JP4131792B2 - Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing crystalline semiconductor film - Google Patents

Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing crystalline semiconductor film Download PDF

Info

Publication number
JP4131792B2
JP4131792B2 JP2001354901A JP2001354901A JP4131792B2 JP 4131792 B2 JP4131792 B2 JP 4131792B2 JP 2001354901 A JP2001354901 A JP 2001354901A JP 2001354901 A JP2001354901 A JP 2001354901A JP 4131792 B2 JP4131792 B2 JP 4131792B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
laser
semiconductor film
film
laser light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001354901A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003158087A5 (en
JP2003158087A (en
Inventor
秀和 宮入
明久 下村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2001354901A priority Critical patent/JP4131792B2/en
Publication of JP2003158087A publication Critical patent/JP2003158087A/en
Publication of JP2003158087A5 publication Critical patent/JP2003158087A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4131792B2 publication Critical patent/JP4131792B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光の照射方法およびそれを行うためのレーザ照射装置(レーザと該レーザから出力されるレーザ光を被照射体まで導くための光学系を含む装置)に関する。また、レーザ光の照射を工程に含んで作製された半導体装置の作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【0002】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜に対しレーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させて、結晶性半導体膜を得る技術が広く研究されている。なお、本明細書中において、結晶性半導体膜とは、結晶化領域が存在する半導体膜のことを言い、全面が結晶化している半導体膜も含む。
【0003】
ガラス基板は、合成石英ガラス基板と比較し、安価で、大面積基板を容易に作製できる利点を持っている。また、結晶化に好んでレーザが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザは基板の温度を余り上昇させずに、半導体膜に高いエネルギーを与えることができる。また、電熱炉を用いた熱処理に比べて格段にスループットが高い。
【0004】
レーザ光の照射により形成された結晶性半導体膜は、高い移動度を有するため、この結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、例えば、1枚のガラス基板上に、画素部用、または画素部用と駆動回路用のTFTを作製するアクティブマトリクス型の液晶表示装置等に利用されている。
【0005】
前記レーザ光として、エキシマレーザ等から発振されたレーザ光が用いられることが多い。エキシマレーザは出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であるという利点を有し、さらにエキシマレーザから発振されるレーザ光は半導体膜としてよく用いられる珪素膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。そして、レーザ光の照射には、レーザ光を照射面またはその近傍における形状が矩形状となるように光学系にて成形し、レーザ光を移動させて(あるいはレーザ光の照射位置を照射面に対し相対的に移動させて)、照射する方法が生産性が高く工業的に優れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
近年、最大出力が向上している固体レーザを始めとする波長の長い(400nm〜1μm程度)レーザ光を射出するレーザを用いた半導体膜のアニールが行われ始めている。しかしながら、波長の長いレーザ光は半導体膜に対する反射率や透過率が高く、レーザ光を有効に利用することができない。
【0007】
さらに、レーザ光が半導体膜(被照射体)に垂直に入射した場合には、前記半導体膜に入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光が発生する。戻り光はレーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす要因となる。戻り光を防ぐためには、光路の途中にアイソレーターを設置しなければならないが、アイソレーターは非常に高価な装置である。また、レーザ光が半導体膜に対して斜めから入射して反射する場合や、半導体膜を透過する場合には、反射光や透過光を吸収するためのダンパーを設置する必要がある。
【0008】
このように、レーザ光を吸収するための装置を設置すると、レーザ照射装置が大型化してしまう。単位面積辺りのコストが高いクリーンルームに設置するには、少しでも小さな装置が望ましく、装置の占有面積が小さい方が製造ラインの設計にも有利である。
【0009】
また、最大出力が向上しているとは言っても、現状ではまだ低く、生産性を考慮すると複数台のレーザが必要である。しかしながら、複数台のレーザを用いると、出力を同じにするためなど、個々のレーザのメンテナンスに非常に手間が掛かり、効率が悪い上、コストも増加する。
【0010】
そこで本発明は、波長の長いレーザ光を用いた場合でも、効率よく、レーザ光の照射を行うための方法およびそれを行うためのレーザ照射装置を提供することを課題とする。また、このようなレーザ照射方法により、半導体膜の結晶化や不純物元素の活性化を行って得られた半導体膜を用いて半導体装置を作製する方法を提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、レーザと、少なくとも2つ以上の照射面と、を有するレーザ照射装置であって、前記レーザから射出されるレーザ光は第1の照射面に設置される第1の被照射体を照射し、前記レーザ光の一部は前記第1の被照射体を透過して第2の照射面に設置される第2の被照射体を照射することを特徴としている。
【0012】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザであることを特徴としている。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のYAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ti:サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のKrFエキシマレーザ、Arレーザ、Krレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。
【0013】
また、上記構成において、前記レーザ光の波長は、350nm以上であることを特徴としている。そのため、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。例えば、YAGレーザは、基本波として、波長1064nmのレーザ光を出すことで知られている。このレーザ光の珪素膜に対する吸収係数は非常に低く、このままでは半導体膜の1つである非晶質珪素膜の結晶化を行うことは技術的に困難である。ところが、このレーザ光は非線形光学素子を用いることにより、より短波長に変換することができ、高調波として、第2高調波(532nm)、第3高調波(355nm)が望ましい。これらの高調波は非晶質珪素膜に対し吸収係数が高いので、非晶質珪素膜の結晶化に用いる事ができる。
【0014】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、少なくとも2つ以上の照射面にレーザ光を照射するレーザ照射方法であって、前記レーザ光を第1の照射面に設置される第1の被照射体に照射し、前記第1の被照射体を透過した前記レーザ光の一部を第2の照射面に設置される第2の被照射体に照射することを特徴としている。
【0015】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザであることを特徴としている。
【0016】
また、上記構成において、前記レーザ光の波長は、350nm以上であることを特徴としている。そのため、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【0017】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、半導体膜が形成されている少なくとも2つ以上の基板にレーザ光を照射する半導体装置の作製方法であって、前記レーザ光を第1の半導体膜に照射し、前記第1の半導体膜および該第1の半導体膜が形成されている基板を透過した前記レーザ光の一部を第2の半導体膜に照射することを特徴としている。
【0018】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザであることを特徴としている。
【0019】
また、上記構成において、前記レーザ光の波長は、350nm以上であることを特徴としている。そのため、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【0020】
また、上記構成において、前記基板は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板が挙げられる。また、可撓性基板とは、PET、PES、PEN、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜(AlON、AlN、AlOなど)、炭素膜(DLC(ダイヤモンドライクカーボン)など)、SiNなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。
【0021】
本発明は、レーザ光の透過光をも利用しているため、前記レーザ光を非常に効率良く用いることができる。また、レーザ光を吸収するための装置を必ずしも必要としないため、コンパクトな装置となる。そのため、単位面積辺りのコストが高いクリーンルームに設置するのに適しており、製造ラインの設計にも有利である。このように本発明は、コストの低減を実現できる。
【0022】
また、本発明は、基板上に形成されている半導体膜に対して、効率良く照射することを可能とし、このような半導体膜を用いて作製されたTFTの電気的特性を良好なものとすることを可能とする。そして、このようなTFTから作製された半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【0023】
【発明の実施の形態】
[実施形態1]
本発明の実施の形態について図1〜図6を用いて説明する。
【0024】
図1は本発明のレーザ照射装置の例である。レーザ101から発振されたレーザ光は波長が長いため、半導体膜および基板に対して高い透過率を有する。
【0025】
そして、第1のレンズ102により集光したレーザ光は第1の基板110を照射する。前記レーザ光は高い透過率を有するので、該レーザ光の一部は前記第1の基板110を透過する。そして、前記第1の基板110を透過したレーザ光は、第2のレンズ103および第3のレンズ104により集光し、第2の基板111を照射する。
【0026】
また、第1の基板110および第2の基板111はそれぞれ冶具105a、105bによって吊るされており、レーザ光の進行方向に対して垂直に設置されている。そして、それぞれの冶具105a、105bは冶具105cによって連結されている。そのため、冶具105cを106、107、108で示す方向に移動させることで、第1の基板110および第2の基板111の全面または所望の領域にレーザ光を同時に照射することが可能となる。また、109で示す方向に移動させることで、第1の基板110および第2の基板111において所望の大きさのビームサイズとすることが可能となる。
【0027】
なお、本実施形態では、第1の基板110、第2の基板111上またはその近傍において集光するための第1のレンズ102、第2のレンズ103、第3のレンズ104を利用している。しかしながら、レーザ光は指向性の非常に高い光であるので、必ずしも必要としない。また、第1のレンズ102、第2のレンズ103、第3のレンズ104は同じ焦点距離でなくてもよいし、用いるレンズの数に限定はない。
【0028】
また、本実施形態において、基板の数を2としているが、複数であるならこれに限らない。また、最も有効にレーザ光を利用するために照射面をレーザ光の進行方向に対して垂直に設置しているが、図21で示すようにレーザ光に対して斜めに設置されていてもよい。また、図22で示すように、1枚目の基板はレーザ光を斜めから入射させ、プリズム155を用いて2枚目の基板には垂直に入射させるなど、それぞれの照射面に対する入射角度が異なっていてもよい。
【0029】
ここで、本発明において用いる波長について説明する。図2〜図5に、波長に対する反射率および透過率を示す。図2は1737ガラス基板上に形成された非晶質珪素膜(膜厚55nm)における波長に対する反射率および透過率であり、図3は1737ガラス基板上に形成された結晶性珪素膜(膜厚55nm)における波長に対する反射率および透過率であり、図4は1737ガラス基板における波長に対する反射率および透過率であり、図5は合成石英ガラス基板における波長に対する反射率および透過率である。
【0030】
レーザアニールにおいて一般的に用いられているXeClエキシマレーザ(波長308nm)では、非晶質珪素膜に対する反射率は54%、透過率は0%になっている。また、結晶性珪素膜に対する反射率は52%、透過率は0%になっている。一方、YAGレーザの第2高調波(波長532nm)では、非晶質珪素膜に対する反射率は26%、透過率は38%になっている。また、結晶性珪素膜に対する反射率は30%、透過率は45%になっている。
【0031】
図2および図3は1737ガラス基板を用いているが、図4より1737ガラス基板の透過率は、200〜380nmでは波長に比例して増加し、380nmより長い波長では90%以上の透過率となっている。波長308nmにおける1737ガラス基板の透過率は波長380nm以上の場合よりも低いが、波長308nmにおける非晶質珪素膜および結晶性珪素膜に対する透過率は0%になっているため、前記1737ガラス基板の影響はほとんどないと考えて良い。また、波長532nmでは1737ガラス基板における透過率が90%以上であるため、1737ガラス基板の影響はほとんどないと考えて良い。
【0032】
さらに、合成石英ガラス基板上に半導体膜を形成した場合について考察する。図5より、合成石英ガラス基板の透過率は、波長200〜800nmに対して常に90%以上になっている。そのため、合成石英ガラス基板の影響は1737ガラス基板よりも考慮しなくてよくなる。
【0033】
以上のことから、YAGレーザの第2高調波は、XeClエキシマレーザに比べて、非晶質半導体膜および結晶性半導体膜(いずれも膜厚55nm)に対する反射率が低く、透過率が高いことがわかる。つまり、非晶質珪素膜または結晶性半導体膜にレーザアニールを行うとき、XeClエキシマレーザではこれらの半導体膜を透過しないが、YAGレーザの第2高調波を用いれば透過することがわかる。また、YAGレーザの第2高調波は1737ガラス基板および合成石英ガラス基板に対しても高い透過率を示す。
【0034】
そこで、図2〜図5より、本発明で用いる波長は350nm以上(好ましくは400nm以上)とするのが好ましい。
【0035】
次に、このような照射方法を用いて、半導体膜の結晶化を行う場合について説明する。半導体膜の結晶化において、総照射エネルギー密度が等しければ、結晶粒径を等しくすることができる。そのため、基板のレーザ光に対する移動速度、基板におけるビームサイズをそれぞれ変えることで、複数の基板において等しい結晶粒径を形成することができる。また、基板上に形成する半導体膜の膜厚や種類を変えたり、基板の大きさや種類を変えてもよい。さらに、総照射エネルギー密度を異ならせて、故意に異なる大きさの結晶粒を形成することも可能である。
【0036】
このように本発明は、基板を透過したレーザ光を有効に使うことで、スループットを向上させることを可能とする。また、少ない台数のレーザでの処理が可能となるため、レーザのメンテナンスの手間を大幅に削減することを可能とする。そして、本発明を用いて半導体膜のアニールを行って得られた半導体膜を用いて作製されたTFTの電気的特性は良好なものとなり、半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【0037】
[実施形態2]
本実施形態では、複数の基板におけるピークパワー密度の違いを利用して半導体膜をアニールする例について図1を用いて説明する。
【0038】
非晶質半導体膜の結晶化には、該非晶質半導体膜に第1のピークパワー密度でレーザアニールを行って第1の結晶性半導体膜を形成した後、前記第1のエネルギー密度と異なる雰囲気(O2を含まない雰囲気)で第2のピークパワー密度でレーザアニールを行って第2の結晶性半導体膜を形成する方法がある。この方法を用いると、前記第1の結晶性半導体膜の表面に形成されているリッジを低減することができる。また、第2のエネルギー密度は第1のエネルギー密度より高いことが好ましい。
【0039】
レーザアニールによって半導体膜の表面に形成されるリッジには、ダングリングボンドや格子の歪みなどに起因するポテンシャル障壁やトラップ順位が形成されるため、活性領域とゲート絶縁膜との界面準位を高くしてしまう。また、リッジの頂上部は急峻であるために電界が集中しやすく、このためリーク電流の発生源となり、最終的には絶縁破壊を生じ、ショートしてしまう。加えて、結晶性半導体膜表面のリッジは、ゲート絶縁膜の被膜性を損なうものであり、絶縁不良等の信頼性を低下させる。また、TFTの電界効果移動度を決める要素のひとつとして、表面散乱効果があげられる。TFTの活性層とゲート絶縁膜界面の平坦性が電界効果移動度に大きな影響を与え、界面が平坦であるほど散乱の影響を受けず高い電界効果移動度が得られる。そのため、結晶性半導体膜の表面のリッジが低減されれば、TFTの電気的特性全てを良好にし、歩留まりを向上することが可能となる。
【0040】
そこで、第1の基板110として第1の結晶性半導体膜が形成されている基板を設置し、第2の基板111として非晶質半導体膜が形成されている基板を設置し、異なる雰囲気(不活性気体中、真空中、窒素雰囲気中など)にて、これらの基板に対して同時にレーザアニールを行えば、効率良く処理することができ、第1の結晶性半導体膜において形成されているリッジは第2の結晶性半導体膜において低減される。そして、第2の結晶性半導体膜を用いて、TFTを作製すれば、その電気的特性は良好なものとなり、歩留まりを向上することが可能となる。
【0041】
また、本実施形態では、基板を2枚用いた例を示しているが、複数であるならこれに限らない。
【0042】
[実施形態3]
本実施形態では、複数の基板におけるピークパワー密度の違いを利用し、異なる工程における半導体膜をアニールする例について図1を用いて説明する。
【0043】
非晶質半導体膜の結晶化と、半導体膜に不純物元素を導入した後に行われる前記不純物元素の活性化および前記半導体膜の結晶性の回復のためのアニールには、異なるピークパワー密度が必要とされる。非晶質半導体膜の結晶化におけるピークパワー密度の方が高いのが一般的である。
【0044】
そこで、第1の基板110として非晶質半導体膜が形成されている基板を設置し、第2の基板111として不純物元素が導入された半導体膜が形成されている基板を設置して、これらの基板に対して同時にレーザアニールを行えば、レーザ光を有効に利用することができるため、効率良く処理することができる。このように、異なる工程に対する処理を1台のレーザで行うことができるため、コストダウンを図ることができ、レーザのメンテナンスの手間を大幅に削減することを可能とする。また、フットプリントを小さくする事ができる。本発明は、このような利点を有するため、量産機として用いる場合に特に有効である。そして、このような半導体膜を用いて、TFTを作製すれば、その電気的特性は良好なものとなり、歩留まりを向上することが可能となる。
【0045】
また、本実施形態では、基板を2枚用いる例を示しているが、複数であるならこれに限らない。
【0046】
[実施形態4]
本実施形態では、図1および図2を用いて、複数の耐熱性の異なる基板をアニールする例について説明する。また、本実施形態において、第1の基板および第2の基板上に半導体膜として膜厚55nmの非晶質珪素膜が形成されているものとして、図2を用いて説明するが、本発明は、これに限るものではない。
【0047】
基板により耐熱温度はさまざまである。例えば、合成石英ガラス基板の歪み点は1000℃前後であり、ガラス基板の歪み点は600℃前後であり、プラスチック基板の歪み点は200℃前後である。
【0048】
レーザアニールは基板の温度を余り上昇させずに、半導体膜に高いエネルギーを与えることができる方法ではあるが、基板を透過するレーザ光を用いる場合、ある程度の耐熱性を有する基板を用いるのが望ましい。そこで、第1の基板に最も耐熱性の高い基板を設置し、徐々に耐熱性の低い基板を設置してアニールを行う。本実施形態では、第1の基板として石英基板を、第2の基板としてガラス基板やプラスチック基板を用いて、レーザアニールを行なう。
【0049】
このように、本発明はレーザ光を有効に利用することができる上、複数の耐熱性の異なる種類の基板を効率良く処理することを可能とする。また、異なる製品を同時に作製する事ができるため、量産機として用いる場合に特に有効である。また、異なる製品に対して各々に装置を用意する必要がないので、コストダウンを図ることが可能となり、レーザのメンテナンスの手間を大幅に削減することを可能とする。また、フットプリントを小さくする事を可能とする。
【0050】
なお、本実施形態は、実施形態1乃至3と自由に組み合わせることが可能である。
【0051】
[実施形態5]
本実施形態では、図2および図6を用いて、複数の基板を異なる速度で移動させるときの条件について説明する。なお、図6は図1において基板を吊るす冶具105a、105bを連結する冶具105cのないものであり、その他においては図1と同じであるため、説明は省略する。
【0052】
また、本実施形態において、第1の基板および第2の基板上に半導体膜として膜厚55nmの非晶質珪素膜が形成されているものとして、図2を用いて説明するが、本発明はこれに限るものではない。
【0053】
第1の基板に到達するレーザ光のピークパワー密度を1とした場合、図2より透過率は38%である。そのため、第2の基板に到達するレーザ光は0.38となる。ここで、レンズの透過率は無視している。このように、第1の基板でのピークパワー密度と第2の基板でのピークパワー密度とが異なっているが、それぞれの基板のレーザ光に対する相対的な移動速度を変えることで、第2の基板でのピークパワー密度を補うこととする。
【0054】
第1の基板におけるレーザ光に対する相対的な移動速度を1、ピークパワー密度を1、ビーム幅(レーザ光の相対的な移動方向と平行である照射面におけるレーザ光の長さ)をwとすると、第1の基板における総照射エネルギー密度は、
総照射エネルギー密度
=(ビーム幅1/移動速度1)×ピークパワー密度1
=(w/1)×1
=w (1)
となる。なお、本明細書中において、
総照射エネルギー密度=照射時間×ピークパワー密度
照射時間=ビーム幅/移動速度
と定義する。
【0055】
第2の基板におけるピークパワー密度は0.38となるから、
総照射エネルギー密度
=(ビーム幅2/移動速度2)×ピークパワー密度2
=(w/移動速度2)×0.38
=0.38w/移動速度2 (2)
となる。ここで、照射面におけるレーザ光の形状は第1の基板と第2の基板において同じとする。
【0056】
(1)式と(2)式が等しいとき、総照射エネルギー密度が同じになる。そこで、(1)、(2)式より、
(1)式=(2)式
∴s=0.38s/移動速度2
∴移動速度2=0.38
∴移動速度1:移動速度2=1:0.38 (3)
が得られる。
【0057】
以上より、第1の基板における移動速度と第2の基板における移動速度とを(3)で示す関係とすれば、総照射エネルギー密度が等しくなる。
【0058】
このように本発明は、レーザ光を有効に利用することができる。そのため量産機として用いる場合に特に有効である。
【0059】
なお、本実施形態では、半導体膜として非晶質珪素膜を例に挙げたが、これに限らず、第1の基板に到達するレーザ光と、第2の基板に到達するレーザ光つまり前記第1の基板の透過率との関係を、それぞれの基板の移動速度に適用すれば、珪素ゲルマニウムや珪素シリコンカーバイトを始めとするさまざまな半導体膜に適用できる。
【0060】
また、本実施形態では、基板を2枚用いた例を示しているが、複数であるならこれに限らない。
【0061】
なお、本実施形態は、実施形態1乃至4と自由に組み合わせることが可能である。
【0062】
[実施形態6]
本実施形態では、複数の基板において粒径の揃った結晶粒を有する半導体膜を形成する方法について。図2および図7を用いて説明する。
【0063】
具体的には、複数の基板のレーザ光に対する相対的な移動速度と、複数の基板上に形成されるレーザ光のビーム長(照射面においてビーム幅と直角をなすレーザ光の長さ)は変えずに、ビーム幅のみを変えて、それぞれの基板におけるピークパワー密度を同じにしてレーザアニールを行う。なお、図7(A)は図6と同じ構成のものであり、第3のレンズと第2の基板との距離を変えたこと以外においては図6と同じであるため、説明は省略する。
【0064】
また、本実施形態において、第1の基板および第2の基板上に半導体膜として膜厚55nmの非晶質珪素膜が形成されているものとして、図2を用いて説明するが、本発明はこれに限るものではない。
【0065】
第1の基板に到達するレーザ光のピークパワー密度を1とした場合、図2より透過率は38%である。そのため、第2の基板に到達するレーザ光は0.38となる。ここで、レンズの透過率は無視している。このように、第1の基板でのピークパワー密度と第2の基板でのピークパワー密度とが異なっているが、それぞれの基板におけるビーム幅を変えることで、第2の基板でのピークパワー密度を補うこととする。
【0066】
第1の基板におけるレーザ光に対する相対的な移動速度を1、ピークパワー密度を1、ビーム幅122をw1とすると、第1の基板における総照射エネルギー密度は、
総照射エネルギー密度
=(ビーム幅/移動速度)×ピークパワー密度1
=(w1/1)×ピークパワー密度1
=w1×ピークパワー密度1 (4)
となる。
【0067】
第2の基板におけるピークパワー密度は0.38となり、第2の基板におけるレーザ光に対する相対的な移動速度を1、ビーム幅123をw2とすると、
総照射エネルギー密度
=(ビーム幅/移動速度)×ピークパワー密度2
=(w2/1)×ピークパワー密度2
=w2×ピークパワー密度2 (5)
となる。
【0068】
(4)式と(5)式が等しいとき、総照射エネルギー密度が同じになるので、第1の基板および第2の基板において結晶粒径を揃えることができる。そこで、(4)、(5)式より、
(4)式=(5)式
∴w1×ピークパワー密度1=w2×ピークパワー密度2
∴w1:w2=ピークパワー密度2:ピークパワー密度1 (6)
が求められる。
【0069】
以上より、第1の基板におけるビーム幅と第2の基板におけるビーム幅との関係をピークパワー密度2:ピークパワー密度1とすれば、総照射エネルギー密度が等しくなり、結晶粒径を揃えることを可能とする。(図7(B)、(C))
【0070】
このように本発明は、レーザ光を有効に利用することができる。そのため量産機として用いる場合に特に有効である。
【0071】
なお、本実施形態では、半導体膜として非晶質珪素膜を例に挙げたが、これに限らず、第1の基板に到達するレーザ光と、第2の基板に到達するレーザ光つまり前記第1の基板の透過率との関係を、それぞれの基板におけるビーム幅に適用すれば、珪素ゲルマニウムや珪素シリコンカーバイトを始めとするさまざまな半導体膜に適用できる。
【0072】
また、本実施形態では、基板を2枚用いた例を示しているが、複数であるならこれに限らないし、ビーム長を固定してビーム幅を変える例を示したが、ビーム幅を固定してビーム長を変えることもできる。
【0073】
なお、本実施形態は、実施形態1乃至5と自由に組み合わせることが可能である。
【0074】
[実施形態7]
本実施形態では、図2および図8を用いて、複数の異なる大きさの基板を用いてレーザアニールを行う例について説明する。なお、図8(A)は図7において冶具105aの位置を変えたこと以外は図7と同じであるため、説明は省略する。
【0075】
実施形態5で求めたように、第1の基板130と第2の基板131において、ピークパワー密度を同じにするためには、ビーム幅を、
w1:w2=ピークパワー密度2:ピークパワー密度1 (6)
にする必要がある。
【0076】
同じ速度でレーザ光(または基板)を移動させるとき、ビーム幅が異なれば、単位時間当たりにアニールできる面積が小さくなる。そのため、基板の全面をアニールする場合、第1の基板と第2の基板とでは処理時間が異なる。そこで、本実施形態では、第1の基板と第2の基板との大きさを変えて、1枚当たりの処理時間を同じにする例について説明する。
【0077】
第1の基板におけるビームサイズ132と第2の基板におけるビーム幅は(6)式で示した通りであるから、レーザ光の相対的な移動方向と平行な第1の基板の一辺d1と第2の基板の一辺d2の比を、
d1:d2=w1:w2
=ピークパワー密度2:ピークパワー密度1 (7)
とすればよい。
【0078】
以上より、第1の基板と第2の基板との大きさの関係を1:0.38とすれば、レーザアニールに要する時間が等しくなることを可能とする。(図7(B)、(C))
【0079】
また、本実施形態においても、第1の基板と第2の基板における総照射エネルギー密度は等しいため、結晶粒径を揃えることを可能とする。
【0080】
このように本発明は、レーザ光を有効に利用することができる。また、異なる大きさの基板を同時にアニールすることができるため、複数の製品を作製するための量産機として用いる場合に特に有効である。また、複数の製品を作成するためには各々に装置を必要とするが、本発明を適用すれば、装置の台数を少なくすることができ、コストダウンを図ることを可能とする。また、フットプリントを小さくすることを可能とする。
【0081】
なお、本実施形態では、半導体膜として非晶質珪素膜を例に挙げたが、これに限らず、第1の基板に到達するレーザ光と、第2の基板に到達するレーザ光つまり前記第1の基板の透過率との関係を、それぞれの基板の大きさに適用すれば、珪素ゲルマニウムや珪素シリコンカーバイトを始めとするさまざまな半導体膜に適用できる。
【0082】
また、本実施形態では、基板を2枚用いた例を示しているが、複数であるならこれに限らない。
【0083】
なお、本実施形態は、実施形態1乃至6と自由に組み合わせることが可能である。
【0084】
[実施形態8]
本実施形態では、本発明のレーザ照射装置を用いて半導体膜の結晶化におけるレーザアニールの最適条件の例について図9〜図11を用いて説明する。
【0085】
まず、基板20として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものなどを用いることができる。また、本実施形態の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。本実施形態では、ガラス基板を用いた。
【0086】
次いで、基板20上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜21を形成する。本実施形態では下地膜21として単層構造を用いるが、前記絶縁膜を2層以上積層させた構造を用いても良い。本実施形態では、プラズマCVD法により酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)400nmを形成した。
【0087】
次いで、下地膜21上に半導体膜22を形成する。半導体膜22は公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により25〜200nm(好ましくは30〜100nm)の厚さで半導体膜を成膜し、公知の結晶化法(レーザ結晶化法、RTAやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等)により結晶化させる。なお、前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶性半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。本実施形態では、プラズマCVD法を用い、55nmの非晶質珪素膜を成膜した。
【0088】
そして、前記半導体膜の結晶化工程は2条件について行った。まず第1条件で作製される試料1は、この非晶質珪素膜に脱水素化(500℃、3時間)を行った後、レーザアニール法を行って結晶性珪素膜を形成するものである。(図9(B))
【0089】
一方、第2条件で作製される試料2は、特開平7−183540号公報に記載された方法を利用して金属含有層31を形成して、熱処理を行ったのち、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行うものである。本実施形態では、半導体膜上にスピンコート法にて酢酸ニッケル水溶液(重量換算濃度5ppm、体積10ml)を塗布し、500℃の窒素雰囲気で1時間、550℃の窒素雰囲気で12時間の熱処理を行う。続いて、レーザアニール法により、半導体膜の結晶性の向上を行う。(図10)
【0090】
レーザアニール法で結晶性半導体膜を作製する場合には、パルス発振型または連続発振型のKrFエキシマレーザやYAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、Ti:サファイアレーザ等を用いることができる。これらのレーザを用いる場合には、レーザ発振器から放射されたレーザビームを光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数300Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜700mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とする。また、YAGレーザを用いる場合にはその第2高調波を用いパルス発振周波数1〜300Hzとし、レーザーエネルギー密度を300〜1000mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレーザ光を基板全面に渡って照射し、この時の線状ビームの重ね合わせ率(オーバーラップ率)を50〜98%として行ってもよい。
【0091】
本実施形態では、連続発振のYLFレーザの第2高調波を用い、レーザ光に対する基板の相対的な移動速度を変化させ、照射面におけるレーザ光の形状を650μm×100μmの楕円状として、半導体膜の結晶化における最適なピークパワーを求めた。その結果を図11に示す。図11から、複数の基板におけるピークパワーをビームプロファイラー等により測定すれば、それぞれの基板の最適な移動速度を求めることができる。また、ピークパワーをビーム幅で割れば、ピークパワー密度が得られるので、ビーム幅を変化させる場合でも図11を利用すれば最適な移動速度を得ることができる。
【0092】
なお、本実施形態は、実施形態1乃至7と自由に組み合わせることが可能である。
【0093】
[実施形態9]
本実施形態ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図12〜図15を用いて説明する。本明細書ではCMOS回路、及び駆動回路と、画素TFT、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【0094】
まず、本実施形態ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板400を用いる。なお、基板400としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施形態の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよいし、可撓性基板を用いても良い。なお、本発明はエネルギー分布が同一である線状ビームを容易に形成できるので、複数の線状ビームにより大面積基板を効率良くアニールすることが可能である。
【0095】
次いで、基板400上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜401を公知の手段により形成する。本実施形態では下地膜401として2層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造を用いても良い。
【0096】
次いで、下地膜上に半導体膜を形成する。半導体膜は公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により25〜200nm(好ましくは30〜150nm)の厚さで半導体膜を成膜し、レーザ結晶化法により結晶化させる。レーザ結晶化法は、実施形態1乃至8のいずれか一、またはこれらの実施形態を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のYAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ti:サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のKrFエキシマレーザ、Arレーザ、Krレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。もちろん、レーザ結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法(RTAやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等)と組み合わせて行ってもよい。前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶性半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。
【0097】
本実施形態では、プラズマCVD法を用い、50nmの非晶質珪素膜を成膜し、この非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法およびレーザ結晶化法を行う。金属元素としてニッケルを用い、溶液塗布法により非晶質珪素膜上に導入した後、550℃で5時間の熱処理を行って第1の結晶性珪素膜を得る。そして、出力10Wの連続発振のYVO4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により第2高調波に変換したのち、実施形態1にしたがって2回のレーザアニールを行い、第2の結晶性珪素膜を得る。前記第1の結晶性珪素膜にレーザ光を照射して第2の結晶性珪素膜とすることで、結晶性が向上する。さらに、2回のレーザアニールを行うことで、半導体膜の表面に形成されるリッジが低減される。このときのエネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、0.5〜2000cm/s程度の速度でレーザ光に対して相対的にステージを動かして照射し、結晶性珪素膜を形成する。また、パルス発振のエキシマレーザを用いる場合には、周波数300Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜1000mJ/cm2(代表的には200〜800mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、レーザ光を50〜98%オーバーラップさせても良い。
【0098】
もちろん、第1の結晶性珪素膜を用いてTFTを作製することもできるが、第2の結晶性珪素膜は結晶性が向上しているため、TFTの電気的特性が向上するので望ましい。例えば、第1の結晶性珪素膜を用いてTFTを作製すると、移動度は300cm2/Vs程度であるが、第2の結晶性珪素膜を用いてTFTを作製すると、移動度は500〜600cm2/Vs程度と著しく向上する。
【0099】
このようにして得られた結晶性半導体膜をフォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理により、半導体層402〜406を形成する。
【0100】
また、半導体層402〜406を形成した後、TFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行ってもよい。
【0101】
次いで、半導体層402〜406を覆うゲート絶縁膜407を形成する。ゲート絶縁膜407はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施形態では、プラズマCVD法により110nmの厚さで酸化窒化珪素膜を形成する。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0102】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後400〜500℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【0103】
次いで、ゲート絶縁膜407上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜408と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜409とを積層形成する。本実施形態では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜408と、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜409を積層形成する。TaN膜はスパッタ法で形成し、Taのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、W膜は、Wのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。
【0104】
なお、本実施形態では、第1の導電膜408をTaN、第2の導電膜409をWとしているが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、AgPdCu合金を用いてもよい。
【0105】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク410〜415を形成し、電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。第1のエッチング処理では第1及び第2のエッチング条件で行う。(図12(B))本実施形態では第1のエッチング条件として、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25:25:10(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第1のエッチング条件によりW膜をエッチングして第1の導電層の端部をテーパー形状とする。
【0106】
この後、レジストからなるマスク410〜415を除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30:30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約30秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【0107】
上記第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は15〜45°となる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層417〜422(第1の導電層417a〜422aと第2の導電層417b〜422b)を形成する。416はゲート絶縁膜であり、第1の形状の導電層417〜422で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0108】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第2のエッチング処理を行う。(図12(C))ここでは、エッチングガスにCF4とCl2とO2とを用い、W膜を選択的にエッチングする。この時、第2のエッチング処理により第2の導電層428b〜433bを形成する。一方、第1の導電層417a〜422aは、ほとんどエッチングされず、第2の形状の導電層428〜433を形成する。
【0109】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第1のドーピング処理を行い、半導体層にn型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014/cm2とし、加速電圧を40〜80keVとして行う。本実施形態ではドーズ量を1.5×1013/cm2とし、加速電圧を60keVとして行う。n型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場合、導電層428〜433がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域423〜427が形成される。不純物領域423〜427には1×1018〜1×1020/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。
