JP2003178979A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2003178979A
JP2003178979A JP2002256221A JP2002256221A JP2003178979A JP 2003178979 A JP2003178979 A JP 2003178979A JP 2002256221 A JP2002256221 A JP 2002256221A JP 2002256221 A JP2002256221 A JP 2002256221A JP 2003178979 A JP2003178979 A JP 2003178979A
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique of forming a crystalline semiconductor film with orientation put in order by controlling the crystal orientation, and of obtaining a crystalline semiconductor film with reduced impurity concentration. <P>SOLUTION: The method comprises forming a first semiconductor region on a substrate transparent in a visible spectrum region, forming a barrier film covering the first semiconductor region, forming a heat insulating film covering the upper and side surfaces of the first semiconductor region through the barrier film, crystallizing the first semiconductor region by scanning a continuous oscillation laser beam from one end of the first semiconductor region to the other end of the same through the substrate, and forming a second semiconductor region by etching the first semiconductor region into a TFT active layer after removal of the protective film and the barrier film. A pattern of the second semiconductor region formed by the etching is formed such that a scanning direction of the laser beam and a channel length direction in the TFT are substantially coincident each other in order to smooth the drift of a carrier. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、レーザーアニール
法を用いた半導体装置の作製方法に関する。特に、非晶
質半導体膜をレーザービームにより結晶化又は結晶性を
向上させる技術に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using a laser annealing method. In particular, the present invention relates to a technique for crystallizing an amorphous semiconductor film by a laser beam or improving crystallinity.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガラスなどの基板上に形成した非晶質半
導体膜を、レーザーアニール法により結晶化させる技術
が開発されている。ここで言うレーザーアニール法と
は、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモ
ルファス層を再結晶化する技術、又は基板上に形成され
た非晶質半導体膜を結晶化させる技術、又は結晶構造を
有する半導体膜(結晶質半導体膜)の結晶性を向上させ
る技術を指している。半導体のレーザーアニールに適用
されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表さ
れる気体レーザーや、YAGレーザーに代表される固体
レーザーが通常用いられている。
2. Description of the Related Art A technique for crystallizing an amorphous semiconductor film formed on a substrate such as glass by a laser annealing method has been developed. The laser annealing method here is a technique for recrystallizing a damaged layer or an amorphous layer formed on a semiconductor substrate or a semiconductor film, a technique for crystallizing an amorphous semiconductor film formed on a substrate, or a crystal. This refers to a technique for improving the crystallinity of a structured semiconductor film (crystalline semiconductor film). As a laser oscillator applied to laser annealing of semiconductors, a gas laser typified by an excimer laser and a solid-state laser typified by a YAG laser are usually used.

【0003】従来のレーザーアニール法の一例は、特開
平2−181419号公報に開示されているように、被
照射物の全面にレーザービームを均一照射する方法や、
特開昭62−104117号公報で開示されるように、
スポット状のビームを走査する方法、或いは特開平8−
195357号公報で開示されるレーザー処理装置のよ
うに光学系にて線状にビームを加工して照射する方法が
知られている。
An example of a conventional laser annealing method is a method of uniformly irradiating a laser beam on the entire surface of an object to be irradiated, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-181419.
As disclosed in JP-A-62-104117,
A method of scanning a spot-shaped beam, or JP-A-8-
There is known a method in which a beam is processed into a linear beam by an optical system and is irradiated like a laser processing device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 195357.

【0004】上記特開昭62−104117号公報にお
いては、レーザービームの走査速度を、ビームスポット
径×5000/秒以上として非晶質半導体膜を完全な溶
融状態に至らしめることなく多結晶化する技術である。
米国特許4,330,363号には島状に形成された半導体領域
に、引き延ばされたレーザービームを照射して実質に単
結晶領域を形成する技術が開示されている。
In the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 62-104117, the scanning speed of the laser beam is set to a beam spot diameter × 5000 / sec or more to polycrystallize the amorphous semiconductor film without completely melting it. It is a technology.
U.S. Pat. No. 4,330,363 discloses a technique in which a semiconductor region formed in an island shape is irradiated with a stretched laser beam to substantially form a single crystal region.

【0005】レーザーアニール法の特徴は、輻射加熱或
いは伝導加熱を利用するアニール法と異なり、レーザー
ビームのエネルギーを吸収する領域のみを選択的に加熱
することができる点にある。例えば、エキシマレーザー
を用いたレーザーアニールは半導体膜を選択的且つ局所
的に加熱して、ガラス基板に殆ど熱的損傷を与えずに、
半導体膜の結晶化や活性化処理を実現している。
The characteristic of the laser annealing method is that, unlike the annealing method utilizing radiant heating or conduction heating, only the region that absorbs the energy of the laser beam can be selectively heated. For example, laser annealing using an excimer laser selectively and locally heats a semiconductor film to cause almost no thermal damage to a glass substrate,
It realizes crystallization and activation of semiconductor film.

【0006】近年におけるレーザーアニールの積極的な
活用は、ガラス基板上への多結晶珪素膜の形成にあり、
この技術は液晶表示装置のスイッチング素子として用い
られる薄膜トランジスタ(TFT)の作製に応用されて
いる。エキシマレーザーを使うと半導体膜が形成された
領域しか熱的な影響を与えないため、安価なガラス基板
を用いることが可能となっている。
The active use of laser annealing in recent years lies in the formation of a polycrystalline silicon film on a glass substrate.
This technique is applied to manufacture of a thin film transistor (TFT) used as a switching element of a liquid crystal display device. When an excimer laser is used, only a region where a semiconductor film is formed has a thermal effect, so that an inexpensive glass substrate can be used.

【0007】レーザーアニールによって結晶化した多結
晶珪素膜で作製されるTFTは比較的高い周波数で駆動
できるので、画素に設けるスイッチング素子のみでな
く、駆動回路をガラス基板上に形成することも可能とな
っている。パターンのデザインルールは5〜20μm程
度であり、駆動回路及び画素部にそれぞれ106〜107
個程度のTFTがガラス基板上に作り込まれている。
Since a TFT made of a polycrystalline silicon film crystallized by laser annealing can be driven at a relatively high frequency, it is possible to form not only a switching element provided in a pixel but also a driving circuit on a glass substrate. Has become. The design rule of the pattern is about 5 to 20 μm, and the driving circuit and the pixel portion each have a pattern of 10 6 to 10 7
About TFTs are built on the glass substrate.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】レーザーアニール法を
用いた非晶質珪素膜の結晶化は、溶融−固化の過程を経
て成されるが、詳細には結晶核の生成とその核からの結
晶成長との段階に分けて考えられている。しかしなが
ら、パルスレーザービームを用いる結晶化は、結晶核の
生成位置と生成密度を制御することができず、自然発生
する結晶核に期待しているのが現状である。従って、結
晶粒はガラス基板の面内で任意の位置に形成され、その
サイズも0.2〜0.5μm程度と小さなものしか得ら
れていない。通常、結晶粒界には多数の欠陥が含まれる
ので、それがTFTの電界効果移動度を制限する要因で
あると考えられている。
Crystallization of an amorphous silicon film using a laser annealing method is performed through a process of melting and solidifying. Specifically, formation of crystal nuclei and crystals from the nuclei are described. It is considered divided into stages such as growth. However, crystallization using a pulsed laser beam cannot control the generation position and generation density of crystal nuclei, and currently expects crystal nuclei to occur naturally. Therefore, the crystal grains are formed at arbitrary positions within the surface of the glass substrate, and the size thereof is as small as about 0.2 to 0.5 μm. Usually, a large number of defects are included in the crystal grain boundaries, and it is considered that this is a factor that limits the field effect mobility of the TFT.

【0009】非溶融領域が形成されると言われるパルス
レーザーアニールでは、結晶核に起因する結晶成長が支
配的となり、結晶の大粒径化を実現することができな
い。具体的には、TFTのチャネル領域に結晶粒界が存
在しない、素子レベルで見て実質的に単結晶と見なせる
結晶を形成することはできない。
In pulse laser annealing, which is said to form a non-melting region, crystal growth due to crystal nuclei becomes dominant, and it is not possible to increase the crystal grain size. Specifically, it is impossible to form a crystal having no crystal grain boundary in the channel region of the TFT and which can be regarded as a substantially single crystal at the device level.

【0010】結晶粒界に限らず、生成される欠陥又は転
位は、結晶化に伴う緻密化により、膜の体積が収縮する
ことで発生する。特に、体積収縮に伴う欠陥は、島状に
分割した半導体膜をレーザーアニール法で結晶化した場
合において、その外周部に生成することが指摘されてい
る。
Not only the crystal grain boundaries but also the generated defects or dislocations are generated when the volume of the film shrinks due to the densification accompanying the crystallization. In particular, it has been pointed out that defects caused by volume contraction are generated in the outer peripheral portion of a semiconductor film divided into islands when crystallized by a laser annealing method.

【0011】一方、連続発振レーザービームを走査して
溶融−固化させながら結晶化する方法は、ゾーンメルテ
ィング法に近い方法であると考えられ、連続的な結晶成
長により大粒径化が可能であると考えられている。しか
し、最初に結晶化されて種となる領域の結晶性により、
最終的に得られる結晶の品質が依存してしまうことが問
題である。
On the other hand, the method of crystallizing while melting and solidifying by scanning with a continuous wave laser beam is considered to be a method close to the zone melting method, and it is possible to increase the grain size by continuous crystal growth. Is believed to be. However, due to the crystallinity of the seed region that was first crystallized,
The problem is that the quality of the finally obtained crystal depends on it.

【0012】ところで、半導体膜を加熱することができ
るレーザービームの波長は、紫外域〜赤外域に渡って広
い範囲で存在するが、基板上に形成された半導体膜又は
分離形成された半導体領域を選択的に加熱するには、半
導体の吸収係数との関係で紫外域〜可視光域の波長を有
するレーザービームを適用するのが好ましいと考えられ
る。ところが、可視光域においても比較的高い出力が得
られる固体レーザーの光は、コヒーレント長が大きく照
射面において干渉が発生し、均一なレーザービームを照
射することが困難である。
By the way, the wavelength of the laser beam capable of heating the semiconductor film exists in a wide range from the ultraviolet region to the infrared region, but the semiconductor film formed on the substrate or the semiconductor region formed separately is formed. For selective heating, it is considered preferable to apply a laser beam having a wavelength in the ultraviolet region to the visible light region in relation to the absorption coefficient of the semiconductor. However, the light of the solid-state laser, which can obtain a relatively high output even in the visible light region, has a large coherence length and interference occurs on the irradiation surface, and it is difficult to irradiate a uniform laser beam.

【0013】また、パルスレーザービームより長い時間
溶融状態を持つ連続発振レーザービームの結晶化は、外
部から不純物が結晶に取り込まれる割合が増加して、そ
れが偏析することにより、たとえ結晶性が改善されたと
しても、不純物に起因する欠陥が形成されて、結局は結
晶の品質が悪化してしまうことが問題となる。
Further, in crystallization of a continuous wave laser beam having a melting state for a longer time than that of a pulsed laser beam, the ratio of impurities taken into the crystal from the outside increases and the segregation of impurities increases the crystallinity. Even if it is done, there is a problem that defects caused by impurities are formed and eventually the quality of the crystal deteriorates.

【0014】本発明は、上記問題点を鑑みてなされたも
のであり、結晶方位を制御して、配向の揃った結晶質半
導体膜を形成すると共に、不純物の濃度が低減された結
晶質半導体膜を得る技術を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and controls the crystal orientation to form a crystalline semiconductor film having a uniform orientation and a crystalline semiconductor film having a reduced impurity concentration. The purpose is to provide the technology to obtain.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の構成は、少なくとも、可視光域の透光性
を有する基板上に第1半導体領域を形成し、第1半導体
領域を覆うバリア膜を形成し、当該バリア膜を介して第
1半導体領域の上面及び側面を覆う保温膜を形成し、基
板を介して第1半導体領域の一端から他端に向けて連続
発振レーザービームを走査して当該第1半導体領域を結
晶化させ、保温膜及びバリア膜を除去した後、第1半導
体領域をエッチングしてTFTの活性層とする第2半導
体領域を形成するものである。エッチングで形成される
第2半導体領域のパターンは、キャリアのドリフトをス
ムーズにするために、レーザービームの走査方向とTF
Tにおけるチャネル長方向とが同じ方向となるように形
成する。
In order to solve the above problems, according to the structure of the present invention, at least a first semiconductor region is formed on a substrate having a light-transmitting property in a visible light region, and the first semiconductor region is formed. A barrier film covering the first semiconductor region and a heat insulating film covering the upper surface and the side surface of the first semiconductor region via the barrier film, and a continuous wave laser beam from one end to the other end of the first semiconductor region via the substrate. Is scanned to crystallize the first semiconductor region, the heat insulating film and the barrier film are removed, and then the first semiconductor region is etched to form a second semiconductor region to be an active layer of the TFT. The pattern of the second semiconductor region formed by etching has a laser beam scanning direction and a TF in order to smooth the drift of carriers.
It is formed so that the channel length direction at T is the same direction.

【0016】保温膜はレーザービームの照射により溶融
状態に達するまで加熱された第1半導体領域が、レーザ
ービームの照射後に急速に冷却され、結晶粒が微細化す
るのを防ぐために設けている。溶融状態から急速に冷却
されると多数の結晶核が生成されて微結晶化することが
知られているが、保護膜を設けることによりそれを防止
することができる。つまり、保温膜を設けることによ
り、レーザービーム照射後の固化過程において、冷却速
度を緩やかにして結晶の成長時間を長くすることが可能
となる。
The heat insulating film is provided in order to prevent the first semiconductor region, which has been heated by the irradiation of the laser beam until it reaches a molten state, from being rapidly cooled after the irradiation of the laser beam and the crystal grains becoming finer. It is known that a large number of crystal nuclei are generated and microcrystallized when rapidly cooled from a molten state, but this can be prevented by providing a protective film. That is, by providing the heat insulating film, it is possible to slow the cooling rate and prolong the crystal growth time in the solidification process after the laser beam irradiation.

【0017】バリア膜は保温膜を除去する場合のエッチ
ングストッパーとして設けるものであり、珪素系半導体
材料とエッチングに選択性のある酸化珪素や窒化珪素を
用いる。また、熱伝導率の良い材料として窒化アルミニ
ウムや酸化アルミニウム、又は酸窒化アルミニウムを用
いることもできる。
The barrier film is provided as an etching stopper when the heat insulating film is removed, and a silicon-based semiconductor material and silicon oxide or silicon nitride having selectivity for etching are used. Alternatively, aluminum nitride, aluminum oxide, or aluminum oxynitride can be used as a material having high thermal conductivity.

【0018】また、結晶化の過程で第1半導体領域に偏
析する金属等の不純物元素は、ゲッタリング処理により
除去する。ゲッタリング処理としては、保温膜及びバリ
ア膜を除去した後、第1半導体領域上に非晶質半導体膜
を形成し、加熱処理により当該非晶質半導体膜に金属元
素を偏析させ、その後、非晶質半導体膜及びバリア膜を
除去すれば良い。第1半導体領域を結晶化した後でゲッ
タリング処理を行うことにより、当該半導体領域に偏析
した金属等の不純物が除去され高純度の結晶を得ること
ができる。
Impurity elements such as metals segregated in the first semiconductor region during crystallization are removed by gettering treatment. As the gettering treatment, after the heat insulating film and the barrier film are removed, an amorphous semiconductor film is formed over the first semiconductor region, the heat treatment is performed to segregate the metal element in the amorphous semiconductor film, and thereafter, The crystalline semiconductor film and the barrier film may be removed. By performing the gettering treatment after crystallizing the first semiconductor region, impurities such as a metal segregated in the semiconductor region are removed and a high-purity crystal can be obtained.

【0019】第1半導体領域は、基板上に形成された非
晶質半導体膜をエッチングして所定のパターンに形成し
たものが適用される。即ち、非晶質半導体で形成すれば
良い。他の形態として、予め結晶化されているものであ
っても良い。
As the first semiconductor region, an amorphous semiconductor film formed on a substrate is etched to form a predetermined pattern. That is, it may be formed of an amorphous semiconductor. As another form, it may be pre-crystallized.

【0020】その場合における半導体装置の作製方法
は、基板上に非晶質半導体膜を形成し、触媒元素を添加
した後、加熱処理により当該非晶質半導体膜を結晶化さ
せて結晶質半導体膜を形成し、結晶質半導体膜をエッチ
ングして第1半導体領域を形成し、第1半導体領域を覆
うバリア膜を形成し、当該バリア膜を介して第1半導体
領域の上面及び側面を覆う保温膜を形成し、基板を介し
て、第1半導体領域の一端から他端に向けて連続発振レ
ーザービームを走査して当該第1半導体領域の結晶性を
改質し、保温膜及びバリア膜を除去した後、第1半導体
領域をエッチングして、レーザービームの走査方向とT
FTにおけるチャネル長方向とが同じ方向となるように
概略一致するように第2半導体領域を形成するものであ
る。
In that case, a method for manufacturing a semiconductor device is as follows. An amorphous semiconductor film is formed on a substrate, a catalytic element is added, and the amorphous semiconductor film is crystallized by heat treatment to form a crystalline semiconductor film. And the crystalline semiconductor film is etched to form a first semiconductor region, a barrier film covering the first semiconductor region is formed, and a heat insulating film covering the upper surface and the side surface of the first semiconductor region through the barrier film. And a continuous wave laser beam is scanned from one end of the first semiconductor region to the other end of the first semiconductor region through the substrate to modify the crystallinity of the first semiconductor region and remove the heat insulating film and the barrier film. After that, the first semiconductor region is etched so that the scanning direction of the laser beam and the T
The second semiconductor region is formed so as to be substantially aligned with the channel length direction in the FT so as to be in the same direction.

