JP2004140399A - Method of forming thin-film transistor - Google Patents

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Satoshi Teramoto
寺本 聡
Toshiji Hamaya
浜谷 敏次
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-quality crystalline silicon film and an active layer of a thin-film transistor using the same. <P>SOLUTION: A method of forming a thin-film transistor to be provided comprises a step of forming an amorphous silicon film on a substrate, a step of crystallizing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film by irradiating the film with a linear laser beam while the beam is moving, and a step of forming an active layer of the thin-film transistor using the crystalline silicon film, wherein the crystallization of the amorphous silicon film is carried out by moving the linear laser beam to sequentially proceed the crystal growth in the moving direction of the linear laser beam. The crystal growth proceeds in an epitaxial growth or in a state regarded as an epitaxial growth. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本明細書で開示する発明は、レーザー光の照射によって半導体に対して各種アニールを施す技術に関する。 The invention disclosed in this specification relates to a technique for performing various kinds of annealing on a semiconductor by laser light irradiation.

 従来より、半導体に対してレーザー光を照射することによって、各種アニールを施す技術が知られている。例えば、プラズマCVD法によってガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜(a−Si膜)に対してレーザー光を照射することによって結晶性珪素膜に変成する技術や、不純物イオン注入後のアニール技術等が知られている。このようなレーザー光を用いた各種アニール技術、およびレーザー光を照射する装置としては、本出願人による特許文献1に記載されている技術がある。 技術 Conventionally, a technique of performing various annealing by irradiating a semiconductor with laser light is known. For example, a technique in which an amorphous silicon film (a-Si film) formed on a glass substrate by a plasma CVD method is irradiated with a laser beam to transform the amorphous silicon film into a crystalline silicon film, Annealing technology and the like are known. As various annealing techniques using such laser light and an apparatus for irradiating laser light, there is a technique described in Patent Document 1 by the present applicant.

特開平6─51238号公報JP-A-6-51238

 レーザー光による各種アニール処理は、下地の基板に対して熱的なダメージを与えないので、例えば基板としてガラス基板等の熱に弱い材料を用いた場合等に有用な技術となる。しかしながら、そのアニール効果を常に一定なものとすることが困難であるという問題がある。またレーザー光の照射による非晶質珪素膜の結晶化を行った場合、必要とする良好な結晶性を常に得ることが困難であり、安定してより結晶性の良好な結晶性珪素膜を得る技術が求められていた。 各種 Various annealing treatments using laser light do not cause thermal damage to the underlying substrate, and are useful techniques when, for example, a heat-sensitive material such as a glass substrate is used as the substrate. However, there is a problem that it is difficult to always keep the annealing effect constant. In addition, when the amorphous silicon film is crystallized by laser light irradiation, it is difficult to always obtain the required good crystallinity, and a stable crystalline silicon film having better crystallinity is obtained. Technology was required.

 本明細書で開示する発明は、下記に示す事項の少なくとも一つ以上を解決することを課題とする。
(1)レーザー光の照射による半導体へのアニール技術において常に一定の効果が得られるようにする。
(2)非晶質珪素膜へのレーザー光の照射によって得られる結晶性珪素膜の結晶性をより高くする。
An object of the invention disclosed in this specification is to solve at least one or more of the following matters.
(1) A constant effect is always obtained in a technique of annealing a semiconductor by laser light irradiation.
(2) The crystallinity of the crystalline silicon film obtained by irradiating the amorphous silicon film with laser light is made higher.

 本明細書で開示する発明の一つは、
 加熱処理を施し前記非晶質珪素膜を結晶化させる工程と、
 該工程において結晶化された珪素膜に対してレーザー光を照射する工程と、
 を有し、
 前記レーザー光の照射時において、試料は前記加熱処理時の温度の±100℃以内に保たれていることを特徴とする。
One of the inventions disclosed herein is:
Performing a heat treatment to crystallize the amorphous silicon film;
Irradiating the silicon film crystallized in the step with a laser beam;
Has,
At the time of the laser beam irradiation, the sample is kept within ± 100 ° C. of the temperature at the time of the heat treatment.

 上記構成において、加熱処理時の温度としては、450℃〜750℃の温度を選択することができる。 に お い て In the above structure, a temperature of 450 ° C. to 750 ° C. can be selected as the temperature during the heat treatment.

 この温度の上限は基板の耐熱温度によって制限され、基板としてガラス基板を用いた場合には、600℃程度が上限とされる。また生産性を考慮するならばこの温度が550℃以上であることが望ましい。従って、ガラス基板を用いた場合には、550〜600℃程度の温度で加熱処理を行うことが望ましいことになる。 上限 The upper limit of this temperature is limited by the heat-resistant temperature of the substrate. When a glass substrate is used as the substrate, the upper limit is about 600 ° C. In consideration of productivity, it is desirable that this temperature be 550 ° C. or higher. Therefore, when a glass substrate is used, it is desirable to perform the heat treatment at a temperature of about 550 to 600 ° C.

 レーザー光の照射時における加熱温度も、550℃〜600℃程度することが好ましいが、450℃程度の温度からの加熱で実用になる。従って、550℃±100℃の温度範囲での加熱が好ましい。 加熱 The heating temperature at the time of laser beam irradiation is also preferably about 550 ° C. to 600 ° C., but heating from about 450 ° C. is practical. Therefore, heating in a temperature range of 550 ° C. ± 100 ° C. is preferable.

 また本明細書で開示する他の発明は、
 600℃以下の温度で加熱処理を施し前記非晶質珪素膜を結晶化させる工程と、
 該工程において結晶化された珪素膜に対してレーザー光を照射する工程と、
 を有し、
 前記レーザー光の照射時において、試料は前記加熱処理時の温度の±100℃以内に保たれていることを特徴とする。
Also, other inventions disclosed in this specification are:
Crystallizing the amorphous silicon film by performing a heat treatment at a temperature of 600 ° C. or less;
Irradiating the silicon film crystallized in the step with a laser beam;
Has,
At the time of the laser beam irradiation, the sample is kept within ± 100 ° C. of the temperature at the time of the heat treatment.

 また本明細書で開示する他の発明は、
 加熱処理を施し前記非晶質珪素膜を結晶化させる工程と、
 該工程で結晶化された珪素膜の少なくとも一部に不純物イオンの注入を行う工程と、
 前記不純物イオンが注入された領域にレーザー光を照射する工程と、
 を有し、
 前記レーザー光の照射時において、試料は前記加熱処理時の温度の±100℃以内に保たれていることを特徴とする。
Also, other inventions disclosed in this specification are:
Performing a heat treatment to crystallize the amorphous silicon film;
Implanting impurity ions into at least a part of the silicon film crystallized in the step;
Irradiating the region into which the impurity ions have been implanted with laser light,
Has,
At the time of the laser beam irradiation, the sample is kept within ± 100 ° C. of the temperature at the time of the heat treatment.

 また他の発明の構成は、
 加熱処理を施し前記非晶質珪素膜を結晶化させる工程と、
 該工程で結晶化された珪素膜の少なくとも一部に不純物イオンの注入を行う工程と、
 前記不純物イオンが注入された領域にレーザー光を照射する工程と、
 を有し、
 前記レーザー光の照射時において、試料は前記加熱処理時の温度の±100℃以内に保たれていることを特徴とする。
The configuration of another invention is as follows.
Performing a heat treatment to crystallize the amorphous silicon film;
Implanting impurity ions into at least a part of the silicon film crystallized in the step;
Irradiating the region into which the impurity ions have been implanted with laser light,
Has,
At the time of the laser beam irradiation, the sample is kept within ± 100 ° C. of the temperature at the time of the heat treatment.

 また他の発明の構成において、
 非晶質珪素膜に対して、線状のビーム形状を有するレーザー光を前記非晶質珪素膜の一方から他方に向かって順次移動させて照射し、レーザー光が照射された領域を順次結晶化させる方法であって、前記レーザー光の照射は、非照射面の温度を450℃以上の温度に加熱して行われることを特徴とする。
In another aspect of the invention,
A laser beam having a linear beam shape is sequentially moved from one side of the amorphous silicon film to the other and irradiated to the amorphous silicon film, and a region irradiated with the laser light is sequentially crystallized. In the method, the irradiation with the laser beam is performed by heating the non-irradiated surface to a temperature of 450 ° C. or more.

