JP2002261103A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JP2002261103A
JP2002261103A JP2001383752A JP2001383752A JP2002261103A JP 2002261103 A JP2002261103 A JP 2002261103A JP 2001383752 A JP2001383752 A JP 2001383752A JP 2001383752 A JP2001383752 A JP 2001383752A JP 2002261103 A JP2002261103 A JP 2002261103A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
laser beam
linear
irradiation
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001383752A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4112221B2 (en
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Naoto Kusumoto
直人 楠本
Koichiro Tanaka
幸一郎 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2001383752A priority Critical patent/JP4112221B2/en
Publication of JP2002261103A publication Critical patent/JP2002261103A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4112221B2 publication Critical patent/JP4112221B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make characteristics of a semiconductor device manufactured by using various anneals with laser beam uniform. SOLUTION: When a semiconductor material is annealed while scanning the laser beam formed in a line shape in the direction normal to the line, there is twice or more difference in the uniformity between the annealing effect for the beam transverse direction to be the line direction and the annealing effect for the scanning direction. Hence, by manufacturing a plurality of semiconductor elements in a state of adjusting them to the line direction that is irradiated with the linear laser beam, the semiconductor device having uniform characteristics can be obtained. In addition, by adjusting the line direction, in which a source/drain of a thin film transistor is connected, to the line direction of the linear laser beam, carriers move in a region of uniform annealing effect and thus the semiconductor device having high characteristics can be obtained.

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】本明細書で開示する発明は、
薄膜半導体を用いてトランジスタ等の素子集積化して形
成する技術に関する。特に線状のレーザービームを用
い、複数の薄膜デバイスをその特性にバラツキ無く作製
する技術に関する。またこの技術を用いて作製された薄
膜デバイスに関する。
TECHNICAL FIELD [0001] The invention disclosed in the present specification is:
The present invention relates to a technology for forming an integrated device such as a transistor using a thin film semiconductor. In particular, the present invention relates to a technique for manufacturing a plurality of thin film devices without a variation in characteristics using a linear laser beam. In addition, the present invention relates to a thin film device manufactured using this technique.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子の作製プロセスの低温
化に関して盛んに研究が進められている。その大きな理
由は、安価で加工性に富んだガラス等の絶縁基板上に半
導体素子を形成する必要が生じたからである。その他、
素子の微小化や素子の多層化を進める観点からも半導体
素子の作製プロセスの低温化が求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, research has been actively conducted on lowering the temperature of a semiconductor device manufacturing process. The major reason is that a semiconductor element needs to be formed on an insulated substrate made of glass or the like, which is inexpensive and highly processable. Others
From the viewpoint of miniaturizing elements and increasing the number of layers of elements, there is a demand for lowering the manufacturing process of semiconductor elements.

【0003】半導体プロセスにおいては、半導体材料に
含まれる非晶質成分もしくは非晶質半導体材料を結晶化
させることや、もともと結晶性であったものの、イオン
を照射したために結晶性が低下した半導体材料の結晶性
を回復することや、結晶性であるのだが、より結晶性を
向上させることが必要とされることがある。従来、この
ような目的のためには熱的なアニールが用いられてい
た。半導体材料として珪素を用いる場合には、600℃
から1100℃の温度で0.1〜48時間、もしくはそ
れ以上の時間のアニールをおこなうことによって、非晶
質の結晶化、結晶性の回復、結晶性の向上等がなされて
きた。
[0003] In a semiconductor process, an amorphous component or an amorphous semiconductor material contained in a semiconductor material is crystallized, or a semiconductor material which was originally crystalline but has been reduced in crystallinity due to irradiation with ions. In some cases, it may be necessary to recover the crystallinity of the compound or to improve the crystallinity, although the crystallinity is high. Conventionally, thermal annealing has been used for such a purpose. 600 ° C. when silicon is used as the semiconductor material
Annealing at a temperature of from 1 to 100 ° C. for 0.1 to 48 hours or longer has resulted in crystallization of amorphous, recovery of crystallinity, improvement of crystallinity, and the like.

【0004】このような、熱アニールは、一般に温度が
高いほど処理時間は短くても良かったが、500℃以下
の温度ではほとんど効果はなかった。したがって、プロ
セスの低温化の観点からは、従来、熱アニールによって
なされていた工程を他の手段によって置き換えることが
必要とされていた。特に基板としてガラス基板を用いた
場合には、ガラス基板の耐熱温度が600℃程度である
ことから、この温度以下の温度で従来の熱アニールに匹
敵する手段が必要とされていた。
[0004] In general, the higher the temperature, the shorter the processing time may be. However, the thermal annealing has little effect at a temperature of 500 ° C or less. Therefore, from the viewpoint of lowering the temperature of the process, it has been necessary to replace the step conventionally performed by thermal annealing with another means. In particular, when a glass substrate is used as the substrate, since the heat resistance temperature of the glass substrate is about 600 ° C., a means comparable to conventional thermal annealing at a temperature lower than this temperature is required.

【0005】このような要求を満たす方法として、半導
体材料にレーザー光を照射することにより、各種アニー
ルを行う技術が知られている。このレーザー光の照射技
術は究極の低温プロセスとして注目されている。これ
は、レーザー光は熱アニールに匹敵する高いエネルギー
を必要とされる箇所にのみ限定して与えることができ、
基板全体を高い温度にさらす必要がないからである。
As a method for satisfying such demands, there is known a technique of performing various kinds of annealing by irradiating a semiconductor material with laser light. This laser beam irradiation technology is attracting attention as the ultimate low-temperature process. This means that the laser light can be applied only to the places where high energy equivalent to thermal annealing is required,
This is because it is not necessary to expose the entire substrate to a high temperature.

【0006】レーザー光の照射に関しては、大きく分け
て2つの方法が提案されていた。
[0006] Regarding the irradiation of laser light, two methods have been proposed.

【0007】第1の方法はアルゴンイオン・レーザー等
の連続発振レーザーを用いたものであり、スポット状の
ビームを半導体材料に照射する方法である。これはビー
ム内部でのエネルギー分布の差、およびビームの移動に
よって、半導体材料が溶融した後、緩やかに凝固するこ
とを利用して、半導体材料を結晶化させる方法である。
The first method uses a continuous wave laser such as an argon ion laser, and irradiates a semiconductor material with a spot beam. This is a method in which a semiconductor material is crystallized by utilizing a difference in energy distribution inside the beam and a movement of the beam, which causes the semiconductor material to melt and then slowly solidify.

【0008】第2の方法はエキシマーレーザーのごとき
パルス発振レーザーを用いて、大エネルギーレーザーパ
ルスを半導体材料に照射し、この際半導体材料が瞬間的
に溶融し、凝固することによって結晶成長が進行するこ
とを利用する方法である。
The second method uses a pulsed laser such as an excimer laser to irradiate a semiconductor material with a high-energy laser pulse. At this time, the semiconductor material is instantaneously melted and solidified, whereby crystal growth proceeds. It is a method that utilizes that.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】第1の方法の問題点は
処理に時間がかかることであった。これは連続発振レー
ザーの最大エネルギーが限られたものであるため、ビー
ムスポットのサイズがせいぜいmm角単位となるためで
ある。これに対し、第2の方法ではレーザーの最大エネ
ルギーは非常に大きく、数cm角以上の大きなスポット
を用いて、より量産性を上げることができる。
The problem with the first method is that it takes a long time to process. This is because the maximum energy of the continuous wave laser is limited, and the size of the beam spot is at most a mm square unit. On the other hand, in the second method, the maximum energy of the laser is very large, and mass productivity can be further improved by using a large spot of several cm square or more.

【0010】しかしながら、通常用いられる正方形もし
くは長方形の形状のビームでは、1枚の大きな面積の基
板を処理するには、ビームを上下左右に移動させる必要
があり、量産性の面で依然として改善する余地があっ
た。
However, with a commonly used square or rectangular beam, it is necessary to move the beam up, down, left, and right to process a single large-area substrate, and there is still room for improvement in terms of mass productivity. was there.

【0011】これに関しては、ビームを線状に変形し、
ビームの幅を処理すべき基板を越える長さとし、このビ
ームを基板に対して相対的に走査する方法を採用するこ
とによって、大きく改善することができる。(ここでい
う走査とは、線状レーザーをすこしずつずらして重ねな
がら照射することを言う。)
In this regard, the beam is deformed linearly,
Significant improvement can be achieved by employing a method in which the width of the beam exceeds the substrate to be processed and the beam is scanned relative to the substrate. (The term “scanning” as used herein means that a linear laser beam is irradiated while being superposed with a slight shift.)

