JP2007103961A - Laser irradiator and irradiation method, and process for fabricating semiconductor device - Google Patents

Laser irradiator and irradiation method, and process for fabricating semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a more uniform laser irradiation method, and to provide a laser irradiator performing that method. <P>SOLUTION: The laser irradiator comprises a laser, a means for shaping a laser beam exiting the laser into an elliptical or rectangular beam on the irradiation plane or in the vicinity thereof, a means for moving the irradiation plane relatively to the laser beam, and a means for setting a constant inner product of a unit vector in the moving direction of the irradiation plane and a unit vector in the incident direction of the laser beam to the irradiation plane. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はレーザ照射方法およびそれを行うためのレーザ照射装置(レーザと該レーザから出力されるレーザ光を被照射体まで導くための光学系を含む装置)に関する。また、レーザ光の照射を工程に含んで作製された半導体装置の作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。   The present invention relates to a laser irradiation method and a laser irradiation apparatus for performing the laser irradiation apparatus (an apparatus including a laser and an optical system for guiding laser light output from the laser to an irradiation object). Further, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device manufactured by including laser irradiation in a process. Note that the semiconductor device here includes an electro-optical device such as a liquid crystal display device and a light-emitting device and an electronic device including the electro-optical device as a component.

近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させ、結晶構造を有する半導体膜(以下、結晶性半導体膜という)を形成する技術が広く研究されている。結晶化法としては、ファーネスアニール炉を用いた熱アニール法や、瞬間熱アニール法(RTA法)、又はレーザアニール法などが検討されている。結晶化に際してはこれらの方法の内、いずれか一つまたは複数を組み合わせて行うことが可能である。   In recent years, a technique for crystallizing an amorphous semiconductor film formed over an insulating substrate such as glass to form a semiconductor film having a crystal structure (hereinafter referred to as a crystalline semiconductor film) has been widely studied. As a crystallization method, a thermal annealing method using a furnace annealing furnace, a rapid thermal annealing method (RTA method), a laser annealing method, or the like has been studied. In crystallization, any one or a combination of these methods can be used.

結晶性半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に高い移動度を有する。このため、この結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、例えば、1枚のガラス基板上に、画素部用、または、画素部用と駆動回路用のTFTを形成したアクティブマトリクス型の液晶表示装置等に利用されている。   A crystalline semiconductor film has very high mobility compared to an amorphous semiconductor film. For this reason, a thin film transistor (TFT) is formed using this crystalline semiconductor film. For example, an active matrix type in which a TFT for a pixel portion or a pixel portion and a drive circuit are formed on a single glass substrate. Are used in liquid crystal display devices.

通常、ファーネスアニール炉で非晶質半導体膜を結晶化させるには、600℃以上で10時間以上の熱処理を必要としていた。この結晶化に適用できる基板材料は石英であるが、石英基板は高価で、特に大面積に加工するのは非常に困難であった。生産効率を上げる手段の1つとして基板を大面積化することが挙げられるが、安価で大面積基板に加工が容易なガラス基板上に半導体膜を形成する研究がなされる理由はこの点にある。近年においては一辺が1mを越えるサイズのガラス基板の使用も考慮されるようになっている。   Usually, in order to crystallize an amorphous semiconductor film in a furnace annealing furnace, a heat treatment at 600 ° C. or more for 10 hours or more is required. The substrate material applicable to this crystallization is quartz, but the quartz substrate is expensive and particularly difficult to process into a large area. One of the means for increasing the production efficiency is to increase the area of the substrate. This is the reason why the research for forming a semiconductor film on a glass substrate that is inexpensive and easy to process into a large area substrate is conducted. . In recent years, the use of a glass substrate with a side exceeding 1 m has been considered.

前記研究の1つの例として、金属元素を用いる熱結晶化法は、従来問題とされていた結晶化温度を低温化することを可能としている(例えば、特許文献1参照。)。その方法は、非晶質半導体膜にニッケルまたは、パラジウム、または鉛等の元素を微量に添加し、その後550℃にて4時間の熱処理で結晶性半導体膜の形成を可能にしている。550℃であれば、ガラス基板の歪み点温度以下であるため、変形等の心配のない温度である。   As one example of the above research, a thermal crystallization method using a metal element makes it possible to lower the crystallization temperature, which has been a problem in the past (see, for example, Patent Document 1). This method makes it possible to form a crystalline semiconductor film by adding a trace amount of an element such as nickel, palladium, or lead to an amorphous semiconductor film and then performing a heat treatment at 550 ° C. for 4 hours. If it is 550 degreeC, since it is below the strain point temperature of a glass substrate, it is a temperature without worrying about a deformation | transformation.

一方、レーザアニール法は、基板の温度をあまり上昇させずに、半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることが出来るため、歪み点温度の低いガラス基板には勿論、プラスチック基板等にも用いることが出来る点で注目されている技術である。   On the other hand, since the laser annealing method can give high energy only to the semiconductor film without raising the temperature of the substrate so much, it can be used not only for a glass substrate having a low strain point temperature but also for a plastic substrate. This is a technology that is attracting attention.

レーザアニール法の一例は、エキシマレーザに代表されるパルスレーザ光を、照射面において、数cm角の四角いスポットや、長さ100mm以上の線状となるように光学系にて成形し、レーザ光の照射位置を被照射体に対し相対的に移動させて、アニールを行う方法である(例えば、特許文献2参照。)。なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形(もしくは長楕円形)を意味する。例えば、アスペクト比が2以上(好ましくは10〜10000)のもの指すが、照射面における形状が矩形状であるレーザ光(矩形状ビーム)に含まれることに変わりはない。なお、線状とするのは被照射体に対して十分なアニールを行うためのエネルギー密度を確保するためであり、矩形状や面状であっても被照射体に対して十分なアニールを行えるのであれば構わない。   An example of the laser annealing method is a method in which a pulsed laser beam typified by an excimer laser is shaped by an optical system so that a square spot of several centimeters square or a linear shape with a length of 100 mm or more is formed on the irradiated surface. This is a method of performing annealing by moving the irradiation position relative to the irradiated object (see, for example, Patent Document 2). Here, “linear” does not mean “line” in a strict sense, but means a rectangle (or oval) having a large aspect ratio. For example, the aspect ratio is 2 or more (preferably 10 to 10,000), but it is still included in the laser light (rectangular beam) having a rectangular shape on the irradiation surface. The linear shape is used to ensure sufficient energy density for annealing the irradiated object, and sufficient annealing can be performed on the irradiated object even in a rectangular or planar shape. If it is.

このようにして作製される結晶性半導体膜は、複数の結晶粒が集合して形成されており、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものである。ガラス基板上に作製されるTFTは素子分離のために、前記結晶性半導体を島状のパターニングに分離して形成している。その場合において、結晶粒の位置や大きさを指定して形成する事はできなかった。結晶粒内と比較して、結晶粒の界面(結晶粒界)は非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、結晶粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性を低下することが知られている。チャネル形成領域の半導体膜の結晶性は、TFTの特性に重大な影響を及ぼすが、結晶粒界の影響を排除して単結晶の半導体膜で前記チャネル形成領域を形成することはほとんど不可能であった。   The crystalline semiconductor film thus manufactured is formed by aggregating a plurality of crystal grains, and the positions and sizes of the crystal grains are random. A TFT manufactured on a glass substrate is formed by separating the crystalline semiconductor into island-shaped patterning for element isolation. In that case, the position and size of the crystal grains could not be specified and formed. Compared with the inside of a crystal grain, the interface (crystal grain boundary) of a crystal grain has innumerable recombination centers and trap centers due to an amorphous structure or crystal defects. It is known that when carriers are trapped in this trapping center, the grain boundary potential rises and becomes a barrier against the carriers, so that the current transport characteristics of the carriers are reduced. The crystallinity of the semiconductor film in the channel formation region has a significant effect on the characteristics of the TFT, but it is almost impossible to form the channel formation region with a single crystal semiconductor film by eliminating the influence of crystal grain boundaries. there were.

特開平7-183540号公報JP-A-7-183540 特開平8−195357号公報JP-A-8-195357

最近、連続発振型レーザ(以下CWレーザと記す)を一方向に走査させながら半導体膜に照射することで、走査方向に繋がって結晶成長し、その方向に長く延びた単結晶の粒を形成する技術が注目されている。この方法を用いれば、少なくともTFTのチャネル方向には結晶粒界のほとんどないものが形成できると考えられている。しかしながら、本方法においては、半導体膜に十分に吸収される波長域のCWレーザを使う都合上、出力が10W程度と非常に小さいレーザしか適用できないため、生産性の面でエキシマレーザを使う技術と比較し劣っている。なお、本方法に適当なCWレーザは、出力が高く、波長が可視光線のもの以下で、出力の安定性の著しく高いものであり、例えば、YVO4レーザの第2高調波や、YAGレーザの第2高調波、YLFレーザの第2高調波、ガラスレーザの第2高調波、YalO3レーザの第2高調波、Arレーザなどが当てはまる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。しかしながら、先に列挙した諸レーザは、非常に干渉性が高いために干渉による照射のムラが生じやすい。また、レーザビームの半導体膜への入射角度の違いで半導体膜のアニールの様子が変化する欠点を有していた。本発明は、このような欠点を克服することを課題とする。 Recently, by irradiating a semiconductor film while scanning in one direction with a continuous wave laser (hereinafter referred to as CW laser), crystals are grown in the scanning direction, and single crystal grains extending in that direction are formed. Technology is drawing attention. If this method is used, it is believed that a crystal grain boundary with at least in the TFT channel direction can be formed. However, in this method, for the convenience of using a CW laser in a wavelength region that is sufficiently absorbed by the semiconductor film, only a very small laser having an output of about 10 W can be applied. It is inferior compared. A CW laser suitable for this method has a high output, a wavelength less than that of visible light, and a very high output stability. For example, the second harmonic of a YVO 4 laser or a YAG laser The second harmonic, the second harmonic of the YLF laser, the second harmonic of the glass laser, the second harmonic of the YalO 3 laser, the Ar laser, and the like are applicable. The harmonic laser is generally doped with Nd, Yb, Cr, etc., and this is excited to oscillate the laser. The practitioner may select the type of dopant as appropriate. However, the lasers enumerated above are very high in coherence, and therefore uneven irradiation due to interference is likely to occur. In addition, there is a disadvantage that the state of annealing of the semiconductor film changes due to the difference in the incident angle of the laser beam to the semiconductor film. An object of the present invention is to overcome such drawbacks.

CWレーザによる半導体膜の結晶化工程においては、少しでも生産性を上げるためにレーザビームを照射面において長い楕円状に加工し、楕円状のレーザビーム(以下楕円ビームと称する。)の短径方向に走査させ、半導体膜を結晶化させることが盛んに行われている。加工後のレーザビームの形状が楕円状になるのは、元のレーザビームの形状が円形もしくはそれに近い形状であるからである。あるいは、レーザビームの元の形状が長方形状であればそれをシリンドリカルレンズなどで1方向に拡大して長い長方形状に加工し同様に用いても良い。本明細書中では、楕円ビームと長方形状のビームを総称して、長いビームと呼ぶ。また複数のレーザビームをそれぞれ長いビームに加工し、それらをつなげてさらに長いビームを作っても良い。本発明は、このような工程において照射ムラの少ない長いビームの照射方法および照射装置、並びに半導体装置の作製方法を提供する。   In the crystallization process of a semiconductor film using a CW laser, a laser beam is processed into a long ellipse on the irradiation surface in order to increase the productivity as much as possible, and the minor axis direction of the elliptical laser beam (hereinafter referred to as an elliptical beam). In order to crystallize a semiconductor film, it is actively performed. The reason why the shape of the laser beam after processing is elliptical is that the shape of the original laser beam is circular or close to it. Alternatively, if the original shape of the laser beam is a rectangular shape, it may be enlarged in one direction with a cylindrical lens or the like to be processed into a long rectangular shape and used in the same manner. In this specification, the elliptical beam and the rectangular beam are collectively referred to as a long beam. Alternatively, a plurality of laser beams may be processed into long beams and connected to form a longer beam. The present invention provides a long beam irradiation method and irradiation apparatus with little irradiation unevenness in such a process, and a method for manufacturing a semiconductor device.

本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、レーザと、前記レーザから射出されるレーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工する手段と、前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に第1方向に移動させる手段と、前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に前記第1方向と逆方向である第2方向に移動させる手段と、前記第1方向に対し垂直なある平面において、前記レーザビームの前記照射面に対する入射角度を鏡像反転する手段とを有することを特徴としている。   The structure of the invention relating to the laser irradiation apparatus disclosed in this specification includes a laser, means for processing a laser beam emitted from the laser into a long beam at or near an irradiation surface, and the irradiation with respect to the laser beam. Means for moving the surface relatively in the first direction, means for moving the irradiation surface relative to the laser beam in a second direction opposite to the first direction, and in the first direction. And a means for reversing a mirror image of an incident angle of the laser beam with respect to the irradiation surface in a plane perpendicular to the surface.

本明細書で開示するレーザ照射装置に関する他の発明の構成は、 レーザと、前記レーザから射出されるレーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工する手段と、前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に第1方向に移動させる手段と、前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に前記第1方向と逆方向である第2方向に移動させる手段と、前記レーザビームの前記基板に対する入射角度を前記移動の方向によって変更することで、前記第1方向の単位ベクトルと前記照射面に対する前記レーザビームの入射方向の単位ベクトルとの内積と、前記第2方向の単位ベクトルと前記照射面に対する前記レーザビームの入射方向の単位ベクトルとの内積と、を等しくする手段と、を有することを特徴としている。   Another aspect of the invention relating to the laser irradiation apparatus disclosed in this specification includes: a laser; means for processing a laser beam emitted from the laser into a long beam at or near an irradiation surface; and Means for moving the irradiation surface relative to the first direction; means for moving the irradiation surface relative to the laser beam in a second direction opposite to the first direction; and the laser beam. By changing the incident angle of the laser beam to the substrate according to the direction of movement, and the inner product of the unit vector in the first direction and the unit vector in the incident direction of the laser beam with respect to the irradiation surface, and the unit vector in the second direction And means for equalizing the inner product of the unit vector of the incident direction of the laser beam with respect to the irradiation surface.

上記発明の構成において、前記レーザは、気体レーザ、固体レーザまたは金属蒸気レーザであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザ、XeFエキシマレーザ、XeClエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、F2エキシマレーザ、CO2レーザ等があり、前記固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YalO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイヤレーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。又、本発明は特に連続発振レーザに適用すると望ましい。 In the structure of the invention, the laser is a gas laser, a solid-state laser, or a metal vapor laser. Examples of the gas laser include an Ar laser, a Kr laser, an XeF excimer laser, an XeCl excimer laser, a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, an F 2 excimer laser, and a CO 2 laser. The solid laser includes a YAG laser and a YVO 4 laser. , YLF laser, YalO 3 laser, glass laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, and the like, and examples of the metal laser include helium cadmium laser, copper vapor laser, and gold vapor laser. The present invention is particularly desirable when applied to a continuous wave laser.

また、上記発明の構成において、前記レーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていることを特徴とする。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。   In the configuration of the above invention, the laser beam is converted into a harmonic by a nonlinear optical element. Crystals used in the nonlinear optical element are excellent in terms of conversion efficiency when, for example, LBO, BBO, KDP, KTP, KB5, and CLBO are used. By introducing these nonlinear optical elements into the laser resonator, the conversion efficiency can be greatly increased. The harmonic laser is generally doped with Nd, Yb, Cr, etc., and this is excited to oscillate the laser. The practitioner may select the type of dopant as appropriate.

また、上記発明の構成において、前記レーザビームはTEM00で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。 In the configuration of the above invention, it is preferable that the laser beam be oscillated by TEM 00 because the energy uniformity of the obtained long beam can be increased.

また、上記発明の構成において、前記照射面に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺(本明細書中では短径と呼ぶ。
)を含む面を入射面と定義すると、前記レーザビームの入射角度φは、前記短辺の長さがW、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザビームに対して透光性を有する基板の厚さがdであるとき、φ≧arctan(W/2d)
を満たすことを特徴としている。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。
上記の式は、基板の屈折率を1として算出した。一般にガラス基板の屈折率は1.5前後であり、それを考慮して計算すると、上記φの最小値はやや大きくなるが、ビームの端のエネルギー密度は中央と比較して低いことから上の式の範囲でも十分に干渉低減の効果が得られる。
In the structure of the present invention, a short side (referred to as a short diameter in this specification) is a plane perpendicular to the irradiation surface and the shape of the long beam is regarded as a rectangle.
) Is defined as an incident surface, the incident angle φ of the laser beam is set to be W on the irradiation surface, and the substrate has translucency with respect to the laser beam. Φ ≧ arctan (W / 2d) when the thickness of the film is d
It is characterized by satisfying. When the locus of the laser beam is not on the incident surface, the incident angle of the projection of the locus onto the incident surface is φ. When the laser beam is incident at this incident angle φ, the reflected light from the surface of the substrate and the reflected light from the back surface of the substrate do not interfere with each other, and uniform laser beam irradiation can be performed.
In the above formula, the refractive index of the substrate was calculated as 1. In general, the refractive index of a glass substrate is around 1.5, and when calculated in consideration thereof, the minimum value of φ is slightly larger, but the energy density at the end of the beam is lower than that at the center. Even within the range of the equation, the effect of reducing interference can be sufficiently obtained.

