JP2005191470A - Forming method of semiconductor thin film - Google Patents

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Tetsuya Inui
Masanori Seki
Kimihiro Taniguchi
哲也 乾
仁啓 谷口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a forming method of a semiconductor thin film which can enlarge a crystallization region and is industrially excellent in productivity.
SOLUTION: The forming method of the semiconductor thin film comprises a first laser irradiation process for forming a first polycrystalline semiconductor region by partially dissolving a precursor semiconductor thin film all over a thickness direction by casting a first laser beam and recrystallizing it; and a second laser irradiation process for forming a polycrystalline semiconductor region which is continuous with the first polycrystalline semiconductor region by casting a second laser beam absorbed to an amorphous semiconductor region which is not crystallized in the first laser irradiation process of the precursor semiconductor thin film in terms of an absorption amount larger than the first polycrystalline semiconductor region, and dissolving the amorphous semiconductor region which is continuous with the first polycrystalline semiconductor region all over the thickness direction.
COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体薄膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor thin film. さらに詳しくは、本発明は、レーザ光の照射による前駆体半導体薄膜の溶融と再結晶という現象を利用する、多結晶半導体領域を有する半導体薄膜の製造方法に関する。 More particularly, the present invention utilizes the phenomenon that molten and recrystallization precursor semiconductor thin film by laser light irradiation, a method for manufacturing a semiconductor thin film having a polycrystalline semiconductor region.

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用いられている薄膜トランジスタ(Thin Film Trangister(本明細書において、TFTとも記載する))は、非晶質もしくは結晶性のシリコンを活性層として用いる場合が多い。 (In Thin Film Trangister (herein, also referred to as TFT)) thin film transistor used in the display device by applying the liquid crystal or electroluminescence (EL), when using an amorphous or crystalline silicon as an active layer there are many. このうち、多結晶シリコンまたは単結晶シリコンなどの結晶性シリコンの薄膜トランジスタは、電子の移動度が高いため、非晶質シリコンの薄膜トランジスタに比較し、多くの長所を有している。 Among them, the thin film transistor of the crystalline silicon such as polycrystalline silicon or single crystal silicon has high electron mobility, compared to the amorphous silicon thin film transistors, has a number of advantages.

結晶性シリコンの薄膜トランジスタを用いた場合には、たとえば、表示装置の画素部分にスイッチング素子を形成するだけでなく、画素周辺部分に駆動回路や周辺回路を形成することもでき、これらの素子や回路を一枚の基板上に形成することができる。 When using a thin film transistor of the crystalline silicon, for example, not only forming the switching element in a pixel portion of the display device, can also form a driving circuit and peripheral circuits in a pixel peripheral portion, these elements and circuits it can be formed on a single substrate. このため、別途ドライバICや駆動回路基板を表示装置に実装する必要がなくなるので、これらの表示装置を低価格で提供することが可能となる。 Therefore, since there is no need to separately mounted on the display device the driver IC and the driving circuit board, it is possible to provide these display devices at low cost.

また、その他の長所として、結晶性シリコンの薄膜トランジスタを用いた場合には、トランジスタの寸法を微細化できるので、画素部分に形成するスイッチング素子が小さくなり、表示装置の高開口率化が図れる。 As another advantage, in the case of using a thin film transistor of crystalline silicon, because the size of the transistor can miniaturization, a switching element forming the pixel portion is reduced, thereby a high aperture ratio of the display device. このため、高輝度、高精細な表示装置を提供することが可能となる。 Therefore, it is possible to provide high luminance, a high-definition display device. このように結晶性シリコンを用いた薄膜トランジスタは、非晶質シリコンを用いた薄膜トランジスタに比べて、多くの利点を有している。 Thus thin film transistor using the crystalline silicon, as compared to a thin film transistor using amorphous silicon, and has a number of advantages.

ここで、多結晶シリコンまたは単結晶シリコンなどの結晶性シリコン薄膜の製造方法としては、レーザ光を用いた再結晶化技術が数多く提案されている。 Here, as a method for producing a crystalline silicon thin film such as polycrystalline silicon or single crystal silicon, recrystallization technology using laser light it has been proposed. 最も初期の提案は、連続放射するレーザ光を走査して、基板上の前駆体半導体薄膜を溶融再結晶化するものであり、一般にはZMR(Zone Melting Recrystallization)法と称される。 The earliest proposals scans the laser beam to successive radiation, which melts recrystallizing the precursor semiconductor thin film on the substrate, referred to as ZMR (Zone Melting Recrystallization) method is generally.

また近年では、エキシマレーザを用いて600℃以下の低温で非晶質シリコンを多結晶化する技術が一般化され、低価格のガラス基板に多結晶シリコントランジスタを形成した表示装置を低価格で提供できるようになっている。 In recent years, a technique for multi-crystallizing an amorphous silicon at a low temperature of 600 ° C. or less using an excimer laser is generalized, provide a display device to form a polycrystalline silicon transistors on a glass substrate of low-cost low-cost It has become possible way.

エキシマレーザによる結晶化技術は、アモルファス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程度の線状のエキシマレーザをガラス基板上のアモルファスシリコン薄膜にパルス放射するものである。 Crystallization technique by excimer laser, a glass substrate formed with the amorphous silicon thin film is heated to about 400 ° C., while scanning the glass substrate at a constant speed, the length 200 to 400 mm, a width of about 0.2~1.0mm a linear excimer laser is to pulsed radiation in the amorphous silicon thin film on a glass substrate. この方法によって、アモルファスシリコン薄膜の厚さと同程度の平均粒径を有する多結晶シリコン薄膜が形成される。 This method, polycrystalline silicon thin film having an average particle size comparable to the thickness of the amorphous silicon thin film is formed.

このとき、エキシマレーザを照射した部分のアモルファスシリコン薄膜は、厚さ方向全域にわたって溶融させるのではなく、一部の非晶質領域を残して溶融させる。 In this case, an amorphous silicon thin film portion irradiated with excimer laser, instead of being melted over a thickness direction throughout, to melt while leaving a portion of the amorphous region. するとレーザ光照射領域全面にわたって、いたるところにシリコンの結晶核が発生するので、シリコン薄膜の最表層に向かってシリコンの結晶が形成される。 Then over the laser beam irradiation area entirely, since the silicon crystal nuclei occurs everywhere, crystalline silicon is formed toward the outermost layer of the silicon thin film.

上記のようなエキシマレーザを用いた再結晶化技術は一般的にELA(Excimer Laser Annealing)法と称され、生産性に優れるレーザ結晶化技術として、工業的に用いられている。 Recrystallization using an excimer laser as the techniques commonly referred to as ELA (Excimer Laser Annealing) method, as a laser crystallization technique excellent in productivity, has been used industrially. しかしながら、ELA法は、生産性に優れるものの、(1)形成される結晶は複数の微細粒状の結晶の集合体であるため、結晶粒の位置決めができないこと、(2)結晶の品質は結晶欠陥である結晶粒界が無数に存在するため、単結晶シリコンに比べて劣悪であること、などの課題を有しており、これら課題を解決するために、スーパーラテラル成長技術と称するレーザ再結晶化技術の提案が数多くなされている。 However, ELA method, although excellent in productivity, (1) since the crystal formed is an aggregate of a plurality of fine granular crystals, can not grain positioning, (2) the quality of the crystal is a crystal defect since the crystal grain boundary is there an infinite number, it is poor in comparison with the single-crystal silicon has a problem such as, in order to solve these problems, a laser recrystallization called super lateral growth technique proposed techniques have been many. ラテラル成長技術は、前駆体半導体薄膜を部分的に溶融させて、溶融/未溶融領域の境界部分から基板面に水平な方向(横方向)に結晶成長させるものである。 Lateral growth technique, partially melt the precursor semiconductor thin film, in which the crystal growth in the horizontal direction (lateral direction) to the substrate surface from the boundary portion of the melt / unmelted region. たとえば特許文献1、2には、スーパーラテラル成長技術の代表的提案例が開示されている。 For example, Patent Documents 1 and 2, a representative example of proposed super lateral growth technique is disclosed.

