JP5227552B2 - Thin film transistor, manufacturing method thereof, and semiconductor device - Google Patents

Thin film transistor, manufacturing method thereof, and semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP5227552B2
JP5227552B2 JP2007223601A JP2007223601A JP5227552B2 JP 5227552 B2 JP5227552 B2 JP 5227552B2 JP 2007223601 A JP2007223601 A JP 2007223601A JP 2007223601 A JP2007223601 A JP 2007223601A JP 5227552 B2 JP5227552 B2 JP 5227552B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor film
laser
light
laser light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007223601A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008085316A5 (en
JP2008085316A (en
Inventor
秀和 宮入
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2007223601A priority Critical patent/JP5227552B2/en
Publication of JP2008085316A publication Critical patent/JP2008085316A/en
Publication of JP2008085316A5 publication Critical patent/JP2008085316A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5227552B2 publication Critical patent/JP5227552B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、半導体装置及びその作製方法に関する。特に、結晶性薄膜トランジスタを有する半導体装置及びその作製方法に関する。また、該薄膜トランジスタを搭載した半導体装置及び電子機器に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a semiconductor device having a crystalline thin film transistor and a manufacturing method thereof. Further, the present invention relates to a semiconductor device and an electronic device in which the thin film transistor is mounted.

近年、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor。以下、TFTという。)を有する半導体装置についての技術開発が盛んに行われている。特に、ガラス基板を用いたアクティブマトリクス型表示装置等への応用が進んでいる。   2. Description of the Related Art In recent years, technological development has been actively conducted on semiconductor devices having thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs). In particular, application to an active matrix display device using a glass substrate is progressing.

TFTに用いる半導体膜は、結晶構造(多結晶構造)を有するものと非晶質構造を有するものに大別することができる。多結晶構造の半導体膜を用いたTFTでは電界効果移動度が高く、高速動作が可能である。そのため、例えば液晶表示装置のTFTを小型化でき、ゲートドライバ等の周辺回路を同一基板上に作製することができるため、狭額縁化が可能になる。また、多結晶構造ではドライバIC(Intergated Circuit)を基板上に画素回路と一体形成することが可能となるため、部品点数が減少し、液晶表示装置全体の小型化も可能になる。また、表示装置に限らず、ガラス基板上にTFTを形成することにより、シリコン基板を用いるよりも安価に半導体装置を作製することが可能になる。   Semiconductor films used for TFTs can be broadly classified into those having a crystalline structure (polycrystalline structure) and those having an amorphous structure. A TFT using a polycrystalline semiconductor film has high field-effect mobility and can operate at high speed. Therefore, for example, a TFT of a liquid crystal display device can be reduced in size, and peripheral circuits such as a gate driver can be manufactured over the same substrate, so that a narrow frame can be achieved. In the polycrystalline structure, a driver IC (Integrated Circuit) can be formed integrally with a pixel circuit on a substrate, so that the number of components is reduced and the entire liquid crystal display device can be downsized. In addition to a display device, by forming a TFT over a glass substrate, a semiconductor device can be manufactured at a lower cost than using a silicon substrate.

一般には、多結晶半導体膜の形成には、まず、非晶質半導体膜をシラン等の半導体原料ガスにより形成し、これを熱により結晶化させることで行う。主な結晶化方法として、レーザー結晶化法、熱結晶化法、またはニッケル(Ni)等の結晶化を助長する元素を用いた熱結晶化法等がある。このうち熱結晶化法による結晶化を行う場合にはHTPS(High Temperature Poly Silicon)プロセスを用いる。HTPSプロセスを用いるとTFT素子を微細にすることが可能であるため、より高精細な液晶表示装置を作製することができる。しかし、基板の加熱により結晶化を行うため、基板が著しく高温(一般に、1000℃以上)になる。一方で、ガラス基板の歪点は600〜700℃程度である。そのため、HTPSプロセスでは基板にガラスを用いることができない。結晶化を助長する元素を用いた熱結晶化法では上述の熱結晶化法より500〜600℃程度の低温での半導体膜の結晶化が可能で、且つ、粒界が連続した結晶を得ることができる。しかし、上述した他の二つの結晶化法と比較すると工程が複雑になる。そのため、ガラス基板が損傷することなく、非晶質半導体膜が結晶化するために必要な熱量を与える手段が必要とされてきた。   In general, a polycrystalline semiconductor film is formed by first forming an amorphous semiconductor film with a semiconductor source gas such as silane and crystallizing it with heat. As main crystallization methods, there are a laser crystallization method, a thermal crystallization method, a thermal crystallization method using an element that promotes crystallization such as nickel (Ni), and the like. Among these, when performing crystallization by a thermal crystallization method, an HTPS (High Temperature Poly Silicon) process is used. When the HTPS process is used, the TFT element can be miniaturized, so that a higher-definition liquid crystal display device can be manufactured. However, since crystallization is performed by heating the substrate, the substrate becomes extremely high in temperature (generally 1000 ° C. or more). On the other hand, the strain point of a glass substrate is about 600-700 degreeC. Therefore, glass cannot be used for the substrate in the HTPS process. In the thermal crystallization method using an element that promotes crystallization, it is possible to crystallize a semiconductor film at a temperature as low as about 500 to 600 ° C. and obtain a crystal with continuous grain boundaries compared to the above-described thermal crystallization method. Can do. However, the process is complicated as compared with the other two crystallization methods described above. Therefore, there has been a need for a means for applying a heat amount necessary for crystallization of the amorphous semiconductor film without damaging the glass substrate.

以上の事情を参酌した上で、ガラス基板上の半導体膜の結晶化にはレーザー結晶化法が用いられている。レーザー結晶化法では、半導体膜の結晶化にレーザーによる局所的な加熱を用いているため、プロセスの温度が比較的低温(一般に、600℃以下)である。そのため、ガラス基板を用いることができ、工程が複雑にならない。レーザー結晶化法を用いることで、ガラス基板を損傷することなく、半導体膜の結晶化に必要な熱量をレーザー光の照射により与えることができるようになった。   In consideration of the above circumstances, a laser crystallization method is used for crystallization of a semiconductor film on a glass substrate. In the laser crystallization method, since local heating by a laser is used for crystallization of a semiconductor film, the process temperature is relatively low (generally 600 ° C. or lower). Therefore, a glass substrate can be used and the process is not complicated. By using the laser crystallization method, the amount of heat necessary for crystallization of the semiconductor film can be given by laser light irradiation without damaging the glass substrate.

ここで、レーザー結晶化法とは、非晶質半導体膜に対して、レーザーにより非晶質半導体膜の融点以上となる熱量を与えて、ごく短時間、表面を局所的に加熱することで結晶化する方法である。   Here, the laser crystallization method is a method in which an amorphous semiconductor film is heated by locally applying heat to the amorphous semiconductor film at a temperature equal to or higher than the melting point of the amorphous semiconductor film, and the surface is locally heated for a very short time. It is a method to convert.

レーザー結晶化法により形成した多結晶半導体膜は、単結晶半導体に比べて移動度が劣る。これは結晶化に伴って生じた、結晶粒界に起因するものだと考えられる。そこで、半導体膜中に存在する結晶粒界を少なくし、単結晶に近い結晶性を得ることを目的として、結晶化における核生成場所の制御による、粒界の位置制御や結晶自体の大粒径化のための技術開発が試みられてきた。このような技術の一つとして、ストライプパターンの位相シフトマスクを用いて試料面に照射される線状パルスレーザー光の強度を周期的に変調させることで、半導体材料をSLG(Super Lateral Growth)により結晶化し、多結晶半導体膜を形成する方法がある(例えば、特許文献1)。   A polycrystalline semiconductor film formed by a laser crystallization method has lower mobility than a single crystal semiconductor. This is thought to be due to the crystal grain boundaries that occur with crystallization. Therefore, for the purpose of reducing crystal grain boundaries existing in the semiconductor film and obtaining crystallinity close to a single crystal, the position of grain boundaries and the large grain size of the crystal itself are controlled by controlling the nucleation site in crystallization. Attempts have been made to develop technology to make it easier. As one of such techniques, the intensity of the linear pulse laser beam irradiated on the sample surface is periodically modulated using a phase shift mask having a stripe pattern, so that the semiconductor material can be made by SLG (Super Lateral Growth). There is a method of crystallizing and forming a polycrystalline semiconductor film (for example, Patent Document 1).

なお、位相シフトマスクとは、位相シフト法に用いられる、石英基板に凹凸が形成されたマスクである。位相シフト法とは、隣接するパターンの位相を180度ずらすことで、解像度を向上させる方法である。
特開2004−119919号公報
Note that the phase shift mask is a mask in which irregularities are formed on a quartz substrate, which is used in a phase shift method. The phase shift method is a method for improving the resolution by shifting the phase of adjacent patterns by 180 degrees.
JP 2004-119919 A

レーザーはその発振方法により、パルス発振と連続発振の2種類に大別される。パルス発振のレーザーは出力エネルギーが比較的高いため、レーザー光(被処理物の表面において実際にレーザー光が照射される領域)の大きさを数cm2以上として量産性を上げることができる。特に、レーザー光の照射領域の形状を光学系により加工し、長さ10cm以上の線状にすると、基板へのレーザー光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザーが主流となりつつあった。 Lasers are roughly classified into two types, pulse oscillation and continuous oscillation, depending on the oscillation method. Since the pulsed laser has a relatively high output energy, the mass productivity can be increased by setting the size of the laser beam (the region where the laser beam is actually irradiated on the surface of the object to be processed) to several cm 2 or more. In particular, when the shape of the laser light irradiation region is processed by an optical system to be a linear shape having a length of 10 cm or more, the substrate can be efficiently irradiated with the laser light, and the mass productivity can be further improved. . For this reason, pulsed lasers are becoming mainstream for crystallization of semiconductor films.

ところが、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザーよりも連続発振のレーザー(以下、CWレーザーという。)を用いる方が、半導体膜内に形成される結晶粒のサイズが大きくなることが見出された。半導体膜内の結晶粒のサイズが大きくなると、結晶粒の界面(粒界)により該半導体膜を用いて形成されるTFTの移動度が高くなる。そのため、連続発振のレーザーが脚光を浴びている。   However, it has been found that the size of crystal grains formed in a semiconductor film is larger when a continuous wave laser (hereinafter referred to as CW laser) is used than when a pulsed laser is used for crystallization of a semiconductor film. It was. When the size of the crystal grain in the semiconductor film is increased, the mobility of the TFT formed using the semiconductor film is increased by the interface (grain boundary) of the crystal grain. Therefore, continuous-wave lasers are in the spotlight.

また、SLGによる結晶成長は急峻な熱勾配が発生した場合に起こり、その方向は温度が低い部分から高い部分に向かって起きる。結晶成長の距離には限界があり、せいぜい10μm程度であり、温度が最も高い部分に向かって成長が起きるために、成長がぶつかり合ってリッジが発生してしまう。   In addition, crystal growth by SLG occurs when a steep thermal gradient occurs, and its direction occurs from a low temperature portion to a high temperature portion. There is a limit to the crystal growth distance, which is at most about 10 μm, and the growth occurs toward the highest temperature portion, so that the growth collides and a ridge is generated.

また、線状ビームを一方向に走査させ、重ね合わせて繰り返し照射することによって、リッジ部分を再度、溶融凝固させてSLGを連続的に起こし、リッジをなるべく減らし、結晶成長距離を長くするSLS(Sequential Lateral Solidification)法も開発されている。しかし、線状レーザーを用いて効率よくSLGを連続的に起こす場合には、短軸プロファイルに急峻なエネルギー勾配をつけるために、短軸幅を非常に短く絞る必要があり、その結果焦点距離が非常に浅くなり、大面積で再現性良く、且つ連続的にSLGを起こす事が難しい。そのため、歩留まりが著しく悪く、生産性に大きな問題がある。   In addition, by scanning the linear beam in one direction and repeatedly irradiating it, the ridge portion is again melted and solidified to continuously cause SLG, thereby reducing the ridge as much as possible and increasing the crystal growth distance. (Sequential Lateral Solidification) method has also been developed. However, when SLG is continuously generated efficiently using a linear laser, it is necessary to narrow the short axis width very short in order to give a steep energy gradient to the short axis profile. It becomes very shallow, it is difficult to cause SLG continuously in a large area with good reproducibility. Therefore, the yield is remarkably bad and there is a big problem in productivity.

本発明は、キャリア移動度が高く、良好な電気的特性を有する半導体装置と、その作製方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device having high carrier mobility and favorable electrical characteristics, and a manufacturing method thereof.

本発明の半導体装置は、結晶粒が一方向に延びた結晶帯を有し、結晶粒が延びた方向において粒界の出現頻度が小さい又は結晶粒が延びた方向に粒界が存在しない多結晶半導体膜を有する。結晶粒が一方向に延びた結晶帯の形成には、線状レーザー光を用いて結晶化を行う。線状レーザー光の光強度を該レーザー光の長軸方向に周期的に変調させる光強度変調手段を介してレーザー光を照射し、且つ、線状レーザ光を走査させる半導体膜の一端から他端までの間で、半導体膜の少なくとも一部分を完全溶融状態に維持したまま結晶成長を時間的に連続で引き起こさせることによって、レーザー光の走査方向に結晶粒が成長した結晶帯を形成することができる。または、レーザー光の光強度を周期的に変調させる光強度変調手段を介して周期的なプロファイルをレーザー光に付与し、このレーザー光を線状に成形し、照射しても良い。更には、周期的なプロファイルの付与と線状への成形を同時におこなってもよい。   The semiconductor device of the present invention has a crystal band in which crystal grains extend in one direction, and the appearance frequency of grain boundaries is small in the direction in which the crystal grains extend or there is no grain boundary in the direction in which the crystal grains extend It has a semiconductor film. In order to form a crystal band in which crystal grains extend in one direction, crystallization is performed using a linear laser beam. Laser light is irradiated through light intensity modulation means for periodically modulating the light intensity of the linear laser light in the long axis direction of the laser light, and one end to the other end of the semiconductor film for scanning the linear laser light In the meantime, a crystal band in which crystal grains are grown in the scanning direction of the laser beam can be formed by continuously causing crystal growth in time while maintaining at least a part of the semiconductor film in a completely melted state. . Alternatively, a periodic profile may be imparted to the laser light via a light intensity modulation means that periodically modulates the light intensity of the laser light, and the laser light may be shaped into a linear shape and irradiated. Furthermore, the periodic profile may be applied and the linear shape may be simultaneously formed.

本発明は、ストライプパターンを有する位相シフトマスクを介して結晶化させる半導体膜の一端から他端までの間に溶融状態を有するように完全溶融させることにより、結晶の成長方向が概ね一方向に揃っており、理想的には粒界が一方向にのみ存在する多結晶半導体膜を形成する。   In the present invention, the crystal growth direction is generally aligned in one direction by completely melting the semiconductor film to be crystallized from one end to the other end of the semiconductor film to be crystallized through a phase shift mask having a stripe pattern. Ideally, a polycrystalline semiconductor film in which grain boundaries exist only in one direction is formed.

本発明の一形態は、結晶質半導体膜を有する薄膜トランジスタであって、前記結晶質半導体膜は結晶粒が一方向に延びた結晶帯を一又は複数有し、前記結晶帯の少なくとも一つは、該結晶帯内にソース領域、チャネル形成領域及びドレイン領域を有することを特徴とする薄膜トランジスタである。   One embodiment of the present invention is a thin film transistor including a crystalline semiconductor film, and the crystalline semiconductor film includes one or a plurality of crystal bands in which crystal grains extend in one direction, and at least one of the crystal bands includes: A thin film transistor including a source region, a channel formation region, and a drain region in the crystal band.

本発明の別形態は、結晶質半導体膜を有する薄膜トランジスタであって、前記結晶質半導体膜は結晶粒が一方向に延びた結晶帯を複数有し、前記複数の結晶帯は、隣接する結晶帯間に境界線を有し、前記境界線は、薄膜トランジスタのソース領域からドレイン領域に至るまで、チャネル長方向と概ね平行であることを特徴とする薄膜トランジスタである。   Another embodiment of the present invention is a thin film transistor having a crystalline semiconductor film, wherein the crystalline semiconductor film has a plurality of crystal bands with crystal grains extending in one direction, and the plurality of crystal bands are adjacent crystal bands. The thin film transistor is characterized by having a boundary line in between, and the boundary line is substantially parallel to the channel length direction from the source region to the drain region of the thin film transistor.

本発明の別形態は、絶縁性表面を有する基板上に形成された結晶質半導体膜を有する薄膜トランジスタであって、前記結晶質半導体膜は結晶粒が一方向に延びた結晶帯を複数有し、前記複数の結晶帯は、隣接する結晶帯間に境界線を有し、前記境界線は、前記結晶質半導体膜の一辺から対向する他辺に至るまで、前記薄膜トランジスタのチャネル長方向と概ね平行であることを特徴とする薄膜トランジスタである。   Another embodiment of the present invention is a thin film transistor having a crystalline semiconductor film formed on a substrate having an insulating surface, wherein the crystalline semiconductor film has a plurality of crystal bands in which crystal grains extend in one direction, The plurality of crystal bands have a boundary line between adjacent crystal bands, and the boundary line is substantially parallel to the channel length direction of the thin film transistor from one side of the crystalline semiconductor film to the opposite side. There is a thin film transistor.

本発明の別形態は、絶縁性表面を有する基板上に形成された結晶質半導体膜を有する薄膜トランジスタであって、前記結晶質半導体膜は結晶粒が一方向に延びた結晶帯を複数有し、前記結晶帯中における粒界の平均出現間隔は、前記結晶帯の短軸方向の間隔よりも大きいことを特徴とする薄膜トランジスタである。   Another embodiment of the present invention is a thin film transistor having a crystalline semiconductor film formed on a substrate having an insulating surface, wherein the crystalline semiconductor film has a plurality of crystal bands in which crystal grains extend in one direction, In the thin film transistor, an average appearance interval of grain boundaries in the crystal band is larger than an interval in a minor axis direction of the crystal band.

上記構成の本発明において、前記結晶帯の長軸方向はチャネル長方向と概ね一致することが好ましい。   In the present invention configured as described above, it is preferable that the major axis direction of the crystal band substantially coincides with the channel length direction.

上記構成の本発明において、前記結晶帯の短軸方向の長さは概ね一定であることが好ましい。   In the present invention configured as described above, it is preferable that the length of the crystal band in the minor axis direction is substantially constant.

上記構成の本発明において、前記結晶帯の短軸方向の長さは概ね3μm以下であり、前記結晶帯の長軸方向の長さは概ね3μm以上20μm以下であることが好ましい。   In the present invention configured as described above, the length of the crystal band in the minor axis direction is preferably about 3 μm or less, and the length of the crystal band in the major axis direction is preferably about 3 μm or more and 20 μm or less.

本発明の別形態は、絶縁性表面を有する基板上に形成された結晶質半導体膜を有する薄膜トランジスタであって、前記結晶質半導体膜は結晶粒が一方向に延びた一の結晶帯からなり、前記結晶帯は、概ね3μm以下の一辺と、前記一辺と隣り合う概ね3μm以上20μm以下の他の一辺とを有し、前記結晶質半導体膜のチャネル形成領域は、前記結晶帯内に形成され、前記結晶質半導体膜のチャネル形成領域には、チャネル長方向を横切る粒界が存在しないことを特徴とする薄膜トランジスタである。   Another embodiment of the present invention is a thin film transistor having a crystalline semiconductor film formed on a substrate having an insulating surface, wherein the crystalline semiconductor film is composed of one crystal band in which crystal grains extend in one direction, The crystal band has one side of approximately 3 μm or less and another side of approximately 3 μm or more and 20 μm or less adjacent to the one side, and a channel formation region of the crystalline semiconductor film is formed in the crystal band, In the channel formation region of the crystalline semiconductor film, there is no grain boundary across the channel length direction.

上記構成の本発明において、前記基板と前記結晶質半導体膜の間には下地膜を有することが好ましい。   In the present invention having the above structure, it is preferable that a base film is provided between the substrate and the crystalline semiconductor film.

上記構成の本発明において、前記結晶質半導体膜はシリコンを主成分とする膜であることが好ましい。   In the present invention having the above structure, the crystalline semiconductor film is preferably a film containing silicon as a main component.

上記構成の本発明において、前記基板はガラス基板であることが好ましい。   In this invention of the said structure, it is preferable that the said board | substrate is a glass substrate.

本発明の別形態は、絶縁性表面を有する基板上に形成された非晶質半導体膜に対して、連続発振のレーザー光又は疑似連続発振のレーザー光を照射して結晶化させる薄膜トランジスタの作製方法であって、非晶質半導体膜を形成し、線状に成形されたレーザー光の光強度を該レーザー光の長軸方向に周期的に変調させる光強度変調手段によって空間的に変調させて、前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射することで前記レーザー光の照射領域全体にわたって前記非晶質半導体膜を完全溶融させ、前記レーザー光の走査方向と概ね一致する方向に成長した結晶帯を有する多結晶半導体膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法である。   Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a thin film transistor in which an amorphous semiconductor film formed over a substrate having an insulating surface is crystallized by irradiation with continuous-wave laser light or pseudo-continuous laser light Then, an amorphous semiconductor film is formed, and the light intensity of the linearly shaped laser beam is spatially modulated by a light intensity modulating means that periodically modulates the laser beam in the long axis direction, By irradiating the amorphous semiconductor film with laser light, the amorphous semiconductor film is completely melted over the entire irradiation region of the laser light, and a crystal band grown in a direction substantially coinciding with the scanning direction of the laser light is formed. A method for manufacturing a thin film transistor is characterized in that a polycrystalline semiconductor film is formed.

本発明の別形態は、絶縁性表面を有する基板上に形成された非晶質半導体膜に対して、連続発振のレーザー光又は疑似連続発振のレーザー光を照射して結晶化させる薄膜トランジスタの作製方法であって、非晶質半導体膜を形成し、線状に成形されたレーザー光の光強度を該レーザー光の長軸方向に周期的に変調させる光強度変調手段によって空間的に変調させて、前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射することで前記レーザー光の照射領域全体にわたって前記非晶質半導体膜を完全溶融させ、前記レーザー光の走査方向と概ね一致する方向に成長した結晶帯を有する多結晶半導体膜を形成し、前記多結晶半導体膜の一部に不純物を導入してソース領域及びドレイン領域を形成し、前記多結晶半導体膜に含まれる結晶帯の少なくとも一つは、該結晶帯内にソース領域、チャネル形成領域及びドレイン領域を有し、前記チャネル形成領域のチャネル長方向は、前記結晶帯の長軸方向と概ね平行であり、且つ前記結晶帯の境界と交差することなくソース領域からドレイン領域まで延びる線を描くことができることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法である。   Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a thin film transistor in which an amorphous semiconductor film formed over a substrate having an insulating surface is crystallized by irradiation with continuous-wave laser light or pseudo-continuous laser light Then, an amorphous semiconductor film is formed, and the light intensity of the linearly shaped laser beam is spatially modulated by a light intensity modulating means that periodically modulates the laser beam in the long axis direction, By irradiating the amorphous semiconductor film with laser light, the amorphous semiconductor film is completely melted over the entire irradiation region of the laser light, and a crystal band grown in a direction substantially coinciding with the scanning direction of the laser light is formed. And forming a source region and a drain region by introducing impurities into a part of the polycrystalline semiconductor film, wherein at least one of the crystal bands included in the polycrystalline semiconductor film is The crystal band has a source region, a channel formation region, and a drain region, and the channel length direction of the channel formation region is substantially parallel to the long axis direction of the crystal band and intersects the boundary of the crystal band. A method for manufacturing a thin film transistor is characterized in that a line extending from a source region to a drain region can be drawn without any problem.

上記構成の本発明において、前記光強度変調手段は、前記レーザー光の長軸方向とほぼ一致する方向に凹凸を有する位相シフトマスクであることが好ましい。   In the present invention having the above-described configuration, it is preferable that the light intensity modulation means is a phase shift mask having irregularities in a direction substantially coinciding with the major axis direction of the laser light.

上記構成の本発明において、前記光強度変調手段は、前記レーザー光の走査方向に平行な方向に対して一定の角度だけ傾いた方向の凹凸を有する位相シフトマスクであり、前記変調されたレーザー光の光強度の値は長軸方向に極大値と極小値を有し、前記極小値は前記極大値の80%以上となるように前記角度を調整することが好ましい。   In the present invention configured as described above, the light intensity modulating means is a phase shift mask having irregularities inclined in a direction inclined by a certain angle with respect to a direction parallel to the scanning direction of the laser light, and the modulated laser light The light intensity value has a maximum value and a minimum value in the major axis direction, and the angle is preferably adjusted so that the minimum value is 80% or more of the maximum value.

上記構成の本発明において、前記位相シフトマスクは一定の間隔で溝が形成されたストライプパターンを有する透光性基板であることが好ましい。   In the present invention configured as described above, the phase shift mask is preferably a light-transmitting substrate having a stripe pattern in which grooves are formed at regular intervals.

上記構成の本発明において、前記透光性基板は石英基板であることが好ましい。   In the present invention configured as described above, the translucent substrate is preferably a quartz substrate.

上記構成の本発明において、前記溝の間隔は前記溝の幅と同じ長さであることが好ましい。   In the present invention configured as described above, the interval between the grooves is preferably the same length as the width of the grooves.

上記構成の本発明において、前記半導体膜はシリコンからなることが好ましい。   In the present invention configured as described above, the semiconductor film is preferably made of silicon.

上記構成の本発明において、前記結晶化は、前記結晶化を助長する元素を用いて行うことが好ましい。   In the present invention having the above-described structure, the crystallization is preferably performed using an element that promotes the crystallization.

本発明の別形態は、上記構成の本発明により作製された薄膜トランジスタを有する半導体装置である。   Another embodiment of the present invention is a semiconductor device having a thin film transistor manufactured according to the present invention having the above structure.

上記構成の本発明の半導体装置として、液晶表示装置又はEL表示装置を用いることができる。特に、これらの周辺回路(駆動回路等)に本発明を適用することが好ましい。   As the semiconductor device of the present invention having the above structure, a liquid crystal display device or an EL display device can be used. In particular, it is preferable to apply the present invention to these peripheral circuits (such as a drive circuit).

なお、本発明において、結晶帯とは、帯状に延びた結晶粒をいう。理想的には、該結晶粒の長軸方向には結晶粒界を有さないものとする。   In the present invention, the crystal band refers to a crystal grain extending in a band shape. Ideally, it does not have a crystal grain boundary in the major axis direction of the crystal grain.

なお、本発明において、線状レーザー光を走査させる半導体膜の一端から他端までの間で、半導体膜の少なくとも一部分を完全溶融状態に維持したまま結晶成長を時間的に連続で引き起こさせるとは、本発明の半導体膜の結晶化がSLGではないことを示している。SLGでは、溶融された半導体膜は即座に凝固する(溶融時間が短い)ために半導体膜は溶融と凝固を繰り返すことになる。本発明では、例えば、パルス発振のレーザー(疑似CWレーザーを含む。)を用いる場合には、一のパルスのレーザー光が照射されて半導体膜が溶融された状態から、次のパルスのレーザー光が半導体膜に照射されるまでに、前記溶融された状態の半導体膜の少なくとも一部分を溶融状態で維持するようにして、固液界面を連続的に移動させながら結晶化を行う。   In the present invention, between one end and the other end of a semiconductor film that scans with a linear laser beam, crystal growth is caused continuously in time while maintaining at least a part of the semiconductor film in a completely molten state. This shows that the crystallization of the semiconductor film of the present invention is not SLG. In SLG, a molten semiconductor film is immediately solidified (melting time is short), so that the semiconductor film repeats melting and solidification. In the present invention, for example, when a pulsed laser (including a pseudo CW laser) is used, the laser light of the next pulse is emitted from the state in which the semiconductor film is melted by irradiation with the laser light of one pulse. Until the semiconductor film is irradiated, crystallization is performed while continuously moving the solid-liquid interface so as to maintain at least a part of the molten semiconductor film in a molten state.

なお、本発明において、位相シフトマスクの一主表面若しくはこれと対向する主表面の一方又は双方にAR(Anti Reflection)コートを行うことが好ましい。位相シフトマスクにARコートを行うことで、光透過率を向上させることができる。ARコートとして、例えば位相シフトマスクに用いる透光性基板よりも光の屈折率が低い材料を薄くコートすればよい。   In the present invention, it is preferable to carry out AR (Anti Reflection) coating on one or both of one main surface of the phase shift mask and the main surface opposite thereto. By performing AR coating on the phase shift mask, the light transmittance can be improved. As the AR coating, for example, a material having a light refractive index lower than that of a light-transmitting substrate used for a phase shift mask may be thinly coated.

なお、本発明において、半導体装置とは半導体素子(トランジスタやダイオードなど)を含む回路を有する装置をいう。また、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般でもよい。   Note that in the present invention, a semiconductor device refers to a device having a circuit including a semiconductor element (such as a transistor or a diode). In addition, any device that can function by utilizing semiconductor characteristics may be used.

なお、トランジスタとは、それぞれ、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル形成領域を有しており、ドレイン領域とチャネル形成領域とソース領域とを介して電流を流すことが出来る。ここで、ソースとドレインとは、トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、本発明においては、ソース及びドレインとして機能する領域を、ソースまたはドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例としては、それぞれを第1端子、第2端子と表記する場合がある。なお、トランジスタは、ベースとエミッタとコレクタとを含む少なくとも三つの端子を有する素子であってもよい。この場合も同様に、エミッタとコレクタとを、第1端子、第2端子と表記する場合がある。   Note that a transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source, and has a channel formation region between the drain region and the source region. Current can flow through the region and the source region. Here, since the source and the drain vary depending on the structure and operating conditions of the transistor, it is difficult to limit which is the source or the drain. Therefore, in the present invention, a region functioning as a source and a drain may not be called a source or a drain. In that case, as an example, there are cases where they are referred to as a first terminal and a second terminal, respectively. Note that the transistor may be an element having at least three terminals including a base, an emitter, and a collector. Similarly in this case, the emitter and the collector may be referred to as a first terminal and a second terminal.

また、表示装置とは、表示素子(液晶素子や発光素子など)を有する装置のことを言う。なお、周辺駆動回路が同一基板上に形成された表示装置において、周辺駆動回路に本発明を適用することが特に好ましい。   A display device refers to a device having a display element (such as a liquid crystal element or a light-emitting element). Note that in a display device in which the peripheral driver circuit is formed over the same substrate, it is particularly preferable to apply the present invention to the peripheral driver circuit.

また、発光装置とは、特にEL素子やFEDで用いる素子などの自発光型の表示素子を有する表示装置をいう。液晶表示装置とは、液晶素子を有している表示装置をいう。   A light-emitting device refers to a display device having a self-luminous display element such as an EL element or an element used in an FED. A liquid crystal display device refers to a display device having a liquid crystal element.

なお、本明細書中において、概ねとは、実質的にと同一のことを意味する。例えば、概ね平行とは、平行から±45°程度(好ましくは±30°程度)のずれを許容する。また、方向が概ね一致するとは、ある方向に対して、他方の方向が実質同じ方向であると差し支えない範囲のずれを許容し、ある方向に対して、他方の方向が±45°の範囲(好ましくは±30°の範囲)までを含むものとする。また、間隔が概ね一定であるとは、平均間隔をaとすると、間隔がa/2以上3a/2以下であることをいう。また、概ね3μmとは、2.5μm以上3.5μm以下をいい、概ね20μmとは、15μm以上25μm以下をいう。   In the present specification, “substantially” means substantially the same. For example, “substantially parallel” allows a deviation of about ± 45 ° (preferably about ± 30 °) from parallel. In addition, the directions substantially coincide with each other, a deviation in a range in which the other direction is substantially the same direction with respect to a certain direction is allowed, and the other direction is within a range of ± 45 ° with respect to a certain direction ( Preferably, the range is up to ± 30 °. Further, the interval being substantially constant means that the interval is a / 2 or more and 3a / 2 or less, where a is the average interval. In addition, approximately 3 μm refers to 2.5 μm to 3.5 μm, and approximately 20 μm refers to 15 μm to 25 μm.

本発明により、粒界の位置および方向が制御された結晶質半導体膜を得ることができる。   According to the present invention, a crystalline semiconductor film in which the position and direction of grain boundaries are controlled can be obtained.

本発明により、結晶成長の方向を制御することができる。そのため、結晶粒界を低減することができる。これにより、多結晶半導体層の移動度を飛躍的に向上させることができる。   According to the present invention, the direction of crystal growth can be controlled. Therefore, the crystal grain boundary can be reduced. Thereby, the mobility of the polycrystalline semiconductor layer can be dramatically improved.

本発明により、TFTの半導体層におけるキャリアの移動度が向上するため、良好な電気的特性を有するTFTを作製することができる。   According to the present invention, since the mobility of carriers in the semiconductor layer of the TFT is improved, a TFT having good electrical characteristics can be manufactured.

本発明により良好な電気的特性を有するTFTを作製できるため、従来よりも高機能な回路素子を形成することができる。そのため、従来よりも高付加価値な半導体装置をガラス基板上に作製することができる。   Since a TFT having favorable electrical characteristics can be manufactured according to the present invention, a circuit element with higher functionality than conventional ones can be formed. Therefore, a semiconductor device with higher added value than before can be manufactured over a glass substrate.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode.

〈実施の形態1〉
本実施の形態では、本発明を適用した半導体装置が有する半導体層の形成工程について、図面を参照して説明する。図1は本実施の形態にて説明する、多結晶半導体膜を基板上に形成するまでの工程を示す。
<Embodiment 1>
In this embodiment, a process for forming a semiconductor layer included in a semiconductor device to which the present invention is applied is described with reference to drawings. FIG. 1 shows a process until a polycrystalline semiconductor film is formed over a substrate, which will be described in this embodiment mode.

基板には絶縁性基板として、ガラス基板100を用いる。ガラス基板100の材料は特定のものに限定されず、石英ガラスでもよいし、ほう珪酸ガラスのような無アルカリガラスでもよいし、アルミノ珪酸ガラスでもよい。後の薄膜を形成する工程で必要な耐熱性及び耐薬品性等を有していればよい。なお、ガラス基板だけではなく、基板表面が絶縁性であり、必要な耐熱性を有していれば基板の材料は特定のものに限定されない。すなわち、薄膜を形成する工程における温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板や、絶縁膜を形成したステンレス基板等を用いることもできる。   As the substrate, a glass substrate 100 is used as an insulating substrate. The material of the glass substrate 100 is not limited to a specific material, and may be quartz glass, non-alkali glass such as borosilicate glass, or aluminosilicate glass. What is necessary is just to have heat resistance, chemical resistance, etc. which are required in the process of forming a thin film later. Note that the material of the substrate is not limited to a specific one as long as the substrate surface is insulative and has necessary heat resistance as well as the glass substrate. That is, a plastic substrate having heat resistance enough to withstand the temperature in the process of forming a thin film, a stainless steel substrate on which an insulating film is formed, or the like can also be used.

また、ホウケイ酸ガラス等は石英ガラスとは異なり、ナトリウム(Na)やカリウム(K)等の不純物を若干量含有している。これらの不純物が活性層周辺に拡散すると、活性層と下地膜との界面や、活性層とゲート絶縁膜との界面に寄生チャネル形成領域を形成する。これらは、TFTの動作時に発生するリーク電流を増加させる原因となる。また、これらの拡散した不純物はTFTのしきい値電圧にも影響を及ぼす。   Further, unlike quartz glass, borosilicate glass or the like contains a slight amount of impurities such as sodium (Na) and potassium (K). When these impurities diffuse around the active layer, a parasitic channel forming region is formed at the interface between the active layer and the base film or the interface between the active layer and the gate insulating film. These increase the leakage current generated during the operation of the TFT. These diffused impurities also affect the threshold voltage of the TFT.

従って、ガラス基板100上にTFTを作製するときには、ガラス基板とTFTとの間に下地膜と呼ばれる、絶縁膜を挟み込む構造にすることが好ましい。この下地膜には、ガラス基板からの不純物の拡散を防ぐ機能と、この絶縁膜上に堆積する薄膜との密着性を高める機能が要求される。下地膜に用いる材料は特定のものに限定されず、酸化シリコン系材料でもよいし、窒化シリコン系材料でもよい。なお、酸化シリコン系材料とは酸素とシリコンとを主成分とする酸化シリコンや、酸化シリコンが窒素を含有し、かつ、酸素の含有量が窒素の含有量よりも多い酸化窒化シリコンをいう。窒化シリコン系材料とは窒素とシリコンとを主成分とする窒化シリコンや、窒化シリコンが酸素を含有し、窒素の含有量が酸素の含有量よりも多い窒化酸化シリコンをいう。または、これらの材料からなる膜を積層した構造であってもよい。積層して下地膜を形成する場合には、ガラス基板100に密着する下層部分にはブロッキング層として機能し、主にガラス基板からの不純物の拡散を防ぐ材料を用い、上層部分には主に下地膜の上に堆積する薄膜との密着性を高める材料を用いることが好ましい。なお、結晶質半導体膜は窒化シリコン系材料と接して形成すると該界面にトラップ準位が生成されるため、結晶質半導体膜と接する絶縁膜としては酸化シリコン系材料を用いることが好ましい。   Therefore, when a TFT is manufactured over the glass substrate 100, a structure in which an insulating film called a base film is sandwiched between the glass substrate and the TFT is preferable. This base film is required to have a function of preventing diffusion of impurities from the glass substrate and a function of improving the adhesion with a thin film deposited on the insulating film. The material used for the base film is not limited to a specific material, and may be a silicon oxide material or a silicon nitride material. Note that a silicon oxide-based material refers to silicon oxide containing oxygen and silicon as main components, or silicon oxynitride in which silicon oxide contains nitrogen and the oxygen content is higher than the nitrogen content. The silicon nitride-based material means silicon nitride containing nitrogen and silicon as main components, or silicon nitride oxide in which silicon nitride contains oxygen and the nitrogen content is higher than the oxygen content. Or the structure which laminated | stacked the film | membrane which consists of these materials may be sufficient. When forming a base film by stacking, a lower layer portion that adheres to the glass substrate 100 functions as a blocking layer and mainly uses a material that prevents diffusion of impurities from the glass substrate, and an upper layer portion mainly includes a lower layer. It is preferable to use a material that enhances adhesion with a thin film deposited on the base film. Note that when a crystalline semiconductor film is formed in contact with a silicon nitride-based material, a trap level is generated at the interface; therefore, a silicon oxide-based material is preferably used as an insulating film in contact with the crystalline semiconductor film.

以上を考慮して、本実施形態では、ガラス基板100上に下地膜101を形成する。ここでは下地膜101には窒化酸化シリコン上に酸化窒化シリコンを積層して形成する。安価なコーニングガラス等を基板に用いて、薄膜トランジスタとして機能する半導体膜がこの上に密着して形成されるとナトリウム等の可動イオンが基板から半導体膜へ侵入する。そのため、窒化シリコン膜はブロッキング層として形成されるものである。下地膜101は、CVD法、プラズマCVD法、スパッタリング法又はスピンコート法等により形成することができる。下地膜は特に必要のない場合には形成しなくともよい。   Considering the above, in this embodiment, the base film 101 is formed on the glass substrate 100. Here, the base film 101 is formed by stacking silicon oxynitride over silicon nitride oxide. When an inexpensive coning glass or the like is used as a substrate and a semiconductor film functioning as a thin film transistor is formed in close contact therewith, movable ions such as sodium enter the semiconductor film from the substrate. Therefore, the silicon nitride film is formed as a blocking layer. The base film 101 can be formed by a CVD method, a plasma CVD method, a sputtering method, a spin coating method, or the like. The base film need not be formed if it is not particularly necessary.

次に、非晶質半導体膜102を形成する(図1(A)を参照)。ここでは、非晶質半導体膜102はシリコンにより形成する。非晶質半導体膜102を形成するには、シラン(SiH4)等の半導体材料ガスを用いて、LPCVD(Low Pressure CVD)法、プラズマCVD法、気相成長法又はスパッタリング法により形成する。 Next, an amorphous semiconductor film 102 is formed (see FIG. 1A). Here, the amorphous semiconductor film 102 is formed of silicon. In order to form the amorphous semiconductor film 102, a semiconductor material gas such as silane (SiH 4 ) is used to form the amorphous semiconductor film 102 by LPCVD (Low Pressure CVD), plasma CVD, vapor deposition, or sputtering.

次に、非晶質半導体膜102を結晶化する前に、必要に応じて、脱水素工程を行う。例えば、非晶質半導体膜102の形成が、シラン(SiH4)を用いて通常のCVD法により行われた場合、膜中に水素が残留する。このように膜中に水素が残留した状態で、非晶質半導体膜にレーザー光を照射すると、結晶化に最適なエネルギー値の半分程度のエネルギー値のレーザー光により膜の一部が消失してしまう。そのため、例えばN2雰囲気中で加熱することで、膜中に残留している水素を除去することができる。非晶質半導体膜102の形成をLPCVD法や、スパッタリング法にて行う場合には、脱水素工程は必ずしも必要ではない。 Next, before the amorphous semiconductor film 102 is crystallized, a dehydrogenation step is performed as necessary. For example, when the amorphous semiconductor film 102 is formed by a normal CVD method using silane (SiH 4 ), hydrogen remains in the film. When the amorphous semiconductor film is irradiated with laser light with hydrogen remaining in the film in this way, part of the film disappears due to the laser light having an energy value about half of the energy value optimum for crystallization. End up. Therefore, for example, hydrogen remaining in the film can be removed by heating in an N 2 atmosphere. In the case where the amorphous semiconductor film 102 is formed by the LPCVD method or the sputtering method, the dehydrogenation step is not necessarily required.

また、必要に応じて、チャネルドープを行ってもよい。チャネルドープとは、半導体層に所定の濃度の不純物を添加して、意図的にTFTの閾値電圧をシフトさせ、TFTの閾値を所望の値に制御するプロセスをいう。例えば、閾値電圧がマイナス側にシフトしている場合にはドーパントとしてp型の不純物元素を、プラス側にシフトしている場合にはドーパントにn型の不純物元素を添加する。ここで、p型の不純物元素としてはリン(P)又はヒ素(As)が、n型の不純物元素としてはボロン(B)又はアルミニウム(Al)等が挙げられる。   Moreover, you may perform channel dope as needed. Channel doping refers to a process in which an impurity having a predetermined concentration is added to a semiconductor layer, the threshold voltage of the TFT is intentionally shifted, and the threshold value of the TFT is controlled to a desired value. For example, when the threshold voltage is shifted to the negative side, a p-type impurity element is added as a dopant. When the threshold voltage is shifted to the positive side, an n-type impurity element is added to the dopant. Here, phosphorus (P) or arsenic (As) is given as the p-type impurity element, and boron (B) or aluminum (Al) is given as the n-type impurity element.

なお、ここで、必要に応じて、非晶質半導体膜102の表面に形成された酸化膜を除去する。表面に形成された酸化膜を除去することで、酸化膜中又は酸化膜上に存在する不純物が結晶化によって半導体膜中に侵入して拡散することを防止することができる。   Here, the oxide film formed on the surface of the amorphous semiconductor film 102 is removed as necessary. By removing the oxide film formed on the surface, impurities existing in or on the oxide film can be prevented from entering and diffusing into the semiconductor film due to crystallization.

次に、非晶質半導体膜102の結晶化を行う。本発明では、非晶質半導体膜102の結晶化にレーザー光を用いる。レーザー光を照射することで結晶化に必要な熱量を非晶質半導体膜に供給する。レーザー光を用いることで、非晶質半導体膜の局所的な加熱が可能であり、基板の温度がガラスの歪み点以下となるように、非晶質半導体膜を結晶化することができる。   Next, the amorphous semiconductor film 102 is crystallized. In the present invention, laser light is used for crystallization of the amorphous semiconductor film 102. The amount of heat necessary for crystallization is supplied to the amorphous semiconductor film by irradiation with laser light. By using laser light, the amorphous semiconductor film can be locally heated, and the amorphous semiconductor film can be crystallized so that the temperature of the substrate is equal to or lower than the strain point of glass.

レーザーは、レーザー媒質、励起源、共振器により構成される。レーザーを、媒質により分類すると、気体レーザー、液体レーザー、固体レーザーがあり、発振の特徴により分類すると、自由電子レーザー、半導体レーザー、X線レーザーがあるが、本発明では、いずれのレーザーを用いてもよい。なお、好ましくは、気体レーザー又は固体レーザーを用いるとよく、さらに好ましくは固体レーザーを用いるとよい。   The laser is composed of a laser medium, an excitation source, and a resonator. Lasers can be classified into gas lasers, liquid lasers, and solid-state lasers according to the medium. Free lasers, semiconductor lasers, and X-ray lasers can be classified according to the characteristics of oscillation. In the present invention, any laser is used. Also good. Note that a gas laser or a solid laser is preferably used, and a solid laser is more preferably used.

気体レーザーには、ヘリウムネオンレーザー、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、アルゴンイオンレーザーがある。エキシマレーザーには、希ガスエキシマレーザー、希ガスハライドエキシマレーザーがある。希ガスエキシマレーザーには、アルゴン、クリプトン、キセノンの3種類の励起分子による発振がある。アルゴンイオンレーザーには、希ガスイオンレーザー、金属蒸気イオンレーザーがある。   Gas lasers include helium neon laser, carbon dioxide laser, excimer laser, and argon ion laser. The excimer laser includes a rare gas excimer laser and a rare gas halide excimer laser. A rare gas excimer laser has oscillation by three types of excited molecules, argon, krypton, and xenon. Argon ion lasers include rare gas ion lasers and metal vapor ion lasers.

液体レーザーには、無機液体レーザー、有機キレートレーザー、色素レーザーがある。無機液体レーザー及び有機キレートレーザーは、固体レーザーに利用されているネオジムなどの希土類イオンをレーザー媒質として利用する。   Liquid lasers include inorganic liquid lasers, organic chelate lasers, and dye lasers. Inorganic liquid lasers and organic chelate lasers use rare earth ions such as neodymium, which are used in solid-state lasers, as laser media.

固体レーザーが用いるレーザー媒質は、固体の母体にレーザー作用をする活性種がドープされたものである。固体の母体とは、結晶又はガラスである。結晶とは、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット結晶)、YLF、YVO4、YAlO3、サファイア、ルビー、アレキサンドライドである。また、レーザー作用をする活性種とは、例えば、3価のイオン(Cr3+、Nd3+、Yb3+、Tm3+、Ho3+、Er3+、Ti3+)である。 A laser medium used by a solid-state laser is obtained by doping a solid matrix with an active species that acts as a laser. The solid matrix is a crystal or glass. Crystals include YAG (yttrium / aluminum / garnet crystal), YLF, YVO 4 , YAlO 3 , sapphire, ruby, and alexandride. The active species that act as a laser are, for example, trivalent ions (Cr 3+ , Nd 3+ , Yb 3+ , Tm 3+ , Ho 3+ , Er 3+ , Ti 3+ ).

本発明で用いるレーザーとして、更にはファイバーレーザーを用いることもできる。ここで、本発明で用いることのできるファイバーレーザーについて図2を参照しながら詳細に説明する。   A fiber laser can also be used as the laser used in the present invention. Here, the fiber laser that can be used in the present invention will be described in detail with reference to FIG.

ファイバーレーザーは、光導波路(光ファイバー)を発振器として用いている。ファイバーレーザーの発振器の一構成を図2に示す。ファイバーレーザーは、励起用のレーザーダイオード111(LD)、励起光コンバイナー112、ファイバーブラッググレーティング113、ファイバーブラッググレーティング115(Fiber Bragg Grating)、レーザー媒質をコアにドープした光ファイバーである、アクティブゲインファイバー114、及び出力ポート116を有している。また、これらの機器は、ファイバーケーブル117を介してそれぞれ接続されている。なお、ファイバーレーザーは、連続発振、パルス発振のどちらでも可能である。本発明では連続発振又は疑似連続発振を用いる。   The fiber laser uses an optical waveguide (optical fiber) as an oscillator. One configuration of a fiber laser oscillator is shown in FIG. The fiber laser is a laser diode 111 (LD) for excitation, an excitation light combiner 112, a fiber Bragg grating 113, a fiber Bragg grating 115 (Fiber Bragg Grating), an active gain fiber 114 which is an optical fiber doped with a laser medium as a core, And an output port 116. These devices are connected to each other via a fiber cable 117. The fiber laser can be continuous oscillation or pulse oscillation. In the present invention, continuous oscillation or pseudo continuous oscillation is used.

励起光コンバイナー112は、複数のレーザーダイオード111から出力された励起光を結合し、この結合光をファイバーブラッググレーティング113に入力する。なお、図2に示す発振器の構成では励起光コンバイナー112を含む構成としているが、励起光コンバイナー112を含まない構成としてもよい。すなわち、ファイバーケーブル117を介して単一のレーザーダイオード111とファイバーブラッググレーティング113とを直接接続する構成とし、単一のレーザーダイオード111から出力された励起光をファイバーブラッググレーティング113に直接入力するようにしてもよい。   The excitation light combiner 112 combines the excitation lights output from the plurality of laser diodes 111 and inputs the combined light to the fiber Bragg grating 113. 2 includes the pump light combiner 112, the pump light combiner 112 may not be included. That is, the single laser diode 111 and the fiber Bragg grating 113 are directly connected via the fiber cable 117, and the excitation light output from the single laser diode 111 is directly input to the fiber Bragg grating 113. May be.

ファイバーブラッググレーティング113は、レーザー発振器の全反射ミラーとして機能し、ファイバーブラッググレーティング115は、出力ミラーとして機能する。ファイバーブラッググレーティング113、ファイバーブラッググレーティング115は、YAGレーザーの如き固体レーザーの共振器ミラーのように、定期的なクリーニングやアライメント調整をする必要がない。このため、固体レーザーを用いる場合に比較して、熱変化や機械的衝撃に強く、メンテナンス性やモバイル性が高い。ファイバーブラッググレーティング115から出力されたレーザー光は、出力ポート116を介して光ファイバーの外部に出力(射出)される。ここでは、ファイバーブラッググレーティング115から出力されたレーザー光のビームスポットは円形であり、その口径は数十μm(代表的には、10〜30μm)である。なお、レーザー光のビームスポットは、円形に限らず、楕円や方形でもよい。   The fiber Bragg grating 113 functions as a total reflection mirror of the laser oscillator, and the fiber Bragg grating 115 functions as an output mirror. The fiber Bragg grating 113 and the fiber Bragg grating 115 do not require periodic cleaning and alignment adjustment unlike a solid-state laser resonator mirror such as a YAG laser. For this reason, compared with the case where a solid-state laser is used, it is resistant to thermal change and mechanical shock, and has high maintainability and mobility. The laser beam output from the fiber Bragg grating 115 is output (emitted) to the outside of the optical fiber via the output port 116. Here, the beam spot of the laser beam output from the fiber Bragg grating 115 is circular, and its aperture is several tens of μm (typically 10 to 30 μm). The beam spot of the laser beam is not limited to a circle but may be an ellipse or a rectangle.

アクティブゲインファイバー114は、エルビウム(Er)、イッテルビウム(Yb)などの希土類元素がドープされた円筒状のコア118と、パイプ状のクラッド119とから構成されている(図3)。コア118は、その口径が数十μm(代表的には、10〜30μm)である。ファイバーブラッググレーティング113から励起光を入力すると、アクティブゲインファイバー114内でレーザー発振する。ここで、アクティブゲインファイバー114は、レーザーダイオード111から入力される光の波長、ビーム品質等を変換する、光変換器のような役割を果たす。クラッド119は、単層構造でもよいし、2層構造でもよい。2層構造とする場合、例えばシリカからなる内側のクラッドと、ポリマーからなる外側のクラッドとの2層構造とすればよい。また、クラッド119の断面形状は、円形、長方形、多角形のいずれでもよい。   The active gain fiber 114 includes a cylindrical core 118 doped with a rare earth element such as erbium (Er) or ytterbium (Yb), and a pipe-shaped cladding 119 (FIG. 3). The core 118 has a diameter of several tens of μm (typically 10 to 30 μm). When excitation light is input from the fiber Bragg grating 113, laser oscillation occurs in the active gain fiber 114. Here, the active gain fiber 114 functions as an optical converter that converts the wavelength, beam quality, and the like of the light input from the laser diode 111. The clad 119 may have a single layer structure or a two layer structure. In the case of a two-layer structure, for example, a two-layer structure of an inner clad made of silica and an outer clad made of polymer may be used. The cross-sectional shape of the clad 119 may be any of a circle, a rectangle, and a polygon.

ファイバーケーブル117は、屈折率が高い円筒状のコアと、屈折率が低くコアの外周を覆っているパイプ状のクラッドとからなる2層構造をなしている。クラッドは、光ファイバーに入射された光を閉じ込める役割を持つ。クラッドの外径は、100〜150μmである。コアの屈折率は、コアを覆っているクラッドの屈折率よりも高いため、光ファイバーに入射された光はコア部分を伝わり外部に伝送される。   The fiber cable 117 has a two-layer structure including a cylindrical core having a high refractive index and a pipe-like cladding having a low refractive index and covering the outer periphery of the core. The clad serves to confine light incident on the optical fiber. The outer diameter of the cladding is 100 to 150 μm. Since the refractive index of the core is higher than the refractive index of the clad covering the core, the light incident on the optical fiber is transmitted to the outside through the core portion.

光信号が光ファイバー内を伝わるパターン(モード)は、用途によって異なり、マルチモードステップ型、マルチモードグレーデッド型、シングルモード型の3種類に大別される。本発明にはどのモードを使用してもよいが、好ましくはシングルモード型を用いるとよい。   Patterns (modes) in which an optical signal travels in an optical fiber vary depending on the application, and are broadly classified into three types: multimode step type, multimode graded type, and single mode type. Any mode may be used in the present invention, but a single mode type is preferably used.

また、ファイバーブラッググレーティング115と出力ポート116との間に、非線形光学素子を設ける構成とすることが好ましい。非線形光学素子を設けることにより、レーザーダイオード111から出力された基本波のレーザー光を高調波(第2高調波や第3高調波など)に変換することができる。   Further, it is preferable that a nonlinear optical element is provided between the fiber Bragg grating 115 and the output port 116. By providing the nonlinear optical element, the fundamental laser beam output from the laser diode 111 can be converted into a harmonic (second harmonic, third harmonic, etc.).

本発明でファイバーレーザーから射出されたレーザー光を用いると、固体レーザーを用いて結晶化する場合に比較して半導体装置の生産性の向上、低コスト化を実現することができる。   When laser light emitted from a fiber laser is used in the present invention, productivity improvement and cost reduction of a semiconductor device can be realized as compared with the case of crystallization using a solid laser.

また、本発明で用いるレーザー光は非晶質半導体膜102に吸収される波長のCWレーザーから発振されたレーザー光であればよい。疑似CWレーザーから発振されたレーザー光を用いても良い。本実施の形態では非晶質半導体膜102にシリコンを用いている。そのため、用いるレーザー光の波長はシリコンに吸収される、800nm以下とし、好ましくは200〜500nm程度とし、より好ましくは350〜550nm程度とする。   Further, the laser light used in the present invention may be laser light oscillated from a CW laser having a wavelength absorbed by the amorphous semiconductor film 102. Laser light oscillated from a pseudo CW laser may be used. In this embodiment mode, silicon is used for the amorphous semiconductor film 102. Therefore, the wavelength of the laser light used is 800 nm or less, preferably about 200 to 500 nm, more preferably about 350 to 550 nm, which is absorbed by silicon.

ここで、疑似CWレーザーとは、パルス発振のレーザーであって、発振周波数が高いために、実質的にCWレーザーと同様に扱うことのできるレーザーをいう。本発明では、被照射面は結晶化させる半導体膜の一端から他端までの間に溶融状態を有するように完全溶融されることを前提としているために、一のパルスのレーザー光が照射されて半導体膜が溶融された状態から次のパルスのレーザー光が半導体膜に照射されるまでに、溶融された状態の半導体膜の少なくとも一部分を溶融状態で維持するようにして、固液界面を連続的に移動させながら結晶化を行うことのできる、パルス発振のレーザーを用いる。   Here, the pseudo CW laser is a pulse oscillation laser, which has a high oscillation frequency and can be handled in the same manner as a CW laser. In the present invention, since it is assumed that the irradiated surface is completely melted so as to have a molten state between one end and the other end of the semiconductor film to be crystallized, one pulse of laser light is irradiated. The solid-liquid interface is continuously maintained by maintaining at least a part of the melted semiconductor film from the melted state of the semiconductor film until the next pulse of laser light is irradiated to the semiconductor film. A pulsed laser that can be crystallized while being moved to is used.

更に、本発明ではレーザー光の光強度を、空間的にレーザー光の長軸方向に周期的に変調させる手段を有する。このような手段として、位相シフトマスクを用いる。つまり、ストライプパターンを有する位相シフトマスクを介して、レーザー照射を行う。図4は、本発明で用いる位相シフトマスクの概略図である。図4(A)が位相シフトマスクの側面図を示し、図4(B)が位相シフトマスクの上面図を示している。本発明で用いる位相シフトマスクには凸部121及び凹部122からなる、周期的なストライプ状のパターンが設けられている。このような位相シフトマスクは、平滑性が高い、透光性を有する基板をレーザー光により加工することで作製される。透光性を有する基板として、例えば、石英基板を用いる。このように凹凸が形成された位相シフトマスクをレーザー光が通過すると、凸部を通過したレーザー光では位相は反転せず、凹部を通過したレーザー光でのみ位相が180°反転する。これにより、該位相シフトマスクの凹部と凸部の間隔を反映した強度分布を有するレーザー光を得ることができる。   Further, the present invention has means for periodically modulating the light intensity of the laser light spatially in the major axis direction of the laser light. As such means, a phase shift mask is used. That is, laser irradiation is performed through a phase shift mask having a stripe pattern. FIG. 4 is a schematic diagram of a phase shift mask used in the present invention. 4A shows a side view of the phase shift mask, and FIG. 4B shows a top view of the phase shift mask. The phase shift mask used in the present invention is provided with a periodic stripe pattern composed of convex portions 121 and concave portions 122. Such a phase shift mask is manufactured by processing a substrate having high smoothness and translucency with laser light. As the light-transmitting substrate, for example, a quartz substrate is used. When the laser light passes through the phase shift mask having such irregularities, the phase is not inverted by the laser light that has passed through the convex portion, but the phase is inverted by 180 ° only by the laser light that has passed through the concave portion. Thereby, it is possible to obtain laser light having an intensity distribution reflecting the interval between the concave portion and the convex portion of the phase shift mask.

凹部の面と凸部の面には段差Δtが設けられている。Δtは、用いるレーザー光の波長λ、および位相シフトマスクの材料である、石英中における光の屈折率n及び空気中における光の屈折率nから、以下の数式により求められる。

Figure 0005227552
A step Δt is provided between the concave surface and the convex surface. Δt is obtained from the wavelength λ of the laser light to be used and the refractive index n 1 of light in quartz and the refractive index n 0 of light in air, which are materials of the phase shift mask, by the following formula.
Figure 0005227552

ここで、屈折率n=1.486、屈折率n=1.000、波長λ=532nmとすると、段差Δt=547nmとなる。従って、Δt=547nmとなるよう、石英基板を加工する。 Here, when the refractive index n 1 = 1.486, the refractive index n 0 = 1.000, and the wavelength λ = 532 nm, the step Δt = 547 nm. Therefore, the quartz substrate is processed so that Δt = 547 nm.

図5は、本発明における、レーザー光を照射するときの光学系装置の位置関係の概略図を示している。レーザー発振器130から発振されたレーザー光は、まず、アッテネータ131で調整される。アッテネータ131は発振されたレーザー光の光強度を調整する。アッテネータ131を通過したレーザー光は、スリット132から照射されてシリンドリカルレンズ133を通過する。シリンドリカルレンズ133及びシリンドリカルレンズ136を通過したレーザー光は長軸方向および短軸方向について各々の後側焦点に集光され、照射されるビームの形状に成形される。本発明では線状ビームを形成するため、以下、長軸方向(図5(A))と短軸方向(図5(B))の各々について、別々に説明する。   FIG. 5 shows a schematic diagram of the positional relationship of the optical system apparatus when irradiating laser light in the present invention. The laser light oscillated from the laser oscillator 130 is first adjusted by the attenuator 131. The attenuator 131 adjusts the light intensity of the oscillated laser light. The laser beam that has passed through the attenuator 131 is irradiated from the slit 132 and passes through the cylindrical lens 133. The laser light that has passed through the cylindrical lens 133 and the cylindrical lens 136 is condensed at the respective rear focal points in the major axis direction and the minor axis direction, and is shaped into the shape of the irradiated beam. In the present invention, in order to form a linear beam, each of the major axis direction (FIG. 5A) and the minor axis direction (FIG. 5B) will be described separately.

レーザー光はシリンドリカルレンズ133を通過することで、長軸方向に関しては、後側焦点134に集光される。後側焦点134はシリンドリカルレンズ133の屈折率により決定される。シリンドリカルレンズ面133aから後側焦点までの距離である後側焦点距離135によって、被照射面138に照射される線状レーザー光の長軸方向の長さ39が決定される。そのため、線状レーザー光の長軸方向の長さ39が所望の長さとなるように、シリンドリカルレンズ133と被照射面138の距離を決定する。なお、本実施の形態では被照射面138は図1に示す非晶質半導体膜102の表面である。該レーザー光は、その後シリンドリカルレンズ136を通過するが、シリンドリカルレンズ136を通過しても、レーザー光の長軸方向では影響を受けない。   The laser light passes through the cylindrical lens 133 and is focused on the rear focal point 134 in the major axis direction. The rear focal point 134 is determined by the refractive index of the cylindrical lens 133. The length 39 in the major axis direction of the linear laser light irradiated on the irradiated surface 138 is determined by the rear focal length 135 which is the distance from the cylindrical lens surface 133a to the rear focal point. Therefore, the distance between the cylindrical lens 133 and the irradiated surface 138 is determined so that the length 39 in the major axis direction of the linear laser beam becomes a desired length. Note that in this embodiment mode, the irradiated surface 138 is the surface of the amorphous semiconductor film 102 shown in FIG. The laser light then passes through the cylindrical lens 136, but even if it passes through the cylindrical lens 136, it is not affected in the major axis direction of the laser light.

レーザー光の短軸方向については、シリンドリカルレンズ133では該レーザー光は変化することなく通過し、シリンドリカルレンズ133と被照射面138の間に設けられたシリンドリカルレンズ136により、シリンドリカルレンズ136の後側焦点140に集光される。後側焦点140はシリンドリカルレンズ136の屈折率により決定される。シリンドリカルレンズ面136aから後側焦点140までの距離である後側焦点距離142によって、被照射面138に照射される線状レーザー光の短軸方向の長さ141が決定される。そのため、線状レーザー光の短軸方向の長さ141が所望の長さとなるように、シリンドリカルレンズ136と被照射面138の距離を決定する。なお、本実施の形態では被照射面138は非晶質半導体膜102の表面である。ここで、図5(B)において、後側焦点140は被照射面の後方に存在しているが、後側焦点は被照射面の前方であってもよい。なお、レーザー光は位相シフトマスクでも屈折されるので、この点も考慮する。   With respect to the short axis direction of the laser beam, the laser beam passes through the cylindrical lens 133 without change, and the rear focal point of the cylindrical lens 136 is formed by the cylindrical lens 136 provided between the cylindrical lens 133 and the irradiated surface 138. 140 is condensed. The rear focal point 140 is determined by the refractive index of the cylindrical lens 136. The length 141 in the minor axis direction of the linear laser light irradiated on the irradiated surface 138 is determined by the rear focal length 142 which is the distance from the cylindrical lens surface 136a to the rear focal point 140. Therefore, the distance between the cylindrical lens 136 and the irradiated surface 138 is determined so that the length 141 in the short axis direction of the linear laser light becomes a desired length. Note that in this embodiment mode, the irradiated surface 138 is the surface of the amorphous semiconductor film 102. Here, in FIG. 5B, the rear focal point 140 exists behind the irradiated surface, but the rear focal point may be in front of the irradiated surface. Since laser light is also refracted by the phase shift mask, this point is also taken into consideration.

本実施の形態では、レーザー光はストライプパターンを有する位相シフトマスク137を介して、非晶質半導体膜の表面に照射される。位相シフトマスク137を介することで、該レーザー光は、長軸方向において位相シフトマスク137のストライプパターンを反映した強度分布を有することになる。   In this embodiment mode, laser light is applied to the surface of the amorphous semiconductor film through the phase shift mask 137 having a stripe pattern. By passing through the phase shift mask 137, the laser light has an intensity distribution reflecting the stripe pattern of the phase shift mask 137 in the major axis direction.

ここで、位相シフトマスク137に形成されるストライプパターンの凹凸の周期は、用いられるレーザー光に応じて決定するとよい。ストライプパターンの凹凸の周期は、該レーザー光により、位相シフトマスクを用いずにレーザー結晶化した場合の、得られる結晶粒のサイズにより決定するとよい。例えば、位相シフトマスク137を用いずに結晶化した場合に、結晶粒のサイズが平均3μm程度であれば、強度変調されたレーザー光が被照射面に照射される際に、強度変調の周期の半分が3μm以下となるよう、調整すればよい。これにより、結晶の核生成の位置を制御することができる。ここでは凹凸の周期が6μmとなるように設定する。従って、結晶化される半導体膜を構成する結晶帯は3μmの間隔(幅)を有する。   Here, the period of the unevenness of the stripe pattern formed on the phase shift mask 137 may be determined according to the laser beam used. The period of the unevenness of the stripe pattern may be determined by the size of crystal grains obtained when laser crystallization is performed without using a phase shift mask with the laser light. For example, when crystallization is performed without using the phase shift mask 137, if the crystal grain size is about 3 μm on average, the intensity-modulated period of the intensity-modulated laser beam is irradiated when the surface is irradiated with the intensity-modulated laser light. What is necessary is just to adjust so that a half may be 3 micrometers or less. Thereby, the position of crystal nucleation can be controlled. Here, the unevenness period is set to 6 μm. Therefore, the crystal band constituting the semiconductor film to be crystallized has an interval (width) of 3 μm.

上記のように、6μmの周期で繰り返されるレーザー光のビームプロファイルを、位相シフトマスクによる干渉光にて形成した場合についての計算結果を図6に示す。横軸は相対距離、縦軸は規格化した輝度を表している。計算結果はフレネル−キルヒホッフ回折積分を数値積分することにより算出したものである。なお、計算にはMathematicaを用いた。   FIG. 6 shows the calculation result when the beam profile of the laser beam repeated with a period of 6 μm is formed by the interference light by the phase shift mask as described above. The horizontal axis represents the relative distance, and the vertical axis represents the normalized luminance. The calculation result is calculated by numerical integration of Fresnel-Kirchhoff diffraction integration. For the calculation, Mathematica was used.

図6(A)はレーザー光の走査方向と位相シフトマスクのストライプパターンが平行である場合のレーザー光の輝度の分布を表している。なお、レーザー光の走査方向は位相シフトマスクに設けられた、凹凸を形成する溝に平行な方向である。図6(A)に示されるように、3μm(レーザー光のビームプロファイルの周期の半分)毎に、照射されるレーザー光の輝度がほぼ0になる。このように、照射されるレーザー光の輝度がほぼ0になる位置では、非晶質半導体膜を完全溶融させるだけの十分な熱量が与えられず、結晶化されないことがある。そのため、線状ビームの走査方向を位相シフトマスクに設けられた凹凸を形成する溝に平行とせず、角度θ(図7(A−1)を参照)だけ傾けるとよい。なお、図7(A−1)には位相シフトマスク151の上面図を、図7(A−2)には位相シフトマスク151の側面図を、図7(B)には位相シフトマスク151を介して線状レーザー光150が被照射面152に照射される様子を示している。これにより、周期的に存在する、レーザー光の輝度の極小値に該非晶質半導体膜が完全溶融するだけのレーザー光強度を確保することができる。角度θが11.5°の場合について、図6(B)に、角度θが30.9°の場合について、図6(C)に示す。図6(C)のレーザー光強度の一周期内において、光強度の極大値と極小値の輝度値は一定の条件内に収まるように調整する。   FIG. 6A shows the luminance distribution of the laser light when the scanning direction of the laser light and the stripe pattern of the phase shift mask are parallel. Note that the scanning direction of the laser beam is a direction parallel to a groove provided in the phase shift mask and forming the unevenness. As shown in FIG. 6A, the luminance of the irradiated laser light becomes almost zero every 3 μm (half the period of the beam profile of the laser light). As described above, at the position where the brightness of the irradiated laser beam is almost zero, a sufficient amount of heat for completely melting the amorphous semiconductor film is not given, and crystallization may not occur. Therefore, the scanning direction of the linear beam may be inclined by an angle θ (see FIG. 7A-1) without being parallel to the groove forming the unevenness provided in the phase shift mask. 7A-1 is a top view of the phase shift mask 151, FIG. 7A-2 is a side view of the phase shift mask 151, and FIG. 7B is a phase shift mask 151. A state in which the irradiated laser beam 150 is irradiated with the linear laser beam 150 is shown. As a result, it is possible to ensure a laser beam intensity sufficient for the amorphous semiconductor film to be completely melted at a minimum value of the luminance of the laser beam that periodically exists. FIG. 6B shows the case where the angle θ is 11.5 °, and FIG. 6C shows the case where the angle θ is 30.9 °. In one cycle of the laser light intensity in FIG. 6C, the luminance values of the light intensity maximum value and the minimum value are adjusted so as to be within a certain condition.

ここで、光強度の極大値と極小値における一定の条件について説明する。図8には照射されるレーザー光の輝度と、レーザー光の照射により形成される半導体膜の形態の関係を示している。   Here, a fixed condition for the maximum value and the minimum value of the light intensity will be described. FIG. 8 shows the relationship between the brightness of the irradiated laser light and the form of the semiconductor film formed by the laser light irradiation.

照射されるレーザー光の輝度が、図8中のp値よりも小さい場合、該非晶質半導体膜は結晶化されず、非晶質のままである。   When the luminance of the irradiated laser beam is smaller than the p value in FIG. 8, the amorphous semiconductor film is not crystallized and remains amorphous.

照射されるレーザー光の輝度の極小値が、図8中のp値よりも大きく、輝度の極大値がq値よりも小さい場合(図8(A)を参照)、該非晶質半導体膜は全面が結晶化される。   When the minimum value of the luminance of the irradiated laser light is larger than the p value in FIG. 8 and the maximum value of the luminance is smaller than the q value (see FIG. 8A), the amorphous semiconductor film is the entire surface. Is crystallized.

照射されるレーザー光の輝度の極大値が、図8中のq値よりも大きく、r値よりも小さい場合であり、且つ、照射されるレーザー光の輝度の極小値が、図8中のp値よりも大きく、q値よりも小さい場合(図8(B)を参照)、該非晶質半導体膜は結晶化され、結晶質半導体層中には結晶粒のサイズが大きい結晶と粒界が小さい結晶が混在する。   The maximum value of the luminance of the irradiated laser light is larger than the q value in FIG. 8 and smaller than the r value, and the minimum value of the luminance of the irradiated laser light is p in FIG. When the value is larger than the value and smaller than the q value (see FIG. 8B), the amorphous semiconductor film is crystallized, and the crystalline semiconductor layer has a large crystal grain size and a small grain boundary. Crystals are mixed.

照射されるレーザー光の輝度の極大値および極小値が、図8中のq値よりも大きく、r値よりも小さい場合(図8(C)を参照)、該非晶質半導体膜は結晶化され、該半導体膜中には結晶粒のサイズが大きい結晶が形成される。   When the maximum value and the minimum value of the luminance of the irradiated laser light are larger than the q value and smaller than the r value in FIG. 8 (see FIG. 8C), the amorphous semiconductor film is crystallized. A crystal having a large crystal grain size is formed in the semiconductor film.

照射されるレーザー光の輝度の極大値が、図8中のr値よりも大きい場合で、且つ、照射されるレーザー光の輝度の極小値が、図8中のq値よりも大きく、r値よりも小さい場合(図8(D)を参照)、該半導体膜は照射されるレーザー光の輝度が弱い領域にのみ残り、輝度が強い領域の半導体膜は消失し、縞状の半導体膜になる。   The maximum value of the luminance of the irradiated laser light is larger than the r value in FIG. 8, and the minimum value of the luminance of the irradiated laser light is larger than the q value in FIG. (See FIG. 8D), the semiconductor film remains only in the region where the luminance of the irradiated laser light is weak, and the semiconductor film in the region where the luminance is strong disappears to become a striped semiconductor film. .

以上のように、照射されるレーザー光の輝度によって形成される結晶粒のサイズ等が変化する。本発明ではサイズが大きい結晶を形成するため、図8(C)に示されるようにレーザー光の輝度を調整する。図8中のq値はr値の約80%程度となることが経験的に知られている。   As described above, the size and the like of the crystal grains formed vary depending on the brightness of the irradiated laser light. In the present invention, in order to form a crystal having a large size, the brightness of the laser beam is adjusted as shown in FIG. It is empirically known that the q value in FIG. 8 is about 80% of the r value.

以上の理由から、角度θと、位相シフトマスクと非晶質半導体膜間の距離dを最適な値となるよう調整する必要がある。角度θを30.9°で一定とし、距離dを変化させたときの輝度の変化を図9に示す。図9(A)〜(D)はそれぞれ、dが300μm、400μm、500μm、800μmのときの照射されるレーザー光の輝度を示している。図9(D)のときに輝度が周期的に変化し、ノイズが少ない。そのため、ここでは、角度θが30.9°、距離dが800μmとなるように調整するとよい。このような、線状レーザー光150と位相シフトマスク151及び被照射面152の関係を図7に示す。図7(A−1)は線状レーザー光150と位相シフトマスク151の上面図であり、図7(A−2)は(A−1)の側面図である。図7(B)は図7(A−1)及び(A−2)に示した線状レーザー光照射時の被照射面と位相シフトマスクと線状レーザー光についての側面図である。なお、レーザー照射時には基板を走査するため、図中に基板の走査方向を示している。   For the above reasons, it is necessary to adjust the angle θ and the distance d between the phase shift mask and the amorphous semiconductor film so as to have optimum values. FIG. 9 shows the change in luminance when the angle θ is constant at 30.9 ° and the distance d is changed. FIGS. 9A to 9D show the luminance of the laser beam irradiated when d is 300 μm, 400 μm, 500 μm, and 800 μm, respectively. In FIG. 9D, the luminance changes periodically and there is little noise. Therefore, here, it is preferable to adjust the angle θ to be 30.9 ° and the distance d to be 800 μm. Such a relationship between the linear laser beam 150, the phase shift mask 151, and the irradiated surface 152 is shown in FIG. 7A-1 is a top view of the linear laser beam 150 and the phase shift mask 151, and FIG. 7A-2 is a side view of FIG. 7A-1. FIG. 7B is a side view of the irradiated surface, the phase shift mask, and the linear laser light at the time of linear laser light irradiation shown in FIGS. 7A-1 and 7A-2. Since the substrate is scanned during laser irradiation, the scanning direction of the substrate is shown in the drawing.

また、本実施形態で上記した以外に、プロジェクションレンズを用いることもできる。図10にプロジェクションレンズを用いた場合の光学系の模式図を示す。レーザー照射装置160は、レーザー発振装置161と、レーザー光を整形する第1の光学系162と、レーザー光を均一化する第2の光学系163と、マスクホルダ170と、第3の光学系165と、ステージ166とを具備している。マスクホルダ170には、マスク164が配置される。ステージ166には、基板167が配置される。基板167は、例えば、非晶質半導体膜が形成されたガラス基板100に相当する。   In addition to those described above in the present embodiment, a projection lens can also be used. FIG. 10 shows a schematic diagram of an optical system when a projection lens is used. The laser irradiation device 160 includes a laser oscillation device 161, a first optical system 162 that shapes laser light, a second optical system 163 that equalizes laser light, a mask holder 170, and a third optical system 165. And a stage 166. A mask 164 is disposed on the mask holder 170. A substrate 167 is disposed on the stage 166. The substrate 167 corresponds to the glass substrate 100 on which an amorphous semiconductor film is formed, for example.

レーザー発振装置161の発振器で発振して得られたレーザー光は、第1の光学系162により、成形される。成形されたレーザー光は、第2の光学系163を通り、均一化される。そして、成形され、均一化されたレーザー光がマスク164を通過し、第3の光学系165内で所望の倍率に縮小され、ステージ166上に保持された基板167上にパターンを結像する。   Laser light obtained by oscillating with an oscillator of the laser oscillation device 161 is shaped by the first optical system 162. The shaped laser light passes through the second optical system 163 and is made uniform. Then, the shaped and uniformized laser light passes through the mask 164, is reduced to a desired magnification in the third optical system 165, and forms a pattern on the substrate 167 held on the stage 166.

レーザー発振装置161は、大出力を得られるレーザー発振器を備える。例えば、エキシマレーザー発振器、気体レーザー発振器、固体レーザー発振器、半導体レーザー発振器等を備える。連続発振のレーザー光やパルス発振のレーザー光が得られるものを、適宜用いることができる。具体的には、上記実施の形態1で挙げたレーザー発振器等を用いることができる。   The laser oscillation device 161 includes a laser oscillator capable of obtaining a large output. For example, an excimer laser oscillator, a gas laser oscillator, a solid laser oscillator, a semiconductor laser oscillator and the like are provided. What can obtain a continuous wave laser beam or a pulsed laser beam can be used as appropriate. Specifically, the laser oscillator described in Embodiment 1 can be used.

第1の光学系162は、レーザー発振装置161から得られたレーザー光を所望の形状に成形するための光学系である。具体的には、レーザー光の断面形状を、円形、楕円形、矩形等の面状、または線状(厳密には、細長い長方形状)等に成形することができる。例えば、第1の光学系162にエキスパンダー等を用いて、レーザー光のビーム径を調整すればよい。その他、レーザー光の偏光方向を揃えるポーラライザーや、レーザー光のエネルギーを調整するアッテネータ、スペクトロメーター等を設けてもよい。アッテネータは減衰機とも呼ばれ、発振されたレーザー光の光強度を調整する。レーザー発振装置161に、レーザー光の出力を調整する機能がある場合には、アッテネータは設けなくともよい。   The first optical system 162 is an optical system for shaping the laser light obtained from the laser oscillation device 161 into a desired shape. Specifically, the cross-sectional shape of the laser light can be formed into a surface shape such as a circle, an ellipse, or a rectangle, or a line (strictly speaking, an elongated rectangle). For example, the beam diameter of the laser light may be adjusted using an expander or the like for the first optical system 162. In addition, a polarizer that aligns the polarization direction of the laser light, an attenuator that adjusts the energy of the laser light, a spectrometer, and the like may be provided. The attenuator is also called an attenuator and adjusts the light intensity of the oscillated laser beam. If the laser oscillation device 161 has a function of adjusting the output of laser light, an attenuator need not be provided.

第2の光学系163は、第1の光学系162により成形されたレーザー光のエネルギー分布を均一化するための光学系である。具体的には、マスク164に照射されるレーザー光のエネルギー分布を均一化する。例えば、ホモジナイザー等を用いて、レーザー光のエネルギー分布を均一化すればよい。また、レーザー光が効率良くマスク164に照射されるように、ホモジナイザーとマスク164との間にフィールドレンズ等を設けて集光させるとよい。   The second optical system 163 is an optical system for uniformizing the energy distribution of the laser light molded by the first optical system 162. Specifically, the energy distribution of the laser light applied to the mask 164 is made uniform. For example, the energy distribution of the laser beam may be made uniform using a homogenizer or the like. In addition, a field lens or the like may be provided between the homogenizer and the mask 164 so as to efficiently irradiate the mask 164 with laser light.

なお、マスク164は位相シフトマスク、遮光マスク又は遮光領域を有する位相シフトマスク等が相当する。遮光領域は、遮光性が優れ、且つ照射されるレーザー光のエネルギーに耐性のある材料を用いる。   Note that the mask 164 corresponds to a phase shift mask, a light shielding mask, a phase shift mask having a light shielding region, or the like. The light shielding region is made of a material that has excellent light shielding properties and is resistant to the energy of the irradiated laser beam.

第3の光学系165は、マスク164を通過してパターン化されたレーザー光を縮小するための光学系である。マスク164を通過したレーザー光は、マスク164に形成されたパターンに対応したものとなる。第3の光学系165は、マスク164により形成されたレーザー光のパターン形状や強度分布を維持したまま、縮小して基板167に結像する光学系である。例えば、5分の1、10分の1等に縮小される縮小レンズを用いる。   The third optical system 165 is an optical system for reducing laser light patterned through the mask 164. The laser light that has passed through the mask 164 corresponds to the pattern formed on the mask 164. The third optical system 165 is an optical system that reduces and forms an image on the substrate 167 while maintaining the pattern shape and intensity distribution of the laser light formed by the mask 164. For example, a reduction lens that is reduced to 1/5, 1/10, or the like is used.

基板167は、ステージ166で保持され、XYZθ方向に移動することができる。   The substrate 167 is held by the stage 166 and can move in the XYZθ directions.

図10のレーザー照射装置には、マスク164にレーザー光が均一に照射されているかを監視、制御するための受光素子168を設けてもよい。その他、基板167にレーザー光の焦点を合わせるためのオートフォーカス機構として、受光素子169を設けてもよい。受光素子168、169としては、CCDカメラ等を用いればよい。   The laser irradiation apparatus in FIG. 10 may be provided with a light receiving element 168 for monitoring and controlling whether the mask 164 is uniformly irradiated with laser light. In addition, a light receiving element 169 may be provided as an autofocus mechanism for focusing the laser beam on the substrate 167. As the light receiving elements 168 and 169, a CCD camera or the like may be used.

また、図10のレーザー照射装置にミラー等を適宜設けて、レーザー光の進行方向を制御してもよい。   In addition, a laser or the like may be appropriately provided in the laser irradiation apparatus in FIG. 10 to control the traveling direction of the laser light.

以上のように、プロジェクションレンズを用いることにより、本発明における、照射されるレーザー光の長軸方向における強度分布は、マスク164のパターンの周期に拘束されない。従って、マスク164と異なる周期の結晶帯を有する結晶質半導体膜を形成することができる。   As described above, by using the projection lens, the intensity distribution in the major axis direction of the irradiated laser light in the present invention is not constrained by the pattern period of the mask 164. Accordingly, a crystalline semiconductor film having a crystal band with a period different from that of the mask 164 can be formed.

以上述べたように、本発明を適用して、図1(B−1)及び(B−2)に示すように結晶の核生成場所が制御された、粒界が一方向に延びた、結晶粒のサイズが大きな結晶粒により形成される多結晶半導体層103を得ることができる。なお、図1(B−1)の多結晶半導体層103は図1(B−2)に示されるように、一方向にのみ延びた、結晶帯の境界105が存在し、結晶帯の境界105により仕切られた領域が一の結晶帯104となる。なお、結晶帯104は、一又は複数の結晶粒からなるが、一の結晶粒からなることが好ましい。一の結晶粒からなる結晶帯とすることで、単結晶と同様に粒界の存在しない多結晶半導体を形成することができる。   As described above, by applying the present invention, the crystal nucleation site is controlled as shown in FIGS. 1 (B-1) and (B-2), and the grain boundary extends in one direction. A polycrystalline semiconductor layer 103 formed with crystal grains having a large grain size can be obtained. Note that the polycrystalline semiconductor layer 103 in FIG. 1B-1 has a crystal band boundary 105 extending only in one direction, as shown in FIG. 1B-2. The region partitioned by is a single crystal band 104. Note that the crystal band 104 includes one or more crystal grains, but preferably includes one crystal grain. By using a crystal band composed of one crystal grain, a polycrystalline semiconductor having no grain boundary can be formed as in the case of a single crystal.

結晶帯104中に任意の一点(図1(B−2)中、点P)をとり、その任意の一点から結晶帯の境界105に平行に引いた線は、結晶帯の境界105と交差しない。また、本実施の形態によれば、結晶帯の境界105と交差するような結晶粒界は形成されていないため、TFTのチャネル長の方向を、結晶帯の境界105とほぼ平行な方向となるようにTFTを設けることで、移動度が高く、電気的特性が良好なTFTを作製することができる。   An arbitrary point (point P in FIG. 1B-2) is taken in the crystal band 104, and a line drawn from the arbitrary point in parallel to the boundary 105 of the crystal band does not intersect the boundary 105 of the crystal band. . In addition, according to the present embodiment, no crystal grain boundary intersecting with the boundary 105 of the crystal band is formed, so that the direction of the TFT channel length is substantially parallel to the boundary 105 of the crystal band. By providing a TFT in this manner, a TFT with high mobility and good electrical characteristics can be manufactured.

また、本実施の形態では、非晶質半導体膜をレーザー光により結晶化させるに際して、レーザー光を線状に成形している。線状レーザー光を長軸方向に周期的に強度変調させる手段として、一定の間隔で溝が形成された位相シフトマスクが用いられる。そのため、形成される結晶帯の幅は一定である。結晶帯の幅を一定とすることで、電気的特性が良好なTFTを作製することができる。   In this embodiment mode, the laser light is formed into a linear shape when the amorphous semiconductor film is crystallized by the laser light. As means for periodically modulating the intensity of linear laser light in the major axis direction, a phase shift mask having grooves formed at regular intervals is used. Therefore, the width of the formed crystal band is constant. By making the width of the crystal band constant, a TFT with good electrical characteristics can be manufactured.

また、結晶化にあたっては、結晶化を助長する金属元素を用いることもできる。結晶化を助長する金属元素を用いて非晶質半導体膜の結晶化を行うと、低温で短時間の結晶化が可能となるうえ、結晶の方向が揃うという利点がある。しかし、金属元素が結晶質半導体層に残存するためにオフ電流が上昇し、特性が安定しないという欠点がある。そこで、結晶質半導体層上に、ゲッタリングサイトとして機能する非晶質半導体層を形成するとよい。ゲッタリングサイトとなる非晶質半導体層には、リン(P)やアルゴン(Ar)等の不純物元素を含有させる必要があるため、好適には、アルゴンを高濃度に含有させることが可能なスパッタリング法で形成するとよい。その後、加熱処理(RTA法やファーネスアニール炉を用いた熱アニール等)を行って、非晶質半導体層中に金属元素を拡散させ、続いて、当該金属元素を含む非晶質半導体層と表面の酸化膜を除去する。そうすると、結晶質半導体層中の金属元素の含有量を低減又は除去することができる。   In crystallization, a metal element that promotes crystallization can also be used. When an amorphous semiconductor film is crystallized using a metal element that promotes crystallization, there is an advantage that crystallization can be performed in a short time at a low temperature and the directions of crystals are aligned. However, since the metal element remains in the crystalline semiconductor layer, there is a disadvantage that the off-current increases and the characteristics are not stable. Therefore, an amorphous semiconductor layer functioning as a gettering site is preferably formed over the crystalline semiconductor layer. Since the amorphous semiconductor layer serving as a gettering site needs to contain an impurity element such as phosphorus (P) or argon (Ar), sputtering that can preferably contain argon at a high concentration is preferable. It may be formed by the method. Thereafter, heat treatment (RTA method, thermal annealing using a furnace annealing furnace, etc.) is performed to diffuse the metal element in the amorphous semiconductor layer, and then the amorphous semiconductor layer containing the metal element and the surface The oxide film is removed. Then, the content of the metal element in the crystalline semiconductor layer can be reduced or removed.

また、結晶化後に、窒化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜でパッシベーション膜を形成し、窒素雰囲気中で450〜800℃で、1〜24時間の熱処理を行ってもよい。例えば550℃にて14時間の熱処理を行うことで、不純物領域がゲッタリングサイトとなり、チャネル形成領域から不純物領域に金属元素を偏析させることができる。不純物領域にはドナーまたはアクセプターと金属元素が共に存在することになる。このようにして、結晶化を助長する金属元素をチャネル形成領域から除去することができる。   Alternatively, a passivation film may be formed using a silicon nitride film or a silicon oxynitride film after crystallization, and heat treatment may be performed at 450 to 800 ° C. for 1 to 24 hours in a nitrogen atmosphere. For example, by performing heat treatment at 550 ° C. for 14 hours, the impurity region becomes a gettering site, and the metal element can be segregated from the channel formation region to the impurity region. Both the donor or acceptor and the metal element are present in the impurity region. In this manner, the metal element that promotes crystallization can be removed from the channel formation region.

また、結晶化を助長する金属元素としては、Ni、Fe、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au等を用いることができる。   Further, Ni, Fe, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au, or the like can be used as a metal element that promotes crystallization.

以上述べたように、本発明により、結晶の核生成場所を制御できる。そのため、結晶粒界の生成場所、生成する方向と単位面積あたりの本数を制御できる。   As described above, according to the present invention, the crystal nucleation site can be controlled. Therefore, the generation location, the generation direction, and the number per unit area of the crystal grain boundary can be controlled.

本発明により、結晶成長の方向を一方向に制御することができる。そのため、結晶粒界を低減することができる。これにより、多結晶半導体層を有するTFTにおいて、半導体層の移動度を飛躍的に向上させることができる。   According to the present invention, the direction of crystal growth can be controlled in one direction. Therefore, the crystal grain boundary can be reduced. Thereby, in a TFT having a polycrystalline semiconductor layer, the mobility of the semiconductor layer can be dramatically improved.

また、本発明により、TFTの半導体層の移動度が向上するため、良好な電気的特性を有するTFTを作製することができる。   In addition, according to the present invention, the mobility of the semiconductor layer of the TFT is improved, so that a TFT having favorable electrical characteristics can be manufactured.

本発明により良好な電気的特性を有するTFTを作製できるため、従来よりも高機能な回路素子を形成することができる。これにより、従来よりも高付加価値な半導体装置をガラス基板上に作製することができる。   Since a TFT having favorable electrical characteristics can be manufactured according to the present invention, a circuit element with higher functionality than conventional ones can be formed. As a result, a semiconductor device with higher added value than conventional can be manufactured on a glass substrate.

〈実施の形態2〉
本実施の形態では、本発明を適用した液晶表示装置におけるTFTの作製工程について、図面を参照してその一例を説明する。図11乃至図14は、液晶表示装置の画素部が有するTFT(画素TFT)を示す。図11乃至図14の(A)には上面図を示し、(B)には(A)におけるX1〜X3における断面図を示す。
<Embodiment 2>
In this embodiment, an example of a manufacturing process of a TFT in a liquid crystal display device to which the present invention is applied is described with reference to drawings. 11 to 14 show TFTs (pixel TFTs) included in the pixel portion of the liquid crystal display device. 11A to 14A are top views, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along lines X 1 to X 3 in FIG.

本実施の形態では基板にはガラス基板180を用いる。ガラス基板180上には下地層181を形成する。下地層181上に非晶質シリコン膜を形成する。下地層181は酸化シリコン系材料又は窒化シリコン系材料により形成すればよい。または、これらの材料からなる膜を積層した構造であってもよい。好適には、窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成した二層の積層構造とすればよい。半導体層と接触する層を酸化シリコンにより形成することが好ましい。特に、熱酸化により形成した酸化シリコンを用いると、界面準位のばらつきを低減することができ、より好ましい。ここでは窒化シリコン膜182上に酸化シリコン膜183を形成した積層構造とする。なお、本発明はこれに限定されず、実施の形態1と同様、必要のない場合には下地層181を設けなくても良い。   In this embodiment mode, a glass substrate 180 is used as the substrate. A base layer 181 is formed on the glass substrate 180. An amorphous silicon film is formed on the base layer 181. The base layer 181 may be formed using a silicon oxide material or a silicon nitride material. Or the structure which laminated | stacked the film | membrane which consists of these materials may be sufficient. Preferably, a two-layer structure in which a silicon oxide film is formed over a silicon nitride film may be used. The layer in contact with the semiconductor layer is preferably formed using silicon oxide. In particular, use of silicon oxide formed by thermal oxidation is more preferable because variation in interface states can be reduced. Here, a stacked structure in which a silicon oxide film 183 is formed over the silicon nitride film 182 is employed. Note that the present invention is not limited to this, and it is not necessary to provide the base layer 181 when it is unnecessary as in the first embodiment.

次に、脱水素処理を行う。脱水素処理は、ガラス基板180を加熱することにより行えばよい。例えば、500℃で1時間の加熱を行う。なお、本発明はこれに限定されず、必要のない場合には脱水素処理は行わなくても良い。   Next, dehydrogenation treatment is performed. The dehydrogenation treatment may be performed by heating the glass substrate 180. For example, heating is performed at 500 ° C. for 1 hour. Note that the present invention is not limited to this, and the dehydrogenation treatment may not be performed if unnecessary.

次に、必要に応じてチャネルドープを行う。なお、チャネルドープとは、半導体層に所定の濃度の不純物を添加して、意図的にTFTの閾値電圧をシフトさせ、TFTの閾値を所望の値に制御する技術である。例えば、閾値電圧がマイナス側にシフトしている場合にはドーパントとしてはp型の不純物元素を、プラス側にシフトしている場合にはドーパントとしてはn型の不純物元素を用いる。ここで、p型の不純物元素としてはリン(P)又はヒ素(As)を、n型の不純物元素としてはボロン(B)又はアルミニウム(Al)等が挙げられる。   Next, channel doping is performed as necessary. Note that channel doping is a technique in which an impurity having a predetermined concentration is added to a semiconductor layer, the threshold voltage of the TFT is intentionally shifted, and the threshold value of the TFT is controlled to a desired value. For example, when the threshold voltage is shifted to the minus side, a p-type impurity element is used as the dopant, and when the threshold voltage is shifted to the plus side, an n-type impurity element is used as the dopant. Here, phosphorus (P) or arsenic (As) is given as the p-type impurity element, and boron (B) or aluminum (Al) is given as the n-type impurity element.

なお、ここで必要に応じて、非晶質シリコン膜の表面に形成された酸化膜を除去する。   Here, if necessary, the oxide film formed on the surface of the amorphous silicon film is removed.

次に、本発明を適用して非晶質シリコン膜を結晶化する。非晶質シリコン膜の結晶化には実施の形態1で述べた方法を用いればよい。これにより、該非晶質シリコン膜が結晶化され、多結晶シリコン層185となる。   Next, the amorphous silicon film is crystallized by applying the present invention. The method described in Embodiment Mode 1 may be used for crystallization of the amorphous silicon film. As a result, the amorphous silicon film is crystallized to become a polycrystalline silicon layer 185.

次に、エッチングにより多結晶シリコン層185をパターン形成する(図11を参照)。エッチングは、ドライエッチングでもウエットエッチングでもよいが、下地となる層(ここでは酸化シリコン膜183)のエッチングレートが低く、且つ、多結晶シリコン層185のエッチングレートが高い条件、つまり、下地となる層に対する多結晶シリコン層185のエッチング選択比が高い条件により行う。エッチングガスにはSF6等のフッ素系ガス、CCl4やCl2等の塩素系ガスやCBrF3等のガスを用いることができる。なお、本明細書中において、エッチングレートとは単位時間あたりにエッチングされる深さのことである。また、エッチング選択比とは、積層形成された膜のエッチングにおいて、下地となる層のエッチングレートに対する被エッチング膜のエッチングレートのことである。 Next, the polycrystalline silicon layer 185 is patterned by etching (see FIG. 11). The etching may be dry etching or wet etching, but the etching rate of the underlying layer (here, the silicon oxide film 183) is low and the etching rate of the polycrystalline silicon layer 185 is high, that is, the underlying layer The etching is performed under the condition that the etching selectivity of the polycrystalline silicon layer 185 is high. As the etching gas, a fluorine-based gas such as SF 6 , a chlorine-based gas such as CCl 4 or Cl 2, or a gas such as CBrF 3 can be used. In the present specification, the etching rate is a depth etched per unit time. The etching selectivity is an etching rate of a film to be etched with respect to an etching rate of a base layer in etching of a stacked film.

次に、キャップ膜として酸化シリコン膜を形成し、所望の領域にレジストが形成された状態で高濃度に不純物元素を添加する。ここで、形成するTFTがN型TFTであれば、リン(P)又はヒ素(As)等を用いることができる。逆に、形成するTFTがP型TFTであれば、ボロン(B)又はアルミニウム(Al)等を用いることができる。ここでは、不純物元素としてリン(P)を用いてN型TFTを形成する。その後、レジスト及びキャップ膜として形成した酸化シリコン膜を除去する。なお、本発明はこれに限定されず、キャップ膜は他の材料で形成しても良い。   Next, a silicon oxide film is formed as a cap film, and an impurity element is added at a high concentration in a state where a resist is formed in a desired region. Here, if the TFT to be formed is an N-type TFT, phosphorus (P), arsenic (As), or the like can be used. Conversely, if the TFT to be formed is a P-type TFT, boron (B), aluminum (Al), or the like can be used. Here, an N-type TFT is formed using phosphorus (P) as an impurity element. Thereafter, the silicon oxide film formed as the resist and the cap film is removed. Note that the present invention is not limited to this, and the cap film may be formed of other materials.

次に、第1の絶縁層187を形成する。第1の絶縁層187は下地層181と同様に酸化シリコン系材料又は窒化シリコン系材料により形成すればよい。ここでは酸化シリコン膜188上に窒化シリコン膜189を形成した積層構造とする。   Next, a first insulating layer 187 is formed. The first insulating layer 187 may be formed using a silicon oxide material or a silicon nitride material, similarly to the base layer 181. Here, a stacked structure in which a silicon nitride film 189 is formed over the silicon oxide film 188 is employed.

次に、第1の電極層202を形成する(図12を参照)。第1の電極層202は、CVD法、スパッタリング法又は液滴吐出法等を用いて形成することができる。第1の電極層202は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)から選ばれた元素又は前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成すればよい。第1の電極層にアルミニウム(Al)を使用する際には、タンタル(Ta)を添加して合金化したAl−Ta合金を用いるとヒロックが抑制される。また、ネオジウム(Nd)を添加して合金化したAl−Nd合金を用いると、ヒロックが抑制されるだけでなく、抵抗の低い配線を形成することができる。そのため、Al−Ta合金又はAl−Nd合金を用いることが好ましい。また、リン(P)等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体膜やAgPdCu合金を用いてもよい。また、単層でも積層でもよい。例えば、窒化チタン膜とモリブデン膜から構成される2層の積層構造又は膜厚50nmのタングステン膜と膜厚500nmのアルミニウムとシリコンの合金膜と膜厚30nmの窒化チタン膜を積層した3層の積層構造としてもよい。また、3層の積層構造とする場合、第1の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第2の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜を用いてもよいし、第3の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。第1の電極層202は単層で形成してもよいし、積層で形成してもよい。例えば、主成分がモリブデン(Mo)である膜により形成すればよい。   Next, the first electrode layer 202 is formed (see FIG. 12). The first electrode layer 202 can be formed by a CVD method, a sputtering method, a droplet discharge method, or the like. The first electrode layer 202 has an element selected from tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), and copper (Cu), or a main component thereof. What is necessary is just to form with an alloy material or a compound material. When aluminum (Al) is used for the first electrode layer, hillocks are suppressed by using an Al—Ta alloy that is alloyed by adding tantalum (Ta). In addition, when an Al—Nd alloy that is alloyed by adding neodymium (Nd) is used, not only hillocks are suppressed, but also wiring having low resistance can be formed. Therefore, it is preferable to use an Al—Ta alloy or an Al—Nd alloy. Alternatively, a semiconductor film typified by polycrystalline silicon doped with an impurity element such as phosphorus (P) or an AgPdCu alloy may be used. Further, it may be a single layer or a stacked layer. For example, a two-layer structure including a titanium nitride film and a molybdenum film, or a three-layer structure in which a tungsten film with a thickness of 50 nm, an alloy film of aluminum and silicon with a thickness of 500 nm, and a titanium nitride film with a thickness of 30 nm are stacked. It is good also as a structure. In the case of a three-layer structure, tungsten nitride may be used instead of tungsten of the first conductive film, or an alloy of aluminum and titanium instead of the alloy film of aluminum and silicon of the second conductive film. A film may be used, or a titanium film may be used instead of the titanium nitride film of the third conductive film. The first electrode layer 202 may be a single layer or a stacked layer. For example, a film whose main component is molybdenum (Mo) may be used.

ここで、先の工程で形成した第1の絶縁層187の一部をエッチングにより除去する。ここでは第1の絶縁層における、上部の窒化シリコン膜189の一部を除去する。   Here, part of the first insulating layer 187 formed in the previous step is removed by etching. Here, a part of the upper silicon nitride film 189 in the first insulating layer is removed.

一導電型の半導体層を形成するには、高濃度に不純物元素を添加する。本工程により、LDD(Lightly Doped Drain)領域が形成される。なお、LDD領域とは半導体層が多結晶シリコン膜により形成されているTFTにおいて、信頼性の向上を目的として形成される領域である。半導体層が多結晶シリコンであるTFTにおいてオフ電流を抑えることは重要であり、特に、画素回路などのアナログスイッチとしてTFTを用いる場合には十分に低いオフ電流が要求される。しかし、ドレイン接合部の逆バイアス強電界により、オフ時にも欠陥を介するリーク電流が存在する。LDD領域により、ドレイン端近傍の電界を緩和するため、オフ電流を低減させることができる。また、ドレイン接合部の逆バイアス電界をチャネル形成領域とLDD領域の接合部と、LDD領域とドレイン領域の接合部とに分散させることができ、電界が緩和されるため、リーク電流が低減される。その後アニールを行うことで、不純物の活性化を行う。   In order to form a semiconductor layer of one conductivity type, an impurity element is added at a high concentration. By this step, an LDD (Lightly Doped Drain) region is formed. Note that the LDD region is a region formed for the purpose of improving reliability in a TFT in which a semiconductor layer is formed of a polycrystalline silicon film. It is important to suppress the off-current in a TFT whose semiconductor layer is polycrystalline silicon. In particular, when a TFT is used as an analog switch such as a pixel circuit, a sufficiently low off-current is required. However, due to the reverse bias strong electric field at the drain junction, there is a leakage current through the defect even at the off time. Since the electric field in the vicinity of the drain end is relaxed by the LDD region, the off-current can be reduced. In addition, the reverse bias electric field at the drain junction can be distributed to the junction between the channel formation region and the LDD region, and the junction between the LDD region and the drain region, and the electric field is relaxed, thereby reducing leakage current. . Thereafter, annealing is performed to activate the impurities.

次に、第2の絶縁層203を形成する。第2の絶縁層203は第1の絶縁層187や下地層181と同様に酸化シリコン系材料又は窒化シリコン系材料により形成すればよい。または、これらの材料からなる膜を積層した構造であってもよい。好適には、窒化シリコン膜192上に酸化シリコン膜193を形成した二層構造とすればよい。第2の絶縁層203を形成後、水素化処理を行う。   Next, the second insulating layer 203 is formed. The second insulating layer 203 may be formed using a silicon oxide material or a silicon nitride material, similarly to the first insulating layer 187 and the base layer 181. Or the structure which laminated | stacked the film | membrane which consists of these materials may be sufficient. Preferably, a two-layer structure in which a silicon oxide film 193 is formed over the silicon nitride film 192 may be used. After the second insulating layer 203 is formed, hydrogenation treatment is performed.

次に、第2の絶縁層203の所望の位置をエッチングすることで開口部194A及び開口部194Bを形成する。開口部194A及び開口部194Bが形成された状態で第2の電極層195をパターン形成する(図13を参照)。第2の電極層195は第1の電極層202と同様に形成することができる。例えば、主成分がアルミニウム(Al)である層を、主成分がモリブデン(Mo)である層により挟み込んだ、3層の積層構造とすればよい。なお、本発明はこれに限定されない。第2の絶縁層203が液滴吐出法により形成された場合等、開口部を形成する必要がない場合には、開口部を形成するためのエッチングは行わなくてよい。   Next, an opening 194A and an opening 194B are formed by etching a desired position of the second insulating layer 203. The second electrode layer 195 is patterned in a state where the opening 194A and the opening 194B are formed (see FIG. 13). The second electrode layer 195 can be formed in a manner similar to that of the first electrode layer 202. For example, a three-layer structure in which a layer whose main component is aluminum (Al) is sandwiched between layers whose main component is molybdenum (Mo) may be used. The present invention is not limited to this. When the second insulating layer 203 is formed by a droplet discharge method or the like and the opening is not required, etching for forming the opening is not necessary.

次に、第3の絶縁層196をパターン形成する。第3の絶縁層196はポリイミドやアクリル等に代表される有機材料からなる膜を、スピンコート法等により形成すればよい。パターンの形成に際しては、開口部209を有するように形成する。なお、開口部209は、第2の電極層195を所望の位置で露出するように形成される。また、液滴吐出法を用いると、フォトリソグラフィーによりパターン形成を行う必要がないため、工程が簡略になる。ここで、液滴吐出法とは、特定の目的のために調合された組成物の液滴を選択的に吐出等して所定のパターンを形成する方法(その方式によっては、インクジェット法とも呼ばれる。)をいう。また、その他のパターンを転写又は描写できる方法、例えば各種印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷やグラビア印刷等のパターンが形成される方法)等も用いることができる。なお、第3の絶縁層196についても積層構造を有するように形成してもよい。例えば、酸化シリコン系材料又は窒化シリコン系材料のような無機材料からなる膜上に有機材料からなる膜を形成してもよい。   Next, the third insulating layer 196 is patterned. The third insulating layer 196 may be formed using a film formed of an organic material typified by polyimide, acrylic, or the like by a spin coating method or the like. When forming the pattern, the pattern is formed so as to have an opening 209. Note that the opening 209 is formed so as to expose the second electrode layer 195 at a desired position. In addition, when the droplet discharge method is used, it is not necessary to perform pattern formation by photolithography, so that the process is simplified. Here, the droplet discharge method is a method of selectively discharging droplets of a composition prepared for a specific purpose to form a predetermined pattern (also called an ink jet method depending on the method). ). In addition, methods that can transfer or depict other patterns, for example, various printing methods (methods for forming patterns such as screen printing, offset printing, letterpress printing, and gravure printing) can be used. Note that the third insulating layer 196 may also be formed to have a stacked structure. For example, a film made of an organic material may be formed over a film made of an inorganic material such as a silicon oxide-based material or a silicon nitride-based material.

次に、第3の電極層198をパターン形成する(図14を参照)。第3の電極層198は画素電極として機能するため、透明導電膜により形成する。例えばスパッタリング法を用いてITO(インジウム錫酸化物)又は酸化亜鉛等により形成するとよい。ITOに酸化シリコンが2〜10%含まれたターゲットを用いてスパッタリング法により形成されるITSOを用いてもよい。この他、酸化亜鉛にガリウム(Ga)をドープした導電性材料、酸化インジウムに2〜20%の酸化亜鉛を混合した酸化物導電性材料であるIZOを用いても良い。第3の電極層198を形成した後、エッチングにより所望のパターンを形成すれば良い。なお、本発明はこれに限定されない。第3の電極層198は透明導電膜として機能する他の材料により形成しても良い。   Next, the third electrode layer 198 is patterned (see FIG. 14). Since the third electrode layer 198 functions as a pixel electrode, the third electrode layer 198 is formed using a transparent conductive film. For example, it may be formed of ITO (indium tin oxide) or zinc oxide using a sputtering method. ITSO formed by a sputtering method using a target in which 2 to 10% of silicon oxide is contained in ITO may be used. In addition, a conductive material obtained by doping zinc oxide with gallium (Ga), or an oxide conductive material obtained by mixing 2 to 20% zinc oxide with indium oxide may be used. After the third electrode layer 198 is formed, a desired pattern may be formed by etching. The present invention is not limited to this. The third electrode layer 198 may be formed of another material that functions as a transparent conductive film.

また、更には必要に応じて、第4の電極層を形成してもよい。第4の電極層として、例えば、半透過・半反射型表示装置又は反射型表示装置に必要な反射電極が挙げられる。反射電極を用いることで、外光を有効に利用して表示を行うことができる。従って、表示装置の消費電力を低減することができる。第4の電極層の形成にはアルミニウム(Al)又は銀(Ag)等を主成分とする材料を用いる。光の反射率が高い材料を用いればよい。好適には主成分がモリブデンである層の上に主成分がアルミニウムである層を形成して積層構造にする。また、反射型表示装置においては第4の電極層の材料(光の反射率が高い材料)を用いて第3の電極層198を形成してもよい。   Furthermore, a fourth electrode layer may be formed as necessary. As the fourth electrode layer, for example, a reflective electrode necessary for a semi-transmissive / semi-reflective display device or a reflective display device can be given. By using the reflective electrode, display can be performed by effectively using external light. Accordingly, power consumption of the display device can be reduced. For the formation of the fourth electrode layer, a material mainly composed of aluminum (Al) or silver (Ag) is used. A material with high light reflectance may be used. Preferably, a layer whose main component is aluminum is formed on a layer whose main component is molybdenum to form a stacked structure. In the reflective display device, the third electrode layer 198 may be formed using a material for the fourth electrode layer (a material with high light reflectance).

以上のように、本発明を適用して表示装置に用いるTFT基板を形成することができる。しかし、本発明はこれに限定されない。本発明を適用することのできるTFTとして、異なる例を図15に示す。   As described above, a TFT substrate used for a display device can be formed by applying the present invention. However, the present invention is not limited to this. A different example of a TFT to which the present invention can be applied is shown in FIG.

図15は実施の形態2と同様に液晶表示装置の画素部に用いることのできるTFTの側面図であり、ボトムゲート型TFTと呼ばれる。TFTの形成方法の詳細は実施の形態2とほぼ同様である。基板200上に下地層201が形成され、下地層201上に第1の電極層202がパターン形成されている。第1の電極層202上に第1の絶縁層203が形成され、第1の絶縁層203上に多結晶半導体層204が形成されている。更に、多結晶半導体層204上に第2の絶縁層205が開口部209を有するように形成され、その上に第2の電極層206がパターン形成されている。多結晶半導体層204と第2の電極層206は開口部209にて電気的に接続されている。第2の電極層206の上には第3の絶縁層207が開口部210を有するように形成されている。そして、第3の絶縁層207の上に第3の電極層208がパターン形成されている。第2の電極層206と第3の電極層208は開口部210にて電気的に接続されている。   FIG. 15 is a side view of a TFT that can be used for a pixel portion of a liquid crystal display device as in Embodiment Mode 2, and is referred to as a bottom-gate TFT. The details of the method of forming the TFT are almost the same as in the second embodiment. A base layer 201 is formed on the substrate 200, and a first electrode layer 202 is patterned on the base layer 201. A first insulating layer 203 is formed over the first electrode layer 202, and a polycrystalline semiconductor layer 204 is formed over the first insulating layer 203. Further, a second insulating layer 205 is formed on the polycrystalline semiconductor layer 204 so as to have an opening 209, and a second electrode layer 206 is patterned thereon. The polycrystalline semiconductor layer 204 and the second electrode layer 206 are electrically connected through the opening 209. A third insulating layer 207 is formed on the second electrode layer 206 so as to have an opening 210. A third electrode layer 208 is patterned on the third insulating layer 207. The second electrode layer 206 and the third electrode layer 208 are electrically connected through the opening 210.

以上に説明したTFTの各層は各々、積層して形成してもよい。また、形成する材料は特定のものに限定されない。また、多結晶半導体層204はLDD領域を形成するように不純物を導入することが好ましい。   Each layer of the TFT described above may be formed by laminating. The material to be formed is not limited to a specific material. The polycrystalline semiconductor layer 204 is preferably doped with impurities so as to form an LDD region.

次に、様々な形態の表示パネルの画素の構成について、図16に示す等価回路図を参照して説明する。   Next, the structure of a pixel of a display panel in various forms is described with reference to an equivalent circuit diagram shown in FIG.

図16(A)に示す画素は、列方向に信号線310及び電源線311、電源線312、電源線313、行方向に走査線314が配置される。また、スイッチング用のTFT301、駆動用のTFT303、電流制御用のTFT304、容量素子302及び発光素子305を有する。   In the pixel shown in FIG. 16A, a signal line 310 and a power supply line 311, a power supply line 312, a power supply line 313 are arranged in the column direction, and a scanning line 314 is arranged in the row direction. The pixel further includes a switching TFT 301, a driving TFT 303, a current control TFT 304, a capacitor 302, and a light emitting element 305.

図16(C)に示す画素は、TFT303のゲート電極が、行方向に配置された電源線315に接続される点が異なっており、それ以外は図16(A)に示す画素と同じ構成である。つまり、図16(A)及び(C)は、等価な回路図である。しかしながら、列方向に電源線312が配置される場合(図16(A))と、行方向に電源線315が配置される場合(図16(C))では、各電源線は異なるレイヤーの導電体層で形成される。ここでは、駆動用のTFT303のゲート電極が接続される配線に注目し、これらを作製するレイヤーが異なることを表すために、図16(A)、(C)として分けて記載している。   The pixel shown in FIG. 16C is different from the pixel shown in FIG. 16A except that the gate electrode of the TFT 303 is connected to the power supply line 315 arranged in the row direction. is there. That is, FIGS. 16A and 16C are equivalent circuit diagrams. However, when the power supply line 312 is arranged in the column direction (FIG. 16A) and when the power supply line 315 is arranged in the row direction (FIG. 16C), each power supply line has a different layer of conductivity. Formed with body layers. Here, attention is paid to the wiring to which the gate electrode of the driving TFT 303 is connected, and FIGS. 16A and 16C are shown separately to show that the layers for producing these are different.

図16(A)及び(C)に示す画素の特徴として、画素内にTFT303、TFT304が直列に接続されており、TFT303のチャネル長L3、チャネル幅W3、TFT304のチャネル長L4、チャネル幅W4は、L3/W3:L4/W4=5〜6000:1を満たすように設定される。このような関係を満たす一例として、L3が500μm、W3が3μm、L4が3μm、W4が100μmの場合を考える。また、本発明を用いると、粒界の多数をチャネル長方向にほぼ平行に形成させることができるため、移動度の高いTFTを形成でき、表示能力に優れた表示パネルを作製することが可能となる。 As a feature of the pixel shown in FIGS. 16A and 16C, a TFT 303 and a TFT 304 are connected in series in the pixel, and a channel length L 3 , a channel width W 3 of the TFT 303, a channel length L 4 of the TFT 304, a channel The width W 4 is set so as to satisfy L 3 / W 3 : L 4 / W 4 = 5 to 6000: 1. As an example satisfying such a relationship, consider a case where L 3 is 500 μm, W 3 is 3 μm, L 4 is 3 μm, and W 4 is 100 μm. In addition, when the present invention is used, a large number of grain boundaries can be formed substantially parallel to the channel length direction, so that a TFT with high mobility can be formed and a display panel with excellent display capability can be manufactured. Become.

なお、TFT303は飽和領域で動作し、発光素子305に流れる電流値を制御する役目を有し、TFT304は線形領域で動作し、発光素子305に対する電流の供給を制御する役目を有する。TFT303とTFT304は同じ導電型を有していることが好ましい。またTFT303には、エンハンスメント型のTFTだけでなく、ディプリーション型のTFTを用いてもよい。上記構成を有する本発明は、TFT304が線形領域で動作するために、TFT304のVGS(ソース電極又はドレイン電極とゲート電極間の電位差)の僅かな変動は発光素子305の電流値に影響を及ぼさない。つまり、発光素子305の電流値は、飽和領域で動作するTFT303により決定される。 Note that the TFT 303 operates in a saturation region and has a role of controlling a current value flowing through the light emitting element 305, and the TFT 304 operates in a linear region and has a role of controlling supply of current to the light emitting element 305. It is preferable that the TFT 303 and the TFT 304 have the same conductivity type. The TFT 303 may be a depletion type TFT as well as an enhancement type TFT. In the present invention having the above structure, since the TFT 304 operates in a linear region, a slight change in V GS (potential difference between the source or drain electrode and the gate electrode) of the TFT 304 affects the current value of the light emitting element 305. Absent. That is, the current value of the light emitting element 305 is determined by the TFT 303 operating in the saturation region.

図16(A)〜(D)に示す画素において、TFT301は、画素に対するビデオ信号の入力を制御するものであり、TFT301がオンになり、画素内にビデオ信号が入力されると、容量素子302にそのビデオ信号が保持される。なお、図16(A)〜(D)には、容量素子302を設けた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、ビデオ信号を保持する容量がゲート容量などでまかなうことが可能な場合には、容量素子302を設けなくてもよい。   In the pixels shown in FIGS. 16A to 16D, a TFT 301 controls input of a video signal to the pixel. When the TFT 301 is turned on and a video signal is input into the pixel, the capacitor 302 The video signal is held in Note that FIGS. 16A to 16D illustrate a structure in which the capacitor 302 is provided; however, the present invention is not limited to this, and the capacity for holding a video signal can be covered by a gate capacity or the like. In that case, the capacitor 302 is not necessarily provided.

発光素子305は、2つの電極間に電界発光層が挟まれた構造を有し、順バイアス方向の電圧が印加されるように、画素電極と対向電極の間(陽極と陰極の間)に電位差が設けられる。電界発光層は有機材料や無機材料等から選ばれた材料により構成される。電界発光層におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と、三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)とが含まれる。なお、本発明はこれに限定されず、発光素子に換えて液晶素子を用いても良い。   The light-emitting element 305 has a structure in which an electroluminescent layer is sandwiched between two electrodes, and a potential difference is generated between the pixel electrode and the counter electrode (between the anode and the cathode) so that a forward bias voltage is applied. Is provided. The electroluminescent layer is made of a material selected from organic materials and inorganic materials. The luminescence in the electroluminescent layer includes light emission (fluorescence) when returning from the singlet excited state to the ground state and light emission (phosphorescence) when returning from the triplet excited state to the ground state. Note that the present invention is not limited to this, and a liquid crystal element may be used instead of the light emitting element.

図16(B)に示す画素は、TFT306と走査線316を追加している以外は、図16(A)に示す画素構成と同じである。同様に、図16(D)に示す画素は、TFT306と走査線316を追加している以外は、図16(C)に示す画素構成と同じである。   The pixel illustrated in FIG. 16B has the same pixel structure as that illustrated in FIG. 16A except that a TFT 306 and a scanning line 316 are added. Similarly, the pixel illustrated in FIG. 16D has the same pixel structure as that illustrated in FIG. 16C except that a TFT 306 and a scanning line 316 are added.

TFT306は、新たに配置された走査線316によりオン又はオフが制御される。TFT306がオンになると、容量素子302に保持された電荷は放電し、TFT304がオフになる。つまり、TFT306の配置により、強制的に発光素子305に電流が流れない状態を作ることができる。従って、図16(B)及び(D)の構成は、全ての画素に対する信号の書き込みを待つことなく、書き込み期間の開始と同時又は直後に点灯期間を開始することができるため、デューティ比を向上することができる。   The TFT 306 is controlled to be turned on or off by a newly arranged scanning line 316. When the TFT 306 is turned on, the charge held in the capacitor 302 is discharged, and the TFT 304 is turned off. That is, the arrangement of the TFT 306 can forcibly create a state in which no current flows through the light emitting element 305. Accordingly, the configurations of FIGS. 16B and 16D improve the duty ratio because the lighting period can be started simultaneously with or immediately after the start of the writing period without waiting for signal writing to all the pixels. can do.

図16(E)に示す画素は、列方向に信号線350、電源線351、電源線352、行方向に走査線353が配置される。また、スイッチング用TFT341、駆動用TFT343、容量素子342、及び発光素子344を有する。図16(F)に示す画素は、TFT345と走査線354を追加している以外は、図16(E)に示す画素構成と同じである。なお、図16(F)の構成も、TFT345の配置により、デューティ比を向上させることができる。   In the pixel shown in FIG. 16E, a signal line 350, a power supply line 351, a power supply line 352 are arranged in the column direction, and a scanning line 353 is arranged in the row direction. The pixel further includes a switching TFT 341, a driving TFT 343, a capacitor 342, and a light-emitting element 344. The pixel illustrated in FIG. 16F has the same pixel structure as that illustrated in FIG. 16E except that a TFT 345 and a scanning line 354 are added. Note that the duty ratio can also be improved by the arrangement of the TFT 345 in the structure in FIG.

以上のように、本発明を適用することで、半導体層の結晶粒のサイズを大きく、且つ、粒界の形成される位置を制御することができるため、チャネル長方向に存在する粒界の本数が少ない、結晶粒のサイズの大きな結晶粒により形成される多結晶半導体層を得ることができる。これにより半導体層における移動度の高いTFTを形成することができる。   As described above, by applying the present invention, the size of crystal grains in the semiconductor layer can be increased and the position where the grain boundaries are formed can be controlled. Therefore, the number of grain boundaries existing in the channel length direction can be controlled. Thus, a polycrystalline semiconductor layer formed with crystal grains having a small crystal size and a large crystal grain size can be obtained. Accordingly, a TFT with high mobility in the semiconductor layer can be formed.

また、本発明により、TFTの半導体層の移動度が向上するため、良好な電気的特性を有するTFTを作製することができる。   In addition, according to the present invention, the mobility of the semiconductor layer of the TFT is improved, so that a TFT having favorable electrical characteristics can be manufactured.

良好な電気的特性を有するTFTを作製できるため、従来よりも高機能な回路素子を形成することができる。これにより、従来よりも高付加価値な表示装置をガラス基板上に作製することができる。   Since a TFT having good electrical characteristics can be manufactured, a circuit element with higher functionality than conventional ones can be formed. Thereby, a display device with higher added value than the conventional one can be manufactured on the glass substrate.

〈実施の形態3〉
本実施の形態では、実施の形態2の発光素子の詳細について説明する。
<Embodiment 3>
In this embodiment mode, details of the light-emitting element of Embodiment Mode 2 will be described.

本発明を適用して作製したEL表示装置について図17を参照しながら説明する。発光素子を駆動するトランジスタとしてN型トランジスタを用いた場合、該発光素子から発せられる光は、下面放射(図17(A)参照)、上面放射(図17(B)参照)、両面放射(図17(C)参照)のいずれかを行う。TFT361、TFT371、TFT381を用いることで各TFTに接続された各発光層への電界を制御する。発光層372及び発光層382は電界発光層であり、ELを用いればよい。ELを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。以下に、無機EL素子を形成する場合について述べる。   An EL display device manufactured by applying the present invention will be described with reference to FIG. When an N-type transistor is used as a transistor for driving the light-emitting element, light emitted from the light-emitting element is emitted from a bottom surface (see FIG. 17A), top surface (see FIG. 17B), double-sided radiation (see FIG. 17 (C)). By using the TFT 361, the TFT 371, and the TFT 381, the electric field to each light emitting layer connected to each TFT is controlled. The light-emitting layer 372 and the light-emitting layer 382 are electroluminescent layers, and EL may be used. Light-emitting elements using EL are distinguished depending on whether the light-emitting material is an organic compound or an inorganic compound. Generally, the former is called an organic EL element and the latter is called an inorganic EL element. The case where an inorganic EL element is formed will be described below.

無機EL素子は、その素子構成により、分散型無機EL素子と薄膜型無機EL素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた電界発光層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる電界発光層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。なお、得られる発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光と、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光とがある。一般的に、分散型無機ELではドナー−アクセプター再結合型発光、薄膜型無機EL素子では局在型発光である場合が多い。   Inorganic EL elements are classified into a dispersion-type inorganic EL element and a thin-film inorganic EL element depending on the element structure. The former has an electroluminescent layer in which particles of a luminescent material are dispersed in a binder, and the latter has an electroluminescent layer made of a thin film of luminescent material, but is accelerated by a high electric field. This is common in that it requires more electrons. Note that the obtained light emission mechanism includes donor-acceptor recombination light emission using a donor level and an acceptor level, and localized light emission using inner-shell electron transition of a metal ion. In general, the dispersion-type inorganic EL often has donor-acceptor recombination light emission, and the thin-film inorganic EL element often has localized light emission.

本発明で用いることのできる発光材料は、母体材料と発光中心となる不純物元素とで構成される。含有させる不純物元素を変化させることで、様々な色の発光を得ることができる。発光材料の作製方法としては、固相法や液相法(共沈法)などの様々な方法を用いることができる。また、噴霧熱分解法、複分解法、プレカーサーの熱分解反応による方法、逆ミセル法やこれらの方法と高温焼成を組み合わせた方法、凍結乾燥法などの液相法なども用いることができる。   A light-emitting material that can be used in the present invention includes a base material and an impurity element serving as a light emission center. By changing the impurity element to be contained, light emission of various colors can be obtained. As a method for manufacturing the light-emitting material, various methods such as a solid phase method and a liquid phase method (coprecipitation method) can be used. Also, spray pyrolysis method, metathesis method, precursor thermal decomposition method, reverse micelle method, method combining these methods with high temperature firing, liquid phase method such as freeze-drying method, etc. can be used.

固相法は、母体材料と、不純物元素又は不純物元素を含む化合物を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱、焼成を行い反応させ、母体材料に不純物元素を含有させる方法である。焼成温度は、700〜1500℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。比較的高温での焼成を必要とするが、簡単な方法であるため、生産性がよく大量生産に適している。   The solid phase method is a method in which a base material and an impurity element or a compound containing the impurity element are weighed, mixed in a mortar, heated and fired in an electric furnace, reacted, and the base material contains the impurity element. The firing temperature is preferably 700 to 1500 ° C. This is because the solid phase reaction does not proceed when the temperature is too low, and the base material is decomposed when the temperature is too high. In addition, although baking may be performed in a powder state, it is preferable to perform baking in a pellet state. Although firing at a relatively high temperature is required, it is a simple method, so it has high productivity and is suitable for mass production.

液相法(共沈法)は、母体材料又は母体材料を含む化合物と、不純物元素又は不純物元素を含む化合物を溶液中で反応させ、乾燥させた後、焼成を行う方法である。発光材料の粒子が均一に分布し、結晶粒のサイズが小さく低い焼成温度でも反応を進ませることができる。   The liquid phase method (coprecipitation method) is a method in which a base material or a compound containing the base material and an impurity element or a compound containing the impurity element are reacted in a solution, dried, and then fired. The particles of the luminescent material are uniformly distributed, the size of the crystal grains is small, and the reaction can proceed even at a low firing temperature.

発光材料に用いる母体材料としては、硫化物、酸化物、窒化物を用いることができる。硫化物としては、例えば、硫化亜鉛(ZnS)、硫化カドミウム(CdS)、硫化カルシウム(CaS)、硫化イットリウム(Y23)、硫化ガリウム(Ga23)、硫化ストロンチウム(SrS)、硫化バリウム(BaS)等を用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、酸化イットリウム(Y23)等を用いることができる。また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)等を用いることができる。さらに、セレン化亜鉛(ZnSe)、テルル化亜鉛(ZnTe)等も用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム(CaGa24)、硫化ストロンチウム−ガリウム(SrGa24)、硫化バリウム−ガリウム(BaGa24)、等の3元系の混晶であってもよい。 As a base material used for the light-emitting material, sulfide, oxide, or nitride can be used. Examples of the sulfide include zinc sulfide (ZnS), cadmium sulfide (CdS), calcium sulfide (CaS), yttrium sulfide (Y 2 S 3 ), gallium sulfide (Ga 2 S 3 ), strontium sulfide (SrS), and sulfide. Barium (BaS) or the like can be used. As the oxide, for example, zinc oxide (ZnO), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), or the like can be used. As the nitride, for example, aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), or the like can be used. Furthermore, zinc selenide (ZnSe), zinc telluride (ZnTe), and the like can also be used, and calcium sulfide-gallium sulfide (CaGa 2 S 4 ), strontium sulfide-gallium (SrGa 2 S 4 ), barium sulfide-gallium (BaGa). It may be a ternary mixed crystal such as 2 S 4 ).

局在型発光の発光中心として、マンガン(Mn)、銅(Cu)、サマリウム(Sm)、テルビウム(Tb)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、ユーロピウム(Eu)、セリウム(Ce)、プラセオジウム(Pr)等を用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素(F)、塩素(Cl)などのハロゲン元素が添加されていてもよい。   As the emission center of localized emission, manganese (Mn), copper (Cu), samarium (Sm), terbium (Tb), erbium (Er), thulium (Tm), europium (Eu), cerium (Ce), praseodymium (Pr) or the like can be used. Note that a halogen element such as fluorine (F) or chlorine (Cl) may be added as charge compensation.

一方、ドナー−アクセプター再結合型発光の発光中心として、ドナー準位を形成する第1の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第2の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。第1の不純物元素は、例えば、フッ素(F)、塩素(Cl)、アルミニウム(Al)等を用いることができる。第2の不純物元素としては、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)等を用いることができる。   On the other hand, a light-emitting material containing a first impurity element that forms a donor level and a second impurity element that forms an acceptor level can be used as the emission center of donor-acceptor recombination light emission. As the first impurity element, for example, fluorine (F), chlorine (Cl), aluminum (Al), or the like can be used. For example, copper (Cu), silver (Ag), or the like can be used as the second impurity element.

ドナー−アクセプター再結合型発光の発光材料を固相法により合成する場合、母体材料と、第1の不純物元素又は第1の不純物元素を含む化合物と、第2の不純物元素又は第2の不純物元素を含む化合物をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。母体材料としては、上述した母体材料を用いることができ、第1の不純物元素又は第1の不純物元素を含む化合物としては、例えば、フッ素(F)、塩素(Cl)、硫化アルミニウム(Al23)等を用いることができ、第2の不純物元素又は第2の不純物元素を含む化合物としては、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、硫化銅(Cu2S)、硫化銀(Ag2S)等を用いることができる。焼成温度は、700〜1500℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。 In the case where a light-emitting material for donor-acceptor recombination light emission is synthesized by a solid-phase method, a base material, a first impurity element or a compound containing the first impurity element, and a second impurity element or a second impurity element Each of the compounds containing is weighed and mixed in a mortar, and then heated and fired in an electric furnace. As the base material, the above-described base material can be used. Examples of the first impurity element or the compound containing the first impurity element include fluorine (F), chlorine (Cl), and aluminum sulfide (Al 2 S). 3 ) and the like, and examples of the second impurity element or the compound containing the second impurity element include copper (Cu), silver (Ag), copper sulfide (Cu 2 S), and silver sulfide (Ag). 2 S) or the like can be used. The firing temperature is preferably 700 to 1500 ° C. This is because the solid phase reaction does not proceed when the temperature is too low, and the base material is decomposed when the temperature is too high. In addition, although baking may be performed in a powder state, it is preferable to perform baking in a pellet state.

また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第1の不純物元素と第2の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく、固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。さらに、余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料を得ることができる。第1の不純物元素と第2の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、塩化銅(CuCl)、塩化銀(AgCl)等を用いることができる。   In addition, as an impurity element in the case of using a solid phase reaction, a compound including a first impurity element and a second impurity element may be used in combination. In this case, since the impurity element is easily diffused and the solid-phase reaction easily proceeds, a uniform light emitting material can be obtained. Further, since no extra impurity element is contained, a light-emitting material with high purity can be obtained. As the compound including the first impurity element and the second impurity element, for example, copper chloride (CuCl), silver chloride (AgCl), or the like can be used.

なお、これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して0.01〜10atom%であればよく、好ましくは0.05〜5atom%の範囲である。   Note that the concentration of these impurity elements may be 0.01 to 10 atom% with respect to the base material, and is preferably in the range of 0.05 to 5 atom%.

薄膜型無機ELの場合、電界発光層は、上記発光材料を含む層であり、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着(EB蒸着)法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法(PVD)、有機金属CVD法、ハイドライド輸送減圧CVD法等の化学気相成長法(CVD)、原子層エピタキシ法(ALE)等を用いて形成することができる。   In the case of a thin-film inorganic EL, the electroluminescent layer is a layer containing the above-described luminescent material, and is a physical vapor deposition method such as a resistance heating vapor deposition method, a vacuum vapor deposition method such as an electron beam vapor deposition (EB vapor deposition) method, or a sputtering method ( PVD), metal organic chemical vapor deposition (CVD), chemical vapor deposition (CVD) such as hydride transport low pressure CVD, atomic layer epitaxy (ALE), or the like.

図18(A)乃至(C)に発光素子として用いることのできる薄膜型無機EL素子の一例を示す。図18(A)乃至(C)において、発光素子は、第1の電極層390、電界発光層392、第2の電極層393を含む。   FIGS. 18A to 18C illustrate an example of a thin-film inorganic EL element that can be used as a light-emitting element. 18A to 18C, the light-emitting element includes a first electrode layer 390, an electroluminescent layer 392, and a second electrode layer 393.

図18(B)及び図18(C)に示す発光素子は、図18(A)の発光素子において、極層と電界発光層間に絶縁層を設ける構造である。図18(B)に示す発光素子は、第1の電極層390と電界発光層392との間に絶縁層394を有し、図18(C)に示す発光素子は、第1の電極層390と電界発光層392との間に絶縁層394a、第2の電極層393と電界発光層392との間に絶縁層394bとを有している。このように絶縁層は電界発光層を挟持する一対の電極層のうち一方の間にのみ設けてもよいし、両方の間に設けてもよい。また絶縁層は単層でもよいし複数層からなる積層でもよい。   The light-emitting element illustrated in FIGS. 18B and 18C has a structure in which an insulating layer is provided between the polar layer and the electroluminescent layer in the light-emitting element in FIG. The light-emitting element illustrated in FIG. 18B includes an insulating layer 394 between the first electrode layer 390 and the electroluminescent layer 392, and the light-emitting element illustrated in FIG. 18C includes the first electrode layer 390. And an electroluminescent layer 392, and an insulating layer 394b is provided between the second electrode layer 393 and the electroluminescent layer 392. Thus, the insulating layer may be provided only between one of the pair of electrode layers sandwiching the electroluminescent layer, or may be provided between both. Further, the insulating layer may be a single layer or a stacked layer including a plurality of layers.

また、図18(B)では第1の電極層390に接するように絶縁層394が設けられているが、絶縁層と電界発光層の順番を逆にして、第2の電極層393に接するように絶縁層394を設けてもよい。   18B, the insulating layer 394 is provided so as to be in contact with the first electrode layer 390; however, the order of the insulating layer and the electroluminescent layer is reversed so as to be in contact with the second electrode layer 393. An insulating layer 394 may be provided.

分散型無機ELの場合、粒子状の発光材料をバインダ中に分散させ膜状の電界発光層を形成する。発光材料の作製方法によって、十分に所望の大きさの粒子が得られない場合は、乳鉢等で粉砕などによって粒子状に加工すればよい。バインダとは、粒状の発光材料を分散した状態で固定し、電界発光層としての形状に保持するための物質である。発光材料は、バインダによって電界発光層中に均一に分散し固定される。   In the case of a dispersion-type inorganic EL, a particulate luminescent material is dispersed in a binder to form a film-like electroluminescent layer. When particles having a desired size cannot be obtained sufficiently by the method for manufacturing a light emitting material, the particles may be processed into particles by pulverization or the like in a mortar or the like. A binder is a substance for fixing a granular light emitting material in a dispersed state and maintaining the shape as an electroluminescent layer. The light emitting material is uniformly dispersed and fixed in the electroluminescent layer by the binder.

分散型無機ELの場合、電界発光層の形成方法は、選択的に電界発光層を形成できる液滴吐出法や、印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷など)、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法等を用いることもできる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、10〜1000nmの範囲である。また、発光材料及びバインダを含む電界発光層において、発光材料の割合は50wt%以上80wt%以下とするよい。   In the case of a dispersion-type inorganic EL, the electroluminescent layer can be formed by a droplet discharge method capable of selectively forming an electroluminescent layer, a printing method (screen printing, offset printing, etc.), a coating method such as a spin coating method, dipping, etc. The method, the dispenser method, etc. can also be used. The film thickness is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 1000 nm. In the electroluminescent layer including the light emitting material and the binder, the ratio of the light emitting material may be 50 wt% or more and 80 wt% or less.

図19(A)乃至(C)に発光素子として用いることのできる分散型無機EL素子の一例を示す。図19(A)における発光素子は、第1の電極層400、電界発光層402、第2の電界電極層403の積層構造を有し、電界発光層402中にバインダによって保持された発光材料401を含む。   FIGS. 19A to 19C illustrate an example of a dispersion-type inorganic EL element that can be used as a light-emitting element. A light-emitting element in FIG. 19A has a stacked structure of a first electrode layer 400, an electroluminescent layer 402, and a second field electrode layer 403, and a light-emitting material 401 held in the electroluminescent layer 402 by a binder. including.

本実施の形態において用いることのできるバインダとしては、絶縁材料を用いることができ、有機材料や無機材料を用いることができ、有機材料及び無機材料の混合材料を用いてもよい。有機絶縁材料としては、シアノエチルセルロース系樹脂のように、比較的誘電率の高いポリマーや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ビニリデンなどの樹脂を用いることができる。また、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール(polybenzimidazole)等の耐熱性高分子、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Si−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、オキサゾール樹脂(ポリベンゾオキサゾール)等の樹脂材料を用いてもよい。これらの樹脂に、チタン酸バリウム(BaTiO3)やチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)等の高誘電率の微粒子を適度に混合して誘電率を調整することもできる。 As a binder that can be used in this embodiment, an insulating material can be used, an organic material or an inorganic material can be used, and a mixed material of an organic material and an inorganic material can be used. As the organic insulating material, a polymer having a relatively high dielectric constant such as a cyanoethyl cellulose resin, or a resin such as polyethylene, polypropylene, polystyrene resin, silicone resin, epoxy resin, or vinylidene fluoride can be used. In addition, a heat-resistant polymer such as aromatic polyamide, polybenzimidazole, or siloxane resin may be used. Note that a siloxane resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Moreover, resin materials such as vinyl resins such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral, phenol resins, novolac resins, acrylic resins, melamine resins, urethane resins, and oxazole resins (polybenzoxazole) may be used. The dielectric constant can be adjusted by appropriately mixing fine particles having a high dielectric constant such as barium titanate (BaTiO 3 ) and strontium titanate (SrTiO 3 ) with these resins.

バインダに含まれる無機絶縁材料としては、酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)、酸素及び窒素を含むシリコン、窒化アルミニウム(AlN)、酸素及び窒素を含むアルミニウムまたは酸化アルミニウム(Al23)、酸化チタン(TiO2)、BaTiO3、SrTiO3、チタン酸鉛(PbTiO3)、ニオブ酸カリウム(KNbO3)、ニオブ酸鉛(PbNbO3)、酸化タンタル(Ta25)、タンタル酸バリウム(BaTa26)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、酸化イットリウム(Y23)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、ZnSその他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。有機材料に、誘電率の高い無機材料を含ませる(添加等によって)ことによって、発光材料及びバインダよりなる電界発光層の誘電率をより制御することができ、より誘電率を大きくすることができる。 Examples of the inorganic insulating material contained in the binder include silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon containing oxygen and nitrogen, aluminum nitride (AlN), aluminum containing oxygen and nitrogen, or aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), BaTiO 3 , SrTiO 3 , lead titanate (PbTiO 3 ), potassium niobate (KNbO 3 ), lead niobate (PbNbO 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), tantalum Formed with a material selected from materials including barium oxide (BaTa 2 O 6 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), ZnS and other inorganic insulating materials can do. By including an inorganic material having a high dielectric constant in the organic material (by addition or the like), the dielectric constant of the electroluminescent layer made of the light emitting material and the binder can be further controlled, and the dielectric constant can be further increased. .

作製工程において、発光材料はバインダを含む溶液中に分散されるが、本実施の形態に用いることのできるバインダを含む溶液の溶媒としては、バインダ材料が溶解し、電界発光層を形成する方法(各種ウエットプロセス)及び所望の膜厚に適した粘度の溶液を作製できるような溶媒を適宜選択すればよい。有機溶媒等を用いることができ、例えばバインダとしてシロキサン樹脂を用いる場合は、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEAともいう)、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール(MMBともいう)等を用いることができる。   In the manufacturing process, the light-emitting material is dispersed in a solution containing a binder. As a solvent for the solution containing the binder that can be used in this embodiment mode, a method of forming an electroluminescent layer by dissolving the binder material ( A solvent capable of producing a solution having a viscosity suitable for various wet processes) and a desired film thickness may be appropriately selected. For example, when a siloxane resin is used as a binder, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate (also referred to as PGMEA), 3-methoxy-3-methyl-1-butanol (also referred to as MMB) can be used. ) Etc. can be used.

図19(B)及び図19(C)に示す発光素子は、図19(A)の発光素子において、電極層と電界発光層間に絶縁層を設ける構造である。図19(B)に示す発光素子は、第1の電極層400と電界発光層402との間に絶縁層404を有し、図19(C)に示す発光素子は、第1の電極層400と電界発光層402との間に絶縁層404a、第2の電極層403と電界発光層402との間に絶縁層404bとを有している。このように絶縁層は電界発光層を挟持する一対の電極層のうち一方の間にのみ設けてもよいし、両方の間に設けてもよい。また絶縁層は単層でもよいし複数の層からなる積層でもよい。   The light-emitting element illustrated in FIGS. 19B and 19C has a structure in which an insulating layer is provided between the electrode layer and the electroluminescent layer in the light-emitting element in FIG. 19A. The light-emitting element illustrated in FIG. 19B includes an insulating layer 404 between the first electrode layer 400 and the electroluminescent layer 402, and the light-emitting element illustrated in FIG. 19C includes the first electrode layer 400. And an electroluminescent layer 402, and an insulating layer 404b is provided between the second electrode layer 403 and the electroluminescent layer 402. Thus, the insulating layer may be provided only between one of the pair of electrode layers sandwiching the electroluminescent layer, or may be provided between both. Further, the insulating layer may be a single layer or a stacked layer including a plurality of layers.

また、図19(B)では第1の電極層400に接するように絶縁層404が設けられているが、絶縁層と電界発光層の順番を逆にして、第2の電極層403に接するように絶縁層404を設けてもよい。   In FIG. 19B, the insulating layer 404 is provided so as to be in contact with the first electrode layer 400; however, the order of the insulating layer and the electroluminescent layer is reversed so as to be in contact with the second electrode layer 403. An insulating layer 404 may be provided.

図18における絶縁層394、図19における絶縁層404のような絶縁層は、特に限定されることはないが、絶縁耐圧が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。例えば、酸化シリコン(SiO2)、酸化イットリウム(Y23)、酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム(Al23)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化タンタル(Ta25)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、チタン酸鉛(PbTiO3)、窒化シリコン(Si34)、酸化ジルコニウム(ZrO2)等やこれらの混合膜又は2種以上の積層膜を用いることができる。これらの絶縁膜は、スパッタリング法、蒸着法、CVD法等により形成することができる。また、絶縁層はこれら絶縁材料の粒子をバインダ中に分散して形成してもよい。バインダ材料は、電界発光層に含まれるバインダと同様な材料、方法を用いて形成すればよい。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは10〜1000nmの範囲である。 An insulating layer such as the insulating layer 394 in FIG. 18 and the insulating layer 404 in FIG. 19 is not particularly limited, but preferably has a high withstand voltage, a dense film quality, and a high dielectric constant. It is preferable. For example, silicon oxide (SiO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), Barium titanate (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), lead titanate (PbTiO 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), etc., or a mixed film thereof or two or more kinds A laminated film can be used. These insulating films can be formed by a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, or the like. The insulating layer may be formed by dispersing particles of these insulating materials in a binder. The binder material may be formed using the same material and method as the binder contained in the electroluminescent layer. The film thickness is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 1000 nm.

本実施の形態で示す発光素子は、電界発光層を挟持する一対の電極層間に電圧を印加することで発光が得られるが、直流駆動又は交流駆動のいずれにおいても動作することができる。   The light-emitting element described in this embodiment can emit light by applying a voltage between a pair of electrode layers sandwiching an electroluminescent layer, but can operate in either direct current drive or alternating current drive.

以上説明したように、発光素子を形成することができる。本発明を適用して表示装置に用いるTFT基板を形成することで、半導体層の結晶粒のサイズを大きくでき、且つ、粒界の形成される位置を制御することができる。そのため、チャネル長方向に存在する粒界の本数が少ない、サイズが大きな結晶粒により形成される多結晶半導体層を得ることができる。これにより半導体層における移動度の高いTFTを形成することができるため、発光装置の表示性能を向上させることができる。特に、本発明を発光装置の駆動回路に用いることが好ましい。   As described above, a light emitting element can be formed. By forming a TFT substrate used for a display device by applying the present invention, the size of crystal grains of a semiconductor layer can be increased and the position where a grain boundary is formed can be controlled. Therefore, it is possible to obtain a polycrystalline semiconductor layer formed of crystal grains having a large size and a small number of grain boundaries existing in the channel length direction. Accordingly, a TFT with high mobility in the semiconductor layer can be formed, so that display performance of the light-emitting device can be improved. In particular, the present invention is preferably used for a driving circuit of a light emitting device.

また、本発明により、TFTの半導体層の移動度が向上するため、良好な電気的特性を有するTFTを作製することができる。   In addition, according to the present invention, the mobility of the semiconductor layer of the TFT is improved, so that a TFT having favorable electrical characteristics can be manufactured.

また、良好な電気的特性を有するTFTを作製できるため、従来よりも高機能な回路素子を形成することができる。これにより、従来よりも高付加価値な表示装置をガラス基板上に作製することができる。   In addition, since a TFT having good electrical characteristics can be manufactured, a circuit element with higher functionality than conventional ones can be formed. Thereby, a display device with higher added value than the conventional one can be manufactured on the glass substrate.

〈実施の形態4〉
次に、実施の形態2及び実施の形態3において作製される表示パネルに駆動用のドライバ回路を実装する態様について説明する。
<Embodiment 4>
Next, a mode in which a driver circuit for driving is mounted on the display panels manufactured in Embodiment Mode 2 and Embodiment Mode 3 will be described.

以下に、駆動回路を搭載した表示装置の一般的な形態について説明する。   A general form of a display device equipped with a drive circuit will be described below.

まず、COG方式を採用した表示装置について、図20(A)を用いて説明する。基板410上には、文字や画像などの情報を表示する画素部411が設けられている。画素部411はマトリクス状に配置された複数の画素412から構成される。複数の駆動回路が設けられた基板を矩形状に分断することによってドライバICを作製し、作製されたドライバICが基板410上に実装される。図21(A)は複数のドライバIC417、該ドライバIC417の先にFPC416を実装する形態を示す。また、分割する大きさを画素部の信号線側の辺の長さとほぼ同じにし、単数のドライバICを用いて、該ドライバICの先にテープを実装してもよい。   First, a display device employing a COG method is described with reference to FIG. A pixel portion 411 for displaying information such as characters and images is provided on the substrate 410. The pixel portion 411 includes a plurality of pixels 412 arranged in a matrix. A driver IC is manufactured by dividing a substrate provided with a plurality of drive circuits into a rectangular shape, and the manufactured driver IC is mounted on the substrate 410. FIG. 21A shows a form in which a plurality of driver ICs 417 and an FPC 416 are mounted on the tip of the driver ICs 417. Alternatively, the division size may be substantially the same as the length of the signal line side of the pixel portion, and a single driver IC may be used to mount a tape on the tip of the driver IC.

また、TAB方式を採用してもよく、その場合は、図21(B)で示すように複数のテープを貼り付けて、該テープにドライバICを実装すればよい。COG方式の場合と同様に、単数のテープに単数のドライバICを実装してもよく、この場合には、強度の問題から、ドライバICを固定する金属片等を一緒に貼り付けるとよい。   Alternatively, a TAB method may be employed. In that case, a plurality of tapes may be attached and driver ICs may be mounted on the tapes as shown in FIG. As in the case of the COG method, a single driver IC may be mounted on a single tape. In this case, a metal piece or the like for fixing the driver IC may be attached together due to strength problems.

これらの表示パネルに実装されるドライバICは、生産性を向上させる観点から、一辺が300mmから1000mm以上の矩形状の基板上に複数個作り込むとよい。   A plurality of driver ICs mounted on these display panels may be formed on a rectangular substrate having a side of 300 mm to 1000 mm or more from the viewpoint of improving productivity.

つまり、基板上に駆動回路部と入出力端子を一つのユニットとする回路パターンを複数個形成し、最後に分割して取り出せばよい。ドライバICの長辺の長さは、画素部の一辺の長さや画素ピッチを考慮して、長辺が15〜80mm、短辺が1〜6mmの矩形状に形成してもよいし、画素領域の一辺、又は画素部の一辺と各駆動回路の一辺とを足した長さに形成してもよい。   That is, a plurality of circuit patterns having a drive circuit portion and an input / output terminal as one unit may be formed on the substrate, and finally divided and taken out. The long side of the driver IC may be formed in a rectangular shape having a long side of 15 to 80 mm and a short side of 1 to 6 mm in consideration of the length of one side of the pixel portion and the pixel pitch. Or a length obtained by adding one side of the pixel portion and one side of each driver circuit.

ドライバICがICチップよりも外形寸法上優位な点は、長辺の長さにある。長辺が15〜80mmで形成されたドライバICを用いると、画素部に対応して実装するのに必要な数がICチップを用いる場合よりも少なくて済み、製造上の歩留まりを向上させることができる。また、本発明ではガラス基板上にドライバICを形成することができるが、この場合、母体として用いる基板の形状に限定されないので生産性を損なうことがない。これは、円形のシリコンウエハからICチップを取り出す場合と比較すると、大きな優位点である。   The driver IC is superior to the IC chip in terms of external dimensions in the length of the long side. When a driver IC formed with a long side of 15 to 80 mm is used, the number required for mounting corresponding to the pixel portion is smaller than in the case of using an IC chip, and the manufacturing yield is improved. it can. In the present invention, a driver IC can be formed over a glass substrate. However, in this case, the shape of the substrate used as a base is not limited, and thus productivity is not impaired. This is a great advantage compared with the case where the IC chip is taken out from the circular silicon wafer.

また、図20(B)のように、走査線側駆動回路422が基板420上に一体形成される場合、画素部421の外側の領域には、信号線側の駆動回路が形成されたドライバICが実装される。これらのドライバICは、信号線側の駆動回路である。RGBフルカラーに対応した画素領域を形成するためには、XGAクラスで信号線の本数が3072本必要であり、UXGAクラスでは4800本が必要となる。このような本数で形成された信号線は、画素部421の端部で数ブロック毎に区分して引出線を形成し、ドライバICの出力端子のピッチに合わせて集められる。   In the case where the scan line side driver circuit 422 is formed over the substrate 420 as shown in FIG. 20B, a driver IC in which a signal line side driver circuit is formed in a region outside the pixel portion 421. Is implemented. These driver ICs are drive circuits on the signal line side. In order to form a pixel region corresponding to RGB full color, the number of signal lines in the XGA class is 3072 and the number in the UXGA class is 4800. The signal lines formed in such a number are divided into several blocks at the end of the pixel portion 421 to form lead lines, and are collected according to the pitch of the output terminals of the driver IC.

本発明では、ドライバICは基板上に形成された結晶質半導体膜により形成される。本発明を適用して、該結晶質半導体膜をCWレーザー光又は疑似CWレーザー光の照射により形成するとよい。本発明を適用することにより、結晶欠陥が少なく、結晶粒のサイズが大きな多結晶半導体層を用いてTFTを形成することが可能となる。また移動度や応答速度が良好なために高速駆動が可能で、従来よりも素子の動作周波数を向上させることができる。これは、本発明を適用することで、結晶粒がチャネル長方向に延び、トランジスタのチャネル長方向に存在する結晶粒界の本数が少ないためである。なお、チャネル長方向とは、チャネル形成領域において、電流が流れる方向、換言すると電荷が移動する方向と一致する。   In the present invention, the driver IC is formed by a crystalline semiconductor film formed on a substrate. By applying the present invention, the crystalline semiconductor film may be formed by irradiation with CW laser light or pseudo CW laser light. By applying the present invention, a TFT can be formed using a polycrystalline semiconductor layer with few crystal defects and large crystal grain size. In addition, since the mobility and response speed are good, high-speed driving is possible, and the operating frequency of the element can be improved as compared with the prior art. This is because when the present invention is applied, crystal grains extend in the channel length direction, and the number of crystal grain boundaries existing in the channel length direction of the transistor is small. Note that the channel length direction corresponds to the direction in which current flows, in other words, the direction in which charges move in the channel formation region.

また、レーザー結晶化を行うには、レーザー光の大幅な絞り込みを行うことが好ましい。本発明ではレーザー光の形状が線状であるため、被照射体に対して、十分に且つ効率的なエネルギー密度を確保することができる。但し、ここでいう線状とは、厳密な意味で線を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形もしくは長楕円形を意味し、短軸方向にある程度の幅を確保してもよい。   In order to perform laser crystallization, it is preferable to significantly narrow the laser beam. In the present invention, since the shape of the laser beam is linear, a sufficient and efficient energy density can be secured for the irradiated object. However, the line shape here does not mean a line in a strict sense, but means a rectangle or an ellipse with a large aspect ratio, and a certain width may be secured in the minor axis direction. .

本発明では、図20(C)のように基板430上に画素部431が設けられ、信号線駆動回路432及び走査線駆動回路434が一体形成されている。   In the present invention, as shown in FIG. 20C, a pixel portion 431 is provided over a substrate 430, and a signal line driver circuit 432 and a scanning line driver circuit 434 are integrally formed.

画素領域は、信号線と走査線が交差してマトリクスを形成し、各交差部に対応してトランジスタが配置される。本発明は、画素領域に配置されるトランジスタとして、結晶質半導体膜をチャネル形成領域としたTFTを用いることを特徴とする。本発明ではTFTの半導体層における移動度が高いため、システムオンパネル化を実現した表示パネルを作製することができる。   In the pixel region, signal lines and scanning lines intersect to form a matrix, and transistors are arranged corresponding to the respective intersections. The present invention is characterized in that a TFT having a crystalline semiconductor film as a channel formation region is used as a transistor arranged in a pixel region. In the present invention, since the mobility of the TFT in the semiconductor layer is high, a display panel that realizes system-on-panel can be manufactured.

ドライバICの厚さは、対向基板と同じ厚さとすることで、両者の間の高さはほぼ同じものとなり、表示装置全体としての薄型化に寄与する。また、それぞれの基板を同じ材質のもので作製することにより、この表示装置に温度変化が生じても熱応力が発生することなく、TFTで作製された回路の特性を損なうことはない。その他にも、本実施形態で示すようにICチップよりも長尺のドライバICで駆動回路を実装することにより、1つの画素領域に対して、実装されるドライバICの個数を減らすことができる。   By setting the thickness of the driver IC to be the same as that of the counter substrate, the height between the two becomes substantially the same, which contributes to the reduction in thickness of the entire display device. In addition, since each substrate is made of the same material, thermal stress is not generated even when a temperature change occurs in the display device, and the characteristics of a circuit made of TFTs are not impaired. In addition, the number of driver ICs to be mounted in one pixel region can be reduced by mounting the drive circuit with a driver IC that is longer than the IC chip as shown in this embodiment.

以上のように、表示パネルに駆動回路を組み入れることができる。本発明により、移動度の高い半導体膜を形成することができるため、より高機能な表示装置を提供することができる。   As described above, a driver circuit can be incorporated in a display panel. According to the present invention, since a semiconductor film with high mobility can be formed, a display device with higher function can be provided.

〈実施の形態5〉
本発明を適用した半導体装置の表示装置以外の形態について図22乃至図24を参照して説明する。具体的には、無線通信可能な半導体装置について説明する。本実施の形態では基板451上に6つの半導体装置を作製する場合について説明する。なお、図22(A)、図23(A)及び図24(A)中、1つの半導体装置が設けられる領域は、点線で囲まれた領域450に相当する。図22(B)、図23(B)、図24(B)の各々は、図22(A)、図23(A)、図24(A)の各々の点Aから点Bまでの断面図に相当する。
<Embodiment 5>
Embodiments of the semiconductor device other than the display device to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. Specifically, a semiconductor device capable of wireless communication will be described. In this embodiment, the case where six semiconductor devices are manufactured over a substrate 451 is described. Note that in FIGS. 22A, 23A, and 24A, a region where one semiconductor device is provided corresponds to a region 450 surrounded by a dotted line. Each of FIGS. 22B, 23B, and 24B is a cross-sectional view from point A to point B in FIGS. 22A, 23A, and 24A. It corresponds to.

まず、基板451上に絶縁層459を形成する(図22(B)参照)。次に、絶縁層459上に、複数のトランジスタ460を含む層を形成する。続いて、複数のトランジスタ460を含む層上に、絶縁層462及び絶縁層463を形成する。次に、絶縁層462及び絶縁層463に設けられた開口部を介して、複数のトランジスタ460の各々のソース領域又はドレイン領域に接続された導電層464を形成する。次に、導電層464を覆うように、絶縁層465を形成する。   First, the insulating layer 459 is formed over the substrate 451 (see FIG. 22B). Next, a layer including a plurality of transistors 460 is formed over the insulating layer 459. Next, the insulating layer 462 and the insulating layer 463 are formed over the layer including the plurality of transistors 460. Next, the conductive layer 464 connected to the source region or the drain region of each of the plurality of transistors 460 through the openings provided in the insulating layers 462 and 463 is formed. Next, an insulating layer 465 is formed so as to cover the conductive layer 464.

基板451には、ガラス基板、プラスチック基板又は石英基板等を用いるとよい。好ましくは、ガラス基板又はプラスチック基板を用いる。基板は、絶縁性で、且つ必要な耐熱性等を有していればよい。基板としてガラス基板やプラスチック基板を用いると、1辺が1メートル以上の半導体装置を作製することや、所望の形状の半導体装置を作製することが容易である。   As the substrate 451, a glass substrate, a plastic substrate, a quartz substrate, or the like is preferably used. Preferably, a glass substrate or a plastic substrate is used. The substrate only needs to be insulating and have necessary heat resistance. When a glass substrate or a plastic substrate is used as the substrate, it is easy to manufacture a semiconductor device with one side of 1 meter or more or a semiconductor device with a desired shape.

絶縁層459は、外部からの汚染物(基板に含まれる不純物等)に対してバリアとして機能する。絶縁層459は、スパッタリング法又はプラズマCVD法等により、酸化シリコン系材料又は窒化シリコン系材料を、単層又は積層して形成する。なお、絶縁層459は、必要のない場合には、設けなくてもよい。   The insulating layer 459 functions as a barrier against contaminants (such as impurities contained in the substrate) from the outside. The insulating layer 459 is formed by a single layer or a stacked layer using a silicon oxide-based material or a silicon nitride-based material by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like. Note that the insulating layer 459 is not necessarily provided when not necessary.

複数のトランジスタ460の各々は、多結晶半導体層466、絶縁層461、導電層467を有する。多結晶半導体層466の結晶化には実施の形態1に述べた方法を用いればよい。多結晶半導体層466は、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域468、チャネル形成領域469を有する。不純物領域468には、N型又はP型を付与する不純物元素が添加されている。具体的には、N型を付与する不純物元素(15族に属する元素、例えばリン(P)、砒素(As))、P型を付与する不純物元素(例えばボロン(B))が添加されている。また、特に図示していないが、LDD領域を形成することが好ましい。   Each of the plurality of transistors 460 includes a polycrystalline semiconductor layer 466, an insulating layer 461, and a conductive layer 467. For the crystallization of the polycrystalline semiconductor layer 466, the method described in Embodiment 1 may be used. The polycrystalline semiconductor layer 466 includes an impurity region 468 functioning as a source region or a drain region and a channel formation region 469. An impurity element imparting N-type or P-type is added to the impurity region 468. Specifically, an impurity element imparting N-type (elements belonging to Group 15 such as phosphorus (P) or arsenic (As)) and an impurity element imparting P-type (for example, boron (B)) are added. . Although not particularly shown, it is preferable to form an LDD region.

なお、図示する構成では、複数のトランジスタ460のみを形成しているが、本発明はこの構成に制約されない。基板451上に設ける素子は、半導体装置の用途によって適宜調節するとよい。例えば、電磁波を送受信する機能をもたせた半導体装置を形成する場合には、基板451上に複数のトランジスタのみ、又は基板451上に複数のトランジスタとアンテナとして機能する導電層を形成するとよい。なお、アンテナとして機能する導電層は、単層ではなく、複数の層を積層して形成してもよい。また、データを記憶する機能をもたせた半導体装置を形成する場合には、基板451上に記憶素子(例えば、トランジスタ、メモリトランジスタ等)も形成するとよい。また、回路を制御する機能や信号を生成する機能等をもたせた半導体装置(例えば、CPU、信号生成回路等)を形成してもよい。また、上記以外にも必要に応じて、抵抗素子や容量素子などを形成してもよい。   Note that although only the plurality of transistors 460 are formed in the illustrated configuration, the present invention is not limited to this configuration. Elements provided over the substrate 451 may be appropriately adjusted depending on the use of the semiconductor device. For example, in the case of forming a semiconductor device having a function of transmitting and receiving electromagnetic waves, only a plurality of transistors may be formed over the substrate 451, or a plurality of transistors and a conductive layer functioning as an antenna may be formed over the substrate 451. Note that the conductive layer functioning as an antenna may be formed by stacking a plurality of layers instead of a single layer. In the case of forming a semiconductor device having a function of storing data, a memory element (eg, a transistor or a memory transistor) may be formed over the substrate 451. Further, a semiconductor device (for example, a CPU, a signal generation circuit, or the like) having a function of controlling a circuit, a function of generating a signal, or the like may be formed. In addition to the above, a resistor element, a capacitor element, or the like may be formed as necessary.

絶縁層462及び絶縁層463は、SOG(スピンオングラス)法、液滴吐出法又はスクリーン印刷法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層して形成する。例えば、絶縁層462を窒化シリコン系材料により形成し、絶縁層463を酸化シリコン系材料により形成すればよい。   The insulating layers 462 and 463 are formed as a single layer or stacked layers using an inorganic material or an organic material by an SOG (spin-on-glass) method, a droplet discharge method, a screen printing method, or the like. For example, the insulating layer 462 may be formed using a silicon nitride material, and the insulating layer 463 may be formed using a silicon oxide material.

剥離層を有する場合には、基板451から複数のトランジスタ460を含む積層体470を剥離してもよい。積層体470からなるTFTを有する半導体装置を作製することができる。また、剥離した積層体470を可撓性基板に転置することで湾曲可能な半導体装置を作製することができる。   In the case where the separation layer is included, the stack 470 including the plurality of transistors 460 may be separated from the substrate 451. A semiconductor device including a TFT including the stacked body 470 can be manufactured. In addition, a bendable semiconductor device can be manufactured by transferring the peeled stack 470 to a flexible substrate.

ここで、本発明の半導体装置の構成の一例について、図25を参照して説明する。本発明の半導体装置510は、演算処理回路511と、記憶回路513と、アンテナ514と、電源回路518と、復調回路520と、変調回路521と、を有する。半導体装置510は、アンテナ514と電源回路518を必須の構成要素としており、他の要素は、半導体装置510の用途に従って、適宜設けられる。   Here, an example of a structure of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor device 510 of the present invention includes an arithmetic processing circuit 511, a memory circuit 513, an antenna 514, a power supply circuit 518, a demodulation circuit 520, and a modulation circuit 521. The semiconductor device 510 includes the antenna 514 and the power supply circuit 518 as essential components, and other elements are appropriately provided according to the use of the semiconductor device 510.

演算処理回路511は、復調回路520から入力される信号に基づき、命令の解析、記憶回路513の制御、外部に送信するデータの変調回路521への出力などを行う。   The arithmetic processing circuit 511 performs analysis of instructions, control of the storage circuit 513, output of data to be transmitted to the modulation circuit 521, and the like based on a signal input from the demodulation circuit 520.

記憶回路513は、記憶素子を含む回路と、データの書き込みやデータの読み出しを行う制御回路と、を有する。記憶回路513には、少なくとも、半導体装置自体の識別番号が記憶されている。識別番号は、他の半導体装置と区別するために用いられる。また、記憶回路513は、有機メモリ、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)、マスクROM(Read Only Memory)、PROM(Programmable Read Only Memory)、EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)及びフラッシュメモリから選択された一種又は複数種を有する。有機メモリは、一対の導電層間に有機化合物を含む層が挟まれた構造を有し、構造が単純であるため、少なくとも次の二つの利点がある。一つは作製工程を簡略化することができ、費用を削減することができることである。もう一つは積層体の面積を小型化することが容易であり、大容量化を容易に実現することができることである。また、不揮発性メモリであるため、電池を内蔵してもよいし、内蔵しなくてもよい。従って、記憶回路513として、有機メモリを用いることが好ましい。   The memory circuit 513 includes a circuit including a memory element and a control circuit that performs data writing and data reading. The memory circuit 513 stores at least an identification number of the semiconductor device itself. The identification number is used to distinguish from other semiconductor devices. The memory circuit 513 includes an organic memory, a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a SRAM (Static Random Access Memory), a FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory), and a mask ROM (Read Only Memory). It has one or more types selected from EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) and flash memory. An organic memory has a structure in which a layer containing an organic compound is sandwiched between a pair of conductive layers. Since the structure is simple, the organic memory has at least the following two advantages. One is that the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. The other is that the area of the laminated body can be easily reduced, and a large capacity can be easily realized. Further, since it is a non-volatile memory, a battery may or may not be incorporated. Therefore, it is preferable to use an organic memory as the memory circuit 513.

アンテナ514は、リーダ/ライタ522から供給された搬送波を、交流の電気信号に変換する。また、半導体装置510から送信される信号に対して変調回路521により、負荷変調を加える。電源回路518は、アンテナ514からの交流の電気信号を用いて電源電圧を生成し、各回路に電源電圧を供給する。   The antenna 514 converts the carrier wave supplied from the reader / writer 522 into an AC electrical signal. Further, load modulation is applied to the signal transmitted from the semiconductor device 510 by the modulation circuit 521. The power supply circuit 518 generates a power supply voltage using an AC electrical signal from the antenna 514 and supplies the power supply voltage to each circuit.

復調回路520は、アンテナ514からの交流の電気信号を復調し、復調した信号を演算処理回路511に供給する。変調回路521は、演算処理回路511から供給される信号に基づき、アンテナ514に負荷変調を加える。   The demodulation circuit 520 demodulates an alternating electrical signal from the antenna 514 and supplies the demodulated signal to the arithmetic processing circuit 511. The modulation circuit 521 applies load modulation to the antenna 514 based on the signal supplied from the arithmetic processing circuit 511.

リーダ/ライタ522は、アンテナ514に加えられた負荷変調を、搬送波として受信する。また、リーダ/ライタ522は、搬送波を半導体装置510に送信する。なお、搬送波とは、リーダ/ライタ522が受発信する電磁波であり、リーダ/ライタ522は変調回路521により変調された搬送波を受信する。   The reader / writer 522 receives the load modulation applied to the antenna 514 as a carrier wave. Further, the reader / writer 522 transmits a carrier wave to the semiconductor device 510. Note that a carrier wave is an electromagnetic wave transmitted and received by the reader / writer 522, and the reader / writer 522 receives the carrier wave modulated by the modulation circuit 521.

上記の通り、無線で電磁波を送受信する機能を有する本発明の半導体装置は、RFID(Radio Frequency Identification)タグ、RFチップ、RFタグ、ICチップ、ICタグ、ICラベル、無線チップ、無線タグ、電子チップ、電子タグ、無線プロセッサ、又は無線メモリ等と呼ばれる。本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。   As described above, the semiconductor device of the present invention having a function of transmitting and receiving electromagnetic waves wirelessly includes an RFID (Radio Frequency Identification) tag, an RF chip, an RF tag, an IC chip, an IC tag, an IC label, a wireless chip, a wireless tag, and an electronic device. It is called a chip, an electronic tag, a wireless processor, or a wireless memory. This embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.

以上のように、本発明を適用してRFIDタグのような半導体装置に用いるTFT基板を形成することができる。本発明を適用することで、半導体層の結晶粒のサイズを大きく、且つ、粒界の形成される位置を制御することができるため、チャネル長方向に存在する粒界の本数が少ない、サイズの大きな結晶粒により形成される多結晶半導体層を得ることができる。これにより半導体層における移動度の高いTFTを形成することができる。   As described above, a TFT substrate used for a semiconductor device such as an RFID tag can be formed by applying the present invention. By applying the present invention, the crystal grain size of the semiconductor layer can be increased and the position where the grain boundary is formed can be controlled. Therefore, the number of grain boundaries existing in the channel length direction is small, A polycrystalline semiconductor layer formed by large crystal grains can be obtained. Accordingly, a TFT with high mobility in the semiconductor layer can be formed.

また、本発明により、TFTの半導体層の移動度が向上するため、良好な電気的特性を有するTFTを作製することができる。   In addition, according to the present invention, the mobility of the semiconductor layer of the TFT is improved, so that a TFT having favorable electrical characteristics can be manufactured.

本発明により、良好な電気的特性を有するTFTを作製できるため、従来よりも高機能な回路素子を形成することができる。これにより、従来よりも高付加価値な半導体装置をガラス基板上に作製することができる。   According to the present invention, a TFT having good electrical characteristics can be manufactured, so that a circuit element having higher functionality than that of the conventional one can be formed. As a result, a semiconductor device with higher added value than conventional can be manufactured on a glass substrate.

〈実施の形態6〉
本発明は、結晶性半導体層を有する記憶素子にも適用することができる。その一例として、本発明を適用して作製したNOR型フラッシュメモリについて図24及び図26を参照して説明する。NOR型フラッシュメモリは、例えばマザーボード(メインボードともいう。)上に装着され、BIOS(Basic Input Output System)の記録に用いられる。なお、マザーボートとはコンピュータの部品の一つであり、CPU(Central Processing Unit)などの各種モジュールを装着する基板のことである。
<Embodiment 6>
The present invention can also be applied to a memory element having a crystalline semiconductor layer. As an example, a NOR flash memory manufactured by applying the present invention will be described with reference to FIGS. The NOR type flash memory is mounted on, for example, a mother board (also referred to as a main board), and is used for recording a BIOS (Basic Input Output System). The mother boat is a part of a computer and is a substrate on which various modules such as a CPU (Central Processing Unit) are mounted.

フラッシュメモリを作製するに際しても、TFTの作製方法については実施の形態5で説明したRFIDタグと多くの工程が同様である。以下、メモリ素子500の構成について説明する。まず、基板480の一方の面上に、絶縁層482を形成する。次に、絶縁層482上に半導体層496により複数のトランジスタを含む層を形成する。半導体層496は不純物領域497及びチャネル形成領域498を有する。続いて、複数のトランジスタを含む層上に、絶縁層483、フローティングゲート層489及び絶縁層484を形成する。次に、導電層499を形成し、絶縁層485と絶縁層486を形成する。次に、複数のトランジスタ内の絶縁層483、絶縁層484、絶縁層485及び絶縁層486に設けられた開口部を介して、複数のトランジスタの各々のソース領域又はドレイン領域に接続された導電層487を形成する。次に、導電層487を覆うように、絶縁層495を形成する。   In manufacturing the flash memory, the TFT manufacturing method is the same as that of the RFID tag described in Embodiment Mode 5 in many steps. Hereinafter, the configuration of the memory element 500 will be described. First, the insulating layer 482 is formed over one surface of the substrate 480. Next, a layer including a plurality of transistors is formed using the semiconductor layer 496 over the insulating layer 482. The semiconductor layer 496 includes an impurity region 497 and a channel formation region 498. Next, an insulating layer 483, a floating gate layer 489, and an insulating layer 484 are formed over the layer including a plurality of transistors. Next, a conductive layer 499 is formed, and an insulating layer 485 and an insulating layer 486 are formed. Next, a conductive layer connected to the source region or the drain region of each of the plurality of transistors through openings provided in the insulating layers 483, 484, 485, and 486 in the plurality of transistors. 487 is formed. Next, an insulating layer 495 is formed so as to cover the conductive layer 487.

基板480には、ガラス基板、プラスチック基板又は石英基板等を用いるとよい。好ましくは、ガラス基板やプラスチック基板を用いる。基板としてガラス基板やプラスチック基板を用いると、1辺が1メートル以上の半導体装置を作製することや、所望の形状のものを作製することが容易である。   As the substrate 480, a glass substrate, a plastic substrate, a quartz substrate, or the like is preferably used. Preferably, a glass substrate or a plastic substrate is used. When a glass substrate or a plastic substrate is used as the substrate, it is easy to manufacture a semiconductor device having one side of 1 meter or more, or a substrate having a desired shape.

絶縁層482は、基板480からの不純物の侵入を防止する役目を担う。絶縁層482は、スパッタリング法やプラズマCVD法等により、酸化シリコン系膜又は窒化シリコン系膜を、単層又は積層で形成する。なお、絶縁層482は、必要のない場合には、設けなくてもよい。半導体層496にはシリコンを用いる。半導体層496を形成する方法は実施の形態5と同様である。   The insulating layer 482 serves to prevent impurities from entering from the substrate 480. As the insulating layer 482, a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed as a single layer or a stacked layer by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like. Note that the insulating layer 482 is not necessarily provided when not necessary. Silicon is used for the semiconductor layer 496. A method for forming the semiconductor layer 496 is similar to that in Embodiment Mode 5.

半導体層496には、非晶質半導体膜を結晶化した結晶質半導体膜を用いる。結晶化には、実施の形態1に記載した方法を用いればよい。半導体層496はソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域497及びチャネル形成領域498を有する。不純物領域497には、N型を付与する不純物元素(15族に属する元素、例えばリン、砒素)又はP型を付与する不純物元素(例えば硼素、アルミニウム)が添加されている。不純物の導入には、拡散源を用いる方法やイオン注入法等を用いればよい。図示していないが、不純物領域497とチャネル形成領域498との間にLDD領域を形成すると好ましい。絶縁層483及び絶縁層484は絶縁層482と同様の方法にて形成することができる。   As the semiconductor layer 496, a crystalline semiconductor film obtained by crystallizing an amorphous semiconductor film is used. For the crystallization, the method described in Embodiment Mode 1 may be used. The semiconductor layer 496 includes an impurity region 497 and a channel formation region 498 that function as a source region or a drain region. An impurity element imparting N-type (an element belonging to Group 15 such as phosphorus or arsenic) or an impurity element imparting P-type (such as boron or aluminum) is added to the impurity region 497. For introduction of impurities, a method using a diffusion source, an ion implantation method, or the like may be used. Although not shown, it is preferable to form an LDD region between the impurity region 497 and the channel formation region 498. The insulating layers 483 and 484 can be formed in a manner similar to that of the insulating layer 482.

絶縁層485及び絶縁層486はSOG(スピンオングラス)法、液滴吐出法、スクリーン印刷法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層して形成する。例えば、絶縁層485は酸化窒化シリコンにより形成し、絶縁層486は窒化酸化シリコンにより形成すればよい。また、絶縁層482や絶縁層483、絶縁層484と同様に、スパッタリング法やプラズマCVD法等により形成してもよい。   The insulating layers 485 and 486 are formed as a single layer or stacked layers using an inorganic material or an organic material by an SOG (spin-on-glass) method, a droplet discharge method, a screen printing method, or the like. For example, the insulating layer 485 may be formed using silicon oxynitride, and the insulating layer 486 may be formed using silicon nitride oxide. Further, similarly to the insulating layer 482, the insulating layer 483, and the insulating layer 484, they may be formed by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like.

フローティングゲート層489及び導電層487並びに導電層499は導電性を有する物質により形成する。形成にはCVD法やスパッタ法、液滴吐出法等を用いればよい。また、単層で形成してもよいし、積層して形成してもよい。   The floating gate layer 489, the conductive layer 487, and the conductive layer 499 are formed using a conductive material. For the formation, a CVD method, a sputtering method, a droplet discharge method, or the like may be used. Further, it may be formed of a single layer or may be formed by stacking.

絶縁層495は絶縁層485及び絶縁層486と同様にSOG(スピンオングラス)法、液滴吐出法又はスクリーン印刷法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層して形成する。絶縁層482や絶縁層483、絶縁層484と同様に、スパッタリング法又はプラズマCVD法等により形成してもよい。   The insulating layer 495 is formed as a single layer or a stacked layer using an inorganic material or an organic material by an SOG (spin-on-glass) method, a droplet discharge method, a screen printing method, or the like, similarly to the insulating layers 485 and 486. Similarly to the insulating layer 482, the insulating layer 483, and the insulating layer 484, they may be formed by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like.

導電層487が露出した領域に実施の形態2と同様に、スクリーン印刷法により電極層503及び電極層504を形成する。電極層の形成後、各素子に切断する。   In the same manner as in Embodiment Mode 2, the electrode layer 503 and the electrode layer 504 are formed in the region where the conductive layer 487 is exposed by the screen printing method. After the electrode layer is formed, each element is cut.

なお、図示する構成では、トランジスタのみを形成しているが、本発明はこの構成に制約されない。基板480上に設ける素子は、半導体装置の用途によって適宜調節するとよい。例えば消去電圧制御回路を搭載するとよい。必要に応じて、抵抗素子や容量素子などの他の素子を形成してもよい。   In the illustrated configuration, only the transistor is formed, but the present invention is not limited to this configuration. Elements provided over the substrate 480 may be adjusted as appropriate depending on the application of the semiconductor device. For example, an erase voltage control circuit may be mounted. Other elements such as a resistance element and a capacitance element may be formed as necessary.

上述したフラッシュメモリの回路図の一例を図26に示す。書き込み及び読み出し動作にはワード線W1〜W7とビット線B1〜B4を用いて行う。ワード線及びビット線は各々の動作を制御する回路に接続されている。または、後の工程で各々の動作を制御するような回路に延伸する配線に接続してもよい。また、ワード線はメモリ素子中のゲート電極に、ビット線はメモリ素子中のソース電極又はドレイン電極に接続されている。また、点線で囲まれた領域501が単位メモリ素子に相当する。 An example of a circuit diagram of the above-described flash memory is shown in FIG. Write and read operations are performed using the word lines W 1 to W 7 and the bit lines B 1 to B 4 . The word line and the bit line are connected to a circuit for controlling each operation. Or you may connect to the wiring extended | stretched to the circuit which controls each operation | movement by a next process. The word line is connected to the gate electrode in the memory element, and the bit line is connected to the source electrode or the drain electrode in the memory element. A region 501 surrounded by a dotted line corresponds to a unit memory element.

図示していないが、多層配線構造を採用することでより複雑な回路構成の装置を小型で実装することも可能である。   Although not shown, it is possible to mount a device having a more complicated circuit configuration in a small size by adopting a multilayer wiring structure.

なお、ここではNOR型フラッシュメモリについてのみ述べたが、もちろんNAND型フラッシュメモリにも本発明を適用することができる。   Although only the NOR flash memory has been described here, the present invention can of course be applied to a NAND flash memory.

以上のように、本発明を適用してフラッシュメモリのような半導体装置に用いるTFT基板を形成することができる。本発明を適用することで、半導体層の結晶粒のサイズを大きくし、且つ粒界の形成される位置を制御することができるため、チャネル長方向に存在する粒界の本数が少ない、サイズの大きな結晶粒により形成される多結晶半導体層を得ることができる。これにより半導体層における移動度の高いTFTを形成することができる。   As described above, a TFT substrate used for a semiconductor device such as a flash memory can be formed by applying the present invention. By applying the present invention, the size of the crystal grain of the semiconductor layer can be increased and the position where the grain boundary is formed can be controlled. Therefore, the number of grain boundaries existing in the channel length direction is small, A polycrystalline semiconductor layer formed by large crystal grains can be obtained. Accordingly, a TFT with high mobility in the semiconductor layer can be formed.

また、本発明により、TFTの半導体層の移動度が向上するため、良好な電気的特性を有するTFTを作製することができる。   In addition, according to the present invention, the mobility of the semiconductor layer of the TFT is improved, so that a TFT having favorable electrical characteristics can be manufactured.

本発明を適用して良好な電気的特性を有するTFTを作製できるため、従来よりも高機能な回路素子を形成することができる。これにより、従来よりも高付加価値な半導体装置をガラス基板上に作製することができる。   Since the present invention can be applied to manufacture a TFT having good electrical characteristics, a circuit element with higher functionality than conventional ones can be formed. As a result, a semiconductor device with higher added value than conventional can be manufactured on a glass substrate.

〈実施の形態7〉
本発明は結晶性半導体層を有する光電変換装置にも適用することができる。その一例について図27を参照して説明する。
<Embodiment 7>
The present invention can also be applied to a photoelectric conversion device having a crystalline semiconductor layer. One example will be described with reference to FIG.

なお、光電変換素子とは独立した一の光電変換層を有する薄膜の積層体をいい、光電変換装置とは一又は複数の光電変換素子の集合体又はその他の素子と組み合わせて構成される半導体装置をいう。例えば紫外線から赤外線にかけて感度を有する光電変換装置は総括して光センサと呼ばれている。光電変換素子は例えば表示装置に搭載され、周囲の明るさを検知し、表示輝度を調整するために用いられる。また、周囲の明るさだけではなく、表示装置の輝度を光センサにより検出することで表示部の輝度の調整も可能になる。具体的には、液晶表示装置のバックライトの輝度を光センサにより検出し、表示画面の輝度を調整する。   Note that a photoelectric conversion element refers to a thin film stack having one photoelectric conversion layer, and a photoelectric conversion device is a semiconductor device configured by combining one or a plurality of photoelectric conversion elements or other elements. Say. For example, a photoelectric conversion device having sensitivity from ultraviolet rays to infrared rays is generally called an optical sensor. The photoelectric conversion element is mounted on a display device, for example, and is used for detecting ambient brightness and adjusting display luminance. In addition to the brightness of the surroundings, the brightness of the display device can be adjusted by detecting the brightness of the display device using an optical sensor. Specifically, the brightness of the backlight of the liquid crystal display device is detected by an optical sensor, and the brightness of the display screen is adjusted.

光電変換装置はフォトダイオードとも呼ばれる。フォトダイオードは大きく4つの種類に分けられる。すなわち、pn型、pin型、ショットキー型、アバランシェ型である。pn型フォトダイオードはp型半導体とn型半導体を接合した光電変換素子により構成され、pin型フォトダイオードはpn型のp型半導体とn型半導体の間に真性半導体を挟んだ構成である。pn型は暗電流が小さいが、応答速度が低速である。pin型は応答速度が高速であるが、暗電流が大きい。なお、ここでp型半導体とは電子が欠乏することで電荷の輸送に用いるキャリアとして主に正孔(ホール)が用いられる半導体であり、n型半導体とは電子が過剰に存在することで電荷の輸送に用いるキャリアとして主に電子が用いられる半導体であり、真性半導体とは高純度の半導体材料から構成される半導体である。ショットキー型フォトダイオードとは、p型半導体層の代わりに金の薄膜層を形成してn層と接合した光電変換素子であり、アバランシェ型フォトダイオードとは、逆バイアスの電圧をかけることで光電流が倍増される高速且つ高感度の光電変換素子である。本実施の形態においては、pin型について説明する。   The photoelectric conversion device is also called a photodiode. Photodiodes are roughly classified into four types. That is, they are pn type, pin type, Schottky type, and avalanche type. A pn-type photodiode is configured by a photoelectric conversion element in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are joined, and a pin-type photodiode is configured by sandwiching an intrinsic semiconductor between a pn-type p-type semiconductor and an n-type semiconductor. The pn type has a small dark current but a low response speed. The pin type has a high response speed but a large dark current. Here, a p-type semiconductor is a semiconductor in which holes are mainly used as carriers used for transporting charges due to a lack of electrons, and an n-type semiconductor is a charge due to the presence of excess electrons. A semiconductor in which electrons are mainly used as a carrier used for transporting the semiconductor, and an intrinsic semiconductor is a semiconductor composed of a high-purity semiconductor material. A Schottky photodiode is a photoelectric conversion element in which a gold thin film layer is formed in place of a p-type semiconductor layer and is joined to an n layer. An avalanche photodiode is a light-emitting diode by applying a reverse bias voltage. This is a high-speed and high-sensitivity photoelectric conversion element in which the current is doubled. In the present embodiment, the pin type will be described.

図27は基板530上に形成されたTFT531A及びTFT531Bを有し、層間絶縁層533上に形成された光電変換素子部532A及び光電変換素子部532B内にカラーフィルター層534A及びカラーフィルター層534Bを有し、光電変換素子部532A及び光電変換素子部532Bにおける第1導電層535A及び第1の導電層535Bと同一の材料からなる遮光層535C及び遮光層535Dを有する光電変換装置の断面図を示す。第1導電層535A並びに遮光層535C及び第1導電層535B並びに遮光層535Dが遮光することで光電変換素子部532A及び光電変換素子部532Bの端部から各々の光電変換層に入射する光を遮断することができ、各々の光電変換層にはカラーフィルター層534A及びカラーフィルター層534Bを通過した光のみが入射する。このため、光電変換素子部532A及び光電変換素子部532Bはカラーセンサーとして機能する。また、カラーフィルター層534A並びにカラーフィルター層534B及びオーバーコート層536A並びにオーバーコート層536Bが保護層としても機能する。オーバーコート層536A及びオーバーコート層536Bはカラーフィルター層534A及びカラーフィルター層534Bに含まれる各種不純物元素が各々の光電変換層に拡散しないよう、保護する機能を有している。また、絶縁層539上の第2の導電層540は、外部回路と電気的に接続された接点電極と接続されている。   27 includes a TFT 531A and a TFT 531B formed over a substrate 530, and a color filter layer 534A and a color filter layer 534B are included in the photoelectric conversion element portion 532A and the photoelectric conversion element portion 532B formed over the interlayer insulating layer 533. A cross-sectional view of a photoelectric conversion device including a light shielding layer 535C and a light shielding layer 535D made of the same material as the first conductive layer 535A and the first conductive layer 535B in the photoelectric conversion element portion 532A and the photoelectric conversion element portion 532B is shown. The first conductive layer 535A, the light shielding layer 535C, the first conductive layer 535B, and the light shielding layer 535D shield the light so that light incident on the photoelectric conversion layers from the end portions of the photoelectric conversion element portion 532A and the photoelectric conversion element portion 532B is blocked. Only light that has passed through the color filter layer 534A and the color filter layer 534B is incident on each photoelectric conversion layer. For this reason, the photoelectric conversion element portion 532A and the photoelectric conversion element portion 532B function as a color sensor. In addition, the color filter layer 534A, the color filter layer 534B, the overcoat layer 536A, and the overcoat layer 536B also function as a protective layer. The overcoat layer 536A and the overcoat layer 536B have a function of protecting the various impurity elements contained in the color filter layer 534A and the color filter layer 534B from diffusing into the photoelectric conversion layers. The second conductive layer 540 over the insulating layer 539 is connected to a contact electrode that is electrically connected to an external circuit.

このような光電変換装置に本発明を適用することで、変換効率の高い光電変換装置を作製することができる。   By applying the present invention to such a photoelectric conversion device, a photoelectric conversion device with high conversion efficiency can be manufactured.

以上のように、本発明を適用して光電変換装置を形成することができる。本発明を適用することで、半導体層の結晶粒のサイズを大きく、且つ粒界の形成される位置を制御することができるため、チャネル長方向に存在する粒界の本数が少ない、サイズの大きな結晶粒により形成される多結晶半導体層を得ることができる。これによりキャリアの移動度の高いTFTを形成することができる。   As described above, the present invention can be applied to form a photoelectric conversion device. By applying the present invention, the size of the crystal grain of the semiconductor layer can be increased and the position where the grain boundary is formed can be controlled. Therefore, the number of grain boundaries existing in the channel length direction is small and the size is large. A polycrystalline semiconductor layer formed of crystal grains can be obtained. Accordingly, a TFT with high carrier mobility can be formed.

また、本発明により、TFTの半導体層の移動度が向上するため、良好な電気的特性を有するTFTを作製することができる。   In addition, according to the present invention, the mobility of the semiconductor layer of the TFT is improved, so that a TFT having favorable electrical characteristics can be manufactured.

良好な電気的特性を有するTFTを作製できるため、従来よりも高機能な回路素子を形成することができる。これにより、従来よりも高付加価値な半導体装置をガラス基板上に作製することができる。   Since a TFT having good electrical characteristics can be manufactured, a circuit element with higher functionality than conventional ones can be formed. As a result, a semiconductor device with higher added value than conventional can be manufactured on a glass substrate.

〈実施の形態8〉
本発明を適用して、絶縁性基板上にCPU(Central Processing Unit)を形成することもできる。
<Embodiment 8>
The present invention can be applied to form a CPU (Central Processing Unit) on an insulating substrate.

図28に本実施の形態に係るCPUのブロック図を示す。このCPUは、演算装置601(ALU:Arithmetic and Logic Unit)、汎用レジスタ602及び命令解析部603等を有する標準的な構成のCISC(Complex Instruction Set Computer)である。   FIG. 28 shows a block diagram of the CPU according to the present embodiment. The CPU is a CISC (Complex Instruction Set Computer) having a standard configuration including an arithmetic unit 601 (ALU: Arithmetic and Logic Unit), a general-purpose register 602, an instruction analysis unit 603, and the like.

特に、プラスチック基板のような可撓性基板にCPUのような高集積回路を形成することで、耐衝撃性や柔軟性に優れ、且つ軽量な半導体装置を作製することができる。   In particular, by forming a highly integrated circuit such as a CPU over a flexible substrate such as a plastic substrate, a lightweight semiconductor device having excellent impact resistance and flexibility can be manufactured.

以上のように本発明を適用してCPUを形成することができる。本発明を適用することで、半導体層の結晶粒のサイズを大きく、且つ、粒界の形成される位置を制御することができるため、チャネル長方向に存在する粒界の本数が少ない、サイズの大きな結晶粒により形成される多結晶半導体層を得ることができる。これにより半導体層における移動度の高いTFTを形成することができる。   As described above, the present invention can be applied to form a CPU. By applying the present invention, the crystal grain size of the semiconductor layer can be increased and the position where the grain boundary is formed can be controlled. Therefore, the number of grain boundaries existing in the channel length direction is small, A polycrystalline semiconductor layer formed by large crystal grains can be obtained. Accordingly, a TFT with high mobility in the semiconductor layer can be formed.

また、本発明により、TFTのキャリア移動度が向上するため、良好な電気的特性を有するTFTを作製することができる。   In addition, since the carrier mobility of the TFT is improved by the present invention, a TFT having good electrical characteristics can be manufactured.

本発明を適用して良好な電気的特性を有するTFTを作製できるため、従来よりも高機能な回路素子を形成することができる。これにより、従来よりも高付加価値な半導体装置をガラス基板上に作製することができる。   Since the present invention can be applied to manufacture a TFT having good electrical characteristics, a circuit element with higher functionality than conventional ones can be formed. As a result, a semiconductor device with higher added value than conventional can be manufactured on a glass substrate.

〈実施の形態9〉
本発明を適用して、様々な表示装置を作製することができる。即ち、それら表示装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
<Embodiment 9>
Various display devices can be manufactured by applying the present invention. That is, the present invention can be applied to various electronic devices in which these display devices are incorporated in a display portion.

その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。それらの例を図29に示す。   Such electronic devices include video cameras, digital cameras, projectors, head mounted displays (goggles type displays), car navigation systems, car stereos, personal computers, game machines, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.) ), An image reproducing device including a recording medium (specifically, an apparatus including a display capable of reproducing a recording medium such as Digital Versatile Disc (DVD) and displaying the image). Examples thereof are shown in FIG.

図29(A)は、コンピュータであり、本体711、筐体712、表示部713、キーボード714、外部接続ポート715、ポインティングマウス716等を含む。本発明により、移動度の高い半導体膜を形成することができるため、より高機能且つ高画質な画像を表示するコンピュータを完成させることができる。   FIG. 29A illustrates a computer, which includes a main body 711, a housing 712, a display portion 713, a keyboard 714, an external connection port 715, a pointing mouse 716, and the like. According to the present invention, a semiconductor film with high mobility can be formed; therefore, a computer that displays an image with higher function and higher image quality can be completed.

図29(B)は記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体721、筐体722、第1の表示部723、第2の表示部724、記録媒体(DVD等)読み込み部725、操作キー726、スピーカー部727等を含む。第1の表示部723は主として画像情報を表示し、第2の表示部724は主として文字情報を表示する。本発明により、移動度の高い半導体膜を形成することができるため、より高機能且つ高画質な画像を表示する画像再生装置を完成させることができる。   FIG. 29B shows an image reproducing device (specifically, a DVD reproducing device) provided with a recording medium, which includes a main body 721, a housing 722, a first display portion 723, a second display portion 724, a recording medium ( DVD, etc.) includes a reading unit 725, operation keys 726, a speaker unit 727, and the like. The first display unit 723 mainly displays image information, and the second display unit 724 mainly displays character information. According to the present invention, since a semiconductor film with high mobility can be formed, an image reproducing device that displays an image with higher function and higher image quality can be completed.

図29(C)は携帯電話であり、本体731、音声出力部732、音声入力部733、表示部734、操作スイッチ735、アンテナ736等を含む。本発明により、移動度の高い半導体膜を形成することができるため、より高機能且つ高画質な画像を表示する携帯電話を完成することができる。   FIG. 29C illustrates a mobile phone, which includes a main body 731, an audio output portion 732, an audio input portion 733, a display portion 734, operation switches 735, an antenna 736, and the like. According to the present invention, since a semiconductor film with high mobility can be formed, a mobile phone displaying a higher-functionality and high-quality image can be completed.

図29(D)はビデオカメラであり、本体741、表示部742、筐体743、外部接続ポート744、リモコン受信部745、受像部746、バッテリー747、音声入力部748、操作キー749、接眼部750等を含む。本発明により、移動度の高い半導体膜を形成することができるため、より高機能且つ高画質な画像を表示できるビデオカメラを完成することができる。本実施の形態は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。   FIG. 29D illustrates a video camera, which includes a main body 741, a display portion 742, a housing 743, an external connection port 744, a remote control receiving portion 745, an image receiving portion 746, a battery 747, an audio input portion 748, operation keys 749, and an eyepiece. Part 750 and the like. According to the present invention, since a semiconductor film with high mobility can be formed, a video camera capable of displaying a higher-function and high-quality image can be completed. This embodiment mode can be freely combined with the above embodiment modes.

〈実施の形態10〉
本発明を適用した半導体装置510は、電磁波の送信と受信ができるという機能を活用して、様々な物品やシステムに用いることができる。物品とは、例えば、鍵(図30(A)参照)、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等、図30(B)参照)、書籍類、容器類(シャーレ等、図30(C)参照)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図30(E)(F)参照)、記録媒体(ディスクやビデオテープ等)、乗物類(自転車等)、装身具(鞄や眼鏡等、図30(D)参照)、食品類、衣類、生活用品類、電子機器(液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置、携帯端末等)等である。本発明の半導体装置は、上記のような様々な形状の物品の表面に貼り付けたり、埋め込んだりして、固定又は搭載される。また、システムとは、物品管理システム、認証機能システム、流通システム等であり、本発明の半導体装置を用いることにより、システムの高機能化、多機能化、高付加価値化を図ることができる。本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
<Embodiment 10>
The semiconductor device 510 to which the present invention is applied can be used for various articles and systems by utilizing the function of transmitting and receiving electromagnetic waves. Articles include, for example, keys (see FIG. 30A), banknotes, coins, securities, bearer bonds, certificates (driver's license, resident's card, etc., see FIG. 30B), books, Containers (such as petri dishes, see FIG. 30C), packaging containers (such as wrapping paper and bottles, see FIGS. 30E and F), recording media (discs, video tapes, etc.), vehicles (bicycles) Etc.), accessories (such as bags and glasses, see FIG. 30D), foods, clothing, daily necessities, electronic devices (liquid crystal display devices, EL display devices, television devices, portable terminals, etc.) and the like. The semiconductor device of the present invention is fixed or mounted by being attached or embedded on the surface of an article having various shapes as described above. The system is an article management system, an authentication function system, a distribution system, or the like. By using the semiconductor device of the present invention, the system can be enhanced in function, multifunctional, and added value. This embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.

本発明を適用して、実施の形態1で述べた方法を用いて形成した多結晶半導体膜について、以下に述べる。   A polycrystalline semiconductor film formed by applying the present invention and using the method described in Embodiment Mode 1 will be described below.

基板として、ガラス基板を用いた。まず。ガラス基板上に下地膜を形成した。該下地膜は積層構造とし、100nmの膜厚で形成した酸化窒化シリコン膜上に50nmの膜厚で形成した窒化酸化シリコン膜を積層してCVD法により形成した。形成にはCVD法を用いた。   A glass substrate was used as the substrate. First. A base film was formed on a glass substrate. The base film has a stacked structure, and a silicon nitride oxide film formed with a thickness of 50 nm is stacked over a silicon oxynitride film formed with a thickness of 100 nm by a CVD method. The CVD method was used for the formation.

次に、非晶質シリコン膜を形成した。非晶質シリコン膜を形成には、シラン(SiH4)を用いて、CVD法により形成した。非晶質シリコン膜の膜厚は66nmとした。 Next, an amorphous silicon film was formed. The amorphous silicon film was formed by CVD using silane (SiH 4 ). The film thickness of the amorphous silicon film was 66 nm.

次に、非晶質シリコン膜を結晶化する前に、脱水素工程を行った。脱水素工程は窒素雰囲気中にて500℃で1時間の加熱後、550℃で4時間の加熱を行った。また、その後に希フッ酸にて表面の酸化膜を除去した。   Next, a dehydrogenation step was performed before the amorphous silicon film was crystallized. In the dehydrogenation step, heating was performed at 500 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, followed by heating at 550 ° C. for 4 hours. Thereafter, the oxide film on the surface was removed with dilute hydrofluoric acid.

次に、非晶質シリコン膜の結晶化を行った。本実施例では、非晶質シリコン膜の結晶化にレーザー光を用いた。   Next, the amorphous silicon film was crystallized. In this embodiment, laser light was used for crystallization of the amorphous silicon film.

本実施例で用いたレーザー光は発振周波数を80MHz(誤差範囲±1MHz)、波長を532nmとし、レーザー装置の出力パワーを18.41Wとした。また、レーザー光の走査速度は毎秒210mmとした。また、アッテネータを用いてパワーを可変にした。照射するレーザー光は線状レーザーとなるようにし、短軸方向を10μm〜15μm、長軸方向を500μmとした。   The laser beam used in this example had an oscillation frequency of 80 MHz (error range ± 1 MHz), a wavelength of 532 nm, and an output power of the laser device of 18.41 W. The scanning speed of the laser beam was 210 mm per second. Moreover, the power was made variable using an attenuator. The laser beam to be irradiated was a linear laser, the short axis direction was 10 μm to 15 μm, and the long axis direction was 500 μm.

なお、本実施例のレーザー光は一例であり、本発明はこれに限定されない。例えば、発振周波数は、10MHz以上であれば自由に設定することができる。   In addition, the laser beam of a present Example is an example and this invention is not limited to this. For example, the oscillation frequency can be freely set as long as it is 10 MHz or higher.

更に、本実施例では図4に示すストライプパターンを有する位相シフトマスクを介して、レーザー照射を行った。本実施例で用いた位相シフトマスクを図4に示す。幅k1を有する凹部の領域と幅k2を有する凸部の領域が交互に出現することで、ストライプ状のパターンが形成されている、石英基板を用いた。該位相シフトマスクをレーザー光が通過すると、凸部121を通過したレーザー光の位相は反転せず、凹部122を通過したレーザー光の位相は180°反転する。これにより、該位相シフトマスクのパターンを反映した強度分布のレーザー光を得ることができた。   Further, in this example, laser irradiation was performed through a phase shift mask having a stripe pattern shown in FIG. FIG. 4 shows the phase shift mask used in this example. A quartz substrate on which a stripe pattern was formed by alternately appearing a concave region having a width k1 and a convex region having a width k2 was used. When the laser beam passes through the phase shift mask, the phase of the laser beam that has passed through the convex portion 121 is not reversed, and the phase of the laser beam that has passed through the concave portion 122 is inverted by 180 °. As a result, it was possible to obtain a laser beam having an intensity distribution reflecting the pattern of the phase shift mask.

本実施例では、図5の概略図に示すような位置関係の光学系装置を用いてレーザー光を照射した。図5に示すような光学系装置を用いることで、ビーム形状を線状に成形することができた。   In this example, laser light was irradiated using an optical system apparatus having a positional relationship as shown in the schematic diagram of FIG. By using an optical system apparatus as shown in FIG. 5, the beam shape could be formed into a linear shape.

以上のようにして得られた線状レーザー光は上記の位相シフトマスクを介して被照射面に到達する。このため、該レーザー光の強度分布は位相シフトマスクのストライプパターンに対応するパターンを有する。本実施例ではk1とk2は3μmとした。   The linear laser beam obtained as described above reaches the irradiated surface through the phase shift mask. For this reason, the intensity distribution of the laser beam has a pattern corresponding to the stripe pattern of the phase shift mask. In this embodiment, k1 and k2 are 3 μm.

レーザー光の走査方向は実施の形態1で説明したように、線状ビームの走査方向(短軸方向)と位相シフトマスクのストライプパターンを、平行とせず、角度θだけ傾けた。これは照射されるレーザー光の輝度が極小になる位置に、非晶質半導体膜が完全溶融するのに十分なエネルギーを確保するためである。本実施例では、θを厳密に調整することができなかったために、適当な角度範囲に収まるよう、調整した。なお、位相シフトマスクと非晶質半導体膜間の距離dは800μmとした。   As described in the first embodiment, the scanning direction of the laser beam is inclined by an angle θ without making the scanning direction (short axis direction) of the linear beam and the stripe pattern of the phase shift mask parallel. This is to secure sufficient energy for the amorphous semiconductor film to be completely melted at a position where the luminance of the irradiated laser beam is minimized. In this example, since θ could not be adjusted strictly, it was adjusted so as to be within an appropriate angle range. The distance d between the phase shift mask and the amorphous semiconductor film was 800 μm.

以上のようにして結晶化した半導体膜について、走査型電子顕微鏡(SEM(Scanning Electron Microscope))法及びEBSP(Electron Back Scatter Diffraction Pattern)法を用いて、当該試料面の観察及び結晶方位の測定を行った。その結果を図31及び図32に示す。図31(A)は位相シフトマスクを用いて本発明を適用して結晶化した半導体膜についてのSEM像である。図31(B)は該半導体膜を所定の薬液にてエッチング後に取得したSEM像(エッチングSEM像)である。図32(A)は本発明を適用して、位相シフトマスクを用いて結晶化した半導体膜についてのEBSP法による測定結果であり、図32(B)は位相シフトマスクを用いずに結晶化した半導体膜についてのEBSP法による測定結果である。図32(A)と図32(B)を比較すると、結晶化法を適用した図32(B)ではサイズの小さな結晶粒が不規則な方向に無数に存在する。一方で、本発明を適用して結晶化を行った図32(A)では複数の細長い結晶粒の領域が大部分を占めていることが確認できる。また、該結晶粒の長軸方向は概ね一方向に揃っている。半導体膜上に存在する大粒径の結晶は長軸方向で約20μm〜50μmである。このように結晶が大粒径化し、結晶帯を形成している。また、結晶の長軸方向に走る結晶粒界(結晶帯の境界)が一方向に揃い、かつ、結晶粒の短軸方向には約3μmの一定の周期を有することが確認できる。このような結晶粒が該半導体膜の面積の少なくとも90%を占めることが明らかである。   Using the scanning electron microscope (SEM (Scanning Electron Microscope)) method and the EBSP (Electron Back Scatter Diffraction Pattern) method, the sample surface is observed and the crystal orientation is measured for the semiconductor film crystallized as described above. went. The results are shown in FIG. 31 and FIG. FIG. 31A is an SEM image of a semiconductor film crystallized by applying the present invention using a phase shift mask. FIG. 31B is an SEM image (etched SEM image) obtained after etching the semiconductor film with a predetermined chemical solution. FIG. 32A shows a measurement result by an EBSP method of a semiconductor film crystallized using a phase shift mask by applying the present invention, and FIG. 32B is crystallized without using a phase shift mask. It is a measurement result by the EBSP method about a semiconductor film. Comparing FIG. 32A and FIG. 32B, in FIG. 32B to which the crystallization method is applied, there are an infinite number of small crystal grains in irregular directions. On the other hand, in FIG. 32A in which crystallization is performed by applying the present invention, it can be confirmed that a plurality of elongated crystal grain regions occupy most. Further, the major axis direction of the crystal grains is generally aligned in one direction. A crystal having a large grain size present on the semiconductor film is about 20 μm to 50 μm in the major axis direction. In this way, the crystal has a large particle size and forms a crystal band. In addition, it can be confirmed that the crystal grain boundaries (crystal band boundaries) running in the major axis direction of the crystal are aligned in one direction and have a constant period of about 3 μm in the minor axis direction of the crystal grains. It is clear that such crystal grains occupy at least 90% of the area of the semiconductor film.

以上に述べたように、本発明を適用することで結晶の核生成場所を制御された、一方向に存在する粒界の本数が少ない、粒径の大きな結晶粒からなる結晶帯により形成される多結晶半導体膜を得ることができる。このように結晶質半導体膜を作製することにより、チャネル長方向に粒界が少なく、高い移動度を有する半導体装置を得ることができる。   As described above, by applying the present invention, the crystal nucleation site is controlled, and it is formed by a crystal band composed of crystal grains having a large grain size with a small number of grain boundaries existing in one direction. A polycrystalline semiconductor film can be obtained. By manufacturing a crystalline semiconductor film in this manner, a semiconductor device having a high mobility with few grain boundaries in the channel length direction can be obtained.

また、図32に示す、一方向にのみ粒界を有する領域800又は粒界が存在しない領域801を薄膜トランジスタの半導体層として用いることで、良好な電気的特性を有する薄膜トランジスタを作製することができる。なお、領域800は長軸方向が10μm、短軸方向が5μmの長方形の領域である。   In addition, by using a region 800 having a grain boundary only in one direction or a region 801 having no grain boundary shown in FIG. 32 as a semiconductor layer of the thin film transistor, a thin film transistor having favorable electrical characteristics can be manufactured. The region 800 is a rectangular region having a major axis direction of 10 μm and a minor axis direction of 5 μm.

領域800を用いて薄膜トランジスタを作製することで、複数の結晶帯を有し、任意の一点(点Q)からY方向に引いた線は領域800の一端から、粒界又は結晶帯の境界と一度も交差することなく、他端に達することができる。このような領域800を薄膜トランジスタの半導体層として用いることで、良好な電気的特性を有する薄膜トランジスタを作製することができる。   By forming a thin film transistor using the region 800, a thin film transistor has a plurality of crystal bands, and a line drawn from an arbitrary point (point Q) in the Y direction once from the end of the region 800 to the boundary of the grain boundary or the crystal band. Can reach the other end without crossing. By using such a region 800 as a semiconductor layer of a thin film transistor, a thin film transistor having favorable electrical characteristics can be manufactured.

また、領域801は一の結晶帯からなり、該領域内には結晶粒界や結晶帯の境界が存在しない。このような領域801を薄膜トランジスタの半導体層として用いることで、単結晶半導体を用いた場合と同様に、極めて良好な電気的特性を有する薄膜トランジスタを作製することができる。   The region 801 is composed of one crystal band, and there is no crystal grain boundary or crystal band boundary in the region. By using such a region 801 as a semiconductor layer of a thin film transistor, a thin film transistor having extremely good electrical characteristics can be manufactured as in the case of using a single crystal semiconductor.

本発明を適用して作製した、結晶のサイズが大きな結晶性半導体層の中でも、特に一の結晶粒を用いた薄膜トランジスタを作製することで、従来の薄膜トランジスタと比べて飛躍的に電気的特性が向上した薄膜トランジスタを作製することができる。図32によれば、結晶帯の幅は3μm程度であり、結晶帯中の結晶粒の長さは結晶粒の幅よりも大きく、その結晶粒のサイズは幅が約3μm、長さが約20μm程度であるため、このようなサイズの薄膜トランジスタを作製することができる。   Among the crystalline semiconductor layers produced by applying the present invention and having a large crystal size, electrical characteristics are dramatically improved compared to conventional thin film transistors, especially by fabricating thin film transistors using one crystal grain. A thin film transistor can be manufactured. According to FIG. 32, the width of the crystal band is about 3 μm, the length of the crystal grain in the crystal band is larger than the width of the crystal grain, and the size of the crystal grain is about 3 μm wide and about 20 μm long. Therefore, a thin film transistor having such a size can be manufactured.

従って、本発明を適用することにより、高機能、高付加価値の半導体装置をガラス基板上に作製することができる。   Therefore, by applying the present invention, a high-function, high-value-added semiconductor device can be manufactured over a glass substrate.

なお、本実施例で説明した試料の形態及び結晶化の条件は、本発明を実施するための一例であり、本発明は本実施例の条件のみに限定されない。   Note that the form of the sample and the crystallization conditions described in this example are examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited only to the conditions of this example.

本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製に用いるファイバーレーザーを説明する図。4A and 4B illustrate a fiber laser used for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製に用いるアクティブゲインファイバーを説明する図。3A and 3B illustrate an active gain fiber used for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製に用いる位相シフトマスクを説明する図。4A and 4B illustrate a phase shift mask used for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製に適用可能な光学系を説明する図。8A and 8B illustrate an optical system which can be used for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 図4に示す位相シフトマスクを介したレーザー光のプロファイル。The profile of the laser beam through the phase shift mask shown in FIG. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法における、レーザー光の照射方法を説明する図。4A and 4B illustrate a laser beam irradiation method in a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. レーザー光の輝度の変化を示すプロファイル。A profile showing changes in the brightness of laser light. 本発明の半導体装置の作製に適用可能な光学系を説明する図。8A and 8B illustrate an optical system which can be used for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明を適用したTFTの作製方法を説明する図。4A and 4B illustrate a method for manufacturing a TFT to which the present invention is applied. 本発明を適用したTFTの作製方法を説明する図。4A and 4B illustrate a method for manufacturing a TFT to which the present invention is applied. 本発明を適用したTFTの作製方法を説明する図。4A and 4B illustrate a method for manufacturing a TFT to which the present invention is applied. 本発明を適用したTFTの作製方法を説明する図。4A and 4B illustrate a method for manufacturing a TFT to which the present invention is applied. 本発明を適用した作製したTFTを説明する図。4A and 4B illustrate a manufactured TFT to which the present invention is applied. 本発明を適用した表示装置の画素回路を説明する図。4A and 4B each illustrate a pixel circuit of a display device to which the present invention is applied. 本発明を適用した作製したTFTをEL素子に適用した状態を説明する図。4A and 4B illustrate a state where a manufactured TFT to which the present invention is applied is applied to an EL element. 本発明を適用したEL素子を説明する図。4A and 4B illustrate an EL element to which the present invention is applied. 本発明を適用したEL素子を説明する図。4A and 4B illustrate an EL element to which the present invention is applied. 本発明を適用した液晶パネルを説明する図。FIG. 6 illustrates a liquid crystal panel to which the present invention is applied. 本発明を適用した液晶パネルを説明する図。FIG. 6 illustrates a liquid crystal panel to which the present invention is applied. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明を適用した半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device to which the present invention is applied. 本発明を適用した半導体装置の回路を説明する図。6A and 6B illustrate a circuit of a semiconductor device to which the present invention is applied. 本発明を適用した半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device to which the present invention is applied. 本発明を適用した半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device to which the present invention is applied. 本発明を適用した半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device to which the present invention is applied. 本発明を適用した半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device to which the present invention is applied. 本発明を適用した半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device to which the present invention is applied. 本発明を適用して形成した半導体膜の観察結果を示す図。The figure which shows the observation result of the semiconductor film formed by applying this invention. 本発明を適用して形成した半導体膜の分析結果を示す図。The figure which shows the analysis result of the semiconductor film formed by applying this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 ガラス基板
101 下地膜
102 非晶質半導体膜
103 多結晶半導体層
104 結晶帯
105 境界
111 レーザーダイオード
112 励起光コンバイナー
113 ファイバーブラッググレーティング
114 アクティブゲインファイバー
115 ファイバーブラッググレーティング
116 出力ポート
117 ファイバーケーブル
118 コア
119 クラッド
121 凸部
122 凹部
130 レーザー発振器
131 アッテネータ
132 スリット
133 シリンドリカルレンズ
134 後側焦点
135 後側焦点距離
136 シリンドリカルレンズ
137 位相シフトマスク
138 被照射面
133a シリンドリカルレンズ面
136a シリンドリカルレンズ面
140 後側焦点
141 短軸方向の長さ
142 後側焦点距離
150 線状レーザー光
151 位相シフトマスク
152 被照射面
160 レーザー照射装置
161 レーザー発振装置
162 光学系
163 光学系
164 マスク
165 光学系
166 ステージ
167 基板
168 受光素子
169 受光素子
170 マスクホルダ
180 ガラス基板
181 下地層
182 窒化シリコン膜
183 酸化シリコン膜
185 多結晶シリコン層
186 酸化シリコン膜
187 絶縁層
188 酸化シリコン膜
189 窒化シリコン膜
190 電極層
191 絶縁層
192 窒化シリコン膜
193 酸化シリコン膜
194A 開口部
194B 開口部
195 電極層
196 絶縁層
197 開口部
198 電極層
200 基板
201 下地層
202 電極層
203 絶縁層
204 多結晶半導体層
205 絶縁層
206 電極層
207 絶縁層
208 電極層
209 開口部
210 開口部
301 TFT
302 容量素子
303 TFT
304 TFT
305 発光素子
306 TFT
310 信号線
311 電源線
312 電源線
313 電源線
314 走査線
315 電源線
316 走査線
341 スイッチング用TFT
342 容量素子
343 駆動用TFT
344 発光素子
345 TFT
350 信号線
351 電源線
352 電源線
353 走査線
354 走査線
361 TFT
362 発光層
371 TFT
372 発光層
381 TFT
382 発光層
390 電極層
392 電界発光層
393 電極層
394 絶縁層
394a 絶縁層
394b 絶縁層
400 電極層
401 発光材料
402 電界発光層
403 電極層
404 絶縁層
404a 絶縁層
404b 絶縁層
410 基板
411 画素部
412 画素
416 FPC
417 ドライバIC
420 基板
421 画素部
422 走査線側駆動回路
430 基板
431 画素部
432 信号線駆動回路
434 走査線駆動回路
450 領域
451 基板
459 絶縁層
460 トランジスタ
461 絶縁層
462 絶縁層
463 絶縁層
464 導電層
465 絶縁層
466 多結晶半導体層
467 導電層
468 不純物領域
469 チャネル形成領域
470 積層体
480 基板
482 絶縁層
483 絶縁層
484 絶縁層
485 絶縁層
486 絶縁層
487 導電層
489 フローティングゲート層
495 絶縁層
496 半導体層
497 不純物領域
498 チャネル形成領域
499 導電層
500 メモリ素子
501 領域
503 電極層
504 電極層
510 半導体装置
511 演算処理回路
513 記憶回路
514 アンテナ
518 電源回路
520 復調回路
521 変調回路
522 リーダ/ライタ
530 基板
531A TFT
531B TFT
532A 光電変換素子部
532B 光電変換素子部
533 層間絶縁層
534A カラーフィルター層
534B カラーフィルター層
535A 導電層
535B 導電層
535C 遮光層
535D 遮光層
536A オーバーコート層
536B オーバーコート層
539 絶縁層
540 導電層
601 演算装置
602 汎用レジスタ
603 命令解析部
711 本体
712 筐体
713 表示部
714 キーボード
715 外部接続ポート
716 ポインティングマウス
721 本体
722 筐体
723 表示部
724 表示部
725 記録媒体(DVD等)読み込み部
726 操作キー
727 スピーカー部
731 本体
732 音声出力部
733 音声入力部
734 表示部
735 操作スイッチ
736 アンテナ
741 本体
742 表示部
743 筐体
744 外部接続ポート
745 リモコン受信部
746 受像部
747 バッテリー
748 音声入力部
749 操作キー
750 接眼部
800 領域
801 領域
100 Glass substrate 101 Base film 102 Amorphous semiconductor film 103 Polycrystalline semiconductor layer 104 Crystal band 105 Boundary 111 Laser diode 112 Excitation light combiner 113 Fiber Bragg grating 114 Active gain fiber 115 Fiber Bragg grating 116 Output port 117 Fiber cable 118 Core 119 Cladding 121 Convex part 122 Concave part 130 Laser oscillator 131 Attenuator 132 Slit 133 Cylindrical lens 134 Rear focal point 135 Rear focal length 136 Cylindrical lens 137 Phase shift mask 138 Irradiated surface 133a Cylindrical lens surface 136a Cylindrical lens surface 140 Rear focal point 141 Short Axial length 142 Rear focal length 150 Linear laser beam 151 Phase Optical mask 165 Optical system 166 Mask 165 Optical system 166 Stage 167 Substrate 168 Light receiving element 169 Light receiving element 170 Mask holder 180 Glass substrate 181 Underlayer 182 Silicon nitride film 183 Silicon oxide Film 185 polycrystalline silicon layer 186 silicon oxide film 187 insulating layer 188 silicon oxide film 189 silicon nitride film 190 electrode layer 191 insulating layer 192 silicon nitride film 193 silicon oxide film 194A opening 194B opening 195 electrode layer 196 insulating layer 197 opening 198 Electrode layer 200 Substrate 201 Underlayer 202 Electrode layer 203 Insulating layer 204 Polycrystalline semiconductor layer 205 Insulating layer 206 Electrode layer 207 Insulating layer 208 Electrode layer 209 Opening 210 Opening 301 TF
302 Capacitor 303 TFT
304 TFT
305 Light emitting element 306 TFT
310 Signal line 311 Power line 312 Power line 313 Power line 314 Scan line 315 Power line 316 Scan line 341 Switching TFT
342 Capacitance element 343 Driving TFT
344 Light emitting element 345 TFT
350 Signal line 351 Power line 352 Power line 353 Scan line 354 Scan line 361 TFT
362 Light emitting layer 371 TFT
372 Light emitting layer 381 TFT
382 Light emitting layer 390 Electrode layer 392 Electroluminescent layer 393 Electrode layer 394 Insulating layer 394a Insulating layer 394b Insulating layer 400 Electrode layer 401 Luminescent material 402 Electroluminescent layer 403 Electrode layer 404 Insulating layer 404a Insulating layer 404b Insulating layer 410 Substrate 411 Pixel portion 412 Pixel 416 FPC
417 Driver IC
420 Substrate 421 Pixel portion 422 Scan line side driver circuit 430 Substrate 431 Pixel portion 432 Signal line driver circuit 434 Scan line driver circuit 450 Region 451 Substrate 459 Insulating layer 460 Transistor 461 Insulating layer 462 Insulating layer 463 Insulating layer 464 Conducting layer 465 Insulating layer 466 Polycrystalline semiconductor layer 467 Conductive layer 468 Impurity region 469 Channel formation region 470 Stack 480 Substrate 482 Insulating layer 483 Insulating layer 484 Insulating layer 485 Insulating layer 486 Insulating layer 487 Conducting layer 489 Floating gate layer 495 Insulating layer 496 Semiconductor layer 497 Impurity Region 498 Channel formation region 499 Conductive layer 500 Memory element 501 Region 503 Electrode layer 504 Electrode layer 510 Semiconductor device 511 Arithmetic processing circuit 513 Memory circuit 514 Antenna 518 Power supply circuit 520 Demodulation circuit 521 Modulation circuit 522 reader / writer 530 substrate 531A TFT
531B TFT
532A Photoelectric conversion element part 532B Photoelectric conversion element part 533 Interlayer insulating layer 534A Color filter layer 534B Color filter layer 535A Conductive layer 535B Conductive layer 535C Light shielding layer 535D Light shielding layer 536A Overcoat layer 536B Overcoat layer 539 Insulating layer 540 Conductive layer 601 Calculation Device 602 General-purpose register 603 Command analysis unit 711 Main unit 712 Case 713 Display unit 714 Keyboard 715 External connection port 716 Pointing mouse 721 Main unit 722 Case 723 Display unit 724 Display unit 725 Recording medium (DVD etc.) reading unit 726 Operation key 727 Speaker Unit 731 main unit 732 audio output unit 733 audio input unit 734 display unit 735 operation switch 736 antenna 741 main unit 742 display unit 743 casing 744 external connection port 745 Remote control unit 746 Image receiving unit 747 Battery 748 Audio input unit 749 Operation key 750 Eyepiece 800 region 801 region

Claims (2)

絶縁性表面を有する基板上に形成された非晶質半導体膜に対して、連続発振のレーザー光又は疑似連続発振のレーザー光を照射して結晶化させる薄膜トランジスタの作製方法であって、
非晶質半導体膜を形成し、
線状に成形されたレーザー光の光強度を該レーザー光の長軸方向に周期的に変調させる光強度変調手段によって空間的に変調させて、前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射することで前記レーザー光の照射領域全体にわたって前記非晶質半導体膜を完全溶融させ、前記レーザー光の走査方向と一致する方向に成長した結晶帯を有する多結晶半導体膜を形成し、且つ、
前記光強度変調手段は、前記レーザー光の走査方向に平行な方向に対して一定の角度だけ傾いた方向の凹凸を有する位相シフトマスクであり、
前記レーザー光の長軸方向について周期的に変調された光強度の値は、長軸方向に一定の間隔で交互に存在する極大値と極小値とを有し、
前記極小値は前記極大値の80%以上となるように前記角度を調整することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
A method for manufacturing a thin film transistor in which an amorphous semiconductor film formed over a substrate having an insulating surface is crystallized by irradiating a continuous wave laser beam or a pseudo continuous wave laser beam,
Forming an amorphous semiconductor film;
Irradiating the laser beam onto the amorphous semiconductor film by spatially modulating the light intensity of the laser light formed into a linear shape by a light intensity modulating means that periodically modulates the laser light in the long axis direction. The amorphous semiconductor film is completely melted over the entire irradiation region of the laser light to form a polycrystalline semiconductor film having a crystal band grown in a direction coinciding with the scanning direction of the laser light , and
The light intensity modulation means is a phase shift mask having irregularities in a direction inclined by a certain angle with respect to a direction parallel to the scanning direction of the laser light,
The value of the light intensity periodically modulated in the major axis direction of the laser beam has a local maximum value and a local minimum value alternately existing at regular intervals in the major axis direction,
The method for manufacturing a thin film transistor , wherein the angle is adjusted so that the minimum value is 80% or more of the maximum value .
絶縁性表面を有する基板上に形成された非晶質半導体膜に対して、連続発振のレーザー光又は疑似連続発振のレーザー光を照射して結晶化させる薄膜トランジスタの作製方法であって、
非晶質半導体膜を形成し、
線状に成形されたレーザー光の光強度を該レーザー光の長軸方向に周期的に変調させる光強度変調手段によって空間的に変調させて、前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射することで前記レーザー光の照射領域全体にわたって前記非晶質半導体膜を完全溶融させ、前記レーザー光の走査方向と一致する方向に成長した結晶帯を有する多結晶半導体膜を形成し、
前記多結晶半導体膜の一部に不純物を導入してソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記多結晶半導体膜に含まれる結晶帯の少なくとも一つは、該結晶帯内にソース領域、チャネル形成領域及びドレイン領域を有し、
前記チャネル形成領域のチャネル長方向は、前記結晶帯の長軸方向と概ね平行であり、且つ前記結晶帯の境界と交差することなくソース領域からドレイン領域まで延びる線を描くことができ、且つ、
前記光強度変調手段は、前記レーザー光の走査方向に平行な方向に対して一定の角度だけ傾いた方向の凹凸を有する位相シフトマスクであり、
前記レーザー光の長軸方向について周期的に変調された光強度の値は、長軸方向に一定の間隔で交互に存在する極大値と極小値とを有し、
前記極小値は前記極大値の80%以上となるように前記角度を調整することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
A method for manufacturing a thin film transistor in which an amorphous semiconductor film formed over a substrate having an insulating surface is crystallized by irradiating a continuous wave laser beam or a pseudo continuous wave laser beam,
Forming an amorphous semiconductor film;
Irradiating the laser beam onto the amorphous semiconductor film by spatially modulating the light intensity of the laser light formed into a linear shape by a light intensity modulating means that periodically modulates the laser light in the long axis direction. The amorphous semiconductor film is completely melted over the entire laser light irradiation region to form a polycrystalline semiconductor film having a crystal band grown in a direction that coincides with the scanning direction of the laser light,
Impurity is introduced into part of the polycrystalline semiconductor film to form a source region and a drain region,
At least one of the crystal bands included in the polycrystalline semiconductor film has a source region, a channel formation region, and a drain region in the crystal band,
The channel length direction of the channel forming region is substantially parallel to the long axis direction of the crystal band , and can draw a line extending from the source region to the drain region without intersecting the boundary of the crystal band , and
The light intensity modulation means is a phase shift mask having irregularities in a direction inclined by a certain angle with respect to a direction parallel to the scanning direction of the laser light,
The value of the light intensity periodically modulated in the major axis direction of the laser beam has a local maximum value and a local minimum value alternately existing at regular intervals in the major axis direction,
The method for manufacturing a thin film transistor wherein the minimum value, characterized that you adjust the angle so as to be 80% or more of the maximum value.
JP2007223601A 2006-08-31 2007-08-30 Thin film transistor, manufacturing method thereof, and semiconductor device Expired - Fee Related JP5227552B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007223601A JP5227552B2 (en) 2006-08-31 2007-08-30 Thin film transistor, manufacturing method thereof, and semiconductor device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006236105 2006-08-31
JP2006236105 2006-08-31
JP2007223601A JP5227552B2 (en) 2006-08-31 2007-08-30 Thin film transistor, manufacturing method thereof, and semiconductor device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2008085316A JP2008085316A (en) 2008-04-10
JP2008085316A5 JP2008085316A5 (en) 2010-09-16
JP5227552B2 true JP5227552B2 (en) 2013-07-03

Family

ID=39355786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007223601A Expired - Fee Related JP5227552B2 (en) 2006-08-31 2007-08-30 Thin film transistor, manufacturing method thereof, and semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5227552B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2011109764A (en) * 2008-10-02 2012-11-10 Шарп Кабушики Каиша (Jp) DISPLAY PANEL AND DISPLAY DEVICE IN WHICH THE SPECIFIED PANEL IS USED
JP5691285B2 (en) * 2010-08-05 2015-04-01 三菱電機株式会社 Manufacturing method of display device
JP2011082545A (en) * 2010-11-24 2011-04-21 Sony Corp Heat treatment apparatus, heat treatment method, method of manufacturing semiconductor device and method of manufacturing display device
CN110047760A (en) 2013-12-02 2019-07-23 株式会社半导体能源研究所 Display device and its manufacturing method
WO2016004175A1 (en) * 2014-07-03 2016-01-07 Ipg Photonics Corporation Process and system for uniformly recrystallizing amorphous silicon substrate by fiber laser

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4403599B2 (en) * 1999-04-19 2010-01-27 ソニー株式会社 Semiconductor thin film crystallization method, laser irradiation apparatus, thin film transistor manufacturing method, and display apparatus manufacturing method
JP4353352B2 (en) * 2001-05-15 2009-10-28 シャープ株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004119919A (en) * 2002-09-30 2004-04-15 Hitachi Ltd Semiconductor thin film and method for manufacturing the same
JP2004363241A (en) * 2003-06-03 2004-12-24 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd Method and apparatus for forming crystallized semiconductor layer and method for manufacturing semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008085316A (en) 2008-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101394097B1 (en) Thin film transistor, manufacturing method thereof and semiconductor device
KR101354162B1 (en) Laser irradiation, laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device
KR101207441B1 (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR101398917B1 (en) Display device, method for manufacturing the same
JP4954495B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US7563661B2 (en) Crystallization method for semiconductor film, manufacturing method for semiconductor device, and laser irradiation apparatus
KR20070095195A (en) Crystalline semiconductor film, semiconductor device and method for manufacturing thereof
TW201207815A (en) Display device and electronic device including display device
KR20070003588A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2008060324A (en) Semiconductor device manufacturing method and display device manufacturing method
JP4954836B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP5227552B2 (en) Thin film transistor, manufacturing method thereof, and semiconductor device
KR20070115770A (en) Manufacturing method of display device
JP2006148082A (en) Wiring board and method of manufacturing semiconductor device
JP4836445B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP5030535B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4584075B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4754918B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2006148086A (en) Laser irradiation method, laser irradiation apparatus, and manufacturing method of semiconductor device
JP4732118B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2008141046A (en) Crystallization method of semiconductor film, fabrication method of semiconductor device
JP5311754B2 (en) Crystalline semiconductor film, semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4831961B2 (en) Manufacturing method and selection method of semiconductor device
US20080012027A1 (en) Light-emitting element, light-emitting device, and method of fabricating light-emitting element
JP5177971B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100804

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100804

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121225

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130212

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130312

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130318

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5227552

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160322

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160322

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees