JP3683605B2

JP3683605B2 - Method for manufacturing semiconductor device

Info

Publication number: JP3683605B2
Application number: JP25614894A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 聡寺本
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: JPH0897169A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本明細書で開示する発明は、レーザー光の照射によって半導体に対して各種アニールを施す技術、およびその装置に関する。
【従来の技術】
【０００２】
従来より、半導体に対してレーザー光を照射することによって、各種アニールを施す技術が知られている。例えば、プラズマＣＶＤ法によってガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ膜）に対してレーザー光を照射することによって結晶性珪素膜に変成する技術や、不純物イオン注入後のアニール技術等が知られている。このようなレーザー光を用いた各種アニール技術、およびレーザー光を照射する装置としては、本出願人による特開平６─５１２３８号公報に記載されている技術がある。
【０００３】
レーザー光による各種アニール処理は、下地の基板に対して熱的なダメージを与えないので、例えば基板としてガラス基板等の熱に弱い材料を用いた場合等に有用な技術となる。しかしながら、そのアニール効果を常に一定なものとすることが困難であるという問題がある。またレーザー光の照射による非晶質珪素膜の結晶化を行った場合、必要とする良好な結晶性を常に得ることが困難であり、安定してより結晶性の良好な結晶性珪素膜を得る技術が求められていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、下記に示す事項の少なくとも一つ以上を解決することを課題とする。
（１）レーザー光の照射による半導体へのアニール技術において常に一定の効果が得られるようにする。
（２）非晶質珪素膜へのレーザー光の照射によって得られる結晶性珪素膜の結晶性をより高くする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する主要な発明の一つは、
ガラス基板上に形成された珪素膜に対してレーザー光を照射する方法であって、
レーザー光を照射する際に４５５℃以上の温度で、かつガラス基板の歪点以下の温度で加熱を行うことを特徴とする。
【０００６】
上記構成において、ガラス基板上に形成された珪素膜としては、ガラス基板上に直接非晶質珪素膜や結晶性珪素膜が形成された状態、あるいはガラス基板上に下地膜として酸化珪素膜や窒化珪素膜等の絶縁膜が形成された上に非晶質珪素膜や結晶性珪素膜が形成された状態を挙げることができる。
【０００７】
レーザー光を照射する際に４５５℃以上の温度で加熱するのは、レーザー光の照射によるアニール効果を高めるためである。珪素膜にレーザー光を照射するのは、珪素膜に対してエネルギーを与え、そのエネルギーによって、珪素膜を結晶化させたり、珪素膜の結晶性を向上させたり、珪素膜中に含まれる不純物の活性化を行うためである。この際、単にレーザー光を照射するのみではなく、加熱を併用することによって、レーザー光を照射することの効果を高くすることができる。
【０００８】
図８に示すのは、酸化珪素膜の下地膜が形成されたガラス基板上に形成された非晶質珪素膜に対して、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を照射し、結晶化させた場合の、珪素膜のラマン強度（相対値）とレーザー光の照射エネルギー密度との関係を示したものである。ラマン強度（相対値）は、単結晶ウエハーのラマン強度との比率を示したものであり、その値が大きい程結晶性が優れていることを意味する。
【０００９】
図８を見ると、基板（試料）を加熱した状態でレーザー光を照射することによって、同じレーザー光の照射であっても、結晶性の高い珪素膜が得られることが分かる。
【００１０】
図９に示すのは、ラマンスペクトルの半値幅（相対値）と照射エネルギー密度との関係である。ラマンスペクトルの半値幅は、ラマン強度は半分の場所におけるラマンスペクトルの幅を単結晶ウエハーの場合と比較した比率である。この比率が小さい程、得られた珪素膜の結晶性が優れていることを意味する。
【００１１】
図９を見ても分かるように、レーザー光の照射と同時に加熱を行うことで、結晶性の優れた珪素膜が得られることが分かる。実験によれば、レーザー光と同時に行う加熱の温度は、少なくも４５５℃以上、好ましくは５００℃以上、さらに好ましくは５５０℃以上とすることがよい。特に５００℃以上の加熱においてはその効果は顕著なものがある。
【００１２】
なお加熱の方法は、基板を保持するホルダーやステージ内に配置されたヒーターによって行う方法や、赤外線ランプ等でレーザー光が照射される被照射面を加熱する方法を挙げることができる。また加熱温度はレーザー光が照射される被照射面の温度を計測とするのが正しいが、若干の誤差を許容するならば、基板の温度で計測してもよい。
【００１３】
また上記レーザー光の照射と同時に行われる加熱は、ガラス基板の歪点以下の温度で行うことが望ましい。これは、加熱によって基板が湾曲したり、縮んだりすることを防ぐためである。例えば、一般にアクティブマトリクス型の液晶表示装置の基板として多用されるコーニング７０５９ガラス基板の歪点は５９３℃であり、この場合は、５９３℃以下の温度で加熱処理を行うことが望ましい。
【００１４】
また実験によれば、レーザー光を照射する際に５５０℃±３０℃の温度で基板を加熱することは効果があることが判明している。
【００１５】
またレーザー光が照射される前に、加熱処理により、予め珪素膜を結晶化させておくことは有効である。この場合、非晶質珪素膜に対して珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を導入し、しかる後に加熱処理を加えて結晶化をさせる方法が有効である。
【００１６】
このような金属元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元素を挙げることができる。特にＮｉ（ニッケル）を用いた場合には、５５０℃±３０℃の温度で４時間程度の加熱処理を行うことで結晶性珪素膜を得ることができる。
【００１７】
また、上記元素の導入方法は、非晶質珪素膜の表面に接して、スパッタ法や蒸着法あるいはＣＶＤ法によって、上記金属元素の層または上記金属元素を含む層を形成すればよい。また上記金属元素含んだ溶液を非晶質珪素膜の表面に塗布し、上記金属元素が非晶質珪素膜の表面に接して保持された状態とする方法を用いるのでもよい。
【００１８】
また、上記金属元素の導入量は、珪素膜中における金属元素の濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3となるように導入することが必要である。これは、金属元素の濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3以下であると、その効果が得られず、また金属元素の濃度が５×１０¹⁹ｃｍ^-3以上であると、得られる結晶性珪素膜の半導体としての電気的な特性が阻害されてしまう（金属としての電気特性が表れてしまう）からである。
【００１９】
本明細書で開示する他の発明は、
ガラス基板上に非晶質珪素膜を形成する工程と、
前記非晶質珪素膜に対して第１の加熱処理を施し結晶化させる工程と、
該工程において結晶化された珪素膜に対してレーザー光を照射する工程と、
該工程においてレーザー光が照射された珪素膜に対して第２の加熱処理を施す工程と、
を有し、
前記第１および／または第２の加熱処理は５００℃以上であって、かつガラス基板の歪点以下の温度であって、
前記レーザー光の照射は、４５５℃以上であって、かつガラス基板の歪点以下の温度で加熱した状態で行われることを特徴とする。
【００２０】
上記構成は、ガラス基板上に形成された非晶質珪素膜を加熱処理によりまず結晶化させ、しかる後にレーザー光の照射によってさらにその結晶性を向上させ、さらに加熱処理を加えることにより、得られた珪素膜中の欠陥密度を減少させることを特徴とする。
【００２１】
図１０に示すのは、非晶質珪素膜に対してニッケル元素を導入し、さらに加熱処理を加えることによって結晶化させ、結晶性珪素膜を得た場合の膜中におけるスピン密度を調べた結果である。スピン密度は、膜中の欠陥密度を示す指標として理解することができる。
【００２２】
図１０において、Ｎｏ１、２、５は、ニッケル元素の導入後に加熱処理を行っただけの試料である。Ｎｏ３は、加熱処理の後にＬＣ（レーザー光の照射）を行った試料である。Ｎｏ４は、加熱処理の後にＬＣ（レーザー光の照射）を行い、さらに加熱処理を行った試料である。図１０を見れば明らかなように、レーザー光の照射後にさらに加熱処理を加えた試料（Ｎｏ４）のスピン密度が一番小さいことが分かる。
【００２３】
このように、レーザー光の照射の後に加熱処理を加えることは、膜中の欠陥密度を減少させるために極めて有効である。なおこのレーザー光の照射後に行われる加熱処理の温度は、５００℃以上とすることが有効である。またその温度の上限はガラス基板の歪点によって制限される。
【００２４】
本明細書で開示する他の発明は、
基板を搬送する手段を有した搬送室と、
基板を加熱する手段を有した第１及び第２の加熱室と、
レーザー光を照射する手段を有したレーザー処理室とを少なくとも含み、
前記第１及び第２の加熱室とレーザー処理室とは、前記搬送室を介して連結されており、
前記第１の加熱室は基板を所定の温度まで加熱し、
前記レーザー処理室は前記第１の加熱室で加熱された基板を加熱しつつレーザー光を照射し、
前記第２の加熱室は前記レーザー処理室においてレーザー光が照射された基板に対して加熱処理を加えることを特徴とする。
【００２５】
上記構成を有した装置の例を図１に示す。図１において、３０１が基板３１５を搬送する手段３１４（ロボットアーム）を有した搬送室である。また、３０５と３０２が基板を加熱する手段を有する加熱室である。また、３０４がレーザー光を照射する手段を有するレーザー処理室である。
【００２６】
他の発明の構成は、
レーザー光を照射する手段と、
基板を９０度回転させる手段と、
を少なくとも含んだレーザー処理装置であって、
レーザー光は線状を有していることを特徴とする。
【００２７】
上記構成を有した装置の例を図１に示す。図１に示す装置は、レーザー処理室３０４においてレーザー光を照射する手段（図３に示す３３１がレーザー光を発振する装置）を有し、また３０３で示される室で基板を９０度回転させる手段を有している。また、レーザー照射装置３３１からのレーザー光は図３の紙面手前側から向う側に向かって長手方向を有する線状を有している。
【００２８】
レーザー光の照射は、図３に示される基板が置かれるステージ３５３を３５４で示される方向に移動させることによって、線状のビームがその長手方向とは直角の方向に走査されるようにして行われる。図３においては、基板側を移動させることによって、相対的にレーザービームを走査する構成となっているが、勿論レーザービーム側を移動させるのでもよい。
【００２９】
ここで線状のレーザービームの走査方向を９０度異ならせて、少なくとも２回以上のレーザー光の照射を行うことで、レーザー光の照射による効果を被照射面全体で均一なものとすることができる。
【００３０】
そこで、１回目のレーザー光の照射の後に、３０３で示される室において基板を９０度回転させ、さらに２回目のレーザー光の照射を行うことで、レーザー光の照射による効果の均一性を高めることができる。勿論、この走査を複数回繰り返して行うのでもよい。
【００３１】
また、基板の回転を３０度として、３回に分けてレーザー光の照射を行うのでもよい。勿論さらにレーザー光の照射回数を多くしてもよい。この基板の角度の設定は、レーザー光の照射の均一性に鑑み任意に設定することができる。
【００３２】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、本明細書で開示する発明を実施する際に利用されるレーザー処理装置を示す。図１に本実施例に示すレーザー処理装置の上面図を示す。図２に図１のＡ−Ａ’で切った断面図を示す。図３に図１のＢ−Ｂ’で切った断面図を示す。
【００３３】
図１〜図３において、３０６で示されるのは、基板（試料）を搬入するための搬入室（ロード室）であり、レーザー光を照射する対象の珪素膜や作製工程途中の状態の薄膜トランジスタが形成された基板（試料）が多数枚カセット３３０に収納された状態で外部から搬入される。基板の搬入室３０６に基板を外部から出し入れする際には、基板を収納したカセット毎移動が行われる。
【００３４】
３０１で示されるのは、基板を装置内において搬送するための搬送室であり、３１５で示される基板を一枚づつ搬送するためのロボットアーム３１４を備えている。このロボットアームの先端部（基板を載せる部分）は、３６０度の円周方向、及ぶ上下方向に動かすことができる。また、このロボットアーム３１４は加熱手段を内蔵しており、基板３１５を搬送中においても基板の温度（試料の温度）を一定に保つ工夫がなされている。
【００３５】
また３００は基板の位置合わせ用のアライメント手段であり、ロボットアームと基板との位置合わせを正確に行うための機能を有する。即ち、ロボットアームと基板との位置関係が常に一定なものとなるようにする機能を有する。
【００３６】
３０５で示されるのは、加熱室であり、レーザー光が照射される前に基板を予め加熱しておく機能を有する。加熱室３０５には、図２に示すように３１５で示される基板が多数枚重ねられるようにして収納される。多数枚収納された基板３１５は加熱手段（抵抗加熱手段）３１７によって所定の温度に加熱される。基板３１５はリフト３１６上に収納されており、必要なときにリフト３１６を上下させ、搬送室３０１内のロボットアーム３１４によって、必要とする基板を一枚ずつ加熱室３０５に出し入れすることができる。
【００３７】
また３０４で示される室は、レーザー光を基板に対して照射するためのレーザー処理室である。この室では、レーザー照射装置３３１から照射されたレーザー光をミラー３３２で反射させて合成石英の窓３５２を介して、基板が置かれるステージ３５３上に配置された基板上に照射することができる。ステージ３５３は、基板を加熱する手段を備えており、また矢印３５４で示されるように１次元方向に移動する機能を有している。
【００３８】
レーザー照射装置３３１は、例えばＫｒＦエキシマレーザーを発振する機能を有し、幅数ミリ〜数センチ、長さ数十センチの線状ビームに成形されたレーザー光を基板（試料）に向かって照射する。
【００３９】
この線状のレーザービームは、３５４で示される移動方向と直角な方向に長手方向を有する。即ち、図３における紙面手前方向から紙面向こう方向に向かって長手方向を有する。そして、この線状のレーザー光を照射しつつ基板をステージ３５３毎３５４で示される方向に移動させることによって、基板全体にレーザー光を走査しつつ照射することができる。
【００４０】
３０３で示されるのは、基板を９０度の角度で回転させる機能を有する室である。この室に回転可能なステージが配置されており、基板はロボットアーム３１４によってこのステージ上に移送される。そしてこのステージが９０度回転し、その後にロボットアームによって基板が取り出されることによって、基板は９０度回転した状態でロボットアームに保持されることになる。
【００４１】
この３０３で示される室の役割は、基板に対するレーザー光の照射を均一なものとするためのものである。前述したように、基板（試料）に対して照射されるレーザー光は、そのレーザービームが線状のものであり、基板を１方向に移動させながら照射を行うことにより、基板全面に対してレーザー光を照射するものである。この場合、レーザー光が基板の一辺から向かい合う他方の辺に向かって走査されるようにして照射される。そこで、基板を９０度回転させて、同じようにしてレーザー光を照射することによって、丁度レーザー光の走査方向が直角に交叉する形となり、均一にレーザー光の照射による処理を施すことができる。
【００４２】
３０２で示される室は、３０５で示される室と同じ機能を有する加熱室である。３０５で示される加熱室は、レーザー処理室３０４においてレーザー光が照射される前に予め基板（試料）を加熱するためのものであった。これに対して、３０２で示される加熱室は、レーザー処理室３０４においてレーザー光が照射された後にさらに加熱処理を加えるための室である。
【００４３】
３０７で示される室は、処理が終了した基板を装置外に搬出するための搬出室（アンロード室）であり、搬入室３０６と同様にカセット３３０に基板が収納される構造を有している。また基板はカセットに多数枚が収納された状態で扉３５５から装置外部に取り出される。
【００４４】
以上説明した各室３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、は密閉された構造（減圧状態に耐える真空チャンバーの構造）を有し、それぞれ独立した排気系を有している。そして、全て減圧状態とすることができる構成となっている。また、各室には必要とするガス（例えば窒素ガス）を供給する系を有している。さらに各室は、排気系を有しており、必要によって減圧状態、あるいは高真空状態とすることができる。図２には、３１８〜３１９で示される排気系が、図３には、３５６、３１８、３５７で示される排気系が示されている。これらの排気系には、真空排気ポンプ３２１〜３２３、３５８、３５９が示されている。
【００４５】
また各室は、ゲイトバルブ３１０〜３１３、３０８、３０９を備えており、各室の気密性を独立して高める構成となっている。
【００４６】
図１〜図３に示す装置の動作例を以下に示す。ここでは、歪点が５９３℃のコーニング７０５９ガラス基板（１０ｃｍ角）上に形成された非晶質珪素膜に対して、レーザー光を照射し、結晶化させる場合の例を示す。ここでは、レーザー光の照射によって、非晶質珪素膜を結晶化させる例を示すが、結晶化している珪素膜に対してさらにレーザー光を照射する場合や、不純物イオンが注入された珪素膜に対してアニール処理を施す場合（ソース／ドレイン領域の形成におけるアニール処理）においても以下に示す動作手順は利用できる。
【００４７】
