JPH0878330A - Manufacture of polycrystalline silicon thin-film - Google Patents

Manufacture of polycrystalline silicon thin-film

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JPH0878330A
JPH0878330A JP24872894A JP24872894A JPH0878330A JP H0878330 A JPH0878330 A JP H0878330A JP 24872894 A JP24872894 A JP 24872894A JP 24872894 A JP24872894 A JP 24872894A JP H0878330 A JPH0878330 A JP H0878330A
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Toshio Kudo
Tatsuya Miyagawa
達也 宮川
利雄 工藤
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Casio Comput Co Ltd
カシオ計算機株式会社
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Abstract

PURPOSE: To equalize the size of the crystal grain of a polycrystalline silicon thin-film, in which an amorphous silicon thin-film is changed into a polycrystal by the scanning and irradiation of excimer laser beams, and to reduce the irregularities of the surface of the polycrystalline silicon thin-film. CONSTITUTION: An amorphous silicon thin-film is changed into a polycrystal by scanning and irradiation by excimer laser beams having high energy density in approximately 390-520mJ/cm<2> as shown in oblique lines (hatching) in Fig. 3 (A). A laser-beam irradiation region different from a laser-beam irradiation region in Fig. 3 (A) shown in dotted lines as shown in oblique lines (hatching) in Fig. 3 (B) is scanned and irradiated with excimer laser beams having low energy density in approximately 180-350mJ/cm<2> . Accordingly, the size of the crystal grains of a polycrystalline silicon thin-film can be equalized, and the irregularities of the surface of the polycrystalline silicon thin-film can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】この発明は多結晶シリコン薄膜の製造方法に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to a process for producing a polycrystalline silicon thin film.

【0002】 [0002]

【従来の技術】アモルファスシリコン薄膜を多結晶化して例えば薄膜トランジスタを製造する方法には、比較的大きなガラス基板等からなる絶縁基板の上面全体にアモルファスシリコン薄膜を形成し、このアモルファスシリコン薄膜にエキシマレーザビームを照射することにより該アモルファスシリコン薄膜を多結晶化して多結晶シリコン薄膜とし、この多結晶シリコン薄膜を素子分離して多数の薄膜トランジスタを形成する方法がある。 BACKGROUND OF THE INVENTION The method of manufacturing a polycrystalline to for example, a thin-film transistor, an amorphous silicon thin film, an amorphous silicon thin film is formed on the entire upper surface of the insulating substrate of relatively large glass substrate or the like, an excimer laser to the amorphous silicon film and polycrystallizing the amorphous silicon thin film by irradiating a beam to the polycrystalline silicon thin film, there is a method of forming a plurality of thin film transistors and the polycrystalline silicon thin film isolation. この場合、絶縁基板の大きさに対してエキシマレーザビームのビームサイズが最大でも10mm角程度とかなり小さいので、エキシマレーザビームをスキャンさせて絶縁基板上のアモルファスシリコン薄膜全体を照射するようにしている。 In this case, since the beam size of the excimer laser beam with respect to the size of the insulating substrate is rather small with 10mm square approximately at most, and to irradiate the entire amorphous silicon film on an insulating substrate by scanning an excimer laser beam .

【0003】 [0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のこのような多結晶シリコン薄膜の製造方法では、絶縁基板上のアモルファスシリコン薄膜全体を確実に照射するには、例えば図3(A)において斜線(ハッチング)で示すように、互いに隣接する4つのレーザビーム照射領域の境界部分を左右方向および上下方向で重複して照射する必要がある。 [SUMMARY OF THE INVENTION Incidentally, in the conventional method of manufacturing such a polycrystalline silicon thin film, to surely irradiate the entire amorphous silicon film on an insulating substrate, for example hatched in FIG. 3 (A) ( as shown by hatching), it is necessary to irradiate overlapping boundary portions of the four laser beam irradiation areas adjacent to each other in the horizontal direction and the vertical direction. しかるに、高エネルギ密度のエキシマレーザビームを照射しているので、重複して照射すると、 However, since the irradiation with the excimer laser beam of high energy density is irradiated duplicate,
結晶粒同士の融着が起こり、この結果多結晶シリコン薄膜の結晶粒の大きさにバラツキが生じ、また多結晶シリコン薄膜の表面の凸凹が大きくなり、ひいては移動度やオン電圧、リーク電流等の薄膜トランジスタ特性に大きなバラツキが生じ、量産には適さないという問題があった。 It occurs fusion of crystal grains, resulting variations occur in the grain size of the polycrystalline silicon thin film, also unevenness increases the surface of the polycrystalline silicon thin film, and thus the mobility and the on-voltage, such as leakage current large variations in TFT characteristics is caused, there is a problem that it is not suitable for mass production. この発明の目的は、多結晶シリコン薄膜の結晶粒の大きさを均一化することができ、また多結晶シリコン薄膜の表面の凸凹を小さくすることのできる多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供することにある。 The purpose of this invention, it is possible to equalize the size of the crystal grains of the polycrystalline silicon thin film, also to provide a method for producing polycrystalline silicon thin film which can reduce the unevenness of the surface of the polycrystalline silicon thin film It is in.