 上記構成において、線上のビームを順次移動させて照射することで、必要とする領域に対して効果的にレーザー光を照射することができる。また非照射面の温度(加熱温度)の条件は普通600℃程度に制限される。しかしこの温度は、基板の材質によって限定されるものであり、さらに高い温度としてもよい。 (4) In the above configuration, by sequentially moving and irradiating the beam on the line, it is possible to effectively irradiate a laser beam to a required area. The condition of the temperature of the non-irradiated surface (heating temperature) is usually limited to about 600 ° C. However, this temperature is limited by the material of the substrate, and may be higher.

 結晶化を助長する金属元素の導入と加熱処理によって結晶化された結晶性珪素膜に対して、先の加熱処理時の温度の±100℃以内の温度に試料を加熱した状態で、レーザー光の照射によるアニールを施すことにより、結晶性をさらに高め、良好な結晶性を有する珪素膜を得ることができる。 The crystalline silicon film crystallized by the introduction of the metal element that promotes crystallization and the heat treatment is heated to a temperature within ± 100 ° C. of the temperature at the time of the previous heat treatment. By performing the annealing by irradiation, the crystallinity can be further improved, and a silicon film having good crystallinity can be obtained.

 また、結晶化を助長する金属元素の導入と加熱処理によって結晶化された結晶性珪素膜に対して、不純物イオンの注入を行い、さらに先の加熱処理時の温度の±100℃以内の温度に試料を加熱した状態で、レーザー光の照射によるアニールを施すことにより、不純物領域の形成を効果的に行うこができる。 In addition, impurity ions are implanted into the crystalline silicon film crystallized by the introduction of a metal element that promotes crystallization and the heat treatment, and the temperature is further reduced to within ± 100 ° C. of the temperature at the time of the previous heat treatment. By performing annealing by laser light irradiation in a state where the sample is heated, the impurity region can be effectively formed.

 また、450℃以上の温度に加熱した状態で非晶質珪素膜の一方から他方に向かって線状のレーザー光を照射することによって、レーザー光の照射に従って、順次結晶成長を行わすことができ、単結晶または単結晶と見なせる領域を形成することができる。 Further, by irradiating a linear laser beam from one side of the amorphous silicon film to the other while heating to a temperature of 450 ° C. or more, crystal growth can be performed sequentially according to the laser beam irradiation. , A single crystal or a region that can be regarded as a single crystal can be formed.

 特に結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素膜に導入した状態でレーザー光の照射を行うことで、結晶性がより高い領域(ほとんど単結晶と見なせる領域)を容易に形成することができる。またこの時、線状のレーザー光を移動させながら照射することで、結晶成長した終点に金属元素を偏析させることができ、結晶化した領域内における金属元素濃度を極力小さくすることができる。 In particular, by irradiating the amorphous silicon film with a metal element that promotes crystallization by laser light irradiation, a region having higher crystallinity (a region almost regarded as a single crystal) can be easily formed. . At this time, by irradiating the linear laser light while moving it, the metal element can be segregated at the crystal growth end point, and the metal element concentration in the crystallized region can be reduced as much as possible.

[実施の形態1]
 本実施の形態では、本明細書で開示する発明を実施する際に利用されるレーザー処理装置を示す。図1にレーザー処理装置の上面図を示す。図2に図1のA−A’で切った断面図を示す。図3に図1のB−B’で切った断面図を示す。またこのレーザー処理装置のブロック図を図4に示す。
[Embodiment 1]
In this embodiment mode, a laser processing apparatus used in carrying out the invention disclosed in this specification will be described. FIG. 1 shows a top view of the laser processing apparatus. FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. FIG. 4 is a block diagram of the laser processing apparatus.

 図1〜図3において、101で示されるのは、基板(試料)を搬入搬出するための搬送搬入室であり、レーザー光を照射する対象の珪素膜や作製工程途中の状態の薄膜トランジスタが形成された基板100が多数枚カセット105に収納された状態で収められている。基板の搬入搬出室101に基板を外部から出し入れする際には、基板100を収納したカセット105毎移動が行われる。 1 to 3, reference numeral 101 denotes a transfer chamber for loading and unloading a substrate (sample), in which a silicon film to be irradiated with laser light and a thin film transistor in a manufacturing process are formed. Substrate 100 is stored in a state of being stored in a multi-sheet cassette 105. When a substrate is taken in and out of the substrate loading / unloading chamber 101 from outside, the cassette 105 accommodating the substrate 100 is moved.

 102で示されるのは、基板を装置内において搬送するための搬送室であり、基板を一枚づつ搬送するためのロボットアーム106を備えている。このロボットアーム106は加熱手段を内蔵しており、基板を搬送中においても基板の温度(試料の温度)を一定に保つ工夫がなされている。 Reference numeral # 102 denotes a transfer chamber for transferring substrates in the apparatus, which is provided with a robot arm 106 for transferring substrates one by one. The robot arm 106 has a built-in heating means, and is designed to keep the temperature of the substrate (the temperature of the sample) constant even during the transfer of the substrate.

 また125は基板の位置合わせ用のアライメント手段であり、ロボットアームと基板との位置合わせを正確に行うための機能を有する。 Reference numeral 125 denotes an alignment means for aligning the substrate, which has a function for accurately aligning the robot arm with the substrate.

 103で示される室は、レーザー光を基板に対して照射するための室である。この室では、レーザー照射装置107から照射されたレーザー光108を合成石英の窓150を介して、基板が置かれるステージ109上に配置された基板上に照射することができる。ステージ109は、基板を加熱する手段を備えており、矢印で示されるように、1次元方向に移動する機能を有している。  The chamber indicated by # 103 is a chamber for irradiating the substrate with laser light. In this room, the laser light 108 emitted from the laser irradiation device 107 can be applied to the substrate placed on the stage 109 on which the substrate is placed, through the window 150 made of synthetic quartz. The stage 109 includes a unit for heating the substrate, and has a function of moving in a one-dimensional direction as indicated by an arrow.

 レーザー照射装置107は、例えばKrFエキシマレーザーを発振する機能を有し、図5に示すような光学系を内蔵している。この図5に示す光学系を通ることにより、レーザー光は、幅数ミリ〜数センチ、長さ数十センチの線状ビームに成形される。 The laser irradiation device 107 has a function of oscillating a KrF excimer laser, for example, and incorporates an optical system as shown in FIG. By passing through the optical system shown in FIG. 5, the laser beam is formed into a linear beam having a width of several millimeters to several centimeters and a length of several tens centimeters.

 104で示される室は、基板(試料)を加熱するための加熱室であり、基板100が多数枚収納される。多数枚収納された基板100は加熱手段(抵抗加熱手段)110によって所定の温度に加熱される。基板100はリフト111上に収納されており、必要なときにリフト111を上下させ、搬送室102内のロボットアーム106によって、基板100を搬送させることができる。 The chamber indicated by # 104 is a heating chamber for heating a substrate (sample), and accommodates a large number of substrates 100. A large number of substrates 100 are heated to a predetermined temperature by heating means (resistance heating means) 110. The substrate 100 is stored on a lift 111, and the lift 111 can be moved up and down as needed, and the substrate 100 can be transferred by the robot arm 106 in the transfer chamber 102.

 各室は密閉された構造を有し、排気系115〜118によって減圧状態、あるいは高真空状態とすることができる。各排気系には、独立して真空ポンプ119〜122が備えられている。また各室には、必要とする気体(例えば不活性気体)を供給するためのガス供給系112〜114、121を備えている。また各室は、ゲイトバルブ122〜124を備えており、各室の気密性を独立して高める構成となっている。 Each chamber has a closed structure, and can be brought into a reduced pressure state or a high vacuum state by the exhaust systems 115 to 118. Each exhaust system is independently provided with a vacuum pump 119-122. Each chamber is provided with gas supply systems 112 to 114 and 121 for supplying a required gas (for example, an inert gas). Each chamber is provided with gate valves 122 to 124 so that the airtightness of each chamber is independently increased.

