JP2004336012A - Method of manufacturing semiconductor film, method of manufacturing semiconductor device, integrated circuit, electro-optic device, and electronic equipment - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor film, method of manufacturing semiconductor device, integrated circuit, electro-optic device, and electronic equipment Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for substantially obtain a single crystal having a large grain size when a semiconductor film is melted and crystallized with a micropore serving as a starting point of crystal growth. <P>SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor thin film comprises a micropore forming step of forming a micropore (14) on an insulating film (12) formed on a substrate (10), a film forming step of forming a non-single crystal semiconductor film (16) in the micropore (14) and on the insulating film (12), a first heat treatment (18) for melting and crystallizing the non-single crystal semiconductor film (16), and a crystallizing step of forming a crystalline semiconductor film (22) by performing a second heat treatment (20) in parallel to prevent a decrease in temperature after melting the non-single crystal semiconductor film (16). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体薄膜及び半導体装置の製造方法に関する。特に、結晶性珪素膜を製造する際に、結晶粒径の大きな略単結晶を得る技術に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor thin film and a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a technique for obtaining a substantially single crystal having a large crystal grain size when manufacturing a crystalline silicon film.

液晶表示装置やEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置に用いられる薄膜トランジスタの電気的特性を向上させるために、略単結晶珪素膜を成長させて半導体薄膜を形成する技術が提案されている(非特許文献1)。この技術は、基板上の絶縁膜に微細孔を開けて、この絶縁膜上及び微細孔内に非晶質珪素膜を形成した後、この非晶質珪素膜にレーザを照射して、上記微細孔の底部内の非晶質珪素を非溶融状態に保持しながら、その他の部分の非晶質珪素膜を溶融状態にすることにより、非溶融状態に保持された非晶質珪素を結晶核とした結晶成長を生じさせて、略単結晶状態の珪素膜を形成させるものである。   In order to improve the electrical characteristics of a thin film transistor used for a liquid crystal display device or an EL (electroluminescence) display device, a technique of forming a semiconductor thin film by growing a substantially single crystal silicon film has been proposed (Non-Patent Document 1). ). In this technique, a fine hole is formed in an insulating film on a substrate, and an amorphous silicon film is formed on the insulating film and in the fine hole. While maintaining the amorphous silicon in the bottom of the hole in a non-molten state, the amorphous silicon film in the other part is brought into a molten state, so that the amorphous silicon held in the non-molten state becomes a crystal nucleus. Thus, a substantially single crystal silicon film is formed by causing the crystal growth.

「Single Crystal Thin Film Transistors」, IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug.1993 pp257-258"Single Crystal Thin Film Transistors", IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug.1993 pp257-258

上述の方法では、レーザ照射によって硅素膜のみを瞬間的に溶融状態として結晶化を行っており、溶融後の膜温度も急速に低下する。このように硅素膜の膜温度が急速に低下すると、結晶粒が大きく成長するために必要な時間を十分に確保しにくく、微小孔を略中心とする結晶粒の更なる大粒径化を図ることが難しかった。このような不都合は、硅素膜の膜厚が薄くなるほどより顕著となるため、硅素膜の薄膜化による半導体素子(特に薄膜トランジスタ)の特性向上を図る際の妨げともなる。   In the above-described method, only the silicon film is instantaneously melted by laser irradiation for crystallization, and the temperature of the film after the melting is rapidly lowered. When the film temperature of the silicon film rapidly decreases in this manner, it is difficult to sufficiently secure the time required for the large growth of the crystal grains, and the crystal grains having substantially the center of the micropores are further enlarged. It was difficult. Such inconvenience becomes more remarkable as the thickness of the silicon film becomes thinner, which hinders an attempt to improve the characteristics of a semiconductor element (particularly, a thin film transistor) by making the silicon film thinner.

そこで、本発明は、微細孔を結晶成長の起点として半導体膜の溶融結晶化を行い略単結晶の結晶粒を形成する場合において、当該結晶粒の更なる大粒径化を図ることを可能とする技術を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention makes it possible to further increase the grain size of the crystal grains in the case where the semiconductor film is melt-crystallized with the micropores as starting points for crystal growth to form substantially single crystal grains. The purpose is to provide the technology to do.

上記課題を解決するために、本発明の半導体薄膜の製造方法は、基板上に形成された絶縁膜に微細孔を形成する微細孔形成工程と、上記微細孔内及び上記絶縁膜上に非単結晶半導体膜を形成する成膜工程と、上記非単結晶半導体膜を溶融結晶化させるための第1の熱処理と、上記非単結晶半導体膜の溶融後の温度低下を抑制する第2の熱処理とを並行して行って結晶性半導体膜を形成する結晶化工程と、を含む。   In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention includes a step of forming a fine hole in an insulating film formed on a substrate, and a step of forming a non-uniform hole in the fine hole and on the insulating film. A film forming step of forming a crystalline semiconductor film, a first heat treatment for melting and crystallizing the non-single-crystal semiconductor film, and a second heat treatment for suppressing a decrease in temperature of the non-single-crystal semiconductor film after melting. In parallel to form a crystalline semiconductor film.

上記方法によれば、第1の熱処理と並行して第2の熱処理を行うことによって、非単結晶半導体膜を溶融させた後の溶融状態をより長く維持することができる。なお、第1の熱処理と第2の熱処理とを同時に行うことが好ましい。微小孔底部の結晶核を中心とする結晶成長は、その成長がある部分に到達した時に当該部分の溶融状態が維持されていないとそれ以上進行することができない。本発明の方法によれば、微小孔を略中心とする略単結晶の結晶粒の成長が十分に進行するように溶融状態に保っておくことが可能となり、当該略単結晶の結晶粒の大粒径化を図ることができる。また、第1の熱処理により溶融された非単結晶半導体膜の温度が急速に下がると、微細孔以外の部分に結晶核がランダムに発生し、その結晶核を中心として結晶粒が大きく成長し、微細孔を略中心とする結晶成長の進行を妨げる場合がある。しかし本発明の方法によって膜温度の低下を抑制することにより、これら微細孔以外の領域における結晶成長を抑制することができる。これにより、微小孔を略中心として成長する略単結晶の結晶粒が、微小孔以外の場所で発生した結晶粒に接してその成長を妨げられにくくなり、略単結晶の結晶粒を十分に成長させることが可能となる。   According to the above method, by performing the second heat treatment in parallel with the first heat treatment, the molten state after the non-single-crystal semiconductor film is melted can be maintained for a longer time. Note that the first heat treatment and the second heat treatment are preferably performed at the same time. Crystal growth centered on the crystal nucleus at the bottom of the micropore cannot proceed further unless the melted state of the portion is maintained when the growth reaches a certain portion. According to the method of the present invention, it is possible to keep a crystal state of a substantially single crystal in a molten state such that the growth of a substantially single crystal crystal centered on a micropore is sufficiently advanced. The particle size can be reduced. In addition, when the temperature of the non-single-crystal semiconductor film melted by the first heat treatment is rapidly lowered, crystal nuclei are randomly generated in portions other than the micropores, and crystal grains grow largely around the crystal nuclei, In some cases, the progress of crystal growth centered on the micropores may be hindered. However, by suppressing the decrease in the film temperature by the method of the present invention, it is possible to suppress the crystal growth in a region other than these fine holes. As a result, the crystal grains of the substantially single crystal that grow around the micropores are hardly hindered from coming into contact with the crystal grains generated in places other than the micropores, and the crystal grains of the substantially single crystal grow sufficiently. It is possible to do.

