JP2007208044A - Method for manufacturing semiconductor thin film, and manufacturing apparatus of semiconductor thin film - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor thin film, and manufacturing apparatus of semiconductor thin film Download PDF

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政則 関
Kimihiro Taniguchi
仁啓 谷口
Tetsuya Inui
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor thin film and a manufacturing apparatus of semiconductor thin film which can suppress damages by the irradiation of a laser beam and can manufacture efficiently the semiconductor thin film. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing the semiconductor thin film, at least two kinds of laser beams are applied for melting a precursor semiconductor thin film in a solid state contained in a precursor semiconductor thin-film substrate before recrystallization. The method includes a process to detect the reflection coefficient of the irradiated portion of a reference laser beam applied to the precursor semiconductor thin film substrate, and a process to control the irradiation time of at least one kind of the laser beam. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor thin film manufacturing method and a semiconductor thin film manufacturing apparatus.

アモルファス半導体薄膜を一旦溶融した後に再結晶化して多結晶半導体薄膜とし、当該多結晶半導体薄膜にトランジスタを形成した多結晶薄膜トランジスタは、アモルファス半導体薄膜に直接トランジスタを形成したアモルファス薄膜トランジスタと比較して、通常、電子移動度が大きいため高速動作が期待でき、液晶デバイスの駆動系のみならずガラス基板上での大規模集積回路を実現できる可能性を有している。   A polycrystalline thin film transistor in which an amorphous semiconductor thin film is once melted and then recrystallized to form a polycrystalline semiconductor thin film, and a transistor is formed on the polycrystalline semiconductor thin film. Since the electron mobility is high, high-speed operation can be expected, and there is a possibility of realizing a large-scale integrated circuit on a glass substrate as well as a driving system of a liquid crystal device.

たとえば、多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いた場合には、表示装置の画素部分にスイッチング素子を形成できるだけでなく、画素の周辺部分に駆動回路や一部の周辺回路を形成することもでき、これらの素子や回路を一枚の基板上に形成することができる。このため、別途ドライバICや駆動回路基板を表示装置に実装する必要がなくなるので、これらの表示装置を低価格で提供することが可能となる。   For example, when a polycrystalline silicon thin film transistor is used, not only can a switching element be formed in the pixel portion of the display device, but also a drive circuit and a part of the peripheral circuit can be formed in the peripheral portion of the pixel. And a circuit can be formed on a single substrate. For this reason, it is not necessary to separately mount a driver IC or a drive circuit board on the display device, and it is possible to provide these display devices at a low price.

また、多結晶シリコン薄膜トランジスタを用いた場合には、トランジスタの寸法を微細化できるので、表示装置の画素部分に形成されるスイッチング素子が小さくなり、表示装置の高開口率化が図れる。このため、高輝度、高精細な表示装置を提供することが可能となる。   In addition, when a polycrystalline silicon thin film transistor is used, the size of the transistor can be reduced, so that a switching element formed in a pixel portion of the display device can be reduced, and a high aperture ratio of the display device can be achieved. Therefore, it is possible to provide a display device with high brightness and high definition.

多結晶シリコン薄膜は、たとえばガラス基板上に気相成長法によって得られたアモルファス半導体薄膜を長時間高温で熱アニールするか、高いエネルギ密度を有するレーザ光などを照射して光アニールすることによって得られる。光アニールは、アモルファスシリコン薄膜のみを融点以上の温度まで高くすることが可能であるため、電子移動度が高い多結晶シリコン薄膜の形成に非常に有効である。また、近年では、エキシマレーザ光を用いてアモルファスシリコン薄膜から多結晶シリコン薄膜を形成する技術が一般化され、低価格のガラス基板に多結晶シリコン薄膜トランジスタを形成した表示装置を低価格で提供できるようになっている。   A polycrystalline silicon thin film can be obtained, for example, by thermally annealing an amorphous semiconductor thin film obtained by vapor deposition on a glass substrate at a high temperature for a long time or by irradiating with a laser beam having a high energy density. It is done. Since the optical annealing can raise only the amorphous silicon thin film to a temperature higher than the melting point, it is very effective for forming a polycrystalline silicon thin film having a high electron mobility. In recent years, a technique for forming a polycrystalline silicon thin film from an amorphous silicon thin film using excimer laser light has been generalized, and a display device in which a polycrystalline silicon thin film transistor is formed on a low-cost glass substrate can be provided at a low price. It has become.

上記エキシマレーザ光を用いた再結晶化技術は一般的にELA(Excimer Laser Annealing)法と称され、生産性に優れるレーザ結晶化技術として、工業的に用いられている。ELA法は、具体的には、ガラス基板を一定速度で走査しながら、長さ200〜400mm、幅0.2〜1.0mm程度の線状のエキシマレーザ光をガラス基板上のアモルファスシリコン薄膜にパルス状に照射するものである。この方法によって、多結晶シリコン薄膜が形成される。このとき、エキシマレーザ光を照射した部分のアモルファスシリコン薄膜は、厚さ方向全域にわたって溶融させるのではなく、一部のアモルファス領域を残して溶融させる。そのためレーザ光の照射領域の全面にわたって、いたるところにシリコンの結晶核が発生するので、ガラス基板の表面に対して垂直方向にシリコンの結晶粒が成長する。   The recrystallization technique using the excimer laser beam is generally referred to as an ELA (Excimer Laser Annealing) method and is industrially used as a laser crystallization technique with excellent productivity. Specifically, in the ELA method, a linear excimer laser beam having a length of about 200 to 400 mm and a width of about 0.2 to 1.0 mm is applied to an amorphous silicon thin film on a glass substrate while scanning the glass substrate at a constant speed. Irradiates in a pulsed manner. By this method, a polycrystalline silicon thin film is formed. At this time, the portion of the amorphous silicon thin film irradiated with the excimer laser beam is not melted over the entire thickness direction, but is melted while leaving a part of the amorphous region. Therefore, silicon crystal nuclei are generated everywhere over the entire surface of the laser light irradiation region, and silicon crystal grains grow in a direction perpendicular to the surface of the glass substrate.

ここで、さらに高性能な表示装置を得るためには、上記の多結晶シリコンの結晶粒径を大きくすることや、結晶粒の方位を制御することなどが必要である。そこで、単結晶シリコンに近い性能を有する多結晶シリコン薄膜を得ることを目的として、数多くの提案がなされている。その中でも特に、結晶粒を水平方向に成長させる技術(たとえば特許文献1参照)がある(以下、「スーパーラテラル成長法」と記す)。   Here, in order to obtain a display device with higher performance, it is necessary to increase the crystal grain size of the polycrystalline silicon and to control the crystal grain orientation. Thus, many proposals have been made for the purpose of obtaining a polycrystalline silicon thin film having performance close to that of single crystal silicon. Among them, there is a technique for growing crystal grains in the horizontal direction (see, for example, Patent Document 1) (hereinafter referred to as “super lateral growth method”).

これは、まずガラス基板上に形成されたシリコン薄膜に数μm程度の微細幅のレーザ光をパルス状に照射し、シリコン薄膜をレーザ光の照射領域の厚さ方向全域にわたって溶融させた後に凝固させて再結晶化を行なう。これによりガラス基板の表面に対して垂直に形成された溶融部と非溶融部との境界で発生した結晶核から結晶粒が全て水平方向に成長する。その結果、1回のレーザ光の照射により、ガラスの基板の表面に対して平行で、長さが均一な針状の結晶粒が得られる。1回のレーザ光の照射により形成される結晶粒の長さは1μm程度であるが、その1回前のレーザ光の照射で形成された針状の結晶粒の一部に重複するように順次レーザ光をパルス状に照射していくことにより、レーザ光の照射により既に成長した結晶粒を引き継いで、より長い針状の結晶粒が得られるといった特徴を有している。   This is because a silicon thin film formed on a glass substrate is first irradiated in pulses with a laser beam having a fine width of about several μm, and the silicon thin film is melted over the entire thickness direction of the laser light irradiation region and then solidified. To recrystallize. As a result, all crystal grains grow in the horizontal direction from the crystal nuclei generated at the boundary between the melted part and the non-melted part formed perpendicular to the surface of the glass substrate. As a result, one-time irradiation with laser light can provide needle-like crystal grains that are parallel to the surface of the glass substrate and have a uniform length. The length of crystal grains formed by one laser beam irradiation is about 1 μm, but sequentially overlaps with a part of the needle-like crystal grains formed by the previous laser beam irradiation. By irradiating the laser beam in a pulse shape, the crystal grains already grown by the laser beam irradiation are taken over, and longer needle-like crystal grains can be obtained.

しかしながら、スーパーラテラル成長法においては、1回のレーザ光の照射により形成される針状の結晶粒の長さは1μm程度であって非常に短いという問題がある。たとえば結晶粒の長さの2倍以上の領域を溶融させた場合は、図10の模式的な拡大平面図に示すように、溶融領域の中央部に微細な結晶粒32が形成される。この微細な結晶粒32は、ラテラル成長した結晶粒31ではなく、ガラス基板への熱の流出に支配されて、ガラス基板の表面に対して垂直方向に成長したものである。そのため、溶融領域を拡大することにより、結晶粒の長さが飛躍的に長い針状の結晶粒を得ることはできない。したがって、スーパーラテラル成長法では、0.4〜0.7μm程度の極めて微小なレーザ光の照射送りピッチでレーザ光の照射を繰り返し行ない、既に成長した結晶粒の長さを順次引き継がせて、より長い針状の結晶粒が得られている。このため、表示装置などに用いられるガラス基板の表面全面にわたってシリコン薄膜を再結晶化するには極めて長い時間が必要であり、製造効率が極めて悪いという問題が指摘されている。   However, in the super lateral growth method, there is a problem that the length of the needle-like crystal grains formed by one laser light irradiation is about 1 μm and is very short. For example, when a region that is twice or more the length of the crystal grain is melted, fine crystal grains 32 are formed at the center of the melted region, as shown in the schematic enlarged plan view of FIG. The fine crystal grains 32 are not laterally grown crystal grains 31 but are grown in a direction perpendicular to the surface of the glass substrate, controlled by the outflow of heat to the glass substrate. Therefore, it is not possible to obtain needle-like crystal grains whose crystal grains are remarkably long by enlarging the melting region. Therefore, in the super lateral growth method, laser light irradiation is repeatedly performed at an extremely small laser light irradiation feed pitch of about 0.4 to 0.7 μm, and the lengths of already grown crystal grains are successively taken over, Long needle-like crystal grains are obtained. For this reason, it has been pointed out that a very long time is required to recrystallize the silicon thin film over the entire surface of a glass substrate used in a display device or the like, and the production efficiency is extremely poor.

