが前駆体半
導体膜にほぼ垂直に入射することにより、各エネルギビ
ームの照射むらが低減されるので、やはり、一様な結晶
品質の半導体膜を容易に形成することができる。
As described above, since each energy beam is substantially perpendicularly incident on the precursor semiconductor film, irradiation unevenness of each energy beam is reduced, so that a semiconductor film having uniform crystal quality can be easily formed. can do.

【0149】上記のような第1の照射手段、および第2
の照射手段は、具体的には、例えば、上記前駆体半導体
膜が非晶質シリコン薄膜である場合に、上記第1の照射
手段は、アルゴンフッ素エキシマレーザ、クリプトンフ
ッ素エキシマレーザ、キセノン塩素エキシマレーザ、ま
たはキセノンフッ素エキシマレーザのうちの何れか、上
記第2の照射手段として、アルゴンレーザを用いること
ができる。
The first irradiation means as described above, and the second irradiation means
Specifically, for example, when the precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film, the first irradiation means is an argon fluorine excimer laser, a krypton fluorine excimer laser, a xenon chlorine excimer laser. Or the xenon fluorine excimer laser, an argon laser can be used as the second irradiation means.

【0150】また、上記基板がガラス基板であり、上記
前駆体半導体膜が非晶質シリコン薄膜である場合に、上
記第1のエネルギビームとして、アルゴンフッ素エキシ
マレーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン
塩素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレ
ーザのうちの何れかのレーザ光、上記第2のエネルギビ
ームとして、炭酸ガスレーザのレーザ光を用いることが
できる。
When the substrate is a glass substrate and the precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film, the first energy beam is an argon fluorine excimer laser, a krypton fluorine excimer laser, a xenon chlorine excimer laser. A laser beam of any of a laser and a xenon fluorine excimer laser, and a laser beam of a carbon dioxide gas laser can be used as the second energy beam.

【0151】また、上記の課題を解決するために、請求
項86の発明は、画像表示領域と駆動回路部領域とを有
する基板上に形成された非単結晶半導体薄膜にエネルギ
ビームを照射して結晶成長させる工程を有する半導体薄
膜の製造方法であって、上記画像表示領域への第1の照
射は、ビームの断面形状が線状のエネルギビームを用い
て行う一方、上記駆動回路部領域への第2の照射は、ビ
ームの断面形状が角状のエネルギビームを用い、かつ、
上記第1の照射よりも高いエネルギ密度で行うことを特
徴としている。
Further, in order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 86 relates to a method of irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film formed on a substrate having an image display area and a drive circuit section area with an energy beam. A method of manufacturing a semiconductor thin film including a step of growing a crystal, wherein the first irradiation on the image display area is performed using an energy beam having a linear beam cross-sectional shape, while the first irradiation on the drive circuit section area is performed. The second irradiation uses an energy beam having a square cross section, and
The first irradiation is performed at a higher energy density than the first irradiation.

【0152】また、請求項87の発明は、画像表示領域
と駆動回路部領域とを有する基板上に形成された非単結
晶半導体薄膜にエネルギビームを照射して結晶成長させ
る工程を有する半導体薄膜の製造方法であって、上記画
像表示領域への第1の照射は、上記基板に対して相対的
にエネルギビームを走査し、エネルギビームの照射領域
を所定のオーバラップ量でずらしながら照射する走査照
射である一方、上記駆動回路部領域への第2の照射は、
上記基板に対して相対的にエネルギビームを固定して行
う静止照射で、かつ、上記第1の照射よりも高いエネル
ギ密度で行うことを特徴としている。
The invention of claim 87 is directed to a semiconductor thin film having a step of irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film formed on a substrate having an image display region and a drive circuit region with an energy beam to grow a crystal. In the manufacturing method, the first irradiation on the image display area is performed by scanning an energy beam relative to the substrate and irradiating the energy beam while shifting the irradiation area of the energy beam by a predetermined overlap amount. On the other hand, the second irradiation on the drive circuit section area
It is characterized in that stationary irradiation is performed with an energy beam fixed relative to the substrate, and the energy irradiation is performed at a higher energy density than in the first irradiation.

【0153】具体的には、例えば液晶表示装置を構成す
る薄膜トランジスタの、半導体膜特性の均一性が要求さ
れる画素部分と、特性(特に移動度の高さ)が求められ
る駆動回路部分とでレーザ照射方法を異ならしめる。す
なわち、基板上に形成された非晶質シリコンにレーザ光
を照射して非晶質シリコンを溶融、結晶化させて多結晶
シリコンを形成するレーザアニールをする際に、基板面
内の駆動回路部領域に照射するレーザ光のエネルギー密
度を、画素部領域に照射するレーザ光のエネルギー密度
より高くしてレーザアニールを行って駆動回路部領域と
画素部領域とで特性の異なる多結晶シリコンを形成する
ものである。より具体的には、例えば、画素部領域の
み、または基板全面に対して第1のレーザ光照射を行っ
た後、駆動回路領域に対して前記第1のレーザ光照射の
際のレーザ光よりもエネルギー密度の高い第2のレーザ
光照射を行う。
Specifically, for example, in a thin film transistor constituting a liquid crystal display device, a pixel portion in which uniformity of semiconductor film characteristics is required and a drive circuit portion in which characteristics (particularly, high mobility) are required, are formed by a laser. Use different irradiation methods. In other words, when laser light is irradiated to amorphous silicon formed on a substrate to melt and crystallize the amorphous silicon to form polycrystalline silicon, a driving circuit portion in the substrate surface is used. Laser annealing is performed by setting the energy density of the laser light applied to the area higher than the energy density of the laser light applied to the pixel area, thereby forming polycrystalline silicon having different characteristics between the drive circuit area and the pixel area. Things. More specifically, for example, after the first laser light irradiation is performed only on the pixel portion region or on the entire surface of the substrate, the driving circuit region is irradiated with the first laser light more than the first laser light irradiation. A second laser beam irradiation with a high energy density is performed.

【0154】この構成によれば、駆動回路部領域の多結
晶シリコンの移動度が画素部領域の多結晶シリコンの移
動度よりも高くなる一方で、画素部領域の多結晶シリコ
ンの特性を面内で均一にすることができる。
According to this structure, while the mobility of the polycrystalline silicon in the drive circuit portion region is higher than the mobility of the polycrystalline silicon in the pixel portion region, the characteristics of the polycrystalline silicon in the pixel portion region are reduced in-plane. Can be made uniform.

【0155】また、第1のレーザ光照射の際のレーザ光
が線状とし、第2のレーザ光照射の際のレーザ光が角状
とすることにより、基板を固定するステージを90度回
転させることなくレーザアニールを行うことができる。
Further, the stage for fixing the substrate is rotated by 90 degrees by making the laser beam for the first laser beam irradiation linear and the laser beam for the second laser beam irradiation square. Laser annealing can be performed without the need.

【0156】さらに、第1のレーザ光照射がレーザビー
ムの照射場所をずらしながら複数回照射する走査照射と
し、第2のレーザ光照射がレーザビームの照射場所を固
定して照射する静止照射とすることにより、駆動回路部
領域の多結晶シリコンの移動度を高めるとともに、均一
性も達成することができる。
Further, the first laser light irradiation is scanning irradiation in which the irradiation position of the laser beam is shifted a plurality of times while being shifted, and the second laser light irradiation is stationary irradiation in which the irradiation position of the laser beam is fixed. Thereby, the mobility of the polycrystalline silicon in the drive circuit section region can be increased and uniformity can be achieved.

【0157】また、駆動回路部領域内の複数の領域に異
なるエネルギー密度を有するレーザ光を照射してレーザ
アニールを行い、前記駆動回路部領域内で特性の異なる
多結晶シリコンを形成することも可能である。この場
合、ラッチやシフトレジスタ内のトランスファーゲート
の形成される領域とその他の領域で異なるエネルギー密
度を有するレーザ光を照射してレーザアニールを行うこ
とが好ましい。
It is also possible to irradiate a plurality of regions in the drive circuit portion region with laser beams having different energy densities to perform laser annealing, thereby forming polycrystalline silicon having different characteristics in the drive circuit portion region. It is. In this case, it is preferable to perform laser annealing by irradiating a laser beam having a different energy density in a region where a transfer gate is formed in a latch or a shift register from another region.

【0158】さらに以上のレーザアニール方法において
は、TFTパターン上にレーザビーム端がこないように
レーザ光を照射することが好ましい。
In the above laser annealing method, it is preferable to irradiate a laser beam so that the laser beam end does not come on the TFT pattern.

【0159】また、本発明の半導体薄膜の製造装置は、
エネルギビーム発生手段と、上記エネルギビーム発生手
段から発せられたエネルギビームをエネルギの均一な所
定のビーム断面形状に整形する均一化手段とを備え、上
記整形されたエネルギビームを、基板上に形成された非
単結晶半導体薄膜に照射して結晶成長させる半導体薄膜
の製造装置であって、さらに、上記エネルギビームの透
過率が互いに異なる領域を有するフィルタを備え、上記
フィルタを介して、上記非単結晶半導体薄膜における複
数の領域に、互いに異なるエネルギ密度で上記エネルギ
ビームの照射を行うように構成されたことを特徴として
いる。
The apparatus for producing a semiconductor thin film of the present invention
An energy beam generating means; and a uniformizing means for shaping the energy beam emitted from the energy beam generating means into a predetermined beam cross-sectional shape having uniform energy, wherein the shaped energy beam is formed on a substrate. A semiconductor thin film manufacturing apparatus for irradiating the non-single-crystal semiconductor thin film to grow a crystal, further comprising a filter having regions in which the energy beam transmittances are different from each other; A plurality of regions in the semiconductor thin film are irradiated with the energy beam at different energy densities.

【0160】この構成により、同一基板面内に特性の異
なる複数の多結晶半導体膜を形成することが可能とな
る。
With this configuration, it is possible to form a plurality of polycrystalline semiconductor films having different characteristics on the same substrate surface.

【0161】上記の構成において、マスクの透過率が光
学薄膜等によって変化しているレーザアニール装置とす
ることにより、透過率の分布を正確に作成することが可
能となり、また、マスクとレーザ光を処理室内の基板に
照射するための窓が同一体であるレーザアニール装置と
することにより、装置の構造が簡略化されるとともに、
光量の減衰を軽減することが可能となる。
In the above configuration, by using a laser annealing apparatus in which the transmittance of the mask is changed by the optical thin film or the like, it is possible to accurately create the transmittance distribution, and to make the mask and the laser beam By using a laser annealing apparatus in which the window for irradiating the substrate in the processing chamber is the same, the structure of the apparatus is simplified, and
It is possible to reduce the attenuation of the light amount.

【0162】また、エネルギビーム発生手段と、上記エ
ネルギビーム発生手段から発せられたエネルギビームを
エネルギの均一な所定のビーム断面形状に整形する均一
化手段とを備え、上記整形されたエネルギビームを、基
板上に形成された非単結晶半導体薄膜に照射して結晶成
長させる半導体薄膜の製造装置であって、上記均一化手
段が、エネルギビームを複数のビーム断面形状に選択的
に切り替えて整形し得るように構成されていることを特
徴としている。
Further, there is provided an energy beam generating means, and a uniformizing means for shaping the energy beam emitted from the energy beam generating means into a predetermined beam cross section having uniform energy. An apparatus for manufacturing a semiconductor thin film for irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film formed on a substrate to grow a crystal, wherein the uniformizing means can selectively switch an energy beam into a plurality of beam cross-sectional shapes to shape the beam. It is characterized by having such a configuration.

【0163】この構成により、基板上の各場所に最適な
形状のレーザ光を照射することが可能となる。
With this configuration, it is possible to irradiate a laser beam having an optimal shape to each location on the substrate.

【0164】[0164]

【発明の実施の形態】(実施の形態1−1)基板上に熱
伝導率の異なる領域を設け、半導体薄膜に温度分布を持
たせて、結晶成長を制御する例を図12に基づいて説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Embodiment 1-1) An example in which regions having different thermal conductivities are provided on a substrate, a semiconductor thin film is provided with a temperature distribution, and crystal growth is controlled with reference to FIG. I do.

【0165】ガラス基板等の透明絶縁性基板201上に
は、図12(c)に示すように、全面にわたって下層絶
縁膜202が形成されている。下層絶縁膜202上に
は、部分的に、上記下層絶縁膜202よりも熱伝導率が
低い材料から成るストライプ状の上層絶縁膜203が形
成されている。さらに、上記下層絶縁膜202上、およ
び上層絶縁膜203上には、非晶質シリコン薄膜204
が形成されている。
As shown in FIG. 12C, a lower insulating film 202 is formed on the entire surface of a transparent insulating substrate 201 such as a glass substrate. On the lower insulating film 202, a stripe-shaped upper insulating film 203 made of a material having a lower thermal conductivity than the lower insulating film 202 is partially formed. Further, an amorphous silicon thin film 204 is formed on the lower insulating film 202 and the upper insulating film 203.
Are formed.

【0166】上記非晶質シリコン薄膜204に、図12
(a)に示すようなx,y方向のエネルギ密度分布を有
するライン状のレーザ光を照射することにより、多結晶
シリコン薄膜210が形成される。その際、上記のよう
に上層絶縁膜203の熱伝導率が下層絶縁膜202の熱
伝導率よりも低いため、図12(b)に示すように、非
晶質シリコン薄膜204における上層絶縁膜203上の
領域の方が、上層絶縁膜203の間の領域よりも高い温
度になる。そこで、非晶質シリコン薄膜204の結晶化
は、上層絶縁膜203の間の領域から始まり、上層絶縁
膜203上の領域に向けて結晶が成長する。それゆえ、
上層絶縁膜203の間の領域では結晶粒同士の衝突が生
じにくく、比較的結晶粒の大きな大結晶粒領域210b
が形成される一方、上層絶縁膜203の上方の領域で
は、上層絶縁膜203の両側から成長してきた結晶粒同
士が衝突するため、小結晶粒領域210aが形成され
る。
The amorphous silicon thin film 204 shown in FIG.
By irradiating a linear laser beam having an energy density distribution in the x and y directions as shown in FIG. At this time, since the thermal conductivity of the upper insulating film 203 is lower than the thermal conductivity of the lower insulating film 202 as described above, as shown in FIG. The temperature in the upper region is higher than that in the region between the upper insulating films 203. Therefore, the crystallization of the amorphous silicon thin film 204 starts from a region between the upper insulating films 203 and grows toward a region on the upper insulating film 203. therefore,
In the region between the upper insulating films 203, collision between crystal grains hardly occurs, and the large crystal region 210b having relatively large crystal grains is formed.
On the other hand, in the region above the upper insulating film 203, crystal grains grown from both sides of the upper insulating film 203 collide with each other, so that a small crystal grain region 210a is formed.

【0167】上記のようにして形成された多結晶シリコ
ン薄膜210と、従来の方法によって多結晶化が行われ
た多結晶シリコン薄膜との結晶化度合いをラマン分光分
析のピーク強度により比較した。結果を図13に示す。
The degree of crystallization of the polycrystalline silicon thin film 210 formed as described above and the polycrystalline silicon thin film polycrystallized by the conventional method were compared by the peak intensity of Raman spectroscopic analysis. FIG. 13 shows the results.

【0168】ここで、本実施の形態の多結晶シリコン薄
膜210では、下層絶縁膜202として、厚さが200
nmの窒化珪素薄膜(熱伝導率:0.19W/cm・
℃)、上層絶縁膜203として、厚さが30nm、幅が
約5μm、間隔が20μmの酸化珪素薄膜(熱伝導率:
0.014W/cm・℃)を用いている。一方、従来の
方法では、絶縁膜として、厚さが200nmの1層の酸
化珪素薄膜を用いている。また、非晶質シリコン薄膜の
膜厚は、両者とも85nmに形成している。なお、ラマ
ンピーク強度の測定個所は、両者ともに図12における
x方向の照射領域の中央部である。
Here, in polycrystalline silicon thin film 210 of the present embodiment, lower insulating film 202 has a thickness of 200
nm silicon nitride thin film (thermal conductivity: 0.19 W / cm
° C.), a silicon oxide thin film having a thickness of 30 nm, a width of about 5 μm, and an interval of 20 μm (thermal conductivity:
0.014 W / cm · ° C.). On the other hand, in the conventional method, a single-layer silicon oxide thin film having a thickness of 200 nm is used as the insulating film. The thickness of the amorphous silicon thin film is 85 nm in both cases. The measurement location of the Raman peak intensity is the center of the irradiation area in the x direction in FIG.

【0169】図13から明らかなように、従来の方法で
は全体に結晶化度が小さいのに対し、本発明の方法の場
合には、A、B、Cで示す上層絶縁膜203上の部分の
結晶化度は低いが、上層絶縁膜203に挟まれた、下層
絶縁膜202上の部分のラマンピーク強度は大きくなっ
ており、結晶化度が大きく改善されていることが認めら
れる。
As is apparent from FIG. 13, the crystallinity is small as a whole in the conventional method, whereas in the method of the present invention, the portions on the upper insulating film 203 indicated by A, B and C are removed. Although the crystallinity is low, the Raman peak intensity of the portion on the lower insulating film 202 sandwiched between the upper insulating films 203 is large, and it is recognized that the crystallinity is greatly improved.

【0170】なお、上層絶縁膜203のストライプパタ
ーンの間隔は、下層絶縁膜202および上層絶縁膜20
3の熱伝導率や、照射するエネルギ密度等に応じて最適
値が変化するが、上記の例では、5〜50μm、より望
ましくは10〜30μmが安定に大きな結晶が得られる
範囲として望ましかった。
The interval between the stripe patterns of the upper insulating film 203 is determined by the lower insulating film 202 and the upper insulating film 20.
Although the optimum value changes in accordance with the thermal conductivity of No. 3, the irradiation energy density, and the like, in the above example, 5 to 50 μm, more preferably 10 to 30 μm, was desirable as the range in which a large crystal can be stably obtained. .

【0171】なお、上記の説明では、図12におけるy
方向に関して、シリコン薄膜の表面に温度分布を持たせ
る例を示したが、レーザビームを静止させて照射する場
合には、同様にx方向に関しても温度分布を持たせるよ
うにしてもよい。また、レーザビームをx方向にスキャ
ンする場合には、照射領域が順次移動することによる温
度分布への影響も考慮すればよい。また、上記のように
熱伝導率の差を利用するとともに、さらにレーザビーム
のエネルギ密度分布を領域ごとに異ならせることによっ
て、温度分布を調整するようにしてもよい。
In the above description, y in FIG.
In the example described above, the surface of the silicon thin film has a temperature distribution with respect to the direction. However, when the laser beam is irradiated with the laser beam stationary, the temperature distribution may be similarly provided with respect to the x direction. In the case of scanning the laser beam in the x-direction, the influence on the temperature distribution due to the sequential movement of the irradiation region may be considered. Further, the temperature distribution may be adjusted by utilizing the difference in thermal conductivity as described above and further by making the energy density distribution of the laser beam different for each region.

【0172】また、上記の例では、上層絶縁膜203の
熱伝導率を下層絶縁膜202よりも低くして、上層絶縁
膜203の存在しない領域の結晶粒径を大きくしたが、
逆に、上層絶縁膜の熱伝導率を下層絶縁膜よりも大きく
して、上層絶縁膜の形成された領域上の結晶粒径を大き
くするようにしてもよい。ただし、一般に前者のほう
が、熱伝導率が高い(シリコン薄膜の表面温度が低い)
領域の面積を大きくすることが容易なため、シリコン表
面の温度分布における温度勾配をより大きくしやすい。
In the above example, the thermal conductivity of the upper insulating film 203 is lower than that of the lower insulating film 202, and the crystal grain size in the region where the upper insulating film 203 does not exist is increased.
Conversely, the thermal conductivity of the upper insulating film may be made larger than that of the lower insulating film to increase the crystal grain size in the region where the upper insulating film is formed. However, the former generally has higher thermal conductivity (the surface temperature of the silicon thin film is lower)
Since it is easy to increase the area of the region, it is easy to increase the temperature gradient in the temperature distribution on the silicon surface.

【0173】また、熱伝導率の大小と積層の上下関係は
上記に限らず、逆でもよく、所定の温度分布が形成され
るようにすればよい。
The relationship between the magnitude of the thermal conductivity and the vertical relationship of the lamination is not limited to the above, but may be reversed, as long as a predetermined temperature distribution is formed.

【0174】また、上記のように絶縁膜を2層構造とす
る場合には、上層絶縁膜と下層絶縁膜のエッチング選択
比(エッチングレートの比)を大きく設定すれば、所望
の形状(厚さ)に上層絶縁膜を形成することが容易にで
きるため、大面積にわたって均一な厚さで上層絶縁膜を
形成でき、結果として、基板全面にわたって均一な粒径
の多結晶シリコン薄膜を容易に得ることができる。一
方、熱伝導率が異なる領域を設けるためには、例えばシ
リコン薄膜の厚さをエッチング加工等によって変化させ
てもよい。この場合には、エッチング加工の精度を比較
的高くする必要があるが、上記のように2層の絶縁膜を
形成する必要性がないので、製造工程の簡素化が図られ
る。
When the insulating film has a two-layer structure as described above, the desired shape (thickness) can be obtained by setting a large etching selectivity (ratio of etching rate) between the upper insulating film and the lower insulating film. ), The upper insulating film can be formed easily with a uniform thickness over a large area, and as a result, a polycrystalline silicon thin film having a uniform grain size can be easily obtained over the entire surface of the substrate. Can be. On the other hand, in order to provide regions having different thermal conductivities, for example, the thickness of the silicon thin film may be changed by etching or the like. In this case, the accuracy of the etching process needs to be relatively high, but there is no need to form two insulating films as described above, so that the manufacturing process can be simplified.

【0175】また、上記のように熱伝導率を異ならせる
のに代えて、熱容量が異なる領域を形成することによっ
て温度分布を生じさせるようにしても、同様に結晶性を
向上させることができる。
Further, instead of making the thermal conductivity different as described above, the temperature distribution may be generated by forming regions having different heat capacities, thereby similarly improving the crystallinity.

【0176】(実施の形態1−2)上記のようにして形
成された半導体薄膜を用いて形成された多結晶シリコン
薄膜トランジスタの例を説明する。
(Embodiment 1-2) An example of a polycrystalline silicon thin film transistor formed using the semiconductor thin film formed as described above will be described.

【0177】図14(a)は、多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタの平面図、図14(b)は、図14(a)にお
けるA−A’断面図である。図14において、201は
透明絶縁性基板、202は下層絶縁膜、203は上層絶
縁膜、205はゲート絶縁膜、206はソース電極膜、
207はドレイン電極膜、208はゲート電極膜、21
0bは多結晶シリコン薄膜210の大結晶粒領域210
bである。すなわち、この多結晶シリコン薄膜トランジ
スタは、前記実施の形態1−1で説明したようにして多
結晶化された多結晶シリコン薄膜210における上層絶
縁膜203に挟まれた領域の大結晶粒領域210bだけ
をエッチング等により選択的に残して用い、かつ、ソー
ス−ドレインの方向が上層絶縁膜203のストライプパ
ターンの方向と平行となるように形成されている。な
お、ゲート絶縁膜205、ソース電極膜206、ドレイ
ン電極膜207およびゲート電極膜208の形成方法と
しては、従来の薄膜トランジスタと同様の薄膜堆積、パ
ターニングによる方法が適用できる。
FIG. 14A is a plan view of a polycrystalline silicon thin film transistor, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 14, 201 is a transparent insulating substrate, 202 is a lower insulating film, 203 is an upper insulating film, 205 is a gate insulating film, 206 is a source electrode film,
207 is a drain electrode film, 208 is a gate electrode film, 21
0b is a large grain region 210 of the polycrystalline silicon thin film 210.
b. That is, this polycrystalline silicon thin film transistor uses only the large crystal grain region 210b of the region sandwiched by the upper insulating film 203 in the polycrystalline silicon thin film 210 polycrystallized as described in Embodiment 1-1. The upper insulating film 203 is formed so that it is selectively used while being left by etching or the like, and the direction of the source-drain is parallel to the direction of the stripe pattern of the upper insulating film 203. As a method for forming the gate insulating film 205, the source electrode film 206, the drain electrode film 207, and the gate electrode film 208, a thin film deposition and patterning method similar to a conventional thin film transistor can be applied.

【0178】このようにして得られた多結晶薄膜トラン
ジスタは、電界効果移動度が約180cm2/V・se
cであり、従来の方法で作製したトランジスタの電界効
果移動度が70cm2/V・secであるのと比べて、
TFT特性を大幅に向上させることができた。
The polycrystalline thin film transistor thus obtained has a field effect mobility of about 180 cm 2 / V · se.
c, and the field effect mobility of the transistor manufactured by the conventional method is 70 cm 2 / V · sec.
The TFT characteristics were significantly improved.

【0179】なお、上層絶縁膜203の方向とソース−
ドレインの方向との関係は上記のように一致させるもの
に限らず、上層絶縁膜203の間隔等に応じて形成され
る結晶粒の長い方向がソース−ドレインの方向になるよ
うにするればよい。
The direction of the upper insulating film 203 and the source
The relationship with the direction of the drain is not limited to the one as described above, and the long direction of the crystal grains formed according to the distance between the upper insulating films 203 and the like may be the direction of the source-drain. .

【0180】(実施の形態1−3)上記実施の形態1−
2よりも大きなサイズの多結晶シリコン薄膜トランジス
タを形成する例を説明する。
(Embodiment 1-3) Embodiment 1-
An example of forming a polycrystalline silicon thin film transistor having a size larger than 2 will be described.

【0181】この多結晶シリコン薄膜トランジスタは、
図15に示すように、3本の上層絶縁膜203の間に形
成された2つの大結晶粒領域210bを用いて形成され
ている点が上記実施の形態1−2と異なる。また、下層
絶縁膜202としては、プラズマCVDにより形成され
た、厚さが約200nmの窒化酸化珪素薄膜、上層絶縁
膜203としては、厚さが約40nmの酸化珪素薄膜が
用いられている。また、大結晶粒領域210bは、パタ
ーニングされて形成された上層絶縁膜203上に厚さが
85nmの非晶質シリコン薄膜204を形成し、実施の
形態1−1と同様にエキシマレーザ光の照射を行って多
結晶シリコン薄膜化することにより形成されている。
This polycrystalline silicon thin film transistor
As shown in FIG. 15, the present embodiment is different from the above-described Embodiment 1-2 in that it is formed using two large crystal grain regions 210b formed between three upper insulating films 203. As the lower insulating film 202, a silicon nitride oxide thin film formed by plasma CVD and having a thickness of about 200 nm is used. As the upper insulating film 203, a silicon oxide thin film having a thickness of about 40 nm is used. In the large crystal grain region 210b, an amorphous silicon thin film 204 having a thickness of 85 nm is formed on the upper insulating film 203 formed by patterning, and irradiated with excimer laser light in the same manner as in Embodiment 1-1. To form a polycrystalline silicon thin film.

【0182】すなわち、トランジスタのサイズを大きく
するために上層絶縁膜203の間隔を広くすると、多結
晶化の処理を行う際に、シリコン薄膜表面におけるトラ
ンジスタ形成領域とトランジスタ形成領域の周囲の領域
のとの間の温度勾配を十分大きくすることが困難にな
り、結果として、トランジスタ形成領域におけるシリコ
ンの結晶粒径を十分に大きくすることができないおそれ
がある。そこで、上記のように上層絶縁膜203の間隔
を広く設定せずに、温度勾配を積極的に大きくして、良
好な結晶状態の大結晶粒領域210bを複数形成し、こ
れを組み合わせることにより、大きなサイズで、しかも
特性の良好な薄膜トランジスタを形成することができ
る。具体的には、例えば電界効果移動度が約200cm
2/V・secと、非常に良好な特性の薄膜トランジス
タが得られた。
That is, if the interval between the upper insulating films 203 is increased in order to increase the size of the transistor, the difference between the transistor formation region and the region around the transistor formation region on the surface of the silicon thin film when performing the polycrystallization process. Therefore, it may be difficult to sufficiently increase the temperature gradient between them, and as a result, it may not be possible to sufficiently increase the crystal grain size of silicon in the transistor formation region. Therefore, the temperature gradient is positively increased without setting the interval between the upper insulating films 203 wide as described above, and a plurality of large crystal grain regions 210b in a favorable crystal state are formed, and by combining them, A thin film transistor having a large size and good characteristics can be formed. Specifically, for example, the field effect mobility is about 200 cm.
A thin film transistor having excellent characteristics of 2 / V · sec was obtained.

【0183】以上のように、本発明による多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタの製造方法はトランジスタを作製す
べき領域のみを大きな結晶粒とすることができるが、透
明絶縁性基板上に形成する絶縁膜としては、窒化珪素と
窒化酸化珪素および酸化珪素に限定されるものではな
く、熱伝導率が異なる組み合わせで、かつ選択的なエッ
チングができるものであれば、特に材料を限定するもの
ではない。
As described above, in the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention, only a region where a transistor is to be formed can be made to have large crystal grains. However, as an insulating film formed on a transparent insulating substrate, The material is not limited to silicon nitride, silicon nitride oxide, and silicon oxide, and is not particularly limited as long as it is a combination having different thermal conductivities and capable of selective etching.

【0184】(実施の形態2−1)実施の形態2−1の
半導体素子として、やはり結晶粒の大きな半導体素子と
しての薄膜トランジスタの例を説明する。
(Embodiment 2-1) An example of a thin film transistor as a semiconductor element having a large crystal grain will be described as the semiconductor element of the embodiment 2-1.

【0185】図16は薄膜トランジスタの概略図であ
り、図16(a)は平面図、図16(b)は図16
(a)におけるA−A’断面図を示したものである。
FIGS. 16A and 16B are schematic views of a thin film transistor. FIG. 16A is a plan view, and FIG.
FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.

【0186】図16において、301は絶縁性基板であ
り、この絶縁性基板301の上方にアンダーコート層3
02、さらに、その上方にSiよりなる非晶質半導体膜
が結晶化されて成る半導体層303が設けられている。
この半導体層303には、図16(a)に示すように、
半導体層303の対向する一対の辺に、半導体層303
と同一平面内で外方に延びる複数の突起部303aが所
定の間隔をあけて形成されている。なお、突起部303
aは、ほぼ長方形状に形成され、その長さ(半導体層3
03からの突出長)及び幅(前記突出長と直角方向の長
さ)が1μmに設定されている。さらに、上記半導体層
303を覆うように、半導体層303の上方に第1の絶
縁層304が設けられ、この第1の絶縁層304上の所
定位置に第1の電極であるゲート電極305が設けられ
ている。そして、ゲート電極305を覆うように、第2
の絶縁層306が設けられ、第2の絶縁層306上の所
定位置に、半導体層303に電気的に接触する一対の第
2の電極であるソース電極307sとドレイン電極30
7dが設けられている。
Referring to FIG. 16, reference numeral 301 denotes an insulating substrate, and the undercoat layer 3 is provided above the insulating substrate 301.
02, and a semiconductor layer 303 formed by crystallizing an amorphous semiconductor film made of Si is provided thereabove.
As shown in FIG. 16A, the semiconductor layer 303
The semiconductor layer 303 is provided on a pair of opposite sides of the semiconductor layer 303.
A plurality of protrusions 303a extending outward in the same plane are formed at predetermined intervals. The protrusion 303
a is formed in a substantially rectangular shape, and its length (the semiconductor layer 3
03 and the width (length in the direction perpendicular to the protrusion length) are set to 1 μm. Further, a first insulating layer 304 is provided above the semiconductor layer 303 so as to cover the semiconductor layer 303, and a gate electrode 305 serving as a first electrode is provided at a predetermined position on the first insulating layer 304. Have been. Then, the second electrode is formed so as to cover the gate electrode 305.
Is provided at a predetermined position on the second insulating layer 306, a source electrode 307 s and a drain electrode 30, which are a pair of second electrodes electrically contacting the semiconductor layer 303.
7d is provided.

【0187】ここで、上記突起部303aの幅は、1μ
mに限らないが、結晶の粒径をより整合させて、突起部
303a毎に1つの結晶核を発生させるようにするため
に、半導体層303の膜厚(例えば0.05μm)以上
であって3μm以下程度とすることが望ましい。上記数
値範囲を採る技術的理由は、突起部303aの幅が膜厚
より小さい場合、突起部303aにおいて発生する結晶
核が表面張力の作用を受け、半導体層303に引き込ま
れてしまい、結晶核が存続し得ない虞がある一方、突起
部303aの幅が3μmより大きい場合、突起部303
aにおいて2つ以上の結晶核が発生する虞があるためで
ある。また、突起部303aの形状は、長方形に限ら
ず、半円形状や三角形状等の他の形状でも良い。突起部
303aは半導体層303における対向する辺の全長に
わたって形成するものに限らず、例えば、ゲート電極3
05に対応する部分のみに形成しても良く、要するに、
素子の特性に影響を与えるチャンネル部分に形成されて
いれば良い。さらに、ソース、ドレイン間の中間付近に
位置するように形成するようにしてもよい。また、隣り
合う突起部303aの間隔は、所望粒径等の条件により
適宜選択することができるが、本実施の形態において
は、突起部303aの間隔として、この突起部303a
が設けられる辺に直交する辺の長さ(w)と略等しくな
るように設定されている。なお、このように設定するこ
とは、縦横方向の結晶粒の長さがほぼ等しい大きな結晶
粒が形成されやすくなる点で好ましいが、このように設
定しない場合でも、周辺部から規則的に結晶成長させる
ことにより比較的大きな結晶粒が形成される効果は得ら
れる。
Here, the width of the projection 303a is 1 μm.
The thickness of the semiconductor layer 303 is not less than 0.05 μm (for example, 0.05 μm) in order to further match the crystal grain diameter and generate one crystal nucleus for each protrusion 303 a. It is desirable that the thickness be about 3 μm or less. The technical reason for adopting the above numerical range is that, when the width of the protrusion 303a is smaller than the film thickness, the crystal nucleus generated in the protrusion 303a is subjected to the effect of surface tension, is drawn into the semiconductor layer 303, and On the other hand, if the width of the projection 303a is larger than 3 μm, the projection 303
This is because two or more crystal nuclei may be generated in a. The shape of the protrusion 303a is not limited to a rectangle, but may be another shape such as a semicircle or a triangle. The protrusion 303a is not limited to be formed over the entire length of the opposing side of the semiconductor layer 303.
05 may be formed only in the portion corresponding to
What is necessary is just to form in the channel part which affects the characteristic of an element. Further, it may be formed so as to be located near the middle between the source and the drain. Further, the interval between the adjacent protrusions 303a can be appropriately selected depending on conditions such as a desired particle size. In the present embodiment, the interval between the protrusions 303a is used as the interval between the protrusions 303a.
Is set to be substantially equal to the length (w) of the side orthogonal to the side where is provided. It should be noted that such a setting is preferable in that large crystal grains having substantially the same length in the vertical and horizontal directions are easily formed. However, even when the setting is not performed, crystal growth is regularly performed from the peripheral portion. By doing so, the effect of forming relatively large crystal grains can be obtained.

【0188】上記のような突起部303aが形成されて
いることにより、半導体層303にレーザビームが照射
されて加熱された後に、突起部303aの方が早期に冷
却されるため結晶核が発生しやすいとともに、この結晶
核から半導体層303の中央部に向かって結晶が成長す
る。また、その際、隣り合う突起部303a、および対
向する辺の突起部303aから成長する結晶粒が互いに
干渉することなく半導体層303の中央部付近まで成長
しやすいため、比較的大きな結晶粒が形成される。それ
ゆえ、電界効果移動度を高めて、TFT特性を向上させ
ることが容易にできる。
Since the semiconductor layer 303 is irradiated with a laser beam and heated by the formation of the projections 303a as described above, the projections 303a are cooled earlier and crystal nuclei are generated. The crystal grows from the crystal nucleus toward the center of the semiconductor layer 303. Further, at this time, relatively large crystal grains are formed because the crystal grains grown from the adjacent projections 303a and the projections 303a on the opposite side easily grow to the vicinity of the center of the semiconductor layer 303 without interfering with each other. Is done. Therefore, the field effect mobility can be increased and the TFT characteristics can be easily improved.

【0189】次に、上記のような薄膜トランジスタの製
造方法について、図18を参照しながら説明する。図1
8は薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図である。
Next, a method of manufacturing the above thin film transistor will be described with reference to FIG. Figure 1
8 is a process chart showing a method for manufacturing a thin film transistor.

【0190】まず、図18(a)に示すように、絶縁性
基板301上にアンダーコート層302を形成し、上記
アンダーコート層302上にシリコンを被着させて、非
晶質(非単結晶)の半導体層303を形成する。次に、
半導体層303上にフォトレジスト(不図示)を所定の
形状に選択形成し、このフォトレジストをマスクとし
て、前記図16(a)に示すように、非晶質の半導体層
303の対向する辺の全長にわたって同一平面内で延び
る突起部303aを有する形状に形成し、その後、上記
フォトレジストを除去する。
First, as shown in FIG. 18A, an undercoat layer 302 is formed on an insulating substrate 301, and silicon is deposited on the undercoat layer 302 to form an amorphous (non-single crystal) ) Is formed. next,
A photoresist (not shown) is selectively formed on the semiconductor layer 303 in a predetermined shape, and using this photoresist as a mask, as shown in FIG. The photoresist is formed in a shape having a protrusion 303a extending in the same plane over the entire length, and then the photoresist is removed.

【0191】次に、図18(b)に示すように、上記非
晶質の半導体層303にエネルギービームとしてのエキ
シマレーザ光を照射して結晶化させ、poly−Siの
改質層とする。ここで、レーザ光の照射後、周縁の突起
部303aに蓄積された熱は半導体層303と平行な平
面内において外側の3方向に拡散するのに対して、中央
部に蓄積された熱は未だ冷却されていない周縁側にしか
逃げ場がないので、突起部303aを含めて周縁部の方
が中央部に較べて十分早く冷却される。そこで、突起部
303aにおける結晶核は、中央部における結晶核より
も早い時期に発生し、中央部において結晶核が発生もし
くは結晶成長する以前に、この周縁に発生した結晶核が
中央部に向けて結晶成長するので、結晶粒径や結晶方位
が制御可能となる。このことにより、結晶成長の過程に
ある結晶同士の干渉が防止され、十分な結晶粒径を得る
ことが容易にできる。
Next, as shown in FIG. 18B, the amorphous semiconductor layer 303 is crystallized by irradiating an excimer laser beam as an energy beam to form a poly-Si modified layer. Here, after the irradiation with the laser beam, the heat accumulated in the protrusions 303a on the peripheral edge is diffused in three directions on the outside in a plane parallel to the semiconductor layer 303, whereas the heat accumulated in the center is still diffused. Since there is only a relief area on the peripheral side that has not been cooled, the peripheral part including the protrusion 303a is cooled sufficiently faster than the central part. Therefore, the crystal nucleus in the protrusion 303a occurs earlier than the crystal nucleus in the central part, and before the crystal nucleus is generated or crystal-grows in the central part, the crystal nucleus generated on the periphery is directed toward the central part. Since the crystal grows, the crystal grain size and crystal orientation can be controlled. This prevents interference between crystals in the course of crystal growth and facilitates obtaining a sufficient crystal grain size.

