JP5077511B2 - Semiconductor thin film manufacturing method and manufacturing apparatus, beam shaping mask, and thin film transistor - Google Patents

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Description

本発明は、特に結晶粒界を制御した半導体薄膜の製造方法及び製造装置、並びに薄膜トランジスタに関する。   The present invention particularly relates to a method and apparatus for manufacturing a semiconductor thin film with controlled grain boundaries, and a thin film transistor.

液晶表示装置における画素を構成するスイッチング素子として、ガラス基板上に形成された薄膜トランジスタ(以下「TFT」という。)が利用されている。近年、高精細の液晶表示装置の実現に加え、システム・オン・グラスの実現のために、TFTの動作速度向上の要求が高まっていて、高品質なレーザアニール多結晶シリコンTFT形成技術が注目を浴びている。   As a switching element constituting a pixel in a liquid crystal display device, a thin film transistor (hereinafter referred to as “TFT”) formed on a glass substrate is used. In recent years, in addition to the realization of high-definition liquid crystal display devices, there has been a growing demand for higher TFT operation speeds in order to realize system-on-glass, and high-quality laser-annealed polycrystalline silicon TFT formation technology has attracted attention. I'm bathing.

上記したTFTは、通常、図13に示すように製造される。例えば、図13(1)に示すように、ガラス基板1203の表面に形成した絶縁膜1202上に、アモルファスシリコン1201を形成する。続いて、図13(2)に示すように、アモルファスシリコン1201の表面にレーザ光1204を照射し、多結晶シリコン1201'を形成する。続いて、図13(3)に示すように、得られた多結晶シリコン1201'に、ソース領域1207,ドレイン領域1209,及びソース領域1207とドレイン領域1209とに挟まれたチャネル(活性層)1208を形成し、これらの上にゲート絶縁膜1212、ゲート電極1206を形成する。ゲート電極1206、ゲート絶縁膜1212を覆うようにして層間絶縁膜1211を形成した後、当該層間絶縁膜1211及びゲート絶縁膜1212を貫通するコンタクトホールを形成する。そして、層間絶縁膜1211の上に、ソース領域1207のコンタクトホールと接続するソース電極1205、及びドレイン領域1209のコンタクトホールと接続するドレイン電極1206を、それぞれ形成することにより、TFTが完成する。   The above-described TFT is usually manufactured as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 13A, amorphous silicon 1201 is formed on an insulating film 1202 formed on the surface of a glass substrate 1203. Subsequently, as shown in FIG. 13B, the surface of the amorphous silicon 1201 is irradiated with laser light 1204 to form polycrystalline silicon 1201 ′. Subsequently, as shown in FIG. 13 (3), the obtained polycrystalline silicon 1201 ′ has a source region 1207, a drain region 1209, and a channel (active layer) 1208 sandwiched between the source region 1207 and the drain region 1209. A gate insulating film 1212 and a gate electrode 1206 are formed thereon. After the interlayer insulating film 1211 is formed so as to cover the gate electrode 1206 and the gate insulating film 1212, a contact hole penetrating the interlayer insulating film 1211 and the gate insulating film 1212 is formed. Then, a source electrode 1205 connected to the contact hole in the source region 1207 and a drain electrode 1206 connected to the contact hole in the drain region 1209 are formed on the interlayer insulating film 1211 to complete the TFT.

近年、ますます多結晶TFTの動作速度の向上が要望されている。チャネル内のキャリア(電子又は正孔)移動度が大きいほど、動作が速くなるが、チャネル内に結晶粒界が多数存在すると、キャリア移動度が低下するという問題がある。このようなことから、レーザアニールの際の結晶成長を制御することにより、上記チャネル内の結晶粒界の数を低減させて、キャリア移動度を向上させる技術が下記のように提案されている。   In recent years, there has been a demand for increasing the operation speed of polycrystalline TFTs. The larger the carrier (electron or hole) mobility in the channel, the faster the operation. However, when there are many crystal grain boundaries in the channel, there is a problem that the carrier mobility is lowered. For this reason, a technique for improving the carrier mobility by reducing the number of crystal grain boundaries in the channel by controlling crystal growth during laser annealing has been proposed as follows.

[第1従来技術]
非特許文献1には、細線ビームを走査して当該走査方向に巨大な結晶粒を形成する技術が開示されている。この技術について以下に説明する。
[First conventional technology]
Non-Patent Document 1 discloses a technique for forming a huge crystal grain in the scanning direction by scanning a thin beam. This technique will be described below.

まず、図14(1)に示すように、所定のマスクによりパルスレーザ光を細線ビーム1302に整形し、その整形した細線ビーム1302を基板に沿って走査しながら基板のアモルファスシリコン1301に照射する。これにより、アモルファスシリコン1301を順次加熱(アニール)していく。   First, as shown in FIG. 14A, pulse laser light is shaped into a fine line beam 1302 using a predetermined mask, and the shaped thin line beam 1302 is irradiated along the substrate while irradiating the amorphous silicon 1301 on the substrate. Thereby, the amorphous silicon 1301 is sequentially heated (annealed).

図14(2)に示すように、1回目に細線ビーム1302を照射することにより、融解したアモルファスシリコン膜の結晶化は次のように進行する。まず、隣接する非融解領域との固液界面をなす細線ビームの走査方向(ビーム幅方向)端部を起点として、それぞれ結晶が融解領域の中央部へ向って成長する。その結果、凝固部分は結晶化した多結晶シリコン1301'となる。また、各結晶は当該中央部付近で衝突してその成長が停止し、この部分に結晶粒界が形成される。なお、走査方向と垂直な方向(ビーム長方向)には、走査方向に沿う多数の結晶粒界が生じる。   As shown in FIG. 14B, crystallization of the melted amorphous silicon film proceeds as follows by irradiating the thin beam 1302 for the first time. First, each crystal grows toward the center of the melting region, starting from the scanning direction (beam width direction) end of the thin line beam that forms a solid-liquid interface with the adjacent non-melting region. As a result, the solidified portion becomes crystallized polycrystalline silicon 1301 ′. Each crystal collides in the vicinity of the central portion and stops growing, and a crystal grain boundary is formed in this portion. In the direction perpendicular to the scanning direction (beam length direction), a large number of crystal grain boundaries are formed along the scanning direction.

続いて、図14(3)に示すように、2回目の細線ビーム1302'の照射を行う。2回目の細線ビーム1032’の走査量は、1回目の細線ビーム1302’の走査方向に沿って結晶化した結晶粒の粒径以下である。   Subsequently, as shown in FIG. 14 (3), the second thin beam 1302 ′ is irradiated. The scanning amount of the second thin beam 1032 'is equal to or smaller than the grain size of crystal grains crystallized along the scanning direction of the first thin beam 1302'.

続いて、図14(4)に示すように、2回目の細線ビーム1302'の照射に伴って、1回目の照射で成長した結晶粒を種として結晶成長が行われる。   Subsequently, as shown in FIG. 14 (4), crystal growth is performed by using the crystal grains grown by the first irradiation as seeds in association with the second irradiation of the fine wire beam 1302 ′.

レーザの照射領域を順次走査してアモルファスシリコン1301の融解と結晶化とを繰り返すことにより、図14(5)に示すように、走査方向へ沿って伸びる結晶粒1303を形成することができる。   By sequentially scanning the laser irradiation region and repeating melting and crystallization of the amorphous silicon 1301, crystal grains 1303 extending along the scanning direction can be formed as shown in FIG.

[第2従来技術]
特許文献1では、図15(1)に示す遮光部1402とジグザグパターンの透過部1401とを有する遮光マスクを用いて、ビームを透過部1401に通過させて、ジグザグのビーム形状に整形して走査照射する技術が開示されている。この技術では、走査方向の成長だけではなく、ビームパターンの頂点を起点として、走査方向と垂直な方向にも結晶成長が行われる。この結果、図15(2)に示すように、ジグザグパターンの周期に対応して、位置制御された結晶粒1502を形成できることが報告されている。図15(2)において、1501は高密度粒界領域,1503は結晶粒界を示す。
“Sequential lateral solidification ofthin silicon films on SiO2”, Robert S. Sposili and James S. Im, Appl. Phys.Lett. 69 (19) 1996 pp.2864-2866. 特開平11−64883号公報
[Second prior art]
In Patent Document 1, using a light shielding mask having a light shielding part 1402 and a zigzag pattern transmission part 1401 shown in FIG. 15 (1), the beam is passed through the transmission part 1401 and shaped into a zigzag beam shape and scanned. A technique for irradiating is disclosed. In this technique, crystal growth is performed not only in the scanning direction but also in the direction perpendicular to the scanning direction starting from the apex of the beam pattern. As a result, as shown in FIG. 15 (2), it has been reported that position-controlled crystal grains 1502 can be formed corresponding to the period of the zigzag pattern. In FIG. 15B, 1501 indicates a high density grain boundary region, and 1503 indicates a crystal grain boundary.
“Sequential lateral solidification of thin silicon films on SiO2”, Robert S. Sposili and James S. Im, Appl. Phys. Lett. 69 (19) 1996 pp.2864-2866. Japanese Patent Laid-Open No. 11-64883

第1従来技術で述べたレーザアニール法の場合、レーザ光を走査する方向(ビーム幅方向)に結晶粒を伸ばすことは可能である。しかし、レーザ光を走査する方向と直交する方向(ビーム長方向)には温度勾配がないため、ビーム長方向に結晶粒界がランダムに発生する。そのため、結晶粒の成長が途切れることがある、及びビーム長方向の粒径が1μm程度と短くなる、という問題がある。この結果、走査方向と平行にキャリアが移動するようにチャネルを設けて、TFTを作製する場合、結晶粒界位置が制御されていないことから、チャネル内に結晶粒界が存在し、キャリア移動度が低下する、移動度やしきい値電圧の変動が大きい、という問題が生じる。また、走査方向と垂直方向にキャリアが移動するようにチャネルを設けて、TFTを作製する場合、結晶粒界位置が制御されていないことから、チャネル内にキャリアの移動を遮るように結晶粒界が存在し、キャリア移動度が低下する、移動度やしきい値電圧の変動が大きい、という問題が生じる。   In the case of the laser annealing method described in the first prior art, it is possible to extend the crystal grains in the laser beam scanning direction (beam width direction). However, since there is no temperature gradient in the direction (beam length direction) orthogonal to the laser beam scanning direction, crystal grain boundaries are randomly generated in the beam length direction. Therefore, there are problems that crystal grain growth may be interrupted and that the grain size in the beam length direction becomes as short as about 1 μm. As a result, when a TFT is manufactured by providing a channel so that carriers move in parallel with the scanning direction, since the grain boundary position is not controlled, there is a grain boundary in the channel, and the carrier mobility. There arises a problem that the mobility and threshold voltage fluctuate greatly. In addition, when a TFT is manufactured by providing a channel so that carriers move in the direction perpendicular to the scanning direction, since the position of the crystal grain boundary is not controlled, the crystal grain boundary is blocked so as to block the carrier movement in the channel. Presents a problem that carrier mobility is lowered, and mobility and threshold voltage fluctuations are large.

また、走査ステップごとに、結晶粒界に沿って突起が生じる。ビーム幅方向の結晶粒界はランダムに形成されていることから、ビーム幅方向の突起の配置はランダムになる。チャネル内に突起を含むTFTでは、動作時の電界が突起に集中し、しきい値電圧の変動が起こる。すなわち、チャネル内の突起の配置及び数がランダムになる第1従来技術で作製したTFTでは、しきい値電圧のばらつきが大きくなる。   In addition, a projection is generated along the crystal grain boundary at each scanning step. Since crystal grain boundaries in the beam width direction are randomly formed, the arrangement of protrusions in the beam width direction is random. In a TFT including a protrusion in the channel, the electric field during operation is concentrated on the protrusion, and the threshold voltage fluctuates. That is, in the TFT manufactured by the first prior art in which the arrangement and number of protrusions in the channel are random, the threshold voltage varies greatly.

第2従来技術で述べたような遮光マスクを用いたレーザアニール法において、遮光マスク上でのビーム形状は、一般に図15(1)に示す矩形状(レーザ照射領域1403)である。そのため、第2従来技術で用いるにジグザグパターンのマスクにレーザを通す場合、第1従来技術で使用する細線ビームを形成する場合と比較して、レーザ光の透過率が減少する。この結果、基板上に照射されるビーム長が短くなることにより、一度の走査照射で得られる多結晶領域が狭くなるため、基板処理に要する時間が長くなるという問題がある。   In the laser annealing method using the light shielding mask as described in the second prior art, the beam shape on the light shielding mask is generally rectangular (laser irradiation region 1403) shown in FIG. Therefore, when the laser is passed through a mask having a zigzag pattern for use in the second prior art, the transmittance of the laser light is reduced as compared with the case of forming a fine beam used in the first prior art. As a result, since the length of the beam irradiated on the substrate is shortened, a polycrystalline region obtained by one scanning irradiation is narrowed, and thus there is a problem that the time required for the substrate processing is lengthened.

また、得られた結晶において、照射開始位置及び照射終了位置では、図15(2)に示すような高密度粒界領域1501が広い範囲に発生するという問題がある。また、マスク作製工程において、複雑なジグザグパターンを形成することは、直線パターンの場合と比較して、コストが上昇する。また、ジグザグパターンビームを成形するためには、レーザアニール装置に高解像度を要する光学系が必要となる。   Further, in the obtained crystal, there is a problem that a high density grain boundary region 1501 as shown in FIG. 15B is generated in a wide range at the irradiation start position and the irradiation end position. Further, in the mask manufacturing process, forming a complicated zigzag pattern increases the cost as compared with the case of a linear pattern. Further, in order to form a zigzag pattern beam, an optical system requiring high resolution is required for the laser annealing apparatus.

本発明の目的は、結晶膜を形成する際に半導体薄膜に形成される結晶粒界の位置制御を可能にする半導体薄膜の製造方法、及び半導体薄膜の製造方法に用いるビーム整形用マスクと、そのビーム整形用マウクを用いて半導体薄膜を製造する半導体薄膜の製造装置、その製造装置により製造された薄膜トランジスタを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor thin film that enables position control of crystal grain boundaries formed in the semiconductor thin film when the crystal film is formed, a beam shaping mask used in the method for manufacturing a semiconductor thin film, An object of the present invention is to provide a semiconductor thin film manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor thin film using a beam shaping matrix, and a thin film transistor manufactured by the manufacturing apparatus.

前記目的を達成するため、本発明に係る半導体薄膜の製造方法は、絶縁基板上に形成された半導体薄膜にレーザビームを照射して、前記半導体薄膜に結晶粒を形成する半導体薄膜の製造方法において、
レーザビームの整形工程において、前記前駆膜上に照射されるレーザビームの照射パターンの一部を制御パターンに整形することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention includes: irradiating a semiconductor thin film formed on an insulating substrate with a laser beam to form crystal grains in the semiconductor thin film. ,
In the laser beam shaping step, a part of the irradiation pattern of the laser beam irradiated on the precursor film is shaped into a control pattern.

本発明よれば、照射パターンの一部に整形した制御パターンにより、半導体薄膜上に温度勾配が生じる。この温度勾配に起因して、半導体薄膜に結晶膜が連続して成長することとなり、結晶粒界の位置制御が確実に行われ、活性層を形成するのに充分な面積をもつ結晶膜が得られる。   According to the present invention, a temperature gradient is generated on the semiconductor thin film by the control pattern shaped into a part of the irradiation pattern. Due to this temperature gradient, the crystal film continuously grows on the semiconductor thin film, the position of the crystal grain boundary is controlled reliably, and a crystal film having an area sufficient to form an active layer is obtained. It is done.

前記照射パターンを、矩形状であって、かつその1辺に前記制御パターンを有する形状に整形する。前記制御パターンにより結晶粒界の位置制御を行いつつ前記半導体薄膜に帯状結晶粒を結晶成長させる。これにより、帯状結晶粒の成長が途切れることがなく、確実に結晶粒界の位置制御を行うことが可能となる。   The irradiation pattern is shaped into a rectangular shape having the control pattern on one side. A band-like crystal grain is grown on the semiconductor thin film while controlling the position of the crystal grain boundary by the control pattern. Thereby, the growth of the band-like crystal grains is not interrupted, and the position control of the crystal grain boundaries can be surely performed.

本発明は、レーザビームを走査させない単ショットにより半導体薄膜に結晶膜を成膜する場合に限定されるものではない。レーザビームを走査する場合には、レーザビームを走査させつつ、前記制御パターンを含む前記照射パターンのレーザビームを半導体薄膜に照射することにより、平行な結晶粒界に挟まれた領域に帯状結晶粒からなる帯状結晶領域を形成する。この場合、前記レーザビームの走査方向側の辺と反対側の辺に前記制御パターンを形成して、レーザビームの整形を行う。   The present invention is not limited to the case where the crystal film is formed on the semiconductor thin film by a single shot that does not scan the laser beam. When scanning with a laser beam, by irradiating the semiconductor thin film with a laser beam of the irradiation pattern including the control pattern while scanning the laser beam, a band-like crystal grain is formed in a region sandwiched between parallel crystal grain boundaries. A band-shaped crystal region is formed. In this case, the laser beam is shaped by forming the control pattern on the side opposite to the side of the laser beam in the scanning direction.

