JP2003309068A - Semiconductor film and forming method therefor, and semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents

Semiconductor film and forming method therefor, and semiconductor device and manufacturing method therefor

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JP2003309068A
JP2003309068A JP2002111298A JP2002111298A JP2003309068A JP 2003309068 A JP2003309068 A JP 2003309068A JP 2002111298 A JP2002111298 A JP 2002111298A JP 2002111298 A JP2002111298 A JP 2002111298A JP 2003309068 A JP2003309068 A JP 2003309068A
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film
semiconductor film
region
heating
semiconductor
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JP2002111298A
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Japanese (ja)
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Keiichi Fukuyama
恵一 福山
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Original Assignee
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a crystalline semiconductor film in simple processes. <P>SOLUTION: This method for forming a crystalline semiconductor film comprises a process for forming a semiconductor film, a process for forming heating/cooling control film wherein a heating/cooling control film is so formed thickly as to have a cap region melting energy larger than a bare region melting energy, a first irradiation process wherein irradiation with a first laser beam is performed with an energy larger than the cap region melting energy, a cap region crystallizing process wherein a cap region semiconductor film is crystallized based on a bare region semiconductor film, a second irradiation process wherein irradiation with a second laser beam is performed with an energy that is larger than the bare region melting energy and smaller than the cap region melting energy, a bare region crystallizing process wherein the bare region semiconductor film is crystallized based on the cap region semiconductor film, and a removing process wherein the heating/cooling control film is removed from the semiconductor film. <P>COPYRIGHT: (C)2004,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、非晶質絶縁基板上
に形成された非晶質の半導体膜を結晶化して得られる結
晶性半導体膜及びその形成方法、並びにその半導体膜を
使用した半導体装置及びその製造方法に関し、さらに詳
細には、非晶質絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜
にレーザー光を照射することによる熱エネルギーを付与
して、非晶質半導体膜を結晶化して得られる結晶性半導
体膜及びその形成方法、並びにその半導体膜を使用した
半導体装置及びその製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a crystalline semiconductor film obtained by crystallizing an amorphous semiconductor film formed on an amorphous insulating substrate, a method for forming the crystalline semiconductor film, and a semiconductor using the semiconductor film. More specifically, the present invention relates to a device and a method for manufacturing the same, in which thermal energy is applied to an amorphous semiconductor film formed on an amorphous insulating substrate by applying laser light to crystallize the amorphous semiconductor film. The present invention relates to a crystalline semiconductor film obtained by the method, a method for forming the crystalline semiconductor film, a semiconductor device using the semiconductor film, and a method for manufacturing the semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】非晶質基板上あるいは非晶質絶縁膜上に
非晶質半導体薄膜を形成し、この半導体薄膜に対して局
所的に熱エネルギーを付与して溶融させ、溶融した部分
から結晶化して結晶性の半導体膜とする半導体膜の製造
方法は、既に30年近い研究の歴史がある。その中で、
熱エネルギー源としてレーザー光を非晶質半導体膜に照
射する方法は、1980年代のSOI基板を形成するた
めに研究が進められ、1990年代に入ってからは、低
温ポリシリコン技術による液晶パネルの製造方法の開発
及びその量産化に用いられており、最も実績のある方法
であるといえる。特に、ガラス基板等のように、高温プ
ロセスに耐えることができない安価な基板を用いる場合
には、極めて短時間内に熱エネルギーを付与する必要が
あり、このような熱エネルギー源としては、パルス発振
のレーザーを用いることが唯一の方法となっている。
2. Description of the Related Art An amorphous semiconductor thin film is formed on an amorphous substrate or an amorphous insulating film, heat energy is locally applied to the semiconductor thin film to melt it, and the melted portion is crystallized. A method of manufacturing a semiconductor film by converting it into a crystalline semiconductor film has a history of nearly 30 years of research. inside that,
A method of irradiating an amorphous semiconductor film with laser light as a heat energy source has been studied to form an SOI substrate in the 1980s, and since the 1990s, a liquid crystal panel is manufactured by a low temperature polysilicon technology. It has been used for method development and mass production, and can be said to be the most proven method. In particular, when an inexpensive substrate such as a glass substrate that cannot withstand a high temperature process is used, it is necessary to apply thermal energy within an extremely short time. The only way is to use a laser.

【0003】IEEE Electron Dev.L
ett.,EDL−7,276,1986(鮫島ら、文
献1)には、大出力のエキシマレーザを、ガラス基板上
に形成された非晶質シリコン薄膜上に照射して結晶化す
る方法が開示されている。この文献1に開示された非晶
質シリコン薄膜の結晶化方法は、鮫島らによって始めら
れたものであり、この文献1の中で、非晶質シリコン薄
膜に照射されるレーザー光のエネルギー密度は、シリコ
ン薄膜の上部が部分的に溶融するような値に選択されて
いる。その後の研究により、照射されるレーザー光のエ
ネルギー密度と、形成される結晶半導体膜の結晶粒径と
の関係が詳細に検討され、レーザー光のエネルギー密度
が増加すると、これに伴って結晶粒径が増大することが
明らかにされた。
IEEE Electron Dev. L
ett. , EDL-7, 276, 1986 (Samejima et al., Reference 1) discloses a method of irradiating an amorphous silicon thin film formed on a glass substrate with a high-power excimer laser for crystallization. There is. The crystallization method of the amorphous silicon thin film disclosed in Document 1 was started by Samejima et al., And in this Document 1, the energy density of the laser beam with which the amorphous silicon thin film is irradiated is , A value such that the upper part of the silicon thin film is partially melted. In subsequent studies, the relationship between the energy density of the irradiated laser light and the crystal grain size of the formed crystalline semiconductor film was investigated in detail, and when the energy density of the laser light increased, the crystal grain size increased accordingly. Has been revealed to increase.

【0004】このような結晶粒径の増大については、
J.Appl.Phys.82,4086(文献2)で
詳細に検討されている。この文献2によると、特に、レ
ーザー光の照射によって非晶質半導体膜が溶融される深
さは、シリコン薄膜の膜厚と一致する直前、すなわち、
シリコン薄膜が下層の基板等に達する界面まで溶融する
直前である場合に、数ミクロンに達する巨大な結晶粒が
形成されるということが報告されている。これは、シリ
コン薄膜の下層との界面にわずかに残存する結晶粒が、
結晶固化を開始する際の結晶核となり、大粒径の結晶粒
の成長が可能となるからである。
Regarding such increase in crystal grain size,
J. Appl. Phys. 82, 4086 (reference 2). According to this document 2, in particular, the depth at which the amorphous semiconductor film is melted by the irradiation of the laser light is immediately before the film thickness of the silicon thin film, that is,
It has been reported that huge crystal grains of several microns are formed when the silicon thin film is about to be melted to the interface reaching the underlying substrate or the like. This is because the crystal grains slightly remaining at the interface with the lower layer of the silicon thin film are
This is because it becomes a crystal nucleus at the time of starting the solidification of the crystal, and it becomes possible to grow crystal grains having a large grain size.

【0005】しかし、文献2に記載された結晶化方法で
は、レーザー光のエネルギー密度が、シリコン薄膜の界
面直前まで溶融される値を超えて、シリコン薄膜の下層
に達するまで完全に溶融されると、急激な冷却過程が生
じて、ランダムな核発生が起こり、結晶粒は非常に小さ
いものとなるか、あるいは、再非晶質化が起こる。した
がって、実際上は、レーザー光の出力の揺らぎを考慮し
て、照射されるレーザー光は、完全溶融が起こるエネル
ギー密度よりわずかに小さい値のエネルギーに設定され
る。このため、このようなレーザー光の照射条件に応じ
て、得られる結晶粒の粒径も、数百nm程度になる。こ
の文献2に基づいたレーザー光の照射条件によって、現
在、低温ポリシリコン形成技術として量産が行われてい
る。この文献2の技術に基づいて製造されたTFTの典
型的なキャリアの移動度としては、nチャネル型TFT
では、150cm2/Vs、pチャネル型チャネルTF
Tで80cm2/Vsが得られている。
However, in the crystallization method described in Reference 2, when the energy density of the laser beam exceeds the value which is melted just before the interface of the silicon thin film and is completely melted until reaching the lower layer of the silicon thin film. A rapid cooling process occurs, random nucleation occurs, the crystal grains become very small, or re-amorphization occurs. Therefore, in practice, in consideration of the fluctuation of the output of the laser light, the irradiated laser light is set to an energy of a value slightly smaller than the energy density at which complete melting occurs. Therefore, the grain size of the obtained crystal grain is about several hundreds nm depending on the laser light irradiation conditions. Under the laser light irradiation conditions based on Document 2, mass production is currently being performed as a low-temperature polysilicon forming technique. A typical carrier mobility of a TFT manufactured based on the technique of Document 2 is an n-channel TFT.
Then, 150 cm 2 / Vs, p-channel type channel TF
80 cm 2 / Vs is obtained at T.

【0006】上記のようにパルスレーザー光の照射によ
って結晶化されたポリシリコン半導体膜を用いた半導体
装置を有する液晶パネルが実現されると、ポリシリコン
の半導体薄膜をより高性能にして、さらなる多機能な回
路素子を集積したアクティブマトリックスTFT基板を
実現するという要望が高くなっている。
When a liquid crystal panel having a semiconductor device using a polysilicon semiconductor film crystallized by irradiation with pulsed laser light as described above is realized, the semiconductor thin film of polysilicon is made to have higher performance and further increase in number. There is an increasing demand to realize an active matrix TFT substrate in which functional circuit elements are integrated.

【0007】このような要望に対して、レーザー光の照
射による結晶化を行う際、非晶質シリコン膜を完全に溶
融させ、尚且つ、結晶化にあたってランダム核が発生す
ることを抑制しつつ、横成長を制御することにより、単
結晶基板に匹敵するTFT特性を得る方法が報告されて
いる。
In response to such a demand, the amorphous silicon film is completely melted at the time of crystallization by irradiating a laser beam, and the generation of random nuclei during crystallization is suppressed, A method for obtaining TFT characteristics comparable to a single crystal substrate by controlling lateral growth has been reported.

【0008】研究段階レベルでは、多種多様な方法が提
案されているが、これらは、シリコン薄膜において、完
全に溶融された領域に接するように、部分的に溶融され
た領域を存在させ、部分溶融された領域に存在する結晶
核を、完全溶融領域の溶融されたシリコン膜が結晶化を
開始する際の核とすることが、基本的な考え方として共
通する。以下、実用レベルに適用可能な方法の例とし
て、2つの方法について説明する。
At the research stage level, a wide variety of methods have been proposed, but these are methods in which a partially melted region is present in a silicon thin film so as to be in contact with a completely melted region, and partially melted. It is common as a basic idea that the crystal nuclei existing in the formed region serve as nuclei when the melted silicon film in the completely melted region starts to crystallize. Hereinafter, two methods will be described as examples of methods applicable to a practical level.

【0009】第一の方法として、アスペクト比が極めて
高いレーザービームを形成し、このレーザービームが照
射される照射領域の半導体膜を完全に溶融させ、その
後、レーザービームの照射領域に隣接するレーザービー
ムが照射されない未照射領域に存在する結晶性の半導体
膜から横成長の結晶成長を誘起する方法が、Appl.
Phys.Lett 691(19),4 Novem
ber 1996(文献3)に提案されている。この方
法では、レーザー光は、一回の溶融によって結晶が横成
長できる距離と同程度の距離だけずらした領域に走査し
ながら照射することにより、レーザー光の走査方向に沿
って一方向に成長された結晶粒が得られる。このことか
ら、この結晶化方法は、文献3を記載したJ.Imらに
よって、SLS(Sequential Latera
l Solidification)と名づけられてい
る。
As a first method, a laser beam having an extremely high aspect ratio is formed, a semiconductor film in an irradiation region irradiated with this laser beam is completely melted, and then a laser beam adjacent to the irradiation region of the laser beam is formed. A method for inducing lateral crystal growth from a crystalline semiconductor film existing in a non-irradiated region is described in Appl.
Phys. Lett 691 (19), 4 Novem
ber 1996 (reference 3). In this method, laser light is grown in one direction along the scanning direction of the laser light by irradiating while scanning a region shifted by a distance approximately equal to the distance at which crystals can grow laterally by one melting. Fine crystal grains are obtained. From this, this crystallization method is described in J. Im et al., SLS (Sequential Latera)
l Solidification).

【0010】この第一の方法を用いた場合には、任意の
長さの結晶粒を全面に隙間なく形成することができると
いう利点がある。
When this first method is used, there is an advantage that crystal grains of an arbitrary length can be formed on the entire surface without any gap.

【0011】第二の方法として、非晶質シリコン薄膜上
にビーム反射膜であるアルミニウム膜をストライプ状に
形成する方法が、IEEE Elctron Devi
ceMeeting,San Frncisco(文献
4)に記載されている。
As a second method, a method of forming an aluminum film, which is a beam reflecting film, in a stripe shape on an amorphous silicon thin film is an IEEE Elctron Devi method.
ceMeeting, San Frncisco (Reference 4).

【0012】図18(a)は、文献4に記載された結晶
成長方法を示す断面図、図18(b)は、この方法によ
り得られる結晶性の半導体膜の平面図をそれぞれ示して
いる。
FIG. 18 (a) is a sectional view showing the crystal growth method described in Document 4, and FIG. 18 (b) is a plan view of a crystalline semiconductor film obtained by this method.