【0110】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク434a〜434cを形成して第1のドーピング処理よりも高い加速電圧で第2のドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜1×1015/cm2とし、加速電圧を60〜120keVとして行う。ドーピング処理は第2の導電層428b〜432bを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第2のドーピング処理より加速電圧を下げて第3のドーピング処理を行って図13(A)の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1015〜1×1017/cm2とし、加速電圧を50〜100keVとして行う。第2のドーピング処理および第3のドーピング処理により、第1の導電層と重なる低濃度不純物領域436、442、448には1×1018〜5×1019/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域435、438、441、444、447には1×1019〜5×1021/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加される。
【0111】
もちろん、適当な加速電圧にすることで、第2のドーピング処理および第3のドーピング処理は1回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を形成することも可能である。
【0112】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク450a〜450cを形成して第4のドーピング処理を行う。この第4のドーピング処理により、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域453〜456、459、460を形成する。第2の導電層428a〜432aを不純物元素に対するマスクとして用い、p型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施形態では、不純物領域453〜456、459、460はジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で形成する。(図13(B))この第4のドーピング処理の際には、nチャネル型TFTを形成する半導体層はレジストからなるマスク450a〜450cで覆われている。第1乃至3のドーピング処理によって、不純物領域438、439にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもp型を付与する不純物元素の濃度を1×1019〜5×1021atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【0113】
以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域が形成される。
【0114】
次いで、レジストからなるマスク450a〜450cを除去して第1の層間絶縁膜461を形成する。この第1の層間絶縁膜461としては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを100〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施形態では、プラズマCVD法により膜厚150nmの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第1の層間絶縁膜461は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0115】
次いで、レーザ光を照射して、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。レーザ活性化は、実施形態1乃至8にしたがって、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のYAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ti:サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のKrFエキシマレーザ、Arレーザ、Krレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。このとき、連続発振のレーザを用いるのであれば、レーザ光のエネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.01〜10MW/cm2)が必要であり、レーザ光に対して相対的に基板を0.5〜2000cm/sの速度で移動させる。また、パルス発振のレーザを用いるのであれば、周波数300Hzとし、レーザーエネルギー密度を50〜1000mJ/cm2(代表的には50〜500mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、レーザ光を50〜98%オーバーラップさせても良い。なお、レーザアニール法の他に、熱アニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)などを適用することができる。
【0116】
また、第1の層間絶縁膜を形成する前に活性化を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施形態のように配線等を保護するため層間絶縁膜(珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【0117】
そして、熱処理(300〜550℃で1〜12時間の熱処理)を行うと水素化を行うことができる。この工程は第1の層間絶縁膜461に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。第1の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)や、3〜100%の水素を含む雰囲気中で300〜450℃で1〜12時間の熱処理を行っても良い。
【0118】
次いで、第1の層間絶縁膜461上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜462を形成する。本実施形態では、膜厚1.6μmのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が10〜1000cp、好ましくは40〜200cpのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いる。
【0119】
本実施形態では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第2の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、TFTの形成と同じフォトマスクで行うことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びTFT部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【0120】
また、第2の層間絶縁膜462として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【0121】
そして、駆動回路506において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線464〜468を形成する。なお、これらの配線は、膜厚50nmのTi膜と、膜厚500nmの合金膜(AlとTiとの合金膜)との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、AlとTiに限らない。例えば、TaN膜上にAlやCuを形成し、さらにTi膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。(図14)
【0122】
また、画素部507においては、画素電極470、ゲート配線469、接続電極468を形成する。この接続電極468によりソース配線(443aと443bの積層)は、画素TFTと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線469は、画素TFTのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極470は、画素TFTのドレイン領域442と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層458と電気的な接続が形成される。また、画素電極471としては、AlまたはAgを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【0123】
以上の様にして、nチャネル型TFT501とpチャネル型TFT502からなるCMOS回路、及びnチャネル型TFT503を有する駆動回路506と、画素TFT504、保持容量505とを有する画素部507を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【0124】
駆動回路506のnチャネル型TFT501はチャネル形成領域437、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層428aと重なる低濃度不純物領域436(GOLD領域)、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域452と、n型を付与する不純物元素およびp型を付与する不純物元素が導入された不純物領域451を有している。このnチャネル型TFT501と電極466で接続してCMOS回路を形成するpチャネル型TFT502にはチャネル形成領域440、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域454と、n型を付与する不純物元素およびp型を付与する不純物元素が導入された不純物領域453を有している。また、nチャネル型TFT503にはチャネル形成領域443、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層430aと重なる低濃度不純物領域442(GOLD領域)、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域456と、n型を付与する不純物元素およびp型を付与する不純物元素が導入された不純物領域455を有している。
【0125】
画素部の画素TFT504にはチャネル形成領域446、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域445(LDD領域)、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域458と、n型を付与する不純物元素およびp型を付与する不純物元素が導入された不純物領域457を有している。また、保持容量505の一方の電極として機能する半導体層には、n型を付与する不純物元素およびp型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量505は、絶縁膜416を誘電体として、電極(432aと432bの積層)と、半導体層とで形成している。
【0126】
本実施形態の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【0127】
また、本実施形態で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図15に示す。なお、図12〜図15に対応する部分には同じ符号を用いている。図14中の鎖線A−A’は図15中の鎖線A―A’で切断した断面図に対応している。また、図14中の鎖線B−B’は図15中の鎖線B―B’で切断した断面図に対応している。
【0128】
[実施形態10]
本実施形態では、実施形態9で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図16を用いる。
【0129】
まず、実施形態9に従い、図14の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図14のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極470上に配向膜567を形成しラビング処理を行う。なお、本実施形態では配向膜567を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ572を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【0130】
次いで、対向基板569を用意する。次いで、対向基板569上に着色層570、571、平坦化膜573を形成する。赤色の着色層570と青色の着色層571とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【0131】
本実施形態では、実施形態9に示す基板を用いている。従って、実施形態9の画素部の上面図を示す図15では、少なくともゲート配線469と画素電極470の間隙と、ゲート配線469と接続電極468の間隙と、接続電極468と画素電極470の間隙を遮光する必要がある。本実施形態では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【0132】
このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。
【0133】
次いで、平坦化膜573上に透明導電膜からなる対向電極576を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜574を形成し、ラビング処理を施した。
【0134】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材568で貼り合わせる。シール材568にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って2枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料575を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。液晶材料575には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図16に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板(図示しない)を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてFPCを貼りつけた。
【0135】
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー分布の均一化が非常に容易であるレーザ光が照射されているため一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたTFTを有しており、前記液晶表示装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような液晶表示装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【0136】
なお、本実施形態は実施形態1乃至8と自由に組み合わせることが可能である。
【0137】
[実施形態11]
本実施形態では、実施形態9で示したアクティブマトリクス基板を作製するときのTFTの作製方法を用いて、発光装置を作製した例について説明する。本明細書において、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにTFTを備えた表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス(Electro Luminescence)が得られる有機化合物を含む層(発光層)と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【0138】
なお、本明細書中では、発光素子において陽極と陰極の間に形成された全ての層を有機発光層と定義する。有機発光層には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。基本的に発光素子は、陽極層、発光層、陰極層が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極層、正孔注入層、発光層、陰極層や、陽極層、正孔注入層、発光層、電子輸送層、陰極層等の順に積層した構造を有していることもある。
【0139】
図17は本実施形態の発光装置の断面図である。図17において、基板700上に設けられたスイッチングTFT603は図14のnチャネル型TFT503を用いて形成される。したがって、構造の説明はnチャネル型TFT503の説明を参照すれば良い。
【0140】
なお、本実施形態ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【0141】
基板700上に設けられた駆動回路は図14のCMOS回路を用いて形成される。従って、構造の説明はnチャネル型TFT501とpチャネル型TFT502の説明を参照すれば良い。なお、本実施形態ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0142】
また、配線701、703はCMOS回路のソース配線、702はドレイン配線として機能する。また、配線704はソース配線708とスイッチングTFTのソース領域とを電気的に接続する配線として機能し、配線705はドレイン配線709とスイッチングTFTのドレイン領域とを電気的に接続する配線として機能する。
【0143】
なお、電流制御TFT604は図14のpチャネル型TFT502を用いて形成される。従って、構造の説明はpチャネル型TFT502の説明を参照すれば良い。なお、本実施形態ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0144】
また、配線706は電流制御TFTのソース配線(電流供給線に相当する)であり、707は電流制御TFTの画素電極711上に重ねることで画素電極711と電気的に接続する電極である。
【0145】
なお、711は、透明導電膜からなる画素電極(発光素子の陽極)である。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極711は、上記配線を形成する前に平坦な層間絶縁膜710上に形成する。本実施形態においては、樹脂からなる平坦化膜710を用いてTFTによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成される発光層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、発光層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【0146】
配線701〜707を形成後、図17に示すようにバンク712を形成する。バンク712は100〜400nmの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。
【0147】
なお、バンク712は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が必要である。本実施形態ではバンク712の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒子を添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は1×106〜1×1012Ωm(好ましくは1×108〜1×1010Ωm)となるようにカーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すれば良い。
【0148】
画素電極711の上には発光層713が形成される。なお、図17では一画素しか図示していないが、本実施形態ではR(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施形態では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として20nm厚の銅フタロシアニン(CuPc)膜を設け、その上に発光層として70nm厚のトリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体(Alq3)膜を設けた積層構造としている。Alq3にキナクリドン、ペリレンもしくはDCM1といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【0149】
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機発光材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせて発光層(発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層)を形成すれば良い。例えば、本実施形態では低分子系有機発光材料を発光層として用いる例を示したが、中分子系有機発光材料や高分子系有機発光材料を用いても良い。なお、本明細書中において、昇華性を有さず、かつ、分子数が20以下または連鎖する分子の長さが10μm以下の有機発光材料を中分子系有機発光材料とする。また、高分子系有機発光材料を用いる例として、正孔注入層として20nmのポリチオフェン(PEDOT)膜をスピン塗布法により設け、その上に発光層として100nm程度のパラフェニレンビニレン(PPV)膜を設けた積層構造としても良い。なお、PPVのπ共役系高分子を用いると、赤色から青色まで発光波長を選択できる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機発光材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【0150】
次に、発光層713の上には導電膜からなる陰極714が設けられる。本実施形態の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のMgAg膜(マグネシウムと銀との合金膜)を用いても良い。陰極材料としては、周期表の1族もしくは2族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【0151】
この陰極714まで形成された時点で発光素子715が完成する。なお、ここでいう発光素子715は、画素電極(陽極)711、発光層713及び陰極714で形成されたダイオードを指す。
【0152】
発光素子715を完全に覆うようにしてパッシベーション膜716を設けることは有効である。パッシベーション膜716としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。
【0153】
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にDLC膜を用いることは有効である。DLC膜は室温から100℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層713の上方にも容易に成膜することができる。また、DLC膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層713の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層713が酸化するといった問題を防止できる。
【0154】
さらに、パッシベーション膜716上に封止材717を設け、カバー材718を貼り合わせる。封止材717としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施形態においてカバー材718はガラス基板や石英基板やプラスチック基板(プラスチックフィルムも含む)や可撓性基板の両面に炭素膜(好ましくはDLC膜)を形成したものを用いる。炭素膜以外にもアルミ膜(AlON、AlN、AlOなど)、SiNなどを用いることができる。
【0155】
こうして図17に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク712を形成した後、パッシベーション膜716を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式(またはインライン方式)の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材718を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
【0156】
こうして、基板700上にnチャネル型TFT601、602、スイッチングTFT(nチャネル型TFT)603および電流制御TFT(nチャネル型TFT)604が形成される。
【0157】
さらに、図17を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いnチャネル型TFTを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
【0158】
また、本実施形態では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施形態の製造工程に従えば、その他にも信号分割回路、D/Aコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。
【0159】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー分布の均一化が非常に容易であるレーザ光が照射されているため一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたTFTを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【0160】
なお、本実施形態は実施形態1乃至8と自由に組み合わせることが可能である。
【0161】
[実施形態12]
本発明を適用して、様々な半導体装置(アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型発光装置、アクティブマトリクス型EC表示装置)を作製することができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
【0162】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの例を図18、図19及び図20に示す。
【0163】
図18(A)はパーソナルコンピュータであり、本体3001、画像入力部3002、表示部3003、キーボード3004等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部3003に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。
【0164】
図18(B)はビデオカメラであり、本体3101、表示部3102、音声入力部3103、操作スイッチ3104、バッテリー3105、受像部3106等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部3102に適用することで、本発明のビデオカメラが完成する。
【0165】
図18(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体3201、カメラ部3202、受像部3203、操作スイッチ3204、表示部3205等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部3205に適用することで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【0166】
図18(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体3301、表示部3302、アーム部3303等を含む。表示部3302は基板として可撓性基板を用いており、表示部3302を湾曲させてゴーグル型ディスプレイを作製している。また軽量で薄いゴーグル型ディスプレイを実現している。本発明により作製される半導体装置を表示部3302に適用することで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【0167】
図18(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体3401、表示部3402、スピーカ部3403、記録媒体3404、操作スイッチ3405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明により作製された半導体装置を表示部3402に適用することで、本発明の記録媒体が完成する。
【0168】
図18(F)はデジタルカメラであり、本体3501、表示部3502、接眼部3503、操作スイッチ3504、受像部(図示しない)等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部3502に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。
【0169】
図19(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置3601、スクリーン3602等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置3601の一部を構成する液晶表示装置3808やその他の駆動回路に適用することで、本発明のフロント型プロジェクターが完成する。
【0170】
図19(B)はリア型プロジェクターであり、本体3701、投射装置3702、ミラー3703、スクリーン3704等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置3702の一部を構成する液晶表示装置3808やその他の駆動回路に適用することで、本発明のリア型プロジェクターが完成する。
【0171】
なお、図19(C)は、図19(A)及び図19(B)中における投射装置3601、3702の構造の一例を示した図である。投射装置3601、3702は、光源光学系3801、ミラー3802、3804〜3806、ダイクロイックミラー3803、プリズム3807、液晶表示装置3808、位相差板3809、投射光学系3810で構成される。投射光学系3810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施形態は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図19(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0172】
また、図19(D)は、図19(C)中における光源光学系3801の構造の一例を示した図である。本実施形態では、光源光学系3801は、リフレクター3811、光源3812、レンズアレイ3813、3814、偏光変換素子3815、集光レンズ3816で構成される。なお、図19(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0173】
ただし、図19に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。
【0174】
図20(A)は携帯電話であり、本体3901、音声出力部3902、音声入力部3903、表示部3904、操作スイッチ3905、アンテナ3906等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部3904に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。
【0175】
図20(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体4001、表示部4002、4003、記憶媒体4004、操作スイッチ4005、アンテナ4006等を含む。本発明により作製された半導体装置は表示部4002、4003に適用することで、本発明の携帯書籍が完成する。携帯書籍を文庫本と同程度の大きさにすることもでき、持ち運びを容易にしている。
【0176】
図20(C)はディスプレイであり、本体4101、支持台4102、表示部4103等を含む。表示部4103は可撓性基板を用いて作製されており、軽量で薄いディスプレイを実現できる。また、表示部4103を湾曲させることも可能である。本発明により作製される半導体装置を表示部4103に適用することで、本発明のディスプレイが完成する。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角10インチ以上(特に30インチ以上)のディスプレイには有利である。
【0177】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、さまざまな分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施形態の電子機器は実施形態1〜9または10の組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【0178】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
(a)レーザ光を有効に利用することができる。
(b)レーザ照射装置をコンパクトなものとすることができる。
(c)レーザのメンテナンスの手間を大幅に削減することを可能とする。
(d)以上の利点を満たした上で、レーザ照射方法およびそれを行うレーザ照射装置において、効率よくレーザ光の照射を行うことができる。また、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のレーザ照射装置の構成の例を示す図。
【図2】(A)非晶質珪素膜55nmにおける波長に対する反射率を示す図。
(B)非晶質珪素膜55nmにおける波長に対する透過率を示す図。
【図3】(A)結晶性珪素膜55nmにおける波長に対する反射率を示す図。
(B)結晶性珪素膜55nmにおける波長に対する透過率を示す図。
【図4】(A)1737ガラス基板における波長に対する反射率を示す図。
(B)1737ガラス基板における波長に対する透過率を示す図。
【図5】(A)合成石英ガラス基板における波長に対する反射率を示す図。
(B)合成石英ガラス基板における波長に対する透過率を示す図。
【図6】 本発明のレーザ照射装置の構成の例を示す図。
【図7】 本発明のレーザ照射装置の構成の例を示す図。
【図8】 本発明のレーザ照射装置の構成の例を示す図。
【図9】 本発明を用いて半導体膜を結晶化する方法の例を示す図。
【図10】 本発明を用いて半導体膜を結晶化する方法の例を示す図。
【図11】 本発明を用いてレーザ光の基板に対する相対的な移動速度と照射面におけるピークパワーの関係の例を示す図。
【図12】 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。
【図13】 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。
【図14】 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。
【図15】 画素TFTの構成を示す上面図。
【図16】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図。
【図17】 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図18】 半導体装置の例を示す図。
【図19】 半導体装置の例を示す図。
【図20】 半導体装置の例を示す図。
【図21】 本発明のレーザ照射装置の構成の例を示す図。
【図22】 本発明のレーザ照射装置の構成の例を示す図。
【符号の説明】
101 レーザ
102〜104 レンズ
105 冶具
106〜109 冶具の移動方向
110、111 基板
120、121 基板
124 シリンドリカルレンズ
130、131 基板
141 レーザ
142〜144 レンズ
155 プリズム
154 レンズ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser beam irradiation method and a laser beam irradiation apparatus (an apparatus including a laser and an optical system for guiding a laser beam output from the laser beam to an irradiation object). Further, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device manufactured by including laser irradiation in a process. Note that the semiconductor device here includes an electro-optical device such as a liquid crystal display device and a light-emitting device and an electronic device including the electro-optical device as a component.
[0002]
[Prior art]
In recent years, techniques for obtaining a crystalline semiconductor film by performing laser annealing on a semiconductor film formed over an insulating substrate such as glass to crystallize or improve crystallinity have been widely studied. Note that in this specification, a crystalline semiconductor film refers to a semiconductor film in which a crystallized region exists, and includes a semiconductor film in which the entire surface is crystallized.
[0003]
A glass substrate is less expensive than a synthetic quartz glass substrate and has an advantage that a large-area substrate can be easily manufactured. In addition, the reason why lasers are used favorably for crystallization is that the melting point of the glass substrate is low. The laser can give high energy to the semiconductor film without significantly increasing the temperature of the substrate. In addition, the throughput is significantly higher than heat treatment using an electric furnace.
[0004]
Since a crystalline semiconductor film formed by laser light irradiation has high mobility, a thin film transistor (TFT) is formed using the crystalline semiconductor film, for example, on a single glass substrate. Alternatively, it is used in an active matrix type liquid crystal display device or the like for manufacturing TFTs for pixel portions and driving circuits.
[0005]
As the laser light, laser light oscillated from an excimer laser or the like is often used. The excimer laser has the advantage that it has a large output and can be repeatedly irradiated at a high frequency. Furthermore, the laser light oscillated from the excimer laser has a high absorption coefficient for a silicon film often used as a semiconductor film. Have advantages. For laser light irradiation, the laser light is shaped by an optical system so that the shape at or near the irradiation surface is rectangular, and the laser light is moved (or the irradiation position of the laser light on the irradiation surface). The method of irradiating with relatively moving is highly productive and industrially excellent.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, annealing of a semiconductor film using a laser that emits a laser beam having a long wavelength (about 400 nm to 1 μm), such as a solid-state laser whose maximum output is improved, has begun to be performed. However, a laser beam having a long wavelength has a high reflectance and transmittance with respect to the semiconductor film, and the laser beam cannot be used effectively.
[0007]
Further, when laser light is incident on the semiconductor film (irradiated body) perpendicularly, so-called return light is generated that returns the same optical path as that incident on the semiconductor film. The return light becomes a factor that has an adverse effect such as fluctuations in the output and frequency of the laser and destruction of the rod. In order to prevent the return light, an isolator must be installed in the middle of the optical path, but the isolator is a very expensive device. In addition, when the laser light is incident on the semiconductor film from an oblique direction and reflected or transmitted through the semiconductor film, it is necessary to install a damper for absorbing the reflected light and the transmitted light.
[0008]
Thus, if a device for absorbing laser light is installed, the laser irradiation device will be enlarged. In order to install in a clean room where the cost per unit area is high, a device as small as possible is desirable, and the smaller the occupied area of the device, the more advantageous for the design of the production line.
