JP2017224708A

JP2017224708A - Method of producing polycrystalline semiconductor film, laser annealing device, thin film transistor, and display

Info

Publication number: JP2017224708A
Application number: JP2016118778A
Authority: JP
Inventors: 直之小林; Naoyuki Kobayashi; 俊明清野; Toshiaki Kiyono; 山口　芳広; Yoshihiro Yamaguchi; 芳広山口
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: JP6706155B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a crystal semiconductor having uniform crystal grain size, thereby achieving an improvement in qualities of a semiconductor element and a display.SOLUTION: A method of producing a polycrystalline semiconductor film includes the steps of: irradiating an amorphous semiconductor film with first laser light having a first polarization direction; and, after a lapse of a predetermined delay time after the step of irradiating an amorphous semiconductor film, irradiating the semiconductor film with second laser light having a second polarization direction. The first laser light and the second laser light are emitted from a solid-state laser, the first polarization direction intersects the second polarization direction, and the predetermined delay time is defined such that the first laser light and the second laser light do not interfere with each other on the semiconductor film.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、多結晶半導体膜の製造方法、該多結晶半導体膜を製造するためのレーザアニール装置、薄膜トランジスタ、および該薄膜トランジスタを用いたディスプレイに関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a polycrystalline semiconductor film, a laser annealing apparatus for manufacturing the polycrystalline semiconductor film, a thin film transistor, and a display using the thin film transistor.

液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等においては、画素のスイッチング用に多結晶シリコン膜をチャネル領域とする薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ））が用いられている。多結晶膜の製造方法として、非晶質（アモルファス）のシリコンにレーザビームを照射して熱処理を行うレーザアニール法が知られている。非晶質のシリコンに比べ多結晶シリコンは電子移動度が大きいため、ＴＦＴのスイッチング動作が高速となる。
レーザアニール法に用いられる装置として、希ガスやハロゲンなどの混合ガスを用いてレーザビームを発生させるエキシマレーザアニール装置（以下、ＥＬＡ装置）が知られている。ＥＬＡ装置は非晶質のシリコンを多結晶化する際に、結晶粒径が均一で良質な結晶が作成しやすいことから広く普及している。 In a liquid crystal display, an organic EL (electroluminescence) display, and the like, a thin film transistor (TFT (Thin Film Transistor)) having a polycrystalline silicon film as a channel region is used for pixel switching. As a method for producing a polycrystalline film, a laser annealing method is known in which amorphous silicon is irradiated with a laser beam to perform heat treatment. Since polycrystalline silicon has a higher electron mobility than amorphous silicon, the switching operation of the TFT becomes faster.
As an apparatus used in the laser annealing method, an excimer laser annealing apparatus (hereinafter referred to as ELA apparatus) that generates a laser beam using a mixed gas such as a rare gas or a halogen is known. The ELA apparatus is widely used because it is easy to produce high quality crystals with a uniform crystal grain size when polycrystallizing amorphous silicon.

一方、ＥＬＡ装置はランニングコストが高いことが課題となっている。レーザには、エキシマレーザの他に固体材料を用いた固体レーザが知られている。固体レーザ装置はＥＬＡ装置に比較してランニングコストは低い。しかし、固体レーザを用いた装置では、ＥＬＡ装置と比較して、良質な多結晶の半導体膜を安定して形成できないという課題がある。 On the other hand, the ELA device has a problem of high running cost. As a laser, a solid-state laser using a solid material in addition to an excimer laser is known. Solid laser devices have lower running costs than ELA devices. However, an apparatus using a solid-state laser has a problem that a high-quality polycrystalline semiconductor film cannot be stably formed as compared with an ELA apparatus.

特許文献１の方法では、画素部に、電場が矩形偏光ビームの長辺方向に向く偏光状態の偏光パルスレーザ光と、電場が矩形偏光ビームの短辺方向に向く偏光状態の偏光パルスレーザ光とを交互に照射して、長辺方向及び短辺方向に発生する定在波により、長辺方向に結晶粒を均一化させかつ結晶粒の短辺方向の伸長を抑制し、均一な結晶粒を成長させるものとしている。 In the method of Patent Document 1, a polarization pulse laser beam in a polarization state in which an electric field is directed in a long side direction of a rectangular polarization beam, and a polarization pulse laser beam in a polarization state in which an electric field is directed in a short side direction of the rectangular polarization beam Are alternately irradiated, and the standing waves generated in the long side direction and the short side direction make the crystal grains uniform in the long side direction and suppress the elongation of the crystal grains in the short side direction. It is supposed to grow.

特開２００８−１３０７１３号公報JP 2008-130713 A

しかし、本発明者らの研究によれば、レーザ光を交互に照射したのみでは、良質な結晶構造を有する半導体膜、特に多結晶半導体膜が得られないことが判明している。 However, according to studies by the present inventors, it has been found that a semiconductor film having a good crystal structure, particularly a polycrystalline semiconductor film, cannot be obtained only by irradiating laser beams alternately.

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、固体レーザを非晶質の半導体膜に照射し、良質な結晶構造を有する半導体膜を形成することを目的の一つとする。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The present invention has been made against the background of the above circumstances, and an object thereof is to irradiate an amorphous semiconductor film with a solid-state laser to form a semiconductor film having a high-quality crystal structure.
Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

本願の一実施の形態においては、
固体レーザから出射された互いに交差する偏光方向を有する複数のレーザ光を、互いに干渉しないように非晶質の半導体膜に照射することによって、多結晶半導体膜を製造する方法が開示される。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 In one embodiment of the present application,
A method of manufacturing a polycrystalline semiconductor film by irradiating an amorphous semiconductor film with a plurality of laser beams having polarization directions intersecting each other emitted from a solid-state laser so as not to interfere with each other is disclosed.
Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

前記一実施の形態によれば、固体レーザを用いることによって、非晶質の半導体膜から良質な多結晶半導体膜を形成することができる。 According to the one embodiment, a high-quality polycrystalline semiconductor film can be formed from an amorphous semiconductor film by using a solid-state laser.

本発明の一実施形態におけるレーザアニール装置の概略構造を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the laser annealing apparatus in one Embodiment of this invention. 同じく、Ａ図は、合波後のパルス波形を示す図であり、Ｂ図は、パルス波形の形状を示す図である。Similarly, FIG. A shows the pulse waveform after combining, and FIG. B shows the shape of the pulse waveform. 同じく、Ａ図は、合波後のパルス波形の他例を示す図であり、Ｂ図は、被処理半導体の温度の時間変化を示す図である。Similarly, FIG. A is a diagram showing another example of the pulse waveform after combining, and FIG. B is a diagram showing a change in temperature of the semiconductor to be processed over time. 同じく、レーザ光による照射領域の走査を説明する図である。Similarly, it is a figure explaining the scanning of the irradiation area | region by a laser beam. 本発明の一実施形態における半導体素子の製造過程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the semiconductor element in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるディスプレイに関し、Ａ図は、本発明のディスプレイの画素を示す図であり、Ｂ図は、同じく、ディスプレイの一部構造における概略断面を示す図である。Regarding the display according to the embodiment of the present invention, FIG. A is a diagram showing pixels of the display of the present invention, and FIG. 本発明の液晶ディスプレイの製造過程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the liquid crystal display of this invention.

本願において、実施形態の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。 In the present application, the description of the embodiment may be divided into a plurality of sections for convenience, if necessary. However, unless otherwise specified, these are not independent and separate from each other. Each part of one example, one is a part of the other, or some or all of the modified examples. Moreover, as a general rule, the same part is not repeated. In addition, each component in the embodiment is not indispensable unless specifically stated otherwise, unless it is theoretically limited to the number and unless otherwise apparent from the context.

