JP2005045036A - Manufacturing method of crystalline film, crystalline film, semiconductor thin film, semiconductor device, and display device - Google Patents

Manufacturing method of crystalline film, crystalline film, semiconductor thin film, semiconductor device, and display device Download PDF

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俊博 金子
Yasuyuki Umenaka
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily manufacture a crystalline film superior in an electrical characteristics, reliability, and stability. <P>SOLUTION: After forming an insulating film 2 on a substrate 1, a non-single-crystal film 4 is formed by introducing an impurity element 3 by providing a concentration gradient in a crystallization region by an ion implantation or an ion doping. After that, the film 4 is crystallized by irradiating an energy beam to melt and solidify the film 4. When the energy beam is irradiated, a gradient of a heat conductivity in response to a concentration gradient of the element 3 in the crystallization region of the film 4 is generated, and a gentle temperature distribution is formed to widen a molten region of the film 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板上に形成された非単結晶膜にエネルギービームを照射して、非単結晶膜を溶融させた後に固化させることによって結晶性膜を製造する方法、その方法によって製造された結晶性膜および半導体薄膜、その半導体薄膜を活性層として用いた半導体素子を有する半導体装置および表示装置に関する。   The present invention relates to a method for producing a crystalline film by irradiating an energy beam to a non-single crystal film formed on a substrate to melt the non-single crystal film and then solidifying the crystal, and a crystal produced by the method. The present invention relates to a conductive film, a semiconductor thin film, a semiconductor device having a semiconductor element using the semiconductor thin film as an active layer, and a display device.

近年、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)に代表される薄膜半導体素子が注目されている。薄膜半導体素子は、通常、絶縁性表面を有する基板上に、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法等によって、数十nm〜数百nmの厚さの半導体薄膜を形成し、この半導体薄膜を活性層として、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(TFT)、ダイオード等の薄膜半導体素子が形成されている。このような半導体薄膜素子の応用分野としては、アクティブマトリクス型の液晶電気光学装置が知られている。アクティブマトリクス型の液晶電気光学装置は、マトリクス状に配置された数十万以上の画素電極のそれぞれに、1つ以上のTFTを設けて、各画素電極に供給する電荷を、各画素電極に接続されたTFTによってそれぞれ制御するようになっている。   In recent years, a thin film semiconductor element typified by a thin film transistor (TFT) has attracted attention. A thin film semiconductor element usually forms a semiconductor thin film having a thickness of several tens to several hundreds of nanometers on a substrate having an insulating surface by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. Thin film semiconductor elements such as insulated gate field effect transistors (TFTs) and diodes are formed using the thin film as an active layer. As an application field of such a semiconductor thin film element, an active matrix type liquid crystal electro-optical device is known. In an active matrix type liquid crystal electro-optical device, one or more TFTs are provided on each of hundreds of thousands or more of pixel electrodes arranged in a matrix, and charges supplied to the pixel electrodes are connected to the pixel electrodes. Each TFT is controlled.

TFTの活性層に用いられる半導体薄膜としては、成膜が容易である非晶質珪素膜がある。しかしながら、この非晶質珪素膜は、その電気的特性が低いという問題がある。従って、TFTの特性向上を図るためには、非晶質珪素膜よりは、結晶性を有する珪素薄膜を利用することが好ましい。結晶性を有する珪素薄膜は、多結晶珪素、微結晶珪素等と称されている。   As a semiconductor thin film used for the active layer of the TFT, there is an amorphous silicon film that can be easily formed. However, this amorphous silicon film has a problem that its electrical characteristics are low. Therefore, in order to improve TFT characteristics, it is preferable to use a crystalline silicon thin film rather than an amorphous silicon film. A silicon thin film having crystallinity is called polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, or the like.

従来から、基板に形成された非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に、非晶質または多結晶等の非単結晶半導体薄膜を形成し、形成された非単結晶半導体薄膜にエネルギーを加えることによって半導体薄膜を結晶化させる方法が知られている。   Conventionally, a non-single-crystal semiconductor thin film such as amorphous or polycrystalline is formed on a non-single-crystal insulating film or a non-single-crystal insulating substrate formed on a substrate, and energy is applied to the formed non-single-crystal semiconductor thin film. There is known a method of crystallizing a semiconductor thin film by adding.

溶融状態の非単結晶半導体薄膜をレーザービームの照射によって結晶化させる方法は、非単結晶半導体薄膜が設けられる基板の温度を大きく上昇させることなく、非単結晶半導体薄膜のみに高いエネルギーを与えることができるため、安価なガラス基板上に結晶性半導体薄膜を形成することができる。また、ライン状(線状)のレーザービームを用いると、レーザービームの長手方向に垂直な方向に走査することによって、効率よく被照射面全体にレーザービームを照射することができるため、量産性にも優れている。そのため、このようなレーザービームの照射を用いた方法が主流になっており、各機関で盛んに研究されている。   The method of crystallizing a molten non-single crystal semiconductor thin film by laser beam irradiation gives high energy only to the non-single crystal semiconductor thin film without significantly increasing the temperature of the substrate on which the non-single crystal semiconductor thin film is provided. Therefore, a crystalline semiconductor thin film can be formed on an inexpensive glass substrate. In addition, when a linear (linear) laser beam is used, the entire irradiated surface can be efficiently irradiated by scanning in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the laser beam. Is also excellent. For this reason, methods using such laser beam irradiation have become the mainstream, and are actively researched in various institutions.

例えば、ライン状のレーザービームを断続的に照射しつつ、長手方向とは直交する方向に走査することによって、非単結晶半導体薄膜を溶融させた後に固化させることを、基板における所定領域毎に繰り返すことにより、結晶半導体薄膜を形成する方法が開発されている。この方法では、広い面積にわたって効率よく結晶性半導体薄膜を形成することができる。   For example, the non-single-crystal semiconductor thin film is melted and solidified for each predetermined region in the substrate by scanning in a direction orthogonal to the longitudinal direction while intermittently irradiating a linear laser beam. Thus, a method for forming a crystalline semiconductor thin film has been developed. In this method, a crystalline semiconductor thin film can be efficiently formed over a wide area.

しかしながら、通常、このような方法で製造される結晶性半導体薄膜は、1μm以下の大きさの多数の結晶粒からなり、このような結晶性半導体薄膜を用いてTFTを製造した場合、チャネル領域に多数の結晶粒界が形成されるおそれが大きく、電気的特性の低下、特性のばらつき等の原因となる。   However, normally, the crystalline semiconductor thin film manufactured by such a method is composed of a large number of crystal grains having a size of 1 μm or less. When a TFT is manufactured using such a crystalline semiconductor thin film, the crystalline semiconductor thin film is formed in the channel region. There is a high possibility that a large number of crystal grain boundaries are formed, which causes a decrease in electrical characteristics, variation in characteristics, and the like.

このように結晶粒が小さくなる原因の一つとして、レーザービームの照射時に溶融された非単結晶半導体薄膜の冷却時間が短いことがある。   One of the reasons for the reduction in crystal grains is that the cooling time of the non-single-crystal semiconductor thin film melted at the time of laser beam irradiation is short.

パルスレーザーでは、1パルス当りのレーザービームの照射時間が通常数十ns程度と短いため、結晶化される非単結晶半導体薄膜と基板との間に大きな温度差が生じ、溶融された非単結晶半導体薄膜は急速に冷却されて結晶化される。これにより、得られる結晶粒径が小さくなって結晶粒界密度が大きくなると共に、結晶粒と結晶粒との間において多くの結晶欠陥が発生する。   In a pulse laser, the irradiation time of a laser beam per pulse is usually as short as several tens of ns, so that a large temperature difference occurs between the non-single crystal semiconductor thin film to be crystallized and the substrate, and the molten non-single crystal The semiconductor thin film is rapidly cooled and crystallized. As a result, the crystal grain size obtained is reduced, the crystal grain boundary density is increased, and many crystal defects are generated between the crystal grains.