【0013】この文献4の方法では、図18(a)に示
すように、絶縁ガラス基板5の表面に形成されたアモル
ファスシリコン薄膜(以下「a−Si膜」ともいう)2
上の全面にわたってレーザービームを照射した場合に、
ビーム反射膜91が設けられていない領域95では、照
射されるレーザー光に対して露出された状態になってい
るために、レーザー光の照射によって非晶質シリコン膜
が完全に溶融する完全溶融領域となり、ビーム反射膜9
1が設けられている領域96では、レーザー光が照射さ
れないため、非晶質シリコン膜2が溶融しない未溶融部
となる。このような完全溶解部と未溶融部とは、ビーム
反射膜91がストライプ状に設けられていることによっ
て、互いに繰り返して隣接するように配置される。完全
溶融する領域95にて溶融されたシリコンは、溶融しな
い領域96に存在する結晶核に基づいて横方向に結晶成
長がなされ、その結果、図18(b)に示すように、溶
融領域95の未溶融領域96に接する両端側から溶融領
域95の中央部に向かって、それぞれ結晶成長がなさ
れ、略中央部でそれぞれの結晶粒がぶつかり合った形状
に結晶粒が形成される。
In the method of Document 4, as shown in FIG. 18A, an amorphous silicon thin film (hereinafter also referred to as “a-Si film”) 2 formed on the surface of the insulating glass substrate 5 is used.
When irradiating the laser beam over the entire upper surface,
In the region 95 where the beam reflection film 91 is not provided, the amorphous silicon film is completely melted by the irradiation of the laser light because it is exposed to the irradiated laser light. And the beam reflection film 9
In the region 96 where 1 is provided, the amorphous silicon film 2 is an unmelted portion that is not melted because the laser light is not irradiated. The completely melted portion and the unmelted portion are arranged so as to be adjacent to each other repeatedly because the beam reflection film 91 is provided in a stripe shape. The silicon melted in the completely melted region 95 undergoes lateral crystal growth based on the crystal nuclei existing in the unmelted region 96, and as a result, as shown in FIG. Crystal growth is performed from both end sides in contact with the unmelted region 96 toward the central portion of the molten region 95, and crystal grains are formed in a shape in which the respective crystal grains collide with each other at the substantially central portion.

【0014】また、AM−LCD 2000 Dige
st,p281(文献5)には、ビーム反射膜を設ける
代わりに、シリコン薄膜に部分的に厚く形成された領域
を形成する方法が記載されている。この文献5の方法で
は、シリコン薄膜の薄く形成された部分が完全溶融部と
なり、厚く形成された部分が、部分的に溶融する部分溶
融部となる。そして、完全溶融部にて完全溶融されたシ
リコン薄膜は、部分溶融部に存在する結晶核に基づいて
横方向に結晶成長がなされる。
Also, the AM-LCD 2000 Dige
st, p281 (Reference 5) describes a method of forming a region that is partially thick in a silicon thin film, instead of providing a beam reflecting film. In the method of Document 5, the thinly formed portion of the silicon thin film is a completely melted portion, and the thickly formed portion is a partially melted portion that is partially melted. Then, the silicon thin film completely melted in the completely melted portion undergoes crystal growth in the lateral direction based on the crystal nucleus existing in the partially melted portion.

【0015】これら第二の方法では、シリコン薄膜上に
反射膜を所望の形状にパターニングすることにより、ま
たは、シリコン薄膜に、厚膜に形成された領域を所望の
形状にパターニングすることによって、レーザービーム
の走査方向とは関係なく、結晶粒が伸長する方向を決め
ることができ、結晶粒が伸長する方向が互いに直交した
シリコン膜を同一基板上に混在して形成することが可能
であるという利点がある。
In these second methods, a laser is formed by patterning a reflection film on a silicon thin film into a desired shape, or by patterning a region formed in a thick film on the silicon thin film into a desired shape. Advantages that the crystal grain extension direction can be determined regardless of the beam scanning direction, and silicon films whose crystal grain extension directions are orthogonal to each other can be formed mixedly on the same substrate. There is.

【0016】しかし、上記の第一及び第二の方法では、
以下で述べるような問題がある。
However, in the above first and second methods,
There are problems as described below.

【0017】まず、第一の方法では、一回のレーザー光
の照射によって、結晶粒が成長する横成長の長さが、
0.5〜4μmと微細になるため、この程度の長さにあ
わせた高精細なレーザー光の走査が必要になり、この結
果、結晶化のための処理時間が長くなり、また、レーザ
ー光を照射するための特殊な構造を有する装置を準備す
る必要がある。また、この第一の方法では、レーザー光
の走査方向に沿って長くなった極めて細長い結晶粒が得
られ、このような結晶粒を有する結晶性のシリコン膜に
よってTFTを構成した場合、TFTのチャネルにおい
て、キャリアが流れる方向と結晶粒が延びる方向とが一
致する場合には、キャリアの移動度が非常に高くなるも
のの、キャリアが流れる方向が結晶粒が延びる方向に直
交する場合には、キャリアが流れる方向と結晶粒が延び
る方向とが一致している場合に比較して、キャリアの移
動度は、約1/3程度に劣化することが知られている。
この方法では、レーザービームの走査方向によって、結
晶粒が伸長する方向が決まるため、高い特性が得られる
のは一方向のみで、他の方向に伸長する結晶粒を同一の
基板上に混在させることができない。したがって、この
方法では、回路素子の設計上の制約を受け好ましくな
い。
First, in the first method, the length of lateral growth in which crystal grains grow by one irradiation of laser light is
Since it becomes as fine as 0.5 to 4 μm, it is necessary to scan the laser beam with high precision in accordance with this length, and as a result, the processing time for crystallization becomes long and the laser beam It is necessary to prepare a device with a special structure for irradiation. Further, according to the first method, extremely elongated crystal grains elongated in the scanning direction of the laser beam can be obtained, and when a TFT is constituted by a crystalline silicon film having such crystal grains, the channel of the TFT is In the case where the carrier flow direction and the crystal grain extension direction coincide with each other, the carrier mobility is extremely high, but when the carrier flow direction is orthogonal to the crystal grain extension direction, the carrier is It is known that the mobility of carriers deteriorates to about ⅓ as compared with the case where the flowing direction and the extending direction of crystal grains are the same.
In this method, the direction in which crystal grains grow is determined by the scanning direction of the laser beam, so high characteristics can be obtained only in one direction, and crystal grains that extend in other directions should be mixed on the same substrate. I can't. Therefore, this method is not preferable due to restrictions in designing circuit elements.

【0018】一方、第二の方法では、結晶粒の長さが、
一回の横成長距離に限られるという問題があり、さら
に、この結晶化方法では、未溶融領域に残存する結晶核
に基づいて結晶成長が開始されるため、溶融領域に隣接
して、所定間隔毎に未溶融領域を形成する必要がある。
完全溶融部において横成長した結晶粒が、未溶融部を挟
んで隣接する他の完全溶融部の結晶粒と出来るだけ近接
するように、未溶融部を微小に形成し過ぎると、完全溶
融部における結晶成長開始時に必要な未溶融部の初期核
がレーザー光照射によって消失し、ランダムな核発生に
よる微小な結晶核が形成されるおそれがあるため、未溶
融部は、ある程度の大きさに形成する必要がある。この
ため、この結晶化方法では、未溶融部を形成するために
要する面積のために素子寸法が増大するという問題があ
る。
On the other hand, in the second method, the length of the crystal grain is
There is a problem that it is limited to one lateral growth distance.In addition, in this crystallization method, crystal growth is started based on the crystal nuclei remaining in the unmelted region, so that it is adjacent to the melted region at a predetermined interval. It is necessary to form an unmelted area for each.
If the unmelted portion is formed too finely so that the crystal grains laterally grown in the completely melted portion are as close as possible to the crystal grains of the other completely melted portions that are adjacent to each other across the unmelted portion, Since the initial nuclei of the unmelted part required at the start of crystal growth may disappear by laser light irradiation and minute crystal nuclei may be formed by random nucleation, the unmelted part is formed to a certain size. There is a need. Therefore, this crystallization method has a problem that the element size increases due to the area required to form the unmelted portion.

【0019】このような問題を解決するための構成が、
特願2001−292538号に開示されている。図1
9および図20は、従来の他の結晶性半導体膜の形成方
法を説明する断面図である。
A structure for solving such a problem is
It is disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-292538. Figure 1
9 and 20 are cross-sectional views illustrating another conventional method for forming a crystalline semiconductor film.

【0020】図19を参照すると、まず、ガラス基板5
上にベースコート膜6を形成する。そして、ベースコー
ト膜6の上にa−Si膜2を形成する。その後、a−S
i膜2の上に、それぞれが一定の間隔を空けてストライ
プ状に複数の反射防止膜92を形成する。次に、各反射
防止膜92の上に反射膜93を積層する。
Referring to FIG. 19, first, the glass substrate 5
A base coat film 6 is formed on top. Then, the a-Si film 2 is formed on the base coat film 6. Then a-S
A plurality of antireflection films 92 are formed in stripes on the i film 2 at regular intervals. Next, the reflection film 93 is laminated on each antireflection film 92.

【0021】そして、反射膜93側からa−Si膜2へ
1回目のレーザ光を照射する。反射防止膜92によって
覆われない反射防止膜92の間のベア領域a−Si膜4
は、照射された1回目のレーザ光によって完全溶融す
る。反射防止膜92によって覆われたキャップ領域a−
Si膜3は、反射膜93によって1回目のレーザ光が反
射されるために溶融しない。照射された1回目のレーザ
光によって完全溶融したベア領域a−Si膜4は、反射
防止膜92によって覆われているために溶融していない
キャップ領域a−Si膜3を核として、ベア領域a−S
i膜4の両端からベア領域a−Si膜4の中央に向かっ
て横成長し、結晶粒を形成する。
Then, the a-Si film 2 is irradiated with the first laser beam from the reflective film 93 side. Bare region a-Si film 4 between antireflection films 92 not covered by antireflection film 92
Is completely melted by the first irradiation of laser light. The cap area a− covered with the antireflection film 92
The Si film 3 does not melt because the reflection film 93 reflects the first laser beam. The bare region a-Si film 4 completely melted by the first irradiation of the laser beam is covered with the antireflection film 92, and therefore the bare region a-Si film 3 is not melted and the bare region a-Si film 4 is used as a core. -S
Lateral growth is performed from both ends of the i film 4 toward the center of the bare region a-Si film 4 to form crystal grains.

【0022】図20を参照すると、次に、反射膜93を
除去する。そして、反射防止膜92側からa−Si膜2
へ2回目のレーザ光を照射する。照射された2回目のレ
ーザ光は、反射防止膜92によって反射が防止され、反
射防止膜92によって覆われたキャップ領域a−Si膜
3を完全溶融させる。完全溶融したキャップ領域a−S
i膜3は、1回目のレーザ光を照射したときに形成され
たベア領域a−Si膜4における結晶粒を核として、キ
ャップ領域a−Si膜3の両側から中央に向かって横成
長し、結晶粒を形成する。
Referring to FIG. 20, next, the reflection film 93 is removed. Then, from the antireflection film 92 side, the a-Si film 2
To the second laser beam. Reflection of the irradiated second laser beam is prevented by the antireflection film 92, and the cap region a-Si film 3 covered with the antireflection film 92 is completely melted. Completely melted cap area aS
The i film 3 laterally grows from both sides of the cap region a-Si film 3 toward the center with the crystal grains in the bare region a-Si film 4 formed when the first laser beam is irradiated as nuclei, Crystal grains are formed.

【0023】このように上記従来技術によれば、1回の
横成長距離の2倍の長さを有する結晶粒を、すきまを空
けることなく形成することができるとともに、素子寸法
の増大を招くことなく、異なる方向に沿って伸長する結
晶流を同一基板上に形成することができる。
As described above, according to the above-mentioned conventional technique, it is possible to form a crystal grain having a length twice as long as the lateral growth distance once without forming a gap and to increase the element size. Instead, crystal streams extending along different directions can be formed on the same substrate.

【0024】[0024]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図19お
よび図20を参照して前述した上記従来技術において
は、反射防止膜92の上にさらに反射膜93を積層しな
ければならないために、プロセスが複雑化しコストが増
大するという問題がある。
However, in the above-mentioned conventional technique described above with reference to FIGS. 19 and 20, the process is complicated because the reflection film 93 must be further laminated on the antireflection film 92. However, there is a problem that the cost increases.

【0025】また、1回目のレーザ光を照射した後2回
目のレーザ光を照射する前に、反射防止膜92の上にさ
らに積層した反射膜93を除去しなければならないため
に、レーザ装置からガラス基板5を取り出し、反射膜9
3を除去し、反射膜93を除去したガラス基板5を再び
レーザ装置へセットしなければならない。従って、プロ
セスがさらに複雑化し、コストがさらに増大するという
問題がある。
Since the reflection film 93 further laminated on the antireflection film 92 must be removed after the first laser light irradiation and before the second laser light irradiation, the laser device is removed. The glass substrate 5 is taken out and the reflection film 9
3 must be removed and the glass substrate 5 from which the reflection film 93 has been removed must be set again in the laser device. Therefore, there is a problem that the process is further complicated and the cost is further increased.

【0026】さらに、1回目のレーザ光を照射したとき
に、金属によって構成された反射膜93が溶融してベア
領域a−Si膜4上に流れ落ち、または反射膜93が蒸
発、気化してベア領域a−Si膜4上に付着するため
に、a−Si膜2が汚染される結果、このような結晶性
半導体膜を使用して作製した薄膜トランジスタ(以下
「TFT」ともいう)の特性が低下し、または特性のば
らつきが増大するという問題がある。
Further, when the first laser beam is irradiated, the reflection film 93 made of metal melts and flows down onto the bare region a-Si film 4, or the reflection film 93 evaporates and vaporizes to leave the bare film. Since the a-Si film 2 is contaminated because it adheres to the region a-Si film 4, the characteristics of a thin film transistor (hereinafter also referred to as “TFT”) manufactured using such a crystalline semiconductor film deteriorates. However, there is a problem that variations in characteristics increase.