（実施形態１）
＜＜レーザアニール装置の構成＞＞
以下に、一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
レーザアニール装置１は、レーザアニール処理を行う空間にステージ９が設けられており、この装置では、ステージ９は、紙面に対し垂直方向（Ｙ方向）に移動可能とされている。ステージ９は、さらにＸ方向への移動が可能となったものであってもよい。なお、ステージ９付近の空間には、処理室を設けて雰囲気調整を行い、外部からビームを導入するようにしてもよい。 (Embodiment 1)
<< Configuration of laser annealing equipment >>
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to FIGS.
The laser annealing apparatus 1 is provided with a stage 9 in a space where laser annealing treatment is performed. In this apparatus, the stage 9 is movable in a direction perpendicular to the paper surface (Y direction). The stage 9 may be further moved in the X direction. Note that a processing chamber may be provided in the space near the stage 9 to adjust the atmosphere, and a beam may be introduced from the outside.

レーザアニール時には、ステージ９上には、基板に非晶質の半導体膜が形成された基板８が設置される。ここで、被処理半導体膜の例としてはシリコン膜、ゲルマニウム膜等が挙げられる。ただし、これらの半導体膜に限定されるものではない。 At the time of laser annealing, a substrate 8 on which an amorphous semiconductor film is formed is placed on the stage 9. Here, examples of the semiconductor film to be processed include a silicon film and a germanium film. However, it is not limited to these semiconductor films.

被処理半導体膜が形成される基板８は、その材質が特に限定されるものではないが、ガラス基板やプラスチック基板を用いることができる。 The material of the substrate 8 on which the semiconductor film to be processed is formed is not particularly limited, but a glass substrate or a plastic substrate can be used.

ステージ９とは離れた位置には、固体レーザ１０が設置されている。固体レーザ１０からはパルスレーザ光が出射される。固体レーザに用いる媒質の例としてはＹＡＧ、ＹＬＦ、ルビーまたはガラス等が挙げられる。
この実施形態では、固体レーザ１０からは、偏光されたパルスレーザ光が出力される。固体レーザから出射されるレーザ光の偏光状態は、主として、直線偏光である。なお、レーザから出射されるレーザ光の種別は特に限定されるものではなく、パルス発振レーザ光、連続発振レーザ光のいずれのレーザ光を出力するものであってもよい。 A solid-state laser 10 is installed at a position away from the stage 9. Pulse laser light is emitted from the solid-state laser 10. Examples of the medium used for the solid-state laser include YAG, YLF, ruby or glass.
In this embodiment, the solid-state laser 10 outputs polarized pulsed laser light. The polarization state of the laser light emitted from the solid-state laser is mainly linearly polarized light. Note that the type of laser light emitted from the laser is not particularly limited, and either laser light of pulsed laser light or continuous wave laser light may be output.

レーザ光２は、必要に応じてアテニュエータ（図示しない）でエネルギー密度が調整され、その出力方向に、λ／２波長板１１、偏光ビームスプリッタ（レーザ光分岐部）１２が配置されている。
偏光ビームスプリッタ１２の透過側には、偏光ビームスプリッタ１４が配置されている。一方、偏光ビームスプリッタ１２の反射側には、反射鏡１３Ａ、１３Ｂが光束の進行方向に対し、４５度の傾きで配置されており、反射鏡１３Ｂの反射側は、偏光ビームスプリッタ１４の反射面側にレーザ光が入射するように配置されている。
上記したλ／２波長板１１、偏光ビームスプリッタ１２、１４は、偏光調整部を構成する。なお、偏光調整部の種類や組み合わせは特に限定されるものではなく、λ／４波長板や、偏光子、偏光フィルターなどを用いることができる。偏光調整部の組み合わせは、レーザから出力されるレーザ光の偏光状態によっても異なる場合がある。 The energy density of the laser beam 2 is adjusted by an attenuator (not shown) as necessary, and a λ / 2 wavelength plate 11 and a polarization beam splitter (laser beam splitter) 12 are arranged in the output direction.
A polarizing beam splitter 14 is disposed on the transmission side of the polarizing beam splitter 12. On the other hand, the reflecting mirrors 13A and 13B are arranged on the reflecting side of the polarizing beam splitter 12 with an inclination of 45 degrees with respect to the traveling direction of the light beam. The reflecting side of the reflecting mirror 13B is the reflecting surface of the polarizing beam splitter 14 It arrange | positions so that a laser beam may inject into the side.
The λ / 2 wavelength plate 11 and the polarization beam splitters 12 and 14 described above constitute a polarization adjustment unit. Note that the types and combinations of the polarization adjusting units are not particularly limited, and a λ / 4 wavelength plate, a polarizer, a polarizing filter, or the like can be used. The combination of polarization adjustment units may differ depending on the polarization state of laser light output from the laser.

偏光ビームスプリッタ１４では、透過光と反射光とが同じ方向に出射され、出射先前方に、整形光学系モジュール１５が位置している。整形光学系モジュール１５は、偏光ビームスプリッタ１４から出射されるレーザ光を基板８側に反射する反射鏡１５Ａと、反射方向に位置する整形光学系１５Ｂ（整形光学部）とを有している。整形光学系モジュール１５には、さらに、他の光学部材、例えば集光レンズなどの適宜の光学部材を含むものとしてもよい。 In the polarization beam splitter 14, the transmitted light and the reflected light are emitted in the same direction, and the shaping optical system module 15 is located in front of the emission destination. The shaping optical system module 15 includes a reflecting mirror 15A that reflects the laser light emitted from the polarization beam splitter 14 toward the substrate 8, and a shaping optical system 15B (shaping optical unit) positioned in the reflection direction. The shaping optical system module 15 may further include another optical member, for example, an appropriate optical member such as a condenser lens.

整形光学系モジュール１５は、図示しないステージによってＸ方向に移動することができる。ステージ９のＹ方向移動（図面垂直方向）と、整形光学系モジュール１５のＸ方向移動とによって、レーザ光を、基板８に対し相対的に、Ｘ方向やＹ方向、また斜め方向に移動させることができる。
なお、この実施形態では、レーザ光を基板８に対し相対的に移動させるために、レーザ光側と基板８側とをそれぞれ移動させるものとしたが、いずれか一方のみが所定の方向に移動するように構成されるものであってもよい。 The shaping optical system module 15 can be moved in the X direction by a stage (not shown). By moving the stage 9 in the Y direction (vertical direction in the drawing) and moving the shaping optical system module 15 in the X direction, the laser light is moved relative to the substrate 8 in the X direction, the Y direction, or the oblique direction. Can do.
In this embodiment, in order to move the laser beam relative to the substrate 8, the laser beam side and the substrate 8 side are moved, but only one of them moves in a predetermined direction. It may be configured as follows.

整形光学系１５Ｂは、入射されるレーザ光を所定のビーム断面形状に整形するとともに、トップフラットの空間強度分布を有するビームに整形する。ビーム断面形状は特に限定されるものではないが、照射面上において矩形となる形状が望ましい。 The shaping optical system 15B shapes the incident laser light into a predetermined beam cross-sectional shape and shapes it into a beam having a top-flat spatial intensity distribution. The beam cross-sectional shape is not particularly limited, but a rectangular shape on the irradiation surface is desirable.

