JP5214662B2 - Method for producing polycrystalline silicon thin film - Google Patents

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Description

本発明は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイの画素スイッチや駆動回路に用いられる薄膜トランジスタの多結晶あるいは単結晶半導体膜の製造に好適に用いられる結晶質半導体の製造方法およびレーザアニール装置に関するものである。   The present invention relates to a crystalline semiconductor manufacturing method and a laser annealing apparatus suitably used for manufacturing a polycrystalline or single crystal semiconductor film of a thin film transistor used in a pixel switch or a drive circuit of a liquid crystal display or an organic EL display.

液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイの画素スイッチや駆動回路に用いられる薄膜トランジスタでは、低温プロセスの製造方法の一環として、レーザを用いたレーザアニールが行われている。この方法は、基板上に成膜された非単結晶半導体膜にレーザを照射して局部的に加熱溶融した後、その冷却過程で半導体薄膜を多結晶あるいは単結晶に結晶化するものである。結晶化した半導体薄膜はキャリアの移動度が高くなるため薄膜トランジスタを高性能化できる。
上記レーザの照射においては、半導体薄膜で均質な処理が行われる必要があり、照射されるレーザが安定した照射エネルギーを有するように、一般にレーザ出力を一定にする制御がなされており、パルスレーザでは、パルスエネルギーを一定にする制御がなされている。 In a thin film transistor used for a pixel switch or a drive circuit of a liquid crystal display or an organic EL (Electro-Luminescence) display, laser annealing using a laser is performed as a part of a low temperature process manufacturing method. In this method, a non-single crystal semiconductor film formed on a substrate is irradiated with a laser to be locally heated and melted, and then the semiconductor thin film is crystallized into a polycrystal or a single crystal in the cooling process. Since the crystallized semiconductor thin film has high carrier mobility, the performance of the thin film transistor can be improved.
In the above laser irradiation, it is necessary to perform a uniform process on the semiconductor thin film. In general, the laser output is controlled to be constant so that the irradiated laser has a stable irradiation energy. The pulse energy is controlled to be constant.

ところで、上記パルスレーザに多く利用されているエキシマガスレーザは放電方式によるレーザ光を発振させる。高出力のエキシマガスレーザでは１回目の高電圧による放電後、残留電圧により複数の放電が発生し、その結果により複数のピークを持つレーザ光が発生する。その際に、２番目以後のピークは１番目のピークとその特性が異なることがある。このため、パルスレーザのパルス波形における複数の極大値同士の比を求め、この比を所定範囲に収めて結晶化シリコンの特性を一定に保つパルスレーザ発振装置が提案されている（特許文献１参照）。
このパルスレーザ発振装置では、前記パルスレーザビームの時間変化波形が２以上のピーク群を含み、そのうちの２番目のピーク群のパルスレーザビームのピーク値が最初のピーク群のパルスレーザビーム群に対して、０．３７から０．４７の範囲内となるように設定している。 By the way, an excimer gas laser that is widely used for the pulse laser oscillates a laser beam by a discharge method. In a high-power excimer gas laser, a plurality of discharges are generated due to a residual voltage after the first discharge due to a high voltage, and as a result, a laser beam having a plurality of peaks is generated. At that time, the second and subsequent peaks may have different characteristics from the first peak. For this reason, a pulse laser oscillation device has been proposed in which a ratio between a plurality of maximum values in a pulse waveform of a pulse laser is obtained, and this ratio is kept within a predetermined range to keep the characteristics of crystallized silicon constant (see Patent Document 1). ).
In this pulse laser oscillating device, the time-varying waveform of the pulse laser beam includes two or more peak groups, and the peak value of the pulse laser beam of the second peak group of the pulse laser beam group of the first peak group is Thus, it is set to be within the range of 0.37 to 0.47.

特開２００１−３３８８９２公報JP 2001-338892 A

上記のように前記特許文献１に示された装置では、ピーク比を安定した範囲にすることで、結晶化シリコンの特性を一定に保つものとしている。しかし、このような範囲のピーク比に安定させても、必ずしもシリコン薄膜の結晶化および活性化がシリコン薄膜の面内で均一にならない、という問題が発生している。
本発明者らは、さらに上記ピーク比について検証を進めた結果、ピーク比の安定化よりもピーク比の値そのものが結晶化特性の均一化に大きく寄与していることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。 As described above, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, the characteristics of crystallized silicon are kept constant by setting the peak ratio in a stable range. However, there is a problem that even if the peak ratio in such a range is stabilized, the crystallization and activation of the silicon thin film are not necessarily uniform in the plane of the silicon thin film.
As a result of further verification of the peak ratio, the present inventors have found that the value of the peak ratio itself contributes more to the homogenization of crystallization characteristics than the stabilization of the peak ratio, and completed the present invention. It has come to be.

すなわち、本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法は、基板上に形成されたアモルファスシリコン薄膜（前記基板と前記アモルファスシリコン薄膜との間に金属膜を形成されている領域と形成されていない領域とを有するものを除く）に、１つのエキシマレーザ発振器から出力されたエキシマパルスレーザを前記アモルファスシリコン薄膜を多結晶化させる所定のエネルギー密度で照射して前記アモルファスシリコン薄膜を多結晶化させる際に、多結晶化したシリコン薄膜に白色光を斜め方向から角度を変えつつ照射し、目視によって観察した際に、照射角度の如何に拘わらず照射ムラが観察されないように、前記パルスレーザが時間的強度変化において１パルスにそれぞれの半値幅が２０〜５０ｎｓの複数のピーク群を有し、前記アモルファスシリコン薄膜への照射時に、照射面上で該ピーク群のうち、最大高さを有する第１のピーク群と、その後に現れる第２のピーク群とが、ピーク強度値で（第２のピーク群）／（第１のピーク群）≦０．３５の関係を満たし、０．３５を超えないパルスレーザ波形の設定を行うことを特徴とする。 That is, the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film of the present invention, a region not formed with the region formed a metal film between the amorphous silicon thin film formed on a substrate and (the substrate and the amorphous silicon thin film the excluded) those with bets, when introducing multiple crystallizing the amorphous silicon thin film is irradiated with excimer pulse laser output from one of the excimer laser oscillator with a predetermined energy density to multi-crystallizing the amorphous silicon thin film In addition, the pulsed laser is temporally applied so that the non-uniform irradiation is not observed regardless of the irradiation angle when the polycrystalline silicon thin film is irradiated with white light while changing the angle from an oblique direction and visually observed. each half width in one pulse at intensity variation has a plurality of peaks of 20～50Ns, the Amorufu Upon irradiation to scan the silicon thin film, of the peak group on the irradiation surface, the maximum of the first peak group having a height, and a second group of peaks appearing thereafter is the peak intensity value (second peak Group) / (first peak group) .ltoreq.0.35, and a pulse laser waveform that does not exceed 0.35 is set .

また、本発明のレーザアニール装置は、パルスレーザを出力するレーザ発振器と、前記パルスレーザを基板上に形成されたアモルファスシリコン薄膜の非晶質半導体（前記基板と前記非晶質半導体との間に金属膜を形成されている領域と形成されていない領域とを有するものを除く）に導く光学系と、前記パルスレーザを前記非晶質半導体に対し走査して照射するべく前記非晶質半導体を相対的に移動させる移動装置とを備え、前記レーザ発振器は、出力されるパルスレーザが時間的強度変化において１パルスに複数のピーク群を有し、前記非晶質半導体への照射時に、照射面上で該ピーク群のうち、最大高さを有する第１のピーク群と、その後に現れる第２のピーク群とが、ピーク強度値で（第２のピーク群）／（第１のピーク群）≦０．３５の関係を満たし、０．３５を超えないことを特徴とする。 Further, the laser annealing apparatus of the present invention includes a laser oscillator that outputs a pulsed laser, and an amorphous semiconductor of an amorphous silicon thin film formed on the substrate (between the substrate and the amorphous semiconductor). An optical system that guides the amorphous semiconductor in order to scan and irradiate the amorphous semiconductor with the pulsed laser ( excluding those having a region where a metal film is formed and a region where a metal film is not formed). And a moving device for relatively moving the laser oscillator, wherein the output pulse laser has a plurality of peak groups in one pulse in the temporal intensity change, and the irradiation surface is irradiated when irradiating the amorphous semiconductor. Above, among the peak groups, the first peak group having the maximum height and the second peak group appearing thereafter are peak intensity values (second peak group) / (first peak group). ≦ 0. Meet the 5 relationship, characterized in that it does not exceed 0.35.

本発明は、上記ピーク強度比が上記関係を満たすことで、該パルスレーザが照射された非晶質半導体が結晶化する際に、均一な結晶化特性が得られる。この比が０．３５を越えると、結晶化半導体の特性がばらつくようになる。
１つのピーク群では、複数のピークを有するものであってもよく、ピーク群の中の最大高さで当該ピーク群でのピーク強度を示すことができる。通常のエキシマレーザでは、最初に相対的に高さの大きな第１のピーク群が現れ、その後に、強度が大きく低下する極小値（最大高さの数分の１程度）を経た後、相対的に高さの小さい第２のピーク群が現れ、大きくは２つのピーク群を有している。なお、本発明としては、一パルスにピーク群が３以上現れるものであってもよい。 In the present invention, when the peak intensity ratio satisfies the above relationship, uniform crystallization characteristics can be obtained when the amorphous semiconductor irradiated with the pulse laser is crystallized. If this ratio exceeds 0.35, the characteristics of the crystallized semiconductor will vary.
One peak group may have a plurality of peaks, and the peak intensity in the peak group can be indicated by the maximum height in the peak group. In a normal excimer laser, a first peak group having a relatively high height appears first, and then after a minimum value (about a fraction of the maximum height) at which the intensity decreases greatly, A second peak group having a small height appears, and two peak groups are roughly included. In the present invention, three or more peak groups may appear in one pulse .

該パルスレーザは、レーザ発振器から出力される際に上記ピーク強度比を満たしていることが必要である。１つのパルスに時間的な強度変化で複数のピーク群を有する場合、通常は各ピーク群の高さを別々に調整することはできない。このため、レーザ発振器から出力される際に、少なくとも上記ピーク強度比を満たしているようにする。また、パルスレーザは光学系などを介することでレーザ波形が変化し、パルスレーザの最大高さが低くなることがある。この場合、第１のピーク群の強度が低くなるため、上記ピーク強度比は大きくなる傾向がある。したがって、上記ピーク強度比が光路で変化するような場合には、非晶質半導体に照射される際のパルスレーザのピーク強度比が上記条件を満たすように、レーザ発振器から出力されるパルスレーザの前記比を０．３５以下であって、前記変化を見越した値（より小さい値）にする。   The pulse laser needs to satisfy the peak intensity ratio when it is output from a laser oscillator. When a single pulse has a plurality of peak groups with temporal intensity changes, it is usually impossible to adjust the height of each peak group separately. For this reason, at the time of output from the laser oscillator, at least the peak intensity ratio is satisfied. Further, the pulse laser may change its laser waveform through an optical system or the like, and the maximum height of the pulse laser may be lowered. In this case, since the intensity of the first peak group decreases, the peak intensity ratio tends to increase. Therefore, when the peak intensity ratio changes in the optical path, the pulse laser output from the laser oscillator is set so that the peak intensity ratio of the pulse laser when the amorphous semiconductor is irradiated satisfies the above condition. The ratio is set to 0.35 or less and a value that allows for the change (a smaller value).

パルスレーザの出力は、パルスエネルギーで７００ｍＪ以上とするのが望ましく、さらに８５０ｍＪとするのが一層望ましい。パルスエネルギーの出力が小さいと、前記ピーク強度比は小さくなる傾向にあるが、低いパルスエネルギーでは、光路に配置してレーザの透過率を調整する減衰器の調整範囲が小さくなる。   The output of the pulse laser is preferably 700 mJ or more in terms of pulse energy, and more preferably 850 mJ. When the output of pulse energy is small, the peak intensity ratio tends to be small. However, when the pulse energy is low, the adjustment range of the attenuator that is arranged in the optical path and adjusts the transmittance of the laser is small.

本発明では、非晶質半導体として、基板に形成されたアモルファスシリコン薄膜が好適な対象となる。基板には通常はガラス基板が用いられるが、本発明としては基板の材質が特に限定されるものではなく、その他の材質であってもよい。アモルファスシリコン薄膜は、通常は、４０〜１００ｎｍの厚さに形成されているが、本発明としてはその厚さが特に限定されるものではない。   In the present invention, an amorphous silicon thin film formed on a substrate is a suitable target as an amorphous semiconductor. A glass substrate is usually used as the substrate, but the material of the substrate is not particularly limited in the present invention, and other materials may be used. The amorphous silicon thin film is usually formed to a thickness of 40 to 100 nm, but the thickness is not particularly limited in the present invention.

また、パルスレーザとしては、好適には、波長３０８ｎｍのエキシマレーザが挙げられる。ただし、本発明としてはパルスレーザの種別がこれに限定されるものではない。   As the pulse laser, an excimer laser with a wavelength of 308 nm is preferably used. However, in the present invention, the type of the pulse laser is not limited to this.

以上のように、この発明によれば、非晶質半導体にパルスレーザを照射して前記非晶質半導体を結晶化させる際に、前記パルスレーザが時間的強度変化において１パルスに複数のピーク群を有し、前記非晶質半導体への照射時に、該ピーク群のうち、最大高さを有する第１のピーク群と、その後に現れる第２のピーク群とが、ピーク強度値で（第２のピーク群）／（第１のピーク群）≦０．３５の関係を満たすものとするので、均一な結晶質半導体を得られる効果がある。   As described above, according to the present invention, when an amorphous semiconductor is irradiated with a pulse laser to crystallize the amorphous semiconductor, the pulse laser has a plurality of peak groups in one pulse in a temporal intensity change. Among the peak groups, the first peak group having the maximum height and the second peak group appearing thereafter are peak intensity values when the amorphous semiconductor is irradiated. Since the relationship of (peak group) / (first peak group) ≦ 0.35 is satisfied, there is an effect of obtaining a uniform crystalline semiconductor.

本発明の一実施形態のレーザアニール装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the laser annealing apparatus of one Embodiment of this invention. 同じく、実施例におけるパルスレーザのパルス波形を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the pulse waveform of the pulse laser in an Example. 同じく、実施例における各エネルギー密度でのＳＥＭ写真を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the SEM photograph in each energy density in an Example. 同じく、実施例における照射ムラを示す多結晶シリコン薄膜を示す概念図である。Similarly, it is the conceptual diagram which shows the polycrystalline-silicon thin film which shows the irradiation nonuniformity in an Example.

以下に、この発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
以下に、本発明の一実施形態を図１に基づき説明する。
この実施形態の結晶質膜の製造方法では、フラットパネルディスプレイＴＦＴデバイスに用いられる基板８を対象にし、該基板８上には非晶質膜としてアモルファスシリコン薄膜８ａが形成されているものとする。アモルファスシリコン薄膜８ａは、常法により基板８の上層に形成され、脱水素処理がなされている。
ただし、本発明としては、対象となる基板およびこれに形成された非晶質膜の種別がこれに限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the crystalline film manufacturing method of this embodiment, the substrate 8 used in the flat panel display TFT device is targeted, and an amorphous silicon thin film 8a is formed on the substrate 8 as an amorphous film. The amorphous silicon thin film 8a is formed on the upper layer of the substrate 8 by a conventional method and subjected to dehydrogenation treatment.
However, in the present invention, the type of the target substrate and the amorphous film formed thereon is not limited thereto.

図１は、本発明の一実施形態の結晶質膜の製造方法に用いられるエキシマレーザアニール処理装置１を示すものであり、該エキシマレーザアニール処理装置１は、本発明のレーザアニール装置に相当する。
エキシマレーザアニール処理装置１では、３０８ｎｍの波長を有しパルス周波数１〜６００Ｈｚ、パルス幅（FWHM：full width at half maximum）２０〜５０ｎｓのパルスレーザを出力するエキシマレーザ発振器２が除振台６に設置されており、該エキシマレーザ発振器２には、パルス信号を生成する制御回路２ａが備えられている。 FIG. 1 shows an excimer laser annealing apparatus 1 used in a method for producing a crystalline film according to an embodiment of the present invention. The excimer laser annealing apparatus 1 corresponds to the laser annealing apparatus of the present invention. .
In the excimer laser annealing apparatus 1, an excimer laser oscillator 2 that outputs a pulse laser having a wavelength of 308 nm, a pulse frequency of 1 to 600 Hz, and a pulse width (FWHM: full width at half maximum) of 20 to 50 ns is provided in the vibration isolation table 6. The excimer laser oscillator 2 is provided with a control circuit 2a that generates a pulse signal.

また、エキシマレーザ発振器２から出力されるパルスレーザは、図２に示すように１パルスに、時間的変化において２つのピーク群Ａ、Ｂを有しており、最大高さを有する第１のピーク群Ａのピーク強度ａに対し、第２のピーク群Ｂのピーク強度ｂとは、ｂ／ａが０．３５以下の条件を満たしている。２番目以後ピークのみを１番目のピークと別に成形することが出来ないことと、２番目以後のピークの制御は出来ないために２番目以後のピークの強度を下げたパルスレーザを出力することが必要である。該パルスレーザ波形の設定は、レーザの発振回路の設計やレーザ発振器のエネルギーの設定またはエキシマガスレーザのガス混合比などによって行うことができる。
上記エキシマレーザ発振器２は、本発明のレーザ発振器に相当する。 Further, the pulse laser output from the excimer laser oscillator 2 has two peak groups A and B in a temporal change as shown in FIG. 2, and the first peak having the maximum height. With respect to the peak intensity a of the group A, the peak intensity b of the second peak group B satisfies the condition that b / a is 0.35 or less. Since only the second and subsequent peaks cannot be formed separately from the first peak, and the second and subsequent peaks cannot be controlled, a pulse laser with a reduced intensity of the second and subsequent peaks can be output. is necessary. The setting of the pulse laser waveform can be performed by designing the laser oscillation circuit, setting the energy of the laser oscillator, or the gas mixing ratio of the excimer gas laser.
The excimer laser oscillator 2 corresponds to the laser oscillator of the present invention.

エキシマレーザ発振器２の出力側には、減衰器３が配置されており、減衰器３の出力側には、結合器４を介して光ファイバ５が接続されている。光ファイバ５の伝送先には、集光レンズ７０ａ、７０ｂと該集光レンズ７０ａ、７０ｂ間に配置したビームホモジナイザ７１ａ、７１ｂ等を備える光学系７が接続されている。光学系７には、その他に、ミラーなどの適宜の光学部材を備えるものであってもよい。本発明としては光学系の内容が特に限定されるものではなく、適宜の光学部材によって構成することができる。光学系７では、パルスレーザを導く他に、適宜のビーム形状に整形することができる。   An attenuator 3 is disposed on the output side of the excimer laser oscillator 2, and an optical fiber 5 is connected to the output side of the attenuator 3 via a coupler 4. An optical system 7 including condensing lenses 70a and 70b and beam homogenizers 71a and 71b disposed between the condensing lenses 70a and 70b is connected to the transmission destination of the optical fiber 5. In addition, the optical system 7 may include an appropriate optical member such as a mirror. In the present invention, the content of the optical system is not particularly limited, and can be constituted by an appropriate optical member. The optical system 7 can be shaped into an appropriate beam shape in addition to guiding the pulse laser.

光学系７の出射方向には、基板８を載置する基板載置台９が設置されている。光学系７は、パルスレーザを照射面形状で長方形またはラインビーム状に整形するように設定されている。上記基板載置台９は、該基板載置台９の面方向（ＸＹ方向）に沿って移動可能になっており、該基板載置台９を前記面方向に沿って高速移動させる移動装置１０が備えられている。   A substrate mounting table 9 on which the substrate 8 is mounted is installed in the emission direction of the optical system 7. The optical system 7 is set so as to shape the pulse laser into a rectangular shape or a line beam shape with an irradiation surface shape. The substrate mounting table 9 is movable along the surface direction (XY direction) of the substrate mounting table 9 and includes a moving device 10 that moves the substrate mounting table 9 at high speed along the surface direction. ing.

次に、上記エキシマレーザアニール処理装置１を用いたアモルファスシリコン薄膜の結晶化方法について説明する。
先ず、基板載置台９上に、アモルファスシリコン薄膜８ａが上層に形成された基板８を載置する。
制御回路２ａでは、予め設定されたパルス周波数（１〜６００Ｈｚ）、パルス幅（FWHM）２０〜５０ｎｓ、前記パルスエネルギーのパルスレーザが出力されるようにパルス信号が生成され、該パルス信号によってエキシマレーザ発振器２より３０８ｎｍの波長のパルスレーザが出力される。 Next, a method for crystallizing an amorphous silicon thin film using the excimer laser annealing apparatus 1 will be described.
First, the substrate 8 on which the amorphous silicon thin film 8a is formed as an upper layer is placed on the substrate platform 9.
In the control circuit 2a, a pulse signal is generated so that a pulse laser having a preset pulse frequency (1 to 600 Hz), a pulse width (FWHM) of 20 to 50 ns and the pulse energy is output, and the excimer laser is generated by the pulse signal. A pulse laser with a wavelength of 308 nm is output from the oscillator 2.

エキシマレーザ発振器２から出力されたパルスレーザは、減衰器３に至り、これを通過することで所定の減衰率で減衰される。該減衰率は、加工面でパルスレーザが所定のエネルギー密度になるように設定される。減衰器３は、減衰率を可変にしてもよい。
エネルギー密度が調整されたパルスレーザは、光ファイバ５によって伝送されて光学系７に導入される。光学系７では、上記のように集光レンズ７０ａ、７０ｂ、ビームホモジナイザ７１ａ、７１ｂなどによって短軸幅が１．０ｍｍ以下の長方形またはラインビーム状に整形され、基板８に向けて加工面において所定のエネルギー密度で照射される。また、パルスレーザは、出力時と同様に時間的変化において２つのピーク群を有しており、加工面において（第２のピーク群のピーク強度）／（第１のピーク群のピーク強度）で算出されるピーク強度比が０．３５以下になっている。 The pulse laser output from the excimer laser oscillator 2 reaches the attenuator 3 and is attenuated at a predetermined attenuation rate by passing through the attenuator 3. The attenuation rate is set so that the pulse laser has a predetermined energy density on the processing surface. The attenuator 3 may vary the attenuation rate.
The pulse laser whose energy density is adjusted is transmitted by the optical fiber 5 and introduced into the optical system 7. In the optical system 7, as described above, the short axis width is shaped into a rectangular or line beam having a short axis width of 1.0 mm or less by the condenser lenses 70a and 70b, the beam homogenizers 71a and 71b, and the like on the processing surface toward the substrate 8. Irradiated with an energy density of. Further, the pulse laser has two peak groups in the temporal change in the same manner as the output, and on the processed surface, (peak intensity of the second peak group) / (peak intensity of the first peak group). The calculated peak intensity ratio is 0.35 or less.

上記基板載置台９は、アモルファスシリコン薄膜８ａ面に沿って移動装置１０によって、前記ラインビームの短軸幅方向に移動され、この結果、該アモルファスシリコン薄膜８ａ面の広い領域で上記パルスレーザが相対的に走査されつつ照射される。 The substrate mounting table 9 is moved in the minor axis width direction of the line beam by the moving device 10 along the surface of the amorphous silicon thin film 8a. As a result, the pulse laser is relatively moved over a wide area of the surface of the amorphous silicon thin film 8a. Irradiated while being scanned.

上記パルスレーザ光の照射により基板８上のアモルファスシリコン薄膜８ａのみが加熱されて短時間で多結晶化される。
上記照射により得られた結晶質薄膜は、平均結晶粒径が３５０nm程度で均一で良質な結晶性を有している。上記結晶質薄膜は、有機ＥＬディスプレイに好適に使用することができる。ただし、本発明としては、使用用途がこれに限定されるものではなく、その他の液晶ディスプレイや電子材料として利用することが可能である。
なお、上記実施形態では、基板載置台を移動させることでパルスレーザ光を相対的に走査するものとしたが、パルスレーザ光が導かれる光学系を高速に移動させることでパルスレーザ光を相対的に走査するものとしてもよい。 By irradiation with the pulse laser beam, only the amorphous silicon thin film 8a on the substrate 8 is heated and polycrystallized in a short time.
The crystalline thin film obtained by the irradiation has a uniform crystal quality with an average crystal grain size of about 350 nm. The crystalline thin film can be suitably used for an organic EL display. However, the use of the present invention is not limited to this, and the present invention can be used as other liquid crystal displays and electronic materials.
In the above embodiment, the pulse laser beam is relatively scanned by moving the substrate mounting table. However, the pulse laser beam is relatively moved by moving the optical system to which the pulse laser beam is guided at high speed. It is good also as what scans.

以下に、本発明の実施例を説明する。
同一のレーザ発振器を用いて出力を変えて（１０５０ｍＪ、９５０ｍＪ、８５０ｍＪ）、パルスレーザを出力した際のパルス波形を図２に示す。該波形は、基板８上のアモルファスシリコン薄膜８ａに相当する位置で計測した波形であり、その強度を相対値で示している。
パルス波形は、第１のピーク群Ａと、その後に現れる第２のピーク群Ｂとを有している。パルスレーザの出力を大きくした場合（１０５０ｍＪ）、これに伴って第１のピーク群の最大高さが大きくなるとともに、第２のピーク群の高さも大きくなっており、第１のピーク群のピーク強度をａ、第２のピーク強度をｂとして、ｂ／ａは０．４１８となっている。また、これよりもパルスレーザの出力を小さくした場合（９５０ｍＪ）、上記比は小さくなるものの、０．３７４を有している。 Examples of the present invention will be described below.
FIG. 2 shows a pulse waveform when the output is changed using the same laser oscillator (1050 mJ, 950 mJ, 850 mJ) and a pulse laser is output. The waveform is a waveform measured at a position corresponding to the amorphous silicon thin film 8a on the substrate 8, and the intensity is shown as a relative value.
The pulse waveform has a first peak group A and a second peak group B appearing thereafter. When the output of the pulse laser is increased (1050 mJ), the maximum height of the first peak group is increased along with this, and the height of the second peak group is also increased. Assuming that the intensity is a and the second peak intensity is b, b / a is 0.418. Further, when the output of the pulse laser is made smaller than this (950 mJ), the ratio is 0.374, although the ratio is small.

このように、ピーク強度比が０．３５を越えるパルスレーザをシリコン薄膜に照射する場合、第２のピーク群の強度が相対的に高く、シリコン薄膜が２度溶融される。すなわち、１番目のピークによりシリコン薄膜が溶融して液体から固体になる際にシリコンが結晶化するが、２番目のピークの強度が高いと凝固したシリコン薄膜は再度溶融され、再結晶化が起きる。この現象がシリコン薄膜ではバラツキを有して生じ、結晶化の均一性が損なわれる。
図２で、さらにパルスレーザの出力を下げると（８５０ｍＪ）、上記比は小さくなって０．３５以下になることが示されている。シリコン薄膜は均一に結晶化される。 Thus, when the silicon thin film is irradiated with a pulse laser having a peak intensity ratio exceeding 0.35, the intensity of the second peak group is relatively high and the silicon thin film is melted twice. That is, silicon crystallizes when the silicon thin film melts from the liquid by the first peak to become a solid from a liquid, but when the intensity of the second peak is high, the solidified silicon thin film is melted again and recrystallization occurs. . This phenomenon occurs with variation in the silicon thin film, and the uniformity of crystallization is impaired.
FIG. 2 shows that when the output of the pulse laser is further reduced (850 mJ), the above ratio is reduced to 0.35 or less. The silicon thin film is crystallized uniformly.

次に、上記ピーク強度比が０．３７４（比較例）と０．３４１（発明例）であるパルスレーザを、図３に示すエネルギー密度（Ｅ／Ｄ）でシリコン薄膜に照射して結晶化させた。得られた多結晶シリコン薄膜のＳＥＭ写真（倍率５０００倍；図面代用写真）を図３に示した。
基板に照射したエネルギー密度の大きさにより結晶性が変わるが、２番目のピークの強度が小さいレーザパルスで照射した多結晶シリコン薄膜（発明例）の方が、２番目のピークの強度が大きいレーザパルスで照射した多結晶シリコン薄膜（比較例）よりも均一な結晶が得られていることが分かる。 Next, the silicon thin film is crystallized by irradiating a pulse laser having the peak intensity ratio of 0.374 (comparative example) and 0.341 (invention example) to the energy density (E / D) shown in FIG. It was. An SEM photograph (magnification 5000 times; drawing substitute photograph) of the obtained polycrystalline silicon thin film is shown in FIG.
Although the crystallinity changes depending on the energy density irradiated to the substrate, the polycrystalline silicon thin film (invention example) irradiated with a laser pulse with a small second peak intensity has a higher second peak intensity. It can be seen that a more uniform crystal is obtained than the polycrystalline silicon thin film irradiated with the pulse (comparative example).

また、上記試験材に対し、白色光を斜め方向から角度を変えつつ照射することによって照射ムラの発生を目視によって観察した。エネルギー密度を３３７ｍＪ／ｃｍ２とした発明例と、エネルギー密度を３３３ｍＪ／ｃｍ２とした比較例について観察結果を図４に示した。図４から明らかなように、結晶化が均一になされた発明例では、照射角度の如何に拘わらず照射ムラは観察されなかったが、比較例では照射ムラが観察された。これにより比較例では結晶化が不均一になされていることが分かる。なお、図示した以外の発明材でも照射ムラは観察されず、図示以外の比較例では上記と同様に照射ムラが観察された。 Further, the occurrence of irradiation unevenness was visually observed by irradiating the test material with white light while changing the angle from an oblique direction. As the invention example the energy density was set to 337mJ / cm 2, it showed observations Comparative example in which the energy density was set to 333mJ / cm 2 in FIG. As is clear from FIG. 4, in the invention example in which crystallization was made uniform, irradiation unevenness was not observed regardless of the irradiation angle, but in the comparative example, irradiation unevenness was observed. Thereby, it turns out that crystallization is made in the comparative example nonuniformly. Irradiation unevenness was not observed even in the invention materials other than those shown in the drawings, and in the comparative examples other than the illustration, irradiation unevenness was observed in the same manner as described above.

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to the content of the said embodiment, A suitable change is possible unless it deviates from the scope of the present invention.

１ エキシマレーザアニール処理装置
２ エキシマレーザ発振器
３ 減衰器
７ 光学系
７０ａ 集光レンズ
７０ｂ 集光レンズ
７１ａ ビームホモジナイザ
７１ｂ ビームホモジナイザ
８ 基板
８ａ アモルファスシリコン薄膜
９ 基板載置台
１０ 移動装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Excimer laser annealing treatment apparatus 2 Excimer laser oscillator 3 Attenuator 7 Optical system 70a Condensing lens 70b Condensing lens 71a Beam homogenizer 71b Beam homogenizer 8 Substrate 8a Amorphous silicon thin film 9 Substrate mounting table 10 Moving device

Claims (1)

基板上に形成されたアモルファスシリコン薄膜（前記基板と前記アモルファスシリコン薄膜との間に金属膜を形成されている領域と形成されていない領域とを有するものを除く）に、１つのエキシマレーザ発振器から出力されたエキシマパルスレーザを前記アモルファスシリコン薄膜を多結晶化させる所定のエネルギー密度で照射して前記アモルファスシリコン薄膜を多結晶化させる際に、多結晶化したシリコン薄膜に白色光を斜め方向から角度を変えつつ照射し、目視によって観察した際に、照射角度の如何に拘わらず照射ムラが観察されないように、前記パルスレーザが時間的強度変化において１パルスにそれぞれの半値幅が２０〜５０ｎｓの複数のピーク群を有し、前記アモルファスシリコン薄膜への照射時に、照射面上で該ピーク群のうち、最大高さを有する第１のピーク群と、その後に現れる第２のピーク群とが、ピーク強度値で（第２のピーク群）／（第１のピーク群）≦０．３５の関係を満たし、０．３５を超えないパルスレーザ波形の設定を行うことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 The amorphous silicon thin film formed on a substrate (excluding those with a region not formed with the region formed with the metal film between the amorphous silicon thin film and the substrate), one of the excimer laser oscillator oblique direction when introducing multiple crystallizing the amorphous silicon thin film by irradiating the outputted excimer pulsed laser at a predetermined energy density to multi-crystallizing the amorphous silicon thin film, a white light in a silicon thin film polycrystallized from In order to prevent the irradiation unevenness from being observed regardless of the irradiation angle when the irradiation is performed while changing the angle from the angle, the pulse laser has a half-value width of 20 to 50 ns for each pulse in the temporal intensity change. a plurality of peaks of the time of irradiation of the amorphous silicon thin film, the peak group on the irradiated surface Among them, the first peak group having the maximum height and the second peak group appearing thereafter have a peak intensity value of (second peak group) / (first peak group) ≦ 0.35. the filled, method for producing polycrystalline silicon thin film, characterized in that to set the pulse laser waveform not exceeding 0.35.
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