JP2002280300A - Manufacturing method of semiconductor thin film - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor thin film

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JP2002280300A
JP2002280300A JP2001073942A JP2001073942A JP2002280300A JP 2002280300 A JP2002280300 A JP 2002280300A JP 2001073942 A JP2001073942 A JP 2001073942A JP 2001073942 A JP2001073942 A JP 2001073942A JP 2002280300 A JP2002280300 A JP 2002280300A
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JP
Japan
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region
amorphous silicon
target region
thin film
growth source
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Application number
JP2001073942A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshinobu Nakamura
好伸 中村
Shinji Maekawa
真司 前川
Yasuyuki Umenaka
靖之 梅中
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor thin film of crystal grain having proper crystallinity. SOLUTION: A growth source region 2, a target region 3 provided away from it, an amorphous silicon path 4, which made of one bent part 4a, connects the growth source region 2 to the target region 3, and a peripheral amorphous silicon region 5 which encloses the growth source region 2, amorphous silicon path 4, and target region 3, are formed by patterning an amorphous silicon film. Nickel is added to only the surface of the growth source region 2 using a mask, which is heated in an electric furnace, so that the crystal grain generated in the growth source region 2 crystallizes into the target region 3. Then, the target region 3 and the peripheral amorphous silicon region 5 are irradiated with a laser beam, so that the crystal grain of the target region 3 is made to melt and recrystallize.

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、絶縁表面を有する
基板上に形成される半導体薄膜の製造方法に関し、さら
に詳細には、絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜を
形成し、この非晶質珪素膜に熱、光、荷電粒子などのエ
ネルギーを印加して、結晶性の半導体薄膜を得る半導体
薄膜の製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface, and more particularly, to forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor thin film by applying energy such as heat, light, or charged particles to an amorphous silicon film to obtain a crystalline semiconductor thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、薄膜トランジスタ(以下、TFT
と言う)に代表される薄膜半導体素子が注目されてい
る。薄膜半導体素子の製造方法によれば、絶縁表面を有
する基板上に数10nm〜数100nmの半導体薄膜を
CVD法などで形成し、この半導体薄膜を活性層とし
て、絶縁ゲート型電界効果半導体装置やダイオードなど
を構成する。前記半導体薄膜の応用分野としては、アク
ティブマトリクス型の液晶電気光学装置が知られてい
る。これは、マトリクス状に配置された数十万以上の画
素電極のそれぞれに1つ以上のTFTを配置し、画素電
極に供給する電荷をTFTによって制御するものであ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) have been developed.
) Is attracting attention. According to the method of manufacturing a thin film semiconductor element, a semiconductor thin film having a thickness of several tens nm to several hundreds nm is formed on a substrate having an insulating surface by a CVD method or the like, and the semiconductor thin film is used as an active layer to form an insulated gate field effect semiconductor device or a diode. And so on. As an application field of the semiconductor thin film, an active matrix type liquid crystal electro-optical device is known. In this technique, one or more TFTs are arranged on each of several hundred thousand or more pixel electrodes arranged in a matrix, and electric charges supplied to the pixel electrodes are controlled by the TFTs.

【0003】TFTに利用される半導体薄膜としては、
非晶質珪素膜を用いることが簡便であるが、移動度が小
さいなどの電気的特性が低いという問題がある。TFT
特性の向上を得るには、結晶性を有する珪素薄膜を利用
すればよい。結晶性を有する珪素膜は、多結晶珪素、微
結晶珪素などと称されている。この結晶性を有する珪素
膜を得るためには、まず非晶質珪素膜を形成し、しかる
後にエネルギー印加によって結晶化すればよい。
As a semiconductor thin film used for a TFT,
Although it is simple to use an amorphous silicon film, there is a problem that electrical characteristics such as low mobility are low. TFT
In order to improve the characteristics, a silicon thin film having crystallinity may be used. A crystalline silicon film is called polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, or the like. In order to obtain a silicon film having this crystallinity, an amorphous silicon film is first formed, and then crystallized by applying energy.

【0004】特開平6−244103号公報では、非晶
質珪素膜の表面に珪素の結晶化を助長する触媒を添加
し、その後アニールによって非晶質珪素膜を結晶化させ
ることにより、結晶化珪素謨を得る方法が提案されてい
る。しかしながら、特開平6−244103号公報で提
案された方法では、結晶化が非晶質珪素膜表面の任意の
場所で起こるため、得られた結晶化珪素膜にTFTを作
製した場合、TFTの活性層に複数個の結晶粒の境界が
配置されることが避けられない。複数個の結晶粒の境界
に活性層が作成されたTFTの電気的特性において、移
動度が低い、オフ電流が大きいなどの問題が発生し、実
質的に特開平6−244103号公報の方法で作製され
た結晶化珪素膜では電気的特性がよく、かつ特性ばらつ
きが少ないTFTを作製することは困難である。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244103, a catalyst for promoting crystallization of silicon is added to the surface of an amorphous silicon film, and then the amorphous silicon film is crystallized by annealing. A method for obtaining rubber has been proposed. However, in the method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-244103, crystallization occurs at an arbitrary position on the surface of the amorphous silicon film. It is inevitable that a plurality of crystal grain boundaries are arranged in the layer. In the electrical characteristics of a TFT in which an active layer is formed at a boundary between a plurality of crystal grains, problems such as low mobility and large off current occur, and the TFT is substantially manufactured by the method disclosed in JP-A-6-244103. It is difficult to fabricate a TFT having good electrical characteristics and small variation in characteristics with the manufactured crystallized silicon film.

【0005】1999年米国Material Research Societ
y (MRS) Spring Meeting (A18.6)にて、触媒添加領
域とトランジスタ作製領域をパターニングにより隔離
し、両領域間を二箇所の屈曲部を有する非晶質珪素経路
で繋ぐことにより、トランジスタ作製領域へと結晶成長
する結晶粒を単一にすることが可能であると発表され
た。すなわち、二箇所の屈曲部で成長する結晶粒が一個
に選択され、トランジスタ作製領域へと成長し、それ以
外の結晶粒は、経路を通過できないというものである。
[0005] 1999 United States Material Research Societ
y (MRS) At the Spring Meeting (A18.6), the catalyst addition region and the transistor fabrication region were separated by patterning, and the two regions were connected by an amorphous silicon path with two bends. It was announced that it was possible to make a single crystal grain grow into a region. That is, the crystal grains that grow at the two bent portions are selected as one, and grow into the transistor fabrication region, and the other crystal grains cannot pass through the path.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】半導体素子の高密度
化、および、素子電気特性の安定化を実現するには、単
一結晶粒内にTFTを作製することが不可欠である。ま
た、TFT特性を向上させるには、珪素の結晶化を助長
する触媒を用いて非晶質珪素膜を結晶化した後、エキシ
マレーザ照射などのエネルギー印加を行うことにより、
単一結晶粒の状態を維持したまま溶融再結晶化処理を行
えばよい。
In order to increase the density of a semiconductor device and stabilize the electrical characteristics of the device, it is essential to manufacture a TFT in a single crystal grain. Further, in order to improve the TFT characteristics, an amorphous silicon film is crystallized using a catalyst which promotes crystallization of silicon, and then energy is applied by excimer laser irradiation or the like.
What is necessary is just to perform a melting recrystallization process, maintaining the state of a single crystal grain.

【0007】絶縁性透明基板上の非晶質珪素薄膜を、前
記米国MRS発表のような形状にパターニングし、珪素
の結晶化を助長する触媒を添加した後、結晶化アニール
処理をすると、前記トランジスタ作製領域は単一の結晶
粒とすることが可能である。
[0007] The amorphous silicon thin film on the insulating transparent substrate is patterned into a shape as disclosed in the US MRS, a catalyst for promoting crystallization of silicon is added, and a crystallization annealing treatment is performed. The fabrication region can be a single crystal grain.

【0008】しかしながら、透明基板上の珪素薄膜に形
成し、この珪素薄膜を前記米国MRS発表のような形状
にパターニングし、パターニングされた珪素薄膜に対し
てエキシマレーザ照射を行っても、パターニングされた
珪素薄膜の周囲が透明であるため、通常使われる波長の
レーザ光は珪素薄膜以外では著しく吸収され難くく、基
板全面に珪素薄膜がある場合と同じエネルギー密度のレ
ーザ光では、珪素を溶融再結晶化することは困難であ
る。そこで、前記エネルギー密度を大きくすると、珪素
を溶融することは可能となるが、パターニングされた珪
素薄膜の中心部とエッジ部で昇温レートおよび降温レー
トが異なるため、位置によって結晶性が著しく異なった
り、レーザ照射条件によっては、エッジ部と中心部で膜
厚が異なってしまう。
However, even when the silicon thin film is formed on a transparent substrate and patterned into a shape as disclosed in the above-mentioned MRS, and the patterned silicon thin film is irradiated with an excimer laser, the patterned silicon thin film can be patterned. Since the periphery of the silicon thin film is transparent, laser light of a wavelength that is generally used is hardly absorbed by materials other than the silicon thin film. It is difficult to convert. Therefore, if the energy density is increased, it becomes possible to melt silicon, but since the temperature rise rate and the temperature fall rate are different between the central portion and the edge portion of the patterned silicon thin film, the crystallinity is significantly different depending on the position. Depending on the laser irradiation conditions, the film thickness differs between the edge portion and the center portion.

【0009】また、製造工程の簡略化のために、前記珪
素の結晶化を助長する触媒を除去する処理を行なわず、
その触媒が珪素薄膜中に残ったままレーザ照射を行う
と、触媒がトランジスタ作製領域内を移動し、そのトラ
ンジスタ作製領域内の任意の場所に高濃度に凝集するた
め、TFTの活性層中に触媒が高濃度に凝集している
と、TFT電気的特性を著しく低下させる場合がある。
Further, in order to simplify the manufacturing process, the treatment for removing the catalyst which promotes the crystallization of silicon is not performed.
If laser irradiation is performed while the catalyst remains in the silicon thin film, the catalyst moves in the transistor fabrication region and aggregates at a high concentration anywhere in the transistor fabrication region. Aggregation at a high concentration may significantly reduce TFT electrical characteristics.

【0010】このように、発明者の研究の結果、前記米
国MRS発表のような形状にパターニングした非晶質珪素
膜を用いると、単一な結晶粒内にTFTを作製すること
は可能であるが、更に良好な結晶粒を得るためのレーザ
照射などのエネルギー印加処理を行っても、良好な結晶
性を有する結晶粒が得られないという問題があることが
判明した。
As described above, as a result of the research by the inventor, it is possible to fabricate a TFT within a single crystal grain by using an amorphous silicon film patterned into a shape as described in the US MRS. However, it has been found that there is a problem that crystal grains having good crystallinity cannot be obtained even if energy applying treatment such as laser irradiation is performed to obtain better crystal grains.

【0011】そこで、本発明の課題は、良好な結晶性を
有する結晶粒を得ることできる半導体薄膜の製造方法を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor thin film capable of obtaining crystal grains having good crystallinity.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の半導体薄膜の製造方法は、絶縁表面を有す
る基板上に非晶質珪素膜を形成する工程と、触媒を添加
すべき成長源領域と、この成長源領域に対して隔離され
て触媒が非添加であって、かつ、前記成長源領域で発生
した結晶粒が向かうべきターゲット領域と、前記成長源
領域と前記ターゲット領域とを繋ぐ非晶質珪素経路と、
前記ターゲット領域を隙間をあけて取り囲み、かつ、前
記ターゲット領域に接続されない周囲非晶質珪素領域と
を、前記非晶質珪素膜をパターニングして形成する工程
と、前記成長源領域のみに、非晶質珪素の結晶化を助長
する触媒を添加する工程と、前記成長源領域に第1のエ
ネルギーを印加することにより、前記成長源領域で発生
した結晶粒を、前記非晶質珪素経路を介して前記ターゲ
ット領域へ結晶成長させる工程と、前記ターゲット領域
および前記周囲非晶質珪素領域に第2のエネルギーを印
加することにより、前記ターゲット領域へ結晶成長させ
た結晶粒を溶融再結晶化させる工程とを備えることを特
徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention comprises the steps of: forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface; A source region, a target region which is isolated from the growth source region and to which no catalyst is added, and to which crystal grains generated in the growth source region are to be directed, and the growth source region and the target region. An interconnecting amorphous silicon pathway;
Patterning the amorphous silicon film by surrounding the target region with a gap therebetween and forming a surrounding amorphous silicon region not connected to the target region; A step of adding a catalyst that promotes crystallization of crystalline silicon, and applying a first energy to the growth source region, thereby causing crystal grains generated in the growth source region to pass through the amorphous silicon path. Crystal growth in the target region by applying second energy to the target region and the surrounding amorphous silicon region to melt and recrystallize crystal grains grown in the target region. And characterized in that:

【0013】前記構成の半導体薄膜の製造方法は、前記
成長源領域に第1のエネルギーを印加することにより、
成長源領域で発生した結晶粒を、非晶質珪素経路を介し
てターゲット領域へ結晶成長させる。そして、前記ター
ゲット領域および周囲非晶質珪素領域に第2のエネルギ
ーを印加することにより、ターゲット領域へ結晶成長さ
せた結晶粒を溶融再結晶化させる。このとき、前記周囲
非晶質珪素領域がターゲット領域を隙間をあけて取り囲
んでいることにより、ターゲット領域の各部の昇温レー
ト,降温レートが均一になる。このように、前期ターゲ
ット領域の各部の昇温レート,降温レートが均一な状態
で、ターゲット領域の結晶粒に対して溶融再結晶化処理
が行われるから、良好な結晶粒を得ることができ、しか
もその結晶粒の各部の厚みを均一にできる。
[0013] In the method of manufacturing a semiconductor thin film having the above-described structure, by applying a first energy to the growth source region,
Crystal grains generated in the growth source region are grown on the target region via the amorphous silicon path. Then, by applying a second energy to the target region and the surrounding amorphous silicon region, the crystal grains grown in the target region are melted and recrystallized. At this time, the surrounding amorphous silicon region surrounds the target region with a gap therebetween, so that the temperature rising rate and the temperature decreasing rate of each part of the target region become uniform. As described above, since the melt recrystallization process is performed on the crystal grains in the target region in a state where the temperature rising rate and the temperature decreasing rate of each part of the target region are uniform, good crystal grains can be obtained. Moreover, the thickness of each part of the crystal grains can be made uniform.

【0014】また、前記課題を解決するため、本発明の
半導体薄膜の製造方法は、絶縁表面を有する基板上に非
晶質珪素膜を形成する工程と、触媒を添加すべき成長源
領域と、この成長源領域に対して隔離されて触媒が非添
加であって、かつ、前記成長源領域で発生した結晶粒が
向かうべきターゲット領域と、前記成長源領域と前記タ
ーゲット領域とを繋ぐ非晶質珪素経路と、前記ターゲッ
ト領域の大部分に対して隙間をあけて取り囲み、かつ、
前記ターゲット領域の一部に接続された周囲非晶質珪素
領域とを、前記非晶質珪素膜をパターニングして形成す
る工程と、前記成長源領域のみに、非晶質珪素の結晶化
を助長する触媒を添加する工程と、前記成長源領域に第
1のエネルギーを印加することにより、前記成長源領域
で発生した結晶粒を、前記非晶質珪素経路を介して前記
ターゲット領域へ結晶成長させる工程と、前記ターゲッ
ト領域および前記周囲非晶質珪素領域に第2のエネルギ
ーを印加することにより、前記ターゲット領域へ結晶成
長させた結晶粒を再結晶させる工程とを備えることを特
徴としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor thin film, comprising the steps of: forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface; A target region to which crystallites generated in the growth source region should be directed, and an amorphous region connecting the growth source region and the target region. Surrounding the silicon path with a gap with respect to most of the target area, and
Forming a peripheral amorphous silicon region connected to a part of the target region by patterning the amorphous silicon film, and promoting crystallization of the amorphous silicon only in the growth source region. Adding a catalyst to the growth source region and applying a first energy to the growth source region to grow crystal grains generated in the growth source region on the target region through the amorphous silicon path. And a step of applying second energy to the target region and the surrounding amorphous silicon region to recrystallize crystal grains grown in the target region.

【0015】前記構成の半導体薄膜の製造方法は、前記
成長源領域に第1のエネルギーを印加することにより、
成長源領域で発生した結晶粒を、非晶質珪素経路を介し
てターゲット領域へ結晶成長させる。そして、前記ター
ゲット領域および周囲非晶質珪素領域に第2のエネルギ
ーを印加することにより、ターゲット領域へ結晶成長さ
せた結晶粒を再結晶させる。このとき、前記周囲非晶質
珪素領域がターゲット領域の大部分に対して隙間をあけ
て取り囲んでいることにより、ターゲット領域の各部の
昇温レート,降温レートが均一になる。このように、前
期ターゲット領域の各部の昇温レート,降温レートが均
一な状態で、ターゲット領域の結晶粒に対して溶融再結
晶化処理が行われるから、良好な結晶粒を得ることがで
き、しかもその結晶粒の各部の厚みを均一にできる。
[0015] In the method of manufacturing a semiconductor thin film having the above structure, the first energy is applied to the growth source region.
Crystal grains generated in the growth source region are grown on the target region via the amorphous silicon path. Then, by applying a second energy to the target region and the surrounding amorphous silicon region, crystal grains grown in the target region are recrystallized. At this time, since the surrounding amorphous silicon region surrounds most of the target region with a gap, the temperature rising rate and the temperature decreasing rate of each part of the target region become uniform. As described above, since the melt recrystallization process is performed on the crystal grains in the target region in a state where the temperature rising rate and the temperature decreasing rate of each part of the target region are uniform, good crystal grains can be obtained. Moreover, the thickness of each part of the crystal grains can be made uniform.

【0016】また、前記ターゲット領域の一部と周囲非
晶質珪素領域とが接続されているから、ターゲット領域
から周囲非晶質珪素領域へ触媒が拡散し、TFT特性を
悪化させるほどの触媒がターゲット領域内に残留するの
を防止できる。
Further, since a part of the target region is connected to the surrounding amorphous silicon region, the catalyst diffuses from the target region to the surrounding amorphous silicon region, and a catalyst that deteriorates the TFT characteristics is required. It can be prevented from remaining in the target area.

【0017】また、前記ターゲット領域の一部と周囲非
晶質珪素領域とを接続することにより、ターゲット領域
の各部の昇温レート,降温レートを均一にするエネルギ
ー印加条件の範囲が広がる効果も確認されている。
Also, by connecting a part of the target region and the surrounding amorphous silicon region, the effect of widening the range of energy application conditions for making the temperature rise rate and the temperature decrease rate uniform in each part of the target region was also confirmed. Have been.

【0018】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記ターゲット領域における前記非晶質珪素経路と反対側
の端を、前記周囲非晶質珪素領域に接続する。
In one embodiment of the present invention, an end of the target region opposite to the amorphous silicon path is connected to the surrounding amorphous silicon region.

【0019】前記実施形態の半導体薄膜の製造方法は、
前記ターゲット領域における結晶成長を触媒で助長し、
かつ、TFT特性を悪化させるほどの触媒をターゲット
領域内に残留させない観点上、ターゲット領域における
非晶質珪素経路と反対側の端を、周囲非晶質珪素領域に
接続させるのが好ましい。
The method for manufacturing a semiconductor thin film according to the above embodiment is as follows.
Promoting crystal growth in the target region with a catalyst,
In addition, from the viewpoint that a catalyst that deteriorates TFT characteristics is not left in the target region, it is preferable that the end of the target region opposite to the amorphous silicon path be connected to the surrounding amorphous silicon region.

【0020】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記ターゲット領域において前記非晶質珪素経路側に位置
する素子形成領域と、前記ターゲット領域における前記
非晶質珪素経路と反対側の端との間の距離は30μm以
上100μm以下である。
In one embodiment of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor thin film includes the steps of: forming an element forming region located on the side of the amorphous silicon path in the target region; The distance between them is 30 μm or more and 100 μm or less.

【0021】前記実施形態の半導体薄膜の製造方法によ
れば、前記ターゲット領域が含む素子形成領域と、ター
ゲット領域における非晶質珪素経路と反対側の端との距
離を30μmよりも小さくすると、触媒が必要以上に周
囲非晶質珪素領域中に拡散してしまい、ターゲット領域
内の触媒が少なくなりすぎて、必要な領域全ての結晶化
を助長することは困難となる。一方、前記ターゲット領
域が含む素子形成領域と、ターゲット領域における非晶
質珪素経路と反対側の端との距離を100μmよりも大
きくすると、第2のエネルギー印加後、触媒はターゲッ
ト領域の素子形成領域以外の領域中に高濃度に含まれる
こととなり、TFT特性を悪化させるほどの触媒が素子
形成領域内に残留することがなくなる。このため、前記
ターゲット領域の一部と周囲非晶質珪素領域と素子形成
領域終端とを接続する効果は実質なくなる。つまり、前
記ターゲット領域の一部と周囲非晶質珪素領域とを接続
しなくても、TFT特性を悪化させるほどの触媒が素子
形成領域内に残留しない。このように、前記ターゲット
領域の一部と周囲非晶質珪素領域とを接続する場合、タ
ーゲット領域が含む素子形成領域と、ターゲット領域に
おいて非晶質珪素経路と反対側の端との距離を100μ
mよりも大きくすると、ターゲット領域が必要以上に大
きくなるから、製造コストを増大させてしまう。
According to the method of manufacturing a semiconductor thin film of the above embodiment, when the distance between the element formation region included in the target region and the end of the target region opposite to the amorphous silicon path is smaller than 30 μm, the catalyst Is diffused into the surrounding amorphous silicon region more than necessary, and the amount of catalyst in the target region becomes too small, and it becomes difficult to promote crystallization of all the necessary regions. On the other hand, if the distance between the element formation region included in the target region and the end of the target region opposite to the amorphous silicon path is larger than 100 μm, after the second energy is applied, the catalyst will be in the element formation region of the target region. The high concentration is contained in the region other than the region, and the catalyst that deteriorates the TFT characteristics does not remain in the element formation region. Therefore, the effect of connecting a part of the target region, the surrounding amorphous silicon region, and the end of the element forming region is substantially eliminated. That is, even if a part of the target region is not connected to the surrounding amorphous silicon region, a catalyst that deteriorates the TFT characteristics does not remain in the element formation region. As described above, when a part of the target region is connected to the surrounding amorphous silicon region, the distance between the element forming region included in the target region and the end of the target region opposite to the amorphous silicon path is set to 100 μm.
If it is larger than m, the target area becomes unnecessarily large, which increases the manufacturing cost.

【0022】したがって、前記ターゲット領域の一部と
周囲非晶質珪素領域とを接続する場合、ターゲット領域
において非晶質珪素経路側に位置する素子形成領域と、
ターゲット領域において非晶質珪素経路と反対側の端と
の間の距離は30μm以上100μm以下であることが
好ましい。
Therefore, when a part of the target region is connected to the surrounding amorphous silicon region, an element forming region located on the amorphous silicon path side in the target region;
The distance between the amorphous silicon path and the opposite end in the target region is preferably 30 μm or more and 100 μm or less.

【0023】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記ターゲット領域と前記周囲非晶質珪素領域との間の隙
間は0.1μm以上20μm以下である。
In one embodiment of the present invention, the gap between the target region and the surrounding amorphous silicon region is 0.1 μm or more and 20 μm or less.

【0024】前記実施形態の半導体薄膜の製造方法によ
れば、前記ターゲット領域と周囲非晶質珪素領域との間
の隙間を0.1μmより小さくすると、ターゲット領
域,周囲非晶質珪素領域を形成するためのパターニング
が非常に困難になる。一方、前記ターゲット領域と周囲
非晶質珪素領域との間の隙間を20μmより大きくする
と、第2のエネルギーの印加時に、ターゲット領域の各
部の昇温レート,降温レートを均一にするのは非常に困
難になるため、良好な結晶粒を得るのは難しい。したが
って、前記ターゲット領域と周囲非晶質珪素領域との間
の隙間は0.1μm以上20μm以下であるのが好まし
い。
According to the method of manufacturing a semiconductor thin film of the above embodiment, when the gap between the target region and the peripheral amorphous silicon region is smaller than 0.1 μm, the target region and the peripheral amorphous silicon region are formed. Is very difficult to perform. On the other hand, if the gap between the target region and the surrounding amorphous silicon region is larger than 20 μm, it is very difficult to make the temperature rising rate and the temperature decreasing rate of each part of the target region uniform when the second energy is applied. Therefore, it is difficult to obtain good crystal grains. Therefore, the gap between the target region and the surrounding amorphous silicon region is preferably 0.1 μm or more and 20 μm or less.

【0025】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記非晶質珪素経路は少なくとも1つの屈曲部を有する。
In one embodiment of the present invention, the amorphous silicon path has at least one bent portion.

【0026】前記実施形態の半導体薄膜の製造方法によ
れば、前記成長源領域で発生した結晶粒が、成長源領域
から非晶質珪素経路を介してターゲット領域まで結晶成
長する。このとき、前記屈曲部に最も早く到達した結晶
粒のみが選択され、屈曲部以後の非晶質珪素経路を占有
する。したがって、前記成長源領域からターゲット領域
へ成長させる結晶粒を屈曲部を経由させることにより一
個に選択して、ターゲット領域を完全に単一の結晶粒で
構成することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor thin film of the embodiment, crystal grains generated in the growth source region grow from the growth source region to the target region via the amorphous silicon path. At this time, only the crystal grain that has reached the bent portion earliest is selected and occupies the amorphous silicon path after the bent portion. Therefore, the crystal grains to be grown from the growth source area to the target area can be selected individually by passing through the bent portion, so that the target area can be completely composed of a single crystal grain.

【0027】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記触媒は、Fe、Co、Ni、Ge、Ru、Rh、P
d、Os、Ir、Pt、Cu、AuおよびGeのうち少
なくとも1種類の元素である。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor thin film, the catalyst is Fe, Co, Ni, Ge, Ru, Rh, P
At least one element among d, Os, Ir, Pt, Cu, Au and Ge.

【0028】前記実施形態の半導体薄膜の製造方法によ
れば、前記触媒として、Fe、Co、Ni、Ge、R
u、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auおよび
Geのうち少なくとも1種類の元素を用いると、非晶質
珪素の結晶化を効果的に助長することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor thin film of the embodiment, the catalyst may be Fe, Co, Ni, Ge, R
When at least one of u, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au and Ge is used, crystallization of amorphous silicon can be effectively promoted.

【0029】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記成長源領域のみに前記触媒を添加するために、窒化珪
素膜、酸化珪素膜および炭化珪素膜のうち少なくとも1
種類からなる膜厚50nm以上のマスクを、前記成長源
領域以外の領域表面上に形成する工程を有する。
In one embodiment of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor thin film includes adding at least one of the silicon nitride film, the silicon oxide film, and the silicon carbide film to add the catalyst only to the growth source region.
A step of forming a mask having a thickness of 50 nm or more of different types on the surface of the region other than the growth source region.

【0030】前記実施形態の半導体薄膜の製造方法によ
れば、窒化珪素膜、酸化珪素膜および炭化珪素膜のうち
少なくとも1種類からなる膜厚50nm以上のマスクを
成長源領域以外の領域表面上に形成する。その後、前記
成長源領域のみに触媒を添加して、成長源領域に第1の
エネルギーを印加する。このとき、前記マスクが、窒化
珪素膜、酸化珪素膜、炭化珪素膜のうち少なくとも1種
類からなり、50nm以上の膜厚を有しているから、マ
スク上の触媒がマスクを通過して成長源領域以外の領域
に到達しない。すなわち、前記マスク上の触媒が成長源
領域以外の領域を汚染するのを阻止できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor thin film of the above embodiment, a mask of at least one of a silicon nitride film, a silicon oxide film and a silicon carbide film having a thickness of 50 nm or more is formed on the surface of the region other than the growth source region. Form. Thereafter, a catalyst is added only to the growth source region, and a first energy is applied to the growth source region. At this time, the mask is made of at least one of a silicon nitride film, a silicon oxide film, and a silicon carbide film, and has a thickness of 50 nm or more. Do not reach the area other than the area. That is, it is possible to prevent the catalyst on the mask from contaminating regions other than the growth source region.

【0031】また、前記マスクは、ターゲット領域に直
に接触するが、TFT特性に悪影響をもたらす不純物な
どを含まないから、ターゲット領域を用いてTFTを作
製しても、TFT特性が低下しない。
The mask is in direct contact with the target region, but does not contain impurities or the like that adversely affect the TFT characteristics. Therefore, even if a TFT is manufactured using the target region, the TFT characteristics do not deteriorate.

【0032】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記成長源領域の表面に前記触媒を添加する場合、前記成
長源領域における前記触媒の表面濃度が1×1011
toms/cm以上1×1016atoms/cm2
以下である。
In one embodiment of the present invention, when the catalyst is added to the surface of the growth source region, the surface concentration of the catalyst in the growth source region is 1 × 10 11 a.
toms / cm 2 or more 1 × 10 16 atoms / cm 2
It is as follows.

【0033】前記実施形態の半導体薄膜の製造方法によ
れば、前記触媒を例えばスパッタ蒸着法や薬液塗布など
で成長源領域の表面に添加する場合、成長源領域におけ
る触媒の表面濃度が1×1011atoms/cm
上1×1016atoms/cm以下の範囲になるよ
うに制御する。前記触媒の表面濃度が1×1011at
oms/cm未満だと、結晶成長が非常に起こりにく
いか、全く起こらない。一方、前記触媒の表面濃度が1
×1016atoms/cmを越えると、結晶化した
珪素中に多量の触媒が残留してしまうために、結晶化後
においてその珪素から触媒を除去するのが困難で、その
除去に要する時間も長くなって、製造工程として好まし
くない。
According to the method of manufacturing a semiconductor thin film of the embodiment, when the catalyst is added to the surface of the growth source region by, for example, a sputter deposition method or application of a chemical solution, the surface concentration of the catalyst in the growth source region is 1 × 10 5 Control is performed so as to be in a range of 11 atoms / cm 2 or more and 1 × 10 16 atoms / cm 2 or less. When the surface concentration of the catalyst is 1 × 10 11 at
If it is less than oms / cm 2 , crystal growth is very unlikely or does not occur at all. On the other hand, when the surface concentration of the catalyst is 1
If it exceeds × 10 16 atoms / cm 2 , a large amount of the catalyst remains in the crystallized silicon, so that it is difficult to remove the catalyst from the silicon after crystallization, and the time required for the removal is low. It becomes longer, which is not preferable as a manufacturing process.

【0034】したがって、前記成長源領域の表面に触媒
を添加する場合、成長源領域における触媒の表面濃度を
1×1011atoms/cm以上1×1016at
oms/cm2以下に設定するのが好ましい。
Therefore, when the catalyst is added to the surface of the growth source region, the surface concentration of the catalyst in the growth source region is set to 1 × 10 11 atoms / cm 2 or more and 1 × 10 16 at.
oms / cm 2 or less.

【0035】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記成長源領域内に前記触媒を注入する場合、前記成長源
領域における前記触媒の濃度が2×1016atoms
/cm以上2×1021atoms/cm以下であ
る。
In one embodiment of the present invention, when the catalyst is injected into the growth source region, the concentration of the catalyst in the growth source region is 2 × 10 16 atoms.
/ Cm 3 or more and 2 × 10 21 atoms / cm 3 or less.

【0036】前記実施形態の半導体薄膜の製造方法によ
れば、前記触媒を例えばイオン注入法などで成長源領域
内に注入する場合、成長源領域における触媒の濃度が2
×1016atoms/cm以上2×1021ato
ms/cm以下の範囲になるように制御する。前記触
媒の濃度が2×1016atoms/cmより低い
と、結晶成長が非常に起こりにくいか、あるいは全く起
こらない。一方、前記触媒の濃度が2×1021ato
ms/cmより高いと、結晶化した珪素中に多量の触
媒が残留してしまうため、結晶化後においてその珪素か
ら触媒を除去するのが困難で、その除去に要する時間も
長くなって、製造工程として好ましくない。
According to the method of manufacturing a semiconductor thin film of the embodiment, when the catalyst is injected into the growth source region by, for example, an ion implantation method, the concentration of the catalyst in the growth source region becomes 2%.
× 10 16 atoms / cm 3 or more 2 × 10 21 atoms
Control is performed so as to be in the range of ms / cm 3 or less. When the concentration of the catalyst is lower than 2 × 10 16 atoms / cm 3 , crystal growth is very unlikely to occur or does not occur at all. On the other hand, when the concentration of the catalyst is 2 × 10 21 atom
If it is higher than ms / cm 3 , a large amount of the catalyst remains in the crystallized silicon, so that it is difficult to remove the catalyst from the silicon after crystallization, and the time required for the removal becomes long. It is not preferable as a manufacturing process.

【0037】したがって、前記成長源領域内に触媒を注
入する場合、成長源領域における触媒の濃度を2×10
16atoms/cm以上2×1021atoms/
cm 以下にするのが好ましい。
Therefore, the catalyst is injected into the growth source region.
, The concentration of the catalyst in the growth source region is 2 × 10
16atoms / cm3More than 2 × 1021atoms /
cm 3It is preferable to set the following.

【0038】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記第1のエネルギーの印加は、400℃以上800℃以
下の電気炉を用いて行う。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor thin film, the application of the first energy is performed using an electric furnace at 400 ° C. or more and 800 ° C. or less.

【0039】前記実施形態の半導体薄膜の製造方法によ
れば、前記触媒を成長源領域のみに添加した後、例え
ば、熱、光、荷電粒子などの第1のエネルギーを成長源
領域に印加することによって、成長源領域で発生した結
晶粒を、非晶質珪素経路を介してターゲット領域まで結
晶成長させる。このとき、前記第1のエネルギーの印加
を電気炉を用いて行う場合、電気炉の設定温度を400
℃より低くすると、結晶化速度が非常に遅くなり、製造
工程として好ましくない。一方、前記電気炉の設定温度
を800℃より高くすると、成長源領域以外の任意の場
所で、触媒によらない多数の結晶粒が発生する。そのた
め、前記ターゲット領域において多数の微結晶珪素膜が
形成されてしまう。このターゲット領域の微結晶珪素膜
を用いて作製されたTFTは、移動度が小さいなど、電
気特性が悪くなる。
According to the method of manufacturing a semiconductor thin film of the embodiment, after the catalyst is added only to the growth source region, first energy such as heat, light, or charged particles is applied to the growth source region. Thus, crystal grains generated in the growth source region are grown to the target region via the amorphous silicon path. At this time, when the first energy is applied using an electric furnace, the set temperature of the electric furnace is set to 400.
If the temperature is lower than 0 ° C., the crystallization rate becomes extremely slow, which is not preferable as a production process. On the other hand, when the set temperature of the electric furnace is higher than 800 ° C., a large number of crystal grains not depending on the catalyst are generated at any place other than the growth source region. Therefore, many microcrystalline silicon films are formed in the target region. A TFT manufactured using the microcrystalline silicon film in the target region has poor electrical characteristics such as low mobility.