また、空間強度分布は、エネルギー密度が平坦な領域が主体となる。具体的には、例えば、空間強度分布において、最大エネルギー強度の９０％以上の平坦領域が、最大エネルギー強度が１０〜９０％の領域に対し、１００％以上の空間範囲を有するものが例示される。なお、平坦領域の片側または両側はスティープネス領域として存在してもよい。
この実施形態では、整形光学系モジュール１５には、反射鏡１５Ａと整形光学系１５Ｂとを有している。整形光学系１５Ｂには、ビームホモジナイザなどを用いることができる。ビームホモジナイザには、コリメートレンズ、シリンドリカルレンズ、フライアイレンズ、スリットなどの適宜の光学部材を含むことができる。 In addition, the spatial intensity distribution is mainly a region where the energy density is flat. Specifically, for example, in the spatial intensity distribution, a flat area having 90% or more of the maximum energy intensity has a spatial range of 100% or more with respect to an area having the maximum energy intensity of 10 to 90%. . One side or both sides of the flat region may exist as a steepness region.
In this embodiment, the shaping optical system module 15 has a reflecting mirror 15A and a shaping optical system 15B. A beam homogenizer or the like can be used for the shaping optical system 15B. The beam homogenizer can include appropriate optical members such as a collimating lens, a cylindrical lens, a fly-eye lens, and a slit.

また、レーザアニール装置１には、固体レーザ１０の出力を制御し、ステージ９の移動、整形光学系モジュール１５の移動を制御する制御部１７を有している。制御部１７は、制御ＣＰＵと制御ＣＰＵで実行されるプログラムや動作パラメータを格納した記憶部などによって構成することができる。 Further, the laser annealing apparatus 1 has a control unit 17 that controls the output of the solid-state laser 10 and controls the movement of the stage 9 and the shaping optical system module 15. The control unit 17 can be configured by a control CPU, a program executed by the control CPU, a storage unit storing operation parameters, and the like.

＜＜エキシマレーザとの比較＞＞
固体レーザとエキシマレーザの比較を以下に説明する。
エキシマレーザは媒質に塩素等のガスを使用するため、状態を一定に保つために定期的なガス交換を必要とする。このため、維持費が高くなるといった問題がある。一方、固体レーザはエキシマレーザのようなガス交換の必要がないため、エキシマレーザに比べ維持費が安くなるという特徴がある。
また、エキシマレーザは偏光をランダムに発振するため、固体レーザのように直線偏光を制御性良く発振することはできない。このため、Ｐ波とＳ波のような偏光方向が交差する直線偏光の光の強度比を一定にすることはできない。ここで、本願においては、レーザ光の電界の振動方向を偏光方向と定義する。
さらに、高出力の固体レーザから発振されるレーザ光はエキシマレーザから発振されるレーザ光と比べて半導体膜への浸透深さが深く、半導体膜と基板界面の低温部分から固化し、１回の照射で結晶に規則構造が発生するという特徴がある。ここで、高出力の固体レーザとは、エキシマレーザと同程度の出力を有するものを意味している。一例としては、５０Ｗ程度以上の出力の固体レーザである。 << Comparison with excimer laser >>
A comparison between a solid state laser and an excimer laser will be described below.
Since excimer laser uses a gas such as chlorine as a medium, periodic gas exchange is required to keep the state constant. For this reason, there exists a problem that a maintenance cost becomes high. On the other hand, solid lasers do not require gas exchange like excimer lasers, and are characterized by lower maintenance costs than excimer lasers.
In addition, since excimer laser oscillates polarized light randomly, it cannot oscillate linearly polarized light with good controllability like a solid-state laser. For this reason, the intensity ratio of linearly polarized light such as P wave and S wave whose polarization directions intersect cannot be made constant. Here, in the present application, the vibration direction of the electric field of the laser light is defined as the polarization direction.
Further, the laser light oscillated from the high-power solid-state laser has a deeper penetration depth into the semiconductor film than the laser light oscillated from the excimer laser, and is solidified from the low-temperature portion at the interface between the semiconductor film and the substrate once. Irradiation produces a regular structure in the crystal. Here, a high-power solid-state laser means a laser having an output comparable to that of an excimer laser. As an example, a solid-state laser having an output of about 50 W or more.

＜＜レーザアニール装置の動作＞＞
次に、レーザアニール装置１の動作について説明する。
固体レーザ１０からは、レーザ光２が出力される。レーザ光２は、光軸方向を調整したλ／２波長板１１に入射される。なお、必要に応じて図示しないアテニュエータでエネルギー強度を調整するものとしてもよい。 << Operation of laser annealing equipment >>
Next, the operation of the laser annealing apparatus 1 will be described.
Laser light 2 is output from the solid-state laser 10. The laser beam 2 is incident on a λ / 2 wavelength plate 11 whose optical axis direction is adjusted. In addition, it is good also as what adjusts energy intensity with the attenuator which is not illustrated as needed.

λ／２波長板１１に入射されたレーザ光２は、光軸を中心に偏光面が４５度回転した直線偏光となる。λ／２波長板１１の出射方向には、偏光ビームスプリッタ１２が位置しており、レーザ光２は透過光と反射光に分けられる。偏光ビームスプリッタ１２による偏光調整によって、基板８を基準にして、透過光はレーザ光２Ａとなり、反射光はレーザ光２Ｂとなる。レーザ光２Ａとレーザ光２Ｂの偏光方向は交差しており、特に直交していることが望ましい。レーザ光２Ａとレーザ光２Ｂの偏光方向が直交しているとき、レーザ光２Ａおよびレーザ光２Ｂは、それぞれＰ波およびＳ波またはＳ波およびＰ波である。レーザ光分岐部の構成が偏光ビームスプリッタに限定されるものではなく、単なるビームスプリッタなどによって構成されるものであってもよく、ファイバーカプラーなどのその他の構成によってレーザ光を分岐するものであってもよい。
偏光したレーザ光を非晶質の半導体膜に照射すると、電界の振動方向に結晶粒界の間隔がほぼ均一な規則的な構造が得られる。直交する偏光方向のレーザ光２Ａおよびレーザ２Ｂを非晶質の半導体膜が形成された基板８に照射することで、直交する方向に結晶粒がほぼ均一である多結晶半導体膜を得ることができる。 The laser beam 2 incident on the λ / 2 wavelength plate 11 is linearly polarized light whose polarization plane is rotated 45 degrees around the optical axis. A polarization beam splitter 12 is positioned in the emission direction of the λ / 2 wavelength plate 11, and the laser light 2 is divided into transmitted light and reflected light. With the polarization adjustment by the polarization beam splitter 12, the transmitted light becomes the laser light 2A and the reflected light becomes the laser light 2B with the substrate 8 as a reference. The polarization directions of the laser beam 2A and the laser beam 2B intersect each other, and it is desirable that they are particularly orthogonal. When the polarization directions of the laser beam 2A and the laser beam 2B are orthogonal, the laser beam 2A and the laser beam 2B are a P wave and an S wave, or an S wave and a P wave, respectively. The configuration of the laser beam branching unit is not limited to the polarization beam splitter, but may be configured by a simple beam splitter or the like, and the laser beam is branched by other configurations such as a fiber coupler. Also good.
When an amorphous semiconductor film is irradiated with polarized laser light, a regular structure in which the intervals between crystal grain boundaries are almost uniform in the vibration direction of the electric field can be obtained. By irradiating the substrate 8 on which the amorphous semiconductor film is formed with the laser light 2A and the laser 2B having orthogonal polarization directions, a polycrystalline semiconductor film having substantially uniform crystal grains in the orthogonal direction can be obtained. .

レーザ光２Ａの出射方向には偏光ビームスプリッタ１４が位置しており、偏光面を維持したままで透過する。
偏光ビームスプリッタ１２で反射方向に分岐したレーザ光２Ｂは、反射鏡１３Ａ、１３Ｂによって反射された後に偏向ビームスプリッタ１４の反射面側に入射され、偏光面を維持したままでレーザ光２Ａの透過方向と同じ経路に出射される。 A polarization beam splitter 14 is positioned in the emission direction of the laser beam 2A, and transmits the laser beam while maintaining the polarization plane.
The laser beam 2B branched in the reflection direction by the polarization beam splitter 12 is reflected by the reflecting mirrors 13A and 13B and then incident on the reflection surface side of the deflection beam splitter 14, and the transmission direction of the laser beam 2A while maintaining the polarization surface. Is emitted to the same path.