[実施の形態2]
 本実施の形態においては、本明細書で開示するレーザー処理方法を用いて薄膜トランジスタを作製する例を示す。図6に結晶性珪素膜を得るまでの工程を示す。まず(A)に示すようにガラス基板601を用意し、その表面に下地膜として酸化珪素膜602を300nmの厚さにスパッタ法を用いて成膜する。ガラス基板としては、例えばコーニング7059ガラス基板を用いることができる。
[Embodiment 2]
In this embodiment, an example in which a thin film transistor is manufactured using a laser treatment method disclosed in this specification will be described. FIG. 6 shows steps until a crystalline silicon film is obtained. First, a glass substrate 601 is prepared as shown in FIG. 1A, and a silicon oxide film 602 is formed as a base film on the surface thereof to a thickness of 300 nm by a sputtering method. As the glass substrate, for example, a Corning 7059 glass substrate can be used.

 次に非晶質珪素膜(a−Si膜)603をプラズマCVD法または減圧熱CVD法によって50nmの厚さに成膜する。(図6(A)) Next, an amorphous silicon film (a-Si film) 603 is formed to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. (FIG. 6 (A))

 次に加熱処理を施し、非晶質珪素膜603を結晶化させ、結晶性珪素膜607を得る。このときの加熱温度は、450℃〜750℃程度の温度で行えばよい。しかし、ガラス基板の耐熱性の問題を考慮した場合、600℃以下の温度で行うことが必要である。また500℃以下の温度であると、結晶化に要する時間が数十時間以上となるので、生産性の観点から不利となる。ここでは、ガラス基板の耐熱性の問題、さらに加熱処理時間の問題に鑑み、550℃で4時間の加熱処理を行う。こうして結晶性珪素膜607が得られる。(図6(B)) Next, heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film 603 to obtain a crystalline silicon film 607. The heating temperature at this time may be about 450 ° C. to 750 ° C. However, in consideration of the problem of the heat resistance of the glass substrate, it is necessary to perform the heat treatment at a temperature of 600 ° C. or less. On the other hand, when the temperature is 500 ° C. or less, the time required for crystallization becomes several tens of hours or more, which is disadvantageous from the viewpoint of productivity. Here, in consideration of the problem of heat resistance of the glass substrate and the problem of the heat treatment time, heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours. Thus, a crystalline silicon film 607 is obtained. (FIG. 6 (B))

 加熱処理により結晶性珪素膜607を得たら、図1〜図3に示すレーザー処理装置を用いてレーザー光を照射し、結晶性珪素膜607の結晶化をさらに助長させる。以下にこのレーザー処理工程の概要を示す。 (4) After the crystalline silicon film 607 is obtained by the heat treatment, the crystalline silicon film 607 is further irradiated with a laser beam using the laser processing apparatus shown in FIGS. The outline of this laser processing step is shown below.

 まず図6(C)の状態を有する基板(試料)が多数枚収納されたカセット105を基板の搬入搬出室101に収納する。そして各室を高真空状態とする。またゲイトバルブは全て閉鎖されている状態とする。そして、ゲイトバルブ122を開け、ロボットアーム106によって、1枚の基板100をカセット105から取り出し、搬送室102に移送する。そしてゲイトバルブ124を開けロボットアーム106に保持された基板を加熱室104に移送する。この際、加熱室104は所定の温度に基板を加熱するように予め加熱された状態とする。 {Circle around (1)} First, the cassette 105 in which a large number of substrates (samples) having the state shown in FIG. Each chamber is brought into a high vacuum state. The gate valves are all closed. Then, the gate valve 122 is opened, and one substrate 100 is taken out of the cassette 105 by the robot arm 106 and transferred to the transfer chamber 102. Then, the gate valve 124 is opened to transfer the substrate held by the robot arm 106 to the heating chamber 104. At this time, the heating chamber 104 is preheated so as to heat the substrate to a predetermined temperature.

 加熱室104に基板を搬入後、再びロボットアーム106によって、次の基板をカセット105から取り出し、加熱室104に移送する。以上の動作を所定の回数繰り返すことにより、カセット105に収納された基板の全てを加熱室104に収納する。カセット105に収納された基板の全てを加熱室104に収納した後、ゲイトバルブ122と124とを閉鎖する。 After the substrate is carried into the heating chamber 104, the next substrate is taken out of the cassette 105 again by the robot arm 106 and transferred to the heating chamber 104. By repeating the above operation a predetermined number of times, all of the substrates stored in the cassette 105 are stored in the heating chamber 104. After all the substrates stored in the cassette 105 are stored in the heating chamber 104, the gate valves 122 and 124 are closed.

 そして、所定の時間が経過した後、ゲイトバルブ124を開け、所定の温度(ここでは500℃)になった基板をロボットアームによって搬送室102に引き出す。この際、ロボットアーム内に内蔵された加熱手段によって、移送中も基板は500℃に保たれる。そしてゲイトバルブ124閉める。さらにゲイトバルブ123を開け、この加熱された基板をレーザー光を照射するための室103に移送する。そしてゲイトバルブ123を閉める。 (4) After a predetermined time has elapsed, the gate valve 124 is opened, and the substrate having a predetermined temperature (here, 500 ° C.) is drawn out to the transfer chamber 102 by the robot arm. At this time, the substrate is kept at 500 ° C. during the transfer by the heating means built in the robot arm. Then, the gate valve 124 is closed. Further, the gate valve 123 is opened, and the heated substrate is transferred to the chamber 103 for irradiating a laser beam. Then, the gate valve 123 is closed.

 レーザー光は線状を有するものを用い、その線状のレーザー光の幅方向に基板ステージ109を動かすことにより、所定の面積に対してレーザー光を照射する。ここでは、図6(C)の状態において、図面の基板右端から左端へと、レーザー光がスイープされるように基板ステージ109を移動させレーザー光を照射する。ここでの基板ステージ109の移動速度は10cm/分とする。本実施の形態においては、基板ステージ109の温度を500℃に保った状態でレーザー光の照射を行う。 A laser beam having a linear shape is used, and a predetermined area is irradiated with the laser beam by moving the substrate stage 109 in the width direction of the linear laser beam. Here, in the state of FIG. 6C, the substrate stage 109 is moved from the right end to the left end of the drawing so that the laser light is swept, and the laser light is irradiated. Here, the moving speed of the substrate stage 109 is 10 cm / min. In this embodiment mode, laser light irradiation is performed while the temperature of the substrate stage 109 is kept at 500 ° C.

 レーザー光の照射終了後、ゲイトバルブ123を開け、基板ホルダーに保持された基板をロボットアーム106によって搬送室102に移送する。そしてゲイトバルブ123を閉める。そしてゲイトバルブ122を開け、基板を搬入搬出室101内のカセット105に収納する。この後ゲイトバルブ122は閉鎖する。 After the irradiation of the laser beam is completed, the gate valve 123 is opened, and the substrate held by the substrate holder is transferred to the transfer chamber 102 by the robot arm 106. Then, the gate valve 123 is closed. Then, the gate valve 122 is opened, and the substrate is stored in the cassette 105 in the loading / unloading chamber 101. Thereafter, the gate valve 122 closes.

 上記の動作を繰り返すことにより、加熱室に収納された複数の基板全てに対してレーザー光の照射を行うことができる。そして全ての基板に対するレーザー光の照射が終了後、カセット105に収納された基板をカセット毎基板の搬入搬出室101から装置の外部に取り出す。 レ ー ザ ー By repeating the above operation, all of the plurality of substrates accommodated in the heating chamber can be irradiated with laser light. After the irradiation of all the substrates with the laser beam is completed, the substrates housed in the cassette 105 are taken out of the apparatus from the loading / unloading chamber 101 for the substrates in each cassette.