[0009]
Even if the maximum output is improved, it is still low at present, and a plurality of lasers are necessary in consideration of productivity. However, when a plurality of lasers are used, maintenance of individual lasers is very troublesome, for example, because the outputs are the same, and the efficiency is low and the cost also increases.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for efficiently irradiating laser light and a laser irradiation apparatus for performing the method even when laser light having a long wavelength is used. Another object is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using a semiconductor film obtained by crystallization of a semiconductor film or activation of an impurity element by such a laser irradiation method.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The structure of the invention relating to the laser irradiation apparatus disclosed in this specification is a laser irradiation apparatus including a laser and at least two irradiation surfaces, and the laser light emitted from the laser is a first irradiation surface. The first irradiated object is irradiated on the first irradiated object, and a part of the laser beam is transmitted through the first irradiated object and irradiated on the second irradiated object installed on the second irradiation surface. It is characterized by that.
[0012]
In the above structure, the laser is a continuous wave or pulsed solid laser, a gas laser, or a metal laser. The solid-state laser may be a continuous wave or pulsed YAG laser, YVO Four Laser, YLF laser, YAlO Three There are lasers, glass lasers, ruby lasers, alexandride lasers, Ti: sapphire lasers, etc., and the gas lasers include continuous or pulsed KrF excimer lasers, Ar lasers, Kr lasers, CO 2 Examples of the metal laser include a helium cadmium laser, a copper vapor laser, and a gold vapor laser.
[0013]
In the above structure, the laser beam has a wavelength of 350 nm or more. Therefore, it is desirable that the laser light is converted into a harmonic by a non-linear optical element. For example, a YAG laser is known to emit laser light having a wavelength of 1064 nm as a fundamental wave. The absorption coefficient of the laser light with respect to the silicon film is very low, and it is technically difficult to crystallize an amorphous silicon film which is one of the semiconductor films if this is left as it is. However, this laser beam can be converted to a shorter wavelength by using a nonlinear optical element, and the second harmonic (532 nm) and the third harmonic (355 nm) are desirable as harmonics. Since these harmonics have a higher absorption coefficient than the amorphous silicon film, they can be used for crystallization of the amorphous silicon film.
[0014]
Further, the configuration of the invention relating to the laser irradiation method disclosed in this specification is a laser irradiation method for irradiating at least two or more irradiation surfaces with laser light, and the laser light is installed on the first irradiation surface. The first irradiated body is irradiated, and a part of the laser beam transmitted through the first irradiated body is irradiated to the second irradiated body installed on the second irradiation surface. .
[0015]
In the above structure, the laser is a continuous wave or pulsed solid laser, a gas laser, or a metal laser.
[0016]
In the above structure, the laser beam has a wavelength of 350 nm or more. Therefore, it is desirable that the laser light is converted into a harmonic by a non-linear optical element.
[0017]
In addition, a structure of an invention related to a method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification is a method for manufacturing a semiconductor device in which at least two substrates on which a semiconductor film is formed are irradiated with laser light, the laser light Is irradiated to the first semiconductor film, and the second semiconductor film is irradiated with a part of the laser light transmitted through the first semiconductor film and the substrate on which the first semiconductor film is formed. It is said.
[0018]
In the above structure, the laser is a continuous wave or pulsed solid laser, a gas laser, or a metal laser.
[0019]
In the above structure, the laser beam has a wavelength of 350 nm or more. Therefore, it is desirable that the laser light is converted into a harmonic by a non-linear optical element.
[0020]
In the above structure, a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, a metal substrate, a flexible substrate, or the like can be used as the substrate. Examples of the glass substrate include a substrate made of glass such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass. The flexible substrate is a film-like substrate made of PET, PES, PEN, acrylic, or the like. If a semiconductor device is manufactured using the flexible substrate, weight reduction is expected. If a barrier layer such as an aluminum film (AlON, AlN, AlO, etc.), a carbon film (DLC (Diamond Like Carbon), etc.), SiN or the like is formed as a single layer or a multilayer on the surface of the flexible substrate, or the front and back surfaces It is desirable because durability is improved.
[0021]
Since the present invention also utilizes transmitted light of laser light, the laser light can be used very efficiently. In addition, since a device for absorbing laser light is not necessarily required, the device is compact. Therefore, it is suitable for installation in a clean room where the cost per unit area is high, and it is also advantageous for designing a production line. Thus, the present invention can realize cost reduction.
[0022]
Further, the present invention makes it possible to efficiently irradiate a semiconductor film formed on a substrate, and to improve the electrical characteristics of a TFT manufactured using such a semiconductor film. Make it possible. In addition, the operating characteristics and reliability of a semiconductor device manufactured from such a TFT can be improved.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0024]
FIG. 1 shows an example of a laser irradiation apparatus of the present invention. Since the laser light oscillated from the laser 101 has a long wavelength, it has a high transmittance with respect to the semiconductor film and the substrate.
[0025]
Then, the laser light condensed by the first lens 102 irradiates the first substrate 110. Since the laser beam has a high transmittance, a part of the laser beam is transmitted through the first substrate 110. Then, the laser light transmitted through the first substrate 110 is condensed by the second lens 103 and the third lens 104 to irradiate the second substrate 111.
[0026]
The first substrate 110 and the second substrate 111 are suspended by jigs 105a and 105b, respectively, and are installed perpendicular to the traveling direction of the laser beam. And each jig 105a, 105b is connected by the jig 105c. Therefore, by moving the jig 105c in the directions indicated by 106, 107, and 108, it is possible to simultaneously irradiate the entire surface of the first substrate 110 and the second substrate 111 or a desired region with laser light. Further, by moving in the direction indicated by 109, it is possible to obtain a desired beam size on the first substrate 110 and the second substrate 111.
[0027]
In the present embodiment, the first lens 102, the second lens 103, and the third lens 104 for condensing light on or near the first substrate 110 and the second substrate 111 are used. . However, the laser beam is not necessarily required because it has a very high directivity. Further, the first lens 102, the second lens 103, and the third lens 104 may not have the same focal length, and the number of lenses to be used is not limited.
[0028]
In the present embodiment, the number of substrates is two, but the number is not limited to this as long as there are a plurality of substrates. Further, in order to use the laser beam most effectively, the irradiation surface is installed perpendicular to the traveling direction of the laser beam, but may be installed obliquely with respect to the laser beam as shown in FIG. . In addition, as shown in FIG. 22, the incident angle with respect to each irradiation surface is different, for example, the first substrate is incident laser light obliquely and is incident on the second substrate vertically using the prism 155. It may be.
[0029]
Here, the wavelength used in the present invention will be described. 2 to 5 show the reflectance and transmittance with respect to the wavelength. FIG. 2 shows reflectance and transmittance with respect to wavelength in an amorphous silicon film (film thickness 55 nm) formed on a 1737 glass substrate, and FIG. 3 shows a crystalline silicon film (film thickness) formed on a 1737 glass substrate. FIG. 4 shows the reflectance and transmittance with respect to the wavelength of the 1737 glass substrate, and FIG. 5 shows the reflectance and transmittance with respect to the wavelength of the synthetic quartz glass substrate.
[0030]
In the XeCl excimer laser (wavelength 308 nm) generally used in laser annealing, the reflectance with respect to the amorphous silicon film is 54% and the transmittance is 0%. Further, the reflectance with respect to the crystalline silicon film is 52%, and the transmittance is 0%. On the other hand, in the second harmonic (wavelength 532 nm) of the YAG laser, the reflectance with respect to the amorphous silicon film is 26% and the transmittance is 38%. Further, the reflectance with respect to the crystalline silicon film is 30%, and the transmittance is 45%.
[0031]
2 and 3 use a 1737 glass substrate. From FIG. 4, the transmittance of the 1737 glass substrate increases in proportion to the wavelength at 200 to 380 nm, and the transmittance of 90% or more at wavelengths longer than 380 nm. It has become. Although the transmittance of the 1737 glass substrate at the wavelength of 308 nm is lower than that of the wavelength of 380 nm or more, the transmittance for the amorphous silicon film and the crystalline silicon film at the wavelength of 308 nm is 0%. You can think that there is almost no influence. Further, since the transmittance of the 1737 glass substrate is 90% or more at the wavelength of 532 nm, it may be considered that the influence of the 1737 glass substrate is hardly present.
[0032]
Further, consider the case where a semiconductor film is formed on a synthetic quartz glass substrate. From FIG. 5, the transmittance of the synthetic quartz glass substrate is always 90% or more for wavelengths of 200 to 800 nm. Therefore, the influence of the synthetic quartz glass substrate need not be considered more than that of the 1737 glass substrate.
[0033]
From the above, the second harmonic of the YAG laser has lower reflectance and higher transmittance for the amorphous semiconductor film and the crystalline semiconductor film (both having a film thickness of 55 nm) than the XeCl excimer laser. Recognize. That is, when laser annealing is performed on an amorphous silicon film or a crystalline semiconductor film, the XeCl excimer laser does not transmit these semiconductor films, but it can be transmitted using the second harmonic of the YAG laser. In addition, the second harmonic of the YAG laser shows high transmittance also for the 1737 glass substrate and the synthetic quartz glass substrate.
[0034]
2 to 5, the wavelength used in the present invention is preferably 350 nm or more (preferably 400 nm or more).
[0035]
Next, a case where the semiconductor film is crystallized using such an irradiation method will be described. In crystallization of a semiconductor film, if the total irradiation energy density is equal, the crystal grain sizes can be made equal. Therefore, by changing the moving speed of the substrate with respect to the laser beam and the beam size on the substrate, the same crystal grain size can be formed on a plurality of substrates. In addition, the thickness and type of the semiconductor film formed on the substrate may be changed, or the size and type of the substrate may be changed. Furthermore, it is possible to intentionally form crystal grains having different sizes by changing the total irradiation energy density.
[0036]
As described above, the present invention makes it possible to improve the throughput by effectively using the laser light transmitted through the substrate. Further, since processing with a small number of lasers is possible, it is possible to greatly reduce the labor of laser maintenance. Then, the TFT manufactured using the semiconductor film obtained by annealing the semiconductor film using the present invention has good electrical characteristics, and the operating characteristics and reliability of the semiconductor device can be improved.
[0037]
[Embodiment 2]
In the present embodiment, an example of annealing a semiconductor film using a difference in peak power density among a plurality of substrates will be described with reference to FIG.
[0038]
In order to crystallize the amorphous semiconductor film, laser annealing is performed on the amorphous semiconductor film at a first peak power density to form a first crystalline semiconductor film, and then an atmosphere different from the first energy density is formed. (O 2 There is a method in which a second crystalline semiconductor film is formed by performing laser annealing at a second peak power density in an atmosphere that does not contain the same. By using this method, ridges formed on the surface of the first crystalline semiconductor film can be reduced. The second energy density is preferably higher than the first energy density.
[0039]
The ridge formed on the surface of the semiconductor film by laser annealing forms a potential barrier and trap order due to dangling bonds and lattice distortion, so that the interface state between the active region and the gate insulating film is increased. Resulting in. In addition, since the top of the ridge is steep, the electric field tends to concentrate, and as a result, a leak current is generated, eventually causing dielectric breakdown and short-circuiting. In addition, the ridge on the surface of the crystalline semiconductor film impairs the film property of the gate insulating film, and reduces reliability such as insulation failure. One of the factors that determine the field effect mobility of TFT is the surface scattering effect. The flatness of the TFT active layer / gate insulating film interface has a great influence on the field effect mobility, and the flatter the interface, the higher the field effect mobility can be obtained without being influenced by scattering. Therefore, if the ridge on the surface of the crystalline semiconductor film is reduced, all the electrical characteristics of the TFT can be improved and the yield can be improved.
[0040]
Therefore, a substrate on which the first crystalline semiconductor film is formed is installed as the first substrate 110, and a substrate on which the amorphous semiconductor film is formed is installed as the second substrate 111. If these substrates are simultaneously subjected to laser annealing in an active gas, a vacuum, a nitrogen atmosphere, etc.), the substrate can be processed efficiently, and the ridge formed in the first crystalline semiconductor film is It is reduced in the second crystalline semiconductor film. Then, if a TFT is manufactured using the second crystalline semiconductor film, the electrical characteristics are good, and the yield can be improved.
[0041]
Further, in the present embodiment, an example in which two substrates are used is shown, but the number is not limited to this as long as there are a plurality of substrates.
[0042]
[Embodiment 3]
In this embodiment, an example in which a semiconductor film is annealed in different steps by using a difference in peak power density among a plurality of substrates will be described with reference to FIG.
[0043]
Different peak power densities are required for the crystallization of the amorphous semiconductor film and the annealing for the activation of the impurity element and the recovery of the crystallinity of the semiconductor film performed after the impurity element is introduced into the semiconductor film. Is done. Generally, the peak power density in crystallization of an amorphous semiconductor film is higher.
[0044]
Therefore, a substrate on which an amorphous semiconductor film is formed is provided as the first substrate 110, and a substrate on which a semiconductor film into which an impurity element is introduced is provided as the second substrate 111. If laser annealing is performed on the substrate at the same time, laser light can be used effectively, so that the substrate can be processed efficiently. In this way, since processing for different processes can be performed by one laser, the cost can be reduced, and the labor of laser maintenance can be greatly reduced. In addition, the footprint can be reduced. Since the present invention has such advantages, it is particularly effective when used as a mass production machine. If a TFT is manufactured using such a semiconductor film, the electrical characteristics are improved, and the yield can be improved.
[0045]
In the present embodiment, an example in which two substrates are used is shown, but the number is not limited to this as long as there are a plurality of substrates.
[0046]
[Embodiment 4]
In this embodiment, an example of annealing a plurality of substrates having different heat resistance will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In the present embodiment, an amorphous silicon film having a thickness of 55 nm is formed as a semiconductor film on the first substrate and the second substrate, and the present invention will be described with reference to FIG. However, it is not limited to this.
[0047]
The heat-resistant temperature varies depending on the substrate. For example, the strain point of the synthetic quartz glass substrate is around 1000 ° C., the strain point of the glass substrate is around 600 ° C., and the strain point of the plastic substrate is around 200 ° C.
[0048]
Laser annealing is a method that can give high energy to the semiconductor film without excessively increasing the temperature of the substrate. However, when laser light that passes through the substrate is used, it is desirable to use a substrate having a certain degree of heat resistance. . Therefore, the substrate having the highest heat resistance is placed on the first substrate, and annealing is performed by gradually placing the substrate having the lower heat resistance. In this embodiment, laser annealing is performed using a quartz substrate as the first substrate and a glass substrate or a plastic substrate as the second substrate.
[0049]
As described above, the present invention can effectively use a laser beam and efficiently process a plurality of types of substrates having different heat resistance. Moreover, since different products can be manufactured simultaneously, it is particularly effective when used as a mass production machine. In addition, since it is not necessary to prepare devices for different products, it is possible to reduce the cost and to greatly reduce the labor of laser maintenance. In addition, the footprint can be reduced.
[0050]
Note that this embodiment can be freely combined with Embodiments 1 to 3.
[0051]
[Embodiment 5]
In the present embodiment, conditions for moving a plurality of substrates at different speeds will be described with reference to FIGS. 2 and 6. 6 does not have the jig 105c for connecting the jigs 105a and 105b for suspending the substrate in FIG. 1, and is otherwise the same as FIG.
[0052]
In the present embodiment, an amorphous silicon film having a thickness of 55 nm is formed as a semiconductor film on the first substrate and the second substrate, and the present invention will be described with reference to FIG. This is not a limitation.
[0053]
When the peak power density of the laser beam reaching the first substrate is 1, the transmittance is 38% from FIG. Therefore, the laser beam reaching the second substrate is 0.38. Here, the transmittance of the lens is ignored. As described above, the peak power density on the first substrate and the peak power density on the second substrate are different from each other, but by changing the relative moving speed of each substrate with respect to the laser light, The peak power density at the substrate will be compensated.
[0054]
When the relative movement speed of the first substrate with respect to the laser beam is 1, the peak power density is 1, and the beam width (the length of the laser beam on the irradiation surface parallel to the relative movement direction of the laser beam) is w. The total irradiation energy density in the first substrate is