レーザ光２Ａとレーザ光２Ｂとは偏光ビームスプリッタ１４で合波されてレーザ光３となる。レーザ光２Ｂは、反射鏡１３Ａ、１３Ｂを経て偏向されているため、レーザ光２Ａよりも光路長が長くなっている。レーザ光３は、パルス状のレーザ光２Ａおよびレーザ光２Ａから遅延して照射されるパルス状のレーザ光２Ｂを含む。 The laser beam 2A and the laser beam 2B are combined by the polarization beam splitter 14 to become the laser beam 3. Since the laser beam 2B is deflected through the reflecting mirrors 13A and 13B, the optical path length is longer than that of the laser beam 2A. The laser beam 3 includes a pulsed laser beam 2A and a pulsed laser beam 2B that is irradiated with a delay from the laser beam 2A.

ここで、レーザ光２Ａとレーザ光２Ｂの光路長は反射鏡の配置によってのみ調整されるものではない。各種光学部材の設置や距離の変更によっても調整可能であり、その手段が特に限定されるものではない。
なお、レーザ光２Ａとレーザ光２Ｂの光路差は、反射鏡１３Ａ、１３Ｂの位置を変えることで調整可能であり、駆動装置を用いて制御部１７の制御によって移動調整可能としてもよい。 Here, the optical path lengths of the laser light 2A and the laser light 2B are not adjusted only by the arrangement of the reflecting mirrors. Adjustment is also possible by installing various optical members and changing the distance, and the means is not particularly limited.
The optical path difference between the laser light 2A and the laser light 2B can be adjusted by changing the positions of the reflecting mirrors 13A and 13B, and the movement can be adjusted by the control of the control unit 17 using a driving device.

レーザ光３は、整形光学系モジュール１５に入射され、反射鏡１５Ａで反射した後、整形光学系１５Ｂに入射される。整形光学系１５Ｂによって、空間強度分布をトップフラット形状に整形する。さらに、この実施形態では、ビーム断面形状を矩形状に整形している。
また、レーザ光２は、偏光ビームスプリッタ１２、１４を経ているため、偏光ビームスプリッタ１２、１４の透過率、反射率を同じにすることで、レーザ光２Ａとレーザ光２Ｂのエネルギー密度を同じにすることができる。また、偏光ビームスプリッタ１２、１４の透過率、反射率を変えることも可能である。
照射面上のエネルギー密度が特に限定されるものではないが、例えば、非晶質のシリコン膜を多結晶化する場合、１８０〜８００ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギー密度を例示することができる。 The laser beam 3 is incident on the shaping optical system module 15, reflected by the reflecting mirror 15A, and then incident on the shaping optical system 15B. The spatial intensity distribution is shaped into a top flat shape by the shaping optical system 15B. Furthermore, in this embodiment, the beam cross-sectional shape is shaped into a rectangular shape.
Since the laser beam 2 passes through the polarization beam splitters 12 and 14, the energy density of the laser beam 2A and the laser beam 2B is made the same by making the transmittance and the reflectance of the polarization beam splitters 12 and 14 the same. can do. It is also possible to change the transmittance and reflectance of the polarizing beam splitters 12 and 14.
The energy density on the irradiated surface is not particularly limited. For example, when an amorphous silicon film is polycrystallized, an energy density of 180 to 800 mJ / cm ² can be exemplified.

レーザ光３は、整形光学系モジュール１５を経て、基板８の照射面上に照射される。この際に、整形光学系モジュール１５とステージ９とは制御部１７の制御を受けて移動制御される。また、ステージ９は、Ｘ方向に位置移動することができる。
図２Ａは、レーザ光３が基板８に照射された際におけるレーザ光２Ａ、レーザ光２Ｂによる光強度の時間的変化を示すものである。
レーザ光２Ａが先に照射された後、遅延時間Δｔをおいてレーザ光２Ｂのが照射される。同一のレーザから出力されたレーザ光２Ａ、２Ｂが照射面上ある基板８上で可干渉距離を超える光路差を有するように遅延時間Δｔを有していることが必要とされる。
ここで、照射面上における分岐後のレーザ光２Ａの光路長とレーザ光２Ｂの光路長の差を光路差Δｌ、光速をｃとすると、遅延時間Δｔは、下記式で算出される。
Δｔ＝Δｌ／ｃ …式
また、可干渉距離は、レーザ光２の波長成分などによって算出することができる。
ここで示す可干渉距離は、レーザ発振器から発した光を２つの光に分岐・合波し、合波した光の干渉縞を観察することで求められる。具体的には、図１と同様にビームスプリッタ１２で光を分岐、１４で合波して、合波する光の入射角の差がθと異なるよう、図１では反射鏡１３で調整する。２つの光の光路差が同じであると、λ・ｓｉｎθの間隔の干渉縞が見られる。光路差を大きくしていくと干渉縞が見られなくなり、この干渉縞が見られなくなるときの光路差を可干渉距離とする。 The laser beam 3 is irradiated on the irradiation surface of the substrate 8 through the shaping optical system module 15. At this time, the shaping optical system module 15 and the stage 9 are controlled to move under the control of the control unit 17. Further, the stage 9 can be moved in the X direction.
FIG. 2A shows temporal changes in the light intensity due to the laser light 2A and the laser light 2B when the laser beam 3 is irradiated onto the substrate 8. FIG.
After the laser beam 2A is irradiated first, the laser beam 2B is irradiated with a delay time Δt. It is necessary to have the delay time Δt so that the laser beams 2A and 2B output from the same laser have an optical path difference exceeding the coherence distance on the substrate 8 on the irradiation surface.
Here, when the difference between the optical path length of the branched laser beam 2A and the optical path length of the laser beam 2B on the irradiation surface is the optical path difference Δl and the light velocity is c, the delay time Δt is calculated by the following equation.
Δt = Δl / c (Equation) Further, the coherence distance can be calculated from the wavelength component of the laser light 2 or the like.
The coherence distance shown here is obtained by branching and combining light emitted from a laser oscillator into two lights and observing interference fringes of the combined light. Specifically, as in FIG. 1, the light is split by the beam splitter 12, combined by 14, and adjusted by the reflecting mirror 13 in FIG. 1 so that the difference in the incident angle of the combined light is different from θ. If the optical path difference between the two lights is the same, interference fringes with an interval of λ · sin θ can be seen. When the optical path difference is increased, the interference fringes are not seen, and the optical path difference when the interference fringes are not seen is defined as a coherence distance.

図２Ｂは、レーザ光２Ａ、２Ｂのビームの進行方向に垂直な面の断面形状と空間強度分布を示している。レーザ光２Ａ、２Ｂは、同じビーム断面形状を有しており、本実形態では平面視で矩形の形状を有している。
また、レーザ光２Ａ、２Ｂは、トップフラットの空間強度分布を有している。図２Ｂに示すように、レーザ光２Ａ、２Ｂのビームプロファイル２０Ａ、２０Ｂでは、平坦部２１Ａ、２１Ｂを有し、その周囲にスティープネス部２２Ａ、２２Ｂを有している。平坦部は、例えば、最大エネルギー強度の９０％以上の平坦領域が、最大エネルギー強度が１０〜９０％の領域に対し、１００％以上の時間範囲を有するものである。平面視で矩形形状を有している場合には、矩形の短軸および長軸ともにトップフラット形状となっていることが望ましい。
本装置ではレーザ光２Ａとレーザ光２Ｂの両方をトップフラット形状にすることで直交する方向の照射条件を同じにすることができる。 FIG. 2B shows a cross-sectional shape and a spatial intensity distribution of a surface perpendicular to the traveling direction of the laser beams 2A and 2B. The laser beams 2A and 2B have the same beam cross-sectional shape, and in this embodiment, have a rectangular shape in plan view.
The laser beams 2A and 2B have a top-flat spatial intensity distribution. As shown in FIG. 2B, the beam profiles 20A and 20B of the laser beams 2A and 2B have flat portions 21A and 21B, and have steepness portions 22A and 22B around them. The flat portion is, for example, a flat region having 90% or more of the maximum energy intensity having a time range of 100% or more with respect to a region having the maximum energy intensity of 10 to 90%. When it has a rectangular shape in plan view, it is desirable that both the short axis and the long axis of the rectangle have a top flat shape.
In this apparatus, the irradiation conditions in the orthogonal directions can be made the same by making both the laser beam 2A and the laser beam 2B into a top flat shape.

なお、図２Ａでは、レーザ光２Ａとレーザ光２Ｂとが時間的に一時的に重なるようにして照射面に照射される形態で示しているが、レーザ光による照射状態によっては、図３Ａに示すように、レーザ光２Ａ、２Ｂの照射が時間的に重ならないようにしてもよい。
また、レーザ光２Ｂは、レーザ光２Ａが照射されてから所定の遅延時間の後に照射されるが、この遅延時間が大きくなりすぎると、レーザ光２Ａで溶融したシリコン膜が固化してしまい、レーザ光２Ｂの照射による加熱効果が十分に得られなくなる。 In FIG. 2A, the laser light 2A and the laser light 2B are shown to be irradiated on the irradiation surface so as to be temporally overlapped. However, depending on the irradiation state with the laser light, it is shown in FIG. As described above, the irradiation of the laser beams 2A and 2B may be prevented from overlapping in time.
The laser beam 2B is irradiated after a predetermined delay time from the irradiation of the laser beam 2A. If this delay time becomes too large, the silicon film melted by the laser beam 2A is solidified, and the laser beam 2B is irradiated. The heating effect due to the irradiation with the light 2B cannot be sufficiently obtained.

図３Ｂは、レーザ光が照射された際の照射面上の温度を示すものである。レーザ光２Ａが照射されると、次第に温度が上がってピーク温度になり、その後、レーザ光２Ａのエネルギー密度の低下に伴って半導体膜の温度が低下する。この際に、半導体膜の温度が固化温度にまで下がる前に、レーザ光２Ｂを照射して固化を回避することで、半導体膜が均等に加熱され、結晶粒径がほぼ均等である良質な結晶が得られる。レーザ光２Ａとレーザ光２Ｂの遅延時間Δｔは、レーザ光２Ａを照射した後半導体膜が固化（固化が始まる状態以降）する前に、レーザ光２Ｂを照射し半導体膜を溶融することが可能なように定める。遅延時間Δｔは、レーザ２Ａとレーザ光２Ｂの光路長差を調整することにより適宜定めることができる。
なお、レーザ光２Ａが照射され、半導体膜の固化前にレーザ光２Ｂを照射するので、レーザ光２Ｂのエネルギー密度をレーザ光２Ａのエネルギー密度よりも小さくするようにしてもよい。 FIG. 3B shows the temperature on the irradiated surface when the laser beam is irradiated. When the laser beam 2A is irradiated, the temperature gradually increases to a peak temperature, and then the temperature of the semiconductor film decreases as the energy density of the laser beam 2A decreases. At this time, before the temperature of the semiconductor film falls to the solidification temperature, the semiconductor film is uniformly heated by irradiating the laser beam 2B to avoid the solidification, and the crystal grain size is almost uniform. Is obtained. The delay time Δt between the laser beam 2A and the laser beam 2B can be melted by irradiating the laser beam 2B before the semiconductor film solidifies (after solidification starts) after the laser beam 2A is irradiated. Determine as follows. The delay time Δt can be appropriately determined by adjusting the optical path length difference between the laser 2A and the laser light 2B.
Since the laser beam 2A is irradiated and the laser beam 2B is irradiated before the semiconductor film is solidified, the energy density of the laser beam 2B may be made smaller than the energy density of the laser beam 2A.

また、上記レーザ光の照射では、レーザ光の照射位置を徐々に変更したオーバーラップ照射によって行われる。図４は、オーバーラップ照射の状態を説明する図である。
なお、図４では、Ｙ方向のレーザ光移動は、ステージ９の移動により行い、Ｘ方向のレーザ光移動は、整形光学系モジュール１５の移動によって行われる。この図では、照射面の横方向がＸ方向を示し、縦方向がＹ方向を示している。
この例では、Ｘ方向のスキャン長はＬで表され、Ｙ方向のスキャン長は、Ｙ方向の一走査あたりＳで示される。
ステージ９は、図１示奥側にＶＳの速度で移動することで、図４示で、レーザ光の照射領域はＶＳの速度で下側に移動する。 Further, the laser light irradiation is performed by overlap irradiation in which the laser light irradiation position is gradually changed. FIG. 4 is a diagram for explaining the state of overlap irradiation.
In FIG. 4, the laser beam movement in the Y direction is performed by moving the stage 9, and the laser beam movement in the X direction is performed by moving the shaping optical system module 15. In this figure, the horizontal direction of the irradiation surface indicates the X direction, and the vertical direction indicates the Y direction.
In this example, the scan length in the X direction is represented by L, and the scan length in the Y direction is represented by S per scan in the Y direction.
The stage 9 moves to the back side shown in FIG. 1 at a speed of VS, and as shown in FIG. 4, the laser light irradiation area moves down at a speed of VS.

整形光学系モジュール１５は、図１示で右側にＶＬの速度で移動することで、図４示で、レーザ光の照射領域はＶＬの速度で右側に移動する。
上記レーザ光の照射により、照射領域は、Ｘ方向における一走査方向で、３Ａ１→３Ａ２→３Ａ３→…３Ａ１５の順に移動する。なお、３Ａ１５は、便宜上定めた位置であり、基板のサイズなどによって変更されるものである。
次に、整形光学系モジュール１５のＸ方向位置の調整と−Ｘ方向走査と、ステージ９の−Ｙ方向走査とによって、次の走査を行うことで照射領域は３Ｂ１５→…３Ｂ１へと移動する。なお、オーバーラップの回数、方向等は適宜変更が可能である。上記手順を繰り返すことで、照射面全体のレーザ光照射を行うことができる。 The shaping optical system module 15 moves to the right side in FIG. 1 at the speed of VL, so that the irradiation region of the laser beam moves to the right side at the speed of VL in FIG.
The irradiation region moves in the order of 3A1 → 3A2 → 3A3 →... 3A15 in one scanning direction in the X direction by the laser light irradiation. 3A15 is a position determined for convenience, and is changed depending on the size of the substrate.
Next, the irradiation region moves from 3B15 to 3B1 by performing the next scan by adjusting the X-direction position of the shaping optical system module 15, -X-direction scanning, and -Y-direction scanning of the stage 9. Note that the number and direction of overlap can be changed as appropriate. By repeating the above procedure, the entire irradiated surface can be irradiated with laser light.

上記では、ステージ９、整形光学系モジュールの移動は、レーザ光２Ａとレーザ光２Ｂとが同じ照射面上に照射されるように間欠的に行ってもよく、移動を連続的に行うようにしてもよい。
本実施形態のレーザアニール装置１において、必ずしも限定されるわけではないが、固体レーザ１０の数は単数であることが望ましい。
複数のレーザを用いて、それぞれから独立のレーザ光を出射するとすれば上述の遅延時間Δｔを正確に制御することが困難となる。また、複数のレーザを用いることで発熱量が増大するためレーザアニール装置の空冷機構が複雑になる。さらに、レーザアニール装置のコストが上昇するといった問題があるからである。 In the above, the movement of the stage 9 and the shaping optical system module may be performed intermittently so that the laser beam 2A and the laser beam 2B are irradiated on the same irradiation surface, and the movement is performed continuously. Also good.
In the laser annealing apparatus 1 of the present embodiment, the number of solid-state lasers 10 is preferably one, although not necessarily limited.
If a plurality of lasers are used and independent laser beams are emitted from each of them, it is difficult to accurately control the delay time Δt. In addition, since the amount of heat generation is increased by using a plurality of lasers, the air cooling mechanism of the laser annealing apparatus becomes complicated. Furthermore, there is a problem that the cost of the laser annealing apparatus increases.

（実施形態２）
次に、上記レーザアニール装置１を用いて、具体的な条件でレーザ光を照射する場合について説明する。
固体レーザ１０には、波長５３２ｎｍの２倍波ＹＡＧレーザを用いる。ここで使用したレーザは出力１０ｍＪ、繰り返し周波数１０ｋＨｚの発振器で、偏光方向は紙面の上下方向である。直線偏光のレーザをλ／２波長板１１で直線偏光の方向を、光軸を中心に４５°回転させて、これを偏光ビームスプリッタ１２で偏光方向が紙面で上下方向のＰ波と、紙面に垂直なＳ波に分岐して、Ｓ波は反射鏡１３Ａ、１３Ｂで反射させてから、偏光ビームスプリッタ１４で合波させる。Ｓ波はＰ波と比べて光路が長くなり、この光路差ΔＬ＝０．３ｍとする。光速ｃ＝３×１０^８ｍ／ｓのため、遅延時間Δｔ＝１ｎｓとなる。 (Embodiment 2)
Next, a case where laser light is irradiated under specific conditions using the laser annealing apparatus 1 will be described.
As the solid-state laser 10, a double wave YAG laser having a wavelength of 532 nm is used. The laser used here is an oscillator with an output of 10 mJ and a repetition frequency of 10 kHz, and the polarization direction is the vertical direction of the paper. A linearly polarized laser is rotated by 45 ° about the optical axis with a λ / 2 wavelength plate 11 and the direction of linearly polarized light is rotated about 45 ° around the optical axis. After branching to a vertical S wave, the S wave is reflected by the reflecting mirrors 13 </ b> A and 13 </ b> B and then combined by the polarization beam splitter 14. The S wave has a longer optical path than the P wave, and this optical path difference ΔL = 0.3 m. Since the speed of light c = 3 × 10 ⁸ m / s, the delay time Δt = 1 ns.

前述のように遅延時間は可干渉距離より長くなっており、遅延時間はパルス幅（半値幅）より短いことが望ましい。干渉計を使った計測より可干渉距離は１ｍｍ以上で、パルス幅は５０ｎｓであるため、ここで得る遅延時間１ｎｓはこの条件を満たしている。 As described above, the delay time is longer than the coherence distance, and the delay time is preferably shorter than the pulse width (half-value width). Since the coherence distance is 1 mm or more and the pulse width is 50 ns from the measurement using the interferometer, the delay time 1 ns obtained here satisfies this condition.

このレーザ光を整形光学系１５Ｂにより、ビームサイズ１ｍｍ×１ｍｍのトップフラット形状に変換する。整形光学系１５Ｂは反射鏡１５Ａと同じプレートに設置した整形光学系モジュール１５によって、図示していない一軸ステージで紙面の水平方向へ駆動し、トプフラットビームを走査して、シリコン膜が形成された基板８へ照射する。この移動速度は５ｍ／ｓとする。 This laser light is converted into a top flat shape having a beam size of 1 mm × 1 mm by the shaping optical system 15B. The shaping optical system 15B is driven by a shaping optical system module 15 installed on the same plate as the reflecting mirror 15A, and is driven in the horizontal direction of the drawing with a uniaxial stage (not shown), and a top flat beam is scanned to form a silicon film. The substrate 8 is irradiated. This moving speed is 5 m / s.

この時、レーザ光３は、サイズ１ｍｍ、レーザの周波数１０ｋＨｚのため、照射回数は１［ｍｍ］・１０［ｋＨｚ］／５［ｍ／ｓ］＝２回となる。１方向へ照射すると共に、紙面と垂直方向へ駆動するステージ９で基板８を移動して、基板全面に照射する。ステージ９の移動速度は３．３ｍｍ／ｓとする。
このときのビームの照射方法を、図４を参照して説明する。
基板８へ、トップフラットのレーザ光３を照射し、レーザ光３は、整形光学系モジュール１５を速度ＶＬで、距離Ｌを走査する。同時にステージ９の移動により基板８を速度ＶＳで駆動する。基板８の大きさが１，５００ｍｍ×１，８００ｍｍのとき、速度ＶＬ＝５ｍ／ｓ、ＶＳ＝２．３ｍｍ／ｓで、Ｌ＝１，５００ｍｍを走査し、これを１８００回繰り返して、１５００×１８００ｍｍ基板全面を照射することができる。
上記の方法によって得られる結晶の粒径はレーザ光の波長に依存する。本実施例では波長が５３２ｎｍのレーザ光を用いることにより、平均粒径が５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の、ほぼ均一で良質な結晶が得られた。 At this time, since the laser beam 3 has a size of 1 mm and a laser frequency of 10 kHz, the number of irradiations is 1 [mm] · 10 [kHz] / 5 [m / s] = 2 times. Irradiation is performed in one direction, and the substrate 8 is moved by a stage 9 driven in a direction perpendicular to the paper surface to irradiate the entire substrate surface. The moving speed of the stage 9 is 3.3 mm / s.
A beam irradiation method at this time will be described with reference to FIG.
The substrate 8 is irradiated with a top flat laser beam 3, and the laser beam 3 scans the shaping optical system module 15 at a speed VL over a distance L. At the same time, the substrate 8 is driven at the speed VS by the movement of the stage 9. When the size of the substrate 8 is 1,500 mm × 1,800 mm, L = 1,500 mm is scanned at a speed VL = 5 m / s and VS = 2.3 mm / s, and this is repeated 1800 times to obtain 1500 × The entire surface of the 1800 mm substrate can be irradiated.
The crystal grain size obtained by the above method depends on the wavelength of the laser beam. In this example, by using a laser beam having a wavelength of 532 nm, an almost uniform and high-quality crystal having an average particle diameter of about 500 nm to 600 nm was obtained.

なお、レーザ光の数は２つに限定されるものではなく、直線偏光である３以上のレーザ光を照射するものとしてもよい。また、各レーザ光の偏光面は、互いに交差するものであればよく、互いに直交することが必須とされるものではない。結晶粒径の均一化のためには、レーザ光の偏光面が互いに等角度間隔になっているのが望ましい。例えば、３つのレーザ光が互いに１２０度の角度で交差する偏光面を有する直線偏光であってもよい。 Note that the number of laser beams is not limited to two, and three or more laser beams that are linearly polarized light may be irradiated. Further, the polarization planes of the laser beams need only intersect with each other, and are not necessarily orthogonal to each other. In order to make the crystal grain size uniform, it is desirable that the polarization planes of the laser light be equiangular. For example, it may be linearly polarized light having a polarization plane in which three laser beams intersect with each other at an angle of 120 degrees.

（実施形態３）
実施形態１によって製造された半導体膜は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ））等の半導体素子に用いることができる。
以下に、その一例として、薄膜トランジスタ１５０の製造方法を図５のフロー図に基づいて説明する。
基板１００の上層に、ベースコート膜１０１が形成されている。基板１００の材料には適宜材料を用いることができ、例えば、ガラス、プラスチック（アクリル樹脂）等の材料が用いられる。ベースコート膜１０１には、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン等が用いられる。 (Embodiment 3)
The semiconductor film manufactured according to Embodiment Mode 1 can be used for a semiconductor element such as a thin film transistor (TFT (Thin Film Transistor)).
Hereinafter, as an example, a method for manufacturing the thin film transistor 150 will be described with reference to the flowchart of FIG.
A base coat film 101 is formed on the upper layer of the substrate 100. A material can be appropriately used as the material of the substrate 100, and for example, a material such as glass or plastic (acrylic resin) is used. For the base coat film 101, for example, silicon oxide, silicon nitride, or the like is used.

ベースコート層１０１の上層には、導電膜１０２が形成され、所定のパターンでエッチング処理がされる。
その上層に、ベース絶縁膜１０３が形成され、さらに、その上層に非晶質シリコン膜１０４が形成される。 A conductive film 102 is formed on the base coat layer 101 and etched with a predetermined pattern.
A base insulating film 103 is formed as an upper layer, and an amorphous silicon film 104 is further formed as an upper layer.

非晶質シリコン膜１０４には、レーザビーム照射工程によってレーザ光が照射される。
レーザビーム照射工程で非晶質シリコン膜は多結晶シリコン膜１０５となる。その後、所定形状にパターニングされる。 The amorphous silicon film 104 is irradiated with laser light by a laser beam irradiation process.
The amorphous silicon film becomes the polycrystalline silicon film 105 in the laser beam irradiation process. Then, it is patterned into a predetermined shape.

次に、多結晶シリコン膜１０５の上にゲート絶縁膜１０６が形成され、その上部に、ゲート電極１０７が形成される。
多結晶シリコン膜１０５には、一端側にリンやボロン等の不純物がドープされたソース領域１０８と、他端側が、不純物がドープされたドレイン領域１０９と、中間部分のチャネル領域１１０が形成される。 Next, a gate insulating film 106 is formed on the polycrystalline silicon film 105, and a gate electrode 107 is formed thereon.
In the polycrystalline silicon film 105, a source region 108 doped with an impurity such as phosphorus or boron on one end side, a drain region 109 doped with an impurity on the other end side, and an intermediate channel region 110 are formed. .

ゲート絶縁膜１０６上には、層間絶縁膜１１１が設けられる。次いで、ソース領域１０８に接続されたソース電極１１２とドレイン領域に接続されたドレイン電極１１３が形成される。
上記のレーザビーム照射工程において、実施形態１で説明したように互いに交差する方向の偏光状態を有する複数のレーザビームが遅延時間をもって照射される。これによって、結晶粒径がほぼ均一であり、電子移動度が十分に高い良質な多結晶シリコン膜１０５が得られる。本実施形態で得られる電子移動度の一例は、２５０ｃｍ２／Ｖｓ程度である。多結晶シリコン膜１０５は薄膜トランジスタ１５０のソース領域、ドレイン領域およびチャネル領域を構成していることから、薄膜トランジスタ１５０のスイッチング速度を高めることができる。 An interlayer insulating film 111 is provided over the gate insulating film 106. Next, a source electrode 112 connected to the source region 108 and a drain electrode 113 connected to the drain region are formed.
In the above laser beam irradiation process, as described in Embodiment 1, a plurality of laser beams having polarization states in directions intersecting each other are irradiated with a delay time. As a result, a high-quality polycrystalline silicon film 105 having a substantially uniform crystal grain size and sufficiently high electron mobility can be obtained. An example of the electron mobility obtained in this embodiment is about 250 cm 2 / Vs. Since the polycrystalline silicon film 105 constitutes a source region, a drain region, and a channel region of the thin film transistor 150, the switching speed of the thin film transistor 150 can be increased.

（実施形態４）
次に、実施形態３の薄膜トランジスタ１５０の使用例としてＴＦＴ−ＬＣＤ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ−ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）について、図６に基づいて説明する。
図６Ａは、ディスプレイに格子状に配列されたサブセル２００の概略構造を示すものであり、付加容量型を示している。薄膜トランジスタ１５０は、画素の駆動制御に用いられる。なお、駆動方式は特に限定されるものではなく、フレーム反転、分割駆動などの適宜の方式を選択することができる。
サブセル２００では、ディスプレイにマトリックス状に配列されたゲート電極線２０１とソース電極線２０２とを有しており、両者間に絶縁膜２０９が設けられている。これら電極線に薄膜トランジスタ１５０のソース電極２０４、ゲート電極２０３が電気的に接続されている。
２０５はドレイン電極であり、ソース電極２０４、ドレイン電極２０５、ゲート電極２０３間に、絶縁膜２０６を有している。
２１２は表示電極であり、２１０は、蓄積電極で、その周囲を絶縁膜２１１で覆っている。蓄積電極２１０への配線を隣のゲート電極線と兼ねて製造工程を簡略化している。 (Embodiment 4)
Next, a TFT-LCD (Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) will be described with reference to FIG. 6 as an example of use of the thin film transistor 150 of the third embodiment.
FIG. 6A shows a schematic structure of the subcells 200 arranged in a lattice pattern on the display, and shows an additional capacitance type. The thin film transistor 150 is used for pixel drive control. The driving method is not particularly limited, and an appropriate method such as frame inversion or division driving can be selected.
The subcell 200 has gate electrode lines 201 and source electrode lines 202 arranged in a matrix on the display, and an insulating film 209 is provided between them. The source electrode 204 and the gate electrode 203 of the thin film transistor 150 are electrically connected to these electrode lines.
Reference numeral 205 denotes a drain electrode, and an insulating film 206 is provided between the source electrode 204, the drain electrode 205, and the gate electrode 203.
Reference numeral 212 denotes a display electrode, 210 denotes a storage electrode, and its periphery is covered with an insulating film 211. The wiring to the storage electrode 210 is also used as an adjacent gate electrode line to simplify the manufacturing process.

次に、サブセルの断面図を図６Ｂに示す。
バックライトモジュール３００上に、偏光板３０１を介して基板３０２が配置されており、基板３０２上で、シール材３０４が格子状に配置されて画素毎に区切られた液晶領域３０５が設けられている。液層領域３０５の下部側にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）電極３０３が配置されている。
各画素の液晶領域３０５には、画素を駆動する薄膜トランジスタ１５０が設置され、液晶領域３０５内には、液晶が封入されている。液晶領域３０５の上側には、共通電極であるＩＴＯ電極３０７が設置され、その上方には、薄膜トランジスタ１５０上に位置するブラックマトリックス３０８とカラーフィルター３０９とが並んで配置されている。さらに、その上層にはカラーフィルター基板３１０が積層され、その上層に偏光板３１１が配置されて液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ３２０）が構成されている。 Next, FIG. 6B shows a cross-sectional view of the subcell.
A substrate 302 is disposed on the backlight module 300 with a polarizing plate 301 interposed therebetween, and a liquid crystal region 305 is provided on the substrate 302. The sealing material 304 is disposed in a lattice pattern and is partitioned for each pixel. . An ITO (Indium Tin Oxide) electrode 303 is disposed on the lower side of the liquid layer region 305.
A thin film transistor 150 for driving the pixel is installed in the liquid crystal region 305 of each pixel, and the liquid crystal is sealed in the liquid crystal region 305. Above the liquid crystal region 305, an ITO electrode 307 which is a common electrode is provided, and above that, a black matrix 308 and a color filter 309 located on the thin film transistor 150 are arranged side by side. Further, a color filter substrate 310 is laminated on the upper layer, and a polarizing plate 311 is arranged on the upper layer to constitute a liquid crystal display (TFT-LCD 320).

次に、液晶ディスプレイの製造手順を図７のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、ガラス基板を用意し、洗浄をして次工程に備える。次工程では、ガラス基板上に金属膜を形成し、その上層にレジストを塗布し、パターンを形成したマスクを介して露光を行い、現像する。
その後、エッチング・剥離によりパターニングを行い、パターン検査を行う。次いで、その上層に絶縁膜を成膜する。この基板に対し、本発明に基づくレーザアニール処理を行う。さらに、保護膜、信号線形成、電極形成、スパッタリング等の工程を実施し、最終検査を行う。最終検査後に、カラーフィルターとの組み合わせなどを実施し、ＴＦＴ−ＬＣＤが完成する。
本実施形態に用いられる薄膜トランジスタ１５０は高速なスイッチング動作が可能であるため、各サブ画素の液晶に印可する電圧の高速な切り替えが可能となる。これにより、本実施形態のＴＦＴ−ＬＣＤは画像の動きに対し高速応答が可能となる。 Next, the manufacturing procedure of the liquid crystal display will be described based on the flowchart of FIG.
First, a glass substrate is prepared and cleaned to prepare for the next process. In the next step, a metal film is formed on a glass substrate, a resist is applied to the upper layer, and exposure is performed through a mask on which a pattern is formed, and development is performed.
Thereafter, patterning is performed by etching and peeling, and pattern inspection is performed. Next, an insulating film is formed on the upper layer. The substrate is subjected to a laser annealing process according to the present invention. Further, a final inspection is performed by carrying out processes such as protective film formation, signal line formation, electrode formation, and sputtering. After the final inspection, a combination with a color filter is performed to complete a TFT-LCD.
Since the thin film transistor 150 used in this embodiment can perform a high-speed switching operation, the voltage applied to the liquid crystal of each sub-pixel can be switched at high speed. As a result, the TFT-LCD of this embodiment can respond at high speed to the movement of the image.

なお、上記では、ＴＦＴ−ＬＣＤについて説明を行ったが、薄膜トランジスタ１５０の使用例としてはこれに限定されるものではなく、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の表示装置にも適用可能である。 In the above description, the TFT-LCD has been described. However, the use example of the thin film transistor 150 is not limited thereto, and can be applied to a display device such as an organic EL (electroluminescence) display.

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲を逸脱しない限りは実施形態に対する適宜の変更が可能である。 As described above, the present invention has been described based on the above embodiment, but appropriate modifications to the embodiment can be made without departing from the scope of the present invention.

１レーザアニール装置
２レーザ光
２Ａレーザ光
２Ｂレーザ光
３レーザ光
８半導体膜が形成された基板
９ステージ
１０固体レーザ
１１ λ／２波長板
１２偏光ビームスプリッタ
１３Ａ反射鏡
１３Ｂ反射鏡
１４偏光ビームスプリッタ
１５整形光学系モジュール
１５Ａ反射鏡
１５Ｂ整形光学系
２０Ａビームプロファイル
２０Ｂビームプロファイル
２１Ａ平坦部
２１Ｂ平坦部
２２Ａスティープネス部
２２Ｂスティープネス部
１０７ゲート電極
１０８ソース領域
１０９ドレイン領域
１１０チャネル領域
１１２ソース電極
１１３ドレイン電極
１５０薄膜トランジスタ
２００サブセル
３２０ＴＦＴ−ＬＣＤ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser annealing apparatus 2 Laser beam 2A Laser beam 2B Laser beam 3 Laser beam 8 Substrate on which a semiconductor film is formed 9 Stage 10 Solid laser 11 λ / 2 wavelength plate 12 Polarizing beam splitter 13A Reflecting mirror 13B Reflecting mirror 14 Polarizing beam splitter 15 Shaping optical system module 15A Reflector 15B Shaping optical system 20A Beam profile 20B Beam profile 21A Flat portion 21B Flat portion 22A Steepness portion 22B Steepness portion 107 Gate electrode 108 Source region 109 Drain region 110 Channel region 112 Source electrode 113 Drain electrode 150 Thin film transistor 200 Subcell 320 TFT-LCD

Claims

A method for producing a polycrystalline semiconductor film, comprising:
(A) irradiating an amorphous semiconductor film with a first laser beam having a first polarization direction;
(B) a step of irradiating the semiconductor film with a second laser beam having a second polarization direction after a lapse of a predetermined delay time after the step (a);
The first laser light and the second laser light are emitted from a solid-state laser,
The first polarization direction and the second polarization direction intersect,
The predetermined delay time is a method for manufacturing a polycrystalline semiconductor film, wherein the first laser light and the second laser light are determined so as not to interfere with each other on the semiconductor film.

After irradiating the first laser beam and melting the semiconductor film,
2. The method of manufacturing a polycrystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the predetermined delay time is determined so that the semiconductor film is irradiated with the second laser light before the semiconductor film is solidified.

The method for manufacturing a polycrystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the first laser beam and the second laser beam are linearly polarized light.

The method for producing a polycrystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the first polarization direction and the second polarization direction are orthogonal to each other.

5. The method for manufacturing a polycrystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the first laser beam and the second laser beam have a top-flat spatial intensity distribution. 6.

The first laser light and the second laser light are radiated to the semiconductor film in a pulse shape,
The method for manufacturing a polycrystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the predetermined delay time is shorter than a pulse width of the first laser beam and the second laser beam.

The method for manufacturing a polycrystalline semiconductor film according to claim 1, wherein a cross-sectional shape perpendicular to the traveling direction of the first laser light and the second laser light is a rectangle.

The method for producing a polycrystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the solid-state laser is a YAG laser.

The method for manufacturing a polycrystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor film is made of either a silicon film or a germanium film.

A solid state laser that emits laser light;
A laser beam branching unit that branches the laser beam into a first laser beam having a first polarization direction and a second laser beam having a second polarization direction;
A first optical path through which the first laser beam propagates;
A second optical path through which the second laser light propagates;
A third optical path through which the first laser light and the second laser light are combined and propagated after passing through the first optical path and the second optical path;
The first laser light and the second laser light that have passed through the third optical path can irradiate a semiconductor film to be processed.
The first polarization direction and the second polarization direction intersect,
The laser annealing apparatus, wherein an optical path length of the second optical path is longer than an optical path length of the first optical path.

The laser annealing apparatus according to claim 10, wherein a difference between an optical path length of the second optical path and an optical path length of the first optical path is equal to or greater than a coherence distance between the first laser light and the second laser light.

The laser annealing apparatus according to claim 10 or 11, wherein the first laser beam and the second laser beam are linearly polarized light.

The laser annealing apparatus according to claim 10, wherein the first polarization direction and the second polarization direction are orthogonal to each other.

The third optical path includes a shaping optical unit;
The laser annealing apparatus according to claim 10, wherein the first laser light and the second laser light are shaped into a top-flat spatial intensity distribution by the shaping optical unit.

The laser annealing apparatus according to any one of claims 10 to 14, wherein the laser beam branching unit includes a first polarization beam splitter.

The laser annealing apparatus according to any one of claims 10 to 15, wherein the first laser beam and the second laser beam are combined by a second polarization beam splitter.

The laser annealing apparatus according to claim 10, wherein the second optical path is formed by a plurality of reflecting mirrors.

18. The laser annealing apparatus according to claim 10, wherein polarization directions of the first laser beam and the second laser beam are orthogonal to each other by a wave plate.

The laser annealing apparatus according to claim 10, wherein the solid-state laser is a YAG laser.

A substrate,
A polycrystalline semiconductor film formed on the substrate, a gate insulating film and a gate electrode;
A source region, a drain region and a channel region are formed in the polycrystalline semiconductor film,
The thin film transistor formed by the method for producing a polycrystalline semiconductor film according to claim 1.

The thin film transistor according to claim 20, wherein the substrate is made of glass or plastic.

A display having a plurality of pixels,
The display which uses the thin-film transistor of Claim 20 or 21 for control of the said pixel.

The display of claim 22, wherein the display is a liquid crystal display or an organic light emitting display.