以下に示す動作においては、図１に示す各室の雰囲気は常圧の窒素雰囲気とする。ここでは窒素雰囲気とする例を示すが、汚染を極力低くするには、各室を減圧雰囲気とすることが最も効果的である。
【００４８】
まずゲイトバルブや外部との扉は全て閉鎖した状態とする。そして、非晶質珪素膜が成膜されたガラス基板（以下基板という）を必要とする枚数でカセット（図示せず）に収納し、カセット毎搬入室３０６に搬入する。カセットの搬入後、搬入室の扉（図示せず）を閉める。そしてゲイトバルブ３１２を開け、ロボットアーム３１４によって、搬入室３０６内のカセットに収納された１枚の基板を搬送室３０１に取り出す。この際、アライメント３００においてロボットアーム３１４と基板３１５との位置関係を調整する。
【００４９】
搬送室３０１に取り出された基板３１５は、加熱室３０５に収納される。加熱室３０５は図３に示されるように、基板３１５を多数枚収めることができる構造となっている。基板を加熱室３０５に収納するには、まずゲイトバルブ３１１を開け、ロボットアーム３１４によって基板３１５を加熱室３０５に収納する。そしてゲイトバルブ３１１を閉鎖する。
【００５０】
加熱室３０５では、基板が５５０℃の温度に加熱される。この温度は、基板（ガラス基板）の歪点以下の温度することが重要である。これは、歪点以上の温度で加熱処理を行うと、ガラス基板の縮みや変形が無視できなくなるからである。
【００５１】
加熱室３０５において基板を所定の時間加熱した後、ロボットアーム３１４によって搬送室３０１に移送する。なお、各室の気密性と洗浄度を保つためにロボットアームによる基板の移送の際には、必ずゲイトバルブの開閉を行う。
【００５２】
加熱室３０５から取り出された基板はレーザー処理室３０４に移送される。そして、基板の表面に形成された非晶質珪素膜に対してレーザー光の照射が行われる。この際、ロボットアームには、加熱手段が設けられており、基板を５５０℃の温度に保ったまま加熱室３０５からレーザー処理室３０４に移送する。またレーザー処理室３０４においては、基板が置かれるステージ３５３内に加熱手段が配置されており、基板を５５０℃の温度に保った状態でレーザー光が照射される状態とする。
【００５３】
レーザー光の照射は、レーザー照射装置３３１（レーザー照射装置３３１内には、レーザービームを成形するための光学系も備えられている）から照射される線状のレーザービームをミラー３３２に反射させ、レーザー処理室３０４に設けられた石英窓３５２を通して行われる。
【００５４】
ここでは、ステージ３５３を３５４で示される方向に移動させることによって、被照射面（ガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜）全体にレーザー光が照射されるようする。即ち、図３の紙面手前側から向う側に向かって長手方向を有する線状ビームを３５４で示される方向に相対的に走査させることによって、ステージ３５３上に配置された基板の表面全体にレーザー光が走査されて照射される状態とする。
【００５５】
レーザー光としては、例えばＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いることができる。またＸｅＣｌエキシマレーザーやその他エキシマレーザー、またその他コヒーレント光の照射手段を用いることができる。また、レーザー光の代わりに赤外線等の強光を照射する手段を利用してもよい。
【００５６】
レーザー光の照射が終了した後、ロボットアーム３１４によって基板をレーザー処理室３０４から一旦搬送室３０１に取り出す。この際、ゲイトバルブ３１０を最初開け、その後、ロボットアーム３１４によって基板を搬送室に取り出し、基板が搬送室に取り出された後にゲイトバルブ３１０を閉鎖するという動作が行われる。
【００５７】
そして、搬送室３０１に取り出された基板を基板回転室３０３に搬入する。基板回転室３０３では、基板を単に回転させるのみであるので、ゲイトバルブ３０９は開けっ放しの状態としてよい。基板回転室３０３では基板を９０度回転させる動作が行われる。
【００５８】
基板回転室３０３で基板を９０度回転させた後、再びロボットアーム３１４で基板を搬送室３０１に取り出す。そして再び、レーザー処理室３０４に基板を搬入する。この際、１回目に基板がレーザー処理室３０４に搬入された場合と９０度異なる角度で基板がステージ３０３上に配置される。
【００５９】
そして再びステージ３５３を３５４で示される方向に移動させながら線状のレーザー光を照射する。このレーザー光の照射は、走査方向が１回目の照射と９０度異なっており、結果として均一なレーザー光を照射することができる。このようにして、ガラス基板上に形成された均一に結晶化した結晶性珪素膜を得ることができる。
【００６０】
そして、基板を再びロボットアーム３１４で搬送室３０１に取り出し、次に加熱室３０２に移送する。加熱３０２では、５５０度の温度で加熱処理が加えられる。これは、レーザー光の照射によって結晶化された珪素膜中における欠陥密度を減少させる効果がある。
【００６１】
加熱室３０２での加熱処理が終了した基板は、ロボットアーム３１４によって搬送室３０１に移送させる。そして搬出室３０７内のカセット３３０に収納される。
【００６２】
以上の動作は連続的に行われる。そして、搬出室３０７の内のカセット３３０が一杯になったら、扉３５５を開け、カセット３３０毎装置の外部に取り出す。以上の動作で一連のレーザー照射工程が終了する。
【００６３】
〔実施例２〕
本実施例においては、本明細書で開示するレーザー処理方法を用いて薄膜トランジスタを作製する例を示す。図４に結晶性珪素膜を得るまでの工程を示す。まず（Ａ）に示すようにガラス基板４０１を用意し、その表面に下地膜として酸化珪素膜４０２を３０００Åの厚さにスパッタ法を用いて成膜する。ここでは、ガラス基板４０１としてコーニング７０５９ガラス基板を用いる。
【００６４】
次に非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ膜）４０３をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって５００Åの厚さに成膜する。そして酸化性雰囲気中でのＵＶ光の照射によって極薄い酸化膜４０４を成膜する。この酸化膜４０４は、後の溶液塗布工程において、溶液の濡れ性を改善するためのものである。この酸化膜４０４の厚さは数十Å程度とすればよい。（図４（Ａ））
【００６５】
次に非晶質珪素膜４０３の結晶化を助長する金属元素であるニッケル（Ｎｉ）の導入を行う。ここでは、ニッケル酢酸塩溶液を用いて、ニッケル元素を非晶質珪素膜４０３の表面に導入する。具体的には、まず、所定のニッケル濃度となるように調整したニッケル酢酸塩溶液を滴下し水膜４０５を形成する。そしてスピナー４００を用いてスピンドライを行い、非晶質珪素膜の表面にニッケル元素が接した状態を実現する。ニッケルの導入量は、ニッケル酢酸塩溶液中におけるニッケル元素の濃度を調整することによって制御される。（図４（Ａ））
【００６６】
次に加熱処理を施し、非晶質珪素膜４０３を結晶化させ、結晶性珪素膜４０６を得る。このときの加熱温度は、単に非晶質珪素膜４０３の結晶化を考えるだけなら４５０℃〜７５０℃程度の温度で行えばよい。しかし、ガラス基板の耐熱性の問題を考慮した場合、６００℃以下の温度で行うことが必要である。ここでは歪点５９３℃のコーニング７０５９ガラス基板を用いているので、この歪点以下の温度である５５０℃の温度で４時間加熱処理を行う。こうして、結晶性珪素膜４０６が得られる。（図４（Ｂ））
【００６７】
加熱処理により結晶性珪素膜４０６を得たら、図１〜図３に示すレーザー処理装置を用いてレーザー光を照射し、結晶性珪素膜４０６の結晶化をさらに助長させる。
【００６８】
即ち、５５０℃の温度に加熱した状態で珪素膜に対して（Ｃ）に示すようにレーザー光を照射し結晶性を助長させる。さらに（Ｄ）に示すように再び加熱処理を５５０℃の温度で２時間加えることによって結晶性珪素膜４０６中の欠陥を減少させる。詳細なレーザー光の照射工程の手順は、実施例１に示したものと同様である。
【００６９】
次に結晶性珪素膜の表面に残存した酸化膜４０４を取り除く。この酸化膜４０４中にはニッケルが高濃度に含まれているので、除去することが重要である。次に図５（Ａ）に示すように結晶性珪素膜４０６（図４（Ｄ）に示されている）をパターニングし、薄膜トランジスタの活性層６０１を形成する。（図５（Ａ））
【００７０】
次にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜６０２をスパッタ法またはプラズマＣＶＤ法で１０００Åの厚さに成膜する。次にスカンジウムを0.18ｗｔ％含有したアルミニウム膜を６０００Åの厚さに蒸着法で形成する。そしてパターニングを施すことにより、ゲイト電極６０３を形成する。ゲイト電極６０３を形成したら電解溶液中においてゲイト電極６０３を陽極として陽極酸化を行い、アルミニウムの酸化物層６０４を形成する。この酸化物層の厚さは２５００Å程度とする。この酸化物層６０４の厚さで、後の不純物イオン注入工程において形成されるオフセットゲイト領域の長さが決定される。
【００７１】
さらに不純物イオン（ここではリンイオン）の注入をイオンドーピング法またはプラズマドーピング法によって活性層に注入する。この際、ゲイト電極６０３とその周囲の酸化物層６０４とがマスクとなって、６０５と６０９の領域に不純物イオンが注入されることとなる。こうしてソース領域６０５とドレイン領域６０９とが自己整合的に形成される。さらにチャネル形成領域６０７とオフセットゲイト領域６０６、６０８がやはり自己整合的に形成される。
【００７２】
そして、レーザー光の照射を行い、ソース領域６０５とドレイン領域６０９の再結晶化と注入された不純物の活性化を行う。このレーザー光の照射工程は、実施例１において示した動作手順に従い、図１〜図３に示す装置を用いて行う。但し、本実施例においては、ゲイト電極としてアルミニウムを用いているので、加熱温度を４６０℃とする。（図５（Ｂ））
【００７３】
レーザー光の照射によるアニールの終了後、層間絶縁膜として酸化珪素膜６１０をプラズマＣＶＤ法で７０００Åの厚さに成膜する。そして孔開け工程を経て、ソース電極６１１とドレイン電極６１２を適当な金属（例えばアルミニウム）やその他適当な導電材料を用いて形成する。最後に水素雰囲気中において、３５０℃の加熱処理を１時間施すことにより、図５（Ｃ）に示す薄膜トランジスタを完成させる。
【００７４】
〔実施例３〕
本実施例は、非晶質珪素膜の結晶化を助長する金属元素を非晶質珪素膜の表面の一部に選択的に導入することにより、結晶成長を基板に平行な方向に行わせ、この基板に平行な方向に結晶成長した珪素膜をさらにレーザー光の照射により結晶性を向上させ、さらに加熱処理を加えることにより、この結晶性の向上した領域中における欠陥を減少させ、そしてこの結晶性が高く欠陥密度の低い領域を用いて薄膜トランジスタを構成する例である。
【００７５】
図６に結晶性珪素膜を得るまでの工程を示す。まずコーニング７０５９ガラス基板６０１上に下地膜として酸化珪素膜６０２をスパッタ法により３０００Åの厚さに成膜する。さらに非晶質珪素膜６０３を５００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法で成膜する。そして酸化性雰囲気中においてＵＶ光の照射を行い、非晶質珪素膜６０３の表面に極薄い酸化膜６０４を形成する。そしてレジストを用いてレジストマスク８０１を形成する。レジストマスク８０１は、８０２で示される領域の非晶質珪素膜表面（酸化膜６０４が形成されている）を露呈させるように構成されている。８０２で示される領域は、図面の奥行き方向に長手方向を有する長方形（スリット形状）を有している。（図６（Ａ））
【００７６】
次ぎにニッケル酢酸塩溶液を塗布し、水膜６０５を形成した後、スピナー６０６を用いてスピンドライを行う。こうして、レジストマスク８０１によって部分的に露呈された非晶質珪素膜の表面の一部分８０２にニッケルが接して保持された状態が実現される。（図６（Ｂ））
【００７７】
次にレジストマスク８０１を取り除き、５５０℃、４時間の加熱処理を施す。この工程において、８０２の領域からニッケルが拡散し、それと同時に矢印８０３で示すように基板に平行な方向へと結晶成長が進行していく。この結晶化は、針状あるいは柱状あるいは枝状に結晶が進行していくことによって行われる。
この結晶化の結果、基板に平行な方向に１次元的あるいは２次元的に結晶成長した結晶性珪素膜を得ることができる。ここでは、８０２で示される領域が図面の奥行き方向に長手方向を有するスリット状を有しているので、結晶成長は、矢印８０３で示す方向にほぼ１次元的に進行していく。なおこの結晶成長は、５０〜２００μｍ程度行わすことができる。（図６（Ｃ））
【００７８】
加熱による結晶成長は、結晶成長が針状あるいは柱状あるいは枝状に進行するのであるが、その結晶成長した枝の間（隙間）には非晶質成分が残存していることがＴＥＭ（透過電子線顕微鏡）の写真観察から判明している。ここで、レーザー光の照射によるアニールを行うことにより、上記残存している非晶質成分を結晶化させ、さらに結晶性を向上させることができる。
【００７９】
このレーザー光の照射によるアニールは、実施例１に示した工程手順に従って行われる。当然レーザー光の照射の後に、５５０℃での加熱処理（２時間）が行われ。この加熱処理は、膜中の欠陥を低減させることに効果がある。こうして結晶性の助長された結晶性珪素膜６０７が得られる。（図６（Ｄ））
【００８０】
次に酸化膜６０４取り除く。そしてパターニングを施し、図７（Ａ）に示すように薄膜トランジスタの活性層７０１を得る。この時、活性層７０１内に、結晶成長の始点（８０２で示された領域）と結晶成長の終点とが存在しないようにすることが重要である。これは、結晶成長の始点と終点においては、導入された金属元素（この場合はニッケル）の濃度が高いので、この金属濃度の高い領域を避けて活性層を形成するためである。こうすることで、金属元素の影響によるデバイスの不安定性を避けることができる。（図７（Ａ））
【００８１】
次にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜７０２をスパッタ法またはプラズマＣＶＤ法で１０００Åの厚さに成膜する。次にスカンジウムを0.18ｗｔ％含有したアルミニウム膜を６０００Åの厚さに電子ビーム蒸着法で形成する。そしてパターニングを施すことにより、ゲイト電極７０３を形成する。ゲイト電極７０３を形成したら電解溶液中においてゲイト電極７０３を陽極として陽極酸化を行い、アルミニウムの酸化物層７０４を形成する。この酸化物層の厚さは２５００Å程度とする。この酸化物層７０４の厚さで、後の不純物イオン注入工程において形成されるオフセットゲイト領域領域の長さが決定される。
【００８２】
さらに不純物イオン（ここではリンイオン）をイオンドーピング法またはプラズマドーピング法によって活性層に注入する。この際、ゲイト電極７０３とその周囲の酸化物層７０４とがマスクとなって、７０５と７０９の領域に不純物イオンが注入されることとなる。こうしてソース領域７０５とドレイン領域７０９とが自己整合的に形成される。さらにチャネル形成領域７０７とオフセットゲイト領域７０６、７０８がやはり自己整合的に形成される。（図７（Ｂ））
【００８３】
そして、図１〜図３に示すレーザー処理装置を用いてレーザー光の照射を行い、ソース領域７０５とドレイン領域７０９の再結晶化と注入された不純物の活性化を行う。
【００８４】
レーザー光の照射によるアニールの終了後、層間絶縁膜として酸化珪素膜７１０をプラズマＣＶＤ法で７０００Åの厚さに成膜する。そして孔開け工程を経て、ソース電極７１１とドレイン電極７１２を適当な金属（例えばアルミニウム）やその他適当な導電材料を用いて形成する。最後に水素雰囲気中において、３５０℃の加熱処理を１時間施すことにより、図７（Ｃ）に示す薄膜トランジスタを完成させる。
【００８５】
本実施例に示す薄膜トランジスタは、針状または柱状または枝状に１次元的に結晶成長した結晶の結晶成長方向に沿ってキャリアが移動することになるので、キャリアの移動に際して結晶粒界の影響を受けることが少なく、移動度の大きいものを得ることができる。さらにまた、特性の劣化や変動の無いものとすることができる。
【００８６】
〔実施例４〕
本実施例は、図１に示す装置の変形例を示す。図１１に本実施例の概略の構成を示す。図１１において、図１と符号が同じ箇所は実施例１で示した説明と同じ機能を有する。図１１に示す装置は、３０５で示す加熱室でまず基板を加熱し、しかる後にレーザー処理室３０４でレーザー光の照射による処理を行い、さらに３５１で示される加熱室で加熱処理を行い、レーザー光が照射された珪素膜中における欠陥を減少させる。
【００８７】
そして、加熱室３５１での加熱が終了した後、３５０で示される室で基板の徐冷を行う。徐冷の速度は、徐冷室３５０に導入される窒素ガスの導入量を調整することによって行う。徐冷室３５０で徐冷された基板は搬出室３０７に移送される。
【００８８】
本実施例で示すレーザー光の照射は、非晶質珪素膜の結晶化、加熱により結晶化した珪素膜に対するアニール（実施例２、実施例３でした場合に相当する）、不純物イオンが注入された珪素膜のアニールや活性化に利用することができる。
【００８９】
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザー処理装置の上面図。
【図２】レーザー処理装置の断面図。
【図３】レーザー処理装置の断面図。
【図４】ガラス基板上に結晶性珪素膜を作製する工程を示す図。
【図５】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図６】基板上に結晶性珪素膜を作製する工程を示す図。
【図７】薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図８】非晶質珪素膜に対して照射されたレーザー光の強度とレーザー光が照射された珪素膜が示すラマンスペクトルの強度（相対値）を示す図。
【図９】非晶質珪素膜に対して照射されたレーザー光の強度とレーザー光が照射された珪素膜が示すラマンスペクトルの半値幅（相対値）を示す図。
【図１０】結晶性珪素膜の作製条件と得られた結晶性珪素膜中のスピン密度との関係を示す図。
【図１１】レーザー処理装置の上面図
【符号の説明】
３００・・・・・・・・・・・アライメント
３０１・・・・・・・・・・・搬送室
３０２・・・・・・・・・・・加熱室
３０３、３０５・・・・・・・基板を回転させる室
３０４・・・・・・・・・・・レーザー処理室
３０６・・・・・・・・・・・基板搬入室
３０７・・・・・・・・・・・基板搬出室
３０８〜３１３・・・・・・・ゲイトバルブ