また、最近では、レーザービームが照射された場合に、溶融状態の非単結晶半導体薄膜内に不均一な温度分布を形成して、非単結晶半導体薄膜中の温度の低い領域で結晶核を発生させ、結晶核が発生した領域から、冷却が遅くて温度の高い領域へと結晶成長を行う方法が研究されている。このような方法によって、良質の結晶性半導体薄膜を製造することができる。溶融状態の非単結晶半導体薄膜内に不均一な温度分布を形成する方法としては、非晶質または多結晶等半導体薄膜の上層または下層に設けられた絶縁膜をパターニングする方法、レーザービーム自体にエネルギー強度分布を形成する方法等がある。   Recently, when a laser beam is irradiated, a non-uniform temperature distribution is formed in a molten non-single crystal semiconductor thin film, and crystal nuclei are generated in a low temperature region in the non-single crystal semiconductor thin film. Thus, a method for crystal growth from a region where crystal nuclei are generated to a region where cooling is slow and the temperature is high has been studied. By such a method, a high-quality crystalline semiconductor thin film can be manufactured. As a method of forming a non-uniform temperature distribution in a molten non-single crystal semiconductor thin film, a method of patterning an insulating film provided on an upper layer or a lower layer of an amorphous or polycrystalline semiconductor thin film, a laser beam itself There is a method of forming an energy intensity distribution.

特許文献1(特開2002−26331号公報)には、半導体薄膜と基板との間に保温層を形成し、さらに半導体薄膜上にも保温層を形成することによって、レーザービームの照射時に、加熱された非単結晶半導体薄膜を緩やかに冷却して、結晶成長時間を長くすることにより、結晶粒を大粒径化する方法が開示されている。
特開2002−26331号公報
In Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-26331), a heat insulating layer is formed between a semiconductor thin film and a substrate, and a heat insulating layer is also formed on the semiconductor thin film, so that heating is performed at the time of laser beam irradiation. A method of increasing the crystal grain size by slowly cooling the non-single-crystal semiconductor thin film to increase the crystal growth time is disclosed.
JP 2002-26331 A

しかしながら、特許文献1に開示されているように、基板全体にわたって保温層を形成しているために、基板全体にわたってわたって結晶粒の粒径を大きくすることはできるが、基板における非単結晶が結晶化される所定領域毎に結晶粒を大粒径化することができないという問題がある。特許文献1に記載された構成では、基板における非単結晶が結晶化される領域毎に結晶粒径を大きくするためには、各領域毎に、保温層の膜厚、膜種自体を変更しなければならず、各領域毎に温度勾配を形成して、各領域毎に結晶粒を大粒径化することが容易でないという問題がある。   However, as disclosed in Patent Document 1, since the heat insulating layer is formed over the entire substrate, the grain size of the crystal grains can be increased over the entire substrate. There is a problem that the crystal grains cannot be enlarged for each predetermined region to be crystallized. In the configuration described in Patent Document 1, in order to increase the crystal grain size for each region where the non-single crystal in the substrate is crystallized, the thickness of the heat insulating layer and the film type itself are changed for each region. There is a problem that it is not easy to form a temperature gradient in each region and increase the crystal grain size in each region.

本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、特性、信頼性および安定性に優れた結晶性膜を、基板における所定領域毎に容易に製造することができる結晶性膜の製造方法、その方法によって製造された結晶性膜および半導体薄膜、その半導体薄膜を活性層として半導体素子が製造された半導体装置および表示装置を提供することを目的とする。   The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to make it possible to easily manufacture a crystalline film excellent in characteristics, reliability and stability for each predetermined region of a substrate. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method, a crystalline film and a semiconductor thin film manufactured by the method, a semiconductor device in which a semiconductor element is manufactured using the semiconductor thin film as an active layer, and a display device.

本発明の結晶性膜の製造方法は、基板上に絶縁膜を介して形成された非単結晶膜にエネルギービームを照射して、該非単結晶膜を溶融させて固化させることによって、該非単結晶膜を所定方向に結晶化させる結晶性膜の製造方法であって、該非単結晶膜が結晶化される領域において、前記絶縁膜に結晶化方向に熱伝導率の差が形成されるように、該絶縁膜に不純物元素を導入することを特徴とする。   The method for producing a crystalline film according to the present invention includes irradiating an energy beam to a non-single crystal film formed on a substrate via an insulating film, and melting and solidifying the non-single crystal film. A method of manufacturing a crystalline film in which a film is crystallized in a predetermined direction, wherein a difference in thermal conductivity is formed in the crystallization direction in the insulating film in a region where the non-single crystal film is crystallized. An impurity element is introduced into the insulating film.

前記不純物は、前記結晶化される領域において、結晶化方向に熱伝導率が小さくなるように、濃度勾配が形成されて前記絶縁膜に導入されている。   In the region to be crystallized, the impurity is introduced into the insulating film in a concentration gradient so that the thermal conductivity decreases in the crystallization direction.

前記絶縁膜に導入される不純物は、前記結晶化される領域において、10at%以上80at%以下の範囲で濃度勾配が設けられている。   The impurity introduced into the insulating film has a concentration gradient in the region to be crystallized in the range of 10 at% to 80 at%.

前記不純物元素は、前記絶縁膜にイオン注入法またはイオンドーピング法によって導入される。   The impurity element is introduced into the insulating film by an ion implantation method or an ion doping method.

前記絶縁膜は、酸化珪素化合物、窒化珪素化合物、窒化酸化珪素化合物、酸化アルミニウム化合物、窒化アルミニウム化合物、フッ化酸化珪素化合物、フッ化酸化窒化珪素化合物および酸化炭化珪素化合物のうち、少なくともいずれか一つを含む。   The insulating film is at least one of a silicon oxide compound, a silicon nitride compound, a silicon nitride oxide compound, an aluminum oxide compound, an aluminum nitride compound, a fluorinated silicon oxide compound, a fluorinated silicon oxynitride compound, and a silicon oxycarbide compound. Including one.

前記絶縁膜に導入される不純物元素は、炭素、窒素、酸素、フッ素、珪素およびアルミニウムのうち、少なくともいずれか一つを含む。   The impurity element introduced into the insulating film includes at least one of carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, silicon, and aluminum.

前記不純物元素が導入された絶縁膜の熱伝導率は、5W/m・K以下の範囲で膜面内に勾配が設けられている。   The thermal conductivity of the insulating film into which the impurity element is introduced has a gradient in the film plane in the range of 5 W / m · K or less.

前記非単結晶膜が半導体膜である。   The non-single crystal film is a semiconductor film.

前記半導体薄膜がシリコン材料からなる。   The semiconductor thin film is made of a silicon material.

前記絶縁膜の膜厚は、50nm以上である。   The insulating film has a thickness of 50 nm or more.

前記非単結晶膜の膜厚は、10nm以上200nm以下の範囲である。   The thickness of the non-single crystal film is in the range of 10 nm to 200 nm.

前記エネルギービームは、波長400nm以下のレーザービームである。   The energy beam is a laser beam having a wavelength of 400 nm or less.

前記エネルギービームは、エネルギー密度が250mJ/cm以上250〜500mJ/cm以下のパルスレーザーである。 The energy beam, the energy density of 250 mJ / cm 2 or more 250~500mJ / cm 2 or less of the pulse laser.