また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板が挙げられる。また、可撓性基板とは、PET、PES、PEN、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜(AlON、AlN、AlOなど)、炭素膜(DLC(ダイヤモンドライクカーボン)など)、SiNなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。なお、上記式は基板がレーザ光に対して透光性を有している場合のみ成立することは言うまでもない。   As the substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a silicon substrate, a plastic substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate, a flexible substrate, or the like can be used. Examples of the glass substrate include a substrate made of glass such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass. The flexible substrate is a film-like substrate made of PET, PES, PEN, acrylic, or the like. If a semiconductor device is manufactured using the flexible substrate, weight reduction is expected. If a barrier layer such as an aluminum film (AlON, AlN, AlO, etc.), a carbon film (DLC (Diamond Like Carbon), etc.), SiN or the like is formed as a single layer or a multilayer on the surface of the flexible substrate, or the front and back surfaces It is desirable because durability is improved. Needless to say, the above formula is established only when the substrate is transparent to laser light.

また、上記発明の構成において、前記短辺の長さWは、前記レーザから射出されたレーザビームの広がり角をθとし、前記レーザビームを拡大するビームエキスパンダーの拡大率をMとし、前記レーザビームを前記照射面において前記短辺方向に集光するレンズの焦点距離をfとしたときに、W=fθ/Mと近似的に書けるが、Wが50μm以下とすると、レーザビームの照射時間を短縮できるので好ましい。すなわち、W=fθ/M≦50μmであることが好ましい。   In the configuration of the above invention, the length W of the short side is defined as θ, a divergence angle of a laser beam emitted from the laser, M, a magnification of a beam expander that expands the laser beam, and the laser beam. Can be approximately written as W = fθ / M, where f is the focal length of the lens that focuses light in the short side direction on the irradiation surface, but when W is 50 μm or less, the laser beam irradiation time is shortened. It is preferable because it is possible. That is, it is preferable that W = fθ / M ≦ 50 μm.

また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、レーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工し、前記長いビームに対して前記照射面を第1方向に第1の入射角度で相対的に移動させながら照射するレーザ照射方法であって、前記第1の入射角度を形成する前記レーザビームと前記移動方向とが成す角度が常に一定であることを特徴としている。   In addition, in the configuration of the invention relating to the laser irradiation method disclosed in this specification, the laser beam is processed into a long beam at or near the irradiation surface, and the irradiation surface is first in the first direction with respect to the long beam. A laser irradiation method in which irradiation is performed while relatively moving at an incident angle, wherein an angle formed between the laser beam forming the first incident angle and the moving direction is always constant.

また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する他の発明の構成は、レーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射するレーザ照射方法であって、前記長いビームに対して前記照射面を第1方向に第1の入射角度で相対的に移動させながら照射し、前記長いビームに対して前記照射面を前記第1方向と逆方向である第2方向に第2の入射角度で相対的に移動させながら照射し、前記第1の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第2の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第1方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。   Another aspect of the invention relating to the laser irradiation method disclosed in this specification is a laser irradiation method in which a laser beam is processed into a long beam at or near the irradiation surface, and is irradiated with the laser beam. Irradiation is performed while relatively moving the irradiation surface in a first direction at a first incident angle, and the irradiation surface is second incident in a second direction opposite to the first direction with respect to the long beam. The laser beam incident at the first incident angle and the laser beam incident at the second incident angle are mirror images in a plane perpendicular to the first direction. It is characterized by being in a relationship.

また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する他の発明の構成は、レーザビームを照射面もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射するレーザ照射方法であって、前記長いビームに対して前記照射面を前記長いビームの短径方向と平行な第1方向に第1の入射角度で相対的に移動させながら照射し、前記長いビームに対して前記照射面を前記第1方向と逆方向である第2方向に第2の入射角度で相対的に移動させながら照射し、前記第1の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第2の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第1方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。   Another aspect of the invention relating to the laser irradiation method disclosed in this specification is a laser irradiation method in which a laser beam is processed into a long beam at or near the irradiation surface, and is irradiated with the laser beam. Irradiation is performed while relatively moving the irradiation surface at a first incident angle in a first direction parallel to the minor axis direction of the long beam, and the irradiation surface is opposite to the first direction with respect to the long beam. The laser beam incident at the first incident angle and the laser beam incident at the second incident angle are irradiated while being relatively moved at a second incident angle in the second direction. In a plane perpendicular to the first direction, it is characterized by a mirror image relationship.

上記発明の構成において、前記レーザは、気体レーザ、固体レーザまたは金属蒸気レーザであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザ、XeFエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、F2エキシマレーザ、CO2レーザ等があり、前記固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YalO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイヤレーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。又、本発明は特に連続発振レーザに適用すると望ましい。 In the structure of the invention, the laser is a gas laser, a solid-state laser, or a metal vapor laser. Examples of the gas laser include an Ar laser, a Kr laser, an XeF excimer laser, a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, an F 2 excimer laser, and a CO 2 laser. The solid laser includes a YAG laser, a YVO 4 laser, a YLF laser, There are YalO 3 laser, glass laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser and the like, and examples of the metal laser include helium cadmium laser, copper vapor laser, and gold vapor laser. The present invention is particularly desirable when applied to a continuous wave laser.

また、上記発明の構成において、前記レーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていることを特徴とする。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。   In the configuration of the above invention, the laser beam is converted into a harmonic by a nonlinear optical element. Crystals used in the nonlinear optical element are excellent in terms of conversion efficiency when, for example, LBO, BBO, KDP, KTP, KB5, and CLBO are used. By introducing these nonlinear optical elements into the laser resonator, the conversion efficiency can be greatly increased. The harmonic laser is generally doped with Nd, Yb, Cr, etc., and this is excited to oscillate the laser.

また、上記発明の構成において、前記レーザビームはTEM00で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。 In the configuration of the above invention, it is preferable that the laser beam be oscillated by TEM 00 because the energy uniformity of the obtained long beam can be increased.

また、上記発明の構成において、前記照射面に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面を入射面と定義すると、前記レーザビームの入射角度φは、前記短辺の長さがW、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザビームに対して透光性を有する基板の厚さがdであるとき、φ≧arctan(W/2d)
を満たすことを特徴としている。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。
上記の式は、基板の屈折率を1として算出した。一般にガラス基板の屈折率は1.5前後であり、それを考慮して計算すると、上記φの最小値はやや大きくなるが、ビームの端のエネルギー密度は中央と比較して低いことから上の式の範囲でも十分に干渉低減の効果が得られる。
In the configuration of the invention described above, when a plane that is a plane perpendicular to the irradiation surface and includes a short side when the long beam shape is regarded as a rectangle is defined as an incident surface, the incident angle of the laser beam φ is φ ≧ arctan (W / 2d) when the length of the short side is W, the thickness of the substrate that is placed on the irradiation surface and is transparent to the laser beam is d
It is characterized by satisfying. When the locus of the laser beam is not on the incident surface, the incident angle of the projection of the locus onto the incident surface is φ. When the laser beam is incident at this incident angle φ, the reflected light from the surface of the substrate and the reflected light from the back surface of the substrate do not interfere with each other, and uniform laser beam irradiation can be performed.
In the above formula, the refractive index of the substrate was calculated as 1. In general, the refractive index of a glass substrate is around 1.5, and when calculated in consideration thereof, the minimum value of φ is slightly larger, but the energy density at the end of the beam is lower than that at the center. Even within the range of the equation, the effect of reducing interference can be sufficiently obtained.

また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。なお、上記式は基板がレーザ光に対して透光性を有している場合のみ成立することは言うまでもない。   As the substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a silicon substrate, a plastic substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate, a flexible substrate, or the like can be used. Needless to say, the above formula is established only when the substrate is transparent to laser light.

また、上記発明の構成において、前記短辺の長さWは、前記レーザビームの広がり角をθとし、前記レーザビームを拡大するビームエキスパンダーの拡大率をMとし、前記レーザビームを前記照射面において前記短辺方向に集光するレンズの焦点距離をfとしたときに、W=fθ/Mと近似的に書けるが、Wが50μm以下とすると、レーザビームの照射時間を短縮できるので好ましい。すなわち、W=fθ/M≦50μmであることが好ましい。   In the configuration of the invention described above, the length W of the short side is such that the spread angle of the laser beam is θ, the magnification of a beam expander for expanding the laser beam is M, and the laser beam is irradiated on the irradiation surface. When the focal length of the lens condensing in the short side direction is f, it can be written approximately as W = fθ / M. However, it is preferable that W is 50 μm or less because the irradiation time of the laser beam can be shortened. That is, it is preferable that W = fθ / M ≦ 50 μm.

また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、レーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長いビームに加工し、前記長いビームに対して前記半導体膜を第1方向に第1の入射角度で相対的に移動させながら照射し、前記半導体膜を結晶化する半導体装置の作製方法であって、前記第1の入射角度で入射する前記レーザビームと前記移動方向とが成す角度が常に一定であることを特徴とする半導体装置の作製方法。   In addition, in the structure of the invention relating to the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification, a laser beam is processed into a long beam on or in the vicinity of the semiconductor film, and the semiconductor film is moved in the first direction with respect to the long beam. A method for manufacturing a semiconductor device in which irradiation is performed while relatively moving at a first incident angle to crystallize the semiconductor film, wherein the laser beam incident at the first incident angle and the moving direction are formed. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the angle is always constant.

また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する他の発明の構成は、 レーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射する半導体装置の作製方法であって、前記長いビームに対して前記半導体膜を第1方向に第1の入射角度で相対的に移動させながら照射し、前記長いビームに対して前記半導体膜を前記第1方向と逆方向である第2方向に第2の入射角度で相対的に移動させながら照射して、前記半導体膜を結晶化し、前記第1の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第2の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第1方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。   In addition, another structure of the invention relating to a method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification is a method for manufacturing a semiconductor device in which a laser beam is processed into a long beam on or near a semiconductor film and irradiated. The semiconductor film is irradiated to the long beam while relatively moving at a first incident angle in the first direction, and the semiconductor film is irradiated to the long beam in a second direction opposite to the first direction. Irradiating the semiconductor film with relative movement at a second incident angle to crystallize the semiconductor film, and the laser beam incident at the first incident angle and the laser beam incident at the second incident angle; Are mirror images in a plane perpendicular to the first direction.

また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する他の発明の構成は、レーザビームを半導体膜上もしくはその近傍にて長いビームに加工して照射する半導体装置の作製方法であって、前記長いビームに対して前記半導体膜を前記長いビームの短径方向と平行な第1方向に第1の入射角度で相対的に移動させながら照射し、前記長いビームに対して前記半導体膜を前記第1方向と逆方向である第2方向に第2の入射角度で相対的に移動させながら照射して、前記半導体膜を結晶化し、前記第1の入射角度で入射する前記レーザビームと前記第2の入射角度で入射する前記レーザビームとは、前記第1方向に垂直な平面において、鏡像関係にあることを特徴としている。   Further, another structure of the invention relating to a method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification is a method for manufacturing a semiconductor device in which a laser beam is processed into a long beam on or near the semiconductor film and irradiated. The semiconductor film is irradiated to the long beam while moving the semiconductor film relatively at a first incident angle in a first direction parallel to the minor axis direction of the long beam, and the semiconductor film is irradiated to the long beam. Irradiating while moving relatively at a second incident angle in a second direction opposite to one direction, the semiconductor film is crystallized, and the laser beam incident at the first incident angle and the second The laser beam incident at an incident angle is in a mirror image relation in a plane perpendicular to the first direction.

上記発明の構成において、前記レーザは、気体レーザ、固体レーザまたは金属蒸気レーザであることを特徴としている。前記気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザ、XeFエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、F2エキシマレーザ、CO2レーザ等があり、前記固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YalO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイヤレーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。又、本発明は特に連続発振レーザに適用すると望ましい。 In the structure of the invention, the laser is a gas laser, a solid-state laser, or a metal vapor laser. Examples of the gas laser include an Ar laser, a Kr laser, an XeF excimer laser, a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, an F 2 excimer laser, and a CO 2 laser. The solid laser includes a YAG laser, a YVO 4 laser, a YLF laser, There are YalO 3 laser, glass laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser and the like, and examples of the metal laser include helium cadmium laser, copper vapor laser, and gold vapor laser. The present invention is particularly desirable when applied to a continuous wave laser.

また、上記発明の各構成において、前記レーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていることを特徴とする。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。   In each configuration of the invention described above, the laser beam is converted into a harmonic by a non-linear optical element. Crystals used in the nonlinear optical element are excellent in terms of conversion efficiency when, for example, LBO, BBO, KDP, KTP, KB5, and CLBO are used. By introducing these nonlinear optical elements into the laser resonator, the conversion efficiency can be greatly increased. The harmonic laser is generally doped with Nd, Yb, Cr, etc., and this is excited to oscillate the laser.

また、上記発明の各構成において、前記レーザビームはTEM00で発振されると、得られる長いビームのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。 In each configuration of the invention described above, it is preferable that the laser beam be oscillated by TEM 00 because the energy uniformity of the obtained long beam can be increased.

また、上記発明の各構成において、前記半導体膜上に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面を入射面と定義すると、前記レーザビームの入射角度φは、前記短辺の長さがW(本明細書中では短径と呼ぶ。)、前記半導体膜が形成されており、かつ、前記レーザビームに対して透光性を有する基板の厚さがdであるとき、φ≧arctan(W/2d)
を満たすことを特徴としている。なお、レーザビームの軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をφとする。この入射角度φでレーザビームが入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザビームの照射を行うことができる。
上記の式は、基板の屈折率を1として算出した。一般にガラス基板の屈折率は1.5前後であり、それを考慮して計算すると、上記φの最小値はやや大きくなるが、ビームの端のエネルギー密度は中央と比較して低いことから上の式の範囲でも十分に干渉低減の効果が得られる。
Further, in each configuration of the invention described above, when a plane that is a plane perpendicular to the semiconductor film and includes a short side when the long beam is regarded as a rectangle is defined as an incident plane, The incident angle φ is such that the length of the short side is W (referred to as a short diameter in this specification), the semiconductor film is formed, and the substrate has a light-transmitting property with respect to the laser beam. Φ ≧ arctan (W / 2d) when the thickness is d
It is characterized by satisfying. When the locus of the laser beam is not on the incident surface, the incident angle of the projection of the locus onto the incident surface is φ. When the laser beam is incident at this incident angle φ, the reflected light from the surface of the substrate and the reflected light from the back surface of the substrate do not interfere with each other, and uniform laser beam irradiation can be performed.
In the above formula, the refractive index of the substrate was calculated as 1. In general, the refractive index of a glass substrate is around 1.5, and when calculated in consideration thereof, the minimum value of φ is slightly larger, but the energy density at the end of the beam is lower than that at the center. Even within the range of the equation, the effect of reducing interference can be sufficiently obtained.

また、前記基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。なお、上記式は基板がレーザ光に対して透光性を有している場合のみ成立することは言うまでもない。   As the substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a silicon substrate, a plastic substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate, a flexible substrate, or the like can be used. Needless to say, the above formula is established only when the substrate is transparent to laser light.

また、上記発明の各構成において、前記短辺の長さWは、前記レーザビームの広がり角をθとし、前記レーザビームを拡大するビームエキスパンダーの拡大率をMとし、前記レーザビームを前記半導体膜表面において前記短辺方向に集光するレンズの焦点距離をfとしたときに、W=fθ/Mと近似的に書けるが、Wが50μm以下とすると、レーザビームの照射時間を短縮できるので好ましい。すなわち、W=fθ/M≦50μmであることが好ましい。   Further, in each configuration of the invention, the length W of the short side is defined by θ as a divergence angle of the laser beam, M as an expansion ratio of a beam expander that expands the laser beam, and the laser beam as the semiconductor film. When the focal length of the lens condensing in the short side direction on the surface is f, it can be written approximately as W = fθ / M. However, if W is 50 μm or less, it is preferable because the irradiation time of the laser beam can be shortened. . That is, it is preferable that W = fθ / M ≦ 50 μm.

