KR100682439B1 - Method of manufacturing semiconductor thin film - Google Patents
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Abstract
결정화 영역의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있으며, 또한 결정화 영역을 확대하는 것이 가능한 반도체 박막의 제조 방법을 제공한다. 캡층을 형성하는 공정과, 상기 캡층이 반사 방지막으로서 작용하는 파장을 갖는 제1 레이저광을 조사하여 종결정을 형성하는 제1 레이저 조사 공정과, 상기 캡층이 반사막으로서 작용하는 파장을 갖는 제2 레이저광을 조사하여, 캡층이 형성되어 있지 않은 영역을 재결정화하여, 결정화 영역을 확대하는 제2 레이저 조사 공정을 포함하거나, 또는 캡층을 형성하는 공정과, 상기 캡층이 반사막으로서 작용하는 파장을 갖는 제1 레이저광을 조사하여 종결정을 형성하는 제1 레이저 조사 공정과, 상기 캡층이 반사 방지막으로서 작용하는 파장을 갖는 제2 레이저광을 조사하여, 캡층이 형성되어 있지 않은 영역을 재결정화하여, 결정화 영역을 확대하는 제2 레이저 조사 공정을 포함하는 반도체 박막의 제조 방법을 제공한다. Provided is a method for manufacturing a semiconductor thin film that can easily position a crystallization region and can enlarge the crystallization region. A process of forming a cap layer, a first laser irradiation process of irradiating a first laser light having a wavelength at which the cap layer acts as an antireflection film to form a seed crystal, and a second laser having a wavelength at which the cap layer acts as a reflecting film A second laser irradiation step of irradiating light to recrystallize a region in which the cap layer is not formed and enlarging the crystallization region, or forming a cap layer, and an agent having a wavelength at which the cap layer acts as a reflecting film. 1st laser irradiation process which irradiates a laser beam, and forms a seed crystal, and the 2nd laser light which has a wavelength which the said cap layer acts as an antireflection film is irradiated, and the area | region in which the cap layer is not formed is recrystallized, and crystallization is carried out. A method of manufacturing a semiconductor thin film including a second laser irradiation step of enlarging an area is provided.
레이저 조사 공정, 캡층, 결정화 영역, 조사Laser irradiation process, cap layer, crystallization area, irradiation
Description
도 1은 본 발명의 제1 제조 방법을 모식적으로 도시하는 도면. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure which shows typically the 1st manufacturing method of this invention.
도 2는 캡층으로서 산화 실리콘을 이용한 경우의, 캡층의 막 두께(캡 막 두께)와 반사율과의 관계를 도시하는 그래프. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the film thickness (cap film thickness) and reflectance of the cap layer when silicon oxide is used as the cap layer. FIG.
도 3은 비정질 실리콘 및 결정성 실리콘의 광흡수율을 도시하는 그래프. 3 is a graph showing the light absorption of amorphous silicon and crystalline silicon.
도 4는 본 발명의 제1 제조 방법에 의해 얻어지는 결정을 도시하는 도면. 4 shows a crystal obtained by the first production method of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 제조 방법을 모식적으로 도시하는 도면. 5 is a diagram schematically showing a second manufacturing method of the present invention.
도 6은 본 발명의 반도체 박막의 제조 방법에 적합하게 이용할 수 있는 장치의 일례를 모식적으로 도시하는 도면. It is a figure which shows typically an example of the apparatus which can be used suitably for the manufacturing method of the semiconductor thin film of this invention.
도 7은 본 발명의 반도체 박막의 제조 방법을 이용한, TFT의 제조 방법의 바람직한 일례를 모식적으로 도시하는 도면. It is a figure which shows typically a preferable example of the manufacturing method of TFT using the manufacturing method of the semiconductor thin film of this invention.
도 8은 본 발명의 제1 제조 방법의 일 실시예를 도시하는 도면. 8 shows an embodiment of the first manufacturing method of the present invention.
도 9는 본 발명의 제1 제조 방법의 다른 실시예를 도시하는 도면. 9 shows another embodiment of the first manufacturing method of the present invention.
도 10은 본 발명의 제2 제조 방법의 일 실시예를 도시하는 도면. 10 illustrates one embodiment of a second manufacturing method of the present invention.
도 11은 종래의 다결정 실리콘 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 도면. 11 is a view for explaining a conventional method for producing a polycrystalline silicon thin film.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1, 201 : 절연성 기판1, 201: insulating substrate
2, 202 : 버퍼층2, 202: buffer layer
3, 203 : 전구체 반도체 박막3, 203: precursor semiconductor thin film
4, 204, 11a, 11b : 캡층4, 204, 11a, 11b: cap layer
5, 205 : 종(種)결정5, 205: Species determination
12a, 12b : 제1 레이저 조사 공정에서 레터럴 성장한 결정12a, 12b: Crystallographically grown crystals in the first laser irradiation process
13a, 13b : 제1 레이저 조사 공정과 제2 레이저 조사 공정을 거쳐 형성된 결정13a, 13b: Crystal formed through the first laser irradiation step and the second laser irradiation step
21, 31 : 레이저 발진기21, 31: laser oscillator
22a, 22b : 가변 감쇠기22a, 22b: variable attenuator
23 : 빔 정형 소자23: beam shaping element
24 : 마스크면 균일 조명 소자 24: mask surface uniform illumination element
25 : 마스크 25: mask
26 : 결상 렌즈26: imaging lens
27 : 기판 복합체27: substrate composite
28a∼28d : 미러 28a to 28d: mirror
본 발명은, 반도체 박막의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 레 이저광의 조사에 의한 전구체 반도체 박막의 용융과 재결정이라는 현상을 이용하고, 다결정 반도체 영역을 갖는 반도체 박막의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a semiconductor thin film. In particular, the present invention relates to a method for producing a semiconductor thin film having a polycrystalline semiconductor region, utilizing the phenomenon of melting and recrystallization of a precursor semiconductor thin film by irradiation of laser light.
액정이나 일렉트로루미네센스(EL)를 응용한 표시 장치에 이용되고 있는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor(본 명세서에서, TFT라고도 기재함))는, 비정질 혹은 결정성의 실리콘을 활성층으로서 이용하는 경우가 많다. 그 중, 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘 등의 결정성 실리콘의 박막 트랜지스터는, 전자의 이동도가 높기 때문에, 비정질 실리콘의 박막 트랜지스터에 비해, 많은 장점을 갖고 있다. The thin film transistor (Thin Film Transistor (also referred to herein as TFT)) used in a display device employing liquid crystal or electroluminescence (EL) often uses amorphous or crystalline silicon as an active layer. Among them, thin film transistors of crystalline silicon such as polycrystalline silicon or single crystal silicon have many advantages over thin film transistors of amorphous silicon because of high electron mobility.
결정성 실리콘의 박막 트랜지스터를 이용한 경우에는, 예를 들면, 표시 장치의 화소 부분에 스위칭 소자를 형성할 뿐만 아니라, 화소 주변 부분에 구동 회로나 일부의 주변 회로를 형성할 수도 있고, 이들의 소자나 회로를 한 장의 기판 상에 형성할 수 있다. 이 때문에, 별도의 드라이버 IC나 구동 회로 기판을 표시 장치에 실장할 필요가 없어지므로, 이들의 표시 장치를 저가격으로 제공하는 것이 가능하게 된다. In the case of using a crystalline silicon thin film transistor, for example, not only a switching element is formed in the pixel portion of the display device, but also a driving circuit or a part of a peripheral circuit may be formed in the pixel peripheral portion. The circuit can be formed on a single substrate. As a result, it is not necessary to mount a separate driver IC or a driving circuit board in the display device, so that these display devices can be provided at low cost.
또한, 기타 장점으로서, 결정성 실리콘의 박막 트랜지스터를 이용한 경우에는, 트랜지스터의 치수를 미세화할 수 있으므로, 화소 부분에 형성하는 스위칭 소자가 작아지고, 표시 장치의 고개구율화를 도모할 수 있다. 이 때문에, 고휘도, 고정밀한 표시 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다. In addition, as another advantage, when a thin film transistor of crystalline silicon is used, the size of the transistor can be made small, so that the switching elements formed in the pixel portion can be reduced, and the high aperture ratio of the display device can be achieved. For this reason, it becomes possible to provide a high brightness and high precision display device.
여기서, 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘 등의 결정성 실리콘 박막의 제조 방법으로서는, 최근, 엑시머 레이저를 이용하여 600℃ 이하의 저온에서 비정질 실리콘을 다결정화하는 기술이 일반화되어, 저가격의 글래스 기판에 다결정 실리콘 트랜지스터를 형성한 표시 장치를 저가격으로 제공할 수 있게 되어 있다. Here, as a method for producing a crystalline silicon thin film such as polycrystalline silicon or monocrystalline silicon, a technique of polycrystallizing amorphous silicon at a low temperature of 600 ° C. or lower using an excimer laser has recently been generalized, and a polycrystalline silicon transistor is used for a low-cost glass substrate. It is possible to provide a display device formed with a low cost.