このようにレーザビームを走査する場合も同様に、半導体薄膜に温度勾配を持たせて帯状結晶粒を成長させることとなり、結晶粒界の位置制御を行って活性層(チャネル)を形成するための結晶膜の領域を拡大することができる。更に、ジグザグパターンと比較して、レーザ光の透過率が大きいことから、ビーム長を長くすることができ、一回の走査照射領域を広くすることで、基板一枚当たりのレーザアニール処理時間が短縮される。また、凹パターンのビーム凹部幅を短くすることで、ジグザグパターンと比較して、照射開始位置に発生する高密度粒界領域を狭くすることができる。また、ビームの前半部端部は走査方向と垂直な方向の直線であることから、照射終了位置に発生する高密度粒界領域は、1回の照射での結晶成長距離程度になるので、ジグザグパターンの場合と比較して狭くなる。ジグザグパターンの場合における照射終了位置に発生する高密度領域は、ジグザグパターンの走査方向長さと一回の照射での結晶成長距離との和程度となる。また前記制御パターンを凹形状に整形することにより、鋭角を持たないパターンとなり、ジグザグパターンと比較して、作製コストが低減される、及び、レーザアニールの光学系に高解像度を必要としない。また、得られた半導体薄膜を用いて作製したTFTは、キャリア移動度を向上できるとともに、移動度及びしきい値電圧のばらつきを抑制できる。   Similarly, when the laser beam is scanned in this manner, the semiconductor thin film is given a temperature gradient to grow a band-like crystal grain, and the position of the crystal grain boundary is controlled to form an active layer (channel). The region of the crystal film can be enlarged. Furthermore, compared with the zigzag pattern, the transmittance of the laser beam is large, so that the beam length can be increased, and by increasing the scanning irradiation area once, the laser annealing processing time per substrate is increased. Shortened. Further, by reducing the beam recess width of the concave pattern, it is possible to narrow the high density grain boundary region generated at the irradiation start position as compared with the zigzag pattern. In addition, since the front half end of the beam is a straight line perpendicular to the scanning direction, the high-density grain boundary region generated at the irradiation end position is about the crystal growth distance in one irradiation. It becomes narrower than the pattern. The high density region generated at the irradiation end position in the case of the zigzag pattern is about the sum of the scanning direction length of the zigzag pattern and the crystal growth distance in one irradiation. Further, by shaping the control pattern into a concave shape, the pattern does not have an acute angle, the manufacturing cost is reduced as compared with a zigzag pattern, and the laser annealing optical system does not require high resolution. In addition, a TFT manufactured using the obtained semiconductor thin film can improve carrier mobility and can suppress variations in mobility and threshold voltage.

前記制御パターンの長さ方向のビーム凹部長を、帯状結晶粒の結晶成長幅が最大となる前記制御パターンの幅方向のビーム凹部幅以下に設定する。前記制御パターンの幅方向のビーム凹部幅を、帯状結晶粒の結晶成長幅が最大となる前記制御パターンの幅方向のビーム凹部幅以上に設定する。   The length of the beam concave portion in the length direction of the control pattern is set to be equal to or smaller than the width of the beam concave portion in the width direction of the control pattern in which the crystal growth width of the band-like crystal grains is maximized. The width of the beam recess in the width direction of the control pattern is set to be equal to or greater than the width of the beam recess in the width direction of the control pattern at which the crystal growth width of the band-like crystal grains is maximized.

このようにすることにより、ビーム凹部を起点として形成される結晶粒界の位置制御を行い、活性層を形成する結晶膜の面積を拡大することができる。さらに、粒界が低減した帯状結晶領域を連続的に並べて形成することが可能である。 By doing so, the position of the crystal grain boundary formed starting from the beam recess can be controlled, and the area of the crystal film forming the active layer can be expanded. Furthermore, it is possible to continuously form the band-like crystal regions with reduced grain boundaries.

前記制御パターンを前記1辺に少なくとも1以上整形する。前記制御パターンを整形する周期を、帯状結晶粒の結晶成長幅と略同一の長さ以下に設定する。このように、制御パターンの配置により、結晶粒界の位置制御を確実に行うことができる。   At least one of the control patterns is shaped on the one side. The period for shaping the control pattern is set to be equal to or shorter than the crystal growth width of the band-like crystal grains. Thus, the position control of the crystal grain boundary can be reliably performed by the arrangement of the control pattern.

結晶粒界の位置制御を確実に行うためには、マスクを次のように構成することが望ましい。すなわち、本発明に係るビーム整形用マスクは、半導体薄膜に照射するレーザビームを整形するビーム整形用マスクにおいて、
前記マスクの本体は、レーザビームを透過する透過領域の一部に、前記レーザビームを遮光する遮光パターンを有する構成に構築する。
In order to reliably control the position of the crystal grain boundary, it is desirable to configure the mask as follows. That is, the beam shaping mask according to the present invention is a beam shaping mask for shaping a laser beam applied to a semiconductor thin film.
The main body of the mask is constructed so as to have a light shielding pattern for shielding the laser beam in a part of a transmission region that transmits the laser beam.

この場合、前記透過領域を、矩形状であって、かつその1辺に前記遮蔽パターンを有する開口形状に形成する。前記遮蔽パターンを、レーザビームの遮光領域から前記透過領域に向けて突出した凸パターンの形状に形成してもよい。また前記遮蔽パターンの長さ方向の凹部長を、帯状結晶粒の結晶成長幅が最大となる前記遮蔽パターンの凹部幅以下に設定する。前記遮蔽パターンの幅方向の凹部幅を、帯状結晶粒の結晶成長幅が最大となる前記遮蔽パターンの凹部幅以上に設定する。この場合、前記遮蔽パターンを1以上設ける。前記遮蔽パターンを周期的に設けてもよい。前記遮蔽パターンの周期を、帯状結晶粒の結晶成長幅と略同一の長さ以下に設定することが望ましい。   In this case, the transmission region is formed in an opening shape that is rectangular and has the shielding pattern on one side thereof. The shielding pattern may be formed in the shape of a convex pattern that protrudes from the shielding region of the laser beam toward the transmitting region. Further, the length of the concave portion in the length direction of the shielding pattern is set to be equal to or smaller than the width of the concave portion of the shielding pattern in which the crystal growth width of the band-like crystal grains is maximized. The width of the concave portion in the width direction of the shielding pattern is set to be equal to or larger than the width of the concave portion of the shielding pattern that maximizes the crystal growth width of the band-like crystal grains. In this case, one or more shielding patterns are provided. The shielding pattern may be provided periodically. It is desirable to set the period of the shielding pattern to be equal to or less than the length of the crystal growth width of the band-like crystal grains.

前記透過領域の幅方向における開口幅をA,前記遮蔽パターンの幅方向における凹部幅をB,前記幅方向における帯状結晶粒の最大結晶成長距離をLとしたときに、これらの寸法関係を、2L≦A−Bに設定してもよい。この場合、2L>A−Bに設定すると、制御パターン側の辺における結晶成長が逆の辺から生じる結晶成長によって阻害され、透過領域の幅方向における単結晶膜の成長幅が狭くなる。これに対して、2L≦A−Bに設定すると、制御パターン側からの結晶成長が逆の辺からの結晶成長にしって阻害されることはなく、透過領域の幅方向における単結晶膜の成長幅を広げることができる。   When the opening width in the width direction of the transmission region is A, the recess width in the width direction of the shielding pattern is B, and the maximum crystal growth distance of the band-like crystal grains in the width direction is L, these dimensional relationships are 2L. ≦ A−B may be set. In this case, when 2L> A-B is set, crystal growth on the side on the control pattern side is hindered by crystal growth that occurs from the opposite side, and the growth width of the single crystal film in the width direction of the transmission region is narrowed. On the other hand, when 2L ≦ A−B, the crystal growth from the control pattern side is not hindered by the crystal growth from the opposite side, and the growth of the single crystal film in the width direction of the transmission region is prevented. The width can be increased.

前記遮蔽パターンの長さ方向の凹部長をC,前記遮蔽パターン間の間隔である凸部長をD,前記透過領域の幅方向における帯状結晶粒の最大結晶成長距離をLとしたときに、これらの寸法関係を、2L≧C+Dの関係に設定してもよい。この場合、2L<C+Dに設定すると、帯状単結晶膜をなす結晶粒同士の間に結晶粒界が多数発生する。これに対して、2L≧C+Dの関係に設定すると、制御パターンを中心とした放射状の温度勾配を持つことにより、帯状結晶粒を並べて形成することができる。   When the length of the concave portion in the length direction of the shielding pattern is C, the length of the convex portion that is an interval between the shielding patterns is D, and the maximum crystal growth distance of the band-like crystal grains in the width direction of the transmission region is L, The dimensional relationship may be set to a relationship of 2L ≧ C + D. In this case, when 2L <C + D is set, many crystal grain boundaries are generated between the crystal grains forming the band-like single crystal film. On the other hand, when the relationship of 2L ≧ C + D is set, the band-like crystal grains can be formed side by side by having a radial temperature gradient centering on the control pattern.

前記透過領域の幅方向における開口幅をA,前記遮蔽パターンの幅方向における凹部幅をB,前記遮蔽パターンの長さ方向の凹部長をC,前記遮蔽パターン間の間隔である凸部長をDとしたときに、これらの寸法関係を、A-B≧C+Dの関係に設定してもよいものである。この設定によれば、2L≦A−Bの設定による効果と、2L≧C+Dの設定による効果との双方を奏することができ、レーザビームの長さ方向及び幅方向結晶膜の面積を広げることができる。   The opening width in the width direction of the transmission region is A, the recess width in the width direction of the shielding pattern is B, the recess length in the length direction of the shielding pattern is C, and the projection length that is an interval between the shielding patterns is D. In this case, these dimensional relationships may be set to a relationship of AB ≧ C + D. According to this setting, both the effect of setting 2L ≦ A−B and the effect of setting 2L ≧ C + D can be achieved, and the area of the crystal film in the length direction and width direction of the laser beam can be increased. it can.

本発明に係る半導体薄膜の製造装置は、絶縁基板上に形成された半導体薄膜からなる前駆膜にレーザビームを照射して、前記前駆膜に単結晶の結晶粒を成長させる半導体薄膜の製造装置において、
レーザビームを整形するビーム整形用マスクを有し、
前記マスクの本体は、レーザビームを透過する透過領域の一部に、前記レーザビームを遮光する遮光パターンを有することを特徴とする。
An apparatus for manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention is an apparatus for manufacturing a semiconductor thin film in which a precursor film made of a semiconductor thin film formed on an insulating substrate is irradiated with a laser beam and single crystal grains are grown on the precursor film. ,
A beam shaping mask for shaping the laser beam;
The mask main body has a light-shielding pattern that shields the laser beam in a part of a transmission region that transmits the laser beam.

本発明によれば、結晶粒界の形成位置を制御して、平行な結晶粒界で挟まれた領域に、結晶粒界の長さ方向に伸びる帯状結晶領域を形成することができる。   According to the present invention, the formation position of the crystal grain boundary can be controlled, and the band-like crystal region extending in the length direction of the crystal grain boundary can be formed in the region sandwiched between the parallel crystal grain boundaries.

本発明に係る半導体薄膜を利用した薄膜トランジスタは、キャリアが移動するための活性層を有する薄膜トランジスタであって、
平行な結晶粒界で挟まれた領域に形成された帯状結晶領域を有し、
前記キャリアの移動方向を前記結晶粒界の長さ方向に設定した第1の活性層と、前記キャリアの移動方向を前記結晶粒界と交差する方向に設定した第2の活性層とのうち少なくとも一方の活性層が前記帯状結晶領域に形成されていることを特徴とする。
A thin film transistor using a semiconductor thin film according to the present invention is a thin film transistor having an active layer for carriers to move,
Having a band-shaped crystal region formed in a region sandwiched between parallel crystal grain boundaries,
At least one of a first active layer in which the carrier moving direction is set in the length direction of the crystal grain boundary and a second active layer in which the carrier moving direction is set in a direction crossing the crystal grain boundary. One active layer is formed in the band-like crystal region.

前記第1の活性層を有している場合には、前記第1の活性層を、前記平行な結晶粒界で挟まれた帯状結晶領域に形成し、ドレイン領域とソース領域とを、前記活性層を挟んで前記結晶粒界の長さ方向に沿って形成する。また前記第2の活性層を有している場合には、前記第2の活性層を、前記平行な結晶粒界で挟まれた帯状結晶領域に形成し、ドレイン領域とソース領域とを、前記活性層を挟んで前記結晶粒界の長さ方向と交差する方向に沿って形成する。また前記第1の活性層と前記第2の活性層とを有している場合には、前記第1の活性層及び前記第2の活性層を、前記平行な結晶粒界で挟まれた帯状結晶領域にそれぞれ形成し、前記第1の活性層のドレイン領域とソース領域とを、前記活性層を挟んで前記結晶粒界の長さ方向と交差する方向に沿って形成し、前記第2の活性層のドレイン領域とソース領域とを、前記活性層を挟んで前記結晶粒界の長さ方向と交差する方向に沿って形成する。   In the case of having the first active layer, the first active layer is formed in a band-shaped crystal region sandwiched between the parallel crystal grain boundaries, and the drain region and the source region are defined as the active region. It is formed along the length direction of the crystal grain boundary with a layer interposed therebetween. Further, when the second active layer is provided, the second active layer is formed in a band-shaped crystal region sandwiched between the parallel crystal grain boundaries, and the drain region and the source region are formed as described above. The active layer is formed along a direction intersecting the length direction of the crystal grain boundary. When the first active layer and the second active layer are included, the first active layer and the second active layer are band-shaped sandwiched between the parallel crystal grain boundaries. Forming a drain region and a source region of the first active layer along a direction intersecting a length direction of the crystal grain boundary with the active layer interposed therebetween, A drain region and a source region of the active layer are formed along a direction intersecting a length direction of the crystal grain boundary with the active layer interposed therebetween.

前記第1の活性層の前記ソース領域と前記ドレイン領域とは、前記結晶粒界及び前記帯状結晶領域を含んで形成される。前記第1の活性層の前記ソース領域と前記ドレイン領域とは、前記帯状結晶領域内にのみ形成される。また前記第2の活性層の前記ソース領域と前記ドレイン領域とは、前記結晶粒界及び前記帯状結晶領域を含んで形成される。また前記結晶粒界のみに突起が散在している。   The source region and the drain region of the first active layer are formed including the crystal grain boundary and the band crystal region. The source region and the drain region of the first active layer are formed only in the band-shaped crystal region. The source region and the drain region of the second active layer are formed including the crystal grain boundary and the band-like crystal region. Further, protrusions are scattered only in the crystal grain boundaries.

本発明に係る薄膜トランジスタは、粒状結晶粒からなる半導体薄膜と、
前記半導体薄膜の一方向に沿って形成された、前記粒状結晶粒より粒径が大きい結晶粒からなる帯状結晶粒とを有し、前記半導体薄膜と前記帯状結晶粒とに活性層をそれぞれ形成した構成としてもよいものである。
The thin film transistor according to the present invention includes a semiconductor thin film made of granular crystal grains,
Band-shaped crystal grains made of crystal grains having a grain size larger than the granular crystal grains formed along one direction of the semiconductor thin film, and an active layer is formed on each of the semiconductor thin film and the band-shaped crystal grains. It is good also as a structure.

本発明よれば、結晶粒界が活性層に含まれないため、高いキャリア移動度と高いオン電流化を実現できる。   According to the present invention, since the crystal grain boundary is not included in the active layer, high carrier mobility and high on-current can be realized.

本発明に係る製造方法及び製造装置によれば、半導体薄膜における結晶粒界の数を低減できるとともに、その結晶粒界の方向を制御した半導体薄膜を製造できる。更に、ジグザグパターンと比較して、レーザ光の透過率が大きいことから、ビーム長を長くすることができるので、一回の走査照射領域を広くすることにより、基板一枚あたりのレーザアニール処理時間を短縮できる。また、凹パターンのビーム凹部幅を短くすることで、ジグザグパターンと比較して、照射開始位置に発生する高密度粒界領域を狭くできる。また、ビームの前半部端部は走査方向と垂直な方向の直線であることから、照射終了位置に発生する高密度粒界領域は、1回の照射での結晶成長距離程度であるので、ジグザグパターンと比較して狭くなる。また、凹パターンは、ジグザグパターンと比較して、マスク製造工程が容易であり、作製コストが低減される。また、凹パターンのビーム形状を成形することは、ジグザグパターンビーム形状を成形する場合と比較して、レーザアニールの光学系に高解像度を必要としない。また、得られた半導体薄膜を用いて作製したTFTは、キャリア移動度を向上できるとともに、移動度及びしきい電圧のばらつきを抑制できる。   According to the manufacturing method and the manufacturing apparatus of the present invention, the number of crystal grain boundaries in the semiconductor thin film can be reduced, and a semiconductor thin film in which the direction of the crystal grain boundary is controlled can be manufactured. Furthermore, since the laser beam transmittance is larger than that of the zigzag pattern, the beam length can be increased, so that the laser annealing processing time per substrate can be increased by widening the scanning irradiation area once. Can be shortened. Also, by reducing the beam recess width of the concave pattern, it is possible to narrow the high density grain boundary region generated at the irradiation start position as compared with the zigzag pattern. In addition, since the front half end of the beam is a straight line perpendicular to the scanning direction, the high-density grain boundary region generated at the irradiation end position is about the crystal growth distance in one irradiation. It becomes narrower than the pattern. In addition, the concave pattern is easier in the mask manufacturing process than the zigzag pattern, and the manufacturing cost is reduced. In addition, forming the beam shape of the concave pattern does not require high resolution in the laser annealing optical system as compared with the case of forming the zigzag pattern beam shape. In addition, a TFT manufactured using the obtained semiconductor thin film can improve carrier mobility and suppress variation in mobility and threshold voltage.

更に、光学系の透過率を向上させることにより、ジグザグパターンの場合と比較して、レーザアニール処理時間の短縮、照射開始位置及び照射終了位置で発生する高密度粒界領域の狭小化、マスク作製コストの低減、及び、レーザアニールの光学系の低解像度化を実現することを目的とする。また、得られた半導体薄膜を用いて作製したTFTにおける動作速度を向上させ、動作速度のばらつき及びしきい値電圧のばらつきを抑制することを目的とする。   Furthermore, by improving the transmittance of the optical system, the laser annealing treatment time is shortened compared to the case of the zigzag pattern, the high density grain boundary region generated at the irradiation start position and the irradiation end position is narrowed, and the mask is manufactured. An object is to realize cost reduction and resolution reduction of an optical system for laser annealing. It is another object of the present invention to improve the operation speed of a TFT manufactured using the obtained semiconductor thin film, and suppress variations in operation speed and threshold voltage.

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図1に示すレーザアニール装置を用いてレーザアニールを行う。この図において、基板110上に後述する前駆体が形成され、この基板110はチャンバ109内の基板ステージ111に載置されている。チャンバ109の外側にはレーザ発振器101が配置され、このレーザ発振器101は、波長308nmのXeClエキシマレーザ光(ビーム102)をパルス状に発振して出力する。レーザ光(ビーム102)は、ミラー103a,103bでホモジナイザ104に誘導され、そのホモジナイザ104で矩形状のビームプロファイルに整えられる。前記整形されたビーム102は、ミラー103cにより下方に光路を曲げられ、マスクステージ106上のマスク105を通って基板110の前駆体に照射する際のビーム形状となる。更に、ビーム(レーザ光)102は、縮小レンズ107で適宜縮小され、チャンバ109に配設されたウィンドウ108を介して基板110上の前駆体の表面に照射される。なお、基板110は基板ステージ111ともに、図1の矢印の方向に、すなわちビーム102と交差する方向に移動可能であり、ビーム102と基板110とが相対移動することにより、ビーム102が基板110の表面上を基板110の移動方向に走査する。本装置では基板ステージ111によりビーム102と基板110とを相対移動させて、ビーム102を基板110の表面上に走査させたが、これに限られるものではない。マスクステージ106を水平方向に移動させることにより、固定された基板110上に走査させるようにしてもよい。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Laser annealing is performed using the laser annealing apparatus shown in FIG. In this figure, a precursor described later is formed on a substrate 110, and this substrate 110 is placed on a substrate stage 111 in a chamber 109. A laser oscillator 101 is disposed outside the chamber 109. The laser oscillator 101 oscillates and outputs XeCl excimer laser light (beam 102) having a wavelength of 308 nm in a pulse shape. The laser light (beam 102) is guided to the homogenizer 104 by the mirrors 103a and 103b, and is adjusted to a rectangular beam profile by the homogenizer 104. The shaped beam 102 has an optical path bent downward by the mirror 103c, and has a beam shape when irradiating the precursor of the substrate 110 through the mask 105 on the mask stage 106. Further, the beam (laser light) 102 is appropriately reduced by a reduction lens 107 and irradiated onto the surface of the precursor on the substrate 110 via a window 108 provided in the chamber 109. The substrate 110 can be moved in the direction of the arrow in FIG. 1 together with the substrate stage 111, that is, in the direction intersecting the beam 102, and the beam 102 and the substrate 110 move relative to each other, so that the beam 102 The surface is scanned in the moving direction of the substrate 110. In this apparatus, the beam 102 and the substrate 110 are relatively moved by the substrate stage 111 and the beam 102 is scanned on the surface of the substrate 110. However, the present invention is not limited to this. You may make it scan on the fixed board | substrate 110 by moving the mask stage 106 to a horizontal direction.

上記マスク105は、石英からなるレーザ光を透過させる透過領域と、この石英の表面にクロムで形成されてレーザ光を遮光させる非透過領域とを有している。なお。例えばアルミニウム、モリブデン、クロム、タングステンシリサイド、ステンレス合金などのレーザ光を遮光する素材をレーザ光を透過する素材上に成膜し、その成膜した遮光材を必要な形状にパターニングすることにより、前記非透過領域を形成することも可能である。また、レーザ光を透過する開口が形成された遮光膜上に、保護膜となる酸化クロム膜のような透明膜を積層させ、その透明膜で前記開口を覆うようにしてもよい。遮光膜部材として、単層又は多層の誘電体膜をパターニングしたものでもよい。また、遮光マスクに代えて、位相シフトマスクを用いて、ビーム102の形状を整形するようにしてもよい。上記したマスクは、レーザ発振器101から前駆体に至るレーザの光路のどの位置に配設してもよい。   The mask 105 has a transmission region that transmits laser light made of quartz and a non-transmission region that is formed of chromium on the surface of the quartz and blocks light from the laser light. Note that. For example, by forming a material that shields laser light such as aluminum, molybdenum, chromium, tungsten silicide, and stainless steel on a material that transmits laser light, and patterning the formed light shielding material into a necessary shape, It is also possible to form a non-transmissive region. Further, a transparent film such as a chromium oxide film serving as a protective film may be laminated on a light shielding film having an opening through which laser light is transmitted, and the opening may be covered with the transparent film. As the light shielding film member, a single-layer or multilayer dielectric film may be patterned. Further, the shape of the beam 102 may be shaped by using a phase shift mask instead of the light shielding mask. The above-described mask may be disposed at any position in the laser optical path from the laser oscillator 101 to the precursor.

また、上記の実施形態では、レーザ発振器101として、XeClエキシマレーザを用いたが、これに限られるものではない。レーザ発振器101は、KrFレーザのような他のエキシマレーザであってもよく、またNd:YAGレーザ、Nd:YLFレーザ、Nd:YVO4レーザなどの固体レーザや、炭酸ガスレーザ、アルゴンガスレーザなどのガスレーザであってもよい。   In the above embodiment, the XeCl excimer laser is used as the laser oscillator 101. However, the present invention is not limited to this. The laser oscillator 101 may be another excimer laser such as a KrF laser, a solid-state laser such as an Nd: YAG laser, an Nd: YLF laser, or an Nd: YVO4 laser, or a gas laser such as a carbon dioxide laser or an argon gas laser. There may be.

基板110は、ガラス基板上に絶縁膜、非晶質シリコン膜が順に形成されている。   In the substrate 110, an insulating film and an amorphous silicon film are sequentially formed on a glass substrate.

本発明では、図2(1)のような、凸状遮光パターンと凹パターンとを周期的に形成した形状のマスクを用いて、走査照射を行う。すなわち、図2(1)に示すように、遮光膜206には、開口部長201と開口部幅203とをもつ矩形の透過部207が形成されている。さらに遮光膜206は、透過部207内に突き出た櫛歯状の凸状遮光パターン206aを備えている。この凸状遮光パターン206aは、凹部幅204及び凹部長202をもつ矩形であって、凸形状に形成されており、これらの凸状遮光パターン206aは、互いに凸部長205の間隔をもって開口部長201の長さ方向に一列に形成され、凸状遮光パターン206a間に凹パターンが形成される。図2(1)に示す遮光膜206を透過したビーム306は図2(2)に示すように、ビーム長301及びビーム幅303をもち、走査方向(一の方向)側の辺306aと反対側の辺306bに複数の凹パターン306cをもつ矩形形状に整形される。前記凹パターン306cは、ビーム凸部長305及びビーム幅303をもち、互いにビーム凹部長302をもって辺306bに一列に配列される。図2(2)において、ビームの走査方向を矢印で示している。 In the present invention, scanning irradiation is performed using a mask having a shape in which convex light-shielding patterns and concave patterns are periodically formed as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 2A, the light-shielding film 206 is formed with a rectangular transmission portion 207 having an opening length 201 and an opening width 203. Further, the light shielding film 206 includes a comb-like convex light shielding pattern 206 a protruding into the transmission part 207. The convex light-shielding pattern 206a is a rectangle having a concave width 204 and a concave length 202, and is formed in a convex shape.The convex light-shielding pattern 206a has an opening length 201 with an interval of the convex length 205 from each other. It is formed in a line in the length direction, and a concave pattern is formed between the convex light shielding patterns 206a. The beam 306 transmitted through the light shielding film 206 shown in FIG. 2A has a beam length 301 and a beam width 303 as shown in FIG. 2B, and is opposite to the side 306a on the scanning direction (one direction) side. The side 306b is shaped into a rectangular shape having a plurality of concave patterns 306c. The concave pattern 306c has a beam convex portion length 305 and a beam width 303, and is arranged in a row on the side 306b with a beam concave portion length 302. In FIG. 2 (2), the scanning direction of the beam is indicated by an arrow.

図3(1)では、絶縁基板上に形成される半導体膜からなる前駆膜としてアモルファスシリコンを用いている。図3(1)に示すように、1回目のビーム312(図2(2)のビーム306に対応する。)をアモルファスシリコン311に照射すると、ビーム312の凹パターン312a(図2(2)の凹パターン306cに対応する。)の先端を中心に、ビーム312で照射されたアモルファスシリコン311の領域に放射状に温度勾配が形成される。したがって、図3(2)に示すように、凹パターン312aの先端に対応するアモルファスシリコン311の領域には、ビーム幅方向(図2(2)のビーム幅303の方向)だけではなく、ビーム長方向(図2(2)のビーム長301の方向)にも成長する結晶粒313が形成される。2回目以降のビーム312による照射を行うと、凹パターン312aの先端に対応してアモルファスシリコン311に形成された結晶核314を種にして、結晶粒313が繰り返し成長される。この結果、従来の細線ビームの場合と比較して、幅広の帯状結晶粒313が、アモルファスシリコン311に凹パターン312aの先端を起点として形成される。   In FIG. 3A, amorphous silicon is used as a precursor film made of a semiconductor film formed on an insulating substrate. As shown in FIG. 3A, when the amorphous silicon 311 is irradiated with the first beam 312 (corresponding to the beam 306 in FIG. 2B), the concave pattern 312a (see FIG. 2B) of the beam 312 is irradiated. A temperature gradient is formed radially in the region of the amorphous silicon 311 irradiated with the beam 312 around the tip of the concave pattern 306c. Therefore, as shown in FIG. 3 (2), the region of amorphous silicon 311 corresponding to the tip of the concave pattern 312a includes not only the beam width direction (the direction of the beam width 303 in FIG. 2 (2)) but also the beam length. Crystal grains 313 that grow in the direction (the direction of the beam length 301 in FIG. 2B) are also formed. When irradiation with the beam 312 for the second and subsequent times is performed, crystal grains 313 are repeatedly grown using the crystal nucleus 314 formed in the amorphous silicon 311 as a seed corresponding to the tip of the concave pattern 312a. As a result, compared to the case of the conventional thin beam, wide band-like crystal grains 313 are formed in the amorphous silicon 311 starting from the tip of the concave pattern 312a.

また、ビーム凹部幅304及びビーム凹部長302をもつ凹パターン312aの大きさをビームの走査方向及びこの方向と交差する方向(垂直方向)の結晶粒径以下とすれば、ビーム走査方向と交差する方向に連続的に帯状結晶粒313を並べて形成することが可能である。このとき、隣接する前記凹パターン312a間の寸法であるビーム凸部長305を等しく設定する必要はなく、所望の位置に帯状結晶粒313を形成するように前記凹パターン312aを適宜配置すればよい。このように本実施形態では、図3(3)に示すように半導体薄膜における結晶粒界315の数を低減させるとともに、結晶粒界315の形成方向を平行な位置関係に制御した半導体薄膜を製造することができ、従来の細線ビームの問題点を解決できる。   Further, if the size of the concave pattern 312a having the beam concave width 304 and the beam concave length 302 is equal to or smaller than the crystal grain size in the beam scanning direction and the direction intersecting this direction (vertical direction), it intersects the beam scanning direction. The band-like crystal grains 313 can be continuously arranged in the direction. At this time, it is not necessary to set the beam convex portion length 305 that is the dimension between the adjacent concave patterns 312a to be equal, and the concave patterns 312a may be appropriately arranged so as to form the band-like crystal grains 313 at desired positions. As described above, in this embodiment, as shown in FIG. 3C, the number of crystal grain boundaries 315 in the semiconductor thin film is reduced, and a semiconductor thin film in which the formation direction of the crystal grain boundaries 315 is controlled to a parallel positional relationship is manufactured. It is possible to solve the problems of the conventional thin beam.

また、図3(3)に示すように、点状の突起317が、結晶粒界315に沿って、ビームの走査ステップ間隔で形成される。このため、本実施形態では、碁盤目状に突起317が形成された半導体膜が得られる。このような半導体薄膜上にTFTを作製する場合、チャネル内の突起317の配置及び数を制御することができるので、チャネル内の突起の配置及び数がランダムな従来細線ビームで作製されるTFTと比較し、しきい値電圧のばらつきが小さくなる。また、突起317を避けてチャネルを形成することによって、更にしきい値電圧のばらつきを抑制することができる。図3(3)では結晶粒界315で分けられた三つの帯状結晶領域318が平行な結晶粒界315の長さ方向に沿って形成されている。この帯状結晶領域318は3列に限られるものではない。各帯状結晶領域318は、それぞれ単結晶にて形成されている。   Further, as shown in FIG. 3 (3), dot-like projections 317 are formed along the crystal grain boundaries 315 at intervals of beam scanning steps. Therefore, in the present embodiment, a semiconductor film in which the protrusions 317 are formed in a grid pattern is obtained. When a TFT is manufactured on such a semiconductor thin film, the arrangement and number of protrusions 317 in the channel can be controlled. Therefore, a TFT manufactured with a conventional thin wire beam in which the arrangement and number of protrusions in the channel are random In comparison, variation in threshold voltage is reduced. Further, by forming the channel while avoiding the protrusion 317, variation in threshold voltage can be further suppressed. In FIG. 3 (3), three band crystal regions 318 divided by the crystal grain boundaries 315 are formed along the length direction of the parallel crystal grain boundaries 315. The band-like crystal region 318 is not limited to three rows. Each band-like crystal region 318 is formed of a single crystal.

更に、ジグザグパターンと比較して、レーザ光の透過率が大きいことからビーム長を長くすることができるので、一回の走査照射領域を広くすることにより基板一枚当たりのレーザアニール処理時間が短縮される。また、凹パターン312aのビーム凹部幅(図2のビーム凹部幅304)を短くすることにより、ジグザグパターンと比較して、ビームの照射開始位置に対応してアモルファスシリコン311に発生する高密度粒界領域316を狭くすることができる。また、図2(2)に示すようにビーム306のフロント側の辺306aは、その走査方向と垂直な方向に伸びる直線であることから、アモルファスシリコン311上のビームの照射終了位置に発生する高密度粒界領域316は1回の照射での結晶成長距離程度である。なお、ジグザグパターンの場合におけるビームの照射終了位置に発生する高密度粒界領域は、ジグザグパターンの走査方向長さと一回の照射での結晶成長距離との和程度となるので広くなってしまう。また、凹パターン306cは、ジグザグパターンと比較して、マスク製造工程が容易であり、作製コストが低減される。またビーム306の凹パターン306cを成形することは、ジグザグパターンビーム形状を成形する場合と比較して、レーザアニールの光学系に高解像度を必要としない。以上のことから、従来のジグザグパターンビームの問題点を解決できる。   Furthermore, compared to the zigzag pattern, the laser beam transmittance is large, so the beam length can be increased. Therefore, the laser annealing processing time per substrate is shortened by widening the scanning irradiation area. Is done. Further, by reducing the beam recess width (beam recess width 304 in FIG. 2) of the concave pattern 312a, the high density grain boundaries generated in the amorphous silicon 311 corresponding to the irradiation start position of the beam compared to the zigzag pattern. Region 316 can be narrowed. Further, as shown in FIG. 2B, the front side 306a of the beam 306 is a straight line extending in a direction perpendicular to the scanning direction, and therefore, a high beam generated at the irradiation end position of the beam on the amorphous silicon 311. The density grain boundary region 316 is about the crystal growth distance in one irradiation. Note that the high-density grain boundary region generated at the beam irradiation end position in the case of the zigzag pattern becomes wide because it is about the sum of the scanning direction length of the zigzag pattern and the crystal growth distance in one irradiation. Further, the concave pattern 306c is easier to manufacture the mask than the zigzag pattern, and the manufacturing cost is reduced. Further, forming the concave pattern 306c of the beam 306 does not require high resolution in the laser annealing optical system as compared with the case of forming the zigzag pattern beam shape. From the above, the problems of the conventional zigzag pattern beam can be solved.