そこで、製造効率を向上させることを目的として、1回のレーザ光の照射当たりの結晶粒の成長を促進するため、ガラス基板などの基板をヒータで加熱する方法や、基板もしくは基板上の下地膜をレーザ光で加熱する方法が数多く提案されている。たとえば、特許文献2には、予備加熱用のレーザ光の照射中に溶融用のレーザ光を照射するレーザ加工方法および加工装置が開示されている(以下、「ダブルビーム法」と記す)。   Therefore, for the purpose of improving the production efficiency, in order to promote the growth of crystal grains per one laser beam irradiation, a method of heating a substrate such as a glass substrate with a heater, or a substrate or a base film on the substrate Many methods have been proposed for heating the substrate with laser light. For example, Patent Document 2 discloses a laser processing method and a processing apparatus that irradiates laser light for melting during irradiation with laser light for preheating (hereinafter referred to as “double beam method”).

しかしながら、ヒータで基板を加熱する場合、基板の表面の広範囲に対して長時間の温度維持が必要となるので、基板、下地膜または半導体薄膜の変質の原因となる可能性がある。たとえば、レーザ光による加熱の場合には、レーザ光の照射ごとの照射エネルギのばらつきがそのまま温度のばらつきとなり、必要以上に温度が上昇して基板が損傷することがある。特に、ダブルビーム法において、予備加熱用のレーザ光の照射領域の一部が重複する場合には、重複回数が多い箇所において基板が損傷しやすくなる。   However, when the substrate is heated with a heater, it is necessary to maintain the temperature for a long time over a wide area of the surface of the substrate, which may cause deterioration of the substrate, the base film, or the semiconductor thin film. For example, in the case of heating with a laser beam, the variation in irradiation energy for each laser beam irradiation becomes the variation in temperature as it is, and the temperature may rise more than necessary to damage the substrate. In particular, in the double beam method, when a part of the irradiation region of the laser beam for preheating overlaps, the substrate is easily damaged at a place where the number of overlaps is large.

そこで、基板の温度を一定に保つために、基板の表面での温度変化を検知して、レーザ光源を制御する技術が提案されている(たとえば、特許文献3参照)。この特許文献3に記載の技術は、詳しくは、レーザ光の照射部の温度を放射温度計により検知して、その結果に応じてレーザ光を変調するというものである。数マイクロ秒〜100マイクロ秒のオーダーのパルス幅を有するレーザ光を用いた場合には、基板の温度は急激に上昇する。しかし、温度変化を検知することができる放射温度計の応答速度は、最も速いもので数ミリ秒オーダー(1ミリ秒以上10ミリ秒未満)程度であるため、急激に上昇する基板の温度を正確に測定することができないという問題点があった。
特許第3204986号公報 特許第3221149号公報 特許第3213338号公報
Therefore, in order to keep the temperature of the substrate constant, a technique for detecting a temperature change on the surface of the substrate and controlling the laser light source has been proposed (for example, see Patent Document 3). Specifically, the technique described in Patent Document 3 is to detect the temperature of a laser light irradiation section with a radiation thermometer and modulate the laser light according to the result. When laser light having a pulse width on the order of several microseconds to 100 microseconds is used, the temperature of the substrate rises rapidly. However, the response speed of a radiation thermometer that can detect temperature changes is the fastest and is on the order of several milliseconds (1 millisecond or more and less than 10 milliseconds). There was a problem that it could not be measured.
Japanese Patent No. 3204986 Japanese Patent No. 3221149 Japanese Patent No. 3213338

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、レーザ光の照射による損傷を抑制して効率的に半導体薄膜を製造することができる半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置を提供することにある。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a semiconductor thin film manufacturing method and a semiconductor thin film manufacturing apparatus capable of efficiently manufacturing a semiconductor thin film while suppressing damage caused by laser light irradiation. is there.

本発明は、少なくとも二種類のレーザ光を照射して前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の照射部位の反射率を検知する工程と、反射率によって少なくとも一種類のレーザ光の照射時間を制御する工程と、を含むことを特徴とする半導体薄膜の製造方法である。   The present invention relates to a method for producing a semiconductor thin film by irradiating at least two kinds of laser beams and recrystallizing the precursor semiconductor thin film in a solid state contained in the precursor semiconductor thin film substrate. A semiconductor thin film comprising: a step of detecting a reflectance of a reference laser light irradiated portion irradiated on the body semiconductor thin film substrate; and a step of controlling an irradiation time of at least one kind of laser light based on the reflectance. It is a manufacturing method.

ここで、本発明の半導体薄膜の製造方法において、少なくとも二種類のレーザ光は、固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融する第一のレーザ光と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延させる第二のレーザ光と、を含んでいてもよい。   Here, in the method for producing a semiconductor thin film of the present invention, at least two types of laser light delay the first laser light for melting the solid precursor semiconductor thin film and the recrystallization of the molten precursor semiconductor thin film. A second laser beam to be generated.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第二のレーザ光を基準レーザ光とすることができる。   In the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, the second laser beam can be used as a reference laser beam.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、照射部位の反射率が所定の値になった時点で第二のレーザ光の照射を停止することによって第二のレーザ光の照射時間を制御することができる。   In the method for manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention, the irradiation time of the second laser beam is controlled by stopping the irradiation of the second laser beam when the reflectance of the irradiated portion reaches a predetermined value. be able to.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第一のレーザ光が紫外域の波長を有し、第二のレーザ光が可視域または赤外域の波長を有していてもよい。   In the method for producing a semiconductor thin film of the present invention, the first laser beam may have an ultraviolet wavelength, and the second laser beam may have a visible wavelength or infrared wavelength.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法においては、第二のレーザ光が9μm以上11μm以下の範囲内の波長を有していてもよい。   In the method for producing a semiconductor thin film of the present invention, the second laser beam may have a wavelength in the range of 9 μm to 11 μm.

また、本発明の半導体薄膜の製造方法において、再結晶化の際に成長する結晶粒は、前駆体半導体薄膜の表面に対して略平行に結晶成長し得る。   In the method for producing a semiconductor thin film of the present invention, the crystal grains grown during recrystallization can grow substantially parallel to the surface of the precursor semiconductor thin film.

さらに、本発明は、少なくとも二種類のレーザ光を照射可能な二つ以上のレーザ光源と、前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の照射部位の反射率を検知するための検知手段と、基準レーザ光の反射率によって少なくとも一種類のレーザ光の照射時間を制御するための制御手段と、を含む、半導体薄膜の製造装置である。   Furthermore, the present invention provides two or more laser light sources capable of irradiating at least two types of laser light, and a detecting means for detecting the reflectance of the irradiated portion of the reference laser light irradiated on the precursor semiconductor thin film substrate; And a control means for controlling the irradiation time of at least one kind of laser light according to the reflectance of the reference laser light.

ここで、本発明の半導体薄膜の製造装置においては、二つ以上のレーザ光源が前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融するための第一のレーザ光を照射する第一のレーザ光源と、溶融した前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延させるための第二のレーザ光を照射する第二のレーザ光源と、を含み、基準レーザ光が第二のレーザ光であって、検知手段は第二のレーザ光の照射部位の反射率を検知し、制御手段は第二のレーザ光の照射部位の反射率によって第二のレーザ光の照射時間を制御することができる。   Here, in the semiconductor thin film manufacturing apparatus according to the present invention, two or more laser light sources irradiate a first laser beam for melting the solid state precursor semiconductor thin film included in the precursor semiconductor thin film substrate. One laser light source and a second laser light source for irradiating a second laser light for delaying recrystallization of the molten precursor semiconductor thin film, and the reference laser light is the second laser light. The detecting means detects the reflectance of the irradiated portion of the second laser light, and the control means can control the irradiation time of the second laser light based on the reflectance of the irradiated portion of the second laser light.

また、本発明の半導体薄膜の製造装置において、制御手段は、第二のレーザ光の照射部位の反射率が所定の値になった時点で第二のレーザ光の照射を停止することによって第二のレーザ光の照射時間を制御することができる。   In the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, the control means stops the second laser light irradiation when the reflectance of the second laser light irradiation portion reaches a predetermined value. The irradiation time of the laser beam can be controlled.

また、本発明の半導体薄膜の製造装置において、検知手段は、光センサと、光センサからの信号を処理するための信号処理回路とを含み、光センサは反射前の第二のレーザ光と反射後の第二のレーザ光とを検知し、反射前の第二のレーザ光のパワーを示す信号と反射後の第二のレーザ光のパワーを示す信号とをそれぞれ信号処理回路に送信し、信号処理回路は光センサから送信された信号を処理することによって反射率を示す信号を生成することができる。   In the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, the detection means includes an optical sensor and a signal processing circuit for processing a signal from the optical sensor, and the optical sensor reflects the second laser light before reflection and the reflection. The second laser beam after detection is detected, and a signal indicating the power of the second laser beam before reflection and a signal indicating the power of the second laser beam after reflection are respectively transmitted to the signal processing circuit, The processing circuit can generate a signal indicating the reflectivity by processing the signal transmitted from the optical sensor.

また、本発明の半導体薄膜の製造装置において、第一のレーザ光源は紫外域の波長を有する第一のレーザ光を照射し、第二のレーザ光源は可視域または赤外域の波長を有する第二のレーザ光を照射することができる。   In the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, the first laser light source irradiates the first laser light having an ultraviolet wavelength, and the second laser light source has a second wavelength having a visible wavelength or infrared wavelength. The laser beam can be irradiated.

また、本発明の半導体薄膜の製造装置においては、第二のレーザ光源により照射される第二のレーザ光は9μm以上11μm以下の波長を有することができる。   In the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention, the second laser light emitted from the second laser light source can have a wavelength of 9 μm or more and 11 μm or less.

