JP2005123262A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザを用いて半導体材料を結晶化した半導体デバイスおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device obtained by crystallizing a semiconductor material using a laser and a method for manufacturing the same.
一般的に、半導体デバイスの製造方法として、単結晶シリコン(Si)材料を用いる方法があるが、この製造方法の他にもガラス基板上にシリコン薄膜を形成したシリコン薄膜を用いる製造方法がある。ガラス基板上に形成したシリコン薄膜を用いることによって製造された半導体デバイスは、イメージセンサやアクティブマトリクス液晶表示装置の一部として用いられている。
液晶表示装置において、透明な基板上に規則的なアレイとして配列されるTFT(Thin Film Transistor,薄膜トランジスタ)に、半導体デバイスが用いられている。液晶表示装置のTFTは、非晶質シリコン膜により形成され、TFTの各トランジスタは、液晶表示装置における画素コントローラとして作用する。
In general, as a method for manufacturing a semiconductor device, there is a method using a single crystal silicon (Si) material. In addition to this manufacturing method, there is a manufacturing method using a silicon thin film in which a silicon thin film is formed on a glass substrate. A semiconductor device manufactured by using a silicon thin film formed on a glass substrate is used as a part of an image sensor or an active matrix liquid crystal display device.
In a liquid crystal display device, semiconductor devices are used for TFTs (Thin Film Transistors) arranged as a regular array on a transparent substrate. The TFT of the liquid crystal display device is formed of an amorphous silicon film, and each transistor of the TFT functions as a pixel controller in the liquid crystal display device.
ところが、近年、電子の移動度の低い非晶質シリコン膜の代わりに、電子の移動度の高い多結晶シリコン膜を用いて、TFTのスイッチング特性を増強し、表示速度を高速化したTFT液晶表示装置が製造されるようになってきている。例えば、基板上に堆積している非晶質または微結晶シリコン膜にエキシマレーザを照射して結晶化(ELC,Excimer Lazer Crystalization)することにより、多結晶シリコン膜を製造する方法がある。
上記ELC法は、サンプルに対し、一定速度で走査しながら、長さ200〜400mm、幅0.2〜1.0mm程度の線状レーザビームを半導体膜上に連続的に照射する方法が一般的である。このときレーザを照射した部分の半導体膜は、厚さ方向全域に亘って溶融するのではなく、一部の半導体膜領域を残したまま溶融される。このため、未溶融領域/溶融領域界面全面において、いたるところに結晶核が発生し、半導体膜最表層に向かって結晶が成長し、ランダムな方位の結晶粒が形成されるため、結晶粒径は100〜200nmと非常に小さくなる。
多結晶シリコン膜の結晶粒界には、不対電子が多数存在するためポテンシャル障壁を形成し、キャリアの強い散乱体として作用する。従って結晶粒界が少ない、つまり結晶粒径が大きい多結晶シリコン膜で形成されたTFTほど、一般に電界効果移動度は高くなり、好ましい。
However, in recent years, a TFT liquid crystal display that uses a polycrystalline silicon film with high electron mobility instead of an amorphous silicon film with low electron mobility to enhance the switching characteristics of the TFT and increase the display speed. Devices are being manufactured. For example, there is a method of manufacturing a polycrystalline silicon film by irradiating an excimer laser on an amorphous or microcrystalline silicon film deposited on a substrate to crystallize (ELC, excimer laser crystallization).
The ELC method is generally a method of continuously irradiating a semiconductor film with a linear laser beam having a length of about 200 to 400 mm and a width of about 0.2 to 1.0 mm while scanning a sample at a constant speed. It is. At this time, the portion of the semiconductor film irradiated with the laser does not melt over the entire thickness direction, but is melted while leaving a part of the semiconductor film region. For this reason, crystal nuclei are generated everywhere on the entire unmelted region / melted region interface, crystals grow toward the outermost layer of the semiconductor film, and crystal grains with random orientation are formed. It becomes very small as 100 to 200 nm.
A large number of unpaired electrons are present in the crystal grain boundary of the polycrystalline silicon film, so that a potential barrier is formed and acts as a strong carrier scatterer. Therefore, a TFT formed of a polycrystalline silicon film having a small crystal grain boundary, that is, a large crystal grain size generally has a higher field effect mobility and is preferable.
しかしながら、従来のELC法では、前述のように、未溶融領域/溶融領域界面のランダムな位置において結晶化が起こる縦方向結晶成長であるので、大粒径の多結晶シリコン膜を得ることは難しいため、電界効果移動度の高いTFTを得ることが困難であった。また、ランダムに結晶化するため、このような場合、各TFT相互間で構造の不均一性が生じると共に、TFTアレイにスイッチング特性の不均一性が生じてしまうという不具合が生じる。また、このような不具合が生じると、TFTを用いた液晶表示装置において、1つの表示画面中に表示速度の速い画素と表示速度の遅い画素とが並存するという問題が生じる。 However, in the conventional ELC method, as described above, since it is longitudinal crystal growth in which crystallization occurs at random positions at the unmelted region / melted region interface, it is difficult to obtain a polycrystalline silicon film having a large grain size. Therefore, it has been difficult to obtain a TFT having a high field effect mobility. In addition, since the crystallization is random, in such a case, non-uniformity of the structure occurs between the TFTs, and non-uniformity of the switching characteristics occurs in the TFT array. In addition, when such a problem occurs, in a liquid crystal display device using TFTs, there arises a problem that pixels with a high display speed and pixels with a low display speed coexist in one display screen.
そこで、さらに高性能なTFT液晶表示装置を得るためには、上記の多結晶シリコン膜の結晶粒径を大きくすることや、シリコン結晶の方位を制御することなどが必要である。そこで、単結晶シリコンに近い性能を有する多結晶シリコン膜を得ることを目的として、数多くの提案がなされている。
その中でも特に、「ラテラル成長法」に分類されるレーザ結晶化技術は、結晶の成長方向に方位の揃った長結晶が得られるため、注目を集めている(たとえば、特許文献1、特許文献2、特許文献3)。
Therefore, in order to obtain a higher performance TFT liquid crystal display device, it is necessary to increase the crystal grain size of the polycrystalline silicon film and to control the orientation of the silicon crystal. Therefore, many proposals have been made for the purpose of obtaining a polycrystalline silicon film having performance close to that of single crystal silicon.
Among them, laser crystallization techniques classified as “lateral growth methods” are particularly attracting attention because long crystals having a uniform orientation in the crystal growth direction can be obtained (for example,
ラテラル成長法は、特許文献1に記載の方法のように、微細幅のパルスレーザ光をシリコン薄膜に照射し、照射された部分のシリコン薄膜をレーザ光の照射領域の厚さ方向全域にわたって溶融、凝固を繰返して結晶化を行う方法(SLS(Sequential Lateral Solidification )法と記載する)と、特許文献2および特許文献3に記載の方法のように、半導体薄膜上に結晶化に用いるレーザ光に対する反射防止膜(光吸収膜)もしくは反射膜を形成し、部分的に前記半導体薄膜を溶融、凝固させて結晶化を行う方法(キャッピング法と記載する)に分類できる。
上記のラテラル成長法においては、いずれの方法でも基本的な結晶化の原理は同じであり、ここでは、従来のラテラル成長法のうちSLS法について説明する。
As in the method described in
In the above-described lateral growth method, the basic crystallization principle is the same in any method, and here, the SLS method will be described among the conventional lateral growth methods.