特許文献1には、ラテラル成長技術のなかでもキャップ法と称される技術が開示されている。 Patent Document 1, a technique referred to as cap method among the lateral growth technique is disclosed. 上記特許文献1に記載されているスーパーラテラル成長技術は、前駆体半導体薄膜上にレーザ光の反射防止膜として作用するキャップ層を選択的に形成し、エキシマレーザなどのパルスレーザを照射することによって、キャップ層下部の前駆体薄膜を選択的に溶融/凝固させて良質の多結晶半導体薄膜に再結晶化する方法である。 Super lateral growth technique described in Patent Document 1, a cap layer acting as an anti-reflection film of the laser beam in the precursor semiconductor thin film is selectively formed, by irradiating a pulsed laser such as an excimer laser a method of recrystallizing the polycrystalline semiconductor thin film of good quality by selectively melting / solidifying the precursor thin film of the lower cap layer. これにより、キャップ層の端部から中央部に針状の結晶が形成される(図10)。 Thus, needle-like crystals are formed in the central portion from the end portion of the cap layer (Figure 10). かかるキャップ法の最大の利点は、キャップパターンを形成した位置が結晶化位置になるため、結晶化領域が自動的に位置決め制御される点にある。 The greatest advantage of such a cap method, the position of forming the cap pattern is crystallized position, lies in the crystallization region is automatically positioning control. すなわち、薄膜トランジスタを配置したい位置にキャップ層を形成し、キャリアの移動方向と結晶成長方向を一致させると、キャリアの移動方向には結晶粒界が存在しないので、ELA法よりも高い移動度を有する薄膜トランジスタを形成することができる。 That is, to form a capping layer in a position where you want to place a thin film transistor, having the match moving direction and the crystal growth direction of the carrier, since the moving direction of the carrier no grain boundary, a higher mobility than ELA method a thin film transistor can be formed.

一方、特許文献2には、逐次連続結晶化方法と称される技術が開示されている。 On the other hand, Patent Document 2, the sequential continuous crystallization method called techniques are disclosed. 特許文献2に記載された逐次連続結晶化方法は、複数回のパルスレーザ照射を繰返す中で、前回のパルスレーザ照射で形成された結晶を引き継ぐように逐次連続的に結晶を成長させる方法であり、パルスレーザ照射の回数に応じて、必要とする長さの針状結晶を得ることが可能である。 Sequential continuous crystallization process described in Patent Document 2, in which repeated a plurality of times of pulse laser irradiation, be a method of growing sequentially continuous crystallization to take over crystals formed in the previous pulse laser irradiation , according to the number of pulse laser irradiation, it is possible to obtain a needle-like crystals of a length required.
特開2000−260709号公報 JP 2000-260709 JP 特許第3204986号公報 Patent No. 3204986 Publication

しかしながら、特許文献1に記載された従来のキャップ法によるスーパーラテラル成長技術は、キャップ層の端部には無数の結晶核が形成されるので、結晶化領域の位置決めは可能であるが、1パルスのレーザ照射で結晶化が完了する手法であるため、結晶粒の成長距離、すなわち結晶粒の大きさが極めて制限されるといった課題を有している。 However, super lateral growth technique according to the conventional cap method described in Patent Document 1, since the end portion of the cap layer countless crystal nuclei are formed, the positioning of the crystallization region is possible, one pulse for crystallization with laser irradiation is completed technique, it has growth distance of the crystal grains, i.e. the problem that the size of the crystal grains is extremely limited.

また、特許文献2に記載された逐次連続結晶化方法では、複数回のパルスレーザ照射を繰り返すために、キャップ法に比べて生産性が悪いという課題を有している。 Further, in the successive continuous crystallization process described in Patent Document 2, in order to repeat a plurality of times of pulse laser irradiation, there is a problem of poor productivity in comparison with the cap method.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、結晶化領域を拡大可能な半導体薄膜の製造方法であって、工業的にも生産性に優れた半導体薄膜の製造方法を提供することである。 The present invention was made to solve the above problems, and has as its object a process for the preparation of expandable semiconductor thin film crystallization region, also industrially excellent in productivity it is to provide a method for manufacturing a semiconductor thin film.

上記の課題を解決するために、本発明者らは、基本的には逐次連続結晶化法で結晶化領域を拡大する方法を応用して、生産性に優れた製造方法を見出せばよいとの着想を得、そのようなレーザ再結晶化工程を見出すべく、鋭意研究開発に取組んだ結果、本発明を完成させるに至った。 In order to solve the above problems, the present inventors have basically by applying the method of expanding the crystallization zone sequentially in a continuous crystallization method, and it find a superior production method in productivity inspired, to find such a laser re-crystallization process, the results of our efforts on research and development intensive, and completed the present invention. すなわち、本発明は、次のとおりである。 That is, the present invention is as follows.

本発明の半導体薄膜の製造方法は、第一のレーザ光を照射して、前駆体半導体薄膜を部分的に厚さ方向全域にわたって溶融し、再結晶化させて、第一の多結晶半導体領域を形成する第一のレーザ照射工程と、前記第一の多結晶半導体領域よりも、前駆体半導体薄膜の前記第一のレーザ照射工程によって結晶化されない非晶質半導体領域に多く吸収される第二のレーザ光を照射し、前記第一の多結晶半導体領域に連続する非晶質半導体領域を厚さ方向全域にわたって溶融させて、第一の多結晶半導体領域に連続する多結晶半導体領域を形成する第二のレーザ照射工程とを含むことを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, by irradiating a first laser beam, the precursor semiconductor thin film partially melts through the thickness direction throughout, is recrystallized, the first polycrystalline semiconductor region a first laser irradiation step of forming, the than the first polycrystalline semiconductor region, a second that is absorbed more on the amorphous semiconductor region which is not crystallized by the first laser irradiation step of the precursor semiconductor thin film the irradiated with laser light to form the first amorphous semiconductor region continuous polycrystalline semiconductor region is melted over a thickness direction throughout the polycrystalline semiconductor region continuous with the first polycrystalline semiconductor region characterized in that it comprises second and a laser irradiation step.

本発明の半導体薄膜の製造方法によれば、第一のレーザ照射工程の前に、前記非晶質半導体薄膜上に、第一のレーザ光に対して反射防止膜もしくは反射膜として作用するキャップ層を部分的に形成するキャップ層形成工程をさらに含むことが好ましい。 According to the manufacturing method of the semiconductor thin film of the present invention, prior to the first laser irradiation step, the amorphous semiconductor thin film, a cap layer acting as an anti-reflection film or reflective film for the first laser beam It may further include a capping layer forming step of partially forming.

本発明の半導体薄膜の製造方法では、第一のレーザ照射工程および第二の照射工程において、ともにパルス放射するレーザ光を照射する、または、第一のレーザ照射工程において連続放射するレーザ光を照射し、かつ、第二のレーザ照射工程においてパルス放射するレーザ光を照射するのが好ましい。 In the method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, the irradiation in the first laser irradiation step and the second irradiation step, irradiating a laser beam to both pulsed radiation, or a laser beam to successive radiation in the first laser irradiation step and, and, preferably a laser beam of pulsed radiation in the second laser irradiation step.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第一のレーザ照射工程において紫外域から可視域の波長を有するレーザ光を照射し、かつ、第二のレーザ照射工程において可視域の波長を有するレーザ光を照射するのが好ましい。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, by irradiating a laser beam having a wavelength in the visible range from the ultraviolet region in the first laser irradiation step, and has a wavelength in the visible range in the second laser irradiation step preferably irradiated with laser light.

本発明の半導体薄膜の製造方法によれば、従来技術に比べて、レーザを用いた再結晶化領域を拡大することが可能になり、種々の大きさの薄膜半導体装置を製造することが可能になった。 According to the manufacturing method of the semiconductor thin film of the present invention, compared to the prior art, it is possible to enlarge the recrystallized region using a laser, to be capable of manufacturing a thin film semiconductor device of various sizes became.