엑시머 레이저에 의한 결정화 기술은, 비정질 실리콘 박막을 형성한 글래스 기판을 400℃ 정도로 가열하고, 상기 글래스 기판을 일정 속도로 주사하면서, 길이 200∼400㎜, 폭 0.2∼1.0㎜ 정도의 선 형상의 엑시머 레이저를 글래스 기판 상의 비정질 실리콘 박막에 펄스 방사하는 것이다. 이 방법에 의해, 비정질 실리콘 박막의 두께와 동일한 정도의 평균 입경을 갖는 다결정 실리콘 박막이 형성된다. The crystallization technique using an excimer laser heats a glass substrate on which an amorphous silicon thin film is formed at about 400 ° C., and scans the glass substrate at a constant speed, while a linear excimer having a length of 200 to 400 mm and a width of 0.2 to 1.0 mm. The laser is pulsed onto an amorphous silicon thin film on a glass substrate. By this method, a polycrystalline silicon thin film having an average particle diameter the same as the thickness of the amorphous silicon thin film is formed.
이 때, 엑시머 레이저를 조사한 부분의 비정질 실리콘 박막은, 두께 방향 전역에 걸쳐 용융시키는 것은 아니고, 일부의 비정질 영역을 남겨 용융시킨다. 그렇게 하면 레이저광 조사 영역 전면에 걸쳐, 도처에 실리콘의 결정핵이 발생하므로, 실리콘 박막의 최표층을 향하여 실리콘의 결정이 형성된다. At this time, the amorphous silicon thin film of the portion irradiated with the excimer laser is not melted over the entire thickness direction, but is left to melt part of the amorphous region. As a result, crystal nuclei of silicon are generated everywhere over the entire laser beam irradiation region, so that crystals of silicon are formed toward the outermost layer of the silicon thin film.
비정질 실리콘의 용융/재결정화의 공정에서 엑시머 레이저, 특히 파장 308㎚의 것이 다용되고 있는데, 이것은 다음과 같은 이유에 따른 것이다. In the process of melting / recrystallization of amorphous silicon, an excimer laser, especially one having a wavelength of 308 nm, is widely used for the following reasons.
(1) 엑시머 레이저는, 펄스 방사하는 레이저로 레이저 펄스의 피크값(피크 출력)은 메가 W급으로, 다른 레이저에 비해 매우 높다. 또한, 레이저 펄스의 방사 시간(펄스폭)은 수십 ㎱의 오더이다. 이 점으로부터, 비교적 큰 영역에, 단시간에 에너지 투입을 행할 수 있다. 따라서, 레이저의 피조사물은, 레이저가 조사된 부위 이외에 열적 영향이 미치기 힘들다. (1) The excimer laser is a laser that emits pulses, and the peak value (peak output) of the laser pulse is mega W class, which is very high compared to other lasers. In addition, the emission time (pulse width) of a laser pulse is an order of several tens of microseconds. From this point, energy can be injected in a relatively large area in a short time. Therefore, the irradiated object of the laser hardly exerts a thermal effect other than the site irradiated with the laser.
(2) 실리콘 재료, 특히 비정질 실리콘은 자외 영역의 광을 흡수하기 쉽고, 또한 흡수 계수가 작다. 비정질 실리콘의 경우, 파장 308㎚의 광에 대한 흡수 길이는 10㎚ 정도이다. 따라서, 예를 들면 글래스 기판 상에 비정질 실리콘 박막을 형성한 기판 복합체 표면에 레이저를 조사해도 글래스 기판에의 영향이 거의 없다. (2) The silicon material, especially amorphous silicon, is easy to absorb light in the ultraviolet region and has a small absorption coefficient. In the case of amorphous silicon, the absorption length for light with a wavelength of 308 nm is about 10 nm. Therefore, even if laser irradiation is applied to the surface of the substrate composite in which an amorphous silicon thin film is formed on the glass substrate, for example, there is almost no influence on the glass substrate.
(3) 엑시머 레이저는 사용하는 레이저 매체(가스)의 종류에 따라, 발진 파장이 서로 다르지만, 자외 영역의 광을 방사하는 것이 많다. 특히 파장 308㎚의 엑시머 레이저는 다른 엑시머 레이저에 비해 레이저 가스의 수명이 길기 때문에, 공업 상의 사용에 유리하다. (3) Although the oscillation wavelength is different depending on the type of laser medium (gas) to be used, the excimer laser emits light in the ultraviolet region in many cases. In particular, an excimer laser having a wavelength of 308 nm has a longer lifetime of laser gas than other excimer lasers, and is therefore advantageous for industrial use.
(4) 엑시머 레이저는 수천이나 되는 모드를 갖는, 초멀티 모드로 발진한다. 따라서, 가간섭성이 다른 레이저에 비해 작아, 광학계에서 광을 정형해도 조사면 상에 간섭 줄무늬가 형성되기 어렵다. 즉, 레이저 조사 영역의 강도 균일성이 양호하게 되어, 결정의 품질이 안정된다. (4) The excimer laser oscillates in an ultra-multi mode, with thousands of modes. Therefore, the coherence is less than that of other lasers, and even though the light is shaped in the optical system, interference fringes are hardly formed on the irradiation surface. That is, the intensity uniformity of the laser irradiation area becomes good, and the quality of the crystal is stabilized.
상기한 바와 같은 엑시머 레이저를 이용한 재결정화 기술은 일반적으로 ELA(Excimer Laser Annealing)법으로 칭해지며, 생산성이 우수한 레이저 결정화 기술로서, 공업적으로 이용되고 있다. 그러나, ELA법은, 생산성이 우수하지만, 형성되는 결정은 복수의 미세입상의 결정의 집합체이기 때문에 결정립의 위치 결정을 할 수 없고, 결정의 품질은 결정 결함이 있는 결정입계가 무수히 존재하기 때문에 단결정 실리콘에 비해 열악하다는 등의 과제를 갖고 있으며, 이들 과제를 해결하기 위해, 수퍼레터럴 성장 기술이라고 칭하는 레이저 재결정화 기술의 제안이 많이 이루어지고 있다. 예를 들면 특허 문헌1에는, 캡법을 이용한 수퍼레터럴 성장 기술의 대표적인 제안예가 개시되어 있다. The recrystallization technique using an excimer laser as described above is generally referred to as ELA (Excimer Laser Annealing) method and is industrially used as a laser crystallization technique with excellent productivity. However, the ELA method is excellent in productivity, but since the crystals formed are aggregates of a plurality of fine granular crystals, crystal grains cannot be positioned, and the quality of the crystals is single crystal due to the numerous grain boundaries with crystal defects. There are problems such as being inferior to silicon, and in order to solve these problems, many proposals have been made for a laser recrystallization technique called a superlateral growth technique. For example,
상기 특허 문헌1에 기재되어 있는 수퍼레터럴 성장 기술은, 전구체 반도체 박막 상에 레이저광의 반사 방지막으로서 작용하는 캡층을 선택적으로 형성하고, 엑시머 레이저 등의 펄스 레이저를 조사함으로써, 캡층 하부의 전구체 박막을 선택적으로 용융/응고시켜 양질의 다결정 반도체 박막으로 재결정화하는 방법이다. 이에 의해, 캡층의 단부로부터 중앙부에 바늘 형상의 결정이 형성된다(도 11). In the superlateral growth technique described in
특허 문헌1에 대표적으로 기재된 캡법의 최대 이점은, 캡 패턴을 형성한 위치가 결정화 위치로 되기 때문에, 결정화 영역이 자동적으로 위치 결정 제어되는 점에 있다. 즉, 박막 트랜지스터를 배치하려는 위치에 캡층을 형성하고, 캐리어의 이동 방향과 결정 성장 방향을 일치시키면, 캐리어의 이동 방향에는 결정입계가 존재하지 않으므로, ELA 법보다도 높은 이동도를 갖는 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다. The biggest advantage of the cap method typically described in
<특허 문헌1> 일본 특개 2000-260709호 공보Patent Document 1: Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2000-260709
<특허 문헌2> 일본 특개소64-12088호 공보Patent Document 2: Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-12088
그러나, 특허 문헌1에 기재하는 종래의 캡법에 의한 수퍼레터럴 성장 기술도, 캡층의 단부에는 무수한 결정핵이 형성되므로, 결정화 영역의 위치 결정은 가능하지만, 1 펄스의 레이저 조사로 결정화가 완료되는 방법이기 때문에, 결정립의 성장 거리, 즉 결정립의 크기가 최대한 제한된다고 하는 과제를 갖고 있다. However, even in the conventional technique of the superlateral growth described in
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 그 목적으로 하는 점은, 결정화 영역의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있으며, 또한 결정화 영역을 확대하는 것이 가능한 반도체 박막의 제조 방법을 제공하는 것이다. This invention is made | formed in order to solve the said subject, The objective is to provide the manufacturing method of the semiconductor thin film which can carry out positioning of a crystallization region easily, and can enlarge a crystallization region.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은, 결정화 영역의 위치 결정 제어성이 우수한 캡법의 이점을 살리고, 또한 결정화 영역을 확대시키면 좋다고 하는 착상을 얻고, 그와 같은 레이저 재결정화 공정을 발견하도록, 첨의한 연구 개발에 몰두하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 제1 및 제2 레이저광을 각각 조사하는 공정을 포함함으로써 반도체 박막을 제조하는 방법에 있어서, 제1 레이저광에 대해서는 반사 방지막(또는 반사막), 제2 레이저광에 대해서는 반사막(또는 반사 방지막)으로 되는 캡층을 형성함으로써, 결정핵을 위치 결정 생성할 수 있는 것, 및 결정화 영역을 확대할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다. 즉, 본 발명의 반도체 박막의 제조 방법은, 다음과 같다. MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said subject, in order to take advantage of the cap method which is excellent in the positioning controllability of a crystallization area | region, and to acquire the idea that it should enlarge the crystallization area | region, and to find such a laser recrystallization process, Dedicated to further research and development. As a result, the inventors of the present invention provide a method for manufacturing a semiconductor thin film by including a step of irradiating the first and the second laser light, respectively, wherein the antireflection film (or reflective film) for the first laser light and the second laser light By forming the cap layer which becomes a reflection film (or an anti-reflection film), it discovered that crystal nuclei can be produced | positioned and that the crystallization area | region can be enlarged, and this invention was completed. That is, the manufacturing method of the semiconductor thin film of this invention is as follows.
본 발명의 어느 국면에 따르는 반도체 박막의 제조 방법에 따르면, 전구체 반도체 박막 상에 부분적으로 캡층을 형성하는 공정과, 상기 캡층이 반사 방지막으로서 작용하는 파장을 갖는 제1 레이저광을 조사하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성된 영역에 종(種)결정을 형성하는 제1 레이저 조사 공정과, 상기 캡층이 반사막으로서 작용하는 파장을 갖는 제2 레이저광을 조사하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역을 재결정화하여, 결정화 영역을 확대하는 제2 레이저 조사 공정을 적어도 포함하는 것을 특징으로 한다(이하, 이러한 양태의 본 발명의 제조 방법을, 「본 발명의 제1 제조 방법」이라고 호칭함). According to the manufacturing method of the semiconductor thin film which concerns on one aspect of this invention, the process of forming a cap layer partially on a precursor semiconductor thin film, and irradiating the 1st laser light which has a wavelength which the said cap layer acts as an anti-reflective film, A first laser irradiation step of forming a seed crystal in a region where the cap layer of the thin film is formed, and a second laser light having a wavelength at which the cap layer acts as a reflecting film are irradiated to form a cap layer of the precursor semiconductor thin film. It characterized by including at least the 2nd laser irradiation process which recrystallizes an area | region and expands a crystallization area | region (Hereinafter, the manufacturing method of this invention of such an aspect is called "the 1st manufacturing method of this invention.") .
또한 본 발명의 다른 국면에 따르는 반도체 박막의 제조 방법에 따르면, 전구체 반도체 박막 상에 부분적으로 캡층을 형성하는 공정과, 상기 캡층이 반사막으로서 작용하는 파장을 갖는 제1 레이저광을 조사하여, 전구체 반도체 박막의 캡층 이 형성되어 있지 않은 영역에 종결정을 형성하는 제1 레이저 조사 공정과, 상기 캡층이 반사 방지막으로서 작용하는 파장을 갖는 제2 레이저광을 조사하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역을 재결정화하여, 결정화 영역을 확대하는 제2 레이저 조사 공정을 적어도 포함하는 것을 특징으로 한다(이하, 이러한 양태의 본 발명의 제조 방법을, 「본 발명의 제2 제조 방법」이라고 호칭함). In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor thin film according to another aspect of the present invention, a step of forming a cap layer partially on a precursor semiconductor thin film, and irradiating a first laser light having a wavelength that the cap layer acts as a reflective film, precursor semiconductor A first laser irradiation step of forming a seed crystal in a region where the cap layer of the thin film is not formed, and a second laser light having a wavelength at which the cap layer acts as an antireflection film are irradiated to form a cap layer of the precursor semiconductor thin film. It characterized by including at least the 2nd laser irradiation process which recrystallizes an area | region which has not been made, and enlarges a crystallization area | region (Hereinafter, the manufacturing method of this invention of such an aspect is called "the 2nd manufacturing method of this invention."). ).
본 발명의 제1 제조 방법, 본 발명의 제2 제조 방법 중 어느 것이라도, 상기 제2 레이저 조사 공정은, 전구체 반도체 박막을 용융시키기 위한 주레이저 조사와, 상기 전구체 반도체 박막, 상기 캡층을 포함하는 기판 복합체의 적어도 일부를 가열하기 위한 부레이저 조사를 포함하는 것이 바람직하다. In any of the first manufacturing method of the present invention and the second manufacturing method of the present invention, the second laser irradiation step includes main laser irradiation for melting the precursor semiconductor thin film, the precursor semiconductor thin film, and the cap layer. It is preferred to include sublaser irradiation for heating at least a portion of the substrate composite.
또한, 본 발명의 제1 제조 방법, 본 발명의 제2 제조 방법에 있어서, 제1 레이저광 및 제2 레이저광 중 어느 한쪽은 자외 영역의 파장을 갖고, 다른 한쪽은 가시 영역의 파장을 갖는 것이 바람직하다. In addition, in the first manufacturing method of the present invention and the second manufacturing method of the present invention, one of the first laser light and the second laser light has a wavelength in the ultraviolet region, and the other has a wavelength in the visible region. desirable.
또한, 제1 레이저광 및 제2 레이저광 중 어느 한쪽은 248㎚∼355㎚의 파장을 갖고, 다른 한쪽은 488㎚∼532㎚의 파장을 갖는 것이 바람직하다. Moreover, it is preferable that either one of a 1st laser beam and a 2nd laser beam has a wavelength of 248 nm-355 nm, and the other has a wavelength of 488 nm-532 nm.
도 1은, 본 발명의 제1 제조 방법을 모식적으로 도시하는 도면이다. 본 발명의 반도체 박막의 제조 방법에서의 제1 제조 방법은, 전구체 반도체 박막 상에 부분적으로 캡층을 형성하는 공정과, 상기 캡층이 반사 방지막으로서 작용하는 파장을 갖는 제1 레이저광을 조사하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성된 영역에 종결정을 형성하는 제1 레이저 조사 공정과, 상기 캡층이 반사막으로서 작용하는 파장을 갖는 제2 레이저광을 조사하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있 지 않은 영역을 재결정화하여, 결정화 영역을 확대하는 제2 레이저 조사 공정을 적어도 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명의 제1 제조 방법에 따르면, 결정화 영역의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있으며, 또한 결정화 영역을 확대할 수 있다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows typically the 1st manufacturing method of this invention. The 1st manufacturing method in the manufacturing method of the semiconductor thin film of this invention is a process of forming a cap layer partially on a precursor semiconductor thin film, and irradiating the 1st laser light which has a wavelength which the said cap layer acts as an antireflection film, A first laser irradiation step of forming a seed crystal in a region where the cap layer of the semiconductor thin film is formed, and a region where the cap layer of the precursor semiconductor thin film is not formed by irradiating a second laser light having a wavelength at which the cap layer acts as a reflecting film. And a second laser irradiation step of recrystallizing to enlarge the crystallization region. According to such a first manufacturing method of the present invention, the crystallization region can be easily positioned, and the crystallization region can be enlarged.
본 발명의 제1 제조 방법에서는, 우선, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 전구체 반도체 박막(3) 상에 부분적으로 캡층(4)을 형성한다. 캡층(4)은, 전구체 반도체 박막(3) 상의 전면이 아니라 부분적으로 형성된다고 하면, 그 형성되는 방법에 특별히 제한은 없는데, 예를 들면, 직선 형상(스트라이프 형상) 혹은 톱날 형상, 파선 형상 등의 곡선 형상의 단책 형상, 원 형상, 삼각 형상, 사각형 그 밖의 형상에 의한 도트 형상 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 직사각 형상 또는 도트 형상으로 캡층을 형성하는 것이 바람직하다. TFT의 활성층은 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 통상적인 사각형을 조합한 형성이기 때문에, 특히 활성층을 단책 형상으로 형성하면 TFT 설계하기 쉽다고 하는 이점이 있다. 또한, 캡층을 도트 형상, 특히 원 형상의 도트 형상으로 함으로써, 단일의 핵으로부터 부채 형상으로 결정이 성장하여, 이 부채형 결정을 핵으로 결정 영역을 확대할 수 있으므로(도 7의 (b)), 사각형의 캡층과 비교하면, 단결정 영역의 면적이 커진다고 하는 이점이 있다. In the first manufacturing method of the present invention, first, as shown in FIG. 1A, a
캡층의 형성 재료로서는, 상기한 바와 같이 특정한 파장의 레이저광에 대하여 반사 방지막으로서 작용하고, 또한 특정한 파장의 레이저광에 대해서는 반사막으로서 작용하는, 해당 분야에서 캡층의 형성 재료로서 널리 이용되어 온 적절한 재료를 이용할 수 있다. 이러한 캡층의 형성 재료로서는, 예를 들면, 산화 실리 콘, 질화 실리콘 등을 들 수 있다. 또한, 캡층은 단층이어도 되고, 다층이어도 된다. 전구체 반도체 박막 상에 부분적으로 캡층을 형성하는 방법으로는, 예를 들면, CVD법이나 스퍼터법에 의해, 상기 캡층의 형성 재료를 이용하여 박막을 형성한 후에, 포토리소그래피법에 의해 소정의 패턴(형상)을 갖도록, 캡층을 형성할 수 있다. As a material for forming the cap layer, a suitable material which has been widely used as a material for forming a cap layer in the relevant field, which acts as an antireflection film with respect to laser light having a specific wavelength as described above, and also acts as a reflection film with respect to laser light having a specific wavelength as described above. Can be used. As a formation material of such a cap layer, silicon oxide, silicon nitride, etc. are mentioned, for example. The cap layer may be a single layer or a multilayer. As a method of forming the cap layer partially on the precursor semiconductor thin film, for example, a thin film is formed using the material for forming the cap layer by the CVD method or the sputtering method, and then a predetermined pattern ( Cap) can be formed.
이어서, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 전구체 반도체 박막(3) 상에 제1 레이저광을 조사하여, 전구체 반도체 박막의 캡층(4)이 형성된 영역(캡층(4)의 하부의 영역)을 용융·응고시킨다. 여기서, 본 발명의 제1 제조 방법에서 중요한 것 중 하나는, 제1 조사 공정에서는, 캡층이 반사 방지층으로서 작용하는 파장을 갖는 제1 레이저광을 조사하는 것이다. 도 2는, 캡층으로서 산화 실리콘을 이용한 경우의, 캡층의 막 두께(캡 막 두께)와 반사율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2의 그래프에서, 횡축은 캡 막 두께(㎚), 종축은 반사율(%)을 나타내고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 파장 308㎚의 레이저광, 파장 532㎚의 레이저광에 대하여, 전구체 반도체 박막 상에 캡층이 없는 경우(즉, 캡 막 두께가 0㎚인 경우), 반사율은 각각 58.4%, 40.4%이다. 캡층의 막 두께를 170㎚로 하는 경우, 308㎚의 파장의 광에 대한 반사율은 44.6%이고, 캡층이 형성된 영역과 캡층이 형성되지 않은 영역에서는, 반사율에서 13.8%의 차가 발생한다. 따라서 제1 레이저 조사 공정에서는, 예를 들면 308㎚의 파장을 갖는 엑시머 레이저를 사용함으로써, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성된 영역을 한정적으로 결정화하는 것이 가능하다. 이러한 제1 레이저 조사 공정에 의해, 전구체 반도체 박막의 캡층 이 형성된 영역에 종결정(5)이 형성된다. 즉, 제1 레이저광의 조사에 의해, 수퍼레터럴 성장이 발현하여, 캡층의 단부에 발생한 무수한 핵으로부터 신장되는 바늘 형상 결정이 형성된다. Subsequently, as shown in FIG. 1B, the first laser light is irradiated onto the precursor semiconductor
이어서, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 제2 레이저광을 조사하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역을 용융·응고시킨다. 여기서, 본 발명의 제1 제조 방법에서 필요한 것의 다른 하나는, 제2 조사 공정에서는, 캡층이 반사막으로서 작용하는 파장을 갖는 제1 레이저광을 조사하는 것이다. 도 3은, 비정질 실리콘 및 결정성 실리콘의 광흡수율을 나타내는 그래프이다. 도 3의 그래프에서, 횡축은 레이저광의 파장(㎚), 종축은 흡수율(%)을 나타내고 있다. 전술한 제1 레이저 조사 공정에 의해, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성된 영역은 다결정 실리콘이 형성되고, 또한 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역은 용융되지 않고 비정질 실리콘 그대로이다. 이 때문에, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 레이저 조사 공정에 의해, 전구체 반도체 박막에서의 캡층이 형성된 영역은 다결정 실리콘으로 되고, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역은 용융되지 않고 비정질 실리콘 그대로이다. 이 때문에, 도 3에 도시한 바와 같이, 532㎚의 광에 대하여, 비정질 실리콘과 결정성 실리콘의 흡수율차가 발생하기 때문에, 캡층에 피복된 부분과 피복되어 있지 않은 부분에서 실리콘 박막으로 흡수되는 에너지에 큰 차를 설정하는 것이 가능하다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 반사율차가 1.5% 정도인 532㎚의 레이저광이어도, 레이저의 에너지를 조정함으로써, 결과적으로 캡층이 반사막으로서 작용하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있 지 않은 영역에 대하여 재결정화하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역에서 수퍼레터럴 성장이 발현하고, 재결정화되어 결정화 영역이 확대되어, 전구체 반도체 박막의 전면이 결정화된다. Next, as shown to Fig.1 (c), 2nd laser beam is irradiated and the area | region in which the cap layer of the precursor semiconductor thin film is not formed is melted and solidified. Here, another thing required by the 1st manufacturing method of this invention is irradiating the 1st laser light which has a wavelength which a cap layer acts as a reflection film in a 2nd irradiation process. 3 is a graph showing the light absorption of amorphous silicon and crystalline silicon. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis represents the wavelength (nm) of the laser light, and the vertical axis represents the absorbance (%). By the above-described first laser irradiation process, polycrystalline silicon is formed in the region where the cap layer of the precursor semiconductor thin film is formed, and the region where the cap layer of the precursor semiconductor thin film is not formed is not melted and amorphous silicon as it is. For this reason, as shown in FIG. 3, by the 1st laser irradiation process, the area | region in which the cap layer was formed in the precursor semiconductor thin film becomes polycrystal silicon, and the area | region in which the cap layer of the precursor semiconductor thin film is not formed is not melted, and is amorphous Silicon is as it is. For this reason, as shown in FIG. 3, since the absorption rate difference between amorphous silicon and crystalline silicon occurs with respect to light of 532 nm, the energy absorbed by the silicon thin film in the portion covered with the cap layer and the portion not covered with the cap layer is generated. It is possible to set a big car. That is, even in 532 nm laser light having a reflectance difference of about 1.5% as shown in FIG. 2, by adjusting the energy of the laser, the cap layer acts as a reflecting film, so that the cap layer of the precursor semiconductor thin film is not formed. It is possible to recrystallize. As a result, superlateral growth occurs in a region where the cap layer of the precursor semiconductor thin film is not formed, recrystallizes to enlarge the crystallization region, and the entire surface of the precursor semiconductor thin film is crystallized.
또한, 전술에서는, 캡층의 막 두께가 170㎚, 제1 레이저광의 파장이 308㎚, 제2 레이저광의 파장이 532㎚인 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 발명의 제1 제조 방법에서는, 제1 레이저광은 캡층이 반사 방지막으로서 작용하는 파장을 갖고, 또한 제2 레이저광은 캡층이 반사막으로서 작용하는 파장을 갖도록 캡층의 막 두께, 및 제1 및 제2 레이저광의 각 파장이 선택되면, 특별히 제한되는 것은 아니다. 실리콘 박막에 대한 흡수율이 높다고 하는 이유로부터, 제1 레이저광 및 제2 레이저광 중 어느 한쪽은 자외 영역의 파장을 갖고, 다른 한쪽은 가시 영역의 파장을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 본 명세서에서의 「자외 영역의 파장」이란, 1㎚ 이상 400㎚ 미만의 파장을 가리키고, 「가시 영역의 파장」이란, 400㎚ 이상 830㎚ 이하의 파장을 가리키는 것으로 한다. In the above description, the case where the film thickness of the cap layer is 170 nm, the wavelength of the first laser light is 308 nm, and the wavelength of the second laser light is 532 nm has been described as an example, but in the first manufacturing method of the present invention, the first laser The light has a wavelength at which the cap layer acts as an antireflection film, and the second laser light is particularly limited if the film thickness of the cap layer and the respective wavelengths of the first and second laser light are selected so that the cap layer has a wavelength acting as the reflective film. It is not. From the reason that the absorption rate with respect to a silicon thin film is high, it is preferable that either one of a 1st laser beam and a 2nd laser beam has a wavelength of an ultraviolet region, and the other has a wavelength of a visible region. Here, the "wavelength of an ultraviolet region" in this specification refers to the wavelength of 1 nm or more and less than 400 nm, and the "wavelength of a visible region" shall refer to the wavelength of 400 nm or more and 830 nm or less.
본 발명의 제1 제조 방법에서는, 제1 레이저광 및 제2 레이저광 중 어느 한쪽은 상기 자외 영역의 파장 중에서도 248㎚∼355㎚의 파장을 갖고, 다른 한쪽은 상기 가시 영역의 파장 중에서도 488㎚∼532㎚의 파장을 갖는 것이 바람직하다. In the first manufacturing method of the present invention, any one of the first laser light and the second laser light has a wavelength of 248 nm to 355 nm among the wavelengths of the ultraviolet region, and the other has 488 nm to the wavelength of the visible region. It is preferred to have a wavelength of 532 nm.
도 4는 전술한 본 발명의 제1 방법에 의해 얻어지는 결정을 도시하는 도면이다. 도 4에서, 도 4의 (a)∼(c)는, 도 1의 (a)∼(c)의 각 공정에 대응한 결정의 상태를 도시하고 있다. 또한, 도 1의 (b), (c)에서는, 모식적으로, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성된 영역의 단부로부터 결정 성장하도록 도시되어 있지만, 전구 체 반도체 박막에 에너지 빔을 조사하여 전구체 반도체를 용융한다고 하는 관점에서 엄밀히 말하면 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성된 영역의 단부에 핵이 발생하는 것은 아니다. 우선, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성된 영역(11a, 11b)(도 4의 (a))에 제1 레이저광을 조사함으로써, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성된 영역의 단부로부터 약간 확대된 영역(12a, 12b)이 용융하는, 소위 「번져나옴」이 발생한다. 그리고, 제2 레이저 조사 공정에서는, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역의 단부로부터 약간 확대된 영역(즉, 캡층이 형성된 영역의 내부)에까지 용융하는, 소위 「번져들어감」이 발생한다. 이에 의해, 제2 레이저 조사 공정에서 형성된 결정은, 제1 레이저 조사 공정에서 형성된 결정을 이어받아 성장하여, 형성되는 바늘 형상 결정의 길이를 신장시키는 것이 가능하게 된다. 4 is a diagram showing a crystal obtained by the first method of the present invention described above. In FIG. 4, (a)-(c) of FIG. 4 has shown the state of the crystal | crystallization corresponding to each process of (a)-(c) of FIG. In addition, although FIG. 1 (b) and (c) are typically shown to crystal-grow from the edge part of the area | region in which the cap layer of the precursor semiconductor thin film was formed, the precursor semiconductor thin film is melted by radiating an energy beam. Strictly speaking, a nucleus does not generate | occur | produce in the edge part of the area | region in which the cap layer of the precursor semiconductor thin film was formed. First, by irradiating a 1st laser beam to the area | regions 11a and 11b (FIG. 4 (a)) in which the cap layer of the precursor semiconductor thin film was formed, as shown in FIG. 4 (b), the cap layer of the precursor semiconductor thin film was formed. The so-called "splitting" which melt | dissolves the area | region 12a, 12b slightly expanded from the edge part of the area | region arises. And in a 2nd laser irradiation process, what is called "splitting" generate | occur | produces melting from the edge part of the area | region in which the cap layer of the precursor semiconductor thin film is not formed to the area | region (namely, inside of the area | region in which the cap layer was formed) slightly expanded. As a result, the crystal formed in the second laser irradiation step is grown by taking over the crystal formed in the first laser irradiation step, and it becomes possible to extend the length of the formed needle-shaped crystal.
도 5는, 본 발명의 제2 제조 방법을 모식적으로 도시하는 도면이다. 본 발명은, 상기 본 발명의 제1 제조 방법 외에 추가로, 본 발명의 제2 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 제2 제조 방법은, 전구체 반도체 박막 상에 부분적으로 캡층을 형성하는 공정과, 상기 캡층이 반사막으로서 작용하는 파장을 갖는 제1 레이저광을 조사하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역에 종결정을 형성하는 제1 레이저 조사 공정과, 상기 캡층이 반사 방지막으로서 작용하는 파장을 갖는 제2 레이저광을 조사하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역을 재결정화하여, 결정화 영역을 확대하는 제2 레이저 조사 공정을 적어도 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명의 제2 제조 방법에서도, 전술한 본 발 명의 제1 제조 방법과 마찬가지로, 결정화 영역의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있으며, 또한 결정화 영역을 확대할 수 있다. 5 is a diagram schematically illustrating a second manufacturing method of the present invention. This invention provides the 2nd manufacturing method of this invention in addition to the said 1st manufacturing method of this invention. According to the second manufacturing method of the present invention, the cap layer of the precursor semiconductor thin film is not formed by irradiating a step of forming a cap layer partially on the precursor semiconductor thin film and irradiating a first laser light having a wavelength at which the cap layer acts as a reflecting film. A first laser irradiation step of forming a seed crystal in an unexposed region, and a second laser light having a wavelength at which the cap layer acts as an antireflection film, thereby recrystallizing a region in which the cap layer of the precursor semiconductor thin film is not formed; And at least a second laser irradiation step of enlarging the crystallization region. In this second manufacturing method of the present invention, as in the first manufacturing method of the present invention described above, the crystallization region can be easily positioned, and the crystallization region can be enlarged.
본 발명의 제2 제조 방법에서는, 전술한 본 발명의 제1 제조 방법과 마찬가지로, 우선 전구체 반도체 박막(203) 상에 캡층(204)을 형성한다(도 5의 (a)). In the second manufacturing method of the present invention, similarly to the first manufacturing method of the present invention described above, a
이어서, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 전구체 반도체 박막(203) 상에 제1 레이저광을 조사하고, 전구체 반도체 박막의 캡층(204)이 형성되어 있지 않은 영역을 용융·응고시킨다. 여기서, 본 발명의 제2 제조 방법에서 중요한 것 중 하나는, 제1 조사 공정에서는, 캡층이 반사막으로서 작용하는 파장을 갖는 제1 레이저광을 조사하는 것이다. 본 발명의 제2 제조 방법에서의 제1 레이저광으로서는, 예를 들면, 파장 308㎚의 엑시머 레이저가 예시되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이러한 제1 레이저 조사 공정에 의해, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역에 종결정(205)이 형성된다. 즉, 제1 레이저광의 조사에 의해, 상기 캡층이 형성되어 있지 않은 영역의 단부에 발생한 무수한 핵으로부터 신장된 바늘 형상 결정이 형성된다. Next, as shown in FIG. 5B, the first laser light is irradiated onto the precursor semiconductor
이어서, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 제2 레이저광을 조사하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성된 영역을 용융·응고시킨다. 여기서, 본 발명의 제2 제조 방법에 있어서 중요한 것 중 또 하나는, 제2 조사 공정에서는, 캡층이 반사 방지막으로서 작용하는 파장을 갖는 제2 레이저광을 조사하는 것이다. 본 발명의 제2 제조 방법에서의 제1 레이저광으로서는, 예를 들면 파장 308㎚의 엑시머 레이저가 예시되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이와 같은 제2 레이저 조사 공정 에 의해, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성된 영역이 재결정화되고, 수퍼레터럴 성장이 발현하고, 재결정화되어 결정화 영역이 확대되어, 전구체 반도체 박막의 전면이 결정화된다. Subsequently, as shown in FIG. 5C, the second laser light is irradiated to melt and solidify the region where the cap layer of the precursor semiconductor thin film is formed. Here, another important thing in the 2nd manufacturing method of this invention is to irradiate the 2nd laser light which has a wavelength which a cap layer acts as an antireflection film in a 2nd irradiation process. As an 1st laser beam in the 2nd manufacturing method of this invention, although the excimer laser of wavelength 308nm is illustrated, it is not limited to this, for example. By this second laser irradiation step, the region in which the cap layer of the precursor semiconductor thin film is formed is recrystallized, superlateral growth is expressed, recrystallized, the crystallization region is enlarged, and the entire surface of the precursor semiconductor thin film is crystallized.
본 발명의 제2 제조 방법에서도, 전술한 본 발명의 제1 제조 방법과 마찬가지로, 제1 레이저광 및 제2 레이저광 중 어느 한쪽은 자외 영역의 파장을 갖고, 다른 한쪽은 가시 영역의 파장을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제1 레이저광 및 제2 레이저광 중 어느 한쪽은 상기 자외 영역의 파장 중에서도 248㎚∼355㎚의 파장을 갖고, 다른 한쪽은 상기 가시 영역의 파장 중에서도 488㎚∼532㎚의 파장을 갖는 것이 바람직하다. In the second manufacturing method of the present invention, as in the first manufacturing method of the present invention described above, either one of the first laser light and the second laser light has a wavelength in the ultraviolet region, and the other has a wavelength in the visible region. It is preferable. In addition, either one of the first laser beam and the second laser beam has a wavelength of 248 nm to 355 nm among the wavelengths of the ultraviolet region, and the other one has a wavelength of 488 nm to 532 nm among the wavelengths of the visible region. desirable.
본 발명의 방법에 이용하는 전구체 반도체 박막으로서는, 비정질 반도체 혹은 결정성 반도체이면 특별히 한정되지 않고, 임의의 반도체 재료를 이용할 수 있다. 전구체 반도체 박막(5)의 재질의 구체예로서는, 공업적으로 널리 이용되고 있는 성막 방법으로 형성할 수 있다고 하는 이유로부터, 수화(水和)한 비정질 실리콘(a-Si:H)을 비롯한 비정질 실리콘을 함유하는 재질이 바람직하지만, 이 재질은 비정질 실리콘을 함유하는 재질에 한정되는 것은 아니며, 다소 결정성이 열화한 다결정 실리콘을 함유하는 재질이어도 되고, 미결정 실리콘을 함유하는 재질이어도 된다. 또한, 전구체 반도체 박막의 재질은, 실리콘만으로 이루어지는 재질에 한정되는 것은 아니고, 게르마늄 등의 다른 원소를 함유한 실리콘을 주성분으로 하는 재질이어도 된다. 예를 들면, 게르마늄을 첨가함으로써 전구체 반도체 박막의 금제대 폭을 임의로 제어할 수 있다. As a precursor semiconductor thin film used for the method of this invention, if it is an amorphous semiconductor or a crystalline semiconductor, it will not specifically limit, Any semiconductor material can be used. Specific examples of the material of the precursor semiconductor
전구체 반도체 박막의 두께는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 30㎚∼200㎚의 범위가 적합하다. Although the thickness of a precursor semiconductor thin film is not specifically limited, The range of 30 nm-200 nm is suitable.
또한 전구체 반도체 박막은, 통상적으로, 절연성 기판 상에 형성된 구조물(해당 구조물을, 본 명세서에서는 「기판 복합체」라고 함)의 형태로, 본 발명의 제조 방법에 이용된다. 이와 같은 기판 복합체에서, 전구체 반도체 박막은, 예를 들면 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등에 의해 절연성 기판 상에 형성된다. Further, the precursor semiconductor thin film is usually used in the production method of the present invention in the form of a structure formed on an insulating substrate (the structure is referred to herein as a "substrate composite"). In such a substrate composite, the precursor semiconductor thin film is formed on an insulating substrate by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method.
절연성 기판으로서는, 글래스나 석영 등을 함유하는 재질로써 형성된 공지의 기판을 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 이들의 재질 중에서도, 염가인 점, 대면적의 절연성 기판을 용이하게 제조할 수 있는 점에서, 글래스제의 절연성 기판을 이용하는 것이 바람직하다. 절연성 기판의 두께는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 0.5㎜∼1.2㎜인 것이 바람직하다. 절연성 기판의 두께가 0.5㎜ 미만이면, 깨어지기 쉽고, 고평탄성의 기판을 제조하는 것이 곤란하다고 하는 경향이 있기 때문이고, 또한 1.2㎜를 초과하면, 표시 소자가 두꺼워지고, 무거워지는 경향이 있기 때문이다. As an insulating substrate, the well-known board | substrate formed with the material containing glass, quartz, etc. can be used suitably. Moreover, among these materials, it is preferable to use the insulating substrate made of glass from a cheap point and the point which can manufacture a large area insulating board easily. The thickness of the insulating substrate is not particularly limited, but is preferably 0.5 mm to 1.2 mm. If the thickness of the insulating substrate is less than 0.5 mm, it tends to be brittle and difficult to manufacture a highly flat substrate, and if it exceeds 1.2 mm, the display element tends to be thick and heavy. to be.
또한, 상기 기판 복합체에서, 전구체 반도체 박막은, 절연성 기판 상에 버퍼층을 개재하여 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다. 버퍼층을 형성함으로써, 주로 레이저광에 의한 용융, 재결정화 시에, 용융한 전구체 반도체 박막의 열 영향이 글래스 기판인 절연성 기판에 미치지 않도록 할 수 있고, 또한 글래스 기판인 절연성 기판으로부터 전구체 반도체 박막에의 불순물 확산을 방지할 수 있기 때문이다. 예를 들면, 도 1, 도 5에는, 절연성 기판(1, 201)에, 순차적으로 적층된 버퍼층(2, 202)과, 전구체 반도체 박막(3, 203)을 구비하는 기판 복합체 상에, 캡층(4, 204)을 형성한 것을, 본 발명의 반도체 박막의 제조 방법에 사용한 예를 각각 도시하고 있다. In the substrate composite, the precursor semiconductor thin film is preferably formed on the insulating substrate via a buffer layer. By forming the buffer layer, it is possible to prevent the thermal effect of the molten precursor semiconductor thin film from reaching the insulating substrate, which is a glass substrate, during the melting and recrystallization mainly by laser light, and from the insulating substrate, which is a glass substrate, to the precursor semiconductor thin film. This is because impurity diffusion can be prevented. For example, in FIG. 1 and FIG. 5, a cap layer (on a substrate composite including
버퍼층은, 해당 분야에서 종래부터 이용되고 있는 산화 실리콘, 질화 실리콘 등의 재료로써 예를 들면 CVD법 등으로 형성할 수 있는데, 특별히 제한되는 것은 아니다. 그 중에서도 글래스 기판과 동일 성분이고, 열팽창 계수 등의 각종 물성이 거의 동일하다는 이유로부터, 산화 실리콘으로 버퍼층을 형성하는 것이 바람직하다. The buffer layer may be formed of a material such as silicon oxide, silicon nitride, or the like conventionally used in the art, for example, by a CVD method, but is not particularly limited. Especially, it is preferable to form a buffer layer with silicon oxide from the reason that it is the same component as a glass substrate, and various physical properties, such as a thermal expansion coefficient, are substantially the same.
또한, 본 발명의 제1 제조 방법, 본 발명의 제2 제조 방법 모두, 상기 제2 레이저 조사 공정이, 전구체 반도체 박막을 용융시키기 위한 주레이저 조사와, 상기 전구체 반도체 박막, 상기 캡층을 포함하는 기판 복합체의 적어도 일부를 가열하기 위한 부레이저 조사를 포함하는 것이 바람직하다. 전구체 반도체 박막은, 레이저 조사에 의해 용융하지만, 레이저 조사 종료와 동시에 급속히 냉각된다. 이 급속 냉각 시에, 전구체 반도체 박막과 그 아래에 있는 버퍼층 사이에 약 1000℃ 정도의 온도차에 따른 열왜곡을 발생시킬 우려가 있다. 상기한 바와 같이 제2 레이저 조사 공정에서, 주레이저 조사와 부레이저 조사를 행함으로써, 전구체 반도체 박막, 캡층을 포함하는 기판 복합체의 적어도 일부를 적극적으로 가열시킴으로써, 전구체 반도체 박막과 버퍼층 사이의 왜곡을 감소시켜, 열왜곡에 기인하는 반도체 박막의 특성 열화를 억제할 수 있다. Further, in both the first manufacturing method of the present invention and the second manufacturing method of the present invention, the second laser irradiation step includes a main laser irradiation for melting the precursor semiconductor thin film, the substrate including the precursor semiconductor thin film and the cap layer. It is preferred to include sublaser irradiation for heating at least a portion of the composite. The precursor semiconductor thin film is melted by laser irradiation, but is rapidly cooled at the same time as the laser irradiation ends. During this rapid cooling, there is a fear that thermal distortion due to a temperature difference of about 1000 ° C. is generated between the precursor semiconductor thin film and the buffer layer below it. As described above, in the second laser irradiation step, the main laser irradiation and the sub-laser irradiation are performed to actively heat at least a portion of the substrate composite including the precursor semiconductor thin film and the cap layer, thereby preventing distortion between the precursor semiconductor thin film and the buffer layer. By reducing, it is possible to suppress deterioration of the characteristics of the semiconductor thin film due to thermal distortion.
이와 같이 제2 레이저 조사 공정에서 주레이저 조사 및 부레이저 조사를 행 하는 경우, 주레이저 조사는, 본 발명의 제1 제조 방법, 본 발명의 제2 제조 방법으로 각각 설명한 바와 같은 파장의 레이저광을 이용하여 행하면 된다. 또한, 부레이저 조사에 이용하는 레이저광은, 전구체 반도체 박막, 캡층을 포함하는 기판 복합체의 적어도 일부를 가열할 수 있는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 일본 특공소64-12088호 공보에 개시되어 있는 탄산 가스 레이저가, 바람직한 것으로서 예시된다. As described above, when the main laser irradiation and the sub laser irradiation are performed in the second laser irradiation step, the main laser irradiation uses a laser beam having a wavelength as described in the first manufacturing method of the present invention and the second manufacturing method of the present invention, respectively. It may be used. In addition, the laser beam used for sub laser irradiation will not be restrict | limited especially if it can heat at least one part of the board | substrate composite containing a precursor semiconductor thin film and a cap layer. For example, the carbon dioxide gas laser disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-12088 is exemplified as a preferable one.
도 6은, 본 발명의 반도체 박막의 제조 방법에 적합하게 이용할 수 있는 장치(반도체 박막 제조 장치)의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 6에 도시하는 예의 반도체 박막 제조 장치는, 제1 레이저 발진기(21)와, 제1 레이저 광로(20)를 형성하는 각종 광학 부품과, 제2 레이저 발진기(31)와, 제2 레이저 광로(30)를 형성하는 각종 광학 부품을 기본적으로 구비하고 있다. 또한, 도 6에 도시하는 반도체 박막의 제조 장치에서는, 제1 레이저 광로(20)와 제2 레이저 광로(30)에 있어서, 동일 기능을 갖는 각종 광학 부품에는 동일 번호를 부여하고 있다. 이와 같은 반도체 박막 제조 장치는, 해당 분야에서 종래부터 널리 이용되고 있는 공지된 레이저 발진기(31) 및 각종 광학 부품을 적절하게 조합함으로써 적합하게 실현할 수 있다. FIG. 6: is a figure which shows typically an example of the apparatus (semiconductor thin film manufacturing apparatus) which can be used suitably for the manufacturing method of the semiconductor thin film of this invention. The semiconductor thin film manufacturing apparatus of the example shown in FIG. 6 includes a
도 6에 도시하는 반도체 박막 제조 장치에서는, 제1 레이저 발진기(21)로부터 방사된 제1 레이저광이 기판 복합체(27)에 이르기까지의 제1 광로(20)는, 마스크(24)의 패턴 형성면을 균일 조명하는 조명계와, 마스크(25)의 상(像)을 기판 복합체(27) 상에 축소 투영하는 결상계로 구성되어 있다. In the semiconductor thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 6, the first
제1 레이저 발진기(21)는, 레이저빔을 방출하여, 실리콘을 용융하는 것이 가능한 레이저 발진기로서, 해당 반도체 박막 제조 장치를 전술한 본 발명의 제1 제조 방법, 본 발명의 제2 제조 방법 중 어디에 이용할지에 따라, 적절하게 선택된다. 즉, 해당 반도체 박막 제조 장치를 본 발명의 제1 제조 방법의 실시에 이용하는 경우에는, 캡층이 반사 방지막으로서 작용하는 파장을 갖는 레이저광을 발진할 수 있는 레이저 발진기, 구체적으로 설명하면, 308㎚의 파장의 레이저를 발진하는 엑시머 레이저 발진기 등을 제1 레이저 발진기로서 이용한다. 캡층이 반사막으로서 작용하는 파장을 갖는 레이저광을 발진할 수 있는 레이저 발진기, 구체적으로 설명하면, 파장 532㎚의 YAG 레이저 등을 제1 레이저 발진기로서 이용하는 것이 가능하다. The
제1 레이저 발진기(21)로부터 방사된 레이저광은, 제1 레이저 광로(20)에 설치된 가변 감쇠기(22a)에 의해, 에너지량을 조정한다. 그 후, 제1 레이저광은, 빔 정형 소자(23)에 의해 적당한 치수로 정형되어, 마스크면 균일 조명 소자(24)에 의해 마스크(25)의 패턴 형성면에 균일하게 조사된다. 마스크(25)의 상은, 결상 렌즈(26)에 의해, 기판 복합체(27) 상에 소정 배율로 결상된다. The laser beam emitted from the
또한, 도 6에 도시하는 반도체 박막의 제조 장치에서는, 마스크(25)와 마스크면 균일 조명 소자(24) 사이에 필드 렌즈를 설치하여, 결상계를 상(像)측 텔레센트릭계로 해도 된다. 또한, 레이저 광로에 설치된 미러(28a, 28b)는, 레이저광을 되돌리기 위해 이용하지만, 배치 개소, 수량에 제한은 없으므로, 장치의 광학 설계, 기구 설계에 따라 적절하게 배치하는 것이 가능하다. In the apparatus for manufacturing a semiconductor thin film shown in FIG. 6, a field lens may be provided between the
또한, 도 6에 도시하는 반도체 박막 제조 장치에서의 제2 레이저 광로(30)는, 제2 레이저 발진기(31)로부터 발진된 제2 레이저광이, 가변 감쇠기(22b), 기판 복합체면 균일 조명 소자(33)를 거쳐 기판 복합체(27) 상에 조사되도록 구성된다. In addition, in the 2nd laser
제2 레이저 발진기(31)는, 레이저 빔을 방출하여, 실리콘을 용융하는 것이 가능한 레이저 발진기로서, 해당 반도체 박막 제조 장치를 전술한 본 발명의 제1 제조 방법, 본 발명의 제2 제조 방법 중 어디에 이용할지에 따라, 적절하게 선택된다. 즉, 해당 반도체 박막 제조 장치를 본 발명의 제1 제조 방법의 실시에 이용하는 경우에는, 캡층이 반사막으로서 작용하는 파장을 갖는 레이저광을 발진할 수 있는 레이저 발진기, 구체적으로 설명하면, 532㎚의 파장의 레이저를 발진하는 YAG 레이저 발진기 등을 제2 레이저 발진기로서 이용한다. 또한, 해당 반도체 박막 제조 장치를 본 발명의 제2 제조 방법의 실시에 이용하는 경우에는, 캡층이 반사 방지막으로서 작용하는 파장을 갖는 레이저광을 발진할 수 있는 레이저 발진기, 구체적으로 설명하면, 엑시머 레이저 발진기 등을 제2 레이저 발진기로서 이용한다. The
제2 레이저 발진기(31)로부터 방사된 레이저광은, 가변 감쇠기(22b)에 의해, 에너지량을 조정한다. 그 후, 제2 레이저광은, 기판 복합체면 균일 조명 소자(33)를 거쳐, 기판 복합체(27)의 표면에 균일하게 조명된다. The laser beam emitted from the
제2 레이저 광로(3)에 설치된 미러(28c, 28d)는, 제2 레이저광을 되돌리기 위해 이용되지만, 배치 개소, 수량에 제한은 없으므로, 장치의 광학 설계, 기구 설계에 따라 적절하게 배치하는 것이 가능하다. The mirrors 28c and 28d provided in the second
전술한 바와 같은 기본 구성을 구비하는 반도체 박막 제조 장치를 이용함으 로써, 본 발명의 제1 제조 방법, 본 발명의 제2 제조 방법 모두 적합하게 실시할 수 있다. 또 전술한 반도체 박막 제조 장치는, 2대의 레이저 발진기를 구비하는 구성을 예시했지만, 제1 레이저 발진기, 제2 레이저 발진기 중 어느 한쪽뿐인 레이저 발진기를 구비하는 반도체 박막 제조 장치를 이용하고, 이것에 제1 레이저 발진기, 제2 레이저 발진기 중 다른 한쪽의 레이저 발진기를 구비하는 레이저 조사 장치와 조합해도 된다(즉, 2대의 레이저 발진기가 일체적으로 반도체 박막 제조 장치에 내장되어 있지 않아도 됨). By using the semiconductor thin film manufacturing apparatus provided with the above-mentioned basic structure, both the 1st manufacturing method of this invention and the 2nd manufacturing method of this invention can be implemented suitably. Moreover, although the semiconductor thin film manufacturing apparatus mentioned above demonstrated the structure provided with two laser oscillators, it uses the semiconductor thin film manufacturing apparatus provided with the laser oscillator which is only one of a 1st laser oscillator and a 2nd laser oscillator, You may combine with the laser irradiation apparatus provided with the other laser oscillator of 1st laser oscillator and 2nd laser oscillator (that is, two laser oscillators do not need to be integrated in the semiconductor thin film manufacturing apparatus integrally).
또한, 전술된 바와 같이 제2 레이저 조사 공정에서, 주레이저 발진과 부레이저 발진을 행하는 경우에는, 제3 레이저 발진기를 일체적으로 더 구비하는 반도체 박막 제조 장치에 의해 실현되어도 되고, 제3 레이저 발진기를 갖는 레이저 조사 장치와 별도로 조합하도록 해도 된다. In addition, as mentioned above, when performing main laser oscillation and sub laser oscillation in a 2nd laser irradiation process, you may implement | achieve by the semiconductor thin film manufacturing apparatus which further comprises a 3rd laser oscillator, and the 3rd laser oscillator You may make it combine with a laser irradiation apparatus which has a.
도 7은, 본 발명의 반도체 박막의 제조 방법을 이용한, 박막 트랜지스터(TFT)의 제조 방법의 바람직한 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다. 본 발명의 반도체 박막의 제조 방법에 따르면 종래의 결정과 비교하여 결정의 크기가 크기 때문에, 다양한 크기의 고성능 박막 트랜지스터(TFT)를 제조하는 것이 가능하다. FIG. 7: is a figure which shows typically a preferable example of the manufacturing method of a thin film transistor (TFT) using the manufacturing method of the semiconductor thin film of this invention. According to the method for manufacturing a semiconductor thin film of the present invention, since the size of the crystal is larger than that of the conventional crystal, it is possible to manufacture a high performance thin film transistor (TFT) of various sizes.
우선, 본 발명의 반도체 박막의 제조 방법에 의해, 다결정 반도체 박막을 형성한다(도 7의 (a)). 이어서, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 실리콘 아일랜드 영역(52)을 포토리소그래피법에 의해 형성한다. 이 때, 채널 영역(53)은, 캐리어의 이동 방향(도 7의 (b)에서의 좌우 방향)으로 대결정입계(51a, 51b, 51c)를 포함하지 않도록 배치한다. 그리고, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 절연층을 형성한 후, 게이트 전극(54)을 형성한다. 이와 같이 하여, 본 발명의 반도체 박막의 제조 방법을 이용함으로써, 고성능의 박막 트랜지스터를, 다양한 크기로 용이하게 제조할 수 있다. First, a polycrystalline semiconductor thin film is formed by the manufacturing method of the semiconductor thin film of this invention (FIG. 7 (a)). Subsequently, as shown in FIG. 7B, the
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.
<제1 실시예> <First Embodiment>
도 8은, 본 발명의 제1 제조 방법의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 8 is a diagram showing an embodiment of the first manufacturing method of the present invention.
우선, 절연성 기판(33) 상에 순차적으로 적층된 버퍼층(34), 전구체 반도체 박막(35) 상에 직선 형상의 단책 형상(스트라이프 형상)의 캡층(36)을 형성한 기판 복합체(도 8의 (a)) 상에, 제1 레이저 조사 공정을 행하여, 전구체 반도체 박막의 캡층(36)이 형성된 영역의 비정질 실리콘을 재결정화하여 종결정(37)을 형성하였다(도 8의 (b)). 캡층(36)은, 산화 실리콘을 이용하여, 플라즈마 CVD법에 의해 두께를 170㎚로 형성했다. 또한, 제1 레이저광으로서는, 308㎚의 엑시머 레이저를 이용했다. First, a substrate composite (FIG. 8 (FIG. 8) in which a cap layer 36 having a linear single shape (stripe shape) is formed on a
이어서, 제2 레이저 조사 공정을 행하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역의 비정질 실리콘(38)을 재결정화하여, 결정화 영역을 확대시켰다. 제2 레이저광으로서는, 532㎚의 YAG 레이저를 이용하였다. 또한, 이러한 제2 조사 공정에서는 상기 YAG 레이저에 의해 주조사를 행함과 함께, 탄산 가스 레이저광에 의해 기판 복합체의 적어도 일부를 가열하기 위한 부조사를 행하였다. Next, a second laser irradiation step was performed to recrystallize amorphous silicon 38 in the region where the cap layer of the precursor semiconductor thin film was not formed, thereby expanding the crystallization region. As the second laser light, a 532 nm YAG laser was used. In addition, in this 2nd irradiation process, while casting was performed with the said YAG laser, sub-irradiation for heating at least one part of the board | substrate composite_body by the carbon dioxide gas laser beam was performed.
<제2 실시예> Second Embodiment
도 9는, 본 발명의 제1 제조 방법의 다른 실시예를 도시하는 도면이다. 9 is a diagram showing another embodiment of the first manufacturing method of the present invention.
도 9에 도시하는 예에서는, 원 형상의 도트 형상의 캡층(44)을 전구체 반도체 박막 상에 형성한 것 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 행하였다. 이러한 도트 형상의 캡층(44)을 형성한 경우, 패턴의 배열을 규칙적인 것으로 함으로써, 형성되는 결정도 규칙적으로 배치된다. In the example shown in FIG. 9, it carried out similarly to 1st Example except having formed the circular dot shape cap layer 44 on the precursor semiconductor thin film. When such a dot-shaped cap layer 44 is formed, the crystals formed are also regularly arranged by making the arrangement of the pattern regular.
<제3 실시예> Third Embodiment
톱날 형상의 단책 형상의 캡층을 전구체 반도체 박막 상에 형성한 것 이외는, 제1 실시예와 하여 행하였다. It carried out similarly to Example 1 except having provided the saw blade-shaped single layer cap layer on the precursor semiconductor thin film.
<제4 실시예> Fourth Example
파선 형상의 단책 형상의 캡층을 전구체 반도체 박막 상에 형성한 것 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 행하였다. It carried out similarly to Example 1 except having formed the dashed single-ended cap layer on the precursor semiconductor thin film.
<제5 실시예> Fifth Embodiment
도 10은 본 발명의 제2 제조 방법의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 10 is a view showing an embodiment of the second manufacturing method of the present invention.
우선, 절연성 기판(301) 상에 순차적으로 적층된 버퍼층(302), 전구체 반도체 박막(303) 상에 직선 형상의 단책 형상(스트라이프 형상)의 캡층(304)을 형성한 기판 복합체(도 10의 (a)) 상에, 제1 레이저 조사 공정을 행하여, 전구체 반도체 박막의 캡층(304)이 형성되지 않은 영역의 비정질 실리콘을 재결정화하여 종결정(305)을 형성하였다(도 10의 (b)). 캡층(304)은, 산화 실리콘을 이용하여, 플라즈마 CVD법에 의해 두께를 170㎚로 형성했다. 또한, 제1 레이저광으로서는, 532㎚의 YAG 레이저를 이용하였다. First, a substrate composite (FIG. 10 (FIG. 10) in which a buffer layer 302 sequentially stacked on an insulating substrate 301 and a cap layer 304 in a straight line shape (stripe shape) is formed on a precursor semiconductor
이어서, 제2 레이저 조사 공정을 행하여, 전구체 반도체 박막의 캡층이 형성되어 있지 않은 영역의 비정질 실리콘(305)을 재결정화하여, 결정화 영역을 확대했다. 제2 레이저광으로서는, 308㎚의 엑시머 레이저를 이용하였다. 또한, 이러한 제2 조사 공정에서는 상기 엑시머 레이저에 의해 주조사를 행함과 함께, 탄산 가스 레이저광에 의해 기판 복합체의 적어도 일부를 가열하기 위한 부조사를 행하였다. Next, the second laser irradiation step was performed to recrystallize amorphous silicon 305 in the region where the cap layer of the precursor semiconductor thin film was not formed, thereby expanding the crystallization region. An excimer laser of 308 nm was used as the second laser light. In addition, in this 2nd irradiation process, while casting was performed with the said excimer laser, sub-irradiation for heating at least one part of the board | substrate composite_body by the carbonic acid laser beam was performed.
본 발명의 반도체 박막의 제조 방법에 따르면, 결정화 영역의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있고, 또한 결정화 영역을 확대하는 것이 가능한 반도체 박막의 제조 방법을 제공할 수 있다.
According to the manufacturing method of the semiconductor thin film of this invention, the manufacturing method of the semiconductor thin film which can perform positioning of a crystallization region easily and can enlarge a crystallization region can be provided.
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