Total irradiation energy density
= (Beam width 1 / moving speed 1) x peak power density 1
= (W / 1) x 1
= W (1)
It becomes. In this specification,
Total irradiation energy density = irradiation time x peak power density
Irradiation time = beam width / moving speed
It is defined as
[0055]
Since the peak power density in the second substrate is 0.38,
Total irradiation energy density
= (Beam width 2 / moving speed 2) x peak power density 2
= (W / movement speed 2) x 0.38
= 0.38w / movement speed 2 (2)
It becomes. Here, the shape of the laser beam on the irradiation surface is the same in the first substrate and the second substrate.
[0056]
When the formulas (1) and (2) are equal, the total irradiation energy density is the same. Therefore, from equations (1) and (2),
(1) Formula = (2) Formula
∴s = 0.38s / Movement speed 2
∴Moving speed 2 = 0.38
∴Movement speed 1: Movement speed 2 = 1: 0.38 (3)
Is obtained.
[0057]
From the above, if the movement speed of the first substrate and the movement speed of the second substrate are represented by the relationship (3), the total irradiation energy density becomes equal.
[0058]
As described above, the present invention can effectively use the laser beam. Therefore, it is particularly effective when used as a mass production machine.
[0059]
In the present embodiment, an amorphous silicon film is used as an example of the semiconductor film. However, the present invention is not limited to this, and the laser light reaching the first substrate and the laser light reaching the second substrate, that is, the first film. If the relationship with the transmittance of one substrate is applied to the moving speed of each substrate, it can be applied to various semiconductor films including silicon germanium and silicon silicon carbide.
[0060]
Further, in the present embodiment, an example in which two substrates are used is shown, but the number is not limited to this as long as there are a plurality of substrates.
[0061]
Note that this embodiment can be freely combined with Embodiments 1 to 4.
[0062]
[Embodiment 6]
In the present embodiment, a method for forming a semiconductor film having crystal grains with uniform grain diameters in a plurality of substrates. This will be described with reference to FIGS. 2 and 7.
[0063]
Specifically, the relative moving speed of the plurality of substrates with respect to the laser beam and the beam length of the laser beam formed on the plurality of substrates (the length of the laser beam perpendicular to the beam width on the irradiation surface) are changed. Instead, only the beam width is changed, and the laser annealing is performed with the same peak power density in each substrate. Note that FIG. 7A has the same configuration as FIG. 6 and is the same as FIG. 6 except that the distance between the third lens and the second substrate is changed, and thus description thereof is omitted.
[0064]
In the present embodiment, an amorphous silicon film having a thickness of 55 nm is formed as a semiconductor film on the first substrate and the second substrate, and the present invention will be described with reference to FIG. This is not a limitation.
[0065]
When the peak power density of the laser beam reaching the first substrate is 1, the transmittance is 38% from FIG. Therefore, the laser beam reaching the second substrate is 0.38. Here, the transmittance of the lens is ignored. As described above, the peak power density on the first substrate is different from the peak power density on the second substrate. By changing the beam width on each substrate, the peak power density on the second substrate is changed. Will be supplemented.
[0066]
When the relative movement speed of the first substrate with respect to the laser beam is 1, the peak power density is 1, and the beam width 122 is w1, the total irradiation energy density on the first substrate is
Total irradiation energy density
= (Beam width / moving speed) x peak power density 1
= (W1 / 1) x peak power density 1
= W1 x peak power density 1 (4)
It becomes.
[0067]
The peak power density in the second substrate is 0.38, the relative movement speed of the second substrate with respect to the laser beam is 1, and the beam width 123 is w2.
Total irradiation energy density
= (Beam width / moving speed) x peak power density 2
= (W2 / 1) x peak power density 2
= W2 x peak power density 2 (5)
It becomes.
[0068]
When the equations (4) and (5) are equal, the total irradiation energy density is the same, so that the crystal grain sizes can be made uniform in the first substrate and the second substrate. Therefore, from equations (4) and (5),
(4) Formula = (5) Formula
∴w1 × peak power density 1 = w2 × peak power density 2
∴w1: w2 = peak power density 2: peak power density 1 (6)
Is required.
[0069]
From the above, if the relationship between the beam width on the first substrate and the beam width on the second substrate is peak power density 2: peak power density 1, the total irradiation energy density is equal and the crystal grain size is made uniform. Make it possible. (Fig. 7 (B), (C))
[0070]
As described above, the present invention can effectively use the laser beam. Therefore, it is particularly effective when used as a mass production machine.
[0071]
In the present embodiment, an amorphous silicon film is used as an example of the semiconductor film. However, the present invention is not limited to this, and the laser light reaching the first substrate and the laser light reaching the second substrate, that is, the first film. If the relationship between the transmittance of one substrate and the beam width of each substrate is applied, it can be applied to various semiconductor films including silicon germanium and silicon silicon carbide.
[0072]
In this embodiment, an example using two substrates is shown. However, the number of substrates is not limited to this, and an example in which the beam width is changed by fixing the beam length is shown. However, the beam width is fixed. You can also change the beam length.
[0073]
Note that this embodiment can be freely combined with Embodiments 1 to 5.
[0074]
[Embodiment 7]
In this embodiment, an example in which laser annealing is performed using a plurality of substrates having different sizes will be described with reference to FIGS. Note that FIG. 8A is the same as FIG. 7 except that the position of the jig 105a is changed in FIG.
[0075]
As obtained in the fifth embodiment, in order to make the peak power density the same in the first substrate 130 and the second substrate 131, the beam width is set as follows.
w1: w2 = peak power density 2: peak power density 1 (6)
It is necessary to.
[0076]
When the laser beam (or substrate) is moved at the same speed, if the beam width is different, the area that can be annealed per unit time is reduced. Therefore, when annealing the entire surface of the substrate, the processing time differs between the first substrate and the second substrate. Therefore, in the present embodiment, an example will be described in which the size of the first substrate and the second substrate is changed to make the processing time per substrate the same.
[0077]
Since the beam size 132 on the first substrate and the beam width on the second substrate are as shown in the equation (6), the side d1 and the second side d1 of the first substrate parallel to the relative movement direction of the laser light. The ratio of one side d2 of the substrate
d1: d2 = w1: w2
= Peak power density 2: Peak power density 1 (7)
And it is sufficient.
[0078]
As described above, when the size relationship between the first substrate and the second substrate is 1: 0.38, the time required for laser annealing can be made equal. (Fig. 7 (B), (C))
[0079]
Also in this embodiment, since the total irradiation energy density in the first substrate and the second substrate is equal, the crystal grain sizes can be made uniform.
[0080]
As described above, the present invention can effectively use the laser beam. In addition, since substrates of different sizes can be annealed simultaneously, it is particularly effective when used as a mass production machine for producing a plurality of products. In order to create a plurality of products, an apparatus is required for each. However, if the present invention is applied, the number of apparatuses can be reduced, and the cost can be reduced. In addition, the footprint can be reduced.
[0081]
In the present embodiment, an amorphous silicon film is used as an example of the semiconductor film. However, the present invention is not limited to this, and the laser light reaching the first substrate and the laser light reaching the second substrate, that is, the first film. If the relationship with the transmittance of one substrate is applied to the size of each substrate, it can be applied to various semiconductor films including silicon germanium and silicon silicon carbide.
[0082]
Further, in the present embodiment, an example in which two substrates are used is shown, but the number is not limited to this as long as there are a plurality of substrates.
[0083]
Note that this embodiment can be freely combined with Embodiments 1 to 6.
[0084]
[Eighth embodiment]
In this embodiment, an example of optimum conditions for laser annealing in crystallization of a semiconductor film using the laser irradiation apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0085]
First, as the substrate 20, a substrate made of glass such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a quartz substrate, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless substrate on which an insulating film is formed can be used. Further, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of the present embodiment may be used. In this embodiment, a glass substrate is used.
[0086]
Next, a base film 21 made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed on the substrate 20. In this embodiment, a single layer structure is used as the base film 21, but a structure in which two or more insulating films are stacked may be used. In this embodiment, a silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) 400 nm is formed by plasma CVD.
[0087]
Next, a semiconductor film 22 is formed on the base film 21. The semiconductor film 22 is formed with a thickness of 25 to 200 nm (preferably 30 to 100 nm) by a known means (sputtering method, LPCVD method, plasma CVD method or the like), and a known crystallization method (laser crystal). Crystallization method, thermal crystallization method using RTA or furnace annealing furnace, thermal crystallization method using metal element that promotes crystallization, etc.). The semiconductor film includes an amorphous semiconductor film, a microcrystalline semiconductor film, a crystalline semiconductor film, etc., and a compound having an amorphous structure such as an amorphous silicon germanium film or an amorphous silicon carbide film. A semiconductor film may be applied. In this embodiment, a 55 nm amorphous silicon film is formed by plasma CVD.
[0088]
The crystallization process of the semiconductor film was performed under two conditions. First, the sample 1 manufactured under the first condition is such that after this amorphous silicon film is dehydrogenated (500 ° C., 3 hours), a laser annealing method is performed to form a crystalline silicon film. . (Fig. 9 (B))
[0089]
On the other hand, the sample 2 manufactured under the second condition is obtained by forming a metal-containing layer 31 using the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-183540, performing a heat treatment, and then performing a semiconductor annealing by a laser annealing method. The crystallinity of the film is improved. In this embodiment, a nickel acetate aqueous solution (concentration 5 ppm by weight, volume 10 ml) is applied on a semiconductor film by spin coating, and heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. for 1 hour and in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 12 hours. Do. Subsequently, the crystallinity of the semiconductor film is improved by laser annealing. (Fig. 10)
[0090]
When a crystalline semiconductor film is formed by a laser annealing method, a pulse oscillation type or continuous oscillation type KrF excimer laser, YAG laser, YVO Four Laser, YLF laser, YAlO Three A laser, a glass laser, a ruby laser, a Ti: sapphire laser, or the like can be used. In the case of using these lasers, it is preferable to use a method in which a laser beam emitted from a laser oscillator is linearly collected by an optical system and irradiated onto a semiconductor film. Crystallization conditions are appropriately selected by the practitioner. When an excimer laser is used, the pulse oscillation frequency is 300 Hz, and the laser energy density is 100 to 700 mJ / cm. 2 (Typically 200-300mJ / cm 2 ). When a YAG laser is used, the second harmonic is used and the pulse oscillation frequency is 1 to 300 Hz, and the laser energy density is 300 to 1000 mJ / cm. 2 (Typically 350-500mJ / cm 2 ) Then, laser light condensed linearly with a width of 100 to 1000 μm, for example 400 μm, is irradiated over the entire surface of the substrate, and the linear beam superposition ratio (overlap ratio) at this time is 50 to 98%. Good.
[0091]
In this embodiment, the second harmonic of a continuous wave YLF laser is used, the relative movement speed of the substrate with respect to the laser light is changed, and the shape of the laser light on the irradiated surface is made to be an ellipse of 650 μm × 100 μm. The optimum peak power in crystallization of was determined. The result is shown in FIG. From FIG. 11, if the peak power on a plurality of substrates is measured by a beam profiler or the like, the optimum moving speed of each substrate can be obtained. Moreover, since the peak power density can be obtained by dividing the peak power by the beam width, the optimum moving speed can be obtained by using FIG. 11 even when the beam width is changed.
[0092]
Note that this embodiment can be freely combined with Embodiments 1 to 7.
[0093]
[Embodiment 9]
In this embodiment, a method for manufacturing an active matrix substrate will be described with reference to FIGS. In this specification, a substrate in which a pixel portion having a CMOS circuit, a driver circuit, a pixel TFT, and a storage capacitor is formed over the same substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.
[0094]
First, in this embodiment, a substrate 400 made of glass such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass is used. Note that the substrate 400 may be a quartz substrate, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless substrate on which an insulating film is formed. In addition, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of the present embodiment may be used, or a flexible substrate may be used. In the present invention, since a linear beam having the same energy distribution can be easily formed, a large area substrate can be efficiently annealed by a plurality of linear beams.
[0095]
Next, a base film 401 made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed over the substrate 400 by a known means. In this embodiment, a two-layer structure is used as the base film 401, but a single-layer film of the insulating film or a structure in which two or more layers are stacked may be used.
[0096]
Next, a semiconductor film is formed over the base film. The semiconductor film is formed with a thickness of 25 to 200 nm (preferably 30 to 150 nm) by a known means (sputtering method, LPCVD method, plasma CVD method, etc.), and is crystallized by a laser crystallization method. In the laser crystallization method, any one of Embodiments 1 to 8, or any combination of these embodiments is used to irradiate a semiconductor film with laser light. The laser used is preferably a continuous wave or pulsed solid laser, a gas laser, or a metal laser. The solid-state laser may be a continuous wave or pulsed YAG laser, YVO Four Laser, YLF laser, YAlO Three There are lasers, glass lasers, ruby lasers, alexandride lasers, Ti: sapphire lasers, etc., and the gas lasers are continuous oscillation or pulse oscillation KrF excimer laser, Ar laser, Kr laser, CO 2 Examples of the metal laser include a continuous wave or pulsed helium cadmium laser, a copper vapor laser, and a gold vapor laser. Of course, not only the laser crystallization method but also other known crystallization methods (thermal crystallization method using RTA or furnace annealing furnace, thermal crystallization method using metal element for promoting crystallization, etc.) You may go. Examples of the semiconductor film include an amorphous semiconductor film, a microcrystalline semiconductor film, a crystalline semiconductor film, and the like, and a compound semiconductor film having an amorphous structure such as an amorphous silicon germanium film or an amorphous silicon carbide film. May be applied.
[0097]
In this embodiment, a plasma CVD method is used to form a 50 nm amorphous silicon film, and a thermal crystallization method and a laser crystallization method using a metal element that promotes crystallization on the amorphous silicon film. Do. Nickel is used as the metal element and is introduced onto the amorphous silicon film by a solution coating method, and then a heat treatment is performed at 550 ° C. for 5 hours to obtain a first crystalline silicon film. And YVO of continuous oscillation of output 10W Four After the laser light emitted from the laser is converted into the second harmonic by the non-linear optical element, laser annealing is performed twice according to the first embodiment to obtain a second crystalline silicon film. Crystallinity is improved by irradiating the first crystalline silicon film with a laser beam to form a second crystalline silicon film. Furthermore, by performing laser annealing twice, ridges formed on the surface of the semiconductor film are reduced. The energy density at this time is 0.01 to 100 MW / cm. 2 Degree (preferably 0.1-10 MW / cm 2 )is required. Then, irradiation is performed by moving the stage relative to the laser light at a speed of about 0.5 to 2000 cm / s to form a crystalline silicon film. When a pulsed excimer laser is used, the frequency is 300 Hz and the laser energy density is 100 to 1000 mJ / cm. 2 (Typically 200-800mJ / cm 2 ) Is desirable. At this time, the laser beams may be overlapped by 50 to 98%.
[0098]
Needless to say, a TFT can be manufactured using the first crystalline silicon film, but the second crystalline silicon film is preferable because the electrical characteristics of the TFT are improved because the crystallinity is improved. For example, when a TFT is manufactured using the first crystalline silicon film, the mobility is 300 cm. 2 / Vs, but when a TFT is manufactured using the second crystalline silicon film, the mobility is 500 to 600 cm. 2 It is remarkably improved to about / Vs.
[0099]
Semiconductor layers 402 to 406 are formed by patterning the crystalline semiconductor film thus obtained using a photolithography method.
[0100]
Further, after forming the semiconductor layers 402 to 406, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) may be doped in order to control the threshold value of the TFT.
[0101]
Next, a gate insulating film 407 covering the semiconductor layers 402 to 406 is formed. The gate insulating film 407 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 40 to 150 nm by plasma CVD or sputtering. In this embodiment, a silicon oxynitride film is formed with a thickness of 110 nm by plasma CVD. Of course, the gate insulating film is not limited to the silicon oxynitride film, and another insulating film may be used as a single layer or a laminated structure.
[0102]
When a silicon oxide film is used, TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) and O 2 The reaction pressure is 40 Pa, the substrate temperature is 300 to 400 ° C., and the high frequency (13.56 MHz) power density is 0.5 to 0.8 W / cm. 2 And can be formed by discharging. The silicon oxide film thus manufactured can obtain good characteristics as a gate insulating film by thermal annealing at 400 to 500 ° C. thereafter.
[0103]
Next, a first conductive film 408 with a thickness of 20 to 100 nm and a second conductive film 409 with a thickness of 100 to 400 nm are stacked over the gate insulating film 407. In this embodiment, a first conductive film 408 made of a 30 nm thick TaN film and a second conductive film 409 made of a 370 nm thick W film are stacked. The TaN film is formed by sputtering, and is sputtered in a nitrogen-containing atmosphere using a Ta target. The W film was formed by sputtering using a W target. In addition, tungsten hexafluoride (WF 6 It can also be formed by a thermal CVD method using In any case, in order to use as a gate electrode, it is necessary to reduce the resistance, and the resistivity of the W film is desirably 20 μΩcm or less.