また、得られた半導体薄膜を用いて作製したTFTは、キャリア移動度を向上でき、移動度及びしきい値電圧のばらつきを抑制することができる。また、本実施形態では、凹パターン306cが矩形形状の例を示したが、これに限られない。凹パターン306cは、三角形などの多角形や半円形、半楕円形などであってもよい。   In addition, a TFT manufactured using the obtained semiconductor thin film can improve carrier mobility and suppress variations in mobility and threshold voltage. In the present embodiment, an example in which the concave pattern 306c has a rectangular shape is shown, but the present invention is not limited to this. The concave pattern 306c may be a polygon such as a triangle, a semicircular shape, a semielliptical shape, or the like.

以上説明したことを要約すると、本発明の実施形態は、絶縁基板(110)上に形成された半導体薄膜(311,1603)にレーザビーム(102,1602)を照射して、前記半導体薄膜に結晶膜を成長させる半導体薄膜の製造方法を対象とするものであり、レーザビームの整形工程において、前記半導体薄膜上に照射されるレーザビームの照射パターンの一部を制御パターン(凹パターン312a)に整形することを特徴とする。この場合、前記半導体薄膜の粒径と前記結晶膜の粒径とを異ならせて、それぞれ結晶成長させてもよい。   In summary, the embodiment of the present invention irradiates a semiconductor thin film (311, 1603) formed on an insulating substrate (110) with a laser beam (102, 1602), and crystallizes the semiconductor thin film. It is intended for semiconductor thin film manufacturing methods for growing films. In the laser beam shaping process, a part of the laser beam irradiation pattern irradiated on the semiconductor thin film is shaped into a control pattern (concave pattern 312a). It is characterized by doing. In this case, the crystal growth may be performed by making the grain size of the semiconductor thin film different from the grain size of the crystal film.

前記レーザビームを半導体薄膜上に照射した照射パターンを矩形状(図2,図4)に整形する場合、前記照射パターンを、矩形状であって、かつその1辺に前記制御パターンを有する形状に整形する。そして、前記制御パターンにより結晶粒界の位置制御を行って帯状結晶粒を成長させる。   When shaping the irradiation pattern in which the laser beam is irradiated onto the semiconductor thin film into a rectangular shape (FIGS. 2 and 4), the irradiation pattern has a rectangular shape and has the control pattern on one side thereof. Shape it. Then, the position of the crystal grain boundary is controlled by the control pattern to grow the band-like crystal grains.

本発明の実施形態は、レーザビーム(102)を走査せずに単ショットで半導体薄膜に帯状結晶粒を形成する場合、或いはレーザビームを走査しつつ帯状結晶粒を形成する場合のいずれにも適用することができる。レーザビームを走査させる場合には、前記制御パターンを含む前記照射パターンのレーザビームを半導体薄膜に照射することにより、帯状結晶粒を成長させる。この場合、前記レーザビームの走査方向側の辺と反対側の辺に形成した前記制御パターンにより結晶粒界の位置制御を行って、帯状結晶粒を成長させる。レーザビームを走査させる場合には、レーザビームを照射する毎に、位置制御された結晶粒界間に帯状結晶粒が形成され、これらの帯状結晶粒により、平行な結晶粒界に挟まれた領域に帯状結晶領域(318)が形成される。   The embodiment of the present invention is applied to either the case where the band-like crystal grains are formed on the semiconductor thin film by single shot without scanning the laser beam (102) or the case where the band-like crystal grains are formed while scanning the laser beam. can do. When scanning with a laser beam, a band-shaped crystal grain is grown by irradiating a semiconductor thin film with a laser beam of the irradiation pattern including the control pattern. In this case, the position of the crystal grain boundary is controlled by the control pattern formed on the side opposite to the side in the scanning direction of the laser beam to grow a band-like crystal grain. When scanning with a laser beam, a band-like crystal grain is formed between crystal grain boundaries whose positions are controlled each time the laser beam is irradiated, and a region sandwiched between parallel crystal grain boundaries by these band-like crystal grains. A band-like crystal region (318) is formed on the surface.

本発明の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法に用いるビーム整形用マスクは、レーザビームを透過する透過領域(透過部207)の一部に、前記レーザビームを遮光する遮光パターン(206a,406a)を有する構成とする。前記透過領域を矩形状に形成する場合には、その1辺に前記遮蔽パターンを有する開口形状に形成する(図2,図4)。なお、前記遮蔽パターンは、レーザビームの遮光領域から前記透過領域に向けて突出した凸パターンの形状に形成される。   The beam shaping mask used in the method for manufacturing a semiconductor thin film according to the embodiment of the present invention has a light shielding pattern (206a, 406a) that shields the laser beam in a part of a transmission region (transmission portion 207) that transmits the laser beam. It is set as the structure which has. When the transmission region is formed in a rectangular shape, it is formed in an opening shape having the shielding pattern on one side (FIGS. 2 and 4). The shielding pattern is formed in the shape of a convex pattern protruding from the shielding region of the laser beam toward the transmitting region.

前記透過領域(透過部207,407)の幅方向における開口幅(開口部幅203,402)をA,前記遮蔽パターン(206a,406a)の幅方向における凹部幅(204,403)をB,前記幅方向における帯状結晶粒の最大成長距離をLとしたときに、これらの寸法関係を、2L≦A−Bに設定することが望ましい。また前記遮蔽パターン(206a,406a)の長さ方向の凹部長(202,404)をC,前記遮蔽パターン間の間隔である凸部長(205)をD,前記透過領域の幅方向(ビーム幅303,502)における帯状結晶粒の最大成長距離をLとしたときに、これらの寸法関係を、2L≧C+Dの関係に設定することが望ましい。   An opening width (opening width 203, 402) in the width direction of the transmission region (transmission portions 207, 407) is A, and a concave width (204, 403) in the width direction of the shielding pattern (206a, 406a) is B, When the maximum growth distance of the band-like crystal grains in the width direction is L, it is desirable to set these dimensional relationships to 2L ≦ A−B. Further, the concave length (202, 404) in the length direction of the shielding pattern (206a, 406a) is C, the convex length (205), which is an interval between the shielding patterns, is D, and the width direction (beam width 303) of the transmission region. , 502), when the maximum growth distance of the band-like crystal grains is L, it is desirable to set these dimensional relationships as 2L ≧ C + D.

また前記透過領域の幅方向における開口幅(203,402)をA,前記遮蔽パターンの幅方向における凹部幅(204,403)をB,前記遮蔽パターンの長さ方向の凹部長(202,404)をC,前記遮蔽パターン間の間隔である凸部長(205)をDとしたときに、これらの寸法関係を、A-B≧C+Dの関係に設定してもよいものである。   The opening width (203, 402) in the width direction of the transmission region is A, the recess width (204, 403) in the width direction of the shielding pattern is B, and the recess length (202, 404) in the length direction of the shielding pattern. Where C is C and the convex portion length (205), which is the interval between the shielding patterns, is D, these dimensional relationships may be set such that AB ≧ C + D.

次に、本発明の実施形態を更に具体化した実施例について説明する。   Next, examples that further embody the embodiment of the present invention will be described.

図1に示すレーザアニール装置を用いてレーザアニールを行う。その方法、マスク及びレーザについては、上記実施形態の説明で述べたとおりである。また、マスクに形成させる開口部や透過部については、極細幅のスリットを多数並べて開口部等としてもよく、多数の孔を密集させて開口部等としてもよい。そして、これらの場合には、スリットの本数や孔の個数及び密度を変えることにより、レーザ光のエネルギーを調整することができる。基板について説明する。ガラス基板として無アルカリガラスを用いた。このガラス基板には、ガラスからの不純物の拡散を防ぐための絶縁膜を成膜した。その絶縁膜上に、前駆膜となる非晶質シリコン膜を減圧化学気相成長(Low Pressure Chemical Vapor Deposition:LP-CVD)法を用いて60nm成膜した。   Laser annealing is performed using the laser annealing apparatus shown in FIG. The method, mask and laser are as described in the description of the above embodiment. In addition, with respect to the openings and transmission portions formed in the mask, a large number of very narrow slits may be arranged as openings or the like, or a large number of holes may be densely formed as openings or the like. In these cases, the energy of the laser beam can be adjusted by changing the number of slits, the number of holes, and the density. The substrate will be described. Non-alkali glass was used as the glass substrate. An insulating film for preventing the diffusion of impurities from the glass was formed on the glass substrate. On the insulating film, an amorphous silicon film as a precursor film was formed to a thickness of 60 nm by using a low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) method.

本実施例では、図4(1)に示す形状のマスクを用いて、走査照射を行った。照射条件を表1に示す。照射強度は基板上での値である。レーザビーム走査のステップ幅は、各矩形状レーザビームの照射間にレーザビームが走査する基板上の距離である。図4(1)にマスクは、開口部幅402及び開口部長401の寸法をもつ開口部内に、凹部長404及び凹部幅403の寸法の凸パターン(凸状遮光パターン)406aをもつ構造になっている。マスクを通過したビームは基板上では図4(2)に示す形状となる。すなわち、ビーム505は、ビーム長501及びビーム幅502をもち、走査方向(一の方向)側の辺505aと反対側の辺505bに1つの凹パターン(制御パターン)505cをもつ形状に整形される。前記凹パターン505cは、ビーム凹部長504及びビーム凹部幅503の寸法のものである。図4(2)において、ビームの走査方向を矢印で示している。基板上でのビームサイズは、マスク上のビームサイズの1/3の値となる。つまり、ビーム幅502は10μm、ビーム凹部長504は1μm、ビーム凹部幅503は5μmである。   In this example, scanning irradiation was performed using a mask having the shape shown in FIG. Table 1 shows the irradiation conditions. The irradiation intensity is a value on the substrate. The step width of the laser beam scanning is a distance on the substrate scanned by the laser beam between the irradiations of the rectangular laser beams. The mask shown in FIG. 4A has a structure having a convex pattern (convex light-shielding pattern) 406a having a concave length 404 and a concave width 403 in an opening having dimensions of an opening width 402 and an opening length 401. Yes. The beam that has passed through the mask has the shape shown in FIG. That is, the beam 505 has a beam length 501 and a beam width 502, and is shaped into a shape having one concave pattern (control pattern) 505c on the side 505b opposite to the side 505a on the scanning direction (one direction) side. . The concave pattern 505c has dimensions of a beam recess length 504 and a beam recess width 503. In FIG. 4B, the beam scanning direction is indicated by an arrow. The beam size on the substrate is 1/3 of the beam size on the mask. That is, the beam width 502 is 10 μm, the beam recess length 504 is 1 μm, and the beam recess width 503 is 5 μm.

[表1]実施例1
照射強度(mJ/cm) 600
ステップ幅(μm) 0.5
開口部幅(μm) 30
凹部長(μm) 3
凹部幅(μm) 15
[Table 1] Example 1
Irradiation intensity (mJ / cm 2 ) 600
Step width (μm) 0.5
Opening width (μm) 30
Concave length (μm) 3
Concave width (μm) 15

図5にセコエッチ後のSEM観察結果を示す。結晶成長幅2μmの帯状結晶領域が、ビームの走査方向(図5の水平方向)に平行な結晶粒界に挟まれた領域に形成された。帯状結晶領域は凹パターン505cの位置に相当することが確認された。ビーム走査方向と交差する方向に形成される帯状結晶粒の周りには走査方向に対して、斜めの粒界が形成された。更に帯状結晶粒の周りには従来の細線ビームの場合で見られるように、ビーム長方向に結晶粒界がランダムに発生した。凹パターン505cの先端に対応する位置を中心にアモルファスシリコン上に放射状に温度勾配が形成されるので、ビーム長方向(ビーム走査方向と交差する方向)にも結晶成長が行われ、従来の細線ビームよりビーム長方向への帯状結晶粒の結晶成長幅が長くなる。このように、本発明に実施形態に係る製造方法によれば、従来の細線ビームの場合と比較して幅広であり、且つ位置制御された結晶粒界に挟まれた領域に、ビーム走査方向の長さ方向に成長する帯状結晶領域を形成することが可能であることが確認された。なお、ビーム長方向への結晶成長幅を、単に結晶成長幅という。   FIG. 5 shows the SEM observation results after Secco etching. A band-like crystal region having a crystal growth width of 2 μm was formed in a region sandwiched between crystal grain boundaries parallel to the beam scanning direction (horizontal direction in FIG. 5). It was confirmed that the band-like crystal region corresponds to the position of the concave pattern 505c. An oblique grain boundary was formed around the band-shaped crystal grains formed in the direction intersecting the beam scanning direction with respect to the scanning direction. Further, as seen in the case of a conventional thin beam, crystal grain boundaries were randomly generated around the band-like crystal grains in the beam length direction. Since a temperature gradient is radially formed on the amorphous silicon around the position corresponding to the tip of the concave pattern 505c, crystal growth is also performed in the beam length direction (direction intersecting the beam scanning direction), and the conventional thin beam The crystal growth width of the band-like crystal grains in the beam length direction becomes longer. As described above, according to the manufacturing method according to the embodiment of the present invention, the region in the beam scanning direction is wider in the region sandwiched between the grain boundaries whose positions are controlled compared to the case of the conventional thin beam. It was confirmed that it is possible to form a band-like crystal region that grows in the length direction. The crystal growth width in the beam length direction is simply referred to as crystal growth width.

実施例1と同様のレーザアニール装置を及び図4(1)に示す形状のマスクを用いて、ビーム凹部長を1.5μm、3μm、6μm、12μmと変化させ、走査照射を行った。照射条件を表2に示す。照射強度は基板上での値である。ステップ幅は各照射間に走査する基板上の距離である。表中の開口部幅402、凹部長404、凹部幅403はマスク上の値である。マスクを通過したビームは、基板上では図7(2)に示す形状となる。基板上でのビームサイズは、マスク上のビームサイズの1/3の値となる。つまり、ビーム幅502は10μm、ビーム凹部長504は0.5μm,1μm,2μm,4μm、ビーム凹部幅503は5μmである。   Using the same laser annealing apparatus as in Example 1 and the mask having the shape shown in FIG. 4A, the beam recess length was changed to 1.5 μm, 3 μm, 6 μm, and 12 μm, and scanning irradiation was performed. Table 2 shows the irradiation conditions. The irradiation intensity is a value on the substrate. The step width is the distance on the substrate scanned between each irradiation. The opening width 402, recess length 404, and recess width 403 in the table are values on the mask. The beam that has passed through the mask has the shape shown in FIG. 7B on the substrate. The beam size on the substrate is 1/3 of the beam size on the mask. That is, the beam width 502 is 10 μm, the beam recess length 504 is 0.5 μm, 1 μm, 2 μm, and 4 μm, and the beam recess width 503 is 5 μm.

[表2]
実施例2-1 実施例2-2 実施例2-3 実施例2-4
照射強度(mJ/cm) 600 600 600 600
ステップ幅(μm) 0.5 0.5 0.5 0.5
開口部幅(μm) 30 30 30 30
凹部長(μm) 1.5 3 6 12
凹部幅(μm) 15 15 15 15
[Table 2]
Example 2-1 Example 2-2 Example 2-3 Example 2-4
Irradiation intensity (mJ / cm 2 ) 600 600 600 600
Step width (μm) 0.5 0.5 0.5 0.5
Opening width (μm) 30 30 30 30
Concave length (μm) 1.5 3 6 12
Concave width (μm) 15 15 15 15

図6にセコエッチ後のSEM観察結果を示す。凹部長1.5μm(ビーム凹部長0.5μm)(実施例2-1)では、凹パターン先端を起点として、帯状結晶領域が走査方向に形成された。結晶成長幅は1.6μmであった。   FIG. 6 shows the SEM observation results after Secco etching. In the recess length of 1.5 μm (beam recess length of 0.5 μm) (Example 2-1), the band-like crystal region was formed in the scanning direction starting from the tip of the recess pattern. The crystal growth width was 1.6 μm.

凹部長3μm(ビーム凹部長1μm)(実施例2-2)では、凹部長1.5μmの場合と同様に、帯状結晶領域が平行な結晶粒界に挟まれた領域に形成された。この場合、帯状結晶粒の結晶成長幅は2.0μmであり、凹部長1.5μmの場合と比較すると、拡大した。   In the recess length of 3 μm (beam recess length of 1 μm) (Example 2-2), as in the case of the recess length of 1.5 μm, the band-like crystal regions were formed in regions sandwiched between parallel crystal grain boundaries. In this case, the crystal growth width of the band-like crystal grains was 2.0 μm, which was enlarged as compared with the case where the recess length was 1.5 μm.

凹部長6μm(ビーム凹部長2μm)(実施例2-3)では、凹パターンが走査された領域において、走査方向に対し、一部、斜めに結晶粒界が多数発生した。凹部長が広くなったことにより、凹パターン505cの先端に対応する半導体薄膜に多数の結晶核が発生すること、及び凹パターン505cのビーム長方向中心において、ビーム長方向の温度勾配が緩やかになったことが原因と考えられる。   In the concave portion length of 6 μm (beam concave portion length of 2 μm) (Example 2-3), in the region where the concave pattern was scanned, a large number of crystal grain boundaries were generated partially and obliquely with respect to the scanning direction. As the recess length becomes wider, a large number of crystal nuclei are generated in the semiconductor thin film corresponding to the tip of the recess pattern 505c, and the temperature gradient in the beam length direction becomes gentle at the center of the recess pattern 505c in the beam length direction. This is thought to be the cause.

