JP2005311346A - Laser annealing method and laser annealing device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide laser annealing method/device, with which a part is iterrupted where the energy intensity of a laser beam is weak, irradiation face is irradiated with a linear laser beam and the irradiation face is irradiated with the linear beam of uniform intensity. <P>SOLUTION: The laser beams, ejected from a laser oscillator 101, are made to pass through slits 102, the part where intensity is weak is interrupted and the beams are deflected by a mirror 103. Images formed in the slits are projected to the irradiation face 106 by a convex type cylindrical lens 104, and the irradiation face are irradiated with the linear beam with uniform intensity so as to perform laser annealing. An interval (M1) between the slit and the convex type cylindrical lens, and an interval (M2) between the convex type cylindrical lens and the irradiation face satisfy relational Formula (1) and Formula (2); where M1=f(s+D)/D, Formula (1) and M2=f(s+D)/s, Formula (2). In the Formulas, (s) is width of the slit, D is length of a long side direction of the linear beam, and (f) is the focal distance of the convex type cylindrical lens. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、非結晶質半導体膜の結晶化等に好適な照射面上に均一強度の線状ビームを照射できるレーザアニール方法及びレーザアニール装置に関する。
より詳しくは、本発明は、レーザ光のエネルギー密度の低い部分を遮断し、かつ光の回折による縞を照射面において発生させることなく、線状レーザ光を照射することができる、照射面上にエネルギー密度の均一な、すなわち均一強度の線状ビームを照射する、非結晶質半導体膜の結晶化等に好適なレーザアニール方法及びレーザアニール装置に関する。
The present invention relates to a laser annealing method and a laser annealing apparatus capable of irradiating a linear beam having a uniform intensity on an irradiation surface suitable for crystallization of an amorphous semiconductor film.
In more detail, the present invention is capable of irradiating linear laser light on the irradiated surface by blocking a low energy density portion of the laser light and generating no fringes due to light diffraction on the irradiated surface. The present invention relates to a laser annealing method and a laser annealing apparatus suitable for crystallization of an amorphous semiconductor film that irradiates a linear beam having a uniform energy density, that is, a uniform intensity.

近年、基板上に薄膜トランジスタ(以下TFTと記す)を製造する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。
特に、多結晶半導体膜を用いたTFTは、従来の非結晶質半導体膜を用いたTFTよりも電界効果移動度(モビリティともいう)が高いので高速動作が可能である。
そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが試みられている。
In recent years, a technique for manufacturing a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) on a substrate has greatly advanced, and application development to an active matrix display device has been advanced.
In particular, a TFT using a polycrystalline semiconductor film has higher field effect mobility (also referred to as mobility) than a conventional TFT using an amorphous semiconductor film, and thus can operate at high speed.
For this reason, attempts have been made to control a pixel, which is conventionally performed by a driving circuit provided outside the substrate, using a driving circuit formed on the same substrate as the pixel.

ところで、半導体装置に用いる基板は、コストの面から石英基板よりも、ガラス基板が有望視されている。
ガラス基板は、耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上に多結晶半導体膜を用いたTFTを形成する場合には、ガラス基板の熱変形を避けるために半導体膜の結晶化にレーザアニールが用いられる。
By the way, as a substrate used for a semiconductor device, a glass substrate is considered promising rather than a quartz substrate in terms of cost.
Since glass substrates are inferior in heat resistance and easily deformed by heat, when forming TFTs using a polycrystalline semiconductor film on a glass substrate, a laser is used to crystallize the semiconductor film to avoid thermal deformation of the glass substrate. Annealing is used.

レーザアニールの特徴は、輻射加熱あるいは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体基板又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどがあげられている。
なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層をアニールする技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術を指している。
また、それは半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。
The characteristics of laser annealing are that the processing time can be significantly shortened compared to annealing methods using radiation heating or conduction heating, and the semiconductor substrate or semiconductor film is selectively and locally heated to make the substrate almost thermally It is mentioned that it will not be damaged.
The laser annealing method here refers to a technique for annealing a damaged layer or an amorphous layer formed on a semiconductor substrate or semiconductor film, or a technique for crystallizing an amorphous semiconductor film formed on a substrate. Yes.
It also includes techniques applied to planarization and surface modification of semiconductor substrates or semiconductor films.

レーザアニールに用いられるレーザ発振器はその発振方法により、パルス発振と連続発振の2種類に大別される。
近年では、半導体膜の結晶化においてエキシマレーザのようなパルス発振のレーザ発振器よりもArレーザやYVO4レーザのような連続発振のレーザ発振器を用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出されている。
半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるTFTチャネル領域に入る粒界の数が減るのでキャリア移動度が高くなり、より高性能なデバイスの開発に利用でき、そのため連続発振のレーザ発振器は脚光を浴びている。
Laser oscillators used for laser annealing are roughly classified into two types, pulse oscillation and continuous oscillation, depending on the oscillation method.
In recent years, in crystallizing a semiconductor film, it is more preferable to use a continuous oscillation laser oscillator such as an Ar laser or a YVO 4 laser than a pulse oscillation laser oscillator such as an excimer laser. It has been found that the diameter increases.
As the crystal grain size in the semiconductor film increases, the number of grain boundaries entering the TFT channel region formed using the semiconductor film decreases, so the carrier mobility increases, which can be used for the development of higher performance devices. Therefore, continuous wave laser oscillators are in the spotlight.

半導体膜のレーザアニールには可視あるいは紫外域の波長を持ったレーザビームが多く用いられる。
これは、半導体膜への吸収効率が良いためである。
しかしながら、一般的にCW(連続発振)レーザに用いられる固体のレーザ媒質から発振する波長は赤から近赤外域であり、これらの波長域は半導体膜への吸収効率が低いため、非線形光学素子を用いて可視域以下の波長を持つ高調波に変換して用いる。
一般的には、大出力を得やすい近赤外の基本波を第二高調波であるグリーンのレーザビームに変換する方法が最も変換効率が高く、頻繁に用いられている。
For laser annealing of a semiconductor film, a laser beam having a visible or ultraviolet wavelength is often used.
This is because the absorption efficiency into the semiconductor film is good.
However, the wavelength oscillated from a solid laser medium generally used for a CW (continuous oscillation) laser is from the red to the near infrared region, and these wavelength regions have low absorption efficiency into the semiconductor film. Used to convert to a harmonic having a wavelength below the visible range.
In general, a method of converting a near-infrared fundamental wave that easily obtains a large output into a green laser beam that is the second harmonic has the highest conversion efficiency and is frequently used.

例えば、10W、532nmのCWレーザビームを長辺方向300μm、短辺方向10μm程度の線状に整形し、該線状ビームをその短辺方向に走査させて半導体膜を結晶化した場合、一度の走査で得られる大粒径結晶領域の幅は200μm程度となる(以下、大粒径結晶が見られる領域を大粒径結晶領域と呼ぶ)。
したがって、比較的大きな基板全面に成膜された半導体膜をCWのレーザビームによってすべて結晶化するためには、線状ビームの一度の走査によって得られた大粒径結晶領域の幅ずつ、線状ビームの走査する位置をその長辺方向にずらしてレーザアニールを行う必要がある。
For example, when a 10 W, 532 nm CW laser beam is shaped into a linear shape of about 300 μm in the long side direction and about 10 μm in the short side direction, and the semiconductor film is crystallized by scanning the linear beam in the short side direction, The width of the large grain crystal region obtained by scanning is about 200 μm (hereinafter, a region where large grain crystals are seen is referred to as a large grain crystal region).
Therefore, in order to crystallize all of the semiconductor film formed on the entire surface of a relatively large substrate with a CW laser beam, the width of the large grain crystal region obtained by one scanning of the linear beam is increased by a linear shape. It is necessary to perform laser annealing by shifting the beam scanning position in the long side direction.

一方、大粒径結晶領域の形成と同時に線状ビームの長辺方向の両端のエネルギーの減衰したところにおいて、大粒径結晶領域ではない結晶領域(以後、結晶性不良領域と呼ぶ)ができる。
その結晶性不良領域の表面においては、凹凸が目立ちTFTを作成するには不向きであり、そこにTFTを形成した場合には電気特性のバラツキや動作不良の原因となる。
このようなことから、信頼性の高いTFTを作製するに当たっては、TFTが結晶性不良領域に作製されないようにレーザ光の照射の際に正確に位置決めをする必要がある。
しかしながら、そのような配慮をしても線状ビームの長辺方向における長さが長くなるに伴い、結晶性不良領域が広がってしまう問題がある。
On the other hand, when the energy at both ends in the long side direction of the linear beam is attenuated simultaneously with the formation of the large grain crystal region, a crystal region that is not the large grain crystal region (hereinafter referred to as a poor crystallinity region) is formed.
Concavities and convexities are conspicuous on the surface of the poor crystallinity region and are unsuitable for producing TFTs, and when TFTs are formed there, it causes variations in electrical characteristics and malfunctions.
For this reason, when manufacturing a highly reliable TFT, it is necessary to accurately position the TFT when irradiating the laser beam so that the TFT is not formed in the poorly crystalline region.
However, even if such consideration is taken into account, there is a problem that the region of poor crystallinity expands as the length of the linear beam in the long side direction becomes longer.

その結果、基板全体に対するTFTを形成できる領域が少なくなってしまい、集積度の高い半導体装置を作製することが困難になる。
上記の問題は、使用するレーザ光の強度分布がガウス型であることが原因であると考えられる。
ガウス分布は、ビームスポットの中心部分が最も強度が強く、裾を引くように強度が徐々に弱くなっていく。
このため、線状ビームを整形し、長辺方向を長くしようとすると、それに伴い、裾部分が長く延びるため、結晶性不良領域が広くなる結果となる。
As a result, a region where TFTs can be formed over the entire substrate is reduced, and it becomes difficult to manufacture a highly integrated semiconductor device.
The above problem is considered to be caused by the fact that the intensity distribution of the laser beam used is Gaussian.
In the Gaussian distribution, the central portion of the beam spot has the strongest intensity, and the intensity gradually decreases as the tail is drawn.
For this reason, when the linear beam is shaped and an attempt is made to lengthen the long side direction, the skirt portion extends along with it, resulting in a wide crystallinity defect region.

これを低減するには、レーザ光の強度の分布をガウス形状ではなくトップフラット型にする方法がある。
トップフラットにする手法としては回折光学素子や光導波路を用いる手法がレーザ機器メーカーのカタログ等で紹介されている。
トップフラットにすることで、レーザ光の分布における裾部分を急峻なものとし、レーザアニール後にできる結晶性不良領域を極端に減少させることができる。
また、トップフラットにすることで、線状ビームの長辺方向が長くなったとしても、結晶性不良領域を少なくすることが可能となる。
In order to reduce this, there is a method in which the intensity distribution of the laser beam is not a Gaussian shape but a top flat type.
As a method for making the top flat, a method using a diffractive optical element or an optical waveguide is introduced in a catalog of a laser equipment manufacturer.
By making the top flat, the skirt portion in the distribution of the laser beam can be made steep, and the defective crystallinity region formed after laser annealing can be extremely reduced.
Further, by making the top flat, even if the longer side direction of the linear beam becomes longer, it becomes possible to reduce the crystalline defect region.

以上のとおり、トップフラットにする手法には利点があるが、そのうちの回折光学素子を用いる手法は、良い特性を得るためにナノメートルオーダーの微細加工が必要であり、技術的に困難な点が多く、コストも高い。
また、光導波路のようなものを用いた場合、532nmの波長を持つレーザ光は干渉性が強いため、照射面においてレーザ光強度の強弱が干渉縞として現れてしまう。
As described above, there is an advantage in the method of making the top flat, but the method using the diffractive optical element requires fine processing on the nanometer order in order to obtain good characteristics, and is technically difficult. Many are expensive.
Further, when an optical waveguide or the like is used, the laser beam having a wavelength of 532 nm has strong coherence, so that the intensity of the laser beam appears on the irradiated surface as interference fringes.

前記したとおりガウス分布に起因する短所を回避するための手法であるトップフラットにする手法にも問題点があり、そのようなことからガウス分布に起因する短所を回避するための別な手法を本発明者らは開発し、既に特許出願した(特願2004−58378)。
それは、レーザ光が照射される前にスリットを用いて、ガウス分布の裾部分を遮断する手法である。
この方法は、結晶性不良領域が形成される部分の弱いレーザ光のみを遮断し、大粒径結晶領域のみのレーザ光を用いることで、結晶性不良領域を減らすことを可能とするものであるが、この手法でも、レーザ光がスリットを通過することにより照射面において回折による縞が現れ、結晶性不良領域の形成を完全には回避できないことがわかった。
As described above, there is a problem in the method of making the top flat, which is a technique for avoiding the disadvantages caused by the Gaussian distribution. Therefore, another technique for avoiding the disadvantages caused by the Gaussian distribution is described in this document. The inventors have developed and have already filed a patent application (Japanese Patent Application No. 2004-58378).
It is a technique of blocking the skirt portion of the Gaussian distribution using a slit before the laser beam is irradiated.
This method makes it possible to reduce the poorly crystalline region by blocking only the weak laser beam in the portion where the poorly crystalline region is formed and using only the laser beam having a large grain size crystalline region. However, even with this method, it has been found that when the laser beam passes through the slit, diffraction fringes appear on the irradiated surface, and the formation of the poorly crystalline region cannot be completely avoided.

本発明者らは、レーザ光のエネルギー強度の弱い、ガウス分布の裾部分をスリットによって遮断して線状レーザ光によりレーザアニールする手法において、回折による縞の出現を回避する技術を開発すべく鋭意研究開発に努め、その結果、開発に成功したのが本発明である。
したがって、本発明は、レーザ光のエネルギー密度の低い部分をスリットにより遮断し、かつ光の回折による縞を照射面において発生させることなく、照射面上に均一強度の線状ビームを照射する、非結晶質半導体膜の結晶化等に好適なレーザアニール方法及びレーザアニール装置を提供することを解決すべき課題、すなわち目的とするものである。
The present inventors have earnestly developed a technique for avoiding the appearance of fringes due to diffraction in a method of performing laser annealing with a linear laser beam by blocking the bottom of the Gaussian distribution with a slit and having a weak laser beam energy intensity. As a result of the research and development, the present invention has been successfully developed.
Therefore, according to the present invention, a portion having a low energy density of the laser beam is blocked by a slit, and a linear beam having a uniform intensity is irradiated on the irradiation surface without generating a fringe due to light diffraction on the irradiation surface. An object to be solved, ie, an object, is to provide a laser annealing method and a laser annealing apparatus suitable for crystallization of a crystalline semiconductor film.