本発明の結晶性膜は、前記製造方法によって製造されている。   The crystalline film of the present invention is manufactured by the above manufacturing method.

本発明の半導体薄膜、前記製造方法によって製造されている。   The semiconductor thin film of the present invention is manufactured by the manufacturing method.

本発明の半導体装置は、前記半導体薄膜を活性層とする。   In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor thin film is an active layer.

本発明の表示装置は、前記半導体薄膜をそれぞれチャネル領域とする複数の薄膜トランジスタのそれぞれに接続された画素電極がマトリックス状に設けられたアクティブマトリクス基板と、対向電極が設けられた対向基板とが所定の間隔を開けた状態で、各画素電極と該対向電極とが対向するように配置されて、両基板の間隙に表示媒体が挟持されている。   In the display device of the present invention, an active matrix substrate in which pixel electrodes connected to each of a plurality of thin film transistors each having the semiconductor thin film as a channel region are provided in a matrix, and a counter substrate provided with a counter electrode are predetermined. Each pixel electrode and the counter electrode are arranged so as to face each other with a gap therebetween, and a display medium is sandwiched between the substrates.

以上説明したように、本発明によれば、基板上に形成された非単結晶膜にエネルギービームを照射して結晶化を行うに際して、非単結晶膜が結晶化される領域において、絶縁膜に結晶化方向に熱伝導率の差が形成されるように、絶縁膜に不純物元素を導入しているために、エネルギービームの照射によって、非単結晶膜の結晶化領域内に緩やかな温度勾配を形成することができ、これにより、低い結晶化速度で結晶成長を行うことができ、結晶粒の大きい結晶性膜を容易に形成することができる。このようにして製造された結晶性半導体薄膜を活性領域として薄膜トランジスタなどの半導体素子を製造することによって、電気特性が良好になり、しかも、特性のばらつきが少ない信頼性に優れた半導体装置および表示装置を実現することができる。   As described above, according to the present invention, when the non-single crystal film formed on the substrate is crystallized by irradiating the energy beam, the insulating film is formed in the region where the non-single crystal film is crystallized. Since an impurity element is introduced into the insulating film so that a difference in thermal conductivity is formed in the crystallization direction, a gentle temperature gradient is generated in the crystallization region of the non-single crystal film by irradiation with the energy beam. Thus, crystal growth can be performed at a low crystallization rate, and a crystalline film with large crystal grains can be easily formed. By manufacturing a semiconductor element such as a thin film transistor by using the crystalline semiconductor thin film thus manufactured as an active region, a semiconductor device and a display device with excellent electrical characteristics and excellent reliability with little variation in characteristics Can be realized.

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1(a)〜(c)は、それぞれ、本発明の実施形態の結晶性珪素膜の製造方法における製造工程を説明するための概略図である。   FIGS. 1A to 1C are schematic views for explaining a manufacturing process in the method for manufacturing a crystalline silicon film according to the embodiment of the present invention.

まず、図1(a)に示すように、ガラス基板1上に絶縁膜であるSiO膜2を形成する。ガラス基板1上に形成されるSiO膜2は、TEOS(テトラエトキシシラン)ガスとOガスとを用いたプラズマCVD法によって、例えば200nmに形成される。この場合のSiO膜2の熱伝導率は、全体にわたって約1.4W/m・Kになっている。 First, as shown in FIG. 1A, an SiO 2 film 2 that is an insulating film is formed on a glass substrate 1. The SiO 2 film 2 formed on the glass substrate 1 is formed to 200 nm, for example, by a plasma CVD method using TEOS (tetraethoxysilane) gas and O 3 gas. In this case, the thermal conductivity of the SiO 2 film 2 is about 1.4 W / m · K throughout.

絶縁膜が形成される基板は、ガラス基板に限らず、石英基板等の絶縁性表面を有する基板、あるいは、シリコンウエハ等の半導体基板が使用される。   The substrate on which the insulating film is formed is not limited to a glass substrate, and a substrate having an insulating surface such as a quartz substrate or a semiconductor substrate such as a silicon wafer is used.

次に、図1(b)に示すように、SiO膜2に、イオン注入法あるいはイオンドーピング法によって、不純物元素3としての窒素を導入する。不純物元素3としての窒素は、SiO膜2の面内において、その後の工程において、SiO膜2上に形成される非単結晶膜である非晶質珪素膜が結晶化される結晶化領域毎に所定の濃度勾配がそれぞれ形成されるように導入される。具体的には、後の非晶質珪素膜の結晶化工程において、結晶化領域内で非晶質珪素膜が結晶化される方向(結晶化方向)に、順次、濃度が小さくなるような濃度勾配となるように、不純物元素3としての窒素が導入される。 Next, as shown in FIG. 1B, nitrogen as the impurity element 3 is introduced into the SiO 2 film 2 by ion implantation or ion doping. Nitrogen as the impurity element 3, in the plane of the SiO 2 film 2, in a subsequent step, the crystallization area amorphous silicon film is a non-single-crystal film is formed on the SiO 2 film 2 is crystallized Each time a predetermined concentration gradient is formed. Specifically, in the subsequent crystallization process of the amorphous silicon film, the concentration is such that the concentration decreases in the direction in which the amorphous silicon film is crystallized in the crystallization region (crystallization direction). Nitrogen as the impurity element 3 is introduced so as to have a gradient.

この場合、不純物元素3である窒素は、10at%〜80at%程度の濃度差でSiO膜2内に導入されるる。 In this case, nitrogen as the impurity element 3 is introduced into the SiO 2 film 2 with a concentration difference of about 10 at% to 80 at%.

絶縁膜であるSiO膜2は、不純物元素3が導入されることによって、熱伝導率が高くなる。従って、各結晶化領域において、不純物濃度が大きい結晶成長開始部では熱伝導率が大きく、結晶化方向に向かうにつれて、不純物濃度が小さくなっていることによって熱伝導率が順次小さくなり、結晶成長停止部において熱伝導率が最も小さくなっている。各結晶化領域における最大の熱伝導率は、5W/m・K以下とされる。 The SiO 2 film 2 which is an insulating film has a high thermal conductivity when the impurity element 3 is introduced. Therefore, in each crystallized region, the thermal conductivity is large at the crystal growth start portion where the impurity concentration is high, and the thermal conductivity is gradually decreased due to the decreasing impurity concentration toward the crystallization direction, and the crystal growth is stopped. The thermal conductivity is the smallest in the part. The maximum thermal conductivity in each crystallization region is 5 W / m · K or less.

次に、図1(c)に示すように、絶縁膜であるSiO膜2上に、非単結晶膜である非晶質珪素膜4を、SiO膜2の全面にわたって形成する。非晶質珪素膜4は、例えば、Siガスを用いた減圧CVD法によって、厚さ50nmに形成される。 Next, as shown in FIG. 1 (c), on the SiO 2 film 2 is an insulating film, an amorphous silicon film 4 which is a non-single-crystal film is formed over the entire surface of the SiO 2 film 2. The amorphous silicon film 4 is formed to a thickness of 50 nm by, for example, a low pressure CVD method using Si 2 H 6 gas.

