KR102108024B1 - Method and apparatus for manufacturing crystal semiconductor film - Google Patents
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Abstract
비단결정 반도체막을 펄스 레이저의 조사에 의해 결정화할 때에, 조사 불균일이 발생하는 것을 방지하기 위해서, 펄스 레이저의 조사에 의해 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도를 E0으로 하고, 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 같은 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 상기 펄스 레이저가 조사되는 제 1 스텝과, 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상이 되는 조사 펄스 에너지(E2)로 상기 펄스 레이저가 조사되는 제 2 스텝을 갖고, 동일 조사면에 대한 제 1 스텝과 제 2 스텝의 합계 조사 횟수를 N회 이상으로 한다.When the non-single-crystal semiconductor film is crystallized by irradiation with a pulse laser, in order to prevent irradiation non-uniformity, it is lower than the irradiation pulse energy density at which micro-crystallization occurs in the non-single-crystal semiconductor film by irradiation with a pulse laser, and multiple times The irradiation pulse energy density suitable for crystallization by irradiation of (N times) is set to E0, and the first step in which the pulse laser is irradiated with the irradiation pulse energy density E1 equal to the irradiation pulse energy density E0, and the irradiation pulse It has a second step in which the pulse laser is irradiated with an irradiation pulse energy E2 that is lower than the energy density E1 and is equal to or higher than the irradiation energy density required for the crystal to be remelted, and the first step for the same irradiation surface. The total number of irradiations in the second step is set to N or more.
Description
본 발명은 반도체막 상에 단면 장방형 형상의 펄스 레이저를 복수회 조사(오버랩 조사)하면서 이동시켜서 비정질막의 결정화나 결정막의 개질을 행하는 결정 반도체막의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a crystalline semiconductor film, which performs crystallization of an amorphous film or modification of a crystalline film by moving a pulse laser having a rectangular cross-section on the semiconductor film multiple times while irradiating (overlap irradiation).
일반적으로 TV나 PC 디스플레이에서 사용되고 있는 박막 트랜지스터는 어모퍼스(비결정) 실리콘(이후 a-실리콘이라고 함)에 의해 구성되어 있지만, 어떠한 수단에 의해 실리콘을 결정화(이후 p-실리콘이라고 함)해서 이용함으로써 TFT로서의 성능을 각별히 향상시킬 수 있다. 현재는, 저온도에서의 Si 결정화 프로세스로서 엑시머 레이저 어닐 기술이 이미 실용화되어 있고, 스마트폰 등의 소형 디스플레이대상 용도에서 빈번히 이용되고 있고, 또한 대화면 디스플레이 등으로의 실용화가 이루어져 있다.Generally, thin film transistors used in TVs or PC displays are made of amorphous (non-crystalline) silicon (hereinafter referred to as a-silicon), but by using silicon by crystallization (hereinafter referred to as p-silicon) by any means, TFT The performance as can be improved significantly. Currently, excimer laser annealing technology has already been put into practical use as a Si crystallization process at a low temperature, and is frequently used in small display target applications such as smartphones, and has also been put into practical use in large screen displays.
이 레이저 어닐법에서는 높은 펄스 에너지를 갖는 엑시머 레이저를 비결정 반도체막에 조사함으로써 광 에너지를 흡수한 반도체가 용융 또는 반용융 상태가 되고, 그 후 냉각되어 응고할 때에 결정화하는 구성이다. 이 경우에는 넓은 영역을 처리하기 위해서, 라인빔 형상으로 정형한 펄스 레이저를 상대적으로 단축 방향으로 주사하면서 조사한다. 통상은 비결정 반도체막을 설치한 설치대를 이동시킴으로써 펄스 레이저의 주사가 행해진다. In this laser annealing method, an excimer laser having a high pulse energy is irradiated onto an amorphous semiconductor film, so that the semiconductor absorbing the optical energy is in a molten or semi-melted state, and then cooled and solidified to crystallize. In this case, in order to process a large area, irradiation is performed while scanning a pulse laser shaped in a line beam shape in a relatively short axis direction. Usually, pulse laser scanning is performed by moving the mounting table provided with the amorphous semiconductor film.
상기 펄스 레이저의 주사에 있어서는 비결정 반도체막의 동일 위치에 펄스 레이저가 복수회 조사(오버랩 조사)시키도록, 소정의 피치로 펄스 레이저를 주사 방향으로 이동시키고 있다. 그것에 의해서, 사이즈가 큰 반도체막의 레이저 어닐 처리를 가능하게 하고 있다.In the scanning of the pulse laser, the pulse laser is moved in the scanning direction at a predetermined pitch so that the pulse laser is irradiated (overlap irradiation) multiple times at the same position on the amorphous semiconductor film. Thereby, laser annealing processing of a large-sized semiconductor film is enabled.
그리고, 종래의 라인빔을 사용한 레이저 어닐 처리에서는 레이저 펄스의 주사 방향의 빔폭을, 예를 들면 0.35∼0.4mm 정도로 고정하고, 펄스마다 기판 이송량을 빔폭의 3%∼8% 정도로 설정하고 있고, 복수의 박막 트랜지스터의 성능 균일성을 확보하기 위해서는 레이저의 조사 횟수를 가능한 한 증가시키는 것이 필요하다고 생각되고 있다. In the laser annealing process using a conventional line beam, the beam width in the scanning direction of the laser pulse is fixed to about 0.35 to 0.4 mm, for example, and the amount of substrate transfer per pulse is set to about 3% to 8% of the beam width, and a plurality It is considered that it is necessary to increase the number of laser irradiations as much as possible in order to secure the uniformity of performance of the thin film transistors.
예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display)용 반도체막에서는 오버랩률을 92∼95%(조사 횟수 12∼20회, 빔폭이 0.4mm일 경우에는 주사 피치 32∼20㎛), OLED(Organic light-Emitting Diode)용 반도체막에서는 오버랩률 93.8∼97%(조사 횟수 16∼33회, 빔폭이 0.4mm일 경우에는 주사 피치 25∼12㎛)로 설정하고 있다.For example, in a liquid crystal display (LCD) semiconductor film, the overlap rate is 92 to 95% (
이러한 레이저 어닐 처리에서는 통상은 빔 단면의 강도 분포를 평탄 형상으로 해서 단축 방향, 장축 방향의 처리 균일성을 도모하고 있다. 이것에 대해서, 특허문헌 1에서는 레이저 에너지의 불균형에 따라서 결정화 불량 영역이 생성된다고 해도, 충분한 결정화 처리 후에 보다 낮은 에너지로 레이저를 조사함으로써 충분한 결정 또는 활성화가 이루어진 부분을 유지하면서 에너지 강도의 불균형에 의해 막질이 악화된 부분의 재결정화 또는 재활성화를 행하는 방법이 제안되어 있다.In such a laser annealing treatment, the intensity distribution of the beam cross section is usually made into a flat shape, and treatment uniformity in the short axis direction and the long axis direction is achieved. On the other hand, in Patent Document 1, even if a crystallization defective region is generated according to an imbalance of laser energy, the laser is irradiated with a lower energy after sufficient crystallization treatment to maintain a sufficient crystal or activation portion, and due to energy intensity imbalance. A method for recrystallizing or reactivating a portion where the film quality is deteriorated has been proposed.
특허문헌 1에서 과제로 하고 있는 레이저 에너지의 불균형은 레이저 광원의 출력 불균형에 기인하는 것이다. 이 레이저 광원의 출력 불균형은 발진회로의 개량이나 레이저 광원 그 자체의 개량 등에 의해 상당한 개선이 이루어져 오고 있고, 출력 불균형에 기인하는 결정화의 불량이라고 하는 과제는 점차로 작은 것으로 되고 있다. 더욱이 다수회의 오버랩에 의하면, 동일한 조사면에는 펄스 레이저가 중첩 해서 수회도 조사되기 때문에, 출력 불균형에 의해 생긴 결정화 불량 영역이 재용융되고 결정화되어, 불량 영역의 해소가 도모된다. The imbalance of laser energy, which is the subject of Patent Document 1, is due to the output imbalance of the laser light source. The output imbalance of the laser light source has been improved considerably due to the improvement of the oscillation circuit and the improvement of the laser light source itself, and the problem of poor crystallization due to the output imbalance is gradually becoming smaller. Moreover, according to the overlap of multiple times, since the pulse laser is overlapped and irradiated several times on the same irradiation surface, the defective crystallization region caused by the output imbalance is re-melted and crystallized, thereby eliminating the defective region.
그러나, 본 발명자들의 주의 깊은 관찰에 의하면, 현재의 상황에서도 펄스 레이저의 조사에 의해 결정화된 반도체에는 조사 불균일이 확인되고, 이것이 원인이 되어서 디바이스로 했을 때에 성능에 영향이 발생하여 있는 것을 알고 있다.However, according to the careful observation of the present inventors, even in the present situation, it is known that irradiation non-uniformity is confirmed in the semiconductor crystallized by irradiation of the pulse laser, and this is the cause, and it is known that the performance is affected when the device is used.