【0012】しかしながら、線状のパルスレーザーを少
しずつずらしながら重ねて照射する上記技術は、どうし
てもレーザー照射された半導体材料の表面に線状の縞を
作ってしまう。これらの縞は半導体材料上に形成された
素子もしくは将来形成される素子の特性に大きく影響す
る。特にこの影響は、基板上に複数の素子を形成し、そ
れらの素子1つ1つの特性を均一にしなければならない
時に深刻な問題となる。このような場合、縞模様1本1
本では特性は均質なのだが、縞同士の特性にはバラツキ
が生じてしまう。
However, the above-described technique of irradiating the linear pulsed laser while overlapping it while shifting it little by little produces linear stripes on the surface of the semiconductor material irradiated with the laser. These stripes greatly affect the characteristics of a device formed on a semiconductor material or a device formed in the future. In particular, this effect becomes a serious problem when a plurality of devices are formed on a substrate and the characteristics of each of the devices must be made uniform. In such a case, one striped pattern 1
Although the characteristics are uniform in the book, the characteristics between the stripes vary.

【0013】このように線状のレーザー光を用いたアニ
ール方法においてもその照射効果の均一性が問題とな
る。ここでいう均一性が高いこということは、基板上の
どの部分に素子を形成しても同じ様な素子特性がでると
いうことを指す。均一性を高めるということは、半導体
材料の結晶性を均質にするということである。この均一
性を高めるために以下のような工夫がなされている。
As described above, even in the annealing method using the linear laser light, uniformity of the irradiation effect poses a problem. High uniformity here means that the same element characteristics are obtained regardless of where the element is formed on the substrate. To increase the uniformity means to make the crystallinity of the semiconductor material uniform. The following measures have been devised to improve the uniformity.

【0014】レーザー照射効果の不均一性を緩和するに
は、強いパルスレーザー光の照射(以下本照射と呼ぶ)
の前に、それよりも弱いパルスレーザー光の予備的な照
射(以下予備照射と呼ぶ)をおこなうと均一性が向上す
るればよいことが分かっている。この効果は非常に高
く、バラツキを抑えて半導体デバイス回路の特性を著し
く向上させることができる。
In order to reduce the non-uniformity of the laser irradiation effect, irradiation with a strong pulsed laser beam (hereinafter referred to as main irradiation)
Prior to this, it has been found that preliminary irradiation with a weaker pulse laser beam (hereinafter referred to as pre-irradiation) may improve the uniformity. This effect is very high, and the variation can be suppressed, and the characteristics of the semiconductor device circuit can be significantly improved.

【0015】なぜ、予備照射が膜の均一性維持に効果的
かというと、前述のような非晶質部分を含んだ半導体材
料の膜は、レーザーエネルギーの吸収率が多結晶膜や単
結晶膜とかなり異なるような性質を有しているからであ
る。つまり、1回目の照射で膜に残っている非晶質部分
を結晶化して、さらに2回目の照射では全体的な結晶化
を促進させるのが、2段階照射の作用である。このよう
に、ゆるやかに結晶化を促進させることで、線状レーザ
ー照射により半導体材料上にでる縞状のむらをある程度
抑えることができる。この工夫によって、レーザー光の
照射効果の均一性はかなり向上し、上述した縞模様も見
た目には比較的目立たなくすることができる。
The reason why the preliminary irradiation is effective in maintaining the uniformity of the film is that the film of the semiconductor material containing the amorphous portion as described above has a polycrystalline film or a monocrystalline film having an absorptivity of laser energy. This is because they have properties that are quite different from the above. That is, the effect of the two-step irradiation is to crystallize the amorphous portion remaining in the film by the first irradiation and further promote the overall crystallization in the second irradiation. As described above, by gradually promoting crystallization, it is possible to suppress to some extent the unevenness of stripes on the semiconductor material due to linear laser irradiation. With this contrivance, the uniformity of the irradiation effect of the laser beam is considerably improved, and the above-mentioned stripe pattern can be made relatively invisible.

【0016】しかしながら、アクティブマトリクス型の
液晶ディスプレイのように多数(数千数万の単位)を半
導体デバイアス(例えば薄膜トランジスタ)をガラス基
板上に作製しなければならないような場合は、上記のよ
うな2段階照射によるレーザー照射方法であっても、そ
の効果の均一性の点で満足できるものではなかった。
However, when a large number (tens of thousands of units) of semiconductor debiases (for example, thin film transistors) must be formed on a glass substrate as in an active matrix type liquid crystal display, the above-mentioned method is used. Even the laser irradiation method by step irradiation was not satisfactory in terms of the uniformity of the effect.

【0017】このように線状にビーム加工されたエキシ
マレーザー光を用いたアニール方法は、大面積化に対応
するといった点で優れたものであるが、その効果の均一
性の点において問題があった。
The annealing method using the excimer laser beam processed in a linear beam as described above is excellent in that it can cope with a large area, but has a problem in terms of the uniformity of the effect. Was.

【0018】そこで、本明細書で開示する発明において
は、線状にビーム加工されたレーザー光の照射によるア
ニールを用いて多数の半導体デバイスを作製する際に、
半導体デバイス毎の特性のバラツイを極力小さくする技
術を提供することを課題とする。
Therefore, in the invention disclosed in the present specification, when a large number of semiconductor devices are manufactured by using annealing by irradiation of a laser beam processed into a linear beam,
An object of the present invention is to provide a technique for minimizing a variation in characteristics of each semiconductor device.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】線状レーザーを使用する
限り上述のような縞状の不均一性が生じてしまうのは必
至である。そこで本明細書で開示する発明では、半導体
材料の均質性を高めるという発想から、レーザー照射に
よって生じる不均一性に、半導体材料上に形成される、
もしくは形成された素子を合わせるという発想に転換す
ることで、この問題を解決する。
As long as a linear laser is used, it is inevitable that the above-mentioned striped non-uniformity will occur. Therefore, in the invention disclosed in this specification, from the idea of increasing the homogeneity of the semiconductor material, to the non-uniformity caused by laser irradiation, formed on the semiconductor material,
Alternatively, this problem can be solved by changing to an idea of combining formed elements.

【0020】上記のごときレーザー光の2段階照射を行
うことで発生する半導体材料表面の不均一性を図1に定
量的に示す。図1に示すのは、幅1mmで長さが125
mmの線状にビーム加工されたKrFエキシマレーザー
(波長248nm、パルス幅30ns)を線に直角な方
向に走査(スキャン)させながらガラス基板上に成膜さ
れた500Å厚の非晶質珪素膜に照射し、その後におい
て珪素膜の屈折率を計測した結果である。
FIG. 1 quantitatively shows the non-uniformity of the surface of the semiconductor material caused by the two-step irradiation of the laser beam as described above. FIG. 1 shows a width of 1 mm and a length of 125 mm.
A KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 30 ns) beam-processed into a linear line having a thickness of 200 mm is scanned (scanned) in a direction perpendicular to the line to form a 500-mm-thick amorphous silicon film formed on a glass substrate. This is a result of measuring the refractive index of the silicon film after irradiation.

【0021】図1において、スキャン方向というのは、
線状のレーザービームの走査方向、即ち線に直角な方向
における屈折率の分布を示したものである。またビーム
横方向というのは、線状のレーザービームの線の方向
(長手方向)における屈折率の分布を示すものである。
非晶質珪素膜は、レーザー光が照射されることによっ
て、結晶化されるが、その結晶性の違いはその屈折率の
違いによって計測することができる。珪素膜の屈折率
は、薄膜の厚さが分かればエリプソメータを用いて計測
することができる。また図1に示すデータは、前述した
2段階照射を施した場合のものである。
In FIG. 1, the scanning direction is
It shows the distribution of the refractive index in the scanning direction of the linear laser beam, that is, in the direction perpendicular to the line. The beam lateral direction indicates the distribution of the refractive index in the line direction (longitudinal direction) of the linear laser beam.
The amorphous silicon film is crystallized by irradiation with a laser beam, and the difference in crystallinity can be measured by the difference in the refractive index. The refractive index of the silicon film can be measured using an ellipsometer if the thickness of the thin film is known. The data shown in FIG. 1 is obtained when the above-described two-stage irradiation is performed.