【0027】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、その目的は、プロセスが単純な結
晶性半導体膜の形成方法および結晶性半導体膜、並びに
半導体装置の製造方法および半導体装置を提供すること
にある。
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is a method for forming a crystalline semiconductor film and a crystalline semiconductor film, which are simple in process, and a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor. To provide a device.

【0028】本発明の他の目的は、コストが低い結晶性
半導体膜の形成方法および結晶性半導体膜、並びに半導
体装置の製造方法および半導体装置を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a method for forming a crystalline semiconductor film and a crystalline semiconductor film which are low in cost, a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】本発明に係る結晶性半導
体膜の形成方法は、半導体膜を結晶化させた結晶性半導
体膜の形成方法であって、絶縁基板上に該半導体膜を形
成する半導体膜形成工程と、該半導体膜上にそれぞれが
等しい所定の膜厚の複数の加熱冷却抑制膜をそれぞれが
一定の間隔を空けてストライプ状に形成する加熱冷却抑
制膜形成工程と、該加熱冷却抑制膜によって覆われるキ
ャップ領域半導体膜と該加熱冷却抑制膜によって覆われ
ないベア領域半導体膜とが完全溶融するように第1レー
ザ光を該加熱冷却抑制膜側から該半導体膜へ照射する第
1照射工程と、完全溶融した該キャップ領域半導体膜を
該ベア領域半導体膜に基づいて結晶化させるキャップ領
域結晶化工程と、該キャップ領域結晶化工程の後で、該
ベア領域半導体膜のみが完全溶融するように第2レーザ
光を該加熱冷却抑制膜側から該半導体膜へ照射する第2
照射工程と、完全溶融した該ベア領域半導体膜を該キャ
ップ領域半導体膜に基づいて結晶化させるベア領域結晶
化工程と、該加熱冷却抑制膜を該半導体膜上から除去す
る除去工程とを包含することを特徴とし、そのことによ
り上記目的が達成される。
A method of forming a crystalline semiconductor film according to the present invention is a method of forming a crystalline semiconductor film by crystallizing a semiconductor film, wherein the semiconductor film is formed on an insulating substrate. A semiconductor film forming step, a heating / cooling suppressing film forming step of forming a plurality of heating / cooling suppressing films each having a predetermined film thickness on the semiconductor film and having a predetermined thickness in a stripe pattern at regular intervals, and the heating / cooling step. A first laser beam is irradiated from the heating / cooling suppression film side to the semiconductor film so that the cap region semiconductor film covered with the suppression film and the bare region semiconductor film not covered with the heating / cooling suppression film are completely melted. After the irradiation step, the cap area crystallization step of crystallizing the completely melted cap area semiconductor film based on the bare area semiconductor film, and the bare area semiconductor film after the cap area crystallization step. The irradiation with the second laser beam so only completely melted from the heating cooling suppression film side to the semiconductor film 2
An irradiation step, a bare area crystallization step of crystallizing the completely melted bare area semiconductor film based on the cap area semiconductor film, and a removal step of removing the heating / cooling suppression film from the semiconductor film are included. The above object is achieved by that.

【0030】各加熱冷却抑制膜の所定の膜厚は、前記キ
ャップ領域半導体膜を完全溶融させるために必要なキャ
ップ領域完全溶融エネルギーが、前記ベア領域半導体膜
を完全溶融させるために必要なベア領域完全溶融エネル
ギーよりも大きくなるような膜厚であり、前記第1レー
ザ光は、該キャップ領域完全溶融エネルギーよりも大き
いエネルギーを有しており、前記第2レーザ光は、該ベ
ア領域完全溶融エネルギーよりも大きく該キャップ領域
完全溶融エネルギーよりも小さいエネルギーを有してい
てもよい。
The predetermined thickness of each heating / cooling suppressing film is set such that the cap region complete melting energy required to completely melt the cap region semiconductor film is the bare region required to completely melt the bare region semiconductor film. The film thickness is larger than the complete melting energy, the first laser light has an energy larger than the cap region complete melting energy, and the second laser light is the bare region complete melting energy. May have an energy greater than and less than the cap region full melting energy.

【0031】前記第1および前記第2レーザ光は、波長
λをそれぞれ有しており、前記加熱冷却抑制膜の屈折率
をnとすると、前記加熱冷却抑制膜の膜厚は、(3λ)
/(8n)以上になるように設定されていてもよい。
The first and second laser lights have wavelengths λ, respectively, and the thickness of the heating / cooling suppressing film is (3λ), where n is the refractive index of the heating / cooling suppressing film.
/ (8n) or more may be set.

【0032】前記加熱冷却抑制膜は、シリコン酸化膜に
よって構成されていてもよい。
The heating / cooling suppressing film may be composed of a silicon oxide film.

【0033】前記加熱冷却抑制膜は、シリコン窒化膜と
シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の積層膜とのいず
れかによって構成されていてもよい。
The heating / cooling suppressing film may be composed of any one of a silicon nitride film and a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

【0034】前記キャップ領域結晶化工程において結晶
化する前記キャップ領域半導体膜は、該キャップ領域半
導体膜を構成する半導体結晶粒が、前記キャップ領域半
導体膜が隣接するベア領域半導体膜に接する該キャップ
領域半導体膜の両端から該キャップ領域半導体膜の中央
に向かってそれぞれ横成長することによって結晶化し、
前記ベア領域結晶化工程において結晶化する前記ベア領
域半導体膜は、該ベア領域半導体膜を構成する半導体結
晶粒が、前記ベア領域半導体膜が、隣接するキャップ領
域半導体膜に接する該ベア領域半導体膜の両端から該ベ
ア領域半導体膜の中央に向かってそれぞれ横成長するこ
とによって結晶化してもよい。
In the cap region semiconductor film crystallized in the cap region crystallization step, the semiconductor crystal grains forming the cap region semiconductor film are in contact with the bare region semiconductor film adjacent to the cap region semiconductor film. It is crystallized by lateral growth from both ends of the semiconductor film toward the center of the cap region semiconductor film,
In the bare region semiconductor film crystallized in the bare region crystallization step, the semiconductor crystal grains forming the bare region semiconductor film are in contact with the adjacent cap region semiconductor film. May be crystallized by lateral growth from both ends toward the center of the bare region semiconductor film.

【0035】本発明に係る結晶性半導体膜は、本発明に
係る結晶性半導体膜の形成方法によって形成され、その
ことにより上記目的が達成される。
The crystalline semiconductor film according to the present invention is formed by the method for forming a crystalline semiconductor film according to the present invention, thereby achieving the above object.

【0036】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体膜を結晶化させた結晶性半導体膜をチャネル領域と
して構成する半導体装置の製造方法であって、絶縁基板
上に該半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、該半導
体膜上にそれぞれが等しい所定の膜厚の複数の加熱冷却
抑制膜をそれぞれが一定の間隔を空けてストライプ状に
形成する加熱冷却抑制膜形成工程と、該加熱冷却抑制膜
によって覆われるキャップ領域半導体膜と該加熱冷却抑
制膜によって覆われないベア領域半導体膜とが完全溶融
するように第1レーザ光を該加熱冷却抑制膜側から該半
導体膜へ照射する第1照射工程と、完全溶融した該キャ
ップ領域半導体膜を該ベア領域半導体膜に基づいて結晶
化させるキャップ領域結晶化工程と、該キャップ領域結
晶化工程の後で、該ベア領域半導体膜のみが完全溶融す
るように第2レーザ光を該加熱冷却抑制膜側から該半導
体膜へ照射する第2照射工程と、完全溶融した該ベア領
域半導体膜を該キャップ領域半導体膜に基づいて結晶化
させるベア領域結晶化工程と、該加熱冷却抑制膜を該半
導体膜上から除去する除去工程とを包含することを特徴
とし、そのことにより上記目的が達成される。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which a crystalline semiconductor film obtained by crystallizing a semiconductor film is used as a channel region, and the semiconductor film is formed on an insulating substrate. A semiconductor film forming step, a heating / cooling suppressing film forming step of forming a plurality of heating / cooling suppressing films each having a predetermined film thickness on the semiconductor film and having a predetermined thickness in a stripe pattern at regular intervals, and the heating / cooling step. A first laser beam is irradiated from the heating / cooling suppression film side to the semiconductor film so that the cap region semiconductor film covered with the suppression film and the bare region semiconductor film not covered with the heating / cooling suppression film are completely melted. After the irradiation step, the cap area crystallization step of crystallizing the completely melted cap area semiconductor film based on the bare area semiconductor film, and the cap area crystallization step, A second irradiation step of irradiating the semiconductor film with a second laser beam so that only the bare region semiconductor film is completely melted, and the completely melted bare region semiconductor film is applied to the cap region semiconductor film. The present invention is characterized in that it includes a bare region crystallization step of crystallizing based on this, and a removal step of removing the heating / cooling suppression film from the semiconductor film, whereby the above object is achieved.

【0037】本発明に係る半導体装置の他の製造方法
は、半導体膜を結晶化させた結晶性半導体膜をチャネル
領域として構成する半導体装置の製造方法であって、絶
縁基板上に該半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
該半導体膜上の第1領域にそれぞれが等しい所定の膜厚
の複数の第1加熱冷却抑制膜をそれぞれが一定の間隔を
空けてストライプ状に形成するとともに、該半導体膜上
の第2領域に該第1加熱冷却抑制膜と交差する方向に沿
ってそれぞれが等しい所定の膜厚の複数の第2加熱冷却
抑制膜をそれぞれが一定の間隔を空けてストライプ状に
形成する加熱冷却抑制膜形成工程と、該第1および該第
2加熱冷却抑制膜によって覆われるキャップ領域半導体
膜と該第1および該第2加熱冷却抑制膜のいずれによっ
ても覆われないベア領域半導体膜とが完全溶融するよう
に第1レーザ光を該第1および該第2加熱冷却抑制膜側
から該半導体膜へ照射する第1照射工程と、完全溶融し
た該キャップ領域半導体膜を該ベア領域半導体膜に基づ
いて結晶化させるキャップ領域結晶化工程と、該キャッ
プ領域結晶化工程の後で、該ベア領域半導体膜のみが完
全溶融するように第2レーザ光を該第1および該第2加
熱冷却抑制膜側から該半導体膜へ照射する第2照射工程
と、完全溶融した該ベア領域半導体膜を該キャップ領域
半導体膜に基づいて結晶化させるベア領域結晶化工程
と、該第1および該第2加熱冷却抑制膜を該半導体膜上
から除去する除去工程とを包含することを特徴とし、そ
のことにより上記目的が達成される。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which a crystalline semiconductor film obtained by crystallizing a semiconductor film is used as a channel region, and the semiconductor film is formed on an insulating substrate. A step of forming a semiconductor film,
A plurality of first heating / cooling suppressing films each having a predetermined film thickness that are equal to each other in the first region on the semiconductor film are formed in stripes at regular intervals, and in the second region on the semiconductor film. A heating / cooling suppression film forming step of forming a plurality of second heating / cooling suppression films each having a predetermined film thickness along the direction intersecting with the first heating / cooling suppression film in stripes at regular intervals. So that the cap region semiconductor film covered by the first and second heating / cooling suppressing films and the bare region semiconductor film not covered by any of the first and second heating / cooling suppressing films are completely melted. A first irradiation step of irradiating the semiconductor film with a first laser beam from the first and second heating / cooling suppression film sides, and crystallizing the completely melted cap region semiconductor film based on the bare region semiconductor film. After the cap region crystallization step and the cap region crystallization step, a second laser beam is applied to the semiconductor film from the first and second heating / cooling suppression film sides so that only the bare region semiconductor film is completely melted. A second irradiation step of irradiating the bare region semiconductor film, a bare region crystallization step of crystallizing the completely melted bare region semiconductor film based on the cap region semiconductor film, and the first and second heating / cooling suppressing films A removal step of removing from the film is included, whereby the above object is achieved.

【0038】本発明に係る半導体装置は、本発明に係る
半導体装置の製造方法によって製造され、そのことによ
り上記目的が達成される。
The semiconductor device according to the present invention is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, whereby the above object is achieved.

【0039】本発明の半導体膜は、横成長された半導体
結晶粒の結晶粒界の一部が、非結晶半導体膜と接してい
ることを特徴とする。
The semiconductor film of the present invention is characterized in that part of the crystal grain boundaries of the laterally grown semiconductor crystal grains is in contact with the amorphous semiconductor film.

【0040】また、本発明の半導体膜は、横成長された
半導体結晶粒同士が結晶粒界において接しており、隣接
する結晶粒界の距離が、半導体結晶粒が横成長する距離
の2倍以下になっていることを特徴とする。
In the semiconductor film of the present invention, the laterally grown semiconductor crystal grains are in contact with each other at the crystal grain boundary, and the distance between adjacent crystal grain boundaries is not more than twice the distance at which the semiconductor crystal grains grow laterally. It is characterized by being.

【0041】本発明の半導体装置は、非晶質絶縁性基板
上に、該非晶質絶縁性基板の表面に沿って半導体結晶粒
が横成長された結晶性半導体膜が設けられており、該結
晶性半導体膜を活性領域として構成される半導体装置で
あって、該結晶性半導体膜は、横成長された半導体結晶
粒の結晶粒界の一部が非結晶半導体膜と接していること
を特徴とする。
In the semiconductor device of the present invention, a crystalline semiconductor film in which semiconductor crystal grains are laterally grown along the surface of the amorphous insulating substrate is provided on the amorphous insulating substrate. A semiconductor device having a crystalline semiconductor film as an active region, wherein the crystalline semiconductor film is characterized in that part of crystal grain boundaries of laterally grown semiconductor crystal grains is in contact with the amorphous semiconductor film. To do.