【0021】或いは、基板上に非晶質半導体膜を形成
し、触媒元素を選択的に添加した後、加熱処理により当
該非晶質半導体膜を該触媒元素が選択的に添加された領
域から基板と平行な方向に結晶化させて結晶質半導体膜
を形成し、結晶質半導体膜をエッチングして第1半導体
領域を形成し、第1半導体領域を覆うバリア膜を形成
し、当該バリア膜を介して第1半導体領域の上面及び側
面を覆う保温膜を形成し、基板を介して、第1半導体領
域の一端から他端に向けて連続発振レーザービームを走
査して当該第1半導体領域の結晶性を改質し、保温膜及
びバリア膜を除去した後、第1半導体領域をエッチング
して、レーザービームの走査方向とTFTにおけるチャ
ネル長方向とが同じ方向となるように第2半導体領域を
形成するものである。
Alternatively, after forming an amorphous semiconductor film on a substrate and selectively adding a catalyst element, the amorphous semiconductor film is heated by heat treatment from a region to which the catalyst element is selectively added to the substrate. To form a crystalline semiconductor film by crystallizing in a direction parallel to, forming a first semiconductor region by etching the crystalline semiconductor film, forming a barrier film covering the first semiconductor region, and interposing the barrier film. A heat insulating film covering the upper surface and the side surface of the first semiconductor region is formed, and the continuous oscillation laser beam is scanned from one end to the other end of the first semiconductor region through the substrate to crystallize the first semiconductor region. After removing the heat insulating film and the barrier film, the first semiconductor region is etched to form the second semiconductor region so that the scanning direction of the laser beam and the channel length direction of the TFT are in the same direction. It is a thing.

【0022】TFTの活性層として最終的に形成される
第2半導体領域の結晶方位を予め決めるための方法は、
第1半導体領域の結晶化の前に、予め第1半導体領域に
接して種となるシード領域を形成しておく手法が適用さ
れる。
A method for predetermining the crystal orientation of the second semiconductor region finally formed as the active layer of the TFT is as follows:
Before the crystallization of the first semiconductor region, a method of forming a seed region as a seed in contact with the first semiconductor region in advance is applied.

【0023】その場合における本発明の半導体装置の作
製方法は、基板上に第1非晶質半導体膜を形成し、触媒
元素を添加した後、加熱処理により当該非晶質半導体膜
を結晶化させて第1結晶質半導体膜を形成し、第1結晶
質半導体膜をエッチングして種結晶領域を形成し、基板
上に、種結晶領域に重なる第2非晶質半導体膜を形成
し、第2非晶質半導体膜をエッチングして、少なくとも
一部が種結晶領域と重なる第1半導体領域を形成し、第
1半導体領域を覆うバリア膜を形成し、当該バリア膜を
介して第1半導体領域の上面及び側面を覆う保温膜を形
成し、基板を介して、第1半導体領域において、種結晶
領域と重なる一端から他端に向けて連続発振レーザービ
ームを走査して当該第1半導体領域を結晶化させ、保温
膜及びバリア膜を除去した後、第1半導体領域及び種結
晶領域をエッチングして、レーザービームの走査方向と
TFTにおけるチャネル長方向とが同じ方向となるよう
に第2半導体領域を形成するものである。
In that case, the method of manufacturing the semiconductor device of the present invention is such that the first amorphous semiconductor film is formed on the substrate, the catalytic element is added, and then the amorphous semiconductor film is crystallized by heat treatment. Forming a first crystalline semiconductor film, etching the first crystalline semiconductor film to form a seed crystal region, forming a second amorphous semiconductor film on the substrate, the second amorphous semiconductor film overlapping the seed crystal region, The amorphous semiconductor film is etched to form a first semiconductor region which at least partially overlaps with the seed crystal region, a barrier film covering the first semiconductor region is formed, and the first semiconductor region of the first semiconductor region is formed through the barrier film. A heat insulating film is formed to cover the upper surface and the side surface, and the continuous oscillation laser beam is scanned from one end overlapping the seed crystal region to the other end through the substrate to crystallize the first semiconductor region. The heat insulation film and the barrier film. After, the first semiconductor region and the seed crystal area by etching, in which the channel length direction in the scanning direction and TFT of the laser beam to form a second semiconductor region so as to have the same direction.

【0024】或いは、基板上に珪素とゲルマニウムを含
有する第1非晶質半導体膜を形成し、触媒元素を添加し
た後、加熱処理により当該非晶質半導体膜を結晶化させ
て第1結晶質半導体膜を形成し、第1結晶質半導体膜を
エッチングして種結晶領域を形成し、基板上に、種結晶
領域に重なる第2非晶質半導体膜を形成し、第2非晶質
半導体膜をエッチングして、少なくとも一部が種結晶領
域と重なる第1半導体領域を形成し、保温膜及びバリア
膜を除去した後、第1半導体領域及び種結晶領域をエッ
チングして、レーザービームの走査方向とTFTにおけ
るチャネル長方向とが同じ方向となるように第2半導体
領域を形成するものである。
Alternatively, a first amorphous semiconductor film containing silicon and germanium is formed on a substrate, a catalytic element is added, and then the amorphous semiconductor film is crystallized by heat treatment to obtain a first crystalline material. A semiconductor film is formed, the first crystalline semiconductor film is etched to form a seed crystal region, and a second amorphous semiconductor film overlapping the seed crystal region is formed on the substrate. Is etched to form a first semiconductor region at least partially overlapping the seed crystal region, the heat insulating film and the barrier film are removed, and then the first semiconductor region and the seed crystal region are etched to obtain a laser beam scanning direction. And the second semiconductor region is formed such that the channel length direction in the TFT is the same as the channel length direction in the TFT.

【0025】珪素とゲルマニウムを含有する非晶質半導
体膜に触媒元素を添加して結晶化させることで、{10
1}面の配向率が高い結晶質半導体膜を得ることができ
る。このような作用を発現させるのに必要なゲルマニウ
ムの濃度は、実験の結果、珪素に対して0.1原子%以
上10原子%以下、好ましくは1原子%以上5原子%以
下とすれば良い。ゲルマニウムの濃度がこの上限値以上
の濃度になると珪素とゲルマニウムの合金材料として発
生する自然核(添加する金属元素との化合物によらず発
生する核)の発生が顕著となり、得られる多結晶半導体
膜の配向比率を高めることができない。また、下限値以
下であると十分な歪を発生させることができず、やはり
配向比率を高めることができない。これをシード領域と
することにより、最終的に形成される第3半導体領域の
配向率を高め、単一配向の結晶質半導体を得ることがで
きる。
By adding a catalytic element to an amorphous semiconductor film containing silicon and germanium and crystallizing it, {10
A crystalline semiconductor film having a high orientation ratio of the 1} plane can be obtained. As a result of experiments, the concentration of germanium required to exhibit such an action may be 0.1 atom% or more and 10 atom% or less, preferably 1 atom% or more and 5 atom% or less with respect to silicon. When the concentration of germanium exceeds the upper limit value, natural nuclei (nuclei generated regardless of the compound with the added metal element) generated as an alloy material of silicon and germanium become remarkable, and the obtained polycrystalline semiconductor film However, the orientation ratio cannot be increased. Further, if it is at most the lower limit value, sufficient strain cannot be generated and the orientation ratio cannot be increased. By using this as a seed region, the orientation rate of the finally formed third semiconductor region can be increased, and a single-oriented crystalline semiconductor can be obtained.

【0026】珪素とゲルマニウムを含有する非晶質半導
体膜に適用される触媒元素としては、Fe、Co、N
i、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au
から選ばれた一元素又は複数元素を用いる。また、非晶
質半導体膜の厚さは10nm乃至200nmで形成する。非
晶質珪素膜に当該金属元素を添加して加熱処理を施すこ
とにより、珪素と当該金属元素との化合物(シリサイド
化物)を形成し、それが拡散することにより結晶化が進
行する。非晶質珪素膜に添加したゲルマニウムはこの化
合物と反応せず、その周囲に存在することにより局所的
な歪みを生じさせる。この歪みは核生成の臨界半径を大
きくする方向に作用して、核生成密度を低減させると共
に、結晶の配向を制限する効力を持つ。
Fe, Co, N are used as catalyst elements applied to the amorphous semiconductor film containing silicon and germanium.
i, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au
One element or a plurality of elements selected from are used. The thickness of the amorphous semiconductor film is 10 nm to 200 nm. The metal element is added to the amorphous silicon film and heat treatment is performed to form a compound (silicide) of silicon and the metal element, and the compound is diffused to promote crystallization. Germanium added to the amorphous silicon film does not react with this compound and exists locally around it, causing local strain. This strain acts to increase the critical radius of nucleation, reduces the nucleation density, and has the effect of limiting the crystal orientation.

【0027】結晶質半導体膜において、結晶化に用いた
触媒元素、又は溶融状態を経ることにより外部から取り
込まれた不純物を除去する手段として、ゲッタリング処
理を適用することができる。歪み場を形成するゲッタリ
ングサイト(不純物を偏析させる領域)は、リン、又は
アルゴン等の周期律18族元素(希ガス元素)が添加さ
れた非晶質半導体又は結晶質半導体が適している。ゲッ
タリング処理により、上述の触媒元素、又は結晶化の過
程で混入したその他の金属元素を除去することができ、
不純物に起因する欠陥密度を低減することができる。
In the crystalline semiconductor film, the gettering treatment can be applied as a means for removing the catalytic element used for crystallization or the impurities taken in from the outside by passing through the molten state. An amorphous semiconductor or a crystalline semiconductor to which a periodic group 18 element (rare gas element) such as phosphorus or argon is added is suitable for a gettering site (a region in which impurities are segregated) that forms a strain field. By the gettering treatment, it is possible to remove the above-mentioned catalyst element or other metal element mixed in the process of crystallization,
The defect density resulting from impurities can be reduced.

【0028】上記方法により、第1半導体領域をエッチ
ングして形成される第2半導体領域は、実質的に単結晶
と見なせる結晶とすることができる。つまり、TFTの
チャネル長方向と同じ方向(平行な方向)に連続発振レ
ーザービームを走査することにより、チャネル形成領域
全体に渡って、単一の結晶粒から成る結晶質半導体膜を
形成することが可能となる。
By the above method, the second semiconductor region formed by etching the first semiconductor region can be a crystal that can be regarded as a substantially single crystal. That is, by scanning the continuous wave laser beam in the same direction (parallel direction) as the channel length direction of the TFT, a crystalline semiconductor film composed of a single crystal grain can be formed over the entire channel formation region. It will be possible.

【0029】上記発明の構成において、基板はバリウム
ホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスに代表さ
れる無アルカリガラス、石英などの半導体基板を適用す
ることができる。
In the structure of the above invention, as the substrate, a non-alkali glass represented by barium borosilicate glass or aluminoborosilicate glass, or a semiconductor substrate such as quartz can be applied.

【0030】本発明に適用するレーザー発振装置には、
気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置が適用さ
れ、特に好ましくは連続発振可能なレーザー発振装置を
適用する。連続発振の固体レーザー発振装置としては、
YAG、YVO4、YLF、YAlO3などの結晶にC
r、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmをド
ープした結晶を使ったレーザー発振装置が適用される。
基本波の波長はドープする材料によっても異なるが、1
μmから2μmの波長で発振する。非晶質半導体膜を結晶
化させるためにはレーザービームを半導体膜で選択的に
吸収させるために、可視域から紫外域の波長のレーザー
ビームを適用し、基本波の第2高調波〜第4高調波を適
用するのが好ましい。代表的には、非晶質半導体膜の結
晶化に際して、Nd:YVO4レーザー(基本波1064
nm)の第2高調波(532nm)を用いる。その他に、ア
ルゴンレーザー、クリプトンレーザーなどの気体レーザ
ー発振装置を適用することもできる。
The laser oscillator applied to the present invention includes:
A gas laser oscillator or a solid laser oscillator is applied, and a laser oscillator capable of continuous oscillation is particularly preferably applied. As a continuous wave solid-state laser oscillator,
C in crystals such as YAG, YVO 4 , YLF, YAlO 3
A laser oscillation device using a crystal doped with r, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti or Tm is applied.
The wavelength of the fundamental wave depends on the material to be doped, but 1
It oscillates at wavelengths from μm to 2 μm. In order to crystallize the amorphous semiconductor film, a laser beam having a wavelength in the visible region to the ultraviolet region is applied in order to selectively absorb the laser beam in the semiconductor film, and the second to fourth harmonics of the fundamental wave are applied. It is preferable to apply harmonics. Typically, when crystallizing an amorphous semiconductor film, a Nd: YVO 4 laser (fundamental wave 1064
nm) second harmonic (532 nm) is used. Besides, a gas laser oscillator such as an argon laser or a krypton laser can be applied.

【0031】いずれにしても、半導体膜の吸収係数との
関係から、連続発振レーザービームの波長は、400nm
乃至700nmであることが望ましい。それよりも長波長
領域の光では、半導体の吸収係数が小さく、溶融させる
ためにパワー密度を高めると、基板まで熱的なダメージ
を受けてしまう。また、それよりも短波長領域の光で
は、半導体の表面で殆どが吸収され内部から加熱するこ
とが出来ないので、表面状態の影響を受けてランダムな
結晶成長が支配的となってしまう。
In any case, because of the relationship with the absorption coefficient of the semiconductor film, the wavelength of the continuous wave laser beam is 400 nm.
To 700 nm is desirable. With light in the longer wavelength region, the absorption coefficient of the semiconductor is small, and if the power density is increased in order to melt the semiconductor, the substrate will be thermally damaged. Further, with light in a wavelength range shorter than that, most of the light is absorbed by the surface of the semiconductor and cannot be heated from the inside, so that random crystal growth becomes dominant due to the influence of the surface state.

【0032】固体レーザー発振装置から放射されるレー
ザービームはコヒーレント性が強く照射面において干渉
が発生してしまうので、これを打ち消す手段として、異
なるレーザー発振装置から放射される複数のレーザービ
ームを照射部において重ね合わせる構成とする。このよ
うな構成とすることにより、干渉を除去するばかりでな
く、照射部における実質的なエネルギー密度を増加させ
ることができる。また、他の手段として、異なるレーザ
ー発振装置から放射される複数のレーザービームを、光
学系の途中で同一の光軸に重ね合わせた構成としても良
い。
Since the laser beam emitted from the solid-state laser oscillator has a strong coherence and causes interference on the irradiation surface, a plurality of laser beams emitted from different laser oscillators are used as a means for canceling the interference. It will be configured to be overlapped in. With such a structure, not only interference can be removed but also the substantial energy density in the irradiation portion can be increased. Further, as another means, a plurality of laser beams emitted from different laser oscillation devices may be superposed on the same optical axis in the middle of the optical system.

【0033】上記干渉を除去する手段を設けたレーザー
処理装置の構成としては、n(n=自然数)個の光学系
を有し、第nの光学系は、第nのレーザー発振装置と、
第nのY軸方向にレーザービームを操作する偏向手段
と、第nのX軸方向にレーザービームを走査する偏向手
段と、第nのfθレンズと、から成り、n個の光学系に
より集光され偏向されたn本のレーザービームは、被処
理物である半導体膜の概略同一位置に照射する構成をも
って実現することができる。偏向手段としてはガルバノ
ミラーを適用することができる。
As a structure of the laser processing apparatus provided with the means for eliminating the interference, there are n (n = natural number) optical systems, the nth optical system is an nth laser oscillator,
Consists of deflection means for operating the laser beam in the n-th Y-axis direction, deflection means for scanning the laser beam in the n-th X-axis direction, and n-th f.theta. Lens. The deflected and deflected n laser beams can be realized by irradiating the semiconductor film which is the object to be processed at substantially the same position. A galvanometer mirror can be applied as the deflecting means.

【0034】上記レーザー処理装置の構成により、半導
体を溶融させるのに十分なエネルギー密度のレーザービ
ームを、照射部において干渉を生じさせることなく照射
することができ、偏向手段によりレーザービームの位置
を制御して走査することにより、大面積基板であっても
半導体領域が形成された特定領域のみを処理することが
できる。よって、結晶化工程におけるスループットを向
上させることができる。
With the configuration of the above laser processing apparatus, a laser beam having an energy density sufficient to melt a semiconductor can be irradiated without causing interference in the irradiation section, and the position of the laser beam is controlled by the deflecting means. By performing the scanning, it is possible to process only the specific region in which the semiconductor region is formed even if the substrate has a large area. Therefore, the throughput in the crystallization process can be improved.

【0035】尚、本発明でいう非晶質半導体膜とは、狭
義の意味で、完全な非晶質構造を有するものだけではな
く、微細な結晶粒子が含まれた状態、又はいわゆる微結
晶半導体膜、局所的に結晶構造を含む半導体膜を含む。
代表的には非晶質珪素膜が適用され、その他に非晶質珪
素ゲルマニウム膜、非晶質炭化珪素膜などを適用するこ
ともできる。
The term "amorphous semiconductor film" as used in the present invention means, in a narrow sense, not only a film having a completely amorphous structure but also a state in which fine crystal grains are contained, or a so-called microcrystalline semiconductor. The film includes a semiconductor film that locally includes a crystal structure.
Typically, an amorphous silicon film is applied, and in addition, an amorphous silicon germanium film, an amorphous silicon carbide film, or the like can be applied.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の態様を明する。図1(A)において示す斜視図は、
基板101上にブロッキング層102、第1半導体領域
103、バリア膜104、保温膜105が形成されてい
る状態を示している。基板101には無アルカリガラス
基板を用いることができる。第1半導体領域103を形
成する半導体材料は、珪素、珪素とゲルマニウムの化合
物又は合金、珪素と炭素の化合物又は合金が適用され
る。この中で最も適した材料は珪素である。第1半導体
領域103の厚さは30〜200nmとする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The perspective view shown in FIG.
It shows a state in which the blocking layer 102, the first semiconductor region 103, the barrier film 104, and the heat insulating film 105 are formed on the substrate 101. A non-alkali glass substrate can be used as the substrate 101. As the semiconductor material forming the first semiconductor region 103, silicon, a compound or alloy of silicon and germanium, or a compound or alloy of silicon and carbon is used. The most suitable material among them is silicon. The thickness of the first semiconductor region 103 is 30 to 200 nm.

【0037】基板101としてはバリウムホウケイ酸ガ
ラスやアルミノシリケートガラスに代表される無アルカ
リガラス、石英などの半導体基板を適用することができ
る。また、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサ
ルフォンなどの合成樹脂を適用することも可能である。
As the substrate 101, a non-alkali glass typified by barium borosilicate glass or aluminosilicate glass, or a semiconductor substrate such as quartz can be used. It is also possible to apply a synthetic resin such as polyethylene naphthalate or polyether sulfone.

【0038】第1半導体領域103からは、点線で示す
位置にTFTの活性層を形成する第2半導体領域106
が形成される。第2半導体領域106は、半導体領域1
03の端部に至らない内側に形成する。尚、ここで活性
層とは、TFTのチャネル形成領域と、ソース又はドレ
イン領域などのように価電子制御された不純物領域を含
んでいう。
From the first semiconductor region 103, the second semiconductor region 106 forming the active layer of the TFT at the position shown by the dotted line.
Is formed. The second semiconductor region 106 is the semiconductor region 1
It is formed inside so as not to reach the end of 03. Here, the active layer includes a channel formation region of a TFT and an impurity region whose valence electrons are controlled, such as a source or drain region.