【0022】この図から判ることは、四角印で示される
線状レーザーに平行な線上では、それにほぼ垂直な線上
(丸印で示されるレーザー光の走査方向)に比べて、は
るかに屈折率の均一性が良いということである。屈折率
は、膜の結晶性と密接に関わっていて、屈折率にバラツ
キがないということから結晶性もまたバラツキがないと
いうことが言える。このようなことから、線状レーザー
に平行な線上では、それにほぼ垂直な線上に比べて、は
るかに結晶の均質性が良いことが結論される。
It can be seen from this figure that the refractive index of the line parallel to the linear laser indicated by the square is much higher than that of the line substantially perpendicular to the line (the scanning direction of the laser light indicated by the circle). That is, the uniformity is good. The refractive index is closely related to the crystallinity of the film, and since there is no variation in the refractive index, it can be said that the crystallinity also has no variation. From this, it can be concluded that the homogeneity of the crystal is much better on the line parallel to the linear laser than on the line almost perpendicular to it.

【0023】また図1に示す計測結果からは、線状のレ
ーザー光によるアニール効果が、線方向に対してはバラ
ツキがなく良好であるが、スキャンしていく方向におい
ては、大きなバラツキを有していることが分かる。
From the measurement results shown in FIG. 1, the annealing effect by the linear laser light is good with no variation in the linear direction, but has a large variation in the scanning direction. You can see that it is.

【0024】このバラツキは、線状レーザーの線方向に
おいては、0.6 %程度であるが、スキャン方向において
はその2倍以上の1.3 %もある。このように線状のレー
ザービームを用いて、線に直角な方向にスキャンしなが
らアニールを行った場合、線方向におけるアニール効果
は、スキャン方向(線に直角な方向)におけるアニール
効果に比較して、2倍以上あることが分かる。
This variation is about 0.6% in the linear direction of the linear laser, but is 1.3% which is twice or more as large as that in the scanning direction. When annealing is performed using a linear laser beam while scanning in a direction perpendicular to the line, the annealing effect in the line direction is smaller than the annealing effect in the scanning direction (direction perpendicular to the line). It can be seen that the number is twice or more.

【0025】このことは、珪素半導体薄膜ではなく、他
の薄膜半導体であっても同様であると考えることができ
る。また図1に示されるようなレーザー光の照射による
効果は、非晶質珪素膜の結晶化のみではなく、広く半導
体薄膜の結晶化や結晶性の改善や向上、さらには導入さ
れた不純物の活性化等においてもいえることである。
This can be considered to be the same not only for the silicon semiconductor thin film but also for other thin film semiconductors. The effect of laser light irradiation as shown in FIG. 1 is not limited to the crystallization of an amorphous silicon film, but also broadly improves and improves the crystallization and crystallinity of a semiconductor thin film, and the activity of introduced impurities. This can be said also in the case of employment.

【0026】本明細書で開示する発明は、図1に示すよ
うに、線状のレーザービームを用いた各種アニールにお
いて、そのアニール効果が線方向とスキャン方向とで2
倍以上異なる場合に特に有効である。
As shown in FIG. 1, in the invention disclosed in this specification, in various kinds of annealing using a linear laser beam, the annealing effect is two in a line direction and a scanning direction.
This is particularly effective when the difference is more than twice.

【0027】そこで、半導体材料上に複数形成される素
子を作製する際において、特に特性が同じ様でなければ
ならない素子同士をできるだけ一直線上に並べるような
回路配置とし、この一直線上に並んだ素子領域(または
素子領域となるべき領域)に対して、線状のレーザー光
を照射し、各種アニールを行うものとする。すると、レ
ーザー光のアニール効果をこの一直線上に並んだ各素子
領域において均一なものとすることができ、この一直線
上に並んだ複数の素子の特性をバラツキのないものとす
ることができる。
Therefore, when fabricating a plurality of elements formed on a semiconductor material, a circuit arrangement is adopted in which elements having particularly the same characteristics are arranged as linearly as possible. A region (or a region to be an element region) is irradiated with a linear laser beam to perform various kinds of annealing. Then, the annealing effect of the laser beam can be made uniform in each element region aligned on the straight line, and the characteristics of a plurality of elements aligned on the straight line can be made uniform.

【0028】また、図1に示すようなアニール効果の均
一性を有する線状のレーザービームを用いて結晶性珪素
膜を得、この結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを
構成する場合、薄膜トランジスタのソースとドレインを
結ぶ線と線状のレーザー光の線方向(長手方向)とを一
致または概略一致させることで、キャリアの移動する方
向における結晶性を均一なものとすることができる。こ
の場合、キャリアの移動が結晶性の均一な領域において
行われるため、その移動に際しての障害(電気的な障
害)がなく、その特性を高めることができる。
When a crystalline silicon film is obtained by using a linear laser beam having a uniform annealing effect as shown in FIG. 1 and a thin film transistor is formed using this crystalline silicon film, the source of the thin film transistor is formed. By making the line (longitudinal direction) of the linear laser beam coincide with or substantially coincide with the line connecting the line and the drain, the crystallinity in the direction in which the carrier moves can be made uniform. In this case, since the movement of the carrier is performed in a region having uniform crystallinity, there is no obstacle (electrical obstacle) in the movement, and the characteristics can be improved.

【0029】以下において本明細書で開示する各発明に
ついて説明する。本明細書で開示する主要な発明の一つ
は、薄膜半導体に対して線状のレーザー光を照射してア
ニールを行う工程と、前記線状のレーザー光が照射され
た領域の長手方向に合わせて複数の半導体装置を作製す
る工程と、を有することを特徴とする。
Hereinafter, each invention disclosed in this specification will be described. One of the main inventions disclosed in this specification is a step of performing annealing by irradiating a thin-film semiconductor with a linear laser beam and aligning the thin-film semiconductor with a longitudinal direction of a region irradiated with the linear laser beam. And manufacturing a plurality of semiconductor devices.

【0030】上記工程は例えばガラス基板等の絶縁表面
を有する基板上に形成される薄膜トランジスタを作製す
る際に利用することができる。線状のレーザー光は、後
に実施例で示すようにエキシマレーザー光を光学系によ
り、線状に成形したのを用いることがで得ることができ
る。レーザー光が照射された長手方向というのは、線状
の形状に照射された領域の線方向のこという。
The above process can be used, for example, when manufacturing a thin film transistor formed on a substrate having an insulating surface such as a glass substrate. The linear laser light can be obtained by using an excimer laser light which is formed into a linear shape by an optical system as described later in Examples. The longitudinal direction irradiated with the laser light refers to the linear direction of the region irradiated in a linear shape.

【0031】他の発明の構成は、薄膜半導体に対して線
状のレーザー光を照射する工程を有し、複数の半導体装
置が少なくとも1列になって形成されべき領域に対し
て、前記線状のレーザー光の線方向と前記列の方向とを
合わせて前記線状のレーザー光を照射することを特徴と
する。
Another aspect of the invention has a step of irradiating a thin-film semiconductor with a linear laser beam, wherein a plurality of semiconductor devices are to be formed in at least one row in a line. The linear laser light is irradiated by matching the line direction of the laser light with the direction of the row.

【0032】他の発明の構成は、薄膜半導体に対するレ
ーザー光の照射工程において、薄膜トランジスタのソー
ス領域が形成されるべき領域とドレイン領域が形成され
るべき領域とを結ぶ方向に合わせて線状のパターンを有
するレーザー光を照射することを特徴とする。
According to another aspect of the invention, in the step of irradiating a thin film semiconductor with a laser beam, a linear pattern is formed in a direction connecting a region where a source region of the thin film transistor is to be formed and a region where a drain region is to be formed. It is characterized by irradiating a laser beam having the following.

【0033】上記構成において、薄膜トランジスタの構
成としては、スタガー型、逆スタガー型、プレナー型、
逆プレナー型のいずれの構成でもよい。特に一つの活性
層内にソース、チャネル、ドレインの各領域が形成され
るプレナー型の構成を採用した場合に有効である。
In the above configuration, the configuration of the thin film transistor may be staggered, inverted staggered, planar,
Any configuration of an inverted planar type may be used. This is particularly effective when a planar structure in which the source, channel, and drain regions are formed in one active layer is employed.