また、特に、本発明の方法によれば、溶融結晶化の対象となる半導体膜の膜厚が薄い場合でも温度が急速に低下するのを抑制することができるので、略単結晶状態の、特性に優れた半導体膜をより薄く形成することができる。かかる結晶性半導体膜を用いることにより、チャネル形成領域の薄膜化による薄膜トランジスタの電気的特性の向上を図ることが可能となる。さらに、急速な温度変化の無い穏やかな条件下で結晶化が進み、結晶粒の成長に要する時間をより長く確保することもできるので、当該結晶粒の結晶性が向上され、形成される結晶粒中に結晶欠陥が生じにくくなるという利点もある。   In addition, in particular, according to the method of the present invention, even when the thickness of the semiconductor film to be melt-crystallized is small, it is possible to suppress a rapid decrease in temperature. A semiconductor film excellent in quality can be formed thinner. With the use of such a crystalline semiconductor film, the electrical characteristics of the thin film transistor can be improved by reducing the thickness of the channel formation region. Furthermore, crystallization proceeds under mild conditions without rapid temperature change, and the time required for crystal grain growth can be secured longer, so that the crystallinity of the crystal grains is improved and the crystal grains formed are improved. There is also an advantage that crystal defects hardly occur therein.

なお、本発明において「略単結晶」とは、結晶粒が単一である場合のみならず、これに近い状態、すなわち、複数の結晶が組み合わせられていてもその数が少なく、半導体薄膜の性質の観点からほぼ単結晶により形成された半導体薄膜と同等の性質を備えている場合も含む。   In the present invention, “substantially single crystal” means not only a single crystal grain but also a state close to this, that is, even if a plurality of crystals are combined, the number thereof is small, From the viewpoint of the above, the case where the semiconductor thin film has substantially the same properties as a semiconductor thin film formed of a single crystal is included.

第1の熱処理はレーザ照射によって行うことが好ましい。これにより、溶融結晶化を効率よく行うことが可能となる。用いるレーザとしてはエキシマレーザ、固体レーザ、バスレーザなどの種々のものが考えられる。   The first heat treatment is preferably performed by laser irradiation. This makes it possible to efficiently perform melt crystallization. Various lasers such as an excimer laser, a solid-state laser, and a bus laser can be used.

また、本発明にかかる第1の熱処理は、微細孔以外の領域にある非単結晶半導体膜を略完全溶融状態とすると共に、微細孔内の非単結晶半導体膜を部分溶融状態にする条件にして行われることが好ましい。かかる条件により、非溶融状態部分を結晶核として溶融結晶化をより良好に行うことができる。   In the first heat treatment according to the present invention, the non-single-crystal semiconductor film in a region other than the fine holes is brought into a substantially completely molten state, and the non-single-crystal semiconductor film in the fine holes is brought into a partially molten state. It is preferable to be performed. Under such conditions, melt crystallization can be performed more favorably using the non-molten state portion as a crystal nucleus.

第2の熱処理は、瞬時熱アニール処理とすることが好ましい。瞬時熱アニール(RTA:Rapid Thermal Annealing)処理は、例えばハロゲン光を用いたアニール装置によって行うことができる。シリコン膜は長波長の光を吸収し難いので、短波長の光で加熱することが好ましく、従ってハロゲン光を用いるのが望ましい。そしてアニール装置に備えられたハロゲンランプによって加熱、昇温させるので高精度な温度制御をすることができ、昇降温速度も速いのでスループットを向上させることも可能である。ハロゲンランプに代えて、赤外線ランプ、アークランプ、グラファイトヒータ等を加熱源として用いることもできる。この他第2の熱処理には、熱酸化プロセスに用いられる炉(ファーネス)等、半導体装置の製造に用いられる種々の熱処理装置を用いることが可能である。   The second heat treatment is preferably an instantaneous thermal annealing treatment. The rapid thermal annealing (RTA) process can be performed by, for example, an annealing device using halogen light. Since the silicon film hardly absorbs light having a long wavelength, it is preferable to heat the silicon film with light having a short wavelength. Therefore, it is desirable to use halogen light. Heating and raising the temperature by a halogen lamp provided in the annealing apparatus enable high-precision temperature control, and the rate of temperature rise and fall is high, so that throughput can be improved. Instead of a halogen lamp, an infrared lamp, an arc lamp, a graphite heater, or the like can be used as a heating source. In addition, for the second heat treatment, various heat treatment apparatuses used for manufacturing semiconductor devices, such as a furnace (furnace) used for a thermal oxidation process, can be used.

また、第2の熱処理は、レーザ照射によって行われることも好ましい。用いるレーザとしてはエキシマレーザ、固体レーザ、ガスレーザなどが考えられ、非単結晶半導体膜が吸収できる波長とする。これにより、非単結晶半導体膜を局所的に加熱することができる。   Further, the second heat treatment is preferably performed by laser irradiation. An excimer laser, a solid-state laser, a gas laser, or the like can be used as the laser, and the wavelength is set to a value that the non-single-crystal semiconductor film can absorb. Thus, the non-single-crystal semiconductor film can be locally heated.

第1の熱処理は、非単結晶半導体膜の一部に対して選択的に熱を加えるものとし、第2の熱処理は、非単結晶半導体膜のうち少なくとも第1の熱処理がなされる部分を加熱するものとすることも好ましい。これにより、非単結晶半導体膜の全体を加熱する場合よりも少ないエネルギーで第2の熱処理を行うことができる。   The first heat treatment is to selectively apply heat to a part of the non-single-crystal semiconductor film, and the second heat treatment is to heat at least a part of the non-single-crystal semiconductor film where the first heat treatment is performed. It is also preferable to do so. Thus, the second heat treatment can be performed with less energy than when the entire non-single-crystal semiconductor film is heated.

第1の熱処理と第2の熱処理をともにレーザ照射によって行うことも好ましい。その場合には、第1の熱処理を短パルスレーザによって行い、第2の熱処理を第1の熱処理における短パルスレーザよりもパルス幅の長いレーザ又は連続波レーザによって行うことが好ましい。これにより、2種類のレーザを組み合わせる場合における第1及び第2の熱処理を好適に行うことが可能となる。   It is also preferable that both the first heat treatment and the second heat treatment are performed by laser irradiation. In that case, it is preferable that the first heat treatment be performed with a short pulse laser and the second heat treatment be performed with a laser or a continuous wave laser having a longer pulse width than the short pulse laser in the first heat treatment. This makes it possible to suitably perform the first and second heat treatments when two types of lasers are combined.

