JP4526764B2 - Semiconductor device and semiconductor device production system - Google Patents

Semiconductor device and semiconductor device production system Download PDF

Info

Publication number
JP4526764B2
JP4526764B2 JP2003005633A JP2003005633A JP4526764B2 JP 4526764 B2 JP4526764 B2 JP 4526764B2 JP 2003005633 A JP2003005633 A JP 2003005633A JP 2003005633 A JP2003005633 A JP 2003005633A JP 4526764 B2 JP4526764 B2 JP 4526764B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
insulating film
film
laser beam
semiconductor film
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
JP2003005633A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003282594A (en
Inventor
敦生 磯部
舜平 山崎
浩二 大力
寛 柴田
千穂 小久保
達也 荒尾
昌彦 早川
秀和 宮入
明久 下村
幸一郎 田中
麻衣 秋葉
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 JP2003005633A priority Critical patent/JP4526764B2/en
Publication of JP2003282594A publication Critical patent/JP2003282594A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4526764B2 publication Critical patent/JP4526764B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶構造を有する半導体膜を用いて構成される半導体装置に係り、特に、絶縁表面上に結晶成長させた結晶質半導体膜を活性層として有する薄膜トランジスタを用いた半導体装置に関する。さらにレーザー光を用いた半導体装置の生産システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、基板上にTFTを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたTFT(ポリシリコンTFT)は、従来の非晶質半導体膜を用いたTFTよりも電界効果移動度(モビリティともいう)が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能である。
【0003】
ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすい。そのため、ガラス基板上にポリシリコンTFTを形成する場合において、半導体膜の結晶化にレーザーアニールを用いることは、ガラス基板の熱変形を避けるのに非常に有効である。
【0004】
レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【0005】
なお、ここでいうレーザーアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層を再結晶化する技術や、基板上に形成された半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表される気体レーザー発振装置、YAGレーザーに代表される固体レーザー発振装置であり、レーザー光の照射によって半導体の表面層を数十ナノ〜数十マイクロ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【0006】
レーザーはその発振方法により、パルス発振と連続発振の2種類に大別される。パルス発振のレーザーは出力エネルギーが比較的高いため、レーザービームの大きさを数cm2以上として量産性を上げることができる。特に、レーザービームの形状を光学系を用いて加工し、長さ10cm以上の線状にすると、基板へのレーザー光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザーを用いるのが主流となりつつあった。
【0007】
しかし近年では、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザーよりも連続発振のレーザーを用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出された。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるTFTの移動度が高くなる。そのため、連続発振のレーザーはにわかに脚光を浴び始めている。
【0008】
なお絶縁表面上に単結晶半導体膜を形成する試みは古くから成され、より積極的な試みとしてグラフォエピタキシー(graphoepitaxy)という技術が考案されている。グラフォエピタキシーは石英基板の表面に段差を形成し、この上に非晶質半導体膜又は多結晶半導体膜を形成してから、レーザービームやヒーターで加熱させ、石英基板上に形成された段差形状を核として、エピタキシャル的な成長層を形成するという技術である。この技術は例えば非特許文献1等に開示されている。
【0009】
【非特許文献1】
J. Vac. Sci. Technol.,"Grapho-epitaxy of silicon on fused silica using surface micropatterns and laser crystallization", 16(6),1979,pp1640-1643.
【0010】
また、例えば非特許文献2にも、グラフォーエピタキシーと呼ばれる半導体膜の結晶化技術について開示されている。これは人為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子(surface relief grating)の誘導によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。上記非特許文献2には、グラフォーエピタキシーの技術とは、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半導体膜に加熱又はレーザー光の照射等の処理を施すことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させることが開示されている。
【0011】
【非特許文献2】
M. W. Geis, et al.,"CRYSTALLINE SILICON ON INSULATORS BY GRAPHOEPITAXY" Technical Digest of International Electron Devices Meeting, 1979, pp.210.
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
パルス発振と連続発振とに大別されるレーザーアニール法を用いて作製される結晶質半導体膜は、一般的に複数の結晶粒が集合して形成される。その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであり、結晶粒の位置や大きさを指定して結晶質半導体膜を形成する事は難しい。そのため前記結晶質半導体膜を島状にパターニングすることで形成された活性層中には、結晶粒の界面(粒界)が存在することがある。
【0013】
結晶粒内と異なり、粒界には非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性が低下することが知られている。よって、TFTの活性層、特にチャネル形成領域中に粒界が存在すると、TFTの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、また粒界において電流が流れるためにオフ電流が増加したりと、TFTの特性に重大な影響を及ぼす。また同じ特性が得られることを前提に作製された複数のTFTにおいて、活性層中の粒界の有無によって特性がばらついたりする。
【0014】
半導体膜にレーザー光を照射したときに、得られる結晶粒の位置と大きさがランダムになるのは、以下の理由による。レーザー光の照射によって完全溶融した液体半導体膜中に固相核生成が発生するまでには、ある程度の時間が掛かる。そして時間の経過と共に、完全溶融領域において無数の結晶核が発生し、該結晶核からそれぞれ結晶が成長する。この結晶核の発生する位置は無作為であるため、不均一に結晶核が分布する。そして、互いの結晶粒がぶつかり合ったところで結晶成長が終了するため、結晶粒の位置と大きさは、ランダムなものとなる。
【0015】
よって、TFTの特性に重大な影響を及ぼすチャネル形成領域を、粒界の影響を排除して単一の結晶粒で形成することが理想的であるが、粒界の存在しない結晶質珪素膜をレーザーアニール法で形成するのは殆ど不可能であった。そのためレーザーアニール法を用いて結晶化された結晶質珪素膜を活性層とするTFTで、単結晶シリコン基板に作製されるMOSトランジスタの特性と同等なものは、今日まで得られていない。
【0016】
本発明は上述した問題に鑑み、TFTのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぎ、粒界によってTFTの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができるレーザー結晶化法を用いた、半導体装置の生産システムの提供を課題とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、凹凸を有する絶縁膜上に半導体膜を形成し、該半導体膜にレーザー光を照射すると、絶縁膜の凹部の凹底部または凸部の凸上部のエッジ近傍において結晶核が生成し、該結晶核から該絶縁膜と平行な方向に向かって結晶成長が進むことを見出した。なお凹部は、凸部が形成されていない窪んだ領域を指す。
【0018】
図1を用いてこのメカニズムについて説明する。図1(A)に、凸部10aを有する絶縁膜10上に半導体膜11が形成されている様子を示す。レーザー光の照射により半導体膜11が溶融した後、該半導体膜11内の熱が絶縁膜10に放熱される。このとき、絶縁膜と接している面積がより大きい部分において効率的に放熱が行われる。例えば図1(A)では、半導体膜11と絶縁膜10との接している面が平坦な部分12、13よりも、接している面どうしが交わっている部分14、15の方が絶縁膜への放熱が効率的であり、結晶核がより早く形成される。また、絶縁膜の熱容量が大きい部分の方が、より効率的に放熱が行われる。例えば、凹部のエッジ近傍14の方が凸部のエッジ近傍15よりも、一定の範囲内における絶縁膜の体積が大きいため熱容量が大きいので、逃げた熱がこもりにくく、効率的に放熱が行われる。よって、凹部のエッジ近傍14の方が凸部のエッジ近傍15よりも結晶核が早く出来やすい。
【0019】
そして時間の経過と共に、凹部のエッジ近傍14において生成された結晶核から、絶縁膜と平行な方向に向かって結晶成長が進む。図1(B)を用いて、半導体膜の結晶の成長方向について説明する。図1(B)に2つの凸部10a、10bを有する絶縁膜10上に半導体膜11が形成されている様子を示す。半導体膜11において、凹部のエッジ近傍14から結晶成長が矢印に示した方向に向かって進む。そして隣り合う凹部のエッジ近傍14から進んだ結晶成長は、互いにその中間付近でぶつかり合い、粒界16を形成して結晶成長が止まる。
【0020】
このように、凸部を設けた絶縁膜をレーザー光の照射により結晶化すると、粒界の形成される位置をある程度制御することが可能になる。よって、絶縁膜の形状を設計した段階で、半導体膜の粒界の形成される位置をある程度予測することができる。つまり本発明では粒界が形成される位置を選択的に定めることができるので、活性層、より望ましくはチャネル形成領域に粒界がなるべく含まれないように、活性層をレイアウトすることが可能になる。
【0021】
具体的に絶縁膜には、ストライプ状(縞状)または矩形の凹凸を設ける。そして、該絶縁膜上に形成された半導体膜に対し、絶縁膜のストライプの凹凸に沿って、または矩形の長軸か短軸の方向に沿って、連続発振のレーザー光を照射する。なおこのとき、連続発振のレーザー光を用いるのが最も好ましいが、パルス発振のレーザー光を用いても良い。なおレーザー光の走査方向に対して垂直な方向における凸部の断面は、矩形、三角形または台形であっても良い。
【0022】
そして半導体膜の隣り合う凸部のエッジ間の中央付近と、凹部のエッジ間の中央付近は、成長した結晶がぶつかり合うことで形成される粒界が存在している。よって本発明では、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分17を、活性層またはチャネル形成領域として用いる。または凸部のエッジ近傍と、凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分18を、活性層またはチャネル形成領域として用いる。結晶性が優れている部分17、18は、必ずしも粒界を含まないわけではないが、たとえ粒界が存在したとしても結晶粒が大きいので、結晶性は比較的優れたものとなっている。
【0023】
本発明では、結晶性が優れている部分17、18を、TFTの活性層として積極的に用いることで、TFTのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってTFTの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凸部または凹部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【0024】
なお、レーザー光のレーザービームのエッジの近傍は、中央付近に比べて一般的にエネルギー密度が低く、半導体膜の結晶性も劣る場合が多い。そのためレーザー光を走査する際に、後にTFTのチャネル形成領域となる部分と、その軌跡のエッジとが重ならないようにするのが望ましい。
【0025】
そこで本発明の生産システムでは、まず設計の段階で得られた、基板上面から見た絶縁膜または半導体膜の形状のデータ(パターン情報)を記憶手段に記憶する。そしてそのパターン情報と、レーザー光のレーザービームの走査方向と垂直な方向における幅とから、少なくともTFTのチャネル形成領域となる部分と、レーザー光の軌跡のエッジとが重ならないように、レーザー光の走査経路を決定する。そして、マーカーを基準として基板の位置を合わせ、決定された走査経路にしたがってレーザー光を基板上の半導体膜に対して照射する。
【0026】
上記構成により、基板全体にレーザー光を照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分にのみレーザー光を走査するようにすることができる。よって、不必要な部分にレーザー光を照射するための時間を省くことができ、よって、レーザー光照射にかかる時間を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向上させることができる。また不必要な部分にレーザー光を照射し、基板にダメージが与えられるのを防ぐことができる。
【0027】
なお、マーカーは、基板を直接レーザー光等によりエッチングすることで形成しても良いし、凹凸を有する絶縁膜を形成する際に、同時に絶縁膜の一部にマーカーを形成するようにしても良い。また、実際に形成された絶縁膜または半導体膜の形状をCCD等の撮像素子を用いて読み取り、データとして第1の記憶手段に記憶し、第2の記憶手段に設計の段階で得られた絶縁膜または半導体膜のパターン情報を記憶し、第1の記憶手段に記憶されているデータと、第2の記憶手段に記憶されているパターン情報とを照合することで、基板の位置合わせを行うようにしても良い。
【0028】
絶縁膜の一部にマーカーを形成したり、絶縁膜の形状をマーカーとして用いることで、マーカー用のマスクを1枚減らすことができ、なおかつ基板にレーザー光で形成するよりもよりも、正確な位置にマーカーを形成することができ、位置合わせの精度を向上させることができる。
【0029】
なお、レーザー光のエネルギー密度は、一般的には完全に均一ではなく、レーザービーム内の位置によりその高さが変わる。本発明では、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体に、一定のエネルギー密度のレーザー光を照射することが必要である。よって本発明では、レーザー光の走査により、均一なエネルギー密度を有する領域が、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体と完全に重なるような、エネルギー密度の分布を有するレーザービームを用いることが必要である。上記エネルギー密度の条件を満たすためには、レーザービームの形状を、矩形または線形等にすることが望ましいと考えられる。
【0030】
さらにスリットを介し、レーザービームのうちエネルギー密度の低い部分を遮蔽するようにしても良い。スリットを用いることで、比較的均一なエネルギー密度のレーザー光を凹部の平らな面全体または凸部の平らな面全体に照射することができ、結晶化を均一に行うことができる。またスリットを設けることで、絶縁膜または半導体膜のパターン情報によって部分的にレーザービームの幅を変えることができ、チャネル形成領域、さらにはTFTの活性層のレイアウトにおける制約を小さくすることができる。なおレーザービームの幅とは、走査方向と垂直な方向におけるレーザービームの長さを意味する。
【0031】
また複数のレーザー発振装置から発振されたレーザー光を合成することで得られた1つのレーザービームを、レーザー結晶化に用いても良い。上記構成により、各レーザー光のエネルギー密度の弱い部分を補い合うことができる。
【0032】
凹凸を有する絶縁膜は、レーザー光の走査方向に対して垂直な方向において、凹底部の幅が凸上部の幅よりも広い方が、TFTの活性層として用いる半導体膜のレイアウトにおける制約が小さくなるので望ましい。具体的には、絶縁膜の凹凸の長手方向と垂直な方向において、凹底部の幅が凸上部の幅の3倍以上であるのが望ましい。
【0033】
また半導体膜を成膜した後、大気に曝さないように(例えば希ガス、窒素、酸素等の特定されたガス雰囲気または減圧雰囲気にする)レーザー光の照射を行い、半導体膜を結晶化させても良い。上記構成により、クリーンルーム内における分子レベルでの汚染物質、例えば空気の清浄度を高めるためのフィルター内に含まれるボロン等が、レーザー光による結晶化の際に半導体膜に混入するのを防ぐことができる。
【0034】
なお、従来のグラフォーエピタキシー(graphoepitaxy)と呼ばれる半導体膜の結晶化技術は、人為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子(surface relief grating)の誘導によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。このグラフォーエピタキシーに関する技術は、上記非特許文献2等に記載されている。上記論文等には、グラフォーエピタキシーの技術とは、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半導体膜に加熱又はレーザー光の照射等の処理を施すことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させることが開示されている。しかし、エピタキシャル成長に必要な温度は、少なくとも700℃程度は必要であり、ガラス基板上においてエピタキシャル成長を行おうとすると、絶縁膜の凹部または凸部のエッジ近傍において半導体膜に粒界が形成されてしまう。本発明では、アイランドのマスクをレイアウトして、該アイランドとなる部分における結晶性を高められるように、絶縁膜の凹部または凸部の形状及びエッジの位置を、アイランドのレイアウトに合わせて設計する。具体的には凹部または凸部のエッジ及び凹部または凸部のエッジ間の中央付近と、アイランドとが重ならないように、凹部または凸部の形状、サイズ等を定める。そしてアイランドのレイアウトに合わせて設計された絶縁膜を用い、意図的に粒界の位置を選択的に定める。そして該半導体膜の選択的に形成された粒界の存在する部分をパターニングにより除去し、結晶性の比較的優れている部分をアイランドとして用いる。よって本発明において開示する技術は、従来のグラフォーエピタキシーと、段差を設けた絶縁膜上に半導体膜を形成し、該段差を用いて半導体膜を結晶化させる点では一致しているが、従来のグラフォーエピタキシーには段差を用いて粒界の位置を制御し、アイランド内の粒界を少なくするという概念は含まれておらず、本発明とは似て非なるものである。
【0035】
【発明の実施の形態】
次に、図2を用いて、本発明で用いられるレーザー光の照射方法について説明する。
【0036】
まず、図2(A)に示すように基板100上に絶縁膜101を形成する。絶縁膜101はストライプ状の凸部101aを含んでいる。なおこの凹凸の形成の仕方については、後段において詳しく説明する。絶縁膜101は酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜等を用いることができる。なお、アルカリ金属などの不純物が後に形成される半導体膜内に取り込まれるのを防ぐことができ、後の処理温度に耐え得る絶縁性を有する膜で、なおかつ凹凸を形成することができるのであれば、これらの他の絶縁膜を用いても良い。また2つ以上の膜の積層構造であってもよい。
【0037】
このとき、絶縁膜101と同時に、絶縁膜の一部を利用してマーカーを形成するようにしても良い。
【0038】
基板100は、後の工程の処理温度に耐えうる材質であれば良く、例えば石英基板、シリコン基板、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基板を用いることができる。また、処理温度に耐えうる程度に耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0039】
次に、絶縁膜101を覆うように、半導体膜102を形成しする。半導体膜102は、公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、プラズマCVD法等)により成膜することができる。なお、半導体膜は非晶質半導体膜であっても良いし、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜であっても良い。また珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いるようにしても良い。
【0040】
このとき、絶縁膜101の凹凸に沿って、半導体膜102にも凹凸が現れる。なお、絶縁膜101の凸部101aのサイズについては設計者が適宜設定することができるが、後に形成される半導体膜が凸部のエッジ近傍において膜切れを起こさない程度の厚さに設定する必要がある。また凹部において活性層をレイアウトする場合、凹部の幅は凸部の幅よりも広くすることで、活性層のレイアウトの制約を小さくすることができる。凸部において活性層をレイアウトする場合、凸部の幅は凹部の幅よりも広くすることで、活性層のレイアウトの制約を小さくすることができる。本実施の形態では、レーザー光の走査方向に対して垂直な方向において、例えば凹部の平坦な部分の幅を凸部の平坦な部分の幅の2倍以上にし、また凸部の幅を300〜3000nmとした。さらに凸部の高さを30〜300nmとした。
【0041】
次に、図2(A)に示すように、半導体膜102にレーザー光を照射し、結晶性が高められた半導体膜(LC後)103を形成する。レーザー光のエネルギー密度は、レーザービーム104のエッジの近傍において低くなっており、そのためエッジの近傍は結晶粒が小さく、結晶の粒界に沿って突起した部分(リッジ)が出現する。そのため、レーザー光のレーザービーム104の軌跡のエッジと、チャネル形成領域となる部分とが重ならないようにする。
【0042】
なおレーザー光の走査方向は、矢印に示すように、凸部101aの方向と平行になるように定める。
【0043】
本発明では公知のレーザーを用いることができる。レーザー光は連続発振であることが望ましいが、パルス発振であってもある程度本発明の効果を得ることができると考えられる。レーザーは、気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Arレーザー、Krレーザーなどがあり、固体レーザーとして、YAGレーザー、YVO4レーザー、YLFレーザー、YAlO3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ti:サファイアレーザー、Y23レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti、Yb又はTmがドーピングされたYAG、YVO4、YLF、YAlO3などの結晶を使ったレーザーが適用される。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、1μm前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【0044】
またさらに、固体レーザーから発せられらた赤外レーザー光を非線形光学素子でグリーンレーザー光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザー光を用いることもできる。
【0045】
なお、図2(A)の、結晶化される前のA−A’における断面図が図2(B)に相当し、結晶化された後のB−B’における断面図が図2(C)に相当する。レーザー光の照射によって結晶化された半導体膜(LC後)103では、絶縁膜101の凹部の中央付近近傍において、粒界105が生じやすくなる。そして、図2では凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分106を、活性層またはチャネル形成領域として用いる。結晶性が優れている部分106は、必ずしも粒界を含まないわけではないが、たとえ粒界が存在したとしても結晶粒が大きいので、結晶性は比較的優れたものとなっている。なお、凸部のエッジ近傍と、凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分を、活性層またはチャネル形成領域として用いるようにしても良い。
【0046】
次に、図3(A)に示すように、粒界が多く形成されていると考えられる凹部のエッジ間の中央付近近傍と、凸部近傍の半導体膜とをチャネル形成領域として用いないように、結晶化後の半導体膜103をパターニングし、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、結晶性の優れている部分を用い、島状の半導体膜(アイランド)108を形成する。
【0047】
なお本実施例では、凸部のエッジ近傍または凹部のエッジ近傍と、凸部と、凹部の中央付近近傍とを一部残す様に半導体膜103をパターニングすることで、図3(A)に示すような、チャネル形成領域の部分のみ分離したスリット状の活性層として用いるアイランド108を形成した。アイランド108のA−A’における断面図を図3(B)に、B−B’における断面図を図3(C)に示す。ソース領域またはドレイン領域となる部分はチャネル形成領域ほど半導体膜の結晶性によるTFTの特性への影響が大きくない。そのため、半導体膜の結晶性が芳しくない部分をソース領域またはドレイン領域として用いても然程問題にはならない。
【0048】
次に図4(A)に示すように、少なくともアイランド108のチャネル形成領域となる部分を覆うように、ゲート絶縁膜110を形成する。なお図4(A)では、ソース領域またはドレイン領域となる部分が露出しているが、ゲート絶縁膜110でアイランド108全体を覆うようにしても良い。
【0049】
次に、導電性を有する膜を成膜し、パターニングすることで、ゲート電極111を形成する。なお、図4(A)のA−A’における断面図を図4(B)に示す。ゲート電極111は全てのチャネル形成領域と重なっている。
【0050】
上記作製工程によって、互いに分離した複数のチャネル形成領域を有するTFTが完成する。このような構成にすることで、チャネル形成領域のチャネル幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、TFTを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【0051】
次に、本発明の生産システムについて説明する。図5に本発明の生産システのフローチャートを示す。まずアイランドのマスクを設計し、次に絶縁膜の形状をストライプ状または矩形状の凹凸を有するように設計する。このとき、該アイランドの1つまたは複数が絶縁膜の凹部または凸部の平らな面にレイアウトされるようにする。さらに、アイランドは、凹部または凸部のエッジ間の中央付近の、粒界が比較的形成されやすい部分を避けるようにレイアウトすることが望ましい。そして、アイランドをTFTの活性層として用いる場合、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向と、絶縁膜のストライプの向きまたは矩形の長辺か短辺方向に揃えるようにすることが望ましいが、用途に応じて意図的に方向を揃えない様にしても良い。
【0052】
また、このとき絶縁膜の一部にマーカーが形成されるように、絶縁膜の形状を設計するようにしても良い。
【0053】
そして、設計された絶縁膜の形状に関する情報(パターン情報)を、レーザー照射装置が有するコンピューターに入力し、その記憶手段に記憶する。コンピューターでは、入力された絶縁膜のパターン情報と、レーザービームの走査方向に対して垂直な方向における幅とに基づき、レーザー光の走査経路を定める。このとき、レーザー光の軌跡のエッジと、絶縁膜の凹部または凸部の平らな面とが重ならないように、走査経路を定めることが重要である。なお、絶縁膜のパターン情報に加えて、アイランドのパターン情報をコンピュータの記憶手段に記憶させ、レーザー光の軌跡のエッジとアイランドまたはアイランドのチャネル形成領域とが重ならないように、走査経路を定めるようにしても良い。
【0054】
なお、スリットを設けてレーザービームの幅を制御する場合、コンピューターでは入力された絶縁膜のパターン情報に基づき、走査方向に対して垂直方向における、絶縁膜の凹部または凸部の幅を把握する。そして、絶縁膜の凹部または凸部の幅を考慮して、レーザー光の軌跡のエッジと、絶縁膜の凹部または凸部の平らな面とが重ならないように、走査方向に対して垂直方向におけるスリットの幅を設定する。
【0055】
一方基板上に、設計したパターン情報に従って絶縁膜を形成し、次に、該絶縁膜上に半導体膜を成膜する。そして、半導体膜を成膜した後、基板をレーザー照射装置のステージに設置し、基板の位置合わせを行なう。図5ではCCDカメラを用いてマーカーを検出し、基板の位置合わせを行う例を示している。なおCCDカメラとは、CCD(電荷結合素子)を撮像素子として用いたカメラを意味する。
【0056】
なお、ステージに設置された基板上の絶縁膜または半導体膜のパターン情報をCCDカメラ等により検出し、コンピュータにおいてCADによって設計された絶縁膜または半導体膜のパターン情報と、CCDカメラによって得られる、実際に基板上に形成された絶縁膜または半導体膜のパターン情報とを照らし合わせ、基板の位置合わせを行うようにしても良い。
【0057】
そして、定められた走査経路にしたがってレーザー光を照射し、半導体膜を結晶化する。
【0058】
次に、レーザー光を照射した後、レーザー光照射により結晶性が高められた半導体膜をパターニングし、アイランドを形成する。以下、アイランドからTFTを作製する工程が行われる。TFTの具体的な作製工程はTFTの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を成膜し、アイランドに不純物領域を形成する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
【0059】
次に、本発明において用いられるレーザー照射装置の構成について、図6を用いて説明する。151はレーザー発振装置である。図6では4つのレーザー発振装置を用いているが、レーザー照射装置が有するレーザー発振装置はこの数に限定されない。
【0060】
なお、レーザー発振装置151は、チラー152を用いてその温度を一定に保つようにしても良い。チラー152は必ずしも設ける必要はないが、レーザー発振装置151の温度を一定に保つことで、出力されるレーザー光のエネルギーが温度によってばらつくのを抑えることができる。
【0061】
また154は光学系であり、レーザー発振装置151から出力された光路を変更したり、そのレーザービームの形状を加工したりして、レーザー光を集光することができる。さらに、図6のレーザー照射装置では、光学系154によって、複数のレーザー発振装置151から出力されたレーザー光のレーザービームを互いに一部を重ね合わせることで、合成することができる。
【0062】
なお、レーザー光の進行方向を極短時間で変化させるAO変調器153を、被処理物である基板156とレーザー発振装置151との間の光路に設けても良い。また、AO変調器の代わりに、アテニュエイター(光量調整フィルタ)を設けて、レーザー光のエネルギー密度を調整するようにしても良い。
【0063】
また、被処理物である基板156とレーザー発振装置151との間の光路に、レーザー発振装置151から出力されたレーザー光のエネルギー密度を測定する手段(エネルギー密度測定手段)165を設け、測定したエネルギー密度の経時変化をコンピューター160において監視するようにしても良い。この場合、レーザー光のエネルギー密度の減衰を補うように、レーザー発振装置160からの出力を高めるようにしても良い。
【0064】
合成されたレーザービームは、スリット155を介して被処理物である基板156に照射される。スリット155は、レーザー光を遮ることが可能であり、なおかつレーザー光によって変形または損傷しないような材質で形成するのが望ましい。そして、スリット155はスリットの幅が可変であり、該スリットの幅によってレーザービームの幅を変更することができる。
【0065】
なお、スリット155を介さない場合の、レーザー発振装置151から発振されるレーザー光の基板156におけるレーザービームの形状は、レーザーの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。
【0066】
基板156はステージ157上に載置されている。図6では、位置制御手段158、159が、被処理物におけるレーザービームの位置を制御する手段に相当しており、ステージ157の位置が、位置制御手段158、159によって制御されている。
【0067】
図6では、位置制御手段158がX方向におけるステージ157の位置の制御を行っており、位置制御手段159はY方向におけるステージ157の位置制御を行う。
【0068】
また図6のレーザー照射装置は、メモリ等の記憶手段及び中央演算処理装置を兼ね備えたコンピューター160を有している。コンピューター160は、レーザー発振装置151の発振を制御し、レーザー光の走査経路を定め、なおかつレーザー光のレーザービームが定められた走査経路にしたがって走査されるように、位置制御手段158、159を制御し、基板を所定の位置に移動させることができる。
【0069】
なお図6では、レーザービームの位置を、基板を移動させることで制御しているが、ガルバノミラー等の光学系を用いて移動させるようにしても良いし、その両方であってもよい。
【0070】
さらに図6では、コンピューター160によって、該スリット155の幅を制御し、マスクのパターン情報に従ってレーザービームの幅を変更することができる。なおスリットは必ずしも設ける必要はない。
【0071】
さらにレーザー照射装置は、被処理物の温度を調節する手段を備えていても良い。また、レーザー光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、ダンパーを設けて、反射光が不適切な箇所に照射されるのを防ぐようにしても良い。ダンパーは、反射光を吸収させる性質を有していることが望ましく、ダンパー内に冷却水を循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温度が上昇するのを防ぐようにしても良い。また、ステージ157に基板を加熱するための手段(基板加熱手段)を設けるようにしても良い。
【0072】
なお、マーカーをレーザーで形成する場合、マーカー用のレーザー発振装置を設けるようにしても良い。この場合、マーカー用のレーザー発振装置の発振を、コンピューター160において制御するようにしても良い。さらにマーカー用のレーザー発振装置を設ける場合、マーカー用のレーザー発振装置から出力されたレーザー光を集光するための光学系を別途設ける。なおマーカーを形成する際に用いるレーザーは、代表的にはYAGレーザー、CO2レーザー等が挙げられるが、無論この他のレーザーを用いて形成することは可能である。
【0073】
またマーカーを用いた位置合わせのために、CCDカメラ163を1台、場合によっては数台設けるようにしても良い。なおCCDカメラとは、CCD(電荷結合素子)を撮像素子として用いたカメラを意味する。
【0074】
なお、マーカーを設けずに、CCDカメラ163によって絶縁膜または半導体膜のパターンを認識し、基板の位置合わせを行うようにしても良い。この場合、コンピューター160に入力されたマスクによる絶縁膜または半導体膜のパターン情報と、CCDカメラ163において収集された実際の絶縁膜または半導体膜のパターン情報とを照らし合わせて、基板の位置情報を把握することができる。この場合マーカーを別途設ける必要がない。
【0075】
また、基板に入射したレーザー光は該基板の表面で反射し、入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光となるが、該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。そのため、前記戻り光を取り除きレーザの発振を安定させるため、アイソレータを設置するようにしても良い。
【0076】
なお、図6では、レーザー発振装置を複数台設けたレーザー照射装置の構成について示したが、レーザー発振装置は1台であってもよい。図7にレーザー発振装置が1台の、レーザー照射装置の構成を示す。図7において、201はレーザー発振装置、202はチラーである。また215はエネルギー密度測定装置、203はAO変調器、204は光学系、205はスリット、213はCCDカメラである。基板206はステージ207上に設置し、ステージ207の位置はX方向位置制御手段208、Y方向位置制御手段209によって制御されている。そして図6に示したものと同様に、コンピューター210によって、レーザー照射装置が有する各手段の動作が制御されており、図6と異なるのはレーザー発振装置が1つであることである。また光学系204は図6の場合と異なり、1つのレーザー光を集光する機能を有していれば良い。
【0077】
このように本発明では、レーザー光による結晶化の後、半導体膜の凹部または凸部のエッジ間の中央付近近傍をパターニングにより除去し、凹部または凸部のエッジ近傍と、凹部または凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分をTFTの活性層として積極的に用いることで、TFTのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってTFTの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部または凸部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【0078】
また、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走査することで、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ、基板1枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【0079】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0080】
(実施例1)
本実施例では、凹凸を有する絶縁膜の形成の仕方について説明する。
【0081】
まず、図8(A)に示すように、基板250上に第1の絶縁膜251を成膜する。第1の絶縁膜251は本実施例では酸化窒化珪素を用いるがこれに限定されず、第2の絶縁膜とエッチングにおける選択比が大きい絶縁膜であれば良い。本実施例では第1の絶縁膜251をCVD装置でSiH4とN2Oを用いて50〜200nmの厚さになるように形成した。なお第1の絶縁膜は単層であっても、複数の絶縁膜を積層した構造であってもよい。
【0082】
次に、図8(B)に示すように、第1の絶縁膜251に接するように第2の絶縁膜252を形成する。第2の絶縁膜252は後の工程においてパターニングし、凹凸を形成したときに、その後に成膜される半導体膜の表面に凹凸が現れる程度の膜厚にする必要がある。本実施例では第2の絶縁膜252として、プラズマCVD法を用いて30nm〜300nmの酸化珪素を形成する。
【0083】
次に、図8(C)に示すようにマスク253を形成し、第2の絶縁膜252をエッチングする。なお本実施例では、フッ化水素アンモニウム(NH4HF2)を7.13%とフッ化アンモニウム(NH4F)を15.4%含む混合溶液(ステラケミファ社製、商品名LAL500)をエッチャントとし、20℃においてウエットエッチングを行う。このエッチングにより、矩形状またはストライプ状の凸部254が形成される。本明細書では、第1の絶縁膜251と凸部253とを合わせて1つの絶縁膜とみなす。
【0084】
次に、第1の絶縁膜251と凸部253を覆うように半導体膜を形成する。本実施例では凸部の厚さが30nm〜300nmであるので、半導体膜の膜厚を50〜200nmとするのが望ましく、ここでは60nmとする。なお、半導体膜と絶縁膜との間に不純物が混入すると、半導体膜の結晶性に悪影響を与え、作製するTFTの特性ばらつきやしきい値電圧の変動を増大させる可能性があるため、絶縁膜と半導体膜とは連続して成膜するのが望ましい。そこで本実施例では、第1の絶縁膜251と凸部253とからなる絶縁膜を形成した後は、酸化珪素膜255を薄く該絶縁膜上に成膜し、その後大気にさらさないように連続して半導体膜256を成膜する。酸化珪素膜の厚さは設計者が適宜設定することができるが、本実施例では5nm〜30nm程度とした。
【0085】
なお、第2の絶縁膜252をエッチングする際に、凸部をテーパー状にエッチングするようにしても良い。凸部をテーパー状にすることで、絶縁膜上に形成される半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極などが凸部のエッジにおいて膜切れするのを防ぐことができる。
【0086】
次に、図8とは異なる絶縁膜の形成の仕方について説明する。まず図9(A)に示すように基板260上に第1の絶縁膜261を形成する。第1の絶縁膜261は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで形成する。
【0087】
酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマCVD法で、オルトケイ酸テトラエチル(Tetraethyl Orthosilicate:TEOS)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。酸化窒化珪素膜を用いる場合には、プラズマCVD法でSiH4、N2O、NH3から作製される酸化窒化珪素膜、またはSiH4、N2Oから作製される酸化窒化珪素膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力20〜200Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(60MHz)電力密度0.1〜1.0W/cm2で形成することができる。また、SiH4、N2O、H2から作製される酸化窒化水素化珪素膜を適用しても良い。窒化珪素膜も同様にプラズマCVD法でSiH4、NH3から作製することが可能である。
【0088】
第1の絶縁膜は20〜200nm(好ましくは30〜60nm)の厚さに基板の全面に形成した後、図9(B)に示すように、フォトリソグラフィーの技術を用いマスク262を形成する。そして、エッチングにより不要な部分を除去して、ストライプ状または矩形状の凸部263を形成する。第1の絶縁膜261に対してはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。後者の方法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム(NH4HF2)を7.13%とフッ化アンモニウム(NH4F)を15.4%含む混合溶液(ステラケミファ社製、商品名LAL500)でエッチングすると良い。
【0089】
次いで、凸部263及び基板260を覆うように、第2の絶縁膜264を形成する。この層は第1の絶縁膜261と同様に酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで50〜300nm(好ましくは100〜200nm)の厚さに形成する。
【0090】
上記作製工程によって、凸部263及び第2の絶縁膜264からなる絶縁膜が形成される。なお、第2の絶縁膜264を形成した後、大気に曝さないように連続して半導体膜を成膜するようにすることで、半導体膜と絶縁膜の間に大気中の不純物が混入するのを防ぐことができる。
【0091】
(実施例2)
本実施例では、ストライプ状の絶縁膜上に形成された半導体膜を、レーザー光照射により結晶化した後、凹部の基板と平行な面上に、互いに分離されたアイランドを形成し、該アイランドを用いてTFTを作製する例について説明する。
【0092】
図10(A)に、本実施例のTFTの構造を示す。図10(A)では、基板150上にストライプ状の凸部151を有する絶縁膜152が形成されている。そして、凸部151間の凹部の上面に、互いに分離された複数のアイランド153が形成されている。複数のアイランド153は、半導体膜の、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分を用いて形成されている。そして、アイランド153に接するようにゲート絶縁膜154が形成されている。なお、ゲート絶縁膜154は、図10(A)ではアイランドの不純物領域となる部分を露出するように形成されているが、アイランド153全体を覆うように形成されていても良い。
【0093】
そして、ゲート絶縁膜154上に、複数の各アイランド153と重なるように複数のゲート電極155が形成されている。複数のゲート電極155は、回路構成によっては互いに接続されていても良い。
【0094】
なお、図10(A)のA−A’における断面図が図10(B)に相当し、図10(A)のB−B’における断面図が図10(C)に相当する。図10(C)に示すように、各ゲート電極155は、ゲート絶縁膜154を間に挟んでアイランド153のチャネル形成領域156と重なっている。チャネル形成領域156は同じくアイランド153に含まれる2つの不純物領域157に挟まれている。
【0095】
なお本実施例では凹底部に形成されたアイランドを用いてTFTを形成したが、凸上部に形成されたアイランドを用いてTFTを形成するようにしても良い。
【0096】
本実施例は実施例1と組み合わせて実施することが可能である。
【0097】
(実施例3)
本実施例では、絶縁膜の形状のバリエーションについて説明する。
【0098】
図11(A)に、本発明の絶縁膜の形状の、一実施例を示す。図11(A)では、基板170上に絶縁膜171が形成されており、該絶縁膜171は複数の凸部172を有している。各凸部172は上面から見た形状が矩形である。そして全ての凸部は、その矩形の長辺方向または短辺方向が、矢印で示したレーザー光の走査方向と平行である。
【0099】
また、各凸部172はレーザー光の走査方向における幅と、走査方向に対して垂直な方向における幅が、互いに全て同じになっているわけではない。所望のアイランドの形状に合わせて絶縁膜の形状を設計することが望ましい。
【0100】
なお、本発明で用いる絶縁膜は、凸部の形状が完全に矩形またはストライプ形状である必要はなく、その一部が矩形またはストライプ形状を有していれば良い。図11(B)に、本発明の絶縁膜の形状の、一実施例を示す。図11(B)では、基板180上に絶縁膜181が形成されており、該絶縁膜181は上面から見てスリット状の開口部を有する矩形状の凸部182が形成されている。凸部182は、そのスリットの長辺方向または短辺方向が、矢印で示したレーザー光の走査方向と平行である。
【0101】
次に、図11(B)に示したような、スリット状の開口部を有する絶縁膜を用いて形成された、TFTの構成の一例について説明する。
【0102】
図12(A)に本実施例のTFTの上面図を示す。図12(A)に示すように、本実施例では内部にスリット状の開口部を有した矩形状の凸部760を有する絶縁膜を用いた。凸部760を覆うように半導体膜を成膜し、該スリット状の開口部の長軸方向に沿ってレーザー光を矢印に示す方向に走査し、該半導体膜を結晶化させる。そして、該半導体膜をパターニングし、凸部に囲まれた凹部の上面にチャネル形成領域が形成された、開口部を有するアイランド761を形成する。なお、アイランド761のチャネル形成領域は、凹部のエッジ間の中央付近近傍を避け、凹部のエッジ近傍と、凹部のエッジ間の中央付近との間の、結晶性の優れている部分を用いるようにする。
【0103】
そして、該アイランド761に接するようにゲート絶縁膜762を形成する。なお、図12(A)のA−A’における断面図を図12(B)に、B−B’における断面図を図12(C)に、C−C’における断面図を図12(D)に示す。
【0104】
そしてゲート絶縁膜762上に導電性を有する膜を成膜し、該導電膜をパターニングすることでゲート電極763が形成されている。なおゲート電極763は、ゲート絶縁膜762を間に挟んで、アイランド761のチャネル形成領域764と重なっており、チャネル形成領域764はアイランド761に含まれる2つの不純物領域765に挟まれている。
【0105】
そしてゲート電極763、アイランド761及びゲート絶縁膜762を覆うように、第1の層間絶縁膜766が形成されている。第1の層間絶縁膜766は無機絶縁膜からなり、アイランド761にアルカリ金属などのTFTの特性に悪影響を与える物質が混入するのを防ぐ効果がある。
【0106】
そして、第1の層間絶縁膜766上に有機樹脂からなる第2の層間絶縁膜767が形成されている。そして第2の層間絶縁膜767、第1の層間絶縁膜766及びゲート絶縁膜762は、エッチングにより開口部が形成されており、該開口部を介して2つの不純物領域765と、ゲート電極763とにそれぞれ接続された配線768、769が第2の層間絶縁膜767上に形成されている。
【0107】
本実施例においては、チャネル形成領域764が複数形成されており、かつ複数のチャネル形成領域が互いに分離しているので、チャネル形成領域のチャネル幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、TFTを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【0108】
なお本実施例では凹底部に形成されたチャネル形成領域を有するTFTについて説明したが、凸上部に形成されたチャネル形成領域を用いてTFTを形成するようにしても良い。
【0109】
(実施例4)
本実施例では、本発明のレーザー結晶化法を用いた、アクティブマトリクス基板の作製方法について、図13、図14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。
【0110】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板600を用いる。なお、基板600としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0111】
次いで、基板600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絶縁膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、プラズマCVD法等)により、100〜300nmの厚さで形成する。
【0112】
次に、この絶縁膜に膜厚の厚い部分と薄い部分を形成するために、本実施例では写真蝕刻(フォトリソグラフィー)技術によりレジストのマスク693を形成し、エッチング処理を施す。エッチング量によって段差が決まるが、本実施例では概ね50〜100nmとする。例えば、150nm酸化窒化シリコン膜を75nmエッチングするには、フッ酸を含む溶液を用いたウエットエッチングを用いても良いし、CF4を用いたドライエッチングなどを適用することができる。このよう、凸形状が形成された絶縁膜601を形成する。このときレーザー光の走査方向に対して垂直な方向における凸領域の幅は、作製するTFTの大きさを考慮して適宣決めれば良いが、結晶核の生成数を制御する目的においては2〜6μm程度の大きさ(直径若しくは対角線長さ)が好ましい(図13(A))。
【0113】
次いで、絶縁膜601上に、公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、プラズマCVD法等)により25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで非晶質半導体膜692を形成する(図13(B))。なお、本実施例では非晶質半導体膜を成膜しているが、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜であっても良い。また、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を用いても良い。
【0114】
次に、非晶質半導体膜692をレーザー結晶化法により結晶化させる。レーザー光の走査方向は、絶縁膜601におけるストライプ状の凸部の延長方向に平行になるようにする。なお、絶縁膜601における凸部が、基板上から見たとき矩形である場合は、該矩形の長辺方向または短辺方向と平行になるように、レーザー光の走査方向を定める。具体的には、レーザー照射装置のコンピューターに入力されたマスクの情報に従って、選択的にレーザー光を照射する。もちろん、レーザー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。なお本実施例では、スリットを用いてレーザービームの幅を、絶縁膜の走査方向に対して垂直な方向における幅に合わせて変える例を示すが、本発明はこれに限定されず、スリットは必ずしも用いる必要はない。
【0115】
非晶質半導体膜の結晶化に際し、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第2高調波〜第4高調波を用いることで、大粒径の結晶を得ることができる。代表的には、Nd:YVO4レーザー(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のYVO4レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力10Wのレーザー光を得る。また、共振器の中にYVO4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、10〜2000cm/s程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
【0116】
なおレーザー照射は、パルス発振または連続発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Arレーザー、Krレーザーなどがあり、固体レーザーとして、YAGレーザー、YVO4レーザー、YLFレーザー、YAlO3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ti:サファイアレーザー、Y23レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti、Yb又はTmがドーピングされたYAG、YVO4、YLF、YAlO3などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。またスラブレーザーも用いることができる。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、1μm前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【0117】
上述したレーザー結晶化によって、結晶性が高められた結晶質半導体膜694が形成される(図13(C))。結晶質半導体膜は、エッジ間の中央付近近傍において、粒界695が形成されやすい。
【0118】
次に、結晶性が高められた結晶質半導体膜694を所望の形状にパターニングして、結晶化されたアイランド602〜606を形成する(図13(D))。このとき、粒界695が形成されやすいエッジ間の中央付近近傍を除去することで、アイランド602〜606内における粒界の数を抑えることができる。
【0119】
また、アイランド602〜606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。
【0120】
次いで、アイランド602〜606を用いてTFTを作製する工程が行われる。TFTの具体的な作製工程はTFTの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を成膜し、アイランドに不純物領域を形成する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