次に、図2に示すように、非晶質珪素膜4に対して、エネルギービームとしてライン状のレーザービーム5を、長手方向とは垂直な走査方向(矢印Aで示す方向)に走査させつつ照射することによって、非晶質珪素膜4を溶融および固化させて結晶化する。レーザービーム5は、例えば、非晶質珪素膜4におけるレーザービームの長手方向の全域にわたるような長手方向長さに設定されており、また、走査方向Aに沿った幅寸法が2μmになっている。レーザービーム5は、例えば400mJ/cmのエキシマレーザービームであり、走査方向Aに1μm移動させる毎にオンオフが繰り返されるように照射される。 Next, as shown in FIG. 2, the amorphous silicon film 4 is scanned with a linear laser beam 5 as an energy beam in a scanning direction (direction indicated by an arrow A) perpendicular to the longitudinal direction. By irradiation, the amorphous silicon film 4 is melted and solidified to be crystallized. For example, the laser beam 5 is set to have a length in the longitudinal direction so as to cover the entire area of the amorphous silicon film 4 in the longitudinal direction of the laser beam, and the width dimension along the scanning direction A is 2 μm. . The laser beam 5 is, for example, an excimer laser beam of 400 mJ / cm 2 , and is irradiated so as to be repeatedly turned on and off every time it is moved in the scanning direction A by 1 μm.

レーザービーム5が非晶質珪素膜4に照射されると、非晶質珪素膜4のみにエネルギーが与えられて、非晶質珪素膜4は溶融状態になる。この場合、非晶質珪素膜4の下側に接しているSiO膜2中には、結晶化領域毎に不純物であるN(窒素)濃度に勾配が形成されていることによって熱伝導係数が不均一になっていることより、非晶質珪素膜4は、各結晶化領域内において、不均一に熱拡散される。これにより、溶融状態の非晶質珪素膜4内には、不均一な温度分布が形成される。 When the amorphous silicon film 4 is irradiated with the laser beam 5, energy is given only to the amorphous silicon film 4, and the amorphous silicon film 4 enters a molten state. In this case, in the SiO 2 film 2 in contact with the lower side of the amorphous silicon film 4, a gradient is formed in the concentration of N (nitrogen) that is an impurity for each crystallization region, so that the thermal conductivity coefficient is increased. Due to the nonuniformity, the amorphous silicon film 4 is thermally diffused nonuniformly in each crystallized region. As a result, a non-uniform temperature distribution is formed in the amorphous silicon film 4 in the molten state.

各結晶化領域内では、SiO膜2に導入されたN濃度が高いところでは溶融状態の非晶質珪素膜4からガラス基板1への熱拡散が大きく、逆にN濃度の低いところでは、この熱拡散が小さくなる。このことにより溶融状態の非晶質珪素膜4の膜面内に温度勾配が生じる。Nの濃度勾配を緩やかにすることにより、各結晶化領域における温度勾配も緩やかにできる。 Within each crystallized region, thermal diffusion from the molten amorphous silicon film 4 to the glass substrate 1 is large where the N concentration introduced into the SiO 2 film 2 is high, and conversely, where the N concentration is low, This thermal diffusion is reduced. As a result, a temperature gradient is generated in the film surface of the molten amorphous silicon film 4. By making the concentration gradient of N gentle, the temperature gradient in each crystallization region can also be made gentle.

このように、本実施形態では、結晶化領域において温度勾配が緩やかになっているために、溶融領域を広げて結晶成長領域を広げることができ、その結果、大粒径の結晶粒を形成することができる。   As described above, in this embodiment, since the temperature gradient is gentle in the crystallization region, the melting region can be expanded and the crystal growth region can be expanded. As a result, large crystal grains are formed. be able to.

このようにして、非晶質珪素膜4における各結晶化領域において、非晶質珪素がそれぞれ結晶化されることにより、各結晶化領域においてそれぞれ大粒径の結晶が形成された結晶性珪素膜を形成することができる。   In this manner, the crystalline silicon film in which the amorphous silicon is crystallized in each crystallized region in the amorphous silicon film 4 so that a crystal having a large grain size is formed in each crystallized region. Can be formed.

このようにして形成された結晶性珪素膜は、薄膜トランジスタ等の半導体素子の活性層として使用され、その半導体素子が、液晶表示装置のドライバー、半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置に使用される。   The crystalline silicon film thus formed is used as an active layer of a semiconductor element such as a thin film transistor, and the semiconductor element is used in a semiconductor device such as a driver of a liquid crystal display device, a semiconductor memory, or a semiconductor logic circuit. .

また、このように、半導体薄膜である非晶質珪素膜4の溶融領域を広くすることにより、各結晶化領域における結晶成長距離が大きくなるために、断続的に照射されるレーザービームの走査ピッチを拡大することができ、これにより、レーザービームのショット数を低減することができる。   Further, since the crystal growth distance in each crystallized region is increased by widening the melting region of the amorphous silicon film 4 which is a semiconductor thin film in this way, the scanning pitch of the intermittently irradiated laser beam is increased. The number of shots of the laser beam can be reduced.

さらには、ライン状のレーザービームを、断続的に照射しつつ、長手方向に対して垂直方向に走査させることによって、大面積の基板における多数の結晶化領域において大粒径の結晶をそれぞれ形成することが可能である。また、このように、非晶質珪素膜4の溶融領域を広くして結晶成長距離を大きくすることができるため、レーザービームの1ショットの照射でも結晶化を行うことができ、基板上の所望の位置にのみ大粒径の結晶粒を形成させることも可能である。   Furthermore, by irradiating a line-shaped laser beam intermittently and scanning in a direction perpendicular to the longitudinal direction, crystals having a large grain size are formed in a large number of crystallization regions in a large-area substrate, respectively. It is possible. Further, since the melting region of the amorphous silicon film 4 can be widened and the crystal growth distance can be increased in this way, crystallization can be performed even by irradiation with one shot of the laser beam, and the desired amount on the substrate can be obtained. It is also possible to form crystal grains having a large grain size only at the position.

このように1ショットのレーザービームを照射する場合、結晶化領域内で非晶質珪素膜の結晶化方向の中央部において濃度が大きく、結晶化方向の両側になるにつれて、順次、濃度が小さくなるような濃度勾配となるように、不純物元素3としての窒素が導入される。これにより、結晶化領域における非晶質珪素膜4の温度分布は、図3(a)に示すようになり、結晶化領域における結晶化方向の中央部と両側部分の温度差が小さく、各結晶化領域における温度勾配が緩やかになる。   In this way, when one-shot laser beam is irradiated, the concentration is high in the central portion of the amorphous silicon film in the crystallization direction in the crystallization region, and the concentration decreases sequentially as it goes to both sides of the crystallization direction. Nitrogen as the impurity element 3 is introduced so as to have such a concentration gradient. As a result, the temperature distribution of the amorphous silicon film 4 in the crystallization region becomes as shown in FIG. 3A, and the temperature difference between the central portion and both side portions in the crystallization direction in the crystallization region is small. The temperature gradient in the conversion region becomes gentle.

なお、図3(b)は、絶縁膜であるSiO膜2に不純物を導入することなく、SiO膜上に設けられた非晶質珪素膜4にレーザービームを照射した場合における非晶質珪素膜の結晶化領域内の温度分布を示している。この場合には、結晶化領域の結晶化方向の中央部と両側部分との温度差が大きく、温度勾配が急激になっている。 FIG. 3B shows an amorphous structure when the amorphous silicon film 4 provided on the SiO 2 film is irradiated with a laser beam without introducing impurities into the SiO 2 film 2 which is an insulating film. The temperature distribution in the crystallization region of the silicon film is shown. In this case, the temperature difference between the center portion and both side portions in the crystallization direction of the crystallization region is large, and the temperature gradient is steep.