また、第2の熱処理は、非単結晶半導体膜に加わる熱量が漸減するように制御されることも好ましい。更に好ましくは、当該熱量を漸減させる制御は、第1の熱処理がなされると同時かそれ以降に開始される。かかる制御を行うことにより、結晶化が進む際の半導体膜の温度低下が緩やかになるので、結晶性半導体膜の結晶性をより向上させることが可能となる。   Further, it is preferable that the second heat treatment be controlled so that the amount of heat applied to the non-single-crystal semiconductor film gradually decreases. More preferably, the control for gradually reducing the heat quantity is started at the same time as or after the first heat treatment is performed. By performing such control, the temperature of the semiconductor film is gradually lowered when crystallization proceeds, so that the crystallinity of the crystalline semiconductor film can be further improved.

また、本発明は、上述した半導体薄膜の製造方法によって製造される結晶性半導体膜を使用して半導体装置を形成する素子形成工程を備える半導体装置の製造方法でもある。ここで、本発明において「半導体装置」とは、本発明に係る結晶性半導体膜を備える装置をいい、トランジスタ、ダイオード、抵抗、インダクタ、キャパシタ、その他能動素子、受動素子を問わない単体の素子を含む。上述した本発明に係る結晶性半導体膜を使用することにより、特性の優れた半導体装置を得ることが可能となる。   The present invention is also a method of manufacturing a semiconductor device including an element forming step of forming a semiconductor device using the crystalline semiconductor film manufactured by the above-described method of manufacturing a semiconductor thin film. Here, in the present invention, the “semiconductor device” refers to a device including the crystalline semiconductor film according to the present invention, and includes a transistor, a diode, a resistor, an inductor, a capacitor, other active elements, and a single element regardless of a passive element. Including. By using the crystalline semiconductor film according to the present invention, a semiconductor device having excellent characteristics can be obtained.

また、上述した半導体装置の製造方法においては、結晶性半導体膜の微細孔を含まない部分を使用して半導体装置の形成を行うと更に好適である。微細孔近傍では結晶性が若干劣る部分が形成される場合があるため、この部分を含まないようにして半導体装置を形成すると、半導体装置の特性を更に向上させることが可能となる。また、上述した半導体装置の製造方法において、半導体装置として薄膜トランジスタを形成する場合には、微細孔を、当該薄膜トランジスタを形成する位置に対応させて設けることが好ましい。これにより、薄膜トランジスタの形成対象となる領域を的確に選択して当該領域に結晶性半導体膜を形成することが可能となる。   In the above-described method for manufacturing a semiconductor device, it is more preferable to form the semiconductor device using a portion of the crystalline semiconductor film that does not include micropores. A portion having slightly poor crystallinity may be formed in the vicinity of the fine hole. Therefore, when the semiconductor device is formed without including this portion, the characteristics of the semiconductor device can be further improved. In the above-described method for manufacturing a semiconductor device, in the case where a thin film transistor is formed as the semiconductor device, it is preferable that fine holes be provided corresponding to positions where the thin film transistor is to be formed. This makes it possible to accurately select a region where a thin film transistor is to be formed and form a crystalline semiconductor film in the region.

また、本発明は、上述した製造方法を適用して製造される半導体装置を備える集積回路であり、電気光学装置であり、また電子機器でもある。   Further, the present invention is an integrated circuit including a semiconductor device manufactured by applying the above-described manufacturing method, an electro-optical device, and an electronic apparatus.

ここで「集積回路」とは、一定の機能を奏するように半導体装置及び関連する配線等が集積され配線された回路(チップ)をいう。   Here, the “integrated circuit” refers to a circuit (chip) in which a semiconductor device and related wirings are integrated and wired so as to perform a certain function.

本発明は電気光学装置において、複数の画素領域と、画素領域ごとに設けられた半導体装置と、半導体装置により制御される電気光学素子と、を備え、半導体装置は、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造されるものである。   The present invention provides, in an electro-optical device, a plurality of pixel regions, a semiconductor device provided for each pixel region, and an electro-optical element controlled by the semiconductor device. It is manufactured by a manufacturing method.

ここで「電気光学装置」とは、本発明に係る半導体装置を備えた、電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変化させる電気光学素子を備えた装置一般をいい、自ら光を発するものと外部からの光の通過を制御するもの双方を含む。例えば電気光学素子として、液晶素子、電気泳動粒子が分散した分散媒体を有する電気泳動素子、EL(エレクトロルミネッセンス)素子、電界の印加により発生した電子を発光板に当てて発光させる電子放出素子を備えたアクティブマトリクス型の表示装置をいう。   Here, the “electro-optical device” generally refers to a device having an electro-optical element that emits light by an electric action or changes the state of external light, and includes a semiconductor device according to the present invention. Includes both those that emit light and those that control the passage of external light. For example, as an electro-optical element, a liquid crystal element, an electrophoretic element having a dispersion medium in which electrophoretic particles are dispersed, an EL (electroluminescence) element, and an electron emitting element that emits light by applying electrons generated by application of an electric field to a light emitting plate are provided. Active matrix type display device.

ここで「電子機器」とは、本発明にかかる半導体装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。その構成に特に限定が無いが、例えば、ICカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、DSP装置、PDA、電子手帳、電光掲示盤、宣伝広告用ディスプレイ等が含まれる。   Here, “electronic equipment” refers to general equipment having a certain function provided with the semiconductor device according to the present invention, and includes, for example, an electro-optical device and a memory. Although the configuration is not particularly limited, for example, an IC card, a mobile phone, a video camera, a personal computer, a head-mounted display, a rear or front type projector, a facsimile apparatus with a display function, a finder of a digital camera, and a portable TV , A DSP device, a PDA, an electronic organizer, an electronic bulletin board, a display for publicity, and the like.

以下に本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1の実施形態>
図1は、本実施形態における半導体薄膜の製造方法を説明する図である。
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor thin film according to the present embodiment.

(微細孔形成工程)
まず、図1(a)に示すように、基板10上に絶縁膜としての酸化珪素膜12を形成する。基板10上への酸化珪素膜12の形成方法としては、プラズマ化学気相堆積法(PECVD法)や低圧化学気相堆積法(LPCVD法)、あるいはスパッタリング法等の物理気相堆積法が挙げられる。例えばPECVD法により厚さ数100nmの酸化珪素膜12を形成できる。
(Micropore formation step)
First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 12 as an insulating film is formed on a substrate 10. Examples of a method for forming the silicon oxide film 12 on the substrate 10 include a physical vapor deposition method such as a plasma chemical vapor deposition method (PECVD method), a low-pressure chemical vapor deposition method (LPCVD method), or a sputtering method. . For example, a silicon oxide film 12 having a thickness of several 100 nm can be formed by a PECVD method.

次に、図1(a)に示すように、酸化珪素膜12の所定位置に微細孔14を形成する。例えばフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行うことにより、酸化珪素膜12の面内の所定の位置に、断面が直径0.1μm程度の円形である微細孔14を開口できる。例えばエッチング方法としてCHF3ガスのプラズマを用いた反応性イオンエッチングを採用することができる。上記微細孔14の直径が0.5μm程度の場合は、当該微細孔14を有する基板全面に新たな酸化珪素膜を堆積することにより、微細孔14の直径を0.1μm程度にすることができる。 Next, as shown in FIG. 1A, fine holes 14 are formed at predetermined positions of the silicon oxide film 12. For example, by performing a photolithography step and an etching step, a fine hole 14 having a circular cross section with a diameter of about 0.1 μm can be formed at a predetermined position in the plane of the silicon oxide film 12. For example, reactive ion etching using plasma of CHF 3 gas can be employed as an etching method. When the diameter of the fine holes 14 is about 0.5 μm, the diameter of the fine holes 14 can be reduced to about 0.1 μm by depositing a new silicon oxide film on the entire surface of the substrate having the fine holes 14. .