 図6(C)に示すように、レーザー光の照射により、結晶性珪素膜の結晶性を助長させた後、パターニングを行うことにより、薄膜トランジスタの活性層701を形成する。(図7(A)) (6) As shown in FIG. 6 (C), the crystallinity of the crystalline silicon film is promoted by laser light irradiation, and then patterning is performed to form an active layer 701 of the thin film transistor. (FIG. 7A)

 次にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜702をスパッタ法またはプラズマCVD法で100nmの厚さに成膜する。次にスカンジウムを0.18wt%含有したアルミニウム膜を600nmの厚さに蒸着法で形成する。そしてパターニングを施すことにより、ゲイト電極703を形成する。ゲイト電極703を形成したら5%酒石酸が含まれたエチレングルコール溶液中においてゲイト電極703を陽極として陽極酸化を行い、アルミニウムの酸化物層704を形成する。この酸化物層の厚さは250nm程度とする。この酸化物層704の厚さで、後の不純物イオン注入工程において形成されるオフセットゲイト領域領域の長さが決定される。 Next, a silicon oxide film 702 functioning as a gate insulating film is formed to a thickness of 100 nm by a sputtering method or a plasma CVD method. Next, an aluminum film containing 0.18 wt% of scandium is formed to a thickness of 600 nm by a vapor deposition method. Then, a gate electrode 703 is formed by patterning. After the gate electrode 703 is formed, anodization is performed in an ethylene glycol solution containing 5% tartaric acid using the gate electrode 703 as an anode to form an aluminum oxide layer 704. The thickness of this oxide layer is about 250 nm. The thickness of the oxide layer 704 determines the length of the offset gate region formed in the subsequent impurity ion implantation step.

 さらに不純物イオン(ここではリンイオン)の注入をイオンドーピング法またはプラズマドーピング法によって活性層に注入する。この際、ゲイト電極703とその周囲の酸化物層704とがマスクとなって、705と709の領域に不純物イオンが注入されることとなる。こうしてソース領域705とドレイン領域709とが自己整合的に形成される。さらにチャネル形成領域707とオフセットゲイト領域706、708がやはり自己整合的に形成される。 Furthermore, impurity ions (here, phosphorus ions) are implanted into the active layer by ion doping or plasma doping. At this time, the gate electrode 703 and the surrounding oxide layer 704 serve as a mask, and impurity ions are implanted into the regions 705 and 709. Thus, the source region 705 and the drain region 709 are formed in a self-aligned manner. Further, a channel forming region 707 and offset gate regions 706 and 708 are formed in a self-aligned manner.

 そして、レーザー光の照射を行い、ソース領域705とドレイン領域709の再結晶化と注入された不純物の活性化を行う。このレーザー光の照射の代わりに強光の照射を行ってもよい。ここで行うソース/ドレイン領域へのレーザー光の照射を図1〜図3に示す装置で行う。またこのレーザー光の照射においては、基板を500℃の温度に加熱した状態で行う。 (4) Then, laser light irradiation is performed to recrystallize the source region 705 and the drain region 709 and activate the implanted impurities. Intense light irradiation may be performed instead of the laser light irradiation. Irradiation of laser light to the source / drain regions performed here is performed by the apparatus shown in FIGS. The irradiation with the laser beam is performed while the substrate is heated to a temperature of 500 ° C.

 レーザー光の照射によるアニールの終了後、層間絶縁膜として酸化珪素膜710をプラズマCVD法で700nmの厚さに成膜する。そして孔開け工程を経て、ソース電極711とドレイン電極712を適当な金属(例えばアルミニウム)やその他適当な導電材料を用いて形成する。最後に水素雰囲気中において、350℃の加熱処理を1時間施すことにより、図7(C)に示す薄膜トランジスタを完成させる。 (4) After the completion of the annealing by laser light irradiation, a silicon oxide film 710 is formed as an interlayer insulating film to a thickness of 700 nm by a plasma CVD method. Then, through a hole forming step, the source electrode 711 and the drain electrode 712 are formed using a suitable metal (for example, aluminum) or another suitable conductive material. Finally, heat treatment is performed at 350 ° C. for one hour in a hydrogen atmosphere, so that the thin film transistor illustrated in FIG. 7C is completed.

[実施の形態3]
 本実施の形態では、非晶質珪素膜に対してレーザー光の照射を行うことによって、単結晶あるいは単結晶に極めて近いと見なせる結晶性を有する領域を形成し、その領域を利用して薄膜トランジスタの活性層を形成することを特徴とする。
[Embodiment 3]
In this embodiment, the amorphous silicon film is irradiated with laser light to form a single crystal or a region having crystallinity that can be regarded as very close to a single crystal. An active layer is formed.

 図8に単結晶あるいは単結晶に極めて近いと見なせる結晶性を有する領域を形成する工程を示す。まずガラス基板601上に下地膜として酸化珪素膜602をスパッタ法により300nmの厚さに成膜する。さらに非晶質珪素膜603を50nmの厚さにプラズマCVD法または減圧熱CVD法で成膜する。(図8(A)) FIG. 8 shows a process of forming a single crystal or a region having crystallinity that can be regarded as very close to a single crystal. First, a silicon oxide film 602 is formed as a base film to a thickness of 300 nm over a glass substrate 601 by a sputtering method. Further, an amorphous silicon film 603 is formed to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. (FIG. 8A)

 そして、図1〜図3に示す装置を用いてレーザー光の照射を行う。このレーザー光の照射に際しては、試料を500℃の温度に加熱した状態で、線状のレーザー光810を図面の奥行き方向が長手方向となるようにして、811で示される方向に移動(スイープ)させていく。この移動速度は1mm〜10cm/分程度の極めてゆっくりとしたものとする。この時、812で示す領域においては、加熱によって結晶核または結晶化した領域が形成される。 Then, laser light irradiation is performed using the apparatus shown in FIGS. At the time of this laser beam irradiation, the linear laser beam 810 is moved in the direction indicated by 811 (sweep) so that the depth direction of the drawing becomes the longitudinal direction while the sample is heated to a temperature of 500 ° C. Let me do it. This moving speed is extremely slow, about 1 mm to 10 cm / min. At this time, in the region indicated by 812, a crystal nucleus or a crystallized region is formed by heating.

 線状のレーザー光を811で示されるように移動させていくと、ニッケルが微量に導入された領域812から813で示されるように結晶成長が行われていく。この813で示される結晶成長は、結晶核あるいは結晶領域が形成されている812の領域からエピタキシャル成長あるはピタキシャル成長と見なせる状態で進行していく。(図8(B)) As the レ ー ザ ー -line laser light is moved as shown by 811, crystal growth is performed as shown by regions 812 to 813 into which a small amount of nickel is introduced. The crystal growth indicated by 813 proceeds from the region 812 where the crystal nucleus or crystal region is formed in a state that can be regarded as epitaxial growth or epitaxial growth. (FIG. 8 (B))

 この結晶化は、レーザー光が照射された領域が溶融し、先に結晶化した領域からこの溶融した領域へと結晶がエピタキシャル成長(またはエピタキシャル成長と見なせる成長)していくことによって行われる。そして、線状のレーザー光810を811で示されるように移動させて行くことで、この結晶成長が813で示されるようい順次進行していく。また結晶化を助長する金属元素であるニッケルは、珪素が溶融した領域に偏析するので、813で示される結晶化が進行していくに従って、その結晶成長した先端部にニッケル元素が集中する。従って、結晶化した領域814の中央部においては、ニッケル濃度を低くすることができる。(図8(C)) The crystallization is performed by melting the region irradiated with the laser beam and growing the crystal epitaxially (or growth that can be regarded as epitaxial growth) from the previously crystallized region to the melted region. Then, by moving the linear laser light 810 as indicated by 811, the crystal growth proceeds sequentially as indicated by 813. Nickel, which is a metal element that promotes crystallization, segregates in the region where silicon is melted, so that as the crystallization indicated by 813 proceeds, the nickel element concentrates at the tip where the crystal has grown. Therefore, the nickel concentration can be reduced in the central portion of the crystallized region 814. (FIG. 8 (C))

 以下においてこのレーザー光の照射工程を説明する。まず図8(A)の状態を有する基板(試料)が多数枚収納されたカセット105を基板の搬入搬出室101に収納する。そして各室を高真空状態とする。またゲイトバルブは全て閉鎖されている状態とする。そして、ゲイトバルブ122を開け、ロボットアーム106によって、1枚の基板100をカセット105から取り出し、搬送室102に移送する。そしてゲイトバルブ124を開けロボットアーム106に保持された基板を加熱室104に移送する。この際、加熱室104は所定の温度(500℃)に基板を加熱するように予め加熱された状態とする。 レ ー ザ ー Hereinafter, the laser beam irradiation step will be described. First, a cassette 105 containing a large number of substrates (samples) having the state shown in FIG. 8A is stored in the substrate loading / unloading chamber 101. Each chamber is brought into a high vacuum state. The gate valves are all closed. Then, the gate valve 122 is opened, and one substrate 100 is taken out of the cassette 105 by the robot arm 106 and transferred to the transfer chamber 102. Then, the gate valve 124 is opened to transfer the substrate held by the robot arm 106 to the heating chamber 104. At this time, the heating chamber 104 is preheated so as to heat the substrate to a predetermined temperature (500 ° C.).