図10に、半導体膜5を結晶化するためのレーザ加工装置を示す。このレーザ加工装置は、レーザ発振器11、可変減衰器12、フィールドレンズ13、マスク14、結像レンズ15、サンプルステージ16及びいくつかのミラーを備え、これらの要素は、コントローラ17により制御されている。
SLS方法は、図10に示すようなレーザ加工装置によって、微細幅のパルスレーザを半導体に照射し、半導体膜をレーザ照射領域の厚さ方向全域にわたって溶融、凝固させて結晶化を行うものである。このレーザ加工装置によれば、光源11から出射されたエキシマレーザが、ステージ16上の半導体デバイス1に照射される。
図11に、従来のラテラル成長法における半導体デバイス1の従来構造1を示す。図11に示すように、光透過性を有する透明基板102上に半導体膜(半導体材料)103上が形成されており、半導体膜103は、下地膜104とその上に形成されるシリコン膜105とから構成される。
FIG. 10 shows a laser processing apparatus for crystallizing the
The SLS method uses a laser processing apparatus as shown in FIG. 10 to irradiate a semiconductor with a pulse laser having a small width, and melt and solidify the semiconductor film over the entire thickness direction of the laser irradiation region to perform crystallization. . According to this laser processing apparatus, the excimer laser emitted from the light source 11 is irradiated to the
FIG. 11 shows a
以下、SLS方法の製造手順を示す。まず、図11に示すように、透明基板102上の半導体膜103の延設方向(図中AB方向)に沿って結晶領域を形成するために、半導体膜103内の領域Cに熱を誘導する。熱の誘導は、半導体膜103の領域C以外の領域をマスキングした後、半導体膜103をレーザ露光することにより行われる。これにより、領域Cに照射されたレーザ光8のエネルギーが熱エネルギーに変換され、半導体膜103内の領域Cに熱を誘導することができると共に、半導体膜103の上層部分であるシリコン膜105の厚さにわたって、シリコン膜105を溶融することができる。
Hereinafter, the manufacturing procedure of the SLS method will be shown. First, as shown in FIG. 11, in order to form a crystal region along the extending direction (AB direction in the drawing) of the
次に、領域Cにて溶融されているシリコン膜105を冷却することにより凝固させる。これにより、図12(a)に示すように、領域Cとそれ以外の領域との境界から、領域Cの中心に向かうようにして、針状の結晶が成長する。図12(a)は、図11における半導体膜103の上面図である。図12(a)において、領域Cの中央部分は、微結晶領域を示しており、領域Cの左右両側の部分は成長した針状結晶領域を示している。
さらに、図12(b)に示すように、領域C内の針状結晶が形成されていない部分が含まれるように、領域Cと隣り合う新たな領域Dを設定し、上記手順と同様に領域Dを溶融する。そして、上記同様、領域Dにて溶融されているシリコン膜105を凝固させると、図12(c)に示すように、領域D内に結晶が成長する。
Next, the
Further, as shown in FIG. 12B, a new region D adjacent to the region C is set so that a portion in which the needle-like crystal is not formed in the region C is included, and the region is similar to the above procedure. Melt D. Similarly to the above, when the
このような手順を繰り返し、所望の結晶を半導体膜103の延設方向に沿って段階的に形成させることで、図12(d)に示すように、多結晶構造の半導体結晶を拡大させることができる。これにより、結晶粒の大きい多結晶シリコン膜を形成することができる。
従来のラテラル成長法のうちキャッピング法では、基板温度を室温として、波長308nmのエキシマレーザを、300mJ/cm2のエネルギー量で、厚さ50nmのアモルファスシリコン薄膜に照射した場合には、1回のレーザパルス照射で成長するシリコン結晶の長さ、すなわち、ラテラル成長距離は0.8〜1.0μm程度になる(特許文献3,段落34,37)。
また、キャッピング法を併用するラテラル成長法によって得られた、多結晶シリコンを活性層とするトランジスタを形成する場合、高性能な薄膜トランジスタを形成するためには、多結晶シリコンのうちキャリアの移動方向に結晶粒界のない部分を使用する必要がある。
In the capping method of the conventional lateral growth method, when the substrate temperature is set to room temperature and an excimer laser with a wavelength of 308 nm is irradiated to an amorphous silicon thin film having a thickness of 50 nm with an energy amount of 300 mJ / cm 2 , one time is used. The length of the silicon crystal grown by laser pulse irradiation, that is, the lateral growth distance is about 0.8 to 1.0 μm (
In addition, when forming a transistor using polycrystalline silicon as an active layer obtained by a lateral growth method combined with a capping method, in order to form a high-performance thin film transistor, in the movement direction of carriers in the polycrystalline silicon. It is necessary to use a portion having no grain boundary.
しかし、上述した通り、従来のキャッピング法を併用するラテラル成長法では、1回のレーザパルス照射によって成長するシリコン結晶の長さは、0.8〜1.0μm程度であり、比較的小さい。そのため、チャネル長がこの長さを超えるトランジスタを形成すれば、キャリアの移動方向に結晶粒界を含むことになる。したがって、1回のレーザパルス照射で得られるラテラル成長距離が長ければ長いほど、種々のサイズの高性能薄膜トランジスタが形成できることとなり、その結果、様々な機能を有する回路を薄膜トランジスタとともにガラス基板上に一体的に形成できるが、キャッピング法を併用するラテラル成長法により作製したトランジスタは、ラテラル成長距離が比較的小さいので、極端に性能が低下する場合があるという問題がある。 However, as described above, in the lateral growth method combined with the conventional capping method, the length of the silicon crystal grown by one laser pulse irradiation is about 0.8 to 1.0 μm, which is relatively small. Therefore, if a transistor whose channel length exceeds this length is formed, a crystal grain boundary is included in the carrier movement direction. Therefore, the longer the lateral growth distance obtained by one laser pulse irradiation, the more high-performance thin film transistors of various sizes can be formed. As a result, circuits having various functions are integrated on the glass substrate together with the thin film transistors. However, since a lateral growth distance is relatively small, a transistor manufactured by a lateral growth method using a capping method has a problem that performance may be extremely deteriorated.
一方、従来のSLS法の場合、キャッピング法を併用するラテラル成長法とはレーザの照射方法が異なるだけで、結晶成長の原理は同じであるため、上記のプロセス条件と半導体層膜厚などが同じであれば、同等の長さの結晶が成長する。
したがって、従来のSLS法においては、図12(d)に示すような針状のシリコン長結晶を形成するためには、1回のレーザパルス照射で成長する結晶の長さ(ラテラル成長距離)の1/2〜2/3程度の送りピッチ、すなわち0.4〜0.7μm程度の極めて微小な送りピッチで、レーザパルス照射を繰返し行うことが必要である。
このため、従来のSLS法を用いて、表示装置などに用いる基板複合体の全面にわたってシリコンを結晶化するには、極めて長い時間が必要であり、製造効率が極めて悪いという問題がある。
On the other hand, in the case of the conventional SLS method, the laser growth method is different from the lateral growth method combined with the capping method, and the principle of crystal growth is the same. If so, crystals of the same length grow.
Therefore, in the conventional SLS method, in order to form a needle-like long silicon crystal as shown in FIG. 12 (d), the length of the crystal grown by one laser pulse irradiation (lateral growth distance) It is necessary to repeatedly perform laser pulse irradiation at a feed pitch of about 1/2 to 2/3, that is, an extremely fine feed pitch of about 0.4 to 0.7 μm.
For this reason, it takes a very long time to crystallize silicon over the entire surface of a substrate composite used in a display device or the like using the conventional SLS method, and there is a problem that the manufacturing efficiency is extremely poor.
本発明は上記のような点を考慮してなされたものであり、ラテラル成長法を利用して形成される半導体層を有する半導体デバイスにおいて、レーザ光の照射による半導体層の1回の溶融再結晶化により得られる多結晶シリコン結晶のラテラル成長距離を長くすることにより、その半導体層が大粒径の多結晶シリコン膜で構成されるようにした半導体デバイスおよびその製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and in a semiconductor device having a semiconductor layer formed by utilizing a lateral growth method, the semiconductor layer is once melted and recrystallized by laser light irradiation. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which a semiconductor layer is formed of a polycrystalline silicon film having a large grain size by increasing the lateral growth distance of the polycrystalline silicon crystal obtained by the fabrication, and a method for manufacturing the same. To do.
この発明は、基板上に、第一の下地膜、第二の下地膜、半導体膜の順に積層させた半導体デバイスであって、前記第一の下地膜は、前記基板および第二の下地膜よりも熱伝導率が高いことを特徴とする半導体デバイスを提供するものである。
このような構成の半導体デバイスは、半導体膜の結晶粒径を従来よりも大きなものとすることができる。したがって、この半導体デバイスを利用して形成されたトランジスタの電界効果移動度を高くすることができる。
The present invention relates to a semiconductor device in which a first base film, a second base film, and a semiconductor film are stacked in this order on a substrate, and the first base film is formed from the substrate and the second base film. The present invention also provides a semiconductor device characterized by high thermal conductivity.
In the semiconductor device having such a configuration, the crystal grain size of the semiconductor film can be made larger than before. Therefore, the field effect mobility of a transistor formed using this semiconductor device can be increased.
ここで、前記半導体膜が、常法により一旦形成された非晶質,微結晶または多結晶のシリコン系半導体膜であり、この半導体膜がさらにレーザ光の照射による熱処理に付される際、前記第一の下地膜が半導体膜の結晶の成長を助長する役割を果たすようにしてもよい。
また、前記第一の下地膜は、前記半導体膜の上方から照射されたレーザ光の熱を第一の下地膜の面内方向に拡散することにより、前記半導体膜の結晶の成長を助長するように機能するものである。
この発明において、積層された直後の半導体膜は、非晶質,微結晶または多結晶のいずれの構造であってもよい。ただし、レーザ光による熱処理がされた後の半導体膜は多結晶構造を有する。
Here, the semiconductor film is an amorphous, microcrystalline or polycrystalline silicon-based semiconductor film once formed by a conventional method, and when the semiconductor film is further subjected to heat treatment by laser light irradiation, The first base film may play a role of promoting crystal growth of the semiconductor film.
In addition, the first base film promotes crystal growth of the semiconductor film by diffusing heat of laser light irradiated from above the semiconductor film in an in-plane direction of the first base film. It will function.
In the present invention, the semiconductor film immediately after being stacked may have any structure of amorphous, microcrystalline, or polycrystalline. However, the semiconductor film after the heat treatment by the laser light has a polycrystalline structure.
また、第一の下地膜は、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、窒化シリコン、または窒化アルミニウムおよび窒化シリコンの混合物のいずれか1つを主成分としてもよい。
また、第一の下地膜は、窒化アルミニウム,酸化マグネシウム,酸化セリウム,窒化シリコン,または窒化アルミニウムおよび窒化シリコンの混合物のいずれか一つを主成分とする膜であり、前記基板および第二の下地膜は、絶縁性を有する材料で形成されるようにしてもよい。
さらに、基板は、ガラスまたは石英基板を用い、前記第二の下地膜としては、酸化シリコンを主成分とするものを用いてもよい。
積層される半導体膜としては、非晶質膜あるいは微結晶や多結晶の結晶性半導体膜が用いられる。たとえば、アモルファスシリコンの他、シリコンを主成分とするシリコン系半導体膜が用いられる。
Further, the first base film may contain as a main component any one of aluminum nitride, magnesium oxide, cerium oxide, silicon nitride, or a mixture of aluminum nitride and silicon nitride.
The first base film is a film mainly composed of any one of aluminum nitride, magnesium oxide, cerium oxide, silicon nitride, or a mixture of aluminum nitride and silicon nitride. The base film may be made of an insulating material.