(成膜工程)
次に、図1(b)に示すように、酸化珪素膜12上および微細孔14内に、非単結晶半導体膜として非晶質珪素膜16を形成する。非晶質珪素膜はPECVD法、LPCVD法、常圧化学気相堆積法(APCVD法)、スパッタリング法などによって形成することができ、50nm〜300nm程度の膜厚とすることが好適である。なお、非晶質珪素膜に代えて、多晶質珪素膜を形成してもよい。
(Deposition process)
Next, as shown in FIG. 1B, an amorphous silicon film 16 is formed as a non-single-crystal semiconductor film on the silicon oxide film 12 and in the fine holes 14. The amorphous silicon film can be formed by PECVD, LPCVD, atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), sputtering, or the like, and preferably has a thickness of about 50 nm to 300 nm. Note that a polycrystalline silicon film may be formed instead of the amorphous silicon film.

(結晶化工程)
次に、図1(c)に示すように、非晶質珪素膜16に対する第1の熱処理としてレーザ18の照射を行い、これと同時に第2の熱処理としてハロゲンランプ20を用いた瞬時熱アニール処理を行う。
(Crystallization step)
Next, as shown in FIG. 1C, the amorphous silicon film 16 is irradiated with a laser 18 as a first heat treatment, and at the same time, an instantaneous thermal annealing treatment using a halogen lamp 20 is performed as a second heat treatment. I do.

レーザ18としては、XeClパルスエキシマレーザ(波長308nm、パルス幅30nsec)を用い、エネルギー密度:0.4〜1.5J/cm2(非晶質珪素膜16の膜厚が50nm〜500nm、好ましくは50nm〜250nmに対応)でレーザ照射を行うことが好適である。 A XeCl pulse excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 30 nsec) is used as the laser 18, and the energy density is 0.4 to 1.5 J / cm 2 (the thickness of the amorphous silicon film 16 is 50 to 500 nm, preferably It is preferable to perform laser irradiation at a wavelength of 50 nm to 250 nm).

ここで、照射されたXeClパルスエキシマレーザは非晶質珪素膜16の表面近傍でほとんどが吸収される。これはXeClパルスエキシマレーザの波長(308nm)における非晶質珪素および結晶性珪素の吸収係数がそれぞれ0.139nm-1、0.149nm-1と大きいためである。また、酸化珪素膜12は、上記レーザに対して略透明であって、このレーザのエネルギーを吸収しないため、レーザ照射によって溶融しない。これにより、微細孔14以外の領域にある非晶質珪素膜16は膜厚方向全域に渡ってほぼ完全に溶融した状態となる。また、微細孔14内にある非晶質珪素膜16は表面が溶融し微細孔14の底部では溶融しない状態(部分溶融状態)となる。 Here, the irradiated XeCl pulse excimer laser is mostly absorbed near the surface of the amorphous silicon film 16. This 0.139Nm -1 absorption coefficient of amorphous silicon and crystalline silicon at the wavelength (308 nm) of the XeCl pulsed excimer laser, respectively, is larger and 0.149nm -1. Further, the silicon oxide film 12 is substantially transparent to the laser and does not absorb the energy of the laser, so that the silicon oxide film 12 is not melted by the laser irradiation. Thereby, the amorphous silicon film 16 in the region other than the fine holes 14 is almost completely melted over the entire region in the thickness direction. Further, the surface of the amorphous silicon film 16 in the fine hole 14 is melted, and is not melted at the bottom of the fine hole 14 (partially melted state).

レーザ照射後の珪素の凝固は、微細孔14の内部で先に始まり、その後非晶質珪素膜16の略完全溶融状態となっている部分(表面側の部分)に至る。このとき、微細孔14の底部近傍ではいくつかの結晶粒が発生するが、微細孔14の断面寸法(本実施形態では、円の直径)を1個の結晶粒と同程度か少し小さい程度にしておくことにより、微細孔14の上部(開口部)には1個の結晶粒のみが到達するようになる。この微細孔14の開口部に到達した結晶粒を核として、略単結晶の結晶成長が開始される。   The solidification of silicon after the laser irradiation starts first inside the micropores 14 and thereafter reaches a portion (surface portion) of the amorphous silicon film 16 in a substantially completely molten state. At this time, some crystal grains are generated in the vicinity of the bottom of the fine hole 14. However, the cross-sectional dimension (the diameter of a circle in the present embodiment) of the fine hole 14 is set to be equal to or slightly smaller than one crystal grain. By doing so, only one crystal grain reaches the upper part (opening) of the fine hole 14. With the crystal grains reaching the openings of the fine holes 14 as nuclei, crystal growth of a substantially single crystal is started.

一方、非晶質珪素膜16は、レーザ18の照射と同時にハロゲンランプ20によって加熱され、溶融後の温度低下が抑制される。ハロゲンランプに代えて、レーザ18とは別のレーザ照射を用いて第2の熱処理を行うことも可能である。第2の熱処理にレーザを用いる場合は、非晶質珪素膜16のうちレーザ18の照射により溶融される部分のみを選択的に加熱することができて効率がよい。   On the other hand, the amorphous silicon film 16 is heated by the halogen lamp 20 at the same time as the irradiation of the laser 18, and the temperature drop after melting is suppressed. The second heat treatment can be performed by using laser irradiation different from the laser 18 instead of the halogen lamp. When a laser is used for the second heat treatment, only a portion of the amorphous silicon film 16 that is melted by the irradiation of the laser 18 can be selectively heated, which is efficient.

第2の熱処理を行うことにより、微細孔14の底部で発生した結晶粒が開口部に到達し、更にこの結晶粒を種結晶として略単結晶の結晶成長が十分に進行するように膜の溶融状態を維持することができる。これにより、図1(d)に示すように、微小孔を略中心とする結晶粒の成長が矢印の方向に十分に時間をかけて進み、該結晶粒の大粒径化を図ることができる。   By performing the second heat treatment, the crystal grains generated at the bottom of the micropores 14 reach the opening, and the film is melted so that the crystal growth of the substantially single crystal sufficiently proceeds using the crystal grains as a seed crystal. The state can be maintained. As a result, as shown in FIG. 1D, the growth of the crystal grains with the micropores substantially at the center progresses in the direction of the arrow with sufficient time, and it is possible to increase the grain size of the crystal grains. .

また、膜温度が維持されることにより、図2に示すような微細孔14以外の場所に存在する結晶核を中心とした結晶23の形成が進まず、このような結晶に微細孔14を略中心とする略単結晶状の珪素膜(結晶性珪素膜)22の成長が妨げられることもない。   Further, by maintaining the film temperature, the formation of the crystal 23 centered on the crystal nucleus existing in a place other than the fine holes 14 as shown in FIG. The growth of the substantially single-crystal silicon film (crystalline silicon film) 22 at the center is not hindered.

さらに、非晶質珪素膜16の膜厚が薄い場合、レーザ18の照射のみでは急速に膜温度が低下して結晶粒が小さくなる傾向があるが、ハロゲンランプ20で同時に加熱することによって、このような問題も回避することが可能である。   Further, when the thickness of the amorphous silicon film 16 is small, the film temperature tends to decrease rapidly and the crystal grains tend to be small by irradiation only with the laser 18. Such a problem can be avoided.

また、急速な温度変化の無い穏やかな条件下で十分に時間をかけて結晶化が進むため、結晶性珪素膜22(結晶性半導体膜)に結晶欠陥が生じることを極力回避して結晶性の向上を図ることが可能となるという効果も得られる。   In addition, since crystallization proceeds sufficiently for a long time under mild conditions without rapid temperature change, the generation of crystal defects in the crystalline silicon film 22 (crystalline semiconductor film) is avoided as much as possible, The effect that improvement can be achieved is also obtained.

(素子形成工程)
次に、薄膜トランジスタを例にして、上述した製造方法により製造される結晶性半導体膜22を用いて半導体素子を形成する工程を説明する。
(Element formation step)
Next, a process of forming a semiconductor element using the crystalline semiconductor film 22 manufactured by the above-described manufacturing method will be described using a thin film transistor as an example.

図3は、素子形成工程について説明する図である。まず図3(a)に示すように、結晶性半導体膜22をパターニングし、薄膜トランジスタの形成に不要となる部分を除去して整形する。   FIG. 3 is a diagram illustrating an element forming step. First, as shown in FIG. 3A, the crystalline semiconductor film 22 is patterned, and portions unnecessary for forming a thin film transistor are removed and shaped.

次に、図3(b)に示すように、酸化珪素膜12および結晶性珪素膜22の上に酸化珪素膜24を形成する。例えば、酸化珪素膜24は、電子サイクロトロン共鳴PECVD法(ECR−CVD法)またはPECVD法にて形成できる。この酸化珪素膜24は薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として機能するものである。   Next, as shown in FIG. 3B, a silicon oxide film 24 is formed on the silicon oxide film 12 and the crystalline silicon film 22. For example, the silicon oxide film 24 can be formed by electron cyclotron resonance PECVD (ECR-CVD) or PECVD. This silicon oxide film 24 functions as a gate insulating film of the thin film transistor.

次に、図3(c)に示すように、タンタルまたはアルミニウムの金属薄膜をスパッタリング法により形成した後、パターニングすることによって、ゲート電極26を形成する。次に、このゲート電極26をマスクとしてドナーまたはアクセプターとなる不純物イオンを打ち込み、ソース/ドレイン領域28とチャネル形成領域30をゲート電極26に対して自己整合的に作製する。NMOSトランジスタを作製する場合、例えば、不純物元素としてリン(P)を1×1016cm-2の濃度でソース/ドレイン領域に打ち込む。その後、XeClエキシマレーザを照射エネルギー密度400mJ/cm2程度で照射するか、250℃〜450℃程度の温度で熱処理することにより不純物元素の活性化を行う。 Next, as shown in FIG. 3C, a gate electrode 26 is formed by forming a metal thin film of tantalum or aluminum by a sputtering method and then patterning. Next, using the gate electrode 26 as a mask, impurity ions serving as donors or acceptors are implanted, and a source / drain region 28 and a channel forming region 30 are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 26. In the case of manufacturing an NMOS transistor, for example, phosphorus (P) is implanted into the source / drain region at a concentration of 1 × 10 16 cm −2 as an impurity element. After that, the impurity element is activated by irradiating a XeCl excimer laser at an irradiation energy density of about 400 mJ / cm 2 or by performing a heat treatment at a temperature of about 250 ° C. to 450 ° C.

次に、図3(d)に示すように、酸化珪素膜24およびゲート電極26の上面に、酸化珪素膜32を形成する。例えば、PECVD法で約500nmの酸化珪素膜32を形成する。次に、ソース/ドレイン領域28に至るコンタクトホールを酸化珪素膜24、32に開けて、コンタクトホール内および酸化珪素膜32上のコンタクトホールの周縁部にソース/ドレイン電極34を形成する。ソース/ドレイン電極34は、例えばスパッタリング法によりアルミニウムを堆積して形成するとよい。また、ゲート電極26に至るコンタクトホールを酸化珪素膜32に開けて、ゲート電極26用の端子電極を形成する。以上で、本発明に係る半導体装置としての薄膜トランジスタTが作製できる。   Next, as shown in FIG. 3D, a silicon oxide film 32 is formed on the upper surfaces of the silicon oxide film 24 and the gate electrode 26. For example, a silicon oxide film 32 of about 500 nm is formed by PECVD. Next, a contact hole reaching the source / drain region 28 is opened in the silicon oxide films 24 and 32, and a source / drain electrode 34 is formed in the contact hole and on the peripheral portion of the contact hole on the silicon oxide film 32. The source / drain electrodes 34 may be formed by depositing aluminum by, for example, a sputtering method. Further, a contact hole reaching the gate electrode 26 is formed in the silicon oxide film 32 to form a terminal electrode for the gate electrode 26. Thus, a thin film transistor T as a semiconductor device according to the present invention can be manufactured.

なお、図3に示す例では説明の便宜上、微細孔14が薄膜トランジスタの真下に位置するように図示されているが、微細孔14の形成位置を薄膜トランジスタTの真下から外すようにすることも好適である。この場合には、上記図3(a)において説明したパターニング工程において、薄膜トランジスタTの活性領域30等となるべき部分をパターニングする際に微細孔14の形成位置を外すようにすればよい。   In the example shown in FIG. 3, for convenience of explanation, the fine holes 14 are illustrated to be located directly below the thin film transistors. However, it is also preferable that the formation positions of the fine holes 14 be removed from immediately below the thin film transistors T. is there. In this case, in the patterning step described with reference to FIG. 3A, the formation position of the fine hole 14 may be removed when patterning a portion to be the active region 30 or the like of the thin film transistor T.

このように、本実施形態では、レーザ18による溶融結晶化とハロゲンランプ20による加熱を同時に行うことで、略単結晶の大粒径化を実現することができる。こうして得られた結晶性珪素膜22内には結晶粒界がほぼ無いと見なせるため、電子や正孔といったキャリアが流れる際の障壁を大きく減少できる効果が得られる。本発明により得られた結晶性半導体膜22を薄膜トランジスタの活性領域に用いることにより、オフ電流が少なく移動度の大きい高性能な薄膜トランジスタを形成することができる。   As described above, in the present embodiment, by simultaneously performing the melt crystallization using the laser 18 and the heating using the halogen lamp 20, it is possible to realize a substantially single crystal having a large grain size. Since it can be considered that there is almost no crystal grain boundary in the crystalline silicon film 22 thus obtained, an effect of greatly reducing a barrier when carriers such as electrons and holes flow can be obtained. By using the crystalline semiconductor film 22 obtained by the present invention for an active region of a thin film transistor, a high-performance thin film transistor having small off-state current and high mobility can be formed.

<第2の実施形態>
上述した第1の実施形態では、第2の熱処理としてハロゲンランプを用いた瞬時熱アニール処理を行う場合について主に説明していたが、この第2の熱処理についてもレーザ照射によって行うことができる。以下、その場合の好適な実施形態について説明する。なお、上記第1の実施形態と重複する内容については適宜説明を省略する。
<Second embodiment>
In the first embodiment described above, the case where the instantaneous thermal annealing using a halogen lamp is performed as the second heat treatment is mainly described. However, the second heat treatment can also be performed by laser irradiation. Hereinafter, a preferred embodiment in that case will be described. Note that the description of the same contents as those in the first embodiment will not be repeated.

図4は、第2の実施形態における半導体薄膜の製造方法を説明する図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor thin film according to the second embodiment.

(微細孔形成工程)
まず、図4(a)に示すように、基板10上に絶縁膜としての酸化珪素膜12を形成し、当該酸化珪素膜12の所定位置に微細孔14を形成する。具体的な形成方法については第1の実施形態と同様である。
(Micropore formation step)
First, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 12 as an insulating film is formed on a substrate 10, and fine holes 14 are formed at predetermined positions in the silicon oxide film 12. The specific forming method is the same as in the first embodiment.

(成膜工程)
次に、図4(b)に示すように、酸化珪素膜12上および微細孔14内に、非単結晶半導体膜として非晶質珪素膜16を形成する。具体的な形成方法については第1の実施形態と同様である。
(Deposition process)
Next, as shown in FIG. 4B, an amorphous silicon film 16 is formed as a non-single-crystal semiconductor film on the silicon oxide film 12 and in the fine holes 14. The specific forming method is the same as in the first embodiment.

(結晶化工程)
次に、図4(c)に示すように、非晶質珪素膜16に対する第1の熱処理としてレーザ18の照射を行い、これと同時に第2の熱処理としてレーザ19の照射を行う。
(Crystallization step)
Next, as shown in FIG. 4C, the amorphous silicon film 16 is irradiated with a laser 18 as a first heat treatment, and at the same time, is irradiated with a laser 19 as a second heat treatment.

第1の熱処理にかかるレーザ18としては、第1の実施形態と同様に短パルスレーザを用いることが好ましい。本例においても、レーザ18としてXeClパルスエキシマレーザ(波長308nm、パルス幅30nsec程度)を用い、エネルギー密度:0.4〜1.5J/cm2(非晶質珪素膜16の膜厚が50nm〜500nm、好ましくは50nm〜250nmに対応)でレーザ照射を行う。 As the laser 18 for the first heat treatment, it is preferable to use a short pulse laser as in the first embodiment. Also in this example, a XeCl pulse excimer laser (wavelength: about 308 nm, pulse width: about 30 nsec) is used as the laser 18, and the energy density is 0.4 to 1.5 J / cm 2 (the thickness of the amorphous silicon film 16 is 50 nm to 50 nm). Laser irradiation is performed at 500 nm, preferably 50 nm to 250 nm.

また、第2の熱処理にかかるレーザ19としては、第1の熱処理における短パルスレーザよりもパルス幅の長いレーザ又は連続波レーザを用いることが好ましい。本例では半導体膜が珪素からなるので、当該珪素膜に吸収されて熱を加えることが可能な波長のレーザであれば如何なるものもレーザ19として採用し得る。例えば、YAGレーザの第2高調波(波長532nm)をレーザ19として用いると好適である。そして、パルス幅については第1の熱処理にかかるレーザ光よりも十分に長いパルス幅(例えば、100〜1000倍程度)にするか、あるいは連続波とするとよい。かかる波長域のレーザを用いることにより、非晶質硅素膜16に対して必要十分な熱量を与えることができる。なお、第2の熱処理にかかるレーザ19を基板10の裏面側から行ってもよい。   Further, as the laser 19 for the second heat treatment, it is preferable to use a laser or a continuous wave laser having a longer pulse width than the short pulse laser in the first heat treatment. In this example, since the semiconductor film is made of silicon, any laser can be used as the laser 19 with a wavelength that can be absorbed by the silicon film and heat can be applied. For example, it is preferable to use the second harmonic (wavelength 532 nm) of a YAG laser as the laser 19. The pulse width is preferably set to a pulse width sufficiently longer than the laser beam for the first heat treatment (for example, about 100 to 1000 times) or a continuous wave. By using a laser in such a wavelength range, a necessary and sufficient amount of heat can be given to the amorphous silicon film 16. Note that the laser 19 for the second heat treatment may be performed from the back side of the substrate 10.

図5は、第2の熱処理としてのレーザの照射時間の制御について概略的に説明する図である。同図では、横軸が時間、縦軸がレーザの強度(任意単位)にそれぞれ対応している。   FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the control of the laser irradiation time as the second heat treatment. In the figure, the horizontal axis corresponds to time, and the vertical axis corresponds to laser intensity (arbitrary unit).

図5に示すように、第1の熱処理としてのレーザ18がある時刻t1において照射されるとすると(グラフH1参照)、第2の熱処理としてのレーザ19の照射は少なくとも当該時刻t1と略同時に開始され、レーザ18の照射が終了した後もしばらく照射が続けられていればよい。更に好ましくは、図示のように時刻t1より以前からレーザ19の照射が開始されているとよい(グラフH2、H3又はH4参照)。これにより、非晶質硅素膜16に十分な熱量を与えて結晶粒の大粒径化を図ることができる。また、レーザ19の照射強度を徐々に小さし、非晶質硅素膜に加わる熱量が漸減するように制御することも好適である(グラフH3又はH4参照)。この場合には、熱量を漸減させる制御は時刻t1以降、すなわちレーザ18による第1の熱処理がなされると同時かそれ以降に開始されると更に好適である。かかる制御を行うことにより、結晶化が進む際の珪素膜の温度低下が緩やかになるので、結晶性珪素膜の結晶性をより向上させることが可能となる。   As shown in FIG. 5, assuming that the laser 18 as the first heat treatment is irradiated at a certain time t1 (see the graph H1), the irradiation of the laser 19 as the second heat treatment starts at least almost at the same time as the time t1. It is sufficient that the irradiation is continued for a while after the irradiation of the laser 18 is completed. More preferably, the irradiation of the laser 19 is started before time t1 as shown in the figure (see graph H2, H3 or H4). As a result, a sufficient amount of heat can be applied to the amorphous silicon film 16 to increase the crystal grain size. It is also preferable that the irradiation intensity of the laser 19 is gradually reduced so that the amount of heat applied to the amorphous silicon film is gradually reduced (see graph H3 or H4). In this case, it is more preferable that the control for gradually decreasing the heat quantity is started after time t1, that is, at the same time as or after the first heat treatment by the laser 18 is performed. By performing such control, the temperature of the silicon film is gradually reduced when crystallization proceeds, so that the crystallinity of the crystalline silicon film can be further improved.

(素子形成工程)
その後、上述した第1の実施形態と同様にして、結晶性半導体膜22を用いて半導体素子を形成する(図3参照)。
(Element formation step)
Thereafter, a semiconductor element is formed using the crystalline semiconductor film 22 in the same manner as in the first embodiment (see FIG. 3).

このように、第2の実施形態においても、第1の熱処理としてのレーザ18による溶融結晶化と第2の熱処理としてのレーザ19による加熱を同時に行うことで、略単結晶の大粒径化を実現することができる。こうして得られた結晶性珪素膜22内には結晶粒界がほぼ無いと見なせるため、電子や正孔といったキャリアが流れる際の障壁を大きく減少できる効果が得られる。本発明により得られた結晶性半導体膜22を薄膜トランジスタの活性領域に用いることにより、オフ電流が少なく移動度の大きい高性能な薄膜トランジスタを形成することができる。   Thus, also in the second embodiment, by simultaneously performing the melt crystallization using the laser 18 as the first heat treatment and the heating using the laser 19 as the second heat treatment, it is possible to increase the grain size of the substantially single crystal. Can be realized. Since it can be considered that there is almost no crystal grain boundary in the crystalline silicon film 22 thus obtained, an effect of greatly reducing a barrier when carriers such as electrons and holes flow can be obtained. By using the crystalline semiconductor film 22 obtained by the present invention for an active region of a thin film transistor, a high-performance thin film transistor having small off-state current and high mobility can be formed.

特に本実施形態では、珪素膜に対して吸収されやすい波長のレーザ19を用いて第2の熱処理を行うので、硅素膜の部分に対して優先的に熱量を与えて、基板10等には熱量をほとんど与えないという選択的な加熱を行うことが可能となる。これにより、基板10として比較的に安価で不純物の含有量の多いガラス基板を用いる場合であっても、加熱によるガラス基板から硅素膜への不純物の移動を抑制することが可能となる。   In particular, in the present embodiment, the second heat treatment is performed by using the laser 19 having a wavelength that is easily absorbed by the silicon film. Selective heating that hardly imparts the heat. Thereby, even when a relatively inexpensive glass substrate containing a large amount of impurities is used as the substrate 10, it is possible to suppress the transfer of impurities from the glass substrate to the silicon film due to heating.

<第3の実施形態>
次に、本発明の半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置等を備えた電気光学装置について説明する。
<Third embodiment>
Next, an electro-optical device including a semiconductor device and the like manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described.

図6は、第2の実施形態における電気光学装置100の接続図を示す図である。本実施形態の電気光学装置(表示装置)100は、各画素領域に電界発光効果により発光可能な発光層OELD、それを駆動するための電流を記憶する保持容量を備え、さらに本発明の製造方法によって製造される半導体装置、ここでは薄膜トランジスタT1〜T4を備えて構成されている。ドライバ領域101からは、走査線Vsel及び発光制御線Vgpが各画素領域に供給されている。ドライバ領域102からは、データ線Idataおよび電源線Vddが各画素領域に供給されている。走査線Vselとデータ線Idataとを制御することにより、各画素領域に対する電流プログラムが行われ、発光部OELDによる発光が制御可能になっている。   FIG. 6 is a diagram illustrating a connection diagram of the electro-optical device 100 according to the second embodiment. The electro-optical device (display device) 100 of the present embodiment includes a light emitting layer OELD capable of emitting light by an electroluminescent effect in each pixel region, a storage capacitor for storing a current for driving the light emitting layer OELD, and a manufacturing method of the present invention. A semiconductor device manufactured by the above method, here, is configured to include thin film transistors T1 to T4. From the driver area 101, a scanning line Vsel and a light emission control line Vgp are supplied to each pixel area. From the driver area 102, a data line Idata and a power supply line Vdd are supplied to each pixel area. By controlling the scanning line Vsel and the data line Idata, current programming is performed for each pixel region, and light emission by the light emitting unit OELD can be controlled.

なお、上記駆動回路は、発光要素に電界発光素子を使用する場合の回路の一例であり他の回路構成も可能である。また、ドライバ領域101、102のそれぞれを構成する集積回路を本発明に係る半導体装置によって形成することも好適である。   Note that the above driving circuit is an example of a circuit when an electroluminescent element is used as a light emitting element, and other circuit configurations are possible. It is also preferable that the integrated circuits forming each of the driver regions 101 and 102 be formed by the semiconductor device according to the present invention.

<第4の実施形態>
第4の実施形態は、本発明の半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置等を備えた電子機器に関する。
<Fourth embodiment>
The fourth embodiment relates to an electronic apparatus including a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

図7は、第3の実施形態における電子機器の例を示す図である。図7(a)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載された携帯電話の例であり、当該携帯電話230は、電気光学装置(表示パネル)100、アンテナ部231、音声出力部232、音声入力部233及び操作部234を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル100や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。図7(b)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたビデオカメラの例であり、当該ビデオカメラ240は、電気光学装置(表示パネル)100、受像部241、操作部242及び音声入力部243を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル100や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an electronic device according to the third embodiment. FIG. 7A illustrates an example of a mobile phone on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The mobile phone 230 includes an electro-optical device (display panel) 100, an antenna unit 231, an audio output. A section 232, a voice input section 233 and an operation section 234 are provided. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the display panel 100 or an integrated circuit incorporated therein. FIG. 7B shows an example of a video camera on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The video camera 240 includes an electro-optical device (display panel) 100, an image receiving unit 241, and an operation unit. 242 and a voice input unit 243. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the display panel 100 or an integrated circuit incorporated therein.

図7(c)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載された携帯型パーソナルコンピュータの例であり、当該コンピュータ250は、電気光学装置(表示パネル)100、カメラ部251及び操作部252を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル100や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。図7(d)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたヘッドマウントディスプレイの例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ260は、電気光学装置(表示パネル)100、バンド部261及び光学系収納部262を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル100や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。   FIG. 7C illustrates an example of a portable personal computer on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The computer 250 includes an electro-optical device (display panel) 100, a camera unit 251 and an operation unit. A portion 252 is provided. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the display panel 100 or an integrated circuit incorporated therein. FIG. 7D shows an example of a head-mounted display on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The head-mounted display 260 includes an electro-optical device (display panel) 100, a band unit 261 and a band unit 261. An optical system storage section 262 is provided. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the display panel 100 or an integrated circuit incorporated therein.

図7(e)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたリア型プロジェクターの例であり、当該プロジェクター270は、電気光学装置(光変調器)100、光源272、合成光学系273、ミラー274、275を筐体271内に備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば光変調器100や内蔵される回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。図7(f)は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたフロント型プロジェクターの例であり、当該プロジェクター280は、電気光学装置(画像表示源)100及び光学系281を筐体282内に備え、画像をスクリーン283に表示可能になっている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば画像表示源100や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。   FIG. 7E shows an example of a rear projector on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The projector 270 includes an electro-optical device (optical modulator) 100, a light source 272, and synthetic optics. A system 273 and mirrors 274 and 275 are provided in the housing 271. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the optical modulator 100 or a built-in circuit. FIG. 7F shows an example of a front type projector on which a semiconductor device or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The projector 280 has an electro-optical device (image display source) 100 and an optical system 281 in a housing. An image can be displayed on the screen 283 provided in the body 282. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is applied to, for example, manufacturing of a semiconductor device provided in the image display source 100 or an integrated circuit incorporated therein.

上記例に限らず本発明に係る半導体装置の製造方法は、あらゆる電子機器の製造に適用可能である。例えば、この他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、DSP装置、PDA、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ、ICカードなどにも適用することができる。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is not limited to the above example, and can be applied to the manufacture of any electronic device. For example, in addition to the above, the present invention can be applied to a fax device with a display function, a finder of a digital camera, a portable TV, a DSP device, a PDA, an electronic organizer, an electronic bulletin board, a display for advertising, an IC card, and the like.

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で種々に変形、変更実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、半導体膜の一例として珪素膜を採り上げて説明していたが、半導体膜はこれに限定されるものではない。また、上述した実施形態では、本発明に係る結晶性半導体膜を用いて形成される半導体素子の一例として薄膜トランジスタを採り上げて説明していたが、半導体素子はこれに限定されるものではなく、他の素子(例えば、薄膜ダイオード等)を形成してもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, a silicon film has been described as an example of the semiconductor film, but the semiconductor film is not limited to this. Further, in the above-described embodiment, a thin film transistor has been described as an example of a semiconductor element formed using the crystalline semiconductor film according to the present invention. However, the semiconductor element is not limited to this. (For example, a thin film diode) may be formed.

第1の実施形態の半導体薄膜の製造方法を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor thin film according to the first embodiment. ランダムに発生した結晶核を中心とした結晶粒に、略単結晶上の結晶性珪素膜の成長が妨げられる比較例を示す図である。It is a figure which shows the comparative example in which the growth of the crystalline silicon film on a substantially single crystal is prevented by the crystal grain centering on the crystal nucleus which generate | occur | produced at random. 素子形成工程について説明する図である。It is a figure explaining an element formation process. 第2の実施形態の半導体薄膜の製造方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor thin film according to the second embodiment. 第2の熱処理としてのレーザの照射時間の制御について概略的に説明する図である。It is a figure which illustrates roughly control of laser irradiation time as 2nd heat processing. 第3の実施の形態における電気光学装置の接続図である。FIG. 14 is a connection diagram of the electro-optical device according to the third embodiment. 第4の実施の形態における電子機器の例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an electronic device according to a fourth embodiment.

符号の説明Explanation of reference numerals

10…基板、 12、24、32…酸化珪素膜、 14…微細孔、 16…非晶質珪素膜、 18…レーザ(第1の熱処理)、19…レーザ(第2の熱処理)、 20…ハロゲンランプ、22…結晶性珪素膜、 26…ゲート電極、 28…ソース/ドレイン領域、 30…チャネル形成領域、 34…ソース/ドレイン電極、 100…電気光学装置、 T…薄膜トランジスタ   Reference Signs List 10: substrate, 12, 24, 32: silicon oxide film, 14: micropore, 16: amorphous silicon film, 18: laser (first heat treatment), 19: laser (second heat treatment), 20: halogen Lamp: 22 crystalline silicon film, 26: gate electrode, 28: source / drain region, 30: channel formation region, 34: source / drain electrode, 100: electro-optical device, T: thin film transistor

Claims (13)

基板上に形成された絶縁膜に微細孔を形成する微細孔形成工程と、
前記微細孔内及び前記絶縁膜上に非単結晶半導体膜を形成する成膜工程と、
前記非単結晶半導体膜を溶融結晶化させるための第1の熱処理と、前記非単結晶半導体膜の溶融後の温度低下を抑制する第2の熱処理とを並行して行って結晶性半導体膜を形成する結晶化工程と、
を含む半導体膜の製造方法。
A micropore forming step of forming micropores in the insulating film formed on the substrate,
A film forming step of forming a non-single-crystal semiconductor film in the micropores and on the insulating film;
A first heat treatment for melting and crystallizing the non-single-crystal semiconductor film and a second heat treatment for suppressing a decrease in temperature after melting of the non-single-crystal semiconductor film are performed in parallel to form the crystalline semiconductor film. A crystallization step to form;
A method for manufacturing a semiconductor film, comprising:
前記第1の熱処理はレーザ照射によって行われる、請求項1に記載の半導体膜の製造方法。   The method according to claim 1, wherein the first heat treatment is performed by laser irradiation. 前記第1の熱処理は、前記微細孔以外の領域にある非単結晶半導体膜を略完全溶融状態にすると共に、前記微細孔内の非単結晶半導体膜を部分溶融状態にする条件にして行われる、請求項1又は2に記載の半導体膜の製造方法。   The first heat treatment is performed under the condition that the non-single-crystal semiconductor film in a region other than the micropores is substantially completely melted and the non-single-crystal semiconductor film in the micropores is partially melted. The method for manufacturing a semiconductor film according to claim 1. 前記第2の熱処理は瞬時熱アニール処理である、請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。   4. The method according to claim 1, wherein the second heat treatment is an instantaneous thermal annealing process. 5. 前記第2の熱処理はレーザ照射によって行われる、請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。   4. The method according to claim 1, wherein the second heat treatment is performed by laser irradiation. 5. 前記第1の熱処理は、前記非単結晶半導体膜の一部に対して選択的に熱を加えるものであり、前記第2の熱処理は、前記非単結晶半導体膜のうち少なくとも前記第1の熱処理がなされる部分を加熱するものである、請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。   The first heat treatment selectively applies heat to a part of the non-single-crystal semiconductor film, and the second heat treatment includes at least the first heat treatment of the non-single-crystal semiconductor film. The method for manufacturing a semiconductor film according to claim 1, wherein a portion to be heated is heated. 前記第1の熱処理は、短パルスレーザによって行い、
前記第2の熱処理は、前記第1の熱処理における前記短パルスレーザよりもパルス幅の長いレーザ又は連続波レーザによって行う、請求項1に記載の半導体膜の製造方法。
The first heat treatment is performed by a short pulse laser,
2. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 1, wherein the second heat treatment is performed by using a laser having a longer pulse width or a continuous wave laser than the short pulse laser in the first heat treatment. 3.
前記第2の熱処理は、前記非単結晶半導体膜に加わる熱量が漸減するように制御される、請求項1に記載の半導体膜の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 1, wherein the second heat treatment is controlled so that the amount of heat applied to the non-single-crystal semiconductor film gradually decreases. 前記熱量を漸減させる制御は、前記第1の熱処理がなされた以降に開始される、請求項8に記載の半導体膜の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 8, wherein the control for gradually decreasing the amount of heat is started after the first heat treatment is performed. 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の製造方法によって製造される前記結晶性半導体膜を使用して半導体素子を形成する素子形成工程を備える半導体装置の製造方法。   A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: an element forming step of forming a semiconductor element using the crystalline semiconductor film manufactured by the manufacturing method according to claim 1. 請求項10に記載の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を備える集積回路。   An integrated circuit comprising a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10. 請求項10に記載の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を備える電気光学装置。   An electro-optical device comprising a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10. 請求項12に記載の電気光学装置を備える電子機器。

An electronic apparatus comprising the electro-optical device according to claim 12.

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