본원 발명자들의 연구에 의하면, 상기 조사 불균일은 라인빔의 주사 방향(통상은 단축 방향)의 엣지부(주사 방향 후단측)에 폴리실리콘막의 돌기가 형성되는 것이 원인이라고 생각된다. 이 부분은 레이저 조사에 의한 반도체막의 용융부와 레이저가 조사되어 있지 않은 고체 그대로인 부분의 경계선에 상당한다. 이 돌기는 조사 에너지의 강도에 비례해서 커진다고 생각된다. 즉, 조사 에너지가 커짐에 따라서 반도체막의 막두께 방향으로 용융이 진행되고, 또한 막 전체가 용융한 후에도 액체가 된 반도체막층의 온도가 증대한다. 이 액상 부분이 온도 저하에 따라 결정화할 때에, 보다 선행해서 온도가 저하하기 시작하는 고액 계면, 즉 라인빔 단축 엣지부로 액체가 흡입되면서 고착화되기 때문에, 돌기가 생긴다고 생각된다. 또한, 레이저의 에너지 변동, 라인빔 단축 형상의 변화, 빔에 대해서 상대적으로 이동하는 반도체막의 위치 혼란 등이 상기 「돌기부」의 높이나 간격의 혼란으로 되어서 조사 불균일로 인지된다.According to the research conducted by the inventors of the present application, it is considered that the non-uniformity of the irradiation is due to the formation of protrusions of the polysilicon film on the edge portion (the rear end side in the scanning direction) in the scanning direction (normally in the minor axis direction) of the line beam. This portion corresponds to the boundary between the molten portion of the semiconductor film by laser irradiation and the solid portion where the laser is not irradiated. It is thought that this projection increases in proportion to the intensity of the irradiation energy. That is, as the irradiation energy increases, melting proceeds in the film thickness direction of the semiconductor film, and the temperature of the semiconductor film layer that becomes a liquid increases even after the entire film is melted. When this liquid phase crystallizes with temperature drop, it is thought that projections occur because the liquid is sucked and solidified at a solid-liquid interface where the temperature starts to fall earlier, that is, the line beam shortened edge portion. In addition, variations in the energy of the laser, changes in the shape of the shortened line beam, and confusion in the position of the semiconductor film moving relative to the beam, are confused in the height or spacing of the "protrusion" and are recognized as irradiation irregularities.
따라서, 조사 에너지 밀도를 낮게 해서 펄스 레이저를 조사하면 상기 조사 불균일을 저감할 수 있게 되지만, 그것을 위해서는 동일한 조사면 상에 보다 많은 조사 횟수로 레이저를 조사할 필요가 있어서 생산 효율이 나빠진다. 또한, 조사 펄스 에너지 밀도가 지나치게 낮아지면, 결정립경이 충분하게 커지지 않는다고 하는 문제가 생긴다. Therefore, the irradiation unevenness can be reduced by irradiating a pulse laser with a low irradiation energy density, but for this purpose, it is necessary to irradiate the laser with more irradiation times on the same irradiation surface, resulting in poor production efficiency. In addition, when the irradiation pulse energy density is too low, a problem arises that the crystal grain size does not become sufficiently large.
본 발명은 상기 사정을 배경으로 해서 이루어진 것으로서, 생산성의 저하를 극력 억제한 점에서 펄스 레이저의 주사 방향 엣지부에 의한 반도체막 상의 조사 불균일을 해소할 수 있는 결정 반도체막의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. The present invention has been made on the background of the above circumstances, and provides a method and apparatus for manufacturing a crystalline semiconductor film capable of resolving irradiation irregularities on a semiconductor film by an edge portion in a scanning direction of a pulse laser in order to minimize the decrease in productivity. Do it as one of your goals.
즉, 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법 중, 제 1의 본 발명은 비단결정 반도체막 상에 펄스 레이저를 단축 방향으로 상대적으로 주사하면서 오버랩 조사해서 결정화를 행하는 결정 반도체막의 제조방법에 있어서,That is, of the method for producing a crystalline semiconductor film of the present invention, the first present invention provides a method for producing a crystalline semiconductor film by crystallizing by overlapping irradiating a pulse laser on a non-single crystal semiconductor film in a relatively short axis direction,
상기 펄스 레이저의 조사에 의해 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도를 E0으로 하고,The irradiation pulse energy density lower than the irradiation pulse energy density at which microcrystallization occurs in the non-single-crystal semiconductor film by irradiation of the pulse laser and suitable for crystallization by irradiation a plurality of times (N times) is E0,
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 같은 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 상기 펄스 레이저가 조사되는 제 1 스텝과,A first step in which the pulse laser is irradiated with an irradiation pulse energy density E1 equal to the irradiation pulse energy density E0,
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상이 되는 조사 펄스 에너지(E2)로 상기 펄스 레이저가 조사되는 제 2 스텝을 갖고,Has a second step in which the pulse laser is irradiated with irradiation pulse energy E2 that is lower than the irradiation pulse energy density E1 and is equal to or higher than the irradiation energy density required for the crystal to be remelted,
동일 조사면에 대한 상기 제 1 스텝과 상기 제 2 스텝에 있어서의 합계 조사 횟수가 N회 이상인 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the total number of irradiations in the first step and the second step on the same irradiation surface is N or more.
제 2의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1의 본 발명에 있어서, 상기 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지가 복수 횟수(N회)의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)로서 E×0.98∼E×1.03의 범위 내인 것을 특징으로 한다.In the second method of manufacturing a crystalline semiconductor film of the present invention, in the first present invention, the irradiation pulse energy density at which the irradiation pulse energy suitable for the crystallization is saturated by grain number growth by irradiation a plurality of times (N times) (E) is characterized by being in the range of E × 0.98 to E × 1.03.
제 3의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1 또는 제 2의 본 발명에 있어서, 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E2)가 E1×0.95 이상인 것을 특징으로 한다.The manufacturing method of the crystalline semiconductor film of the third invention is characterized in that in the first or second invention, the irradiation pulse energy density (E2) is E1 x 0.95 or more.
제 4의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1∼제 3의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 합계 조사 횟수가 N×1.5 이하인 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing a crystalline semiconductor film of the fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the total number of irradiations is N × 1.5 or less.
제 5의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1∼제 4의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 스텝에 의해 상기 펄스 레이저를 주사하면서 동일 조사면에 대한 N1회의 복수회 조사를 순차 행하고, 그 후 상기 소정면에 대해서 상기 제 2 스텝에 의해 상기 펄스 레이저를 주사하면서 동일 조사면에 대한 N2회의 복수회 조사를 순차 행하고, 상기 N1+N2를 상기 합계 조사 횟수로서 N회 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.The manufacturing method of the crystalline semiconductor film of the fifth aspect of the present invention is one of the first to fourth aspects of the present invention, in which the pulse laser is scanned by the first step while irradiating N1 times on the same irradiation surface multiple times. Is sequentially performed, and then N2 + N2 are irradiated sequentially on the same irradiated surface while scanning the pulse laser by the second step on the predetermined surface, and N1 + N2 is N or more times as the total irradiated number. It is characterized by.
제 6의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 5의 본 발명에 있어서, 상기 N1을 상기 N2 이상의 횟수로 하는 것을 특징으로 한다.The manufacturing method of the crystalline semiconductor film of the sixth aspect of the present invention is characterized in that, in the fifth aspect of the present invention, the number of times N1 is equal to or greater than the number of times N2.
제 7의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1∼제 6의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 펄스 레이저는 주사 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측이 주사 방향 전방측의 강도보다 낮은 강도를 갖고 있고, 상기 주사 방향 전방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 1 스텝의 조사가 이루어지고, 상기 주사 방향 후방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 2 스텝의 조사가 이루어지는 것을 특징으로 한다.The manufacturing method of the crystalline semiconductor film of the seventh aspect of the present invention is one of the first to sixth aspects of the invention, wherein the pulse laser is in the scanning direction beam cross-section intensity distribution, in the scanning direction rear side across the scanning direction rear end. It has an intensity lower than that of the front side in the scanning direction, and the irradiation of the first step is made in accordance with the intensity at the front side in the scanning direction, and the irradiation of the second step in accordance with the intensity at the rear side in the scanning direction. It is characterized in that made.
제 8의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 7의 본 발명에 있어서, 상기 주사 방향 전방측의 주사 방향폭은 상기 주사 방향 후방측의 주사 방향폭 이상인 것을 특징으로 한다.The manufacturing method of the crystalline semiconductor film of the eighth aspect of the present invention is characterized in that in the seventh aspect of the invention, the width of the scanning direction in the scanning direction front side is equal to or larger than the width of the scanning direction in the scanning direction rear side.
제 9의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1∼제 8의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 펄스 레이저의 파장은 400nm 이하인 것을 특징으로 한다.The manufacturing method of the crystalline semiconductor film of the ninth invention is characterized in that in any one of the first to eighth inventions, the wavelength of the pulse laser is 400 nm or less.
제 10의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1∼제 9의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 펄스 레이저의 반치폭은 200ns 이하인 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing a crystalline semiconductor film of the tenth aspect of the present invention is characterized in that in any one of the first to ninth aspects of the invention, the half width of the pulse laser is 200 ns or less.
제 11의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은 상기 제 1∼제 10의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 비단결정 반도체는 실리콘인 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing a crystalline semiconductor film of the eleventh aspect of the present invention is characterized in that in any one of the first to tenth aspects of the invention, the non-single crystalline semiconductor is silicon.
제 12의 본 발명의 결정 반도체막의 제조장치는 펄스 레이저를 출력하는 1개 또는 2개 이상의 레이저 광원과,The manufacturing apparatus of the crystalline semiconductor film of the twelfth aspect of the present invention includes one or two or more laser light sources outputting pulse lasers,
상기 펄스 레이저를 정형해서 비단결정 반도체로 안내하는 광학계와,An optical system for shaping the pulse laser and guiding it to a non-single crystal semiconductor;
상기 펄스 레이저의 조사 에너지 밀도를 조정하는 에너지 조정부와,An energy adjusting unit for adjusting the irradiation energy density of the pulse laser,
상기 펄스 레이저를 상기 비단결정 반도체에 대해서 상대적으로 주사하는 주사장치와,A scanning device that scans the pulse laser relative to the non-single crystal semiconductor,
상기 레이저 광원, 상기 에너지 조정부 및 상기 주사장치를 제어하는 제어부를 구비하고,It is provided with a control unit for controlling the laser light source, the energy adjustment unit and the injection device,
상기 제어부는 상기 에너지 조정부를 제어해서 펄스 레이저의 조사에 의해 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 조정하고, 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체에 대해서 N1회(단, N1<N)의 복수회 조사를 순차 행하는 제 1 스텝과, 제 1 스텝에서 상기 펄스 레이저가 조사된 반도체에 상기 에너지 조정부를 제어해서 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상의 조사 펄스 에너지(E2)로 조정하고, 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E2)로 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체에 대해서 N2회(단, N2<N, N1+N2≥N)의 복수회 조사를 순차 행하는 제 2 스텝을 실행하는 것을 특징으로 한다.The control unit controls the energy adjusting unit, and is lower than the irradiation pulse energy density in which microcrystallization occurs in the non-single-crystal semiconductor film by irradiation of a pulse laser, and is also suitable for crystallization by irradiation multiple times (N times). Adjusted to the irradiation pulse energy density E1 equal to (E0), and the scanning device is controlled with the irradiation pulse energy density E1 to scan the pulse laser, N1 times for the non-single crystal semiconductor (however, N1 < In order to re-melt the crystals to be lower than the irradiation pulse energy density E1 by controlling the energy adjusting unit to the semiconductor in which the pulse laser is irradiated in the first step of sequentially irradiating N) multiple times. Adjust the irradiation pulse energy (E2) above the required irradiation energy density, and control the injection device with the irradiation pulse energy density (E2). Characterized in that, while scanning the pulse laser executes a second step is performed with respect to the non-single crystal semiconductor sequentially the plurality of times of irradiation N2 times (where, N2 <N, N1 + N2≥N).
제 13의 본 발명의 결정 반도체막의 제조장치는 펄스 레이저를 출력하는 1개 또는 2개 이상의 레이저 광원과,An apparatus for manufacturing a crystalline semiconductor film of the thirteenth aspect of the present invention includes one or two or more laser light sources outputting pulse lasers,
상기 펄스 레이저를 정형해서 비단결정 반도체로 안내하는 광학계와,An optical system for shaping the pulse laser and guiding it to a non-single crystal semiconductor;
상기 펄스 레이저의 주사 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서, 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측의 강도가 주사 방향 전방측의 강도보다 낮고, 또한 주사 방향 후방측의 강도에 의한 조사 펄스 에너지 밀도가 주사 방향 전방측의 강도에 의한 조사 펄스 에너지 밀도의 0.95배 이상이 되도록 상기 강도 분포를 조정하는 강도 조정부와,In the beam section intensity distribution in the scanning direction of the pulse laser, the intensity at the back side in the scanning direction across the trailing edge in the scanning direction is lower than the intensity at the front side in the scanning direction, and the irradiation pulse energy density due to the intensity at the back side in the scanning direction is scanned. An intensity adjustment unit that adjusts the intensity distribution so that it becomes 0.95 times or more the energy density of the irradiation pulse by the intensity in the front direction;
상기 펄스 레이저의 조사 에너지 밀도를 조정하는 에너지 조정부와,An energy adjusting unit for adjusting the irradiation energy density of the pulse laser,
상기 펄스 레이저를 상기 비단결정 반도체에 대해서 상대적으로 주사하는 주사장치와,A scanning device that scans the pulse laser relative to the non-single crystal semiconductor,
상기 레이저 광원, 상기 에너지 조정부 및 상기 주사장치를 제어하는 제어부를 구비하고,It is provided with a control unit for controlling the laser light source, the energy adjustment unit and the injection device,
상기 제어부는 상기 에너지 조정부를 제어하여, 상기 펄스 레이저의 주사 방향 전방측의 조사에 있어서 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 펄스 에너지 밀도(E1)가 되고, 상기 펄스 레이저의 주사 방향 후방측의 조사에 있어서 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상의 조사 펄스 에너지(E2)가 되도록 조정하고, 또한 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체에 대해서 N회 이상의 복수회 조사를 순차로 행하는 공정을 실행하는 것을 특징으로 한다.The control unit controls the energy adjustment unit, and is lower than the irradiation pulse energy density at which microcrystallization occurs in the non-single-crystal semiconductor film in irradiation in the scanning direction anterior side of the pulse laser, and is caused by irradiation multiple times (N times). It becomes the irradiation pulse energy density E1 equal to the irradiation pulse energy density E0 suitable for crystallization, and is lower than the irradiation pulse energy density E1 in irradiation in the scanning direction rear side of the pulse laser, and the crystal is remelted. Adjusting to be the irradiation pulse energy (E2) equal to or higher than the irradiation energy density required to be performed, and controlling the scanning device to scan the pulse laser to sequentially perform N or more times of irradiating the non-single crystal semiconductor It is characterized by.
제 14의 본 발명의 결정 반도체막의 제조장치는, 상기 제 12 또는 제 13의 본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지가 복수 횟수(N회)의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)로서 E×0.98∼E×1.03의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.In the apparatus for manufacturing a crystalline semiconductor film of the fourteenth aspect of the present invention, in the twelfth or thirteenth aspect of the present invention, the control part has a crystal grain growth by irradiating plural times (N times) of irradiation pulse energy suitable for the crystallization. It is characterized by being set within the range of E × 0.98 to E × 1.03 as the saturated irradiation pulse energy density (E).
본 발명에서는 비단결정 반도체막에 대해서, N회 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도로 펄스 레이저 조사할 경우와 마찬가지로, 제 1 스텝과 제 2 스텝에서 미결정이 생기지 않도록 비단결정 반도체막을 양호하게 결정화할 수 있다. 더욱이, 본 발명에서는 펄스 레이저의 엣지부에 의한 반도체막 상의 돌기부의 높이를 낮게 할 수 있다. 또한, 결정화는 비단결정의 결정 반도체막을 단결정으로 하는 것이어도 좋고, 또한 비정질 반도체막을 다결정 반도체막으로 하는 것이어도 좋고, 비정질 반도체막을 단결정 반도체막으로 하는 것이어도 좋다.In the present invention, the non-single-crystal semiconductor film is favorably crystallized so that microcrystals do not occur in the first step and the second step, as in the case of pulse laser irradiation with an irradiation pulse energy density suitable for crystallization by N-time irradiation. can do. Moreover, in the present invention, the height of the projection on the semiconductor film by the edge portion of the pulse laser can be made low. In addition, the crystallization may be a single crystal crystal semiconductor film, a single crystal, an amorphous semiconductor film may be a polycrystalline semiconductor film, or an amorphous semiconductor film may be a single crystal semiconductor film.
조사 펄스 에너지 밀도는 반도체막 상의 펄스 에너지 밀도이고, 제 1 스텝에서는 조사 펄스 에너지 밀도를 N회 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 에너지 밀도와 동일하게 해서 조사를 행할 수 있다. 이것에 의해 제 1 스텝에서는 미결정화가 회피된다. 또한, 제 1 스텝에 있어서의 결정화에 적합한 에너지 밀도는 결정화를 의도하는 범위에서 적당하게 선정할 수 있다. 예를 들면, 복수 횟수(N회)의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)와 동 정도의 조사 펄스 에너지 밀도로 할 수 있다. 구체적으로는 E×0.98∼E×1.03의 범위가 바람직하다. 스텝 1의 조사 펄스 에너지 밀도가 E×1.03을 초과하면, 결정립경의 조대화 등에 의한 불균형이 발생하기 쉬워진다. 한편, E×0.98 미만이 되면, 결정립 성장이 불충분해져서 결정립경의 불균형이 발생하기 쉬워진다.The irradiation pulse energy density is the pulse energy density on the semiconductor film, and in the first step, irradiation can be performed by setting the irradiation pulse energy density equal to the irradiation energy density suitable for crystallization by N irradiation. Thus, microcrystallization is avoided in the first step. In addition, the energy density suitable for crystallization in the first step can be appropriately selected within a range in which crystallization is intended. For example, it can be set as the irradiation pulse energy density E of which the grain size growth is saturated by irradiation of a plurality of times (N times) and the irradiation pulse energy density of the same degree. Specifically, the range of Ex0.98 to Ex1.03 is preferable. When the irradiation pulse energy density in Step 1 exceeds E × 1.03, imbalance due to coarsening of the crystal grain diameter, etc. tends to occur. On the other hand, when it becomes less than Ex0.98, grain growth becomes insufficient, and an unevenness in the grain size tends to occur.
또한, 제 2 스텝에서는 조사 펄스 에너지 밀도(E1) 이하로 하고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상으로 함으로써, 제 1 스텝에서 생성된 펄스 레이저의 엣지부에 의한 반도체막 상의 돌기부의 높이를 낮게 함과 아울러, 양호한 결정성을 유지할 수 있다. 여기에서, 제 2 스텝의 조사 펄스 에너지 밀도(E2)는 상기 조건을 만족시키는 것이 필요하지만, 더욱이는 E1×0.95 이상인 것이 바람직하다. 이것에 의해 제 1 스텝 및 제 2 스텝의 펄스 레이저 조사 후의 결정립경을 균일하고 충분히 결정이 성장한 것으로 할 수 있다. 제 2 스텝의 조사 펄스 에너지 밀도를 지나치게 낮게 하면, 용융 에너지 밀도영역에 도달하지 않으면 돌기의 완화는 불가능하고, 또한 용융 에너지 밀도영역에 도달하여 있어도, 돌기의 완화 작용은 얻어져도 충분한 결정 성장이 얻어지지 않아서, 결정립경이 작아져버린다.Further, in the second step, the irradiation pulse energy density (E1) or less, and the irradiation energy density required for re-melting of the crystals are set to be greater than or equal to the projection portion on the semiconductor film by the edge portion of the pulse laser generated in the first step. In addition to lowering the height, good crystallinity can be maintained. Here, the irradiation pulse energy density E2 in the second step is required to satisfy the above conditions, but more preferably, it is equal to or higher than E1 × 0.95. Thereby, the crystal grain diameter after the pulse laser irradiation of the 1st step and the 2nd step can be made uniform and sufficient crystal growth. If the irradiation pulse energy density of the second step is too low, the relief of the projections is impossible without reaching the melt energy density region, and even if the melting energy density region is reached, sufficient crystal growth is obtained even if the relaxation effect of the projections is obtained. It does not lose, and the grain size becomes small.
또한, 조사 펄스 에너지 밀도(E2)는 E1×0.98 미만으로 하는 것이 바람직하다. 조사 펄스 에너지 밀도(E2)가 조사 펄스 에너지 밀도(E1)와 동등하면, 반도체막 상에 동등의 돌기를 재차 형성해버려서 돌기의 완화 작용이 얻어지지 않는다.Moreover, it is preferable to make the irradiation pulse energy density E2 less than E1x0.98. If the irradiation pulse energy density E2 is equal to the irradiation pulse energy density E1, the same projections are formed again on the semiconductor film, so that the relief action of the projections is not obtained.
또한, 합계 조사 횟수는 N회 이상으로 함으로써 결정립경을 충분하게 성장시킬 수 있다. 또한, N의 수치에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 출력 불균형에 의한 막질 저하를 방지한다고 하는 점에서는 어느 정도의 횟수가 바람직하고, 예를 들면 8회 이상으로 할 수 있다.In addition, the total number of irradiations is N or more, so that the grain size can be sufficiently grown. Moreover, although it does not specifically limit about the numerical value of N, In order to prevent the film quality fall by an output imbalance, a certain number of times is preferable, and can be made into 8 or more times, for example.
또한, 합계 조사 횟수는 N×1.5 이하로 하는 것이 바람직하다. 전체 조사 횟수를 많게 하면 생산성의 저하를 초래한다. 생산성의 관점에서 가장 바람직한 합계 조사 횟수는 N회이지만, 결정화의 상태를 감안해서 선정할 수 있다. In addition, it is preferable that the total number of irradiations is N × 1.5 or less. When the total number of irradiations is increased, productivity decreases. From the viewpoint of productivity, the most preferable total irradiation count is N times, but can be selected in consideration of the state of crystallization.
또한, 제 1 스텝의 조사 횟수 N1은 제 2 스텝의 조사 횟수 N2와 같거나 많게 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 합계 조사 횟수를 가능한 한 적게 할 수 있다.In addition, it is preferable to make the irradiation number N1 of the first step equal to or greater than the irradiation number N2 of the second step. Thereby, the total number of irradiations can be reduced as much as possible.
또한, 본원발명에서는 펄스 레이저의 파장은 특정의 것에 한정되지 않지만, 예를 들면 400nm 이하의 것을 나타낼 수 있다.Further, in the present invention, the wavelength of the pulse laser is not limited to a specific one, but may be, for example, 400 nm or less.
또한, 본원발명에 있어서의 펄스 레이저의 반치폭은 특정의 것에 한정되지 않지만, 예를 들면 200ns 이하의 것을 나타낼 수 있다.Further, the half-width of the pulse laser in the present invention is not limited to a specific one, but may be, for example, 200 ns or less.
또한, 상기 제 1 스텝, 제 2 스텝의 펄스 레이저의 조사는 시간을 달리해서 비단결정 반도체막에 다른 펄스 레이저가 조사되는 것을 들 수 있지만, 1개의 펄스 레이저로 제 1 스텝과 제 2 스텝의 펄스 레이저 조사가 행해지는 것이어도 좋다. 펄스 레이저는 2개 이상의 펄스 레이저가 비단결정 반도체막에 동시기에 조사됨으로써 유사적으로 합성된 것이어도 좋다.In addition, the irradiation of the pulse lasers of the first step and the second step may include different pulse lasers being irradiated to the non-single-crystal semiconductor film at different times, but pulses of the first step and the second step are applied by one pulse laser. Laser irradiation may be performed. The pulse laser may be similarly synthesized by irradiating two or more pulse lasers simultaneously to a non-single-crystal semiconductor film.
즉, 펄스 레이저가 주사 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측이 주사 방향 전방측의 강도보다 낮은 강도를 갖고 있고, 상기 주사 방향 전방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 1 스텝의 조사가 이루어지고, 상기 주사 방향 후방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 2 스텝의 조사가 이루어지는 것으로 된다.That is, the pulse laser has an intensity lower than that of the anterior side of the scanning direction in the scanning direction beam cross-section intensity distribution across the scanning direction rear end, and the first direction according to the intensity at the anterior side of the scanning direction. The step is irradiated, and the second step is irradiated according to the intensity at the rear side in the scanning direction.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 제 1 스텝과 제 2 스텝의 펄스 레이저 조사에 의해 결정을 충분히 성장시켜서 조사 불균일이 적은 양질의 결정 반도체막을 얻을 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, there is an effect of sufficiently growing crystals by pulse laser irradiation in the first step and the second step to obtain a high-quality crystal semiconductor film with little irradiation unevenness.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 결정 반도체막의 제조장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 마찬가지로, 주사 방향에서의 빔 단면 강도 분포에서 빔 강도에 단계를 갖는 빔 단면 강도 분포를 도시하는 도면이다.
도 3은 마찬가지로, 주사 방향에서의 빔 단면 강도 분포에서 빔 강도에 단계를 갖는 펄스 레이저를 정형하는 광학계를 도시하는 도면이다.
도 4는 마찬가지로, 주사 방향에서의 빔 단면 강도 분포에서 빔 강도에 단계를 갖는 펄스 레이저의 합성을 설명하는 도면이다.
도 5는 마찬가지로, 실시예에 있어서의 반도체막 표면의 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 마찬가지로, 실시예에 있어서의 불균일 평가의 결과를 도시하는 도면이다.1 is a view showing an apparatus for manufacturing a crystalline semiconductor film according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a diagram showing a beam cross-sectional intensity distribution having steps in the beam intensity in the beam cross-sectional intensity distribution in the scanning direction as well.
3 is a diagram showing an optical system for shaping a pulsed laser having steps in the beam intensity in the beam cross-sectional intensity distribution in the scanning direction as well.
4 is a diagram for explaining the synthesis of a pulsed laser having steps in the beam intensity in the beam cross-sectional intensity distribution in the scanning direction.
5 is a diagram showing the state of the surface of the semiconductor film in the example.
6 is a diagram similarly showing the results of the non-uniformity evaluation in Examples.
이하에, 본 발명의 일 실시형태의 결정 반도체막의 제조장치 및 제조방법을 설명한다.Hereinafter, an apparatus and a method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to an embodiment of the present invention will be described.
결정 반도체막 제조장치(1)는 처리실(2)을 구비하고, 상기 처리실(2) 내에 X-Y방향으로 이동가능한 주사장치(3)를 구비하고, 상기 주사장치(3)에 스테이지(5)가 설치되어 있다. 처리 시에는 상기 스테이지(5) 상에 비단결정 반도체막으로서 비정질의 실리콘막(100) 등이 설치되고, 소망에 의해 처리실(2) 내의 분위기를 조정한다. 실리콘막(100)은 도시하지 않은 기판 상에, 예를 들면 40∼100nm의 두께 로 형성되어 있다. 또한, 본 발명으로서는 비단결정 반도체막의 두께가 특별히 한정되는 것은 아니다. 비단결정 반도체막의 형성은 상법에 의해 행할 수 있고, 본 발명으로서는 반도체막의 형성방법이 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 처리 대상이 되는 반도체막으로서는 비정질의 것이 적합하지만, 본 발명으로서는 비정질의 것에 한정되는 것은 아니고, 비단결정의 것이나 결정을 일부에 포함하는 것이어도 좋고, 이들에 있어서도 결정의 개질로서 본 장치를 적용할 수 있다.The crystalline semiconductor film manufacturing apparatus 1 has a
또한, 주사장치(3)는 도시하지 않은 모터 등에 의해 구동되고, 상기 모터는 후술하는 제어부(8)에 의해 동작이 제어되어서 주사장치(3)의 주사 속도가 설정된다. 또한 처리실(2)에는 외부로부터 펄스 레이저를 도입하는 도입창(윈도우)(6)이 설치되어 있다.Further, the
처리실(2)의 외부에는 펄스 레이저 발진장치(10)가 설치되어 있다. 상기 펄스 레이저 발진장치(10)는 엑시머 레이저 발진장치로 구성되어 있다. 상기 펄스 레이저 발진장치(10)에는 제어부(8)에 제어 가능하게 접속되어 있다. 제어부(8)의 지령에 의해 펄스 레이저 발진장치(10)는 소정의 출력으로 펄스 레이저를 출력한다. 또한, 본 발명으로서는 발진장치의 종별이나 발진 매질이 한정되는 것은 아니고, 소망의 펄스 레이저를 반도체막에 조사할 수 있는 것이면 좋다.A pulse
상기 펄스 레이저 발진장치(10)에 있어서 펄스 발진되어서 출력되는 펄스 레이저(15)는, 예를 들면 파장이 400nm 이하이고, 펄스 반치폭이 200ns 이하인 것으로 한다. 단, 본 발명으로서는 이들에 한정되는 것은 아니다.In the pulse
펄스 레이저(15)는 어테뉴에이터(11)에 의해 펄스 에너지 밀도가 조정된다. 어테뉴에이터(11)는 상기 제어부(8)에 제어 가능하게 접속되어 있고, 제어부(8)의 지령에 의해 소정의 감쇠율로 설정된다. 제어부(8)에서는 반도체막으로의 조사면 상에서 소정의 조사 펄스 에너지 밀도가 얻어지도록 감쇠율이 조정된다. 적합하게는 실리콘막(100)의 조사면 상에 있어서 에너지 밀도가 100∼500mJ/㎠가 되도록 조정할 수 있다.The pulse energy density of the
어테뉴에이터(11)를 투과한 펄스 레이저(15)는 렌즈, 반사 미러, 호모지나이저 등으로 구성되는 광학계(12)에 의해 빔 정형되고, 처리실(2)에 설치한 도입창(6)을 통해서 처리실(2) 내의 실리콘막(100)에 조사되도록 펄스 레이저(15)를 안내된다. 도면에서는 광학계(12)의 하나로서 반사 미러(12a)와 집광렌즈(12b)가 도시되어 있다. 본 발명으로서는 광학계에 포함되는 광학부재의 종별이나 수가 특별히 한정되는 것은 아니다.The
조사시의 조사면 형상은 단면각 형상으로 하고, 각형에는 라인상의 것이 포함된다.The irradiation surface shape at the time of irradiation is a cross-sectional angle shape, and a line shape is included in the square shape.
다음에, 상기 결정 반도체막 제조장치(1)를 사용한 결정 반도체막의 제조방법에 대해서 설명한다. Next, a method for manufacturing a crystal semiconductor film using the above-described crystal semiconductor film manufacturing apparatus 1 will be described.
상기 실리콘막(100)을 대상으로 해서 펄스 레이저(15)의 조사에 의해 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)를 결정한다. 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)로서는 N회의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)와 동등한 것을 선정할 수 있다. 동등한 것으로서는 E×0.98∼E×1.03을 예시할 수 있다. 이 실시형태에서는 횟수 N회의 오버랩 조사에 의해 조사 펄스 에너지 밀도(E0)로 펄스 레이저를 조사했을 때와 동등한 결정화를 얻는 것이다.The irradiation pulse energy density (E0) targeting the
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E0)를 제 1 스텝의 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 결정한다. 또한, 제 2 스텝의 조사 펄스 에너지 밀도(E2)로서, 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상이 되는 조사 펄스 에너지(E2)를 결정하고, 이들을 제어부(8)에 설정한다. 또한, 조사 펄스 에너지 밀도(E2)는 E1×0.95 이상으로 하는 것이 바람직하다.The irradiation pulse energy density E0 is determined as the irradiation pulse energy density E1 in the first step. Further, as the irradiation pulse energy density E2 of the second step, the irradiation pulse energy E2 that is lower than the irradiation pulse energy density E1 and becomes equal to or higher than the irradiation energy density required for the crystal to be remelted, and controls these Set in (8). Moreover, it is preferable to set the irradiation pulse energy density E2 to E1 x 0.95 or more.
상기한 E0, E1, E2에는 경험적으로 수치를 얻은 것을 이용할 수 있다.For the above-described E0, E1, E2, those obtained empirically can be used.
다음에, 제 1 스텝에 있어서의 오버랩에 있어서의 조사 횟수(N1)와, 제 2 스텝에 있어서의 오버랩에 있어서의 조사 횟수(N2)를 결정하고, 제어부(8)에 설정한다. N1과 N2의 합은 N 이상으로 한다. 또한, N1≥N2가 바람직하고, 또한 N1+N2≤ 1.5N이 바람직하다. N1, N2의 횟수는 경험적으로 정할 수 있다.Next, the irradiation count N1 in the overlap in the first step and the irradiation count N2 in the overlap in the second step are determined and set in the
상기 설정에 근거하여, 제 1 스텝의 조건에서 주사장치(3)에 의해 실리콘막(100)을 일방향으로 이동시키면서 펄스 레이저 발진장치(10)로부터 펄스 레이저(15)를 출력하고, 광학계(12), 도입창(6)을 통해서 처리실(2) 내의 실리콘막(100)에 펄스 레이저(15)를 오버랩 조사해서 처리한다. 또한, 오버랩 횟수는 주사장치(3)의 주사 속도와 펄스 레이저의 반복 주파수와 펄스의 단축 방향폭에 의해 결정된다. 이 때문에, 제어부(8)는 펄스 레이저의 반복 주파수를 전제로 하여, N1회의 오버랩이 되도록 주사장치(3)의 주사 속도를 결정한다. 주사 속도는, 예를 들면 6∼16mm/초의 범위에서 선정할 수 있다. 또한, 본 발명으로서는 이 주사 속도가 특정의 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 1∼100mm/초의 범위에서 선택할 수 있다. 또한, 어테뉴에이터(11)의 감쇠율은 제어부(8)에 의해 실리콘막(100) 상의 조사 펄스 에너지(E1)가 설정값이 되도록 조정된다. 상기 조정은 미리 감쇠율과 조사 펄스 에너지와의 관계를 구해 두고, 이 관계에 따라서 행할 수 있다. 또한, 도시하지 않은 측정장치에 의해 펄스 레이저(15)의 펄스 에너지 밀도를 측정하고, 상기 펄스 에너지 밀도가 소정값이 되도록 어테뉴에이터(11)의 제어를 행할 수 있다.Based on the above setting, the
다음에, 실리콘막(100)의 소정 에리어의 처리가 완료되면, 주사장치(3)를 역방향으로 이동하도록 동작시켜서 제 2 스텝의 오버랩 조사를 행한다. 제어부(8)는 펄스 레이저의 반복 주파수를 전제로 하여, N2회의 오버랩이 되도록 주사장치(3)의 주사 속도를 결정한다. 주사 속도는, 예를 들면 6∼16mm/초의 범위에서 선정할 수 있다. 또한, 본 발명으로서는 이 주사 속도가 특정의 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 1∼100mm/초의 범위에서 선택할 수 있다. 또한, 어테뉴에이터(11)의 감쇠율은 제어부(8)에 의해 실리콘막(100)의 조사 펄스 에너지(E2)가 설정값이 되도록 조정된다. 상기 조정은 제 1 스텝과 마찬가지로 행할 수 있다. 또한, 제 2 스텝에서 펄스폭이 다른 펄스 레이저를 사용함으로써 오버랩에 의한 횟수를 변경할 수도 있고, 주사 속도 등을 복합해서 소망의 오버랩 횟수를 얻도록 해도 좋다.Next, when the processing of the predetermined area of the
제 1 스텝의 펄스 레이저 조사와 제 2 스텝의 펄스 레이저 조사가 된 실리콘막(100)의 소정 에리어는 조사 펄스 에너지 밀도(E0)로 N회의 오버랩 조사를 행했을 경우와 동 정도로 양호하게 결정화된다. 또한, 본 실시형태에서는 제 1 스텝의 조사와 제 2 스텝의 조사가 행해짐으로써 펄스 레이저의 엣지부에 의한 반도체막 상의 돌기부의 높이를 낮게 해서 조사 불균일을 없애고, 따라서 보다 양질의 반도체 디바이스에 제공하는 것이 가능해진다.The predetermined area of the
또한, 상기 실시예에서는 제 1 스텝의 스캔 조사를 소정의 에리어에서 행한 후, 제 2 스텝의 스캔 조사를 상기 에리어에 행하는 것으로서 설명했지만, 2개의 펄스 레이저를 이용하여 제 1 스텝에서의 조사를 행한 후, 즉시 제 2 스텝의 조사 를 행하도록 해도 좋다. 이 경우, 2개의 펄스 레이저는 2개의 펄스 레이저 광원으로부터 출력된 것을 사용할 수 있고, 또한 1개의 펄스 레이저 광원으로부터 출력된 펄스 레이저를 분할하여 에너지 조정이나 지연 조정 등을 행해서 2개의 펄스 레이저를 얻어도 좋다.In addition, in the above-described embodiment, the scan irradiation of the first step is performed in a predetermined area, and then the scan irradiation of the second step is performed as the area, but the irradiation in the first step is performed using two pulse lasers. Thereafter, irradiation of the second step may be performed immediately. In this case, two pulse lasers can be used that are output from two pulse laser light sources, and even if the pulse lasers output from one pulse laser light source are divided to perform energy adjustment, delay adjustment, or the like, two pulse lasers can be obtained. good.
또한, 펄스 레이저는 복수의 펄스 레이저를 합성해서 펄스폭을 조정한 것이어도 좋다. Further, the pulse laser may be one obtained by synthesizing a plurality of pulse lasers to adjust the pulse width.
또한, 상기 실시형태에서는 제 1 스텝에서 1개의 펄스 레이저에 의해 소정의 에리어의 실리콘막을 처리한 후에, 제 2 스텝에서 다른 펄스 레이저에 의해 처리를 행하는 것으로서 설명했지만, 1개의 펄스에 의해 제 1 스텝과 제 2 스텝이 동시기에 행해지도록 해도 좋다. 또한, 1개의 펄스로서는 유사적으로 1개로 할 수 있는 것도 포함된다.In the above-described embodiment, the silicon film of a predetermined area is processed by one pulse laser in the first step, and then it is described as processing by another pulse laser in the second step, but the first step is performed by one pulse. And the second step may be performed at the same time. Moreover, what can be made into 1 similarly is included as 1 pulse.
즉, 펄스 레이저가 단축 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서, 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측이 주사 방향 전방측의 강도보다 낮은 강도를 갖고 있고, 상기 주사 방향 전방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 1 스텝의 조사가 이루어지고, 상기 주사 방향 후방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 2 스텝의 조사가 이루어진다.That is, in the sectional distribution of beam cross-sections in the uniaxial direction, the pulsed laser has an intensity lower than that of the anterior side in the scanning direction across the rear end in the scanning direction, and the agent is disposed in accordance with the intensity at the anterior side in the scanning direction. Irradiation of one step is made, and irradiation of the second step is made in accordance with the intensity at the rear side in the scanning direction.
이 형태에 사용되는 펄스 레이저의 주사 방향의 빔 단면 강도 분포를 도 2에 나타낸다.The distribution of the beam cross-section intensity in the scanning direction of the pulse laser used in this mode is shown in FIG. 2.
빔 단면은 주사 방향 전방측에서 펄스 조사 에너지(E1)의 높이를 갖고, 주사 방향 후방측에서 후단에 걸쳐서 펄스 조사 에너지(E2)의 높이를 갖는 단계적인 빔 강도를 갖고 있다. 이 형태에서는 펄스 조사 에너지(E1)의 높이를 갖는 펄스 부분에서 실리콘막(100)의 동일 영역에 N1회의 펄스 레이저 조사가 행해지고, 펄스 조사 에너지(E2)의 높이를 갖는 펄스 부분에서 실리콘막(100)의 동일 영역에 N2회의 펄스 레이저 조사가 행해진다. N1, N2의 횟수는 펄스 조사 에너지(E1)의 높이를 갖는 주사 방향의 부분 길이(L1)와 펄스 조사 에너지(E1)의 높이를 갖는 주사 방향의 부분 길이(L2)와, 펄스마다의 피치에 따라서 정해진다. 예를 들면, L1=L2(예를 들면 200㎛)이라고 하면, N1과 N2는 기본적으로는 동일 횟수가 된다.The beam cross section has a stepwise beam intensity having a height of the pulse irradiation energy E1 at the front side in the scanning direction, and a height of the pulse irradiation energy E2 over the rear end at the rear side in the scanning direction. In this embodiment, pulse laser irradiation is performed N1 times in the same region of the
즉, 길이(L1)를 상대적으로 길게 함으로써 N1의 횟수를 많게 할 수 있다. 이 때문에 L1≥L2로 하는 것이 바람직하다. 따라서, N1, N2는 길이(L1, L2)의 크기에 의존하고, 더욱이는 상기 실시형태와 마찬가지로 주사 속도와 펄스 레이저의 반복 주파수에도 의존한다. 이들 설정에 의해, 이 형태에 있어서의 N1, N2가 결정된다.That is, the number of times of N1 can be increased by making the length L1 relatively long. For this reason, it is preferable to set L1≥L2. Therefore, N1 and N2 depend on the size of the lengths L1 and L2, and furthermore, also on the scanning speed and the repetition frequency of the pulse laser, as in the above embodiment. N1 and N2 in this form are determined by these settings.
상기 형상의 주사 방향의 빔 단면 강도 분포를 갖는 펄스 레이저는 각종의 방법에 의해 가질 수 있다. The pulse laser having a beam cross-sectional intensity distribution in the scanning direction of the above-described shape can be obtained by various methods.
예를 들면, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 광학계의 광로 상에서 광학부재의 상류측 또는 하류측에서 레이저빔의 일부를 차폐 또는 투과를 억제하는 부재를 배치함으로써, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이 주사 방향에 있어서의 빔 강도를 부분적으로 낮게 하여, 빔 강도가 단계적으로 이루어진 빔 단면 강도 분포를 갖는 펄스 레이저가 얻어진다. For example, as shown in Fig. 3 (a), by placing a member that suppresses or transmits a part of the laser beam on the upstream or downstream side of the optical member on the optical path of the optical system, it is shown in Fig. 3 (b). As described above, by partially lowering the beam intensity in the scanning direction, a pulse laser having a beam cross-sectional intensity distribution in which the beam intensity is stepped is obtained.
또한, 도 4(a)에 나타나 있는 바와 같이, 2개의 펄스를 합성 또는 유사적으로 합성함으로써 도 4(b)에 나타나 있는 바와 같이 빔 강도가 단계적(주사 방향폭(L1, L2))으로 된 빔 단면 강도 분포를 갖는 펄스(c)가 얻어진다. 예를 들면, 빔 강도가 다른 펄스(a)와 펄스(b)에 시간차를 두고 광학계에 의해 합성하고, 합성한 펄스를 비단결정 반도체막 상에 조사할 수 있다. 또한, 빔 강도가 다른 펄스(a)와 펄스(b)를 동시에 위치를 어긋나게 해서 비단결정 반도체막 상에 조사함으로써 유사적으로 1개로 한 펄스로 할 수 있다.In addition, as shown in Fig. 4 (a), by synthesizing or similarly synthesizing two pulses, the beam intensity becomes stepwise (scanning direction widths L1 and L2) as shown in Fig. 4 (b). A pulse c having a beam cross-sectional intensity distribution is obtained. For example, pulses (a) and pulses (b) having different beam intensities can be synthesized by an optical system with a time difference, and the synthesized pulses can be irradiated onto a non-single crystal semiconductor film. In addition, pulses (a) and (b) having different beam intensities are shifted at the same time and irradiated onto a non-single-crystal semiconductor film, thereby making it a single pulse.
실시예Example 1 One
다음에, 펄스 레이저 광원(제품번호 LSX540C)을 이용하여, 막두께 50nm의 어모퍼스 실리콘막에 파장 308nm, 펄스폭 70nm, 반복 주파수 300Hz, 빔 단면에 있어서 장축 길이 465mm×단축 길이 400㎛의 라인빔 상의 엑시머 펄스 레이저를 조사하여 어닐 처리를 행했다.Next, using a pulsed laser light source (product number LSX540C), on an amorphous silicon film having a film thickness of 50 nm, on a line beam having a wavelength of 308 nm, a pulse width of 70 nm, a repetition frequency of 300 Hz, and a long axis length of 465 mm x short axis length of 400 µm in the beam cross section. An annealing treatment was performed by irradiating an excimer pulse laser.
종래예로서, 오버랩률 95%(오버랩 조사 20회)에서 결정화에 적합한 조사 에너지 밀도(E0)(OED(Optinum energy density); 이 예에서는 370mJ/㎠)를 설정했다. 이때에는 20㎛ 피치가 되도록 주사 속도 및 펄스 레이저의 반복 주파수를 설정했다. 에너지 밀도(E0)는 미결정이 생기지 않고, 상기 오버랩 조사에 의해 결정립경이 포화되는 조사 에너지 밀도(E)와 동일하게 했다.As a conventional example, irradiation energy density E0 (Optinum energy density (OED) suitable for crystallization at an overlap rate of 95% (
또한, 발명예 및 참고예로서, 제 1 스텝에서 오버랩률 90%(오버랩 조사 10회)에서 조사 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 에너지 밀도(E1)(370mJ/㎠)를 설정했다. 이때에는 40㎛ 피치가 되도록 주사 속도를 설정했다.In addition, as the invention example and the reference example, the irradiation energy density E1 (370 mJ / cm 2) equal to the irradiation energy density E0 was set at the overlap rate of 90% (
또한, 발명예로서, 제 2 스텝에서 오버랩률 90%(오버랩 조사 10회)에서 조사 에너지 밀도(E1)의 -5%가 되는 조사 에너지 밀도(E2)(352mJ/㎠)를 설정했다. 이때에는 40㎛ 피치가 되도록 주사 속도를 설정했다.In addition, as an example of the invention, the irradiation energy density E2 (352 mJ / cm 2) was set to be -5% of the irradiation energy density E1 at the overlap rate of 90% (
또한, 참고예로서, 제 2 스텝에서 오버랩률 90%(오버랩 조사 10회)에서 조사 에너지 밀도(E1)의 -10%, -15% 또는 -20%가 되는 조사 에너지 밀도로 설정했다. 이때에도, 40㎛ 피치가 되도록 주사 속도 및 펄스 레이저의 반복 주파수를 설정했다.In addition, as a reference example, in the second step, the irradiation energy density was set to -10%, -15%, or -20% of the irradiation energy density E1 at the overlap rate of 90% (
상기 조건에서, 어모퍼스의 실리콘막에 펄스 레이저를 오버랩 조사하고, 처리 후의 결정 실리콘막의 조사 불균일 및 결정성을 평가했다. 또한, 종래예와 발명예에 대해서는 결정 실리콘막의 표면 요철을 AFM(Atomic Force Microscope: 원자간력 현미경)에 의해 관찰했다. Under the above conditions, a pulse laser was overlapped on the amorphous silicon film, and irradiated non-uniformity and crystallinity of the crystalline silicon film after treatment were evaluated. In addition, in the conventional examples and the invention examples, the surface irregularities of the crystalline silicon film were observed by AFM (Atomic Force Microscope).
도 5에 결정 실리콘막의 표면 단면의 개략도를 나타낸다. 종래예에서는 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 펄스 레이저의 최종 조사에 의한 엣지 부분에 상응해서 비교적 큰 돌기가 형성되어 있다. 한편, 발명예에서는 도 5(a)에 나타나 있는 바와 같이 상기에 상당하는 돌기가 낮게 완만하게 되어 있는 것이 확인되어, 제 1 스텝과 제 2 스텝의 조사에 의해 돌기가 완화되어 있는 것을 알 수 있다.5 shows a schematic view of the surface cross section of the crystalline silicon film. In the conventional example, as shown in Fig. 5 (b), a relatively large protrusion is formed corresponding to the edge portion by the final irradiation of the pulse laser. On the other hand, in the invention example, as shown in Fig. 5 (a), it was confirmed that the projections corresponding to the above were made to be low, and it was found that the projections were alleviated by irradiation of the first step and the second step. .
결정 실리콘막의 조사 불균일 평가는 이하의 방법에 의해 행했다. Irradiation non-uniformity evaluation of the crystalline silicon film was performed by the following method.
결정 실리콘막에 검사광을 각각의 예에서 5지점에 조사하고, 각각 반사광을 수광해서 칼라 화상을 취득하고, 칼라 화상의 색 성분을 검출하고, 검출된 색 성분 에 의거하여 칼라 화상을 모노크롬화했다. 이어서, 모노크롬화된 화상의 데이터를 콘볼루션해서 화상 농담을 강조한 화상 데이터를 취득하고, 화상 농담을 강조한 화상 데이터를 사영 변환하고, 사영 변환이 된 화상 데이터에 의거하여 표면 불균일을 평가했다. 모노크롬화는 검출된 색 성분 중, 주가 되는 색 성분을 이용하여 행할 수 있고, 주가 되는 색 성분은 광분포가 다른 색 성분보다 상대적으로 큰 색성분이라고 할 수 있다. The inspection light was irradiated to the crystalline silicon film at five points in each example, and each reflected light was received to obtain a color image, color components of the color image were detected, and the color image was monochromeized based on the detected color components. . Subsequently, the data of the monochrome image was convolved to obtain image data with emphasis on image gradation, image conversion with emphasis on image gradation was projected, and surface unevenness was evaluated based on the image data subjected to projective transformation. Monochromation can be performed using a main color component among the detected color components, and the main color component can be said to be a color component having a relatively larger light distribution than other color components.
모노크롬화한 화상 데이터는 레이저의 빔 방향을 행, 레이저의 주사 방향을 열이라고 하는 행렬 데이터로 나타내고, 콘볼루션에서는 소정 계수의 행렬을 모노크롬화된 화상 데이터의 행렬에 곱함으로써 행했다.The monochromated image data is obtained by multiplying a matrix of predetermined coefficients by a matrix of monochromated image data in the laser beam direction as a row and the laser scanning direction as matrix data called columns.
소정 계수의 행렬은 빔 방향을 강조하는 것과, 스캔 방향을 강조하는 것을 각각 사용해서 빔 방향의 화상 농담을 강조한 화상 데이터와 스캔 방향의 화상 농담을 강조한 화상 데이터를 각각 취득했다.For the matrix of predetermined coefficients, emphasizing the beam direction and emphasizing the scan direction are respectively used to obtain image data emphasizing the image shade in the beam direction and image data emphasizing the image shade in the scan direction, respectively.
구체적으로는 이하의 콘볼루션을 행했다. 또한, 소정 계수의 행렬이 하기에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the following convolution was performed. In addition, the matrix of predetermined coefficients is not limited to the following.
화상 농담을 강조한 화상 데이터에 대해서는 스캔 방향, 샷 방향으로 통합된 줄무늬가 나타나는 것을 이용하여 각각의 방향의 사영을 구한다.For image data with emphasis on image shading, projections in each direction are obtained by using stripes that are integrated in the scan direction and the shot direction.
구체적으로는 하기에 나타내는 식에 의해 샷 방향, 스캔 방향으로 각각 사영 변환한다.Specifically, projection conversion is performed in the shot direction and the scan direction, respectively, by the formulas shown below.
샷 방향 = (Max(Σf(x)/Nx)-Min(Σf(x)/Nx))/평균Shot direction = (Max (Σf (x) / Nx) -Min (Σf (x) / Nx)) / average
스캔 방향 = (Max(Σf(y)/Ny)-Min(Σf(y)/Ny))/평균Scan direction = (Max (Σf (y) / Ny) -Min (Σf (y) / Ny)) / average
단, x는 샷 방향의 화상의 위치, y는 스캔 방향의 화상의 위치, f(x)는 x위치에 있어서의 화상 데이터, f(y)은 y위치에 있어서의 화상 데이터, Nx는 샷 방향의 화상의 수, Ny는 스캔 방향의 화상의 수를 나타낸다.However, x is the position of the image in the shot direction, y is the position of the image in the scan direction, f (x) is the image data at the x position, f (y) is the image data at the y position, and Nx is the shot direction The number of images, Ny represents the number of images in the scan direction.
도 6의 불균일 스코어는 스캔 방향의 불균일을 수치화해서 나타낸 것이다. 수치가 높을수록 불균일이 큰 것을 나타내고 있다.The non-uniformity score in FIG. 6 is a numerical representation of non-uniformity in the scan direction. The higher the value, the larger the non-uniformity.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래예에서는 불균일 스코어는 0.2∼0.3이 되어 불균일이 크다. 이것은 상술한 바와 같이 펄스 레이저의 엣지에 의한 표면 돌기가 영향을 미치고 있다고 생각된다. As can be seen from FIG. 6, in the conventional example, the non-uniformity score is 0.2 to 0.3, and the non-uniformity is large. It is thought that the above-mentioned surface protrusion due to the edge of the pulse laser has an effect as described above.
한편, 발명예에서는 제 1 스텝 후에는 종래예와 마찬가지로 불균일이 크지만, 제 2 스텝 후에는 불균일 스코어는 0.06∼0.13이 되어 불균일이 완화되어 있다. 또한, 제 2 스텝에서의 조사를 -10% E0, -15% E0, -20% E0의 조사 펄스 에너지로 행한 것은 종래예보다 불균일은 작아져 있지만, 불균일의 경감이라고 하는 점에서 충분하지는 않았다. On the other hand, in the invention example, after the first step, the non-uniformity is large as in the conventional example, but after the second step, the non-uniformity score is 0.06 to 0.13, and the non-uniformity is alleviated. Moreover, although irradiation in the second step was performed with irradiation pulse energy of -10% E0, -15% E0, and -20% E0, the nonuniformity was smaller than in the conventional example, but it was not sufficient in terms of reducing the nonuniformity.
다음에, 종래예, 발명예 및 참고예의 결정 실리콘막의 결정성을 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진에 의해 관찰했다.Next, the crystallinity of the crystalline silicon films of the conventional examples, the invention examples and the reference examples was observed by SEM (Scanning Electron Microscope) photography.
그 결과, 종래예, 발명예 모두 균일한 결정립이 동등하게 형성되어 있었다. 한편, -15% E0, -20% E0으로 한 참고예에서는 충분한 결정성장이 되어 있지 않고, 결정립경이 작은 것이 되었다. -10% E0에서는 -15% E0, -20% E0 정도는 아니지만 약간 결정립경이 작아졌다.As a result, uniform crystal grains were formed equally in both the conventional examples and the inventive examples. On the other hand, in the reference examples of -15% E0 and -20% E0, sufficient crystal growth was not achieved, and the grain size was small. At -10% E0, the grain size was slightly smaller, although not as high as -15% E0 and -20% E0.
이상과 같이, 본 발명예에 의하면, 양호한 결정립 성장이 얻어짐과 아울러 펄스 레이저의 엣지에 의한 돌기를 작게 해서 불균일을 경감할 수 있다. 또한, 종래에 비해서 생산성을 거의 저하시키지 않고 처리를 행하는 것이 가능해진다.As described above, according to the example of the present invention, good grain growth can be obtained and unevenness can be reduced by reducing the protrusion due to the edge of the pulse laser. In addition, it is possible to perform the treatment with substantially no reduction in productivity compared to the conventional one.
이상, 본 발명에 대해서 상기 각 실시형태 및 실시예에 의거하여 설명을 행했지만, 본 발명은 이들 설명 내용에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한은 적당한 변경이 가능하다.As described above, the present invention has been described based on the above-described embodiments and examples, but the present invention is not limited to these descriptions, and appropriate changes can be made without departing from the scope of the present invention.
1: 결정 반도체막 제조장치 2: 처리실
3: 주사장치 5: 스테이지
8: 제어부 10: 펄스 레이저 발진장치
11: 어테뉴에이터1: Crystal semiconductor film manufacturing apparatus 2: Processing chamber
3: Injection device 5: Stage
8: Control unit 10: Pulse laser oscillation device
11: Attenuator
Claims (14)
상기 펄스 레이저의 조사에 의해 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도를 E0으로 하고,
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 상기 펄스 레이저가 조사되는 제 1 스텝과,
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상이 되는 조사 펄스 에너지 밀도(E2)로 상기 펄스 레이저가 소정면에 조사되는 제 2 스텝을 갖고,
동일 조사면에 대한 상기 제 1 스텝과 상기 제 2 스텝에 있어서의 합계 조사 횟수가 N회 이상인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법.A method of manufacturing a crystalline semiconductor film that performs crystallization by overlapping irradiation while relatively scanning a pulse laser on a non-single crystal semiconductor film in a short axis direction,
The irradiation pulse energy density lower than the irradiation pulse energy density at which microcrystallization occurs in the non-single-crystal semiconductor film by irradiation of the pulse laser and suitable for crystallization by irradiation a plurality of times (N times) is E0,
A first step in which the pulse laser is irradiated with an irradiation pulse energy density (E1) equal to the irradiation pulse energy density (E0),
Has a second step in which the pulse laser is irradiated to a predetermined surface with an irradiation pulse energy density E2 that is lower than the irradiation pulse energy density E1 and is equal to or higher than the irradiation energy density required for the crystal to be remelted,
A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein the total number of irradiations in the first step and the second step on the same irradiation surface is N or more.
상기 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지는 복수 횟수(N회)의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)로서 E×0.98∼E×1.03의 범위 내인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법.According to claim 1,
The irradiation pulse energy suitable for the crystallization is an irradiation pulse energy density (E) in which grain growth is saturated by irradiation a plurality of times (N times), and is in the range of E × 0.98 to E × 1.03. Way.
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E2)는 E1×0.95 이상인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법.The method of claim 1 or 2,
The irradiation pulse energy density (E2) is a method of manufacturing a crystalline semiconductor film, characterized in that E1 × 0.95 or more.
상기 합계 조사 횟수는 N×1.5 이하인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법.The method of claim 1 or 2,
The method for producing a crystalline semiconductor film, wherein the total number of irradiations is N × 1.5 or less.
상기 제 1 스텝에 의해 상기 펄스 레이저를 주사하면서 동일 조사면에 대한 N1회의 복수회 조사를 순차 행하고, 그 후 상기 소정면에 대해서 상기 제 2 스텝에 의해 상기 펄스 레이저를 주사하면서 동일 조사면에 대한 N2회의 복수회 조사를 순차 행하고, 상기 N1+N2를 상기 합계 조사 횟수로서 N회 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법.The method of claim 1 or 2,
N1 is irradiated to the same irradiated surface multiple times sequentially while scanning the pulse laser by the first step, and then N2 is irradiated to the same irradiated surface while scanning the pulse laser by the second step on the predetermined surface. A method of manufacturing a crystalline semiconductor film, characterized in that the irradiation is performed multiple times in sequence, and the N1 + N2 is set to N or more times as the total number of irradiations.
상기 N1을 상기 N2 이상의 횟수로 하는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법.The method of claim 5,
A method of manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein N1 is the number of times N2 or more.
상기 펄스 레이저는 주사 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측이 주사 방향 전방측의 강도보다 낮은 강도를 갖고 있고, 상기 주사 방향 전방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 1 스텝의 조사가 이루어지고, 상기 주사 방향 후방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 2 스텝의 조사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법.The method of claim 1 or 2,
The pulse laser has a lower intensity in the scanning direction rear end than the scanning direction in the scanning direction in the beam direction intensity distribution in the scanning direction, and the first step in accordance with the intensity in the scanning direction anterior side. Is irradiated, and the second step is irradiated in accordance with the intensity at the rear side in the scanning direction.
상기 주사 방향 전방측의 주사 방향폭은 상기 주사 방향 후방측의 주사 방향폭 이상인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법.The method of claim 7,
A method of manufacturing a crystalline semiconductor film, characterized in that the scanning direction width on the front side in the scanning direction is equal to or larger than the scanning direction width on the rear side in the scanning direction.
상기 펄스 레이저의 파장은 400nm 이하인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법.The method of claim 1 or 2,
The pulse laser has a wavelength of 400 nm or less.
상기 펄스 레이저의 반치폭은 200ns 이하인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법.The method of claim 1 or 2,
The method of manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein the half width of the pulse laser is 200 ns or less.
상기 비단결정 반도체막은 실리콘막인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법.The method of claim 1 or 2,
The non-single crystal semiconductor film is a method of manufacturing a crystalline semiconductor film, characterized in that the silicon film.
상기 펄스 레이저를 정형해서 비단결정 반도체막으로 안내하는 광학계와,
상기 펄스 레이저의 조사 에너지 밀도를 조정하는 에너지 조정부와,
상기 펄스 레이저를 상기 비단결정 반도체막에 대해서 상대적으로 주사하는 주사장치와,
상기 레이저 광원, 상기 에너지 조정부 및 상기 주사장치를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 에너지 조정부를 제어해서 펄스 레이저의 조사에 의해 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 조정하고, 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체막에 대해서 N1회(단, N1<N)의 복수회 조사를 순차 행하는 제 1 스텝과, 제 1 스텝에서 상기 펄스 레이저가 조사된 반도체에 상기 에너지 조정부를 제어해서 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상의 조사 펄스 에너지 밀도(E2)로 조정하고, 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E2)로 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체막에 대해서 N2회(단, N2<N, N1+N2≥N)의 복수회 조사를 순차 행하는 제 2 스텝을 실행하는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조장치.One or two or more laser light sources that output pulsed lasers,
An optical system for shaping the pulse laser and guiding it to a non-single-crystal semiconductor film;
An energy adjusting unit for adjusting the irradiation energy density of the pulse laser,
A scanning device that scans the pulse laser relative to the non-single crystal semiconductor film,
It is provided with a control unit for controlling the laser light source, the energy adjustment unit and the injection device,
The control unit controls the energy adjusting unit, and is lower than the irradiation pulse energy density in which microcrystallization occurs in the non-single-crystal semiconductor film by irradiation of a pulse laser, and is also suitable for crystallization by irradiation multiple times (N times). Adjusted to the same irradiation pulse energy density (E1) as (E0), and controlled the scanning device with the irradiation pulse energy density (E1) to scan the pulse laser, N1 times for the non-single crystal semiconductor film (however, N1 <N) 1st step of sequentially irradiating a plurality of times, and in the first step, by controlling the energy adjusting unit to the semiconductor to which the pulse laser is irradiated, lower than the irradiation pulse energy density E1, and crystals are remelted. Adjust to the irradiation pulse energy density (E2) equal to or higher than the irradiation energy density necessary for the injection device, and the injection device to the irradiation pulse energy density (E2). The second step of sequentially irradiating the non-single-crystal semiconductor film N2 times (where N2 <N, N1 + N2≥N) is performed sequentially while scanning the pulse laser is performed. Manufacturing equipment.
상기 펄스 레이저를 정형해서 비단결정 반도체막으로 안내하는 광학계와,
상기 펄스 레이저의 주사 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측의 강도가 주사 방향 전방측의 강도보다 낮고, 또한 주사 방향 후방측의 강도에 의한 조사 펄스 에너지 밀도가 주사 방향 전방측의 강도에 의한 조사 펄스 에너지 밀도의 0.95배 이상이 되도록 상기 강도 분포를 조정하는 강도 조정부와,
상기 펄스 레이저의 조사 에너지 밀도를 조정하는 에너지 조정부와,
상기 펄스 레이저를 상기 비단결정 반도체막에 대해서 상대적으로 주사하는 주사장치와,
상기 레이저 광원, 상기 에너지 조정부 및 상기 주사장치를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 에너지 조정부를 제어하여, 상기 펄스 레이저의 주사 방향 전방측의 조사에 있어서 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 펄스 에너지 밀도(E1)가 되고, 상기 펄스 레이저의 주사 방향 후방측의 조사에 있어서 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상의 조사 펄스 에너지 밀도(E2)가 되도록 조정하고, 또한 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체막에 대해서 N회 이상의 복수회 조사를 순차 행하는 공정을 실행하는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조장치.One or two or more laser light sources that output pulsed lasers,
An optical system for shaping the pulse laser and guiding it to a non-single-crystal semiconductor film;
In the beam laser beam intensity distribution in the scanning direction of the pulse laser, the intensity at the back side in the scanning direction across the trailing edge in the scanning direction is lower than the intensity at the front side in the scanning direction, and the irradiation pulse energy density due to the intensity at the back side in the scanning direction is the scanning direction An intensity adjustment unit that adjusts the intensity distribution to be 0.95 times or more the energy density of the irradiation pulse by the intensity on the front side;
An energy adjusting unit for adjusting the irradiation energy density of the pulse laser,
A scanning device that scans the pulse laser relative to the non-single crystal semiconductor film,
It is provided with a control unit for controlling the laser light source, the energy adjustment unit and the injection device,
The control unit controls the energy adjustment unit, and is lower than the irradiation pulse energy density at which microcrystallization occurs in the non-single-crystal semiconductor film in irradiation in the scanning direction anterior side of the pulse laser, and is caused by irradiation multiple times (N times). It becomes the irradiation pulse energy density E1 equal to the irradiation pulse energy density E0 suitable for crystallization, and is lower than the irradiation pulse energy density E1 in irradiation in the scanning direction rear side of the pulse laser, and the crystal is remelted. A process of sequentially adjusting N or more times of irradiating the non-single crystal semiconductor film while adjusting the irradiation pulse energy density (E2) equal to or greater than the irradiation energy density necessary to become the same and controlling the scanning device to scan the pulse laser. An apparatus for manufacturing a crystalline semiconductor film, characterized in that it is executed.
상기 제어부는 상기 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지가 복수 횟수(N회)의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)로서 E×0.98∼E×1.03의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조장치.
The method of claim 12 or 13,
The control section is characterized in that the irradiation pulse energy suitable for the crystallization is set within the range of E × 0.98 to E × 1.03 as the irradiation pulse energy density (E) in which grain growth is saturated by irradiation a plurality of times (N times). An apparatus for manufacturing a crystalline semiconductor film.
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