【0192】続いて、図18(c)に示すように、半導
体層303及びアンダーコート層302上に第1の絶縁
層304を形成し、前記第1の絶縁層304上に第1の
電極であるゲート電極305を選択形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 18C, a first insulating layer 304 is formed on the semiconductor layer 303 and the undercoat layer 302, and a first electrode is formed on the first insulating layer 304. A certain gate electrode 305 is selectively formed.

【0193】その後、図18(d)に示すように、前記
ゲート電極305をマスクとして用い、前記半導体層3
03にイオン注入法または質量分離を行わないイオンド
ーピング法によりドナーもしくはアクセプタとなる不純
物を添加することによって、ソース領域303s及びド
レイン領域303dを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 18D, the semiconductor layer 3 is formed using the gate electrode 305 as a mask.
The source region 303s and the drain region 303d are formed by adding an impurity serving as a donor or an acceptor to the substrate 03 by ion implantation or ion doping without mass separation.

【0194】最後に、図18(e)に示すように、第2
の絶縁層306を形成した後、コンタクトホールを開口
し、ソース電極307s、ドレイン電極307dを選択
形成して薄膜トランジスタが得られる。
Finally, as shown in FIG.
After forming the insulating layer 306, a contact hole is opened, and a source electrode 307s and a drain electrode 307d are selectively formed to obtain a thin film transistor.

【0195】なお、上記の例では、半導体層303とし
てSiを用いたが、他の材料としてSiとGeの化合物
などであっても構わない。またSiCのようなIV族ど
うしの他の組み合わせや、GaAsのようなIII族と
V族の組み合わせ、CdSeのようなII族とVI族の
組み合わせでも良い。また、多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタを例示して説明したが、これに限らず、他の種々
の半導体素子に適用することも勿論、可能である。
In the above example, Si is used for the semiconductor layer 303, but another material such as a compound of Si and Ge may be used. Further, another combination of the IV groups such as SiC, a combination of the III group and the V group such as GaAs, or a combination of the II group and the VI group such as CdSe may be used. In addition, although a polycrystalline silicon thin film transistor has been described as an example, the present invention is not limited to this, and it is of course possible to apply the present invention to various other semiconductor elements.

【0196】さらに、非晶質の半導体層303を多結晶
化させる際に、エネルギービームとしてエキシマレーザ
ーを用いたが、他のエネルギービームであるArレーザ
ー、YAGレーザー等のレーザー光、イオンビーム、電
子ビーム等を使用することもできる。
Further, an excimer laser was used as an energy beam when the amorphous semiconductor layer 303 was polycrystallized. However, other energy beams such as a laser beam such as an Ar laser and a YAG laser, an ion beam, and an electron beam were used. Beams and the like can also be used.

【0197】(実施の形態2−2)実施の形態2−2の
半導体素子として、逆スタガ型の薄膜トランジスタの例
を説明する。
(Embodiment 2-2) An example of an inverted staggered thin film transistor will be described as a semiconductor element of Embodiment 2-2.

【0198】図17は薄膜トランジスタの概略図であ
り、図17(a)は平面図、図17(b)は図17
(a)におけるA−A’断面図を示したものである。
FIG. 17 is a schematic view of a thin film transistor, FIG. 17 (a) is a plan view, and FIG.
FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.

【0199】この薄膜トランジスタは、前記実施の形態
2−1と比べて、主として、逆スタガ構造である点と、
突起部303aが半導体層303の全周にわたって形成
されている点が異なる。
This thin film transistor has an inverted staggered structure as compared with the embodiment 2-1.
The difference is that the protrusion 303 a is formed over the entire circumference of the semiconductor layer 303.

【0200】図17において、301は絶縁性基板であ
り、この絶縁性基板301の上方にアンダーコート層3
02、その上方に第1の電極であるゲート電極305が
設けられている。さらに、ゲート電極305を覆う第1
の絶縁層304が設けられ、第1の絶縁層304上に半
導体層303が設けられている。この半導体層303に
は、図17(a)に示すように、半導体層303の全周
に、半導体層303と同一平面内で外方に延びる複数の
突起部303aが所定の間隔をあけて形成されている。
この突起部303aの形状等は、実施の形態2−1と同
様である。ここで、同図においては、便宜上、各突起部
303aの間隔を狭く描いているが、実施の形態2−1
と同様に半導体層303の幅と同程度に設定することが
好ましい。ただし、同図に示すように密に形成したり、
逆に間隔を長く形成したりする場合でも、周辺部から規
則的に結晶成長させることにより比較的大きな結晶粒が
形成される効果は得られる。半導体層303上には、半
導体層303に電気的に接触する一対の第2の電極であ
るソース電極307s、ドレイン電極307dが形成さ
れている。
In FIG. 17, reference numeral 301 denotes an insulating substrate, and the undercoat layer 3 is provided above the insulating substrate 301.
02, a gate electrode 305 as a first electrode is provided thereabove. Further, a first covering the gate electrode 305
Is provided, and a semiconductor layer 303 is provided over the first insulating layer 304. In the semiconductor layer 303, as shown in FIG. 17A, a plurality of protrusions 303a extending outward in the same plane as the semiconductor layer 303 are formed at predetermined intervals all around the semiconductor layer 303. Have been.
The shape and the like of the projection 303a are the same as those in Embodiment 2-1. Here, in the same figure, for convenience, the interval between the respective projections 303a is drawn narrower, however, in Embodiment 2-1.
It is preferable that the width is set to be substantially equal to the width of the semiconductor layer 303 in the same manner as described above. However, as shown in FIG.
Conversely, even when the interval is long, the effect of forming relatively large crystal grains can be obtained by regularly growing crystals from the periphery. A source electrode 307 s and a drain electrode 307 d which are a pair of second electrodes which are in electrical contact with the semiconductor layer 303 are formed over the semiconductor layer 303.

【0201】次に、上記のような薄膜トランジスタの製
造方法について、図19を参照しながら説明する。図1
9は薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図である。
Next, a method of manufacturing the above-described thin film transistor will be described with reference to FIG. Figure 1
9 is a process chart showing a method for manufacturing a thin film transistor.

【0202】まず、図19(a)に示すように、絶縁性
基板301上にアンダーコート層302を形成し、前記
アンダーコート層302上に第1の電極であるゲート電
極305を選択形成する。
First, as shown in FIG. 19A, an undercoat layer 302 is formed on an insulating substrate 301, and a gate electrode 305 as a first electrode is selectively formed on the undercoat layer 302.

【0203】次に、図19(b)に示すように、前記ゲ
ート電極305及びアンダーコート層302上に第1の
絶縁層304を形成し、前記第1の絶縁層304上にシ
リコンを被着させて、非晶質(非単結晶)の半導体層3
03を形成する。次に、半導体層303上にフォトレジ
スト(不図示)を所定の形状に選択形成し、このフォト
レジストをマスクとして、前記図17(a)に示すよう
に、非晶質の半導体層303の全周にわたって同一平面
内で延びる突起部303aを有する形状に形成し、その
後、上記フォトレジストを除去する。
Next, as shown in FIG. 19B, a first insulating layer 304 is formed on the gate electrode 305 and the undercoat layer 302, and silicon is deposited on the first insulating layer 304. Then, the amorphous (non-single-crystal) semiconductor layer 3
03 is formed. Next, a photoresist (not shown) is selectively formed on the semiconductor layer 303 in a predetermined shape, and the photoresist is used as a mask to completely cover the amorphous semiconductor layer 303 as shown in FIG. The photoresist is formed in a shape having a protrusion 303a extending in the same plane over the circumference, and then the photoresist is removed.

【0204】次に、図19(c)に示すように、上記非
晶質の半導体層303にエネルギービームとしてのエキ
シマレーザ光を照射して結晶化させ、poly−Siの
改質層とする。ここで、上記のように突起部303aが
形成されていることにより、前記実施の形態2−1で説
明したのと同様に、十分な結晶粒径を得ることが容易に
できる。
Next, as shown in FIG. 19 (c), the amorphous semiconductor layer 303 is irradiated with an excimer laser beam as an energy beam to be crystallized to obtain a poly-Si modified layer. Here, by forming the projections 303a as described above, it is easy to obtain a sufficient crystal grain size, as described in Embodiment 2-1.

【0205】その後、図19(d)に示すように、前記
半導体層303上にドーピングに対するマスクとしての
レジスト308を所定の形状に選択形成し、前記レジス
ト308をマスクとして、前記半導体層303にイオン
注入法または質量分離を行わないイオンドーピング法に
よりドナー、もしくはアクセプタとなる不純物を添加す
ることによって、ソース領域303s及びドレイン領域
303dを形成し、その後、レジスト308を除去す
る。
Thereafter, as shown in FIG. 19D, a resist 308 as a mask for doping is selectively formed on the semiconductor layer 303 in a predetermined shape, and ion implantation is performed on the semiconductor layer 303 using the resist 308 as a mask. The source region 303s and the drain region 303d are formed by adding an impurity serving as a donor or an acceptor by an implantation method or an ion doping method without mass separation, and thereafter, the resist 308 is removed.

【0206】最後に、図19(e)に示すように、ソー
ス電極307s、ドレイン電極307dを選択形成して
薄膜トランジスタが得られる。
Finally, as shown in FIG. 19E, a source electrode 307s and a drain electrode 307d are selectively formed to obtain a thin film transistor.

【0207】なお、本実施の形態2−2においても、前
記実施の形態2−1で説明したのと同様の種々の変形が
適用可能である。
[0207] In the present embodiment 2-2, various modifications similar to those described in the embodiment 2-1 can be applied.

【0208】また、上記のような逆スタガ型の薄膜トラ
ンジスタに限らず、前記実施の形態2−1と同様のスタ
ガ型の薄膜トランジスタを形成しても、同様の効果は得
られる。また、上記のように突起部303aを半導体層
303の全周にわたって形成するのに代えて、実施の形
態2−1と同様に対向する辺だけに形成するようにして
もよい。
The same effect can be obtained by forming a staggered thin film transistor similar to that of the embodiment 2-1 without being limited to the above-mentioned inverted staggered thin film transistor. Further, instead of forming the protrusions 303a over the entire circumference of the semiconductor layer 303 as described above, the protrusions 303a may be formed only on opposing sides as in Embodiment 2-1.

【0209】(実施の形態3−1)図20ないし図22
に基づいて説明する。初めに、本実施の形態に係る薄膜
トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor) の構造
を説明する。
(Embodiment 3-1) FIGS. 20 to 22
It will be described based on. First, the structure of a thin film transistor (TFT: Thin Film Transistor) according to the present embodiment will be described.

【0210】図20は、順スタガ型のTFT410の概
略を示す模式図であり、図20(a)はTFT410の
平面図、図20(b)は図20(a)におけるA−A’
矢視断面図である。図21は、図20(a)におけるB
−B’矢視断面図である。図20に示すように、TFT
410は、絶縁性基板401上に、アンダーコート層4
02と、p−Si膜403と、第1の絶縁膜404と、
第2の絶縁膜406と、ゲート電極405、ソース電極
407s及びドレイン電極407dの3つの電極とが設
けられて構成されている。
FIG. 20 is a schematic view showing the outline of a forward stagger type TFT 410. FIG. 20 (a) is a plan view of the TFT 410, and FIG. 20 (b) is AA ′ in FIG. 20 (a).
It is arrow sectional drawing. FIG. 21 shows B in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the arrow B ′. As shown in FIG.
Reference numeral 410 denotes an undercoat layer 4 on the insulating substrate 401.
02, a p-Si film 403, a first insulating film 404,
A second insulating film 406 and three electrodes of a gate electrode 405, a source electrode 407s, and a drain electrode 407d are provided.

【0211】上記絶縁性基板401は、例えば歪み点5
93℃、厚さ1.1mmのガラス基板であり、アンダー
コート層402は例えばSiO2からなる薄膜である。
また上記p−Si膜403は、アンダーコート層402
上に本発明の方法を適用して形成した多結晶質半導体層
本体部である。このp−Si膜403は、チャネル領域
403aと、ソース領域403b及びドレイン領域40
3cとで構成されており、ソース領域403b及びドレ
イン領域403cは、チャネル領域403aの両側に位
置している。該ソース領域403b及びドレイン領域4
03cは、リン又はボロン等の不純物イオンをドーピン
グすることにより構成されている。
The insulating substrate 401 has a strain point 5
It is a glass substrate having a temperature of 93 ° C. and a thickness of 1.1 mm, and the undercoat layer 402 is a thin film made of, for example, SiO 2 .
In addition, the p-Si film 403 is
The polycrystalline semiconductor layer main body formed by applying the method of the present invention above. The p-Si film 403 includes a channel region 403a, a source region 403b, and a drain region 40.
3c, and the source region 403b and the drain region 403c are located on both sides of the channel region 403a. The source region 403b and the drain region 4
03c is formed by doping impurity ions such as phosphorus or boron.

【0212】上記p−Si膜403の材料としては、例
えばシリコン(Si)、若しくはシリコンとゲルマニウ
ム(Ge)との化合物を用いる。またp−Si膜403
の膜厚としては、好ましくは200Å〜1500Å、よ
り好ましくは300Å〜1000Åの範囲内とする。2
00Å未満の厚さであると、膜厚の均一性に問題が生
じ、1500Åを超えると、光照射によりソース・ドレ
イン間に電流が流れるといういわゆるフォトコンダクシ
ョンの問題が生じる。これに対し300Å〜1000Å
の範囲内であると、膜厚の均一性およびフォトコンダク
ションの双方を両立できるからである。
As a material of the p-Si film 403, for example, silicon (Si) or a compound of silicon and germanium (Ge) is used. Also, the p-Si film 403
Is preferably in the range of 200 ° to 1500 °, more preferably 300 ° to 1000 °. 2
When the thickness is less than 00 °, a problem occurs in the uniformity of the film thickness. When the thickness exceeds 1500 °, a problem of so-called photoconduction in which a current flows between the source and the drain due to light irradiation occurs. 300 to 1000 mm
Within the range, both uniformity of film thickness and photoconduction can be achieved at the same time.

【0213】更に、図20(a)のチャネル領域403
aの矢印X方向の幅は、例えば約12μmとし、p−S
i膜403の矢印Y方向における幅は、例えば約14μ
mとする。
Further, the channel region 403 shown in FIG.
The width of arrow a in the direction of arrow X is, for example, about 12 μm, and p-S
The width of the i film 403 in the direction of the arrow Y is, for example, about 14 μm.
m.

【0214】ここで、上記チャネル領域403aには、
図20(a)及び図21に示すように、複数の溝状の結
晶成長方向制御空隙411…がソース領域403bとド
レイン領域403cとを結ぶ方向に平行して形成されて
いる。この結晶成長方向制御空隙411は、長手方向の
両端部が半円形状で中央部が直方体形状であり、中央部
における溝幅(長手方向に直交する方向の溝幅)は約1
μmである。但し、結晶成長方向制御空隙411の形状
は、特に限定されるものではない。例えば長方形等の形
状でソース領域403bからドレイン領域403cの方
向に形成されていてもよい。
Here, in the channel region 403a,
As shown in FIGS. 20A and 21, a plurality of groove-shaped crystal growth direction control gaps 411 are formed in parallel with the direction connecting the source region 403b and the drain region 403c. The crystal growth direction control gap 411 has a semicircular shape at both ends in the longitudinal direction and a rectangular parallelepiped shape at the center, and a groove width at the center (a groove width in a direction orthogonal to the longitudinal direction) is about 1.
μm. However, the shape of the crystal growth direction control gap 411 is not particularly limited. For example, it may be formed in a rectangular shape in the direction from the source region 403b to the drain region 403c.

【0215】上記チャネル領域403aにおける結晶粒
は、ソース領域403b又はドレイン領域403cの方
向に細長く広がった形状となっており、このような結晶
粒が多数集合してチャネル領域403aにかかる多結晶
半導体層が構成されている。このような多結晶構造のチ
ャネル領域403aでは、ソース領域403bとドレイ
ン領域403cとを結ぶ方向における結晶粒界密度が小
さいので、電荷キャリアが高速で移動できる。
The crystal grains in the channel region 403a have a shape that is elongated in the direction of the source region 403b or the drain region 403c. Is configured. In the channel region 403a having such a polycrystalline structure, the density of crystal grain boundaries in the direction connecting the source region 403b and the drain region 403c is small, so that charge carriers can move at high speed.

【0216】第1の絶縁膜404は、例えばSiO2
らなる絶縁膜であり、p−Si膜403及びアンダーコ
ート層402の上方に形成されている。ゲート電極40
5は、例えばアルミニウム(Al)等からなり、第1の
絶縁膜404の上方で、かつp−Si膜403のチャネ
ル領域403aに対応する位置に設けられている。また
第2の絶縁膜406は、例えばSiO2からなり、上記
第1の絶縁膜404及びゲート電極405の上方に積層
されている。
The first insulating film 404 is an insulating film made of, for example, SiO 2 , and is formed above the p-Si film 403 and the undercoat layer 402. Gate electrode 40
Reference numeral 5 is made of, for example, aluminum (Al) or the like, and is provided above the first insulating film 404 and at a position corresponding to the channel region 403a of the p-Si film 403. The second insulating film 406 is made of, for example, SiO 2 , and is laminated above the first insulating film 404 and the gate electrode 405.

【0217】上記第1の絶縁膜404及び第2の絶縁膜
406には、それぞれp−Si膜403のソース領域4
03b又はドレイン領域403cに達するコンタクトホ
ール408,408が形成されている。ソース電極40
7s及びドレイン電極407dは、例えばAlからなり
上記コンタクトホール408,408を介して、上記ソ
ース領域403b又はドレイン領域403cと接触する
ように形成されている。ゲート電極405、ソース電極
407s及びドレイン電極407dは、図示の断面以外
の部分で所定の形状にパターニングされることにより、
配線パターンが構成されている。
The source region 4 of the p-Si film 403 is formed on the first insulating film 404 and the second insulating film 406, respectively.
The contact holes 408 reaching the drain region 03b or the drain region 403c are formed. Source electrode 40
The drain electrode 7s and the drain electrode 407d are made of, for example, Al and are formed to be in contact with the source region 403b or the drain region 403c through the contact holes 408 and 408. The gate electrode 405, the source electrode 407s, and the drain electrode 407d are patterned into a predetermined shape at a portion other than the illustrated cross section,
The wiring pattern is configured.

【0218】次に、本実施の形態に係るTFT410の
製造方法を説明する。
Next, a method of manufacturing the TFT 410 according to the present embodiment will be described.

【0219】図22は、TFT410の製造工程を示す
断面模式図である。先ず、図22(a)に示すように、
絶縁性基板401上に、アンダーコート層402を常圧
CVD法にて成膜する。アンダーコート層402の膜厚
は、例えば3000Åとする。
FIG. 22 is a schematic sectional view showing a manufacturing process of the TFT 410. First, as shown in FIG.
An undercoat layer 402 is formed over an insulating substrate 401 by a normal pressure CVD method. The thickness of the undercoat layer 402 is, for example, 3000 °.

【0220】上記アンダーコート層402上に、例えば
プラズマCVD法にて、Si層を形成し、このSi層上
に、フォトレジスト(図示しない)を所定の形状に選択
的に形成する。次に、上記フォトレジストをマスクとし
て露光した後、エッチングにて所定の形状にパターニン
グし、しかる後、上記フォトレジストを除去する。
[0220] A Si layer is formed on the undercoat layer 402 by, for example, a plasma CVD method, and a photoresist (not shown) is selectively formed in a predetermined shape on the Si layer. Next, after exposing using the photoresist as a mask, the photoresist is patterned into a predetermined shape by etching, and then the photoresist is removed.

【0221】これにより、前記結晶成長方向制御空隙4
11…を有する非単結晶質半導体層としてのa−Si膜
413が形成できる。ここで、a−Si膜413の膜厚
は、例えば650Åとする。なお、結晶成長方向制御空
隙411を微細に形成する場合には、高精度フォトレジ
ストと可干渉光の干渉縞による露光を用いるなどしても
よい。
As a result, the crystal growth direction control gap 4
An a-Si film 413 as a non-single-crystal semiconductor layer having 11 is formed. Here, the thickness of the a-Si film 413 is, for example, 650 °. In the case where the crystal growth direction control gap 411 is minutely formed, exposure using a high-precision photoresist and interference fringes of coherent light may be used.

【0222】a−Si膜413の形成に続いて、図22
(b)に示すように、上記a−Si膜413の全面にエ
キシマレーザーを1ショット照射して、該a−Si膜4
13を加熱溶融した後、放冷する。これにより、結晶質
半導体層としてのp−Si膜403が形成される。
Following the formation of the a-Si film 413, FIG.
As shown in (b), the entire surface of the a-Si film 413 is irradiated with an excimer laser for one shot, and
13 is heated and melted, and then left to cool. Thus, a p-Si film 403 as a crystalline semiconductor layer is formed.

【0223】ここで、エキシマレーザーを用いる結晶化
法によると、a−Si膜413は紫外光領域における吸
収係数が大きいので、a−Si膜413の本体部の温度
を十分に上昇させることができる一方、a−Siが除去
された結晶成長方向制御空隙411…の部分はレーザ光
が吸収されないので温度を低く保つことができる。した
がって、放冷過程において、真先に結晶成長方向制御空
隙411の近傍(およびa−Si膜413の周縁部)の
温度が結晶化開始温度に到達し、ここで最初の結晶核が
生成する。そして、その後はこの結晶核を中心にして結
晶成長が行われることになるが、既に説明したように、
結晶成長方向は、平行して設けられた結晶成長方向制御
空隙411…に規制されて、ソース領域403bとドレ
イン領域403cとを結ぶ方向に誘導される。この結
果、ソース領域403bとドレイン領域403cとを結
ぶ方向における結晶粒界密度の小さいp−Si膜が形成
される。
Here, according to the crystallization method using an excimer laser, since the a-Si film 413 has a large absorption coefficient in the ultraviolet region, the temperature of the main body of the a-Si film 413 can be sufficiently increased. On the other hand, since the laser light is not absorbed in the crystal growth direction control gaps 411 from which a-Si has been removed, the temperature can be kept low. Therefore, in the cooling step, the temperature near the crystal growth direction control gap 411 (and the peripheral portion of the a-Si film 413) reaches the crystallization start temperature, and the first crystal nucleus is generated here. After that, crystal growth will be performed centering on this crystal nucleus, but as already explained,
The crystal growth direction is regulated by the crystal growth direction control gaps 411 provided in parallel and guided in a direction connecting the source region 403b and the drain region 403c. As a result, a p-Si film having a small grain boundary density in a direction connecting the source region 403b and the drain region 403c is formed.

【0224】前記エネルギービームの照射条件として
は、例えばXeCl(波長308nm)等のエキシマレ
ーザーの場合、ビームの断面形状が、例えば一辺が数ミ
リの方形である50nsのレーザー光パルスを使用す
る。レーザー光のエネルギー密度(単位面積当たりの照
射エネルギー:mJ/cm2)としては、a−Si膜4
13を結晶化させるのに適した温度に加熱できるよう
に、適宜設定すればよい。
As an irradiation condition of the energy beam, for example, in the case of an excimer laser such as XeCl (wavelength 308 nm), a laser light pulse of 50 ns whose cross-sectional shape is a square of several millimeters on one side is used. The energy density of laser light (irradiation energy per unit area: mJ / cm 2 )
The temperature may be set appropriately so that 13 can be heated to a temperature suitable for crystallization.

【0225】なお、上記エキシマレーザーとしては、X
eClの他に、ArF、KrF、XeF等のエキシマレ
ーザーであってもよい。複数の結晶成長方向制御空隙4
11の相互の間隔については、a−Si膜の膜厚や照射
条件、更には所望する電荷キャリアの移動速度を勘案し
て適宜に設定することができ、この実施の形態において
は、約2μmとしてある。また、結晶成長方向制御空隙
411の幅についても、a−Si膜の膜厚や、照射する
エネルギービームの種類や強度などに応じて適当に設定
することができ、この実施の形態においては、約1μm
としている。
Note that the excimer laser is X
In addition to eCl, an excimer laser such as ArF, KrF, or XeF may be used. A plurality of crystal growth direction control gaps 4
11 can be appropriately set in consideration of the thickness of the a-Si film, irradiation conditions, and a desired moving speed of the charge carrier. In this embodiment, the distance is set to about 2 μm. is there. In addition, the width of the crystal growth direction control gap 411 can be appropriately set according to the thickness of the a-Si film, the type and intensity of the energy beam to be irradiated, and the like. 1 μm
And

【0226】上記した結晶化の後、図22(c)に示す
ように、上記p−Si膜403上に、第1の絶縁膜40
4を常圧CVD法にて、膜厚が1000Åとなるように
成膜する。更に、第1の絶縁膜404上に、例えばAl
膜を膜厚2000Åになるようにスパッタリングし、A
lエッチャント液を用いて約1分間ウェットエッチング
することにより、所定の形状にパターニングして、ゲー
ト電極405及び配線パターンを形成する。
After the above crystallization, as shown in FIG. 22C, a first insulating film 40 is formed on the p-Si film 403.
4 is formed by a normal pressure CVD method so that the film thickness becomes 1000 °. Further, on the first insulating film 404, for example, Al
The film is sputtered to a thickness of 2000
The gate electrode 405 and the wiring pattern are formed by patterning into a predetermined shape by performing wet etching using an etchant for about 1 minute.

【0227】次に、図22(d)に示すように、上記ゲ
ート電極405をマスクとして、p−Si膜403に、
イオン注入法又は質量分離を行わないイオンドーピング
法にて、ドナー若しくはアクセプタとなる不純物イオ
ン、具体的にはリン又はボロン等の不純物イオンを注入
する。これにより、上記p−Si膜403に、チャネル
領域403aと、ソース領域403b及びドレイン領域
403cとが形成される。
Next, as shown in FIG. 22D, a p-Si film 403 is formed on the p-Si film 403 using the gate electrode 405 as a mask.
Impurity ions serving as donors or acceptors, specifically, impurity ions such as phosphorus or boron are implanted by an ion implantation method or an ion doping method without mass separation. Thus, a channel region 403a, a source region 403b, and a drain region 403c are formed in the p-Si film 403.

【0228】更に図22(e)に示すように、上記ゲー
ト電極405上に、例えばSiO2からなる第2の絶縁
膜406を、常圧CVD法にて膜厚5000Åとなるよ
うに成膜する。続いて、この第1の絶縁膜404及び第
2の絶縁膜406に、それぞれp−Si膜403のソー
ス領域403b又はドレイン領域403cに達するコン
タクトホール408,408を開口する。続いて、Al
膜をそれぞれ膜厚3000Å及び3000Åになるよう
にスパッタリングした後、例えばBCl3/Cl2系ガ
スを用いたドライエッチングにより、所定の形状にパタ
ーニングする。これにより、ソース電極407s及びド
レイン電極407dと、これらの配線パターンとが形成
される。
[0228] As further shown in FIG. 22 (e), on the gate electrode 405, is deposited for example the second insulating film 406 made of SiO 2, to a thickness 5000Å at atmospheric pressure CVD . Subsequently, contact holes 408, 408 reaching the source region 403b or the drain region 403c of the p-Si film 403 are opened in the first insulating film 404 and the second insulating film 406, respectively. Then, Al
After the film is sputtered so as to have a film thickness of 3000 ° and 3000 °, respectively, the film is patterned into a predetermined shape by, for example, dry etching using a BCl 3 / Cl 2 gas. Thus, the source electrode 407s and the drain electrode 407d and their wiring patterns are formed.

【0229】以上で説明した本実施の形態3−1による
と、ソース領域403bとドレイン領域403cとを結
ぶ方向に長い形状の大粒の結晶粒が形成でき、これによ
り電界効果移動度に優れたスタガ型のTFTが得られ
る。そしてこの実施の形態では、絶縁性基板401やp
−Si膜403に高価な材料を用いていないので、電界
効果移動度に優れたTFTを安価に提供できる。
According to Embodiment 3-1 described above, large crystal grains having a long shape can be formed in the direction connecting source region 403b and drain region 403c. Type TFT is obtained. In this embodiment, the insulating substrate 401 or p
-Since an expensive material is not used for the Si film 403, a TFT having excellent field-effect mobility can be provided at low cost.

【0230】(実施の形態3−2)本発明にかかる実施
の形態3−2について、図23〜図25に基づいて説明
する。なお、実施の形態3−2にかかる薄膜トランジス
タの構成要素のうち、機能が前記実施の形態3−1と同
様な構成部材については、同一の名称と符号を付して詳
細な説明を省略する。
(Embodiment 3-2) An embodiment 3-2 according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that among the constituent elements of the thin film transistor according to Embodiment 3-2, the same components and functions as those of Embodiment 3-1 are denoted by the same names and reference numerals, and detailed description is omitted.

【0231】図23は、本実施の形態3−2に係る逆ス
タガ型のTFT420の概略を示す模式図であって、図
23(a)は上記TFT420の平面図であり、図23
(b)は図23(a)におけるA−A’矢視断面図であ
る。図24は、図23(a)におけるB−B’矢視断面
図を示している。図23に示すように、上記TFT42
0は、絶縁性基板401上に、アンダーコート層402
と、p−Si膜403と、第1の絶縁膜404と、ゲー
ト電極405、ソース電極407s及びドレイン電極4
07dの3つの電極とが設けられて構成されている。
FIG. 23 is a schematic diagram schematically showing an inverted staggered TFT 420 according to Embodiment 3-2, and FIG. 23A is a plan view of the TFT 420.
FIG. 23B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. As shown in FIG.
0 denotes an undercoat layer 402 on an insulating substrate 401.
, P-Si film 403, first insulating film 404, gate electrode 405, source electrode 407 s and drain electrode 4
07d are provided.

【0232】上記ゲート電極405は、絶縁性基板40
1上のアンダーコート層402上に形成されている。上
記第1の絶縁膜404は、上記アンダーコート層402
及びゲート電極405上に形成されている。更に、該第
1の絶縁膜404上には、p−Si膜403が形成され
ている。
The gate electrode 405 is formed on the insulating substrate 40
1 is formed on the undercoat layer 402. The first insulating film 404 is formed of the undercoat layer 402
And on the gate electrode 405. Further, a p-Si film 403 is formed on the first insulating film 404.

【0233】ここで、上記p−Si膜403におけるチ
ャネル領域403aには、前記実施の形態3−1と同様
に、複数の溝状の結晶成長方向制御空隙411…がソー
ス領域403bからドレイン領域403cの方向に形成
されている(図23(a)及び図24参照。)。ソース
電極407s及びドレイン電極407dは、p−Si膜
403上のソース領域403b又はドレイン領域403
cと接触するように形成されている。尚、上記ゲート電
極405、ソース電極407s及びドレイン電極407
dは、図示の断面以外の部分で所定の形状にパターニン
グされることにより、配線パターンを構成している。
Here, in the channel region 403a of the p-Si film 403, a plurality of groove-shaped crystal growth direction control gaps 411 are formed in the channel region 403a from the source region 403b to the drain region 403c in the same manner as in the embodiment 3-1. (See FIGS. 23A and 24). The source electrode 407s and the drain electrode 407d are connected to the source region 403b or the drain region 403 on the p-Si film 403.
and c. The gate electrode 405, the source electrode 407s, and the drain electrode 407
“d” forms a wiring pattern by being patterned into a predetermined shape at a portion other than the illustrated cross section.

【0234】この実施の形態に係るTFT420の製造
方法を図25を参照しながら説明する。図25は、上記
TFT420の製造工程を示す断面模式図である。先
ず、前記実施の形態3−1と同様にして、絶縁性基板4
01上にアンダーコート層402を形成する。さらに、
該アンダーコート層402上に所定の形状となるように
パターニングして、ゲート電極405及び配線パターン
を形成する(図25(a)参照)。
A method for manufacturing the TFT 420 according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 25 is a schematic sectional view showing a manufacturing process of the TFT 420. First, in the same manner as in Embodiment 3-1, the insulating substrate 4
An undercoat layer 402 is formed on the substrate 01. further,
The gate electrode 405 and the wiring pattern are formed by patterning the undercoat layer 402 to have a predetermined shape (see FIG. 25A).

【0235】次に、図25(b)に示すように、上記ゲ
ート電極405及びアンダーコート層402上に、第1
の絶縁膜404を形成する。更に、前記実施の形態3−
1と同様にして、該第1の絶縁膜404上に、例えばプ
ラズマCVD法にてSi層を形成する。このSi層上
に、フォトレジストを所定の形状に選択的に形成した
後、このフォトレジストをマスクとして露光した後、エ
ッチングにて所定の形状にパターニングする。その後、
上記フォトレジストを除去する。これにより、結晶成長
方向制御空隙411…を備えたa−Si膜413を形成
し、図25(c)に示すように、上記a−Si膜413
の全面にエキシマレーザーを照射し、該a−Si膜41
3を結晶化させてp−Si膜403を形成する。
Next, as shown in FIG. 25B, a first layer is formed on the gate electrode 405 and the undercoat layer 402.
Of the insulating film 404 is formed. Further, Embodiment 3
In the same manner as in 1, a Si layer is formed on the first insulating film 404 by, for example, a plasma CVD method. After a photoresist is selectively formed on the Si layer into a predetermined shape, the photoresist is exposed using the photoresist as a mask, and then patterned into a predetermined shape by etching. afterwards,
The photoresist is removed. Thereby, an a-Si film 413 having crystal growth direction control gaps 411... Is formed, and as shown in FIG.
Is irradiated with an excimer laser on the entire surface of the a-Si film 41.
3 is crystallized to form a p-Si film 403.

【0236】ここで、p−Si膜403におけるチャネ
ル領域403aには結晶成長方向制御空隙411…が設
けられているので、前記実施の形態3−1と同様に、形
成される結晶粒はソース領域403b又はドレイン領域
403cの方向に細長く広がった形状となる。従って、
ソース領域403bとドレイン領域403cとを結ぶ直
線方向における結晶粒界を実質的に低減させるので、電
界効果移動度の向上を図ることができる。
Here, since crystal growth direction control gaps 411 are provided in channel region 403a in p-Si film 403, crystal grains to be formed are formed in source region as in Embodiment 3-1. It has a shape that is elongated in the direction of 403b or the drain region 403c. Therefore,
Since the crystal grain boundaries in the linear direction connecting the source region 403b and the drain region 403c are substantially reduced, the field effect mobility can be improved.

【0237】その後、図25(d)に示すように、上記
p−Si膜403上にレジスト剤を塗布し、露光及び現
像により所定の形状にパターニングし、イオン遮蔽膜と
してのレジストマスク414を形成する。上記レジスト
マスク414としては、不純物イオンを遮蔽するもので
あれば特に限定されるものではなく、公知の種々のもの
を採用することができる。具体的には、例えばポジレジ
スト(商品名:OFPR−5000、東京応化株式会社
製)等が挙げられる。また、レジスト剤のように感光性
を有するものに限らず、フォトリソグラフィーによって
パターニングし得るもの等でもよい。
After that, as shown in FIG. 25D, a resist agent is applied on the p-Si film 403, and is patterned into a predetermined shape by exposure and development to form a resist mask 414 as an ion shielding film. I do. The resist mask 414 is not particularly limited as long as it blocks impurity ions, and various known masks can be employed. Specifically, for example, a positive resist (trade name: OFPR-5000, manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) and the like can be mentioned. Further, the material is not limited to a photosensitive material such as a resist agent, and may be a material that can be patterned by photolithography.

【0238】上記レジストマスク414をマスクとし
て、p−Si膜403に、例えばイオンドーピング法に
て、リン又はボロン等の不純物イオンを注入する。これ
により、上記p−Si膜403に、チャネル領域403
aと、該チャネル領域403aの両側にソース領域40
3b及びドレイン領域403cとが形成される。その
後、上記レジストマスク414を剥離し、更に、図25
(e)に示すように、ソース電極407s及びドレイン
電極407dを選択的に形成して、本実施の形態3−2
に係る逆スタガ型のTFT420を得る。
Using the resist mask 414 as a mask, impurity ions such as phosphorus or boron are implanted into the p-Si film 403 by, for example, an ion doping method. Thereby, the channel region 403 is formed in the p-Si film 403.
a and source regions 40 on both sides of the channel region 403a.
3b and the drain region 403c are formed. Thereafter, the resist mask 414 is peeled off, and further, FIG.
As shown in (e), the source electrode 407s and the drain electrode 407d are selectively formed to form the third embodiment 3-2.
Is obtained.

【0239】このようにして作製した逆スタガ型のTF
Tにおいても、上記実施の形態3−1と同様に電界効果
移動度の向上などの効果が得られる。
The inverted staggered TF thus produced
Also at T, effects such as improvement of the field effect mobility can be obtained as in Embodiment 3-1.

【0240】(実施の形態3−3)この実施の形態3−
3は、実施の形態3−1、3−2における結晶成長方向
制御空隙に代えて、他の領域よりも高い温度において結
晶化が開始される早期結晶化領域を設けたことを特徴と
する。以下、図26に基づいて実施の形態3−3にかか
る結晶質薄膜半導体トランジスタについて説明する。な
お、結晶成長方向制御空隙に代えて早期結晶化領域を設
けたこと以外は、前記実施の形態3−1と同様であるの
で、以下の説明においては、早期結晶化領域に関する事
項以外の説明を省略する。また、前記実施の形態3−1
又は実施の形態3−2の薄膜トランジスタと同様の機能
を有する構成要素について,同一の符号を付した。
(Embodiment 3-3) Embodiment 3
No. 3 is characterized in that an early crystallization region where crystallization is started at a higher temperature than other regions is provided instead of the crystal growth direction control gap in Embodiments 3-1 and 3-2. Hereinafter, the crystalline thin-film semiconductor transistor according to the embodiment 3-3 will be described with reference to FIG. It is to be noted that, except that an early crystallization region is provided in place of the crystal growth direction control gap, the same as in the embodiment 3-1 described above. Omitted. Embodiment 3-1
Alternatively, the same reference numerals are given to components having functions similar to those of the thin film transistor of Embodiment 3-2.