【0034】またレーザー光を照射する目的も結晶化、
結晶化の助長、結晶化の向上、不純物の活性化、その他
各種アニールのために行うものを含む。
Crystallization is also performed for the purpose of irradiating laser light.
Includes those for promoting crystallization, improving crystallization, activating impurities, and other various annealings.

【0035】他の発明の構成は、薄膜半導体に対して線
状のレーザー光を照射する工程と、前記線状のレーザー
光の線方向に沿ってソース領域とドレイン領域とを有す
る薄膜トランジスタを作製する工程と、を有することを
特徴とする。
According to another aspect of the present invention, a thin film transistor having a step of irradiating a linear laser beam to a thin film semiconductor and a source region and a drain region along a linear direction of the linear laser beam is manufactured. And a step.

【0036】他の発明の構成は、薄膜半導体に対して線
状のレーザー光を照射する工程と、前記線状のレーザー
光の線方向に沿ってキャリアが移動する半導体装置を作
製する工程と、を有することを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a step of irradiating a thin-film semiconductor with a linear laser beam, and a step of manufacturing a semiconductor device in which carriers move along the linear direction of the linear laser beam. It is characterized by having.

【0037】他の発明の構成は、薄膜トランジスタのソ
ース領域とドレイン領域とに一導電型を付与する不純物
イオンを注入する工程と、前記ソース領域とドレイン領
域とを結ぶ線に合わせて線状のレーザー光を照射する工
程と、を有することを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, a step of implanting impurity ions imparting one conductivity type into a source region and a drain region of a thin film transistor, and a step of forming a linear laser along a line connecting the source region and the drain region Irradiating light.

【0038】他の発明の構成は、結晶性珪素膜を用いた
薄膜トランジスタであって、前記薄膜トランジスタのソ
ース領域とドレイン領域とを結ぶ方向における当該結晶
性珪素膜の屈折率のバラツキは、前記方向と直角な方向
における当該結晶性珪素膜の屈折率のバラツキに比較し
て2倍以上であることを特徴とする。
Another aspect of the invention is a thin film transistor using a crystalline silicon film, wherein a variation in the refractive index of the crystalline silicon film in a direction connecting a source region and a drain region of the thin film transistor is different from the direction. It is characterized by being at least twice as large as the variation in the refractive index of the crystalline silicon film in a direction perpendicular to the direction.

【0039】他の発明の構成は、結晶性珪素膜を用いた
半導体装置であって、前記半導体装置におけるキャリア
の移動する方向における当該結晶性珪素膜の屈折率のバ
ラツキは、前記方向と直角な方向における当該結晶性珪
素膜のバラツキに比較して2倍以上であることを特徴と
する。
According to another aspect of the invention, there is provided a semiconductor device using a crystalline silicon film, wherein a variation in a refractive index of the crystalline silicon film in a direction in which carriers move in the semiconductor device is perpendicular to the direction. The variation is more than twice as large as the variation of the crystalline silicon film in the direction.

【0040】[作用]線状のピームパターンを有するレ
ーザー光を用いた半導体へのアニール工程において、レ
ーザーパターンの線方向におけるアニール効果の均一性
を利用することによって、例えばその線方向に複数形成
される薄膜トランジスタの特性をそろったものとするこ
とができる。
[Operation] In the step of annealing a semiconductor using a laser beam having a linear beam pattern, for example, a plurality of laser patterns are formed in the line direction by utilizing the uniformity of the annealing effect in the line direction of the laser pattern. The characteristics of the thin film transistor can be made uniform.

【0041】また、半導体デバイスにおけるキャリアの
移動する方向と線状のレーザーパターンの線方向とを合
わせることによって、半導体デバイスの電気特性を向上
させることができる。これは、結晶性の均一な領域をキ
ャリアが移動することになるからである。
Further, by matching the direction in which carriers move in the semiconductor device with the linear direction of the linear laser pattern, the electrical characteristics of the semiconductor device can be improved. This is because carriers move in a region having uniform crystallinity.

【0042】また、キャリアの移動する方向における当
該結晶性珪素膜の屈折率のバラツキを、前記方向と直角
な方向における当該結晶性珪素膜のバラツキに比較して
2倍以上とすることによって、例えば特性の高い薄膜ト
ランジスタを得ることができる。
Further, by making the variation in the refractive index of the crystalline silicon film in the direction in which the carriers move, at least twice as large as the variation in the crystalline silicon film in a direction perpendicular to the direction, for example, A thin film transistor having high characteristics can be obtained.

【実施例】〔実施例1〕本実施例では、本明細書で開示
する発明を用いて、ガラス基板上に成膜された非晶質珪
素膜を結晶化させる例を示す。本実施例に示す構成にお
いては、加熱により結晶化された結晶性珪素膜に対して
さらに線状のレーザー光を照射することにより、その結
晶性を高める工程を示す。さらにこの結晶性珪素膜を用
いて特性のそろった薄膜トランジスタを作製する場合の
例を示す。特にアクティブマトリクス型の液晶表示装置
を構成するガラス基板上に集積化された薄膜トランジス
タを作製する例を示す。
[Embodiment 1] In this embodiment, an example in which an amorphous silicon film formed on a glass substrate is crystallized using the invention disclosed in this specification will be described. In the structure shown in this embodiment, a step of further irradiating a linear laser beam to the crystalline silicon film crystallized by heating to increase the crystallinity is shown. Further, an example in which a thin film transistor having uniform characteristics is manufactured using this crystalline silicon film will be described. In particular, an example of manufacturing a thin film transistor integrated over a glass substrate included in an active matrix liquid crystal display device will be described.

【0043】まずレーザー光を照射するための装置につ
いて説明する。図2には本実施例で使用するレーザーア
ニール装置の概念図を示す。レーザー光は発振器2で発
振される。発振器2で発振されるレーザー光は、KrF
エキシマレーザー(波長248nm、パルス幅30n
s)である。勿論、他のエキシマレーザーさらには他の
方式のレーザーを用いることもできる。
First, an apparatus for irradiating a laser beam will be described. FIG. 2 shows a conceptual diagram of a laser annealing apparatus used in this embodiment. The laser light is oscillated by the oscillator 2. The laser light oscillated by the oscillator 2 is KrF
Excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 30 n
s). Of course, other excimer lasers and other types of lasers can also be used.

【0044】発振器2で発振されたレーザー光は、全反
射ミラー5、6を経由して増幅器3で増幅され、さらに
全反射ミラー7、8を経由して光学系4に導入される。
なお、図2中には示さなかったが、ミラー8と光学系4
との間に減光フィルターを出し入れする機械を挿入す
る。この減光フィルターは、異なる透過率のフィルター
を組み合わせることにより、必要とする照射強度を得る
ためのものである。
The laser light oscillated by the oscillator 2 is amplified by the amplifier 3 via the total reflection mirrors 5 and 6 and further introduced into the optical system 4 via the total reflection mirrors 7 and 8.
Although not shown in FIG. 2, the mirror 8 and the optical system 4 are not shown.
Insert a machine to take out and put out the neutral density filter. This neutral density filter is for obtaining a required irradiation intensity by combining filters having different transmittances.

【0045】光学系4に入射する直前のレーザー光のビ
ームパターンは、3×2cm2 程度の長方形を有してい
る。このレーザー光を光学系4を通すことによって、長
さ10〜30cm、幅0.1 〜1cm程度の細長いビーム
(線状ビーム)を得ることができる。光学系4を経たレ
ーザー光のエネルギーは最大で1000mJ/ショット
程度のエネルギーを有している。
The beam pattern of the laser light immediately before entering the optical system 4 has a rectangular shape of about 3 × 2 cm 2 . By passing this laser light through the optical system 4, an elongated beam (linear beam) having a length of about 10 to 30 cm and a width of about 0.1 to 1 cm can be obtained. The energy of the laser beam passing through the optical system 4 has a maximum energy of about 1000 mJ / shot.

