KR101372869B1 - Process and system for laser annealing and laser-annealed semiconductor film - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비결정 반도체 막을 전체면 고결정화할 수 있고, 비결정 반도체 막을 대략 전체면에 있어서 입상 결정 부분이 거의 없고, 또한 이음매가 없는 래터럴 결정 막으로 할 수 있는 레이저 어닐 기술을 제공하는 것을 과제로 한다.It is an object of the present invention to provide a laser annealing technique in which an amorphous semiconductor film can be highly crystallized on the whole surface, and the amorphous semiconductor film can be a lateral crystal film having almost no granular crystal parts on the entire surface and a seamless. .
이를 위해, 입상 결정 부분 및 비결정 부분이 융해되고, 래터럴 결정 부분이 융해되지 않는 조건에서 레이저 어닐을 실시하고, 또한, 하기 식(1)을 충족하도록 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건을 비결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건과는 바꾸어서 레이저 어닐을 실시한다.To this end, laser annealing is performed under conditions in which the granular crystal portion and the amorphous portion are melted and the lateral crystal portion is not melted, and the laser light irradiation conditions in the granular crystal portion are amorphous so as to satisfy the following formula (1). The laser annealing is performed in place of the laser light irradiation conditions in the portion.
|EA-EP| < |EA-EPs| …(1)EA-EP | <| EA-EPs |. (One)
(EA: 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지. EPs: 비결정 부분과 동일한 레이저 광 조사 조건에서 레이저 광을 조사했을 때의 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지. EP: 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 실제의 흡수 광 에너지)(EA: absorbed light energy per unit area of laser light in the amorphous portion. EPs: absorbed light energy per unit area of laser light in the granular crystal portion when irradiated laser light under the same laser light irradiation conditions as the amorphous portion. EP: actual absorbed light energy per unit area of laser light in the granular crystal part)
레이저 어닐 기술, 반도체 막, 반도체 장치, 전기 광학 장치 Laser annealing technology, semiconductor film, semiconductor device, electro-optical device
Description
본 발명은 비결정 반도체로 이루어지는 피 어닐 반도체 막에 대하여 레이저 어닐을 실시하는 레이저 어닐 방법 및 레이저 어닐 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser annealing method and a laser annealing apparatus for performing laser annealing on a annealed semiconductor film made of an amorphous semiconductor.
본 발명은 또한, 상기 레이저 어닐 방법에 의해 제조된 반도체 막, 이 반도체 막을 이용한 박막 트랜지스터(TFT) 등의 반도체 장치, 및 이 반도체 장치를 이용한 전기 광학 장치에 관한 것이다.The present invention also relates to a semiconductor film produced by the laser annealing method, a semiconductor device such as a thin film transistor (TFT) using the semiconductor film, and an electro-optical device using the semiconductor device.
전계 발광(EL) 장치나 액정 장치 등의 전기 광학 장치에서는 액티브 매트릭스형의 구동방식이 널리 채용되어 있다. 액티브 매트릭스형에서는 다수의 화소 전극이 매트릭스상으로 배치되고, 이들 화소 전극은 예컨대 각 화소 전극에 대응해서 설치된 화소 스위칭용 TFT를 통해서 구동된다.In electro-optical devices such as electroluminescent (EL) devices and liquid crystal devices, an active matrix driving method is widely adopted. In the active matrix type, a plurality of pixel electrodes are arranged in a matrix, and these pixel electrodes are driven through a pixel switching TFT provided corresponding to each pixel electrode, for example.
상기 전기 광학 장치에서는, 동일한 기판 상에 상기 화소 전극과 화소 스위칭용 TFT가 매트릭스상으로 다수 형성된 화소부와, 이 화소부를 구동하는 복수의 구동 회로용 TFT를 이용하여 구성된 구동 회로를 구비한 구동부가 설치되는 경우가 있다.In the above electro-optical device, a driving unit including a pixel portion in which a plurality of pixel electrodes and pixel switching TFTs are formed in a matrix on the same substrate, and a driving circuit configured using a plurality of driving circuit TFTs for driving the pixel portion. It may be installed.
TFT의 활성층에는 비결정 또는 다결정의 실리콘 막이 널리 사용되고 있다. 캐리어 이동도 등의 소자 특성을 고려하면 활성층을 이루는 실리콘 막은 결정성이 높은 것이 바람직하다. 특히, 구동 회로용 TFT에서는 활성층을 이루는 실리콘 막은 결정성이 높은 것이 바람직하다.An amorphous or polycrystalline silicon film is widely used for the active layer of the TFT. In consideration of device characteristics such as carrier mobility, the silicon film forming the active layer is preferably high in crystallinity. In particular, in the driver circuit TFT, the silicon film forming the active layer is preferably high in crystallinity.
폴리 실리콘 TFT의 제조에 있어서는 예컨대, 처음에 비결정 실리콘(a-Si)막을 성막하고, 이 막에 레이저 광을 조사해서 어닐함으로써 다결정화하는 레이저 어닐이 행해지고 있다. 현재, 레이저 광으로서는 엑시머레이저 광이 널리 이용되고 있다(ELA법). 엑시머레이저 광은 308㎚ 이하의 자외역의 펄스 발진 레이저 광이고, ELA법에 의해 생성되는 다결정은 통상, 결정 입경이 작은 입상 결정이다. 이것은, 실리콘 막의 결정질에 의하지 않고, 실리콘 막에 흡수되는 엑시머레이저 광의 흡수율이 크고, 실리콘 막의 표면에서 에너지가 크게 흡수되어 막 두께방향으로 큰 온도 분포가 생기기 때문에 막 두께방향으로 결정이 성장해서 횡방향으로는 거의 성장하지 않기 때문인 것으로 생각되고 있다(특허문헌2의 단락0005,0036 등).In the production of polysilicon TFTs, for example, a laser annealing is performed first by forming an amorphous silicon (a-Si) film, and then annealing by irradiating the film with laser light. Currently, excimer laser light is widely used as the laser light (ELA method). Excimer laser light is a pulse oscillation laser light of ultraviolet region of 308 nm or less, and the polycrystal produced | generated by ELA method is a granular crystal with a small crystal grain size normally. This is not dependent on the crystalline nature of the silicon film, but the absorption rate of the excimer laser light absorbed by the silicon film is large, and energy is absorbed largely on the surface of the silicon film, so that a large temperature distribution occurs in the film thickness direction. It is thought to be because it hardly grows (paragraph 0005,0036 etc. of patent document 2).
350㎚ 이상의 파장 영역의 연속 발진 레이저 광을 이용하여 비결정 실리콘 막에 대하여 레이저 광을 상대 주사하면서 조사함으로써 상대 주사 방향으로 연장되는 결정 입경이 큰 래터럴(lateral) 결정을 성장시킬 수 있다(특허문헌2의 단락0006 등).By irradiating laser beam with respect to the amorphous silicon film using a continuous oscillation laser light of a wavelength range of 350 nm or more, lateral crystals having a large grain size extending in the relative scanning direction can be grown (Patent Document 2). Paragraph 0006 etc.).
발진 파장 350㎚ 이상의 현상의 연속 발진 레이저 광을 이용한 레이저 헤드에서는 래터럴 결정 성장이 가능한 어닐 에너지가 주어지는 빔 스폿의 폭은 최대이어도 1O㎜ 정도이다. 기판 평면을 xy평면으로 하고, 레이저 광의 주 상대 주사 방 향을 x방향, 부 상대 주사 방향을 y방향으로 한다. 기판 상에 형성된 넓은 면적의 비결정 실리콘 막을 전체면 어닐하기 위해서는 소정 y위치에서 x방향의 상대 주사를 실시한 후, y위치를 바꾸어서 x방향의 상대 주사를 실시한다는 조작을 반복할 필요가 있다. 통상은, y위치를 어긋나게 하여 x방향의 레이저 광의 상대 주사를 행할 때에는 먼저 레이저 광이 조사된 영역과 다음에 레이저 광이 조사되는 영역이 부분적으로 겹치도록 레이저 광의 상대 주사가 행해진다.In the laser head using the continuous oscillation laser light with the oscillation wavelength of 350 nm or more, the width of the beam spot to which annealing energy capable of lateral crystal growth is given is at most 10 mm. The substrate plane is the xy plane, the main relative scanning direction of the laser light is the x direction, and the negative relative scanning direction is the y direction. In order to anneal the large-area amorphous silicon film formed on the substrate as a whole, it is necessary to repeat the operation of performing relative scanning in the x direction after changing the y position after performing relative scanning in the predetermined y position. Usually, when performing the relative scan of the laser beam in the x direction by shifting the y position, the relative scan of the laser light is performed so that the region to which the laser light is irradiated first and the region to which the laser light is irradiated partially overlap each other.
y위치를 바꾸지 않고 x방향의 레이저 광의 상대 주사를 1회만 행한 경우, 래터럴 결정의 생성 영역 외측에 결정립이 작은 입상 결정이 생성된다(본 명세서의 도 1을 참조). 이것은, 레이저 광의 빔 프로파일을 어떻게 제어하더라도 레이저 광의 조사 영역의 주위에 열이 확산되기 때문에 래터럴 결정 성장에 필요한 표면 온도에는 도달하지 않지만, 입상 결정화할만한 표면 온도로 되는 영역이 생기기 때문이다. 레이저 광이 직접 조사되는 영역 내의 단부, 및/또는 레이저 광은 직접 조사되지 않지만 열이 전도되는 영역(=레이저 광이 직접 조사되는 영역의 바로 외측의 영역)에 입상 결정(입상 poly-Si)이 생성된다.When the relative scanning of the laser light in the x direction is performed only once without changing the y position, granular crystals with small grains are generated outside the generating region of the lateral crystals (see FIG. 1 of this specification). This is because even if the beam profile of the laser light is controlled, heat is diffused around the irradiation area of the laser light, so that the surface temperature necessary for lateral crystal growth is not reached, but an area that becomes a surface temperature at which granular crystallization is formed occurs. At the end in the area where the laser light is directly irradiated, and / or the laser light is not directly irradiated, but granular crystals (granular poly-Si) are formed in the area where heat is conducted (= immediately outside the area where the laser light is directly irradiated). Is generated.
다음에 y위치를 어긋나게 하여 x방향의 레이저 광의 상대 주사를 행할 때에 입상 결정 부분에 거듭해서 레이저 광을 조사함으로써 먼저 생성된 입상 결정을 래터럴 결정화시킬 수 있는 것으로 생각된다. 그러나, 350㎚ 이상의 파장 영역에서는 비결정 실리콘(a-Si)과 다결정 실리콘인 입상 결정(입상 poly-Si)은 레이저 광의 흡수율이 다르기 때문에 동일한 레이저 광 조사 조건에서는 입상 결정의 온도가 래터럴 결정화에 필요한 온도에 도달되지 않을 우려가 있다. 또한, 입상 결정을 종결 정(種結晶)으로서, 원하지 않는 방향으로 래터럴 결정이 성장하고, 래터럴 결정의 성장 방향이 불균일해질 우려도 있다.Next, when the relative position of the laser light in the x direction is performed by shifting the y position, it is considered that the granular crystals generated earlier can be laterally crystallized by irradiating the laser light repeatedly on the granular crystal parts. However, in the wavelength range of 350 nm or more, amorphous silicon (a-Si) and granular crystals (granular poly-Si), which are polycrystalline silicon, have different absorption rates of laser light. Therefore, under the same laser light irradiation conditions, the temperature of the granular crystals is required for lateral crystallization. There is a risk of not reaching. Moreover, as a termination crystal, a lateral crystal grows in an unwanted direction, and there exists a possibility that the growth direction of a lateral crystal may become nonuniform.
입상 결정을 원하는 성장 방향의 래터럴 결정으로 할 수 있더라도 래터럴 결정의 생성 영역 외측에는 결국 결정립이 작은 입상 결정이 생성되어 버려 입상 결정을 없앨 수는 없다. 또한, 모처럼 성장한 래터럴 결정 부분에 대해서 다시 레이저 광이 조사되면 래터럴 결정 부분이 재융해되어 그 결정성이 변화되어 버릴 우려도 있다.Even if the granular crystal can be a lateral crystal in the desired growth direction, granular crystals having small grains are eventually generated outside the lateral crystal generation region, and thus the granular crystal cannot be eliminated. In addition, when the laser light is irradiated again on the laterally grown crystalline portion, the lateral crystal portion may be remelted to change its crystallinity.
입상 결정 부분은 입계가 많고 전류 특성이 좋지 않으므로 입상 결정 부분을 피해서 TFT를 형성할 필요가 있다. 그 때문에, 현재의 상태에서는 TFT의 형성 위치의 설계 정보에 기초하여 레이저 광의 빔 단부와 TFT의 소자 형성 영역이 겹치지 않도록 레이저 광을 주사하거나, 혹은 TFT의 소자 형성 영역에만 레이저 광을 선택적으로 조사하는 등의 고안이 필요하다.Since the granular crystal part has many grain boundaries and poor current characteristics, it is necessary to form the TFT avoiding the granular crystal part. Therefore, in the present state, the laser light is scanned so that the beam end of the laser light does not overlap with the element formation region of the TFT based on the design information of the formation position of the TFT, or the laser light is selectively irradiated only to the element formation region of the TFT. It is necessary to devise.
특허문헌1에는 Nd: YAG 레이저의 제 2 고조파(파장 532㎚) 혹은 Nd: YVO4 레이저의 제 2 고조파(파장 532㎚) 등을 이용하여 래터럴 결정 성장을 행하는 것이 기재되어 있고, 바람직한 래터럴 결정 성장 조건이 기재되어 있다. 바람직한 래터럴 결정 성장 조건으로서, 레이저 광 빔 지름: 주사 방향으로 2~10㎛, 주사 속도: 300~1OOO㎜/s, 레이저 광 빔 지름이 3㎛일 때의 출사 파워 밀도: 0.4~2.4MW/㎠이 기재되어 있다(청구항4,8, 단락0037 등). 특허문헌1에서는 TFT의 소자 형성 영역에만 레이저 광을 선택적으로 조사하도록 하고 있다(도 8 등).
특허문헌2에는 비결정 실리콘 막에 대하여 고체 레이저인 Nd: YAG 레이저의 제 2 고조파(파장 532㎚) 등의 가시 펄스 레이저 광(파장 350㎚ 이상)과, Nd: YAG 레이저의 제 2 고조파보다 파장이 짧은 고조파 등의 자외 펄스 레이저 광(350㎚ 미만)을 이들의 조사 영역이 부분적으로 겹치도록 하여 동시에 조사 및 주사하는 레이저 어닐 방법이 기재되어 있다(청구항1,3, 단락0011,0045, 도 7 등).
특허문헌2에는 가시광 펄스 레이저의 조사에 의해 래터럴 결정의 생성 영역 외측에 생성되는 입상 결정을 자외 펄스 레이저 광의 조사에 의해 비결정화할 수 있고, 위치를 어긋나게 한 가시 펄스 레이저 광의 재조사에 의해 자외 펄스 레이저 광의 조사에 의해 비결정화한 부분을 래터럴 결정화할 수 있고, 전체적으로 결정성이 높은 실리콘 막이 얻어지는 것이 기재되어 있다(단락0066, 도 20 등).In
특허문헌3에는 Nd: YLF 레이저의 제 2 고조파(파장 524 또는 527㎚)의 비결정 실리콘의 흡수율은 결정 실리콘의 흡수율보다 1자리수 이상 크고, 이러한 파장의 레이저 광을 이용함으로써 결정 실리콘보다 비결정 실리콘에 우선적으로 레이저 광이 흡수되며, 비결정 실리콘을 우선적으로 융해시켜 결정화시킬 수 있고, 결정성이 높은 실리콘 막이 얻어지는 것이 기재되어 있다(단락0020 등).
특허문헌4에는 Nd: YAG 레이저의 제 2 고조파(파장 532㎚) 등의 390~640㎚의 파장 영역의 레이저 광을 이용하는 경우에는 다결정 실리콘에 있어서의 흡수율이 비결정 실리콘의 흡수율보다 작기 때문에 비결정 실리콘 막에 레이저 광이 조사되어 생성된 다결정 실리콘에 레이저 광을 다시 조사하더라도 생성된 다결정 실리콘은 융해되는 일은 없고, 그 특성은 레이저 광의 재조사에 의해 그다지 크게는 변화 되지 않는 것이 기재되어 있다(단락001O). 그러나, 종래의 과제로서, 다결정 실리콘인 결정립이 작은 입상 결정에 있어서의 레이저 광의 흡수율도 저하되기 때문에 결정립이 작은 입상 결정의 결정성을 향상시키는 것은 불가능하고, 사람의 눈에는 미묘하게 겹치는 영역이 인식되는 것이 기재되어 있다(단락0042).
그래서, 특허문헌4에서는 390~640㎚의 파장 영역의 레이저 광을 이용하는 레이저 어닐에 있어서 하기 (1)~(5) 중 어느 하나의 구성을 채택하는 것이 제안되어 있다.Then, in
(1) 특허문헌4에서는 TFT로서 충분한 캐리어 이동도가 얻어지는 범위 내에서 조사 에너지 밀도를 아주 낮은 범위로 설정하는 것이 제안되어 있다(단락0043). 구체적으로는, 캐리어 이동도와 레이저 출력의 관계에 있어서 최대의 캐리어 이동도를 초래하는 레이저 출력에 대하여 80% 이상의 이동도가 얻어지는 레이저 출력의 하한의 값을 Elow, 상한의 값을 Ehlgh로 하여 Elow ≤ E ≤ (Ehigh+Elow)/2를 만족하는 레이저 출력(E)으로 하는 것이 제안되어 있다(청구항1).(1)
특허문헌4에는 TFT로서 충분한 캐리어 이동도가 얻어지는 범위 내에서 최대의 캐리어 이동도를 초래하는 레이저 출력보다 억지로 레이저 출력을 떨어뜨림으로써 제 1 스캔의 끝의 영역에 생성되는 다결정 실리콘, 즉 입상 결정의 결정 입경을 작게 할 수 있고, 제 2 스캔에 있어서, 입상 결정을 용이하게 재융해하고, 결정성을 향상시킬 수 있는 것이 기재되어 있다(단락0048).
(2) 특허문헌4에서는 광빔 끝의 경사 영역의 길이(L)를 짧게 설정하고, 바람직하게는 3㎜ 이하로 하는 것이 제안되어 있다(청구항3, 단락0043). 특허문헌4에는 상기 구성에 의해 제 1 스캔의 경사 영역 내의 다결정화 영역, 즉 입상 결정의 생성 영역을 작게 할 수 있고, 겹쳐진 영역의 특성 열화를 눈에 뜨이지 않게 할 수 있는 것이 기재되어 있다(단락0050).(2) In
(3) 특허문헌4에서는 광빔 끝의 경사 영역에 있어서의 제 2 스캔의 레이저 광 강도를 제 1 스캔에 비해 증대시키는 것이 제안되어 있다(청구항5, 단락0043). 상기 구성에서는, 제 1 스캔의 끝의 영역에 대하여 제 2 스캔에서는 보다 광 강도가 높은 빔이 조사되므로 입상 결정을 용이하게 재융해하고, 결정성을 향상시킬 수 있는 것이 기재되어 있다(단락0052).(3) In
또한, (3)의 구성에 있어서 기판 스테이지의 소정 영역에 반사 막을 형성하고, 기판 스테이지로부터 레이저 광의 겹침 영역에 레이저 광을 반사시킴으로써 제 1 스캔의 끝의 영역에 대하여 제 2 스캔에서 보다 광 강도가 높은 빔을 조사하는 형태가 기재되어 있다(청구항9,10, 단락0054,0056, 도 15,17).Further, in the configuration of (3), the reflective film is formed in a predetermined region of the substrate stage, and the laser light is reflected from the substrate stage to the overlapped region of the laser light, so that the light intensity is higher than that in the second scan with respect to the region at the end of the first scan. The form of irradiating a high beam is described (claims 9, 10, paragraphs 0104, 0056, Figs. 15, 17).
특허문헌5에는 비결정 실리콘에 대하여 비결정 실리콘의 흡수 계수가 5×1O3/㎝ 이상인 파장의 제 1 레이저 광과, 비결정 실리콘의 흡수 계수가 5×1O2/㎝ 이하이고, 또한 융해 상태의 비결정 실리콘의 흡수 계수가 5×1O3/㎝ 이상인 파장의 제 2 레이저 광을 동시에 겹쳐서 조사하는 것이 제안되어 있다(청구항1). 예컨대, 제 1 레이저 광으로서 YAG 레이저 등의 고체 레이저의 고조파를 이용하고, 제 2 레이저 광으로서 동 고체 레이저의 기본파를 이용하는 것이 기재되어 있다(단락0044,0084). 이러한 구성에서는, 제 2 레이저 광은 통상의 실리콘에는 흡수되지 않 지만, 제 1 레이저 광의 조사에 의해 융해된 부분에는 잘 흡수되므로, 빔 프로파일을 평평하게 할 수 있고, 입상 결정의 생성 영역을 작게 하며, 래터럴 결정 영역을 크게 할 수 있는 것이 기재되어 있다(단락0015,0011(b)).
[특허문헌1] 일본 특허 공개 2005-217209호 공보[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-217209
[특허문헌2] 일본 특허 공개 2005-72183호 공보[Patent Document 2] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-72183
[특허문헌3] 일본 특허 공개 2004-152978호 공보[Patent Document 3] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-152978
[특허문헌4] 일본 특허 공개 2005-259809호 공보[Patent Document 4] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-259809
[특허문헌5] 일본 특허 공개 2004-297055호 공보[Patent Document 5] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-297055
특허문헌2~5에 기재된 레이저 어닐 기술에서는 모두 레이저 광의 파장에 대한 흡수 특성과, 다결정 실리콘의 레이저 광의 파장에 대한 흡수 특성이 다른 것에 착안하여 여러가지의 고안을 행하고 있다.In the laser annealing techniques described in
예컨대, 특허문헌5의 도 5(a),(b)(현미경 사진)에는 특허문헌5에 기재된 레이저 어닐 방법을 채용함으로써 래터럴 결정의 영역을 넓게 할 수 있는 것이 나타내어져 있다. 그러나, 특허문헌5의 도 5(a),(b)에는 여전히 래터럴 결정의 외측에 입경이 작은 입상 결정이 생성되어 있는 것이 나타내어져 있다.For example, FIGS. 5A and 5B (micrographs) of
특허문헌2의 단락0009에는 대략 전체면 래터럴 결정화가 가능한 것으로 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌2의 도 8, 도 13, 및 도 14 등을 참조하면 대충 보더라도 이 방식으로부터 주주사 방향에 대하여 래터럴 결정화시킬 수 있지만, 부주사 방향으로는 반드시 입상 결정 영역 또는 비결정 영역이 발생하는 것으로 생각된다.Paragraph 0009 of
이 방식에서는 직사각형상 빔을 펄스 조사해 가기 때문에 직사각형상 빔을 겹치면서 불연속으로 조사하게 된다. 그 때문에, 직사각형상 빔의 주위를 따라 주주사 방향 및 부주사 방향 쌍방으로 래터럴 결정이 안되는 입상 결정 영역 또는 비결정 영역이 형성되는 것으로 생각된다. 그리고, 직사각형상 빔의 주위를 따라 주주사 방향 및 부주사 방향 쌍방으로 형성된 입상 결정 영역 또는 비결정 영역은 위치를 어긋나게 한 레이저 어닐을 실시해도 그 전부를 재어닐할 수는 있지 않고, 부주사 방향으로는 반드시 입상 결정 영역 또는 비결정 영역이 발생하는 것으로 된다.In this method, since the rectangular beam is pulsed, the rectangular beam is discontinuously irradiated. Therefore, it is thought that a granular crystal region or an amorphous region in which no lateral crystal is formed in both the main scanning direction and the sub scanning direction is formed along the circumference of the rectangular beam. The granular crystal region or the amorphous region formed in both the main scanning direction and the sub scanning direction along the circumference of the rectangular beam does not reanneal all of the granular crystal region or the amorphous region even when the laser annealing is shifted out of position. A granular crystal region or an amorphous region always occurs.
또한, 특허문헌2에서는 입상 결정 부분을 비결정화하기 때문에 도 13에 나타내어져 있는 바와 같이 높은 조사 에너지가 필요하다. 이러한 고에너지 조사에서는 래터럴 결정도 재융해되어 입상 결정화되는 등의 문제점이 생기는 것으로 생각된다.In addition, in
즉, 종래기술에서는 주주사 방향으로는 래터럴 결정화가 가능하여도 부주사 방향으로 보면 이음매에 입상 결정 부분 등이 남는 것을 회피하는 것은 가능하지 않아다. 또한, 가령 이음매에 입상 결정 부분 등을 남지 않는 것을 실현할 수 있더라도 이음매를 없애는 것은 도저히 불가능했다.That is, in the prior art, even if lateral crystallization is possible in the main scanning direction, it is not possible to avoid leaving granular crystal parts or the like on the joint when viewed in the sub-scanning direction. In addition, even if it is possible to realize that no granular crystal parts or the like remain in the joint, for example, it was impossible to eliminate the joint.
본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 비결정 반도체 막을 대략 전체면 고결정화하는 것이 가능하고, 비결정 반도체 막을 대략 전체면에 있어서 입상 결정 부분이 거의 없고, 또한 이음매가 없는 래터럴 결정 막으로 하는 것도 가능한 레이저 어닐 기술을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to make the amorphous semiconductor film substantially high in total surface crystallization, and the amorphous semiconductor film can be made into a lateral crystal film having almost no granular crystal parts in the entire surface and having no seams. It is an object to provide a laser annealing technique.
본 발명은 또한, 상기 레이저 어닐 기술을 이용함으로써 결정성이 높고, 박막 트랜지스터(TFT)의 활성층 등으로서 바람직한 반도체 막, 이것을 이용한 TFT 등의 반도체 장치 및 전기 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor film having high crystallinity and suitable as an active layer of a thin film transistor (TFT), a semiconductor device such as a TFT using the same, and an electro-optical device.
본 발명의 레이저 어닐 방법은 비결정 반도체로 이루어지는 피 어닐 반도체 막의 일영역에 대하여 래터럴 결정이 성장하는 조건에서 레이저 광을 조사하는 레이저 어닐을 실시하여 래터럴 결정을 성장시키고, In the laser annealing method of the present invention, lateral crystals are grown by irradiating laser light to a region of a annealed semiconductor film made of an amorphous semiconductor under laser growth conditions.
또한, 어닐 영역을 어긋나게 하여 래터럴 결정의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역 에 대하여 상기 레이저 어닐을 다시 실시해서 그 부분을 래터럴 결정화시키는 조작을 1회 이상 실시하는 레이저 어닐 방법에 있어서,Further, the laser annealing is again performed on a region including at least a portion of the granular crystals generated outside the lateral crystals and at least a portion of the non-crystallized crystals by shifting the anneal regions to perform lateral crystallization. In the laser annealing method performed at least once,
상기 피 어닐 반도체 막의 입상 결정 부분 및 비결정 부분이 융해되고, 또한 상기 피 어닐 반도체 막의 래터럴 결정 부분이 융해되지 않는 조건에서 상기 레이저 어닐을 실시하고, The laser annealing is carried out under the condition that the granular crystalline portion and the amorphous portion of the annealed semiconductor film are fused and the lateral crystalline portion of the annealed semiconductor film is not fused,
또한, 하기 식(1)을 충족하도록 상기 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건을 상기 비결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건과 바꾸어서 상기 레이저 어닐을 실시하는 것을 특징으로 하는 것이다.The laser annealing is performed by changing the laser light irradiation conditions in the granular crystal portion to the laser light irradiation conditions in the amorphous portion so as to satisfy the following formula (1).
본 발명의 레이저 어닐 장치는 단수 또는 복수의 레이저 광 발진원을 탑재한 레이저 헤드를 구비하고, The laser annealing device of the present invention includes a laser head equipped with a single or a plurality of laser light oscillation sources,
비결정 반도체로 이루어지는 피 어닐 반도체 막의 일영역에 대하여 래터럴 결정이 성장하는 조건에서 레이저 광을 조사하는 레이저 어닐을 실시하여 래터럴 결정을 성장시키고, One region of a annealed semiconductor film made of an amorphous semiconductor is subjected to laser annealing to irradiate laser light under conditions in which lateral crystals grow, thereby growing lateral crystals,
또한, 어닐 영역을 어긋나게 하여 래터럴 결정의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역에 대하여 상기 레이저 어닐을 다시 실시해서 그 부분을 래터럴 결정화시키는 조작을 1회 이상 실시하는 레이저 어닐 장치에 있어서, Further, the laser annealing is again performed on the region including at least a portion of the granular crystals generated outside the lateral crystals and at least a portion of the non-crystallized crystals by shifting the anneal regions to perform lateral crystallization. In the laser annealing apparatus that is performed one or more times,
상기 피 어닐 반도체 막의 입상 결정 부분 및 비결정 부분이 융해되고, 또한 상기 피 어닐 반도체 막의 래터럴 결정 부분이 융해되지 않는 레이저 광 조사 조건으로 설정되어 있고, The granular crystal portion and the amorphous portion of the pyrianneal semiconductor film are melted, and the lateral crystal portion of the pyrianneal semiconductor film is set to a laser light irradiation condition that does not melt,
또한, 하기 식(1)을 충족하도록 상기 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건이 상기 비결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건과 바뀌어져 있는 것을 특징으로 하는 것이다.Moreover, the laser light irradiation conditions in the said granular crystal part are changed from the laser light irradiation conditions in the said amorphous part so that following formula (1) may be satisfied.
|EA-EP|<|EA-EPs| …(1)| EA-EP | <| EA-EPs | (One)
(식(1) 중, (In the formula (1)
EA는 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지,EA is the absorbed light energy per unit area of laser light in the amorphous portion,
EPs는 비결정 부분과 동일한 레이저 광 조사 조건에서 레이저 광을 조사했을 때의 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지, EPs is the absorbed light energy per unit area of the laser light in the granular crystal part when the laser light is irradiated under the same laser light irradiation conditions as the amorphous part,
EP는 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 실제의 흡수 광 에너지를 각각 나타낸다.)EP represents the actual absorbed light energy per unit area of laser light in the granular crystal part, respectively.)
입상 결정은 레이저 광이 직접 조사되는 영역 내의 단부에 생성되는 경우와, 레이저 광은 직접 조사되지 않지만 열이 전도되는 영역(=레이저 광이 직접 조사되는 영역의 바로 외측의 영역)에 생성되는 경우와, 이들 영역 쌍방에 생성되는 경우가 있다.Granular crystals are produced at an end in a region where the laser light is directly irradiated, and when laser light is not directly irradiated but is generated in a region where heat is conducted (= immediately outside the region where the laser light is directly irradiated) and In some cases, these regions may be generated.
본 명세서에 있어서 「레이저 어닐」에는 레이저 광이 직접 조사되는 영역의 어닐과, 레이저 광은 직접 조사되지 않지만 열이 전도되어 결정 상태가 변화되는 영역의 어닐이 포함되는 것으로 한다.In the present specification, "laser annealing" includes annealing of a region to which laser light is directly irradiated, and an annealing of a region where laser light is not directly irradiated but heat is conducted to change the crystal state.
본 발명의 레이저 어닐 장치에 있어서 하기 식(1A)을 충족하도록 상기 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건이 상기 비결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건과 바뀌어져 있는 것이 바람직하다.In the laser annealing apparatus of the present invention, it is preferable that the laser light irradiation conditions in the granular crystal portion are changed from the laser light irradiation conditions in the amorphous portion so as to satisfy the following formula (1A).
EP ≒ EA …(1A)EP ≒ EA. (1A)
(식(1A) 중 EP 및 EA는 상기와 같다.)(EP and EA in Formula (1A) are the same as above.)
본 발명의 레이저 어닐 장치에 있어서 하기 식(2A) 또는 (2B)을 충족하는 레이저 광 조사 조건으로 설정되어 있는 것이 바람직하다.In the laser annealing apparatus of the present invention, it is preferable that the laser annealing conditions satisfy the following formula (2A) or (2B).