凹部長12μm(ビーム凹部長4μm)(実施例2-4)では、凹部長が更に広がったことから、凹部ビーム長方向中心では従来の細線ビームで見られるような、ビーム長方向に結晶粒界がランダムに形成した。   In the concave portion length of 12 μm (beam concave portion length of 4 μm) (Example 2-4), the concave portion length further widened, so that the grain boundary in the beam length direction as seen with a conventional thin beam at the central portion of the concave portion beam length direction. Formed randomly.

以上のことから、凹パターン505cのビーム凹部長504を帯状結晶粒の結晶成長幅が最大となるビーム凹部幅503以下にすれば、結晶粒界位置が良好に制御された帯状結晶領域を形成することができる。   From the above, when the beam recess length 504 of the concave pattern 505c is set to be equal to or less than the beam recess width 503 where the crystal growth width of the band-shaped crystal grains is maximum, a band-shaped crystal region in which the grain boundary position is well controlled is formed. be able to.

本実施例の照射条件においては、ビーム凹部長504を3μm(ビーム凹部幅503;1μm)以下にすれば、結晶粒界位置が良好に制御された帯状結晶領域を形成することができ、これにより、高移動度で、性能ばらつきが小さいTFT作製が可能となる。ただし、前駆膜の膜厚や成膜方法、ビームの照射強度、又は光学系の解像度が変われば、好ましいビーム凹部長も変わってくるので、ビーム凹部長は条件に応じて適宜設計すればよい。   Under the irradiation conditions of this example, when the beam recess length 504 is set to 3 μm (beam recess width 503; 1 μm) or less, a band-like crystal region in which the grain boundary position is well controlled can be formed. A TFT with high mobility and small performance variation can be manufactured. However, since the preferable beam recess length also changes if the film thickness of the precursor film, the film forming method, the beam irradiation intensity, or the resolution of the optical system changes, the beam recess length may be appropriately designed according to the conditions.

実施例1と同様のレーザアニール装置、及び図2(1)に示すように凹パターン306cを周期的に形成した形状のマスクを用いて、走査照射を行った。照射条件を表3に示す。照射強度は基板上での値である。ステップ幅は各照射間に走査する基板上の距離である。表中の開口部幅204、凹部長202、凹部幅204、凸部長205はマスク上の値である。マスクを通過したビームは、基板上では図2(2)に示す形状となる。基板上でのビームサイズは、マスク上のビームサイズの1/3の値となる。つまり、ビーム幅303は6μm、ビーム凹部長302は1μm、ビーム凹部幅304は3μm、ビーム凸部長305は1μmである。   Scanning irradiation was performed using the same laser annealing apparatus as in Example 1 and a mask having a shape in which concave patterns 306c were periodically formed as shown in FIG. Table 3 shows the irradiation conditions. The irradiation intensity is a value on the substrate. The step width is the distance on the substrate scanned between each irradiation. The opening width 204, the concave portion length 202, the concave portion width 204, and the convex portion length 205 in the table are values on the mask. The beam that has passed through the mask has the shape shown in FIG. 2B on the substrate. The beam size on the substrate is 1/3 of the beam size on the mask. That is, the beam width 303 is 6 μm, the beam concave portion length 302 is 1 μm, the beam concave portion width 304 is 3 μm, and the beam convex portion length 305 is 1 μm.

[表3]実施例3
照射強度(mJ/cm) 600
ステップ幅(μm) 0.2
開口部幅(μm) 18
凹部長(μm) 3
凹部幅(μm) 9
凸部長(μm) 3
[Table 3] Example 3
Irradiation intensity (mJ / cm 2 ) 600
Step width (μm) 0.2
Opening width (μm) 18
Concave length (μm) 3
Concave width (μm) 9
Convex length (μm) 3

図7(1)にセコエッチ後のSEM観察結果を示す。各凹パターンの先端から結晶成長幅2μmの帯状結晶領域が並んで走査方向に平行に形成された。図5(実施例1)と図7(1)(実施例3)との結果を比較すると、帯状結晶領域のサイズ及び結晶状態に変化は見られていない。周期的に凹パターンを並べても形成される帯状結晶粒の結晶状態には影響がないと言える。更に平行な結晶粒界に挟まれた領域に帯状結晶領域を並べて形成することができ、一度の走査照射で複数の帯状結晶領域を形成可能である。本実施例では周期パターンの例を示したが、凹パターンを等間隔に形成する必要はなく、所望の位置に帯状結晶領域を形成するように、適宜設計すればよい。これらの結晶粒界の長さ方向に沿う帯状結晶領域は、結晶粒界の長さ方向(ビーム走査方向)と交差する方向に成長した帯状結晶粒から形成される。   FIG. 7A shows the SEM observation result after Secco etching. A band-shaped crystal region having a crystal growth width of 2 μm was formed in parallel to the scanning direction from the tip of each concave pattern. When the results of FIG. 5 (Example 1) and FIG. 7 (1) (Example 3) are compared, no change is observed in the size and crystal state of the band-like crystal region. It can be said that even if the concave patterns are arranged periodically, there is no effect on the crystal state of the band-like crystal grains formed. Furthermore, band-like crystal regions can be formed side by side in a region sandwiched between parallel crystal grain boundaries, and a plurality of band-like crystal regions can be formed by a single scanning irradiation. In this embodiment, an example of a periodic pattern is shown. However, it is not necessary to form the concave pattern at equal intervals, and it may be designed as appropriate so as to form a band-like crystal region at a desired position. These band-like crystal regions along the length direction of the crystal grain boundaries are formed from band-like crystal grains grown in a direction crossing the length direction of the crystal grain boundaries (beam scanning direction).

実施例1と同様のレーザアニール装置、及び図2(1)に示すように凹パターンを周期的に形成した形状のマスクを用いて、凸部長を6μm、3μmと変化させ、走査照射を行った。照射条件を表4に示す。照射強度は基板上での値である。ステップ幅は各照射間に走査する基板上の距離である。表中の開口部幅203、凹部長202、凹部幅204、凸部長205はマスク上の値である。マスクを通過したビームは、基板上では図2(2)に示す形状となる。基板上でのビームサイズは、マスク上のビームサイズの1/3の値となる。つまり、ビーム幅303は10μm、ビーム凹部長302は1μm、ビーム凹部幅304は5μm、ビーム凸部長305は1μm,2μmである。   Using the same laser annealing apparatus as in Example 1 and a mask having a shape in which concave patterns are periodically formed as shown in FIG. 2A, the projection length was changed to 6 μm and 3 μm, and scanning irradiation was performed. . Table 4 shows the irradiation conditions. The irradiation intensity is a value on the substrate. The step width is the distance on the substrate scanned between each irradiation. The opening width 203, concave portion length 202, concave portion width 204, and convex portion length 205 in the table are values on the mask. The beam that has passed through the mask has the shape shown in FIG. 2B on the substrate. The beam size on the substrate is 1/3 of the beam size on the mask. That is, the beam width 303 is 10 μm, the beam concave portion length 302 is 1 μm, the beam concave portion width 304 is 5 μm, and the beam convex portion length 305 is 1 μm and 2 μm.

[表4]
実施例4-1 実施例4-2
照射強度(mJ/cm) 600 600
ステップ幅(μm) 1 1
開口部幅(μm) 30 30
凹部長(μm) 3 3
凹部幅(μm) 15 15
凸部長(μm) 6 3
[Table 4]
Example 4-1 Example 4-2
Irradiation intensity (mJ / cm 2 ) 600 600
Step width (μm) 1 1
Opening width (μm) 30 30
Concave length (μm) 3 3
Concave width (μm) 15 15
Convex length (μm) 6 3

図7(2)にセコエッチ後のSEM観察結果を示す。凸部長6μm(ビーム凸部長2μm)(実施例4-1)では、ビーム凹部先端を基点に成長した帯状結晶粒がビーム走査方向と垂直の方向に3μm周期で形成され、当該帯状結晶粒の間には平行な結晶粒界が多数発生した。実施例2-2で示したとおり、凹部長3μm(ビーム凹部長1μm)による帯状結晶粒の結晶成長幅は略2μmである。凹パターンの周期が帯状結晶粒の結晶成長幅より長かったため、結晶粒界が多数発生したと考えられる。   FIG. 7B shows the SEM observation result after Secco etching. In the convex part length 6 μm (beam convex part length 2 μm) (Example 4-1), the band-like crystal grains grown from the tip of the beam concave part are formed at a period of 3 μm in the direction perpendicular to the beam scanning direction. A large number of parallel grain boundaries were generated. As shown in Example 2-2, the crystal growth width of the band-like crystal grains with the recess length of 3 μm (beam recess length of 1 μm) is approximately 2 μm. It is considered that a large number of crystal grain boundaries were generated because the period of the concave pattern was longer than the crystal growth width of the band-like crystal grains.

凸部長3μm(ビーム凸部長1μm)(実施例4-2)では、実施例4-1で形成された多数の結晶粒界が消滅し、結晶成長幅2μmの帯状結晶粒が走査方向と垂直の方向に連続して2μm周期で形成された。これは、凹パターンの周期が帯状結晶粒の結晶成長幅以下であったためと考えられる。   In the convex part length of 3 μm (beam convex part length of 1 μm) (Example 4-2), the many crystal grain boundaries formed in Example 4-1 disappear, and the band-like crystal grains having a crystal growth width of 2 μm are perpendicular to the scanning direction. It was formed with a period of 2 μm continuously in the direction. This is presumably because the period of the concave pattern was less than the crystal growth width of the band-like crystal grains.

以上の結果から、前駆膜上でのビーム平面形状における凹パターンの周期が、帯状結晶粒の結晶成長幅と略同一の長さ以下であれば、帯状結晶粒を走査方向と垂直の方向に連続して形成することが可能であり、平行な結晶粒界で挟まれた領域に帯状結晶領域を効率良く形成することができる。また、帯状結晶粒の結晶成長幅より長いチャネル長、チャネル幅となるTFTを作製する場合、チャネル内に多数の結晶粒界を含むことなく作製できるので、高移動度で、性能ばらつきが小さいTFT作製が可能である。   From the above results, if the period of the concave pattern in the beam planar shape on the precursor film is less than or equal to the length of the crystal growth width of the band-shaped crystal grains, the band-shaped crystal grains are continuous in the direction perpendicular to the scanning direction. The band-like crystal region can be efficiently formed in a region sandwiched between parallel crystal grain boundaries. Further, when a TFT having a channel length and channel width longer than the crystal growth width of the band-shaped crystal grains can be manufactured without including many crystal grain boundaries in the channel, the TFT has high mobility and small performance variation. It can be made.

実施例1と同様のレーザアニール装置、及び図2(1)に示すように凹パターンを周期的に形成した形状のマスクを用いて、凹部幅を15μm,9μm,3μmと変化させ、走査照射を行った。照射条件を表5に示す。照射強度は基板上での値である。ステップ幅は各照射間に走査する基板上の距離である。表中の開口部幅203、凹部長202、凹部幅204、凸部長205はマスク上の値である。マスクを通過したビームは、基板上では図2(2)に示す形状となる。基板上でのビームサイズは、マスク上のビームサイズの1/3の値となる。つまり、ビーム幅303は8μm,6μm、ビーム凹部長302は1μm、ビーム凹部幅304は3μm、1μm、ビーム凸部長は1μmである。   Using the same laser annealing apparatus as in Example 1 and a mask having a shape in which a concave pattern is periodically formed as shown in FIG. 2A, the concave width is changed to 15 μm, 9 μm, and 3 μm, and scanning irradiation is performed. went. Table 5 shows the irradiation conditions. The irradiation intensity is a value on the substrate. The step width is the distance on the substrate scanned between each irradiation. The opening width 203, concave portion length 202, concave portion width 204, and convex portion length 205 in the table are values on the mask. The beam that has passed through the mask has the shape shown in FIG. 2B on the substrate. The beam size on the substrate is 1/3 of the beam size on the mask. That is, the beam width 303 is 8 μm and 6 μm, the beam recess length 302 is 1 μm, the beam recess width 304 is 3 μm, 1 μm, and the beam protrusion length is 1 μm.

[表5]
実施例5-1 実施例5-2
照射強度(mJ/cm) 600 600
ステップ幅(μm) 1 1
開口部幅(μm) 24 18
凹部長(μm) 3 3
凹部幅(μm) 9 3
凸部長(μm) 3 3
[Table 5]
Example 5-1 Example 5-2
Irradiation intensity (mJ / cm 2 ) 600 600
Step width (μm) 1 1
Opening width (μm) 24 18
Concave length (μm) 3 3
Concave width (μm) 9 3
Convex length (μm) 3 3

図8(1)にセコエッチ後のSEM観察結果を示す。実施例5-2(凹部幅3μm(ビーム凹部幅1μm))では、実施例5-1(凹部幅9μm(ビーム凹部幅3μm))と比べて、結晶粒界が多く形成された。これは、実施例5-1に対して、凹部幅が短いため、凹パターンによる帯状結晶粒を形成する効果が小さくなったためと考えられる。   FIG. 8 (1) shows the SEM observation results after Secco etching. In Example 5-2 (recess width 3 μm (beam recess width 1 μm)), more crystal grain boundaries were formed than in Example 5-1 (recess width 9 μm (beam recess width 3 μm)). This is considered to be because the effect of forming the band-like crystal grains by the concave pattern was reduced because the width of the concave portion was shorter than that of Example 5-1.

以上の結果から、凹部幅を帯状結晶粒の結晶成長幅が最大となる凹部幅以上にすれば、すなわち本実施例の照射条件においては凹部幅を9μm(ビーム凹部幅3μm)以上にすれば、結晶粒界位置が良好に制御された帯状結晶領域を形成することができ、これにより、高移動度で、性能ばらつきが小さいTFT作製が可能となる。ただし、前駆膜の膜厚や成膜方法、ビームの照射強度、又は光学系の解像度が変われば、好ましいビーム凹部長も変わるので、ビーム凹部長は条件に応じて、適宜設計すればよい。   From the above results, if the recess width is greater than or equal to the recess width that maximizes the crystal growth width of the band-like crystal grains, that is, if the recess width is 9 μm (beam recess width of 3 μm) or more in the irradiation conditions of this embodiment A band-like crystal region in which the grain boundary position is well controlled can be formed, and this makes it possible to manufacture a TFT with high mobility and small performance variation. However, if the film thickness of the precursor film, the film forming method, the irradiation intensity of the beam, or the resolution of the optical system changes, the preferable beam recess length also changes. Therefore, the beam recess length may be appropriately designed according to the conditions.

実施例1と同様のレーザアニール装置、及び図2(1)に示すように凹パターンを周期的に形成した形状のマスクを用いて、走査照射を行った。照射条件を表6に示す。照射強度は基板上での値である。ステップ幅は各照射間に走査する基板上の距離である。表中の開口部幅203、凹部長202、凹部幅204、凸部長205はマスク上の値である。マスクを通過したビームは、基板上では図2(2)に示す形状となる。基板上でのビームサイズは、マスク上のビームサイズの1/3の値となる。つまり、ビーム幅303は6μm、ビーム凹部長302は1μm、ビーム凹部幅304は1μm、ビーム凸部長305は1μmである。   Scanning irradiation was performed using the same laser annealing apparatus as in Example 1 and a mask having a shape in which a concave pattern was periodically formed as shown in FIG. Table 6 shows the irradiation conditions. The irradiation intensity is a value on the substrate. The step width is the distance on the substrate scanned between each irradiation. The opening width 203, concave portion length 202, concave portion width 204, and convex portion length 205 in the table are values on the mask. The beam that has passed through the mask has the shape shown in FIG. 2B on the substrate. The beam size on the substrate is 1/3 of the beam size on the mask. That is, the beam width 303 is 6 μm, the beam concave portion length 302 is 1 μm, the beam concave portion width 304 is 1 μm, and the beam convex portion length 305 is 1 μm.