【0042】また、本発明の半導体装置は、非晶質絶縁
性基板上に、該非晶質絶縁性基板の表面に沿って半導体
結晶粒が横成長された結晶性半導体膜が設けられてお
り、該結晶性半導体膜を活性領域として構成される半導
体装置であって、該結晶性半導体膜は、横成長された半
導体結晶粒同士が結晶粒界において接しており、隣接す
る結晶粒界の距離が、半導体結晶粒が横成長する距離の
2倍以下になっていることを特徴とする。
In the semiconductor device of the present invention, a crystalline semiconductor film in which semiconductor crystal grains are laterally grown along the surface of the amorphous insulating substrate is provided on the amorphous insulating substrate, A semiconductor device comprising the crystalline semiconductor film as an active region, wherein the laterally grown semiconductor crystal grains are in contact with each other at a crystal grain boundary, and the distance between adjacent crystal grain boundaries is small. It is characterized in that the distance is not more than twice the lateral growth distance of the semiconductor crystal grains.

【0043】前記半導体結晶粒の横成長の方向が直交す
る複数の領域が設けられている。
A plurality of regions are provided in which the lateral growth directions of the semiconductor crystal grains are orthogonal to each other.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】本実施の形態に係る結晶性半導体
膜の形成方法においては、ガラス基板上に多結晶シリコ
ン膜を形成する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the method for forming a crystalline semiconductor film according to this embodiment, a polycrystalline silicon film is formed on a glass substrate.

【0045】(実施の形態1)図1は、実施の形態1に
係る結晶性半導体膜の形成方法においてアモルファスシ
リコン膜を形成する工程を説明する断面図である。ま
ず、ガラス基板5上に、シリコン酸化膜によって構成さ
れるベースコート膜6をP−CVD法によって300n
mの厚さに形成する。ガラス基板5は、Cournin
g1737によって構成されている。そして、ベースコ
ート膜6上にa−Si膜2をP−CVD法によって45
nmの厚さに形成する。次に、a−Si膜2およびベー
スコート膜6が形成されたガラス基板5を電気炉の中の
窒素雰囲気中において500℃で1時間加熱することに
よって、a−Si膜2の脱水素を行う。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a step of forming an amorphous silicon film in the method for forming a crystalline semiconductor film according to Embodiment 1. First, the base coat film 6 made of a silicon oxide film is formed on the glass substrate 5 by P-CVD to a thickness of 300 n.
It is formed to a thickness of m. The glass substrate 5 is Turnin
g1737. Then, the a-Si film 2 is formed on the base coat film 6 by the P-CVD method.
It is formed to a thickness of nm. Next, the glass substrate 5 on which the a-Si film 2 and the base coat film 6 are formed is heated at 500 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere in an electric furnace to dehydrogenate the a-Si film 2.

【0046】図2は、結晶性半導体膜の形成方法におい
て加熱冷却抑制膜を形成する工程を説明する断面図であ
り、図3は、その斜視図である。脱水素が行われたa−
Si膜2上に、シリコン酸化膜をP−CVD法によって
形成する。その後、a−Si膜2上に形成されたシリコ
ン酸化膜をBHF110を使用したエッチングによって
パターニングすることによって、膜幅2ミクロンの複数
の加熱冷却抑制膜1を2ミクロンの間隔を空けてストラ
イプ状に形成する。
FIG. 2 is a sectional view for explaining a step of forming a heating / cooling suppressing film in the method for forming a crystalline semiconductor film, and FIG. 3 is a perspective view thereof. Dehydrogenated a-
A silicon oxide film is formed on the Si film 2 by the P-CVD method. Then, the silicon oxide film formed on the a-Si film 2 is patterned by etching using the BHF 110 to form a plurality of heating / cooling suppressing films 1 having a film width of 2 microns in stripes at intervals of 2 microns. Form.

【0047】ここで、加熱冷却抑制膜1によって覆われ
た領域におけるa−Si膜2をキャップ領域a−Si膜
3と呼び、加熱冷却抑制膜1によって覆われない加熱冷
却抑制膜1の間のa−Si膜2をベア領域a−Si膜4
と呼ぶことにする。
Here, the a-Si film 2 in the region covered by the heating / cooling suppressing film 1 is referred to as a cap region a-Si film 3, and the space between the heating / cooling suppressing film 1 not covered by the heating / cooling suppressing film 1 is called. The a-Si film 2 is replaced with the bare region a-Si film 4
I will call it.

【0048】図4は、加熱冷却抑制膜の膜厚とキャップ
領域完全溶融エネルギーとの関係を示すグラフである。
横軸は、a−Si膜2上に形成された加熱冷却抑制膜1
の膜厚を示しており、縦軸は、シリコン酸化膜によって
構成された加熱冷却抑制膜1によって覆われたキャップ
領域a−Si膜3を完全溶融させるために必要なレーザ
エネルギー(以下「キャップ領域完全溶融エネルギー」
という)を示している。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the film thickness of the heating / cooling suppressing film and the cap region complete melting energy.
The horizontal axis represents the heating / cooling suppression film 1 formed on the a-Si film 2.
Of the laser energy necessary to completely melt the cap region a-Si film 3 covered with the heating / cooling suppression film 1 formed of a silicon oxide film (hereinafter referred to as “cap region”). Complete melting energy "
It means that).

【0049】加熱冷却抑制膜1の反射率はその膜厚によ
って変化するため、加熱冷却抑制膜1によって覆われた
キャップ領域a−Si膜3へ到達するレーザ光のエネル
ギーは加熱冷却抑制膜1の膜厚によって変化する。この
ため、キャップ領域完全溶融エネルギーは、加熱冷却抑
制膜1の膜厚によって変化する。キャップ領域完全溶融
エネルギーは、加熱冷却抑制膜1の反射率の膜厚に対す
る変化を反映して、加熱冷却抑制膜1の膜厚に対してコ
サインカーブ状に変化する。
Since the reflectance of the heating / cooling suppressing film 1 changes depending on the film thickness, the energy of the laser light reaching the cap region a-Si film 3 covered with the heating / cooling suppressing film 1 is equal to that of the heating / cooling suppressing film 1. It changes depending on the film thickness. Therefore, the cap region complete melting energy changes depending on the film thickness of the heating / cooling suppression film 1. The cap region complete melting energy changes in a cosine curve with respect to the film thickness of the heating / cooling suppressing film 1, reflecting the change of the reflectance of the heating / cooling suppressing film 1 with respect to the film thickness.

【0050】シリコン酸化膜のような熱容量の大きな材
料によって加熱冷却抑制膜1を構成すると、加熱冷却抑
制膜1の膜厚が厚くなるに従って、照射されたレーザ光
のエネルギーのうち加熱冷却抑制膜1に吸収されて加熱
冷却抑制膜1の温度上昇に費やされるエネルギーが増え
る。このため、図4に示すように、コサインカーブ状に
変化するキャップ領域完全溶融エネルギーは加熱冷却抑
制膜1の膜厚が厚くなるに従って右肩上がりとなる曲線
によって表される。右肩上がりとなる曲線によって表さ
れるキャップ領域完全溶融エネルギーは、加熱冷却抑制
膜1の膜厚が厚くなるに従って、加熱冷却抑制膜1によ
って覆われないベア領域a−Si膜4を完全溶融させる
ために必要なレーザエネルギー(以下「ベア領域完全溶
融エネルギー」という)を超える場合がある。
When the heating / cooling suppressing film 1 is made of a material having a large heat capacity such as a silicon oxide film, the heating / cooling suppressing film 1 in the energy of the irradiated laser light increases as the film thickness of the heating / cooling suppressing film 1 increases. The energy that is absorbed by and increases in the temperature of the heating / cooling suppression film 1 increases. Therefore, as shown in FIG. 4, the cap region complete melting energy that changes in a cosine curve shape is represented by a curve that increases to the right as the thickness of the heating / cooling suppressing film 1 increases. The cap region complete melting energy represented by the upwardly rising curve completely melts the bare region a-Si film 4 which is not covered by the heating / cooling suppressing film 1 as the thickness of the heating / cooling suppressing film 1 increases. The laser energy required for this purpose (hereinafter referred to as "bare region complete melting energy") may be exceeded.

【0051】このようにキャップ領域完全溶融エネルギ
ーがベア領域完全溶融エネルギーよりも大きくなるため
の条件は、加熱冷却抑制膜1の膜厚dが、(3λ)/
(8n)以上になることである。ここで、 λ:照射するレーザ光の波長、 n:加熱冷却抑制膜1の屈折率、 である。
As described above, the condition for the cap region complete melting energy to be larger than the bare region complete melting energy is that the film thickness d of the heating / cooling suppressing film 1 is (3λ) /
(8n) or more. Here, λ is the wavelength of the laser light to be irradiated, and n is the refractive index of the heating / cooling suppressing film 1.

【0052】a−Si膜2上に形成する加熱冷却抑制膜
1の膜厚は、キャップ領域完全溶融エネルギーがベア領
域完全溶融エネルギーよりも大きくなるような膜厚、例
えば、約203nmの厚さにて形成する。このような約
203nmの厚さの加熱冷却抑制膜1によって覆われた
キャップ領域a−Si膜3をXeClレーザによって完
全溶融させるためのキャップ領域完全溶融エネルギー
は、予備実験によれば、約550mJ/cm2であっ
た。加熱冷却抑制膜1によって覆われないベア領域a−
Si膜4をXeClレーザによって完全溶融させるため
のベア領域完全溶融エネルギーは、予備実験によれば、
約440mJ/cm2であった。
The thickness of the heating / cooling suppressing film 1 formed on the a-Si film 2 is such that the cap region complete melting energy is larger than the bare region complete melting energy, for example, about 203 nm. To form. According to preliminary experiments, the cap region complete melting energy for completely melting the cap region a-Si film 3 covered with the heating / cooling suppressing film 1 having a thickness of about 203 nm by the XeCl laser is about 550 mJ / It was cm 2 . Bare region a− that is not covered by the heating / cooling suppression film 1
According to preliminary experiments, the bare region complete melting energy for completely melting the Si film 4 by the XeCl laser is
It was about 440 mJ / cm 2 .

【0053】図5は、第1レーザ光を照射する工程を説
明する断面図である。キャップ領域完全溶融エネルギー
550mJ/cm2よりも大きい590mJ/cm2のエ
ネルギー密度を有する1回目のレーザ光7を308nm
の波長を有するXeClレーザによって加熱冷却抑制膜
1側からa−Si膜2へ照射する。レーザ光7のビーム
サイズは0.5mm×100mmであり、Repeti
tion Retioは80Hzであり、ステージ送り
速度は40mm/秒である。
FIG. 5 is a sectional view for explaining the step of irradiating the first laser beam. The first laser beam 7 having an energy density of greater 590mJ / cm 2 than the cap region completely melted Energy 550 mJ / cm 2 308 nm
The a-Si film 2 is irradiated from the heating / cooling suppression film 1 side with a XeCl laser having a wavelength of. The beam size of the laser light 7 is 0.5 mm × 100 mm.
The Tion Retio is 80 Hz, and the stage feed speed is 40 mm / sec.

【0054】キャップ領域完全溶融エネルギーよりも大
きいエネルギーを有する第1レーザ光7が照射される
と、加熱冷却抑制膜1によって覆われたキャップ領域a
−Si膜3と加熱冷却抑制膜1によって覆われないベア
領域a−Si膜4とは共に完全融解する。
When the first laser beam 7 having an energy larger than the complete melting energy of the cap region is irradiated, the cap region a covered with the heating / cooling suppressing film 1 is formed.
The -Si film 3 and the bare region a-Si film 4 not covered with the heating / cooling suppression film 1 are completely melted.

【0055】図6は、キャップ領域結晶化工程を説明す
る斜視図であり、図7は、その平面図である。図5、図
6および図7を参照すると、加熱冷却抑制膜1は熱容量
の大きいシリコン酸化膜によって構成されているため
に、完全融解したキャップ領域a−Si膜3は、キャッ
プ領域a−Si膜3を覆う加熱冷却抑制膜1によって冷
却が抑制される。このため、ベア領域a−Si膜4は加
熱冷却抑制膜1によって冷却が抑制されたキャップ領域
a−Si膜3よりも先に固化する。
FIG. 6 is a perspective view for explaining the cap region crystallization process, and FIG. 7 is a plan view thereof. Referring to FIGS. 5, 6 and 7, since the heating / cooling suppressing film 1 is composed of a silicon oxide film having a large heat capacity, the completely melted cap region a-Si film 3 is the cap region a-Si film. Cooling is suppressed by the heating / cooling suppressing film 1 that covers the cooling layer 3. Therefore, the bare region a-Si film 4 is solidified before the cap region a-Si film 3 whose cooling is suppressed by the heating / cooling suppressing film 1.

【0056】キャップ領域Si膜3を構成する結晶粒
は、先に固化したベア領域Si膜4に存在する結晶核に
基づいて、図5〜図7に示すように、キャップ領域Si
膜3の両側から中央に向かって横方向に結晶成長して結
晶化する。
The crystal grains forming the cap region Si film 3 are based on the crystal nuclei present in the previously solidified bare region Si film 4, as shown in FIGS.
Crystals are grown and crystallized laterally from both sides of the film 3 toward the center.

【0057】図8は、第2レーザ光を照射する工程を説
明する断面図である。ベア領域完全溶融エネルギー44
0mJ/cm2よりも大きくキャップ領域完全溶融エネ
ルギー550mJ/cm2よりも小さい450mJ/c
2のエネルギー密度を有する2回目のレーザ光8を3
08nmの波長を有するXeClレーザによって加熱冷
却抑制膜1側からSi膜2へ照射する。レーザ光8のビ
ームサイズは、前述した1回目のレーザ光7と同様に、
0.5mm×100mmであり、Repetition
Retioは80Hzであり、ステージ送り速度は4
0mm/秒である。
FIG. 8 is a sectional view for explaining the step of irradiating the second laser beam. Bare region complete melting energy 44
0 mJ / large cap region than cm 2 complete melting energy 550 mJ / cm less than 2 450 mJ / c
The second laser beam 8 having an energy density of m 2
The Si film 2 is irradiated from the heating / cooling suppression film 1 side with a XeCl laser having a wavelength of 08 nm. The beam size of the laser light 8 is the same as that of the first laser light 7 described above.
0.5mm x 100mm, Repetition
Retio is 80Hz and stage feed speed is 4
It is 0 mm / sec.

【0058】ベア領域完全溶融エネルギーよりも大きく
キャップ領域完全溶融エネルギーよりも小さいエネルギ
ーを有する2回目のレーザ光8が照射されると、キャッ
プ領域Si膜3への加熱が加熱冷却抑制膜1によって抑
制されるために、ベア領域Si膜4のみが完全溶融す
る。
When the second laser beam 8 having an energy larger than the complete melting energy of the bare region and smaller than the complete melting energy of the cap region is irradiated, the heating and cooling suppressing film 1 suppresses the heating of the cap region Si film 3. Therefore, only the bare region Si film 4 is completely melted.

【0059】図9はベア領域結晶化工程を説明する斜視
図であり、図10はその平面図である。図8、図9およ
び図10を参照すると、完全融解したベア領域Si膜4
は、加熱冷却抑制膜1によって加熱が抑制されたキャッ
プ領域Si膜3に存在する結晶核に基づいて、図8〜図
10に示すように、ベア領域Si膜4の両側から中央に
向かって横方向に結晶成長して結晶化する。
FIG. 9 is a perspective view for explaining the bare region crystallization process, and FIG. 10 is a plan view thereof. Referring to FIGS. 8, 9 and 10, the completely melted bare region Si film 4
Is based on the crystal nuclei existing in the cap region Si film 3 whose heating is suppressed by the heating / cooling suppression film 1, and as shown in FIGS. Crystals grow and crystallize in the direction.

【0060】そして、BHF110を使用したエッチン
グによって加熱冷却抑制膜1をSi膜2から除去する。
Then, the heating / cooling suppressing film 1 is removed from the Si film 2 by etching using the BHF 110.

【0061】図11は、実施の形態1に係る結晶性半導
体膜を模式的に示す平面図である。図11は、加熱冷却
抑制膜1を除去した後、SEMによって観察した結晶性
シリコン膜9の結晶状態を示している。キャップ領域S
i膜3を構成する結晶粒は、キャップ領域Si膜3が隣
接するベア領域Si膜4に接するキャップ領域Si膜3
の両端からキャップ領域Si膜3の中央に向かってそれ
ぞれ横成長している。キャップ領域Si膜3の両端から
中央に向かって成長した結晶粒は、キャップ領域Si膜
3の中央において互いにぶつかりあい、キャップ領域S
i膜3の中央において、キャップ領域Si膜3の長手方
向に沿って結晶粒界を形成する。
FIG. 11 is a plan view schematically showing the crystalline semiconductor film according to the first preferred embodiment. FIG. 11 shows the crystalline state of the crystalline silicon film 9 observed by SEM after removing the heating / cooling suppressing film 1. Cap area S
The crystal grains forming the i film 3 are the cap region Si film 3 in contact with the bare region Si film 4 adjacent to the cap region Si film 3.
Laterally grow from both ends toward the center of the cap region Si film 3. The crystal grains grown from both ends of the cap region Si film 3 toward the center collide with each other at the center of the cap region Si film 3, and the cap region S
At the center of the i film 3, a crystal grain boundary is formed along the longitudinal direction of the cap region Si film 3.

【0062】ベア領域Si膜4を構成する結晶粒は、ベ
ア領域Si膜4が隣接するキャップ領域Si膜3に接す
るベア領域Si膜4の両端からベア領域Si膜4の中央
に向かってそれぞれ横成長している。ベア領域Si膜4
の両端から中央に向かって成長した結晶粒は、ベア領域
Si膜4の中央において互いにぶつかりあい、ベア領域
Si膜4の中央において、ベア領域Si膜4の長手方向
に沿って結晶粒界を形成する。
The crystal grains forming the bare region Si film 4 are horizontally oriented from both ends of the bare region Si film 4 in contact with the cap region Si film 3 adjacent to the bare region Si film 4 toward the center of the bare region Si film 4. Growing. Bare region Si film 4
Crystal grains grown from both ends toward the center collide with each other in the center of the bare region Si film 4 and form a grain boundary along the longitudinal direction of the bare region Si film 4 in the center of the bare region Si film 4. To do.

【0063】このように、結晶性シリコン膜9には、横
方向に成長した結晶粒がすきまなく形成されている。
As described above, in the crystalline silicon film 9, the crystal grains grown in the lateral direction are formed without any gap.

【0064】次に、このようにして形成された結晶性シ
リコン膜9を使用して、幅方向に沿ってチャネルが配置
されたnチャネル薄膜トランジスタおよび結晶成長方向
に沿ってチャネルが配置されたnチャネル薄膜トランジ
スタを作製する。幅方向に沿ってチャネルが配置された
nチャネル薄膜トランジスタにおいては、キャリアの移
動度が110cm2/Vsであった。
Next, using the crystalline silicon film 9 thus formed, an n-channel thin film transistor having a channel arranged in the width direction and an n-channel thin film having a channel arranged in the crystal growth direction are used. A thin film transistor is manufactured. In the n-channel thin film transistor in which channels were arranged along the width direction, the mobility of carriers was 110 cm 2 / Vs.

【0065】結晶成長方向に沿ってチャネルが配置され
たnチャネル薄膜トランジスタにおいては、キャリアの
移動度が300cm2/Vsであった。閾値電圧のばら
つきによって定義される不良率は、0/100であり、
結晶成長方向に沿ってチャネルが配置された100個の
nチャネル薄膜トランジスタの閾値電圧を測定した結
果、不良はなかった。
In the n-channel thin film transistor in which channels were arranged along the crystal growth direction, the carrier mobility was 300 cm 2 / Vs. The defective rate defined by the variation of the threshold voltage is 0/100,
As a result of measuring the threshold voltage of 100 n-channel thin film transistors in which channels were arranged along the crystal growth direction, there was no defect.

【0066】以上のように実施の形態1に係る結晶性半
導体膜の形成方法は、ガラス基板5上にa−Si膜2を
形成する半導体膜形成工程と、それぞれが一定の間隔を
空けてストライプ状にa−Si膜2上に配置される複数
の加熱冷却抑制膜1を、加熱冷却抑制膜1によって覆わ
れるキャップ領域a−Si膜3を完全溶融させるために
必要なキャップ領域完全溶融エネルギーが、加熱冷却抑
制膜1によって覆われないベア領域a−Si膜4を完全
溶融させるために必要なベア領域完全溶融エネルギーよ
りも大きくなるような膜厚にて形成する加熱冷却抑制膜
形成工程と、キャップ領域a−Si膜3とベア領域a−
Si膜4とが完全溶融するように、キャップ領域完全溶
融エネルギーよりも大きいエネルギーを有するレーザ光
7を加熱冷却抑制膜1側からa−Si膜2へ照射する第
1照射工程と、完全溶融したキャップ領域a−Si膜3
を、加熱冷却抑制膜1によって冷却が抑制されたキャッ
プ領域a−Si膜3よりも先に固化したベア領域Si膜
4に基づいて結晶化させるキャップ領域結晶化工程と、
キャップ領域結晶化工程の後で、キャップ領域Si膜3
への加熱が加熱冷却抑制膜1によって抑制されることに
よってベア領域Si膜4のみが完全溶融するように、ベ
ア領域完全溶融エネルギーよりも大きくキャップ領域完
全溶融エネルギーよりも小さいエネルギーを有するレー
ザ光8を加熱冷却防止膜1側からSi膜2へ照射する第
2照射工程と、完全溶融したベア領域Si膜4をキャッ
プ領域Si膜3に基づいて結晶化させるベア領域結晶化
工程と、加熱冷却抑制膜1をSi膜2から除去する除去
工程とを包含している。
As described above, in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the first embodiment, the semiconductor film forming step of forming the a-Si film 2 on the glass substrate 5 and the striping of the semiconductor film at regular intervals. The cap region complete melting energy necessary for completely melting the plurality of heating / cooling suppressing films 1 arranged on the a-Si film 2 in a cap region a-Si film 3 covered by the heating / cooling suppressing film 1 is A heating / cooling suppression film forming step of forming a bare region a-Si film 4 not covered by the heating / cooling suppression film 1 with a film thickness larger than the bare region complete melting energy required for completely melting the bare region a-Si film 4. Cap region a-Si film 3 and bare region a-
A first irradiation step of irradiating the a-Si film 2 with a laser beam 7 having an energy larger than the cap region complete melting energy so that the Si film 4 is completely melted, and the complete melting. Cap region a-Si film 3
A crystallization process based on the bare region Si film 4 solidified prior to the cap region a-Si film 3 whose cooling is suppressed by the heating / cooling suppression film 1;
After the cap region crystallization process, the cap region Si film 3 is formed.
A laser beam 8 having an energy larger than the complete melting energy of the bare region and smaller than the complete melting energy of the cap region so that only the bare region Si film 4 is completely melted by suppressing the heating to the region by the heating / cooling suppressing film 1. Irradiation step of irradiating the Si film 2 from the heating / cooling prevention film 1 side, a bare region crystallization step of crystallizing the completely melted bare region Si film 4 based on the cap region Si film 3, and heating / cooling suppression The removal step of removing the film 1 from the Si film 2 is included.

【0067】このため、Si膜2の上には加熱冷却抑制
膜1のみを設ければよく、図19および図20を参照し
て前述した従来技術のように反射防止膜92と反射膜9
3とをa−Si膜2の上に積層する必要がない。従っ
て、結晶性半導体膜の形成方法におけるプロセスを単純
にすることができ、コストを低く抑えることができる。
Therefore, only the heating / cooling suppressing film 1 needs to be provided on the Si film 2, and the antireflection film 92 and the reflecting film 9 as in the prior art described above with reference to FIGS. 19 and 20.
3 and 3 need not be stacked on the a-Si film 2. Therefore, the process in the method for forming the crystalline semiconductor film can be simplified and the cost can be suppressed low.

【0068】さらに、1回目のレーザ光を照射した後2
回目のレーザ光を照射する前に、反射防止膜92の上に
積層した反射膜93を除去するために、レーザ装置から
ガラス基板5を取り出し、反射膜93を除去し、反射膜
93を除去したガラス基板5を再びレーザ装置へセット
する必要もない。従って、結晶性半導体膜の形成方法に
おけるプロセスをさらに単純にすることができ、コスト
をさらに低く抑えることができる。
Furthermore, after the first irradiation of laser light, 2
Before irradiating the second laser beam, in order to remove the reflection film 93 laminated on the antireflection film 92, the glass substrate 5 was taken out from the laser device, the reflection film 93 was removed, and the reflection film 93 was removed. It is not necessary to set the glass substrate 5 on the laser device again. Therefore, the process in the method for forming the crystalline semiconductor film can be further simplified, and the cost can be further reduced.

【0069】なお、前述した実施の形態1においては、
加熱冷却抑制膜1をシリコン酸化膜によって構成する例
を示したが、本発明はこれに限定されない。加熱冷却抑
制膜1は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜およびシリ
コン窒化膜の積層膜とのいずれかによって構成してもよ
い。
In the first embodiment described above,
An example in which the heating / cooling suppression film 1 is made of a silicon oxide film has been shown, but the present invention is not limited to this. The heating / cooling suppressing film 1 may be composed of any one of a silicon nitride film and a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

【0070】次に、実施の形態1に係る結晶性半導体膜
の他の形成方法を説明する。図1〜図11を参照して前
述した結晶性半導体膜の形成方法と異なる点は、加熱冷
却抑制膜1の膜厚を101nmとした点、加熱冷却抑制
膜1の膜厚を101nmとしたためにキャップ領域完全
溶融エネルギーが約480mJ/cm2となる点、およ
び1回目のレーザ光7のエネルギー密度がキャップ領域
完全溶融エネルギー480mJ/cm2よりも大きい5
10mJ/cm2である点であり、その他の点は前述し
た結晶性半導体膜の形成方法と同一であるので、詳細な
説明は省略する。
Next, another method for forming the crystalline semiconductor film according to the first embodiment will be described. The difference from the method for forming the crystalline semiconductor film described above with reference to FIGS. 1 to 11 is that the thickness of the heating / cooling suppressing film 1 is 101 nm, and the thickness of the heating / cooling suppressing film 1 is 101 nm. The point where the cap region complete melting energy is about 480 mJ / cm 2 , and the energy density of the first laser beam 7 is larger than the cap region complete melting energy 480 mJ / cm 2.
Since it is 10 mJ / cm 2 and other points are the same as the above-described method for forming the crystalline semiconductor film, detailed description thereof will be omitted.

【0071】このような結晶性半導体膜の他の形成方法
によって形成された結晶性シリコン膜をSEMによって
観察すると、前述した結晶性半導体膜の形成方法によっ
て形成された結晶性シリコン膜9と同様に、図11に示
すように、キャップ領域Si膜3を構成する結晶粒は、
キャップ領域Si膜3が隣接するベア領域Si膜4に接
するキャップ領域Si膜3の両端からキャップ領域Si
膜3の中央に向かってそれぞれ横成長していた。キャッ
プ領域Si膜3の両端から中央に向かって成長した結晶
粒は、キャップ領域Si膜3の中央において互いにぶつ
かりあい、キャップ領域Si膜3の中央において、キャ
ップ領域Si膜3の長手方向に沿って結晶粒界を形成し
ていた。
When the crystalline silicon film formed by such another method of forming a crystalline semiconductor film is observed by SEM, it is similar to the crystalline silicon film 9 formed by the above-described method of forming a crystalline semiconductor film. As shown in FIG. 11, the crystal grains forming the cap region Si film 3 are
The cap region Si film 3 is in contact with the adjacent bare region Si film 4 from both ends of the cap region Si film 3.
The film 3 was laterally grown toward the center of the film 3. The crystal grains grown from both ends of the cap region Si film 3 toward the center collide with each other in the center of the cap region Si film 3, and along the longitudinal direction of the cap region Si film 3 in the center of the cap region Si film 3. A grain boundary was formed.

【0072】ベア領域Si膜4を構成する結晶粒は、ベ
ア領域Si膜4が隣接するキャップ領域Si膜3に接す
るベア領域Si膜4の両端からベア領域Si膜4の中央
に向かってそれぞれ横成長していた。ベア領域Si膜4
の両端から中央に向かって成長した結晶粒は、ベア領域
Si膜4の中央において互いにぶつかりあい、ベア領域
Si膜4の中央において、ベア領域Si膜4の長手方向
に沿って結晶粒界を形成していた。
The crystal grains forming the bare region Si film 4 are horizontally oriented from both ends of the bare region Si film 4 in contact with the adjacent cap region Si film 3 to the bare region Si film 4 toward the center of the bare region Si film 4. Was growing up. Bare region Si film 4
Crystal grains grown from both ends toward the center collide with each other in the center of the bare region Si film 4 and form a grain boundary along the longitudinal direction of the bare region Si film 4 in the center of the bare region Si film 4. Was.

【0073】このように、結晶性シリコン膜には、横方
向に成長した結晶粒がすきまなく形成されていた。
As described above, in the crystalline silicon film, the crystal grains grown in the lateral direction were formed without any gap.

【0074】次に、このようにして形成された結晶性半
導体膜の他の形成方法に係る結晶性シリコン膜を使用し
て、幅方向に沿ってチャネルが配置されたnチャネル薄
膜トランジスタおよび結晶成長方向に沿ってチャネルが
配置されたnチャネル薄膜トランジスタを作製した。幅
方向に沿ってチャネルが配置されたnチャネル薄膜トラ
ンジスタにおいては、キャリアの移動度が100cm2
/Vsであった。
Next, using the crystalline silicon film according to another method of forming the crystalline semiconductor film thus formed, an n-channel thin film transistor having channels arranged in the width direction and a crystal growth direction An n-channel thin film transistor having a channel arranged along the above was manufactured. In an n-channel thin film transistor in which channels are arranged along the width direction, carrier mobility is 100 cm 2
Was / Vs.

【0075】結晶成長方向に沿ってチャネルが配置され
たnチャネル薄膜トランジスタにおいては、キャリアの
移動度が295cm2/Vsであった。閾値電圧のばら
つきによって定義される不良率は、0/100であり、
結晶成長方向に沿ってチャネルが配置された100個の
nチャネル薄膜トランジスタの閾値電圧を測定した結
果、不良はなかった。
In the n-channel thin film transistor in which channels were arranged along the crystal growth direction, the carrier mobility was 295 cm 2 / Vs. The defective rate defined by the variation of the threshold voltage is 0/100,
As a result of measuring the threshold voltage of 100 n-channel thin film transistors in which channels were arranged along the crystal growth direction, there was no defect.

【0076】次に、比較例に係る結晶性半導体膜の形成
方法を説明する。図12は、比較例に係る結晶性半導体
膜を模式的に示す平面図である。図1〜図11を参照し
て前述した実施の形態1に係る結晶性半導体膜の形成方
法と異なる点は、加熱冷却抑制膜1の膜厚をキャップ領
域完全溶融エネルギーがベア領域完全溶融エネルギーよ
りも小さくなるような膜厚である53nmとした点、お
よび、このためにキャップ領域完全溶融エネルギーがベ
ア領域完全溶融エネルギー440mJ/cm2よりも小
さい約360mJ/cm2となる点である。1回目のレ
ーザ光7のエネルギー密度は、ベア領域完全溶融エネル
ギー440mJ/cm2とキャップ領域完全溶融エネル
ギー360mJ/cm2とのいずれよりも大きい450
mJ/cm2とし、2回目のレーザ光8のエネルギー密
度は、キャップ領域完全溶融エネルギー360mJ/c
2よりも大きくベア領域完全溶融エネルギー440m
J/cm2よりも小さい400mJ/cm2とした。その
他の点は前述した結晶性半導体膜の形成方法と同一であ
るので、詳細な説明は省略する。
Next, a method of forming a crystalline semiconductor film according to a comparative example will be described. FIG. 12 is a plan view schematically showing a crystalline semiconductor film according to a comparative example. The difference from the method for forming a crystalline semiconductor film according to Embodiment 1 described above with reference to FIGS. 1 to 11 is that the thickness of the heating / cooling suppressing film 1 is set so that the cap region complete melting energy is more that was also a 53nm with a thickness such as to be smaller, and in that a cap region completely melted energy for this is the smaller of about 360 mJ / cm 2 than the bare area completely melted energy 440 mJ / cm 2. The energy density of the first laser beam 7 is higher than both the bare region complete melting energy 440 mJ / cm 2 and the cap region complete melting energy 360 mJ / cm 2 450.
mJ / cm 2 and the energy density of the second laser beam 8 is 360 mJ / c for the complete melting energy of the cap region.
Greater than m 2 bare area complete melting energy 440 m
It was 400 mJ / cm 2 , which was smaller than J / cm 2 . Since the other points are the same as those of the crystalline semiconductor film forming method described above, detailed description thereof will be omitted.

【0077】このような比較例に係る結晶性半導体膜の
形成方法によって形成された結晶性シリコン膜をSEM
によって観察すると、図12に示すように、キャップ領
域Si膜3を構成する結晶粒は、キャップ領域Si膜3
が隣接するベア領域Si膜4に接するキャップ領域Si
膜3の両端からキャップ領域Si膜3の中央に向かって
それぞれ横成長していた。
A crystalline silicon film formed by the method for forming a crystalline semiconductor film according to the comparative example is subjected to SEM.
Observed by, as shown in FIG. 12, the crystal grains forming the cap region Si film 3 are
Is in contact with the bare region Si film 4 adjacent to the cap region Si
Lateral growth was performed from both ends of the film 3 toward the center of the cap region Si film 3.

【0078】しかしながらベア領域Si膜4において
は、結晶粒が横成長していない微結晶領域となってい
た。この理由は、以下に述べるとおりである。加熱冷却
抑制膜1の膜厚53nmが実施の形態1に係る加熱冷却
抑制膜1の膜厚203nm、101nmよりも薄いの
で、1回目のレーザ光7を照射した後に、加熱冷却抑制
膜1がキャップ領域a−Si膜3の冷却抑制膜として機
能しない。このため、ベア領域a−Si膜4がキャップ
領域a−Si膜3よりも先に固化せず、キャップ領域a
−Si膜3は、先に固化したベア領域Si膜4に基づい
て横成長することができない。この状態において、キャ
ップ領域完全溶融エネルギーよりも大きくベア領域完全
溶融エネルギーよりも小さいエネルギーを有する2回目
のレーザ光を照射すると、キャップ領域Si膜3のみが
完全溶融する。完全溶融したキャップ領域Si膜3は、
ベア領域Si膜4に基づいて横成長する。このような理
由によって、図12に示すように、キャップ領域Si膜
3においてのみ結晶粒が横成長し、ベア領域Si膜4に
おいては結晶粒が横成長していない微結晶領域となり、
結晶粒が横成長した領域と微結晶領域とが交互に形成さ
れた。
However, in the bare region Si film 4, the crystal grain was a microcrystalline region in which lateral growth did not occur. The reason for this is as described below. Since the thickness 53 nm of the heating / cooling suppressing film 1 is thinner than the thicknesses 203 nm and 101 nm of the heating / cooling suppressing film 1 according to the first embodiment, the heating / cooling suppressing film 1 is capped after the first irradiation of the laser beam 7. It does not function as a cooling suppression film for the region a-Si film 3. Therefore, the bare region a-Si film 4 does not solidify before the cap region a-Si film 3, and the cap region a-Si film 4 does not solidify.
The -Si film 3 cannot laterally grow based on the previously solidified bare region Si film 4. In this state, when a second laser beam having an energy larger than the cap region complete melting energy and smaller than the bare region complete melting energy is irradiated, only the cap region Si film 3 is completely melted. The completely melted cap region Si film 3 is
Lateral growth is performed based on the bare region Si film 4. For this reason, as shown in FIG. 12, the crystal grains grow laterally only in the cap region Si film 3, and the bare region Si film 4 becomes a microcrystalline region in which the crystal grains do not grow laterally.
Areas in which crystal grains were laterally grown and microcrystalline areas were alternately formed.

【0079】次に、他の比較例に係る結晶性半導体膜の
形成方法を説明する。図13および図14は、他の比較
例に係る結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図で
ある。図13を参照すると、まず、ガラス基板5上にシ
リコン酸化膜によって構成されるベースコート膜6をP
−CVD法によって300nmの厚さに形成する。そし
て、ベースコート膜6上にa−Si膜2をP−CVD法
によって45nmの厚さに形成する。次に、a−Si膜
2およびベースコート膜6が形成されたガラス基板5を
電気炉の中の窒素雰囲気中において500℃で1時間加
熱することによって、a−Si膜2の脱水素を行う。
Next, a method for forming a crystalline semiconductor film according to another comparative example will be described. 13 and 14 are cross-sectional views illustrating a method for forming a crystalline semiconductor film according to another comparative example. Referring to FIG. 13, first, the base coat film 6 made of a silicon oxide film is formed on the glass substrate 5 by P
-It is formed to a thickness of 300 nm by the CVD method. Then, the a-Si film 2 is formed on the base coat film 6 by P-CVD to have a thickness of 45 nm. Next, the glass substrate 5 on which the a-Si film 2 and the base coat film 6 are formed is heated at 500 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere in an electric furnace to dehydrogenate the a-Si film 2.

【0080】図14を参照すると、その後、a−Si膜
2の上にP−CVD法によってシリコン酸化膜を53n
mの厚さに形成する。そして、シリコン酸化膜の上にス
パッタ法によってアルミニウム膜を300nmの厚さに
蒸着する。次に、BCl3を使用したドライエッチング
によってシリコン酸化膜の上に形成されたアルミニウム
膜をパターニングして反射膜93を形成する。その後、
パターニングして形成された反射膜93をマスクとして
BHF110を使用したエッチングによってシリコン酸
化膜をパターニングして反射防止膜92を形成する。こ
のようにして、反射防止膜92と反射膜93との積層膜
が、それぞれが2ミクロンの間隔を空けて2ミクロンの
幅を有するストライプ状にa−Si膜2の上に形成され
る。
Referring to FIG. 14, a silicon oxide film 53n is then formed on the a-Si film 2 by P-CVD.
It is formed to a thickness of m. Then, an aluminum film having a thickness of 300 nm is deposited on the silicon oxide film by a sputtering method. Next, the aluminum film formed on the silicon oxide film is patterned by dry etching using BCl 3 to form a reflection film 93. afterwards,
The antireflection film 92 is formed by patterning the silicon oxide film by etching using the BHF 110 using the patterned reflection film 93 as a mask. In this way, a laminated film of the antireflection film 92 and the reflection film 93 is formed on the a-Si film 2 in a stripe shape having a width of 2 microns with an interval of 2 microns.

【0081】次に、450mJ/cm2のエネルギー密
度を有する1回目のレーザ光を308nmの波長を有す
るXeClレーザによって反射防止膜92と反射膜93
との積層膜側からa−Si膜2へ照射する。その後、燐
酸と酢酸とを使用したSLAエッチャントによって、反
射膜93をエッチングして除去する。そして、390m
J/cm2のエネルギー密度を有する2回目のレーザ光
を反射防止膜92側からa−Si膜2へ照射する。1回
目レーザ光および2回目のレーザ光ともに、ビームサイ
ズは0.5mm×100mmであり、Repetiti
on Retioは80Hzであり、ステージ送り速度
は40mm/秒である。そして、BHF110を使用し
たエッチングによって反射防止膜92をa−Si膜2か
ら除去する。
Then, the first laser beam having an energy density of 450 mJ / cm 2 was irradiated with the XeCl laser having a wavelength of 308 nm to form the antireflection film 92 and the reflection film 93.
The a-Si film 2 is irradiated from the side of the laminated film of. After that, the reflective film 93 is removed by etching with an SLA etchant using phosphoric acid and acetic acid. And 390m
The a-Si film 2 is irradiated with the second laser light having an energy density of J / cm 2 from the antireflection film 92 side. Both the first laser light and the second laser light have a beam size of 0.5 mm × 100 mm.
on Retio is 80 Hz, and the stage feed rate is 40 mm / sec. Then, the antireflection film 92 is removed from the a-Si film 2 by etching using the BHF 110.