Further, a glass or quartz substrate may be used as the substrate, and a substrate mainly composed of silicon oxide may be used as the second base film.
As the semiconductor film to be stacked, an amorphous film or a microcrystalline or polycrystalline crystalline semiconductor film is used. For example, in addition to amorphous silicon, a silicon-based semiconductor film containing silicon as a main component is used.
この発明において、前記半導体膜は、半導体膜上から照射されたレーザ光により溶融される領域で、結晶化されかつ面内方向に結晶成長されたことを特徴とする。
また、前記レーザ光の照射により溶融される領域を、面内方向に段階的に移動させることにより、前記半導体層の結晶化された領域が拡大されたことを特徴とする。
さらに、前記レーザ光が、固体状態にある前記半導体膜を溶融させることが可能なエネルギー量を有する第1のレーザ光と、固体状態にある前記半導体膜を溶融させないエネルギー量を有する第2のレーザ光からなることを特徴とする。
In the present invention, the semiconductor film is characterized by being crystallized and crystal-grown in an in-plane direction in a region melted by laser light irradiated from above the semiconductor film.
Further, the crystallized region of the semiconductor layer is enlarged by moving the region melted by the laser light irradiation stepwise in an in-plane direction.
Further, the laser beam has a first laser beam having an energy amount that can melt the semiconductor film in a solid state, and a second laser beam having an energy amount that does not melt the semiconductor film in a solid state. It consists of light.
また、この発明は、基板上に、第一の下地膜、第二の下地膜、半導体膜をこの順に積層させた半導体デバイスの製造方法であって、基板上に、基板および第二の下地膜よりも熱伝導率が高い第一の下地膜を積層する工程と、前記第一の下地膜の上に、第二の下地膜を積層する工程と、前記第二の下地膜の上に、半導体膜を積層する工程と、前記半導体膜にレーザ光を照射することによって、照射領域の半導体膜を溶融かつ結晶化し、さらに面内方向に結晶成長させる工程と、を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法を提供するものである。
これによれば、レーザ照射により成長する半導体膜の結晶粒径を大きくすることができる。また、第一の下地膜は、基板および第二の下地膜よりも熱伝導率が高いので、大きな結晶粒径の半導体膜を有する半導体デバイスを効率的に製造することができる。
ここで、積層工程で形成される半導体膜は、非晶質,微結晶または多結晶のいずれの構造であってもよい。結晶成長された後は、多結晶の半導体膜となる。
The present invention also relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which a first base film, a second base film, and a semiconductor film are stacked in this order on a substrate, the substrate and the second base film being formed on the substrate A step of laminating a first base film having a higher thermal conductivity, a step of laminating a second base film on the first base film, and a semiconductor on the second base film A semiconductor device comprising: a step of laminating a film; and a step of irradiating the semiconductor film with laser light to melt and crystallize the semiconductor film in the irradiated region, and further grow a crystal in an in-plane direction. The manufacturing method of this is provided.
According to this, the crystal grain size of the semiconductor film grown by laser irradiation can be increased. In addition, since the first base film has higher thermal conductivity than the substrate and the second base film, a semiconductor device having a semiconductor film having a large crystal grain size can be efficiently manufactured.
Here, the semiconductor film formed in the stacking process may have any structure of amorphous, microcrystalline, or polycrystalline. After the crystal growth, a polycrystalline semiconductor film is obtained.
さらに、この発明は、基板上に、第一の下地膜、第二の下地膜、半導体膜をこの順に積層させた半導体デバイスの製造方法であって、基板上に、基板および第二の下地膜よりも熱伝導率が高い第一の下地膜を積層する工程と、前記第一の下地膜の上に、第二の下地膜を積層する工程と、前記第二の下地膜の上に、半導体膜を積層する工程と、前記半導体膜にレーザ光を照射することによって、照射領域の半導体膜を溶融かつ結晶化し、さらにレーザ光の照射領域を半導体膜の面内方向に段階的に移動させることにより結晶化領域を拡大する工程と、を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法を提供するものである。 Furthermore, the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which a first base film, a second base film, and a semiconductor film are laminated in this order on a substrate, wherein the substrate and the second base film are formed on the substrate. A step of laminating a first base film having a higher thermal conductivity, a step of laminating a second base film on the first base film, and a semiconductor on the second base film A step of laminating the film, and irradiating the semiconductor film with laser light to melt and crystallize the semiconductor film in the irradiated region, and further move the laser light irradiated region stepwise in the in-plane direction of the semiconductor film And a step of enlarging the crystallization region.
また、基板上に、第一の下地膜、第二の下地膜、半導体膜をこの順に積層させた半導体デバイスの製造方法であって、基板上に、基板および第二の下地膜よりも熱伝導率が高い第一の下地膜を積層する工程と、前記第一の下地膜の上に、第二の下地膜を積層する工程と、前記第二の下地膜の上に、半導体膜を積層する工程と、固体状態にある前記半導体膜を溶融させることが可能なエネルギー量を有する第一のレーザ光を半導体膜に照射することにより、半導体膜を液体状態にする工程と、固体状態にある前記半導体膜を溶融させないエネルギー量を有する第二のレーザ光を半導体膜に照射することにより、前記液体状態の半導体膜を結晶化する工程と、を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法を提供するものである。
ここで、前記半導体膜を積層した後、前記半導体膜の表面上に、前記第一のレーザ光の反射を防止するためのキャップ層を形成するようにしてもよい。
A method of manufacturing a semiconductor device in which a first base film, a second base film, and a semiconductor film are stacked in this order on a substrate, and is more thermally conductive than the substrate and the second base film on the substrate. Laminating a first base film having a high rate, laminating a second base film on the first base film, and laminating a semiconductor film on the second base film Irradiating the semiconductor film with a first laser beam having an energy amount capable of melting the semiconductor film in a solid state, and bringing the semiconductor film into a liquid state; and And crystallization of the liquid semiconductor film by irradiating the semiconductor film with a second laser beam having an energy amount that does not melt the semiconductor film. To do.
Here, after laminating the semiconductor film, a cap layer for preventing reflection of the first laser beam may be formed on the surface of the semiconductor film.
以下、図に示す実施例に基づいて本発明を詳述する。なお、本発明はこれによって限定されるものではない。
図1に、本発明の半導体デバイスの構成断面図を示す。
本発明の半導体デバイス1は、基板2上に第一の下地膜3を形成し、第一の下地膜3の上に第二の下地膜4を形成し、第二の下地膜4上に半導体膜5を形成した構成を有する。また、半導体膜5は、SLS法、キャッピング法などのラテラル成長法により、レーザ光8で結晶化される。ここで、第一の下地膜3は、基板および第二の下地膜4よりも熱伝導率が高いことを特徴とする。
このような半導体デバイス1は、主として次のような2つの工程(薄膜積層形成工程、半導体膜結晶化工程)により製造される。また、第一の下地膜を備えることにより、積層時には非晶質,微結晶または多結晶であった半導体膜は、レーザ光照射後に結晶粒径の大きさが従来よりも大きな膜となる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings. In addition, this invention is not limited by this.
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a semiconductor device according to the present invention.
In the
Such a
<薄膜積層形成工程>
以下、この発明の半導体デバイスにおいて、基板2上に、前記複数の薄膜を順次積層形成する方法について説明する。
(ステップ1:第一下地膜3の形成)
まず、基板2上に、第一の下地膜3を形成する。
基板2としては、絶縁性であることが好ましく、ガラス基板や石英基板等を用いることができる。ただし、安価であることおよび大面積基板を容易に製造できることなどの観点から、ガラス基板を用いることが好適である。また、ガラス基板の熱伝導率は0.8であり、石英基板の熱伝導率は1.4(W/mK)であり、後述する第一の下地膜の熱伝導率よりも十分低いものである。
<Thin film stacking process>
Hereinafter, in the semiconductor device of the present invention, a method for sequentially laminating the plurality of thin films on the
(Step 1: Formation of the first base film 3)
First, the
The
第一の下地膜3は、蒸着やイオンプレーティング、あるいはスパッタリングなどを用いて、膜厚が望ましくは10〜150nmとなるように積層される。膜厚が10nm未満の場合には十分な熱伝導効果が得られない場合がある一方、膜厚が150nmを超える場合には逆に半導体膜5の結晶成長を阻害することになる場合があるからである。かかる第一の下地膜3としては、上記の基板2および第二の下地膜4の熱伝導率より高い熱伝導率を有するものであれば特に限定されないが、10(W/mK)以上、好ましくは20(W/mK)以上の熱伝導率を有していることが好ましい。ここで、熱伝導率とは、通常用いられているような値(物体内部の等温面の単位面積を通って単位時間に垂直に流れる熱量と、この方向における温度勾配との比)を意味する。
また、第一の下地膜3は、このような熱伝導率を有するとともに絶縁性を示すものが好ましい。このような第一の下地膜3としては、例えば窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物、酸化マグネシウム、あるいは酸化セリウムなどを主成分とするものを用いることが好適である。一例として、ガラス基板2の熱伝導率は0.8であり、第二の下地膜4である酸化シリコンの熱伝導率は1.4であるのに対し、第一の下地膜3である窒化アルミニウムの熱伝導率は35である(図8参照)。
The
The
(ステップ2:第二下地膜4の形成)
第一の下地膜3の上に、第二の下地膜4を形成する。
第二の下地膜4は、蒸着やイオンプレーティング、あるいはスパッタリングなどを用いて、膜厚が望ましくは10〜100nmとなるように積層される。膜厚が10nm未満の場合には、表面の平坦性が悪く、均一なレーザ照射効果が得られない場合がある一方、膜厚が100nmを超える場合には十分な熱伝導効果が得られない場合があるからである。かかる第二の下地膜4としては、上記の第一の下地膜3の熱伝導率より低い熱伝導率を有するものを用いる。また、第二の下地膜4は、このような熱伝導率を有するとともに絶縁性を示すものが好ましい。このような第二の下地膜4としては、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなどを主成分とするものを用いることが好適である。また、第二の下地膜4はその下層である基板2の物質がレーザ照射により溶融した半導体膜中に溶け込み、不純物として半導体の物性に悪影響をおよぼすことを防ぐためのバリアとしても、好適である。また、絶縁性であるため、半導体膜に回路を形成する際に好都合である。
(Step 2: Formation of the second base film 4)
A
The
(ステップ3:半導体膜5の形成)
次に、第二の下地膜4上に半導体膜5を形成する。
半導体膜5は、プラズマエンハンスド化学気相堆積(PECVD)、蒸着、又はスパッタリングなどを用いて、膜厚が10nm〜100nmとなるように積層される。かかる半導体膜5としては、半導体特性を示す材料を用いればよい。ただし、結晶成長長さを長くすることにより種々の特性が顕著に向上するアモルファスシリコン膜を用いることが好ましい。しかし、アモルファスシリコンのように非晶質のものばかりに限らず、レーザ照射により結晶化される前の半導体膜5は、微結晶や多結晶などの結晶性半導体膜であってもよい。半導体膜5の材質は、シリコンのみからなる材質に限られるものではなく、ゲルマニウムなどの他の元素を含んだシリコンを主成分とする材質(シリコン系半導体膜またはシリコン系材質と呼ぶ)であってもよい。
以上により、図1に示すようなこの発明の半導体デバイスを構成する各薄膜層が形成される。
(Step 3: Formation of Semiconductor Film 5)
Next, a
The
Thus, the thin film layers constituting the semiconductor device of the present invention as shown in FIG. 1 are formed.
この発明の半導体デバイスを構成する「基板2/第一の下地膜3/第2の下地膜4/半導体膜5」の各材料の組合せとしては、たとえば次のようなものが挙げられる。
なお、材料名の後の括弧内の数値は、熱伝導率(W/mK)を示している。
(a)ガラス(0.8)/窒化アルミニウム(35)/酸化シリコン(1.4)/シリコン
(b)ガラス(0.8)/窒化シリコン(10)/酸化シリコン(1.4)/シリコン
(c)ガラス(0.8)/AlSiN(20)/酸化シリコン(1.4)/シリコン
(d)ガラス(0.8)/酸化マグネシウム(60)/酸化シリコン(1.4)/シリコン
(e)ガラス(0.8)/酸化セリウム(10)/酸化シリコン(1.4)/シリコン
Examples of combinations of materials of “
The numerical value in parentheses after the material name indicates the thermal conductivity (W / mK).
(A) glass (0.8) / aluminum nitride (35) / silicon oxide (1.4) / silicon (b) glass (0.8) / silicon nitride (10) / silicon oxide (1.4) / silicon (c) glass (0.8) / AlSiN (20) / silicon oxide (1.4) / silicon (d) glass (0.8) / magnesium oxide (60) / silicon oxide (1.4) / silicon (e) glass (0.8) / cerium oxide (10) / silicon oxide ( 1.4) / Silicon
<半導体膜結晶化工程>
上記のように薄膜層が形成された後、半導体膜5の所定の領域を結晶化する。
半導体デバイスの積層された膜のうち半導体膜5を結晶化する方法について説明する。
結晶化は、次のようなレーザ光を照射することにより行う。
図3に、この発明の半導体デバイスの半導体膜5を結晶化するためのレーザ加工装置を示す。このレーザ加工装置は、図10に示したものと同様に、第1レーザ発振器93、可変減衰器12、フィールドレンズ13、マスク14、結像レンズ15、サンプルステージ16、いくつかのミラーおよびコントローラ17を備え、さらに第二のレーザ光81を出射する第2レーザ発振器94を有する。
第1レーザ発振器93は、第一のレーザ光80を出射するものとする。また、第一のレーザ光80は、第二のレーザ光81よりも固体状態にある半導体膜への吸収率が高い範囲の波長を有し、かつ固体状態にある半導体膜5を溶融させることが可能なエネルギー量を有するものを用い、第二のレーザ光81は、第一のレーザ光80よりも液体状態にある半導体膜5への吸収率が高い範囲の波長を有し、かつ固体状態にある半導体膜5を溶融させないエネルギー量を有するものを用いる。
<Semiconductor film crystallization process>
After the thin film layer is formed as described above, a predetermined region of the
A method for crystallizing the
Crystallization is performed by irradiating the following laser beam.
FIG. 3 shows a laser processing apparatus for crystallizing the
The
ここで、第一のレーザ光80は、第二のレーザ光81よりも固体状態にある半導体膜5への吸収率が高い範囲の波長を有することが必要であるが、紫外域の波長を有することが好ましく、たとえば、波長308nmのXeCLエキシマレーザパルスがあげられる。
また、第一のレーザ光80は、1回のパルス照射あたり固体状態にある半導体膜を溶融させる照射面積あたりのエネルギー量を有することが必要であるが、このエネルギー量は、半導体膜の材質の種類、半導体膜の膜厚、結晶化領域の面積などにより異なるので、一義的に定めることはできない。ただし、第一のレーザ光80のエネルギー量としては、半導体膜5を、全膜厚において融点以上の温度に加熱することのできるエネルギー量とすることが好ましい。
Here, the
Further, the
一方、第二のレーザ光81は、第一のレーザ光80よりも液体状態にあるこの半導体膜への吸収率が高い範囲の波長を有することが必要であるが、可視域から赤外域の波長を有することが好ましく、たとえば、波長532nmのYAGレーザ、波長1064nmのYAGレーザ、あるいは波長10.6μmの炭酸ガスレーザなどがあげられる。
また、第二のレーザ光81は、1回のパルス照射あたり固体状態にある半導体膜5を溶融させないような照射面積あたりのエネルギー量を有することが必要であるが、このエネルギー量は、半導体膜の材質の種類、半導体膜の膜厚、結晶化領域の面積などにより異なるので、一義的に定めることはできない。ただし、第二のレーザ光を単独で照射した場合には、第二のレーザ光のエネルギー量としては、半導体膜5を融点以上の温度に加熱することのできないエネルギー量とすることが好ましい。
On the other hand, the
The
本実施の形態においては、たとえば、第一のレーザ光80を基板表面に対して垂直方向から入射させ、第二のレーザ光81を斜方向から入射させるようにしてもよい。
以上のような第一のレーザ光80(たとえば、波長308nmのエキシマレーザパルス)は、半導体膜5を溶融させるために用いられる。また、第二のレーザ光81(たとえば、波長532nmのYAGレーザ)は、半導体膜5の凝固を制御するために用いられる。
ここで、たとえば、所定のパターンを形成したマスクの像を半導体膜5上に形成し、図5に示すような照射領域7aに、第一のレーザ光80を縮小投影するように照射してもよい。この場合、第二のレーザ光81の照射領域7b(図5参照)は、第一のレーザ光80の照射領域7aを包含するように、より広い面積を有する照射領域とすることが好ましい。
さらに、半導体膜5の温度低下速度を低下させ、固化するまでの時間を延長させるため、第二のレーザ光81は、少なくとも半導体膜5が溶融している間に照射することが望ましい。
In the present embodiment, for example, the
The first laser beam 80 (for example, an excimer laser pulse having a wavelength of 308 nm) as described above is used for melting the
Here, for example, an image of a mask in which a predetermined pattern is formed may be formed on the
Further, it is desirable to irradiate the
図3において、第一のレーザ発振器93は、シリコンを溶融することが可能であるレーザビームを放出するレーザ発振器であり、たとえば、エキシマレーザ、YAGレーザに代表される各種固体レーザなどの紫外域の波長を有するレーザ発振器を用いることが好ましい。特に、パルス放射可能な波長308nmのエキシマレーザ発振器が好ましい。
第二のレーザ発振器94は、溶融シリコンをはじめとする溶融状態の半導体膜に吸収される波長を有するレーザ光81を放射できる発振器を用いることが好ましい。
特に波長532nmのYAGレーザを連続放射する第二のレーザ発振器94を用いて、外部変調器(図には記載していない)で、第二のレーザ光81をパルス化するようにしてもよい。
また、コントローラ17は、第一のレーザ発振器93およびサンプルステージ16を制御し、レーザの照射タイミングおよびサンプルステージ16の位置を調整する。これにより、サンプルステージ16を図中矢印方向に移動させることができるので、レーザ光が照射されるエリアを移動させることができる。
In FIG. 3, a
The
In particular, the
The
<キャッピング法の併用>
レーザ光を照射する場合、キャッピング法を併用してもよい。
キャッピング法を併用する場合、上記の薄膜積層工程を実施した後、半導体膜5上に、第一のレーザ光もしくは第二のレーザ光の反射を防止するキャップ層90を形成する。図4に、この発明の半導体デバイスにキャップ層90を形成した断面図を示す。ここで、キャップ層90の材質や膜厚は、レーザ光の波長に対して反射防止効果を有するように、半導体膜の材質、半導体膜の膜厚、レーザ光の種類などに応じて変化させることができるが、たとえば、レーザ発振器として波長308nmのエキシマレーザ発振器を用い、半導体膜として膜厚50nmのアモルファスシリコン膜を用いた場合、キャップ層90として、蒸着やイオンプレーティング、あるいはスパッタリングなどにより積層した、膜厚50nmの酸化シリコンを用いることができる。
<Combination of capping method>
When irradiating with laser light, a capping method may be used in combination.
When the capping method is used in combination, the cap layer 90 for preventing the reflection of the first laser beam or the second laser beam is formed on the
図7に、この発明のキャップ層を形成した半導体デバイスにおいて、膜厚50nmのシリコン上に形成したキャップ層(二酸化シリコン膜)の膜厚に対する、エキシマレーザの反射率の変化のグラフを示す。
このグラフによれば、膜厚が増加するにつれて周期的に反射率が変化するが、キャップ層がどんな膜厚であってもキャップ層を形成しない場合と比べて、反射防止効果を奏する。
ただし、最適な反射防止効果を得るためには、キャップ層の膜厚は、反射率が最小となる膜厚(50nm、150nm、250nm等)に設定することが好ましい。
また、このキャップ層90は、TFTを形成する位置に選択的に形成する。
FIG. 7 is a graph showing a change in the reflectivity of the excimer laser with respect to the film thickness of the cap layer (silicon dioxide film) formed on the silicon film having a thickness of 50 nm in the semiconductor device having the cap layer according to the present invention.
According to this graph, the reflectivity periodically changes as the film thickness increases, but the antireflection effect is achieved as compared with the case where the cap layer is not formed regardless of the film thickness of the cap layer.
However, in order to obtain an optimal antireflection effect, the thickness of the cap layer is preferably set to a thickness (50 nm, 150 nm, 250 nm, etc.) that minimizes the reflectance.
The cap layer 90 is selectively formed at a position where a TFT is formed.
<レーザ光の照射方法>
図6に、この発明の第一のレーザ光80および第二のレーザ光81の照射時間tと出力(エネルギー量)との関係の一実施例を説明するグラフを示す。ただし、図6に示すような関係があることを限定するものではない。
図6において、パルス波形91は、第一のレーザ光の出力波形を示しており、時刻t=0に第一のレーザ光の照射を開始することを示している。パルス波形92は、第二のレーザ光の出力波形を示しており、時刻t=t1〜t2を除く時間では比較的低出力で放射され、時刻t=t1〜t2において比較的高出力で放射されることを示している。なお、時刻t0では半導体膜5は固体状態であるが、時刻t1において、半導体膜5は溶融状態になるものとする。
この溶融状態にある半導体膜5に対して、時刻t1において第一のレーザ光に加えて第二のレーザ光の照射を行うことにより、半導体膜5の温度低下速度を低下させ、固化するまでの時間を延長させる。したがって固化するまでの時間が延長されるので、溶融状態にある半導体膜5の固化により生成される半導体多結晶のラテラル成長距離を大幅に延ばすことができる。
<Laser light irradiation method>
FIG. 6 shows a graph for explaining an example of the relationship between the irradiation time t of the
In FIG. 6, a
By irradiating the
〔実施の形態1〕
本発明の実施の形態1を、図1、図2、図8および図9に基づいて説明する。
本発明の実施形態1に係る半導体デバイス1は、図1に示すような層構成を有し、透明基板2上に、窒化アルミニウム膜3、二酸化シリコン膜4、シリコン膜5の順に積層されて構成される。ここで、本実施の形態1では、シリコン膜5および透明基板2に比べて熱伝導率が大幅に異なる窒化アルミニウムが第一の下地膜3として用いられている点に特徴がある。また、本実施の形態1の一例として、窒化アルミニウム膜3の膜厚を100nm、二酸化シリコン膜4の膜厚を20nm、シリコン膜5の膜厚を50nmとする。
[Embodiment 1]
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, FIG. 8, and FIG.
A
前記したように、窒化アルミニウム膜3は、蒸着、イオンプレーティング、またはスパッタリングなどにより透明基板2上に積層される。また、二酸化シリコン膜4は、蒸着、イオンプレーティング、またはスパッタリングなどにより、窒化アルミニウム膜3上に積層される。そして、半導体膜であるシリコン膜5は、プラズマエンハンスド化学気相堆積(PECVD,Plasuma Enhanced Chemical Vapor Deposition)、蒸着、またはスパッタリングなどにより窒化アルミニウム膜3上に積層される。この場合、積層された状態では、シリコン膜5は、アモルファス(非晶質)の状態である。
As described above, the
次に、室温において、短パルスレーザ80を図中F方向へ向けて、シリコン膜5の表面に照射する。この短パルスレーザ80のエネルギーにより、アモルファス状態のシリコン膜5は一旦溶融する。その後、冷却することにより、溶融したシリコン膜5は、結晶化する。本実施の形態1では、短パルスレーザ80として、波長308nm(XeCl),パルス幅30nsのエキシマレーザを用いる。
Next, at room temperature, the surface of the
本実施の形態1のプロセスにより結晶化させたシリコン膜5と従来のプロセスにより結晶化させたシリコン膜とを比較するため、SEM(Scaning Electron Microscope )により結晶表面の観察を行った。本実施の形態1の半導体デバイス1および従来の半導体デバイスについて、1回のレーザ照射によりシリコン膜を結晶化させ、SECCOエッチングを行い、このようにして処理された後のシリコン膜について、SEMにより拡大観察した結果を、図2に示す。
図2(a)は本実施の形態1のプロセスにより結晶化したシリコン膜5の膜表面をSEMによって撮影した膜表面像であり、図2(b)は従来のプロセスにより結晶化したシリコン膜の膜表面をSEMによって撮影した膜表面像である。なお、本実施の形態1と従来のプロセスとの相違点は、本実施の形態1では、従来のプロセスにおける基板2と下地膜4との間に、第一の下地膜3として窒化アルミニウムが用いられている点である。
In order to compare the
FIG. 2A is a film surface image obtained by photographing the film surface of the
図2(a)と図2(b)とを比較すれば、従来のプロセスよりも本実施の形態1(図2(a))によるプロセスの方が、成長する結晶の結晶成長長さ18が大きいことがわかる。このちがいは、次のような原理によるものと考えられる。
従来のプロセスにおいては、基板102の上に二酸化シリコン膜104が形成され、二酸化シリコン膜104の上に半導体膜5が形成された構造を有しており、下地膜4としての二酸化シリコンの熱伝導率は、図8に示すように1.4(W/mK)程度と小さい。したがって、レーザ照射によりアモルファスシリコン膜5内で発生した熱エネルギーは、横方向へ拡散しにくいため、レーザ照射後の冷却過程において溶融した部分が凝固する際に放出する潜熱に起因して、溶融領域と凝固領域との界面付近には局所的に温度が高くなる領域が生じる一方、溶融領域中央部では熱エネルギーが横方向へ拡散しにくいためほとんど熱勾配が形成されないという問題点があった。
Comparing FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b), the
The conventional process has a structure in which a
このため、従来のプロセスにおいては、レーザ照射後の冷却過程において未溶融領域と溶融領域との界面から溶融領域中央部へ向かって凝固温度を下回った領域が順次凝固していくとともに、これとは別に溶融領域中央部でも凝固温度を下回って凝固が起こる領域が生じていた。したがって、この溶融領域中央部では広範囲の溶融領域がほぼ同時に凝固温度を下回ることになるため、発生した結晶核の成長が別に発生した結晶核に阻害されることとなり、結晶粒径の非常に小さい微結晶が大量に発生する原因となっていた。その結果、従来のプロセスにおいては、1回のパルス照射を行った際に未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、溶融領域中央部において発生した当該微結晶により成長を阻害されることとなりあまり大きく成長することができなかった。 For this reason, in the conventional process, the region below the solidification temperature gradually solidifies from the interface between the unmelted region and the molten region to the center of the molten region in the cooling process after laser irradiation. In addition, there was a region where solidification occurred below the solidification temperature at the center of the melting region. Therefore, in the center of the melting region, a wide range of the melting region falls below the solidification temperature almost simultaneously, so that the growth of the generated crystal nuclei is inhibited by the separately generated crystal nuclei, and the crystal grain size is very small. This was the cause of the generation of a large amount of microcrystals. As a result, in the conventional process, a crystal that grows laterally from the interface between the unmelted region and the molten region when a single pulse irradiation is performed grows by the microcrystal generated in the center of the molten region. It was obstructed and I could not grow so much.
一方、本発明の実施の形態1においては、基板2の上に窒化アルミニウム膜3が形成され、窒化アルミニウム膜3の上に二酸化シリコン膜4が形成され、二酸化シリコン膜の上に半導体膜5が形成された構造を有している。また、第一の下地膜3としての窒化アルミニウムの熱伝導率が図8で示すように35(W/mK)程度であり、透明基板(ガラス)2の熱伝導率が図8で示すように0.8(W/mK)程度である。したがって、第一の下地膜3としての窒化アルミニウムの熱伝導率が透明基板2および二酸化シリコン膜4に比べて大幅に高いため、レーザ照射により生じた熱エネルギーは、二酸化シリコン膜4を通過して窒化アルミニウム膜3に達した後、窒化アルミニウム膜3内を速やかに横方向に拡散することとなる。
On the other hand, in the first embodiment of the present invention, the
すなわち、レーザ照射後の冷却過程において窒化アルミニウム膜3に接した二酸化シリコン膜4上の半導体膜5は、溶融した部分が凝固する際に放出する潜熱が横方向へ拡散されるため、溶融領域と凝固領域との界面付近に局所的に温度が高くなる領域が生じることがなく、溶融領域中央部から未溶融領域と溶融領域との界面に渡って緩やかに減少する温度勾配となる。このため、1回のパルス照射を行った際の溶融領域中央部における微結晶の発生を抑制することができる。したがって、溶融領域の凝固過程において未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、溶融領域中央部において従来のプロセスで発生していたような微結晶によってその成長を抑制されることがない。この結果、未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は非常に大きくなり、このように1回のパルス照射を行った際に成長する結晶が大きくなるので、大粒径の多結晶シリコン膜を効率よく得ることができる。
例えば、4μmのスリット幅であるレーザを照射した場合、従来構造1では結晶成長させた場合にはその結晶成長長さはせいぜい1〜1.2μm程度であったが、本発明の構造を採用することにより結晶成長長さを2μm以上とすることができる。
That is, in the
For example, when a laser having a slit width of 4 μm is irradiated, when the crystal is grown in the
図9に、窒化アルミニウム膜3の膜厚を様々に変えたサンプルに対して、4μmのスリット幅であるレーザを照射した際の結晶成長長さ18の測定結果を示す。結晶成長長さ18が2μm以上と大きく成長した場合については「○」を記入してある。図9によれば、窒化アルミニウム膜3の膜厚が10〜150nmのとき大きく結晶成長していることがわかる。
FIG. 9 shows the measurement result of the
このように本発明の実施の形態1の構造において、レーザ光8の照射により生じた熱エネルギーの横方向への拡散が促進されるので、さらに大粒径の多結晶シリコン膜(半導体膜5)を得ることができる。
実施の形態1の半導体デバイスについて既存の手法によりトランジスタを形成することができ、液晶パネルなどの表示素子として用いることが可能である。また、本発明の半導体デバイスは、結晶粒が従来より格段に大きいためトランジスタのチャネルを流れるキャリアの移動度が高い素子が得られる。
As described above, in the structure according to the first embodiment of the present invention, the lateral diffusion of the thermal energy generated by the irradiation with the
With respect to the semiconductor device of
〔実施の形態2〕
本発明に係る他の実施の一形態として、実施の形態1で第一の下地膜3として使用した「窒化アルミニウム」を、「窒化シリコン」に変更したものを説明する。
本実施の形態2の半導体デバイス1は、透明基板2上に、窒化シリコン膜3、二酸化シリコン膜4、シリコン膜5の順に積層されて構成される。ここで、本実施の形態2では、第一の下地膜3として用いられている窒化シリコン膜3の膜厚を100nm程度とする。他の膜(4,5)の膜厚は実施の形態1と同一とする。
[Embodiment 2]
As another embodiment of the present invention, a description will be given of a case where “aluminum nitride” used as the
The
また、窒化シリコン膜3は、蒸着、イオンプレーティングまたはスパッタリングなどにより透明基板2上に積層される。他の膜は、実施の形態1と同様の方法で形成すればよい。
また、この実施の形態2でも、室温において、短パルスレーザを図中F方向へ向けて、シリコン膜5の表面に照射する。本実施の形態2でも、短パルスレーザとして、波長308nm(XeCl),パルス幅30nsのエキシマレーザを用いればよい。
SEMにより拡大観察した結果は、上述の実施の形態1で示した図2(a)と同様であり、従来のプロセスよりも本実施の形態2によるプロセスの方が、成長する結晶が大きいことがわかる。
The
Also in the second embodiment, the surface of the
The result of magnifying observation by SEM is the same as that of FIG. 2A shown in the first embodiment described above, and the process according to the second embodiment grows larger crystals than the conventional process. Understand.
本発明の実施の形態2においては、第一の下地膜3としての窒化シリコンの熱伝導率が図8で示すように10(W/mK)程度であり、透明基板(ガラス)2の熱伝導率が図8で示すように0.8(W/mK)程度である。したがって、第一の下地膜3としての窒化シリコンの熱伝導率が透明基板2に比べて大幅に高いため、レーザ照射により生じた熱エネルギーは、二酸化シリコン膜4を通過して、窒化シリコン膜3に達した後、窒化シリコン膜3内を速やかに横方向に拡散することとなるからである。
4μmのスリット幅であるレーザを照射した場合、実施の形態2の構造を採用することにより、半導体膜5の結晶成長長さ18を2μm以上とすることができる。
また、窒化アルミニウム膜と同様に、窒化シリコン膜3の膜厚が10〜150nmであるとき、結晶成長長さ18が大きく成長する。
このように本発明の実施の形態2の構造でも、レーザ光8の照射により生じた熱エネルギーの横方向への拡散が促進されるので、さらに大粒径の多結晶シリコン膜(半導体膜5)を得ることができる。
In
When a laser having a slit width of 4 μm is irradiated, the
Similarly to the aluminum nitride film, when the thickness of the
As described above, also in the structure of the second embodiment of the present invention, the lateral diffusion of the thermal energy generated by the irradiation with the
さらに、第一の下地膜3としての窒化シリコン、二酸化シリコン膜4、およびシリコン膜5は、いずれもCVDで成膜することもできる。また、第一の下地膜3として窒化シリコンを用いた場合、同一のシリコンターゲットを用いて、反応性スパッタリングにより窒化シリコンを成膜すると共に、通常のスパッタリングによりアモルファス状態のシリコンを成膜できる。したがって、第一の下地膜3として窒化アルミニウムを用いずに窒化シリコンを用いると、第一の下地膜3の熱伝導率が下がるものの、製造プロセスを簡略化できる。
Furthermore, the silicon nitride,
〔実施の形態3〕
実施の形態1で第一の下地膜3として使用されている「窒化アルミニウム」の代わりに、「窒化アルミニウムと窒化シリコンとの混合物」を用いてもよい。この場合も、実施の形態2および3と同様に、大粒径の多結晶シリコン膜を得ることができる。
[Embodiment 3]
Instead of “aluminum nitride” used as the
本発明の実施の形態3に係る半導体デバイス1は、透明基板2上に、窒化アルミニウムと窒化シリコンとの混合物3、二酸化シリコン膜4、シリコン膜5の順に積層されて構成される。ここで、本実施の形態3では、第一の下地膜3として用いられている窒化アルミニウムと窒化シリコンとの混合物3の膜厚を100nm程度とする。
窒化アルミニウムと窒化シリコンとの混合物3は、蒸着、イオンプレーティング、またはスパッタリングなどにより透明基板2上に積層される。他の製造プロセスは、上記実施の形態1と同様の方法を用いればよい。
A
The
このようにして処理された後のシリコン膜は、SEMにより拡大観察した結果は、上述の実施の形態1,2と同様に、図2(a)に示す表面像となるので、従来のプロセスよりも本実施の形態3によるプロセスの方が、成長する結晶が大きいことがわかる。 Since the silicon film after the treatment is enlarged and observed by SEM, the surface image shown in FIG. 2A is obtained as in the first and second embodiments. It can also be seen that the process according to the third embodiment grows larger crystals.
本発明の実施の形態3においては、基板2の上に窒化アルミニウムと窒化シリコンとの混合物3が形成されることを特徴とするが、第一の下地膜3としての窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物の熱伝導率が図8で示すように20(W/mK)程度であり、透明基板2の熱伝導率が図8で示すように0.8(W/mK)程度である。したがって、第一の下地膜3としての窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物の熱伝導率が透明基板2に比べて大幅に高いため、レーザ照射により生じた熱エネルギーは、二酸化シリコン膜4を通過して、窒化アルミニウムと窒化シリコンとの混合物3に達した後、窒化アルミニウムと窒化シリコンとの混合物3内を速やかに横方向に拡散することとなるからである。
The third embodiment of the present invention is characterized in that a
したがって、例えば4μmのスリット幅であるレーザを照射した場合、本発明の構造を採用することにより、半導体膜5の結晶成長長さ18を2μm以上とすることができる。
また、窒化アルミニウムと窒化シリコンとの混合物3の膜厚が10〜150nmであるとき、結晶成長長さ18が大きく成長する。
このように本発明の実施の形態3の構造でも、レーザ8の照射により生じた熱エネルギーの横方向への拡散が促進されるので、大粒径の多結晶シリコン膜(半導体膜5)を得ることができる。
また、本実施の形態3では、窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物の熱伝導率を上記のように20(W/mK)程度と設定しているが、窒化アルミニウムと窒化シリコンとの組成比率に従って熱伝導率を自由に設計することが可能である。
Therefore, for example, when a laser having a slit width of 4 μm is irradiated, the
When the thickness of the
As described above, also in the structure of the third embodiment of the present invention, the lateral diffusion of the thermal energy generated by the irradiation of the
In the third embodiment, the thermal conductivity of the mixture of aluminum nitride and silicon nitride is set to about 20 (W / mK) as described above. However, the heat conductivity depends on the composition ratio of aluminum nitride and silicon nitride. It is possible to design the conductivity freely.
〔実施の形態4〕
実施の形態1で第一の下地膜3として使用されている「窒化アルミニウム」の代わりに、「酸化マグネシウム」を用いてもよい。この場合も、上記した実施の形態と同様に、大粒径の多結晶シリコン膜を得ることができる。
[Embodiment 4]
Instead of “aluminum nitride” used as the
本発明の実施の形態4に係る半導体デバイス1は、透明基板2上に、酸化マグネシウム膜3、二酸化シリコン膜4、シリコン膜5の順に積層されて構成される。ここで、本実施の形態4では、第一の下地膜3として用いられている酸化マグネシウム膜3の膜厚を100nm程度とする。
酸化マグネシウム膜3は、蒸着、イオンプレーティングまたはスパッタリングなどにより透明基板2上に積層される。他の製造プロセスは、上記実施の形態1と同様の方法を用いればよい。
A
The
このようにして処理された後のシリコン膜について、SEMにより拡大観察した結果は、上述の実施の形態1〜3と同様に、図2(a)に示す表面像となるので、従来のプロセスよりも本実施の形態4によるプロセスの方が、成長する結晶が大きいことがわかる。
本発明の実施の形態4においては、基板2の上に酸化マグネシウム膜3が形成されることを特徴とするが、第一の下地膜3としての酸化マグネシウムの熱伝導率が図8で示すように60(W/mK)程度であり、透明基板(ガラス)2の熱伝導率が図8で示すように0.8(W/mK)程度である。したがって、第一の下地膜3としての酸化マグネシウムの熱伝導率が透明基板2に比べて大幅に高いため、レーザ照射により生じた熱エネルギーは、二酸化シリコン膜を通過して、酸化マグネシウム膜3に達した後、酸化マグネシウム膜3内を速やかに横方向に拡散することとなるからである。
As a result of magnifying and observing the silicon film processed in this way by SEM, the surface image shown in FIG. 2A is obtained as in the first to third embodiments. It can also be seen that the process according to the fourth embodiment grows larger crystals.