３１４・・・・・・・・・・・ロボットアーム
３１５・・・・・・・・・・・基板
３１６・・・・・・・・・・・リフト
３１７・・・・・・・・・・・ヒータ
３１８〜３１９・・・・・・・排気系
３２１〜３２２・・・・・・・真空排気ポンプ
３５６、３５７・・・・・・・排気系
３５８、３５９・・・・・・・真空排気ポンプ
３３１・・・・・・・・・・・レーザー照射装置
３３２・・・・・・・・・・・ミラー
３５２・・・・・・・・・・・石英窓
３５５・・・・・・・・・・・扉
３３０・・・・・・・・・・・カセット[0001]
[Industrial application fields]
The invention disclosed in this specification relates to a technique and an apparatus for performing various annealings on a semiconductor by irradiation with laser light.
[Prior art]
[0002]
2. Description of the Related Art Conventionally, techniques for performing various annealings by irradiating a semiconductor with laser light are known. For example, a technique for transforming an amorphous silicon film (a-Si film) formed on a glass substrate by a plasma CVD method into a crystalline silicon film by irradiating a laser beam, or after impurity ion implantation Annealing technology and the like are known. As various annealing techniques using such laser light and apparatuses for irradiating laser light, there are techniques described in JP-A-6-51238 by the present applicant.
[0003]
Various annealing treatments with laser light do not cause thermal damage to the underlying substrate, and are useful techniques when, for example, a heat-sensitive material such as a glass substrate is used as the substrate. However, there is a problem that it is difficult to always make the annealing effect constant. In addition, when the amorphous silicon film is crystallized by laser light irradiation, it is difficult to always obtain the required good crystallinity, and a crystalline silicon film having better crystallinity can be obtained stably. Technology was sought.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the invention disclosed in this specification is to solve at least one of the following matters.
(1) A constant effect is always obtained in the annealing technique for semiconductors by laser light irradiation.
(2) The crystallinity of the crystalline silicon film obtained by irradiating the amorphous silicon film with laser light is made higher.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
One of the main inventions disclosed in this specification is:
A method of irradiating a silicon film formed on a glass substrate with laser light,
When irradiating with laser light, heating is performed at a temperature of 455 ° C. or higher and a temperature lower than the strain point of the glass substrate.
[0006]
In the above structure, the silicon film formed on the glass substrate may be a state in which an amorphous silicon film or a crystalline silicon film is directly formed on the glass substrate, or a silicon oxide film or nitridation as a base film on the glass substrate. A state in which an amorphous silicon film or a crystalline silicon film is formed on an insulating film such as a silicon film can be given.
[0007]
The reason for heating at a temperature of 455 ° C. or higher when irradiating the laser beam is to increase the annealing effect by the laser beam irradiation. Irradiating a laser beam to a silicon film gives energy to the silicon film, and the energy causes the silicon film to crystallize, improve the crystallinity of the silicon film, or remove impurities contained in the silicon film. This is for activation. At this time, the effect of irradiating the laser beam can be enhanced by not only irradiating the laser beam but also using heating together.
[0008]
FIG. 8 shows a case where an amorphous silicon film formed on a glass substrate on which a silicon oxide underlayer is formed is irradiated with a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) to be crystallized. 2 shows the relationship between the Raman intensity (relative value) of the silicon film and the irradiation energy density of the laser beam. The Raman intensity (relative value) indicates a ratio with the Raman intensity of the single crystal wafer, and the larger the value, the better the crystallinity.
[0009]
Referring to FIG. 8, it can be seen that a silicon film with high crystallinity can be obtained by irradiating a laser beam while the substrate (sample) is heated even with the same laser beam irradiation.
[0010]
FIG. 9 shows the relationship between the half width (relative value) of the Raman spectrum and the irradiation energy density. The half value width of the Raman spectrum is a ratio of the Raman spectrum width at a half of the Raman intensity compared to the case of the single crystal wafer. The smaller this ratio, the better the crystallinity of the obtained silicon film.
[0011]
As can be seen from FIG. 9, it can be seen that a silicon film having excellent crystallinity can be obtained by heating simultaneously with the laser light irradiation. According to experiments, the temperature of the heating performed simultaneously with the laser light is at least 455 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher, more preferably 550 ° C. or higher. The effect is particularly remarkable when heating at 500 ° C. or higher.
[0012]
Note that examples of the heating method include a method for performing heating using a holder for holding a substrate and a heater disposed in a stage, and a method for heating a surface to be irradiated with laser light with an infrared lamp or the like. In addition, although it is correct to measure the temperature of the surface to be irradiated with the laser beam, the heating temperature may be measured at the temperature of the substrate if a slight error is allowed.
[0013]
The heating performed simultaneously with the laser light irradiation is preferably performed at a temperature below the strain point of the glass substrate. This is to prevent the substrate from being bent or shrunk by heating. For example, a Corning 7059 glass substrate that is commonly used as a substrate for an active matrix liquid crystal display device has a strain point of 593 ° C. In this case, it is desirable to perform heat treatment at a temperature of 593 ° C. or lower.
[0014]
Further, according to experiments, it has been found that it is effective to heat the substrate at a temperature of 550 ° C. ± 30 ° C. when irradiating the laser beam.
[0015]
It is also effective to crystallize the silicon film in advance by heat treatment before the laser beam is irradiated. In this case, it is effective to introduce a catalyst element that promotes crystallization of the silicon film into the amorphous silicon film, and then add heat treatment to cause crystallization.
[0016]
Examples of such a metal element include one or more elements selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au. In particular, when Ni (nickel) is used, a crystalline silicon film can be obtained by performing a heat treatment at a temperature of 550 ° C. ± 30 ° C. for about 4 hours.
[0017]
The element may be introduced by contacting the surface of the amorphous silicon film and forming the metal element layer or the metal element layer by sputtering, vapor deposition, or CVD. Alternatively, a method may be used in which a solution containing the metal element is applied to the surface of the amorphous silicon film so that the metal element is held in contact with the surface of the amorphous silicon film.
[0018]
The amount of the metal element introduced is such that the concentration of the metal element in the silicon film is 1 × 10. ¹⁶ cm ^-3 ~ 5x10 ¹⁹ cm ^-3 It is necessary to introduce so that. This is because the concentration of the metal element is 1 × 10 ¹⁶ cm ^-3 If it is below, the effect cannot be obtained, and the concentration of the metal element is 5 × 10 ¹⁹ cm ^-3 This is because the electrical characteristics of the obtained crystalline silicon film as a semiconductor are hindered (the electrical characteristics as a metal appear).
[0019]
Other inventions disclosed in this specification are:
Forming an amorphous silicon film on a glass substrate;
Applying a first heat treatment to the amorphous silicon film to crystallize;
Irradiating laser light to the silicon film crystallized in the step;
Performing a second heat treatment on the silicon film irradiated with laser light in the step;
Have
The first and / or second heat treatment is at a temperature of 500 ° C. or more and a strain point or less of the glass substrate,