また、本発明は、回折により生ずる縞に基づく結晶性不良領域のない結晶性半導体膜、それを具備するTFTを簡便な手法で製造する方法及び装置を提供することを課題とするものである。
さらに、これらを簡潔に言えば、本発明は回折による縞を生じさせることなく、簡便な手法でレーザアニールの際の結晶性不良領域を無くすことをも課題とするものである。
Another object of the present invention is to provide a crystalline semiconductor film having no poor crystallinity region based on fringes generated by diffraction, and a method and apparatus for manufacturing a TFT including the crystalline semiconductor film by a simple technique.
Furthermore, simply speaking, it is an object of the present invention to eliminate a defective crystallinity region during laser annealing by a simple method without causing fringes due to diffraction.

本発明の前記した解決すべき課題との関連で、まず縞を出現させることになる回折が起こる現象について説明する。
スリットと像面の距離をLとし、波数はk、波長はλとし、幅wのスリット状開口に、平面波が入射した際に生ずるフラウンホーファー回折像について考察する。
この際スリット面における光の変位を開口での座標ξ、ηの関数として下記式(A−1)で表す。
また、 その際における光の変位像面における複素振幅uは、xの関数として下記式(A2)で表すことができ、光強度Iは、下記式(A3)となる。
なお、このときスリットの中心をx=0とする。
さらに、長さの逆数であるXは、下記式(A4)となる。
In connection with the above-mentioned problem to be solved of the present invention, first, a phenomenon in which diffraction that causes fringes will occur will be described.
Let us consider a Fraunhofer diffraction image generated when a plane wave is incident on a slit-shaped opening having a distance L between the slit and the image plane, a wave number k, a wavelength λ, and a width w.
At this time, the displacement of light on the slit surface is expressed by the following equation (A-1) as a function of the coordinates ξ and η at the opening.
Further, the complex amplitude u on the displacement image plane of light at that time can be expressed by the following formula (A2) as a function of x, and the light intensity I is expressed by the following formula (A3).
At this time, the center of the slit is x = 0.
Furthermore, X which is the reciprocal of the length is represented by the following formula (A4).

Figure 2005311346
Figure 2005311346

そして、これらの関数で与えられる強度分布は、X=0で最大値1をとり、大部分のレーザ光が中心部に集中する。
この中心部分のピークを0次回折光と呼び、これはスリットから光軸に沿って直進してきた光に相当する。
中心の周辺にある明るい部分は順に、±1次、±2次、・・・の回折光と呼ばれる。
±m次回折光の(m≠0)強度が極大値をとる位置は、下記に示すほぼ式(A5)となり、これを変換すると式(Az)となる。
The intensity distribution given by these functions takes a maximum value of 1 when X = 0, and most of the laser light is concentrated in the center.
This peak at the center is called 0th-order diffracted light, which corresponds to light that travels straight from the slit along the optical axis.
The bright part around the center is called ± 1st order, ± 2nd order,... Diffracted light in order.
The position where the (m ≠ 0) intensity of the ± mth-order diffracted light takes the maximum value is approximately the following expression (A5), which is converted to expression (Az).

Figure 2005311346
Figure 2005311346

本発明は、前記したとおりレーザ光のエネルギー密度の低い部分を遮断し、かつ光の回折による縞を照射面において発生させることなく、線状レーザ光を照射面に照射することができる、照射面上に線状ビームを照射する、非結晶質半導体膜の結晶化等に好適なレーザアニール方法及びレーザアニール装置を提供するものである。
そのレーザアニール方法には、大別して2つの方法があり、第1の方法は、レーザ発振器から射出されたレーザ光をスリットを通過させてエネルギー密度の低い部分を遮断し、該レーザ光の通過線上でスリットにできた像を凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズによって照射面に投影し、照射することを特徴とするものである。
As described above, the present invention is capable of irradiating the irradiated surface with linear laser light without blocking the low energy density portion of the laser light and without generating fringes due to light diffraction on the irradiated surface. The present invention provides a laser annealing method and a laser annealing apparatus that are suitable for crystallization of an amorphous semiconductor film or the like that are irradiated with a linear beam.
The laser annealing method is roughly classified into two methods. The first method is to pass a laser beam emitted from a laser oscillator through a slit to cut off a portion having a low energy density, and on the laser beam passing line. The image formed in the slit is projected onto the irradiation surface by a convex cylindrical lens or a convex spherical lens and irradiated.

その際、好ましくはスリットと凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズとの間隔(M1)及び凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズと照射面との間隔(M2)が下記の式(1)及び式(2)の関係を満たすようにそれらを配置するのがよい。
M1=f(s+D)/D 式(1)
M2=f(s+D)/s 式(2)
(但し、前記式において、sはスリットの幅、Dは線状ビームの長辺方向の長さ、fは凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズの焦点距離である。)
これにより、スリットにおける像が凸型シリンドリカルレンズによって照射面に投影される。
そのスリットにおける像は式(A4)において、L=0の場合に相当するため、この位置では回折による縞は発生しない。
したがって、スリットの像を投影される照射面においても、縞は発生しない。
At that time, the distance (M1) between the slit and the convex cylindrical lens or convex spherical lens and the distance (M2) between the convex cylindrical lens or convex spherical lens and the irradiation surface are preferably the following formulas (1) and (1): It is preferable to arrange them so as to satisfy the relationship (2).
M1 = f (s + D) / D Formula (1)
M2 = f (s + D) / s Formula (2)
(Where, s is the width of the slit, D is the length of the long side direction of the linear beam, and f is the focal length of the convex cylindrical lens or convex spherical lens.)
Thereby, the image in the slit is projected onto the irradiation surface by the convex cylindrical lens.
Since the image in the slit corresponds to the case of L = 0 in the formula (A4), no fringes due to diffraction occur at this position.
Accordingly, no stripes are generated on the irradiation surface onto which the slit image is projected.

第2の方法は、レーザ発振器から射出されたレーザ光をミラーにより所定角度傾斜した方向から入射し、第1の凸型球面レンズを通過させて非点収差により線状のレーザ光を形成し、その後スリットで該線状レーザ光のエネルギー密度の低い部分を遮断し、スリットにおける線状レーザ光の像を第2の凸型球面レンズを用いて投影できる位置に配置した照射面に照射することを特徴とするものであり、好ましくはスリットと第2の凸型球面レンズとの間隔(M1)及び第2の凸型球面レンズと照射面との間隔(M2)が下記式(1)及び式(2)の関係を満たすようにそれらを配置するのがよい。
M1=f(s+D)/D 式(1)
M2=f(s+D)/s 式(2)
(但し、前記式において、sはスリットの幅、Dは線状ビームの長辺方向の長さ、fは第2の凸型球面レンズの焦点距離である。)
In the second method, laser light emitted from a laser oscillator is incident from a direction inclined by a mirror by a mirror, passes through a first convex spherical lens, and forms linear laser light by astigmatism, After that, a portion where the energy density of the linear laser beam is low is blocked by the slit, and the irradiation surface arranged at a position where the image of the linear laser beam in the slit can be projected using the second convex spherical lens is irradiated. Preferably, the distance (M1) between the slit and the second convex spherical lens and the distance (M2) between the second convex spherical lens and the irradiation surface are the following formulas (1) and ( They should be arranged so as to satisfy the relationship of 2).
M1 = f (s + D) / D Formula (1)
M2 = f (s + D) / s Formula (2)
(Where, s is the width of the slit, D is the length of the long side direction of the linear beam, and f is the focal length of the second convex spherical lens.)

そして、レーザアニール装置も、レーザアニール方法と同様に2つに大別でき、第1のレーザアニール装置は、レーザ発振器、該発振器から射出されたレーザ光を通過させエネルギー密度の低い部分を遮断するスリット、及び該低い部分を遮断された該レーザ光の通過線上でスリットにできた像を照射面に投影する凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズを備えたことを特徴とするものであり、好ましくはスリットと凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズとの間隔(M1)、及び凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズと照射面との間隔(M2)が前記した式(1)及び式(2)の関係を満たすようにそれらを配置するのがよい。   The laser annealing apparatus can be roughly divided into two as in the laser annealing method. The first laser annealing apparatus passes a laser oscillator and a laser beam emitted from the oscillator and blocks a portion having a low energy density. It is characterized by comprising a slit, and a convex cylindrical lens or convex spherical lens that projects an image formed on the slit on the passing line of the laser light with the lower portion blocked, and is preferably a spherical surface lens. Is the distance (M1) between the slit and the convex cylindrical lens or the convex spherical lens, and the distance (M2) between the convex cylindrical lens or the convex spherical lens and the irradiation surface are the above-described expressions (1) and (2). It is better to arrange them to satisfy the relationship.

第2のレーザアニール装置は、レーザ発振器、該発振器から射出されたレーザ光を凸型球面レンズに導く所定角度傾斜させたミラー、該ミラーにより反射されたレーザ光を通過させ非点収差により線状レーザ光を形成する第1の凸型球面レンズ、該線状レーザ光のエネルギー密度の低い部分を遮断するスリット、及び該スリットにおける線状レーザ光の像を照射面に投影する第2の凸型球面レンズを備えたことを特徴とするものであり、好ましくは該スリットと該第2の凸型球面レンズとの間隔(M1)及び該第2の凸型球面レンズと該照射面との間隔(M2)が前記した式(1)及び式(2)の関係を満たすようにそれらを配置するのがよい。
The second laser annealing apparatus includes a laser oscillator, a mirror inclined at a predetermined angle that guides laser light emitted from the oscillator to a convex spherical lens, and a laser beam reflected by the mirror that passes through the linear shape due to astigmatism. A first convex spherical lens that forms laser light, a slit that blocks a low energy density portion of the linear laser light, and a second convex type that projects an image of the linear laser light in the slit onto the irradiation surface A spherical lens, and preferably an interval (M1) between the slit and the second convex spherical lens and an interval between the second convex spherical lens and the irradiation surface ( It is preferable to arrange them so that M2) satisfies the relationship of the above formulas (1) and (2).

本発明は、スリットを用いてレーザ光のエネルギー密度の低い部分を遮断し、該低い部分を遮断された該レーザ光の通過線上でスリットにできた像をレンズを用いて照射面に投影するものであり、それによりスリットにおける光の回折による干渉縞の出現を照射面において回避できる。
そのため照射面上に光の回折による干渉縞のない線状のレーザビームを照射することができ、非結晶質半導体膜の結晶化等において好適なレーザアニールを行うことができる。
また、本発明を利用することにより結晶性の均一なTFT等の半導体装置を簡便に製造することができる。
The present invention uses a slit to block a low-energy part of the laser beam, and projects an image formed on the slit on the passing line of the laser beam from which the low part is blocked onto the irradiation surface using a lens. Thus, the appearance of interference fringes due to light diffraction in the slit can be avoided on the irradiated surface.
Therefore, the irradiation surface can be irradiated with a linear laser beam having no interference fringes due to light diffraction, and suitable laser annealing can be performed in crystallization of an amorphous semiconductor film.
Further, by utilizing the present invention, a semiconductor device such as a TFT having uniform crystallinity can be easily manufactured.

以下において、本発明について、発明を実施するための最良の形態を含む実施の形態に関し説明するが、本発明は、それによって何ら限定されるものではなく特許請求の範囲の記載によって特定されるものであることはいうまでもない。
本発明は、前記したとおりの発明特定事項を有するものであり、その特徴を簡単にいえば、それはスリットを用いてレーザ光のエネルギー密度の低い部分を遮断し、その低い部分を遮断されたレーザ光の通過線上でスリットにできた像をレンズにより照射面に投影することである。
In the following, the present invention will be described with reference to embodiments including the best mode for carrying out the invention. However, the present invention is not limited thereby, and is specified by the description of the scope of claims. Needless to say.
The present invention has the invention-specific matters as described above, and its features are simply as follows. It uses a slit to block the low energy density portion of the laser beam, and the low portion of the laser beam is cut off. The image formed in the slit on the light passing line is projected onto the irradiation surface by the lens.

また、本発明は、前記したとおり凸型シリンドリカルレンズを用いる第1のレーザアニール方法と凸型球面レンズを用いる第2レーザアニール方法の2種の態様に大別することができ、
さらに、第1のレーザアニール方法には、図1、2に図示する実施例1の照射面に対してレーザ光が垂直入射する場合と、図3に図示する実施例2の同面に斜め入射する場合の2つの態様がある。
Further, as described above, the present invention can be broadly divided into two types, that is, a first laser annealing method using a convex cylindrical lens and a second laser annealing method using a convex spherical lens.
Further, in the first laser annealing method, the laser beam is perpendicularly incident on the irradiation surface of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 and the oblique incidence on the same surface of the second embodiment shown in FIG. There are two ways to do this.

そのスリットを入れる位置については、投影手段として用いるレンズの焦点距離、スリットの幅及び投影倍率により決まる。
スリットの位置は式(Az)においてL=0に相当するため、スリットにできた像をレンズを用いて転送し、完全に投影することができれば、高次の回折光を限りなく小さくすることができる。
したがって、前記スリット、レンズ及び照射面の位置関係が適切な位置でのみ回折による縞を照射面に伝達することなく、大粒径結晶領域を作製することが可能となる。
すなわち、線状レーザ光のエネルギー密度が不均一となる回折光による縞を照射面に形成することなく、レーザ照射を行うことができる。
The position where the slit is inserted is determined by the focal length of the lens used as the projection means, the width of the slit, and the projection magnification.
Since the position of the slit corresponds to L = 0 in the formula (Az), if the image formed in the slit can be transferred using a lens and projected completely, the higher-order diffracted light can be made as small as possible. it can.
Accordingly, it is possible to produce a large grain crystal region without transmitting a fringe due to diffraction to the irradiated surface only at an appropriate position of the slit, lens and irradiated surface.
In other words, laser irradiation can be performed without forming fringes due to diffracted light that makes the energy density of the linear laser light nonuniform.