【0046】レーザー光をこのような細長いビームに加
工するのは、照射効率を向上させるためである。即ち、
線状のビームは光学系4を出た後、全反射ミラー9を経
て、基板(試料)11に照射されるが、ビームの幅を基
板の幅よりも長くすることによって、基板を1方向に移
動させることで、基板全体に対してレーザー光を照射す
ることができる。従って、基板が配置されるステージ及
び駆動装置10は構造が簡単で保守も容易である。ま
た、基板をセットする際の位置合わせの操作(アライン
メント)も容易なものとすることができる。また、基板
を1方向に移動するだけで、対象とする全面に対してレ
ーザー光の照射を行うことができるので、レーザー光の
照射工程の簡易化と制御性の良さを得ることができる。
The reason why the laser beam is processed into such an elongated beam is to improve the irradiation efficiency. That is,
After leaving the optical system 4, the linear beam is irradiated on a substrate (sample) 11 through a total reflection mirror 9. By making the width of the beam longer than the width of the substrate, the substrate is moved in one direction. By moving, the entire substrate can be irradiated with laser light. Therefore, the stage on which the substrate is arranged and the driving device 10 have a simple structure and are easy to maintain. In addition, the positioning operation (alignment) when setting the substrate can be facilitated. Further, since the laser light can be irradiated to the entire target surface only by moving the substrate in one direction, the laser light irradiation process can be simplified and good controllability can be obtained.

【0047】レーザー光が照射される基板11が配置さ
れるステージ10はコンピュータにより制御されており
線状のレーザー光に対して直角方向に必要とする速度で
動くよう設計されている。さらに、基板を置くステージ
がその面内で回転する機能を有していると、レーザービ
ーム走査方向の変更に便利である。また、ステージ10
の下にはヒーターが内臓されており、レーザー光の照射
時に基板を所定の温度に保つことができる。
The stage 10 on which the substrate 11 to be irradiated with the laser light is arranged is controlled by a computer and is designed to move at a required speed in a direction perpendicular to the linear laser light. Further, if the stage on which the substrate is placed has a function of rotating in the plane, it is convenient to change the scanning direction of the laser beam. Stage 10
A heater is built in under the substrate, and the substrate can be kept at a predetermined temperature during irradiation with laser light.

【0048】光学系4の内部の光路の一例を図3に示
す。光学系4に入射したレーザー光はシリンドリカル凹
レンズA、シリンドリカル凸レンズB、横方向のフライ
アイレンズC、Dを通過することによって、それまでの
ガウス分布型から短形分布に変化する。さらに、シリン
ドリカル凸レンズE、Fを通過してミラーGを介して、
シリンドリカルレンズHによって集束され、線状のレー
ザー光となる。図2に示す構成においては、ミラーGが
ミラー9に相当する。また、図2に示す構成において
は、ミラー9と基板(試料)11との間に図2では図示
しないがシリンドリカルレンズHが配置されている。
FIG. 3 shows an example of an optical path inside the optical system 4. The laser beam incident on the optical system 4 changes from a Gaussian distribution type to a rectangular distribution by passing through a cylindrical concave lens A, a cylindrical convex lens B, and lateral fly-eye lenses C and D. Further, the light passes through the cylindrical convex lenses E and F and passes through the mirror G,
The light is converged by the cylindrical lens H and becomes a linear laser light. In the configuration shown in FIG. 2, the mirror G corresponds to the mirror 9. In the configuration shown in FIG. 2, a cylindrical lens H (not shown in FIG. 2) is arranged between the mirror 9 and the substrate (sample) 11.

【0049】以下において、レーザー光の照射によっ
て、ガラス基板上に結晶性を有する珪素膜を形成する例
を示す。まず、10cm角のガラス基板(例えばコーニ
ング7959ガラス基板またはコーニング1737ガラ
ス基板)を用意する。そしてこのガラス基板上に、TE
OSを原料としたプラズマCVD法により、酸化珪素膜
を2000Åの厚さに形成する。この酸化珪素膜は、ガ
ラス基板側から不純物が半導体膜に拡散したりするのを
防止する下地膜として機能する。
An example in which a crystalline silicon film is formed on a glass substrate by laser light irradiation will be described below. First, a 10 cm square glass substrate (for example, a Corning 7959 glass substrate or a Corning 1737 glass substrate) is prepared. And on this glass substrate, TE
A silicon oxide film is formed to a thickness of 2000 ° by a plasma CVD method using OS as a raw material. This silicon oxide film functions as a base film for preventing impurities from diffusing into the semiconductor film from the glass substrate side.

【0050】次にプラズマCVD法または減圧熱CVD
法を用いて、非晶質珪素膜(アモルファスシリコン膜)
の成膜を行う。なお、非晶質珪素膜の厚さは、500Å
とする。勿論この厚さは、必要とする厚さとすればよ
い。
Next, plasma CVD or reduced pressure thermal CVD
Amorphous silicon film (amorphous silicon film)
Is formed. The thickness of the amorphous silicon film is 500Å
And Of course, this thickness may be a required thickness.

【0051】次に過水アンモニアに基板を浸し、70℃
に5分間保つことにより、非晶質珪素膜の表面に酸化珪
素膜を形成する。さらに液相Ni酢酸塩をスピンコート
法により非晶質珪素膜の表面に塗布する。Ni元素は、
非晶質珪素膜が結晶化する際に結晶化を助長する元素と
して機能する。このNi元素は、珪素膜中に残留する濃
度が1×1016〜5×1019cm-3となるようにする必
要がある。具体的には、Ni酢酸塩溶液中におけるNi
濃度を調整し、珪素膜中に導入されるNi元素を調整す
る。
Next, the substrate was immersed in aqueous ammonia at 70 ° C.
For 5 minutes to form a silicon oxide film on the surface of the amorphous silicon film. Further, a liquid phase Ni acetate is applied to the surface of the amorphous silicon film by spin coating. Ni element is
When the amorphous silicon film is crystallized, it functions as an element that promotes crystallization. It is necessary that the concentration of the Ni element remaining in the silicon film is 1 × 10 16 to 5 × 10 19 cm −3 . Specifically, Ni in a Ni acetate solution
The concentration is adjusted to adjust the Ni element introduced into the silicon film.

【0052】ここではNi元素を用いたが、Ni元素の
他には、Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、
Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種類の元
素を用いることができる。
Although the Ni element was used here, in addition to the Ni element, Fe, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir,
One or a plurality of elements selected from Pt, Cu, and Au can be used.

【0053】次に窒素雰囲気中において、450℃の温
度で1時間保持することにより、非晶質珪素膜中の水素
を離脱させる。これは、非晶質珪素膜中に不対結合手を
意図的に形成することにより、後の結晶化に際してのし
きい値エネルギーを下げるためである。そして窒素雰囲
気中において、550℃、4時間の加熱処理を施すこと
により、非晶質珪素膜を結晶化させる。この結晶化の際
の温度を550℃とすることができたのは、Ni元素の
作用によるものである。また加熱処理における加熱温度
が550℃の場合、歪点が593℃であるコーニング7
059ガラス基板に対する熱ダメージはそれ程問題とな
らない。一般にこの加熱処理は、使用するガラス基板の
歪点以下の温度で行うことが必要である。
Next, hydrogen in the amorphous silicon film is desorbed by holding at a temperature of 450 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. This is because a dangling bond is intentionally formed in the amorphous silicon film to lower the threshold energy at the time of subsequent crystallization. Then, the amorphous silicon film is crystallized by performing heat treatment at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. The temperature at which the crystallization was performed could be set to 550 ° C. due to the effect of the Ni element. When the heating temperature in the heat treatment is 550 ° C., Corning 7 having a strain point of 593 ° C.
Thermal damage to the 059 glass substrate is not a significant problem. Generally, this heat treatment needs to be performed at a temperature lower than the strain point of the glass substrate used.

【0054】こうして、ガラス基板上に結晶性を有する
珪素膜を得ることができる。次に図2に示す装置を用
い、KrFエキシマレーザー(波長248nm、パルス
幅25ns)を前記結晶性を有する珪素膜に照射する。
このレーザー光の照射によって、結晶性をさらに高める
ことができる。
Thus, a crystalline silicon film can be obtained on the glass substrate. Next, using the apparatus shown in FIG. 2, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 25 ns) is irradiated to the crystalline silicon film.
By this laser light irradiation, crystallinity can be further improved.

【0055】本実施例に示すように、珪素の結晶化を助
長する金属元素を用いて加熱により結晶性珪素膜を得た
場合、得られる膜質は結晶性を有するものとはいえ内部
に非晶質成分をかなり含んでいる。従って、レーザー光
の照射によってその結晶性を高めることは非常に効果的
である。
As shown in this embodiment, when a crystalline silicon film is obtained by heating using a metal element which promotes the crystallization of silicon, although the obtained film has crystallinity, it has an amorphous inside. Contains significant quality components. Therefore, it is very effective to increase the crystallinity by laser light irradiation.