[0104]
In the present embodiment, the first conductive film 408 is TaN and the second conductive film 409 is W. However, there is no particular limitation, and all of them are Ta, W, Ti, Mo, Al, Cu, Cr, Nd. You may form with the element selected from these, or the alloy material or compound material which has the said element as a main component. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used. Further, an AgPdCu alloy may be used.
[0105]
Next, resist masks 410 to 415 are formed by photolithography, and a first etching process is performed to form electrodes and wirings. The first etching process is performed under the first and second etching conditions. (FIG. 12B) In this embodiment, ICP (Inductively Coupled Plasma) etching is used as the first etching condition, and CF is used as an etching gas. Four And Cl 2 And O 2 The gas flow ratio is 25:25:10 (sccm), and 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma and perform etching. 150 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. The W film is etched under this first etching condition so that the end portion of the first conductive layer is tapered.
[0106]
Thereafter, the resist masks 410 to 415 are not removed and the second etching condition is changed, and the etching gas is changed to CF Four And Cl 2 The gas flow ratio is 30:30 (sccm), and 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma and etching for about 30 seconds. I do. 20 W of RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. CF Four And Cl 2 Under the second etching condition in which is mixed, the W film and the TaN film are etched to the same extent. Note that in order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, it is preferable to increase the etching time at a rate of about 10 to 20%.
[0107]
In the first etching process, the shape of the mask made of resist is made suitable, and the end portions of the first conductive layer and the second conductive layer are tapered due to the effect of the bias voltage applied to the substrate side. It becomes. The angle of this taper portion is 15 to 45 °. Thus, the first shape conductive layers 417 to 422 (first conductive layers 417 a to 422 a and second conductive layers 417 b to 422 b) composed of the first conductive layer and the second conductive layer by the first etching treatment. Form. Reference numeral 416 denotes a gate insulating film, and a region not covered with the first shape conductive layers 417 to 422 is etched and thinned by about 20 to 50 nm.
[0108]
Next, a second etching process is performed without removing the resist mask. (FIG. 12C) Here, CF is used as an etching gas. Four And Cl 2 And O 2 Then, the W film is selectively etched. At this time, second conductive layers 428b to 433b are formed by a second etching process. On the other hand, the first conductive layers 417a to 422a are hardly etched, and the second shape conductive layers 428 to 433 are formed.
[0109]
Then, a first doping process is performed without removing the resist mask, and an impurity element imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layer at a low concentration. The doping process may be performed by ion doping or ion implantation. The condition of the ion doping method is a dose of 1 × 10 13 ~ 5x10 14 / Cm 2 The acceleration voltage is set to 40 to 80 keV. In this embodiment, the dose amount is 1.5 × 10 13 / Cm 2 The acceleration voltage is set to 60 keV. As an impurity element imparting n-type, an element belonging to Group 15, typically phosphorus (P) or arsenic (As), is used here, but phosphorus (P) is used. In this case, the conductive layers 428 to 433 serve as a mask for the impurity element imparting n-type, and the impurity regions 423 to 427 are formed in a self-aligning manner. Impurity regions 423 to 427 have 1 × 10 18 ~ 1x10 20 /cm Three An impurity element imparting n-type is added in a concentration range of.
[0110]
After removing the resist mask, new resist masks 434a to 434c are formed, and the second doping process is performed at an acceleration voltage higher than that of the first doping process. The condition of the ion doping method is a dose of 1 × 10 13 ~ 1x10 15 /cm 2 The acceleration voltage is set to 60 to 120 keV. In the doping treatment, the second conductive layers 428b to 432b are used as masks against the impurity element, and doping is performed so that the impurity element is added to the semiconductor layer below the tapered portion of the first conductive layer. Subsequently, a third doping process is performed by lowering the acceleration voltage than the second doping process to obtain the state of FIG. The condition of the ion doping method is a dose of 1 × 10 15 ~ 1x10 17 /cm 2 The acceleration voltage is set to 50 to 100 keV. The low-concentration impurity regions 436, 442, and 448 overlapping with the first conductive layer by the second doping process and the third doping process have 1 × 10 18 ~ 5x10 19 /cm Three An impurity element imparting n-type is added in the concentration range of 1 × 10 in the high-concentration impurity regions 435, 438, 441, 444, and 447. 19 ~ 5x10 twenty one /cm Three An impurity element imparting n-type is added in a concentration range of.
[0111]
Needless to say, by setting the acceleration voltage to be appropriate, the second and third doping processes can be performed in a single doping process to form the low-concentration impurity region and the high-concentration impurity region.
[0112]
Next, after removing the resist mask, new resist masks 450a to 450c are formed, and a fourth doping process is performed. By this fourth doping process, impurity regions 453 to 456, 459, and 460 in which an impurity element imparting a conductivity type opposite to the one conductivity type is added to the semiconductor layer that becomes the active layer of the p-channel TFT are formed. To do. The second conductive layers 428a to 432a are used as masks against the impurity element, and an impurity element imparting p-type is added to form an impurity region in a self-aligning manner. In this embodiment, the impurity regions 453 to 456, 459, and 460 are diborane (B 2 H 6 ) Using an ion doping method. (FIG. 13B) In the fourth doping process, the semiconductor layer forming the n-channel TFT is covered with masks 450a to 450c made of resist. Phosphorus is added to the impurity regions 438 and 439 at different concentrations by the first to third doping treatments, and the concentration of the impurity element imparting p-type is 1 × 10 5 in any of the regions. 19 ~ 5x10 twenty one atoms / cm Three By performing the doping treatment so as to become, no problem arises because it functions as the source region and drain region of the p-channel TFT.
[0113]
Through the above steps, impurity regions are formed in the respective semiconductor layers.
[0114]
Next, the resist masks 450 a to 450 c are removed, and a first interlayer insulating film 461 is formed. The first interlayer insulating film 461 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 100 to 200 nm using a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 150 nm is formed by plasma CVD. Needless to say, the first interlayer insulating film 461 is not limited to the silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure.
[0115]
Next, laser light irradiation is performed to recover the crystallinity of the semiconductor layers and to activate the impurity elements added to the respective semiconductor layers. In the laser activation, the semiconductor film is irradiated with laser light in accordance with the first to eighth embodiments. The laser used is preferably a continuous wave or pulsed solid laser, a gas laser, or a metal laser. The solid-state laser may be a continuous wave or pulsed YAG laser, YVO Four Laser, YLF laser, YAlO Three There are lasers, glass lasers, ruby lasers, alexandride lasers, Ti: sapphire lasers, etc., and the gas lasers are continuous oscillation or pulse oscillation KrF excimer laser, Ar laser, Kr laser, CO 2 Examples of the metal laser include a continuous wave or pulsed helium cadmium laser, a copper vapor laser, and a gold vapor laser. At this time, if a continuous wave laser is used, the energy density of the laser beam is 0.01 to 100 MW / cm. 2 Degree (preferably 0.01 to 10 MW / cm 2 ) And the substrate is moved at a speed of 0.5 to 2000 cm / s relative to the laser beam. If a pulsed laser is used, the frequency is 300 Hz and the laser energy density is 50 to 1000 mJ / cm. 2 (Typically 50-500mJ / cm 2 ) Is desirable. At this time, the laser beams may be overlapped by 50 to 98%. In addition to the laser annealing method, a thermal annealing method, a rapid thermal annealing method (RTA method), or the like can be applied.
[0116]
In addition, activation may be performed before forming the first interlayer insulating film. However, when the wiring material used is weak against heat, it is activated after an interlayer insulating film (insulating film containing silicon as a main component, for example, a silicon nitride film) is formed to protect the wiring and the like as in this embodiment. It is preferable to perform the conversion treatment.
[0117]
Then, hydrogenation can be performed by heat treatment (heat treatment at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours). This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the first interlayer insulating film 461. The semiconductor layer can be hydrogenated regardless of the presence of the first interlayer insulating film. As other means for hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) or heat treatment at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen may be performed. .
[0118]
Next, a second interlayer insulating film 462 made of an inorganic insulating film material or an organic insulating material is formed over the first interlayer insulating film 461. In the present embodiment, an acrylic resin film having a thickness of 1.6 μm is formed, but a film having a viscosity of 10 to 1000 cp, preferably 40 to 200 cp, and having a surface with unevenness is used.
[0119]
In this embodiment, in order to prevent specular reflection, the surface of the pixel electrode is formed uneven by forming a second interlayer insulating film having an uneven surface. In addition, a convex portion may be formed in a region below the pixel electrode in order to make the surface of the pixel electrode uneven to achieve light scattering. In that case, since the convex portion can be formed using the same photomask as that of the TFT, it can be formed without increasing the number of steps. In addition, this convex part should just be suitably provided on the board | substrate of pixel part area | regions other than wiring and a TFT part. Thus, irregularities are formed on the surface of the pixel electrode along the irregularities formed on the surface of the insulating film covering the convex portions.
[0120]
Alternatively, a film whose surface is planarized may be used as the second interlayer insulating film 462. In that case, after forming the pixel electrode, adding a step such as a known sandblasting method or etching method to make the surface uneven, prevent specular reflection, and increase the whiteness by scattering the reflected light Is preferred.
[0121]
In the driver circuit 506, wirings 464 to 468 that are electrically connected to the impurity regions are formed. Note that these wirings are formed by patterning a laminated film of a Ti film having a thickness of 50 nm and an alloy film (alloy film of Al and Ti) having a thickness of 500 nm. Of course, not only a two-layer structure but also a single-layer structure or a laminated structure of three or more layers may be used. Further, the wiring material is not limited to Al and Ti. For example, a wiring may be formed by patterning a laminated film in which Al or Cu is formed on a TaN film and a Ti film is further formed. (Fig. 14)
[0122]
In the pixel portion 507, a pixel electrode 470, a gate wiring 469, and a connection electrode 468 are formed. With this connection electrode 468, the source wiring (stacked layer of 443a and 443b) is electrically connected to the pixel TFT. In addition, the gate wiring 469 is electrically connected to the gate electrode of the pixel TFT. In addition, the pixel electrode 470 is electrically connected to the drain region 442 of the pixel TFT and further electrically connected to the semiconductor layer 458 functioning as one electrode forming a storage capacitor. Further, as the pixel electrode 471, it is desirable to use a highly reflective material such as a film containing Al or Ag as a main component or a laminated film thereof.
[0123]
As described above, a CMOS circuit including an n-channel TFT 501 and a p-channel TFT 502, a driver circuit 506 having an n-channel TFT 503, and a pixel portion 507 having a pixel TFT 504 and a storage capacitor 505 are formed over the same substrate. can do. Thus, the active matrix substrate is completed.
[0124]
The n-channel TFT 501 of the driver circuit 506 includes a channel formation region 437, a low-concentration impurity region 436 (GOLD region) that overlaps with the first conductive layer 428a that forms part of the gate electrode, and a high-concentration function as a source region or a drain region. An impurity region 452 and an impurity region 451 into which an impurity element imparting n-type conductivity and an impurity element imparting p-type conductivity are introduced are provided. The p-channel TFT 502, which is connected to the n-channel TFT 501 and the electrode 466 to form a CMOS circuit, includes a channel formation region 440, a high-concentration impurity region 454 that functions as a source region or a drain region, and an impurity element that imparts n-type conductivity And an impurity region 453 into which an impurity element imparting p-type conductivity is introduced. In the n-channel TFT 503, a channel formation region 443, a low concentration impurity region 442 (GOLD region) overlapping with the first conductive layer 430a which forms part of the gate electrode, and a high concentration impurity functioning as a source region or a drain region The region 456 includes an impurity region 455 into which an impurity element imparting n-type conductivity and an impurity element imparting p-type conductivity are introduced.
[0125]
The pixel TFT 504 in the pixel portion is provided with a channel formation region 446, a low concentration impurity region 445 (LDD region) formed outside the gate electrode, a high concentration impurity region 458 functioning as a source region or a drain region, and an n-type. An impurity region 457 into which an impurity element and an impurity element imparting p-type conductivity are introduced is provided. In addition, an impurity element imparting n-type conductivity and an impurity element imparting p-type conductivity are added to the semiconductor layer functioning as one electrode of the storage capacitor 505. The storage capacitor 505 is formed of an electrode (stack of 432a and 432b) and a semiconductor layer using the insulating film 416 as a dielectric.
[0126]
In the pixel structure of this embodiment, without using a black matrix, the end portions of the pixel electrodes are arranged and formed so as to overlap the source wiring so that the gaps between the pixel electrodes are shielded from light.
[0127]
FIG. 15 is a top view of the pixel portion of the active matrix substrate manufactured in this embodiment. In addition, the same code | symbol is used for the part corresponding to FIGS. A chain line AA ′ in FIG. 14 corresponds to a cross-sectional view taken along the chain line AA ′ in FIG. Further, a chain line BB ′ in FIG. 14 corresponds to a cross-sectional view taken along the chain line BB ′ in FIG.
[0128]
[Embodiment 10]
In this embodiment, a process of manufacturing a reflective liquid crystal display device from the active matrix substrate manufactured in Embodiment 9 will be described below. FIG. 16 is used for the description.
[0129]
First, after obtaining an active matrix substrate in the state of FIG. 14 according to Embodiment 9, an alignment film 567 is formed on at least the pixel electrode 470 on the active matrix substrate of FIG. In this embodiment, before the alignment film 567 is formed, a columnar spacer 572 for holding the substrate interval is formed at a desired position by patterning an organic resin film such as an acrylic resin film. Further, instead of the columnar spacers, spherical spacers may be scattered over the entire surface of the substrate.
[0130]
Next, a counter substrate 569 is prepared. Next, colored layers 570 and 571 and a planarization film 573 are formed over the counter substrate 569. The red colored layer 570 and the blue colored layer 571 are overlapped to form a light shielding portion. Further, the light shielding portion may be formed by partially overlapping the red colored layer and the green colored layer.
[0131]
In this embodiment, the substrate shown in Embodiment 9 is used. Therefore, in FIG. 15 showing a top view of the pixel portion of Embodiment 9, at least the gap between the gate wiring 469 and the pixel electrode 470, the gap between the gate wiring 469 and the connection electrode 468, and the gap between the connection electrode 468 and the pixel electrode 470 are shown. It is necessary to shield the light. In the present embodiment, the respective colored layers are arranged so that the light shielding portions formed by the lamination of the colored layers overlap each other at the positions where light shielding is to be performed, and the counter substrate is bonded.
[0132]
As described above, the number of steps can be reduced by shielding the gap between the pixels with the light shielding portion formed by the lamination of the colored layers without forming a light shielding layer such as a black mask.
[0133]
Next, a counter electrode 576 made of a transparent conductive film was formed over the planarization film 573 in at least the pixel portion, an alignment film 574 was formed over the entire surface of the counter substrate, and a rubbing process was performed.
[0134]
Then, the active matrix substrate on which the pixel portion and the driver circuit are formed and the counter substrate are attached to each other with a sealant 568. A filler is mixed in the sealing material 568, and two substrates are bonded to each other with a uniform interval by the filler and the columnar spacer. Thereafter, a liquid crystal material 575 is injected between both substrates and completely sealed with a sealant (not shown). A known liquid crystal material may be used for the liquid crystal material 575. In this way, the reflection type liquid crystal display device shown in FIG. 16 is completed. If necessary, the active matrix substrate or the counter substrate is divided into a desired shape. Further, a polarizing plate (not shown) was attached only to the counter substrate. And FPC was affixed using the well-known technique.
[0135]
The liquid crystal display device manufactured as described above has a TFT manufactured using a uniformly annealed semiconductor film because it is irradiated with laser light that makes it very easy to make the energy distribution uniform. Therefore, the operation characteristics and reliability of the liquid crystal display device can be sufficient. And such a liquid crystal display device can be used as a display part of various electronic devices.
[0136]
Note that this embodiment can be freely combined with Embodiments 1 to 8.
[0137]
[Embodiment 11]
In this embodiment, an example in which a light-emitting device is manufactured using the TFT manufacturing method for manufacturing the active matrix substrate described in Embodiment 9 will be described. In this specification, the light emitting device is a general term for a display panel in which a light emitting element formed on a substrate is sealed between the substrate and a cover material, and a display module including a TFT in the display panel. is there. Note that the light-emitting element includes a layer (light-emitting layer) containing an organic compound from which luminescence (Electro Luminescence) generated by applying an electric field is obtained, an anode layer, and a cathode layer. In addition, luminescence in an organic compound includes light emission (fluorescence) when returning from a singlet excited state to a ground state and light emission (phosphorescence) when returning from a triplet excited state to a ground state, one of these, Or both luminescence is included.
[0138]