The laser light irradiation is performed in a state of being heated at a temperature of 455 ° C. or higher and lower than a strain point of the glass substrate.
[0020]
The above structure can be obtained by first crystallizing an amorphous silicon film formed on a glass substrate by heat treatment, and further improving the crystallinity by irradiation with laser light, and further applying heat treatment. The defect density in the silicon film is reduced.
[0021]
FIG. 10 shows the result of investigating the spin density in a film when a crystalline silicon film is obtained by introducing nickel element into an amorphous silicon film and further crystallizing it by applying heat treatment. It is. The spin density can be understood as an index indicating the defect density in the film.
[0022]
In FIG. 10, Nos. 1, 2, and 5 are samples that are just heat-treated after the introduction of nickel element. No. 3 is a sample subjected to LC (laser light irradiation) after the heat treatment. No. 4 is a sample that was subjected to LC (irradiation with laser light) after heat treatment, and further subjected to heat treatment. As can be seen from FIG. 10, it can be seen that the spin density of the sample (No. 4) subjected to the heat treatment after the laser light irradiation is the smallest.
[0023]
Thus, applying heat treatment after laser light irradiation is extremely effective for reducing the defect density in the film. It is effective that the temperature of the heat treatment performed after the laser light irradiation is 500 ° C. or higher. The upper limit of the temperature is limited by the strain point of the glass substrate.
[0024]
Other inventions disclosed in this specification are:
A transfer chamber having means for transferring a substrate;
First and second heating chambers having means for heating the substrate;
And at least a laser processing chamber having means for irradiating laser light,
The first and second heating chambers and the laser processing chamber are connected via the transfer chamber,
The first heating chamber heats the substrate to a predetermined temperature,
The laser processing chamber irradiates a laser beam while heating the substrate heated in the first heating chamber,
The second heating chamber applies heat treatment to the substrate irradiated with laser light in the laser processing chamber.
[0025]
An example of an apparatus having the above configuration is shown in FIG. In FIG. 1, reference numeral 301 denotes a transfer chamber having means 314 (robot arm) for transferring a substrate 315. Reference numerals 305 and 302 denote heating chambers having means for heating the substrate. Reference numeral 304 denotes a laser processing chamber having means for irradiating laser light.
[0026]
Other aspects of the invention are:
Means for irradiating laser light;
Means for rotating the substrate 90 degrees;
A laser processing apparatus including at least
The laser light has a linear shape.
[0027]
An example of an apparatus having the above configuration is shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 1 has means for irradiating laser light in the laser processing chamber 304 (device 331 shown in FIG. 3 oscillates laser light), and means for rotating the substrate by 90 degrees in the chamber shown by 303. have. Further, the laser beam from the laser irradiation device 331 has a linear shape having a longitudinal direction from the front side to the side in FIG.
[0028]
The laser light irradiation is performed by moving the stage 353 on which the substrate shown in FIG. 3 is placed in the direction indicated by 354 so that the linear beam is scanned in a direction perpendicular to the longitudinal direction. Is called. In FIG. 3, the laser beam is relatively scanned by moving the substrate side, but the laser beam side may of course be moved.
[0029]
Here, the scanning direction of the linear laser beam is varied by 90 degrees, and the laser light irradiation is performed at least twice, so that the effect of the laser light irradiation is uniform over the entire irradiated surface. it can.
[0030]
Therefore, after the first laser light irradiation, the substrate is rotated 90 degrees in the chamber indicated by 303, and further, the second laser light irradiation is performed, thereby improving the uniformity of the effect of the laser light irradiation. Can do. Of course, this scanning may be repeated a plurality of times.
[0031]
Alternatively, the rotation of the substrate may be 30 degrees, and laser light irradiation may be performed in three steps. Of course, the number of times of laser light irradiation may be increased. The angle of the substrate can be arbitrarily set in consideration of the uniformity of laser light irradiation.
[0032]
【Example】
[Example 1]
In this embodiment, a laser processing apparatus used when carrying out the invention disclosed in this specification is shown. FIG. 1 shows a top view of the laser processing apparatus shown in this embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
[0033]
In FIG. 1 to FIG. 3, reference numeral 306 denotes a loading chamber (load chamber) for loading a substrate (sample). A silicon film to be irradiated with a laser beam or a thin film transistor in the middle of a manufacturing process is shown. The formed substrate (sample) is carried in from the outside in a state of being accommodated in the multi-sheet cassette 330. When a substrate is taken into and out of the substrate carry-in chamber 306 from outside, movement of each cassette that houses the substrate is performed.
[0034]
Reference numeral 301 denotes a transfer chamber for transferring substrates in the apparatus, and includes a robot arm 314 for transferring the substrates indicated by 315 one by one. The tip of the robot arm (the part on which the substrate is placed) can be moved in a 360-degree circumferential direction and a vertical direction. The robot arm 314 has a built-in heating means, and is devised to keep the substrate temperature (sample temperature) constant even while the substrate 315 is being transported.
[0035]
Reference numeral 300 denotes an alignment means for aligning the substrate, and has a function for accurately aligning the robot arm and the substrate. That is, it has a function of making the positional relationship between the robot arm and the substrate always constant.
[0036]
Reference numeral 305 denotes a heating chamber, which has a function of preheating the substrate before being irradiated with laser light. In the heating chamber 305, as shown in FIG. 2, a large number of substrates indicated by reference numeral 315 are accommodated. A large number of substrates 315 are heated to a predetermined temperature by a heating means (resistance heating means) 317. The substrates 315 are stored on a lift 316. When necessary, the lift 316 can be moved up and down, and necessary substrates can be taken in and out of the heating chamber 305 one by one by the robot arm 314 in the transfer chamber 301.
[0037]
A chamber indicated by 304 is a laser processing chamber for irradiating the substrate with laser light. In this chamber, the laser beam irradiated from the laser irradiation device 331 can be reflected by the mirror 332 and irradiated onto the substrate disposed on the stage 353 on which the substrate is placed through the synthetic quartz window 352. The stage 353 includes a means for heating the substrate and has a function of moving in a one-dimensional direction as indicated by an arrow 354.
[0038]
The laser irradiation device 331 has a function of oscillating, for example, a KrF excimer laser, and irradiates a substrate (sample) with a laser beam formed into a linear beam having a width of several millimeters to several centimeters and a length of several tens of centimeters. .
[0039]
This linear laser beam has a longitudinal direction in a direction perpendicular to the moving direction indicated by 354. That is, it has a longitudinal direction from the front side of the paper surface in FIG. Then, by moving the substrate in the direction indicated by the stages 353 and 354 while irradiating the linear laser beam, the entire substrate can be irradiated while scanning the laser beam.
[0040]
A chamber 303 has a function of rotating the substrate at an angle of 90 degrees. A rotatable stage is disposed in the chamber, and the substrate is transferred onto the stage by the robot arm 314. Then, the stage rotates 90 degrees, and then the substrate is taken out by the robot arm, so that the substrate is held by the robot arm in a state rotated 90 degrees.
[0041]
The role of the chamber indicated by 303 is to make the irradiation of laser light to the substrate uniform. As described above, the laser beam applied to the substrate (sample) is a linear laser beam, and the laser is applied to the entire surface of the substrate by performing irradiation while moving the substrate in one direction. It irradiates light. In this case, the laser beam is irradiated so as to be scanned from one side of the substrate toward the other side. Therefore, by rotating the substrate by 90 degrees and irradiating laser light in the same manner, the scanning direction of the laser light just intersects at right angles, and processing by laser light irradiation can be performed uniformly.
[0042]
A chamber indicated by 302 is a heating chamber having the same function as the chamber indicated by 305. The heating chamber denoted by reference numeral 305 is for heating the substrate (sample) in advance before the laser beam is irradiated in the laser processing chamber 304. On the other hand, a heating chamber indicated by 302 is a chamber for performing further heat treatment after the laser beam is irradiated in the laser processing chamber 304.
[0043]
A chamber 307 is a carry-out chamber (unload chamber) for carrying out the processed substrate out of the apparatus, and has a structure in which the substrate is stored in the cassette 330 like the carry-in chamber 306. . The substrate is taken out of the apparatus from the door 355 in a state where a large number of substrates are stored in the cassette.
[0044]
Each of the chambers 301, 302, 303, 304, 305, 306, and 307 described above has a sealed structure (a structure of a vacuum chamber that can withstand a reduced pressure state) and has an independent exhaust system. And all become the pressure-reduced state. Each chamber has a system for supplying necessary gas (for example, nitrogen gas). Further, each chamber has an exhaust system, and can be in a reduced pressure state or a high vacuum state as necessary. FIG. 2 shows an exhaust system indicated by 318 to 319, and FIG. 3 shows an exhaust system indicated by 356, 318, and 357. In these exhaust systems, vacuum exhaust pumps 321-323, 358, 359 are shown.
[0045]
Each chamber is provided with gate valves 310 to 313, 308, and 309, so that the airtightness of each chamber is independently increased.
[0046]
An example of the operation of the apparatus shown in FIGS. Here, an example is shown in which the amorphous silicon film formed on a Corning 7059 glass substrate (10 cm square) having a strain point of 593 ° C. is irradiated with laser light to be crystallized. Here, an example in which an amorphous silicon film is crystallized by laser light irradiation is shown. However, when laser light is further irradiated to a crystallized silicon film, or a silicon film into which impurity ions are implanted is applied. The following operation procedure can also be used when annealing is performed (annealing in forming the source / drain regions).
[0047]
In the operation described below, the atmosphere in each chamber shown in FIG. 1 is a normal pressure nitrogen atmosphere. Here, an example of a nitrogen atmosphere is shown, but it is most effective to make each chamber a reduced pressure atmosphere in order to minimize contamination.
[0048]
First, all gate valves and external doors are closed. Then, a required number of glass substrates (hereinafter referred to as substrates) on which an amorphous silicon film is formed are stored in a cassette (not shown), and are loaded into the loading chamber 306 for each cassette. After loading the cassette, close the door (not shown) in the loading chamber. Then, the gate valve 312 is opened, and one substrate stored in the cassette in the carry-in chamber 306 is taken out into the transfer chamber 301 by the robot arm 314. At this time, the positional relationship between the robot arm 314 and the substrate 315 is adjusted in the alignment 300.
[0049]
The substrate 315 taken out to the transfer chamber 301 is stored in the heating chamber 305. As shown in FIG. 3, the heating chamber 305 has a structure that can accommodate a large number of substrates 315. In order to store the substrate in the heating chamber 305, first, the gate valve 311 is opened, and the substrate 315 is stored in the heating chamber 305 by the robot arm 314. Then, the gate valve 311 is closed.
[0050]
In the heating chamber 305, the substrate is heated to a temperature of 550 ° C. It is important that this temperature is equal to or lower than the strain point of the substrate (glass substrate). This is because if the heat treatment is performed at a temperature higher than the strain point, shrinkage and deformation of the glass substrate cannot be ignored.
[0051]
After heating the substrate in the heating chamber 305 for a predetermined time, the substrate is transferred to the transfer chamber 301 by the robot arm 314. In order to keep the airtightness and cleanliness of each chamber, the gate valve is always opened and closed when the substrate is transferred by the robot arm.
[0052]
The substrate taken out from the heating chamber 305 is transferred to the laser processing chamber 304. The amorphous silicon film formed on the surface of the substrate is irradiated with laser light. At this time, the robot arm is provided with heating means, and the substrate is transferred from the heating chamber 305 to the laser processing chamber 304 while maintaining the temperature at 550 ° C. In the laser processing chamber 304, heating means is disposed in a stage 353 on which the substrate is placed, and the laser light is irradiated with the substrate kept at a temperature of 550 ° C.
[0053]
The laser light is irradiated by reflecting a linear laser beam irradiated from a laser irradiation device 331 (the laser irradiation device 331 is also provided with an optical system for forming a laser beam) to a mirror 332, This is performed through a quartz window 352 provided in the laser processing chamber 304.
[0054]
Here, the stage 353 is moved in the direction indicated by 354 so that the entire surface to be irradiated (amorphous silicon film formed on the glass substrate) is irradiated with laser light. That is, the laser beam is irradiated on the entire surface of the substrate disposed on the stage 353 by causing the linear beam having a longitudinal direction to scan in the direction indicated by 354 from the front side to the front side in FIG. It is set as the state irradiated by scanning.
[0055]
As the laser light, for example, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) can be used. Further, XeCl excimer laser, other excimer laser, and other means for irradiating coherent light can be used. Further, a means for irradiating intense light such as infrared rays instead of laser light may be used.
[0056]
After the irradiation of the laser beam is completed, the substrate is once taken out from the laser processing chamber 304 to the transfer chamber 301 by the robot arm 314. At this time, the gate valve 310 is first opened, and then the robot arm 314 takes out the substrate into the transfer chamber, and after the substrate is taken out into the transfer chamber, the gate valve 310 is closed.
[0057]
Then, the substrate taken out into the transfer chamber 301 is carried into the substrate rotation chamber 303. In the substrate rotation chamber 303, since the substrate is simply rotated, the gate valve 309 may be left open. In the substrate rotation chamber 303, an operation of rotating the substrate by 90 degrees is performed.
[0058]
After rotating the substrate 90 degrees in the substrate rotation chamber 303, the substrate is taken out again into the transfer chamber 301 by the robot arm 314. Then, the substrate is carried into the laser processing chamber 304 again. At this time, the substrate is placed on the stage 303 at an angle different by 90 degrees from that when the substrate is carried into the laser processing chamber 304 for the first time.
[0059]
Then, linear laser light is irradiated while moving the stage 353 again in the direction indicated by 354. This laser light irradiation is 90 degrees different from the first irradiation in the scanning direction, and as a result, uniform laser light can be irradiated. In this way, a uniformly crystallized crystalline silicon film formed on the glass substrate can be obtained.
[0060]
Then, the substrate is taken out again to the transfer chamber 301 by the robot arm 314 and then transferred to the heating chamber 302. In the heating 302, heat treatment is applied at a temperature of 550 degrees. This has the effect of reducing the defect density in the silicon film crystallized by laser light irradiation.
[0061]
The substrate after the heat treatment in the heating chamber 302 is transferred to the transfer chamber 301 by the robot arm 314. Then, it is stored in a cassette 330 in the carry-out chamber 307.
[0062]
The above operations are performed continuously. When the cassette 330 in the carry-out chamber 307 is full, the door 355 is opened and the cassette 330 is taken out of the apparatus. With the above operation, a series of laser irradiation steps is completed.
[0063]
[Example 2]
In this example, an example in which a thin film transistor is manufactured using the laser treatment method disclosed in this specification will be described. FIG. 4 shows a process until a crystalline silicon film is obtained. First, as shown in (A), a glass substrate 401 is prepared, and a silicon oxide film 402 is formed as a base film on the surface thereof to a thickness of 3000 mm using a sputtering method. Here, a Corning 7059 glass substrate is used as the glass substrate 401.
[0064]
Next, an amorphous silicon film (a-Si film) 403 is formed to a thickness of 500 mm by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Then, an extremely thin oxide film 404 is formed by irradiation with UV light in an oxidizing atmosphere. This oxide film 404 is for improving the wettability of the solution in the subsequent solution coating step. The thickness of the oxide film 404 may be about several tens of millimeters. (Fig. 4 (A))
[0065]
Next, nickel (Ni) which is a metal element for promoting crystallization of the amorphous silicon film 403 is introduced. Here, nickel element is introduced into the surface of the amorphous silicon film 403 using a nickel acetate solution. Specifically, first, a nickel acetate solution adjusted to have a predetermined nickel concentration is dropped to form a water film 405. Then, spin drying is performed using the spinner 400 to realize a state in which nickel element is in contact with the surface of the amorphous silicon film. The amount of nickel introduced is controlled by adjusting the concentration of nickel element in the nickel acetate solution. (Fig. 4 (A))
[0066]
Next, heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film 403 to obtain a crystalline silicon film 406. The heating temperature at this time may be about 450 ° C. to 750 ° C. if only the crystallization of the amorphous silicon film 403 is considered. However, when considering the problem of heat resistance of the glass substrate, it is necessary to carry out at a temperature of 600 ° C. or lower. Since a Corning 7059 glass substrate having a strain point of 593 ° C. is used here, heat treatment is performed for 4 hours at a temperature of 550 ° C., which is a temperature below this strain point. Thus, a crystalline silicon film 406 is obtained. (Fig. 4 (B))
[0067]
When the crystalline silicon film 406 is obtained by the heat treatment, laser light is irradiated using the laser processing apparatus shown in FIGS. 1 to 3 to further promote crystallization of the crystalline silicon film 406.
[0068]
That is, the crystallinity is promoted by irradiating the silicon film with laser light as shown in FIG. Further, as shown in (D), the heat treatment is again applied at a temperature of 550 ° C. for 2 hours to reduce defects in the crystalline silicon film 406. The detailed procedure of the laser beam irradiation process is the same as that shown in the first embodiment.
[0069]
Next, the oxide film 404 remaining on the surface of the crystalline silicon film is removed. Since the oxide film 404 contains nickel at a high concentration, it is important to remove it. Next, as shown in FIG. 5A, the crystalline silicon film 406 (shown in FIG. 4D) is patterned to form an active layer 601 of the thin film transistor. (Fig. 5 (A))
[0070]
Next, a silicon oxide film 602 functioning as a gate insulating film is formed to a thickness of 1000 mm by sputtering or plasma CVD. Next, an aluminum film containing 0.18 wt% scandium is formed to a thickness of 6000 mm by vapor deposition. The gate electrode 603 is formed by patterning. When the gate electrode 603 is formed, anodization is performed in the electrolytic solution using the gate electrode 603 as an anode to form an aluminum oxide layer 604. The thickness of this oxide layer is about 2500 mm. The thickness of the oxide layer 604 determines the length of the offset gate region formed in the subsequent impurity ion implantation step.
[0071]
Further, impurity ions (here, phosphorus ions) are implanted into the active layer by ion doping or plasma doping. At this time, impurity ions are implanted into the regions 605 and 609 using the gate electrode 603 and the surrounding oxide layer 604 as a mask. Thus, the source region 605 and the drain region 609 are formed in a self-aligned manner. Further, a channel formation region 607 and offset gate regions 606 and 608 are also formed in a self-aligned manner.
[0072]
Then, laser light irradiation is performed to recrystallize the source region 605 and the drain region 609 and activate the implanted impurities. This laser light irradiation step is performed using the apparatus shown in FIGS. 1 to 3 according to the operation procedure shown in the first embodiment. However, in this embodiment, since aluminum is used as the gate electrode, the heating temperature is set to 460 ° C. (Fig. 5 (B))
[0073]
After completion of annealing by laser light irradiation, a silicon oxide film 610 is formed as an interlayer insulating film to a thickness of 7000 mm by plasma CVD. Then, a source electrode 611 and a drain electrode 612 are formed using an appropriate metal (for example, aluminum) or other appropriate conductive material through a hole forming step. Finally, a heat treatment at 350 ° C. is performed for 1 hour in a hydrogen atmosphere to complete the thin film transistor shown in FIG.
[0074]
Example 3
In this embodiment, by selectively introducing a metal element that promotes crystallization of an amorphous silicon film into a part of the surface of the amorphous silicon film, crystal growth is performed in a direction parallel to the substrate, The silicon film grown in a direction parallel to the substrate is further improved in crystallinity by irradiation with laser light, and further subjected to heat treatment to reduce defects in the improved crystallinity region, and the crystal This is an example in which a thin film transistor is formed using a region having high property and low defect density.
[0075]
FIG. 6 shows a process until a crystalline silicon film is obtained. First, a silicon oxide film 602 is formed as a base film on a Corning 7059 glass substrate 601 by sputtering to a thickness of 3000 mm. Further, an amorphous silicon film 603 is formed to a thickness of 500 mm by plasma CVD or reduced pressure thermal CVD. Then, UV light is irradiated in an oxidizing atmosphere to form an extremely thin oxide film 604 on the surface of the amorphous silicon film 603. Then, a resist mask 801 is formed using a resist. The resist mask 801 is configured to expose the surface of the amorphous silicon film (where the oxide film 604 is formed) indicated by 802. The region indicated by 802 has a rectangle (slit shape) having a longitudinal direction in the depth direction of the drawing. (Fig. 6 (A))