[表6]実施例6
照射強度(mJ/cm) 600
ステップ幅(μm) 1
開口部幅(μm) 18
凹部長(μm) 3
凹部幅(μm) 3
凸部長(μm) 3
[Table 6] Example 6
Irradiation intensity (mJ / cm 2 ) 600
Step width (μm) 1
Opening width (μm) 18
Concave length (μm) 3
Concave width (μm) 3
Convex length (μm) 3

本実施例の照射条件においては、凹部幅が3μm(ビーム凹部幅1μm)でも、結晶粒界位置が良好に制御された、すなわち平行な結晶粒界に挟まれた領域に帯状結晶領域を形成することができる。本実施例では、ビーム凹部幅が1μmという小さい窪みでも、結晶粒界の長さ方向と交差する方向に帯状結晶粒が形成可能であることがわかった。これにより、所望の位置に帯状結晶粒を形成できるにもかかわらず、従来の細線ビームと同等の装置透過率を実現できる。また、走査開始位置及び終了位置で高密度粒界領域を狭くすることができる。このときのマスクの透過率は62%であった(レーザ透過率9%)。また、角度60°におけるジグザグパターンのマスクの透過率は43%であった(レーザ透過率6%)。このことから、本発明におけるパターンではレーザ光の透過率が高いので、ビーム長を長くすることができ、短時間で処理が可能であることは明らかである。   Under the irradiation conditions of this example, even when the recess width is 3 μm (beam recess width 1 μm), the crystal grain boundary position is well controlled, that is, a band-like crystal region is formed in a region sandwiched between parallel crystal grain boundaries. be able to. In the present example, it has been found that even when the beam recess width is as small as 1 μm, band-like crystal grains can be formed in the direction intersecting the length direction of the crystal grain boundaries. Thereby, although the band-like crystal grains can be formed at a desired position, the device transmittance equivalent to that of the conventional thin beam can be realized. In addition, the high density grain boundary region can be narrowed at the scanning start position and the end position. At this time, the transmittance of the mask was 62% (laser transmittance 9%). Further, the transmittance of the zigzag pattern mask at an angle of 60 ° was 43% (laser transmittance 6%). From this, it is apparent that the pattern according to the present invention has a high transmittance of laser light, so that the beam length can be increased and processing can be performed in a short time.

実施例1と同様のレーザアニール装置、及び図2(1)に示すように凹パターンを周期的に形成した形状のマスクを用いて、300μmに渡って走査照射を行い、走査方向と垂直な方向に結晶成長幅2μmの帯状結晶粒が連続的に並んだ多結晶領域を形成した。照射条件を表7に示す。照射強度は基板上での値である。ステップ幅は各照射間に走査する基板上の距離である。表中の開口部幅203、凹部長202、凹部幅204、凸部長205はマスク上の値である。マスクを通過したビームは、基板上では図2(2)に示す形状となる。基板上でのビームサイズは、マスク上のビームサイズの1/3の値となる。つまり、ビーム幅303は6μm、ビーム凹部長302は1μm、ビーム凹部幅304は3μm、ビーム凸部長305は1μmである。   Using the same laser annealing apparatus as in Example 1 and a mask having a shape in which a concave pattern is periodically formed as shown in FIG. 2A, scanning irradiation is performed over 300 μm, and the direction perpendicular to the scanning direction A polycrystalline region in which band-like crystal grains having a crystal growth width of 2 μm were continuously arranged was formed. Table 7 shows the irradiation conditions. The irradiation intensity is a value on the substrate. The step width is the distance on the substrate scanned between each irradiation. The opening width 203, concave portion length 202, concave portion width 204, and convex portion length 205 in the table are values on the mask. The beam that has passed through the mask has the shape shown in FIG. 2B on the substrate. The beam size on the substrate is 1/3 of the beam size on the mask. That is, the beam width 303 is 6 μm, the beam concave portion length 302 is 1 μm, the beam concave portion width 304 is 3 μm, and the beam convex portion length 305 is 1 μm.

[表7]実施例7
照射強度(mJ/cm) 600
ステップ幅(μm) 1
開口部幅(μm) 30
凹部長(μm) 3
凹部幅(μm) 15
凸部長(μm) 3
[Table 7] Example 7
Irradiation intensity (mJ / cm 2 ) 600
Step width (μm) 1
Opening width (μm) 30
Concave length (μm) 3
Concave width (μm) 15
Convex length (μm) 3

得られた半導体薄膜は実施形態で説明したとおり、図3(3)に示すように、碁盤目状に突起317が結晶粒界315上のみに形成されていた。図3(3)に示す本発明の実施例により得られた半導体薄膜を用いて薄膜トランジスタを製造した。具体的に説明すると、図9(1)に示すように、本発明の実施例に係る半導体薄膜は、レーザビームを走査した走査方向に沿って平行な結晶粒界603が形成され、その結晶粒界603で挟まれた領域に前記走査方向に沿って単結晶領域(帯状結晶領域)602が形成されている。これは、本発明の実施例によれば、結晶粒界603の位置が制御されて、これらの結晶粒界603がレーザビームの走査方向に平行に形成されることを示している。   As described in the embodiment, the obtained semiconductor thin film had protrusions 317 formed only on the crystal grain boundaries 315 in a grid pattern as shown in FIG. A thin film transistor was manufactured using the semiconductor thin film obtained by the example of the present invention shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 9 (1), the semiconductor thin film according to the embodiment of the present invention has a crystal grain boundary 603 formed in parallel along the scanning direction in which the laser beam is scanned. A single crystal region (band crystal region) 602 is formed in the region sandwiched by the boundaries 603 along the scanning direction. This indicates that according to the embodiment of the present invention, the positions of the crystal grain boundaries 603 are controlled, and these crystal grain boundaries 603 are formed in parallel with the scanning direction of the laser beam.

図9(1)に示すように、単結晶領域602,602a,602b及び結晶粒界603を含む領域にアイランド601を形成した。このアイランド601は、前記走査方向での長さが10μm,前記走査方向に対して直交方向での長さが4μmである矩形状に形成した。さらに図9(2)に示すように、結晶粒界603で挟まれた単結晶領域602を活性層とし、かつキャリアが活性層(602)内をレーザビームの走査方向に移動するようにする。そのため、活性層(602)を挟んで前記走査方向にドレイン領域703とソース領域701とを形成した。そして、図示しないドレイン電極とドレイン領域703とを接続するコンタクト704を図示しない絶縁膜に形成した。同様に、図示しないソース電極とソース領域701とを接続するコンタクト705を図示しない絶縁膜に形成した。またゲート電極702を形成した。これにより、キャリアの移動方向は前記走査方向となり、活性層602のチャネル長4μm、チャネル幅4μmのn形TFT及びp形TFTを作製した。得られたTFTにおけるキャリアの移動度はn形が410cm/Vs、p形が150cm/Vsであった。また、n形TFT100個に対するしきい値電圧のばらつきは0.2Vであった。 As shown in FIG. 9A, an island 601 is formed in a region including the single crystal regions 602, 602a, and 602b and the crystal grain boundary 603. The island 601 was formed in a rectangular shape having a length of 10 μm in the scanning direction and a length of 4 μm in the direction orthogonal to the scanning direction. Further, as shown in FIG. 9B, the single crystal region 602 sandwiched between the crystal grain boundaries 603 is used as an active layer, and carriers move in the active layer (602) in the laser beam scanning direction. Therefore, a drain region 703 and a source region 701 are formed in the scanning direction across the active layer (602). Then, a contact 704 that connects a drain electrode (not shown) and the drain region 703 is formed on an insulating film (not shown). Similarly, a contact 705 for connecting a source electrode (not shown) and the source region 701 is formed on an insulating film (not shown). A gate electrode 702 was formed. As a result, the carrier moving direction was the scanning direction, and an n-type TFT and a p-type TFT having a channel length of 4 μm and a channel width of 4 μm of the active layer 602 were fabricated. The carrier mobility in the obtained TFT was 410 cm 2 / Vs for n-type and 150 cm 2 / Vs for p-type. The variation in threshold voltage for 100 n-type TFTs was 0.2V.

ここで、比較のため、実施例1と同様のレーザアニール装置を用いて、凹パターンがない細線パターンのマスクによって(開口部長270μm(基板上では90μm)、開口部幅9.9μm(基板上では3.3μm))成形されたビームを長さ300μmに渡って、走査照射を行い、多結晶膜を作製した。   Here, for comparison, using the same laser annealing apparatus as in Example 1, using a fine line pattern mask without a concave pattern (opening length 270 μm (90 μm on the substrate), opening width 9.9 μm (on the substrate) 3.3 μm)) The shaped beam was scanned for a length of 300 μm to produce a polycrystalline film.

比較例により得られた半導体薄膜はランダムに突起が形成されていた。照射強度は基板上で600mJ/cm、ステップ幅は基板上で0.2μmである。この多結晶を活性層にして、走査方向と平行にキャリアが移動するようにチャネルを設けて、チャネル長4μm、チャネル幅4μmのn形TFT及びp形TFTを作製した。TFTの移動度はn形が320cm/Vs、p形が120cm/Vsであった。また、n形TFT100個に対するしきい値電圧のばらつきは1Vであった。 The semiconductor thin film obtained by the comparative example had protrusions formed randomly. The irradiation intensity is 600 mJ / cm 2 on the substrate, and the step width is 0.2 μm on the substrate. An n-type TFT and a p-type TFT having a channel length of 4 μm and a channel width of 4 μm were prepared by using this polycrystal as an active layer and providing a channel so that carriers move in parallel with the scanning direction. Mobility of the TFT is an n-type is 320cm 2 / Vs, p-type was 120 cm 2 / Vs. The variation in threshold voltage for 100 n-type TFTs was 1V.

上記2種類のTFTの移動度比較から、本発明の要件を満たすTFTによれば、従来の細線ビームによって製造したTFTよりも、高い移動度が得られることは明らかであり、本発明により高性能のTFTを提供することができる。また、本発明の要件を満たすTFTによれば、従来の細線ビームによって製造したランダムな突起を有する半導体薄膜を用いたTFTと比較して、しきい値電圧のばらつきが小さいTFTが得られることは明らかであり、本発明により高性能のTFTを提供することができる。   From the mobility comparison of the above two types of TFTs, it is clear that a TFT satisfying the requirements of the present invention can provide higher mobility than a TFT manufactured by a conventional thin beam, and the present invention provides high performance. TFTs can be provided. In addition, according to the TFT satisfying the requirements of the present invention, it is possible to obtain a TFT having a small variation in threshold voltage as compared with a TFT using a semiconductor thin film having a random protrusion manufactured by a conventional thin beam. Clearly, the present invention can provide a high-performance TFT.

実施例1と同様のレーザアニール装置、及び図2(1)に示すように凹パターンを周期的に形成した形状のマスクを用いて、300μmに渡って走査照射を行い、走査方向と垂直な方向に連続的に並んだ結晶成長幅2μmの帯状結晶粒を作製した。照射条件を表7に示す。照射強度は基板上での値である。ステップ幅は各照射間に走査する基板上の距離である。表中の開口部幅、凹部長、凹部幅、凸部長はマスク上の値である。マスクを通過したビームは、基板上では図2(2)に示す形状となる。基板上でのビームサイズは、マスク上のビームサイズの1/3の値となる。つまり、ビーム幅303は6μm、ビーム凹部長302は1μm、ビーム凹部幅304は3μm、ビーム凸部長305は1μmである。   Using the same laser annealing apparatus as in Example 1 and a mask having a shape in which concave patterns are periodically formed as shown in FIG. 2A, scanning irradiation is performed over 300 μm, and the direction perpendicular to the scanning direction A band-like crystal grain having a crystal growth width of 2 μm arranged continuously was prepared. Table 7 shows the irradiation conditions. The irradiation intensity is a value on the substrate. The step width is the distance on the substrate scanned between each irradiation. The opening width, recess length, recess width, and protrusion length in the table are values on the mask. The beam that has passed through the mask has the shape shown in FIG. 2B on the substrate. The beam size on the substrate is 1/3 of the beam size on the mask. That is, the beam width 303 is 6 μm, the beam concave portion length 302 is 1 μm, the beam concave portion width 304 is 3 μm, and the beam convex portion length 305 is 1 μm.

得られた半導体薄膜は実施形態で説明したとおり、図3(3)に示すように、碁盤目状に突起317が結晶粒界315上のみに形成されていた。図3(3)に示す本発明の実施例により得られた半導体薄膜を用いて薄膜トランジスタを製造した。具体的に説明すると、図10(1)に示すように、本発明の実施例に係る半導体薄膜は、レーザビームを走査した走査方向に沿って平行な結晶粒界803が形成され、その結晶粒界803で挟まれた領域に前記走査方向に沿って単結晶領域(帯状結晶領域)802が形成されている。これは、本発明の実施例によれば、結晶粒界803の位置が制御されて、これらの結晶粒界803がレーザビームの走査方向に平行に形成されることを示している。   As described in the embodiment, the obtained semiconductor thin film had protrusions 317 formed only on the crystal grain boundaries 315 in a grid pattern as shown in FIG. A thin film transistor was manufactured using the semiconductor thin film obtained by the example of the present invention shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 10 (1), the semiconductor thin film according to the embodiment of the present invention has a crystal grain boundary 803 formed in parallel along the scanning direction in which the laser beam is scanned. A single crystal region (band crystal region) 802 is formed in the region sandwiched between the boundaries 803 along the scanning direction. This indicates that according to the embodiment of the present invention, the positions of the crystal grain boundaries 803 are controlled, and these crystal grain boundaries 803 are formed in parallel with the scanning direction of the laser beam.

図10(1)に示すように、結晶粒界803で挟まれた単結晶領域802内に限定してアイランド801を形成した。この実施例において図9のものと違う部分は、アイランド801が単結晶領域802a,802b及び結晶粒界803を避けて形成されていることにある。このアイランド801は、前記走査方向での長さが5μm,前記走査方向に対して直交方向での長さが4μmである矩形状に形成した。さらに図10(2)に示すように、結晶粒界803で挟まれた単結晶領域802を活性層とし、かつキャリアが活性層(802)内をレーザビームの走査方向に移動するようにする。そのため、活性層(802)を挟んで前記走査方向にドレイン領域903とソース領域902とを形成した。そして、図示しないドレイン電極とドレイン領域903とを接続するコンタクト904を図示しない絶縁膜に形成した。同様に、図示しないソース電極とソース領域902とを接続するコンタクト905を図示しない絶縁膜に形成した。そして、キャリアの移動方向が前記走査方向となり、活性層802のチャネル長1.4μm、チャネル幅1.4μmのn形TFT及びp形TFTを作製した。   As shown in FIG. 10A, an island 801 is formed only in the single crystal region 802 sandwiched between the crystal grain boundaries 803. 9 is different from that of FIG. 9 in that the island 801 is formed avoiding the single crystal regions 802a and 802b and the crystal grain boundaries 803. The island 801 was formed in a rectangular shape having a length of 5 μm in the scanning direction and a length of 4 μm in a direction orthogonal to the scanning direction. Further, as shown in FIG. 10B, the single crystal region 802 sandwiched between the crystal grain boundaries 803 is used as an active layer, and carriers move in the active layer (802) in the laser beam scanning direction. Therefore, a drain region 903 and a source region 902 are formed in the scanning direction with the active layer (802) interposed therebetween. Then, a contact 904 for connecting a drain electrode (not shown) and the drain region 903 was formed on an insulating film (not shown). Similarly, a contact 905 for connecting a source electrode (not shown) and the source region 902 is formed on an insulating film (not shown). Then, the carrier movement direction was the scanning direction, and an n-type TFT and a p-type TFT having a channel length of 1.4 μm and a channel width of 1.4 μm of the active layer 802 were fabricated.

得られたTFTにおけるキャリアの移動度はn形が520cm/Vs、p形が200cm/Vsであった。ここで、結晶粒幅2μmの帯状単結晶領域802にチャネルを形成するためには、チャネル幅を2μm以下、好ましくは1.8μm以下にすることが望ましい。また、n形TFT100個に対するしきい値電圧のばらつきは0.2Vであった。 Mobility of carriers in the obtained TFT is n-type is 520cm 2 / Vs, p-type was 200 cm 2 / Vs. Here, in order to form a channel in the band-shaped single crystal region 802 having a crystal grain width of 2 μm, the channel width is desirably 2 μm or less, preferably 1.8 μm or less. The variation in threshold voltage for 100 n-type TFTs was 0.2V.

ここで、比較のため、実施例1と同様のレーザアニール装置を用いて、凹パターンがない細線パターンのマスクによって(開口部長270μm(基板上では90μm)、開口部幅9.9μm(基板上では3.3μm))成形されたビームを長さ300μmに渡って、走査照射を行い、多結晶膜を作製した。   Here, for comparison, using the same laser annealing apparatus as in Example 1, using a fine line pattern mask without a concave pattern (opening length 270 μm (90 μm on the substrate), opening width 9.9 μm (on the substrate) 3.3 μm)) The shaped beam was scanned for a length of 300 μm to produce a polycrystalline film.

比較例により得られた半導体薄膜はランダムに突起が形成されていた。照射強度は基板上で600mJ/cm、ステップ幅は基板上で0.2μmである。走査方向と平行にキャリアが移動するようにチャネルを設けて、チャネル長1.4μm、チャネル幅1.4μmのn形TFT及びp形TFTを作製した。結晶粒界位置が制御されていないことから、チャネル内に結晶粒界が存在した。得られたTFTの移動度はn形が320cm/Vs、p形が120cm/Vsであった。また、n形TFT100個に対するしきい値電圧のばらつきは0.15Vであった。 The semiconductor thin film obtained by the comparative example had protrusions formed randomly. The irradiation intensity is 600 mJ / cm 2 on the substrate, and the step width is 0.2 μm on the substrate. A channel was provided so that carriers moved in parallel with the scanning direction, and an n-type TFT and a p-type TFT having a channel length of 1.4 μm and a channel width of 1.4 μm were manufactured. Since the grain boundary position was not controlled, there was a grain boundary in the channel. Mobility of the resulting TFT has n-type is 320cm 2 / Vs, p-type was 120 cm 2 / Vs. The variation in threshold voltage for 100 n-type TFTs was 0.15V.