In the present specification, all layers formed between the anode and the cathode in the light emitting element are defined as organic light emitting layers. Specifically, the organic light emitting layer includes a light emitting layer, a hole injection layer, an electron injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and the like. Basically, a light emitting element has a structure in which an anode layer, a light emitting layer, and a cathode layer are sequentially laminated. In addition to this structure, an anode layer, a hole injection layer, a light emitting layer, a cathode layer, and an anode layer , A hole injection layer, a light emitting layer, an electron transport layer, a cathode layer and the like may be laminated in this order.
[0139]
FIG. 17 is a cross-sectional view of the light emitting device of this embodiment. In FIG. 17, a switching TFT 603 provided over a substrate 700 is formed using the n-channel TFT 503 in FIG. Therefore, the description of the n-channel TFT 503 may be referred to for the description of the structure.
[0140]
In this embodiment, a double gate structure in which two channel formation regions are formed is used, but a single gate structure in which one channel formation region is formed or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed may be used.
[0141]
A driver circuit provided over the substrate 700 is formed using the CMOS circuit of FIG. Therefore, for the description of the structure, the description of the n-channel TFT 501 and the p-channel TFT 502 may be referred to. In the present embodiment, a single gate structure is used, but a double gate structure or a triple gate structure may be used.
[0142]
Further, the wirings 701 and 703 function as source wirings of the CMOS circuit, and the wiring 702 functions as a drain wiring. The wiring 704 functions as a wiring that electrically connects the source wiring 708 and the source region of the switching TFT, and the wiring 705 functions as a wiring that electrically connects the drain wiring 709 and the drain region of the switching TFT.
[0143]
Note that the current control TFT 604 is formed using the p-channel TFT 502 of FIG. Accordingly, the description of the p-channel TFT 502 may be referred to for the description of the structure. In the present embodiment, a single gate structure is used, but a double gate structure or a triple gate structure may be used.
[0144]
A wiring 706 is a source wiring (corresponding to a current supply line) of the current control TFT, and 707 is an electrode that is electrically connected to the pixel electrode 711 by being overlaid on the pixel electrode 711 of the current control TFT.
[0145]
Reference numeral 711 denotes a pixel electrode (anode of the light emitting element) made of a transparent conductive film. As the transparent conductive film, a compound of indium oxide and tin oxide, a compound of indium oxide and zinc oxide, zinc oxide, tin oxide, or indium oxide can be used. Moreover, you may use what added the gallium to the said transparent conductive film. The pixel electrode 711 is formed on the flat interlayer insulating film 710 before forming the wiring. In the present embodiment, it is very important to flatten the step due to the TFT using the flattening film 710 made of resin. Since the light emitting layer formed later is very thin, the presence of a step may cause a light emission failure. Therefore, it is desirable to planarize the pixel electrode before forming it so that the light emitting layer can be formed as flat as possible.
[0146]
After the wirings 701 to 707 are formed, a bank 712 is formed as shown in FIG. The bank 712 may be formed by patterning an insulating film or organic resin film containing silicon of 100 to 400 nm.
[0147]
Note that since the bank 712 is an insulating film, attention must be paid to electrostatic breakdown of elements during film formation. In this embodiment, carbon particles or metal particles are added to the insulating film that is the material of the bank 712 to lower the resistivity, thereby suppressing the generation of static electricity. At this time, the resistivity is 1 × 10 6 ~ 1x10 12 Ωm (preferably 1 × 10 8 ~ 1x10 Ten The added amount of carbon particles and metal particles may be adjusted so that the resistance becomes Ωm).
[0148]
A light emitting layer 713 is formed on the pixel electrode 711. Although only one pixel is shown in FIG. 17, in the present embodiment, light emitting layers corresponding to R (red), G (green), and B (blue) colors are separately formed. In this embodiment, the low molecular weight organic light emitting material is formed by the vapor deposition method. Specifically, a copper phthalocyanine (CuPc) film having a thickness of 20 nm is provided as a hole injection layer, and a tris-8-quinolinolato aluminum complex (Alq) having a thickness of 70 nm is formed thereon as a light emitting layer. Three ) A laminated structure provided with a film. Alq Three The emission color can be controlled by adding a fluorescent dye such as quinacridone, perylene, or DCM1.
[0149]
However, the above example is an example of an organic light emitting material that can be used as a light emitting layer, and it is not absolutely necessary to limit to this. A light emitting layer (a layer for emitting light and moving carriers therefor) may be formed by freely combining a light emitting layer, a charge transport layer, or a charge injection layer. For example, in the present embodiment, an example in which a low molecular weight organic light emitting material is used as a light emitting layer is shown, but a medium molecular weight organic light emitting material or a high molecular weight organic light emitting material may be used. Note that in this specification, an organic light-emitting material that does not have sublimation and has 20 or less molecules or a chain molecule length of 10 μm or less is referred to as a medium molecular organic light-emitting material. As an example of using a polymer organic light emitting material, a 20 nm polythiophene (PEDOT) film is provided by a spin coating method as a hole injection layer, and a paraphenylene vinylene (PPV) film of about 100 nm is provided thereon as a light emitting layer. Alternatively, a laminated structure may be used. If a PPV π-conjugated polymer is used, the emission wavelength can be selected from red to blue. It is also possible to use an inorganic material such as silicon carbide for the charge transport layer or the charge injection layer. Known materials can be used for these organic light emitting materials and inorganic materials.
[0150]
Next, a cathode 714 made of a conductive film is provided on the light emitting layer 713. In this embodiment, an alloy film of aluminum and lithium is used as the conductive film. Of course, a known MgAg film (magnesium and silver alloy film) may be used. As the cathode material, a conductive film made of an element belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table or a conductive film added with these elements may be used.
[0151]
When the cathode 714 is formed, the light emitting element 715 is completed. Note that the light-emitting element 715 here refers to a diode formed of a pixel electrode (anode) 711, a light-emitting layer 713, and a cathode 714.
[0152]
It is effective to provide a passivation film 716 so as to completely cover the light emitting element 715. As the passivation film 716, an insulating film including a carbon film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film is used, and the insulating film is used as a single layer or a combination thereof.
[0153]
At this time, it is preferable to use a film with good coverage as the passivation film, and it is effective to use a carbon film, particularly a DLC film. Since the DLC film can be formed in a temperature range from room temperature to 100 ° C., it can be easily formed over the light-emitting layer 713 having low heat resistance. In addition, the DLC film has a high blocking effect against oxygen and can suppress oxidation of the light-emitting layer 713. Therefore, the problem that the light emitting layer 713 is oxidized during the subsequent sealing process can be prevented.
[0154]
Further, a sealing material 717 is provided over the passivation film 716 and a cover material 718 is attached thereto. As the sealing material 717, an ultraviolet curable resin may be used, and it is effective to provide a substance having a moisture absorption effect or a substance having an antioxidant effect inside. In this embodiment, the cover material 718 is formed by forming a carbon film (preferably a DLC film) on both surfaces of a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate (including a plastic film), or a flexible substrate. In addition to the carbon film, an aluminum film (AlON, AlN, AlO, etc.), SiN, or the like can be used.
[0155]
Thus, a light emitting device having a structure as shown in FIG. 17 is completed. Note that it is effective to continuously process the steps from the formation of the bank 712 to the formation of the passivation film 716 using a multi-chamber type (or in-line type) film formation apparatus without releasing to the atmosphere. . Further, it is possible to continuously process the process up to the step of bonding the cover material 718 without releasing to the atmosphere.
[0156]
Thus, n-channel TFTs 601 and 602, a switching TFT (n-channel TFT) 603 and a current control TFT (n-channel TFT) 604 are formed on the substrate 700.
[0157]
Furthermore, as described with reference to FIGS. 17A and 17B, an n-channel TFT which is resistant to deterioration due to the hot carrier effect can be formed by providing an impurity region overlapping with the gate electrode through an insulating film. Therefore, a highly reliable light emitting device can be realized.
[0158]
Further, in the present embodiment, only the configuration of the pixel portion and the drive circuit is shown. However, according to the manufacturing process of the present embodiment, other logic circuits such as a signal dividing circuit, a D / A converter, an operational amplifier, and a γ correction circuit are provided. Can be formed on the same insulator, and a memory and a microprocessor can also be formed.
[0159]
The light-emitting device manufactured as described above has a TFT manufactured using a uniformly annealed semiconductor film because it is irradiated with laser light that makes it very easy to make the energy distribution uniform. The operational characteristics and reliability of the light emitting device can be sufficient. And such a light-emitting device can be used as a display part of various electronic devices.
[0160]
Note that this embodiment can be freely combined with Embodiments 1 to 8.
[0161]
[Embodiment 12]
By applying the present invention, various semiconductor devices (active matrix liquid crystal display device, active matrix light emitting device, active matrix EC display device) can be manufactured. That is, the present invention can be applied to various electronic devices in which these electro-optical devices are incorporated in a display unit.
[0162]
Such electronic devices include video cameras, digital cameras, projectors, head-mounted displays (goggles type displays), car navigation systems, car stereos, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.), etc. Can be mentioned. Examples thereof are shown in FIG. 18, FIG. 19, and FIG.
[0163]
FIG. 18A shows a personal computer, which includes a main body 3001, an image input portion 3002, a display portion 3003, a keyboard 3004, and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3003, the personal computer of the present invention is completed.
[0164]
FIG. 18B illustrates a video camera, which includes a main body 3101, a display portion 3102, an audio input portion 3103, operation switches 3104, a battery 3105, an image receiving portion 3106, and the like. The video camera of the present invention is completed by applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3102.
[0165]
FIG. 18C shows a mobile computer (mobile computer), which includes a main body 3201, a camera portion 3202, an image receiving portion 3203, an operation switch 3204, a display portion 3205, and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3205, the mobile computer of the present invention is completed.
[0166]
FIG. 18D shows a goggle type display, which includes a main body 3301, a display portion 3302, an arm portion 3303, and the like. The display portion 3302 uses a flexible substrate as a substrate, and the goggle type display is manufactured by curving the display portion 3302. It also realizes a lightweight and thin goggle type display. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3302, the goggle type display of the present invention is completed.
[0167]
FIG. 18E shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 3401, a display portion 3402, a speaker portion 3403, a recording medium 3404, an operation switch 3405, and the like. This player uses a DVD (Digital Versatile Disc), CD, or the like as a recording medium, and can perform music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3402, the recording medium of the present invention is completed.
[0168]
FIG. 18F illustrates a digital camera, which includes a main body 3501, a display portion 3502, an eyepiece portion 3503, an operation switch 3504, an image receiving portion (not shown), and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3502, the digital camera of the present invention is completed.
[0169]
FIG. 19A illustrates a front type projector, which includes a projection device 3601, a screen 3602, and the like. The front type projector of the present invention is completed by applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the liquid crystal display device 3808 constituting a part of the projection device 3601 and other driving circuits.
[0170]
FIG. 19B shows a rear projector, which includes a main body 3701, a projection device 3702, a mirror 3703, a screen 3704, and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the liquid crystal display device 3808 constituting a part of the projection device 3702 and other driving circuits, the rear projector of the present invention is completed.
[0171]
Note that FIG. 19C illustrates an example of the structure of the projection devices 3601 and 3702 in FIGS. 19A and 19B. The projection devices 3601 and 3702 include a light source optical system 3801, mirrors 3802 and 3804 to 3806, a dichroic mirror 3803, a prism 3807, a liquid crystal display device 3808, a phase difference plate 3809, and a projection optical system 3810. The projection optical system 3810 is composed of an optical system including a projection lens. Although this embodiment showed the example of a three-plate type, it is not specifically limited, For example, a single plate type may be sufficient. Further, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the optical path indicated by an arrow in FIG. Good.
[0172]
FIG. 19D shows an example of the structure of the light source optical system 3801 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 3801 includes a reflector 3811, a light source 3812, lens arrays 3813 and 3814, a polarization conversion element 3815, and a condenser lens 3816. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 19D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the light source optical system.
[0173]
However, the projector shown in FIG. 19 shows a case where a transmissive electro-optical device is used, and an application example in a reflective electro-optical device and a light-emitting device is not shown.
[0174]
FIG. 20A illustrates a mobile phone, which includes a main body 3901, an audio output portion 3902, an audio input portion 3903, a display portion 3904, operation switches 3905, an antenna 3906, and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 3904, the cellular phone of the present invention is completed.
[0175]
FIG. 20B illustrates a portable book (electronic book), which includes a main body 4001, display portions 4002 and 4003, a storage medium 4004, operation switches 4005, an antenna 4006, and the like. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portions 4002 and 4003, the portable book of the present invention is completed. Portable books can be made as large as paperback books, making them easy to carry.
[0176]
FIG. 20C illustrates a display, which includes a main body 4101, a support base 4102, a display portion 4103, and the like. The display portion 4103 is manufactured using a flexible substrate, and a lightweight and thin display can be realized. In addition, the display portion 4103 can be curved. By applying the semiconductor device manufactured according to the present invention to the display portion 4103, the display of the present invention is completed. The display of the present invention is particularly advantageous when the screen is enlarged, and is advantageous for displays having a diagonal of 10 inches or more (particularly 30 inches or more).
[0177]
As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields. Further, the electronic device of the present embodiment can also be realized by using a configuration that is a combination of the first to ninth or tenth embodiments.
[0178]
【The invention's effect】
By adopting the configuration of the present invention, the following basic significance can be obtained.
(A) Laser light can be used effectively.
(B) The laser irradiation apparatus can be made compact.
(C) It is possible to greatly reduce the labor for laser maintenance.
(D) After satisfying the above advantages, the laser irradiation method and the laser irradiation apparatus for performing the laser irradiation can efficiently perform the laser beam irradiation. Further, in a semiconductor device typified by an active matrix liquid crystal display device, improvement in operating characteristics and reliability of the semiconductor device can be realized. Furthermore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a laser irradiation apparatus of the present invention.
FIG. 2A is a graph showing the reflectance with respect to the wavelength in an amorphous silicon film at 55 nm.
(B) The figure which shows the transmittance | permeability with respect to the wavelength in an amorphous silicon film 55nm.
FIG. 3A is a graph showing reflectance with respect to wavelength in a crystalline silicon film at 55 nm.
(B) The figure which shows the transmittance | permeability with respect to the wavelength in crystalline silicon film 55nm.
FIG. 4A is a graph showing reflectivity with respect to wavelength in a 1737 glass substrate.
(B) The figure which shows the transmittance | permeability with respect to the wavelength in a 1737 glass substrate.
FIG. 5A is a graph showing the reflectance with respect to wavelength in a synthetic quartz glass substrate.
(B) The figure which shows the transmittance | permeability with respect to the wavelength in a synthetic quartz glass substrate.
FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of a laser irradiation apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a laser irradiation apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of a laser irradiation apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an example of a method for crystallizing a semiconductor film using the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an example of a method for crystallizing a semiconductor film using the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an example of the relationship between the relative movement speed of laser light with respect to the substrate and the peak power on the irradiated surface using the present invention.
12 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit. FIG.
13 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit. FIG.
14 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit. FIG.
FIG. 15 is a top view illustrating a structure of a pixel TFT.
FIG. 16 is a cross-sectional view of an active matrix liquid crystal display device.
FIG 17 is a cross-sectional structure diagram of a driver circuit and a pixel portion of a light-emitting device.
FIG 18 illustrates an example of a semiconductor device.
FIG 19 illustrates an example of a semiconductor device.
FIG 20 illustrates an example of a semiconductor device.
FIG. 21 is a diagram showing an example of the configuration of a laser irradiation apparatus of the present invention.
FIG. 22 is a diagram showing an example of the configuration of a laser irradiation apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
101 laser
102-104 lens
105 Jig
106-109 Jig direction
110, 111 substrate
120, 121 substrate
124 cylindrical lens
130, 131 substrate
141 laser
142-144 lens
155 prism
154 lens