[0076]
Next, a nickel acetate solution is applied to form a water film 605, and then spin dry is performed using a spinner 606. Thus, a state in which nickel is held in contact with a portion 802 of the surface of the amorphous silicon film partially exposed by the resist mask 801 is realized. (Fig. 6 (B))
[0077]
Next, the resist mask 801 is removed, and heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours. In this step, nickel diffuses from the region 802, and at the same time, crystal growth proceeds in a direction parallel to the substrate as indicated by an arrow 803. This crystallization is performed by the progress of the crystals in the form of needles, columns, or branches.
As a result of this crystallization, a crystalline silicon film can be obtained in which the crystal is grown one-dimensionally or two-dimensionally in a direction parallel to the substrate. Here, since the region indicated by 802 has a slit shape having a longitudinal direction in the depth direction of the drawing, crystal growth proceeds substantially one-dimensionally in the direction indicated by an arrow 803. This crystal growth can be performed at about 50 to 200 μm. (Fig. 6 (C))
[0078]
In crystal growth by heating, crystal growth proceeds in the form of needles, columns, or branches, but the TEM (transmission electron) indicates that amorphous components remain between the branches (gap). It has been found from the observation of photographs by a line microscope. Here, by performing annealing by laser light irradiation, the remaining amorphous component can be crystallized, and crystallinity can be further improved.
[0079]
This annealing by laser light irradiation is performed according to the process procedure shown in the first embodiment. Of course, after the laser beam irradiation, a heat treatment at 550 ° C. (2 hours) is performed. This heat treatment is effective in reducing defects in the film. Thus, a crystalline silicon film 607 with enhanced crystallinity is obtained. (Fig. 6 (D))
[0080]
Next, the oxide film 604 is removed. Then, patterning is performed to obtain an active layer 701 of the thin film transistor as shown in FIG. At this time, it is important that there is no crystal growth start point (region indicated by 802) and crystal growth end point in the active layer 701. This is because the concentration of the introduced metal element (in this case, nickel) is high at the start and end points of crystal growth, so that an active layer is formed while avoiding a region having a high metal concentration. In this way, instability of the device due to the influence of metal elements can be avoided. (Fig. 7 (A))
[0081]
Next, a silicon oxide film 702 functioning as a gate insulating film is formed to a thickness of 1000 mm by sputtering or plasma CVD. Next, an aluminum film containing 0.18 wt% scandium is formed to a thickness of 6000 mm by electron beam evaporation. A gate electrode 703 is formed by patterning. When the gate electrode 703 is formed, anodization is performed in the electrolytic solution using the gate electrode 703 as an anode to form an aluminum oxide layer 704. The thickness of this oxide layer is about 2500 mm. The thickness of the oxide layer 704 determines the length of the offset gate region formed in a subsequent impurity ion implantation step.
[0082]
Further, impurity ions (here, phosphorus ions) are implanted into the active layer by ion doping or plasma doping. At this time, impurity ions are implanted into the regions 705 and 709 using the gate electrode 703 and the surrounding oxide layer 704 as a mask. Thus, the source region 705 and the drain region 709 are formed in a self-aligning manner. Further, a channel formation region 707 and offset gate regions 706 and 708 are formed in a self-aligned manner. (Fig. 7 (B))
[0083]
Then, laser light irradiation is performed using the laser processing apparatus shown in FIGS. 1 to 3 to recrystallize the source region 705 and the drain region 709 and activate the implanted impurities.
[0084]
After completion of annealing by laser light irradiation, a silicon oxide film 710 is formed as an interlayer insulating film to a thickness of 7000 mm by plasma CVD. Then, a source electrode 711 and a drain electrode 712 are formed using an appropriate metal (for example, aluminum) or other appropriate conductive material through a perforating process. Finally, heat treatment at 350 ° C. is performed in a hydrogen atmosphere for 1 hour, whereby the thin film transistor illustrated in FIG. 7C is completed.
[0085]
In the thin film transistor shown in this embodiment, carriers move along the crystal growth direction of a crystal grown one-dimensionally in a needle shape, a column shape, or a branch shape. It can be obtained with little mobility and high mobility. Furthermore, there can be no deterioration or fluctuation of characteristics.
[0086]
Example 4
This embodiment shows a modification of the apparatus shown in FIG. FIG. 11 shows a schematic configuration of the present embodiment. In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG. 1 have the same functions as those described in the first embodiment. The apparatus shown in FIG. 11 first heats the substrate in a heating chamber indicated by 305, and then performs processing by laser light irradiation in a laser processing chamber 304, and further performs heat treatment in a heating chamber indicated by 351, thereby producing laser light. Defects in the silicon film irradiated with.
[0087]
Then, after the heating in the heating chamber 351 is completed, the substrate is gradually cooled in the chamber indicated by 350. The slow cooling speed is adjusted by adjusting the amount of nitrogen gas introduced into the slow cooling chamber 350. The substrate slowly cooled in the slow cooling chamber 350 is transferred to the carry-out chamber 307.
[0088]
In the laser beam irradiation shown in this embodiment, the amorphous silicon film is crystallized, the silicon film crystallized by heating is annealed (corresponding to the case of Example 2 and Example 3), and impurity ions are implanted. It can be used for annealing and activation of a silicon film.
[0089]
【The invention's effect】
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top view of a laser processing apparatus.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a laser processing apparatus.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a laser processing apparatus.
FIG. 4 is a view showing a process for forming a crystalline silicon film over a glass substrate.
FIGS. 5A and 5B illustrate a manufacturing process of a thin film transistor. FIGS.
FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating a process for forming a crystalline silicon film over a substrate. FIGS.
FIGS. 7A to 7C illustrate a manufacturing process of a thin film transistor. FIGS.
FIG. 8 is a diagram showing the intensity of a laser beam irradiated to an amorphous silicon film and the intensity (relative value) of a Raman spectrum shown by the silicon film irradiated with the laser light.
FIG. 9 is a diagram showing the intensity of laser light irradiated to an amorphous silicon film and the half-value width (relative value) of a Raman spectrum indicated by the silicon film irradiated with the laser light.
FIG. 10 is a graph showing a relationship between a manufacturing condition of a crystalline silicon film and a spin density in the obtained crystalline silicon film.
FIG. 11 is a top view of the laser processing apparatus.
[Explanation of symbols]
300 ・・・・・・・・・・・ Alignment
301 ..... Transport room
302 ... heating room
303, 305... Chamber for rotating the substrate
304 ・・・・・・・・・・・ Laser processing room
306 ・・・・・・・・・・・ Board loading room
307 ..... substrate carry-out chamber
308-313 ... Gate valve
314 ... Robot Arm
315 ・・・・・・・・・・・ Board
316 ... Lift
317 ... Heater
318 to 319 ... Exhaust system
321-322 ... Vacuum pump
356, 357 ... Exhaust system
358, 359 ... Vacuum pump
331 ... Laser irradiation device
332 ・・・・・・・・・・・ Mirror
352 ... Quartz window
355 ... Door
330 ..... cassette