上記2種類のTFTの移動度比較から、本発明の要件を満たすTFTによれば、従来のTFTより移動度の高いTFTが得られることは明らかであり、本発明により高性能のTFTを提供することができる。また、実施例7に示したTFTと比較して、移動度が高いことから、本発明において、帯状結晶粒内にチャネルを形成することで、更に高性能のTFTが得られることは明らかである。また、本発明の要件を満たすTFTによれば、従来の細線ビームによって製造したランダムな突起を有する半導体薄膜を用いたTFTと比較して、しきい値電圧のばらつきが小さいTFTが得られることは明らかであり、本発明により高性能のTFTを提供することができる。   From the mobility comparison of the above two types of TFTs, it is clear that a TFT satisfying the requirements of the present invention can provide a TFT with higher mobility than conventional TFTs, and the present invention provides a high-performance TFT. be able to. In addition, since the mobility is higher than that of the TFT shown in Example 7, it is apparent that a higher performance TFT can be obtained by forming a channel in the band-like crystal grains in the present invention. . In addition, according to the TFT satisfying the requirements of the present invention, it is possible to obtain a TFT having a small variation in threshold voltage as compared with a TFT using a semiconductor thin film having a random protrusion manufactured by a conventional thin beam. Clearly, the present invention can provide a high-performance TFT.

実施例1と同様のレーザアニール装置を用いて、図2(1)に示すように凹パターンを周期的に形成した形状のマスクを用いて、300μmに渡って走査照射を行い、走査方向と垂直な方向に連続的に並んだ結晶成長幅2μmの帯状結晶粒を作製した。照射条件を表7に示す。照射強度は基板上での値である。ステップ幅は各照射間に走査する基板上の距離である。表中の開口部幅203、凹部長202、凹部幅204、凸部長205はマスク上の値である。マスクを通過したビームは、基板上では図2(2)に示す形状となる。基板上でのビームサイズは、マスク上のビームサイズの1/3の値となる。つまり、ビーム幅303は6μm、ビーム凹部長302は1μm、ビーム凹部幅304は3μm、ビーム凸部長305は1μmである。   Using the same laser annealing apparatus as in Example 1, scanning irradiation is performed over 300 μm using a mask having a shape in which concave patterns are periodically formed as shown in FIG. 2A, and is perpendicular to the scanning direction. Band-like crystal grains having a crystal growth width of 2 μm continuously arranged in various directions were produced. Table 7 shows the irradiation conditions. The irradiation intensity is a value on the substrate. The step width is the distance on the substrate scanned between each irradiation. The opening width 203, concave portion length 202, concave portion width 204, and convex portion length 205 in the table are values on the mask. The beam that has passed through the mask has the shape shown in FIG. 2B on the substrate. The beam size on the substrate is 1/3 of the beam size on the mask. That is, the beam width 303 is 6 μm, the beam concave portion length 302 is 1 μm, the beam concave portion width 304 is 3 μm, and the beam convex portion length 305 is 1 μm.

得られた半導体薄膜は実施例で説明した通り、図3(3)に示すように、碁盤目状に突起317が結晶粒界315上のみに形成されていた。図3(3)に示す本発明の実施例により得られた半導体薄膜を用いて薄膜トランジスタを製造した。具体的に説明すると、図11(1)に示すように、本発明の実施例に係る半導体薄膜は、レーザビームを走査した走査方向に沿って平行な結晶粒界1003が形成され、その結晶粒界1003で挟まれた領域に前記走査方向に沿って単結晶領域(帯状結晶領域)1002が形成されている。これは、本発明の実施例によれば、結晶粒界1003の位置が制御されて、これらの結晶粒界1003がレーザビームの走査方向に平行に形成されることを示している。   As described in the examples, the obtained semiconductor thin film had protrusions 317 formed only on the crystal grain boundaries 315 in a grid pattern as shown in FIG. A thin film transistor was manufactured using the semiconductor thin film obtained by the example of the present invention shown in FIG. More specifically, as shown in FIG. 11 (1), the semiconductor thin film according to the embodiment of the present invention has crystal grain boundaries 1003 formed in parallel along the scanning direction in which the laser beam is scanned. A single crystal region (band crystal region) 1002 is formed in the region sandwiched by the boundaries 1003 along the scanning direction. This indicates that according to the embodiment of the present invention, the positions of the crystal grain boundaries 1003 are controlled, and these crystal grain boundaries 1003 are formed in parallel with the scanning direction of the laser beam.

図11(1)に示すように、単結晶領域1002,1002a,1002b及び結晶粒界1003を含む領域にアイランド1001を形成した。このアイランド1001は、前記走査方向での長さが4μm,前記走査方向に対して直交方向での長さが5μmである矩形状に形成した。さらに図11(2)に示すように、結晶粒界1003で挟まれた単結晶領域1002を活性層とし、かつキャリアが活性層(1002)内をレーザビームの走査方向と直交する方向に移動するようにする。そのため、活性層(1002)を挟んで前記走査方向と直交する方向にドレイン領域1102とソース領域1101とを形成した。そして、図示しないドレイン電極とドレイン領域1102とを接続するコンタクト1105を図示しない絶縁膜に形成した。同様に、図示しないソース電極とソース領域1101とを接続するコンタクト1104を図示しない絶縁膜に形成した。またゲート電極1103を形成した。これにより、キャリアの移動方向は前記走査方向と直交する方向となり、活性層1002のチャネル長1.4μm、チャネル幅4μmのn形TFT及びp形TFTを作製した。   As shown in FIG. 11A, an island 1001 is formed in a region including single crystal regions 1002, 1002a, 1002b and a crystal grain boundary 1003. The island 1001 was formed in a rectangular shape having a length of 4 μm in the scanning direction and a length of 5 μm in a direction orthogonal to the scanning direction. Further, as shown in FIG. 11B, the single crystal region 1002 sandwiched between the crystal grain boundaries 1003 is used as an active layer, and carriers move in the active layer (1002) in a direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam. Like that. Therefore, a drain region 1102 and a source region 1101 are formed in a direction perpendicular to the scanning direction with the active layer (1002) interposed therebetween. Then, a contact 1105 for connecting a drain electrode (not shown) and the drain region 1102 was formed on an insulating film (not shown). Similarly, a contact 1104 that connects a source electrode (not shown) and the source region 1101 was formed on an insulating film (not shown). A gate electrode 1103 was formed. As a result, the carrier movement direction was perpendicular to the scanning direction, and an n-type TFT and a p-type TFT having a channel length of 1.4 μm and a channel width of 4 μm of the active layer 1002 were fabricated.

得られたTFTの移動度はn形が520cm/Vs、p形が200cm/Vsであった。ここで、結晶粒幅2μmの帯状結晶粒に対し、粒内にチャネルを形成するためにはチャネル長を2μm以下、好ましくは1.8μm以下にすることが望ましい。また、n形TFT100個に対するしきい値のばらつきは0.15Vであった。 Mobility of the resulting TFT has n-type is 520cm 2 / Vs, p-type was 200 cm 2 / Vs. Here, in order to form a channel in the grain of a band-like crystal grain having a crystal grain width of 2 μm, the channel length is desirably 2 μm or less, preferably 1.8 μm or less. The variation in threshold value for 100 n-type TFTs was 0.15V.

ここで、比較のため、実施例1と同様のレーザアニール装置を用いて、凹パターンがない細線パターンのマスクによって(開口部長270μm(基板上では90μm)、開口部幅9.9μm(基板上では3.3μm))成形されたビームを長さ300μmに渡って、走査照射を行い、多結晶膜を作製した。得られた半導体薄膜はランダムに突起が形成されていた。照射強度は基板上で600mJ/cm、ステップ幅は基板上で0.2μmである。 Here, for comparison, using the same laser annealing apparatus as in Example 1, using a fine line pattern mask without a concave pattern (opening length 270 μm (90 μm on the substrate), opening width 9.9 μm (on the substrate) 3.3 μm)) The shaped beam was scanned for a length of 300 μm to produce a polycrystalline film. Protrusions were randomly formed on the obtained semiconductor thin film. The irradiation intensity is 600 mJ / cm 2 on the substrate, and the step width is 0.2 μm on the substrate.

走査方向と平行にキャリアが移動するようにチャネルを設けて、チャネル長1.4μm、チャネル幅4μmのn形TFT及びp形TFTを作製した。結晶粒界位置が制御されていないことから、チャネル内にキャリアの移動を遮るように結晶粒界が存在した。得られたTFTの移動度はn形が150cm/Vs、p形が100cm/Vsであった。また、n形TFT100個に対するしきい値電圧のばらつきは0.15Vであった。 A channel was provided so that carriers moved in parallel with the scanning direction, and an n-type TFT and a p-type TFT having a channel length of 1.4 μm and a channel width of 4 μm were manufactured. Since the grain boundary position was not controlled, there was a grain boundary in the channel so as to block carrier movement. Mobility of the resulting TFT has n-type is 150cm 2 / Vs, p-type was 100 cm 2 / Vs. The variation in threshold voltage for 100 n-type TFTs was 0.15V.

上記2種類のTFTの移動度比較から、本発明の要件を満たすTFTによれば、従来のTFTより移動度の高いTFTが得られることは明らかであり、本発明により高性能のTFTを提供することができる。また、実施例7に示したTFTと比較して、移動度が高いことから、本実施例のように、結晶成長幅がチャネル長より長くかつチャネル幅より短い場合、キャリア走行方向が走査方向と垂直な方向になるようにTFTを設計すれば、帯状結晶内にチャネルを形成することが可能であり、より高性能のTFTが得られる。また、本発明の要件を満たすTFTによれば、従来の細線ビームによって製造したランダムな突起を有する半導体薄膜を用いたTFTと比較して、しきい値電圧のばらつきが小さいTFTが得られることは明らかであり、本発明により高性能のTFTを提供することができる。   From the mobility comparison of the above two types of TFTs, it is clear that a TFT satisfying the requirements of the present invention can provide a TFT with higher mobility than conventional TFTs, and the present invention provides a high-performance TFT. be able to. Since the mobility is higher than that of the TFT shown in Example 7, when the crystal growth width is longer than the channel length and shorter than the channel width as in this example, the carrier traveling direction is the scanning direction. If the TFT is designed to be in a vertical direction, a channel can be formed in the band-like crystal, and a higher performance TFT can be obtained. In addition, according to the TFT satisfying the requirements of the present invention, it is possible to obtain a TFT having a small variation in threshold voltage as compared with a TFT using a semiconductor thin film having a random protrusion manufactured by a conventional thin beam. Clearly, the present invention can provide a high-performance TFT.

無アルカリガラス上に絶縁膜を成膜し、この絶縁膜上に減圧化学気相成長法を用いて、非晶質シリコン膜1601を60nm成膜した。そして、非晶質シリコン膜1601に、エネルギー密度360mJ/cm2、ステップ幅50μmで、図12(1)、(2)に示すように、XeClエキシマレーザのビーム1602をスキャン照射することにより、粒径0.1〜1μmの粒状の多結晶シリコンを形成した。前記粒状の結晶粒は、後述する帯状結晶粒と比較して、小径の結晶粒であり、本明細書では、帯状結晶粒と区別するために、粒状結晶粒1603と称する。本実施例では、XeClエキシマレーザを用いたが、使用されるレーザはKrFレーザのような他のエキシマレーザであってもよく、またNd:YAGレーザ、Nd:YLFレーザ、Nd:YVO4レーザなどの固体レーザや炭酸ガスレーザ、アルゴンガスレーザなどのガスレーザであってもよい。 An insulating film was formed on the alkali-free glass, and an amorphous silicon film 1601 was formed on the insulating film by a reduced pressure chemical vapor deposition method to a thickness of 60 nm. Then, as shown in FIGS. 12A and 12B, the amorphous silicon film 1601 is scanned with a beam 1602 of XeCl excimer laser at an energy density of 360 mJ / cm 2 and a step width of 50 μm. Granular polycrystalline silicon having a diameter of 0.1 to 1 μm was formed. The granular crystal grains are small-diameter crystal grains compared to the band-shaped crystal grains described later, and in this specification, the granular crystal grains are referred to as granular crystal grains 1603 in order to be distinguished from the band-shaped crystal grains. In this embodiment, an XeCl excimer laser is used, but the laser used may be another excimer laser such as a KrF laser, and may be an Nd: YAG laser, an Nd: YLF laser, an Nd: YVO4 laser, or the like. A gas laser such as a solid-state laser, a carbon dioxide gas laser, or an argon gas laser may be used.

次に、高移動度が要求される領域、例えば、アクティブマトリックス基板を備えた画像表示装置における駆動回路領域に、図2(1)に示す凹パターンを周期的に形成した形状のマスクを用いて、図12(3),(4)に示すように、選択的にビーム1604の走査照射を行い、走査方向と垂直な方向に連続的に並んだ図12(4)に示すような結晶成長幅2μmの帯状結晶粒1605を作製した。   Next, in a region where high mobility is required, for example, in a drive circuit region in an image display device including an active matrix substrate, a mask having a shape in which concave patterns shown in FIG. As shown in FIGS. 12 (3) and 12 (4), the scanning growth of the beam 1604 is selectively performed, and the crystal growth width as shown in FIG. 12 (4) continuously arranged in the direction perpendicular to the scanning direction. 2 μm band-like crystal grains 1605 were produced.

このときの照射条件は表7に示すとおりである。照射強度は基板上での値である。ステップ幅は、各照射間に走査する基板上の距離である。表中の開口部幅203、凹部長202、凹部幅204、凸部長205は、図2(1)におけるマスク上の値である。マスクを通過したビームは、基板上では図2(2)に示す形状となる。基板上でのビームサイズは、マスク上のビームサイズの1/3の値となる。つまり、図2(2)において、ビーム幅303は6μm、ビーム凹部長302は1μm、ビーム凹部幅304は3μm、ビーム凸部長305は1μmである。   The irradiation conditions at this time are as shown in Table 7. The irradiation intensity is a value on the substrate. The step width is the distance on the substrate scanned between each irradiation. The opening width 203, concave portion length 202, concave portion width 204, and convex portion length 205 in the table are values on the mask in FIG. The beam that has passed through the mask has the shape shown in FIG. 2B on the substrate. The beam size on the substrate is 1/3 of the beam size on the mask. That is, in FIG. 2B, the beam width 303 is 6 μm, the beam concave portion length 302 is 1 μm, the beam concave portion width 304 is 3 μm, and the beam convex portion length 305 is 1 μm.

次に、基板を90度回転した後、図12(5),(6)に示すように、図2(1)に示す凹パターンを周期的に形成した形状のマスクを用いて、ビーム1606の走査照射を行った。照射条件は表7に示すとおりである。なお、基板を90度回転させず、走査方向を90度回転させて照射を行ってもよい。   Next, after the substrate is rotated by 90 degrees, as shown in FIGS. 12 (5) and 12 (6), a mask having a shape in which the concave pattern shown in FIG. 2 (1) is periodically formed is used. Scanning irradiation was performed. The irradiation conditions are as shown in Table 7. Note that irradiation may be performed by rotating the scanning direction by 90 degrees without rotating the substrate by 90 degrees.

得られた粒状結晶粒1603及び帯状結晶粒1605を活性層に用いて、TFTを作製した。帯状結晶粒1605を用いたTFTでは、チャネル方向と走査方向とを平行にして作製した。その結果、n形で520cm/Vs、p形で200cm/Vsの高移動度が得られた。帯状結晶粒1605を活性層に用いたTFTのチャネル方向は、走査方向であっても、走査方向と垂直の方向であっても、高移動度が得られる。したがって、レーザの走査方向及びTFTのチャネル方向は、それぞれ適宜設計すればよい。 A TFT was fabricated using the obtained granular crystal grains 1603 and band-shaped crystal grains 1605 as an active layer. In the TFT using the band-like crystal grain 1605, the channel direction and the scanning direction were made parallel. As a result, 520cm 2 / Vs, high mobility of 200 cm 2 / Vs at the p-type was obtained at n-type. High mobility can be obtained regardless of whether the channel direction of the TFT using the band-like crystal grain 1605 as the active layer is the scanning direction or the direction perpendicular to the scanning direction. Therefore, the laser scanning direction and the TFT channel direction may be appropriately designed.

このように、ステップ幅を短くする必要がある凹パターンを有するビーム走査照射を、高移動度を要する領域に選択的に施すことにより、基板全面を照射する場合と比較して、基板1枚あたりの処理速度を向上させることができる。   In this way, by selectively performing the beam scanning irradiation having the concave pattern that needs to reduce the step width to the region that requires high mobility, compared with the case where the entire surface of the substrate is irradiated, The processing speed can be improved.

以上説明した本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタについて要約する。本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタは、平行な結晶粒界(603,803,1003)で挟まれた領域に形成された帯状結晶領域(602,802,1002)を有し、前記キャリアの移動方向を前記結晶粒界の長さ方向に設定した第1の活性層と、前記キャリアの移動方向を前記結晶粒界と交差する方向に設定した第2の活性層とのうち少なくとも一方の活性層が前記単結晶膜に形成されている。   The thin film transistor according to the embodiment of the present invention described above will be summarized. A thin film transistor according to an embodiment of the present invention has a band-like crystal region (602, 802, 1002) formed in a region sandwiched between parallel crystal grain boundaries (603, 803, 1003), and the moving direction of the carrier At least one of the first active layer set in the length direction of the crystal grain boundary and the second active layer set in the direction crossing the crystal grain boundary in the carrier movement direction. The single crystal film is formed.