【0040】したがって、前記第1のエネルギーの印加
を電気炉を用いて行う場合、その電気炉の設定温度は4
00℃以上800℃以下にするのが好ましい。
Therefore, when the first energy is applied using an electric furnace, the set temperature of the electric furnace is 4
It is preferable that the temperature is not lower than 00 ° C and not higher than 800 ° C.

【0041】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記第2のエネルギーの印加は、レーザ照射で行う。
In one embodiment of the present invention, the application of the second energy is performed by laser irradiation.

【0042】前記実施形態の半導体薄膜の製造方法によ
れば、前記第1のエネルギー印加による結晶成長を行っ
た後、溶融再結晶化のために第2のエネルギー印加を行
う。この第2のエネルギー印加は、例えば波長400n
m以下のエキシマレーザのレーザ照射で行うのが簡便で
好ましい。このレーザ照射のエネルギー密度はターゲッ
ト領域の膜厚によって最適値が異なるため言及はできな
いが、ターゲット領域の膜厚が10nm〜200nmの
範囲内であれば250mJ/cm〜400mJ/cm
の範囲であることが多い。前記周囲非晶質珪素領域を
設けていることにより、ターゲット領域のエネルギー吸
収効率がよく、ターゲット領域の各部の昇温レート,降
温レートが均一になっているが、第2のエネルギーが小
さすぎると、溶融再結晶化が起こらず、ターゲット領域
を用いてTFTを作製しても、TFT特性は向上しな
い。一方、前記第2のエネルギーが大きすぎると、第1
のエネルギー印加で得られた単一の結晶粒が完全に溶融
してしまって、微小多結晶珪素が生じる。この微小多結
晶珪素を用いてTFTを作製しても、TFT特性が著し
く低下してしまう。
According to the method of manufacturing a semiconductor thin film of the above embodiment, after the crystal growth by the first energy application, the second energy application is performed for melt recrystallization. This second energy application is performed, for example, at a wavelength of 400 n.
Irradiation with an excimer laser of m or less is simple and preferable. The energy density of this laser irradiation cannot be mentioned because the optimum value varies depending on the film thickness of the target region, but if the film thickness of the target region is in the range of 10 nm to 200 nm, it is 250 mJ / cm 2 to 400 mJ / cm.
It is often in the range of 2 . By providing the surrounding amorphous silicon region, the energy absorption efficiency of the target region is good, and the rate of temperature rise and fall of each part of the target region is uniform, but if the second energy is too small. In addition, melting and recrystallization do not occur, and even if a TFT is manufactured using the target region, the TFT characteristics are not improved. On the other hand, if the second energy is too large, the first energy
A single crystal grain obtained by the application of the energy is completely melted to produce fine polycrystalline silicon. Even if a TFT is manufactured using this fine polycrystalline silicon, the TFT characteristics are significantly reduced.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)図1(a)
〜(c)は本発明の第1の実施の形態の半導体薄膜の製
造方法の工程図であり、図2は前記半導体薄膜の製造方
法の一工程の模式平面図である。
(First Embodiment) FIG. 1 (a)
2A to 2C are process diagrams of a method for manufacturing a semiconductor thin film according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view showing one process of the method for manufacturing a semiconductor thin film.

【0044】以下、前記第1の実施の形態の半導体薄膜
の製造方法を説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor thin film according to the first embodiment will be described.

【0045】まず、図1(a)に示すように、絶縁表面
を有する基板としての石英基板1上に、Si26ガスを
用いた減圧CVD法により、例えば膜厚50nmの非晶
質珪素膜100を積層する。
First, as shown in FIG. 1A, an amorphous silicon film having a thickness of, for example, 50 nm is formed on a quartz substrate 1 as a substrate having an insulating surface by a low-pressure CVD method using Si 2 H 6 gas. The film 100 is laminated.

【0046】次に、前記非晶質珪素膜100に対して、
レジスト塗布、露光、現像の通常のフォト工程を順次行
って、非晶質珪素膜100をパターニングすると、図1
(b)に示すように、パターニングされた非晶質珪素膜
101が基板1上に形成される。このパターニングされ
た非晶質珪素膜101は、図2に示すように、成長源領
域2と、この成長源領域2に対して隔離されたターゲッ
ト領域3と、成長源領域2とターゲット領域3とを繋
ぎ、1つの屈曲部4aを有する非晶質珪素経路4と、成
長源領域2、非晶質珪素経路4およびターゲット領域3
取り囲む周囲非晶質珪素領域5とで構成されている。こ
の周囲非晶質珪素領域5は、成長源領域2、非晶質珪素
経路4およびターゲット領域3のそれぞれとの間に隙間
を有し、かつ、成長源領域2、非晶質珪素経路4および
ターゲット領域3のいずれにも接続されていない。
Next, with respect to the amorphous silicon film 100,
Normal photo processes of resist application, exposure, and development are sequentially performed to pattern the amorphous silicon film 100.
As shown in (b), a patterned amorphous silicon film 101 is formed on the substrate 1. As shown in FIG. 2, the patterned amorphous silicon film 101 includes a growth source region 2, a target region 3 isolated from the growth source region 2, a growth source region 2 and a target region 3. And an amorphous silicon path 4 having one bent portion 4a, a growth source region 2, an amorphous silicon path 4 and a target region 3
And surrounding amorphous silicon region 5. The surrounding amorphous silicon region 5 has a gap between each of the growth source region 2, the amorphous silicon path 4 and the target region 3, and the growth source region 2, the amorphous silicon path 4 and It is not connected to any of the target areas 3.

【0047】前記成長源領域2は、珪素の結晶化を助長
する触媒を添加すべき領域であり、かつ、第1のエネル
ギーの印加により結晶核を発生させる領域であって、例
えば10μm×10μmの正方形にしている。
The growth source region 2 is a region to which a catalyst for promoting crystallization of silicon is to be added, and a region where crystal nuclei are generated by applying the first energy, and is, for example, 10 μm × 10 μm. It's square.

【0048】前記ターゲット領域3は、成長源領域2で
発生した結晶粒を非晶質珪素経路4を介して向かわせる
べき領域であって、例えば10μm×150μmの長方
形にしている。このターゲット領域3と周囲非晶質珪素
領域5との間の隙間は1μmに設定されている。そし
て、前記ターゲット領域3の非晶質珪素経路4側の端部
は、例えばトランジスタを実際に形成するための素子形
成領域3aである。この素子形成領域3aは、ターゲッ
ト領域3と非晶質珪素経路4との接合点(ターゲット領
域3の非晶質珪素経路4側の端3b)から図2中の点線
までの部分である。このターゲット領域3の非晶質珪素
経路4側の端3bから図2中の点線までの長さは30μ
mになっている。すなわち、図2のL1が30μmであ
る。また、前記素子形成領域3aにおける非晶質珪素経
路4と反対側の端(図2中の点線)から、ターゲット領
域3における非晶質珪素経路4と反対側の端3cまでは
120μmになっている。すなわち、図2のL2が12
0μmである。
The target region 3 is a region in which crystal grains generated in the growth source region 2 are to be directed via the amorphous silicon path 4, and has a rectangular shape of, for example, 10 μm × 150 μm. The gap between target region 3 and surrounding amorphous silicon region 5 is set to 1 μm. The end of the target region 3 on the side of the amorphous silicon path 4 is, for example, an element forming region 3a for actually forming a transistor. The element forming region 3a is a portion from the junction between the target region 3 and the amorphous silicon path 4 (the end 3b of the target region 3 on the amorphous silicon path 4 side) to the dotted line in FIG. The length from the end 3b of the target region 3 on the amorphous silicon path 4 side to the dotted line in FIG.
m. That is, L1 in FIG. 2 is 30 μm. The distance from the end (dotted line in FIG. 2) of the element formation region 3a opposite to the amorphous silicon path 4 to the end 3c of the target region 3 opposite to the amorphous silicon path 4 is 120 μm. I have. That is, L2 in FIG.
0 μm.

【0049】前記非晶質珪素経路4は、例えば8μmの
経路幅を有して、成長源領域2からターゲット領域3ま
で延びている。そして、前記非晶質珪素経路4において
は、成長源領域2の非晶質珪素経路4側の端から屈曲部
4aまでの長さLbは15μmになっており、屈曲部4
aからターゲット領域3の非晶質珪素経路4側の端3b
までの長さLdは8μmとなっている。
The amorphous silicon path 4 has a path width of, for example, 8 μm and extends from the growth source region 2 to the target region 3. In the amorphous silicon path 4, the length Lb from the end of the growth source region 2 on the side of the amorphous silicon path 4 to the bent portion 4 a is 15 μm.
a to end 3b of target region 3 on the side of amorphous silicon path 4
The length Ld up to this is 8 μm.

【0050】次に、前記石英基板1、および、パターニ
ングされた非晶質珪素膜101上に、常圧CVD法でS
iH4ガスとO2ガスを用いてSiO2膜を200nm堆
積する。そして、前記SiO2膜に対して、レジスト塗
布、露光、現像のフォト工程を行って、図1(c)に示
すように、例えば膜厚200nmのマスク103を形成
している。このマスク203は、9μm×9μmの正方
形状の開口(いわゆる触媒添加窓)7を有している。こ
れにより、前記開口7から成長源領域2の一部のみが露
出する。なお、前記現像では、例えば10:1BHF
(バッファードフッ酸)を用いてエッチングを行ってい
る。
Next, on the quartz substrate 1 and the patterned amorphous silicon film 101, an S
A 200 nm SiO 2 film is deposited using iH 4 gas and O 2 gas. Then, a photo process of resist application, exposure, and development is performed on the SiO 2 film, thereby forming a mask 103 having a thickness of, for example, 200 nm as shown in FIG. The mask 203 has a square opening (a so-called catalyst addition window) 7 of 9 μm × 9 μm. Thereby, only a part of the growth source region 2 is exposed from the opening 7. In the development, for example, 10: 1 BHF
(Buffered hydrofluoric acid) for etching.

【0051】次に、前記開口7を介して成長源領域2の
表面に、スバッタリング法で触媒としてのニッケル(N
i)を蒸着して、成長源領域2におけるニッケルの表面
濃度を1×1013atms/cmにする。このと
き、露出した成長源領域2以外の領域表面をマスク10
3が覆っているので、その露出した成長源領域2の表面
のみに触媒が添加される。
Next, nickel (N) as a catalyst is deposited on the surface of the growth source region 2 through the opening 7 by sputtering.
i) is vapor-deposited so that the surface concentration of nickel in the growth source region 2 is 1 × 10 13 atms / cm 2 . At this time, the surface of the region other than the exposed growth source region 2 is masked.
3 is covered, the catalyst is added only to the exposed surface of the growth source region 2.