【0004】 [0004]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、 Means for Solving the Problems The invention according to claim 1,
レーザビームのスキャン照射によりアモルファスシリコン薄膜を多結晶化して多結晶シリコン薄膜とする際に、 When an amorphous silicon thin film and polycrystalline and polycrystalline silicon thin film by scanning the laser beam irradiation,
レーザビーム照射領域を異ならせて複数回スキャン照射するようにしたものである。 It is obtained as a plurality of scans irradiation with different laser beam irradiation area. 請求項6記載の発明は、1 According to a sixth aspect of the invention, 1
回目のスキャン照射を高エネルギ密度で行い、2回目以降のスキャン照射を1回目のスキャン照射よりも低エネルギ密度で行うようにしたものである。 Performed times th scanning irradiation at high energy density, it is obtained to perform at a lower energy density than first scanning irradiation scanning irradiation of second and subsequent.

【0005】 [0005]

【作用】この発明によれば、レーザビーム照射領域を異ならせて複数回スキャン照射することにより、アモルファスシリコン薄膜を多結晶化することになるので、各スキャン照射による照射領域が異なり、これにより多結晶シリコン薄膜の結晶粒の大きさを均一化することができ、また多結晶シリコン薄膜の表面の凸凹を小さくすることができる。 SUMMARY OF] According to the present invention, by multiple scans irradiation with different laser beam irradiation area, it means that polycrystallizing the amorphous silicon thin film, unlike the irradiation area by the scanning irradiation, thereby multi crystalline silicon thin film of grain size can be made uniform, and it is possible to reduce the unevenness of the surface of the polycrystalline silicon thin film.

【0006】 [0006]

【実施例】次に、この発明の第1実施例における多結晶シリコン薄膜の製造方法について図1〜図3を参照しながら説明する。 EXAMPLES Next, referring to FIGS. 1 to 3 for the method for producing polycrystalline silicon thin film in the first embodiment of the present invention. まず、図1に示すように、厚さが1.1 First, as shown in FIG. 1, a thickness of 1.1
mmで320×340mmの比較的大きなガラス基板1 Relatively large glass substrates mm at 320 × 340 mm 1
の上面にマグネトロンスパッタリング装置を用いて酸化シリコンからなる厚さが1000Å程度の下地層2を成膜する。 Top thickness made of silicon oxide by magnetron sputtering apparatus of to formation of the base layer 2 of about 1000 Å. 次に、下地層2の上面にPECVD装置を用いて厚さが500Å程度の水素化アモルファスシリコン薄膜3を成膜する。 Then, thickness is deposited hydrogenated amorphous silicon thin film 3 of about 500Å using PECVD device on the upper surface of the underlying layer 2. 次に、後の工程でエキシマレーザビーム照射により高エネルギを与えたとき水素が突沸して欠陥が生じるのを回避するために、窒素ガス雰囲気中において450℃程度の温度で1時間程度の脱水素処理を行う。 Then, after the to hydrogen when fed a high energy by an excimer laser beam irradiation in the process to avoid the defects and bumping, about 1 hour dehydrogenation at a temperature of about 450 ° C. in a nitrogen gas atmosphere processing is carried out.

【0007】次に、図2に示すように、真空熱処理炉中において脱水素処理後のアモルファスシリコン薄膜3にエキシマレーザビームを照射することにより、アモルファスシリコン薄膜3を多結晶化して多結晶シリコン薄膜4とする。 [0007] Next, as shown in FIG. 2, by irradiating the excimer laser beam to the amorphous silicon thin film 3 after dehydrogenated in vacuum heat treatment furnace, an amorphous silicon thin film 3 and a polycrystalline polysilicon film 4 to. この場合、7.2〜9.3mm角のパルス化したエキシマレーザビームをビームサイズよりもある程度小さいスキャンピッチでスキャン照射し、図3(A) In this case, scanning irradiation of an excimer laser beam pulse of 7.2~9.3mm angle somewhat smaller scan pitch than the beam size, FIG. 3 (A)
において斜線(ハッチング)で示すように、互いに隣接する4つのレーザビーム照射領域の境界部分を左右方向および上下方向に重複照射する。 In as indicated by oblique lines (hatching) overlapping irradiated boundary portions of the four laser beam irradiation regions adjacent to each other in the horizontal direction and the vertical direction. また、このときのエネルギ密度は、アモルファスシリコン薄膜3が溶融した後急冷により再アモルファス化しないようにするために、 Also, the energy density of the device to the amorphous silicon thin film 3 is prevented from re-amorphous by rapid cooling after melting,
390〜520mJ/cm 2程度の高エネルギ密度とする。 And 390~520mJ / cm 2 as high energy density.

【0008】次に、同じく真空熱処理炉中において多結晶シリコン薄膜4に180〜350mJ/cm 2程度の低エネルギ密度のエキシマレーザビームを照射する。 [0008] Next, similar to the polycrystalline silicon thin film 4 in the vacuum heat treatment furnace is irradiated with excimer laser beams 180~350mJ / cm 2 as low energy density. この場合も、7.2〜9.3mm角のパルス化したエキシマレーザビームをビームサイズよりもある程度小さいスキャンピッチでスキャン照射するが、レーザビーム照射領域を図3(A)に示す先のレーザビーム照射領域とは異ならせる。 Again, although scanning irradiation of an excimer laser beam pulse of 7.2~9.3mm angle somewhat smaller scan pitch than the beam size, the previous laser beam of a laser beam irradiation region in FIG. 3 (A) It is made different from the irradiated region. すなわち、図3(B)において斜線(ハッチング)で示すように、点線で示す図3(A)のレーザビーム照射領域とは異なるレーザビーム照射領域とする。 That is, as shown by oblique lines (hatching) in FIG. 3 (B), different from the laser beam irradiation area of ​​the laser beam irradiation area in FIG. 3 shown by the dotted line (A). これは、今回のレーザビーム重複照射領域と前回のレーザビーム重複照射領域とをなるべく異ならせることにより、過度のエネルギ吸収領域が生じるのを避けるためである。 This can be achieved by as much as possible and the current of the laser beam overlap irradiation region and the previous laser beam overlap irradiation region different, in order to avoid excessive energy absorption region occurs. そして、今回のエネルギ密度は180〜35 And, this time of the energy density 180-35
0mJ/cm 2程度の低エネルギ密度であるので、先のレーザビーム照射により多結晶化した多結晶シリコン薄膜4を溶融させることなく、先のレーザビーム照射により形成された微細なシリコン種結晶粒の成長が促進されるとともに、先のレーザビーム照射により多結晶化した多結晶シリコン薄膜4の急冷による歪が緩和されることになる。 Because of low energy density of about 0 mJ / cm 2, the laser beam irradiation of the above without melting the polycrystalline silicon thin film 4 which is polycrystalline, the previous laser beam irradiation of a fine silicon seed crystal grains formed by with growth is promoted, so that the distortion caused by rapid cooling of the polycrystalline silicon thin film 4 which is poly-crystallized by laser beam irradiation of the above is alleviated. この結果、多結晶シリコン薄膜4の結晶粒の大きさを均一化することができ、また多結晶シリコン薄膜の表面の凸凹を小さくすることができる。 As a result, the grain size of the polycrystalline silicon thin film 4 can be made uniform, and it is possible to reduce the unevenness of the surface of the polycrystalline silicon thin film.

【0009】次に、この多結晶シリコン薄膜4を用いて構成した薄膜トランジスタの構造の一例について図4を参照しながら説明する。 [0009] Next, referring to FIG. 4 an example of a polycrystalline silicon thin film 4 of the thin film transistor constituted by using the structure. まず、多結晶シリコン薄膜4を周知の如く素子分離した後、ゲート絶縁膜5およびゲート電極6を形成し、ゲート電極6をマスクとして多結晶シリコン薄膜4に不純物を拡散し、層間絶縁膜7およびこの層間絶縁膜7に形成したコンタクトホール8を介して不純物拡散層に接続されるソース・ドレイン電極9を形成すると、薄膜トランジスタが完成する。 First, after a polycrystalline silicon thin film 4 and the isolation as well known, a gate insulating film 5 and gate electrode 6, the gate electrode 6 by diffusing impurities into the polycrystalline silicon thin film 4 as a mask, the interlayer insulating film 7 and When forming the source and drain electrodes 9 connected to the impurity diffusion layer through the contact holes 8 formed in the interlayer insulating film 7, the thin film transistor is completed. この薄膜トランジスタでは、移動度やオン電圧、リーク電流等の特性を均一化することができる。 In this thin film transistor can be made uniform mobility and on-voltage, the characteristics such as leakage current.

【0010】次に、この発明の第2実施例における多結晶シリコン薄膜の製造方法について説明する。 [0010] Next, a method for manufacturing the polycrystalline silicon thin film in the second embodiment of the present invention. この第2 This second
実施例では、上記第1実施例の場合と比較して、エキシマレーザビーム照射工程が異なるだけであるので、この工程について説明する。 In the embodiment, as compared with the case of the first embodiment, since the excimer laser beam irradiation step is different only, it describes this process. まず、1回目のエキシマレーザビームの照射は、7.2〜9.3mm角のパルス化したエキシマレーザビームを390〜520mJ/cm 2程度の高エネルギ密度で且つビームサイズと同一のスキャンピッチでスキャン照射する。 First, the scan by the first irradiation of the excimer laser beam, and the beam size and same scan pitch excimer laser beam pulse of 7.2~9.3mm angle at high energy density of about 390~520mJ / cm 2 irradiated. したがって、この1回目のスキャン照射だけでは、重複照射領域は生じない。 Therefore, only the scanning irradiation of the first, overlapping irradiated area does not occur. 次に、2回目のエキシマレーザビームの照射は、7.2〜 Then, the irradiation of the second round of the excimer laser beam, 7.2
9.3mm角のパルス化したエキシマレーザビームを1 The pulsed excimer laser beam of 9.3mm angle 1
80〜350mJ/cm 2程度の低エネルギ密度で且つビームサイズよりも小さいスキャンピッチでスキャン照射する。 Scanning irradiation with a small scan pitch than and beam size at a low energy density of about 80~350mJ / cm 2.

【0011】次に、具体的な例について説明するに、まず、スキャン照射回数を2回とし、各スキャン照射におけるエネルギ密度の最適値を選択する場合について説明する。 [0011] Next, a description will be given of a specific example, first, the scanning irradiation times and 2 times, will be described for selecting the optimum value of the energy density at each scanning irradiation. さて、上記第1実施例において図1を参照して説明したように、厚さが1.1mmで320×340mm Now, as described with reference to FIG. 1 in the first embodiment, 320 × 340 mm thickness with 1.1mm
の比較的大きなガラス基板1の上面に酸化シリコンからなる厚さが1000Å程度の下地層2を成膜し、その上面に厚さが500Å程度の水素化アモルファスシリコン薄膜3を成膜した後脱水素処理を行い、かくして得られた試料を複数用意する。 Relatively large upper surface to a thickness of silicon oxide of the glass substrate 1 is formed an underlying layer 2 of about 1000 Å, dehydrogenation after thickness on its upper surface by forming a hydrogenated amorphous silicon thin film 3 of about 500Å of It performs processing, thus resulting sample to a plurality prepared.

【0012】そして、1回目のスキャン照射において、 [0012] Then, in the first scan irradiation,
8.9mm角のパルス化したエキシマレーザビームを3 3 an excimer laser beam pulse of 8.9mm angle
15〜520mJ/cm 2の範囲内の予め設定した複数のエネルギ密度で且つビームサイズと同一のスキャンピッチでスキャン照射し、各照射エネルギ密度に対する各試料のシート抵抗を測定した。 Scan irradiated by a plurality of same scan pitch and and beam size at an energy density preset within a range of 15~520mJ / cm 2, to measure the sheet resistance of each sample for each irradiation energy density. この測定は、各試料を切断して20×240mmの試料片を取り出し、この取り出した各試料片の表面に、1mm間隔で直列に並んだ4 This measurement, a specimen of 20 × 240 mm by cutting each sample was taken out, arranged in the surface of each sample piece was taken out, in series 1mm intervals 4
本のプローブを試料片の幅方向に並べて接触させ、0〜 Book probes into contact side by side in the width direction of the sample piece, 0
230mmの範囲を10mmピッチで移動させて行った。 The range of 230mm was performed by moving in a 10mm pitch. その結果、次の表1が得られた。 As a result, Table 1 below were obtained. なお、以下の説明において、シート抵抗を測定する場合の測定条件は上記の場合と同じである。 In the following description, the measurement conditions for measuring the sheet resistance is the same as described above.

【表1】 [Table 1]

【0013】この表1は、照射エネルギ密度に対するシート抵抗の平均値とその確率誤差を示したものである。 [0013] The Table 1 shows the mean values ​​and their probabilities error of the sheet resistance with respect to the irradiation energy density.
このうち確率誤差は次の式で求めた。 Of these probability error was determined by the following formula. ただし、x iはシート抵抗、x avはシート抵抗の平均値、nはシート抵抗の測定箇所数である。 However, x i is the sheet resistance, x av is the average value of the sheet resistance, n represents a measurement point number of the sheet resistance. 確率誤差=0.6745√{Σ(x i −x av2 /n(n Random error = 0.6745√ {Σ (x i -x av) 2 / n (n
−1)} そして、表1に示す数値データのうち照射エネルギ密度に対するシート抵抗の平均値をグラフ化したものを図5 -1)} Then, 5 is a graph of a mean value of the sheet resistance with respect to the irradiation energy density of the numerical data shown in Table 1
に示し、照射エネルギ密度に対するシート抵抗の平均値の確率誤差をグラフ化したものを図6に示す。 The shown, shown in FIG. 6 is a graph of a probability error of the mean value of the sheet resistance with respect to the irradiation energy density. 図5および図6から明らかなように、シート抵抗の平均値とその確率誤差は、365mJ/cm 2の照射エネルギ密度の付近で急激に減少している。 5 and As is apparent from FIG. 6, the mean values and their probabilities error of sheet resistance is sharply decreased in the vicinity of the irradiation energy density of 365mJ / cm 2. この場合のシート抵抗の平均値とその確率誤差の減少比をそれぞれ概算してみると、390〜520mJ/cm 2の照射エネルギ密度領域ではそれぞれ最大値の1/5〜1/8と1/8〜1/ The average value of the sheet resistance when the Looking respectively estimate the reduction ratio of the random error, the irradiation energy density region of 390~520mJ / cm 2 and 1 / 5-1 / 8 of the maximum value, respectively 1/8 to 1 /
12となる。 It is 12. そして、シート抵抗の平均値が結晶子サイズや結晶化度と相関関係にあり、またシート抵抗の平均値の確率誤差が膜構造の均一性を反映することを考慮すると、1回目の照射エネルギ密度は390〜520mJ When the average value of the sheet resistance is in correlation with the crystallite size and crystallinity, also the probability error of the mean of the sheet resistance is considered to reflect the uniformity of the film structure, the first irradiation energy density 390~520mJ is
/cm 2の範囲内から選択するのが望ましい。 It is preferably selected from a range of / cm 2.

【0014】次に、1回目の照射エネルギ密度を340 [0014] Next, the irradiation energy density of the first 340
mJ/cm 2として得られた複数の試料に対して、2回目のスキャン照射を行い、シート抵抗の平均値の確率誤差の2回目の照射エネルギ密度に対する依存性を調べたところ、図7に示す結果が得られた。 against mJ / cm plurality of samples obtained as 2, a second time scan irradiation was investigated the dependence on the second irradiation energy density of the probability error of the mean value of the sheet resistance is shown in FIG. 7 results were obtained. この場合、1回目の照射エネルギ密度として340mJ/cm 2を選択したのは、図6から明らかなように、この場合のシート抵抗の平均値の確率誤差が最大であるので、この最悪の場合を選択して、2回目のスキャン照射の影響を分析すると、得られるデータが最も顕著になるからである。 In this case, as was selected 340 mJ / cm 2 irradiation energy density of the first, as is clear from FIG. 6, the probability error of the mean value of the sheet resistance in this case is the maximum, the this worst case select and analyze the effect of the second scan irradiation, obtained data is because becomes most pronounced. また、この場合の1回目のスキャン照射は、8.9mm角のパルス化したエキシマレーザビームをビームサイズと同一のスキャンピッチでスキャン照射した。 Further, first scan the irradiation in this case, it was scanned irradiated with an excimer laser beam pulse of 8.9mm angle beam size and same scan pitch. 2回目のスキャン照射は、8.7〜9.2mm角のパルス化したエキシマレーザビームを175〜340mJ/cm 2の範囲内の予め設定した複数のエネルギ密度で且つビームサイズと同一のスキャンピッチでスキャン照射した。 Scanning irradiation of the second time, at the same scanning pitch and the beam size in the plurality of energy density to a preset within an excimer laser beam pulse of 8.7~9.2mm angle 175~340mJ / cm 2 scanned irradiation. この場合、2回目のスキャン照射のスキャンピッチをビームサイズと同一としたのは、シート抵抗の平均値の確率誤差の2回目の照射エネルギ密度に対する依存性をただ単に調べるためである。 In this case, the second scan pitch of scanning irradiation was the same as the beam size is to investigate the dependence on the second irradiation energy density of the probability error of the mean value of the sheet resistance simply. ただし、2回目のスキャン照射の出発点は、1回目のスキャン照射に対してXY方向にビームサイズの半分だけシフトさせた。 However, the second starting point of scanning irradiation, shifted by half of the beam size in the XY direction with respect to the first scan irradiation.

【0015】さて、図7から明らかなように、シート抵抗の平均値の確率誤差は、2回目の照射エネルギ密度が180〜350mJ/cm 2程度であると±10%以内であり、240〜300mJ/cm 2程度であると±5 [0015] Now, as apparent from FIG. 7, the probability error of the mean of the sheet resistance, the irradiation energy density of the second is within 10% ± to be about 180~350mJ / cm 2, 240~300mJ ± to be / cm 2 approximately 5
%以内であり、275mJ/cm 2付近であると±2. % Within the is, ± as near 275mJ / cm 2 2.
9%程度と最も小さい。 The smallest with about 9%. したがって、2回目の照射エネルギ密度は、好ましくは180〜350mJ/cm 2程度であり、より好ましくは240〜300mJ/cm 2 Accordingly, the irradiation energy density of the second is preferably 180~350mJ / cm 2, more preferably about 240~300mJ / cm 2
程度であり、最も好ましくは275mJ/cm 2付近である。 On the order, and most preferably around 275mJ / cm 2. このような2回目の照射エネルギ密度の条件は、 Such second condition of irradiation energy density of,
1回目の照射エネルギ密度が390〜520mJ/cm Irradiation energy density of the first is 390~520mJ / cm
2程度である場合も同様であると言える。 If it is about 2 can be said to be similar.

【0016】以上のことから、1回目の照射エネルギ密度として520mJ/cm 2を選択し、2回目の照射エネルギ密度として275mJ/cm 2を選択し、さらに実験を行った。 [0016] From the above, select 520mJ / cm 2 as the irradiation energy density of the first, select 275mJ / cm 2 as the irradiation energy density of the second, further experiments were conducted. この場合、1回目のスキャン照射は7. In this case, the first scan irradiation 7.
2mm角のパルス化したエキシマレーザビームをビームサイズと同一のスキャンピッチでスキャン照射し、2回目のスキャン照射は7.2mm角のパルス化したエキシマレーザビームをX=Y=3.6mm、2.4mm、 The pulsed excimer laser beam of 2mm square scan irradiation at the same scanning pitch and the beam size, the second scan irradiating an excimer laser beam pulse of 7.2mm angle X = Y = 3.6mm, 2. 4mm,
1.5mmの3通りのスキャンピッチでスキャン照射した。 It was scanned irradiated with a scan pitch of the three ways of 1.5mm. 以下、これにより得られた試料を順に第1、第2、 Hereinafter, in order first, second sample obtained by this,
第3試料という。 It referred to as a third sample. また、比較のために、8.9mm角のパルス化したエキシマレーザビームを340mJ/cm For comparison, the excimer laser beam 340 mJ / cm was pulsed 8.9mm angle
2の照射エネルギ密度で且つスキャンピッチをX=Y= The and scanning pitch in the second irradiation energy density X = Y =
4.5mmとして1回だけスキャン照射したものを用意した。 Once as 4.5mm it was prepared a scanned irradiation. 以下、これを比較試料という。 Hereinafter referred to as the comparative sample this.

【0017】さて、第1、第2、第3試料および比較試料のシート抵抗の平均値とその確率誤差を測定したところ、次の表2に示す結果が得られた。 [0017] Now, first, second, was an average value and its probability error of the sheet resistance of the third sample and comparative sample were measured, the results shown in the following Table 2 were obtained.

【表2】 [Table 2]

【0018】この表2から明らかなように、シート抵抗の平均値の確率誤差についてみると、第3試料では比較試料の1/4と小さく、第1および2試料では比較試料の約1/9、1/8とかなり小さい。 [0018] As is clear from Table 2, looking at the probability error of the mean sheet resistance, in the third sample as small as 1/4 of the comparative sample, in the first and 2 samples of about comparative sample 1/9 , fairly small as 1/8. したがって、特に第1および2試料では、多結晶シリコン薄膜の結晶粒の大きさの均一性に優れていることになる。 Therefore, particularly in the first and 2 samples, it will be excellent in uniformity of grain size of the polycrystalline silicon thin film. ちなみに、最も良い場合の第1試料と比較試料とのシート抵抗の面内分布を調べたところ、図8に示す結果が得られた。 Incidentally, As a result of in-plane distribution of the sheet resistance of the comparative sample and the first sample in the best case, the results shown in FIG. 8 is obtained. この図8において、黒丸のグラフは第1試料を表し、白丸のグラフは比較試料を表している。 In FIG. 8, the graph of filled circles represent the first sample, the graph of the white circle represents the comparative sample. この図8から明らかなように、第1試料では、多結晶シリコン薄膜の結晶粒の大きさの均一性が比較試料の9倍程度(表2に示す確率誤差の判断からして)改善されていることが判る。 As apparent from FIG. 8, in the first sample, the polycrystalline silicon thin film 9 times the grain size uniformity comparative sample of (and from the determination of the probability error shown in Table 2) is improved it can be seen that there. このことから、第2試料では比較試料の8倍程度改善され、 Therefore, in the second sample is improved 8 times the comparative sample,
第3試料では比較試料の4倍程度改善されていると言える。 In the third sample said to be improved by about 4 times the comparative sample. したがって、第1および第2試料の場合には第3試料よりもかなり改善され、2回目のスキャン照射のスキャンピツチがビームサイズよりもただ単に小さいだけでなく、その1/3以上である方が望ましいと言える。 Therefore, in the case of the first and second sample is improved significantly than the third sample, Sukyanpitsuchi the second scan irradiation not only simply smaller than the beam size is more is 1/3 or more it can be said to be desirable.

【0019】次に、第1、第3試料および比較試料の各中心付近の2μm角のエリアについて、AFM(原子間力顕微鏡)による膜表面粗さを調べたところ、次の表3 Next, first, the area of ​​2μm angle around the center of the third sample and comparative sample was examined with the membrane surface roughness by AFM (atomic force microscope), the following table 3
に示す結果が得られた。 The results shown in was obtained.

【表3】 [Table 3]

【0020】この表3から明らかなように、第1および第3試料では、膜表面粗さが比較試料の半分以下となっており、また膜表面構造の均一性が比較試料と比較してかなり改善されていることが判る。 [0020] As is clear from Table 3, in the first and third samples, the membrane surface roughness is equal to or less than half of the comparative sample, also considerably compared uniformity of the film surface structure and comparative samples it can be seen that has been improved. 第2試料については調べなかったが、第1と第3試料の中間当たりの結果を示すものと思われる。 Was not investigated for the second sample, it is believed that the first and shows the results per intermediate third sample.

【0021】以上のことから、1回目のスキャン照射はエネルギ密度390〜520mJ/cm 2程度で且つレーザビームのビームサイズと同一のスキャンピッチで行い、2回目のスキャン照射はエネルギ密度180〜35 [0021] From the above, performed by the first scanning irradiation and laser beam beam size and same scan pitch at the energy density 390~520mJ / cm 2 or so, the second scan irradiation energy density from 180 to 35
0mJ/cm 2程度で且つレーザビームのビームサイズよりも小さいスキャンピッチで行うと、多結晶シリコン薄膜の結晶粒の大きさを均一化することができ、また多結晶シリコン薄膜の表面の凸凹を小さくすることができる。 Doing a small scanning pitch than and beam size of the laser beam at 0 mJ / cm 2 or so, the polycrystalline grain size of the crystalline silicon thin film can be made uniform and small unevenness of the surface of the polycrystalline silicon thin film can do. この場合、2回目のスキャン照射のスキャンピッチはレーザビームのビームサイズよりも小さく且つその1 In this case, smaller and its than the beam size of the scan pitch laser beam of the second scan irradiation 1
/3以上とするとより好ましく、また2回目のスキャン照射のエネルギ密度は240〜300mJ/cm 2程度望ましくは275mJ/cm 2程度とするとより好ましい。 / 3 or more and more preferably when, also the energy density of the second scan irradiation 240~300MJ / cm 2 degree preferably more preferable to set 275MJ / cm 2 approximately.

【0022】次に、第1、第3試料および比較試料を用いてNMOS型の図4に示すような薄膜トランジスタを形成し、移動度μ FE 、閾値電圧V t1n 、SパラメータS 1 Next, first, using the third sample and comparative sample to form a thin film transistor as shown in FIG. 4 of the NMOS-type, mobility mu FE, the threshold voltage V t1n, S parameter S 1
の各バラツキを調べたところ、図9〜図11にそれぞれ示す結果が得られた。 Examination of the variation in the results shown in FIGS. 9-11 were obtained. この場合、図10における閾値電圧V t1nはドレイン電流I Dが1nAのときのゲート電圧V Gであり、また、図11におけるSパラメータS 1はドレイン電流I Dが1nA〜10nAに変化したときのゲート電圧V Gの変化分である。 In this case, the threshold voltage V t1n in FIG. 10 is a gate voltage V G at the time the drain current I D is 1 nA, also, S parameter S 1 in FIG. 11 when the drain current I D has changed to 1nA~10nA is a variation of the gate voltage V G. なお、図9〜図11において各試料には、左側と右側との二列の測定点群が示されているが、これらは、それぞれ、PECVD装置を用いて水素化アモルファスシリコン薄膜を成膜する際に、 Note that each sample 9 to 11, but two rows measurement point group of the left and right are shown, they are respectively, forming the hydrogenated amorphous silicon thin film using the PECVD apparatus when,
PECVD装置内におけるガラス基板の設置位置を左側とした場合および右側とした場合での測定結果を示す。 Shows the measurement result in the case of the case and the right side of the installation position of the glass substrate was left in the PECVD apparatus.
これらの図から明らかなように、第1および第3試料を用いて形成した薄膜トランジスタの場合、比較試料を用いて形成した薄膜トランジスタと比較して、移動度μ FE 、閾値電圧V t1n 、SパラメータS 1のいずれもバラツキが小さく、トランジスタの性能バラツキを半分程度に抑えることができる。 As is apparent from these figures, when the thin film transistor formed by using the first and third samples, as compared to the thin film transistor formed using the comparative samples, the mobility mu FE, the threshold voltage V t1n, S parameter S any one small variation can be suppressed to about half the performance variation of the transistor. 第2試料については調べなかったが、第1および第3試料と同様の結果を示すものと思われる。 Was not investigated for the second sample, it is believed to show the same result as the first and third samples.

【0023】なお、スキャン照射は2回のみに限らず、 [0023] It should be noted that the scanning irradiation is not limited to only two times,
何回行ってもよい。 It may be performed many times. その場合、3回目以降のスキャン照射の照射領域は例えば2回目のスキャン照射のときと同一であっても異ならせても構わず、またエネルギ密度も同一であっても異ならせても構わない。 In that case, the irradiation area of ​​the third and subsequent scan irradiation is not may be made different be the same as for the example second scan irradiation, also may be different even energy density identical. しかしながら、 However,
好ましくは、2回目以降のスキャン照射のエネルギ密度は1回目のスキャン照射のエネルギ密度よりも小さく、 Preferably, the energy density of the second and subsequent scanning irradiation is smaller than the energy density of the first scan irradiation,
且つ前回のスキャン照射のエネルギ密度と同一かそれよりも小さくすることが望ましい。 And it is desirable to reduce the same than or the energy density of the previous scan irradiation.

【0024】 [0024]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、レーザビーム照射領域を異ならせて複数回スキャン照射することにより、アモルファスシリコン薄膜を多結晶化しているので、各スキャン照射による照射領域が異なり、これにより多結晶シリコン薄膜の結晶粒の大きさを均一化することができ、また多結晶シリコン薄膜の表面の凸凹を小さくすることができる。 As described in the foregoing, according to the present invention, by scanning multiple radiations with different laser beam irradiation region, since the amorphous silicon thin film is polycrystalline, the irradiation region by the scanning irradiation is different, thereby the crystal grain size of the polycrystalline silicon thin film can be made uniform, and it is possible to reduce the unevenness of the surface of the polycrystalline silicon thin film.

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

【図1】この発明の第1実施例において、ガラス基板上に形成された下地層上にアモルファスシリコン薄膜を形成した状態の断面図。 [1] first in embodiment, cross-sectional view of a state of forming an amorphous silicon thin film on an underlying layer formed on the glass substrate of the present invention.

【図2】エキシマレーザビームの照射によりアモルファスシリコン薄膜を多結晶化して多結晶シリコン薄膜とした状態の断面図。 2 is a cross-sectional view of a state in which an amorphous silicon thin film and polycrystalline and polycrystalline silicon thin film by irradiation of the excimer laser beam.

【図3】(A)は1回目のスキャン照射を説明するために示す平面図、(B)は2回目のスキャン照射を説明するために示す平面図。 3 (A) is a plan view for explaining a scanning irradiation of the first, (B) is a plan view for explaining a scanning irradiation of the second.

【図4】図2に示す多結晶シリコン薄膜を用いて構成した薄膜トランジスタの構造の一例を示す断面図。 4 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a thin film transistor constituted by using the polycrystalline silicon thin film shown in FIG.

【図5】1回目の照射エネルギ密度に対するシート抵抗の平均値を示す図。 FIG. 5 shows the mean value of the sheet resistance with respect to the first irradiation energy density.

【図6】1回目の照射エネルギ密度に対するシート抵抗の平均値の確率誤差を示す図。 6 shows the probability error of the mean value of the sheet resistance with respect to the first irradiation energy density.

【図7】シート抵抗の平均値の確率誤差の2回目の照射エネルギ密度に対する依存性を示す図。 7 is a diagram showing the dependence on the second irradiation energy density of the probability error of the mean sheet resistance.

【図8】第1試料と比較試料とのシート抵抗の面内分布を示す図。 8 is a diagram showing an in-plane distribution of the sheet resistance of the comparative sample and the first sample.

【図9】第1、第3試料および比較試料を用いて形成した薄膜トランジスタの移動度μ FEのバラツキを示す図。 [9] First, it shows the variation in the mobility mu FE of a thin film transistor formed by using a third sample and the comparative sample.

【図10】同薄膜トランジスタの閾値電圧V t1nのバラツキを示す図。 FIG. 10 shows a variation in the threshold voltage V t1n of the thin film transistor.

【図11】同薄膜トランジスタのSパラメータS 1のバラツキを示す図。 11 is a diagram showing a variation of the S parameter S 1 of the thin film transistor.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 ガラス基板 2 下地層 3 アモルファスシリコン薄膜 4 多結晶シリコン薄膜 1 glass substrate 2 underlying layer 3 amorphous silicon thin film 4 polycrystalline silicon thin film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 6識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/786 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page continued (51) Int.Cl. 6 in identification symbol Agency Docket No. FI art display portion H01L 29/786

Claims (10)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 レーザビームのスキャン照射によりアモルファスシリコン薄膜を多結晶化して多結晶シリコン薄膜とする際に、レーザビーム照射領域を異ならせて複数回スキャン照射することを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 The method according to claim 1 laser beam amorphous silicon thin film by scanning irradiation when the polycrystalline silicon thin film polycrystallized, polycrystalline silicon thin film with different laser beam irradiation region, characterized in that multiple scans irradiation the method of production.
  2. 【請求項2】 請求項1記載の発明において、各スキャン照射はレーザビームのビームサイズよりも小さいスキャンピッチで行うことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 2. A first aspect of the invention, method for producing polycrystalline silicon thin film each scan irradiation, which comprises carrying out a small scanning pitch than the beam size of the laser beam.
  3. 【請求項3】 請求項1記載の発明において、1回目のスキャン照射はレーザビームのビームサイズと同一のスキャンピッチで行うことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 3. A first aspect of the present invention, method for producing polycrystalline silicon thin film and performing by the first scanning irradiation laser beam beam size and same scan pitch.
  4. 【請求項4】 請求項3記載の発明において、2回目以降のスキャン照射はレーザビームのビームサイズよりも小さいスキャンピッチで行うことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 4. A third aspect of the present invention, method for producing polycrystalline silicon thin film and performing scanning irradiation from the second time a smaller scanning pitch than the beam size of the laser beam.
  5. 【請求項5】 請求項3記載の発明において、2回目以降のスキャン照射はレーザビームのビームサイズよりも小さく且つその1/3以上のスキャンピッチで行うことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 5. The invention of claim 3, wherein, the scanning irradiation of second and subsequent preparation of polycrystalline silicon thin film and performing small and at one third or more scanning pitch than the beam size of the laser beam Method.
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、1回目のスキャン照射は高エネルギ密度で行い、2回目以降のスキャン照射は1回目のスキャン照射よりも低エネルギ密度で行うことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 6. The invention of any one of claims 1 to 5, the scanning irradiation of the first carried out at high energy density, the scanning irradiation of second and subsequent at low energy density than scanning irradiation of the first method for producing polycrystalline silicon thin film, characterized in that.
  7. 【請求項7】 請求項6記載の発明において、1回目のスキャン照射のエネルギ密度は390〜520mJ/c 7. The invention of claim 6, wherein the energy density of the first scan irradiation 390~520mJ / c
    2程度であることを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 method for producing polycrystalline silicon thin film, which is a m 2 approximately.
  8. 【請求項8】 請求項7記載の発明において、2回目以降のスキャン照射のエネルギ密度は180〜350mJ 8. The invention of claim 7, wherein the energy density of the second and subsequent scanning irradiation 180~350mJ
    /cm 2程度であることを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 Method for producing polycrystalline silicon thin film, which is a / cm 2 approximately.
  9. 【請求項9】 請求項7記載の発明において、2回目以降のスキャン照射のエネルギ密度は240〜300mJ 9. The invention of claim 7, wherein the energy density of the second and subsequent scanning irradiation 240~300mJ
    /cm 2程度であることを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 Method for producing polycrystalline silicon thin film, which is a / cm 2 approximately.
  10. 【請求項10】 請求項7記載の発明において、2回目以降のスキャン照射のエネルギ密度は275mJ/cm 10. A seventh aspect of the present invention, the energy density of the second and subsequent scanning irradiation 275mJ / cm
    2程度であることを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 Method for producing polycrystalline silicon thin film, which is a 2.
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