【0241】図26に示すように、p−Si膜403に
は、チャネル領域に、ソース領域からドレイン領域の方
向にリン又はボロン等以外の不純物イオンが注入された
帯状の早期結晶化領域421が形成されており、このよ
うな構造を有するTFT430は次のようにして製造で
きる。
As shown in FIG. 26, in the p-Si film 403, a band-like early crystallization region 421 in which impurity ions other than phosphorus or boron are implanted from the source region to the drain region in the channel region. The TFT 430 formed and having such a structure can be manufactured as follows.

【0242】先ず、前記実施の形態3−1と同様にし
て、上記絶縁性基板401上にアンダーコート層402
を、常圧CVD法にて成膜する。次に、上記アンダーコ
ート層402上に、例えばプラズマCVD法にて、Si
層を形成し、このSi層上に、フォトレジストを所定の
形状に選択的に形成する。該フォトレジストをマスクと
して露光した後、エッチングにて所定の形状にパターニ
ングして、a−Si膜413を形成する。
First, the undercoat layer 402 is formed on the insulating substrate 401 in the same manner as in the embodiment 3-1.
Is formed by a normal pressure CVD method. Next, Si is formed on the undercoat layer 402 by, for example, a plasma CVD method.
A layer is formed, and a photoresist is selectively formed on the Si layer in a predetermined shape. After exposing using the photoresist as a mask, an a-Si film 413 is formed by patterning into a predetermined shape by etching.

【0243】次いで、a−Si膜413のチャネル領域
403aにおいて、ソース領域403bからドレイン領
域403cの方向に帯状にリン又はボロン等以外の物質
でかつ結晶化開始温度を高めることのできる不純物イオ
ンを注入して、早期結晶化領域421を形成する。そし
て、早期結晶化領域421が形成されたa−Si膜41
3の全面にエネルギービームとしてのエキシマレーザビ
ームを50ns程度照射し、しかる後放冷してa−Si
膜413の結晶化を行う。
Next, in the channel region 403a of the a-Si film 413, impurity ions other than phosphorus or boron and capable of increasing the crystallization start temperature are implanted in a band shape in the direction from the source region 403b to the drain region 403c. Thus, an early crystallization region 421 is formed. Then, the a-Si film 41 on which the early crystallization region 421 is formed
3 was irradiated with an excimer laser beam as an energy beam for about 50 ns, and then allowed to cool to a-Si
The film 413 is crystallized.

【0244】ここで、a−Si膜413の全面にエネル
ギービームを照射したとき、a−Si膜413面の温度
が高まり、その後の放冷によりa−Si膜413の温度
が次第に低下するが、温度降下の過程において、他の領
域に先んじて早期結晶化領域421に最初の結晶核が発
生する。なぜなら、早期結晶化領域421は不純物イオ
ンを注入することにより、他の領域よりも高い温度で結
晶化が開始されるようになっているからである。
Here, when the entire surface of the a-Si film 413 is irradiated with an energy beam, the temperature of the surface of the a-Si film 413 increases, and the temperature of the a-Si film 413 gradually decreases due to subsequent cooling. In the course of the temperature drop, the first crystal nucleus is generated in the early crystallization region 421 prior to the other regions. This is because, by implanting impurity ions into the early crystallization region 421, crystallization is started at a higher temperature than in other regions.

【0245】その後、早期結晶化領域421で発生した
結晶核を中心にして結晶成長が行われる。よって、大き
な結晶粒が集合したpoly- Si膜が形成できる。
Thereafter, crystal growth is performed centering on the crystal nuclei generated in the early crystallization region 421. Therefore, a poly-Si film in which large crystal grains are aggregated can be formed.

【0246】なお、結晶化の後の工程は、前記実施の形
態3−1と同様である。
Steps after crystallization are the same as those in the embodiment 3-1.

【0247】上記結晶化開始温度を高めることのできる
不純物イオンをa−Si膜に注入する方法は、特に限定
されるものではなく、従来公知の種々の方法を採用する
ことができる。また、この実施の形態ではスタガ型の例
を示したが、逆スタガ型であっても同様な効果が得られ
る。また、早期結晶化領域としては、上記のように不純
物イオンを注入したものに限らず、あらかじめ部分的に
結晶化させた領域(プレ結晶)を形成し、結晶化度に応
じた融点(結晶化温度)の相違を利用するなどしてもよ
い。また、このようなプレ結晶を微細に形成するために
は、例えば可干渉光の干渉縞の照射などを用いてもよ
い。
The method of injecting the impurity ions capable of increasing the crystallization start temperature into the a-Si film is not particularly limited, and various conventionally known methods can be employed. In this embodiment, the example of the staggered type has been described. However, the same effect can be obtained with the inverted staggered type. In addition, the early crystallization region is not limited to the region into which impurity ions are implanted as described above, but a region (pre-crystal) partially crystallized in advance is formed, and a melting point (crystallization) depending on the degree of crystallinity is formed. Temperature). Further, in order to form such a pre-crystal finely, for example, irradiation of interference fringes of coherent light may be used.

【0248】(実施の形態3−1〜3−3についてのそ
の他の事項)前記実施の形態3−1及び実施の形態3−
2においては、a−Si膜413にソース領域とドレイ
ン領域とを結ぶ方向に長い溝状の結晶成長方向制御空隙
411…を設けたが、本発明はこの態様に限定されるも
のではない。例えば、図27に示すように、ソース領域
とドレイン領域とを結ぶ方向に不連続な結晶成長方向制
御空隙431…を設けてもよい。この態様においては、
ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向における結晶成
長方向制御空隙431の間隔、またはこの間隔と共に、
該方向に直行する方向における隣合う結晶成長方向制御
空隙431の間隔を適正に調整することにより、結晶粒
の該方向における粒径を制御することができる。
(Other Matters Regarding Embodiments 3-1 to 3-3) The above-described Embodiments 3-1 and 3-
In 2, the a-Si film 413 is provided with a long groove-shaped crystal growth direction control space 411 in the direction connecting the source region and the drain region, but the present invention is not limited to this embodiment. For example, as shown in FIG. 27, discontinuous crystal growth direction control gaps 431 may be provided in a direction connecting the source region and the drain region. In this embodiment,
The space between the crystal growth direction control gaps 431 in the direction connecting the source region and the drain region, or together with this space,
By appropriately adjusting the distance between adjacent crystal growth direction control gaps 431 in a direction perpendicular to the direction, the grain size of the crystal grains in the direction can be controlled.

【0249】また、本発明では、図28に示すように、
a−Si膜のチャネル領域に、a−Si膜を貫通しない
深さの空隙を設けてもよい。更に、このような形状の空
隙を不連続的に島状に形成したものであってもよい。
In the present invention, as shown in FIG.
A void having a depth that does not penetrate the a-Si film may be provided in the channel region of the a-Si film. Further, a gap having such a shape may be formed discontinuously in an island shape.

【0250】なお、上記貫通しない空隙である場合に
は、p−Si膜の形成工程が終了後に空隙を形成する凸
部分をエッチング等により除去し、p−Si膜の表面を
平坦にするのもよい。
In the case where the void does not penetrate, the convex portion forming the void is removed by etching or the like after the formation of the p-Si film, and the surface of the p-Si film may be flattened. Good.

【0251】更に、a−Si膜413のチャネル領域
に、本体部と比熱の異なる、例えば棒状の部材を載置し
てもよい。また、チャネル領域に比熱の異なる結晶成長
方向制御領域を形成するのもよい。例えばa−Si膜よ
りも比熱の大きい部材を載置して、エネルギービームを
短時間照射した場合、上記部材が接触しているa−Si
膜部分の温度上昇が小さいので、他の領域に比べて早期
に結晶核が発生する。他方、例えばa−Si膜よりも比
熱の小さい部材を、ソース領域とドレイン領域とを結ぶ
方向に複数列載置し、エネルギービームを短時間照射す
ると、a−Si膜よりもこの部材の温度の方が高くなる
ので、複数列載置した部材の中間部分の温度が相対的に
低くなる。したがって、この部分に最初の結晶核が発生
することになり、無秩序な結晶核の発生を防止する効果
が得られる。
Further, for example, a bar-shaped member having a specific heat different from that of the main body may be placed in the channel region of the a-Si film 413. It is also possible to form crystal growth direction control regions having different specific heats in the channel region. For example, when a member having a higher specific heat than the a-Si film is placed and irradiated with an energy beam for a short time, the a-Si film in contact with the member
Since the temperature rise in the film portion is small, crystal nuclei are generated earlier than in other regions. On the other hand, for example, when a plurality of members having a lower specific heat than the a-Si film are placed in a direction connecting the source region and the drain region and irradiated with an energy beam for a short time, the temperature of the member is lower than that of the a-Si film. Therefore, the temperature of the intermediate portion of the members arranged in a plurality of rows becomes relatively low. Therefore, the first crystal nucleus is generated in this portion, and the effect of preventing the generation of disordered crystal nuclei is obtained.

【0252】上記実施の形態では、p−Si膜403の
材料として、Si若しくはSiとGeとを用いた態様を
示したが、また、本発明においては、これらの他に炭化
シリコン(SiC)のようなIV族同士の組み合わせに
よる化合物や、ヒ化ガリウム(GaAs)のようなII
I族とV族との組み合わせによる化合物、セレン化カド
ミウム(CdSe)のようなII族とV族との組み合わ
せによる化合物なども使用可能である。
In the above embodiment, an embodiment using Si or Si and Ge as the material of the p-Si film 403 has been described, but in the present invention, in addition to these, silicon carbide (SiC) may be used. Such as a compound of a combination of the IV groups, and II such as gallium arsenide (GaAs).
Compounds based on a combination of Group I and Group V, and compounds based on a combination of Group II and Group V such as cadmium selenide (CdSe) can also be used.

【0253】更に、本発明においては、ゲート電極40
5、ソース電極407s及びドレイン電極407dの材
料としてAlを使用した態様を示したが、その他に、ク
ロム(Cr)や、モリブデン(Mo)、タンタル(T
a)、チタン(Ti)等の金属又はこれらの合金等を使
用してもよい。
Further, in the present invention, the gate electrode 40
5, the embodiment using Al as the material of the source electrode 407s and the drain electrode 407d was described. In addition, chromium (Cr), molybdenum (Mo),
a), a metal such as titanium (Ti), or an alloy thereof may be used.

【0254】更に、本発明においては、a−Si膜41
3を結晶化する際に、エネルギービームとしてエキシマ
レーザーを使用した態様を示したが、その他に、Arレ
ーザーや、YAGレーザー等のレーザー光、イオンビー
ム、電子ビーム等を使用してもよい。これらのエネルギ
ービームを使用しても、高密度のエネルギーを、短時間
で局所的に照射することが容易に行えるので、基板温度
を比較的低温に保った状態で結晶化できる。
Further, in the present invention, the a-Si film 41
Although the embodiment using an excimer laser as an energy beam when crystallizing 3 is shown, laser light such as an Ar laser or a YAG laser, an ion beam, an electron beam, or the like may be used. Even if these energy beams are used, high-density energy can be easily locally irradiated in a short time, so that crystallization can be performed with the substrate temperature kept relatively low.

【0255】(実施の形態4−1)この形態4−1で
は、ビーム幅内における光エネルギー強度(単位面積当
たりの光エネルギー、以下、単に光強度とする)が一方
から他方へ単調に増加しまたは一方から他方へ単調に減
少する分布パターンの光ビームを用いて結晶化を行う。
(Embodiment 4-1) In this embodiment 4-1, the light energy intensity (light energy per unit area, hereinafter simply referred to as light intensity) within the beam width monotonically increases from one to the other. Alternatively, crystallization is performed using a light beam having a distribution pattern that monotonically decreases from one side to the other side.

【0256】一方から他方へ単調に増加しまたは一方か
ら他方へ単調に減少する分布パターンの光ビームの典型
は、図29aに示すような直線的な光強度勾配を有する
ものであるが、一定方向に指数関数的に光強度が増加ま
たは減少するものなどであってもよい。
A typical light beam having a distribution pattern of monotonically increasing from one side to the other side or monotonically decreasing from one side to the other side has a linear light intensity gradient as shown in FIG. The light intensity may increase or decrease exponentially.

【0257】上記光ビームの発生光源(整形前のもの)
としては、例えばHe−Neレーザ、アルゴンレーザ、
炭酸ガスレーザ、ルビーレーザ、エキシマレーザなどの
各種のレーザが使用可能である。但し、高出力が得ら
れ、シリコンによく吸収されることなどから、エキシマ
レーザを使用するのが好ましい。以下、エキシマレーザ
を用いた本発明にかかるレーザアニール法について説明
する。
Light source for generating the light beam (before shaping)
For example, a He-Ne laser, an argon laser,
Various lasers such as a carbon dioxide laser, a ruby laser, and an excimer laser can be used. However, an excimer laser is preferably used because a high output is obtained and the silicon is well absorbed. Hereinafter, a laser annealing method according to the present invention using an excimer laser will be described.

【0258】図42は、レーザアニール法を用いた結晶
化操作を模式的に示した見取り図であり、図42中、1
400は光ビーム照射装置、1410は光ビームが照射
される被照射体を示し、更に1401は例えばXeCl
エキシマレーザを用いたレーザ光発生器であり、140
2はミラー、1403はビームホモジナイザーである。
この光ビーム照射装置1400では、レーザ光発生器1
401で発生させた光をミラー1402を介してビーム
ホモジナイザー1403に導き、ここで所定の光強度パ
ターンに整形した後、出力するようになっている。ビー
ムホモジナイザー1403には、光ビームを整形するた
めの光学系が組み込まれており、この実施の形態におい
ては、光路の最下流側に図31に示すような光透過度勾
配を有する透過フィルターが配置(不図示)されてい
る。よって、レーザ光発生器1401で発生した光がこ
の透過フィルターを透過することにより、図29aのよ
うなパターンの光ビームに整形されることになる。
FIG. 42 is a perspective view schematically showing a crystallization operation using the laser annealing method.
400 denotes a light beam irradiation device, 1410 denotes an irradiation target to which a light beam is irradiated, and 1401 denotes, for example, XeCl
A laser light generator using an excimer laser, 140
2 is a mirror, 1403 is a beam homogenizer.
In this light beam irradiation device 1400, the laser light generator 1
The light generated in 401 is guided to a beam homogenizer 1403 via a mirror 1402, where the light is shaped into a predetermined light intensity pattern and then output. The beam homogenizer 1403 incorporates an optical system for shaping a light beam. In this embodiment, a transmission filter having a light transmittance gradient as shown in FIG. 31 is arranged at the most downstream side of the optical path. (Not shown). Therefore, the light generated by the laser light generator 1401 passes through this transmission filter and is shaped into a light beam having a pattern as shown in FIG. 29A.

【0259】上記光ビーム照射装置1400では、例え
ば平均的なエネルギー密度(単位面積当たりの照射エネ
ルギー)が300mJ/cm2、エネルギー密度の低い
領域Lが250mJ/cm2、エネルギー密度の高い領
域Hが350mJ/cm2、ビーム断面形状が7mm×
7mmに整形された光ビームが出力でき、この光ビーム
をアモルファスシリコン薄膜などの被結晶化面に照射し
て被結晶化物質を結晶化する。より具体的に結晶化工程
を説明する。先ず図42の被照射体1410に示すよう
に、ガラス基板1411の上に、例えば減圧CVD法に
よって膜厚が85nmの非単結晶質シリコン膜1412
を成膜する。より具体的には、例えば反応ガスとしての
モノシランガス(SiH4)またはジシランガス(Si2
6)を用い、圧力を数Torrにして、ガラス基板1
411を350℃〜530℃に加熱した状態で、非単結
晶質シリコン膜1412を成膜する。
[0259] In the light beam irradiation apparatus 1400, for example, the average energy density is 300 mJ / cm 2 (irradiation energy per unit area), low energy density regions L is 250 mJ / cm 2, a high energy density region H is 350mJ / cm 2 , beam cross-sectional shape is 7mm ×
A light beam shaped to 7 mm can be output, and this light beam is irradiated on a surface to be crystallized such as an amorphous silicon thin film to crystallize the material to be crystallized. The crystallization step will be described more specifically. First, as shown in an irradiation object 1410 in FIG. 42, a non-monocrystalline silicon film 1412 having a thickness of 85 nm is formed on a glass substrate 1411 by, for example, a low pressure CVD method.
Is formed. More specifically, for example, a monosilane gas (SiH 4 ) or a disilane gas (Si 2
H 6 ) at a pressure of several Torr and the glass substrate 1
A non-single-crystal silicon film 1412 is formed with 411 heated to 350 ° C. to 530 ° C.

【0260】ここで、ガラス基板1411の上に例えば
SiO2からなる下地層1413を形成し、この下地層
の上に非単結晶質シリコン膜1412を成膜してもよ
い。また、非単結晶質シリコン膜1412の成膜方法と
しては、減圧CVD法に限定されるものではなく、例え
ばプラズマCVD法を用いてもよい。また、上記非単結
晶質シリコン膜1412の膜厚は、85nmに限らず、
適当に設定すればよい。
Here, an underlayer 1413 made of, for example, SiO 2 may be formed on a glass substrate 1411, and a non-single-crystal silicon film 1412 may be formed on this underlayer. Further, the method for forming the non-single-crystal silicon film 1412 is not limited to the low pressure CVD method, and for example, a plasma CVD method may be used. Further, the thickness of the non-single-crystal silicon film 1412 is not limited to 85 nm,
It may be set appropriately.

【0261】このようにして形成した非単結晶質シリコ
ン膜1412の特定の領域1404に対し、光ビーム照
射装置1400から整形されたエキシマレーザ光を例え
ば10ショット照射して当該部分を溶融し、しかる後、
放熱して結晶化する。この実施の形態では、光ビームの
照射に際して、被照射体1410を石英板からなる窓を
有する気密容器に入れ、内部を真空(約10-6tor
r)とし、室温(約23℃)条件下で、上記窓を介して
特定の領域1404に光ビームを照射する方法(図43
参照)により行ったが、図42では気密容器を省略して
描いてある。
A specific region 1404 of the non-single-crystalline silicon film 1412 thus formed is irradiated with, for example, 10 shots of excimer laser light shaped from the light beam irradiation device 1400 to melt the portion. rear,
Crystallizes by releasing heat. In this embodiment, upon irradiation with a light beam, the irradiation object 1410 is placed in an airtight container having a window made of a quartz plate, and the inside is evacuated (about 10 −6 torr).
r), a method of irradiating a specific area 1404 with a light beam through the window at room temperature (about 23 ° C.) (FIG. 43)
42), but in FIG. 42, the airtight container is omitted.

【0262】なお、上記した各条件はあくまでも例示で
あり、ビーム幅内における光強度が一方から他方へ単調
に増加しまたは一方から他方へ単調に減少する分布パタ
ーンの光ビームを用いる点を除き、その他の条件は特に
限定されるものではない。例えば、光エネルギー密度と
しては、非単結晶質シリコン膜1412を結晶化させる
ために十分な強度でかつ光強度勾配をもたせたものであ
ればよい。
The above-described conditions are merely examples, except that a light beam having a distribution pattern in which the light intensity within the beam width monotonically increases from one side to the other side or monotonically decreases from one side to the other side is used. Other conditions are not particularly limited. For example, the light energy density may be any light intensity that is sufficient to crystallize the non-single-crystal silicon film 1412 and has a light intensity gradient.

【0263】また、光強度勾配の程度についても特に制
限されることはなく、非単結晶質薄膜の材質や厚み等を
考慮して結晶化を好適に誘導・制御できる勾配を設定す
ればよい。更に、照射する光ビームのビーム幅、および
照射回数(ショット回数)も、上記に限られず、例えば
より強い強度のレーザ光を1ショットだけ照射するよう
にしてもよい。
Also, the degree of the light intensity gradient is not particularly limited, and a gradient that can suitably induce and control crystallization may be set in consideration of the material and thickness of the non-single-crystal thin film. Further, the beam width of the light beam to be irradiated and the number of irradiations (the number of shots) are not limited to the above, and for example, a laser beam having a higher intensity may be irradiated only for one shot.

【0264】また、光ビームの断面形状についても、特
に限定されるものではなく、例えば三角形、円形等であ
ってもよい。
Also, the sectional shape of the light beam is not particularly limited, and may be, for example, a triangle or a circle.

【0265】次に、図29a〜gを参照しながら、光強
度勾配を有する光ビームを用いた場合における結晶の成
長挙動について説明する。
Next, the crystal growth behavior when a light beam having a light intensity gradient is used will be described with reference to FIGS.

【0266】非単結晶質シリコン薄膜に図29aに示す
光強度パターンの光ビームを照射すると、照射面の温度
は、図29bの701(温度分布曲線)に示すように、
中央部において右上がりの温度勾配を有し、周辺部に急
激な温度勾配をもったパターンとなる。周辺部に急激な
温度勾配が形成されるのは、周囲への放熱が大きいから
である。次いで光照射を止めると、先ず最初に温度分布
曲線701と結晶化温度ライン702の交点付近(境界
付近)が溶融温度以下になる。よって、この付近に微小
な結晶704が生成される(703は薄膜断面を示して
いる)。そして、この結晶704を核として、未だ結晶
化温度以上である図面右方向に向かって結晶成長が進行
する。ここにおいて、前記図7における場合と異なり、
図29bでは中央部に温度勾配が形成されているので、
高温領域側(H側)から低温領域側(L側)に向かって
熱が流れ込み、この熱が急激な温度低下を緩和すると共
に、結晶成長を高温側(図面右側)に誘導するように作
用する。よって、結晶核の発生とその成長が円滑に進行
し、その結果として結晶粒の粒径や結晶化度の均一性が
高まると共に、L側からH側方向(結晶成長方向)に長
い結晶粒が生成する。つまり、光強度勾配を持った光ビ
ームを用いると、結晶成長方向に向かって高い移動度を
もった結晶質薄膜が作製できることになる。
When the non-single-crystal silicon thin film is irradiated with a light beam having the light intensity pattern shown in FIG. 29A, the temperature of the irradiated surface becomes as shown by 701 (temperature distribution curve) in FIG.
The pattern has a temperature gradient rising to the right in the center and a sharp temperature gradient in the periphery. The sharp temperature gradient is formed in the peripheral part because the heat radiation to the surroundings is large. Next, when the light irradiation is stopped, first, the vicinity of the intersection (near the boundary) between the temperature distribution curve 701 and the crystallization temperature line 702 becomes lower than the melting temperature. Therefore, a fine crystal 704 is generated in the vicinity (703 indicates a cross section of the thin film). Then, with this crystal 704 as a nucleus, crystal growth proceeds in the right direction in the drawing, which is still at or above the crystallization temperature. Here, unlike the case of FIG. 7,
In FIG. 29b, since a temperature gradient is formed in the center,
Heat flows from the high-temperature region side (H side) toward the low-temperature region side (L side), and this heat acts to alleviate a sharp drop in temperature and induce crystal growth toward the high-temperature side (right side in the drawing). . Therefore, the generation and growth of crystal nuclei proceed smoothly, and as a result, the uniformity of the grain size and crystallinity of the crystal grains is increased, and the crystal grains longer from the L side to the H side (crystal growth direction) are formed. Generate. That is, when a light beam having a light intensity gradient is used, a crystalline thin film having high mobility in the crystal growth direction can be manufactured.

【0267】ところで、光ビームの照射方法としては、
照射側、基板側ともに固定した状態(不動状態)で行っ
てもよいが、光ビームまたは基板側の何れかを移動させ
てもよく、更にこの移動を往復運動としてもよい。移動
または往復運動しながら照射する方法においては、好ま
しくは図30に示すように、光強度の勾配方向(L→H
方向またはH→L方向)に移動させるのがよい。この方
向であると、きめ細かに結晶成長方向を誘導でき、結晶
粒の粒径や結晶化度の均一性を高めることができ、更に
光強度勾配の程度や光照射強度の程度に適合させて移動
速度を調節すると一層きめ細かに結晶成長方向を誘導で
きる。
By the way, the irradiation method of the light beam is as follows.
The irradiation may be performed in a fixed state (immobile state) on both the irradiation side and the substrate side, but either the light beam or the substrate side may be moved, and this movement may be reciprocated. In the method of irradiating while moving or reciprocating, preferably, as shown in FIG. 30, the light intensity gradient direction (L → H
(Or H → L direction). In this direction, the crystal growth direction can be finely guided, the uniformity of the crystal grain size and the crystallinity can be increased, and the movement can be adjusted in accordance with the light intensity gradient and the light irradiation intensity. By adjusting the speed, the crystal growth direction can be more finely guided.

【0268】なお、図30の矢印は移動方向、711、
712は移動前後の照射面、713(斜線部)は重複照
射領域を示している。また図30では、光ビームを移動
する様を示しているが、基板側を動かしてもよく、更に
光ビームを複数回ショットする場合には、例えば照射面
積の数%から数十%ずつ照射位置をずらしながら照射す
ることもできる。
Note that the arrow in FIG.
Reference numeral 712 denotes an irradiation surface before and after the movement, and 713 (shaded portion) denotes an overlap irradiation region. Although the light beam is moved in FIG. 30, the substrate side may be moved, and when the light beam is shot a plurality of times, for example, the irradiation position may be several to several tens% of the irradiation area. Irradiation can be performed while shifting.

【0269】上記のようにして作製したpoly- Si薄膜
は、一般にはその中央部をチャネル領域とし、この両端
部分にリンやボロンなどの不純物をイオン注入してソー
ス領域およびドレイン領域を形成するなどしてTFTと
なす。そして、この実施の形態で説明したエネルギー強
度パターンの光ビーム(図29a)は、AM−LCD
(Active Matrix Liquid Crystal Display) の周辺回路
などを形成するための、比較的幅の狭い領域の結晶化に
有効である。
In the poly-Si thin film manufactured as described above, the source region and the drain region are generally formed by ion-implanting impurities such as phosphorus and boron into both ends of the poly-Si thin film. To form a TFT. The light beam having the energy intensity pattern described in this embodiment (FIG. 29A) is used for the AM-LCD.
(Active Matrix Liquid Crystal Display) It is effective for crystallization of a relatively narrow area to form peripheral circuits.

【0270】(実施の形態4−2)この実施の形態(後
述する形態4−3についても同様)は、比較的幅の広い
領域を結晶化するのに有効な例である。
(Embodiment 4-2) This embodiment (the same applies to Embodiment 4-3 described later) is an example effective for crystallizing a relatively wide region.

【0271】本実施の形態において使用する光ビームの
光強度分布パターンを図32aに示す。本図に示すよう
に、形態4−2にかかる光ビームは、光強度の大きいH
領域721と小さいL領域722とが平面上に交互に並
んだパターンをしている。ここで、H領域とL領域の光
強度比率については、特に限定されるものではないの
で、適当に設定すればよい。但し、一般には照射回数内
で照射面の全面(L領域とH領域)が溶融するように光
エネルギー総量を規定する。なお、ここでは、H領域を
300mJ/cm2、L領域を200mJ/cm2とし、
アモルファスシリコン薄膜の厚みを50nmとし、他の
条件については実施の形態4−1と同様にした。
FIG. 32A shows a light intensity distribution pattern of a light beam used in the present embodiment. As shown in the figure, the light beam according to the embodiment 4-2 has a high light intensity H
The region 721 and the small L region 722 have a pattern in which they are alternately arranged on a plane. Here, the light intensity ratio between the H region and the L region is not particularly limited, and may be appropriately set. However, the total amount of light energy is generally defined so that the entire irradiation surface (L region and H region) is melted within the number of irradiations. Here, the H region is 300 mJ / cm 2 , the L region is 200 mJ / cm 2 ,
The thickness of the amorphous silicon thin film was set to 50 nm, and other conditions were the same as those in Embodiment 4-1.

【0272】以下で、この実施の形態における結晶化の
挙動を、図32a〜gを参照しながら説明する。先ず、
図32aに示す光分布特性を有する光ビームを照射する
と、薄膜表面の温度は、図32bに示すような分布パタ
ーンとなる。そして、光照射が終了し、照射面の温度が
下がっていく過程においては、L領域722の温度が結
晶化温度ライン723にさしかかった時点で、図32c
に示すように、L領域722に対応する位置に結晶核7
24が発生する(725は薄膜断面を示している)。さ
らに温度が下がると(図32d)、高温領域Hから低温
領域Lに向かって伝達される熱によって結晶成長が高温
領域H側に誘導されると共に、この過程で新たな結晶核
も発生し同様に成長する(図32e)。
The crystallization behavior of this embodiment will be described below with reference to FIGS. First,
When a light beam having the light distribution characteristic shown in FIG. 32A is irradiated, the temperature of the thin film surface has a distribution pattern as shown in FIG. 32B. Then, in the process in which the light irradiation is completed and the temperature of the irradiation surface decreases, when the temperature of the L region 722 approaches the crystallization temperature line 723, FIG.
As shown in FIG.
24 occur (725 indicates the cross section of the thin film). When the temperature is further lowered (FIG. 32D), the crystal growth is induced toward the high-temperature region H by the heat transferred from the high-temperature region H to the low-temperature region L, and new crystal nuclei are also generated in this process. It grows (FIG. 32e).

【0273】このような結晶の発生と成長が、高温領域
Hの温度が溶融温度以下になるまで続く(図32f、
g)が、この実施の形態では結晶成長の方向がL→H方
向に誘導される。よって、高温領域Hを挟む双方の低温
領域Lからそれぞれ結晶粒が成長し、その結果、結晶粒
同志が高温領域Hの中央部付近726(図32g)で衝
突し合う。これにより、高温領域Hの中央部付近に結晶
粒界線が形成されると共に、この衝突により更なる結晶
成長がL→H方向と平行する方向に誘導される。よっ
て、衝突の後に若干L←→H方向と直交する方向に結晶
成長するため、L←→Hと直交する方向に長い径を有す
る結晶粒が形成される。
The generation and growth of such crystals continue until the temperature of the high-temperature region H becomes lower than the melting temperature (FIG. 32f, FIG.
g) In this embodiment, the direction of crystal growth is guided from L to H. Therefore, crystal grains grow from both the low-temperature regions L sandwiching the high-temperature region H, and as a result, the crystal grains collide with each other near the center 726 of the high-temperature region H (FIG. 32g). As a result, a crystal grain boundary line is formed near the center of the high-temperature region H, and the collision induces further crystal growth in a direction parallel to the L → H direction. Therefore, after the collision, the crystal grows slightly in the direction perpendicular to the L ← → H direction, and thus crystal grains having a long diameter in the direction perpendicular to the L ← → H are formed.

【0274】以上のようなメカニズムから、この実施の
形態によると、例えば数cm角と比較的広い照射領域内
の結晶化を円滑に進行させることができる。また、既に
説明したごとく、キャリアの移動方向(ソース−ドレイ
ン方向)と直交する方向が、L←→H方向になるように
光ビームを設定して光照射すると、キャリアが結晶粒界
線を横断することなく移動できるので、高速なTFTが
実現できる。
According to the above-described mechanism, according to this embodiment, crystallization in a relatively wide irradiation area of, for example, several cm square can be smoothly advanced. Further, as described above, when the light beam is set so that the direction perpendicular to the moving direction of the carrier (the source-drain direction) becomes the L ← → H direction, and the light is irradiated, the carrier crosses the grain boundary line. Since it can be moved without any problem, a high-speed TFT can be realized.

【0275】この実施の形態においても、実施の形態4
−1と同様にして、図33に示すように照射時間内(t
=t1 からt=t2 )において、光ビームまたは基板の
何れかを移動(往復運動等も含む)移動させながら照射
してもよい。このようにすることにより、結晶化度の均
一性をさらに高めることが可能になる。なお、図33中
の731、732は移動前後の照射面位置、733(斜
線部)は重複照射領域を示し、矢印は移動方向を示して
いる。但し、このような移動に限定されるものではない
ことは勿論である。
Also in this embodiment, the fourth embodiment
In the same manner as −1, as shown in FIG.
= T1 to t = t2), the irradiation may be performed while moving either the light beam or the substrate (including the reciprocating motion). By doing so, it is possible to further improve the uniformity of the crystallinity. In FIG. 33, reference numerals 731 and 732 denote irradiation surface positions before and after the movement, 733 (shaded area) denotes an overlap irradiation area, and arrows indicate a movement direction. However, it is needless to say that the movement is not limited to such movement.

【0276】ところで、上記図32aに示したような光
強度の強い部分Hと弱い部分Lとが縞状に配列されてな
る光ビームは、特別な技術を要することなく周知の技術
でもって容易に実現でき、その実現手段は何ら限定され
ない。例えば使用する光をある程度吸収するフィルター
を所定間隔を開けて配置し、図34に示すような透過分
布を持つ櫛形の透過フィルタを作製する。そして、この
フィルターを光ビーム照射装置の光路中(例えばビーム
ホモジナイザー内)に設置することにより実現できる。
また、例えば金属繊維が縦若しくは横一列に多数平行に
並んだフィルタを光路に配置する手段によっても実現で
きる。更には光路にスリットを配置し回折干渉を生じさ
せる手法で縞状の光強度パターンを作製する手段によっ
ても実現できる。
By the way, as shown in FIG. 32A, a light beam in which a portion H having a high light intensity and a portion L having a weak light intensity are arranged in a stripe pattern can be easily formed by a known technique without requiring any special technique. It can be realized, and the means for realizing it is not limited at all. For example, filters that absorb light to be used to some extent are arranged at predetermined intervals, and a comb-shaped transmission filter having a transmission distribution as shown in FIG. 34 is manufactured. This filter can be realized by installing the filter in the optical path of the light beam irradiation device (for example, in a beam homogenizer).
Further, for example, it can also be realized by means for arranging, in the optical path, a filter in which a large number of metal fibers are arranged vertically or horizontally in parallel. Further, it can also be realized by means for producing a striped light intensity pattern by a method of arranging a slit in the optical path and causing diffraction interference.

【0277】(実施の形態4−3)本実施の形態4−3
は、光干渉を利用して光強度分布に不均一性を与える方
法である。この方法は、比較的自在に光強度分布パター
ンを制御できるので、実施の形態4−2と同様、比較的
広い領域の結晶化に適する。
(Embodiment 4-3) Embodiment 4-3
Is a method for giving non-uniformity to the light intensity distribution using light interference. Since this method can control the light intensity distribution pattern relatively freely, it is suitable for crystallization of a relatively large area as in the case of Embodiment 4-2.

【0278】本実施の形態において使用する光ビームの
光強度分布のパターンを図35に示す。このような光強
度分布パターンは、図36に示すがごとく、それぞれコ
ヒーレントな2つの光ビーム801,802を同時に照
射して光干渉を起こさせる手段により容易に形成でき
る。具体的には、例えば同一光線から発生したレーザー
光を半透過型鏡により2の光路に分け、反射鏡を使用し
て互いの光路に相対角度を生じさせることにより、干渉
を生じさせることができる。
FIG. 35 shows a pattern of the light intensity distribution of the light beam used in the present embodiment. As shown in FIG. 36, such a light intensity distribution pattern can be easily formed by means of simultaneously irradiating two coherent light beams 801 and 802 to cause light interference. Specifically, for example, interference can be generated by dividing a laser beam generated from the same light beam into two optical paths by a semi-transmissive mirror and generating a relative angle between the optical paths using a reflecting mirror. .

【0279】ところで、それぞれコヒーレントな2つの
光を干渉させると、光強度の強い部分(明線部H)と光
強度の弱い部分(暗線部L)とが形成されるが、干渉パ
ターンの周期は2つの光ビームの交差する角度によって
自在に変化させることができ、またその変調度(明線部
と暗線部の光のエネルギー強度の比に影響する)は2つ
の光ビームのエネルギー強度を変えることにより容易に
変化させることができるので、明線部Hと暗線部Lとの
間隔や強度比は比較的自在に設定できる。よって、被照
射面である非結晶質薄膜の厚さ等を勘案して上記間隔や
強度比を適正に設定する。
When two coherent lights interfere with each other, a portion having a high light intensity (a bright line portion H) and a portion having a low light intensity (a dark line portion L) are formed. The degree of modulation (which affects the ratio of the light intensity in the light and dark lines) can be freely changed by the angle at which the two light beams intersect, and the energy intensity of the two light beams can be changed. Therefore, the distance between the bright line portion H and the dark line portion L and the intensity ratio can be set relatively freely. Therefore, the distance and the intensity ratio are appropriately set in consideration of the thickness and the like of the amorphous thin film which is the surface to be irradiated.

【0280】以下、このような干渉パターンを生じさせ
てなる光ビームを照射した場合における結晶成長挙動を
図37a〜gに基づいて説明する。なお、この実施の形
態における操作条件は、前記実施の形態4−1等と同様
である。
Hereinafter, the crystal growth behavior when a light beam having such an interference pattern is irradiated will be described with reference to FIGS. The operating conditions in this embodiment are the same as those in Embodiment 4-1 and the like.

【0281】図37aで特徴付けられる光ビームを非単
結晶シリコン薄膜に照射すると、薄膜上では明線部Hに
おいては高く、暗線部Lにおいては低い温度分布パター
ン(曲線901)が形成される(図37b)。光照射が
終了し、温度が下がっていく過程では、図37cに示す
ように、曲線901が結晶化温度線902と最初に交わ
る部分(低温領域Lの最も温度の低い部分)に結晶核9
03が発生する。そして、更に温度が低下すると(図3
7d)、高温領域Hから低温領域Lに向かって伝達され
る熱によって結晶成長がL→H方向に誘導されると共
に、新たに核が発生し同様に誘導され成長する(図37
e)。このような結晶の発生と成長は、明線部Hに対応
する高温領域Hの温度が溶融温度以下に下がるまで続く
(図37f、g)。
When the non-single-crystal silicon thin film is irradiated with the light beam characterized by FIG. 37A, a high temperature distribution pattern (curve 901) is formed in the bright line portion H and low in the dark line portion L on the thin film (curve 901). Figure 37b). As shown in FIG. 37c, in the process of ending the light irradiation and lowering the temperature, the crystal nucleus 9 is located at the portion where the curve 901 first intersects the crystallization temperature line 902 (the lowest temperature portion of the low temperature region L).
03 occurs. When the temperature further decreases (see FIG. 3)
7d) By the heat transmitted from the high temperature region H to the low temperature region L, the crystal growth is induced in the L → H direction, and a new nucleus is generated and similarly induced to grow (FIG. 37).
e). Such generation and growth of crystals continue until the temperature of the high-temperature region H corresponding to the bright line portion H falls below the melting temperature (FIGS. 37f, g).