本発明が示す式を満たす入射角度にてレーザビームを半導体膜に入射させ、レーザビームの入射角度を、レーザビームに対する半導体膜の走査方向の向きにより、交互に変化させると、走査方向によるレーザの照射の違いが無くなりより均一なレーザ照射が行える。本発明は、特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。また、走査方向の向きに依らず均一なレーザ照射が行えるため、スループットを向上させることを可能とする。本発明を利用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。   When the laser beam is incident on the semiconductor film at an incident angle satisfying the expression indicated by the present invention, and the incident angle of the laser beam is changed alternately depending on the direction of the scanning direction of the semiconductor film with respect to the laser beam, There is no difference in irradiation, and more uniform laser irradiation can be performed. The present invention is particularly suitable for crystallization of semiconductor films, improvement of crystallinity, and activation of impurity elements. In addition, since uniform laser irradiation can be performed regardless of the direction of the scanning direction, throughput can be improved. In a semiconductor device typified by an active matrix liquid crystal display device using the present invention, the operating characteristics and reliability of the semiconductor device can be improved. Furthermore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
(a)本発明が示す式を満たす入射角度にてレーザビームを半導体膜に入射させ、レーザビームの入射角度を、レーザビームに対する半導体膜の走査方向の向きにより、交互に変化させると、走査方向によるレーザの照射の違いが無くなりより均一なレーザ照射が行える。入射角度を0°としないことで半導体膜面上でのレーザビームの干渉を抑えることができるため、特性の均一な半導体膜を得ることができる。
(b)被照射体に対して均一にアニールすることを可能とする。特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。
(c)スループットを向上させることを可能とする。
(d)以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
By adopting the configuration of the present invention, the following basic significance can be obtained.
(A) When the laser beam is incident on the semiconductor film at an incident angle satisfying the expression indicated by the present invention, and the incident angle of the laser beam is changed alternately depending on the direction of the scanning direction of the semiconductor film with respect to the laser beam, the scanning direction This eliminates the difference in laser irradiation due to the above, and enables more uniform laser irradiation. Since the incident angle is not set to 0 °, interference of the laser beam on the semiconductor film surface can be suppressed, so that a semiconductor film with uniform characteristics can be obtained.
(B) It is possible to uniformly anneal the irradiated object. In particular, it is suitable for crystallization of semiconductor films, improvement of crystallinity, and activation of impurity elements.
(C) The throughput can be improved.
(D) In a semiconductor device typified by an active matrix liquid crystal display device, the operating characteristics and reliability of the semiconductor device can be improved while satisfying the above advantages. Furthermore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

本発明の実施形態について図1、図4を用いて説明する。本実施形態では、楕円ビーム106を形成し半導体膜表面105に照射する例を示す。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an example in which an elliptical beam 106 is formed and irradiated onto the semiconductor film surface 105 is shown.

まず、LD励起式の10Wのレーザ発振器101(Nd:YVO4レーザ、CW、第2高調波)を用意する。前記レーザ発振器は、TEM00の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第2高調波に変換されている。ビーム径は2.25mmである。広がり角は0.3mrad程度である。45°反射ミラーにて、鉛直方向にレーザビームの進行方向を変換する。次に、楕円ビームの長径を半導体膜表面105において500μm程度とするために、焦点距離が150mmのシリンドリカルレンズ103にレーザビームを垂直に入射させる。さらに、シリンドリカルレンズ103の下方100mmの位置に焦点距離20mmのシリンドリカルレンズ104を配置する。
シリンドリカルレンズ104により、楕円ビーム106の短径の長さが制御される。理論的には、この系で短径Wが6μm程度となる。前記短径の長さを所望の長さとするためには、前述の式に従って光学系を組めばよい。例えば、倍率がM倍のビームエキスパンダを用いてビームを拡大すると、より細い短径(ビームエキスパンダを用いない場合と比較して1/Mの長さ。)を得ることが可能となる。
焦点深度を深くするためには、シリンドリカルレンズ104にて集光されたレーザビームのビームウエストが、半導体膜表面105にくるように配置する。シリンドリカルレンズ103と104の母線は互いに直交するように配置する。シリンドリカルレンズ104においては、図4に示すように、レーザビームの入射位置をシリンドリカルレンズ104の曲率のある方向に平行移動させた位置にする。これにより、レーザビームの進行方向が変化し、半導体膜表面105に対するレーザビームの入射角度がφ(≠0°)となる。
First, an LD-pumped 10 W laser oscillator 101 (Nd: YVO 4 laser, CW, second harmonic) is prepared. The laser oscillator is an oscillation mode of TEM00, and an LBO crystal is built in the resonator and converted into the second harmonic. The beam diameter is 2.25mm. The divergence angle is about 0.3 mrad. The traveling direction of the laser beam is converted in the vertical direction by a 45 ° reflection mirror. Next, in order to make the major axis of the elliptical beam about 500 μm at the semiconductor film surface 105, the laser beam is vertically incident on the cylindrical lens 103 having a focal length of 150 mm. Further, a cylindrical lens 104 having a focal length of 20 mm is disposed at a position 100 mm below the cylindrical lens 103.
The length of the minor axis of the elliptical beam 106 is controlled by the cylindrical lens 104. Theoretically, in this system, the minor axis W is about 6 μm. In order to set the length of the minor axis to a desired length, an optical system may be assembled according to the above formula. For example, when a beam is expanded using a beam expander with a magnification of M, it is possible to obtain a narrower short diameter (length of 1 / M compared to the case where no beam expander is used).
In order to increase the depth of focus, the laser beam focused by the cylindrical lens 104 is arranged so that the beam waist comes to the semiconductor film surface 105. The buses of the cylindrical lenses 103 and 104 are arranged so as to be orthogonal to each other. In the cylindrical lens 104, as shown in FIG. 4, the incident position of the laser beam is set to a position translated in the direction in which the cylindrical lens 104 has a curvature. As a result, the traveling direction of the laser beam changes, and the incident angle of the laser beam with respect to the semiconductor film surface 105 becomes φ (≠ 0 °).

半導体膜が成膜された基板は、厚さdのガラス基板であり、レーザ照射の際に基板が落ちないように、吸着ステージ107に固定されている。吸着ステージ107は、X軸用の一軸ロボット108とY軸用の一軸ロボット109により、半導体膜表面105に平行な面上をXY方向に動作できる。前述の干渉が出ない条件式は、φ≧arctan(W/2d)であるから、例えば基板に厚さ0.7mmのものを使うとφ≧0.24°となる。
実際には、レンズの精度などで楕円ビームの短径は理論値よりも太くなるので、φはもう少し大きな値を取った方が無難である。例えば短径が50μm程度の楕円ビームであれば形成は容易であることから、上記の式に当てはめると、φ≧2.0°となる。
The substrate on which the semiconductor film is formed is a glass substrate having a thickness d, and is fixed to the suction stage 107 so that the substrate does not fall during laser irradiation. The suction stage 107 can be moved in the XY direction on a plane parallel to the semiconductor film surface 105 by the uniaxial robot 108 for the X axis and the uniaxial robot 109 for the Y axis. The conditional expression that does not cause the interference is φ ≧ arctan (W / 2d). Therefore, for example, when a substrate having a thickness of 0.7 mm is used, φ ≧ 0.24 °.
Actually, the minor axis of the elliptical beam becomes thicker than the theoretical value due to the accuracy of the lens, so it is safer to take a slightly larger value for φ. For example, if an elliptical beam having a minor axis of about 50 μm is formed easily, φ ≧ 2.0 ° is obtained by applying the above equation.

次に、半導体膜の作製方法の例を示す。前記半導体膜は、可視光線に対して透明なガラス基板上に形成する。具体的には、厚さ0.7mmのガラス基板の片面に厚さ200nmの酸化窒化珪素膜を成膜しその上に厚さ150nmのa-Si膜をプラズマCVD法にて成膜する。さらに半導体膜のレーザに対する耐性を高めるために、500℃1時間の熱アニールを該半導体膜に対して行った。前記熱アニールの他に、従来技術の項目で述べた金属元素による半導体膜の結晶化を行ってもよい。どちらの膜を使っても、最適なレーザビームの照射条件はほぼ同様である。 Next, an example of a method for manufacturing a semiconductor film is described. The semiconductor film is formed on a glass substrate that is transparent to visible light. Specifically, a 200 nm thick silicon oxynitride film is formed on one surface of a 0.7 mm thick glass substrate, and a 150 nm thick a-Si film is formed thereon by a plasma CVD method. Further, in order to increase the resistance of the semiconductor film to the laser, thermal annealing at 500 ° C. for 1 hour was performed on the semiconductor film. In addition to the thermal annealing, the semiconductor film may be crystallized with a metal element described in the section of the prior art. Regardless of which film is used, the optimum laser beam irradiation conditions are almost the same.

ついで、前記半導体膜に対するレーザの照射の例を示す。レーザ発振器101の出力は最大10W程度であるが、楕円ビーム106のサイズが比較的小さいためエネルギー密度が十分あり、5.5W程度に出力を落として照射を行う。Y軸ロボット109を使って楕円ビーム106の短径方向に半導体膜が成膜された基板を走査させることにより、楕円ビーム106の長径方向、幅100μmの領域に、走査方向に長く延びた単結晶の粒が敷き詰められた状態で形成できる。以下前記領域を長結晶粒領域と称する。このとき、レーザビームの入射角度は余裕をみて2°以上とする。これにより干渉が抑制されるので、より均一なレーザの照射が可能となる。楕円ビームの長径は500μm程度であるが、TEM00モードのレーザビームであるため、エネルギー分布がガウシアンであり、ガウシアンの中央付近のみに前記長結晶粒領域ができる。走査速度は数十cm/s〜数百cm/s程度が適当であり、ここでは50cm/sとする。 Next, an example of laser irradiation on the semiconductor film will be described. The output of the laser oscillator 101 is about 10 W at maximum, but since the size of the elliptical beam 106 is relatively small, the energy density is sufficient, and irradiation is performed with the output reduced to about 5.5 W. By scanning the substrate on which the semiconductor film is formed in the minor axis direction of the elliptical beam 106 using the Y-axis robot 109, a single crystal extending long in the scanning direction in the major axis direction and the width of 100 μm of the elliptical beam 106 is obtained. Can be formed in a state where the grains are spread. Hereinafter, the region is referred to as a long crystal grain region. At this time, the incident angle of the laser beam is set to 2 ° or more with a margin. As a result, interference is suppressed, so that more uniform laser irradiation is possible. The major axis of the elliptical beam is about 500 μm, but since it is a TEM00 mode laser beam, the energy distribution is Gaussian, and the long crystal grain region is formed only near the center of Gaussian. The scanning speed is suitably about several tens of cm / s to several hundreds of cm / s, and here it is set to 50 cm / s.

図6に半導体膜全面を長結晶粒領域とする照射方法を示す。識別を容易にするため図中の符号は図1と同じものを使った。半導体膜が成膜された基板を吸着ステージ107に固定し、レーザ発振器101を発振させる。出力は5.5Wとし、まずY軸ロボット109により走査速度50cm/sにて、半導体膜表面を1筋走査する。前記1筋は図6中において、A1の部分に相当する。図6中、Y軸ロボットにて、往路Am(mは正の整数)の部分をレーザ照射した後、X軸ロボット108により、長結晶粒領域の幅分だけ楕円ビームをその長径方向にスライドさせ、復路Bmの部分をレーザ照射する。このときレーザビームの半導体膜表面に対する入射角度φが0°でないため、そのままの状態では、往路と復路とが同一の条件で照射することができない。そこで、往路Amから復路Bmに移るときに、シリンドリカルレンズ104の位置を図4のa)からb)のように平行移動させて、往路と復路の照射条件を同一のものとする。すなわち、レーザビームの基板に対する入射方向の単位ベクトルと、基板の動作方向の単位ベクトルとの内積を一定にする。図示しないが、平行移動させるための駆動機構を用いて、この動作を自動的に行わせる。このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を長結晶粒領域とすることができる。なお、長結晶粒領域の半導体膜の特性は非常に高く特にTFTなどの半導体素子を作製した場合には極めて高い電気移動度を示すことが期待できるが、そのような高い特性が必要でない半導体膜の部分には長結晶粒領域を形成する必要がない。よって、そのような部分にはレーザビームを照射しない、もしくは長結晶粒領域を形成しないようにレーザ照射を行ってもよい。   FIG. 6 shows an irradiation method in which the entire surface of the semiconductor film is a long crystal grain region. In order to facilitate identification, the same reference numerals in FIG. The substrate on which the semiconductor film is formed is fixed to the suction stage 107, and the laser oscillator 101 is oscillated. The output is 5.5 W. First, the Y-axis robot 109 scans one surface of the semiconductor film at a scanning speed of 50 cm / s. The one line corresponds to the portion A1 in FIG. In FIG. 6, the Y-axis robot irradiates the portion of the forward path Am (m is a positive integer) with laser, and then the X-axis robot 108 slides the elliptical beam in the major axis direction by the width of the long crystal grain region. Then, laser irradiation is performed on the part of the return path Bm. At this time, since the incident angle φ of the laser beam with respect to the semiconductor film surface is not 0 °, the forward path and the backward path cannot be irradiated under the same conditions. Therefore, when moving from the forward path Am to the return path Bm, the position of the cylindrical lens 104 is translated as shown in a) to b) of FIG. 4 so that the irradiation conditions of the forward path and the return path are the same. That is, the inner product of the unit vector in the incident direction of the laser beam with respect to the substrate and the unit vector in the operation direction of the substrate is made constant. Although not shown, this operation is automatically performed using a drive mechanism for parallel movement. By repeating such a series of operations, the entire surface of the semiconductor film can be made a long crystal grain region. It should be noted that the characteristics of the semiconductor film in the long crystal grain region are very high, and particularly when a semiconductor element such as a TFT is manufactured, it can be expected to show extremely high electric mobility, but the semiconductor film does not require such a high characteristic. It is not necessary to form a long grain region in this part. Therefore, laser irradiation may be performed so that such a portion is not irradiated with a laser beam or a long crystal grain region is not formed.

本実施例は、他の方法を用いて本発明を実施する例を、図7、図5に沿って説明する。本実施例では、楕円ビーム7006を形成し半導体膜表面7005に照射する例を示す。 In this embodiment, an example in which the present invention is implemented using another method will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an example in which an elliptical beam 7006 is formed and the semiconductor film surface 7005 is irradiated is shown.

まず、LD励起式の10Wのレーザ発振器7001(Nd:YVO4レーザ、CW、第2高調波)を用意する。前記レーザ発振器は、TEM00の発振モードで、共振器にLBO結晶が内蔵されており、第2高調波に変換されている。ビーム径は2.25mmである。広がり角は0.3mrad程度である。図示しない回転機構部が取り付けられた45°反射ミラー7002にて、鉛直方向から数度ずれた方向にレーザビームの進行方向を変換する。次に、楕円ビームの長径を半導体膜表面7005において500μm程度とするために、焦点距離が150mmの平凸シリンドリカルレンズ7003にレーザビームを入射させる。このとき平凸シリンドリカルレンズ7003の平面部と水平面とを平行に保つ。前記数度の角度は、前記シリンドリカルレンズ7003の母線と鉛直方向を含む平面においてつけるものとする。さらに、シリンドリカルレンズ7003の下方100mmの位置に焦点距離20mmの平凸シリンドリカルレンズ7004を配置する。このとき平凸シリンドリカルレンズ7004の平面部と水平面とを平行に保つ。シリンドリカルレンズ7004により、楕円ビーム7006の短径の長さが制御される。理論的には、この系で短径Wが6μm程度となる。焦点深度を深くするためには、シリンドリカルレンズ7004にて集光されたレーザビームのビームウエストが、半導体膜表面7005にくるように配置する。シリンドリカルレンズ7003と7004の母線は互いに直交するように配置する。シリンドリカルレンズ7004においては、図5に示すように、レーザビームの入射位置をシリンドリカルレンズ7004の中心位置にする。45°反射ミラー7002により、レーザビームの進行方向が鉛直方向からずれているため、半導体膜表面7005に対するレーザビームの入射角度がφ(≠0°)となる。 First, an LD-pumped 10 W laser oscillator 7001 (Nd: YVO 4 laser, CW, second harmonic) is prepared. The laser oscillator is an oscillation mode of TEM00, and an LBO crystal is built in the resonator and converted into the second harmonic. The beam diameter is 2.25mm. The divergence angle is about 0.3 mrad. The traveling direction of the laser beam is converted into a direction shifted by several degrees from the vertical direction by a 45 ° reflection mirror 7002 to which a rotation mechanism (not shown) is attached. Next, a laser beam is incident on a plano-convex cylindrical lens 7003 having a focal length of 150 mm so that the major axis of the elliptical beam is about 500 μm at the semiconductor film surface 7005. At this time, the plane portion of the planoconvex cylindrical lens 7003 and the horizontal plane are kept parallel. The angle of several degrees is set on a plane including the generatrix of the cylindrical lens 7003 and the vertical direction. Further, a plano-convex cylindrical lens 7004 having a focal length of 20 mm is disposed at a position 100 mm below the cylindrical lens 7003. At this time, the plane portion of the planoconvex cylindrical lens 7004 and the horizontal plane are kept parallel. The length of the minor axis of the elliptical beam 7006 is controlled by the cylindrical lens 7004. Theoretically, in this system, the minor axis W is about 6 μm. In order to increase the depth of focus, the laser beam condensed by the cylindrical lens 7004 is arranged so that the beam waist comes to the semiconductor film surface 7005. The generating lines of the cylindrical lenses 7003 and 7004 are arranged so as to be orthogonal to each other. In the cylindrical lens 7004, the incident position of the laser beam is set to the center position of the cylindrical lens 7004 as shown in FIG. Since the traveling direction of the laser beam is deviated from the vertical direction by the 45 ° reflection mirror 7002, the incident angle of the laser beam with respect to the semiconductor film surface 7005 becomes φ (≠ 0 °).

