JP2003100639A - Method for manufacturing semiconductor thin film and thin-film transistor, and electro-optical apparatus, and electronic equipment - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor thin film and thin-film transistor, and electro-optical apparatus, and electronic equipment

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JP2003100639A
JP2003100639A JP2002146441A JP2002146441A JP2003100639A JP 2003100639 A JP2003100639 A JP 2003100639A JP 2002146441 A JP2002146441 A JP 2002146441A JP 2002146441 A JP2002146441 A JP 2002146441A JP 2003100639 A JP2003100639 A JP 2003100639A
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light
layer
film
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thin film
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Seiichiro Azuma
清一郎 東
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Seiko Epson Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a large-grain polycrystalline silicon film at a low process temperature, high throughput rate, and low cost. SOLUTION: A 1st insulating layer, a light absorbing layer using W, and a 2nd insulating layer are provided on a semiconductor layer, and irradiation is performed by a lamp with the peak wavelength in the vicinity of 1 μm.

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】本発明は単結晶半導体基板上
あるいは絶縁体上に形成される半導体薄膜、薄膜トラン
ジスタ、およびこれにより形成したロジック回路、メモ
リ回路、液晶表示装置および有機エレクトロルミネッセ
ンス(EL)表示装置の表示画素または表示装置駆動回
路の構成素子として利用される薄膜トランジスタの製造
方法および絶縁体上に形成される太陽電池の製造方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor thin film formed on a single crystal semiconductor substrate or an insulator, a thin film transistor, and a logic circuit, a memory circuit, a liquid crystal display device and an organic electroluminescence (EL) display formed by the semiconductor thin film. The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor used as a display pixel of a device or a constituent element of a display device drive circuit, and a method of manufacturing a solar cell formed on an insulator.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、多結晶シリコン(poly−S
i)等の半導体薄膜は薄膜トランジスタ(TFT)や太
陽電池に広く利用されている。とりわけpoly−Si
TFTは、キャリア移動度が高い上、ガラス基板のよう
な透明の絶縁基板上に作製できるという特徴を生かし
て、液晶表示装置、液晶プロジェクターや有機EL表示
装置などのスイッチング素子、或いは液晶駆動用ドライ
バの回路素子として広く用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, polycrystalline silicon (poly-S) has been used.
Semiconductor thin films such as i) are widely used in thin film transistors (TFTs) and solar cells. Especially poly-Si
A TFT has a high carrier mobility and can be manufactured on a transparent insulating substrate such as a glass substrate. Therefore, a switching element of a liquid crystal display device, a liquid crystal projector or an organic EL display device, or a driver for driving a liquid crystal is utilized. Widely used as a circuit element.

【0003】ガラス基板上に高性能なTFTを作製する
方法としては高温プロセスと呼ばれている製造方法がす
でに実用化されている。TFTの製造プロセスの中で
も、最高温度が1000℃程度の高温を用いるプロセス
を一般的に高温プロセスと呼んでいる。高温プロセスの
特徴は、シリコンの固相成長により比較的良質の多結晶
シリコンを成膜する事ができる点、シリコンの熱酸化に
より良質のゲート絶縁層を得ることができる点、及び清
浄な多結晶シリコンとゲート絶縁層との界面を形成でき
る点である。高温プロセスではこれらの特徴により、高
移動度でしかも信頼性の高い高性能TFTを安定的に製
造することができる。しかし、高温プロセスでは固相成
長によりSi膜の結晶化をおこなうために、600℃程
度の温度で48時間程度の長時間の熱処理を必要とす
る。これは大変長時間の工程であり、工程のスループッ
トを上げるためには必然的に熱処理炉を多数必要とし、
低コスト化が難しいという点が課題である。加えて、耐
熱性の高い絶縁性基板として石英ガラスを使わざるを得
ないため基板価格が高く、大面積化には向かないとされ
ている。
As a method for producing a high-performance TFT on a glass substrate, a manufacturing method called a high temperature process has already been put into practical use. Among the TFT manufacturing processes, a process using a high temperature with a maximum temperature of about 1000 ° C. is generally called a high temperature process. The characteristics of the high temperature process are that a relatively good quality polycrystalline silicon can be formed by solid phase growth of silicon, a good quality gate insulating layer can be obtained by thermal oxidation of silicon, and a clean polycrystalline The point is that an interface between silicon and the gate insulating layer can be formed. Due to these characteristics in the high temperature process, a high-performance TFT having high mobility and high reliability can be stably manufactured. However, in the high temperature process, since the Si film is crystallized by solid phase growth, a heat treatment at a temperature of about 600 ° C. for a long time of about 48 hours is required. This is a very long process and inevitably requires a large number of heat treatment furnaces to increase the throughput of the process.
The problem is that cost reduction is difficult. In addition, since quartz glass has to be used as an insulating substrate having high heat resistance, the substrate price is high and it is not suitable for increasing the area.

【0004】一方、工程温度を下げ、安価な大面積ガラ
ス基板上にpoly−SiTFTを作製するための技術
が低温プロセスと呼ばれる技術である。TFTの製造プ
ロセスの中でも、最高温度が概ね600℃以下の温度環
境下において比較的安価な耐熱性ガラス基板上にpol
y−SiTFTを製造するプロセスは一般に低温プロセ
スと呼ばれている。低温プロセスでは発振時間が極短時
間のパルスレーザーを用いてシリコン膜の結晶化をおこ
なうレーザー結晶化技術が広く使われている。レーザー
結晶化とは、基板上のシリコン薄膜に高出力のパルスレ
ーザー光を照射することによって瞬時に溶融させ、これ
が凝固する過程で結晶化する性質を利用する技術であ
る。最近ではガラス基板上のアモルファスシリコン膜に
エキシマレーザービームを繰り返し照射しながらスキャ
ンすることによって大面積のpoly−Si膜を作製す
る技術が広く使われるようになった。また、ゲート絶縁
層としてはプラズマCVDを用いた成膜方法により二酸
化珪素(SiO)膜が大面積基板上に成膜可能となっ
た。これらの技術によって、現在では一辺が数十センチ
ほどもある大型のガラス基板上にpoly−SiTFT
が作製可能となっている。
On the other hand, a technique for lowering the process temperature and producing a poly-Si TFT on an inexpensive large area glass substrate is a technique called a low temperature process. In the TFT manufacturing process, pol is on a relatively inexpensive heat-resistant glass substrate under a temperature environment where the maximum temperature is approximately 600 ° C or less.
The process of manufacturing the y-Si TFT is generally called a low temperature process. In the low temperature process, a laser crystallization technique for crystallizing a silicon film using a pulse laser with an extremely short oscillation time is widely used. Laser crystallization is a technique that utilizes the property that a silicon thin film on a substrate is instantly melted by irradiating it with high-power pulsed laser light and is crystallized in the process of solidification. Recently, a technique of forming a large-area poly-Si film by scanning an amorphous silicon film on a glass substrate while repeatedly irradiating an excimer laser beam has been widely used. Further, as the gate insulating layer, a silicon dioxide (SiO 2 ) film can be formed on a large area substrate by a film forming method using plasma CVD. With these technologies, poly-Si TFTs are now mounted on a large glass substrate, which is now several tens of centimeters on a side.
Can be manufactured.

【0005】しかし、この低温プロセスで問題となるの
は能動層となる半導体層(poly−Si膜)をレーザ
ー結晶化により形成した場合、結晶粒径が高々0.5ミ
クロンと小さいため、このpoly−Si膜を用いて作
製したTFTの閾値電圧が高く移動度が低い事である。
またエキシマレーザー結晶化法では結晶化したpoly
−Si膜の表面に膜厚の30から40%相当の高さの凹
凸が発生するという問題が有った。これは結晶成長核か
ら成長した結晶同士が衝突する結晶粒界で発生する。こ
の突起部分ではゲート絶縁膜厚が実効的に薄くなるため
絶縁耐圧が低くなり、特に薄いゲート絶縁膜を有するT
FTでは大きな課題となっていた。加えて、レーザー結
晶化工程に広く使われているエキシマレーザーはガスレ
ーザーであるためパルス間のエネルギー安定性が低く、
TFT素子バラツキを低減するのが難しいという課題を
有する。さらにエキシマレーザーは装置単価が高く、レ
ーザーチューブ(発振器)の交換によるランニングコス
トが高く、またスループットも低いので、製品の製造コ
ストを下げられないという課題を抱えていた。
However, the problem with this low-temperature process is that when the semiconductor layer (poly-Si film) to be the active layer is formed by laser crystallization, the crystal grain size is as small as 0.5 micron, and therefore this poly is used. That is, the threshold voltage of the TFT manufactured using the -Si film is high and the mobility is low.
In the excimer laser crystallization method, polycrystallized
There was a problem that unevenness having a height corresponding to 30 to 40% of the film thickness was generated on the surface of the -Si film. This occurs at the grain boundaries where the crystals grown from the crystal growth nuclei collide with each other. Since the gate insulating film thickness is effectively thinned at this protruding portion, the withstand voltage becomes low, and the T insulating film having a particularly thin gate insulating film is formed.
It was a big issue in FT. In addition, the excimer laser widely used in the laser crystallization process is a gas laser, so the energy stability between pulses is low,
There is a problem that it is difficult to reduce variations in TFT elements. Further, since the excimer laser has a high unit cost, a high running cost due to replacement of the laser tube (oscillator), and a low throughput, there is a problem that the manufacturing cost of the product cannot be reduced.

【0006】以上のような課題を解決するための手段と
して、以下のような従来技術がある。
As a means for solving the above problems, there are the following conventional techniques.

【0007】特開昭57−113217では絶縁板の一
主面上に半導体膜を被着する工程、前記半導体膜上に絶
縁膜を被着する工程、該絶縁膜上に光吸収層を被着する
工程を含み、光吸収層上からレーザー照射し加熱するこ
とにより半導体層の結晶化をおこなう技術が開示されて
いる。
In JP-A-57-113217, a step of depositing a semiconductor film on one main surface of an insulating plate, a step of depositing an insulating film on the semiconductor film, and a step of depositing a light absorbing layer on the insulating film are disclosed. The technique of crystallization of the semiconductor layer by irradiating a laser on the light absorption layer and heating is disclosed.

【0008】特開昭59−158515では非単結晶半
導体層上に熱抵抗層を介してエネルギー吸収層を設け、
該エネルギー吸収層をエネルギー線照射により昇温せし
めることにより前記熱抵抗層を介して該半導体層を加熱
溶融して単結晶化する技術が開示されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 59-158515, an energy absorption layer is provided on a non-single crystal semiconductor layer via a heat resistance layer.
A technique is disclosed in which the semiconductor layer is heated and melted through the heat resistance layer to be single-crystallized by raising the temperature of the energy absorption layer by irradiation with energy rays.

【0009】特開昭59−205712では絶縁層上に
非単結晶半導体よりなる半導体領域を配設し、少なくと
も前記半導体領域及びその近傍を被覆する皮膜を形成
し、前記皮膜にエネルギー線を照射して該皮膜を加熱す
ることにより前記半導体領域の非単結晶半導体を融解し
て単結晶化する技術が開示されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 59-205712, a semiconductor region made of a non-single crystal semiconductor is provided on an insulating layer, a film covering at least the semiconductor region and its vicinity is formed, and the film is irradiated with energy rays. A technique is disclosed in which the non-single-crystal semiconductor in the semiconductor region is melted into a single crystal by heating the coating film.

【0010】特開昭60−18913では絶縁性基板上
に再結晶される非晶質または多結晶の化合物半導体層を
設ける工程、この化合物半導体層上に化合物半導体より
高い融点を有する加熱層を設ける工程、およびエネルギ
ー線を上記加熱層に照射し吸収させ、上記加熱層の熱を
伝導して上記化合物半導体層を加熱し再結晶する工程を
施す半導体装置の製造方法が開示されている。
In JP-A-60-18913, a step of providing a recrystallized amorphous or polycrystalline compound semiconductor layer on an insulating substrate, and a heating layer having a melting point higher than that of the compound semiconductor is provided on the compound semiconductor layer. Disclosed is a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises the steps of: irradiating the heating layer with an energy ray to be absorbed, and conducting the heat of the heating layer to heat and recrystallize the compound semiconductor layer.

【0011】特開昭60−126815では部分的に単
結晶シードに接した非単結晶半導体層が絶縁膜上に設け
られ、該非単結晶半導体層が分離層を介して設けられた
エネルギー線吸収層によって被覆された試料の該エネル
ギー線吸収層にエネルギー線を照射して加熱し、これを
熱源としたヒートフローにより、該非単結晶半導体層を
溶融し、前記単結晶シードから横方向にエピタキシャル
成長させることにより、該非単結晶半導体層を単結晶化
する工程が含まれてなることを特徴とする半導体装置の
製造方法が開示されている。
In JP-A-60-126815, an energy ray absorbing layer in which a non-single crystal semiconductor layer partially in contact with a single crystal seed is provided on an insulating film, and the non-single crystal semiconductor layer is provided via a separation layer Irradiating the energy ray absorbing layer of the sample covered with with energy rays to heat, melting the non-single crystal semiconductor layer by heat flow using this as a heat source, and laterally epitaxially growing from the single crystal seed. Discloses a method for manufacturing a semiconductor device, which includes the step of single-crystallizing the non-single-crystal semiconductor layer.

【0012】特開昭60−231319では絶縁物基体
上に熱伝導層として寄与する第一の層を設け、該第一の
層上に単結晶化しようとする半導体島状領域を形成し、
次いで該半導体島状領域の上表面及び側面を覆いエネル
ギー線吸収体として寄与する第2の層を形成し、該第2
の層上からエネルギー線を照射して該半導体島状領域を
単結晶化する工程を有することを特徴とする半導体装置
の製造方法が開示されている。
In JP-A-60-231319, a first layer that contributes as a heat conduction layer is provided on an insulating substrate, and a semiconductor island region to be single-crystallized is formed on the first layer.
Next, a second layer which covers the upper surface and the side surface of the semiconductor island region and contributes as an energy ray absorber is formed.
A method of irradiating an energy ray from above the layer to single crystallize the semiconductor island region, a method for manufacturing a semiconductor device is disclosed.

【0013】特開昭61−30025では、少なくとも
その表面がアモルファス絶縁層で覆われた基板上に多結
晶あるいは非晶質半導体膜を形成する工程と、該基板上
に光吸収係数の異なる少なくとも2種類のアモルファス
絶縁膜を形成する工程と、この基板に前記半導体が吸収
できる波長成分を持つ光を照射するとともに、電子線を
照射することにより、前記半導体膜を溶融再結晶させる
肯定を含むことを特徴とする単結晶半導体薄膜の製造方
法が開示されている。
In JP-A-61-30025, a step of forming a polycrystalline or amorphous semiconductor film on a substrate whose surface is at least covered with an amorphous insulating layer, and at least two different light absorption coefficients on the substrate. A step of forming a kind of amorphous insulating film and an affirmative of melting and recrystallizing the semiconductor film by irradiating the substrate with light having a wavelength component that can be absorbed by the semiconductor and irradiating with an electron beam. A method for producing a characteristic single crystal semiconductor thin film is disclosed.

【0014】特開平4−332120では、基板上にア
ニールされるべき半導体層を形成し、該半導体層上に高
融点金属膜を形成するに際して、半導体層と高融点金属
膜との間に中間層を形成しておき、半導体層上に中間
層、高融点金属膜を形成後、半導体層をアニールするた
めのエネルギービームを高融点金属膜側から照射するよ
うになっていることを特徴とする半導体結晶層の製造方
法が開示されている。
In JP-A-4-332120, when a semiconductor layer to be annealed is formed on a substrate and a refractory metal film is formed on the semiconductor layer, an intermediate layer is formed between the semiconductor layer and the refractory metal film. Is formed, an intermediate layer and a refractory metal film are formed on the semiconductor layer, and then an energy beam for annealing the semiconductor layer is irradiated from the refractory metal film side. A method of manufacturing a crystal layer is disclosed.

【0015】特開平6−291034では、光照射によ
り薄膜を熱処理するようにした薄膜の熱処理方法におい
て、上記薄膜を加熱層上に積層した構造体を形成した
後、上記薄膜に対して実質的に透明でかつ上記加熱層に
よって吸収される第1の波長を有する第1の光を上記構
造体に照射し、次いで上記薄膜によって吸収される第2
の波長を有する第2の光を上記構造体に照射するように
したことを特徴とする薄膜の熱処理方法が開示されてい
る。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-291034, in a thin film heat treatment method in which a thin film is heat-treated by irradiation with light, after forming a structure in which the thin film is laminated on a heating layer, the thin film is substantially treated. Irradiating the structure with a first light having a first wavelength which is transparent and which is absorbed by the heating layer, and then a second light which is absorbed by the thin film;
A heat treatment method for a thin film is disclosed, wherein the structure is irradiated with a second light having a wavelength of.

【0016】特開平8−51076では、絶縁基板上に
光反射膜を形成する工程、該反射膜上にバッファ層を形
成する工程、該バッファ層上に非晶質シリコン膜を形成
する工程、該非晶質シリコン膜にランプ光を極短時間で
複数回照射させ該シリコン膜を溶融結晶化させることに
より多結晶シリコン膜を形成する技術が開示されてい
る。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-51076, a step of forming a light reflecting film on an insulating substrate, a step of forming a buffer layer on the reflecting film, a step of forming an amorphous silicon film on the buffer layer, A technique of forming a polycrystalline silicon film by irradiating a crystalline silicon film with lamp light a plurality of times in an extremely short time to melt and crystallize the silicon film is disclosed.

【0017】以上のような技術を用いることにより絶縁
基板上であっても結晶粒径が1ミクロン以上のpoly
−Si膜を形成することが可能となるのでTFTの能動
層領域内の結晶粒界を劇的に低減でき、結果としてTF
Tの性能を向上させることができる。
By using the above technique, a polycrystal having a crystal grain size of 1 micron or more even on an insulating substrate.
Since it becomes possible to form a -Si film, the crystal grain boundaries in the active layer region of the TFT can be dramatically reduced, resulting in TF.
The performance of T can be improved.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術は照射
光源の光エネルギーの吸収層による吸収効率が低かった
ため、汎用のハロゲンランプ等低価格の光源から発する
光で吸収層温度を十分に上昇させる事が難しかった。加
えて基板表面の吸収層付近のみを局所的に熱処理する事
ができなかったので処理中基板全体の温度が高くなりS
iウエハや石英など耐熱性の高い基板には適用し得るも
のの、歪点の低い安価なガラス基板では温度に耐えきれ
ず、基板が歪んだり、割れたりするという問題が発生し
た。このため低温プロセスへの適用は未だ実現されてい
なかった。また結晶化させたpoly−Si膜の表面が
完全には平坦にできていないという課題があった。これ
ら課題の主たる原因は光吸収層にふさわしい材料や吸収
層の膜構造、照射光源、光照射条件が不明確であり、吸
収層への効率的な熱の投入および基板温度上昇抑制のど
ちらも制御できなかったことである。結果として、安価
なガラス基板上へ大粒径の高品質なpoly−Si膜を
形成する事が不可能であった。
In the above-mentioned prior art, since the absorption efficiency of the light energy of the irradiation light source by the absorption layer is low, the absorption layer temperature is sufficiently raised by the light emitted from a low-priced light source such as a general-purpose halogen lamp. Things were difficult. In addition, since it was not possible to locally heat-treat only the vicinity of the absorption layer on the surface of the substrate, the temperature of the entire substrate during the processing increased and S
Although it can be applied to a substrate having a high heat resistance such as an i-wafer or quartz, an inexpensive glass substrate having a low strain point cannot withstand the temperature and the substrate is distorted or cracked. For this reason, application to low temperature processes has not yet been realized. Further, there is a problem that the surface of the crystallized poly-Si film is not perfectly flat. The main cause of these problems is that the materials suitable for the light absorption layer, the film structure of the absorption layer, the irradiation light source, and the light irradiation conditions are unclear, and both efficient heat input to the absorption layer and suppression of substrate temperature rise are controlled. That was not possible. As a result, it was impossible to form a high quality poly-Si film having a large grain size on an inexpensive glass substrate.

【0019】そこで本発明は上述の諸課題を鑑み、低温
プロセスで大粒径且つ表面が平坦なpoly−Si膜を
大面積に形成する技術を開示し、poly−SiTFT
および回路の特性向上を実現する半導体薄膜及び薄膜ト
ランジスタの製造方法、更にはこれを用いた電気光学装
置及び電子機器を与えるものである。
In view of the above-mentioned problems, the present invention discloses a technique for forming a poly-Si film having a large grain size and a flat surface in a large area by a low temperature process.
The present invention also provides a semiconductor thin film and a method of manufacturing a thin film transistor, which realizes improvement of circuit characteristics, and an electro-optical device and electronic equipment using the same.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為に
本発明の半導体薄膜の製造方法は、基板上に形成された
半導体層上に第一絶縁層を形成する工程と、該第一絶縁
層上に光吸収層を形成する工程と、光源と前記基板とを
相対的に移動させながら光源からの照射光を前記光吸収
層に光照射することによって前記半導体層を結晶化させ
る工程とを備え、前記光源は赤外領域に出力ピーク波長
を有し、かつ前記光吸収層はW、Ti、Crのいずれか
の材料であることを特徴とする。前記材料を光吸収層と
して用いることにより、安価で大出力が得られるハロゲ
ンランプのピーク出力である赤外域の光がもっとも効率
的に吸収されるとともに、光吸収層そのものの耐熱性が
高いので半導体層の熱処理に最適である。
In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention comprises a step of forming a first insulating layer on a semiconductor layer formed on a substrate, and the first insulating layer. A step of forming a light absorbing layer on the layer, and a step of crystallizing the semiconductor layer by irradiating the light absorbing layer with light emitted from a light source while moving a light source and the substrate relatively. The light source has an output peak wavelength in the infrared region, and the light absorption layer is made of any one of W, Ti, and Cr. By using the above-mentioned material as the light absorbing layer, light in the infrared region, which is the peak output of a halogen lamp that is inexpensive and can produce a large output, is absorbed most efficiently, and the light absorbing layer itself has high heat resistance. Most suitable for heat treatment of layers.

【0021】より好ましくは、前記光吸収層上に第二絶
縁層を設ける。これにより前記光吸収層材料が熱処理中
に酸化され光吸収効率が著しく低下するのを防止する事
ができる。加えて、第二絶縁層膜厚を50乃至250n
mとする事により反射防止膜としての機能を同時に付与
する事ができ、同膜がない場合より効率的な光エネルギ
ーの吸収層による吸収を可能ならしめる。
More preferably, a second insulating layer is provided on the light absorbing layer. This can prevent the light absorption layer material from being oxidized during the heat treatment to significantly reduce the light absorption efficiency. In addition, the thickness of the second insulating layer is 50 to 250n.
By setting m, the function as an antireflection film can be imparted at the same time, and more efficient absorption of light energy by the absorption layer can be achieved than when the film is not provided.

【0022】好ましくは光吸収層上に絶縁層を設けない
場合は不活性ガス中にて光照射をおこなう。これにより
酸化防止のための絶縁層を設ける工程を増やすことな
く、光吸収層の酸化を防ぐ事ができるので工程が簡単で
ある。
Preferably, when an insulating layer is not provided on the light absorption layer, light irradiation is carried out in an inert gas. This makes it possible to prevent oxidation of the light absorption layer without increasing the number of steps for providing an insulating layer for preventing oxidation, and thus the steps are simple.

【0023】好ましくは、前記光源は波長1μmに出力
ピーク波長を有し、かつ前記光吸収層はWであり、かつ
前記第二絶縁層の膜厚は100乃至200nmである。
本発明に適用し得る光源、光吸収層、光吸収層上の絶縁
膜の構成として、もっとも光エネルギーの吸収層への吸
収効率が高い組み合わせである。
Preferably, the light source has an output peak wavelength at a wavelength of 1 μm, the light absorbing layer is W, and the thickness of the second insulating layer is 100 to 200 nm.
The combination of the light source, the light absorption layer, and the insulating film on the light absorption layer that can be applied to the present invention is a combination having the highest absorption efficiency of light energy into the absorption layer.

【0024】好ましくは光吸収層の膜厚は100nm以
上である。吸収層成膜に要する時間を短縮するためには
当然吸収層膜厚は薄いほうがよいが、本発明に適した
W、Ti、Crが赤外域の光を完全に吸収し膜厚に依存
しない安定的反射率を得るためには最低限100nmの
膜厚が必要である。よって照射光の吸収層による効率的
な吸収のためには最低限100nmが条件となる。
The thickness of the light absorption layer is preferably 100 nm or more. In order to shorten the time required for forming the absorption layer, it is naturally preferable that the absorption layer is thin, but W, Ti, and Cr suitable for the present invention completely absorb infrared light and are stable independent of the thickness. A film thickness of at least 100 nm is required to obtain the desired reflectance. Therefore, at least 100 nm is a condition for efficient absorption of irradiation light by the absorption layer.

【0025】好ましくは、前記光吸収層への光照射は、
基板上任意点においてピークパワー密度が700W/cm2
以上且つ照射時間が300ミリ秒以下である。基板上任
意点を考えると、この点に照射される光エネルギーは照
射光があたり始めると徐々に増加し、ピークの強度を過
ぎると徐々に減少する経過をたどる。本明細書中ではこ
の照射パワーの時間変化を照射プロファイルと呼ぶ(図
5〜9参照)。照射プロファイルは単純に照射光の吸収
層上における空間的強度分布と照射光と基板を相対的に
移動させる速度によって決定される。ここでピークパワ
ー密度とは照射プロファイルにおける照射光パワー密度
の最大値を指し、また照射時間とは照射プロファイルの
半値全幅を指すものとする。基板上任意点においてパワ
ー密度が700W/cm2以上且つ照射時間が300ミリ秒
以下の条件で光照射をおこなう事によって光吸収層およ
び半導体層の温度は半導体層の融点以上に上昇させつ
つ、基板温度を600℃以下とする事が可能となるので
本発明の低温プロセスへの適用が可能となる。
Preferably, the light irradiation to the light absorption layer is
Peak power density is 700 W / cm 2 at any point on the substrate
The irradiation time is 300 milliseconds or less. Considering an arbitrary point on the substrate, the light energy irradiated to this point gradually increases when the irradiation light starts to hit, and gradually decreases when the intensity of the peak is exceeded. In the present specification, the time change of the irradiation power is called an irradiation profile (see FIGS. 5 to 9). The irradiation profile is simply determined by the spatial intensity distribution of the irradiation light on the absorption layer and the speed at which the irradiation light and the substrate move relatively. Here, the peak power density means the maximum value of the irradiation light power density in the irradiation profile, and the irradiation time means the full width at half maximum of the irradiation profile. By irradiating light under the condition that the power density is 700 W / cm 2 or more and the irradiation time is 300 ms or less at any point on the substrate, the temperature of the light absorption layer and the semiconductor layer is increased to the melting point of the semiconductor layer or more, Since the temperature can be set to 600 ° C. or lower, the present invention can be applied to the low temperature process.

【0026】好ましくは、前記光吸収層への光照射は、
基板上任意点においてピークパワー密度が950W/cm2
以上且つ照射時間が150ミリ秒以下である。これによ
り基板温度上昇はたかだか400℃程度に抑制できるの
で、大面積基板あるいは厚みの薄い基板へ本発明の適用
が可能となる。
Preferably, the light irradiation to the light absorption layer is
Peak power density is 950 W / cm 2 at any point on the substrate
The irradiation time is 150 milliseconds or less. As a result, the temperature rise of the substrate can be suppressed to about 400 ° C., so that the present invention can be applied to a large area substrate or a thin substrate.

【0027】好ましくは、前記光吸収層への光照射は、
基板上任意点においてピークパワー密度が1800W/cm
2以上且つ照射時間が44ミリ秒以下である。これによ
り基板温度上昇はたかだか200℃程度に抑制できるの
で、プラスティック基板への本発明の適用が可能とな
る。
Preferably, the light irradiation to the light absorption layer is
Peak power density is 1800 W / cm at any point on the substrate
The irradiation time is 2 or more and the irradiation time is 44 milliseconds or less. As a result, the temperature rise of the substrate can be suppressed to about 200 ° C., so that the present invention can be applied to a plastic substrate.

【0028】本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、
前記半導体薄膜の製造方法により形成した半導体層を能
動層とする。かかる方法により低温プロセスで形成した
大粒径poly−Si膜を能動層に用いることが可能と
なるので、高移動度の薄膜トランジスタを提供すること
ができる。
The method of manufacturing a thin film transistor of the present invention is
A semiconductor layer formed by the method for manufacturing a semiconductor thin film is used as an active layer. With such a method, a large grain size poly-Si film formed by a low temperature process can be used as an active layer, so that a thin film transistor with high mobility can be provided.

【0029】本発明の電気光学装置は、上記の方法によ
り製造された薄膜トランジスタを表示画素の駆動素子お
よび周辺回路の構成素子として備える。これによりLC
Dや有機EL表示装置にメモリーや指紋センサー、更に
は演算機能を有する回路群を備えることが可能となり、
より高機能な表示装置を提供することができる。
The electro-optical device of the present invention includes the thin film transistor manufactured by the above method as a driving element of a display pixel and a constituent element of a peripheral circuit. This makes LC
It becomes possible to equip a D or organic EL display device with a memory, a fingerprint sensor, and a circuit group having an arithmetic function,
A more highly functional display device can be provided.

【0030】本発明の電子機器は、上記の電気光学装置
を備える。このような電子機器として、例えば、携帯電
話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマ
ウントディスプレイ、プロジェクタ、ファックス装置、
デジタルカメラ、携帯型テレビ、携帯情報端末、電子手
帳、多機能カードなどが好適である。
Electronic equipment of the present invention includes the above-mentioned electro-optical device. Examples of such electronic devices include mobile phones, video cameras, personal computers, head-mounted displays, projectors, fax machines,
Digital cameras, portable televisions, personal digital assistants, electronic organizers, multifunction cards, etc. are suitable.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図1に本発明の半導体薄膜製
造工程を図示する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 illustrates a semiconductor thin film manufacturing process of the present invention.

【0032】(1.半導体層の形成)本願発明の実施の
ためには通常、基板(100)の上に下地保護膜(10
1)を形成しその上に半導体薄膜(102)を形成する
ので、この一連の形成方法について説明する。
(1. Formation of Semiconductor Layer) In order to carry out the present invention, a base protective film (10) is usually formed on a substrate (100).
Since 1) is formed and the semiconductor thin film 102 is formed thereon, this series of forming methods will be described.

【0033】本発明を適応し得る基板(100)として
は金属等の導電性物質、シリコン・カーバイト(Si
C)やアルミナ(Al)や窒化アルミニウム(A
lN)等のセラミック材料、溶融石英やガラス等の透明
または非透明絶縁性物質、シリコン、ゲルマニウムウェ
ーハー等の半導体物質、並びにそれを加工したLSI基
板等が可能である。半導体膜は基板上に直接、又は下地
保護膜や下部電極等を介して堆積する。
The substrate (100) to which the present invention can be applied is a conductive material such as metal, silicon carbide (Si).
C), alumina (Al 2 O 3 ) and aluminum nitride (A
In addition, ceramic materials such as 1N), transparent or non-transparent insulating materials such as fused quartz and glass, semiconductor materials such as silicon and germanium wafers, and LSI substrates obtained by processing the same are possible. The semiconductor film is deposited directly on the substrate or via the underlayer protection film, the lower electrode, and the like.

【0034】下地保護膜(101)としては酸化硅素膜
(SiO:0<x≦2)や窒化硅素膜(Si
0<x≦4)等の絶縁性物質が挙げられる。TFTなど
の薄膜半導体装置を通常のガラス基板上に作成する場合
の様な半導体膜への不純物制御が重要である時、ガラス
基板中に含まれているナトリウム(Na)、カリウム
(K)等の可動イオンが半導体膜中に混入しない様に下
地保護膜を形成した後に半導体膜を堆積する事が好まし
い。金属材料などの導電性材料を基板として用い、且つ
半導体膜が金属基板と電気的に絶縁されていなければな
らない場合には、絶縁性を確保する為に当然下地保護膜
は必要不可欠である。更に半導体基板やLSI素子上に
半導体膜を形成する時にはトランジスタ間や配線間の層
間絶縁膜が同時に下地保護膜でもある。
As the base protection film (101), a silicon oxide film (SiO X : 0 <x ≦ 2) or a silicon nitride film (Si 3 N x :
An insulating material such as 0 <x ≦ 4) may be used. When it is important to control impurities in a semiconductor film such as when a thin film semiconductor device such as a TFT is formed on an ordinary glass substrate, sodium (Na), potassium (K), etc. contained in the glass substrate are It is preferable to deposit the semiconductor film after forming the base protective film so that mobile ions are not mixed in the semiconductor film. When a conductive material such as a metal material is used as the substrate and the semiconductor film must be electrically insulated from the metal substrate, the underlying protective film is naturally indispensable to ensure the insulation. Further, when forming a semiconductor film on a semiconductor substrate or an LSI element, an interlayer insulating film between transistors and between wirings simultaneously serves as a base protective film.

【0035】下地保護膜はまず基板を純水やアルコール
などの有機溶剤で洗浄した後、基板上に常圧化学気相堆
積法(APCVD法)や低圧化学気相堆積法(LPCV
D法)、プラズマ化学気相堆積法(PECVD法)等の
CVD法或いはスパッター法等で形成する。 下地保護膜
として酸化硅素膜を用いる場合、常圧化学気相堆積法で
は基板温度を250℃程度から450℃程度としてモノ
シラン(SiH)や酸素を原料として堆積し得る。プ
ラズマ化学気相堆積法やスパッター法では基板温度は室
温から400℃程度である。下地保護膜の膜厚は基板か
らの不純物元素の拡散と混入を防ぐのに十分な厚さが必
要で、その値は最小で100nm程度以上である。ロッ
ト間や基板間のばらつきを考慮すると200nm程度以
上が好ましく、300nm程度あれば保護膜としての機
能を十分に果たし得る。下地保護膜がIC素子間やこれ
らを結ぶ配線等の層間絶縁膜を兼ねる場合には、通常4
00nmから600nm程度の膜厚となる。絶縁膜が余
りにも厚くなると絶縁膜のストレスに起因するクラック
が生ずる。その為最大膜厚は2μm程度が好ましい。生
産性を考慮する必要が強い場合、絶縁膜厚は1μm程度
が上限である。
The base protective film is prepared by first cleaning the substrate with pure water or an organic solvent such as alcohol, and then applying atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) or low pressure chemical vapor deposition (LPCV) on the substrate.
D method), plasma-enhanced chemical vapor deposition method (PECVD method), or other CVD method or sputtering method. When a silicon oxide film is used as the base protection film, monosilane (SiH 4 ) or oxygen can be deposited as a raw material at a substrate temperature of about 250 ° C. to 450 ° C. in the atmospheric pressure chemical vapor deposition method. In the plasma chemical vapor deposition method and the sputtering method, the substrate temperature is about room temperature to 400 ° C. The film thickness of the base protective film must be sufficient to prevent the diffusion and mixing of the impurity element from the substrate, and the minimum value is about 100 nm or more. In consideration of variations between lots and substrates, the thickness is preferably about 200 nm or more, and if it is about 300 nm, the function as a protective film can be sufficiently fulfilled. When the underlayer protection film also serves as an interlayer insulating film between IC elements or wiring connecting these, it is usually 4
The film thickness is about 00 nm to 600 nm. If the insulating film becomes too thick, cracks occur due to the stress of the insulating film. Therefore, the maximum film thickness is preferably about 2 μm. When productivity must be taken into consideration, the upper limit of the insulating film thickness is about 1 μm.

【0036】次に半導体薄膜(102)について説明す
る。本発明が適用される半導体膜としてはシリコン(S
i)やゲルマニウム(Ge)等の四族単体の半導体膜の
他に、シリコン・ゲルマニウム(SiGe1−x:0
<x<1)やシリコン・カーバイド(Si1−x
0<x<1)やゲルマニウム・カーバイド(Ge
1−x:0<x<1)等の四族元素複合体の半導体膜、
ガリウム・ヒ素(GaAs)やインジウム・アンチモン
(InSb)等の三族元素と五族元素との複合体化合物
半導体膜、またはカドミウム・セレン(CdSe)等の
二族元素と六族元素との複合体化合物半導体膜等があ
る。或いはシリコン・ゲルマニウム・ガリウム・ヒ素
(SiGeGaAs:x+y+z=1)と云っ
た更なる複合化合物半導体膜やこれらの半導体膜にリン
(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)などのドナ
ー元素を添加したN型半導体膜、或いはホウ素(B)、
アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム
(In)等のアクセプター元素を添加したP型半導体膜
に対しても本発明は適応可能である。これら半導体薄膜
はAPCVD法やLPCVD法、PECVD法等のCV
D法、或いはスパッター法等や蒸着法等のPVD法で形
成する。半導体膜としてシリコン膜を用いる場合、LP
CVD法では基板温度を400℃程度から700℃程度
としてジシラン(Si)などを原料として堆積し
得る。PECVD法ではモノシラン(SiH )などを
原料として基板温度が100℃程度から500℃程度で
堆積可能である。スパッター法を用いる時には基板温度
は室温から400℃程度である。この様に堆積された半
導体膜の初期状態(as−deposited状態)は
非晶質や混晶質、微結晶質、或いは多結晶質等様々な状
態があるが、本願発明において初期状態はいずれの状態
であっても構わない。尚本願明細書中では非晶質の結晶
化のみならず、多結晶質や微結晶質の再結晶化をも含め
て総て結晶化と呼ぶ。半導体膜の膜厚はそれをTFTに
用いる時には20nm程度から100nm程度が適して
いる。
Next, the semiconductor thin film (102) will be described.
It As a semiconductor film to which the present invention is applied, silicon (S
i) and germanium (Ge) etc.
In addition, silicon-germanium (SixGe1-x: 0
<X <1) and Silicon Carbide (SixC1-x:
0 <x <1) and germanium carbide (GexC
1-xA semiconductor film of a Group IV element composite such as 0 <x <1),
Gallium arsenide (GaAs) and indium antimony
Complex compound of Group 3 element such as (InSb) and Group 5 element
Semiconductor film or cadmium selenium (CdSe), etc.
There are composite compound semiconductor films of Group 2 elements and Group 6 elements.
It Or silicon, germanium, gallium, arsenic
(SixGeyGazAsz: X + y + z = 1)
In addition, further compound compound semiconductor films and phosphorus in these semiconductor films
Donors such as (P), arsenic (As), antimony (Sb)
-N-type semiconductor film to which an element is added, or boron (B),
Aluminum (Al), gallium (Ga), indium
P-type semiconductor film added with an acceptor element such as (In)
The present invention can also be applied to the above. These semiconductor thin films
Is CV such as APCVD method, LPCVD method, PECVD method, etc.
D method or PVD method such as sputtering method or vapor deposition method
To achieve. When a silicon film is used as the semiconductor film, LP
In the CVD method, the substrate temperature is about 400 to 700 ° C.
As disilane (SiTwoH6) Is used as a raw material
obtain. In the PECVD method, monosilane (SiH Four) Etc.
As a raw material, if the substrate temperature is about 100 ° C to 500 ° C
Can be deposited. Substrate temperature when using the sputter method
Is from room temperature to about 400 ° C. Half deposited like this
The initial state of the conductor film (as-deposited state) is
Various properties such as amorphous, mixed crystal, microcrystalline, or polycrystalline
However, in the present invention, the initial state is any state.
It doesn't matter. In the present specification, an amorphous crystal
Not only crystallization but also recrystallization of polycrystalline and microcrystalline materials
All are called crystallization. The thickness of the semiconductor film is
It is suitable to use about 20 nm to 100 nm when using
There is.