Claims (29)

レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振したレーザ光が垂直方向から照射されるように第1の基板を配置するための第1の治具と、
前記レーザ発振器より発振したレーザ光が前記第1の基板を透過した際、第2の基板に照射されるように前記第2の基板を配置するための第2の治具と
前記第1の基板と、前記第2の基板との間に、前記第1の基板を透過したレーザ光を集光するための光学系とを有する
ことを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
A first jig for disposing a first substrate so that laser light oscillated from the laser oscillator is irradiated from a vertical direction;
A second jig for disposing the second substrate so that the laser beam oscillated from the laser oscillator is irradiated onto the second substrate when transmitted through the first substrate ;
A laser irradiation apparatus comprising: an optical system for condensing laser light transmitted through the first substrate between the first substrate and the second substrate .
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振したレーザ光の進行方向に対して垂直に照射されるように第1の基板を配置するための第1の治具と、
前記レーザ発振器より発振したレーザ光が前記第1の基板を透過した際、第2の基板に照射されるように前記第2の基板を配置するための第2の治具と
前記第1の基板と、前記第2の基板との間に、前記第1の基板を透過したレーザ光を集光するための光学系とを有する
ことを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
A first jig for arranging the first substrate so as to be irradiated perpendicularly to the traveling direction of the laser light oscillated from the laser oscillator;
A second jig for disposing the second substrate so that the laser beam oscillated from the laser oscillator is irradiated onto the second substrate when transmitted through the first substrate ;
A laser irradiation apparatus comprising: an optical system for condensing laser light transmitted through the first substrate between the first substrate and the second substrate .
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振したレーザ光の進行方向に対して斜めに照射されるように第1の基板を配置するための第1の治具と、
前記レーザ発振器より発振したレーザ光が前記第1の基板を透過した際、第2の基板に照射されるように前記第2の基板を配置するための第2の治具と
前記第1の基板と、前記第2の基板との間に、前記第1の基板を透過したレーザ光を集光するための光学系とを有する
ことを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
A first jig for arranging the first substrate so as to be irradiated obliquely with respect to the traveling direction of the laser light oscillated from the laser oscillator;
A second jig for disposing the second substrate so that the laser beam oscillated from the laser oscillator is irradiated onto the second substrate when transmitted through the first substrate ;
A laser irradiation apparatus comprising: an optical system for condensing laser light transmitted through the first substrate between the first substrate and the second substrate .
請求項1乃至3のいずれか一において、In any one of Claims 1 thru | or 3,
前記第1の治具及び第2の治具は、吊されて配置されたことを特徴とするレーザ照射装置。The laser irradiation apparatus, wherein the first jig and the second jig are suspended and arranged.
請求項1乃至請求項のいずれか一において、
前記第1の基板はガラス基板、石英基板、プラスチック基板、及び可撓性基板のいずれかであることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4 ,
The laser irradiation apparatus, wherein the first substrate is one of a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, and a flexible substrate.
請求項1乃至請求項のいずれか一において、
前記第2の基板はガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、及び可撓性基板のいずれかであることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5 ,
The laser irradiation apparatus, wherein the second substrate is any one of a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, a metal substrate, and a flexible substrate.
請求項1乃至請求項のいずれか一において、
前記第1の治具と前記第2の治具とは、連結されていることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of claims 1 to 6,
The laser irradiation apparatus, wherein the first jig and the second jig are connected to each other.
請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
前記レーザ発振器より発振したレーザ光により、前記第1の基板に照射されるビーム幅と、前記第2の基板に照射されるビーム幅とは異なることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
A laser irradiation apparatus, wherein a beam width irradiated on the first substrate by a laser beam oscillated from the laser oscillator is different from a beam width irradiated on the second substrate.
請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
前記第1の基板と、前記第2の基板とは、大きさが異なることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 8,
The laser irradiation apparatus, wherein the first substrate and the second substrate have different sizes.
請求項1乃至請求項9のいずれか一において、
前記第1の基板と、前記第2の基板とは耐熱性が異なることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
The laser irradiation apparatus, wherein the first substrate and the second substrate have different heat resistance.
レーザ発振器から発振したレーザ光が垂直方向から照射されるように配置された第1の基板、及び前記第1の基板を透過した際、第2の基板に照射されるように配置された前記第2の基板を同時に照射するレーザ照射方法であって、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置された光学系によって、前記第2の基板に照射されるレーザ光を集光することを特徴とするレーザ照射方法
The first substrate disposed so that the laser light oscillated from the laser oscillator is irradiated from the vertical direction, and the second substrate disposed so as to be irradiated to the second substrate when transmitted through the first substrate. 2 of the substrate a simultaneous irradiation, Relais chromatography the irradiation method,
A laser irradiation method, comprising: condensing laser light applied to the second substrate by an optical system disposed between the first substrate and the second substrate .
レーザ発振器から発振したレーザ光の進行方向に対して垂直に配置された第1の基板、及び前記第1の基板を透過した際、第2の基板に照射されるように配置された前記第2の基板を同時に照射するレーザ照射方法であって、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置された光学系によって、前記第2の基板に照射されるレーザ光を集光することを特徴とするレーザ照射方法
The first substrate disposed perpendicular to the traveling direction of the laser light oscillated from the laser oscillator, and the second substrate disposed so as to irradiate the second substrate when transmitted through the first substrate. a irradiation, Relais over the irradiation method of the substrate at the same time,
A laser irradiation method, comprising: condensing laser light applied to the second substrate by an optical system disposed between the first substrate and the second substrate .
レーザ発振器から発振したレーザ光の進行方向に対して斜めに配置された第1の基板、及び前記第1の基板を透過した際、第2の基板に照射されるように配置された前記第2の基板を同時に照射するレーザ照射方法であって、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置された光学系によって、前記第2の基板に照射されるレーザ光を集光することを特徴とするレーザ照射方法
The first substrate disposed obliquely with respect to the traveling direction of the laser light oscillated from the laser oscillator, and the second substrate disposed so as to irradiate the second substrate when transmitted through the first substrate. a irradiation, Relais over the irradiation method of the substrate at the same time,
A laser irradiation method, comprising: condensing laser light applied to the second substrate by an optical system disposed between the first substrate and the second substrate .
請求項11乃至請求項13のいずれか一において、
前記第1の基板はガラス基板、石英基板、プラスチック基板、及び可撓性基板のいずれかであることを特徴とするレーザ照射方法。
In any one of Claims 11 thru | or 13,
The laser irradiation method, wherein the first substrate is one of a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, and a flexible substrate.
請求項11乃至請求項14のいずれか一において、
前記第2の基板はガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、及び可撓性基板のいずれかであることを特徴とするレーザ照射方法。
In any one of Claims 11 thru | or 14,
The laser irradiation method, wherein the second substrate is any one of a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, a metal substrate, and a flexible substrate.
請求項11乃至請求項15のいずれか一において、
前記第1の基板と前記第2の基板とは、異なる速度で移動することを特徴とするレーザ照射方法。
In any one of Claims 11 thru | or 15,
The laser irradiation method, wherein the first substrate and the second substrate move at different speeds.
請求項11乃至請求項16のいずれか一において、
前記レーザ発振器より発振したレーザ光により、前記第1の基板に照射されるビーム幅と、前記第2の基板に照射されるビーム幅とは異なることを特徴とするレーザ照射方法。
In any one of Claims 11 thru | or 16,
A laser irradiation method, wherein a beam width irradiated on the first substrate by a laser beam oscillated from the laser oscillator is different from a beam width irradiated on the second substrate.
請求項11乃至請求項17のいずれか一において、
前記第1の基板と、前記第2の基板とは、大きさが異なることを特徴とするレーザ照射方法。
In any one of Claims 11 thru | or 17,
The laser irradiation method, wherein the first substrate and the second substrate have different sizes.
請求項11乃至請求項18のいずれか一において、
前記第1の基板と、前記第2の基板とは耐熱性が異なることを特徴とするレーザ照射方法。
In any one of Claims 11 thru | or 18,
The laser irradiation method, wherein the first substrate and the second substrate have different heat resistance.
第1の基板上に非晶質半導体膜を形成し、
レーザ発振器から発振されたレーザ光を前記非晶質半導体膜に照射して結晶性半導体膜を形成し、
同時に前記第1の基板を透過したレーザ光を第2の基板に照射する結晶性半導体膜の作製方法であって、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置された光学系によって、前記第2の基板に照射されるレーザ光を集光することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法
Forming an amorphous semiconductor film on the first substrate;
The amorphous semiconductor film is irradiated with laser light oscillated from a laser oscillator to form a crystalline semiconductor film,
A simultaneously the manufacturing method of the first binding-crystalline you irradiating laser light transmitted through the substrate to a second substrate the semiconductor film,
A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein laser light applied to the second substrate is condensed by an optical system disposed between the first substrate and the second substrate .
第1の基板上に第1の非晶質半導体膜、及び第2の基板上に第2の非晶質半導体膜を形成し、
レーザ発振器から発振されたレーザ光を前記第1の非晶質半導体膜に照射して第1の結晶性半導体膜を形成し、
同時に前記第1の基板を透過したレーザ光を前記第2の非晶質半導体膜に照射して第2の結晶性半導体膜を形成する結晶性半導体膜の作製方法であって、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置された光学系によって、前記第2の基板に照射されるレーザ光を集光することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法
Forming a first amorphous semiconductor film on a first substrate and a second amorphous semiconductor film on a second substrate;
Irradiating the first amorphous semiconductor film with laser light oscillated from a laser oscillator to form a first crystalline semiconductor film;
A simultaneous manufacturing method of the first second crystalline semiconductor film you formed sintered-crystalline semiconductor film with the laser light transmitted through the substrate by irradiating the second amorphous semiconductor film,
A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein laser light applied to the second substrate is condensed by an optical system disposed between the first substrate and the second substrate .
第1の基板上に結晶性半導体膜、及び第2の基板上に非晶質半導体膜を形成し、
レーザ発振器から発振されたレーザ光を前記結晶性半導体膜に照射してアニールし、
同時に前記第1の基板を透過したレーザ光を前記非晶質半導体膜に照射して結晶性半導体膜を形成する結晶性半導体膜の作製方法であって、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置された光学系によって、前記第2の基板に照射されるレーザ光を集光することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法
Forming a crystalline semiconductor film on the first substrate and an amorphous semiconductor film on the second substrate;
Annealing by irradiating the crystalline semiconductor film with laser light oscillated from a laser oscillator,
A simultaneous manufacturing method of the first of the laser light transmitted through the substrate amorphous semiconductor film forming-crystalline semiconductor film by irradiating that form a crystalline semiconductor film,
A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein laser light applied to the second substrate is condensed by an optical system disposed between the first substrate and the second substrate .
第1の基板上に非晶質半導体膜、及び第2の基板上に不純物元素が添加された結晶性半導体膜を形成し、
レーザ発振器から発振されたレーザ光を前記非晶質半導体膜に照射して結晶性半導体膜を形成し、
同時に前記第1の基板を透過したレーザ光を前記結晶性半導体膜に照射して前記不純物元素を活性化する結晶性半導体膜の作製方法であって、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置された光学系によって、前記第2の基板に照射されるレーザ光を集光することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法
Forming an amorphous semiconductor film over the first substrate and a crystalline semiconductor film doped with an impurity element over the second substrate;
The amorphous semiconductor film is irradiated with laser light oscillated from a laser oscillator to form a crystalline semiconductor film,
A simultaneous manufacturing method of the first substrate the transmitted laser beam the crystalline semiconductor film forming-crystalline semiconductor film you activate the impurity element by irradiating,
A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein laser light applied to the second substrate is condensed by an optical system disposed between the first substrate and the second substrate .
請求項20乃至請求項23のいずれか一において、
前記第1の基板はガラス基板、石英基板、プラスチック基板、及び可撓性基板のいずれかであることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
24. In any one of claims 20 to 23,
The method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein the first substrate is any one of a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, and a flexible substrate.
請求項20乃至請求項24のいずれか一において、
前記第2の基板はガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、及び可撓性基板のいずれかであることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
25. In any one of claims 20 to 24,
The method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein the second substrate is any one of a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, a metal substrate, and a flexible substrate.
請求項20乃至請求項25のいずれか一において、
前記第1の基板と前記第2の基板とは、異なる速度で移動することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
In any one of Claims 20 to 25,
The method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein the first substrate and the second substrate move at different speeds.
請求項20乃至請求項26のいずれか一において、
前記レーザ発振器より発振したレーザ光により、前記第1の基板に照射されるビーム幅と、前記第2の基板に照射されるビーム幅とは異なることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
In any one of claims 20 to 26,
A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein a beam width irradiated on the first substrate by a laser beam oscillated from the laser oscillator is different from a beam width irradiated on the second substrate.
請求項20乃至請求項27のいずれか一において、
前記第1の基板と、前記第2の基板とは、大きさが異なることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
In any one of claims 20 to 27,
The method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein the first substrate and the second substrate have different sizes.
請求項20乃至請求項28のいずれか一において、
前記第1の基板と、前記第2の基板とは耐熱性が異なることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
In any one of claims 20 to 28,
The method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein the first substrate and the second substrate have different heat resistance.
JP2001354901A 2001-11-20 2001-11-20 Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing crystalline semiconductor film Expired - Fee Related JP4131792B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001354901A JP4131792B2 (en) 2001-11-20 2001-11-20 Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing crystalline semiconductor film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001354901A JP4131792B2 (en) 2001-11-20 2001-11-20 Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing crystalline semiconductor film