 加熱室104に基板を搬入後、再びロボットアーム106によって、次の基板をカセット105から取り出し、加熱室104に移送する。以上の動作を所定の回数繰り返すことにより、カセット105に収納された基板の全てを加熱室104に収納する。 After the substrate is carried into the heating chamber 104, the next substrate is taken out of the cassette 105 again by the robot arm 106 and transferred to the heating chamber 104. By repeating the above operation a predetermined number of times, all of the substrates stored in the cassette 105 are stored in the heating chamber 104.

 そして、所定の時間が経過した後、ゲイトバルブ124を開け、所定の温度(ここでは500℃)になった基板をロボットアーム106によって搬送室102に引き出す。この際、ロボットアーム内に内蔵された加熱手段によって、移送中も基板は500℃に保たれる。そしてゲイトバルブ124閉める。さらにゲイトバルブ123を開け、この加熱された基板をレーザー光を照射するための室103に移送する。そしてゲイトバルブ123を閉める。 {Circle around (4)} After a predetermined time has elapsed, the gate valve 124 is opened, and the substrate at a predetermined temperature (here, 500 ° C.) is drawn out into the transfer chamber 102 by the robot arm 106. At this time, the substrate is kept at 500 ° C. during the transfer by the heating means built in the robot arm. Then, the gate valve 124 is closed. Further, the gate valve 123 is opened, and the heated substrate is transferred to the chamber 103 for irradiating a laser beam. Then, the gate valve 123 is closed.

 レーザー光は線状を有するものを用い、その線状のレーザー光の幅方向に基板ステージ109を動かすことにより、所定の面積にレーザー光を照射する。ここでは、図8(B)の状態において、図面の基板右側から左側へと、レーザー光がスイープされるように基板ステージ109を移動させレーザー光を照射する。ここでの基板ステージ109の移動速度は1cm/分とする。本実施の形態においては、基板ステージ109の温度を500℃に保った状態でレーザー光の照射を行う。 (4) A laser beam having a linear shape is used, and a predetermined area is irradiated with the laser beam by moving the substrate stage 109 in the width direction of the linear laser beam. Here, in the state of FIG. 8B, the laser light is irradiated by moving the substrate stage 109 so that the laser light is swept from the right side to the left side of the substrate in the drawing. Here, the moving speed of the substrate stage 109 is 1 cm / min. In this embodiment mode, laser light irradiation is performed while the temperature of the substrate stage 109 is kept at 500 ° C.

 レーザー光の照射終了後、ゲイトバルブ123を開け、基板ホルダーに保持された基板をロボットアーム106によって搬送室102に移送する。そしてゲイトバルブ123を閉める。そしてゲイトバルブ122を開け、基板を搬入搬出室101内のカセット105に収納する。この後ゲイトバルブ122は閉鎖する。 After the irradiation of the laser beam is completed, the gate valve 123 is opened, and the substrate held by the substrate holder is transferred to the transfer chamber 102 by the robot arm 106. Then, the gate valve 123 is closed. Then, the gate valve 122 is opened, and the substrate is stored in the cassette 105 in the loading / unloading chamber 101. Thereafter, the gate valve 122 closes.

 上記の動作を繰り返すことにより、加熱室に収納された複数の基板全てに対してレーザー光の照射を行うことができる。そして全ての基板に対するレーザー光の照射が終了後、カセット105に収納された基板をカセット毎基板の搬入搬出室101から装置の外部に取り出す。 レ ー ザ ー By repeating the above operation, all of the plurality of substrates accommodated in the heating chamber can be irradiated with laser light. After the irradiation of all the substrates with the laser beam is completed, the substrates housed in the cassette 105 are taken out of the apparatus from the loading / unloading chamber 101 for the substrates in each cassette.

 本実施の形態においては、加熱室104に1枚目の基板を搬入する時から最後の基板を加熱室104に搬入するまでの時間と、加熱室104から1枚目の基板を取り出し、レーザー光の照射を行う室103へ基板を搬送し始める時から最後の基板を加熱室104から取り出し、レーザー光の照射を行う室103へこの基板を搬送し始める時までの時間とを同じものとする。こうすると、加熱室に基板が保持されている時間を全ての基板において同一なものとすることができる。 In this embodiment mode, the time from when the first substrate is carried into the heating chamber 104 to when the last substrate is carried into the heating chamber 104, the first substrate is taken out of the heating chamber 104, and laser light Is the same as the time from when the substrate is transferred to the chamber 103 where the laser beam irradiation is started to when the last substrate is taken out of the heating chamber 104 and when the substrate is transferred to the chamber 103 where the laser light is irradiated. Thus, the time during which the substrate is held in the heating chamber can be the same for all substrates.

 基板上には、非晶質珪素膜が形成されており、500℃の温度では短時間において、容易に結晶核が生成され、結晶化が進行してしまう。従って、加熱室104内に保持される時間は、全ての基板において極力同じ時間とすることが均一な結晶性珪素膜を得るためには重要となる。 (4) Since an amorphous silicon film is formed on the substrate, crystal nuclei are easily generated at a temperature of 500 ° C. in a short time, and crystallization proceeds. Therefore, it is important that the time kept in the heating chamber 104 be the same as long as possible for all substrates in order to obtain a uniform crystalline silicon film.

 このようにして、単結晶または単結晶と見なせる領域814を得ることができる。この単結晶と見なせる領域は、水素を1016〜1020cm-3含んでおり、内部の欠陥が水素でターミネイトされた構造を有している。 In this manner, a single crystal or a region 814 that can be regarded as a single crystal can be obtained. The region that can be regarded as a single crystal contains hydrogen at 10 16 to 10 20 cm −3 , and has a structure in which internal defects are terminated by hydrogen.

 この領域は、非常に大きな結晶粒であると見なすことができる。またこの領域は、さらに大きくすることもできる。 This region can be considered as a very large crystal grain. This area can also be larger.

 図8(C)に示すように、単結晶または単結晶と見なせる領域814を得たら、この領域を用いて薄膜トランジスタの活性層を形成する。即ち、パターニングを行い図9(A)の701で示す活性層を形成する。またこのパターニングの際に、極薄の酸化膜802を除去する。さらにゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜702をスパッタ法またはプラズマCVD法で100nmの厚さに成膜する。(図9(A)) {Circle over (4)} As shown in FIG. 8C, when a region 814 that can be regarded as a single crystal or a single crystal is obtained, an active layer of a thin film transistor is formed using this region. That is, patterning is performed to form an active layer indicated by 701 in FIG. At the time of this patterning, the extremely thin oxide film 802 is removed. Further, a silicon oxide film 702 functioning as a gate insulating film is formed to a thickness of 100 nm by a sputtering method or a plasma CVD method. (FIG. 9A)

 次にスカンジウムを0.18wt%含有したアルミニウム膜を600nmの厚さに電子ビーム蒸着法で形成する。そしてパターニングを施すことにより、ゲイト電極703を形成する。ゲイト電極703を形成したら5%酒石酸が含まれたエチレングルコール溶液中においてゲイト電極703を陽極として陽極酸化を行い、アルミニウムの酸化物層704を形成する。この酸化物層の厚さは250nm程度とする。この酸化物層704の厚さで、後の不純物イオン注入工程において形成されるオフセットゲイト領域の長さが決定される。(図9(B)) Next, an aluminum film containing 0.18 wt% of scandium is formed to a thickness of 600 nm by electron beam evaporation. Then, a gate electrode 703 is formed by patterning. After the gate electrode 703 is formed, anodization is performed in an ethylene glycol solution containing 5% tartaric acid using the gate electrode 703 as an anode to form an aluminum oxide layer 704. The thickness of this oxide layer is about 250 nm. The length of the offset gate region formed in a later impurity ion implantation step is determined by the thickness of the oxide layer 704. (FIG. 9 (B))

 さらに不純物イオン(ここではリンイオン)の注入をイオンドーピング法またはプラズマドーピング法によって活性層に注入する。この際、ゲイト電極703とその周囲の酸化物層704とがマスクとなって、705と709の領域に不純物イオンが注入されることとなる。こうしてソース領域705とドレイン領域709とが自己整合的に形成される。さらにチャネル形成領域707とオフセットゲイト領域706、708がやはり自己整合的に形成される。(図9(C)) Furthermore, impurity ions (here, phosphorus ions) are implanted into the active layer by ion doping or plasma doping. At this time, the gate electrode 703 and the surrounding oxide layer 704 serve as a mask, and impurity ions are implanted into the regions 705 and 709. Thus, the source region 705 and the drain region 709 are formed in a self-aligned manner. Further, a channel forming region 707 and offset gate regions 706 and 708 are formed in a self-aligned manner. (FIG. 9 (C))

 そして、図1〜図3に示すレーザー処理装置を用いてレーザー光の照射を行い、ソース領域705とドレイン領域709の再結晶化と注入された不純物の活性化を行う。 Then, laser light irradiation is performed using the laser processing apparatus shown in FIGS. 1 to 3 to recrystallize the source region 705 and the drain region 709 and activate the implanted impurities.

 レーザー光の照射によるアニールの終了後、層間絶縁膜として酸化珪素膜710をプラズマCVD法で700nmの厚さに成膜する。そして孔開け工程を経て、ソース電極711とドレイン電極712を適当な金属(例えばアルミニウム)やその他適当な導電材料を用いて形成する。最後に水素雰囲気中において、350℃の加熱処理を1時間施すことにより、図9(D)に示す薄膜トランジスタを完成させる。 (4) After the completion of the annealing by laser light irradiation, a silicon oxide film 710 is formed as an interlayer insulating film to a thickness of 700 nm by a plasma CVD method. Then, through a hole forming step, the source electrode 711 and the drain electrode 712 are formed using a suitable metal (for example, aluminum) or another suitable conductive material. Finally, heat treatment is performed at 350 ° C. for one hour in a hydrogen atmosphere, so that the thin film transistor illustrated in FIG. 9D is completed.

 本実施の形態に示す薄膜トランジスタは、単結晶または単結晶と見なせる領域を利用して活性層を構成するので、活性層内に結晶粒界が実質的に存在せず、薄膜トランジスタの動作において結晶粒界の影響を受けない構成とすることができる。 In the thin film transistor described in this embodiment, the active layer is formed using a single crystal or a region that can be regarded as a single crystal; therefore, a crystal grain boundary does not substantially exist in the active layer, and a crystal grain boundary is generated in the operation of the thin film transistor. Can be configured not to be affected by the above.

 本実施の形態で示す構成では、一列に並んだ複数の薄膜トランジスタを形成する際に効果的に利用できる。例えば、図11(D)に示す薄膜トランジスタを図面の奥行き方向に1列に多数個同時に作製する際に利用することができる。このような多数個の薄膜トランジスタが列を成して形成されている構成は、液晶電気光学装置の周辺回路(シフトレジスタ回路等)に利用することができる。またこのような単結晶または単結晶と見なせる結晶性珪素膜を用いた薄膜トタンジスタは、アナログバッファアンプ等に利用するのに有用なものとなる。 The structure described in this embodiment can be effectively used when forming a plurality of thin film transistors arranged in a line. For example, it can be used when a plurality of thin film transistors illustrated in FIG. 11D are simultaneously manufactured in one row in a depth direction of the drawing. Such a configuration in which a large number of thin film transistors are formed in a row can be used for a peripheral circuit (such as a shift register circuit) of a liquid crystal electro-optical device. Further, such a thin film transistor using a single crystal or a crystalline silicon film which can be regarded as a single crystal is useful for use in an analog buffer amplifier or the like.

[実施の形態4]
 本実施の形態は、レーザー光の照射による結晶化のメカニズムを巧みに利用して、より単結晶に近い(結晶性の良好な)結晶性珪素膜を効率よく得る例である。
[Embodiment 4]
This embodiment is an example in which a crystalline silicon film closer to a single crystal (having good crystallinity) is efficiently obtained by skillfully utilizing a mechanism of crystallization by laser light irradiation.

 図10に本実施の形態の作製工程を示す。まずガラス基板601上に下地の酸化珪素膜602を300nmの厚さにスパッタ法で成膜する。そして非晶質珪素膜603を50nmの厚さにプラズマCVD法または減圧熱CVD法で成膜する。次に酸化珪素膜でマスクを形成する。この酸化珪素膜は、スパッタ法やプラズマCVD法で成膜されるものを用いてよいが、酸化珪素系被膜形成用塗布液を用いて形成するのでもよい。これは、溶液状態のものを100〜300℃程度の加熱によって固化するタイプのもので、例えば東京応化のOCD(Ohka Diffusion Source) 溶液を用いることができる。この酸化珪素膜815は、802で示す領域において図面奥行き方向に長手方向を有するスリット状を有しており、このスリット状の領域802で非晶質珪素膜603の表面(を露呈する構成となっている。このスリット状の領域は、必要とする長さで数μ〜数十μの幅で設ければよい。(図10(A)) FIG. 10 shows a manufacturing process of this embodiment mode. First, an underlying silicon oxide film 602 is formed to a thickness of 300 nm over a glass substrate 601 by a sputtering method. Then, an amorphous silicon film 603 is formed to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. Next, a mask is formed with a silicon oxide film. The silicon oxide film may be formed by a sputtering method or a plasma CVD method, but may be formed by using a coating liquid for forming a silicon oxide-based film. This is a type in which a solution state is solidified by heating at about 100 to 300 ° C. For example, an OCD (Ohka Diffusion Source) solution manufactured by Tokyo Ohka can be used. The silicon oxide film 815 has a slit shape having a longitudinal direction in the depth direction of the drawing in a region indicated by 802, and the surface of the amorphous silicon film 603 is exposed in the slit region 802. The slit-shaped region may be provided with a required length and a width of several μ to several tens μ (FIG. 10A).

 そして図10(B)に示すように線状のレーザー光を811で示す方向に移動(スイープ)させながら照射する。この線状のレーザー光は、図面の奥行き方向に長手方向を有する形状に図5に示す光学系を用いて成形されている。 Then, as shown in FIG. 10B, the linear laser light is irradiated while moving (sweeping) in the direction indicated by 811. This linear laser light is formed into a shape having a longitudinal direction in the depth direction of the drawing by using the optical system shown in FIG.

 このレーザー光810の照射は、試料を500℃に加熱し、移動速度を1mm〜10cm/分程度の極めてゆっくりとしたものとして行う。この時、812で示す領域においては、加熱によって結晶核または結晶化した領域が形成される。この結晶核の生成や結晶化した領域が形成されるのは、ニッケル元素の作用によるものである。レーザー光の照射工程については、実施の形態3の場合と同様である。 The irradiation of the laser beam 810 is performed by heating the sample to 500 ° C. and moving the sample at a very low speed of about 1 mm to 10 cm / min. At this time, in the region indicated by 812, a crystal nucleus or a crystallized region is formed by heating. The generation of the crystal nuclei and the formation of the crystallized region are due to the action of the nickel element. The laser light irradiation step is the same as in the third embodiment.

 線状のレーザー光を811で示されるように移動させながら照射すると、812で示される領域は、その表面に酸化珪素膜が存在しないので、レーザー光の照射後急速に冷却される。そしてレーザー光が移動していった先の非晶質珪素膜は上下を酸化珪素膜によって挟まれているので、熱の逃げ場がなく、瞬間的に高い温度に加熱される。即ち結晶構造を有する冷たい812の領域と、高熱で溶融状態にある領域とが存在することになる。当然その両者の間には、急激な温度勾配が生じることとなる。この温度勾配の作用によって結晶成長が促進され、813で示されるようにエピタキシャル成長と見なせる結晶成長が順次進行していく。そして、単結晶または単結晶と見なせる領域814を得ることができる。 When the linear laser light is irradiated while being moved as indicated by 811, the region indicated by 812 is rapidly cooled after the irradiation with the laser light because the silicon oxide film does not exist on the surface thereof. Since the amorphous silicon film to which the laser beam has moved has been sandwiched between the silicon oxide films on the upper and lower sides, there is no escape for heat, and the film is instantaneously heated to a high temperature. That is, there are a cold region 812 having a crystal structure and a region in a molten state with high heat. Naturally, a sharp temperature gradient occurs between the two. Crystal growth is promoted by the action of this temperature gradient, and crystal growth that can be regarded as epitaxial growth proceeds as indicated by 813. Then, a single crystal or a region 814 that can be regarded as a single crystal can be obtained.

 本実施の形態で示すような構成は、成長開始点における成長の開始の容易さを実現することができ、部分的にではあるが、単結晶または単結晶と見なせる領域を形成することができる。 構成 The structure described in this embodiment mode can facilitate the start of growth at the growth start point, and can form, although partially, a single crystal or a region that can be regarded as a single crystal.

 こうして図10(C)の814で示されるような単結晶または単結晶と見なせる領域を得ることができる。この単結晶または単結晶と見なせる領域は数十μm以上の長さに渡って形成することが可能であり、この領域を用いて単結晶薄膜トランジスタを形成することが可能である。 Thus, a single crystal or a region which can be regarded as a single crystal as shown by 814 in FIG. 10C can be obtained. This single crystal or a region that can be regarded as a single crystal can be formed over a length of several tens of μm or more, and a single crystal thin film transistor can be formed using this region.

[実施の形態5]
 本明細書に開示する発明を用いて、より高度なアクティブマトリクス型液晶ディスプレーシステムを構築する例を図11に示す。図11の例は、一対の基板間に液晶を挟持した構成を有する液晶ディスプレーの少なくとも一方の基板上に、通常のコンピュータのメインボードに取り付けられている半導体チップを固定することによって、小型化、軽量化、薄型化をおこなった例である。
[Embodiment 5]
FIG. 11 shows an example of constructing a more advanced active matrix liquid crystal display system using the invention disclosed in this specification. In the example of FIG. 11, a semiconductor chip mounted on a main board of an ordinary computer is fixed on at least one substrate of a liquid crystal display having a configuration in which a liquid crystal is sandwiched between a pair of substrates, thereby reducing the size. This is an example of weight reduction and thinning.

 以下、図11について説明する。基板15は液晶ディスプレーの基板でもあり、その上にはTFT11、画素電極12、補助容量13を具備する画素が多数形成されたアクティブマトリクス回路14と、それを駆動するためのXデコーダー/ドライバー、Yデコーダー/ドライバー、XY分岐回路がTFTによって形成されている。勿論、TFTとして本明細書で開示する発明を利用することができる。 Hereinafter, FIG. 11 will be described. The substrate 15 is also a substrate of a liquid crystal display, on which an active matrix circuit 14 in which a number of pixels each having a TFT 11, a pixel electrode 12, and an auxiliary capacitor 13 are formed, an X decoder / driver for driving the active matrix circuit 14, and Y A decoder / driver and an XY branch circuit are formed by TFTs. Of course, the invention disclosed in this specification can be used as a TFT.

 そして基板15上に、さらに他のチップを取り付ける。そして、これらのチップはワイヤボンディング法、COG(チップ・オン・グラス)法等の手段によって、基板15上の回路に接続される。図11において、補正メモリー、メモリー、CPU、入力ポートは、このようにして取り付けられたチップであり、この他にも様々なチップを取り付けてもよい。 (5) Then, another chip is mounted on the substrate 15. These chips are connected to circuits on the substrate 15 by means such as a wire bonding method and a COG (chip-on-glass) method. In FIG. 11, the correction memory, the memory, the CPU, and the input port are chips mounted in this way, and various other chips may be mounted.

 図11において、入力ポートとは、外部から入力された信号を読み取り、画像用信号に変換する回路である。補正メモリーは、アクティブマトリクスパネルの特性に合わせて入力信号等を補正するためのパネルに固有のメモリーのことである。特に、この補正メモリーは、各画素固有の情報を不揮発性メモリーとして有し、個別に補正するためのものである。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥のある場合には、その点の周囲の画素にそれに合わせて補正した信号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立たなくする。または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合には、その画素により大きな信号を送って、周囲の画素と同じ明るさとなるようにするものである。画素の欠陥情報はパネルごとに異なるので、補正メモリーに蓄積されている情報はパネルごとに異なる。 In FIG. 11, the input port is a circuit that reads a signal input from the outside and converts the signal into an image signal. The correction memory is a memory unique to a panel for correcting an input signal or the like in accordance with the characteristics of the active matrix panel. In particular, this correction memory has information unique to each pixel as a non-volatile memory, and is used for individual correction. That is, when a pixel of the electro-optical device has a point defect, a signal corrected in accordance with the defect is sent to pixels around the point to cover the point defect and make the defect inconspicuous. Alternatively, when a pixel is darker than the surrounding pixels, a larger signal is sent to the pixel so as to have the same brightness as the surrounding pixels. Since the pixel defect information differs for each panel, the information stored in the correction memory differs for each panel.

 CPUとメモリーは通常のコンピュータのものとその機能は同様で、特にメモリーは各画素に対応した画像メモリーをRAMとして持っている。これらのチップはいずれもCMOS型のものである。 The functions of the CPU and the memory are the same as those of an ordinary computer, and in particular, the memory has an image memory corresponding to each pixel as a RAM. These chips are all CMOS type.

 また必要とする集積回路の少なくとも一部を本明細書で開示する発明で構成し、システムの薄膜をさらに高めてもよい。 Also, at least a part of a required integrated circuit may be constituted by the invention disclosed in this specification, and the thin film of the system may be further enhanced.

 以上のように、液晶ディスプレー基板にCPU、メモリーまでもが形成され、1枚の基板で簡単なパーソナルコンピュータのような電子装置を構成することは、液晶表示システムを小型化し、その応用範囲を広げるために非常に有用である。 As described above, even a CPU and a memory are formed on a liquid crystal display substrate, and configuring an electronic device such as a simple personal computer with one substrate reduces the size of a liquid crystal display system and expands its application range. Very useful for.

 図11に示す回路、あるいは必要とする回路に本明細書で開示する発明を利用した薄膜トランジスタを用いることができる。特に単結晶または単結晶と見なせる領域を用いて作製した薄膜トランジスタをアナログバッファやその他回路に利用することは有用である。 薄膜 ト ラ ン ジ ス タ A thin film transistor using the invention disclosed in this specification can be used for the circuit illustrated in FIG. 11 or a necessary circuit. In particular, it is useful to use a thin film transistor manufactured using a single crystal or a region which can be regarded as a single crystal for an analog buffer or other circuits.

レーザー処理装置の上面図。FIG. 3 is a top view of the laser processing apparatus. レーザー処理装置の断面図。Sectional drawing of a laser processing apparatus. レーザー処理装置の断面図。Sectional drawing of a laser processing apparatus. レーザー処理装置のブロック図。FIG. 3 is a block diagram of a laser processing device. レーザー処理装置のレーザー光学系を示す図。The figure which shows the laser optical system of a laser processing apparatus. 基板上に結晶性珪素膜を作製する工程図。FIG. 4 is a process chart for manufacturing a crystalline silicon film over a substrate. 薄膜トランジスタの作製工程図。4A to 4C are manufacturing process diagrams of a thin film transistor. 基板上に結晶性珪素膜を作製する工程図。FIG. 4 is a process chart for manufacturing a crystalline silicon film over a substrate. 薄膜トランジスタの作製工程図。4A to 4C are manufacturing process diagrams of a thin film transistor. 基板上に結晶性珪素膜を作製する工程図。FIG. 4 is a process chart for manufacturing a crystalline silicon film over a substrate. 液晶ディスプレーのシステムの概略を示す図。The figure which shows the outline of the system of a liquid crystal display.

符号の説明Explanation of reference numerals

 601 ガラス基板
 602 酸化珪素膜(下地膜)
 603 非晶質珪素膜
 607 結晶性珪素膜
 701 活性層
 702 酸化珪素膜(ゲイト絶縁膜)
 703 アルミニウムを主成分とするゲイト電極
 704 陽極酸化物層
 705 ソース領域
 706 オフセットゲイト領域
 707 チャネル形成領域
 708 オフセットゲイト領域
 709 ドレイン領域
 710 層間絶縁膜
 711 ソース電極
 712 ドレイン電極
 802 露呈した領域
 803 結晶成長方向
 801 レジストマスク
 810 線状のレーザー光
 811 線上のレーザー光の移動方向
 812 結晶核または結晶性を有する領域
 814 単結晶または単結晶と見なせる領域
 815 酸化珪素膜で構成されるマスク


601 Glass substrate 602 Silicon oxide film (underlying film)
603 Amorphous silicon film 607 Crystalline silicon film 701 Active layer 702 Silicon oxide film (gate insulating film)
703 Gate electrode mainly composed of aluminum 704 Anodized oxide layer 705 Source region 706 Offset gate region 707 Channel formation region 708 Offset gate region 709 Drain region 710 Interlayer insulating film 711 Source electrode 712 Drain electrode 802 Exposed region 803 Crystal growth direction Reference numeral 801 Resist mask 810 Linear laser light 811 Moving direction of laser light on a line 812 Crystal nucleus or crystalline region 814 Single crystal or region regarded as single crystal 815 Mask composed of silicon oxide film


Claims (6)

 基板上に非晶質珪素膜を形成し、
 前記非晶質珪素膜を線状レーザー光を移動させながら照射することにより、前記非晶質珪素膜を結晶化して結晶質珪素膜を形成し、
 前記結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタの活性層を形成し、
 前記非晶質珪素膜の結晶化は、前記線状レーザー光を移動させていくことにより、前記線状レーザー光の移動方向に結晶成長が順次進行していくことによって行われ、
 前記結晶成長は、エピタキシャル成長またはエピタキシャル成長とみなせる状態で進行することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming an amorphous silicon film on the substrate,
By irradiating the amorphous silicon film while moving a linear laser beam, the amorphous silicon film is crystallized to form a crystalline silicon film,
Forming an active layer of a thin film transistor using the crystalline silicon film,
The crystallization of the amorphous silicon film is performed by moving the linear laser light so that crystal growth proceeds sequentially in the moving direction of the linear laser light,
The method for manufacturing a thin film transistor, wherein the crystal growth proceeds in an epitaxial growth or in a state considered as an epitaxial growth.
 基板上に非晶質珪素膜を形成し、
 前記非晶質珪素膜に結晶化を助長する元素を導入し、
 前記結晶化を助長する元素が導入された非晶質珪素膜を線状レーザー光を移動させながら照射することにより、前記非晶質珪素膜を結晶化して結晶質珪素膜を形成し、
 前記結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタの活性層を形成し、
 前記非晶質珪素膜の結晶化は、前記線状レーザー光を移動させていくことにより、前記非晶質珪素膜の前記結晶化を助長する元素が導入された領域から、前記線状レーザー光の移動方向に結晶成長が順次進行していくことによって行われ、
 前記結晶成長は、エピタキシャル成長またはエピタキシャル成長とみなせる状態で進行することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming an amorphous silicon film on the substrate,
Introducing an element that promotes crystallization into the amorphous silicon film,
By irradiating the amorphous silicon film in which the element promoting the crystallization is introduced while moving a linear laser beam, the amorphous silicon film is crystallized to form a crystalline silicon film,
Forming an active layer of a thin film transistor using the crystalline silicon film,
The crystallization of the amorphous silicon film is performed by moving the linear laser light so that the linear laser light is moved from a region where the element promoting the crystallization of the amorphous silicon film is introduced. The crystal growth proceeds sequentially in the moving direction of
The method for manufacturing a thin film transistor, wherein the crystal growth proceeds in an epitaxial growth or in a state considered as an epitaxial growth.
 基板上に非晶質珪素膜を形成し、
 前記非晶質珪素膜を線状レーザー光を移動させながら照射することにより、前記非晶質珪素膜を結晶化して結晶質珪素膜を形成し、
 前記結晶質珪素膜をパターニングして薄膜トランジスタの活性層を形成し、
 前記活性層上にゲイト絶縁膜を介してゲイト電極を形成し、
 前記非晶質珪素膜の結晶化は、前記線状レーザー光を移動させていくことにより、前記非晶質珪素膜の前記結晶化を助長する元素が導入された領域から、前記線状レーザー光の移動方向に結晶成長が順次進行していくことによって行われ、
 前記結晶成長は、エピタキシャル成長またはエピタキシャル成長とみなせる状態で進行することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming an amorphous silicon film on the substrate,
By irradiating the amorphous silicon film while moving a linear laser beam, the amorphous silicon film is crystallized to form a crystalline silicon film,
Patterning the crystalline silicon film to form an active layer of a thin film transistor,
Forming a gate electrode on the active layer via a gate insulating film;
The crystallization of the amorphous silicon film is performed by moving the linear laser light so that the linear laser light is moved from a region where the element promoting the crystallization of the amorphous silicon film is introduced. The crystal growth proceeds sequentially in the moving direction of
The method for manufacturing a thin film transistor, wherein the crystal growth proceeds in an epitaxial growth or in a state considered as an epitaxial growth.
 基板上に非晶質珪素膜を形成し、
 前記非晶質珪素膜に結晶化を助長する元素を導入し、
 前記結晶化を助長する元素が導入された非晶質珪素膜を線状レーザー光を移動させながら照射することにより、前記非晶質珪素膜を結晶化して結晶質珪素膜を形成し、
 前記結晶質珪素膜をパターニングして薄膜トランジスタの活性層を形成し、
 前記活性層上にゲイト絶縁膜を介してゲイト電極を形成し、
 前記非晶質珪素膜の結晶化は、前記線状レーザー光を移動させていくことにより、前記非晶質珪素膜の前記結晶化を助長する元素が導入された領域から、前記線状レーザー光の移動方向に結晶成長が順次進行していくことによって行われ、
 前記結晶成長は、エピタキシャル成長またはエピタキシャル成長とみなせる状態で進行することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming an amorphous silicon film on the substrate,
Introducing an element that promotes crystallization into the amorphous silicon film,
By irradiating the amorphous silicon film in which the element promoting the crystallization is introduced while moving a linear laser beam, the amorphous silicon film is crystallized to form a crystalline silicon film,
Patterning the crystalline silicon film to form an active layer of a thin film transistor,
Forming a gate electrode on the active layer via a gate insulating film;
The crystallization of the amorphous silicon film is performed by moving the linear laser light so that the linear laser light is moved from a region where the element promoting the crystallization of the amorphous silicon film is introduced. The crystal growth proceeds sequentially in the moving direction of
The method for manufacturing a thin film transistor, wherein the crystal growth proceeds in an epitaxial growth or in a state considered as an epitaxial growth.
 請求項1乃至請求項4のいずれか1項において、
 前記線状レーザー光の移動速度は、1mm〜10cm/分であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
In any one of claims 1 to 4,
The method of manufacturing a thin film transistor, wherein the moving speed of the linear laser light is 1 mm to 10 cm / min.
 請求項1乃至請求項5のいずれか1項において、
 前記活性層には、水素が1016〜1020cm-3の濃度で含まれていることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。


In any one of claims 1 to 5,
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the active layer contains hydrogen at a concentration of 10 16 to 10 20 cm -3 .


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