【0037】(2.第一絶縁層の形成)次に前記半導体
層上に第一絶縁層(103)を形成する。この絶縁層の
役割は次の工程で形成する光吸収層(104)と半導体
層(102)を分離することにある。後の熱処理工程で
光吸収層から半導体層への不純物の拡散を防ぐために、
この絶縁層には酸化硅素膜(SiO:0<x≦2)や
窒化硅素膜(Si:0<x≦4)等の絶縁性物質
が適用しうる。第一絶縁層の形成は、半導体層上の自然
酸化膜をフッ酸でエッチングし、純水洗浄した後、AP
CVD法やLPCVD法、PECVD法等のCVD法或
いはスパッター法等で形成する。 絶縁層として酸化硅素
膜を用いる場合、常圧化学気相堆積法では基板温度を2
50℃程度から450℃程度としてSiHや酸素を原
料として堆積し得る。PECVD法やスパッター法では
基板温度は室温から400℃程度である。第一絶縁層の
膜厚は光吸収層からの不純物元素の拡散と混入を防ぐの
に十分な厚さが必要である一方、半導体層への光吸収層
からの熱伝導が効率的におこなえる程度の厚みであるこ
とが条件である。このため絶縁層の膜厚には自ずと最適
範囲が存在し、その値は最小で50nm程度であり、最
大で熱拡散長と同程度の1μm程度である。
(2. Formation of First Insulating Layer) Next, a first insulating layer (103) is formed on the semiconductor layer. The role of this insulating layer is to separate the light absorption layer (104) and the semiconductor layer (102) to be formed in the next step. In order to prevent the diffusion of impurities from the light absorption layer to the semiconductor layer in the subsequent heat treatment step,
An insulating material such as a silicon oxide film (SiO x : 0 <x ≦ 2) or a silicon nitride film (Si 3 N x : 0 <x ≦ 4) can be applied to this insulating layer. The first insulating layer is formed by etching the natural oxide film on the semiconductor layer with hydrofluoric acid, washing with pure water, and then applying AP.
It is formed by a CVD method such as a CVD method, an LPCVD method, a PECVD method, or a sputtering method. When a silicon oxide film is used as the insulating layer, the substrate temperature is set to 2 by the atmospheric pressure chemical vapor deposition method.
SiH 4 or oxygen can be deposited as a raw material at about 50 ° C. to 450 ° C. In the PECVD method and the sputtering method, the substrate temperature is from room temperature to 400 ° C. The thickness of the first insulating layer needs to be thick enough to prevent diffusion and mixing of the impurity element from the light absorption layer, while the heat conduction from the light absorption layer to the semiconductor layer can be efficiently performed. Is the condition. Therefore, the film thickness of the insulating layer naturally has an optimum range, and the minimum value is about 50 nm and the maximum value is about 1 μm, which is the same as the thermal diffusion length.

【0038】(3.光吸収層の形成)次に第一絶縁層
(103)上に光吸収層(104)を形成する。この光
吸収層は次の工程で照射する光を効率的に吸収し、これ
による発熱と熱伝導により半導体層温度を高温に上昇せ
しめるという役割を有する。したがって照射する光の波
長領域と、その波長領域における反射率、吸収係数の関
係および耐熱性が重要となる。このような目的には高融
点金属材料が好適である。金属中には高濃度のフリーキ
ャリア(電子)が存在するため、照射光の反射成分以外
は完全に吸収される。このため金属薄膜によって効率的
に光吸収をさせるためには反射率の低い高融点金属薄膜
を用いることが重要となる。図2に種々の高融点金属膜
の反射率スペクトルを示す。後述するように本発明では
比較的安価で高出力が得られるハロゲンランプを光照射
の光源として用いるので、その出力ピーク波長である赤
外域、特に波長1μm付近の反射率が低い材料が光吸収
層として適している。図2からわかるように、同波長に
おける反射率はTa、Mo、Cr、Ti、Wの順で徐々
に低くなる。現状で比較的容易に得られるハロゲンラン
プの出力をもって、大面積基板に対して本発明の半導体
形成方法を適用するためには、吸収層材料の反射率のわ
ずかな違いが決定的要素となる。特に一辺が400mm
以上の大面積基板に適用するためには吸収層材料はC
r、Ti、Wのいずれかが最も適している。
(3. Formation of Light Absorption Layer) Next, a light absorption layer (104) is formed on the first insulating layer (103). The light absorption layer has a role of efficiently absorbing the light applied in the next step and raising the temperature of the semiconductor layer to a high temperature by heat generation and heat conduction by the light. Therefore, the relationship between the wavelength range of the irradiated light, the reflectance and the absorption coefficient in that wavelength range, and the heat resistance are important. A refractory metal material is suitable for this purpose. Since a high concentration of free carriers (electrons) exists in the metal, the components other than the reflected component of the irradiation light are completely absorbed. For this reason, it is important to use a refractory metal thin film having a low reflectance in order to efficiently absorb light by the metal thin film. FIG. 2 shows the reflectance spectra of various refractory metal films. As will be described later, in the present invention, a halogen lamp which is relatively inexpensive and can obtain a high output is used as a light source for light irradiation. Suitable as As can be seen from FIG. 2, the reflectance at the same wavelength gradually decreases in the order of Ta, Mo, Cr, Ti, and W. In order to apply the semiconductor forming method of the present invention to a large area substrate with the output of a halogen lamp which is relatively easy to obtain at present, a slight difference in the reflectance of the absorption layer material is a decisive factor. Especially one side is 400mm
In order to apply the above large area substrate, the absorption layer material is C
Any one of r, Ti and W is most suitable.

【0039】吸収層の厚みは、製造工程のタクトタイム
短縮のためには薄い方が好ましいが、照射光を十分吸収
しうる厚みが最低限必要となる。図3はCrとWを吸収
層に用いた場合の波長1μmにおける反射率の膜厚依存
性を示したものである。どちらの材料においても膜厚が
50nm以下では反射率が非常に小さくなっている。こ
れは膜が薄すぎるため、照射光を吸収しきれず透過成分
が発生しているためである。50から100nmの膜厚
では膜下面から反射してきた光と膜表面で反射した光の
干渉効果により反射率が上昇を示している。これからわ
かるように、照射光を十分吸収しかつ安定した反射率を
実現するためには光吸収層の膜厚は100nm以上、よ
り望ましくは150nm以上であることが重要である。
The thickness of the absorption layer is preferably thin in order to reduce the takt time in the manufacturing process, but the thickness is required to be at least sufficient to absorb the irradiation light. FIG. 3 shows the film thickness dependence of the reflectance at a wavelength of 1 μm when Cr and W are used for the absorption layer. In both materials, the reflectance is extremely small when the film thickness is 50 nm or less. This is because the film is too thin to absorb the irradiation light and generate a transmission component. With a film thickness of 50 to 100 nm, the reflectivity increases due to the interference effect of the light reflected from the lower surface of the film and the light reflected on the film surface. As can be seen from this, in order to sufficiently absorb the irradiation light and realize a stable reflectance, it is important that the film thickness of the light absorption layer is 100 nm or more, and more preferably 150 nm or more.

【0040】これら材料を光吸収層として絶縁層上に形
成する方法としては真空蒸着法やスパッタリング法があ
る。これら材料は高融点金属なのでスパッタリング方が
最も有効で、大面積に形成しうるという点においてもス
パッタリング法が有利である。
As a method of forming these materials as a light absorbing layer on the insulating layer, there are a vacuum vapor deposition method and a sputtering method. Since these materials are high melting point metals, the sputtering method is most effective, and the sputtering method is also advantageous in that it can be formed in a large area.

【0041】(4.第二絶縁層の形成)斯様にして形成
した光吸収層上に、第二絶縁層を形成する。この第二絶
縁層には重要な役割が二つある。
(4. Formation of Second Insulating Layer) A second insulating layer is formed on the light absorption layer thus formed. This second insulating layer has two important roles.

【0042】一つは光照射により吸収層の温度が上昇す
ることによって光吸収層が酸化するのを防ぐ役割であ
る。光照射により吸収層は1000℃以上の温度に容易
に上昇し、この処理を大気中でおこなうと大気中の酸素
と光吸収層の金属が反応して酸化物を形成する。金属酸
化物は光学的に透明になってしまうので処理中に光吸収
層の光吸収効率が低下してしまい、半導体層の温度を上
昇させることができない、あるいは処理の再現性が確保
できないという問題を生じる。第二絶縁層を設けること
により大気と光吸収層を遮断できるので、このような処
理中の光吸収層の酸化という問題を完全に防止すること
ができる。第二絶縁層を設けない場合、光照射処理を不
活性ガス雰囲気中でおこなうのも有効である。この方法
は第二絶縁層を形成する工程を増やすこと無く光吸収層
の酸化を防止できるという長所を有する。
One is to prevent the light absorption layer from being oxidized by the temperature rise of the absorption layer due to light irradiation. Upon irradiation with light, the absorption layer easily rises to a temperature of 1000 ° C. or higher, and when this treatment is performed in the atmosphere, oxygen in the atmosphere reacts with the metal of the light absorption layer to form an oxide. Since the metal oxide becomes optically transparent, the light absorption efficiency of the light absorption layer decreases during the process, and the temperature of the semiconductor layer cannot be increased or the reproducibility of the process cannot be ensured. Cause By providing the second insulating layer, it is possible to shield the light absorbing layer from the atmosphere, so that the problem of oxidation of the light absorbing layer during such processing can be completely prevented. When the second insulating layer is not provided, it is also effective to carry out the light irradiation treatment in an inert gas atmosphere. This method has an advantage that oxidation of the light absorption layer can be prevented without increasing the step of forming the second insulating layer.

【0043】第二絶縁層のもう一つの役割は、反射防止
膜効果により光吸収層の反射率を低減することである。
図4にCrおよびWを光吸収層に用い、第二絶縁層とし
てSiO膜(n=1.47)を用いた場合の波長1μ
mの光の反射率の第二絶縁層膜厚依存性を示す。本発明
に好適な光吸収層は金属膜であるため空気との屈折率差
がおおきい。よって光吸収層による反射率を低減するた
めには金属膜より屈折率(n)が空気に近い層を設ける
のが極めて有効である。反射防止膜は干渉効果により反
射率を下げるものであるから、図4からわかるように光
吸収層上の第二絶縁層膜厚によりその反射率は周期的に
変化する。当然反射防止膜として機能する条件の膜厚は
いくつか有るが、成膜時間が短い最小膜厚が工程タクト
短縮のために最も好ましい。第二絶縁膜の材料として何
を用いるかにも依存するが、このような条件としておお
むね50から250nmの膜厚が好ましい。これにより
例えばWを光吸収材料として用いた場合、第二絶縁層と
して140から150nmのSiO膜を形成すれば反
射率を48%から20%未満へと劇的に低下することが
でき、照射光の光吸収層への効率的吸収の上で極めて効
果的である。
Another role of the second insulating layer is to reduce the reflectance of the light absorption layer by the antireflection film effect.
In FIG. 4, the wavelength is 1 μ when Cr and W are used as the light absorption layer and the SiO 2 film (n = 1.47) is used as the second insulating layer.
The dependence of the light reflectance of m on the thickness of the second insulating layer is shown. Since the light absorption layer suitable for the present invention is a metal film, it has a large difference in refractive index from air. Therefore, in order to reduce the reflectance of the light absorption layer, it is extremely effective to provide a layer having a refractive index (n) closer to that of air than the metal film. Since the antireflection film lowers the reflectance due to the interference effect, the reflectance periodically changes depending on the thickness of the second insulating layer on the light absorption layer, as shown in FIG. Naturally, there are some film thicknesses under the condition of functioning as an antireflection film, but the minimum film thickness with a short film formation time is most preferable for shortening the process tact. Although it depends on what is used as the material of the second insulating film, a film thickness of about 50 to 250 nm is preferable as such a condition. Thus, for example, when W is used as the light absorbing material, the reflectance can be dramatically reduced from 48% to less than 20% by forming a 140 to 150 nm SiO 2 film as the second insulating layer. It is extremely effective in efficiently absorbing light into the light absorption layer.

【0044】(5.光照射)以上のようにして形成した
積層構造に光照射をおこなう。先にも述べたように照射
光は光吸収層に効率的に吸収されることが求められるの
で、そのスペクトルが重要である。換言すればどのよう
な種類の光源を用いるかがその光源の波長を大きく左右
する。本発明に適用し得る光源としてはハロゲンラン
プ、メタルハライドランプ、水銀ランプ、Xeランプ、
アークランプ等がある。大面積での処理を可能にするた
めにはランプ出力が高く、またランプ交換によりランニ
ングコストが低いことが要求される。このような理由か
ら本発明の光源としてはハロゲンランプが最も適してい
る。ハロゲンランプは種々のものが有るが、ピーク波長
を1μm付近に有し、出力も8kW以上を容易に達成し
得る。また有効光源長さが400mmのライン状ランプ
光源1本の値段は高々10万円程度であり、エキシマレ
ーザーチューブ1本1500万円と比較すると非常に安
価である。
(5. Light Irradiation) The laminated structure formed as described above is irradiated with light. As described above, the irradiation light is required to be efficiently absorbed by the light absorption layer, and therefore its spectrum is important. In other words, what kind of light source is used greatly affects the wavelength of the light source. As a light source applicable to the present invention, a halogen lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, a Xe lamp,
There are arc lamps, etc. In order to enable treatment in a large area, a high lamp output is required and a low running cost is required due to lamp replacement. For this reason, the halogen lamp is most suitable as the light source of the present invention. Although there are various types of halogen lamps, they have a peak wavelength in the vicinity of 1 μm and can easily achieve an output of 8 kW or more. Further, the price of one linear lamp light source having an effective light source length of 400 mm is about 100,000 yen at most, which is very low as compared with 15 million yen of one excimer laser tube.

【0045】本発明では例えば長さ400mmのライン
状のハロゲンランプ2本(111)を並行にならべ、各
々の光源から発した光を放物面を有する反射鏡(11
2)で被処理基板上に集光(106)する方法が有効で
ある。図1にはこのランプユニット(110)の断面構
造が模式的に示してある。放物面は金によりコーティン
グしてあり、図に示すように2つのハロゲンランプ光源
からの光は効率的に基板上の同一箇所に集光される。ま
た集光箇所以外の基板上に照射される光を遮るために、
遮光スリット(115)を設けることが有効である。こ
のスリットが無いと基板温度が必要以上に上昇するの
で、本発明の低温プロセスへの適用上問題となる。この
ようにランプ光を基板上に集光した状態で連続的に照射
しながら114のように基板とランプユニットを相対的
に移動させ処理をおこなう。これにより光吸収層のラン
プ光集光部分(107)では急激に温度が上昇し、第一
絶縁層を介して拡散した熱は半導体層を局所的に昇温せ
しめる(108)。照射条件を適当に選ぶことにより半
導体層の被処理部分108の温度は融点以上に達し、溶
融する。この溶融部分108はランプユニットの移動と
共に114の方向に移動していくので、その後方には溶
融後の冷却過程で結晶化した大粒径poly−Si(1
09)が形成される。このようにして高品質のpoly
−Si膜を低コストで容易に提供することができるので
ある。
In the present invention, for example, two line-shaped halogen lamps (111) having a length of 400 mm are arranged in parallel, and the light emitted from each light source is reflected by a reflecting mirror (11).
The method of condensing (106) on the substrate to be processed in 2) is effective. FIG. 1 schematically shows the sectional structure of the lamp unit (110). The parabolic surface is coated with gold, and as shown in the figure, the light from the two halogen lamp light sources is efficiently focused at the same location on the substrate. In addition, in order to block the light radiated on the substrate other than the condensing point,
It is effective to provide the light shielding slit (115). Without this slit, the substrate temperature rises more than necessary, which is a problem in applying the present invention to the low temperature process. In this way, the lamp and the lamp unit are moved relative to each other as indicated by 114 while the lamp light is continuously irradiated in a state of being condensed on the substrate, and the processing is performed. As a result, the temperature of the lamp light condensing portion (107) of the light absorption layer rapidly rises, and the heat diffused through the first insulating layer locally raises the temperature of the semiconductor layer (108). By appropriately selecting the irradiation conditions, the temperature of the processed portion 108 of the semiconductor layer reaches the melting point or higher and melts. Since the molten portion 108 moves in the direction of 114 along with the movement of the lamp unit, a large particle size poly-Si (1) crystallized in the cooling process after melting is located behind the molten portion 108.
09) is formed. High quality poly in this way
The -Si film can be easily provided at low cost.

【0046】本発明のランプユニットでは2本のハロゲ
ンランプの中間位置に放射温度計(113)を有し、測
定範囲が広がらないように筒状のコリメータまたはレン
ズを前面に有する。この位置で基板温度測定をすること
は、ランプ光源から発する赤外光が直接放射温度計に入
り異常に高い温度を示してしまうという問題を回避で
き、基板温度を正確に測定できるという利点を有する。
これにより被処理基板の温度を測定し、ランプ出力にフ
ィードバックをかけることにより安定したランプ照射処
理が可能となる。
The lamp unit of the present invention has the radiation thermometer (113) at the intermediate position of the two halogen lamps, and has the cylindrical collimator or lens on the front surface so that the measurement range is not widened. Measuring the substrate temperature at this position has the advantage that the problem that infrared light emitted from the lamp light source directly enters the radiation thermometer and shows an abnormally high temperature, and the substrate temperature can be measured accurately .
As a result, the temperature of the substrate to be processed is measured, and the lamp output is fed back to enable stable lamp irradiation processing.

【0047】ハロゲンランプの長軸方向には上記反射光
学系が筒状に形成されており、結果として図5に示すよ
うなライン状で且つ基板上に集光した光照射により大面
積の処理が可能となる。図5では前記ライン状照射光
(500)を基板(100)に照射しながらスキャン
(505)させる様子を示す。先に述べたように、ハロ
ゲンランプでは容易に400mmのライン状光源を構成
しうるので、例えば400mm×500mmの大型基板
に対して、400mmの辺とハロゲンランプの長軸方向
を平行にして1回スキャンをおこなうことによって、こ
の大面積基板上に大粒径の高品質poly−Si膜を形
成しうるのである。例えばランプユニットを10mm/
sの速度で移動させながら処理した場合、わずか50秒
で基板全面の処理が完了するので、本発明の半導体薄膜
の製造方法は製造装置コストが低いだけでなく、工程の
スループットも高いので、安価で高性能な薄膜トランジ
スタを提供することが可能である。
The above-mentioned reflection optical system is formed in a cylindrical shape in the long axis direction of the halogen lamp, and as a result, a large area can be processed by linearly irradiating light condensed on the substrate as shown in FIG. It will be possible. FIG. 5 shows a state of scanning (505) while irradiating the substrate (100) with the linear irradiation light (500). As described above, since a halogen lamp can easily form a 400 mm line-shaped light source, for example, for a large substrate of 400 mm x 500 mm, once the 400 mm side and the long axis direction of the halogen lamp are parallel, By performing the scan, a high quality poly-Si film having a large grain size can be formed on the large area substrate. For example, if the lamp unit is 10 mm /
When the processing is performed while moving at a speed of s, the processing of the entire surface of the substrate is completed in only 50 seconds. Therefore, the manufacturing method of the semiconductor thin film of the present invention is not only low in manufacturing apparatus cost but also high in process throughput. Thus, a high-performance thin film transistor can be provided.

【0048】とりわけ本発明が開示する光吸収層材料と
して例えば150nmのW膜と150nmの第二絶縁層
(例えばSiO膜)を用い光照射の光源として出力8
kWのハロゲンランプをライン状に形成した線光源2本
を用いると、吸収層による光の吸収効率がきわめて高い
ので、一辺50cmの大面積ガラス基板上半導体薄膜の
結晶化が1回の照射光スキャンで可能となる。
In particular, as the light absorbing layer material disclosed in the present invention, for example, a W film of 150 nm and a second insulating layer of 150 nm (for example, SiO 2 film) are used, and output as a light source for light irradiation 8
When two linear light sources with linear kW halogen lamps are used, the absorption efficiency of light by the absorption layer is extremely high. Therefore, crystallization of a semiconductor thin film on a large glass substrate of 50 cm on a side is performed by one irradiation light scan. It becomes possible with.

【0049】次に具体的なランプ照射条件について述べ
る。図5に示すようにランプ光を集光して基板に照射し
た場合、基板(光吸収層)上(503)でのランプ光の
強度分布は典型的には501に示すようにガウス分布的
形状となる。本発明に好適な照射光形状は、この空間分
布の半値幅が1から10mm程度である。この照射光を
一定速度で基板上をスキャンすると、基板上の任意点
(例えば504)に照射される光パワーの時間的変化は
スキャン速度が速いと511のような照射プロファイル
になるし、逆に遅いと512のような照射プロファイル
となる。本発明の光照射では、照射プロファイルのピー
クパワーと照射時間(本明細書中では照射プロファイル
の半値全幅を照射時間と定義する)が重要であり、例え
ば図6には照射ピークパワー500W/cm、照射時
間600msの条件で光照射をおこなった場合の光吸収
層・半導体層および各基板深さ位置における温度変化を
示している。ここで照射光プロファイルはガウス分布に
近い形状である台形型を用いて代用し、また光吸収層は
Wとし、第二絶縁層を設けることにより実効反射率25
%である場合を示している。ここで考えているような時
間オーダーでは熱拡散長に比べて光吸収層と半導体層の
厚みは十分小さいので、これら二層の温度は全く同じで
ある。図6からわかるように本発明の光照射により光吸
収層・半導体層の温度は局所的に急激に上昇し、最高1
780K程度に達するのでSi膜は溶融する。照射光が
通過し温度が低下するとSi膜は固化と同時に結晶化す
る。この光照射条件では照射時間が比較的長いので基板
温度も高くなり、最終的には1200K程度にまで達す
る。よって、図6に示す照射条件は基板として石英など
の耐熱性基板を用いた場合に適当な条件である。基板温
度を上昇させず、光吸収層・半導体層のみを局所的に昇
温せしめるためにはより短時間に高いパワーを照射する
必要がある。前述の説明で明らかなように、これは照射
光の空間分布における半値幅を小さくする(集光す
る)、あるいはスキャンスピードを早くすると同時にラ
ンプ出力を増加させることによって実現可能である。例
えば図7に示すように照射ピークパワー700W/cm
、照射時間300msとすると、光吸収層・半導体層
の温度は1750Kに達するにもかかわらず基板温度は
最終的に900K程度にまでしか上昇しない。これは光
照射条件がより短時間、高パワーとなったため、基板表
面付近の光吸収層・半導体層が非熱平衡的に熱処理され
るためである。以上のように本発明の半導体薄膜の製造
方法は光照射プロファイルを制御することにより、容易
に低温プロセスに適用しうる。
Next, specific lamp irradiation conditions will be described. When the lamp light is condensed and applied to the substrate as shown in FIG. 5, the intensity distribution of the lamp light on the substrate (light absorbing layer) (503) is typically a Gaussian distribution shape as shown by 501. Becomes The irradiation light shape suitable for the present invention has a half-value width of this spatial distribution of about 1 to 10 mm. When the irradiation light is scanned on the substrate at a constant speed, the temporal change of the optical power irradiated to an arbitrary point (for example, 504) on the substrate becomes an irradiation profile like 511 when the scanning speed is fast, and conversely. If it is slow, the irradiation profile will be 512. In the light irradiation of the present invention, the peak power of the irradiation profile and the irradiation time (in this specification, the full width at half maximum of the irradiation profile is defined as the irradiation time) are important. For example, in FIG. 6, the irradiation peak power is 500 W / cm 2 The temperature changes at the light absorption layer / semiconductor layer and the depth positions of the respective substrates when light irradiation is performed under the irradiation time of 600 ms are shown. Here, a trapezoidal shape having a shape close to a Gaussian distribution is used as a substitute for the irradiation light profile, the light absorption layer is W, and a second insulating layer is provided to provide an effective reflectance of 25.
% Is shown. Since the thicknesses of the light absorption layer and the semiconductor layer are sufficiently smaller than the thermal diffusion length in the time order as considered here, the temperatures of these two layers are exactly the same. As can be seen from FIG. 6, the light irradiation of the present invention causes the temperature of the light absorption layer / semiconductor layer to rapidly rise locally, and the maximum temperature is 1
Since the temperature reaches about 780 K, the Si film melts. When the irradiation light passes and the temperature decreases, the Si film solidifies and crystallizes at the same time. Under this light irradiation condition, since the irradiation time is relatively long, the substrate temperature also rises and finally reaches about 1200K. Therefore, the irradiation conditions shown in FIG. 6 are suitable when a heat resistant substrate such as quartz is used as the substrate. In order to locally raise the temperature of only the light absorption layer / semiconductor layer without raising the substrate temperature, it is necessary to irradiate high power in a shorter time. As is clear from the above description, this can be achieved by reducing the half-value width (converging) in the spatial distribution of the irradiation light, or by increasing the scan speed and simultaneously increasing the lamp output. For example, as shown in FIG. 7, irradiation peak power 700 W / cm
2. If the irradiation time is 300 ms, the temperature of the light absorption layer / semiconductor layer reaches 1750 K, but the substrate temperature finally rises to about 900 K only. This is because the light irradiation conditions became high power for a shorter time, and the light absorption layer / semiconductor layer near the substrate surface was heat-treated in a non-thermal equilibrium manner. As described above, the semiconductor thin film manufacturing method of the present invention can be easily applied to a low temperature process by controlling the light irradiation profile.

【0050】加えて本発明の半導体薄膜の製造方法は結
晶成長方向が横方向で、しかも半導体層は上下を絶縁層
に挟まれているので結晶化後の半導体層の表面は極めて
平坦である。これはゲート絶縁膜厚の薄い薄膜トランジ
スタを作成した場合にも絶縁耐圧を低下させることが無
いので、より微細なTFTでより薄いゲート絶縁膜を有
するTFTにも適用可能で、結果としてエキシマレーザ
ー結晶化poly−Si膜を用いた場合より高速の回路
を形成しうるという利点を有する。
In addition, in the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, the crystal growth direction is horizontal, and since the semiconductor layer is sandwiched between the upper and lower insulating layers, the surface of the semiconductor layer after crystallization is extremely flat. Since this does not lower the withstand voltage even when a thin film transistor having a thin gate insulating film is formed, it can be applied to a finer TFT having a thinner gate insulating film, resulting in excimer laser crystallization. It has an advantage that a higher-speed circuit can be formed than when a poly-Si film is used.

