JPH0963984A - Laser annealing method and laser annealing device - Google Patents

Laser annealing method and laser annealing device

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JPH0963984A
JPH0963984A JP23330695A JP23330695A JPH0963984A JP H0963984 A JPH0963984 A JP H0963984A JP 23330695 A JP23330695 A JP 23330695A JP 23330695 A JP23330695 A JP 23330695A JP H0963984 A JPH0963984 A JP H0963984A
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silicon film
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laser annealing
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Koichiro Tanaka
幸一郎 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain uniform threshold value in the board surface of a plurality of crystalline silicon TFT to be formed on a glass board by a method wherein a uniform laser is made to irradiate on the glass board on which warpage is generated by the heat crystallization of an amorphous silicon film. SOLUTION: The title laser annealing method contains a process with which the amorphous silicon film, to be formed on a glass board 101, is formed into a crystalline silicon film 103 by heat-crystallization, a process with which the glass board 101 is flattened and placed on a stage 201, and a process with which a crystalline silicon film 103 is annealed by scanningly pojecting a linear laser beam on the crystalline silicon film 103.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はガラス基板上の結晶性シ
リコン膜に対するレーザーアニール方法および装置に関
する。本発明は、ガラス基板上に形成されたアモルファ
スシリコン膜を熱結晶化して得られる結晶性シリコン膜
に対する、レーザーアニール方法および装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser annealing method and apparatus for a crystalline silicon film on a glass substrate. The present invention relates to a laser annealing method and apparatus for a crystalline silicon film obtained by thermally crystallizing an amorphous silicon film formed on a glass substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、絶縁基板上に、薄膜状の活性層
(活性領域ともいう)を有する絶縁ゲイト型の半導体装
置の研究がなされている。特に、薄膜状の絶縁ゲイト型
トランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタ(TFT)が
熱心に研究されている。これらは、利用する半導体の材
料・結晶状態によって、アモルファスシリコン(非晶質
珪素)TFTや結晶性シリコン(結晶性珪素)TFTと
言うように区別されている。結晶性シリコンとは言って
も、単結晶ではない非単結晶のものである。したがっ
て、これらは非単結晶シリコンTFTと総称される。
2. Description of the Related Art In recent years, studies have been made on an insulating gate type semiconductor device having a thin-film active layer (also called an active region) on an insulating substrate. In particular, thin-film insulating gate type transistors, so-called thin film transistors (TFTs), have been earnestly studied. These are distinguished as amorphous silicon (amorphous silicon) TFTs or crystalline silicon (crystalline silicon) TFTs depending on the material and crystalline state of the semiconductor used. Crystalline silicon is non-single-crystal, not single-crystal. Therefore, these are collectively referred to as non-single crystal silicon TFTs.

【0003】一般にアモルファス状態の半導体の電界移
動度は小さく、したがって、高速動作が要求されるTF
Tには利用できない。また、アモルファスシリコンで
は、P型の電界移動度は著しく小さいので、Pチャネル
型のTFT(PMOSのTFT)を作製することが出来
ず、したがって、Nチャネル型TFT(NMOSのTF
T)と組み合わせて、相補型のMOS回路(CMOS)
を形成することができない。一方、結晶性半導体は、ア
モルファス半導体よりも電界移動度が大きく、したがっ
て、高速動作が可能である。結晶性シリコンでは、NM
OSのTFTだけでなく、PMOSのTFTも同様に得
られるのでCMOS回路を形成することが可能である。
Generally, the electric field mobility of a semiconductor in an amorphous state is small, and therefore TF which requires high speed operation.
Not available for T. Further, since amorphous silicon has a remarkably small P-type electric field mobility, a P-channel TFT (PMOS TFT) cannot be manufactured. Therefore, an N-channel TFT (NMOS TF) is not formed.
T) and complementary MOS circuit (CMOS)
Cannot be formed. On the other hand, a crystalline semiconductor has a larger electric field mobility than an amorphous semiconductor, and therefore can operate at high speed. For crystalline silicon, NM
Since not only the OS TFT but also the PMOS TFT can be obtained in the same manner, it is possible to form a CMOS circuit.

【0004】非単結晶の結晶性シリコン膜は、気相成長
法によって得られたアモルファスシリコン膜を長時間適
切な温度(通常は600℃以上)で熱アニールするか、
レーザー等の強光を照射すること(光アニール)によっ
て得られた。しかしながら、絶縁基板として安価で加工
性に富むガラス基板を用いる場合、熱アニールのみで電
界移動度の十分に高い(CMOS回路を形成することが
可能な程度に高い)結晶性シリコン膜を得ることは困難
を極めた。というのは、前述のようなガラス基板は一般
に歪み点温度が低く(600℃程度)、移動度が十分に
高い結晶性シリコン膜を得るために必要な温度まで、基
板温度を高めることができないからである。
For a non-single crystal crystalline silicon film, an amorphous silicon film obtained by a vapor phase growth method is thermally annealed at an appropriate temperature (usually 600 ° C. or higher) for a long time, or
It was obtained by irradiating strong light such as a laser (light annealing). However, when an inexpensive and highly workable glass substrate is used as the insulating substrate, a crystalline silicon film having a sufficiently high electric field mobility (high enough to form a CMOS circuit) can be obtained only by thermal annealing. It was extremely difficult. This is because the glass substrate as described above generally has a low strain point temperature (about 600 ° C.), and the substrate temperature cannot be raised to a temperature required to obtain a crystalline silicon film having sufficiently high mobility. Is.

【0005】一方、ガラス基板をベースにしたシリコン
膜の結晶化に光アニールを用いる場合、基板の温度をあ
まり高めることなく、シリコン膜にのみ高いエネルギー
を与えることが可能である。よって、ガラス基板をベー
スにしたシリコン膜の結晶化には、光アニールの技術が
非常に有効であると考えられる。今のところ、光アニー
ルの光源としては、エキシマレーザーのごとき大出力パ
ルスレーザーが最適視されている。このレーザーの最大
エネルギーはアルゴンイオン・レーザー等の連続発振レ
ーザーに比べ非常に大きく、したがって、数cm2 以上
の大きなスポットを用いて、より量産性を上げることが
できた。しかしながら、通常用いられる正方形もしくは
長方形の形状のビームでは、1枚の大きな面積の基板を
処理するには、ビームを上下左右に移動させる必要があ
り、量産性の面で依然として改善する余地があった。
On the other hand, when optical annealing is used to crystallize a silicon film based on a glass substrate, it is possible to give high energy only to the silicon film without raising the temperature of the substrate so much. Therefore, it is considered that the optical annealing technique is very effective for crystallizing the silicon film based on the glass substrate. At present, a high-power pulsed laser such as an excimer laser is considered to be the optimum light source for optical annealing. The maximum energy of this laser is much larger than that of a continuous wave laser such as an argon ion laser. Therefore, it was possible to improve the mass productivity by using a large spot of several cm 2 or more. However, in the case of a square or rectangular beam that is usually used, it is necessary to move the beam vertically and horizontally to process one large area substrate, and there is still room for improvement in terms of mass productivity. .

【0006】これに関しては、ビームを線状に変形し、
ビームの幅を処理すべき基板を越える長さとし、このビ
ームを基板に対して相対的に走査することによって、大
きく改善できた(ここでいう走査とは、線状レーザーを
すこしずつずらして重ねながら照射することを言う)。
詳細は特開平5ー112355号公報に記されている。
In this regard, the beam is deformed linearly,
By making the width of the beam longer than the substrate to be processed, and scanning this beam relative to the substrate, it was possible to greatly improve (scanning here means that linear lasers are slightly shifted while overlapping each other). Say to irradiate).
Details are described in JP-A-5-112355.

【0007】光アニールの前に、熱アニールを行うこと
でさらに結晶性の高いシリコン膜を作成できる。熱アニ
ールによる方法に関しては、特開平6ー244104号
公報に記述されるように、ニッケル、鉄、コバルト、白
金、パラジュウム等の元素(以下、結晶化触媒元素、ま
たは、単に、触媒元素という)がアモルファスシリコン
の結晶化を促進する効果を利用することにより、通常の
場合よりも低温・短時間の熱アニールにより結晶性シリ
コン膜を得ることができる。
By performing thermal annealing before the optical annealing, a silicon film having higher crystallinity can be formed. Regarding the method by thermal annealing, as described in JP-A-6-244104, elements such as nickel, iron, cobalt, platinum, and palladium (hereinafter referred to as crystallization catalyst element or simply catalyst element) are used. By utilizing the effect of promoting crystallization of amorphous silicon, a crystalline silicon film can be obtained by thermal annealing at a lower temperature and shorter time than usual.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】熱アニールの後、光ア
ニールを行って形成された結晶性シリコン膜を用いて、
マトリクス状に並んだTFTを形成し、それらのしきい
値電圧の基板面内における分布を調べた。図2に、従来
の方法によって形成された結晶性シリコン膜を用いたT
FTのしきい値の基板面内における分布を示す。この分
布は、図2に示されたようなU字状の分布となる。図4
に、ガラス基板上のTFTの配置を示す。図2のデータ
は、図4に示すように、100mm□のコーニング70
59基板上の、40×50mmの領域に、TFTを、4
00×300個マトリクス状に配置し、基板の中央部分
における、端から端までの横一列・400個のTFT
(図4中点線で囲んだ部分)の各々の場所と対応して横
軸としている。例えば、液晶ディスプレイの画素部分を
構成する画素マトリクスが図2のようなしきい値電圧の
分布を持っていると、表示状態が不均一となり、画像不
良の原因となる。
By using a crystalline silicon film formed by performing optical annealing after thermal annealing,
TFTs arranged in a matrix were formed, and the distribution of their threshold voltages in the substrate surface was investigated. FIG. 2 shows a T using a crystalline silicon film formed by a conventional method.
The distribution of the threshold of FT in the substrate surface is shown. This distribution is a U-shaped distribution as shown in FIG. FIG.
The layout of the TFTs on the glass substrate is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the data in FIG. 2 is 100 mm square Corning 70.
In the area of 40 × 50 mm on the 59 substrate, 4 TFTs are provided.
00 × 300 TFTs arranged in a matrix, 400 TFTs in a horizontal row from end to end in the central part of the substrate
The horizontal axis corresponds to each location (the portion surrounded by the dotted line in FIG. 4). For example, if the pixel matrix forming the pixel portion of the liquid crystal display has a threshold voltage distribution as shown in FIG. 2, the display state becomes non-uniform, which causes a defective image.