以下、実施の形態を示して本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, it shows an embodiment illustrating the present invention in more detail.

図1は、本発明の半導体薄膜の製造方法の一実施形態の概要を説明する図面である。 Figure 1 is a diagram illustrating an outline of an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention. 本発明の半導体薄膜の製造方法は、第一のレーザ光を照射して、前駆体半導体薄膜を部分的に厚さ方向全域にわたって溶融し、再結晶化させて、第一の多結晶半導体領域を形成する第一のレーザ照射工程と、前記第一の多結晶半導体領域よりも、前駆体半導体薄膜の前記第一のレーザ照射工程によって結晶化されない非晶質半導体領域に多く吸収される第二のレーザ光を照射し、前記第一の多結晶半導体領域に連続する非晶質半導体領域を厚さ方向全域にわたって溶融させて、第一の多結晶半導体領域に連続する多結晶半導体領域を形成する第二のレーザ照射工程とを含むことを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, by irradiating a first laser beam, the precursor semiconductor thin film partially melts through the thickness direction throughout, is recrystallized, the first polycrystalline semiconductor region a first laser irradiation step of forming, the than the first polycrystalline semiconductor region, a second that is absorbed more on the amorphous semiconductor region which is not crystallized by the first laser irradiation step of the precursor semiconductor thin film the irradiated with laser light to form the first amorphous semiconductor region continuous polycrystalline semiconductor region is melted over a thickness direction throughout the polycrystalline semiconductor region continuous with the first polycrystalline semiconductor region characterized in that it comprises second and a laser irradiation step. かかる本発明の半導体薄膜の製造方法によれば、従来の半導体薄膜の製造方法と比較して、レーザ光を用いた再結晶化領域を拡大することができ、種々の大きさの半導体薄膜装置を製造することができる。 According to the manufacturing method of the semiconductor thin film according the present invention, as compared with the conventional method of manufacturing a semiconductor thin film, it is possible to enlarge the recrystallized region using laser light, the semiconductor thin film device of various sizes it can be produced.

本発明の製造方法では、まず、図1(b)に示すように、図1(b)に示すように、前駆体半導体薄膜3上に第一のレーザ光を照射し、前駆体半導体薄膜を部分的に厚さ方向全域にわたって溶融させる。 In the production method of the present invention, first, as shown in FIG. 1 (b), as shown in FIG. 1 (b), the first laser beam is irradiated onto the precursor semiconductor thin film 3, the precursor semiconductor thin film partially melted over a thickness direction throughout. このような第一のレーザ照射工程によって、前駆体半導体薄膜の部分的に溶融された領域においてスーパーラテラル成長が発現し、再結晶化されて当該端部に発生した無数の核から伸長する針状結晶が形成され、第一の多結晶半導体領域が形成される。 Such first laser irradiation step, super lateral growth is expressed in partially melted region of the precursor semiconductor thin film, it is recrystallized needle extending from the myriad of nuclei generated in the end portion crystals are formed, a first polycrystalline semiconductor region is formed.

当該第一のレーザ照射工程にて照射される第一のレーザ光は、非晶質シリコンに対し高い吸収率を有するレーザ光を好適に用いることができる。 The first laser beam irradiated by the first laser irradiation step may be suitably used a laser beam having a high absorption rate with respect to amorphous silicon. このようなレーザ光としては、特に制限されるものではないが、非晶質シリコンに対して比較的良好な吸収特性が得られることから、紫外域または可視域の波長を有するもの(紫外域から可視域の波長を有するもの)を用いることが好ましい。 Such laser beam, is not particularly limited, since a relatively good absorption properties with respect to the amorphous silicon can be obtained, those having a wavelength of the ultraviolet or visible region (from ultraviolet region it is preferable to use those having a wavelength in the visible range). ここで、本明細書中における「紫外域の波長」とは、1nm以上400nm未満の波長を指し、「可視域の波長」とは、400nm以上830nm以下の波長を指すものとする。 Here, "wavelength in the ultraviolet range" in this specification refers to a wavelength of less than or 1 nm 400nm, the "wavelength of the visible region" is intended to refer to a wavelength of 400nm or more 830nm or less. 中でも、700nm以下の波長を有するレーザ光を用いるのが好ましく、工業的に広く使用されている波長308nmのエキシマレーザまたは波長532nmのYAGレーザが特に好適である。 Among them, preferred to use a laser beam having a wavelength below 700 nm, YAG laser of excimer lasers or wavelength 532nm wavelength 308nm which is widely used in industry are particularly preferred.

次に、図1(c)に示すように、前記第一の多結晶半導体領域よりも、前駆体半導体薄膜の前記第一のレーザ照射工程によって結晶化されない非晶質半導体領域に多く吸収される第二のレーザ光を照射する。 Next, as shown in FIG. 1 (c), than said first polycrystalline semiconductor region, it is often absorbed into the amorphous semiconductor region which is not crystallized by the first laser irradiation step of the precursor semiconductor thin film emitting a second laser beam. これにより、前記第一の多結晶半導体領域に連続する非晶質半導体領域を厚さ方向全域にわたって溶融され、第一の多結晶半導体領域に連続する多結晶半導体領域が形成される。 Thereby, the melted over the first amorphous semiconductor region in the thickness direction throughout a continuous polycrystalline semiconductor region, a polycrystalline semiconductor region continuous with the first polycrystalline semiconductor region is formed.

本発明の半導体薄膜の製造方法において重要なことは、第二のレーザ光として、結晶性シリコンよりも非晶質シリコンに吸収の多い波長のレーザ光を用いることである。 Importantly method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, a second laser beam, is to use a laser beam of high wavelength absorption in the amorphous silicon than crystalline silicon. 図2は、非晶質シリコン薄膜と、結晶性シリコン薄膜との分光吸収特性を説明する図面である。 Figure 2 is a view illustrating an amorphous silicon thin film, the spectral absorption characteristics of the crystalline silicon thin film. 図2から判るように、可視域の波長(380〜700nm)において、非晶質シリコンの吸収率は、結晶性シリコンの吸収率に比して高率であり、特に500nm〜550nmにおいて、非晶質シリコンの吸収率は、結晶性シリコンの吸収率に対して極めて高率といえる。 As can be seen from Figure 2, at a wavelength of visible region (380 to 700 nm), the absorption rate of the amorphous silicon is high rate compared to the absorption rate of the crystalline silicon, in particular 500 nm and 550 nm, amorphous absorptivity quality silicon can be said to be extremely high rate with respect to the absorption rate of the crystalline silicon. 例えば、波長532nmの光に対して、非晶質シリコンの吸収率は、14%、一方、結晶性シリコンの吸収率は、23%である。 For example, for light having a wavelength of 532 nm, the absorption rate of the amorphous silicon is 14%, whereas, absorptivity of the crystalline silicon is 23%. このように、第二のレーザ照射工程において用いる第二のレーザ光としては、可視域の波長を有するレーザ光を用いるのが好ましく、可視域の波長の中でも500〜550nmの波長のレーザ光を用いるのがより好ましく、532nmの波長のYAGレーザを用いるのが特に好ましい。 Thus, as the second laser beam used in the second laser irradiation step, it is preferable to use laser light having a wavelength in the visible range, a laser beam having a wavelength of 500~550nm among wavelengths in the visible range more preferably, to use a YAG laser having a wavelength of 532nm particularly preferred. 第二のレーザ照射工程においては、上述したような第二のレーザ光のエネルギを、第一のレーザ照射工程で結晶化された結晶化領域5を除く部分、すなわち非晶質シリコン部だけが限定的に全厚さ方向にわたって溶融するように調整して照射する。 In the second laser irradiation step, a second energy of the laser beam as described above, the portion except for the crystallization region 5 which is crystallized in the first laser irradiation step, i.e. only the amorphous silicon portion Limited to irradiate be adjusted to melt over the entire thickness direction.