吸着ステージ7007に配置する半導体膜が成膜された基板は、発明実施の形態に作製方法を示したものとする。よって、前記入射角度φは最低2°程度とすればよい。レーザ照射の諸条件は、発明実施の形態に示したものと同様に行えばよい。 A substrate on which a semiconductor film to be placed on the suction stage 7007 is formed is described in the manufacturing method in the embodiment mode. Therefore, the incident angle φ may be at least about 2 °. Various conditions for laser irradiation may be performed in the same manner as those described in the embodiment.

図8に半導体膜全面を長結晶粒領域とする照射方法を示す。識別を容易にするため図中の符号は図7と同じものを使った。半導体膜が成膜された基板を吸着ステージ7007に固定し、レーザ発振器7001を発振させる。出力は5.5Wとし、まずY軸ロボット7009により走査速度50cm/sにて、半導体膜表面を1筋走査する。前記1筋は図8中において、A1の部分に相当する。図8中、Y軸ロボットにて、往路Am(mは正の整数。)の部分をレーザ照射した後、X軸ロボット7008により、長結晶粒領域の幅分だけ楕円ビームをその長径方向にスライドさせ、復路Bmの部分をレーザ照射する。このときレーザビームの半導体膜表面に対する入射角度φが0°でないため、そのままの状態では、往路と復路とが同一の条件で照射することができない。そこで、往路と復路の照射条件を同一のものとするように、往路Amから復路Bmに移るときに、45°反射ミラー7002の角度を変化させ、さらにシリンドリカルレンズ7004の位置を図5のa)からb)のように平行移動させる。図示しないが、平行移動させるための駆動機構を用いて、この動作を自動的に行わせる。このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を長結晶粒領域とすることができる。なお、長結晶粒領域の半導体膜の特性は非常に高く特にTFTなどの半導体素子を作製した場合には極めて高い電気移動度を示すことが期待できるが、そのような高い特性が必要でない半導体膜の部分には長結晶粒領域を形成する必要がない。よって、そのような部分にはレーザビームを照射しない、もしくは長結晶粒領域を形成しないようなエネルギー密度でレーザ照射を行ってもよい。   FIG. 8 shows an irradiation method in which the entire surface of the semiconductor film is a long crystal grain region. In order to facilitate identification, the same reference numerals in FIG. 7 are used as in FIG. The substrate on which the semiconductor film is formed is fixed to the suction stage 7007, and the laser oscillator 7001 is oscillated. The output is 5.5 W. First, the Y-axis robot 7009 scans one surface of the semiconductor film at a scanning speed of 50 cm / s. The one line corresponds to a portion A1 in FIG. In FIG. 8, the Y-axis robot irradiates the portion of the forward path Am (m is a positive integer) with laser, and then the X-axis robot 7008 slides the elliptical beam in the major axis direction by the width of the long crystal grain region. And laser irradiation is performed on the part of the return path Bm. At this time, since the incident angle φ of the laser beam with respect to the semiconductor film surface is not 0 °, the forward path and the backward path cannot be irradiated under the same conditions. Therefore, when moving from the forward path Am to the return path Bm so that the irradiation conditions of the forward path and the return path are the same, the angle of the 45 ° reflection mirror 7002 is changed, and the position of the cylindrical lens 7004 is changed to a) in FIG. To translate as shown in b). Although not shown, this operation is automatically performed using a drive mechanism for parallel movement. By repeating such a series of operations, the entire surface of the semiconductor film can be made a long crystal grain region. It should be noted that the characteristics of the semiconductor film in the long crystal grain region are very high, and particularly when a semiconductor element such as a TFT is manufactured, it can be expected to show extremely high electric mobility, but the semiconductor film does not require such a high characteristic. It is not necessary to form a long grain region in this part. Therefore, laser irradiation may be performed at such an energy density that does not irradiate such a portion with a laser beam or form a long crystal grain region.

本実施例では、図1に示した光学系において、入射角度φを0°としたときの半導体膜に記録される干渉の様子について図2に沿って説明する。   In this embodiment, the state of interference recorded in the semiconductor film when the incident angle φ is 0 ° in the optical system shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

照射条件は、発明実施の形態に示した条件と同様であり、前記走査速度のみ50cm/sと75cm/sの2条件の照射とした。図2a)は写真であり、上半分が75cm/sで下半分が50cm/sで照射したものである。発明実施の形態に示したように半導体膜全面に一様に楕円ビームを照射したところ、木目調の干渉縞がはっきりと半導体膜に記録された。図2b)に干渉縞を強調した絵をつけた。図2において、上半分と下半分とで楕円ビームの走査速度が異なるが、どちらの走査速度で照射を行っても、干渉縞の様子は同様であった。   Irradiation conditions were the same as those shown in the embodiment of the present invention, and only the scanning speed was two conditions of 50 cm / s and 75 cm / s. FIG. 2a) is a photograph, with the upper half irradiated at 75 cm / s and the lower half irradiated at 50 cm / s. As shown in the embodiment of the present invention, when the entire surface of the semiconductor film was uniformly irradiated with the elliptical beam, the wood-tone interference fringes were clearly recorded on the semiconductor film. Figure 2b) is a picture with the interference fringes highlighted. In FIG. 2, the scanning speed of the elliptical beam is different between the upper half and the lower half, but the appearance of the interference fringes is the same regardless of which scanning speed is applied.

干渉縞のできる原因は、半導体膜に対して透光性をもち、さらに半導体膜が成膜された基板に対しても透光性をもつレーザを使って半導体膜を加熱していることにある。前記半導体膜は用いるレーザビームの波長に比較して薄いため、半導体膜表面からの反射光と、半導体膜と半導体膜とガラス基板の間に成膜されている絶縁膜との界面における反射光との干渉は起きにくい。しかしながら、半導体膜表面に於ける反射光と、基板裏面に於ける反射光との干渉は十分に起きる可能性がある。図2に見られる干渉縞はこのようなことが原因で起きたものである。
模様が不規則であるのは、基板のゆがみが不規則であることが原因で、もしも基板が皿のような形状になっているのであれば、前記模様は同心円模様となるはずである。この模様は半導体膜の特性と密接な関係にある。このような実験結果から、入射角度0°でのレーザビームの照射は不均一な特性分布をもつ半導体膜の生成につながる。よって、ある0でない入射角度φでレーザビームを入射させることが均一な特性を持つ半導体膜を得る重要な技術となる。
The cause of the interference fringes is that the semiconductor film has a light-transmitting property, and the semiconductor film is heated using a laser having a light-transmitting property to the substrate on which the semiconductor film is formed. . Since the semiconductor film is thinner than the wavelength of the laser beam used, the reflected light from the surface of the semiconductor film and the reflected light at the interface between the semiconductor film and the insulating film formed between the semiconductor film and the glass substrate Interference is unlikely to occur. However, interference between the reflected light on the surface of the semiconductor film and the reflected light on the back surface of the substrate may occur sufficiently. The interference fringes seen in FIG. 2 are caused by this.
The pattern is irregular because the distortion of the substrate is irregular. If the substrate is shaped like a dish, the pattern should be a concentric pattern. This pattern is closely related to the characteristics of the semiconductor film. From such experimental results, irradiation with a laser beam at an incident angle of 0 ° leads to generation of a semiconductor film having a non-uniform characteristic distribution. Therefore, it is an important technique for obtaining a semiconductor film having uniform characteristics to make a laser beam incident at a certain non-zero incident angle φ.

本実施例では、図1に示した光学系において、入射角度φを数度とし、シリンドリカルレンズ104の位置を固定したときの半導体膜に記録される往路と復路の違いに関し図3に沿って説明する。   In the present embodiment, the difference between the forward path and the backward path recorded on the semiconductor film when the incident angle φ is several degrees and the position of the cylindrical lens 104 is fixed in the optical system shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. To do.

照射条件は、発明実施の形態に示した条件と同様であり、図3a)が前記走査速度50cm/sにて照射したa-Si膜の写真である。図中左側が往路であり、右側が復路である。走査方向は写真の上下方向であり、写真中央に見える太い線の領域が長結晶粒領域で、その両脇に細く見えるのがアスペクト比の小さい結晶粒が集まった多結晶領域で、さらにその外側に、微結晶の領域がある。これらの領域の差は、レーザビームがガウス分布に近いエネルギー分布を持つために形成される。往路と復路とで明らかに長結晶粒領域の幅に違いが見られる。これは、規則正しく配列された半導体素子にこのような照射方法にてレーザを照射する際に特に不都合である。長結晶粒領域の外側は長結晶粒領域とは異なる特性を示すため、規則正しく配列された均一な半導体素子を得ることが重要である場合、このような往路と復路の違いは好ましくない。これは前記入射角度φが0でないため、前記往路と復路の関係が鏡像関係にないことが原因で起きる。   Irradiation conditions are the same as those shown in the embodiment of the invention, and FIG. 3a) is a photograph of an a-Si film irradiated at the scanning speed of 50 cm / s. In the figure, the left side is the outbound path and the right side is the inbound path. The scanning direction is the vertical direction of the photo. The thick line region seen in the center of the photo is the long crystal grain region, and the thin side appears on both sides is the polycrystalline region where the crystal grains with a small aspect ratio are gathered. There is a microcrystalline region. The difference between these regions is formed because the laser beam has an energy distribution close to a Gaussian distribution. There is a clear difference in the width of the long grain region between the forward path and the return path. This is particularly inconvenient when the regularly arranged semiconductor elements are irradiated with laser by such an irradiation method. Since the outside of the long crystal grain region shows different characteristics from the long crystal grain region, such a difference between the forward path and the return path is not preferable when it is important to obtain a uniform semiconductor element that is regularly arranged. This occurs because the incident angle φ is not 0 and the relationship between the forward path and the return path is not a mirror image.

図3b)に、前記走査速度100cm/sにて照射したp-Si膜の写真を示す。走査方向は写真の上下方向であり、写真の左が往路で右が復路である、前記p-Si膜は、金属元素ニッケルを使って熱により結晶化させたものであるが、a-Si膜に照射されたものとは、明らかに様子が異なる。これはa-Si膜とp-Si膜との光に対する吸収係数が異なるために生じた違いであるが、その他に金属元素の存在の有無が関係していると推測される。前記写真において、往路は問題なくレーザの照射が行われているが、復路には、走査方向に垂直な方向に線が多数入り、そこに結晶の欠陥が形成されている。このような欠陥は、半導体素子において、素子特性のばらつきや、リーク電流の原因となり好ましくない。このように、p-Si膜にCWレーザを走査させてレーザの照射を行った場合においても、往路と復路に違いが出る。   FIG. 3b) shows a photograph of the p-Si film irradiated at the scanning speed of 100 cm / s. The scanning direction is the vertical direction of the photograph, the left side of the photograph is the forward path, and the right is the backward path. The p-Si film is crystallized by heat using nickel metal, but the a-Si film The situation is clearly different from that irradiated. This is a difference caused by the difference in light absorption coefficient between the a-Si film and the p-Si film, but it is presumed that the presence or absence of metal elements is also involved. In the photograph, the laser irradiation is performed without any problem in the forward path, but in the return path, many lines enter in a direction perpendicular to the scanning direction, and crystal defects are formed there. Such a defect is not preferable in a semiconductor element because it causes variations in element characteristics and causes a leakage current. As described above, even when the p-Si film is scanned with the CW laser and the laser irradiation is performed, there is a difference between the forward path and the backward path.

前記走査において、往路と復路に違いが出る原因は、レーザビームの入射角度の違いにあるので、基板がレーザビームに対して透光性を持っていなくても、本発明が特徴とする効果は出る。しかしながら、基板に透光性がない場合、干渉縞が出来ないため前記入射角度を0°とすることが許される。よって、この場合は本発明を適用しなくてもよいが、レーザを使った半導体膜の結晶化工程においては、可視光に対して透光性のあるガラスを基板として使うことが主流なため、レーザビームの入射角度を0°のまま本工程を利用する場合は限られるであろう。   In the scanning, the cause of the difference between the forward path and the backward path is the difference in the incident angle of the laser beam. Therefore, even if the substrate does not have translucency with respect to the laser beam, the effect of the present invention is as follows. Get out. However, if the substrate is not translucent, interference fringes cannot be formed, so that the incident angle is allowed to be 0 °. Therefore, in this case, the present invention may not be applied. However, in a semiconductor film crystallization process using a laser, since glass that is transparent to visible light is mainly used as a substrate, The use of this process with the incident angle of the laser beam being 0 ° will be limited.

本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図9〜図12を用いて説明する。本明細書ではCMOS回路、及び駆動回路と、画素TFT、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。   In this embodiment, a method for manufacturing an active matrix substrate will be described with reference to FIGS. In this specification, a substrate in which a pixel portion having a CMOS circuit, a driver circuit, a pixel TFT, and a storage capacitor is formed over the same substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.

まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板400を用いる。なお、基板400としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよいし、可撓性基板を用いても良い。なお、本発明はエネルギー分布が同一である線状ビームを容易に形成できるので、複数の線状ビームにより大面積基板を効率良くアニールすることが可能である。   First, in this embodiment, a substrate 400 made of glass such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass is used. Note that the substrate 400 may be a quartz substrate, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless substrate on which an insulating film is formed. Further, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of this embodiment may be used, or a flexible substrate may be used. In the present invention, since a linear beam having the same energy distribution can be easily formed, a large area substrate can be efficiently annealed by a plurality of linear beams.

次いで、基板400上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜401を公知の手段により形成する。本実施例では下地膜401として2層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造を用いても良い。   Next, a base film 401 made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed over the substrate 400 by a known means. Although a two-layer structure is used as the base film 401 in this embodiment, a single-layer film of the insulating film or a structure in which two or more layers are stacked may be used.

次いで、下地膜上に半導体膜を形成する。半導体膜は公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により25〜200nm(好ましくは30〜150nm)の厚さで半導体膜を成膜し、レーザ結晶化法により結晶化させる。レーザ結晶化法は、実施形態および実施例1のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。
なお、前記固体レーザとしては連続発振のYAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振のArレーザ、Krレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。また、連続発光のエキシマレーザも適用できる。前記レーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていてもよい。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。もちろん、レーザ結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法(RTAやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等)と組み合わせて行ってもよい。前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶性半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜、非晶質珪素カーバイト膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。
Next, a semiconductor film is formed over the base film. The semiconductor film is formed with a thickness of 25 to 200 nm (preferably 30 to 150 nm) by a known means (sputtering method, LPCVD method, plasma CVD method, etc.), and is crystallized by a laser crystallization method. In the laser crystallization method, the semiconductor film is irradiated with laser light by any one of the embodiment mode and the first embodiment, or any combination of these embodiments. The laser used is preferably a continuous wave solid state laser, a gas laser or a metal laser.
Examples of the solid-state laser include a continuous wave YAG laser, a YVO 4 laser, a YLF laser, a YAlO 3 laser, a glass laser, a ruby laser, an alexandrite laser, a Ti: sapphire laser, and the gas laser includes a continuous wave Ar. There are a laser, a Kr laser, a CO 2 laser, and the like, and examples of the metal laser include a continuous wave helium cadmium laser, a copper vapor laser, and a gold vapor laser. A continuous light excimer laser can also be applied. The laser beam may be converted into a harmonic by a nonlinear optical element. Crystals used in the nonlinear optical element are excellent in terms of conversion efficiency when, for example, LBO, BBO, KDP, KTP, KB5, and CLBO are used. By introducing these nonlinear optical elements into the laser resonator, the conversion efficiency can be greatly increased. The harmonic laser is generally doped with Nd, Yb, Cr, etc., and this is excited to oscillate the laser. The practitioner may select the type of dopant as appropriate. Of course, not only the laser crystallization method but also other known crystallization methods (thermal crystallization method using an RTA or furnace annealing furnace, thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization, etc.) You may go. Examples of the semiconductor film include an amorphous semiconductor film, a microcrystalline semiconductor film, a crystalline semiconductor film, and the like, and a compound semiconductor film having an amorphous structure such as an amorphous silicon germanium film or an amorphous silicon carbide film. May be applied.

本実施例では、プラズマCVD法を用い、50nmの非晶質珪素膜を成膜し、この非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法およびレーザ結晶化法を行う。金属元素としてニッケルを用い、溶液塗布法により非晶質珪素膜上に導入した後、550℃で5時間の熱処理を行って第1の結晶性珪素膜を得る。そして、出力10Wの連続発振のNd:YVO4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により第2高調波に変換したのち、実施例1にしたがって第2の結晶性珪素膜を得る。前記第1の結晶性珪素膜にレーザビームを照射して第2の結晶性珪素膜とすることで、結晶性が向上する。このときのエネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、0.5〜2000cm/s程度の速度でレーザビームに対して相対的にステージを動かして照射し、結晶性珪素膜を形成する。図3に示したように、レーザビームの中央付近には均一で良好な結晶性半導体膜が形成されるが、その両端には特性の異なる結晶性半導体膜が形成される。このような位置に半導体素子を形成しないためには、あらかじめ、基板を位置決めし所望の領域にレーザビームを照射すればよい。、第2の結晶性珪素膜を用いてTFTを作製すると、移動度は500〜660cm2/Vs程度と著しく向上する。 In this embodiment, a plasma CVD method is used to form a 50 nm amorphous silicon film, and a thermal crystallization method and a laser crystallization method using a metal element that promotes crystallization on the amorphous silicon film. Do. Nickel is used as the metal element and is introduced onto the amorphous silicon film by a solution coating method, and then a heat treatment is performed at 550 ° C. for 5 hours to obtain a first crystalline silicon film. A laser beam emitted from a continuous-wave Nd: YVO 4 laser having an output of 10 W is converted into a second harmonic by a non-linear optical element, and then a second crystalline silicon film is obtained according to the first embodiment. By irradiating the first crystalline silicon film with a laser beam to form a second crystalline silicon film, the crystallinity is improved. At this time, the energy density of approximately 0.01 to 100 MW / cm 2 (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2) is required. Then, irradiation is performed by moving the stage relative to the laser beam at a speed of about 0.5 to 2000 cm / s to form a crystalline silicon film. As shown in FIG. 3, a uniform and good crystalline semiconductor film is formed near the center of the laser beam, but crystalline semiconductor films having different characteristics are formed at both ends thereof. In order not to form the semiconductor element at such a position, the substrate may be positioned in advance and a desired region may be irradiated with a laser beam. When a TFT is manufactured using the second crystalline silicon film, the mobility is remarkably improved to about 500 to 660 cm 2 / Vs.

このようにして得られた結晶性半導体膜をフォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理により、半導体層402〜406を形成する。   Semiconductor layers 402 to 406 are formed by patterning the crystalline semiconductor film thus obtained using a photolithography method.

また、半導体層402〜406を形成した後、TFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行ってもよい。   Further, after forming the semiconductor layers 402 to 406, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) may be doped in order to control the threshold value of the TFT.

次いで、半導体層402〜406を覆うゲート絶縁膜407を形成する。ゲート絶縁膜407はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により110nmの厚さで酸化窒化珪素膜を形成する。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。   Next, a gate insulating film 407 covering the semiconductor layers 402 to 406 is formed. The gate insulating film 407 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 40 to 150 nm by plasma CVD or sputtering. In this embodiment, a silicon oxynitride film is formed with a thickness of 110 nm by plasma CVD. Of course, the gate insulating film is not limited to the silicon oxynitride film, and another insulating film may be used as a single layer or a laminated structure.

また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後400〜500℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。 When a silicon oxide film is used, TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) and O 2 are mixed by a plasma CVD method to a reaction pressure of 40 Pa, a substrate temperature of 300 to 400 ° C., and a high frequency (13.56 MHz) power density of 0. It can be formed by discharging at 5 to 0.8 W / cm 2 . The silicon oxide film thus manufactured can obtain good characteristics as a gate insulating film by thermal annealing at 400 to 500 ° C. thereafter.

次いで、ゲート絶縁膜407上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜408と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜409とを積層形成する。本実施例では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜408と、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜409を積層形成する。TaN膜はスパッタ法で形成し、Taのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、W膜は、Wのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。 Next, a first conductive film 408 with a thickness of 20 to 100 nm and a second conductive film 409 with a thickness of 100 to 400 nm are stacked over the gate insulating film 407. In this embodiment, a first conductive film 408 made of a TaN film with a thickness of 30 nm and a second conductive film 409 made of a W film with a thickness of 370 nm are stacked. The TaN film is formed by sputtering, and is sputtered in a nitrogen-containing atmosphere using a Ta target. The W film was formed by sputtering using a W target. In addition, it can be formed by a thermal CVD method using tungsten hexafluoride (WF 6 ). In any case, in order to use as a gate electrode, it is necessary to reduce the resistance, and the resistivity of the W film is desirably 20 μΩcm or less.

なお、本実施例では、第1の導電膜408をTaN、第2の導電膜409をWとしているが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、AgPdCu合金を用いてもよい。   In this embodiment, the first conductive film 408 is TaN and the second conductive film 409 is W. However, there is no particular limitation, and all are Ta, W, Ti, Mo, Al, Cu, Cr, Nd. You may form with the element selected from these, or the alloy material or compound material which has the said element as a main component. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used. Further, an AgPdCu alloy may be used.

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク410〜415を形成し、電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。第1のエッチング処理では第1及び第2のエッチング条件で行う。(図9(B))本実施例では第1のエッチング条件として、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25:25:10(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第1のエッチング条件によりW膜をエッチングして第1の導電層の端部をテーパー形状とする。 Next, resist masks 410 to 415 are formed by photolithography, and a first etching process is performed to form electrodes and wirings. The first etching process is performed under the first and second etching conditions. (FIG. 9 (B)) In this example, ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method is used as the first etching condition, and CF 4 , Cl 2 and O 2 are used as etching gases. Each gas flow ratio is 25:25:10 (sccm), 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa, plasma is generated, and etching is performed. 150 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. The W film is etched under this first etching condition so that the end portion of the first conductive layer is tapered.

この後、レジストからなるマスク410〜415を除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30:30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約30秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。 Thereafter, the masks 410 to 415 made of resist are changed to the second etching conditions without being removed, CF 4 and Cl 2 are used as etching gases, and the respective gas flow ratios are set to 30:30 (sccm). Etching is performed for about 30 seconds by applying 500 W RF (13.56 MHz) power to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma. 20 W of RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. Under the second etching condition in which CF 4 and Cl 2 are mixed, the W film and the TaN film are etched to the same extent. Note that in order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, it is preferable to increase the etching time at a rate of about 10 to 20%.

上記第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は15〜45°となる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層417〜422(第1の導電層417a〜422aと第2の導電層417b〜422b)を形成する。416はゲート絶縁膜であり、第1の形状の導電層417〜422で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。   In the first etching process, the shape of the mask made of resist is made suitable, and the end portions of the first conductive layer and the second conductive layer are tapered due to the effect of the bias voltage applied to the substrate side. It becomes. The angle of this taper portion is 15 to 45 °. Thus, the first shape conductive layers 417 to 422 (the first conductive layers 417 a to 422 a and the second conductive layers 417 b to 422 b) composed of the first conductive layer and the second conductive layer by the first etching treatment. Form. Reference numeral 416 denotes a gate insulating film, and a region not covered with the first shape conductive layers 417 to 422 is etched and thinned by about 20 to 50 nm.

次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第2のエッチング処理を行う。
(図9(C))ここでは、エッチングガスにCF4とCl2とO2とを用い、W膜を選択的にエッチングする。この時、第2のエッチング処理により第2の導電層428b〜433bを形成する。一方、第1の導電層417a〜422aは、ほとんどエッチングされず、第2の形状の導電層428〜433を形成する。
Next, a second etching process is performed without removing the resist mask.
Here, CF 4 , Cl 2, and O 2 are used as etching gases, and the W film is selectively etched. At this time, second conductive layers 428b to 433b are formed by a second etching process. On the other hand, the first conductive layers 417a to 422a are hardly etched, and the second shape conductive layers 428 to 433 are formed.

そして、レジストからなるマスクを除去せずに第1のドーピング処理を行い、半導体層にn型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014/cm2とし、加速電圧を40〜80keVとして行う。本実施例ではドーズ量を1.5×1013/cm2とし、加速電圧を60keVとして行う。n型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場合、導電層428〜433がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域423〜427が形成される。不純物領域423〜427には1×1018〜1×1020/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。 Then, a first doping process is performed without removing the resist mask, and an impurity element imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layer at a low concentration. The doping process may be performed by ion doping or ion implantation. The conditions of the ion doping method are a dose amount of 1 × 10 13 to 5 × 10 14 / cm 2 and an acceleration voltage of 40 to 80 keV. In this embodiment, the dose is set to 1.5 × 10 13 / cm 2 and the acceleration voltage is set to 60 keV. As an impurity element imparting n-type, an element belonging to Group 15, typically phosphorus (P) or arsenic (As), is used here, but phosphorus (P) is used. In this case, the conductive layers 428 to 433 serve as a mask for the impurity element imparting n-type, and the impurity regions 423 to 427 are formed in a self-aligning manner. An impurity element imparting n-type conductivity is added to the impurity regions 423 to 427 in a concentration range of 1 × 10 18 to 1 × 10 20 / cm 3 .

レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク434a〜434cを形成して第1のドーピング処理よりも高い加速電圧で第2のドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜1×1015/cm2とし、加速電圧を60〜120keVとして行う。ドーピング処理は第2の導電層428b〜432bを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第2のドーピング処理より加速電圧を下げて第3のドーピング処理を行って図10(A)の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1015〜1×1017/cm2とし、加速電圧を50〜100keVとして行う。第2のドーピング処理および第3のドーピング処理により、第1の導電層と重なる低濃度不純物領域436、442、448には1×1018〜5×1019/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域435、441、444、447には1×1019〜5×1021/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加される。 After removing the resist mask, new resist masks 434a to 434c are formed, and the second doping process is performed at an acceleration voltage higher than that of the first doping process. The conditions of the ion doping method are a dose amount of 1 × 10 13 to 1 × 10 15 / cm 2 and an acceleration voltage of 60 to 120 keV. In the doping treatment, the second conductive layers 428b to 432b are used as masks against the impurity element, and doping is performed so that the impurity element is added to the semiconductor layer below the tapered portion of the first conductive layer. Subsequently, the third doping process is performed by lowering the acceleration voltage than the second doping process to obtain the state of FIG. The conditions of the ion doping method are a dose amount of 1 × 10 15 to 1 × 10 17 / cm 2 and an acceleration voltage of 50 to 100 keV. By the second doping process and the third doping process, the low-concentration impurity regions 436, 442, and 448 overlapping with the first conductive layer have n-type conductivity in a concentration range of 1 × 10 18 to 5 × 10 19 / cm 3. An impurity element imparting is added, and an impurity element imparting n-type is added to the high-concentration impurity regions 435, 441, 444, and 447 in a concentration range of 1 × 10 19 to 5 × 10 21 / cm 3 .

もちろん、適当な加速電圧にすることで、第2のドーピング処理および第3のドーピング処理は1回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を形成することも可能である。 Needless to say, by setting the acceleration voltage to be appropriate, the second and third doping processes can be performed in a single doping process to form the low-concentration impurity region and the high-concentration impurity region.

次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク450a〜450cを形成して第4のドーピング処理を行う。この第4のドーピング処理により、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域453、454、459、460を形成する。第2の導電層429a、432aを不純物元素に対するマスクとして用い、p型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域453、454、459、460はジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で形成する。(図10(B))この第4のドーピング処理の際には、nチャネル型TFTを形成する半導体層はレジストからなるマスク450a〜450cで覆われている。第1乃至3のドーピング処理によって、不純物領域439、447、448にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもp型を付与する不純物元素の濃度を1×1019〜5×1021atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。 Next, after removing the resist mask, new resist masks 450a to 450c are formed, and a fourth doping process is performed. By this fourth doping treatment, impurity regions 453, 454, 459, and 460 in which an impurity element imparting a conductivity type opposite to the one conductivity type is added to the semiconductor layer that becomes the active layer of the p-channel TFT are formed. To do. The second conductive layers 429a and 432a are used as masks against the impurity element, and an impurity element imparting p-type is added to form an impurity region in a self-aligning manner. In this embodiment, the impurity regions 453, 454, 459, and 460 are formed by ion doping using diborane (B 2 H 6 ). (FIG. 10B) In the fourth doping process, the semiconductor layer forming the n-channel TFT is covered with masks 450a to 450c made of resist. By the first to third doping treatments, phosphorus is added to the impurity regions 439, 447, and 448 at different concentrations. In any of these regions, the concentration of the impurity element imparting p-type is 1 × 10 19. By performing the doping treatment so as to be ˜5 × 10 21 atoms / cm 3 , no problem arises because it functions as the source region and drain region of the p-channel TFT.

以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域が形成される。   Through the above steps, impurity regions are formed in the respective semiconductor layers.

次いで、レジストからなるマスク450a〜450cを除去して第1の層間絶縁膜461を形成する。この第1の層間絶縁膜461としては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを100〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚150nmの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第1の層間絶縁膜461は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。   Next, the resist masks 450 a to 450 c are removed, and a first interlayer insulating film 461 is formed. The first interlayer insulating film 461 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 100 to 200 nm using a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 150 nm is formed by a plasma CVD method. Needless to say, the first interlayer insulating film 461 is not limited to the silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure.

次いで、レーザビームを照射して、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。レーザ活性化は、実施形態および実施例1のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせるか、その他の方法によりレーザビームを半導体膜に照射する。本工程に本発明を用いる場合、図3に示したように、レーザビームの中央付近には均一で良好な結晶性半導体膜が形成されるが、その両端には特性の異なる結晶性半導体膜が形成される。このような位置に半導体素子を形成しないためには、あらかじめ、基板を位置決めし所望の領域にレーザビームを照射すればよい。   Next, laser beam irradiation is performed to restore the crystallinity of the semiconductor layers and to activate the impurity elements added to the respective semiconductor layers. Laser activation is performed by irradiating a semiconductor film with a laser beam by any one of the embodiment mode and the first embodiment, by freely combining these embodiments, or by other methods. When the present invention is used in this step, as shown in FIG. 3, a uniform and good crystalline semiconductor film is formed near the center of the laser beam, but crystalline semiconductor films having different characteristics are formed at both ends. It is formed. In order not to form the semiconductor element at such a position, the substrate may be positioned in advance and a desired region may be irradiated with a laser beam.

用いるレーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のYAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Arレーザ、Krレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。また、連続発光のエキシマレーザも適用できる。前記レーザビームは非線形光学素子により高調波に変換されていてもよい。前記非線形光学素子に使われる結晶は、例えばLBOやBBOやKDP、KTPやKB5、CLBOと呼ばれるものを使うと変換効率の点で優れている。これらの非線形光学素子をレーザの共振器の中に入れることで、変換効率を大幅に上げることができる。前記高調波のレーザには、一般にNd、Yb、Crなどがドープされており、これが励起しレーザが発振する。ドーパントの種類は適宜実施者が選択すればよい。このとき、連続発振のレーザを用いるのであれば、レーザ光のエネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.01〜10MW/cm2)が必要であり、レーザ光に対して相対的に基板を0.5〜2000cm/sの速度で移動させる。また、パルス発振のレーザを用いるのであれば、レーザーエネルギー密度を50〜1000mJ/cm2(代表的には50〜500mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、レーザ光を50〜98%オーバーラップさせても良い。なお、レーザアニール法の他に、熱アニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)などを適用することができる。 The laser used is preferably a continuous wave or pulsed solid laser, a gas laser, or a metal laser. Examples of the solid-state laser include a continuous wave or pulsed YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, glass laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, and the gas laser is continuous. There are oscillating or pulsed excimer lasers, Ar lasers, Kr lasers, CO 2 lasers, and the like, and examples of the metal laser include a continuous oscillating or pulsed helium cadmium laser, a copper vapor laser, and a gold vapor laser. A continuous light excimer laser can also be applied. The laser beam may be converted into a harmonic by a nonlinear optical element. Crystals used in the nonlinear optical element are excellent in terms of conversion efficiency when, for example, LBO, BBO, KDP, KTP, KB5, and CLBO are used. By introducing these nonlinear optical elements into the laser resonator, the conversion efficiency can be greatly increased. The harmonic laser is generally doped with Nd, Yb, Cr, etc., and this is excited to oscillate the laser. The practitioner may select the type of dopant as appropriate. At this time, if using a continuous wave laser, the energy density of the laser beam is about 0.01 to 100 MW / cm 2 (preferably 0.01~10MW / cm 2) is required, with respect to the laser beam The substrate is relatively moved at a speed of 0.5 to 2000 cm / s. If a pulsed laser is used, the laser energy density is preferably 50 to 1000 mJ / cm 2 (typically 50 to 500 mJ / cm 2 ). At this time, the laser beams may be overlapped by 50 to 98%. In addition to the laser annealing method, a thermal annealing method, a rapid thermal annealing method (RTA method), or the like can be applied.

また、第1の層間絶縁膜を形成する前に活性化を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜(珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。   In addition, activation may be performed before forming the first interlayer insulating film. However, when the wiring material used is weak against heat, it is activated after an interlayer insulating film (insulating film containing silicon as a main component, for example, a silicon nitride film) is formed to protect the wiring as in this embodiment. It is preferable to perform the conversion treatment.

そして、熱処理(300〜550℃で1〜12時間の熱処理)を行うと水素化を行うことができる。この工程は第1の層間絶縁膜461に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。第1の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)や、3〜100%の水素を含む雰囲気中で300〜450℃で1〜12時間の熱処理を行っても良い。   Then, hydrogenation can be performed by heat treatment (heat treatment at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours). This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the first interlayer insulating film 461. The semiconductor layer can be hydrogenated regardless of the presence of the first interlayer insulating film. As other means for hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) or heat treatment at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen may be performed. .

次いで、第1の層間絶縁膜461上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜462を形成する。本実施例では、膜厚1.6μmのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が10〜1000cp、好ましくは40〜200cpのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いる。   Next, a second interlayer insulating film 462 made of an inorganic insulating film material or an organic insulating material is formed over the first interlayer insulating film 461. In this embodiment, an acrylic resin film having a thickness of 1.6 μm is formed, but a film having a viscosity of 10 to 1000 cp, preferably 40 to 200 cp, and having a surface with unevenness is used.

本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第2の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、TFTの形成と同じフォトマスクで行うことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びTFT部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。   In this embodiment, in order to prevent specular reflection, the surface of the pixel electrode is formed with the unevenness by forming the second interlayer insulating film having the unevenness on the surface. In addition, a convex portion may be formed in a region below the pixel electrode in order to make the surface of the pixel electrode uneven to achieve light scattering. In that case, since the convex portion can be formed using the same photomask as that of the TFT, it can be formed without increasing the number of steps. In addition, this convex part should just be suitably provided on the board | substrate of pixel part area | regions other than wiring and a TFT part. Thus, irregularities are formed on the surface of the pixel electrode along the irregularities formed on the surface of the insulating film covering the convex portions.

また、第2の層間絶縁膜462として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。   Alternatively, a film whose surface is planarized may be used as the second interlayer insulating film 462. In that case, after forming the pixel electrode, adding a step such as a known sandblasting method or etching method to make the surface uneven, prevent specular reflection, and increase the whiteness by scattering the reflected light Is preferred.

そして、駆動回路506において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線463〜468を形成する。なお、これらの配線は、膜厚50nmのTi膜と、膜厚500nmの合金膜(AlとTiとの合金膜)との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、AlとTiに限らない。
例えば、TaN膜上にAlやCuを形成し、さらにTi膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。(図11)
In the driver circuit 506, wirings 463 to 468 that are electrically connected to the impurity regions are formed. Note that these wirings are formed by patterning a laminated film of a Ti film having a thickness of 50 nm and an alloy film (alloy film of Al and Ti) having a thickness of 500 nm. Of course, not only a two-layer structure but also a single-layer structure or a laminated structure of three or more layers may be used. Further, the wiring material is not limited to Al and Ti.
For example, a wiring may be formed by patterning a laminated film in which Al or Cu is formed on a TaN film and a Ti film is further formed. (Fig. 11)

また、画素部507においては、画素電極470、ゲート配線469、接続電極468を形成する。この接続電極468によりソース配線(443aと443bの積層)は、画素TFTと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線469は、画素TFTのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極470は、画素TFTのドレイン領域442と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層458と電気的な接続が形成される。また、画素電極470としては、AlまたはAgを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。   In the pixel portion 507, a pixel electrode 470, a gate wiring 469, and a connection electrode 468 are formed. With this connection electrode 468, the source wiring (stacked layer of 443a and 443b) is electrically connected to the pixel TFT. In addition, the gate wiring 469 is electrically connected to the gate electrode of the pixel TFT. In addition, the pixel electrode 470 is electrically connected to the drain region 442 of the pixel TFT and further electrically connected to the semiconductor layer 458 functioning as one electrode forming a storage capacitor. Further, as the pixel electrode 470, it is desirable to use a highly reflective material such as a film containing Al or Ag as a main component or a laminated film thereof.

以上の様にして、nチャネル型TFT501とpチャネル型TFT502からなるCMOS回路、及びnチャネル型TFT503を有する駆動回路506と、画素TFT504、保持容量505とを有する画素部507を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。   As described above, a CMOS circuit including an n-channel TFT 501 and a p-channel TFT 502, a driver circuit 506 having an n-channel TFT 503, and a pixel portion 507 having a pixel TFT 504 and a storage capacitor 505 are formed over the same substrate. can do. Thus, the active matrix substrate is completed.

駆動回路506のnチャネル型TFT501はチャネル形成領域437、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層428aと重なる低濃度不純物領域436(GOLD領域)、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域452を有している。このnチャネル型TFT501と電極466で接続してCMOS回路を形成するpチャネル型TFT502にはチャネル形成領域440、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域453と、p型を付与する不純物元素が導入された不純物領域454を有している。また、nチャネル型TFT503にはチャネル形成領域443、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層430aと重なる低濃度不純物領域442(GOLD領域)
、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域456とを有している。
The n-channel TFT 501 of the driver circuit 506 includes a channel formation region 437, a low-concentration impurity region 436 (GOLD region) that overlaps with the first conductive layer 428a that forms part of the gate electrode, and a high-concentration function as a source region or a drain region. An impurity region 452 is provided. The p-channel TFT 502 which is connected to the n-channel TFT 501 and the electrode 466 to form a CMOS circuit includes a channel formation region 440, a high-concentration impurity region 453 functioning as a source region or a drain region, and an impurity element imparting p-type conductivity Has an impurity region 454 into which is introduced. Further, the n-channel TFT 503 includes a channel formation region 443 and a low-concentration impurity region 442 (GOLD region) which overlaps with the first conductive layer 430a which forms part of the gate electrode.
And a high concentration impurity region 456 functioning as a source region or a drain region.

画素部の画素TFT504にはチャネル形成領域446、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域445(LDD領域)、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域458とを有している。また、保持容量505の一方の電極として機能する半導体層には、n型を付与する不純物元素およびp型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量505は、絶縁膜416を誘電体として、電極(432aと432bの積層)と、半導体層とで形成している。   The pixel TFT 504 in the pixel portion includes a channel formation region 446, a low concentration impurity region 445 (LDD region) formed outside the gate electrode, and a high concentration impurity region 458 functioning as a source region or a drain region. In addition, an impurity element imparting n-type conductivity and an impurity element imparting p-type conductivity are added to the semiconductor layer functioning as one electrode of the storage capacitor 505. The storage capacitor 505 is formed of an electrode (stack of 432a and 432b) and a semiconductor layer using the insulating film 416 as a dielectric.

本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。 In the pixel structure of this embodiment, the end portions of the pixel electrodes are arranged and formed so as to overlap the source wiring so that the gap between the pixel electrodes is shielded from light without using a black matrix.

また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図12に示す。なお、図9〜図12に対応する部分には同じ符号を用いている。図11中の鎖線A−A’は図12中の鎖線A―A’で切断した断面図に対応している。また、図11中の鎖線B−B’は図12中の鎖線B―B’で切断した断面図に対応している。   FIG. 12 shows a top view of a pixel portion of an active matrix substrate manufactured in this embodiment. In addition, the same code | symbol is used for the part corresponding to FIGS. 9-12. A chain line A-A ′ in FIG. 11 corresponds to a cross-sectional view taken along the chain line A-A ′ in FIG. 12. Further, a chain line B-B ′ in FIG. 11 corresponds to a cross-sectional view taken along the chain line B-B ′ in FIG. 12.

本実施例では、実施例4で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図13を用いる。   In this embodiment, a process of manufacturing a reflective liquid crystal display device from the active matrix substrate manufactured in Embodiment 4 will be described below. FIG. 13 is used for the description.

まず、実施例4に従い、図11の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図11のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極470上に配向膜567を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜567を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ572を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。   First, after obtaining the active matrix substrate in the state of FIG. 11 according to Example 4, an alignment film 567 is formed on at least the pixel electrode 470 on the active matrix substrate of FIG. In this embodiment, before forming the alignment film 567, an organic resin film such as an acrylic resin film is patterned to form columnar spacers 572 for maintaining a substrate interval at a desired position. Further, instead of the columnar spacers, spherical spacers may be scattered over the entire surface of the substrate.

次いで、対向基板569を用意する。次いで、対向基板569上に着色層570、571、平坦化膜573を形成する。赤色の着色層570と青色の着色層571とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。   Next, a counter substrate 569 is prepared. Next, colored layers 570 and 571 and a planarization film 573 are formed over the counter substrate 569. The red colored layer 570 and the blue colored layer 571 are overlapped to form a light shielding portion. Further, the light shielding portion may be formed by partially overlapping the red colored layer and the green colored layer.

本実施例では、実施例4に示す基板を用いている。従って、実施例4の画素部の上面図を示す図12では、少なくともゲート配線469と画素電極470の間隙と、ゲート配線469と接続電極468の間隙と、接続電極468と画素電極470の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。   In this example, the substrate shown in Example 4 is used. Therefore, in FIG. 12, which shows a top view of the pixel portion of Example 4, at least the gap between the gate wiring 469 and the pixel electrode 470, the gap between the gate wiring 469 and the connection electrode 468, and the gap between the connection electrode 468 and the pixel electrode 470 are shown. It is necessary to shield the light. In this example, the respective colored layers were arranged so that the light-shielding portions formed by the lamination of the colored layers overlapped at the positions where light shielding should be performed, and the counter substrate was bonded.

このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。   As described above, the number of steps can be reduced by shielding the gap between the pixels with the light shielding portion formed by the lamination of the colored layers without forming a light shielding layer such as a black mask.

次いで、平坦化膜573上に透明導電膜からなる対向電極576を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜574を形成し、ラビング処理を施した。   Next, a counter electrode 576 made of a transparent conductive film was formed over the planarization film 573 in at least the pixel portion, an alignment film 574 was formed over the entire surface of the counter substrate, and a rubbing process was performed.

そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材568で貼り合わせる。シール材568にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って2枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料575を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。液晶材料575には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図13に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板(図示しない)を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてFPCを貼りつけた。   Then, the active matrix substrate on which the pixel portion and the driver circuit are formed and the counter substrate are attached to each other with a sealant 568. A filler is mixed in the sealing material 568, and two substrates are bonded to each other with a uniform interval by the filler and the columnar spacer. Thereafter, a liquid crystal material 575 is injected between both substrates and completely sealed with a sealant (not shown). A known liquid crystal material may be used for the liquid crystal material 575. In this way, the reflection type liquid crystal display device shown in FIG. 13 is completed. If necessary, the active matrix substrate or the counter substrate is divided into a desired shape. Further, a polarizing plate (not shown) was attached only to the counter substrate. And FPC was affixed using the well-known technique.

以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー密度が十分であるレーザビームにより均一にアニールされた半導体膜を用いて作製されたTFTを有しており、前記液晶表示装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような液晶表示装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。   The liquid crystal display device manufactured as described above has a TFT manufactured using a semiconductor film uniformly annealed by a laser beam having a sufficient energy density. Sex can be sufficient. And such a liquid crystal display device can be used as a display part of various electronic devices.

なお、本実施例は実施例1乃至4と自由に組み合わせることが可能である。 Note that this embodiment can be freely combined with Embodiments 1 to 4.

本実施例では、実施例4で示したアクティブマトリクス基板を作製するときのTFTの作製方法を用いて、発光装置を作製した例について説明する。本明細書において、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにTFTを備えた表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス(Electro Luminescence)が得られる有機化合物を含む層(発光層)
と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
In this embodiment, an example in which a light-emitting device is manufactured using the method for manufacturing a TFT when manufacturing an active matrix substrate shown in Embodiment 4 will be described. In this specification, the light emitting device is a general term for a display panel in which a light emitting element formed on a substrate is sealed between the substrate and a cover material, and a display module including a TFT in the display panel. is there. Note that the light-emitting element is a layer (light-emitting layer) containing an organic compound that can obtain luminescence (Electro Luminescence) generated by applying an electric field.
And an anode layer and a cathode layer. In addition, luminescence in an organic compound includes light emission (fluorescence) when returning from a singlet excited state to a ground state and light emission (phosphorescence) when returning from a triplet excited state to a ground state, one of these, Or both luminescence is included.

なお、本明細書中では、発光素子において陽極と陰極の間に形成された全ての層を有機発光層と定義する。有機発光層には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。基本的に発光素子は、陽極層、発光層、陰極層が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極層、正孔注入層、発光層、陰極層や、陽極層、正孔注入層、発光層、電子輸送層、陰極層等の順に積層した構造を有していることもある。   In the present specification, all layers formed between the anode and the cathode in the light emitting element are defined as organic light emitting layers. Specifically, the organic light emitting layer includes a light emitting layer, a hole injection layer, an electron injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and the like. Basically, a light emitting element has a structure in which an anode layer, a light emitting layer, and a cathode layer are sequentially laminated. In addition to this structure, an anode layer, a hole injection layer, a light emitting layer, a cathode layer, and an anode layer , A hole injection layer, a light emitting layer, an electron transport layer, a cathode layer and the like may be laminated in this order.

図14は本実施例の発光装置の断面図である。図14において、基板700上に設けられたスイッチングTFT603は図11のnチャネル型TFT503を用いて形成される。したがって、構造の説明はnチャネル型TFT503の説明を参照すれば良い。   FIG. 14 is a cross-sectional view of the light emitting device of this example. In FIG. 14, a switching TFT 603 provided over a substrate 700 is formed using the n-channel TFT 503 in FIG. Therefore, the description of the n-channel TFT 503 may be referred to for the description of the structure.

なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。   Note that although a double gate structure in which two channel formation regions are formed is used in this embodiment, a single gate structure in which one channel formation region is formed or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed may be used.

基板700上に設けられた駆動回路は図11のCMOS回路を用いて形成される。従って、構造の説明はnチャネル型TFT501とpチャネル型TFT502の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。   A driver circuit provided over the substrate 700 is formed using the CMOS circuit of FIG. Therefore, for the description of the structure, the description of the n-channel TFT 501 and the p-channel TFT 502 may be referred to. In this embodiment, a single gate structure is used, but a double gate structure or a triple gate structure may be used.

また、配線701、703はCMOS回路のソース配線、702はドレイン配線として機能する。また、配線704はソース配線708とスイッチングTFTのソース領域とを電気的に接続する配線として機能し、配線705はドレイン配線709とスイッチングTFTのドレイン領域とを電気的に接続する配線として機能する。   Further, the wirings 701 and 703 function as source wirings of the CMOS circuit, and the wiring 702 functions as a drain wiring. The wiring 704 functions as a wiring that electrically connects the source wiring 708 and the source region of the switching TFT, and the wiring 705 functions as a wiring that electrically connects the drain wiring 709 and the drain region of the switching TFT.

なお、電流制御TFT604は図11のpチャネル型TFT502を用いて形成される。従って、構造の説明はpチャネル型TFT502の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。   Note that the current control TFT 604 is formed using the p-channel TFT 502 of FIG. Accordingly, the description of the p-channel TFT 502 may be referred to for the description of the structure. In this embodiment, a single gate structure is used, but a double gate structure or a triple gate structure may be used.

また、配線706は電流制御TFTのソース配線(電流供給線に相当する)であり、707は電流制御TFTの画素電極711上に重ねることで画素電極711と電気的に接続する電極である。   A wiring 706 is a source wiring (corresponding to a current supply line) of the current control TFT, and 707 is an electrode that is electrically connected to the pixel electrode 711 by being overlaid on the pixel electrode 711 of the current control TFT.

なお、711は、透明導電膜からなる画素電極(発光素子の陽極)である。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極711は、上記配線を形成する前に平坦な層間絶縁膜710上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる平坦化膜710を用いてTFTによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成される発光層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、発光層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。   Reference numeral 711 denotes a pixel electrode (anode of the light emitting element) made of a transparent conductive film. As the transparent conductive film, a compound of indium oxide and tin oxide, a compound of indium oxide and zinc oxide, zinc oxide, tin oxide, or indium oxide can be used. Moreover, you may use what added the gallium to the said transparent conductive film. The pixel electrode 711 is formed on the flat interlayer insulating film 710 before forming the wiring. In this embodiment, it is very important to flatten the step due to the TFT using the flattening film 710 made of resin. Since the light emitting layer formed later is very thin, the presence of a step may cause a light emission failure. Therefore, it is desirable to planarize the pixel electrode before forming it so that the light emitting layer can be formed as flat as possible.

配線701〜707を形成後、図14に示すようにバンク712を形成する。
バンク712は100〜400nmの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。
After the wirings 701 to 707 are formed, a bank 712 is formed as shown in FIG.
The bank 712 may be formed by patterning an insulating film or organic resin film containing silicon of 100 to 400 nm.

なお、バンク712は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が必要である。本実施例ではバンク712の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒子を添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は1×106〜1×1012Ωm(好ましくは1×108〜1×1010Ωm)となるようにカーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すれば良い。 Note that since the bank 712 is an insulating film, attention must be paid to electrostatic breakdown of elements during film formation. In this embodiment, carbon particles or metal particles are added to the insulating film that is the material of the bank 712 to reduce the resistivity and suppress the generation of static electricity. At this time, the addition amount of carbon particles or metal particles may be adjusted so that the resistivity is 1 × 10 6 to 1 × 10 12 Ωm (preferably 1 × 10 8 to 1 × 10 10 Ωm).

画素電極711の上には発光層713が形成される。なお、図14では一画素しか図示していないが、本実施例ではR(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として20nm厚の銅フタロシアニン(CuPc)膜を設け、その上に発光層として70nm厚のトリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体(Alq3)膜を設けた積層構造としている。
Alq3にキナクリドン、ペリレンもしくはDCM1といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
A light emitting layer 713 is formed on the pixel electrode 711. Although only one pixel is shown in FIG. 14, in this embodiment, light emitting layers corresponding to each color of R (red), G (green), and B (blue) are separately formed. In this embodiment, a low molecular weight organic light emitting material is formed by a vapor deposition method. Specifically, a laminated structure in which a copper phthalocyanine (CuPc) film having a thickness of 20 nm is provided as a hole injection layer and a tris-8-quinolinolato aluminum complex (Alq 3 ) film having a thickness of 70 nm is provided thereon as a light emitting layer. It is said.
The emission color can be controlled by adding a fluorescent dye such as quinacridone, perylene, or DCM1 to Alq 3 .

但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機発光材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせて発光層(発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層)を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機発光材料を発光層として用いる例を示したが、中分子系有機発光材料や高分子系有機発光材料を用いても良い。なお、本明細書中において、昇華性を有さず、かつ、分子数が20以下または連鎖する分子の長さが10μm以下の有機発光材料を中分子系有機発光材料とする。また、高分子系有機発光材料を用いる例として、正孔注入層として20nmのポリチオフェン(PEDOT)膜をスピン塗布法により設け、その上に発光層として100nm程度のパラフェニレンビニレン(PPV)膜を設けた積層構造としても良い。なお、PPVのπ共役系高分子を用いると、赤色から青色まで発光波長を選択できる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機発光材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。   However, the above example is an example of an organic light emitting material that can be used as a light emitting layer, and it is not absolutely necessary to limit to this. A light emitting layer (a layer for emitting light and moving carriers therefor) may be formed by freely combining a light emitting layer, a charge transport layer, or a charge injection layer. For example, in this embodiment, an example in which a low molecular weight organic light emitting material is used as the light emitting layer is shown, but a medium molecular weight organic light emitting material or a high molecular weight organic light emitting material may be used. Note that in this specification, an organic light-emitting material that does not have sublimation and has 20 or less molecules or a chain molecule length of 10 μm or less is referred to as a medium molecular organic light-emitting material. As an example of using a polymer organic light emitting material, a 20 nm polythiophene (PEDOT) film is provided by a spin coating method as a hole injection layer, and a paraphenylene vinylene (PPV) film of about 100 nm is provided thereon as a light emitting layer. Alternatively, a laminated structure may be used. If a PPV π-conjugated polymer is used, the emission wavelength can be selected from red to blue. It is also possible to use an inorganic material such as silicon carbide for the charge transport layer or the charge injection layer. Known materials can be used for these organic light emitting materials and inorganic materials.

次に、発光層713の上には導電膜からなる陰極714が設けられる。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のMgAg膜(マグネシウムと銀との合金膜)を用いても良い。陰極材料としては、周期表の1族もしくは2族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。   Next, a cathode 714 made of a conductive film is provided on the light emitting layer 713. In this embodiment, an alloy film of aluminum and lithium is used as the conductive film. Of course, a known MgAg film (magnesium and silver alloy film) may be used. As the cathode material, a conductive film made of an element belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table or a conductive film added with these elements may be used.

この陰極714まで形成された時点で発光素子715が完成する。なお、ここでいう発光素子715は、画素電極(陽極)711、発光層713及び陰極714で形成されたダイオードを指す。   When the cathode 714 is formed, the light emitting element 715 is completed. Note that the light-emitting element 715 here refers to a diode formed of a pixel electrode (anode) 711, a light-emitting layer 713, and a cathode 714.

発光素子715を完全に覆うようにしてパッシベーション膜716を設けることは有効である。パッシベーション膜716としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。   It is effective to provide a passivation film 716 so as to completely cover the light emitting element 715. As the passivation film 716, an insulating film including a carbon film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film is used, and the insulating film is used as a single layer or a combination thereof.

この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にDLC膜を用いることは有効である。DLC膜は室温から100℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層713の上方にも容易に成膜することができる。また、DLC膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層713の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層713が酸化するといった問題を防止できる。 At this time, it is preferable to use a film with good coverage as the passivation film, and it is effective to use a carbon film, particularly a DLC film. Since the DLC film can be formed in a temperature range from room temperature to 100 ° C., it can be easily formed over the light-emitting layer 713 having low heat resistance. In addition, the DLC film has a high blocking effect against oxygen and can suppress oxidation of the light-emitting layer 713. Therefore, the problem that the light emitting layer 713 is oxidized during the subsequent sealing process can be prevented.

さらに、パッシベーション膜716上に封止材717を設け、カバー材718を貼り合わせる。封止材717としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材718はガラス基板や石英基板やプラスチック基板(プラスチックフィルムも含む)や可撓性基板の両面に炭素膜(好ましくはDLC膜)を形成したものを用いる。炭素膜以外にもアルミ膜(AlON、AlN、AlOなど)、SiNなどを用いることができる。   Further, a sealing material 717 is provided over the passivation film 716 and a cover material 718 is attached thereto. As the sealing material 717, an ultraviolet curable resin may be used, and it is effective to provide a substance having a hygroscopic effect or a substance having an antioxidant effect inside. In this embodiment, the cover member 718 is formed by forming a carbon film (preferably a DLC film) on both surfaces of a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate (including a plastic film), or a flexible substrate. In addition to the carbon film, an aluminum film (AlON, AlN, AlO, etc.), SiN, or the like can be used.

こうして図14に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク712を形成した後、パッシベーション膜716を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式(またはインライン方式)の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材718を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。   Thus, a light emitting device having a structure as shown in FIG. 14 is completed. Note that it is effective to continuously process the steps from the formation of the bank 712 to the formation of the passivation film 716 using a multi-chamber type (or in-line type) film formation apparatus without releasing to the atmosphere. . Further, it is possible to continuously process the process up to the step of bonding the cover material 718 without releasing to the atmosphere.

こうして、基板700上にnチャネル型TFT601、602、スイッチングTFT(nチャネル型TFT)603および電流制御TFT(nチャネル型TFT)604が形成される。   Thus, n-channel TFTs 601 and 602, a switching TFT (n-channel TFT) 603 and a current control TFT (n-channel TFT) 604 are formed on the substrate 700.

さらに、図14を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いnチャネル型TFTを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現できる。   Furthermore, as described with reference to FIGS. 14A and 14B, an n-channel TFT which is resistant to deterioration due to the hot carrier effect can be formed by providing an impurity region overlapping with the gate electrode through an insulating film. Therefore, a highly reliable light emitting device can be realized.

また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に従えば、その他にも信号分割回路、D/Aコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。   Further, in this embodiment, only the configuration of the pixel portion and the drive circuit is shown. However, according to the manufacturing process of this embodiment, other logic circuits such as a signal dividing circuit, a D / A converter, an operational amplifier, and a γ correction circuit are provided. Can be formed on the same insulator, and a memory and a microprocessor can also be formed.

以上のようにして作製される発光装置はエネルギー密度が十分であるレーザ光により均一にアニールされた半導体膜を用いて作製されたTFTを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。   The light emitting device manufactured as described above has a TFT manufactured using a semiconductor film uniformly annealed by laser light having sufficient energy density, and the operating characteristics and reliability of the light emitting device are improved. It can be enough. And such a light-emitting device can be used as a display part of various electronic devices.

なお、本実施例は実施例1乃至4と自由に組み合わせることが可能である。 Note that this embodiment can be freely combined with Embodiments 1 to 4.

本発明を適用して、様々な半導体装置(アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型発光装置、アクティブマトリクス型EC表示装置)を作製することができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。   By applying the present invention, various semiconductor devices (active matrix liquid crystal display device, active matrix light emitting device, active matrix EC display device) can be manufactured. That is, the present invention can be applied to various electronic devices in which these electro-optical devices are incorporated in a display unit.

その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの例を図15、図16及び図17に示す。   Such electronic devices include video cameras, digital cameras, projectors, head-mounted displays (goggles type displays), car navigation systems, car stereos, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.), etc. Can be mentioned. Examples thereof are shown in FIGS. 15, 16 and 17.

図15(A)はパーソナルコンピュータであり、本体3001、画像入力部3002、表示部3003、キーボード3004等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部3003に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。   FIG. 15A shows a personal computer, which includes a main body 3001, an image input portion 3002, a display portion 3003, a keyboard 3004, and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3003, the personal computer of the present invention is completed.

図15(B)はビデオカメラであり、本体3101、表示部3102、音声入力部3103、操作スイッチ3104、バッテリー3105、受像部3106等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部3102に適用することで、本発明のビデオカメラが完成する。   FIG. 15B illustrates a video camera, which includes a main body 3101, a display portion 3102, an audio input portion 3103, operation switches 3104, a battery 3105, an image receiving portion 3106, and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3102, the video camera of the present invention is completed.

図15(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体3201、カメラ部3202、受像部3203、操作スイッチ3204、表示部3205等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部3205に適用することで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。   FIG. 15C illustrates a mobile computer, which includes a main body 3201, a camera portion 3202, an image receiving portion 3203, operation switches 3204, a display portion 3205, and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3205, the mobile computer of the present invention is completed.

図15(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体3301、表示部3302、アーム部3303等を含む。表示部3302は基板として可撓性基板を用いており、表示部3302を湾曲させてゴーグル型ディスプレイを作製している。
また軽量で薄いゴーグル型ディスプレイを実現している。本発明により作製される半導体装置を表示部3302に適用することで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
FIG. 15D illustrates a goggle-type display, which includes a main body 3301, a display portion 3302, an arm portion 3303, and the like. The display portion 3302 uses a flexible substrate as a substrate, and the goggle type display is manufactured by curving the display portion 3302.
It also realizes a lightweight and thin goggle type display. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3302, the goggle type display of the present invention is completed.

図15(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体3401、表示部3402、スピーカ部3403、記録媒体3404、操作スイッチ3405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digital Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。
本発明により作製される半導体装置を表示部3402に適用することで、本発明の記録媒体が完成する。
FIG. 15E shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 3401, a display portion 3402, a speaker portion 3403, a recording medium 3404, an operation switch 3405, and the like. This player uses a DVD (Digital Versatile Disc), CD, or the like as a recording medium, and can perform music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet.
By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3402, the recording medium of the present invention is completed.

図15(F)はデジタルカメラであり、本体3501、表示部3502、接眼部3503、操作スイッチ3504、受像部(図示しない)等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部3502に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。   FIG. 15F illustrates a digital camera, which includes a main body 3501, a display portion 3502, an eyepiece portion 3503, an operation switch 3504, an image receiving portion (not shown), and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3502, the digital camera of the present invention is completed.

図16(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置3601、スクリーン3602等を含む。本発明により作製される半導体装置を投射装置3601の一部を構成する液晶表示装置3808やその他の駆動回路に適用することで、本発明のフロント型プロジェクターが完成する。   FIG. 16A illustrates a front type projector, which includes a projection device 3601, a screen 3602, and the like. The front type projector of the present invention is completed by applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the liquid crystal display device 3808 constituting a part of the projection device 3601 and other driving circuits.

図16(B)はリア型プロジェクターであり、本体3701、投射装置3702、ミラー3703、スクリーン3704等を含む。本発明により作製される半導体装置を投射装置3702の一部を構成する液晶表示装置3808やその他の駆動回路に適用することで、本発明のリア型プロジェクターが完成する。   FIG. 16B shows a rear projector, which includes a main body 3701, a projection device 3702, a mirror 3703, a screen 3704, and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the liquid crystal display device 3808 constituting a part of the projection device 3702 and other driving circuits, the rear projector of the present invention is completed.

なお、図16(C)は、図16(A)及び図16(B)中における投射装置3601、3702の構造の一例を示した図である。投射装置3601、3702は、光源光学系3801、ミラー3802、3804〜3806、ダイクロイックミラー3803、プリズム3807、液晶表示装置3808、位相差板3809、投射光学系3810で構成される。投射光学系3810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図16(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。   Note that FIG. 16C is a diagram illustrating an example of the structure of the projection devices 3601 and 3702 in FIGS. 16A and 16B. The projection devices 3601 and 3702 include a light source optical system 3801, mirrors 3802 and 3804 to 3806, a dichroic mirror 3803, a prism 3807, a liquid crystal display device 3808, a phase difference plate 3809, and a projection optical system 3810. The projection optical system 3810 is composed of an optical system including a projection lens. Although the present embodiment shows an example of a three-plate type, it is not particularly limited, and for example, a single-plate type may be used. Further, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, an IR film, or the like in the optical path indicated by an arrow in FIG. Good.

また、図16(D)は、図16(C)中における光源光学系3801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系3801は、リフレクター3811、光源3812、レンズアレイ3813、3814、偏光変換素子3815、集光レンズ3816で構成される。なお、図16(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。   FIG. 16D illustrates an example of the structure of the light source optical system 3801 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 3801 includes a reflector 3811, a light source 3812, lens arrays 3813 and 3814, a polarization conversion element 3815, and a condenser lens 3816. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 16D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the light source optical system.

ただし、図16に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。   However, the projector shown in FIG. 16 shows a case where a transmissive electro-optical device is used, and an application example in a reflective electro-optical device and a light-emitting device is not shown.

図17(A)は携帯電話であり、本体3901、音声出力部3902、音声入力部3903、表示部3904、操作スイッチ3905、アンテナ3906等を含む。本発明により作製される半導体装置を表示部3904に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。   FIG. 17A illustrates a mobile phone, which includes a main body 3901, an audio output portion 3902, an audio input portion 3903, a display portion 3904, operation switches 3905, an antenna 3906, and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3904, the cellular phone of the present invention is completed.

図17(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体4001、表示部4002、4003、記憶媒体4004、操作スイッチ4005、アンテナ4006等を含む。本発明により作製される半導体装置は表示部4002、4003に適用することで、本発明の携帯書籍が完成する。本発明は文庫本と同じ大きさに作製する事もでき、有用性が高い。   FIG. 17B illustrates a portable book (electronic book), which includes a main body 4001, display portions 4002 and 4003, a storage medium 4004, operation switches 4005, an antenna 4006, and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portions 4002 and 4003, the portable book of the present invention is completed. The present invention can be produced in the same size as a paperback book, and is highly useful.

図17(C)はディスプレイであり、本体4101、支持台4102、表示部4103等を含む。表示部4103は可撓性基板を用いて作製されており、軽量で薄いディスプレイを実現できる。また、表示部4103を湾曲させることも可能である。本発明により作製される半導体装置を表示部4103に適用することで、本発明のディスプレイが完成する。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角10インチ以上(特に30インチ以上)のディスプレイには有利である。   FIG. 17C illustrates a display, which includes a main body 4101, a support base 4102, a display portion 4103, and the like. The display portion 4103 is manufactured using a flexible substrate, and a lightweight and thin display can be realized. In addition, the display portion 4103 can be curved. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 4103, the display of the present invention is completed. The display of the present invention is particularly advantageous when the screen is enlarged, and is advantageous for displays having a diagonal of 10 inches or more (particularly 30 inches or more).

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、さまざまな分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例1〜5または6の組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。   As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields. Moreover, the electronic device of a present Example is realizable even if it uses the structure which consists of a combination of Example 1-5 or 6.

発明の実施の形態を説明する図。The figure explaining embodiment of invention. 実施例2を説明する半導体膜に記録された干渉の様子を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a state of interference recorded in a semiconductor film for explaining Example 2; 実施例3を説明するCWレーザの走査方向の往路と復路の違いを示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a difference between a forward path and a backward path in a scanning direction of a CW laser, which explains Example 3; レーザ照射装置の例を示す図。The figure which shows the example of a laser irradiation apparatus. レーザ照射装置の例を示す図。The figure which shows the example of a laser irradiation apparatus. レーザアニールの様子を示す図。The figure which shows the mode of laser annealing. 実施例1を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating Example 1; レーザアニールの様子を示す図。The figure which shows the mode of laser annealing. 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of TFT of a pixel TFT and a driver circuit. 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of TFT of a pixel TFT and a driver circuit. 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of TFT of a pixel TFT and a driver circuit. 画素TFTの構成を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating a configuration of a pixel TFT. アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of an active-matrix liquid crystal display device. 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。FIG. 6 is a cross-sectional structure diagram of a driver circuit and a pixel portion of a light emitting device. 半導体装置の例を示す図。FIG. 11 illustrates an example of a semiconductor device. 半導体装置の例を示す図。FIG. 11 illustrates an example of a semiconductor device. 半導体装置の例を示す図。FIG. 11 illustrates an example of a semiconductor device.

Claims (34)

レーザと、
前記レーザから射出されるレーザビームを照射面またはその近傍にて楕円または長方形状のビームに加工する手段と、
前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に移動させる手段と、
前記照射面の移動方向の単位ベクトルと前記照射面に対する前記レーザビームの入射方向の単位ベクトルとの内積を一定とする手段とを有することを特徴とするレーザ照射装置。
Laser,
Means for processing a laser beam emitted from the laser into an elliptical or rectangular beam at or near the irradiation surface;
Means for moving the irradiation surface relative to the laser beam;
A laser irradiation apparatus comprising: means for making a constant inner product of a unit vector in a moving direction of the irradiation surface and a unit vector in an incident direction of the laser beam with respect to the irradiation surface.
請求項1において、前記照射面には膜が設置され、前記膜は前記レーザビームに対して透光性を有する厚さdの基板上に形成され、前記楕円または長方形状のビームの短径の長さをWとすると、前記照射面に対する前記レーザビームの入射角度φは、
φ≧arctan(W/2d)
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置。
2. The irradiation surface according to claim 1, wherein a film is provided on the irradiation surface, the film is formed on a substrate having a thickness d that is transparent to the laser beam, and has a short diameter of the elliptical or rectangular beam. When the length is W, the incident angle φ of the laser beam with respect to the irradiation surface is
φ ≧ arctan (W / 2d)
The laser irradiation apparatus characterized by satisfy | filling.
請求項1または2において、前記照射面には前記レーザビームに対して透光性を有する基板上に形成された膜が設置されており、前記膜の表面での反射光と、前記基板の裏面での反射光とが干渉しないことを特徴とするレーザ照射装置。   3. The film according to claim 1, wherein a film formed on a substrate that is transparent to the laser beam is provided on the irradiation surface, and the reflected light on the surface of the film and the back surface of the substrate A laser irradiation apparatus characterized in that the reflected light does not interfere with the laser beam. 請求項1乃至3のいずれか一において、前記楕円または長方形状のビームの短径の長さは50μm以下であることを特徴とするレーザ照射装置。   4. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein a length of a minor axis of the elliptical or rectangular beam is 50 μm or less. 5. 請求項1乃至4のいずれか一において、前記レーザビームは、気体レーザ、固体レーザ、または金属レーザであることを特徴とするレーザ照射装置。   5. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the laser beam is a gas laser, a solid-state laser, or a metal laser. 請求項1乃至4のいずれか一において、前記レーザビームは、Arレーザ、Krレーザ、XeFエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、Fエキシマレーザ、またはCOレーザであることを特徴とするレーザ照射装置。 5. The laser beam according to claim 1, wherein the laser beam is an Ar laser, a Kr laser, a XeF excimer laser, a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, an F 2 excimer laser, or a CO 2 laser. Laser irradiation device. 請求項1乃至4のいずれか一において、前記レーザビームは、YAGレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、またはTi:サファイヤレーザであることを特徴とするレーザ照射装置。 5. The laser beam according to claim 1, wherein the laser beam is a YAG laser, a YVO 4 laser, a YLF laser, a YAlO 3 laser, a glass laser, a ruby laser, an alexandrite laser, or a Ti: sapphire laser. Laser irradiation device. 請求項1乃至4のいずれか一において、前記レーザビームは、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、または金蒸気レーザであることを特徴とするレーザ照射装置。   5. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the laser beam is a helium cadmium laser, a copper vapor laser, or a gold vapor laser. 請求項1乃至8のいずれか一において、前記レーザビームは連続発振であることを特徴とするレーザ照射装置。   The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the laser beam is continuous wave. 請求項1乃至9のいずれか一において、前記レーザビームは高調波であることを特徴とするレーザ照射装置。   The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the laser beam is a harmonic. レーザビームを照射面の近傍にて楕円または長方形状のビームに加工して照射し、
前記楕円または長方形状のビームに対して前記照射面を入射角度φ(≠0)で相対的に移動させながら照射し、
前記照射面の移動方向の単位ベクトルと前記入射角度での照射における入射方向の単位ベクトルとの内積は一定であることを特徴とするレーザ照射方法。
Laser beam is processed into an elliptical or rectangular beam near the irradiation surface and irradiated.
Irradiating while moving the irradiation surface relative to the elliptical or rectangular beam at an incident angle φ (≠ 0),
The laser irradiation method, wherein an inner product of a unit vector in the moving direction of the irradiation surface and a unit vector in the incident direction in irradiation at the incident angle is constant.
レーザビームを照射面の近傍にて楕円または長方形状のビームに加工して照射し、
前記楕円または長方形状のビームに対して前記照射面を第1方向に第1の入射角度φ(≠0)で相対的に移動させながら照射し、
前記楕円または長方形状のビームに対して前記照射面を前記第1方向と逆方向である第2方向に第2の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記第1方向の単位ベクトル及び前記第1の入射角度での照射における入射方向の単位ベクトルの内積と、前記第2方向の単位ベクトル及び前記第2の入射角度での照射における入射方向の単位ベクトルの内積が等しいことを特徴とするレーザ照射方法。
Laser beam is processed into an elliptical or rectangular beam near the irradiation surface and irradiated.
Irradiating while moving the irradiation surface relative to the elliptical or rectangular beam at a first incident angle φ (≠ 0) in a first direction,
Irradiating the elliptical or rectangular beam while moving the irradiation surface relatively at a second incident angle in a second direction opposite to the first direction,
The inner product of the unit vector in the first direction and the unit vector in the incident direction in the irradiation at the first incident angle, and the unit vector in the incident direction in the irradiation at the second direction unit vector and the second incident angle. A laser irradiation method characterized in that the inner products of are equal.
レーザビームを照射面の近傍にて楕円または長方形状のビームに加工して照射し、
前記楕円または長方形状のビームに対して前記照射面を前記楕円または長方形状のビームの短径方向と平行な第1方向に第1の入射角度φ(≠0)で相対的に移動させながら照射し、
前記楕円または長方形状のビームに対して前記照射面を前記第1方向と逆方向である第2方向に第2の入射角度で相対的に移動させながら照射し、
前記第1方向の単位ベクトル及び前記第1の入射角度での照射における入射方向の単位ベクトルの内積と、前記第2方向の単位ベクトル及び前記第2の入射角度での照射における入射方向の単位ベクトルの内積が等しいことを特徴とするレーザ照射方法。
Laser beam is processed into an elliptical or rectangular beam near the irradiation surface and irradiated.
Irradiation is performed while moving the irradiation surface relative to the elliptical or rectangular beam at a first incident angle φ (≠ 0) in a first direction parallel to the minor axis direction of the elliptical or rectangular beam. And
Irradiating the elliptical or rectangular beam while moving the irradiation surface relatively at a second incident angle in a second direction opposite to the first direction,
The inner product of the unit vector in the first direction and the unit vector in the incident direction in the irradiation at the first incident angle, and the unit vector in the incident direction in the irradiation at the second direction unit vector and the second incident angle. A laser irradiation method characterized in that the inner products of are equal.
請求項12または13において、前記照射面には膜が設置され、前記膜は前記レーザビームに対して透光性を有する厚さdの基板上に形成され、前記楕円または長方形状のビームの短径の長さをWとすると、前記第1の入射角度φは、
φ≧arctan(W/2d)
を満たすことを特徴とするレーザ照射方法。
14. The film according to claim 12 or 13, wherein a film is provided on the irradiation surface, the film is formed on a substrate having a thickness d that is transparent to the laser beam, and the short surface of the elliptical or rectangular beam. When the length of the diameter is W, the first incident angle φ is
φ ≧ arctan (W / 2d)
The laser irradiation method characterized by satisfy | filling.
請求項11乃至14のいずれか一において、前記照射面には前記レーザビームに対して透光性を有する基板上に形成された膜が設置されており、前記膜の表面での反射光と、前記基板の裏面での反射光とが干渉しないことを特徴とするレーザ照射方法。   In any one of Claims 11 thru | or 14, the film formed on the board | substrate which has a translucency with respect to the said laser beam is installed in the said irradiation surface, The reflected light in the surface of the said film | membrane, A laser irradiation method, wherein the reflected light on the back surface of the substrate does not interfere. 請求項11乃至15のいずれか一において、前記楕円または長方形状のビームの短径の長さを50μm以下とすることを特徴とするレーザ照射方法。   16. The laser irradiation method according to claim 11, wherein a length of a minor axis of the elliptical or rectangular beam is 50 μm or less. 請求項11乃至16のいずれか一において、前記レーザビームとして、気体レーザ、固体レーザ、または金属レーザを用いることを特徴とするレーザ照射方法。   17. The laser irradiation method according to claim 11, wherein a gas laser, a solid-state laser, or a metal laser is used as the laser beam. 請求項11乃至16のいずれか一において、前記レーザビームとして、Arレーザ、Krレーザ、XeFエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、Fエキシマレーザ、またはCOレーザを用いることを特徴とするレーザ照射方法。 17. The laser beam according to claim 11, wherein an Ar laser, a Kr laser, a XeF excimer laser, a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, an F 2 excimer laser, or a CO 2 laser is used as the laser beam. Laser irradiation method. 請求項11乃至16のいずれか一において、前記レーザビームとして、YAGレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、またはTi:サファイヤレーザを用いることを特徴とするレーザ照射方法。 17. The laser beam according to claim 11, wherein a YAG laser, a YVO 4 laser, a YLF laser, a YAlO 3 laser, a glass laser, a ruby laser, an alexandrite laser, or a Ti: sapphire laser is used as the laser beam. Laser irradiation method to do. 請求項11乃至16のいずれか一において、前記レーザビームとして、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、または金蒸気レーザを用いることを特徴とするレーザ照射方法。   17. The laser irradiation method according to claim 11, wherein a helium cadmium laser, a copper vapor laser, or a gold vapor laser is used as the laser beam. 請求項11乃至20のいずれか一において、前記レーザビームは連続発振であることを特徴とするレーザ照射方法。   21. The laser irradiation method according to claim 11, wherein the laser beam is continuous wave. 請求項11乃至21のいずれか一において、前記レーザビームは高調波であることを特徴とするレーザ照射方法。   The laser irradiation method according to claim 11, wherein the laser beam is a harmonic. レーザビームを半導体膜上の近傍にて楕円または長方形状のビームに加工し、
前記楕円または長方形状のビームに対して前記半導体膜を入射角度φ(≠0)で相対的に移動させながら照射し、
前記半導体膜の移動方向の単位ベクトルと前記入射角度での照射における入射方向の単位ベクトルとの内積は一定であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Processing the laser beam into an elliptical or rectangular beam near the semiconductor film,
Irradiating while moving the semiconductor film relative to the elliptical or rectangular beam at an incident angle φ (≠ 0),
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an inner product of a unit vector in a moving direction of the semiconductor film and a unit vector in an incident direction in irradiation at the incident angle is constant.
レーザビームを半導体膜上の近傍にて楕円または長方形状のビームに加工し、
前記楕円または長方形状のビームに対して前記半導体膜を第1方向に第1の入射角度φ(≠0)で相対的に移動させながら照射し、
前記楕円または長方形状のビームに対して前記半導体膜を前記第1方向と逆方向である第2方向に第2の入射角度で相対的に移動させながら照射して、前記半導体膜を結晶化し、
前記第1方向の単位ベクトル及び前記第1の入射角度での照射における入射方向の単位ベクトルの内積と、前記第2方向の単位ベクトル及び前記第2の入射角度での照射における入射方向の単位ベクトルの内積が等しいことを特徴とする半導体装置の作製方法。
Processing the laser beam into an elliptical or rectangular beam near the semiconductor film,
Irradiating while moving the semiconductor film relative to the elliptical or rectangular beam in a first direction at a first incident angle φ (≠ 0),
Irradiating the semiconductor film with respect to the elliptical or rectangular beam while moving the semiconductor film in a second direction opposite to the first direction at a second incident angle to crystallize the semiconductor film;
The inner product of the unit vector in the first direction and the unit vector in the incident direction in the irradiation at the first incident angle, and the unit vector in the incident direction in the irradiation at the second direction unit vector and the second incident angle. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein inner products of
レーザビームを半導体膜上の近傍にて楕円または長方形状のビームに加工し、
前記楕円または長方形状のビームに対して前記半導体膜を前記楕円または長方形状のビームの短径方向と平行な第1方向に第1の入射角度φ(≠0)で相対的に移動させながら照射し、
前記楕円または長方形状のビームに対して前記半導体膜を前記第1方向と逆方向である第2方向に第2の入射角度で相対的に移動させながら照射して、前記半導体膜を結晶化し、
前記第1方向の単位ベクトル及び前記第1の入射角度での照射における入射方向の単位ベクトルの内積と、前記第2方向の単位ベクトル及び前記第2の入射角度での照射における入射方向の単位ベクトルの内積が等しいことを特徴とする半導体装置の作製方法。
Processing the laser beam into an elliptical or rectangular beam near the semiconductor film,
Irradiating the semiconductor film while moving the semiconductor film relative to the elliptical or rectangular beam in a first direction parallel to the minor axis direction of the elliptical or rectangular beam at a first incident angle φ (≠ 0). And
Irradiating the semiconductor film with respect to the elliptical or rectangular beam while moving the semiconductor film in a second direction opposite to the first direction at a second incident angle to crystallize the semiconductor film;
The inner product of the unit vector in the first direction and the unit vector in the incident direction in the irradiation at the first incident angle, and the unit vector in the incident direction in the irradiation at the second direction unit vector and the second incident angle. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein inner products of
請求項24または25において、前記半導体膜は前記レーザビームに対して透光性を有する厚さdの基板上に形成され、前記楕円または長方形状のビームの短径の長さをWとすると、前記第1の入射角度φは、
φ≧arctan(W/2d)
を満たすことを特徴とする半導体装置の作製方法。
The semiconductor film according to claim 24 or 25, wherein the semiconductor film is formed on a substrate having a thickness d that is transparent to the laser beam, and the length of the minor axis of the elliptical or rectangular beam is W. The first incident angle φ is
φ ≧ arctan (W / 2d)
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein:
請求項23乃至26のいずれか一において、前記半導体膜は前記レーザビームに対して透光性を有する基板上に形成された膜であり、前記半導体膜の表面での反射光と、前記基板の裏面での反射光とが干渉しないことを特徴とする半導体装置の作製方法。   27. The semiconductor film according to claim 23, wherein the semiconductor film is a film formed over a substrate having a light-transmitting property with respect to the laser beam. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein reflected light from a back surface does not interfere. 請求項23乃至27のいずれか一において、前記楕円または長方形状のビームの短径の長さを50μm以下とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。   28. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein a length of a minor axis of the elliptical or rectangular beam is 50 [mu] m or less. 請求項23乃至28のいずれか一において、前記レーザビームとして、気体レーザ、固体レーザ、または金属レーザを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。   29. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein a gas laser, a solid-state laser, or a metal laser is used as the laser beam. 請求項23乃至28のいずれか一において、前記レーザビームとして、Arレーザ、Krレーザ、XeFエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、Fエキシマレーザ、またはCOレーザを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of claims 23 to 28, as the laser beam, and wherein Ar laser, Kr laser, XeF excimer laser, KrF excimer laser, ArF excimer laser, the use of F 2 excimer laser or CO 2 laser, A method for manufacturing a semiconductor device. 請求項23乃至28のいずれか一において、前記レーザビームとして、YAGレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、またはTi:サファイヤレーザを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。 29. The laser beam according to claim 23, wherein a YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, glass laser, ruby laser, alexandrite laser, or Ti: sapphire laser is used as the laser beam. A method for manufacturing a semiconductor device. 請求項23乃至28のいずれか一において、前記レーザビームとして、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、または金蒸気レーザを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。   29. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein a helium cadmium laser, a copper vapor laser, or a gold vapor laser is used as the laser beam. 請求項23乃至32のいずれか一において、前記レーザビームは連続発振であることを特徴とする半導体装置の作製方法。   33. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein the laser beam is continuous wave. 請求項23乃至33のいずれか一において、前記レーザビームは高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。   34. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein the laser beam is a harmonic.
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