なお、本実施形態では、絶縁膜としてSiO膜(酸化珪素膜)を用いたが、例えば酸化珪素化合物、窒化珪素化合物、窒化酸化珪素化合物、酸化アルミニウム化合物、窒化アルミニウム化合物、フッ化酸化珪素化合物、フッ化酸化窒化珪素化合物および酸化炭化珪素化合物などを用いても、同様の効果を得ることができる。 In this embodiment, an SiO 2 film (silicon oxide film) is used as the insulating film. For example, a silicon oxide compound, a silicon nitride compound, a silicon nitride oxide compound, an aluminum oxide compound, an aluminum nitride compound, and a silicon fluoride oxide compound are used. The same effect can be obtained by using a silicon fluorinated silicon oxynitride compound and a silicon oxycarbide compound.

また、本実施形態では、不純物元素として窒素を用いたが、例えば炭素、窒素、酸素、フッ素、珪素およびアルミニウムなどのように絶縁膜よりも熱伝導性が高い不純物元素であれば、いずれも用いることができる。また、これらの不純物元素は、混合して用いることもできる。   In this embodiment, nitrogen is used as the impurity element. However, any impurity element having higher thermal conductivity than the insulating film, such as carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, silicon, and aluminum, is used. be able to. These impurity elements can also be used as a mixture.

また、本実施形態では、非単結晶膜として半導体膜である珪素(Si)膜を用いたが、SiGe膜、GaAs膜、GaP膜、InP膜等を用いてもよい。   In this embodiment, a silicon (Si) film that is a semiconductor film is used as the non-single crystal film, but a SiGe film, a GaAs film, a GaP film, an InP film, or the like may be used.

不純物元素が導入された絶縁膜の熱伝導率は、5W/m・K以下の範囲で勾配が設けられていることが好ましい。絶縁膜の熱伝導率が5W/m・Kよりも大きくなると、非単結晶膜に与えられた熱が直ちに基板に拡散されるため、非単結晶膜の溶融時間が短くなり、結晶粒の大きい結晶性膜が得られないからである。絶縁膜の熱伝導率が5W/m・K以下であれば、非単結晶膜の溶融時間を長くすることかでき、結晶粒が大きい結晶性膜を得ることができる。   The thermal conductivity of the insulating film into which the impurity element is introduced is preferably provided with a gradient in the range of 5 W / m · K or less. When the thermal conductivity of the insulating film is greater than 5 W / m · K, the heat applied to the non-single crystal film is immediately diffused into the substrate, so the melting time of the non-single crystal film is shortened and the crystal grains are large This is because a crystalline film cannot be obtained. If the thermal conductivity of the insulating film is 5 W / m · K or less, the melting time of the non-single-crystal film can be increased, and a crystalline film with large crystal grains can be obtained.

絶縁膜の膜厚は、50nm以上であることが好ましい。絶縁膜の膜厚が50nmよりも薄いと、その後のレーザービーム等のエネルギービームが照射された際に、十分緩やかな温度勾配を形成することができないからである。絶縁膜の膜厚が50nm以上であれば、不純物元素の濃度勾配によって、レーザービーム等のエネルギービームが照射された際に、非単結晶膜における結晶化領域の温度勾配を緩やかにして結晶化速度を低速にし、結晶粒が大きい結晶性膜を得ることができる。   The thickness of the insulating film is preferably 50 nm or more. This is because if the insulating film is thinner than 50 nm, a sufficiently gentle temperature gradient cannot be formed when an energy beam such as a laser beam is irradiated thereafter. When the thickness of the insulating film is 50 nm or more, the crystallization speed is reduced by gradually reducing the temperature gradient of the crystallization region in the non-single crystal film when irradiated with an energy beam such as a laser beam due to the concentration gradient of the impurity element. And a crystalline film with large crystal grains can be obtained.

非単結晶膜の膜厚は、10nm以上200nm以下の範囲であることが好ましい。非単結晶膜の膜厚が10nmよりも薄いと、エネルギービームが充分吸収されないため、非単結晶膜を溶融させることが困難となるからである。また、非単結晶膜の膜厚が200nmよりも厚いと、非単結晶膜を溶融させるために過大なエネルギーのエネルギービームが必要となり、非単結晶膜を安定して溶融させることができず、結晶化領域において緩やかな温度勾配を形成させることが困難になるからである。非単結晶膜の膜厚が10nm以上200nm以下の範囲であれば、非単結晶膜を安定して溶融させることができ、かつ、結晶化領域内に緩やかな温度勾配を形成させることができる。   The thickness of the non-single crystal film is preferably in the range of 10 nm to 200 nm. This is because if the thickness of the non-single crystal film is thinner than 10 nm, the energy beam is not sufficiently absorbed, and it is difficult to melt the non-single crystal film. Further, if the non-single crystal film is thicker than 200 nm, an energy beam of excessive energy is required to melt the non-single crystal film, and the non-single crystal film cannot be stably melted. This is because it becomes difficult to form a gentle temperature gradient in the crystallization region. When the thickness of the non-single crystal film is in the range of 10 nm to 200 nm, the non-single crystal film can be stably melted and a gentle temperature gradient can be formed in the crystallization region.

さらに、本実施形態では、エネルギービームとしてパルス状エキシマレーザー光を用いたが、他のパルス状レーザー光やパルス光、パルス状荷電粒子等、他のエネルギービームを用いても良い。   Furthermore, in the present embodiment, pulsed excimer laser light is used as the energy beam, but other energy beams such as other pulsed laser light, pulsed light, and pulsed charged particles may be used.

エネルギービームのエネルギー密度が250mJ/cmよりも小さいと、エネルギーが小さいため、非単結晶膜を充分に溶融させることができないからである。また、エネルギー密度が500mJ/cmよりも大きいと、エネルギーが大きいため、非単結晶膜中の一部が飛散するおそれ等がある。エネルギービームのエネルギー密度が250mJ/cm以上250〜500mJ/cm以下のパルスレーザーであれば、非単結晶膜を充分に溶融させることができ、かつ、非単結晶膜の飛散も生じない。 This is because if the energy density of the energy beam is smaller than 250 mJ / cm 2 , the energy is small and the non-single crystal film cannot be sufficiently melted. On the other hand, when the energy density is higher than 500 mJ / cm 2 , the energy is so high that a part of the non-single crystal film may be scattered. If the energy density of the energy beam is 250 mJ / cm 2 or more 250~500mJ / cm 2 or less of a pulse laser, it is possible to sufficiently melt the non-single-crystal film, and does not occur scattering of non-single-crystal film.

図4は、前述した製造方法によって製造された結晶性珪素膜を活性層として使用した半導体素子である薄膜トランジスタが設けられた液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の製造工程を示す断面図、図5は、そのアクティブマトリクス基板の断面図、図6は、そのアクティブマトリクス基板に液晶層を介して貼り合わされて液晶表示装置を構成する対向基板の断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an active matrix substrate of a liquid crystal display device provided with a thin film transistor which is a semiconductor element using a crystalline silicon film manufactured by the above-described manufacturing method as an active layer, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the active matrix substrate, and FIG. 6 is a cross-sectional view of a counter substrate that is bonded to the active matrix substrate via a liquid crystal layer to form a liquid crystal display device.

図5に示すアクティブマトリクス基板31には、多数の画素電極15(図5参照)がマトリクス状に設けられており、各画素電極15が、薄膜トランジスタ33によってそれぞれ駆動されるようになっている。   An active matrix substrate 31 shown in FIG. 5 is provided with a large number of pixel electrodes 15 (see FIG. 5) in a matrix, and each pixel electrode 15 is driven by a thin film transistor 33.