本発明の半導体薄膜の製造方法においては、図1(a)に示すように、第一のレーザ照射工程の前に、前記前駆体半導体薄膜上に、第一のレーザ光に対して反射防止膜もしくは反射膜として作用するキャップ層を部分的に形成するキャップ層形成工程をさらに含むことが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, as shown in FIG. 1 (a), prior to the first laser irradiation step, the precursor semiconductor thin film, an anti-reflection film with respect to the first laser beam or more preferably includes a cap layer forming step of partially forming a cap layer acting as a reflective film. これにより、第一のレーザ照射工程で部分的に形成された結晶を核として、第二のレーザ工程で結晶化領域を拡大することが可能になるという利点がある。 Thus, partially formed crystals as nuclei in the first laser irradiation step, there is an advantage that it becomes possible to enlarge the crystallization region in a second laser step.

キャップ層4は、前駆体半導体薄膜3上の全面ではなく部分的に形成されるならば、その形成のされ方に特に制限はなく、たとえば、直線状(ストライプ状)あるいは鋸刃状、波線状などの曲線状の短冊形状、円形状、三角形状、方形状その他の形状によるドット形状などが挙げられる。 Capping layer 4, if it is formed partially rather than the entire surface of the precursor semiconductor thin film 3 is not particularly limited to the how the formation thereof, for example, a linear (striped) or sawtooth, wavy curved strip shape such as a circular shape, a triangular shape, a dot shape and the like by a square form other shapes. 中でも、短冊状またはドット状にキャップ層を形成するのが好ましい。 Among them, it is preferable to form the cap layer into strips or dots. TFTの活性層は図6(c)に示すように、通常矩形を組み合わせた形状であるため、特に活性層を短冊状に形成するとTFT設計がやりやすいというような利点がある。 Active layer of the TFT, as shown in FIG. 6 (c), since a shape combining a normal rectangle, there are advantages that TFT design is likely to do especially to form the active layer into strips. また、キャップ層をドット状、特に円形状のドット状に形成することで、単一の核から扇状に結晶が成長し、この扇形結晶を核に結晶領域が拡大できる(図8(c))ので、矩形のキャップ層と比較すると、単結晶領域の面積が大きくなるというような利点がある。 The cap layer a dot-like, in particular by forming a circular dot shape, crystals grow in a fan shape from a single nucleus, the fan-shaped crystals can expand crystal area in nucleus (FIG. 8 (c)) since, when compared with a rectangular cap layer, there is an advantage such that the area of ​​the single crystal region is increased.

キャップ層の形成材料としては、上記のように第一のレーザ光に対して反射防止膜または反射膜として作用するような材料が適宜選択される。 As the material of the cap layer, a material such as to act as an antireflection film or a reflection film with respect to the first laser beam as described above is appropriately selected. 反射防止膜として作用するキャップ層の形成材料としては、たとえば、第一のレーザ光が308nmの波長のエキシマレーザである場合には、酸化シリコン、窒化シリコンなどが挙げられる。 As the material of the cap layer which acts as an anti-reflection film, for example, when the first laser beam is an excimer laser having a wavelength of 308nm include silicon oxide, and silicon nitride. また、反射膜として作用するキャップ層の形成材料としては、第二のレーザ光が532nmの波長のYAGレーザである場合には、タングステン、チタンなどが挙げられる。 Further, as a formation material of the cap layer serving as a reflective film, when the second laser beam is a YAG laser having a wavelength of 532nm is tungsten, and titanium. なお、キャップ層は単層であっても多層であってもよい。 Incidentally, the cap layer may have a multilayer may be a single layer.

前駆体半導体薄膜上に部分的にキャップ層を形成する方法としては、たとえば、CVD法やスパッタ法によって、上記キャップ層の形成材料を用いて薄膜を形成した上に、フォトリソグラフィー法によって所定のパターン(形状)を有するように、キャップ層を形成することができる。 As a method of forming a partially capping layer precursor semiconductor thin film, for example, by a CVD method or a sputtering method, on which is formed a thin film using the material for the formation of the cap layer, the predetermined by photolithography pattern to have a (shape), it is possible to form the cap layer.

図3は、波長308nmのレーザ光に対するキャップ層の膜厚と反射率との関係を示すグラフである。 Figure 3 is a graph showing the relationship between the thickness of the cap layer to a laser beam having a wavelength of 308nm and reflectance. なお、図3は、ガラス基板上に非晶質シリコン45nm、酸化シリコン(キャップ層)を順に形成した場合の計算例を示している。 Incidentally, FIG. 3 shows a calculation example in the case of forming amorphous silicon on a glass substrate 45 nm, a silicon oxide (the cap layer) in this order. たとえば、キャップ層なし(膜厚0nm)の場合は反射率は60%であり、膜厚45nmにすると反射率は30%となる。 For example, a 60% reflectivity for no cap layer (thickness 0 nm), the reflectance to the thickness 45nm is 30%. 308nmのレーザ光は非晶質シリコンを透過せず、酸化シリコンを100%透過するとすれば、非晶質シリコンに吸収される光は、キャップ層なしの場合40%、キャップ層ありの場合は70%となる。 Laser light of 308nm is not transmitted through the amorphous silicon, if transmitted through the silicon oxide 100%, the light is absorbed by the amorphous silicon 40% if no cap layer, in the case of there cap layer 70 % it becomes. したがって、レーザ光のエネルギを調整すれば、キャップ層が形成された領域の非晶質シリコンだけを溶融させることが可能となる。 Therefore, by adjusting the energy of the laser beam, and only can be fused amorphous silicon region where a cap layer is formed.

本発明におけるキャップ層の厚みは、その目的や形成材料などによりその好適な範囲は異なるが、たとえば酸化シリコンにて反射防止膜として作用するキャップ層を形成する場合には、使用するレーザ光の波長を308nmとした場合には、図3のグラフにおいて反射率が30%となる45nm、145nm、・・・などの厚みを選択することによって、良好な反射防止効果を得ることができる。 The thickness of the cap layer in the present invention, its preferred range varies depending upon such that purpose and forming materials, for example in the case of forming a cap layer acting as an anti-reflection film in the silicon oxide, the wavelength of the laser light used the when the 308nm is, 45 nm the reflectivity of 30% in the graph of FIG. 3, 145 nm, by selecting the thickness, such as ..., it is possible to obtain good anti-reflection effect.

また、たとえばチタンやタングステンにて反射膜として作用するキャップ層を形成する場合には、キャップ層の厚みは、0.5〜1.0μmであるのが好ましい。 Further, for example, in the case of forming a cap layer acting as a reflective film of titanium or tungsten, the thickness of the cap layer is preferably a 0.5 to 1.0 [mu] m.

キャップ層は、第一のレーザ照射工程と第二のレーザ照射工程との間に除去されてもよく、また、第二のレーザ照射工程まで終わった後に除去されてもよい。 The cap layer may be removed during the first laser irradiation step and the second laser irradiation step, or may be removed after the end to the second laser irradiation step. キャップ層の除去は、従来公知の手法、たとえばウェットエッチング法によって容易に除去することができる。 Removal of the cap layer, conventionally known techniques can easily be removed, for example by wet etching.

本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第一のレーザ照射工程および第二の照射工程において、ともにパルス放射するレーザ光を照射することが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, in the first laser irradiation step and the second irradiation step, it is preferable to irradiate the laser beam to both pulsed radiation. このようにすることで、(キャップ層の形状で決定される)任意の形状の種結晶から単結晶化領域を拡大することができるという特徴がある。 By doing so, there is a feature that can be expanded (as determined by the shape of the cap layer) single crystal region from the seed crystal of any shape.