【0056】レーザービームは図3に示すような光学系
を用いて線状のビームパターンに成形する。ここでは、
被照射部分でのビームパターンが125mm×1mmと
なる線状レーザービームとする。
The laser beam is formed into a linear beam pattern using an optical system as shown in FIG. here,
A linear laser beam having a beam pattern of 125 mm × 1 mm at the irradiated portion is used.

【0057】珪素膜が成膜された基板(試料)は、ステ
ージ10上に載せられており、ステージを2mm/s速
度で移動させることによって、その全面にレーザー光の
照射が行われる。このステージ10の移動速度は、珪素
膜の膜質や成膜条件によって適時実験的に決める必要が
ある。
The substrate (sample) on which the silicon film is formed is placed on the stage 10, and the entire surface is irradiated with laser light by moving the stage at a speed of 2 mm / s. The moving speed of the stage 10 needs to be experimentally determined as appropriate depending on the film quality and film forming conditions of the silicon film.

【0058】レーザー光の照射条件は、まず予備照射と
して150ー300mJ/cm2 、次に本照射として2
00〜400mJ/cm2 の照射を行う2段階照射とす
る。また、パルス幅は30ns、パルス数は30パルス
/sとする。ここで、2段階照射とするのはレーザー光の
照射による膜表面の均一性悪化を極力抑さえ、結晶性の
よりよい膜を作る為である。
The irradiation conditions of the laser beam are as follows: first, 150-300 mJ / cm 2 for preliminary irradiation, and 2
Two-stage irradiation in which irradiation of 00 to 400 mJ / cm 2 is performed. The pulse width is 30 ns and the pulse number is 30 pulses
/ s. Here, the two-stage irradiation is performed in order to suppress deterioration of the uniformity of the film surface due to laser light irradiation as much as possible and to form a film having better crystallinity.

【0059】レーザーエネルギーの変換(例えば予備照
射から本照射へのエネルギー変換)には、減光フィルタ
ーを組み合わせて用いる。このようにすると、レーザー
発振装置本体のエネルギーを変化させるよりも手間暇が
かからない。
For conversion of laser energy (for example, energy conversion from preliminary irradiation to main irradiation), a combination of a neutral density filter is used. This saves time and effort compared to changing the energy of the laser oscillation device main body.

【0060】またレーザー光の照射の際、基板温度は2
00℃に保たれている。これは、レーザー光の照射によ
る基板表面温度の上昇と下降の速度を和らげるために行
われる。本実施例では基板温度を200度に設定してい
るが、実際の実施では100度から600度程度(上限
はガラス基板の歪点によって制限される)までの間でレ
ーザーアニールに最適な温度を選ぶ。また雰囲気制御は
特に行わず、大気中で照射を行う。
When irradiating a laser beam, the substrate temperature is 2
It is kept at 00 ° C. This is performed in order to moderate the rate of rise and fall of the substrate surface temperature due to the irradiation of the laser beam. In this embodiment, the substrate temperature is set to 200 ° C., but in an actual implementation, the optimal temperature for laser annealing is set to between 100 ° C. and 600 ° C. (the upper limit is limited by the strain point of the glass substrate). Choose. The atmosphere is not particularly controlled, and irradiation is performed in the air.

【0061】このようにして、ガラス基板上に形成され
た結晶性珪素膜を得る。以下においては、上記において
説明したレーザーアニール方法を利用して、アクティブ
マトリク型の液晶表示装置に利用される薄膜トランジス
タを作製する場合の例を示す。
Thus, a crystalline silicon film formed on a glass substrate is obtained. Hereinafter, an example in which a thin film transistor used for an active matrix type liquid crystal display device is manufactured by using the laser annealing method described above will be described.

【0062】アクティブ型の液晶ディスプレイ装置は、
図4に示されるように通常、画素部分と周辺回路部分と
に大きく分けられる。画素部分は、マトリクス状に配置
された画素電極が数百×数百の数で配置されており、そ
の画素の一つ一つには、少なくとも一つ以上の薄膜トラ
ンジスタがスイッチング素子として配置されている。周
辺回路は画素領域に配置された薄膜トランジスタを駆動
するたの回路であり、シフトレジスタ回路や電流を流す
ためのバッファー回路(低インピーダンスを有する出力
回路)で構成されている。周辺回路もまた薄膜トランジ
スタで構成されるのが普通である。
The active type liquid crystal display device comprises:
As shown in FIG. 4, the pixel portion and the peripheral circuit portion are generally roughly divided. In the pixel portion, pixel electrodes arranged in a matrix are arranged in a number of several hundreds × several hundreds, and in each of the pixels, at least one or more thin film transistors are arranged as switching elements. . The peripheral circuit is a circuit for driving a thin film transistor arranged in the pixel region, and is constituted by a shift register circuit and a buffer circuit (an output circuit having a low impedance) for flowing a current. Peripheral circuits are also usually composed of thin film transistors.

【0063】本実施例においては、画素回路に配置され
る薄膜トランジスタ、及び周辺回路に配置される薄膜ト
ランジスタを共に一直線上にそろえ、またそのソース/
ドレインを結ぶ方向と線状のレーザー光の線方向と合わ
ように配置する。
In this embodiment, both the thin film transistor arranged in the pixel circuit and the thin film transistor arranged in the peripheral circuit are aligned in a straight line,
It is arranged so that the direction connecting the drains and the linear direction of the linear laser light are matched.

【0064】図5に実際に薄膜トランジスタを配置する
パターンを示す。図5において51が周辺回路に配置さ
れる大電流を扱うことのできる薄膜トランジスタのパタ
ーンである。また52が画素回路に配置される薄膜トラ
ンジスタのパターンである。レーザー光が照射される段
階ではこれら薄膜トランジスタは形成されていない。従
って、この場合においては、51と52で示されるパタ
ーンは、最終的に薄膜トランジスタが形成される領域を
示すものといえる。
FIG. 5 shows a pattern in which thin film transistors are actually arranged. In FIG. 5, reference numeral 51 denotes a pattern of a thin film transistor which can handle a large current arranged in a peripheral circuit. Reference numeral 52 denotes a pattern of a thin film transistor arranged in the pixel circuit. At the stage where laser light is irradiated, these thin film transistors are not formed. Therefore, in this case, it can be said that the patterns indicated by 51 and 52 indicate a region where the thin film transistor is finally formed.

【0065】図5の51と52に示される薄膜トランジ
スタの詳細を図6に示す。図5に示すように、各薄膜ト
ランジスタは、一直線上に並ぶように構成する。そして
ソース/ドレインを結ぶ線を線状のレーザー光の線方向
に一致または概略一致するようにする。
FIG. 6 shows details of the thin film transistors 51 and 52 shown in FIG. As shown in FIG. 5, each thin film transistor is configured to be aligned on a straight line. Then, the line connecting the source / drain is made to match or substantially match the line direction of the linear laser light.

【0066】図1に示したように線状のレーザー光を照
射してアニールを行った場合、ビームパターンの線方向
におけるアニールの効果はその均一性が優れている。従
って、レーザービームの長手方向に薄膜トランジスタが
一直線に並ぶようにすることで、一直線に並んだ薄膜ト
ランジスタの特性をそろえることができる。また、各薄
膜トランジスタのソース/ドレイン領域を結ぶ線を上記
線状ビームの長手方向に合わせることにより、ソース/
ドレイン間においてキャリアが結晶性の均一な領域を移
動することになるので、移動度の高い構成とすることが
できる。ソースとドレインを結ぶ方向における結晶性が
均一であるということは、結晶状態の不連続に起因する
トラップ準位の影響がソース/ドレイン方向において小
さいことを意味する。トラップ準位の影響は、動作の不
安定性やOFF電流の増大といった問題を引き起こすの
で、上記のようにソース/ドレイン間の結ぶ方向におけ
るトラップ準位の影響を小さくできることは、OFF電
流低減や安定した素子を作製する上で有用なものとな
る。
When annealing is performed by irradiating a linear laser beam as shown in FIG. 1, the effect of annealing in the linear direction of the beam pattern is excellent in uniformity. Therefore, by arranging the thin film transistors in a straight line in the longitudinal direction of the laser beam, the characteristics of the thin film transistors aligned in a straight line can be uniformed. Also, by aligning the line connecting the source / drain regions of each thin film transistor with the longitudinal direction of the linear beam,
Since carriers move in a region having uniform crystallinity between the drains, a structure with high mobility can be obtained. The fact that the crystallinity in the direction connecting the source and the drain is uniform means that the influence of the trap level due to the discontinuity of the crystal state is small in the source / drain direction. The effect of the trap level causes problems such as instability of operation and an increase in OFF current. Therefore, as described above, the effect of the trap level in the direction connecting the source and the drain can be reduced. This is useful for producing an element.

【0067】なお、レーザーの照射方法は前述の通り、
2段階照射とする。
The laser irradiation method is as described above.
Two-stage irradiation.

【0068】〔実施例2〕本実施例は、ガラス基板上に
形成された非晶質珪素膜にレーザー光を照射することに
より結晶性珪素膜を得、さらにこの結晶性珪素膜を用い
てアクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素回路部
分と周辺回路部分とを構成する薄膜トランジスタを作製
する場合の例を示す。
[Embodiment 2] In this embodiment, a crystalline silicon film is obtained by irradiating an amorphous silicon film formed on a glass substrate with a laser beam. An example in which a thin film transistor which forms a pixel circuit portion and a peripheral circuit portion of a matrix liquid crystal display device is manufactured will be described.

【0069】まずガラス基板上に下地膜として酸化珪素
膜を3000Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。
次に非晶質珪素膜をプラズマCVD法または減圧熱CV
D法で500Åの厚さに成膜する。この状態で窒素雰囲
気中において400℃の温度で加熱処理を1時間行う。
この加熱処理は、非晶質珪素膜中から水素を離脱させる
ために行う。
First, a silicon oxide film is formed as a base film to a thickness of 3000 ° on a glass substrate by a sputtering method.
Next, the amorphous silicon film is subjected to plasma CVD or reduced pressure CV.
A film is formed to a thickness of 500 ° by Method D. In this state, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 400 ° C. for one hour.
This heat treatment is performed to release hydrogen from the amorphous silicon film.

【0070】次に図5に示すように線状のエキシマレー
ザー光を非晶質珪素膜に照射し、結晶性珪素膜を得る。
この際、薄膜トラジスタが作製されるべき予定の線状の
領域(当然薄膜トランジスタは1直線上に配置する必要
がある)に合わせて線状のレーザー光を照射する。
Next, as shown in FIG. 5, a linear excimer laser beam is applied to the amorphous silicon film to obtain a crystalline silicon film.
At this time, a linear laser beam is applied to a linear region where a thin film transistor is to be formed (of course, the thin film transistor must be arranged on a straight line).

【0071】結晶性珪素膜を得たら、薄膜トランジスタ
の作製プロセスに従って、薄膜トランジスタを作製す
る。この際、図5に示すような状態で各薄膜トランジス
タが並ぶように薄膜トランジスタを形成する。即ち、照
射された線状レーザーの線方向に薄膜トランジスタが1
直線に並ぶようにし、さらにこれら1直線に並んだ薄膜
トランジスタのソースとドレインを結んだ線が線状レー
ザーの線方向と一致するようにする。レーザー光の照射
は、図2に示す装置を用いて、走査(スキャン)させな
がら全面に対して行う。
After obtaining the crystalline silicon film, a thin film transistor is manufactured according to a thin film transistor manufacturing process. At this time, the thin film transistors are formed such that the thin film transistors are arranged in a state as shown in FIG. That is, the thin film transistor is placed in the line direction of the irradiated linear laser.
The thin film transistors are aligned in a straight line, and the line connecting the source and the drain of the thin film transistor is aligned with the line direction of the linear laser. Irradiation with laser light is performed on the entire surface while scanning (scanning) using the apparatus shown in FIG.

【0072】〔実施例3〕本実施例では、薄膜トランジ
スタの作製工程において必要とされるソース/ドレイン
領域の活性化の工程に本明細書で開示する発明を利用し
た場合の例を示す。
[Embodiment 3] In this embodiment, an example in which the invention disclosed in this specification is used in a step of activating source / drain regions required in a manufacturing process of a thin film transistor will be described.

【0073】結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを
構成した場合において、ゲイト電極をマスクとして自己
整合技術を用いてソース/ドレイン領域にリンやボロン
の一導電型を付与する不純物イオンをイオンドーピング
またはプラズマドーピングでドーピングした場合、当該
領域は加速されたイオンの衝撃によって非晶質化あるい
は著しく結晶性が低下してしまう。従って、ソース/ド
レイン領域の結晶性を回復させるアニール工程が必要と
される。一方、ドーピングされた不純物イオンはそれだ
けでは、導電型を制御する不純物として作用しない。し
たがって、その活性化のためにアニール工程が必要とれ
る。
In the case where a thin film transistor is formed using a crystalline silicon film, impurity ions for imparting one conductivity type to phosphorus or boron are ion-doped or plasma-doped in source / drain regions using a gate electrode as a mask and a self-alignment technique. When doping is performed by doping, the region becomes amorphous or remarkably deteriorates in crystallinity due to accelerated ion bombardment. Therefore, an annealing step for restoring the crystallinity of the source / drain regions is required. On the other hand, the doped impurity ions alone do not act as impurities for controlling the conductivity type. Therefore, an annealing step is required for the activation.

【0074】本実施例は、上記のような目的で行われる
アニール工程をレーザー光の照射によって行う場合の例
を示す。まず実施例1または実施例2に示したような方
法に従って、図5に示すような配置で結晶性珪素膜を用
いた薄膜トランジスタを作製する。そしてこれら薄膜ト
ランジスタのソース/ドレイン領域に対する不純物イオ
ンの注入を行った後に、図5に示すような線状レーザー
光の照射を行う。
This embodiment shows an example in which the annealing step performed for the above purpose is performed by irradiating a laser beam. First, a thin film transistor using a crystalline silicon film in an arrangement shown in FIG. 5 is manufactured according to the method described in the first or second embodiment. After the impurity ions are implanted into the source / drain regions of these thin film transistors, linear laser light irradiation as shown in FIG. 5 is performed.

【0075】この場合、線状レーザーの線方向にソース
/ドレインが位置することになるので、1つの薄膜トラ
ンジスタにおいて、そのアニール効果を均一なものとす
ることができる。
In this case, since the source / drain is located in the line direction of the linear laser, the annealing effect can be made uniform in one thin film transistor.

【0076】また、薄膜トランジスタの並んだ方向と線
状レーザーの線方向とが同一であるので、各薄膜トラン
ジスタに対するアニール効果を均一なものとすることが
できる。
Further, since the direction in which the thin film transistors are arranged is the same as the line direction of the linear laser, the annealing effect on each thin film transistor can be made uniform.

【0077】以上の実施例においては、アクティブマト
リクス型の液晶表示装置を構成する薄膜トランジスタを
作製する場合の例を示した。しかし、本明細書に開示す
る発明は、各種集積回路の作製における工程に利用する
ことができる。また薄膜トランジスタに限らず、各種半
導体デバイス、例えば薄膜ダイオードやバイポーラ型の
トランジスタを作製する場合にも利用することができ
る。
In the above embodiment, an example in which a thin film transistor constituting an active matrix type liquid crystal display device is manufactured has been described. However, the invention disclosed in this specification can be used for steps in manufacturing various integrated circuits. The present invention is not limited to thin film transistors, and can be used for manufacturing various semiconductor devices, for example, thin film diodes and bipolar transistors.

【0078】[0078]

【発明の効果】本明細書で開示する発明の効果は、線状
レーザーを半導体材料に対して1方向に走査しながら照
射する工程で生じる半導体材料の特性の不均一によって
生まれる不都合を最小限に抑えることにある。すなわ
ち、例えば液晶ディスプレイ装置のように半導体薄膜を
用いて複数個の薄膜デバイスを形成する場合において、
複数個の薄膜トランジスタの1直線上に配列させ、この
配列方向に合わせて線状レーザー光を照射することによ
り、各薄膜トランジスタの特性を揃えることができる。
The effect of the invention disclosed in the present specification is to minimize the inconvenience caused by the non-uniformity of the characteristics of the semiconductor material caused in the step of irradiating the semiconductor material with the linear laser while scanning it in one direction. To keep it down. That is, for example, when forming a plurality of thin film devices using a semiconductor thin film such as a liquid crystal display device,
By arranging a plurality of thin film transistors on one straight line and irradiating linear laser light in accordance with the arrangement direction, the characteristics of each thin film transistor can be made uniform.

【0079】また、薄膜トランジスタのソース/ドレイ
ンとなるべき方向と線状レーザーの線方向とを合わせ
て、線状レーザーの照射を行うことによって、キャリア
の移動する方向における結晶状態を均一なものとするこ
とができ、キャリアの移動度が高く、また結晶状態の不
均一に起因するOFF電流の値が低く、また特性の安定
した薄膜トランジスタを得ることができる。
Further, by irradiating the linear laser with the direction to become the source / drain of the thin film transistor and the linear direction of the linear laser, the crystal state in the moving direction of the carrier is made uniform. Thus, a thin film transistor having high carrier mobility, low OFF current due to non-uniform crystal state, and stable characteristics can be obtained.

【0080】本明細書で開示する発明は、半導体デバイ
スのプロセスに利用される全てのレーザー処理プロセス
に利用できる。中でも半導体デバイスとして薄膜トラン
ジスタを利用したTFT液晶パネルの作製に利用した場
合、各薄膜トランジスタの特性をそろえることができる
ので、画質の高い液晶表示装置を得ることができる。
The invention disclosed in the present specification can be used for all laser processing processes used for processing semiconductor devices. In particular, when used for manufacturing a TFT liquid crystal panel using a thin film transistor as a semiconductor device, the characteristics of each thin film transistor can be made uniform, so that a liquid crystal display device with high image quality can be obtained.

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

【図1】 線状のレーザー光が照射された珪素膜の屈折
率を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a refractive index of a silicon film irradiated with a linear laser beam.

【図2】 レーザー光の照射装置の概要を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an outline of a laser beam irradiation device.

【図3】 レーザー光の線状パターンに成形する光学系
を示す。
FIG. 3 shows an optical system for forming a laser beam into a linear pattern.

【図4】 アクティブマトリクス型の液晶表示装置の概
要を示す。
FIG. 4 shows an outline of an active matrix type liquid crystal display device.

【図5】 ガラス基板上に製作されるべき薄膜トランジ
スタのパターンと照射される線状レーザー光の照射の状
態とを示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a pattern of a thin film transistor to be manufactured on a glass substrate and a state of irradiation of a linear laser beam to be irradiated.

【図6】 薄膜トランジスタ(TFT)の概略のパター
ンを示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic pattern of a thin film transistor (TFT).

【符号の説明】 2 レーザー光の発振器 5、6、7、8、9 全反射ミラー 4 光学系 11 基板(試料) 10 ステージ及び駆動装置 51 周辺回路用の薄膜トランジスタ 52 画素回路用の薄膜トランジスタ[Description of Signs] 2 Oscillator of laser light 5, 6, 7, 8, 9 Total reflection mirror 4 Optical system 11 Substrate (sample) 10 Stage and driving device 51 Thin film transistor for peripheral circuit 52 Thin film transistor for pixel circuit

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成14年1月16日(2002.1.1
6)
[Submission date] January 16, 2002 (2002.1.1
6)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/786 B23K 26/00 G // B23K 26/00 101:40 H01L 29/78 618Z B23K 101:40 627G Fターム(参考) 2H092 JA28 MA30 4E068 AH01 DA00 5F052 AA01 AA02 AA11 AA17 AA18 BA07 BB07 DA02 DB02 DB03 EA15 FA06 FA19 JA01 5F110 AA01 AA06 AA30 BB02 CC02 DD02 DD07 DD13 GG02 GG06 GG13 GG25 GG45 GG47 HJ01 HJ12 HJ18 HJ23 NN78 PP01 PP03 PP04 PP05 PP06 PP10 PP13 PP23 PP24 PP29 PP34 PP35 QQ11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/786 B23K 26/00 G // B23K 26/00 101: 40 H01L 29/78 618Z B23K 101: 40 627G F-term (reference) 2H092 JA28 MA30 4E068 AH01 DA00 5F052 AA01 AA02 AA11 AA17 AA18 BA07 BB07 DA02 DB02 DB03 EA15 FA06 FA19 JA01 5F110 AA01 AA06 AA30 BB02 CC02 DD02 DD07 DD13 GG02 GG12J01 GG02 GG12J01 PP05 PP06 PP10 PP13 PP23 PP24 PP29 PP34 PP35 QQ11

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁表面を有する基板上に形成され、第
1の方向に配置された複数の第1の薄膜トランジスタ
と、前記第1の方向に垂直な第2の方向に配置された複
数の第2の薄膜トランジスタとを少なくとも有する半導
体装置において、前記第1および第2の薄膜トランジス
タはそれぞれ、絶縁表面上に形成され、チャネル形成領
域、ソース領域およびドレイン領域を有する結晶性半導
体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有し、前記チ
ャネル形成領域は、前記第1の方向に平行な方向にキャ
リアが流れるように配置され、前記複数の第2の薄膜ト
ランジスタにおける前記結晶性半導体膜の屈折率のばら
つきは、前記複数の第1の薄膜トランジスタにおける前
記結晶性半導体膜の屈折率のばらつきの2倍以上である
ことを特徴とする半導体装置。
1. A plurality of first thin film transistors formed on a substrate having an insulating surface and arranged in a first direction, and a plurality of first thin film transistors arranged in a second direction perpendicular to the first direction. A semiconductor device having at least two thin film transistors; the first and second thin film transistors each being formed on an insulating surface and having a channel forming region, a source region, and a drain region; a gate insulating film; , A gate electrode, and the channel forming region is arranged so that carriers flow in a direction parallel to the first direction, and a variation in a refractive index of the crystalline semiconductor film in the plurality of second thin film transistors. Wherein the dispersion of the crystalline semiconductor film in the plurality of first thin film transistors is at least twice as large as the variation in the refractive index thereof. Body device.
JP2001383752A 2001-12-17 2001-12-17 Active matrix display device Expired - Lifetime JP4112221B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001383752A JP4112221B2 (en) 2001-12-17 2001-12-17 Active matrix display device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001383752A JP4112221B2 (en) 2001-12-17 2001-12-17 Active matrix display device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33387694A Division JP3469337B2 (en) 1994-12-16 1994-12-16 Method for manufacturing semiconductor device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002007584A Division JP4073671B2 (en) 2002-01-16 2002-01-16 Method for manufacturing semiconductor device and method for manufacturing display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002261103A true JP2002261103A (en) 2002-09-13
JP4112221B2 JP4112221B2 (en) 2008-07-02

Family

ID=19187625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001383752A Expired - Lifetime JP4112221B2 (en) 2001-12-17 2001-12-17 Active matrix display device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4112221B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP4112221B2 (en) 2008-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3469337B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR100326887B1 (en) Method of manufacturing a display device
JP3883592B2 (en) Laser irradiation method, semiconductor manufacturing method, semiconductor device manufacturing method, and liquid crystal electro-optical device manufacturing method
JPH07249592A (en) Laser treatment method of semiconductor device
JPH07307304A (en) Laser processing method for semiconductor device
JP3587900B2 (en) Method for manufacturing crystalline silicon film
JPH10172919A (en) Laser annealing method and apparatus
JP4073671B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device and method for manufacturing display device
JP4013074B2 (en) Method for forming polycrystalline silicon thin film transistor
JPH0851077A (en) Manufacturing method and device of polycrystalline semiconductor, manufacture of image display device
JP3512550B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3966923B2 (en) Semiconductor manufacturing method and semiconductor device manufacturing method
US20060172469A1 (en) Method of fabricating a polycrystalline silicon thin film transistor
JP2002261103A (en) Semiconductor device
JP3623818B2 (en) Method for producing crystalline silicon film
JP3269730B2 (en) Method of manufacturing semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor device
JP2002353140A (en) Semiconductor device and its fabricating method
JP3034765B2 (en) Laser treatment method
JP4335270B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3483840B2 (en) Method for manufacturing active matrix display device
JP3573969B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP4255799B2 (en) Method for producing crystalline silicon film
JP4268457B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2000299292A (en) Laser processing system and laser processing method
JPH0845840A (en) Laser treatment

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060523

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060721

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20071030

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071214

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20080123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080408

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080409

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110418

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110418

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110418

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120418

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130418

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130418

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140418

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term