【0052】その後、前記成長源領域2に第1のエネル
ギーとしての熱を印加するために、電気炉を用いて窒素
雰囲気中で例えば600℃の加熱処理を行う。そうする
と、前記成長源領域2内で複数個の結晶粒が発生し、そ
のうちの非晶質珪素経路4付近の数個が屈曲部4aに向
って結晶成長していく。このとき、前記屈曲部4aに最
も早く到達した結晶粒が、屈曲部4a以後の非晶質珪素
経路4を占有する。これにより、単一の結晶粒のみが、
屈曲部4aを通過し、ターゲット領域3へ成長してい
く。そして、前記加熱処理を3時間行うと、ターゲット
領域3の非晶質珪素経路4側の端3bから長手方向に約
60μmの位置まで結晶化する。
Thereafter, in order to apply heat as the first energy to the growth source region 2, a heat treatment at, eg, 600 ° C. is performed in a nitrogen atmosphere using an electric furnace. Then, a plurality of crystal grains are generated in the growth source region 2, and some of them near the amorphous silicon path 4 grow toward the bent portion 4 a. At this time, the crystal grain that has reached the bent portion 4a earliest occupies the amorphous silicon path 4 after the bent portion 4a. This allows only a single grain to
It passes through the bent portion 4 a and grows to the target region 3. When the heat treatment is performed for 3 hours, the target region 3 is crystallized from the end 3b on the side of the amorphous silicon path 4 to a position of about 60 μm in the longitudinal direction.

【0053】前記加熱処理を行った後、ターゲット領域
3および周囲非晶質珪素領域5に第2のエネルギーとし
てのレーザ光を照射するために、波長308nm、エネ
ルギー密度350mJ/cmのXeCl(キセノン塩
素)エキシマレーザを用いる。このXeClエキシマレ
ーザによるエキシマレーザ照射を行うと、周囲非晶質珪
素領域5がターゲット領域3を隙間をあけて取り囲んで
いることにより、ターゲット領域3内においてターゲッ
ト領域3と石英基板1との界面付近以外の昇温レート,
高温レートが均一になり、溶融再結晶が生じて単一の結
晶粒が得られる。
After the heat treatment, XeCl (xenon) having a wavelength of 308 nm and an energy density of 350 mJ / cm 2 is applied to irradiate the target region 3 and the surrounding amorphous silicon region 5 with a laser beam as the second energy. Chlorine) excimer laser is used. When excimer laser irradiation by this XeCl excimer laser is performed, the surrounding amorphous silicon region 5 surrounds the target region 3 with a gap therebetween, so that the vicinity of the interface between the target region 3 and the quartz substrate 1 in the target region 3 Heating rate other than
The high temperature rate becomes uniform, melt recrystallization occurs and single grains are obtained.

【0054】このように、前記ターゲット領域3内にお
いてターゲット領域3と石英基板1との界面付近以外の
昇温レート,高温レートが均一な状態で、ターゲット領
域3の単一の結晶粒に対して溶融再結晶化処理が行われ
るから、良好な単一の結晶粒を得ることができ、しかも
その結晶粒の各部の厚みを均一にできる。
As described above, in a state where the rate of temperature rise and the rate of high temperature are uniform except for the vicinity of the interface between the target region 3 and the quartz substrate 1 in the target region 3, a single crystal grain of the target region 3 is removed. Since the melt recrystallization treatment is performed, good single crystal grains can be obtained, and the thickness of each part of the crystal grains can be made uniform.

【0055】また、前記素子形成領域3aにおける非晶
質珪素経路4と反対側の端(図2中の点線)から、ター
ゲット領域3における非晶質珪素経路4と反対側の端3
cまでの長さL2が120μmになっているから、溶融
再結晶化のためのエキシマレーザ照射後、触媒であるニ
ッケルはターゲット領域3の素子形成領域3a以外の領
域中に高濃度に含まれることとなり、TFT特性を悪化
させるほどのニッケル素子形成領域3a内に残留しな
い。
Further, from the end (dotted line in FIG. 2) of the element forming region 3a opposite to the amorphous silicon path 4, the end 3 of the target region 3 opposite to the amorphous silicon path 4 is formed.
Since the length L2 up to c is 120 μm, after irradiation with an excimer laser for melting and recrystallization, nickel as a catalyst is contained in a high concentration in a region other than the element formation region 3a of the target region 3. And does not remain in the nickel element formation region 3a so as to deteriorate the TFT characteristics.

【0056】また、前記ターゲット領域3は10μm×
150μmと面積が大きいから、溶融再結晶化のための
エキシマレーザ照射時においてターゲット領域3のエネ
ルギー吸収効率がよくなる。したがって、前記ターゲッ
ト領域3の各部の昇温レート,降温レートが均一にさせ
るエネルギー印加条件範囲を広げることができる。
The target area 3 is 10 μm ×
Since the area is as large as 150 μm, the energy absorption efficiency of the target region 3 is improved at the time of excimer laser irradiation for melt recrystallization. Accordingly, it is possible to widen the range of the energy application condition in which the temperature rising rate and the temperature falling rate of each part of the target region 3 are made uniform.

【0057】前記第1の実施の形態では、石英基板1を
用いていたが、絶縁表面を有する基板であればその基板
を用いてもよい。
Although the quartz substrate 1 is used in the first embodiment, any other substrate having an insulating surface may be used.

【0058】また、前記ターゲット領域3と周囲非晶質
珪素領域5との間の隙間は、1μmであったが、0.1
μm以上20μm以下の範囲内であればよい。
The gap between the target region 3 and the surrounding amorphous silicon region 5 was 1 μm, but was 0.1 μm.
It may be within the range of not less than μm and not more than 20 μm.

【0059】また、前記非晶質珪素経路4は、1つの屈
曲部4aを有していたが、複数の屈曲部を有してもよ
い。また、前記非晶質珪素経路4に屈曲部がなくてもよ
い。この場合は、前記非晶質珪素経路4の経路幅を極め
て狭くすることにより、ターゲット領域3を単一の結晶
粒で構成することできる。
Although the amorphous silicon path 4 has one bent portion 4a, it may have a plurality of bent portions. Further, the amorphous silicon path 4 may not have a bent portion. In this case, the target region 3 can be composed of a single crystal grain by making the path width of the amorphous silicon path 4 extremely narrow.

【0060】また、非晶質珪素の結晶化を助長する触媒
として、Fe、Co、Ni、Ge、Ru、Rh、Pd、
Os、Ir、Pt、Cu、AuおよびGeのうち少なく
とも1種類の元素を用いてもよい。それらの少なくとも
1種類の元素を用いることにより、非晶質珪素の結晶化
を効果的に助長することができる。
As a catalyst for promoting crystallization of amorphous silicon, Fe, Co, Ni, Ge, Ru, Rh, Pd,
At least one element of Os, Ir, Pt, Cu, Au and Ge may be used. By using at least one of these elements, crystallization of amorphous silicon can be effectively promoted.

【0061】また、SiO膜からなるマスク103を
用いたが、窒化珪素膜、酸化珪素膜および炭化珪素膜の
うち少なくとも1種類からなるマスクを用いてもよい。
前記マスク103の膜厚は200nmであったが、50
nm以上あればよい。
Although the mask 103 made of the SiO 2 film is used, a mask made of at least one of a silicon nitride film, a silicon oxide film, and a silicon carbide film may be used.
Although the film thickness of the mask 103 was 200 nm,
nm or more.

【0062】また、前記成長源領域2におけるニッケル
の表面濃度は1×1013atoms/cmであった
が、1×1011atoms/cm以上1×1016
atoms/cm2以下の範囲内であればよい。
The surface concentration of nickel in the growth source region 2 was 1 × 10 13 atoms / cm 2 , but 1 × 10 11 atoms / cm 2 or more and 1 × 10 16 or more.
It may be within the range of atoms / cm 2 or less.

【0063】また、前記触媒を成長源領域2の表面に添
加していたが、例えばイオン注入法を用いて触媒を成長
源領域2内に注入してもよい。この場合、前記成長源領
域2における触媒の濃度は2×1016atoms/c
以上2×1021atoms/cm以下の範囲内
であればよい。
Although the catalyst has been added to the surface of the growth source region 2, the catalyst may be injected into the growth source region 2 by using, for example, an ion implantation method. In this case, the concentration of the catalyst in the growth source region 2 is 2 × 10 16 atoms / c.
It may be in the range of m 3 or more and 2 × 10 21 atoms / cm 3 or less.

【0064】また、前記電気炉の温度は600℃であっ
たが、400℃以上800℃以下の範囲内であればよ
い。
The temperature of the electric furnace is 600 ° C., but may be in the range of 400 ° C. to 800 ° C.

【0065】また、前記成長源領域2に対して、例え
ば、光、イオンビーム、電子ビームなどを照射して、成
長源領域2内で結晶粒を発生させてもよい。
The growth source region 2 may be irradiated with, for example, light, an ion beam, an electron beam, or the like to generate crystal grains in the growth source region 2.

【0066】また、前記ターゲット領域3の単一の結晶
粒にレーザ光を照射して、その結晶粒を溶融再結晶化さ
せていたが、ターゲット領域3の単一の結晶粒に、例え
ば、イオンビーム、電子ビームを照射して、その結晶粒
を溶融再結晶化させてもよい。
Further, a single crystal grain in the target region 3 is irradiated with laser light to melt and recrystallize the crystal grain. The crystal grains may be melted and recrystallized by irradiation with a beam or an electron beam.

【0067】(第2の実施の形態)図3(a)〜(c)
は本発明の第2の実施の形態の半導体薄膜の製造方法の
工程図であり、図2は前記半導体薄膜の製造方法の一工
程の模式平面図である。
(Second Embodiment) FIGS. 3A to 3C
FIG. 4 is a process diagram of a method for manufacturing a semiconductor thin film according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view of one process of the method for manufacturing a semiconductor thin film.

【0068】以下、前記第2の実施の形態の半導体薄膜
の製造方法を説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor thin film according to the second embodiment will be described.

【0069】まず、図3(a)に示すように、絶縁表面
を有する基板としての石英基板21上に、Si26ガス
を用いた減圧CVD法により、例えば膜厚50nmの非
晶質珪素膜200を積層する。
First, as shown in FIG. 3A, a 50 nm-thick amorphous silicon film is formed on a quartz substrate 21 as a substrate having an insulating surface by a low pressure CVD method using Si 2 H 6 gas. The film 200 is laminated.

【0070】次に、前記非晶質珪素膜200に対して、
レジスト塗布、露光、現像の通常のフォト工程を順次行
って、非晶質珪素膜200をパターニングすると、図3
(b)に示すように、パターニングされた非晶質珪素膜
201が基板21上に形成される。このパターニングさ
れた非晶質珪素膜201は、図4に示すように、成長源
領域22と、この成長源領域22に対して隔離されたタ
ーゲット領域23と、成長源領域22とターゲット領域
23とを繋ぎ、1つの屈曲部24aを有する非晶質珪素
経路24と、成長源領域22、非晶質珪素経路24およ
びターゲット領域23を取り囲む周囲非晶質珪素領域2
5とで構成されている。この周囲非晶質珪素領域25
は、成長源領域22,非晶質珪素経路24のそれぞれに
対して隙間を有し、かつ、成長源領域22,非晶質珪素
経路24に接続されていない。そして、前記周囲非晶質
珪素領域25は、ターゲット領域23の大部分に対して
隙間を隙間を有し、かつ、ターゲット領域23の一部に
接続されている。具体的には、前記ターゲット領域23
における非晶質珪素経路24と反対側の端23cのみ
が、周囲非晶質珪素領25に接続されている。
Next, with respect to the amorphous silicon film 200,
Normal photo steps of resist application, exposure, and development are sequentially performed to pattern the amorphous silicon film 200.
As shown in (b), a patterned amorphous silicon film 201 is formed on the substrate 21. As shown in FIG. 4, the patterned amorphous silicon film 201 includes a growth source region 22, a target region 23 isolated from the growth source region 22, a growth source region 22, and a target region 23. And the surrounding amorphous silicon region 2 surrounding the growth source region 22, the amorphous silicon passage 24 and the target region 23.
5 is comprised. This surrounding amorphous silicon region 25
Has a gap with respect to each of the growth source region 22 and the amorphous silicon path 24, and is not connected to the growth source region 22 and the amorphous silicon path 24. The surrounding amorphous silicon region 25 has a gap with respect to most of the target region 23, and is connected to a part of the target region 23. Specifically, the target area 23
Is connected to the surrounding amorphous silicon region 25 only at the end 23c opposite to the amorphous silicon path 24.