【0282】以上の結晶化のメカニズムから、この実施
の形態4−3によると、比較的広い範囲において、結晶
化度が均一で電界効果移動度の大きい結晶質半導体薄膜
を作製できる。また、この実施の形態においても、前記
実施の形態4−2と同様、結晶粒界の境界線(結晶粒の
衝突線)が高温領域の中央部に形成されるので、前記実
施の形態4−2で述べたように、H→L→H→Lの配列
方向に直交する方向をキャリア移動方向として利用する
と、高い電界効果移動度が得られる。
From the crystallization mechanism described above, according to Embodiment 4-3, a crystalline semiconductor thin film having a uniform crystallinity and a large field-effect mobility can be manufactured in a relatively wide range. Also, in this embodiment, similarly to the above-mentioned Embodiment 4-2, the boundary line of the crystal grain boundary (collision line of the crystal grains) is formed at the center of the high temperature region. As described in 2, when the direction orthogonal to the arrangement direction of H → L → H → L is used as the carrier movement direction, high field effect mobility can be obtained.

【0283】(実施の形態4−4)実施の形態4−4
は、基本的には実施の形態4−3の場合と同様である。
但し、この実施の形態では、干渉パターンの周期と変調
度の調節を動的に行うことにより、明線部Hと暗線部L
とが波動的に変化するようになっている。以下、実施の
形態4−4の内容を説明する。
(Embodiment 4-4) Embodiment 4-4
Is basically the same as in the case of Embodiment 4-3.
However, in this embodiment, the period of the interference pattern and the modulation degree are dynamically adjusted so that the bright line portion H and the dark line portion L
And change in a wave-like manner. Hereinafter, the contents of Embodiment 4-4 will be described.

【0284】図38に示すように、それぞれコヒーレン
トな2つの光ビームのうち、少なくとも一方の光に動的
な位相変調を与えて、干渉縞の明線部、暗線部の位置が
波動的に変化する光ビームを形成する。位相変調として
は、例えば一方の光ビームの位相を他方の光ビームに対
して相対的に0、π/2、πと順次変化させる。このよ
うにすると干渉縞の明線部と暗線部の位置が時系列的に
ずれ、明線部と暗線部とからなる縞状のパターンが波動
的に変化する光ビームが形成できる(図38)。
As shown in FIG. 38, at least one of the two coherent light beams is dynamically phase-modulated to change the positions of the bright and dark lines of the interference fringes in a wave-like manner. Forming a light beam. As the phase modulation, for example, the phase of one light beam is sequentially changed to 0, π / 2, π relative to the other light beam. In this way, the positions of the bright line portion and the dark line portion of the interference fringes are shifted in time series, and a light beam can be formed in which the striped pattern composed of the bright line portion and the dark line portion changes dynamically (FIG. 38). .

【0285】位相を変調する手段としては、例えばミラ
ーを用いて2つの光ビームのうちの一方の光路長を動的
に変動させ位相を変化させる方法や、光路内に配置した
透明体の屈折率を動的に変化させる方法などが例示で
き、このような光学系を例えば前記ビームホモジナイザ
ー(図42の1403)内に組み込む。
As means for modulating the phase, for example, a method of dynamically changing the optical path length of one of two light beams by using a mirror to change the phase, the refractive index of a transparent body disposed in the optical path, Can be exemplified, and such an optical system is incorporated in, for example, the beam homogenizer (1403 in FIG. 42).

【0286】この実施の形態によると、照射面である薄
膜表面には高温領域Hと低温領域Lとが波動的に入れ代
わる温度分布パターンが形成されるので、結晶成長を一
定方向に誘導する効果が大きい。また、この方法は、不
純物を有効領域外に追いやるという効果もあるので、薄
膜の高純度化を図りつつ高品質の結晶質薄膜が形成でき
る。なお、不純物を有効領域外に追いやる効果は次の原
理に基づく。すなわち、薄膜成分と不純物とでは融点、
比重等の物性が異なるので、波動的な温度変化が加わる
と、両者の間に進行速度の差が生じる。よって、多数回
の照射を行うこと、微量な不純物と薄膜成分とが分離さ
れる。
According to this embodiment, since the temperature distribution pattern in which the high-temperature region H and the low-temperature region L alternate with each other is formed on the thin film surface as the irradiation surface, the effect of inducing the crystal growth in a certain direction is obtained. large. In addition, this method has an effect of driving impurities out of the effective region, so that a high-quality crystalline thin film can be formed while purifying the thin film. The effect of driving impurities out of the effective region is based on the following principle. That is, the melting point of the thin film component and the impurity,
Since physical properties such as specific gravity are different, when a wave-like temperature change is applied, a difference in traveling speed occurs between the two. Therefore, by performing irradiation many times, a minute amount of impurities and a thin film component are separated.

【0287】ここで、干渉パターンの周期と変調度の調
節は、1回の照射中、あるいは多数回照射の各照射ごと
に行ってもよい。更に、結晶成長の各段階に応じて変調
度の制御を行うのもよく、このような方法によると、結
晶成長をより好適に誘導できる。
Here, the adjustment of the period and the modulation degree of the interference pattern may be performed during one irradiation or for each irradiation of a large number of irradiations. Furthermore, it is also possible to control the degree of modulation in accordance with each stage of crystal growth, and according to such a method, it is possible to more suitably induce crystal growth.

【0288】また、上記実施の形態4−3、4−4のい
ずれにおいても、前記実施の形態4−1または4−2と
同様、光レーザまたは基板側の何れかを移動(往復運動
等を含む)させながら照射することもでき、この方法に
より結晶成長を適正に制御できる。そして、この移動を
明線部Hと暗線部Lからなる縞模様の方向と平行する方
向に向かって行った場合には、上記実施の形態4−3の
場合であっても、不純物を追い出す効果が得られる。
Also, in any of Embodiments 4-3 and 4-4, similarly to Embodiment 4-1 or 4-2, either the optical laser or the substrate side is moved (reciprocating motion or the like). The crystal growth can be appropriately controlled by this method. When this movement is performed in a direction parallel to the direction of the striped pattern including the bright line portion H and the dark line portion L, even in the case of the above-described Embodiment 4-3, the effect of driving out impurities is achieved. Is obtained.

【0289】ところで、以上では主に照射領域の面方向
の温度分布を想定して説明したが、図39に示すよう
に、照射する薄膜の厚み方向に光干渉による光強度分布
を形成させることもできる。図39は、照射方向(同図
の上方)より順にアモルファスシリコン層の薄膜110
1、下地層(SiO2)1102、ガラス基板1103
からなる被照射体に光ビームが照射された様子を示す模
式図である。被照射体に上下方向(厚み方向)に光強度
分布を有する光ビームが入射すると、この波形に対応す
る温度分布が厚み方向に形成されるが、TFTに使用さ
れるシリコン薄膜の厚みは、通常数十ナノメートルと薄
く、干渉縞の周期より距離が短いので、厚み方向に周期
的な温度分布を形成することは困難である。
Although the above description has been made mainly on the assumption of the temperature distribution in the plane direction of the irradiation area, as shown in FIG. 39, it is also possible to form a light intensity distribution due to light interference in the thickness direction of the thin film to be irradiated. it can. FIG. 39 shows a thin film 110 of an amorphous silicon layer in order from the irradiation direction (above in the figure).
1. Underlayer (SiO 2 ) 1102, glass substrate 1103
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which a light beam is irradiated on an irradiation target made of. When a light beam having a light intensity distribution in the vertical direction (thickness direction) is incident on the irradiation object, a temperature distribution corresponding to this waveform is formed in the thickness direction. However, the thickness of the silicon thin film used for the TFT is usually Since it is as thin as several tens of nanometers and the distance is shorter than the period of the interference fringes, it is difficult to form a periodic temperature distribution in the thickness direction.

【0290】しかし、薄膜1101の上面は、周囲環境
に熱輻射することにより冷却され、下面(基板側)は下
地層1102やガラス基板1103に熱伝導することに
より放熱されるので、厚み方向にも温度分布が存在して
おり、この温度分布を大きくすることは可能である。そ
して、光照射により厚み方向の温度分布を拡大する手段
として、上記した干渉パターンを利用できる。具体的に
は、例えばガラス基板1103の下面に反射鏡を設置し
て干渉を起こさせる、または薄膜1101と下地層11
02またはガラス基板1103との屈折率の差を大きく
して、薄膜1101側から入射した光と、各層の界面で
反射した光により干渉を生じさせる。また、干渉縞の周
期を調節するなどして、厚み方向(上下方向)に温度分
布を形成することができ、これにより厚み方向における
結晶成長を制御できる。
However, the upper surface of the thin film 1101 is cooled by radiating heat to the surrounding environment, and the lower surface (substrate side) is dissipated by conducting heat to the base layer 1102 and the glass substrate 1103. There is a temperature distribution, and it is possible to increase this temperature distribution. The above-mentioned interference pattern can be used as means for expanding the temperature distribution in the thickness direction by light irradiation. Specifically, for example, a reflection mirror is provided on the lower surface of the glass substrate 1103 to cause interference, or the thin film 1101 and the underlayer 11
02 or the glass substrate 1103, the difference in the refractive index is increased, so that light incident from the thin film 1101 side and light reflected at the interface between the layers cause interference. Further, the temperature distribution can be formed in the thickness direction (vertical direction) by adjusting the period of the interference fringes, and thereby, the crystal growth in the thickness direction can be controlled.

【0291】厚み方向の温度分布を制御する場合におい
ては、非単結晶質薄膜の厚さ、下地層および基板の熱伝
導率を考慮して個々具体的に好適な設定条件を決定する
のがよい。また、1つの光源から発した光を2つに分割
し、一方を薄膜面側(上方)から照射し、他方を基板側
(下方)から照射して、薄膜内部で干渉させることもで
きる。但し、この場合には基板および下地層を光ビーム
が透過する材質とする。
In the case of controlling the temperature distribution in the thickness direction, it is preferable to specifically set suitable setting conditions in consideration of the thickness of the non-single-crystalline thin film and the thermal conductivity of the underlayer and the substrate. . Alternatively, light emitted from one light source may be split into two, and one may be irradiated from the thin film surface side (above) and the other may be irradiated from the substrate side (below) to cause interference inside the thin film. However, in this case, the substrate and the base layer are made of a material through which a light beam is transmitted.

【0292】(実施の形態4−5)本実施の形態は、結
晶化プロセスにおける雰囲気ガスの圧力を好適に設定す
ることにより、被結晶化面に温度勾配を形成する点に特
徴を有する。これに対し、上記実施の形態4−1〜4−
4では、光ビームの光強度パターンを調節・制御するこ
とにより、結晶化度の向上と均一化を図るものである。
よって、本実施の形態と実施の形態4−1〜4−4とは
全く考え方を異にする。以下に本実施の形態の内容を説
明する。
(Embodiment 4-5) This embodiment is characterized in that a temperature gradient is formed on the surface to be crystallized by suitably setting the pressure of the atmospheric gas in the crystallization process. On the other hand, Embodiments 4-1 to 4-
In No. 4, the crystallinity is improved and uniformized by adjusting and controlling the light intensity pattern of the light beam.
Therefore, the present embodiment and the embodiments 4-1 to 4-4 have completely different ideas. Hereinafter, the contents of the present embodiment will be described.

【0293】図40は、図39と同様な被照射体(積層
体)の断面図であり、1200は光ビームの照射面、1
201は薄膜、1202は下地層、1203は基板を表
し、矢印は薄膜の熱の伝達方向(放熱方向)を示してい
る。図40に示す如く、熱の一部は周囲雰囲気中(上方
向)および薄膜の照射領域外方向(図の左右方向)に拡
散するが、大部分の熱は接触面積が大きくかつ熱伝導率
の大きい基板側(下方向)に伝達される。ここにおい
て、従来のレーザアニール法では、高度な真空雰囲気中
で、しかも均一な光強度分布の光ビームを照射する方法
で行われている。したがって、前記実施の形態4−1で
説明したように、照射面の中央部には殆ど温度勾配が形
成されないので、放熱の初期段階においては、中央部に
核が発生しにくい。その一方、放熱過程のある段階で同
時多発的に多数の核が発生すると言った現象が起きる。
FIG. 40 is a cross-sectional view of an object to be irradiated (laminated body) similar to FIG. 39.
201 indicates a thin film, 1202 indicates a base layer, 1203 indicates a substrate, and arrows indicate the direction of heat transfer (radiation direction) of the thin film. As shown in FIG. 40, part of the heat diffuses in the ambient atmosphere (upward) and out of the irradiation region of the thin film (left-right direction in the figure), but most of the heat has a large contact area and a low thermal conductivity. It is transmitted to the large substrate side (downward). Here, in the conventional laser annealing method, a method of irradiating a light beam having a uniform light intensity distribution in a high vacuum atmosphere is used. Therefore, as described in Embodiment 4-1 above, since a temperature gradient is hardly formed at the center of the irradiation surface, nuclei hardly occur at the center in the initial stage of heat radiation. On the other hand, a phenomenon occurs in which a large number of nuclei are generated simultaneously and frequently at a certain stage of the heat release process.

【0294】本実施の形態では、上記従来法と異なり周
囲雰囲気を高度な真空にしないことを特徴としており、
周囲雰囲気を構成する気体分子の運動を利用して、光照
射面において温度の不均一部位を発生させようとするも
のである。
This embodiment is characterized in that the ambient atmosphere is not set to a high vacuum unlike the above-mentioned conventional method.
The motion of gas molecules forming the surrounding atmosphere is used to generate a portion having a non-uniform temperature on the light irradiation surface.

【0295】初めに、この実施の形態4−5における原
理を説明する。一般にエキシマレーザのようなパルス光
の1ショット(1パルス)の時間は、20〜50nse
cと極めて短い。したがって、この短い照射時間内でシ
リコン等を融点以上に昇温させる必要があり、それゆえ
シリコン等を数十nmと極めて薄い薄膜とするのが一般
的である。このように極めて薄い薄膜であると、放熱過
程において周囲の気体分子の影響が極めて大きくなる。
First, the principle of Embodiment 4-5 will be described. Generally, the time of one shot (one pulse) of pulse light such as an excimer laser is 20 to 50 ns.
c is extremely short. Therefore, it is necessary to raise the temperature of silicon or the like to a temperature equal to or higher than the melting point within this short irradiation time. Therefore, it is general that silicon or the like is formed into a very thin film of several tens of nm. In the case of such an extremely thin thin film, the influence of the surrounding gas molecules in the heat radiation process becomes extremely large.

【0296】すなわち、周囲雰囲気を構成する気体分子
や薄膜中に存在する気体分子は、一定の確率で薄膜表面
に衝突し離脱する運動を行っているが、この気体分子の
熱エネルギーレベルは光照射され加熱された薄膜よりも
小さいので、薄膜表面に衝突し離脱する際に薄膜の熱を
奪う。このような気体分子の作用を考慮すると、薄膜面
では摂動的な温度分布が生じているはずである。よっ
て、周囲雰囲気圧力や周囲雰囲気を構成する気体分子の
種類を適正に設定すれば、均一な光強度分布の光ビーム
を照射した場合であっても、光照射領域内に温度の不均
一な部位(温度の低い部位)を形成できる。このような
部位を形成することができれば、核の発生と結晶成長の
円滑化が実現できると考えられる。この考えのもと、以
下の実験を行った。
That is, the gas molecules forming the surrounding atmosphere and the gas molecules existing in the thin film make a motion of colliding with the surface of the thin film with a certain probability and moving away. Since it is smaller than the heated and thin film, it loses the heat of the thin film when it collides with the thin film surface and separates. Considering the action of such gas molecules, a perturbed temperature distribution should have occurred on the thin film surface. Therefore, if the ambient atmosphere pressure and the type of gas molecules constituting the ambient atmosphere are properly set, even when a light beam having a uniform light intensity distribution is irradiated, a portion having a non-uniform temperature in the light irradiation area. (Low temperature part) can be formed. It is considered that if such sites can be formed, generation of nuclei and smoothing of crystal growth can be realized. Based on this idea, the following experiment was conducted.

【0297】なお、結晶化プロセスにおける結晶核は、
大気中の水分が結露する際における水蒸気核に似た役割
を演じていると考えられる。
The crystal nuclei in the crystallization process are as follows:
It is thought that it plays a role similar to the water vapor core when the moisture in the atmosphere condenses.

【0298】(実験1) 実験条件 先ず、コーニング社製#7059ガラスからなる基板
(厚み1.1mm)の上に、膜厚200nmのSiO2
層(下地層)を形成し、更にこの上に膜厚50nmのア
モルファスシリコン層を形成したものを被照射体として
用意した。次に、図43に示すような石英ガラスからな
る窓1501が設けられた気密容器1500内に上記ア
モルファスシリコン層1503が形成された被照射体を
入れ、気密容器1500内の空気を除去し、その後、水
素ガスボンベ1502から水素ガスを導入して気密容器
内を所定水素ガス圧とした。次いで、レーザ照射装置1
510で発生させたエキシマレーザを窓1501を介し
て被照射体のアモルファスシリコン層1503に照射
し、しかる後、放熱して結晶化を行った。
(Experiment 1) Experimental conditions First, a 200 nm-thick SiO 2 film was placed on a substrate (thickness: 1.1 mm) made of Corning # 7059 glass.
A layer (base layer) was formed, and an amorphous silicon layer having a thickness of 50 nm was further formed thereon to prepare an irradiation object. Next, the irradiation target on which the amorphous silicon layer 1503 is formed is placed in an airtight container 1500 provided with a window 1501 made of quartz glass as shown in FIG. 43, and the air in the airtight container 1500 is removed. Then, hydrogen gas was introduced from the hydrogen gas cylinder 1502, and the inside of the airtight container was set to a predetermined hydrogen gas pressure. Next, the laser irradiation device 1
The amorphous silicon layer 1503 of the irradiation object was irradiated with the excimer laser generated at 510 through the window 1501, and then heat was released for crystallization.

【0299】上記における所定水素ガス圧(雰囲気圧
力)としては、5×10-6torr、1×10-5tor
r 、1×10-2torr 、1×10-1torr、1
torr、10torrの6通りとした。また、レーザ
照射条件としては、1パルス(1ショット)が30n・
sec、ビームが幅7mm×7mm、光強度が350m
J/cm2の光強度分布の均一な従来型光ビームを用い
た。そして、この光ビームを100パルス照射した後、
室温環境下で放熱させて、アモルファスシリコン層15
03を多結晶化した。
The predetermined hydrogen gas pressure (atmospheric pressure) is 5 × 10 −6 torr and 1 × 10 −5 torr.
r, 1 × 10 −2 torr, 1 × 10 −1 torr, 1
Torr, 10 torr. As the laser irradiation condition, one pulse (one shot) is 30 n ·
sec, beam width 7mm x 7mm, light intensity 350m
A conventional light beam having a uniform light intensity distribution of J / cm 2 was used. After irradiating 100 pulses of this light beam,
Dissipate heat in a room temperature environment to form an amorphous silicon layer 15
03 was polycrystallized.

【0300】なお、図43中、1511はエキシマレー
ザ光発生器、1512はミラー、1513はビームホモ
ジナイザーを示している。
In FIG. 43, reference numeral 1511 denotes an excimer laser light generator, 1512 denotes a mirror, and 1513 denotes a beam homogenizer.

【0301】雰囲気圧力と結晶化度の関係 上記条件で作製した6通りの結晶質シリコン薄膜(poly
- Si)について、斜光による目視観察を行った。ま
た、顕微ラマン分光法でラマン強度を測定し、水素ガス
圧が5×10-6torrのときにおけるラマン強度を1
として、各々の結晶化度を評価した。この結果を表1に
一覧表示した。
Relationship between Atmospheric Pressure and Crystallinity Six types of crystalline silicon thin films (poly
-Si) was visually observed by oblique light. The Raman intensity was measured by microscopic Raman spectroscopy, and the Raman intensity was 1 when the hydrogen gas pressure was 5 × 10 −6 torr.
The crystallinity of each was evaluated. The results are listed in Table 1.

【表1】 [Table 1]

【0302】表1に示すように、目視観察において、レ
ーザアニール処理後のシリコン薄膜の状態が製造時の雰
囲気圧力に対応して変化することが認められた。すなわ
ち、水素ガス圧(雰囲気圧力)が10-6torr台で
は、青みのある散乱光がわずかに認められるのみであっ
たが、10-5torr台では前記散乱光が緑色側にシフ
トして、全体が明るくなった。さらに水素ガス圧が10
-1に高まると、散乱が顕著となり、白濁したような状態
が観察され、その後10torr程度までは、ほぼ同様
の状態が確認された。
As shown in Table 1, it was confirmed by visual observation that the state of the silicon thin film after the laser annealing changed according to the atmospheric pressure at the time of manufacturing. That is, when the hydrogen gas pressure (atmospheric pressure) is on the order of 10 −6 torr, only a small amount of bluish scattered light is observed, but on the order of 10 −5 torr, the scattered light shifts to the green side. The whole became bright. Further, when the hydrogen gas pressure is 10
When the value was increased to -1 , scattering became remarkable and a cloudy state was observed, and thereafter, a similar state was confirmed up to about 10 torr.

【0303】他方、顕微ラマン分光法による結晶化度評
価によると、水素ガス圧が5×10-6torrで結晶化
された試料のラマン強度を基準とするとき、雰囲気圧力
が1×10-5torrでは4倍の強度を示し、さらに1
×10-5torrから10torrの間では6倍から7
倍のラマン強度を示した。これらの結果から次のことが
明らかとなる。
On the other hand, according to the evaluation of crystallinity by micro-Raman spectroscopy, when the Raman intensity of a sample crystallized at a hydrogen gas pressure of 5 × 10 −6 torr is used as a reference, the atmospheric pressure is 1 × 10 −5. At torr, the intensity is four times higher, and
6 times to 7 between × 10 -5 torr and 10 torr
The Raman intensity was doubled. The following becomes clear from these results.

【0304】従来では雰囲気中の分子と薄膜物質とを反
応させる等の特別な場合を除き、雰囲気圧力をできるだ
け下げた状態(高度な真空状態)で光照射を行うのが一
般的であったが、表1で明らかなごとく、高度な真空状
態とすると、良好な結晶化度が得られない。他方、水素
ガス圧が高まるに従い結晶化度が向上する。この実験結
果からして、レーザアニール処理による結晶化において
は、周囲雰囲気圧力を一定値以上に設定するのがよく、
好ましくは1×10-2torr以上の雰囲気圧力とする
のがよい。
Conventionally, light irradiation is generally performed in a state where the atmospheric pressure is reduced as much as possible (high vacuum state), except for a special case such as a reaction between molecules in an atmosphere and a thin film substance. As is evident from Table 1, a high degree of vacuum does not provide good crystallinity. On the other hand, as the hydrogen gas pressure increases, the crystallinity increases. From the experimental results, in the crystallization by laser annealing, it is preferable to set the ambient atmospheric pressure to a certain value or more,
Preferably, the atmospheric pressure is 1 × 10 −2 torr or more.

【0305】なお、高度な真空状態とすると、良好な結
晶化度が得られないのは、気体分子の運動による摂動的
な温度の不均一性が形成できないためであると考えられ
る。他方、水素ガス圧が存在する場合において結晶化度
が向上したのは、水素分子が薄膜表面に衝突し離脱する
際に薄膜の熱を奪い、局所的・摂動的な温度不均一を生
じさせるからと考えられる。つまり、表1の結果は上記
考察を裏付けるものである。
[0305] It is considered that the reason why good crystallinity cannot be obtained in a high vacuum state is that perturbation of temperature non-uniformity due to movement of gas molecules cannot be formed. On the other hand, the crystallinity was improved in the presence of hydrogen gas pressure because hydrogen molecules collide with the surface of the thin film and take away the heat of the thin film when it departs, causing local and perturbative temperature non-uniformity. it is conceivable that. That is, the results in Table 1 support the above considerations.

【0306】(実験2)雰囲気圧力としての水素ガス圧
を5×10-6torr、1torrの2通りとし、それ
ぞれの水素ガス圧条件において光ビームの照射回数を
1、10、100、500に変化させたこと以外は、上
記実験1と同様にして結晶質シリコン薄膜(poly- S
i)を作製した。そして、上記と同様にしてラマン強度
を測定し、照射回数と結晶化度との関係において、水素
ガス圧の影響を調べた。この結果を図41に示した。
(Experiment 2) The hydrogen gas pressure as the atmospheric pressure was set to 5 × 10 −6 torr and 1 torr, and the number of light beam irradiation was changed to 1, 10, 100 and 500 under each hydrogen gas pressure condition. Other than that, the same procedure as in Experiment 1 described above was performed to remove the crystalline silicon thin film (poly-S
i) was prepared. Then, the Raman intensity was measured in the same manner as described above, and the influence of the hydrogen gas pressure on the relationship between the number of irradiation times and the crystallinity was examined. The result is shown in FIG.

【0307】図41より明らかなごとく、水素ガス圧が
1torrの場合においては、照射回数が増えるに従っ
てラマン強度が上昇し、結晶化度が向上することが認め
られた。他方、水素ガス圧が5×10-6torrの場合
においては、10回を超えて照射回数を増やしてもラマ
ン強度が増加せず、結晶化度の向上がなかった。
As is clear from FIG. 41, when the hydrogen gas pressure was 1 torr, it was recognized that the Raman intensity increased and the crystallinity improved as the number of irradiations increased. On the other hand, when the hydrogen gas pressure was 5 × 10 −6 torr, the Raman intensity did not increase even if the irradiation frequency was increased beyond 10 times, and the crystallinity was not improved.

【0308】この結果から、光ビームを多数回照射して
結晶化を図る方法においても、雰囲気圧力を高度な真空
にしない方がよいことが判る。そして、この結果におい
て、少なくとも水素ガス圧を1torrとすれば、照射
回数の増加とともに結晶化度が向上することが確認され
た。
From this result, it is understood that it is better not to set the atmospheric pressure to a high vacuum even in the method of crystallization by irradiating the light beam many times. Then, it was confirmed from these results that when at least the hydrogen gas pressure was set to 1 torr, the crystallinity was improved as the number of irradiations was increased.

【0309】ところで、実験1では、10torrを超
える条件における結果を示してないが、10torrを
超える条件においても、良質な結晶質薄膜が形成される
と考えられる。この理由は次の通りである。水素ガス圧
が高まると、薄膜表面に衝突・離脱する水素分子の数が
多くなるので、温度分布の不均一を生じさせる効果が弱
まると考えられる。しかし、次のような効果が付加され
る。すなわち、光照射により薄膜温度が融点温度以上に
加熱されると、薄膜内部の蒸気圧が高まり、この蒸気圧
が結晶の成長を阻害し、また薄膜を構成する物質の飛散
が生じるが、周囲の圧力が高いと、この圧力によって薄
膜物質の飛散等が抑制され、その結果として結晶化の進
行が円滑になる。
[0309] In Experiment 1, no results are shown under the condition exceeding 10 torr, but it is considered that a good quality crystalline thin film is formed even under the condition exceeding 10 torr. The reason is as follows. It is considered that when the hydrogen gas pressure increases, the number of hydrogen molecules that collide with and depart from the thin film surface increases, so that the effect of causing non-uniform temperature distribution is considered to be weakened. However, the following effect is added. That is, when the temperature of the thin film is heated to a temperature equal to or higher than the melting point temperature by light irradiation, the vapor pressure inside the thin film increases, and this vapor pressure inhibits the growth of the crystal, and the material constituting the thin film is scattered. When the pressure is high, scattering of the thin film material or the like is suppressed by the pressure, and as a result, the progress of crystallization becomes smooth.

【0310】ところで、上記実験1、2では、周囲雰囲
気を構成するガスとして、比熱が大きく熱冷却効果が大
きい水素ガス(H2)を用いたが、周囲雰囲気を構成す
るガスは水素ガスに限定されるものではない。例えばN
2やHe、Arなどの不活性ガスが使用でき、これらの
気体分子を2つ以上混ぜ合わせた混合ガスであってもよ
い。但し、気体分子の種類によって、比熱や薄膜物質に
与える影響(悪影響を含む)が異なるので、気体分子の
種類によって好適なガス圧を設定するのが好ましい。
In the experiments 1 and 2, hydrogen gas (H 2 ) having a large specific heat and a large thermal cooling effect was used as a gas constituting the ambient atmosphere. However, the gas constituting the ambient atmosphere was limited to hydrogen gas. It is not something to be done. For example, N
An inert gas such as 2 or He or Ar can be used, and a mixed gas obtained by mixing two or more of these gas molecules may be used. However, since the influence (including the adverse effect) on the specific heat and the thin film material differs depending on the type of the gas molecule, it is preferable to set a suitable gas pressure according to the type of the gas molecule.

【0311】また、以上では、光ビームとしてエキシマ
レーザを用いたが、本発明で使用する光ビームはエキシ
マレーザに限定されるものではない。例えば前記したよ
うなHe−Neレーザ、アルゴンレーザ等の連続発振を
するレーザのみならず、紫外線ランプなどの光も使用可
能である。
In the above description, an excimer laser is used as a light beam, but the light beam used in the present invention is not limited to an excimer laser. For example, not only a laser that emits continuously such as a He-Ne laser and an argon laser as described above, but also light such as an ultraviolet lamp can be used.

【0312】また、本発明は、多結晶化法として特に有
用であるが、単結晶化を作製する方法として利用できる
ことは勿論である。
Although the present invention is particularly useful as a polycrystallization method, it is needless to say that the present invention can be used as a method for producing single crystallization.

【0313】更に、以上では結晶質半導体薄膜の形成方
法を中心として本発明の内容を説明したが、本発明にか
かる技術は、光エネルギーを用いて行う物質の改質、例
えばポリマーの溶融成形、合金に対する熱アニール操作
等、に広く適用できる。
Further, the content of the present invention has been described above mainly with respect to the method of forming a crystalline semiconductor thin film. However, the technology according to the present invention relates to the modification of a substance using light energy, for example, the melt molding of a polymer, It can be widely applied to thermal annealing operation for alloys and the like.

【0314】(実施の形態5−1)本発明の実施の形態
5−1について、図44および図45に基づいて説明す
る。
(Embodiment 5-1) An embodiment 5-1 of the present invention will be described with reference to FIG. 44 and FIG.

【0315】まず、図44に示すように、ガラス基板5
21に、プラズマCVD法によって、前駆体半導体薄膜
としてのアモルファスシリコン薄膜522を形成する。
このアモルファスシリコン薄膜522の膜厚は特に限定
されないが、通常、用途に応じて異なり、例えばTFT
に用いる場合は300〜1000Å程度、光センサや光
起電力素子(太陽電池など)に用いる場合は1μm以上
程度の厚さに形成される。
First, as shown in FIG.
At 21, an amorphous silicon thin film 522 as a precursor semiconductor thin film is formed by a plasma CVD method.
The thickness of the amorphous silicon thin film 522 is not particularly limited, but usually differs depending on the application.
The thickness is about 300 to 1000 ° when used for an optical sensor, and about 1 μm or more when used for an optical sensor or a photovoltaic element (such as a solar cell).

【0316】次に、上記アモルファスシリコン薄膜52
2が形成されたガラス基板521を基板ステージ535
に載置し、アモルファスシリコン薄膜522に、結晶化
用の第1のエネルギビームであるXeClエキシマレー
ザ531のレーザビーム531a、および予備加熱用の
第2のエネルギビームであるArレーザ532のレーザ
ビーム532aを静止状態で5秒間照射する。より詳し
くは、上記XeClエキシマレーザ531は、発振周波
数が50Hz、波長が308nm、照射エネルギが30
0mJ/cm2であり、Arレーザ532は、連続発
振、波長が488nm、出力が20W/cm2である。
また、レーザビーム531aは、ハーフミラー533を
透過して照射される一方、レーザビーム532aは、ハ
ーフミラー533によって反射されて照射される。アモ
ルファスシリコン薄膜522における各レーザビーム5
31a,532aの照射領域531b,532bは、帯
状で、かつ、レーザビーム532aは、レーザビーム5
31aの照射領域531bを含む、より広い照射領域5
32bに照射される。
Next, the amorphous silicon thin film 52
2 is formed on the substrate stage 535.
And a laser beam 531 a of a XeCl excimer laser 531 as a first energy beam for crystallization and a laser beam 532 a of an Ar laser 532 as a second energy beam for preheating on the amorphous silicon thin film 522. Is irradiated for 5 seconds in a stationary state. More specifically, the XeCl excimer laser 531 has an oscillation frequency of 50 Hz, a wavelength of 308 nm, and an irradiation energy of 30.
Was 0 mJ / cm 2, Ar laser 532, continuous wave, wavelength 488 nm, output is 20W / cm 2.
The laser beam 531a is transmitted through the half mirror 533 and irradiated, while the laser beam 532a is reflected by the half mirror 533 and irradiated. Each laser beam 5 on the amorphous silicon thin film 522
Irradiation areas 531b and 532b of the laser beams 31a and 532a are band-shaped, and the laser beam 532a is
Wider irradiation area 5 including irradiation area 531b of 31a
Irradiated at 32b.

【0317】なお、上記のようにハーフミラー533を
用いるなどして、レーザビーム531a,532aがア
モルファスシリコン薄膜522に垂直に照射されるよう
にすることは、結晶粒径や電界効果移動度のばらつきの
低減が容易であるなどの点で好ましいが、必ずしも正確
に垂直に照射されなくても、例えば2枚のミラーをわず
かにずらして配置するなどして、実質的にほぼ垂直に照
射されるようにしてもよい。また、XeClエキシマレ
ーザ531に代えて、例えばArF、KrF、XeFエ
キシマレーザなどの波長が400nm以下の種々のレー
ザを用いてもよい一方、Arレーザ532に代えて、波
長が450〜550nmの種々のレーザを用いてもよ
い。
It should be noted that making the amorphous silicon thin film 522 vertically irradiated with the laser beams 531a and 532a by using the half mirror 533 as described above can prevent the dispersion of the crystal grain size and the field effect mobility. Although it is preferable in that the reduction is easy, the irradiation is not necessarily performed exactly vertically, but may be performed substantially perpendicularly by, for example, disposing two mirrors slightly shifted. It may be. In place of the XeCl excimer laser 531, various lasers having a wavelength of 400 nm or less, such as ArF, KrF, and XeF excimer lasers, may be used, while various lasers having a wavelength of 450 to 550 nm may be used instead of the Ar laser 532. A laser may be used.

【0318】ここで、アモルファスシリコン薄膜522
は、例えば膜厚が1000Åの場合、図1に示すような
透過率特性を有している。すなわち、例えば波長が約5
00nmの光に対しては、吸収係数は膜厚の逆数程度の
105cm-1であり、400nmより短波長の光に対し
ては、吸収係数は106cm-1以上で、ほとんど透過さ
せない。そこで、波長が308nmのXeClエキシマ
レーザ531のレーザビーム531aは、ほとんどアモ
ルファスシリコン薄膜522の表面付近で吸収され、こ
れによる温度上昇、およびその熱の伝導によって、主と
してアモルファスシリコン薄膜522が1200℃程度
に加熱される。一方、波長が488nmのArレーザ5
32のレーザビーム532aは、アモルファスシリコン
薄膜522の厚さ方向のほぼ全域で吸収され、伝導熱に
よって、ガラス基板521が400℃程度に加熱され
る。それゆえ、レーザビーム531a,532aの照射
終了後、アモルファスシリコン薄膜522は徐冷され、
結晶成長が促進されて、結晶粒の大きいポリシリコン薄
膜523が形成される。
Here, the amorphous silicon thin film 522
Has, for example, a transmittance characteristic as shown in FIG. 1 when the film thickness is 1000 °. That is, for example, when the wavelength is about 5
For light with a wavelength of 00 nm, the absorption coefficient is 10 5 cm −1, which is about the reciprocal of the film thickness, and for light with a wavelength shorter than 400 nm, the absorption coefficient is 10 6 cm −1 or more, and is hardly transmitted. . Therefore, the laser beam 531a of the XeCl excimer laser 531 having a wavelength of 308 nm is almost absorbed near the surface of the amorphous silicon thin film 522, and the temperature rise and heat conduction thereby cause the amorphous silicon thin film 522 to mainly reach about 1200 ° C. Heated. On the other hand, an Ar laser 5 having a wavelength of 488 nm
The 32 laser beams 532a are absorbed in almost the entire region in the thickness direction of the amorphous silicon thin film 522, and the glass substrate 521 is heated to about 400 ° C. by conduction heat. Therefore, after the irradiation of the laser beams 531a and 532a is completed, the amorphous silicon thin film 522 is gradually cooled,
Crystal growth is promoted, and a polysilicon thin film 523 having large crystal grains is formed.

【0319】上記のようにして形成されたポリシリコン
薄膜523、および従来と同様にXeClエキシマレー
ザ531だけによって結晶化させたポリシリコン薄膜の
結晶化の状態を評価するために、ラマン散乱測定を行っ
た。それぞれの測定結果を図45に記号PまたはRで示
す。同図から明らかなように、XeClエキシマレーザ
531のレーザビーム531aだけを照射した場合
(R)よりも、Arレーザ532のレーザビーム532
aを併せて照射した場合(P)の方が、ラマン散乱強度
が大きく、結晶性の優れていることが確認された。
Raman scattering measurement was performed to evaluate the crystallization state of the polysilicon thin film 523 formed as described above and the polysilicon thin film crystallized only by the XeCl excimer laser 531 in the same manner as before. Was. Each measurement result is indicated by a symbol P or R in FIG. As is clear from the figure, the laser beam 532 of the Ar laser 532 is larger than the case where only the laser beam 531a of the XeCl excimer laser 531 is irradiated (R).
It was confirmed that Raman scattering intensity was higher and the crystallinity was better in the case of irradiation (a) when a was also applied.

【0320】また、アモルファスシリコン薄膜522が
形成されたガラス基板521を例えば3mm/secの
速度で移動させながら、アモルファスシリコン薄膜52
2の全域に同様にレーザビーム531a,532aを照
射し、形成されたポリシリコン薄膜523の複数の領域
についてラマン散乱測定を行って結晶化の分布を調べた
ところ、非常に均一性の高いことが確認された。
The glass substrate 521 on which the amorphous silicon thin film 522 is formed is moved at a speed of, for example, 3 mm / sec.
2 were similarly irradiated with laser beams 531a and 532a, and Raman scattering measurement was performed on a plurality of regions of the formed polysilicon thin film 523 to examine the distribution of crystallization. confirmed.