アクティブマトリクス基板31は、前記ガラス基板1に、絶縁膜としてのSiO膜2を形成し、さらには、前述した方法によって、結晶性珪素膜が形成されると、その結晶性珪素膜を所定形状にパターンニングすることにより、各画素電極15に対応して設けられる薄膜トランジスタ33の活性層8がそれぞれ形成される。 In the active matrix substrate 31, the SiO 2 film 2 as an insulating film is formed on the glass substrate 1. Further, when the crystalline silicon film is formed by the method described above, the crystalline silicon film is shaped into a predetermined shape. By patterning, the active layer 8 of the thin film transistor 33 provided corresponding to each pixel electrode 15 is formed.

結晶性珪素膜からなる活性層8には、中央部にチャネル領域8aが設けられており、チャネル領域8aの両側にソース領域8bおよびドレイン領域8cがそれぞれ形成されている。チャネル領域8a上には、ゲート絶縁膜9を介してゲート電極10が設けられており、ゲート絶縁膜9およびゲート電極10を覆うように絶縁膜11が設けられている。ゲート絶縁膜9および絶縁膜11には、ソース領域8bおよびドレイン領域8cに達するようにコンタクトホールが設けられ、ソース領域8bおよびドレイン領域8cに、コンタクトホールを介して、ソース電極12bおよびドレイン電極12cが接続されている。そして、絶縁膜11と、ソース電極12bおよびドレイン電極12cとを覆うように、絶縁膜13が設けられている。絶縁層13には、ソース電極12bおよびドレイン電極12cの一部が露出するようにスルーホール13aがそれぞれ形成されている。   The active layer 8 made of a crystalline silicon film is provided with a channel region 8a at the center, and a source region 8b and a drain region 8c are formed on both sides of the channel region 8a. A gate electrode 10 is provided on the channel region 8 a via a gate insulating film 9, and an insulating film 11 is provided so as to cover the gate insulating film 9 and the gate electrode 10. The gate insulating film 9 and the insulating film 11 are provided with contact holes so as to reach the source region 8b and the drain region 8c, and the source electrode 12b and the drain electrode 12c are connected to the source region 8b and the drain region 8c through the contact holes. Is connected. An insulating film 13 is provided so as to cover the insulating film 11 and the source electrode 12b and the drain electrode 12c. A through hole 13a is formed in the insulating layer 13 so that a part of the source electrode 12b and the drain electrode 12c is exposed.

図4は、この状態の断面図であり、結晶性珪素膜を活性層8として用いた薄膜トランジスタ33が形成されている。なお、このような薄膜トランジスタ33は、液晶表示装置のドライバーとして用いる構成に限らず、半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置としても使用される。半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置として使用される場合には、基板上に、抵抗、キャパシタ等が設けられる。   FIG. 4 is a cross-sectional view of this state, in which a thin film transistor 33 using a crystalline silicon film as the active layer 8 is formed. Such a thin film transistor 33 is not limited to a configuration used as a driver of a liquid crystal display device, but is also used as a semiconductor device such as a semiconductor memory or a semiconductor logic circuit. When used as a semiconductor device such as a semiconductor memory or a semiconductor logic circuit, a resistor, a capacitor, and the like are provided on a substrate.

図4に示す薄膜トランジスタ13がガラス基板1上にマトリクス状に形成された液晶表示装置のアクティブマトリクス基板31は、図5に示すように、絶縁層13上に、スルーホール13aを介してドレイン電極12cと接続された画素電極15がそれぞれ形成され、絶縁層13および画素電極15を覆うように保護膜16が設けられている。そして、保護膜16を覆うように配向膜17が設けられている。   As shown in FIG. 5, the active matrix substrate 31 of the liquid crystal display device in which the thin film transistors 13 shown in FIG. 4 are formed in a matrix on the glass substrate 1 has a drain electrode 12c on the insulating layer 13 through a through hole 13a. Are connected to each other, and a protective film 16 is provided so as to cover the insulating layer 13 and the pixel electrode 15. An alignment film 17 is provided so as to cover the protective film 16.

このような構成のアクティブマトリクス基板31が、図6に示す対向基板32と、液晶層を介して貼り合せることによって、液晶表示装置とされる。図6に示す対向基板32は、絶縁性基板であるガラス基板18上に、カラーフィルター19、対向電極20、保護膜22および配向膜21が設けられている。そして、配向膜21を、アクティブマトリクス基板31の配向膜17に、所定の間隔をあけて対向配置して、その間隔内に液晶層を形成することによって液晶表示装置とされる。   The active matrix substrate 31 having such a structure is bonded to the counter substrate 32 shown in FIG. 6 via a liquid crystal layer, whereby a liquid crystal display device is obtained. The counter substrate 32 shown in FIG. 6 is provided with a color filter 19, a counter electrode 20, a protective film 22, and an alignment film 21 on a glass substrate 18 that is an insulating substrate. Then, the alignment film 21 is disposed opposite to the alignment film 17 of the active matrix substrate 31 with a predetermined interval, and a liquid crystal layer is formed within the interval to obtain a liquid crystal display device.

図5に示すアクティブマトリクス基板31は、次のようにして製造される。まず、前述の方法によってガラス基板1のSiO膜2上に結晶性珪素膜が形成されると、この結晶性珪素膜を、CFガスとOガスとを用いたRIE法によって、各画素電極15に対応するマトリクス状にパターニングして、各薄膜トランジスタ33の活性層8をそれぞれ形成する。 The active matrix substrate 31 shown in FIG. 5 is manufactured as follows. First, when a crystalline silicon film is formed on the SiO 2 film 2 of the glass substrate 1 by the above-described method, the crystalline silicon film is formed on each pixel by RIE using CF 4 gas and O 2 gas. The active layer 8 of each thin film transistor 33 is formed by patterning in a matrix corresponding to the electrode 15.

その後、通常の薄膜トランジスタの製造工程と同様に、TEOSガスとOガスとを用いたプラズマCVD法によって、SiOからなるゲート絶縁膜9を、活性層8およびSiO膜2を覆うように形成する。 Thereafter, similarly to the manufacturing process of the conventional thin film transistor, formed by a plasma CVD method using the TEOS gas and the O 3 gas, as a gate insulating film 9 made of SiO 2, covering the active layer 8 and the SiO 2 film 2 To do.

次に、スパッタリング法によって、WSi/多結晶Si膜を形成した後、CFガスとOガスとを用いたRIE法によってパターニングすることによって、活性層8のチャネル領域8a上にゲート電極10をそれぞれ形成する。 Next, after forming a WSi 2 / polycrystalline Si film by sputtering, patterning is performed by RIE using CF 4 gas and O 2 gas, whereby the gate electrode 10 is formed on the channel region 8 a of the active layer 8. Respectively.

次いで、ゲート電極10をマスクとして、ソース領域8bおよびドレイン領域8cにイオンドーピング法によってP(リン)およびB(ホウ素)を注入する。その後、TEOSガスとOガスとを用いたプラズマCVD法によってSiOからなる絶縁膜11を、各ゲート電極10およびゲート絶縁膜9を覆うように形成する。このような状態になると、CFガスとCHFガスを用いたRIE法によって絶縁膜11をエッチングすることにより、各活性層8のソース領域8bおよびドレイン領域8cが露出するように、コンタクトホールをそれぞれ形成する。 Next, using the gate electrode 10 as a mask, P (phosphorus) and B (boron) are implanted into the source region 8b and the drain region 8c by ion doping. Thereafter, an insulating film 11 made of SiO 2 is formed so as to cover each gate electrode 10 and the gate insulating film 9 by plasma CVD using TEOS gas and O 3 gas. In such a state, the contact hole is formed so that the source region 8b and the drain region 8c of each active layer 8 are exposed by etching the insulating film 11 by RIE using CF 4 gas and CHF 3 gas. Form each one.