【0071】前記成長源領域22は、珪素の結晶化を助
長する触媒を添加すべき領域であり、かつ、第1のエネ
ルギーの印加により結晶核を発生させる領域であって、
例えば10μm×10μmの正方形している。
The growth source region 22 is a region to which a catalyst for promoting crystallization of silicon is to be added, and a region where crystal nuclei are generated by applying first energy.
For example, it is a square of 10 μm × 10 μm.

【0072】前記ターゲット領域23は、成長源領域2
2で発生した結晶粒を非晶質珪素経路24を介して向か
わせるべき領域であって、例えば10μm×60μmの
長方形にしている。このターゲット領域23と周囲非晶
質珪素領域25との間の隙間は2μmに設定されてい
る。そして、前記ターゲット領域23の非晶質珪素経路
24側の端部は、例えばトランジスタを実際に形成する
ための素子形成領域23aとして用いる。この素子形成
領域23aは、ターゲット領域23と非晶質珪素経路2
4との接合点(ターゲット領域23の非晶質珪素経路2
4側の端23b)から図4中の点線までの部分である。
このターゲット領域23の非晶質珪素経路24側の端2
3bから図4中の点線までの長さは25μmになってい
る。すなわち、図4のL21が25μmである。また、
前記素子形成領域23aにおける非晶質珪素経路24と
反対側の端(図4中の点線)から、ターゲット領域23
における非晶質珪素経路24と反対側の端23cまでは
35μmになっている。すなわち、図2のL22が35
μmである。
The target region 23 is a growth source region 2
2 is a region where crystal grains generated in Step 2 are to be directed via the amorphous silicon path 24, and has a rectangular shape of, for example, 10 μm × 60 μm. The gap between target region 23 and surrounding amorphous silicon region 25 is set to 2 μm. The end of the target region 23 on the side of the amorphous silicon path 24 is used, for example, as an element formation region 23a for actually forming a transistor. This element formation region 23a is formed by the target region 23 and the amorphous silicon path 2.
4 (the amorphous silicon path 2 in the target region 23).
4 to the dotted line in FIG. 4.
End 2 of this target region 23 on the amorphous silicon path 24 side
The length from 3b to the dotted line in FIG. 4 is 25 μm. That is, L21 in FIG. 4 is 25 μm. Also,
From the end (dotted line in FIG. 4) of the element forming region 23a opposite to the amorphous silicon path 24, the target region 23
Is 35 μm up to the end 23 c opposite to the amorphous silicon path 24 in FIG. That is, L22 in FIG.
μm.

【0073】前記非晶質珪素経路24は、例えば5μm
の経路幅を有して、成長源領域2からターゲット領域2
3まで延びている。そして、前記非晶質珪素経路24に
おいては、成長源領域22の非晶質珪素経路24側の端
から屈曲部24aまでの長さLbは10μmになってお
り、屈曲部24aからターゲット領域23の非晶質珪素
経路24側の端23bまでの長さLdは5μmとなって
いる。
The amorphous silicon path 24 is, for example, 5 μm
From the growth source region 2 to the target region 2
It extends to three. In the amorphous silicon channel 24, the length Lb from the end of the growth source region 22 on the amorphous silicon channel 24 side to the bent portion 24a is 10 μm. The length Ld up to the end 23b on the side of the amorphous silicon path 24 is 5 μm.

【0074】次に、前記石英基板21、および、パター
ニングされた非晶質珪素膜201上に、常圧CVD法で
SiH4ガスとO2ガスを用いてSiO2膜を200nm
堆積する。そして、前記SiO2膜に対して、レジスト
塗布、露光、現像のフォト工程を行って、図3(c)に
示すように、例えば膜厚200nmのマスク203を形
成している。このマスク203は、9μm×9μmの正
方形状の開口(いわゆる触媒添加窓)27を備えてい
る。これにより、前記開口27から成長源領域22の一
部のみが露出する。なお、前記現像では、例えば10:
1BHFを用いてエッチングを行っている。
Next, a 200 nm thick SiO 2 film is formed on the quartz substrate 21 and the patterned amorphous silicon film 201 by a normal pressure CVD method using SiH 4 gas and O 2 gas.
accumulate. Then, a photo process of resist application, exposure, and development is performed on the SiO 2 film to form a mask 203 having a thickness of, for example, 200 nm, as shown in FIG. The mask 203 has a 9 μm × 9 μm square opening (a so-called catalyst addition window) 27. As a result, only a part of the growth source region 22 is exposed from the opening 27. In the development, for example, 10:
Etching is performed using 1BHF.

【0075】次に、前記マスク203上から、触媒とし
てのニッケルを成長源領域22内にイオン注入する。具
体的には、1×1015ions/cm2のNi+を加速エ
ネルギー50keVで成長源領域22内にイオン注入す
る。このとき、露出した成長源領域22以外の領域をマ
スク203で覆っているので、N+は成長源領域22以
外の領域に到達せず、結果的には成長源領域22内のみ
にNi+が注入されたことになる。また、前記イオン注
入は、成長源領域22内のニッケル濃度が2×1016
toms/cm3以上2×1021atoms/cm3以下
になるように行っている。
Next, nickel as a catalyst is ion-implanted from above the mask 203 into the growth source region 22. Specifically, 1 × 10 15 ions / cm 2 of Ni + is implanted into the growth source region 22 at an acceleration energy of 50 keV. At this time, since the region other than the exposed growth source region 22 is covered with the mask 203, N + does not reach the region other than the growth source region 22, and as a result, Ni + is contained only in the growth source region 22. It has been injected. The ion implantation is performed when the nickel concentration in the growth source region 22 is 2 × 10 16 a.
It is performed so that the density is not less than toms / cm 3 and not more than 2 × 10 21 atoms / cm 3 .

【0076】その後、前記成長源領域22に第1のエネ
ルギーとしての熱を印加するために、電気炉を用いて窒
素雰囲気中で例えば580℃の加熱処理を行う。そうす
ると、前記成長源領域22内で複数個の結晶粒が発生
し、そのうちの非晶質珪素経路24付近の数個が屈曲部
24aに向って結晶成長していく。このとき、前記屈曲
部24aに最も早く到達した結晶粒が、屈曲部24a以
後の非晶質珪素経路24を占有する。これにより、単一
の結晶粒のみが、屈曲部24aを通過し、ターゲット領
域23へ成長していく。そして、前記加熱処理を10時
間行うと、ターゲット領域23の全てが結晶化する。つ
まり、前記ターゲット領域23が単一の結晶粒で構成さ
れる。本発明者の観察によると、その結晶化は、ターゲ
ット領域23における非晶質珪素経路24と反対側の端
23cで終了し、周囲非晶質珪素領域25は非晶質のま
まであった。これは、触媒であるニッケルが、ターゲッ
ト領域23から面積の大きい周囲非晶質珪素領域25中
に急激に拡散したため、周囲非晶質珪素領域25では結
晶化を助長するのに必要なニッケル濃度を保てなくなっ
たからである。また、前記周囲非晶質珪素領域25へニ
ッケルが拡散したので、ターゲット領域23内ではTF
T特性を悪化させるほどニッケルは残留していない。
Thereafter, in order to apply heat as the first energy to the growth source region 22, a heat treatment at, eg, 580 ° C. is performed in a nitrogen atmosphere using an electric furnace. Then, a plurality of crystal grains are generated in the growth source region 22, and some of them near the amorphous silicon path 24 grow crystal toward the bent portion 24a. At this time, the crystal grain that has reached the bent portion 24a earliest occupies the amorphous silicon path 24 after the bent portion 24a. As a result, only a single crystal grain passes through the bent portion 24 a and grows into the target region 23. Then, when the heat treatment is performed for 10 hours, the entire target region 23 is crystallized. That is, the target region 23 is composed of a single crystal grain. According to observations made by the present inventors, the crystallization ended at the end 23c of the target region 23 opposite to the amorphous silicon path 24, and the surrounding amorphous silicon region 25 remained amorphous. This is because nickel, which is a catalyst, rapidly diffused from the target region 23 into the peripheral amorphous silicon region 25 having a large area, so that the nickel concentration required to promote crystallization in the peripheral amorphous silicon region 25 was reduced. Because they couldn't keep it. Further, since nickel diffused into the surrounding amorphous silicon region 25, TF
Nickel does not remain enough to deteriorate the T characteristic.

【0077】前記加熱処理を行った後、ターゲット領域
23および周囲非晶質珪素領域25に第2のエネルギー
としてのレーザ光を照射するために、波長308nm、
エネルギー密度350mJ/cmのXeClエキシマ
レーザを用いる。このXeClエキシマレーザによるエ
キシマレーザ照射を行うと、周囲非晶質珪素領域25が
ターゲット領域23の大部分に対して隙間を有して取り
囲んでいることにより、ターゲット領域23内において
ターゲット領域23と石英基板21との界面付近以外の
昇温レート,高温レートが均一になり、溶融再結晶が生
じて単一の結晶粒が得られる。
After the heat treatment, the target region 23 and the surrounding amorphous silicon region 25 are irradiated with a laser beam as the second energy to have a wavelength of 308 nm.
A XeCl excimer laser having an energy density of 350 mJ / cm 2 is used. When excimer laser irradiation by the XeCl excimer laser is performed, since the surrounding amorphous silicon region 25 surrounds most of the target region 23 with a gap, the target region 23 and the quartz The rate of temperature rise and the rate of high temperature other than near the interface with the substrate 21 become uniform, and melting and recrystallization occur, thereby obtaining a single crystal grain.

【0078】このように、前記ターゲット領域23内に
おいてターゲット領域23と石英基板21との界面付近
以外の昇温レート,高温レートが均一な状態で、ターゲ
ット領域23の単一の結晶粒に対して溶融再結晶化処理
が行われるから、良好な単一の結晶粒を得ることがで
き、しかもその結晶粒の各部の厚みを均一にできる。
As described above, a single crystal grain of the target region 23 is formed in the target region 23 in a state where the heating rate and the high temperature rate are uniform except for the vicinity of the interface between the target region 23 and the quartz substrate 21. Since the melt recrystallization treatment is performed, good single crystal grains can be obtained, and the thickness of each part of the crystal grains can be made uniform.

【0079】また、前記ターゲット領域23の端23c
と周囲非晶質珪素領25とが接続されているから、ター
ゲット領域23から周囲非晶質珪素領域25へ触媒であ
るニッケルが拡散し、TFT特性を悪化させるほどのニ
ッケルがターゲット領域23内に残留するのを防止でき
る。
The end 23c of the target region 23
Is connected to the surrounding amorphous silicon region 25, nickel serving as a catalyst diffuses from the target region 23 to the surrounding amorphous silicon region 25, and nickel enough to deteriorate the TFT characteristics is deposited in the target region 23. It can be prevented from remaining.

【0080】また、前記ターゲット領域23の端23c
と周囲非晶質珪素領25とが接続されているので、ター
ゲット領域23の各部の昇温レート,降温レートを均一
にするエネルギー印加条件の範囲が広げることができ
る。
The end 23c of the target region 23
And the surrounding amorphous silicon region 25 are connected, so that the range of energy application conditions for making the temperature rising rate and the temperature falling rate of each part of the target region 23 uniform can be widened.

【0081】前記第2の実施の形態では、石英基板21
を用いていたが、絶縁表面を有する基板であればその基
板を用いてもよい。
In the second embodiment, the quartz substrate 21
However, any substrate having an insulating surface may be used.

【0082】また、前記ターゲット領域23と周囲非晶
質珪素領域25との間の隙間は、2μmであったが、
0.1μm以上20μm以下の範囲内であればよい。
Although the gap between the target region 23 and the surrounding amorphous silicon region 25 was 2 μm,
What is necessary is just to be in the range of 0.1 μm or more and 20 μm or less.

【0083】また、前記非晶質珪素経路24は、1つの
屈曲部24aを有していたが、複数の屈曲部を有しても
よい。また、前記非晶質珪素経路24に屈曲部がなくて
もよい。この場合は、前記非晶質珪素経路24の経路幅
を極めて狭くすることにより、ターゲット領域23を単
一の結晶粒で構成することできる。
Although the amorphous silicon path 24 has one bent portion 24a, it may have a plurality of bent portions. Further, the amorphous silicon path 24 may not have a bent portion. In this case, the target region 23 can be composed of a single crystal grain by making the path width of the amorphous silicon path 24 extremely narrow.

【0084】また、非晶質珪素の結晶化を助長する触媒
として、Fe、Co、Ni、Ge、Ru、Rh、Pd、
Os、Ir、Pt、Cu、AuおよびGeのうち少なく
とも1種類の元素を用いてもよい。それらの少なくとも
1種類の元素を用いることにより、非晶質珪素の結晶化
を効果的に助長することができる。
As a catalyst for promoting crystallization of amorphous silicon, Fe, Co, Ni, Ge, Ru, Rh, Pd,
At least one element of Os, Ir, Pt, Cu, Au and Ge may be used. By using at least one of these elements, crystallization of amorphous silicon can be effectively promoted.

【0085】また、SiO膜からなるマスク203を
用いたが、窒化珪素膜、酸化珪素膜および炭化珪素膜の
うち少なくとも1種類からなるマスクを用いてもよい。
前記マスク203の膜厚は200nmであったが、50
nm以上あればよい。
Although the mask 203 made of a SiO 2 film is used, a mask made of at least one of a silicon nitride film, a silicon oxide film, and a silicon carbide film may be used.
The thickness of the mask 203 was 200 nm,
nm or more.

【0086】また、触媒であるニッケルを成長源領域2
2内にイオン注入していたが、成長源領域22の表面に
例えばスパッタ蒸着や塗付などで添加してもよい。この
場合、前記成長源領域22におけるニッケルの表面濃度
は1×1011atoms/cm以上1×1016
toms/cm2以下の範囲内であればよい。
Further, nickel as a catalyst is deposited in the growth source region 2.
Although ions are implanted into the region 2, the ions may be added to the surface of the growth source region 22 by, for example, sputter deposition or coating. In this case, the surface concentration of nickel in the growth source region 22 is 1 × 10 11 atoms / cm 2 or more and 1 × 10 16 a.
It suffices if it is within the range of toms / cm 2 or less.

【0087】また、前記電気炉の温度は580℃であっ
たが、400℃以上800℃以下の範囲内であればよ
い。
The temperature of the electric furnace was 580 ° C., but may be in the range of 400 ° C. to 800 ° C.

【0088】また、前記成長源領域22に対して、例え
ば、光、イオンビーム、電子ビームなどを照射して、成
長源領域22内で結晶粒を発生させてもよい。
The growth source region 22 may be irradiated with, for example, light, an ion beam, an electron beam, or the like to generate crystal grains in the growth source region 22.

【0089】また、前記ターゲット領域23の単一の結
晶粒にレーザ光を照射して、その結晶粒を溶融再結晶化
させていたが、ターゲット領域23の単一の結晶粒に、
例えば、イオンビーム、電子ビームを照射して、その結
晶粒を溶融再結晶化させてもよい。
Further, a single crystal grain in the target region 23 is irradiated with a laser beam to melt and recrystallize the crystal grain.
For example, the crystal grains may be melted and recrystallized by irradiation with an ion beam or an electron beam.

【0090】また、前記素子形成領域23aにおける非
晶質珪素経路24と反対側の端(図4中の点線)から、
ターゲット領域23における非晶質珪素経路24と反対
側の端23cまでの長さは、25μmであったが、触媒
であるニッケルが必要以上に周囲非晶質珪素領域25中
に拡散するのを防ぎ、ターゲット領域23を必要以上に
大きくするのを防ぐ観点上、30μm以上100μm以
下の範囲内であるのが好ましい。
Also, from the end (dotted line in FIG. 4) of the element forming region 23a opposite to the amorphous silicon path 24,
The length of the target region 23 up to the end 23c on the opposite side to the amorphous silicon path 24 was 25 μm, but it prevents nickel as a catalyst from diffusing into the surrounding amorphous silicon region 25 more than necessary. From the viewpoint of preventing the target region 23 from becoming unnecessarily large, the thickness is preferably in the range of 30 μm or more and 100 μm or less.

【0091】[0091]

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明の半導
体薄膜の製造方法は、周囲非晶質珪素領域がターゲット
領域を隙間をあけて取り囲んでいるから、ターゲット領
域の各部の昇温レート,降温レートが均一な状態で、タ
ーゲット領域の結晶粒に対して溶融再結晶化処理が行わ
れて、良好な結晶粒を得ることができ、しかもその結晶
粒の各部の厚みを均一にできる。
As is apparent from the above description, the method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention has a structure in which the surrounding amorphous silicon region surrounds the target region with a gap therebetween. With the temperature decreasing rate being uniform, the crystal grains in the target region are subjected to a melt recrystallization treatment, whereby good crystal grains can be obtained, and the thickness of each part of the crystal grains can be made uniform.

【0092】本発明の半導体薄膜の製造方法は、周囲非
晶質珪素領域がターゲット領域の大部分に対して隙間を
あけて取り囲んでいるから、ターゲット領域の各部の昇
温レート,降温レートが均一な状態で、ターゲット領域
の結晶粒に対して溶融再結晶化処理が行われて、良好な
結晶粒を得ることができ、しかもその結晶粒の各部の厚
みを均一にできる。
In the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, since the surrounding amorphous silicon region surrounds most of the target region with a gap therebetween, the rate of temperature rise and fall of each part of the target region is uniform. In such a state, the crystal grains in the target region are subjected to the melt recrystallization treatment, whereby good crystal grains can be obtained, and the thickness of each part of the crystal grains can be made uniform.

【0093】また、前記ターゲット領域の一部と周囲非
晶質珪素領域とが接続されているから、ターゲット領域
から周囲非晶質珪素領域へ触媒が拡散し、TFT特性を
悪化させるほどの触媒がターゲット領域内に残留するの
を防止できると共に、ターゲット領域の各部の昇温レー
ト,降温レートを均一にするエネルギー印加条件の範囲
を広げることができる。
Further, since a part of the target region is connected to the surrounding amorphous silicon region, the catalyst diffuses from the target region to the surrounding amorphous silicon region, and a catalyst that deteriorates the TFT characteristics is required. It is possible to prevent the resin from remaining in the target region, and it is possible to widen the range of energy application conditions for making the rate of temperature rise and fall of each part of the target region uniform.

【0094】一実施形態の半導体薄膜の製造方法によれ
ば、前記ターゲット領域における結晶成長を触媒で助長
し、かつ、TFT特性を悪化させるほどの触媒をターゲ
ット領域内に残留させない観点上、ターゲット領域にお
ける非晶質珪素経路と反対側の端を、周囲非晶質珪素領
域に接続させるのが好ましい。
According to one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor thin film, from the viewpoint that the crystal growth in the target region is promoted by the catalyst and the catalyst that deteriorates the TFT characteristics does not remain in the target region. Is preferably connected to the surrounding amorphous silicon region.

【0095】一実施形態の半導体薄膜の製造方法によれ
ば、前記ターゲット領域の一部と周囲非晶質珪素領域と
を接続する場合、ターゲット領域において非晶質珪素経
路側に位置する素子形成領域と、ターゲット領域におい
て非晶質珪素経路と反対側の端との間の距離は30μm
以上100μm以下であるから、必要な領域全ての結晶
化を助長でき、かつ、TFT特性を悪化させるほどの触
媒が素子形成領域内に残留するの阻止することができ
る。
According to one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor thin film, when a part of the target region is connected to the surrounding amorphous silicon region, the element forming region located on the amorphous silicon path side in the target region. And the distance between the end opposite to the amorphous silicon path in the target region is 30 μm
Since the thickness is 100 μm or less, crystallization of all necessary regions can be promoted, and a catalyst enough to deteriorate TFT characteristics can be prevented from remaining in the element formation region.

【0096】一実施形態の半導体薄膜の製造方法によれ
ば、前記ターゲット領域と周囲非晶質珪素領域との間の
隙間は0.1μm以上20μm以下であるから、ターゲ
ット領域,周囲非晶質珪素領域を形成するためのパター
ニングを容易に行うことができ、かつ、ターゲット領域
の各部の昇温レート,降温レートを容易に均一にするこ
とができる。
According to one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor thin film, the gap between the target region and the peripheral amorphous silicon region is 0.1 μm or more and 20 μm or less. Patterning for forming a region can be easily performed, and the rate of temperature rise and the rate of temperature fall of each part of the target region can be easily made uniform.

【0097】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記成長源領域とターゲット領域とを繋ぐ非晶質珪素経路
が少なくとも1つの屈曲部を有しているから、成長源領
域からターゲット領域へ成長させる結晶粒を屈曲部を経
由させることにより一個に選択して、ターゲット領域を
完全に単一の結晶粒で構成することができる。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor thin film, since the amorphous silicon path connecting the growth source region and the target region has at least one bent portion, the growth from the growth source region to the target region is performed. The crystal grains to be formed can be selected individually by passing through the bent portion, so that the target region can be completely constituted by a single crystal grain.

【0098】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、非
晶質珪素の結晶化を助長する触媒として、Fe、Co、
Ni、Ge、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、C
u、AuおよびGeのうち少なくとも1種類の元素を用
いるので、非晶質珪素の結晶化を効果的に助長すること
ができる。
In one embodiment, the method for producing a semiconductor thin film includes Fe, Co, and Co as catalysts for promoting crystallization of amorphous silicon.
Ni, Ge, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, C
Since at least one element of u, Au and Ge is used, crystallization of amorphous silicon can be effectively promoted.

【0099】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記成長源領域のみに前記触媒を添加するために、窒化珪
素膜、酸化珪素膜および炭化珪素膜のうち少なくとも1
種類からなる膜厚50nm以上のマスクを、成長源領域
以外の領域表面上に形成するので、成長源領域への第1
のエネルギー印加時、マスク上の触媒が成長源領域以外
の領域を汚染するのを阻止できる。
In one embodiment of the present invention, the method for manufacturing a semiconductor thin film includes the step of adding at least one of the silicon nitride film, the silicon oxide film and the silicon carbide film to add the catalyst only to the growth source region.
Since a mask having a thickness of 50 nm or more is formed on the surface of the region other than the growth source region, the first mask for the growth source region is formed.
When the energy is applied, the catalyst on the mask can be prevented from contaminating regions other than the growth source region.

【0100】また、前記マスクは、ターゲット領域に直
に接触するが、TFT特性に悪影響をもたらす不純物な
どを含まないから、ターゲット領域を用いてTFTを作
製しても、TFT特性が低下するのを防げる。
Although the mask is in direct contact with the target region, it does not contain impurities or the like which adversely affect the TFT characteristics. Therefore, even if a TFT is manufactured using the target region, the TFT characteristics are not reduced. Can be prevented.

【0101】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記成長源領域の表面に前記触媒を添加する場合、成長源
領域における前記触媒の表面濃度を1×1011ato
ms/cm以上1×1016atoms/cm2以下
にするので、成長源領域で結晶成長を確実に起こすこと
ができ、かつ、結晶化した珪素中に多量の触媒が残留す
るのを阻止することができる。
In one embodiment of the present invention, when the catalyst is added to the surface of the growth source region, the surface concentration of the catalyst in the growth source region is set to 1 × 10 11 at.
Since it is not less than ms / cm 2 and not more than 1 × 10 16 atoms / cm 2 , crystal growth can be reliably caused in the growth source region, and a large amount of catalyst is prevented from remaining in the crystallized silicon. be able to.

【0102】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記成長源領域内に前記触媒を注入する場合、前記成長源
領域における前記触媒の濃度を2×1016atoms
/cm以上2×1021atoms/cm以下にす
るので、成長源領域で結晶成長を確実に起こすことがで
き、かつ、結晶化した珪素中に多量の触媒が残留するの
を阻止することができる。
In one embodiment of the present invention, when the catalyst is injected into the growth source region, the concentration of the catalyst in the growth source region is set to 2 × 10 16 atoms.
/ Cm 3 or more and 2 × 10 21 atoms / cm 3 or less, crystal growth can be reliably caused in the growth source region, and a large amount of catalyst is prevented from remaining in the crystallized silicon. Can be.

【0103】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記第1のエネルギーの印加を、400℃以上800℃以
下の電気炉を用いて行うから、結晶化速度が非常に遅く
なるのを防止できると共に、成長源領域以外の任意の場
所で、触媒によらない多数の結晶粒が発生するのを防止
することができる。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor thin film, since the application of the first energy is performed using an electric furnace at a temperature of 400 ° C. or more and 800 ° C. or less, it is possible to prevent the crystallization speed from becoming extremely slow. At the same time, it is possible to prevent a large number of crystal grains not depending on the catalyst from being generated at any place other than the growth source region.

【0104】一実施形態の半導体薄膜の製造方法は、前
記第2のエネルギーの印加は、レーザ照射で行うから、
ターゲット領域へ結晶成長させた結晶粒を容易に溶融再
結晶化させることができる。
In one embodiment of the method of manufacturing a semiconductor thin film, the application of the second energy is performed by laser irradiation.
Crystal grains grown in the target region can be easily melted and recrystallized.

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

【図1】 図1(a)〜(c)は本発明の第1の実施の
形態の半導体薄膜の製造方法の工程図である。
FIGS. 1A to 1C are process diagrams of a method for manufacturing a semiconductor thin film according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図2は前記第1の実施の形態の半導体薄膜の
製造方法の一工程の模式平面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view showing one step of the method for manufacturing a semiconductor thin film according to the first embodiment.

【図3】 図3(a)〜(c)は本発明の第2の実施の
形態の半導体薄膜の製造方法の工程図である。
FIGS. 3A to 3C are process diagrams of a method for manufacturing a semiconductor thin film according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 図4は前記第2の実施の形態の半導体薄膜の
製造方法の一工程の模式平面図である。
FIG. 4 is a schematic plan view showing one step of a method for manufacturing a semiconductor thin film according to the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 石英基板 2,22 成長源領域 3,23 ターゲット領域 4,24 非晶質珪素経路 2,25 周囲非晶質珪素領域 100,200 非晶質珪素膜 1,21 quartz substrate 2,22 growth source region 3,23 target region 4,24 amorphous silicon path 2,25 surrounding amorphous silicon region 100,200 amorphous silicon film

フロントページの続き (72)発明者 梅中 靖之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F052 AA02 AA03 AA04 AA11 AA17 BB07 DA02 DB02 FA03 FA06 FA19 JA01 5F110 DD03 GG02 GG13 GG25 GG47 PP01 PP03 PP08 PP10 PP23 PP29 PP34 Continued on the front page (72) Inventor Yasuyuki Umenaka 22-22, Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka F-term (reference) 5F052 AA02 AA03 AA04 AA11 AA17 BB07 DA02 DB02 FA03 FA06 FA19 JA01 5F110 DD03 GG02 GG13 GG25 GG47 PP01 PP03 PP08 PP10 PP23 PP29 PP34

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜
を形成する工程と、 触媒を添加すべき成長源領域と、この成長源領域に対し
て隔離されて触媒が非添加であって、かつ、前記成長源
領域で発生した結晶粒が向かうべきターゲット領域と、
前記成長源領域と前記ターゲット領域とを繋ぐ非晶質珪
素経路と、前記ターゲット領域を隙間をあけて取り囲
み、かつ、前記ターゲット領域に接続されない周囲非晶
質珪素領域とを、前記非晶質珪素膜をパターニングして
形成する工程と、 前記成長源領域のみに、非晶質珪素の結晶化を助長する
触媒を添加する工程と、 前記成長源領域に第1のエネルギーを印加することによ
り、前記成長源領域で発生した結晶粒を、前記非晶質珪
素経路を介して前記ターゲット領域へ結晶成長させる工
程と、 前記ターゲット領域および前記周囲非晶質珪素領域に第
2のエネルギーを印加することにより、前記ターゲット
領域へ結晶成長させた結晶粒を溶融再結晶化させる工程
とを備えることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface; a growth source region to which a catalyst is to be added; And a target region to which the crystal grains generated in the growth source region should go,
An amorphous silicon path connecting the growth source region and the target region, and a surrounding amorphous silicon region surrounding the target region with a gap therebetween, and not connected to the target region. Forming a film by patterning, adding a catalyst that promotes crystallization of amorphous silicon only to the growth source region, and applying a first energy to the growth source region, Crystal growing the crystal grains generated in the growth source region on the target region via the amorphous silicon path; and applying a second energy to the target region and the surrounding amorphous silicon region. Melting and recrystallizing crystal grains grown in the target region.
【請求項2】 絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜
を形成する工程と、 触媒を添加すべき成長源領域と、この成長源領域に対し
て隔離されて触媒が非添加であって、かつ、前記成長源
領域で発生した結晶粒が向かうべきターゲット領域と、
前記成長源領域と前記ターゲット領域とを繋ぐ非晶質珪
素経路と、前記ターゲット領域の大部分に対して隙間を
あけて取り囲み、かつ、前記ターゲット領域の一部に接
続された周囲非晶質珪素領域とを、前記非晶質珪素膜を
パターニングして形成する工程と、 前記成長源領域のみに、非晶質珪素の結晶化を助長する
触媒を添加する工程と、 前記成長源領域に第1のエネルギーを印加することによ
り、前記成長源領域で発生した結晶粒を、前記非晶質珪
素経路を介して前記ターゲット領域へ結晶成長させる工
程と、 前記ターゲット領域および前記周囲非晶質珪素領域に第
2のエネルギーを印加することにより、前記ターゲット
領域へ結晶成長させた結晶粒を溶融再結晶化させる工程
とを備えることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
A step of forming an amorphous silicon film on a substrate having an insulating surface; a growth source region to which a catalyst is to be added; And a target region to which the crystal grains generated in the growth source region should go,
An amorphous silicon path connecting the growth source region and the target region, and surrounding amorphous silicon surrounding a portion of the target region with a gap therebetween, and connected to a part of the target region. Forming a region by patterning the amorphous silicon film; adding a catalyst that promotes crystallization of amorphous silicon only to the growth source region; Crystal growth of the crystal grains generated in the growth source region on the target region via the amorphous silicon path by applying the energy of Applying a second energy to melt and recrystallize crystal grains grown in the target region.
【請求項3】 請求項2に記載の半導体薄膜の製造方法
において、 前記ターゲット領域における前記非晶質珪素経路と反対
側の端を、前記周囲非晶質珪素領域に接続することを特
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 an end of the target region on the side opposite to the amorphous silicon path is connected to the surrounding amorphous silicon region. A method for manufacturing a semiconductor thin film.
【請求項4】 請求項3に記載の半導体薄膜の製造方法
において、 前記ターゲット領域において前記非晶質珪素経路側に位
置する素子形成領域と、前記ターゲット領域における前
記非晶質珪素経路と反対側の端との間の距離は30μm
以上100μm以下であることを特徴とする半導体薄膜
の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 3, wherein an element forming region located on the amorphous silicon path side in the target region and an opposite side of the target region in the target region from the amorphous silicon path. 30μm between the edges
A method for producing a semiconductor thin film, wherein the thickness is not less than 100 μm.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の
半導体薄膜の製造方法において、 前記ターゲット領域と前記周囲非晶質珪素領域との間の
隙間は0.1μm以上20μm以下であることを特徴と
する半導体薄膜の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein a gap between the target region and the surrounding amorphous silicon region is 0.1 μm or more and 20 μm or less. A method for manufacturing a semiconductor thin film, comprising:
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1つに記載の
半導体薄膜の製造方法において、 前記非晶質珪素経路は少なくとも1つの屈曲部を有する
ことを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein said amorphous silicon path has at least one bent portion.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の
半導体薄膜の製造方法において、 前記触媒は、Fe、Co、Ni、Ge、Ru、Rh、P
d、Os、Ir、Pt、Cu、AuおよびGeのうち少
なくとも1種類の元素であることを特徴とする半導体薄
膜の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the catalyst is Fe, Co, Ni, Ge, Ru, Rh, P
A method for producing a semiconductor thin film, wherein the method is at least one of d, Os, Ir, Pt, Cu, Au, and Ge.
【請求項8】 請求項1乃至7のいずれか1つに記載の
半導体薄膜の製造方法において、 前記成長源領域のみに前記触媒を添加するために、窒化
珪素膜、酸化珪素膜および炭化珪素膜のうち少なくとも
1種類からなる膜厚50nm以上のマスクを、前記成長
源領域以外の領域表面上に形成する工程を有することを
特徴とする半導体薄膜の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the catalyst is added only to the growth source region, so that the silicon nitride film, the silicon oxide film, and the silicon carbide film are formed. Forming a mask having a thickness of 50 nm or more of at least one type on a surface of a region other than the growth source region.
【請求項9】 請求項1乃至8のいずれか1つに記載の
半導体薄膜の製造方法において、 前記成長源領域の表面に前記触媒を添加する場合、前記
成長源領域における前記触媒の表面濃度が1×1011
atoms/cm以上1×1016atoms/cm
以下であることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein when the catalyst is added to a surface of the growth source region, a surface concentration of the catalyst in the growth source region is reduced. 1 × 10 11
atoms / cm 2 or more and 1 × 10 16 atoms / cm
2. A method for producing a semiconductor thin film, wherein the number is 2 or less.
【請求項10】 請求項1乃至8のいずれか1つに記載
の半導体薄膜の製造方法において、 前記成長源領域内に前記触媒を注入する場合、前記成長
源領域における前記触媒の濃度が2×1016atom
s/cm以上2×1021atoms/cm 以下で
あることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
10. The method according to claim 1, wherein
In the method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the catalyst is injected into the growth source region,
The concentration of the catalyst in the source region is 2 × 1016atom
s / cm3More than 2 × 1021atoms / cm 3Below
A method for manufacturing a semiconductor thin film, comprising:
【請求項11】 請求項1乃至10のいずれか1つに記
載の半導体薄膜の製造方法において、 前記第1のエネルギーの印加は、400℃以上800℃
以下の電気炉を用いて行うことを特徴とする半導体薄膜
の製造方法。
11. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the application of the first energy is performed at 400 ° C. to 800 ° C.
A method for producing a semiconductor thin film, which is performed using the following electric furnace.
【請求項12】 請求項1乃至11のいずれか1つに記
載の半導体薄膜の製造方法において、 前記第2のエネルギーの印加は、レーザ照射で行うこと
を特徴とする半導体薄膜の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the application of the second energy is performed by laser irradiation.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007165904A (en) * 2005-12-13 2007-06-28 Samsung Sdi Co Ltd Polycrystalline silicon layer, manufacturing method thereof, and flat plate display using same

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