JP2005123475A - Semiconductor thin film, its manufacturing method, and thin film transistor using thin film - Google Patents

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啓 綱沢
Junichiro Nakayama
純一郎 中山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor thin film by which a region crystallized generally toward one direction and having no grain boundary in the direction of a crystal growth can be homogeneously formed at an arbitrary location in the semiconductor thin film. <P>SOLUTION: The method for manufacturing a semiconductor thin film comprises steps of forming at least a semiconductor thin film on a substrate, forming an anti-reflection film pattern and a reflection film pattern on the semiconductor thin film to be adjacent to each other, and forming direction-aligned semiconductor grains in the lower part of the anti-reflection film pattern by applying a first laser beam from the above side of the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、半導体薄膜とその製造方法およびその薄膜を用いた薄膜トランジスタ(TFT)に関し、特に、TFTのチャネル領域に好適に用いられる多結晶半導体薄膜およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor thin film, a manufacturing method thereof, and a thin film transistor (TFT) using the thin film, and more particularly to a polycrystalline semiconductor thin film suitably used for a channel region of a TFT and a manufacturing method thereof.

液晶やエレクトロルミネッセンス(EL)を応用した表示装置には、多結晶のシリコン薄膜を活性層に用いる多結晶シリコンTFTが好適に用いられる。   For a display device using liquid crystal or electroluminescence (EL), a polycrystalline silicon TFT using a polycrystalline silicon thin film as an active layer is preferably used.

多結晶シリコン薄膜を製造する方法として、ガラス基板に形成された非晶質シリコン薄膜を、短パルス発振のエキシマレーザを用いて600℃以下の低温で結晶化する方法が知られている。   As a method for producing a polycrystalline silicon thin film, a method is known in which an amorphous silicon thin film formed on a glass substrate is crystallized at a low temperature of 600 ° C. or lower using a short pulse excimer laser.

レーザによる結晶化は、一般には、非晶質シリコン薄膜を形成したガラス基板を400℃程度に加熱し、前記ガラス基板を走査しながら、長さ200〜400mm、幅0.2〜1.0mm程度の線状レーザをガラス基板上に連続的に照射する方法で行われる。
この方法によって、粒径0.2〜0.5μm程度の結晶粒が形成される。このときレーザを照射した部分の非晶質シリコンは、厚さ方向全域にわたって溶融するのではなく、一部の非晶質領域を残して溶融する。
このため、レーザ照射領域全面に無数の結晶核が発生し、シリコン薄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。
この方法により得られた多結晶膜を用いた多結晶シリコンTFTは、結晶粒径が小さく、チャネル長方向に多数の粒界が存在するため、電子移動度が小さく、特性がばらつきやすい。
In general, the crystallization by laser is performed by heating a glass substrate on which an amorphous silicon thin film is formed to about 400 ° C. and scanning the glass substrate while having a length of about 200 to 400 mm and a width of about 0.2 to 1.0 mm. The linear laser is continuously irradiated onto the glass substrate.
By this method, crystal grains having a grain size of about 0.2 to 0.5 μm are formed. At this time, the portion of the amorphous silicon irradiated with the laser does not melt over the entire thickness direction but melts leaving a part of the amorphous region.
For this reason, innumerable crystal nuclei are generated on the entire surface of the laser irradiation region, the crystal grows toward the outermost layer of the silicon thin film, and crystal grains with random orientation are formed.
A polycrystalline silicon TFT using a polycrystalline film obtained by this method has a small crystal grain size and a large number of grain boundaries in the channel length direction. Therefore, the electron mobility is small and the characteristics tend to vary.

また、表面にSiO2キャップを製膜した状態でレーザ照射を行う方法も知られている。この方法では、SiO2キャップが溶融シリコン薄膜の保温膜として機能し、全体的に結晶性の向上が見られるが、均一化の向上は十分でない。 In addition, a method of performing laser irradiation with a SiO 2 cap formed on the surface is also known. In this method, the SiO 2 cap functions as a heat insulating film for the molten silicon thin film, and the crystallinity is improved as a whole, but the improvement in uniformity is not sufficient.

また、絶縁膜をパターン化して任意の位置に形成した後、レーザ照射を行うことによって、結晶粒径を再現性良く大きくする方法も知られている(例えば、特許文献1参照)。
この方法では、図18に示されるように、絶縁性基板301上に非晶質シリコンからなる半導体薄膜303を成膜したのち、絶縁膜パターン304を選択的に形成し、次いで、レーザ305を照射すると、絶縁膜パターン304が保温層として機能するので、絶縁膜パターン304の下部の領域では冷却速度が遅くなり、その結果、絶縁膜パターン304の両縁から中央に向かって結晶化する。
この方法により、結晶粒径の大きな結晶化領域306,307が任意の位置に均一に形成される。そして、これらの結晶化領域306,307の両方、あるいは、いずれか一方がTFTのチャネル領域として用いられる。
特開2000−260709号公報
Also known is a method of increasing the crystal grain size with good reproducibility by patterning an insulating film and forming it at an arbitrary position and then performing laser irradiation (see, for example, Patent Document 1).
In this method, as shown in FIG. 18, after forming a semiconductor thin film 303 made of amorphous silicon on an insulating substrate 301, an insulating film pattern 304 is selectively formed, and then a laser 305 is irradiated. Then, since the insulating film pattern 304 functions as a heat insulating layer, the cooling rate is lowered in the region below the insulating film pattern 304, and as a result, the insulating film pattern 304 is crystallized from both edges toward the center.
By this method, crystallized regions 306 and 307 having a large crystal grain size are uniformly formed at arbitrary positions. Then, both or one of these crystallized regions 306 and 307 is used as a channel region of the TFT.
JP 2000-260709 A

パターン化された絶縁膜を任意の位置に形成する上記方法では、図18に示されるように、絶縁膜パターン304の両縁から同時に横方向の結晶化が生じ、前記パターンの中央で横方向結晶成長が完了するため、中央に結晶粒界が形成される。
このため、図19に示されるように、2つの結晶化領域306,307を用いてTFT308を形成すると、チャネル長方向に少なくとも1つの粒界が存在することとなり、電子移動度が低下する。
また、図20に示されるように、チャネルが粒界をまたがない様に、結晶化領域306,307にそれぞれTFT308を形成すると、設計の制約上、結晶化領域306,307に利用できない領域が生じ、TFT設計の自由度や効率が低下する。
In the above method of forming a patterned insulating film at an arbitrary position, as shown in FIG. 18, lateral crystallization occurs simultaneously from both edges of the insulating film pattern 304, and the lateral crystal is formed at the center of the pattern. Since the growth is completed, a crystal grain boundary is formed at the center.
For this reason, as shown in FIG. 19, when the TFT 308 is formed using two crystallized regions 306 and 307, at least one grain boundary exists in the channel length direction, and the electron mobility is lowered.
As shown in FIG. 20, when the TFT 308 is formed in each of the crystallized regions 306 and 307 so that the channel does not cross the grain boundary, there are regions that cannot be used for the crystallized regions 306 and 307 due to design restrictions. As a result, the degree of freedom and efficiency of TFT design are reduced.

この発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、概ね一方向に向かって結晶化され、結晶の成長方向に粒界を有さない結晶化領域を、半導体薄膜の任意の場所に、均一に形成することができる半導体薄膜の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and a crystallized region that is generally crystallized in one direction and does not have a grain boundary in the crystal growth direction can be provided at an arbitrary location on the semiconductor thin film. A method of manufacturing a semiconductor thin film that can be uniformly formed is provided.

この発明は、基板上に少なくとも半導体薄膜を形成し、半導体薄膜上の一部に反射防止膜パターン及び反射膜パターンを互いに隣接するように形成し、基板上方から第1レーザを照射して反射防止膜パターンの下部に方向性の揃った半導体粒を形成する工程を備える半導体薄膜の第1の製造方法を提供するものである。   In the present invention, at least a semiconductor thin film is formed on a substrate, an antireflection film pattern and a reflection film pattern are formed adjacent to each other on a part of the semiconductor thin film, and the first laser is irradiated from above the substrate to prevent reflection. The present invention provides a first method for producing a semiconductor thin film comprising a step of forming semiconductor grains with uniform orientation under a film pattern.

また、この発明は、基板上に少なくとも半導体薄膜を形成し、半導体薄膜上の一部に反射防止膜パターンを形成し、反射防止膜パターン上の一部に反射膜パターンを形成し、基板上方から第1レーザを照射して反射防止膜パターンの下部に方向性の揃った半導体粒を形成する工程を備える半導体薄膜の第2の製造方法を提供するものでもある。   According to the present invention, at least a semiconductor thin film is formed on a substrate, an antireflection film pattern is formed on a part of the semiconductor thin film, a reflection film pattern is formed on a part of the antireflection film pattern, and from above the substrate. The present invention also provides a second method for manufacturing a semiconductor thin film, which includes a step of irradiating a first laser to form semiconductor grains having a uniform direction below the antireflection film pattern.

また、この発明は、基板上に少なくとも半導体薄膜を形成し、半導体薄膜上の一部に反射膜パターンを形成し、反射膜パターンと半導体薄膜の一部を覆うように反射防止膜パターンを形成し、基板上方から第1レーザを照射して反射防止膜パターンの下部に方向性の揃った半導体粒を形成する工程を備える半導体薄膜の第3の製造方法を提供するものでもある。   Also, the present invention forms at least a semiconductor thin film on a substrate, forms a reflection film pattern on a part of the semiconductor thin film, and forms an antireflection film pattern so as to cover the reflection film pattern and a part of the semiconductor thin film. Also, the present invention provides a third method for manufacturing a semiconductor thin film comprising a step of irradiating a first laser from above the substrate to form semiconductor grains having a uniform direction below the antireflection film pattern.

また、この発明による半導体薄膜の第1の製造方法において、反射防止膜パターン及び反射膜パターンを形成する前記工程は、反射防止膜パターンの縁の一部が反射膜パターンの縁の一部と接するように、反射防止膜パターン及び反射膜パターンを形成する工程であってもよい。   In the first method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, in the step of forming the antireflection film pattern and the reflection film pattern, a part of the edge of the antireflection film pattern is in contact with a part of the edge of the reflection film pattern. Thus, the process of forming an antireflection film pattern and a reflection film pattern may be used.