本発明において使用するレーザ発振器については特に制限されることはなく、パルス発振あるいは連続発振のいずれのレーザ発振器も使用することができ、パルス発振のレーザ発振器としては、エキシマレーザ、YAGレーザあるいはYVO4レーザ等が例示でき、連続発振のレーザ発振器としてはArレーザ、YVO4レーザあるいはYAGレーザ等を例示できる。
本発明においては、レーザ発振器から射出されたレーザ光は、スリットに直進させてもよいが、レーザ発振器とスリットの間にミラーを配置し、レーザ光の進行方向を偏向してスリットに導くほうが光学調整が正確にできるので好ましい。
The laser oscillator used in the present invention is not particularly limited, and either a pulse oscillation or a continuous oscillation laser oscillator can be used. As a pulse oscillation laser oscillator, an excimer laser, a YAG laser, or a YVO 4 is used. Examples of the laser oscillator include an Ar laser, a YVO 4 laser, and a YAG laser.
In the present invention, the laser light emitted from the laser oscillator may travel straight to the slit. However, it is more optical to place a mirror between the laser oscillator and the slit to deflect the laser light traveling direction and guide it to the slit. This is preferable because the adjustment can be made accurately.

そのレーザ発振器に連続発振するレーザを用いると、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなって、該半導体膜を用いて形成されるTFTチャネル領域に入る粒界の数が減り、その結果キャリア移動度が高くなり、より高性能なデバイスの開発に利用でき好ましいが、特に固体レーザを用いると更にレーザ出力安定の点で好ましい。
また、CW(連続発振)レーザに用いられる固体のレーザ媒質から発振する波長は、一般的に赤から近赤外域であり、これらの波長域は半導体膜への吸収効率が低いため、非線形光学素子を用いて可視域以下の波長を持つ高調波に変換するのがよい。
なお、その際には大出力を得やすい近赤外の基本波を第二高調波であるグリーンのレーザビームに変換するのが最も変換効率が高くよい。
When a laser that oscillates continuously is used for the laser oscillator, the grain size of crystals formed in the semiconductor film increases, and the number of grain boundaries entering the TFT channel region formed using the semiconductor film decreases. As a result, the carrier mobility becomes high and can be used for the development of a higher-performance device. However, the use of a solid-state laser is particularly preferable in terms of stability of laser output.
Further, the wavelength oscillated from a solid laser medium used for a CW (continuous wave) laser is generally from red to the near-infrared region, and these wavelength regions have low absorption efficiency into a semiconductor film, and therefore, a nonlinear optical element. It is better to convert to a harmonic having a wavelength below the visible range using.
In this case, it is best to convert the near-infrared fundamental wave, which is easy to obtain a large output, into a green laser beam, which is the second harmonic, with the highest conversion efficiency.

本発明において使用するスリットについても特に制限されることはなく、スリットを通過した際にエネルギー密度の低い部分を遮断できれば各種の構造あるいは形状のものが使用でき、それには、反射体、吸収体あるいはプリズム等が例示できるが、耐久性の点で反射体が好ましい。
同じく使用する凸型シリンドリカルレンズについても特に制限されることはなく、一方向にのみ伸びる長尺状のビームを形成することができるものであれば、各種の構造あるいは形状のものが使用できる。
そのような凸型シリンドリカルレンズとしては、凸面が入射側、出射側のいずれか一方に形成されているものでもよく、両方に形成されているものでも勿論よいが、低収差、精度の点で入射側に凸面が形成されているものがよい。
The slit used in the present invention is not particularly limited, and various structures or shapes can be used as long as the portion having a low energy density can be blocked when passing through the slit. Although a prism etc. can be illustrated, a reflector is preferable at the point of durability.
Similarly, the convex cylindrical lens to be used is not particularly limited, and various structures or shapes can be used as long as a long beam extending only in one direction can be formed.
As such a convex cylindrical lens, a convex surface may be formed on either the incident side or the output side, or may be formed on both. Of course, it is incident in terms of low aberration and accuracy. What has the convex surface formed in the side is good.

本発明の第2のレーザアニール方法及び装置においては、第1のレーザアニール方法及び装置で使用する凸型シリンドリカルレンズではなく、凸型球面レンズを使用するものであり、凸型球面レンズはその場合にも特に制限されることはなく、スリットで形成された長尺状のレーザ光を照射面に投影できるものであれば各種の構造あるいは形状のものが使用でき、その凸面の形成形態については、凸型シリンドリカルレンズと同様に入射側、出射側のいずれか一方、あるいは両方に形成されていてもよい。
なお、本発明の第2のレーザアニール方法及び装置については、図4及び5に図示し、実施例3において詳述する。
In the second laser annealing method and apparatus of the present invention, a convex spherical lens is used instead of the convex cylindrical lens used in the first laser annealing method and apparatus. There is no particular limitation, and various structures or shapes can be used as long as the long laser beam formed by the slit can be projected onto the irradiation surface. Similarly to the convex cylindrical lens, it may be formed on one or both of the incident side and the emission side.
The second laser annealing method and apparatus of the present invention are shown in FIGS. 4 and 5 and will be described in detail in Example 3.

次に、本発明について、発明を実施するための最良の形態に関し、図1を用いて、その概要をまず説明する。
図1において、レーザ光は、CWあるいは繰り返し周波数が10MHz以上のモードロックパルス発振のレーザ発振器101から射出され、そのレーザ光はスリット102によってレーザ光のエネルギー密度が低い部分を遮断され、ミラー103によって半導体膜106の方向に偏向される。
Next, regarding the present invention, the outline of the best mode for carrying out the invention will be described first with reference to FIG.
In FIG. 1, laser light is emitted from a laser oscillator 101 of mode-locked pulse oscillation with CW or a repetition frequency of 10 MHz or more. The laser light is blocked by a slit 102 at a portion where the energy density of the laser light is low, and by a mirror 103. It is deflected in the direction of the semiconductor film 106.

その偏向されたレーザ光は一方向にのみ作用する凸型シリンドリカルレンズ(「発明を実施するための最良の形態」の欄における以下の記載及び実施例の記載においては、特に必要が無い限り、単に「シリンドリカルレンズ」という)104によって、スリット102の像を長尺状にして照射面である半導体膜106上に投影する。
そのシリンドリカルレンズは、前記したとおり一方向にのみ作用するものであるから、先のレーザ光はシリンドリカルレンズ104と90度回転した一方向にのみ作用するシリンドリカルレンズ105によって集光され、半導体膜106に照射される。
The deflected laser beam is a convex cylindrical lens that acts only in one direction (in the following description in the "Best Mode for Carrying Out the Invention" column and in the description of Examples, unless otherwise required, The image of the slit 102 is elongated and projected onto the semiconductor film 106 that is the irradiation surface.
Since the cylindrical lens acts only in one direction as described above, the previous laser light is condensed by the cylindrical lens 105 acting only in one direction rotated 90 degrees with the cylindrical lens 104 and is applied to the semiconductor film 106. Irradiated.

なお、その際には、シリンドリカルレンズ104は照射面における線状ビームの長辺方向にのみ作用し、シリンドリカルレンズ105は短辺方向にのみ作用するものである。
すなわち、シリンドリカルレンズ104によって長辺方向の長さを変更されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ105によっては長辺方向の長さが変化することはなく、短辺方向の長さのみが変化することになる。
In this case, the cylindrical lens 104 acts only in the long side direction of the linear beam on the irradiation surface, and the cylindrical lens 105 acts only in the short side direction.
That is, the laser light whose length in the long side direction is changed by the cylindrical lens 104 is not changed in length in the long side direction depending on the cylindrical lens 105, and only the length in the short side direction is changed. Become.

これらに関し、図2を用いて更に詳しく説明する。
この図2における番号についても図1で用いたものと共通の番号を使用する。
図2(a)は図1における上面図であり、そこでは照射面における線状ビームの長軸方向に作用する光路を示しており、図2(b)は、図1における側面図であり同ビームの短軸方向を示している。
レーザ発振器101から射出したレーザ光はスリット102によってレーザ光の一部を遮られ、レーザ光の強度が強い部分のみが通過する。
通過したレーザ光はシリンドリカルレンズ104によってスリット102でできた像を半導体膜106に投影するものである。
These will be described in more detail with reference to FIG.
The numbers in FIG. 2 are also the same as those used in FIG.
2 (a) is a top view in FIG. 1, showing an optical path acting in the major axis direction of the linear beam on the irradiation surface, and FIG. 2 (b) is a side view in FIG. The minor axis direction of the beam is shown.
The laser beam emitted from the laser oscillator 101 is partially blocked by the slit 102, and only a portion where the intensity of the laser beam is strong passes.
The laser beam that has passed through the cylindrical lens 104 projects an image formed by the slit 102 onto the semiconductor film 106.

ここで、本発明で採用するシリンドリカルレンズ104とスリット102及び照射面となる半導体膜106との間の位置関係について式を使用して詳しく説明する。
その際に使用する記号は以下のとおりである。
シリンドリカルレンズ104の焦点距離をfとし、スリット102の幅をsとする。
このとき、スリット102とシリンドリカルレンズ104との間隔をM1とし、シリンドリカルレンズ104と半導体膜106との間隔をM2とする。
また、照射面となる半導体膜106上での長辺方向の長さをDとする。
Here, the positional relationship between the cylindrical lens 104 employed in the present invention, the slit 102, and the semiconductor film 106 serving as an irradiation surface will be described in detail using equations.
The symbols used at that time are as follows.
The focal length of the cylindrical lens 104 is f, and the width of the slit 102 is s.
At this time, the interval between the slit 102 and the cylindrical lens 104 is M1, and the interval between the cylindrical lens 104 and the semiconductor film 106 is M2.
In addition, the length in the long side direction on the semiconductor film 106 to be the irradiation surface is D.

これら記号を使用すると、前記位置関係については次の2式が成り立つ。
s/D=M1/M2 式(a)
1/f=1/M1+1/M2 式(b)
さらに、これら2式より下記式の関係が成り立つ。
M1=f(s+D)/D 式(1)
M2=f(s+D)/s 式(2)
When these symbols are used, the following two expressions are established for the positional relationship.
s / D = M1 / M2 Formula (a)
1 / f = 1 / M1 + 1 / M2 Formula (b)
Furthermore, the relationship of the following formula is established from these two formulas.
M1 = f (s + D) / D Formula (1)
M2 = f (s + D) / s Formula (2)

したがって、これらの関係を満たす位置にスリット、シリンドリカルレンズ、照射面を配置することで、回折による光の強弱は半導体膜に伝達されなくなる。
これにより、結晶性不良領域を形成することがほとんどないレーザ照射が可能となり、これらの関係を満たすことは好ましい。
さらに、シリンドリカルレンズの代わりに同じ焦点距離fを持つ凸型球面レンズを使ってもよい。
なお、その際には凸型球面レンズは線状ビームの短辺方向にも作用するため、それを補償するレンズを加えて使用するのがよい。
Therefore, by arranging the slit, the cylindrical lens, and the irradiation surface at a position that satisfies these relationships, the intensity of light due to diffraction is not transmitted to the semiconductor film.
As a result, it is possible to perform laser irradiation that hardly forms a poorly crystalline region, and it is preferable to satisfy these relationships.
Furthermore, instead of the cylindrical lens, a convex spherical lens having the same focal length f may be used.
In this case, since the convex spherical lens also acts in the short side direction of the linear beam, it is preferable to add a lens that compensates for it.

そして、本発明においては、前記に加えてシリンドリカルレンズを用いることなく、凸型球面レンズを用いる図4及び図5に図示する第2レーザアニール方法もあるが、その場合にも同様の関係が成り立つ。
すなわち、実施例3において述べるように、スリット404、第2の凸型球面レンズ405及び半導体膜406の位置関係について同様の関係が成り立つ。
具体的には、スリット404と第2の凸型球面レンズ405との間隔(M1)、第2の凸型球面レンズ405と半導体膜406との間隔(M2)の位置関係には、前記式(1)及び(2)の関係が成り立つ。
但し、その場合には前記式においてfは第2の凸型球面レンズの焦点距離である。
In the present invention, there is also the second laser annealing method shown in FIGS. 4 and 5 that uses a convex spherical lens without using a cylindrical lens in addition to the above, but the same relationship also holds in that case. .
That is, as described in Embodiment 3, the same relationship holds for the positional relationship among the slit 404, the second convex spherical lens 405, and the semiconductor film 406.
Specifically, the positional relationship between the distance (M1) between the slit 404 and the second convex spherical lens 405 and the distance (M2) between the second convex spherical lens 405 and the semiconductor film 406 is expressed by the above formula ( The relations 1) and (2) hold.
In this case, however, f is the focal length of the second convex spherical lens in the above equation.

続いて、図1に基づいて、本発明によるレーザアニールについて説明にする。
照射面となる半導体膜106を成膜したガラス基板107を、100〜1000mm/secの速度で移動させることができるXステージ108及びYステージ109上に設置し、レーザ発振器101から射出されたレーザ光を照射しながら適切な速度にて走査移動させることにより、本発明では基板全面に大粒径結晶を作製するものである。
本発明者らの経験から予想される最適な走査速度は、400mm/sec前後である。
このような手法で大粒径結晶を形成した半導体膜は、その後周知の手段を使用することによりTFTを作製することができ、高速デバイスを作製することができる。
Next, laser annealing according to the present invention will be described with reference to FIG.
A laser beam emitted from a laser oscillator 101 is set on an X stage 108 and a Y stage 109 on which a glass substrate 107 on which a semiconductor film 106 to be an irradiation surface is formed can be moved at a speed of 100 to 1000 mm / sec. In the present invention, large-grain crystals are formed on the entire surface of the substrate by scanning and moving at an appropriate speed while irradiating.
The optimum scanning speed expected from the inventors' experience is around 400 mm / sec.
A semiconductor film in which a crystal having a large grain size is formed by such a method can be used to manufacture a TFT by using well-known means, and a high-speed device can be manufactured.