次に、スパッタリング法によって、絶縁膜11上および各コンタクトホール内にAl膜を形成し、BClガスとClガスとを用いたRIE法によってパターニングすることによって、ソース電極12bおよびドレイン電極12cを形成する。そして、SiHガスとNHガスとNガスとを用いたプラズマCVD法によって、SiNからなる絶縁性の保護膜13を、絶縁膜11と、ソース電極12bおよびドレイン電極12cとを覆うように形成する。その後、CFガスとCHFガスとを用いたRIE法によってエッチングを行って保護膜13の一部を、電極および配線12の一部が露出するように開口する。これにより、図4に示す薄膜トランジスタ33が形成される。 Next, an Al film is formed on the insulating film 11 and in each contact hole by sputtering, and patterned by RIE using BCl 3 gas and Cl 2 gas, whereby the source electrode 12b and the drain electrode 12c are formed. Form. Then, the insulating protective film 13 made of SiN is covered with the insulating film 11 and the source electrode 12b and the drain electrode 12c by plasma CVD using SiH 4 gas, NH 3 gas, and N 2 gas. Form. Thereafter, etching is performed by an RIE method using CF 4 gas and CHF 3 gas to open a part of the protective film 13 so that a part of the electrode and the wiring 12 is exposed. Thereby, the thin film transistor 33 shown in FIG. 4 is formed.

その後、TEOSガスとOガスとを用いたプラズマCVD法によって、SiOからなる絶縁層13を形成し、CFガスとCHFガスとを用いたRIE法によってエッチングすることにより、絶縁層13にスルーホール13aを形成する。 Thereafter, an insulating layer 13 made of SiO 2 is formed by a plasma CVD method using TEOS gas and O 3 gas, and etched by an RIE method using CF 4 gas and CHF 3 gas. Through-holes 13a are formed.

次に、スパッタリング法によって、絶縁層13およびスルーホール13a内にITO膜を形成し、HClとFeClとを用いてパターニングすることにより、スルーホール13aを介してドレイン電極12cに接続された画素電極15を形成する。その後、SiHガスとNHガスとNガスとを用いたプラズマCVD法によって、SiNからなる絶縁性の保護膜16を、絶縁層13および各画素電極15を覆うように形成する。そして、保護膜16の上にポリイミドからなる配向膜17をオフセット印刷法によって形成し、ラビング処理を行う。これにより、図5に示すアクティブマトリクス基板31が形成される。 Next, an ITO film is formed in the insulating layer 13 and the through hole 13a by sputtering, and is patterned using HCl and FeCl 3 , thereby connecting the pixel electrode connected to the drain electrode 12c through the through hole 13a. 15 is formed. Thereafter, an insulating protective film 16 made of SiN is formed so as to cover the insulating layer 13 and each pixel electrode 15 by plasma CVD using SiH 4 gas, NH 3 gas, and N 2 gas. Then, an alignment film 17 made of polyimide is formed on the protective film 16 by an offset printing method, and a rubbing process is performed. Thereby, the active matrix substrate 31 shown in FIG. 5 is formed.

図6に示す対向基板32は、ガラス基板等の絶縁性基板18に、赤、緑、青の各色の感光性樹脂薄膜が設けられたフィルムを熱圧着により転写し、転写されたフィルムをフォトリソグラフィー工程によってパターニングし、さらに、赤、緑および青の各着色部の間のスペースにブラックマトリクス部を同様にして形成することによって、カラーフィルター19を形成する。その後、カラーフィルタ19の上に、スパッタリング法によってITO膜からなる対向電極20を形成し、形成された対向電極20上に、ポリイミドからなる配向膜21をオフセット印刷法によって形成して、ラビング処理を行う。これにより、図6に示す対向基板32が形成される。   The counter substrate 32 shown in FIG. 6 transfers a film in which a photosensitive resin thin film of each color of red, green, and blue is provided on an insulating substrate 18 such as a glass substrate by thermocompression bonding, and the transferred film is photolithography. The color filter 19 is formed by patterning according to the process and further forming the black matrix portion in the same manner in the space between the colored portions of red, green and blue. Thereafter, a counter electrode 20 made of an ITO film is formed on the color filter 19 by a sputtering method, and an alignment film 21 made of polyimide is formed on the formed counter electrode 20 by an offset printing method. Do. Thereby, the counter substrate 32 shown in FIG. 6 is formed.

このようにして薄膜トランジスタ33、画素電極15等が形成されたアクティブマトリクス基板31と、カラーフィルター19、対向電極20等が形成された対向基板32とを、所定の間隔を開けて対向配置して、相互に対向する周縁部同士を、シール樹脂で貼り合わせる。この場合、アクティブマトリクス基板31および対向基板32間に一定のスペースが形成されるように、真球状の微細なシリカを均一に散布しておく。このような状態で、アクティブマトリクス基板31および対向基板32間に液晶を注入して液晶層を形成した後に、アクティブマトリクス基板31のガラス基板1および対向基板32のガラス基板18に、偏光板をそれぞれ貼り付け、さらには、アクティブマトリクス基板31の周辺部にドライバーIC等を実装することによって、液晶表示装置が製造される。   In this way, the active matrix substrate 31 on which the thin film transistor 33, the pixel electrode 15 and the like are formed, and the counter substrate 32 on which the color filter 19, the counter electrode 20 and the like are formed are arranged to face each other at a predetermined interval. The peripheral edges facing each other are bonded together with a seal resin. In this case, true spherical fine silica is uniformly dispersed so that a constant space is formed between the active matrix substrate 31 and the counter substrate 32. In this state, after injecting liquid crystal between the active matrix substrate 31 and the counter substrate 32 to form a liquid crystal layer, polarizing plates are respectively applied to the glass substrate 1 of the active matrix substrate 31 and the glass substrate 18 of the counter substrate 32. A liquid crystal display device is manufactured by pasting and mounting a driver IC or the like around the active matrix substrate 31.

このようにして製造された液晶表示装置は、各画素電極15にそれぞれ接続された薄膜トランジスタ33の活性領域8が、大きな結晶粒の結晶性半導体薄膜によって構成されているため、各薄膜トランジスタ33は良好な電気特性になっており、しかも、各薄膜トランジスタ33の特性のばらつきも小さくなっている。その結果、表示領域の全体にわたって、良好な表示特性を実現することができる。   In the liquid crystal display device manufactured in this way, each thin film transistor 33 is good because the active region 8 of the thin film transistor 33 connected to each pixel electrode 15 is composed of a crystalline semiconductor thin film having a large crystal grain. In addition, the characteristics of the thin film transistors 33 are reduced. As a result, good display characteristics can be realized over the entire display area.