IL ≒ IA …(2A), IL ≒ IA. (2A),
IL < IA …(2B)IL <IA. (2B)
(식(2A) 및 (2B) 중, (In formulas (2A) and (2B),
IA는 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 조사 광 에너지, IA is the irradiation light energy per unit area of laser light in the amorphous portion,
IL은 래터럴 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 조사 광 에너지를 나타낸다.)IL represents the irradiation light energy per unit area of laser light in the lateral crystal part.)
본 명세서에 있어서 「EP ≒ EA」는 EP/EA 또는 EA/EP가 0.95~1.05의 범위 내에 있는 것으로 정의한다. 마찬가지로, 「IL#IA」는 IL/IA 또는 IA/IL이 0.95~1.05의 범위 내에 있는 것으로 정의한다.In the present specification, "EP-EA" is defined as having EP / EA or EA / EP in the range of 0.95 to 1.05. Similarly, "IL # IA" defines that IL / IA or IA / IL is in the range of 0.95 to 1.05.
본 명세서에 있어서 레이저 광의 「조사 에너지」 혹은 「조사 강도」는 피 어닐 반도체 막의 막면에 조사된 레이저 광의 광량으로부터 구해지는 것이고, 프레넬 반사에 의한 막 표면에서의 손실분을 빼기 전의 광 에너지 혹은 광 강도이다.In this specification, the "irradiation energy" or "irradiation intensity" of laser light is calculated | required from the light quantity of the laser light irradiated to the film surface of a annealed semiconductor film, and is the light energy or light intensity before subtracting the loss in the film surface by Fresnel reflection. to be.
상기 피 어닐 반도체 막이 비결정 실리콘 막인 경우, 하기 식(3) 및 (4)을 충족하는 레이저 광 조사 조건으로 설정되어 있는 것이 바람직하다.When the said annealed semiconductor film is an amorphous silicon film, it is preferable to set on the laser beam irradiation conditions which satisfy | fill following formula (3) and (4).
0.82 ≤ EP/EA ≤ 1.0 …(3), 0.82? EP / EA? (3),
EL/EA ≤ 0.70 …(4)EL / EA? 0.70... (4)
「실리콘 막」은 실리콘을 주성분으로 하는 막이다. 본 명세서에 있어서 「주성분」은 함량 50질량% 이상의 성분으로 정의한다. TFT용 실리콘 막에서는 실리콘 함량 90질량% 이상이 바람직하다.The "silicone film" is a film mainly containing silicon. In this specification, a "main component" is defined as a component of content of 50 mass% or more. In the silicon film for TFT, 90 mass% or more of silicon content is preferable.
본 발명의 레이저 어닐 장치에 있어서 상기 래터럴 결정 부분에 있어서의 상기 레이저 광의 흡수율이 상기 입상 결정 부분에 있어서의 상기 레이저 광의 흡수율보다 작은 레이저 광 조사 조건으로 설정되어 있는 것이 바람직하다.In the laser annealing apparatus of the present invention, it is preferable that the absorption of the laser light in the lateral crystal portion is set to a laser light irradiation condition smaller than the absorption of the laser light in the granular crystal portion.
본 발명의 레이저 어닐 장치에 있어서 상기 레이저 광은 연속 발진 레이저 광인 것이 바람직하다.In the laser annealing apparatus of the present invention, the laser light is preferably a continuous oscillation laser light.
본 발명의 레이저 어닐 장치에 있어서 상기 레이저 광 발진원은 반도체 레이저인 것이 바람직하다. 상기 레이저 광 발진원은 발진 파장이 350~600㎚의 파장 영역에 있는 반도체 레이저인 것이 바람직하고, 발진 파장이 350~5OO㎚의 파장 영역에 있는 반도체 레이저인 것이 보다 바람직하다. 상기 레이저 광 발진원은 GaN계 반도체 레이저 또는 ZnO계 반도체 레이저인 것이 보다 바람직하다.In the laser annealing apparatus of the present invention, the laser light oscillation source is preferably a semiconductor laser. The laser light oscillation source is preferably a semiconductor laser having an oscillation wavelength in the wavelength region of 350 to 600 nm, and more preferably a semiconductor laser having an oscillation wavelength in the wavelength region of 350 to 500 nm. The laser light oscillation source is more preferably a GaN semiconductor laser or a ZnO semiconductor laser.
본 발명의 레이저 어닐 장치는, 상기 피 어닐 반도체 막에 대하여 어닐 영역을 어긋나게 해서 상기 레이저 어닐을 다시 실시할 때에는 먼저 상기 레이저 광이 조사된 영역과 다음에 상기 레이저 광이 조사되는 영역이 부분적으로 겹치도록 상기 레이저 어닐을 실시하는 것이 바람직하다.In the laser annealing apparatus of the present invention, when the annealing region is shifted with respect to the annealed semiconductor film and the laser annealing is performed again, the region to which the laser light is irradiated and the region to which the laser light is irradiated are partially overlapped. Preferably, the laser annealing is performed.
본 발명의 레이저 어닐 장치에 있어서 상기 피 어닐 반도체 막에 대하여 상기 레이저 광을 부분적으로 조사하면서 상기 레이저 광을 상대 주사하는 상대 주사 수단을 구비되어 있는 것이 바람직하다.In the laser annealing apparatus of the present invention, it is preferable that relative scanning means for relatively scanning the laser light is provided while partially irradiating the laser light to the annealed semiconductor film.
본 발명의 레이저 어닐 장치에 있어서 상기 입상 결정 부분과 상기 비결정 부분에 있어서 바뀌어져 있는 상기 레이저 광 조사 조건으로서는 단위면적당의 레이저 광 조사 강도, 혹은 단위면적당의 레이저 광 조사 강도 및 단위면적당의 조사 시간을 들 수 있다.In the laser annealing apparatus of the present invention, as the laser light irradiation conditions changed in the granular crystal portion and the amorphous portion, the laser light irradiation intensity per unit area or the laser light irradiation intensity per unit area and irradiation time per unit area are given. Can be mentioned.
본 발명의 레이저 어닐 장치에 있어서 상기 입상 결정 부분과 상기 비결정 부분에 있어서 바뀌어져 있는 그 외의 상기 레이저 광 조사 조건으로서는 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 들 수 있다.In the laser annealing apparatus of the present invention, laser light irradiation time per unit area may be mentioned as other laser light irradiation conditions that are changed in the granular crystal portion and the amorphous portion.
이러한 구성에 있어서, 상기 상대 주사 수단을 구비하고 있는 경우에는, 상기 레이저 광은 상기 래터럴 결정의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역에 대하여 동시에 조사할 수 있고, 또한, 상기 비결정 부분의 상대 주사 방향의 총 조사 폭에 비해서 상기 입상 결정 부분의 상대 주사 방향의 총 조사 폭이 넓은 빔 패턴을 갖고 있는 것이 바람직하다.In such a configuration, when the relative scanning means is provided, the laser light is simultaneously applied to an area including at least a portion of the granular crystals generated outside the lateral crystals and at least a portion of the amorphous crystals remaining uncrystallized. It is preferable to have a beam pattern which can be irradiated and has a larger total irradiation width in the relative scanning direction of the granular crystal portion than the total irradiation width in the relative scanning direction of the amorphous portion.
빔 패턴은 레이저 광의 상대 주사 방향으로 이간된 복수의 패턴으로 이루어지는 것이어도 된다. 이 경우, 「상대 주사 방향의 총 조사 폭」은 레이저 광의 상대 주사 방향으로 이간된 복수의 패턴의 조사 폭의 합계로 정의한다.The beam pattern may consist of a plurality of patterns spaced apart in the relative scanning direction of the laser light. In this case, the "total irradiation width in the relative scanning direction" is defined as the sum of the irradiation widths of the plural patterns spaced apart in the relative scanning direction of the laser light.
상기 레이저 광으로서는 상기 래터럴 결정의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역에 대하여 동시에 조사할 수 있고, 또한, 상기 레이저 광의 상대 주사 방향으로 바라봐서 전단측 및 후단측이 상기 레이저 광의 상대 주사 방향에 대하여 대략 수직이 며 대략 직선형상인 제 1 빔 패턴과, 상기 레이저 광의 상대 주사 방향으로 바라봐서 상기 제 1 빔 패턴의 앞측에 위치하고, 상기 입상 결정 부분을 조사할 수 있는 제 2 빔 패턴을 맞춘 형상을 갖고, 적어도 상기 제 1 빔 패턴 부분의 조사 에너지 분포가 대략 균일한 것이 바람직하다.The laser light can be irradiated simultaneously to a region including at least a portion of the granular crystals generated outside the lateral crystals and at least a portion of the amorphous crystals remaining uncrystallized, and also viewed in the relative scanning direction of the laser light. The front and rear ends are positioned substantially in front of the first beam pattern as viewed in the relative scanning direction of the laser beam and the first beam pattern substantially perpendicular to the relative scanning direction of the laser light, and the granular crystal part It is preferable to have the shape which matched the 2nd beam pattern which can irradiate, and at least the irradiation energy distribution of the said 1st beam pattern part is substantially uniform.
여기서는 제 1 빔 패턴과 제 2 빔 패턴을 맞춘 형상의 빔 패턴인 것을 말하고 있고, 1개의 빔으로 제 1 빔 패턴과 제 2 빔 패턴을 맞춘 형상의 빔 패턴을 형성해도 되고, 복수의 빔으로 제 1 빔 패턴과 제 2 빔 패턴을 맞춘 형상의 빔 패턴을 형성해도 된다. 또한, 제 1 빔 패턴과 제 2 빔 패턴이 접한 빔 패턴이어도 되고, 이들이 이간된 빔 패턴이어도 된다.Here, it is referred to as a beam pattern of a shape in which the first beam pattern and the second beam pattern are matched, and a beam pattern of a shape in which the first beam pattern and the second beam pattern are matched with one beam may be formed. You may form the beam pattern of the shape which matched the 1st beam pattern and the 2nd beam pattern. Moreover, the beam pattern which the 1st beam pattern and the 2nd beam pattern contacted may be sufficient, and the beam pattern which these spaced apart may be sufficient.
본 발명의 레이저 어닐 장치에 있어서 상기 입상 결정 부분과 상기 비결정 부분에 있어서 바뀌어져 있는 그 외의 상기 레이저 광 조사 조건으로서는 상기 레이저 광의 파장을 들 수 있다. 이러한 구성에 있어서 조사하는 장소를 명기하지 않은 경우, 레이저 광은 이용하는 복수의 파장의 레이저 광 전부를 의미하는 것으로 한다.In the laser annealing apparatus of the present invention, other laser light irradiation conditions that are changed in the granular crystal portion and the amorphous portion include the wavelength of the laser light. In this configuration, when the place to be irradiated is not specified, the laser light shall mean all of the laser lights of a plurality of wavelengths to be used.
이러한 구성에 있어서 상기 상대 주사 수단을 구비하고 있는 경우에는, 조사되는 레이저 빔의 바람직한 형태로서는 상기 피 어닐 반도체 막에 대하여 상기 래터럴 결정의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역에 대하여 동시에 조사할 수 있고, 상기 레이저 광의 상대 주사 방향으로 바라봐서 전단측 및 후단측이 상기 상대 주사 방향에 대하여 대략 수직이며 대략 직선형상인 빔 패턴을 갖고, 상기 입상 결정 부분 을 조사하는 빔 부분에 상기 비결정 부분을 조사하는 빔 부분의 상기 레이저 광의 파장보다 단파장의 상기 레이저 광이 포함된 파장 분포 특성의 레이저 빔을 들 수 있다.In such a configuration, in the case where the relative scanning means is provided, at least a part of the granular crystals generated outside the lateral crystal with respect to the annealed semiconductor film and the amorphous crystals remain uncrystallized as a preferable form of the irradiated laser beam. The region including at least a portion of the laser beam can be irradiated at the same time, and the front side and the rear end side have a beam pattern that is substantially perpendicular to the relative scanning direction and is substantially linear with respect to the relative scanning direction, and the granular crystal And a laser beam having a wavelength distribution characteristic in which the laser light having a shorter wavelength than the wavelength of the laser light of the beam portion for irradiating the amorphous portion is included in the beam portion for irradiating the portion.
여기서는, 빔 형상이 가늘고 긴 대략 직사각형상이고, 대략 직사각형상의 빔에 있어서 입상 결정 부분을 조사하는 빔 부분의 파장이 비결정 부분을 조사하는 빔 부분의 파장보다 단파장으로 되는 파장 분포를 갖고 있는 것을 말하고 있고, 입상 결정 부분에 있어서 복수의 파장의 빔이 겹쳐져 있어도 된다. 이러한 빔 특성을 갖는 레이저 빔을 이용하는 경우, 레이저 어닐은 상대 주사해서 실시해도 되고, 상대 주사를 행하지 않고 실시해도 된다.Here, it is said that the beam shape is thin and long substantially rectangular shape, and the wavelength of the beam part which irradiates a granular crystal part in a substantially rectangular beam has a wavelength distribution shorter than the wavelength of the beam part which irradiates an amorphous part, In the granular crystal part, beams of a plurality of wavelengths may overlap. When using the laser beam which has such a beam characteristic, a laser annealing may be performed by carrying out a relative scan or you may carry out without performing a relative scan.
또한, 조사되는 레이저 빔의 그 외의 바람직한 형태로서는 상기 피 어닐 반도체 막에 대하여 상기 래터럴 결정의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역에 대하여 동시에 조사할 수 있고, 상기 레이저 광의 상대 주사 방향으로 바라봐서 전단측 및 후단측이 상기 상대 주사 방향에 대하여 대략 수직이며 대략 직선형상인 빔 패턴을 갖고, 파장 분포가 대략 균일한 제 1 레이저 빔과, 상기 레이저 광의 상대 주사 방향으로 바라봐서 상기 제 1 레이저 빔의 앞측에 위치하고, 상기 입상 결정 부분을 조사할 수 있고, 상기 제 1 레이저 빔보다 단파장의 제 2 레이저 빔을 동시에 조사하는 것을 들 수 있다. 동시에 조사하는 제 1 레이저 빔과 제 2 레이저 빔은 상기 피 어닐 반도체 막의 막면 상에 있어서 접하고 있어도 되고, 부분적으로 겹쳐져 있어도 된다.In addition, as another preferred form of the laser beam to be irradiated, simultaneously irradiating a region including at least a portion of the granular crystals generated outside of the lateral crystal with respect to the annealed semiconductor film and at least a portion of the amorphous crystals remaining uncrystallized A first laser beam having a beam pattern in which the front end side and the rear end side are substantially perpendicular to the relative scanning direction and are substantially linear in the laser beam scanning direction, and the wavelength distribution is substantially uniform; The light source is located in front of the first laser beam as viewed in the relative scanning direction of light, and the granular crystal portion can be irradiated, and the second laser beam having a shorter wavelength than the first laser beam can be simultaneously irradiated. The 1st laser beam and the 2nd laser beam which irradiate simultaneously may be in contact with the film surface of the said annealed semiconductor film, and may overlap partially.
본 발명의 반도체 막은 비결정 반도체로 이루어지는 피 어닐 반도체 막에 대해서 상기 본 발명의 레이저 어닐 방법을 실시해서 제조된 것임을 특징으로 하는 것이다.The semiconductor film of the present invention is produced by performing the laser annealing method of the present invention on a annealed semiconductor film made of an amorphous semiconductor.
본 발명의 반도체 막은 패터닝되기 전의 것이어도 패터닝된 후의 것이어도 된다. 본 발명에 의하면 대략 전체면이 래터럴 결정으로 이루어지는 반도체 막을 제공할 수 있다.The semiconductor film of the present invention may be either before patterning or after patterning. According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor film whose overall surface is composed of lateral crystals.
본 발명의 레이저 어닐 방법에 의하면, 기본적으로는 입상 결정 부분이 없는 전체면 래터럴 결정화가 가능하지만, 레이저 어닐 개시시와 종료시에 생성되는 입상 결정에 대해서는 두번째의 레이저 어닐이 실시되지 않은 부분이 생기기 때문에 이 부분의 입상 결정은 남아 버린다. 기판 전체로부터 바라보면 이 입상 결정의 양은 조금이다.According to the laser annealing method of the present invention, the whole surface lateral crystallization without the granular crystal part is basically possible, but since the granular crystal produced at the start and end of the laser annealing is not subjected to the second laser annealing, The winning decision of this part remains. Looking at the whole substrate, the amount of this granular crystal is a little.
「반도체 막이 대략 전체면 래터럴 결정으로 이루어지는」은 레이저 어닐 개시시와 종료시에 생성되고, 두번째의 레이저 어닐이 실시되지 않고 남는 입상 결정을 제외한 부분이 전부 래터럴 결정으로 이루어지는 것을 의미한다.The term "semiconductor film is made up of substantially whole-surface lateral crystals" means that at the beginning and the end of laser annealing, all parts except the granular crystals remaining without the second laser annealing are made of lateral crystals.
본 발명의 반도체 장치는 상기 본 발명의 반도체 막을 이용하여 얻어진 활성층을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명의 반도체 장치로서는 박막 트랜지스터(TFT) 등을 들 수 있다.The semiconductor device of this invention was equipped with the active layer obtained using the semiconductor film of the said invention, It is characterized by the above-mentioned. Examples of the semiconductor device of the present invention include a thin film transistor (TFT).
본 발명의 전기 광학 장치는 상기 본 발명의 반도체 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다. 전기 광학 장치로서는 전계 발광(EL) 장치, 액정 장치, 전기 영동 방식 표시 장치, 및 이들을 구비한 시트 컴퓨터 등을 들 수 있다.The electro-optical device of the present invention includes the semiconductor device of the present invention. As an electro-optical device, an electroluminescent (EL) device, a liquid crystal device, an electrophoretic display device, a sheet computer provided with these, etc. are mentioned.
<발명의 효과>EFFECTS OF THE INVENTION [
본 발명의 레이저 어닐 방법은 비결정 반도체로 이루어지는 피 어닐 반도체 막의 입상 결정 부분 및 비결정 부분이 융해되고, 또한 피 어닐 반도체 막의 래터럴 결정 부분이 융해되지 않는 조건에서 레이저 어닐을 실시하는 구성으로 하고 있다.The laser annealing method of the present invention is configured to perform laser annealing under conditions in which the granular crystal portion and the amorphous portion of the pyrianneal semiconductor film made of the amorphous semiconductor are fused and the lateral crystal portion of the annealed semiconductor film is not fused.
또한, 본 발명의 레이저 어닐 방법에서는 하기 식(1), 바람직하게는 하기 식(1A)을 충족하도록 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건을 비결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건과는 바꾸어서 레이저 어닐을 실시하는 구성으로 하고 있다.Further, in the laser annealing method of the present invention, the laser light irradiation conditions in the granular crystal portion are changed from the laser light irradiation conditions in the amorphous portion so as to satisfy the following formula (1), preferably the following formula (1A). It is set as the structure which anneals.
|EA-EP| < |EA-EPs| …(1), EA-EP | <| EA-EPs |. (One),
EP ≒ EA …(1A)EP ≒ EA. (1A)
(식(1) 및 (1A) 중, (In formulas (1) and (1A),
EA는 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지,EA is the absorbed light energy per unit area of laser light in the amorphous portion,
EPs는 비결정 부분과 동일한 레이저 광 조사 조건에서 레이저 광을 조사했을 때의 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지, EPs is the absorbed light energy per unit area of the laser light in the granular crystal part when the laser light is irradiated under the same laser light irradiation conditions as the amorphous part,
EP는 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 실제의 흡수 광 에너지를 각각 나타낸다.)EP represents the actual absorbed light energy per unit area of laser light in the granular crystal part, respectively.)
입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 바꾸는 레이저 광 조사 조건으로서는 단위면적당의 레이저 광 조사 강도, 단위면적당의 레이저 광 조사 강도 및 단위면적당의 조사 시간, 단위면적당의 조사 시간, 레이저 광의 파장을 들 수 있다.Examples of laser light irradiation conditions to be changed in the granular crystal part and the amorphous part include laser light irradiation intensity per unit area, laser light irradiation intensity per unit area and irradiation time per unit area, irradiation time per unit area, and wavelength of laser light.
본 발명의 레이저 어닐 방법에 의하면 입상 결정 부분 및 비결정 부분을 선택적으로 융해시켜 고결정화할 수 있다. 또한, 일단 생성된 래터럴 결정 부분은 융해되지 않는 조건으로 하고 있으므로, 모처럼 성장한 래터럴 결정 부분이 재융해되어 그 결정성이 변화되어 버릴 우려도 없다.According to the laser annealing method of the present invention, the granular crystal portion and the amorphous portion can be selectively melted for high crystallization. Moreover, since the lateral crystal part once produced is made into the condition which does not melt | dissolve, there is no possibility that the lateral crystal part which grew hardly remelts and the crystallinity will change.
또한, 피 어닐 반도체 막의 입상 결정 부분 및 비결정 부분이 융해되고, 또한 피 어닐 반도체 막의 래터럴 결정 부분이 융해되지 않는 조건에서는, 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율에는 약간의 차가 있고, 동일한 레이저 광 조사 조건에서는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지에 약간의 차가 생긴다. 본 발명에서는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건을 바꾸어서 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지의 차가 작게 되도록 구성하고 있다. 따라서, 입상 결정 부분과 비결정 부분을 동일한 레이저 광 조사 조건에서 처리하는 경우에 비하여 입상 결정 부분과 비결정 부분 사이의 온도 구배를 작게 하여 막 전체면에 보다 균일하게 래터럴 결정을 성장시킬 수 있다.In addition, under conditions where the granular crystal part and the amorphous part of the annealed semiconductor film are not melted and the lateral crystal part of the annealed semiconductor film is not melted, there is a slight difference in the absorption ratio of the laser light in the granular crystal part and the amorphous part. Under laser light irradiation conditions, there is a slight difference in the absorbed light energy per unit area in the granular crystal part and the amorphous part. In this invention, the laser light irradiation conditions in a granular crystal part and an amorphous part are changed, and it is comprised so that the difference of the absorbed light energy per unit area in a granular crystal part and an amorphous part may become small. Therefore, compared with the case where the granular crystal portion and the amorphous portion are treated under the same laser light irradiation conditions, the temperature gradient between the granular crystal portion and the amorphous portion can be made smaller to grow the lateral crystals more uniformly on the entire surface of the film.
본 발명의 레이저 어닐 방법에 의하면, 비결정 반도체 막을 대략 전체면 고결정화할 수 있고, 비결정 반도체 막을 대략 전체면에 있어서 입상 결정 부분이 거의 없고, 또한 이음매가 없는 래터럴 결정 막으로 하는 것도 가능하다. 본 발명자는 대략 전체면이 이음매가 없는 래터럴 결정 막을 실제로 실현하고 있다(후기 실시예1의 SEMㆍTEM 표면 사진(도 28)을 참조).According to the laser annealing method of the present invention, it is possible to make the amorphous semiconductor film highly crystallized on the whole surface, and the amorphous semiconductor film can be made into a lateral crystal film having almost no granular crystal parts on the entire surface and seamless. The present inventors actually realize a lateral crystalline film having a substantially entire surface seamless (see SEM / TEM surface photograph (FIG. 28) of Example 1 later).
본 발명의 레이저 어닐 방법을 이용함으로써 결정성 및 균일성이 높고, 박막 트랜지스터(TFT)의 활성층 등으로서 바람직한 반도체 막을 저비용으로 제조할 수 있다. 이 반도체 막을 이용함으로써 소자 특성(캐리어 이동도 등)이나 소자 균일성이 우수한 TFT 등의 반도체 장치를 제조할 수 있다.By using the laser annealing method of the present invention, a semiconductor film having high crystallinity and uniformity and suitable as an active layer of a thin film transistor (TFT) or the like can be produced at low cost. By using this semiconductor film, semiconductor devices, such as TFT which are excellent in element characteristic (carrier mobility etc.) and element uniformity, can be manufactured.
본 발명에서는 대략 전체면에 있어서 입상 결정 부분이 거의 없고, 또한 이음매가 없는 래터럴 결정 막을 제조할 수 있으므로, TFT 등의 반도체 장치의 형성 위치의 설계 정보에 기초하여 레이저 광의 빔 단부와 TFT 등의 반도체 장치의 소자 형성 영역이 겹치지 않는 레이저 광을 주사하거나, 혹은 TFT 등의 반도체 장치의 소자 형성 영역에만 레이저 광을 선택적으로 조사하는 등의 고안이 불필요하고, 소자 특성(캐리어 이동도 등) 및 소자 균일성이 우수한 TFT 등의 반도체 장치를 저비용으로 안정적으로 제조할 수 있다. 이러한 TFT 등의 반도체 장치를 구비한 전기 광학 장치는 표시 품질 등의 성능이 우수한 것으로 된다.In the present invention, a substantially crystalline crystal film having almost no granular crystal parts and a seamless crystalline crystal film can be produced. Therefore, the beam end of the laser light and the semiconductor such as the TFT are based on the design information of the formation position of the semiconductor device such as the TFT. It is unnecessary to devise a device such as scanning laser light that does not overlap the device forming regions of the device, or selectively irradiating laser light only to the device forming regions of a semiconductor device such as a TFT, and thus device characteristics (carrier mobility, etc.) and device uniformity. A semiconductor device such as TFT having excellent properties can be stably manufactured at low cost. An electro-optical device including such a semiconductor device as TFT is excellent in performance such as display quality.
「레이저 어닐 방법」`` Laser annealing method ''
종래부터, 비결정 실리콘(a-Si)과 다결정 실리콘(poly-Si)은 레이저 광의 파장에 대한 흡수 특성이 다른 것은 알려져 있었다. 그러나, 종래는, 입상 결정 실리콘과 래터럴 결정 실리콘은 모두 다결정 실리콘(poly-Si)이며, 이들의 레이저 광의 흡수 특성에 차이가 있는 것으로는 생각되지 않고 있었다.Conventionally, it has been known that amorphous silicon (a-Si) and polycrystalline silicon (poly-Si) have different absorption characteristics with respect to the wavelength of laser light. However, conventionally, granular crystalline silicon and lateral crystalline silicon are both polycrystalline silicon (poly-Si), and it is not considered that there is a difference in the absorption characteristics of these laser lights.
본 발명자는 입상 결정 실리콘과 래터럴 결정 실리콘에 대해서 레이저 광의 파장에 대한 흡수 특성에 대해서 평가를 실시하고, 이들 흡수 특성에 차가 있는 것을 찾아냈다. 그리고, 이들 흡수 특성에 착안함으로써 입상 결정 부분 및 비결정 부분이 융해되고, 또한 래터럴 결정 부분이 융해되지 않는 조건에서 레이저 어닐을 실시할 수 있는 것을 찾아냈다. 본 발명자는 이러한 조건에서 레이저 어닐을 행함으로써 일단 생성된 래터럴 결정은 재융해되지 않고, 그 결정성이 변화되는 일 없이 입상 결정 부분 및 비결정 부분만을 선택적으로 융해시켜서 이들을 래터럴 결정화할 수 있고, 대략 전체면 래터럴 결정으로 할 수 있는 것을 찾아냈다. 이하, 본 발명자가 행한 평가에 대해서 설명한다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This inventor evaluated the absorption characteristics with respect to the wavelength of a laser beam about granular crystalline silicon and lateral crystalline silicon, and found out that there exists a difference in these absorption characteristics. By focusing on these absorption characteristics, it has been found that laser annealing can be performed under conditions in which the granular crystal portion and the amorphous portion are not melted and the lateral crystal portion is not melted. The present inventors can laterally crystallize them by selectively melting only the granular crystal parts and the amorphous parts without remelting the crystalline crystals once generated by performing laser annealing under such conditions, without changing their crystallinity. We found out what we can do with a cotton lateral decision. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the evaluation which this inventor performed is demonstrated.
GaN계 반도체 레이저(발진 파장 405㎚)를 이용하고, 비결정 실리콘(a-Si)막에 대하여 가늘고 긴 직사각형상의 레이저 광(L)을 상대 주사하면서 연속 조사하여 레이저 어닐을 행하였다. 기판 평면을 xy평면으로 하고, 레이저 광의 주 상대 주사 방향을 x방향, 부 상대 주사 방향을 y방향으로 한다.Using an GaN semiconductor laser (oscillation wavelength 405 nm), laser annealing was performed by continuously irradiating an elongated rectangular laser light L with respect to the amorphous silicon (a-Si) film. The substrate plane is the xy plane, the main relative scanning direction of the laser light is the x direction, and the negative relative scanning direction is the y direction.
도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 소정 y위치에서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 1회 실시하면 레이저 광(L)의 주 상대 주사 방향(x)으로 연장되는 횡방향 성장의 래터럴 결정이 생성되고, 래터럴 결정의 생성 영역 외측에 결정립이 작은 입상 결정(입상 poly-Si)이 생성된다. 이 1회만의 레이저 광(L)의 상대 주사 후에는 띠형상으로 연장되는 래터럴 결정 성장의 영역을 사이에 두고 양측에 입상 결정이 생성된다.As shown in Fig. 1 (a), when the x-direction relative scanning of the laser light L is performed once at a predetermined y position, the lateral growth of the lateral growth extending in the main relative scanning direction x of the laser light L is shown. Crystals are generated, and granular crystals (granular poly-Si) having small grains are generated outside the region of the lateral crystal generation. After this one-time relative scan of the laser light L, granular crystals are generated on both sides with a region of lateral crystal growth extending in a band shape.
여기서는 레이저 광(L)이 직접 조사되는 영역 내의 단부에 입상 결정이 생성되었을 경우에 대해서 나타내고 있다. 레이저 어닐 조건에 따라서는 레이저 광(L)이 직접 조사되는 영역 내의 단부, 및/또는 레이저 광(L)은 직접 조사되지 않지만 열이 전도되는 영역(=레이저 광(L)이 직접 조사되는 영역의 바로 외측의 영역)에 입상 결정이 생성된다.Here, the case where a granular crystal is produced in the end part in the area | region to which the laser beam L is directly irradiated is shown. Depending on the laser annealing conditions, an end portion in the area where the laser light L is directly irradiated, and / or the area where the laser light L is not directly irradiated but conducts heat (= area where the laser light L is directly irradiated) Granular crystals are produced in the region immediately outside).
또한, 본 명세서에 있어서 레이저 광의 상대 주사를 실시해서 래터럴 결정을 성장시키는 경우, 소정 y위치에서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 1회 실시했을 때에 어닐되는 영역을 「1회의 레이저 어닐의 어닐 영역」이라고 말한다.In addition, in this specification, when growing a lateral crystal by carrying out the relative scan of a laser beam, the area | region annealed when performing the x direction relative scan of the laser light L once at a predetermined y position is referred to as "one laser annealing. Annealing region ”.
막 전체면을 처리하기 위해서, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, y위치를 바꾸어서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 반복 실시한다. y위치를 바꾸어서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 실시할 때에는 y위치를 바꾸기 전에 래터럴 결정의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역에 대해서 레이저 어닐을 실시한다. 이 때, 먼저 생성된 래터럴 결정에 거듭해서 레이저 광(L)을 조사해도 된다.In order to process the whole film | membrane, as shown to FIG. 1 (b), the y direction is changed and the x direction relative scan of the laser beam L is repeated. When carrying out the x-direction relative scanning of the laser light L by changing the y position, the region including at least a part of the granular crystals generated outside the lateral crystal and at least a part of the non-crystallization remaining uncrystallized before the y position is changed. Laser annealing is performed. At this time, the laser light L may be irradiated to the lateral crystal generated earlier.
도면에 나타내는 바와 같이, y위치를 바꾸어서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 실시할 때(어닐 영역을 바꿀 때)에는 피 어닐 반도체 막에 대하여 먼저 레이저 광(L)이 조사된 영역과 다음에 레이저 광(L)이 조사되는 영역이 부분적으로 겹치도록 레이저 어닐을 실시하는 것이 바람직하다.As shown in the figure, when performing the relative scanning in the x direction of the laser light L by changing the y position (when changing the annealing area), the area where the laser light L is irradiated to the annealed semiconductor film first and then It is preferable to perform laser annealing so that the area | region to which the laser beam L is irradiated partially overlaps.
도 1(a) 중 피 어닐 반도체 막에 부호 20을 붙이고, 기판 스테이지에 부호 110을 붙이며, 레이저 헤드에 부호 120을 붙이고 있다. 도 1(a)는 소정 y위치에서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 1회 실시하고 있는 도중의 도면이다. 여기서는 눈으로 확인하기 쉽게 하기 위해서 막에 대하여 레이저 헤드의 크기를 크게 나타내고 있다.In Fig. 1A,
도 1(b)는 y위치를 바꾸어서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 반복 실시했 을 때의 결정화의 이미지 평면도이다. 도면 중, 레이저 광(L)이 조사된 영역 중 특히 해칭이 붙여져 있지 않은 영역이 래터럴 결정의 생성 영역이다. Fig. 1 (b) is an image plan view of crystallization when the x-direction relative scanning of the laser light L is repeated by changing the y position. In the figure, the area | region where the hatching is not especially attached among the area | region to which the laser beam L was irradiated is the generation | occurrence | production area | region of a lateral crystal.
래터럴 결정 부분(래터럴 poly-Si), 입상 결정 부분(입상 poly-Si), 및 비결정 부분(a-Si)에 대해서 각각, 측정 광의 파장을 바꾸어서 엘립소미터(ellipsometer)로 복소 굴절률(n+ik)(k는 소쇠 계수이고, ik는 허수부를 나타낸다.)을 측정했다. 각 결정 상태에 있어서의 파장과 굴절률(n)의 관계를 도 2에 나타낸다. 또한, 하기 식에 기초하여 각 결정 상태에 있어서의 파장과 흡수 계수(α)의 관계를 구했다. 결과를 도 3에 나타낸다. 어느 쪽의 결정 상태에 있어서도 400㎚ 부근에서 흡수 계수가 크게 저하하는 경향이 있는 것이 명확한 것으로 되었다.For the lateral crystalline part (lateral crystalline poly-Si), the granular crystalline part (particulate poly-Si), and the amorphous part (a-Si), the complex refractive index (n + ik) is changed with an ellipsometer by changing the wavelength of the measured light. (k is an extinction coefficient and ik represents an imaginary part.) The relationship between the wavelength and refractive index n in each crystal state is shown in FIG. Moreover, the relationship between the wavelength and absorption coefficient (alpha) in each crystal state was calculated | required based on the following formula. The results are shown in Fig. In both crystal states, it became clear that the absorption coefficient tended to greatly decrease in the vicinity of 400 nm.
흡수 계수(α)=k/4πλAbsorption coefficient (α) = k / 4πλ
(식 중 k는 소쇠 계수, λ는 파장이다.)Where k is the extinction coefficient and λ is the wavelength.
다음에, 래터럴 결정 실리콘, 입상 결정 실리콘, 및 비결정 실리콘에 대해서 각각 각 파장에 있어서의 실리콘 막의 흡수율을 구했다.Next, the absorptivity of the silicon film in each wavelength was calculated | required about lateral crystalline silicon, granular crystalline silicon, and amorphous silicon.
레이저 헤드로부터의 출사 에너지는 레이저 어닐 장치에 갖추어진 각종 광학계를 투과하는 동안에 생기는 손실, 및 막 표면에서의 프레넬 반사에 의한 손실에 의해 감쇠되어 막에 흡수된다. 막에 흡수되는 광 에너지는 하기 식으로 표시된다.The emission energy from the laser head is attenuated and absorbed by the film by the loss caused during transmission through various optical systems provided in the laser annealing device and by the Fresnel reflection on the film surface. The light energy absorbed by the film is represented by the following formula.
(막에 흡수되는 광 에너지) = (막에 조사되는 광 에너지) × (표면 반사시키지 않고 막에 입사되는 광량의 비율) × (막에 흡수되는 광량의 비율)(Light energy absorbed by the film) = (light energy irradiated on the film) x (ratio of the amount of light incident on the film without reflecting the surface) x (ratio of the amount of light absorbed by the film)
상기 식 중의 (표면 반사시키지 않고 막에 입사되는 광량의 비율) × (막에 흡수되는 광량의 비율)이 흡수율이다. 흡수율은 막에 조사된 레이저 광의 광량에 대해서 막에 흡수되는 광량의 비율이며, 흡수율=a×b로 표시된다.In the above formula, the ratio of the amount of light incident on the film without reflecting the surface is the ratio of the amount of light absorbed on the film. Absorption rate is a ratio of the light quantity absorbed by a film with respect to the light quantity of the laser beam irradiated to a film | membrane, and it is represented by absorption ratio = axb.
상기 식 중 a는 막에 흡수되는 광량의 비율이고, 하기 식으로 구해진다. 막 두께(t)는 레이저 어닐에 의해 결정화를 행하여 폴리 실리콘 TFT를 형성하는 경우에 일반적인 50㎚로 했다.In said formula, a is a ratio of the light quantity absorbed by a film | membrane, and is calculated | required by the following formula. The film thickness t was set to 50 nm which is common when crystallization is performed by laser annealing to form a polysilicon TFT.
a=exp-αt a = exp -αt
(식 중 α는 흡수 계수, t는 막 두께)Where α is the absorption coefficient and t is the film thickness
상기 식 중 b는 표면 반사시키지 않고 막에 입사되는 광량의 비율이며, 하기 식으로부터 구해진다. b는 레이저 헤드로부터 출사된 레이저 광의 광량으로부터 프레넬 반사에 의한 막 표면에서의 손실분을 빼서 구해지는 양이다.B is a ratio of the quantity of light which injects into a film | membrane, without surface reflection, and is calculated | required from the following formula. b is an amount calculated | required by subtracting the loss in the film surface by Fresnel reflection from the light quantity of the laser beam radiate | emitted from the laser head.
b = 1-((1-n)/(1+n))2 b = 1-((1-n) / (1 + n)) 2
(식 중 n은 굴절률이다.)Where n is the refractive index.
또한, 각 파장에 있어서 비결정 실리콘의 흡수율에 대한 입상 결정 실리콘의 흡수율비(=입상 poly-Si의 흡수율/a-Si의 흡수율), 및 비결정 실리콘의 흡수율에 대한 래터럴 결정 실리콘의 흡수율비(=래터럴 poly-Si의 흡수율/a-Si의 흡수율)를 구했다. 이들 흡수율비는 비결정 실리콘의 흡수율을 1로 했을 때의 입상 결정 실리콘의 상대 흡수율 및 래터럴 결정 실리콘의 상대 흡수율이다. 결과를 도 4에 나타낸다.Further, the absorption ratio of granular crystalline silicon to the absorption of amorphous silicon at each wavelength (= absorption of granular poly-Si / absorption of a-Si), and the ratio of absorption of lateral crystalline silicon to absorption of amorphous silicon (= lateral) water absorption of poly-Si / water absorption of a-Si). These water absorptivity ratios are the relative absorptivity of granular crystalline silicon and the relative absorptivity of lateral crystalline silicon when the absorptivity of amorphous silicon is set to one. The results are shown in Fig.
입상 결정 실리콘과 래터럴 결정 실리콘은 모두 다결정 실리콘(poly-Si)이지만, 도 4에는 레이저 광의 파장에 대한 이들 레이저 광의 흡수 특성이 크게 다른 것이 나타내어져 있다.Granular crystalline silicon and lateral crystalline silicon are both polycrystalline silicon (poly-Si), but Fig. 4 shows that the absorption characteristics of these laser lights with respect to the wavelength of the laser light differ greatly.
도 2~도 4에 나타내는 바와 같이, 입경이 작은 입상 결정 실리콘(입상 poly-Si)은 비결정 실리콘(a-Si)과 래터럴 결정 실리콘(래터럴 poly-Si)의 중간적인 특성을 나타내는 것이 명확한 것으로 되었다. 이와 같이, 래터럴 결정 실리콘과 입상 결정 실리콘을 나누어서 흡수 특성을 평가한 예는 과거에는 눈에 띄지 않았다.As shown in Fig. 2 to Fig. 4, it has become clear that granular crystalline silicon (granular poly-Si) having a small particle diameter exhibits intermediate characteristics between amorphous silicon (a-Si) and lateral crystalline silicon (lateral poly-Si). . Thus, the example which evaluated absorption characteristics by dividing lateral crystalline silicon and granular crystalline silicon was not outstanding in the past.
도 4에 나타내는 바와 같이, 350㎚ 미만의 파장 영역에서는 입상 결정 실리콘과 래터럴 결정 실리콘의 흡수 특성에 큰 차는 없고, 모두 비결정 실리콘의 흡수율의 0.7~0.9배 정도의 높은 흡수율을 나타내는 것이 명확한 것으로 되었다. 이것에 대해서 350㎚ 이상의 파장 영역에서는 입상 결정 실리콘과 래터럴 결정 실리콘은 모두 장파장으로 됨에 따라서 비결정 실리콘에 대한 흡수율비가 저하되는 경향이 있지만, 래터럴 결정 실리콘쪽이 비결정 실리콘에 대한 흡수율비의 저하의 레벨이 보다 크고, 또한 그 저하가 보다 단파장측에서 일어나는 것이 명확한 것으로 되었다. 350~650㎚의 파장 영역에서는 비결정 실리콘에 대한 입상 결정 실리콘의 흡수율비와, 비결정 실리콘에 대한 래터럴 결정 실리콘의 흡수율비의 차가 크게 되어 있다.As shown in Fig. 4, in the wavelength range of less than 350 nm, there is no significant difference in the absorption characteristics of the granular crystalline silicon and the lateral crystalline silicon, and it is evident that all of them exhibit a high absorption rate of about 0.7 to 0.9 times the absorption rate of the amorphous silicon. On the other hand, in the wavelength region of 350 nm or more, the absorption ratio for amorphous silicon tends to decrease as both the grain crystalline silicon and the lateral crystal silicon become long wavelengths, but the level of the decrease in the absorption ratio for amorphous silicon is higher in the lateral crystal silicon. It has become clear that the larger and lowering occurs on the shorter wavelength side. In the wavelength region of 350 to 650 nm, the difference between the ratio of absorption of granular crystalline silicon to amorphous silicon and the ratio of absorption of lateral crystalline silicon to amorphous silicon is large.
도 4는 비결정 실리콘(a-Si)의 흡수율을 기준으로 한 상대적인 흡수율비를 나타내는 것이지만, 도 3에 나타내는 바와 같이, 절대적인 흡수율의 값으로 보면 50O㎚ 이상의 파장 영역에 있어서는 래터럴 결정 실리콘, 입상 결정 실리콘, 및 비결정 실리콘의 모든 흡수율이 현저하게 작게 된다. 따라서, 래터럴 결정 실리콘의 흡수율과 입상 결정 실리콘의 흡수율의 차가 크고, 또한, 입상 결정 실리콘 및 비 결정 실리콘의 흡수율이 어느 정도 높은 범위 내에서 이용하는 레이저 광의 파장을 결정하는 것이 바람직하다.Although FIG. 4 shows relative absorptivity ratios based on the absorptivity of amorphous silicon (a-Si), as shown in FIG. 3, in terms of absolute absorptivity, lateral crystalline silicon and granular crystalline silicon are observed in a wavelength region of 50 nm or more. , And all of the absorption rates of amorphous silicon are remarkably small. Therefore, it is preferable to determine the wavelength of the laser beam used within the range where the absorption rate of lateral crystalline silicon and the absorption rate of granular crystalline silicon are large, and the absorption rates of granular crystalline silicon and amorphous silicon are somewhat high.
레이저 광의 흡수율은 실리콘 막의 막 두께(t)에 의해 변화된다. 막 두께(t)(㎚)=50,100,200으로 했을 때의 레이저 광의 파장과, 비결정 실리콘의 흡수율에 대한 래터럴 결정 실리콘의 흡수율비(=래터럴 poly-Si의 흡수율/a-Si의 흡수율)의 관계를 구했다. 결과를 도 5에 나타낸다. 마찬가지로, 비결정 실리콘의 흡수율에 대한 입상 결정 실리콘의 흡수율비(=입상 poly-Si의 흡수율/a-Si의 흡수율)도 막 두께에 의해 바뀐다(도시 생략).The absorption rate of the laser light is changed by the film thickness t of the silicon film. The relationship between the wavelength of the laser light when the film thickness (t) (nm) = 50, 100, 200 and the absorption ratio of the lateral crystalline silicon to the absorption rate of the amorphous silicon (= absorption rate of lateral poly-Si / absorption rate of a-Si) was obtained. . The results are shown in Fig. Similarly, the absorption ratio of granular crystalline silicon (= absorption rate of granular poly-Si / absorption rate of a-Si) to the absorption rate of amorphous silicon is also changed by the film thickness (not shown).
레이저 어닐에 의해 결정화를 행하여 폴리 실리콘 TFT를 형성하는 경우, 막 두께(t)(㎚)>120에서는 TFT의 소자 형성이 어렵게 됨과 동시에 누설 전류도 많아지고, 막 두께(t)(㎚)<40에서는 활성층의 막 두께가 지나치게 얇아져 소자의 신뢰성이 저하된다. 따라서, TFT용에서는 40 ≤ 막 두께(t)(㎚) ≤ 120㎚가 바람직하다. 레이저 어닐에 의해 결정화를 행하여 폴리 실리콘 TFT를 형성하는 경우의 비결정 실리콘 막의 막 두께(t)는 50㎚ 정도가 가장 일반적이다.When the polysilicon TFT is formed by crystallization by laser annealing, at the film thickness t (nm)> 120, the element formation of the TFT becomes difficult and the leakage current increases, and the film thickness t (nm) <40 In this case, the film thickness of the active layer is too thin, which lowers the reliability of the device. Therefore, for the TFT, 40? Film thickness t (nm)? 120 nm is preferable. As for the film thickness t of the amorphous silicon film in the case of crystallizing by laser annealing to form a polysilicon TFT, about 50 nm is most common.
40 ≤ 막 두께(t)(㎚) ≤ 120㎚의 조건에서는 래터럴 결정 실리콘의 흡수율과 입상 결정 실리콘의 흡수율의 차를 크게 하고, 또한, 입상 결정 실리콘 및 비결정 실리콘의 흡수율을 어느 정도 높게 하기 위해서는 350~600㎚의 파장 영역의 레이저 광을 이용하는 것이 바람직하고, 350~500㎚의 파장 영역의 레이저 광을 이용하는 것이 보다 바람직하다.Under conditions of 40? Film thickness (t) (nm)? 120 nm, in order to increase the difference between the absorption rate of the lateral crystalline silicon and the absorption rate of the granular crystalline silicon, and to increase the absorption rate of the granular crystalline silicon and the amorphous silicon to some extent, 350 It is preferable to use the laser light of the wavelength range of -600 nm, and it is more preferable to use the laser light of the wavelength range of 350-500 nm.
현재 레이저 어닐에 일반적으로 사용되고 있는 엑시머레이저 광은 파장 300 ㎚ 이하의 자외 레이저 광이므로, 래터럴 결정 부분과 입상 결정 부분과 비결정 부분은 모두 흡수율이 높고, 흡수 특성에 큰 차는 없다.Since the excimer laser light generally used for laser annealing is ultraviolet laser light having a wavelength of 300 nm or less, both the lateral crystal part, the granular crystal part, and the amorphous part have high absorption and no significant difference in absorption characteristics.
또한, 「배경기술」의 항목에서 든 특허문헌1~5에서 이용되고 있는 가시 레이저 광은 고체 레이저의 제 2 고조파 등의 500~550㎚의 파장 영역의 레이저 광이다. 이러한 파장 영역에서는, 도 4에서는 래터럴 결정 부분과 입상 결정 부분의 흡수 특성에 큰 차가 있는 듯이 보이지만, 도 3에 나타내는 바와 같이, 비결정 부분의 흡수율 자체 작기 때문에 실제로는 래터럴 결정 부분과 입상 결정 부분의 흡수 특성에 큰 차는 없다.In addition, the visible laser light used by patent documents 1-5 mentioned in the item of "background art" is laser light of 500-550 nm wavelength range, such as 2nd harmonics of a solid state laser. In this wavelength region, although there appears to be a large difference in the absorption characteristics of the lateral crystal portion and the granular crystal portion in FIG. 4, as shown in FIG. 3, since the absorption rate of the amorphous portion itself is small, the absorption of the lateral crystal portion and the granular crystal portion is actually performed. There is no big difference in the characteristics.
즉, 종래는, 래터럴 결정 부분과 입상 결정 부분의 흡수 특성에 큰 차가 없는 300㎚ 이하의 파장 영역, 혹은 500~550㎚의 파장 영역의 레이저 광이 이용되고 있었다. 그리고, 래터럴 결정 부분과 입상 결정 부분은 모두 다결정 실리콘이기 때문에 흡수 특성에 큰 차는 없는 것으로 생각되어 있었다. 본 발명자는 래터럴 결정 부분과 입상 결정 부분의 흡수 특성에 큰 차가 나타내는 파장 영역이 존재하는 것을 처음으로 명확하게 하였다.That is, laser light of 300 nm or less wavelength region or 500-550 nm wavelength region which conventionally has no big difference in the absorption characteristic of a lateral crystal part and a granular crystal part is used. And since both the lateral crystal part and the granular crystal part are polycrystalline silicon, it was thought that there is no big difference in absorption characteristic. The present inventor has made clear for the first time that there exists a wavelength range which shows a big difference in the absorption characteristic of a lateral crystal part and a granular crystal part.
일본 특허 공개 2004-64066호 공보에는 GaN계 반도체 레이저(파장 350~450㎚)를 이용한 레이저 어닐 장치가 개시되어 있다. 조사 조건으로서는 주사 속도 3000㎜/s, 비결정 실리콘 막면 상에 있어서의 광 파워 밀도 600mJ/㎠을 들 수 있다(단락0127). 그러나, 이 문헌에서는 결정 상태와 흡수율의 관계 등에 대해서는 검토되어 있지 않다.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2004-64066 discloses a laser annealing apparatus using a GaN semiconductor laser (wavelength 350-450 nm). As irradiation conditions, the scanning speed 3000mm / s and the optical power density 600mJ / cm <2> on an amorphous silicon film surface are mentioned (paragraph 0227). However, this document does not examine the relationship between crystal state and water absorption.
단결정 실리콘(c-Si)의 융점은 약 1400℃이며, 비결정 실리콘(a-Si)의 융점 은 약 1200℃이다. 따라서, 입상 결정 부분 및 비결정 부분을 융해시키기 위해서는 입상 결정 부분 및 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 표면 도달 온도가 약 1400℃ 이상인 것이 바람직하다.The melting point of single crystal silicon (c-Si) is about 1400 ° C, and the melting point of amorphous silicon (a-Si) is about 1200 ° C. Therefore, in order to fuse a granular crystal part and an amorphous part, it is preferable that the surface arrival temperature of the laser beam in a granular crystal part and an amorphous part is about 1400 degreeC or more.
본 발명자가 GaN계 반도체 레이저(발진 파장 405㎚)를 이용하여 비결정 실리콘 막에 대하여 레이저 광의 상대 주사 속도 0.01m/s 이상의 조건에서 레이저 헤드로부터의 출사광량을 바꾸어서 레이저 어닐을 행하고, 레이저 빔의 중앙 부분에 있어서 실제로 래터럴 결정이 성장하는가의 여부를 SEM 및 TEM에 의해 관찰하고, 래터럴 결정 성장에 필요한 레이저 광의 표면 도달 온도를 구한 결과 약 1700℃이었다. 또한, 실제의 실험으로부터 레이저 광의 표면 도달 온도가 약 2200℃ 이상에서는 어블레이션(ablation)에 의해 막의 부분적인 박리가 생기는 경우가 있는 것을 알았다. 즉, 입상 결정 부분 및 비결정 부분을 래터럴 결정화하기 위해서는 이들 부분에 있어서의 레이저 광의 표면 도달 온도가 약 1700~2200℃인 것이 바람직하다. 레이저 광의 표면 도달 온도는 레이저 광이 조사되었을 때의 순간적인 막 표면 온도이다.The inventors use an GaN semiconductor laser (oscillation wavelength 405 nm) to perform laser annealing on an amorphous silicon film by changing the amount of emitted light from the laser head under conditions of a relative scanning speed of 0.01 m / s or more. It was about 1700 degreeC when the surface arrival temperature of the laser beam required for lateral crystal growth was calculated | required by SEM and TEM whether the lateral crystal actually grows in a part. In addition, it was found from the actual experiment that partial peeling of the film may occur due to ablation when the surface reach temperature of the laser light is about 2200 ° C. or more. That is, in order to lateral crystallize the granular crystal part and the amorphous part, it is preferable that the surface arrival temperature of the laser light in these parts is about 1700-2200 degreeC. The surface attainment temperature of the laser light is the instantaneous film surface temperature when the laser light is irradiated.
표면 도달 온도는 실리콘 막에 입사되는 광량(이 광량은 레이저 헤드로부터의 출사광량으로부터 레이저 어닐 장치에 갖추어진 각종 광학계를 투과하는 동안에 생기는 광량 손실, 및 막 표면에 있어서의 프레넬 반사에 의한 광량 손실을 빼서 구해진다.), 및 실리콘 막의 흡수율로부터 이론적으로 구해진다.The surface attainment temperature is the amount of light incident on the silicon film (the amount of light is lost from the amount of light emitted from the laser head while passing through various optical systems provided in the laser annealing device, and the amount of light due to Fresnel reflection on the film surface). And theoretically obtained from the water absorption of the silicon film.
레이저 광의 표면 도달 온도를 원하는 온도로 하기 위해서 필요한 조사 에너지는 하기 식으로 개념적으로 표시된다. 또한, 각 에너지는 시간 변화 및 온도 변 화되기 때문에 단순하게는 표기할 수 없지만, 여기서는 개념적으로 나타내고 있다. 식 중 융해 에너지(E2)는 융점에서 필요한 에너지이다.The irradiation energy required to bring the surface attainment temperature of the laser light to a desired temperature is conceptually represented by the following equation. In addition, each energy is not simply expressed because it changes with time and temperature, but is conceptually shown here. The melting energy (E2) is the energy required at the melting point.
(조사 에너지(E1)) = (융해 에너지(E2)) + (원하는 온도로 상승시키기 위해서 필요한 에너지(E3)) + (방열 에너지(E4))(Irradiation energy (E1)) = (melting energy (E2)) + (energy required to raise to the desired temperature (E3)) + (heat dissipation energy (E4))
참고를 위해 1㎛×1㎛×50㎚의 직육면체를 가열했을 때의 단열 모델에서의 계산예를 나타낸다. 여기서는 원하는 온도가 1400℃의 조건에서 계산되어 있다.For reference, a calculation example in the adiabatic model when the rectangular parallelepiped of 1 μm × 1 μm × 50 nm is heated is shown. The desired temperature is calculated here on the conditions of 1400 degreeC.
1㎛×1㎛×50㎚의 체적 중에 함유되는 Si를 융해시키기 위해서 필요한 융해 에너지(E2)는 이하와 같이 산출된다.The melting energy (E2) required for melting the Si contained in the volume of 1 μm × 1 μm × 50 nm is calculated as follows.
E2 = (단위 융해 에너지) × (1㎛×1㎛×50㎚의 체적 중에 함유되는 Si의 몰수) = 46×1O3×((2.32g/㎤) × (1O-6×10-6×5O×1O-9㎥)/28)=1.9×10-10JE2 = (unit melting energy) x (number of moles of Si contained in a volume of 1 µm × 1 µm × 50 nm) = 46 × 10 3 × ((2.32 g / cm 3) × (10 −6 × 10 −6 × 5 O) × 10 -9 m3) / 28) = 1.9 × 10 -10 J
1㎛×1㎛×50㎚의 체적 중에 함유되는 Si를 원하는 온도(이 계산예에서는 1400℃=융점)로 상승시키기 위해서 필요한 에너지(E3)는 이하와 같이 산출된다.The energy (E3) required in order to raise Si contained in the volume of 1 micrometer x 1 micrometer x 50 nm to desired temperature (1400 degreeC = melting | fusing point in this calculation example) is computed as follows.
E3 = (비열) × (1㎛×1㎛×50㎚의 체적 중에 함유되는 Si의 질량) × (원하는 온도) = 770J/㎏K×(2.32g/㎤×(10-6×10-6×50×10-9㎥))×1400℃ = 1.3×10-10JE3 = (specific heat) × (mass of Si contained in a volume of 1 µm × 1 µm × 50 nm) × (desired temperature) = 770 J / kgK × (2.32 g /
레이저 광의 표면 도달 온도가 2200℃로 되는 흡수 광 에너지에 대한 에너지 비와, 레이저 광의 표면 도달 온도의 관계를 도 6에 나타낸다. 비결정 실리콘은 약 1200℃ 이상에서 융해되지만, 이 도면에서는 래터럴 결정 및 입상 결정이 융해되지 않는 표면 도달 온도 약 1400℃ 이하의 영역을 「비융해」로서 나타내고 있다. 또한, 래터럴 결정이 성장하는 레이저 광의 표면 도달 온도 약 1700~2200℃의 영역, 및 어블레이션에 의해 막의 부분적인 박리가 생기는 레이저 광의 표면 도달 온도 약 2200℃ 이상의 영역을 나타내고 있다.6 shows the relationship between the energy ratio with respect to the absorbed light energy at which the surface reach temperature of the laser light becomes 2200 ° C. and the surface reach temperature of the laser light. Although amorphous silicon melts at about 1200 degreeC or more, in this figure, the area | region below about surface temperature of about 1400 degreeC in which lateral crystal and a grain crystal do not melt is shown as "non-fusion". Moreover, the area | region of about 1700-2200 degreeC of the surface arrival temperature of the laser beam in which a lateral crystal grows, and the area | region which is about 2200 degreeC or more of the surface arrival temperature of the laser beam which partial peeling of a film | membrane generate | occur | produces by ablation.
피 어닐 반도체 막(20)에 균일한 광 에너지 분포의 광을 조사한 경우, 결정 상태에 따라서 흡수되는 광 에너지량은 변화되므로 각 결정 상태에 있어서의 레이저 광의 표면 도달 온도가 변화된다. 도 6에는 레이저 광의 표면 도달 온도가 2200℃로 되는 흡수 광 에너지에 대한 에너지 비가 0.82 이상의 조건에서 래터럴 결정 성장이 가능하고, 동 에너지 비가 0.70 이하의 조건에서는 입상 결정이 융해되지 않는 것이 나타내어져 있다.When light of uniform light energy distribution is irradiated to the annealed
입상 결정 부분 및 비결정 부분을 융해시켜서 래터럴 결정화할 수 있고, 또한 이미 생성된 래터럴 결정 부분은 융해되지 않기 위해서는 입상 결정 부분 및 비결정 부분에 대해서는 레이저 광의 표면 도달 온도가 약 1700~2200℃로 되는 흡수 광 에너지를 주고, 래터럴 결정 부분에 대해서는 레이저 광의 표면 도달 온도가 약 1400℃ 이하로 되는 흡수 광 에너지를 주면 된다. 즉, 피 어닐 반도체 막이 비결정 실리콘 막인 경우에는 하기 식(3) 및 (4)을 충족하는 조건에서 레이저 어닐을 실시하면 된다.Absorption light in which the surface attainment temperature of the laser light is about 1700-2200 ° C for the granular crystal part and the amorphous part so that the granular crystal part and the amorphous part can be melted to form lateral crystallization and the already generated lateral crystal part is not fused. Energy is given to the lateral crystal portion, and the absorbed light energy at which the surface reach temperature of the laser light is about 1400 ° C. or less may be given. That is, when the annealed semiconductor film is an amorphous silicon film, laser annealing may be performed under the conditions satisfying the following formulas (3) and (4).
0.82 ≤ EP/EA ≤ 1.0 …(3), 0.82? EP / EA? (3),
EL/EA ≤ 0.70 …(4)EL / EA? 0.70... (4)
(식(3) 및 (4) 중, (In formulas (3) and (4),
EA는 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지, EA is the absorbed light energy per unit area of laser light in the amorphous portion,
EP는 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지EP is the absorbed light energy per unit area of laser light in the granular crystal part.
EL은 래터럴 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지를 각각 나타낸다.)EL represents absorbed light energy per unit area of laser light in the lateral crystal part.)
입상 결정 부분 및 비결정 부분이 래터럴 결정화되고, 래터럴 결정이 융해되지 않는 레이저 어닐을 안정적으로 실시하기 위해서는 하기 식(3A) 및 (4)을 충족하는 조건에서 레이저 어닐을 실시하는 것이 보다 바람직하다.In order to stably perform laser annealing in which the granular crystal part and the amorphous part are lateral crystallized and the lateral crystal is not fused, it is more preferable to perform laser annealing under the conditions satisfying the following formulas (3A) and (4).
0.85 ≤ EP/EA ≤ 1.0 …(3A), 0.85 ≦ EP / EA ≦ 1.0... (3A),
EL/EA ≤ 0.70 …(4)EL / EA? 0.70... (4)
입상 결정 부분 및 비결정 부분을 래터럴 결정화하기 위해서는 이들 부분에 있어서의 레이저 광의 표면 도달 온도가 약 1700~2200℃인 것이 필요한 것을 서술하였다. 본 발명자가 상기 표면 도달 온도의 범위 내에서 조건을 바꾸어 레이저 어닐을 행한 결과, 입상 결정 부분에서는 상기 범위 내에서도 비교적 낮은 표면 도달 온도 조건에 있어서 입상 결정이 핵심으로 되어 레이저 광의 주 상대 주사 방향에 대하여 비평행 방향(예컨대 레이저 광의 주 상대 주사 방향에 대하여 5~45°의 각도 방향)으로 래터럴 결정이 성장하려고 하고, 또한, 동시에 주 상대 주사 방향으로 정렬되도록 래터럴 결정이 성장하고자 하는 것이므로 만곡한 래터럴 결정이 생성되는 일이 있었다. TFT의 소자 특성의 편차를 억제하기 위해서는 막의 대략 전체면에서 래터럴 결정 방향이 대략 정렬되어 있는 것이 바람직하다.In order to lateral crystallize the granular crystal part and the amorphous part, it has been described that the surface attainment temperature of the laser light in these parts needs to be about 1700-2200 ° C. As a result of performing the laser annealing by changing the conditions within the range of the said surface reach | attainment temperature, this inventor has made granular crystals become the core in comparatively low surface arrival temperature conditions within the said range, and critiques about the main relative scanning direction of a laser beam. The curved lateral crystals are intended to grow in the row direction (for example, an angular direction of 5 to 45 ° with respect to the main relative scanning direction of the laser light), and the lateral crystals are intended to grow so that they are aligned at the same time in the main relative scanning direction. It was produced. In order to suppress the variation in the device characteristics of the TFT, it is preferable that the lateral crystal directions are substantially aligned in approximately the entire surface of the film.
본 발명자는 입상 결정 부분 및 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 표면 도달 온도가 약 2000±200℃로 되는 조건에서 레이저 어닐을 행함으로써 입상 결정이 순간적으로 융해되어 입상 결정을 핵심으로 하는 래터럴 결정 성장이 억제되어 막의 대략 전체면에서 래터럴 결정 방향을 정렬시킬 수 있는 것을 찾아냈다. 본 발명자는 이러한 조건에서 레이저 어닐을 행함으로써 막의 대략 전체면에서 레이저 광의 주 상대 주사 방향과 래터럴 결정 성장 방향이 이루는 각도를 5° 이하로 정렬할 수 있는 것을 찾아내었다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This inventor melt | dissolves a granular crystal instantaneously by performing laser annealing on the conditions that the surface reach | attainment temperature of the laser beam in a granular crystal part and an amorphous part will be about 2000 +/- 200 degreeC, and the lateral crystal growth which makes a granular crystal the core is suppressed. It was found that the orientation of the lateral crystals could be aligned in approximately the entire surface of the film. The present inventors have found that by performing laser annealing under such conditions, the angle formed between the main relative scanning direction of the laser light and the lateral crystal growth direction can be aligned to 5 ° or less in approximately the entire surface of the film.
도 7에 레이저 광의 상대 주사 속도에 대하여 비결정 부분에 있어서의 표면 도달 온도가 약 2000±200℃로 되는 흡수 파워 밀도의 범위를 나타낸다. 이 도면에 나타내어지는 바와 같이, 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수 파워 밀도(P)(MW/㎠)와 레이저 광의 상대 주사 속도(v)(m/s)가 하기 식(5)을 충족하는 조건에서 레이저 어닐을 실시하는 것이 바람직하다.Fig. 7 shows a range of absorption power density at which the surface attainment temperature in the amorphous portion is about 2000 ± 200 ° C. with respect to the relative scanning speed of the laser light. As shown in this figure, the conditions under which the absorption power density P (MW / cm 2) of the laser light and the relative scanning speed v (m / s) of the laser light in the amorphous portion satisfy the following formula (5). It is preferable to perform laser annealing at.
0.44v0.34143 ≤ P ≤ 0.56v0.34143 …(5)0.44v 0.34143 ? P? 0.56v 0.34143 ... (5)
종래, SOI의 분야에 있어서의 연구에 있어서 1㎝/s 이하의 Si의 결정 성장 속도가 하기 식으로 표시되는 것이 보고되어 있다. V=V0 ×exp(-Ea/kT)Conventionally, in the research in the field of SOI, it is reported that the crystal growth rate of Si of 1 cm / s or less is represented by the following formula. V = V0 × exp (-Ea / kT)
(식 중 V는 a-Si로부터 Poly-Si로의 고상(固相) 성장 속도(㎝/s)이다. k는 볼츠만 정수이다. T는 어닐 온도(K)이다. V0은 계수이며, V0=2.3~3.1×108㎝/s이다. Ea는 활성화 에너지(=c-S1 중에서의 중공 형성 에너지와 같은)이며, Ea=2.68~2.71eV이다.)Where V is the solid phase growth rate (cm / s) from a-Si to Poly-Si. K is the Boltzmann constant. T is the annealing temperature (K). V0 is the coefficient and V0 = 2.3 ~ 3.1 x 10 8 cm / s Ea is the activation energy (same as the hollow formation energy in = c-S1), and Ea = 2.68-2.71 eV.)
본 발명자는 본 발명의 레이저 어닐에 있어서의 래터럴 결정 성장 속도도 상기 관계식으로 표시되는 것을 확인하였다. 앞에 서술한 바와 같이, 비결정 부분에 있어서의 어닐 온도는 약 2200℃가 상한이므로, 래터럴 결정 성장 속도의 상한은 8m/s로 된다.The present inventors confirmed that the lateral crystal growth rate in the laser annealing of the present invention is also represented by the above relational expression. As mentioned above, since annealing temperature in an amorphous part is about 2200 degreeC an upper limit, the upper limit of a lateral crystal growth rate becomes 8 m / s.
도 4를 참조하여 350㎚ 이상의 파장 영역에서는 래터럴 결정과 입상 결정 사이에 흡수 특성에 큰 차가 있는 것을 서술했다. 도 4에는, 350㎚ 이상의 파장 영역에서는 입상 결정과 비결정 사이에도 흡수 특성에 차가 있는 것이 나타내어져 있다. 따라서, 모두 융해시키고 싶은 입상 결정 부분과 비결정 부분에 동일 조건에서 레이저 광을 조사한 경우, 결정 상태에 따라서 흡수되는 광 에너지량은 변화되므로 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 표면 도달 온도가 변화된다. 이 형태를 도 8에 나타낸다.Referring to FIG. 4, there was described a large difference in absorption characteristics between the lateral crystal and the granular crystal in the wavelength region of 350 nm or more. 4 shows that there is a difference in absorption characteristics between the granular crystal and the amorphous in the wavelength region of 350 nm or more. Therefore, when the laser light is irradiated to the granular crystal part and the amorphous part to be melted under the same conditions, the amount of light energy absorbed varies depending on the crystal state, so that the temperature at which the surface of the laser light is reached in the granular crystal part and the amorphous part is changed. do. This form is shown in FIG.
도 8은 래터럴 결정 부분, 입상 결정 부분, 및 비결정 부분에 대하여 동일 조사 조건에서 405㎚의 레이저 광을 조사하고, 입상 결정 부분 및 비결정 부분의 표면 도달 온도가 약 1700~2200℃로 되고, 또한, 래터럴 결정 부분의 표면 도달 온도가 약 1400℃ 이하로 되도록 레이저 어닐을 행했을 때의,8 is irradiated with laser light of 405 nm to the lateral crystal part, the granular crystal part, and the amorphous part under the same irradiation conditions, and the surface attainment temperature of the granular crystal part and the amorphous part is about 1700 to 2200 ° C. When the laser annealing is carried out so that the surface attainment temperature of the lateral crystal part becomes about 1400 degrees C or less,
비결정 부분, 입상 결정 부분, 및 래터럴 결정 부분에 있어서의 흡수율 분포, 막면 상의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도의 분포, 레이저 광의 단위면적당의 흡수 에너지의 분포, 및 온도 분포의 이미지 도면이다.It is an image figure of the absorption distribution in the amorphous part, the granular crystal part, and the lateral crystal part, distribution of the laser light irradiation intensity per unit area on a film surface, distribution of the absorption energy per unit area of laser light, and temperature distribution.
이 도면에서는 레이저 광의 표면 도달 온도가 아니라 막의 온도 분포를 나타내고 있다. 이 도면에는 레이저 어닐을 실시하고 있는 중의 피 어닐 반도체 막의 표면과, 그 표면에 있어서의 레이저 빔 위치 및 레이저 빔의 상대 주사 방향을 나타내고 있다.In this figure, the temperature distribution of the film is shown, not the surface attainment temperature of the laser light. This figure shows the surface of the film to be annealed during laser annealing, the position of the laser beam on the surface, and the relative scanning direction of the laser beam.
비결정 부분, 입상 결정 부분, 및 래터럴 결정 부분에 있어서의 막면의 레이 저 광의 조사 광 강도 분포는 균일하지만, 각각의 흡수율이 다르므로, 각 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지가 다르다.Although the irradiation light intensity distribution of the laser light of the film surface in an amorphous part, a granular crystal part, and a lateral crystal part is uniform, since each absorption rate differs, the absorption light energy per unit area of the laser light in each part differs.
상기 조건에서는 입상 결정 부분 및 비결정 부분은 융해되는 온도로 되지만, 일단 생성된 래터럴 결정 부분은 거듭해서 레이저 광을 조사해도 재융해되지 않는 온도로 억제되어 있다.Under the above conditions, the granular crystal portion and the amorphous portion become a temperature at which they melt, but the generated lateral crystal portion is suppressed to a temperature which does not re-melt even after being irradiated with laser light.
여기서, 모두 융해시키는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 착안하면, 이들 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율에는 약간의 차가 있으므로, 동일한 레이저 광 조사 조건에서는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지에 약간의 차가 생긴다. 그 결과, 입상 결정 부분과 비결정 부분 사이에 약간의 온도차가 생긴다. 또한, 입상 결정 부분과 비결정 부분의 경계 및 그 근방에는 이 온도차에 기인하는 온도 구배가 생긴다. Here, when the attention is paid to the granular crystal part and the amorphous part which are all melted, there is a slight difference in the absorption rate of the laser light in these parts. Therefore, the absorbed light energy per unit area in the granular crystal part and the amorphous part is the same under the same laser light irradiation conditions. There is some tea in it. As a result, a slight temperature difference occurs between the granular crystal part and the amorphous part. Moreover, the temperature gradient resulting from this temperature difference arises in the boundary of the granular crystal part and an amorphous part, and its vicinity.
입상 결정 부분과 비결정 부분의 온도차는 래터럴 결정 부분과 입상 결정 부분의 온도차에 비교하면 훨씬 작다. 그러나, 입상 결정 부분과 비결정 부분 사이의 온도 구배(이 온도 구배는 y방향(부 상대 주사 방향)의 온도 구배이다.)가 횡방향(x방향, 주 상대 주사 방향)의 래터럴 결정 성장에 약간의 영향을 끼칠 우려가 있다. 입상 결정 부분과 비결정 부분 사이에 온도 구배가 없는 쪽이 막 전체면에 보다 균일하게 래터럴 결정을 성장시킬 수 있어 바람직하다.The temperature difference between the granular crystal part and the amorphous crystal part is much smaller than the temperature difference between the lateral crystal part and the granular crystal part. However, the temperature gradient between the granular crystal portion and the amorphous portion (this temperature gradient is a temperature gradient in the y direction (negative relative scanning direction)) is slightly lower in lateral crystal growth in the transverse direction (x direction, main relative scanning direction). There is a risk of influence. The absence of a temperature gradient between the granular crystal part and the amorphous part is preferable because the lateral crystals can be grown more uniformly on the entire surface of the film.
그래서, 본 발명에서는 하기 식(1), 바람직하게는 하기 식(1A)을 충족하도록 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건을 비결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건과는 바꾸어서 레이저 어닐을 실시한다.Therefore, in the present invention, the laser annealing is performed by changing the laser light irradiation conditions in the granular crystal portion from the laser light irradiation conditions in the amorphous portion so as to satisfy the following formula (1), preferably the following formula (1A). .
|EA-EP| < |EA-EPs| …(1), EA-EP | <| EA-EPs |. (One),
EP ≒ EA …(1A)EP ≒ EA. (1A)
(식(1) 및 (1A) 중, (In formulas (1) and (1A),
EA는 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지,EA is the absorbed light energy per unit area of laser light in the amorphous portion,
EPs는 비결정 부분과 동일한 레이저 광 조사 조건에서 레이저 광을 조사했을 때의 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지, EPs is the absorbed light energy per unit area of the laser light in the granular crystal part when the laser light is irradiated under the same laser light irradiation conditions as the amorphous part,
EP는 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 실제의 흡수 광 에너지를 각각 나타낸다.)EP represents the actual absorbed light energy per unit area of laser light in the granular crystal part, respectively.)
즉, 본 발명에서는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건을 바꾸어서 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지의 차가 작아지도록 레이저 어닐을 실시한다. 이러한 구성에서는 입상 결정 부분과 비결정 부분을 동일한 레이저 광 조사 조건에서 처리하는 경우에 비해서 입상 결정 부분과 비결정 부분 사이의 온도 구배를 작게 하여 막 전체면에 보다 균일하게 래터럴 결정을 성장시킬 수 있다.That is, in the present invention, laser annealing is performed such that the difference in absorption light energy per unit area between the granular crystal portion and the amorphous portion is reduced by changing the laser light irradiation conditions in the granular crystal portion and the amorphous portion. In such a configuration, the lateral crystals can be grown more uniformly on the entire surface of the film by reducing the temperature gradient between the granular crystal portions and the amorphous portions as compared with the case where the granular crystal portions and the amorphous portions are treated under the same laser light irradiation conditions.
래터럴 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 조사 광 에너지(IL)는 하기 식(2A) 또는 (2B)을 충족하는 것이 바람직하다.The irradiation light energy IL per unit area of laser light in the lateral crystal portion preferably satisfies the following formula (2A) or (2B).
IL ≒ IA …(2A), IL ≒ IA. (2A),
IL < IA …(2B)IL <IA. (2B)
(식(2A) 및 (2B) 중, (In formulas (2A) and (2B),
IA는 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 조사 광 에너지, IA is the irradiation light energy per unit area of laser light in the amorphous portion,
IL은 래터럴 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 조사 광 에너지를 나타낸다.)IL represents the irradiation light energy per unit area of laser light in the lateral crystal part.)
입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 바꾸는 레이저 광 조사 조건으로서는 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 들 수 있다.As laser beam irradiation conditions which change in a granular crystal part and an amorphous part, the laser beam irradiation intensity per unit area is mentioned.
도 4로부터 입상 결정 부분과 비결정 부분의 흡수율의 차를 알 수 있으므로, 이 흡수율 차에 따라 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 조금 올려서 IP > IA의 관계를 충족하도록 하면 된다. 여기서, IA는 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 조사 광 에너지, IP는 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 조사 광 에너지이다.Since the difference in absorption between the granular crystal portion and the amorphous portion can be seen from FIG. 4, the laser light irradiation intensity per unit area in the granular crystal portion may be slightly increased to satisfy the relationship of IP> IA according to the difference in absorption ratio. Here, IA is irradiation light energy per unit area of laser light in the amorphous portion, and IP is irradiation light energy per unit area of laser light in the granular crystal portion.
예컨대, 비결정 부분의 흡수율:입상 결정 부분의 흡수율 = 100:90의 조건, 즉 입상 결정 부분의 흡수율이 비결정 부분의 흡수율보다 10% 낮은 조건이면, 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도의 10% 분량 올리면 EP ≒ EA …(1A)를 충족시킬 수 있다.For example, if the absorption rate of the amorphous portion: the absorption rate of the granular crystal portion = 100: 90, that is, if the absorption rate of the granular crystal portion is 10% lower than that of the amorphous portion, the laser light irradiation intensity per unit area in the granular crystal portion Is increased by 10% of the laser light irradiation intensity per unit area in the amorphous portion, the EP ≒ EA. (1A) can be satisfied.
도 9는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 바꾸어서 EP ≒ EA …(1A)를 충족하도록 했을 때의 이미지 도면이다. 이 예는, 래터럴 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도는 대략 동일하게 하여 IL≒IA로 했을 때의 예이다.Fig. 9 shows the change in the laser light irradiation intensity per unit area in the granular crystal part and the amorphous part. It is an image figure at the time of satisfying (1A). This example is an example where the laser light irradiation intensity per unit area in the lateral crystal part and the amorphous part is set to be substantially equal to IL # IA.
여기서는 입상 결정 부분의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도보다 조금 올려서 상기 식(1A)을 충족시키고 있지만, 반대로 비결정 부분측의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 조금 내리는 구성으로 하여도 상기 식(1A)을 충족시킬 수 있다. 단, 광량의 유효 이용 등을 고려하면 입상 결정 부분측의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 조금 올리는 구성쪽이 바람직하다.Here, the laser light irradiation intensity per unit area of the granular crystal part is slightly higher than the laser light irradiation intensity per unit area in the amorphous part to satisfy the above formula (1A). On the contrary, the laser light irradiation intensity per unit area on the amorphous part side. The above formula (1A) can be satisfied even if the configuration is reduced a little. However, in consideration of the effective use of the amount of light and the like, a configuration in which the laser light irradiation intensity per unit area on the granular crystal portion side is slightly increased is preferable.
도 10은, 마찬가지로, 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 바꾸어서 EP ≒ EA …(1A)를 충족하도록 했을 때의 이미지 도면이다. 이 예는, 래터럴 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도도 바꾸어서 IL < IA로 했을 때의 예이다.Similarly, the laser light irradiation intensity per unit area in the granular crystal portion and the amorphous portion is changed, and EP ≒ EA. It is an image figure at the time of satisfying (1A). This example is an example in which the laser light irradiation intensity per unit area in the lateral crystal portion is also changed to IL < IA.
입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 바꾸는 레이저 광 조사 조건은 단위면적당의 레이저 광 조사 강도 및 단위면적당의 레이저 광 조사 시간이어도 된다. 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간은 상기 부분에 있어서의 레이저 빔의 주 상대 주사 방향의 폭을 굵게 함으로써 비결정 부분 및 래터럴 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간보다 길게 할 수 있다.The laser light irradiation conditions to be changed in the granular crystal part and the amorphous part may be laser light irradiation intensity per unit area and laser light irradiation time per unit area. The laser light irradiation time per unit area in the granular crystal part is made longer than the laser light irradiation time per unit area in the amorphous part and lateral crystal part by making the width of the main relative scanning direction of the laser beam in the said part larger. Can be.
도 11은 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도 및 단위면적당의 조사 시간을 바꾸어서 EP ≒ EA …(1A)를 충족하도록 했을 때의 이미지 도면이다. 이 예는 래터럴 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도도 바꾸어서 IL < IA로 했을 때의 예이다. IL ≒ IA이어도 된다.Fig. 11 shows the change in the laser light irradiation intensity per unit area and irradiation time per unit area in the granular crystal part and the amorphous part, and the EP ≒ EA. It is an image figure at the time of satisfying (1A). This example is an example in which the laser light irradiation intensity per unit area in the lateral crystal portion is also changed to IL < IA. IL X IA may be sufficient.
입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 바꾸는 레이저 광 조사 조건은 단위면적당의 레이저 광 조사 시간이어도 된다. 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당 의 레이저 광 조사 시간은 상기 부분에 있어서의 레이저 빔의 주 상대 주사 방향의 폭을 굵게 함으로써 비결정 부분 및 래터럴 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간보다 길게 할 수 있다.The laser light irradiation conditions to be changed in the granular crystal portion and the amorphous portion may be laser light irradiation time per unit area. The laser light irradiation time per unit area in the granular crystal part is made longer than the laser light irradiation time per unit area in the amorphous part and lateral crystal part by making the width of the main relative scanning direction of the laser beam in the said part larger. Can be.
이러한 구성에 있어서, 상기 (2A) 또는 (2B)를 충족하는 단위면적당의 조사 광 에너지로 하기 위해서는, 래터럴 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광의 조사 시간은 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간과 동등 이하로 하는 것이 바람직하다.In such a configuration, in order to set the irradiation light energy per unit area satisfying the above (2A) or (2B), the irradiation time of the laser light per unit area in the lateral crystal portion is the laser light per unit area in the amorphous portion. It is preferable to make it equal to or less than irradiation time.
레이저 광 조사 조건으로서 레이저 광 조사 강도를 변화시킨 경우와 마찬가지로, 도 4로부터 판독되는 흡수율 차에 따라 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 길게 하면 된다.Similarly to the case where the laser light irradiation intensity is changed as the laser light irradiation condition, the laser light irradiation time per unit area in the granular crystal part may be lengthened in accordance with the difference in absorbance read from FIG. 4.
레이저 광을 상대 주사해서 레이저 어닐을 행하는 경우에는 레이저 광(L)의 빔 패턴에 의해 각 결정 영역의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 조정할 수 있다. 상기와 같이, 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 시간을 비결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 시간보다 길게 하여 레이저 어닐을 실시하기 위해서는, 레이저 광(L)의 빔 패턴을 래터럴 결정의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역에 대하여 동시에 조사할 수 있고, 또한, 비결정 부분의 상대 주사 방향의 총 조사 폭(Da)에 비해서 입상 결정 부분의 상대 주사 방향의 총 조사 폭(Dp)이 넓은 빔 패턴으로 하는 것이 바람직하다(도 12(a) 및 (b) 참조).When performing laser annealing by carrying out the relative scan of the laser light, the laser light irradiation time per unit area of each crystal region can be adjusted by the beam pattern of the laser light L. FIG. As described above, in order to perform laser annealing by making the laser light irradiation time in the granular crystal portion longer than the laser light irradiation time in the amorphous portion, the beam pattern of the laser light L is generated outside the lateral crystal. Irradiation of the granular crystal portion can be simultaneously irradiated with respect to a region including at least a portion of the granular crystal and at least a portion of the non-crystallized remaining crystallization, and also compared with the total irradiation width Da in the relative scanning direction of the amorphous portion. It is preferable that the total radiation width Dp in the direction is a wide beam pattern (see Figs. 12 (a) and (b)).
상기와 같은 빔 패턴으로 하기 위해서는, 레이저 광(L)으로서, 래터럴 결정 의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역에 대하여 동시에 조사할 수 있고, 또한, 레이저 광(L)의 상대 주사 방향으로 바라봐서 전단측 및 후단측이 레이저 광(L)의 상대 주사 방향에 대하여 대략 수직이며 대략 직선형상인 제 1 빔 패턴(Lp1)과, 레이저 광의 상대 주사 방향으로 바라봐서 제 1 빔 패턴(Lp1) 앞측에 위치하고, 입상 결정 부분을 조사할 수 있는 제 2 빔 패턴(Lp2)을 맞춘 형상의 빔 패턴을 갖고, 적어도 제 1 빔 패턴(Lp1) 부분의 조사 에너지 분포가 대략 균일한 레이저 광(L)을 이용하는 것이 바람직하다.In order to achieve the above-described beam pattern, the laser light L can be irradiated simultaneously with a region including at least a portion of the granular crystals generated outside the lateral crystals and at least a portion of the non-crystallized amorphous crystals, In addition, the relative scanning direction of the laser beam L and the first beam pattern Lp1 and the laser beam L are substantially perpendicular and substantially linear with respect to the relative scanning direction of the laser light L as viewed in the relative scanning direction. Irradiating at least the first beam pattern Lp1 portion having a beam pattern that is positioned in front of the first beam pattern Lp1 and viewed in the direction and is aligned with the second beam pattern Lp2 capable of irradiating the granular crystal portion. It is preferable to use the laser light L whose energy distribution is substantially uniform.
도면에 나타내는 바와 같이, 제 2 빔 패턴(Lp2)은 입상 결정 부분만을 조사할 수 있는 패턴인 것이 바람직하다. 단, 제 2 빔 패턴(Lp2)은 입상 결정 부분과 비결정 부분 사이의 온도 구배의 개선 효과가 얻어지는 범위 내에서 입상 결정 부분뿐만 아니라 그 주위에 대해서 조사할 수 있는 패턴이여도 상관 없다.As shown in the figure, the second beam pattern Lp2 is preferably a pattern capable of irradiating only the granular crystal portions. However, the second beam pattern Lp2 may be a pattern capable of irradiating not only the granular crystal part but also its surroundings within a range where an effect of improving the temperature gradient between the granular crystal part and the amorphous part is obtained.
상기 구성에서는 우선 제 2 빔 패턴(Lp2)에 의해서만 입상 결정 부분이 먼저 어닐되고, 다음으로 조사 에너지 분포 및 빔 폭이 대략 균일하고, 또한 후단측이 상대 주사 방향에 대하여 대략 수직인 직선인 제 1 빔 패턴(Lp1)에 의해 동시에 조사되는 영역 전체가 어닐되므로, 어느 결정 영역에 있어서도 레이저 광 조사 종료 때를 대략 동일하게 할 수 있다. 레이저 광 조사 종료 때가 영역마다 다르면 조사 종료와 대략 동시에 시작되는 냉각에 의해 그 양측의 영역의 어닐로 적지 않게 영향을 미친다. 보다 양질 또한 균일한 래터럴 결정을 얻기 위해서는 상기와 같이 레이저 광 조사 영역에 있어서 동시에 레이저 광 조사가 종료되는 것이 바람직하다.In the above configuration, first, the granular crystal part is annealed first only by the second beam pattern Lp2, and then, first, the irradiation energy distribution and the beam width are substantially uniform, and the rear end side is a straight line which is substantially perpendicular to the relative scanning direction. Since the whole area irradiated simultaneously by the beam pattern Lp1 is annealed, the end of laser light irradiation can be made substantially the same in any crystal region. When the end time of laser light irradiation differs from region to region, the annealing of the regions on both sides is considerably affected by the cooling which starts approximately at the same time as the end of irradiation. In order to obtain a better and more uniform lateral crystal, as described above, it is preferable that the laser light irradiation is terminated at the same time.
상기 빔 패턴에 있어서, 도 12(a) 및 (b)에 나타내어지는 바와 같이, 제 1 빔 패턴(Lp1)과 제 2 빔 패턴(Lp2)은 접하고 있어도 이간되어 있어도 되지만, 이간되어 있는 부분이 통과하는 동안에는 적지 않게 냉각되게 되므로 이간 거리는 짧은 쪽이 좋고, 따라서 제 1 빔 패턴(Lp1)과 제 2 빔 패턴(Lp2)은 접하게 하여 맞춘 형상인 것이 바람직하다(도 12(a)).In the beam pattern, as shown in FIGS. 12A and 12B, the first beam pattern Lp1 and the second beam pattern Lp2 may be in contact with each other or may be spaced apart from each other. During this time, the cooling distance is not so small, so the distance between them is shorter. Therefore, the first beam pattern Lp1 and the second beam pattern Lp2 are preferably in contact with each other (Fig. 12 (a)).
도 13은 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 도 12(a)에 나타내어지는 바와 같은 레이저 빔 패턴에 의해 조정하고, EP ≒ EA …(1A)를 충족하도록 했을 때의 이미지 도면이다. 이 예는 래터럴 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간은 대략 동일하게 하여 IL≒IA로 했을 때의 예이다.FIG. 13 shows the laser light irradiation time per unit area in the granular crystal part and the amorphous part by means of a laser beam pattern as shown in FIG. It is an image figure at the time of satisfying (1A). This example is an example where the laser light irradiation time per unit area in the lateral crystal part and the amorphous part is set to be substantially equal to IL # IA.
여기서는 입상 결정 부분의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간보다 조금 길게 함으로써 상기 식(1A)을 충족시키고 있지만, 반대로 비결정 부분측의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 조금 짧게 하는 구성으로 하여도 상기 식(1A)을 충족시킬 수 있다. 단, 비결정 부분측의 레이저 광 조사 시간을 지나치게 짧게 하면 비결정 부분이 래터럴 결정화되는데에 충분한 광 흡수 에너지가 얻어지지 않게 되기 때문에, 입상 결정 부분측의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 조금 길게 하는 구성쪽이 바람직하다.Here, the above formula (1A) is satisfied by making the laser light irradiation time per unit area of the granular crystal part slightly longer than the laser light irradiation time per unit area in the amorphous part, but on the contrary, laser light irradiation per unit area on the amorphous part side Even if it is set as the structure which makes time short, the said Formula (1A) can be satisfied. However, if the laser light irradiation time on the amorphous portion side is too short, light absorption energy sufficient for lateral crystallization of the amorphous portion is not obtained, so that the laser light irradiation time per unit area on the granular crystal portion side is slightly longer. This is preferred.
도 14는 마찬가지로, 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 도 12(a)에 나타내어지는 바와 같은 레이저 빔 패턴에 의해 조정하여 EP ≒ EA …(1A)를 충족하도록 했을 때의 이미지 도면이다. 이 예는 래터럴 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간도 바꾸어서 IL < IA로 했을 때의 예이다. 단 조사하는 레이저 광으로서, 래터럴 결정 부분과 비결정 부분의 흡수율의 차의 큰 파장의 것을 선택하고, 래터럴 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 조사 시간을 동일하게 하는 쪽이 구성이 간단하며 바람직하다.Fig. 14 is similarly adjusted to the laser beam pattern as shown in Fig. 12 (a) by adjusting the laser light irradiation time per unit area in the granular crystal portion and the amorphous portion. It is an image figure at the time of satisfying (1A). This example is an example in which the laser light irradiation time per unit area in the lateral crystal part is also changed to IL < IA. As the laser light to be irradiated, it is preferable to select one having a large wavelength of the difference in the absorptivity between the lateral crystal part and the amorphous part, and to make the irradiation time per unit area in the lateral crystal part and the amorphous part equal to the simpler and preferred configuration. Do.
종래의 레이저 어닐에서는 한번에 어닐되는 피 어닐 반도체 막의 영역에 조사되는 레이저 광의 빔 패턴은 직사각형상이 일반적이므로, 입상 결정 부분의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 비결정 부분보다 길게 하기 위해서는 입상 결정 부분에만 조사할 수 있는 레이저 광에 의한 어닐 공정이 별도 필요하고, 즉 공정수도 증가된다. 상기와 같이, 본 발명에 의하면, 빔 패턴에 의해 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 바꿀 수 있고, 따라서, 공정수를 증가시키는 일 없이 입상 결정 부분의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 길게 할 수 있다.In the conventional laser annealing, since the beam pattern of the laser light irradiated to the region of the annealed semiconductor film to be annealed at once is generally rectangular, in order to make the laser light irradiation time per unit area of the granular crystal portion longer than the amorphous portion, only the granular crystal portion is irradiated. An annealing process by means of laser light is required separately, ie the number of processes is also increased. As described above, according to the present invention, the laser beam irradiation time per unit area can be changed by the beam pattern, so that the laser light irradiation time per unit area of the granular crystal portion can be lengthened without increasing the number of steps. .
입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 바꾸는 레이저 광 조사 조건은 레이저 광의 파장이어도 된다. 도 2~도 4에 나타내어지는 바와 같이, 조사되는 레이저 광의 흡수율은 파장 의존성이 크고, 어느 결정 영역에 있어서도 단파장일수록 높게 되어 있다. 즉, 본 발명에서는 입상 결정 부분에 대하여 비결정 부분에 조사하는 레이저 광의 파장보다 단파장의 레이저 광을 포함하는 단일 또는 복수의 파장의 레이저 광을 조사하고, 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지의 차가 작게 되도록 레이저 어닐을 실시한다. 이러한 구성에서는 입상 결정 부분과 비결정 부분을 동일한 레이저 광 조사 조건에서 처리하는 경우에 비하여 입상 결정 부분과 비결정 부분 사이의 온도 구배를 작게 하여 막 전체면에 보다 균일하게 래터럴 결정을 성장시킬 수 있다.The laser light irradiation conditions to be changed in the granular crystal part and the amorphous part may be the wavelength of the laser light. As shown in FIGS. 2-4, the absorption rate of the irradiated laser light is large in dependence on wavelength, and becomes shorter in shorter wavelength in any crystal region. That is, in the present invention, the granular crystal portion is irradiated with laser light having a single wavelength or a plurality of wavelengths including laser light having a shorter wavelength than the wavelength of the laser beam irradiated to the amorphous portion, and the unit crystal area per unit area in the granular crystal portion and the amorphous portion is irradiated. Laser annealing is performed so that the difference in absorbed light energy is small. In such a configuration, the lateral crystals can be grown more uniformly on the entire surface of the film by reducing the temperature gradient between the granular crystal portions and the amorphous portions as compared with the case where the granular crystal portions and the amorphous portions are treated under the same laser light irradiation conditions.
이 경우, 상기 (2A) 또는 (2B)를 충족하는 단위면적당의 조사 광 에너지로 하기 위해서는 래터럴 결정 부분에 조사하는 레이저 광의 파장은 비결정 부분에 조사하는 레이저 광의 파장과 동등 혹은 그 이상으로 하는 것이 바람직하다.In this case, in order to make the irradiation light energy per unit area satisfying the above (2A) or (2B), the wavelength of the laser light irradiated to the lateral crystal portion is preferably equal to or greater than the wavelength of the laser light irradiated to the amorphous portion. Do.
도 3으로부터 입상 결정 부분과 비결정 부분의 흡수 계수를 알 수 있다. 비결정 부분에 있어서 조사되는 레이저 광의 파장에 따라 흡수 계수가 결정되므로, 상기 식(1)을 충족하기 위해서는 입상 결정 부분의 레이저 광의 흡수 계수가 비결정 부분의 레이저 광의 흡수 계수와 대략 동일하게 되도록 입상 결정 부분에 조사하는 레이저 광의 파장을 선택하면 된다. 예컨대, 도 3에 있어서 비결정 부분에 조사되는 레이저 광의 파장이 450㎚ 부근일 경우, 입상 결정 부분에 있어서 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수 계수와 같은 흡수 계수로 되는 레이저 광의 파장은 405㎚ 부근이다. 따라서, 비결정 부분에 450㎚ 부근의 레이저 광을 조사하고, 입상 결정 부분에 405㎚ 부근의 레이저 광을 조사함으로써 EP ≒ EA ㆍㆍ(1A)를 충족시킬 수 있다. 또한, 같은 흡수 계수로 되는 파장의 광원을 선택할 수 없는 경우 등은 레이저 광의 조사 광 강도 등을 미세 조정하면 된다.The absorption coefficients of the granular crystal part and the amorphous part can be seen from FIG. 3. Since the absorption coefficient is determined according to the wavelength of the laser light irradiated in the amorphous portion, in order to satisfy the above formula (1), the granular crystal portion is such that the absorption coefficient of the laser light of the granular crystal portion is approximately equal to the absorption coefficient of the laser light of the amorphous portion. What is necessary is just to select the wavelength of the laser beam to irradiate. For example, in FIG. 3, when the wavelength of the laser light irradiated to the amorphous portion is around 450 nm, the wavelength of the laser light that is the same as the absorption coefficient of the laser light in the amorphous portion in the granular crystal portion is about 405 nm. Therefore, it is possible to satisfy EP X EA ... (1A) by irradiating the laser light in the vicinity of 450 nm to the amorphous portion and by irradiating the laser light in the vicinity of 405 nm to the granular crystal portion. In addition, when the light source of the wavelength which becomes the same absorption coefficient cannot be selected etc., what is necessary is just to fine-tune the irradiation light intensity of a laser beam, etc.
입상 결정 부분에 대하여 비결정 부분에 조사하는 레이저 광의 파장보다 단파장의 레이저 광을 포함하는 단일 또는 복수의 파장의 레이저 광을 조사해서 레이저 어닐을 실시하기 위해서는, 조사하는 레이저 빔(L)으로서, 피 어닐 반도체 막에 대하여 래터럴 결정의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역에 대하여 동시에 조사할 수 있고, 레이저 광의 상대 주사 방향으로 바라봐서 전단측 및 후단측이 상대 주사 방향에 대하여 대략 수직이며 대략 직선형상인 빔 패턴을 갖고, 입상 결정 부분을 조사하는 빔 부분에, 비결정 부분을 조사하는 빔 부분의 레이저 광의 파장보다 단파장의 레이저 광이 포함된 파장 분포 특성의 레이저 빔을 이용하는 것이 바람직하다(도 15(a) 참조). 이러한 빔 특성을 갖는 레이저 빔을 이용하면 레이저 어닐에 있어서 상대 주사의 유무에 관계 없이 입상 결정 부분에 조사하는 레이저 광의 파장을 바꿀 수 있다.In order to perform laser annealing by irradiating a laser beam of a single wavelength or a plurality of wavelengths including laser light having a shorter wavelength than that of the laser light irradiated to the amorphous portion with respect to the granular crystal portion, the laser beam L to be irradiated is used as a laser annealing. The semiconductor film can be irradiated simultaneously to a region including at least a portion of the granular crystals generated outside of the lateral crystals and at least a portion of the amorphous crystals remaining uncrystallized, and viewed in the relative scanning direction of the laser light in front and rear ends. A wavelength distribution characteristic in which the side has a beam pattern that is substantially perpendicular to the relative scanning direction and is substantially linear, and includes shorter-wavelength laser light in the beam portion that irradiates the granular crystal portion than the wavelength of the laser light of the beam portion that irradiates the amorphous portion. It is preferable to use a laser beam (see Fig. 15 (a)). By using the laser beam having such a beam characteristic, it is possible to change the wavelength of the laser light irradiated onto the granular crystal part in the laser annealing regardless of the relative scan.
또한, 상대 주사를 행하여 레이저 어닐을 실시하는 경우에는 피 어닐 반도체 막에 대하여 래터럴 결정의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역에 대하여 동시에 조사할 수 있고, 레이저 광(L)의 상대 주사 방향으로 바라봐서 전단측 및 후단측이 상대 주사 방향에 대하여 대략 수직이며 대략 직선형상인 빔 패턴을 갖고, 파장 분포가 대략 균일한 제 1 레이저 빔(Lp1)과, 레이저 광의 상대 주사 방향으로 바라봐서 제 1 레이저 빔(Lp1) 앞측에 위치하고, 입상 결정 부분을 조사할 수 있고, 제 1 레이저 빔(Lp1)보다 단파장의 제 2 레이저 빔(Lp2)을 동시에 조사하는 구성으로 해도 바람직하다. 상기 구성의 경우, 동시에 조사하는 제 1 레이저 빔(Lp1)과 제 2 레이저 빔(Lp2)은 피 어닐 반도체 막의 막면 상에 있어서 접하고 있어도 되고, 부분적으로 겹쳐져 있어도 된다(도 15(b) 및 (c) 참조).In addition, when performing laser annealing by performing relative scanning, simultaneously irradiating a region including at least a portion of granular crystals generated outside the lateral crystals and at least a portion of the amorphous crystals remaining uncrystallized with respect to the annealed semiconductor film. And a first laser beam Lp1 having a beam pattern in which the front end side and the rear end side are substantially perpendicular to the relative scanning direction and are substantially linear in the direction of the relative scanning direction of the laser light L, and whose wavelength distribution is substantially uniform. And located in front of the first laser beam Lp1 as viewed in the relative scanning direction of the laser light, and can irradiate the granular crystal part, and simultaneously irradiate the second laser beam Lp2 having a shorter wavelength than the first laser beam Lp1. It is preferable to set it as the structure to make. In the above configuration, the first laser beam Lp1 and the second laser beam Lp2 to be irradiated at the same time may be in contact with each other on the film surface of the annealed semiconductor film or may be partially overlapped (FIGS. 15B and 15C). ) Reference).
도면에 나타내는 바와 같이, 제 2 레이저 빔(Lp2)은 입상 결정 부분만을 조사할 수 있는 것이 바람직하다. 단, 제 2 레이저 빔(Lp2)은 입상 결정 부분과 비결정 부분 사이의 온도 구배의 개선 효과가 얻어지는 범위 내에서 입상 결정 부분뿐만 아니라 그 주위에 대해서 조사할 수 있는 것이어도 상과 없다.As shown in the figure, it is preferable that the second laser beam Lp2 can irradiate only the granular crystal portions. However, the second laser beam Lp2 may be irradiated with respect to not only the granular crystal part but also its surroundings within a range where an effect of improving the temperature gradient between the granular crystal part and the amorphous part is obtained.
상기 구성에서는 우선 제 1 레이저 빔(Lp1)보다 단파장의 제 2 레이저 빔(Lp2)에 의해서만 입상 결정 부분이 먼저 어닐되고, 다음으로 조사 에너지 분포 및 빔 폭이 대략 균일하고, 또한 후단측이 상대 주사 방향에 대하여 대략 수직인 직선인 제 1 레이저 빔(Lp1)에 의해 동시에 조사되는 영역 전체가 어닐되므로, 어느 결정 영역에 있어서도 레이저 광 조사 종료 때를 대략 동일하게 할 수 있다. 레이저 광 조사 종료 때가 영역마다 다르면 조사 종료와 대략 동시에 시작되는 냉각에 의해 그 양측의 영역의 어닐에 적지 않게 영향을 끼친다. 보다 양질 또한 균일한 래터럴 결정을 얻기 위해서는 상기와 같이 레이저 광 조사 영역에 있어서 동시에 레이저 광 조사가 종료되는 것이 바람직하다.In the above configuration, the granular crystal part is first annealed only by the second laser beam Lp2 having a shorter wavelength than the first laser beam Lp1, and then the irradiation energy distribution and the beam width are substantially uniform, and the rear end side is the relative scan. Since the whole area irradiated simultaneously by the first laser beam Lp1 which is a straight line substantially perpendicular to the direction is annealed, the end of laser light irradiation can be made substantially the same in any crystal region. When the end time of laser light irradiation differs from region to region, the cooling which starts approximately at the same time as the end of irradiation causes a considerable influence on the annealing of the regions on both sides. In order to obtain a better and more uniform lateral crystal, as described above, it is preferable that the laser light irradiation is terminated at the same time.
상기 구성의 레이저 빔에 있어서, 도 15(b) 및 (c)에 나타내어지는 바와 같이, 제 1 레이저 빔(Lp1)과 제 2 레이저 빔(Lp2)은 접하고 있어도 되어, 이간되어 있어도 된다. 단, 이간되어 있는 부분이 통과하는 동안은 적지 않게 냉각되게 되므로 이간 거리는 짧은 쪽이 좋고, 따라서 제 1 레이저 빔(Lp1)과 제 2 레이저 빔(Lp2)은 접하고 있는 것이 바람직하다.In the laser beam of the above configuration, as shown in FIGS. 15B and 15C, the first laser beam Lp1 and the second laser beam Lp2 may be in contact with each other or may be spaced apart from each other. However, since the part spaced apart is cooled not much, the distance between them is shorter, and therefore, it is preferable that the first laser beam Lp1 and the second laser beam Lp2 are in contact with each other.
도 16은 도 15(a)에 나타내어지는 바와 같은 레이저 빔 패턴에 의해 입상 결정 부분에, 비결정 부분에 조사되는 레이저 광의 파장보다 단파장의 파장의 레이저 광을 조사하여 EP ≒ EA …(1A)를 충족하도록 했을 때의 이미지 도면이다. 이 예는, 래터럴 결정 부분에는 레이저 광을 조사하지 않고, 비결정 부분과 입상 결정 부분에만 레이저 어닐을 실시했을 때의 예이다.Fig. 16 is a laser beam pattern as shown in Fig. 15 (a) to irradiate the granular crystal portion with laser light having a shorter wavelength than the wavelength of the laser light irradiated to the amorphous portion, whereby EP ≒ EA. It is an image figure at the time of satisfying (1A). This example is an example in which laser annealing is performed only on the amorphous portion and the granular crystal portion without irradiating the lateral crystal portion with laser light.
도 17은, 마찬가지로, 도 15(a)에 나타내어지는 바와 같은 레이저 빔 패턴에 의해 입상 결정 부분에, 비결정 부분에 조사되는 레이저 광의 파장보다 단파장의 파장의 레이저 광을 조사하여 EP ≒ EA …(1A)를 충족하도록 했을 때의 이미지 도면이다. 이 예는, 래터럴 결정 부분에도 레이저 광을 조사하고, 래터럴 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 조사되는 레이저 광의 파장을 동일하게 하여 IL≒IA로 했을 때의 예이다. 래터럴 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 조사되는 레이저 광의 파장을 바꾸어서 IL < IA로 하는 구성으로 해도 되지만, 조사하는 레이저 광으로서, 래터럴 결정 부분과 비결정 부분의 흡수율의 차가 큰 파장의 것을 선택하고, 래터럴 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 조사되는 레이저 광의 파장은 동일하게 하는 쪽이 구성이 간단하며 바람직하다.17 is similarly irradiated with a laser beam having a wavelength shorter than the wavelength of the laser light irradiated onto the granular crystal part by the laser beam pattern as shown in FIG. It is an image figure at the time of satisfying (1A). This example is an example where laser light is also irradiated to the lateral crystal part, and the wavelength of the laser light irradiated to the lateral crystal part and the amorphous part is made the same to be IL # IA. The wavelength of laser light irradiated in the lateral crystal part and the amorphous part may be changed to IL <IA, but as the laser light to be irradiated, one having a wavelength having a large difference in absorption between the lateral crystal part and the amorphous part is selected and the lateral crystal is selected. It is preferable that the wavelength of the laser light irradiated in the portion and the amorphous portion be the same.
여기서는 입상 결정 부분에, 비결정 부분에 조사되는 레이저 광의 파장보다 단파장의 파장의 레이저 광을 조사하여 상기 식(1A)을 충족시키고 있지만, 반대로 비결정 부분측의 레이저 광의 파장을 장파장으로 하는 구성으로 하여도 상기 식(1A)을 충족시킬 수 있다. 단, 레이저 광의 파장이 장파장으로 될수록 비결정 부분, 입상 결정 부분, 래터럴 결정 부분에 있어서의 흡수율에 차가 작게 되어 버리고, 흡수율의 차를 이용한 본 발명의 레이저 어닐 방법의 효과를 얻기 위해 충분한 각 결정 영역간에서의 흡수율의 차가 얻어지지 않게 되므로 입상 결정 부분에, 비 결정 부분에 조사되는 레이저 광의 파장보다 단파장의 파장의 레이저 광을 조사하는 구성쪽이 바람직하다.Although the above formula (1A) is satisfied by irradiating the granular crystal part with the laser light having a short wavelength rather than the wavelength of the laser light irradiated to the amorphous part, the wavelength of the laser light on the amorphous part side has a long wavelength. The above formula (1A) can be satisfied. However, as the wavelength of the laser light becomes longer, the difference in absorption in the amorphous portion, the granular crystal portion, and the lateral crystal portion becomes smaller, and between the respective crystal regions sufficient to obtain the effect of the laser annealing method of the present invention using the difference in absorption ratio. Since the difference in the absorptivity is not obtained, a configuration in which the granular crystal portion is irradiated with laser light having a wavelength shorter than the wavelength of the laser light irradiated to the amorphous portion is preferable.
도 18은, 도 15(b)에 나타내어지는 바와 같은 레이저 빔 패턴에 의해 입상 결정 부분에, 비결정 부분에 조사되는 레이저 광의 파장보다 단파장의 파장의 레이저 광을 조사하여 EP ≒ EA …(1A)를 충족하도록 했을 때의 이미지 도면이다. 도 16과 마찬가지로, 래터럴 결정 부분에는 레이저 광을 조사하지 않고, 비결정 부분과 입상 결정 부분에만 레이저 어닐을 실시했을 때의 예이다.FIG. 18 is irradiated with a laser beam having a wavelength shorter than the wavelength of the laser light irradiated to the granular crystal part by the laser beam pattern as shown in FIG. It is an image figure at the time of satisfying (1A). As in FIG. 16, it is an example when the laser annealing is performed only on the amorphous portion and the granular crystal portion without irradiating the lateral crystal portion with the laser light.
종래의 레이저 어닐에서는 한번에 어닐되는 피 어닐 반도체 막의 영역에 조사되는 레이저 광의 빔 패턴은 빔 내의 파장 분포가 대략 균일한 직사각형상이 일반적이므로, 입상 결정 부분에, 비결정 부분에 조사되는 레이저 광의 파장보다 단파장의 파장의 레이저 광을 조사하기 위해서는 입상 결정 부분에만 조사할 수 있으며 원하는 파장의 레이저 광에 의한 어닐 공정이 별도 필요하고, 즉 공정수도 증가된다. 상기와 같이, 본 발명에 의하면, 빔 패턴에 의해 레이저 빔 내에 파장 분포를 형성함으로써 각 결정 부분에 조사되는 레이저 광의 파장을 변하게 할 수 있고, 따라서, 공정수를 증가시키는 일 없이 입상 결정 부분에, 비결정 부분에 조사되는 레이저 광의 파장보다 단파장의 파장의 레이저 광을 조사할 수 있다.In the conventional laser annealing, since the beam pattern of the laser light irradiated to the region of the annealed semiconductor film to be annealed at once is generally rectangular in shape with a substantially uniform wavelength distribution in the beam, the wavelength of the laser light irradiated to the granular crystal part is shorter than the wavelength of the laser light irradiated to the amorphous part. In order to irradiate laser light of a wavelength, it can irradiate only a granular crystal part, and the annealing process by the laser light of a desired wavelength is needed separately, ie, the number of processes increases. As described above, according to the present invention, by forming the wavelength distribution in the laser beam by the beam pattern, it is possible to change the wavelength of the laser light irradiated to each crystal part, and thus to the granular crystal part without increasing the number of steps, Laser light of a shorter wavelength can be irradiated than the wavelength of the laser light irradiated to the amorphous portion.
도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 소정 y위치에서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 1회만 실시한 경우, 띠형상으로 연장되는 래터럴 결정 성장의 영역을 사이에 두고 양측에 입상 결정이 생성된다. 종래의 방법에서는 y위치를 어긋나게 하여 2회째의 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 실시할 때에도 1회째와 마찬가지로 띠형상 으로 연장되는 래터럴 결정 성장의 영역을 사이에 두고 양측에 입상 결정이 생성된다.As shown in Fig. 1 (a), when only one x-direction relative scan of the laser light L is performed at a predetermined y position, granular crystals are generated on both sides with a region of lateral crystal growth extending in a band shape. do. In the conventional method, granular crystals are formed on both sides with the region of lateral crystal growth extending in a band like the first time even when the second laser beam L is scanned in the x direction with the y position shifted. do.
그러나, 본 발명의 방법에서는 래터럴 결정 부분에 거듭해서 레이저 광을 조사하여도 래터럴 결정 부분이 재융해되지 않고, 상기 부분의 온도가 입상 결정의 생성 온도에 만족되지 않으므로, 도 9~도 11,도 13,도 14,도 16~18에 나타내는 바와 같이, y위치를 어긋나게 하여 2회째의 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 실시할 때에는 띠형상으로 연장되는 래터럴 결정 성장의 영역의 편측만큼, 비결정 실리콘측에만 입상 결정이 생성되게 된다. 즉, 본 발명의 방법에서는 2회째의 레이저 어닐에 의해 1회째에 띠형상으로 연장되는 래터럴 결정 성장의 영역을 사이에 두고 양측에 생성된 입상 결정 중 편방측에 생성된 입상 결정을 래터럴 결정화시키는 것이 가능하고, 또한 먼저 레이저 어닐을 실시한 측에는 2회째의 레이저 어닐에 의해 불필요한 입상 결정이 새롭게 생성할 일이 없다. y위치를 바꾸어서 같은 조작을 이음매 없이 반복 행함으로써 대략 전체면을 래터럴 결정화할 수 있다.However, in the method of the present invention, the lateral crystal portion is not remelted even after being irradiated with laser light repeatedly to the lateral crystal portion, and the temperature of the portion is not satisfied with the generation temperature of the granular crystal. As shown in 13, 14, and 16 to 18, when performing x-direction relative scanning of the second laser light L with the y-position shifted, only one side of the region of lateral crystal growth extending in a band shape, Granular crystals are generated only on the amorphous silicon side. That is, in the method of the present invention, the lateral crystallization of the granular crystals produced on one side of the granular crystals formed on both sides with the region of lateral crystal growth extending in the band form at the first time by the second laser annealing is performed. It is possible that the laser annealing is not performed on the side where the laser annealing is first performed. By changing the y position and repeating the same operation seamlessly, approximately lateral crystallization can be achieved.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법에서는 대략 전체면 래터럴 결정 막이 얻어진다. 「래터럴 결정 막」은 횡방향(=레이저 광을 상대 주사하는 경우에는 그 상대 주사 방향)으로 연장되는 띠형상의 결정립으로 구성되는 다결정막이며, 이 다결정막은 실효적으로 거의 단결정막(유사 단결정막)으로 간주할 수 있다. 본 발명자는 레이저 광의 상대 주사 방향의 길이가 5㎛ 정도 이상이며, 폭이 0.2~2㎛인 결정립으로 이루어지는 대략 전체면 래터럴 결정 막을 실현하고 있다(후기 실시예1의 SEMㆍTEM 표면 사진(도 18)을 참조).As described above, in the method of the present invention, a substantially whole surface lateral crystal film is obtained. The "lateral crystal film" is a polycrystalline film composed of band-shaped crystal grains extending in the lateral direction (= relative scanning direction in the case of relative scanning of laser light), and this polycrystalline film is effectively a nearly single crystal film (similar single crystal film). Can be regarded as). The inventors of the present invention have realized a substantially whole-surface lateral crystal film composed of crystal grains having a length in the relative scanning direction of laser light of about 5 µm or more and having a width of 0.2 to 2 µm (SEM / TEM surface photograph of the later example 1 (Fig. 18). ).
상기 평가는 피 어닐 반도체 막(20)이 실리콘 막의 경우의 평가이지만, 피 어닐 반도체 막(20)의 구성 재료에 관계 없이 적용가능하다.The above evaluation is an evaluation when the annealed
즉, 본 발명의 레이저 어닐 방법은 비결정 반도체로 이루어지는 피 어닐 반도체 막의 일영역에 대하여 래터럴 결정이 성장하는 조건에서 레이저 광을 조사하는 레이저 어닐을 실시하여 래터럴 결정을 성장시키고, That is, the laser annealing method of the present invention performs laser annealing by irradiating laser light to a region of a annealed semiconductor film made of an amorphous semiconductor under conditions in which lateral crystals grow, thereby growing lateral crystals,
또한, 어닐 영역을 어긋나게 하여 래터럴 결정의 외측에 생성된 입상 결정의 적어도 일부 및 결정화되지 않고 남아 있는 비결정의 적어도 일부를 포함하는 영역에 대해서 레이저 어닐을 다시 실시하여 그 부분을 래터럴 결정화시키는 조작을 1회 이상 실시하는 레이저 어닐 방법에 있어서, Further, the laser annealing is again performed on a region including at least a portion of the granular crystals generated outside the lateral crystals and at least a portion of the non-crystallized crystals by shifting the anneal regions to shift the anneal regions. In the laser annealing method performed more than once,
피 어닐 반도체 막의 입상 결정 부분 및 비결정 부분이 융해되고, 또한 피 어닐 반도체 막의 래터럴 결정 부분이 융해되지 않는 조건에서 레이저 어닐을 실시하고,Laser annealing is carried out under the condition that the granular crystalline portion and the amorphous portion of the annealed semiconductor film are fused and the lateral crystalline portion of the annealed semiconductor film is not fused,
또한, 하기 식(1), 바람직하게는 하기 식(1A)을 충족하도록 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건을 비결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건과는 바꾸어서 레이저 어닐을 실시하는 것을 특징으로 하는 것이다.Further, the laser annealing is performed by changing the laser light irradiation conditions in the granular crystal portion from the laser light irradiation conditions in the amorphous portion so as to satisfy the following formula (1), preferably the following formula (1A). It is.
|EA-EP| < |EA-EPs| …(1), EA-EP | <| EA-EPs |. (One),
EP ≒ EA …(1A)EP ≒ EA. (1A)
(식(1) 및 (1A) 중, (In formulas (1) and (1A),
EA는 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지,EA is the absorbed light energy per unit area of laser light in the amorphous portion,
EPs는 비결정 부분과 동일한 레이저 광 조사 조건에서 레이저 광을 조사했을 때의 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지, EPs is the absorbed light energy per unit area of the laser light in the granular crystal part when the laser light is irradiated under the same laser light irradiation conditions as the amorphous part,
EP는 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 실제의 흡수 광 에너지를 각각 나타낸다.)EP represents the actual absorbed light energy per unit area of laser light in the granular crystal part, respectively.)
본 발명의 레이저 어닐 방법에 있어서 하기 식(2A) 또는 (2B)을 충족하는 조건에서 레이저 어닐을 실시하는 것이 바람직하다.In the laser annealing method of the present invention, it is preferable to perform laser annealing under the conditions satisfying the following formula (2A) or (2B).
IL ≒ IA …(2A), IL ≒ IA. (2A),
IL < IA …(2B)IL <IA. (2B)
(식(2A) 및 (2B) 중, (In formulas (2A) and (2B),
IA는 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 조사 광 에너지, IA is the irradiation light energy per unit area of laser light in the amorphous portion,
IL은 래터럴 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 조사 광 에너지를 나타낸다.)IL represents the irradiation light energy per unit area of laser light in the lateral crystal part.)
피 어닐 반도체 막의 구성 재료는 특별히 제한은 없고, 실리콘, 게르마늄, 및 실리콘/게르마늄 등을 들 수 있다.The material of the annealed semiconductor film is not particularly limited, and examples thereof include silicon, germanium, silicon / germanium, and the like.
본 발명의 레이저 어닐 방법에 의하면 입상 결정 부분 및 비결정 부분을 선택적으로 융해시켜 고결정화할 수 있다. 또한, 일단 생성된 래터럴 결정 부분은 융해되지 않는 조건으로 하고 있으므로, 모처럼 성장한 래터럴 결정 부분이 재융해되어 그 결정성이 변화되어 버릴 우려도 없다.According to the laser annealing method of the present invention, the granular crystal portion and the amorphous portion can be selectively melted for high crystallization. Moreover, since the lateral crystal part once produced is made into the condition which does not melt | dissolve, there is no possibility that the lateral crystal part which grew hardly remelts and the crystallinity will change.
피 어닐 반도체 막의 입상 결정 부분 및 비결정 부분이 융해되고, 또한 피 어닐 반도체 막의 래터럴 결정 부분이 융해되지 않는 조건에서는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율에는 약간의 차가 있고, 동일한 레이저 광 조사 조건에서는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지에 약간의 차가 생긴다. 본 발명에서는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 레이저 광 조사 조건을 바꾸어서 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지의 차가 작게 되도록 구성하고 있다. 따라서, 입상 결정 부분과 비결정 부분을 동일한 레이저 광 조사 조건으로 처리하는 경우에 비하여 입상 결정 부분과 비결정 부분 사이의 온도 구배를 작게 해서 막 전체면에 보다 균일하게 래터럴 결정을 성장시킬 수 있다.Under the condition that the granular crystal portion and the amorphous portion of the annealed semiconductor film are not melted, and the lateral crystal portion of the annealed semiconductor film is not fused, there is a slight difference in the absorption of the laser light in the granular crystal portion and the amorphous portion, and the same laser light irradiation Under the conditions, there is a slight difference in the absorbed light energy per unit area in the granular crystal part and the amorphous part. In this invention, the laser light irradiation conditions in a granular crystal part and an amorphous part are changed, and it is comprised so that the difference of the absorbed light energy per unit area in a granular crystal part and an amorphous part may become small. Therefore, compared with the case where the granular crystal portion and the amorphous portion are treated under the same laser light irradiation conditions, the temperature gradient between the granular crystal portion and the amorphous portion can be made smaller to grow the lateral crystals more uniformly on the entire film surface.
본 발명의 레이저 어닐 방법에서는 래터럴 결정 부분, 입상 결정 부분, 및 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지의 관계를 규정함으로써, 입상 결정 부분 및 비결정 부분을 선택적으로 융해시키고, 또한, 일단 생성된 래터럴 결정 부분은 융해되지 않는 조건으로 하고 있다. 따라서, 본 발명의 레이저 어닐 방법은 이러한 조건마저 충족할 수 있으면 이용하는 레이저 광의 파장의 제약은 없고, 임의의 막 두께의 피 어닐 반도체 막에 대해서 적용할 수 있다.In the laser annealing method of the present invention, by defining the relation of absorbed light energy per unit area in the lateral crystal part, the granular crystal part, and the amorphous part, the granular crystal part and the amorphous part are selectively melted, and once produced The lateral determination part is made on condition that it will not melt | dissolve. Therefore, the laser annealing method of the present invention can be applied to a annealed semiconductor film of any film thickness without any restriction on the wavelength of laser light to be used as long as such conditions can be satisfied.
단, 래터럴 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율이 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율보다 작은 조건에서 레이저 어닐을 실시하는 것이 바람직하다. 도 9~도 11,도 13,도 14,도 16~18에 이미지 도를 나타낸 바와 같이, 입상 결정 부분 및 비결정 부분에 있어서의 흡수율과 래터럴 결정 부분의 흡수율의 차가 비교적으로 큰 조건에서 레이저 어닐을 행하고, 또한, 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지의 차를 미세 조정하도록 레이저 어닐을 행하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에서는 입상 결정 부분 및 비결정 부 분이 융해되고, 래터럴 결정 부분이 융해되지 않고, 또한, 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지의 차를 동일한 레이저 광 조사 조건을 한 경우보다 작게 한다는 조건으로 조정하기 쉬워 바람직하다. 피 어닐 반도체 막이 비결정 실리콘 막인 경우, 래터럴 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율과 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율의 차가 비교적 큰 350~600㎚의 레이저 광을 이용하여 레이저 어닐을 실시하는 것이 바람직하고, 350~500㎚의 레이저 광을 이용하여 레이저 어닐을 실시하는 것이 보다 바람직하다.However, it is preferable to perform laser annealing on condition that the absorption rate of the laser light in a lateral crystal part is smaller than the absorption rate of the laser light in a granular crystal part. 9-11, 13, 14, and 16-18, as shown in the image diagrams, laser annealing was performed under a condition where the difference between the absorption rate in the granular crystal part and the amorphous part and the absorption rate in the lateral crystal part was relatively large. In addition, it is preferable to perform laser annealing so as to finely adjust the difference in absorbed light energy per unit area in the granular crystal part and the amorphous part. In such a configuration, the granular crystal portion and the amorphous portion are not melted, the lateral crystal portion is not melted, and the difference in absorbed light energy per unit area between the granular crystal portion and the amorphous portion is less than that in the same laser light irradiation conditions. It is easy to adjust on the condition to make it small, and it is preferable. When the annealed semiconductor film is an amorphous silicon film, it is preferable to perform laser annealing using 350-600 nm laser light having a large difference between the absorption rate of the laser light in the lateral crystal portion and the absorption rate of the laser light in the granular crystal portion. It is more preferable to perform laser annealing using 350-500 nm laser light.
본 발명의 레이저 어닐 방법에 있어서 레이저 광으로서 연속 발진 레이저 광을 이용하는 것이 바람직하다. 펄스 레이저 광에서는 레이저 헤드를 온으로 하고 있는 동안에도 레이저 광이 조사되지 않는 시간이 주기적으로 찾아온다. 연속 발진 레이저 광을 이용할 경우에는 레이저 헤드를 온으로 하고 있는 동안에는 항상 피 어닐 반도체 막에 대하여 레이저 광이 연속적으로 조사되므로, 치밀하고 균일한 막처리를 할 수 있고, 보다 입경이 큰 래터럴 결정을 성장시킬 수 있고, 바람직하다. 본 발명의 레이저 어닐을 실시할 때에 이용해서 바람직한 파장 영역을 고려하면 레이저 광으로서 반도체 레이저 광을 이용하는 것이 바람직하다.In the laser annealing method of the present invention, it is preferable to use a continuous oscillation laser light as the laser light. In the pulsed laser light, the time during which the laser light is not irradiated comes periodically while the laser head is turned on. In the case of using a continuous oscillation laser light, the laser light is continuously irradiated onto the film to be annealed while the laser head is turned on, so that a dense and uniform film treatment can be performed, and a larger grain size grows lateral crystals. It is possible to make it preferable. In consideration of the preferable wavelength range used for carrying out the laser annealing of the present invention, it is preferable to use semiconductor laser light as the laser light.
본 발명의 레이저 어닐 방법에 있어서, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 피 어닐 반도체 막에 대하여 먼저 레이저 광이 조사된 영역과 다음에 레이저 광이 조사되는 영역이 부분적으로 겹치도록 레이저 어닐을 실시하는 것이 바람직하다.In the laser annealing method of the present invention, as shown in Fig. 1 (b), the laser annealing is performed so that the region to which the laser light is irradiated first and the region to which the laser light is irradiated partially overlap the annealed semiconductor film. It is desirable to.
레이저 광의 조사 영역의 부분적인 겹침 방법에 대해서는 특별히 제한되지 않는다. 뒤에서 레이저 광을 조사되는 영역이 앞의 레이저 광 조사에 의해 형성된 입상 결정 부분을 100% 커버하고 있으면, 입상 결정 부분이 모두 래터럴 결정화되고, 앞의 조사로 형성된 래터럴 결정 영역과의 사이에 입상 결정 영역 없이 다음의 래터럴 결정 영역을 형성할 수 있다.There is no restriction | limiting in particular about the partial overlapping method of the irradiation area of a laser beam. If the region irradiated with laser light from the back covers 100% of the granular crystal portion formed by the previous laser light irradiation, all of the granular crystal portions are lateral crystallized, and the granular crystal region is between the lateral crystal regions formed by the previous irradiation. The following lateral crystal regions can be formed without.
피 어닐 반도체 막의 용도에 따라서는 래터럴 결정 영역간에 입상 결정 영역이 남아 있어도 좋은 경우가 있다. 그 경우에서도, 뒤에서 레이저 광이 조사되는 영역과 입상 결정 영역의 겹침이 1% 이상 있으면 입상 결정 영역이 부분적으로 래터럴 결정화되므로, 래터럴 결정 영역을 넓게 할 수 있다. 뒤에서 레이저 광이 조사되는 영역과 입상 결정 영역의 겹침의 비율이 커질수록 래터럴 결정 영역이 넓어져 바람직하다. 뒤에서 레이저 광이 조사되는 영역과 입상 결정 영역의 겹침의 비율은 50% 이상이 바람직하다.Depending on the use of the annealed semiconductor film, there may be a case where the granular crystal region may remain between the lateral crystal regions. Even in this case, if the overlap between the region to which the laser light is irradiated from the granular crystal region is 1% or more, the granular crystal region is partially lateral crystallized, so that the lateral crystal region can be widened. As the ratio of the overlap between the region irradiated with the laser light and the granular crystal region from the back becomes larger, the lateral crystal region becomes wider. 50% or more of the ratio of the overlap of the area | region to which a laser beam is irradiated from behind and a granular crystal area | region is preferable.
레이저 어닐 조건에 따라서는 레이저 광이 직접 조사되는 영역 내의 단부, 및/또는 레이저 광은 직접 조사되지 않지만 열이 전도되는 영역(=레이저 광이 직접 조사되는 영역의 바로 외측의 영역)에 입상 결정이 생성된다.Depending on the laser annealing conditions, granular crystals are formed at the end in the area where the laser light is directly irradiated, and / or the laser light is not directly irradiated, but in the area where heat is conducted (= immediately outside the area where the laser light is directly irradiated). Is generated.
1회째의 x방향의 상대 주사에서는 레이저 광은 직접 조사되지 않지만 열이 전도되는 영역(=레이저 광이 직접 조사되는 영역의 바로 외측의 영역)에 입상 결정이 생성하고, y위치를 바꾼 다음의 x방향의 상대 주사에서 입상 결정에 대하여 레이저 광을 직접 조사하는 경우에는, 먼저 레이저 광이 조사된 영역과 다음에 레이저 광이 조사되는 영역이 부분적으로 겹치지 않아도 입상 결정을 래터럴 결정화시킬 수 있다. 단, 입상 결정의 생성 영역과 레이저 광의 조사 위치의 위치 어긋남을 고려하면 피 어닐 반도체 막에 대하여 어닐 영역을 어긋나게 하여 레이저 어닐을 다시 실시할 때에는 먼저 레이저 광이 조사된 영역과 다음에 레이저 광이 조사되는 영역이 부분적으로 겹치도록 레이저 어닐을 실시하는 것이 바람직하다.In the first relative scan in the x-direction, laser light is not directly irradiated, but granular crystals are generated in a region where heat is conducted (= region just outside of the region to which laser light is directly irradiated), and x after changing the y position In the case where laser light is directly irradiated to the granular crystal in the relative scanning in the direction, the granular crystal can be lateral crystallized even if the region to which the laser light is irradiated first and the region to which the laser light is irradiated partially do not overlap each other. However, considering the positional shift between the region where the granular crystal is generated and the irradiation position of the laser light, when the annealing region is shifted with respect to the annealed semiconductor film and the laser annealing is carried out again, the area irradiated with the laser light first and then the laser light are irradiated. It is preferable to perform laser annealing so that the regions to be partially overlap.
피 어닐 반도체 막에 대하여 레이저 광을 상대 주사할 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명의 방법은 레이저 광을 상대 주사하지 않아도 래터럴 결정이 성장하는 조건에서 레이저 어닐을 행하는 경우에 적용가능하다.Although the case where the laser beam is subjected to relative scanning with respect to the annealed semiconductor film has been described, the method of the present invention is applicable to the case where laser annealing is performed under conditions in which the lateral crystals grow without the relative scan of the laser light.
예컨대, 처음에 소정 영역에 대하여 직사각형상으로 레이저 광을 조사하고, 동일 영역에 대하여 조사 중심선은 바꾸지 않고 일방향의 조사 폭을 작게 하면서 레이저 광을 복수회 반복 조사함으로써 처음에 레이저 광을 조사한 영역의 외측으로부터 온도가 차가워져 가고, 조사 중심선과 외측 사이에 온도 구배가 발생해서 조사 중심선으로부터 외측으로 연장되는 래터럴 결정을 성장시킬 수 있다. 이 때, 래터럴 결정의 생성 영역 외측에 입상 결정이 생성되는 것은 상대 주사에 의해 래터럴 결정을 성장시키는 경우로 같다. 이 경우에는, 동일한 영역에 대하여 상기 조건에서 레이저 광이 복수회 조사되어 어닐되는 영역이 1회의 레이저 어닐의 어닐 영역으로 된다. 단, 이러한 방법에서는 1개의 어닐 영역에 대하여 포토마스크 등을 이용하여 조사 면적을 바꾸어서 복수회 레이저 광을 조사할 필요가 있으므로, 연속적인 막처리가 불가능하고 비효율적이며, 대략 전체면을 균일하게 처리하는 것도 어렵다.For example, the laser beam is first irradiated to a predetermined area in a rectangular shape, and the laser beam is first irradiated a plurality of times while decreasing the irradiation width in one direction without changing the irradiation center line for the same area, and then the outside of the area to which the laser light is initially irradiated. From this, the temperature cools, and a temperature gradient occurs between the irradiation center line and the outside, thereby growing lateral crystals extending outward from the irradiation center line. At this time, granular crystals are generated outside the lateral crystal generation region as in the case where the lateral crystals are grown by relative scanning. In this case, the region where the laser light is irradiated plural times and annealed to the same region as the annealed region of one laser anneal. In this method, however, it is necessary to irradiate the laser light a plurality of times by changing the irradiation area with respect to one anneal area using a photomask or the like, so that continuous film treatment is impossible and inefficient, and the entire surface is uniformly processed. It is also difficult.
따라서, 본 발명의 레이저 어닐 방법에 있어서 피 어닐 반도체 막에 대하여 레이저 광을 부분적으로 조사하면서 레이저 광을 상대 주사하여 레이저 어닐을 실시하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에서는 레이저 광의 상대 주사 방향으로 결정 이 성장하므로 래터럴 결정을 연속적으로 성장시킬 수 있고, 막면 전체를 효율 좋게 처리할 수 있다. 또한, 막면 전체를 연속적으로 치밀하게 처리할 수 있으므로 균일성이 우수한 대략 전체면 래터럴 결정 막이 얻어진다.Therefore, in the laser annealing method of the present invention, it is preferable to perform laser annealing by performing relative scan of the laser light while partially irradiating the laser light to the film to be annealed. In such a configuration, since crystals grow in the relative scanning direction of laser light, lateral crystals can be grown continuously, and the entire surface can be efficiently processed. Moreover, since the whole film surface can be processed continuously and densely, the substantially whole surface lateral crystal film excellent in uniformity is obtained.
본 발명의 레이저 어닐 방법을 이용함으로써 결정성 및 균일성이 높고, 박막 트랜지스터(TFT)의 활성층 등으로서 바람직한 반도체 막을 저비용으로 제조할 수 있다. 이 반도체 막을 이용함으로써 소자 특성(캐리어 이동도 등)이나 소자 균일성이 우수한 TFT 등의 반도체 장치를 제조할 수 있다. By using the laser annealing method of the present invention, a semiconductor film having high crystallinity and uniformity and suitable as an active layer of a thin film transistor (TFT) or the like can be produced at low cost. By using this semiconductor film, semiconductor devices, such as TFT which are excellent in element characteristic (carrier mobility etc.) and element uniformity, can be manufactured.
본 발명자는 피 어닐 반도체 막이 비결정 실리콘 막인 경우, 상기 식(1A)을 충족하는 조건에서 레이저 어닐을 실시하고, 얻어진 실리콘 막을 이용하여 TFT를 제조했을 경우, 기판 전체면에 있어서 단결정 실리콘에 가까운 캐리어 이동도, 구체적으로는 캐리어 이동도 500~6OO㎠/Vs를 실현되는 것을 찾아내었다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This inventor carried out laser annealing on the conditions which satisfy | fill said Formula (1A), when a annealed semiconductor film is an amorphous silicon film, and when it manufactures TFT using the obtained silicon film, carrier movement close | similar to single crystal silicon in the whole surface of a board | substrate is carried out. Also, specifically, the inventors have found that carrier mobility of 500 to 600
본 발명에서는 대략 전체면에 있어서 입상 결정 부분이 거의 없고, 또한 이음매가 없는 래터럴 결정 막을 제조할 수 있으므로, TFT 등의 반도체 장치의 형성 위치의 설계 정보에 기초하여 레이저 광의 빔 단부와 TFT 등의 반도체 장치의 소자 형성 영역이 겹치지 않도록 레이저 광을 주사하거나, 혹은 TFT 등의 반도체 장치의 소자 형성 영역에만 레이저 광을 선택적으로 조사하는 등의 고안이 불필요하고, 소자 특성(캐리어 이동도 등) 및 소자 균일성이 우수한 TFT 등의 반도체 장치를 저비용으로 안정적으로 제조할 수 있다. 이러한 TFT 등의 반도체 장치를 구비한 전기 광학 장치는 표시 품질 등의 성능이 우수한 것으로 된다.In the present invention, a substantially crystalline crystal film having almost no granular crystal parts and a seamless crystalline crystal film can be produced. Therefore, the beam end of the laser light and the semiconductor such as the TFT are based on the design information of the formation position of the semiconductor device such as the TFT. It is not necessary to devise a laser beam so as not to overlap the element formation regions of the device, or to selectively irradiate the laser light only to the element formation regions of the semiconductor device such as a TFT, and the device characteristics (carrier mobility, etc.) and element uniformity are eliminated. A semiconductor device such as TFT having excellent properties can be stably manufactured at low cost. An electro-optical device including such a semiconductor device as TFT is excellent in performance such as display quality.
「레이저 어닐 장치의 제 1 실시형태」"First Embodiment of Laser Annealing Device"
도면을 참조하여 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 레이저 어닐 장치의 구성에 대해서 설명한다. 도 19는 레이저 어닐 장치의 전체 구성도, 도 20은 1개의 합파 반도체 레이저 광원(121)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.The structure of the laser annealing apparatus of 1st Embodiment which concerns on this invention with reference to drawings is demonstrated. 19 is an overall configuration diagram of the laser annealing device, and FIG. 20 is a diagram illustrating an internal configuration of one harmonic semiconductor
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)는 비결정 실리콘 막 등의 피 어닐 반도체 막(20)을 적재하는 기판 스테이지(110)와, 레이저 광(L)을 출사하는 레이저 헤드(120)와, 레이저 헤드(120)로부터의 출사 레이저 광(L)을 주사하는 주사 광학계(140)를 구비하고 있다.The
본 실시형태에서는, 레이저 헤드(120)로부터 출사된 레이저 광(L)은 주사 광학계(140)에 의해 도면에 나타내는 x방향(주 상대 주사 방향)으로 주사되도록 되어 있다. 또한, 기판 스테이지(110)가 스테이지 이동 수단(도시 생략)에 의해 도면에 나타내는 y방향으로 이동 가능하게 되어 있고, 이것에 의해 레이저 광(L)이 도면에 나타내는 y방향(부 상대 주사 방향)으로 상대 주사되도록 되어 있다. 본 실시형태에서는 기판 스테이지(110) 및 주사 광학계(140)에 의해 레이저 광(L)을 피 어닐 반도체 막(20)에 대하여 상대 주사하는 상대 주사 수단이 구성되어 있다.In the present embodiment, the laser light L emitted from the
레이저 헤드(120)는 수냉 히트 싱크(131) 상에 간극 없이 배치된 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121)에 의해 개략적인 구성으로 되어 있다.The
도 20에 나타내는 바와 같이, 개개의 합파 반도체 레이저 광원(121)에는 레이저 광 발진원으로서 연속파 출력의 1개의 멀티 횡모드의 반도체 레이저(LD)(브로드 에어리어(Broad Area) 반도체 레이저, 도시 생략)가 내장된 4개의 LD 패키지(123(123A~123D))와, 이들 4개의 LD 패키지(123)로부터 출사된 레이저 광(L1~L4) 을 각각 평행 광속화하는, LD 패키지(123)와 동수의 콜리메이터 렌즈(124(124A~124D))가 갖추어진 LD 유닛(122)이 구비되어 있다.As shown in FIG. 20, each of the multiple-wavelength semiconductor
합파 반도체 레이저 광원(121) 내에 있어서 4개의 LD 패키지(123(123A~123D))는 도면에 나타내는 x방향(도 19의 도면에 나타내는 깊이 방향)으로 배열되어 있다.In the harmonic semiconductor
합파 반도체 레이저 광원(121)에는 또한, 레이저 광(L1~L4)을 각각 반사하는 LD 패키지(123)와 동수의 반사 미러(125(125A~125D))와,The harmonic semiconductor
반사 미러(125A,125B)에 의해 반사된 레이저 광(L1,L2)이 입사되는 편광 빔 스플리터(126A)와, A
반사 미러(125C,125D)에 의해 반사된 레이저 광(L3,L4)이 입사되는 편광 빔 스플리터(126B)가 구비되어 있다.A
편광 빔 스플리터(이하, PBS라고 한다)(126A,126B)는 모두 직각 프리즘을 2개 접착한 구성의 큐브 형상의 PBS이고, PBS(126B)의 광입사면에는 레이저 광(L3,L4)의 편광 방향을 90° 어긋나는 1/2파장 위상차 소자(127)가 부착되어 있다.The polarizing beam splitters (hereinafter referred to as PBS) 126A and 126B are both cube-shaped PBSs in which two rectangular prisms are bonded to each other, and the light incident surface of the
PBS(126A)가 예컨대 P파 성분을 반사하는 경우에는 PBS(126A)에 입사된 레이저 광(L1,L2)은 각각 광출력 검출용으로 S파 성분이 PBS(126A)를 투과해서 포토다이오드(129A,129B)에 입사되고, P파 성분이 PBS(126A) 내에서 반사되어 PBS(126B)에 입사하도록 되어 있다. 레이저 광(L1,L2)의 편광의 방향을 조정함으로써 P파 성분과 S파 성분의 비율을 바꿀 수 있으므로, 이 경우에는 P파 성분이 많아지는 방향 으로 조정함으로써 보다 많은 광을 유효하게 사용할 수 있다.When the
PBS(126B)를 PBS(126A)와는 반대인 성분을 반사하는(혹은 투과하는) 특성의 것으로 함으로써, 즉, 이 경우에는 S파를 반사하는 것으로 함으로써 PBS(126A)에 의해 반사된 P파는 그대로 투과시킬 수 있다. 한편, 레이저 광(L3,L4)은 각각 1/2파장 위상차 소자(127)에 의해 편광 방향을 90° 어긋나게 하고나서 PBS(126B)에 입사시킴으로써 이번은 S파 성분이 많은 편광의 방향으로 되므로, 따라서 S파를 반사하는 PBS(126B)에 있어서는 광출력 검출용으로 광량의 비율이 적은 P파 성분이 PBS(126B)를 투과해서 포토다이오드(129C,129D)에 입사되고, 광량의 비율이 많은 S파가 반사된다.The P waves reflected by the
따라서, 합파 반도체 레이저 광원(121)에서는 PBS(126B) 내에서, 편광 성분이 다른 레이저 광(L1)과 레이저 광(L3), 및, 레이저 광(L2)과 레이저 광(L4)이 패스트(FAST) 축방향으로 편광 합파되고, 또한 편광 합파된 레이저 광(L1,L3)과 편광 합파된 레이저 광(L2,L4)을 슬로우(슬로우) 축방향으로 각도 합파하도록 하고 있다.Therefore, in the harmonic semiconductor
반도체 레이저(LD)는 비교적 광출력이 작고, 단독으로는 고속 주사 어닐하기 위해 필요한 광 파워 밀도가 얻어지지 않으므로, 레이저 헤드(120)는 복수의 LD 패키지(123)를 구비한 합파 반도체 레이저 광원(121)을 복수 구비하는 구성으로 하고 있다. 개개의 합파 반도체 레이저 광원(121)에 있어서, 복수의 LD 패키지(123)로부터의 출사광을 각도 합파만으로 합파하면 초점 심도가 얕아지고, 초점 어긋남에 의한 광 강도 편차가 커질 우려가 있다. 멀티 횡모드의 반도체 레이저(LD)에서는 패 스트 축방향의 방사 각도 40~60°이고, 슬로우 축방향의 방사 각도 15~25°이다. 본 실시형태에서는 복수의 LD 패키지(123)로부터 출사된 레이저 광(L1~L4)을 패스트 축방향으로 편광 합파하고, 슬로우 축방향으로 각도 합파하는 구성으로 함으로써 초점 어긋남에 의한 광 강도 편차를 억제하고, 필요한 광 파워 밀도를 얻고 있다.Since the semiconductor laser LD has a relatively small light output and alone does not obtain the optical power density necessary for high-speed scanning annealing, the
합파 반도체 레이저 광원(121)의 광출사구(光出射口)에는 멀티 횡모드의 반도체 레이저(LD)로부터 출사되는 개개의 차수의 고차 횡모드 광에 포함되는, 광축에 대하여 대략 대칭 방향으로 전파하는 2개의 파면 성분의 간섭성을 저감하기 위해서 이 2개의 파면 성분 중 한쪽의 파면 성분의 편광 방향을 90°어긋나는 1/2파장 위상차 소자(128)가 설치되어 있다. 이것을 도 21을 참조하여 설명한다.The light exit port of the harmonic semiconductor
멀티 횡모드의 반도체 레이저(LD)에서는 차수가 다른 복수의 고차 횡모드가 동시에 발진된다. 도 21(a)에 나타내는 바와 같이, 임의의 1개의 차수(m)의 고차 횡모드 광의 근시야 상(NFP(m))은 차수에 따라 복수의 피크를 가지는 강도 분포를 갖고, 인접하는 피크간의 위상이 반전된 상이다. 도 21(b)에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 반도체 레이저(LD)의 광도파로(R)에는 광축(A)에 대하여 평행한 2개의 끝면(E1,E2)이 있다. 소정 1개의 차수의 고차 횡모드 광은 이들 2개의 끝면(E1,E2) 사이에서 반사를 반복해서 출사되므로, 소정 1개의 차수의 고차 횡모드 광은 개략, 광축(A)에 대하여 대략 대칭 방향으로 전파하는 2개의 파면 성분(W1과 W2)이 복수 겹쳐진 것으로 된다.In the semiconductor laser LD of the multi-lateral mode, a plurality of higher-order lateral modes having different orders are oscillated simultaneously. As shown in Fig. 21 (a), the near-field image (NFP (m)) of any one order m high-order transverse mode light has an intensity distribution having a plurality of peaks according to the order, and between adjacent peaks. The phase is reversed. As schematically shown in FIG. 21B, the optical waveguide R of the semiconductor laser LD has two end faces E1 and E2 parallel to the optical axis A. As shown in FIG. Since the predetermined one order high order lateral mode light is repeatedly emitted from these two end surfaces E1 and E2, the predetermined one order high order lateral mode light is roughly symmetrical with respect to the optical axis A. Two wave front components W1 and W2 which propagate are overlapped.
2개의 파면 성분(W1과 W2)은 개략, 파면 성분(W1)이 끝면(E1)에서 반사될 때 에 파면 성분(W2)이 끝면(E2)에서 반사되고, 파면 성분(W1)이 끝면(E2)에서 반사될 때 파면 성분(W2)이 끝면(E1)에서 반사되는 관계에 있다. 이들 2개의 파면 성분(W1과 W2)의 간섭에 의해 상기 강도 분포와 위상 분포를 갖는 근시야 상(NFP(m))이 형성되는 것으로 생각된다.The two wavefront components W1 and W2 are outlined, the wavefront component W2 is reflected at the end surface E2 when the wavefront component W1 is reflected at the end surface E1, and the wavefront component W1 is the end surface E2. ), The wavefront component W2 is in a reflection relationship at the end surface E1. It is considered that the near field image NFP (m) having the above-described intensity distribution and phase distribution is formed by the interference between these two wavefront components W1 and W2.
실제로는 차수가 다른 복수의 고차 횡모드가 동시에 발진되므로, 실제의 근시야 상(NFP)은 차수가 다른 복수의 고차 횡모드의 근시야 상(NFP(m))이 겹친 것이 된다.In practice, since a plurality of higher order lateral modes having different orders are oscillated simultaneously, the actual near-field image NFP overlaps the near-field images NFP (m) of a plurality of higher order lateral modes having different orders.
임의의 1개의 차수(m)의 고차 횡모드 광에 착안하면 상기 2개의 파면 성분(W1과 W2)은 광축(A)에 대하여 대략 대칭 방향으로 전파되고, 광축(A)에 대하여 대략 대칭인 쌍봉우리성의 강도 분포(P1,P2)를 갖는 원시야 상(FFP(m))을 형성한다. Focusing on any one order m higher order transverse mode light, the two wavefront components W1 and W2 propagate in a direction substantially symmetrical with respect to the optical axis A, and are biaxially symmetrical with respect to the optical axis A. It forms a primitive field image (FFP (m)) having intensity distributions P1 and P2.
고차 횡모드 광은 차수가 달라도 광축(A)에 대하여 대략 대칭 방향으로 전파되는 상기 2개의 파면 성분(W1과 W2)이 복수개 서로 겹쳐져 구성된다. 단, 쌍봉우리성의 광 강도 분포(P1,P2)의 피크 분리각(θ)은 반도체 레이저의 광도파로(R)의 스트라이프 폭 및 굴절률 분포, 발진 파장, 고차 횡모드의 차수 등에 의해 결정되고, 차수가 높게 될수록 피크 분리각(θ)이 커지는 경향이 있다.Higher order transverse mode light is constructed by stacking a plurality of the wavefront components W1 and W2 propagated in a substantially symmetrical direction with respect to the optical axis A even if the orders are different. However, the peak separation angle θ of the bimodal light intensity distributions P1 and P2 is determined by the stripe width and refractive index distribution of the optical waveguide R of the semiconductor laser, the oscillation wavelength, and the degree of higher-order lateral mode. The higher the value is, the larger the peak separation angle θ tends to be.
도면에서는 쌍봉우리성의 광 강도 분포(P1,P2)의 피크 분리각(θ)이 가장 큰 고차 횡모드 광의 원시야 상(FFP(m))을 실선으로 나타내고, 그 외의 차수의 고차 횡모드 광의 원시야 상(FFP(m))을 파선으로 나타내고 있다.In the figure, the raw field image (FFP (m)) of the higher-order lateral mode light having the largest peak separation angle θ of the bimodal light intensity distribution P1 and P2 is represented by a solid line, and the circle of other orders of higher-order lateral mode light is shown. The visual field image FFP (m) is shown with the broken line.
다른 차수의 고차 횡모드 광 사이의 간섭성은 작지만, 개개의 차수의 고차 횡모드 광을 구성하는 상기 2개의 파면 성분(W1과 W2)의 간섭성이 크다. 그래서, 본 실시형태에서는 2개의 파면 성분(W1과 W2) 중 한쪽의 파면 성분(W2)의 편광 방향을 90° 비켜 놓는 1/2파장 위상차 소자(128)를 설치하여 이들 2개의 파면 성분(W1과 W2)과의 간섭성을 저감하고, 합파 반도체 레이저 광원(121)으로부터의 출사광의 강도 분포가 균일해지도록 구성하고 있다.Although the coherence between different orders of higher order lateral mode light is small, the coherence of the two wavefront components W1 and W2 constituting individual orders of higher order lateral mode light is high. Therefore, in this embodiment, the half wave
합파 반도체 레이저 광원(121)에서는 콜리메이터 렌즈(124), 반사 미러(125), 빔 스플리터(126A,126B), 및 1/2파장 위상차 소자(127,128)에 의해 4개의 LD 패키지(123)로부터의 출사광(L1~L4)을 합파하는 합파 광학계가 구성되어 있다.In the haptic semiconductor
도 19에 나타내는 바와 같이, 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121)을 구비한 레이저 헤드(120)의 광출사면측에는 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121)의 형성 위치에 맞춰서 위치와 프리즘 각이 설정된 복수의 프리즘(132a)으로 이루어지는 프리즘 어레이(편향소자(132))가 부착되어 있다.As shown in FIG. 19, on the light emission surface side of the
주사 광학계(140)는 갈바노 미러 등의 광 주사 미러(동적 편향 소자)(141)와 평행 광속화 렌즈(142)로 구성되어 있다.The scanning
레이저 헤드(120)에 탑재된 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121)으로부터 출사된 레이저 광(L)은 프리즘 어레이(132)에 의해 편향되어서 광 주사 미러(141)에 입사되어 도면에 나타내는 x방향으로 주사된다.The laser light L emitted from the plurality of haptic semiconductor
렌즈(142)는 광 주사 미러(141)에 의한 광 주사에 맞춰서 주사되도록 되어 있고, 광 주사 미러(141)에 의해 편향된 레이저 광(L)이 렌즈(142)에 입사되어 평행 광속화된다.The
본 실시형태에서는 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121)의 유닛과 프리즘 어레이(132) 사이에 공간 광변조 소자(133)가 끼워져 있다.In the present embodiment, the spatial
본 실시형태에서는 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121)의 유닛으로부터 균일한 광 강도 분포의 레이저 광(L)이 출사된다. 공간 광변조 소자(133)는 그 자신의 광투과 특성에 분포가 있고, 레이저 광(L)의 광 조사 강도 분포를 바꾸어서 피 어닐 반도체 막(20)의 막면 상에 있어서의 레이저 광 조사 강도 분포를 원하는 분포로 하고(예컨대 도 9~도 11에 나타낸 레이저 광 조사 강도 분포), 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도와는 다르게 하는 소자이다.In the present embodiment, the laser light L having a uniform light intensity distribution is emitted from the units of the plurality of haptic semiconductor
공간 광변조 소자(133)는 피 어닐 반도체 막(20)의 막면 상에서 원하는 레이저 광 조사 강도 분포로 하는 역 푸리에 변환 프로파일의 복소 진폭 분포를 가지는 공간 광변조 소자이다. 공간 광변조 소자(133)로서는 광필터, 및 회절격자 등을 들 수 있다.The spatial
공간 광변조 소자(133)의 설치 위치는 특별히 제한은 없고, 상기와 같이 레이저 헤드(120) 자신에 설치해도 되고, 레이저 헤드(120)와 피 어닐 반도체 막(20) 사이의 광로 상에 설치해도 된다. 단, 레이저 헤드(120)와는 독립하여 공간 광변조 소자(133)를 설치할 경우에는 공간 광변조 소자(133)를 레이저 헤드(120)의 상대 주사에 맞춰서 상대 주사할 필요가 있다.There is no restriction | limiting in particular in the installation position of the spatial
본 실시형태에서는 상기 구성에 의해 도면에 나타내는 y방향을 길이방향으로 하는 가늘고 긴 레이저 빔이 형성되고, 이 레이저 빔이 피 어닐 반도체 막(20)에 조사된다. 본 발명자는 예컨대, 피 어닐 반도체 막(20)의 막면에 있어서의 조사광 파워 밀도가 0.5~2.7W/㎠인 20㎛×4㎛~40㎛×8㎛의 형상의 레이저 빔을 실현했다.In this embodiment, an elongate laser beam having the y direction shown in the drawing in the longitudinal direction is formed by the above configuration, and the laser beam is irradiated to the annealed
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)에 있어서 레이저 광(L)의 조사 조건은 피 어닐 반도체 막(20)의 입상 결정 부분 및 비결정 부분이 융해되고, 또한 피 어닐 반도체 막(20)의 래터럴 결정 부분이 융해되지 않는 조건으로 설정되어 있다.In the
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)에서는 또한, 하기 식(1), 바람직하게는 하기 식(1A)을 충족하도록 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도와 비결정 부분에 있어서 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도가 바뀌어져 있다. 본 실시형태에서는 공간 광변조 소자(133)에 의해 이러한 조건을 충족시키고 있다.In the
|EA-EP|<|EA-EPs| …(1), | EA-EP | <| EA-EPs | (One),
EP ≒ EA …(1A)EP ≒ EA. (1A)
(식(1) 및 (1A) 중, (In formulas (1) and (1A),
EA는 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지,EA is the absorbed light energy per unit area of laser light in the amorphous portion,
EPs는 비결정 부분과 동일한 레이저 광 조사 조건에서 레이저 광을 조사했을 때의 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 흡수 광 에너지, EPs is the absorbed light energy per unit area of the laser light in the granular crystal part when the laser light is irradiated under the same laser light irradiation conditions as the amorphous part,
EP는 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 실제의 흡수 광 에너지를 각각 나타낸다.)EP represents the actual absorbed light energy per unit area of laser light in the granular crystal part, respectively.)
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)에 있어서 하기 식(2A) 또는 (2B)을 충족하는 레이저 광 조사 조건으로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서 는 공간 광변조 소자(133)에 의해 이러한 조건을 충족하도록 조정할 수 있다.In the
IL ≒ IA …(2A), IL ≒ IA. (2A),
IL < IA …(2B)IL <IA. (2B)
(식(2A) 및 (2B) 중, (In formulas (2A) and (2B),
IA는 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 조사 광 에너지, IA is the irradiation light energy per unit area of laser light in the amorphous portion,
IL은 래터럴 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 단위면적당의 조사 광 에너지를 나타낸다.)IL represents the irradiation light energy per unit area of laser light in the lateral crystal part.)
후기 실시예1에서 설명한 바와 같이, y위치를 바꾸어서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 실시할 때의 겹침량을 일정하게 해서 레이저 어닐을 실시할 경우에는 입상 결정 및 래터럴 결정의 생성 영역이 결정되므로, 입상 결정의 생성 영역, 혹은 입상 결정의 생성 영역 및 먼저 생성된 래터럴 결정에 대하여 재조사를 행하는 영역에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도가 원하는 값이 되도록 공간 광변조 소자(133)의 광변조 특성을 설계하면 된다.As described in Example 1 later, when the laser annealing is performed with the overlap amount at the time of performing the relative scan in the x-direction of the laser light L by changing the y position, the regions for generating granular crystals and lateral crystals are formed. Since it is determined, the laser light irradiation intensity per unit area in the generation region of the granular crystal or the generation region of the granular crystal and the region to be irradiated with respect to the previously generated lateral crystal is the desired value of the spatial
도 11을 참조해서 설명한 바와 같이, 상기 식(1)을 충족하도록 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 바뀌어져 있는 레이저 광 조사 조건은 단위면적당의 레이저 광 조사 강도 및 단위면적당의 조사 시간이어도 된다.As described with reference to FIG. 11, the laser light irradiation conditions which are changed in the granular crystal part and the amorphous part so as to satisfy the above formula (1) may be laser light irradiation intensity per unit area and irradiation time per unit area.
본 실시형태에서는 공간 광변조 소자(133)에 의해 레이저 광 조사 강도 분포 및 레이저 빔 형상을 바꿀 수 있다. 도 11에 나타내어지는 바와 같은 레이저 광 조사 강도 분포 및 레이저 빔 형상으로 함으로써 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도 및 단위면적당의 조사 시간을 바꿀 수 있다.In this embodiment, the laser beam irradiation intensity distribution and the laser beam shape can be changed by the spatial
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)에 있어서 피 어닐 반도체 막(20)이 비결정 실리콘 막일 경우, 하기 식(3) 및 (4)을 충족하는 레이저 광 조사 조건으로 설정되어 있는 것이 바람직하다.In the
0.82 ≤ EP/EA ≤ 1.0 …(3), 0.82? EP / EA? (3),
EL/EA ≤ 0.70 …(4)EL / EA? 0.70... (4)
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)에 있어서 래터럴 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율이 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율보다 작은 레이저 광 조사 조건으로 설정되어 있는 것이 바람직하다.In the
피 어닐 반도체 막(20)이 비결정 실리콘 막일 경우, 레이저 헤드(120)에 탑재된 반도체 레이저(레이저 광 발진원)(LD)는 래터럴 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율과 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율의 차가 비교적 큰 발진 파장이 350~600㎚의 파장 영역에 있는 반도체 레이저인 것이 바람직하고, 발진 파장이 350~500㎚의 파장 영역에 있는 반도체 레이저인 것이 보다 바람직하다.In the case where the annealed
발진 파장이 350~600㎚ 혹은 350~500㎚의 파장 영역에 있는 레이저로서는 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, InGaNAs, GaNAs 등의 질소 함유 반도체 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하는 활성층을 구비한 GaN계 반도체 레이저, 및 ZnO계나 ZnSe계 등의 II-VI족 화합물계 반도체 레이저 등을 들 수 있다.As a laser having an oscillation wavelength in the wavelength region of 350 to 600 nm or 350 to 500 nm, GaN having an active layer containing one or two or more nitrogen-containing semiconductor compounds such as GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, InGaNAs, GaNAs, etc. And group II-VI compound semiconductor lasers such as ZnO and ZnSe.
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)는 피 어닐 반도체 막(20)에 대하여 y위치를 바꾸어서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 실시할 때(어닐 영역을 바꿀 때)에는 먼저 레이저 광(L)이 조사된 영역과 다음에 레이저 광(L)이 조사되는 영역이 부분적으로 겹치도록 레이저 어닐을 실시하는 것이 바람직하다.The
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)에 있어서 피 어닐 반도체 막(20)이 비결정 실리콘 막일 경우, 레이저 광(L)의 조사 조건과 상대 주사 조건은 비결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수 파워 밀도(P)(MW/㎠)와 레이저 광(L)의 상대 주사 속도(v)(m/s)가 하기 식(5)을 충족하는 조건으로 설정되어 있는 것이 바람직하다.In the
0.44v0.34143 ≤ P ≤ 0.56v0.34143 …(5)0.44v 0.34143 ? P? 0.56v 0.34143 ... (5)
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)를 이용함으로써 상기 본 발명의 레이저 어닐 방법을 실시할 수 있다.The laser annealing method of the present invention can be implemented by using the
「레이저 어닐 장치의 제 2 실시형태」"2nd Embodiment of a Laser Annealing Device"
제 1 실시형태와 마찬가지로, 도 19 및 도 20을 참조하여 본 발명에 따른 제 2 실시형태의 레이저 어닐 장치에 대해서 설명한다.Similarly to the first embodiment, the laser annealing device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 and 20.
제 1 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)가 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 단위면적당의 레이저 광 조사 강도가 바뀌어져 있었던 것에 대하여 본 실시형태의 레이저 어닐 장치(200)에서는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 단위면적당의 레이저 광 조사 시간이 바뀌어져 있다. 따라서, 레이저 빔 패턴이나 특성을 변화시키는 공간 변조 소자(133)의 기능이 다른 것 이외에는 제 1 실시형태와 같은 구성으로 하고 있다.In the
레이저 어닐 장치(200)에서는 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121)의 유닛 으로부터 균일한 광 강도 분포를 갖고, 도면에 나타내는 y방향을 길이방향으로 하는 가늘고 긴 직사각형상의 빔 패턴의 레이저 광(L)이 출사된다. 공간 광변조 소자(133)는 그 자신의 광투과 특성에 분포가 있고, 비결정 부분의 상대 주사 방향의 총 조사 폭에 비하여 입상 결정 부분의 상대 주사 방향의 총 조사 폭이 넓은 빔 패턴을 형성하고, 1회의 주사당의 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간보다 길게 할 수 있는 소자이다.In the laser annealing apparatus 200, the laser light L of an elongated rectangular beam pattern having a uniform light intensity distribution from the units of the plurality of haptic semiconductor
공간 광변조 소자(133)는 피 어닐 반도체 막(20)의 막면 상에서 원하는 빔 패턴으로 되는 역 푸리에 변환 프로파일의 복소 진폭 분포를 가지는 공간 광변조 소자이다. 공간 광변조 소자(133)로서는 위상 변조 소자 등을 들 수 있다.The spatial
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(200)에 있어서도 제 1 실시형태와 마찬가지로 상기 식(2A) 및 (2B)을 충족하는 것이 바람직하고, 이을 위해서는 래터럴 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간이 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간과 동등 이하로 되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 상기와 마찬가지로, 공간 광변조 소자(133)에 의해 이러한 조건을 충족하도록 조정할 수 있다.Also in the laser annealing apparatus 200 of this embodiment, it is preferable to satisfy said formula (2A) and (2B) similarly to 1st Embodiment, and for this purpose, the laser light irradiation time per unit area in a lateral crystal part is It is preferable to set so that it may become equal to or less than the laser beam irradiation time per unit area in an amorphous part. In the present embodiment, as described above, the spatial
후기 실시예에서 설명한 바와 같이, y위치를 바꾸어서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 실시할 때의 겹침량을 일정하게 해서 레이저 어닐을 실시할 경우에는 입상 결정 및 래터럴 결정의 생성 영역이 결정되므로, 입상 결정의 생성 영역, 혹은 입상 결정의 생성 영역 및 먼저 생성된 래터럴 결정에 대하여 재조사를 행하는 영역에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간이 원하는 값으로 되는 레이저 광의 빔 패턴을 형성하도록 공간 광변조 소자(133)의 광변조 특성을 설계하면 된다.As described in the later embodiments, when the laser annealing is performed with a constant amount of overlap when the y-direction is changed in the x-direction relative scanning of the laser light L, the granular crystal and the lateral crystal generating region are determined. Therefore, the spatial light is formed so as to form a beam pattern of laser light in which the laser light irradiation time per unit area in the generation region of the granular crystal or the region in which the granular crystal is generated and the region to be irradiated with respect to the previously generated lateral crystal is a desired value. What is necessary is just to design the light modulation characteristic of the
본 실시형태에서는 공간 광변조 소자(133)에 의해 레이저 광의 빔 패턴을 바꿀 수 있다. 도 12에 나타내어지는 바와 같은 빔 패턴으로 함으로써 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 조사 시간을 바꿀 수 있다.In the present embodiment, the beam pattern of the laser light can be changed by the spatial
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(200)를 이용함으로써 상기 본 발명의 레이저 어닐 방법을 실시할 수 있다.The laser annealing method of the present invention can be performed by using the laser annealing apparatus 200 of the present embodiment.
「레이저 어닐 장치의 제 3 실시형태」"Third Embodiment of Laser Annealing Device"
도면을 참조하여 본 발명에 따른 제 3 실시형태의 레이저 어닐 장치의 구성에 대해서 설명한다. 도 19는 레이저 어닐 장치의 전체 구성도(제 1 실시형태와 같은), 도 22는 1개의 합파 반도체 레이저 광원(121 및 121A)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.The structure of the laser annealing apparatus of 3rd Embodiment which concerns on this invention with reference to drawings is demonstrated. FIG. 19 is a diagram showing the overall configuration of the laser annealing device (same as in the first embodiment), and FIG. 22 is a diagram showing the internal configuration of one harmonic semiconductor
제 1 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)가 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 단위면적당의 레이저 광 조사 강도가 바뀌어져 있었던 것에 대하여 본 실시형태의 레이저 어닐 장치(300)에서는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 조사하는 레이저 광의 파장이 바뀌어져 있다. 구체적으로는 입상 결정 부분에 대하여 비결정 부분에 조사하는 레이저 광의 파장보다 단파장의 레이저 광을 포함하는 단일 또는 복수의 파장의 레이저 광을 조사하도록 설정되어 있다.In the
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(300)는 비결정 실리콘 막 등의 피 어닐 반 도체 막(20)을 적재하는 기판 스테이지(110)와, 레이저 광(L)을 출사하는 레이저 헤드(120)와, 레이저 헤드(120)로부터의 출사 레이저 광(L)을 주사하는 주사 광학계(140)를 구비하고 있다.The
본 실시형태에서는 레이저 헤드(120)로부터 출사된 레이저 광(L)은 주사 광학계(140)에 의해 도면에 나타내는 x방향(주 상대 주사 방향)에 주사되도록 되어 있다. 또한, 기판 스테이지(110)가 스테이지 이동 수단(도시 생략)에 의해 도면에 나타내는 y방향으로 이동 가능하게 되어 있고, 이것에 의해 레이저 광(L)이 도면에 나타내는 y방향(부 상대 주사 방향)으로 상대 주사되도록 되어 있다. 본 실시형태에서는 기판 스테이지(110) 및 주사 광학계(140)에 의해 레이저 광(L)을 피 어닐 반도체 막(20)에 대하여 상대 주사하는 상대 주사 수단이 구성되어 있다. In the present embodiment, the laser light L emitted from the
레이저 헤드(120)는 수냉 히트 싱크(131) 상에 간극 없이 배치된 1개 또는 복수개의 합파 반도체 레이저 광원(121) 또는 합파 반도체 레이저 광원(121A)에 의해 개략적인 구성으로 되어 있다(도 19는 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121)에 의해 구성한 예). 합파 반도체 레이저 광원(121)은 파장 분포가 대략 균일한 빔을 출사하는 광원이며, 레이저 광출사구에 공간 변조 소자(133)를 구비하고 있지 않은 것 이외에는 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태와 같은 구성으로 하고 있다. 합파 반도체 레이저 광원(121A)은 합파 반도체 레이저 광원(121)에 파장 분포 형성 유닛(152)을 구비하고, 합파 반도체 레이저 광원(121)으로부터 출사되는 레이저 광(L)을, 빔 내의 원하는 위치에 있어서 파장을 다르게 한 파장 분포를 갖는 레이저 광(L)으로서 출사하는 광원이다. 이하에 합파 반도체 레이저 광원(121A)의 구성 을 설명한다.(도 22를 참조).The
도 22에 있어서 합파 반도체 레이저 광원(121)으로부터 출사된 레이저 광(L(L1~L4))은 파장 분포 형성 유닛(152) 내의 다이크로익 미러(150)에 입사되고, 한편, 다이크로익 미러(150)에는 레이저 광(L)과 직교하는 방향으로부터, LD 패키지(123E)로부터 출사되고, 레이저 광(L)과 파장이 다른 레이저 광(L5)이 입사된다. 본 발명의 레이저 어닐 방법에 적용하는 경우에는 레이저 광(L5)은 입상 결정 부분에만 조사되므로 레이저 광(L)의 파장보다 단파장이다. 다이크로익 미러(150)에 레이저 광(L5)의 파장의 광을 반사하는 특성의 것을 이용함으로써 레이저 광(L) 및 레이저 광(L5)을 동시에 출사시킬 수 있고, 또한 파장 분포 형성 유닛(152)에 설치되어 있다, 빔 위치 조정(151)에 의해 콜리메이터 렌즈(124E)를 움직임으로써 레이저 광(L5)의 피 어닐 반도체 막 상의 조사 위치를 바꾸고, 또한 콜리메이터 렌즈(124E)의 집광 특성을 변화시켜 레이저 광(L5)의 빔 폭을 원하는 크기로 할 수 있다. 레이저 광(L)과 레이저 광(L5)은 겹쳐져 있어도 독립되어 있어도 되고, 필요한 빔 폭과 레이저 광 강도에 따라 설계하면 된다.In FIG. 22, the laser light L (L1 to L4) emitted from the harmonic semiconductor
도 22에 있어서 레이저 광(L)과 직교하는 방향으로부터 조사하는 LD 패키지(123E)는 1개만 배치한 구성으로 하고 있지만, 파장을 다르게 하는 부분에만 조사하는 레이저 광에 필요로 되는 파워에 따라 그 개수는 바뀌어진다. 도 16~도 18에 나타내어지는 바와 같은, 본 발명의 레이저 어닐 방법에 적용하는 경우에는 입상 결정 부분에 비결정 부분에 조사되는 레이저 광의 파장보다 단파장의 레이저 광을 조사해서 레이저 광의 흡수 에너지의 차를 작게 하기 위한 것이므로, LD 패키 지(123E)는 1개이어도 충분하지만, 필요에 따라서 복수개 설치하는 구성으로 해도 지장은 없다. LD 패키지(123E)의 반도체 레이저는 싱글 모드이어도 멀티 모드이어도 된다.In FIG. 22, only one
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(300)는 레이저 헤드(120)에 의해 피 어닐 반도체 막(20) 상의 원하는 위치에 있어서 파장이 다른 레이저 광을 조사하는 빔 패턴을 형성할 수 있는 구성으로 하고 있다. 레이저 헤드(120)는 입상 결정 부분을 조사 대상으로 하고, 비결정 부분에 조사하는 레이저 광의 파장보다 단파장의 상기 레이저 광을 발진하는 레이저 광 발진원이 구비되어 있는 것이 바람직하다. 이 레이저 광 발신원은 입상 결정 부분만을 조사 대상으로 하고 있는 것이 바람직하다. 단, 입상 결정 부분과 비결정 부분 사이 온도 구배의 개선 효과가 얻어지는 범위 내이면 입상 결정 부분뿐만 아니라, 그 주위가 조사 대상으로 포함되어도 상관 없다.The
상기한 바와 같이, 레이저 헤드(120)는 수냉 히트 싱크(131) 상에 간극 없이 배치된 1개 또는 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121) 또는 합파 반도체 레이저 광원(121A)에 의해 개략적으로 구성되어 있다. 합파 반도체 레이저 광원(121A)은 상기와 같이 조사하는 빔 내에 있어서 원하는 위치에 있어서 파장을 다르게 하는 것이 가능하므로, 피 어닐 반도체 막(20) 상에 있어서 파장을 바꾸고 싶은 부분의 폭에 따라 합파 반도체 레이저 광원(121) 또는 합파 반도체 레이저 광원(121A)을 조합시켜 레이저 헤드(120)를 구성함으로써 원하는 파장 분포의 빔을 출사할 수 있다.As described above, the
합파 반도체 레이저 광원(121) 및 합파 반도체 레이저 광원(121A)의 개수는 1회의 어닐에 의한 조사 폭에 따라 다르고, 1회의 어닐의 조사 폭이 합파 반도체 레이저 광원(121A)의 조사 폭 이하인 경우에는 1개만으로 구성해도 된다. 또한, 레이저 헤드(120)가 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121)에 의해 구성되어 있는 경우에는 상기의 빔 내에 파장 분포를 갖는 레이저 광을 출사하는 합파 반도체 레이저 광원(121A)과 빔 내의 파장 분포가 대략 균일한 합파 반도체 레이저 광원(121)을 조합함으로써 원하는 파장 분포를 갖는 빔 패턴을 형성하는 구성으로 해도 되고, 합파 반도체 레이저 광원(121)을 개수 단위로 파장을 다르게 하여 이들을 배열함으로써 원하는 파장 분포를 갖는 빔 패턴을 형성하는 구성으로 할 수도 있다. 합파 반도체 레이저 광원(121)의 개수 단위로 파장을 다르게 해서 빔 패턴을 형성하는 경우에는 피 어닐 반도체 막(20)에 있어서 파장을 다르게 하고 싶은 부분에 조사하는 합파 반도체 레이저 광원(121)만 파장을 다르게 하는 구성으로 하면 된다.The number of the haptic semiconductor
도 19는 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121)을 구비한 레이저 헤드(120)로 한 경우의 레이저 어닐 장치(300)를 나타내고 있다.19 shows the
이상과 같은 구성인 본 실시형태의 레이저 어닐 장치(300), 도 15(a)~(c) 등에 나타내어지는 바와 같은 빔 패턴을 형성해서 입상 결정 부분에만 파장이 다른 레이저 광(L5)을 조사해서 레이저 어닐을 행하는 것이 가능하고, 따라서, 상기 본 발명의 레이저 어닐 방법에 바람직하게 적용할 수 있다. 본 발명자는 예컨대, 피 어닐 반도체 막(20)의 비결정 부분에 있어서의 조사광 파워 밀도가 O.5~2.7W/㎠인 도면에 나타내는 y방향을 길이방향으로 하는 8×1㎛~20×3㎛의 가늘고 긴 직사각형 상 레이저 빔을 실현했다.The
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(300)에 있어서도 제 1 실시형태와 마찬가지로 레이저 광(L)의 조사 조건은 피 어닐 반도체 막(20)의 입상 결정 부분 및 비결정 부분이 융해되고, 또한 피 어닐 반도체 막(20)의 래터럴 결정 부분이 융해되지 않는 조건으로 설정되어 있고, 구체적으로는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서 조사하는 레이저 광의 파장이 바뀌어져 있다. 구체적으로는 입상 결정 부분에 대하여 비결정 부분에 조사하는 레이저 광의 파장보다 단파장의 레이저 광을 포함하는 단일 또는 복수의 파장의 레이저 광을 조사하도록 설정되어 있다.Also in the
후기 실시예에서 설명한 바와 같이, y위치를 바꾸어서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 실시할 때의 겹침량을 일정하게 해서 레이저 어닐을 실시할 경우에는 입상 결정 및 래터럴 결정의 생성 영역이 결정되므로, 입상 결정의 생성 영역, 혹은 입상 결정의 생성 영역 및 먼저 생성된 래터럴 결정에 대하여 재조사를 행하는 영역에 있어서 조사되는 레이저 광의 파장이 원하는 값으로 되는 레이저 광의 빔 패턴을 형성하도록 레이저 헤드(120) 및 합파 반도체 레이저 광원(121,121A)을 설계하면 된다. 본 실시형태의 레이저 어닐 장치(300)에 의하면 도 15(a)~(c)에 나타내어지는 바와 같은 본 발명의 레이저 어닐 방법에 적합한 빔 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.As described in the later embodiments, when the laser annealing is performed with a constant amount of overlap when the y-direction is changed in the x-direction relative scanning of the laser light L, the granular crystal and the lateral crystal generating region are determined. Therefore, the
본 실시형태에서는 레이저 헤드(120) 및 합파 반도체 레이저 광원(121,121A)에 의해 레이저 광의 빔 패턴을 바꿀 수 있다. 도 15에 나타내어지는 바와 같은 빔 패턴으로 함으로써, 입상 결정 부분에 대하여 비결정 부분에 조사하는 레이저 광의 파장보다 단파장의 레이저 광을 포함하는 단일 또는 복수의 파장의 레이저 광을 조사할 수 있다.In the present embodiment, the beam pattern of the laser light can be changed by the
합파 반도체 레이저 광원(121A)에 있어서 입상 결정 부분에만 조사하는 LD 패키지(123E)로부터의 출사광은 래터럴 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율과 입상 결정 부분에 있어서의 레이저 광의 흡수율의 차가 비교적 크므로, 350~600㎚의 파장의 레이저 광인 것이 바람직하고, 350~500㎚의 파장의 레이저 광인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 식(3) 및 (4)을 충족하기 위해서는 피 어닐 반도체 막(20)이 비결정 실리콘 막일 경우, 입상 결정 부분에 조사하는 단일 또는 복수의 파장의 레이저 광을 포함하는 모든 레이저 광, 즉 레이저 헤드(120)에 탑재된 모든 반도체 레이저(LD)로부터 발진되는 레이저 광이 350~600㎚의 파장의 레이저 광인 것이 바람직하고, 350~500㎚의 파장의 레이저 광인 것이 보다 바람직하다. 350~600㎚ 혹은 350~500㎚의 파장 영역에 있는 레이저로서는 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, InGaNAs, GaNAs 등의 질소 함유 반도체 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유하는 활성층을 구비한 GaN계 반도체 레이저, 및 ZnO계나 ZnSe계 등의 II-VI족 화합물계 반도체 레이저 등을 들 수 있다.The light emitted from the
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(300)는 피 어닐 반도체 막(20)에 대하여 y위치를 바꾸어서 레이저 광(L)의 x방향 상대 주사를 실시할 때(어닐 영역을 바꿀 때)에는 먼저 레이저 광(L)이 조사된 영역과 다음에 레이저 광(L)이 조사되는 영역이 부분적으로 겹치도록 레이저 어닐을 실시하는 것이 바람직하다.The
본 실시형태의 레이저 어닐 장치(300)를 이용함으로써 상기 본 발명의 레이 저 어닐 방법을 실시할 수 있다.The laser annealing method of the present invention can be implemented by using the
(설계 변경예)(Design change example)
본 실시형태의 레이저 어닐 장치는 상기 구성에 한정되지 않고, 적절하게 설계 변경 가능하다.The laser annealing apparatus of this embodiment is not limited to the said structure, A design change is possible suitably.
도 23,24,25의 각 (a),(b)에 나타내는 바와 같이, 공간 광변조 소자(133)나 입상 결정 부분을 조사 대상으로 하는 레이저 패키지(123E)를 설치하지 않고, 도 19에 나타낸 것과 동일한 복수의 합파 반도체 레이저 광원(121)의 유닛에, 입상 결정 부분에만 레이저 광을 선택적으로 조사하는 1개의 반도체 레이저(LD)(레이저 광 발진원)를 탑재한 반도체 레이저 광원(134)을 부착하는 구성으로 해도 된다. 도 23~25의 (b)는 레이저 헤드(120)의 상면도이다(수냉 히트 싱크(131)의 도시 생략).As shown to each (a), (b) of FIG. 23, 24, 25, it shows in FIG. 19, without installing the spatial
반도체 레이저 광원(134)은 1개의 합파 반도체 레이저 광원(121)의 바로앞(상대 주사 방향에 대하여 앞측)에 부착되어 있다. 제 1 실시형태에서는 반도체 레이저 광원(134)으로부터의 출사광과 이것을 부착된 합파 반도체 레이저 광원(121)으로부터의 출사광이 겹쳐서 입상 결정 부분에 조사되도록 되어 있다. 제 2 실시형태 및 제 3 실시형태에서는 반도체 레이저 광원(134)으로부터의 출사광과 이것이 부착된 합파 반도체 레이저 광원(121)으로부터의 출사광이 입상 결정 부분에 조사되도록 되어 있다. 단, 반도체 레이저 광원(134)은 입상 결정 부분과 비결정 부분 사이의 온도 구배의 개선 효과가 얻어지는 범위 내에서 입상 결정 부분뿐만 아니라, 그 주위에 대해서 조사가능하여도 상관 없다.The semiconductor
도 23~25에 있어서 (c)가 피 어닐 반도체 막(20)에 조사되는 레이저 빔 형상 을 나타내고 있다. 반도체 레이저 광원(134)으로부터의 출사광과 이것이 부착된 합파 반도체 레이저 광원(121)으로부터의 출사광이 겹쳐져 있는 부분에는 해칭을 붙이고 있다. 각 도면에 있어서 (b)와 (c)는 축척을 바꾸어 나타내고 있다.23-25, (c) has shown the laser beam shape irradiated to the annealed
도 23에 나타내는 구성으로 하여도 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 비결정 부분 및 래터럴 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도보다 조금 올릴 수 있고, 막면 상에 있어서의 레이저 광 조사 강도 분포를 도 9에 나타낸 원하는 레이저 광 조사 강도 분포로 할 수 있다.Even with the structure shown in FIG. 23, the laser beam irradiation intensity per unit area in a granular crystal part can be raised rather than the laser beam irradiation intensity per unit area in an amorphous part and a lateral crystal part, and the laser on a film surface The light irradiation intensity distribution can be made into the desired laser light irradiation intensity distribution shown in FIG.
도 24에 나타내는 구성으로 하여도 레이저 광(L)의 빔 패턴을 비결정 부분의 상대 주사 방향의 총 조사 폭에 비해서 입상 결정 부분의 상대 주사 방향의 총 조사 폭이 넓은 빔 패턴으로 할 수 있으므로, 도 13 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 1회의 주사당의, 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간보다 길게 할 수 있다.Even in the configuration shown in FIG. 24, the beam pattern of the laser light L can be a beam pattern having a larger total irradiation width in the relative scanning direction of the granular crystal portion than the total irradiation width in the relative scanning direction of the amorphous portion. As shown in FIG. 13 and FIG. 14, the laser light irradiation time per unit area in the granular crystal part per scan can be made longer than the laser light irradiation time per unit area in the amorphous part.
도 25에 나타내는 구성으로 하여도 도 15에 나타내어지는 바와 같은 빔 패턴을 형성하고, 입상 결정 부분에 대하여 비결정 부분에 조사하는 레이저 광의 파장보다 단파장의 레이저 광을 포함하는 단일 또는 복수의 파장의 레이저 광을 조사할 수 있으므로, 도 16~도 18에 나타낸 바와 같이, 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 흡수 에너지 분포를 균일하게 할 수 있다.Even with the structure shown in FIG. 25, the laser beam of the single or multiple wavelength which forms the beam pattern as shown in FIG. 15 and contains laser beam of wavelength shorter than the wavelength of the laser beam irradiated to an amorphous part with respect to a granular crystal part is shown. 16 can be irradiated, the absorption energy distribution in a granular crystal part and an amorphous part can be made uniform.
반도체 레이저 광원(134)은, 도 9,도 13,도 16 등에 나타내는 바와 같이, 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도나 레이저 광 조사 시간, 및 레이저 광의 파장을 조금 변화시키기 위한 것이므로, 반도체 레이저 광 원(134)에 탑재되는 반도체 레이저(LD) 수는 1개로 충분하다. 단, 필요에 따라 반도체 레이저 광원(134)에 복수의 반도체 레이저(LD)를 탑재해도 지장은 없다. 반도체 레이저 광원(134)에 탑재되는 반도체 레이저(LD)는 싱글 모드이어도 멀티 모드이어도 된다.9, 13, 16 and the like, the semiconductor
반도체 레이저 광원(134)은 레이저 헤드(120) 자신에 설치하지 않아도, 입상 결정 부분에만 레이저 광을 선택적으로 조사할 수 있으면 레이저 헤드(120)와는 독립하여 형성해도 된다. 단, 레이저 헤드(120)와는 독립하여 반도체 레이저 광원(134)을 설치할 경우에는 반도체 레이저 광원(134)을 레이저 헤드(120)의 상대 주사에 맞춰서 상대 주사할 필요가 있다.The semiconductor
상기 실시형태에서는 기판 스테이지(110)의 이동과 주사 광학계(140)에 의한 광 주사에 의해 피 어닐 반도체 막(20)에 대한 레이저 광(L)의 상대 주사를 실시하는 구성으로 했지만, 피 어닐 반도체 막(20)에 대한 레이저 광(L)의 상대 주사는 레이저 헤드(120)의 도면에 나타내는 x방향 및 y방향의 기계적 주사, 기판 스테이지(110)의 도면에 나타내는 x방향 및 y방향의 기계적 주사, 혹은 레이저 광(L)의 도면에 나타내는 x방향 및 y방향의 광 주사 등에 의해서도 실시할 수 있다.In the above embodiment, although the laser beam L is scanned relative to the annealed
상기 실시형태에서 나타내어진 바와 같이, 고출력이 얻어지고, 가늘고 긴 레이저 빔 형상을 얻을 수 있으므로, 레이저 헤드(120)는 멀티 횡모드의 반도체 레이저(LD)를 복수 구비한 합파 반도체 레이저 광원(121)을 복수 탑재한 것이 바람직하다. 개개의 합파 반도체 레이저 광원(121)에 탑재되는 LD 수가 4개인 경우에 대해서 설명했지만, 그 수는 적절하게 설계할 수 있다. 레이저 헤드(120)는 단수의 합 파 반도체 레이저 광원(121)만을 구비한 것이어도 된다. 레이저 헤드(120)는 단수의 반도체 레이저(LD)만을 구비한 것이어도 된다.As shown in the above embodiment, since a high output can be obtained and a long and thin laser beam shape can be obtained, the
또한, 제 3 실시형태에 있어서 레이저 어닐 장치(300)에 이용하는 광원은 반도체 레이저에 의해 구성을 했지만, 350㎚~650㎚의 파장 범위의 레이저 광을 발진하는 것이 가능하고, 연속 발진이 가능한 LD 여기 제 2 고조파 고체 레이저에 의해 구성해도 된다. 연속 발진이 가능한 LD 여기 제 2 고조파 고체 레이저로서는 Nd 도프 YVO4의 제 2 고조파, Nd 도프 YAG의 제 2 고조파, Nd 도프 YLF 제 2 고조파 고체 레이저 등을 들 수 있다.In addition, although the light source used for the
「반도체 막, 반도체 장치, 액티브 매트릭스 기판」"Semiconductor Film, Semiconductor Device, Active Matrix Substrate"
도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시형태의 반도체 막, 이것을 이용한 반도체 장치, 및 이것을 구비한 액티브 매트릭스 기판의 제조 방법과 구성에 관하여 설명한다. 본 실시형태에서는 톱 게이트형의 화소 스위칭용 박막 트랜지스터(화소 스위칭용 TFT)와, 이것을 구비한 액티브 매트릭스 기판을 예로서 설명한다. 도 26은 공정도(기판의 두께방향의 단면도)이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION With reference to drawings, the manufacturing method and structure of the semiconductor film of embodiment which concerns on this invention, the semiconductor device using the same, and the active matrix substrate provided with this are demonstrated. In this embodiment, a top gate type pixel switching thin film transistor (pixel switching TFT) and an active matrix substrate having the same will be described as an example. Fig. 26 is a process diagram (sectional view in the thickness direction of the substrate).
처음에, 도 26(a)에 나타내는 바와 같이, 기판(10)을 준비하고, 기판(10)의 표면 전체에 비결정 반도체로 이루어지는 피 어닐 반도체 막(20)을 성막한다. 여기서는 피 어닐 반도체 막(20)이 비결정 실리콘(a-Si)막일 경우에 대해서 나타내고 있다.First, as shown to Fig.26 (a), the board |
기판(10)으로서는 특별히 제한은 없고, 유리 기판(석영 유리 기판, 바륨 붕 규산 유리 기판, 알루미노 붕규산 유리 기판 등), 본 실시형태의 TFT 프로세스 및 TFT 프로세스의 후공정에 있어서의 열처리에 견딜 수 있는 내열성을 갖고, 또한 유리 동등 이상의 단열성을 갖는 플라스틱 기판, 실리콘 기판, 및 금속 기판(스테인레스 기판 등)의 표면에 절연막을 형성해서 유리 동등 이상의 단열성을 부여한 기판 등을 들 수 있다.There is no restriction | limiting in particular as the board |
피 어닐 반도체 막(20)은 기판(10) 상에 직접 형성하는 것은 아니고, 기판(10) 상에 산화 실리콘이나 질화 실리콘 등의 하지막(도시 생략)을 성막하고나서, 그 위에 피 어닐 반도체 막(20)을 성막해도 된다. 하지막 및 피 어닐 반도체 막(20)의 성막 방법으로서는 특별히 제한은 없고, 플라즈마 CVD법, LPCVD법, 및 스퍼터법 등의 기상성장법을 들 수 있다.The annealed
하지막의 막 두께는 특별히 제한은 없고, 예컨대 200㎚ 정도가 바람직하다. 피 어닐 반도체 막(20)의 막 두께는 특별히 제한은 없고, 40~120㎚가 바람직하다. 피 어닐 반도체 막(20)의 막 두께는 예컨대 50㎚ 정도가 바람직하다.There is no restriction | limiting in particular in the film thickness of an underlayer, For example, about 200 nm is preferable. There is no restriction | limiting in particular in the film thickness of the to-
플라즈마 CVD법 등에 의해 성막된 피 어닐 반도체 막(20)에는 통상 수소가 많이 포함된다. 수소가 많이 포함된 채 레이저 어닐에 의한 결정화를 행하면, 수소가 범핑(bumping) 막 표면이 거칠어지는, 수소의 범핑에 의해 막이 부분적으로 박리되는 등의 문제가 생길 우려가 있다. 따라서, 레이저 어닐에 앞서서 탈수소처리를 행하는 것이 바람직하다. 탈수소처리 방법으로서는 특별히 제한은 없고, 열 어닐 처리(예컨대 약 500℃ㆍ약 10분간) 등을 들 수 있다.Hydrogen is usually contained in the annealed
다음에, 도 26(b)에 나타내는 바와 같이, 피 어닐 반도체 막(20)에 대하여 상기 본 발명의 레이저 어닐을 실시해서 피 어닐 반도체 막(20)의 전체면을 결정화한다. 본 실시형태에서는 대략 전체면 래터럴 결정화가 가능하다.Next, as shown in FIG. 26 (b), the laser annealing of the present invention is performed on the annealed
다음에, 도 26(c)에 나타내는 바와 같이, 포토리소그래픽법에 의해 레이저 어닐 후의 반도체 막(21)을 패터닝하여 TFT의 소자 형성 영역 이외의 영역을 제거한다. 패터닝 후의 반도체 막에 부호 22를 붙이고 있다.Next, as shown in Fig. 26C, the
다음에, 도 26(d)에 나타내는 바와 같이, CVD법이나 스퍼터링법 등이 의해 SiO2 등으로 이루어지는 게이트 절연막(24)을 형성한다. 게이트 절연막(24)의 막 두께는 특별히 제한은 없고, 예컨대 1OO㎚ 정도가 바람직하다.Next, as shown in Fig. 26D, a
다음에, 도 26(e)에 나타내는 바와 같이, 전극 재료를 성막하고, 포토리소그래픽법에 의한 패터닝을 실시함으로써 게이트 절연막(24) 상에 게이트 전극(25)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 26E, the electrode material is formed and the
다음에, 도 26(f)에 나타내는 바와 같이, 게이트 전극(25)을 마스크로 하여, 반도체 막(22)에 P, B 등의 도펀트를 도프하고, 활성 영역인 소스 영역(23a)과 드레인 영역(23b)을 갖는 활성층(23)을 형성한다. 도펀트가 P인 경우에 대해서 나타내고 있다. 활성층(23)에 있어서 소스 영역(23a)과 드레인 영역(23b) 사이의 영역이 채널 영역(23c)으로 된다. 도프량은 예컨대 3.0×1015ions/㎠정도가 바람직하다. 이 공정에 의해 TFT의 활성층을 하는 반도체 막(23)이 형성된다.Next, as shown in FIG. 26 (f), dopants such as P and B are doped into the
다음에, 도 26(g)이 나타내는 바와 같이, SiO2이나 SiN 등으로 이루어지는 층간 절연막(26)을 성막하고, 또한, 드라이 에칭이나 습식 에칭 등의 에칭을 실시 하여 층간 절연막(26)에 반도체 막(23)의 소스 영역(23a)에 통하는 콘택트 홀(27a)과, 드레인 영역(23b)에 통하는 콘택트 홀(27b)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 26 (g), an
또한, 층간 절연막(26) 상의 소정의 영역에 소스 전극(28a)과 드레인 전극(28b)을 형성한다. 소스 전극(28a)은 콘택트 홀(27a)을 통해서 반도체 막(23)의 소스 영역(23a)에 도통되고, 드레인 전극(28b)은 콘택트 홀(27b)을 통해서 반도체 막(23)의 드레인 영역(23b)에 도통된다.In addition, the
본 실시형태에서는 레이저 어닐 후 패터닝 전의 반도체 막(21), 패터닝 후 불순물 주입 전의 반도체 막(22), 및 불순물 주입 후의 반도체 막(23) 모두 본 발명의 레이저 어닐 기술을 이용하여 제조된 본 발명의 반도체 막이다.In the present embodiment, the
이상의 공정에 의해 본 실시형태의 화소 스위칭용 TFT(30)가 제조된다. By the above process, the
다음에, 도 26(h)에 나타내는 바와 같이, SiO2나 SiN 등으로 이루어지는 층간 절연막(31)을 성막하고, 드라이 에칭이나 습식 에칭 등의 에칭을 실시하여 층간 절연막(31)에 소스 전극(28a)에 통하는 콘택트 홀(32)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 26 (h), an
또한, 층간 절연막(31) 상의 소정의 영역에 화소 전극(33)을 형성한다. 화소 전극(33)은 콘택트 홀(32)을 통해서 TFT(30)의 소스 전극(28a)에 도통된다.Further, the
1쌍의 화소 전극(33)과 TFT(30)만을 나타내고 있지만, 실제로는 1개의 기판(10)에 대하여 화소 전극(33)은 매트릭스상으로 다수 형성되고, 각 화소 전극(33)에 대응해서 화소 스위칭용 TFT(30)가 형성된다.Although only a pair of
통상, 액정 장치용에서는 1개의 도트에 대하여 1개의 화소 전극(33)과 1개의 화소 스위칭용 TFT(30)가 형성되고, EL 장치용에서는 1개의 도트에 대하여 1개의 화소 전극(33)과 2개의 화소 스위칭용 TFT(30)가 형성된다.Usually, one
이상의 공정에 의해 본 실시형태의 액티브 매트릭스 기판(40)이 제조된다.The
액티브 매트릭스 기판(40)의 제조에 있어서는 주사선이나 신호선 등의 배선이 형성된다. 게이트 전극(25)이 주사선을 겸하는 경우와, 게이트 전극(25)과는 별도로 주사선을 형성하는 경우가 있다. 드레인 전극(28b)이 신호선을 겸하는 경우와, 드레인 전극(28b)과는 별도로 신호선을 형성하는 경우가 있다.In the manufacture of the
본 실시형태에서는 본 발명의 레이저 어닐 기술을 이용하고 있으므로, 결정성이 높고, TFT의 활성층으로서 바람직한 반도체 막(21~23)을 제조할 수 있다. 이들 반도체 막(21~23)을 이용하여 제조된 본 실시형태의 화소 스위칭용 TFT(30)는 소자 특성(캐리어 이동도 등)이나 소자 균일성이 우수한 것으로 된다. 이 화소 스위칭용 TFT(30)를 구비한 본 실시형태의 액티브 매트릭스 기판(40)은 전기 광학 장치용으로서 고성능의 것으로 된다.In this embodiment, since the laser annealing technique of the present invention is used, the
액정 장치나 EL 장치 등의 전기 광학 장치에서는 동일 기판 상에 화소 전극과 화소 스위칭용 TFT가 매트릭스상으로 다수 형성된 화소부와, 이 화소부를 구동하는, 복수의 구동 회로용 TFT을 이용하여 구성된 구동 회로를 구비한 구동부가 설치되는 경우가 있다. 구동 회로는 통상 N형 TFT와 P형 TFT의 CMOS 구조를 갖는다.In an electro-optical device such as a liquid crystal device or an EL device, a pixel circuit in which a plurality of pixel electrodes and pixel switching TFTs are formed in a matrix on the same substrate, and a drive circuit configured by using a plurality of driver circuit TFTs for driving the pixel portion There is a case where the drive unit having a. The driving circuit usually has a CMOS structure of an N-type TFT and a P-type TFT.
본 발명의 레이저 어닐 기술에서는 피 어닐 반도체 막(20)을 대략 전체면 래터럴 결정화할 수 있으므로, 화소 스위칭용 TFT의 활성층과 구동 회로용 TFT의 활성층을 동시에 형성할 수 있다. 본 발명의 레이저 어닐 기술에서는 캐리어 이동도 등의 소자 특성이 우수한 구동 회로용 TFT를 제조할 수 있다.In the laser annealing technique of the present invention, since the annealed
「전기 광학 장치」`` Electro-optical device ''
도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시형태의 전기 광학 장치의 구성에 대해서 설명한다. 본 발명은 EL 장치나 액정 장치 등에 적용가능하고, 유기 EL 장치를 예로서 설명한다. 도 27은 유기 EL 장치의 분해 사시도이다.With reference to drawings, the structure of the electro-optical device of embodiment which concerns on this invention is demonstrated. The present invention is applicable to an EL device, a liquid crystal device, or the like, and an organic EL device will be described as an example. 27 is an exploded perspective view of an organic EL device.
본 실시형태의 유기 EL 장치(전기 광학 장치)(50)는 상기 실시형태의 액티브 매트릭스 기판(40) 상에 전류 인가에 의해 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B)을 각각 발광하는 발광층(41R,41G,41B)이 소정의 패턴으로 형성되고, 그 위에, 공통 전극(42)과 밀봉 막(43)이 순차적으로 적층된 것이다.The organic EL device (electro-optical device) 50 of this embodiment emits red light (R), green light (G), and blue light (B), respectively, by applying current on the
밀봉 막(43)을 이용하는 대신에 금속캔 혹은 유리 기판 등의 밀봉 부재로 밀봉을 행해도 된다. 이 경우에는 산화칼슘 등의 건조제를 내포시켜도 된다.Instead of using the sealing
발광층(41R,41G,41B)은 화소 전극(33)에 대응한 패턴으로 형성되고, 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B)을 발광하는 3도트로 하나의 화소가 구성되어 있다. 공통 전극(42)과 밀봉 막(43)은 액티브 매트릭스 기판(40)의 대략 전체면에 형성되어 있다.The
유기 EL 장치(50)에서는 화소 전극(33)과 공통 전극(42) 중 한쪽이 양극, 다른쪽이 음극으로서 기능하고, 발광층(41R,41G,41B)은 양극으로부터 주입되는 정공과 음극으로부터 주입되는 전자의 재결합 에너지에 의해 발광한다.In the
발광 효율을 향상시키기 위해서 발광층(41R,41G,41B)과 양극 사이에는 정공 주입층 및/또는 정공 수송층을 설치할 수 있다. 발광 효율을 향상시키기 위해서 발 광층(41R,41G,41B)과 음극 사이에는 전자 주입층 및/또는 전자 수송층을 설치할 수 있다. In order to improve the luminous efficiency, a hole injection layer and / or a hole transport layer may be provided between the light emitting
본 실시형태의 유기 EL 장치(전기 광학 장치)(50)는 상기 실시형태의 액티브 매트릭스 기판(40)을 이용하여 구성된 것이므로, TFT(30)의 소자 특성(캐리어 이동도 등)이나 소자 균일성이 우수하고, 표시 품질 등의 전기 광학 특성이 우수한 것으로 된다. Since the organic EL device (electro-optical device) 50 of the present embodiment is configured by using the
본 발명에 따른 실시예 및 비교예에 대해서 설명한다.Examples and comparative examples according to the present invention will be described.
(실시예1)(Example 1)
유리기판 상에 플라즈마 CVD법으로, 산화 실리콘으로 이루어지는 하지막(200㎚ 두께)과, 비결정 실리콘 막(a-Si, 50㎚ 두께)을 순차적으로 성막했다. 그 후, 약 500℃ㆍ약 10분의 열 어닐을 실시하여 비결정 실리콘 막의 탈수소처리를 실시했다.On the glass substrate, a base film (200 nm thick) made of silicon oxide and an amorphous silicon film (a-Si, 50 nm thick) were sequentially formed by plasma CVD. Thereafter, heat annealing was performed at about 500 ° C. for about 10 minutes to dehydrogenate the amorphous silicon film.
이 비결정 실리콘 막에 대하여 상기 실시형태의 레이저 어닐 장치(100)(도 19 및 도 20을 참조)를 이용하여 대략 전체면 레이저 어닐을 실시했다. 레이저 광 발진원으로서는 GaN계 반도체 레이저(발진 파장 405㎚)를 이용했다. 비결정 실리콘 막면 상에 있어서의 레이저 빔의 형상은 20×3㎛의 가늘고 긴 직사각형상으로 했다.About this amorphous silicon film, substantially the whole surface laser annealing was performed using the laser annealing apparatus 100 (refer FIG. 19 and FIG. 20) of the said embodiment. As the laser light oscillation source, a GaN semiconductor laser (oscillation wavelength 405 nm) was used. The shape of the laser beam on an amorphous silicon film surface was made into the elongate rectangular shape of 20x3 micrometers.
도 9에 이미지 도를 나타내는 바와 같이, 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 비결정 부분 및 래터럴 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도보다 조금 올려서 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지가 대략 동일하게 되도록(EP ≒ EA) 레이저 어닐을 실시했다.As shown in the image diagram in FIG. 9, the laser light irradiation intensity per unit area in the granular crystal portion is slightly raised than the laser light irradiation intensity per unit area in the amorphous portion and the lateral crystal portion, and is applied to the granular crystal portion and the amorphous portion. Laser annealing was carried out so that the absorbed light energy per unit area in the substrate was approximately the same (EP X EA).
구체적으로는 비결정 부분의 흡수율:입상 결정 부분의 흡수율=100:90이었으므로, 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도의 10% 분량 올려서 레이저 어닐을 실시했다.Specifically, the absorption rate of the amorphous portion: the absorption rate of the granular crystal portion = 100: 90, so that the laser light irradiation intensity per unit area in the granular crystal portion is increased by 10% of the laser light irradiation intensity per unit area in the amorphous portion, Laser annealing was performed.
그 외의 조건은 하기와 같이 하였다.Other conditions were as follows.
<그 외의 조건><Other conditions>
레이저 광의 상대 주사 속도 0.01m/s, 비결정 부분에 있어서의 흡수 파워 밀도 0.1MW/㎠, 겹침량 75%.Relative scanning speed of laser light 0.01 m / s, absorption power density in an amorphous part 0.1 MW / cm <2>, overlap amount 75%.
겹침량이 75%라는 것은 소정 y위치에 있어서 레이저 광의 x방향 상대 주사를 실시한 후 y위치를 바꾸어서 레이저 광의 x방향 상대 주사를 실시할 때에는 y위치를 5㎛만큼 어긋나게 하여 먼저 레이저 광이 조사된 20㎛ 폭의 영역에 대하여 조사 영역이 15㎛ 겹치도록 레이저 어닐을 실시한 것을 의미한다.The overlapping amount of 75% means that when the relative position of the laser beam is scanned in the x-direction at the y position, and then the y position is changed to perform the relative direction of the laser beam in the x-direction, the y position is shifted by 5 µm so that the laser beam is first irradiated by 20 µm. It means that laser annealing was performed so that the irradiation area may overlap 15 micrometers with respect to the width | variety area | region.
대략 전체면 레이저 어닐 후의 막 표면의 SEM 사진 및 TEM 사진을 도 28(a),(b)에 나타낸다. 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 조건에서는 입상 결정 부분 및 비결정 부분은 융해되지만, 일단 생성된 래터럴 결정 부분은 거듭해서 레이저 광을 조사해도 재융해되지 않고, 대략 전체면에 있어서 입상 결정 부분이 거의 없고, 또한 이음매가 없는 래터럴 결정 막이 얻어졌다. 또한, 래터럴 결정의 성장 방향 및 크기 형상이 막 전체면에서 정렬되어 있고, 막의 대략 전체면에서 레이저 광의 주 상대 주사 방향과 래터럴 결정 성장 방향이 이루는 각도를 5°이하로 정렬시킬 수 있다.SEM photographs and TEM photographs of the film surface after approximately full-surface laser annealing are shown in Figs. 28 (a) and (b). As shown in the figure, under the conditions of the present embodiment, the granular crystal portion and the amorphous portion are melted, but the generated lateral crystal portion is not remelted even after being irradiated with laser light repeatedly, and the granular crystal portion is almost in the entire surface. And a seamless lateral crystal film was obtained. In addition, the growth direction and size shape of the lateral crystals are aligned on the entire surface of the film, and the angle formed between the main relative scanning direction of the laser light and the lateral crystal growth direction on the approximately entire surface of the film can be aligned to 5 ° or less.
(실시예2)(Example 2)
도 13에 이미지 도를 나타낸 바와 같이, 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 비결정 부분 및 래터럴 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간보다 조금 길게 하여 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지가 대략 동일하게 되도록(EP ≒ EA) 한 것 이외에는 실시예1과 마찬가지로 하여 레이저 어닐을 실시했다.As shown in the image diagram in Fig. 13, the granular crystal portion and the amorphous portion are made with the laser light irradiation time per unit area in the granular crystal portion slightly longer than the laser light irradiation time per unit area in the amorphous portion and the lateral crystal portion. Laser annealing was performed in the same manner as in Example 1 except that the absorbed light energy per unit area in E was approximately equal (EP X EA).
구체적으로는 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간을 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 시간보다 10% 정도 길게 하기 위해서 공간 광변조 소자에 의해 레이저의 빔 패턴을 입상 결정 부분만 상대 주사 방향의 빔 폭이 10%만큼 길게 되어 있는 빔 패턴의 레이저 광을 이용하여 레이저 어닐을 실시했다. 그 결과, 실시예1과 마찬가지로, 입상 결정 부분 및 비결정 부분은 융해되지만, 일단 생성된 래터럴 결정 부분은 거듭해서 레이저 광을 조사해도 재융해되지 않고, 대략 전체면에 있어서 입상 결정 부분이 거의 없고, 또한 이음매가 없는 래터럴 결정 막이 얻어졌다.Specifically, in order to make the laser light irradiation time per unit area in the
(실시예3)(Example 3)
도 16에 이미지 도를 나타낸 바와 같이, 입상 결정 부분에, 비결정 부분에 조사되는 레이저 광의 파장보다 단파장의 레이저 광을 조사하여 조사되는 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지가 대략 동일하게 되도록(EP ≒ EA) 한 것 이외에는 실시예1과 마찬가지로 하여 레이저 어닐을 실시했다.As shown in the image diagram in FIG. 16, the absorbed light energy per unit area in the granular crystal portion and the amorphous portion irradiated by irradiating the granular crystal portion with the shorter wavelength laser light than the wavelength of the laser light irradiated to the amorphous portion is approximately. Laser annealing was carried out in the same manner as in Example 1 except that it was made identical (EP x EA).
구체적으로는 파장 450㎚의 GaN계 레이저 광을 비결정 부분에 조사하는 경우에, 같은 입상 결정 부분에 있어서 같은 흡수율로 되는 레이저 광의 파장은 약 405㎚이므로, 입상 결정 부분에 405㎚의 GaN계 레이저 광을 조사하여 단위면적당의 흡수 광 에너지가 대략 동일하게 되도록 합파 반도체 레이저 광원(121) 및 레이저 헤드(120)를 조정해서 레이저 어닐을 실시했다. 그 결과, 본 실시예에 있어서도 입상 결정 부분 및 비결정 부분은 융해되지만, 일단 생성된 래터럴 결정 부분은 거듭해서 레이저 광을 조사해도 재융해되지 않고, 대략 전체면에 있어서 입상 결정 부분이 거의 없고, 또한 이음매가 없는 래터럴 결정 막이 얻어졌다.Specifically, when the GaN-based laser light having a wavelength of 450 nm is irradiated to the amorphous portion, the wavelength of the laser light having the same absorption rate in the same granular crystal portion is about 405 nm, so the GaN-based laser light having 405 nm is applied to the granular crystal portion. The laser annealing was performed by adjusting the haptic semiconductor
(비교예1)(Comparative Example 1)
비결정 부분의 흡수율:입상 결정 부분의 흡수율=100:90의 조건에 있어서 비교예1에서는 입상 결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도를 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 레이저 광 조사 강도의 10% 분량 내려서 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 단위면적당의 흡수 광 에너지의 차를 보다 크게 했다. 이러한 조건에서 레이저 어닐을 실시한 것 이외에는 실시예1과 마찬가지로 대략 전체면 레이저 어닐을 실시했다.Absorption rate of the amorphous portion: In Comparative Example 1 under the condition that the absorption rate of the granular crystal portion = 100: 90, the laser light irradiation intensity per unit area in the granular crystal portion is 10 of the laser light irradiation intensity per unit area in the amorphous portion. By% reduction, the difference in absorbed light energy per unit area between the granular crystal part and the amorphous part was increased. Except for performing laser annealing under these conditions, substantially the entire surface laser annealing was performed in the same manner as in Example 1.
대략 전체면 레이저 어닐 후의 막 표면의 SEM 사진 및 TEM 사진을 도 29(a),(b)에 나타낸다. 도면에 나타내는 바와 같이, 본 비교예는 입상 결정 부분이 충분히 융해될 수 있는 조건은 아니었다. 그 때문에, 거듭해서 레이저 광을 조사해 도 입상 결정 부분은 래터럴 결정화되지 않았다. 또한, 입상 결정이 핵심으로 되어 레이저 광의 주 상대 주사 방향에 대하여 비평행 방향(레이저 광의 주사 방향에 대하여 5~45°의 각도 방향)으로 래터럴 결정이 성장하려고 하고, 또한, 동시에 주 상대 주사 방향으로 정렬되도록 래터럴 결정이 성장하려고 하는 것으로, 만곡한 래터럴 결정이 생성되었다. 막 면적에 대하여 입상 결정이 차지하는 비율은 30% 이상이었다.The SEM photograph and the TEM photograph of the film surface after a substantially whole surface laser annealing are shown to FIG. 29 (a), (b). As shown in the figure, this comparative example was not a condition in which the granular crystal part could be sufficiently melted. Therefore, the granular crystal part did not laterally crystallize even after being irradiated with laser light repeatedly. In addition, the granular crystal is the core, and the lateral crystals try to grow in a non-parallel direction (an angular direction of 5 to 45 ° with respect to the scanning direction of the laser light) with respect to the main relative scanning direction of the laser light, and at the same time in the main relative scanning direction. The lateral crystals were about to grow to align, resulting in curved lateral crystals. The proportion of granular crystals to the film area was 30% or more.
(Vg-Id 특성의 평가)(Evaluation of Vg-Id Characteristics)
실시예1의 레이저 어닐에 의해 얻어진 실리콘 막을 이용하여 TFT를 제조하고, 얻어진 TFT의 Vg-Id 특성(게이트 전압(Vg)과 드레인 전류(Id)의 관계)을 평가했다. A TFT was manufactured using the silicon film obtained by the laser annealing of Example 1, and the Vg-Id characteristics (relation between the gate voltage Vg and the drain current Id) of the obtained TFT were evaluated.
마찬가지로, 비교예1의 레이저 어닐에 의해 얻어진 실리콘 막을 이용하여 TFT를 제조하고, 그 Vg-Id 특성을 평가했다. 비교예1에 대해서는 2개의 TFT(비교예 1-A, 비교예 1-B)에 대해서 평가를 실시했다. Similarly, TFT was manufactured using the silicon film obtained by the laser annealing of the comparative example 1, and the Vg-Id characteristic was evaluated. In Comparative Example 1, two TFTs (Comparative Example 1-A and Comparative Example 1-B) were evaluated.
결과를 도 30에 나타낸다. 도 30에 있어서 좌우의 세로축은 모두 동일한 Id값을 나타내고 있지만, 우측의 세로축은 통상 표시, 좌측의 세로축은 대수 표시로 되고 있다. 도면에 나타내는 바와 같이, 실시예1에서 얻어진 TFT는 비교예1에서 얻어진 TFT보다 캐리어 이동도가 높고, 소자 전류 특성이 양호했다.The results are shown in FIG. In FIG. 30, both the left and right vertical axes represent the same Id value, but the right vertical axis is normally displayed, and the left vertical axis is logarithmic. As shown in the figure, the TFT obtained in Example 1 had higher carrier mobility and better element current characteristics than the TFT obtained in Comparative Example 1.
본 발명의 레이저 어닐 장치는 박막 트랜지스터(TFT) 및 이것을 구비한 전기 광학 장치의 제조 등에 바람직하게 적용할 수 있다.The laser annealing device of the present invention can be suitably applied to the manufacture of a thin film transistor (TFT) and an electro-optical device having the same.
도 1(a)는 소정 y위치에서 레이저 광의 x방향 상대 주사를 1회 실시했을 때의 래터럴 결정과 입상 결정의 생성의 형태를 나타내는 사시도, 도 1(b)는 y위치를 바꾼 레이저 광으로 x방향 상대 주사를 반복 실시했을 때의 결정화의 이미지 평면도이다.Fig.1 (a) is a perspective view which shows the form of a lateral crystal and a granular crystal at the time of performing a x-direction relative scan of a laser beam at a predetermined y position, and Fig.1 (b) is a laser beam which changed y position. It is an image top view of the crystallization at the time of carrying out a directional relative scan.
도 2는 실리콘 막의 래터럴 결정 부분과 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 파장과 굴절률(n)의 관계를 나타내는 도면이다.Fig. 2 is a diagram showing the relationship between the wavelength and the refractive index n in the lateral crystal part, the granular crystal part and the amorphous part of the silicon film.
도 3은 실리콘 막의 래터럴 결정 부분과 입상 결정 부분과 비결정 부분에 있어서의 파장과 흡수 계수의 관계를 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the wavelength and the absorption coefficient in the lateral crystal part, the granular crystal part, and the amorphous part of the silicon film.
도 4는 레이저 광의 파장과, 비결정 실리콘의 흡수율에 대한 입상 결정 실리콘의 흡수율비 및 비결정 실리콘의 흡수율에 대한 래터럴 결정 실리콘의 흡수율비의 관계를 나타내는 도면이다.4 is a graph showing the relationship between the wavelength of laser light, the ratio of absorption of granular crystal silicon to the absorption of amorphous silicon, and the ratio of absorption of lateral crystal silicon to absorption of amorphous silicon.
도 5는 막 두께(t)(㎚)=50,100,200으로 했을 때의 레이저 광의 파장과, 비결정 실리콘의 흡수율에 대한 래터럴 결정 실리콘의 흡수율비의 관계를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a graph showing the relationship between the wavelength of laser light and the absorptivity ratio of lateral crystalline silicon with respect to the absorptivity of amorphous silicon when the film thickness t (nm) = 50,100,200.
도 6은 레이저 광의 표면 도달 온도가 2200℃로 되는 흡수 광 에너지에 대한 에너지 비와, 레이저 광의 표면 도달 온도와, 생성하는 결정 상태의 관계를 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the relationship between the energy ratio with respect to the absorbed light energy which the surface arrival temperature of laser light becomes 2200 degreeC, the surface arrival temperature of laser light, and the crystal state to generate | occur | produce.
도 7은 레이저 광의 상대 주사 속도에 대하여 비결정 부분에 있어서의 표면 도달 온도가 약 2000±200℃로 되는 흡수 파워 밀도의 범위를 나타내는 도면이다.FIG. 7 is a diagram showing a range of absorption power densities at which the surface attainment temperature in the amorphous portion becomes about 2000 ± 200 ° C. with respect to the relative scanning speed of laser light.
도 8은 래터럴 결정 부분, 입상 결정 부분, 및 비결정 부분에 대하여 동일 조사 조건에서 405㎚의 레이저 광을 조사했을 때의 흡수율 분포, 레이저 광 조사 강도의 분포, 레이저 광의 흡수 에너지의 분포, 및 온도 분포의 이미지 도면의 예이다.Fig. 8 shows the absorption rate distribution, the laser light irradiation intensity distribution, the laser energy absorption energy distribution, and the temperature distribution when the lateral crystal portion, the granular crystal portion, and the amorphous portion are irradiated with 405 nm laser light under the same irradiation conditions. Is an example of an image drawing.
도 9는 본 발명의 레이저 어닐 방법을 실시했을 경우의 흡수율 분포, 레이저 광 조사 강도의 분포, 레이저 광의 흡수 에너지의 분포, 및 온도 분포의 이미지 도면의 예이다.Fig. 9 is an example of an image diagram of the absorption distribution, the distribution of laser light irradiation intensity, the distribution of absorption energy of laser light, and the temperature distribution when the laser annealing method of the present invention is carried out.
도 10은 본 발명의 레이저 어닐 방법을 실시했을 경우의 흡수율 분포, 레이저 광 조사 강도의 분포, 레이저 광의 흡수 에너지의 분포, 및 온도 분포의 이미지 도면의 예이다.Fig. 10 is an example of the image diagram of the absorption distribution, the distribution of laser light irradiation intensity, the absorption energy of laser light, and the temperature distribution when the laser annealing method of the present invention is carried out.
도 11은 본 발명의 레이저 어닐 방법을 실시했을 경우의 흡수율 분포, 레이저 광 조사 강도의 분포, 레이저 광의 흡수 에너지의 분포, 및 온도 분포의 이미지 도면의 예이다.Fig. 11 is an example of the image diagram of the absorption distribution, the distribution of laser light irradiation intensity, the absorption energy of laser light, and the temperature distribution when the laser annealing method of the present invention is carried out.
도 12(a) 및 (b)는 본 발명의 레이저 어닐 방법에 있어서의 레이저 광의 빔 패턴 예이다.12 (a) and 12 (b) are examples of beam patterns of laser light in the laser annealing method of the present invention.
도 13은 본 발명의 레이저 어닐 방법을 실시했을 경우의 흡수율 분포, 레이저 광 조사 시간의 분포, 레이저 광의 흡수 에너지의 분포, 및 온도 분포의 이미지 도면의 예이다.Fig. 13 is an example of the image diagram of the absorption distribution, the distribution of laser light irradiation time, the distribution of absorption energy of laser light, and the temperature distribution when the laser annealing method of the present invention is carried out.
도 14는 본 발명의 레이저 어닐 방법을 실시했을 경우의 흡수율 분포, 레이저 광 조사 시간의 분포, 레이저 광의 흡수 에너지의 분포, 및 온도 분포의 이미지 도면의 예이다.14 is an example of the image figure of the absorption distribution, the distribution of the laser light irradiation time, the distribution of the absorption energy of a laser beam, and the temperature distribution at the time of implementing the laser annealing method of this invention.
도 15(a)~(c)는 본 발명의 레이저 어닐 방법에 있어서의 레이저 광의 빔 패턴 예이다.15 (a) to 15 (c) are examples of beam patterns of laser light in the laser annealing method of the present invention.
도 16은 본 발명의 레이저 어닐 방법을 실시했을 경우의 흡수율 분포, 레이저 광 조사 시간의 분포, 레이저 광의 흡수 에너지의 분포, 및 온도 분포의 이미지 도면의 예이다.16 is an example of the image figure of the absorption distribution, the distribution of the laser light irradiation time, the distribution of the absorption energy of a laser beam, and the temperature distribution at the time of implementing the laser annealing method of this invention.
도 17은 본 발명의 레이저 어닐 방법을 실시했을 경우의 흡수율 분포, 레이저 광 조사 시간의 분포, 레이저 광의 흡수 에너지의 분포, 및 온도 분포의 이미지 도면의 예이다.17 is an example of the image figure of the absorption distribution, the distribution of the laser light irradiation time, the distribution of the absorption energy of a laser beam, and the temperature distribution at the time of implementing the laser annealing method of this invention.
도 18은 본 발명의 레이저 어닐 방법을 실시했을 경우의 흡수율 분포, 레이저 광 조사 시간의 분포, 레이저 광의 흡수 에너지의 분포, 및 온도 분포의 이미지 도면의 예이다.18 is an example of the image figure of the absorption distribution, the distribution of the laser light irradiation time, the distribution of the absorption energy of laser light, and the temperature distribution at the time of implementing the laser annealing method of this invention.
도 19는 본 발명에 따른 실시형태의 레이저 어닐 장치의 전체 구성도이다.19 is an overall configuration diagram of a laser annealing device of an embodiment according to the present invention.
도 20은 도 19의 레이저 어닐 장치에 구비된 1개의 합파 반도체 레이저 광원의 내부 구성을 나타내는 도면이다.20 is a diagram illustrating an internal configuration of one harmonic semiconductor laser light source included in the laser annealing apparatus of FIG. 19.
도 21(a),(b)는 멀티 횡모드 광이 갖는 간섭성을 저감하는 구성을 설명하기 위한 도면이다.21 (a) and 21 (b) are diagrams for explaining a structure for reducing coherence of multi-lateral mode light.
도 22는 도 19의 레이저 어닐 장치에 구비된 1개의 합파 반도체 레이저 광원의 내부 구성을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the internal structure of the one harmonic semiconductor laser light source with which the laser annealing apparatus of FIG. 19 was equipped.
도 23(a)~(c)는 본 발명에 따른 실시형태의 레이저 어닐 장치의 설계 변경예 를 나타내는 도면이다.23 (a) to 23 (c) are diagrams showing examples of design changes of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention.
도 24(a)~(c)는 본 발명에 따른 실시형태의 레이저 어닐 장치의 설계 변경예를 나타내는 도면이다.(A)-(c) is a figure which shows the example of a design change of the laser annealing apparatus of embodiment which concerns on this invention.
도 25(a)~(c)는 본 발명에 따른 실시형태의 레이저 어닐 장치의 설계 변경예를 나타내는 도면이다.25 (a) to 25 (c) are diagrams showing examples of design changes of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention.
도 26(a)~(h)는 본 발명에 따른 실시형태의 반도체 막, 이것을 이용한 반도체 장치, 및 이것을 구비한 액티브 매트릭스 기판의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.26 (a) to 26 (h) are process diagrams showing a semiconductor film of an embodiment according to the present invention, a semiconductor device using the same, and a method for producing an active matrix substrate having the same.
도 27은 본 발명에 따른 실시형태의 유기 EL 장치(전기 광학 장치)의 구성을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the structure of the organic electroluminescent apparatus (electro-optical apparatus) of embodiment which concerns on this invention.
도 28(a)는 실시예1의 레이저 어닐 후의 SEM 표면 사진, 도 28(b)는 동 TEM 표면 사진이다.Fig. 28 (a) is a SEM surface photograph after laser annealing of Example 1, and Fig. 28 (b) is a TEM surface photograph.
도 29(a)는 비교예1의 레이저 어닐 후의 SEM 표면 사진, 도 29(b)는 동 TEM 표면 사진이다.29 (a) is a SEM surface photograph after laser annealing of Comparative Example 1, and FIG. 29 (b) is a TEM surface photograph.
도 30은 실시예1과 비교예1에 있어서 얻어진 TFT의 Vg-Id 특성의 평가 결과를 나타내는 도면이다.30 is a diagram showing evaluation results of Vg-Id characteristics of TFTs obtained in Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS (S)
20: 피 어닐 반도체 막 21,22: 반도체 막20: film annealed
23: 반도체 막(활성층) 23a: 소스 영역(활성 영역)23: semiconductor film (active layer) 23a: source region (active region)
23b: 드레인 영역(활성 영역) 30: TFT(반도체 장치)23b: drain region (active region) 30: TFT (semiconductor device)
40: 액티브 매트릭스 기판 50: 유기 EL 장치(전기 광학 장치)40: active matrix substrate 50: organic EL device (electro-optical device)
100,200,300: 레이저 어닐 장치 110: 기판 스테이지(상대 주사 수단)100,200,300: laser annealing device 110: substrate stage (relative scanning means)
120: 레이저 헤드 121: 합파 반도체 레이저 광원120: laser head 121: combined wave semiconductor laser light source
123(123A~123D): LD 패키지 133: 공간 광변조 소자123 (123A to 123D): LD package 133: spatial light modulator
134: 반도체 레이저 광원 140: 주사 광학계(상대 주사 수단)134: semiconductor laser light source 140: scanning optical system (relative scanning means)
LD: 반도체 레이저(레이저 광 발진원) L: 레이저 광LD: semiconductor laser (laser light oscillation source) L: laser light
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