以下において、本発明に関し実施例1ないし5を挙げて更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によってなんら限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって特定されるものであることはいうまでもない。
まず、モードロックパルスレーザとシリンドリカルレンズ2枚を用いて垂直入射した場合について実施例1として以下に示す。
In the following, the present invention will be described in more detail with reference to Examples 1 to 5. However, the present invention is not limited by these Examples, and is specified by the description of the scope of claims. Needless to say.
First, a case in which vertical incidence is performed using a mode-locked pulse laser and two cylindrical lenses will be described below as Example 1.

[モードロックパルスレーザとシリンドリカルレンズ2枚を用いた垂直入射の実施例]
この実施例1は、第1のレーザアニール方法及び装置の実施例であって、かつ強度の弱い部分を遮断されたレーザ光を照射面に垂直入射する実施例であり、これに関し再度図1を用いて説明する。
この実施例においては、レーザ発振器101は、出力10W,繰り返し周波数80MHz、パルス幅10psec、波長532nm、ビーム径2.25mm、ビーム品質TEM00のモードロックパルスレーザ発振器を用いた。
[Example of normal incidence using a mode-locked pulse laser and two cylindrical lenses]
The first embodiment is an embodiment of the first laser annealing method and apparatus, and is an embodiment in which a laser beam with a low intensity portion cut off is perpendicularly incident on the irradiation surface. It explains using.
In this embodiment, the laser oscillator 101 is a mode-locked pulse laser oscillator having an output of 10 W, a repetition frequency of 80 MHz, a pulse width of 10 psec, a wavelength of 532 nm, a beam diameter of 2.25 mm, and a beam quality TEM 00 .

そこから射出したレーザ光は、スリット102によってレーザ光のエネルギー密度が低い部分を遮断され、ミラー103によってガラス基板107上に成膜された半導体膜106に対して垂直方向に偏向される。
前記半導体膜106は、厚さ0.7mmのガラス基板107上にCVD装置を用いてa−Si膜を厚さ660Åに成膜した後に、該a−Si膜のレーザビームに対する耐性を向上させるために500度の窒素雰囲気下で1時間の炉アニールを行ったものを使用した。
なお、前記スリット102の間隔は0.8mmとした。
The laser light emitted therefrom is blocked by the slit 102 at a portion where the energy density of the laser light is low, and is deflected in the vertical direction by the mirror 103 with respect to the semiconductor film 106 formed on the glass substrate 107.
In order to improve the resistance of the a-Si film to the laser beam after forming the a-Si film on the glass substrate 107 having a thickness of 0.7 mm to a thickness of 660 mm using a CVD apparatus. In addition, a furnace annealed in a nitrogen atmosphere of 500 degrees for 1 hour was used.
The interval between the slits 102 was 0.8 mm.

前記偏向されたレーザ光は、一方向にのみ作用するシリンドリカルレンズ104によって、スリット102の像を照射面である半導体膜106上に垂直に投影する。
さらに、レーザ光はシリンドリカルレンズ104と凸面が90度回転した同じく一方向にのみ作用するシリンドリカルレンズ105によって集光され、半導体膜106に照射される。
そのため、シリンドリカルレンズ104は照射面における線状ビームの長辺方向にのみ作用し、シリンドリカルレンズ105は短辺方向にのみ作用することになる。
なお、照射面となる半導体膜106上に整形する線状ビームの長辺方向の長さは0.2mmとし、前記シリンドリカルレンズ104及び105は、焦点距離がそれぞれ150mm及び20mmのものを用いた。
The deflected laser light vertically projects an image of the slit 102 onto the semiconductor film 106 that is an irradiation surface by a cylindrical lens 104 that acts only in one direction.
Further, the laser light is condensed by the cylindrical lens 104 and the cylindrical lens 105 that acts only in one direction with the convex surface rotated 90 degrees, and is irradiated to the semiconductor film 106.
Therefore, the cylindrical lens 104 acts only in the long side direction of the linear beam on the irradiation surface, and the cylindrical lens 105 acts only in the short side direction.
In addition, the length of the long side direction of the linear beam shaped on the semiconductor film 106 used as an irradiation surface was 0.2 mm, and the cylindrical lenses 104 and 105 having focal lengths of 150 mm and 20 mm, respectively, were used.

また、この実施例1では、超短パルスのレーザ光を用いているため、ガラス基板裏面からの反射光と入射光との光の干渉の影響を受けることがなく、半導体膜106上において結晶性の大きなばらつきが生ずることを回避できる。
すなわち、この2つの光による干渉の影響を受けた場合、レーザ光の強弱が縞となって現れ、アニール後の半導体膜106上に結晶のばらつきが大きく生じる。
これに関し、以下において更に言及する。
Further, in the first embodiment, since an ultrashort pulse laser beam is used, there is no influence of light interference between the reflected light from the back surface of the glass substrate and the incident light, and the crystallinity is formed on the semiconductor film 106. Can be avoided.
That is, when affected by the interference of these two lights, the intensity of the laser light appears as a stripe, and the crystal variation greatly occurs on the semiconductor film 106 after annealing.
This will be further discussed below.

前記したとおり該実施例1におけるレーザ光のパルス幅は10psecであり、1パルスのレーザ光がその間に進む距離は3mm程度である。
この実施例ではガラス基板107は、厚さが0.7mmのものを使用しており、その結果入射光がガラス基板107の裏面で反射し、再びガラス基板107の表面に戻ってくるまでの距離は1.4mmとなり、入射光とガラス基板107の裏面からの反射光が同時に半導体膜106内に混在する時間は、パルス幅の約半分程度である。
そのため、この実施例1では、光の干渉の影響を大きく受けることなくレーザアニールを行うことが可能となる。
As described above, the pulse width of the laser light in Example 1 is 10 psec, and the distance traveled by one pulse of laser light is about 3 mm.
In this embodiment, a glass substrate 107 having a thickness of 0.7 mm is used. As a result, the distance from which incident light is reflected by the back surface of the glass substrate 107 and returns to the surface of the glass substrate 107 again. Is 1.4 mm, and the time during which incident light and reflected light from the back surface of the glass substrate 107 are simultaneously mixed in the semiconductor film 106 is about half of the pulse width.
Therefore, in Example 1, laser annealing can be performed without being greatly affected by light interference.

本発明では、シリンドリカルレンズ104とスリット102及び照射面となる半導体膜106との間の位置関係は、前記式(1)及び(2)を満たすことが好ましいことから、それを満たすために本実施例1においてもそれら位置関係は以下の通りとした。
前記したとおりシリンドリカルレンズ104の焦点距離150mm、スリットの幅0.8mm、照射面となる半導体膜106上に整形する線状ビームの長辺方向の長さ0.2mmであるから、それらに基づいて前記(1)及び(2)を満たすために必要なスリット102とシリンドリカルレンズ104との間隔(M1)及びシリンドリカルレンズ104と半導体膜106との間隔(M2)を求めた。
In the present invention, since the positional relationship between the cylindrical lens 104, the slit 102, and the semiconductor film 106 serving as an irradiation surface preferably satisfies the above formulas (1) and (2), the present embodiment is implemented to satisfy this. In Example 1, the positional relationship was as follows.
As described above, the focal length of the cylindrical lens 104 is 150 mm, the slit width is 0.8 mm, and the length of the linear beam to be shaped on the semiconductor film 106 to be irradiated is 0.2 mm in the long side direction. The distance (M1) between the slit 102 and the cylindrical lens 104 and the distance (M2) between the cylindrical lens 104 and the semiconductor film 106 necessary to satisfy the above (1) and (2) were obtained.

その結果は、以下の通りとなる。
M1=f(s+D)/D=150×(0.8+0.2)/0.2=750mm
M2=f(s+D)/s=150×(0.8+0.2)/0.8=187.5mm
したがって、本実施例においては、これらの関係を満たす位置にスリット102、シリンドリカルレンズ104、照射面106を配置した。
The result is as follows.
M1 = f (s + D) / D = 150 × (0.8 + 0.2) /0.2=750 mm
M2 = f (s + D) / s = 150 × (0.8 + 0.2) /0.8=187.5 mm
Therefore, in this embodiment, the slit 102, the cylindrical lens 104, and the irradiation surface 106 are disposed at positions that satisfy these relationships.

このように配置して、モードロックパルスレーザを放射し照射面である半導体膜上に照射したところ、回折による縞は伝達されなくなり、レーザ光が均一に照射され大粒径結晶領域の幅が0.2mmで、結晶性不良領域が形成されることなく大粒径結晶がむら無く均一に形成された。
その結果、本実施例1では結晶性不良領域がほとんど形成されないレーザ照射が可能となった。
When the mode-locked pulse laser is emitted in this manner and irradiated onto the semiconductor film which is the irradiation surface, the fringes due to diffraction are not transmitted, and the laser light is uniformly irradiated and the width of the large grain crystal region is 0. At 2 mm, large-grained crystals were formed uniformly without uneven crystallinity regions.
As a result, in Example 1, it was possible to perform laser irradiation in which almost no poor crystallinity region was formed.

また、本実施例において、半導体膜106を成膜したガラス基板107を、Xステージ108及びYステージ109上に設置し、400mm/secの速度で走査移動させることにより基板全面に大粒径結晶を作製できた。
このような手法で大粒径結晶を形成した半導体膜は、その後周知の手段を使用することによりTFTを作製することができ、高速デバイスを作製することができる。
In this embodiment, the glass substrate 107 on which the semiconductor film 106 is formed is placed on the X stage 108 and the Y stage 109, and is scanned and moved at a speed of 400 mm / sec. I was able to make it.
A semiconductor film in which a crystal having a large grain size is formed by such a method can be used to manufacture a TFT by using well-known means, and a high-speed device can be manufactured.

[CWレーザとシリンドリカルレンズ2枚を用いた斜め入射の実施例]
この実施例2も第1のレーザアニール方法及び装置の実施例であり、この実施例においても実施例1と同様にシリンドルカルレンズを用いているが、レーザ発振器に実施例1とは異なるCWレーザを用いており、それに伴って実施例1とは異なる態様となっている。
すなわち、この実施例2は、第1のレーザアニール方法及び装置の実施例ではあるが、実施例1とは別な態様のものであって、エネルギー密度の低い部分を遮断されたレーザ光は照射面に斜めに入射するものであり、この実施例2に関し図3を用いてまず説明する。
[An example of oblique incidence using a CW laser and two cylindrical lenses]
Example 2 is also an example of the first laser annealing method and apparatus. In this example as well, a cylindrical lens is used similarly to Example 1, but the CW different from that of Example 1 is used for the laser oscillator. A laser is used, which is different from the first embodiment.
That is, the second embodiment is an embodiment of the first laser annealing method and apparatus, but is different from the first embodiment, and is irradiated with a laser beam whose portion having a low energy density is cut off. The light is incident obliquely on the surface, and the second embodiment will be described first with reference to FIG.

本実施例においては、レーザ発振器301は、出力10W、波長532nm、ビーム径2.25mm、ビーム品質TEM00のCWレーザ発振器を用いた。
そこから射出したレーザ光は、スリット302によってレーザ光のエネルギー密度が低い部分を遮断され、ミラー303によってガラス基板307上に成膜された半導体膜306の面に対して斜めの方向に偏向される。
前記半導体膜306は、厚さ0.7mmのガラス基板307上にCVD装置を用いてa−Si膜を厚さ660Åに成膜した後に、該a−Si膜のレーザビームに対する耐性を向上させるために500度の窒素雰囲気下で1時間の炉アニールを行ったものを使用した。
なお、前記スリット302の間隔は0.8mmとする。
In this embodiment, the laser oscillator 301 is a CW laser oscillator having an output of 10 W, a wavelength of 532 nm, a beam diameter of 2.25 mm, and a beam quality TEM 00 .
The laser light emitted therefrom is blocked by the slit 302 at a portion where the energy density of the laser light is low, and is deflected in a direction oblique to the surface of the semiconductor film 306 formed on the glass substrate 307 by the mirror 303. .
The semiconductor film 306 is formed in order to improve the resistance of the a-Si film to a laser beam after the a-Si film is formed on the glass substrate 307 having a thickness of 0.7 mm to a thickness of 660 mm using a CVD apparatus. In addition, a furnace annealed in a nitrogen atmosphere of 500 degrees for 1 hour was used.
The interval between the slits 302 is 0.8 mm.

その偏向されたレーザ光は、一方向にのみ作用するシリンドリカルレンズ304によって、スリット302の像を照射面である半導体膜306上に斜めに投影する。
さらに、レーザ光はシリンドリカルレンズ304と90度回転した同じく一方向にのみ作用するシリンドリカルレンズ305によって集光され、半導体膜306に照射される。 そのため、シリンドリカルレンズ304は照射面における線状ビームの長辺方向にのみ作用し、シリンドリカルレンズ305は短辺方向にのみ作用する。
なお、照射面となる半導体膜106上に整形する線状ビームの長辺方向の長さは0.2mmとし、前記シリンドリカルレンズ304及び305は、焦点距離がそれぞれ150m及び20mmのものを用いた。
The deflected laser light obliquely projects the image of the slit 302 onto the semiconductor film 306 that is the irradiation surface by the cylindrical lens 304 that acts only in one direction.
Further, the laser light is condensed by the cylindrical lens 305 that rotates 90 degrees with the cylindrical lens 304 and acts only in one direction, and is irradiated onto the semiconductor film 306. Therefore, the cylindrical lens 304 acts only in the long side direction of the linear beam on the irradiation surface, and the cylindrical lens 305 acts only in the short side direction.
Note that the length of the linear beam shaped on the semiconductor film 106 serving as the irradiation surface is 0.2 mm in length, and the cylindrical lenses 304 and 305 have focal lengths of 150 m and 20 mm, respectively.

本発明では、シリンドリカルレンズ304とスリット302及び照射面となる半導体膜306との間の位置関係は、前記式(1)及び(2)を満たすことが好ましいことから、それを満たすために本実施例2においてもそれら位置関係は以下の通りとした。
すなわち、シリンドリカルレンズ304の焦点距離150mm、スリットの幅0.8mm、照射面となる半導体膜306上に整形する線状ビームの長辺方向の長さ0.2mmであるから、それらに基づいて前記(1)及び(2)を満たすために必要なスリット302とシリンドリカルレンズ304との間隔(M1)及びシリンドリカルレンズ304と半導体膜306との間隔(M2)を実施例1の場合と同様に求めた。
In the present invention, the positional relationship between the cylindrical lens 304, the slit 302, and the semiconductor film 306 serving as an irradiation surface preferably satisfies the above formulas (1) and (2). In Example 2, the positional relationship was as follows.
That is, the focal length of the cylindrical lens 304 is 150 mm, the slit width is 0.8 mm, and the length of the linear beam shaped on the semiconductor film 306 to be the irradiation surface is 0.2 mm in the long side direction. The distance (M1) between the slit 302 and the cylindrical lens 304 and the distance (M2) between the cylindrical lens 304 and the semiconductor film 306 necessary to satisfy (1) and (2) were obtained in the same manner as in Example 1. .

その結果は、実施例1の場合と同様であり、下記のとおりとなる。
M1=f(s+D)/D=150×(0.8+0.2)/0.2=750mm
M2=f(s+D)/s=150×(0.8+0.2)/0.8=187.5mm
したがって、本実施例においては、これらの関係を満たす位置にスリット、シリンドリカルレンズ及び照射面を配置した。
このように配置して、CWレーザを放射し照射面である半導体膜上に照射したところ、回折による縞は伝達されなくなり、レーザ光が均一に照射され大粒径結晶領域の幅が0.2mmで、結晶性不良領域が形成されることなく大粒径結晶が均一に形成された。
その結果、本実施例2では結晶性不良領域がほとんど形成されないレーザ照射が可能となった。
The result is the same as that of Example 1, and is as follows.
M1 = f (s + D) / D = 150 × (0.8 + 0.2) /0.2=750 mm
M2 = f (s + D) / s = 150 × (0.8 + 0.2) /0.8=187.5 mm
Therefore, in this embodiment, the slit, the cylindrical lens, and the irradiation surface are arranged at a position that satisfies these relationships.
When the semiconductor film which is the irradiation surface is irradiated with the CW laser emitted in this manner, the fringes due to diffraction are not transmitted, the laser beam is uniformly irradiated, and the width of the large grain crystal region is 0.2 mm. As a result, large grain crystals were uniformly formed without formation of poor crystallinity regions.
As a result, in Example 2, it was possible to perform laser irradiation in which almost no poor crystallinity region was formed.

そして、この実施例2においては、レーザ発振器はCWレーザを用いており、そのためガラス基板307の裏面からの反射光と、レーザ入射光とが半導体膜306上で干渉することを避けるために、反射光と入射光が半導体膜306上で重なり合わないように、レーザ光を半導体膜306に対してある一定の角度以上を持って入射させる必要がある。
その際には、レーザ光の入射方向におけるビームスポットの長さをl、レーザ光の入射角度をθ、ガラス基板の厚さをdとすると、レーザ光の入射角度は下記式を満たすようにするのが好ましく、本実施例では前記入射角度θを20度とした。
In the second embodiment, the laser oscillator uses a CW laser. Therefore, in order to avoid interference between the reflected light from the back surface of the glass substrate 307 and the laser incident light on the semiconductor film 306, the reflected light is reflected. In order to prevent light and incident light from overlapping on the semiconductor film 306, the laser light needs to be incident on the semiconductor film 306 at a certain angle or more.
In this case, assuming that the length of the beam spot in the laser light incident direction is l, the laser light incident angle is θ, and the thickness of the glass substrate is d, the laser light incident angle satisfies the following formula. In this embodiment, the incident angle θ is set to 20 degrees.

Figure 2005311346
なお、本実施例は、この点において実施例1とは異なっており、この点は本実施例の特徴点ともなっているが、逆にこの点の存在ゆえに第1のレーザアニール方法であるにもかかわらず、実施例1とは別の態様となっている。
Figure 2005311346
The present embodiment is different from the first embodiment in this point, and this point is also a feature point of the present embodiment. However, this point is also the first laser annealing method due to the existence of this point. Regardless, the embodiment is different from the first embodiment.

また、本実施例において、半導体膜306を成膜したガラス基板307を、Xステージ308及びYステージ309上に設置し、400mm/secの速度で走査移動させることにより基板全面に大粒径結晶を作製できた。
このような手法で大粒径結晶を形成した半導体膜は、その後周知の手段を使用することによりTFTを作製することができ、高速デバイスを作製することができる。
In this embodiment, the glass substrate 307 on which the semiconductor film 306 is formed is placed on the X stage 308 and the Y stage 309 and scanned at a speed of 400 mm / sec. I was able to make it.
A semiconductor film in which a crystal having a large grain size is formed by such a method can be used to manufacture a TFT by using well-known means, and a high-speed device can be manufactured.

[モードロックパルスレーザと凸型球面レンズ2枚を用いた斜め入射の実施例]
この実施例3は、シリンドルカルレンズに代わって、凸型球面レンズを用いる第2のレーザアニール方法及び装置の実施例であり、これについて図4を用いて説明する。
本実施例においては、レーザ発振器401は、出力10W、繰り返し周波数80MHz、パルス幅10psec、波長532nm、ビーム径2.25mm、ビーム品質TEM00のモードロックパルスレーザ発振器401を用いた。
そこから射出したレーザ光は、まずミラー402によって偏向される。
[An example of oblique incidence using a mode-locked pulse laser and two convex spherical lenses]
The third embodiment is an embodiment of the second laser annealing method and apparatus using a convex spherical lens instead of the cylindrical lens, which will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the laser oscillator 401 is a mode-locked pulse laser oscillator 401 having an output of 10 W, a repetition frequency of 80 MHz, a pulse width of 10 psec, a wavelength of 532 nm, a beam diameter of 2.25 mm, and a beam quality TEM 00 .
Laser light emitted therefrom is first deflected by the mirror 402.

その偏向されたレーザ光は、焦点距離20mmの第1の凸型球面レンズ403に斜め方向より入射することで、レンズの非点収差によりスリット404上において線状となる。
この線状となったレーザ光のスポットサイズは、短軸方向に0.04mm、長軸方向に1mmである。
そのスリット404の間隔を長軸方向に0.8mmとし、このスリットにより線状ビームの両端のエネルギー密度が低い部分を遮断する。
その遮断されたレーザ光を焦点距離40mmの第2の凸型球面レンズ405を用いて半導体膜406上に4分の1の大きさで縮小投影し、半導体膜406上において短軸10μm、長軸200μmの線状ビームを形成する。
The deflected laser light is incident on the first convex spherical lens 403 having a focal length of 20 mm from an oblique direction, and becomes linear on the slit 404 due to astigmatism of the lens.
The spot size of the linear laser beam is 0.04 mm in the minor axis direction and 1 mm in the major axis direction.
The interval between the slits 404 is set to 0.8 mm in the major axis direction, and the slits block portions having low energy density at both ends of the linear beam.
The blocked laser light is reduced and projected onto the semiconductor film 406 by a quarter size using a second convex spherical lens 405 having a focal length of 40 mm, and a short axis of 10 μm and a long axis are projected on the semiconductor film 406. A 200 μm linear beam is formed.

これらに関し、実施例3の光学系の概略図を示す図5を用いて更に詳しく説明する。
この図5における番号についても図4で用いたものと共通の番号を使用する。
図5(a)は図4における上面図であり、そこでは照射面における線状ビームの長軸方向に作用する光路を示しており、図5(b)は、図4における側面図であり同ビームの短軸方向を示している。
前記照射面に配置される前記半導体膜406は、厚さ0.7mmのガラス基板407上にCVD装置を用いてa−Si膜を厚さ660Åに成膜した後に、該a−Si膜のレーザビームに対する耐性を向上させるために、予め500度の窒素雰囲気下で1時間の炉アニールを行ったものを使用した。
These will be described in more detail with reference to FIG. 5 showing a schematic diagram of the optical system of Example 3.
The numbers in FIG. 5 are also the same as those used in FIG.
FIG. 5 (a) is a top view in FIG. 4, in which an optical path acting in the major axis direction of the linear beam on the irradiation surface is shown, and FIG. 5 (b) is a side view in FIG. The minor axis direction of the beam is shown.
The semiconductor film 406 disposed on the irradiation surface is formed by forming an a-Si film on a glass substrate 407 having a thickness of 0.7 mm to a thickness of 660 mm using a CVD apparatus, and then lasing the a-Si film. In order to improve the resistance to the beam, a furnace annealed for one hour in a nitrogen atmosphere of 500 degrees was used.

本実施例では、前記したとおり超短パルスのレーザ光を用いており、その結果ガラス基板裏面からの反射光と入射光との光の干渉による悪影響を受けることはない。
なお、この光の干渉の影響を受けた場合、レーザ光の強弱が縞となって現れ、アニール後の半導体膜406上に結晶のばらつきが大きく生じる。
この実施例における、前記光の干渉に関し、詳述すると以下のとおりである。
本実施例においては、レーザ光のパルス幅は10psecであることから、1パルスのレーザ光が10psecの間に進む距離は3mm程度である。
In the present embodiment, as described above, the ultrashort pulse laser beam is used, and as a result, there is no adverse influence caused by the interference of the reflected light from the back surface of the glass substrate and the incident light.
Note that when affected by the interference of light, the intensity of the laser beam appears as a stripe, and the crystal variation greatly occurs on the semiconductor film 406 after annealing.
The light interference in this embodiment will be described in detail as follows.
In this embodiment, since the pulse width of the laser beam is 10 psec, the distance traveled by one pulse of laser beam during 10 psec is about 3 mm.

また、本実施例では、ガラス基板407の厚さは0.7mmとしており、入射光がガラス基板407の裏面で反射し、再びガラス基板407の表面に戻ってくるまでの距離は1.4mmであり、入射光とガラス基板407の裏面からの反射光が同時に半導体膜406内に混在する時間は、パルス幅の約半分程度である。
そのため光の干渉の影響を大きく受けることなくレーザアニールが可能となる。
In this embodiment, the thickness of the glass substrate 407 is 0.7 mm, and the distance until the incident light is reflected by the back surface of the glass substrate 407 and returns to the surface of the glass substrate 407 is 1.4 mm. In addition, the time during which the incident light and the reflected light from the back surface of the glass substrate 407 are simultaneously mixed in the semiconductor film 406 is about half of the pulse width.
Therefore, laser annealing can be performed without being greatly affected by light interference.

本発明の第2のレーザアニール方法及び装置においては、第2の凸型球面レンズ405とスリット404、及び第2の凸型球面レンズ405と照射面となる半導体膜406との間の位置関係は、前記したとおり前記した式(1)及び(2)を満たすことが好ましいことから、それを満たすために本実施例3においてもそれら位置関係は以下の通りとした。
前記したとおり第2の凸型球面レンズ405の焦点距離40mm、スリットの幅は0.8mm、照射面となる半導体膜406上で整形したい線状ビームの長辺方向の長さ0.2mmであるから、それらに基づいて前記した式(1)及び(2)を満たすために必要なスリット404と第2の凸型球面レンズ405の間隔(M1)及び第2の凸型球面レンズ405と半導体膜406の間隔(M2)を実施例1及び実施例2の場合と同様に求めた。
In the second laser annealing method and apparatus of the present invention, the positional relationship between the second convex spherical lens 405 and the slit 404 and between the second convex spherical lens 405 and the semiconductor film 406 serving as an irradiation surface is as follows. As described above, since it is preferable to satisfy the above-described formulas (1) and (2), in order to satisfy this, the positional relationship in Example 3 is as follows.
As described above, the focal length of the second convex spherical lens 405 is 40 mm, the slit width is 0.8 mm, and the length of the linear beam to be shaped on the semiconductor film 406 to be the irradiation surface is 0.2 mm in the long side direction. Accordingly, based on them, the distance (M1) between the slit 404 and the second convex spherical lens 405 and the second convex spherical lens 405 and the semiconductor film necessary to satisfy the above-mentioned formulas (1) and (2) The interval (M2) of 406 was determined in the same manner as in the case of Example 1 and Example 2.

その結果は、下記のとおりとなる。
M1=f(s+D)/D=40×(0.8+0.2)/0.2=200mm
M2=f(s+D)/s=40×(0.8+0.2)/0.8=50mm
したがって、本実施例においては、これらの関係を満たす位置にスリット、第2の凸型球面レンズ及び照射面を配置した。
The result is as follows.
M1 = f (s + D) / D = 40 × (0.8 + 0.2) /0.2=200 mm
M2 = f (s + D) / s = 40 × (0.8 + 0.2) /0.8=50 mm
Therefore, in the present embodiment, the slit, the second convex spherical lens, and the irradiation surface are arranged at positions satisfying these relationships.

このように配置して、モードロックパルスレーザを放射し照射面である半導体膜上に照射したところ、回折による縞は伝達されなくなり、レーザ光が均一に照射され大粒径結晶領域の幅が0.2mmで、結晶性不良領域が形成されることなく大粒径結晶がむら無く均一に形成された。
その結果、本実施例3では結晶性不良領域がほとんど形成されないレーザ照射が可能となった。
When the mode-locked pulse laser is emitted in this manner and irradiated onto the semiconductor film which is the irradiation surface, the fringes due to diffraction are not transmitted, and the laser light is uniformly irradiated and the width of the large grain crystal region is 0. At 2 mm, large-grained crystals were formed uniformly without uneven crystallinity regions.
As a result, in Example 3, it was possible to perform laser irradiation in which almost no poor crystallinity region was formed.

また、本実施例においても、半導体膜406を成膜したガラス基板407を、Xステージ408及びYステージ409上に設置し、400mm/secの速度で線状ビームの短辺方向に走査移動させることにより基板全面に大粒径結晶を作製できた。
このような手法で大粒径結晶を形成した半導体膜は、その後周知の手段を使用することによりTFTを作製することができ、高速デバイスを作製することができる。
Also in this embodiment, the glass substrate 407 on which the semiconductor film 406 is formed is placed on the X stage 408 and the Y stage 409, and scanned and moved in the short side direction of the linear beam at a speed of 400 mm / sec. As a result, large grain crystals could be produced on the entire surface of the substrate.
A semiconductor film in which a crystal having a large grain size is formed by such a method can be used to manufacture a TFT by using well-known means, and a high-speed device can be manufactured.

本実施例4では、上記実施の形態又は実施例で示したレーザ照射方法を用いて、半導体膜の結晶化を行った場合の実施例であり、これについて以下に説明する。
また、比較例として従来のレーザ照射方法を用いて結晶化を行った場合も示す。
本実施例においては、上記実施例1と同様に第1のレーザアニール方法及び装置を用い(図1参照)、かつ強度の弱い部分を遮断したレーザ光を照射面に垂直入射する方法を用いた。
Example 4 is an example in which the semiconductor film is crystallized using the laser irradiation method described in the above embodiment mode or examples, and this will be described below.
In addition, as a comparative example, a case where crystallization is performed using a conventional laser irradiation method is also shown.
In this example, the first laser annealing method and apparatus were used in the same manner as in Example 1 (see FIG. 1), and a method in which a laser beam with a low intensity cut off was perpendicularly incident on the irradiation surface was used. .

ここでは、レーザ発振器として、出力10W、繰り返し周波数80MHz、パルス幅10psec、波長532nm、ビーム径1.00mm、ビーム品質TEM00のモードロックパルスレーザ発振器を用いた。
結晶化を行う半導体膜は、厚さ0.7mmのガラス基板上にCVD装置を用いてa−Si膜を厚さ66nmに成膜した後、窒素雰囲気下で500℃、1時間の熱処理を行ったものを使用した。
なお、熱処理は当該a−Si膜のレーザビームに対する耐性を向上させるために行った。
Here, a mode-locked pulse laser oscillator having an output of 10 W, a repetition frequency of 80 MHz, a pulse width of 10 psec, a wavelength of 532 nm, a beam diameter of 1.00 mm, and a beam quality TEM 00 was used as the laser oscillator.
As a semiconductor film to be crystallized, an a-Si film is formed on a glass substrate having a thickness of 0.7 mm to a thickness of 66 nm using a CVD apparatus, and then a heat treatment is performed at 500 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. Used.
Note that the heat treatment was performed in order to improve the resistance of the a-Si film to the laser beam.

その際に用いるレーザ照射装置の光学系の構成は実施例1と同様とし、レーザ発振器から射出されたレーザ光を、スリットを通過させ、それぞれ一方向のみに作用する第1のシリンドリカルレンズと第2のシリンドリカルレンズを介して半導体膜表面に垂直に照射させた。
なお、第1のシリンドリカルレンズは照射面における線状ビームの長辺方向にのみ作用し、第2のシリンドリカルレンズは短辺方向にのみ作用するものとする。
The configuration of the optical system of the laser irradiation apparatus used at that time is the same as that of the first embodiment, and the laser beam emitted from the laser oscillator passes through the slit and acts in only one direction, respectively. The surface of the semiconductor film was irradiated vertically through a cylindrical lens.
Note that the first cylindrical lens acts only in the long side direction of the linear beam on the irradiation surface, and the second cylindrical lens acts only in the short side direction.

そのスリットの幅、スリットと第1のシリンドリカルレンズとの間隔、第1のシリンドリカルレンズと半導体膜との間隔が上記実施の形態で示した式(1)及び式(2)を満たすように配置した。
ここでは、スリットの間隔を0.8mmとし、前記第1のシリンドリカルレンズと第2のシリンドリカルレンズとして、焦点距離がそれぞれ150mm及び20mmのものを用い、半導体膜上に照射されたビームスポットの長辺方向の長さを250μmとした。
The slit width, the distance between the slit and the first cylindrical lens, and the distance between the first cylindrical lens and the semiconductor film are arranged so as to satisfy the expressions (1) and (2) shown in the above embodiment. .
Here, the slit interval is 0.8 mm, and the first cylindrical lens and the second cylindrical lens have focal lengths of 150 mm and 20 mm, respectively, and the long side of the beam spot irradiated on the semiconductor film is used. The length in the direction was 250 μm.

そして、半導体膜が設けられたガラス基板を、Xステージ及びYステージ上に設置し、400mm/secの速度で走査移動させることにより半導体膜の結晶化を行った。
このときの半導体膜の表面の像を図8に示す。
その図8の像より、上記レーザ照射装置を用いて半導体膜の結晶化を行った場合、レーザ光が照射された領域の全面に大粒径結晶領域が形成されているのが観察された。
ここでは幅250μmの大粒径結晶が形成された。
Then, the glass substrate provided with the semiconductor film was placed on the X stage and the Y stage, and the semiconductor film was crystallized by scanning and moving at a speed of 400 mm / sec.
An image of the surface of the semiconductor film at this time is shown in FIG.
From the image of FIG. 8, it was observed that when the semiconductor film was crystallized using the above laser irradiation apparatus, a large grain crystal region was formed on the entire surface irradiated with the laser beam.
Here, a large grain crystal having a width of 250 μm was formed.

また、上記レーザ照射方法で行った場合と比較するために、上記方法とは異なるレーザ照射方法により半導体膜の結晶化を行った。
ここでは、スリットを設けずに2枚のシリンドリカルレンズを用いて半導体膜にレーザ光を照射することにより結晶化を行った。
このときの半導体膜の表面の像を図9に示す。
ここでは、図8と同様に半導体膜上に幅250μmの大粒径結晶が形成される条件でレーザ発振器の出力及びシリンドリカルレンズの配置を調整した。
In addition, in order to compare with the case of performing the above laser irradiation method, the semiconductor film was crystallized by a laser irradiation method different from the above method.
Here, crystallization was performed by irradiating the semiconductor film with laser light using two cylindrical lenses without providing a slit.
An image of the surface of the semiconductor film at this time is shown in FIG.
Here, as in FIG. 8, the output of the laser oscillator and the arrangement of the cylindrical lenses were adjusted under the condition that a large grain crystal having a width of 250 μm was formed on the semiconductor film.

その図9において、半導体膜表面に幅250μmの大粒径結晶領域が形成されているが、レーザ光を照射した領域の両端には結晶性不良領域が形成されているのが観察された。
これは、半導体膜に照射されるレーザ光はガウス型の強度分布を持っているため、レーザ光のエネルギー密度の低い部分(ビームスポットの両端部)では、レーザ照射によって半導体膜を十分に溶融させることができない。
In FIG. 9, a large grain crystal region having a width of 250 μm is formed on the surface of the semiconductor film, but it was observed that poorly crystalline regions were formed at both ends of the region irradiated with the laser beam.
This is because the laser light applied to the semiconductor film has a Gaussian intensity distribution, so that the semiconductor film is sufficiently melted by laser irradiation in the portions where the energy density of the laser light is low (both ends of the beam spot). I can't.

つまり、スリットを設けない方法では、半導体膜に照射されるレーザ光はガウス型の強度分布を有しているため、強度の強いレーザ光が照射された部分では半導体膜を十分に溶融させることができるが、強度の弱いレーザ光が照射された部分では、半導体膜を十分に溶融させることができないため、結晶性不良領域が形成される。
それに対して、本実施例のレーザ照射方法では、スリットを通過したレーザ光を特定の条件を満たすように配置したレンズを介して半導体膜に照射するため、レーザ光の回折による縞の発生を防ぎ、スリットを設けないレーザ照射方法に比べて結晶性不良領域を縮小することができる。
In other words, in the method in which the slit is not provided, the laser light applied to the semiconductor film has a Gaussian intensity distribution, so that the semiconductor film can be sufficiently melted in the portion irradiated with the strong laser light. Although the semiconductor film cannot be sufficiently melted in the portion irradiated with the laser beam having low intensity, a poor crystallinity region is formed.
On the other hand, in the laser irradiation method of the present embodiment, the semiconductor film is irradiated with the laser light that has passed through the slit through a lens that is arranged so as to satisfy a specific condition, thereby preventing generation of fringes due to diffraction of the laser light. Compared with the laser irradiation method in which no slit is provided, the poor crystallinity region can be reduced.

そして、図8、9で示したように、同じ幅を有する大粒径結晶領域を形成する場合、従来の方法(図9)だと結晶性領域の両端部に幅の広い結晶性不良領域が形成される。
そのレーザを照射した半導体膜を用いてTFTを作製する場合、このような結晶性不良領域をTFTの活性層に用いると電気特性のばらつきや動作不良の原因となる。
従って、結晶性不良領域を避けてTFTを形成する必要があり、幅の広い結晶性不良領域の存在は高集積化を妨げる要因となる。
As shown in FIGS. 8 and 9, when forming a large grain crystal region having the same width, the conventional method (FIG. 9) has a wide crystalline defect region at both ends of the crystalline region. It is formed.
In the case of manufacturing a TFT using the semiconductor film irradiated with the laser, if such a crystallinity defect region is used for the active layer of the TFT, it causes variation in electrical characteristics and malfunction.
Therefore, it is necessary to form TFTs while avoiding the poorly crystalline region, and the presence of a wide defective crystalline region becomes a factor that prevents high integration.

他方、本実施例のレーザ照射方法を用いた場合には、図8に示すように大粒径結晶領域の両端部に結晶性不良領域がほとんど形成されない。
そのため、基板上にほとんど隙間無くTFTを形成することができ、TFTを高集積化することが可能である。
また、本実施例のレーザ照射方法を用いた場合、従来のレーザ照射方法により結晶化した場合に比べて、線状ビームのエネルギー密度分布のバラツキが小さいため、大粒径結晶領域の結晶性のばらつきが改善されている。
On the other hand, when the laser irradiation method of this embodiment is used, almost no poor crystallinity regions are formed at both ends of the large grain crystal region as shown in FIG.
Therefore, the TFT can be formed on the substrate with almost no gap, and the TFT can be highly integrated.
In addition, when the laser irradiation method of this example is used, the variation in the energy density distribution of the linear beam is smaller than when crystallized by the conventional laser irradiation method. Variability has been improved.

そのため、本実施例のレーザ照射方法を用いることにより、TFT特性のばらつきが少なくなり、デバイス特性を向上させることが可能である。
前記のとおりであり、本実施例のようにスリットと2枚のシリンドリカルレンズと高出力のレーザ発振器を組み合わせて用いることで結晶性不良領域を拡大することなく大粒径結晶領域を拡大でき、半導体膜表面に結晶の大きなばらつきを生じさせることなく幅の広い大粒径結晶領域を作製することが可能である。
したがって、本実施例のレーザ照射装置を用いた場合、TFT特性を向上させ、TFTを高集積化することが可能となる。
Therefore, by using the laser irradiation method of this embodiment, variation in TFT characteristics can be reduced and device characteristics can be improved.
As described above, by using a combination of a slit, two cylindrical lenses, and a high-power laser oscillator as in this embodiment, it is possible to enlarge a large grain crystal region without enlarging a poor crystallinity region. It is possible to produce a wide crystal grain region having a wide width without causing a large crystal variation on the film surface.
Therefore, when the laser irradiation apparatus of this embodiment is used, TFT characteristics can be improved and TFTs can be highly integrated.

なお、本実施例ではガラス基板上にa−Si膜を成膜した基板にレーザ照射を行ったが、基板の構成は本実施例の形状に限定されない。
本発明の光学系はスリットを用いて一定の大きさの線状ビームを半導体膜表面に形成しているため、照射対象になるものが変わっても大粒径結晶領域の幅は変化しない。
例えば、下地膜を有するガラス基板上にa−Si膜を成膜した基板にレーザ照射を行ってもよいし、あるいは基板上に剥離層、下地膜、a−Si膜の順に形成した基板にレーザ照射しても幅の広い大粒径結晶領域を作製することが可能である。
In this embodiment, laser irradiation is performed on a substrate in which an a-Si film is formed on a glass substrate, but the structure of the substrate is not limited to the shape of this embodiment.
Since the optical system of the present invention uses a slit to form a linear beam of a certain size on the surface of the semiconductor film, the width of the large grain crystal region does not change even if the object to be irradiated changes.
For example, laser irradiation may be performed on a substrate in which an a-Si film is formed on a glass substrate having a base film, or laser is applied to a substrate in which a peeling layer, a base film, and an a-Si film are formed in this order on the substrate. Even when irradiated, a wide crystal grain region having a wide width can be produced.

[TFTを作製するための実施例]
この実施例においては、本発明によるレーザアニール装置を用いて、薄膜トランジスタ(TFT)を作製する工程について、図6を用いて説明する。
まず、図6(A)に示すように、絶縁表面を有するガラス基板700上に下地膜701を形成する。
[Examples for producing TFTs]
In this embodiment, a process of manufacturing a thin film transistor (TFT) using the laser annealing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as illustrated in FIG. 6A, a base film 701 is formed over a glass substrate 700 having an insulating surface.

その基板700には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、SUS基板等を用いることができる。
また、PET、PES、PENに代表されるプラスチックや、アクリル等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に他の基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることができる。
下地膜701は、ガラス基板700中に含まれるNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。
As the substrate 700, for example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a quartz substrate, a SUS substrate, or the like can be used.
In addition, plastics typified by PET, PES, and PEN, and substrates made of a synthetic resin having flexibility such as acrylic generally tend to have a lower heat resistant temperature than other substrates. Any material can be used as long as it can withstand the processing temperature.
The base film 701 is provided to prevent an alkali metal such as Na or an alkaline earth metal contained in the glass substrate 700 from diffusing into the semiconductor film and adversely affecting the characteristics of the semiconductor element.

そのため、アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜中への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。
本実施例では、プラズマCVD法を用いて窒化酸化珪素膜を10〜400nmの膜厚になるように成膜した。
ガラス基板又はプラスチック基板のようにアルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がさして問題とならない場合には必ずしも設ける必要はない。
Therefore, an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon nitride oxide that can suppress diffusion of alkali metal or alkaline earth metal into the semiconductor film is used.
In this embodiment, a silicon nitride oxide film is formed to a thickness of 10 to 400 nm by plasma CVD.
When using a substrate containing alkali metal or alkaline earth metal, such as a glass substrate or plastic substrate, it is effective to provide a base film from the viewpoint of preventing the diffusion of impurities. When the diffusion of impurities does not cause any problem, it is not necessarily provided.

その下地膜上には、続いて非晶質半導体膜702を形成するが、その膜厚は25〜100nm(好ましくは30〜60nm)とする。
また、非晶質半導体膜は、珪素やシリコンゲルマニウムを用いることができるがここでは珪素を用いる。
シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は0.01〜4.5atomic%程度であることが好ましい。
続いて、図6(B)に示すように、本発明のレーザアニール装置を用いて非晶質半導体膜702にレーザ光を照射し、結晶化を行う。
Next, an amorphous semiconductor film 702 is formed over the base film, and the film thickness is set to 25 to 100 nm (preferably 30 to 60 nm).
As the amorphous semiconductor film, silicon or silicon germanium can be used, but silicon is used here.
When silicon germanium is used, the concentration of germanium is preferably about 0.01 to 4.5 atomic%.
Subsequently, as shown in FIG. 6B, crystallization is performed by irradiating the amorphous semiconductor film 702 with laser light using the laser annealing apparatus of the present invention.

本実施例では、レーザ光として、10Wの第2高調波、TEM00の連続発振のNd:YVO4レーザを用いる。
なお、スリット731、レンズ732を用いてレーザ光を加工することで非晶質半導体膜702の表面に形成される第1のビームスポットを短軸10μm、長軸500μmの矩形状とする。
そのレーザ光は、非晶質半導体膜702の表面において、図6(B)に示した矢印の方向に向かって走査する。
そのレーザ光の照射により走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成される。
In this embodiment, a 10 W second harmonic, TEM 00 continuous oscillation Nd: YVO 4 laser is used as the laser light.
Note that the first beam spot formed on the surface of the amorphous semiconductor film 702 by processing laser light using the slit 731 and the lens 732 is a rectangular shape having a short axis of 10 μm and a long axis of 500 μm.
The laser light scans on the surface of the amorphous semiconductor film 702 in the direction of the arrow illustrated in FIG.
Crystal grains continuously grown in the scanning direction are formed by the laser light irradiation.

前記のように、走査方向に向かって長く延びた結晶の粒を形成することで、少なくともTFTのチャネル方向には結晶粒界のほとんど存在しない結晶性半導体膜703の形成が可能となる。
また、スリット731を用いてレーザ光のエネルギー密度が低い部分を遮断し、レンズ732を用いて照射面に投影することによって、光の回折による縞のない均一強度の線状のレーザ光を照射することができる。
その後、図6(C)に示すように結晶性半導体膜703をパターニングし、島状の半導体膜704〜707が形成され、島状の半導体膜704〜707を用いてTFTに代表される各種の半導体素子が形成される。
As described above, by forming crystal grains that extend long in the scanning direction, it is possible to form the crystalline semiconductor film 703 having almost no crystal grain boundaries in at least the channel direction of the TFT.
Further, a portion where the energy density of the laser beam is low is blocked using the slit 731 and projected onto the irradiation surface using the lens 732, thereby irradiating the linear laser beam with uniform intensity without fringes due to light diffraction. be able to.
After that, as shown in FIG. 6C, the crystalline semiconductor film 703 is patterned to form island-shaped semiconductor films 704 to 707, and various islands represented by TFTs using the island-shaped semiconductor films 704 to 707 are formed. A semiconductor element is formed.

さらに、その島状の半導体膜704〜707を覆うようにゲート絶縁膜708を形成する。
そのゲート絶縁膜708には、例えば酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等を用いることができる。
その際の成膜方法には、プラズマCVD法、スパッタ法などを用いることができる。 ここでは、スパッタ法を用いて、膜厚を30nm〜200nmとして珪素を含む絶縁膜を形成する。
Further, a gate insulating film 708 is formed so as to cover the island-shaped semiconductor films 704 to 707.
For the gate insulating film 708, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride oxide, or the like can be used.
As a film formation method at that time, a plasma CVD method, a sputtering method, or the like can be used. Here, an insulating film containing silicon is formed with a thickness of 30 nm to 200 nm by a sputtering method.

次に、図示しないが、ゲート絶縁膜上に導電膜を形成しパターニングすることでゲート電極を形成する。
その後、ゲート電極、又はレジストを形成しパターニングしたものをマスクとして用い、島状の半導体膜704〜707にn型又はp型の導電性を付与する不純物を選択的に添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはLDD領域等を形成する。
上述の工程によって、Nチャネル型TFT710、712と、Pチャネル型TFT711、713を同一基板上に形成することができる(図6(D))。
Next, although not shown, a conductive film is formed on the gate insulating film and patterned to form a gate electrode.
After that, an impurity imparting n-type or p-type conductivity is selectively added to the island-shaped semiconductor films 704 to 707 using a gate electrode or a resist pattern formed and patterned as a mask, and the source region, drain, Regions, LDD regions and the like are formed.
Through the above steps, N-channel TFTs 710 and 712 and P-channel TFTs 711 and 713 can be formed over the same substrate (FIG. 6D).

続いて、それらの保護膜として絶縁膜714を形成する。
この絶縁膜714については、プラズマCVD法又はスパッタ法を用い、厚さを100nm〜200nmとして珪素を含む絶縁膜を用いて、単層又は積層構造として形成する。
本実施例では、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を形成した。
その後、絶縁膜714上に、有機絶縁膜715を形成する。
Subsequently, an insulating film 714 is formed as a protective film thereof.
The insulating film 714 is formed as a single layer or a stacked structure by using a plasma CVD method or a sputtering method, using an insulating film containing silicon with a thickness of 100 nm to 200 nm.
In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 100 nm is formed by plasma CVD.
Thereafter, an organic insulating film 715 is formed over the insulating film 714.

その有機絶縁膜715としては、SOG法によって塗布されたポリイミド、ポリアミド、BCB、アクリル等の有機絶縁膜を用いる。
その絶縁膜715は、ガラス基板上900に形成されたTFTによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。
さらに、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜714及び有機絶縁膜715をパターン加工して、不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。
As the organic insulating film 715, an organic insulating film such as polyimide, polyamide, BCB, or acrylic applied by the SOG method is used.
The insulating film 715 is preferably a film having excellent flatness because it has a strong meaning of relieving unevenness due to the TFT formed on the glass substrate 900 and flattening.
Further, the insulating film 714 and the organic insulating film 715 are patterned by photolithography to form contact holes that reach the impurity regions.

次に、導電性材料を用いて、導電膜を形成し、該導電膜をパターン加工して、配線716〜723を形成する。
その後、保護膜として絶縁膜724を形成すると、図6(D)に図示するような半導体装置が完成する。
なお、本発明のレーザアニール方法を用いた半導体装置の作製方法は、上述したTFTの作製工程に限定されない。
Next, a conductive film is formed using a conductive material, and the conductive film is patterned to form wirings 716 to 723.
After that, when an insulating film 724 is formed as a protective film, a semiconductor device as illustrated in FIG. 6D is completed.
Note that a method for manufacturing a semiconductor device using the laser annealing method of the present invention is not limited to the above-described TFT manufacturing process.

本発明では、レーザ光の照射方法を用いて得られる結晶性半導体膜をTFTの活性層として用いることを特徴とする。
その結果、素子間の移動度、閾値及びオン電流のばらつきを抑えることができる。
なお、レーザ光は、本実施例で示した照射条件に限定されない。
また、レーザ光による結晶化の前に、触媒元素を用いた結晶化工程を設けてもよい。
The present invention is characterized in that a crystalline semiconductor film obtained using a laser light irradiation method is used as an active layer of a TFT.
As a result, variations in mobility, threshold value, and on-current between elements can be suppressed.
Note that the laser light is not limited to the irradiation conditions shown in this embodiment.
Further, a crystallization step using a catalytic element may be provided before crystallization with laser light.

その触媒元素としては、ニッケル(Ni)を用いているが、その以外にもゲルマニウム(Ge)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)といった元素を用いることができる。
触媒元素を用いた結晶化工程の後に、レーザ光による結晶化工程を行うと、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、レーザ光の照射により溶融されずに残存し、この結晶を結晶核として結晶化が進む。
Nickel (Ni) is used as the catalyst element, but germanium (Ge), iron (Fe), palladium (Pd), tin (Sn), lead (Pb), cobalt (Co), Elements such as platinum (Pt), copper (Cu), and gold (Au) can be used.
When a crystallization process using a laser beam is performed after a crystallization process using a catalytic element, the crystals formed during the crystallization using the catalytic element remain without being melted by the laser beam irradiation. Crystallization proceeds as a crystal nucleus.

つまり、レーザ照射により半導体膜の上層部が溶けるが、下層部は溶けない。
前記のとおりであり、半導体膜の下層部において溶けずに残った結晶が結晶核となり、半導体膜の下層部から上層部に向かって結晶化が進む。
そのため、レーザ光による結晶化工程のみの場合に比べて、より半導体膜の結晶性を高めることができ、レーザ光による結晶化後の半導体膜表面の荒れが抑えられることもできる。
That is, the upper layer portion of the semiconductor film is melted by laser irradiation, but the lower layer portion is not melted.
As described above, crystals that remain undissolved in the lower layer portion of the semiconductor film become crystal nuclei, and crystallization proceeds from the lower layer portion to the upper layer portion of the semiconductor film.
Therefore, the crystallinity of the semiconductor film can be further increased as compared with the case of only the crystallization process using laser light, and the roughness of the surface of the semiconductor film after crystallization using laser light can be suppressed.

したがって、後に形成される半導体素子、代表的にはTFTの特性のバラツキがより抑えられ、オフ電流を抑えることができる。
なお、触媒元素を添加し加熱処理を行って結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めてもよいし、加熱処理の工程を省略してもよい。
具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光を照射し、結晶性を高めるようにしてもよい。
Accordingly, variations in characteristics of semiconductor elements formed later, typically TFTs, can be further suppressed, and off current can be suppressed.
Note that after adding a catalytic element and performing heat treatment to promote crystallization, crystallinity may be further increased by laser light irradiation, or the heat treatment step may be omitted.
Specifically, after adding the catalyst element, laser light may be irradiated instead of the heat treatment to improve crystallinity.

本実施例では、半導体膜の結晶化に本発明のレーザ照射方法を用いた例を示したが、半導体膜にドーピングした不純物元素の活性化を行うために用いてもよい。
また、本発明を用いた半導体装置の作製方法は、集積回路や半導体表示装置の作製方法にも用いることができる。
ドライバやCPUなどの機能回路を用途としたトランジスタは、LDD構造又はLDDがゲート電極とオーバーラップする構造が好適であり、高速化のためには、トランジスタの微細化を図ることが好ましい。
本実施例により完成されるトランジスタ710〜713は、LDD構造を有するため、高速動作が必要な駆動回路に用いることが好適である。
In this embodiment, an example in which the laser irradiation method of the present invention is used for crystallization of a semiconductor film is shown, but the semiconductor film may be used to activate an impurity element doped.
The method for manufacturing a semiconductor device using the present invention can also be used for a method for manufacturing an integrated circuit or a semiconductor display device.
For a transistor using a functional circuit such as a driver or a CPU, an LDD structure or a structure in which the LDD overlaps with a gate electrode is preferable, and the transistor is preferably miniaturized in order to increase the speed.
Since the transistors 710 to 713 completed in this embodiment have an LDD structure, they are preferably used for a driver circuit that requires high-speed operation.

そして、本発明を用いることにより図6で示した薄膜トランジスタを用いて様々な電子機器を完成させることができる。
その具体例について、図7を用いて説明する。
図7(A)は表示装置であり、筐体2001、支持台2002、表示部2003、スピーカー部2004、ビデオ入力端子2005等を含む。
この表示装置は、図6に示した作製方法により形成した薄膜トランジスタをその表示部2003に用いることにより作製される。
なお、表示装置には、液晶表示装置や発光装置などがあり、具体的には、コンピュータ用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
By using the present invention, various electronic devices can be completed using the thin film transistor shown in FIG.
A specific example will be described with reference to FIG.
FIG. 7A illustrates a display device, which includes a housing 2001, a support base 2002, a display portion 2003, a speaker portion 2004, a video input terminal 2005, and the like.
This display device is manufactured by using a thin film transistor formed by the manufacturing method shown in FIG.
The display device includes a liquid crystal display device, a light emitting device, and the like, and specifically includes all information display devices such as a computer, a TV broadcast reception, and an advertisement display.

図7(B)は、コンピュータであり、筐体2200、表示部2201、キーボード2203、外部接続ポート2204、ポインティングマウス2205等を含む。
図6に示した作製方法を用いることにより、表示部2201やその他の回路への適用が可能である。
さらに、本発明は本体内部のCPU,メモリなどの半導体装置にも適用が可能である。
図7(C)は携帯端末のうちの携帯電話、筐体2301、表示部2302等を含む。
上記携帯電話を始めとするPDAやデジタルカメラなどの電子機器は携帯端末であるため、表示画面が小さい。
従って、図6で示したような微細なトランジスタを用いてCPU等の機能回路を形成することによって、小型・軽量化を図ることができる。
FIG. 7B illustrates a computer, which includes a housing 2200, a display portion 2201, a keyboard 2203, an external connection port 2204, a pointing mouse 2205, and the like.
By using the manufacturing method illustrated in FIGS. 6A and 6B, application to the display portion 2201 and other circuits is possible.
Furthermore, the present invention can also be applied to semiconductor devices such as a CPU and a memory inside the main body.
FIG. 7C includes a mobile phone of a mobile terminal, a housing 2301, a display portion 2302, and the like.
Since electronic devices such as PDAs and digital cameras such as the mobile phone are mobile terminals, the display screen is small.
Therefore, by forming a functional circuit such as a CPU using a fine transistor as shown in FIG. 6, the size and weight can be reduced.

また、本実施例で作製した薄膜トランジスタはIDチップとして利用ですることができる。
例えば、図6に示した作製方法を用いることにより、IDチップ内の集積回路やメモリとしての適用が可能である。
メモリとして用いた場合、商品の流通のプロセスを記録することができる。
さらに、商品の生産段階におけるプロセスを記録しておくことで、卸売業者、小売業者、消費者が、産地、生産者、製造年月日、加工方法などを把握することが容易になる。
以上の様に、本発明により作製された半導体装置の適用範囲は極めて広く、本発明により作製された半導体装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
Further, the thin film transistor manufactured in this embodiment can be used as an ID chip.
For example, by using the manufacturing method shown in FIG. 6, application as an integrated circuit or memory in an ID chip is possible.
When used as a memory, the distribution process of goods can be recorded.
Furthermore, by recording the process in the production stage of goods, it becomes easy for wholesalers, retailers, and consumers to grasp the production area, producer, date of manufacture, processing method, and the like.
As described above, the applicable range of the semiconductor device manufactured according to the present invention is so wide that the semiconductor device manufactured according to the present invention can be applied to electronic devices in various fields.

発明を実施するための最良の形態及び実施例1を説明するためのレーザアニール方法及び装置を示す鳥瞰図。1 is a bird's eye view showing a laser annealing method and apparatus for explaining the best mode for carrying out the invention and Example 1. FIG. 発明を実施するための最良の形態及び実施例1を説明するためのレーザアニール方法及び装置を示す上面図及び側面図。1A and 1B are a top view and a side view showing a laser annealing method and apparatus for explaining the best mode for carrying out the invention and Example 1. FIG. 実施例2を説明するためのレーザアニール方法及び装置を示す鳥瞰図。FIG. 6 is a bird's-eye view showing a laser annealing method and apparatus for explaining the second embodiment. 第2のレーザアニール方法及び装置である実施例3を説明するためのレーザアニール方法及び装置を示す鳥瞰図。The bird's-eye view which shows the laser annealing method and apparatus for demonstrating Example 3 which is a 2nd laser annealing method and apparatus. 第2のレーザアニール方法及び装置である実施例3を説明するためのレーザアニール方法及び装置を示す上面図及び側面図。The top view and side view which show the laser annealing method and apparatus for demonstrating Example 3 which is a 2nd laser annealing method and apparatus. 本発明によるレーザアニール装置を用いて、薄膜トランジスタ(TFT)を作製する工程を図示する。A process of manufacturing a thin film transistor (TFT) using a laser annealing apparatus according to the present invention is illustrated. 本発明のレーザアニール方法により作製することができる各種表示装置。Various display devices that can be manufactured by the laser annealing method of the present invention. 本発明のレーザアニール方法により結晶化された半導体膜表面。The semiconductor film surface crystallized by the laser annealing method of the present invention. 従来のレーザアニール方法により結晶化された半導体膜表面。A semiconductor film surface crystallized by a conventional laser annealing method.

符号の説明Explanation of symbols

101 レーザ発振器
102 スリット
103 ミラー
104 シリンドリカルレンズ
105 シリンドリカルレンズ
106 半導体膜
107 ガラス基板
108 Xステージ
109 Yステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Laser oscillator 102 Slit 103 Mirror 104 Cylindrical lens 105 Cylindrical lens 106 Semiconductor film 107 Glass substrate 108 X stage 109 Y stage

Claims (12)

レーザ発振器から射出されたレーザ光をスリットを通過させてエネルギー密度の低い部分を遮断し、該レーザ光の通過線上でスリットにできた像を凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズによって照射面に投影し、照射することを特徴とする照射面上に線状ビームを照射するレーザアニール方法。 The laser light emitted from the laser oscillator is passed through the slit to cut off the low energy density part, and the image formed in the slit on the laser light passing line is projected onto the irradiation surface by the convex cylindrical lens or convex spherical lens. And a laser annealing method for irradiating the irradiation surface with a linear beam. レーザ発振器から射出されたレーザ光をスリットを通過させてエネルギー密度の低い部分を遮断し、該レーザ光の通過線上でスリットにできた像を凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズによって照射面に投影し、照射するものであって、かつ該スリットと該凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズとの間隔(M1)及び該凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズと該照射面との間隔(M2)が下記の式(1)及び式(2)の関係を満たすようにそれらを配置することを特徴とする照射面上に線状ビームを照射するレーザアニール方法。
M1=f(s+D)/D 式(1)
M2=f(s+D)/s 式(2)
(但し、前記式において、sはスリットの幅、Dは線状ビームの長辺方向の長さ、fは凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズの焦点距離である。)
The laser light emitted from the laser oscillator is passed through the slit to cut off the low energy density part, and the image formed in the slit on the laser light passing line is projected onto the irradiation surface by the convex cylindrical lens or convex spherical lens. And an interval between the slit and the convex cylindrical lens or convex spherical lens (M1) and an interval between the convex cylindrical lens or convex spherical lens and the irradiation surface (M2) Is a laser annealing method for irradiating a linear beam on an irradiation surface, which is arranged so as to satisfy the relationship of the following formulas (1) and (2):
M1 = f (s + D) / D Formula (1)
M2 = f (s + D) / s Formula (2)
(Where, s is the width of the slit, D is the length of the long side direction of the linear beam, and f is the focal length of the convex cylindrical lens or convex spherical lens.)
レーザ発振器とスリットとの間に、レーザ光の進行方向を所定角度偏向させるミラーを配置した請求項1又は2に記載のレーザアニール方法。 The laser annealing method according to claim 1, wherein a mirror that deflects a traveling direction of the laser beam by a predetermined angle is disposed between the laser oscillator and the slit. 凸型シリンドリカルレンズと照射面との間に、前記凸型シリンドリカルレンズに対して凸面を90度ずらした方向で第2の凸型シリンドリカルレンズを配置した請求項1、2又は3に記載のレーザアニール方法。 4. The laser annealing according to claim 1, wherein a second convex cylindrical lens is disposed between the convex cylindrical lens and the irradiation surface in a direction in which the convex surface is shifted by 90 degrees with respect to the convex cylindrical lens. Method. レーザ発振器、該発振器から射出されたレーザ光を通過させエネルギー密度の低い部分を遮断するスリット、及び該低い部分を遮断された該レーザ光の通過線上でスリットにできた像を照射面に投影する凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズを備えたことを特徴とする照射面上に線状ビームを照射するレーザアニール装置。 A laser oscillator, a slit that allows the laser light emitted from the oscillator to pass therethrough and cuts off a portion having a low energy density, and an image formed on the slit on the passage line of the laser light that has been cut off from the low portion is projected onto the irradiation surface A laser annealing apparatus for irradiating a linear beam on an irradiation surface, comprising a convex cylindrical lens or a convex spherical lens. レーザ発振器、該発振器から射出されたレーザ光を通過させエネルギー密度の低い部分を遮断するスリット、及び該低い部分を遮断された該レーザ光の通過線上でスリットにできた像を照射面に投影する凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズを備え、かつ該スリットと該凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズとの間隔(M1)及び該凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズと該照射面との間隔(M2)が下記の式(1)及び式(2)の関係を満たすようにそれらを配置したことを特徴とする照射面上に線状ビームを照射するレーザアニール装置。
M1=f(s+D)/D 式(1)
M2=f(s+D)/s 式(2)
(但し、前記式において、sはスリットの幅、Dは線状ビームの長辺方向の長さ、fは凸型シリンドリカルレンズ又は凸型球面レンズの焦点距離である。)
A laser oscillator, a slit that allows the laser light emitted from the oscillator to pass therethrough and cuts off a portion having a low energy density, and an image formed on the slit on the passage line of the laser light that has been cut off from the low portion is projected onto an irradiation surface. A convex cylindrical lens or convex spherical lens is provided, and an interval (M1) between the slit and the convex cylindrical lens or convex spherical lens and an interval between the convex cylindrical lens or convex spherical lens and the irradiation surface A laser annealing apparatus for irradiating a linear beam on an irradiation surface, wherein (M2) is arranged so that the relationship of the following formulas (1) and (2) is satisfied.
M1 = f (s + D) / D Formula (1)
M2 = f (s + D) / s Formula (2)
(In the above equation, s is the width of the slit, D is the length of the long side direction of the linear beam, and f is the focal length of the convex cylindrical lens or convex spherical lens.)
レーザ発振器とスリットとの間に、レーザ光の進行方向を所定角度偏向させるミラーを配置した請求項5又は6に記載のレーザアニール装置。 The laser annealing apparatus according to claim 5 or 6, wherein a mirror for deflecting a traveling direction of the laser beam by a predetermined angle is disposed between the laser oscillator and the slit. 凸型シリンドリカルレンズと照射面との間に、前記凸型シリンドリカルレンズに対して凸面を90度ずらした方向で第2の凸型シリンドリカルレンズを配置した請求項5、6又は7に記載のレーザアニール装置。 The laser annealing according to claim 5, 6 or 7, wherein a second convex cylindrical lens is disposed between the convex cylindrical lens and the irradiation surface in a direction in which the convex surface is shifted by 90 degrees with respect to the convex cylindrical lens. apparatus. レーザ発振器から射出されたレーザ光をミラーにより所定角度傾斜した方向から入射し、第1の凸型球面レンズを通過させて非点収差により線状のレーザ光を形成し、その後スリットで該線状レーザ光のエネルギー密度の低い部分を遮断し、スリットにおける線状レーザ光の像を第2の凸型球面レンズを用いて投影できる位置に配置した照射面に照射することを特徴とする照射面上に線状ビームを照射するレーザアニール方法。 The laser beam emitted from the laser oscillator is incident from a direction inclined by a predetermined angle by a mirror, passes through the first convex spherical lens, forms a linear laser beam by astigmatism, and then forms a linear laser beam by a slit. On the irradiation surface, the portion having a low energy density of the laser beam is cut off, and the irradiation surface arranged at a position where the image of the linear laser beam in the slit can be projected using the second convex spherical lens Laser annealing method for irradiating a linear beam on the surface. レーザ発振器から射出されたレーザ光をミラーにより所定角度傾斜した方向から入射し、第1の凸型球面レンズを通過させて非点収差により線状のレーザ光を形成し、その後スリットで該線状レーザ光のエネルギー密度の低い部分を遮断し、スリットにおける線状レーザ光の像を第2の凸型球面レンズを用いて投影できる位置に配置した照射面に照射するものであって、かつ該スリットと該第2の凸型球面レンズとの間隔(M1)及び該第2の凸型球面レンズと該照射面との間隔(M2)が下記の式(1)及び式(2)の関係を満たすようにそれらを配置することを特徴とする照射面上に線状ビームを照射するレーザアニール方法。
M1=f(s+D)/D 式(1)
M2=f(s+D)/s 式(2)
(但し、前記式において、sはスリットの幅、Dは線状ビームの長辺方向の長さ、fは第2の凸型球面レンズの焦点距離である。)
The laser beam emitted from the laser oscillator is incident from a direction inclined by a predetermined angle by a mirror, passes through the first convex spherical lens, forms a linear laser beam by astigmatism, and then forms a linear laser beam by a slit. A portion having a low energy density of the laser beam is cut off, and an image of the linear laser beam in the slit is irradiated onto an irradiation surface arranged at a position where the image can be projected using the second convex spherical lens, and the slit The distance (M1) between the second convex spherical lens and the second convex spherical lens and the distance (M2) between the second convex spherical lens and the irradiation surface satisfy the following expressions (1) and (2). A laser annealing method for irradiating a linear beam on an irradiation surface characterized by arranging them as described above.
M1 = f (s + D) / D Formula (1)
M2 = f (s + D) / s Formula (2)
(Where, s is the width of the slit, D is the length of the long side direction of the linear beam, and f is the focal length of the second convex spherical lens.)
レーザ発振器、該発振器から射出されたレーザ光を凸型球面レンズに導く所定角度傾斜させたミラー、該ミラーにより反射されたレーザ光を通過させ非点収差により線状レーザ光を形成する第1の凸型球面レンズ、該線状レーザ光のエネルギー密度の低い部分を遮断するスリット、及び該スリットにおける線状レーザ光の像を照射面に投影する第2の凸型球面レンズを備えたことを特徴とする照射面上に線状ビームを照射するレーザアニール装置。 A laser oscillator, a mirror inclined at a predetermined angle for guiding laser light emitted from the oscillator to a convex spherical lens, and a laser beam reflected by the mirror to pass therethrough to form linear laser light by astigmatism A convex spherical lens, a slit that blocks a low energy density portion of the linear laser light, and a second convex spherical lens that projects an image of the linear laser light in the slit onto the irradiation surface. A laser annealing apparatus that irradiates a linear beam onto the irradiation surface. レーザ発振器、該発振器から射出されたレーザ光を凸型球面レンズに導く所定角度傾斜させたミラー、該ミラーにより反射されたレーザ光を通過させ非点収差により線状レーザ光を形成する第1の凸型球面レンズ、該線状レーザ光のエネルギー密度の低い部分を遮断するスリット、及び該スリットにおける線状レーザ光の像を照射面に投影する第2の凸型球面レンズを備え、かつ該スリットと該第2の凸型球面レンズとの間隔(M1)及び該第2の凸型球面レンズと該照射面との間隔(M2)が下記の式(1)及び式(2)の関係を満たすようにそれらを配置したことを特徴とする照射面上に線状ビームを照射するレーザアニール装置。
M1=f(s+D)/D 式(1)
M2=f(s+D)/s 式(2)
(但し、前記式において、sはスリットの幅、Dは線状ビームの長辺方向の長さ、fは第2の凸型球面レンズの焦点距離である。)
A laser oscillator, a mirror inclined at a predetermined angle for guiding laser light emitted from the oscillator to a convex spherical lens, and a laser beam reflected by the mirror to pass therethrough to form linear laser light by astigmatism A convex spherical lens, a slit that blocks a low energy density portion of the linear laser light, and a second convex spherical lens that projects an image of the linear laser light in the slit onto the irradiation surface, and the slit The distance (M1) between the second convex spherical lens and the second convex spherical lens and the distance (M2) between the second convex spherical lens and the irradiation surface satisfy the following expressions (1) and (2). A laser annealing apparatus for irradiating a linear beam on an irradiation surface, characterized in that they are arranged as described above.
M1 = f (s + D) / D Formula (1)
M2 = f (s + D) / s Formula (2)
(Where, s is the width of the slit, D is the length of the long side direction of the linear beam, and f is the focal length of the second convex spherical lens.)
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