前記第1の活性層を有している場合には、前記第1の活性層のドレイン領域(703,903)とソース領域(701,902)とが、前記活性層を挟んで前記結晶粒界(603,803)の長さ方向に沿って形成されている。この場合、前記第1の活性層の前記ソース領域と前記ドレイン領域とが、前記結晶粒界及び前記帯状結晶領域を含んで形成される。或いは、前記第1の活性層の前記ソース領域と前記ドレイン領域とが、前記帯状結晶領域の領域内にのみ形成される。   In the case of having the first active layer, the drain region (703, 903) and the source region (701, 902) of the first active layer have the crystal grain boundary sandwiching the active layer. It is formed along the length direction of (603, 803). In this case, the source region and the drain region of the first active layer are formed including the crystal grain boundary and the band-like crystal region. Alternatively, the source region and the drain region of the first active layer are formed only within the region of the band-shaped crystal region.

前記第2の活性層を有している場合には、前記第2の活性層のドレイン領域(1102)とソース領域(1101)とが、前記活性層を挟んで前記結晶粒界(1003)の長さ方向と交差する方向に沿って形成されている。この場合、前記第2の活性層の前記ソース領域と前記ドレイン領域とが、前記結晶粒界及び前記帯状結晶領域を含んで形成される。   In the case of having the second active layer, the drain region (1102) and the source region (1101) of the second active layer have the crystal grain boundary (1003) sandwiched between the active layers. It is formed along the direction intersecting the length direction. In this case, the source region and the drain region of the second active layer are formed including the crystal grain boundary and the band crystal region.

前記第1の活性層と前記第2の活性層とを有している場合には、前記第1の活性層のドレイン領域とソース領域とが、前記活性層を挟んで前記結晶粒界の長さ方向と交差する方向に沿って形成され、前記第2の活性層のドレイン領域とソース領域とが、前記活性層を挟んで前記結晶粒界の長さ方向と交差する方向に沿って形成される。   In the case where the first active layer and the second active layer are included, the drain region and the source region of the first active layer have a length of the crystal grain boundary across the active layer. The drain region and the source region of the second active layer are formed along a direction intersecting the length direction of the crystal grain boundary with the active layer interposed therebetween. The

また本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタは、粒状結晶粒からなる半導体薄膜(1603)と、前記半導体薄膜の一方向に沿って形成された、前記粒状結晶粒より粒径が大きい結晶粒からなる帯状結晶粒(1605)とを有し、前記半導体薄膜と前記帯状結晶粒とに活性層をそれぞれ形成するようにしてもよいものである。   A thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor thin film (1603) made of granular crystal grains, and a belt-like shape made of crystal grains having a grain size larger than the granular crystal grains formed along one direction of the semiconductor thin film. And an active layer may be formed on each of the semiconductor thin film and the band-shaped crystal grains.

本発明に係るレーザアニール装置を示す図である。It is a figure which shows the laser annealing apparatus which concerns on this invention. 図2(1)は本発明に係るマスクの第一例を示す平面図であり、図2(2)はそのビーム形状を示す平面図である。FIG. 2 (1) is a plan view showing a first example of a mask according to the present invention, and FIG. 2 (2) is a plan view showing its beam shape. 本発明に係るレーザアニール工程を示す図であり、図3(1)〜(3)の順に工程が進行する。It is a figure which shows the laser annealing process which concerns on this invention, and a process progresses in order of Fig.3 (1)-(3). 図4(1)は本発明に係るマスクの第二例を示す平面図であり、図4(2)はそのビーム形状を示す平面図である。FIG. 4A is a plan view showing a second example of the mask according to the present invention, and FIG. 4B is a plan view showing the beam shape. 実施例1により形成された多結晶膜表面のSEM像を示す図である。2 is a diagram showing an SEM image of the surface of a polycrystalline film formed in Example 1. FIG. 実施例2により形成された多結晶膜表面のSEM像を示す図である。6 is a diagram showing an SEM image of the surface of a polycrystalline film formed in Example 2. FIG. 図7(1)は実施例3により形成された多結晶膜表面のSEM像を示す図であり、図7(2)は実施例4により形成された多結晶膜表面のSEM像を示す図である。FIG. 7 (1) is a diagram showing an SEM image of the surface of the polycrystalline film formed in Example 3, and FIG. 7 (2) is a diagram showing an SEM image of the surface of the polycrystalline film formed in Example 4. is there. 図8(1)は実施例5により形成された多結晶膜表面のSEM像を示す図であり、図8(2)は実施例6により形成された多結晶膜表面のSEM像を示す図である。FIG. 8A is a diagram showing an SEM image of the surface of the polycrystalline film formed in Example 5, and FIG. 8B is a diagram showing an SEM image of the surface of the polycrystalline film formed in Example 6. is there. 図9(1)は実施例7により形成された多結晶膜表面の模式図であり、図9(2)は実施例7のTFTを示す模式図である。FIG. 9A is a schematic diagram of the surface of the polycrystalline film formed in Example 7, and FIG. 9B is a schematic diagram showing the TFT of Example 7. 図10(1)は実施例8により形成された多結晶膜表面の模式図であり、図10(2)は実施例8のTFTを示す図である。FIG. 10A is a schematic view of the surface of the polycrystalline film formed in Example 8, and FIG. 10B is a diagram showing the TFT in Example 8. 図11(1)は実施例9により形成された多結晶膜表面の模式図であり、図11(2)は実施例9のTFTを示す図である。FIG. 11 (1) is a schematic view of the surface of the polycrystalline film formed in Example 9, and FIG. 11 (2) is a diagram showing the TFT in Example 9. 図12は実施例10を示す平面図であり、図12(1)〜(6)の順に工程が進行する。FIG. 12 is a plan view showing Example 10, and the process proceeds in the order of FIGS. 従来のTFTの製造工程を示す断面図であり、図13(1)〜(3)の順に工程が進行する。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the conventional TFT, and a process progresses in order of FIG. 13 (1)-(3). 第1従来技術のレーザアニール工程を示す平面図であり、図14(1)〜(5)の順に工程が進行する。It is a top view which shows the laser annealing process of 1st prior art, and a process progresses in order of FIG. 14 (1)-(5). 図15(1)は第2従来技術のマスクを示す平面図であり、図15(2)は第2従来技術の多結晶膜表面の模式図である。FIG. 15A is a plan view showing the mask of the second prior art, and FIG. 15B is a schematic view of the surface of the polycrystalline film of the second prior art.

符号の説明Explanation of symbols

101 レーザ発振器
102 ビーム
103 ミラー
104 ホモジナイザ
105 マスク
106 マスクステージ
107 縮小レンズ
108 ウィンドウ
109 チャンバ
110 基板
111 基板ステージ
201,401 開口部長
202,404 凹部長
203,402 開口部幅
204,403 凹部幅
205 凸部長
206,405 遮光部
207,406 透過部
301,501 ビーム長
302,504 ビーム凹部長
303,502 ビーム幅
304,503 ビーム凹部幅
305 ビーム凸部長
306,505 ビーム
601,801,1001 アイランド
602,802,1002 帯状結晶領域
603,803,1003 結晶粒界
701,902,1101 ソース
702,901,1103 ゲート
703,903,1102 ドレイン
704,904,1104 コンタクト
101 laser oscillator
102 beam
103 mirror
104 Homogenizer
105 mask
106 Mask stage
107 Reduction lens
108 windows
109 chamber
110 substrates
111 Substrate stage
201, 401 Opening length
202, 404 Concave length
203, 402 Opening width
204, 403 Recess width
205 Convex length
206,405 Shading part
207,406 Transmission part
301, 501 Beam length
302,504 Beam recess length
303,502 Beam width
304, 503 Beam recess width
305 Beam convex length
306, 505 beam
601, 801, 1001 island
602, 802, 1002 Band crystal region
603, 803, 1003 Grain boundary
701, 902, 1101 source
702, 901, 1103 Gate
703, 903, 1102 drain
704, 904, 1104 contacts

Claims (21)

絶縁基板上に形成された半導体薄膜にレーザビームを照射して、前記半導体薄膜に結晶粒を成長させる半導体薄膜の製造方法において、
レーザビームの整形工程において、前記半導体薄膜上に照射されるレーザビームの照射パターンを、矩形状であって、かつその1辺に制御パターンを有する形状に整形することを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
In a method of manufacturing a semiconductor thin film in which a semiconductor thin film formed on an insulating substrate is irradiated with a laser beam to grow crystal grains in the semiconductor thin film,
In the laser beam shaping step, a semiconductor thin film manufacturing method is characterized in that an irradiation pattern of a laser beam irradiated on the semiconductor thin film is shaped into a rectangular shape having a control pattern on one side thereof. Method.
前記制御パターンにより結晶粒界の位置制御を行いつつ前記半導体薄膜に帯状結晶粒を成長させることを特徴とする請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein band-like crystal grains are grown on the semiconductor thin film while controlling a position of a crystal grain boundary according to the control pattern. レーザビームを走査させつつ、前記制御パターンを含む前記照射パターンのレーザビームを前記半導体薄膜に照射することにより、平行な結晶粒界に挟まれた領域に、帯状結晶粒からなる帯状結晶領域を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。   By irradiating the semiconductor thin film with a laser beam having the irradiation pattern including the control pattern while scanning with a laser beam, a band-shaped crystal region composed of band-shaped crystal grains is formed in a region sandwiched between parallel crystal grain boundaries. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 1. 前記レーザビームの走査方向側の辺と反対側の辺に前記制御パターンを形成して、レーザビームの整形を行うことを特徴とする請求項3に記載の半導体薄膜の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 3, wherein the laser beam is shaped by forming the control pattern on a side opposite to the side in the scanning direction of the laser beam. 前記制御パターンを凹形状に整形することを特徴とする請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the control pattern is shaped into a concave shape. 前記制御パターンの長さ方向のビーム凹部長を、帯状結晶粒の結晶成長幅が最大となる前記制御パターンの幅方向のビーム凹部幅以下に設定することを特徴とする請求項5に記載の半導体薄膜の製造方法。   6. The semiconductor according to claim 5, wherein the length of the beam concave portion in the length direction of the control pattern is set to be equal to or smaller than the width of the beam concave portion in the width direction of the control pattern that maximizes the crystal growth width of the band-like crystal grains. Thin film manufacturing method. 前記制御パターンの幅方向のビーム凹部幅を、帯状結晶粒の結晶成長幅が最大となる前記制御パターンの幅方向のビーム凹部幅以上に設定することを特徴とする請求項5に記載の半導体薄膜の製造方法。   6. The semiconductor thin film according to claim 5, wherein the width of the beam recess in the width direction of the control pattern is set to be equal to or greater than the width of the beam recess in the width direction of the control pattern that maximizes the crystal growth width of the band-like crystal grains. Manufacturing method. 前記制御パターンを前記1辺に少なくとも1以上整形することを特徴とする請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein at least one of the control patterns is shaped on the one side. 前記制御パターンを整形する周期を、帯状結晶粒の結晶成長幅と同一の長さ以下に設定することを特徴とする請求項8に記載の半導体薄膜の製造方法。   9. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to claim 8, wherein a period for shaping the control pattern is set to be equal to or shorter than a crystal growth width of the band-like crystal grains. 粒状結晶粒からなる前記半導体薄膜に、前記制御パターンを有する照射パターンのレーザビームを照射し、前記半導体薄膜の結晶粒より大きい結晶粒からなる帯状結晶粒を前記半導体薄膜に結晶成長させることを特徴とする請求項1に記載の半導体薄膜の製造方法。   The semiconductor thin film made of granular crystal grains is irradiated with a laser beam having an irradiation pattern having the control pattern, and band-like crystal grains made of crystal grains larger than the crystal grains of the semiconductor thin film are grown on the semiconductor thin film. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 1. 半導体薄膜に結晶粒を成長させるためのレーザビームを整形するビーム整形用マスクにおいて、
前記マスクの本体は、レーザビームを透過する透過領域を、矩形状であって、かつその1辺に遮蔽パターンを有する開口形状に形成したことを特徴とするビーム整形用マスク。
In a beam shaping mask for shaping a laser beam for growing crystal grains in a semiconductor thin film,
The mask body is characterized in that the mask body is formed with a transmission region transmitting a laser beam in a rectangular shape and having an opening shape having a shielding pattern on one side thereof.
前記遮蔽パターンを、レーザビームの遮光領域から前記透過領域に向けて突出した凸パターンの形状に形成したことを特徴とする請求項11に記載のビーム整形用マスク。   12. The beam shaping mask according to claim 11, wherein the shielding pattern is formed in the shape of a convex pattern protruding from the laser beam shielding region toward the transmission region. 前記遮蔽パターンの長さ方向の凹部長を、帯状結晶粒の結晶成長幅が最大となる前記遮蔽パターンの凹部幅以下に設定したことを特徴とする請求項12に記載のビーム整形用マスク。   13. The beam shaping mask according to claim 12, wherein the length of the concave portion in the length direction of the shielding pattern is set to be equal to or smaller than the width of the concave portion of the shielding pattern that maximizes the crystal growth width of the band-like crystal grains. 前記遮蔽パターンの幅方向の凹部幅を、帯状結晶粒の結晶成長幅が最大となる前記遮蔽パターンの凹部幅以上に設定したことを特徴とする請求項12に記載のビーム整形用マスク。   13. The beam shaping mask according to claim 12, wherein the width of the concave portion in the width direction of the shielding pattern is set to be equal to or larger than the width of the concave portion of the shielding pattern that maximizes the crystal growth width of the band-like crystal grains. 前記遮蔽パターンを1以上設けたことを特徴とする請求項11に記載のビーム整形用マスク。   The beam shaping mask according to claim 11, wherein at least one shielding pattern is provided. 前記遮蔽パターンを周期的に設けたことを特徴とする請求項15に記載のビーム整形用マスク。   The beam shaping mask according to claim 15, wherein the shielding pattern is provided periodically. 前記遮蔽パターンの周期を、帯状結晶粒の結晶成長幅と同一の長さ以下に設定されることを特徴とする請求項11に記載のビーム整形用マスク。   The beam shaping mask according to claim 11, wherein a period of the shielding pattern is set to be equal to or shorter than a crystal growth width of the band-shaped crystal grains. 前記透過領域の幅方向における開口幅をA,前記遮蔽パターンの幅方向における凹部幅をB,前記幅方向における帯状結晶粒の最大結晶成長距離をLとしたときに、これらの寸法関係を、2L≦A−Bに設定したことを特徴とする請求項11に記載のビーム整形用マスク。   When the opening width in the width direction of the transmission region is A, the recess width in the width direction of the shielding pattern is B, and the maximum crystal growth distance of the band-like crystal grains in the width direction is L, these dimensional relationships are 2L. The beam shaping mask according to claim 11, wherein ≦ A−B is set. 前記遮蔽パターンの長さ方向の凹部長をC,前記遮蔽パターン間の間隔である凸部長をD,前記透過領域の幅方向における帯状結晶粒の最大結晶成長距離をLとしたときに、これらの寸法関係を、2L≧C+Dの関係に設定したことを特徴とする請求項11に記載のビーム整形用マスク。   When the length of the concave portion in the length direction of the shielding pattern is C, the length of the convex portion that is an interval between the shielding patterns is D, and the maximum crystal growth distance of the band-like crystal grains in the width direction of the transmission region is L, The beam shaping mask according to claim 11, wherein the dimensional relationship is set to a relationship of 2L ≧ C + D. 前記透過領域の幅方向における開口幅をA,前記遮蔽パターンの幅方向における凹部幅をB,前記遮蔽パターンの長さ方向の凹部長をC,前記遮蔽パターン間の間隔である凸部長をDとしたときに、これらの寸法関係を、A-B≧C+Dの関係に設定したことを特徴とする請求項11に記載のビーム整形用マスク。   The opening width in the width direction of the transmission region is A, the recess width in the width direction of the shielding pattern is B, the recess length in the length direction of the shielding pattern is C, and the projection length that is an interval between the shielding patterns is D. 12. The beam shaping mask according to claim 11, wherein the dimensional relationship is set to a relationship of AB ≧ C + D. 絶縁基板上に形成された半導体薄膜からなる前駆膜にレーザビームを照射して、前記前駆膜に結晶粒を成長させる半導体薄膜の製造装置において、
レーザビームを整形するビーム整形用マスクを有し、
前記ビーム整形用マスクは、レーザビームを透過する透過領域を、矩形状であって、かつその1辺に遮蔽パターンを有する開口形状に形成したものであることを特徴とする半導体薄膜の製造装置。
In a semiconductor thin film manufacturing apparatus in which a precursor film made of a semiconductor thin film formed on an insulating substrate is irradiated with a laser beam to grow crystal grains on the precursor film,
A beam shaping mask for shaping the laser beam;
2. The semiconductor thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the beam shaping mask is formed by forming a transmission region that transmits a laser beam into a rectangular shape having an opening shape having a shielding pattern on one side thereof.
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