Claims

An amorphous silicon film is formed on a glass substrate,
Holding a metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the surface of the amorphous silicon film;
The amorphous silicon film is subjected to a first heat treatment to form a first crystalline silicon film,
The first crystalline silicon film is heated at 550 ° C. ± 30 ° C. and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a second crystalline silicon film,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second crystalline silicon film is subjected to a second heat treatment to form a third crystalline silicon film.

An amorphous silicon film is formed on a glass substrate,
Holding a metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the surface of the amorphous silicon film;
The amorphous silicon film is subjected to a first heat treatment to form a first crystalline silicon film,
The first crystalline silicon film is heated at 550 ° C. ± 30 ° C. and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a second crystalline silicon film,
After rotating the glass substrate, the glass substrate is heated at 550 ° C. ± 30 ° C., and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a third crystalline silicon film,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third crystalline silicon film is subjected to a second heat treatment to form a fourth crystalline silicon film.

An amorphous silicon film is formed on a glass substrate,
Forming a silicon oxide film on the amorphous silicon film;
Forming a mask to expose a portion of the silicon oxide film;
Holding the metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the surface of the exposed silicon oxide film, removing the mask;
The amorphous silicon film is subjected to a first heat treatment to form a first crystalline silicon film,
The first crystalline silicon film is heated at 550 ° C. ± 30 ° C. and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a second crystalline silicon film,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second crystalline silicon film is subjected to a second heat treatment to form a third crystalline silicon film.

An amorphous silicon film is formed on a glass substrate,
Forming a silicon oxide film on the amorphous silicon film;
Forming a mask to expose a portion of the silicon oxide film;
Holding the metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the surface of the exposed silicon oxide film, removing the mask;
The amorphous silicon film is subjected to a first heat treatment to form a first crystalline silicon film,
The first crystalline silicon film is heated at 550 ° C. ± 30 ° C. and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a second crystalline silicon film,
After rotating the glass substrate, the glass substrate is heated at 550 ° C. ± 30 ° C., and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a third crystalline silicon film,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third crystalline silicon film is subjected to a second heat treatment to form a fourth crystalline silicon film.

A base film is formed on a glass substrate,
Forming an amorphous silicon film on the underlayer;
Holding a metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the surface of the amorphous silicon film;
The amorphous silicon film is subjected to a first heat treatment to form a first crystalline silicon film,
The first crystalline silicon film is heated at 550 ° C. ± 30 ° C. and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a second crystalline silicon film,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second crystalline silicon film is subjected to a second heat treatment to form a third crystalline silicon film.

A base film is formed on a glass substrate,
Forming an amorphous silicon film on the underlayer;
Holding a metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the surface of the amorphous silicon film;
The amorphous silicon film is subjected to a first heat treatment to form a first crystalline silicon film,
The first crystalline silicon film is heated at 550 ° C. ± 30 ° C. and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a second crystalline silicon film,
After rotating the glass substrate, the glass substrate is heated at 550 ° C. ± 30 ° C., and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a third crystalline silicon film,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third crystalline silicon film is subjected to a second heat treatment to form a fourth crystalline silicon film.

A base film is formed on a glass substrate,
The amorphous silicon film is formed on the underlayer,
Forming a silicon oxide film on the amorphous silicon film;
Forming a mask to expose a portion of the silicon oxide film;
Holding the metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the surface of the exposed silicon oxide film, removing the mask;
The amorphous silicon film is subjected to a first heat treatment to form a first crystalline silicon film,
The first crystalline silicon film is heated at 550 ° C. ± 30 ° C. and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a second crystalline silicon film,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second crystalline silicon film is subjected to a second heat treatment to form a third crystalline silicon film.

A base film is formed on a glass substrate,
The amorphous silicon film is formed on the underlayer,
Forming a silicon oxide film on the amorphous silicon film;
Forming a mask to expose a portion of the silicon oxide film;
Holding the metal element that promotes crystallization of silicon in contact with the surface of the exposed silicon oxide film, removing the mask;
The amorphous silicon film is subjected to a first heat treatment to form a first crystalline silicon film,
The first crystalline silicon film is heated at 550 ° C. ± 30 ° C. and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a second crystalline silicon film,
After rotating the glass substrate, the glass substrate is heated at 550 ° C. ± 30 ° C., and irradiated with scanning with a linear laser beam to form a third crystalline silicon film,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third crystalline silicon film is subjected to a second heat treatment to form a fourth crystalline silicon film.

8. The second heat treatment according to claim 1, wherein the second heat treatment reduces the defect density of the third crystalline silicon film to be lower than the defect density of the second crystalline silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device.

9. The second heat treatment according to claim 2, wherein the second heat treatment reduces the defect density of the fourth crystalline silicon film to be lower than the defect density of the third crystalline silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device.

8. The second heat treatment according to claim 1, wherein the second heat treatment reduces a spin density of the third crystalline silicon film to be lower than a spin density of the second crystalline silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device.

9. The second heat treatment according to claim 2, wherein the second heat treatment reduces a spin density of the fourth crystalline silicon film to be lower than a spin density of the third crystalline silicon film. A method for manufacturing a semiconductor device.

9. The metal element for promoting crystallization of silicon according to claim 1, wherein the metal element for promoting crystallization of silicon is selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein one or more kinds of elements are used.

9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the base film in contact with the amorphous silicon film is a silicon oxide film.