また、第一のレーザ照射工程において連続放射するレーザ光を照射し、かつ、第二のレーザ照射工程においてパルス放射するレーザ光を照射するようにするのも好ましい。 Further, by irradiating a laser beam to successive radiation in the first laser irradiation step, and also preferably to be irradiated with laser light pulse emitted in the second laser irradiation step. このようにすることで、帯状の種結晶領域から結晶化領域を拡大することができるというような特徴がある。 In this way, there is a feature such that it is possible to expand the crystallization region of a strip-shaped seed crystal area. この場合、第一のレーザ照射工程は、集光したレーザ光の中心が、前駆体半導体薄膜の第一の多結晶半導体領域を形成しようとする領域の中心に一致するように位置決めして調整して走査するようにして、第一のレーザ光の照射を行う。 In this case, the first laser irradiation step, the center of the focused laser beam is adjusted by positioned to coincide with the center of the region to form a first polycrystalline semiconductor region of the precursor semiconductor thin film so as to scan Te performs irradiation of the first laser beam.

図4は、上述した本発明の半導体薄膜の製造方法によって得られる結晶を示す図である。 Figure 4 is a diagram showing the crystal obtained by the production method of the semiconductor thin film of the present invention described above. 図4において、図4(a)〜(c)は、図1(a)〜(c)の各工程に対応した結晶の状態を示している。 4, FIG. 4 (a) ~ (c) shows a state of a crystal corresponding to each step in FIG. 1 (a) ~ (c). なお、図1(b),(c)においては、模式的に、前駆体半導体薄膜のキャップ層が形成された領域の端部から結晶成長するように示されているが、前駆体半導体薄膜にエネルギビームを照射して前駆体半導体を溶融するという観点から、厳密には前駆体半導体薄膜のキャップ層が形成された領域の端部に核発生する訳ではない。 Incidentally, FIG. 1 (b), in the (c), schematically, it is shown to the crystal growth from the end of the region where the cap layer of the precursor semiconductor thin film is formed, the precursor semiconductor thin film from the viewpoint by irradiating an energy beam to melt the precursor semiconductor, strictly not to nucleation in the end portion of the region where the cap layer of the precursor semiconductor thin film is formed. まず、前駆体半導体薄膜のキャップ層が形成された領域11a,11b(図4(a))に第一のレーザ光を照射することによって、図4(b)に示すように前駆体半導体薄膜のキャップ層が形成された領域の端部からわずかに広がった領域12a,12bが溶融する、いわゆる「滲みだし」が生じる。 First, the precursor semiconductor thin film region 11a where a cap layer is formed, 11b by irradiating the first laser beam (FIG. 4 (a)), the precursor semiconductor thin film as shown in FIG. 4 (b) slightly expanded region 12a from the end of the region where the cap layer is formed, 12b are melted, the so-called "bleeding" may occur. そして、第二のレーザ照射工程では、前駆体半導体薄膜のキャップ層が形成されていない領域の端部からわずかに広がった領域(すなわち、キャップ層が形成された領域の内部)にまで溶融する、いわゆる「滲みこみ」が生じる。 Then, in the second laser irradiation step, melting the ends of the region where the cap layer of the precursor semiconductor thin film is not formed until a slightly widened region (i.e., inside the region where the cap layer is formed), the so-called "impregnation" occurs. これにより、第二のレーザ照射工程で形成された結晶は、第一のレーザ照射工程で形成された結晶を引き継いで成長し、形成される針状結晶の長さを伸張させることが可能となる。 Thus, crystals second formed by the laser irradiation step, it is possible to stretch taking over the crystals formed in the first laser irradiation step to grow, the length of the needle-like crystals formed .

本発明の方法に用いる前駆体半導体薄膜としては、非晶質半導体あるいは結晶性半導体であれば特に限定されず、任意の半導体材料を用いることができる。 The precursor semiconductor thin film used in the method of the present invention is not particularly limited as long as it is an amorphous semiconductor or a crystalline semiconductor may be any semiconductor material. 前駆体半導体薄膜5の材質の具体例としては、従来から汎用的に使用されているという理由から、水和したアモルファスシリコン(a−Si:H)をはじめとするアモルファスシリコンを含む材質が好ましいが、この材質はアモルファスシリコンを含む材質に限られるものではなく、多少結晶性に劣る多結晶シリコンを含む材質であってもよく、微結晶シリコンを含む材質であってもよい。 Specific examples of the material of the precursor semiconductor thin film 5, because it is generally used conventionally, hydrated amorphous silicon (a-Si: H) are preferred materials include amorphous silicon, including this material is not limited to the material comprising amorphous silicon, may be a material containing polycrystalline silicon slightly inferior in crystallinity, it may be a material containing microcrystalline silicon. また、前駆体半導体薄膜の材質は、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であってもよい。 The material of the precursor semiconductor thin film is not limited to the material comprising only silicon, silicon may be a material consisting mainly of containing other elements such as germanium. たとえば、ゲルマニウムを添加することにより前駆体半導体薄膜の禁制帯幅を任意に制御することができる。 For example, it is possible to arbitrarily control the bandgap of the precursor semiconductor thin film by the addition of germanium.

前駆体半導体薄膜の厚さは、特に制限されるものではないが、30nm〜200nmの範囲が好適である。 The thickness of the precursor semiconductor thin film is not particularly limited, the range of 30nm~200nm are preferred.

また前駆体半導体薄膜は、通常、絶縁性基板上に形成された構造物(当該構造物を、本明細書では「基板複合体」と呼ぶ。)の形態で、本発明の製造方法に供される。 The precursor semiconductor thin film, typically, structure formed on an insulating substrate (the structure, in this specification. Referred to as "substrate complex") in the form of, be subjected to the production method of the present invention that. このような基板複合体において、前駆体半導体薄膜は、たとえば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などによって絶縁性基板上に形成される。 In such a substrate conjugates, precursors semiconductor thin film, for example, is formed on an insulating substrate by CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

絶縁性基板としては、ガラスや石英などを含む材質にて形成された公知の基板を好適に用いることができる。 As the insulating substrate, it may be a known substrate formed by a material including glass or quartz suitably. また、これらの材質の中でも、安価である点、大面積の絶縁性基板を容易に製造できる点で、ガラス製の絶縁性基板を用いることが望ましい。 Further, among these materials, that it is inexpensive, in that an insulating substrate having a large area can be easily manufactured, it is desirable to use a glass insulating substrate. 絶縁性基板の厚みは、特に制限されるものではないが、0.5〜1.2mmであるのが好ましい。 The thickness of the insulating substrate is not particularly limited, preferably a 0.5 to 1.2 mm. 絶縁性基板の厚みが0.5mm未満であると、割れやすい、高平坦性の基板を製造することが困難である傾向にあるためであり、また、1.2mmを越えると、表示素子が厚くなる、重くなる傾向にあるためである。 When the thickness of the insulating substrate is less than 0.5 mm, cracking easily, is because there is a tendency that it is difficult to manufacture a substrate of high flatness, also it exceeds 1.2 mm, thick display device made, it is because there tends to be heavy.

また、前記基板複合体において、前駆体半導体薄膜は、絶縁性基板上にバッファ層を介して形成されてなるのが好ましい。 Further, in the substrate composite, precursor semiconductor thin film is preferably formed by forming through the buffer layer on an insulating substrate. バッファ層を形成することにより、主としてレーザ光による溶融、再結晶化の際に、溶融した前駆体半導体薄膜の熱影響がガラス基板である絶縁性基板に及ばないようにすることができ、さらにガラス基板である絶縁性基板から前駆体半導体薄膜への不純物拡散を防止することができるからである。 By forming the buffer layer, mainly molten by the laser beam, upon recrystallization, the thermal effect of the molten precursor semiconductor thin film can be made to fall short of the insulating substrate is a glass substrate, further glass an insulating substrate is a substrate because it is possible to prevent the diffusion of impurities into the precursor semiconductor thin film. たとえば、図1(a)には、絶縁性基板1に、順次積層されたバッファ層2と、前駆体半導体薄膜3とを備える基板複合体の上に、キャップ層4を形成したものを、本発明の半導体薄膜の製造方法に好適に使用することができる。 For example, in FIG. 1 (a), the insulating substrate 1, and sequentially stacked a buffer layer 2, on a substrate complex and a precursor semiconductor thin film 3, a material obtained by forming the cap layer 4, the it can be suitably used in the method for manufacturing a semiconductor thin film of the invention.