【0082】図15は、他の比較例に係る結晶性半導体
膜を模式的に示す平面図である。図15は、反射防止膜
92を除去した後、SEMによって観察した結晶性シリ
コン膜の結晶状態を示している。キャップ領域Si膜3
を構成する結晶粒は、キャップ領域Si膜3の両端から
中央に向かってそれぞれ横成長している。ベア領域Si
膜4を構成する結晶粒は、ベア領域Si膜4の両端から
中央に向かってそれぞれ横成長している。しかしなが
ら、シミ状の斑点94が所々に形成されている。これ
は、1回目のレーザ光を照射したときに、金属によって
構成された反射膜93が溶融してベア領域Si膜4上に
流れ落ち、または反射膜93が蒸発、気化してベア領域
Si膜4上に付着するために、Si膜2が汚染された結
果である。
FIG. 15 is a plan view schematically showing a crystalline semiconductor film according to another comparative example. FIG. 15 shows the crystalline state of the crystalline silicon film observed by SEM after removing the antireflection film 92. Cap area Si film 3
The crystal grains constituting the crystal are laterally grown from both ends of the cap region Si film 3 toward the center. Bare area Si
Crystal grains forming the film 4 are laterally grown from both ends of the bare region Si film 4 toward the center. However, spot-like spots 94 are formed here and there. This is because when the first laser beam is irradiated, the reflection film 93 made of metal melts and flows down onto the bare region Si film 4, or the reflection film 93 evaporates and vaporizes to leave the bare region Si film 4. This is a result of the Si film 2 being contaminated because it adheres to the top.

【0083】次に、このようにして形成された結晶性シ
リコン膜9を使用して、幅方向に沿ってチャネルが配置
されたnチャネル薄膜トランジスタおよび結晶成長方向
に沿ってチャネルが配置されたnチャネル薄膜トランジ
スタを作製する。幅方向に沿ってチャネルが配置された
nチャネル薄膜トランジスタにおいては、キャリアの移
動度が100cm2/Vsであった。結晶成長方向に沿
ってチャネルが配置されたnチャネル薄膜トランジスタ
においては、キャリアの移動度が295cm2/Vsで
あった。
Next, using the crystalline silicon film 9 thus formed, an n-channel thin film transistor having a channel arranged in the width direction and an n-channel thin film having a channel arranged in the crystal growth direction are used. A thin film transistor is manufactured. The mobility of carriers was 100 cm 2 / Vs in an n-channel thin film transistor in which channels were arranged along the width direction. In the n-channel thin film transistor in which the channels were arranged along the crystal growth direction, the carrier mobility was 295 cm 2 / Vs.

【0084】しかしながら、閾値電圧のばらつきは実施
の形態1に係る薄膜トランジスタの閾値電圧のばらつき
よりも大きく、閾値電圧のばらつきによって定義される
不良率は、13/100であり、結晶成長方向に沿って
チャネルが配置された100個のnチャネル薄膜トラン
ジスタの閾値電圧を測定した結果、13個の不良があっ
た。
However, the variation of the threshold voltage is larger than the variation of the threshold voltage of the thin film transistor according to the first embodiment, and the defective rate defined by the variation of the threshold voltage is 13/100, which is along the crystal growth direction. As a result of measuring the threshold voltage of 100 n-channel thin film transistors with channels arranged, there were 13 defects.

【0085】(実施の形態2)実施の形態2において
は、実施の形態1に係る結晶性半導体膜の形成方法によ
って形成された結晶性半導体膜をチャネル領域として構
成する半導体装置の製造方法を説明する。図16は、実
施の形態2に係る結晶性半導体膜をチャネル領域として
構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明する平面図
である。図17は、結晶性半導体膜をチャネル領域とし
て構成する薄膜トランジスタの平面図である。
(Embodiment 2) In Embodiment 2, a method of manufacturing a semiconductor device in which a crystalline semiconductor film formed by the method of forming a crystalline semiconductor film according to Embodiment 1 is used as a channel region will be described. To do. FIG. 16 is a plan view illustrating the method of manufacturing the thin film transistor in which the crystalline semiconductor film according to the second embodiment is used as the channel region. FIG. 17 is a plan view of a thin film transistor having a crystalline semiconductor film as a channel region.

【0086】まず、前述した実施の形態1と同様に、ガ
ラス基板上に、ベースコート膜を形成する。そして、ベ
ースコート膜上にa−Si膜を形成する。次に、a−S
i膜およびベースコート膜が形成されたガラス基板を電
気炉の中において加熱することによって、a−Si膜の
脱水素を行う。
First, as in the first embodiment, the base coat film is formed on the glass substrate. Then, an a-Si film is formed on the base coat film. Next, a-S
The glass substrate on which the i film and the base coat film are formed is heated in an electric furnace to dehydrogenate the a-Si film.

【0087】a−Si膜は、図16に示すように、互い
に隣接するように設けられた略長方形状をした領域10
および領域11を有している。領域10には、図16に
おける左右方向に沿ってストライプ状に一定の間隔を空
けて配置される複数の加熱冷却抑制膜1を形成する。領
域11には、領域10に形成された加熱冷却抑制膜1の
長手方向に垂直な図16における上下方向に沿ってスト
ライプ状に一定の間隔を空けて配置される複数の加熱冷
却抑制膜1を形成する。
As shown in FIG. 16, the a-Si film has a substantially rectangular region 10 provided adjacent to each other.
And area 11. In the region 10, a plurality of heating / cooling suppressing films 1 are formed which are arranged in stripes at regular intervals along the left-right direction in FIG. In the region 11, a plurality of heating / cooling suppressing films 1 are arranged in stripes at regular intervals in the vertical direction in FIG. 16 which is perpendicular to the longitudinal direction of the heating / cooling suppressing film 1 formed in the region 10. Form.

【0088】このように、領域10に形成された加熱冷
却抑制膜1が延伸する方向は、領域11に形成された加
熱冷却抑制膜1が延伸する方向と直交している。領域1
0におけるキャップ領域Si膜およびベア領域Si膜の
結晶粒が成長する方向は、領域10に形成された加熱冷
却抑制膜1が延伸する図16における左右方向に対して
垂直な上下方向である。領域11におけるキャップ領域
Si膜およびベア領域Si膜の結晶粒が成長する方向
は、領域11に形成された加熱冷却抑制膜1が延伸する
図16における上下方向に対して垂直な左右方向であ
る。従って、領域11における結晶粒は、領域11にお
ける結晶粒が成長する方向と垂直な方向に沿って成長す
る。
Thus, the direction in which the heating / cooling suppressing film 1 formed in the region 10 extends is orthogonal to the direction in which the heating / cooling suppressing film 1 formed in the region 11 extends. Area 1
The direction in which the crystal grains of the cap region Si film and the bare region Si film at 0 grow is the vertical direction perpendicular to the horizontal direction in FIG. 16 in which the heating and cooling suppression film 1 formed in the region 10 extends. The direction in which the crystal grains of the cap region Si film and the bare region Si film grow in the region 11 is the horizontal direction perpendicular to the vertical direction in FIG. 16 in which the heating and cooling suppression film 1 formed in the region 11 extends. Therefore, the crystal grains in the region 11 grow along the direction perpendicular to the growing direction of the crystal grains in the region 11.

【0089】このため、図17に示すように、領域10
においては領域10における結晶粒が成長する上下方向
に沿ってソース領域13およびドレイン流域14を設け
たTFT12を形成し、領域11においては領域11に
おける結晶粒が成長する左右方向に沿ってソース領域1
3およびドレイン領域14を設けたTFT12を形成す
ると、キャリア移動度の高いチャネル領域を有するTF
Tを形成することができる。このため、高い性能のTF
Tを得ることができる。
Therefore, as shown in FIG.
In the region 10, a TFT 12 having a source region 13 and a drain basin 14 is formed along the vertical direction in which the crystal grains grow in the region 10, and in the region 11, the source region 1 extends in the horizontal direction in which the crystal grains grow in the region 11.
When the TFT 12 provided with the drain region 3 and the drain region 14 is formed, the TF having the channel region with high carrier mobility is formed.
T can be formed. Therefore, high performance TF
T can be obtained.

【0090】[0090]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、プロセス
が単純な結晶性半導体膜の形成方法および結晶性半導体
膜、並びに半導体装置の製造方法および半導体装置を提
供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for forming a crystalline semiconductor film, a crystalline semiconductor film, a method for manufacturing a semiconductor device, and a semiconductor device which are simple in process.

【0091】また本発明によれば、コストが低い結晶性
半導体膜の形成方法および結晶性半導体膜、並びに半導
体装置の製造方法および半導体装置を提供することがで
きる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for forming a crystalline semiconductor film and a crystalline semiconductor film which are low in cost, a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device.

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

【図1】実施の形態1に係る結晶性半導体膜の形成方法
においてアモルファスシリコン膜を形成する工程を説明
する断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a step of forming an amorphous silicon film in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the first embodiment.

【図2】実施の形態1に係る結晶性半導体膜の形成方法
において加熱冷却抑制膜を形成する工程を説明する断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a heating / cooling suppressing film in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the first embodiment.

【図3】実施の形態1に係る結晶性半導体膜の形成方法
において加熱冷却抑制膜を形成する工程を説明する斜視
図である。
FIG. 3 is a perspective view illustrating a step of forming a heating / cooling suppressing film in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the first embodiment.

【図4】実施の形態1に係る加熱冷却抑制膜の膜厚とキ
ャップ領域完全溶融エネルギーとの関係を示すグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the film thickness of the heating / cooling suppressing film and the cap region complete melting energy according to the first embodiment.

【図5】実施の形態1に係る結晶性半導体膜の形成方法
において第1レーザ光を照射する工程を説明する断面図
である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a step of irradiating a first laser beam in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the first embodiment.

【図6】実施の形態1に係る結晶性半導体膜の形成方法
においてキャップ領域結晶化工程を説明する斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view illustrating a cap region crystallization step in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the first embodiment.

【図7】実施の形態1に係る結晶性半導体膜の形成方法
においてキャップ領域結晶化工程を説明する平面図であ
る。
FIG. 7 is a plan view illustrating a cap region crystallization step in the crystalline semiconductor film forming method according to the first embodiment.

【図8】実施の形態1に係る結晶性半導体膜の形成方法
において第2レーザ光を照射する工程を説明する断面図
である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a step of irradiating a second laser beam in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the first embodiment.

【図9】実施の形態1に係る結晶性半導体膜の形成方法
においてベア領域結晶化工程を説明する斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view illustrating a bare region crystallization step in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the first embodiment.

【図10】実施の形態1に係る結晶性半導体膜の形成方
法においてベア領域結晶化工程を説明する平面図であ
る。
FIG. 10 is a plan view illustrating a bare region crystallization step in the method for forming a crystalline semiconductor film according to the first embodiment.

【図11】実施の形態1に係る結晶性半導体膜を模式的
に示す平面図である。
FIG. 11 is a plan view schematically showing the crystalline semiconductor film according to the first embodiment.

【図12】実施の形態1における比較例に係る結晶性半
導体膜を模式的に示す平面図である。
FIG. 12 is a plan view schematically showing a crystalline semiconductor film according to a comparative example in the first embodiment.

【図13】実施の形態1における他の比較例に係る結晶
性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a crystalline semiconductor film according to another comparative example in the first embodiment.

【図14】実施の形態1における他の比較例に係る結晶
性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a crystalline semiconductor film according to another comparative example in the first embodiment.

【図15】実施の形態1における他の比較例に係る結晶
性半導体膜を模式的に示す平面図である。
FIG. 15 is a plan view schematically showing a crystalline semiconductor film according to another comparative example in the first embodiment.

【図16】実施の形態2に係る結晶性半導体膜をチャネ
ル領域として構成する薄膜トランジスタの製造方法を説
明する平面図である。
FIG. 16 is a plan view illustrating the method of manufacturing the thin film transistor in which the crystalline semiconductor film according to the second embodiment is formed as the channel region.

【図17】実施の形態2に係る結晶性半導体膜をチャネ
ル領域として構成する薄膜トランジスタの平面図であ
る。
FIG. 17 is a plan view of a thin film transistor including a crystalline semiconductor film according to a second embodiment as a channel region.

【図18】(a)は、従来の結晶性半導体膜の形成方法
を説明する断面図であり、(b)は、その平面図であ
る。
18A is a cross-sectional view illustrating a conventional method for forming a crystalline semiconductor film, and FIG. 18B is a plan view thereof.

【図19】従来の他の結晶性半導体膜の形成方法を説明
する断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating another conventional method for forming a crystalline semiconductor film.