【0039】レーザービーム107は半導体領域103
に対して一方向に走査して結晶化させる。又は、最初に
走査した方向と平行にして往復走査しても良い。レーザ
ービームは、基板を透過し、主として第1半導体領域を
形成する半導体材料が吸収する波長帯域を用いる。半導
体材料が非晶質珪素である場合は、水素含有量にもよる
が、非晶質珪素の膜厚を考慮して400〜700nmの可
視光域の波長を有するレーザービームを照射する。この
操作によって、基板101を透過して第1半導体領域1
03及び保温領域105を選択的に加熱することが可能
となる。この波長帯域に対して、非晶質珪素の吸収係数
は概略103〜105cm-1である。従って、最も適したレ
ーザービームはYAG、YVO4、YLF、YAlO3
どの結晶にCr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti
又はTmをドープした結晶を使ったレーザー発振装置か
ら放射される連続発振レーザービームであり、400〜
700nmの波長範囲のレーザービームを得るためにはそ
の第2高調波を用いる。例えば、Nd:YVO4レーザ
ーを用いる場合には、第2高調波として532nmの波長
のレーザービームが得られる。
The laser beam 107 is applied to the semiconductor region 103.
And scan in one direction to crystallize. Alternatively, reciprocal scanning may be performed in parallel with the direction of the first scanning. The laser beam uses a wavelength band which is transmitted through the substrate and is mainly absorbed by the semiconductor material forming the first semiconductor region. When the semiconductor material is amorphous silicon, a laser beam having a wavelength in the visible light region of 400 to 700 nm is irradiated in consideration of the film thickness of amorphous silicon, depending on the hydrogen content. By this operation, the first semiconductor region 1 is transmitted through the substrate 101.
03 and the heat retention region 105 can be selectively heated. For this wavelength band, the absorption coefficient of amorphous silicon is approximately 10 3 to 10 5 cm -1 . Therefore, the most suitable laser beam is Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti for crystals such as YAG, YVO 4 , YLF and YAlO 3.
Or a continuous wave laser beam emitted from a laser oscillator using a Tm-doped crystal,
The second harmonic is used to obtain a laser beam in the wavelength range of 700 nm. For example, when an Nd: YVO 4 laser is used, a laser beam having a wavelength of 532 nm can be obtained as the second harmonic.

【0040】具体的には、非晶質珪素膜で形成される第
1半導体領域103の波長532nmに対する光に侵入長
は概略100nm〜1000nmであり、膜厚30nm〜20
0nmで形成される第1半導体領域の内部まで十分達する
ことができる。即ち、半導体膜の内側から加熱すること
が可能であり、レーザービームの照射領域における半導
体膜のほぼ全体を均一に加熱することができる。勿論、
レーザービームの波長はこの値に限定されるものではな
く、第1半導体領域103を形成する半導体材料の吸収
係数を考慮して決めれば良い。
Specifically, the penetration depth of the first semiconductor region 103 formed of an amorphous silicon film for light with a wavelength of 532 nm is about 100 nm to 1000 nm, and the film thickness is 30 nm to 20 nm.
It is possible to sufficiently reach the inside of the first semiconductor region formed at 0 nm. That is, it is possible to heat from the inside of the semiconductor film, and it is possible to uniformly heat almost the entire semiconductor film in the irradiation region of the laser beam. Of course,
The wavelength of the laser beam is not limited to this value, and may be determined in consideration of the absorption coefficient of the semiconductor material forming the first semiconductor region 103.

【0041】レーザービームの照射方法は図1(A)で
示すように基板101側からレーザービームを、ガラス
基板主表面の法線方向に対して角度θをもって照射す
る。また、レーザービームの照射面における形状は、楕
円形、矩形など特に制限されるものはないが、好ましく
は、島状に分割形成された第1半導体領域103の一辺
の長さよりも長いことが望ましい。
The laser beam irradiation method is as shown in FIG. 1A, in which the laser beam is irradiated from the substrate 101 side at an angle θ with respect to the normal direction of the main surface of the glass substrate. The shape on the irradiation surface of the laser beam is not particularly limited, such as an elliptical shape or a rectangular shape, but it is preferable that the shape is longer than one side of the first semiconductor region 103 divided and formed in an island shape. .

【0042】非晶質半導体膜が結晶化することによっ
て、含有する水素の放出や、原子の再配列による緻密化
が起こり体積の収縮が発生する。従って、非晶質領域と
結晶領域の界面では、格子連続性も確保されず、歪みが
生じることになる。図1(A)の様に第1半導体領域1
03の結晶化領域の内側にTFTの活性層を形成する第
2半導体領域106を形成することは、この歪み領域を
除去することでもある。
When the amorphous semiconductor film is crystallized, the contained hydrogen is released and the atoms are rearranged so that the amorphous semiconductor film is densified and the volume contracts. Therefore, at the interface between the amorphous region and the crystalline region, the lattice continuity is not ensured and distortion occurs. As shown in FIG. 1A, the first semiconductor region 1
Forming the second semiconductor region 106 forming the active layer of the TFT inside the crystallized region 03 also removes this strained region.

【0043】保温膜はレーザービームの照射により溶融
状態に達するまで加熱された第1半導体領域が、レーザ
ービームの照射後に急速に冷却され、結晶粒が微細化す
るのを防ぐために設けている。溶融状態から急速に冷却
されると多数の結晶核が生成され微結晶化されることが
知られているが、保護膜を設けることによりそれを防止
することができる。つまり、保温膜を設けることによ
り、レーザービーム照射後の固化過程において、冷却速
度を遅くして結晶が成長する時間を長くすることが可能
となる。
The heat insulating film is provided in order to prevent the first semiconductor region, which has been heated to a molten state by irradiation with the laser beam, from being rapidly cooled after the irradiation with the laser beam and the crystal grains becoming finer. It is known that a large number of crystal nuclei are generated and microcrystallized when rapidly cooled from a molten state, but this can be prevented by providing a protective film. That is, by providing the heat insulating film, it is possible to slow down the cooling rate and prolong the time for crystal growth in the solidification process after laser beam irradiation.

【0044】結晶化はレーザービームにより加熱され、
溶融状態となった半導体が冷却し固化する過程で進むも
のとされている。図2は保温膜の有無による冷却過程に
おける熱の伝搬方向を模式的に示している。基板上に形
成された半導体膜がレーザービームにより加熱された
後、冷却する過程では熱は基板側に伝搬する成分と、気
相中に伝搬する成分とに分けられるが、熱伝導率から比
較すると前者の割合が大きい。
Crystallization is heated by a laser beam,
It is said that the process proceeds in the process of cooling and solidifying the semiconductor in a molten state. FIG. 2 schematically shows the heat propagation direction in the cooling process with and without the heat insulating film. After the semiconductor film formed on the substrate is heated by the laser beam, in the process of cooling, the heat is divided into a component propagating to the substrate side and a component propagating in the gas phase. The ratio of the former is large.

【0045】図2(A)は、基板201上にブロッキン
グ層202、第1半導体領域203、バリア膜204、
保温膜205が形成された状態を示している。図中に示
す白抜きの矢印は熱の伝搬方向を示すものである。熱の
伝搬経路は、第1半導体領域203が形成された領域の
基板側及び保温膜側に伝搬するものと、保温膜205の
保温領域206から熱が第1半導体領域に伝搬するもの
がある。そのため、第1半導体領域203は中央部から
冷却される。つまり、この場合における結晶化は第1半
導体領域の中央部から外側に向かうことになる。図2
(B)は保温膜が形成されていない場合であり、この場
合は、熱が伝搬して損失する割合が大きい第1半導体領
域203の端部が最も早く冷却する。この場合における
結晶化は第1半導体領域の端部から内側に向かうことに
なり、中央部には成長した結晶がぶつかって結晶粒界が
形成されることになる。
In FIG. 2A, a blocking layer 202, a first semiconductor region 203, a barrier film 204, and a substrate 201 are formed on a substrate 201.
It shows a state in which the heat insulating film 205 is formed. The white arrows in the figure indicate the heat propagation direction. The heat propagation path includes one that propagates to the substrate side and the heat retaining film side of the region where the first semiconductor region 203 is formed, and one that propagates heat from the heat retaining region 206 of the heat retaining film 205 to the first semiconductor region. Therefore, the first semiconductor region 203 is cooled from the central portion. That is, the crystallization in this case goes from the central portion of the first semiconductor region to the outside. Figure 2
(B) is the case where the heat insulating film is not formed, and in this case, the end portion of the first semiconductor region 203 in which the rate of heat propagation and loss is large cools fastest. In this case, crystallization proceeds from the end portion of the first semiconductor region toward the inside, and the grown crystal collides with the central portion to form a crystal grain boundary.

【0046】図1(A)で示す第1半導体領域103の
特徴的な形状は、その一角にシード領域110が設けら
れたものである。この部分からレーザービームを照射す
ることにより、単一の結晶方位をもった半導体領域を形
成することができる。結晶成長は、シード領域110に
最初に形成される結晶、又は予め形成されている結晶を
基に発生する。このシード領域にある結晶を種結晶と呼
ぶが、これは偶発的に形成される結晶であっても良い
し、触媒元素又は特定の元素を添加して意図的に結晶方
位が定められた結晶を適用しても良い。
The characteristic shape of the first semiconductor region 103 shown in FIG. 1A is that a seed region 110 is provided in one corner thereof. By irradiating a laser beam from this portion, a semiconductor region having a single crystal orientation can be formed. Crystal growth occurs on the basis of a crystal initially formed in the seed region 110 or a crystal previously formed. The crystal in this seed region is called a seed crystal, but it may be a crystal that is formed accidentally or a crystal whose crystal orientation is intentionally determined by adding a catalytic element or a specific element. You may apply.

【0047】触媒元素を用いた非晶質半導体膜の結晶化
は、比較的高い配向率をもった結晶質半導体膜を得るこ
とができる点で適している。適用される触媒元素として
はFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、
Pt、Cu、Auから選ばれた一元素又は複数元素を用
いる。非晶質半導体膜の厚さは30nm乃至200nmで形
成する。
Crystallization of an amorphous semiconductor film using a catalytic element is suitable because a crystalline semiconductor film having a relatively high orientation rate can be obtained. The applicable catalytic elements are Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir,
One element or a plurality of elements selected from Pt, Cu and Au are used. The thickness of the amorphous semiconductor film is 30 nm to 200 nm.

【0048】また、特定の元素として適したものはゲル
マニウムであり、{101}面の配向率が高い結晶質半
導体膜を得ることができる。このような作用を発現させ
るのに必要なゲルマニウムの濃度は、実験の結果珪素に
対し、0.1原子%以上10原子%以下、好ましくは1
原子%以上5原子%以下とすれば良い。非晶質珪素膜に
当該金属元素を添加して加熱処理を施すことにより、珪
素と当該金属元素との化合物(シリサイド化物)を形成
し、それが拡散することにより結晶化が進行する。非晶
質珪素膜に添加したゲルマニウムはこの化合物と反応せ
ず、その周囲に存在することにより局所的な歪みを生じ
させる。この歪みは核生成の臨界半径を大きくする方向
に作用して、核生成密度を低減させると共に結晶の配向
を制限する効力を持つ。
Further, germanium is suitable as the specific element, and a crystalline semiconductor film having a high orientation ratio of the {101} plane can be obtained. The concentration of germanium required to exert such an action is 0.1 atom% or more and 10 atom% or less, preferably 1 atom% or less with respect to silicon as a result of the experiment.
It may be at least 5 atomic% and not more than atomic%. The metal element is added to the amorphous silicon film and heat treatment is performed to form a compound (silicide) of silicon and the metal element, and the compound is diffused to promote crystallization. Germanium added to the amorphous silicon film does not react with this compound and exists locally around it, causing local strain. This strain acts to increase the critical radius of nucleation, has the effect of reducing the nucleation density and limiting the crystal orientation.

【0049】シード領域110が取り得る各種形態を図
3〜図5で説明すると、以下のような形態が考えられ
る。図3ではシード領域110から結晶が成長する過程
を示すものであるが、第1半導体領域103の一端に設
けられたシード領域110からレーザービーム107が
照射され、半導体を溶融させながら他端に向かって走査
することにより、その方向に従って結晶を成長させるこ
とができる。この時、第1半導体領域103の上方、或
いはレーザービーム107が入射しない側の面には保温
膜105が形成されている。レーザービームは連続発振
されたものであり、連続的に溶融領域が保持されること
により連続した結晶を成長させることが可能となる。
Various forms that the seed region 110 can take will be described with reference to FIGS. 3 to 5, and the following forms are possible. Although FIG. 3 shows a process in which a crystal grows from the seed region 110, the laser beam 107 is irradiated from the seed region 110 provided at one end of the first semiconductor region 103 and melts the semiconductor toward the other end. By scanning by scanning, crystals can be grown according to the direction. At this time, the heat insulating film 105 is formed above the first semiconductor region 103 or on the surface where the laser beam 107 does not enter. The laser beam is continuously oscillated, and the continuous melting of the molten region makes it possible to grow a continuous crystal.

【0050】図示するように、保温膜105が第1半導
体領域103を覆って形成され、レーザービーム107
は、第1半導体領域103とその両端に位置する保温膜
105を照射している。これにより図2(A)を用いて
説明したように、第1半導体領域103の端部から結晶
化が始まることがなく、シード領域107の結晶性に依
存した結晶成長を確実に行うことができる。勿論、成長
する結晶は、単一の結晶方位を持つことになる。シード
領域110に発現する結晶は偶発的なものでも良いが、
Niなどの触媒元素を添加することで{101}面の配
向した結晶を得る確率が高くなる。また、ゲルマニウム
を添加することで、その確率はさらに高まる。
As shown in the figure, the heat insulating film 105 is formed so as to cover the first semiconductor region 103, and the laser beam 107 is formed.
Irradiates the first semiconductor region 103 and the heat insulating films 105 located at both ends thereof. As a result, as described with reference to FIG. 2A, crystallization does not start from the end of the first semiconductor region 103, and crystal growth depending on the crystallinity of the seed region 107 can be reliably performed. . Of course, the growing crystal will have a single crystal orientation. The crystal appearing in the seed region 110 may be an accidental one,
By adding a catalytic element such as Ni, the probability of obtaining crystals with the {101} plane oriented increases. Moreover, the probability is further increased by adding germanium.

【0051】シード領域における結晶の選択性をより高
める形状としては、図4に示すようにシード領域110
が第1半導体領域103から突出した形状としても良
い。突出部の幅は1〜5μmとすることで、複数の結晶
粒が自然発生するのを防ぐことができる。
As a shape for further enhancing the crystal selectivity in the seed region, the seed region 110 as shown in FIG.
The shape may project from the first semiconductor region 103. By setting the width of the protruding portion to 1 to 5 μm, it is possible to prevent spontaneous generation of a plurality of crystal grains.

【0052】また、図5で示す形態は、第1半導体領域
103を形成する前の段階でシード領域110を別の半
導体112で形成する場合に適した形状であり、選択領
域111はシード領域110から成長する結晶方位を一
つに選択し、第1半導体領域103に連結するために設
けられている。半導体112は、第1半導体領域103
とは別な層で形成されたものであり、触媒元素を添加し
て結晶化した結晶質半導体膜、又は珪素にゲルマニウム
が添加された非晶質半導体膜に触媒元素を添加して結晶
化した結晶質半導体膜などが適用される。これらの結晶
質半導体膜は配向率が高いので、これを半導体112と
して利用すると再現性良く同一の結晶方位を有する結晶
質半導体膜を形成することができる。
The configuration shown in FIG. 5 is a shape suitable for forming the seed region 110 with another semiconductor 112 before the first semiconductor region 103 is formed, and the selection region 111 is the seed region 110. It is provided to select one crystal orientation that grows from and to connect to the first semiconductor region 103. The semiconductor 112 is the first semiconductor region 103.
And a crystalline semiconductor film crystallized by adding a catalytic element, or an amorphous semiconductor film in which germanium is added to silicon, is added with a catalytic element to be crystallized. A crystalline semiconductor film or the like is applied. Since these crystalline semiconductor films have a high orientation rate, if they are used as the semiconductor 112, crystalline semiconductor films having the same crystal orientation can be formed with good reproducibility.

【0053】勿論、シード領域の形態はここで示す形態
に限定されるものではなく、同様な効果が得られるもの
であれば他の形態を持っても良い。また、他の{10
1}面以外の結晶方位を持つ種結晶を適用すれば、その
結晶方位に従った結晶成長を行うことができる。
Of course, the form of the seed region is not limited to the form shown here, and may have another form as long as the same effect can be obtained. In addition, other {10
If a seed crystal having a crystal orientation other than the 1} plane is applied, crystal growth can be performed according to the crystal orientation.

【0054】図1(A)で示す形態により連続発振レー
ザービームの照射により第1半導体領域103の全体を
結晶化した後、好ましくはゲッタリング処理を加えると
良い。連続発振レーザービームの照射により半導体は溶
融状態となるが、その時間はビームの走査速度にも依存
する。概略10〜100cm/secの走査速度が適用される
が、外部から不純物が混入することを完全に防ぐことは
できない。好ましくない不純物としては酸素、窒素、炭
素などの大気成分もあるが、その他のFe、Ni、Cr
など装置の構成部材や気相中に浮遊している金属不純物
がある。これらの不純物は、第1半導体領域と接するブ
ロッキング層102やバリア膜104などとの界面に付
着しているものが第1の混入経路となる。
After the entire first semiconductor region 103 is crystallized by irradiation with a continuous wave laser beam in the mode shown in FIG. 1A, a gettering treatment is preferably added. The semiconductor is brought into a molten state by irradiation with the continuous wave laser beam, but the time also depends on the scanning speed of the beam. A scanning speed of approximately 10 to 100 cm / sec is applied, but it is not possible to completely prevent external contamination of impurities. Unfavorable impurities include atmospheric components such as oxygen, nitrogen and carbon, but other Fe, Ni, Cr
There are metallic impurities suspended in the components of the device and in the gas phase. The impurities are attached to the interface with the blocking layer 102, the barrier film 104, and the like that are in contact with the first semiconductor region, and serve as the first mixing path.