また、この発明による半導体薄膜の第2の製造方法において、反射膜パターンを形成する前記工程は、反射膜パターンの縁の一部が反射防止膜パターンの縁の一部と一致するように、反射膜パターンを形成する工程であってもよい。   In the second method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, the step of forming the reflective film pattern may be performed so that a part of the edge of the reflective film pattern coincides with a part of the edge of the antireflection film pattern. It may be a step of forming a film pattern.

また、この発明による半導体薄膜の第3の製造方法において、反射防止膜パターンを形成する前記工程は、反射防止膜パターンの縁の一部が反射膜の縁の一部と一致するように、反射防止膜パターンを形成する工程であってもよい。   In the third method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, the step of forming the antireflection film pattern may be performed so that a part of the edge of the antireflection film pattern coincides with a part of the edge of the reflection film. It may be a step of forming a prevention film pattern.

また、この発明による半導体薄膜の第1〜第3の製造方法は、第1レーザの照射領域を含む領域に、半導体薄膜を溶融させない放射照度及び照射時間で第2レーザを照射する工程をさらに備えてもよい。   The first to third methods of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention further include a step of irradiating a region including the irradiation region of the first laser with the second laser with an irradiance and an irradiation time that do not melt the semiconductor thin film. May be.

また、第2レーザを照射する上記工程において、第2レーザの照射時間は第1レーザの照射時間よりも長くてもよい。   In the step of irradiating the second laser, the irradiation time of the second laser may be longer than the irradiation time of the first laser.

また、第2レーザは赤外線レーザであり、反射防止膜パターンの赤外線レーザに対する吸収率は、反射膜パターン及び半導体薄膜の赤外線レーザに対する吸収率よりも高くてもよい。   The second laser is an infrared laser, and the absorption rate of the antireflection film pattern with respect to the infrared laser may be higher than the absorption rate of the reflection film pattern and the semiconductor thin film with respect to the infrared laser.

また、この発明による半導体薄膜の第1〜第3の製造方法において、反射防止膜パターンは酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜のいずれか1つからなっていてもよい。   In the first to third methods of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, the antireflection film pattern may be composed of any one of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

また、この発明による半導体薄膜の第1〜第3の製造方法において、反射膜パターンはAl膜、Mo膜、W膜、Al−Mo合金膜及びAl−W合金膜のいずれか1つからなっていてもよい。   In the first to third methods of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, the reflective film pattern is composed of any one of an Al film, a Mo film, a W film, an Al—Mo alloy film, and an Al—W alloy film. May be.

また、この発明は別の観点からみると、上述のこの発明による半導体薄膜の第1〜第3の製造方法により製造された半導体薄膜を提供するものでもある。   From another point of view, the present invention also provides a semiconductor thin film manufactured by the above-described first to third methods of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention.

また、この発明はさらに別の観点からみると、上述のこの発明による半導体薄膜の第1〜第3の製造方法により製造された半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタであって、反射防止膜パターンの下部に形成された方向性の揃った半導体粒をチャネル領域に含む薄膜トランジスタを提供するものでもある。   From another viewpoint, the present invention is a thin film transistor using the semiconductor thin film manufactured by the first to third methods of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention described above, and is provided below the antireflection film pattern. The present invention also provides a thin film transistor that includes formed semiconductor grains with uniform orientation in a channel region.

ここで、図1〜3に基づいてこの発明の原理を説明する。なお、図1〜3はこの発明による半導体薄膜の第1〜第3の製造方法にそれぞれ対応している。
図1〜3に示されるように、この発明による半導体薄膜の第1〜第3の製造方法では、第1レーザ6を照射する工程において、いずれも基板1の上方から反射防止膜パターン4と反射膜パターン5と直接照射領域(半導体薄膜3の露出領域)3c,3dとに第1レーザ6を照射する。
Here, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 correspond to first to third methods of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, respectively.
As shown in FIGS. 1 to 3, in the first to third methods for manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, in the step of irradiating the first laser 6, both of the antireflection film pattern 4 and the reflection from above the substrate 1. The first laser 6 is irradiated to the film pattern 5 and the direct irradiation regions (exposed regions of the semiconductor thin film 3) 3c and 3d.

この際、反射防止膜パターン4は第1レーザ6の反射を防止するので、反射防止膜パターン4の下部領域3aでは第1レーザ6が効率よく吸収され、反射防止膜パターン4の下部領域3aの半導体薄膜3は溶融する。
これに対し、反射膜パターン5は第1レーザ6を反射するので、反射膜パターン5の下部領域3bでは第1レーザが吸収されず、反射膜パターン5の下部領域3bの半導体薄膜3はほとんど溶融しない。
At this time, since the antireflection film pattern 4 prevents reflection of the first laser 6, the first laser 6 is efficiently absorbed in the lower region 3 a of the antireflection film pattern 4, and the lower region 3 a of the antireflection film pattern 4 is absorbed. The semiconductor thin film 3 melts.
On the other hand, since the reflective film pattern 5 reflects the first laser 6, the first laser is not absorbed in the lower region 3b of the reflective film pattern 5, and the semiconductor thin film 3 in the lower region 3b of the reflective film pattern 5 is almost melted. do not do.

また、第1レーザ6が直接照射される直接照射領域3c,3dでは、第1レーザ6が一部反射されるので、第1レーザ6の吸収量は反射防止膜パターン4の下部領域3aよりも少なくなり、直接照射領域3c,3dは溶融又は半溶融の状態となる。
このため、各領域の温度は、反射膜パターン5の下部領域3b、直接照射領域3c,3d、反射防止膜パターン4の下部領域3aの順に高くなる。
In the direct irradiation regions 3 c and 3 d to which the first laser 6 is directly irradiated, the first laser 6 is partially reflected, so that the amount of absorption of the first laser 6 is higher than that of the lower region 3 a of the antireflection film pattern 4. The direct irradiation areas 3c and 3d are in a molten or semi-molten state.
For this reason, the temperature of each region increases in the order of the lower region 3 b of the reflective film pattern 5, the direct irradiation regions 3 c and 3 d, and the lower region 3 a of the antireflection film pattern 4.

ここで、直接照射領域3c,3dのうち、反射防止膜パターン4に隣接する直接照射領域3dが、この発明の要点である反射防止膜パターン4の下部での結晶化に関与する。従って、直接照射領域3cへの第1レーザ6の照射は、この発明の原理を作用させるうえで必ずしも必須ではない。 Here, of the direct irradiation regions 3c and 3d, the direct irradiation region 3d adjacent to the antireflection film pattern 4 is involved in crystallization in the lower part of the antireflection film pattern 4 which is the main point of the present invention. Accordingly, the irradiation of the first laser 6 directly on the irradiation region 3c is not necessarily essential for the operation of the principle of the present invention.

反射膜パターン5の下部領域3b及び直接照射領域3dは、反射防止膜パターン4の下部領域3aよりも温度が低いので、反射防止膜パターン4の両縁から結晶化が進行する。
しかし、反射膜パターン5の下部領域3bは、直接照射領域3dよりも温度が低いので、反射膜パターン5側からの結晶化が早く開始され、さらに反射防止膜パターン4の保温効果によって冷却速度が遅くなり結晶が大きく成長する。このため、反射防止膜パターン4の両縁から成長した結晶化領域7,8は、直接照射領域3dに近い位置で衝突する。
Since the lower region 3 b and the direct irradiation region 3 d of the reflection film pattern 5 have a lower temperature than the lower region 3 a of the antireflection film pattern 4, crystallization proceeds from both edges of the antireflection film pattern 4.
However, since the temperature of the lower region 3b of the reflective film pattern 5 is lower than that of the direct irradiation region 3d, crystallization from the reflective film pattern 5 side is started earlier, and the cooling rate is further increased by the heat retention effect of the antireflective film pattern 4. Slow down and crystals grow larger. For this reason, the crystallization regions 7 and 8 grown from both edges of the antireflection film pattern 4 collide at positions close to the direct irradiation region 3d.

従って、反射防止膜パターン4の下部領域3aでは概ね一方向に向かって大きく結晶化され、結晶の成長方向に粒界を有しない結晶化領域(方向性の揃った半導体粒)7が形成される。 Therefore, the lower region 3a of the antireflection film pattern 4 is largely crystallized substantially in one direction, and a crystallized region (semiconductor particles having uniform orientation) 7 having no grain boundary in the crystal growth direction is formed. .

この発明の半導体薄膜の製造方法によれば、反射防止膜と反射膜の作用により第1レーザが照射された半導体薄膜に温度差が生まれ、最も温度の低い反射膜パターンの下部と最も温度の高い反射防止膜パターンの下部との境界からの結晶化が最も早く始まり、反射防止膜の保温作用によりその結晶成長が一方向に継続するので、反射防止膜パターンの下部に概ね一方向に向かって大きく結晶化され、結晶の成長方向に粒界を有さない結晶化領域(方向性の揃った半導体粒)を形成することができる。
この結果、半導体薄膜上の任意の場所に、結晶の成長方向に粒界を有さない結晶化領域を均一に形成できるようになる。
According to the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, a temperature difference is generated in the semiconductor thin film irradiated with the first laser by the action of the antireflection film and the reflection film, and the lower part of the reflection film pattern having the lowest temperature and the highest temperature are produced. Crystallization starts from the boundary with the lower part of the antireflection film pattern, and the crystal growth continues in one direction due to the heat-retaining action of the antireflection film. Crystallized regions (semiconductor grains having uniform orientation) that are crystallized and have no grain boundary in the crystal growth direction can be formed.
As a result, a crystallized region having no grain boundary in the crystal growth direction can be formed uniformly at an arbitrary location on the semiconductor thin film.

この結晶化領域を、TFTのチャネル領域に用いることにより、電子移動度が大きく、素子特性のばらつきの小さいTFTの作製が可能となる。また、この結晶化領域は、TFTに限らず、高速な電子移動度が要求される種々の薄膜半導体装置の能動領域に用いることができる。   By using this crystallized region for the channel region of the TFT, it is possible to manufacture a TFT with high electron mobility and small variation in element characteristics. This crystallized region can be used not only for TFTs but also for active regions of various thin film semiconductor devices that require high-speed electron mobility.

さらに、この結晶化領域は、実質的に結晶成長方向に結晶粒界を有さないので、TFT等の薄膜半導体装置の設計自由度および設計効率を損なうことなく、能動領域の電子移動方向に結晶粒界を有さない薄膜半導体装置の設計を容易にする。   Furthermore, since this crystallized region has substantially no grain boundary in the crystal growth direction, the crystallized region in the direction of electron movement in the active region can be obtained without impairing the design freedom and design efficiency of thin film semiconductor devices such as TFTs. It facilitates the design of thin film semiconductor devices that do not have grain boundaries.

(第1の実施形態)この発明の第1の実施形態による半導体薄膜の製造方法は、図4(a)に示されるように、基板1上に半導体薄膜3を形成し、図4(b)に示されるように、半導体薄膜3上の一部に反射防止膜パターン4及び反射膜パターン5を互いに隣接するように形成し、図4(c)に示されるように、基板1の上方から反射防止膜パターン4と反射膜パターン5と半導体薄膜3の露出領域とに、第1レーザ6を照射して反射防止膜パターン4の下部の半導体薄膜3を結晶化させることにより、概ね一方向に向かって大きく結晶化され、かつ、結晶の成長方向に粒界を有さない結晶化領域(方向性の揃った半導体粒)7を形成する工程を備える。   (First Embodiment) In a method of manufacturing a semiconductor thin film according to a first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4A, a semiconductor thin film 3 is formed on a substrate 1, and FIG. As shown in FIG. 4, an antireflection film pattern 4 and a reflection film pattern 5 are formed on a part of the semiconductor thin film 3 so as to be adjacent to each other, and reflected from above the substrate 1 as shown in FIG. By irradiating the first laser 6 on the anti-reflection film pattern 4, the reflection film pattern 5, and the exposed region of the semiconductor thin film 3, the semiconductor thin film 3 below the anti-reflection film pattern 4 is crystallized, so that the film is generally directed in one direction. And a step of forming a crystallized region (semiconductor grain with uniform orientation) 7 that is largely crystallized and does not have a grain boundary in the crystal growth direction.

基板1は、半導体薄膜3の形成、レーザアニールに耐える強度、耐熱性を有するものであればよく、ガラス基板、石英基板、高分子基板等を用いることができるが、安価なガラス基板が好適に用いられる。   The substrate 1 may be any substrate having a strength and heat resistance that can withstand the formation of the semiconductor thin film 3 and laser annealing. A glass substrate, a quartz substrate, a polymer substrate, or the like can be used, but an inexpensive glass substrate is preferable. Used.

半導体薄膜3には、非晶質、微結晶、多結晶シリコン膜、又は、シリコンとゲルマニウムとの化合物の薄膜等が含まれ、これには、非晶質シリコン膜が好適に用いられる。
これらは、CVD、スパッタ、蒸着法等の公知の方法によって形成される。その厚さは、求められるトランジスタの特性や、プロセス条件などにより様々であるが、おおむね数十nm〜数百nm、特に典型的には30〜100nm程度範囲の膜厚が採用される。形成後に公知の方法で脱水素アニールを行ってもよい。これにより、レーザ照射時の半導体薄膜の損傷を防止することができる。
The semiconductor thin film 3 includes an amorphous, microcrystalline, polycrystalline silicon film, or a thin film of a compound of silicon and germanium, and an amorphous silicon film is preferably used for this.
These are formed by a known method such as CVD, sputtering, or vapor deposition. The thickness varies depending on the required transistor characteristics, process conditions, and the like, but a film thickness in the range of about several tens to several hundreds of nm, particularly typically about 30 to 100 nm is employed. Dehydrogenation annealing may be performed by a known method after the formation. Thereby, damage to the semiconductor thin film at the time of laser irradiation can be prevented.

また、基板1上に半導体薄膜3を形成する工程には、基板1上に半導体薄膜3を直接形成すること、又は、絶縁膜等(図示せず)を介して形成することが含まれる。
なお、基板1からの不純物拡散を防止するためには絶縁膜を介して半導体薄膜3を形成することが好ましい。絶縁膜には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等の無機絶縁膜が好適に用いられる。
無機絶縁膜は、CVD、スパッタ、蒸着法等の公知の方法によって形成できる。また、半導体薄膜3の形成後、半導体薄膜3を島状にパターニングしてもよい。これにより、後述する第1レーザ6の照射工程において、熱の逃げが小さくなるので、より低エネルギーでの結晶化が可能となる。
The step of forming the semiconductor thin film 3 on the substrate 1 includes forming the semiconductor thin film 3 directly on the substrate 1 or forming it through an insulating film or the like (not shown).
In order to prevent impurity diffusion from the substrate 1, it is preferable to form the semiconductor thin film 3 through an insulating film. As the insulating film, an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is preferably used.
The inorganic insulating film can be formed by a known method such as CVD, sputtering, or vapor deposition. Further, after the semiconductor thin film 3 is formed, the semiconductor thin film 3 may be patterned into an island shape. Thereby, in the irradiation process of the 1st laser 6 mentioned later, since the escape of a heat | fever becomes small, crystallization with lower energy is attained.

また、半導体薄膜3上の一部に反射防止膜パターン4及び反射膜パターン5を互いに隣接するように形成する工程は、反射防止膜パターン4の縁の一部と反射膜パターン5の縁の一部が接するように形成する工程、及び、反射防止膜パターン4と反射膜パターン5が僅かに間隔を空けて近接するように形成する工程を含む。
すなわち、概ね一方向に向かった結晶成長を行うことができる範囲であれば、反射防止膜パターン4と反射膜パターン5は非接触であってもよい。例えば、反射防止膜パターン4及び反射膜パターン5が実質的に長方形状に形成される場合、反射膜パターン5はその長辺の一つが、反射防止膜パターン4の長辺の一つと平行に隣接する形で形成されてもよい。
Further, the step of forming the antireflection film pattern 4 and the reflection film pattern 5 on a part of the semiconductor thin film 3 so as to be adjacent to each other is a part of the edge of the antireflection film pattern 4 and the edge of the reflection film pattern 5. And a step of forming the antireflection film pattern 4 and the reflection film pattern 5 so as to be close to each other with a slight gap therebetween.
That is, the antireflection film pattern 4 and the reflection film pattern 5 may be non-contact as long as crystal growth can be performed substantially in one direction. For example, when the antireflection film pattern 4 and the reflection film pattern 5 are formed in a substantially rectangular shape, one of the long sides of the reflection film pattern 5 is adjacent to one of the long sides of the antireflection film pattern 4 in parallel. It may be formed in the form.

また、反射防止膜パターン4および反射膜パターン5を形成する上記工程において、反射防止膜パターン4及び反射膜パターン5の形成は、どちらが先であってもよく、同時に形成されてもよい。
反射防止膜パターン4は、例えば、半導体薄膜3上に反射防止膜を形成し、それをパターニングすることにより形成される。
反射膜パターン5は、例えば、半導体薄膜3上に反射膜を形成し、それをパターニングすることにより形成される。
Further, in the above-described process of forming the antireflection film pattern 4 and the reflection film pattern 5, either the antireflection film pattern 4 or the reflection film pattern 5 may be formed first or simultaneously.
The antireflection film pattern 4 is formed, for example, by forming an antireflection film on the semiconductor thin film 3 and patterning it.
The reflective film pattern 5 is formed, for example, by forming a reflective film on the semiconductor thin film 3 and patterning it.

反射防止膜パターン4は、第1レーザ6に対する吸収率が低い膜であればよく、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等の無機絶縁膜が好適に用いられる。
反射防止膜パターン4としての機能を発揮するために、その厚さd(図4(b)参照)は、第1レーザ6の波長をλ、反射防止膜の屈折率をnとした場合、d≒λ/4nを満たすものとするのが好ましい。
なお、反射防止膜パターン4は、単層であっても多層であってもよい。反射防止膜パターン4は、CVD、スパッタ、蒸着法等の公知の方法によって形成される。
The antireflection film pattern 4 may be a film having a low absorption rate with respect to the first laser 6, and an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is preferably used.
In order to exhibit the function as the antireflection film pattern 4, the thickness d (see FIG. 4B) is d when the wavelength of the first laser 6 is λ and the refractive index of the antireflection film is n. It is preferable that λ / 4n is satisfied.
The antireflection film pattern 4 may be a single layer or a multilayer. The antireflection film pattern 4 is formed by a known method such as CVD, sputtering, or vapor deposition.

反射膜パターン5は、第1レーザ6を反射する膜であればよく、Al膜、Mo膜、W膜、Al−Mo合金膜、又は、Al−W合金膜等を用いることができる。
第1レーザ6が紫外線レーザである場合、紫外領域での反射率およびレーザ照射に対する耐熱性の両方を考慮して、Al−Mo合金膜を用いるのが好ましい。
反射膜パターン5の厚さは、第1レーザ6を反射するのに十分な厚さであればよい。反射膜パターン5は、CVD、スパッタ、蒸着法等の公知の方法によって形成できる。反射防止膜パターン4と反射膜パターン5の厚さは、異なっていても、同じであってもよい。
The reflective film pattern 5 may be a film that reflects the first laser 6, and an Al film, a Mo film, a W film, an Al—Mo alloy film, an Al—W alloy film, or the like can be used.
When the first laser 6 is an ultraviolet laser, it is preferable to use an Al—Mo alloy film in consideration of both the reflectance in the ultraviolet region and the heat resistance against laser irradiation.
The thickness of the reflective film pattern 5 may be sufficient as long as it reflects the first laser 6. The reflective film pattern 5 can be formed by a known method such as CVD, sputtering, or vapor deposition. The thicknesses of the antireflection film pattern 4 and the reflection film pattern 5 may be different or the same.

また、基板1の上方から反射防止膜パターン4と反射膜パターン5と半導体薄膜3の露出領域とに第1レーザ6を照射して反射防止膜パターン4の下部の半導体薄膜3を結晶化させる工程において、「基板1の上方から」には、基板1の表面に対して上方から垂直に第1レーザ6を照射すること、及び、基板1の表面に対して上方から斜めに第1レーザ6を照射することが含まれるが、反射防止膜パターン4及び反射膜パターン5を形成した位置に正確に結晶化領域7を形成するためには、基板1の表面に対して上方から垂直に第1レーザ6を照射することが好ましい。   Also, a process of crystallizing the semiconductor thin film 3 under the antireflection film pattern 4 by irradiating the first laser 6 to the antireflection film pattern 4, the reflection film pattern 5 and the exposed region of the semiconductor thin film 3 from above the substrate 1. In “from above the substrate 1”, the first laser 6 is irradiated perpendicularly from above to the surface of the substrate 1, and the first laser 6 is obliquely inclined from above to the surface of the substrate 1. In order to form the crystallization region 7 accurately at the position where the antireflection film pattern 4 and the reflection film pattern 5 are formed, the first laser is perpendicular to the surface of the substrate 1 from above. 6 is preferably irradiated.

また、上記工程において、第1レーザ6は、少なくとも反射防止膜パターン4と反射膜パターン5と半導体薄膜3の露出領域とに照射されればよい。従って、第1レーザ6は、反射防止膜パターン4と反射膜パターン5と半導体薄膜3の露出領域とを含む半導体薄膜3の一部の領域に照射されてもよいし、半導体薄膜3の領域全体に照射されてもよい。   In the above process, the first laser 6 may be irradiated to at least the antireflection film pattern 4, the reflection film pattern 5, and the exposed region of the semiconductor thin film 3. Therefore, the first laser 6 may irradiate a partial region of the semiconductor thin film 3 including the antireflection film pattern 4, the reflective film pattern 5, and the exposed region of the semiconductor thin film 3, or the entire region of the semiconductor thin film 3. May be irradiated.

第1レーザ6は、半導体薄膜3を溶融できるレーザであればよく、XeClレーザ、KrFレーザ、ArFレーザ、XeFレーザ、YAGレーザ、Arレーザ等を用いることができ、XeClレーザが好適に用いられる。また、連続発振、パルス発振のいずれでもよいが、基板1にダメージを与えずに半導体薄膜3に高エネルギーを供給するために、パスル発振が好適である。
XeClレーザでは、そのパルス幅を、例えば、十ns〜数十nsとすることができる。
これにより、ほぼ瞬時に膜が溶融し、その後急速に冷却され、その過程で結晶化が生じる。また、上記レーザの放射照度は、半導体薄膜3を溶融させることができる放射照度であればよい。
The first laser 6 may be any laser that can melt the semiconductor thin film 3, and an XeCl laser, a KrF laser, an ArF laser, an XeF laser, a YAG laser, an Ar laser, or the like can be used, and an XeCl laser is preferably used. Although either continuous oscillation or pulse oscillation may be used, pulse oscillation is suitable for supplying high energy to the semiconductor thin film 3 without damaging the substrate 1.
In the XeCl laser, the pulse width can be, for example, 10 ns to several tens ns.
As a result, the film is melted almost instantaneously and then rapidly cooled, and crystallization occurs in the process. The irradiance of the laser may be any irradiance that can melt the semiconductor thin film 3.

また、第1レーザ6を照射して反射防止膜パターン4の下部の半導体薄膜3を結晶化させる上記工程において、「結晶化させる」には、非晶質半導体薄膜を結晶化させること、及び、微結晶、多結晶等の半導体薄膜を溶融後により大きな結晶に成長させることが含まれる。   In the above step of crystallizing the semiconductor thin film 3 below the antireflection film pattern 4 by irradiating the first laser 6, “crystallizing” includes crystallizing the amorphous semiconductor thin film, and It includes growing semiconductor thin films such as microcrystals and polycrystals into larger crystals after melting.

(第2の実施形態)この発明の第2の実施形態による半導体薄膜の製造方法は、図5(a)に示されるように、基板1上に半導体薄膜3を形成し、図5(b)に示されるように、半導体薄膜3上の一部に反射防止膜パターン4を形成し、図5(c)に示されるように、反射防止膜パターン4上の一部に反射膜パターン5を形成し、図5(d)に示されるように、基板1の上方から反射防止膜パターン4と反射膜パターン5と半導体薄膜3の露出領域とに第1レーザ6を照射して反射防止膜パターン4の下部の半導体薄膜3を結晶化させることにより、概ね一方向に向かって大きく結晶化され、結晶の成長方向に粒界を有さない結晶化領域(方向性の揃った半導体粒)7を形成する工程を備える。   (Second Embodiment) In a method of manufacturing a semiconductor thin film according to a second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5A, a semiconductor thin film 3 is formed on a substrate 1, and FIG. As shown in FIG. 5, the antireflection film pattern 4 is formed on a part of the semiconductor thin film 3, and the reflection film pattern 5 is formed on a part of the antireflection film pattern 4 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 5D, the antireflection film pattern 4, the reflection film pattern 5, and the exposed region of the semiconductor thin film 3 are irradiated from above the substrate 1 to irradiate the first laser 6. By crystallizing the lower semiconductor thin film 3, a crystallized region (semiconductor grains with uniform orientation) 7 that is largely crystallized in one direction and has no grain boundary in the crystal growth direction is formed. The process of carrying out is provided.

第1の実施形態との違いは、半導体薄膜3上に反射膜パターン5を形成せずに、反射防止膜パターン4上の一部に反射膜パターン5を形成する点である。
反射防止膜パターン4上の一部に反射膜パターン5を形成すると、反射膜パターン5から半導体薄膜3への不純物拡散を防止することができる。
第2の実施形態においても、上述の第1の実施形態と同様に、反射防止膜パターン4の下部において概ね一方向に向かって結晶が大きく成長するため、結晶成長方向に粒界を有さない結晶化領域7が形成される。
The difference from the first embodiment is that the reflective film pattern 5 is formed on a part of the antireflection film pattern 4 without forming the reflective film pattern 5 on the semiconductor thin film 3.
When the reflection film pattern 5 is formed on a part of the antireflection film pattern 4, impurity diffusion from the reflection film pattern 5 to the semiconductor thin film 3 can be prevented.
Also in the second embodiment, as in the first embodiment described above, the crystal grows largely in one direction at the lower part of the antireflection film pattern 4, so that there is no grain boundary in the crystal growth direction. A crystallization region 7 is formed.

反射膜パターン5は、反射防止膜パターン4上の任意の場所に形成してもよいが、一方向に向かって結晶成長させるというこの発明の趣旨から、反射膜パターン5の縁の一部が反射防止膜パターン4の縁の一部と一致するように(重なるように)、反射膜パターン5を形成することが好ましい。
例えば、反射防止膜パターン4及び反射膜パターン5が実質的に長方形状に形成される場合、反射膜パターン5はその長辺の一つが、反射防止膜パターン4上で反射防止膜パターン4の長辺の一つと一致する(重なる)形で、反射防止膜パターン4の幅W1(図5(b)参照)よりも短い幅W2(図5(c)参照)で形成されてもよい。
The reflective film pattern 5 may be formed at any location on the antireflective film pattern 4, but a part of the edge of the reflective film pattern 5 is reflected from the gist of the present invention that the crystal is grown in one direction. It is preferable to form the reflective film pattern 5 so as to coincide with (overlap with) part of the edge of the prevention film pattern 4.
For example, when the antireflection film pattern 4 and the reflection film pattern 5 are formed in a substantially rectangular shape, one of the long sides of the reflection film pattern 5 is the length of the antireflection film pattern 4 on the antireflection film pattern 4. It may be formed with a width W2 (see FIG. 5C) shorter than the width W1 (see FIG. 5B) of the antireflection film pattern 4 in a shape that coincides with (overlaps) one of the sides.

(第3の実施形態)この発明の第3の実施形態による半導体薄膜の製造方法は、図6(a)に示されるように、基板1上に半導体薄膜3を形成し、図6(b)に示されるように、半導体薄膜3上の一部に反射膜パターン5を形成し、図6(c)に示されるように、反射膜パターン5と半導体薄膜3の一部を覆うように反射防止膜パターン4を形成し、図6(d)に示されるように、基板1の上方から反射防止膜パターン4と反射膜パターン5と半導体薄膜3の露出領域とに第1レーザ6を照射して反射防止膜パターン4の下部の半導体薄膜3を結晶化させることにより、概ね一方向に向かって大きく結晶化され、結晶の成長方向に粒界を有さない結晶化領域(方向性の揃った半導体粒)7を形成する工程を備える。   (Third Embodiment) In a method of manufacturing a semiconductor thin film according to a third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6A, a semiconductor thin film 3 is formed on a substrate 1, and FIG. As shown in FIG. 6, a reflection film pattern 5 is formed on a part of the semiconductor thin film 3, and the reflection film pattern 5 and a part of the semiconductor thin film 3 are covered as shown in FIG. 6C. A film pattern 4 is formed, and the first laser 6 is irradiated from above the substrate 1 to the exposed areas of the antireflection film pattern 4, the reflection film pattern 5, and the semiconductor thin film 3 as shown in FIG. 6 (d). By crystallizing the semiconductor thin film 3 below the antireflection film pattern 4, a crystallized region (a semiconductor with uniform orientation) that is largely crystallized substantially in one direction and has no grain boundary in the crystal growth direction. Grain) 7 is provided.

第1の実施形態との違いは、反射防止膜パターン4と反射膜パターン5を隣接させるのではなく、基板1上に形成された反射膜パターン5を覆うように反射防止膜パターン4を形成する点である。
すなわち、反射防止膜パターン4はその一部が反射膜パターン5上に重なった形となる。第1および第2の実施形態と同様に、反射膜防止膜パターン4の下部において概ね一方向に向かって結晶が大きく成長するため、その結晶成長方向に粒界を有さない結晶化領域7が形成される。
The difference from the first embodiment is that the antireflection film pattern 4 is formed so as to cover the reflection film pattern 5 formed on the substrate 1 instead of making the antireflection film pattern 4 and the reflection film pattern 5 adjacent to each other. Is a point.
That is, a part of the antireflection film pattern 4 is overlapped on the reflection film pattern 5. As in the first and second embodiments, the crystal grows largely in one direction in the lower part of the antireflection film pattern 4, so that the crystallization region 7 having no grain boundary in the crystal growth direction is formed. It is formed.

反射膜パターン5は、反射防止膜パターン4によって覆われていればよいが、一方向に向かって結晶成長させるというこの発明の趣旨から、反射防止膜パターン4の縁の一部が反射膜パターン5の縁の一部と一致するように(重なるように)、反射防止膜パターン4を形成することが好ましい。
例えば、反射膜パターン5及び反射防止膜パターン4が実質的に長方形状に形成される場合、反射防止膜パターン4はその長辺の一つが、反射膜パターン5上で反射膜パターン5の長辺の一つと一致する(重なる)形で、反射膜パターン5の幅W2(図6(b)参照)よりも長い幅W1(図6(c)参照)で形成されてもよい。
The reflection film pattern 5 is only required to be covered with the antireflection film pattern 4, but a part of the edge of the antireflection film pattern 4 is formed in the reflection film pattern 5 from the gist of the present invention that the crystal is grown in one direction. It is preferable to form the antireflection film pattern 4 so as to coincide with a part of the edge of the film.
For example, when the reflection film pattern 5 and the antireflection film pattern 4 are formed in a substantially rectangular shape, one of the long sides of the antireflection film pattern 4 is the long side of the reflection film pattern 5 on the reflection film pattern 5. The reflective film pattern 5 may have a width W1 (see FIG. 6C) longer than the width W2 (see FIG. 6B) of the reflective film pattern 5.

この発明の半導体薄膜の製造方法は、上述の第1、第2及び第3の実施形態において、第1レーザ6の照射領域を含む領域に、半導体薄膜を溶融させない放射照度及び照射時間で第2レーザ(図示せず)を照射する工程をさらに備えてもよい。   The method for manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention is the second embodiment with the irradiance and irradiation time that do not melt the semiconductor thin film in the region including the irradiation region of the first laser 6 in the first, second, and third embodiments. You may further provide the process of irradiating a laser (not shown).

第2レーザを別途照射することにより、半導体薄膜3を溶融させない程度に反射防止膜パターン4及び基板1が加熱されるため、反射防止膜パターン4の下部で溶融した半導体薄膜3の結晶化速度がさらに遅くなり、反射防止膜パターン4の下部で成長する結晶の結晶粒径がさらに大きくなる。
この結晶化領域7を、TFTのチャネル領域に用いることにより、電子移動度のさらに大きなTFTの作製が可能となる。
また、横方向結晶成長距離も大きくなるため、反射防止膜パターン4の幅も大きくすることができ、TFT等の半導体素子の設計自由度及び効率がさらに向上する。また、第1レーザ6の照射エネルギーを小さくでき、装置の小型化も図られる。
By separately irradiating the second laser, the antireflection film pattern 4 and the substrate 1 are heated to such an extent that the semiconductor thin film 3 is not melted. Therefore, the crystallization speed of the molten semiconductor thin film 3 under the antireflection film pattern 4 is increased. Further, the crystal grain size of the crystal grown under the antireflection film pattern 4 is further increased.
By using this crystallized region 7 for the TFT channel region, it is possible to manufacture a TFT having a higher electron mobility.
In addition, since the lateral crystal growth distance is increased, the width of the antireflection film pattern 4 can be increased, and the degree of design freedom and efficiency of semiconductor elements such as TFTs are further improved. Further, the irradiation energy of the first laser 6 can be reduced, and the apparatus can be miniaturized.

第2レーザの放射照度及び照射時間は、半導体薄膜3を溶融させないものであればよい。第2レーザの照射時間は、第1レーザ6の照射時間と同じであっても、それより長くても短くてもよく、第2レーザの照射中、第2レーザの照射直前、第2レーザの照射直後のいずれかのタイミングに、第1レーザ6を照射してもよい。
第1レーザ6の照射前に第2レーザを照射することにより、反射防止膜パターン4及び基板1が加熱され、その加熱された反射防止膜パターン4及び基板1によって、半導体薄膜3が保温されるので、第1レーザ6の照射エネルギーを小さくできる。
また、第1レーザ6の照射後に第2レーザを照射することにより、反射防止膜パターン4及び基板1が加熱され、加熱された反射防止膜パターン4及び基板1によって、溶融した半導体薄膜3が保温されるので、結晶化速度をより遅くすることができ、結晶粒径をより大きくすることができる。
これら2つの効果を得るために、第1レーザ6の照射時間より第2レーザの照射時間を長くし、第2レーザの照射中に第1レーザ6を照射することが好ましい。
The irradiance and irradiation time of the second laser may be those that do not melt the semiconductor thin film 3. The irradiation time of the second laser may be the same as the irradiation time of the first laser 6, or may be longer or shorter than that. During the irradiation of the second laser, immediately before the irradiation of the second laser, The first laser 6 may be irradiated at any timing immediately after irradiation.
By irradiating the second laser before the irradiation of the first laser 6, the antireflection film pattern 4 and the substrate 1 are heated, and the semiconductor thin film 3 is kept warm by the heated antireflection film pattern 4 and the substrate 1. Therefore, the irradiation energy of the first laser 6 can be reduced.
Further, by irradiating the second laser after the irradiation of the first laser 6, the antireflection film pattern 4 and the substrate 1 are heated, and the molten semiconductor thin film 3 is kept warm by the heated antireflection film pattern 4 and the substrate 1. As a result, the crystallization rate can be made slower and the crystal grain size can be made larger.
In order to obtain these two effects, it is preferable that the irradiation time of the second laser is made longer than the irradiation time of the first laser 6 and the first laser 6 is irradiated during the irradiation of the second laser.

第2レーザは、連続発振、パルス発振のいずれでもよい。パルス発振の場合、第2レーザのパルス幅は、第1レーザ6のパルス幅と同じであっても、それより長くても短くてもよいが、第1レーザ6のパルス幅よりも十分に大きいもの、例えば、概ね数十μm〜数msのものが好適に用いられる。   The second laser may be either continuous wave or pulsed. In the case of pulse oscillation, the pulse width of the second laser may be the same as, longer or shorter than the pulse width of the first laser 6, but is sufficiently larger than the pulse width of the first laser 6. For example, those of several tens of μm to several ms are preferably used.

第2レーザを照射する領域は、少なくとも第1レーザ6の照射領域を含めばよく、第1レーザ6を照射する領域と同じか、或いは、それよりも広くすることが好ましい。少なくとも第1レーザ6の照射領域を含む領域に第2レーザを照射することにより、結晶化が生じる全領域において均一な結晶成長を促すことができる。   The region irradiated with the second laser may include at least the region irradiated with the first laser 6, and is preferably the same as or wider than the region irradiated with the first laser 6. By irradiating at least the region including the irradiation region of the first laser 6 with the second laser, uniform crystal growth can be promoted in the entire region where crystallization occurs.

第2レーザは、基板1の上方、下方のいずれの方向から照射してもよいが、反射防止膜パターン4及び基板1の半導体薄膜3に近い部分を効果的に加熱するために、基板1の上方から照射することが好ましい。   The second laser may be irradiated from any direction above or below the substrate 1, but in order to effectively heat the antireflection film pattern 4 and the portion of the substrate 1 close to the semiconductor thin film 3, It is preferable to irradiate from above.

第2レーザは、半導体薄膜3、反射防止膜パターン4及び基板1を半導体薄膜3が溶融しない程度に加熱できるものであればよく、Er:YAG,CO,CO2レーザ等の赤外線レーザ等を用いることができ、CO2レーザが好適に用いられる。
また、第2レーザに赤外線レーザを用いた場合、反射防止膜パターン4の赤外線レーザに対する吸収率は、反射膜パターン5及び半導体薄膜3の赤外線レーザに対する吸収率よりも高いことが好ましい。この場合、半導体薄膜3を溶融させることなく、赤外線レーザの出力を大きくでき、反射防止膜パターン4の保温効果をより効果的に発揮させることができる。
The second laser may be any laser that can heat the semiconductor thin film 3, the antireflection film pattern 4 and the substrate 1 to such an extent that the semiconductor thin film 3 does not melt, and an infrared laser such as an Er: YAG, CO, CO 2 laser or the like is used. A CO 2 laser is preferably used.
Further, when an infrared laser is used as the second laser, the absorption rate of the antireflection film pattern 4 with respect to the infrared laser is preferably higher than the absorption rate of the reflection film pattern 5 and the semiconductor thin film 3 with respect to the infrared laser. In this case, the output of the infrared laser can be increased without melting the semiconductor thin film 3, and the heat retention effect of the antireflection film pattern 4 can be more effectively exhibited.

なお、第2のレーザにより半導体薄膜3、反射防止膜パターン4及び基板1を加熱する工程の代わりに、又は、この工程とともに、半導体薄膜3が溶融しない程度に基板1をヒータ等により加熱する工程を設けてもよい。この場合、基板1からの熱により、反射防止膜パターン4の下部領域における半導体薄膜3の結晶化速度がより遅くなり、反射防止膜パターン4の下部で成長する結晶の結晶粒径がさらに大きくなる。   Instead of the step of heating the semiconductor thin film 3, the antireflection film pattern 4 and the substrate 1 with the second laser, or together with this step, the step of heating the substrate 1 with a heater or the like so that the semiconductor thin film 3 does not melt. May be provided. In this case, due to the heat from the substrate 1, the crystallization speed of the semiconductor thin film 3 in the lower region of the antireflection film pattern 4 becomes slower, and the crystal grain size of the crystal grown under the antireflection film pattern 4 becomes larger. .

この発明は、別の観点から見ると、上述の第1、第2及び第3の実施形態の半導体薄膜の製造方法により製造された半導体薄膜を提供するものでもある。   From another viewpoint, the present invention also provides a semiconductor thin film manufactured by the semiconductor thin film manufacturing method of the first, second, and third embodiments described above.

この発明は、さらに別の観点から見ると、上述の第1、第2及び第3の実施形態の半導体薄膜の製造方法により製造された半導体薄膜を用いたTFTであって、反射防止膜パターン4の下部で結晶化された結晶化領域7をチャネル領域に含むTFTを提供するものである。   From another point of view, the present invention is a TFT using a semiconductor thin film manufactured by the method for manufacturing a semiconductor thin film according to the first, second and third embodiments described above. A TFT including a crystallized region 7 crystallized in the lower part of the channel region in a channel region is provided.

上述の通り、反射防止膜パターン4の下部で結晶化された結晶化領域7は、結晶成長方向に粒界が形成されないため、この結晶化領域7をチャネル領域としてTFTを作製することにより、電子移動度が大きく、素子特性のばらつきが小さいTFTが作製される。   As described above, the crystallized region 7 crystallized under the antireflection film pattern 4 has no grain boundary in the crystal growth direction. A TFT with high mobility and small variation in element characteristics is manufactured.

TFTは、反射防止膜パターン4の下部で結晶化された領域をTFTのチャネル領域に含むように、得られた半導体薄膜をパターニングし、公知の方法でイオン注入、電極形成等を行うことにより作製できる。   The TFT is manufactured by patterning the obtained semiconductor thin film so that the region crystallized under the antireflection film pattern 4 is included in the channel region of the TFT, and performing ion implantation, electrode formation, and the like by known methods. it can.

なお、結晶化領域7はTFTに限らず、大きな電子移動度が要求される種々の薄膜半導体装置の能動領域に好適に用いられる。   Note that the crystallization region 7 is not limited to the TFT, and is preferably used for an active region of various thin film semiconductor devices that require high electron mobility.

ここまでに説明した各要素は、任意に組み合わせることもできる。   Each element demonstrated so far can also be combined arbitrarily.

以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによってこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings. This does not limit the invention.

この発明の実施例1による多結晶半導体薄膜の製造方法とその薄膜を用いたTFTについて図7〜16に基づいて説明する。
図7〜12は実施例1による多結晶半導体薄膜の製造方法を示す工程図、図13は図11に示される工程で用いられるレーザ照射装置の概略構成を示す説明図、図14は図7〜12に示される工程により得られた多結晶半導体薄膜を用いて作製されたTFTの平面図、図15は図14のA−A断面図、図16は図14のB部拡大図である。
なお、図8及び図10において、図8(a)及び図10(a)は断面図を示し、図8(b)及び図10(b)は平面図を示している。
A manufacturing method of a polycrystalline semiconductor thin film according to Example 1 of the present invention and a TFT using the thin film will be described with reference to FIGS.
7 to 12 are process diagrams showing a method of manufacturing a polycrystalline semiconductor thin film according to Example 1, FIG. 13 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a laser irradiation apparatus used in the process shown in FIG. 11, and FIG. 12 is a plan view of a TFT manufactured using the polycrystalline semiconductor thin film obtained by the process shown in FIG. 12, FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 14, and FIG.
8 and 10, FIGS. 8A and 10A are cross-sectional views, and FIGS. 8B and 10B are plan views.

まず、図7に示されるように、TFT基板となるガラス基板11の上に、酸化シリコンからなる下地膜12、半導体薄膜としての非晶質シリコン膜13および酸化シリコンからなる反射防止膜14を順に積層する。
下地膜12は、不純物拡散防止膜として機能するもので、CVD法により形成される。
また、非晶質シリコン膜13及び反射防止膜14もCVD法により形成され、それらの膜厚はそれぞれ50nmである。
First, as shown in FIG. 7, a base film 12 made of silicon oxide, an amorphous silicon film 13 as a semiconductor thin film, and an antireflection film 14 made of silicon oxide are sequentially formed on a glass substrate 11 serving as a TFT substrate. Laminate.
The base film 12 functions as an impurity diffusion preventing film and is formed by a CVD method.
Further, the amorphous silicon film 13 and the antireflection film 14 are also formed by the CVD method, and their film thickness is 50 nm, respectively.

次に、図8(a)及び図8(b)に示されるように、反射防止膜14(図7参照)を長方形状にパターニングして反射防止膜パターン15を形成する。
次に、図9に示されるように、非晶質シリコン膜13および反射防止膜パターン15上に、Al−Mo合金からなる反射膜16を形成する。
次に、図10(a)及び図10(b)に示されるように、反射膜16をパターニングして反射膜パターン17を形成する。ここで特に図10(b)に示されるように、反射膜パターン17はその長辺の一つが、反射防止膜パターン15の長辺の1つと接するように形成される。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, the antireflection film 14 (see FIG. 7) is patterned into a rectangular shape to form an antireflection film pattern 15.
Next, as shown in FIG. 9, a reflective film 16 made of an Al—Mo alloy is formed on the amorphous silicon film 13 and the antireflection film pattern 15.
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, the reflective film 16 is patterned to form a reflective film pattern 17. Here, as particularly shown in FIG. 10B, the reflective film pattern 17 is formed so that one of its long sides is in contact with one of the long sides of the antireflection film pattern 15.

次に、図11に示されるように、第1レーザとしてのXe−Clエキシマレーザ18を反射防止膜パターン15と反射膜パターン17と直接照射領域(非晶質シリコン膜13の露出領域)13c,13dに照射する。
ここで、図13にXe−Clエキシマレーザ18(図11参照)の照射に用いるレーザ照射装置100を示す。レーザ照射装置100は、第1レーザ発振器31、結像レンズ35、及びレーザ照射を行う基板を搭載して駆動を行うステージ37を有し、必要に応じてホモジナイザ、ビームエキスパンダなどの光学素子群32、ミラー33、フィールドレンズ34を有する。ステージ37には前述の図7〜10に示す工程を経て得られたガラス基板11が載置される。
Next, as shown in FIG. 11, the Xe-Cl excimer laser 18 as the first laser is irradiated with the antireflection film pattern 15, the reflection film pattern 17, and the direct irradiation region (exposed region of the amorphous silicon film 13) 13c, Irradiate 13d.
Here, FIG. 13 shows a laser irradiation apparatus 100 used for irradiation with the Xe-Cl excimer laser 18 (see FIG. 11). The laser irradiation apparatus 100 includes a first laser oscillator 31, an imaging lens 35, and a stage 37 that is driven by mounting a substrate that performs laser irradiation, and an optical element group such as a homogenizer or a beam expander as necessary. 32, a mirror 33, and a field lens 34. On the stage 37, the glass substrate 11 obtained through the steps shown in FIGS.

レーザ発振器31からは、Xe−Clエキシマレーザビームが出射される。レーザ発振器31から出射されたビームは、エキスパンダにより適当なビームサイズに変換され、ホモジナイザにより、ビーム断面内の放射照度の一様化が図られたうえ、フィールドレンズ34を経て結像レンズ35に入射する。 A Xe-Cl excimer laser beam is emitted from the laser oscillator 31. The beam emitted from the laser oscillator 31 is converted into an appropriate beam size by an expander, and the irradiance in the beam cross section is made uniform by a homogenizer. Incident.

ここでビームエキスパンダは、望遠系もしくは縮小系を有する光学系であり、結像レンズ35への入射領域の大きさを決めるものである。ホモジナイザは、レンズアレーもしくはシリンドリカルレンズアレーにより構成され、ビームを分割し再合成することにより、マスク上の照射領域内での放射照度の一様化を図るものである。また、フィールドレンズ34は、第1レーザ発振器31より出射された主光線を結像レンズ35に垂直に入射させる機能を有する。 Here, the beam expander is an optical system having a telephoto system or a reduction system, and determines the size of an incident region on the imaging lens 35. The homogenizer is composed of a lens array or a cylindrical lens array, and divides the beam and recombines it to make the irradiance uniform in the irradiation area on the mask. The field lens 34 has a function of causing the principal ray emitted from the first laser oscillator 31 to enter the imaging lens 35 perpendicularly.

ホモジナイザおよびフィールドレンズ34を通過させた光を結像レンズ35によりガラス基板11の表面に結像させる。結像レンズ35により、ガラス基板11上に第1レーザ発振器31より出射された主光線を結像させると、そのレーザパワーによりガラス基板11上の非晶質シリコン膜13(図11参照)が溶融し、かつパルス照射が終了すると、急速に冷却され結晶化が生じる。 The light that has passed through the homogenizer and the field lens 34 is imaged on the surface of the glass substrate 11 by the imaging lens 35. When the principal ray emitted from the first laser oscillator 31 is imaged on the glass substrate 11 by the imaging lens 35, the amorphous silicon film 13 (see FIG. 11) on the glass substrate 11 is melted by the laser power. When the pulse irradiation is completed, the crystal is rapidly cooled to cause crystallization.

実施例1では、図11に示されるように、第1レーザとして波長308nmのXe−Clエキシマレーザ18を、反射防止膜パターン15と反射膜パターン17と直接照射領域13c,13dに基板11の上方から照射することによって、非晶質シリコン膜13を一旦溶融させ、冷却時に結晶化させる。
反射防止膜パターン15の膜厚は上述の通り50nmであるが、これは「発明を実施するための最良の実施の形態」で述べた関係、すなわち、50nm≒308nm/4nの関係を満たしている。
このため、反射防止膜パターン15は反射防止膜として作用し、反射防止膜パターン15の下部領域13aでは入射エネルギーが増大して効率的に温度上昇が図られる。さらに、反射防止膜パターン15には保温効果もあるため、反射防止膜パターン15の下部領域13aでは冷却速度が遅くなる。
In Example 1, as shown in FIG. 11, a Xe-Cl excimer laser 18 having a wavelength of 308 nm is used as the first laser, and the antireflection film pattern 15, the reflection film pattern 17, and the direct irradiation regions 13c and 13d are directly above the substrate 11. The amorphous silicon film 13 is once melted and then crystallized during cooling.
The film thickness of the antireflection film pattern 15 is 50 nm as described above, and this satisfies the relationship described in “Best Mode for Carrying Out the Invention”, that is, the relationship of 50 nm≈308 nm / 4n. .
For this reason, the antireflection film pattern 15 acts as an antireflection film, and in the lower region 13a of the antireflection film pattern 15, the incident energy is increased and the temperature is efficiently increased. Furthermore, since the antireflection film pattern 15 also has a heat retaining effect, the cooling rate is lowered in the lower region 13 a of the antireflection film pattern 15.

一方、反射膜パターン17の下部領域13bは、第1レーザ18が反射膜パターン17によって反射されて到達しないため、エネルギーの入射が僅かでほとんど溶融しない。
そのため、反射膜パターン17と接する反射防止膜パターン15の一方の縁から他方の縁へ向かって横方向に大きく結晶化が生じ、第1結晶化領域19が形成される。
On the other hand, in the lower region 13b of the reflective film pattern 17, since the first laser 18 is reflected by the reflective film pattern 17 and does not reach, the incident energy is slight and hardly melts.
Therefore, large crystallization occurs in the lateral direction from one edge of the antireflection film pattern 15 in contact with the reflection film pattern 17 toward the other edge, and the first crystallization region 19 is formed.

また、非晶質シリコン膜13が露出し、Xe−Clエキシマレーザ18が直接照射される直接照射領域13c,13dにおける非晶質シリコン膜13の温度は、反射防止膜パターン15の下部領域13aにおける非晶質シリコン膜13の温度に比べ、反射防止膜パターン15の反射防止効果および保温効果がないため幾分低温となる。
その結果、反射膜パターンと接しない反射防止膜パターンの15の他方の縁からも、横方向の結晶化が生じ第2結晶化領域20が形成される。
Further, the temperature of the amorphous silicon film 13 in the direct irradiation regions 13 c and 13 d where the amorphous silicon film 13 is exposed and the Xe-Cl excimer laser 18 is directly irradiated is set in the lower region 13 a of the antireflection film pattern 15. Compared to the temperature of the amorphous silicon film 13, the antireflection film pattern 15 has a lower temperature because it does not have an antireflection effect and a heat retention effect.
As a result, lateral crystallization occurs also from the other edge of the antireflection film pattern 15 not in contact with the reflection film pattern, and the second crystallization region 20 is formed.

しかしながら、反射膜パターン17と接する反射防止膜パターン15の一方の縁からの結晶化の方が他方の縁よりも早く始まるため、両縁から始まった横方向の結晶化は、反射防止膜パターン15の中央付近でぶつかることなく反射防止膜パターン15の他方の縁の近傍でぶつかる。
その結果、酸化シリコン膜パターン15の下部領域13aには、結晶粒の成長方向が概ね一方向に揃い、結晶の成長方向に粒界を有さない第1結晶化領域19が得られる。
また、反射防止膜パターン15及び反射膜パターン17に覆われていない直接照射領域13c,13dは、Xe−Clエキシマレーザ18の照射により、溶融もしくは半溶融の状態となり、多結晶領域21となる。
その後、図12に示されるように、反射防止膜パターン15及び反射膜パターン17(図11参照)を除去することにより、第1結晶化領域19、第2結晶化領域20および多結晶領域21からなる多結晶半導体薄膜の製造工程が完了する。
However, since the crystallization from one edge of the antireflection film pattern 15 in contact with the reflection film pattern 17 starts earlier than the other edge, the lateral crystallization that starts from both edges is the antireflection film pattern 15. It hits in the vicinity of the other edge of the antireflection film pattern 15 without hitting in the vicinity of the center.
As a result, in the lower region 13 a of the silicon oxide film pattern 15, the first crystallized region 19 is obtained in which the crystal grain growth directions are substantially aligned in one direction and have no grain boundaries in the crystal growth direction.
Further, the direct irradiation regions 13 c and 13 d that are not covered with the antireflection film pattern 15 and the reflection film pattern 17 are melted or semi-molten by the irradiation of the Xe—Cl excimer laser 18 and become the polycrystalline region 21.
Thereafter, as shown in FIG. 12, by removing the antireflection film pattern 15 and the reflection film pattern 17 (see FIG. 11), the first crystallization region 19, the second crystallization region 20, and the polycrystalline region 21 are removed. The polycrystalline semiconductor thin film manufacturing process is completed.

図14〜図16に、図7〜12に示される上述の製造工程により製造された多結晶半導体薄膜を用いて作製されたTFTを示す。
図14〜16に示されるTFT50は、反射防止膜パターン15の下部領域13a(図11参照)で結晶化された第1結晶化領域19をTFT50のチャネル領域51に含むように、得られた多結晶半導体薄膜をパターニングし、公知の方法でイオン注入、電極形成等を行うことにより作製される。
図16に示されるように、TFT50は、結晶の成長方向が概ね一方向に揃い、かつ、結晶の成長方向に粒界を有しない第1結晶化領域19をチャネル領域51に含むため、チャネル長方向の中央部付近に結晶粒界が形成されない。
このため、TFT50は電子移動度が大きく高性能であり、また、大量生産時における素子特性のばらつきも小さい。
FIGS. 14 to 16 show TFTs manufactured using the polycrystalline semiconductor thin film manufactured by the above-described manufacturing process shown in FIGS.
The TFT 50 shown in FIGS. 14 to 16 is obtained in such a manner that the channel region 51 of the TFT 50 includes the first crystallized region 19 crystallized in the lower region 13 a (see FIG. 11) of the antireflection film pattern 15. It is produced by patterning a crystalline semiconductor thin film and performing ion implantation, electrode formation, etc. by a known method.
As shown in FIG. 16, since the TFT 50 includes the first crystallized region 19 in which the crystal growth direction is substantially aligned in one direction and has no grain boundary in the crystal growth direction, the channel length 51 No crystal grain boundary is formed near the center of the direction.
For this reason, the TFT 50 has high electron mobility and high performance, and variation in element characteristics during mass production is small.

次に、この発明の実施例2による多結晶半導体薄膜の製造方法について説明する。反射膜パターン17を形成する工程までは、実施例1と同様である。実施例2による製造方法は、実施例1で図11に示したXe−Clエキシマレーザ18を照射する工程において、図17に示されるレーザ照射装置200を用い、少なくともXe−Clエキシマレーザ18を照射する領域、もしくは、Xe−Clエキシマレーザ18を照射する領域を含み前記領域より広い領域に、非晶質シリコン膜13が溶融しない放射照度および照射時間で第2レーザとしてのCO2レーザ43を照射する工程をさらに備える点のみが異なる。 Next, a method for manufacturing a polycrystalline semiconductor thin film according to Embodiment 2 of the present invention will be described. The processes up to forming the reflective film pattern 17 are the same as those in the first embodiment. In the manufacturing method according to the second embodiment, at least the Xe-Cl excimer laser 18 is irradiated using the laser irradiation apparatus 200 shown in FIG. 17 in the step of irradiating the Xe-Cl excimer laser 18 shown in FIG. The region to be irradiated or the region including the region irradiated with the Xe-Cl excimer laser 18 is irradiated with a CO 2 laser 43 as a second laser with an irradiance and irradiation time at which the amorphous silicon film 13 does not melt. The only difference is that it further comprises a step of performing.

図17に示されるレーザ照射装置200は、図13のレーザ照射装置100の構成に、CO2レーザ43を発する第2レーザ発振器38、結像レンズ42、ホモジナイザ、エキスパンダなどの光学素子群39、ミラー40、フィールドレンズ41、結像レンズ42を加えたものである。各要素の機能は、上述の図13に示されるレーザ照射装置100と同様である。 The laser irradiation apparatus 200 shown in FIG. 17 has an optical element group 39 such as a second laser oscillator 38 that emits a CO 2 laser 43, an imaging lens 42, a homogenizer, and an expander in the configuration of the laser irradiation apparatus 100 in FIG. A mirror 40, a field lens 41, and an imaging lens 42 are added. The function of each element is the same as that of the laser irradiation apparatus 100 shown in FIG.

ここで、CO2レーザ43の照射領域は、Xe−Clエキシマレーザ18の照射領域を含み前記領域より広い領域とする。CO2レーザ43としては波長10.6μmのものを用い、数十μs〜数msのパルス幅でパルス発振させる。このパルス幅は、Xe−Clエキシマレーザ18のパルス幅に比べて十分大きい。
Xe−Clエキシマレーザ18の照射は、CO2レーザ43の照射中、CO2レーザ43の照射直前、又はCO2レーザ43の照射直後に行われることが望ましい。
Here, the irradiation region of the CO 2 laser 43 includes an irradiation region of the Xe—Cl excimer laser 18 and is wider than the region. A CO 2 laser 43 having a wavelength of 10.6 μm is used, and pulse oscillation is performed with a pulse width of several tens μs to several ms. This pulse width is sufficiently larger than the pulse width of the Xe-Cl excimer laser 18.
Irradiation of xe-Cl excimer laser 18 during irradiation of the CO 2 laser 43, just before the irradiation of the CO 2 laser 43, or CO 2 be performed immediately after the irradiation of the laser 43 is desired.

CO2レーザ43は、Xe−Clエキシマレーザ18と同様に基板11の上方から照射される。なお、図17では、CO2レーザ43を斜め上方から照射しているが、これはあくまで図を分かり易く描くための便宜上のものである。
CO2レーザ43は反射防止膜パターン15(図11参照)に吸収され保温効果を発揮する一方で、反射膜パターン17(図11参照)により反射される。
このため、実施例1と同様に、反射膜パターン17と接する反射防止膜パターン15の一方の縁からの結晶化が、反射防止膜パターン15の他方の縁からの結晶化よりも早く始まり、反射防止膜パターン15の中央部付近でぶつかることなく、反射防止膜パターン15の他方の縁の近傍まで結晶化が続く。
その結果、酸化シリコン膜パターン15の下部領域13a(図11参照)には、結晶粒の成長方向が概ね一方向に揃い、成長方向に粒界を有しない第1結晶化領域19が形成される。
The CO 2 laser 43 is irradiated from above the substrate 11 similarly to the Xe-Cl excimer laser 18. In FIG. 17, the CO 2 laser 43 is irradiated obliquely from above, but this is merely for the sake of convenience in drawing the drawing.
The CO 2 laser 43 is absorbed by the antireflection film pattern 15 (see FIG. 11) and exhibits a heat retaining effect, while being reflected by the reflection film pattern 17 (see FIG. 11).
Therefore, as in Example 1, the crystallization from one edge of the antireflection film pattern 15 in contact with the reflection film pattern 17 starts earlier than the crystallization from the other edge of the antireflection film pattern 15, and the reflection Crystallization continues to the vicinity of the other edge of the antireflection film pattern 15 without colliding near the center of the antireflection film pattern 15.
As a result, in the lower region 13a (see FIG. 11) of the silicon oxide film pattern 15, the first crystallized region 19 in which the growth direction of crystal grains is substantially aligned in one direction and has no grain boundary in the growth direction is formed. .

また、反射防止膜パターン15において選択的に吸収されたCO2レーザ43による保温効果で、反射防止膜パターン15の下部領域13aにおけるアモルファスシリコン膜の冷却速度がさらに遅くなり、第1結晶化領域19の結晶粒径がさらに増大する。
したがって、第1結晶化領域19をチャネル領域51とするTFT50(図14〜16参照)の特性はさらに向上し、また、結晶の横方向の成長距離も増大するため、酸化シリコン膜パターン15の幅も大きくすることができ、TFT素子の設計自由度がさらに向上する。
In addition, due to the heat retention effect by the CO 2 laser 43 selectively absorbed in the antireflection film pattern 15, the cooling rate of the amorphous silicon film in the lower region 13 a of the antireflection film pattern 15 is further reduced, and the first crystallization region 19 Further increase in the crystal grain size.
Accordingly, the characteristics of the TFT 50 (see FIGS. 14 to 16) having the first crystallized region 19 as the channel region 51 are further improved, and the lateral growth distance of the crystal is also increased, so that the width of the silicon oxide film pattern 15 is increased. The degree of freedom in designing the TFT element is further improved.

この発明による半導体薄膜の第1の製造方法の要点を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the principal point of the 1st manufacturing method of the semiconductor thin film by this invention. この発明による半導体薄膜の第2の製造方法の要点を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the principal point of the 2nd manufacturing method of the semiconductor thin film by this invention. この発明による半導体薄膜の第3の製造方法の要点を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the principal point of the 3rd manufacturing method of the semiconductor thin film by this invention. この発明の実施形態1による半導体薄膜の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor thin film by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施形態2による半導体薄膜の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor thin film by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施形態3による半導体薄膜の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor thin film by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施例1による多結晶半導体薄膜の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the polycrystalline-semiconductor thin film by Example 1 of this invention. この発明の実施例1による多結晶半導体薄膜の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the polycrystalline semiconductor thin film by Example 1 of this invention. この発明の実施例1による多結晶半導体薄膜の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the polycrystalline semiconductor thin film by Example 1 of this invention. この発明の実施例1による多結晶半導体薄膜の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the polycrystalline semiconductor thin film by Example 1 of this invention. この発明の実施例1による多結晶半導体薄膜の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the polycrystalline semiconductor thin film by Example 1 of this invention. この発明の実施例1による多結晶半導体薄膜の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the polycrystalline semiconductor thin film by Example 1 of this invention. この発明の実施例1による多結晶半導体薄膜の製造方法で用いられるレーザ照射装置の概略的な構成を示す工程図である。It is process drawing which shows schematic structure of the laser irradiation apparatus used with the manufacturing method of the polycrystalline semiconductor thin film by Example 1 of this invention. この発明の実施例1による多結晶半導体薄膜の製造方法で製造された多結晶半導体薄膜を用いて作製されたTFTの平面図である。It is a top view of TFT produced using the polycrystalline semiconductor thin film manufactured with the manufacturing method of the polycrystalline semiconductor thin film by Example 1 of this invention. 図14に示されるTFTのA−A概略断面図である。It is AA schematic sectional drawing of TFT shown by FIG. 図14に示されるTFTのB部拡大図である。It is the B section enlarged view of TFT shown by FIG. この発明の実施例2による製造方法で用いられるレーザ照射装置の概略的な構成を示す工程図である。It is process drawing which shows schematic structure of the laser irradiation apparatus used with the manufacturing method by Example 2 of this invention. 従来の多結晶半導体薄膜の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the conventional polycrystalline semiconductor thin film. 従来の製造方法で製造された多結晶半導体薄膜を用いて作製されたTFTの平面図である。It is a top view of TFT produced using the polycrystalline semiconductor thin film manufactured with the conventional manufacturing method. 従来の製造方法で製造された多結晶半導体薄膜を用いて作製されたTFTの平面図である。It is a top view of TFT produced using the polycrystalline semiconductor thin film manufactured with the conventional manufacturing method.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
3,303 半導体薄膜
3a,13a 反射防止膜パターンの下部領域
3b,13b 反射膜パターンの下部領域
3c,3d,13c,13d 直接照射領域
4 反射防止膜パターン
5 反射膜パターン
6 第1レーザ
7,8,306,307 結晶化領域
11 ガラス基板
12 下地膜
13 非晶質シリコン膜
14 反射防止膜
15 反射防止膜パターン
16 反射膜
17 反射膜パターン
18 Xe−Clエキシマレーザ
19 第1結晶化領域
20 第2結晶化領域
21 多結晶領域
31 第1レーザ発振器
32,39 光学素子群
33,40 ミラー
34,41 フィールドレンズ
35,42 結像レンズ
37 ステージ
38 第2レーザ発振器
43 CO2レーザ
100,200 レーザ照射装置
50,308 TFT
51 チャネル領域
301 絶縁性基板
304 絶縁膜パターン
305 レーザ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 3,303 Semiconductor thin film 3a, 13a Lower region 3b, 13b of antireflection film pattern Lower region 3c, 3d, 13c, 13d of reflection film pattern Direct irradiation region 4 Antireflection film pattern 5 Reflection film pattern 6 First laser 7 , 8, 306, 307 Crystallized region 11 Glass substrate 12 Base film 13 Amorphous silicon film 14 Antireflection film 15 Antireflection film pattern 16 Reflective film 17 Reflective film pattern 18 Xe-Cl excimer laser 19 First crystallization region 20 Second crystallized region 21 Polycrystalline region 31 First laser oscillator 32, 39 Optical element group 33, 40 Mirror 34, 41 Field lens 35, 42 Imaging lens 37 Stage 38 Second laser oscillator 43 CO 2 laser 100, 200 Laser Irradiation device 50, 308 TFT
51 Channel region 301 Insulating substrate 304 Insulating film pattern 305 Laser

Claims (13)

基板上に少なくとも半導体薄膜を形成し、半導体薄膜上の一部に反射防止膜パターン及び反射膜パターンを互いに隣接するように形成し、基板上方から第1レーザを照射して反射防止膜パターンの下部に方向性の揃った半導体粒を形成する工程を備える半導体薄膜の製造方法。   At least a semiconductor thin film is formed on a substrate, an antireflection film pattern and a reflection film pattern are formed on a part of the semiconductor thin film so as to be adjacent to each other, and a first laser is irradiated from above the substrate to lower the antireflection film pattern A method for producing a semiconductor thin film comprising a step of forming semiconductor grains having uniform orientation. 基板上に少なくとも半導体薄膜を形成し、半導体薄膜上の一部に反射防止膜パターンを形成し、反射防止膜パターン上の一部に反射膜パターンを形成し、基板上方から第1レーザを照射して反射防止膜パターンの下部に方向性の揃った半導体粒を形成する工程を備える多結晶半導体薄膜の製造方法。   At least a semiconductor thin film is formed on the substrate, an antireflection film pattern is formed on a part of the semiconductor thin film, a reflection film pattern is formed on a part of the antireflection film pattern, and the first laser is irradiated from above the substrate. A method for producing a polycrystalline semiconductor thin film, comprising a step of forming semiconductor grains having uniform orientation under the antireflection film pattern. 基板上に少なくとも半導体薄膜を形成し、半導体薄膜上の一部に反射膜パターンを形成し、反射膜パターンと半導体薄膜の一部を覆うように反射防止膜パターンを形成し、基板上方から第1レーザを照射して反射防止膜パターンの下部に方向性の揃った半導体粒を形成する工程を備える半導体薄膜の製造方法。   At least a semiconductor thin film is formed on the substrate, a reflection film pattern is formed on a part of the semiconductor thin film, an antireflection film pattern is formed so as to cover the reflection film pattern and a part of the semiconductor thin film, and the first from above the substrate. A method for producing a semiconductor thin film, comprising a step of irradiating a laser to form semiconductor grains having a uniform direction below an antireflection film pattern. 反射防止膜パターン及び反射膜パターンを形成する前記工程は、反射防止膜パターンの縁の一部が反射膜パターンの縁の一部と接するように、反射防止膜パターン及び反射膜パターンを形成する工程である請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。   The step of forming the antireflection film pattern and the reflection film pattern is a process of forming the antireflection film pattern and the reflection film pattern such that a part of the edge of the antireflection film pattern is in contact with a part of the edge of the reflection film pattern. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 1. 反射膜パターンを形成する前記工程は、反射膜パターンの縁の一部が反射防止膜パターンの縁の一部と一致するように、反射膜パターンを形成する工程である請求項2に記載の半導体薄膜の製造方法。   3. The semiconductor according to claim 2, wherein the step of forming the reflective film pattern is a step of forming the reflective film pattern so that a part of the edge of the reflective film pattern coincides with a part of the edge of the antireflection film pattern. Thin film manufacturing method. 反射防止膜パターンを形成する前記工程は、反射防止膜パターンの縁の一部が反射膜の縁の一部と一致するように、反射防止膜パターンを形成する工程である請求項3に記載の半導体薄膜の製造方法。   The step of forming the antireflection film pattern is a step of forming the antireflection film pattern so that a part of the edge of the antireflection film pattern coincides with a part of the edge of the reflection film. A method for manufacturing a semiconductor thin film. 第1レーザの照射領域を含む領域に、半導体薄膜を溶融させない放射照度及び照射時間で第2レーザを照射する工程をさらに備える請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体薄膜の製造方法。   The method for producing a semiconductor thin film according to any one of claims 1 to 6, further comprising a step of irradiating a region including the irradiation region of the first laser with the second laser at an irradiance and an irradiation time that do not melt the semiconductor thin film. . 第2レーザの照射時間は第1レーザの照射時間よりも長い請求項7に記載の半導体薄膜の製造方法。   The method for producing a semiconductor thin film according to claim 7, wherein the irradiation time of the second laser is longer than the irradiation time of the first laser. 反射防止膜パターンが、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜のいずれか1つからなる請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体薄膜の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the antireflection film pattern is formed of any one of a silicon oxide film and a silicon nitride film. 反射膜パターンが、Al膜、Mo膜、W膜、Al−Mo合金膜及びAl−W合金膜のいずれか1つからなる請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体薄膜の製造方法。   The method for producing a semiconductor thin film according to any one of claims 1 to 9, wherein the reflective film pattern comprises any one of an Al film, a Mo film, a W film, an Al-Mo alloy film, and an Al-W alloy film. . 第2レーザは赤外線レーザであり、反射防止膜パターンの赤外線レーザに対する吸収率が、反射膜パターン及び半導体薄膜の赤外線レーザに対する吸収率よりも高い請求項7又は8に記載の半導体薄膜の製造方法。   9. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 7, wherein the second laser is an infrared laser, and the absorption rate of the antireflection film pattern with respect to the infrared laser is higher than the absorption rate of the reflection film pattern and the semiconductor thin film with respect to the infrared laser. 請求項1〜11のいずれか1つに記載の半導体薄膜の製造方法により製造された半導体薄膜。   The semiconductor thin film manufactured by the manufacturing method of the semiconductor thin film as described in any one of Claims 1-11. 請求項12に記載の半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタであって、反射防止膜パターンの下部に形成された方向性の揃った結晶粒をチャネル領域に含む薄膜トランジスタ。   13. A thin film transistor using the semiconductor thin film according to claim 12, wherein the channel region includes crystal grains having a uniform direction formed under the antireflection film pattern.
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