【0121】
図14に、本実施例の半導体装置の断面図を示す。アイランド602〜606にはチャネル形成領域と、前記チャネル形成領域を挟んで存在する第1の不純物領域と、前記第1の不純物領域とチャネル形成領域との間に形成された第2の不純物領域とを有している。第1の不純物領域における一導電型を付与する不純物の濃度は、第2の不純物領域におけるその濃度よりも高くなっている。そして、アイランド602〜606を覆ってゲート絶縁膜607が形成されており、前記ゲート絶縁膜607上には、前記チャネル形成領域と重なるようにゲート電極608〜613と、ソース信号線614が形成されている。さらに、ゲート電極608〜613と、ソース信号線614を覆うようにゲート絶縁膜607上に層間絶縁膜615が形成されている。
【0122】
そして駆動回路686において、層間絶縁膜615上には各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線663〜667が形成されている。また、画素部687においては、画素電極670、ゲート配線669、配線668を形成する。この配線668によりソース信号線614は、画素TFT684と電気的に接続される。
【0123】
また図示してはいないが、ゲート配線669は、画素TFT684のゲート電極611、612と電気的に接続されている。また、画素電極670は、画素TFTの第1不純物領域と電気的な接続が形成され、さらに保持容量685を形成する一方の電極として機能するアイランド606と電気的な接続が形成される。また本願では画素電極と配線とを同じ材料で形成しているが、画素電極670として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ても良い。
【0124】
以上の様にして、nチャネル型TFT681とpチャネル型TFT682からなるCMOS回路、及びnチャネル型TFT683を有する駆動回路686と、画素TFT684、保持容量685とを有する画素部687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。保持容量685は、ゲート絶縁膜607を誘電体として、電極613と、アイランド606とで形成されている。
【0125】
本実施例の画素は、遮蔽膜を用いることなく、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信号線と重なるように配置形成する。
【0126】
なお本実施例では液晶表示装置に用いられるアクティブマトリクス基板の構成について説明したが、本実施例の作製工程を用いて発光装置を作製することもできる。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等を実装し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。
【0127】
なお発光素子は、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層または電子輸送層等が、無機化合物単独で、または有機化合物に無機化合物が混合されている材料で形成されている形態をも取り得る。また、これらの層どうしが互いに一部混合していても良い。
【0128】
なお、本発明は、サブミクロン単位の半導体素子にも応用することができる。また本実施例では凹底部において活性層を形成する例について示したが、凸上部において活性層を形成するようにしても良い。
【0129】
本実施例は、実施例1〜実施例3と組み合わせて実施することが可能である。
【0130】
(実施例5)
本実施例では、半導体膜の結晶化に際し、レーザー光の照射の工程と、触媒を用いて半導体膜を結晶化させる工程とを組み合わせた例について説明する。触媒元素を用いる場合、特開平7−130652号公報、特開平8−78329号公報で開示された技術を用いることが望ましい。
【0131】
まず、図15(A)に示すように基板500上に、凸部502を有する絶縁膜501を形成する。そして該絶縁膜501上に半導体膜503を形成する。
【0132】
次に触媒元素を用いて半導体膜503を結晶化させる(図15(B))。例えば特開平7−130652号公報に開示されている技術を用いる場合、重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を半導体膜503に塗布してニッケル含有層504を形成し、500℃、1時間の脱水素工程の後、500〜650℃で4〜12時間、例えば550℃、8時間の熱処理を行い、結晶性が高められた半導体膜505を形成する。尚、使用可能な触媒元素は、ニッケル(Ni)の以外にも、ゲルマニウム(Ge)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、といった元素を用いても良い。
【0133】
そして、レーザー光照射により、NiSPCにより結晶化された半導体膜505から、結晶性がさらに高められた半導体膜506が形成される。レーザー光照射により得られた半導体膜506は触媒元素を含んでおり、レーザー光照射後にその触媒元素を半導体膜506から除去する工程(ゲッタリング)を行う。ゲッタリングは特開平10−135468号公報または特開平10−135469号公報等に記載された技術を用いることができる。
【0134】
具体的には、レーザー照射後に得られる半導体膜506の一部にリンを添加した領域507を形成する。窒素雰囲気中で550〜800℃、5〜24時間、例えば600℃、12時間の熱処理を行う。すると半導体膜506のリンが添加された領域507が、ゲッタリングサイトとして働き、半導体膜506中に存在する触媒元素を、リンが添加された507領域に偏析させることができる(図15(D))。
【0135】
その後、半導体膜506のリンが添加された507領域をパターニングにより除去することで、触媒元素の濃度を1×1017atoms/cm3以下好ましくは1×1016atoms/cm3程度にまで低減されたアイランド508を得ることができる(図15(E))。
【0136】
なお、結晶化前の半導体膜に触媒元素を含む溶液を塗布した後に、SPCではなく、レーザー光の照射により結晶成長を行うようにしても良い。
【0137】
本実施例は実施例1〜4と組み合わせて実施することが可能である。
【0138】
(実施例6)
本実施例では、複数のレーザービームを重ね合わせることで合成される、レーザービームの形状について説明する。
【0139】
図16(A)に、複数のレーザー発振装置からそれぞれ発振されるレーザー光の、スリットを介さない場合の被処理物におけるレーザービームの形状の一例を示す。図16(A)に示したレーザービームは楕円形状を有している。なお本発明において、レーザー発振装置から発振されるレーザー光のレーザービームの形状は、楕円に限定されない。レーザービームの形状はレーザーの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。例えば、ラムダ社製のXeClエキシマレーザー(波長308nm、パルス幅30ns)L3308から射出されたレーザー光の形状は、10mm×30mm(共にビームプロファイルにおける半値幅)の矩形状である。また、YAGレーザーから射出されたレーザー光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。このようなレーザー光を光学系により、さらに成形することにより、所望の大きさのレーザー光をつくることもできる。
【0140】
図16(B)に図16(A)に示したレーザービームの長軸Y方向におけるレーザー光のエネルギー密度の分布を示す。図16(A)に示すレーザービームは、図16(B)におけるエネルギー密度のピーク値の1/e2のエネルギー密度を満たしている領域に相当する。レーザービームが楕円形状であるレーザー光のエネルギー密度の分布は、楕円の中心Oに向かうほど高くなっている。このように図16(A)に示したレーザービームは、中心軸方向におけるエネルギー密度がガウス分布に従っており、エネルギー密度が均一だと判断できる領域が狭くなる。
【0141】
次に、図16(A)に示したレーザービームを有するレーザー光を合成したときの、レーザービームの形状を、図16(C)に示す。なお図16(C)では4つのレーザー光のレーザービームを重ね合わせることで1つの線状のレーザービームを形成した場合について示しているが、重ね合わせるレーザービームの数はこれに限定されない。
【0142】
図16(C)に示すように、各レーザー光のレーザービームは、各楕円の長軸が一致し、なおかつ互いにレーザービームの一部が重なることで合成され、1つのレーザービーム360が形成されている。なお以下、各楕円の中心Oを結ぶことで得られる直線をレーザービーム360の中心軸とする。
【0143】
図16(D)に、図16(D)に示した合成後のレーザービームの、中心軸y方向におけるレーザー光のエネルギー密度の分布を示す。なお、図16(C)に示すレーザービームは、図16(B)におけるエネルギー密度のピーク値の1/e2のエネルギー密度を満たしている領域に相当する。合成前の各レーザービームが重なり合っている部分において、エネルギー密度が加算される。例えば図示したように重なり合ったビームのエネルギー密度E1とE2を加算すると、ビームのエネルギー密度のピーク値E3とほぼ等しくなり、各楕円の中心Oの間においてエネルギー密度が平坦化される。
【0144】
なお、E1とE2を加算するとE3と等しくなるのが理想的だが、現実的には必ずしも等しい値にはならない。E1とE2を加算した値とE3との値のずれの許容範囲は、設計者が適宜設定することが可能である。
【0145】
レーザービームを単独で用いると、エネルギー密度の分布がガウス分布に従っているので、絶縁膜の平坦な部分に接している半導体膜またはアイランドとなる部分全体に均一なエネルギー密度のレーザー光を照射することが難しい。しかし、図16(D)からわかるように、複数のレーザー光を重ね合わせてエネルギー密度の低い部分を互いに補い合うようにすることで、複数のレーザー光を重ね合わせないで単独で用いるよりも、エネルギー密度が均一な領域が拡大され、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる。
【0146】
なお、計算によって求めた図16(C)のB−B’、C−C’におけるエネルギー密度の分布を、図17に示す。なお、図17は、合成前のレーザービームの、ピーク値の1/e2のエネルギー密度を満たしている領域を基準としている。合成前のレーザービームの短軸方向の長さを37μm、長軸方向の長さを410μmとし、中心間の距離を192μmとしたときの、B−B’、C−C’におけるエネルギー密度は、それぞれ図17(A)、図17(B)に示すような分布を有している。B−B’の方がC−C’よりも弱冠小さくなっているが、ほぼ同じ大きさとみなすことができ、合成前のレーザービームのピーク値の1/e2のエネルギー密度を満たしている領域における、合成されたレーザービームの形状は、線状と言い表すことができる。
【0147】
図18(A)は、合成されたレーザービームのエネルギー分布を示す図である。361で示した領域はエネルギー密度が均一な領域であり、362で示した領域はエネルギー密度が低い領域である。図18において、レーザービームの中心軸方向の長さをWTBWとし、エネルギー密度が均一な領域361における中心軸方向の長さをWmaxとする。WTBWがWmaxに比べて大きくなればなるほど、結晶化に用いることができるエネルギー密度が均一な領域361に対する、半導体膜の結晶化に用いることができないエネルギー密度が均一ではない領域362の割合が大きくなる。エネルギー密度が均一ではない領域362のみが照射された半導体膜は、微結晶が生成し結晶性が芳しくない。よって半導体膜のアイランドとなる領域と、領域362のみを重ねないように、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトを定める必要が生じ、領域361に対する領域362の比率が高くなるとその制約はさらに大きくなる。よってスリットを用いて、エネルギー密度が均一ではない領域362のみが絶縁膜の凹部または凸部上に形成された半導体膜に照射されるのを防ぐことは、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトの際に生じる制約を小さくするのに有効である。
【0148】
本実施例は実施例1〜5と組み合わせて実施することが可能である。
【0149】
(実施例7)
本実施例では、本発明に用いられるレーザー照射装置の光学系と、各光学系とスリットとの位置関係について説明する。
【0150】
図19は、レーザービームを4つ合成して1つのレーザービームにする場合の光学系を示している。図19に示す光学系は、6つのシリンドリカルレンズ417〜422を有している。矢印の方向から入射した4つのレーザー光は、4つのシリンドリカルレンズ419〜422のそれぞれに入射する。そしてシリンドリカルレンズ419、421において成形された2つのレーザー光は、シリンドリカルレンズ417において再びそのレーザービームの形状が成形されて、スリット424を通って被処理物423に照射される。一方シリンドリカルレンズ420、422において成形された2つのレーザー光は、シリンドリカルレンズ418において再びそのレーザービームの形状が成形されて、スリット424を通って被処理物423に照射される。
【0151】
被処理物423における各レーザー光のレーザービームは、互いに一部重なることで合成されて1つのレーザービームを形成している。
【0152】
各レンズの焦点距離及び入射角は設計者が適宜設定することが可能であるが、被処理物423に最も近いシリンドリカルレンズ417、418の焦点距離は、シリンドリカルレンズ419〜422の焦点距離よりも小さくする。例えば、被処理物423に最も近いシリンドリカルレンズ417、418の焦点距離を20mmとし、シリンドリカルレンズ419〜422の焦点距離を150mmとする。そしてシリンドリカルレンズ417、418から被処理物423へのレーザー光の入射角は、本実施例では25°とし、シリンドリカルレンズ419〜422からシリンドリカルレンズ417、418へのレーザー光の入射角を10°とするように各レンズを設置する。なお、戻り光を防ぎ、また均一な照射を行なうために、レーザー光の基板への入射角度を0°より大きく、望ましくは5〜30°に保つのが望ましい。
【0153】
図19では、4つのレーザービームを合成する例について示しており、この場合4つのレーザー発振装置にそれぞれ対応するシリンドリカルレンズを4つと、該4つのシリンドリカルレンズに対応する2つのシリンドリカルレンズとを有している。合成するレーザービームの数はこれに限定されず、合成するレーザービームの数は2以上8以下であれば良い。n(n=2、4、6、8)のレーザービームを合成する場合、nのレーザー発振装置にそれぞれ対応するnのシリンドリカルレンズと、該nのシリンドリカルレンズに対応するn/2のシリンドリカルレンズとを有している。n(n=3、5、7)のレーザービームを合成する場合、nのレーザー発振装置にそれぞれ対応するnのシリンドリカルレンズと、該nのシリンドリカルレンズに対応する(n+1)/2のシリンドリカルレンズとを有している。
【0154】
そして、レーザービームを5つ以上重ね合わせるとき、光学系を配置する場所及び干渉等を考慮すると、5つ目以降のレーザー光は基板の反対側から照射するのが望ましく、その場合スリットを基板の反対側にも設ける必要がある。また、基板は透過性を有していることが必要である。
【0155】
なお、戻り光がもときた光路をたどって戻るのを防ぐために、基板に対する入射角は、0より大きく90°より小さくなるように保つようにするのが望ましい。
【0156】
また、均一なレーザー光の照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であって、かつ合成前の各ビームの形状をそれぞれ長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがW、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがdであるとき、θ≧arctan(W/2d)を満たすのが望ましい。この議論は合成前の個々のレーザー光について成り立つ必要がある。なお、レーザー光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したもの入射角度をθとする。この入射角度θでレーザー光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザー光の照射を行うことができる。以上の議論は、基板の屈折率を1として考えた。実際は、基板の屈折率が1.5前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。上記のθに対する不等式は、基板がレーザビームに対して透光性のあるもの以外には適用されない。
【0157】
なお本発明に用いられるレーザー照射装置が有する光学系は、本実施
例で示した構成に限定されない。
【0158】
本実施例は実施例1〜6と組み合わせて実施することが可能である。
【0159】
(実施例8)
楕円形状のレーザービームを有するレーザー光は、走査方向と垂直な方向におけるエネルギー密度の分布がガウス分布に従っているので、エネルギー密度の低い領域の全体に占める割合が、矩形または線形のレーザービームを有するレーザー光に比べて高い。そのため本発明では、レーザー光のレーザービームが、エネルギー密度の分布が比較的均一な矩形または線形であることが望ましい。
【0160】
矩形または線形のレーザービームを得られるガスレーザーとして代表的なのはエキシマレーザーであり、固体レーザーとして代表的なのはスラブレーザーである。本実施例では、スラブレーザーについて説明する。
【0161】
図20(A)にスラブ型のレーザー発振装置の構成を一例として示す。図20(A)に示すスラブ型のレーザー発振装置は、ロッド7500と、反射ミラー7501と、出射ミラー7502と、シリンドリカルレンズ7503を有している。
【0162】
ロッド7500に励起光を照射すると、ロッド7500内のジグザグの光路をたどって、反射ミラー7501または出射ミラー7502側にレーザー光が出射する。反射ミラー7501側に出射したレーザー光は、反射されて再びロッド7500内に入射し、出射ミラー7502側に出射する。ロッド7500は板状のスラブ媒質を用いたスラブ式であり、出射段階で比較的長い矩形または線形のレーザービームを形成することができる。そして、出射したレーザー光はシリンドリカルレンズ7503においそのレーザービームの形状がより細くなるよう加工され、レーザー発振装置から出射される。
【0163】
次に、スラブ型のレーザー発振装置の、図20(A)に示したものとは異なる構成を、図20(B)に示す。図20(B)では、図20(A)に示したレーザー発振装置に、シリンドリカルレンズ7504を追加したものであり、シリンドリカルレンズ7504によって、レーザービームの長さを制御することができる。
【0164】
なおコヒーレント長が10cm以上、好ましくは1m以上であると、レーザービームをより細くすることができる。
【0165】
また、ロッド7500の温度が過剰に上昇するのを防ぐために、例えば冷却水を循環させるなど、温度の制御をする手段を設けるようにしても良い。
【0166】
図20(C)に、シリンドリカルレンズの形状の、一実施例を示す。7509は本実施例のシリンドリカルレンズであり、ホルダー7510により固定されている。そしてシリンドリカルレンズ7509は、円柱面と矩形の平面とが互いに向き合った形状を有しており、円柱面の2本の母線と、向かい合った矩形の2本の辺とが互いに全て平行である。そして、円柱面の2つの母線と、平行な該2つの辺とでそれぞれ形成される2つの面は、該矩形の平面と0より大きく90°よりも小さい角度で交わっている。このように平行な該2つの辺とでそれぞれ形成される2つの面は、該矩形の平面と90°未満の角度で交わることで、90°以上のときと比べて焦点距離を短くすることができ、よりレーザービームの形状を細くし、線形に近づけることができる。
【0167】
本実施例は、実施例1〜7と組み合わせて実施することが可能である。
【0168】
(実施例9)
本実施例では、レーザービームを重ね合わせたときの、各レーザービームの中心間の距離と、エネルギー密度との関係について説明する。
【0169】
図21に、各レーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を実線で、合成されたレーザービームのエネルギー密度の分布を破線で示す。レーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の値は、一般的にガウス分布に従っている。
【0170】
合成前のレーザービームにおいて、ピーク値の1/e2以上のエネルギー密度を満たしている中心軸方向の距離を1としたときの、各ピーク間の距離をXとする。また、合成されたビームスポットにおいて、合成後のピーク値と、バレー値の平均値に対するピーク値の割増分をYとする。シミュレーションで求めたXとYの関係を、図22に示す。なお図22では、Yを百分率で表した。
【0171】
図22において、エネルギー差Yは以下の式1の近似式で表される。
【0172】
【式1】
Y=60−293X+340X2(Xは2つの解のうち大きい方とする)
【0173】
式1に従えば、例えばエネルギー差を5%程度にしたい場合、X≒0.584となるようにすれば良いということがわかる。Y=0となるのが理想的だが、それではビームスポットの長さが短くなるので、スループットとのバランスでXを決定すると良い。
【0174】
次に、Yの許容範囲について説明する。図23に、レーザービームが楕円形状を有している場合の、中心軸方向におけるビーム幅に対するYVO4レーザーの出力(W)の分布を示す。斜線で示す領域は、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲であり、3.5〜6Wの範囲内に合成したレーザー光の出力エネルギーが納まっていれば良いことがわかる。
【0175】
合成後のビームスポットの出力エネルギーの最大値と最小値が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギー範囲にぎりぎりに入るとき、良好な結晶性が得られるエネルギー差Yが最大になる。よって図23の場合は、エネルギー差Yが±26.3%となり、上記範囲にエネルギー差Yが納まっていれば良好な結晶性が得られることがわかる。
【0176】
なお、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲は、どこまでを結晶性が良好だと判断するかによって変わり、また出力エネルギーの分布もレーザービームの形状によって変わってくるので、エネルギー差Yの許容範囲は必ずしも上記値に限定されない。設計者が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲を適宜定め、用いるレーザーの出力エネルギーの分布からエネルギー差Yの許容範囲を設定する必要がある。
【0177】
本実施例は、実施例1〜8と組み合わせて実施することが可能である。
【0178】
(実施例10)
本発明は様々な半導体装置に適用できるものであり、実施例1〜9に基づいて作製される表示パネルの形態を図24と図25を用いて説明する。
【0179】
図24は基板901には画素部902、ゲート信号側駆動回路901a、901b、データ信号側駆動回路901c、入出力端子部908、配線又は配線群904が備えられている。シールドパターン905はゲート信号側駆動回路901a、901b、データ信号側駆動回路901c及び当該駆動回路部と入出力端子部908とを接続する配線又は配線群904と一部が重なっていても良い。このようにすると、表示パネルの額縁領域(画素部の周辺領域)の面積を縮小させることができる。入出力端子部908には、FPC903が固着されている。
【0180】
本発明は、画素部902、ゲート信号側駆動回路901a、901b、データ信号側駆動回路901cを構成する能動素子に用いることができる。
【0181】
図25は図24で示す画素部902の一画素の構成を示す一例であり、TFT801〜803が備えられている。これらは、画素に備える発光素子や液晶素子を制御するそれぞれスイッチング用、リセット用、駆動用のTFTである。
【0182】
これらのTFTの活性層812〜814は、その下層に形成されている絶縁膜の凹部810、811のエッジと、エッジ間の中央付近との間に配置されている。活性層812〜814の上層には、ゲート配線815〜817が形成され、パッシベーション膜及び平坦化膜を介してデータ線819、電源線820、その他各種配線821、822、及び画素電極823が形成されている。
【0183】
なお本実施例では凹底部に形成されたアイランドを用いてTFTを形成したが、凸上部に形成されたアイランドを用いてTFTを形成するようにしても良い。
【0184】
本実施例は、実施例1〜実施例9と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0185】
(実施例11)
本発明を用いて作製されるTFTを搭載した半導体装置は、様々な電子機器への適用が可能である。その一例は、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ受像器、携帯電話、投影型表示装置等が挙げられる。それら電子機器の具体例を図26に示す。
【0186】
図26(A)は表示装置であり、筐体2001、支持台2002、表示部2003、スピーカー部2004、ビデオ入力端子2005等を含む。本発明の半導体装置を表示部2003に用いることで、本発明の表示装置が完成する。発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【0187】
図26(B)はデジタルスチルカメラであり、本体2101、表示部2102、受像部2103、操作キー2104、外部接続ポート2105、シャッター2106等を含む。本発明の半導体装置を表示部2102に用いることで、本発明のデジタルスチルカメラが完成する。
【0188】
図26(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体2201、筐体2202、表示部2203、キーボード2204、外部接続ポート2205、ポインティングマウス2206等を含む。本発明の半導体装置を表示部2203に用いることで、本発明のノート型パーソナルコンピュータが完成する。
【0189】
図26(D)はモバイルコンピュータであり、本体2301、表示部2302、スイッチ2303、操作キー2304、赤外線ポート2305等を含む。本発明の半導体装置を表示部2302に用いることで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【0190】
図26(E)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体2401、筐体2402、表示部A2403、表示部B2404、記録媒体(DVD等)読み込み部2405、操作キー2406、スピーカー部2407等を含む。表示部A2403は主として画像情報を表示し、表示部B2404は主として文字情報を表示する。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。本発明の半導体装置を表示部A、B2403、2404に用いることで、本発明の画像再生装置が完成する。
【0191】
図26(F)はゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)であり、本体2501、表示部2502、アーム部2503を含む。本発明の半導体装置を表示部2502に用いることで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【0192】
図26(G)はビデオカメラであり、本体2601、表示部2602、筐体2603、外部接続ポート2604、リモコン受信部2605、受像部2606、バッテリー2607、音声入力部2608、操作キー2609、接眼部2610等を含む。本発明の半導体装置を表示部2602に用いることで、本発明のビデオカメラが完成する。
【0193】
ここで図26(H)は携帯電話であり、本体2701、筐体2702、表示部2703、音声入力部2704、音声出力部2705、操作キー2706、外部接続ポート2707、アンテナ2708等を含む。なお、表示部2703は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。本発明の半導体装置を表示部2703に用いることで、本発明の携帯電話が完成する。
【0194】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また、本実施例は実施例1〜10に示したいずれの構成とも組み合わせて実施することが可能である。
【0195】
(実施例12)
本実施例では、本発明の半導体装置の構成について説明する。図27に本実施例の半導体装置の断面図を示す。
【0196】
基板700上に凸部701a、701bを有する第1の絶縁膜701が形成されている。そして、第1の絶縁膜701上に第1のTFT702が形成されている。なお、第1のTFT702のアイランドは、凸部701aと701bとで形成される凹部のエッジと、該エッジ間の中央付近近傍との間における第1の絶縁膜701上に形成されている。
【0197】
第1のTFT702を覆うように第1の層間絶縁膜703が形成されており、第1の層間絶縁膜703上に、第1の接続配線705と、第1のTFT702に電気的に接続されている配線704とが形成されている。
【0198】
そして、配線704、第1の接続配線705を覆うように、第2の層間絶縁膜706が形成されている。第2の層間絶縁膜706は無機の絶縁膜で形成されており、その上面は化学的機械研磨法(CMP法)を用いて研磨しておくと、後に形成される第2の絶縁膜がより平坦化され、第2の絶縁膜上に形成される半導体膜をレーザー光により結晶化するときに、その結晶性をより高めることができる。
【0199】
そして第2の層間絶縁膜706上に第2の絶縁膜707が形成されている。第2の絶縁膜707は凸部707aを有している。そして、第2の絶縁膜707上に第2のTFT708が形成されている。なお、第2のTFT708のアイランドは、凸部707aで形成される凹部のエッジと、該エッジと他方のエッジ(図示せず)間の中央付近近傍との間における第2の絶縁膜707上に形成されている。
【0200】
第2のTFT708を覆うように第3の層間絶縁膜709が形成されており、第3の層間絶縁膜709上に、第2の接続配線711と、第2のTFT708に電気的に接続されている配線710とが形成されている。なお、第1の接続配線705と第2の接続配線711との間にはダマシンプロセス等によって埋め込み配線(プラグ)712が形成されている。
【0201】
そして、配線710、第2の接続配線711を覆うように、第4の層間絶縁膜713が形成されている。
【0202】
本実施例では、第1のTFT702と第2のTFT708とを、層間絶縁膜を介して重ね合わせることができる、所謂スタック構造を有している。本実施例のスタック構造を有するTFTを用い、LSIを用いたCPU、各種ロジック回路の記憶素子(例えばSRAM)、カウンタ回路、分周回路ロジック等を形成することができる。
【0203】
なお本実施例では凹底部に形成されたアイランドを用いてTFTを形成したが、凸上部に形成されたアイランドを用いてTFTを形成するようにしても良い。
【0204】
本実施例は、実施例1〜11と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0205】
(実施例13)
本実施例では、楕円形のレーザービームを複数合成して形成された線状のレーザービームにおける、エネルギー密度の分布について説明する。
【0206】
図28に、長径が400μm、短径が40μmの楕円形のレーザービームを2つ重ね合わせたときの、1/e2幅におけるエネルギー密度の分布を示す。グラフの中にある数字はすべて単位mmで表される。隣り合うビームの中心間の距離は、0.255mmである。
【0207】
また、図29に、長径が400μm、短径が40μmの楕円形のレーザービームを4つ重ね合わせたときの、1/e2幅におけるエネルギー密度の分布を示す。グラフの中にある数字はすべて単位mmで表される。隣り合うビームの中心間の距離は、0.255mmである。
【0208】
また、図30に、長径が400μm、短径が40μmの楕円形のレーザービームを4つ重ね合わせたときの、1/e2幅におけるエネルギー密度の分布を示す。グラフの中にある数字はすべて単位mmで表される。隣り合うビームの中心間の距離は、0.215mmである。
【0209】
楕円形状のレーザービームでは中心線方向におけるエネルギー密度の分布がガウス分布に従っている。一方、複数の楕円形のレーザービームを重ね合わせることで形成されるレーザービームは、図28、図29、図30に示したように、中心線方向におけるエネルギー密度の分布が一定の高さ以上において波形を有しており、楕円形状のレーザービームと異なり中心線方向におけるエネルギー密度が比較的均一で、線状になっているといえる。
【0210】
このような線状のエネルギー分布を有するレーザービームを、本発明に適用することで、均一な結晶性を有するアイランドを形成することができる。
【0211】
本実施例は、実施例1〜実施例12と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0212】
(実施例14)
本実施例では、連続発振のレーザー光の照射により、半導体膜中に取り込まれる酸素、窒素、炭素、ボロンの濃度について説明する。
【0213】
まず酸化窒化珪素からなる絶縁膜上に非晶質珪素膜を1500Åの膜厚になるように成膜し、該非晶質珪素膜に酢酸ニッケル塩溶液を塗布して500〜650℃で加熱する。その後、連続発振のレーザー光を用いて結晶化させ、結晶質珪素膜(poly-Si)を成膜する。なお、レーザー光の照射はクリーンルーム内の大気雰囲気下で行った。なお、該結晶質珪素膜の表面には、自然と薄い酸化膜(自然酸化膜)が形成される。そして該結晶質珪素膜及び薄い自然酸化膜を覆って非晶質珪素膜を成膜する。
【0214】
この状態で、二次イオン質量分析法(SIMS)にて測定した、酸素、窒素、炭素、ボロンの各原子濃度のプロファイルを図31〜図34に示す。
【0215】
図31にSIMSにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中の酸素濃度のプロファイルを示す。縦軸は酸素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合の酸素濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合の酸素濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。レーザー光照射後の酸素の濃度は、2×1019atoms/cm3以下である。図31に示すとおり、レーザー光の照射により、珪素膜中の酸素濃度が高まったことがわかる。
【0216】
図32にSIMSにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中の窒素濃度のプロファイルを示す。縦軸は窒素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合の窒素濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合の窒素濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。レーザー光照射後の窒素の濃度は、1×1019atoms/cm3以下である。図32に示すとおり、レーザー光の照射により、珪素膜中の窒素濃度が高まったことがわかる。
【0217】
図33にSIMSにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中の炭素濃度のプロファイルを示す。縦軸は炭素の原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合の炭素濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合の炭素濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。レーザー光照射後の炭素の濃度は、5×1018atoms/cm3以下である。図33に示すとおり、レーザー光の照射により、珪素膜中の炭素濃度が高まったことがわかる。
【0218】
図34にSIMSにて測定した、結晶質あるいは非晶質珪素膜中のボロン濃度のプロファイルを示す。縦軸はボロンの原子濃度、横軸は試料表面からの深さを示している。実線はレーザー光を照射するプロセスを行った場合のボロン濃度であり、破線はレーザー光を照射するプロセスを行なわなかった場合のボロン濃度である。加えて、横軸を試料表面からの深さとしたシリコンのイオン強度も示した。図34からは、レーザー光の照射により、珪素膜中のボロン濃度が弱冠高まっているようにも見えるが、いずれにしろレーザー照射前も照射後も、SIMSで測定される最低濃度以下であり、ごく微量である。
【0219】
(実施例15)
本実施例では、絶縁膜の形状と、その上に形成される半導体膜の膜厚との関係について説明する。
【0220】
図35(A)に、凸部950aを有する絶縁膜950と、その上に形成された半導体膜951が示されている。なお半導体膜951はレーザー光により結晶化された後の状態を示している。
【0221】
図35(A)に示すように、凸部950aの上に位置する半導体膜951の膜厚Htは、凸部950a間の凹部上に位置する半導体膜951の膜厚Hbに比べて薄くなっている。これは、レーザー光の照射により一次的に溶解した半導体膜が凹部に移動するからだと考えられる。そのため、レーザー光の照射後は、半導体膜951の表面もある程度平坦化されるのではないかと考えられる。
【0222】
図35(B)に凸部960aを有する絶縁膜960と、その上に形成された表面が平らな半導体膜961が示されている。図35(A)では半導体膜951の表面にも凹凸が形成されているが、図35(B)では凹凸がレーザー光の照射により平坦化されてしまっている。
【0223】
図35(C)に、レーザー光の走査方向に対して垂直な方向において、凸部の幅Wtが凹部の幅Wbよりも広くなっている絶縁膜の断面図を示す。凸部上に位置する半導体膜の結晶性の優れている部分をTFTの活性層として用いる場合、図35(C)に示すように、凸部の幅Wtが凹部の幅Wbよりも広くなっている方が、アイランドのレイアウトの制約がより少なくなるので好ましい。
【0224】
本実施例は、実施例1〜実施例14と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0225】
【発明の効果】
本発明では、レーザー光による結晶化の後、半導体膜の凹部または凸部のエッジ間の中央付近近傍をパターニングにより除去し、凹部または凸部のエッジ近傍と、凹部または凸部のエッジ間の中央付近との間の、比較的粒界が形成されにくく結晶性が優れている部分をTFTの活性層として積極的に用いることで、TFTのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってTFTの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部または凸部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【0226】
また、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走査する。上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ、基板1枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【0227】
また、複数のレーザー光を重ね合わせてエネルギー密度の低い部分を互いに補い合うようにすることで、複数のレーザー光を重ね合わせないで単独で用いるよりも、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる。
【0228】
なお、絶縁膜に凹凸を形成するのではなく、エッチングにより基板自体に凹凸を設けることで、その上に形成される半導体膜の粒界の位置を制御するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 レーザー光を照射した時の、半導体膜における結晶成長の方向を示す図。
【図2】 半導体膜にレーザー光を照射している様子を示す図
【図3】 結晶化された半導体膜をパターニングすることで形成されたアイランドの図。
【図4】 図3に示したアイランドを用いて形成されたTFTの構造を示す図。
【図5】 本発明の生産システムのフローチャートを示す図。
【図6】 レーザー照射装置の図。
【図7】 レーザー照射装置の図。
【図8】 凹凸を有する絶縁膜の作製方法を示す図。
【図9】 凹凸を有する絶縁膜の作製方法を示す図。
【図10】 互いに分離するアイランドを用いて形成されるTFTの図。
【図11】 凹凸を有する絶縁膜の形状を示す図。
【図12】 図11(B)に示した絶縁膜を用いて形成されたTFTの上面図及び断面図。
【図13】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図14】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図15】 触媒金属を用いた半導体膜の結晶化の方法を示す図。
【図16】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図17】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図18】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図19】 光学系の図。
【図20】 光学系の図。
【図21】 重ね合わせたレーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を示す図。
【図22】 レーザービームの中心間の距離とエネルギー差の関係を示す図。
【図23】 レーザービームの中心軸方向における出力エネルギーの分布を示す図。
【図24】 本発明の半導体装置の一例である発光装置の構造を示す図。
【図25】 本発明の半導体装置の一例である発光装置の画素の構造を示す図。
【図26】 本発明の半導体装置を用いた電子機器の図。
【図27】 スタック構造を有するTFTの断面図。
【図28】 2つのレーザービームを合成することで得られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す図。
【図29】 4つのレーザービームを合成することで得られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す図。
【図30】 4つのレーザービームを合成することで得られたレーザービームの、エネルギー密度の分布を示す図。
【図31】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の酸素濃度のプロファイル。
【図32】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の窒素濃度のプロファイル。
【図33】 レーザー光で結晶化された珪素膜中の炭素濃度のプロファイル。
【図34】 レーザー光で結晶化された珪素膜中のボロン濃度のプロファイル。
【図35】 凹凸を有する絶縁膜と、その上に形成された半導体膜の断面図。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device configured using a semiconductor film having a crystal structure, and more particularly to a semiconductor device using a thin film transistor having a crystalline semiconductor film grown on an insulating surface as an active layer. Further, the present invention relates to a semiconductor device production system using laser light.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a technology for forming a TFT on a substrate has greatly advanced, and application development to an active matrix semiconductor display device has been advanced. In particular, a TFT using a polycrystalline semiconductor film (polysilicon TFT) has higher field effect mobility (also referred to as mobility) than a TFT using a conventional amorphous semiconductor film, and thus can operate at high speed. For this reason, it is possible to perform control of a pixel, which has been conventionally performed by a drive circuit provided outside the substrate, with a drive circuit formed on the same substrate as the pixel.
[0003]
By the way, as a substrate used for a semiconductor device, a glass substrate is considered promising rather than a single crystal silicon substrate in terms of cost. A glass substrate is inferior in heat resistance and easily deforms by heat. Therefore, in the case where a polysilicon TFT is formed on a glass substrate, using laser annealing for crystallization of the semiconductor film is very effective for avoiding thermal deformation of the glass substrate.
[0004]
The characteristics of laser annealing are that the processing time can be greatly shortened compared to annealing methods using radiation heating or conduction heating, and the substrate or semiconductor film is selectively and locally heated to cause almost thermal damage to the substrate. Is not given.
[0005]
The laser annealing method here refers to a technique for recrystallizing a damaged layer formed on a semiconductor substrate or a semiconductor film, or a technique for crystallizing a semiconductor film formed on a substrate. Moreover, the technique applied to planarization and surface modification of a semiconductor substrate or a semiconductor film is also included. The laser oscillation device to be applied is a gas laser oscillation device typified by an excimer laser, or a solid-state laser oscillation device typified by a YAG laser, and a semiconductor surface layer is irradiated with laser light for several tens of nano to several tens of microseconds. It is known to be crystallized by heating for a very short time.
[0006]
Lasers are roughly classified into two types, pulse oscillation and continuous oscillation, depending on the oscillation method. Pulsed lasers have a relatively high output energy, so the size of the laser beam is several centimeters. 2 As described above, mass productivity can be improved. In particular, when the shape of a laser beam is processed using an optical system to form a linear shape having a length of 10 cm or more, the substrate can be efficiently irradiated with laser light, and mass productivity can be further improved. For this reason, it has become the mainstream to use a pulsed laser for crystallization of the semiconductor film.
[0007]
However, in recent years, it has been found that the crystal grain size formed in a semiconductor film is larger when a continuous wave laser is used than when a pulsed laser is used for crystallization of a semiconductor film. As the crystal grain size in the semiconductor film increases, the mobility of TFTs formed using the semiconductor film increases. For this reason, continuous wave lasers are starting to attract attention.
[0008]
Note that attempts to form a single crystal semiconductor film on an insulating surface have been made for a long time, and a technique called graphoepitaxy has been devised as a more aggressive attempt. Graphoepitaxy forms a step on the surface of a quartz substrate, forms an amorphous semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film on it, and then heats it with a laser beam or heater to form the step shape formed on the quartz substrate. This is a technique of forming an epitaxial growth layer with nuclei as a nucleus. This technique is disclosed in Non-Patent Document 1, for example.
[0009]
[Non-Patent Document 1]
J. Vac. Sci. Technol., "Grapho-epitaxy of silicon on fused silica using surface micropatterns and laser crystallization", 16 (6), 1979, pp1640-1643.
[0010]
Further, for example, Non-Patent Document 2 also discloses a semiconductor film crystallization technique called graphoepitaxy. This was an attempt to epitaxially grow a semiconductor film by induction of a surface relief grating on the surface of an artificially produced amorphous substrate. In Non-Patent Document 2, the technique of graphoepitaxy is to provide a step on the surface of the insulating film and to perform a treatment such as heating or laser light irradiation on the semiconductor film formed on the insulating film, It is disclosed that the crystal of the semiconductor film is epitaxially grown.
[0011]
[Non-Patent Document 2]
MW Geis, et al., "CRYSTALLINE SILICON ON INSULATORS BY GRAPHOEPITAXY" Technical Digest of International Electron Devices Meeting, 1979, pp.210.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
A crystalline semiconductor film manufactured using a laser annealing method roughly divided into pulse oscillation and continuous oscillation is generally formed by aggregating a plurality of crystal grains. The position and size of the crystal grains are random, and it is difficult to form a crystalline semiconductor film by specifying the position and size of the crystal grains. Therefore, an interface (grain boundary) of crystal grains may exist in the active layer formed by patterning the crystalline semiconductor film into an island shape.
[0013]
Unlike crystal grains, there are innumerable recombination centers and trap centers due to amorphous structures and crystal defects at grain boundaries. It is known that when carriers are trapped in this trapping center, the grain boundary potential increases and becomes a barrier against the carriers, so that the current transport characteristics of the carriers decrease. Therefore, if there is a grain boundary in the active layer of the TFT, particularly in the channel formation region, the mobility of the TFT is significantly reduced, the on-current is reduced, and the current flows at the grain boundary, so that the off-current increases. However, it has a significant effect on the TFT characteristics. In addition, in a plurality of TFTs manufactured on the assumption that the same characteristics can be obtained, the characteristics vary depending on the presence or absence of grain boundaries in the active layer.
[0014]
The reason why the position and size of the obtained crystal grains are random when the semiconductor film is irradiated with laser light is as follows. It takes a certain amount of time for solid-phase nucleation to occur in a liquid semiconductor film completely melted by laser light irradiation. As time passes, innumerable crystal nuclei are generated in the complete melting region, and crystals grow from the crystal nuclei. Since the positions where the crystal nuclei are generated are random, the crystal nuclei are unevenly distributed. Then, since crystal growth ends when the crystal grains collide with each other, the position and size of the crystal grains are random.
[0015]
Therefore, it is ideal to form the channel formation region having a significant influence on the characteristics of the TFT with a single crystal grain by eliminating the influence of the grain boundary, but a crystalline silicon film having no grain boundary is formed. It was almost impossible to form by laser annealing. Therefore, a TFT having an active layer made of a crystalline silicon film crystallized using a laser annealing method has not been obtained until now, which is equivalent to the characteristics of a MOS transistor manufactured on a single crystal silicon substrate.
[0016]
In view of the above-described problems, the present invention prevents the formation of grain boundaries in the channel formation region of the TFT, and the grain boundary significantly reduces the mobility of the TFT, reduces the on-current, and increases the off-current. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device production system using a laser crystallization method that can prevent the occurrence of the problem.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention formed a semiconductor film on an uneven insulating film and irradiated the laser beam with the semiconductor film, thereby generating crystal nuclei in the vicinity of the concave bottom portion of the concave portion of the insulating film or the convex top portion of the convex portion. The inventors have found that crystal growth proceeds from the crystal nucleus toward a direction parallel to the insulating film. In addition, a recessed part points out the recessed area | region in which the convex part is not formed.
[0018]
This mechanism will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows a state where the semiconductor film 11 is formed over the insulating film 10 having the convex portions 10a. After the semiconductor film 11 is melted by the laser light irradiation, the heat in the semiconductor film 11 is radiated to the insulating film 10. At this time, heat is efficiently radiated in a portion having a larger area in contact with the insulating film. For example, in FIG. 1A, the portions 14 and 15 where the contacting surfaces intersect each other are the insulating films rather than the portions 12 and 13 where the surfaces where the semiconductor film 11 and the insulating film 10 are in contact are flat. The heat dissipation is efficient, and crystal nuclei are formed faster. In addition, heat is radiated more efficiently in the portion where the heat capacity of the insulating film is larger. For example, since the heat capacity is larger in the vicinity of the edge 14 of the concave portion than in the vicinity of the edge 15 of the convex portion because the volume of the insulating film in a certain range is larger, the escaped heat is less likely to be trapped and heat is efficiently dissipated. . Therefore, near the edge 14 of the concave portion, the crystal nucleus can be formed faster than near the edge 15 of the convex portion.
[0019]
As time elapses, crystal growth proceeds from the crystal nucleus generated in the vicinity 14 of the recess edge toward the direction parallel to the insulating film. With reference to FIG. 1B, the crystal growth direction of the semiconductor film will be described. FIG. 1B shows a state where the semiconductor film 11 is formed over the insulating film 10 having the two convex portions 10a and 10b. In the semiconductor film 11, crystal growth proceeds in the direction indicated by the arrow from near the edge 14 of the recess. Then, the crystal growth proceeding from the vicinity of the edge 14 of the adjacent recess collides with each other in the vicinity of the middle, and forms a grain boundary 16 to stop the crystal growth.
[0020]
As described above, when the insulating film provided with the convex portion is crystallized by irradiation with laser light, the position where the grain boundary is formed can be controlled to some extent. Therefore, at the stage where the shape of the insulating film is designed, the position where the grain boundary of the semiconductor film is formed can be predicted to some extent. That is, according to the present invention, the position where the grain boundary is formed can be selectively determined, so that it is possible to lay out the active layer so that the grain boundary is not included in the active layer, more preferably the channel formation region. Become.
[0021]
Specifically, the insulating film is provided with stripes (stripes) or rectangular unevenness. Then, the semiconductor film formed on the insulating film is irradiated with continuous oscillation laser light along the unevenness of the stripes of the insulating film, or along the major axis or minor axis direction of the rectangle. At this time, it is most preferable to use a continuous wave laser beam, but a pulsed laser beam may be used. Note that the cross section of the convex portion in the direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam may be a rectangle, a triangle, or a trapezoid.
[0022]
In the vicinity of the center between the edges of the adjacent protrusions of the semiconductor film and the vicinity of the center between the edges of the recesses, there are grain boundaries formed by the crystals that have grown. Therefore, in the present invention, the portion 17 between the vicinity of the edge of the recess and the vicinity of the center between the edges of the recess is relatively free from the formation of a grain boundary and has excellent crystallinity as the active layer or channel formation region. Alternatively, a portion 18 between the vicinity of the edge of the convex portion and the vicinity of the center between the edges of the convex portion, in which the grain boundary is relatively hardly formed and has excellent crystallinity, is used as the active layer or the channel formation region. The portions 17 and 18 having excellent crystallinity do not necessarily include a grain boundary, but the crystallinity is relatively excellent because the crystal grain is large even if a grain boundary exists.
[0023]
In the present invention, it is possible to prevent the formation of grain boundaries in the channel formation region of the TFT by actively using the portions 17 and 18 having excellent crystallinity as the active layer of the TFT. It is possible to prevent the mobility of the TFT from being significantly lowered, the on-current is reduced, and the off-current is increased. It should be noted that the designer can appropriately determine how far is removed by patterning in the vicinity of the edge of the convex portion or the concave portion.
[0024]
Note that the energy density in the vicinity of the edge of the laser beam of the laser light is generally lower than that in the vicinity of the center, and the crystallinity of the semiconductor film is often poor. For this reason, when scanning with laser light, it is desirable that the portion that will later become the channel formation region of the TFT and the edge of the locus do not overlap.
[0025]
Therefore, in the production system of the present invention, the data (pattern information) of the shape of the insulating film or the semiconductor film viewed from the upper surface of the substrate obtained at the design stage is first stored in the storage means. Then, from the pattern information and the width of the laser beam in the direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam, at least the portion that becomes the channel formation region of the TFT and the edge of the laser beam trajectory do not overlap. Determine the scan path. Then, the position of the substrate is aligned with the marker as a reference, and the semiconductor film on the substrate is irradiated with laser light according to the determined scanning path.
[0026]
With the above-described configuration, it is possible to scan the laser beam only at least indispensable portions, instead of irradiating the entire substrate with the laser beam. Accordingly, it is possible to save time for irradiating the unnecessary portion with the laser beam, thereby shortening the time required for the laser beam irradiation and improving the processing speed of the substrate. Further, unnecessary portions can be irradiated with laser light to prevent the substrate from being damaged.
[0027]
Note that the marker may be formed by directly etching the substrate with a laser beam or the like, or the marker may be formed on a part of the insulating film at the same time when the insulating film having unevenness is formed. . In addition, the shape of the actually formed insulating film or semiconductor film is read using an imaging device such as a CCD, stored as data in the first storage means, and the insulation obtained at the design stage in the second storage means. The pattern information of the film or semiconductor film is stored, and the substrate is aligned by collating the data stored in the first storage unit with the pattern information stored in the second storage unit Anyway.
[0028]
By forming a marker on a part of the insulating film or using the shape of the insulating film as a marker, the marker mask can be reduced by one, and more accurate than forming with a laser beam on the substrate. A marker can be formed at a position, and the alignment accuracy can be improved.
[0029]
In general, the energy density of laser light is not completely uniform, and the height varies depending on the position in the laser beam. In the present invention, it is necessary to irradiate a laser beam having a constant energy density to a portion which becomes a channel forming region at least, more preferably, the entire flat surface of the concave portion or the entire flat surface of the convex portion. Therefore, in the present invention, by scanning with laser light, a region having a uniform energy density is completely overlapped with at least a portion that becomes a channel formation region, more preferably, the entire flat surface of the concave portion or the entire flat surface of the convex portion. It is necessary to use a laser beam having an energy density distribution. In order to satisfy the above energy density condition, it is desirable that the shape of the laser beam be rectangular or linear.
[0030]
Further, a portion of the laser beam having a low energy density may be shielded through a slit. By using the slit, a laser beam having a relatively uniform energy density can be applied to the entire flat surface of the concave portion or the entire flat surface of the convex portion, and crystallization can be performed uniformly. Further, by providing the slit, the width of the laser beam can be partially changed depending on the pattern information of the insulating film or the semiconductor film, and the restrictions on the layout of the channel formation region and the active layer of the TFT can be reduced. The width of the laser beam means the length of the laser beam in the direction perpendicular to the scanning direction.
[0031]
A single laser beam obtained by synthesizing laser beams oscillated from a plurality of laser oscillation devices may be used for laser crystallization. With the above configuration, it is possible to compensate for the weak energy density of each laser beam.
[0032]
In the insulating film having unevenness, in the direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam, the restriction on the layout of the semiconductor film used as the active layer of the TFT becomes smaller when the width of the concave bottom portion is wider than the width of the convex top portion. So desirable. Specifically, in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the unevenness of the insulating film, it is desirable that the width of the concave bottom portion is three times or more the width of the convex top portion.
[0033]
In addition, after the semiconductor film is formed, laser light irradiation is performed so that the semiconductor film is not crystallized so that the semiconductor film is not exposed to the air (for example, a specified gas atmosphere such as a rare gas, nitrogen, oxygen, or a reduced pressure atmosphere). Also good. With the above configuration, contaminants at the molecular level in the clean room, such as boron contained in a filter for increasing the cleanliness of air, can be prevented from being mixed into the semiconductor film during crystallization by laser light. it can.
[0034]
The conventional semiconductor film crystallization technology called graphoepitaxy is an attempt to epitaxially grow a semiconductor film by inducing a surface relief grating on the surface of an artificially produced amorphous substrate. Met. The technology related to the graphoepitaxy is described in Non-Patent Document 2 and the like. In the above papers and the like, the graphoepitaxy technique is a technique in which a step is provided on the surface of an insulating film, and the semiconductor film formed on the insulating film is subjected to a treatment such as heating or laser light irradiation. Epitaxial growth of film crystals is disclosed. However, the temperature required for the epitaxial growth is required to be at least about 700 ° C. When the epitaxial growth is performed on the glass substrate, a grain boundary is formed in the semiconductor film in the vicinity of the edge of the concave portion or the convex portion of the insulating film. In the present invention, the shape of the concave portion or convex portion of the insulating film and the position of the edge are designed in accordance with the layout of the island so that the island mask is laid out and the crystallinity in the portion to be the island can be improved. Specifically, the shape, size, and the like of the concave portion or the convex portion are determined so that the edge of the concave portion or the convex portion and the center between the edges of the concave portion or the convex portion do not overlap with the island. Then, using the insulating film designed in accordance with the island layout, the position of the grain boundary is selectively determined intentionally. Then, a part where the selectively formed grain boundary exists in the semiconductor film is removed by patterning, and a part with relatively excellent crystallinity is used as an island. Therefore, the technique disclosed in the present invention is the same as conventional graphoepitaxy in that a semiconductor film is formed on an insulating film provided with a step, and the semiconductor film is crystallized using the step. This grapho epitaxy does not include the concept of controlling the position of grain boundaries using steps and reducing the grain boundaries in the island, and is similar to the present invention.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the laser light irradiation method used in the present invention will be described with reference to FIG.
[0036]
First, the insulating film 101 is formed over the substrate 100 as illustrated in FIG. The insulating film 101 includes striped convex portions 101a. The method for forming the unevenness will be described in detail later. As the insulating film 101, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or the like can be used. Note that an impurity such as an alkali metal can be prevented from being taken into a semiconductor film to be formed later, an insulating film that can withstand a subsequent processing temperature, and unevenness can be formed. These other insulating films may be used. Alternatively, a stacked structure of two or more films may be used.
[0037]
At this time, the marker may be formed using a part of the insulating film simultaneously with the insulating film 101.
[0038]
The substrate 100 may be made of any material that can withstand the processing temperature of the subsequent process. For example, a quartz substrate, a silicon substrate, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a metal substrate, or a stainless steel substrate is provided with an insulating film. A substrate on which is formed can be used. Further, a plastic substrate having heat resistance enough to withstand the processing temperature may be used.
[0039]
Next, the semiconductor film 102 is formed so as to cover the insulating film 101. The semiconductor film 102 can be formed by a known means (a sputtering method, an LPCVD method, a plasma CVD method, or the like). Note that the semiconductor film may be an amorphous semiconductor film, a microcrystalline semiconductor film, or a crystalline semiconductor film. In addition to silicon, silicon germanium may be used.
[0040]
At this time, unevenness appears in the semiconductor film 102 along the unevenness of the insulating film 101. Note that the size of the convex portion 101a of the insulating film 101 can be set as appropriate by the designer, but it is necessary to set the thickness so that a semiconductor film to be formed later does not cause film breakage in the vicinity of the edge of the convex portion. There is. In the case where the active layer is laid out in the concave portion, the width of the concave portion is made wider than the width of the convex portion, so that the restriction on the layout of the active layer can be reduced. When the active layer is laid out in the convex portion, the width of the convex portion is made wider than the width of the concave portion, thereby making it possible to reduce the restrictions on the layout of the active layer. In the present embodiment, in the direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam, for example, the width of the flat portion of the concave portion is set to be twice or more the width of the flat portion of the convex portion, and the width of the convex portion is 300 to It was 3000 nm. Furthermore, the height of the convex portion was set to 30 to 300 nm.
[0041]
Next, as shown in FIG. 2A, the semiconductor film 102 is irradiated with laser light to form a semiconductor film 103 (after LC) with improved crystallinity. The energy density of the laser beam is low in the vicinity of the edge of the laser beam 104. Therefore, the crystal grain is small in the vicinity of the edge, and a protruding portion (ridge) appears along the crystal grain boundary. Therefore, the edge of the locus of the laser beam 104 of the laser beam and the portion that becomes the channel formation region are not overlapped.
[0042]
The scanning direction of the laser light is determined so as to be parallel to the direction of the convex portion 101a as indicated by an arrow.
[0043]
In the present invention, a known laser can be used. Although it is desirable that the laser light is continuous oscillation, it is considered that the effect of the present invention can be obtained to some extent even if it is pulse oscillation. As the laser, a gas laser or a solid laser can be used. There are excimer laser, Ar laser, Kr laser, etc. as gas laser, and YAG laser, YVO as solid laser. Four Laser, YLF laser, YAlO Three Laser, glass laser, ruby laser, alexandride laser, Ti: sapphire laser, Y 2 O Three A laser etc. are mentioned. Solid lasers include YAG, YVO doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, Yb or Tm. Four , YLF, YAlO Three Lasers using crystals such as are applied. The fundamental wave of the laser differs depending on the material to be doped, and a laser beam having a fundamental wave of about 1 μm can be obtained. The harmonic with respect to the fundamental wave can be obtained by using a nonlinear optical element.
[0044]
Furthermore, after converting infrared laser light emitted from a solid-state laser into green laser light by a nonlinear optical element, ultraviolet laser light obtained by another nonlinear optical element can also be used.
[0045]
Note that the cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 2A before crystallization corresponds to FIG. 2B, and the cross-sectional view taken along the line BB ′ after crystallization is shown in FIG. ). In the semiconductor film 103 (after LC) crystallized by laser light irradiation, a grain boundary 105 is likely to occur in the vicinity of the center of the recess of the insulating film 101. In FIG. 2, a portion 106 between the vicinity of the edge of the recess and the vicinity of the center between the edges of the recess is relatively free from the formation of a grain boundary and has excellent crystallinity as the active layer or channel formation region. The portion 106 having excellent crystallinity does not necessarily include a grain boundary, but the crystallinity is relatively excellent because the crystal grain is large even if there is a grain boundary. In addition, a portion between the vicinity of the convex portion edge and the central portion between the convex portion edges that is relatively hard to form a grain boundary and excellent in crystallinity is used as an active layer or a channel formation region. Also good.
[0046]
Next, as shown in FIG. 3A, do not use the vicinity of the center between the edges of the recesses, which are considered to have many grain boundaries, and the semiconductor film in the vicinity of the projections as channel formation regions. Then, the crystallized semiconductor film 103 is patterned, and an island-shaped semiconductor film (island) 108 is formed using a portion having excellent crystallinity between the vicinity of the edge of the recess and the vicinity of the center between the edges of the recess. Form.
[0047]
In this embodiment, the semiconductor film 103 is patterned so as to leave a portion near the edge of the convex portion or near the edge of the concave portion, and the vicinity of the convex portion and the vicinity of the center of the concave portion, as shown in FIG. In this manner, the island 108 used as a slit-like active layer separated only in the channel formation region was formed. A cross-sectional view taken along the line AA ′ of the island 108 is shown in FIG. 3B, and a cross-sectional view taken along the line BB ′ is shown in FIG. The portion that becomes the source region or the drain region is less affected by the crystallinity of the semiconductor film on the TFT characteristics than the channel formation region. Therefore, even if a portion of the semiconductor film having poor crystallinity is used as the source region or the drain region, it does not matter so much.
[0048]
Next, as illustrated in FIG. 4A, a gate insulating film 110 is formed so as to cover at least a portion to be a channel formation region of the island 108. Note that in FIG. 4A, the source region or the drain region is exposed, but the entire island 108 may be covered with the gate insulating film 110.
[0049]
Next, a gate electrode 111 is formed by forming and patterning a conductive film. Note that FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. The gate electrode 111 overlaps with all channel formation regions.
[0050]
Through the above manufacturing process, a TFT having a plurality of channel formation regions separated from each other is completed. With such a structure, it is possible to efficiently dissipate heat generated by driving the TFT while ensuring on-current by increasing the channel width of the channel formation region.
[0051]
Next, the production system of the present invention will be described. FIG. 5 shows a flowchart of the production system of the present invention. First, an island mask is designed, and then the shape of the insulating film is designed to have striped or rectangular irregularities. At this time, one or more of the islands are laid out on the flat surface of the concave or convex portion of the insulating film. Furthermore, it is desirable that the island be laid out so as to avoid a portion near the center between the edges of the concave or convex portions where the grain boundary is relatively easily formed. When the island is used as the active layer of the TFT, it is desirable to align the carrier direction of the channel formation region with the direction of the stripe of the insulating film or the long side or the short side of the rectangle. Accordingly, the directions may be intentionally not aligned.
[0052]
At this time, the shape of the insulating film may be designed so that a marker is formed on a part of the insulating film.
[0053]
And the information (pattern information) regarding the shape of the designed insulating film is input into the computer which a laser irradiation apparatus has, and is memorize | stored in the memory | storage means. In the computer, the scanning path of the laser beam is determined based on the inputted pattern information of the insulating film and the width in the direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam. At this time, it is important to determine the scanning path so that the edge of the locus of the laser beam does not overlap the flat surface of the concave or convex portion of the insulating film. In addition to the insulating film pattern information, the island pattern information is stored in the storage means of the computer so that the scanning path is determined so that the edge of the laser beam trajectory does not overlap the island or the channel formation region of the island. Anyway.
[0054]
Note that when the width of the laser beam is controlled by providing a slit, the computer grasps the width of the concave portion or the convex portion of the insulating film in the direction perpendicular to the scanning direction based on the input insulating film pattern information. In consideration of the width of the concave or convex portion of the insulating film, the edge of the laser beam trajectory and the flat surface of the concave or convex portion of the insulating film do not overlap with each other in the direction perpendicular to the scanning direction. Set the slit width.
[0055]
On the other hand, an insulating film is formed on the substrate in accordance with the designed pattern information, and then a semiconductor film is formed on the insulating film. And after forming a semiconductor film, a board | substrate is installed in the stage of a laser irradiation apparatus, and alignment of a board | substrate is performed. FIG. 5 shows an example in which a marker is detected using a CCD camera and the substrate is aligned. The CCD camera means a camera using a CCD (charge coupled device) as an image sensor.
[0056]
In addition, the pattern information of the insulating film or semiconductor film on the substrate placed on the stage is detected by a CCD camera or the like, and the pattern information of the insulating film or semiconductor film designed by CAD in the computer and obtained by the CCD camera are actually The substrate may be aligned by comparing the pattern information of the insulating film or semiconductor film formed on the substrate.
[0057]
Then, the semiconductor film is crystallized by irradiating laser light according to a predetermined scanning path.
[0058]
Next, after irradiation with laser light, the semiconductor film whose crystallinity is enhanced by laser light irradiation is patterned to form islands. Thereafter, a process of manufacturing a TFT from the island is performed. A specific manufacturing process of the TFT differs depending on the shape of the TFT, but typically, a gate insulating film is formed and an impurity region is formed in the island. Then, an interlayer insulating film is formed so as to cover the gate insulating film and the gate electrode, a contact hole is formed in the interlayer insulating film, and a part of the impurity region is exposed. Then, a wiring is formed on the interlayer insulating film so as to be in contact with the impurity region through the contact hole.
[0059]
Next, the structure of the laser irradiation apparatus used in the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 151 denotes a laser oscillation device. Although four laser oscillation devices are used in FIG. 6, the number of laser oscillation devices included in the laser irradiation device is not limited to this number.
[0060]
Note that the laser oscillation device 151 may use a chiller 152 to keep the temperature constant. The chiller 152 is not necessarily provided, but by keeping the temperature of the laser oscillation device 151 constant, it is possible to suppress the energy of the output laser light from varying depending on the temperature.
[0061]
Reference numeral 154 denotes an optical system which can focus the laser beam by changing the optical path output from the laser oscillation device 151 or processing the shape of the laser beam. Further, in the laser irradiation apparatus of FIG. 6, the laser beams of the laser beams output from the plurality of laser oscillation apparatuses 151 can be combined by the optical system 154 by overlapping each other.
[0062]
Note that an AO modulator 153 that changes the traveling direction of the laser light in an extremely short time may be provided in the optical path between the substrate 156 that is an object to be processed and the laser oscillation device 151. Further, instead of the AO modulator, an attenuator (light quantity adjustment filter) may be provided to adjust the energy density of the laser light.
[0063]
Further, a means (energy density measuring means) 165 for measuring the energy density of the laser beam output from the laser oscillation device 151 is provided in the optical path between the substrate 156 that is the object to be processed and the laser oscillation device 151, and the measurement is performed. The computer 160 may monitor the change in energy density over time. In this case, the output from the laser oscillation device 160 may be increased so as to compensate for the attenuation of the energy density of the laser beam.
[0064]
The combined laser beam is applied to the substrate 156 that is an object to be processed through the slit 155. The slit 155 is preferably formed of a material that can block the laser beam and that is not deformed or damaged by the laser beam. The slit 155 has a variable width, and the width of the laser beam can be changed according to the width of the slit.
[0065]
Note that the shape of the laser beam on the substrate 156 of the laser light oscillated from the laser oscillation device 151 when not passing through the slit 155 differs depending on the type of laser, and can also be formed by an optical system.
[0066]
The substrate 156 is placed on the stage 157. In FIG. 6, the position control means 158 and 159 correspond to means for controlling the position of the laser beam on the workpiece, and the position of the stage 157 is controlled by the position control means 158 and 159.
[0067]
In FIG. 6, the position control means 158 controls the position of the stage 157 in the X direction, and the position control means 159 controls the position of the stage 157 in the Y direction.
[0068]
Further, the laser irradiation apparatus of FIG. 6 has a computer 160 having both storage means such as a memory and a central processing unit. The computer 160 controls the position control means 158 and 159 so as to control the oscillation of the laser oscillating device 151, determine the scanning path of the laser light, and scan the laser beam of the laser light according to the determined scanning path. The substrate can be moved to a predetermined position.
[0069]
In FIG. 6, the position of the laser beam is controlled by moving the substrate, but it may be moved using an optical system such as a galvanometer mirror, or both.
[0070]
Further, in FIG. 6, the width of the slit 155 can be controlled by the computer 160 and the width of the laser beam can be changed according to the mask pattern information. Note that the slit is not necessarily provided.
[0071]
Further, the laser irradiation apparatus may include a means for adjusting the temperature of the object to be processed. Further, since the laser light is light having high directivity and energy density, a damper may be provided to prevent the reflected light from being irradiated to an inappropriate place. The damper desirably has a property of absorbing reflected light, and cooling water may be circulated in the damper to prevent the temperature of the partition wall from rising due to absorption of the reflected light. Further, the stage 157 may be provided with means for heating the substrate (substrate heating means).
[0072]
When the marker is formed by a laser, a marker laser oscillation device may be provided. In this case, the oscillation of the marker laser oscillation device may be controlled by the computer 160. Further, in the case where a marker laser oscillation device is provided, an optical system for condensing the laser beam output from the marker laser oscillation device is separately provided. The laser used for forming the marker is typically a YAG laser or CO. 2 A laser or the like can be mentioned, but it is of course possible to form using other lasers.
[0073]
Further, one CCD camera 163 may be provided for positioning using a marker, and in some cases, several CCD cameras 163 may be provided. The CCD camera means a camera using a CCD (charge coupled device) as an image sensor.
[0074]
Note that the substrate may be aligned by recognizing the pattern of the insulating film or the semiconductor film by the CCD camera 163 without providing the marker. In this case, the pattern information of the insulating film or semiconductor film by the mask input to the computer 160 is compared with the actual insulating film or semiconductor film pattern information collected by the CCD camera 163 to grasp the position information of the substrate. can do. In this case, it is not necessary to provide a marker separately.
[0075]
In addition, the laser light incident on the substrate is reflected by the surface of the substrate and returns to the same optical path as the incident light, which is so-called return light, but the return light is a change in laser output and frequency, rod breakage, etc. Adverse effects. Therefore, an isolator may be installed in order to remove the return light and stabilize the oscillation of the laser.
[0076]
Although FIG. 6 shows the configuration of the laser irradiation apparatus provided with a plurality of laser oscillation apparatuses, the number of laser oscillation apparatuses may be one. FIG. 7 shows a configuration of a laser irradiation apparatus having one laser oscillation apparatus. In FIG. 7, 201 is a laser oscillation device, and 202 is a chiller. Reference numeral 215 denotes an energy density measuring device, 203 denotes an AO modulator, 204 denotes an optical system, 205 denotes a slit, and 213 denotes a CCD camera. The substrate 206 is placed on the stage 207, and the position of the stage 207 is controlled by the X direction position control means 208 and the Y direction position control means 209. As in the case shown in FIG. 6, the operation of each means of the laser irradiation apparatus is controlled by the computer 210. The difference from FIG. 6 is that there is one laser oscillation apparatus. Further, unlike the case of FIG. 6, the optical system 204 only needs to have a function of condensing one laser beam.
[0077]
Thus, in the present invention, after crystallization by laser light, the vicinity of the center between the edges of the recesses or protrusions of the semiconductor film is removed by patterning, and the vicinity of the edges of the recesses or protrusions and the edges of the recesses or protrusions Grain boundaries are formed in the channel formation region of the TFT by positively using a portion having relatively high crystallinity, which is relatively difficult to form a grain boundary between the center and the center, as the TFT active layer. It is possible to prevent the TFT mobility from being significantly lowered, the on-current is reduced, and the off-current is increased due to the grain boundaries. It should be noted that the designer can appropriately determine the extent to be removed by patterning as the vicinity of the edge of the concave portion or convex portion.
[0078]
Also, instead of scanning and irradiating the entire semiconductor film with laser light, the semiconductor film is crystallized and removed by patterning by scanning the laser light so that at least the indispensable part can be crystallized at least. The time for irradiating the portion to be irradiated with laser light can be saved, and the processing time per substrate can be greatly shortened.
[0079]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[0080]
Example 1
In this embodiment, a method for forming an insulating film having unevenness will be described.
[0081]
First, as shown in FIG. 8A, a first insulating film 251 is formed over a substrate 250. In this embodiment, silicon oxynitride is used for the first insulating film 251; however, the first insulating film 251 is not limited thereto, and may be an insulating film having a high selectivity in etching with respect to the second insulating film. In this embodiment, the first insulating film 251 is formed by using a CVD apparatus with SiH. Four And N 2 O was used to form a thickness of 50 to 200 nm. Note that the first insulating film may be a single layer or a structure in which a plurality of insulating films are stacked.
[0082]
Next, as illustrated in FIG. 8B, a second insulating film 252 is formed so as to be in contact with the first insulating film 251. When the second insulating film 252 is patterned in a later step to form unevenness, the second insulating film 252 needs to have such a thickness that the unevenness appears on the surface of the semiconductor film to be formed thereafter. In this embodiment, 30 nm to 300 nm of silicon oxide is formed as the second insulating film 252 by a plasma CVD method.
[0083]
Next, as shown in FIG. 8C, a mask 253 is formed, and the second insulating film 252 is etched. In this embodiment, ammonium hydrogen fluoride (NH Four HF 2 ) 7.13% and ammonium fluoride (NH Four Wet etching is performed at 20 ° C. using a mixed solution (product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Co.) containing 15.4% of F) as an etchant. By this etching, a rectangular or striped convex portion 254 is formed. In this specification, the first insulating film 251 and the convex portion 253 are regarded as one insulating film.
[0084]
Next, a semiconductor film is formed so as to cover the first insulating film 251 and the convex portion 253. In this embodiment, since the thickness of the convex portion is 30 nm to 300 nm, the thickness of the semiconductor film is desirably 50 to 200 nm, and here, 60 nm. Note that if an impurity is mixed between the semiconductor film and the insulating film, the crystallinity of the semiconductor film may be adversely affected, which may increase variations in characteristics of TFTs to be manufactured and variations in threshold voltage. The semiconductor film is preferably formed continuously. Therefore, in this embodiment, after the formation of the insulating film composed of the first insulating film 251 and the convex portion 253, the silicon oxide film 255 is thinly formed on the insulating film and then continuously exposed not to the atmosphere. Then, a semiconductor film 256 is formed. The thickness of the silicon oxide film can be set as appropriate by the designer, but in this embodiment, the thickness is about 5 nm to 30 nm.
[0085]
Note that when the second insulating film 252 is etched, the convex portion may be etched into a tapered shape. By forming the convex portion into a tapered shape, the semiconductor film, the gate insulating film, the gate electrode, and the like formed over the insulating film can be prevented from being cut at the edge of the convex portion.
[0086]
Next, a method for forming an insulating film different from that in FIG. 8 will be described. First, as shown in FIG. 9A, a first insulating film 261 is formed over a substrate 260. The first insulating film 261 is formed using a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like.
[0087]
In the case where a silicon oxide film is used, tetraethyl orthosilicate (TEOS) and O 2 are formed by plasma CVD. 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. When a silicon oxynitride film is used, SiH is formed by plasma CVD. Four , N 2 O, NH Three Silicon oxynitride film made from SiH or SiH Four , N 2 A silicon oxynitride film formed from O may be used. The production conditions in this case are a reaction pressure of 20 to 200 Pa, a substrate temperature of 300 to 400 ° C., and a high frequency (60 MHz) power density of 0.1 to 1.0 W / cm. 2 Can be formed. SiH Four , N 2 O, H 2 A silicon oxynitride silicon film manufactured from the above may be applied. Similarly, the silicon nitride film is formed by SiH by plasma CVD. Four , NH Three It is possible to make from.
[0088]
The first insulating film is formed to a thickness of 20 to 200 nm (preferably 30 to 60 nm) over the entire surface of the substrate, and then a mask 262 is formed using a photolithography technique as shown in FIG. 9B. Then, unnecessary portions are removed by etching, and a stripe-shaped or rectangular convex portion 263 is formed. For the first insulating film 261, a dry etching method using a fluorine-based gas may be used, or a wet etching method using a fluorine-based aqueous solution may be used. When the latter method is selected, for example, ammonium hydrogen fluoride (NH Four HF 2 ) 7.13% and ammonium fluoride (NH Four F) may be etched with a mixed solution containing 15.4% (product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa).
[0089]
Next, a second insulating film 264 is formed so as to cover the convex portion 263 and the substrate 260. This layer is formed with a thickness of 50 to 300 nm (preferably 100 to 200 nm) using a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like, like the first insulating film 261.
[0090]
Through the manufacturing process, an insulating film including the convex portion 263 and the second insulating film 264 is formed. Note that after the second insulating film 264 is formed, impurities in the air are mixed between the semiconductor film and the insulating film by continuously forming the semiconductor film so as not to be exposed to the air. Can be prevented.
[0091]
(Example 2)
In this embodiment, after the semiconductor film formed on the stripe-shaped insulating film is crystallized by laser light irradiation, islands separated from each other are formed on a surface parallel to the substrate of the recess, and the islands are formed. An example in which a TFT is manufactured using the TFT will be described.
[0092]
FIG. 10A shows the structure of the TFT of this example. In FIG. 10A, an insulating film 152 having a stripe-shaped convex portion 151 is formed over a substrate 150. A plurality of islands 153 separated from each other are formed on the upper surface of the recesses between the protrusions 151. The plurality of islands 153 are formed using a portion of the semiconductor film between the vicinity of the edge of the recess and the vicinity of the center between the edges of the recess that is relatively difficult to form a grain boundary and has excellent crystallinity. . A gate insulating film 154 is formed so as to be in contact with the island 153. Note that although the gate insulating film 154 is formed so as to expose a portion to be an impurity region of the island in FIG. 10A, the gate insulating film 154 may be formed so as to cover the entire island 153.
[0093]
A plurality of gate electrodes 155 are formed on the gate insulating film 154 so as to overlap the plurality of islands 153. The plurality of gate electrodes 155 may be connected to each other depending on the circuit configuration.
[0094]
Note that a cross-sectional view taken along a line AA ′ in FIG. 10A corresponds to FIG. 10B, and a cross-sectional view taken along a line BB ′ in FIG. 10A corresponds to FIG. As shown in FIG. 10C, each gate electrode 155 overlaps with the channel formation region 156 of the island 153 with the gate insulating film 154 interposed therebetween. The channel formation region 156 is sandwiched between two impurity regions 157 that are also included in the island 153.
[0095]
In this embodiment, the TFT is formed using the island formed on the concave bottom portion, but the TFT may be formed using the island formed on the convex top portion.
[0096]
This embodiment can be implemented in combination with the first embodiment.
[0097]
(Example 3)
In this embodiment, variations in the shape of the insulating film will be described.
[0098]
FIG. 11A shows an example of the shape of the insulating film of the present invention. In FIG. 11A, an insulating film 171 is formed over a substrate 170, and the insulating film 171 has a plurality of convex portions 172. Each convex portion 172 has a rectangular shape as viewed from above. In all the convex portions, the long side direction or short side direction of the rectangle is parallel to the scanning direction of the laser beam indicated by the arrow.
[0099]
In addition, the widths of the convex portions 172 in the scanning direction of the laser light and the width in the direction perpendicular to the scanning direction are not all the same. It is desirable to design the shape of the insulating film in accordance with the desired island shape.
[0100]
Note that in the insulating film used in the present invention, the shape of the convex portion does not have to be completely rectangular or striped, and a part of the insulating film may be rectangular or striped. FIG. 11B shows an example of the shape of the insulating film of the present invention. In FIG. 11B, an insulating film 181 is formed over a substrate 180, and the insulating film 181 is formed with a rectangular convex portion 182 having a slit-like opening as viewed from above. The convex portion 182 has the long side direction or the short side direction of the slit parallel to the scanning direction of the laser beam indicated by the arrow.
[0101]
Next, an example of a structure of a TFT formed using an insulating film having a slit-like opening as shown in FIG. 11B will be described.
[0102]
FIG. 12A shows a top view of the TFT of this embodiment. As shown in FIG. 12A, in this embodiment, an insulating film having a rectangular convex portion 760 having a slit-like opening inside is used. A semiconductor film is formed so as to cover the convex portion 760, and laser light is scanned in the direction indicated by the arrow along the major axis direction of the slit-shaped opening to crystallize the semiconductor film. Then, the semiconductor film is patterned to form an island 761 having an opening in which a channel formation region is formed on the upper surface of the concave portion surrounded by the convex portion. Note that the channel formation region of the island 761 avoids the vicinity of the center between the edges of the recess, and uses a portion having excellent crystallinity between the vicinity of the edge of the recess and the vicinity of the center between the edges of the recess. To do.
[0103]
Then, a gate insulating film 762 is formed so as to be in contact with the island 761. 12A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 12A, FIG. 12C is a cross-sectional view taken along the line BB ′, and FIG. 12D is a cross-sectional view taken along the line CC ′. ).
[0104]
A gate electrode 763 is formed by forming a conductive film over the gate insulating film 762 and patterning the conductive film. Note that the gate electrode 763 overlaps with the channel formation region 764 of the island 761 with the gate insulating film 762 interposed therebetween, and the channel formation region 764 is sandwiched between two impurity regions 765 included in the island 761.
[0105]
A first interlayer insulating film 766 is formed so as to cover the gate electrode 763, the island 761, and the gate insulating film 762. The first interlayer insulating film 766 is made of an inorganic insulating film and has an effect of preventing the island 761 from being mixed with a substance that adversely affects the characteristics of the TFT such as an alkali metal.
[0106]
Then, a second interlayer insulating film 767 made of an organic resin is formed on the first interlayer insulating film 766. The second interlayer insulating film 767, the first interlayer insulating film 766, and the gate insulating film 762 have openings formed by etching, and two impurity regions 765, a gate electrode 763, and the like are formed through the openings. Wirings 768 and 769 respectively connected to are formed on the second interlayer insulating film 767.
[0107]
In this embodiment, since a plurality of channel formation regions 764 are formed and the plurality of channel formation regions are separated from each other, the channel width of the channel formation region is increased to ensure the on-current, and the TFT The heat generated by driving can be efficiently radiated.
[0108]
In this embodiment, the TFT having the channel formation region formed in the concave bottom portion has been described. However, the TFT may be formed using the channel formation region formed in the convex top portion.
[0109]
Example 4
In this embodiment, a method for manufacturing an active matrix substrate using the laser crystallization method of the present invention 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.
[0110]
First, in this embodiment, a substrate 600 made of glass such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass is used. Note that as the substrate 600, a quartz substrate, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless steel substrate on which an insulating film is formed may be used. Further, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of this embodiment may be used.
[0111]
Next, an insulating film 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 600 by a known means (sputtering method, LPCVD method, plasma CVD method, etc.) to a thickness of 100 to 300 nm. Form with.
[0112]
Next, in order to form a thick portion and a thin portion in this insulating film, in this embodiment, a resist mask 693 is formed by a photolithography technique, and an etching process is performed. Although the level difference is determined by the etching amount, in this embodiment, it is approximately 50 to 100 nm. For example, in order to etch a 150 nm silicon oxynitride film by 75 nm, wet etching using a solution containing hydrofluoric acid may be used, or CF Four It is possible to apply dry etching or the like using In this manner, the insulating film 601 having a convex shape is formed. At this time, the width of the convex region in the direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam may be appropriately determined in consideration of the size of the TFT to be manufactured. However, for the purpose of controlling the number of crystal nuclei generated, A size of about 6 μm (diameter or diagonal length) is preferable (FIG. 13A).
[0113]
Next, an amorphous semiconductor film 692 is formed on the insulating film 601 with a thickness of 25 to 80 nm (preferably 30 to 60 nm) by a known means (sputtering method, LPCVD method, plasma CVD method, or the like) (FIG. 13). (B)). Note that although an amorphous semiconductor film is formed in this embodiment, a microcrystalline semiconductor film or a crystalline semiconductor film may be used. Alternatively, a compound semiconductor film having an amorphous structure such as an amorphous silicon germanium film may be used.
[0114]
Next, the amorphous semiconductor film 692 is crystallized by a laser crystallization method. The scanning direction of the laser light is set to be parallel to the extending direction of the stripe-shaped convex portion in the insulating film 601. Note that in the case where the convex portion in the insulating film 601 is rectangular when viewed from above the substrate, the scanning direction of the laser light is determined so as to be parallel to the long side direction or the short side direction of the rectangle. Specifically, laser light is selectively irradiated according to mask information input to the computer of the laser irradiation apparatus. 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. Note that this embodiment shows an example in which the width of the laser beam is changed using a slit in accordance with the width in the direction perpendicular to the scanning direction of the insulating film, but the present invention is not limited to this, and the slit is not necessarily provided. There is no need to use it.
[0115]
When the amorphous semiconductor film is crystallized, a crystal having a large grain size can be obtained by using a solid-state laser capable of continuous oscillation and using the second to fourth harmonics of the fundamental wave. Typically, Nd: YVO Four It is desirable to use the second harmonic (532 nm) or the third harmonic (355 nm) of the laser (fundamental wave 1064 nm). Specifically, continuous wave YVO Four Laser light emitted from the laser is converted into a harmonic by a non-linear optical element to obtain laser light with an output of 10 W. Also, YVO in the resonator Four There is also a method of emitting harmonics by inserting a crystal and a nonlinear optical element. Preferably, the laser beam is shaped into a rectangular or elliptical shape on the irradiation surface by an optical system, and the object to be processed is irradiated. 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 semiconductor film relative to the laser light at a speed of about 10 to 2000 cm / s.
[0116]
Note that pulsed or continuous wave gas laser or solid-state laser can be used for laser irradiation. There are excimer laser, Ar laser, Kr laser, etc. as gas laser, and YAG laser, YVO as solid laser. Four Laser, YLF laser, YAlO Three Laser, glass laser, ruby laser, alexandride laser, Ti: sapphire laser, Y 2 O Three A laser etc. are mentioned. Solid lasers include YAG, YVO doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, Yb or Tm. Four , YLF, YAlO Three Lasers using crystals such as can also be used. A slab laser can also be used. The fundamental wave of the laser differs depending on the material to be doped, and a laser beam having a fundamental wave of about 1 μm can be obtained. The harmonic with respect to the fundamental wave can be obtained by using a nonlinear optical element.
[0117]
Through the above-described laser crystallization, a crystalline semiconductor film 694 with improved crystallinity is formed (FIG. 13C). In the crystalline semiconductor film, a grain boundary 695 is easily formed in the vicinity of the center between the edges.
[0118]
Next, the crystalline semiconductor film 694 with improved crystallinity is patterned into a desired shape to form crystallized islands 602 to 606 (FIG. 13D). At this time, the number of grain boundaries in the islands 602 to 606 can be reduced by removing the vicinity of the center between the edges where the grain boundaries 695 are easily formed.
[0119]
Further, after the islands 602 to 606 are formed, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) may be doped in order to control the threshold value of the TFT.
[0120]
Next, a process of manufacturing a TFT using the islands 602 to 606 is performed. A specific manufacturing process of the TFT differs depending on the shape of the TFT, but typically, a gate insulating film is formed and an impurity region is formed in the island. Then, an interlayer insulating film is formed so as to cover the gate insulating film and the gate electrode, a contact hole is formed in the interlayer insulating film, and a part of the impurity region is exposed. Then, a wiring is formed on the interlayer insulating film so as to be in contact with the impurity region through the contact hole.
[0121]
FIG. 14 is a cross-sectional view of the semiconductor device of this example. The islands 602 to 606 include a channel formation region, a first impurity region that exists across the channel formation region, and a second impurity region formed between the first impurity region and the channel formation region. have. The concentration of the impurity imparting one conductivity type in the first impurity region is higher than that in the second impurity region. A gate insulating film 607 is formed to cover the islands 602 to 606, and gate electrodes 608 to 613 and a source signal line 614 are formed on the gate insulating film 607 so as to overlap the channel formation region. ing. Further, an interlayer insulating film 615 is formed over the gate insulating film 607 so as to cover the gate electrodes 608 to 613 and the source signal line 614.
[0122]
In the driving circuit 686, wirings 663 to 667 that are electrically connected to the impurity regions are formed over the interlayer insulating film 615. In the pixel portion 687, a pixel electrode 670, a gate wiring 669, and a wiring 668 are formed. The source signal line 614 is electrically connected to the pixel TFT 684 through the wiring 668.
[0123]
Although not shown, the gate wiring 669 is electrically connected to the gate electrodes 611 and 612 of the pixel TFT 684. In addition, the pixel electrode 670 is electrically connected to the first impurity region of the pixel TFT, and is further electrically connected to an island 606 that functions as one electrode forming the storage capacitor 685. In this application, the pixel electrode and the wiring are formed of the same material. However, a highly reflective material such as a film containing Al or Ag as a main component or a laminated film thereof may be used as the pixel electrode 670. .
[0124]
As described above, the CMOS circuit including the n-channel TFT 681 and the p-channel TFT 682, the driving circuit 686 having the n-channel TFT 683, and the pixel portion 687 having the pixel TFT 684 and the storage capacitor 685 are formed over the same substrate. can do. Thus, the active matrix substrate is completed. The storage capacitor 685 is formed of an electrode 613 and an island 606 using the gate insulating film 607 as a dielectric.
[0125]
In the pixel of this embodiment, the end portion of the pixel electrode overlaps with the source signal line so as to shield the gap between the pixel electrodes without using a shielding film.
[0126]
Note that although the structure of the active matrix substrate used in the liquid crystal display device is described in this embodiment, a light-emitting device can be manufactured using the manufacturing process of this embodiment. 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 in which a TFT or the like is mounted on the display panel. 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.
[0127]
Note that the light-emitting element has a mode in which a hole injection layer, an electron injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, or the like is formed of an inorganic compound alone or a material in which an inorganic compound is mixed with an organic compound. I can take it. These layers may be partially mixed with each other.
[0128]
Note that the present invention can also be applied to semiconductor devices in submicron units. In this embodiment, an example in which the active layer is formed in the concave bottom portion is shown. However, the active layer may be formed in the convex upper portion.
[0129]
This embodiment can be implemented in combination with the first to third embodiments.
[0130]
(Example 5)
In this embodiment, an example in which a laser light irradiation process and a semiconductor film crystallization process using a catalyst are combined in crystallization of a semiconductor film will be described. In the case of using a catalyst element, it is desirable to use the techniques disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-130652 and 8-78329.
[0131]
First, as illustrated in FIG. 15A, an insulating film 501 having a convex portion 502 is formed over a substrate 500. Then, a semiconductor film 503 is formed over the insulating film 501.
[0132]
Next, the semiconductor film 503 is crystallized using a catalyst element (FIG. 15B). For example, in the case of using the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-130652, a nickel-containing layer 504 is formed by applying a nickel acetate salt solution containing 10 ppm of nickel in terms of weight to the semiconductor film 503, After the time dehydrogenation step, heat treatment is performed at 500 to 650 ° C. for 4 to 12 hours, for example, 550 ° C. for 8 hours, so that the semiconductor film 505 with improved crystallinity is formed. In addition to nickel (Ni), usable catalyst elements include germanium (Ge), iron (Fe), palladium (Pd), tin (Sn), lead (Pb), cobalt (Co), platinum ( Elements such as Pt), copper (Cu), and gold (Au) may be used.
[0133]
Then, a semiconductor film 506 with further improved crystallinity is formed from the semiconductor film 505 crystallized by NiSPC by laser light irradiation. The semiconductor film 506 obtained by laser light irradiation contains a catalytic element, and after the laser light irradiation, a step (gettering) of removing the catalytic element from the semiconductor film 506 is performed. For the gettering, a technique described in JP-A-10-135468 or JP-A-10-135469 can be used.
[0134]
Specifically, a region 507 in which phosphorus is added to part of the semiconductor film 506 obtained after laser irradiation is formed. Heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 550 to 800 ° C. for 5 to 24 hours, for example, 600 ° C. for 12 hours. Then, the region 507 to which phosphorus is added in the semiconductor film 506 functions as a gettering site, and the catalytic element present in the semiconductor film 506 can be segregated to the region 507 to which phosphorus is added (FIG. 15D). ).
[0135]
Thereafter, the concentration of the catalytic element is set to 1 × 10 by removing the phosphorus-added region 507 of the semiconductor film 506 by patterning. 17 atoms / cm Three Preferably 1 × 10 16 atoms / cm Three An island 508 reduced to an extent can be obtained (FIG. 15E).
[0136]
Note that after applying a solution containing a catalytic element to the semiconductor film before crystallization, crystal growth may be performed by laser light irradiation instead of SPC.
[0137]
This embodiment can be implemented in combination with the first to fourth embodiments.
[0138]
(Example 6)
In this embodiment, the shape of a laser beam synthesized by superposing a plurality of laser beams will be described.
[0139]
FIG. 16A shows an example of the shape of the laser beam on the object to be processed when the laser light emitted from each of the plurality of laser oscillation devices does not pass through the slit. The laser beam shown in FIG. 16A has an elliptical shape. In the present invention, the shape of the laser beam of the laser light oscillated from the laser oscillation device is not limited to an ellipse. The shape of the laser beam varies depending on the type of laser and can also be shaped by an optical system. For example, the shape of a laser beam emitted from a Lambda XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 30 ns) L3308 is a rectangular shape of 10 mm × 30 mm (both half-value width in the beam profile). The shape of the laser light emitted from the YAG laser is circular if the rod shape is cylindrical, and rectangular if it is slab type. By further shaping such laser light with an optical system, laser light of a desired size can be produced.
[0140]
FIG. 16B shows the energy density distribution of the laser light in the long axis Y direction of the laser beam shown in FIG. The laser beam shown in FIG. 16A is 1 / e of the peak value of the energy density in FIG. 2 This corresponds to a region satisfying the energy density of. The energy density distribution of the laser beam having the elliptical laser beam becomes higher toward the center O of the ellipse. As described above, in the laser beam shown in FIG. 16A, the energy density in the central axis direction follows a Gaussian distribution, and a region where it can be determined that the energy density is uniform becomes narrow.
[0141]
Next, FIG. 16C illustrates the shape of a laser beam when the laser light having the laser beam illustrated in FIG. Note that FIG. 16C illustrates the case where one linear laser beam is formed by superimposing four laser beams, but the number of superposed laser beams is not limited thereto.
[0142]
As shown in FIG. 16C, the laser beams of the respective laser beams are synthesized by matching the major axes of the respective ellipses and overlapping a part of the laser beams to form one laser beam 360. Yes. Hereinafter, a straight line obtained by connecting the centers O of the ellipses will be referred to as a central axis of the laser beam 360.
[0143]
FIG. 16D shows the energy density distribution of the laser beam in the direction of the central axis y of the combined laser beam shown in FIG. Note that the laser beam illustrated in FIG. 16C is 1 / e of the peak value of the energy density in FIG. 2 This corresponds to a region satisfying the energy density of. The energy density is added at the portion where the laser beams before synthesis are overlapped. For example, when the energy densities E1 and E2 of the overlapping beams are added as shown in the figure, the energy density peak value E3 is approximately equal, and the energy density is flattened between the centers O of the ellipses.
[0144]
Note that when E1 and E2 are added, it is ideally equal to E3, but in reality, it is not necessarily equal. The allowable range of deviation between the value obtained by adding E1 and E2 and the value of E3 can be appropriately set by the designer.
[0145]
When the laser beam is used alone, the energy density distribution follows a Gaussian distribution, so that the entire semiconductor film or island part in contact with the flat part of the insulating film can be irradiated with laser light with a uniform energy density. difficult. However, as can be seen from FIG. 16D, by superimposing a plurality of laser beams and complementing each other with a low energy density, energy can be obtained rather than using a plurality of laser beams without overlapping. A region having a uniform density is enlarged, and the crystallinity of the semiconductor film can be increased efficiently.
[0146]
FIG. 17 shows the distribution of energy density at BB ′ and CC ′ in FIG. 16C obtained by calculation. FIG. 17 shows 1 / e of the peak value of the laser beam before synthesis. 2 The region that satisfies the energy density is used as a reference. The energy density at BB ′ and CC ′ when the length in the minor axis direction of the laser beam before synthesis is 37 μm, the length in the major axis direction is 410 μm, and the distance between the centers is 192 μm is The distributions are as shown in FIGS. 17A and 17B, respectively. Although BB ′ is weaker than CC ′, it can be regarded as almost the same size, and is 1 / e of the peak value of the laser beam before synthesis. 2 The shape of the combined laser beam in the region satisfying the energy density can be expressed as a linear shape.
[0147]
FIG. 18A is a diagram showing the energy distribution of the combined laser beam. A region indicated by 361 is a region having a uniform energy density, and a region indicated by 362 is a region having a low energy density. In FIG. 18, the length of the laser beam in the direction of the central axis is W TBW And the length in the central axis direction in the region 361 having a uniform energy density is W max And W TBW Is W max The larger the ratio is, the larger the ratio of the region 362 having a non-uniform energy density that cannot be used for crystallization of the semiconductor film to the region 361 having a uniform energy density that can be used for crystallization. In the semiconductor film irradiated only with the region 362 where the energy density is not uniform, crystallites are generated and the crystallinity is not good. Therefore, it is necessary to determine the layout of the scanning path and the unevenness of the insulating film so that only the region 362 does not overlap with the region to be the island of the semiconductor film, and the restriction becomes even greater as the ratio of the region 362 to the region 361 increases. . Therefore, using the slits to prevent the semiconductor film formed on the concave portion or the convex portion of the insulating film from being irradiated only with the region 362 where the energy density is not uniform can prevent the layout of the scanning path and the concave and convex portions of the insulating film. This is effective in reducing the constraints that occur in the process.
[0148]
This embodiment can be implemented in combination with the first to fifth embodiments.
[0149]
(Example 7)
In this embodiment, the optical system of the laser irradiation apparatus used in the present invention and the positional relationship between each optical system and the slit will be described.
[0150]
FIG. 19 shows an optical system in the case where four laser beams are combined into one laser beam. The optical system shown in FIG. 19 has six cylindrical lenses 417 to 422. The four laser beams incident from the direction of the arrows are incident on the four cylindrical lenses 419 to 422, respectively. The two laser beams molded by the cylindrical lenses 419 and 421 are shaped again by the cylindrical lens 417 and irradiated to the object 423 through the slit 424. On the other hand, the two laser beams formed by the cylindrical lenses 420 and 422 are shaped again by the cylindrical lens 418 and irradiated to the object 423 through the slit 424.
[0151]
The laser beams of the respective laser beams on the object to be processed 423 are combined by overlapping each other to form one laser beam.
[0152]
The focal length and incident angle of each lens can be appropriately set by the designer, but the focal lengths of the cylindrical lenses 417 and 418 closest to the object 423 are smaller than the focal lengths of the cylindrical lenses 419 to 422. To do. For example, the focal lengths of the cylindrical lenses 417 and 418 closest to the object to be processed 423 are set to 20 mm, and the focal lengths of the cylindrical lenses 419 to 422 are set to 150 mm. In this embodiment, the incident angle of laser light from the cylindrical lenses 417 and 418 to the object 423 is 25 °, and the incident angle of laser light from the cylindrical lenses 419 to 422 to the cylindrical lenses 417 and 418 is 10 °. Install each lens as you want. In order to prevent return light and perform uniform irradiation, it is desirable to keep the incident angle of the laser light on the substrate larger than 0 °, preferably 5 to 30 °.
[0153]
FIG. 19 shows an example of synthesizing four laser beams. In this case, there are four cylindrical lenses respectively corresponding to the four laser oscillation devices and two cylindrical lenses corresponding to the four cylindrical lenses. ing. The number of laser beams to be combined is not limited to this, and the number of laser beams to be combined may be 2 or more and 8 or less. When synthesizing n (n = 2, 4, 6, 8) laser beams, n cylindrical lenses corresponding to the n laser oscillation devices, and n / 2 cylindrical lenses corresponding to the n cylindrical lenses, have. When synthesizing n (n = 3, 5, 7) laser beams, n cylindrical lenses respectively corresponding to the n laser oscillation devices, and (n + 1) / 2 cylindrical lenses corresponding to the n cylindrical lenses, have.
[0154]
Then, when superposing five or more laser beams, considering the place where the optical system is arranged and interference, it is desirable to irradiate the fifth and subsequent laser beams from the opposite side of the substrate. It must also be provided on the opposite side. Further, the substrate needs to have transparency.
[0155]
In order to prevent the return light from returning along the original optical path, it is desirable to keep the incident angle with respect to the substrate larger than 0 and smaller than 90 °.
[0156]
Also, in order to realize uniform laser light irradiation, a plane or long side that is a plane perpendicular to the irradiation surface and includes a short side when the shape of each beam before synthesis is regarded as a rectangle is obtained. If any one of the surfaces to be included is defined as an incident surface, the incident angle θ of the laser light is set such that the length of the short side or the long side included in the incident surface is W, and is set on the irradiation surface, and It is desirable that θ ≧ arctan (W / 2d) is satisfied when the thickness of the substrate having translucency with respect to the laser beam is d. This argument needs to hold for each laser beam before synthesis. When the locus of the laser beam is not on the incident surface, the incident angle obtained by projecting the locus onto the incident surface is defined as θ. If the laser light is incident at this incident angle θ, the reflected light from the surface of the substrate and the reflected light from the back surface of the substrate do not interfere with each other, and uniform laser light irradiation can be performed. In the above discussion, the refractive index of the substrate was considered as 1. Actually, in many cases, the refractive index of the substrate is around 1.5, and if this value is taken into consideration, a calculated value larger than the angle calculated in the above discussion can be obtained. However, since the energy at both ends in the longitudinal direction of the beam spot is attenuated, the influence of interference in this portion is small, and the effect of interference attenuation can be sufficiently obtained with the above calculated value. The above inequality for θ does not apply to anything other than the substrate being translucent to the laser beam.
[0157]
The optical system of the laser irradiation device used in the present invention is
The configuration is not limited to the example shown.
[0158]
This embodiment can be implemented in combination with the first to sixth embodiments.
[0159]
(Example 8)
A laser beam having an elliptical laser beam has a Gaussian distribution of energy density in a direction perpendicular to the scanning direction. Therefore, a laser beam having a rectangular or linear laser beam accounts for the ratio of the low energy density region to the entire region. Higher than light. Therefore, in the present invention, it is desirable that the laser beam of the laser beam is rectangular or linear with a relatively uniform energy density distribution.
[0160]
A typical gas laser capable of obtaining a rectangular or linear laser beam is an excimer laser, and a typical solid laser is a slab laser. In this embodiment, a slab laser will be described.
[0161]
FIG. 20A illustrates an example of a structure of a slab type laser oscillation device. A slab type laser oscillation device shown in FIG. 20A includes a rod 7500, a reflection mirror 7501, an exit mirror 7502, and a cylindrical lens 7503.
[0162]
When the rod 7500 is irradiated with excitation light, a laser beam is emitted toward the reflection mirror 7501 or the emission mirror 7502 along the zigzag optical path in the rod 7500. The laser beam emitted to the reflection mirror 7501 side is reflected, enters the rod 7500 again, and is emitted to the emission mirror 7502 side. The rod 7500 is a slab type using a plate-like slab medium, and can form a relatively long rectangular or linear laser beam in the emission stage. Then, the emitted laser light is processed in a cylindrical lens 7503 so that the shape of the laser beam becomes thinner and emitted from the laser oscillation device.
[0163]
Next, FIG. 20B illustrates a structure of the slab type laser oscillation device which is different from that illustrated in FIG. In FIG. 20B, a cylindrical lens 7504 is added to the laser oscillation apparatus illustrated in FIG. 20A, and the length of the laser beam can be controlled by the cylindrical lens 7504.
[0164]
If the coherent length is 10 cm or more, preferably 1 m or more, the laser beam can be made thinner.
[0165]
In order to prevent the temperature of the rod 7500 from rising excessively, a means for controlling the temperature, for example, circulating cooling water may be provided.
[0166]
FIG. 20C shows an example of the shape of a cylindrical lens. Reference numeral 7509 denotes a cylindrical lens of this embodiment, which is fixed by a holder 7510. The cylindrical lens 7509 has a shape in which a cylindrical surface and a rectangular plane face each other, and the two bus bars of the cylindrical surface and the two opposite rectangular sides are all parallel to each other. Two surfaces formed by the two generatrices of the cylindrical surface and the two parallel sides intersect each other at an angle larger than 0 and smaller than 90 °. The two surfaces formed by the two parallel sides in this way intersect with the rectangular plane at an angle of less than 90 °, so that the focal length can be shortened compared to the case of 90 ° or more. It is possible to make the shape of the laser beam narrower and approximate to the linear shape.
[0167]
This embodiment can be implemented in combination with the first to seventh embodiments.
[0168]
Example 9
In this embodiment, the relationship between the distance between the centers of laser beams and the energy density when the laser beams are superimposed will be described.
[0169]
FIG. 21 shows the energy density distribution in the central axis direction of each laser beam by a solid line, and the energy density distribution of the synthesized laser beam by a broken line. The value of the energy density in the direction of the central axis of the laser beam generally follows a Gaussian distribution.
[0170]
1 / e of peak value in laser beam before synthesis 2 Let X be the distance between the peaks when the distance in the central axis direction satisfying the above energy density is 1. In the combined beam spot, Y is the percent increment of the peak value after the combination and the average value of the valley values. The relationship between X and Y obtained by simulation is shown in FIG. In FIG. 22, Y is expressed as a percentage.
[0171]
In FIG. 22, the energy difference Y is expressed by the following approximate expression of Expression 1.
[0172]
[Formula 1]
Y = 60-293X + 340X 2 (X is the larger of the two solutions)
[0173]
According to Equation 1, for example, when it is desired to make the energy difference about 5%, it can be understood that X≈0.584. Ideally, Y = 0. However, since the length of the beam spot is shortened, it is preferable to determine X in balance with the throughput.
[0174]
Next, the allowable range of Y will be described. FIG. 23 shows YVO with respect to the beam width in the central axis direction when the laser beam has an elliptical shape. Four The distribution of laser output (W) is shown. The region indicated by hatching is the range of output energy necessary for obtaining good crystallinity, and it is understood that the output energy of the synthesized laser beam is within the range of 3.5 to 6 W.
[0175]
When the maximum value and the minimum value of the output energy of the beam spot after synthesis enter the limit of the output energy range necessary for obtaining good crystallinity, the energy difference Y for obtaining good crystallinity is maximized. Therefore, in the case of FIG. 23, the energy difference Y is ± 26.3%, and it can be seen that good crystallinity can be obtained if the energy difference Y is within the above range.
[0176]
Note that the range of output energy required to obtain good crystallinity varies depending on how far the crystallinity is judged to be good, and the distribution of output energy also varies depending on the shape of the laser beam. The allowable range of Y is not necessarily limited to the above value. The designer needs to appropriately determine the range of output energy necessary for obtaining good crystallinity, and set the allowable range of the energy difference Y from the distribution of the output energy of the laser used.
[0177]
This example can be implemented in combination with Examples 1-8.
[0178]
(Example 10)
The present invention can be applied to various semiconductor devices, and the mode of a display panel manufactured based on Examples 1 to 9 will be described with reference to FIGS.
[0179]
24, a substrate 901 includes a pixel portion 902, gate signal side driver circuits 901a and 901b, a data signal side driver circuit 901c, an input / output terminal portion 908, and a wiring or a wiring group 904. The shield pattern 905 may partially overlap with the gate signal side driving circuits 901a and 901b, the data signal side driving circuit 901c, and the wiring or wiring group 904 that connects the driving circuit portion and the input / output terminal portion 908. In this way, the area of the frame region (the peripheral region of the pixel portion) of the display panel can be reduced. An FPC 903 is fixed to the input / output terminal portion 908.
[0180]
The present invention can be used for active elements constituting the pixel portion 902, the gate signal side driver circuits 901a and 901b, and the data signal side driver circuit 901c.
[0181]
FIG. 25 shows an example of the structure of one pixel of the pixel portion 902 shown in FIG. 24, and TFTs 801 to 803 are provided. These are switching TFTs, reset TFTs, and driving TFTs for controlling light emitting elements and liquid crystal elements included in the pixels.
[0182]
The active layers 812 to 814 of these TFTs are disposed between the edges of the recesses 810 and 811 of the insulating film formed in the lower layer and the vicinity of the center between the edges. Over the active layers 812 to 814, gate wirings 815 to 817 are formed, and a data line 819, a power supply line 820, other various wirings 821 and 822, and a pixel electrode 823 are formed through a passivation film and a planarization film. ing.
[0183]
In this embodiment, the TFT is formed using the island formed on the concave bottom portion, but the TFT may be formed using the island formed on the convex top portion.
[0184]
This embodiment can be implemented in combination with any of Embodiments 1 to 9.
[0185]
(Example 11)
A semiconductor device including a TFT manufactured using the present invention can be applied to various electronic devices. Examples thereof include portable information terminals (electronic notebooks, mobile computers, mobile phones, etc.), video cameras, digital cameras, personal computers, television receivers, mobile phones, projection display devices, and the like. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.
[0186]
FIG. 26A illustrates a display device, which includes a housing 2001, a support base 2002, a display portion 2003, a speaker portion 2004, a video input terminal 2005, and the like. By using the semiconductor device of the present invention for the display portion 2003, the display device of the present invention is completed. Since the light-emitting device is a self-luminous type, a backlight is not necessary and a display portion thinner than a liquid crystal display can be obtained. The display devices include all information display devices for personal computers, for receiving TV broadcasts, for displaying advertisements, and the like.
[0187]
FIG. 26B shows a digital still camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an image receiving portion 2103, operation keys 2104, an external connection port 2105, a shutter 2106, and the like. By using the semiconductor device of the present invention for the display portion 2102, the digital still camera of the present invention is completed.
[0188]
FIG. 26C illustrates a laptop personal computer, which includes a main body 2201, a housing 2202, a display portion 2203, a keyboard 2204, an external connection port 2205, a pointing mouse 2206, and the like. By using the semiconductor device of the present invention for the display portion 2203, the notebook personal computer of the present invention is completed.
[0189]
FIG. 26D illustrates a mobile computer, which includes a main body 2301, a display portion 2302, a switch 2303, operation keys 2304, an infrared port 2305, and the like. By using the semiconductor device of the present invention for the display portion 2302, the mobile computer of the present invention is completed.
[0190]
FIG. 26E shows a portable image reproducing device (specifically, a DVD reproducing device) provided with a recording medium, which includes a main body 2401, a housing 2402, a display portion A 2403, a display portion B 2404, and a recording medium (DVD or the like). A reading unit 2405, operation keys 2406, a speaker unit 2407, and the like are included. A display portion A2403 mainly displays image information, and a display portion B2404 mainly displays character information. Note that an image reproducing device provided with a recording medium includes a home game machine and the like. By using the semiconductor device of the present invention for the display portions A, B 2403 and 2404, the image reproducing device of the present invention is completed.
[0191]
FIG. 26F illustrates a goggle type display (head mounted display), which includes a main body 2501, a display portion 2502, and an arm portion 2503. By using the semiconductor device of the present invention for the display portion 2502, the goggle type display of the present invention is completed.
[0192]
FIG. 26G illustrates a video camera, which includes a main body 2601, a display portion 2602, a housing 2603, an external connection port 2604, a remote control reception portion 2605, an image receiving portion 2606, a battery 2607, an audio input portion 2608, operation keys 2609, and an eyepiece. Part 2610 and the like. By using the semiconductor device of the present invention for the display portion 2602, the video camera of the present invention is completed.
[0193]
FIG. 26H shows a cellular phone, which includes a main body 2701, a housing 2702, a display portion 2703, an audio input portion 2704, an audio output portion 2705, operation keys 2706, an external connection port 2707, an antenna 2708, and the like. Note that the display portion 2703 can suppress current consumption of the mobile phone by displaying white characters on a black background. By using the semiconductor device of the present invention for the display portion 2703, the cellular phone of the present invention is completed.
[0194]
As described above, the applicable range of the present invention is so wide that it can be used for electronic devices in various fields. In addition, this embodiment can be implemented in combination with any of the configurations shown in Embodiments 1 to 10.
[0195]
(Example 12)
In this embodiment, a structure of a semiconductor device of the present invention will be described. FIG. 27 shows a cross-sectional view of the semiconductor device of this example.
[0196]
A first insulating film 701 having convex portions 701 a and 701 b is formed over the substrate 700. A first TFT 702 is formed over the first insulating film 701. Note that the island of the first TFT 702 is formed on the first insulating film 701 between the edge of the recess formed by the protrusions 701a and 701b and the vicinity of the center between the edges.
[0197]
A first interlayer insulating film 703 is formed so as to cover the first TFT 702, and is electrically connected to the first connection wiring 705 and the first TFT 702 on the first interlayer insulating film 703. Wiring 704 is formed.
[0198]
A second interlayer insulating film 706 is formed so as to cover the wiring 704 and the first connection wiring 705. The second interlayer insulating film 706 is formed of an inorganic insulating film, and if the upper surface thereof is polished by a chemical mechanical polishing method (CMP method), the second insulating film to be formed later becomes more When a semiconductor film which is planarized and formed over the second insulating film is crystallized with laser light, the crystallinity can be further increased.
[0199]
A second insulating film 707 is formed on the second interlayer insulating film 706. The second insulating film 707 has a convex portion 707a. A second TFT 708 is formed over the second insulating film 707. Note that the island of the second TFT 708 is formed on the second insulating film 707 between the edge of the concave portion formed by the convex portion 707a and the vicinity of the center between the edge and the other edge (not shown). Is formed.
[0200]
A third interlayer insulating film 709 is formed so as to cover the second TFT 708, and is electrically connected to the second connection wiring 711 and the second TFT 708 on the third interlayer insulating film 709. Wiring 710 is formed. Note that a buried wiring (plug) 712 is formed between the first connection wiring 705 and the second connection wiring 711 by a damascene process or the like.
[0201]
A fourth interlayer insulating film 713 is formed so as to cover the wiring 710 and the second connection wiring 711.
[0202]
In this embodiment, a so-called stack structure in which the first TFT 702 and the second TFT 708 can be stacked with an interlayer insulating film interposed therebetween. Using the TFT having the stack structure of this embodiment, a CPU using LSI, a memory element (for example, SRAM) of various logic circuits, a counter circuit, a frequency divider circuit logic, and the like can be formed.
[0203]
In this embodiment, the TFT is formed using the island formed on the concave bottom portion, but the TFT may be formed using the island formed on the convex top portion.
[0204]
This embodiment can be implemented by freely combining with Embodiments 1 to 11.
[0205]
(Example 13)
In this embodiment, energy density distribution in a linear laser beam formed by combining a plurality of elliptical laser beams will be described.
[0206]
FIG. 28 shows 1 / e when two elliptical laser beams having a major axis of 400 μm and a minor axis of 40 μm are superimposed. 2 The distribution of energy density in width is shown. All numbers in the graph are expressed in units of mm. The distance between the centers of adjacent beams is 0.255 mm.
[0207]
FIG. 29 shows 1 / e when four elliptical laser beams having a major axis of 400 μm and a minor axis of 40 μm are superimposed. 2 The distribution of energy density in width is shown. All numbers in the graph are expressed in units of mm. The distance between the centers of adjacent beams is 0.255 mm.
[0208]
FIG. 30 shows 1 / e when four elliptical laser beams having a major axis of 400 μm and a minor axis of 40 μm are superimposed. 2 The distribution of energy density in width is shown. All numbers in the graph are expressed in units of mm. The distance between the centers of adjacent beams is 0.215 mm.
[0209]
In an elliptical laser beam, the energy density distribution in the center line direction follows a Gaussian distribution. On the other hand, a laser beam formed by superimposing a plurality of elliptical laser beams has an energy density distribution in the center line direction of a certain height or more, as shown in FIGS. Unlike an elliptical laser beam, it has a waveform, and it can be said that the energy density in the center line direction is relatively uniform and linear.
[0210]
By applying a laser beam having such a linear energy distribution to the present invention, an island having uniform crystallinity can be formed.
[0211]
This embodiment can be implemented by freely combining with Embodiments 1 to 12.
[0212]
(Example 14)
In this embodiment, the concentration of oxygen, nitrogen, carbon, and boron incorporated in a semiconductor film by irradiation with continuous wave laser light will be described.
[0213]
First, an amorphous silicon film is formed on an insulating film made of silicon oxynitride to a thickness of 1500 mm, a nickel acetate salt solution is applied to the amorphous silicon film, and heated at 500 to 650 ° C. Thereafter, crystallization is performed using a continuous wave laser beam to form a crystalline silicon film (poly-Si). The laser beam irradiation was performed in an air atmosphere in a clean room. A naturally thin oxide film (natural oxide film) is formed on the surface of the crystalline silicon film. Then, an amorphous silicon film is formed covering the crystalline silicon film and the thin natural oxide film.
[0214]
In this state, oxygen, nitrogen, carbon, and boron atomic concentration profiles measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) are shown in FIGS.
[0215]
FIG. 31 shows a profile of oxygen concentration in a crystalline or amorphous silicon film measured by SIMS. The vertical axis represents the atomic concentration of oxygen, and the horizontal axis represents the depth from the sample surface. The solid line is the oxygen concentration when the process of irradiating laser light is performed, and the broken line is the oxygen concentration when the process of irradiating laser light is not performed. In addition, the ionic strength of silicon with the horizontal axis as the depth from the sample surface is also shown. The concentration of oxygen after laser light irradiation is 2 × 10 19 atoms / cm Three It is as follows. As shown in FIG. 31, it can be seen that the oxygen concentration in the silicon film was increased by the laser light irradiation.
[0216]
FIG. 32 shows a profile of nitrogen concentration in a crystalline or amorphous silicon film measured by SIMS. The vertical axis represents the atomic concentration of nitrogen, and the horizontal axis represents the depth from the sample surface. The solid line indicates the nitrogen concentration when the process of irradiating laser light is performed, and the broken line indicates the nitrogen concentration when the process of irradiating laser light is not performed. In addition, the ionic strength of silicon with the horizontal axis as the depth from the sample surface is also shown. The concentration of nitrogen after laser light irradiation is 1 × 10 19 atoms / cm Three It is as follows. As shown in FIG. 32, it can be seen that the nitrogen concentration in the silicon film was increased by the laser light irradiation.
[0217]
FIG. 33 shows a profile of the carbon concentration in the crystalline or amorphous silicon film measured by SIMS. The vertical axis represents the atomic concentration of carbon, and the horizontal axis represents the depth from the sample surface. The solid line indicates the carbon concentration when the process of irradiating laser light is performed, and the broken line indicates the carbon concentration when the process of irradiating laser light is not performed. In addition, the ionic strength of silicon with the horizontal axis as the depth from the sample surface is also shown. The concentration of carbon after laser light irradiation is 5 × 10 18 atoms / cm Three It is as follows. As shown in FIG. 33, it can be seen that the carbon concentration in the silicon film was increased by the laser light irradiation.
[0218]
FIG. 34 shows a profile of boron concentration in a crystalline or amorphous silicon film measured by SIMS. The vertical axis represents the atomic concentration of boron, and the horizontal axis represents the depth from the sample surface. The solid line is the boron concentration when the process of irradiating laser light is performed, and the broken line is the boron concentration when the process of irradiating laser light is not performed. In addition, the ionic strength of silicon with the horizontal axis as the depth from the sample surface is also shown. From FIG. 34, it seems that the boron concentration in the silicon film is slightly increased by laser light irradiation, but in any case, it is below the minimum concentration measured by SIMS before and after laser irradiation, Very small amount.
[0219]
(Example 15)
In this embodiment, the relationship between the shape of an insulating film and the thickness of a semiconductor film formed thereon is described.
[0220]
FIG. 35A shows an insulating film 950 having a convex portion 950a and a semiconductor film 951 formed thereon. Note that the semiconductor film 951 shows a state after being crystallized by laser light.
[0221]
As shown in FIG. 35A, the film thickness Ht of the semiconductor film 951 located on the protrusions 950a is thinner than the film thickness Hb of the semiconductor film 951 located on the recesses between the protrusions 950a. Yes. This is presumably because the semiconductor film that was primarily dissolved by the irradiation of the laser beam moves to the recess. Therefore, it is considered that the surface of the semiconductor film 951 may be planarized to some extent after the laser light irradiation.
[0222]
FIG. 35B shows an insulating film 960 having a convex portion 960a and a semiconductor film 961 having a flat surface formed thereon. In FIG. 35A, unevenness is also formed on the surface of the semiconductor film 951. However, in FIG. 35B, the unevenness is flattened by laser light irradiation.
[0223]
FIG. 35C is a cross-sectional view of the insulating film in which the width Wt of the convex portion is wider than the width Wb of the concave portion in a direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam. When a portion having excellent crystallinity of the semiconductor film located on the convex portion is used as the active layer of the TFT, the width Wt of the convex portion becomes wider than the width Wb of the concave portion as shown in FIG. It is preferable that there is less restriction on the island layout.
[0224]
This embodiment can be implemented by freely combining with Embodiments 1 to 14.
[0225]
【The invention's effect】
In the present invention, after crystallization by laser light, the vicinity of the center between the edges of the recesses or protrusions of the semiconductor film is removed by patterning, and the vicinity of the edges of the recesses or protrusions and the center between the edges of the recesses or protrusions are removed. Preventing the formation of grain boundaries in the channel formation region of the TFT by actively using as the active layer of the TFT the part where the grain boundary is relatively difficult to form and the crystallinity is excellent. Therefore, it is possible to prevent the mobility of the TFT from being significantly lowered by the grain boundary, the ON current from being reduced, and the OFF current from being increased. It should be noted that the designer can appropriately determine the extent to be removed by patterning as the vicinity of the edge of the concave portion or convex portion.
[0226]
In addition, the entire semiconductor film is not scanned and irradiated, but the laser beam is scanned so that at least an indispensable portion can be crystallized at a minimum. With the above structure, it is possible to omit the time for irradiating a portion of the semiconductor film that is removed by patterning after crystallization, and to significantly reduce the processing time per substrate.
[0227]
Also, by superimposing a plurality of laser beams and complementing each other with low energy density portions, the crystallinity of the semiconductor film can be improved more efficiently than using a plurality of laser beams alone without overlapping. it can.
[0228]
Instead of forming irregularities in the insulating film, the positions of the grain boundaries of the semiconductor film formed thereon may be controlled by providing irregularities in the substrate itself by etching.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the direction of crystal growth in a semiconductor film when irradiated with laser light.
FIG. 2 shows a state in which a semiconductor film is irradiated with laser light
FIG. 3 is a diagram of an island formed by patterning a crystallized semiconductor film.
4 is a diagram showing a structure of a TFT formed using the island shown in FIG. 3;
FIG. 5 shows a flowchart of the production system of the present invention.
FIG. 6 is a diagram of a laser irradiation apparatus.
FIG. 7 is a diagram of a laser irradiation apparatus.
8A and 8B illustrate a method for manufacturing an insulating film having unevenness.
9A and 9B illustrate a method for manufacturing an insulating film having unevenness.
FIG. 10 is a diagram of a TFT formed using islands that are separated from each other.
FIG. 11 shows a shape of an insulating film having unevenness.
12A and 12B are a top view and a cross-sectional view of a TFT formed using the insulating film illustrated in FIG.
FIGS. 13A to 13C illustrate a method for manufacturing a semiconductor device using the present invention. FIGS.
FIGS. 14A to 14C illustrate a method for manufacturing a semiconductor device using the present invention. FIGS.
FIG. 15 is a diagram showing a method for crystallizing a semiconductor film using a catalytic metal.
FIG. 16 is a diagram showing a distribution of energy density of a laser beam.
FIG. 17 is a diagram showing a distribution of energy density of a laser beam.
FIG. 18 is a diagram showing a distribution of energy density of a laser beam.
FIG. 19 is a diagram of an optical system.
FIG. 20 is a diagram of an optical system.
FIG. 21 is a graph showing the energy density distribution in the direction of the central axis of superimposed laser beams.
FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the distance between the centers of laser beams and the energy difference.
FIG. 23 is a diagram showing a distribution of output energy in the direction of the central axis of a laser beam.
FIG 24 illustrates a structure of a light-emitting device which is an example of a semiconductor device of the invention.
FIG 25 illustrates a structure of a pixel of a light-emitting device that is an example of a semiconductor device of the invention.
FIG. 26 is a diagram of an electronic device using a semiconductor device of the invention.
FIG. 27 is a cross-sectional view of a TFT having a stack structure.
FIG. 28 is a diagram showing an energy density distribution of a laser beam obtained by combining two laser beams.
FIG. 29 is a diagram showing an energy density distribution of a laser beam obtained by synthesizing four laser beams.
FIG. 30 is a diagram showing an energy density distribution of a laser beam obtained by synthesizing four laser beams.
FIG. 31 is a profile of oxygen concentration in a silicon film crystallized by laser light.
FIG. 32 is a profile of nitrogen concentration in a silicon film crystallized by laser light.
FIG. 33 is a profile of carbon concentration in a silicon film crystallized by laser light.
FIG. 34 shows a boron concentration profile in a silicon film crystallized by laser light.
FIG. 35 is a cross-sectional view of an insulating film having unevenness and a semiconductor film formed thereover;

Claims (21)

複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の、複数の底部の各々の中央付近と前記複数の凹底部の各々のエッジとの間に設けられた複数のチャネル形成領域を有する結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、
を含む半導体装置であって、
前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおかつ、前記複数の底部の各々にまたがって設けられた前記結晶性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置しており、
前記複数のャネル形成領域の各々は、前記矩形又は縞状の凹凸の長手方向に沿って延在していることを特徴とする半導体装置。
An insulating film having a plurality of rectangular or striped irregularities;
Wherein the insulating film, and a thin film transistor using a crystalline semiconductor film having a plurality of channel formation region provided on between each of the edge near the center and the plurality of concave bottom portions of each of the plurality of recessed bottom,
A semiconductor device comprising:
It said plurality of channel formation regions are isolated from each other, yet, is located between the source and drain regions in which the plurality of the crystalline semiconductor film provided over a respective recessed bottom part has,
Each of the plurality of switch Yaneru forming region, wherein a extending along the longitudinal direction of the rectangular or stripe-shaped irregularities.
複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の、複数の底部の各々の中央付近と前記複数の凹底部の各々のエッジとの間に設けられた複数のチャネル形成領域を有する結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、
を含む半導体装置であって、
前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおかつ、前記複数の底部の各々にまたがって設けられた前記結晶性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置しており、
前記複数のャネル形成領域の各々は、前記矩形又は縞状の凹凸の長手方向に沿って並列に延在していることを特徴とする半導体装置。
An insulating film having a plurality of rectangular or striped irregularities;
Wherein the insulating film, and a thin film transistor using a crystalline semiconductor film having a plurality of channel formation region provided on between each of the edge near the center and the plurality of concave bottom portions of each of the plurality of recessed bottom,
A semiconductor device comprising:
It said plurality of channel formation regions are isolated from each other, yet, is located between the source and drain regions in which the plurality of the crystalline semiconductor film provided over a respective recessed bottom part has,
Each of the plurality of switch Yaneru forming region, wherein a extending in parallel along the longitudinal direction of the rectangular or stripe-shaped irregularities.
請求項1または請求項2において、
前記絶縁膜は、前記長手方向と垂直な方向において、凹底部の幅が凸上部の幅よりも広いことを特徴とする半導体装置。
In claim 1 or claim 2 ,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a width of the concave bottom portion is wider than a width of the convex top portion in a direction perpendicular to the longitudinal direction .
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記絶縁膜は、前記長手方向と垂直な方向において、凹底部の幅が凸上部の幅の3倍以上であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the concave bottom portion is three times or more the width of the convex upper portion in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の、複数の上部の各々の中央付近と前記複数の凸上部の各々のエッジとの間に設けられた複数のチャネル形成領域を有する結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、
を含む半導体装置であって、
前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおかつ、前記複数の上部の各々にまたがって設けられた前記結晶性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置しており、
前記複数のャネル形成領域の各々は、前記矩形又は縞状の凹凸の長手方向に沿って延在していることを特徴とする半導体装置。
An insulating film having a plurality of rectangular or striped irregularities;
Wherein the insulating film, and a thin film transistor using a crystalline semiconductor film having a plurality of channel formation region provided on between the plural respective edges near the center and the plurality of convex top of each convex top,
A semiconductor device comprising:
The plurality of channel formation regions are separated from each other, and are positioned between the source and drain regions of the crystalline semiconductor film provided over each of the plurality of convex upper portions,
Each of the plurality of switch Yaneru forming region, wherein a extending along the longitudinal direction of the rectangular or stripe-shaped irregularities.
複数の矩形又は縞状の凹凸を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の、複数の上部の各々の中央付近と前記複数の凸上部の各々のエッジとの間に設けられた複数のチャネル形成領域を有する結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタと、
を含む半導体装置であって、
前記複数のチャネル形成領域は互いに分離し、なおかつ、前記複数の上部の各々にまたがって設けられた前記結晶性半導体膜が有するソースとドレイン領域の間に位置しており、
前記複数のャネル形成領域の各々は、前記矩形又は縞状の凹凸の長手方向に沿って並列に延在していることを特徴とする半導体装置。
An insulating film having a plurality of rectangular or striped irregularities;
Wherein the insulating film, and a thin film transistor using a crystalline semiconductor film having a plurality of channel formation region provided on between the plural respective edges near the center and the plurality of convex top of each convex top,
A semiconductor device comprising:
The plurality of channel formation regions are separated from each other, and are positioned between the source and drain regions of the crystalline semiconductor film provided over each of the plurality of convex upper portions,
Each of the plurality of switch Yaneru forming region, wherein a extending in parallel along the longitudinal direction of the rectangular or stripe-shaped irregularities.
請求項5または請求項6において、
前記絶縁膜は、前記長手方向と垂直な方向において、凸上部の幅が凹底部の幅よりも広いことを特徴とする半導体装置。
In claim 5 or claim 6 ,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a width of the convex upper portion is wider than a width of the concave bottom portion in a direction perpendicular to the longitudinal direction .
請求項乃至請求項7のいずれか一項において、
前記絶縁膜は、前記長手方向と垂直な方向において、凸上部の幅が凹底部の幅の3倍以上であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claim 5 thru | or 7 ,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the convex top is three times or more the width of the concave bottom in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、
前記凹凸を有する絶縁膜は、酸化珪素又は酸窒化珪素から成る第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に設けられ、矩形又は縞状のパターンを有する窒化珪素又は窒酸化珪素から成る第2絶縁膜と、を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 8 ,
Insulating film having the irregularities, a first insulating film made of silicon oxide or silicon oxynitride is provided on the first insulating film, the second consisting of silicon nitride or oxynitride of silicon having a rectangular or striped pattern wherein a having an insulating film.
請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
前記絶縁膜の凸部は、前記長手方向と垂直な方向における断面の形状が台形であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 9 ,
The convex portion of the insulating film has a trapezoidal cross-sectional shape in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
請求項1乃至請求項10のいずれか一項において、
前記チャネル形成領域内における酸素の濃度は、2×1019atoms/cm以下であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 to 10 ,
The semiconductor device is characterized in that the concentration of oxygen in the channel formation region is 2 × 10 19 atoms / cm 3 or less.
請求項1乃至請求項11のいずれか一項において、
前記チャネル形成領域内における炭素の濃度は、5×1018atoms/cm以下であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 to 11 ,
The semiconductor device, wherein the concentration of carbon in the channel formation region is 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less.
請求項1乃至請求項12のいずれか一項において、
前記チャネル形成領域内における窒素の濃度は、1×1019atoms/cm以下であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 to 12 ,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration of nitrogen in the channel formation region is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less.
レーザー発振装置と、
前記レーザー発振装置から発振されたレーザー光線状になるように集光する光学系と、
前記集光されたレーザー光の照射位置を移動させる第1の手段と、
入力されたパターン情報を記憶する第2の手段と、
前記第2の手段に記憶されたパターン情報に従って、基板上に縞状または矩形状の凹凸を有する絶縁膜を形成する第3の手段と、
前記絶縁膜上に半導体膜を形成する第4の手段と、
前記導体膜のパターン情報を読み取る第5の手段と、
前記読み取ったパターン情報を記憶する第6の手段と、
前記第2の手段に記憶されたパターン情報と、前記第6の手段に記憶されたパターン情報と、前記導体膜の厚さとから得られた前記基板の位置情報を基準として、前記第2の手段に記憶されたパターン情報または前記第6の手段に記憶されたパターン情報から、前記半導体膜の凹底部を含むように前記レーザーの走査経路を定め、なおかつ前記第1の手段を制御して前記走査経路に従い前記レーザーを移動させることで、前記半導体膜の結晶性を高める第7の手段と、
前記結晶性が高められた半導体膜をパターニングして、前記凹底部の中央付近と前記底部のエッジとの間上にアイランドを形成する第8の手段と、
を有することを特徴とする半導体装置の生産システム。
A laser oscillation device;
An optical system for laser light oscillated from the laser oscillator is condensed to be linear,
First means for moving the irradiation position of the focused laser beam;
A second means for storing input pattern information;
A third means for forming an insulating film having striped or rectangular irregularities on the substrate according to the pattern information stored in the second means;
A fourth means for forming a semiconductor film on the insulating film;
And fifth means for reading the pattern information of the semi-conductor film,
Sixth means for storing the read pattern information;
And the second storage pattern information means, said sixth means to the stored pattern information of the reference to the position information of the substrate obtained from the thickness of the semi-conductor film, the second From the pattern information stored in the means or the pattern information stored in the sixth means, the scanning path of the laser beam is determined so as to include the concave bottom portion of the semiconductor film, and the first means is controlled. A seventh means for increasing the crystallinity of the semiconductor film by moving the laser beam according to the scanning path;
By patterning the semiconductor film having the crystallinity is enhanced, and the eighth means for forming an island over between near the center and the concave bottom portion of the edge of the concave bottom portions,
A semiconductor device production system comprising:
レーザー発振装置と、
前記レーザー発振装置から発振されたレーザー光線状になるように集光する光学系と、
前記集光されたレーザー光の照射位置を移動させる第1の手段と、
入力されたパターン情報を記憶する第2の手段と、
前記第2の手段に記憶されたパターン情報に従って、基板上に縞状または矩形状の凹凸を有する絶縁膜を形成する第3の手段と、
前記絶縁膜上に半導体膜を形成する第4の手段と、
前記導体膜のパターン情報を読み取る第5の手段と、
前記読み取ったパターン情報を記憶する第6の手段と、
前記第2の手段に記憶されたパターン情報と、前記第6の手段に記憶されたパターン情報と、前記導体膜の厚さとから得られた前記基板の位置情報を基準として、前記第2の手段に記憶されたパターン情報または前記第6の手段に記憶されたパターン情報から、前記半導体膜の凸上部を含むように前記レーザーの走査経路を定め、なおかつ前記第1の手段を制御して前記走査経路に従い前記レーザーを移動させることで、前記半導体膜の結晶性を高める第7の手段と、
前記結晶性が高められた半導体膜をパターニングして、前記凸上部の中央付近と前記上部のエッジとの間上にアイランドを形成する第8の手段と、
を有することを特徴とする半導体装置の生産システム。
A laser oscillation device;
An optical system for laser light oscillated from the laser oscillator is condensed to be linear,
First means for moving the irradiation position of the focused laser beam;
A second means for storing input pattern information;
A third means for forming an insulating film having striped or rectangular irregularities on the substrate according to the pattern information stored in the second means;
A fourth means for forming a semiconductor film on the insulating film;
And fifth means for reading the pattern information of the semi-conductor film,
Sixth means for storing the read pattern information;
And the second storage pattern information means, said sixth means to the stored pattern information of the reference to the position information of the substrate obtained from the thickness of the semi-conductor film, the second From the pattern information stored in the means or the pattern information stored in the sixth means, a scanning path of the laser beam is determined so as to include the convex upper portion of the semiconductor film, and the first means is controlled. A seventh means for increasing the crystallinity of the semiconductor film by moving the laser light according to the scanning path;
Patterning the semiconductor film having improved crystallinity to form an island between the vicinity of the center of the convex upper portion and the edge of the convex upper portion;
A semiconductor device production system comprising:
請求項14または請求項15において、
前記第5の手段は電荷結合素子を用いていることを特徴とする半導体装置の生産システム。
In claim 14 or claim 15 ,
A semiconductor device production system, wherein the fifth means uses a charge coupled device.
請求項14乃至請求項16のいずれか項において、
前記レーザー光の走査が減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において行われることを特徴とする半導体装置の生産システム。
In any one of claims 14 to 16,
A semiconductor device production system, wherein the laser beam scanning is performed in a reduced pressure atmosphere or an inert gas atmosphere.
請求項14乃至請求項17のいずれか一項において、
前記レーザー光は、YAGレーザー、YVOレーザー、YLFレーザー、YAlOレーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ti:サファイアレーザーまたはNd:YVOレーザーから選ばれた一種または複数種を用いて出力されていることを特徴とする半導体装置の生産システム。
In any one of Claim 14 thru / or Claim 17 ,
The laser beam may be one or more selected from YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, glass laser, ruby laser, alexandride laser, Ti: sapphire laser or Nd: YVO 4 laser. A semiconductor device production system characterized by being output.
請求項14乃至請求項17のいずれか一項において、
前記レーザー光は、スラブレーザーを用いて出力されていることを特徴とする半導体装置の生産システム。
In any one of Claim 14 thru / or Claim 17 ,
The production system of a semiconductor device, wherein the laser beam is output using a slab laser.
請求項14乃至請求項19のいずれか項において、
前記レーザー光は連続発振されたレーザー光であることを特徴とする半導体装置の生産システム。
In any one of claims 14 to 19 ,
A semiconductor device production system, wherein the laser beam is a continuously oscillated laser beam .
請求項14乃至請求項20のいずれか一項において、
前記レーザー光は、基本波の第2高調波のレーザー光であることを特徴とする半導体装置の生産システム。
In any one of claims 14 to 20 ,
Production system for a semiconductor device, wherein the laser beam is a laser beam of a second harmonic of the fundamental wave.
JP2003005633A 2002-01-17 2003-01-14 Semiconductor device and semiconductor device production system Expired - Fee Related JP4526764B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003005633A JP4526764B2 (en) 2002-01-17 2003-01-14 Semiconductor device and semiconductor device production system

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002009266 2002-01-17
JP2002-9266 2002-01-17
JP2003005633A JP4526764B2 (en) 2002-01-17 2003-01-14 Semiconductor device and semiconductor device production system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003282594A JP2003282594A (en) 2003-10-03
JP4526764B2 true JP4526764B2 (en) 2010-08-18

Family

ID=29252981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003005633A Expired - Fee Related JP4526764B2 (en) 2002-01-17 2003-01-14 Semiconductor device and semiconductor device production system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4526764B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4689260B2 (en) * 2003-12-19 2011-05-25 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device, label or tag
JP4504692B2 (en) * 2004-01-30 2010-07-14 トッパン・フォームズ株式会社 Thread manufacturing method, IC chip-containing sheet manufacturing method, and thread and IC chip-containing sheet manufactured thereby
JP2008072093A (en) * 2006-08-17 2008-03-27 Tohoku Univ Thin film transistor and method of manufacturing the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000277450A (en) * 1999-03-24 2000-10-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Laser anneal device and manufacture of thin-film transistor using the same
JP2001035790A (en) * 1998-07-17 2001-02-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Crystalline semiconductor thin film and manufacture thereof, and semiconductor device and manufacture thereof
JP2001319877A (en) * 2000-05-02 2001-11-16 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3150840B2 (en) * 1994-03-11 2001-03-26 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for manufacturing semiconductor device
JP3216861B2 (en) * 1995-04-10 2001-10-09 シャープ株式会社 Method for forming polycrystalline silicon film and method for manufacturing thin film transistor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001035790A (en) * 1998-07-17 2001-02-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Crystalline semiconductor thin film and manufacture thereof, and semiconductor device and manufacture thereof
JP2000277450A (en) * 1999-03-24 2000-10-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Laser anneal device and manufacture of thin-film transistor using the same
JP2001319877A (en) * 2000-05-02 2001-11-16 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003282594A (en) 2003-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10879272B2 (en) Semiconductor device and semiconductor device production system
KR101018315B1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP5997802B2 (en) Semiconductor device
KR100913211B1 (en) Semiconductor device and apparatus for producing a semiconductor device
US7892952B2 (en) Laser apparatus, laser irradiation method, manufacturing method for semiconductor device, semiconductor device, production system for semiconductor device using the laser apparatus, and electronic equipment
US6884668B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP4387111B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4526764B2 (en) Semiconductor device and semiconductor device production system
JP4387099B2 (en) Semiconductor device production method
JP4312466B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4338988B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4627135B2 (en) Semiconductor device production method
JP2005340852A (en) Semiconductor device and electronic apparatus
JP2004006642A (en) Semiconductor device and its fabricating method

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050405

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060116

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080912

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091027

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091218

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: 20100601

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: 20100602

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130611

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: 20130611

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130611

Year of fee payment: 3

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