【0051】更に本発明の半導体薄膜の製造方法により
作製したpoly−Si膜は横方向結晶成長を利用して
いるので結晶は優先的な配向をもって結晶成長する。こ
れは結晶成長速度が面方位により異なるためで、特に結
晶成長方向には<100>面が優先的に成長し、pol
y−Si膜の垂直方向には<110>面が成長するとい
う特徴を有する。このように本発明では結晶の方位制御
ができるので、結晶粒界部分には規則粒界が形成されや
すい。このような規則粒界は電気的に活性な欠陥を発生
する確率が低い。斯様にして作製したpoly−Si膜
を用いて作製したTFTは面方位が揃っているので移動
度ばらつきが極めて小さく、且つ欠陥密度が低いので閾
値電圧が低いという特徴を有する。
Furthermore, since the poly-Si film produced by the method for producing a semiconductor thin film of the present invention utilizes lateral crystal growth, crystals grow with a preferential orientation. This is because the crystal growth rate is different depending on the plane orientation. In particular, the <100> plane grows preferentially in the crystal growth direction.
The y-Si film is characterized in that the <110> plane grows in the vertical direction. Since the crystal orientation can be controlled in the present invention as described above, ordered grain boundaries are easily formed in the crystal grain boundary portions. Such ordered grain boundaries have a low probability of generating electrically active defects. The TFT manufactured using the poly-Si film manufactured in this manner has the characteristics that the plane orientation is aligned, the mobility variation is extremely small, and the defect density is low, so that the threshold voltage is low.

【0052】本発明の半導体薄膜の形成方法は照射光源
のパワーがkWオーダーのハイパワーで、且つミリ秒オ
ーダーの熱処理時間なので、被処理半導体層の膜厚が1
00nmを超える厚さでも結晶化が可能である。従来の
レーザー結晶化法では1パルスの照射時間がナノ秒と短
く、且つ投入するエネルギー密度として1cmあたり
1Jが実用上の上限なので、100nm以上の膜厚の半
導体層を結晶化するのは原理的に不可能であった。これ
に対して本発明の半導体薄膜の形成方法は1ミクロン程
度の膜厚の半導体層でも十分結晶化ができるので、太陽
電池の用途に用いる多結晶シリコン膜の形成にも適用し
得るという特徴を有する。
According to the method of forming a semiconductor thin film of the present invention, the irradiation light source has a high power of kW order and the heat treatment time is of millisecond order.
Crystallization is possible even with a thickness exceeding 00 nm. In the conventional laser crystallization method, the irradiation time for one pulse is as short as nanoseconds, and the energy density to be input is 1 J per cm 2 as a practical upper limit. Therefore, it is a principle to crystallize a semiconductor layer with a thickness of 100 nm or more. Was impossible. On the other hand, the method of forming a semiconductor thin film of the present invention can sufficiently crystallize even a semiconductor layer having a thickness of about 1 micron, and thus can be applied to the formation of a polycrystalline silicon film used for solar cell applications. Have.

【0053】本発明の半導体薄膜の製造方法を低温プロ
セスに適用するには初期基板温度を室温にするか、もし
くは処理中に基板冷却をおこなうのも有効である。基板
冷却をおこなえば図6に示すような光照射プロファイル
を用いても基板温度上昇を防ぎ低温プロセスに適用しう
る。
In order to apply the method for producing a semiconductor thin film of the present invention to a low temperature process, it is also effective to set the initial substrate temperature to room temperature or to cool the substrate during processing. If the substrate is cooled, the substrate temperature rise can be prevented and the low temperature process can be applied even if the light irradiation profile as shown in FIG. 6 is used.

【0054】以上は半導体層を溶融させ結晶化させる条
件について述べてきたが、本発明の半導体薄膜の製造方
法は必ずしも溶融させずとも半導体層を結晶化させるこ
とができる。従来の固相成長法は600℃で48時間程
度の熱処理をおこなっていたが、本発明の半導体薄膜の
製造方法では半導体層の温度が容易に1000℃以上に
達するので例えば1秒程度の熱処理時間でも固相成長が
起こる。例えば照射ピークパワー400W/cm、照
射時間1秒というのがこのような固相成長を起こす照射
プロファイルの一例である。溶融・結晶化の場合のよう
な大粒径結晶はえられないものの、結晶粒径が1μm以
上で、且つ表面が平坦なpoly−Si膜を容易に得る
ことができる。ただしこの場合基板温度も高くなるの
で、高温プロセスへの適用がふさわしい。
Although the conditions for melting and crystallizing the semiconductor layer have been described above, the semiconductor layer can be crystallized without necessarily melting in the method for producing a semiconductor thin film of the present invention. In the conventional solid phase growth method, heat treatment was performed at 600 ° C. for about 48 hours. However, in the method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, the temperature of the semiconductor layer easily reaches 1000 ° C. or higher, so that the heat treatment time is, for example, about 1 second. But solid phase growth occurs. For example, an irradiation peak power of 400 W / cm 2 and an irradiation time of 1 second are examples of an irradiation profile that causes such solid phase growth. Although a large grain crystal such as in the case of melting / crystallization cannot be obtained, a poly-Si film having a grain size of 1 μm or more and a flat surface can be easily obtained. However, in this case, since the substrate temperature also becomes high, it is suitable for application to a high temperature process.

【0055】[0055]

【実施例1】本発明の半導体薄膜の製造方法の実施例を
図1にそって説明する。本発明で用いられる基板及び下
地保護膜に関しては前述の説明に準ずるが、ここでは基
板の一例として300mm×300mmの正方形状汎用
無アルカリガラス(100)を用いる。まず基板100
上に絶縁性物質である下地保護膜(101)を形成す
る。ここでは基板温度を150℃としてECR−PEC
VD法にて200nm程度の膜厚を有する酸化硅素膜を
堆積する。次に後に薄膜トランジスタの能動層となる真
性シリコン膜等の半導体膜(102)を堆積する。半導
体膜の厚みは50nm程度で有る。本例では高真空型L
PCVD装置を用いて、原料ガスで有るジシラン(Si
)を200SCCM流し、425℃の堆積温度で
非晶質シリコン膜102を堆積する。まず高真空型LP
CVD装置の反応室を250℃とした状態で反応室の内
部に複数枚(例えば17枚)の基板を表側を下向きとし
て配置する。こうした後にターボ分子ポンプの運転を開
始する。ターボ分子ポンプが定常回転に達した後、反応
室内の温度を約1時間掛けて250℃から425℃の堆
積温度に迄上昇させる。昇温開始後の最初の10分間は
反応室にガスを全く導入せず真空中で昇温を行い、しか
る後純度が99.9999%以上の窒素ガスを300S
CCM流し続ける。この時の反応室内における平衡圧力
は、3.0×10−3Torrで有る。堆積温度に到達
した後、原料ガスであるジシラン(Si )を20
0SCCM流すと共に、純度が99.9999%以上の
希釈用ヘリウム(He)を1000SCCM流す。堆積
開始直後の反応室内圧力は凡そ0.85Torrで有
る。堆積の進行と共に反応室内の圧力は徐々に上昇し、
堆積終了直前の圧力は凡そ1.25Torrと成る。斯
様に堆積したシリコン膜(102)は基板の周辺部約7
mmを除いた286mm角の領域内に於いて、その膜厚
変動は±5%以内で有る。次に第一絶縁層(103)を
形成する。ここではECR−PECVD法にて100n
m程度の膜厚を有するSiO膜を堆積した。原料ガス
としてSiHとOをそれぞれ30sccmおよび4
0sccm流し、基板を100℃に加熱した状態でプラ
ズマ放電を開始し成膜を行った。次に光吸収層(10
4)としてW膜をスパッタリングにより150nm形成
した。図3に示すようにこの膜厚のWを形成することに
よって安定的に照射光を吸収させることができ、処理中
の光吸収層の温度は極めて安定していた。この次に光吸
収層上に第二絶縁層(105)としてSiO膜を14
5nm形成した。これは第一絶縁層とまったく同様の条
件にて成膜をおこなった。Wを光吸収材料として用い、
第二絶縁層として145nmのSiO膜を形成したの
で実効反射率を50%から25%未満に劇的に低下する
ことができた。この後、1μm付近に強度ピークを持つ
ハロゲンランプ光を長尺300mm、短軸5.5mmの
ライン状に整形し、パワー密度950W/cmにて光
吸収層側から照射した。基板温度の上昇を抑えるため、
基板を毎秒36mmの速度で照射光の短軸方向にスキャ
ンした。任意点における光照射時間は150msであ
る。これにより照射光後方部分に溶融シリコン層(10
8)が形成され、基板の移動とともに固液界面(108
と109の境界部分)にて結晶成長がおこり、最終的に
は基板全面に多結晶シリコン層(109)を形成した。
このような方法により、幅が20〜50μm、長さが1
00μm以上の大粒径poly−Si膜を形成できる。
本照射プロファイルにおける光吸収層・半導体層および
基板各深さにおける温度変化を図8に示す。本発明の半
導体薄膜の製造方法では基板温度はたかだか400℃程
度にまでしか上昇せず、従来の無アルカリガラスでも十
分絶えうる。図7に示す照射プロファイル(照射ピーク
パワー700W/cm、照射時間300ms)でも十
分適用可能である。図8の照射プロファイルならば熱的
影響が小さいので、基板厚さが0.5mmの薄いガラス
基板にも本発明の半導体薄膜の製造方法が適用可能であ
った。以上の光照射方法により、低温プロセスで結晶粒
系のおおきなpoly−Si膜を容易に形成できた。
Example 1 Example of the method for producing a semiconductor thin film of the present invention
Description will be given with reference to FIG. Substrate used in the present invention and bottom
The ground protection film is similar to the above description, but here is the basic
300 mm x 300 mm square general purpose plate as an example
Non-alkali glass (100) is used. First, the substrate 100
Form a base protective film (101) that is an insulating material on top
It Here, the substrate temperature is set to 150 ° C. and the ECR-PEC is set.
A silicon oxide film having a thickness of about 200 nm is formed by the VD method.
accumulate. Then the true layer that will later become the active layer of the thin film transistor
A semiconductor film (102) such as a conductive silicon film is deposited. Semi-conductor
The body membrane has a thickness of about 50 nm. In this example, high vacuum type L
Using a PCVD device, disilane (Si
TwoH6) At a flow rate of 200 SCCM and a deposition temperature of 425 ° C.
Amorphous silicon film 102 is deposited. First, high vacuum LP
Inside the reaction chamber with the reaction chamber of the CVD device at 250 ° C
Multiple (for example, 17) substrates in the part with the front side facing down
Place it. After this, the operation of the turbo molecular pump was started.
Start. After the turbo molecular pump reaches steady rotation, the reaction
It takes about 1 hour for the room temperature to reach a temperature of 250 ° C to 425 ° C
Raise to the product temperature. For the first 10 minutes after the start of heating
No gas was introduced into the reaction chamber and the temperature was raised in vacuum.
Nitrogen gas with a purity of 99.9999% or higher after 300 S
Continue to flow CCM. Equilibrium pressure in the reaction chamber at this time
Is 3.0 × 10-3It is Torr. Reach deposition temperature
After that, the raw material gas disilane (Si TwoH6) 20
Purity of 99.9999% or more while flowing 0 SCCM
Flow 1000 SCCM of helium (He) for dilution. Accumulation
The pressure in the reaction chamber immediately after the start was about 0.85 Torr.
It As the deposition progresses, the pressure in the reaction chamber gradually rises,
The pressure immediately before the end of deposition is approximately 1.25 Torr. Such
The silicon film (102) deposited in the same manner as in the peripheral portion of the substrate.
The film thickness within the 286 mm square area excluding mm
The fluctuation is within ± 5%. Then the first insulating layer (103)
Form. Here, 100 n is obtained by the ECR-PECVD method.
SiO having a film thickness of about mTwoThe film was deposited. Raw material gas
As SiHFourAnd OTwo30 sccm and 4 respectively
Flow at 0 sccm and heat the substrate to 100 ° C
Zuma discharge was started to form a film. Next, the light absorption layer (10
4) W film is formed to 150 nm by sputtering
did. As shown in FIG. 3, to form W of this film thickness
Therefore, the irradiation light can be stably absorbed, and during processing
The temperature of the light absorption layer was extremely stable. This is light absorption
SiO as the second insulating layer (105) on the collecting layerTwoMembrane 14
5 nm was formed. This is exactly the same line as the first insulation layer
The film was formed according to the circumstances. W is used as a light absorbing material,
145 nm SiO as second insulating layerTwoFormed a film
Dramatically reduces the effective reflectance from 50% to less than 25%
I was able to. After this, there is an intensity peak near 1 μm
Halogen lamp light of 300 mm long and 5.5 mm short axis
Shaped into a line, power density 950 W / cmTwoAt the light
Irradiation was performed from the absorption layer side. In order to suppress the rise in substrate temperature,
The substrate is scanned at a speed of 36 mm / s in the short axis direction of the irradiation light.
I did. Light irradiation time at any point is 150 ms
It As a result, the molten silicon layer (10
8) is formed, and the solid-liquid interface (108
The crystal growth occurs at the boundary between the and
Formed a polycrystalline silicon layer (109) on the entire surface of the substrate.
With such a method, the width is 20 to 50 μm and the length is 1
A poly-Si film having a large grain size of 00 μm or more can be formed.
Light absorption layer / semiconductor layer in this irradiation profile and
FIG. 8 shows the temperature change at each depth of the substrate. Half of the invention
In the manufacturing method of the conductor thin film, the substrate temperature is about 400 ° C at most.
It rises only once, and even conventional non-alkali glass is enough.
Can be extinguished. Irradiation profile shown in Fig. 7 (irradiation peak
Power 700W / cmTwo, Irradiation time 300 ms)
Minutes are applicable. The irradiation profile of Fig. 8 is thermal
Thin glass with a substrate thickness of 0.5 mm, because the effect is small
The method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention can be applied to a substrate.
It was. With the above light irradiation method, crystal grains can be processed in a low temperature process.
A large poly-Si film of the system could be easily formed.

【0056】[0056]

【実施例2】本発明の第2の実施例を図1にそって説明
する。下地保護膜、半導体層、第一絶縁層、光吸収層を
形成する方法は実施例1とまったく同様である。しかる
後に第二絶縁層を形成せずに光照射をおこなった。ただ
し光吸収層の酸化を防止するためにランプ光照射時に照
射雰囲気をArガスで完全に置換し、雰囲気中の酸素濃
度が0.1%以下であることを確認してから光照射をお
こなった。光照射条件は実施例とまったく同じである。
これにより第二絶縁層を形成すること無く、実施例1と
全く同様の高品質poly−Si膜を得ることができ
た。本発明の半導体薄膜をTFTに適用する場合には半
導体層上に第一絶縁層、光吸収層、第二絶縁層を形成し
光照射した後これら三層をエッチングにより除去し半導
体層を能動層として利用する。よって半導体層上の積層
構造を単純化することによって工程に要する時間、すな
わち第二絶縁層の形成とエッチングの時間を短縮するこ
とができた。
[Embodiment 2] A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The method for forming the base protective film, the semiconductor layer, the first insulating layer, and the light absorption layer is exactly the same as in the first embodiment. Thereafter, light irradiation was performed without forming the second insulating layer. However, in order to prevent oxidation of the light absorption layer, the irradiation atmosphere was completely replaced with Ar gas at the time of lamp light irradiation, and light irradiation was performed after confirming that the oxygen concentration in the atmosphere was 0.1% or less. . The light irradiation conditions are exactly the same as in the example.
As a result, it was possible to obtain a high quality poly-Si film which was exactly the same as that of Example 1 without forming the second insulating layer. When the semiconductor thin film of the present invention is applied to a TFT, a first insulating layer, a light absorption layer, and a second insulating layer are formed on the semiconductor layer, light irradiation is performed, and then these three layers are removed by etching to make the semiconductor layer an active layer. To use as. Therefore, by simplifying the laminated structure on the semiconductor layer, the time required for the process, that is, the time for forming the second insulating layer and the etching can be shortened.

【0057】[0057]

【実施例3】本発明の第3の実施例では、光照射条件を
変えて半導体薄膜の作製をおこなった。被処理基板の作
成方法は基板に比較的耐熱性の高いプラスティック基板
を用いたことを除けば実施例1とまったく同じである。
しかるのち、1μm付近に強度ピークを持つハロゲンラ
ンプ光を長尺300mm、短軸1mmのライン状に整形
し、パワー密度1800W/cmにて光吸収層側から
照射した。基板温度の上昇を抑えるため、基板を毎秒2
3mmの速度で照射光の短軸方向にスキャンした。任意
点における光照射時間は44msである。この照射プロ
ファイルによる光吸収層・半導体層および基板各深さに
おける温度変化を図9に示す。これにより、基板の温度
上昇は更に低下でき、たかだか220℃までしか上昇し
ない。なお且つ、大粒径poly−Si膜は実施例1、
2と同品質のものが形成しうる。本実施例ではプラステ
ィック基板を用いても本発明の半導体薄膜の製造法方が
適用しうることを確認できた。
Example 3 In the third example of the present invention, a semiconductor thin film was manufactured under different light irradiation conditions. The method of forming the substrate to be processed is exactly the same as that of the first embodiment except that a plastic substrate having relatively high heat resistance is used as the substrate.
Then, halogen lamp light having an intensity peak near 1 μm was shaped into a linear shape having a long length of 300 mm and a short axis of 1 mm, and the light was irradiated from the light absorption layer side at a power density of 1800 W / cm 2 . In order to suppress the rise in substrate temperature, the substrate is
Scanning was performed in the short axis direction of the irradiation light at a speed of 3 mm. The light irradiation time at an arbitrary point is 44 ms. FIG. 9 shows changes in temperature at each depth of the light absorption layer / semiconductor layer and the substrate due to this irradiation profile. As a result, the temperature rise of the substrate can be further reduced, and the temperature rises to 220 ° C. at most. In addition, the large grain size poly-Si film is formed in the first embodiment.
The same quality as 2 can be formed. In this example, it was confirmed that the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention can be applied even if a plastic substrate is used.

【0058】[0058]

【実施例4】本発明の薄膜トランジスタの製造方法の実
施例を図10にそって説明する。本実施例で用いる試料
構造は実施例1または2のいずれの構造でも構わない
が、ここでは実施例1の構造を用いた。光照射は1μm
付近に強度ピークを持つハロゲンランプ光を長尺300
mm、短軸5.5mmのライン状に整形し、パワー密度
700W/cmにて光吸収層側から移動速度毎秒18
mmにて照射した。これにより大粒径高品質poly−
Si膜を形成した。本実施例では斯様に形成したpol
y−Si膜を能動層として用いるために第二絶縁層、光
吸収層および第一絶縁層をエッチングにより除去した。
SiO膜のエッチングには5%HF液を、また光吸収
層であるWは塩素系ガスをプラズマ放電させ発生するラ
ジカルを用いてドライエッチングにより除去した。斯様
にしてpoly−Si膜901が露出した基板をプラズ
マ処理チャンバーへセットする。プラズマ処理チャンバ
ーでは基板温度は250℃とし、水素ガスを80scc
m流し、圧力1Torrで平行平板RF電極を用いて1
kWのパワーでプラズマ放電をおこなった。これにより
poly−Si膜の捕獲準位(欠陥)不活性化処理およ
び表面の水素終端処理を160秒おこなった。この後、
多結晶シリコン膜上にフォトリソグラフィーによりフォ
トレジストパターンを形成し、CFとO混合ガスを
用いたリモートプラズマ放電によるドライエッチングを
おこなった。島状にパターニングされたpoly−Si
膜上にゲート絶縁膜(902)を形成するために基板を
絶縁膜形成チャンバーへセットする。チャンバー内を1
−6(torr)台の真空度に排気した後、シランガ
スと酸素ガスを流量比1:6で導入し、チャンバー圧力
を2×10−3(Torr)に調節する。チャンバー内
のガス圧力が安定したらECR放電を開始し、絶縁膜の
成膜を開始する。投入したマイクロ波パワーは1kW
で、マイクロ波は磁力線に平行に導入窓から導入した。
導入窓から14cmの位置にECRポイントがある。成
膜は10nm/minの成膜速度でおこなった。これによ
り、ゲート絶縁膜(902)を100nm形成した。引
き続いてゲート電極(905)となる薄膜をPVD法或
いはCVD法などで堆積する。通常はゲート電極とゲー
ト配線は同一材料にて同一工程で作られる為、この材質
は電気抵抗が低く、350℃程度の熱工程に対して安定
である事が望まれる。本例では膜厚が600nmのタン
タル薄膜をスパッター法により形成する。タンタル薄膜
を形成する際の基板温度は180℃であり、スパッタガ
スとして窒素ガスを6.7%含むアルゴンガスを用い
る。斯様に形成したタンタル薄膜は結晶構造がα構造と
成っており、その比抵抗は凡そ40μΩcmである。ゲ
ート電極となる薄膜を堆積後パターニングを行い、引き
続いて半導体膜に不純物イオン注入を行ってソース・ド
レイン領域(903、904)及びチャンネル領域を形
成する。この時ゲート電極がイオン注入のマスクとなっ
ているため、チャンネルはゲート電極下のみに形成され
る自己整合構造となる。イオン・ドーピング法の原料ガ
スとしては水素中に希釈された濃度0.1%程度から1
0%程度のホスフィン(PH)やジボラン(B
)等の注入不純物元素の水素化物を用いる。本例
ではNMOS形成を目指し、イオン・ドーピング装置を
用いて、水素中に希釈された濃度5%のホスフィン(P
)を加速電圧100keVで注入する。PH
イオンを含むの全イオン注入量量は1×1016
cm−2である。
[Embodiment 4] Implementation of a method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention
An example will be described with reference to FIG. Samples used in this example
The structure may be that of either Example 1 or 2.
However, the structure of Example 1 was used here. Light irradiation is 1 μm
Long halogen lamp light with intensity peak near 300
mm, short axis 5.5 mm line shaped, power density
700 W / cmTwoAt the moving speed of 18 from the light absorption layer side
Irradiation in mm. This enables large particle size and high quality poly-
A Si film was formed. In this embodiment, the pol thus formed is
In order to use the y-Si film as an active layer, a second insulating layer,
The absorbing layer and the first insulating layer were removed by etching.
SiOTwo5% HF solution for film etching and light absorption
The layer W is a plasma generated by chlorine-based gas plasma discharge.
It was removed by dry etching using Zical. Like this
Then, the substrate with the exposed poly-Si film 901 is plated.
Set in the processing chamber. Plasma processing chamber
Substrate temperature is 250 ° C and hydrogen gas is 80 scc
m flow, pressure 1 Torr and parallel plate RF electrode 1
Plasma discharge was performed with a power of kW. This
Capture level (defect) passivation treatment of poly-Si film and
And surface hydrogen termination treatment was performed for 160 seconds. After this,
Photolithography is performed on the polycrystalline silicon film by photolithography.
Form a photoresist pattern and use CFFourAnd OTwoMixed gas
Dry etching by remote plasma discharge used
I did it. Island-patterned poly-Si
A substrate is formed to form a gate insulating film (902) on the film.
Set in the insulating film forming chamber. 1 in the chamber
0-6After evacuating to a vacuum level of (torr) table,
Gas and oxygen gas at a flow rate ratio of 1: 6, and chamber pressure
2 x 10−3Adjust to (Torr). Inside the chamber
When the gas pressure of is stable, ECR discharge is started and the insulation film
Start film formation. Input microwave power is 1kW
Then, the microwave was introduced through the introduction window parallel to the magnetic field lines.
There is an ECR point 14 cm from the introduction window. Success
The film was formed at a film formation rate of 10 nm / min. By this
Thus, a gate insulating film (902) having a thickness of 100 nm was formed. Pull
Then, the thin film to be the gate electrode (905) is formed by PVD or
Or deposited by the CVD method or the like. Normally, the gate electrode and gate
Since the wiring is made of the same material in the same process, this material
Has low electrical resistance and is stable to thermal processes around 350 ° C
Is desired. In this example, the film thickness of 600 nm
A Tal thin film is formed by a sputtering method. Tantalum thin film
The substrate temperature is 180 ° C when forming
Argon gas containing 6.7% nitrogen gas is used as the gas.
It The tantalum thin film thus formed has a crystal structure of α structure.
And its specific resistance is approximately 40 μΩcm. Ge
After depositing a thin film to be the gate electrode, patterning
Next, impurity ions are implanted into the semiconductor film to
Shape the rain area (903, 904) and the channel area.
To achieve. At this time, the gate electrode serves as a mask for ion implantation.
Therefore, the channel is formed only under the gate electrode.
It becomes a self-aligned structure. Ion doping raw material
As a gas, the concentration diluted with hydrogen is about 0.1% to 1
About 0% phosphine (PHThree) And diborane (B
TwoH6) Or the like is used as a hydride of an implanted impurity element. This example
Then, aiming at NMOS formation, an ion doping system
Using phosphine (P with a concentration of 5% diluted in hydrogen
HThree) Is injected at an acceleration voltage of 100 keV. PHThree +Or
HTwo +Total ion implantation amount including ions is 1 x 1016
cm-2Is.

【0059】次に層間絶縁膜をPECVD法を用いて形
成した。原料ガスはTEOS(テトラエトキシシラ
ン)、NOおよびArガスを用いて圧力1.5Tor
r、1kWのパワーで放電をおこない、800nmの層
間絶縁膜を形成した。次にソース・ドレイン上にコンタ
クトホールを開孔し、アルミニウムでソース・ドレイン
取り出し電極(907、908)と配線をPVD法やC
VD法などで形成して薄膜トランジスタが完成する。
Next, an interlayer insulating film was formed by PECVD. The source gas is TEOS (tetraethoxysilane), N 2 O and Ar gas, and the pressure is 1.5 Torr.
Discharge was performed with a power of r and 1 kW to form an interlayer insulating film having a thickness of 800 nm. Next, contact holes are opened on the source / drain, and the source / drain extraction electrodes (907, 908) and the wiring are made of aluminum by PVD or C
The thin film transistor is completed by forming the thin film transistor by the VD method or the like.

【0060】本発明の製造方法により得られた薄膜トラ
ンジスタは電気光学装置を備える各種の電子機器に適用
可能である。図11に電気光学装置を適用可能な電子機
器の例を挙げる。同図(a)は携帯電話への適用例であ
り、携帯電話230は、アンテナ部231、音声出力部
232、音声入力部233、操作部234、及び本発明
の電気光学装置10を備えている。このように本発明の
電気光学装置10を携帯電話230の表示部として利用
可能である。同図(b)はビデオカメラへの適用例であ
り、ビデオカメラ240は、受像部241、操作部24
2、及び本発明の電気光学装置10を備えている。この
ように本発明の電気光学装置は、ファインダや表示部と
して利用可能である。このほかにも携帯型パーソナルコ
ンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型プロ
ジェクター、フロント型プロジェクターへの適用が可能
である。このように本発明の電気光学装置は画像表示源
として利用可能である。
The thin film transistor obtained by the manufacturing method of the present invention can be applied to various electronic devices including an electro-optical device. FIG. 11 shows examples of electronic devices to which the electro-optical device can be applied. FIG. 1A shows an application example to a mobile phone, and the mobile phone 230 includes an antenna unit 231, a voice output unit 232, a voice input unit 233, an operation unit 234, and the electro-optical device 10 of the present invention. . As described above, the electro-optical device 10 of the present invention can be used as the display unit of the mobile phone 230. FIG. 2B shows an example of application to a video camera. The video camera 240 includes an image receiving unit 241 and an operating unit 24.
2 and the electro-optical device 10 of the present invention. As described above, the electro-optical device of the present invention can be used as a finder or a display unit. In addition, it can be applied to portable personal computers, head mounted displays, rear type projectors, and front type projectors. As described above, the electro-optical device of the present invention can be used as an image display source.

【0061】上記例に限らず本発明の電気光学装置10
は、アクティブマトリクス型の電気光学装置を適用可能
なあらゆる電子機器に適用可能である。例えば、この他
に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのフ
ァインダ、携帯型TV、DSP装置、PDA、電子手
帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用
することができる。
The electro-optical device 10 of the present invention is not limited to the above example.
Can be applied to any electronic device to which an active matrix electro-optical device can be applied. For example, in addition to this, it can also be utilized in a fax machine with a display function, a finder of a digital camera, a portable TV, a DSP machine, a PDA, an electronic notebook, an electronic bulletin board, a display for advertisement and the like.

【0062】以上、従来の技術では、結晶粒径が大きく
表面が平坦な高品質poly−Si膜を低温プロセス
で、且つ高いスループットで、且つ低コストで形成する
有効なプロセスが明確でなかった。しかし、以上述べて
来た様に本発明の半導体薄膜および薄膜トランジスタの
製造方法を用いることによって極めて高品質なpoly
−Si膜形成が可能となる。結果として高移動度、低し
きい値電圧でなお且つバラツキの極めて少ない薄膜トラ
ンジスタの製造が可能となり、超低消費電力回路の実現
が可能となり、低価格で多機能の電気光学装置及び電子
機器を提供できる。
As described above, in the conventional technique, an effective process for forming a high quality poly-Si film having a large crystal grain size and a flat surface by a low temperature process, a high throughput and a low cost was not clear. However, as described above, by using the method for manufacturing a semiconductor thin film and a thin film transistor according to the present invention, an extremely high quality poly is obtained.
-Si film formation becomes possible. As a result, it is possible to manufacture a thin film transistor having high mobility, low threshold voltage and extremely small variation, and it is possible to realize an ultra-low power consumption circuit, which provides a multifunctional electro-optical device and electronic device at low cost. it can.

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

【図1】本発明の半導体薄膜の製造方法を示した工程断
面図。
FIG. 1 is a process sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention.

【図2】種々の高融点金属膜の反射率スペクトルを示し
た図。
FIG. 2 is a diagram showing reflectance spectra of various refractory metal films.

【図3】CrおよびW膜の波長1μmにおける反射率の
膜厚依存性を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing the film thickness dependence of reflectance of Cr and W films at a wavelength of 1 μm.

【図4】Cr、W上に設けた第二絶縁層膜厚と波長1μ
mにおける反射率の関係を示した図。
FIG. 4 is a film thickness of a second insulating layer provided on Cr and W and a wavelength of 1 μm.
The figure which showed the relationship of the reflectance in m.

【図5】本発明の光照射方法を大面積基板に適用する方
法および照射プロファイルを説明した図。
FIG. 5 is a diagram illustrating a method and an irradiation profile in which the light irradiation method of the present invention is applied to a large area substrate.

【図6】本発明の光照射プロファイルと光吸収層・半導
体層、ガラス基板の各深さにおける温度上昇を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a light irradiation profile of the present invention and temperature rises at respective depths of a light absorption layer / semiconductor layer and a glass substrate.

【図7】本発明の光照射プロファイルと光吸収層・半導
体層、ガラス基板の各深さにおける温度上昇を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a light irradiation profile of the present invention and temperature rises at respective depths of a light absorption layer / semiconductor layer and a glass substrate.

【図8】本発明の光照射プロファイルと光吸収層・半導
体層、ガラス基板の各深さにおける温度上昇を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a light irradiation profile of the present invention and temperature rises at respective depths of a light absorption layer / semiconductor layer and a glass substrate.

【図9】本発明の光照射プロファイルと光吸収層・半導
体層、ガラス基板の各深さにおける温度上昇を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a light irradiation profile of the present invention and temperature rises at respective depths of a light absorption layer / semiconductor layer and a glass substrate.

【図10】本発明の薄膜トランジスタの製造方法を示し
た工程断面図。
FIG. 10 is a process sectional view showing the method of manufacturing the thin film transistor of the present invention.

【図11】本発明の電気光学装置を備える電子機器の例
を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing an example of an electronic apparatus including the electro-optical device of the invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100...基板 101...下地保護膜 102...半導体膜 103...第一絶縁層 104...光吸収層 105...第二絶縁層 106...照射光の基板上における集光点 107...光吸収層の温度上昇部分 108...液体シリコン 109...poly−Si 110...ランプユニット 111...ランプ光源 112...反射光学系・反射面 113...放射温度計 114...スキャン方向 115...スリット 500...照射光 501...照射終了領域 502...未照射領域 503...照射光照射位置 504...基板上任意点 510...基板上の照射光強度分布 511、512...照射プロファイル例 901...poly−Si膜 902...ゲート絶縁膜 903、904...ソース、ドレイン領域 905...ゲート電極 906...層間絶縁膜 907、908...ソース、ドレイン電極 10...本発明の半導体薄膜を用いて作製したTFT
を利用した電気光学装置
100. . . Substrate 101. . . Base protection film 102. . . Semiconductor film 103. . . First insulating layer 104. . . Light absorbing layer 105. . . Second insulating layer 106. . . Condensing point of irradiation light on substrate 107. . . Temperature rising portion of light absorption layer 108. . . Liquid silicon 109. . . poly-Si 110. . . Lamp unit 111. . . Lamp light source 112. . . Reflective optical system / reflection surface 113. . . Radiation thermometer 114. . . Scan direction 115. . . Slit 500. . . Irradiation light 501. . . Irradiation end area 502. . . Unirradiated area 503. . . Irradiation light irradiation position 504. . . Arbitrary point on substrate 510. . . Irradiation light intensity distributions 511, 512. . . Illumination profile example 901. . . poly-Si film 902. . . Gate insulating films 903, 904. . . Source / drain regions 905. . . Gate electrode 906. . . Interlayer insulating films 907, 908. . . Source / drain electrodes 10. . . TFT manufactured using the semiconductor thin film of the present invention
Electro-optical device using

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/26 T Fターム(参考) 2H092 GA60 JA05 JA24 KA04 MA29 NA05 NA24 NA27 NA29 PA01 5F052 AA24 BA07 BA18 CA04 DA01 DA03 DA04 DA06 DB01 DB02 DB03 DB04 DB07 EA06 JA01 5F110 AA01 AA17 AA30 BB01 CC02 DD01 DD02 DD03 DD05 DD13 DD14 EE04 EE43 EE44 EE45 FF02 FF31 GG01 GG02 GG03 GG04 GG13 GG17 GG25 GG32 GG42 GG43 GG44 GG45 GG47 GG57 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HL03 HL24 NN02 NN04 NN23 NN35 PP02 PP05 PP06 PP11 PP23 QQ11 QQ25 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme coat (reference) H01L 21/26 TF term (reference) 2H092 GA60 JA05 JA24 KA04 MA29 NA05 NA24 NA27 NA29 PA01 5F052 AA24 BA07 BA18 CA04 DA01 DA03 DA04 DA06 DB01 DB02 DB03 DB04 DB07 EA06 JA01 5F110 AA01 AA17 AA30 BB01 CC02 DD01 DD02 DD03 DD05 DD13 DD14 EE04 EE43 EE44 EE45 FF02 FF31 GG01 GG02 GG03 GG03 GG04 GG03 GG04 GG04 GG04 GG04 GG04 GG04 GG04 GG04 GG04 GG04 GG04 GG04 GG04 GG04 GG04 GG32 GG04 GG04 NN23 NN35 PP02 PP05 PP06 PP11 PP23 QQ11 QQ25

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に形成された半導体層上に第一絶縁
層を形成する工程と、該第一絶縁層上に光吸収層を形成
する工程と、光源と前記基板とを相対的に移動させなが
ら光源からの照射光を前記光吸収層に光照射することに
よって前記半導体層を結晶化させる工程とを備える半導
体薄膜の製造方法であって、前記光源は赤外領域に出力
ピーク波長を有し、かつ前記光吸収層はW、Ti、Cr
のいずれかの材料である半導体薄膜の製造方法。
1. A step of forming a first insulating layer on a semiconductor layer formed on a substrate, a step of forming a light absorbing layer on the first insulating layer, and a light source and the substrate relatively. A method of manufacturing a semiconductor thin film comprising crystallization of the semiconductor layer by irradiating the light absorption layer with light emitted from a light source while moving, wherein the light source has an output peak wavelength in an infrared region. And the light absorption layer has W, Ti, Cr
A method for manufacturing a semiconductor thin film, which is any one of the above materials.
【請求項2】基板上に形成された半導体層上に第一絶縁
層を形成する工程と、該絶縁層上に光吸収層を形成する
工程と、該光吸収層上に第二絶縁層を形成する工程と、
光源と前記基板とを相対的に移動させながら光源からの
照射光を前記光吸収層に光照射することによって前記半
導体層を結晶化させる工程とを備える半導体薄膜の製造
方法であって、前記光源は赤外領域に出力ピーク波長を
有し、かつ前記光吸収層はW、Ti、Crのいずれかの
材料であり、かつ前記第二絶縁層の膜厚は50乃至25
0nmである半導体薄膜の製造方法。
2. A step of forming a first insulating layer on a semiconductor layer formed on a substrate, a step of forming a light absorbing layer on the insulating layer, and a second insulating layer on the light absorbing layer. Forming process,
A method of manufacturing a semiconductor thin film, which comprises crystallizing the semiconductor layer by irradiating the light absorption layer with light emitted from a light source while moving the light source and the substrate relatively. Has an output peak wavelength in the infrared region, the light absorption layer is made of any one of W, Ti, and Cr, and the thickness of the second insulating layer is 50 to 25.
A method for manufacturing a semiconductor thin film having a thickness of 0 nm.
【請求項3】前記光照射は、不活性ガス雰囲気中にてお
こなう請求項1記載の半導体薄膜の製造方法。
3. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the light irradiation is performed in an inert gas atmosphere.
【請求項4】前記光源は波長1μm付近に出力ピーク波
長を有し、かつ前記光吸収層はWであり、かつ前記第二
絶縁層の膜厚は100nm乃至200nmである請求項
2記載の半導体薄膜の製造方法。
4. The semiconductor according to claim 2, wherein the light source has an output peak wavelength near a wavelength of 1 μm, the light absorbing layer is W, and the thickness of the second insulating layer is 100 nm to 200 nm. Thin film manufacturing method.
【請求項5】前記光吸収層の膜厚は100nm以上であ
る請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載の半
導体薄膜の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the thickness of the light absorption layer is 100 nm or more.
【請求項6】前記光吸収層への光照射は、基板上任意点
においてピークパワー密度が700W/cm2以上且つ照射
時間が300ミリ秒以下である請求項1乃至請求項5の
うちいずれか1項に記載の半導体薄膜の製造方法。
6. The light irradiation to the light absorption layer has a peak power density of 700 W / cm 2 or more and an irradiation time of 300 milliseconds or less at an arbitrary point on the substrate. Item 1. A method for manufacturing a semiconductor thin film according to item 1.
【請求項7】前記光吸収層への光照射は、基板上任意点
においてピークパワー密度が950W/cm2以上且つ照射
時間が150ミリ秒以下である請求項1乃至請求項5の
うちいずれか1項に記載の半導体薄膜の製造方法。
7. The light irradiation to the light absorption layer has a peak power density of 950 W / cm 2 or more and an irradiation time of 150 milliseconds or less at an arbitrary point on the substrate. Item 1. A method for manufacturing a semiconductor thin film according to item 1.
【請求項8】前記光吸収層への光照射は、基板上任意点
においてピークパワー密度が1800W/cm2以上且つ照
射時間が44ミリ秒以下である請求項1乃至請求項5の
うちいずれか1項に記載の半導体薄膜の製造方法。
8. The light irradiation to the light absorption layer has a peak power density of 1800 W / cm 2 or more and an irradiation time of 44 milliseconds or less at an arbitrary point on the substrate. Item 1. A method for manufacturing a semiconductor thin film according to item 1.
【請求項9】前期半導体薄膜の製造方法により形成した
半導体層を能動層として用いる、請求項1乃至請求項8
のうちいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方
法。
9. The semiconductor layer formed by the method of manufacturing a semiconductor thin film as described above is used as an active layer.
The method of manufacturing a thin film transistor according to any one of the above.
【請求項10】請求項9に記載の方法により製造された
薄膜トランジスタを表示画素の駆動素子として備える、
電気光学装置。
10. A thin film transistor manufactured by the method according to claim 9 is provided as a driving element of a display pixel.
Electro-optical device.
【請求項11】請求項10に記載の電気光学装置を備え
る、電子機器。
11. An electronic apparatus comprising the electro-optical device according to claim 10.
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JP2009004410A (en) * 2007-06-19 2009-01-08 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Heat treatment apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7399400B2 (en) 2003-09-30 2008-07-15 Nano-Proprietary, Inc. Nanobiosensor and carbon nanotube thin film transistors
US7695609B2 (en) 2003-09-30 2010-04-13 Applied Nanotech Holdings, Inc. Nanobiosensor and carbon nanotube thin film transistors
JP2009004410A (en) * 2007-06-19 2009-01-08 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Heat treatment apparatus

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