【0009】しきい値電圧が、基板面内においてこのよ
うなU字分布を示す原因を本出願人が追究した結果、該
U字分布の傾向が、レーザー照射直前の基板のそりと酷
似していることをつきとめた。また、この基板のそり
は、アモルファスシリコン膜成膜直後のガラス基板には
見られず、その後の熱処理工程(これにより膜が固相成
長を起こし、結晶化する)で、該熱処理終了後、基板を
冷却する際に、シリコン膜がガラス基板よりも大きく収
縮をおこすために生じるそりであることが明らかとなっ
た。このそりは、基板成膜面からみて、凹に生じる。
As a result of the investigation by the applicant of the cause that the threshold voltage shows such a U-shaped distribution in the plane of the substrate, the tendency of the U-shaped distribution is very similar to the warp of the substrate immediately before laser irradiation. I found out that In addition, the warpage of the substrate is not found in the glass substrate immediately after the amorphous silicon film is formed, and in the subsequent heat treatment step (which causes the film to undergo solid phase growth and crystallize), the substrate after the heat treatment is finished. It was revealed that when the film was cooled, the silicon film was warped because it contracted more than the glass substrate. This warpage occurs in a recess when viewed from the substrate film formation surface.

【0010】図3に、そりが生じたガラス基板上のシリ
コン膜に対してレーザーアニールを行う様子を示す。図
3にみられるように、このようなそりのある状態でレー
ザーアニールを行うと、レーザーの焦点が基板の場所々
々で異なるずれ方をする。このずれが、シリコン膜の結
晶性の度合いを基板面内において異ならしめ、その結
果、しきい値電圧が基板面内において特定の分布を示す
原因となっていると考えられる。なお、100mm角で
ある該基板のレーザー照射直前のそりは基板中央部分と
端の部分とで50μm程度の差であった。このそりの程
度は上記熱処理工程の温度、処理に要した時間、あるい
は基板の材質等に依存するが、だいたい20〜200μ
mの範囲に収まった。基板の大きさが500mm角程度
になると、そのそりは1〜2mm程度となることもあ
る。
FIG. 3 shows how laser annealing is performed on the silicon film on the glass substrate in which warpage has occurred. As shown in FIG. 3, when laser annealing is performed in such a warped state, the focus of the laser shifts differently depending on the location of the substrate. It is considered that this deviation causes the degree of crystallinity of the silicon film to be different in the substrate surface, and as a result, the threshold voltage exhibits a specific distribution in the substrate surface. The warp of the 100 mm square substrate immediately before laser irradiation had a difference of about 50 μm between the central portion and the end portion of the substrate. The degree of this warpage depends on the temperature of the heat treatment step, the time required for the treatment, the material of the substrate, and the like, but it is about 20 to 200 μm.
It was within the range of m. When the size of the substrate is about 500 mm square, the warpage may be about 1 to 2 mm.

【0011】本発明は、そりを有するガラス基板上の被
照射面に対して均一なレーザー照射を行うことを目的と
する。
It is an object of the present invention to perform uniform laser irradiation on a surface to be irradiated on a glass substrate having a warp.

【0012】本発明は、ガラス基板上に形成される複数
の結晶性シリコンTFTにおいて、基板面内において均
一なしきい値を有せしめることを目的とする。
An object of the present invention is to provide a plurality of crystalline silicon TFTs formed on a glass substrate with a uniform threshold value in the plane of the substrate.

【0013】本発明は、線状レーザービームを用いたレ
ーザーアニールを、ガラス基板上のアモルファスシリコ
ン膜を熱結晶化して形成された結晶性シリコン膜に対し
て行うに際し、該結晶性シリコン膜に、基板面内におい
て均一な結晶性を有せしめ、また、該膜を用いて基板面
内において均一なしきい値電圧を有する複数の結晶性シ
リコンTFTを作製する方法および装置を提供すること
を目的とする。
According to the present invention, when laser annealing using a linear laser beam is performed on a crystalline silicon film formed by thermally crystallizing an amorphous silicon film on a glass substrate, the crystalline silicon film is An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for producing a plurality of crystalline silicon TFTs which have a uniform crystallinity in the plane of the substrate and which have a uniform threshold voltage in the plane of the substrate using the film. .

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の構成の一つは、ガラス基板をステージ上で
平坦化して載置する工程と、前記ガラス基板上の被照射
面に対し、線状レーザービームを走査しながら照射して
レーザーアニールを行う工程と、を有することを特徴と
するレーザーアニール方法である。
In order to solve the above-mentioned problems, one of the constitutions of the present invention is a step of flattening and placing a glass substrate on a stage, and an irradiation surface on the glass substrate. On the other hand, the laser annealing method comprises the step of irradiating a linear laser beam while scanning and performing laser annealing.

【0015】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板上
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板を
ステージ上で平坦化して載置する工程と、前記結晶性シ
リコン膜に対し、線状レーザービームを走査しながら照
射してレーザーアニールを行う工程と、を有することを
特徴とするレーザーアニール方法である。
Another aspect of the present invention is a step of heating and crystallizing an amorphous silicon film formed on a glass substrate to form a crystalline silicon film, and flattening the glass substrate on a stage. A laser annealing method comprising: a step of placing the crystalline silicon film; and a step of performing laser annealing on the crystalline silicon film while scanning with a linear laser beam.

【0016】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板上
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板下
面を、平坦面を構成するステージの前記平坦面上に、密
着させて、前記ガラス基板を載置する工程と、前記結晶
性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走査しなが
ら照射してレーザーアニールを行う工程と、を有するこ
とを特徴とするレーザーアニール方法である。
Another aspect of the present invention is that the amorphous silicon film formed on the glass substrate is heated and crystallized to form a crystalline silicon film, and the lower surface of the glass substrate is formed into a flat surface. A step of closely contacting and mounting the glass substrate on the flat surface of the stage, and a step of performing laser annealing by irradiating the crystalline silicon film with a linear laser beam while scanning the same. The laser annealing method is characterized by having.

【0017】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板上
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板下
面を、平坦面を構成するステージの前記平坦面上に、真
空吸着により密着させて、前記ガラス基板を載置する工
程と、前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービー
ムを走査しながら照射してレーザーアニールを行う工程
と、を有することを特徴とするレーザーアニール方法で
ある。
Another aspect of the present invention is that the amorphous silicon film formed on the glass substrate is heated and crystallized to form a crystalline silicon film, and the lower surface of the glass substrate is formed into a flat surface. The step of placing the glass substrate in close contact with the flat surface of the stage by vacuum suction and the step of performing laser annealing by irradiating the crystalline silicon film with a linear laser beam while scanning. And a laser annealing method.

【0018】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板上
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板上
面の周辺部を押圧して、前記ガラス基板下面を、平坦面
を構成するステージの前記平坦面上に密着させて、前記
ガラス基板を載置する工程と、前記結晶性シリコン膜に
対し、線状レーザービームを走査しながら照射してレー
ザーアニールを行う工程と、を有することを特徴とする
レーザーアニール方法である。
Another aspect of the present invention is a step of heating and crystallizing an amorphous silicon film formed on a glass substrate to form a crystalline silicon film, and pressing a peripheral portion of the upper surface of the glass substrate. Then, the lower surface of the glass substrate is brought into close contact with the flat surface of the stage forming a flat surface, and the glass substrate is placed, while scanning the crystalline silicon film with a linear laser beam. And a step of performing laser annealing by irradiation, which is a laser annealing method.

【0019】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板を
平坦化して載置する手段を有するステージと、前記ガラ
ス基板の被照射面に対し、線状レーザービームを走査し
ながら照射する手段と、を有することを特徴とするレー
ザーアニール装置である。
One of other configurations of the present invention is a stage having means for flattening and mounting a glass substrate, and means for irradiating a surface to be irradiated of the glass substrate with a linear laser beam while scanning it. And a laser annealing apparatus.

【0020】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板を
載置する平坦面、および前記ガラス基板の下面を、前記
平坦面に密着させる手段とを有するステージと、前記ガ
ラス基板の被照射面に対し、線状レーザービームを走査
しながら照射する手段と、を有することを特徴とするレ
ーザーアニール装置である。
One of other configurations of the present invention is a stage having a flat surface on which a glass substrate is placed and a means for bringing the lower surface of the glass substrate into close contact with the flat surface, and the glass substrate to be irradiated. And a means for irradiating the surface with a linear laser beam while scanning the laser annealing apparatus.

【0021】本発明の他の構成の一つは、加熱により結
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を、平
坦化して載置する手段を有するステージと、前記ガラス
基板上の結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービーム
を走査しながら照射する手段と、を有することを特徴と
するレーザーアニール装置である。
Another aspect of the present invention is a stage having means for flattening and mounting a glass substrate having a crystalline silicon film crystallized by heating, and crystalline silicon on the glass substrate. And a means for irradiating the film with a linear laser beam while scanning the film.

【0022】本発明の他の構成の一つは、加熱により結
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を載置
する平坦面、および前記ガラス基板の下面を、前記平坦
面に密着させる手段とを有するステージと、前記結晶性
シリコン膜に対し、線状レーザービームを走査しながら
照射する手段と、を有することを特徴とするレーザーア
ニール装置である。
Another aspect of the present invention is a means for bringing a flat surface on which a glass substrate having a crystalline silicon film crystallized by heating is placed and a lower surface of the glass substrate into close contact with the flat surface. And a means for irradiating the crystalline silicon film with a linear laser beam while scanning the crystalline silicon film.

【0023】本発明の他の構成の一つは、加熱により結
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を載置
する平坦面、および前記ガラス基板の下面を、前記平坦
面に真空吸着させる手段とを有するステージと、前記結
晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走査しな
がら照射する手段と、を有することを特徴とするレーザ
ーアニール装置である。
According to another aspect of the present invention, a flat surface on which a glass substrate having a crystalline silicon film crystallized by heating is placed and a lower surface of the glass substrate is vacuum-adsorbed on the flat surface. A laser annealing apparatus comprising: a stage having means; and means for irradiating the crystalline silicon film with a linear laser beam while scanning the same.

【0024】本発明の他の構成の一つは、加熱により結
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を載置
する平坦面、および前記ガラス基板上面の周辺部を押圧
する手段とを有するステージと、前記結晶性シリコン膜
に対し、線状レーザービームを走査しながら照射する手
段と、を有することを特徴とするレーザーアニール装置
である。
Another aspect of the present invention has a flat surface on which a glass substrate having a crystalline silicon film crystallized by heating is placed, and means for pressing the peripheral portion of the upper surface of the glass substrate. A laser annealing apparatus comprising: a stage; and means for irradiating the crystalline silicon film with a linear laser beam while scanning the same.

【0025】また、本発明は、上記構成において、前記
結晶性シリコン膜は、少なくとも一部に、イオンドーピ
ング等により、不純物が添加されたものであってもよ
い。
In the present invention, the crystalline silicon film may have impurities added to at least a portion thereof by ion doping or the like.

【0026】また、本発明は、上記構成において、線状
レーザービームの光源として、パルスレーザー、好まし
くはエキシマレーザーを用いるものである。
Further, the present invention uses a pulse laser, preferably an excimer laser, as the light source of the linear laser beam in the above structure.

【0027】本発明は、ガラス基板上に形成されたアモ
ルファスシリコン膜を熱結晶化して得られる、結晶性シ
リコン膜、あるいは該結晶性シリコン膜を、パターニン
グ、加工、整形したもの、あるいは、これらに不純物が
添加されたものに対して、線状レーザービームを走査し
てレーザーアニールを施すに際し、熱結晶化工程により
生じたガラス基板のそりを、ガラス基板を載置するステ
ージ上にて、強制的に平坦化した状態でレーザーアニー
ルを行うものである。
The present invention is a crystalline silicon film obtained by thermally crystallizing an amorphous silicon film formed on a glass substrate, or a crystalline silicon film obtained by patterning, processing or shaping the crystalline silicon film, or these. When laser annealing is performed by scanning a linear laser beam on a material to which impurities have been added, the warpage of the glass substrate caused by the thermal crystallization process is forced on the stage on which the glass substrate is placed. Laser annealing is performed in the flattened state.

【0028】本発明において、ガラス基板を平坦化する
とは、ガラス基板をステージ上に設置した状態におい
て、なんらかの外的な力をガラス基板に加えて、ガラス
基板の有するそりが小さくなるように、矯正することで
ある。ガラス基板の平坦化は、ガラス基板上の結晶性シ
リコン膜に対して、線状レーザービームを用いて均質に
アニールできる程度になされる。すなわち、レーザーア
ニール後において、結晶性シリコン膜が有する結晶性
が、要求されるレベルに均質化される範囲内となるよう
に、ガラス基板上の結晶性シリコン膜が有する面内高低
差が、減少されればよい。
In the present invention, flattening the glass substrate means that the glass substrate is placed on the stage and some external force is applied to the glass substrate to reduce the warp of the glass substrate. It is to be. The flattening of the glass substrate is performed to such an extent that the crystalline silicon film on the glass substrate can be uniformly annealed using a linear laser beam. That is, after laser annealing, the in-plane height difference of the crystalline silicon film on the glass substrate is reduced so that the crystallinity of the crystalline silicon film is within a range where it is homogenized to a required level. It should be done.

【0029】ガラス基板のそりを平坦に矯正するため
に、平坦面を有するステージの、該平坦面に、ガラス基
板を吸着させる、ガラス基板上の周辺部を押圧(加圧)
する等を行う。また、このような平坦化、矯正の手段
を、レーザーアニール装置のステージに付加する。
In order to flatten the warp of the glass substrate, a stage having a flat surface is made to adsorb the glass substrate to the flat surface, and the peripheral portion on the glass substrate is pressed (pressurized).
And so on. Further, such flattening and correction means are added to the stage of the laser annealing apparatus.

【0030】このように、ガラス基板が平坦に載置され
ることで、ガラス基板自体がそりを有しているにもかか
わらず、線状レーザービームは、被照射面である結晶性
シリコン膜に対し、焦点がずれることなく均一に照射さ
れる。その結果、基板面内において均一、均質な結晶
性、移動度を有する結晶性シリコン膜を得ることができ
る。
Since the glass substrate is placed flat as described above, the linear laser beam is emitted onto the crystalline silicon film, which is the surface to be irradiated, even though the glass substrate itself has a warp. On the other hand, the irradiation is performed uniformly without defocusing. As a result, it is possible to obtain a crystalline silicon film having uniform and uniform crystallinity and mobility within the surface of the substrate.

【0031】本発明により、熱結晶化後の、そりが生じ
たガラス基板上の結晶性シリコン膜に対し、ガラス基板
のそりが無視できる程度に矯正して、線状レーザービー
ムを照射することができる。したがって、被照射面にお
いて線状レーザービームの焦点がずれることを防ぎ、結
果として線状レーザービームを走査してレーザーアニー
ルを施しても、均一な結晶化を行わしめ、該膜を用いて
形成されたTFTのしきい値電圧を、基板面内において
均一化できる。ガラス基板が大きくなるほど、そりの程
度も激しくなるため、本発明の効果は、ガラス基板が大
きくなるほど顕著となる。以下に実施例を示す。
According to the present invention, the crystalline silicon film on the glass substrate on which warpage has occurred after thermal crystallization can be irradiated with a linear laser beam after correcting the warpage of the glass substrate to a negligible extent. it can. Therefore, the focal point of the linear laser beam is prevented from deviating on the irradiated surface, and as a result, even if the linear laser beam is scanned and laser annealing is performed, uniform crystallization is performed and the film is formed using the film. The threshold voltage of the TFT can be made uniform in the plane of the substrate. As the glass substrate becomes larger, the degree of warpage becomes more severe, so the effect of the present invention becomes more remarkable as the glass substrate becomes larger. Examples will be described below.

【0032】[0032]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕 [Example 1]

【0033】図9に実施例の作製工程を示す。図9を用
いて本実施例を説明する。まず、ガラス基板(本実施例
では100mm角のコーニング7059を用いる。他の
ガラス、例えば、コーニング1737、OA2、NA4
5等を用いてもよい。)101上に厚さ2000Åの下
地酸化珪素膜102と、そのさらに上に厚さ500Åの
アモルファスシリコン膜103をプラズマCVD法によ
り連続的に成膜した。そして、10ppmの酢酸ニッケ
ル水溶液をシリコン表面に塗布し、スピンコート法によ
り酢酸ニッケル層を形成した。酢酸ニッケル水溶液には
界面活性剤を添加するとよりよかった。酢酸ニッケル層
は極めて薄いので、膜状となっているとは限らないが、
以後の工程に於ける問題はない。(図9(A))
FIG. 9 shows a manufacturing process of the embodiment. This embodiment will be described with reference to FIG. First, a glass substrate (100 mm square Corning 7059 is used in this embodiment. Other glass, for example, Corning 1737, OA2, NA4).
5 or the like may be used. ) 101, a base silicon oxide film 102 having a thickness of 2000 Å and an amorphous silicon film 103 having a thickness of 500 Å are continuously formed thereon by a plasma CVD method. Then, a 10 ppm nickel acetate aqueous solution was applied to the silicon surface, and a nickel acetate layer was formed by spin coating. It was better to add a surfactant to the nickel acetate aqueous solution. Since the nickel acetate layer is extremely thin, it is not always in the form of a film,
There is no problem in the subsequent process. (FIG. 9A)

【0034】そして、550℃で4時間熱アニールする
ことにより、シリコン膜を結晶化させる。このとき、ニ
ッケルが結晶の核の役割を果たし、シリコン膜の結晶化
を促進させる。550℃、4時間という低温(コーニン
グ7059の歪み点温度以下)、短時間で処理できるの
はニッケルの機能による。詳細については特開平6ー2
44104号公報に記されている。触媒元素の濃度は、
1×10の15〜1×1019原子/cm3 であると好まし
かった。1×1019原子/cm3 以上の高濃度ではシリ
コンに金属的性質が表れて、半導体特性が消滅してしま
った。本実施例記載のシリコン膜中の触媒元素の濃度
は、膜中における最小値で1×1017〜5×1018原子
/cm3 であった。なお、これらの値は、2次イオン質
量分析法(SIMS)により分析、測定したシリコン膜
中の触媒元素の濃度の最小値である。このようにして、
結晶性シリコン膜が得られる。
Then, the silicon film is crystallized by thermal annealing at 550 ° C. for 4 hours. At this time, nickel plays a role of a crystal nucleus and promotes crystallization of the silicon film. It is a function of nickel that it can be processed at a low temperature of 550 ° C. for 4 hours (below the strain point temperature of Corning 7059) and in a short time. For details, see JP-A-6-2.
It is described in Japanese Patent No. 44104. The concentration of the catalytic element is
1 × 10 15 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 was preferred. At a high concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more, metallic properties appeared in silicon and the semiconductor properties disappeared. The concentration of the catalytic element in the silicon film described in this example was 1 × 10 17 to 5 × 10 18 atoms / cm 3 as the minimum value in the film. In addition, these values are the minimum values of the concentration of the catalytic element in the silicon film analyzed and measured by the secondary ion mass spectrometry (SIMS). In this way,
A crystalline silicon film is obtained.

【0035】このとき、ガラス基板は、結晶性シリコン
膜が設けられている面側にそり、凹型になっている。こ
こでは、基板の中心部と周辺部とにおいて、約50μm
程度の高低差を有している。そりの程度は、ガラス基板
の大きさや厚さ、種類により異なる。
At this time, the glass substrate has a concave shape along the surface on which the crystalline silicon film is provided. Here, about 50 μm in the central portion and the peripheral portion of the substrate.
It has a level difference. The degree of warpage depends on the size, thickness, and type of the glass substrate.

【0036】このようにして得られた結晶性シリコン膜
の結晶性をさらに高めるために、大出力パルスレーザー
であるエキシマレーザーを該膜に照射する。以下に本実
施例で用いるレーザーアニール装置について説明する。
図6には本実施例で使用するレーザーアニール装置の概
念図を示す。図6のレーザーアニール装置は、マルチチ
ャンバー方式であり、ローダー/アンローダー室から搬
入され、アライメント室にて位置決めされた基板を、ト
ランスファー室を介して、該トランスファー室に設けら
れた基板搬送用ロボットにより、各室に運び、基板毎に
連続して処理されるものである。基板は、初めに熱処理
室に搬入され、予備加熱等の熱処理の後、レーザーアニ
ール室にてレーザーアニールが施され、その後徐冷室に
運ばれて徐冷ののち、ローダー/アンローダー室へと移
動して、外に出される。
In order to further enhance the crystallinity of the crystalline silicon film thus obtained, the film is irradiated with an excimer laser which is a high-power pulse laser. The laser annealing apparatus used in this example will be described below.
FIG. 6 shows a conceptual diagram of the laser annealing apparatus used in this embodiment. The laser annealing apparatus of FIG. 6 is a multi-chamber type, and a substrate transfer robot provided in a transfer chamber through which a substrate loaded from a loader / unloader chamber and positioned in an alignment chamber is placed. In this way, it is carried to each chamber and processed successively for each substrate. The substrate is first loaded into the heat treatment chamber, subjected to heat treatment such as preheating, laser annealed in the laser annealing chamber, then transported to the slow cooling chamber and slowly cooled, and then moved to the loader / unloader chamber. Move and get out.

【0037】このレーザーアニール装置は周囲に対する
密閉性を有しており、不純物による汚染を防いでいる。
また、レーザー照射時の雰囲気制御機能を有している。
また、基板を加熱する機能も有しており、レーザー照射
時の被照射物を所望の温度に保つことができる。また、
ここでは、大気圧でレーザー照射が行われる。もちろ
ん、真空、他の圧力で行うことも可能である。
This laser annealing apparatus has a hermeticity with respect to the surroundings and prevents contamination by impurities.
It also has an atmosphere control function during laser irradiation.
Further, it also has a function of heating the substrate, so that the object to be irradiated can be kept at a desired temperature during laser irradiation. Also,
Here, laser irradiation is performed at atmospheric pressure. Of course, it is also possible to use vacuum or another pressure.

【0038】発振器として、ここではラムダフィジック
社製3000−308を用いた。発振されるレーザー光
は、XeClエキシマレーザー(波長308nm、パル
ス幅26ns)である。勿論、他のエキシマレーザーさ
らには他の方式のレーザーを用いることもできる。ただ
し、パルス発振のレーザー光を用いる必要がある。
As the oscillator, here, 3000-308 manufactured by Lambda Physics was used. The oscillated laser light is a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 26 ns). Of course, other excimer lasers or lasers of other types can be used. However, it is necessary to use pulsed laser light.

【0039】発振されたレーザー光は、そのビーム形状
の変形のために、図7に示すような光学系に導入され
る。図7に光学系の例を示す。光学系に入射する直前の
レーザー光のビームは、3×2cm2 程度の長方形である
が、該光学系によって、長さ10〜30cm、幅0.01〜0.
3 cm程度の細長いビーム(線状ビーム)に加工される。
本光学系を経たレーザー光のエネルギーは、最大で10
00mJ/ショットである。
The oscillated laser light is introduced into an optical system as shown in FIG. 7 because of its beam shape deformation. FIG. 7 shows an example of the optical system. The beam of laser light immediately before entering the optical system has a rectangular shape of about 3 × 2 cm 2 , and depending on the optical system, the length is 10 to 30 cm and the width is 0.01 to 0.
It is processed into a slender beam (linear beam) of about 3 cm.
The maximum energy of laser light that has passed through this optical system is 10
It is 00 mJ / shot.

【0040】レーザー光をこのような細長いビームに加
工するのは、加工性を向上させるためである。即ち、線
状のビームが試料に照射されるとき、もし、ビームの長
さが試料の幅よりも長ければ、試料を1方向に移動させ
ることで、試料全体に対してレーザー光を照射すること
ができる。一方、ビームの長さが試料の幅よりも短い場
合でも、長方形のビームと比較すると加工の手間がかか
らない。しかし、この場合、ビームを、試料に対して相
対的に、上下左右に動かす必要性が生じる。
The reason why the laser beam is processed into such an elongated beam is to improve the processability. That is, when the sample is irradiated with a linear beam, if the beam length is longer than the sample width, the sample is moved in one direction to irradiate the sample with laser light. You can On the other hand, even when the length of the beam is shorter than the width of the sample, it does not take much time for processing as compared with the rectangular beam. However, in this case, it is necessary to move the beam vertically and horizontally relative to the sample.

【0041】レーザー光が照射される基板(試料)のス
テージ(台)はコンピュータにより制御されており線状
レーザービームの線方向に対して直角方向(図7、h方
向)に動くよう設計されている。さらに、該ビームの線
方向に対して動く機能をステージにつけておくと、ビー
ム長が試料に対して短い場合でも、試料全体に対するレ
ーザー加工が可能となる。
The stage of the substrate (sample) on which the laser light is irradiated is controlled by a computer, and is designed to move in the direction perpendicular to the line direction of the linear laser beam (FIG. 7, h direction). There is. Furthermore, if the stage is provided with a function of moving in the line direction of the beam, laser processing can be performed on the entire sample even if the beam length is shorter than the sample.

【0042】レーザービームを線状レーザーに加工する
光学系の内部の光路(図7)の説明をする。レーザー光
源aから発振され、光学系に入射したレーザー光は、ま
ず、フライアイレンズb、cを通過する。さらに、第1
のシリンドリカルレンズとして、シリンドリカル凸レン
ズd、線状化させるビームの線方向の均質性を良くする
ために設けられる第2のシリンドリカルレンズとして、
シリンドリカル凸レンズeを通過し、ミラーfを介し
て、シリンドリカルレンズgによって集束され、試料に
照射される。光路長は、レーザー光源からミラーgまで
の距離が、2000mm、ミラーfから被照射面までの
距離は、440mmを有する。シリンドリカルレンズg
には、焦点距離が100mmの物を用いる。光学系は、
本発明に必要なビームに変形できればどの様なものでも
良い。
The optical path (FIG. 7) inside the optical system for processing the laser beam into a linear laser will be described. The laser light oscillated from the laser light source a and incident on the optical system first passes through the fly-eye lenses b and c. Furthermore, the first
As the cylindrical lens of, the cylindrical convex lens d, and the second cylindrical lens provided to improve the homogeneity of the beam to be linearized in the line direction,
The light passes through the cylindrical convex lens e, is focused by the cylindrical lens g through the mirror f, and is irradiated onto the sample. Regarding the optical path length, the distance from the laser light source to the mirror g is 2000 mm, and the distance from the mirror f to the irradiated surface is 440 mm. Cylindrical lens g
Is used with a focal length of 100 mm. The optical system is
Any beam may be used as long as it can be transformed into the beam required for the present invention.

【0043】なお光学系として、図7のようなものに限
らず、図8に示すような、レンズB、C(ビームエキス
パンダ)を具備するものを用いてもよい。
The optical system is not limited to the one shown in FIG. 7, but an optical system having lenses B and C (beam expander) as shown in FIG. 8 may be used.

【0044】レーザービームは線状に整形され、被照射
部分でのビーム面積は150mm×0.4mmとする
(ビームの線幅はエネルギーの最大値に対する半値
幅)。またレーザービームの線幅方向のエネルギー分布
は、一般的に使用される矩形を用いる。レーザービーム
の線幅方向のエネルギー分布の形を、周辺部(線幅の周
辺部)においてシャープにするには、レーザー光路の途
中にスリットをいれるとよい。例えば、図7において
は、シリンドリカルレンズeの後が好ましく、例えば、
シリンドリカルレンズeと、ミラーfとの間、あるい
は、シリンドリカルレンズgと被照射面の間等に、スリ
ットは設置される。
The laser beam is shaped into a line, and the beam area in the irradiated portion is 150 mm × 0.4 mm (the line width of the beam is the half-value width with respect to the maximum value of energy). In addition, a generally used rectangle is used for the energy distribution in the line width direction of the laser beam. In order to make the shape of the energy distribution of the laser beam in the line width direction sharp at the peripheral portion (peripheral portion of the line width), a slit may be inserted in the laser optical path. For example, in FIG. 7, after the cylindrical lens e is preferable, and for example,
A slit is provided between the cylindrical lens e and the mirror f, or between the cylindrical lens g and the surface to be illuminated.

【0045】熱結晶化工程により、そりを生じたガラス
基板は、レーザーアニール装置のステージ(台)に、強
制的に平坦化されて固定される。ガラス基板のそりを修
正するために、線状レーザービーム照射時においてガラ
ス基板を載置する、平坦面を構成するステージに、ガラ
ス基板を平坦化して載置する手段を設ける。
The glass substrate in which the warpage is caused by the thermal crystallization process is forcibly flattened and fixed on the stage (stand) of the laser annealing apparatus. In order to correct the warp of the glass substrate, means for flattening and mounting the glass substrate is provided on a stage having a flat surface on which the glass substrate is mounted during irradiation of the linear laser beam.

【0046】図10に、ステージの構成の例を示す。ガ
ラス基板をステージに平坦化して載置、固定させるため
の手段の例として、例えば、図10(a)は、ステージ
201の上面に複数の吸引口202が設けられている。
吸引口202は穴であるが、吸引口202の無い箇所
は、平坦面を構成している。図10(b)は、ステージ
211の上面に、溝212が設けられている。この溝2
12は、ステージ中心部の吸引口213に通じており、
溝212の無い箇所において、平坦面を構成している。
図10(c)は、ステージ221上面に、複数の突起2
22が設けられ、これら突起222の上面、およびステ
ージの周辺部が、平坦面を構成している。また、吸引口
223から真空引きされる。図10(a)〜(c)に示
したものは、いずれも、吸引口から真空引きされ、ガラ
ス基板が平坦面上に真空吸着される。こうして、ガラス
基板はその下面がステージの平坦面に密着する。そし
て、このままの状態でレーザーアニールを行う。
FIG. 10 shows an example of the structure of the stage. As an example of means for flattening and mounting and fixing the glass substrate on the stage, for example, in FIG. 10A, a plurality of suction ports 202 are provided on the upper surface of the stage 201.
Although the suction port 202 is a hole, a portion without the suction port 202 forms a flat surface. In FIG. 10B, a groove 212 is provided on the upper surface of the stage 211. This groove 2
12 communicates with the suction port 213 at the center of the stage,
A flat surface is formed in a place where the groove 212 is not provided.
FIG. 10C shows a plurality of protrusions 2 on the upper surface of the stage 221.
22 are provided, and the upper surfaces of the protrusions 222 and the peripheral portion of the stage form a flat surface. Further, a vacuum is drawn from the suction port 223. In each of FIGS. 10A to 10C, the glass substrate is vacuumed from the suction port, and the glass substrate is vacuum-sucked on the flat surface. Thus, the lower surface of the glass substrate is brought into close contact with the flat surface of the stage. Then, laser annealing is performed in this state.

【0047】ステージの上面の平坦面は、吸着に関与す
る部分を除いて平坦であるため、このような平坦な上面
に密着したガラス基板は、ステージの平坦面に従い、平
坦化される。この、真空吸着する方法は、ガラス基板の
設置、取外しが、極めて容易かつ短時間で済む。また、
ガラス基板表面上の、レーザービームの照射を妨げる障
害物等は皆無であるため、ガラス基板表面の全面に対
し、むらなくレーザー照射を行うことができる。
Since the flat surface of the upper surface of the stage is flat except for the part related to the adsorption, the glass substrate adhered to such a flat upper surface is flattened according to the flat surface of the stage. According to this vacuum suction method, installation and removal of the glass substrate are extremely easy and can be completed in a short time. Also,
Since there are no obstacles or the like that hinder the irradiation of the laser beam on the surface of the glass substrate, the entire surface of the glass substrate can be uniformly irradiated with laser light.

【0048】ステージの平坦面における平坦性は、平坦
であるほど好ましいが、平坦面上に載置されるガラス基
板上の結晶性シリコン膜に対して、線状レーザービーム
を用いて、要求されるレベルの均質性を有するようにア
ニールできればよい。例えば、ガラス基板上の被照射面
の面内高低差が、少なくともレーザービームの焦点深度
以下となるような平坦面とする。
The flatness on the flat surface of the stage is more preferable as it is flat, but it is required for the crystalline silicon film on the glass substrate mounted on the flat surface by using a linear laser beam. It is only necessary to be able to anneal so as to have a level of homogeneity. For example, the flat surface is such that the in-plane height difference of the irradiated surface on the glass substrate is at least less than or equal to the focal depth of the laser beam.

【0049】ガラス基板をステージに密着させる方法
は、上述のような吸着による方法に限らず、ガラス基板
を平坦化し、かつレーザーアニールを行うことができる
ならばどんな方法を用いても構わない。他に、例えば、
図10(d)に示すように、ガラス基板101上面の周
辺部、あるいは端部を、おさえ232によってステージ
231の平坦面に機械的に押さえつけて押圧(加圧)
し、その状態でレーザーアニールを行ってもよい。この
場合、真空吸着よりも強い力でガラス基板を平坦化させ
ることが可能であるため、真空吸着では十分に平坦化で
きない程強く反った基板に対しても、容易に平坦化する
ことができる。もちろん、図10(d)に示すような方
法と、前述の吸着による方法とを併用しても構わない。
また、ステージの材質は、石英、金属、セラミックス等
が、耐熱性が高く、かつ平坦度を高く保てるため、好ま
しい。
The method of bringing the glass substrate into close contact with the stage is not limited to the above-mentioned method by suction, and any method may be used as long as the glass substrate can be flattened and laser annealing can be performed. Besides, for example,
As shown in FIG. 10D, the peripheral portion or the end portion of the upper surface of the glass substrate 101 is mechanically pressed against the flat surface of the stage 231 by the presser 232 and pressed (pressurized).
However, laser annealing may be performed in that state. In this case, since the glass substrate can be flattened with a force stronger than that of the vacuum suction, it is possible to easily flatten even a strongly warped substrate that cannot be sufficiently flattened by the vacuum suction. Of course, the method shown in FIG. 10 (d) and the above-mentioned adsorption method may be used together.
Further, the material of the stage is preferably quartz, metal, ceramics or the like because it has high heat resistance and can maintain high flatness.

【0050】ここでは、図10(a)に示す構成を有す
るステージを用いる。図10(a)に示す吸引口202
は、ここでは、直径約1mm程度を有し、10mm間隔
で設けられている。当該ガラス基板101を、結晶性シ
リコン膜103が形成されている面を上にして、ステー
ジ201の平坦面上に置き、吸引口202から真空引き
し、ガラス基板をステージ上に密着させる。ステージ2
01の平坦面に従い、ガラス基板も、ステージ平坦面の
面内高低差と同程度に平坦化される。
Here, a stage having the structure shown in FIG. 10A is used. Suction port 202 shown in FIG.
Have a diameter of about 1 mm and are provided at intervals of 10 mm. The glass substrate 101 is placed on the flat surface of the stage 201 with the surface on which the crystalline silicon film 103 is formed facing upward, and a vacuum is drawn from the suction port 202 to bring the glass substrate into close contact with the stage. Stage 2
According to the flat surface 01, the glass substrate is also flattened to the same extent as the in-plane height difference of the flat surface of the stage.

【0051】図10(a)の構成に加え、ガラス基板を
単にステージ上に置くだけではなく、置いた後、基板上
面、特に周辺部上面に押圧を加えた状態で真空引きし、
ステージに密着させてもよい。例えば、図10(d)に
示す、おさえ232を設けて、これによりガラス基板1
01周辺部上面を押圧させ、真空引きし、ガラス基板を
密着させた後、おさえを外し、その後レーザーアニール
を行ってもよい。
In addition to the structure shown in FIG. 10A, the glass substrate is not simply placed on the stage, but after the glass substrate is placed, the upper surface of the substrate, particularly the upper surface of the peripheral portion, is evacuated,
You may stick it to the stage. For example, by providing a presser 232 shown in FIG. 10D, the glass substrate 1
01 The upper surface of the peripheral portion may be pressed, a vacuum may be drawn to bring the glass substrate into close contact, and then the retainer may be removed, followed by laser annealing.

【0052】図1に、レーザー照射の工程を示す。ガラ
ス基板101上に形成されたアモルファスシリコン膜を
熱結晶化して結晶性シリコン膜103を得て、徐冷の後
に、当該ガラス基板101にはそりが生じる。図1
(a)に示すように、当該ガラス基板101はステージ
201上に載置される。図1(b)に示すように、そり
を有するガラス基板101は、ステージ2011に設け
られたガラス基板を平坦化して載置する手段、ここでは
吸引口202により、そりが強制的に矯正されて、平坦
化して載置される。載置されたガラス基板は、面内高低
差が約5μm程度に平坦化される。
FIG. 1 shows a laser irradiation process. After the amorphous silicon film formed on the glass substrate 101 is thermally crystallized to obtain the crystalline silicon film 103 and gradually cooled, the glass substrate 101 is warped. FIG.
As shown in (a), the glass substrate 101 is placed on the stage 201. As shown in FIG. 1B, the glass substrate 101 having the warp is forcibly corrected by the means for flattening and placing the glass substrate provided on the stage 2011, here, the suction port 202. , Flattened and placed. The mounted glass substrate is flattened to have an in-plane height difference of about 5 μm.

【0053】そして、図1(c)に示すように、この平
坦化されているガラス基板上の結晶性シリコン膜103
に対し、線状レーザービーム走査しながら照射する。こ
のように、ガラス基板が平坦に載置されることで、ガラ
ス基板自体がそり有しているにもかかわらず、線状レー
ザービームは、被照射面である結晶性シリコン膜に対
し、焦点がずれることなく均一に照射される。
Then, as shown in FIG. 1C, the flattened crystalline silicon film 103 on the glass substrate is formed.
On the other hand, irradiation is performed while scanning the linear laser beam. In this way, by placing the glass substrate flat, the linear laser beam is focused on the crystalline silicon film, which is the surface to be irradiated, even though the glass substrate itself has a warp. Irradiate uniformly without shifting.

【0054】レーザーのエネルギー密度は100mJ/
cm2 〜500mJ/cm2 の範囲で、例えば370m
J/cm2 で、照射を行なう。この照射の前に、220
mJ/cm2 程度のエネルギーで照射をしておく2段階
照射とすると、さらに結晶性が上がる。レーザー照射
は、線状レーザービームを被照射物すなわち結晶性シリ
コン膜に対し相対的にずらしながら照射を行う。線状レ
ーザーをずらしていく方向は線状レーザーと概略直角
(図7、h方向)とする。このとき、被照射物の1点に
注目すると、2〜40ショット、例えば32ショットの
レーザー光が照射されるようにする。また、レーザー照
射時の基板温度は200℃とする。(図9(B))
The energy density of the laser is 100 mJ /
In the range of cm 2 to 500 mJ / cm 2 , for example, 370 m
Irradiation is performed at J / cm 2 . Before this irradiation, 220
The crystallinity is further increased by the two-stage irradiation in which irradiation is performed with energy of about mJ / cm 2 . Laser irradiation is performed by shifting a linear laser beam relative to an object to be irradiated, that is, a crystalline silicon film. The direction in which the linear laser is shifted is substantially perpendicular to the linear laser (direction h in FIG. 7). At this time, focusing on one point of the object to be irradiated, the laser beam is irradiated from 2 to 40 shots, for example, 32 shots. The substrate temperature during laser irradiation is 200 ° C. (Fig. 9 (B))

【0055】このようにして、結晶性シリコン膜が作製
される。作製された結晶性シリコン膜は、基板面内にお
ける移動度のばらつきが、±10%以内となり、十分に
均質な結晶性シリコン膜となる。一方、本実施例で示し
た平坦化工程を経ずにレーザーアニールした結晶性シリ
コン膜は、基板面内における移動度のばらつきが、±1
5〜40%程度と、十分な均質性が得られない。
In this way, a crystalline silicon film is produced. The produced crystalline silicon film has a mobility variation within ± 10% in the plane of the substrate, and is a sufficiently homogeneous crystalline silicon film. On the other hand, in the crystalline silicon film which was laser-annealed without going through the planarization process shown in this example, the variation in the mobility within the substrate surface was ± 1.
If it is about 5 to 40%, sufficient homogeneity cannot be obtained.

【0056】このようにして作製した結晶性シリコン膜
を基に半導体装置を作成した。該半導体装置は上記結晶
性シリコン膜にマトリクス状に配置する。具体的には作
製面積40×50mm2 中に400×300個の薄膜ト
ランジスタを作製する。まず、シリコン膜をエッチング
して、島状シリコン領域105を形成した。次に、プラ
ズマCVD法によって厚さ1200Åの酸化珪素膜10
6をゲイト絶縁膜として堆積した。プラズマCVDの原
料ガスとしては、TEOSと酸素を用いた。成膜時の基
板温度は250〜380℃、例えば、300℃とした。
A semiconductor device was produced based on the crystalline silicon film produced as described above. The semiconductor device is arranged in a matrix on the crystalline silicon film. Specifically, 400 × 300 thin film transistors are manufactured in a manufacturing area of 40 × 50 mm 2 . First, the silicon film was etched to form the island-shaped silicon region 105. Next, the silicon oxide film 10 having a thickness of 1200 Å is formed by the plasma CVD method.
6 was deposited as a gate insulating film. TEOS and oxygen were used as source gases for plasma CVD. The substrate temperature during film formation was 250 to 380 ° C., for example, 300 ° C.

【0057】引き続いて、スパッタ法によって、厚さ3
000〜8000Å、例えば6000Åのアルミニウム
膜(0.1〜2%のシリコンを含む)を堆積した。そし
て、アルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極10
7を形成した。(図9(C))
Subsequently, a thickness of 3 is obtained by the sputtering method.
An aluminum film (containing 0.1 to 2% of silicon) of 000 to 8000 Å, for example, 6000 Å was deposited. Then, the aluminum film is etched to form the gate electrode 10
7 was formed. (FIG. 9 (C))

【0058】次に、イオンドーピング法によって、シリ
コン領域にゲイト電極をマスクとして不純物(ボロン)
を注入した。ドーピングガスとして、水素で1〜10%
に希釈されたジボラン(B26 )、例えば5%のもの
を用いた。加速電圧は60〜90kV、例えば65k
V、ドーズ量は2×1015〜5×1015原子/cm2
例えば、3×1015原子/cm2 とした。イオンドーピ
ング時の基板温度は室温とした。この結果、P型の不純
物領域108(ソース)、109(ドレイン)が形成さ
れた。(図9(D))
Next, an impurity (boron) is formed in the silicon region using the gate electrode as a mask by an ion doping method.
Was injected. Hydrogen as a doping gas 1-10%
Diborane (B 2 H 6 ) diluted to 5%, for example, 5% was used. The acceleration voltage is 60 to 90 kV, for example 65 k
V, the dose amount is 2 × 10 15 to 5 × 10 15 atoms / cm 2 ,
For example, it is set to 3 × 10 15 atoms / cm 2 . The substrate temperature during ion doping was room temperature. As a result, P-type impurity regions 108 (source) and 109 (drain) were formed. (Fig. 9 (D))

【0059】そして、ドーピングされたボロンを活性化
するために、同じレーザーアニール装置を用いて、再び
レーザーアニールを行なった。このとき、同様にガラス
基板をステージに密着させ、平坦化する。レーザーのエ
ネルギー密度は100〜350mJ/cm2 、例えば、
250mJ/cm2 とした。この照射の前に、170m
J/cm2 程度のエネルギーで照射をしておくとさらに
結晶性が上がった。レーザー照射の方法は以下のように
する。すなわち、線状レーザービームを被照射物に対し
相対的にずらしながら照射を行う。線状レーザーをずら
していく方向は線状レーザーと概略直角とした。このと
き、被照射物の1点に注目すると、2〜20ショットの
レーザー光が照射されるようにした。また、レーザー照
射時の基板温度は200℃とした。その後、窒素雰囲気
中で2時間、350℃の熱アニールを行った。(図9
(E))
Then, in order to activate the doped boron, laser annealing was performed again using the same laser annealing apparatus. At this time, similarly, the glass substrate is brought into close contact with the stage to be flattened. The energy density of the laser is 100 to 350 mJ / cm 2 , for example,
It was set to 250 mJ / cm 2 . 170m before this irradiation
Irradiation with an energy of about J / cm 2 further increased the crystallinity. The laser irradiation method is as follows. That is, irradiation is performed while the linear laser beam is shifted relative to the object to be irradiated. The direction in which the linear laser was shifted was approximately at a right angle to the linear laser. At this time, focusing on one point of the object to be irradiated, laser light of 2 to 20 shots was irradiated. The substrate temperature during laser irradiation was 200 ° C. Then, thermal annealing was performed at 350 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. (Fig. 9
(E))

【0060】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜11
0を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成
し、これにコンタクトホールを開孔した。そして、金属
材料、例えば、チタンとアルミニウムの多層膜によって
TFTのソース、ドレインの電極・配線111、112
を形成した。最後に、1気圧の水素雰囲気で200〜3
50℃の熱アニールを行なった。(図9(F))
Then, a silicon oxide film 11 having a thickness of 6000Å is formed.
0 was used as an interlayer insulator by a plasma CVD method, and a contact hole was opened therein. Then, the source / drain electrodes 111 and 112 of the TFT are made of a metal material, for example, a multilayer film of titanium and aluminum.
Was formed. Finally, 200 to 3 in 1 atmosphere of hydrogen atmosphere
Thermal annealing at 50 ° C. was performed. (Fig. 9 (F))

【0061】図5に、実施例によって形成された結晶性
シリコン膜を用いたTFTのしきい値の基板面内におけ
る分布を示す。図5において、図5の横軸は図2と同
様、図4に示すTFTの場所(図4において点線で囲っ
た部分)と対応している。図5に示すように、本実施例
において作製されTFTは、基板面内において均一なし
きい値を有しており、従来例、すなわち、いずれのレー
ザー照射(アニール)の工程でも基板の吸着を行わずに
作製した、マトリクス状に並んだTFTのしきい値電圧
の分布である図2と比較すると、明らかに図5の方が、
基板面内において、均一なしきい値電圧を有しているこ
とがわかる。
FIG. 5 shows the distribution of the threshold value of the TFT using the crystalline silicon film formed according to the embodiment in the plane of the substrate. In FIG. 5, the horizontal axis of FIG. 5 corresponds to the location of the TFT shown in FIG. 4 (the portion surrounded by the dotted line in FIG. 4), as in FIG. As shown in FIG. 5, the TFT manufactured in this example has a uniform threshold value in the surface of the substrate, and the conventional example, that is, the substrate adsorption is performed in any laser irradiation (annealing) step. Compared with FIG. 2, which is the distribution of the threshold voltages of the TFTs arranged in a matrix form without the
It can be seen that the substrate has a uniform threshold voltage in the plane.

【0062】〔実施例2〕実施例2では、レーザーアニ
ール装置が、実施例1とは異なる光学系の配列およびス
テージの構成を用いた例を示す。実施例1と同様、図9
に従い、ガラス基板(本実施例では300×300mm
角、厚さ0. 7mmのコーニング1737を用いる。無
論、その他のガラス基板を用いても良い。例えば、コー
ニング7059、OA2 、NA45等。)101上に厚さ20
00Åの下地酸化珪素膜102と、そのさらに上に厚さ
500Åのアモルファスシリコン膜103を プラズマ
CVD法により連続的に成膜する。そして、10ppm
の酢酸ニッケル水溶液をシリコン表面に塗布し、スピン
コート法により酢酸ニッケル層を形成する。酢酸ニッケ
ル水溶液には界面活性剤を添加するとよりよかった。酢
酸ニッケル層は極めて薄いので、膜状となっているとは
限らないが、以後の工程に於ける問題はない。(図9
(A))
[Embodiment 2] Embodiment 2 shows an example in which the laser annealing apparatus uses an array of optical systems and a stage configuration different from those in Embodiment 1. Similar to the first embodiment, FIG.
In accordance with the above, a glass substrate (300 × 300 mm in this embodiment)
Corning 1737 having a corner and a thickness of 0.7 mm is used. Of course, other glass substrates may be used. For example, Corning 7059, OA2, NA45, etc. ) 101 and thickness 20
A 00Å base silicon oxide film 102 and an amorphous silicon film 103 having a thickness of 500Å are continuously formed thereon by a plasma CVD method. And 10 ppm
The nickel acetate aqueous solution is applied to the silicon surface to form a nickel acetate layer by spin coating. It was better to add a surfactant to the nickel acetate aqueous solution. Since the nickel acetate layer is extremely thin, it is not always in the form of a film, but there is no problem in the subsequent steps. (Fig. 9
(A))

【0063】そして、当該ガラス基板を550℃で4時
間熱アニールすることにより、シリコン膜を結晶化させ
る。このとき、ニッケルが結晶の核の役割を果たし、シ
リコン膜の結晶化を促進させる。なお、コーニング17
37基板の歪み点温度は667℃であり、上記550℃
のアニール温度は歪み点温度以下である。上記熱結晶化
後、該ガラス基板を徐冷すると、シリコン膜が収縮し、
基板には凹型のそりが生じる。
Then, the glass substrate is thermally annealed at 550 ° C. for 4 hours to crystallize the silicon film. At this time, nickel plays a role of a crystal nucleus and promotes crystallization of the silicon film. In addition, Corning 17
The strain point temperature of the 37 substrate is 667 ° C, which is 550 ° C above.
The annealing temperature is less than the strain point temperature. When the glass substrate is gradually cooled after the thermal crystallization, the silicon film shrinks,
A concave warpage occurs on the substrate.

【0064】550℃、4時間という低温(コーニング
1737の歪み点温度以下)、短時間で処理できるのは
ニッケルの機能による。詳細については特開平6ー24
4104号公報に記されている。該公報では、熱アニー
ルの際の温度がガラス基板の歪み点温度を越えないよ
う、例えば550℃(歪み点温度以下)、4時間の熱ア
ニールを行うよう明記してあるが、この温度は熱結晶化
の際に、ガラス基板の著しい変形をさけるために定めた
ものである。
It is due to the function of nickel that it can be processed at a low temperature of 550 ° C. for 4 hours (below the strain point temperature of Corning 1737) and in a short time. For details, see JP-A-6-24.
4104 publication. In this publication, it is specified that the temperature at the time of thermal annealing does not exceed the strain point temperature of the glass substrate, for example, thermal annealing is performed for 4 hours at 550 ° C. (below the strain point temperature). It is defined in order to prevent the glass substrate from being significantly deformed during crystallization.

【0065】触媒元素の濃度は、1×1015〜1019
子/cm3 であると好ましかった。1×1019原子/c
3 以上の高濃度ではシリコンに金属的性質が表れて、
半導体特性が消滅してしまった。本実施例記載のシリコ
ン膜中の触媒元素の濃度は、膜中における最小値で1×
1019〜5×1018原子/cm3 であった。なお、これ
らの値は、2次イオン質量分析法(SIMS)により分
析、測定したシリコン膜中の触媒元素の濃度の最小値で
ある。このようにして、結晶性シリコン膜が得られる。
The concentration of the catalytic element was preferably 1 × 10 15 to 10 19 atoms / cm 3 . 1 × 10 19 atoms / c
At high concentration of m 3 or more, metallic properties appear in silicon,
The semiconductor characteristics have disappeared. The concentration of the catalytic element in the silicon film described in this example is 1 × as the minimum value in the film.
It was 10 19 to 5 × 10 18 atoms / cm 3 . In addition, these values are the minimum values of the concentration of the catalytic element in the silicon film analyzed and measured by the secondary ion mass spectrometry (SIMS). In this way, a crystalline silicon film is obtained.

【0066】このとき、ガラス基板は、結晶性シリコン
膜が設けられている面側にそり、凹型になっている。こ
こでは、ガラス基板の中心部と周辺部とにおいて、約2
00μm程度の高低差を有している。そりの程度は、ガ
ラス基板の大きさや厚さ、種類により異なる。
At this time, the glass substrate is concave along the surface on which the crystalline silicon film is provided. Here, in the central portion and the peripheral portion of the glass substrate, about 2
It has a height difference of about 00 μm. The degree of warpage depends on the size, thickness, and type of the glass substrate.

【0067】このようにして得られた結晶性シリコン膜
の結晶性をさらに高めるために、大出力パルスレーザー
であるエキシマレーザーを該膜に照射する。レーザーア
ニール装置は、実施例1と同様に、図6に示す構成を有
する。
In order to further enhance the crystallinity of the crystalline silicon film thus obtained, the film is irradiated with an excimer laser which is a high-power pulse laser. The laser annealing apparatus has the configuration shown in FIG. 6 as in the first embodiment.

【0068】発振器としてLUMNICS社製EX74
8を用いた。発振されるレーザー光は、KrFエキシマ
レーザー(波長248nm、パルス幅25ns)であ
る。勿論、他のエキシマレーザーさらには他の方式のレ
ーザーを用いることもできる。ただし、パルス発振のレ
ーザー光を用いる必要がある。
EX74 manufactured by LUMNICS as an oscillator
8 was used. The oscillated laser light is a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 25 ns). Of course, other excimer lasers or lasers of other types can be used. However, it is necessary to use pulsed laser light.

【0069】発振されたレーザー光は、そのビーム形状
の変形のために、図8に示すような光学系に導入され
る。図8に光学系の例を示す。光学系に入射する直前の
レーザー光のビームは、3×2cm2 程度の長方形である
が、該光学系によって、長さ10〜30cm、幅0.01〜0.
3 cm程度の細長いビーム(線状ビーム)に加工される。
本光学系を経たレーザー光のエネルギーは、最大で80
0mJ/ショットである。
The oscillated laser light is introduced into the optical system as shown in FIG. 8 because of the deformation of the beam shape. FIG. 8 shows an example of the optical system. The beam of laser light immediately before entering the optical system has a rectangular shape of about 3 × 2 cm 2 , and depending on the optical system, the length is 10 to 30 cm and the width is 0.01 to 0.
It is processed into a slender beam (linear beam) of about 3 cm.
The maximum energy of laser light that has passed through this optical system is 80
It is 0 mJ / shot.

【0070】レーザー光をこのような細長いビームに加
工するのは、加工性を向上させるためである。即ち、線
状のビームが試料に照射されるとき、もし、ビームの長
さが試料の幅よりも長ければ、試料を1方向に移動させ
ることで、試料全体に対してレーザー光を照射すること
ができる。一方、ビームの長さが試料の幅よりも短い場
合でも、長方形のビームと比較すると加工の手間がかか
らない。しかし、この場合、ビームを、試料に対して相
対的に、前後左右に動かす必要性が生じる。
The reason why the laser beam is processed into such an elongated beam is to improve the processability. That is, when the sample is irradiated with a linear beam, if the beam length is longer than the sample width, the sample is moved in one direction to irradiate the sample with laser light. You can On the other hand, even when the length of the beam is shorter than the width of the sample, it does not take much time for processing as compared with the rectangular beam. However, in this case, it is necessary to move the beam back and forth and left and right relative to the sample.

【0071】レーザー光が照射される基板(試料)のス
テージ(台)はコンピュータにより制御されており線状
レーザービームの線方向に対して直角(図8、I方向)
に動くように設計されている。さらに、該ビームの線方
向に対して動く機能をステージにつけておくと、ビーム
の長さが試料に対して短い場合でも、試料全体に対する
レーザー加工が可能となる。
The stage (stand) of the substrate (sample) irradiated with the laser light is controlled by a computer and is perpendicular to the line direction of the linear laser beam (direction I in FIG. 8).
Designed to move to. Furthermore, by providing the stage with a function of moving in the line direction of the beam, laser processing can be performed on the entire sample even if the beam has a shorter length than the sample.

【0072】レーザービームを線状レーザーに加工する
光学系の内部の光路(図8)の説明をする。該光学系に
入射したレーザー光は、シリンドリカル凹レンズB、シ
リンドリカル凸レンズC(レンズB、Cを総称してビー
ムエキスパンダと呼ぶ)、フライアイレンズD、D2を
通過する。さらに、第1のシリンドリカルレンズとし
て、シリンドリカル凸レンズE、線状化させるビームの
線方向の均質性を良くするために設けられる第2のシリ
ンドリカルレンズとして、シリンドリカル凸レンズFを
通過し、ミラーGを介して、シリンドリカルレンズHに
よって集束され、被照射面に照射される。レーザー光源
とシリンドリカルレンズB間が230mm、フライアイ
レンズD、D2間が230mm、フライアイレンズDと
シリンドリカルレンズEとの間が650mm、シリンド
リカルレンズFと被照射面との間が650mm(それぞ
れ各レンズの焦点距離の和)とした。もちろん、これら
は、状況に応じて変化させうる。シリンドリカルレンズ
Hには、焦点距離が120mmの物を用いる。
The optical path (FIG. 8) inside the optical system for processing the laser beam into a linear laser will be described. The laser light incident on the optical system passes through a cylindrical concave lens B, a cylindrical convex lens C (lenses B, C are collectively called a beam expander), and fly-eye lenses D, D2. Further, as a first cylindrical lens, a cylindrical convex lens E, and as a second cylindrical lens provided to improve the homogeneity of the beam to be linearized in the direction of the line, the cylindrical convex lens F is passed through and a mirror G is passed through. , Is focused by the cylindrical lens H, and the surface to be irradiated is irradiated. The distance between the laser light source and the cylindrical lens B is 230 mm, the distance between the fly-eye lenses D and D2 is 230 mm, the distance between the fly-eye lens D and the cylindrical lens E is 650 mm, and the distance between the cylindrical lens F and the illuminated surface is 650 mm (each lens The sum of the focal lengths). Of course, these can be changed depending on the situation. As the cylindrical lens H, an object having a focal length of 120 mm is used.

【0073】レーザービームの線幅方向のエネルギー分
布の形を、周辺部(線幅の周辺部)においてシャープに
するには、レーザー光路の途中にスリットをいれるとよ
い。例えば、図8においては、シリンドリカルレンズE
の後が好ましく、例えば、シリンドリカルレンズFと、
ミラーGとの間、あるいは、シリンドリカルレンズHと
被照射面の間等に、スリットは設置される。光学系は、
本発明に必要なビームに変形できればどの様なものでも
良い。
To make the shape of the energy distribution of the laser beam in the line width direction sharp at the peripheral portion (peripheral portion of the line width), it is advisable to insert a slit in the middle of the laser optical path. For example, in FIG. 8, the cylindrical lens E
Is preferable, for example, a cylindrical lens F and
The slit is provided between the mirror G or between the cylindrical lens H and the illuminated surface. The optical system is
Any beam may be used as long as it can be transformed into the beam required for the present invention.

【0074】レーザービームは線状に整形され、被照射
部分でのビーム面積は300mm×1mmとする。ビー
ムの線幅は、レーザービームのエネルギー最高値の半値
幅としている。
The laser beam is shaped into a linear shape, and the beam area at the irradiated portion is 300 mm × 1 mm. The line width of the beam is the half width of the maximum energy of the laser beam.

【0075】熱結晶化工程により、凹型にそりを生じた
ガラス基板は、レーザーアニール装置のステージ(台)
に、強制的に平坦化されて固定される。ここでは、図1
0(d)に示す構成を有するステージを用いる。図10
(d)において、ここでは、おさえ232は、セラミッ
クにより構成されている。他に金属、石英等でもよい。
耐熱性が高く、熱膨張しにくい材質が望ましい。おさえ
232は、ガラス基板101が搬送されて、ステージ2
31上に載置されると、自動的にガラス基板101の上
面周辺部を押圧して押さえ、ガラス基板101をステー
ジに密着させて固定する。ガラス基板101は、ステー
ジ231の平坦面に従って平坦化され、固定される。平
坦化されたガラス基板は、面内高低差が約10μmとな
る。
The glass substrate having the concave warpage due to the thermal crystallization process is the stage (stand) of the laser annealing apparatus.
, Forcibly flattened and fixed. Here, FIG.
A stage having the configuration shown in 0 (d) is used. FIG.
In (d), the retainer 232 is made of ceramic here. Alternatively, metal, quartz or the like may be used.
A material that has high heat resistance and is resistant to thermal expansion is desirable. When the glass substrate 101 is conveyed, the presser 232 receives the stage 2
When the glass substrate 101 is placed on the substrate 31, the peripheral portion of the upper surface of the glass substrate 101 is automatically pressed and pressed, and the glass substrate 101 is closely attached to the stage and fixed. The glass substrate 101 is flattened and fixed according to the flat surface of the stage 231. The flattened glass substrate has an in-plane height difference of about 10 μm.

【0076】このようにして、ステージ(台)上に設置
されたガラス基板に対し、レーザー照射を行う。レーザ
ー照射は、線状レーザービームを被照射物すなわち結晶
性シリコン膜に対し相対的にずらしながら照射を行う。
線状レーザーをずらしていく方向は線状レーザーと概略
直角(図8、I方向)とする。このとき、被照射物の1
点に注目すると、2〜20ショット、例えば15ショッ
トのレーザー光が照射されるようにする。レーザーのエ
ネルギー密度は100mJ/cm2 〜500mJ/cm
2 の範囲で、例えば370mJ/cm2 で、照射を行な
う。この照射の前に、220mJ/cm2 程度のエネル
ギーで照射をしておく2段階照射とすると、さらに結晶
性が上がる。また、レーザー照射時の基板温度は200
℃とする。(図9(B))
In this way, laser irradiation is performed on the glass substrate placed on the stage (stand). Laser irradiation is performed by shifting a linear laser beam relative to an object to be irradiated, that is, a crystalline silicon film.
The direction in which the linear laser is shifted is approximately perpendicular to the linear laser (I direction in FIG. 8). At this time, 1
Focusing on the point, the laser beam is irradiated from 2 to 20 shots, for example, 15 shots. Laser energy density is 100 mJ / cm 2 to 500 mJ / cm
Irradiation is performed in the range of 2 , for example, 370 mJ / cm 2 . The crystallinity is further increased by performing a two-step irradiation in which irradiation is performed with an energy of about 220 mJ / cm 2 before this irradiation. The substrate temperature during laser irradiation is 200
℃. (Fig. 9 (B))

【0077】また雰囲気制御はここでは特に行わず、大
気中で照射を行う。真空、アルゴン・ヘリウム等の不活
性ガス、水素、窒素等の雰囲気で行なってもよい。(図
9(B))
Atmosphere control is not performed here, and irradiation is performed in the atmosphere. It may be performed in a vacuum, an inert gas such as argon or helium, or an atmosphere such as hydrogen or nitrogen. (Fig. 9 (B))

【0078】このようにして、基板面内において均一な
結晶性を有する結晶性シリコン膜が得られる。該結晶性
シリコン膜を用いて、この後、実施例1と同様にして、
薄膜トランジスタが作製される。このようにして、得ら
れたTFTのしきい値電圧は、ガラス基板の平坦化を行
わずに作製したTFTと比較して、しきい値電圧の分布
が、基板面内において極めて均一化された。
In this way, a crystalline silicon film having a uniform crystallinity in the plane of the substrate can be obtained. Thereafter, using the crystalline silicon film, in the same manner as in Example 1,
A thin film transistor is produced. In this way, the threshold voltage of the obtained TFT was extremely uniform in the distribution of the threshold voltage in the plane of the substrate as compared with the TFT manufactured without flattening the glass substrate. .

【0079】[0079]

【発明の効果】本発明により、そりを有するガラス基板
上の被照射面に対して均一なレーザー照射を行うことが
できる。本発明により、TFT作製過程に於いて、レー
ザーアニールの工程を導入しても、基板面内におけるし
きい値電圧が均一な、複数のTFTを作製することが可
能となる。特に、本発明は大面積のガラス基板上に多数
のTFTを作製する場合に有効である。このように、本
発明は工業上有益な物であると思われる。
According to the present invention, it is possible to perform uniform laser irradiation on a surface to be irradiated on a glass substrate having a warp. According to the present invention, even if a laser annealing process is introduced in the TFT manufacturing process, it is possible to manufacture a plurality of TFTs having a uniform threshold voltage in the substrate surface. In particular, the present invention is effective when a large number of TFTs are formed on a large-area glass substrate. As described above, the present invention is considered to be industrially useful.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 レーザー照射の工程を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a laser irradiation process.

【図2】 従来の方法によって形成された結晶性シリコ
ン膜を用いたTFTのしきい値の基板面内における分布
を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a distribution of threshold values of a TFT using a crystalline silicon film formed by a conventional method in a substrate surface.

【図3】 そりが生じたガラス基板上のシリコン膜に対
してレーザーアニールを行う様子を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a state where laser annealing is performed on a silicon film on a glass substrate in which warpage has occurred.

【図4】 ガラス基板上のTFTの配置を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an arrangement of TFTs on a glass substrate.

【図5】 実施例によって形成された結晶性シリコン膜
を用いたTFTのしきい値の基板面内における分布を示
す図。
FIG. 5 is a diagram showing a distribution of a threshold value of a TFT using a crystalline silicon film formed in an example in a substrate surface.

【図6】 本実施例で使用するレーザーアニール装置の
概念図を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a conceptual diagram of a laser annealing apparatus used in this example.

【図7】 光学系の例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an example of an optical system.

【図8】 光学系の例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing an example of an optical system.

【図9】 実施例の作製工程を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a manufacturing process of an example.

【図10】 ステージの構成の例を示す。FIG. 10 shows an example of a stage configuration.

【符号の説明】 101 ガラス基板 102 酸化珪素膜 103 アモルファスシリコン膜 105 島状シリコン領域 106 ゲイト絶縁膜 107 ゲイト電極 108 ソース領域 109 ドレイン領域 110 層間絶縁膜 111 ソース電極、配線 112 ドレイン電極、配線 201 ステージ 202 吸引口 211 ステージ 212 溝 213 吸引口 221 ステージ 222 突起 223 吸引口 231 ステージ 232 おさえ[Description of Reference Signs] 101 glass substrate 102 silicon oxide film 103 amorphous silicon film 105 island-shaped silicon region 106 gate insulating film 107 gate electrode 108 source region 109 drain region 110 interlayer insulating film 111 source electrode, wiring 112 drain electrode, wiring 201 stage 202 suction port 211 stage 212 groove 213 suction port 221 stage 222 protrusion 223 suction port 231 stage 232

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被照射面を有するガラス基板をステージ上
で平坦化して載置する工程と、 前記ガラス基板上の被照射面に対し、線状レーザービー
ムを走査しながら照射してレーザーアニールを行う工程
と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。
1. A step of flattening and mounting a glass substrate having a surface to be irradiated on a stage, and laser annealing is performed by irradiating the surface to be irradiated on the glass substrate with a linear laser beam while scanning. A laser annealing method comprising the steps of:
【請求項2】ガラス基板上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を、加熱結晶化させて結晶性シリコン膜とする
工程と、 前記ガラス基板をステージ上で平坦化して載置する工程
と、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射してレーザーアニールを行う工程と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。
2. A step of heating and crystallizing an amorphous silicon film formed on a glass substrate to form a crystalline silicon film; a step of flattening and mounting the glass substrate on a stage; A laser annealing method comprising: a step of irradiating a silicon film while scanning with a linear laser beam to perform laser annealing.
【請求項3】ガラス基板上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を、加熱結晶化させて結晶性シリコン膜とする
工程と、 前記ガラス基板下面を、平坦面を構成するステージの前
記平坦面上に、密着させて、前記ガラス基板を載置する
工程と、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射してレーザーアニールを行う工程と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。
3. A step of crystallizing an amorphous silicon film formed on a glass substrate by heating to form a crystalline silicon film, the lower surface of the glass substrate being on the flat surface of a stage forming a flat surface, A laser annealing method comprising: a step of closely contacting and mounting the glass substrate; and a step of irradiating the crystalline silicon film while scanning with a linear laser beam to perform laser annealing. .
【請求項4】ガラス基板上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を、加熱結晶化させて結晶性シリコン膜とする
工程と、 前記ガラス基板下面を、平坦面を構成するステージの前
記平坦面上に、真空吸着により密着させて、前記ガラス
基板を載置する工程と、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射してレーザーアニールを行う工程と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。
4. A step of heating and crystallizing an amorphous silicon film formed on a glass substrate to form a crystalline silicon film, the lower surface of the glass substrate being on the flat surface of a stage forming a flat surface, A step of placing the glass substrate in close contact by vacuum adsorption, and a step of irradiating the crystalline silicon film with a linear laser beam while scanning to perform laser annealing. Laser annealing method.
【請求項5】ガラス基板上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を、加熱結晶化させて結晶性シリコン膜とする
工程と、 前記ガラス基板上面の周辺部を押圧して、前記ガラス基
板下面を、平坦面を構成するステージの前記平坦面上に
密着させて、前記ガラス基板を載置する工程と、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射してレーザーアニールを行う工程と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。
5. A step of heating and crystallizing an amorphous silicon film formed on a glass substrate to form a crystalline silicon film, and pressing a peripheral portion of the upper surface of the glass substrate to flatten the lower surface of the glass substrate. A step of bringing the glass substrate into close contact with the flat surface of a stage constituting a surface, and a step of performing laser annealing by irradiating the crystalline silicon film with a linear laser beam while scanning the same. A laser annealing method comprising:
【請求項6】請求項1〜5のいずれかにおいて、前記結
晶性シリコン膜は、少なくとも一部に不純物が添加され
たものであることを特徴とするレーザーアニール方法。
6. The laser annealing method according to claim 1, wherein the crystalline silicon film has impurities added to at least a part thereof.
【請求項7】請求項1〜6のいずれかにおいて、前記線
状レーザービームは、パルスレーザーを光源とするもの
であることを特徴とするレーザーアニール方法。
7. The laser annealing method according to claim 1, wherein the linear laser beam uses a pulse laser as a light source.
【請求項8】請求項7において、パルスレーザーは、エ
キシマレーザーであることを特徴とするレーザーアニー
ル方法。
8. The laser annealing method according to claim 7, wherein the pulse laser is an excimer laser.
【請求項9】ガラス基板を平坦化して載置する手段を有
するステージと、 前記ガラス基板の被照射面に対し、線状レーザービーム
を走査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。
9. A stage having means for flattening and mounting a glass substrate, and means for irradiating a surface to be irradiated of the glass substrate with a linear laser beam while scanning the surface. Laser annealing equipment.
【請求項10】ガラス基板を載置する平坦面、および前
記ガラス基板の下面を、前記平坦面に密着させる手段と
を有するステージと、 前記ガラス基板の被照射面に対し、線状レーザービーム
を走査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。
10. A stage having a flat surface on which a glass substrate is placed and a means for bringing the lower surface of the glass substrate into close contact with the flat surface, and a linear laser beam to a surface to be irradiated of the glass substrate. A laser annealing device comprising: a means for irradiating while scanning.
【請求項11】加熱により結晶化された結晶性シリコン
膜を有するガラス基板を、平坦化して載置する手段を有
するステージと、 前記ガラス基板上の結晶性シリコン膜に対し、線状レー
ザービームを走査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。
11. A stage having means for flattening and mounting a glass substrate having a crystalline silicon film crystallized by heating, and a linear laser beam to the crystalline silicon film on the glass substrate. A laser annealing device comprising: a means for irradiating while scanning.
【請求項12】加熱により結晶化された結晶性シリコン
膜を有するガラス基板を載置する平坦面、および前記ガ
ラス基板の下面を、前記平坦面に密着させる手段とを有
するステージと、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。
12. A stage having a flat surface on which a glass substrate having a crystalline silicon film crystallized by heating is mounted, and means for bringing the lower surface of the glass substrate into close contact with the flat surface, and the crystallinity A laser annealing apparatus comprising: a means for irradiating a silicon film while scanning a linear laser beam.
【請求項13】加熱により結晶化された結晶性シリコン
膜を有するガラス基板を載置する平坦面、および前記ガ
ラス基板の下面を、前記平坦面に真空吸着させる手段と
を有するステージと、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。
13. A stage having a flat surface on which a glass substrate having a crystalline silicon film crystallized by heating is mounted, and means for vacuum-sucking the lower surface of the glass substrate to the flat surface, the crystal. And a means for irradiating the conductive silicon film with a linear laser beam while scanning the laser annealing film.
【請求項14】加熱により結晶化された結晶性シリコン
膜を有するガラス基板を載置する平坦面、および前記ガ
ラス基板上面の周辺部を押圧する手段とを有するステー
ジと、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。
14. A stage having a flat surface on which a glass substrate having a crystalline silicon film crystallized by heating is mounted, and a means for pressing a peripheral portion of the upper surface of the glass substrate; On the other hand, a laser annealing apparatus comprising: a means for irradiating a linear laser beam while scanning.
【請求項15】請求項11〜14において、前記結晶性
シリコン膜は、少なくとも一部に不純物が添加されたも
のであることを特徴とするレーザーアニール装置。
15. A laser annealing apparatus according to claim 11, wherein the crystalline silicon film has impurities added to at least a portion thereof.
【請求項16】請求項9〜15のいずれかにおいて、前
記線状レーザービームは、パルスレーザーを光源とする
ものであることを特徴とするレーザーアニール装置。
16. A laser annealing apparatus according to claim 9, wherein the linear laser beam uses a pulse laser as a light source.
【請求項17】請求項16において、パルスレーザー
は、エキシマレーザーであることを特徴とするレーザー
アニール方法。
17. The laser annealing method according to claim 16, wherein the pulse laser is an excimer laser.
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