【図20】従来の他の結晶性半導体膜の形成方法を説明
する断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating another conventional method for forming a crystalline semiconductor film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 加熱冷却抑制膜 2 アモルファスシリコン膜 3 キャップ領域アモルファスシリコン膜 4 ベア領域アモルファスシリコン膜 5 ガラス基板 6 ベースコート膜 7、8 レーザ光 9 多結晶シリコン膜 1 Heating / cooling suppression film 2 Amorphous silicon film 3 Cap area amorphous silicon film 4 Bare region amorphous silicon film 5 glass substrates 6 Base coat film 7, 8 laser light 9 Polycrystalline silicon film

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体膜を結晶化させた結晶性半導体膜
の形成方法であって、 絶縁基板上に該半導体膜を形成する半導体膜形成工程
と、 該半導体膜上にそれぞれが等しい所定の膜厚の複数の加
熱冷却抑制膜をそれぞれが一定の間隔を空けてストライ
プ状に形成する加熱冷却抑制膜形成工程と、 該加熱冷却抑制膜によって覆われるキャップ領域半導体
膜と該加熱冷却抑制膜によって覆われないベア領域半導
体膜とが完全溶融するように第1レーザ光を該加熱冷却
抑制膜側から該半導体膜へ照射する第1照射工程と、 完全溶融した該キャップ領域半導体膜を該ベア領域半導
体膜に基づいて結晶化させるキャップ領域結晶化工程
と、 該キャップ領域結晶化工程の後で、該ベア領域半導体膜
のみが完全溶融するように第2レーザ光を該加熱冷却抑
制膜側から該半導体膜へ照射する第2照射工程と、 完全溶融した該ベア領域半導体膜を該キャップ領域半導
体膜に基づいて結晶化させるベア領域結晶化工程と、 該加熱冷却抑制膜を該半導体膜上から除去する除去工程
とを包含することを特徴とする結晶性半導体膜の形成方
法。
1. A method for forming a crystalline semiconductor film by crystallizing a semiconductor film, the method comprising: forming a semiconductor film on an insulating substrate; and forming a predetermined film on the semiconductor film. A heating / cooling suppression film forming step of forming a plurality of thick heating / cooling suppression films in stripes at regular intervals, and a cap region semiconductor film covered by the heating / cooling suppression film and the heating / cooling suppression film. A first irradiation step of irradiating the semiconductor film with a first laser beam so that the bare region semiconductor film which is not melted is completely melted; and the completely melted cap region semiconductor film is bare region semiconductor A cap region crystallization step of crystallizing based on the film, and a second laser beam is suppressed in heating and cooling so that only the bare region semiconductor film is completely melted after the cap region crystallization step. A second irradiation step of irradiating the semiconductor film from the side, a bare region crystallization step of crystallizing the completely melted bare region semiconductor film based on the cap region semiconductor film, and a heating / cooling suppression film of the semiconductor film. A method for forming a crystalline semiconductor film, comprising a removing step of removing from above.
【請求項2】 各加熱冷却抑制膜の所定の膜厚は、前記
キャップ領域半導体膜を完全溶融させるために必要なキ
ャップ領域完全溶融エネルギーが、前記ベア領域半導体
膜を完全溶融させるために必要なベア領域完全溶融エネ
ルギーよりも大きくなるような膜厚であり、 前記第1レーザ光は、該キャップ領域完全溶融エネルギ
ーよりも大きいエネルギーを有しており、 前記第2レーザ光は、該ベア領域完全溶融エネルギーよ
りも大きく該キャップ領域完全溶融エネルギーよりも小
さいエネルギーを有している、請求項1記載の結晶性半
導体膜の形成方法。
2. The predetermined thickness of each heating / cooling suppressing film is necessary for the cap region complete melting energy required for completely melting the cap region semiconductor film to completely melt the bare region semiconductor film. The film thickness is larger than the bare region complete melting energy, the first laser light has energy larger than the cap region complete melting energy, and the second laser light is the bare region complete melting energy. The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the crystalline semiconductor film has an energy larger than a melting energy and smaller than the cap region complete melting energy.
【請求項3】 前記第1および前記第2レーザ光は、波
長λをそれぞれ有しており、前記加熱冷却抑制膜の屈折
率をnとすると、 前記加熱冷却抑制膜の膜厚は、(3λ)/(8n)以上
になるように設定されている、請求項1記載の結晶性半
導体膜の形成方法。
3. The first and the second laser lights each have a wavelength λ, and when the refractive index of the heating / cooling suppressing film is n, the thickness of the heating / cooling suppressing film is (3λ ) / (8n) or more, The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein
【請求項4】 前記加熱冷却抑制膜は、シリコン酸化膜
によって構成されている、請求項1記載の結晶性半導体
膜の形成方法。
4. The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the heating / cooling suppressing film is composed of a silicon oxide film.
【請求項5】 前記加熱冷却抑制膜は、シリコン窒化膜
とシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の積層膜とのい
ずれかによって構成されている、請求項1記載の結晶性
半導体膜の形成方法。
5. The method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the heating / cooling suppressing film is made of any one of a silicon nitride film, a silicon oxide film, and a laminated film of a silicon nitride film.
【請求項6】 前記キャップ領域結晶化工程において結
晶化する前記キャップ領域半導体膜は、該キャップ領域
半導体膜を構成する半導体結晶粒が、前記キャップ領域
半導体膜が隣接するベア領域半導体膜に接する該キャッ
プ領域半導体膜の両端から該キャップ領域半導体膜の中
央に向かってそれぞれ横成長することによって結晶化
し、 前記ベア領域結晶化工程において結晶化する前記ベア領
域半導体膜は、該ベア領域半導体膜を構成する半導体結
晶粒が、前記ベア領域半導体膜が、隣接するキャップ領
域半導体膜に接する該ベア領域半導体膜の両端から該ベ
ア領域半導体膜の中央に向かってそれぞれ横成長するこ
とによって結晶化する、請求項1記載の結晶性半導体膜
の形成方法。
6. In the cap region semiconductor film crystallized in the cap region crystallization step, semiconductor crystal grains forming the cap region semiconductor film are in contact with a bare region semiconductor film adjacent to the cap region semiconductor film. The bare region semiconductor film, which is crystallized by lateral growth from both ends of the cap region semiconductor film toward the center of the cap region semiconductor film and crystallized in the bare region crystallization step, constitutes the bare region semiconductor film. The semiconductor crystal grains are crystallized by lateral growth of the bare region semiconductor film from both ends of the bare region semiconductor film in contact with the adjacent cap region semiconductor film toward the center of the bare region semiconductor film. Item 2. A method for forming a crystalline semiconductor film according to item 1.
【請求項7】 請求項1記載の結晶性半導体膜の形成方
法によって形成された結晶性半導体膜。
7. A crystalline semiconductor film formed by the method for forming a crystalline semiconductor film according to claim 1.
【請求項8】 半導体膜を結晶化させた結晶性半導体膜
をチャネル領域として構成する半導体装置の製造方法で
あって、 絶縁基板上に該半導体膜を形成する半導体膜形成工程
と、 該半導体膜上にそれぞれが等しい所定の膜厚の複数の加
熱冷却抑制膜をそれぞれが一定の間隔を空けてストライ
プ状に形成する加熱冷却抑制膜形成工程と、 該加熱冷却抑制膜によって覆われるキャップ領域半導体
膜と該加熱冷却抑制膜によって覆われないベア領域半導
体膜とが完全溶融するように第1レーザ光を該加熱冷却
抑制膜側から該半導体膜へ照射する第1照射工程と、 完全溶融した該キャップ領域半導体膜を該ベア領域半導
体膜に基づいて結晶化させるキャップ領域結晶化工程
と、 該キャップ領域結晶化工程の後で、該ベア領域半導体膜
のみが完全溶融するように第2レーザ光を該加熱冷却抑
制膜側から該半導体膜へ照射する第2照射工程と、 完全溶融した該ベア領域半導体膜を該キャップ領域半導
体膜に基づいて結晶化させるベア領域結晶化工程と、 該加熱冷却抑制膜を該半導体膜上から除去する除去工程
とを包含することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a crystalline semiconductor film obtained by crystallizing a semiconductor film as a channel region, comprising: a step of forming the semiconductor film on an insulating substrate; and a step of forming the semiconductor film. A heating / cooling suppression film forming step of forming a plurality of heating / cooling suppression films each of which has a predetermined film thickness and having a uniform thickness on each other in a stripe shape at regular intervals, and a cap region semiconductor film covered with the heating / cooling suppression film. And a first irradiation step of irradiating the semiconductor film with the first laser light from the heating / cooling suppression film side so that the bare region semiconductor film not covered with the heating / cooling suppression film is completely melted, and the completely melted cap A cap region crystallization process for crystallizing the region semiconductor film based on the bare region semiconductor film, and only the bare region semiconductor film is completely melted after the cap region crystallization process. Second irradiation step of irradiating the semiconductor film with the second laser light from the side of the heating / cooling suppressing film, and a bare region crystal for crystallizing the completely melted bare region semiconductor film based on the cap region semiconductor film A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a forming step; and a removing step of removing the heating / cooling suppressing film from the semiconductor film.
【請求項9】 半導体膜を結晶化させた結晶性半導体膜
をチャネル領域として構成する半導体装置の製造方法で
あって、 絶縁基板上に該半導体膜を形成する半導体膜形成工程
と、 該半導体膜上の第1領域にそれぞれが等しい所定の膜厚
の複数の第1加熱冷却抑制膜をそれぞれが一定の間隔を
空けてストライプ状に形成するとともに、該半導体膜上
の第2領域に該第1加熱冷却抑制膜と交差する方向に沿
ってそれぞれが等しい所定の膜厚の複数の第2加熱冷却
抑制膜をそれぞれが一定の間隔を空けてストライプ状に
形成する加熱冷却抑制膜形成工程と、 該第1および該第2加熱冷却抑制膜によって覆われるキ
ャップ領域半導体膜と該第1および該第2加熱冷却抑制
膜のいずれによっても覆われないベア領域半導体膜とが
完全溶融するように第1レーザ光を該第1および該第2
加熱冷却抑制膜側から該半導体膜へ照射する第1照射工
程と、 完全溶融した該キャップ領域半導体膜を該ベア領域半導
体膜に基づいて結晶化させるキャップ領域結晶化工程
と、 該キャップ領域結晶化工程の後で、該ベア領域半導体膜
のみが完全溶融するように第2レーザ光を該第1および
該第2加熱冷却抑制膜側から該半導体膜へ照射する第2
照射工程と、 完全溶融した該ベア領域半導体膜を該キャップ領域半導
体膜に基づいて結晶化させるベア領域結晶化工程と、 該第1および該第2加熱冷却抑制膜を該半導体膜上から
除去する除去工程とを包含することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
9. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a crystalline semiconductor film obtained by crystallizing a semiconductor film as a channel region, comprising: a step of forming the semiconductor film on an insulating substrate; and a step of forming the semiconductor film. A plurality of first heating / cooling suppressing films each having a predetermined film thickness equal to each other in the upper first region are formed in a stripe shape at regular intervals, and the first region is formed in the second region on the semiconductor film. A heating / cooling suppression film forming step of forming a plurality of second heating / cooling suppression films each having a predetermined film thickness along the direction intersecting with the heating / cooling suppression film in stripes at regular intervals; The first region is formed so that the cap region semiconductor film covered by the first and second heating / cooling suppressing films and the bare region semiconductor film not covered by any of the first and second heating / cooling suppressing films are completely melted. The laser light is applied to the first and the second
A first irradiation step of irradiating the semiconductor film from the heating / cooling suppression film side; a cap region crystallization step of crystallizing the completely melted cap region semiconductor film based on the bare region semiconductor film; After the step, a second laser beam is irradiated onto the semiconductor film from the first and second heating / cooling suppression film sides so that only the bare region semiconductor film is completely melted.
Irradiation step, bare area crystallization step of crystallizing the completely melted bare area semiconductor film based on the cap area semiconductor film, and removing the first and second heating / cooling suppression films from above the semiconductor film A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a removing step.
【請求項10】 請求項8記載の半導体装置の製造方法
によって製造された半導体装置。
10. A semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
【請求項11】 請求項9記載の半導体装置の製造方法
によって製造された半導体装置。
11. A semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9.
【請求項12】 横成長された半導体結晶粒の結晶粒界
の一部が、非結晶半導体膜と接していることを特徴とす
る半導体膜。
12. A semiconductor film, wherein a part of a crystal grain boundary of a laterally grown semiconductor crystal grain is in contact with an amorphous semiconductor film.
【請求項13】 横成長された半導体結晶粒同士が結晶
粒界において接しており、隣接する結晶粒界の距離が、
半導体結晶粒が横成長する距離の2倍以下になっている
ことを特徴とする半導体膜。
13. The laterally grown semiconductor crystal grains are in contact with each other at a crystal grain boundary, and the distance between adjacent crystal grain boundaries is
A semiconductor film characterized in that the distance is not more than twice the lateral growth distance of semiconductor crystal grains.
【請求項14】 非晶質絶縁性基板上に、該非晶質絶縁
性基板の表面に沿って半導体結晶粒が横成長された結晶
性半導体膜が設けられており、該結晶性半導体膜を活性
領域として構成される半導体装置であって、 該結晶性半導体膜は、横成長された半導体結晶粒の結晶
粒界の一部が非結晶半導体膜と接していることを特徴と
する半導体装置。
14. A crystalline semiconductor film in which semiconductor crystal grains are laterally grown along the surface of the amorphous insulating substrate is provided on the amorphous insulating substrate, and the crystalline semiconductor film is activated. A semiconductor device configured as a region, wherein the crystalline semiconductor film has a part of a crystal grain boundary of a laterally grown semiconductor crystal grain in contact with an amorphous semiconductor film.
【請求項15】 非晶質絶縁性基板上に、該非晶質絶縁
性基板の表面に沿って半導体結晶粒が横成長された結晶
性半導体膜が設けられており、該結晶性半導体膜を活性
領域として構成される半導体装置であって、 該結晶性半導体膜は、横成長された半導体結晶粒同士が
結晶粒界において接しており、隣接する結晶粒界の距離
が、半導体結晶粒が横成長する距離の2倍以下になって
いることを特徴とする半導体装置。
15. A crystalline semiconductor film having semiconductor crystal grains laterally grown along the surface of the amorphous insulating substrate is provided on the amorphous insulating substrate, and the crystalline semiconductor film is activated. A semiconductor device configured as a region, wherein in the crystalline semiconductor film, laterally grown semiconductor crystal grains are in contact with each other at a crystal grain boundary, and the distance between adjacent crystal grain boundaries is such that the semiconductor crystal grains grow laterally. A semiconductor device characterized in that the distance is less than twice the distance.
【請求項16】 前記半導体結晶粒の横成長の方向が直
交する複数の領域が設けられている請求項14または1
5に記載の半導体装置。
16. The semiconductor device according to claim 14, wherein a plurality of regions are provided in which the directions of lateral growth of the semiconductor crystal grains are orthogonal to each other.
5. The semiconductor device according to item 5.
JP2002111298A 2001-09-25 2002-04-12 Semiconductor film and forming method therefor, and semiconductor device and manufacturing method therefor Withdrawn JP2003309068A (en)

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