The fourth embodiment of the present invention is characterized in that the
したがって、例えば4μmのスリット幅であるレーザを照射した場合、本発明の構造を採用することにより、半導体膜5の結晶成長長さ18を2μm以上とすることができる。
また、酸化マグネシウム膜3の膜厚が10〜150nmであるとき結晶成長長さ18が大きく結晶成長する。
このように本発明の実施の形態4の構造でも、レーザ光8の照射により生じた熱エネルギーの横方向への拡散が促進されるので、大粒径の多結晶シリコン膜(半導体膜5)を得ることができる。
Therefore, for example, when a laser having a slit width of 4 μm is irradiated, the
Further, when the thickness of the
As described above, also in the structure of the fourth embodiment of the present invention, the lateral diffusion of the thermal energy generated by the irradiation with the
〔実施の形態5〕
実施の形態1で第一の下地膜3として使用されている「窒化アルミニウム」の代わりに、「酸化セリウム」を用いてもよい。この場合も、上記の実施の形態と同様に、大粒径の多結晶シリコン膜を得ることができる。
[Embodiment 5]
“Cerium oxide” may be used instead of “aluminum nitride” used as the
本発明の実施の形態5に係る半導体デバイス1は、透明基板2上に、酸化セリウム膜3、二酸化シリコン膜4、シリコン膜5の順に積層されて構成される。ここで、本実施の形態5では、第一の下地膜3として用いられている酸化セリウム膜3の膜厚を100nm程度とする。
酸化セリウム膜3は、蒸着、イオンプレーティングまたはスパッタリングなどにより透明基板2上に積層される。他の製造プロセスは、上記実施の形態1と同様の方法を用いればよい。
A
The
このようにして処理された後のシリコン膜は、SEMにより拡大観察した結果は、上述の実施の形態1〜4と同様に、図2(a)に示す表面像となるので、従来のプロセスよりも本実施の形態5によるプロセスの方が、成長する結晶が大きいことがわかる。 The silicon film after the processing is enlarged and observed by SEM, and the surface image shown in FIG. 2A is obtained as in the first to fourth embodiments. It can also be seen that the process according to the fifth embodiment grows larger crystals.
本発明の実施の形態5においては、基板2の上に酸化セリウム膜3が形成されることを特徴とするが、第一の下地膜3としての酸化セリウムの熱伝導率が図8で示すように10(W/mK)程度であり、透明基板(ガラス)2の熱伝導率が図8で示すように0.8(W/mK)程度である。したがって、第一の下地膜3としての酸化セリウムの熱伝導率が透明基板2に比べて大幅に高いため、レーザ照射により生じた熱エネルギーは、二酸化シリコン膜4を通過して酸化セリウム膜3に達した後、酸化セリウム膜3内を速やかに横方向に拡散することとなるからである。
The fifth embodiment of the present invention is characterized in that the
したがって、例えば4μmのスリット幅であるレーザを照射した場合、本発明の構造を採用することにより半導体膜5の結晶成長長さ18を2μm以上とすることができる。
また、酸化セリウム膜3の膜厚が10〜150nmであるとき、結晶成長長さ18が大きく成長する。
このように本発明の実施の形態5の構造でも、レーザ光8の照射により生じた熱エネルギーの横方向への拡散が促進されるので、大粒径の多結晶シリコン膜(半導体膜5)を得ることができる。
Therefore, for example, when a laser having a slit width of 4 μm is irradiated, the
Further, when the thickness of the
As described above, also in the structure of the fifth embodiment of the present invention, the lateral diffusion of the thermal energy generated by the irradiation of the
〔実施の形態6〕
上記したように、この発明の半導体デバイスの製造に、図3のレーザ加工装置が用いられるが、マイクロコンピュータ等を用いたコントローラ17を備えている。
このコントローラ17は、前記したように、第一のレーザ発振器93およびサンプルステージ16を制御し、レーザの照射タイミングおよびサンプルステージ16の位置を調整するものである。これにより、サンプルステージ16を図中矢印方向に移動させることができるので、レーザ光が照射されるエリアを移動させることができる。
そこで、コントローラによる制御を利用することにより、結晶を成長させる手順として、従来用いられていた図12に示すような結晶横方向成長方法を用いることもできる。この方法によれば、1回のレーザ照射で、半導体膜5における結晶を延設方向に成長させることができる。また、レーザ照射が行われる毎に、照射エリアを段階的に移動させる(ステップ移動)ことで、結晶領域を段階的に拡大できる。これにより、多結晶構造の半導体デバイスにおける各結晶の成長方向を延設方向に揃えることが可能となる。
[Embodiment 6]
As described above, the laser processing apparatus shown in FIG. 3 is used for manufacturing the semiconductor device of the present invention, but the
As described above, the
Therefore, by using the control by the controller, a crystal lateral growth method as shown in FIG. 12 which has been conventionally used can be used as a procedure for growing a crystal. According to this method, the crystal in the
また、上記したような実施の形態の半導体デバイス1の構成では、レーザ光8の照射により生じた熱エネルギーの横方向への拡散を促進することができるので、多結晶構造を構成する各結晶を大きくすることができる。すなわち、本発明の半導体デバイス1に対して、結晶横方向成長方法を適用すれば、レーザ照射1回あたりに成長させることができる結晶を従来よりも大きくすることができるので、サンプルステージ16を移動して結晶が成長する方向をコントロールさせることで、さらに大きな結晶を成長させ、成長方向を揃えることも可能となる。
Further, in the configuration of the
〔実施の形態7〕
ここでは、前記したキャップ層90を備えた構成の半導体デバイスについて説明する。
図4が、キャップ層90を備えた半導体デバイス1であるが、この半導体デバイス1は、透明基板2上に、窒化アルミニウム膜3、二酸化シリコン膜4、シリコン膜5、キャップ膜90の順に積層されて構成されている。本実施の形態7では、実施形態1と同様に、窒化アルミニウム膜3の膜厚を100nm、二酸化シリコン膜4の膜厚を20nm、シリコン膜5の膜厚を50nmとし、さらにキャップ膜90の膜厚を50nm程度とする。
[Embodiment 7]
Here, a semiconductor device having a configuration including the cap layer 90 described above will be described.
FIG. 4 shows a
窒化アルミニウム膜3、二酸化シリコン膜4、シリコン膜5は、上記実施の形態と同様の方法で形成し、さらに、シリコン膜5上に、蒸着やイオンプレーティング、あるいはスパッタリングなどにより、酸化シリコンを材質とするキャップ層90を50nmの膜厚で積層する。
次に、室温において、短パルスレーザであるレーザ光8を図中F方向へ向けて、半導体デバイス1の表面に照射する。たとえば、短パルスレーザとして、波長308nm(XeCl),パルス幅30nsのエキシマレーザを用いればよい。
The
Next, at room temperature, the surface of the
ここで、キャップ層90を通してシリコン膜5に対してレーザ照射を行う場合、レーザの種類、キャップ層の種類、シリコン膜の膜厚などに依存して、反射率が変化する。図7に示したキャップ層90の膜厚に対する、エキシマレーザの反射率の変化を見ればわかるように、キャップ層90の膜厚が50nmの場合、レーザ光に対する反射率は最小となる。
この結果、レーザ光8を照射することにより、キャップ層90の下部の半導体膜が選択的に加熱溶融され、キャップ層90の下のアモルファス状態のシリコン膜5は一旦溶融する。その後、冷却することにより、溶融したシリコン膜5は、結晶化する。
Here, when laser irradiation is performed on the
As a result, by irradiating the
このようにして形成された本発明の実施の形態7の半導体デバイスも、上記実施の形態と同じように、レーザ光8の照射により生じた熱エネルギーの横方向への拡散を促進することができるので、さらに大粒径の多結晶シリコン膜(半導体膜5)を得ることができる。
The semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention thus formed can also promote the lateral diffusion of the thermal energy generated by the irradiation with the
〔実施の形態8〕
上記実施の形態では、レーザビームは、図1に示すように半導体デバイスの表面に垂直な方向(図1のF方向)から照射していた。すなわち、図3において、第1のレーザ発振器93から出射されたレーザビーム80のみを用いていた。ここでは、さらに大粒径のシリコン膜を形成するために、上記したような2つのレーザビーム(80,81)を用いて、半導体膜5の結晶化を行う方法について、説明する。
半導体デバイス1は、たとえば実施の形態1に示した構造のデバイスを用いればよく、積層プロセスも同様の方法を用いればよい。
[Embodiment 8]
In the above embodiment, the laser beam is irradiated from the direction perpendicular to the surface of the semiconductor device (direction F in FIG. 1) as shown in FIG. That is, in FIG. 3, only the
As the
この実施形態では、図3に示す装置により、室温において、第一のレーザ光80と、第二のレーザ光81を図中F方向へ向けて、シリコン膜5の表面に照射する。
ここで、第二のレーザ光は、表面に垂直なF方向ではなく、図3,図5に示すような斜め方向から入射してもよい。たとえば、デバイス表面に対して45度程度の角度で入射してもよい。
また、第一のレーザ光および第二レーザ光の波長,エネルギー量,照射タイミングおよび照射領域等については、前記したようなものを用いればよい。
このように、2つのレーザ光(80,81)を用いて半導体膜の結晶化を行えば、図2(a)に示すような大粒径の多結晶シリコン膜を形成できる。
In this embodiment, the apparatus shown in FIG. 3 irradiates the surface of the
Here, the second laser beam may be incident from an oblique direction as shown in FIGS. 3 and 5 instead of the F direction perpendicular to the surface. For example, it may be incident on the device surface at an angle of about 45 degrees.
Moreover, what was mentioned above should just be used about the wavelength of the 1st laser beam and the 2nd laser beam, energy amount, irradiation timing, irradiation region, etc.
In this way, if the semiconductor film is crystallized using two laser beams (80, 81), a polycrystalline silicon film having a large grain size as shown in FIG. 2A can be formed.
また、本実施の形態8において、第二のレーザ光81は、シリコン膜5が溶融している間に照射される。
このように、液体状態にあるシリコン膜に対して、第一のレーザ光に加えて第二のレーザ光の照射を行うことにより、シリコン膜の温度低下速度を低下させることができ、固化するまでの時間を延長することができるので、さらに大粒径の多結晶シリコン膜を効率よく得ることができる。
In the eighth embodiment, the
In this way, by irradiating the silicon film in the liquid state with the second laser light in addition to the first laser light, the temperature decrease rate of the silicon film can be reduced until the silicon film is solidified. Therefore, it is possible to efficiently obtain a polycrystalline silicon film having a larger grain size.
例えば4μmのスリット幅であるレーザを照射した場合、従来構造1に対して結晶成長させた場合にはその結晶成長長さはせいぜい1〜1.2μm程度であるが、本発明の構造を採用することにより結晶成長長さを2μm以上とすることができる。
本発明の実施の形態8によれば、2種類のレーザ8の照射により生じた熱エネルギーの横方向への拡散が促進されるので、さらに大粒径の多結晶シリコン膜(半導体膜5)を得ることができる。
For example, when a laser having a slit width of 4 μm is irradiated, when the crystal is grown on the
According to the eighth embodiment of the present invention, the lateral diffusion of the thermal energy generated by the irradiation of the two types of
〔実施の形態9〕
図4に示したこの発明の半導体デバイス1に対して、2種類のレーザビーム(80,81)を照射してもよい。
この場合は、図3に示すような装置を用い、室温において、第一のレーザ光80を図1のF方向へ向けて照射するとともに、第二のレーザ光81を、図5に示すような方向から半導体デバイス1の表面に照射する。
第一のレーザ光および第二のレーザ光の波長,エネルギー量,照射タイミングおよび照射領域等については前記したようなものを用いればよい。
ここで、キャップ層90を通してシリコン膜5に対してレーザ照射を行う場合、レーザの種類、キャップ層の種類、シリコン膜の膜厚などに依存して、反射率が変化する。図7のグラフを見ればわかるように、キャップ層90の膜厚が50nmの場合、レーザ光に対する反射率は最小となる。この結果、レーザ光8を照射することにより、キャップ層90の下部の半導体膜が選択的に加熱溶融され、キャップ層90の下のアモルファス状態のシリコン膜5は一旦溶融する。その後、冷却することにより、溶融したシリコン膜5は、結晶化する。
[Embodiment 9]
The
In this case, using the apparatus as shown in FIG. 3, the
What is necessary is just to use what was mentioned above about the wavelength of the 1st laser beam and the 2nd laser beam, the amount of energy, irradiation timing, irradiation region, etc.
Here, when laser irradiation is performed on the
本実施の形態9においても、第二のレーザ光81は、シリコン膜5が溶融している間に照射される。
このように、液体状態にあるシリコン膜に対して、第一のレーザ光に加えて第二のレーザ光の照射を行うことにより、シリコン膜の温度低下速度を低下させることができ、固化するまでの時間を延長することができるので、さらに大粒径の多結晶シリコン膜を効率よく得ることができる。
Also in the ninth embodiment, the
In this way, by irradiating the silicon film in the liquid state with the second laser light in addition to the first laser light, the temperature decrease rate of the silicon film can be reduced until the silicon film is solidified. Therefore, it is possible to efficiently obtain a polycrystalline silicon film having a larger grain size.
本発明の実施の形態9によれば、2種類のレーザの照射により生じた熱エネルギーの横方向への拡散が促進されるので、さらに大粒径の多結晶シリコン膜(半導体膜5)を得ることができる。
以上のように、表面に大粒径を持つ半導体膜を形成したこの発明の半導体デバイスは、たとえばトランジスタの基礎構成として用いることができ、さらには、液晶パネルなどの表示素子として用いることもできる。
この発明の半導体デバイスを用いたトランジスタは、その半導体膜の結晶粒が従来よりも大きいので、トランジスタのチャネルを流れるキャリアの移動度が高い素子を作成することができる。
According to the ninth embodiment of the present invention, the lateral diffusion of the thermal energy generated by the two types of laser irradiation is promoted, so that a polycrystalline silicon film (semiconductor film 5) having a larger grain size is obtained. be able to.
As described above, the semiconductor device of the present invention in which a semiconductor film having a large particle diameter is formed on the surface can be used as a basic structure of a transistor, for example, and can also be used as a display element such as a liquid crystal panel.
In the transistor using the semiconductor device of the present invention, since the crystal grain of the semiconductor film is larger than that of a conventional transistor, an element with high mobility of carriers flowing through the channel of the transistor can be formed.
(発明の効果)
この発明によれば、レーザ照射後の冷却過程において第一の下地膜に接した第二の下地膜上の半導体膜は、溶融した部分が凝固する際に放出する潜熱が横方向へ拡散されるため、溶融領域と凝固領域との界面付近に局所的に温度が高くなる領域が生じることがなく、溶融領域中央部から未溶融領域と溶融領域との界面に渡って緩やかに減少する温度勾配となる。このため、1回のパルス照射を行った際の溶融領域中央部における微結晶の発生を抑制することができる。
したがって、溶融領域の凝固過程において未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、溶融領域中央部において従来のプロセスで発生していたような微結晶によってその成長を抑制されることがない。この結果、未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は非常に大きくなり、1回のパルス照射を行なった際に成長する結晶が大きくなるので、大粒径の多結晶の半導体膜を効率よく得ることができる。
(The invention's effect)
According to the present invention, in the semiconductor film on the second base film in contact with the first base film in the cooling process after laser irradiation, the latent heat released when the melted portion solidifies is diffused in the lateral direction. Therefore, there is no region where the temperature locally increases in the vicinity of the interface between the melted region and the solidified region, and the temperature gradient gradually decreases from the center of the melted region to the interface between the unmelted region and the melted region. Become. For this reason, generation | occurrence | production of the microcrystal in the fusion | melting area | region center at the time of performing pulse irradiation once can be suppressed.
Therefore, crystals that grow laterally from the interface between the unmelted region and the molten region during the solidification process of the molten region are suppressed by the microcrystals generated in the conventional process at the center of the molten region. There is nothing. As a result, the crystals that grow laterally from the interface between the unmelted region and the molten region become very large, and the crystals that grow when a single pulse irradiation is performed become large. A semiconductor film can be obtained efficiently.
1 半導体デバイス
2 透明基板(基板)
3 第一の下地膜
4 第二の下地膜
5 シリコン膜(半導体膜)
11 レーザ発振器
12 可変減衰器
13 フィールドレンズ
14 投影マスク
15 結像レンズ
16 サンプルステージ
17 コントローラ
18 結晶成長長さ
7a 第一のレーザ光の照射領域
7b 第二のレーザ光の照射領域
80 第一のレーザ光
81 第二のレーザ光
90 キャップ層
91 第一のレーザ光のパルス波形
92 第二のレーザ光のパルス波形
93 第一のレーザ発振器
94 第二のレーザ発振器
3
11
Claims (13)
基板上に、基板および第二の下地膜よりも熱伝導率が高い第一の下地膜を積層する工程と、前記第一の下地膜の上に、第二の下地膜を積層する工程と、前記第二の下地膜の上に、非晶質,微結晶または多結晶の半導体膜を積層する工程と、前記半導体膜にレーザ光を照射することによって、照射領域の半導体膜を溶融化後結晶化し、さらに面内方向に結晶成長させる工程と、を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device in which a first base film, a second base film, and a semiconductor film are laminated in this order on a substrate,
On the substrate, a step of laminating a first base film having a higher thermal conductivity than the substrate and the second base film, a step of laminating a second base film on the first base film, A step of laminating an amorphous, microcrystalline, or polycrystalline semiconductor film on the second base film, and irradiating the semiconductor film with laser light to melt the semiconductor film in the irradiated region after crystallization. And further growing the crystal in the in-plane direction.
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Cited By (2)
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JP2011049449A (en) * | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Tokyo Electron Ltd | Method and device for heat-treating treatment object |
JP2015018980A (en) * | 2013-07-12 | 2015-01-29 | アイシン精機株式会社 | Laser processing apparatus and laser processing method |
-
2003
- 2003-10-14 JP JP2003353791A patent/JP2005123262A/en not_active Withdrawn
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