本発明によれば、レーザ光の照射による損傷を抑制して効率的に半導体薄膜を製造することができる半導体薄膜の製造方法および半導体薄膜の製造装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of a semiconductor thin film which can suppress the damage by irradiation of a laser beam, and can manufacture a semiconductor thin film efficiently and the manufacturing apparatus of a semiconductor thin film can be provided.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。   Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

(前駆体半導体薄膜基板)
図1に、本発明において少なくとも二種類のレーザ光が照射される前駆体半導体薄膜基板の好ましい一例の模式的な断面図を示す。ここで、本発明において「前駆体半導体薄膜基板」は、基板と、レーザ光が照射される前の状態の半導体薄膜である前駆体半導体薄膜と、を含む。図1に示す前駆体半導体薄膜基板5は、絶縁性基板7上にバッファ層8を介して前駆体半導体薄膜6が形成された構造を有している。
(Precursor semiconductor thin film substrate)
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a preferred example of a precursor semiconductor thin film substrate irradiated with at least two types of laser beams in the present invention. Here, in the present invention, the “precursor semiconductor thin film substrate” includes a substrate and a precursor semiconductor thin film that is a semiconductor thin film in a state before being irradiated with laser light. A precursor semiconductor thin film substrate 5 shown in FIG. 1 has a structure in which a precursor semiconductor thin film 6 is formed on an insulating substrate 7 via a buffer layer 8.

前駆体半導体薄膜6としては、任意の半導体材料を用いることができ、たとえば従来より液晶表示装置の製造工程において用いられていて、製造が容易であるという理由から、水和アモルファスシリコン(a−Si:H)をはじめとするアモルファスシリコンを含むシリコンを用いることが好ましいが、多結晶シリコンを含むシリコンであってもよく、微結晶シリコンを含むシリコンであってもよい。また、前駆体半導体薄膜6としては、シリコンのみからなる材質に限られるものではなく、ゲルマニウムなどの他の元素を含んだシリコンを主成分とする材質であってもよい。たとえば、ゲルマニウムを添加することによって前駆体半導体薄膜6の禁制帯幅を任意に制御することができる。前駆体半導体薄膜6の厚みは30nm以上200nm以下であることが好ましい。前駆体半導体薄膜6の厚みが30nm未満である場合には前駆体半導体薄膜6を均一な厚みに形成することが困難となる傾向にあり、200nmを超える場合には前駆体半導体薄膜6の形成に時間がかかり過ぎる傾向にあるためである。なお、前駆体半導体薄膜6はたとえばCVD(Chemical
Vapor deposition;化学気相堆積)法などによって形成される。
As the precursor semiconductor thin film 6, any semiconductor material can be used. For example, hydrated amorphous silicon (a-Si) has been conventionally used in the manufacturing process of liquid crystal display devices and is easy to manufacture. It is preferable to use silicon containing amorphous silicon such as: H), but it may be silicon containing polycrystalline silicon or silicon containing microcrystalline silicon. Further, the precursor semiconductor thin film 6 is not limited to a material made only of silicon, and may be a material mainly composed of silicon containing other elements such as germanium. For example, the forbidden band width of the precursor semiconductor thin film 6 can be arbitrarily controlled by adding germanium. The thickness of the precursor semiconductor thin film 6 is preferably 30 nm or more and 200 nm or less. When the thickness of the precursor semiconductor thin film 6 is less than 30 nm, it tends to be difficult to form the precursor semiconductor thin film 6 with a uniform thickness. When the thickness exceeds 200 nm, the precursor semiconductor thin film 6 is formed. This is because it tends to take too much time. The precursor semiconductor thin film 6 is formed by, for example, CVD (Chemical
Vapor deposition (chemical vapor deposition) method or the like.

絶縁性基板7としては、ガラスや石英などを含む材質にて形成された公知の基板を好適に用いることができる。また、これらの材質の中でも、安価である点、大面積の絶縁性基板を容易に製造することができる点でガラス基板を用いることが好ましい。   As the insulating substrate 7, a known substrate formed of a material including glass or quartz can be suitably used. Among these materials, it is preferable to use a glass substrate in that it is inexpensive and a large-area insulating substrate can be easily manufactured.

また、図1に示す前駆体半導体薄膜基板5において、前駆体半導体薄膜6は絶縁性基板7上にバッファ層8を介して形成されることが好ましい。バッファ層8を形成することにより、レーザ光の照射による溶融および再結晶化の際に、溶融した前駆体半導体薄膜6の熱の影響が絶縁性基板7に及ばないようにすることができる傾向にあり、絶縁性基板7から前駆体半導体薄膜6への不純物拡散を防止することができる傾向にあるためである。バッファ層8としては、酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの材料をCVD法を用いて形成することができ、特に制限されるものではない。なかでも、絶縁性基板7がガラス基板である場合には、同一成分であって各種物性が等しいことから、バッファ層8は酸化シリコンからなることが好ましい。また、バッファ層8の厚みも特に制限されるものではないが、100nm以上500nm以下であることが好ましい。バッファ層8の厚みが100nm未満である場合には絶縁性基板7から前駆体半導体薄膜6への不純物の拡散防止効果が不十分となる傾向にあり、500nmを超えるとバッファ層8の形成に時間がかかり過ぎて製造効率が低下する傾向にあるためである。   In the precursor semiconductor thin film substrate 5 shown in FIG. 1, the precursor semiconductor thin film 6 is preferably formed on the insulating substrate 7 via the buffer layer 8. By forming the buffer layer 8, there is a tendency that the influence of the heat of the molten precursor semiconductor thin film 6 does not reach the insulating substrate 7 at the time of melting and recrystallization by laser light irradiation. This is because impurity diffusion from the insulating substrate 7 to the precursor semiconductor thin film 6 tends to be prevented. The buffer layer 8 can be formed of a material such as silicon oxide or silicon nitride using a CVD method, and is not particularly limited. In particular, when the insulating substrate 7 is a glass substrate, the buffer layer 8 is preferably made of silicon oxide because it has the same components and various physical properties. Further, the thickness of the buffer layer 8 is not particularly limited, but is preferably 100 nm or more and 500 nm or less. When the thickness of the buffer layer 8 is less than 100 nm, the effect of preventing diffusion of impurities from the insulating substrate 7 to the precursor semiconductor thin film 6 tends to be insufficient, and when it exceeds 500 nm, it takes time to form the buffer layer 8. This is because the production efficiency tends to decrease due to excessive application.

(半導体薄膜の製造方法)
図1に示す前駆体半導体薄膜基板5中の前駆体半導体薄膜6には、たとえば、1回の照射で固体状態の前駆体半導体薄膜6を溶融することができる第一のレーザ光と、1回の照射で固体状態の前駆体半導体薄膜6を溶融することはできないが溶融した前駆体半導体薄膜6の再結晶化を遅延させることができる第二のレーザ光と、が照射される。
(Semiconductor thin film manufacturing method)
The precursor semiconductor thin film 6 in the precursor semiconductor thin film substrate 5 shown in FIG. 1 includes, for example, a first laser beam capable of melting the precursor semiconductor thin film 6 in a solid state by one irradiation, and one time. The precursor semiconductor thin film 6 in a solid state cannot be melted by irradiation of the above, but is irradiated with a second laser beam capable of delaying recrystallization of the molten precursor semiconductor thin film 6.

ここで、第一のレーザ光と第二のレーザ光とは、たとえば図2に示す波形で照射することができる。なお、図2の縦軸はパワーを示し、横軸は経過時間を示している。また、図2中の参照符号1は第一のレーザ光の波形(経過時間に対するパワー変化)を示しており、参照符号2は第二のレーザ光の波形を示している。   Here, the first laser beam and the second laser beam can be irradiated with the waveform shown in FIG. 2, for example. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 2 shows power and the horizontal axis has shown elapsed time. Further, reference numeral 1 in FIG. 2 indicates the waveform of the first laser beam (power change with respect to elapsed time), and reference numeral 2 indicates the waveform of the second laser beam.

図2を参照すると、まず第二のレーザ光がパルス状に照射される。次に、第二のレーザ光の照射中に第一のレーザ光がパルス状に照射される。続いて、第一のレーザ光の照射が完了した後に第二のレーザ光の照射を完了する。これにより、第二のレーザ光の照射によって加熱された固体状態の前駆体半導体薄膜に第一のレーザ光が照射されて前駆体半導体薄膜が溶融し、溶融した前駆体半導体薄膜に第二のレーザ光が照射されることによって前駆体半導体薄膜が再結晶化する時間を遅延させて再結晶化により得られる結晶粒をより長くすることができる。そして、第二のレーザ光の照射を完了した後は、第一のレーザ光および第二のレーザ光の前駆体半導体薄膜への照射領域と一部接触する位置または一部重複する位置に第一のレーザ光および第二のレーザ光の照射領域を移動して再度上記と同様にして第一のレーザ光および第二のレーザ光が照射される。そして、上記の第一のレーザ光および第二のレーザ光の照射と照射領域の移動とが繰り返されることによって、前駆体半導体薄膜の表面に略平行に結晶粒が成長して、より長い結晶粒を得ることができる。   Referring to FIG. 2, first, the second laser beam is irradiated in a pulse shape. Next, the first laser beam is irradiated in a pulsed manner during the irradiation of the second laser beam. Subsequently, the irradiation of the second laser beam is completed after the irradiation of the first laser beam is completed. Accordingly, the solid state precursor semiconductor thin film heated by the second laser light irradiation is irradiated with the first laser light to melt the precursor semiconductor thin film, and the melted precursor semiconductor thin film is subjected to the second laser. By irradiating with light, the time required for recrystallization of the precursor semiconductor thin film can be delayed to make the crystal grains obtained by recrystallization longer. Then, after completing the irradiation of the second laser beam, the first laser beam and the second laser beam are positioned at a position that partially contacts or partially overlaps the irradiation region of the precursor semiconductor thin film. The first laser beam and the second laser beam are irradiated again in the same manner as described above by moving the irradiation region of the laser beam and the second laser beam. Then, by repeating the irradiation of the first laser beam and the second laser beam and the movement of the irradiation region, crystal grains grow substantially parallel to the surface of the precursor semiconductor thin film, and longer crystal grains Can be obtained.

ここで、本発明において、第一のレーザ光としては、固体状態のアモルファスシリコンなどのシリコン薄膜からなる前駆体半導体薄膜によく吸収され、数マイクロ秒〜100マイクロ秒のオーダーの極めて短時間における1回の照射で固体状態のシリコン薄膜を溶融可能にする観点から、紫外域の波長を有するレーザ光を用いることが好ましい。ここで、紫外域の波長とは、1nm以上400nm未満の波長を意味する。このような第一のレーザ光としては、たとえばエキシマレーザ光、YAGレーザ光の三倍波に代表される各種固体レーザ光などを好適に用いることができるが、なかでも波長308nmのエキシマレーザ光を用いることが特に好適である。また、第二のレーザ光としては、第一のレーザ光の照射によって溶融したシリコン薄膜の再結晶化を遅延可能にする観点から、可視域または赤外域の波長を有するレーザ光を用いることが好ましい。この場合には第二のレーザ光は溶融状態のシリコン薄膜に吸収され、溶融状態のシリコン薄膜の加熱を行なうことができる。ここで、可視域の波長とは、400nm以上750nm未満の波長を意味する。また、赤外域の波長とは、750nm以上1mm以下の波長を意味する。このような第二のレーザ光としては、たとえば532nmの波長を有するYAGレーザ光の二倍波、1064nmの波長を有するYAGレーザ光または10.6μmの波長を有するCO2レーザ光などを好適に用いることができる。 Here, in the present invention, the first laser light is well absorbed by a precursor semiconductor thin film made of a silicon thin film such as amorphous silicon in a solid state, and is 1 in an extremely short time on the order of several microseconds to 100 microseconds. From the viewpoint of making it possible to melt a silicon thin film in a solid state by a single irradiation, it is preferable to use laser light having a wavelength in the ultraviolet region. Here, the wavelength in the ultraviolet region means a wavelength of 1 nm or more and less than 400 nm. As such a first laser beam, for example, various solid-state laser beams typified by excimer laser beam and triple wave of YAG laser beam can be suitably used. Among them, excimer laser beam having a wavelength of 308 nm is particularly suitable. It is particularly preferred to use it. Further, as the second laser beam, it is preferable to use a laser beam having a wavelength in the visible region or the infrared region, from the viewpoint of delaying the recrystallization of the silicon thin film melted by the irradiation of the first laser beam. . In this case, the second laser beam is absorbed by the molten silicon thin film, and the molten silicon thin film can be heated. Here, the visible wavelength means a wavelength of 400 nm or more and less than 750 nm. Further, the wavelength in the infrared region means a wavelength of 750 nm or more and 1 mm or less. As such second laser light, for example, a double wave of a YAG laser light having a wavelength of 532 nm, a YAG laser light having a wavelength of 1064 nm, or a CO 2 laser light having a wavelength of 10.6 μm is preferably used. be able to.

また、図2に示す波形において、第一のレーザ光のエネルギフルエンスは1500J/m2以上3500J/m2以下であることが好ましく、2500J/m2以上3000J/m2以下であることがより好ましい。第一のレーザ光のエネルギフルエンスが1500J/m2未満である場合には長い結晶粒を形成することができない傾向にあり、第一のレーザ光のエネルギフルエンスが3500J/m2より大きい場合には第一のレーザ光をシリコン薄膜に照射した場合にシリコン薄膜がアブレーションする傾向にある。特に、第一のレーザ光のエネルギフルエンスが2500J/m2以上3000J/m2以下である場合にはシリコン薄膜をアブレーションさせることなく、より長い結晶粒を形成することができる点で好ましい。 Further, in the waveform shown in FIG. 2, the first energy fluence of the laser beam is preferably not more than 1500 J / m 2 or more 3500J / m 2, and more preferably 2500 J / m 2 or more 3000 J / m 2 or less . When the energy fluence of the first laser beam is less than 1500 J / m 2 , long crystal grains tend not to be formed. When the energy fluence of the first laser beam is greater than 3500 J / m 2 When the silicon thin film is irradiated with the first laser beam, the silicon thin film tends to ablate. In particular, when the energy fluence of the first laser beam is 2500 J / m 2 or more and 3000 J / m 2 or less, it is preferable in that longer crystal grains can be formed without ablating the silicon thin film.

また、図2に示す波形における第二のレーザ光の照射時間が120マイクロ秒以上140マイクロ秒以下である場合には、第二のレーザ光のエネルギフルエンスは7500J/m2以上10000J/m2以下であることが好ましく、8000J/m2以上9000J/m2以下であることがより好ましい。第二のレーザ光のエネルギフルエンスが7500J/m2未満である場合には長い結晶粒を形成することができない傾向にあり、第二のレーザ光のエネルギフルエンスが10000J/m2より大きい場合には第二のレーザ光をアモルファスシリコンなどのシリコン薄膜に照射した場合にシリコン薄膜がアブレーションする傾向にある。特に、第二のレーザ光のエネルギフルエンスが8000J/m2以上9000J/m2以下である場合にはシリコン薄膜をアブレーションさせることなく、より長い結晶粒を形成することができる点で好ましい。 When the irradiation time of the second laser beam in the waveform shown in FIG. 2 is 120 microseconds or more and 140 microseconds or less, the energy fluence of the second laser light is 7500 J / m 2 or more and 10000 J / m 2 or less. It is preferable that it is 8000 J / m 2 or more and 9000 J / m 2 or less. When the energy fluence of the second laser beam is less than 7500 J / m 2 , long crystal grains tend not to be formed. When the energy fluence of the second laser beam is greater than 10,000 J / m 2 When the second laser beam is irradiated onto a silicon thin film such as amorphous silicon, the silicon thin film tends to ablate. In particular, when the energy fluence of the second laser beam is 8000 J / m 2 or more and 9000 J / m 2 or less, it is preferable in that longer crystal grains can be formed without ablating the silicon thin film.

図3に、ガラス基板上に酸化シリコンからなるバッファ層を介して形成された水和アモルファスシリコン薄膜からなる前駆体半導体薄膜に第二のレーザ光(波長10.6μmのCO2レーザ光)を照射したときのエネルギフルエンス(照射領域の単位面積当たりのエネルギ総注入量;J/m2)と溶融後に再結晶化して得られた結晶粒の長さとの関係(図3において四角形の位置により表わされている)を示す。図3において、横軸は第二のレーザ光の1回の照射当たりのエネルギフルエンスを示し、縦軸は結晶粒の長さ(μm)を示している。図3の横軸においては、左から右へ進むにつれて第二のレーザ光のエネルギフルエンスが増大している。なお、図3における第二のレーザ光のエネルギフルエンスは第二のレーザ光をビームスプリッタにより分岐させた後にエネルギメータに照射することによって熱的な変化をエネルギフルエンスとして測定したものであり、結晶粒の長さは光学顕微鏡を用いた観察によって結晶粒の最大長を測定したものである。 In FIG. 3, the second laser beam (CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 μm) is irradiated onto a precursor semiconductor thin film made of a hydrated amorphous silicon thin film formed on a glass substrate through a buffer layer made of silicon oxide. The relationship between the energy fluence (total energy injection amount per unit area of the irradiated region; J / m 2 ) and the length of the crystal grains obtained by recrystallization after melting (represented by the positions of the squares in FIG. 3) Is shown). In FIG. 3, the horizontal axis indicates the energy fluence per one irradiation of the second laser light, and the vertical axis indicates the length (μm) of the crystal grains. In the horizontal axis of FIG. 3, the energy fluence of the second laser beam increases as it proceeds from left to right. The energy fluence of the second laser beam in FIG. 3 is obtained by measuring the thermal change as the energy fluence by irradiating the energy meter after the second laser beam is branched by the beam splitter. The maximum length of crystal grains is measured by observation using an optical microscope.

図3を参照すると、第二のレーザ光のエネルギフルエンスが増大するほど、溶融後に再結晶化して得られた結晶粒の長さも長くなり、従来のスーパーラテラル成長法を用いた場合と比べて結晶粒の長さは10倍以上となる。よって、第一のレーザ光および第二のレーザ光の照射後の照射領域の移動距離(送りピッチ)も10倍以上とすることができるため、製造時間が大幅に短縮し、飛躍的に製造効率を向上させることができる。   Referring to FIG. 3, as the energy fluence of the second laser beam increases, the length of the crystal grains obtained by recrystallization after melting increases, which is higher than that obtained by using the conventional super lateral growth method. The grain length is 10 times or more. Therefore, since the movement distance (feeding pitch) of the irradiation region after the irradiation with the first laser beam and the second laser beam can be increased to 10 times or more, the manufacturing time is greatly shortened and the manufacturing efficiency is dramatically increased. Can be improved.

しかしながら、この場合には、第二レーザ光の照射ごとのエネルギ変動によって、前駆体半導体薄膜基板が損傷してしまう問題がある。   However, in this case, there is a problem that the precursor semiconductor thin film substrate is damaged due to the energy fluctuation for each irradiation of the second laser beam.

図4に、第二のレーザ光(波長10.6μmのCO2レーザ光)の照射ごとのエネルギ変動を測定した結果を示す。図4において、横軸は経過時間(秒)を示し、縦軸は第二のレーザ光の照射ごとのエネルギ(J)を示している。ここで、第二のレーザ光が周波数300Hzで照射されている場合には、1回目の照射の時点を経過時間0秒としたとき、301回目の照射の時点は、0(秒)+(301−1)×1/300=1(秒)となる。図4を参照すると、第二のレーザ光は照射ごとにエネルギがばらついていることがわかる。そして、稀に非常に高いエネルギの第二のレーザ光が照射されていることがわかる。特に、この稀に出射される非常に高いエネルギの第二のレーザ光が前駆体半導体薄膜基板の損傷の原因となる。これは、半導体薄膜の製造工程において、歩留りを低下させる原因となる。 FIG. 4 shows the result of measuring the energy fluctuation for each irradiation of the second laser beam (CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 μm). In FIG. 4, the horizontal axis indicates elapsed time (seconds), and the vertical axis indicates energy (J) for each irradiation of the second laser beam. Here, when the second laser beam is irradiated at a frequency of 300 Hz, when the time of the first irradiation is the elapsed time of 0 seconds, the time of the 301st irradiation is 0 (seconds) + (301 −1) × 1/300 = 1 (seconds). Referring to FIG. 4, it can be seen that the energy of the second laser beam varies with each irradiation. And it turns out that the 2nd laser beam of very high energy is rarely irradiated. In particular, this rarely emitted second laser beam with very high energy causes damage to the precursor semiconductor thin film substrate. This causes a decrease in yield in the manufacturing process of the semiconductor thin film.