【0321】なお、結晶化の均一性を高くするために
は、前記のようにレーザビーム532aの照射領域53
2bが、レーザビーム531aの照射領域531bを含
む、より広い領域であることが好ましい。
In order to improve the uniformity of crystallization, the irradiation area 53 of the laser beam 532a is increased as described above.
2b is preferably a wider area including the irradiation area 531b of the laser beam 531a.

【0322】(実施の形態5−2)上記実施の形態5−
1のArレーザ532に代えて、図46に示すように、
例えば波長が4μmの赤外線ランプ534を用いてもよ
い。すなわち、ガラス基板521は、例えば図47に示
すような透過率特性を有し、赤外線ランプ534から発
せられる赤外線534aは、アモルファスシリコン薄膜
522を透過して、大部分がガラス基板521に吸収さ
れる。そこで、XeClエキシマレーザ531のレーザ
ビーム531aを照射すると、実施の形態5−1と同様
に、レーザビーム531aによって、主としてアモルフ
ァスシリコン薄膜522が加熱される一方、赤外線ラン
プ534の赤外線534aによって、主としてガラス基
板521が加熱される。それゆえ、レーザビーム531
aおよび赤外線534aの照射終了後、アモルファスシ
リコン薄膜522は徐冷され、結晶成長が促進されて、
結晶粒の大きいポリシリコン薄膜523が形成される。
(Embodiment 5-2) Embodiment 5
Instead of one Ar laser 532, as shown in FIG.
For example, an infrared lamp 534 having a wavelength of 4 μm may be used. That is, the glass substrate 521 has a transmittance characteristic as shown in FIG. 47, for example, and the infrared ray 534a emitted from the infrared lamp 534 passes through the amorphous silicon thin film 522 and is mostly absorbed by the glass substrate 521. . Therefore, when the laser beam 531a of the XeCl excimer laser 531 is applied, the amorphous silicon thin film 522 is mainly heated by the laser beam 531a, as in Embodiment 5-1. The substrate 521 is heated. Therefore, the laser beam 531
After the irradiation of the amorphous silicon thin film 522 is completed, the crystal growth is promoted.
A polysilicon thin film 523 having large crystal grains is formed.

【0323】上記のように赤外線ランプ534を用いる
ことを除いて実施の形態5−1と同様の条件により形成
されたポリシリコン薄膜523について、ラマン散乱測
定を行った測定結果を図45に記号Qで示す。同図から
明らかなように、やはり、XeClエキシマレーザ53
1のレーザビーム531aだけを照射した場合(R)よ
りも、ラマン散乱強度が大きく、結晶性の優れているこ
とが確認された。
The results of Raman scattering measurement of the polysilicon thin film 523 formed under the same conditions as in Embodiment 5-1 except that the infrared lamp 534 is used as described above are shown in FIG. Indicated by As is clear from the figure, the XeCl excimer laser 53
It was confirmed that the Raman scattering intensity was higher and the crystallinity was better than in the case where only one laser beam 531a was irradiated (R).

【0324】また、結晶粒の均一性も、実施の形態5−
1と同様に高いことが確認された。
Further, the uniformity of the crystal grains is also determined in the fifth embodiment.
It was confirmed to be as high as 1.

【0325】なお、上記赤外線534aに加えて、さら
に、実施の形態5−1と同様に、Arレーザ532のレ
ーザビーム532aも照射するようにしてもよい。ま
た、赤外線534aも、実施の形態5−1と同様にハー
フミラーを用いるなどして、アモルファスシリコン薄膜
522に垂直に照射されるようにしてもよい。
[0325] In addition to the infrared ray 534a, the laser beam 532a of the Ar laser 532 may be irradiated similarly to the embodiment 5-1. In addition, the infrared ray 534a may be irradiated perpendicularly to the amorphous silicon thin film 522 by using a half mirror as in Embodiment 5-1.

【0326】(実施の形態5−3)本発明の実施の形態
5−3について、図48ないし図50に基づいて説明す
る。
(Embodiment 5-3) An embodiment 5-3 of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0327】まず、図48に示すように、ガラス基板5
21に、誘導結合プラズマCVD装置によって、前駆体
半導体薄膜としての微結晶シリコン薄膜524を形成す
る。詳しくは、例えば、反応ガスとしてモノシランガス
(SiH4)と水素ガスとを2:3の割合で混合した混
合ガスを用い、基板温度(反応温度)が350℃〜53
0℃、圧力が数mTorrの反応条件で、膜厚が85n
mの微結晶シリコン薄膜524を形成する。なお、微結
晶シリコン薄膜524に代えて、実施の形態5−1と同
様にアモルファスシリコン薄膜522を形成してもよ
い。また、プラズマCVD装置に代えて、LP(Low Po
wer )CVD装置やスパッタ装置等を用いるなどしても
よい。
[0327] First, as shown in FIG.
At 21, a microcrystalline silicon thin film 524 as a precursor semiconductor thin film is formed by an inductively coupled plasma CVD apparatus. More specifically, for example, a mixed gas obtained by mixing monosilane gas (SiH 4 ) and hydrogen gas at a ratio of 2: 3 is used as the reaction gas, and the substrate temperature (reaction temperature) is 350 ° C. to 53 ° C.
Under the reaction conditions of 0 ° C. and a pressure of several mTorr, the film thickness is 85 n
Then, a microcrystalline silicon thin film 524 is formed. Note that, instead of the microcrystalline silicon thin film 524, an amorphous silicon thin film 522 may be formed as in Embodiment 5-1. Also, instead of a plasma CVD apparatus, LP (Low Po
wer) A CVD apparatus, a sputtering apparatus, or the like may be used.

【0328】次に、上記微結晶シリコン薄膜524が形
成されたガラス基板521を400℃〜500℃で30
分以上熱処理し、微結晶シリコン薄膜524中の水素を
放出させる脱水素処理を行う。すなわち、後述するレー
ザアニール時において、微結晶シリコン薄膜524中に
取り込まれた水素が急激に放出されて微結晶シリコン薄
膜524に損傷が生じるのを防止するようにする。
Next, the glass substrate 521 on which the microcrystalline silicon thin film 524 is formed is heated at 400 ° C. to 500 ° C. for 30 minutes.
Heat treatment is performed for more than one minute to perform dehydrogenation treatment for releasing hydrogen in the microcrystalline silicon thin film 524. That is, at the time of laser annealing to be described later, it is possible to prevent the hydrogen taken in the microcrystalline silicon thin film 524 from being rapidly released and causing damage to the microcrystalline silicon thin film 524.

【0329】次に、レーザアニールを行う。すなわち、
図49に示すように、石英板による照射窓541aが形
成されたチャンバ541内に上記ガラス基板521を設
置し、XeClエキシマレーザ531のレーザビーム5
31a、および白熱ランプ542の白熱光542aを照
射して、微結晶シリコン薄膜524を結晶化させてポリ
シリコン薄膜523を形成する。より詳しくは、上記レ
ーザビーム531aは、パルス幅が数10nsのパルス
発振、波長が308nm、照射エネルギが350mJ/
cm2、照射回数は10回である。また、レーザビーム
531aは、レーザ光減衰器543、ホモジナイザ(レ
ーザ光均一化装置)544、および反射鏡545を介し
て照射される。一方、白熱光542aは、微結晶シリコ
ン薄膜524が400℃程度に加熱されるように照射す
る。
Next, laser annealing is performed. That is,
As shown in FIG. 49, the glass substrate 521 is set in a chamber 541 in which an irradiation window 541a made of a quartz plate is formed, and a laser beam 5 of a XeCl excimer laser 531 is placed.
31a and the incandescent light 542a of the incandescent lamp 542 are irradiated to crystallize the microcrystalline silicon thin film 524 to form a polysilicon thin film 523. More specifically, the laser beam 531a has a pulse width of several tens ns, a wavelength of 308 nm, and an irradiation energy of 350 mJ /.
cm 2 , and the number of irradiations is 10. The laser beam 531a is irradiated via a laser beam attenuator 543, a homogenizer (laser beam homogenizer) 544, and a reflecting mirror 545. On the other hand, the incandescent light 542a is applied so that the microcrystalline silicon thin film 524 is heated to about 400 ° C.

【0330】さらに、上記ポリシリコン薄膜523を水
素プラズマ雰囲気中で350℃以上に加熱することによ
り、ポリシリコン薄膜523中の切断された結合手を水
素で終端する水素化処理を行う。
Further, by heating the polysilicon thin film 523 to 350 ° C. or more in a hydrogen plasma atmosphere, a hydrogenation treatment for terminating the broken bonds in the polysilicon thin film 523 with hydrogen is performed.

【0331】上記のようにして形成されたポリシリコン
薄膜523の結晶粒径をSEMおよびTEMを用いて測
定したところ、0.7μmであり、従来のポリシリコン
膜での0.3μmに対して結晶粒径が増大していること
が確認された。また、電界効果移動度は、従来の50c
2/V・secから、80cm2/V・secに増大
し、さらに、ポリシリコン薄膜523の界面および膜中
の合計の欠陥密度は、1.3×1012cm-2eV-1
ら、1.0×1012cm-2eV-1に減少した。すなわ
ち、レーザビーム531aの照射時に白熱ランプ542
による加熱を併用することによって、ポリシリコン薄膜
523の結晶粒径の増大、および膜質の向上がなされ
る。
When the crystal grain size of the polysilicon thin film 523 formed as described above was measured using SEM and TEM, it was 0.7 μm, which was smaller than 0.3 μm in the conventional polysilicon film. It was confirmed that the particle size had increased. The field-effect mobility is 50 c
m 2 / V · sec to 80 cm 2 / V · sec, and the total defect density in the interface and the film of the polysilicon thin film 523 is 1.3 × 10 12 cm −2 eV −1 . It decreased to 1.0 × 10 12 cm −2 eV −1 . That is, the incandescent lamp 542 is irradiated when the laser beam 531a is irradiated.
In addition, the crystal grain size of the polysilicon thin film 523 is increased and the film quality is improved.

【0332】なお、レーザビーム531aの照射条件を
種々に変更して実験したところ、照射エネルギが200
mJ/cm2以上で結晶化が生じ、500mJ/cm2
上では微結晶シリコンが消失する。また、300mJ/
cm2以上、450mJ/cm2以下の範囲では、結晶成
長が十分に行われ、結晶粒径が大きくなる。また、照射
回数が5回以上で、結晶欠陥の発生が抑制され、結晶性
が向上する。
The experiment was carried out with the laser beam 531a under various irradiation conditions.
Crystallization occurs in mJ / cm 2 or more, the microcrystalline silicon is lost at 500 mJ / cm 2 or more. In addition, 300mJ /
In the range of not less than cm 2 and not more than 450 mJ / cm 2 , crystal growth is sufficiently performed and the crystal grain size is large. Further, when the number of irradiations is 5 or more, generation of crystal defects is suppressed, and crystallinity is improved.

【0333】次に、所定の絶縁膜や導電膜の成膜処理、
エッチングによるパターニング、イオン注入などを行う
ことにより、薄膜トランジスタ(TFT)を形成する。
なお、ポリシリコン薄膜523のパターニングはレーザ
アニールの前に行ってもよい。
Next, a process of forming a predetermined insulating film or conductive film,
A thin film transistor (TFT) is formed by performing patterning by etching, ion implantation, and the like.
The patterning of the polysilicon thin film 523 may be performed before laser annealing.

【0334】上記のようにして形成されたTFTのゲー
ト電圧(Vg)−ドレイン電流(Id)特性を計測した
ところ、図50に示すように、従来のTFTに比べて、
ゲート電圧に対するドレイン電流の立ち上がりが急にな
り、サブスレッショルド特性の向上したことが確認さ
れ、閾値電圧も低下した。
When the gate voltage (Vg) -drain current (Id) characteristics of the TFT formed as described above were measured, as shown in FIG.
The rise of the drain current with respect to the gate voltage became steep, and it was confirmed that the subthreshold characteristic was improved, and the threshold voltage was also lowered.

【0335】なお、上記のようにレーザビーム531a
の照射と同時に白熱光542aを照射せずに、例えば図
51に示すように、水平方向に移動可能な基板ステージ
535にガラス基板521を載置し、同図に矢印Aで示
す方向に移動させながら、微結晶シリコン薄膜524に
おけるレーザビーム531aの照射領域よりも移動方向
前方側に白熱光542aを照射することにより、レーザ
ビーム531aによる加熱に先立って白熱光542aに
よる加熱を行うようにしても、同様の効果は得られる。
Note that the laser beam 531 a
51, the glass substrate 521 is placed on a horizontally movable substrate stage 535 as shown in FIG. 51 without being irradiated with the incandescent light 542a, and is moved in the direction indicated by the arrow A in FIG. However, by irradiating the incandescent light 542a on the microcrystalline silicon thin film 524 with the incandescent light 542a ahead of the irradiation area of the laser beam 531a in the movement direction, heating by the incandescent light 542a may be performed prior to heating by the laser beam 531a. The same effect can be obtained.

【0336】(実施の形態5−4)本発明の実施の形態
5−4のTFTについて、図52および図50に基づい
て説明する。
(Embodiment 5-4) A TFT according to an embodiment 5-4 of the present invention will be described with reference to FIGS. 52 and 50. FIG.

【0337】まず、図52に示すように、ガラス基板5
21に、プラズマCVD法を用いて、アモルファスシリ
コン薄膜522を形成する。詳しくは、例えば反応ガス
としてモノシランガス(SiH4)と水素ガスとの混合
ガスを用い、基板温度が180℃〜300℃、圧力が
0.8Torrの反応条件で、膜厚が85nmのアモル
ファスシリコン薄膜522を形成する。
First, as shown in FIG.
At 21, an amorphous silicon thin film 522 is formed using a plasma CVD method. More specifically, for example, a mixed gas of monosilane gas (SiH 4 ) and hydrogen gas is used as a reaction gas, the substrate temperature is 180 ° C. to 300 ° C., the pressure is 0.8 Torr, and the amorphous silicon thin film 522 having a thickness of 85 nm is formed. To form

【0338】次に、実施の形態5−3と同様に、上記ア
モルファスシリコン薄膜522が形成されたガラス基板
521に脱水素処理を行う。
Next, as in Embodiment 5-3, the glass substrate 521 on which the amorphous silicon thin film 522 is formed is subjected to a dehydrogenation treatment.

【0339】次に、ガラス基板521を図52に矢印A
で示す方向に移動させながら、XeClエキシマレーザ
531のレーザビーム531a、およびエキシマランプ
551のエキシマランプ光551aを照射し、アモルフ
ァスシリコン薄膜522を結晶化させてポリシリコン薄
膜523を形成する。より詳しくは、上記レーザビーム
531aは、照射エネルギが350mJ/cm2で、ア
モルファスシリコン薄膜522における照射領域531
bが500μm×70mmの帯状になるように照射す
る。また、ガラス基板521の移動に伴って、レーザビ
ーム531aの各パルスの照射領域531bが90%ず
つ重なるようにして、アモルファスシリコン薄膜522
の全ての領域に、それぞれ10回ずつレーザビーム53
1aが照射されるようにする。一方、エキシマランプ光
551aは、可視光から紫外光領域の光で、直接、およ
び凹面反射鏡552を介して、上記レーザビーム531
aの照射領域531bを含む5mm×70mmの照射領
域551bに、アモルファスシリコン薄膜522が50
0℃程度に加熱されるように照射する。
Next, the glass substrate 521 is moved to the direction indicated by the arrow A in FIG.
Are irradiated with the laser beam 531a of the XeCl excimer laser 531 and the excimer lamp light 551a of the excimer lamp 551 to crystallize the amorphous silicon thin film 522 to form the polysilicon thin film 523. More specifically, the laser beam 531 a has an irradiation energy of 350 mJ / cm 2 and an irradiation region 531 in the amorphous silicon thin film 522.
Irradiation is performed so that b has a band shape of 500 μm × 70 mm. Further, as the glass substrate 521 moves, the irradiation regions 531b of the respective pulses of the laser beam 531a overlap each other by 90%, so that the amorphous silicon thin film 522 is formed.
Laser beam 53 in each area 10 times
1a is irradiated. On the other hand, the excimer lamp light 551a is light in the range from visible light to ultraviolet light, and the laser beam 531 directly and via the concave reflecting mirror 552.
In the irradiation area 551b of 5 mm × 70 mm including the irradiation area 531b of FIG.
Irradiation is performed so as to be heated to about 0 ° C.

【0340】さらに、実施の形態5−3と同様に、水素
化処理を行う。
Further, hydrogenation treatment is performed in the same manner as in Embodiment 5-3.

【0341】上記のようにして形成されたポリシリコン
薄膜523の結晶粒径をSEMおよびTEMを用いて測
定したところ、1μmであり、従来のポリシリコン膜で
の0.3μmに対して結晶粒径が増大していることが確
認された。また、電界効果移動度は、従来の50cm2
/V・secから、120cm2/V・secに増大
し、さらに、ポリシリコン薄膜523の界面および膜中
の合計の欠陥密度は、1.3×1012cm-2eV-1
ら、1.1×1012cm-2eV-1に減少した。すなわ
ち、レーザビーム531aの照射時にエキシマランプ5
51による加熱を併用することによって、ポリシリコン
薄膜523の結晶粒径の増大、および膜質の向上がなさ
れる。
When the crystal grain size of the polysilicon thin film 523 formed as described above was measured using SEM and TEM, it was 1 μm, which was 0.3 μm of the conventional polysilicon film. Was confirmed to have increased. The field-effect mobility is 50 cm 2
/ V · sec to 120 cm 2 / V · sec, and the total defect density at the interface of the polysilicon thin film 523 and in the film is 1.3 × 10 12 cm −2 eV −1 to 1. It was reduced to 1 × 10 12 cm −2 eV −1 . That is, the excimer lamp 5 is irradiated when the laser beam 531a is irradiated.
By using the heating by 51 together, the crystal grain size of the polysilicon thin film 523 is increased and the film quality is improved.

【0342】次に、実施の形態5−3と同様に、所定の
絶縁膜や導電膜の成膜処理、エッチングによるパターニ
ング、イオン注入などを行うことにより、TFTを形成
する。
Next, as in Embodiment 5-3, a TFT is formed by performing a process of forming a predetermined insulating film or conductive film, patterning by etching, ion implantation, and the like.

【0343】上記のようにして形成されたTFTのゲー
ト電圧(Vg)−ドレイン電流(Id)特性を計測した
ところ、図50に示すように、やはり、従来のTFTに
比べて、ゲート電圧に対するドレイン電流の立ち上がり
が急になり、サブスレッショルド特性が向上し、また、
閾値電圧が5.0Vから4.2Vに減少したことが確認
された。
When the gate voltage (Vg) -drain current (Id) characteristics of the TFT formed as described above were measured, as shown in FIG. 50, the drain voltage with respect to the gate voltage was again higher than that of the conventional TFT. The current rises sharply, the sub-threshold characteristic improves,
It was confirmed that the threshold voltage was reduced from 5.0 V to 4.2 V.

【0344】(実施の形態5−5)本発明の実施の形態
5−5について、図53および図50に基づいて説明す
る。
(Embodiment 5-5) Embodiment 5-5 of the present invention will be described with reference to FIG. 53 and FIG.

【0345】まず、実施の形態5−4と同様に、ガラス
基板521にアモルファスシリコン薄膜522を形成
し、脱水素処理を行う。
First, as in Embodiment 5-4, an amorphous silicon thin film 522 is formed on a glass substrate 521, and a dehydrogenation process is performed.

【0346】次に、図53に示すように、ガラス基板5
21を矢印Aで示す方向に移動させながら、XeClエ
キシマレーザ531のレーザビーム531a、およびエ
キシマランプ551のエキシマランプ光551aを照射
するとともに、ヒータ561によって、ガラス基板52
1を底面側から加熱して、ポリシリコン薄膜523を形
成する。すなわち、上記レーザビーム531a、および
エキシマランプ光551aの照射条件等は、実施の形態
5−4と同じであるが、さらに、ヒータ561によって
ガラス基板521全体を450℃に加熱する点が実施の
形態5−4と異なる。
Next, as shown in FIG.
The laser beam 531a of the XeCl excimer laser 531 and the excimer lamp light 551a of the excimer lamp 551 are irradiated while moving the substrate 21 in the direction indicated by the arrow A, and the glass substrate 52 is heated by the heater 561.
1 is heated from the bottom side to form a polysilicon thin film 523. That is, the irradiation conditions and the like of the laser beam 531a and the excimer lamp light 551a are the same as those in the embodiment 5-4, but the embodiment is further characterized in that the entire glass substrate 521 is heated to 450 ° C. by the heater 561. Different from 5-4.

【0347】さらに、実施の形態5−3と同様に、水素
化処理を行う。
Further, hydrogenation treatment is performed in the same manner as in Embodiment 5-3.

【0348】上記のようにして形成されたポリシリコン
薄膜523の結晶粒径をSEMおよびTEMを用いて測
定したところ、1.5μmであり、従来のポリシリコン
膜での0.3μmに対して結晶粒径が増大していること
が確認された。また、電界効果移動度は、従来の50c
2/V・secから、150cm2/V・secに増大
し、さらに、ポリシリコン薄膜523の界面および膜中
の合計の欠陥密度は、1.3×1012cm-2eV-1
ら、8.7×1011cm-2eV-1に減少した。すなわ
ち、レーザビーム531aの照射時に、エキシマランプ
551、およびヒータ561による加熱を併用すること
によって、一層、ポリシリコン薄膜523の結晶粒径の
増大、および膜質の向上がなされる。
When the crystal grain size of the polysilicon thin film 523 formed as described above was measured using SEM and TEM, it was 1.5 μm, which was smaller than 0.3 μm in the conventional polysilicon film. It was confirmed that the particle size had increased. The field-effect mobility is 50 c
m 2 / V · sec to 150 cm 2 / V · sec, and the total defect density at the interface and the film of the polysilicon thin film 523 is 1.3 × 10 12 cm −2 eV −1 . It decreased to 8.7 × 10 11 cm -2 eV -1 . That is, by using both the excimer lamp 551 and the heater 561 when irradiating the laser beam 531a, the crystal grain size of the polysilicon thin film 523 and the film quality are further improved.

【0349】また、実施の形態5−3と同様に、TFT
を形成し、ゲート電圧(Vg)−ドレイン電流(Id)
特性を計測したところ、図50に示すように、実施の形
態5−4よりも、さらにゲート電圧に対するドレイン電
流の立ち上がりが急になり、サブスレッショルド特性等
の向上したことが確認された。
Also, as in Embodiment 5-3, the TFT
And gate voltage (Vg) -drain current (Id)
When the characteristics were measured, as shown in FIG. 50, it was confirmed that the rise of the drain current with respect to the gate voltage became even steeper than that in Embodiment 5-4, and the sub-threshold characteristics and the like were improved.

【0350】なお、ガラス基板521の温度を種々に設
定して実験したところ、ガラス基板521の温度を30
0℃以上に加熱すれば結晶品質の向上効果が得られる
が、600℃以上になると、ガラス基板521に歪みが
生じ、TFT等の素子の作製が困難になる。
Note that when an experiment was conducted by setting the temperature of the glass substrate 521 variously, the temperature of the glass substrate 521 was set to 30.
Heating at 0 ° C. or higher can improve the crystal quality. However, at 600 ° C. or higher, distortion occurs in the glass substrate 521, making it difficult to manufacture elements such as TFTs.

【0351】(実施の形態5−6)本発明の実施の形態
5−6について、図54および図50に基づいて説明す
る。
(Embodiment 5-6) Embodiment 5-6 of the present invention will be described with reference to FIG. 54 and FIG.

【0352】まず、実施の形態5−4と同様に、ガラス
基板521にアモルファスシリコン薄膜522を形成
し、脱水素処理を行う。
First, similarly to Embodiment 5-4, an amorphous silicon thin film 522 is formed on a glass substrate 521, and dehydrogenation is performed.

【0353】次に、図54に示すように、ガラス基板5
21を矢印Aで示す方向に移動させながら、KrFエキ
シマレーザ571のレーザビーム571a、およびエキ
シマランプ551のエキシマランプ光551aを照射す
るとともに、ヒータ561によって、ガラス基板521
を底面側から加熱して、ポリシリコン薄膜523を形成
する。ここで、実施の形態5−5と比べると、主とし
て、上記エキシマランプ光551aがガラス基板521
の真上から波長選択性反射板572を透過して照射され
る点、およびXeClエキシマレーザ531に代えてK
rFエキシマレーザ571が用いられ、レーザビーム5
71aは、波長選択性反射板572を介して照射される
点が異なる。また、エキシマランプ光551aは、レー
ザビーム571aの照射領域571bを含む5mm×1
00mmの照射領域551bに照射される。その他の加
熱条件等は実施の形態5−5と同様である。
Next, as shown in FIG.
The laser beam 571a of the KrF excimer laser 571 and the excimer lamp light 551a of the excimer lamp 551 are irradiated while moving the substrate 21 in the direction indicated by the arrow A, and the glass substrate 521 is heated by the heater 561.
Is heated from the bottom side to form a polysilicon thin film 523. Here, as compared with Embodiment 5-5, the excimer lamp light 551a is mainly used for the glass substrate 521.
Irradiating through the wavelength-selective reflector 572 from directly above, and K instead of the XeCl excimer laser 531
An rF excimer laser 571 is used, and a laser beam 5
71 a is different in that it is irradiated via a wavelength-selective reflector 572. The excimer lamp light 551a is 5 mm × 1 including the irradiation area 571b of the laser beam 571a.
The irradiation area 551b of 00 mm is irradiated. Other heating conditions and the like are the same as in Embodiment 5-5.

【0354】上記波長選択性反射板572は、280n
mよりも短い波長の光を反射する一方、280nmより
も長い波長の光を透過させるものが用いられる。そこ
で、KrFが放電に用いられるKrFエキシマレーザ5
71のレーザビーム571a(波長が248nm)は、
波長選択性反射板572に反射されてアモルファスシリ
コン薄膜522にほぼ垂直に照射されるとともに、可視
光から紫外光領域のエキシマランプ光551aは、波長
選択性反射板572を透過してアモルファスシリコン薄
膜522にほぼ垂直に照射される。
The wavelength-selective reflection plate 572 is 280n
Those that reflect light having a wavelength shorter than m and transmit light having a wavelength longer than 280 nm are used. Therefore, a KrF excimer laser 5 in which KrF is used for discharge is used.
The 71 laser beam 571a (wavelength is 248 nm)
The light is reflected by the wavelength-selective reflector 572 and irradiates the amorphous silicon thin film 522 almost perpendicularly, and the excimer lamp light 551a in the visible to ultraviolet region passes through the wavelength-selective reflector 572 and passes through the amorphous silicon thin film 522. Irradiates almost vertically.

【0355】さらに、実施の形態5−3と同様に、水素
化処理を行う。
Further, hydrogenation treatment is performed in the same manner as in Embodiment 5-3.

【0356】上記のように、レーザビーム571aおよ
びエキシマランプ光551aがアモルファスシリコン薄
膜522に垂直に照射されて形成されたポリシリコン薄
膜523の結晶粒径、電界効果移動度、および欠陥密度
は、それぞれ実施の形態5−5と同じく、1.5μm、
150cm2/V・sec、および8.7×1011cm
-2eV-1であったが、ポリシリコン薄膜523の各領域
における結晶粒径や電界効果移動度のばらつきは一層少
なく、ポリシリコン薄膜523の全面にわたって、ほぼ
均一な特性が得られた。
As described above, the crystal grain size, field effect mobility, and defect density of the polysilicon thin film 523 formed by irradiating the amorphous silicon thin film 522 vertically with the laser beam 571a and the excimer lamp light 551a are respectively As in Embodiment 5-5, 1.5 μm,
150 cm 2 / V · sec, and 8.7 × 10 11 cm
Although it was −2 eV −1 , the variation in the crystal grain size and the field effect mobility in each region of the polysilicon thin film 523 was further reduced, and almost uniform characteristics were obtained over the entire surface of the polysilicon thin film 523.

【0357】また、実施の形態5−3と同様に、TFT
を形成し、ゲート電圧(Vg)−ドレイン電流(Id)
特性を計測したところ、図50に示すように、実施の形
態5−5と同じ特性が得られた。
Also, as in Embodiment 5-3, the TFT
And gate voltage (Vg) -drain current (Id)
When the characteristics were measured, the same characteristics as those of Embodiment 5-5 were obtained as shown in FIG.

【0358】なお、波長選択性反射板572によるレー
ザビーム等の波長に応じた選択的反射・透過は、上記の
ようにKrFエキシマレーザ571を用いることによっ
て容易に行わせることができるが、これに限らず、Xe
Br、KrCl、ArF、ArClなどを使用した短波
長レーザを用いてもよい。
The selective reflection / transmission according to the wavelength of the laser beam or the like by the wavelength selective reflection plate 572 can be easily performed by using the KrF excimer laser 571 as described above. Xe
A short-wavelength laser using Br, KrCl, ArF, ArCl, or the like may be used.

【0359】(実施の形態5−7)本発明の実施の形態
5−7について、図54ないし図56、および図50に
基づいて説明する。
(Embodiment 5-7) Embodiment 5-7 of the present invention will be described with reference to FIGS. 54 to 56 and FIG.

【0360】この実施の形態5−7においては、実施の
形態5−6と比べて、エキシマランプ光551aの照射
領域551bが5mm×70mmの領域である点と、エ
キシマランプ551によるアモルファスシリコン薄膜5
22の加熱温度を種々に設定している点が異なり、その
他の加熱条件等は実施の形態5−6と同様である。すな
わち、図54におけるエキシマランプ光551aの照射
強度を調整し、アモルファスシリコン薄膜522の加熱
温度を室温から1200℃までの範囲で種々に設定し
て、ポリシリコン薄膜523を形成し、ポリシリコン薄
膜523の結晶粒径、および電界効果移動度を測定し
た。
In this Embodiment 5-7, as compared with Embodiment 5-6, the irradiation area 551b of the excimer lamp light 551a is a 5 mm × 70 mm area, and the amorphous silicon thin film 5 formed by the excimer lamp 551
22 is different in that the heating temperature is set variously, and other heating conditions and the like are the same as those in Embodiment 5-6. That is, the irradiation intensity of the excimer lamp light 551a in FIG. 54 is adjusted, the heating temperature of the amorphous silicon thin film 522 is variously set in a range from room temperature to 1200 ° C., and the polysilicon thin film 523 is formed. Was measured for the crystal grain size and the field-effect mobility.

【0361】ポリシリコン薄膜523の結晶粒径は、図
55に示すように、アモルファスシリコン薄膜522を
約300℃以上に加熱すると、その加熱温度に応じて大
きくなり、1000℃の場合に、最大の5μm以上にな
る。1000℃を越えると、ガラス基板521の表面が
一部溶融し、結晶成長が妨げられるため、結晶粒径は小
さくなる。
As shown in FIG. 55, when the amorphous silicon thin film 522 is heated to about 300 ° C. or higher, the crystal grain size of the polysilicon thin film 523 increases in accordance with the heating temperature. 5 μm or more. If the temperature exceeds 1000 ° C., the surface of the glass substrate 521 is partially melted and crystal growth is hindered, so that the crystal grain size becomes small.

【0362】また、ポリシリコン薄膜523の電界効果
移動度は、図56に示すように、やはりアモルファスシ
リコン薄膜522を約300℃以上に加熱すると、その
加熱温度に応じて大きくなり、1000℃の場合に、最
大の450cm2/V・secになるとともに、100
0℃を越えると小さくなる。
Also, as shown in FIG. 56, when the amorphous silicon thin film 522 is heated to about 300 ° C. or higher, the field effect mobility of the polysilicon thin film 523 increases in accordance with the heating temperature. To a maximum of 450 cm 2 / V · sec.
If it exceeds 0 ° C., it will decrease.

【0363】すなわち、レーザビーム571aの照射に
加えて、ヒータ561によってガラス基板521を加熱
するとともに、エキシマランプ光551aの照射によっ
て、アモルファスシリコン薄膜522を600℃〜11
00℃の範囲で加熱することにより、特に、ポリシリコ
ン薄膜523の結晶粒径の拡大および膜質の向上効果が
得られる。
That is, in addition to the irradiation of the laser beam 571a, the glass substrate 521 is heated by the heater 561, and the amorphous silicon thin film 522 is irradiated with the excimer lamp light 551a.
By heating in the range of 00 ° C., in particular, the effect of expanding the crystal grain size of the polysilicon thin film 523 and improving the film quality can be obtained.

【0364】また、上記ポリシリコン薄膜523に対し
て、実施の形態5−3と同様に、TFTを形成し、ゲー
ト電圧(Vg)−ドレイン電流(Id)特性を計測した
ところ、例えばアモルファスシリコン薄膜522の加熱
温度が600℃の場合の例を図50に示すように、実施
の形態5−5,5−6よりも、さらに良好なTFT特性
が得られた。
A TFT was formed on the polysilicon thin film 523 in the same manner as in Embodiment 5-3, and the gate voltage (Vg) -drain current (Id) characteristics were measured. As shown in FIG. 50 in the case where the heating temperature of 522 is 600 ° C., even better TFT characteristics were obtained than in Embodiments 5-5 and 5-6.

【0365】(実施の形態5−8)本発明の実施の形態
5−8について、図57、図58、および図50に基づ
いて説明する。
(Embodiment 5-8) Embodiment 5-8 of the present invention will be described with reference to FIGS. 57, 58, and 50. FIG.

【0366】この実施の形態5−8においては、前記実
施の形態5−7と比べて、主として、エキシマランプ5
51に代えてパルス発光するXeフラッシュランプ58
1が用いられる点が異なる。
In the embodiment 5-8, as compared with the embodiment 5-7, the excimer lamp 5 is mainly used.
Xe flash lamp 58 that emits pulse light instead of 51
1 is used.

【0367】より詳しくは、図57に示すように、実施
の形態5−7と同様のKrFエキシマレーザ571のレ
ーザビーム571aは、アモルファスシリコン薄膜52
2における照射領域571bが500μm×200mm
の帯状になるように照射する。一方、Xeフラッシュラ
ンプ581から発せられる可視光から紫外光領域のXe
フラッシュランプ光581aは、上記レーザビーム57
1aの照射領域571bを含む5mm×200mmの照
射領域581bに、アモルファスシリコン薄膜522が
1000℃程度に加熱されるように照射する。また、こ
のXeフラッシュランプ光581aは、図58に示すよ
うに、レーザビーム571aの照射パルスと同期して、
その照射パルスの前後にわたる幅のパルスとして照射す
る。また、レーザビーム571aの照射パルスは、その
照射周期の2/3以下のパルス幅になるように照射す
る。上記以外の加熱条件等は実施の形態5−7と同様で
ある。
More specifically, as shown in FIG. 57, the laser beam 571a of the KrF excimer laser 571 similar to that of the embodiment 5-7 is applied to the amorphous silicon thin film 52.
2 is 500 μm × 200 mm
Irradiation so as to form a band. On the other hand, Xe in the range from visible light to ultraviolet light emitted from the Xe flash lamp 581
The flash lamp light 581 a
An irradiation region 581b of 5 mm × 200 mm including the irradiation region 571b of 1a is irradiated so that the amorphous silicon thin film 522 is heated to about 1000 ° C. As shown in FIG. 58, the Xe flash lamp light 581a is synchronized with the irradiation pulse of the laser beam 571a,
Irradiation is performed as a pulse having a width extending before and after the irradiation pulse. Further, the irradiation pulse of the laser beam 571a is applied so as to have a pulse width of 2/3 or less of the irradiation cycle. Other heating conditions and the like are the same as in Embodiment 5-7.

【0368】上記のようにして形成されたポリシリコン
薄膜523の結晶粒径、および電界効果移動度は、それ
ぞれ実施の形態5−7においてアモルファスシリコン薄
膜522を1000℃に加熱した場合とほぼ同等であっ
たが、実施の形態5−7においてはガラス基板521に
多少の歪みが生じたのに対し、本実施の形態5−8では
歪みは生じず、より確実に適正な半導体回路を形成する
ことなどが容易になる。しかも、Xeフラッシュランプ
581の加熱効率が高く、一度に大きな面積を加熱する
ことができるため、生産性を容易に向上させることがで
きる。
The crystal grain size and the field-effect mobility of the polysilicon thin film 523 formed as described above are almost the same as those in the case where the amorphous silicon thin film 522 is heated to 1000 ° C. in the embodiment 5-7. However, in the embodiment 5-7, the glass substrate 521 is slightly distorted, whereas in the embodiment 5-8, the distortion is not caused, so that an appropriate semiconductor circuit can be more reliably formed. And so on. In addition, since the Xe flash lamp 581 has high heating efficiency and can heat a large area at a time, productivity can be easily improved.

【0369】また、実施の形態5−3と同様に、TFT
を形成し、ゲート電圧(Vg)−ドレイン電流(Id)
特性を計測したところ、図50に示すように、実施の形
態5−7よりも、さらに良好なTFT特性が得られた。
Also, as in Embodiment 5-3, the TFT
And gate voltage (Vg) -drain current (Id)
When the characteristics were measured, as shown in FIG. 50, better TFT characteristics were obtained than in Embodiment 5-7.

【0370】(実施の形態5−9)本発明の実施の形態
5−9について、図59、および図50に基づいて説明
する。
(Embodiment 5-9) Embodiment 5-9 of the present invention will be described with reference to FIG. 59 and FIG.

【0371】この実施の形態5−9においては、図59
に示すように、実施の形態5−8と同様のKrFエキシ
マレーザ571から発せられるレーザビーム571a
が、波長選択性反射板572により反射されて、アモル
ファスシリコン薄膜522における500μm×200
mm程度の帯状の照射領域571bに照射されるととも
に、YAGレーザから発せられたレーザビームをKTP
結晶を用いて2分の1波長に変換するYAGレーザ装置
591からのレーザビーム591aが、反射板592に
より反射されて、アモルファスシリコン薄膜522にお
ける5mm×200mmの照射領域591bに照射され
る。上記のように、波長選択性反射板572および反射
板592によって、レーザビーム571aおよびレーザ
ビーム591aは、アモルファスシリコン薄膜522に
垂直に入射する。また、レーザビーム571aおよびレ
ーザビーム591aの照射タイミング、およびパルス
幅、レーザビーム571aの照射エネルギ、並びにヒー
タ561によるガラス基板521の加熱温度等は、実施
の形態5−8と同様である。
In Embodiment 5-9, FIG.
As shown in the figure, a laser beam 571a emitted from a KrF excimer laser 571 similar to that in the embodiment 5-8.
Is reflected by the wavelength-selective reflection plate 572, and is 500 μm × 200 in the amorphous silicon thin film 522.
mm and a laser beam emitted from a YAG laser is irradiated by a KTP.
A laser beam 591a from a YAG laser device 591 that converts the wavelength into half using a crystal is reflected by a reflection plate 592, and is irradiated on an irradiation region 591b of 5 mm × 200 mm in the amorphous silicon thin film 522. As described above, the laser beam 571a and the laser beam 591a are vertically incident on the amorphous silicon thin film 522 by the wavelength-selective reflector 572 and the reflector 592. The irradiation timing and pulse width of laser beam 571a and laser beam 591a, the irradiation energy of laser beam 571a, the heating temperature of glass substrate 521 by heater 561, and the like are the same as those in Embodiment 5-8.

【0372】上記YAGレーザ装置591のレーザビー
ム591aによるアモルファスシリコン薄膜522の加
熱温度を室温から1200℃の範囲で種々に設定してポ
リシリコン薄膜523を形成し、結晶粒径、および電界
効果移動度を測定したところ、アモルファスシリコン薄
膜522の加熱温度が1100℃の場合に、それぞれ最
大の5.5μm、および600cm2/V・secにな
った。すなわち、YAGレーザ装置591を予備加熱に
用いたことにより、アモルファスシリコン薄膜522を
比較的高温に加熱しても、ガラス基板521が歪んだ
り、溶融してポリシリコン薄膜523に不純物が混入し
たりすることがなく、実施の形態5−7でエキシマラン
プ551によってアモルファスシリコン薄膜522を加
熱した場合よりも、さらに良好な結晶性のポリシリコン
薄膜523が得られた。ただし、アモルファスシリコン
薄膜522を1200℃まで加熱した場合には、結晶粒
径、および電界効果移動度が、何れも低下した。これ
は、YAGレーザ装置591による予備加熱時に既に微
結晶シリコンが形成され、これがKrFエキシマレーザ
571による結晶成長に悪影響を与えているからであ
る。
The heating temperature of the amorphous silicon thin film 522 by the laser beam 591a of the YAG laser device 591 is variously set in the range from room temperature to 1200 ° C. to form the polysilicon thin film 523, and the crystal grain size and the field effect mobility are formed. When the heating temperature of the amorphous silicon thin film 522 was 1100 ° C., the maximum values were 5.5 μm and 600 cm 2 / V · sec, respectively. That is, by using the YAG laser device 591 for preheating, even if the amorphous silicon thin film 522 is heated to a relatively high temperature, the glass substrate 521 is distorted or melted and impurities are mixed into the polysilicon thin film 523. Thus, a more excellent crystalline polysilicon thin film 523 was obtained than in the case where the amorphous silicon thin film 522 was heated by the excimer lamp 551 in the embodiment 5-7. However, when the amorphous silicon thin film 522 was heated to 1200 ° C., both the crystal grain size and the field-effect mobility decreased. This is because microcrystalline silicon has already been formed at the time of preheating by the YAG laser device 591, and this has an adverse effect on crystal growth by the KrF excimer laser 571.

【0373】また、実施の形態5−3と同様に、TFT
を形成し、ゲート電圧(Vg)−ドレイン電流(Id)
特性を計測したところ、図50に示すように、実施の形
態5−8よりも、さらに良好なTFT特性が得られた。
Also, as in Embodiment 5-3, the TFT
And gate voltage (Vg) -drain current (Id)
When the characteristics were measured, as shown in FIG. 50, better TFT characteristics were obtained than in Embodiment 5-8.

【0374】なお、予備加熱用のレーザ装置としては、
上記のようにYAGレーザ装置591に限らず、例えば
XeClエキシマレーザなどのパルスレーザを用いて
も、KrFエキシマレーザ571と異なる波長で、か
つ、ガスの混合比等によって、KrFエキシマレーザ5
71よりも長いパルス幅で、さらに、例えば図58に示
すタイミングで照射すれば、同様の効果が得られる。さ
らに、Arレーザ等の連続発振のレーザ装置を用いても
よい。
The laser device for preheating includes:
As described above, not only the YAG laser device 591 but also a pulse laser such as a XeCl excimer laser, for example, may use a KrF excimer laser 5 having a wavelength different from that of the KrF excimer laser 571 and a mixing ratio of gas.
A similar effect can be obtained by irradiating with a pulse width longer than 71 and at the timing shown in FIG. 58, for example. Further, a continuous oscillation laser device such as an Ar laser may be used.

【0375】なお、上記各実施の形態においては、半導
体としてシリコン(Si)を用いた例を示したが、これ
に限らず、例えば、ゲルマニウム(Ge)や、ガリウム
ヒ素(GaAs)等のIII−V族半導体、亜鉛セレン
(ZnSe)等のII−VI族半導体などを用いても、
加熱温度等の条件は必ずしも同一でないが、同様の効果
が得られることは確認されている。さらに、シリコン炭
素(SiC)やシリコンゲルマニウム(SiGe)など
を用いてもよい。
In each of the above embodiments, an example in which silicon (Si) is used as a semiconductor has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), etc. Even when a group V semiconductor, a II-VI group semiconductor such as zinc selenium (ZnSe) or the like is used,
Conditions such as the heating temperature are not necessarily the same, but it has been confirmed that similar effects can be obtained. Further, silicon carbon (SiC), silicon germanium (SiGe), or the like may be used.

【0376】また、アモルファスシリコン薄膜522へ
のレーザビーム531aの照射等は、ガラス基板521
側から行ったり、アモルファスシリコン薄膜522側お
よびガラス基板521側の両方から行うようにするなど
してもよい。
The irradiation of the amorphous silicon thin film 522 with the laser beam 531a is performed by the glass substrate 521.
Or from both sides of the amorphous silicon thin film 522 and the glass substrate 521.

【0377】また、ガラス基板521に代えて、石英、
またはプラスチックなどの有機材料等の基板を用いた
り、導電性の基板の表面に絶縁膜が形成されたものを用
いるなどしてもよい。
In place of the glass substrate 521, quartz,
Alternatively, a substrate such as an organic material such as plastic may be used, or a conductive substrate having an insulating film formed on a surface may be used.

【0378】また、予備加熱のためのレーザビーム53
2a等は、アモルファスシリコン薄膜522の全ての領
域に対して照射せず、高いTFT特性が必要な領域につ
いてだけ照射し、他の領域については、従来と同様に、
結晶化用のためのレーザビーム531a等だけを照射す
るようにしてもよい。
Also, a laser beam 53 for preheating is used.
2a and the like do not irradiate the entire region of the amorphous silicon thin film 522, but irradiate only the region where the high TFT characteristics are required.
Alternatively, only the laser beam 531a for crystallization may be irradiated.

【0379】(実施の形態6−1)以下、半導体素子と
しての薄膜トランジスタが液晶表示装置に適用される例
を説明する。
(Embodiment 6-1) An example in which a thin film transistor as a semiconductor element is applied to a liquid crystal display device will be described below.

【0380】アクティブマトリクス型の液晶表示装置に
おいては、画像表示領域に設けられる薄膜トランジスタ
は、表示画像のむらを低減するために、トランジスタ特
性の均一性を高くする必要がある一方、画像表示領域の
周辺部に配置される駆動回路(ドライバ回路)に用いら
れる薄膜トランジスタは、高い応答性が必要とされる。
しかしながら、特性の均一性と高い応答性とを両立する
ことは、種々の結晶成長方法等が検討されているにもか
かわらず容易ではない。そこで、本実施の形態において
は、基板上に形成された半導体膜(非晶質シリコン層)
の領域毎にレーザの照射方法を異ならせることにより、
それぞれの領域に必要とされる特性が得られるようにし
ている。すなわち、基板の全面、または画像表示領域の
みに対して第1のレーザ光照射を行った後、駆動回路部
領域に対して上記第1のレーザ光照射よりも高いエネル
ギー密度で第2のレーザ光照射を行っている。以下、レ
ーザアニール装置及びレーザアニール方法について図面
を参照しながら具体的に説明する。
In the active matrix type liquid crystal display device, the thin film transistor provided in the image display area needs to have high uniformity of transistor characteristics in order to reduce unevenness of a display image, while the peripheral portion of the image display area is required. A thin film transistor used for a drive circuit (driver circuit) arranged in the semiconductor device needs high responsiveness.
However, it is not easy to achieve both uniformity of characteristics and high responsiveness despite various crystal growth methods and the like being studied. Therefore, in the present embodiment, a semiconductor film (amorphous silicon layer) formed on a substrate
By making the laser irradiation method different for each area of
The characteristics required for each area are obtained. That is, after irradiating the first laser light to the entire surface of the substrate or only to the image display area, the second laser light is applied to the drive circuit section area at a higher energy density than the first laser light irradiation. Irradiation. Hereinafter, the laser annealing apparatus and the laser annealing method will be specifically described with reference to the drawings.

【0381】この実施の形態で用いられるレーザアニー
ル装置は、基本的には、前記図9で示した従来の装置と
同様の構成を有したものを用いることができる。図9に
おいて、151はレーザ発振器、152は反射鏡、15
3は均一化装置、154は窓、155は非晶質シリコン
層が形成された基板、156はステージ、157は制御
装置を示している。そして、非晶質シリコン層のレーザ
アニールの際には、レーザ発振器151から発振したレ
ーザ光を反射鏡152によって均一化装置153に導
き、エネルギーの均一な所定の形に整形されたレーザビ
ームを窓154を通して処理室内のステージ156に固
定された基板155に照射するようになっている。ただ
し、制御装置157は、基板155における所定の領域
ごとに限定してレーザ光を照射し得るとともに、各領域
で照射条件を異ならせるように、制御できるようになっ
ている。
The laser annealing apparatus used in this embodiment can be basically the one having the same configuration as the conventional apparatus shown in FIG. In FIG. 9, 151 is a laser oscillator, 152 is a reflecting mirror, and 15
Reference numeral 3 denotes a uniformizing device, 154 denotes a window, 155 denotes a substrate on which an amorphous silicon layer is formed, 156 denotes a stage, and 157 denotes a control device. During the laser annealing of the amorphous silicon layer, the laser beam oscillated from the laser oscillator 151 is guided to the homogenizer 153 by the reflecting mirror 152, and the laser beam shaped into a predetermined shape with uniform energy is applied to the window. The substrate 155 fixed to the stage 156 in the processing chamber is irradiated through 154. However, the control device 157 can irradiate the laser beam only for each predetermined region on the substrate 155, and can control the irradiation conditions to be different in each region.

【0382】上記レーザアニール装置を用い、まず、均
一化装置153を通してビーム断面形状が線状(例えば
幅が300μm、長さが10cm)に整形されたレーザ
光を、エネルギー密度が280mJ/cm2になるよう
に、基板155を動かしながら、照射領域を部分的に重
ね合わせつつ基板155の全面に照射する第1のレーザ
光照射を行う(線状のレーザ光を用いた走査照射)。な
お、このレーザ光の照射は、図60に示す画像表示領域
155aだけに対して行ってもよい。次に、上記よりも
高い400mJ/cm2のエネルギー密度で、駆動回路
部領域155b,155cにレーザ光を照射する第2の
レーザ光照射を行う(線状のレーザ光を用いた走査照
射)。
Using the above laser annealing apparatus, first, a laser beam having a linear beam cross section (for example, a width of 300 μm and a length of 10 cm) is converted to a laser beam having an energy density of 280 mJ / cm 2 through a homogenizer 153. While the substrate 155 is being moved, first laser light irradiation is performed to irradiate the entire surface of the substrate 155 while partially overlapping the irradiation areas (scanning irradiation using linear laser light). Note that this laser beam irradiation may be performed only on the image display area 155a shown in FIG. Next, second laser light irradiation for irradiating the drive circuit portion regions 155b and 155c with laser light is performed at an energy density of 400 mJ / cm 2 higher than the above (scanning irradiation using linear laser light).

【0383】ここで、上記基板155としては、例えば
ガラス基板上にプラズマCVDにより500Åの膜厚で
非晶質シリコン層を形成した後、450℃で1時間の脱
水素処理を行ったものを用いた。また、レーザ光は、例
えば25nsのパルス幅で、300Hzのインターバル
で発振するものを用い、基板155を所定の速度で移動
させながら、相対的にレーザ光の走査を行った。さら
に、第2のレーザ光照射では、図61に示すように、照
射領域が30μmずつ重ね合わさるように(オーバラッ
プ率が10%)走査した。この場合、レーザ光が重ねて
照射された継ぎ目の領域と、そうでない領域とで移動度
等の特性にムラが生じるが、同図に示すように、TFT
610などを継ぎ目にかからないように形成し、継ぎ目
部分は配線パターンなどに使用すれば、TFT特性など
のばらつきを小さくすることが容易になる。また、第2
のレーザ光照射では、線状のビーム方向を基板155の
各辺に平行な方向(図60の駆動回路部領域155b,
155c内に実線で示す方向)にして、各辺に垂直な方
向に走査すれば、照射に要する合計の時間を短くするこ
とができる。このためには、基板155が固定されてい
るステージを90度回転させてレーザ照射を行えばよい
(レーザ光の線状のビーム方向を90度回転させてもよ
いが、これは一般に困難である。)。
Here, as the substrate 155, for example, a substrate obtained by forming an amorphous silicon layer with a thickness of 500 ° on a glass substrate by plasma CVD and then performing a dehydrogenation treatment at 450 ° C. for 1 hour is used. Was. The laser beam oscillated at an interval of 300 Hz with a pulse width of, for example, 25 ns, and relatively scanned with the laser beam while moving the substrate 155 at a predetermined speed. Further, in the second laser beam irradiation, as shown in FIG. 61, scanning was performed so that the irradiation regions were overlapped by 30 μm (the overlap ratio was 10%). In this case, although the characteristics such as the mobility are uneven between the region where the laser light is repeatedly irradiated and the region where the laser light is not irradiated, as shown in FIG.
If 610 or the like is formed so as not to join the joint and the joint is used for a wiring pattern or the like, it becomes easy to reduce variations in TFT characteristics and the like. Also, the second
In the laser beam irradiation, the linear beam direction is set in a direction parallel to each side of the substrate 155 (the drive circuit section region 155b,
If the scanning is performed in a direction perpendicular to each side in the direction indicated by the solid line in 155c), the total time required for irradiation can be shortened. For this purpose, laser irradiation may be performed by rotating the stage on which the substrate 155 is fixed by 90 degrees (the linear beam direction of the laser light may be rotated by 90 degrees, but this is generally difficult. .).

【0384】上記第1のレーザ光照射により、画像表示
領域155aに必要とされる半導体膜特性の均一性が保
たれるように結晶化が行われる一方、第2のレーザ光照
射により、駆動回路部領域155b,155cでは、高
い電界効果移動度を得ることができる。すなわち、本発
明者らが種々の照射条件でレーザ光の照射を行ったとこ
ろ、300mJ/cm2以上のエネルギー密度で走査照
射を行うと、各走査での照射領域の継ぎ目の部分で電界
効果移動度のムラが発生しやすくなることが判明した。
そこで、上記のように多結晶シリコンの特性における面
内の均一性が求められる画像表示領域155aにおいて
は、300mJ/cm2よりも低いエネルギー密度でレ
ーザ光を照射する一方、画素部領域よりも面積が小さ
く、高い電界効果移動度などの特性が必要な駆動回路部
領域155b,155cにおいては、300mJ/cm
2よりも高いエネルギー密度でレーザ光を照射すること
により、膜特性の均一性と向上とを両立させなくても、
画像表示領域155aと駆動回路部領域155b,15
5cとで、それぞれのニーズに合った、特性の互いに異
なる多結晶シリコン層を形成することができる。
While the first laser light irradiation crystallization is performed so that the uniformity of the semiconductor film characteristics required for the image display area 155a is maintained, the second laser light irradiation drives the drive circuit. In the partial regions 155b and 155c, high field-effect mobility can be obtained. That is, when the present inventors performed laser irradiation under various irradiation conditions, when the scanning irradiation was performed at an energy density of 300 mJ / cm 2 or more, the electric field effect movement at the joint of the irradiation region in each scan was performed. It has been found that the degree of unevenness is likely to occur.
Thus, in the image display region 155a where the in-plane uniformity of the characteristics of the polycrystalline silicon is required as described above, the laser light is irradiated at an energy density lower than 300 mJ / cm 2, while the area is larger than the pixel region. 300 mJ / cm in the drive circuit section regions 155b and 155c which require small characteristics and high characteristics such as high field-effect mobility.
By irradiating the laser light with an energy density higher than 2 , even if the uniformity and improvement of the film characteristics are not compatible,
Image display area 155a and drive circuit section areas 155b, 15
5c, it is possible to form polycrystalline silicon layers having different characteristics, which meet respective needs.

【0385】(実施の形態6−2)薄膜トランジスタが
液晶表示装置に適用される他の例を説明する。
(Embodiment 6-2) Another example in which a thin film transistor is applied to a liquid crystal display device will be described.

【0386】この例では、第1のレーザ光照射の際に
は、ビーム断面形状が前記実施の形態6−1と同じく線
状であるのに対して、第2のレーザ光照射の際には、ビ
ーム断面形状が角状である点が異なる。
In this example, when the first laser beam is radiated, the beam cross-sectional shape is linear as in Embodiment 6-1. On the other hand, when the second laser beam is radiated, The difference is that the beam cross-sectional shape is square.

【0387】この実施の形態で用いられるレーザアニー
ル装置は、図9の装置と比べて、図62に示すように、
均一化装置153に代えて、レーザ光のビーム断面形状
を線状に整形する均一化装置A621と、角状(例えば
1cm角)に整形する均一化装置B622とを備えてい
る点が異なる。(なお、図9と同じ構成要素については
同一の符号を付して説明を省略する。)上記レーザアニ
ール装置を用いて、まず図62(a)に示すように、均
一化装置A621を通して、基板155の全面または画
像表示領域155aのみに対して、均一性の保たれるエ
ネルギー密度280mJ/cm2で線状のレーザ光によ
りレーザーアニールを行う(線状のレーザ光を用いた走
査照射)。その後に、図62(b)に示すように均一化
装置B622を用い、図63に示すように、駆動回路部
領域155b,155cの各照射領域631,632に
対して、エネルギー密度が400mJ/cm2の角状の
レーザ光を照射する(角状のレーザ光を用いた走査照
射)。
The laser annealing apparatus used in this embodiment is different from the apparatus shown in FIG. 9 in that, as shown in FIG.
The difference is that, instead of the uniformizing device 153, a uniformizing device A621 for shaping the beam cross-sectional shape of the laser beam into a linear shape and a homogenizing device B622 for shaping the beam into a square shape (for example, 1 cm square) are provided. (Note that the same components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.) First, as shown in FIG. 62A, the substrate is passed through a homogenizing device A621 using the laser annealing device. Laser annealing is performed on the entire surface 155 or only the image display area 155a with linear laser light at an energy density of 280 mJ / cm 2 that maintains uniformity (scanning irradiation using linear laser light). Then, as shown in FIG. 62 (b), an energy density of 400 mJ / cm is applied to the irradiation areas 631, 632 of the drive circuit section areas 155b, 155c by using the homogenizing device B622 as shown in FIG. 2. Irradiate the angular laser light (scanning irradiation using the angular laser light).

【0388】上記のように、第2のレーザ光照射の際の
レーザ光を角状にする場合には、実施の形態6−1のよ
うに基板155を90度回転させることなく駆動回路部
領域155b,155cのレーザアニールをすることが
できる。したがって、実施の形態6−1と同様に画素部
領域と駆動回路部領域で異なる特性を持つ多結晶シリコ
ンを得ることができるとともに、装置や製造工程の簡素
化を容易に図ることができる。
As described above, in the case where the laser light for the second laser light irradiation is made angular, the driving circuit portion area is not rotated by 90 degrees as in the embodiment 6-1. Laser annealing of 155b and 155c can be performed. Therefore, similarly to Embodiment 6-1, polycrystalline silicon having different characteristics between the pixel portion region and the drive circuit portion region can be obtained, and the device and the manufacturing process can be easily simplified.

【0389】(実施の形態6−3)前記実施の形態6−
2における第2のレーザ光照射を複数回行うようにして
もよい。すなわち6−2と同様に第2のレーザ光照射の
際に、基板155を移動させず、図63に示すように駆
動回路部領域155b,155cにおける、角型のレー
ザビーム形状に対応した各照射領域631,632ごと
に、レーザ光の照射場所を固定して静止照射を行うよう
にしてもよく、各照射領域631,632は、例えばレ
ーザ光が1cmの角状であるのに対して、30μm程度
ずつ重なるようにすると、レーザ光が重ねて照射されて
いない領域における電界効果移動度を大幅に高くするこ
とが容易にできるとともに、領域内での均一性も向上さ
せることができる。ここで、上記のようにレーザ光のエ
ネルギー密度が高い場合には、レーザ光が重ねて照射さ
れた領域と、そうでない領域とで移動度等の特性にムラ
が生じるが、駆動回路部領域155b,155cでは、
画像表示領域155aのような全領域にわたる一様な均
一性は必ずしも必要ではない。すなわち、レーザショッ
トの継ぎ目(レーザビーム端)に半導体膜のパターン
(TFTパターン)が重ならないように駆動回路を形成
して、継ぎ目部分は配線パターンなどに使用するように
すればよい。つまり、多結晶シリコンの均一な特性を有
する部分のみをTFTの形成等に使用すればよい。ま
た、そのような重ねて照射される領域を使用しない場合
でも、その面積は比較的小さいので、駆動回路部領域1
55b,155cの使用効率はあまり低下しない。
(Embodiment 6-3) Embodiment 6-
The second laser beam irradiation in 2 may be performed a plurality of times. That is, the substrate 155 is not moved at the time of the second laser beam irradiation as in the case of 6-2, and each irradiation corresponding to the square laser beam shape in the drive circuit section regions 155b and 155c as shown in FIG. For each of the regions 631 and 632, the irradiation position of the laser light may be fixed and stationary irradiation may be performed. For example, each irradiation region 631 and 632 has a square shape of 1 cm, When the laser beams overlap each other, it is easy to greatly increase the field-effect mobility in a region where laser light is not repeatedly irradiated, and uniformity in the region can be improved. Here, when the energy density of the laser light is high as described above, the characteristics such as the mobility are uneven between the region irradiated with the laser light and the other region, but the driving circuit region 155b , 155c,
Uniform uniformity over the entire area such as the image display area 155a is not always necessary. That is, a driving circuit may be formed so that a pattern (TFT pattern) of a semiconductor film does not overlap a joint (laser beam end) of a laser shot, and the joint may be used as a wiring pattern or the like. That is, only a portion of the polycrystalline silicon having uniform characteristics may be used for forming a TFT or the like. Even when such a region to be illuminated in a superimposed manner is not used, its area is relatively small.
The usage efficiency of 55b and 155c does not decrease so much.

【0390】また、レーザ光の照射は、各照射領域63
1,632ごとに複数回(例えば30回など)行うこと
により、一層膜特性を向上させることができる。ここ
で、静止照射回数と得られた多結晶シリコンの移動度と
の関係を図64に示す。同図から明らかなように、レー
ザの照射回数には適切な範囲が存在し、この範囲より照
射回数が少なくなっても多くなっても移動度は減少す
る。静止照射のエネルギー密度を400mJ/cm2
した場合には、照射回数が50回以上、好ましくは80
回から400回で高い電界効果移動度を有する多結晶シ
リコンを得ることができる。なお、上記のような駆動回
路部領域に対してレーザ光の静止照射を行うことによる
電界効果移動度の向上効果は、線状のレーザ光を用いる
場合でも、角状の場合より少ないが、やはり得られる。
The irradiation of the laser beam is performed in each irradiation area 63.
By performing a plurality of times (for example, 30 times) for each 1,632, the film characteristics can be further improved. Here, the relationship between the number of times of stationary irradiation and the obtained mobility of polycrystalline silicon is shown in FIG. As is clear from the figure, there is an appropriate range for the number of laser irradiations, and the mobility decreases even if the number of irradiations is smaller or larger than this range. When the energy density of the stationary irradiation is 400 mJ / cm 2 , the number of times of irradiation is 50 or more, preferably 80
Polycrystalline silicon having high field-effect mobility can be obtained in one to four hundred times. Note that the effect of improving the field effect mobility by performing the stationary irradiation of the laser light on the drive circuit portion region as described above is less than the case where the linear laser light is used, even though the linear laser light is used. can get.

【0391】(実施の形態6−4)レーザ光の照射条件
は、上記実施の形態6−1〜6−3のように画像表示領
域155aと駆動回路部領域155b,155cとで異
ならせるだけでなく、さらに多くの領域に分けて異なら
せるようにし、駆動回路部領域内で特性の異なる多結晶
シリコンを形成するなどしてもよい。すなわち、例えば
実施の形態6−3での第2のレーザ光照射の際に、駆動
回路部領域155b,155cにおける、ラッチやシフ
トレジスタのトランスファーゲートが形成される領域
は、高い移動度が必要なので、高いエネルギー密度(例
えば400mJ/cm2)で照射し、他の部分は、ノイ
ズや調整ばらつきの軽減による均一性やビームを広げて
照射領域を大きくすることによる生産性の向上を優先さ
せるために330mJ/cm2程度で照射するようにし
てもよい。なお、照射条件の相違としては、照射回数を
異ならせることなどでも、同様の効果が得られる。
(Embodiment 6-4) The laser beam irradiation conditions are different only in the image display area 155a and the drive circuit section areas 155b and 155c as in the above embodiments 6-1 to 6-3. Instead, different regions may be used for different regions, and polycrystalline silicon having different characteristics may be formed in the driving circuit region. That is, for example, at the time of the second laser beam irradiation in Embodiment 6-3, a high mobility is required in a region where a transfer gate of a latch or a shift register is formed in the driving circuit portion regions 155b and 155c. Irradiation at a high energy density (for example, 400 mJ / cm 2 ), and for other parts, priority should be given to uniformity due to reduction of noise and variation in adjustment, and to improvement in productivity by expanding the irradiation area by expanding the beam. Irradiation may be performed at about 330 mJ / cm 2 . The same effect can be obtained by changing the number of irradiations as the difference in the irradiation conditions.

【0392】(実施の形態6−5)レーザアニール装置
のさらに多の例を説明する。
(Embodiment 6-5) More examples of the laser annealing apparatus will be described.

【0393】このレーザアニール装置は、図9の装置に
比べて、図65に示すように、窓154とステージ15
6との間に、レーザ光の透過率が部分的に異なるマスク
部材641を備えている点が異なる。上記マスク部材6
41は、図66に示すように、基板155の画像表示領
域155aに対応する減衰領域641aと、駆動回路部
領域155b,155cに対応する透過領域641bと
が形成されて構成されている。具体的には、例えば石英
板に部分的にNDフィルタや誘電体多層膜などの光学薄
膜等で覆うことにより、レーザ光の透過率を部分的に所
定の大きさに設定し、画素部でのレーザ光照射エネルギ
ー密度を低下させることができる。
This laser annealing apparatus is different from the apparatus shown in FIG. 9 in that, as shown in FIG.
6 in that a mask member 641 having a partially different transmittance of laser light is provided. The mask member 6
As shown in FIG. 66, 41 includes an attenuation region 641a corresponding to the image display region 155a of the substrate 155, and a transmission region 641b corresponding to the drive circuit unit regions 155b and 155c. Specifically, for example, by partially covering the quartz plate with an optical thin film such as an ND filter or a dielectric multilayer film, the transmittance of the laser light is partially set to a predetermined value, and the transmittance of the pixel portion is reduced. The energy density of laser light irradiation can be reduced.

【0394】上記のようなレーザアニール装置を用いる
ことにより、例えば線状に整形されたレーザ光を基板全
面に照射するために、レーザビームまたは、マスク部材
641およびステージ156を動かすとともに、基板全
面をエネルギー密度400mJ/cm2で照射すれば、
画像表示領域155aに対しては前記実施の形態6−1
等と同様に280mJ/cm2のエネルギー密度でレー
ザアニールすることができる。すなわち、画素部と駆動
回路部で特性の異なる半導体膜を同時に形成することが
可能になる。
By using the laser annealing apparatus as described above, a laser beam or the mask member 641 and the stage 156 are moved to irradiate, for example, a linearly shaped laser beam on the entire surface of the substrate. is irradiated at an energy density of 400 mJ / cm 2,
Embodiment 6-1 is applied to the image display area 155a.
Similarly, laser annealing can be performed at an energy density of 280 mJ / cm 2 . That is, it becomes possible to simultaneously form semiconductor films having different characteristics in the pixel portion and the driver circuit portion.

【0395】なお、マスク部材641は、図65に示す
ように窓154や基板155と間を空けて配置するのに
限らず、基板155に密着させることにより、レーザ光
照射表面の平坦性を向上させたり、マスク部材641と
窓154を同一体とするなどしてもよく、また、均一化
装置153内に設けたり、さらに、レーザ光強度を減衰
させるのではなく、屈折光学系などによりレーザ光強度
を変化させるものを用いるなどしてもよい。
Note that the mask member 641 is not limited to being arranged with the window 154 or the substrate 155 as shown in FIG. 65, but may be brought into close contact with the substrate 155 to improve the flatness of the laser light irradiation surface. Alternatively, the mask member 641 and the window 154 may be the same, and may be provided in the homogenizing device 153. Further, the laser light may not be attenuated by a refraction optical system. A device that changes the strength may be used.

【0396】(実施の形態6−6)画像表示領域におけ
る均一性をさらに向上させることができるレーザアニー
ル装置の例を説明する。
(Embodiment 6-6) An example of a laser annealing apparatus capable of further improving the uniformity in the image display area will be described.

【0397】このレーザアニール装置は、図67に示す
ように、基板155の上方に、入射したレーザビームを
散乱させる均一化光学素子651が設けられている。こ
れにより、レーザビーム形状に回折等に起因して生じる
光量むらを低減し、また、基板155からの反射光がレ
ーザ発振器に戻ることによってレーザパルスが不安定に
なるのを防止することができる。
In this laser annealing apparatus, as shown in FIG. 67, a uniformizing optical element 651 for scattering an incident laser beam is provided above a substrate 155. Accordingly, it is possible to reduce unevenness in the amount of light generated due to diffraction or the like in the shape of the laser beam, and to prevent the reflected light from the substrate 155 from returning to the laser oscillator to make the laser pulse unstable.

【0398】また、図68に示すように、散乱性領域6
52aと鏡面仕上げなどされた透過領域652bとを有
する複合均一化光学素子652を用い、半導体層におけ
る高い均一性を有する領域と、高い結晶性を有する領域
とを同時に形成し得るようにしてもよい。
Also, as shown in FIG.
By using a compound uniform optical element 652 having the transparent region 52a and the mirror-finished transmissive region 652b, a region having high uniformity and a region having high crystallinity in the semiconductor layer may be formed at the same time. .

【0399】なお、上記各実施の形態は、それぞれ上記
のような効果を得ることができるが、作用が矛盾しない
限り、各実施の形態の構成を組み合わせて、それぞれの
作用による効果や相乗的な効果が得られるようにしても
よい。
Each of the above embodiments can obtain the above-described effects. However, as long as the operations do not contradict each other, the configurations of the embodiments are combined to obtain the effects and synergistic effects of the respective operations. The effect may be obtained.

【0400】[0400]

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
The present invention is embodied in the form described above, and has the following effects.

【0401】すなわち、本発明によれば、トランジスタ
を作製すべき領域をより大きな粒径を有する多結晶シリ
コン薄膜とすることができ、電界効果移動度などのトラ
ンジスタ特性を大きく向上させることができ、例えば液
晶表示装置等において大規模な駆動回路を内蔵化できる
などの効果がある。また、絶縁膜として、窒化珪素に酸
素を添加した窒化酸化珪素薄膜を用いることで、膜中の
水素含量の低下と応力の低減ができ、より安定なトラン
ジスタを得ることが可能となる。また、結晶粒径や結晶
方位が制御可能となると共に、結晶成長の過程にある結
晶同士の干渉が防止され、十分な結晶粒径を得ることが
できる。また、本発明によれば、結晶核が周辺部に発生
するタイミングは、従来に較べて早くなる結果、結晶成
長が従来に較べて早く行われるようにすることもでき
る。
That is, according to the present invention, a region where a transistor is to be formed can be a polycrystalline silicon thin film having a larger grain size, and transistor characteristics such as field-effect mobility can be greatly improved. For example, there is an effect that a large-scale driving circuit can be built in a liquid crystal display device or the like. In addition, by using a silicon nitride oxide thin film in which oxygen is added to silicon nitride as an insulating film, the hydrogen content in the film can be reduced and stress can be reduced, so that a more stable transistor can be obtained. In addition, the crystal grain size and crystal orientation can be controlled, and interference between crystals in the course of crystal growth can be prevented, so that a sufficient crystal grain size can be obtained. Further, according to the present invention, the timing at which crystal nuclei are generated in the peripheral portion is earlier than in the related art, so that crystal growth can be performed earlier than in the related art.

【0402】また、非単結晶質半導体層の少なくともチ
ャネル領域に、結晶の成長方向をソース領域とドレイン
領域の方向に制御する結晶成長方向制御空隙等の結晶成
長方向制御領域を設ける本発明によると、ソース領域と
ドレイン領域とを結ぶ方向に長い大粒径の結晶粒が形成
されるので、この方向における結晶粒界密度の小さい結
晶質薄膜トランジスタが得られ、このような結晶質薄膜
トランジスタは、電界効果移動度等のTFT特性に優れ
る。
Further, according to the present invention, a crystal growth direction control region such as a crystal growth direction control gap for controlling the crystal growth direction in the direction of the source region and the drain region is provided at least in the channel region of the non-single-crystal semiconductor layer. In addition, since large crystal grains having a long grain size are formed in a direction connecting the source region and the drain region, a crystalline thin film transistor having a small grain boundary density in this direction can be obtained. Excellent in TFT characteristics such as mobility.

【0403】また、光ビームの強度パターンを適当に調
節する手段により、結晶粒の均一性と結晶化度の向上を
図るので、このような本発明によると、他の回路に悪影
響を与えることなく、基板上の限定された特定部分にの
みにより高い電界効果移動度を有する結晶化領域を形成
することができる。したがって、例えば画素トランジス
タとこれよりも数十倍から数百倍高い移動度が要求され
る駆動回路とを同一基板上に一体的に形成することが可
能である。また、CPU等を同一基板上に集積的に形成
することも可能になるので、本発明によると、高性能、
高集積度のAM−LCDなどを安価に提供できるという
優れた効果が得られる。
Also, since the uniformity of crystal grains and the degree of crystallinity are improved by means of appropriately adjusting the intensity pattern of the light beam, according to the present invention, such a circuit can be obtained without adversely affecting other circuits. In addition, a crystallization region having a higher field effect mobility can be formed only in a limited specific portion on the substrate. Therefore, for example, it is possible to integrally form a pixel transistor and a driver circuit which requires a mobility several tens to several hundred times higher than this on the same substrate. In addition, since the CPU and the like can be formed integrally on the same substrate, according to the present invention, high performance,
An excellent effect is obtained in that a highly integrated AM-LCD or the like can be provided at low cost.

【0404】また、前駆体半導体膜の吸収率が異なる少
なくとも2種類のエネルギビームを照射することによ
り、前駆体半導体膜が、その厚さ方向にわたって加熱さ
れるとともに、基板も加熱されるので、前駆体半導体膜
は、徐冷されながら、結晶化する。それゆえ、結晶成長
が促進され、比較的大きな結晶粒が形成されるととも
に、結晶欠陥が減少し、半導体膜の電気的特性が向上す
るという効果を奏する。しかも、ヒータなどを用いる場
合に比べて、短時間で基板を加熱することができるの
で、生産性を向上させることもできる。
By irradiating at least two types of energy beams having different absorptivity of the precursor semiconductor film, the precursor semiconductor film is heated in the thickness direction and the substrate is also heated. The body semiconductor film is crystallized while being gradually cooled. Therefore, crystal growth is promoted, relatively large crystal grains are formed, crystal defects are reduced, and the electrical characteristics of the semiconductor film are improved. In addition, since the substrate can be heated in a shorter time than when a heater or the like is used, productivity can be improved.

【0405】また、基板面内に半導体膜の特性の高い領
域と特性の均一性の高い領域の異なる特徴をもった複数
の領域を形成することが可能であり、これにより、例え
ば周辺駆動回路を内蔵した液晶パネル用薄膜トランジス
タアレイにおいて、回路部に必要な高い特性と画素部に
必要な高い均一性を実現できる。
Further, it is possible to form a plurality of regions having different characteristics, that is, a region having a high characteristic of the semiconductor film and a region having a high characteristic uniformity in the substrate surface. In a built-in thin film transistor array for a liquid crystal panel, high characteristics required for a circuit portion and high uniformity required for a pixel portion can be realized.

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

【図1】アモルファスシリコン薄膜の透過率特性を示す
グラフ
FIG. 1 is a graph showing transmittance characteristics of an amorphous silicon thin film.

【図2】従来の薄膜トランジスタ(TFT)の概略を示
す平面図、断面図
FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view schematically showing a conventional thin film transistor (TFT).

【図3】従来のポリシリコン薄膜の製造方法を示す説明
FIG. 3 is an explanatory view showing a conventional method of manufacturing a polysilicon thin film.

【図4】従来技術にかかる平坦な光強度分布をもった光
ビームの強度パターンを示す図
FIG. 4 is a diagram showing an intensity pattern of a light beam having a flat light intensity distribution according to the related art.

【図5】従来技術における結晶化領域内の結晶化度の不
均一性を示す模式図
FIG. 5 is a schematic diagram showing non-uniformity of crystallinity in a crystallized region according to the related art.

【図6】図5のA−A線部分におけるラマン強度曲線を
示す図
FIG. 6 is a diagram showing a Raman intensity curve at the line AA in FIG. 5;

【図7】平坦な光強度分布をもった光ビームを用いた場
合における結晶化の進行状況を説明するための説明図
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the progress of crystallization when a light beam having a flat light intensity distribution is used.

【図8】従来方式によるレーザ光照射での多結晶化の原
理を示す説明図
FIG. 8 is an explanatory view showing the principle of polycrystallization by laser light irradiation according to a conventional method.

【図9】従来のレーザアニール装置の概略図FIG. 9 is a schematic diagram of a conventional laser annealing apparatus.

【図10】液晶ディスプレイのレーザアニール領域を示
す説明図
FIG. 10 is an explanatory view showing a laser annealing region of a liquid crystal display.

【図11】結晶成長方向制御空隙を設けたa−Si膜に
おける結晶成長方向を示す説明図
FIG. 11 is an explanatory view showing a crystal growth direction in an a-Si film provided with a crystal growth direction control gap.

【図12】実施の形態1−1の多結晶化の原理を示す説
明図
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating the principle of polycrystallization in Embodiment 1-1.

【図13】実施の形態1−1の多結晶シリコン薄膜の結
晶化度合いを示すグラフ
FIG. 13 is a graph showing the degree of crystallization of the polycrystalline silicon thin film of the embodiment 1-1.

【図14】実施の形態1−2のTFTの平面図、断面図14A and 14B are a plan view and a cross-sectional view of a TFT in Embodiment 1-2.

【図15】実施の形態1−3のTFTの平面図、断面図FIG. 15 is a plan view and a cross-sectional view of a TFT of Embodiment 1-3.

【図16】実施の形態2−1のTFTの平面図、断面図16A and 16B are a plan view and a cross-sectional view of a TFT in Embodiment 2-1.

【図17】実施の形態2−2のTFTの平面図、断面図17A and 17B are a plan view and a cross-sectional view of a TFT in Embodiment 2-2.

【図18】実施の形態2−1のTFTの製造工程を示す
説明図
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the TFT in Embodiment 2-1.

【図19】実施の形態2−2のTFTの製造工程を示す
説明図
FIG. 19 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of a TFT in Embodiment 2-2.

【図20】実施の形態3−1のTFTの構成を示す平面
図、断面図(図20(a)は平面図、図20(b)は図
20(a)のA−A’断面図)
20A and 20B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a TFT in Embodiment 3-1 (FIG. 20A is a plan view, and FIG. 20B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 20A).

【図21】実施の形態3−1の図20(a)のB−B’
断面図
FIG. 21 is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG.
Sectional view

【図22】実施の形態3−1のTFTの製造工程を示す
説明図
FIG. 22 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of the TFT in Embodiment 3-1.

【図23】実施の形態3−2のTFTの構成を示す平面
図、断面図(図23(a)は平面図、図23(b)は図
23(a)のC−C’断面図)
23A and 23B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a TFT in Embodiment 3-2 (FIG. 23A is a plan view, and FIG. 23B is a CC ′ cross-sectional view in FIG. 23A).

【図24】実施の形態3−2の図23(a)のD−D’
断面図
FIG. 24 is DD ′ of FIG. 23A of the embodiment 3-2.
Sectional view

【図25】実施の形態3−2のTFTの製造工程を示す
説明図
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the TFT of Embodiment 3-2.

【図26】実施の形態3−3のTFTの構成を示す平面
FIG. 26 is a plan view showing the structure of a TFT in Embodiment 3-3.

【図27】実施の形態3−1〜3の変形例の結晶成長方
向制御空隙を有するTFTの構成を示す平面図
FIG. 27 is a plan view showing a configuration of a TFT having a crystal growth direction control gap according to a modified example of the embodiments 3-1 to 3-3.

【図28】実施の形態3−1〜3の他の変形例の結晶成
長方向制御空隙を有するTFTの構成を示す断面図
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a configuration of a TFT having a crystal growth direction control gap according to another modification of the embodiments 3-1 to 3-3.

【図29】光強度勾配を有する光ビームを用いた場合に
おける結晶化の進行状況を説明するための図
FIG. 29 is a diagram illustrating the progress of crystallization when a light beam having a light intensity gradient is used.

【図30】光強度勾配を有する光ビームを移動しながら
照射した様子を模式的に表した図
FIG. 30 is a diagram schematically showing a state in which a light beam having a light intensity gradient is irradiated while being moved.

【図31】光強度勾配を有する光ビームを作製するため
のフィルタの光透過特性を示す図
FIG. 31 is a diagram showing light transmission characteristics of a filter for producing a light beam having a light intensity gradient.

【図32】相対的に光強度の強い部分と相対的に光強度
の弱い部分とが平面的に交互に配列された光ビームを用
いた場合における結晶化の進行状況を説明するための図
FIG. 32 is a view for explaining the progress of crystallization in the case where a light beam in which portions having relatively high light intensity and portions having relatively low light intensity are alternately arranged in a plane is used.

【図33】図32aに示した分布パターンを有する光ビ
ームを移動しながら照射した様子を模式的に表した図
FIG. 33 is a diagram schematically showing a state in which the light beam having the distribution pattern shown in FIG. 32a is irradiated while moving.

【図34】図32に示した光ビームを作製するためのフ
ィルタの光透過特性を示す図
FIG. 34 is a view showing light transmission characteristics of a filter for producing the light beam shown in FIG. 32;

【図35】相対的に光強度の強い部分と相対的に光強度
の弱い部分とが平面的に交互に配列された光ビームの他
の態様における光強度分布パターンを示す図
FIG. 35 is a diagram showing a light intensity distribution pattern in another mode of a light beam in which a portion having a relatively high light intensity and a portion having a relatively low light intensity are alternately arranged in a plane.

【図36】図35に示す光強度分布パターンを光干渉に
より作りだす原理を示す模式図
FIG. 36 is a schematic view showing the principle of creating the light intensity distribution pattern shown in FIG. 35 by light interference.

【図37】図35の光ビームを用いた場合における結晶
化の進行状況を説明するための図
FIG. 37 is a view for explaining the progress of crystallization when the light beam shown in FIG. 35 is used.

【図38】明線部と暗線部が波動する動的な干渉パター
ンから光ビームの作製方法を説明するための模式図
FIG. 38 is a schematic diagram for explaining a method for producing a light beam from a dynamic interference pattern in which a bright line portion and a dark line portion wave.

【図39】光の干渉パターンが薄膜の厚み方向に形成さ
れた様子をを示す模式図
FIG. 39 is a schematic view showing a state in which a light interference pattern is formed in the thickness direction of the thin film.

【図40】光照射により昇温した薄膜から周囲へ熱が流
れていく様子を示す図
FIG. 40 is a diagram showing a state in which heat flows from a thin film heated by light irradiation to the surroundings.

【図41】光照射時における雰囲気圧力及び照射回数と
結晶化度(ラマン強度)との関係を示す図
FIG. 41 is a diagram showing the relationship between the atmospheric pressure and the number of times of irradiation and the degree of crystallization (Raman intensity) during light irradiation.

【図42】エキシマレーザを用いて結晶化を行っている
様子を示す模式図
FIG. 42 is a schematic view showing a state where crystallization is performed using an excimer laser.

【図43】レーザアニールにおける雰囲気圧力と結晶化
度との関係を調べるための実験装置を示す図
FIG. 43 is a view showing an experimental apparatus for examining a relationship between an ambient pressure and a crystallinity in laser annealing.

【図44】実施の形態5−1のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図
FIG. 44 is an explanatory diagram showing the method for manufacturing the polysilicon thin film of the embodiment 5-1.

【図45】実施の形態5−1、2のポリシリコン薄膜の
ラマン散乱測定結果を示すグラフ
FIG. 45 is a graph showing Raman scattering measurement results of the polysilicon thin films of the embodiments 5-1 and 2;

【図46】実施の形態5−2のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図
FIG. 46 is an explanatory diagram showing the method for manufacturing the polysilicon thin film of the embodiment 5-2.

【図47】ガラスの透過率特性を示すグラフFIG. 47 is a graph showing transmittance characteristics of glass.

【図48】実施の形態5−3の微結晶シリコン薄膜が形
成されたガラス基板の構成を示す斜視図
FIG. 48 is a perspective view showing a structure of a glass substrate over which a microcrystalline silicon thin film of Embodiment 5-3 is formed.

【図49】実施の形態5−3のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図
FIG. 49 is an explanatory diagram showing the method of manufacturing the polysilicon thin film of the embodiment 5-3.

【図50】各実施の形態5−3〜9のTFTの特性を示
すグラフ
FIG. 50 is a graph showing the characteristics of the TFTs of the embodiments 5-3 to 9;

【図51】実施の形態5−3のポリシリコン薄膜の他の
製造方法を示す説明図
FIG. 51 is an explanatory view showing another method of manufacturing the polysilicon thin film of the embodiment 5-3.

【図52】実施の形態5−4のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図
FIG. 52 is an explanatory diagram showing the method of manufacturing the polysilicon thin film of the embodiment 5-4.

【図53】実施の形態5−5のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図
FIG. 53 is an explanatory view showing the method of manufacturing the polysilicon thin film of the embodiment 5-5.

【図54】実施の形態5−6、7のポリシリコン薄膜の
製造方法を示す説明図
FIG. 54 is an explanatory view showing a method of manufacturing a polysilicon thin film of the embodiments 5-6 and 7;

【図55】実施の形態5−7の加熱温度と結晶粒径との
関係を示すグラフ
FIG. 55 is a graph showing the relationship between the heating temperature and the crystal grain size in Embodiment 5-7.

【図56】実施の形態5−7の加熱温度と電界効果移動
度との関係を示すグラフ
FIG. 56 is a graph showing the relationship between the heating temperature and the field-effect mobility in Embodiment 5-7.

【図57】実施の形態5−8のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図
FIG. 57 is an explanatory view showing the method of manufacturing the polysilicon thin film of the embodiment 5-8.

【図58】実施の形態5−8の照射タイミングを示す説
明図
FIG. 58 is an explanatory diagram showing irradiation timing in Embodiment 5-8.

【図59】実施の形態5−9のポリシリコン薄膜の製造
方法を示す説明図
FIG. 59 is an explanatory view showing the method of manufacturing the polysilicon thin film of the embodiment 5-9.

【図60】実施の形態6−1における液晶ディスプレイ
のレーザ光の照射領域を示す説明図
FIG. 60 illustrates an irradiation region of a liquid crystal display with laser light in Embodiment 6-1.

【図61】実施の形態6−1におけるレーザ光の照射方
法を示す説明図
FIG. 61 is an explanatory diagram illustrating a method for applying laser light in Embodiment 6-1.

【図62】実施の形態6−2におけるレーザアニール装
置の概略図
FIG. 62 is a schematic view of a laser annealing apparatus according to Embodiment 6-2.

【図63】実施の形態6−2、3におけるレーザ光の照
射領域を示す説明図
FIG. 63 is an explanatory diagram illustrating an irradiation region of a laser beam in Embodiments 6-2 and 3;

【図64】実施の形態6−3におけるレーザ照射回数に
対する移動度の依存性を示すグラフ
FIG. 64 is a graph showing dependence of mobility on the number of laser irradiations in Embodiment 6-3.

【図65】実施の形態6−5におけるレーザアニール装
置の概略図
FIG. 65 is a schematic view of a laser annealing apparatus according to Embodiment 6-5.

【図66】実施の形態6−5のマスク部材の構成を示す
平面図
FIG. 66 is a plan view showing a configuration of a mask member according to Embodiment 6-5.

【図67】実施の形態6−6のレーザアニール方法を示
す説明図
FIG. 67 is an explanatory view showing the laser annealing method of the embodiment 6-6.

【図68】実施の形態6−6の他のレーザアニール方法
を示す説明図
FIG. 68 is an explanatory view showing another laser annealing method of the embodiment 6-6.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

151 レーザ発振器 152 反射鏡 153 均一化装置 154 窓 155 基板 155a 画像表示領域 155b,155c 駆動回路部領域 156 ステージ 157 制御装置 158 画像表示領域 159 周辺回路部 201 透明絶縁性基板 202 下層絶縁膜 203 上層絶縁膜 204 非晶質シリコン薄膜 205 ゲート絶縁膜 206 ソース電極膜 207 ドレイン電極膜 208 ゲート電極膜 210 多結晶シリコン薄膜 210a 小結晶粒領域 210b 大結晶粒領域 301 絶縁性基板 302 アンダーコート層 303 半導体層 303a 突起部 303d ドレイン領域 303s ソース領域 304 第1の絶縁層 305 ゲート電極 306 第2の絶縁層 307d ドレイン電極 307s ソース電極 308 レジスト 401 絶縁性基板 402 アンダーコート層 403 p−Si膜 403a チャネル領域 403b ソース領域 403c ドレイン領域 404 第1の絶縁膜 405 ゲート電極 406 第2の絶縁膜 407d ドレイン電極 407s ソース電極 408 コンタクトホール 410 TFT 411 結晶成長方向制御空隙 413 a−Si膜 414 レジストマスク 420 TFT 421 早期結晶化領域 430 TFT 431 結晶成長方向制御空隙 521 ガラス基板 522 アモルファスシリコン薄膜 523 ポリシリコン薄膜 524 微結晶シリコン薄膜 531 エキシマレーザ 531a,532a レーザビーム 531b,532b 照射領域 532 レーザ 533 ハーフミラー 534 赤外線ランプ 534a 赤外線 535 基板ステージ 541 チャンバ 541a 照射窓 542 白熱ランプ 542a 白熱光 543 レーザ光減衰器 544 ホモジナイザ(レーザ光均一化装置) 545 反射鏡 551 エキシマランプ 551a エキシマランプ光 551b 照射領域 552 凹面反射鏡 561 ヒータ 571 KrFエキシマレーザ 571a レーザビーム 571b 照射領域 572 波長選択性反射板 581 フラッシュランプ 581a フラッシュランプ光 581b 照射領域 591 YAGレーザ装置 591a レーザビーム 591b 照射領域 592 反射板 607 制御装置 610 TFT 621 均一化装置A 622 均一化装置B 631,632 照射領域 641 マスク部材 641a 減衰領域 641b 透過領域 651 均一化光学素子 652 複合均一化光学素子 652a 散乱性領域 652b 透過領域 701 温度分布曲線 702 結晶化温度ライン 703 薄膜断面 704 結晶 711 照射面 712 照射面 713 重複照射領域 721 H領域 722 L領域 723 結晶化温度ライン 724 結晶核 725 薄膜断面 726 中央部付近 731 照射面位置 732 照射面位置 733 重複照射領域 801,802 光ビーム 901 曲線 902 結晶化温度線 903 結晶核 1101 薄膜 1102 下地層 1103 ガラス基板 1200 照射面 1201 薄膜 1202 下地層 1203 基板 1400 光ビーム照射装置 1401 レーザ光発生器 1402 ミラー 1403 ビームホモジナイザー 1404 領域 1410 被照射体 1411 ガラス基板 1412 非単結晶質シリコン膜 1413 下地層 1500 気密容器 1501 窓 1502 水素ガスボンベ 1503 アモルファスシリコン層 1510 レーザ照射装置 1511 エキシマレーザ光発生器 1512 ミラー 1513 ビームホモジナイザー 1701 境界 1702 境界付近 1703 斜線部 1704 中央部 1901 温度分布曲線 1902 結晶化温度線 1903 結晶核 151 Laser oscillator 152 Reflector 153 Uniform device 154 Window 155 Substrate 155a Image display area 155b, 155c Driving circuit section area 156 Stage 157 Controller 158 Image display area 159 Peripheral circuit section 201 Transparent insulating substrate 202 Lower insulating film 203 Upper insulating Film 204 amorphous silicon thin film 205 gate insulating film 206 source electrode film 207 drain electrode film 208 gate electrode film 210 polycrystalline silicon thin film 210a small crystal grain region 210b large crystal grain region 301 insulating substrate 302 undercoat layer 303 semiconductor layer 303a Projection 303d Drain region 303s Source region 304 First insulating layer 305 Gate electrode 306 Second insulating layer 307d Drain electrode 307s Source electrode 308 Resist 401 Insulating substrate 40 2 Undercoat layer 403 p-Si film 403a Channel region 403b Source region 403c Drain region 404 First insulating film 405 Gate electrode 406 Second insulating film 407d Drain electrode 407s Source electrode 408 Contact hole 410 TFT 411 Crystal growth direction control gap 413 a-Si film 414 resist mask 420 TFT 421 early crystallization region 430 TFT 431 crystal growth direction control gap 521 glass substrate 522 amorphous silicon thin film 523 polysilicon thin film 524 microcrystalline silicon thin film 531 excimer lasers 531a, 532a laser beams 531b, 532b Irradiation area 532 Laser 533 Half mirror 534 Infrared lamp 534a Infrared 535 Substrate stage 541 Chamber 541a Irradiation 542 Incandescent lamp 542a Incandescent light 543 Laser light attenuator 544 Homogenizer (laser light homogenizer) 545 Reflector 551 Excimer lamp 551a Excimer lamp light 551b Irradiation area 552 Concave reflector 561 Heater 571 KrF excimer laser 571a Laser beam 571a Laser beam 571a Wavelength-selective reflector 581 Flash lamp 581a Flash lamp light 581b Irradiated area 591 YAG laser device 591a Laser beam 591b Irradiated area 592 Reflector 607 Control unit 610 TFT 621 Uniform unit A 622 Uniform unit B 631,632 Irradiated region 641 Mask Member 641a Attenuation area 641b Transmission area 651 Uniform optical element 652 Composite uniform optical element 652a Scattering area 652b Transmission area 7 1 Temperature Distribution Curve 702 Crystallization Temperature Line 703 Thin Film Cross Section 704 Crystal 711 Irradiation Surface 712 Irradiation Surface 713 Overlap Irradiation Area 721 H Area 722 L Area 723 Crystallization Temperature Line 724 Crystal Nucleus 725 Thin Film Cross Section 726 Near Center 731 Irradiation Surface Position 732 Irradiation surface position 733 Overlap irradiation region 801, 802 Light beam 901 Curve 902 Crystallization temperature line 903 Crystal nucleus 1101 Thin film 1102 Underlayer 1103 Glass substrate 1200 Irradiation surface 1201 Thin film 1202 Underlayer 1203 Substrate 1400 Light beam irradiation device 1401 Laser light generator 1402 mirror 1403 beam homogenizer 1404 region 1410 irradiation object 1411 glass substrate 1412 non-single-crystalline silicon film 1413 underlayer 1500 airtight container 1501 window 1502 hydrogen gas Cylinder 1503 amorphous silicon layer 1510 laser irradiation apparatus 1511 excimer laser beam generator 1512 mirrors 1513 beam homogenizer 1701 boundaries 1702 near the boundary 1703 hatched portion 1704 central 1901 Temperature distribution curve 1902 the crystallization temperature line 1903 crystal nuclei

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平10−67993 (32)優先日 平成10年3月18日(1998.3.18) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平10−138318 (32)優先日 平成10年5月20日(1998.5.20) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平10−163130 (32)優先日 平成10年6月11日(1998.6.11) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 佐谷 裕司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 武富 義尚 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 筒 博司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西谷 輝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西谷 幹彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 後藤 真志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 美濃 美子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA03 CA14 CA32 CB21 CB25 GA03 5F052 AA02 AA03 AA04 AA18 AA24 AA25 BA07 BA12 BA14 BA15 BB01 BB02 BB05 BB07 CA04 DA01 DA02 DA03 DA04 DA05 DA06 DB02 DB03 EA01 EA11 EA12 FA02 FA04 FA06 FA25 FA26 HA06 JA01 5F110 AA16 AA17 AA30 BB02 BB04 BB05 BB07 BB09 BB10 CC02 CC05 CC07 CC08 DD02 DD13 DD15 DD17 EE03 EE04 EE06 EE09 GG01 GG02 GG04 GG13 GG23 GG25 GG45 GG47 HJ01 HJ12 HJ13 HL03 HL04 HL06 PP01 PP02 PP03 PP04 PP05 PP06 PP08 PP13 PP24 PP29 PP36 QQ02 QQ11 QQ19 QQ25 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 10-67993 (32) Priority date March 18, 1998 (March 18, 1998) (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 10-138318 (32) Priority date May 20, 1998 (May 20, 1998) (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 10-163130 (32) Priority Date June 11, 1998 (June 11, 1998) (33) Countries claiming priority Japan (JP) (72) Inventor Yuji Satani 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Address Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Yoshinao Taketomi 1006 Ojidoma, Kadoma-shi, Osaka, Japan Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 72) Inventor Akira Nishitani 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Within Sangyo Co., Ltd. (72) Inventor Mikihiko Nishitani 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Masashi Goto 1006 Oji Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Invention Person Miko Mino 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture F-term in Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (reference) DA06 DB02 DB03 EA01 EA11 EA12 FA02 FA04 FA06 FA25 FA26 HA06 JA01 5F110 AA16 AA17 AA30 BB02 BB04 BB05 BB07 BB09 BB10 CC02 CC05 CC07 CC08 DD02 DD13 DD15 DD17 EE03 EE04 EE06 EE09 GG01 GG02 GG02 GG02 GG02 GG02 GG02 GG02 GG04 GG04 GG02 GG04 GG04 PP02 PP03 PP04 PP05 PP06 PP08 PP13 PP24 PP29 PP36 QQ02 QQ11 QQ19 QQ25

Claims (97)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、第1の熱伝導率を有する第1
の絶縁膜と、上記第1の熱伝導率と異なる第2の熱伝導
率を有し、部分的な領域に選択的に形成された第2の絶
縁膜とを積層する工程と、 上記第1の絶縁膜および第2の絶縁膜上に非単結晶半導
体薄膜を積層する工程と、 上記非単結晶半導体薄膜にエネルギビームを照射して結
晶成長させる工程とを有することを特徴とする半導体薄
膜の製造方法。
A first heat conductive material having a first thermal conductivity on a substrate;
Laminating an insulating film having a second thermal conductivity different from the first thermal conductivity and a second insulating film selectively formed in a partial region; Laminating a non-single-crystal semiconductor thin film on the insulating film and the second insulating film; and irradiating the non-single-crystal semiconductor thin film with an energy beam to grow crystals. Production method.
【請求項2】 請求項1の半導体薄膜の製造方法であっ
て、 上記基板上に上記第1の絶縁膜を積層した後に、上記第
2の絶縁膜を積層するとともに、 上記第2の熱伝導率を上記第1の熱伝導率よりも低く設
定することを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein said second insulating film is laminated on said substrate after said first insulating film is laminated on said substrate. A method for producing a semiconductor thin film, wherein the rate is set lower than the first thermal conductivity.
【請求項3】 請求項2の半導体薄膜の製造方法であっ
て、 上記第1の絶縁膜が、窒化珪素化合物と窒化酸化珪素化
合物とのうちの何れか一方から成り、 上記第2の絶縁膜が、酸化珪素化合物から成ることを特
徴とする半導体薄膜の製造方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 2, wherein said first insulating film is made of one of a silicon nitride compound and a silicon nitride oxide compound, Comprises a silicon oxide compound.
【請求項4】 基板上に、第1の熱伝導率を有する第1
の絶縁膜と、上記第1の熱伝導率と異なる第2の熱伝導
率を有し、部分的な領域に選択的に形成された第2の絶
縁膜とを積層する工程と、 上記第1の絶縁膜および第2の絶縁膜上に非単結晶半導
体薄膜を積層する工程と、 上記非単結晶半導体薄膜にエネルギビームを照射して結
晶成長させる工程と、 上記結晶成長した半導体薄膜における、上記第1の絶縁
膜と上記第2の絶縁膜とのうちの熱伝導率が高い方に対
応する領域を用いて半導体素子を形成する工程とを有す
ることを特徴とする半導体素子の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the first heat conductive material has a first thermal conductivity on the substrate.
Laminating an insulating film having a second thermal conductivity different from the first thermal conductivity and a second insulating film selectively formed in a partial region; Stacking a non-single-crystal semiconductor thin film on the insulating film and the second insulating film, and irradiating the non-single-crystal semiconductor thin film with an energy beam to grow a crystal; Forming a semiconductor element using a region corresponding to a higher thermal conductivity of the first insulating film and the second insulating film.
【請求項5】 請求項4の半導体素子の製造方法であっ
て、 上記結晶成長した半導体薄膜における、上記第1の絶縁
膜と上記第2の絶縁膜とのうちの熱伝導率が低い方に対
応する領域を除去し、残った領域を用いて半導体素子を
形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein, in the semiconductor thin film grown by crystal growth, the one having a lower thermal conductivity among the first insulating film and the second insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising removing a corresponding region and forming a semiconductor device using the remaining region.
【請求項6】 請求項4の半導体素子の製造方法であっ
て、 上記基板上に上記第1の絶縁膜を積層した後に、上記第
2の絶縁膜を積層するとともに、 上記第2の熱伝導率を上記第1の熱伝導率よりも低く設
定することを特徴とする半導体素子の製造方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein after laminating the first insulating film on the substrate, the second insulating film is laminated, and the second heat conduction is performed. A method for manufacturing the semiconductor device, wherein the rate is set lower than the first thermal conductivity.
【請求項7】 請求項6の半導体素子の製造方法であっ
て、 上記第1の絶縁膜が、窒化珪素化合物と窒化酸化珪素化
合物とのうちの何れか一方から成り、 上記第2の絶縁膜が、酸化珪素化合物から成ることを特
徴とする半導体素子の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the first insulating film is made of one of a silicon nitride compound and a silicon nitride oxide compound, and the second insulating film Comprises a silicon oxide compound.
【請求項8】 請求項4の半導体素子の製造方法であっ
て、 上記第2の絶縁膜を、ストライプ状にパターニングされ
た領域に選択的に形成することを特徴とする半導体素子
の製造方法。
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the second insulating film is selectively formed in a region patterned in a stripe shape.
【請求項9】 請求項8の半導体素子の製造方法であっ
て、 上記エネルギビームの照射を、上記第2の絶縁膜のスト
ライプ状パターンにおける長手方向に走査しながら行う
とともに、 上記走査方向がほぼ電流経路の方向と一致するように、
上記半導体素子の形成を行うことを特徴とする半導体素
子の製造方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the irradiation of the energy beam is performed while scanning in a longitudinal direction of the stripe pattern of the second insulating film, and the scanning direction is substantially the same. To match the direction of the current path,
A method for manufacturing a semiconductor element, comprising forming the semiconductor element.
【請求項10】 基板上と、 上記基板上に積層され、第1の熱伝導率を有する第1の
絶縁膜、および上記第1の熱伝導率と異なる第2の熱伝
導率を有し、部分的な領域に選択的に形成された第2の
絶縁膜と、 上記第1の絶縁膜および第2の絶縁膜上に積層された非
単結晶半導体薄膜がエネルギビームの照射により結晶成
長した半導体薄膜とを有する半導体素子であって、 上記結晶成長した半導体薄膜における、上記第1の絶縁
膜と上記第2の絶縁膜とのうちの熱伝導率が高い方に対
応する領域が、電流経路中に設けられていることを特徴
とする半導体素子。
10. A first insulating film having a first thermal conductivity, laminated on the substrate and the substrate, having a second thermal conductivity different from the first thermal conductivity, A second insulating film selectively formed in a partial region; and a semiconductor in which a non-single-crystal semiconductor thin film laminated on the first insulating film and the second insulating film is crystal-grown by irradiation with an energy beam. A semiconductor element having a thin film, wherein a region corresponding to a higher thermal conductivity of the first insulating film and the second insulating film in the crystal-grown semiconductor thin film is formed in a current path. A semiconductor element characterized by being provided in a semiconductor device.
【請求項11】 請求項10の半導体素子であって、 上記結晶成長した半導体薄膜における上記領域を複数有
し、 上記各領域が、それぞれ、並列に電流が流れる複数の電
流経路中に設けられていることを特徴とする半導体素
子。
11. The semiconductor device according to claim 10, comprising a plurality of regions in the crystal-grown semiconductor thin film, wherein each of the regions is provided in a plurality of current paths in which current flows in parallel. A semiconductor element characterized by the following.
【請求項12】 非単結晶半導体薄膜がエネルギビーム
の照射により結晶成長した半導体薄膜であって、 上記半導体薄膜の周縁部に、上記半導体薄膜と同一平面
内で外方に延びた突起部が形成されていることを特徴と
する半導体薄膜。
12. A semiconductor thin film in which a non-single-crystal semiconductor thin film is crystal-grown by irradiation with an energy beam, and a projection extending outward in the same plane as the semiconductor thin film is formed at a peripheral portion of the semiconductor thin film. A semiconductor thin film characterized by being made.
【請求項13】 請求項12の半導体薄膜であって、 上記突起部は、上記エネルギビームの照射による結晶成
長時に、1つの結晶核が発生する大きさに形成されてい
ることを特徴とする半導体薄膜。
13. The semiconductor thin film according to claim 12, wherein said projection is formed to a size such that one crystal nucleus is generated during crystal growth by irradiation of said energy beam. Thin film.
【請求項14】 請求項13の半導体薄膜であって、 上記突起部は、突出方向の突出長さが、上記半導体薄膜
の膜厚以上、かつ、3μm以下に形成されていることを
特徴とする半導体薄膜。
14. The semiconductor thin film according to claim 13, wherein a length of the protrusion in the protrusion direction is not less than the thickness of the semiconductor thin film and not more than 3 μm. Semiconductor thin film.
【請求項15】 請求項13の半導体薄膜であって、 上記突起部は、突出方向と直交する幅方向の長さが、半
導体薄膜の膜厚以上、かつ、3μm以下に形成されてい
ることを特徴とする半導体薄膜。
15. The semiconductor thin film according to claim 13, wherein a length of the protrusion in a width direction orthogonal to a protruding direction is formed to be not less than the thickness of the semiconductor thin film and not more than 3 μm. Characteristic semiconductor thin film.
【請求項16】 請求項12の半導体薄膜であって、 上記半導体薄膜は、対向する1対の辺を有する形状に形
成され、 上記対向する辺にそれぞれ複数の上記突起部が形成され
るとともに、 上記各辺に形成された互いに隣り合う上記突起部の間隔
が、上記対向する辺の間隔にほぼ等しくなるように設定
されていることを特徴とする半導体薄膜。
16. The semiconductor thin film according to claim 12, wherein the semiconductor thin film is formed in a shape having a pair of opposed sides, and the plurality of protrusions are formed on each of the opposed sides. A semiconductor thin film, wherein an interval between the adjacent protrusions formed on each side is set substantially equal to an interval between the opposing sides.
【請求項17】 非単結晶半導体薄膜がエネルギビーム
の照射により結晶成長した半導体薄膜を有する半導体素
子であって、 上記半導体薄膜の周縁部に、上記半導体薄膜と同一平面
内で外方に延びた突起部が形成されていることを特徴と
する半導体素子。
17. A semiconductor device having a semiconductor thin film in which a non-single-crystal semiconductor thin film is crystal-grown by irradiation of an energy beam. A semiconductor element, wherein a projection is formed.
【請求項18】 請求項17の半導体素子であって、 上記半導体薄膜により形成されたソース領域とゲート領
域とドレイン領域とを有する薄膜トランジスタが形成さ
れるとともに、 上記突起部は、少なくとも上記ゲート領域の周縁部に形
成されていることを特徴とする半導体素子。
18. The semiconductor device according to claim 17, wherein a thin film transistor having a source region, a gate region, and a drain region formed by the semiconductor thin film is formed, and the protrusion is formed at least in the gate region. A semiconductor element formed on a peripheral portion.
【請求項19】 基板上に、非単結晶半導体薄膜であっ
て、その非単結晶半導体薄膜と同一平面内で外方に延び
た突起部を有する非単結晶半導体薄膜を形成する工程
と、上記非単結晶半導体薄膜をエネルギビームの照射に
より結晶成長させる工程とを有することを特徴とする半
導体薄膜の製造方法。
19. A step of forming a non-single-crystal semiconductor thin film on a substrate, the non-single-crystal semiconductor thin film having a protrusion extending outward in the same plane as the non-single-crystal semiconductor thin film; Growing the non-single-crystal semiconductor thin film by energy beam irradiation.
【請求項20】 請求項19の半導体薄膜の製造方法で
あって、 上記エネルギービームが、レーザー光、電子ビーム、イ
オンビームのうちの少なくとも何れか一つを含むことを
特徴とする半導体薄膜の製造方法。
20. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 19, wherein the energy beam includes at least one of a laser beam, an electron beam, and an ion beam. Method.
【請求項21】 請求項20の半導体薄膜の製造方法で
あって、 上記エネルギービームが、エキシマレーザー光を含むこ
とを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
21. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 20, wherein the energy beam includes an excimer laser beam.
【請求項22】 非単結晶半導体薄膜をアニール処理に
より結晶化させる半導体薄膜の製造方法であって、 上記非単結晶半導体薄膜の周辺部における結晶核を中央
部における結晶核よりも早い時期に発生させ、その後、
前記周辺部に発生した前記結晶核を、前記中央部におい
て結晶核が発生もしくは結晶成長する以前に、中央部に
向けて結晶成長させることを特徴とする半導体薄膜の製
造方法。
22. A method of manufacturing a semiconductor thin film in which a non-single-crystal semiconductor thin film is crystallized by an annealing treatment, wherein a crystal nucleus in a peripheral portion of the non-single-crystal semiconductor thin film is generated earlier than a crystal nucleus in a central portion. And then
A method of manufacturing a semiconductor thin film, wherein the crystal nucleus generated in the peripheral portion is crystal-grown toward a central portion before the crystal nucleus is generated or crystal-grown in the central portion.
【請求項23】 請求項22の半導体薄膜の製造方法で
あって、 アニール処理された半導体薄膜において、周辺部を中央
部よりも早く冷却させることにより、半導体薄膜の周辺
部における結晶核を中央部における結晶核よりも早い時
期に発生させることを特徴とする半導体薄膜の製造方
法。
23. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 22, wherein, in the annealed semiconductor thin film, the crystal nuclei in the peripheral portion of the semiconductor thin film are cooled by cooling the peripheral portion faster than the central portion. Characterized in that it is generated earlier than the crystal nuclei in (1).
【請求項24】 請求項23の半導体薄膜の製造方法で
あって、 周辺部は略突起形状を有する周縁を含み、周縁部におけ
るアニール処理により発生して蓄積された熱の上記半導
体薄膜と平行な面方向における逃げ方向を複数の方向と
なし、以て、周辺部を中央部に較べて早く冷却させるこ
とを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
24. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 23, wherein the peripheral portion includes a peripheral edge having a substantially protruding shape, and heat generated and accumulated by annealing at the peripheral portion is parallel to the semiconductor thin film. A method for manufacturing a semiconductor thin film, wherein a plurality of escape directions are provided in a plane direction, and a peripheral portion is cooled faster than a central portion.
【請求項25】 非単結晶半導体薄膜をアニール処理に
より結晶化させた半導体薄膜を有する半導体素子であっ
て、 上記非単結晶半導体薄膜の周辺部における結晶核を中央
部における結晶核よりも早い時期に発生させ、その後、
前記周辺部に発生した前記結晶核を、前記中央部におい
て結晶核が発生もしくは結晶成長する以前に、中央部に
向けて結晶成長させた半導体薄膜を有する半導体素子。
25. A semiconductor device having a semiconductor thin film obtained by crystallizing a non-single-crystal semiconductor thin film by annealing, wherein a crystal nucleus in a peripheral portion of the non-single-crystal semiconductor thin film is earlier than a crystal nucleus in a central portion. And then
A semiconductor element having a semiconductor thin film in which the crystal nuclei generated in the peripheral portion are crystal-grown toward the central portion before the crystal nuclei are generated or crystal-grown in the central portion.
【請求項26】 チャネル領域と、前記チャネル領域の
両側に配置されたソース領域、およびドレイン領域とを
有する結晶質半導体層が基板上に形成されてなる半導体
素子において、 前記結晶質半導体層は、非単結晶質薄膜を結晶化してな
るものであり、 前記結晶質半導体層の少なくともチャネル領域には、結
晶成長方向を制御する結晶成長方向制御空隙が設けられ
ていることを特徴とする半導体素子。
26. A semiconductor device in which a crystalline semiconductor layer having a channel region, and a source region and a drain region arranged on both sides of the channel region is formed on a substrate, wherein the crystalline semiconductor layer comprises: A semiconductor element, which is obtained by crystallizing a non-single-crystal thin film, wherein a crystal growth direction control gap for controlling a crystal growth direction is provided in at least a channel region of the crystalline semiconductor layer.
【請求項27】 請求項26の半導体素子であって、 前記結晶成長方向制御空隙は、ソース領域とドレイン領
域とを結ぶ方向に溝状の空隙が、2列以上設けられて構
成されていることを特徴とする半導体素子。
27. The semiconductor device according to claim 26, wherein said crystal growth direction control gap is formed by providing two or more rows of groove-shaped gaps in a direction connecting a source region and a drain region. A semiconductor element characterized by the above-mentioned.
【請求項28】 請求項26の半導体素子であって、 前記結晶成長方向制御空隙が、ソース領域とドレイン領
域とを結ぶ方向に不連続的に複数設けられていることを
特徴とする半導体素子。
28. The semiconductor device according to claim 26, wherein the plurality of crystal growth direction control gaps are discontinuously provided in a direction connecting a source region and a drain region.
【請求項29】 チャネル領域と、前記チャネル領域の
両側に配置されたソース領域、およびドレイン領域とを
有する結晶質半導体層が基板上に形成されてなる半導体
素子において、 前記結晶質半導体層は、非単結晶質薄膜を結晶化してな
るものであり、 少なくともチャネル領域には、チャネル領域本体部に比
較して結晶化開始温度が高い早期結晶化領域が設けられ
ていることを特徴とする半導体素子。
29. A semiconductor device in which a crystalline semiconductor layer having a channel region, and a source region and a drain region disposed on both sides of the channel region is formed on a substrate, wherein the crystalline semiconductor layer comprises: A semiconductor device comprising a non-monocrystalline thin film crystallized, wherein at least a channel region is provided with an early crystallization region having a higher crystallization start temperature than a channel region body. .
【請求項30】 請求項29の半導体素子であって、 前記早期結晶化領域は、ソース領域とドレイン領域とを
結ぶ方向に長い形状であることを特徴とする半導体素
子。
30. The semiconductor device according to claim 29, wherein the early crystallization region is long in a direction connecting the source region and the drain region.
【請求項31】 請求項29の半導体素子であって、 前記早期結晶化領域は、チャネル領域本体部を構成する
成分に不純物を含ませてなるものであることを特徴とす
る半導体素子。
31. The semiconductor device according to claim 29, wherein the early crystallization region is formed by adding an impurity to a component constituting a channel region main body.
【請求項32】 請求項26の半導体素子であって、 前記結晶質半導体層は、シリコン、またはシリコンとゲ
ルマニウムの化合物を主成分とするものであることを特
徴とする半導体素子。
32. The semiconductor device according to claim 26, wherein the crystalline semiconductor layer is mainly composed of silicon or a compound of silicon and germanium.
【請求項33】 チャネル領域と、前記チャネル領域の
両側に配置されたソース領域、およびドレイン領域とを
有する結晶質半導体層が基板上に形成されてなる半導体
素子の製造方法において、少なくとも、 絶縁性基板の上に非単結晶質薄膜を堆積する工程と、 前記非単結晶質薄膜に、結晶成長方向制御空隙を形成す
る工程と、 結晶成長方向制御空隙が形成された非単結晶質半導体薄
膜に、エネルギービームを照射して当該薄膜を結晶化す
る工程と、 を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
33. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming, on a substrate, a crystalline semiconductor layer having a channel region, and a source region and a drain region disposed on both sides of the channel region. Depositing a non-single crystalline thin film on a substrate; forming a crystal growth direction control gap in the non-single crystalline thin film; Irradiating an energy beam to crystallize the thin film.
【請求項34】 請求項33の半導体素子の製造方法で
あって、 前記結晶成長方向制御空隙を、ソース領域とドレイン領
域とを結ぶ方向に溝状に形成することを特徴とする半導
体素子の製造方法。
34. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 33, wherein the crystal growth direction control gap is formed in a groove shape in a direction connecting a source region and a drain region. Method.
【請求項35】 請求項33の半導体素子の製造方法で
あって、 前記結晶成長方向制御空隙を、ソース領域とドレイン領
域とを結ぶ方向に不連続的に複数形成することを特徴と
する半導体素子の製造方法。
35. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 33, wherein the plurality of crystal growth direction control gaps are discontinuously formed in a direction connecting a source region and a drain region. Manufacturing method.
【請求項36】 チャネル領域と、前記チャネル領域の
両側に配置されたソース領域、およびドレイン領域とを
有する結晶質半導体層が形成されてなる半導体素子の製
造方法において、少なくとも絶縁性基板の上に非単結晶
質薄膜を堆積する工程と、 前記非単結晶質半導体薄膜の一部に、当該部分の結晶化
開始温度を高める不純物をイオン注入して不純物を含む
早期結晶化領域を形成する早期結晶化領域形成工程と、 前記早期結晶化領域形成工程の後、エネルギービームを
照射して当該薄膜の結晶化を行う工程と、 を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
36. A method for manufacturing a semiconductor device comprising a crystalline semiconductor layer having a channel region, and a source region and a drain region disposed on both sides of the channel region, the method comprising the steps of: Depositing a non-single-crystalline thin film; and ion-implanting an impurity that raises the crystallization start temperature of the non-single-crystalline semiconductor thin film into a part of the non-single-crystalline semiconductor thin film to form an early crystallization region containing the impurity. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a crystallization region forming step; and, after the early crystallization region forming step, irradiating an energy beam to crystallize the thin film.
【請求項37】 請求項36の半導体素子の製造方法で
あって、 前記早期結晶化領域形成工程において、前記ソース領域
と前記ドレイン領域とを結ぶ方向に長い帯状の早期結晶
化領域を形成することを特徴とする半導体素子の製造方
法。
37. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 36, wherein in the early crystallization region forming step, a band-like early crystallization region long in a direction connecting the source region and the drain region is formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項38】 請求項36の半導体素子の製造方法で
あって、 前記早期結晶化領域が、前記ソース領域と前記ドレイン
領域とを結ぶ方向に不連続的に配置することを特徴とす
る半導体素子の製造方法。
38. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 36, wherein said early crystallization region is discontinuously arranged in a direction connecting said source region and said drain region. Manufacturing method.
【請求項39】 請求項33の半導体素子の製造方法で
あって、 前記エネルギービームが、エキシマレーザビームである
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
39. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 33, wherein the energy beam is an excimer laser beam.
【請求項40】 基板上に形成された非単結晶質からな
る薄膜に光ビームを照射することにより、前記非単結晶
質を結晶化または再結晶化して結晶質半導体薄膜となす
半導体薄膜の製造方法において、 上記光ビームとして、被照射面である前記薄膜表面に温
度勾配若しくは温度分布の不均一が生じるように、光エ
ネルギー強度の分布パターンが調節された光ビームを用
い、上記光ビームを静止状態で照射することを特徴とす
る半導体薄膜の製造方法。
40. Production of a semiconductor thin film formed by irradiating a non-single crystalline thin film formed on a substrate with a light beam to crystallize or recrystallize the non-single crystalline material to form a crystalline semiconductor thin film. In the method, as the light beam, a light beam whose light energy intensity distribution pattern is adjusted so that a temperature gradient or a non-uniform temperature distribution is generated on the surface of the thin film that is the irradiated surface, and the light beam is stationary. A method for producing a semiconductor thin film, comprising irradiating in a state.
【請求項41】 請求項40の半導体薄膜の製造方法で
あって、 前記光エネルギー強度の分布パターンは、ビーム幅内に
おける光強度が一方から他方へ単調に増加しまたは一方
から他方へ単調に減少する分布パターンであることを特
徴とする半導体薄膜の製造方法。
41. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 40, wherein the distribution pattern of the light energy intensity is such that the light intensity within the beam width monotonically increases from one side to the other side or monotonically decreases from one side to the other side. A method for manufacturing a semiconductor thin film, wherein the semiconductor thin film has a distribution pattern.
【請求項42】 請求項40の半導体薄膜の製造方法で
あって、 前記光エネルギー強度の分布パターンは、ビーム幅内に
おいて相対的に光強度の強い部分と相対的に光強度の弱
い部分とが平面的に交互に配列された分布パターンであ
ることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
42. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 40, wherein the distribution pattern of the light energy intensity includes a portion having a relatively high light intensity and a portion having a relatively low light intensity within a beam width. A method for manufacturing a semiconductor thin film, wherein the semiconductor thin film has a distribution pattern alternately arranged in a plane.
【請求項43】 請求項42の半導体薄膜の製造方法で
あって、 前記光エネルギー強度の分布パターンは、少なくとも2
つのそれぞれコヒーレントな光を同時に照射して光干渉
を生じさせることにより形成されたものであることを特
徴とする半導体薄膜の製造方法。
43. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 42, wherein the distribution pattern of the light energy intensity is at least two.
A method of manufacturing a semiconductor thin film, wherein the semiconductor thin film is formed by simultaneously irradiating two coherent lights to cause light interference.
【請求項44】 請求項42の半導体薄膜の製造方法で
あって、 前記エネルギー強度の分布パターンは、少なくとも2つ
のそれぞれコヒーレントな光を同時に照射し、かつ前記
光の少なくとも1つの光の位相を動的に変調することに
より形成した波動的な干渉パターンであることを特徴と
する半導体薄膜の製造方法。
44. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 42, wherein the energy intensity distribution pattern simultaneously irradiates at least two coherent lights and shifts the phase of at least one of the lights. A method for manufacturing a semiconductor thin film, wherein the method is a wave interference pattern formed by dynamic modulation.
【請求項45】 基板上に形成された非単結晶質からな
る薄膜に光ビームを照射し、しかる後放熱して、前記非
単結晶質を結晶化または再結晶化する結晶質半導体薄膜
の作製方法において、 前記作製方法は、周囲雰囲気圧力を一定値以上に保つこ
とにより、光ビームの照射された薄膜面に不均一な温度
分布を生じさせることを特徴とする半導体薄膜の製造方
法。
45. Production of a crystalline semiconductor thin film for irradiating a non-single crystalline thin film formed on a substrate with a light beam and then radiating heat to crystallize or recrystallize the non-single crystalline material The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the manufacturing method includes generating a non-uniform temperature distribution on a surface of the thin film irradiated with the light beam by maintaining an ambient atmosphere pressure at a predetermined value or more.
【請求項46】 請求項45の半導体薄膜の製造方法で
あって、 前記一定値以上の雰囲気圧力は、雰囲気ガスが水素ガス
のとき、10-5torr以上である半導体薄膜の製造方
法。
46. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 45, wherein the atmospheric pressure equal to or higher than the predetermined value is equal to or higher than 10 -5 torr when an atmospheric gas is a hydrogen gas.
【請求項47】 基板上に形成された前駆体半導体膜
に、少なくとも、上記前駆体半導体膜を結晶化させ得る
エネルギを上記前駆体半導体膜に与える第1のエネルギ
ビームと、上記第1のエネルギビームより上記前駆体半
導体膜の吸収率が小さく、かつ、上記前駆体半導体膜を
結晶化させ得るエネルギよりも小さいエネルギを上記前
駆体半導体膜に与える第2のエネルギビームとを照射し
て、上記前駆体半導体膜を結晶化させる工程を有するこ
とを特徴とする半導体膜の製造方法。
47. A first energy beam for applying at least an energy capable of crystallizing the precursor semiconductor film to the precursor semiconductor film formed on the substrate, and the first energy beam. Irradiating the precursor semiconductor film with a second energy beam that gives the precursor semiconductor film an energy smaller than the energy that can crystallize the precursor semiconductor film, and the absorptivity of the precursor semiconductor film is smaller than the beam; A method for manufacturing a semiconductor film, comprising a step of crystallizing a precursor semiconductor film.
【請求項48】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であること
を特徴とする半導体膜の製造方法。
48. The method for manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film.
【請求項49】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸
収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚のほぼ逆数以上で
あるとともに、 上記第2のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸
収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚のほぼ逆数以下で
あることを特徴とする半導体膜の製造方法。
49. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein in the first energy beam, the absorption coefficient of the precursor semiconductor film is substantially equal to or greater than the reciprocal of the thickness of the precursor semiconductor film. And a second energy beam, wherein the absorption coefficient of the precursor semiconductor film is not more than the reciprocal of the thickness of the precursor semiconductor film.
【請求項50】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸
収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚の逆数のほぼ10
倍以上であるとともに、 上記第2のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸
収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚のほぼ逆数である
ことを特徴とする半導体膜の製造方法。
50. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam has an absorption coefficient of the precursor semiconductor film that is approximately 10 times the reciprocal of the thickness of the precursor semiconductor film.
A method of manufacturing a semiconductor film, wherein the second energy beam has an absorption coefficient of the precursor semiconductor film that is substantially the reciprocal of a thickness of the precursor semiconductor film.
【請求項51】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビーム、および第2のエネルギビー
ムは、互いに波長の異なる光であることを特徴とする半
導体膜の製造方法。
51. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam and the second energy beam are light beams having different wavelengths from each other. .
【請求項52】 請求項51の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、単波長のエネルギビーム
であるとともに、 上記第2のエネルギビームは、少なくとも可視光領域の
波長成分を含む光であることを特徴とする半導体膜の製
造方法。
52. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 51, wherein the first energy beam is a single-wavelength energy beam, and the second energy beam is at least a wavelength component in a visible light region. A method for manufacturing a semiconductor film, characterized by comprising light.
【請求項53】 請求項52の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、レーザ光であるととも
に、 上記第2のエネルギビームは、赤外線ランプであること
を特徴とする半導体膜の製造方法。
53. The method according to claim 52, wherein the first energy beam is a laser beam, and the second energy beam is an infrared lamp. Manufacturing method of membrane.
【請求項54】 請求項52の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、レーザ光であるととも
に、 上記第2のエネルギビームは、白熱光であることを特徴
とする半導体膜の製造方法。
54. The method according to claim 52, wherein the first energy beam is a laser beam and the second energy beam is an incandescent beam. Manufacturing method of membrane.
【請求項55】 請求項52の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、レーザ光であるととも
に、 上記第2のエネルギビームは、エキシマランプ光である
ことを特徴とする半導体膜の製造方法。
55. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 52, wherein said first energy beam is a laser beam, and said second energy beam is an excimer lamp beam. A method for manufacturing a semiconductor film.
【請求項56】 請求項51の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第2のエネルギビームは、少なくとも可視光領域か
ら紫外光領域の波長成分を含む光であることを特徴とす
る半導体膜の製造方法。
56. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 51, wherein the second energy beam is light containing at least a wavelength component from a visible light region to an ultraviolet light region. Production method.
【請求項57】 請求項56の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、レーザ光であるととも
に、 上記第2のエネルギビームは、キセノンフラッシュラン
プ光であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
57. The method for manufacturing a semiconductor film according to claim 56, wherein the first energy beam is a laser beam, and the second energy beam is a xenon flash lamp light. Of manufacturing a semiconductor film.
【請求項58】 請求項51の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギービーム、および第2のエネルギビ
ームは、レーザ光であることを特徴とする半導体膜の製
造方法。
58. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 51, wherein the first energy beam and the second energy beam are laser beams.
【請求項59】 請求項58の半導体膜の製造方法であ
って、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であり、 上記第1のエネルギビームは、アルゴンフッ素エキシマ
レーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩
素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレー
ザのうちの何れかのレーザ光であるとともに、 上記第2のエネルギビームは、アルゴンレーザのレーザ
光であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
59. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 58, wherein said precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film, and said first energy beam is an argon fluorine excimer laser or a krypton fluorine excimer laser. A laser beam of any one of xenon chlorine excimer laser and xenon fluorine excimer laser, and the second energy beam is a laser beam of an argon laser.
【請求項60】 請求項58の半導体膜の製造方法であ
って、 上記基板はガラス基板であり、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であり、 上記第1のエネルギビームは、アルゴンフッ素エキシマ
レーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩
素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレー
ザのうちの何れかのレーザ光であるとともに、 上記第2のエネルギビームは、炭酸ガスレーザのレーザ
光であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
60. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 58, wherein said substrate is a glass substrate, said precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film, and said first energy beam is argon. A laser light of any one of a fluorine excimer laser, a krypton fluorine excimer laser, a xenon chlorine excimer laser, and a xenon fluorine excimer laser, wherein the second energy beam is a laser beam of a carbon dioxide gas laser. Of manufacturing a semiconductor film.
【請求項61】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビーム、および第2のエネルギビー
ムは、上記前駆体半導体膜における帯状の領域に照射す
ることを特徴とする半導体膜の製造方法。
61. The method for manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam and the second energy beam irradiate a strip-shaped region in the precursor semiconductor film. A method for manufacturing a semiconductor film.
【請求項62】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第2のエネルギビームにおける上記前駆体半導体膜
への照射領域は、上記第1のエネルギビームにおける上
記前駆体半導体膜への照射領域よりも大きく、かつ、上
記第1のエネルギビームの照射領域を含む領域であるこ
とを特徴とする半導体膜の製造方法。
62. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein an irradiation area of the second energy beam on the precursor semiconductor film is formed on the precursor semiconductor film by the first energy beam. A method for manufacturing a semiconductor film, which is larger than an irradiation area and includes an irradiation area of the first energy beam.
【請求項63】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビーム、および第2のエネルギビー
ムは、上記前駆体半導体膜にほぼ垂直に入射するように
照射することを特徴とする半導体膜の製造方法。
63. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam and the second energy beam are irradiated so as to enter the precursor semiconductor film substantially perpendicularly. A method for manufacturing a semiconductor film.
【請求項64】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 第2のエネルギビームは、少なくとも、上記第1のエネ
ルギビームを照射するのに先立って照射することを特徴
とする半導体膜の製造方法。
64. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the second energy beam is irradiated at least prior to irradiating the first energy beam. Production method.
【請求項65】 請求項64の半導体膜の製造方法であ
って、 上記前駆体半導体膜の形成された基板を移動させるとと
もに、上記第2のエネルギビームは、上記前駆体半導体
膜における上記第1のエネルギビームの照射位置より
も、上記移動方向前方側の位置に照射することを特徴と
する半導体膜の製造方法。
65. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 64, wherein the substrate on which the precursor semiconductor film is formed is moved, and the second energy beam is applied to the first semiconductor film in the precursor semiconductor film. A method for manufacturing a semiconductor film, comprising irradiating a position on the forward side in the moving direction with respect to the irradiation position of the energy beam.
【請求項66】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、間欠的に照射する一方、 上記第2のエネルギビームは、連続的に照射することを
特徴とする半導体膜の製造方法。
66. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam is applied intermittently, while the second energy beam is applied continuously. Of manufacturing a semiconductor film.
【請求項67】 請求項66の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、パルス発振のレーザ光で
ある一方、 上記第2のエネルギビームは、連続発振のレーザ光であ
ることを特徴とする半導体膜の製造方法。
67. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 66, wherein the first energy beam is a pulsed laser beam, and the second energy beam is a continuous oscillation laser beam. A method for manufacturing a semiconductor film.
【請求項68】 請求項66の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、パルス発振のレーザ光で
ある一方、 上記第2のエネルギビームは、ランプの光であることを
特徴とする半導体膜の製造方法。
68. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 66, wherein the first energy beam is a pulsed laser beam, and the second energy beam is a lamp beam. A method for manufacturing a semiconductor film.
【請求項69】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビーム、および第2のエネルギビー
ムは、互いに同期させて、間欠的に照射することを特徴
とする半導体膜の製造方法。
69. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam and the second energy beam are intermittently irradiated in synchronization with each other. Manufacturing method.
【請求項70】 請求項69の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームを照射する期間は、上記第2
のエネルギビームを照射する期間内で、かつ、上記第2
のエネルギビームの照射周期の3分の2以下の期間であ
ることを特徴とする半導体膜の製造方法。
70. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 69, wherein the irradiation with the first energy beam is performed during the second energy beam irradiation.
Within the period of irradiating the energy beam of
A method of manufacturing the semiconductor film, wherein the period is not more than two thirds of the irradiation cycle of the energy beam.
【請求項71】 請求項69の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビーム、および第2のエネルギビー
ムは、パルス発振のレーザ光であることを特徴とする半
導体膜の製造方法。
71. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 69, wherein the first energy beam and the second energy beam are pulsed laser light. .
【請求項72】 請求項69の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、パルス発振のレーザ光で
ある一方、 上記第2のエネルギビームは、間欠的に点灯されるラン
プの光であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
72. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 69, wherein the first energy beam is a pulsed laser beam, and the second energy beam is intermittently lit. A method of manufacturing a semiconductor film, wherein the light is a light of the following order.
【請求項73】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビーム、および第2のエネルギビー
ムは、上記前駆体半導体膜が300℃以上1200℃以
下の温度に加熱されるように照射することを特徴とする
半導体膜の製造方法。
73. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam and the second energy beam heat the precursor semiconductor film to a temperature of 300 ° C. or more and 1200 ° C. or less. The method for manufacturing a semiconductor film, comprising:
【請求項74】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビーム、および第2のエネルギビー
ムは、上記前駆体半導体膜が600℃以上1100℃以
下の温度に加熱されるように照射することを特徴とする
半導体膜の製造方法。
74. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam and the second energy beam heat the precursor semiconductor film to a temperature of 600 ° C. or more and 1100 ° C. or less. The method for manufacturing a semiconductor film, comprising:
【請求項75】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、さらに、 上記前駆体半導体膜の形成された基板をヒータにより加
熱する工程を有することを特徴とする半導体膜の製造方
法。
75. The method for manufacturing a semiconductor film according to claim 47, further comprising a step of heating the substrate on which the precursor semiconductor film is formed by a heater.
【請求項76】 請求項75の半導体膜の製造方法であ
って、 上記前駆体半導体膜の形成された基板が300℃以上6
00℃以下の温度になるように加熱することを特徴とす
る半導体膜の製造方法。
76. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 75, wherein the substrate on which the precursor semiconductor film is formed has a temperature of 300 ° C. or higher.
A method for manufacturing a semiconductor film, comprising heating to a temperature of 00 ° C. or lower.
【請求項77】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜にお
ける複数の領域に照射するとともに、 上記第2のエネルギビームは、上記複数の領域の一部に
ついてだけ照射することを特徴とする半導体膜の製造方
法。
77. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the first energy beam irradiates a plurality of regions in the precursor semiconductor film, and the second energy beam irradiates the plurality of regions. A method of manufacturing a semiconductor film, which comprises irradiating only a part of the region.
【請求項78】 請求項47の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第2のエネルギビームは、上記基板における吸収率
が、上記上記前駆体半導体膜における吸収率よりも大き
いことを特徴とする半導体膜の製造方法。
78. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 47, wherein the second energy beam has an absorptance in the substrate larger than an absorptivity in the precursor semiconductor film. A method for manufacturing a semiconductor film.
【請求項79】 請求項78の半導体膜の製造方法であ
って、 上記第1のエネルギビームは、上記前駆体半導体膜の吸
収係数が、上記前駆体半導体膜の膜厚の逆数のほぼ10
倍以上であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
79. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 78, wherein the first energy beam has an absorption coefficient of the precursor semiconductor film that is approximately 10 times the reciprocal of the thickness of the precursor semiconductor film.
A method for manufacturing a semiconductor film, wherein the method is at least twice as large.
【請求項80】 請求項78の半導体膜の製造方法であ
って、 上記基板はガラス基板であり、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であり、 上記第1のエネルギビームは、アルゴンフッ素エキシマ
レーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩
素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレー
ザのうちの何れかのレーザ光であるとともに、 上記第2のエネルギビームは、炭酸ガスレーザのレーザ
光であることを特徴とする半導体膜の製造方法。
80. The method according to claim 78, wherein the substrate is a glass substrate, the precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film, and the first energy beam is argon. A laser light of any one of a fluorine excimer laser, a krypton fluorine excimer laser, a xenon chlorine excimer laser, and a xenon fluorine excimer laser, wherein the second energy beam is a laser beam of a carbon dioxide gas laser. Of manufacturing a semiconductor film.
【請求項81】 基板上に形成された前駆体半導体膜を
結晶化させる半導体膜の製造装置であって、 第1のエネルギビームを照射する第1の照射手段と、 上記第1のエネルギビームより上記前駆体半導体膜の吸
収率が小さい第2のエネルギビームとを照射する第2の
照射手段とを備えたことを特徴とする半導体膜の製造装
置。
81. An apparatus for manufacturing a semiconductor film for crystallizing a precursor semiconductor film formed on a substrate, comprising: first irradiation means for irradiating a first energy beam; A second irradiating means for irradiating the precursor semiconductor film with a second energy beam having a small absorption rate.
【請求項82】 請求項81の半導体膜の製造装置であ
って、 上記第2の照射手段は、放射状に第2のエネルギビーム
を発するランプであるとともに、 さらに、上記第2のエネルギビームを集光する凹面反射
鏡を備えたことを特徴とする半導体膜の製造装置。
82. The semiconductor film manufacturing apparatus according to claim 81, wherein said second irradiation means is a lamp which emits a second energy beam radially, and further collects said second energy beam. An apparatus for manufacturing a semiconductor film, comprising a concave reflecting mirror that emits light.
【請求項83】 請求項81の半導体膜の製造装置であ
って、 さらに、上記第1のエネルギビームと第2のエネルギビ
ームとのうち、いずれか一方を反射する一方、他方を透
過させる反射板を備え、 上記第1のエネルギビーム、および第2のエネルギビー
ムを、何れも上記前駆体半導体膜にほぼ垂直に入射させ
るように構成されていることを特徴とする半導体膜の製
造装置。
83. The semiconductor film manufacturing apparatus according to claim 81, further comprising: a reflecting plate that reflects one of the first energy beam and the second energy beam and transmits the other. An apparatus for manufacturing a semiconductor film, wherein the first energy beam and the second energy beam are configured to be incident substantially perpendicularly on the precursor semiconductor film.
【請求項84】 請求項81の半導体膜の製造装置であ
って、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であり、 上記第1の照射手段は、アルゴンフッ素エキシマレー
ザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩素エ
キシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレーザの
うちの何れかであるとともに、 上記第2の照射手段は、アルゴンレーザであることを特
徴とする半導体膜の製造装置。
84. The semiconductor film manufacturing apparatus according to claim 81, wherein said precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film, and said first irradiation means is an argon fluorine excimer laser or a krypton fluorine excimer laser. An apparatus for producing a semiconductor film, wherein the second irradiation means is an argon laser or any one of a xenon chlorine excimer laser and a xenon fluorine excimer laser.
【請求項85】 請求項81の半導体膜の製造装置であ
って、 上記基板はガラス基板であり、 上記前駆体半導体膜は、非晶質シリコン薄膜であり、 上記第1のエネルギビームは、アルゴンフッ素エキシマ
レーザ、クリプトンフッ素エキシマレーザ、キセノン塩
素エキシマレーザ、またはキセノンフッ素エキシマレー
ザのうちの何れかのレーザ光であるとともに、 上記第2のエネルギビームは、炭酸ガスレーザのレーザ
光であることを特徴とする半導体膜の製造装置。
85. The apparatus for manufacturing a semiconductor film according to claim 81, wherein said substrate is a glass substrate, said precursor semiconductor film is an amorphous silicon thin film, and said first energy beam is argon. A laser light of any one of a fluorine excimer laser, a krypton fluorine excimer laser, a xenon chlorine excimer laser, and a xenon fluorine excimer laser, wherein the second energy beam is a laser beam of a carbon dioxide gas laser. Semiconductor film manufacturing equipment.
【請求項86】 画像表示領域と駆動回路部領域とを有
する基板上に形成された非単結晶半導体薄膜にエネルギ
ビームを照射して結晶成長させる工程を有する半導体薄
膜の製造方法であって、 上記画像表示領域への第1の照射は、ビームの断面形状
が線状のエネルギビームを用いて行う一方、 上記駆動回路部領域への第2の照射は、ビームの断面形
状が角状のエネルギビームを用い、かつ、上記第1の照
射よりも高いエネルギ密度で行うことを特徴とする半導
体薄膜の製造方法。
86. A method of manufacturing a semiconductor thin film, comprising: irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film formed on a substrate having an image display region and a drive circuit region with an energy beam to grow crystals. The first irradiation on the image display area is performed using an energy beam having a linear beam cross section, while the second irradiation on the driving circuit section area is performed using an energy beam having a square cross section. A method of manufacturing a semiconductor thin film, wherein the first irradiation is performed at a higher energy density than the first irradiation.
【請求項87】 画像表示領域と駆動回路部領域とを有
する基板上に形成された非単結晶半導体薄膜にエネルギ
ビームを照射して結晶成長させる工程を有する半導体薄
膜の製造方法であって、 上記画像表示領域への第1の照射は、上記基板に対して
相対的にエネルギビームを走査し、エネルギビームの照
射領域を所定のオーバラップ量でずらしながら照射する
走査照射である一方、 上記駆動回路部領域への第2の照射は、上記基板に対し
て相対的にエネルギビームを固定して行う静止照射で、
かつ、上記第1の照射よりも高いエネルギ密度で行うこ
とを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
87. A method for manufacturing a semiconductor thin film, comprising: irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film formed on a substrate having an image display region and a drive circuit region with an energy beam to grow a crystal, The first irradiation to the image display area is scanning irradiation in which an energy beam is scanned relative to the substrate and the energy beam irradiation area is shifted while being shifted by a predetermined overlap amount, while the driving circuit The second irradiation to the partial region is stationary irradiation performed by fixing an energy beam relative to the substrate,
A method of manufacturing a semiconductor thin film, wherein the method is performed at a higher energy density than the first irradiation.
【請求項88】 請求項87の半導体薄膜の製造方法で
あって、 上記第2の照射は、上記基板に対して相対的にエネルギ
ビームを固定した状態で、複数回行うことを特徴とする
半導体薄膜の製造方法。
88. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 87, wherein the second irradiation is performed a plurality of times with an energy beam fixed relative to the substrate. Manufacturing method of thin film.
【請求項89】 画像表示領域と駆動回路部領域とを有
する基板上に形成された非単結晶半導体薄膜にエネルギ
ビームを照射して結晶成長させる工程を有する半導体薄
膜の製造方法であって、 上記画像表示領域と、上記駆動回路部領域における所定
の複数の領域とに対して、それぞれ互いに異なるエネル
ギ密度で、かつ、上記画像表示領域よりも上記駆動回路
部領域のほうが高いエネルギ密度で、エネルギビームの
照射を行うことを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
89. A method for manufacturing a semiconductor thin film, comprising: irradiating an energy beam on a non-single-crystal semiconductor thin film formed on a substrate having an image display region and a drive circuit portion region to grow a crystal, The energy beam is applied to the image display area and a plurality of predetermined areas in the drive circuit section area at different energy densities, and at a higher energy density in the drive circuit section area than in the image display area. Irradiating the semiconductor thin film.
【請求項90】 請求項89の半導体薄膜の製造方法で
あって、 上記駆動回路部領域における上記各領域のうち、ラッチ
回路およびシフトレジスタのうちの少なくとも何れかを
構成するトランスファゲートが形成される領域へのエネ
ルギビームの照射は、他の領域へのエネルギビームの照
射よりも高いエネルギ密度で行われることを特徴とする
半導体薄膜の製造方法。
90. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 89, wherein a transfer gate forming at least one of a latch circuit and a shift register is formed in each of the regions in the drive circuit section region. A method of manufacturing a semiconductor thin film, wherein irradiation of an energy beam to a region is performed at a higher energy density than irradiation of an energy beam to another region.
【請求項91】 画像表示領域と駆動回路部領域とを有
する基板上に形成された非単結晶半導体薄膜にエネルギ
ビームを照射して結晶成長させる工程を有する半導体薄
膜の製造方法であって、 上記画像表示領域に対応した領域が上記駆動回路部領域
に対応した領域よりも上記エネルギビームの透過率が低
いフィルタを介して、上記画像表示領域および上記駆動
回路部領域へのエネルギビームの照射を同時に行うこと
を特徴とする半導体薄膜の製造方法。
91. A method of manufacturing a semiconductor thin film, comprising: irradiating an energy beam on a non-single-crystal semiconductor thin film formed on a substrate having an image display region and a drive circuit portion region to grow a crystal, Simultaneously irradiating the image display area and the drive circuit section area with the energy beam through a filter whose area corresponding to the image display area has a lower transmittance of the energy beam than the area corresponding to the drive circuit section area. A method of manufacturing a semiconductor thin film.
【請求項92】 基板上に形成された非単結晶半導体薄
膜にエネルギビームを照射して結晶成長させる工程を有
する半導体薄膜の製造方法であって、 上記エネルギビームの照射を、エネルギビームの散乱性
を有する均一化素子を介して行うことを特徴とする半導
体薄膜の製造方法。
92. A method for manufacturing a semiconductor thin film, comprising a step of irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film formed on a substrate with an energy beam to grow a crystal, wherein the irradiation of the energy beam is performed by scattering energy beams. A method for producing a semiconductor thin film, wherein the method is performed via a uniformizing element having the following.
【請求項93】 請求項92の半導体薄膜の製造方法で
あって、 上記均一化素子は、部分的にエネルギビームの透過性を
有する領域を有し、 上記透過性を有する領域に入射したエネルギビームをそ
のまま透過させて、上記非単結晶半導体薄膜に照射する
ことを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
93. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 92, wherein the equalizing element has a partially transparent region of the energy beam, and the energy beam incident on the transparent region. And irradiating the non-single-crystal semiconductor thin film with light as it is.
【請求項94】 エネルギビーム発生手段と、 上記エネルギビーム発生手段から発せられたエネルギビ
ームをエネルギの均一な所定のビーム断面形状に整形す
る均一化手段とを備え、 上記整形されたエネルギビームを、基板上に形成された
非単結晶半導体薄膜に照射して結晶成長させる半導体薄
膜の製造装置であって、 さらに、上記エネルギビームの透過率が互いに異なる領
域を有するフィルタを備え、 上記フィルタを介して、上記非単結晶半導体薄膜におけ
る複数の領域に、互いに異なるエネルギ密度で上記エネ
ルギビームの照射を行うように構成されたことを特徴と
する半導体薄膜の製造装置。
94. An energy beam generating means, and uniformizing means for shaping the energy beam emitted from the energy beam generating means into a predetermined beam cross-sectional shape with uniform energy, wherein the shaped energy beam is An apparatus for manufacturing a semiconductor thin film for irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film formed on a substrate to grow a crystal, further comprising: a filter having regions having different energy beam transmittances from each other; And a plurality of regions in the non-single-crystal semiconductor thin film are irradiated with the energy beams at different energy densities from each other.
【請求項95】 請求項94の半導体薄膜の製造装置で
あって、 上記フィルタは、光学薄膜により、上記エネルギビーム
の透過率が互いに異なる領域を有するように構成されて
いることを特徴とする半導体薄膜の製造装置。
95. The apparatus for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 94, wherein said filter is constituted by an optical thin film so as to have regions in which transmittances of said energy beams are different from each other. Thin film manufacturing equipment.
【請求項96】 請求項94の半導体薄膜の製造装置で
あって、 さらに、上記基板が配置されるチャンバを備え、上記チ
ャンバに形成された窓を介して上記エネルギビームの照
射が行われるように構成されるとともに、 上記フィルタが、上記窓に設けられていることを特徴と
する半導体薄膜の製造装置。
96. An apparatus for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 94, further comprising a chamber in which said substrate is disposed, wherein irradiation of said energy beam is performed through a window formed in said chamber. An apparatus for manufacturing a semiconductor thin film, wherein said filter is provided in said window.
【請求項97】 エネルギビーム発生手段と、 上記エネルギビーム発生手段から発せられたエネルギビ
ームをエネルギの均一な所定のビーム断面形状に整形す
る均一化手段とを備え、 上記整形されたエネルギビームを、基板上に形成された
非単結晶半導体薄膜に照射して結晶成長させる半導体薄
膜の製造装置であって、 上記均一化手段が、エネルギビームを複数のビーム断面
形状に選択的に切り替えて整形し得るように構成されて
いることを特徴とする半導体薄膜の製造装置。
97. An energy beam generating means, comprising: an energy beam generating means; and a uniformizing means for shaping the energy beam emitted from the energy beam generating means into a predetermined beam cross-sectional shape having uniform energy. An apparatus for manufacturing a semiconductor thin film for growing a crystal by irradiating a non-single-crystal semiconductor thin film formed on a substrate, wherein the uniformizing means can selectively switch an energy beam to a plurality of beam cross-sectional shapes to shape the beam. An apparatus for manufacturing a semiconductor thin film characterized by being configured as described above.
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004363168A (en) * 2003-06-02 2004-12-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd Method of manufacturing semiconductor device
WO2004114417A1 (en) * 2003-06-19 2004-12-29 Kaneka Corporation Thin-film photoelectric converter
JP2005099427A (en) * 2003-09-25 2005-04-14 Hitachi Ltd Display panel manufacturing method and display panel
JP2005276944A (en) * 2004-03-23 2005-10-06 Sharp Corp Semiconductor device, and device and method for manufacturing the same
JP2008091811A (en) * 2006-10-05 2008-04-17 Ihi Corp Laser annealing method and laser annealer
US7674663B2 (en) 2002-10-07 2010-03-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of irradiating laser, laser irradiation system, and manufacturing method of semiconductor device
US7700462B2 (en) 2003-02-28 2010-04-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd Laser irradiation method, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
US7737054B2 (en) 2003-03-17 2010-06-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing a semiconductor device
JP2010141345A (en) * 2010-02-03 2010-06-24 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device
US7745822B2 (en) 2003-06-27 2010-06-29 Nec Corporation Thin film transistor and thin film transistor substrate including a polycrystalline semiconductor thin film having a large heat capacity part and a small heat capacity part
US7919726B2 (en) 2002-11-29 2011-04-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing a semiconductor device
US7964036B2 (en) 2007-05-21 2011-06-21 Shimadzu Corporation Crystallization apparatus and crystallization method
US7964035B2 (en) 2007-05-24 2011-06-21 Shimadzu Corporation Crystallization apparatus and crystallization method
WO2013094943A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-27 Lg Innotek Co., Ltd. Solar cell and method of fabricating the same
JP2014523226A (en) * 2011-06-28 2014-09-08 サン−ゴバン グラス フランス Method for quickly stabilizing the rated output of thin-film solar modules
WO2018179377A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 国立大学法人 琉球大学 Manufacturing method for flexible substrate
CN108780744A (en) * 2016-03-24 2018-11-09 国立大学法人九州大学 Laser anneal device

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7674663B2 (en) 2002-10-07 2010-03-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of irradiating laser, laser irradiation system, and manufacturing method of semiconductor device
US7919726B2 (en) 2002-11-29 2011-04-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing a semiconductor device
US7700462B2 (en) 2003-02-28 2010-04-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd Laser irradiation method, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
US7737054B2 (en) 2003-03-17 2010-06-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing a semiconductor device
JP2004363168A (en) * 2003-06-02 2004-12-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd Method of manufacturing semiconductor device
US7932185B2 (en) 2003-06-02 2011-04-26 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Process for fabricating semiconductor device
JP4589606B2 (en) * 2003-06-02 2010-12-01 住友重機械工業株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
WO2004114417A1 (en) * 2003-06-19 2004-12-29 Kaneka Corporation Thin-film photoelectric converter
US7678992B2 (en) 2003-06-19 2010-03-16 Kaneka Corporation Thin-film photoelectric converter
US7745822B2 (en) 2003-06-27 2010-06-29 Nec Corporation Thin film transistor and thin film transistor substrate including a polycrystalline semiconductor thin film having a large heat capacity part and a small heat capacity part
US8017507B2 (en) 2003-06-27 2011-09-13 Nec Corporation Method of manufacturing a polycrystalline semiconductor thin film
JP2005099427A (en) * 2003-09-25 2005-04-14 Hitachi Ltd Display panel manufacturing method and display panel
JP2005276944A (en) * 2004-03-23 2005-10-06 Sharp Corp Semiconductor device, and device and method for manufacturing the same
JP2008091811A (en) * 2006-10-05 2008-04-17 Ihi Corp Laser annealing method and laser annealer
US7964036B2 (en) 2007-05-21 2011-06-21 Shimadzu Corporation Crystallization apparatus and crystallization method
US7964035B2 (en) 2007-05-24 2011-06-21 Shimadzu Corporation Crystallization apparatus and crystallization method
JP2010141345A (en) * 2010-02-03 2010-06-24 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device
JP2014523226A (en) * 2011-06-28 2014-09-08 サン−ゴバン グラス フランス Method for quickly stabilizing the rated output of thin-film solar modules
WO2013094943A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-27 Lg Innotek Co., Ltd. Solar cell and method of fabricating the same
CN108780744A (en) * 2016-03-24 2018-11-09 国立大学法人九州大学 Laser anneal device
WO2018179377A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 国立大学法人 琉球大学 Manufacturing method for flexible substrate

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