【0055】ゲッタリング処理は、第1半導体領域に接
して歪み場を形成する半導体膜を形成した後、加熱処理
により不純物を偏析させる。歪み場を形成する半導体膜
としては、リンを添加した非晶質半導体膜、アルゴンな
ど周期律18族元素を添加した非晶質半導体膜などが適
している。加熱温度は500〜800℃であり、ファー
ネスアニール炉、瞬間熱アニール(RTA)炉などを用
いて行う。この時、レーザービームを照射して反応を促
進させても良い。
In the gettering process, after forming a semiconductor film which forms a strain field in contact with the first semiconductor region, heat treatment is performed to segregate impurities. As the semiconductor film forming the strain field, an amorphous semiconductor film to which phosphorus is added, an amorphous semiconductor film to which an element of Group 18 of the periodic law such as argon is added, or the like is suitable. The heating temperature is 500 to 800 ° C., and the furnace annealing furnace, the rapid thermal annealing (RTA) furnace, or the like is used. At this time, a laser beam may be irradiated to accelerate the reaction.

【0056】その後、図1(B)で示すようにエッチン
グにより活性層となる第2半導体領域106を形成す
る。その後、図1(C)に示す如く、ゲート絶縁膜10
8及びゲート電極109を形成し、また、半導体領域に
一導電型不純物を添加してソース及びドレイン領域を形
成し、必要な配線を設ければTFTを形成することがで
きる。図1(C)と図1(A)を対比して明らかなよう
に、完成したTFTにおけるチャネル長方向と、レーザ
ービームの走査方向は同じ方向とする。
Thereafter, as shown in FIG. 1B, a second semiconductor region 106 to be an active layer is formed by etching. Then, as shown in FIG. 1C, the gate insulating film 10 is formed.
8 and the gate electrode 109 are formed, a source region and a drain region are formed by adding an impurity of one conductivity type to the semiconductor region, and necessary wirings are provided to form a TFT. As is clear from comparison between FIG. 1C and FIG. 1A, the channel length direction in the completed TFT and the scanning direction of the laser beam are the same direction.

【0057】こうしたレーザービームの照射方法におい
て、連続発振のレーザービームを照射することにより、
その走査方向に大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、
それはレーザービームの走査速度やエネルギー密度等の
詳細なパラメータを適宜設定する必要がある。例えば、
出力5W(532nm)のレーザービームを400μm(長
手)×20μm(短手)に集光してその短手方向に走査
して、走査速度を10〜100cm/secとすることにより
実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−
固化を経た結晶成長速度は1m/sec程度であり、それよ
りも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷するこ
とで固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、
結晶の大粒径化を実現することができる。レーザービー
ムを走査する方向は一方向に限定されるものではなく、
往復走査をしても良い。また、保温膜を設けることによ
り結晶化が第1半導体領域の中央部から外側に向かって
結晶化させることが可能となり、結晶粒の大粒径化を成
し遂げることができる。
In such a laser beam irradiation method, by irradiating a continuous wave laser beam,
It enables crystal growth of large grain size in the scanning direction. Of course,
It is necessary to appropriately set detailed parameters such as the scanning speed of the laser beam and the energy density. For example,
This can be realized by converging a laser beam with an output of 5 W (532 nm) to 400 μm (long side) × 20 μm (short side), scanning in the short side direction, and setting the scanning speed to 10 to 100 cm / sec. . Melting using pulsed laser-
The crystal growth rate after solidification is about 1 m / sec, and continuous crystal growth at the solid-liquid interface becomes possible by scanning the laser beam at a slower speed and gradually cooling it.
It is possible to increase the crystal grain size. The direction of scanning the laser beam is not limited to one direction,
Reciprocal scanning may be performed. Further, by providing the heat insulating film, the crystallization can be performed from the central portion of the first semiconductor region toward the outside, and the crystal grain size can be increased.

【0058】このような結晶化を可能とするレーザー処
理装置の一形態は、図6及び図7に示す構成として示さ
れている。好ましいレーザー処理装置の態様は、基板の
任意の位置を指定してレーザービーム照射して結晶化す
ることを可能とし、複数の方向からレーザービームを照
射することにより、スループットを向上させることがで
きる。特に、レーザービームを照射面において重ね合わ
せ、レーザー処理に必要なエネルギー密度と、光の干渉
を除去することが可能な構成となっていることが特徴で
ある。
One form of the laser processing apparatus that enables such crystallization is shown as the configuration shown in FIGS. 6 and 7. A preferable aspect of the laser processing apparatus makes it possible to irradiate a laser beam to crystallize it by designating an arbitrary position on the substrate, and by irradiating the laser beam from a plurality of directions, the throughput can be improved. In particular, it is characterized in that the laser beam is superposed on the irradiation surface to remove the energy density required for laser processing and the interference of light.

【0059】図6はそのレーザー処理装置の構成を示す
上面図であり、図7はそれに対応する断面図である。図
6と図7においては説明の便宜上共通の符号を用いて説
明する。
FIG. 6 is a top view showing the structure of the laser processing apparatus, and FIG. 7 is a sectional view corresponding to it. In FIG. 6 and FIG. 7, common reference numerals are used for convenience of explanation.

【0060】第1光学系401は、レーザー発振装置3
01a、レンズ群302a、第1ガルバノミラー303
a、第2ガルバノミラー304a、fθレンズ305a
から成っている。ここで、第1ガルバノミラー303
a、第2ガルバノミラー304aが偏向手段として設け
られたものである。
The first optical system 401 is the laser oscillator 3
01a, lens group 302a, first galvanometer mirror 303
a, second galvanometer mirror 304a, fθ lens 305a
Made of. Here, the first galvanometer mirror 303
a, a second galvanometer mirror 304a is provided as the deflecting means.

【0061】第2光学系402、第3光学系403も同
様の構成であり、レーザービームは第1ガルバノミラー
と第2ガルバノミラーの回転角により偏向方向が制御さ
れ、載置台306上の被処理物307に照射される。ビ
ーム径はレンズ群302及び必要に応じてスリット等を
設けることで任意の形状とすることができるが、概略数
十μm〜数百μmの円形、楕円形、又は、矩形とすれば良
い。載置台306は固定とするが、レーザービームの走
査と同期させることも可能であるので、XYθ方向に変
位可能としても良い。
The second optical system 402 and the third optical system 403 have the same structure, and the deflection direction of the laser beam is controlled by the rotation angles of the first galvanometer mirror and the second galvanometer mirror, and the laser beam to be processed on the mounting table 306 is processed. The object 307 is irradiated. The beam diameter can be set to an arbitrary shape by providing the lens group 302 and a slit or the like as necessary, but it may be a circular shape, an elliptical shape, or a rectangular shape having a diameter of several tens μm to several hundreds μm. The mounting table 306 is fixed, but since it can be synchronized with the scanning of the laser beam, it may be displaceable in the XYθ directions.

【0062】第1乃至第3の光学系により被処理物であ
る半導体膜に照射されるレーザービームを、照射位置で
重ね合わせることにより、レーザーアニールに必要なエ
ネルギー密度を得て、しかも光の干渉を除去することが
可能となる。異なるレーザー発振装置から放射されるレ
ーザービームはそれぞれ位相が異なっているので、これ
らを重ね合わせることにより干渉を低減することができ
る。
The laser beams applied to the semiconductor film as the object to be processed by the first to third optical systems are superposed at the irradiation positions to obtain the energy density required for laser annealing and to interfere with light. Can be removed. Since the laser beams emitted from different laser oscillators have different phases, it is possible to reduce interference by superposing them.

【0063】尚、ここでは第1乃至第3光学系から放射
される3本のレーザービームを重ね合わせる構成を示し
ているが、同様の効果はこの数に限定されず、複数本の
レーザービームを重ね合わせることで目的は達せられ
る。また、同様な効果が得られるものであれば、レーザ
ー処理装置の構成は図6及び図7で示す構成に限定され
るものはない。また、ビームプロファイルがガウス分布
の場合において、そのピーク位置を少しずらして重ね合
わせることにより、重畳された後のビームプロファイル
を均一化することができる。
Although the structure in which three laser beams emitted from the first to third optical systems are superposed is shown here, the same effect is not limited to this number, and a plurality of laser beams can be used. The purpose is achieved by overlapping. The configuration of the laser processing apparatus is not limited to the configurations shown in FIGS. 6 and 7 as long as the same effect can be obtained. In addition, when the beam profile has a Gaussian distribution, the peak positions are slightly shifted and overlapped, so that the beam profile after the superposition can be made uniform.

【0064】また、レーザー処理装置の他の構成として
は、図8で示す構成の装置も適用可能である。図8は、
レーザー発振装置801、高変換ミラー802〜80
4、楕円ビーム形成用光学系805、載置台808から
成っているレーザー処理装置の構成を正面図と側面図に
より示すものである。楕円ビーム形成用光学系805の
一例はシリンドリカルレンズ806と凸レンズ807と
の組み合わせであり、シリンドリカルレンズ806でビ
ーム形状を楕円にして、凸レンズ807を設け集光して
いる。こうして、レーザービームを楕円にすることで照
射面積を広くして処理速度を向上させることができる。
As another configuration of the laser processing apparatus, the apparatus having the configuration shown in FIG. 8 can be applied. Figure 8
Laser oscillator 801, high conversion mirrors 802-80
4 is a front view and a side view showing the configuration of a laser processing apparatus including an optical system 805 for forming an elliptical beam and a mounting table 808. An example of the elliptical beam forming optical system 805 is a combination of a cylindrical lens 806 and a convex lens 807. The cylindrical lens 806 makes the beam shape elliptical and the convex lens 807 is provided to collect light. Thus, by making the laser beam elliptical, the irradiation area can be widened and the processing speed can be improved.

【0065】また、この装置では、載置台808を移動
手段として、二軸方向に動かすことにより、基板809
のレーザーアニールを可能としている。一方の方向への
移動は基板の一辺の長さよりも長い距離を10〜80cm
/secの等速度で連続的に移動させることが可能であり、
他方へは楕円ビームの長手方向と同程度の移動を不連続
にステップ移動させることが可能となっている。レーザ
ー発振装置801の発振と、載置台808は、マイクロ
プロセッサを搭載した制御手段810により同期して作
動するようになっている。また、レーザービームの入射
角を特定角度とすることにより、基板809で反射した
レーザービーム(戻り光)が再び光学系に入射しない構
成としている。
Also, in this apparatus, the substrate 809 is moved by moving the mounting table 808 as a moving means in two axial directions.
Laser annealing is possible. For movement in one direction, a distance longer than one side of the substrate is 10 to 80 cm.
It is possible to move continuously at a constant speed of / sec,
To the other side, it is possible to discontinuously stepwise move the same extent as the elliptical beam in the longitudinal direction. The oscillation of the laser oscillator 801 and the mounting table 808 are operated in synchronization with each other by the control means 810 equipped with a microprocessor. In addition, by setting the incident angle of the laser beam to a specific angle, the laser beam (return light) reflected by the substrate 809 is prevented from entering the optical system again.

【0066】一方、図9は載置台814を固定としてレ
ーザービームを基板809の面上で走査する形態の一例
であり、レーザー発振装置801、高変換ミラー80
2、803、楕円ビーム形成用光学系811、XYスキ
ャン可能な一対のガルバノミラー812、fθレンズ8
13から成っているレーザー処理装置の構成を、正面図
と側面図により示すものである。楕円ビーム形成用光学
系811の一例は凹レンズ及び凸レンズの組み合わせで
ある。こうして、レーザービームを楕円にすることで照
射面積を広くして処理速度を向上させることができる。
ガルバノミラー回転角により偏向方向が制御され、載置
台814上の基板809の任意の位置にレーザービーム
を照射することができる。レーザー発振装置801の発
振と、一対のガルバノミラー812は、マイクロプロセ
ッサを搭載した制御手段810により同期して作動する
ようになっている。また、アイソレータ815は照射面
で反射したレーザービーム(戻り光)がレーザー発振装
置に再度入射して光学系を痛めないように配慮されてい
る。
On the other hand, FIG. 9 shows an example of a mode in which the mounting table 814 is fixed and the laser beam is scanned on the surface of the substrate 809. The laser oscillation device 801 and the high conversion mirror 80 are shown.
2, 803, an elliptical beam forming optical system 811, a pair of XY scannable galvano mirrors 812, and an fθ lens 8.
The structure of the laser processing apparatus which consists of 13 is shown by a front view and a side view. An example of the elliptical beam forming optical system 811 is a combination of a concave lens and a convex lens. Thus, by making the laser beam elliptical, the irradiation area can be widened and the processing speed can be improved.
The deflection direction is controlled by the rotation angle of the galvanometer mirror, and the laser beam can be irradiated to an arbitrary position on the substrate 809 on the mounting table 814. The oscillation of the laser oscillation device 801 and the pair of galvano mirrors 812 are operated in synchronization with each other by the control means 810 equipped with a microprocessor. Further, the isolator 815 is designed so that the laser beam (return light) reflected on the irradiation surface does not re-enter the laser oscillator and damages the optical system.

【0067】以上のような構成のレーザー処理装置を用
い、図1を用いて説明したようにレーザービームの走査
方向とTFTにおけるチャネル長方向とを概略一致させ
ることにより、結晶方位が単一配向となり、電界効果移
動度を向上させることができる。また、結晶面が制御さ
れた種結晶が形成されたシード領域を設けることによ
り、単一配向の活性層を形成することが可能となり、ト
ップゲート型TFTにおいては、その上に形成するゲー
ト絶縁膜の膜質がばらつくことが無くなり、しきい値電
圧のバラツキを低減することも可能となる。勿論、本発
明はボトムゲート型(又は逆スタガ型ともいう)のTF
Tにも適用することができる。
By using the laser processing apparatus having the above-described structure and substantially matching the scanning direction of the laser beam and the channel length direction in the TFT as described with reference to FIG. 1, the crystal orientation becomes a single orientation. The field effect mobility can be improved. Further, by providing a seed region in which a seed crystal with a controlled crystal plane is formed, it is possible to form a single-oriented active layer, and in a top gate type TFT, a gate insulating film formed on the active layer. The quality of the film does not vary, and it is possible to reduce the variation in the threshold voltage. Of course, the present invention is a bottom gate type (or also called an inverted stagger type) TF.
It can also be applied to T.

【0068】[0068]

【実施例】以下、実施例により本発明に係る半導体装置
の作製方法の具体例を図面を参照して詳細に説明する。
EXAMPLES Specific examples of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0069】[実施例1]本実施例は、基板上に形成され
た非晶質珪素膜を写真蝕刻により所定のレジストパター
ンを形成し、エッチング処理を行い第1半導体領域を形
成し、それを覆う形でバリア膜及び保温膜を形成し、そ
の後基板側から連続発振レーザービームを照射して第1
半導体領域を結晶化させるものである。
[Embodiment 1] In this embodiment, a predetermined resist pattern is formed by photo-etching an amorphous silicon film formed on a substrate, and etching treatment is performed to form a first semiconductor region. A barrier film and a heat insulating film are formed so as to cover them, and then a continuous wave laser beam is irradiated from the substrate side to form a first film.
The semiconductor region is crystallized.

【0070】図10において、アルミノシリケートガラ
スで形成されたガラス基板401上に100nmの酸化窒
化珪素膜によるバリア膜402を形成する。その上にあ
る第1半導体領域403は、プラズマCVD法により形
成された厚さ100nmの非晶質珪素膜である。第1半導
体領域403の上面及び側面を覆って酸化珪素膜を20
nmの厚さで形成しバリア膜404とし、さらに200nm
の厚さで非晶質珪素膜を形成して保温膜405としてい
る。尚、図10において(A)は第1半導体領域403
の上面図、(B)は基板を含め断面構造を示す図であ
る。この段階では具現化されないが、点線で示すように
第1半導体領域403の端部に至らない内側にTFTの
活性層を形成する第2半導体領域407a、407bが
形成されることを前提としている。
In FIG. 10, a barrier film 402 of a 100 nm silicon oxynitride film is formed on a glass substrate 401 made of aluminosilicate glass. The first semiconductor region 403 thereabove is an amorphous silicon film having a thickness of 100 nm formed by the plasma CVD method. A silicon oxide film is formed on the first semiconductor region 403 so as to cover the upper surface and the side surface of the first semiconductor region 403.
200 nm thick barrier film 404
An amorphous silicon film having a thickness of 5 is formed as a heat insulating film 405. In FIG. 10, (A) shows the first semiconductor region 403.
FIG. 3B is a top view of FIG. 1B, and FIG. Although not embodied at this stage, it is premised that the second semiconductor regions 407a and 407b forming the active layer of the TFT are formed inside the first semiconductor region 403, which does not reach the end of the first semiconductor region 403, as shown by the dotted line.

【0071】シード領域406は、第1半導体領域40
3の長手方向の一端に形成され、レーザービームをこの
領域から走査することにより、シード領域406で発現
する結晶面を、第1半導体領域403の結晶面とするこ
とができる。
The seed region 406 is the first semiconductor region 40.
By forming a laser beam from one end of the first semiconductor region 403 in the longitudinal direction and scanning the laser beam from this region, the crystal face developed in the seed region 406 can be used as the crystal face of the first semiconductor region 403.

【0072】図11は、連続発振レーザービームによる
結晶化の段階を示す図である。レーザービーム409の
照射面積は、第1半導体領域403の面積よりも小さく
ても良いが、その長手方向が第1半導体領域403の短
手方向と交差するようにして照射する。この場合、直交
させる必要は必ずしもなく、30乃至90度程度の角度
をもって交差しても良い。
FIG. 11 is a diagram showing a stage of crystallization by a continuous wave laser beam. The irradiation area of the laser beam 409 may be smaller than the area of the first semiconductor region 403, but irradiation is performed so that the longitudinal direction thereof intersects with the lateral direction of the first semiconductor region 403. In this case, it is not always necessary to make them orthogonal, and they may intersect at an angle of about 30 to 90 degrees.

【0073】ビーム形状は矩形、線形、楕円系など任意
なものとすることができるが、いずれにしても図11で
示すように照射して、結晶化が第1半導体領域403の
一端から他端に向けて成長するようにする。このような
レーザービーム409の照射は、図6乃至図9で示すレ
ーザー処理装置のいずれかの構成を適用することができ
る。いずれにしても、光学系にて集光したレーザービー
ムは、第1半導体領域403とその両脇の保温膜405
に照射する。保温膜はレーザービームの照射により溶融
状態に達するまで加熱された第1半導体領域がレーザー
ビームの照射後に急速に冷却され、両端部より結晶化が
進行するのを防ぐ上で役立っている。
The beam shape can be any shape such as rectangular, linear, elliptical, etc., but in any case, irradiation is performed as shown in FIG. 11 so that crystallization is performed from one end to the other end of the first semiconductor region 403. To grow towards. For such irradiation with the laser beam 409, any structure of the laser processing apparatus shown in FIGS. 6 to 9 can be applied. In any case, the laser beam condensed by the optical system is applied to the first semiconductor region 403 and the heat insulating films 405 on both sides thereof.
To irradiate. The heat insulating film is useful for preventing the first semiconductor region heated by the irradiation of the laser beam until it reaches a molten state from being rapidly cooled after the irradiation of the laser beam to prevent crystallization from progressing from both ends.

【0074】こうして、レーザービーム409が照射さ
れたシード領域406から結晶が成長して、結晶化した
第1半導体408が形成される。
Thus, the crystal grows from the seed region 406 irradiated with the laser beam 409, and the crystallized first semiconductor 408 is formed.

【0075】その後、図12(A)(B)で示すよう
に、保温膜405を三フッ化窒素(NF3)又は六フッ
化硫黄(SF6)を用いてドライエッチングにより除去
する。バリア膜404はフッ酸を含む水溶液で除去する
ことにより第1半導体領域408を選択的に残存させる
ことができる。さらに、図12で示すように、結晶化さ
れた第1半導体領域408をエッチング加工して、第2
半導体領域407a、407bを形成する。トップゲー
ト型TFTとするには、第2半導体領域407a、40
7b上にゲート絶縁膜、ゲート電極、一導電型不純物領
域を形成してTFTを形成することができる。その後必
要に応じて配線や層間絶縁膜等を形成すれば良い。
Thereafter, as shown in FIGS. 12A and 12B, the heat insulating film 405 is removed by dry etching using nitrogen trifluoride (NF 3 ) or sulfur hexafluoride (SF 6 ). The first semiconductor region 408 can be selectively left by removing the barrier film 404 with an aqueous solution containing hydrofluoric acid. Further, as shown in FIG. 12, the crystallized first semiconductor region 408 is etched to form a second
The semiconductor regions 407a and 407b are formed. To form a top gate type TFT, the second semiconductor regions 407a and 407a
A TFT can be formed by forming a gate insulating film, a gate electrode, and an impurity region of one conductivity type on 7b. After that, a wiring, an interlayer insulating film, or the like may be formed as needed.

【0076】TFTを用いる駆動回路一体型アクティブ
マトリクス型表示装置は、その機能的な区分から画素部
と駆動回路部とに構成を分けて見ることができる。本実
施例で形成される第2半導体領域を活性層としてTFT
ではそれらを同一基板上に同時形成することが可能であ
る。
The drive circuit integrated active matrix type display device using TFTs can be seen by dividing the configuration into a pixel portion and a drive circuit portion due to its functional division. A TFT using the second semiconductor region formed in this embodiment as an active layer
Then, it is possible to form them simultaneously on the same substrate.

【0077】図14はTFT基板と、レーザービームの
照射方向との関係を詳細に示すものである。TFT基板
1201には画素部1202、駆動回路部1203、1
204が形成される領域を点線で示している。第1半導
体領域はそれぞれの領域に形成されており、この状態に
おけるレーザービームの走査方法を図14中にある拡大
図1304、1305、1306で示す。
FIG. 14 shows the relationship between the TFT substrate and the laser beam irradiation direction in detail. The TFT substrate 1201 has a pixel portion 1202, drive circuit portions 1203, 1
The area where 204 is formed is shown by a dotted line. The first semiconductor region is formed in each region, and the scanning method of the laser beam in this state is shown in enlarged views 1304, 1305, and 1306 in FIG.

【0078】例えば、駆動回路部1203は走査線駆動
回路を形成する領域であり、その部分拡大図1305に
は第2半導体領域1258(点線で示す)を包含する第
1半導体領域1251が形成されている。第1半導体領
域1251の配置は、矢印で示す方向に連続発振レーザ
ービーム1405の走査を可能にしている。第2半導体
領域1258の形状は任意なものを適用することができ
るが、いずれにしてもチャネル長方向とレーザービーム
の走査方向とを同じ方向に揃えている。
For example, the drive circuit portion 1203 is a region for forming a scanning line drive circuit, and the partially enlarged view 1305 has a first semiconductor region 1251 including a second semiconductor region 1258 (shown by a dotted line) formed therein. There is. The arrangement of the first semiconductor region 1251 enables the continuous wave laser beam 1405 to scan in the direction indicated by the arrow. The second semiconductor region 1258 may have any shape, but in any case, the channel length direction and the laser beam scanning direction are aligned in the same direction.

【0079】また、駆動回路部1203と交差する方向
に配設する駆動回路部1204はデータ線駆動回路を形
成する領域であり、第2半導体領域1257を包含する
第1半導体領域1250が形成されている。レーザービ
ーム1404の走査方向は、第2半導体領域1257に
形成されるチャネル部のチャネル長方向と一致させてい
る(拡大図1304)。また、画素部1202も同様で
あり、拡大図1306に示す如く、第1半導体領域12
52が形成されており、そこから形成される第2半導体
領域1259に形成されるチャネル部のチャネル長方向
と、レーザービーム1406の走査方向を一致させてい
る。この配列により、レーザービームは全て同一方向に
走査すれば良いので、処理時間をより短縮することが可
能である。
The drive circuit section 1204 arranged in the direction intersecting with the drive circuit section 1203 is a region for forming a data line drive circuit, and the first semiconductor region 1250 including the second semiconductor region 1257 is formed. There is. The scanning direction of the laser beam 1404 is matched with the channel length direction of the channel portion formed in the second semiconductor region 1257 (enlarged view 1304). The same applies to the pixel portion 1202 and, as shown in an enlarged view 1306, the first semiconductor region 12
52 is formed, and the channel length direction of the channel portion formed in the second semiconductor region 1259 formed from the same is aligned with the scanning direction of the laser beam 1406. With this arrangement, all the laser beams have to scan in the same direction, so that the processing time can be further shortened.

【0080】以上、第1半導体領域上に保温膜を形成
し、連続発振のレーザービームを照射することにより単
一配向でレーザービームの走査方向に結晶粒が延在する
結晶成長を行うことができる。勿論、それはレーザービ
ームの走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータ
を適宜設定する必要があるが、走査速度を10〜100
cm/secとすることによりそれを実現することができる。
パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度
は1m/secとも言われているが、それよりも遅い速度で
レーザービームを走査して、徐冷することにより固液界
面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒
径化を実現することができる。
As described above, by forming a heat insulating film on the first semiconductor region and irradiating it with a continuous wave laser beam, it is possible to grow crystals in which the crystal grains extend in the scanning direction of the laser beam with a single orientation. . Of course, it is necessary to appropriately set detailed parameters such as the scanning speed of the laser beam and the energy density.
It can be realized by setting cm / sec.
It is said that the crystal growth rate after melting and solidification using a pulsed laser is 1 m / sec, but the laser beam is scanned at a slower speed than that to continuously cool the solid-liquid interface by slow cooling. It is possible to grow, and it is possible to increase the crystal grain size.

【0081】[実施例2]実施例1のレーザービームの走
査は一方向のみの走査でなく、往復走査をしても良い。
図13にその態様を示すが、その場合、シード領域40
6a、406bは第1半導体領域403の両端に設けて
も良い。往復走査する場合には1回の走査毎にレーザー
エネルギー密度を変え、段階的に結晶成長をさせること
も可能である。また、非晶質珪素膜を結晶化させる場合
にしばしば必要となる水素出しの処理を兼ねることも可
能であり、最初に低エネルギー密度で走査し、水素を放
出した後、エネルギー密度を上げて2回目の走査で結晶
化を完遂させても良い。このような作製方法によっても
同様にレーザービームの走査方向に結晶粒が延在する結
晶質半導体膜を得ることができる。
[Second Embodiment] The laser beam scanning of the first embodiment is not limited to scanning in one direction, but may be reciprocal scanning.
FIG. 13 shows the mode, in which case the seed region 40 is used.
6a and 406b may be provided at both ends of the first semiconductor region 403. In the case of reciprocating scanning, it is possible to change the laser energy density for each scanning and to grow crystals in stages. Further, it is also possible to combine the process of hydrogen discharge, which is often necessary when crystallizing the amorphous silicon film, and first scan at low energy density to release hydrogen and then increase the energy density to 2 Crystallization may be completed by the second scan. With such a manufacturing method, a crystalline semiconductor film in which crystal grains extend in the laser beam scanning direction can be similarly obtained.

【0082】[実施例3]本実施例は、基板上に形成され
た非晶質珪素膜を予め結晶化しておき、さらに連続発振
レーザービームにより結晶の大粒径化を図るものであ
る。
[Embodiment 3] In this embodiment, an amorphous silicon film formed on a substrate is crystallized in advance and the crystal grain size is increased by a continuous wave laser beam.

【0083】図15(A)に示すように、実施例1と同
様にガラス基板501上にブロッキング層502、非晶
質珪素膜503を形成する。その上にマスク絶縁膜50
4として100nmの酸化珪素膜をプラズマCVD法で形
成し、開口部505を設ける。その後、触媒元素として
Niを添加するため、酢酸ニッケル塩が5ppmの水溶液
をスピン塗布する。Niは開口部505で非晶珪素膜と
接する。この開口部505を形成する位置は、後に形成
される第1半導体領域のシード領域又はその外側に位置
するように形成する。
As shown in FIG. 15A, a blocking layer 502 and an amorphous silicon film 503 are formed on a glass substrate 501 as in the first embodiment. A mask insulating film 50 is formed thereon.
4, a 100 nm silicon oxide film is formed by a plasma CVD method, and an opening 505 is provided. Then, in order to add Ni as a catalyst element, an aqueous solution of nickel acetate of 5 ppm is spin-coated. Ni contacts the amorphous silicon film at the opening 505. The opening 505 is formed so as to be located in the seed region of the first semiconductor region which will be formed later or outside thereof.

【0084】その後、図15(B)で示すように580
℃、4時間の加熱処理により非晶質珪素膜を結晶化させ
る。結晶化は触媒元素の作用により、開口部505から
基板表面と平行な方向に成長する。こうして形成された
結晶質珪素膜507は棒状または針状の結晶が集合して
成り、その各々の結晶は巨視的にはある特定の方向性を
もって成長しているため、結晶性が揃っている。また、
特定方位の配向率が高いという特徴がある。
After that, as shown in FIG.
The amorphous silicon film is crystallized by heat treatment at 4 ° C. for 4 hours. Crystallization grows in a direction parallel to the substrate surface through the opening 505 due to the action of the catalytic element. The crystalline silicon film 507 thus formed is composed of aggregated rod-shaped or needle-shaped crystals, and the respective crystals are macroscopically grown with a certain specific direction, so that the crystallinity is uniform. Also,
It is characterized by a high orientation ratio in a specific orientation.

【0085】加熱処理が終了したらマスク絶縁膜504
をエッチング除去することにより図15(C)で示すよ
うな結晶質珪素膜507を得ることができる。
When the heat treatment is completed, a mask insulating film 504 is formed.
Is removed by etching to obtain a crystalline silicon film 507 as shown in FIG.

【0086】その後、図16で示すように結晶質珪素膜
507を写真蝕刻により所定のパターンにエッチングし
て第1半導体領域508を形成する。その後、バリア膜
509を20nmの酸化珪素で形成し、保温膜510を2
50nmの非晶質珪素膜で形成する。TFTの活性層とな
る第2半導体領域511a、511bが形成されるべき
領域は第1半導体領域508の内側に位置し、Nd:Y
VO4レーザー発振装置を用い、連続発振する第2高調
波(532nm)を基板側から照射する。図16で示すよ
うに連続発振レーザービーム512は一方向に走査す
る。或いは往復走査する。
After that, as shown in FIG. 16, the crystalline silicon film 507 is etched into a predetermined pattern by photolithography to form a first semiconductor region 508. After that, a barrier film 509 is formed of 20 nm of silicon oxide, and a heat insulating film 510 is formed by 2
It is formed of a 50 nm amorphous silicon film. A region where the second semiconductor regions 511a and 511b, which are active layers of the TFT, are to be formed is located inside the first semiconductor region 508, and Nd: Y
A VO 4 laser oscillator is used to irradiate a continuously oscillating second harmonic (532 nm) from the substrate side. As shown in FIG. 16, the continuous wave laser beam 512 scans in one direction. Alternatively, reciprocal scanning is performed.

【0087】このようなレーザービームの照射により結
晶質珪素膜は溶融し再結晶化する。この再結晶化に伴っ
て、レーザービームの走査方向に結晶粒が延在する結晶
成長が成される。この場合、予め結晶面が揃った結晶質
珪素膜が形成されているので、異なる面の結晶の析出や
転位の発生を防ぐことができる。以降は、実施例1と同
様な処理により、TFTを形成することができる。
The crystalline silicon film is melted and recrystallized by the irradiation of such a laser beam. Along with this recrystallization, crystal growth in which crystal grains extend in the scanning direction of the laser beam is performed. In this case, since a crystalline silicon film having crystal planes aligned in advance is formed, it is possible to prevent precipitation of crystals and dislocations on different planes. After that, the TFT can be formed by the same process as in the first embodiment.

【0088】[実施例4]実施例3と同様に、ガラス基板
501、ブロッキング層502、非晶質珪素膜503を
形成した後、全面に触媒元素としてNiを添加する。N
iの添加法に限定はなく、スピン塗布法、蒸着法、スパ
ッタ法などを適用するこができる。スピン塗布法による
場合には酢酸ニッケル塩が5ppmの水溶液を塗布して触
媒元素含有層506を形成する(図17(A))。
[Embodiment 4] Similar to Embodiment 3, after forming the glass substrate 501, the blocking layer 502, and the amorphous silicon film 503, Ni is added to the entire surface as a catalytic element. N
The method of adding i is not limited, and a spin coating method, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like can be applied. In the case of using the spin coating method, an aqueous solution of nickel acetate of 5 ppm is applied to form the catalyst element containing layer 506 (FIG. 17A).

【0089】その後、580℃、4時間の加熱処理によ
り非晶質珪素膜503を結晶化させる。こうして図17
(B)で示すように、結晶質珪素膜507を得ることが
できる。この結晶質珪素膜507も同様に、棒状または
針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的に
はある特定の方向性をもって成長しているため、結晶性
が揃っている。また、特定方位の配向率が高いという特
徴がある。以降は、実施例3と同様に処理すれば良い。
Thereafter, the amorphous silicon film 503 is crystallized by heat treatment at 580 ° C. for 4 hours. Thus, FIG.
As shown in (B), a crystalline silicon film 507 can be obtained. Similarly, this crystalline silicon film 507 is also formed by aggregating rod-shaped or needle-shaped crystals, and each of the crystals is macroscopically grown with a certain specific direction, so that the crystallinity is uniform. Further, there is a feature that the orientation ratio of the specific orientation is high. After that, the same process as in the third embodiment may be performed.

【0090】[実施例5]実施例3又は実施例4におい
て、第1半導体領域508を形成した後、膜中に1019
/cm3以上の濃度で残存する触媒元素をゲッタリング処理
により除去する工程を加えても良い。図18で示すよう
に、第1半導体領域508上のバリア層を残存させたま
ま、その上にゲッタリングサイト514としてアルゴン
が1×10 20/cm3〜1×1021/cm3添加された非晶質珪
素膜を形成する。
[Example 5] In Example 3 or Example 4
Then, after forming the first semiconductor region 508, 1019
/cm3Gettering treatment of catalyst elements remaining at the above concentrations
You may add the process of removing by. As shown in Figure 18
Then, the barrier layer on the first semiconductor region 508 is left to remain.
Argon is used as a gettering site 514 on it.
Is 1 × 10 20/cm3~ 1 x 10twenty one/cm3Added amorphous silicon
Form a film.

【0091】その後、ファーネスアニール炉による60
0℃、12時間の加熱処理、又はランプアニール或いは
ガス加熱アニールによる650〜750℃、30〜60
分の加熱処理により、触媒元素として添加されているN
iをゲッタリングサイト514に偏析させることができ
る。この処理により、結晶質珪素膜507の触媒元素濃
度は1017/cm3以下とすることができる。
After that, a furnace annealing furnace is used for 60.
Heat treatment at 0 ° C for 12 hours, or lamp annealing or gas heating annealing at 650 to 750 ° C, 30 to 60
N added as a catalytic element by heat treatment for
i can be segregated at the gettering site 514. By this treatment, the concentration of the catalytic element in the crystalline silicon film 507 can be made 10 17 / cm 3 or less.

【0092】その後、ゲッタリングサイト514を選択
的に除去する。この工程で、バリア膜509は保温膜と
ゲッタリングサイトとを選択的に除去する際のエッチン
グストッパーとして併用できる。ゲッタリング処理が終
了した後は、実施例3又は実施例4と同様にして工程を
進めれば良い。
After that, the gettering site 514 is selectively removed. In this step, the barrier film 509 can be used as an etching stopper when the heat retaining film and the gettering site are selectively removed. After the gettering process is completed, the process may be performed in the same manner as in Example 3 or 4.

【0093】[実施例6]シード領域に予め結晶方位の定
まった結晶質半導体膜を形成しておくことで、第1半導
体領域に結晶方位を揃えることができる。まず、図19
(A)示すように、ガラス基板601上にブロッキング
層602を形成し、その上に非晶質珪素膜603を形成
する。非晶質珪素膜603は結晶化してシード領域を形
成する目的においてはあまり厚くする必要はなく、30
〜100nm程度の厚さで形成する。その後、触媒元素含
有層604を形成する。この形成方法は、実施例3又は
実施例4と同様にして行えば良い。
[Example 6] By forming a crystalline semiconductor film having a predetermined crystal orientation in the seed region, the crystal orientation can be aligned with the first semiconductor region. First, FIG.
As shown in (A), a blocking layer 602 is formed on a glass substrate 601, and an amorphous silicon film 603 is formed thereon. The amorphous silicon film 603 does not need to be too thick for the purpose of crystallizing and forming a seed region.
It is formed with a thickness of about 100 nm. After that, the catalyst element containing layer 604 is formed. This forming method may be performed in the same manner as the third or fourth embodiment.

【0094】その後、加熱処理により結晶質化して結晶
質珪素膜605を得る。この段階で実施例5と同様にし
てゲッタリング処理を行っても良い。この結晶質珪素膜
605を写真蝕刻により所定のパターンにエッチングし
て、図19(C)に示すようにシード領域に位置する種
結晶606を形成する。そして、ガラス基板601の全
面に非晶質半珪素膜607を150nmの厚さで形成す
る。
After that, it is crystallized by heat treatment to obtain a crystalline silicon film 605. At this stage, the gettering process may be performed as in the fifth embodiment. This crystalline silicon film 605 is etched into a predetermined pattern by photolithography to form a seed crystal 606 located in the seed region as shown in FIG. 19C. Then, an amorphous semi-silicon film 607 is formed on the entire surface of the glass substrate 601 with a thickness of 150 nm.

【0095】そして、図20で示すように非晶質珪素膜
607は写真蝕刻により所定のパターンにエッチングし
て第1半導体領域608を形成する。第1半導体領域6
08に端部にはシード領域609が形成されるが、この
領域には種結晶606が重ねて設けられている。点線で
示す第2半導体領域612a、612bを形成する領域
は第1半導体領域608の内側に配置されるようにす
る。第1半導体領域608上にはバリア膜610、保温
膜611を形成する。
Then, as shown in FIG. 20, the amorphous silicon film 607 is etched into a predetermined pattern by photolithography to form a first semiconductor region 608. First semiconductor region 6
At 08, a seed region 609 is formed at the end, and a seed crystal 606 is overlapped and provided in this region. The regions forming the second semiconductor regions 612a and 612b, which are indicated by the dotted lines, are arranged inside the first semiconductor region 608. A barrier film 610 and a heat retaining film 611 are formed on the first semiconductor region 608.

【0096】その後、図21で示すように第1半導体領
域の一端から他端に向けて連続発振レーザービーム61
3を走査して結晶化させる。連続発振レーザービーム6
13がシード領域609から走査されることにより、形
成される結晶化領域614は種結晶606と同じ結晶方
位をもって形成されるものとすることができる。保温膜
はレーザービームの照射により溶融状態に達するまで加
熱された第1半導体領域がレーザービームの照射後に急
速に冷却され、両端部より新たに結晶化が進行するのを
防ぐことができる。
Then, as shown in FIG. 21, a continuous wave laser beam 61 is directed from one end of the first semiconductor region toward the other end.
Scan 3 to crystallize. Continuous wave laser beam 6
By scanning 13 from the seed region 609, the crystallization region 614 to be formed can be formed to have the same crystal orientation as the seed crystal 606. The heat insulating film can prevent the first semiconductor region, which has been heated by irradiation with the laser beam until it reaches a molten state, from being rapidly cooled after the irradiation with the laser beam so that crystallization is newly advanced from both ends.

【0097】その後、図22に示すように、結晶化され
た第1半導体領域608を写真蝕刻により第2半導体領
域612a、612bが形成されるべき所定のパターン
にエッチングする。トップゲート型TFTとするには、
第2半導体領域612a、612b上にゲート絶縁膜、
ゲート電極、一導電型不純物領域を形成してTFTを形
成することができる。その後、必要に応じて配線や層間
絶縁膜等を形成すれば良い。
Then, as shown in FIG. 22, the crystallized first semiconductor region 608 is etched into a predetermined pattern in which the second semiconductor regions 612a and 612b are to be formed by photolithography. To make a top gate type TFT,
A gate insulating film on the second semiconductor regions 612a and 612b,
A TFT can be formed by forming a gate electrode and an impurity region of one conductivity type. After that, a wiring, an interlayer insulating film, or the like may be formed as needed.

【0098】[実施例7]実施例6において、種結晶60
6をゲルマニウムを含有する結晶質珪素膜で形成するこ
ともできる。これは、図19(A)において、非晶質珪
素膜に変わって、0.1乃至10原子%、好ましくは1
原子%〜5原子%の割合でゲルマニウムを含有する非晶
質珪素膜を形成することで、その他は同様にして行えば
良い。
Example 7 In Example 6, seed crystal 60 was used.
6 may be formed of a crystalline silicon film containing germanium. This is replaced by an amorphous silicon film in FIG.
By forming an amorphous silicon film containing germanium at a ratio of atomic% to 5 atomic%, other processes may be performed in the same manner.

【0099】ゲルマニウムを含有する結晶質珪素膜を用
いることの利点は配向率の高さにあり、{101}面の
配向率を40〜90%に高めることができる。このよう
な結晶質珪素膜で種結晶を形成することで、第1半導体
領域の配向配向率を高めることができる。
The advantage of using the crystalline silicon film containing germanium lies in the high orientation rate, and the orientation rate of the {101} plane can be increased to 40 to 90%. By forming a seed crystal with such a crystalline silicon film, the orientation ratio of the first semiconductor region can be increased.

【0100】[実施例8]実施例1乃至実施例7のいずれ
かに従い、連続発振レーザービームにより結晶化して形
成された第1半導体領域に対し、実施例5で説明したゲ
ッタリング処理を行うことができる。ゲッタリング処理
の方法は実施例5と同様に行えば良い。ゲッタリング処
理を行うことで、結晶化に際して混入し偏析した金属不
純物を除去することができる。
[Embodiment 8] According to any of Embodiments 1 to 7, the gettering treatment described in Embodiment 5 is performed on the first semiconductor region crystallized by the continuous wave laser beam. You can The gettering method may be performed in the same manner as in the fifth embodiment. By performing the gettering treatment, the metal impurities mixed and segregated during crystallization can be removed.

【0101】[実施例9]本実施例では、実施例1乃至実
施例8により作製される第2半導体領域を用いて、CM
OS型のTFTを作製する一例について、図23を参照
して説明する。
[Embodiment 9] In this embodiment, a CM is manufactured by using the second semiconductor regions manufactured in Embodiments 1 to 8.
An example of manufacturing an OS type TFT will be described with reference to FIGS.

【0102】図23(A)はガラス基板701、ブロッ
キング層702が形成された上に活性層とする第2半導
体領域703a、703b、ゲート絶縁膜704、ゲー
ト電極705a、705bが形成された状態を示してい
る。ゲート絶縁膜704はプラズマCVD法を用いて、
SiH4とN2OにO2を反応ガスとして酸化窒化珪素膜
で形成し、80nmの厚さとする。第2半導体領域703
a、703bは、結晶の配向率が高いため、その上に形
成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすること
ができ、それ故にTFTのしきい値電圧のバラツキを小
さくすることができる。また、ゲート電極705a、7
05bを形成する材料としては、Al、Ta、Ti、
W、Moなどの導電性材料又はこれらの合金を適用し、
400nmの厚さに形成する。Alをゲート電極とし、そ
の表面を陽極酸化により酸化膜を形成して安定化しても
良い。
FIG. 23A shows a state in which a glass substrate 701, a blocking layer 702 are formed, and second semiconductor regions 703a and 703b serving as active layers, a gate insulating film 704, and gate electrodes 705a and 705b are formed. Shows. The gate insulating film 704 is formed by a plasma CVD method,
A silicon oxynitride film is formed on SiH 4 and N 2 O using O 2 as a reaction gas to have a thickness of 80 nm. Second semiconductor region 703
Since a and 703b have a high crystal orientation ratio, it is possible to reduce variations in the film quality of the gate insulating film formed thereon, and thus variations in the threshold voltage of the TFT. Also, the gate electrodes 705a and 705a
As a material for forming 05b, Al, Ta, Ti,
Applying conductive materials such as W and Mo or their alloys,
It is formed to a thickness of 400 nm. Alternatively, Al may be used as a gate electrode, and an oxide film may be formed on the surface thereof by anodic oxidation to stabilize it.

【0103】図23(B)は不純物領域の形成であり、
イオンドーピング法により、nチャネル型TFTに対す
るソース又はドレイン領域706、LDD領域707、
及びpチャネル型TFTに対するソース又はドレイン領
域708を形成する。
FIG. 23B shows the formation of impurity regions.
A source or drain region 706, an LDD region 707 for the n-channel TFT is formed by an ion doping method.
And a source or drain region 708 for the p-channel TFT is formed.

【0104】イオンドーピングにより、不純物元素を注
入した領域は結晶性が破壊され、非晶質化する。結晶性
の回復と、不純物元素の活性化による低抵抗化を実現す
るために、レーザー処理を行う。レーザー処理は本発明
のレーザー処理装置によって行うことができる。また、
水素雰囲気(還元雰囲気)中でレーザー照射を行って水
素化を兼ねておこなっても良い。
By the ion doping, the crystallinity of the region implanted with the impurity element is destroyed and the region becomes amorphous. Laser treatment is performed in order to recover crystallinity and reduce resistance due to activation of impurity elements. Laser processing can be performed by the laser processing apparatus of the present invention. Also,
Laser irradiation may be performed in a hydrogen atmosphere (reducing atmosphere) to perform hydrogenation.

【0105】その後、図23(C)に示すように窒化珪
素膜又は酸化珪素膜で第1層間絶縁膜710を形成す
る。さらに第2層間絶縁膜711を有機樹脂材料、又は
誘電率4以下の低誘電率材料を用いて形成する。有機樹
脂材料としてはアクリル、ポリイミドなどを適用するこ
とができる。低誘電率材料としては、SiOF、poly-a
rylethers、BCB(ベンゾシクロブテン)、フッ化ポ
リイミド、a−CFなどを適用することができる。次い
で、各半導体層の不純物領域に達するコンタクトホール
を形成し、Al、Ti、Taなどを用いて配線713、
714を形成する。さらに、窒化珪素膜でパッシベーシ
ョン膜715を形成する。
After that, as shown in FIG. 23C, a first interlayer insulating film 710 is formed of a silicon nitride film or a silicon oxide film. Further, the second interlayer insulating film 711 is formed using an organic resin material or a low dielectric constant material having a dielectric constant of 4 or less. As the organic resin material, acrylic, polyimide or the like can be applied. Low dielectric constant materials include SiOF and poly-a
Rylethers, BCB (benzocyclobutene), fluorinated polyimide, a-CF and the like can be applied. Next, a contact hole reaching the impurity region of each semiconductor layer is formed, and a wiring 713 is formed using Al, Ti, Ta, or the like.
714 is formed. Further, a passivation film 715 is formed with a silicon nitride film.

【0106】こうしてnチャネル型TFT750とpチ
ャネル型TFT760を形成することができる。ここで
はそれぞれのTFTを単体として示しているが、これら
のTFTを使ってCMOS回路のみでなく、単チャネル
型のNMOS回路、PMOS回路を形成することができ
る。本発明により形成される第2半導体領域はチャネル
長方向と平行に結晶成長が成されるので、実質的にキャ
リアが横切る結晶粒界が無くなり、高い電界効果移動度
を得ることができる。こうして作製されるTFTは、ア
クティブマトリクス型の液晶表示装置や発光素子を用い
た表示装置を作製するためのTFTとして、また、ガラ
ス基板上にメモリやマイクロプロセッサを形成するため
のTFTとして用いることができる。
Thus, the n-channel TFT 750 and the p-channel TFT 760 can be formed. Although each TFT is shown here as a single unit, not only a CMOS circuit but also a single channel type NMOS circuit or PMOS circuit can be formed using these TFTs. In the second semiconductor region formed by the present invention, crystal growth is performed in parallel with the channel length direction, so that there is substantially no crystal grain boundary across which carriers can be obtained, and high field effect mobility can be obtained. The TFT manufactured in this manner can be used as a TFT for manufacturing an active matrix liquid crystal display device or a display device using a light-emitting element, or as a TFT for forming a memory or a microprocessor on a glass substrate. it can.

【0107】[実施例10]実施例9と同様に作製される
TFTを用いてアクティブマトリクス駆動型の表示装置
を実現するためのTFT基板(TFTが形成された基
板)の構成例を図24を参照して説明する。図24で
は、nチャネル型TFT801、pチャネル型TFT8
02、nチャネル型TFT803を有する駆動回路部8
06と、nチャネル型TFT804、容量素子805と
を有する画素部807が同一基板上に形成されている断
面図を示している。また、図25はその上面図を示し、
B−B'に従う断面構造が図24で示す画素部807の
縦断面図に相当する。
[Embodiment 10] A configuration example of a TFT substrate (substrate on which TFTs are formed) for realizing an active matrix drive type display device using TFTs manufactured in the same manner as in Embodiment 9 is shown in FIG. It will be described with reference to FIG. In FIG. 24, an n-channel TFT 801 and a p-channel TFT 8 are shown.
02, drive circuit section 8 having n-channel TFT 803
06, a pixel portion 807 having an n-channel TFT 804 and a capacitor 805 is formed on the same substrate. Further, FIG. 25 shows a top view thereof,
The cross-sectional structure according to BB ′ corresponds to the vertical cross-sectional view of the pixel portion 807 illustrated in FIG.

【0108】駆動回路部806のnチャネル型TFT8
01は実施例9において図23(C)で説明したnチャ
ネル型TFT750に、ゲート電極とオーバーラップす
るLDD領域が設けられた構造であり、ホットキャリア
効果による劣化を抑制する構造となっている。pチャネ
ル型TFT802は同様にpチャネル型TFT760と
同様な形態であり、シングルドレイン構造となってい
る。このようなnチャネル型TFT及びpチャネル型T
FTによりシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベル
シフタ回路、ラッチ回路などを形成することができる。
また、nチャネル型TFT803は図23(C)で示す
nチャネル型TFT750と同様のLDD構造であり、
オフ電流を低減してサンプリング回路に適した構造を適
用している。
The n-channel TFT 8 of the drive circuit unit 806
Reference numeral 01 is a structure in which the LDD region overlapping the gate electrode is provided in the n-channel TFT 750 described in FIG. 23C in Embodiment 9, and has a structure that suppresses deterioration due to the hot carrier effect. Similarly, the p-channel TFT 802 has the same form as the p-channel TFT 760 and has a single drain structure. Such an n-channel TFT and a p-channel T
A shift register circuit, a buffer circuit, a level shifter circuit, a latch circuit, and the like can be formed by FT.
The n-channel TFT 803 has an LDD structure similar to that of the n-channel TFT 750 shown in FIG.
A structure suitable for a sampling circuit with reduced off-current is applied.

【0109】これらのTFTにおけるチャネル形成領域
やLDD領域などの不純物領域が形成される第2半導体
領域は、実施例1乃至実施例8で示す方法を適宜組み合
わせて形成される第2半導体領域をもって形成されるも
のである。第2半導体領域はチャネル長方向に向かって
(或いは、基板と平行な方向であり、かつチャネル長方
向に向かって)結晶成長されていることにより、キャリ
アが結晶粒界を横切る確率が非常に低減する。それによ
り、高い電界効果移動度を得ることができ、極めて優れ
た特性を得ることができる。尚、814〜816は各T
FTのソース又はドレインと接続する配線である。
The second semiconductor region in which the impurity regions such as the channel formation region and the LDD region in these TFTs are formed has the second semiconductor region formed by appropriately combining the methods shown in the first to eighth embodiments. It is what is done. Since the second semiconductor region is crystal-grown in the channel length direction (or in the direction parallel to the substrate and in the channel length direction), the probability that carriers cross the crystal grain boundary is significantly reduced. To do. Thereby, high field effect mobility can be obtained, and extremely excellent characteristics can be obtained. 814 to 816 are each T
The wiring is connected to the source or drain of the FT.

【0110】画素部807のnチャネル型TFT804
は半導体領域820を活性層として形成され、LDD構
造のTFTが直列接続された構造であり、一方は接続配
線811を介してデータ線810に接続されている。他
方は画素電極に接続されている。また、ゲート線812
はゲート電極824と電気的に接続されている。また、
容量素子805の一方の電極として機能する半導体領域
821には硼素が添加された不純物領域が形成されてい
る。容量素子805は、絶縁膜823(ゲート絶縁膜と
同一膜)を誘電体として、容量電極822と半導体領域
821とで形成されている。尚、半導体領域820、8
21は実施例1〜8により作製される第2半導体領域に
相当するものである。
The n-channel TFT 804 of the pixel portion 807
Is a structure in which the semiconductor region 820 is formed as an active layer and the LDD structure TFTs are connected in series, and one of them is connected to the data line 810 via the connection wiring 811. The other is connected to the pixel electrode. In addition, the gate line 812
Are electrically connected to the gate electrode 824. Also,
An impurity region to which boron is added is formed in the semiconductor region 821 which functions as one electrode of the capacitor 805. The capacitor 805 is formed of a capacitor electrode 822 and a semiconductor region 821 using an insulating film 823 (the same film as the gate insulating film) as a dielectric. The semiconductor regions 820, 8
Reference numeral 21 corresponds to the second semiconductor region produced in each of Examples 1 to 8.

【0111】これらのTFTは、チャネル形成領域や不
純物領域を形成する第2半導体領域の配向率が高く、平
坦であるためその上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバ
ラツキを少なくすることができる。それ故にTFTのし
きい値電圧のバラツキを小さくすることができる。その
結果、低電圧でTFTを駆動することが可能であり、消
費電力を低減する利点がある。また、表面が平坦化され
ている為、電界が凸部に集中しないことにより、特にド
レイン端において発生するホットキャリア効果に起因す
る劣化を抑制することが可能となる。また、ソースとド
レイン間を流れるキャリアの濃度分布はゲート絶縁膜と
の界面近傍において高くなるが、平滑化されているため
キャリアが散乱されることなくスムーズに移動すること
ができ、電界効果移動度を高めることができる。
In these TFTs, the second semiconductor region forming the channel forming region and the impurity region has a high orientation rate and is flat, so that variations in the film quality of the gate insulating film formed thereon can be reduced. Therefore, variations in the threshold voltage of the TFT can be reduced. As a result, it is possible to drive the TFT at a low voltage, which has the advantage of reducing power consumption. Further, since the surface is flattened, the electric field is not concentrated on the convex portion, so that it is possible to suppress the deterioration caused by the hot carrier effect particularly at the drain end. In addition, the concentration distribution of carriers flowing between the source and the drain becomes high in the vicinity of the interface with the gate insulating film, but since it is smoothed, the carriers can move smoothly without being scattered, and the field effect mobility is high. Can be increased.

【0112】このようなTFT基板から液晶表示装置を
作製するためには、共通電極が形成された対向基板を3
〜8μm程度の間隔をもって設け、その間に配向膜、液
晶層を形成すれば良い。これらは公知の技術を適用する
ことができる。
In order to manufacture a liquid crystal display device from such a TFT substrate, a counter substrate on which a common electrode is formed is used.
The alignment film and the liquid crystal layer may be formed at intervals of about 8 μm. Known techniques can be applied to these.

【0113】図26はそのようなアクティブマトリクス
基板の回路構成を示している。画素部901のTFT9
00を駆動する駆動回路部はデータ線駆動回路902、
走査線駆動回路902であり、必要に応じてシフトレジ
スタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回
路などが配置されている。この場合、走査線駆動回路9
02は映像信号を送り出すものであり、コントローラ9
04からの映像信号と、タイミングジェネレータ907
からの走査線駆動回路用タイミング信号が入力される。
データ線駆動回路902にはタイミングジェネレータ9
07からのデータ線駆動回路用タイミング信号が入力さ
れ、走査線に信号を出力する。マイクロプロセッサ90
6はコントローラ904の制御や、メモリ905への映
像信号などのデータの書き込み、外部インターフェース
908からの入出力、これらシステム全体の動作管理な
どを行う。
FIG. 26 shows a circuit configuration of such an active matrix substrate. TFT9 of the pixel portion 901
The drive circuit unit for driving 00 is a data line drive circuit 902,
The scan line driver circuit 902 includes a shift register circuit, a buffer circuit, a level shifter circuit, a latch circuit, and the like as needed. In this case, the scanning line drive circuit 9
Reference numeral 02 denotes a video signal, and the controller 9
04 video signal and timing generator 907
The scanning line driving circuit timing signal from is input.
The data line drive circuit 902 includes a timing generator 9
The data line driving circuit timing signal from 07 is input and the signal is output to the scanning line. Microprocessor 90
Reference numeral 6 controls the controller 904, writes data such as a video signal to the memory 905, inputs and outputs from the external interface 908, and manages the operation of the entire system.

【0114】これらの回路を構成するためのTFTは本
実施例で示すような構成のTFTで形成することが可能
である。TFTのチャネル形成領域を形成する第2半導
体領域を実質的に単結晶と見なせる領域とすることによ
り、TFTの特性を向上させ、様々な機能回路をガラス
などの基板上に形成することができる。
The TFT for forming these circuits can be formed by the TFT having the structure shown in this embodiment. By making the second semiconductor region forming the channel formation region of the TFT substantially a single crystal region, the characteristics of the TFT can be improved and various functional circuits can be formed over a substrate such as glass.

【0115】[実施例11]TFT基板を用いた他の実施
例として、発光素子を用いた表示装置の一例を図面を参
照して説明する。図27は各画素毎にTFTを配置して
形成される表示装置の画素構造を断面図で示している。
尚、図27(A)(B)において示すnチャネル型TF
T2100、2102及びpチャネル型TFT2101
は実施例9と同様の構成であり、本実施例では詳細な説
明は省略する。
[Embodiment 11] As another embodiment using a TFT substrate, an example of a display device using a light emitting element will be described with reference to the drawings. FIG. 27 is a sectional view showing a pixel structure of a display device formed by disposing a TFT for each pixel.
The n-channel TF shown in FIGS.
T2100, 2102 and p-channel TFT 2101
Has the same configuration as that of the ninth embodiment, and detailed description thereof will be omitted in the present embodiment.

【0116】図27(A)は基板2001上にブロッキ
ング層2002を介してnチャネル型TFT2100と
pチャネル型TFT2101が画素に形成された構成を
示している。この場合、nチャネル型TFT2100は
スイッチング用TFTであり、pチャネル型TFT21
01は電流制御用TFTであり、そのドレイン側は発光
素子2105の一方の電極と接続している。pチャネル
型TFT2101は発光素子に流す電流を制御する動作
を目的としている。勿論、一つの画素に設けるTFTの
数に限定はなく、表示装置の駆動方式に従い適切な回路
構成とすることが可能である。
FIG. 27A shows a structure in which an n-channel TFT 2100 and a p-channel TFT 2101 are formed in a pixel over a substrate 2001 with a blocking layer 2002 interposed therebetween. In this case, the n-channel TFT 2100 is a switching TFT, and the p-channel TFT 21
Reference numeral 01 is a current control TFT, the drain side of which is connected to one electrode of the light emitting element 2105. The p-channel TFT 2101 is intended for the operation of controlling the current flowing through the light emitting element. Of course, the number of TFTs provided in one pixel is not limited, and an appropriate circuit configuration can be adopted according to the driving method of the display device.

【0117】図27(A)に示す発光素子2105は、
陽極層2011、発光体を含む有機化合物層2012、
陰極層2013から成り、その上にパッシベーション層
2014が形成されている。有機化合物層は、発光層、
正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が
含まれる。また、有機化合物におけるルミネッセンスに
は、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍
光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リ
ン光)があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の
発光を含んでいる。
The light emitting element 2105 shown in FIG.
An anode layer 2011, an organic compound layer 2012 including a light emitting body,
The cathode layer 2013 is formed, and the passivation layer 2014 is formed thereon. The organic compound layer is a light emitting layer,
A hole injection layer, an electron injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, etc. are included. In addition, luminescence in an organic compound includes light emission when returning from a singlet excited state to a ground state (fluorescence) and light emission when returning from a triplet excited state to a ground state (phosphorescence). Or it includes both luminescence.

【0118】陽極を形成する材料は酸化インジウムや酸
化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料を用い、陰
極にはMgAg、AlMg、Ca、Mg、Li、AlL
i、AlLiAgなどのアルカリ金属又はアルカリ土類
金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される仕事
関数の低い材料を用いる。また、1〜20nmの薄いフッ
化リチウム層とAl層との組み合わせ、薄いセシウム層
とAl層との組み合わせによって陰極を構成しても良
い。陽極はpチャネル型TFT2101のドレイン側の
配線2010と接続しており、陽極2011の端部を覆
うように隔壁層2003が形成されている。
A material having a high work function such as indium oxide, tin oxide or zinc oxide is used as a material for forming the anode, and MgAg, AlMg, Ca, Mg, Li or AlL is used for the cathode.
i, an alkali metal or an alkaline earth metal such as AlLiAg, typically a material having a low work function formed of a magnesium compound is used. Further, the cathode may be formed by a combination of a thin lithium fluoride layer having a thickness of 1 to 20 nm and an Al layer, or a combination of a thin cesium layer and an Al layer. The anode is connected to the wiring 2010 on the drain side of the p-channel TFT 2101, and a partition layer 2003 is formed so as to cover the end of the anode 2011.

【0119】発光素子2105上にはパッシベーション
膜2014が形成されている。パッシベーション層20
14には窒化珪素、酸窒化珪素、ダイヤモンドライクカ
ーボン(DLC)など酸素や水蒸気に対しバリア性の高
い材料を用いて形成する。このような構成により発光素
子の発する光は陽極側から放射される構成となる。
A passivation film 2014 is formed on the light emitting element 2105. Passivation layer 20
14 is formed using a material having a high barrier property against oxygen and water vapor, such as silicon nitride, silicon oxynitride, and diamond-like carbon (DLC). With such a structure, the light emitted from the light emitting element is radiated from the anode side.

【0120】一方、図27(B)は基板2001上にブ
ロッキング層2002を介してnチャネル型TFT21
00とnチャネル型TFT2102が画素に形成された
構成を示している。この場合、nチャネル型TFT21
00はスイッチング用TFTであり、nチャネル型TF
T2102は電流制御用TFTであり、そのドレイン側
は発光素子2106の一方の電極と接続している。
On the other hand, FIG. 27B shows the n-channel TFT 21 on the substrate 2001 with the blocking layer 2002 interposed therebetween.
00 and n-channel TFT 2102 are formed in the pixel. In this case, the n-channel TFT 21
00 is a switching TFT, which is an n-channel TF
T2102 is a current control TFT, and its drain side is connected to one electrode of the light emitting element 2106.

【0121】発光素子2106は、nチャネル型TFT
2102のドレイン側に接続する配線2015上に陽極
材料として酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの
仕事関数の高い材料の膜2016を形成している。この
上に有機化合物層2018が形成される。
The light emitting element 2106 is an n-channel TFT.
A film 2016 made of a material having a high work function such as indium oxide, tin oxide, or zinc oxide is formed as an anode material over the wiring 2015 connected to the drain side of the 2102. An organic compound layer 2018 is formed on this.

【0122】陰極の構成は、1〜2nmの低仕事関数の材
料で形成される第1陰極層2019と、第1陰極層20
19上に形成され、陰極の低抵抗化を図るために設ける
第2陰極層2017とで形成される。第1陰極層201
9はセシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの
他にMgAg、AlMg、Ca、Mg、Li、AlL
i、AlLiAgなどのアルカリ金属又はアルカリ土類
金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される。第
2陰極層2017は、10〜20nmのAl、Agなどの
金属材料又は、10〜100nmの酸化インジウムや酸化
スズ、酸化亜鉛などの透明導電膜で形成される。発光素
子2106上にはパッシベーション膜2020が形成さ
れている。このような構成により発光素子の発する光は
陰極側から放射される構成となる。
The cathode is composed of a first cathode layer 2019 formed of a material having a low work function of 1 to 2 nm and a first cathode layer 20.
19 and a second cathode layer 2017 provided to reduce the resistance of the cathode. First cathode layer 201
9 is MgAg, AlMg, Ca, Mg, Li, AlL in addition to cesium, an alloy of cesium and silver, and lithium fluoride.
i, an alkali metal such as AlLiAg or an alkaline earth metal, typically a magnesium compound. The second cathode layer 2017 is formed of a metal material such as Al and Ag having a thickness of 10 to 20 nm or a transparent conductive film such as indium oxide, tin oxide and zinc oxide having a thickness of 10 to 100 nm. A passivation film 2020 is formed over the light emitting element 2106. With this structure, the light emitted from the light emitting element is emitted from the cathode side.

【0123】また、図27(B)における発光素子21
06の他の形態として、nチャネル型TFT2102の
ドレイン側に接続する配線2015上に陰極材料として
セシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの他に
MgAg、AlMg、Ca、Mg、Li、AlLi、A
lLiAgなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、
代表的にはマグネシウム化合物から成る陰極層201
6、有機化合物層2018、1〜2nm程度の薄い第1陽
極層2019、透明導電膜で形成される第2陽極層20
17とした構成とすることもできる。第1陽極層はニッ
ケル、白金、鉛などの仕事関数の高い材料を真空蒸着法
で形成する。
In addition, the light emitting element 21 in FIG.
As another mode of 06, on the wiring 2015 connected to the drain side of the n-channel TFT 2102, as a cathode material, cesium, an alloy of cesium and silver, lithium fluoride, MgAg, AlMg, Ca, Mg, Li, AlLi, A
Alkali metal or alkaline earth metal such as LiAg,
Cathode layer 201 typically made of a magnesium compound
6, organic compound layer 2018, first anode layer 2019 having a thin thickness of about 1 to 2 nm, second anode layer 20 formed of a transparent conductive film
It is also possible to adopt a configuration of 17. The first anode layer is formed of a material having a high work function, such as nickel, platinum, or lead, by a vacuum vapor deposition method.

【0124】以上のようにしてアクティブマトリクス駆
動の発光素子を用いた表示装置を作製することができ
る。これらのTFTは、チャネル形成領域や不純物領域
を形成する第2半導体領域の配向率が高く、平坦である
ためその上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを
少なくすることができる。それ故にTFTのしきい値電
圧のバラツキを小さくすることができる。その結果、低
電圧でTFTを駆動することが可能であり、消費電力を
低減する利点がある。この表示装置においては、発光素
子に接続する電流制御用のTFTに高い電流駆動能力が
要求されるので、その用途に適している。また、ここで
は示さないが、画素部の周辺に駆動回路部を設ける構成
は実施例10と同様にすれば良い。
As described above, a display device using an active matrix driven light emitting element can be manufactured. In these TFTs, the second semiconductor region forming the channel forming region and the impurity region has a high orientation rate and is flat, so that variation in the film quality of the gate insulating film formed thereon can be reduced. Therefore, variations in the threshold voltage of the TFT can be reduced. As a result, it is possible to drive the TFT at a low voltage, which has the advantage of reducing power consumption. In this display device, a TFT for controlling a current connected to the light emitting element is required to have a high current driving ability, and thus it is suitable for the application. Although not shown here, the structure in which the driver circuit portion is provided around the pixel portion may be similar to that in Embodiment 10.

【0125】[実施例12]本発明は様々な半導体装置に
適用が可能である。このような半導体装置には、携帯情
報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話
等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコン
ピュータ、テレビ受像器、投影型表示装置等が挙げられ
る。それらの一例を図28〜30に示す。
[Embodiment 12] The present invention can be applied to various semiconductor devices. Examples of such semiconductor devices include personal digital assistants (electronic notebooks, mobile computers, mobile phones, etc.), video cameras, digital cameras, personal computers, television receivers, projection display devices, and the like. Examples of those are shown in FIGS.

【0126】図28(A)は本発明を適用してテレビ受
像器を完成させる一例であり、筐体3001、支持台3
002、表示部3003等により構成されている。本発
明により作製されるTFT基板は表示部3003に適用
され、本発明によりテレビ受像器を完成させることがで
きる。
FIG. 28A shows an example in which the present invention is applied to complete a television receiver, which includes a housing 3001 and a support base 3.
002, a display unit 3003, and the like. The TFT substrate manufactured according to the present invention is applied to the display portion 3003, and the television receiver can be completed according to the present invention.

【0127】図28(B)は本発明を適用してビデオカ
メラを完成させた一例であり、本体3011、表示部3
012、音声入力部3013、操作スイッチ3014、
バッテリー3015、受像部3016等により構成され
ている。本発明により作製されるTFT基板は表示部3
012に適用され、本発明によりビデオカメラを完成さ
せることができる。
FIG. 28B shows an example in which the present invention is applied to complete a video camera. The main body 3011 and the display unit 3 are shown.
012, voice input unit 3013, operation switch 3014,
The battery 3015 and the image receiving unit 3016 are included. The TFT substrate manufactured by the present invention is the display unit 3.
012, and the present invention can complete a video camera.

【0128】図28(C)は本発明を適用してノート型
のパーソナルコンピュータを完成させた一例であり、本
体3021、筐体3022、表示部3023、キーボー
ド3024等により構成されている。本発明により作製
されるTFT基板は表示部3023に適用され、本発明
によりパーソナルコンピュータを完成させることができ
る。
FIG. 28C shows an example in which a notebook personal computer is completed by applying the present invention, which is composed of a main body 3021, a housing 3022, a display portion 3023, a keyboard 3024, and the like. The TFT substrate manufactured according to the present invention is applied to the display portion 3023, and a personal computer can be completed according to the present invention.

【0129】図28(D)は本発明を適用してPDA(P
ersonal Digital Assistant)を完成させた一例であり、
本体3031、スタイラス3032、表示部3033、
操作ボタン3034、外部インターフェース3035等
により構成されている。本発明により作製されるTFT
基板は表示部3033に適用され、本発明によりPDA
を完成させることができる。
FIG. 28D shows the PDA (P
personal digital assistant)
Body 3031, stylus 3032, display portion 3033,
The operation button 3034 and the external interface 3035 are included. TFT manufactured by the present invention
The substrate is applied to the display unit 3033, and according to the present invention, a PDA
Can be completed.

【0130】図28(E)は本発明を適用して音響再生
装置を完成させた一例であり、具体的には車載用のオー
ディオ装置であり、本体3041、表示部3042、操
作スイッチ3043、3044等により構成されてい
る。本発明により作製されるTFT基板は表示部304
2に適用され、本発明によりオーディオ装置を完成させ
ることができる。
FIG. 28 (E) is an example in which the present invention is applied to complete a sound reproducing device, specifically, a vehicle-mounted audio device, which is a main body 3041, a display portion 3042, operation switches 3043, 3044. Etc. The TFT substrate manufactured according to the present invention has a display portion 304.
2 and can complete an audio device according to the present invention.

【0131】図28(F)は本発明を適用してデジタル
カメラを完成させた一例であり、本体3051、表示部
(A)3052、接眼部3053、操作スイッチ305
4、表示部(B)3055、バッテリー3056等により
構成されている。本発明により作製されるTFT基板は
表示部(A)3052および表示部(B)3055に適
用され、本発明によりデジタルカメラを完成させること
ができる。
FIG. 28F shows an example in which the present invention is applied to complete a digital camera. The main body 3051 and the display portion are shown.
(A) 3052, eyepiece 3053, operation switch 305
4, a display unit (B) 3055, a battery 3056, and the like. The TFT substrate manufactured according to the present invention is applied to the display portion (A) 3052 and the display portion (B) 3055, and the digital camera can be completed by the present invention.

【0132】図28(G)は本発明を適用して携帯電話
を完成させた一例であり、本体3061、音声出力部3
062、音声入力部3063、表示部3064、操作ス
イッチ3065、アンテナ3066等により構成されて
いる。本発明により作製されるTFT基板は表示部30
64に適用され、本発明により携帯電話を完成させるこ
とができる。
FIG. 28G shows an example in which a mobile phone is completed by applying the present invention. The main body 3061 and the voice output unit 3 are shown.
062, a voice input unit 3063, a display unit 3064, operation switches 3065, an antenna 3066, and the like. The TFT substrate manufactured according to the present invention has a display unit 30.
It is applied to 64 and can complete a mobile phone according to the present invention.

【0133】図29(A)はフロント型プロジェクター
であり、投射装置2601、スクリーン2602等を含
む。図29(B)はリア型プロジェクターであり、本体
2701、投射装置2702、ミラー2703、スクリ
ーン2704等を含む。
FIG. 29A shows a front type projector including a projection device 2601, a screen 2602 and the like. FIG. 29B illustrates a rear type projector including a main body 2701, a projection device 2702, a mirror 2703, a screen 2704, and the like.

【0134】尚、図29(C)は、図29(A)及び図
29(B)中における投射装置2601、2702の構
造の一例を示した図である。投射装置2601、270
2は、光源光学系2801、ミラー2802、2804
〜2806、ダイクロイックミラー2803、プリズム
2807、液晶表示装置2808、位相差板2809、
投射光学系2810で構成される。投射光学系2810
は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は
三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式
であってもよい。また、図29(C)中において矢印で
示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を
有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、
IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
Note that FIG. 29C is a diagram showing an example of the structure of the projection devices 2601 and 2702 in FIGS. 29A and 29B. Projection device 2601, 270
2 is a light source optical system 2801 and mirrors 2802 and 2804.
2806, dichroic mirror 2803, prism 2807, liquid crystal display device 2808, retardation plate 2809,
The projection optical system 2810 is used. Projection optical system 2810
Is composed of an optical system including a projection lens. Although the present embodiment shows an example of a three-plate type, it is not particularly limited and may be, for example, a single-plate type. In addition, the practitioner appropriately uses an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting the phase difference, in the optical path indicated by the arrow in FIG.
An optical system such as an IR film may be provided.

【0135】また、図29(D)は、図29(C)中に
おける光源光学系2801の構造の一例を示した図であ
る。本実施例では、光源光学系2801は、リフレクタ
ー2811、光源2812、レンズアレイ2813、2
814、偏光変換素子2815、集光レンズ2816で
構成される。なお、図29(D)に示した光源光学系は
一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に
実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィル
ムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光
学系を設けてもよい。
FIG. 29D is a diagram showing an example of the structure of the light source optical system 2801 in FIG. 29C. In this embodiment, the light source optical system 2801 includes a reflector 2811, a light source 2812, a lens array 2813, and a lens array 2813.
814, a polarization conversion element 2815, and a condenser lens 2816. Note that the light source optical system shown in FIG. 29D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, and an IR film in the light source optical system.

【0136】図30は電子書籍であり、本体3101、
表示部A3102、表示部B3103、記憶媒体310
4、操作スイッチ3105、アンテナ3106等により
構成されている。表示部B3103は電子インクディス
プレイを適用することも可能であり、本発明により作製
されるTFT基板は表示部A3102、表示部B310
3の駆動回路及び画素部を形成することが可能であり、
本発明により電子書籍を完成させることができる。
FIG. 30 shows an electronic book including a main body 3101,
Display unit A3102, display unit B3103, storage medium 310
4, an operation switch 3105, an antenna 3106 and the like. An electronic ink display can be applied to the display portion B3103, and the TFT substrate manufactured according to the present invention includes a display portion A3102 and a display portion B310.
It is possible to form the driving circuit and the pixel portion of No. 3,
According to the present invention, an electronic book can be completed.

【0137】尚、ここで例示する電子装置はごく一例で
あり、これらの用途に限定するものではないことを付記
する。
It should be noted that the electronic device illustrated here is only an example and the present invention is not limited to these applications.

【0138】[0138]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1半導体領域を形成し、連続発振レーザービームの走
査方向とTFTにおけるチャネル長方向とが同じ方向に
なることにより、結晶方位が単一配向となり、電界効果
移動度を向上させることができる。また、結晶面が制御
された種結晶をシード領域に設けることにより、単一配
向の第2半導体領域を形成することが可能となり、トッ
プゲート型TFTにおいては、その上に形成するゲート
絶縁膜の膜質がばらつくことが無くなり、しきい値電圧
のバラツキを低減することができる。
As described above, according to the present invention,
By forming the first semiconductor region and making the scanning direction of the continuous wave laser beam and the channel length direction in the TFT the same direction, the crystal orientation becomes a single orientation, and the field effect mobility can be improved. Further, by providing a seed crystal with a controlled crystal plane in the seed region, it becomes possible to form a second semiconductor region having a single orientation, and in a top gate type TFT, a gate insulating film formed on the second semiconductor region can be formed. It is possible to prevent variations in film quality and reduce variations in threshold voltage.

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

【図1】 本発明の半導体装置の作製方法の概念を説明
する図。
FIG. 1 is a diagram illustrating a concept of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図2】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する
図。
FIG. 2 is a diagram illustrating details of a crystallization process according to the present invention.

【図3】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する
図。
FIG. 3 is a diagram for explaining the details of a crystallization step according to the present invention.

【図4】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する
図。
FIG. 4 is a diagram illustrating details of a crystallization process according to the present invention.

【図5】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する
図。
FIG. 5 is a diagram illustrating details of a crystallization process according to the present invention.

【図6】 本発明に適用するレーザー照射装置の一態様
を示す配置図(上面図)。
FIG. 6 is a layout view (top view) showing one embodiment of a laser irradiation apparatus applied to the present invention.

【図7】 本発明に適用するレーザー照射装置の一態様
を示す配置図(側面図)。
FIG. 7 is a layout view (side view) showing one embodiment of a laser irradiation apparatus applied to the present invention.

【図8】 本発明に適用するレーザー照射装置の一態様
を示す配置図。
FIG. 8 is a layout view showing one embodiment of a laser irradiation apparatus applied to the present invention.

【図9】 本発明に適用するレーザー照射装置の一態様
を示す配置図。
FIG. 9 is a layout view showing one embodiment of a laser irradiation apparatus applied to the present invention.

【図10】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a crystallization step according to the present invention.

【図11】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a crystallization step according to the present invention.

【図12】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a crystallization step according to the present invention.

【図13】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a crystallization step according to the present invention.

【図14】 TFT基板の構成と、TFTを構成する半
導体領域の配置とレーザービームの走査方向の関係を説
明する図。
FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between a structure of a TFT substrate, an arrangement of semiconductor regions forming a TFT, and a scanning direction of a laser beam.

【図15】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a crystallization step according to the present invention.

【図16】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a crystallization step according to the present invention.

【図17】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a crystallization step according to the present invention.

【図18】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a crystallization step according to the present invention.

【図19】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 19 is a diagram for explaining an example of a crystallization step according to the present invention.

【図20】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a crystallization step according to the present invention.

【図21】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a crystallization step according to the present invention.

【図22】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明
する図。
FIG. 22 is a diagram for explaining an example of a crystallization step according to the present invention.

【図23】 CMOS構造のTFTの作製工程を説明す
る断面図。
FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a TFT having a CMOS structure.

【図24】 TFT基板の構成を示す断面図。FIG. 24 is a cross-sectional view showing the structure of a TFT substrate.

【図25】 TFT基板の構成を示す上面図。FIG. 25 is a top view showing the structure of the TFT substrate.

【図26】 TFT基板の回路構成の一例を示すブロッ
ク図。
FIG. 26 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of a TFT substrate.

【図27】 発光素子を設けた半導体装置の画素の構成
を示す断面図。
FIG. 27 is a cross-sectional view showing a structure of a pixel of a semiconductor device provided with a light emitting element.

【図28】 半導体装置の一例を示す図。FIG. 28 illustrates an example of a semiconductor device.

【図29】 半導体装置の一例を示す図。FIG. 29 illustrates an example of a semiconductor device.

【図30】 半導体装置の一例を示す図。FIG. 30 illustrates an example of a semiconductor device.

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/336 H01L 29/78 627G 29/786 627Z Fターム(参考) 2H092 JA24 JA25 JA34 JA37 JA41 KA04 KA05 MA30 NA05 NA22 NA29 5F052 AA02 AA17 BA02 BA07 BA11 BA15 BA18 BB01 BB04 BB07 CA04 CA10 DA02 DA03 DA10 DB03 EA02 EA04 EA15 EA16 FA03 FA06 FA19 JA02 JA04 5F110 AA01 BB02 BB04 CC02 DD01 DD02 DD03 DD15 EE03 EE04 EE06 EE34 FF04 FF30 GG01 GG02 GG13 GG25 GG45 HJ12 HJ23 HL03 HL04 HM15 NN03 NN22 NN23 NN24 NN27 NN73 PP03 PP04 PP05 PP07 PP24 PP29 PP34 PP35 PP36 PP40 QQ24 QQ28 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 21/336 H01L 29/78 627G 29/786 627Z F term (reference) 2H092 JA24 JA25 JA34 JA37 JA41 KA04 KA05 MA30 NA05 NA22 NA29 5F052 AA02 AA17 BA02 BA07 BA11 BA15 BA18 BB01 BB04 BB07 CA04 CA10 DA02 DA03 DA10 DB03 EA02 EA04 EA15 EA16 FA03 FA06 FA19 JA02 JA04 5F110 AA01 BB02 EE25 FF02 EE02 FF02 EE02 FF02 EE02 FF02 EE02 EE02 FF02 EE02 EE04 EE04 EE02 FF03 EE02 EE02 EE02 HJ23 HL03 HL04 HM15 NN03 NN22 NN23 NN24 NN27 NN73 PP03 PP04 PP05 PP07 PP24 PP29 PP34 PP35 PP36 PP40 QQ24 QQ28

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に第1半導体領域を形成し、前記第
1半導体領域を覆うバリア膜を形成し、当該バリア膜を
介して前記第1半導体領域の上面及び側面を覆う保温膜
を形成し、前記基板を介して、前記第1半導体領域の一
端から他端に向けて連続発振レーザービームを走査して
当該第1半導体領域を結晶化させ、前記保温膜及びバリ
ア膜を除去した後、前記第1半導体領域をエッチングし
て、前記レーザービームの走査方向と、薄膜トランジス
タにおけるチャネル長方向とが同じ方向となるように第
2半導体領域を形成することを特徴とする半導体装置の
作製方法。
1. A first semiconductor region is formed on a substrate, a barrier film is formed to cover the first semiconductor region, and a heat insulating film is formed to cover an upper surface and a side surface of the first semiconductor region through the barrier film. Then, through the substrate, a continuous wave laser beam is scanned from one end to the other end of the first semiconductor region to crystallize the first semiconductor region, and after removing the heat retaining film and the barrier film, A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first semiconductor region is etched to form a second semiconductor region such that a scanning direction of the laser beam and a channel length direction of a thin film transistor are in the same direction.
【請求項2】基板上に第1半導体領域を形成し、前記第
1半導体領域を覆うバリア膜を形成し、当該バリア膜を
介して前記第1半導体領域の上面及び側面を覆う保温膜
を形成し、前記基板を介して、前記第1半導体領域の一
端から他端に向けて連続発振レーザービームを走査して
当該第1半導体領域を結晶化させ、前記保温膜及を除去
した後、前記第1半導体領域上に非晶質半導体膜を形成
し、加熱処理により当該非晶質半導体膜に金属元素を偏
析させ、前記非晶質半導体膜及びバリア膜を除去した
後、前記第1半導体領域をエッチングして、前記レーザ
ービームの走査方向と、薄膜トランジスタにおけるチャ
ネル長方向とが同じ方向となるように第2半導体領域を
形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. A first semiconductor region is formed on a substrate, a barrier film is formed to cover the first semiconductor region, and a heat insulating film is formed to cover an upper surface and a side surface of the first semiconductor region through the barrier film. Then, a continuous wave laser beam is scanned from one end to the other end of the first semiconductor region through the substrate to crystallize the first semiconductor region, and after removing the heat insulating film, the first semiconductor region is removed. An amorphous semiconductor film is formed on one semiconductor region, a metal element is segregated in the amorphous semiconductor film by heat treatment, the amorphous semiconductor film and the barrier film are removed, and then the first semiconductor region is formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: etching to form a second semiconductor region so that a scanning direction of the laser beam and a channel length direction in a thin film transistor are the same direction.
【請求項3】基板上に非晶質半導体膜を形成し、触媒元
素を添加した後加熱処理により当該非晶質半導体膜を結
晶化させて結晶質半導体膜を形成し、前記結晶質半導体
膜をエッチングして第1半導体領域を形成し、前記第1
半導体領域を覆うバリア膜を形成し、当該バリア膜を介
して前記第1半導体領域の上面及び側面を覆う保温膜を
形成し、前記基板を介して、前記第1半導体領域の一端
から他端に向けて連続発振レーザービームを走査して当
該第1半導体領域の結晶性を改質し、前記保温膜及びバ
リア膜を除去した後、前記第1半導体領域をエッチング
して、前記レーザービームの走査方向と、薄膜トランジ
スタにおけるチャネル長方向とが同じ方向となるように
第2半導体領域を形成することを特徴とする半導体装置
の作製方法。
3. A crystalline semiconductor film is formed by forming an amorphous semiconductor film on a substrate, adding a catalytic element, and then heat-treating the amorphous semiconductor film to crystallize the amorphous semiconductor film. Is etched to form a first semiconductor region, and the first semiconductor region is formed.
A barrier film is formed to cover the semiconductor region, a heat insulating film is formed to cover the upper surface and side faces of the first semiconductor region via the barrier film, and one end to the other end of the first semiconductor region is formed via the substrate. A continuous wave laser beam is scanned toward the first semiconductor region to modify the crystallinity, the heat insulating film and the barrier film are removed, and then the first semiconductor region is etched to scan the laser beam in the scanning direction. And a second semiconductor region is formed such that the channel length direction of the thin film transistor is the same direction as the channel length direction.
【請求項4】基板上に非晶質半導体膜を形成し、触媒元
素を選択的に添加した後加熱処理により当該非晶質半導
体膜を該触媒元素が選択的に添加された領域から前記基
板と平行な方向に結晶化させて結晶質半導体膜を形成
し、前記結晶質半導体膜をエッチングして第1半導体領
域を形成し、前記第1半導体領域を覆うバリア膜を形成
し、当該バリア膜を介して前記第1半導体領域の上面及
び側面を覆う保温膜を形成し、前記基板を介して、前記
第1半導体領域の一端から他端に向けて連続発振レーザ
ービームを走査して当該第1半導体領域の結晶性を改質
し、前記保温膜及びバリア膜を除去した後、前記第1半
導体領域をエッチングして、前記レーザービームの走査
方向と、薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが
同じ方向となるような第2半導体領域を形成することを
特徴とする半導体装置の作製方法。
4. An amorphous semiconductor film is formed on a substrate, the catalyst element is selectively added thereto, and then the amorphous semiconductor film is heated from a region where the catalyst element is selectively added to the substrate. To form a crystalline semiconductor film by crystallizing in a direction parallel to the first semiconductor region, etching the crystalline semiconductor film to form a first semiconductor region, and forming a barrier film covering the first semiconductor region. A heat insulating film covering the upper surface and the side surface of the first semiconductor region is formed through the first semiconductor region, and a continuous wave laser beam is scanned from one end to the other end of the first semiconductor region through the substrate. After modifying the crystallinity of the semiconductor region and removing the heat retaining film and the barrier film, the first semiconductor region is etched so that the scanning direction of the laser beam and the channel length direction of the thin film transistor are the same direction. So The method for manufacturing a semiconductor device and forming a second semiconductor region.
【請求項5】請求項3又は請求項4において、前記第1
半導体領域の結晶性を改質した後に、前記保温膜を除去
し、前記触媒元素を除去するゲッタリング処理を行うこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. The method according to claim 3 or 4, wherein the first
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that after the crystallinity of a semiconductor region is modified, the heat insulating film is removed and a gettering treatment for removing the catalytic element is performed.
【請求項6】基板上に第1非晶質半導体膜を形成し、触
媒元素を添加した後加熱処理により当該非晶質半導体膜
を結晶化させて第1結晶質半導体膜を形成し、前記第1
結晶質半導体膜をエッチングして、種結晶領域を形成
し、前記基板上に、前記種結晶領域に重なる第2非晶質
半導体膜を形成し、前記第2非晶質半導体膜をエッチン
グして、少なくとも一部が前記種結晶領域と重なる第1
半導体領域を形成し、前記第1半導体領域を覆うバリア
膜を形成し、当該バリア膜を介して前記第1半導体領域
の上面及び側面を覆う保温膜を形成し、前記基板を介し
て、前記第1半導体領域において、前記種結晶領域と重
なる一端から他端に向けて連続発振レーザービームを走
査して当該第1半導体領域を結晶化させ、前記保温膜及
びバリア膜を除去した後、前記第1半導体領域及び種結
晶領域をエッチングして、前記レーザービームの走査方
向と、薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが同
じ方向となるように第2半導体領域を形成することを特
徴とする半導体装置の作製方法。
6. A first amorphous semiconductor film is formed on a substrate, a catalyst element is added, and the amorphous semiconductor film is crystallized by heat treatment to form a first crystalline semiconductor film, First
The crystalline semiconductor film is etched to form a seed crystal region, a second amorphous semiconductor film overlapping the seed crystal region is formed on the substrate, and the second amorphous semiconductor film is etched. , At least a portion of which overlaps with the seed crystal region
A semiconductor region is formed, a barrier film is formed to cover the first semiconductor region, a heat insulating film is formed to cover an upper surface and a side surface of the first semiconductor region via the barrier film, and a barrier film is formed via the substrate. In one semiconductor region, a continuous wave laser beam is scanned from one end overlapping the seed crystal region to the other end to crystallize the first semiconductor region, and after removing the heat retaining film and the barrier film, the first semiconductor region is removed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: etching a semiconductor region and a seed crystal region to form a second semiconductor region so that a scanning direction of the laser beam and a channel length direction in a thin film transistor are in the same direction.
【請求項7】基板上に珪素とゲルマニウムを含有する第
1非晶質半導体膜を形成し触媒元素を添加した後、加熱
処理により当該非晶質半導体膜を結晶化させて第1結晶
質半導体膜を形成し、前記第1結晶質半導体膜をエッチ
ングして、種結晶領域を形成し、前記基板上に、前記種
結晶領域に重なる第2非晶質半導体膜を形成し、前記第
2非晶質半導体膜をエッチングして、少なくとも一部が
前記種結晶領域と重なる第1半導体領域を形成し、前記
保温膜及びバリア膜を除去した後、前記第1半導体領域
及び種結晶領域をエッチングして、前記レーザービーム
の走査方向と、薄膜トランジスタにおけるチャネル長方
向とが同じ方向となるように第2半導体領域を形成する
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. A first crystalline semiconductor is formed by forming a first amorphous semiconductor film containing silicon and germanium on a substrate, adding a catalytic element, and crystallizing the amorphous semiconductor film by heat treatment. Forming a film, etching the first crystalline semiconductor film to form a seed crystal region, forming a second amorphous semiconductor film on the substrate, the second amorphous semiconductor film overlapping the seed crystal region, The crystalline semiconductor film is etched to form a first semiconductor region that at least partially overlaps with the seed crystal region, the heat insulating film and the barrier film are removed, and then the first semiconductor region and the seed crystal region are etched. Then, the second semiconductor region is formed so that the scanning direction of the laser beam and the channel length direction of the thin film transistor are the same direction.
【請求項8】請求項6又は請求項7において、前記第1
半導体領域を結晶化させた後に、前記保温膜を除去し、
前記触媒元素を除去するゲッタリング処理を行うことを
特徴とする半導体装置の作製方法。
8. The method according to claim 6 or 7, wherein:
After crystallizing the semiconductor region, the heat insulating film is removed,
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises performing a gettering process for removing the catalyst element.
【請求項9】請求項1乃至請求項8のいずれか一項にお
いて、前記連続発振レーザービームは、複数のレーザー
ビームを照射面に重ね合わせて照射することを特徴とす
る半導体装置の作製方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the continuous wave laser beam is irradiated by superimposing a plurality of laser beams on an irradiation surface.
【請求項10】請求項1乃至請求項9のいずれか一項に
おいて、前記連続発振レーザービームの波長は、400
nm乃至700nmであることを特徴とする半導体装置の作
製方法。
10. The wavelength of the continuous wave laser beam according to claim 1, wherein the continuous wave laser beam has a wavelength of 400.
nm to 700 nm, a method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項11】請求項1乃至請求項9のいずれか一項に
おいて、固体レーザー発振装置から放射される連続発振
レーザービームの高調波を用いることを特徴とする半導
体装置の作製方法。
11. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a harmonic of a continuous wave laser beam emitted from a solid-state laser oscillator is used.
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