バッファ層は、当分野で従来より用いられている酸化シリコン、窒化シリコンなどの材料にてたとえばCVD法などにて形成することができ、特に制限されるものではない。 Buffer layer is silicon oxide conventionally used in the art, can be formed by such a material such as silicon nitride, for example, a CVD method, is not particularly limited. 中でもガラス基板と同一成分であり、熱膨張係数などの各種物性がほぼ等しいことから、酸化シリコンにてバッファ層を形成するのが好ましい。 Among them is a glass substrate of the same component, since various physical properties such as thermal expansion coefficient substantially equal, it is preferable to form the buffer layer was a silicon oxide.

図5は、本発明の半導体薄膜の製造方法に好適に用いることができる装置(半導体薄膜製造装置)の一例を模式的に示す図である。 Figure 5 is a diagram schematically showing an example of a device can be suitably used in the method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention (semiconductor thin film manufacturing device). 図5に示す例の半導体薄膜製造装置は、第一のレーザ発振器21と、第一のレーザ光路20を形成する各種光学部品と、第二のレーザ発振器31と、第二のレーザ光路30を形成する各種光学部品とを基本的に備えている。 The semiconductor thin film manufacturing apparatus of the embodiment shown in Figure 5, forming a first laser oscillator 21, and various optical components to form a first laser beam path 20, a second laser oscillator 31, a second laser beam path 30 It has essentially the various optical components to. なお、図5に示す半導体薄膜の製造装置においては、第一のレーザ光路20と第二のレーザ光路30とにおいて、同一機能を有する各種光学部品には同一番号を付与している。 Note that, in the apparatus for manufacturing a semiconductor thin film shown in FIG. 5, in the first laser beam path 20 the second laser beam path 30., are assigned the same numerals in the various optical components having the same function. このような半導体薄膜製造装置は、当分野にて従来より広く用いられている公知のレーザ発振器31および各種光学部品を適宜組み合わせることによって好適に実現することができる。 Such semiconductor thin film manufacturing device can be realized favorably by combining known laser oscillator 31 and the various optical components have been widely used conventionally in the art as appropriate.

図5に示す半導体薄膜製造装置においては、第一のレーザ発振器21から放射された第一のレーザ光が基板複合体27に至るまでの第一光路20は、マスク25のパターン形成面を均一照明する照明系と、マスク25の像を基板複合体27上に縮小投影する結像系とから構成されている。 In the semiconductor thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 5, the first first optical path 20 of the laser beam down to the substrate composite 27 emitted from the first laser oscillator 21, the uniform illumination pattern formed surface of the mask 25 an illumination system which is configured to image the mask 25 from the imaging system to be reduced and projected onto the substrate composite 27.

第一のレーザ発振器21は、レーザビームを放出し、シリコンを溶融することが可能であるレーザ発振器であって、上記キャップ層4を形成する場合には、当該キャップ層4を第一のレーザ光に対して反射防止膜として作用させるか、反射膜として作用させるかによって、適宜選択される。 The first laser oscillator 21 emits a laser beam, a laser oscillator is capable of melting the silicon, in the case of forming the cap layer 4, the cap layer 4 first laser beam or to act as an antireflection film with respect to, depending to act as a reflective film is appropriately selected. すなわち、キャップ層4を反射防止膜として作用させる場合には、そのような波長を有するレーザ光を発振するレーザ発振器、具体的には、308nmの波長のレーザを発振するエキシマレーザ発振器など、を第一のレーザ発振器として用いる。 That is, when the action of the cap layer 4 as an anti-reflection film, a laser oscillator that oscillates laser light having such a wavelength, specifically, an excimer laser oscillator which oscillates a laser having a wavelength of 308 nm, a second used as one of the laser oscillator. また、キャップ層4を反射膜として作用させる場合には、そのような波長を有するレーザ発振器、具体的には、532nmの波長のレーザを発振するYAGレーザ発振器など、を第一のレーザ発振器として用いる。 Further, when the action of the cap layer 4 as a reflective film, a laser oscillator having such a wavelength, specifically, using a YAG laser oscillator that oscillates laser with a wavelength of 532 nm, as a first laser oscillator .

第一のレーザ発振器21より放射されたレーザ光は、第一のレーザ光路20に設けられた可変減衰器22aによって、エネルギ量を調整される。 The laser beam emitted from the first laser oscillator 21, the variable attenuator 22a provided on the first laser beam path 20 is adjusted the amount of energy. その後、第一のレーザ光は、ビーム整形素子23によって適当な寸法に整形され、マスク面均一照明素子24によってマスク25のパターン形成面に均一に照射される。 Thereafter, the first laser beam is shaped into a suitable size by the beam shaping element 23 is uniformly irradiated on the pattern formation surface of the mask 25 by the mask surface uniformly illuminating device 24. マスク25の像は、結像レンズ26によって、基板複合体27上に所定倍率で結像される。 Image of the mask 25, by the imaging lens 26 is imaged at a predetermined magnification on the substrate composite 27.

なお、図5に示す半導体薄膜の製造装置においては、マスク25とマスク面均一照明素子24の間にフィールドレンズを設置し、結像系を像側テレセントリック系としてもよい。 Note that, in the apparatus for manufacturing a semiconductor thin film shown in FIG. 5 has established a field lens between the mask 25 and the mask surface uniformly illuminating element 24 may be an imaging system as image-side telecentric system. また、レーザ光路に設けられたミラー28a,28bは、レーザ光を折返すために用いるが、配置箇所、数量に制限はなく、装置の光学設計、機構設計に応じて適切に配置することが可能である。 The mirror 28a provided in the laser beam path, 28b is used to wrap the laser beam, arrangement position is not limited to the quantity, it can be appropriately arranged depending on the optical design, mechanical design of the device it is.

また、図5に示す半導体薄膜製造装置における第二のレーザ光路30は、第二のレーザ発振器31より発振された第二のレーザ光が、可変減衰器22b、基板複合体面均一照明素子33を経て基板複合体27上に照射されるように構成される。 The second laser light path 30 of the semiconductor thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 5, the second laser beam emitted from the second laser oscillator 31, a variable attenuator 22b, through the board composite body surface uniform illumination device 33 configured to be irradiated on the substrate composite 27.

第二のレーザ発振器31は、レーザビームを放出し、シリコンを溶融することが可能であるレーザ発振器であって、結晶性シリコンよりも非晶質シリコンに吸収の多い波長のレーザ光を発振するものを用いる。 The second laser oscillator 31, which emits a laser beam, a laser oscillator is capable of melting the silicon, it oscillates laser light than the crystalline silicon often absorption in the amorphous silicon Wavelength It is used. このような第二のレーザ発振器としては、たとえば、532nmの波長のレーザ光を発振するYAGレーザが例示される。 Such second laser oscillator, for example, YAG laser oscillating a laser beam having a wavelength of 532nm can be exemplified.

第二のレーザ発振器31より放射されたレーザ光は、可変減衰器22bによって、エネルギ量を調整される。 The laser beam emitted from the second laser oscillator 31, the variable attenuator 22b, is adjusted the amount of energy. その後、第二のレーザ光は、基板複合体面均一照明素子33を経て、基板複合体27の表面に均一に照明される。 Thereafter, the second laser beam passes through the substrate composite body surface uniform illumination device 33 is illuminated uniformly on the surface of the substrate composite 27.

第二のレーザ光路30に設けられたミラー28c,28dは、第二のレーザ光を折り返すために用いられるが、配置箇所、数量に制限はなく、装置の光学設計、機構設計に応じて適切に配置することが可能である。 Second mirror 28c provided in the laser light path 30, 28d is used to fold the second laser beam, arrangement position is not limited to the quantity, the optical design of the device, suitably in accordance with the structural design it is possible to place.

上述したような基本構成を備える半導体薄膜製造装置を用いることによって、本発明の半導体薄膜の製造方法を好適に実施することができる。 By using the semiconductor thin film manufacturing device having the basic configuration as described above, can be suitably implemented method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention. なお、上述した半導体薄膜製造装置は、二台のレーザ発振器を備える構成を例示したが、第一のレーザ発振器、第二のレーザ発振器のうちのいずれか一方のみのレーザ発振器を備える半導体薄膜製造装置を用い、これに第一のレーザ発振器、第二のレーザ発振器のうちのいずれか他方のレーザ発振器を備えるレーザ照射装置と組み合わせてもよい(すなわち、二台のレーザ発振器が一体的に半導体薄膜製造装置に組み込まれてなくともよい)。 The semiconductor thin film manufacturing device described above has exemplified a configuration in which a laser oscillator of the two units, the first laser oscillator, a semiconductor thin film manufacturing apparatus comprises a laser oscillator of either one of the second laser oscillator used, the first laser oscillator to this, the other of which may be combined with the laser irradiation apparatus including a laser oscillator (i.e., the two cars laser oscillator semiconductor thin film manufacturing integrally of one of the second laser oscillator or even without incorporated in the apparatus).

図6は、本発明の半導体薄膜の製造方法を利用した、薄膜トランジスタ(TFT)の製造方法の好ましい一例を模式的に示す図である。 6, using the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, is a diagram schematically showing a preferred example of the manufacturing method of a thin film transistor (TFT). 本発明の半導体薄膜の製造方法によれば、従来の結晶と比較して結晶の大きさが大きいため、種々の大きさの高性能薄膜トランジスタ(TFT)を製造することが可能である。 According to the manufacturing method of the semiconductor thin film of the present invention, due to the large size of the crystal in comparison with the conventional crystal, it is possible to produce various sizes of high-performance thin-film transistor (TFT).

まず、本発明の半導体薄膜の製造方法によって、多結晶半導体薄膜を形成する(図6(a))。 First, the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, a polycrystalline semiconductor thin film (FIG. 6 (a)). 次に、図6(b)に示すように、シリコンアイランド領域52をフォトリソグラフィー法によって形成する。 Next, as shown in FIG. 6 (b), to form the silicon island region 52 by photolithography. このとき、チャネル領域53は、キャリアの移動方向(図6(b)中の左右方向)に大結晶粒界51a、51b、51cを含まないように配置する。 In this case, the channel region 53 is arranged so as not to include a large grain boundary 51a in the moving direction of the carrier (the left-right direction in FIG. 6 (b)), 51b, the 51c. そして、図6(c)に示すように、絶縁層を形成した後、ゲート電極54を形成する。 Then, as shown in FIG. 6 (c), after forming the insulating layer to form a gate electrode 54. このようにして、本発明の半導体薄膜の製造方法を利用することによって、高性能な薄膜トランジスタを、種々の大きさにて容易に製造することができる。 In this manner, by utilizing the method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, a high-performance thin film transistor can be easily manufactured in various sizes.

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention will hereinafter be described by examples in more detail, the present invention is not limited thereto.

<実施例1> <Example 1>
図7は、本発明の半導体薄膜の製造方法の一実施例を示す図である。 Figure 7 is a diagram showing an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention.

まず、絶縁性基板31上に順次積層されたバッファ層32、前駆体半導体薄膜33上に直線状の短冊形状(ストライプ状)のキャップ層34を形成した基板複合体(図7(a))上に、第一のレーザ照射工程を行い、前駆体半導体薄膜のキャップ層34が形成された領域の非晶質シリコンを再結晶化して種結晶35を形成した(図7(b))。 First, the buffer layer 32 are sequentially laminated on an insulating substrate 31, the upper straight strip shape on the precursor semiconductor thin film 33 substrate complex to form the cap layer 34 (striped) (FIG. 7 (a)) to perform a first laser irradiation step, to form a precursor seed crystal 35 by re-crystallizing an amorphous silicon region in which the cap layer 34 is formed of a semiconductor thin film (FIG. 7 (b)). キャップ層34は、酸化シリコンを用い、プラズマCVD法によって厚みを170nmに形成した。 Cap layer 34, silicon oxide is used to form a thickness 170nm by plasma CVD. また、第一のレーザ光としては、パルス放射型の308nmのエキシマレーザを用いた。 As the first laser beam, using an excimer laser of the pulse emission of 308 nm.

次に、前記キャップ層を除去した。 Then, to remove the cap layer. 図7(b)に示すように、キャップ層が形成されていた位置には結晶性シリコンの種結晶35が形成され、キャップ層が形成されていなかった領域36には非晶質シリコンがそのまま存在する。 As shown in FIG. 7 (b), the position where the cap layer has been formed is formed the seed crystal 35 of crystalline silicon, as it exists amorphous silicon in a region 36 where the cap layer is not formed to.

さらに、第一のレーザ照射工程で結晶化されていない領域36(非晶質シリコン薄膜)に、第二のレーザ光を照射した。 Furthermore, the first region 36 by the laser irradiation step is not crystallized (amorphous silicon thin film), it was irradiated with the second laser beam. 第二のレーザ照射工程には、結晶性シリコンよりも非晶質シリコンに吸収の多い波長のレーザである、パルス型、波長532nmの波長を有するYAGレーザを使用した。 The second laser irradiation step, than the crystalline silicon is a laser of high wavelength absorption in the amorphous silicon, pulsed, using YAG laser having a wavelength of 532 nm. これにより、非晶質シリコン領域だけを限定的に溶融・再結晶化させ、第一の多結晶半導体領域に連続する多結晶半導体領域を形成した。 Accordingly, only the amorphous silicon region limiting melted and re-crystallized to form a polycrystalline semiconductor region continuous with the first polycrystalline semiconductor region.

<実施例2> <Example 2>
図8は、本発明の半導体薄膜の製造方法の他の実施例を示す図である。 Figure 8 is a diagram showing another embodiment of a method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention.

図8に示す例においては、円形状のドット状のキャップ層44を前駆体半導体薄膜上に形成した以外は、実施例1と同様にして行った。 In the example shown in FIG. 8, except that the formation of the dot-shaped cap layer 44 of a circular shape in the precursor semiconductor thin film was carried out in the same manner as in Example 1. かかるドット状のキャップ層44を形成した場合、パターンの配列を規則的なものとすることによって、形成される結晶も規則的に配置される。 When forming such a dot-shaped cap layer 44, by the ones regular arrays of patterns, crystals are regularly arranged to be formed.

<実施例3> <Example 3>
図9は、本発明の半導体薄膜の製造方法のさらに他の実施例を示す図である。 Figure 9 is a diagram showing still another embodiment of a method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention.

まず、絶縁性基板71上に順次積層されたバッファ層72、前駆体半導体薄膜73上に直線状の短冊形状(ストライプ状)のキャップ層74を形成した基板複合体(図9(a))上に、第一のレーザ照射工程を行い、前駆体半導体薄膜のキャップ層74が形成された領域の非晶質シリコンを再結晶化して種結晶75を形成した(図9(b))。 First, the buffer layer 72 are sequentially laminated on an insulating substrate 71, the upper straight strip shape on the precursor semiconductor thin film 73 substrate complex to form the cap layer 74 (striped) (FIG. 9 (a)) to perform a first laser irradiation step was recrystallized amorphous silicon regions precursor semiconductor thin film of the cap layer 74 is formed to form a seed crystal 75 (FIG. 9 (b)). キャップ層74は、532nmの波長のレーザ光を反射させる作用を有するものとして、0.2μm厚のアルミニウムの層で形成した。 Cap layer 74 as having an effect of reflecting a laser beam having a wavelength of 532 nm, was formed by a layer of 0.2μm thick aluminum. 第一のレーザ照射工程における第一のレーザ光は、連続発振型で、532nmの波長を有するYAGレーザを用いた。 First laser beam in the first laser irradiation was performed with a continuous wave, using a YAG laser having a wavelength of 532 nm.

次に、前記キャップ層を除去した。 Then, to remove the cap layer. 図9(b)に示すように、キャップ層が形成されていた位置には結晶性シリコンの種結晶75が形成され、キャップ層が形成されていなかった領域76には非晶質シリコンがそのまま存在する。 As shown in FIG. 9 (b), the position where the cap layer has been formed is formed seed crystal 75 of crystalline silicon, as it exists amorphous silicon in a region 76 where the cap layer is not formed to.

さらに、第一のレーザ照射工程で結晶化されていない領域76(非晶質シリコン薄膜)に、第二のレーザ光を照射した。 Furthermore, the first region 76 by the laser irradiation step is not crystallized (amorphous silicon thin film), it was irradiated with the second laser beam. 第二のレーザ照射工程には、結晶性シリコンよりも非晶質シリコンに吸収の多い波長のレーザである、パルス型、波長532nmの波長を有するYAGレーザを使用した。 The second laser irradiation step, than the crystalline silicon is a laser of high wavelength absorption in the amorphous silicon, pulsed, using YAG laser having a wavelength of 532 nm. これにより、非晶質シリコン領域だけを限定的に溶融・再結晶化させ、第一の多結晶半導体領域に連続する多結晶半導体領域を形成した。 Accordingly, only the amorphous silicon region limiting melted and re-crystallized to form a polycrystalline semiconductor region continuous with the first polycrystalline semiconductor region.

<実施例4> <Example 4>
鋸刃状の短冊形状のキャップ層を前駆体半導体薄膜上に形成した以外は、実施例1と同様にして行った。 Except that the capping layer of the sawtooth strip shape were formed on the precursor semiconductor thin film was carried out in the same manner as in Example 1.

本発明の半導体薄膜の製造方法を模式的に示す図である。 The method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention is a diagram schematically showing. 非晶質シリコン薄膜と、結晶性シリコン薄膜との分光吸収特性を説明する図である。 Is a diagram illustrating an amorphous silicon thin film, the spectral absorption characteristics of the crystalline silicon thin film. 波長308nmのレーザ光に対するキャップ層の膜厚と反射率との関係を示すグラフである。 It is a graph showing the relationship between the film thickness and the reflectance of the capping layer relative to the laser beam having a wavelength of 308 nm. 本発明の半導体薄膜の製造方法によって得られる結晶を示す図である。 Is a diagram showing the crystal obtained by the production method of the semiconductor thin film of the present invention. 本発明の半導体薄膜の製造方法に好適に用いることができる装置(半導体薄膜製造装置)の一例を模式的に示す図である。 An example of a device can be suitably used in the method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention (semiconductor thin film manufacturing device) is a diagram schematically showing. 本発明の半導体薄膜の製造方法を利用した、薄膜トランジスタ(TFT)の製造方法の好ましい一例を模式的に示す図である。 Using the method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, it is a diagram schematically showing a preferred example of the manufacturing method of a thin film transistor (TFT). 本発明の半導体薄膜の製造方法の一実施例を示す図である。 It is a diagram illustrating one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention. 本発明の半導体薄膜の製造方法の他の実施例を示す図である。 It is a diagram showing another embodiment of a method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention. 本発明の半導体薄膜の製造方法のさらに他の実施例を示す図である。 Is a diagram showing still another embodiment of a method of manufacturing a semiconductor thin film of the present invention. 従来の多結晶シリコン薄膜の製造方法を説明するための図である。 It is a diagram for explaining a conventional method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 絶縁性基板、2 バッファ層、3 前駆体半導体薄膜、4 キャップ層、5 第一レーザ照射工程において結晶化された領域、11a,11b キャップ層、12a,12b 第一レーザ照射工程においてラテラル成長した結晶、13a,13b 第一レーザ照射工程と第二レーザ照射工程を経て形成された結晶、21,31 レーザ発振器、22a,22b 可変減衰器、23 ビーム整形素子、24 マスク面均一照明素子、25 マスク、26 結像レンズ、27 基板複合体、28a〜28d ミラー。 1 insulating substrate, 2 a buffer layer, 3 precursor semiconductor thin film, 4 cap layer, 5 areas have been crystallized in the first laser irradiation step, 11a, 11b capping layer, 12a, and lateral growth in 12b first laser irradiation step crystal, 13a, 13b first laser irradiation step and the crystal formed through the second laser irradiation step, 21 and 31 a laser oscillator, 22a, 22b a variable attenuator, 23 beam shaping element, 24 mask surface uniform illumination device, 25 a mask , 26 an imaging lens, 27 a substrate conjugate, 28a to 28d mirror.

Claims (5)

  1. 第一のレーザ光を照射して、前駆体半導体薄膜を部分的に厚さ方向全域にわたって溶融し、再結晶化させて、第一の多結晶半導体領域を形成する第一のレーザ照射工程と、 By irradiating a first laser beam, the precursor semiconductor thin film partially melts through the thickness direction throughout, recrystallized, and the first laser irradiation step of forming a first polycrystalline semiconductor region,
    前記第一の多結晶半導体領域よりも、前駆体半導体薄膜の前記第一のレーザ照射工程によって結晶化されない非晶質半導体領域に多く吸収される第二のレーザ光を照射し、前記第一の多結晶半導体領域に連続する非晶質半導体領域を厚さ方向全域にわたって溶融させて、第一の多結晶半導体領域に連続する多結晶半導体領域を形成する第二のレーザ照射工程とを含む、半導体薄膜の製造方法。 Than said first polycrystalline semiconductor region, a second laser beam is absorbed much the amorphous semiconductor region which is not crystallized by the first laser irradiation step of the precursor semiconductor thin film is irradiated, the first an amorphous semiconductor region continuous polycrystalline semiconductor region is melted over a thickness direction throughout, including a second and a laser irradiation step of forming a polycrystalline semiconductor region continuous with the first polycrystalline semiconductor region, the semiconductor method of manufacturing a thin film.
  2. 第一のレーザ照射工程の前に、前記前駆体半導体薄膜上に、第一のレーザ光に対して反射防止膜もしくは反射膜として作用するキャップ層を部分的に形成するキャップ層形成工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。 Before the first laser irradiation step, the precursor semiconductor thin film, further comprising a cap layer forming step of forming a cap layer acting as an anti-reflection film or reflective film for the first laser beam partially the method of claim 1.
  3. 第一のレーザ照射工程および第二の照射工程において、ともにパルス放射するレーザ光を照射することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 In the first laser irradiation step and the second irradiation step, the method according to claim 1 or 2, characterized in applying a laser beam to both pulsed radiation.
  4. 第一のレーザ照射工程において連続放射するレーザ光を照射し、かつ、第二のレーザ照射工程においてパルス放射するレーザ光を照射することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 Irradiating a laser beam to successive radiation in the first laser irradiation step, and A method according to claim 1 or 2, characterized in applying a laser beam to a pulsed radiation in the second laser irradiation step.
  5. 第一のレーザ照射工程において紫外域から可視域の波長を有するレーザ光を照射し、かつ、第二のレーザ照射工程において可視域の波長を有するレーザ光を照射することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 Claim 1 is irradiated with laser light having a wavelength in the visible region from ultraviolet region in the first laser irradiation step, and, and then irradiating a laser beam having a wavelength in the visible range in the second laser irradiation step the method according to any one of to 4.
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JP2011515834A (en) * 2008-02-29 2011-05-19 ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク Lithography process for producing a uniform crystal silicon thin film

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011515834A (en) * 2008-02-29 2011-05-19 ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニヴァーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク Lithography process for producing a uniform crystal silicon thin film
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