JPH0810668B2 - Method of manufacturing a polycrystalline silicon film - Google Patents

Method of manufacturing a polycrystalline silicon film

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JPH0810668B2
JPH0810668B2 JP24289085A JP24289085A JPH0810668B2 JP H0810668 B2 JPH0810668 B2 JP H0810668B2 JP 24289085 A JP24289085 A JP 24289085A JP 24289085 A JP24289085 A JP 24289085A JP H0810668 B2 JPH0810668 B2 JP H0810668B2
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正記 結城
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旭硝子株式会社
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は絶縁性基板上の薄膜トランジスタ等の製造に用いられる半導体薄膜の製造方法に関するものである。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor thin film used in the manufacture of thin film transistors or the like on an insulating substrate.

[従来の技術] ガラス基板等の絶縁性基板上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)は、液晶やエレクトロルミネッセンス等を用いた平面ディスプレイ装置に望まれているアクティブマトリクスとして有望視されている。 [Prior Art] thin film transistor formed on a glass substrate or the like of an insulating substrate (TFT) is promising as an active matrix that is desired for a flat display device using a liquid crystal or electroluminescence, or the like. この薄膜トランジスタを形成する為の絶縁性基板上の半導体薄膜として、従来、非晶質シリコン膜を用いる方法、及び多結晶シリコン膜を用いる方法が提案されている。 As insulating semiconductor thin film on a substrate for forming the thin film transistor, conventionally, a method of using an amorphous silicon film, and a method of using a polycrystalline silicon film has been proposed.

第1の非晶質シリコン膜を用いる方法では、プラズマ In the method using the first amorphous silicon film, a plasma
CVD法等によって、膜の堆積温度が一般に300℃以下で行われ、トランジスタ形成のプロセス全般の温度も含めて低温プロセスであることによって、耐熱温度の高くない安価なガラス基板が使え、さらに堆積装置も大型化し易いので、アクティブマトリクスとしての基板の大型化が容易であるとして、有力な方法とされている。 By a CVD method or the like, the deposition temperature of the film is generally conducted at 300 ° C. or less, by a low temperature process, including the temperature of the overall process of the transistor formation, can use inexpensive glass substrates not high heat resistance temperature, further deposition apparatus since also easily large, as larger substrate as an active matrix is ​​easy, there is a powerful method. しかし、 But,
非晶質シリコン膜では膜の導電率が小さいのでアクティブマトリクスとして充分なトランジスタのオン電流を得る為に、トランジスタ寸法を大きくする必要があり、信頼性や画素の開口率の低下を招くという欠点を有するし、又キャリア移動度が低い為に、トランジスタの動作速度が遅く、アクティブマトリクスとして制御画素数に限界があること及びアクティブマトリクスの周辺走査回路を同一基板上に形成できないという欠点を有している。 Since the amorphous silicon film layer of the conductivity is small in order to obtain the on-current of sufficient transistors as active matrix, it is necessary to increase the transistor size, the drawback of lowering the reliability and pixel aperture ratio of it has, also due to the low carrier mobility, the operation speed of the transistor is slow, has a disadvantage of not forming the peripheral scanning circuits and that the active matrix is ​​limited to the number of control pixels as an active matrix on the same substrate there. さらに、非晶質シリコン膜では光導電性が大きい為に、トランジスタのオフ時に光電流が発生し、光照射下では電流のオン・オフ比が著しく低下するという欠点も存在している。 Furthermore, the amorphous silicon film because a large photoconductive, photoelectric current is generated at the time of off of the transistor, under light irradiation is present the disadvantage on-off ratio is significantly reduced.

これらの欠点に対して、第2の多結晶シリコン膜を用いる方法が提案されている。 For these shortcomings, a method of using a second polycrystalline silicon film has been proposed. 多結晶シリコン膜は通常減圧CVD法により形成され、膜物性として、非晶質シリコン膜と比較して導電率、キャリア移動度は1桁以上大きく、光導電性が小さいので、より高性能で高信頼のアクティブマトリクスの形成が可能で、前記の非晶質シリコン膜を用いた場合の欠点を解決する方法として精力的に検討がなされている。 Polycrystalline silicon film is formed by normal pressure CVD method, a film property, conductivity than an amorphous silicon film, the carrier mobility is greater by one digit or more, the optical conductivity is small, high higher performance possible formation of the active matrix trust, energetically studies have been made as a method of solving the drawbacks in the case of using an amorphous silicon film of the.

[発明が解決しようとする問題点] 従来、ガラス基板上への多結晶シリコン膜形成法は、 [INVENTION Problems to be Solved point] Conventionally, polycrystalline silicon film forming method onto a glass substrate,
減圧CVD法やプラズマCVD法が用いられている。 Reduced pressure CVD method or a plasma CVD method is used.

しかし、これらの形成法では形成時の基板温度が600 However, the substrate temperature during formation in these formation methods 600
℃以上必要であり、それより低温度では非晶質シリコン膜しか得られない。 ℃ is excessive, it from the amorphous silicon film obtained only at low temperatures. 従って用いるガラス基板は、通常のソーダライムガラスより耐熱温度の高い石英ガラス等の高価なガラス基板材料を必要とする。 Glass substrate used therefore requires an expensive glass substrate material high silica glass or the like having heat resistance temperature than normal soda-lime glass. また、この温度域での減圧CVD法やプラズマCVD法の膜形成装置は、より低温度域での非晶質シリコン膜用のプラズマCVD装置等に比較して大型化が難しく基板サイズの大型化への対応が非常に困難である。 Further, the film forming apparatus of a low pressure CVD method, a plasma CVD method at this temperature range, increase in size of the hard substrate size large compared More plasma CVD apparatus or the like for the amorphous silicon film at a low temperature region response to it is very difficult. 又別の多結晶シリコン膜形成法として分子線蒸着法も提案されているが、550℃程度のやや低い基板温度が可能であるが、基板サイズの大型化への対応の点では前述の形成法よりもさらに困難となり、又より高価な装置となる。 Molecular beam deposition method as polycrystalline silicon film forming method of Matabetsu also been proposed, but it is possible to slightly lower the substrate temperature of about 550 ° C., the aforementioned forming method in terms of response to enlargement of the substrate size It becomes more difficult than, also become more expensive apparatus.

以上の様に従来の多結晶シリコン膜形成法では形成温度と使えるガラス基板の耐熱温度及び基板サイズの大型化への対応の可能性の面で大きな欠点を有していた。 Above the the conventional polycrystalline silicon film forming method as had major drawbacks in terms of the corresponding potential for enlargement of the heat-resistant temperature and the substrate size of the glass substrate that can be used with the forming temperature.

又、前述の如き欠点を解決する方法として絶縁膜上に形成した非晶質シリコン膜にCW Arレーザービームを照射し、多結晶シリコン膜となす方法が提案されている。 Further, there has been proposed a method in which the amorphous silicon film formed on an insulating film as a method for solving such drawbacks described above is irradiated with CW Ar laser beam, forming a polycrystalline silicon film.
(Applied Physics Letters,vol.38(1981),No.8,pp61 (Applied Physics Letters, vol.38 (1981), No.8, pp61
3-615) この場合でも前述非晶質シリコン膜の形成温度を500 3-615) The formation temperature of the above amorphous silicon film even in this case 500
℃以上とする必要があり、プロセス温度として500℃以上を必要とするという大きな欠点を有していた。 ° C. should be at least, had a major disadvantage of requiring 500 ° C. or higher as the process temperature.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、従来の絶縁性基板への多結晶半導体薄膜形成法が持つ前述の問題点を解決すべくなされたものであり、ガラス基板上に水素化物を原料ガスとして非晶質シリコン膜をプラズマCVDによって形成し、レーザービームの走査速度をビームスポット径(μm)×(5000〜50 [Means for solving the problems] The present invention has been made to solve the conventional insulating aforementioned problems polycrystalline semiconductor thin film forming method has to a substrate, the hydride on a glass substrate the amorphous silicon film formed by plasma CVD as the material gas, the scanning speed of the laser beam the beam spot diameter (μm) × (5000~50
0000)/秒の或る速度とし、該非晶質シリコン膜にレーザービームを走査照射し、該非晶質シリコン膜が結晶化を示し始める第1のレーザーパワー閾値と、該非晶質シリコン膜が溶融状態に至る第2のレーザーパワー閾値との間に照射レーザーパワーを設定し、該非晶質シリコン膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結晶シリコン膜に結晶化せしめる、平面ディスプレイ用薄膜トランジスタに用いる多結晶シリコン膜の製造方法において、 0000) / the second certain speed of the laser beam scanning irradiation in the amorphous silicon film, a first laser power threshold amorphous silicon film begins to show crystallization, amorphous silicon film is melted set the irradiated laser power between a second laser power threshold leading to and allowed crystallization into a polycrystalline silicon film without occupying reach the amorphous silicon film into a complete molten state, multi-use in the thin film transistor for a flat display the method of manufacturing a crystalline silicon film,
該非晶質シリコン薄膜を略350℃以下の基板温度で100〜 100 the amorphous silicon thin film substantially 350 ° C. or less of the substrate temperature
3000Åの膜厚に堆積し、レーザービームのビームスポット径と照射レーザーパワーと走査速度との関係から、ビームスポット径が30〜200μmの範囲に対して、走査速度と、照射レーザーパワーとを選択し、レーザービームを該非晶質シリコン膜に走査照射して該非晶質シリコン膜の多結晶化を行うことを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法である。 Deposited to a thickness of 3000 Å, from the relationship between the beam spot diameter and the irradiation laser power and the scanning speed of the laser beam, the beam spot diameter for a range of 30 to 200 [mu] m, and select a scanning speed, an irradiation laser power a method for producing polycrystalline silicon film and performing multi-crystallization of amorphous silicon film is scanned with the laser beam to the amorphous silicon film.

本発明の構成においては、まず、ガラス基板、ガラス基板たる絶縁性基板上にプラズマCVD法或は光CVD法等の方法によって、非晶質シリコン膜に代表される非晶質半導体薄膜を堆積する。 In the configuration of the present invention, first, a glass substrate by the method of the plasma CVD method or a photo CVD method or the like on a glass substrate serving as an insulating substrate, depositing an amorphous semiconductor thin film typified by amorphous silicon film . この時の堆積膜厚は3000Å〜100 Deposited film thickness at this time 3000Å~100
Åとする。 And Å.

一般に、SiH 4 、SiH 2 H 6等の水素化物を原料ガスとしたプラズマCVD法や光CVD法による非晶質半導体薄膜の形成においては基板温度が低い場合、著しく多量の水素が非晶質半導体薄膜中に取り込まれるが、レーザービームの照射によって該非晶質半導体薄膜が結晶化する際この水素がガス化して噴出し、安定な結晶化を妨げるので、基板温度は300℃以上とする。 Generally, SiH 4, SiH 2 when the substrate temperature in the formation of the amorphous semiconductor thin film hydride by the plasma CVD method or a photo CVD method as a raw material gas such as H 6 lower, considerably large amount of hydrogen, the amorphous semiconductor Although incorporated into the thin film, the hydrogen when amorphous semiconductor thin film is crystallized is ejected gasified by irradiation with a laser beam, so hinder stable crystallization, the substrate temperature to 300 ° C. or higher. 300℃以下の基板温度で堆積したときには、非晶質シリコン膜を形成後350℃程度の温度で不活性ガス雰囲気中又は真空中で保持すること等により、脱水素処理を行う。 When deposited at 300 ° C. or less of the substrate temperature, such as by holding the amorphous silicon film at a temperature of about 350 ° C. after the formation or in vacuum in an inert gas atmosphere, it performs a dehydrogenation process.

このとき、非晶質シリコン膜等の非晶質半導体薄膜の堆積膜厚を3000Å以下とすることが好ましく理由を説明する。 In this case, the deposited film thickness of the amorphous semiconductor thin film such as amorphous silicon film is set to be lower than or equal to 3000Å ​​explaining preferably reason. 3000Åを超える膜厚では、後に行うレーザービーム照射の際、膜中に含まれていた水素のガス状噴出の影響が強く、得られる多結晶半導体薄膜に、キレツ、ボイド、さらに剥離等が発生しやすいので堆積温度を500℃ A film thickness of more than the 3000 Å, when the laser beam irradiation to be performed later, strong influence of the gaseous jet of the hydrogen contained in the film, the polycrystalline semiconductor thin film obtained, cracking, voids, further peeling or the like occurs easy because the deposition temperature 500 ℃
以上とすることでこれを妨ぐ必要がある。 There is a need 妨Gu this by greater than or equal to. これに対し薄膜3000Å以下では、堆積温度を500℃以上とする必要はなく、かつレーザーのパワーの許容範囲が広くなるからである。 In contrast film 3000Å ​​or less, the deposition temperature is not required to be 500 ° C. or more, and because the allowable range of the laser power is widened. なお、この非晶質半導体薄膜は100Å未満ではT Note that the amorphous semiconductor thin film T is less than 100Å
FT化が困難であり、100Å以上の厚膜とすることが好ましい。 FT reduction is difficult, it is preferable to 100Å or more thick film.

よって、非晶質半導体薄膜の膜厚は3000Å以下とすることが好ましい。 Therefore, the film thickness of the amorphous semiconductor thin film is preferably not more than 3000 Å.

又、該非晶質半導体薄膜を形成する際、前もって絶縁性基板上に酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の絶縁膜を、堆積しておいてもよい。 Further, when forming the amorphous semiconductor thin film, an advance insulating insulating film such as silicon oxide film or a silicon nitride film on the substrate, it may have been deposited.

又、非晶質半導体薄膜は、予め島状にパターニングしてあってもよい。 Further, an amorphous semiconductor thin film may be each other by patterning in advance island. 次いで、この非晶質半導体薄膜にレーザービームを走査照射して、完全な溶融状態に至ることなく、多結晶化する。 Then, the amorphous semiconductor thin film by scanning laser beam irradiation, without leading to complete melting state, polycrystalline. レーザービームのスポット径は、 Spot diameter of the laser beam,
適宜定めれば良いが、後に形成するトランジスタの短辺寸法より充分大きくしておくことが好ましいが、大きくするにつれ必要なレーザー光源のパワーも増大する為、 May be appropriately determined, but later it is preferable to sufficiently greater than the short side dimension of the transistor to be formed, since also increases the power of the laser light source needs as it increases,
通常は30〜200μmが選ばれる。 Usually 30~200μm is selected.

本発明では、レーザービームの走査速度をビームスポット径×5000/秒以上に選ぶ。 In the present invention, choosing the scan speed of the laser beam over the beam spot diameter × 5000 / sec. これにより後述するように広いレーザーパワーのマージンで非晶質半導体薄膜は、完全な溶融状態に至ることなく結晶化し、多結晶半導体薄膜とすることができる。 Amorphous semiconductor thin film at the margin of the broad laser power as will be described later by which can be crystallized without leading to complete melting state, a polycrystalline semiconductor thin film.

本発明では使用されるレーザービームは波長20000Å Laser beam used in the present invention is wavelength 20000Å
〜1000Å程度の連続発振レーザーによるものがあり、例えばYAGレーザー、He−Neレーザー、アレキサンドライトレーザー、Arレーザー、Krレーザー及びこれらの高周波レーザー、色素レーザー、エキシマーレーザー等が使用できる。 May be caused by continuous wave laser of about ~1000A, for example a YAG laser, the He-Ne laser, an alexandrite laser, Ar laser, Kr laser and these high-frequency lasers, dye lasers, and excimer laser can be used. なかでも可視光域から紫外域のレーザーが好ましい。 Among these lasers in the ultraviolet region from the visible light region are preferred.

このレーザービームの走査速度は前述の如くビームスポット径×5000/秒以上とされ、通常最大でもビームスポット径×500000/秒以下とされる。 The scanning speed of the laser beam is a beam spot diameter × 5000 / sec or more as described above, are the following beam spot diameter × 500000 / sec at normal maximum. なお、具体的には4 It should be noted, specifically 4
0m/秒以下とされることが好ましい。 It is preferably a 0 m / sec or less. これにより、非晶質半導体薄膜は完全な溶融状態に至ることなく結晶化し、多結晶半導体薄膜とすることができる。 This makes it possible to amorphous semiconductor thin film is crystallized without leading to complete melting state, a polycrystalline semiconductor thin film.

以下、その理由をレーザービームの走査照射するときの非晶質半導体薄膜の変化とその時のレーザーパワーとの関係から説明する。 The reason will be described below from the relationship between the amorphous semiconductor thin film changes the laser power at the time when the scanning irradiation of a laser beam. まず、或る走査速度において照射レーザーパワーを充分に小さい値から増加させるとき、 First, when increasing the sufficiently small value irradiation laser power at a certain scanning rate,
非晶質半導体薄膜が結晶化を示し始めて多結晶半導体薄膜となる第1のレーザーパワー閾値が現れる。 The first laser power threshold amorphous semiconductor thin film is a polycrystalline semiconductor thin film beginning to show crystallization appears. この完全な溶融状態を経ないでの結晶化については後で詳しく説明する。 It will be described in detail later crystallization without going through the complete melting condition. さらにレーザーパワーを増加させると、ついに半導体薄膜が溶融状態に至り、第2のレーザーパワー閾値が見い出される。 When further increasing the laser power, and finally reaches the semiconductor thin film is in a molten state, a second laser power threshold is found. 安定して多結晶半導体薄膜とする為に、この第1、第2の両レーザーパワー閾値の間で照射レーザーパワーを選択する必要がある。 To a stable polycrystalline semiconductor thin film, the first, it is necessary to select the irradiated laser power between the second both laser power threshold. しかし、走査速度が遅い場合、この両レーザーパワー閾値の間隔が小さくなり、さらに遅くした場合については両閾値間に、安定して多結晶半導体薄膜となすのに適したレーザーパワーの設定マージンが存在しなくなる。 However, when the scanning speed is low, the distance of both laser power threshold is decreased, between the two thresholds for the case where the slower, there is stably set margin of the laser power suitable for forming a polycrystalline semiconductor thin film you will not. これに対し、走査速度が速い場合、遅い場合に比較してレーザーパワーの閾値は共に増加し同時に間隔は開き、レーザーパワーの設定マージンが拡がる。 In contrast, when the scanning speed is high, the laser power as compared with the case late threshold opens both increase simultaneously spacing spreads the setting margin of the laser power. 本発明では、この走査速度をビームスポット径×5000/秒以上とする。 In the present invention, the scanning speed and the beam spot diameter × 5000 / sec or more. ここで、走査速度の望ましい範囲がビームスポット径との関係で存在する理由は、ビームスポット径より充分に小さい被照射部分について見ると、或る走査速度の場合照射時間がビームスポット径に比例し、照射エネルギーがこの照射時間にほぼ比例するという関係にあるからである。 Here, the reason why the desired range of scan speed exists in relation to the beam spot diameter, regarding sufficiently small irradiated portion than the beam spot diameter, if the irradiation time of one scan speed is proportional to the beam spot diameter , irradiation energy is because in a relationship that is approximately proportional to the irradiation time. 以上に理由から、走査速度は、ビームスポット径×5000/秒以上とされる。 Reasons above, the scanning speed is the beam spot diameter × 5000 / sec or more.

これによって、非晶質半導体薄膜は完全な溶融状態に至ることなく結晶化し、極く短時間のうちに、多結晶半導体薄膜となることが出来、耐熱温度の低い安価なガラス基板の使用が可能であり、かつ、基板サイズの大型化も容易に対応可能となる。 Thus, the amorphous semiconductor thin film is crystallized without leading to complete melting state, within a very short time, a polycrystalline semiconductor thin film and made it possible, allowing the use of low heat temperatures inexpensive glass substrate , and the and the enlargement of the substrate size is also readily becomes available. さらに、レーザーパワーの設定マージンが広くなるので、制御が容易となり、かつ走査速度が速いので生産性も向上する。 Further, since the setting margin of the laser power becomes large, control is facilitated, and the scanning speed is also improved fast because productivity.

なお、非晶質シリコン膜にレーザービームを走査照射する際、非晶質半導体薄膜上に予め酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の絶縁膜を形成し、レーザービームの反射防止膜或は表面保護膜として用いても良い。 Incidentally, when scanning irradiating a laser beam to the amorphous silicon film, the amorphous semiconductor insulating film such as a pre-oxidized silicon film and a silicon nitride film on the thin film is formed, the laser beam an anti-reflection film or a surface protection film of it may be used as.

本発明でいう非晶質半導体薄膜とは狭義の意味で、完全な非晶質構造を有するものだけではなく、粒径が50nm In a narrow sense the amorphous semiconductor thin film in the present invention, not only those having a completely amorphous structure, the particle size is 50nm
未満の微細な結晶粒子が含まれるいわゆる微結晶半導体薄膜をも含むものである。 It is intended to include a so-called microcrystal semiconductor thin film that contains less than fine crystal grains. 本発明の非晶質半導体薄膜としては非晶質シリコン膜が最適なものであるが非晶質ゲルマニウム等の他の非晶質半導体薄膜にも適用できる。 As the amorphous semiconductor thin film of the present invention are those amorphous silicon film is best applicable to other amorphous semiconductor thin film such as amorphous germanium.
又、本発明でいうビームスポット径は、照射面においてレーザーパワーの約87%以上が内包される径をさす。 Further, the beam spot diameter in the present invention refers to the diameter of more than about 87% of the laser power is included in the irradiation surface.

前述の非晶質半導体薄膜が、完全な溶融状態を経ないで結晶化することについて説明する。 Amorphous semiconductor thin film described above, will be explained to crystallize without following the complete molten state. 一般にエネルギーを与えて結晶化又は結晶粒成長を起させる場合、溶融させた後再固化させる方法又は、融点以下の高温で非常に長時間保持する方法等が行われている。 In general, when giving energy to cause the crystallization or grain growth, a method to re-solidified after being melted or a method in which holding very long time in the following high-temperature melting point is being performed. 前者は、再固化の速度が速くても10cm/秒以下と一般に遅く限られ、かつ、融点以上の高温度を要する。 The former, even if the speed of resolidification fast limited slow below generally 10 cm / sec, and requires more high melting point. 後者の方法では、保持温度が融点より下がるにつれ、非常な長時間の処理例えば100時間以上を要する。 In the latter method, as the holding temperature falls below the melting point, it takes a great long handles or e.g. 100 hours.

これに対し、非晶質半導体薄膜にレーザー光を照射する場合、非晶質半導体薄膜に特有な光誘起構造変化及び固相での結晶化及びこの時の結晶化熱の発生等の現象が存在し、これ等の結果、完全な溶融状態を経ることなく、高速度での結晶化が可能となるものであり、本発明ではの現象を利用して低温高速の結晶化を可能としている。 In contrast, when irradiating the laser beam to the amorphous semiconductor thin film, there are phenomena such as occurrence of crystallization and heat of crystallization at this time in specific photoinduced structural changes and the solid phase to the amorphous semiconductor thin film and, as a result of such which, without a complete melting state, which is possible to crystallization at high speed, thereby enabling low-temperature fast crystallization utilizing the phenomenon of the present invention.

[作用] 本発明は、ガラス基板上に形成した非晶質シリコン膜等の非晶質半導体薄膜へCw Arレーザービーム等のレーザービームを走査照射することにより、完全な溶融状態を経ることなく多結晶シリコン膜等の多結晶半導体薄膜とすることが可能であり、その時の絶縁性基板温度は平均的にはほとんど上昇せず、部分的かつ瞬間的にも半導体材料の溶融温度よりはるかに低く、さらに物性値として定義れている非晶質半導体薄膜いわゆる結晶化温度よりも充分低い温度に止まるため耐熱性の低いガラス基板が使用できる。 [Operation] The present invention, by scanning laser beam irradiation, such as Cw Ar laser beam to the amorphous semiconductor thin film such as amorphous silicon film formed on a glass substrate, a multi without a complete melting state crystalline silicon film, it is possible to polycrystalline semiconductor thin film, the insulating substrate temperature at that time is hardly increased on average, partially and momentarily much lower than the melting temperature of the semiconductor material is also Furthermore the amorphous semiconductor thin film low glass substrate heat resistance for stopping sufficiently lower temperature than the so-called crystallization temperature is defined as the physical properties can be used.

さらに前記非晶質半導体薄膜の膜厚を3000Å以下としておくことにより、堆積温度が500℃未満であっても、 Further, the by previously less 3000Å ​​thickness of the amorphous semiconductor thin film, even deposition temperature is less than 500 ° C.,
レーザービーム照射時の水素のガス状噴出によるキレツ、ボイド、剥離等の欠陥の発生を容易に防ぐことが出来る。 Cracking due to gaseous jet of hydrogen during the laser beam irradiation, voids can easily prevent the occurrence of defects such as peeling.

又、本発明における非晶質半導体薄膜の結晶化速度は、一般にレーザーアニール法と呼ばれる方法に見られる溶融状態から固化再結晶化する場合に比較して非常に速く、レーザービームを走査照射する走査速度をビームスポット径×5000/秒以上にしても結晶化させるとが可能であり、低温でかつ高速で結晶化させることができる。 Further, crystallization speed of the amorphous semiconductor thin film in the present invention are generally very fast in comparison with the case of solidified recrystallized from a molten state found in a method called laser annealing method, scanning for scanning laser beam irradiation speed when even be more than the beam spot diameter × 5000 / sec to crystallize are possible, can be crystallized at low temperature and fast. 又、この様な走査速度において、全体に多結晶半導体薄膜とすることができるレーザーパワーの設定マージンが充分広く取れるという利点も有する。 Also has in such scanning speed, the advantage that setting the margin of the laser power that can be a polycrystalline semiconductor thin film on the entire can take wide enough.

本発明は非晶質半導体薄膜として非晶質シリコン膜への適用が最も適しているが、非晶質ゲルマニウム膜等の他の非晶質半導体薄膜に適用してもよいことはもちろんである。 The present invention is applicable to the amorphous silicon film is best suited as an amorphous semiconductor thin film, it is a matter of course that may be applied to other amorphous semiconductor thin film such as amorphous germanium film.

[実施例] 実施例1 ソーダライムガラスからなる基板上に、SiH 4及びN 2 O On a substrate made of EXAMPLES Example 1 soda lime glass, SiH 4 and N 2 O
の原料ガスを用いてプラズマCVD法により、基板温度350 By a plasma CVD method using a raw material gas, substrate temperature 350
℃で酸化シリコン膜(SiO 2 )を2000Å堆積し、これに連続してSiH 4ガスを原料として同じく基板温度350℃にて非晶質シリコン膜を3000Å堆積した。 ° C. silicon oxide film (SiO 2) and 2000Å is deposited, and 3000Å is deposited an amorphous silicon film at same substrate temperature 350 ° C. The SiH 4 gas as a raw material in succession thereto. 次に、この非晶質シリコン膜に、CW Arレーザービームを走査照射する。 Next, the amorphous silicon film is scanned with the CW Ar laser beam.
ビームスポット径は100μm走査速度は1.2m/秒(ビームスポット径×12,000/秒)、レーザーパワー9Wとした。 The beam spot diameter 100μm scan speed 1.2 m / sec (beam spot diameter × 12,000 / sec), and a laser power 9W.

得られた多結晶シリコン膜の結晶粒子径は0.2〜3.0μ Crystal grain size of the obtained polycrystalline silicon film 0.2~3.0μ
mであった。 It was m. このとき、暗赤色で不透明に近い非晶質シリコン膜は、レーザービームの走査照射により、淡黄色で透明に近い状態を呈した。 In this case, opaque close amorphous silicon film with dark red, the scanning laser beam irradiation exhibited a state almost transparent pale yellow.

第1図はこの走査状態を示す断面図であり、1はCW A Figure 1 is a cross sectional view of the scanning condition, 1 CW A
rレーザービーム、2は非晶質シリコン膜、3は絶縁膜、4はガラス基板を示しており、図の前後方向に走査することにより、非晶質シリコン膜の部分が多結晶シリコン膜5に結晶化しているところを示している。 r laser beam, 2 amorphous silicon film, 3 denotes an insulating film, 4 denotes a glass substrate, by scanning in the longitudinal direction in the figure, the portion of the amorphous silicon film is a polycrystalline silicon film 5 It shows the place which is crystallized.

比較例1〜7 これに対し、実施例1と同じ非晶質シリコン膜を用いてレーザーパワーを11Wに増加させた場合(比較例1)、非晶質シリコン膜は照射後透明に近いがガラス基板上で凝集状態を示して荒れており、均質な膜状を呈していなかった。 In contrast Comparative Examples 1 to 7, when increasing the laser power to 11W using the same amorphous silicon film as in Example 1 (Comparative Example 1), the amorphous silicon film is almost transparent after irradiation glass and rough shows aggregation state on the substrate, did not exhibit a uniform film shape. これは、溶融状態に至ったことを示す。 This indicates that led to a molten state.

また、レーザーパワーを7Wとした場合(比較例2)、 Further, when the laser power and 7W (Comparative Example 2),
非晶質シリコン膜は照射後、照射前に比較してわずかに透光性が減少したのみで多結晶シリコン膜にはなっていなかった。 After the amorphous silicon film is irradiated, slightly translucent in comparison to before the irradiation was not become the polycrystalline silicon film only decreased.

実施例1と同じに形成した非晶質シリコン膜に、CW A Amorphous silicon film same form as in Example 1, CW A
rレーザービームを実施例1と同じく100μm、走査速度を比較例として0.20m/秒(ビームスポット径×2000倍/ Like-r laser beam as in Example 1 100 [mu] m, 0.20 m / sec (beam spot diameter × 2000 fold with a scanning rate of Comparative Example /
秒)で走査照射した場合、レーザーパワーが2.8Wのとき(比較例3)、非晶質シリコン膜は照射前より透光性が少し減少したのみで多結晶化は認められなかったがレーザーパワーが3.1Wのとき(比較例4)は、照射表面から凝集状に変形して荒れて、透明に近く変化し、溶融状態に至ったことを示し、図2に示すようにさらにガラス基板表面も凹凸状に変形を呈し、かつ部分的にはマイクロクラック6の発生も認められた。 When scanned irradiated in seconds), when the laser power is 2.8W (Comparative Example 3), but the amorphous silicon film is translucent than before irradiation did polycrystalline is observed in only slightly reduced laser power There is (Comparative example 4) when 3.1 W, rough deformed to aggregate form from the irradiation surface, transparent to near changed, show that led to a molten state, also further glass substrate surface as shown in FIG. 2 It exhibits an uneven shape deformation, and in part also observed the occurrence of microcracks 6.

該非晶質シリコン膜の膜厚を5000Åとする以外は実施例1と同じ製造条件で堆積した場合、CW Arレーザービームを実施例1と同じ条件(ビームスポット径100μ If except that the 5000Å thickness of the amorphous silicon film is deposited by the same manufacturing conditions as in Example 1, CW Ar laser beam to the same conditions as in Example 1 (beam spot diameter 100μ
m、走査速度1.2m/秒、レーザーパワー9W)で照射したところ(比較例5)、第3図に示す如く、多結晶シリコン膜に多数のボイド7及びボイドを連接する様なキレツの発生がみられた。 m, scanning speed 1.2 m / sec was irradiated with laser power 9W) (Comparative Example 5), as shown in FIG. 3, a large number of voids 7 and the occurrence of cracking, such as articulating voids in the polycrystalline silicon film It was observed. このとき、レーザーパワーを7Wとした場合(比較例6)は比較例2と同様に透光性の減少の変化を示したのみで、多結晶シリコン膜が形成されなく、11Wとした場合(比較例7)は、比較例1と同様の凝集状態で荒れていることに加え、部分的には、膜の飛散も認められた。 At this time, only when the laser power and 7W (Comparative Example 6) showed similar change to a decrease in the light-transmitting and Comparative Example 2, the polycrystalline silicon film not is formed, when the 11W (compare example 7), in addition to being roughened in the same aggregation state as Comparative example 1, in part, it was also observed scattering of the film.

比較例8 このとき、非晶質シリコン膜を基板温度500℃と高くして膜厚を同様に5000Åとした以外は実施例1と同じ製造条件で堆積し、CW Arレーザービームを上記条件と同様のビームスポット径100μm、走査速度1.2m/秒で照射したところ、レーザーパワー9Wのとき、実施例1における9W照射時と同等の多結晶シリコン膜が得られたが、8W Comparative Example 8 In this case, except that the amorphous silicon film and raised the film thickness similarly to 5000Å and a substrate temperature of 500 ° C. is deposited by the same manufacturing conditions as in Example 1, similarly to the above conditions the CW Ar laser beam the beam spot diameter 100 [mu] m, was irradiated at a scan rate of 1.2 m / sec, when the laser power 9W, although polycrystalline silicon film equivalent to at 9W irradiation in example 1 was obtained, 8W
のとき比較例2と同様に透光性の減少の変化に止まり、 Similarly it stops the change in the reduction of the light-transmitting and Comparative Example 2 when,
10Wのときは、第3図に示す如く、多結晶シリコン膜に多数のボイド及びボイドを連接するキレツの発生がみられ、結果として多結晶シリコン膜を得られたが、実施例1に示した場合に比較して、レーザーパワーの設定マージンは小さく、かつ温度も高くする必要があった。 When the 10 W, as shown in Figure 3, the occurrence of cracking articulating numerous voids and void the polycrystalline silicon film was observed, but the resulting polycrystalline silicon film as a result, shown in Example 1 compared to the case, the setting margin of the laser power is small and temperature had to be higher.

[発明の効果] 以上の如く本発明は、ガラス基板上の非晶質シリコン膜等の非晶質半導体薄膜にCW Arレーザービーム等のレーザービームを走査照射する際、走査速度をビームスポット径×5000/秒以上とすることにより、制御しやすく非晶質半導体薄膜が完全な溶融状態に至ることなく結晶化して、安定して多結晶半導体薄膜となる様にしたこと、さらに、前記非晶質半導体薄膜の堆積膜厚を3000Å As more [Effect of the Invention] The present invention is, when scanning laser beam irradiation of the CW Ar laser beam or the like in the amorphous semiconductor thin film such as amorphous silicon film on the glass substrate, the scanning speed beam spot diameter × with 5000 / sec or more, and crystallization without controlled easily amorphous semiconductor thin film reaches a complete molten state, it was set to become stable polycrystalline semiconductor thin film, further, the amorphous 3000Å ​​the deposition thickness of the semiconductor thin film
以下とすることにより、使用可能な非晶質半導体薄膜の堆積温度として略350℃以下に低温化できるため、多結晶半導体薄膜を形成する基板温度として従来法に比して略350℃以下のプロセス温度として低温化でき、絶縁性基板材料として通常のガラス基板が使え、また、基板サイズの大型化にも充分対応可能となり、平面ディスプレイ装置用のアクティブマトリクスの製造方法において、 With less, it is possible to lower temperatures below approximately 350 ° C. As the deposition temperature of the amorphous semiconductor thin film used, a polycrystalline semiconductor thin film as compared with the conventional method as a substrate temperature for forming a substantially 350 ° C. The following process can low as temperature, can use conventional glass substrate as an insulating substrate material, also it becomes sufficiently adaptable in size of the substrate size, in the manufacturing method of the active matrix for a flat display device,
従来の多結晶半導体薄膜形成法によるものより、非常に優れて有用なものである。 Than with conventional polycrystalline semiconductor thin film forming method, it is very good and useful.

又、本発明による方法によれば、絶縁性基板上の非晶質半導体薄膜の特定の部分のみを選択的に多結晶半導体薄膜とすることが可能で、同一絶縁性基板上で非晶質半導体薄膜として用いる部分と多結晶半導体薄膜として用いる部分とを膜形成工程及びフォトリソグラフィーによるパターニング工程とを別途に付け加えることなく、容易に製造可能となる。 Further, the method according to the present invention, can be selectively made polycrystalline semiconductor thin film only specific portions of the amorphous semiconductor thin film on an insulating substrate, an amorphous semiconductor on the same insulating substrate part and without adding separately the patterning step and the moiety by film forming process and photolithography used as a polycrystalline semiconductor thin film used as a thin film, it is easy to manufacture.

さらに本発明による方法は、多層構造の半導体装置の製造にも適用でき、既に素子や回路を形成した半導体装置上の絶縁膜上に低温度で形成した非晶質半導体薄膜に適用し、既に形成してある下層の素子・回路に熱的なダメージを与えることなく、多結晶半導体薄膜を形成し、 Furthermore, the process according to the invention is applicable to the production of a semiconductor device with a multilayer structure, already applied on an insulating film on a semiconductor device formed of elements and circuits in an amorphous semiconductor thin film formed by low temperature, already formed without the underlying device or circuit that is to provide a thermal damage, to form a polycrystalline semiconductor thin film,
素子化することが可能となる。 It is possible to elements of.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明の実施例において非晶質シリコン膜が安定して多結晶シリコン膜となることを示す断面図。 Sectional view amorphous silicon film indicates that a stable polycrystalline silicon film in the embodiment of Figure 1 the present invention. 第2図及び第3図は比較例における多結晶シリコン膜の状態を示す断面図。 Sectional view FIGS. 2 and 3 are showing a state of a polycrystalline silicon film in the comparative example. 1……CW Arレーザービーム 2……非晶質シリコン膜 3……絶縁膜 4……ガラス基板 5……多結晶シリコン膜 6……マイクロクラック 7……ボイド 1 ...... CW Ar laser beam 2 ...... amorphous silicon film 3 ...... insulating film 4 ...... glass substrate 5 ...... polycrystalline silicon film 6 ...... microcracks 7 ...... voids

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−83321(JP,A) 国体物理 16〔2〕(昭56−2)p. ────────────────────────────────────────────────── ─── front page continued (56) references Patent Sho 60-83321 (JP, a) Kokutai physical 16 [2] (Akira 56-2) p. 47 −53 Applied physics Le tters Vol. 47 -53 Applied physics Le tters Vol. 38,No. 38, No. 8, (1981)p. 8, (1981) p. 613−615 Applied physics Le tters Vol. 613-615 Applied physics Le tters Vol. 35,No. 35, No. 9, (1979)p. 9, (1979) p. 686−687 686-687

Claims (2)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】ガラス基板上に水素化物を原料ガスとして非晶質シリコン膜をプラズマCVDによって形成し、レーザービームの走査速度をビームスポット径(μm)× 1. A hydride on a glass substrate an amorphous silicon film formed by plasma CVD as the material gas, the beam spot diameter and the scanning speed of the laser beam ([mu] m) ×
    (5000〜500000)/秒の或る速度とし、該非晶質シリコン膜にレーザービームを走査照射し、該非晶質シリコン膜が結晶化を示し始める第1のレーザーパワー閾値と、 (5,000 to 500,000) / sec and certain speed, the laser beam was scanned with the amorphous silicon film, a first laser power threshold amorphous silicon film begins to show crystallization,
    該非晶質シリコン膜が溶融状態に至る第2のレーザーパワー閾値との間に照射レーザーパワーを設定し、該非晶質シリコン膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結晶シリコン膜に結晶化せしめる、平面ディスプレイ用薄膜トランジスタに用いる多結晶シリコン膜の製造方法において、該非晶質シリコン薄膜を略350℃以下の基板温度で100〜3000Åの膜厚に堆積し、レーザービームのビームスポット径と照射レーザーパワーと走査速度との関係から、ビームスポット径が30〜200μmの範囲に対して、走査速度と、照射レーザーパワーとを選択し、レーザービームを該非晶質シリコン膜に走査照射して該非晶質シリコン膜の多結晶化を行うことを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。 Amorphous silicon film is set an irradiation laser power between a second laser power threshold leading to a molten state and allowed to crystallize the polycrystalline silicon film without occupying reach the amorphous silicon film to a complete molten state in the manufacturing method of the polycrystalline silicon film used in the thin film transistor for a flat display, amorphous silicon thin film is deposited to a thickness of 100~3000Å ​​following substrate temperature of approximately 350 ° C. the laser beam of the beam spot diameter and the irradiation laser power the relationship between the scanning speed for a range the beam spot diameter of 30 to 200 [mu] m, and the scanning speed, and selects the irradiation laser power, the amorphous silicon by scanning laser beam irradiation to the amorphous silicon film method for producing polycrystalline silicon film and performing polycrystalline film.
  2. 【請求項2】該非晶質シリコン膜の上に絶縁膜をさらに設け、その後にレーザービームを走査照射する特許請求の範囲第1項記載の多結晶シリコン膜の製造方法。 Wherein the amorphous silicon film is further provided an insulating film on the method for producing a polycrystalline silicon film thereafter to the range set forth in claim 1, wherein claims for scanning laser beam irradiation.
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