このため、本発明においては、前駆体半導体薄膜基板に基準レーザ光を照射し、基準レーザ光の照射部位の反射率を検知する工程と、反射率によって第二のレーザ光の照射時間を制御する工程と、が少なくとも行なわれる。ここで、基準レーザ光としては、第一のレーザ光および第二のレーザ光以外の第三のレーザ光を用いてもよいが、装置の簡略化のためには第二のレーザ光が基準レーザ光を兼ねることが好ましい。   For this reason, in the present invention, the step of irradiating the precursor semiconductor thin film substrate with the reference laser light and detecting the reflectance of the irradiated portion of the reference laser light, and the irradiation time of the second laser light are controlled by the reflectance. And at least a process is performed. Here, as the reference laser beam, a third laser beam other than the first laser beam and the second laser beam may be used. However, in order to simplify the apparatus, the second laser beam is used as the reference laser beam. It is also preferable to serve as light.

図5に、本発明における第二のレーザ光(波長10.6μmのCO2レーザ光)を水和アモルファスシリコン薄膜からなる前駆体半導体薄膜に照射したときの反射前の波形と反射後の波形とを示す。ここで、図5の縦軸はパワーを示し、横軸は第二のレーザ光の照射時間を示している。図5を参照すると、反射後の波形3は反射前の波形4とは相似になっておらず、反射率(反射後の第二のレーザ光のパワー/反射前の第二のレーザ光のパワー)は第二のレーザ光の照射時間の増大に伴って増大することが示唆される。なお、図5に示されるデータにおいて、反射前の第二のレーザ光のパワーは波長10.6μmのCO2レーザ光を減衰光学系を通して波形測定器に照射して得られたものであり、反射後の第二のレーザ光のパワーは波長10.6μmのCO2レーザ光をアモルファスシリコン薄膜に照射して反射した光を減衰光学系を通して波形測定器に照射することにより得られたものである。ここで、減衰光学系の減衰率は個々に調整されている。 FIG. 5 shows a waveform before reflection and a waveform after reflection when a precursor semiconductor thin film made of a hydrated amorphous silicon thin film is irradiated with the second laser light (CO 2 laser light with a wavelength of 10.6 μm) in the present invention. Indicates. Here, the vertical axis of FIG. 5 indicates power, and the horizontal axis indicates the irradiation time of the second laser beam. Referring to FIG. 5, waveform 3 after reflection is not similar to waveform 4 before reflection, and reflectivity (power of second laser light after reflection / power of second laser light before reflection). ) Is suggested to increase as the irradiation time of the second laser beam increases. In the data shown in FIG. 5, the power of the second laser light before reflection is obtained by irradiating the waveform measuring device with CO 2 laser light having a wavelength of 10.6 μm through the attenuation optical system. The power of the second laser beam later was obtained by irradiating the waveform measuring device through the attenuation optical system with the reflected light by irradiating the amorphous silicon thin film with a CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 μm. Here, the attenuation rate of the attenuation optical system is individually adjusted.

図6に、図5より求められる反射率と第二のレーザ光の照射時間との関係を示す。図6において縦軸は反射率を示し、横軸は第二のレーザ光の照射時間を示す。図6を参照すると、第二のレーザ光の照射時間の増大に伴って反射率が増大することがわかる。すなわち、第二のレーザ光の照射による温度の上昇に伴って第二のレーザ光の反射率が変化していると考えられる。したがって、この結果から、第二のレーザ光の反射率の変化を検知することによって照射物質の温度変化を検知することができることがわかる。   FIG. 6 shows the relationship between the reflectance obtained from FIG. 5 and the irradiation time of the second laser beam. In FIG. 6, the vertical axis represents the reflectance, and the horizontal axis represents the irradiation time of the second laser light. Referring to FIG. 6, it can be seen that the reflectance increases as the irradiation time of the second laser light increases. That is, it is considered that the reflectivity of the second laser light changes as the temperature rises due to the irradiation of the second laser light. Therefore, it can be seen from this result that the temperature change of the irradiated substance can be detected by detecting the change in the reflectance of the second laser beam.

本発明においては、第二のレーザ光が照射されることによって、前駆体半導体薄膜および前駆体半導体薄膜基板が加熱される。図4に示したように、第二のレーザ光は照射ごとにエネルギが変動し、たとえ第二のレーザ光の照射時間が同じであっても前駆体半導体薄膜および前駆体半導体薄膜基板の最高到達温度は第二のレーザ光の照射ごとに異なるため、前駆体半導体薄膜基板が損傷することがある。   In the present invention, the precursor semiconductor thin film and the precursor semiconductor thin film substrate are heated by irradiation with the second laser beam. As shown in FIG. 4, the energy of the second laser beam fluctuates with each irradiation, and even if the irradiation time of the second laser beam is the same, the highest reach of the precursor semiconductor thin film and the precursor semiconductor thin film substrate is achieved. Since the temperature differs for each irradiation of the second laser beam, the precursor semiconductor thin film substrate may be damaged.

そこで、本発明においては、基準レーザ光を前駆体半導体薄膜基板に照射し、その照射部位の反射率を検知することによってその照射部位の温度変化を検知し、その照射部位の温度が所定の温度(所定の反射率)となった時点で第二のレーザ光の照射を停止する。これにより、前駆体半導体薄膜基板の温度に応じて第二のレーザ光の照射時間が制御されるため、第二のレーザ光の照射による前駆体半導体薄膜基板の損傷を抑制することができるようになる。   Therefore, in the present invention, the precursor semiconductor thin film substrate is irradiated with the reference laser light, and the temperature change of the irradiated part is detected by detecting the reflectance of the irradiated part, and the temperature of the irradiated part is a predetermined temperature. The irradiation of the second laser beam is stopped when (predetermined reflectance) is reached. Thereby, the irradiation time of the second laser light is controlled according to the temperature of the precursor semiconductor thin film substrate, so that damage to the precursor semiconductor thin film substrate due to the irradiation of the second laser light can be suppressed. Become.

一般に、半導体材料や金属材料は、各波長の光に対して所定の反射率を有している。これは反射率が各材料の各波長における屈折率に依存するためである。さらに、屈折率は材料の温度に対して依存性を有している。したがって、反射率は温度依存性を有するため、所定の波長の光の反射率を検知することによって各材料の温度を検知することが可能となる。   In general, a semiconductor material or a metal material has a predetermined reflectance with respect to light of each wavelength. This is because the reflectance depends on the refractive index of each material at each wavelength. Furthermore, the refractive index is dependent on the temperature of the material. Therefore, since the reflectance has temperature dependence, it becomes possible to detect the temperature of each material by detecting the reflectance of light of a predetermined wavelength.

本発明者らは、前駆体半導体薄膜基板の波長10.6μmの第二のレーザ光に対する反射率は、室温(25℃)、約300℃、約600℃において、それぞれ約16%、約19%および約20%という実験結果を得た。当該反射率は、前駆体半導体基板の温度をあまり上昇させない波長10.6μmの第二のレーザ光を斜め方向から照射し、その照射部位の反射前と反射後の第二のレーザ光のエネルギをそれぞれエネルギメータを用いて測定して、反射前の測定値に対する反射後の測定値の比を算出することによって求めた。ここで、前駆体半導体薄膜基板は、ガラス基板上に厚さ100nmの酸化シリコンからなるバッファ層が形成され、そのバッファ層上に厚さ45nmの水和アモルファスシリコンからなる前駆体半導体薄膜が形成されたものを用いた。また、室温以外の反射率はヒータで前駆体半導体薄膜基板を加熱しながら測定を実施した。   The inventors reflect the reflectance of the precursor semiconductor thin film substrate with respect to the second laser beam having a wavelength of 10.6 μm at about 16% and about 19% at room temperature (25 ° C.), about 300 ° C., and about 600 ° C., respectively. And experimental results of about 20% were obtained. The reflectance is determined by irradiating a second laser beam with a wavelength of 10.6 μm that does not increase the temperature of the precursor semiconductor substrate from an oblique direction, and the energy of the second laser beam before and after reflection of the irradiated portion. Each measurement was performed using an energy meter, and the ratio of the measured value after reflection to the measured value before reflection was calculated. Here, in the precursor semiconductor thin film substrate, a buffer layer made of silicon oxide having a thickness of 100 nm is formed on a glass substrate, and a precursor semiconductor thin film made of hydrated amorphous silicon having a thickness of 45 nm is formed on the buffer layer. Used. Moreover, the reflectance other than room temperature was measured while heating the precursor semiconductor thin film substrate with a heater.

上記各温度における前駆体半導体薄膜基板の反射後の第二のレーザ光のパワー密度は、(反射前の第二のレーザ光のパワー密度)×(各温度における反射率)により求めることができる。第二のレーザ光のエネルギフルエンスを8100J/m2、パルス幅(照射時間)を130マイクロ秒とすると、検知される第二のレーザ光の反射後のパワー密度は室温、約300℃、約600℃においてそれぞれ10.0MW/m2、11.9MW/m2および12.5MW/m2となる。この結果より、たとえば、図2に示す波形において、第二のレーザ光の前駆体半導体薄膜基板における照射部位の温度が300℃のときに第一のレーザ光を照射する場合には、検知された第二のレーザ光の反射後のパワー密度が11.9MW/m2になったことを検知した後に第一のレーザ光を照射すればよい。上記の前駆体半導体薄膜基板の照射部位の温度が約300℃の場合には、その照射部位の温度が約10℃変位するごとに、反射後の第二のレーザ光のパワー密度は0.03MW/m2ずつ変位する。望ましくは、この変位量0.03MW/m2を認識して、第二のレーザ光の照射時間を制御できるようにすると精度良く制御することが可能となる。 The power density of the second laser beam after reflection of the precursor semiconductor thin film substrate at each temperature can be obtained by (power density of the second laser beam before reflection) × (reflectance at each temperature). When the energy fluence of the second laser light is 8100 J / m 2 and the pulse width (irradiation time) is 130 microseconds, the power density after reflection of the detected second laser light is room temperature, about 300 ° C., about 600 each 10.0 mW / m 2, a 11.9 mW / m 2 and 12.5 mW / m 2 at ° C.. From this result, for example, in the waveform shown in FIG. 2, it was detected when the first laser beam was irradiated when the temperature of the irradiation portion of the precursor semiconductor thin film substrate of the second laser beam was 300 ° C. What is necessary is just to irradiate a 1st laser beam, after detecting that the power density after reflection of a 2nd laser beam became 11.9MW / m < 2 >. When the temperature of the irradiated portion of the precursor semiconductor thin film substrate is about 300 ° C., the power density of the second laser light after reflection is 0.03 MW every time the temperature of the irradiated portion is displaced by about 10 ° C. / m 2 by the displacement. Desirably, the displacement amount of 0.03 MW / m 2 is recognized and the irradiation time of the second laser light can be controlled, so that the control can be performed with high accuracy.

したがって、本発明には、反射率そのものによってレーザ光の照射時間を制御する場合だけでなく、たとえば上記の反射後の第二のレーザ光のパワー密度のように反射率を利用して得られたものによってレーザ光の照射時間を制御する場合も含まれる。   Therefore, the present invention is obtained not only when the laser light irradiation time is controlled by the reflectance itself, but also by utilizing the reflectance such as the power density of the second laser light after the reflection described above. The case where the irradiation time of the laser beam is controlled depending on the object is also included.

(半導体薄膜の製造装置)
本発明の半導体薄膜の製造装置は、少なくとも二種類のレーザ光を照射可能な二つ以上のレーザ光源と、前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の照射部位の反射率を検知するための検知手段と、基準レーザ光の反射率によって少なくとも一種類のレーザ光の照射時間を制御するための制御手段と、を含んでいる。
(Semiconductor thin film manufacturing equipment)
The semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention detects at least two laser light sources capable of irradiating at least two types of laser light and the reflectance of the irradiated portion of the reference laser light irradiated on the precursor semiconductor thin film substrate. Detection means, and control means for controlling the irradiation time of at least one kind of laser light according to the reflectance of the reference laser light.

図7に、本発明の半導体薄膜の製造装置の好ましい一例の構成を概略的に示す。本発明の半導体薄膜の製造装置10は、二つ以上のレーザ光源として、第一のレーザ光を照射する第一のレーザ光源11と、第二のレーザ光を照射する第二のレーザ光源12とを有している。なお、図7に示す本発明の半導体薄膜の製造装置においては、第二のレーザ光が基準レーザ光を兼ねる。   FIG. 7 schematically shows a configuration of a preferred example of the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention. The semiconductor thin film manufacturing apparatus 10 of the present invention includes, as two or more laser light sources, a first laser light source 11 that irradiates a first laser beam, and a second laser light source 12 that irradiates a second laser beam. have. In the semiconductor thin film manufacturing apparatus of the present invention shown in FIG. 7, the second laser beam also serves as the reference laser beam.

本発明の半導体薄膜の製造装置10において、第二のレーザ光源12から照射された第二のレーザ光は、ビームスプリッタ25によって2つに分岐される。分岐された一方の第二のレーザ光は検知器26に入射してそのパワーが検知される。分岐された他方の第二のレーザ光はアッテネータ14を通過した後、均一照射光学系16によってパワー密度分布が均一化されて適当な寸法に整形され、マスク18のパターン形成面に均一に照射される。次いで、マスク18を通過した第二のレーザ光はミラー21によって反射され、結像レンズ24によってマスク18の像が所定の倍率(たとえば1/4)に結像された状態で前駆体半導体薄膜基板5中の前駆体半導体薄膜に照射され、その照射部位における反射後の第二のレーザ光のパワーが検知器22によって検知される。ここで、第二のレーザ光源12としては、たとえば、532nmの波長を有するYAGレーザ光の二倍波、1064nmの波長を有するYAGレーザ光または10.6μmの波長を有するCO2レーザ光を照射するものが好適に用いられる。 In the semiconductor thin film manufacturing apparatus 10 of the present invention, the second laser light emitted from the second laser light source 12 is branched into two by the beam splitter 25. One of the branched second laser beams enters the detector 26 and its power is detected. The other branched second laser light passes through the attenuator 14, and then the power density distribution is made uniform by the uniform irradiation optical system 16 and shaped to an appropriate size, and is uniformly irradiated onto the pattern forming surface of the mask 18. The Next, the second laser light that has passed through the mask 18 is reflected by the mirror 21, and the precursor semiconductor thin film substrate in a state where the image of the mask 18 is formed at a predetermined magnification (for example, 1/4) by the imaging lens 24. 5 is irradiated to the precursor semiconductor thin film, and the power of the second laser beam after reflection at the irradiated portion is detected by the detector 22. Here, as the second laser light source 12, for example, a YAG laser beam having a wavelength of 532 nm, a YAG laser beam having a wavelength of 1064 nm, or a CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 μm is irradiated. Those are preferably used.

一方、第一のレーザ光源11から照射された第一のレーザ光は、アッテネータ13を通過した後、均一照射光学系15によってパワー密度分布が均一化されて適当な寸法に整形され、マスク17のパターン形成面に均一に照射される。次いで、マスク17を通過した第一のレーザ光はミラー21によって反射され、結像レンズ20によってマスク17の像が所定の倍率(たとえば1/4)に結像された状態で前駆体半導体薄膜基板5中の前駆体半導体薄膜の表面に垂直に照射される。ここで、第一のレーザ光源11としては、たとえば、エキシマレーザ光、YAGレーザ光に代表される各種固体レーザ光を照射可能な光源を好適に用いることができる。なかでも第一のレーザ光源11としては、波長308nmのエキシマレーザ光を照射する光源が特に好適である。また、第一のレーザ光源11としては、第一のレーザ光をパルス状に照射することができる光源であることが好ましい。   On the other hand, the first laser light emitted from the first laser light source 11 passes through the attenuator 13, and then the power density distribution is made uniform by the uniform irradiation optical system 15 and shaped to an appropriate size. The pattern forming surface is uniformly irradiated. Next, the first laser light that has passed through the mask 17 is reflected by the mirror 21, and the precursor semiconductor thin film substrate in a state where the image of the mask 17 is formed at a predetermined magnification (for example, 1/4) by the imaging lens 20. 5 is irradiated perpendicularly to the surface of the precursor semiconductor thin film 5. Here, as the first laser light source 11, for example, a light source capable of irradiating various solid-state laser light typified by excimer laser light and YAG laser light can be suitably used. Among these, the first laser light source 11 is particularly preferably a light source that emits excimer laser light having a wavelength of 308 nm. The first laser light source 11 is preferably a light source that can irradiate the first laser light in a pulsed manner.

また、本発明の半導体薄膜の製造装置10において、前駆体半導体薄膜基板5は水平方向に所定速度で移動可能なステージ19上に設置されている。また、上記においてミラー21の数量に制限はなく、また設置箇所についても適宜設定することができる。   Moreover, in the semiconductor thin film manufacturing apparatus 10 of the present invention, the precursor semiconductor thin film substrate 5 is placed on a stage 19 that can move at a predetermined speed in the horizontal direction. Moreover, in the above, there is no restriction | limiting in the quantity of the mirror 21, Moreover, it can set suitably also about an installation location.

さらに、本発明の半導体薄膜の製造装置10は、第二のレーザ光の反射前のパワーを検知可能な検知器26と、第二のレーザ光の反射後のパワーを検知可能な検知器22と、信号処理回路27と、からなる検知手段を備えている。ここで、検知器26は、検知した第二のレーザ光の反射前のパワーを示す信号を生成して信号処理回路27にその信号を送信することができる。また、検知器22は、検知した第二のレーザ光の反射後のパワーを示す信号を生成して信号処理回路27にその信号を送信することができる。そして、信号処理回路27は、検知器22、26からそれぞれ送信された信号を受信し、これらの信号を処理することによって第二のレーザ光の反射率を示す信号を生成する。   Furthermore, the semiconductor thin film manufacturing apparatus 10 of the present invention includes a detector 26 that can detect the power before reflection of the second laser beam, and a detector 22 that can detect the power after reflection of the second laser beam. And a signal processing circuit 27. Here, the detector 26 can generate a signal indicating the power before reflection of the detected second laser light and transmit the signal to the signal processing circuit 27. The detector 22 can generate a signal indicating the power after reflection of the detected second laser light and transmit the signal to the signal processing circuit 27. The signal processing circuit 27 receives signals transmitted from the detectors 22 and 26, and processes these signals to generate a signal indicating the reflectance of the second laser beam.

ここで、検知器22、26としてはたとえば光センサまたは焦電センサなどを用いることができる。なかでも、検知器22、26としては高速応答性に優れた光センサを用いることが好ましい。光センサとしては、たとえば感光部がシリコンにより構成されているものを用いてもよい。また、第二のレーザ光として、波長1064nmのYAGレーザ光を用いる場合には感光部がAgOCs若しくはInGaAsにより構成されている光センサを用いることが好ましい。また、第二のレーザ光として波長10.6μmのCO2レーザ光を用いる場合には感光部がHdCdZnTeにより構成されている光センサを用いることが好ましい。なお、図7に示す検知器22、26として、具体的にはVigo System社製のPD−10.6 Series Photovoltaic CO2Laser Detectors(感光部:HdCdZnTe、立ち上がり時間:約1ナノ秒以下)を用いた。また、センサは所定のレーザ耐力を有することから、減衰光学系(図示せず)を有することが好ましい。 Here, as the detectors 22 and 26, for example, optical sensors or pyroelectric sensors can be used. In particular, it is preferable to use optical sensors excellent in high-speed response as the detectors 22 and 26. As the optical sensor, for example, a photoconductive portion made of silicon may be used. Further, when YAG laser light having a wavelength of 1064 nm is used as the second laser light, it is preferable to use an optical sensor in which the photosensitive portion is made of AgOCs or InGaAs. Further, when a CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 μm is used as the second laser beam, it is preferable to use an optical sensor in which the photosensitive portion is composed of HdCdZnTe. As the detectors 22 and 26 shown in FIG. 7, specifically, PD-10.6 Series Photovoltaic CO 2 Laser Detectors (photosensitive part: HdCdZnTe, rise time: about 1 nanosecond or less) manufactured by Vigo System Co. are used. It was. Further, since the sensor has a predetermined laser resistance, it is preferable to have an attenuation optical system (not shown).

さらに、本発明の半導体薄膜の製造装置10は、信号処理回路27に接続されている制御手段23を含んでいる。ここで、制御手段23は、信号処理回路27によって生成された信号を信号処理回路27から受信することができる。そして、制御手段23は、第一のレーザ光源11および第二のレーザ光源12に接続されており、信号処理回路27から受信された信号に基づいて第二のレーザ光の照射時間を制御することができる。また、制御手段23は、第二のレーザ光の照射時間だけでなく、第一のレーザ光および/または第二のレーザ光のパワーまたは照射タイミングなどの条件についても適宜制御することができる。   Furthermore, the semiconductor thin film manufacturing apparatus 10 of the present invention includes control means 23 connected to the signal processing circuit 27. Here, the control unit 23 can receive the signal generated by the signal processing circuit 27 from the signal processing circuit 27. The control means 23 is connected to the first laser light source 11 and the second laser light source 12, and controls the irradiation time of the second laser light based on the signal received from the signal processing circuit 27. Can do. Further, the control means 23 can appropriately control not only the irradiation time of the second laser light but also conditions such as the power or irradiation timing of the first laser light and / or the second laser light.

図8に、図7に示す制御手段23の模式的な構成図を示す。図8において、制御手段23は、コンパレータ28と、第1パルス発生回路29と、第二パルス発生回路30とを含んでいる。   FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of the control means 23 shown in FIG. In FIG. 8, the control means 23 includes a comparator 28, a first pulse generation circuit 29, and a second pulse generation circuit 30.

図9に、制御手段23における信号のタイミングチャートの一例を示す。ここで、信号41は図8に示す第1パルス発生回路29から第二パルス発生回路30に送信される第二レーザ光の照射を開始するための信号である。信号42は、図8に示す第二パルス発生回路30から第二のレーザ光源12に送信される第二レーザ光の照射を制御するための信号である。信号43は、図7に示す検知器26から信号処理回路27に送信される反射前の第二のレーザ光のパワーを示す信号である。信号44は、図7に示す検知器22から信号処理回路27に送信される反射後の第二のレーザ光のパワーを示す信号である。信号45は、図8に示す信号処理回路27からコンパレータ28に送信される第二のレーザ光の反射率を示す信号である。信号46は、コンパレータ28から第二パルス発生回路30に送信される第二レーザ光の照射を停止するための信号である。   FIG. 9 shows an example of a signal timing chart in the control means 23. Here, the signal 41 is a signal for starting irradiation of the second laser beam transmitted from the first pulse generation circuit 29 to the second pulse generation circuit 30 shown in FIG. The signal 42 is a signal for controlling the irradiation of the second laser light transmitted from the second pulse generation circuit 30 shown in FIG. 8 to the second laser light source 12. The signal 43 is a signal indicating the power of the second laser beam before reflection transmitted from the detector 26 shown in FIG. 7 to the signal processing circuit 27. The signal 44 is a signal indicating the power of the reflected second laser light transmitted from the detector 22 shown in FIG. 7 to the signal processing circuit 27. The signal 45 is a signal indicating the reflectance of the second laser light transmitted from the signal processing circuit 27 shown in FIG. 8 to the comparator 28. The signal 46 is a signal for stopping irradiation of the second laser light transmitted from the comparator 28 to the second pulse generation circuit 30.

図9に示すように、まず、図8に示す第1パルス発生回路29から第二パルス発生回路30に第二のレーザ光の照射を開始するための信号41が送信される。次に、第二パルス発生回路30から第二のレーザ光源12に第二のレーザ光の照射を開始するための信号42が送信され、第二のレーザ光源12から第二のレーザ光が照射される。次いで、照射された第二のレーザ光は図7に示すビームスプリッタ25で分岐され、分岐された第二のレーザ光が検知器26に入射し、検知器26において反射前の第二のレーザ光のパワーを示す信号43が生成されて信号処理回路27に送信される。続いて、反射後の第二のレーザ光が検知器22に入射し、検知器22において反射後の第二のレーザ光のパワーを示す信号44が生成されて信号処理回路27に送信される。次いで、信号処理回路27において、反射前の第二のレーザ光のパワーを示す信号43と反射後の第二のレーザ光のパワーを示す信号44とから第二のレーザ光の反射率を示す信号45が生成され、コンパレータ28に送信される。そして、コンパレータ28において、受信した信号45が、コンパレータ28に設定されている所定の電圧値47(第二のレーザ光の照射による前駆体半導体薄膜基板の損傷を抑制することができる反射率を示す電圧値)を超えたときに、コンパレータ28から第二パルス発生回路30に第二レーザ光の照射を停止する信号46が送信される。その後、第二パルス発生回路30から第二のレーザ光源12に第二レーザ光の照射を停止する信号42が送信されて第二レーザ光の照射が停止する。   As shown in FIG. 9, first, a signal 41 for starting irradiation of the second laser light is transmitted from the first pulse generation circuit 29 shown in FIG. 8 to the second pulse generation circuit 30. Next, a signal 42 for starting the irradiation of the second laser light is transmitted from the second pulse generation circuit 30 to the second laser light source 12, and the second laser light is irradiated from the second laser light source 12. The Next, the irradiated second laser light is branched by the beam splitter 25 shown in FIG. 7, and the branched second laser light is incident on the detector 26, and the second laser light before being reflected by the detector 26. A signal 43 indicating the power of the signal is generated and transmitted to the signal processing circuit 27. Subsequently, the reflected second laser light enters the detector 22, and a signal 44 indicating the power of the reflected second laser light is generated in the detector 22 and transmitted to the signal processing circuit 27. Next, in the signal processing circuit 27, a signal indicating the reflectance of the second laser light from the signal 43 indicating the power of the second laser light before reflection and the signal 44 indicating the power of the second laser light after reflection. 45 is generated and transmitted to the comparator 28. In the comparator 28, the received signal 45 indicates a predetermined voltage value 47 set in the comparator 28 (reflectance capable of suppressing damage to the precursor semiconductor thin film substrate due to irradiation with the second laser light). When the voltage value) is exceeded, a signal 46 for stopping the irradiation of the second laser light is transmitted from the comparator 28 to the second pulse generation circuit 30. Thereafter, a signal 42 for stopping the irradiation of the second laser light is transmitted from the second pulse generation circuit 30 to the second laser light source 12, and the irradiation of the second laser light is stopped.

なお、図示はしていないが、制御手段23は、ステージ19の位置の制御、第一のレーザ光および第二のレーザ光の照射目標位置の記憶、製造装置10の内部の温度制御および雰囲気制御を行なうことができるように構成されていることが好ましい。   Although not shown, the control means 23 controls the position of the stage 19, stores the irradiation target positions of the first laser beam and the second laser beam, controls the temperature inside the manufacturing apparatus 10, and controls the atmosphere. It is preferable that it is comprised so that it can perform.

また、上記においては、第二のレーザ光を基準レーザ光として用いた場合について説明したが、第一のレーザ光および第二のレーザ光以外の第三のレーザ光を照射する第三のレーザ光源をさらに備え、検知手段として第三のレーザ光の波長に対応してパワーを検知可能なセンサを用いてもよいことは言うまでもない。この場合、第三のレーザ光としては、前駆体半導体薄膜基板の温度変化に対してより反射率が大きく変化する波長を有するものが好ましい。たとえば、基準レーザ光として532nmの波長を有するYAGレーザ光と10.6μmの波長を有するCO2レーザ光とを比較した場合、本発明者らの実験結果より、前駆体半導体薄膜基板の温度が約300℃の場合、前駆体半導体薄膜基板の温度が約10℃変位したときの反射率の変化量はそれぞれ0.07%および0.09%であった。単位上昇温度あたりの反射率の変化量が大きい方が、温度差を検知しやすいことから、YAGレーザ光よりはCO2レーザ光を用いることが好ましいと考えられる。また、この場合、光センサとしては、CO2レーザ光のパワーを検知することができる感光部がHdCdZnTeにより形成されたものを用いるのが好ましい。 In the above description, the case where the second laser light is used as the reference laser light has been described. However, the third laser light source that emits the third laser light other than the first laser light and the second laser light. Needless to say, a sensor capable of detecting the power corresponding to the wavelength of the third laser beam may be used as the detecting means. In this case, the third laser beam preferably has a wavelength at which the reflectivity changes more greatly with respect to the temperature change of the precursor semiconductor thin film substrate. For example, when comparing a YAG laser beam having a wavelength of 532 nm as a reference laser beam and a CO 2 laser beam having a wavelength of 10.6 μm, the temperature of the precursor semiconductor thin film substrate is about In the case of 300 ° C., the reflectance changes when the temperature of the precursor semiconductor thin film substrate was displaced by about 10 ° C. were 0.07% and 0.09%, respectively. It is considered that it is preferable to use CO 2 laser light rather than YAG laser light, since the temperature change is more easily detected when the amount of change in reflectance per unit temperature rise is larger. In this case, it is preferable to use an optical sensor in which a photosensitive part capable of detecting the power of CO 2 laser light is formed of HdCdZnTe.

このように本発明においては、前駆体半導体薄膜基板中の前駆体半導体薄膜の表面に対して垂直に第一のレーザ光が照射されることによって前駆体半導体薄膜が前駆体半導体薄膜の表面に対して垂直に溶融する。そして、溶融した前駆体半導体薄膜は前駆体半導体薄膜の非溶融部分の表面から前駆体半導体薄膜の表面に対して略平行に結晶が成長するように固化して再結晶化する。このとき、第二のレーザ光を照射して再結晶化を遅延することによって、より長い針状の結晶粒を得ることができるとともに、本発明のように第二のレーザ光の照射時間を制御することによって前駆体半導体薄膜基板の照射による損傷を抑制することができる。   Thus, in the present invention, the precursor semiconductor thin film is applied to the surface of the precursor semiconductor thin film by irradiating the first laser beam perpendicularly to the surface of the precursor semiconductor thin film in the precursor semiconductor thin film substrate. To melt vertically. The molten precursor semiconductor thin film is solidified and recrystallized so that crystals grow from the surface of the non-melted portion of the precursor semiconductor thin film substantially parallel to the surface of the precursor semiconductor thin film. At this time, by irradiating the second laser beam and delaying the recrystallization, longer needle-like crystal grains can be obtained and the irradiation time of the second laser beam is controlled as in the present invention. By doing so, damage due to irradiation of the precursor semiconductor thin film substrate can be suppressed.

なお、上記においては、結晶粒を前駆体半導体薄膜の表面に対して略平行に成長させる場合について説明したが、本発明は結晶粒を前駆体半導体薄膜の表面に対して垂直方向に成長する場合にも応用可能である。   In the above description, the case where the crystal grains are grown substantially parallel to the surface of the precursor semiconductor thin film has been described. However, the present invention is a case where the crystal grains are grown in a direction perpendicular to the surface of the precursor semiconductor thin film. It can also be applied to.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、たとえば多結晶シリコン半導体薄膜からなるゲート絶縁膜の形成に好適に利用することができる。   The present invention can be suitably used for forming a gate insulating film made of, for example, a polycrystalline silicon semiconductor thin film.

本発明において、少なくとも二種類のレーザ光が照射される前駆体半導体薄膜基板の好ましい一例の模式的な断面図である。In this invention, it is typical sectional drawing of a preferable example of the precursor semiconductor thin film substrate with which at least 2 types of laser beams are irradiated. 本発明において、前駆体半導体薄膜に照射される第一のレーザ光および第二のレーザ光の波形(経過時間に対するパワー変化)の一例を示した図である。In this invention, it is the figure which showed an example of the waveform (power change with respect to elapsed time) of the 1st laser beam and 2nd laser beam irradiated to a precursor semiconductor thin film. ガラス基板上に酸化シリコンからなるバッファ層を介して形成された水和アモルファスシリコン薄膜からなる前駆体半導体薄膜に第二のレーザ光を照射したときのエネルギフルエンスと溶融後に再結晶化して得られた結晶粒の長さとの関係を示す図である。It was obtained by recrystallization after melting and energy fluence when a precursor semiconductor thin film made of a hydrated amorphous silicon thin film formed on a glass substrate through a buffer layer made of silicon oxide was irradiated with a second laser beam. It is a figure which shows the relationship with the length of a crystal grain. 第二のレーザ光の照射ごとのエネルギ変動を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the energy fluctuation | variation for every irradiation of a 2nd laser beam. 本発明において、第二のレーザ光を水和アモルファスシリコン薄膜からなる前駆体半導体薄膜に照射したときの反射前の波形と反射後の波形とを示す図である。In this invention, when a 2nd laser beam is irradiated to the precursor semiconductor thin film which consists of a hydrated amorphous silicon thin film, it is a figure which shows the waveform before reflection, and the waveform after reflection. 図5より求められる反射率と第二のレーザ光の照射時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the reflectance calculated | required from FIG. 5, and the irradiation time of a 2nd laser beam. 本発明の半導体薄膜の製造装置の好ましい一例の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of a preferable example of the manufacturing apparatus of the semiconductor thin film of this invention. 図7に示す制御手段の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of the control means shown in FIG. 本発明において用いられる制御手段における信号のタイミングチャートの一例である。It is an example of the timing chart of the signal in the control means used in this invention. 従来のスーパーラテラル成長法において形成される結晶粒の一例の模式的な拡大平面図である。It is a typical enlarged plan view of an example of the crystal grain formed in the conventional super lateral growth method.

符号の説明Explanation of symbols

1 第一のレーザ光の波形、2 第二のレーザ光の波形、3 反射後の波形、4 反射前の波形、5 前駆体半導体薄膜基板、6 前駆体半導体薄膜、7 絶縁性基板、8 バッファ層、10 製造装置、11 第一のレーザ光源、12 第二のレーザ光源、13,14 アッテネータ、15,16 均一照射光学系、17,18 マスク、19 ステージ、20,24 結像レンズ、21 ミラー、22,26 検知器、23 制御手段、25 ビームスプリッタ、27 信号処理回路、28 コンパレータ、29 第1パルス発生回路、30 第2パルス発生回路、31 結晶粒、32 微細な結晶粒、41,42,43,44,45,46 信号、47 所定の電圧値。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waveform of 1st laser beam 2 Waveform of 2nd laser beam 3 Waveform after reflection 4 Waveform before reflection 5 Precursor semiconductor thin film substrate 6 Precursor semiconductor thin film 7 Insulating substrate 8 Buffer Layers, 10 manufacturing apparatus, 11 first laser light source, 12 second laser light source, 13, 14 attenuator, 15, 16 uniform irradiation optical system, 17, 18 mask, 19 stage, 20, 24 imaging lens, 21 mirror , 22, 26 detector, 23 control means, 25 beam splitter, 27 signal processing circuit, 28 comparator, 29 first pulse generation circuit, 30 second pulse generation circuit, 31 crystal grains, 32 fine crystal grains, 41, 42 , 43, 44, 45, 46 signal, 47 predetermined voltage value.

Claims (13)

少なくとも二種類のレーザ光を照射して前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融した後に再結晶化させることによって半導体薄膜を製造する方法であって、前記前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の照射部位の反射率を検知する工程と、前記反射率によって少なくとも一種類のレーザ光の照射時間を制御する工程と、を含むことを特徴とする、半導体薄膜の製造方法。   A method of manufacturing a semiconductor thin film by irradiating at least two types of laser light and melting a solid state precursor semiconductor thin film contained in a precursor semiconductor thin film substrate and then recrystallizing the precursor semiconductor thin film, A step of detecting a reflectance of an irradiation portion of a reference laser beam irradiated on a substrate, and a step of controlling an irradiation time of at least one kind of laser beam by the reflectance. Production method. 前記少なくとも二種類のレーザ光は、固体状態の前記前駆体半導体薄膜を溶融する第一のレーザ光と、溶融した前記前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延させる第二のレーザ光と、を含むことを特徴とする、請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。   The at least two types of laser beams include a first laser beam that melts the precursor semiconductor thin film in a solid state and a second laser beam that delays recrystallization of the melted precursor semiconductor thin film. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein: 前記第二のレーザ光を前記基準レーザ光とすることを特徴とする、請求項2に記載の半導体薄膜の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 2, wherein the second laser beam is the reference laser beam. 前記照射部位の反射率が所定の値になった時点で前記第二のレーザ光の照射を停止することによって前記第二のレーザ光の照射時間を制御することを特徴とする、請求項2または3に記載の半導体薄膜の製造方法。   3. The irradiation time of the second laser light is controlled by stopping the irradiation of the second laser light when the reflectance of the irradiation part reaches a predetermined value. 3. A method for producing a semiconductor thin film according to 3. 前記第一のレーザ光が紫外域の波長を有し、前記第二のレーザ光が可視域または赤外域の波長を有することを特徴とする、請求項2から4のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。   5. The semiconductor thin film according to claim 2, wherein the first laser beam has a wavelength in an ultraviolet region, and the second laser beam has a wavelength in a visible region or an infrared region. Manufacturing method. 前記第二のレーザ光が9μm以上11μm以下の範囲内の波長を有することを特徴とする、請求項2から5のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 2, wherein the second laser beam has a wavelength in a range of 9 [mu] m to 11 [mu] m. 前記再結晶化の際に成長する結晶粒は、前記前駆体半導体薄膜の表面に対して略平行に結晶成長することを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。   7. The semiconductor thin film production according to claim 1, wherein the crystal grains grown during the recrystallization grow substantially parallel to the surface of the precursor semiconductor thin film. Method. 少なくとも二種類のレーザ光を照射可能な二つ以上のレーザ光源と、前駆体半導体薄膜基板に照射される基準レーザ光の照射部位の反射率を検知するための検知手段と、前記基準レーザ光の反射率によって少なくとも一種類のレーザ光の照射時間を制御するための制御手段と、を含む、半導体薄膜の製造装置。   Two or more laser light sources capable of irradiating at least two types of laser light, detection means for detecting the reflectance of the irradiated portion of the reference laser light irradiated to the precursor semiconductor thin film substrate, and the reference laser light And a control means for controlling the irradiation time of at least one type of laser light according to the reflectance. 前記二つ以上のレーザ光源が、前記前駆体半導体薄膜基板に含まれる固体状態の前駆体半導体薄膜を溶融するための第一のレーザ光を照射する第一のレーザ光源と、溶融した前記前駆体半導体薄膜の再結晶化を遅延させるための第二のレーザ光を照射する第二のレーザ光源と、を含み、前記基準レーザ光が前記第二のレーザ光であって、前記検知手段は前記第二のレーザ光の照射部位の反射率を検知し、前記制御手段は前記第二のレーザ光の照射部位の反射率によって前記第二のレーザ光の照射時間を制御することを特徴とする、請求項8に記載の半導体薄膜の製造装置。   The two or more laser light sources are a first laser light source that irradiates a first laser light for melting a solid state precursor semiconductor thin film included in the precursor semiconductor thin film substrate, and the molten precursor. A second laser light source for irradiating a second laser beam for delaying recrystallization of the semiconductor thin film, wherein the reference laser beam is the second laser beam, and the detection means is the first laser beam. The second laser light irradiation site is detected, and the control means controls the irradiation time of the second laser light according to the reflectance of the second laser light irradiation site. Item 9. The semiconductor thin film manufacturing apparatus according to Item 8. 前記制御手段は、前記第二のレーザ光の照射部位の反射率が所定の値になった時点で前記第二のレーザ光の照射を停止することによって前記第二のレーザ光の照射時間を制御することを特徴とする、請求項9に記載の半導体薄膜の製造装置。   The control means controls the irradiation time of the second laser light by stopping the irradiation of the second laser light when the reflectance of the irradiated portion of the second laser light reaches a predetermined value. The apparatus for producing a semiconductor thin film according to claim 9, wherein: 前記検知手段は、光センサと、前記光センサからの信号を処理するための信号処理回路と、を含み、前記光センサは反射前の第二のレーザ光と反射後の第二のレーザ光とを検知し、前記反射前の第二のレーザ光のパワーを示す信号と前記反射後の第二のレーザ光のパワーを示す信号とをそれぞれ前記信号処理回路に送信し、前記信号処理回路は前記光センサから送信された前記信号を処理することによって前記反射率を示す信号を生成することを特徴とする、請求項9または10に記載の半導体薄膜の製造装置。   The detection means includes an optical sensor and a signal processing circuit for processing a signal from the optical sensor, and the optical sensor includes a second laser beam before reflection and a second laser beam after reflection. And a signal indicating the power of the second laser light before the reflection and a signal indicating the power of the second laser light after the reflection are transmitted to the signal processing circuit, respectively. 11. The semiconductor thin film manufacturing apparatus according to claim 9, wherein a signal indicating the reflectance is generated by processing the signal transmitted from an optical sensor. 前記第一のレーザ光源は紫外域の波長を有する第一のレーザ光を照射し、前記第二のレーザ光源は可視域または赤外域の波長を有する第二のレーザ光を照射することを特徴とする、請求項9から11のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。   The first laser light source emits a first laser light having a wavelength in the ultraviolet region, and the second laser light source emits a second laser light having a wavelength in the visible region or infrared region. The apparatus for manufacturing a semiconductor thin film according to any one of claims 9 to 11. 前記第二のレーザ光源により照射される第二のレーザ光は9μm以上11μm以下の波長を有することを特徴とする、請求項9から12のいずれかに記載の半導体薄膜の製造装置。   The apparatus for producing a semiconductor thin film according to any one of claims 9 to 12, wherein the second laser light irradiated by the second laser light source has a wavelength of 9 µm or more and 11 µm or less.
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