(a)〜(c)は、それぞれ、本発明の結晶性薄膜の製造方法の実施形態の一例について説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating an example of embodiment of the manufacturing method of the crystalline thin film of this invention, respectively. その結晶性薄膜の製造方法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the manufacturing method of the crystalline thin film. (a)は、本発明の結晶性薄膜の製造方法において、レーザービームが照射された非晶質珪素膜の結晶化領域の温度分布を示すグラフ、(b)は従来の結晶性薄膜の製造方法において、レーザービームが照射された非晶質珪素膜の結晶化領域の温度分布を示すグラフである。(A) is the graph which shows the temperature distribution of the crystallization area | region of the amorphous silicon film irradiated with the laser beam in the manufacturing method of the crystalline thin film of this invention, (b) is the manufacturing method of the conventional crystalline thin film 2 is a graph showing the temperature distribution of the crystallization region of the amorphous silicon film irradiated with the laser beam. その結晶性薄膜の製造方法によって製造される半導体装置である薄膜トランジスタの断面図である。It is sectional drawing of the thin-film transistor which is a semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the crystalline thin film. その薄膜トランジスタを使用した液晶表示装置のアクティブマトリクストランジスタの断面図である。It is sectional drawing of the active matrix transistor of the liquid crystal display device using the thin-film transistor. その液晶表示装置の対向基板の断面図である。It is sectional drawing of the opposing board | substrate of the liquid crystal display device.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガラス基板
2 SiO
11、14 絶縁膜
3 不純物元素
4 非晶質珪素膜
5 レーザービーム
8 活性層
9 ゲート絶縁膜
10 ゲート電極
12b ソース電極
12c ドレイン電極
13 絶縁層
15 画素電極
17、21 配向膜
19 カラーフィルター
20 対向電極
1 glass substrate 2 SiO 2 film 11, 14 insulating film 3 impurity element 4 amorphous silicon film 5 laser beam 8 active layer 9 gate insulating film 10 gate electrode 12b source electrode 12c drain electrode 13 insulating layer 15 pixel electrode 17 and 21 oriented Membrane 19 Color filter 20 Counter electrode

Claims (17)

基板上に絶縁膜を介して形成された非単結晶膜にエネルギービームを照射して、該非単結晶膜を溶融させて固化させることによって、該非単結晶膜を所定方向に結晶化させる結晶性膜の製造方法であって、
該非単結晶膜が結晶化される領域において、前記絶縁膜に結晶化方向に熱伝導率の差が形成されるように、該絶縁膜に不純物元素を導入することを特徴とする結晶性膜の製造方法。
A crystalline film that crystallizes the non-single crystal film in a predetermined direction by irradiating an energy beam to the non-single crystal film formed on the substrate via an insulating film, and melting and solidifying the non-single crystal film A manufacturing method of
In a region where the non-single crystal film is crystallized, an impurity element is introduced into the insulating film so that a difference in thermal conductivity is formed in the crystallization direction in the insulating film. Production method.
前記不純物は、前記結晶化される領域において、結晶化方向に熱伝導率が小さくなるように、濃度勾配が形成されて前記絶縁膜に導入されている請求項1に記載の結晶性膜の製造方法。   2. The crystalline film according to claim 1, wherein the impurity is introduced into the insulating film in a concentration gradient so that thermal conductivity decreases in the crystallization direction in the region to be crystallized. Method. 前記絶縁膜に導入される不純物は、前記結晶化される領域において、10at%以上80at%以下の範囲で濃度勾配が設けられている請求項2に記載の結晶性膜の製造方法。   The method for manufacturing a crystalline film according to claim 2, wherein the impurity introduced into the insulating film is provided with a concentration gradient in a range of 10 at% to 80 at% in the region to be crystallized. 前記不純物元素は、前記絶縁膜にイオン注入法またはイオンドーピング法によって導入される請求項1〜3のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法。   The method for producing a crystalline film according to claim 1, wherein the impurity element is introduced into the insulating film by an ion implantation method or an ion doping method. 前記絶縁膜は、酸化珪素化合物、窒化珪素化合物、窒化酸化珪素化合物、酸化アルミニウム化合物、窒化アルミニウム化合物、フッ化酸化珪素化合物、フッ化酸化窒化珪素化合物および酸化炭化珪素化合物のうち、少なくともいずれか一つを含む請求項1〜4のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法。   The insulating film is at least one of a silicon oxide compound, a silicon nitride compound, a silicon nitride oxide compound, an aluminum oxide compound, an aluminum nitride compound, a fluorinated silicon oxide compound, a fluorinated silicon oxynitride compound, and a silicon oxycarbide compound. The manufacturing method of the crystalline film in any one of Claims 1-4 containing one. 前記絶縁膜に導入される不純物元素は、炭素、窒素、酸素、フッ素、珪素およびアルミニウムのうち、少なくともいずれか一つを含む請求項1〜5のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法。   The method for producing a crystalline film according to claim 1, wherein the impurity element introduced into the insulating film includes at least one of carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, silicon, and aluminum. 前記不純物元素が導入された絶縁膜の熱伝導率は、5W/m・K以下の範囲で膜面内に勾配が設けられている請求項1〜6のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法。   The crystalline film according to any one of claims 1 to 6, wherein the insulating film into which the impurity element has been introduced has a gradient in the film plane within a range of 5 W / m · K or less. Method. 前記非単結晶膜が半導体膜である請求項1〜7のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法。   The method for manufacturing a crystalline film according to claim 1, wherein the non-single crystal film is a semiconductor film. 前記半導体薄膜がシリコン材料からなる請求項8のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法。   The method for producing a crystalline film according to claim 8, wherein the semiconductor thin film is made of a silicon material. 前記絶縁膜の膜厚は、50nm以上である請求項1〜9のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法。   The method for manufacturing a crystalline film according to claim 1, wherein the insulating film has a thickness of 50 nm or more. 前記非単結晶膜の膜厚は、10nm以上200nm以下の範囲である請求項1〜10のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法。   The method for producing a crystalline film according to claim 1, wherein the film thickness of the non-single crystal film is in a range of 10 nm to 200 nm. 前記エネルギービームは、波長400nm以下のレーザービームである請求項1〜11のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法。   The method for producing a crystalline film according to claim 1, wherein the energy beam is a laser beam having a wavelength of 400 nm or less. 前記エネルギービームは、エネルギー密度が250mJ/cm以上250〜500mJ/cm以下のパルスレーザーである請求項1〜12のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法。 Wherein the energy beam is a manufacturing method of a crystalline film of the energy density according to any one of claims 1 to 12 is 250 mJ / cm 2 or more 250~500mJ / cm 2 or less of the pulse laser. 請求項1〜13のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法によって製造された結晶性膜。   A crystalline film manufactured by the method for manufacturing a crystalline film according to claim 1. 請求項7〜13のいずれかに記載の結晶性膜の製造方法によって製造された半導体薄膜。   The semiconductor thin film manufactured by the manufacturing method of the crystalline film in any one of Claims 7-13. 請求項15に記載の半導体薄膜を活性層とする半導体素子を備えた半導体装置。   A semiconductor device comprising a semiconductor element having the semiconductor thin film according to claim 15 as an active layer. 請求項15に記載の半導体薄膜をそれぞれチャネル領域とする複数の薄膜トランジスタのそれぞれに接続された画素電極がマトリックス状に設けられたアクティブマトリクス基板と、対向電極が設けられた対向基板とが所定の間隔を開けた状態で、各画素電極と該対向電極とが対向するように配置されて、両基板の間隙に表示媒体が挟持されている表示装置。   An active matrix substrate in which pixel electrodes connected to each of a plurality of thin film transistors each having the semiconductor thin film according to claim 15 as a channel region are provided in a matrix and a counter substrate provided with a counter electrode are spaced apart from each other by a predetermined distance. A display device in which each pixel electrode and the counter electrode are arranged to face each other with a display medium opened, and a display medium is sandwiched between the substrates.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8536629B2 (en) 2009-02-24 2013-09-17 Nec Corporation Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN110892514A (en) * 2017-07-19 2020-03-17 三菱电机株式会社 Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
CN110892514B (en) * 2017-07-19 2023-07-28 三菱电机株式会社 Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device

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