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2003158087A JP2003158087A (en) 2003-05-30
JP2003158087A5 JP2003158087A5 (en) 2005-07-14
JP4131792B2 true JP4131792B2 (en) 2008-08-13

Family

ID=19166682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001354901A Expired - Fee Related JP4131792B2 (en) 2001-11-20 2001-11-20 Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing crystalline semiconductor film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4131792B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003158087A (en) 2003-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5227900B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP5205431B2 (en) Laser irradiation device
JP4515034B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4373115B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP5078205B2 (en) Laser irradiation device
US6770518B2 (en) Method for manufacturing a semiconductor device
US7300516B2 (en) Laser irradiation method and laser irradiation apparatus, and method for fabricating semiconductor device
JP2003045820A (en) Laser irradiation apparatus, and method, and method of manufacturing semiconductor device
KR100871449B1 (en) Method of manufacturing a semiconductor device
JP3973882B2 (en) Laser irradiation apparatus and laser irradiation method
JP3910524B2 (en) Laser irradiation method and semiconductor device manufacturing method
JP4748873B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3908153B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4593073B2 (en) Laser irradiation device
JP5222450B2 (en) Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device
JP5520911B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4131792B2 (en) Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing crystalline semiconductor film
JP3910523B2 (en) Laser irradiation device
JP4397582B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4255639B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4968996B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4637816B2 (en) Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device
JP4159858B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4566504B2 (en) Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and manufacturing method of semiconductor device
JP4968982B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20041119

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041119

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050502

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060214

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060417

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070904

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071011

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080527

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080528

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110606

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110606

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110606

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120606

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120606

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130606

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130606

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees