JP5311754B2 - Crystalline semiconductor film, semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor film capable of reducing variation of electric characteristics among semiconductor elements, and to provide a semiconductor device provided with the same and manufacturing methods of theses. <P>SOLUTION: In the manufacturing method, an insulating film is formed on a substrate, an amorphous semiconductor film is formed on the insulating film, a silicon nitride film having a film thickness of 200-1,000 nm containing not more than 10 atomic% oxygen and having a composition rate of 1.3-1.5 of the nitride to the silicon is formed on the amorphous semiconductor film, the amorphous semiconductor film is irradiated with a continuously oscillating laser beam transmitting the silicon nitride film and a laser beam having a repetitive frequency of 10 MHz or more to melt the amorphous semiconductor film and crystallize it to form a crystalline semiconductor film, and a semiconductor film is formed by using the crystalline semiconductor film. This method can form a crystalline semiconductor film in which plane orientation of crystals are prepared at a predetermined proportion or more on three orthogonal planes. As a result, the variation of electric characteristics among adjacent semiconductor elements can be reduced, and a semiconductor device having excellent characteristics can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、レーザ結晶化技術を用いて形成した結晶構造を有する半導体膜及びそれを備える薄膜トランジスタ(以下、TFT)等の半導体装置、並びにそれらの作製方法に関する。
より詳しくは、本発明は、レーザ結晶化技術を用いて形成した特定の結晶構造を持つ、すなわち直交する3方面の結晶の面方位が一定の割合以上揃う、半導体素子間での電気特性のばらつきが低減された半導体膜、それを備えた半導体装置、及びそれらの作製方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor film having a crystal structure formed by using a laser crystallization technique, a semiconductor device such as a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) including the semiconductor film, and a manufacturing method thereof.
More specifically, the present invention has a specific crystal structure formed by using a laser crystallization technique, that is, variations in electrical characteristics between semiconductor elements in which the plane orientations of three orthogonal crystals are more than a certain ratio. The present invention relates to a semiconductor film with reduced resistance, a semiconductor device including the same, and a manufacturing method thereof.

近年、ガラス基板上に形成された非晶質半導体膜にレーザビームを照射し、結晶構造を有する半導体膜(以下、結晶性半導体膜)を形成するレーザ結晶化技術が広く研究されており、多くの提案がなされている。
その結晶性半導体膜を用いるのは、非晶質半導体膜と比較して高い移動度を有するためであり、その結果、この結晶性半導体膜は、それを用いてTFTを形成し、例えば、1枚のガラス基板上に、画素部用、または、画素部用と駆動回路用のTFTを形成したアクティブマトリクス型の液晶表示装置や有機EL表示装置等に利用されている。
In recent years, laser crystallization technology for forming a semiconductor film having a crystal structure (hereinafter referred to as a crystalline semiconductor film) by irradiating an amorphous semiconductor film formed on a glass substrate with a laser beam has been widely studied. Proposals have been made.
The crystalline semiconductor film is used because it has a higher mobility than an amorphous semiconductor film. As a result, this crystalline semiconductor film uses this to form a TFT. It is used for an active matrix type liquid crystal display device or an organic EL display device in which TFTs for a pixel portion or for a pixel portion and a drive circuit are formed on a single glass substrate.

その結晶化方法には、前記レーザ結晶化以外にファーネスアニール炉を用いた熱アニール法や、瞬間熱アニール法(RTA法)もあるが、前記レーザ結晶化を用いた場合には、基板の温度をあまり上昇させることなく半導体膜にのみ熱を吸収させ結晶化することができ、そのため基板にガラスやプラスチック等の融点が低い物質を使用できる特色がある。
その結果、これにより安価で大面積に加工が容易なガラス基板を用いることができるようになり、そのレーザ結晶化は生産効率を著しく向上させることができ、優れた結晶化技術である。
In addition to the laser crystallization, the crystallization method includes a thermal annealing method using a furnace annealing furnace and an instantaneous thermal annealing method (RTA method). When the laser crystallization is used, the temperature of the substrate is increased. Therefore, it is possible to crystallize by absorbing heat only in the semiconductor film without increasing the temperature so much that a substance having a low melting point such as glass or plastic can be used for the substrate.
As a result, it becomes possible to use a glass substrate that is inexpensive and easy to process in a large area, and laser crystallization can significantly improve production efficiency and is an excellent crystallization technique.

本出願人は、その結晶化方法の優れた特性に着目し、レーザ結晶化による半導体膜の製造に鋭意努め、その結果多くの技術の開発に成功した。
その成功した技術の中に、酸素、窒素、及び炭素の濃度を低減した非結晶膜にレーザ光を照射し、溶融工程と再結晶化工程を経ることにより、半導体特性、特に高移動度の結晶性半導体膜を得る技術があり(特許文献1)、その技術の提案においては、レーザ照射の際には非結晶膜上に保護膜を形成することが好ましいことも開示されており、かつ、この保護膜の設置により珪素膜中への不純物の混入が回避できることも開示されている。
特開平5−299339号公報
The present applicant pays attention to the excellent characteristics of the crystallization method, and has sought to manufacture a semiconductor film by laser crystallization, and as a result, has succeeded in developing many techniques.
Among its successful technologies, semiconductor characteristics, especially high mobility crystals, are obtained by irradiating an amorphous film with reduced oxygen, nitrogen, and carbon concentrations with a laser beam, followed by a melting process and a recrystallization process. There is a technique for obtaining a conductive semiconductor film (Patent Document 1), and the proposal of the technique also discloses that it is preferable to form a protective film on an amorphous film at the time of laser irradiation. It is also disclosed that impurities can be avoided in the silicon film by providing a protective film.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-299339

本出願人は、その結晶化技術の開発に満足せず、その後もより特性の優れた結晶性半導体膜、究極には非単結晶半導体膜から単結晶半導体膜を作製すべく研究開発を継続しており、その結果、本発明者は、非単結晶半導体膜から特定の結晶構造を持つ結晶性半導体膜が作製できることを見出したものであり、その半導体膜は、直交する3面において結晶の面方位が一定の割合以上で揃っていることが判明した。   The applicant was not satisfied with the development of the crystallization technology, and continued research and development to produce a crystalline semiconductor film with better characteristics, and ultimately a single crystal semiconductor film from a non-single crystal semiconductor film. As a result, the present inventor has found that a crystalline semiconductor film having a specific crystal structure can be manufactured from a non-single crystal semiconductor film, and the semiconductor film has crystal planes in three orthogonal planes. It was found that the orientation was aligned at a certain rate or more.

前記のとおりであり、本発明者は、特定の結晶構造を持つ結晶性半導体膜及びその作製方法の開発に成功したものである。
また、それを利用して、前記結晶性半導体膜を備える半導体装置及びその作製方法の開発に結びつけることにも成功した。
したがって、本発明は、単結晶構造に近い特定の結晶構造を持つ半導体膜及びその作製方法を提供すること、並びにその半導体膜を備えることで、単結晶半導体基板を用いるのと同様、電気特性が優れ、かつ半導体素子間での電気特性のバラツキが低減された半導体装置及びその作製方法を提供することを発明の解決すべき課題、すなわち発明の目的とするものである。
As described above, the present inventors have succeeded in developing a crystalline semiconductor film having a specific crystal structure and a manufacturing method thereof.
In addition, it has also been successfully used to develop a semiconductor device including the crystalline semiconductor film and a manufacturing method thereof.
Therefore, the present invention provides a semiconductor film having a specific crystal structure close to a single crystal structure and a manufacturing method thereof, and includes the semiconductor film, so that the electrical characteristics are the same as when a single crystal semiconductor substrate is used. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof that are excellent and have reduced variation in electrical characteristics between semiconductor elements.

本発明は、前記したとおり結晶性半導体膜、半導体装置及びそれらの作製方法を提供するものであり、その結晶性半導体膜及び半導体装置には2つの態様がある。
その結晶性半導体膜の第1の態様は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜であって、前記半導体膜の第1の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第2の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>、<101>、<201>、<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第3の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>、<101>、<201>、<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第1の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第1方向とし、前記第1方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第2の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に平行な方向を第2の方向とし、前記第2の方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第3の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向を第3の方向とし、前記第3の方向が法線ベクトルとなる面であることを特徴とするものである。
As described above, the present invention provides a crystalline semiconductor film, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof, and the crystalline semiconductor film and the semiconductor device have two aspects.
A first aspect of the crystalline semiconductor film is a semiconductor film composed of a plurality of crystal grains on a substrate, and the crystal plane orientation is an angle of ± 10 ° on the first surface of the semiconductor film. Within the range of fluctuation, the <001> orientation is 60% or more and less than 100%, and on the second surface of the semiconductor film, the crystal plane orientation is <001>, <101>,<201>,<301>,<401>,<501> or <601> has an orientation of 60% or more and less than 100%, and the third plane of the semiconductor film has a crystal plane. As for the azimuth, any one of <001>, <101>, <201>, <301>, <401>, <501>, or <601> within a range of ± 10 ° angle fluctuation is 60% or more. And the first surface of the semiconductor film is formed on the substrate. The direction perpendicular to the plane is the first direction, the first direction is a plane that is a normal vector, the second plane of the semiconductor film is parallel to the surface of the substrate, and the crystal growth direction of the crystal grains The second direction is a plane in which the second direction is a normal vector, the third plane of the semiconductor film is parallel to the surface of the substrate, and crystal growth of crystal grains A direction perpendicular to the direction is a third direction, and the third direction is a plane that is a normal vector.

その結晶性半導体膜の第2の態様は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜であって、前記半導体膜の第1の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第2の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第3の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第1の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第1方向とし、前記第1方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第2の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に平行な方向を第2の方向とし、前記第2の方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第3の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向を第3の方向とし、前記第3の方向が法線ベクトルとなる面であることを特徴とするものである。   A second aspect of the crystalline semiconductor film is a semiconductor film composed of a plurality of crystal grains on a substrate, and the crystal plane orientation is an angle of ± 10 ° on the first surface of the semiconductor film. Within the range of fluctuation, the <001> orientation is 60% or more and less than 100%, and on the second surface of the semiconductor film, the crystal plane orientation is <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) is 60% or more and less than 100%, and in the third plane of the semiconductor film, the crystal plane orientation has an angular fluctuation of ± 10 °. Within the range, the orientation of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) is 60% or more and less than 100%, and the first surface of the semiconductor film is on the surface of the substrate. A vertical direction is a first direction, the first direction is a surface that is a normal vector, and the second surface of the semiconductor film is: A direction parallel to the surface of the plate and parallel to the crystal growth direction of the crystal grains is a second direction, the second direction is a normal vector, and the third surface of the semiconductor film is The third direction is a direction parallel to the surface of the substrate and perpendicular to the crystal growth direction of the crystal grains, and the third direction is a plane that is a normal vector.

また、その半導体装置における第1の態様は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜を備える半導体素子を有する半導体装置であって、前記半導体膜の第1の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第2の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>、<101>、<201>、<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第3の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>、<101>、<201>、<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第1の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第1方向とし、前記第1方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第2の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に平行な方向を第2の方向とし、前記第2の方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第3の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向を第3の方向とし、前記第3の方向が法線ベクトルとなる面であることを特徴とするものである。   According to a first aspect of the semiconductor device, there is provided a semiconductor device having a semiconductor element including a semiconductor film formed of a plurality of crystal grains on a substrate, the first surface of the semiconductor film being a crystal plane. The orientation of the <001> orientation is 60% or more and less than 100% within the range of ± 10 ° angular fluctuation, and the crystal plane orientation of the semiconductor film on the second surface of the semiconductor film is ± 10 ° angular fluctuation. Within the range, any orientation of <001>, <101>, <201>, <301>, <401>, <501> or <601> is 60% or more and less than 100%, In plane 3, the crystal plane orientation is <001>, <101>, <201>, <301>, <401>, <501> or <601> within the range of ± 10 ° angular fluctuation. Direction is 60% or more and less than 100% And the first surface of the semiconductor film is a surface in which a direction perpendicular to the surface of the substrate is a first direction and the first direction is a normal vector, and the second surface of the semiconductor film is A direction parallel to the surface of the substrate and parallel to the crystal growth direction of the crystal grains is a second direction, and the second direction is a normal vector, and the third surface of the semiconductor film is The third direction is a direction parallel to the surface of the substrate and perpendicular to the crystal growth direction of the crystal grains, and the third direction is a plane that is a normal vector.

その半導体装置における第2の態様は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜を備える半導体素子を有する半導体装置であって、前記半導体膜の第1の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第2の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第3の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の方位が6割以上10割未満であり、前記半導体膜の第1の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第1方向とし、前記第1方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第2の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に平行な方向を第2の方向とし、前記第2の方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第3の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向を第3の方向とし、前記第3の方向が法線ベクトルとなる面であることを特徴とするものである。   A second aspect of the semiconductor device is a semiconductor device having a semiconductor element including a semiconductor film made up of a plurality of crystal grains on a substrate, wherein the crystal plane orientation is in the first surface of the semiconductor film. In the range of ± 10 ° angle fluctuation, the <001> orientation is 60% or more and less than 100%, and in the second face of the semiconductor film, the crystal plane orientation is within the range of ± 10 ° angle fluctuation. The orientation of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) is 60% or more and less than 100%, and in the third plane of the semiconductor film, the crystal plane orientation is ± Within the range of 10 ° angle fluctuation, the orientation of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) is 60% or more and less than 100%, and the first surface of the semiconductor film is A direction perpendicular to the surface of the substrate is a first direction, and the first direction is a normal vector. The second surface of the semiconductor film is parallel to the surface of the substrate and the direction parallel to the crystal growth direction of the crystal grains is a second direction, and the second direction is a normal vector. The third surface of the semiconductor film is parallel to the surface of the substrate and a direction perpendicular to the crystal growth direction of the crystal grains is a third direction, and the third direction is a normal vector. It is the surface which becomes.

さらに、それら半導体膜及び半導体装置にあっては、それぞれの第1の態様において以下のことが好ましい。
(1)前記半導体膜の第1の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が7割以上10割未満であり、
前記半導体膜の第2の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が7割以上10割未満であり、
前記半導体膜の第3の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が7割以上10割未満であること、
(2)前記半導体膜の結晶粒の大きさは、幅が0.1〜10μm、長さが5〜50μmであること、
(3)前記半導体はSi、Si1-xGex(0<x<0.1)であること、
(4)前記半導体素子は、薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、CCD、又は光電変換素子であること(半導体装置のみ該当)。
Furthermore, in the semiconductor film and the semiconductor device, the following is preferable in each first aspect.
(1) In the first plane of the semiconductor film, the crystal plane orientation is within the range of ± 10 ° angular fluctuation, and the <001> orientation is 70% or more and less than 100%,
In the second plane of the semiconductor film, the crystal plane orientation is 70% or more of any of <301>, <401>, <501>, or <601> within a range of ± 10 ° angular fluctuation. Less than 100%,
In the third plane of the semiconductor film, the crystal plane orientation is 70% or more of any of <301>, <401>, <501>, or <601> within a range of ± 10 ° angular fluctuation. Be less than 100%,
(2) The crystal grains of the semiconductor film have a width of 0.1 to 10 μm and a length of 5 to 50 μm.
(3) The semiconductor is Si, Si 1-x Ge x (0 <x <0.1),
(4) The semiconductor element is a thin film transistor, a diode, a resistor element, a capacitor element, a CCD, or a photoelectric conversion element (only applicable to a semiconductor device).

そして、本発明における前記した結晶の面方位について、具体例により以下において述べる。
例えば、面方位<001>とは、[100]、[010]、[001]、さらには前記面方位それぞれの1が−1である面方位のように等価な方位群をまとめて<001>と表記している。
さらに、面方位<301>についていえば、[310]、[301]、[130]、[103]、[013]、[031]、さらには前記面方位それぞれの1及び3の一方または両方が負の値である面方位のように等価な方位群をまとめて<301>と示している。
The plane orientation of the crystal in the present invention will be described below with specific examples.
For example, the plane orientation <001> is a group of equivalent orientations such as [100], [010], [001], and a plane orientation in which each of the plane orientations is −1. It is written.
Further, regarding the plane orientation <301>, [310], [301], [130], [103], [013], [031], and one or both of 1 and 3 in each of the plane orientations are Equivalent azimuth groups such as negative surface orientations are collectively shown as <301>.

また、結晶の面方位<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の意味は以下のとおりである。
前記した面方位<x01>とは、面方位<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>の配向率の総和を示すのである。
なお、その際には、面方位<001>ないし<601>を単純に総計すると、各面方位の一部において重複する部分があるので、面方位<001>ないし<601>のそれぞれの面方位の重複部は、いずれかの面方位一つにおける配向率のみとして計算した結果を面方位<x01>とした。
The meaning of the crystal plane orientation <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) is as follows.
The above-mentioned plane orientation <x01> indicates the sum of orientation ratios of plane orientations <001>, <601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101>.
In this case, when the plane orientations <001> to <601> are simply summed up, there is an overlapping portion in a part of each plane orientation, so that each plane orientation of the plane orientations <001> to <601>. For the overlapping portion, the result calculated as only the orientation ratio in one of the plane orientations was defined as the plane orientation <x01>.

さらに、前記した「±10°の角度揺らぎの範囲内」とは、ある面方位からのずれが−10°から+10°までの範囲ということを示す。
すなわち、ある面方位が揺らぎ角度の範囲として、±10°の範囲を許容していることを意味する。
例えば、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位とは、面方位<001>から−10°ずれている結晶から+10°ずれている結晶までを、面方位<001>の結晶に含むことを意味するものである。
Furthermore, the above-mentioned “within ± 10 ° angular fluctuation range” indicates that the deviation from a certain plane orientation is in the range from −10 ° to + 10 °.
That is, it means that a certain plane orientation allows a range of ± 10 ° as the range of the fluctuation angle.
For example, within the range of ± 10 ° angular fluctuation, the <001> orientation refers to a crystal having a plane orientation <001> from a crystal having a deviation of −10 ° to a crystal having a deviation of + 10 ° from the plane orientation <001>. It is meant to include.

そして、結晶性半導体膜の作製方法は、基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜上に、膜厚が200〜1000nm、酸素を10atomic%以下含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が1.3以上1.5以下である窒化珪素膜を形成し、前記窒化珪素膜を透過する連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が10MHz以上のレーザ光を前記非晶質半導体膜に照射して前記非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化することを特徴とするものである。
And the manufacturing method of a crystalline semiconductor film forms an insulating film on a substrate,
An amorphous semiconductor film is formed over the insulating film, the thickness of the amorphous semiconductor film is 200 to 1000 nm, oxygen is 10 atomic% or less, and the composition ratio of nitrogen to silicon is 1.3 or more and 1 The amorphous semiconductor film is formed by forming a silicon nitride film having a thickness of .5 or less and irradiating the amorphous semiconductor film with a continuous wave laser beam or a laser beam having a repetition frequency of 10 MHz or more that is transmitted through the silicon nitride film. It is characterized by crystallization after melting.

また、半導体装置の作製方法は、基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜上に、膜厚が200〜1000nm、酸素を10atomic%以下含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が1.3以上1.5以下である窒化珪素膜を形成し、前記窒化珪素膜を透過する連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が10MHz以上のレーザ光を前記非晶質半導体膜に照射して前記非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化して結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜を用いて半導体素子を形成することを特徴とするものである。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device includes forming an insulating film over a substrate,
An amorphous semiconductor film is formed over the insulating film, the thickness of the amorphous semiconductor film is 200 to 1000 nm, oxygen is 10 atomic% or less, and the composition ratio of nitrogen to silicon is 1.3 or more and 1 The amorphous semiconductor film is formed by forming a silicon nitride film having a thickness of .5 or less and irradiating the amorphous semiconductor film with a continuous wave laser beam or a laser beam having a repetition frequency of 10 MHz or more that is transmitted through the silicon nitride film. Then, it is crystallized to form a crystalline semiconductor film, and a semiconductor element is formed using the crystalline semiconductor film.

さらに、それらの作製方法にあっては、以下のことが好ましい。
(1)前記酸素を含む窒化珪素は、SiH4、NH3及びN2Oを含有する雰囲気、又はSiH4及びNH3雰囲気中においてプラズマCVD法により形成されるものであること、
(2)前記非晶質半導体膜の膜厚は20〜80nmであること、
(3)前記連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が10MHz以上のレーザ光は、非晶質半導体膜に吸収される波長であること。
Further, in the production method thereof, the following is preferable.
(1) The silicon nitride containing oxygen is formed by a plasma CVD method in an atmosphere containing SiH 4 , NH 3 and N 2 O, or in an SiH 4 and NH 3 atmosphere.
(2) The film thickness of the amorphous semiconductor film is 20 to 80 nm,
(3) The continuous wave laser beam or the laser beam having a repetition frequency of 10 MHz or more has a wavelength that is absorbed by the amorphous semiconductor film.

本発明の結晶性半導体膜は、特定の結晶構造を持ち、すなわち直交する3面における結晶の面方位が一定の割合揃っており、それにより優れた半導体特性を発現することができるのである。
具体的には、第1の態様によれば、前記半導体膜の第1の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上10割未満、好ましくは7割以上10割未満であり、
前記半導体膜の第2の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が6割以上10割未満、好ましくは7割以上10割未満であり、
前記半導体膜の第3の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が6割以上10割未満、好ましくは7割以上10割未満であり、
前記半導体膜の第1の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第1方向とし、前記第1方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の第2の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に平行な方向を第2の方向とし、前記第2の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の第3の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向を第3の方向とし、前記第3の方向が法線ベクトルとなる面であることである。
The crystalline semiconductor film of the present invention has a specific crystal structure, that is, crystal plane orientations in three orthogonal planes are uniform, and thereby excellent semiconductor characteristics can be exhibited.
Specifically, according to the first aspect, in the first plane of the semiconductor film, the crystal plane orientation is such that the <001> orientation is 60% or more and less than 100% within an angular fluctuation range of ± 10 °. , Preferably 70% or more and less than 100%,
In the second surface of the semiconductor film, the crystal plane orientation is 60% or more of any of <301>, <401>, <501>, or <601> within a range of ± 10 ° angular fluctuation. Less than 100%, preferably more than 70% and less than 100%,
In the third plane of the semiconductor film, the crystal plane orientation is 60% or more of any of <301>, <401>, <501>, or <601> within a range of ± 10 ° angular fluctuation. Less than 100%, preferably more than 70% and less than 100%,
The first surface of the semiconductor film is a surface in which a direction perpendicular to the surface of the substrate is a first direction, and the first direction is a normal vector,
The second surface of the semiconductor film is a surface parallel to the surface of the substrate and a direction parallel to the crystal growth direction of the crystal grains as a second direction, and the second direction is a normal vector. ,
The third surface of the semiconductor film is a surface that is parallel to the surface of the substrate and is perpendicular to the crystal growth direction of the crystal grains as a third direction, and the third direction is a normal vector. That is.

すなわち、本発明の結晶性半導体膜は、前記した結晶構造を有するものであり、本発明は、それにより隣接する半導体素子間において電気特性のバラツキが低減されるという優れた特性を有する薄膜トランジスタ(以下、TFT)等の半導体装置、並びにそれらの作製方法を提供することができるのである。
また、その際には、前記非晶質半導体膜上に、最適化された厚さ及び組成比の窒化珪素膜を形成するものであり、その窒化珪素膜を透過して連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が10MHz以上のレーザ光を非晶質半導体膜に照射し、非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化させることにより、直交する3面において結晶の面方位が一定の割合以上揃う結晶性半導体膜を形成することができる。
その結果、電気特性が優れ、かつ隣接する半導体素子間での電気特性のバラツキが低減され、優れた特性を有する半導体装置を作製することができるのである。
なお、第2の態様においても同様のことがいえる。
That is, the crystalline semiconductor film of the present invention has the above-described crystal structure, and the present invention is a thin film transistor (hereinafter referred to as a thin film transistor) having excellent characteristics that variation in electrical characteristics is reduced between adjacent semiconductor elements. , TFT) and the like, and a manufacturing method thereof can be provided.
In this case, a silicon nitride film having an optimized thickness and composition ratio is formed on the amorphous semiconductor film, and the continuous wave laser beam or the light transmitted through the silicon nitride film is formed. A crystal whose crystal plane orientation is aligned at a certain ratio or more in three orthogonal planes by irradiating an amorphous semiconductor film with laser light having a repetition frequency of 10 MHz or more, melting the amorphous semiconductor film, and then crystallizing the amorphous semiconductor film. A conductive semiconductor film can be formed.
As a result, it is possible to manufacture a semiconductor device that has excellent electrical characteristics, reduces variation in electrical characteristics between adjacent semiconductor elements, and has excellent characteristics.
The same applies to the second aspect.

以下において、本発明について、発明を実施するための最良の形態を含む実施の形態に関し図面を用いて詳細に説明するが、本発明は、その実施の形態によって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって特定されるものであることはいうまでもない。
In the following, the present invention will be described in detail with reference to the drawings including the best mode for carrying out the invention. However, the present invention is not limited to the embodiments in any way, and is not limited to patents. Needless to say, it is specified by the description of the scope of claims.

[実施の形態1]
この実施の形態1においては、まず、本発明の結晶性半導体膜の製造プロセスの概要について図1及び図18を用いて説明し、次いで結晶構造に関する基礎的事項、本発明の結晶性半導体膜の結晶構造について図2、19、20及び21を用いて具体的に説明する。
但し、本発明は多くの異なる形態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、その態様及び詳細は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、前記したとおり、本発明は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。
[Embodiment 1]
In the first embodiment, first, the outline of the manufacturing process of the crystalline semiconductor film of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 18, and then the basic matters concerning the crystal structure, the crystalline semiconductor film of the present invention, The crystal structure will be specifically described with reference to FIGS.
However, the present invention can be implemented in many different forms, and it is easy for those skilled in the art to change various aspects and details without departing from the spirit and scope of the present invention. To be understood.
Therefore, as described above, the present invention is not construed as being limited to the description of the embodiment.

まず、図1に図示するとおり、絶縁表面を有する基板100として、例えば、厚さ0.7mmのガラス基板を用い、その片面に、下地膜として機能する絶縁膜101として厚さ50nm乃至150nmの窒素を含む酸化珪素膜を成膜する。
さらに、絶縁膜101上に、半導体膜102として、20nm以上100nm以下の厚さ、好ましくは20nm以上80nm以下の厚さで非晶質半導体膜をプラズマCVD法にて成膜する。
First, as illustrated in FIG. 1, for example, a glass substrate having a thickness of 0.7 mm is used as the substrate 100 having an insulating surface, and nitrogen having a thickness of 50 nm to 150 nm is formed as an insulating film 101 functioning as a base film on one surface thereof. A silicon oxide film containing is formed.
Further, an amorphous semiconductor film with a thickness of 20 nm to 100 nm, preferably 20 nm to 80 nm, is formed as the semiconductor film 102 over the insulating film 101 by a plasma CVD method.

なお、下地膜として機能する絶縁膜101は、必要に応じて設ければよく、基板100がガラスの場合は、ガラスからの不純物が半導体膜102に拡散することを防止するものであるが、基板100として石英基板を用いた場合は、下地膜として機能する絶縁膜101を設ける必要はない。
また、絶縁膜101と基板100との間に剥離層を設け、工程終了後に基板100から半導体素子を剥離してもよい。
Note that the insulating film 101 functioning as a base film may be provided as necessary. When the substrate 100 is glass, impurities from the glass are prevented from diffusing into the semiconductor film 102. When a quartz substrate is used as 100, it is not necessary to provide the insulating film 101 functioning as a base film.
Alternatively, a separation layer may be provided between the insulating film 101 and the substrate 100, and the semiconductor element may be separated from the substrate 100 after the process is completed.

その半導体膜102については、本実施の形態では非晶質珪素を用いるが、多結晶珪素を用いてもよいし、またシリコンゲルマニウム(Si1-xGex(0<x<0.1))なども用いることができるし、さらに単結晶がダイヤモンド構造であるシリコンカーバイト(SiC)を用いることができる。 As for the semiconductor film 102, amorphous silicon is used in this embodiment mode, but polycrystalline silicon may be used, or silicon germanium (Si 1-x Ge x (0 <x <0.1)). Further, silicon carbide (SiC) whose single crystal has a diamond structure can be used.

また、その半導体膜102を形成した後、電気炉内で500℃、1時間加熱してもよく、この加熱処理は、非晶質珪素膜から水素を出すための処理である。
なお、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに半導体膜102から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、半導体膜102に含まれる水素が少なければ省略できる。
本実施の形態においては、半導体膜102として非晶質珪素の例を示したが、多結晶珪素を使用してもよく、それは、例えば、非晶質珪素成膜後、非晶質珪素膜にニッケル、パラジウム、ゲルマニウム、鉄、パラジウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金等の元素を微量添加し、その後550℃にて4時間の熱処理を施すことによって形成することができる。
Further, after the semiconductor film 102 is formed, it may be heated in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour, and this heat treatment is treatment for extracting hydrogen from the amorphous silicon film.
Note that the hydrogen is emitted in order to prevent hydrogen gas from being ejected from the semiconductor film 102 when the laser beam is irradiated. If the hydrogen contained in the semiconductor film 102 is small, the hydrogen can be omitted.
In this embodiment, an example of amorphous silicon is shown as the semiconductor film 102, but polycrystalline silicon may be used. For example, after the amorphous silicon film is formed, It can be formed by adding a trace amount of elements such as nickel, palladium, germanium, iron, palladium, tin, lead, cobalt, platinum, copper, gold, and then performing a heat treatment at 550 ° C. for 4 hours.

次に、半導体膜102上にキャップ膜103として厚さ200nm以上1000nm以下の酸素を10atomic%以下含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が1.3以上1.5以下である窒化珪素膜を成膜する。
特に注意すべきは、このキャップ膜103については、薄すぎると後に形成される結晶性半導体膜の面方位を制御することが難しくなるため、200nm以上1000nm以下の厚さで成膜するのが好ましい。
Next, a silicon nitride film containing oxygen at a thickness of 200 nm to 1000 nm and having a composition ratio of nitrogen to silicon of 1.3 to 1.5 is formed as a cap film 103 over the semiconductor film 102. To do.
It should be particularly noted that if the cap film 103 is too thin, it is difficult to control the plane orientation of a crystalline semiconductor film to be formed later. Therefore, it is preferable to form the cap film 103 with a thickness of 200 nm to 1000 nm. .

このキャップ膜103については、本実施の形態ではモノシラン(SiH4)、アンモニア(NH3)及び亜酸化窒素(N2O)を反応ガスとして、プラズマCVD法を用いて、厚さ300nmの酸素を含む窒化珪素膜を成膜する。
なお、亜酸化窒素(N2O)は酸化剤として用いるものであり、その代わりに酸化作用のある酸素を用いてもよい。
For this cap film 103, in this embodiment, oxygen of 300 nm thickness is formed by plasma CVD using monosilane (SiH 4 ), ammonia (NH 3 ), and nitrous oxide (N 2 O) as reaction gases. A silicon nitride film is formed.
Nitrous oxide (N 2 O) is used as an oxidant, and oxygen having an oxidizing action may be used instead.

そのキャップ膜103については、レーザビームの波長に対し十分な透過率を持ち、熱膨張係数などの熱的な値や延性などの値が隣接する半導体膜と近いものであることが好ましい。
さらに、キャップ膜103は、後に形成される薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と同等の固く緻密な膜であることが好ましいが、そのような固く緻密な膜は、例えば成膜レートを低くすることにより形成することができる。
なお、キャップ膜に水素が多く含まれている場合には、半導体膜102と同様に、水素を出すための加熱処理を行う。
The cap film 103 preferably has a sufficient transmittance with respect to the wavelength of the laser beam and has a thermal value such as a thermal expansion coefficient or a value such as ductility that is close to that of the adjacent semiconductor film.
Further, the cap film 103 is preferably a hard and dense film equivalent to a gate insulating film of a thin film transistor to be formed later. Such a hard and dense film is formed, for example, by lowering the film formation rate. be able to.
Note that in the case where the cap film contains a large amount of hydrogen, similarly to the semiconductor film 102, heat treatment is performed to extract hydrogen.

次に、レーザを非晶質半導体膜に照射して結晶化する際に用いるレーザ発振器及びビームスポットを形成する光学系に関して説明する。
図18に示すように、レーザ発振器11a、11bとして、半導体膜102に数十%以上吸収される波長のレーザを用いる。
代表的には、第2高調波又は第3高調波を用いることができるが、ここでは、合計の最大出力が20W、LD励起(レーザーダイオード励起)の連続発振レーザ(YVO4、第2高調波(波長532nm))を用意する。
特に第2高調波に限定する必要はないが、第2高調波はエネルギー効率の点で、さらに高次の高調波より優れている。
Next, a laser oscillator used for crystallization by irradiating an amorphous semiconductor film with a laser and an optical system for forming a beam spot will be described.
As shown in FIG. 18, lasers with wavelengths that are absorbed by the semiconductor film 102 by several tens of percent or more are used as the laser oscillators 11a and 11b.
Typically, the second harmonic or the third harmonic can be used. Here, the total maximum output is 20 W, and the LD excitation (laser diode excitation) continuous wave laser (YVO 4 , second harmonic) (Wavelength 532 nm)).
The second harmonic is not particularly limited to the second harmonic, but the second harmonic is superior to higher harmonics in terms of energy efficiency.

本発明で用いるレーザパワーは、半導体膜を完全に溶融することが可能な範囲であり、かつ結晶の面方位が揃っている結晶性半導体膜を形成することが可能な範囲である。
この範囲よりも低いレーザパワーを用いると、半導体膜を完全に溶融することができず、結晶の面方位が一定方向に揃わず、結晶粒の小さい結晶性半導体膜が形成されてしまう。よって、図18の場合ではレーザ発振器を2台用意したが、出力が十分であれば1台でもよい。
逆に、この範囲よりも高いレーザパワーを用いると、半導体膜中に大量の結晶核が発生し、当該結晶核から無秩序な結晶成長が生じるため、結晶粒の位置、大きさ及び面方位が不均一な結晶性半導体膜が形成されてしまう。
The laser power used in the present invention is within a range in which the semiconductor film can be completely melted and a crystalline semiconductor film having a uniform crystal plane orientation can be formed.
If a laser power lower than this range is used, the semiconductor film cannot be completely melted, the crystal plane orientation is not aligned in a certain direction, and a crystalline semiconductor film with small crystal grains is formed. Accordingly, in the case of FIG. 18, two laser oscillators are prepared, but one may be used if the output is sufficient.
On the other hand, if a laser power higher than this range is used, a large amount of crystal nuclei are generated in the semiconductor film and disordered crystal growth occurs from the crystal nuclei, so that the position, size, and plane orientation of the crystal grains are unsatisfactory. A uniform crystalline semiconductor film is formed.

連続発振レーザを半導体膜102に照射すると、連続的に半導体膜102にエネルギーが与えられるため、一旦半導体膜を溶融状態にすると、その状態を継続させることができる。
さらに、連続発振レーザを走査することによって半導体膜の固液界面を移動させ、この移動の方向に沿って一方向に長い結晶粒を形成することができる。
その際に固体レーザを用いるのは、気体レーザ等と比較して、出力の安定性が高く、安定した処理が見込まれるためである。
なお、連続発振レーザに限らず、繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザを用いることも可能である。
When the semiconductor film 102 is irradiated with the continuous wave laser, energy is continuously given to the semiconductor film 102. Therefore, once the semiconductor film is brought into a molten state, the state can be continued.
Further, the solid-liquid interface of the semiconductor film can be moved by scanning with a continuous wave laser, and crystal grains that are long in one direction can be formed along the direction of this movement.
The solid laser is used at that time because the output stability is higher than that of a gas laser or the like and stable processing is expected.
Note that not only a continuous wave laser but also a pulse laser having a repetition frequency of 10 MHz or more can be used.

その際に繰り返し周波数が高いパルスレーザを用いると、半導体膜が溶融してから固化するまでの時間よりもレーザのパルス間隔が短ければ、常に半導体膜を膜厚方向全体において溶融状態にとどめることができ、固液界面の移動により一方向にラテラル成長した長い結晶粒で構成される半導体膜を形成することができる。   In this case, if a pulse laser having a high repetition frequency is used, the semiconductor film can always be kept in a molten state in the entire film thickness direction if the pulse interval of the laser is shorter than the time from the melting of the semiconductor film to solidification. In addition, a semiconductor film composed of long crystal grains laterally grown in one direction by the movement of the solid-liquid interface can be formed.

本実施の形態では、レーザ発振器11a、11bにYVO4レーザを用いたが、代わりにその他の連続発振レーザや繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザを使用することもできる。
例えば、気体レーザとしては、Arレーザ、Krレーザ、CO2レーザ等がある。
固体レーザとして、YAGレーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、GdVO4レーザ、KGWレーザ、KYWレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、Y23レーザ、YVO4レーザ等がある。
さらに、YAGレーザ、Y23レーザ、GdVO4レーザ、YVO4レーザ等のセラミックスレーザがあり、金属蒸気レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ等が挙げられる。
In this embodiment, the YVO 4 laser is used for the laser oscillators 11a and 11b. However, other continuous oscillation lasers or pulse lasers with a repetition frequency of 10 MHz or more can be used instead.
For example, examples of the gas laser include an Ar laser, a Kr laser, and a CO 2 laser.
Examples of the solid-state laser include a YAG laser, a YLF laser, a YAlO 3 laser, a GdVO 4 laser, a KGW laser, a KYW laser, an alexandrite laser, a Ti: sapphire laser, a Y 2 O 3 laser, and a YVO 4 laser.
Further, there are ceramic lasers such as a YAG laser, a Y 2 O 3 laser, a GdVO 4 laser, and a YVO 4 laser, and examples of the metal vapor laser include a helium cadmium laser.

また、レーザ発振器11a、11bとしては、レーザビームをTEM00(シングル横モード)で発振して射出することもでき、このようにすると被照射面において得られる線状のビームスポットのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。 The laser oscillators 11a and 11b can emit a laser beam by oscillating in TEM 00 (single transverse mode). In this way, the energy uniformity of the linear beam spot obtained on the irradiated surface can be improved. Since it can raise, it is preferable.

これらのレーザ発振器を用いて射出されたレーザの光学的処理の概要は以下の通りである。
レーザ発振器11a、11bからレーザビーム12a、12bをそれぞれ同じエネルギーで射出する。
レーザ発振器11bから射出されたレーザビーム12bは、波長板13を通して偏光方向を変えるが、それは偏光子14によって互いに偏光方向が異なる2つのレーザビームを合成するためである。
The outline of the optical processing of the laser emitted using these laser oscillators is as follows.
Laser beams 12a and 12b are respectively emitted from the laser oscillators 11a and 11b with the same energy.
The laser beam 12b emitted from the laser oscillator 11b changes the polarization direction through the wave plate 13, because the polarizer 14 combines two laser beams having different polarization directions.

その波長板13にレーザビーム12bを通した後、ミラー22で反射させ、偏光子14にレーザビーム12bを入射させ、その偏光子14でレーザビーム12aとレーザビーム12bを合成し、レーザビーム12とする。
その際には波長板13及び偏光子14を透過した光が適当なエネルギーとなるように波長板13と偏光子14を調整する。
なお、本実施の形態では、レーザビームの合成に偏光子14を用いているが、偏光ビームスプリッターなどの他の光学素子を用いてもよい。
After passing the laser beam 12 b through the wave plate 13, the laser beam 12 b is reflected by the mirror 22, the laser beam 12 b is incident on the polarizer 14, and the laser beam 12 a and the laser beam 12 b are synthesized by the polarizer 14. To do.
At that time, the wavelength plate 13 and the polarizer 14 are adjusted so that light transmitted through the wavelength plate 13 and the polarizer 14 has appropriate energy.
In the present embodiment, the polarizer 14 is used for combining the laser beams, but other optical elements such as a polarizing beam splitter may be used.

その偏光子14によって合成されたレーザビーム12は、ミラー15によって反射され、焦点距離が、例えば150mmのシリンドリカルレンズ16及び焦点距離が、例えば20mmのシリンドリカルレンズ17によって、レーザビームの断面形状を被照射面18において線状に整形する。
なお、ミラー15はレーザ照射装置の光学系の設置状況に応じて設ければよい。
The laser beam 12 synthesized by the polarizer 14 is reflected by a mirror 15 and irradiated with a cross-sectional shape of the laser beam by a cylindrical lens 16 having a focal length of, for example, 150 mm and a cylindrical lens 17 having a focal length of, for example, 20 mm. The surface 18 is shaped into a line.
The mirror 15 may be provided according to the installation status of the optical system of the laser irradiation apparatus.

その際には、シリンドリカルレンズ16は被照射面18で形成されるビームスポットの長さ方向に作用し、シリンドリカルレンズ17はその幅方向に作用するものであり、これらにより、被照射面18において、例えば長さ500μm、幅20μm程度の線状のビームスポットが形成される。
なお、本実施の形態では、線状に成形するためにシリンドリカルレンズを用いているが、これには限らず、球面レンズなどのその他の光学素子を用いてもよいし、シリンドリカルレンズの焦点距離は上記の値に限らず、自由に設定することができる。
In that case, the cylindrical lens 16 acts in the length direction of the beam spot formed on the irradiated surface 18, and the cylindrical lens 17 acts in the width direction thereof. For example, a linear beam spot having a length of about 500 μm and a width of about 20 μm is formed.
In this embodiment, a cylindrical lens is used to form a linear shape. However, the present invention is not limited to this, and other optical elements such as a spherical lens may be used. The focal length of the cylindrical lens is Not limited to the above values, it can be set freely.

また、本実施の形態では、レーザビームの整形を、シリンドリカルレンズ16、17を用いて行っているが、レーザビームを線状に引き伸ばすための光学系と、被照射面に細く集光するための光学系を別に設けてもよい。
例えば、レーザビームの断面を線状にするためにはシリンドリカルレンズアレイ、回折光学素子、光導波路などを用いることができ、またレーザの媒質の形状が矩形状のものを用いれば射出段階でレーザビームの断面形状を線状にすることも可能である。
Further, in this embodiment, the laser beam is shaped using the cylindrical lenses 16 and 17, but an optical system for extending the laser beam in a linear shape and a thin light beam for focusing on the irradiated surface. An optical system may be provided separately.
For example, a cylindrical lens array, a diffractive optical element, an optical waveguide, or the like can be used to make the cross section of the laser beam linear, and if the laser medium has a rectangular shape, the laser beam is emitted at the emission stage. It is also possible to make the cross-sectional shape linear.

本発明では、前記したとおりセラミックレーザを用いることができ、それを用いた場合には、レーザの媒質の形状を比較的自由に整形することが可能であるため、そのようなレーザビームの作製に適している。
なお、線状に形成されたレーザビームの断面形状は出来るだけ細い方が好ましく、これにより半導体膜におけるレーザビームのエネルギー密度が上がるため、工程時間を短縮できる。
In the present invention, a ceramic laser can be used as described above, and when it is used, the shape of the laser medium can be shaped relatively freely. Is suitable.
Note that the cross-sectional shape of the laser beam formed in a linear shape is preferably as narrow as possible. This increases the energy density of the laser beam in the semiconductor film, so that the process time can be shortened.

次に、レーザビームの照射方法について説明する。
キャップ膜103に覆われた半導体膜102が形成された被照射面18を比較的高速で動作させるため、吸着ステージ19に固定する。
吸着ステージ19は、X軸用の一軸ロボット20とY軸用の一軸ロボット21により、被照射面18に平行な面上をXY方向に動作でき、線状のビームスポットの長さ方向とY軸を一致させて配置する。
Next, a laser beam irradiation method will be described.
The irradiated surface 18 on which the semiconductor film 102 covered with the cap film 103 is formed is fixed to the suction stage 19 in order to operate at a relatively high speed.
The suction stage 19 can be moved in the XY direction on the surface parallel to the irradiated surface 18 by the uniaxial robot 20 for the X axis and the uniaxial robot 21 for the Y axis, and the length direction of the linear beam spot and the Y axis Place them so that they match.

それに続いて、ビームスポットの幅方向、つまりX軸に沿って被照射面18を動作させ、レーザビームを被照射面18に照射する。
ここでは、X軸用の一軸ロボット20の走査速度を35cm/sec、また2台のレーザ発振器からそれぞれ7.0Wのエネルギーでレーザを射出しており、合成後のレーザの出力は14Wとなる。
そのレーザビームが照射されることによって半導体が完全溶融した領域が形成され、固化される過程でひとつの面方位に結晶が成長し、本発明の結晶性半導体膜を形成することができる。
Subsequently, the irradiated surface 18 is operated along the width direction of the beam spot, that is, along the X axis, and the irradiated surface 18 is irradiated with the laser beam.
Here, the scanning speed of the X-axis uniaxial robot 20 is 35 cm / sec, and lasers are emitted from the two laser oscillators with an energy of 7.0 W, respectively, and the combined laser output is 14 W.
By irradiation with the laser beam, a region where the semiconductor is completely melted is formed, and a crystal grows in one plane orientation in the process of solidification, so that the crystalline semiconductor film of the present invention can be formed.

なお、TEM00モードのレーザ発振器から射出されるレーザビームのエネルギー分布は、一般にガウス分布となるが、レーザビームの照射に用いる光学系によって、直交する3面において面方位が制御された結晶粒が形成される領域の幅を変えることができる。
例えば、シリンドリカルレンズアレイやフライアイレンズなどのレンズアレイ、回折光学素子、光導波路などを用いることによって、レーザビームの強度を均一化することができる。
The energy distribution of a laser beam emitted from a TEM 00 mode laser oscillator is generally a Gaussian distribution. However, crystal grains whose plane orientations are controlled in three orthogonal planes by an optical system used for laser beam irradiation are as follows. The width of the region to be formed can be changed.
For example, the intensity of the laser beam can be made uniform by using a lens array such as a cylindrical lens array or a fly-eye lens, a diffractive optical element, an optical waveguide, or the like.

その強度が均一化されたレーザビームを半導体膜102に照射することにより、レーザビームが照射された領域のほぼ全てを直交する3面において面方位が制御された結晶粒で形成することができる。
X軸用の一軸ロボット20の走査速度は、数cm/sec〜数100cm/sec程度が適当であり、レーザ発振器の出力に合わせて作業者が適宜決定すればよい。
By irradiating the semiconductor film 102 with a laser beam with uniform intensity, almost all of the region irradiated with the laser beam can be formed with crystal grains whose plane orientation is controlled in three orthogonal planes.
The scanning speed of the uniaxial robot 20 for the X axis is suitably about several cm / sec to several hundred cm / sec, and an operator may determine it appropriately according to the output of the laser oscillator.

なお、本実施の形態では、X軸用の一軸ロボット20およびY軸用の一軸ロボット21を用いて、被照射面18である半導体膜102を移動させる方式を用いているが、これに限らず、レーザビームの走査は、被照射面18を固定してレーザビームの照射位置を移動させる照射系移動型、レーザビームの照射位置を固定して被照射面18を移動させる被照射面移動型、または上記2つの方法を組み合わせた方法も用いることができる。   In this embodiment, a method of moving the semiconductor film 102 that is the irradiated surface 18 using the uniaxial robot 20 for the X axis and the uniaxial robot 21 for the Y axis is used. However, the present invention is not limited to this. The scanning of the laser beam includes an irradiation system moving type in which the irradiated surface 18 is fixed and the irradiation position of the laser beam is moved, an irradiated surface moving type in which the irradiation position of the laser beam is fixed and the irradiated surface 18 is moved, Alternatively, a method combining the above two methods can also be used.

さらに、上述したように、上記した光学系によって形成されるビームスポットの長軸方向のエネルギー分布はガウス分布であるため、その両端のエネルギー密度の低い箇所では小粒径結晶が形成される。
そこで、直交する3面において面方位が制御された結晶を形成するのに充分なエネルギーのみが被照射面18に照射されるよう、被照射面18の手前にスリット等を設けレーザビームの一部を切り取る構成としてもよいし、キャップ膜103である酸素を含む窒化珪素膜上にレーザビームを反射する金属膜等を成膜し、直交する3面において面方位が制御された結晶を形成したい箇所のみレーザビームが半導体膜に到達するようパターン形成しておいてもよい。
Furthermore, as described above, since the energy distribution in the major axis direction of the beam spot formed by the optical system described above is a Gaussian distribution, small grain crystals are formed at locations where the energy density is low at both ends.
Therefore, a slit or the like is provided in front of the irradiated surface 18 so as to irradiate the irradiated surface 18 only with energy sufficient to form a crystal whose surface orientation is controlled in three orthogonal planes. Or a metal film that reflects a laser beam is formed on the silicon nitride film containing oxygen as the cap film 103, and a crystal whose surface orientation is controlled in three orthogonal planes is to be formed. Only a pattern may be formed so that the laser beam reaches the semiconductor film.

また、レーザ発振器11a及び11bから射出されるレーザビームをより効率的に使用するために、レンズアレイや回折光学素子等のビームホモジナイザを用いて、ビームスポットの長さ方向のエネルギーを一様な分布としてもよい。
さらに、形成された結晶性半導体膜の幅の分だけ、Y軸用の一軸ロボット21を移動させ、再度X軸用の一軸ロボット20を所定の速度、ここでは35cm/secで走査させることもでき、このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を効率よく結晶化することができる。
Further, in order to use the laser beams emitted from the laser oscillators 11a and 11b more efficiently, a beam homogenizer such as a lens array or a diffractive optical element is used to uniformly distribute the energy in the length direction of the beam spot. It is good.
Further, it is possible to move the uniaxial robot 21 for the Y axis by the width of the formed crystalline semiconductor film and scan the uniaxial robot 20 for the X axis again at a predetermined speed, here 35 cm / sec. By repeating such a series of operations, the entire surface of the semiconductor film can be efficiently crystallized.

次いで、エッチングを行うことによってキャップ膜を除去し、その後結晶性半導体膜の半導体膜上にレジストを塗布し、レジストを露光し、現像することによって所望の形状にレジストを形成する。
さらに、ここで形成したレジストをマスクとしてエッチングを行い、現像によって露出した結晶性半導体膜を除去する。
この工程によって、島状の半導体膜が形成され、この島状の半導体膜を用いて薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、CCD等の半導体素子を有する半導体装置を作製することができる。
Next, the cap film is removed by etching, and then a resist is applied on the semiconductor film of the crystalline semiconductor film, and the resist is exposed and developed to form a resist in a desired shape.
Further, etching is performed using the resist formed here as a mask, and the crystalline semiconductor film exposed by development is removed.
Through this step, an island-shaped semiconductor film is formed, and a semiconductor device having a semiconductor element such as a thin film transistor, a diode, a resistor, a capacitor, or a CCD can be manufactured using the island-shaped semiconductor film.

次に、本実施の形態で作製した結晶性半導体膜の面方位について述べる。
本実施の形態では、エッチングを行うことによってキャップ膜を除去した結晶性半導体膜の、結晶粒の位置と大きさ、および結晶の面方位について、EBSP(Electron Back Scatter Diffraction Pattern;電子後方散乱回折像)測定を行っており、まずEBSPの基本的事項を説明し、ついで補足的説明を加えながら結果について説明する。
Next, the plane orientation of the crystalline semiconductor film manufactured in this embodiment will be described.
In this embodiment mode, an EBSP (Electron Back Scatter Diffraction Pattern: electron backscatter diffraction image) is used for the position and size of crystal grains and the crystal plane orientation of the crystalline semiconductor film from which the cap film has been removed by etching. ) We are measuring, first we will explain the basics of EBSP, then we will explain the results with additional explanations.

そのEBSPとは、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscopy)にEBSP検出器を接続し、走査型電子顕微鏡内で高傾斜した試料に収束電子ビームを照射したときに発生する個々の結晶の回折像(EBSP像)の方位を解析し、方位データと測定点の位置情報(x,y)から試料の結晶の面方位を測定する方法である。   The EBSP refers to diffraction of individual crystals generated when a EBSP detector is connected to a scanning electron microscope (SEM) and a focused electron beam is irradiated to a highly inclined sample in the scanning electron microscope. In this method, the orientation of the image (EBSP image) is analyzed, and the crystal orientation of the sample crystal is measured from the orientation data and position information (x, y) of the measurement point.

結晶性半導体膜に電子線を入射させると、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中でブラッグ回折による結晶の面方位に特有な線状のパターンも合わせて観察することができる。
ここで、この線状のパターンは一般的に菊池線と呼ばれており、EBSP法は、検出器に映った菊池線を解析することによって結晶性半導体膜の結晶の面方位を求めるものである。
When an electron beam is incident on a crystalline semiconductor film, inelastic scattering occurs also in the back, and a linear pattern peculiar to the crystal plane orientation by Bragg diffraction can also be observed in the sample. .
Here, this linear pattern is generally called a Kikuchi line, and the EBSP method obtains the crystal orientation of the crystalline semiconductor film by analyzing the Kikuchi line reflected in the detector. .

通常、多結晶構造の試料は、各結晶粒が異なった面方位を持っている。
そこで、結晶性半導体膜の照射位置を移動させる度に電子線を照射し、照射位置ごとに結晶の面方位の解析を行う。
このようにして、平坦な表面を持つ結晶性半導体膜の結晶の面方位や配向情報を得ることができ、測定領域が広いほど結晶性半導体膜全体の面方位の傾向を得ることがでるので、測定点が多いほど測定領域中の結晶の面方位の情報を詳細に得ることができる。
In general, a sample having a polycrystalline structure has different plane orientations for each crystal grain.
Therefore, the electron beam is irradiated every time the irradiation position of the crystalline semiconductor film is moved, and the crystal plane orientation is analyzed for each irradiation position.
In this way, the crystal plane orientation and orientation information of the crystalline semiconductor film having a flat surface can be obtained, and the tendency of the plane orientation of the entire crystalline semiconductor film can be obtained as the measurement region is wide. As the number of measurement points increases, information on the crystal plane orientation in the measurement region can be obtained in detail.

しかし、結晶内部の面方位は、結晶の一つの観察面からの測定による面方位のみで決定することはできない。
それは、一観察面のみにおいて面方位が一方向に揃っていたとしても、他の観察面において面方位が揃っていなければ、その結晶内部の面方位が揃っているとは言えないからであり、そのため、結晶内部の面方位を決定するには、少なくとも二つの表面からの面方位が必要となり、より多くの面からの情報が多くなるほど精度が高くなる。
However, the plane orientation inside the crystal cannot be determined only by the plane orientation measured from one observation plane of the crystal.
That is because even if the plane orientation is aligned in one direction only on one observation plane, if the plane orientation is not aligned on the other observation plane, it cannot be said that the plane orientation inside the crystal is aligned, Therefore, in order to determine the plane orientation inside the crystal, plane orientations from at least two surfaces are required, and the accuracy increases as the information from more planes increases.

前記のとおりであり、測定領域内で3面とも面方位の分布が均一であれば、近似的に単一の結晶と見なすことができる。
実際には、図2に示すように、互いに直交する3つのベクトル(ベクトルa、ベクトルb、ベクトルc)がそれぞれ法線ベクトルとなる3面(観察面A、観察面B、観察面C)の情報を総合することによって、高精度で結晶内部の面方位を特定することができる。
As described above, if the plane orientation distribution is uniform on all three surfaces in the measurement region, it can be regarded as a single crystal approximately.
In practice, as shown in FIG. 2, three planes (observation plane A, observation plane B, and observation plane C) in which three vectors orthogonal to each other (vector a, vector b, and vector c) are normal vectors, respectively. By combining the information, the plane orientation inside the crystal can be specified with high accuracy.

本実施の形態において形成される結晶性半導体膜では、以下のようにベクトルa〜cを設定した。
ベクトルcはレーザビームの走査方向(即ち、結晶粒の成長方向)及び基板表面と平行であり、ベクトルaは基板表面及びベクトルcと垂直であり、ベクトルbは基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向であって、即ちベクトルa及びベクトルcと互いに垂直である。
これら3つの観察面A〜Cからの情報より、結晶膜の面方位を高精度に特定することができる。
In the crystalline semiconductor film formed in the present embodiment, vectors a to c are set as follows.
Vector c is parallel to the scanning direction of the laser beam (ie, the growth direction of the grains) and the substrate surface, vector a is perpendicular to the substrate surface and vector c, vector b is parallel to the surface of the substrate, and The direction is perpendicular to the crystal growth direction of the crystal grains, that is, perpendicular to the vectors a and c.
From the information from these three observation planes A to C, the plane orientation of the crystal film can be specified with high accuracy.

まず、結晶性半導体膜の面方位(観察面に垂直な方向の結晶軸方位)を解析した結果を図19〜図21に示す。
本実施の形態において形成される結晶性半導体膜の表面に対し、60°の入射角で電子線を入射し、得られるEBSP像から結晶の面方位を測定した。
その測定範囲は、50μm×50μmであり、この領域において、縦横0.1μm毎の格子点状に測定を行った。
また、EBSP法の測定面は試料表面であるため、結晶性半導体膜を最上層とする必要があり、そのためキャップ膜である酸素を含む窒化珪素膜をエッチングした後に測定を行った。
First, the results of analyzing the plane orientation of the crystalline semiconductor film (the crystal axis orientation in the direction perpendicular to the observation plane) are shown in FIGS.
An electron beam was incident on the surface of the crystalline semiconductor film formed in this embodiment at an incident angle of 60 °, and the crystal plane orientation was measured from the obtained EBSP image.
The measurement range is 50 μm × 50 μm, and in this region, measurement was performed in the form of lattice points every 0.1 μm in length and width.
In addition, since the measurement surface of the EBSP method is the sample surface, the crystalline semiconductor film needs to be the uppermost layer. Therefore, the measurement was performed after etching the silicon nitride film containing oxygen as the cap film.

ベクトルaが法線ベクトルとなる観察面Aにおける面方位の分布を図19(a)に、同様にベクトルbが法線ベクトルとなる観察面Bにおける面方位の分布を図19(b)に、ベクトルcが法線ベクトルとなる観察面Cにおける面方位の分布を図19(c)に示す。
図19(a)〜(c)は、各測定点がどの面方位かを示す方位マップ像で、図19(d)は、結晶の各面方位をカラーコード化して表した図であり、図19(a)〜(c)の測定点の面方位は、図19(d)の面方位に対応する色で示している。
FIG. 19A shows the distribution of the plane orientation on the observation plane A where the vector a is a normal vector, and FIG. 19B shows the distribution of the plane orientation on the observation plane B where the vector b is a normal vector. FIG. 19C shows a distribution of plane orientations on the observation plane C where the vector c is a normal vector.
19A to 19C are orientation map images showing which plane orientation each measurement point has, and FIG. 19D is a diagram in which each plane orientation of the crystal is color-coded. The plane orientations of the measurement points 19 (a) to 19 (c) are indicated by colors corresponding to the plane orientation of FIG. 19 (d).

なお、図19が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、観察面Aでは<001>方位に強く配向し、観察面Bでは<301>方位に強く配向し、観察面Cでは<301>方位に強く配向していることが分かる。
また、個々の結晶粒の内部は面方位が均一であるため、色と形状によって個々の結晶粒の形状や大きさなどの大まかな情報をつかむことができる。
さらに、面方位<401>や<501>、<601>は、面方位<301>と近いため、<301>とみなしてもよい。
Note that FIG. 19 is black and white so that only brightness is difficult to distinguish, but in color display, the observation plane A is strongly oriented in the <001> direction and the observation plane B is strongly oriented in the <301> direction. It can be seen that the observation plane C is strongly oriented in the <301> direction.
In addition, since the inside of each crystal grain has a uniform plane orientation, rough information such as the shape and size of each crystal grain can be grasped by the color and shape.
Further, since the plane orientation <401>, <501>, and <601> are close to the plane orientation <301>, they may be regarded as <301>.

ここで、図19(a)〜(c)より、本実施の形態において形成される結晶性半導体膜の結晶粒は、柱状に長く伸びたドメインで構成されていることが分かり、図19(a)〜(c)においては、ドメインの長さは5〜50μmであり、さらには、50μm以上の長さのドメインも見られた。
なお、図19の測定領域は50μm×50μmであるが、より広い範囲では長さが5〜100μmのドメインも見られる。
Here, it can be seen from FIGS. 19A to 19C that the crystal grains of the crystalline semiconductor film formed in this embodiment are composed of domains extending in a columnar shape. In (c) to (c), the domain length was 5 to 50 μm, and a domain having a length of 50 μm or more was also observed.
In addition, although the measurement area | region of FIG. 19 is 50 micrometers x 50 micrometers, the domain of length 5-100 micrometers is also seen in a wider range.

また、図19(a)〜(c)より、本実施の形態において形成される結晶性半導体膜は、観察面A、B、Cにおいてそれぞれ<001>方位、<301>方位、<301>方位に強く配向していることが分かる。
特定の指数に強く配向していることが分かった場合、その指数近傍にどの程度の結晶粒が集まっているか、その割合を求めることで配向の度合いを把握することができる。
Further, from FIGS. 19A to 19C, the crystalline semiconductor film formed in this embodiment has a <001> orientation, a <301> orientation, and a <301> orientation on the observation planes A, B, and C, respectively. It can be seen that they are strongly oriented.
When it is found that the crystal is strongly oriented to a specific index, the degree of orientation can be grasped by obtaining the ratio of how many crystal grains are gathered in the vicinity of the index.

図20(a)〜(c)は、図19に示す観察面A〜Cにおける面方位の出現度数分布を表す逆極点図であり、また図20(d)は面方位の出現度数を示すスケールである。
その図20では白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、黒に近い領域ほど面方位を有する結晶の割合が高いことを示す。
図20(a)に示す逆極点図から、観察面Aでは<001>方位ほど黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の14.0倍以上の頻度で<001>方位が出現することがわかった。
FIGS. 20A to 20C are reverse pole figures showing the frequency distribution of the plane orientations on the observation planes A to C shown in FIG. 19, and FIG. 20D is a scale showing the frequency of the plane orientations. It is.
In FIG. 20, since only the brightness is displayed because it is black and white, it is difficult to discriminate, but the region closer to black shows a higher proportion of crystals having a plane orientation.
From the inverted pole figure shown in FIG. 20 (a), the <001> orientation is closer to black on the observation plane A, specifically, <001 at a frequency of 14.0 times or more of the state in which all orientations appear with equal probability. > It was found that the direction appeared.

また、図20(b)に示す逆極点図から、観察面Bでは<301>方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の4.8倍以上の頻度で<301>方位が出現することがわかった。
さらに、図20(c)に示す逆極点図から、観察面Cでは<301>方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の4.8倍以上の頻度で<301>方位が出現することがわかった。
Further, from the inverted pole figure shown in FIG. 20B, the <301> orientation is closest to black on the observation plane B, specifically, the frequency is 4.8 times or more the state where all the orientations appear with the same probability. It turns out that <301> orientation appears.
Furthermore, from the inverted pole figure shown in FIG. 20C, the <301> orientation is closest to black on the observation plane C, and more specifically, the frequency is 4.8 times or more the state in which all orientations appear with the same probability. It turns out that <301> orientation appears.

図20(a)〜(c)の逆極点図において出現頻度が高い面方位について配向率を求め、その配向率の計算結果を図21(a)〜(c)に示す。
図21(a)は観察面Aにおける配向率を求めた結果であり、その配向率は図20(a)の逆極点図において、<001>方位の角度揺らぎの範囲を±10°以内と決めて、全ての測定点に対する<001>方位の角度揺らぎが±10°以内に存在する測定点の数の割合を求めることにより求めた。
なお、図21(a)において色が塗られた領域は、<001>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。
In the reverse pole figures of FIGS. 20 (a) to 20 (c), the orientation rate is obtained for the plane orientation having a high appearance frequency, and the calculation results of the orientation rate are shown in FIGS. 21 (a) to 21 (c).
FIG. 21A shows the result of obtaining the orientation rate on the observation plane A. The orientation rate is determined in the reverse pole figure of FIG. 20A so that the range of <001> orientation angle fluctuation is within ± 10 °. Thus, the angle fluctuation of the <001> azimuth with respect to all the measurement points was obtained by determining the ratio of the number of measurement points existing within ± 10 °.
Note that the colored region in FIG. 21A is a region showing a crystal whose angle fluctuation in the <001> orientation is within ± 10 °.

また、全測定点のうち特定の配向を持つ点の比率を求めた値がPartition Fractionの値であり、この特定の配向を持つ点のうち配向付けの信頼性が高い測定点の全測定点に対する配向比率を求めた値がTotal Fractionの値である。
この結果から、本実施の形態1において形成される結晶性半導体膜の観察面Aにおいては、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が71.2%を占める。
なお、結晶の面方位については、前記したとおり[100]、[010]、[001]、さらには前記面方位それぞれの1が−1である面方位のように等価な面方位群をまとめて<001>と表記している。
Further, the value obtained by calculating the ratio of the points having a specific orientation among all the measurement points is the value of the Partition Fraction, and among the points having the specific orientation, the measurement points having high reliability of the orientation with respect to all the measurement points. The value obtained from the orientation ratio is the value of Total Fraction.
From this result, in the observation surface A of the crystalline semiconductor film formed in the first embodiment, the <001> orientation occupies 71.2% within the range of ± 10 ° angular fluctuation.
Regarding the crystal plane orientation, as described above, [100], [010], [001], and equivalent plane orientation groups such as plane orientations in which each of the plane orientations is −1 are collected. It is written as <001>.

図21(b)、(c)は、図20(b)及び(c)をもとに、図21(a)と同様に観察面B及びCにおける配向率を求めた結果である。
なお、図21(b)及び(c)の色が塗られた領域は、<301>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、実施の形態において形成される結晶性半導体膜の観察面Bにおいては、±10°の角度揺らぎの範囲内において<301>方位が71.1%を占める。
FIGS. 21B and 21C show the results of obtaining the orientation ratios on the observation surfaces B and C based on FIGS. 20B and 20C in the same manner as FIG.
21B and 21C is a region showing a crystal having an angle fluctuation of <301> orientation within ± 10 °, and the crystallinity formed in the embodiment. In the observation plane B of the semiconductor film, the <301> orientation occupies 71.1% within an angular fluctuation range of ± 10 °.

本実施の形態1において形成される結晶性半導体膜の観察面Cにおいては、±10°の角度揺らぎの範囲内において<301>方位が73.9%を占める。
なお、結晶の面方位については、前記したとおり[310]、[301]、[130]、[103]、[013]、[031]、さらには前記面方位それぞれの1及び3の一方または両方が負の値である面方位のように等価な方位群をまとめて<301>と示している。
また、観察面B及びCにおいては、面方位<301>の割合を示したが、面方位<301>と近い面方位<401>や<501>、<601>の配向率の割合としてもよい。
In the observation plane C of the crystalline semiconductor film formed in the first embodiment, the <301> orientation occupies 73.9% within the range of ± 10 ° angular fluctuation.
Regarding the crystal plane orientation, as described above, [310], [301], [130], [103], [013], [031], and one or both of 1 and 3 in each of the plane orientations. Equivalent azimuth groups such as plane orientations with negative values are collectively shown as <301>.
Further, in the observation surfaces B and C, the ratio of the plane orientation <301> is shown, but the ratio of the orientation ratio of the plane orientation <401>, <501>, and <601> close to the plane orientation <301> may be used. .

以上に示すように、3つの観察面それぞれにおいて結晶の面方位が一つの方向に高い割合で揃っている。
つまり、結晶化された領域において、結晶の面方位が一方向に揃っているとみなすことができる近似的に単一の結晶が形成されていることがわかる。
このようにして、一辺が数十μmの領域内で、特定の面方位が非常に高い比率を占める結晶がガラス基板上に形成されることが確認された。
As described above, the crystal orientations of the three observation planes are aligned at a high rate in one direction.
That is, it can be seen that in the crystallized region, an approximately single crystal is formed that can be considered that the plane orientation of the crystal is aligned in one direction.
In this way, it was confirmed that a crystal in which a specific plane orientation occupies a very high ratio is formed on a glass substrate within a region having a side of several tens of μm.

なお、本発明において作製された結晶性半導体膜は多結晶である。このため、観察面A〜Cそれぞれの面方位の配向率においては、結晶粒界等の結晶欠陥が含まれると、各観察面の面方位の配向率は10割未満となる。
また、EBSPの測定は、例えば薄膜トランジスタのチャネル領域で測定可能である。即ち、ゲート配線及びゲート絶縁膜が覆われる半導体層で測定可能である。
Note that the crystalline semiconductor film manufactured in the present invention is polycrystalline. For this reason, in the orientation ratio of each of the observation planes A to C, if crystal defects such as crystal grain boundaries are included, the orientation ratio of the plane orientation of each observation plane is less than 100%.
The EBSP can be measured, for example, in the channel region of the thin film transistor. That is, measurement is possible with a semiconductor layer covering the gate wiring and the gate insulating film.

以上の結果より、本実施の形態1で作製した結晶性半導体膜の面方位をEBSPにより測定すると、観察面Aにおいては、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上10割未満、好ましくは7割以上10割未満である。
また、観察面Bにおいては、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上10割未満、好ましくは7割以上10割未満であり、観察面Cにおいては、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上10割未満、好ましくは7割以上10割未満である。
From the above results, when the plane orientation of the crystalline semiconductor film manufactured in the first embodiment is measured by EBSP, the <001> orientation is 60% or more in the range of ± 10 ° angle fluctuation on the observation plane A. It is less than 100%, preferably 70% or more and less than 100%.
In the observation plane B, the <001> orientation is 60% or more and less than 100%, preferably 70% or more and less than 100%, within the range of ± 10 ° angular fluctuation, and on the observation surface C, ± 10 °. In the range of the angle fluctuation, the <001> orientation is 60% or more and less than 100%, preferably 70% or more and less than 100%.

本実施の形態において形成される結晶性半導体膜は、結晶の面方位が一方向、または実質的に一方向とみなすことができる方向に揃っている。
つまり、性質は単結晶に近い半導体膜であり、このような半導体膜を用いると、半導体装置の性能を大幅に向上させることが可能である。
例えば、この結晶性半導体膜を用いてTFTを形成した場合、単結晶半導体を用いた半導体装置と同等の電界効果移動度(モビリティ)を得ることが可能である。
In the crystalline semiconductor film formed in this embodiment mode, crystal plane orientations are aligned in one direction or in a direction that can be regarded as substantially one direction.
That is, the property is a semiconductor film close to a single crystal, and the use of such a semiconductor film can greatly improve the performance of the semiconductor device.
For example, when a TFT is formed using this crystalline semiconductor film, field-effect mobility (mobility) equivalent to that of a semiconductor device using a single crystal semiconductor can be obtained.

また、そのTFTでは、オン電流値(TFTがオンの状態にあるときに流れるドレイン電流の値)、オフ電流値(TFTがオフの状態にあるときに流れるドレイン電流の値)、しきい値電圧、S値および電界効果移動度のばらつきを低減させることが可能になる。
このような効果があるため、TFTの電気的特性は向上し、そのTFTを用いた半導体装置の動作特性および信頼性が向上する。
従って、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、複数の素子間において性能のばらつきが小さい半導体装置を製作することができる。
In addition, in the TFT, an on-current value (a drain current value that flows when the TFT is in an on state), an off-current value (a drain current value that flows when the TFT is in an off state), a threshold voltage , Variation in S value and field effect mobility can be reduced.
Because of such effects, the electrical characteristics of the TFT are improved, and the operating characteristics and reliability of the semiconductor device using the TFT are improved.
Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device that can operate at high speed, has high current driving capability, and has small performance variation among a plurality of elements.

[実施の形態2]
本実施の形態では、半導体装置の一例である液晶表示装置について図3、及び図4を用いて説明する。
図3(A)に示すように、実施の形態1と同様に基板100上に下地膜として機能する絶縁膜101を形成し、絶縁膜101上に非晶質半導体膜102を形成し、非晶質半導体膜102上にキャップ膜103を形成する。
[Embodiment 2]
In this embodiment, a liquid crystal display device which is an example of a semiconductor device will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3A, an insulating film 101 functioning as a base film is formed over a substrate 100 as in Embodiment Mode 1, an amorphous semiconductor film 102 is formed over the insulating film 101, and amorphous A cap film 103 is formed on the porous semiconductor film 102.

ここでは、基板100として、ガラス基板を用い、絶縁膜101としては、厚さ40〜60nmの酸素を含む窒化珪素膜及び厚さ80〜120nmの窒素を含む酸化珪素膜をそれぞれプラズマCVD法により形成する。
また、非晶質半導体膜102としてプラズマCVD法により厚さ20〜80nmの非晶質半導体膜を形成し、キャップ膜103としては、プラズマCVD法により厚さ200〜1000nmの酸素を10atomic%以下含み、かつ珪素に対する窒素の組成比が1.3以上1.5以下である窒化珪素膜を形成する。
Here, a glass substrate is used as the substrate 100, and a silicon nitride film containing oxygen having a thickness of 40 to 60 nm and a silicon oxide film containing nitrogen having a thickness of 80 to 120 nm are formed by a plasma CVD method as the insulating film 101, respectively. To do.
In addition, an amorphous semiconductor film having a thickness of 20 to 80 nm is formed as the amorphous semiconductor film 102 by a plasma CVD method, and the cap film 103 includes oxygen of 200 to 1000 nm or less in a thickness of 200 to 1000 nm by the plasma CVD method. And a silicon nitride film having a composition ratio of nitrogen to silicon of 1.3 to 1.5.

次に、図3(B)に示すように、キャップ膜103から非晶質半導体膜102にレーザ光104を照射し、その結果、絶縁膜101上に結晶性半導体膜105を形成することができる。
なお、その際のレーザ光104は、非晶質半導体膜102を溶融することが可能なエネルギーを持ち、同非晶質半導体膜102が吸収することが可能な波長を持つレーザ光を選択する。
また、レーザ光104を照射する前に、非晶質半導体膜やキャップ膜に含まれる水素を出すための加熱処理をしてもよい。
Next, as illustrated in FIG. 3B, the amorphous semiconductor film 102 is irradiated with laser light 104 from the cap film 103, and as a result, a crystalline semiconductor film 105 can be formed over the insulating film 101. .
Note that the laser light 104 at that time has energy that can melt the amorphous semiconductor film 102, and laser light having a wavelength that can be absorbed by the amorphous semiconductor film 102 is selected.
Further, before the irradiation with the laser light 104, heat treatment for removing hydrogen contained in the amorphous semiconductor film or the cap film may be performed.

ここでは、レーザ光104としてYVO4の第2高調波を用い、その後、キャップ膜103を除去する。
キャップ膜103の除去方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング、研磨等の各種除去方法を用いることができるが、ここでは、ドライエッチング法によりキャップ膜103を除去する。
Here, the second harmonic of YVO 4 is used as the laser beam 104, and then the cap film 103 is removed.
As a method for removing the cap film 103, various removal methods such as dry etching, wet etching, and polishing can be used. Here, the cap film 103 is removed by a dry etching method.

次に、図3(C)に示すように結晶性半導体膜105を選択的にエッチングして半導体層201〜203を形成する。
その結晶性半導体膜105のエッチング方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング等を用いることができるが、ここでは、結晶性半導体膜105上にレジストを塗布した後、露光及び現像を行ってレジストマスクを形成する。
その形成されたレジストマスクを用いてSF6:O2の流量比を4:15としたドライエッチング法により、結晶性半導体膜105を選択的にエッチングし、その後レジストマスクを除去する。
Next, as illustrated in FIG. 3C, the crystalline semiconductor film 105 is selectively etched to form semiconductor layers 201 to 203.
As a method for etching the crystalline semiconductor film 105, dry etching, wet etching, or the like can be used. Here, after applying a resist on the crystalline semiconductor film 105, exposure and development are performed to form a resist mask. Form.
Using the formed resist mask, the crystalline semiconductor film 105 is selectively etched by a dry etching method in which the SF 6 : O 2 flow ratio is 4:15, and then the resist mask is removed.

次いで、図3(D)に示すように、半導体層201〜203上にゲート絶縁膜204を形成するが、そのゲート絶縁膜は、窒化珪素、酸素を含む窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等の単層又は積層構造で形成する。
ここでは、厚さ115nmの窒素を含む酸化珪素をプラズマCVD法により形成する。
その後、ゲート電極205〜208を形成するが、そのゲート電極205〜208は、金属又は一導電型の不純物を添加した多結晶半導体で形成することができる。
Next, as illustrated in FIG. 3D, a gate insulating film 204 is formed over the semiconductor layers 201 to 203. The gate insulating film includes silicon nitride, silicon nitride containing oxygen, silicon oxide, and oxide containing nitrogen. A single layer or a stacked structure of silicon or the like is used.
Here, silicon oxide containing nitrogen with a thickness of 115 nm is formed by a plasma CVD method.
After that, gate electrodes 205 to 208 are formed. The gate electrodes 205 to 208 can be formed of a metal or a polycrystalline semiconductor to which an impurity of one conductivity type is added.

金属を用いる場合は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)などを用いることができる。
さらに、金属を窒化させた金属窒化物を用いることができ、それに加えて当該金属窒化物からなる第1の層と当該金属から成る第2の層とを積層させた構造としても良い。
また、液滴吐出法を用いて微粒子を含むペーストをゲート絶縁膜上に吐出し、乾燥・焼成して形成することができる。
さらに、ゲート絶縁膜上に、微粒子を含むペーストを印刷法により印刷し、乾燥・焼成して形成することができ、その微粒子の代表例としては、金、銅、金と銀の合金、金と銅の合金、銀と銅の合金、金と銀と銅の合金等がある。
In the case of using a metal, tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), aluminum (Al), or the like can be used.
Further, a metal nitride obtained by nitriding a metal can be used, and in addition, a structure in which a first layer made of the metal nitride and a second layer made of the metal are stacked may be used.
Alternatively, a paste containing fine particles can be discharged onto the gate insulating film using a droplet discharge method, and dried and baked.
Furthermore, a paste containing fine particles can be printed on the gate insulating film by a printing method, dried and fired, and typical examples of the fine particles include gold, copper, an alloy of gold and silver, gold and There are copper alloys, silver-copper alloys, gold-silver-copper alloys, and the like.

ここでは、ゲート絶縁膜204上に、膜厚30nmmの窒化タンタル膜及び膜厚370nmのタングステン膜をスパッタリング法により形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて窒化タンタル膜及びタングステン膜を選択的にエッチングして、窒化タンタル膜の端部がタングステン膜の端部より外側に突き出した形状のゲート電極205〜208を形成する。   Here, after a tantalum nitride film with a thickness of 30 nm and a tungsten film with a thickness of 370 nm are formed over the gate insulating film 204 by a sputtering method, the tantalum nitride film and the tungsten film are formed using a resist mask formed by a photolithography process. By selectively etching, gate electrodes 205 to 208 having a shape in which the end portion of the tantalum nitride film protrudes outside the end portion of the tungsten film are formed.

次いで、ゲート電極205〜208をマスクとして、半導体層201〜203にそれぞれn型を付与する不純物元素及びp型を付与する不純物元素を添加して、ソース領域及びドレイン領域209〜214及び高濃度不純物領域215を形成する。
また、ゲート電極205〜208の一部に重複する低濃度不純物領域216〜223を形成する。
さらに、ゲート電極205〜208と重複するチャネル領域201c〜203c、203dを形成する。
Next, an impurity element imparting n-type conductivity and an impurity element imparting p-type conductivity are added to the semiconductor layers 201 to 203 using the gate electrodes 205 to 208 as masks, respectively, so that source and drain regions 209 to 214 and high-concentration impurities are added. Region 215 is formed.
Further, low-concentration impurity regions 216 to 223 overlapping with part of the gate electrodes 205 to 208 are formed.
Further, channel regions 201c to 203c and 203d overlapping with the gate electrodes 205 to 208 are formed.

なお、ここではソース領域及びドレイン領域209、210、213、214、高濃度不純物領域215、及び低濃度不純物領域216、217、220〜223に、p型を付与する不純物元素であるボロンをドーピングする。
また、ソース領域及びドレイン領域211、212、及び低濃度不純物領域218、219に、n型を付与する不純物元素であるリンをドーピングする。
Note that here, the source and drain regions 209, 210, 213, and 214, the high-concentration impurity region 215, and the low-concentration impurity regions 216, 217, and 220 to 223 are doped with boron which is an impurity element imparting p-type conductivity. .
Further, the source and drain regions 211 and 212 and the low-concentration impurity regions 218 and 219 are doped with phosphorus which is an impurity element imparting n-type conductivity.

この後、半導体層に添加した不純物元素を活性化するために加熱処理を行うが、ここでは窒素雰囲気で550度4時間の加熱を行う。
以上の工程により、薄膜トランジスタ225〜227を形成する。
なお、薄膜トランジスタ225、227としてはpチャネル型の薄膜トランジスタを形成し、薄膜トランジスタ226としてはnチャネル型の薄膜トランジスタを形成する。
その際にはpチャネル型の薄膜トランジスタ225及びnチャネル型の薄膜トランジスタ226により駆動回路を構成し、pチャネル型の薄膜トランジスタ227は、画素の電極に電圧を印加する素子として機能する。
After that, heat treatment is performed to activate the impurity element added to the semiconductor layer. Here, heating is performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere.
Through the above steps, thin film transistors 225 to 227 are formed.
Note that p-channel thin film transistors are formed as the thin film transistors 225 and 227, and n-channel thin film transistors are formed as the thin film transistors 226.
In that case, a p-channel thin film transistor 225 and an n-channel thin film transistor 226 form a driver circuit, and the p-channel thin film transistor 227 functions as an element for applying a voltage to the electrode of the pixel.

次に、図4(A)に示すように、薄膜トランジスタ225〜227のゲート電極及び配線を絶縁化する第1の層間絶縁膜を形成する。
ここでは、第1の層間絶縁膜として酸化珪素膜231、窒化珪素膜232、及び酸化珪素膜233を積層して形成する。
次に、第1の層間絶縁膜の一部である酸化珪素膜233上に薄膜トランジスタ225〜227のソース領域及びドレイン領域に接続する配線234〜239、及び接続端子240を形成する。
ここでは、スパッタリング法により、Ti膜100nm、Al膜700nm、Ti膜100nmを連続形成した後、フォトリソグラフィー工程によって形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして、配線234〜239、及び接続端子240を形成し、その後、レジストマスクを除去する。
Next, as shown in FIG. 4A, a first interlayer insulating film for insulating the gate electrodes and wirings of the thin film transistors 225 to 227 is formed.
Here, a silicon oxide film 231, a silicon nitride film 232, and a silicon oxide film 233 are stacked as the first interlayer insulating film.
Next, wirings 234 to 239 and connection terminals 240 connected to the source and drain regions of the thin film transistors 225 to 227 are formed over the silicon oxide film 233 which is a part of the first interlayer insulating film.
Here, a Ti film 100 nm, an Al film 700 nm, and a Ti film 100 nm are successively formed by sputtering, and then selectively etched using a resist mask formed by a photolithography process, so that wirings 234 to 239 and connection terminals 240 is formed, and then the resist mask is removed.

次いで、第1の層間絶縁膜、配線234〜239、及び接続端子240上に、第2の層間絶縁膜241を形成するが、その第2の層間絶縁膜241としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜(窒素を含む酸化珪素膜又は酸素を含む窒化珪素膜)等の無機絶縁膜を用いることができ、これらの絶縁膜を単層又は2以上の複数層で形成すればよい。
また、無機絶縁膜を形成する方法としてはスパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等を用いればよい。
Next, a second interlayer insulating film 241 is formed over the first interlayer insulating film, the wirings 234 to 239, and the connection terminal 240. The second interlayer insulating film 241 includes a silicon oxide film and silicon nitride. An inorganic insulating film such as a film or a silicon oxynitride film (a silicon oxide film containing nitrogen or a silicon nitride film containing oxygen) can be used, and these insulating films may be formed as a single layer or two or more layers. .
As a method for forming the inorganic insulating film, a sputtering method, an LPCVD method, a plasma CVD method, or the like may be used.

ここでは、プラズマCVD法を用い、膜厚100nm〜150nmの酸素を含む窒化珪素膜を形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて酸素を含む窒化珪素膜を選択的にエッチングして、薄膜トランジスタ227の配線239、及び接続端子240に達するコンタクトホールを形成すると共に、第2の層間絶縁膜241を形成し、その後、レジストマスクを除去する。
本実施の形態2のように、第2の層間絶縁膜241を形成することで、駆動回路部のTFTや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からTFTを保護することができる。
Here, after a silicon nitride film containing oxygen having a thickness of 100 nm to 150 nm is formed by a plasma CVD method, the silicon nitride film containing oxygen is selectively etched using a resist mask formed by a photolithography process. A contact hole reaching the wiring 239 of the thin film transistor 227 and the connection terminal 240 is formed, and a second interlayer insulating film 241 is formed, and then the resist mask is removed.
By forming the second interlayer insulating film 241 as in Embodiment Mode 2, exposure of TFTs and wirings in the driver circuit portion can be prevented and the TFTs can be protected from contaminants.

次に、薄膜トランジスタ227の配線239に接続する第1の画素電極242、及び接続端子240と接続する導電層244を形成するが、液晶表示装置が透光型液晶表示装置の場合は、第1の画素電極242を透光性を有する導電膜で形成する。
また、液晶表示装置が反射型液晶表示装置の場合は、第1の画素電極242を反射性を有する導電膜で形成する。
ここでは、第1の画素電極242及び導電層244は、スパッタリング法により膜厚125nmの酸化珪素を含むITOを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。
Next, a first pixel electrode 242 connected to the wiring 239 of the thin film transistor 227 and a conductive layer 244 connected to the connection terminal 240 are formed. When the liquid crystal display device is a translucent liquid crystal display device, The pixel electrode 242 is formed using a light-transmitting conductive film.
In the case where the liquid crystal display device is a reflective liquid crystal display device, the first pixel electrode 242 is formed using a conductive film having reflectivity.
Here, the first pixel electrode 242 and the conductive layer 244 are selectively etched using a resist mask formed by a photolithography process after an ITO film containing 125 nm-thick silicon oxide is formed by a sputtering method. Form.

次に、配向膜として機能する絶縁膜243を形成するが、その絶縁膜243は、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物層をロールコート法、印刷法等で形成した後、ラビングすることにより形成することができる。
また、SiO2を基板に対して斜めから蒸着して形成することができ、さらに光反応型の高分子化合物に偏光したUV光を照射し光反応型の高分子化合物を重合させて形成することができるが、ここでは、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物層を印刷法により印刷し、焼成した後、ラビングすることで形成する。
Next, an insulating film 243 that functions as an alignment film is formed. The insulating film 243 is formed by rubbing after a polymer compound layer such as polyimide or polyvinyl alcohol is formed by a roll coating method, a printing method, or the like. can do.
In addition, SiO 2 can be formed by vapor deposition with respect to the substrate, and the photoreactive polymer compound is irradiated with polarized UV light to polymerize the photoreactive polymer compound. In this case, a polymer compound layer such as polyimide or polyvinyl alcohol is printed by printing, baked and then rubbed.

次に、図4(B)に示すように、対向基板251に第2の画素電極253を形成し、第2の画素電極上に配向膜として機能する絶縁膜254を形成する。
なお、対向基板251及び画素電極253の間に着色層252を設けても良い。
その際には、対向基板251としては、基板100と同様のものを適宜選択することができる。
また、第2の画素電極253は第1の画素電極242と同様に形成することができ、配向膜として機能する絶縁膜254は絶縁膜243と同様に形成することができる。
さらに、着色層252は、カラー表示を行う場合に必要な層であり、RGB方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した染料や顔料が分散された着色層を各画素に対応して形成する。
Next, as illustrated in FIG. 4B, a second pixel electrode 253 is formed over the counter substrate 251 and an insulating film 254 functioning as an alignment film is formed over the second pixel electrode.
Note that a colored layer 252 may be provided between the counter substrate 251 and the pixel electrode 253.
In that case, as the counter substrate 251, a substrate similar to the substrate 100 can be selected as appropriate.
The second pixel electrode 253 can be formed in a manner similar to that of the first pixel electrode 242, and the insulating film 254 functioning as an alignment film can be formed in the same manner as the insulating film 243.
Further, the colored layer 252 is a layer necessary for performing color display. In the case of the RGB method, a colored layer in which dyes or pigments corresponding to red, green, and blue colors are dispersed corresponds to each pixel. Form.

次に、基板100及び対向基板251をシール材257で貼り合わせるが、その基板100及び対向基板251の間に液晶層255を形成する。
その液晶層255は、毛細管現象を利用した真空注入法により、配向膜として機能する絶縁膜243、254、及びシール材257で囲まれた領域に液晶材料を注入することにより形成することができる。
さらに、対向基板251の一方にシール材257を形成し、シール材に囲まれる領域に液晶材料を滴下した後、対向基板251及び基板100を減圧下においてシール材で圧着することで液晶層255を形成することもできる。
Next, the substrate 100 and the counter substrate 251 are attached to each other with a sealant 257, and a liquid crystal layer 255 is formed between the substrate 100 and the counter substrate 251.
The liquid crystal layer 255 can be formed by injecting a liquid crystal material into a region surrounded by the insulating films 243 and 254 functioning as alignment films and the sealant 257 by a vacuum injection method using a capillary phenomenon.
Further, a sealant 257 is formed on one of the counter substrates 251, and a liquid crystal material is dropped on a region surrounded by the sealant, and then the counter substrate 251 and the substrate 100 are pressure-bonded with the sealant under reduced pressure, whereby the liquid crystal layer 255 is formed. It can also be formed.

シール材257としては、熱硬化型のエポキシ樹脂、UV硬化型のアクリル樹脂、熱可塑方のナイロン、ポリエステル等を、ディスペンサ法、印刷法、熱圧着法等を用いて形成することができる。
なお、シール材257にフィラーを散布することにより、基板100及び対向基板251の間隔を保つことができるが、ここでは、シール材257として熱硬化型のエポキシ樹脂を用いて形成する。
As the sealant 257, a thermosetting epoxy resin, a UV curable acrylic resin, thermoplastic nylon, polyester, or the like can be formed using a dispenser method, a printing method, a thermocompression bonding method, or the like.
Note that the distance between the substrate 100 and the counter substrate 251 can be maintained by spraying a filler over the sealant 257, but here, the sealant 257 is formed using a thermosetting epoxy resin.

また、基板100及び対向基板251の間隔を保つために、配向膜として機能する絶縁膜243、254の間にスペーサ256を設けてもよく、そのスペーサとしては、有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を所望の形状、代表的には柱状又は円柱状にエッチングして形成することができる。
さらに、スペーサとしてビーズスペーサを用いてもよいので、ここではスペーサ256としてビーズスペーサを用いる。
また、図示しないが、基板100、対向基板251の一方又は両方に偏光板を設ける。
In order to maintain a distance between the substrate 100 and the counter substrate 251, a spacer 256 may be provided between the insulating films 243 and 254 functioning as alignment films. As the spacer, an organic resin is applied, and the organic resin Can be formed by etching into a desired shape, typically a columnar shape or a cylindrical shape.
Further, since a bead spacer may be used as the spacer, a bead spacer is used as the spacer 256 here.
Although not illustrated, a polarizing plate is provided on one or both of the substrate 100 and the counter substrate 251.

次に、図4(C)に示すように、端子部263においては、薄膜トランジスタのゲート配線、ソース配線に接続される接続端子(図4(C)においては、ソース配線またはドレイン配線に接続される接続端子240を示す。)が形成されている。
その接続端子240に、導電層244及び異方性導電膜261を介してFPC(フレキシブルプリント配線)262を接続しており、前記接続端子240は導電層244及び異方性導電膜261を介してビデオ信号やクロック信号を受け取る。
Next, as shown in FIG. 4C, in the terminal portion 263, a connection terminal connected to the gate wiring and the source wiring of the thin film transistor (in FIG. 4C, connected to the source wiring or the drain wiring). Connection terminal 240 is shown).
An FPC (flexible printed wiring) 262 is connected to the connection terminal 240 via a conductive layer 244 and an anisotropic conductive film 261, and the connection terminal 240 is connected via the conductive layer 244 and the anisotropic conductive film 261. Receive video and clock signals.

駆動回路部264においては、ソースドライバやゲートドライバ等の画素を駆動する回路が形成されており、ここでは、nチャネル型の薄膜トランジスタ226、pチャネル型の薄膜トランジスタ225が配置されている。
なお、nチャネル型の薄膜トランジスタ226及びpチャネル型の薄膜トランジスタ225によりCMOS回路が形成されている。
In the driver circuit portion 264, a circuit for driving a pixel such as a source driver or a gate driver is formed. Here, an n-channel thin film transistor 226 and a p-channel thin film transistor 225 are provided.
Note that the n-channel thin film transistor 226 and the p-channel thin film transistor 225 form a CMOS circuit.

画素部265には、複数の画素が形成されており、各画素には液晶素子258が形成されており、この液晶素子258は、第1の画素電極242、第2の画素電極253及びその間に充填されている液晶層255が重なっている部分である。
さらに、その液晶素子258が有する第1の画素電極242は、薄膜トランジスタ227と電気的に接続されている。
A plurality of pixels are formed in the pixel portion 265, and a liquid crystal element 258 is formed in each pixel. The liquid crystal element 258 includes a first pixel electrode 242, a second pixel electrode 253, and a gap therebetween. This is a portion where the filled liquid crystal layer 255 overlaps.
Further, the first pixel electrode 242 included in the liquid crystal element 258 is electrically connected to the thin film transistor 227.

以上の工程により液晶表示装置を作製することができ、本実施の形態2で示す液晶表示装置は、駆動回路部264や画素部265に形成される薄膜トランジスタの半導体層において、結晶の面方位が一定方向に揃っている。
このため、複数の薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能であり、その結果、色むらや欠陥の少ない高精細な表示が可能な液晶表示装置を作製することができる。
Through the above process, a liquid crystal display device can be manufactured. In the liquid crystal display device described in Embodiment 2, the crystal plane orientation is constant in the semiconductor layers of the thin film transistors formed in the driver circuit portion 264 and the pixel portion 265. Aligned in the direction.
Therefore, variation in electrical characteristics of the plurality of thin film transistors can be suppressed, and as a result, a liquid crystal display device capable of high-definition display with less color unevenness and defects can be manufactured.

[実施の形態3]
本実施の形態では、半導体装置の一例である発光素子を有する発光装置の作製工程について説明する。
図5(A)に示すように、実施の形態2と同様の工程により、基板100上に絶縁膜101を介して薄膜トランジスタ225〜227を形成し、その薄膜トランジスタ225〜227のゲート電極及び配線を絶縁化する第1の層間絶縁膜として、酸化珪素膜231、窒化珪素膜232、及び酸化珪素膜233を積層して形成する。
さらに、第1の層間絶縁膜の一部の酸化珪素膜233上に薄膜トランジスタ225〜227の半導体層に接続する配線308〜313、及び接続端子314を形成する。
[Embodiment 3]
In this embodiment, a manufacturing process of a light-emitting device having a light-emitting element which is an example of a semiconductor device will be described.
As shown in FIG. 5A, thin film transistors 225 to 227 are formed over the substrate 100 through the insulating film 101 through the same steps as in Embodiment Mode 2, and the gate electrodes and wirings of the thin film transistors 225 to 227 are insulated. As the first interlayer insulating film to be formed, a silicon oxide film 231, a silicon nitride film 232, and a silicon oxide film 233 are stacked.
Further, wirings 308 to 313 and connection terminals 314 connected to the semiconductor layers of the thin film transistors 225 to 227 are formed over the silicon oxide film 233 which is a part of the first interlayer insulating film.

次に、第1の層間絶縁膜、配線308〜313、及び接続端子314上に、第2の層間絶縁膜315を形成し、その後薄膜トランジスタ227の配線313に接続する第1の電極層316、及び接続端子314と接続する導電層320を形成する。
その第1の電極層316及び導電層320は、スパッタリング法により膜厚125nmの酸化珪素を含むITOを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。
本実施の形態のように、第2の層間絶縁膜315を形成することで、駆動回路部のTFTや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からTFTを保護することができる。
Next, a second interlayer insulating film 315 is formed over the first interlayer insulating film, the wirings 308 to 313, and the connection terminal 314, and then the first electrode layer 316 connected to the wiring 313 of the thin film transistor 227, and A conductive layer 320 connected to the connection terminal 314 is formed.
The first electrode layer 316 and the conductive layer 320 are formed by forming an ITO film containing 125 nm thick silicon oxide by a sputtering method and then selectively etching it using a resist mask formed by a photolithography process. .
By forming the second interlayer insulating film 315 as in this embodiment mode, exposure of TFTs and wirings in the driver circuit portion can be prevented and the TFTs can be protected from contaminants.

次に、第1の電極層316の端部を覆う有機絶縁物膜317を形成するが、ここでは、感光性ポリイミドを塗布し焼成した後、露光及び現像を行って駆動回路、画素領域の第1の電極層316、及び画素領域の周辺部における第2の層間絶縁膜315が露出されるように有機絶縁物膜317を形成する。   Next, an organic insulating film 317 is formed to cover an end portion of the first electrode layer 316. Here, after applying and baking photosensitive polyimide, exposure and development are performed to form driver circuits and pixel regions. An organic insulating film 317 is formed so that the first electrode layer 316 and the second interlayer insulating film 315 in the periphery of the pixel region are exposed.

次に、第1の電極層316及び有機絶縁物膜317の一部上に蒸着法により発光物質を含む層318を形成するが、その発光物質を含む層318は、発光性を有する有機化合物、または発光性を有する無機化合物で形成する。
なお、発光物質を含む層318は、発光性を有する有機化合物及び発光性を有する無機化合物で形成してもよい。
また、発光物質を含む層318を赤色の発光性の発光物質、青色の発光性の発光物質、及び緑色の発光性の発光物質を用いて、それぞれ赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素を形成することができる。
Next, a layer 318 containing a light-emitting substance is formed over the first electrode layer 316 and part of the organic insulating film 317 by an evaporation method. The layer 318 containing the light-emitting substance includes a light-emitting organic compound, Alternatively, an inorganic compound having a light-emitting property is used.
Note that the layer 318 containing a light-emitting substance may be formed using a light-emitting organic compound and a light-emitting inorganic compound.
The layer 318 containing a light-emitting substance is formed using a red light-emitting light-emitting substance, a blue light-emitting light-emitting substance, and a green light-emitting light-emitting substance, respectively. Pixels and green light-emitting pixels can be formed.

ここでは、赤色の発光性の発光物質を含む層として、DNTPDを50nm、NPBを10nm、ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(アセチルアセトナート)(略称:Ir(Fdpq)2(acac))が添加されたNPBを30nm、Alq3を60nm、及びLiFを1nm積層して形成する。
さらに、緑色の発光性の発光物質を含む層として、DNTPDを50nm、NPBを10nm、クマリン545T(C545T)が添加されたAlq3を40nm、Alq3を60nm、及びLiFを1nm積層して形成する。
Here, as a layer containing a red light-emitting substance, DNTPD is 50 nm, NPB is 10 nm, bis [2,3-bis (4-fluorophenyl) quinoxalinato] iridium (acetylacetonate) (abbreviation: Ir (Fdpq NPB to which 2 (acac)) is added is formed by laminating 30 nm, Alq 3 60 nm, and LiF 1 nm.
Further, as the layer containing a green light-emitting luminescent material, a 50 nm, 10 nm and NPB, coumarin 545T (C545T) 40 nm of Alq 3 that is added to form 60nm of Alq 3, and LiF was 1nm laminated DNTPD .

また、青色の発光性の発光物質を含む層として、DNTPDを50nm、NPBを10nm、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン(略称:TBP)が添加された、9−[4−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(略称:CzPA:)を30nm、Alq3を60nm及びLiFを1nm積層して形成する。
さらには、白色の発光性の発光物質を用いて発光物質を含む層を形成することで、赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素のほかに、白色の発光性の画素を形成してもよい。
なお、白色の発光性の画素を設けることにより消費電力を削減することが可能である。
Further, as a layer containing a blue light-emitting substance, DNTPD is added to 50 nm, NPB is added to 10 nm, 2,5,8,11-tetra (tert-butyl) perylene (abbreviation: TBP) is added, and 9- [ It is formed by stacking 4- (N-carbazolyl)] phenyl-10-phenylanthracene (abbreviation: CzPA :) at 30 nm, Alq 3 at 60 nm, and LiF at 1 nm.
Furthermore, by forming a layer containing a luminescent substance using a white luminescent substance, in addition to a red luminescent pixel, a blue luminescent pixel, and a green luminescent pixel, white Alternatively, a light-emitting pixel may be formed.
Note that power consumption can be reduced by providing white light-emitting pixels.

次に、発光物質を含む層318、及び有機絶縁物膜317上に第2の電極層319を形成するが、ここでは、膜厚200nmのAl膜を蒸着法により形成する。
その結果、第1の電極層316、発光物質を含む層318、及び第2の電極層319により発光素子321を構成する。
Next, a second electrode layer 319 is formed over the layer 318 containing a light-emitting substance and the organic insulating film 317. Here, an Al film having a thickness of 200 nm is formed by an evaporation method.
As a result, the light-emitting element 321 includes the first electrode layer 316, the layer 318 containing a light-emitting substance, and the second electrode layer 319.

ここで、発光素子321の構造、使用材料及び機能等について説明する。
発光物質を含む層318に、有機化合物を用いた発光機能を担う層(以下、発光層343と示す。)を形成することで、発光素子321は有機EL(Electro Luminescence)素子として機能する。
以下において、その発光素子321の構造を図面を用いて詳述し、さらにそれに使用する材料及び機能等についても詳細に説明する。
Here, the structure, materials used, functions, and the like of the light-emitting element 321 will be described.
By forming a layer having a light emitting function using an organic compound (hereinafter, referred to as a light emitting layer 343) in the layer 318 containing a light emitting substance, the light emitting element 321 functions as an organic EL (Electro Luminescence) element.
Hereinafter, the structure of the light emitting element 321 will be described in detail with reference to the drawings, and materials, functions, and the like used for the structure will be described in detail.

発光性の有機化合物としては、例えば、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、クマリン30、クマリン6、クマリン545、クマリン545T、ペリレン、ルブレン、ペリフランテン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン(略称:TBP)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)、5,12−ジフェニルテトラセン、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−[p−(ジメチルアミノ)スチリル]−4H−ピラン(略称:DCM1)、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−[2−(ジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCM2)、4−(ジシアノメチレン)−2,6−ビス[p−(ジメチルアミノ)スチリル]−4H−ピラン(略称:BisDCM)等が挙げられる。   Examples of the light-emitting organic compound include 9,10-di (2-naphthyl) anthracene (abbreviation: DNA) and 2-tert-butyl-9,10-di (2-naphthyl) anthracene (abbreviation: t-BuDNA). ), 4,4′-bis (2,2-diphenylvinyl) biphenyl (abbreviation: DPVBi), coumarin 30, coumarin 6, coumarin 545, coumarin 545T, perylene, rubrene, periflanthene, 2,5,8,11-tetra (Tert-butyl) perylene (abbreviation: TBP), 9,10-diphenylanthracene (abbreviation: DPA), 5,12-diphenyltetracene, 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- [p- (dimethylamino) ) Styryl] -4H-pyran (abbreviation: DCM1), 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- [2- (di Loridin-9-yl) ethenyl] -4H-pyran (abbreviation: DCM2), 4- (dicyanomethylene) -2,6-bis [p- (dimethylamino) styryl] -4H-pyran (abbreviation: BisDCM) and the like. Can be mentioned.

また、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’](ピコリナト)イリジウム(略称:FIrpic)、ビス{2−[3’,5’−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ピリジナト−N,C2’}(ピコリナト)イリジウム(略称:Ir(CF3ppy)2(pic))、トリス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(略称:Ir(ppy)3)、(アセチルアセトナト)ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(略称:Ir(ppy)2(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[2−(2’−チエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(略称:Ir(thp)2(acac))、(アセチルアセトナト)ビス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(略称:Ir(pq)2(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[2−(2’−ベンゾチエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(略称:Ir(btp)2(acac))などの燐光を放出できる化合物を用いることもできる。 In addition, bis [2- (4 ′, 6′-difluorophenyl) pyridinato-N, C 2 ′] (picolinato) iridium (abbreviation: FIrpic), bis {2- [3 ′, 5′-bis (trifluoromethyl) ) phenyl] pyridinato -N, C 2 '} (Pikorinato) iridium (abbreviation: Ir (CF 3 ppy) 2 (pic)), tris (2-phenylpyridinato--N, C2') iridium (abbreviation: Ir ( ppy) 3 ), (acetylacetonato) bis (2-phenylpyridinato-N, C 2 ′) iridium (abbreviation: Ir (ppy) 2 (acac)), (acetylacetonato) bis [2- (2 '- thienyl) pyridinato -N, C 3'] iridium (abbreviation: Ir (thp) 2 (acac)), (acetylacetonato) bis (2-phenylquinolinato--N, C 2 ') iridium (abbreviation: Ir pq) 2 (acac)), (acetylacetonato) bis [2- (2'-benzothienyl) pyridinato -N, C 3 '] iridium (abbreviation: release phosphorescence such as Ir (btp) 2 (acac)) Compounds that can be used can also be used.

また、図6(A)に示すように、第1の電極層316上に正孔注入材料で形成される正孔注入層341、正孔輸送性材料で形成される正孔輸送層342、発光性の有機化合物で形成される発光層343、電子輸送性材料で形成される電子輸送層344、電子注入性材料で形成される電子注入層345により形成された発光材料を含む層318、及び第2の電極層319で図5に示す発光素子321を形成してもよい。   As shown in FIG. 6A, a hole injection layer 341 formed of a hole injection material, a hole transport layer 342 formed of a hole transport material, and light emission on the first electrode layer 316. A light-emitting layer 343 formed of an organic compound, an electron transport layer 344 formed of an electron-transport material, a layer 318 containing a light-emitting material formed of an electron injection layer 345 formed of an electron-inject material, and The light-emitting element 321 illustrated in FIG. 5 may be formed using the second electrode layer 319.

正孔輸送性材料は、フタロシアニン(略称:H2Pc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジルフタロシアニン(略称:VOPc)の他、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、1,3,5−トリス[N,N−ジ(m−トリル)アミノ]ベンゼン(略称:m−MTDAB)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)、4,4’−ビス{N−[4−ジ(m−トリル)アミノ]フェニル−N−フェニルアミノ}ビフェニル(略称:DNTPD)、4,4’−ビス[N−(4−ビフェニリル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BBPB)、4,4’,4’’−トリ(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)などが挙げられる。 The hole transporting material includes phthalocyanine (abbreviation: H 2 Pc), copper phthalocyanine (abbreviation: CuPc), vanadyl phthalocyanine (abbreviation: VOPc), and 4,4 ′, 4 ″ -tris (N, N-diphenyl). Amino) triphenylamine (abbreviation: TDATA), 4,4 ′, 4 ″ -tris [N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino] triphenylamine (abbreviation: MTDATA), 1,3,5 -Tris [N, N-di (m-tolyl) amino] benzene (abbreviation: m-MTDAB), N, N'-diphenyl-N, N'-bis (3-methylphenyl) -1,1'-biphenyl -4,4'-diamine (abbreviation: TPD), 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (abbreviation: NPB), 4,4'-bis {N- [ 4-di (m-tolyl) amino] Enyl-N-phenylamino} biphenyl (abbreviation: DNTPD), 4,4′-bis [N- (4-biphenylyl) -N-phenylamino] biphenyl (abbreviation: BBPB), 4,4 ′, 4 ″- And tri (N-carbazolyl) triphenylamine (abbreviation: TCTA).

正孔輸送性材料については、前記したとおりのものが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、上述した化合物の中でも、TDATA、MTDATA、m−MTDAB、TPD、NPB、DNTPD、BBPB、TCTAなどに代表される芳香族アミン化合物は、正孔を発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。ここに述べた物質は、主に10-6cm2/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。 Examples of the hole transporting material include those described above, but are not limited thereto. Among the compounds described above, aromatic amine compounds typified by TDATA, MTDATA, m-MTDAB, TPD, NPB, DNTPD, BBPB, TCTA, and the like are prone to generate holes and are a group of compounds suitable as organic compounds. It is. The substances mentioned here are mainly substances having a hole mobility of 10 −6 cm 2 / Vs or higher.

正孔注入性材料は、上記正孔輸送性材料の他、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸(略称:PSS)をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン(略称:PEDOT)やポリアニリン(略称:PAni)などを用いることもできる。
また、酸化モリブデン(MoOx)、酸化バナジウム(VOx)、酸化ニッケル(NiOx)などの無機半導体の薄膜や、酸化アルミニウム(Al23)などの無機絶縁体の超薄膜も有効である。
As the hole injecting material, there is a material obtained by chemically doping a conductive polymer compound in addition to the above hole transporting material. Polyethylenedioxythiophene (abbreviation: PEDOT) doped with polystyrene sulfonic acid (abbreviation: PSS). ) And polyaniline (abbreviation: PAni) can also be used.
Also effective are thin films of inorganic semiconductors such as molybdenum oxide (MoO x ), vanadium oxide (VO x ), nickel oxide (NiO x ), and ultra-thin films of inorganic insulators such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ). .

ここで、電子輸送性材料は、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq3)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq2)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(略称:BAlq)等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料を用いることができる。
さらに、この他、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX)2)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ)2)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。
The electron transporting material, tris (8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Alq3), tris (4-methyl-8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Almq 3), bis (10-hydroxybenzo [h] - Quinolinato) beryllium (abbreviation: BeBq 2 ), bis (2-methyl-8-quinolinolato) -4-phenylphenolato-aluminum (abbreviation: BAlq), or a material made of a metal complex having a quinoline skeleton or a benzoquinoline skeleton is used. be able to.
In addition, bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzoxazolate] zinc (abbreviation: Zn (BOX) 2 ), bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzothiazolate] zinc (abbreviation: Zn (BTZ) 2 ) and other materials such as metal complexes having an oxazole-based or thiazole-based ligand can also be used.

また、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)等を用いることができる。
ここに述べた物質は、主に10-6cm2/Vs以上の電子移動度を有する物質である。
In addition to metal complexes, 2- (4-biphenylyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (abbreviation: PBD), 1,3-bis [5- (P-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazol-2-yl] benzene (abbreviation: OXD-7), 3- (4-tert-butylphenyl) -4-phenyl-5- ( 4-biphenylyl) -1,2,4-triazole (abbreviation: TAZ), 3- (4-tert-butylphenyl) -4- (4-ethylphenyl) -5- (4-biphenylyl) -1,2, 4-triazole (abbreviation: p-EtTAZ), bathophenanthroline (abbreviation: BPhen), bathocuproin (abbreviation: BCP), and the like can be used.
The substances mentioned here are mainly substances having an electron mobility of 10 −6 cm 2 / Vs or higher.

電子注入材料としては、上述した電子輸送性材料の他に、LiF、CsFなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、CaF2のようなアルカリ土類ハロゲン化物、Li2Oなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。
また、リチウムアセチルアセトネート(略称:Li(acac)や8−キノリノラト−リチウム(略称:Liq)などのアルカリ金属錯体も有効であり、さらに、上述した電子輸送性材料と、Mg、Li、Cs等の仕事関数の小さい金属とを共蒸着等により混合した材料を使用することもできる。
Examples of the electron injection material include alkali metal halides such as LiF and CsF, alkaline earth halides such as CaF 2 , and alkali metal oxides such as Li 2 O in addition to the electron transport materials described above. Insulator ultrathin films are often used.
In addition, alkali metal complexes such as lithium acetylacetonate (abbreviation: Li (acac) and 8-quinolinolato-lithium (abbreviation: Liq) are also effective. Furthermore, the above-described electron transporting materials, Mg, Li, Cs, and the like It is also possible to use a material in which a metal having a small work function is mixed by co-evaporation or the like.

また、図6(B)に示すように、第1の電極層316と、発光性の有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層346と、発光性の有機化合物で形成される発光層343と、発光性の有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層347により形成された発光材料を含む層318と、第2の電極層319で図5に示す発光素子321を形成してもよい。   In addition, as illustrated in FIG. 6B, the first electrode layer 316 and a hole transport layer 346 formed using a light-emitting organic compound and an inorganic compound having an electron-accepting property with respect to the light-emitting organic compound. And a light emitting layer 343 formed of a light emitting organic compound and a light emitting layer formed by an electron transporting layer 347 formed of a light emitting organic compound and an inorganic compound having an electron donating property to the light emitting organic compound. The light-emitting element 321 illustrated in FIG. 5 may be formed using the layer 318 containing a material and the second electrode layer 319.

発光性の有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層346は、有機化合物として、上記した正孔輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。
また、無機化合物として、有機化合物から電子を受け取りやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、周期表第4族乃至第12族のいずれかの遷移金属酸化物が電子受容性を示しやすく好適である。
The hole-transport layer 346 formed using a light-emitting organic compound and an inorganic compound having an electron-accepting property with respect to the light-emitting organic compound appropriately uses the above-described hole-transport organic compound as the organic compound. Form.
The inorganic compound may be anything as long as it can easily receive electrons from an organic compound, and various metal oxides or metal nitrides can be used. Any one of Groups 4 to 12 of the periodic table can be used. These transition metal oxides are preferable because they easily exhibit electron accepting properties.

具体的には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウム、酸化ルテニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。
その上述した金属酸化物の中でも、周期表第4族乃至第8族のいずれかの遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、好ましい一群であり、特に酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。
Specific examples include titanium oxide, zirconium oxide, vanadium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, rhenium oxide, ruthenium oxide, and zinc oxide.
Among the metal oxides mentioned above, transition metal oxides of any of Groups 4 to 8 of the periodic table are often a group having a high electron accepting property, and are a preferable group. In particular, vanadium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide. Rhenium oxide is suitable because it can be vacuum-deposited and is easy to handle.

発光性の有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層347は、有機化合物として上記した電子輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。
また、無機化合物としては、有機化合物に電子を与えやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物、アルカリ金属窒化物、アルカリ土類金属窒化物、希土類金属窒化物が電子供与性を示しやすく好適である。
具体的には、酸化リチウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化エルビウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム、窒化イットリウム、窒化ランタンなどが挙げられる。特に酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。
The electron-transport layer 347 formed using a light-emitting organic compound and an inorganic compound having an electron-donating property with respect to the light-emitting organic compound is formed using the above-described electron-transport organic compound as appropriate as the organic compound.
The inorganic compound may be anything as long as it easily gives an electron to the organic compound, and various metal oxides or metal nitrides can be used. Alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides can be used. Rare earth metal oxides, alkali metal nitrides, alkaline earth metal nitrides, and rare earth metal nitrides are preferred because they easily exhibit electron donating properties.
Specific examples include lithium oxide, strontium oxide, barium oxide, erbium oxide, lithium nitride, magnesium nitride, calcium nitride, yttrium nitride, and lanthanum nitride. In particular, lithium oxide, barium oxide, lithium nitride, magnesium nitride, and calcium nitride are preferable because they can be vacuum-deposited and are easy to handle.

発光性の有機化合物及び無機化合物で形成される電子輸送層347又は正孔輸送層346は、電子注入・輸送特性が優れているため、第1の電極層316、第2の電極層319共に、ほとんど仕事関数の制限を受けることなく、種々の材料を用いることができる。
さらに、駆動電圧を低減することが可能である。
Since the electron transport layer 347 or the hole transport layer 346 formed of a light-emitting organic compound and an inorganic compound has excellent electron injection / transport characteristics, both the first electrode layer 316 and the second electrode layer 319 are Various materials can be used with almost no work function limitation.
Further, the driving voltage can be reduced.

また、発光物質を含む層318として、無機化合物を用いた発光機能を担う層(以下、発光層349という。)を有することで発光素子321は無機EL素子として機能する。
その無機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、前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光物質を含む層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる発光物質を含む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。
In addition, the light-emitting element 321 functions as an inorganic EL element by including a layer having a light-emitting function using an inorganic compound (hereinafter referred to as a light-emitting layer 349) as the layer 318 containing a light-emitting substance.
The inorganic EL element is classified into a dispersion-type inorganic EL element and a thin-film inorganic EL element depending on the element configuration, and the former has a layer containing a light-emitting substance in which particles of a light-emitting material are dispersed in a binder, The latter is different in that it has a layer containing a luminescent material made of a thin film of a luminescent material, but is common in that it requires electrons accelerated in a high electric field.

さらに、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。以下に、無機EL素子の構造について示す。
Furthermore, as the light emission mechanism obtained, there are donor-acceptor recombination light emission using a donor level and an acceptor level, and localized light emission using a core 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. The structure of the inorganic EL element is shown below.

本実施の形態3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、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、また、それには噴霧熱分解法、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 Embodiment Mode 3 includes a base material and an impurity element serving as a light emission center, and light emission of various colors can be obtained by changing the impurity element to be contained.
Various methods such as a solid phase method and a liquid phase method (coprecipitation method) can be used as a method for producing a luminescent material. In addition, a spray pyrolysis method, a double decomposition method, and a method using a precursor thermal decomposition reaction. In addition, a reverse micelle method, a method combining these methods with high-temperature baking, a liquid phase method such as a freeze-drying method, and the like can also be used.

固相法は、母体材料と、不純物元素又はその化合物とを秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱、焼成を行い反応させ、母体材料に不純物を含有させる方法である。
焼成温度は、700〜1500℃が好ましく、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く、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 thereof are weighed, mixed in a mortar, heated and fired in an electric furnace, reacted, and the base material contains impurities.
The firing temperature is preferably 700 to 1500 ° C., 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.
Although it may be fired in a powder state, it is preferable to fire in a pellet state and it requires firing at a relatively high temperature. However, since it is a simple method, it has high productivity and is suitable for mass production. ing.

液相法(共沈法)は、母体材料又はその化合物と、不純物元素又はその化合物とを溶液中で反応させ、乾燥させた後、焼成を行う方法であり、発光材料である母体材料の粒子が均一に分布し、粒径が小さく低い焼成温度でも反応が進むことができる。
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。
The liquid phase method (coprecipitation method) is a method in which a base material or a compound thereof and an impurity element or a compound thereof are reacted in a solution, dried, and then fired. Particles of the base material that is a light-emitting material Are uniformly distributed, and the reaction can proceed even at a low firing temperature with a small particle size.
As a base material used for the light-emitting material, sulfide, oxide, or nitride can be used.

その硫化物としては、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、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。 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), Barium sulfide (BaS) or the like can be used, and as the oxide, for example, zinc oxide (ZnO), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), or the like can be used.

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 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. Calcium sulfide-gallium (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)など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 emission centers 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、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.
For example, fluorine (F), chlorine (Cl), aluminum (Al), or the like can be used as the first impurity element. Examples of the second impurity element include copper (Cu), silver (Ag), and the like. Can be used.

ドナー−アクセプター再結合型発光の発光材料を固相法を用いて合成する場合、母体材料と、第1の不純物元素又はその化合物と、第2の不純物元素又はその化合物とをそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。
その際の焼成温度は、700〜1500℃が好ましく、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。
When a light-emitting material for donor-acceptor recombination light emission is synthesized using a solid-phase method, a base material, a first impurity element or a compound thereof, and a second impurity element or a compound thereof are weighed, and a mortar After mixing, heat and bake in an electric furnace.
The firing temperature at that time is preferably 700 to 1500 ° C., 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.

その母体材料としては、上述した母体材料を用いることができ、第1の不純物元素又はその化合物としては、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る。
また、第2の不純物元素又はその化合物としては、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。
As the base material, the above-described base material can be used, and as the first impurity element or the compound thereof, for example, fluorine (F), chlorine (Cl), aluminum sulfide (Al 2 S 3 ), or the like is used. be able to.
As the second impurity element or compound thereof, for example, copper (Cu), silver (Ag), copper sulfide (Cu 2 S), silver sulfide (Ag 2 S), or the like can be used.

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く、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が得ることができる。
その際の第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。
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%の範囲であればよい。
In addition, as the impurity element in the case of using the solid phase reaction, a compound composed of the first impurity element and the second impurity element may be used in combination. In this case, the impurity element is easily diffused, and the solid phase Since the 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 composed of the first impurity element and the second impurity element at that time, for example, copper chloride (CuCl), silver chloride (AgCl), or the like can be used.
Note that the concentration of these impurity elements may be 0.01 to 10 atom%, preferably 0.05 to 5 atom% with respect to the base material.

図6(C)は、発光物質を含む層318が第1の絶縁層348、発光層349、及び第2の絶縁層350で構成される無機EL素子の断面を示す。
なお、無機EL発光素子は、発光物質を含む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。
薄膜型無機ELの場合、発光層349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)、原子エピタキシ法(ALE)等を用いて形成することができる。
FIG. 6C illustrates a cross section of an inorganic EL element in which a layer 318 containing a light-emitting substance includes a first insulating layer 348, a light-emitting layer 349, and a second insulating layer 350.
Note that an inorganic EL light-emitting element can emit light by applying a voltage between a pair of electrode layers sandwiching a layer containing a light-emitting substance, but can operate in either DC driving or AC driving.
In the case of a thin-film inorganic EL, the light emitting layer 349 is a layer containing the above light emitting 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 epitaxy (ALE), or the like.

第1の絶縁層348及び第2の絶縁層350は、特に限定されることはないが、絶縁耐性が高く、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。
The first insulating layer 348 and the second insulating layer 350 are not particularly limited. However, the first insulating layer 348 and the second insulating layer 350 have high insulation resistance, preferably have a dense film quality, and preferably have a high dielectric constant.
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.

第1の絶縁層348及び第2の絶縁層350は、スパッタリング、蒸着、CVD等により成膜することができ、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。
なお、本実施の形態3の発光素子は、必ずしもホットエレクトロンを必要とはしないため、薄膜にすることもでき、駆動電圧を低下できる長所を有する。
好ましくは、500nm以下の膜厚、より好ましくは100nm以下の膜厚であることがよい。
The first insulating layer 348 and the second insulating layer 350 can be formed by sputtering, vapor deposition, CVD, or the like. The film thickness is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 1000 nm. .
Note that since the light-emitting element of Embodiment 3 does not necessarily require hot electrons, the light-emitting element can be formed into a thin film and has an advantage that the driving voltage can be reduced.
The film thickness is preferably 500 nm or less, more preferably 100 nm or less.

なお、図示しないが、発光層349と絶縁層348、350、又は発光層349と電極層316、319の間にバッファー層を設けてもよく、このバッファー層はキャリアの注入を容易にし、かつ両層の混合を抑制する役割をもつ。
そのバッファー層としては、特に限定されることはないが、例えば、発光層の母体材料であるZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、SrS、BaS、CuS、Cu2S、LiF、CaF2、BaF2、又はMgF2等を用いることができる。
Although not illustrated, a buffer layer may be provided between the light-emitting layer 349 and the insulating layers 348 and 350, or between the light-emitting layer 349 and the electrode layers 316 and 319. The buffer layer facilitates carrier injection and It has a role to suppress mixing of layers.
The buffer layer is not particularly limited. For example, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, SrS, BaS, CuS, Cu 2 S, LiF, CaF 2 , BaF 2 , which are base materials of the light emitting layer, Alternatively, MgF 2 or the like can be used.

また、図6(D)に示すように、発光物質を含む層318が発光層349及び第1の絶縁層348で構成されてもよく、この場合、図6(D)においては、第1の絶縁層348は第2の電極層319及び発光層349の間に設けられている形態を示す。
なお、第1の絶縁層348は第1の電極層316及び発光層349の間に設けられていてもよい。
さらには、発光物質を含む層318が、発光層349のみで構成されてもよい。即ち、第1の電極層316、発光物質を含む層318、第2の電極層319で発光素子321を構成してもよい。
In addition, as illustrated in FIG. 6D, the layer 318 containing a light-emitting substance may be formed of a light-emitting layer 349 and a first insulating layer 348. In this case, in FIG. The insulating layer 348 is provided between the second electrode layer 319 and the light-emitting layer 349.
Note that the first insulating layer 348 may be provided between the first electrode layer 316 and the light-emitting layer 349.
Further, the layer 318 containing a light-emitting substance may be formed using only the light-emitting layer 349. That is, the light-emitting element 321 may be formed using the first electrode layer 316, the layer 318 containing a light-emitting substance, and the second electrode layer 319.

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発光物質を含む層を形成するが、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。
なお、そのバインダとは、粒状の発光材料を分散した状態で固定し、発光物質を含む層としての形状に保持するための物質であり、発光材料は、バインダによって発光物質を含む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 layer containing a film-like luminescent material, but particles having a desired size cannot be obtained sufficiently by the method for producing the luminescent material. In such a case, the particles may be processed into particles by pulverization with a mortar or the like.
Note that the binder is a substance for fixing a granular light emitting material in a dispersed state and maintaining the shape as a layer containing a light emitting substance, and the light emitting material is uniform in the layer containing the light emitting substance by the binder. Dispersed and fixed in

分散型無機ELの場合、発光物質を含む層の形成方法は、選択的に発光物質を含む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、ディスペンサ法などを用いることもできる。
その際における層の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発光物質を含む層において、発光材料の割合は50wt%以上80wt%以下とするのがよい。
In the case of a dispersion-type inorganic EL, a method for forming a layer containing a light-emitting substance includes a droplet discharge method that can selectively form a layer containing a light-emitting substance, a printing method (screen printing, offset printing, etc.) An application method, a dipping method, a dispenser method, or the like can also be used.
The thickness of the layer at that time is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 1000 nm.
In the layer containing a light-emitting material including a light-emitting material and a binder, the ratio of the light-emitting material is preferably 50 wt% or more and 80 wt% or less.

図6(E)における素子は、第1の電極層316、発光物質を含む層318、第2の電極層319を有し、発光物質を含む層318は、発光材料352がバインダ351に分散された発光層及び絶縁層348で構成される。
なお、絶縁層348は、図6(E)においては、第2の電極層319に接する構造となっているが、第1の電極層316に接する構造でもく、さらには、第1の電極層316及び第2の電極層319それぞれに接する絶縁層を形成してもよい。
さらには、素子は、第1の電極層316及び第2の電極層319に接する絶縁層を有さなくてもよい。
The element in FIG. 6E includes a first electrode layer 316, a layer 318 containing a light-emitting substance, and a second electrode layer 319. In the layer 318 containing a light-emitting substance, a light-emitting material 352 is dispersed in a binder 351. A light emitting layer and an insulating layer 348.
Note that the insulating layer 348 has a structure in contact with the second electrode layer 319 in FIG. 6E; however, the insulating layer 348 may have a structure in contact with the first electrode layer 316, and further, the first electrode layer. An insulating layer in contact with 316 and the second electrode layer 319 may be formed.
Further, the element does not have to have an insulating layer in contact with the first electrode layer 316 and the second electrode layer 319.

本実施の形態3に用いることのできるバインダとしては、有機材料や無機材料の絶縁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、シロキサン樹脂、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)などの耐熱性高分子を用いてもよい。
As a binder that can be used in Embodiment Mode 3, an insulating material such as an organic material or an inorganic material can be used, and a mixed material of an organic material and an inorganic material may be used.
As the organic insulating material, a polymer having a relatively high dielectric constant, such as cyanoethyl cellulose resin, or a resin such as polyethylene, polypropylene, polystyrene resin, silicone resin, siloxane resin, epoxy resin, or vinylidene fluoride may be used. it can.
Moreover, you may use heat resistant polymers, such as aromatic polyamide and polybenzimidazole.

なお、シロキサン樹脂とは、Si−O−Si結合を含む樹脂に相当し、そのシロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。
その置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素基)が用いられ、フルオロ基を用いてもよく、さらには置換基として、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。
Note that the siloxane resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond, and the siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O).
As the substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon group) may be used, and a fluoro group may be used. Further, as a substituent, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used. And may be used.

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く、また光硬化型などを用いることができる。
さらに、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。
In addition, 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. Can be used.
Further, 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.

また、バインダに用いる無機材料としては、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸素及び窒素を含む珪素、窒化アルミニウム(AlN)、酸素及び窒素を含むアルミニウム、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発光物質を含む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 material used for the binder include silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon containing oxygen and nitrogen, aluminum nitride (AlN), aluminum containing oxygen and nitrogen, and 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 Forming with a material selected from substances 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 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 layer containing the light emitting material including the light emitting material and the binder can be further controlled, and the dielectric constant can be further increased. Can do.

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、かつ発光層を所望の膜厚に形成するため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。
それには、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)など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, the binder material is dissolved and the light-emitting layer has a desired thickness. A solvent capable of producing a solution having a viscosity suitable for forming the film may be appropriately selected.
For this, an organic solvent or the like can be used. 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 ( It is also possible to use MMB).

次に、図5(B)に示すように、第2の電極層319上に保護膜322を形成する。
その保護膜は、発光素子321や保護膜322に水分や酸素等が侵入することを防ぐためのものであり、保護膜322は、プラズマCVD法又はスパッタリング法などの薄膜形成法を用い、窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素含有炭素(CN)、その他の絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。
Next, as illustrated in FIG. 5B, a protective film 322 is formed over the second electrode layer 319.
The protective film is for preventing moisture, oxygen, and the like from entering the light-emitting element 321 and the protective film 322. The protective film 322 is formed by a thin film formation method such as a plasma CVD method or a sputtering method, and silicon nitride. Silicon oxide, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, aluminum oxynitride, or aluminum oxide, diamond-like carbon (DLC), nitrogen-containing carbon (CN), or other insulating materials are preferably used.

さらに、シール材323で封止基板324を基板100上に形成される第2の層間絶縁膜315と貼り合わせることにより、基板100、封止基板324、およびシール材323で囲まれた空間325に発光素子321が備えられた構造になっている。
なお、空間325には、充填材が充填されており、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材323で充填される場合もある。
Further, the sealing substrate 324 is bonded to the second interlayer insulating film 315 formed over the substrate 100 with the sealing material 323, whereby the space 325 surrounded by the substrate 100, the sealing substrate 324, and the sealing material 323 is formed. The light emitting element 321 is provided.
Note that the space 325 is filled with a filler, and may be filled with a sealant 323 in addition to an inert gas (such as nitrogen or argon).

なお、シール材323にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましく、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。
また、封止基板324に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
Note that an epoxy-based resin is preferably used for the sealant 323, and these materials are preferably materials that do not transmit moisture and oxygen as much as possible.
In addition to a glass substrate or a quartz substrate, a plastic substrate made of FRP (Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF (polyvinyl fluoride), Mylar, polyester, acrylic, or the like can be used as a material used for the sealing substrate 324.

次に、図5(C)に示すように、実施の形態2と同様に異方性導電層326を用いてFPC327を接続端子314に接する導電層320と貼りつける。
以上の工程により、アクティブマトリクス型発光素子を有する半導体装置を形成することが出来る。
Next, as illustrated in FIG. 5C, the FPC 327 is attached to the conductive layer 320 in contact with the connection terminal 314 using the anisotropic conductive layer 326 as in Embodiment Mode 2.
Through the above steps, a semiconductor device having an active matrix light-emitting element can be formed.

ここで本実施の形態3において、フルカラー表示する場合の画素における等価回路図を図7に示す。
その図7において、破線で囲まれる薄膜トランジスタ331が図5(A)の駆動用の薄膜トランジスタ227をスイッチングする薄膜トランジスタに対応しており、破線で囲まれる薄膜トランジスタ332が発光素子を駆動する薄膜トランジスタに対応している。
なお、発光素子としては、発光物質を含む層を発光性の有機化合物を含む層で形成した有機EL素子(以下、OLEDと示す。)を用いた形態を説明する。
Here, FIG. 7 shows an equivalent circuit diagram of a pixel in the case of full-color display in the third embodiment.
In FIG. 7, a thin film transistor 331 surrounded by a broken line corresponds to a thin film transistor that switches the driving thin film transistor 227 in FIG. 5A, and a thin film transistor 332 surrounded by a broken line corresponds to a thin film transistor that drives a light emitting element. Yes.
Note that as the light-emitting element, a mode using an organic EL element (hereinafter referred to as an OLED) in which a layer containing a light-emitting substance is formed using a layer containing a light-emitting organic compound will be described.

赤色を表示する画素は、薄膜トランジスタ332のドレイン領域に赤色を発光するOLED334Rが接続され、ソース領域には赤色アノード側電源線337Rが設けられている。
また、OLED334Rには、カソード側電源線333が設けられており、スイッチング用の薄膜トランジスタ331はゲート配線336に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ332のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域に接続される。
なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域は、赤色アノード側電源線337Rに接続された容量素子338と接続している。
In the pixel displaying red, an OLED 334R that emits red light is connected to a drain region of the thin film transistor 332, and a red anode side power line 337R is provided in a source region.
The OLED 334R is provided with a cathode side power supply line 333, the switching thin film transistor 331 is connected to the gate wiring 336, and the gate electrode of the driving thin film transistor 332 is connected to the drain region of the switching thin film transistor 331. Is done.
Note that the drain region of the switching thin film transistor 331 is connected to the capacitor element 338 connected to the red anode-side power line 337R.

また、緑色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタ332のドレイン領域に緑色を発光するOLED334Gが接続され、ソース領域には緑色アノード側電源線337Gが設けられている。
また、OLED334Gには、カソード側電源線333が設けられており、スイッチング用の薄膜トランジスタ331はゲート配線336に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ332のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域に接続される。
なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域は、緑色アノード側電源線337Gに接続された容量素子338と接続している。
In the pixel displaying green, an OLED 334G that emits green light is connected to the drain region of the driving thin film transistor 332, and a green anode-side power line 337G is provided in the source region.
The OLED 334G is provided with a cathode side power supply line 333, the switching thin film transistor 331 is connected to the gate wiring 336, and the gate electrode of the driving thin film transistor 332 is connected to the drain region of the switching thin film transistor 331. Is done.
Note that the drain region of the switching thin film transistor 331 is connected to the capacitor element 338 connected to the green anode power supply line 337G.

また、青色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタ332のドレイン領域に青色を発光するOLED334Bが接続され、ソース領域には青色アノード側電源線337Bが設けられている。
また、OLED334Bには、カソード側電源線333が設けられており、スイッチング用の薄膜トランジスタ331はゲート配線336に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ332のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域に接続される。
なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域は、青色アノード側電源線337Bに接続された容量素子338と接続している。
In the pixel displaying blue, an OLED 334B that emits blue light is connected to the drain region of the driving thin film transistor 332, and a blue anode-side power line 337B is provided in the source region.
The OLED 334B is provided with a cathode side power supply line 333, the switching thin film transistor 331 is connected to the gate wiring 336, and the gate electrode of the driving thin film transistor 332 is connected to the drain region of the switching thin film transistor 331. Is done.
Note that the drain region of the switching thin film transistor 331 is connected to the capacitor 338 connected to the blue anode power supply line 337B.

それぞれ色の異なる画素には発光物質を含む層の材料に応じて異なる電圧をそれぞれ印加する。
なお、ここでは、ソース配線335とアノード側電源線337R、337G、337Bとを平行に形成しているが、これに限られず、ゲート配線336とアノード側電源線337R、337G、337Bとを平行に形成してもよい。
更には、駆動用の薄膜トランジスタ332をマルチゲート電極構造としてもよい。
Different voltages are applied to the pixels of different colors depending on the material of the layer containing the light-emitting substance.
Here, the source wiring 335 and the anode side power supply lines 337R, 337G, and 337B are formed in parallel. However, the present invention is not limited to this, and the gate wiring 336 and the anode side power supply lines 337R, 337G, and 337B are parallel. It may be formed.
Further, the driving thin film transistor 332 may have a multi-gate electrode structure.

また、発光装置において、画面表示の駆動方法は特に限定されず、例えば、点順次駆動方法や線順次駆動方法や面順次駆動方法などを用いればよく、代表的には、線順次駆動方法とし、時分割階調駆動方法や面積階調駆動方法を適宜用いればよい。
その発光装置のソース線に入力する映像信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよく、適宜、映像信号に合わせて駆動回路などを設計すればよい。
In the light-emitting device, the screen display driving method is not particularly limited, and for example, a dot sequential driving method, a line sequential driving method, a surface sequential driving method, or the like may be used. A time-division gradation driving method or an area gradation driving method may be used as appropriate.
The video signal input to the source line of the light emitting device may be an analog signal or a digital signal, and a drive circuit or the like may be designed in accordance with the video signal as appropriate.

また、ビデオ信号がデジタルの発光装置においては、画素に入力されるビデオ信号が定電圧(CV)のものと、定電流(CC)のものとがあり、ビデオ信号が定電圧のもの(CV)には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの(CVCV)と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの(CVCC)とがある。
そのビデオ信号が定電流のもの(CC)には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの(CCCV)と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの(CCCC)とがある。
さらに、発光装置において、静電破壊防止のための保護回路(保護ダイオードなど)を設けてもよい。
In a light emitting device with a digital video signal, a video signal input to a pixel has a constant voltage (CV) and a constant current (CC), and the video signal has a constant voltage (CV). In some cases, there are a constant voltage (CVCV) of a signal applied to the light emitting element and a constant voltage (CVCC) of a signal applied to the light emitting element.
The video signal having a constant current (CC) includes a signal having a constant voltage applied to the light emitting element (CCCV) and a signal having a constant current applied to the light emitting element (CCCC). is there.
Further, a protective circuit (such as a protective diode) for preventing electrostatic breakdown may be provided in the light emitting device.

以上の工程によりアクティブマトリクス型発光素子を有する発光装置を作製することが出来る。
本実施の形態で示す発光装置は、駆動回路や画素部に形成される薄膜トランジスタの半導体層において、結晶の面方位が一定方向に揃っており、そのため、発光素子を駆動する薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能である。
この結果、発光素子の輝度のばらつきを低減することが可能であり、色むらや欠陥の少ない高精細な表示が可能な発光装置を作製することができる。
Through the above process, a light-emitting device having an active matrix light-emitting element can be manufactured.
In the light-emitting device described in this embodiment, crystal plane orientations are aligned in a certain direction in a semiconductor layer of a thin film transistor formed in a driver circuit or a pixel portion; therefore, variation in electrical characteristics of the thin film transistor that drives the light-emitting element Can be suppressed.
As a result, variation in luminance of the light-emitting element can be reduced, and a light-emitting device capable of high-definition display with less color unevenness and defects can be manufactured.

[実施の形態4]
本実施の形態では、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の作製工程を図8〜11を用いて説明する。
また、半導体装置の構成について図12を用いて説明し、更に本実施の形態で示す半導体装置の用途を図13を用いて説明する。
[Embodiment 4]
In this embodiment, a manufacturing process of a semiconductor device capable of transmitting data without contact will be described with reference to FIGS.
In addition, a structure of the semiconductor device is described with reference to FIGS.

図8(A)に示すように、基板401上に剥離膜402を形成する。
次に、実施の形態1及び2と同様に剥離膜402上に絶縁膜403を形成し、絶縁膜403上に薄膜トランジスタ404を形成する。
続いて、その薄膜トランジスタ404を構成する導電膜を絶縁する層間絶縁膜405を形成し、薄膜トランジスタ404の半導体層に接続するソース電極及びドレイン電極406を形成する。
As shown in FIG. 8A, a separation film 402 is formed over a substrate 401.
Next, as in Embodiments 1 and 2, an insulating film 403 is formed over the separation film 402, and a thin film transistor 404 is formed over the insulating film 403.
Subsequently, an interlayer insulating film 405 that insulates a conductive film included in the thin film transistor 404 is formed, and a source electrode and a drain electrode 406 connected to the semiconductor layer of the thin film transistor 404 are formed.

その後薄膜トランジスタ404、層間絶縁膜405、ソース電極及びドレイン電極406を覆う絶縁膜407を形成し、絶縁膜407を介してソース電極またはドレイン電極406に接続する導電膜408を形成する。
なお、基板401としては、基板100と同様のものを用いることができる。
基板としては金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁膜を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いることができるが、ここでは、基板401としてガラス基板を用いる。
After that, an insulating film 407 is formed to cover the thin film transistor 404, the interlayer insulating film 405, and the source and drain electrodes 406, and a conductive film 408 connected to the source or drain electrode 406 through the insulating film 407 is formed.
Note that a substrate similar to the substrate 100 can be used as the substrate 401.
As the substrate, a metal substrate or a stainless steel substrate with an insulating film formed thereon, a heat-resistant plastic substrate that can withstand the processing temperature in this step, or the like can be used. Here, a glass substrate is used as the substrate 401. Use.

剥離膜402は、スパッタリング法やプラズマCVD法、塗布法、印刷法等により、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、珪素(Si)から選択された元素、又は元素を主成分とする合金材料、又は元素を主成分とする化合物材料からなる層を、単層又は積層して形成する。
なお、剥離層402である珪素を含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。
The release film 402 is formed of tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), niobium (Nb), nickel (Ni), sputtering, plasma CVD, coating, printing, or the like. An element selected from cobalt (Co), zirconium (Zr), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), silicon (Si), Alternatively, a layer formed of an alloy material containing an element as a main component or a compound material containing an element as a main component is formed as a single layer or a stacked layer.
Note that the crystal structure of the layer containing silicon which is the separation layer 402 may be any of amorphous, microcrystalline, and polycrystalline.

その剥離膜402が単層構造の場合には、好ましくは、タングステン層、モリブデン層、若しくはタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。
又は、タングステンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、又はモリブデンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物若しくは酸化窒化物を含む層を形成する。
なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。
In the case where the separation film 402 has a single-layer structure, a tungsten layer, a molybdenum layer, or a layer containing a mixture of tungsten and molybdenum is preferably formed.
Alternatively, a layer containing tungsten oxide or oxynitride, a layer containing molybdenum oxide or oxynitride, or a layer containing an oxide or oxynitride of a mixture of tungsten and molybdenum is formed.
Note that the mixture of tungsten and molybdenum corresponds to, for example, an alloy of tungsten and molybdenum.

その剥離膜402が積層構造の場合には、好ましくは、1層目としてタングステン層、モリブデン層、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、2層目として、タングステン、モリブデン又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物、窒化物、酸化窒化物又は窒化酸化物を形成する。
その剥離膜402として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁膜を形成することで、タングステン層と絶縁膜との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。
In the case where the separation film 402 has a stacked structure, preferably, a tungsten layer, a molybdenum layer, or a layer containing a mixture of tungsten and molybdenum is formed as a first layer, and tungsten, molybdenum, or tungsten and molybdenum is formed as a second layer. To form oxides, nitrides, oxynitrides or nitride oxides.
In the case where a layered structure of a layer containing tungsten and a layer containing tungsten oxide is formed as the release film 402, a layer containing tungsten is formed, and an insulating film formed of an oxide is formed thereover. Alternatively, the fact that a layer containing an oxide of tungsten is formed at the interface between the tungsten layer and the insulating film may be utilized.

さらには、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、N2Oプラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理、水素が添加された水での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。
これは、タングステンの窒化物、酸化窒化物及び窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様であり、タングステンを含む層を形成後、その上層に窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層を形成するとよい。
Furthermore, the surface of the layer containing tungsten is subjected to thermal oxidation treatment, oxygen plasma treatment, N 2 O plasma treatment, treatment with a solution having strong oxidizing power such as ozone water, treatment with water to which hydrogen is added, and the like. Alternatively, a layer containing an oxide of tungsten may be formed.
The same applies to the case where a layer containing tungsten nitride, oxynitride, and nitride oxide is formed. After a layer containing tungsten is formed, a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer, and a silicon nitride oxide layer are formed thereon. A layer may be formed.

タングステンの酸化物は、WOxで表される。xは2≦x≦3の範囲内にあり、xが2の場合(WO2)、xが2.5の場合(W25)、xが2.75の場合(W411)、xが3の場合(WO3)などがある。
ここでは、スパッタリング法により厚さ20〜100nm、好ましくは40〜80nmのタングステン膜を形成する。
なお、上記の工程によると、基板401に接するように剥離膜402を形成しているが、本発明はこの工程に制約されることはなく、基板401に接するように下地となる絶縁膜を形成し、その絶縁膜に接するように剥離膜402を設けてもよい。
Tungsten oxide is represented by WO x . x is in the range of 2 ≦ x ≦ 3, when x is 2 (WO 2 ), when x is 2.5 (W 2 O 5 ), when x is 2.75 (W 4 O 11 ) X is 3 (WO 3 ).
Here, a tungsten film having a thickness of 20 to 100 nm, preferably 40 to 80 nm, is formed by a sputtering method.
Note that according to the above process, the separation film 402 is formed so as to be in contact with the substrate 401, but the present invention is not limited to this process, and an insulating film serving as a base is formed so as to be in contact with the substrate 401. Alternatively, the separation film 402 may be provided so as to be in contact with the insulating film.

剥離膜上に形成される絶縁膜403は、絶縁膜101と同様に形成することができるが、ここでは、N2Oガスを流しながらプラズマを発生させて剥離膜402表面に酸化タングステン膜を形成した後、プラズマCVD法により、窒素を含む酸化珪素膜を形成する。
薄膜トランジスタ404は、実施の形態2に示す薄膜トランジスタ225〜227と同様に形成することができる。
ソース電極及びドレイン電極406は、実施の形態2に示す配線234〜239と同様に形成することができる。
The insulating film 403 formed over the separation film can be formed in a manner similar to that of the insulating film 101. Here, a tungsten oxide film is formed on the surface of the separation film 402 by generating plasma while flowing N 2 O gas. After that, a silicon oxide film containing nitrogen is formed by a plasma CVD method.
The thin film transistor 404 can be formed in a manner similar to that of the thin film transistors 225 to 227 described in Embodiment 2.
The source and drain electrodes 406 can be formed in a manner similar to the wirings 234 to 239 described in Embodiment 2.

それらソース電極及びドレイン電極406を覆う層間絶縁膜405及び絶縁膜407は、ポリイミド、アクリル、またはシロキサンポリマーを塗布し焼成して形成することができるが、スパッタリング法やプラズマCVD法、塗布法、印刷法等により、無機化合物を用いて単層又は積層で形成してもよい。
その無機化合物の代表例としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素がある。
The interlayer insulating film 405 and the insulating film 407 that cover the source and drain electrodes 406 can be formed by applying and baking polyimide, acrylic, or siloxane polymer. However, sputtering, plasma CVD, application, printing By a method or the like, a single layer or a stacked layer may be formed using an inorganic compound.
Typical examples of the inorganic compound include silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.

次に、図8(B)に示すように、導電膜408上に導電膜411を形成する。
ここでは、印刷法により金粒子を有する組成物を印刷し、200℃で30分加熱して組成物を焼成して導電膜411を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 8B, a conductive film 411 is formed over the conductive film 408.
Here, a composition having gold particles is printed by a printing method, heated at 200 ° C. for 30 minutes, and the composition is baked to form the conductive film 411.

続いて、図8(C)に示すように、絶縁膜407及び導電膜411の端部を覆う絶縁膜412を形成するが、ここでは、絶縁膜407及び導電膜411の端部を覆う絶縁膜412を、エポキシ樹脂を用いて形成する。
その際には、エポキシ樹脂の組成物をスピンコート法により塗布し、160℃で30分加熱した後、導電膜411を覆う部分の絶縁膜を除去して、導電膜411を露出すると共に、厚さ1〜20μm、好ましくは5〜10μmの絶縁膜412を形成する。
なお、ここでは、絶縁膜403から絶縁膜412までの積層体を素子形成層410とする。
Next, as illustrated in FIG. 8C, an insulating film 412 is formed to cover end portions of the insulating film 407 and the conductive film 411. Here, the insulating film covers end portions of the insulating film 407 and the conductive film 411. 412 is formed using an epoxy resin.
In that case, the composition of the epoxy resin is applied by spin coating, heated at 160 ° C. for 30 minutes, the insulating film covering the conductive film 411 is removed, the conductive film 411 is exposed, and the thickness is increased. An insulating film 412 having a thickness of 1 to 20 μm, preferably 5 to 10 μm is formed.
Note that here, a stacked body from the insulating film 403 to the insulating film 412 is referred to as an element formation layer 410.

次に、図8(D)に示すように、後の剥離工程を容易に行うために、レーザ光413を絶縁膜403、405、407、及び絶縁膜412に照射して、図8(E)に示すような開口部414を形成し、その後、絶縁膜412に粘着部材415を貼りあわせる。
その開口部414を形成するために照射するレーザ光としては、絶縁膜403、405、407、または絶縁膜412が吸収する波長を有するレーザ光が好ましく、代表的には、紫外領域、可視領域、又は赤外領域のレーザ光を適宜選択して照射する。
Next, as illustrated in FIG. 8D, the insulating films 403, 405, and 407, and the insulating film 412 are irradiated with laser light 413 in order to easily perform the subsequent peeling step, so that FIG. An opening 414 as shown in FIG. 6 is formed, and then an adhesive member 415 is bonded to the insulating film 412.
As the laser light irradiated to form the opening 414, a laser beam having a wavelength absorbed by the insulating films 403, 405, and 407 or the insulating film 412 is preferable. Typically, an ultraviolet region, a visible region, Alternatively, the laser beam in the infrared region is appropriately selected and irradiated.

このようなレーザ光を発振することが可能なレーザ発振器としては、KrF、ArF、XeCl等のエキシマレーザ発振器、He、He−Cd、Ar、He−Ne、HF、CO2等の気体レーザ発振器、YAG、GdVO4、YVO4、YLF、YAlO3などの結晶にCr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmをドープした結晶、ガラス、ルビー等の固体レーザ発振器、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等の半導体レーザ発振器を用いることができる。
なお、その固体レーザ発振器においては基本波〜第5高調波を適宜適用するのが好ましい。
Examples of laser oscillators that can oscillate such laser light include excimer laser oscillators such as KrF, ArF, and XeCl, gas laser oscillators such as He, He—Cd, Ar, He—Ne, HF, and CO 2 . Crystals such as YAG, GdVO 4 , YVO 4 , YLF, and YAlO 3 doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, or Tm, solid laser oscillators such as glass and ruby, GaN, GaAs, and GaAlAs A semiconductor laser oscillator such as InGaAsP can be used.
In the solid-state laser oscillator, it is preferable to appropriately apply the fundamental wave to the fifth harmonic.

レーザ照射の結果、絶縁膜403、405、407、412がレーザ光413を吸収し溶融して開口部が形成される。
なお、レーザ光413を絶縁膜403、405、407、及び絶縁膜412に照射する工程を省くことで、スループットを向上させることが可能である。
As a result of the laser irradiation, the insulating films 403, 405, 407, and 412 absorb the laser light 413 and are melted to form openings.
Note that throughput can be improved by omitting the step of irradiating the insulating films 403, 405, and 407 and the insulating film 412 with the laser light 413.

次に、図9(A)に示すように、剥離膜402及び絶縁膜403の界面に形成される金属酸化物膜において、剥離膜を有する基板401及び素子形成層の一部421を物理的手段により剥離する。
その際の物理的手段とは、力学的手段または機械的手段を指し、何らかの力学的エネルギー(機械的エネルギー)を変化させる手段を指しており、その手段は、代表的には機械的な力を加えること(例えば人間の手や把治具で引き剥がす処理や、ローラーを支点としてローラーを回転させながら分離する処理)である。
Next, as shown in FIG. 9A, in the metal oxide film formed at the interface between the separation film 402 and the insulating film 403, the substrate 401 having the separation film and the part 421 of the element formation layer are physically attached. Peel off.
The physical means in this case refers to a mechanical means or a mechanical means, and means a means for changing some mechanical energy (mechanical energy). The means is typically a mechanical force. Adding (for example, a process of peeling with a human hand or a grip jig, or a process of separating while rotating the roller with the roller as a fulcrum).

以上の剥離工程は、熱処理で収縮しない層と、熱処理で収縮する層と、その中間の層とを有し、剥離工程の完了時または剥離工程中に熱処理を行うことにより、過ストレス状態を中間層又はその近傍領域で有せしめ、その後刺激を与えることにより中間層またはその近傍領域で剥離せしめることを特徴とする。
そのようにすると、非晶質珪素膜の結晶化や、不純物の活性化、水素出し等の加熱処理において、剥離膜402は収縮しないが、絶縁膜403及び絶縁膜412は収縮し、さらに剥離膜402及び絶縁膜403の界面に酸化タングステン層(WOx、2≦x≦3)が形成される。
その酸化タングステン層は脆いため、上記物理的手段により分離されやすく、その結果、上記物理的手段により素子形成層の一部421を基板401から剥離することができる。
The above peeling process has a layer that does not shrink by heat treatment, a layer that shrinks by heat treatment, and an intermediate layer between them. By performing heat treatment when the peeling process is completed or during the peeling process, the overstress state is intermediate. It is characterized in that it is applied in the layer or in the vicinity thereof, and then peeled off in the intermediate layer or in the vicinity thereof by applying a stimulus.
In that case, in the heat treatment such as crystallization of the amorphous silicon film, activation of impurities, and hydrogen extraction, the separation film 402 does not contract, but the insulating film 403 and the insulating film 412 contract, and further the separation film A tungsten oxide layer (WO x , 2 ≦ x ≦ 3) is formed at the interface between 402 and the insulating film 403.
Since the tungsten oxide layer is fragile, it is easily separated by the physical means. As a result, a part 421 of the element formation layer can be peeled from the substrate 401 by the physical means.

本実施の形態4においては、剥離膜と絶縁膜の間に金属酸化膜を形成し、物理的手段により、素子形成層410を剥離する方法を用いたがこれに限られない。
基板に透光性を有する基板を用い、剥離膜に水素を含む非晶質珪素層を用い、図8(E)の工程の後、基板側からレーザ光を照射して非晶質珪素膜に含まれる水素を気化させて、基板と剥離膜との間で剥離する方法を用いることができる。
In the fourth embodiment, the metal oxide film is formed between the peeling film and the insulating film, and the element forming layer 410 is peeled off by physical means. However, the present invention is not limited to this.
A light-transmitting substrate is used as the substrate, an amorphous silicon layer containing hydrogen is used as the separation film, and laser light is irradiated from the substrate side to the amorphous silicon film after the step of FIG. A method can be used in which hydrogen contained is vaporized and separated between the substrate and the separation film.

また、図8(E)の工程の後、基板を機械的に研磨し除去する方法や、基板をHF等の溶液を用いて溶解し基板を除去する方法を用いることができ、この場合、剥離膜を用いなくともよい。
さらに、図8(E)において、粘着部材415を絶縁膜412に貼りあわせる前に、開口部414にNF3、BrF3、ClF3等のフッ化ガスを導入し、剥離膜をフッ化ガスでエッチングし除去した後、絶縁膜412に粘着部材415を貼りあわせて、基板から素子形成層の一部421を剥離する方法を用いることができる。
Further, after the step of FIG. 8E, a method of mechanically polishing and removing the substrate or a method of removing the substrate by dissolving the substrate with a solution of HF or the like can be used. It is not necessary to use a film.
Further, in FIG. 8E, before bonding the adhesive member 415 to the insulating film 412, a fluorinated gas such as NF 3 , BrF 3 , or ClF 3 is introduced into the opening 414, and the release film is made of fluorinated gas. After etching and removing, a method in which an adhesive member 415 is attached to the insulating film 412 and a part 421 of the element formation layer is peeled from the substrate can be used.

また、図8(E)において、粘着部材415を絶縁膜412に貼りあわせる前に、開口部414にNF3、BrF3、ClF3などのフッ化ガスを導入し、剥離膜の一部をフッ化ガスでエッチングし除去した後、絶縁膜412に粘着部材415を貼りあわせて、基板から素子形成層の一部421を物理的手段により剥離する方法を用いることができる。 Further, in FIG. 8E, before the adhesive member 415 is attached to the insulating film 412, a fluorine gas such as NF 3 , BrF 3 , or ClF 3 is introduced into the opening 414 so that a part of the separation film is covered. After the etching gas is removed by etching, an adhesive member 415 is attached to the insulating film 412, and a part 421 of the element formation layer is peeled off from the substrate by a physical means.

次に、図9(B)に示すように、素子形成層の一部421の絶縁膜403に、可撓性基板422を貼り付け、その後粘着部材415を素子形成層の一部421から剥す。
ここでは、可撓性基板422として、キャスト法によりポリアニリンで形成されたフィルムを用い、その後、図9(C)に示すように、可撓性基板422をダイシングフレーム432のUVシート431に貼り付けるが、このUVシート431は粘着性を有するためUVシート431上に可撓性基板422が固定される。
この後、導電膜411にレーザ光を照射して、導電膜411と導電膜408の間の密着性を高めてもよい。
続いて、図9(D)に示すように、導電膜411上に接続端子433を形成する。
この接続端子433を形成することで、後にアンテナとして機能する導電膜との位置合わせ及び接着を容易に行うことが可能である。
Next, as illustrated in FIG. 9B, the flexible substrate 422 is attached to the insulating film 403 of the part 421 of the element formation layer, and then the adhesive member 415 is peeled from the part 421 of the element formation layer.
Here, a film formed of polyaniline by a casting method is used as the flexible substrate 422, and then the flexible substrate 422 is attached to the UV sheet 431 of the dicing frame 432 as shown in FIG. 9C. However, since the UV sheet 431 has adhesiveness, the flexible substrate 422 is fixed on the UV sheet 431.
After that, the conductive film 411 may be irradiated with laser light to improve the adhesion between the conductive film 411 and the conductive film 408.
Subsequently, as illustrated in FIG. 9D, a connection terminal 433 is formed over the conductive film 411.
By forming the connection terminal 433, it is possible to easily perform alignment and adhesion with a conductive film that functions as an antenna later.

次に、図10(A)に示すように、素子形成層の一部421を分断する。
ここでは、素子形成層の一部421及び可撓性基板422にレーザ光434を照射して、図10(B)に示すように、素子形成層の一部421を複数に分断する。
このレーザ光434は、レーザ光413に例示のレーザ光を適宜選択して適用することができるが、ここでは、絶縁膜403、405、407、及び絶縁膜412、並びに可撓性基板422が吸収可能なレーザ光を選択することが好ましい。
なお、ここでは、レーザカット法を用いて素子形成層の一部を複数に分断したが、この方法の代わりにダイシング法、スクライビング法等を適宜用いることができ、その結果、分断された素子形成層を薄膜集積回路442a、442bと示す。
Next, as illustrated in FIG. 10A, a part 421 of the element formation layer is divided.
Here, the part 421 of the element formation layer and the flexible substrate 422 are irradiated with laser light 434, so that the part 421 of the element formation layer is divided into a plurality of portions as illustrated in FIG.
As the laser light 434, the laser light 413 can be selected as appropriate from the laser light 413, and here, the insulating films 403, 405, 407, the insulating film 412, and the flexible substrate 422 absorb the laser light 434. It is preferable to select a possible laser beam.
Here, although a part of the element formation layer is divided into a plurality of parts by using the laser cut method, a dicing method, a scribing method, or the like can be appropriately used instead of this method, and as a result, the divided element formation is performed. The layers are denoted as thin film integrated circuits 442a, 442b.

次に、図10(C)に示すように、ダイシングフレーム432のUVシートにUV光を照射して、UVシート431の粘着力を低下させた後、UVシート431をエキスパンダ枠444で支持する。
その際、UVシート431を伸ばしながらエキスパンダ枠444で支持することで、薄膜集積回路442a、442bの間に形成された溝441の幅を拡大することができる。
なお、拡大された溝446は、後に薄膜集積回路442a、442bに貼りあわせられるアンテナ基板の大きさにあわせることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 10C, the UV sheet of the dicing frame 432 is irradiated with UV light to reduce the adhesive strength of the UV sheet 431, and then the UV sheet 431 is supported by the expander frame 444. .
At that time, the width of the groove 441 formed between the thin film integrated circuits 442a and 442b can be increased by supporting the expander frame 444 while extending the UV sheet 431.
Note that the enlarged groove 446 is preferably matched with the size of the antenna substrate to be bonded to the thin film integrated circuits 442a and 442b later.

次に、図11(A)に示すように、アンテナとして機能する導電膜452a、452bを有する可撓性基板456と、薄膜集積回路442a、442bとを異方性導電接着剤455a、455bを用いて貼りあわせる。
なお、アンテナとして機能する導電膜452a、452bを有する可撓性基板456には、導電膜452a、452bの一部が露出するように、開口部が設けられている。
また、アンテナとして機能する導電膜452a、452bを覆う絶縁膜453が可撓性基板456上に形成される。
Next, as shown in FIG. 11A, a flexible substrate 456 having conductive films 452a and 452b functioning as antennas and thin film integrated circuits 442a and 442b are used with anisotropic conductive adhesives 455a and 455b. And paste them together.
Note that the flexible substrate 456 including the conductive films 452a and 452b functioning as antennas is provided with openings so that parts of the conductive films 452a and 452b are exposed.
In addition, an insulating film 453 covering the conductive films 452a and 452b functioning as antennas is formed over the flexible substrate 456.

このため、アンテナとして機能する導電膜452a、452bと薄膜集積回路442a、442bの接続端子とが、異方性導電接着剤455a、455bに含まれる導電性粒子454a、454bとで接続されるように、位置合わせしながら貼りあわせる。
ここでは、アンテナとして機能する導電膜452aと薄膜集積回路442aとが、異方性導電接着剤455a中の導電性粒子454aによって接続され、アンテナとして機能する導電膜452bと薄膜集積回路442bとが、異方性導電接着剤455b中の導電性粒子454bによって接続される。
Therefore, the conductive films 452a and 452b functioning as antennas and the connection terminals of the thin film integrated circuits 442a and 442b are connected to the conductive particles 454a and 454b included in the anisotropic conductive adhesives 455a and 455b. , Paste together while aligning.
Here, the conductive film 452a functioning as an antenna and the thin film integrated circuit 442a are connected by the conductive particles 454a in the anisotropic conductive adhesive 455a, and the conductive film 452b functioning as an antenna and the thin film integrated circuit 442b are They are connected by conductive particles 454b in the anisotropic conductive adhesive 455b.

次に、図11(B)に示すように、アンテナとして機能する導電膜452a、452bと、薄膜集積回路442a、442bとが形成されない領域において、絶縁膜453及び可撓性基板456を分断する。
ここでは、絶縁膜453及び可撓性基板456にレーザ光461を照射するレーザカット法により分断を行う。
以上の工程により、図11(C)に示すように、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置462a、462bを作製することができる。
Next, as illustrated in FIG. 11B, the insulating film 453 and the flexible substrate 456 are separated in regions where the conductive films 452a and 452b functioning as antennas and the thin film integrated circuits 442a and 442b are not formed.
Here, the insulating film 453 and the flexible substrate 456 are divided by a laser cut method in which laser light 461 is irradiated.
Through the above steps, as illustrated in FIG. 11C, semiconductor devices 462a and 462b that can transmit data without contact can be manufactured.

なお、図11(A)において、アンテナとして機能する導電膜452a、452bを有する可撓性基板456と、薄膜集積回路442a、442bとを異方性導電接着剤455a、455bを用いて貼りあわせた後、可撓性基板456と薄膜集積回路442a、442bとを封止するように可撓性基板463を設け、図11(B)のように、アンテナとして機能する導電膜452a、452bと、薄膜集積回路442a、442bとが形成されない領域において、レーザ光461を照射して、図11(D)に示すような半導体装置464を作製してもよい。
この場合、分断された可撓性基板456、463によって、薄膜集積回路が封止されるため、薄膜集積回路の劣化を抑制することが可能である。
Note that in FIG. 11A, a flexible substrate 456 including conductive films 452a and 452b functioning as antennas and thin film integrated circuits 442a and 442b are attached to each other with anisotropic conductive adhesives 455a and 455b. After that, a flexible substrate 463 is provided so as to seal the flexible substrate 456 and the thin film integrated circuits 442a and 442b. As shown in FIG. 11B, conductive films 452a and 452b functioning as antennas and thin films A semiconductor device 464 as illustrated in FIG. 11D may be manufactured by irradiation with a laser beam 461 in a region where the integrated circuits 442a and 442b are not formed.
In this case, since the thin film integrated circuit is sealed by the divided flexible substrates 456 and 463, deterioration of the thin film integrated circuit can be suppressed.

以上の工程により、薄型で軽量な半導体装置を歩留まり高く作製することが可能である。
また、半導体装置の薄膜トランジスタの半導体層の結晶の面方位を一定方向にそろえることが可能であるため、薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能である。
このため、信頼性の高い半導体装置を作製することができる。
Through the above process, a thin and lightweight semiconductor device can be manufactured with high yield.
In addition, since the crystal plane orientation of the semiconductor layer of the thin film transistor of the semiconductor device can be aligned in a certain direction, variation in electrical characteristics of the thin film transistor can be suppressed.
For this reason, a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

次に上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の構成について、図12を参照して説明する。
本実施の形態4の半導体装置は、大別して、アンテナ部2001、電源部2002、ロジック部2003から構成される。
そのアンテナ部2001は、外部信号の受信とデータの送信を行うためのアンテナ2011からなり、また半導体装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。
なお、その伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければよい。
Next, a structure of the semiconductor device capable of transmitting data without contact will be described with reference to FIG.
The semiconductor device according to the fourth embodiment is roughly composed of an antenna unit 2001, a power supply unit 2002, and a logic unit 2003.
The antenna unit 2001 includes an antenna 2011 for receiving an external signal and transmitting data, and a signal transmission method in the semiconductor device can use an electromagnetic coupling method, an electromagnetic induction method, a microwave method, or the like. .
Note that the transmission method may be appropriately selected by the practitioner in consideration of the intended use, and an optimal antenna may be provided according to the transmission method.

電源部2002は、アンテナ2011を介して外部から受信した信号により電源を作る整流回路2021と、作りだした電源を保持するための保持容量2022と、定電圧回路2023からなる。
ロジック部2003は、受信した信号を復調する復調回路2031と、クロック信号を生成するクロック生成・補正回路2032と、コード認識及び判定回路2033と、メモリからデータを読み出すための信号を受信信号により作り出すメモリコントローラ2034と、符号化した信号を受信信号にのせるための変調回路2035と、読み出したデータを符号化する符号化回路2037と、データを保持するマスクROM2038とを有する。
なお、変調回路2035は変調用抵抗2036を有する。
The power supply unit 2002 includes a rectifier circuit 2021 that generates power based on a signal received from the outside via the antenna 2011, a storage capacitor 2022 that stores the generated power supply, and a constant voltage circuit 2023.
The logic unit 2003 generates a demodulation signal 2031 for demodulating the received signal, a clock generation / correction circuit 2032 for generating a clock signal, a code recognition / determination circuit 2033, and a signal for reading data from the memory based on the received signal. The memory controller 2034 includes a modulation circuit 2035 for putting the encoded signal on the reception signal, an encoding circuit 2037 for encoding the read data, and a mask ROM 2038 for holding the data.
Note that the modulation circuit 2035 includes a modulation resistor 2036.

コード認識及び判定回路2033が認識・判定するコードは、フレーム終了信号(EOF:end of frame)、フレーム開始信号(SOF:start of frame)、フラグ、コマンドコード、マスク長(mask length)、マスク値(mask value)等である。
また、コード認識及び判定回路2033は、送信エラーを識別する巡回冗長検査(CRC:cyclic redundancy check)機能も含む。
The codes recognized and determined by the code recognition and determination circuit 2033 are a frame end signal (EOF: end of frame), a frame start signal (SOF), a flag, a command code, a mask length (mask length), and a mask value. (Mask value) and the like.
The code recognition and determination circuit 2033 also includes a cyclic redundancy check (CRC) function for identifying a transmission error.

次に、上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途について図13を用いて示す。
上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置9210の用途は広範にわたるが、例えば、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13(A)参照)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図13(C)参照)、記録媒体(DVDソフトやビデオテープ等、図13(B)参照)、乗物類(自転車等、図13(D)参照)、身の回り品(鞄や眼鏡等)、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札(図13(E)、図13(F)参照)等の物品に設けて使用することができる。
Next, an application of the semiconductor device capable of transmitting data without contact will be described with reference to FIGS.
Although the semiconductor device 9210 capable of transmitting data without contact is widely used, for example, banknotes, coins, securities, bearer bonds, certificates (driver's license, resident's card, etc., FIG. 13A) Reference), packaging containers (wrapping paper, bottles, etc., see FIG. 13C), recording media (DVD software, video tape, etc., see FIG. 13B), vehicles (bicycles, etc., FIG. 13D) )), Personal items (such as bags and glasses), foods, plants, animals, human bodies, clothing, daily necessities, electronic devices, etc. and luggage tags (FIGS. 13E and 13F) ))) And the like can be used.

本実施の形態4の半導体装置9210は、プリント基板に実装したり、表面に貼ったり、埋め込んだりして、物品に固定される。
例えば、本なら紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりして、各物品に固定される。
本実施の形態の半導体装置9210は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。
The semiconductor device 9210 of the fourth embodiment is fixed to an article by being mounted on a printed board, pasted on the surface, or embedded.
For example, a book is embedded in paper, and a package made of an organic resin is embedded in the organic resin, and is fixed to each article.
Since the semiconductor device 9210 of this embodiment realizes small size, thinness, and light weight, the design of the article itself is not impaired even after being fixed to the article.

また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本実施の形態4の半導体装置9210を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。
また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本実施の形態の半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。
Further, by providing the semiconductor device 9210 of the fourth embodiment on bills, coins, securities, bearer bonds, certificates, etc., an authentication function can be provided. Can be prevented.
In addition, by providing the semiconductor device of this embodiment in packaging containers, recording media, personal items, foods, clothing, daily necessities, electronic devices, etc., it is possible to improve the efficiency of systems such as inspection systems. it can.

[実施の形態5]
上記実施の形態2ないし4に示される半導体装置を有する電子機器として、テレビジョン装置(単にテレビ、又はテレビジョン受信機ともよぶ)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話装置(単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ)、PDA等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コンピュータ用のモニター、コンピュータ、カーオーディオ等の音響再生装置、家庭用ゲーム機等の記録媒体を備えた画像再生装置等が挙げられる。
その具体例について、図14を参照して実施の形態5として説明する。
[Embodiment 5]
As electronic devices including the semiconductor device described in any of Embodiments 2 to 4, a television device (also simply referred to as a television or a television receiver), a digital camera, a digital video camera, a mobile phone device (simply a mobile phone or a mobile phone) (Also called a telephone), portable information terminals such as PDAs, portable game machines, computer monitors, computers, sound reproduction apparatuses such as car audio, and image reproduction apparatuses equipped with recording media such as home game machines. .
A specific example thereof will be described as a fifth embodiment with reference to FIG.

図14(A)に示す携帯情報端末は、本体9201、表示部9202等を含んでおり、表示部9202に、上記実施の形態2及び3に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯情報端末を安価に提供することができる。
図14(B)に示すデジタルビデオカメラは、表示部9701、表示部9702等を含んでおり、表示部9701に、上記実施の形態2及び3に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なデジタルビデオカメラを安価に提供することができる。
図14(C)に示す携帯端末は、本体9101、表示部9102等を含んでおり、表示部9102に、上記実施の形態2及び3に示すものを適用することにより、信頼性の高い携帯端末を安価に提供することができる。
A portable information terminal illustrated in FIG. 14A includes a main body 9201, a display portion 9202, and the like. By applying the display portion 9202 to that described in Embodiments 2 and 3, high-definition display can be performed. A possible portable information terminal can be provided at low cost.
A digital video camera shown in FIG. 14B includes a display portion 9701, a display portion 9702, and the like. By applying the display portion 9701 to the display portions in Embodiment Modes 2 and 3, high-definition display can be performed. Can be provided at low cost.
A portable terminal illustrated in FIG. 14C includes a main body 9101, a display portion 9102, and the like, and by applying the display portion 9102 to the one described in Embodiments 2 and 3, a highly reliable portable terminal Can be provided at low cost.

図14(D)に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体9301、表示部9302等を含んでいる。表示部9302に、上記実施の形態2及び3に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯型のテレビジョン装置を安価に提供することができる。
このようなテレビジョン装置は携帯電話などの携帯端末に搭載する小型のものから、持ち運びをすることができる中型のもの、また、大型のもの(例えば40インチ以上)まで、幅広く適用することができる。
A portable television device shown in FIG. 14D includes a main body 9301, a display portion 9302, and the like. By applying any of the display modes described in Embodiments 2 and 3 to the display portion 9302, a portable television device capable of high-definition display can be provided at low cost.
Such a television device can be widely applied from a small one mounted on a portable terminal such as a cellular phone to a medium-sized one that can be carried and a large one (for example, 40 inches or more). .

図14(E)に示す携帯型のコンピュータは、本体9401、表示部9402等を含んでおり、その表示部9402に、上記実施の形態2及び3に示すものを適用することにより、高画質な表示が可能な携帯型のコンピュータを安価に提供することができる。
図14(F)に示すテレビジョン装置は、本体9501、表示部9502等を含んでおり、表示部9502に、上記実施の形態2及び3に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を安価に提供することができる。
A portable computer shown in FIG. 14E includes a main body 9401, a display portion 9402, and the like. By applying the display portion 9402 to those described in Embodiments 2 and 3, high image quality can be obtained. A portable computer capable of display can be provided at low cost.
A television device illustrated in FIG. 14F includes a main body 9501, a display portion 9502, and the like. By applying the display portion 9502 to any of Embodiments 2 and 3, high-definition display can be performed. A possible television device can be provided at low cost.

ここで、テレビジョン装置の構成について、図15を用いて説明するが、その図15は、テレビジョン装置の主要な構成を示すブロック図である。
チューナ9511は映像信号と音声信号を受信し、映像信号は、映像検波回路9512と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路9513と、その映像信号をドライバICの入力仕様に変換するためのコントロール回路9514により処理される。
Here, the configuration of the television device will be described with reference to FIG. 15. FIG. 15 is a block diagram showing the main configuration of the television device.
The tuner 9511 receives a video signal and an audio signal. The video signal includes a video detection circuit 9512 and a video signal processing circuit 9513 that converts a signal output from the video signal into a color signal corresponding to each color of red, green, and blue. The video signal is processed by the control circuit 9514 for converting the input signal into the input specification of the driver IC.

コントロール回路9514は、表示パネル9515の走査線駆動回路9516と信号線駆動回路9517にそれぞれ信号が出力するものであり、デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路9518を設け、入力デジタル信号をm個に分割して供給する構成としても良い。
チューナ9511で受信した信号のうち、音声信号は音声検波回路9521に送られ、その出力は音声信号処理回路9522を経てスピーカー9523に供給される。
制御回路9524は受信局(受信周波数)や音量の制御情報を入力部9525から受け、チューナ9511や音声信号処理回路9522に信号を送出する。
The control circuit 9514 outputs signals to the scanning line driving circuit 9516 and the signal line driving circuit 9517 of the display panel 9515. In the case of digital driving, a signal dividing circuit 9518 is provided on the signal line side, and input digital A configuration may be employed in which the signal is divided into m and supplied.
Of the signals received by the tuner 9511, the audio signal is sent to the audio detection circuit 9521, and the output is supplied to the speaker 9523 through the audio signal processing circuit 9522.
The control circuit 9524 receives control information on the receiving station (reception frequency) and volume from the input unit 9525 and sends a signal to the tuner 9511 and the audio signal processing circuit 9522.

このテレビジョン装置は、表示パネル9515を含んで構成されることにより、テレビジョン装置の低消費電力を図ることが可能であり、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を作製することが可能である。
なお、本発明はテレビ受像機に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。
By including a display panel 9515 in this television device, the power consumption of the television device can be reduced and a television device capable of high-definition display can be manufactured. is there.
Note that the present invention is not limited to a television receiver, and is applied to various uses as a display medium of a particularly large area such as a personal computer monitor, an information display board at a railway station or an airport, and an advertisement display board in a street. can do.

次に、本発明の半導体装置を実装した電子機器の一態様として、携帯電話機を図16を用いて説明する。
携帯電話機は、筐体2700、2706、パネル2701、ハウジング2702、プリント配線基板2703、操作ボタン2704、バッテリ2705を有し(図16参照)、パネル2701はハウジング2702に脱着自在に組み込まれ、ハウジング2702はプリント配線基板2703に嵌着される。
ハウジング2702はパネル2701が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。
Next, a mobile phone will be described with reference to FIG. 16 as one embodiment of an electronic device on which the semiconductor device of the present invention is mounted.
The cellular phone includes housings 2700 and 2706, a panel 2701, a housing 2702, a printed wiring board 2703, operation buttons 2704, and a battery 2705 (see FIG. 16). The panel 2701 is incorporated in the housing 2702 so as to be detachable. Is fitted to the printed wiring board 2703.
The shape and dimensions of the housing 2702 are changed as appropriate in accordance with the electronic device in which the panel 2701 is incorporated.

プリント配線基板2703には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの1つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。
プリント配線基板2703に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット(CPU:Central Processing Unit)、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。
A plurality of packaged semiconductor devices are mounted on the printed wiring board 2703, and the semiconductor device of the present invention can be used as one of them.
The plurality of semiconductor devices mounted on the printed wiring board 2703 have any one function of a controller, a central processing unit (CPU), a memory, a power supply circuit, a sound processing circuit, a transmission / reception circuit, and the like.

パネル2701は、接続フィルム2708を介して、プリント配線基板2703に接続される。
上記のパネル2701、ハウジング2702、プリント配線基板2703は、操作ボタン2704やバッテリ2705と共に、筐体2700、2706の内部に収納され、パネル2701が含む画素領域2709は、筐体2700に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。
Panel 2701 is connected to printed wiring board 2703 through connection film 2708.
The panel 2701, the housing 2702, and the printed wiring board 2703 are housed in the housings 2700 and 2706 together with the operation buttons 2704 and the battery 2705, and the pixel region 2709 included in the panel 2701 has an opening provided in the housing 2700. It is arranged so that it can be seen from the window.

パネル2701は、画素部と一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の低い駆動回路)を基板上にTFTを用いて一体形成し、一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の高い駆動回路)をICチップ上に形成してもよい。
そのICチップをCOG(Chip On Glass)でパネル2701に実装してもよく、あるいは、そのICチップをTAB(Tape Automated Bonding)やプリント基板を用いてガラス基板と接続してもよい。
In the panel 2701, a pixel portion and some peripheral driver circuits (a driver circuit having a low operating frequency among a plurality of driver circuits) are integrally formed using a TFT on a substrate, and some peripheral driver circuits (a plurality of driver circuits) are formed. Among them, a drive circuit having a high operating frequency may be formed on the IC chip.
The IC chip may be mounted on the panel 2701 by COG (Chip On Glass), or the IC chip may be connected to a glass substrate by using TAB (Tape Automated Bonding) or a printed board.

なお、一部の周辺駆動回路を基板上に画素部と一体形成し、他の周辺駆動回路を形成したICチップをCOG等で実装したパネルの構成の一例を図17(A)に示す。
なお、図17(A)のパネルは、基板3900、信号線駆動回路3901、画素部3902、走査線駆動回路3903、走査線駆動回路3904、FPC3905、ICチップ3906、ICチップ3907、封止基板3908、シール材3909を有する。
このような構成とすることで、表示装置の低消費電力化を図り、携帯電話機の一回の充電による使用時間を長くすることができる。
また、携帯電話機の低コスト化を図ることができる。
Note that FIG. 17A illustrates an example of a structure of a panel in which some peripheral driver circuits are formed integrally with a pixel portion over a substrate and an IC chip on which other peripheral driver circuits are formed is mounted by COG or the like.
Note that the panel in FIG. 17A includes a substrate 3900, a signal line driver circuit 3901, a pixel portion 3902, a scan line driver circuit 3903, a scan line driver circuit 3904, an FPC 3905, an IC chip 3906, an IC chip 3907, and a sealing substrate 3908. And a sealant 3909.
With such a structure, the power consumption of the display device can be reduced, and the usage time by one charge of the mobile phone can be extended.
In addition, the cost of the mobile phone can be reduced.

また、さらに消費電力の低減を図るため、図17(B)に示すように基板上にTFTを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)などで表示パネルに実装してもよい。
なお、図17(B)の表示パネルは、基板3910、信号線駆動回路3911、画素部3912、走査線駆動回路3913、走査線駆動回路3914、FPC3915、ICチップ3916、ICチップ3917、封止基板3918、シール材3919を有する。
In order to further reduce power consumption, a pixel portion is formed on a substrate using TFTs as shown in FIG. 17B, and all peripheral driver circuits are formed on an IC chip. You may mount in a display panel by COG (Chip On Glass).
Note that the display panel in FIG. 17B includes a substrate 3910, a signal line driver circuit 3911, a pixel portion 3912, a scan line driver circuit 3913, a scan line driver circuit 3914, an FPC 3915, an IC chip 3916, an IC chip 3917, and a sealing substrate. 3918 and a sealant 3919 are provided.

上記の通り、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体2700、2706内部の限られた空間を有効に利用することができる。
また、コスト削減が可能であり、信頼性の高い半導体装置を有する電子機器を作製することができる。
As described above, the semiconductor device of the present invention is characterized in that it is small, thin, and lightweight, and the limited space inside the housings 2700 and 2706 of the electronic device can be effectively used due to the above characteristics. .
In addition, cost reduction is possible and an electronic device including a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

以下において、本発明に関し実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもないことである。
なお、実施例に加えて比較例をあげ、本発明の結晶性珪素膜の作製方法と、結晶学的な物性について説明する。
In the following, the present invention will be described in more detail based on examples, but it is needless to say that the present invention is not limited by these examples and is specified by the claims. It is.
In addition to the examples, a comparative example will be given to explain the method for producing the crystalline silicon film of the present invention and the crystallographic properties.

実施例1の結晶性珪素膜の作製方法を図18を用いて説明する。
実施の形態1で、図1を用いて既に説明したように、基板100上に、下地膜(絶縁膜)101、非晶質半導体膜102、キャップ膜103を形成した。
図1(B)に示すように、キャップ膜103を介して非晶質半導体膜102にレーザ光104を照射して、非晶質半導体膜102を結晶化させて、結晶性半導体膜105を形成した。
基板100は、コーニングス社製の厚さ0.7mmのガラス基板を使用した。
絶縁膜101として、酸素を含む窒化珪素膜と、窒素を含む酸化珪素膜とを積層した膜を平行平板型のプラズマCVD装置で成膜した。
A method for manufacturing the crystalline silicon film of Example 1 will be described with reference to FIGS.
As already described with reference to FIG. 1 in Embodiment Mode 1, the base film (insulating film) 101, the amorphous semiconductor film 102, and the cap film 103 are formed over the substrate 100.
As shown in FIG. 1B, the amorphous semiconductor film 102 is irradiated with laser light 104 through the cap film 103 to crystallize the amorphous semiconductor film 102 to form a crystalline semiconductor film 105. did.
As the substrate 100, a glass substrate having a thickness of 0.7 mm manufactured by Cornings Inc. was used.
As the insulating film 101, a film in which a silicon nitride film containing oxygen and a silicon oxide film containing nitrogen were stacked was formed using a parallel plate type plasma CVD apparatus.

その際の成膜条件は以下の通りである。
<酸素を含む窒化珪素膜>
・厚さ 50nm
・ガスの種類(流量)
SiH4(10sccm)
NH3(100sccm)
2O (20sccm)
2(400sccm)
・基板温度 300℃
・圧力 40Pa
・RF周波数 27MHz
・RFパワー 50W
・電極間距離 30mm
・電極面積 615.75cm2
The film formation conditions at that time are as follows.
<Silicon nitride film containing oxygen>
・ Thickness 50nm
・ Gas type (flow rate)
SiH 4 (10 sccm)
NH 3 (100 sccm)
N 2 O (20 sccm)
H 2 (400 sccm)
・ Substrate temperature 300 ℃
・ Pressure 40Pa
・ RF frequency 27MHz
・ RF power 50W
・ Distance between electrodes 30mm
-Electrode area 615.75 cm 2

<窒素を含む酸化珪素膜>
・厚さ 100nm
・ガスの種類(流量)
SiH4(4sccm)
2O (800sccm)
・基板温度 400℃
・圧力 40Pa
・RF周波数 27MHz
・RFパワー 50W
・電極間距離 15mm
・電極面積 615.75cm2
<Silicon oxide film containing nitrogen>
・ Thickness 100nm
・ Gas type (flow rate)
SiH 4 (4 sccm)
N 2 O (800sccm)
・ Substrate temperature 400 ℃
・ Pressure 40Pa
・ RF frequency 27MHz
・ RF power 50W
・ Distance between electrodes 15mm
-Electrode area 615.75 cm 2

非晶質半導体膜102として、非晶質珪素膜を平行平板型のプラズマCVD装置で成膜した。
非晶質珪素膜の成膜条件は次の通りである。
<非晶質珪素膜>
・厚さ 66nm
・ガスの種類(流量)
SiH4(25sccm)
2(150sccm)
・基板温度 250℃
・圧力 66.7Pa
・RF周波数 27MHz
・RFパワー 50W
・電極間距離 25mm
・電極面積 615.75cm2
As the amorphous semiconductor film 102, an amorphous silicon film was formed using a parallel plate type plasma CVD apparatus.
The conditions for forming the amorphous silicon film are as follows.
<Amorphous silicon film>
・ Thickness 66nm
・ Gas type (flow rate)
SiH 4 (25 sccm)
H 2 (150 sccm)
・ Substrate temperature 250 ℃
・ Pressure 66.7Pa
・ RF frequency 27MHz
・ RF power 50W
・ Distance between electrodes 25mm
-Electrode area 615.75 cm 2

前記した成膜条件下で非晶質半導体膜を形成した後、電気炉内で500℃、1時間加熱した後、550℃で4時間加熱した。
この加熱処理は、非晶質珪素膜から水素を出すための処理であり、それを行うのはレーザビームを照射した際に、非晶質珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためである。
その加熱処理後、70秒のフッ酸処理を行って非晶質半導体膜102表面に形成される酸化膜を除去した後、非晶質半導体膜102上にキャップ膜103として酸素を含む窒化珪素膜を平行平板型プラズマCVD装置を用いて形成した。
After forming an amorphous semiconductor film under the above-described film forming conditions, it was heated in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour, and then heated at 550 ° C. for 4 hours.
This heat treatment is for removing hydrogen from the amorphous silicon film, and is performed to prevent hydrogen gas from being ejected from the amorphous silicon film when irradiated with a laser beam. .
After the heat treatment, hydrofluoric acid treatment for 70 seconds is performed to remove the oxide film formed on the surface of the amorphous semiconductor film 102, and then a silicon nitride film containing oxygen is formed on the amorphous semiconductor film 102 as the cap film 103 Was formed using a parallel plate type plasma CVD apparatus.

その際の成膜の条件は次の通りである。
<酸素を含む窒化珪素膜>
・厚さ 300nm
・ガスの種類(流量)
SiH4(10sccm)
NH3(100sccm)
2O(20sccm)
2(400sccm)
・基板温度 300℃
・圧力 40Pa
・RF周波数 27MHz
・RFパワー 50W
・電極間距離 30mm
・電極面積 615.75cm2
The film formation conditions at that time are as follows.
<Silicon nitride film containing oxygen>
・ Thickness 300nm
・ Gas type (flow rate)
SiH 4 (10 sccm)
NH 3 (100 sccm)
N 2 O (20 sccm)
H 2 (400 sccm)
・ Substrate temperature 300 ℃
・ Pressure 40Pa
・ RF frequency 27MHz
・ RF power 50W
・ Distance between electrodes 30mm
-Electrode area 615.75 cm 2

得られた絶縁膜101、キャップ膜103の組成を表1に示す。
その表1には、後述する比較例のキャップ膜の組成も示しており、表1にあげた膜の組成は、加熱処理や、レーザ照射する前の状態の値である。
その組成比は、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometory)及び、水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Foward Scatterint)を用いて測定した。
その測定感度は±2%程度である。
The compositions of the obtained insulating film 101 and cap film 103 are shown in Table 1.
Table 1 also shows the composition of a cap film of a comparative example, which will be described later, and the composition of the film listed in Table 1 is a value before the heat treatment or laser irradiation.
The composition ratio was measured using Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) and Hydrogen Forward Scattering (HFS).
The measurement sensitivity is about ± 2%.

キャップ膜103を形成した後、電気炉内で500℃、1時間加熱した。
この加熱処理は、キャップ膜である酸素を含む窒化珪素膜から水素を出すための処理であり、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに酸素を含む窒化珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためである。
After the cap film 103 was formed, it was heated in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour.
This heat treatment is a process for extracting hydrogen from the silicon nitride film containing oxygen, which is a cap film. Hydrogen is ejected from the silicon nitride film containing oxygen when irradiated with a laser beam. This is to prevent this from happening.

レーザ照射装置により、キャップ膜103を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。
その際に使用したレーザ照射装置については、実施の形態1において既に説明しているところではあるが、その概要をここにおいても重ねて図18を用いて示す。
その図18に示すように、2つのレーザ発振器11a、11bを備えており、それぞれのレーザ発振器11a、11bから射出されたレーザビーム12a、12bを合成したレーザビーム12を照射できるようになっている。
The amorphous silicon film was crystallized by irradiating a laser beam through the cap film 103 with a laser irradiation apparatus to form a crystalline silicon film.
Although the laser irradiation apparatus used at that time has already been described in the first embodiment, an outline thereof is shown here again with reference to FIG.
As shown in FIG. 18, two laser oscillators 11a and 11b are provided, and a laser beam 12 obtained by synthesizing the laser beams 12a and 12b emitted from the laser oscillators 11a and 11b can be irradiated. .

レーザ発振器11bから射出されたレーザビーム12bは、波長板13を通り、偏光方向を変えるが、それは、偏光子14によって互いに偏光方向が異なる2つのレーザビームを合成するためである。
レーザビーム12bは波長板13を通った後、ミラー212で反射され、偏光子14に入射し、偏光子14でレーザビーム12aとレーザビーム12bが合成され、その合成されたレーザビーム12が適当なエネルギーとなるように波長板13と偏光子14を調整する。
The laser beam 12b emitted from the laser oscillator 11b passes through the wave plate 13 and changes the polarization direction. This is because the polarizer 14 combines two laser beams having different polarization directions.
After passing through the wave plate 13, the laser beam 12b is reflected by the mirror 212, is incident on the polarizer 14, the laser beam 12a and the laser beam 12b are combined by the polarizer 14, and the combined laser beam 12 is appropriate. The wave plate 13 and the polarizer 14 are adjusted so as to obtain energy.

その偏光子14によって合成されたレーザビーム12は、ミラー15によって反射され、シリンドリカルレンズ16及びシリンドリカルレンズ17を通ることにより、断面が線状に成形される。
シリンドリカルレンズ16は、照射面で形成されるビームスポットの長さ方向に作用し、シリンドリカルレンズ17は、その幅方向に作用する。
The laser beam 12 synthesized by the polarizer 14 is reflected by a mirror 15 and passes through a cylindrical lens 16 and a cylindrical lens 17 so that the cross section is formed into a linear shape.
The cylindrical lens 16 acts in the length direction of the beam spot formed on the irradiation surface, and the cylindrical lens 17 acts in the width direction.

レーザ照射装置は、被照射面18を固定する吸着ステージ19を備えており、吸着ステージ19は、X軸用の一軸ロボット20とY軸用の一軸ロボット21により、XY方向に移動することできる。
上記のように、絶縁膜101、非晶質半導体膜102及びキャップ膜103を形成した基板1を吸着ステージ19に固定し、線状のレーザビームの長さ方向とY軸を一致させ、ビームスポットの幅方向、つまりX軸に沿って基板1を移動しながら、レーザビームを照射した。
The laser irradiation apparatus includes a suction stage 19 that fixes the irradiated surface 18, and the suction stage 19 can be moved in the XY directions by a single-axis robot 20 for X-axis and a single-axis robot 21 for Y-axis.
As described above, the substrate 1 on which the insulating film 101, the amorphous semiconductor film 102, and the cap film 103 are formed is fixed to the adsorption stage 19, and the length direction of the linear laser beam is aligned with the Y-axis, The laser beam was irradiated while moving the substrate 1 along the width direction, that is, along the X axis.

この実施例では、基板の移動速度を35cm/secとした。
また、2台のレーザ発振器に、LD励起のYVO4レーザを用い、その第2高調波(波長532nm)を照射した。
レーザビームは、照射面における強度が14Wであり、形状は、照射面において、長さ500μm、幅20μm程度の線状とした。
In this example, the moving speed of the substrate was set to 35 cm / sec.
Further, two laser oscillators were irradiated with the second harmonic (wavelength 532 nm) using an LD-pumped YVO 4 laser.
The intensity of the laser beam on the irradiated surface was 14 W, and the shape of the laser beam was a linear shape having a length of about 500 μm and a width of about 20 μm.

<結晶性珪素膜の測定>
結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、EBSP測定を行った。
EBSP測定を行うために、結晶性珪素膜の表面からキャップ膜103をエッチングで除去している。
EBSP測定は、結晶性珪素膜の表面に対して60°の入射角で電子線を入射させ得られるEBSP像から結晶の面方位を測定した。
<Measurement of crystalline silicon film>
In order to confirm the position and size of the crystal grains of the crystalline silicon film and the crystal plane orientation, EBSP measurement was performed.
In order to perform the EBSP measurement, the cap film 103 is removed from the surface of the crystalline silicon film by etching.
In the EBSP measurement, the crystal plane orientation was measured from an EBSP image obtained by making an electron beam incident at an incident angle of 60 ° with respect to the surface of the crystalline silicon film.

測定領域は50μm×50μm、測定ピッチは0.1μmとし、図2に示すように、互いに直交する3つの観察面A〜CについてEBSP像を測定した。
図2のベクトルa〜cは、それぞれ観察面A〜Cの法線ベクトルを表す。
観察面Aは、基板の表面に平行な面であり、結晶性珪素膜の上面に対応し、観察面Cは、法線ベクトルcがレーザビームの走査方向と平行となる面であり、これら3つの観察面A〜Cからの情報より、結晶膜の面方位を高精度に特定することができる。
The measurement area was 50 μm × 50 μm, the measurement pitch was 0.1 μm, and EBSP images were measured on three observation planes A to C orthogonal to each other as shown in FIG.
2 represent normal vectors of the observation planes A to C, respectively.
The observation surface A is a surface parallel to the surface of the substrate and corresponds to the upper surface of the crystalline silicon film. The observation surface C is a surface in which the normal vector c is parallel to the scanning direction of the laser beam. From the information from the two observation planes A to C, the plane orientation of the crystal film can be specified with high accuracy.

結晶性珪素膜の面方位(観察面に垂直な方向の結晶軸方位)を解析した結果を図19〜図21に示す。
図19(a)〜(c)は、50μm×50μmの測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像であり、各マップ図の一辺の長さが50μmである。
図19(d)は単結晶珪素の逆極点図であり、配色が方位を表している。
The results of analyzing the plane orientation of the crystalline silicon film (crystal axis orientation perpendicular to the observation plane) are shown in FIGS.
FIGS. 19A to 19C are orientation map images showing the distribution of plane orientations in a measurement area of 50 μm × 50 μm, and the length of one side of each map diagram is 50 μm.
FIG. 19D is an inverted pole figure of single crystal silicon, and the color scheme represents the direction.

その図19は、白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、観察面Aでは<001>方位に強く配向し、観察面Bでは<301>方位に強く配向し、観察面Cでは<301>方位に強く配向していることがわかった。
さらに、図19(a)〜(c)のパターンの形状、色から、実施例1の結晶性珪素膜は、柱状に長く伸びたドメインで構成されていることがわかった。
図19(a)〜(c)においては、ドメインの長さは5〜50μmであり、さらには50μm以上の長さのドメインも見られた。
In FIG. 19, since only the brightness is displayed because it is black and white, it is difficult to distinguish, but in color display, the observation plane A is strongly oriented in the <001> direction and the observation plane B is strongly oriented in the <301> direction. It was found that the observation surface C is strongly oriented in the <301> direction.
Furthermore, it was found from the shape and color of the patterns of FIGS. 19A to 19C that the crystalline silicon film of Example 1 was composed of domains extending long in a columnar shape.
In FIGS. 19A to 19C, the length of the domain is 5 to 50 μm, and a domain having a length of 50 μm or more was also observed.

図20(a)〜(c)は、観察面A〜Cにおける面方位の出現度数分布を表す逆極点図であり、図20(d)は度数を示すスケールである。
その図20も白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、図20(a)の逆極点図から、観察面Aにおいて、全ての方位が等しい確率で現れる状態の14.0倍以上の頻度で<001>方位が出現することがわかった。
また、図20(b)に示す逆極点図から、観察面Bでは<301>方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の4.8倍以上の頻度で<301>方位が出現することがわかった。
さらに、図20(c)に示す逆極点図から、観察面Cでは<301>方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の4.8倍以上の頻度で<301>方位が出現することがわかった。
20A to 20C are inverted pole figures showing the frequency distribution of the surface orientations on the observation surfaces A to C, and FIG. 20D is a scale showing the frequency.
Since FIG. 20 is also monochrome, it is difficult to discriminate because only brightness is displayed, but from the reverse pole figure of FIG. 20A, 14.0 times the state in which all orientations appear with the same probability on the observation plane A. It was found that the <001> orientation appears with the above frequency.
Further, from the inverted pole figure shown in FIG. 20B, the <301> orientation is closest to black on the observation plane B, specifically, the frequency is 4.8 times or more the state where all the orientations appear with the same probability. It turns out that <301> orientation appears.
Furthermore, from the inverted pole figure shown in FIG. 20C, the <301> orientation is closest to black on the observation plane C, and more specifically, the frequency is 4.8 times or more the state in which all orientations appear with the same probability. It turns out that <301> orientation appears.

図20(a)〜(c)の逆極点図において出現頻度が高い方位について、配向率を求め、配向率の計算結果を図21(a)〜(c)に示す。
図21(a)は、図20(a)を基に観察面Aにおける配向率を求めた結果である。
図20(a)の逆極点図において、<001>の角度揺らぎの範囲を±10°以内と決めて、全ての測定点に対する<001>の角度揺らぎが±10°以内に存在する測定点の数の割合を求めることにより、配向率を求めた。
In the inverted pole figures of FIGS. 20A to 20C, the orientation ratio is obtained for the orientation having a high appearance frequency, and the calculation results of the orientation ratio are shown in FIGS. 21A to 21C.
FIG. 21A shows the result of obtaining the orientation ratio on the observation surface A based on FIG.
In the inverse pole figure of FIG. 20 (a), the range of <001> angle fluctuation is determined to be within ± 10 °, and <001> angle fluctuation for all measurement points is within ± 10 °. The orientation ratio was determined by determining the ratio of the numbers.

全測定点のうち特定の配向を持つ点の比率を求めた値がPartition Fractionの値であり、この特定の配向を持つ点のうち、配向付けの信頼性が高い測定点の全測定点に対する配向比率を求めた値がTotal Fractionの値である。
この結果から、本発明の観察面Aにおいては、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が71.2%を占めることがわかった。
The value obtained by determining the ratio of the points having a specific orientation among all the measurement points is the value of the Partition Fraction. Among the points having the specific orientation, the orientation of the measurement points having high orientation reliability with respect to all the measurement points The value obtained from the ratio is the value of Total Fraction.
From this result, it was found that in the observation plane A of the present invention, the <001> orientation occupies 71.2% within an angular fluctuation range of ± 10 °.

同様に、図21(b)、(c)は、図20(b)、(C)の逆極点図をもとに測定面B及びCにおける<301>の配向率を求めた結果であり、<301>の角度揺らぎの範囲を±10°に決め、配向率を求めている。
観察面B、観察面Cでは、<301>方位が71.1%、73.9%を占めることがわかった。
なお、観察面B及びCにおいては、面方位<301>の割合を示したが、それは面方位<301>と近い面方位<401>や<501>、<601>の配向率としてもよい。
Similarly, FIGS. 21B and 21C are the results of obtaining the <301> orientation rate on the measurement surfaces B and C based on the inverse pole figures of FIGS. 20B and 20C. The range of <301> angle fluctuation is determined to be ± 10 °, and the orientation rate is obtained.
In the observation plane B and the observation plane C, it was found that the <301> orientation accounted for 71.1% and 73.9%.
In the observation planes B and C, the ratio of the plane orientation <301> is shown, but it may be the orientation ratio of the plane orientation <401>, <501>, and <601> close to the plane orientation <301>.

[比較例]
比較例として、キャップ膜103の材料を変えて、結晶性珪素膜を形成した。
その比較例では、キャップ膜103として、酸化珪素膜を平行平板型プラズマCVD装置で厚さ500nm形成した。
絶縁膜101及び非晶質半導体膜102の成膜条件は実施例と同じであり、キャップ膜103の具体的な成膜条件は、次の通りである。
[Comparative example]
As a comparative example, a crystalline silicon film was formed by changing the material of the cap film 103.
In the comparative example, a silicon oxide film having a thickness of 500 nm was formed as a cap film 103 by a parallel plate type plasma CVD apparatus.
The film formation conditions for the insulating film 101 and the amorphous semiconductor film 102 are the same as those in the example, and the specific film formation conditions for the cap film 103 are as follows.

<酸化珪素膜>
・厚さ 500nm
・ガスの種類(流量)
SiH4(4sccm)
2O (800sccm)
・基板温度 400℃
・圧力 40Pa
・RF周波数 60MHz
・RFパワー 150W
・電極間距離 28mm
<Silicon oxide film>
・ Thickness 500nm
・ Gas type (flow rate)
SiH 4 (4 sccm)
N 2 O (800sccm)
・ Substrate temperature 400 ℃
・ Pressure 40Pa
・ RF frequency 60MHz
・ RF power 150W
・ Distance between electrodes 28mm

この比較例では、非晶質珪素膜からの水素を出す加熱処理は実施例と同様に行ったが、キャップ膜103に含まれる水素が少ないため、キャップ膜103から水素を出す加熱処理は行わなかった。
また、照射するレーザビームの強度を15W、基板の移動速度は35cm/secとした。
他は、実施例と同様に結晶性珪素膜を形成した。
得られた結晶性珪素膜について、実施例と同様にEBSP測定をした。
比較例では、測定領域は、100μm×50μmであり、この領域において、0.25μmピッチの格子点ごとに測定を行ったが、観察面A〜Cは実施例1と同様である。
In this comparative example, the heat treatment for extracting hydrogen from the amorphous silicon film was performed in the same manner as in the example. However, since the hydrogen contained in the cap film 103 is small, the heat treatment for extracting hydrogen from the cap film 103 is not performed. It was.
Further, the intensity of the irradiated laser beam was 15 W, and the moving speed of the substrate was 35 cm / sec.
Other than that, a crystalline silicon film was formed in the same manner as in the example.
The obtained crystalline silicon film was subjected to EBSP measurement in the same manner as in the example.
In the comparative example, the measurement area is 100 μm × 50 μm. In this area, the measurement was performed for each lattice point having a pitch of 0.25 μm, but the observation surfaces A to C are the same as those in the first embodiment.

図22は、観察面A〜Cの面方位を示す方位マップ図であり、図23は逆極点図であり、図24は、配向率を計算した結果である。
図23(a)〜(c)は、図22に示す観察面A〜Cにおける面方位の出現度数分布を表す逆極点図であり、また、図23(d)は面方位の出現度数を示すスケールである。
図23も図20と同様に、黒に近い領域ほど面方位を有する結晶の割合が高いことを示す。
22 is an orientation map showing the orientations of the observation planes A to C, FIG. 23 is an inverted pole figure, and FIG. 24 is a result of calculating the orientation rate.
FIGS. 23A to 23C are reverse pole figures showing the frequency distribution of the surface orientations on the observation planes A to C shown in FIG. 22, and FIG. 23D shows the frequency of the surface orientations. It is a scale.
Similarly to FIG. 20, FIG. 23 also shows that the region closer to black has a higher proportion of crystals having a plane orientation.

図23(a)に示す逆極図から、観察面Aでは<211>方位ほど黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の3.9倍以上の頻度で<211>方位が出現することがわかった。
また、図23(b)に示す逆極点図から、観察面Bでは<111>方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の9.7倍以上の頻度で<111>方位が出現することが分かった。
From the inverted polar diagram shown in FIG. 23 (a), the <211> orientation is closer to black on the observation plane A, and specifically, <211> with a frequency of 3.9 times or more of the state in which all orientations appear with equal probability. > It was found that the direction appeared.
Further, from the inverted pole figure shown in FIG. 23B, the <111> orientation is closest to black on the observation plane B, specifically, the frequency is 9.7 times or more that the state in which all orientations appear with the same probability. It was found that the <111> orientation appears.

また、図23(c)に示す逆極点図から、観察面Cでは<101>方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の9.7倍以上の頻度で<101>方位が出現することが分かった。
図24(a)において色が塗られた領域は<211>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。
また、図24(b)において色が塗られた領域は、<111>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、図24(c)において色が塗られた領域は、<101>方位の角度のゆらぎが±10°以内である結晶を示す領域である。
Also, from the inverted pole figure shown in FIG. 23C, the <101> orientation is closest to black on the observation plane C, and specifically, the frequency is 9.7 times or more the state where all orientations appear with the same probability. It was found that the <101> orientation appears.
In FIG. 24A, a colored region is a region showing a crystal whose <211> orientation angle fluctuation is within ± 10 °.
In addition, the colored area in FIG. 24B is an area indicating a crystal whose <111> orientation angle fluctuation is within ± 10 °, and the colored area in FIG. , <101> is a region showing a crystal whose angle fluctuation is within ± 10 °.

比較例では、図23から分かるように、観察面A、B、Cにおいて、それぞれ<211>、<111>、<101>方位に強く配向している。
また、図24から分かるように、観察面Aにおける<211>の配向率は42.1%であり、観察面Bにおける<111>配向率は41.2%であり、観察面Cにおける<101>の配向率が52.3%であった。
なお、結晶の面方位は[101]、[011]、[110]のように等価な面方位群をまとめて<101>と表記している。
In the comparative example, as can be seen from FIG. 23, the observation planes A, B, and C are strongly oriented in the <211>, <111>, and <101> directions, respectively.
Further, as can be seen from FIG. 24, the orientation ratio of <211> on the observation plane A is 42.1%, the <111> orientation ratio on the observation plane B is 41.2%, and <101 on the observation plane C. The orientation ratio of> was 52.3%.
The plane orientation of the crystal is expressed as <101> by summarizing equivalent plane orientation groups such as [101], [011], and [110].

(実施例と比較例の対比)
図19及び図22の方位マップ像を比較すると、実施例、比較例とも柱状に長く伸びたドメインで構成されていることが分かるが、実施例の方が、結晶の大きさ(長さ、幅)が非常に大きいことがわかった。
さらに、図21及び図24で示した、実施例と比較例の観察面A〜Cの配向率の計算結果を表2にまとめる。
(Contrast between Example and Comparative Example)
Comparing the orientation map images of FIG. 19 and FIG. 22, it can be seen that both the example and the comparative example are composed of domains extending in a columnar shape, but the example has a larger crystal size (length, width). ) Was found to be very large.
Furthermore, Table 2 summarizes the calculation results of the orientation ratios of the observation surfaces A to C of the example and the comparative example shown in FIGS.

その表2からわかるように、各観察面A〜Cで、出現頻度が高い面方位が実施例と比較例で異なっていることがわかった。
その実施例では、3つの観察面すべてにおいて、面方位が一つの方向に、70%以上という非常に高い割合で揃っていることがわかった。
つまり、結晶化された領域において、結晶の面方位が一方向に揃っているとみなすことができる結晶性半導体が形成されていることがわかった。
As can be seen from Table 2, it was found that the surface orientations with high appearance frequency were different between the examples and the comparative examples on each of the observation surfaces A to C.
In the example, it was found that the plane orientation was aligned at a very high ratio of 70% or more in one direction on all three observation planes.
In other words, it was found that a crystalline semiconductor that can be regarded as having crystal plane orientations aligned in one direction was formed in the crystallized region.

本実施例では、実施例1に示す試料の観察面B及びCにおいて、<301>及びそれ以外の面方位の配向率を図25及び図26を用いて示す。
図25(A)〜(D)はそれぞれ、観察面Bの50μm×50μmの測定領域における面方位<601>、<501>、<401>、及び<301>の分布を示す方位マップ像であり、各マップ図の一辺の長さが50μmである。なお、測定ピッチを0.1μmとした。
図25(A)〜(D)では、着色部にそれぞれ<601>、<501>、<401>、<301>の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。
In this example, the orientation ratios of <301> and other plane orientations are shown in FIGS. 25 and 26 on the observation surfaces B and C of the sample shown in Example 1. FIG.
25A to 25D are orientation map images showing the distributions of the plane orientations <601>, <501>, <401>, and <301> in the measurement area of 50 μm × 50 μm on the observation surface B, respectively. The length of one side of each map diagram is 50 μm. The measurement pitch was 0.1 μm.
25A to 25D, crystalline silicon films having plane orientations of <601>, <501>, <401>, and <301> are formed in the colored portions, respectively.

図25(E)〜(H)において、色が塗られた領域は、それぞれ<601>、<501>、<401>、<301>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、図25(E)〜(H)に、その面方位の配向率を求めた結果を示す。配向率は、各面方位において、角度揺らぎが±10°以内に存在する測定点の数の割合を求めることにより求めた。
全測定点のうち特定の配向を持つ点の比率を求めた値がPartition Fractionの値であり、この特定の配向を持つ点のうち、配向付けの信頼性が高い測定点の全測定点に対する配向比率を求めた値がTotal Fractionの値である。
In FIGS. 25 (E) to 25 (H), the colored region is a region indicating a crystal having <601>, <501>, <401>, and <301> orientation angle fluctuations within ± 10 °, respectively. 25 (E) to (H) show the results of obtaining the orientation ratio of the plane orientation. The orientation rate was determined by determining the ratio of the number of measurement points where the angle fluctuation was within ± 10 ° in each plane orientation.
The value obtained by determining the ratio of the points having a specific orientation among all the measurement points is the value of the Partition Fraction. Among the points having the specific orientation, the orientation of the measurement points having high orientation reliability with respect to all the measurement points The value obtained from the ratio is the value of Total Fraction.

各面方位における配向率を表3に示す。なお、小数点以下は四捨五入した。
表3から観察面Bにおける結晶の面方位<601>、<501>、<401>、及び<301>それぞれの配向率は、6割以上であることがわかる。
Table 3 shows the orientation ratio in each plane orientation. In addition, the decimal part is rounded off.
It can be seen from Table 3 that the orientation ratios of the crystal plane orientations <601>, <501>, <401>, and <301> on the observation plane B are 60% or more.

図26(A)〜(D)はそれぞれ、実施例1に示す試料の観察面Cの50μm×50μmの測定領域における面方位<601>、<501>、<401>、<301>の分布を示す方位マップ像であり、各マップ像の一辺の長さが50μmである。なお、測定ピッチを0.1μmとした。
図26(A)〜(D)では、着色部にそれぞれ<601>、<501>、<401>、<301>の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。
26A to 26D show the distributions of the plane orientations <601>, <501>, <401>, and <301> in the measurement region of 50 μm × 50 μm of the observation surface C of the sample shown in Example 1, respectively. The orientation map image is shown, and the length of one side of each map image is 50 μm. The measurement pitch was 0.1 μm.
In FIGS. 26A to 26D, crystalline silicon films having plane orientations of <601>, <501>, <401>, and <301> are formed in the colored portions, respectively.

図26(E)〜(H)において、色が塗られた領域は、それぞれ<601>、<501>、<401>、<301>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、図26(E)〜(H)に、その面方位の配向率を求めた結果を示す。配向率は、各面方位において、角度揺らぎが±10°以内に存在する測定点の数の割合を求めることにより求めた。
各面方位における配向率を表4に示す。なお、小数点以下は四捨五入した。
In FIGS. 26 (E) to (H), the colored region is a region indicating a crystal in which the angle fluctuations in the <601>, <501>, <401>, and <301> directions are within ± 10 °, respectively. FIGS. 26E to 26H show the results of calculating the orientation ratio of the plane orientation. The orientation rate was determined by determining the ratio of the number of measurement points where the angle fluctuation was within ± 10 ° in each plane orientation.
Table 4 shows the orientation ratio in each plane orientation. In addition, the decimal part is rounded off.

表4から観察面Cにおける面方位<601>、<501>、<401>、及び<301>それぞれの配向率は、6割以上であることがわかる。
以上から、観察面B及びCにおいては、面方位<301>以外の<601>、<501>、及び<401>でも配向率が、6割以上であることがわかる。
From Table 4, it can be seen that the orientation ratios of the plane orientations <601>, <501>, <401>, and <301> on the observation plane C are 60% or more.
From the above, it can be seen that on the observation surfaces B and C, the orientation ratio is 60% or more even in <601>, <501>, and <401> other than the plane orientation <301>.

本実施例においては、実施例1と比較してレーザビームのエネルギー及び走査速度、並びにキャップ膜の膜厚を変えて結晶性珪素膜を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図27及び図28を用いて説明する。   In this embodiment, the orientation ratio of the plane orientation of the crystalline silicon film when the crystalline silicon film is formed by changing the energy and scanning speed of the laser beam and the thickness of the cap film as compared with the first embodiment. Will be described with reference to FIGS. 27 and 28. FIG.

まず、実施例3の結晶性珪素膜の作製方法を、図18を用いて説明する。
実施例1に示す基板と同様の基板上に、実施例1と同様の条件で絶縁膜101である酸素を含む窒化珪素膜と、窒素を含む酸化珪素膜とを積層した膜を平行平板型のプラズマCVD装置で成膜した。次に、実施例1と同様の条件で非晶質半導体膜102として、非晶質珪素膜を平行平板型のプラズマCVD装置で成膜した。
First, a method for manufacturing a crystalline silicon film of Example 3 will be described with reference to FIGS.
A film in which a silicon nitride film containing oxygen and a silicon oxide film containing nitrogen, which are insulating films 101, are stacked on a substrate similar to the substrate shown in Embodiment 1 under the same conditions as in Embodiment 1 is a parallel plate type. The film was formed with a plasma CVD apparatus. Next, an amorphous silicon film was formed as the amorphous semiconductor film 102 under the same conditions as in Example 1 using a parallel plate type plasma CVD apparatus.

次に、電気炉内で基板を500℃で1時間加熱した。
その加熱処理後、加熱により非晶質半導体膜102の表面に形成された酸化膜をフッ酸で除去した。このときのフッ酸処理を90秒とした。この後、非晶質半導体膜102上にキャップ膜103として酸素を含む窒化珪素膜を平行平板型プラズマCVD装置を用いて形成した。
Next, the substrate was heated at 500 ° C. for 1 hour in an electric furnace.
After the heat treatment, the oxide film formed on the surface of the amorphous semiconductor film 102 by heating was removed with hydrofluoric acid. The hydrofluoric acid treatment at this time was 90 seconds. After that, a silicon nitride film containing oxygen was formed as a cap film 103 on the amorphous semiconductor film 102 using a parallel plate plasma CVD apparatus.

その際の成膜の条件は次の通りである。なお、厚さ以外の成膜条件は実施例1と同様である。
<酸素を含む窒化珪素膜>
・厚さ 400nm
・ガスの種類(流量)
SiH4(10sccm)
NH3(100sccm)
2O(20sccm)
2(400sccm)
・基板温度 300℃
・圧力 40Pa
・RF周波数 27MHz
・RFパワー 50W
・電極間距離 30mm
・電極面積 615.75cm2
The film formation conditions at that time are as follows. The film forming conditions other than the thickness are the same as in Example 1.
<Silicon nitride film containing oxygen>
・ Thickness 400nm
・ Gas type (flow rate)
SiH 4 (10 sccm)
NH 3 (100 sccm)
N 2 O (20 sccm)
H 2 (400 sccm)
・ Substrate temperature 300 ℃
・ Pressure 40Pa
・ RF frequency 27MHz
・ RF power 50W
・ Distance between electrodes 30mm
-Electrode area 615.75 cm 2

キャップ膜103を形成した後、電気炉内で600℃、4時間加熱した。
この加熱処理は、キャップ膜である酸素を含む窒化珪素膜から水素を出すための処理であり、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに酸素を含む窒化珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、キャップ膜に含まれる水素が少なければ省略できる。
After the cap film 103 was formed, it was heated in an electric furnace at 600 ° C. for 4 hours.
This heat treatment is a process for extracting hydrogen from the silicon nitride film containing oxygen, which is a cap film. Hydrogen is ejected from the silicon nitride film containing oxygen when irradiated with a laser beam. This can be omitted if the cap film contains less hydrogen.

レーザ照射装置により、キャップ膜103を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。
この実施例では、基板の移動速度を20cm/secとした。
また、2台のレーザ発振器に、LD励起のYVO4レーザを用い、その第2高調波(波長532nm)を照射した。
レーザビームは、照射面における強度が8.4Wであり、形状は、照射面において、長さ500μm、幅20μm程度の線状とした。
The amorphous silicon film was crystallized by irradiating a laser beam through the cap film 103 with a laser irradiation apparatus to form a crystalline silicon film.
In this example, the moving speed of the substrate was 20 cm / sec.
Further, two laser oscillators were irradiated with the second harmonic (wavelength 532 nm) using an LD-pumped YVO 4 laser.
The intensity of the laser beam on the irradiated surface was 8.4 W, and the shape of the laser beam was a linear shape having a length of about 500 μm and a width of about 20 μm.

<結晶性珪素膜の測定>
結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、EBSP測定を行った。
EBSP測定を行うために、結晶性珪素膜の表面からキャップ膜103をエッチングで除去している。
EBSP測定は、結晶性珪素膜の表面に対して60°の入射角で電子線を入射させてEBSP像を得た。得られたEBSP像から結晶の面方位を測定した。
測定領域は50μm×50μm、測定ピッチは0.5μmとし、図2に示すように、互いに直交する3つの観察面A〜CについてEBSP像を測定した。
<Measurement of crystalline silicon film>
In order to confirm the position and size of the crystal grains of the crystalline silicon film and the crystal plane orientation, EBSP measurement was performed.
In order to perform the EBSP measurement, the cap film 103 is removed from the surface of the crystalline silicon film by etching.
In the EBSP measurement, an electron beam was incident on the surface of the crystalline silicon film at an incident angle of 60 ° to obtain an EBSP image. The crystal plane orientation was measured from the obtained EBSP image.
The measurement area was 50 μm × 50 μm, the measurement pitch was 0.5 μm, and as shown in FIG. 2, EBSP images were measured on three observation planes A to C orthogonal to each other.

結晶性珪素膜の面方位(観察面に垂直な方向の結晶軸方位)を解析した結果を図27乃ないし図30に示す。
図27は、観察面Aにおける、面方位の出現度数分布を表す逆極点図(図示しない。)において出現頻度が高い面方位について、配向率を求めたときの配向率の計算結果を示す。なお、色が塗られた領域は、面方位<101>の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。
図27から、本実施例の観察面Aにおいては、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位は80%であり、6割以上を占めることがわかった。
FIGS. 27 to 30 show the results of analyzing the plane orientation of the crystalline silicon film (the crystal axis orientation perpendicular to the observation plane).
FIG. 27 shows the calculation result of the orientation rate when the orientation rate is obtained for the surface orientation having a high appearance frequency in the inverted pole figure (not shown) representing the appearance frequency distribution of the surface orientation on the observation surface A. Note that the colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation of the plane orientation <101> is within ± 10 °.
From FIG. 27, it was found that, in the observation plane A of this example, the <001> orientation was 80% within the range of the angle fluctuation of ± 10 °, accounting for 60% or more.

図28は、観察面Bにおける、面方位の出現度数分布を表す逆極点図(図示しない。)において出現頻度が高い面方位について、配向率を求めたときの配向率の計算結果を示す。図28(A)において、色が塗られた領域は、面方位<001>である結晶の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<001>である結晶の配向率を示し、図28(B)において、色が塗られた領域は、面方位<601>の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<601>である結晶の配向率を示し、図28(C)において、色が塗られた領域は、面方位<501>の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<501>である結晶の配向率を示し、図28(D)において、色が塗られた領域は、面方位<401>の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<401>である結晶の配向率を示し、図28(E)において、色が塗られた領域は、面方位<301>の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、面方位<301>である結晶の配向率を示し、図28(F)において、色が塗られた領域は、面方位<201>の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<201>である結晶の配向率を示し、図28(G)において、色が塗られた領域は、面方位<101>の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<101>である結晶の配向率を示す。また、各面方位における配向率を表5にまとめた。なお、小数点以下は四捨五入した。   FIG. 28 shows the calculation result of the orientation ratio when the orientation ratio is obtained for the plane orientation having a high appearance frequency in the inverted pole figure (not shown) representing the appearance frequency distribution of the plane orientation on the observation plane B. In FIG. 28A, a colored region is a region indicating a crystal whose angle fluctuation is within ± 10 ° of a crystal whose plane orientation is <001>, and a crystal region whose surface orientation is <001>. In FIG. 28B, a colored region in FIG. 28B indicates a crystal whose angle fluctuation of the plane orientation <601> is within ± 10 °, and the plane orientation is <601>. FIG. 28C shows a crystal orientation ratio, and a colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation of the plane orientation <501> is within ± 10 °, and the plane orientation <501>. In FIG. 28D, a colored region is a region indicating a crystal whose angle fluctuation of the plane orientation <401> is within ± 10 °, and the plane orientation < 401> indicates the orientation ratio of the crystal, and in FIG. The region shown is a region showing a crystal whose surface orientation <301> has an angle fluctuation within ± 10 °, and shows the orientation ratio of the crystal whose surface orientation is <301>. In FIG. The painted region is a region showing a crystal whose surface orientation <201> has an angle fluctuation within ± 10 °, and shows the orientation rate of the crystal whose surface orientation is <201>. In FIG. The colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation of the plane orientation <101> is within ± 10 °, and shows the orientation ratio of the crystal having the plane orientation <101>. In addition, Table 5 shows the orientation ratio in each plane orientation. In addition, the decimal part is rounded off.

図29は、観察面Cにおける、面方位の出現度数分布を表す逆極点図(図示しない。)において出現頻度が高い方位について、配向率を求めたときの配向率の計算結果を示す。図29(A)において、色が塗られた領域は、<001>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<001>である結晶の配向率を示し、図29(B)において、色が塗られた領域は、<601>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<601>である結晶の配向率を示し、図29(C)において、色が塗られた領域は、<501>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<501>である結晶の配向率を示し、図29(D)において、色が塗られた領域は、<401>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<401>である結晶の配向率を示し、図29(E)において、色が塗られた領域は、<301>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<301>である結晶の配向率を示し、図29(F)において、色が塗られた領域は、<201>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その面方位<201>である結晶の配向率を示し、図29(G)において、色が塗られた領域は、<101>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域であり、その配面方位<101>である結晶の配向率を示す。また、各面方位における配向率を表6にまとめた。なお、小数点以下は四捨五入した。   FIG. 29 shows the calculation result of the orientation ratio when the orientation ratio is obtained for the orientation having a high appearance frequency in the inverted pole figure (not shown) representing the appearance frequency distribution of the plane orientation on the observation plane C. In FIG. 29A, a colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation of <001> orientation is within ± 10 °, and shows the orientation ratio of the crystal whose surface orientation is <001>. In FIG. 29B, a colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation of <601> orientation is within ± 10 °, and the orientation ratio of the crystal whose surface orientation is <601> is shown. In FIG. 29C, a colored region is a region indicating a crystal whose angle fluctuation of <501> orientation is within ± 10 °, and the orientation ratio of the crystal whose plane orientation is <501> In FIG. 29D, a colored region is a region indicating a crystal whose angle fluctuation of <401> orientation is within ± 10 °, and the orientation of the crystal whose plane orientation is <401> In FIG. 29E, the colored area is <30. 1> A region showing a crystal whose orientation angle fluctuation is within ± 10 °, showing the orientation ratio of the crystal whose surface orientation is <301>, and in FIG. 29 (F), the colored region is <201> is an area showing a crystal whose orientation angle fluctuation is within ± 10 °, shows the orientation ratio of the crystal whose plane orientation is <201>, and in FIG. , <101> is a region showing a crystal whose angle fluctuation is within ± 10 °, and shows the orientation rate of the crystal whose orientation is <101>. In addition, Table 6 shows the orientation ratio in each plane orientation. In addition, the decimal part is rounded off.

表5に示す面方位<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>の配向率の合計は218.3%である。また、表6に示す面方位<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>の配向率の合計は244.4%である。<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>それぞれの面方位の重複部は、いずれかの面方位一つにおける配向率のみとして計算した結果を図30に示す。   The sum of the orientation ratios of the plane orientations <001>, <601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101> shown in Table 5 is 218.3%. Further, the total orientation ratio of the plane orientations <001>, <601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101> shown in Table 6 is 244.4%. <001>, <601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101> are calculated as only the orientation ratio in any one of the surface orientations. The results are shown in FIG.

なお、<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>それぞれの面方位の重複部は、いずれかの面方位一つにおける配向率のみとして計算した、<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>全ての配向率の総和を前記したとおり<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)と示す。   Note that the overlapping portions of the surface orientations of <001>, <601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101> are only the orientation ratios in any one of the surface orientations. <001>, <601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101> The total sum of all orientation ratios as described above is <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6).

図30(A)は、50μm×50μmの測定領域における観察面Aの面方位<001>の分布を示す方位マップ像であり、図30(B)は、50μm×50μmの測定領域における観察面Bの面方位<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>の分布を示す方位マップ像であり、図30(C)は、50μm×50μmの測定領域における観察面Cの面方位<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>の分布を示す方位マップ像である。各マップ図の一辺の長さが50μmである。   30A is an orientation map image showing the distribution of the surface orientation <001> of the observation surface A in the measurement region of 50 μm × 50 μm, and FIG. 30B is the observation surface B in the measurement region of 50 μm × 50 μm. Is an orientation map image showing the distribution of surface orientations <001>, <601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101>, and FIG. It is an azimuth | direction map image which shows distribution of surface orientation <001>, <601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101> of the observation surface C in a measurement area | region of 50 micrometers. The length of one side of each map diagram is 50 μm.

白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、図30(A)では、着色部に<001>の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。図30(B)及び(C)では、着色部に<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。特にカラー表示では、観察面B及び観察面Cそれぞれ<201>方位及び<301>方位に強く配向していることが分かる。   Although it is black and white and only the brightness is displayed, it is difficult to distinguish, but in FIG. 30A, a crystalline silicon film having a <001> plane orientation is formed in the colored portion. 30B and 30C, crystalline silicon having a plane orientation of <001>, <601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101> in the colored portion. A film is formed. In particular, in the color display, it can be seen that the observation plane B and the observation plane C are strongly oriented in the <201> direction and the <301> direction, respectively.

図30(D)は、観察面Aの面方位<001>である結晶の配向率を求めた結果であり、色が塗られた領域は、<001>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。   FIG. 30D shows the result of obtaining the orientation ratio of the crystal having the plane orientation <001> of the observation plane A, and the colored region has an angle fluctuation of <001> orientation within ± 10 °. This is a region showing a certain crystal.

図30(E)は、観察面Bの面方位<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が、<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。また、白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、xの値ごとに領域の色を変えており、<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>の面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。   FIG. 30E shows the crystal orientation ratios of the surface orientations <001>, <601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101> of the observation surface B. It is a result. The entire colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) orientation is within ± 10 °. In addition, since it is black and white and only the brightness is displayed, it is difficult to distinguish, but the color of the area is changed for each value of x, and <001>, <601>, <501>, <401>, <301>. , <201>, and <101> regions corresponding to the plane orientations. Here, the overlapping portion of the plane orientation is excluded.

図30(F)は観察面Cの面方位<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が、<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。また、図30(E)と同様、xの値ごとに各面方位に対応する領域を区分している。   FIG. 30F shows the results of obtaining the orientation ratios of the crystals having the plane orientation <001>, <601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101> on the observation plane C. It is. The entire colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) orientation is within ± 10 °. Similarly to FIG. 30E, the region corresponding to each surface orientation is divided for each value of x.

観察面A〜Cの各面方位における配向率、及び<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の配向率(即ち、重複部を除いた<001>、<601>、<501>、<401>、<301>、<201>、及び<101>方位の配向率の総和)を表7に示す。なお、小数点以下は四捨五入した。   Orientation rate in each plane orientation of the observation planes A to C, and <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) orientation rate (that is, <001>, < 601>, <501>, <401>, <301>, <201>, and <101> orientation summation ratios) are shown in Table 7. In addition, the decimal part is rounded off.

表7から観察面Aにおける結晶の面方位は±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上を占めることがわかる。また、観察面Bにおける<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)が6割以上を占めることがわかる。さらに、観察面Cにおける<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)が6割以上を占めることがわかる。さらには、観察面B及びCにおいて、xが1の面方位を除いた<x01>(x=0、2、3、4、5、6)の配向率も6割以上を占めることがわかる。
From Table 7, it can be seen that the crystal orientation on the observation surface A is <001> orientation accounting for 60% or more within the range of ± 10 ° angular fluctuation. Further, it can be seen that <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) on the observation surface B occupies 60% or more. Furthermore, it can be seen that <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) on the observation surface C occupies 60% or more. Furthermore, it can be seen that in the observation planes B and C, the orientation ratio of <x01> (x = 0, 2, 3, 4, 5, 6) excluding the plane orientation where x is 1 accounts for 60% or more.

本実施例においては、実施例1と比較してレーザビームのエネルギー及び走査速度、並びにキャップ膜の膜厚を変えて結晶性珪素膜を形成した際の結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図31を用いて説明する。   In this example, the orientation ratio of the plane orientation of the crystalline silicon film when the crystalline silicon film is formed by changing the energy and scanning speed of the laser beam and the film thickness of the cap film as compared with Example 1. This will be described with reference to FIG.

まず、実施例4の結晶性珪素膜の作製方法について図18を用いて説明する。
実施例1に示す基板と同様の基板上に、実施例1と同様の条件で絶縁膜101である酸素を含む窒化珪素膜と、窒素を含む酸化珪素膜とを積層した膜を平行平板型のプラズマCVD装置で成膜した。次に、実施例1と同様の条件で非晶質半導体膜102として、非晶質珪素膜を平行平板型のプラズマCVD装置で成膜した。
その成膜後前記した成膜条件下で非晶質半導体膜を形成し、その後電気炉内で500℃、1時間加熱し、更に550℃で4時間加熱した。
First, a method for manufacturing a crystalline silicon film of Example 4 will be described with reference to FIGS.
A film in which a silicon nitride film containing oxygen and a silicon oxide film containing nitrogen, which are insulating films 101, are stacked on a substrate similar to the substrate shown in Embodiment 1 under the same conditions as in Embodiment 1 is a parallel plate type. The film was formed with a plasma CVD apparatus. Next, an amorphous silicon film was formed as the amorphous semiconductor film 102 under the same conditions as in Example 1 using a parallel plate type plasma CVD apparatus.
After the film formation, an amorphous semiconductor film was formed under the film formation conditions described above, and then heated in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour, and further heated at 550 ° C. for 4 hours.

次いで、加熱により非晶質半導体膜102の表面に形成された酸化膜をフッ酸で除去した。このときのフッ酸処理を90秒とした。この後、オゾンを含む水溶液で非晶質半導体膜102に酸化膜を形成し、その後、当該酸化膜をフッ酸で除去した。これは、非晶質珪素膜表面の不純物を十分に除去するためである。このときのオゾンを含む水溶液の処理時間を40秒、フッ酸処理を90秒とした。次に、非晶質半導体膜102上にキャップ膜103として酸素を含む窒化珪素膜を平行平板型プラズマCVD装置を用いて形成した。   Next, the oxide film formed on the surface of the amorphous semiconductor film 102 by heating was removed with hydrofluoric acid. The hydrofluoric acid treatment at this time was 90 seconds. After that, an oxide film was formed on the amorphous semiconductor film 102 with an aqueous solution containing ozone, and then the oxide film was removed with hydrofluoric acid. This is to sufficiently remove impurities on the surface of the amorphous silicon film. The treatment time of the aqueous solution containing ozone at this time was 40 seconds, and the hydrofluoric acid treatment was 90 seconds. Next, a silicon nitride film containing oxygen was formed as a cap film 103 over the amorphous semiconductor film 102 using a parallel plate plasma CVD apparatus.

その際の成膜の条件は次の通りである。なお、厚さ以外の成膜条件は実施例1と同様である。
<酸素を含む窒化珪素膜>
・厚さ 400nm
・ガスの種類(流量)
SiH4(10sccm)
NH3(100sccm)
2O(20sccm)
2(400sccm)
・基板温度 300℃
・圧力 40Pa
・RF周波数 27MHz
・RFパワー 50W
・電極間距離 30mm
・電極面積 615.75cm2
The film formation conditions at that time are as follows. The film forming conditions other than the thickness are the same as in Example 1.
<Silicon nitride film containing oxygen>
・ Thickness 400nm
・ Gas type (flow rate)
SiH 4 (10 sccm)
NH 3 (100 sccm)
N 2 O (20 sccm)
H 2 (400 sccm)
・ Substrate temperature 300 ℃
・ Pressure 40Pa
・ RF frequency 27MHz
・ RF power 50W
・ Distance between electrodes 30mm
-Electrode area 615.75 cm 2

キャップ膜103を形成した後、電気炉内で600℃、4時間加熱した。
この加熱処理は、キャップ膜である酸素を含む窒化珪素膜から水素を出すための処理であり、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに酸素を含む窒化珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためである。
After the cap film 103 was formed, it was heated in an electric furnace at 600 ° C. for 4 hours.
This heat treatment is a process for extracting hydrogen from the silicon nitride film containing oxygen, which is a cap film. Hydrogen is ejected from the silicon nitride film containing oxygen when irradiated with a laser beam. This is to prevent this from happening.

レーザ照射装置により、キャップ膜103を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。
この実施例では、基板の移動速度を10cm/secとした。
また、2台のレーザ発振器に、LD励起のYVO4レーザを用い、その第2高調波(波長532nm)を照射した。
レーザビームは、照射面における強度が6.4Wであり、形状は、照射面において、長さ500μm、幅20μm程度の線状とした。
The amorphous silicon film was crystallized by irradiating a laser beam through the cap film 103 with a laser irradiation apparatus to form a crystalline silicon film.
In this example, the moving speed of the substrate was 10 cm / sec.
Further, two laser oscillators were irradiated with the second harmonic (wavelength 532 nm) using an LD-pumped YVO 4 laser.
The intensity of the laser beam on the irradiated surface was 6.4 W, and the shape of the laser beam was a linear shape having a length of about 500 μm and a width of about 20 μm.

<結晶性珪素膜の測定>
結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、EBSP測定を行った。
EBSP測定を行うために、結晶性珪素膜の表面からキャップ膜103をエッチングで除去している。
EBSP測定は、結晶性珪素膜の表面に対して60°の入射角で電子線を入射させた。得られたEBSP像から結晶の面方位を測定した。
<Measurement of crystalline silicon film>
In order to confirm the position and size of the crystal grains of the crystalline silicon film and the crystal plane orientation, EBSP measurement was performed.
In order to perform the EBSP measurement, the cap film 103 is removed from the surface of the crystalline silicon film by etching.
In the EBSP measurement, an electron beam was incident on the surface of the crystalline silicon film at an incident angle of 60 °. The crystal plane orientation was measured from the obtained EBSP image.

測定領域は50μm×50μm、測定ピッチは0.5μmとし、図2に示すように、互いに直交する3つの観察面A〜CについてEBSP像を測定した。
結晶性珪素膜の面方位(観察面に垂直な方向の結晶軸方位)を解析した結果を図31に示す。
The measurement area was 50 μm × 50 μm, the measurement pitch was 0.5 μm, and as shown in FIG. 2, EBSP images were measured on three observation planes A to C orthogonal to each other.
FIG. 31 shows the result of analyzing the plane orientation of the crystalline silicon film (the crystal axis orientation in the direction perpendicular to the observation plane).

図31(A)は、50μm×50μmの測定領域における観察面Aの面方位<001>の分布を示す方位マップ像であり、図31(B)は、50μm×50μmの測定領域における観察面Bの面方位<001>、<301>、<201>、及び<101>の分布を示す方位マップ像であり、図31(C)は、50μm×50μmの測定領域における観察面Cの面方位<001>、<301>、<201>、及び<101>の分布を示す方位マップ像である。各マップ像の一辺の長さが50μmである。   FIG. 31A is an orientation map image showing the distribution of the plane orientation <001> of the observation surface A in the measurement region of 50 μm × 50 μm, and FIG. 31B is the observation surface B in the measurement region of 50 μm × 50 μm. Is an orientation map image showing the distribution of <001>, <301>, <201>, and <101>, and FIG. 31 (C) shows the surface orientation of the observation surface C in the measurement region of 50 μm × 50 μm < It is an orientation map image showing the distribution of 001>, <301>, <201>, and <101>. The length of one side of each map image is 50 μm.

白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、図31(A)では、着色部に<001>の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。図31(B)及び(C)では、着色部に<001>、<301>、<201>、及び<101>の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。特に、カラー表示では、観察面B及び観察面Cそれぞれ<201>方位に強く配向していることが分かる。   Although it is black and white and only brightness is displayed, it is difficult to discriminate, but in FIG. 31A, a crystalline silicon film having a <001> plane orientation is formed in the colored portion. In FIGS. 31B and 31C, crystalline silicon films having <001>, <301>, <201>, and <101> plane orientations are formed in the colored portion. In particular, in the color display, it can be seen that each of the observation surface B and the observation surface C is strongly oriented in the <201> direction.

図31(D)は、観察面Aの面方位<001>である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域が<001>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。   FIG. 31D shows the result of obtaining the orientation rate of the crystal having the surface orientation <001> of the observation surface A. The colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation in the <001> orientation is within ± 10 °.

図31(E)は、観察面Bの面方位<001>、<301>、<201>、及び<101>である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が、<x01>(x=0、1、2、3)面方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。また、白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、xの値ごとに面方位の色を変えており、各色により<001>、<301>、<201>、<101>の面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。   FIG. 31E shows the result of obtaining the orientation ratios of crystals having the surface orientations <001>, <301>, <201>, and <101> on the observation surface B. The entire colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation of <x01> (x = 0, 1, 2, 3) plane orientation is within ± 10 °. In addition, although it is black and white and only the brightness is displayed, it is difficult to discriminate, but the color of the surface orientation is changed for each value of x, and <001>, <301>, <201>, <101> are used for each color. The area corresponding to the plane orientation is divided. Here, the overlapping portion of the plane orientation is excluded.

図31(F)は、観察面Cの面方位<001>、<301>、<201>、及び<101>である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が<x01>(x=0、1、2、3)方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。また、図31(E)と同様、xの値ごとに各面方位に対応する領域を区分している。   FIG. 31F shows the result of obtaining the orientation ratios of crystals having the plane orientations <001>, <301>, <201>, and <101> on the observation plane C. The entire colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation in the <x01> (x = 0, 1, 2, 3) orientation is within ± 10 °. Similarly to FIG. 31E, the region corresponding to each plane orientation is divided for each value of x.

観察面A〜Cの各面方位における配向率、並びに観察面B及びCの面方位における<x01>(x=0、1、2、3)の配向率(即ち、重複部を除いた<001>、<301>、<201>、及び<101>方位の配向率の総和)を表8に示す。なお、小数点以下は四捨五入した。   The orientation rate in each plane orientation of the observation planes A to C, and the orientation rate of <x01> (x = 0, 1, 2, 3) in the plane orientations of the observation planes B and C (that is, <001 excluding overlapping portions) >, <301>, <201>, and <101> orientation summation). In addition, the decimal part is rounded off.

表8から観察面Aにおける結晶の面方位は±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上の76%を占めることがわかる。さらに、観察面Bにおける<x01>(x=0、1、2、3)が6割以上の72%を占めることがわかる。
なお、同様の計算により観察面Bにおける<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の配向率を求めると、6割以上の79%を占める。
It can be seen from Table 8 that the crystal plane orientation on the observation plane A occupies 76% of the <001> orientation within 60% or more within the range of the angle fluctuation of ± 10 °. Furthermore, it can be seen that <x01> (x = 0, 1, 2, 3) on the observation surface B occupies 72% of 60% or more.
When the orientation ratio of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) on the observation surface B is obtained by the same calculation, it accounts for 60% or more of 79%.

また、観察面Cにおける<x01>(x=0、1、2、3)が6割以上の86%を占めることがわかる。
なお、同様の計算により観察面Cにおける<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の配向率を求めると、6割以上の88%を占める。
つまり、<x01>(x=0、1、2、3)の配向率は6割以上であり、<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の配向率は、<x01>(x=0、1、2、3)を上回るものである。
さらには、観察面B及びCにおいて、xが1の面方位を除いた<x01>(x=0、2、3)の配向率も6割以上を占めることがわかる。
Further, it can be seen that <x01> (x = 0, 1, 2, 3) on the observation plane C occupies 86% or more of 86%.
When the orientation ratio of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) on the observation surface C is obtained by the same calculation, it accounts for 88% of 60% or more.
That is, the orientation rate of <x01> (x = 0, 1, 2, 3) is 60% or more, and the orientation rate of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) is , <X01> (x = 0, 1, 2, 3).
Furthermore, it can be seen that in the observation planes B and C, the orientation ratio of <x01> (x = 0, 2, 3) excluding the plane orientation where x is 1 accounts for 60% or more.

本実施例においては、実施例1と比較してレーザビームのエネルギー及び走査速度、並びにキャップ膜組成及び膜厚を変えて結晶性珪素膜を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図32を用いて説明する。   In this embodiment, the orientation of the crystal silicon film when the crystalline silicon film is formed by changing the energy and scanning speed of the laser beam, the cap film composition and the film thickness as compared with the first embodiment. The rate will be described with reference to FIG.

まず、実施例5の結晶性珪素膜の作製方法を、図18を用いて説明する。
実施例1に示す基板と同様の基板100上に、絶縁膜101である酸素を含む窒化珪素膜と、窒素を含む酸化珪素膜とを積層した膜を平行平板型のプラズマCVD装置で成膜した。
なお、その際の基板100は、コーニングス社製の厚さ0.7mmのガラス基板を使用した。
First, a method for manufacturing a crystalline silicon film of Example 5 will be described with reference to FIGS.
A film in which a silicon nitride film containing oxygen and a silicon oxide film containing nitrogen, which are the insulating films 101, were stacked over a substrate 100 similar to the substrate shown in Example 1 was formed using a parallel plate type plasma CVD apparatus. .
In addition, the substrate 100 in that case used the glass substrate with a thickness of 0.7 mm made from Cornings.

その際の成膜条件は以下の通りである。
<酸素を含む窒化珪素膜>
・厚さ 50nm
・ガスの種類(流量)
SiH4(15sccm)
NH3(150sccm)
2O(20sccm)
2(1200sccm)
・基板温度 330℃
・圧力 40Pa
・RF周波数 13.56MHz
・RFパワー 250W
・電極間距離 24.5mm
・電極面積 2972.8cm2
The film formation conditions at that time are as follows.
<Silicon nitride film containing oxygen>
・ Thickness 50nm
・ Gas type (flow rate)
SiH 4 (15 sccm)
NH 3 (150 sccm)
N 2 O (20 sccm)
H 2 (1200 sccm)
・ Substrate temperature 330 ℃
・ Pressure 40Pa
・ RF frequency 13.56MHz
・ RF power 250W
・ Distance between electrodes 24.5mm
-Electrode area 2972.8 cm 2

<窒素を含む酸化珪素膜>
・厚さ 100nm
・ガスの種類(流量)
SiH4(30sccm)
2O(1200sccm)
・基板温度 330℃
・圧力 40Pa
・RF周波数 13.56MHz
・RFパワー 50W
・電極間距離 24.5mm
・電極面積 2972.8cm2
<Silicon oxide film containing nitrogen>
・ Thickness 100nm
・ Gas type (flow rate)
SiH 4 (30 sccm)
N 2 O (1200 sccm)
・ Substrate temperature 330 ℃
・ Pressure 40Pa
・ RF frequency 13.56MHz
・ RF power 50W
・ Distance between electrodes 24.5mm
-Electrode area 2972.8 cm 2

次に、非晶質半導体膜102として、非晶質珪素膜を平行平板型のプラズマCVD装置で成膜した。
非晶質珪素膜の成膜条件は次の通りである。
<非晶質珪素膜>
・厚さ 66nm
・ガスの種類(流量)
SiH4(280sccm)
2(300sccm)
・基板温度 330℃
・圧力 170Pa
・RF周波数 13.56MHz
・RFパワー 250W
・電極間距離 24.5mm
・電極面積 2972.8cm2
Next, an amorphous silicon film was formed as the amorphous semiconductor film 102 using a parallel plate type plasma CVD apparatus.
The conditions for forming the amorphous silicon film are as follows.
<Amorphous silicon film>
・ Thickness 66nm
・ Gas type (flow rate)
SiH 4 (280 sccm)
H 2 (300 sccm)
・ Substrate temperature 330 ℃
・ Pressure 170Pa
・ RF frequency 13.56MHz
・ RF power 250W
・ Distance between electrodes 24.5mm
-Electrode area 2972.8 cm 2

次いで、非晶質半導体膜102上にキャップ膜103としてSIMSの分析では測定限界濃度未満の酸素を含む窒化珪素膜を平行平板型プラズマCVD装置を用いて形成した。
その際の成膜の条件は次の通りである。
<測定限界濃度未満の酸素を含む窒化珪素膜>
・厚さ 300nm
・ガスの種類(流量)
SiH4(15sccm)
NH3(150sccm)
2(1200sccm)
・基板温度 330℃
・圧力 40Pa
・RF周波数 13.56MHz
・RFパワー 250W
・電極間距離 24.5mm
・電極面積 2972.8cm2
Next, a silicon nitride film containing oxygen having a concentration lower than a measurement limit concentration in SIMS analysis was formed as a cap film 103 over the amorphous semiconductor film 102 using a parallel plate plasma CVD apparatus.
The film formation conditions at that time are as follows.
<Silicon nitride film containing oxygen below measurement limit concentration>
・ Thickness 300nm
・ Gas type (flow rate)
SiH 4 (15 sccm)
NH 3 (150 sccm)
H 2 (1200 sccm)
・ Substrate temperature 330 ℃
・ Pressure 40Pa
・ RF frequency 13.56MHz
・ RF power 250W
・ Distance between electrodes 24.5mm
-Electrode area 2972.8 cm 2

成膜されたキャップ膜103中の酸素濃度を図33に示す。図33にあげた膜の酸素濃度は、加熱処理や、レーザ照射する前の状態の値である。
その酸素濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)を用いて測定した。
図33から、本実施例5のキャップ膜103の酸素濃度は、殆ど現状のSIMS分析の測定限界以下であるので、実際にはさらに低い濃度(1×1017atoms/cm3以下)であると考えられる。
The oxygen concentration in the formed cap film 103 is shown in FIG. The oxygen concentration of the film shown in FIG. 33 is a value before the heat treatment or laser irradiation.
The oxygen concentration was measured using secondary ion mass spectrometry (SIMS).
From FIG. 33, since the oxygen concentration of the cap film 103 of the fifth embodiment is almost below the measurement limit of the current SIMS analysis, it is actually lower (1 × 10 17 atoms / cm 3 or less). Conceivable.

キャップ膜103を形成した後、電気炉内で500℃1時間加熱の後、550℃4時間加熱した。
この加熱処理は、キャップ膜である測定限界濃度未満の酸素を含む窒化珪素膜から水素を出すための処理であり、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに測定限界濃度未満の酸素を含む窒化珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためである。
After the cap film 103 was formed, it was heated in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour and then at 550 ° C. for 4 hours.
This heat treatment is a process for extracting hydrogen from the silicon nitride film containing oxygen having a concentration less than the measurement limit concentration, which is a cap film. This is for preventing hydrogen gas from being ejected from the silicon nitride film containing silicon.

レーザ照射装置により、キャップ膜103を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。
この実施例では、基板の移動速度を20cm/secとした。
また、2台のレーザ発振器に、LD励起のYVO4レーザを用い、その第2高調波(波長532nm)を照射した。
レーザビームは、照射面における強度が9.6Wであり、形状は、照射面において、長さ500μm、幅20μm程度の線状とした。
The amorphous silicon film was crystallized by irradiating a laser beam through the cap film 103 with a laser irradiation apparatus to form a crystalline silicon film.
In this example, the moving speed of the substrate was 20 cm / sec.
Further, two laser oscillators were irradiated with the second harmonic (wavelength 532 nm) using an LD-pumped YVO 4 laser.
The intensity of the laser beam on the irradiated surface was 9.6 W, and the shape of the laser beam was a linear shape having a length of about 500 μm and a width of about 20 μm.

<結晶性珪素膜の測定>
結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、EBSP測定を行った。
EBSP測定を行うために、結晶性珪素膜の表面からキャップ膜103をエッチングで除去している。
EBSP測定は、結晶性珪素膜の表面に対して60°の入射角で電子線を入射させ得られるEBSP像から結晶の面方位を測定した。
<Measurement of crystalline silicon film>
In order to confirm the position and size of the crystal grains of the crystalline silicon film and the crystal plane orientation, EBSP measurement was performed.
In order to perform the EBSP measurement, the cap film 103 is removed from the surface of the crystalline silicon film by etching.
In the EBSP measurement, the crystal plane orientation was measured from an EBSP image obtained by making an electron beam incident at an incident angle of 60 ° with respect to the surface of the crystalline silicon film.

測定領域は50μm×50μm、測定ピッチは0.5μmとし、図2に示すように、互いに直交する3つの観察面A〜CについてEBSP像を測定した。
結晶性珪素膜の面方位(観察面に垂直な方向の結晶軸方位)を解析した結果を図32に示す。
The measurement area was 50 μm × 50 μm, the measurement pitch was 0.5 μm, and as shown in FIG. 2, EBSP images were measured on three observation planes A to C orthogonal to each other.
FIG. 32 shows the result of analyzing the plane orientation of the crystalline silicon film (the crystal axis orientation perpendicular to the observation plane).

図32(A)は、50μm×50μmの測定領域における観察面Aの面方位<001>の分布を示す方位マップ像であり、図32(B)は、50μm×50μmの測定領域における観察面Bの面方位<001>、<301>、<201>、及び<101>の分布を示す方位マップ像であり、図32(C)は、50μm×50μmの測定領域における観察面Cの面方位<001>、<301>、<201>、及び<101>の分布を示す方位マップ像である。各マップ像の一辺の長さが50μmである。   FIG. 32A is an orientation map image showing the distribution of the plane orientation <001> of the observation surface A in the measurement region of 50 μm × 50 μm, and FIG. 32B is the observation surface B in the measurement region of 50 μm × 50 μm. Is an orientation map image showing the distribution of <001>, <301>, <201>, and <101>, and FIG. 32 (C) shows the surface orientation of the observation surface C in the measurement region of 50 μm × 50 μm < It is an orientation map image showing the distribution of 001>, <301>, <201>, and <101>. The length of one side of each map image is 50 μm.

図32(A)では、白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、着色部に<001>の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。図32(B)及び(C)では、着色部に<001>、<301>、<201>、及び<101>の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。特に、カラー表示では、観察面B及び観察面Cそれぞれ<001>方位に強く配向していることが分かる。   In FIG. 32A, since only the brightness is displayed because it is monochrome, it is difficult to distinguish, but a crystalline silicon film having a <001> plane orientation is formed in the colored portion. In FIGS. 32B and 32C, crystalline silicon films having plane orientations of <001>, <301>, <201>, and <101> are formed in the colored portion. In particular, in the color display, it can be seen that the observation plane B and the observation plane C are strongly oriented in the <001> orientation.

図32(D)は、観察面Aの面方位<001>である結晶の配向率を求めた結果であり、色が塗られた領域は、<001>方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。   FIG. 32D shows the result of obtaining the orientation rate of the crystal having the plane orientation <001> of the observation plane A. In the colored region, the angle fluctuation of the <001> orientation is within ± 10 °. This is a region showing a certain crystal.

図32(E)は観察面Bの面方位<001>、<301>、<201>、及び<101>である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が、<x01>(x=0、1、2、3)方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。また、白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、xの値ごとに領域の色を変えており、各色により<001>、<301>、<201>、及び<101>の面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。   FIG. 32E shows the result of obtaining the orientation ratios of crystals having the plane orientations <001>, <301>, <201>, and <101> on the observation plane B. The entire colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation in the <x01> (x = 0, 1, 2, 3) orientation is within ± 10 °. In addition, since it is black and white and it is difficult to discriminate because only the brightness is displayed, the color of the area is changed for each value of x, and <001>, <301>, <201>, and <101> are used for each color. The area corresponding to the plane orientation is divided. Here, the overlapping portion of the plane orientation is excluded.

図32(F)は観察面Cの面方位<001>、<301>、<201>及び<101>である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が、<x01>(x=0、1、2、3)方位の角度揺らぎが±10°以内である結晶を示す領域である。
また、図32(E)と同様、xの値ごとに各面方位に対応する領域を区分している。
FIG. 32 (F) shows the result of obtaining the orientation ratio of crystals having the plane orientations <001>, <301>, <201>, and <101> on the observation plane C. The entire colored region is a region showing a crystal whose angle fluctuation in the <x01> (x = 0, 1, 2, 3) orientation is within ± 10 °.
Similarly to FIG. 32E, the region corresponding to each surface orientation is divided for each value of x.

観察面A〜Cの各面方位における配向率、並びに観察面B及びCの面方位における<x01>(x=0、1、2、3)の配向率(即ち、重複部を除いた<001>、<301>、<201>、及び<101>方位の配向率の総和)を表9に示す。なお、小数点以下は四捨五入した。   The orientation rate in each plane orientation of the observation planes A to C, and the orientation rate of <x01> (x = 0, 1, 2, 3) in the plane orientations of the observation planes B and C (that is, <001 excluding overlapping portions) >, <301>, <201>, and <101> orientation summation). In addition, the decimal part is rounded off.

表9から観察面Aにおける結晶の面方位は±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上の68%を占めることがわかる。また、観察面Bにおける<x01>(x=0、1、2、3)が6割以上の72%を占めることがわかる。
なお、同様の計算により観察面Bにおける<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の配向率を求めると6割以上の81%を占める。
From Table 9, it can be seen that the crystal plane orientation on the observation plane A occupies 68% of the <001> orientation within 60% or more within the range of the angle fluctuation of ± 10 °. Further, it can be seen that <x01> (x = 0, 1, 2, 3) on the observation surface B occupies 72% of 60% or more.
When the orientation ratio of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) on the observation surface B is determined by the same calculation, it accounts for 81%, which is 60% or more.

さらに、観察面Cにおける<x01>(x=0、1、2、3)が6割以上の81%を占めることがわかる。
なお、同様の計算により観察面Cにおける<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の配向率を求めると、6割以上の85%を占める。
つまり、<x01>(x=0、1、2、3)の配向率は6割以上であり、<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の配向率は、<x01>(x=0、1、2、3)を上回るものである。
さらには、観察面B及びCにおいて、xが1の面方位を除いた<x01>(x=0、2、3)の配向率も6割以上を占めることがわかる。
Furthermore, it can be seen that <x01> (x = 0, 1, 2, 3) on the observation plane C occupies 81% of 60% or more.
When the orientation ratio of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) on the observation surface C is obtained by the same calculation, it occupies 85% of 60% or more.
That is, the orientation rate of <x01> (x = 0, 1, 2, 3) is 60% or more, and the orientation rate of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) is , <X01> (x = 0, 1, 2, 3).
Furthermore, it can be seen that in the observation planes B and C, the orientation ratio of <x01> (x = 0, 2, 3) excluding the plane orientation where x is 1 accounts for 60% or more.

本発明の結晶性半導体膜の作製方法を説明する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a crystalline semiconductor film of the present invention. 本発明の結晶性半導体膜の面方位を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the surface orientation of the crystalline semiconductor film of this invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating 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断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating 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断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明に適応可能な発光素子の構造を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the light emitting element which can be applied to this invention. 本発明に適応可能な発光素子の等価回路を説明する図である。It is a figure explaining the equivalent circuit of the light emitting element which can be applied to this invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating 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断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating 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断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating 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断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の用途を説明する図である。It is a figure explaining the use of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する図である。FIG. 11 illustrates an electronic device using a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を用いた電子機器の構成を説明する図である。FIG. 11 illustrates a structure of an electronic device using a semiconductor device of the invention. 本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する展開図である。FIG. 11 is a development view illustrating an electronic device using the semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する上面図である。It is a top view illustrating a semiconductor device of the present invention. 本発明に適用可能なレーザ照射装置の概要を示す図であるIt is a figure which shows the outline | summary of the laser irradiation apparatus applicable to this invention. EBSP測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図である。It is an orientation map figure of the crystalline silicon film of an example obtained by EBSP measurement. EBSP測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の逆極点図である。It is a reverse pole figure of the crystalline silicon film of an Example obtained by EBSP measurement. 逆極点図により得られた、実施例の結晶性珪素膜の配向率を示す図である。It is a figure which shows the orientation rate of the crystalline silicon film of an Example obtained by the reverse pole figure. EBSP測定により得られた、比較例の結晶性珪素膜の方位マップ図である。It is an orientation map figure of the crystalline silicon film of a comparative example obtained by EBSP measurement. EBSP測定により得られた、比較例の結晶性珪素膜の逆極点図である。It is a reverse pole figure of the crystalline silicon film of the comparative example obtained by EBSP measurement. 逆極点図により得られた、比較例の結晶性珪素膜の配向率を示す図である。It is a figure which shows the orientation rate of the crystalline silicon film of the comparative example obtained by the reverse pole figure. EBSP測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。It is a figure which shows the orientation map figure and orientation rate of the crystalline silicon film of an Example obtained by EBSP measurement. EBSP測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。It is a figure which shows the orientation map figure and orientation rate of the crystalline silicon film of an Example obtained by EBSP measurement. EBSP測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の配向率を示す図である。It is a figure which shows the orientation rate of the crystalline silicon film of an Example obtained by EBSP measurement. EBSP測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の配向率を示す図である。It is a figure which shows the orientation rate of the crystalline silicon film of an Example obtained by EBSP measurement. EBSP測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の配向率を示す図である。It is a figure which shows the orientation rate of the crystalline silicon film of an Example obtained by EBSP measurement. EBSP測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。It is a figure which shows the orientation map figure and orientation rate of the crystalline silicon film of an Example obtained by EBSP measurement. EBSP測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。It is a figure which shows the orientation map figure and orientation rate of the crystalline silicon film of an Example obtained by EBSP measurement. EBSP測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。It is a figure which shows the orientation map figure and orientation rate of the crystalline silicon film of an Example obtained by EBSP measurement. SIMS測定により得られた、実施例のキャップ膜の酸素濃度を示す図である。It is a figure which shows the oxygen concentration of the cap film of an Example obtained by SIMS measurement.

符号の説明Explanation of symbols

100 基板
101 絶縁膜
102 非晶質半導体膜
103 キャップ膜
104 レーザ光
105 結晶性半導体膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Substrate 101 Insulating film 102 Amorphous semiconductor film 103 Cap film 104 Laser beam 105 Crystalline semiconductor film

Claims (7)

基板上に複数の結晶粒を有する半導体膜であって、
前記半導体膜の第1の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上10割未満であり、
前記半導体膜の第2の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>、<101>、<201>、<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が6割以上10割未満であり、
前記半導体膜の第3の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>、<101>、<201>、<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が6割以上10割未満であり、
前記半導体膜の前記第1の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第1方向とし、前記第1方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の前記第2の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に平行な方向を第2の方向とし、前記第2の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の前記第3の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に垂直な方向を第3の方向とし、前記第3の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の結晶粒の大きさは、幅が0.1〜10μm、長さが5〜50μmであることを特徴とする結晶性半導体膜。
A semiconductor film having a plurality of crystal grains on a substrate,
In the first surface of the semiconductor film, the crystal plane orientation is within the range of ± 10 ° angular fluctuation, and the <001> orientation is 60% or more and less than 100%,
In the second surface of the semiconductor film, the crystal plane orientation is <001>, <101>, <201>, <301>, <401>, <501> or within an angular fluctuation range of ± 10 °. Any orientation of <601> is 60% or more and less than 100%,
In the third plane of the semiconductor film, the crystal plane orientation is <001>, <101>, <201>, <301>, <401>, <501> or within a range of ± 10 ° angular fluctuation. Any orientation of <601> is 60% or more and less than 100%,
The first surface of the semiconductor film is a surface in which a direction perpendicular to the surface of the substrate is a first direction, and the first direction is a normal vector,
The second surface of the semiconductor film is a surface parallel to the surface of the substrate and a direction parallel to the crystal growth direction as a second direction, and the second direction is a normal vector,
Said third surface of said semiconductor layer is parallel to the surface of the substrate, and the direction perpendicular to the third direction to the crystal growth direction, Ri said third plane der which direction is the normal vector of ,
The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the crystal grains of the semiconductor film have a width of 0.1 to 10 μm and a length of 5 to 50 μm .
基板上に複数の結晶粒を有する半導体膜であって、
前記半導体膜の第1の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上10割未満であり、
前記半導体膜の第2の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の方位が6割以上10割未満であり、
前記半導体膜の第3の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<x01>(x=0、1、2、3、4、5、6)の方位が6割以上10割未満であり、
前記半導体膜の前記第1の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第1方向とし、前記第1方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の前記第2の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に平行な方向を第2の方向とし、前記第2の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の前記第3の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に垂直な方向を第3の方向とし、前記第3の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の結晶粒の大きさは、幅が0.1〜10μm、長さが5〜50μmであることを特徴とする結晶性半導体膜。
A semiconductor film having a plurality of crystal grains on a substrate,
In the first surface of the semiconductor film, the crystal plane orientation is within the range of ± 10 ° angular fluctuation, and the <001> orientation is 60% or more and less than 100%,
In the second plane of the semiconductor film, the crystal plane orientation is 6 in the range of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) within an angular fluctuation range of ± 10 °. More than 100%,
In the third plane of the semiconductor film, the plane orientation of the crystal is 6 in the range of <x01> (x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) within an angular fluctuation range of ± 10 °. More than 100%,
The first surface of the semiconductor film is a surface in which a direction perpendicular to the surface of the substrate is a first direction, and the first direction is a normal vector,
The second surface of the semiconductor film is a surface parallel to the surface of the substrate and a direction parallel to the crystal growth direction as a second direction, and the second direction is a normal vector,
Said third surface of said semiconductor layer is parallel to the surface of the substrate, and the direction perpendicular to the third direction to the crystal growth direction, Ri said third plane der which direction is the normal vector of ,
The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the crystal grains of the semiconductor film have a width of 0.1 to 10 μm and a length of 5 to 50 μm .
前記半導体膜の半導体はSi又はSi1-xGex(0<x<0.1)である請求項1または2に記載の結晶性半導体膜。 The semiconductor film of the semiconductor is Si or Si 1-x Ge x crystalline semiconductor film according to claim 1 or 2 which is (0 <x <0.1). 請求項1ないしのいずれか1項に記載の前記結晶性半導体膜を備える半導体素子を有することを特徴とする半導体装置。 Wherein a has a semiconductor element comprising the crystalline semiconductor film according to any one of claims 1 to 3. 基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜上に、膜厚が200nm以上1000nm以下、酸素を10atomic%以下含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が1.3以上1.5以下である窒化珪素膜を形成し、
前記窒化珪素膜を透過する連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が10MHz以上のレーザ光を前記非晶質半導体膜に照射して前記非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化することで、幅が0.1〜10μm、長さが5〜50μmである結晶粒を形成し、
前記結晶化された半導体膜が第1の面ないし第3の面を有し、
前記第1の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>方位が6割以上10割未満であり、
前記第2の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>、<101>、<201>、<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が6割以上10割未満であり、
前記第3の面において、結晶の面方位は、±10°の角度揺らぎの範囲内において<001>、<101>、<201>、<301>、<401>、<501>又は<601>のいずれかの方位が6割以上10割未満であり、
前記第1の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第1方向とし、前記第1方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記第2の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に平行な方向を第2の方向とし、前記第2の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記第3の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に垂直な方向を第3の方向とし、前記第3の方向が法線ベクトルとなる面であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
An insulating film is formed on the substrate,
Forming an amorphous semiconductor film on the insulating film;
On the amorphous semiconductor film, a silicon nitride film having a thickness of 200 nm to 1000 nm, containing oxygen of 10 atomic% or less, and a composition ratio of nitrogen to silicon of 1.3 to 1.5 is formed.
By irradiating the amorphous semiconductor film with continuous-wave laser light transmitted through the silicon nitride film or laser light having a repetition frequency of 10 MHz or more to melt the amorphous semiconductor film and then crystallizing it, Forming crystal grains having a length of 0.1 to 10 μm and a length of 5 to 50 μm,
The crystallized semiconductor film has a first surface to a third surface;
In the first plane, the plane orientation of the crystal has a <001> orientation of 60% or more and less than 100% within an angular fluctuation range of ± 10 °.
In the second plane, the plane orientation of the crystal is <001>, <101>, <201>, <301>, <401>, <501> or <601> within the range of an angular fluctuation of ± 10 °. Any of the orientation is 60% or more and less than 100%,
In the third plane, the plane orientation of the crystal is <001>, <101>, <201>, <301>, <401>, <501>, or <601> within an angular fluctuation range of ± 10 °. Any of the orientation is 60% or more and less than 100%,
The first surface is a surface in which a direction perpendicular to the surface of the substrate is a first direction, and the first direction is a normal vector,
The second surface is a surface parallel to the surface of the substrate and a direction parallel to the crystal growth direction as a second direction, and the second direction is a normal vector,
The third surface is a surface parallel to the surface of the substrate and perpendicular to the crystal growth direction as a third direction, and the third direction is a normal vector. A method for manufacturing a crystalline semiconductor film.
前記窒化珪素膜は、SiH4、NH3及びN2Oを含有する雰囲気中でプラズマCVD法により形成されるものである請求項に記載の結晶性半導体膜の作製方法。 6. The method for producing a crystalline semiconductor film according to claim 5 , wherein the silicon nitride film is formed by a plasma CVD method in an atmosphere containing SiH 4 , NH 3 and N 2 O. 前記連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が10MHz以上のレーザ光は、前記非晶質半導体膜に吸収される波長である請求項5または6に記載の結晶性半導体膜の作製方法。 7. The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 5, wherein the continuous wave laser beam or the laser beam having a repetition frequency of 10 MHz or more has a wavelength that is absorbed by the amorphous semiconductor film.
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