JP2003037064A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents
Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatusInfo
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】電気的特性のバラツキの少ないTFTを作製す
る技術を提供する。
【解決手段】半導体膜表面に形成された自然酸化膜を除
去した後、有機物除去効果のある酸化処理を施して清浄
な酸化膜を形成してからレーザーアニールを行うことで
半導体膜への汚染を低減させる。このようにして得られ
た半導体膜をTFTの活性層に用いることにより電気的
特性のバラツキが少ないTFTを得ることができ、また
電気的特性を向上させることができる。さらに、本発明
の半導体製造装置を用いることにより、生産性及びスル
ープットの低下を最小限に抑えることができる。
(57) [Summary] (with correction) [PROBLEMS] To provide a technique for manufacturing a TFT with less variation in electrical characteristics. SOLUTION: After removing a natural oxide film formed on a semiconductor film surface, an oxidation treatment having an organic substance removing effect is performed to form a clean oxide film, and then laser annealing is performed to prevent contamination of the semiconductor film. Reduce. By using the semiconductor film thus obtained for the active layer of the TFT, a TFT with less variation in electrical characteristics can be obtained, and the electrical characteristics can be improved. Further, by using the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, it is possible to minimize a decrease in productivity and throughput.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタ
(以下、TFTと言う)で構成された回路を有する半導
体装置及びその作製方法に関する。例えば、液晶表示装
置に代表される電気光学装置、及び電気光学装置を部品
として搭載した電気機器の構成に関する。なお、本明細
書中において半導体装置とは、半導体特性を利用するこ
とで機能しうる装置全般を指し、上記電気光学装置及び
電気機器もその範疇にあるとする。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a circuit including a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) and a method for manufacturing the semiconductor device. For example, the present invention relates to a configuration of an electro-optical device typified by a liquid crystal display device and an electric device in which the electro-optical device is mounted as a component. Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices which can function by utilizing semiconductor characteristics, and the electro-optical device and the electric appliances are also included in the category.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上に形成され
た非晶質半導体膜に対し、加熱、またはレーザアニー
ル、または加熱とレーザアニールの両方を行い、結晶化
させたり、結晶性を向上させる技術が広く研究されてい
る。上記半導体膜には珪素膜がよく用いられる。2. Description of the Related Art In recent years, an amorphous semiconductor film formed on an insulating substrate such as glass is heated or laser-annealed or both heated and laser-annealed to crystallize or improve the crystallinity. Techniques for making them widely studied. A silicon film is often used as the semiconductor film.
【0003】上記技術により得られた結晶性半導体膜は
結晶質半導体膜と呼ばれる。結晶質半導体膜は、非晶質
半導体膜と比較し、非常に高い移動度を有する。このた
め、結晶質半導体膜を利用すると、例えば、従来の非晶
質半導体膜を使って作製した半導体装置では実現できな
かったモノリシック型の液晶電気光学装置(一枚の基板
上に、画素駆動用と駆動回路用の薄膜トランジスタ(T
FT)を作製した半導体装置)が作製できる。The crystalline semiconductor film obtained by the above technique is called a crystalline semiconductor film. The crystalline semiconductor film has much higher mobility than the amorphous semiconductor film. Therefore, if a crystalline semiconductor film is used, for example, a monolithic liquid crystal electro-optical device (a pixel driving device on a single substrate, which cannot be realized by a semiconductor device manufactured using a conventional amorphous semiconductor film) is used. And a thin film transistor (T
It is possible to manufacture a semiconductor device) in which FT) is manufactured.
【0004】このように、結晶質半導体膜は、非晶質半
導体膜と比較し、非常に特性の高い半導体膜である。こ
れが、上記研究の行われる理由である。例えば、加熱に
よる非晶質半導体膜の結晶化を行うには、600℃以上
の加熱温度と10時間以上、好ましくは20時間以上の
加熱時間が必要であった。この結晶化条件に耐える基板
には、例えば、石英基板がある。しかしながら、石英基
板は高価で、大面積に加工するのは非常に困難であっ
た。基板の大面積化は特に量産効率を上げるためには必
要不可欠な要素である。近年、量産効率の向上のために
基板を大面積化する動きが著しい。As described above, the crystalline semiconductor film is a semiconductor film having extremely high characteristics as compared with the amorphous semiconductor film. This is the reason why the above research is conducted. For example, in order to crystallize the amorphous semiconductor film by heating, a heating temperature of 600 ° C. or higher and a heating time of 10 hours or longer, preferably 20 hours or longer were required. A substrate that can withstand this crystallization condition is, for example, a quartz substrate. However, the quartz substrate is expensive and it is very difficult to process it in a large area. Increasing the area of the substrate is an indispensable element especially for improving mass production efficiency. In recent years, there has been a remarkable movement to increase the area of substrates in order to improve mass production efficiency.
【0005】このような大面積基板に石英基板を加工す
ることは現在の技術では難しく、たとえできたとしても
産業として成り立つ価格には今のところならない。大面
積基板を容易に作製できる材料に、例えばガラスがあ
る。ガラス基板には、例えばコーニング7059と呼ば
れているものがある。コーニング7059は非常に安価
で、大面積化も容易である。しかしながら、コーニング
7059は歪点温度が593℃であり、600℃以上の
加熱には問題があった。It is difficult to process a quartz substrate on such a large-area substrate by the current technology, and even if it is possible, it is not yet a price that can be established as an industry. For example, glass is a material that can be used to easily manufacture a large-area substrate. There is a glass substrate called Corning 7059, for example. Corning 7059 is very inexpensive and can easily be made large. However, Corning 7059 has a strain point temperature of 593 ° C., and there was a problem in heating above 600 ° C.
【0006】ガラス基板の1つに、歪点温度が比較的高
いコーニング1737というものがある。これの歪点温
度は667℃と高い。これに非晶質半導体膜を成膜し、
600℃、20時間の雰囲気に置くと、作製工程に影響
するほどの基板の変形はなかった。しかしながら、20
時間の加熱時間は量産工程としては長すぎ、加熱温度6
00℃は、コストの面から考えると、少しでも低い方が
好ましかった。One of the glass substrates is Corning 1737, which has a relatively high strain point temperature. The strain point temperature of this is as high as 667 ° C. An amorphous semiconductor film is formed on this,
When placed in an atmosphere of 600 ° C. for 20 hours, there was no deformation of the substrate that would affect the manufacturing process. However, 20
The heating time is too long for the mass production process, and the heating temperature is 6
From the viewpoint of cost, it was preferable that 00 ° C be as low as possible.
【0007】このような問題を解決するため、新しい結
晶化の方法が考案された。前記方法の詳細は特開平7−
183540に記載されている。ここで、前記方法を簡
単に説明する。まず、非晶質半導体膜にニッケルまた
は、パラジウム、または鉛等の元素を微量に導入する。
導入の方法は、プラズマ処理や蒸着、イオン注入、スパ
ッタ法、溶液塗布等を利用すればよい。前記導入の後、
例えば550℃の窒素雰囲気に4時間、非晶質半導体膜
を置くと、特性の良好な結晶質半導体膜が得られる。結
晶化に最適な加熱温度や加熱時間等は、前記元素の導入
量や、非晶質半導体膜の状態による。In order to solve such a problem, a new crystallization method has been devised. Details of the method are described in JP-A-7-
183540. Here, the method will be briefly described. First, a trace amount of an element such as nickel, palladium, or lead is introduced into the amorphous semiconductor film.
As the introduction method, plasma treatment, vapor deposition, ion implantation, sputtering method, solution coating or the like may be used. After the introduction,
For example, when the amorphous semiconductor film is placed in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 4 hours, a crystalline semiconductor film having excellent characteristics can be obtained. The optimum heating temperature, heating time, and the like for crystallization depend on the amount of the element introduced and the state of the amorphous semiconductor film.
【0008】以上、加熱による非晶質半導体膜の結晶化
の方法の例を記した。一方、レーザアニールによる結晶
化は、基板の温度を余り上昇させずに、非晶質半導体膜
にのみ高いエネルギーを与えることが出来るため、歪点
の低いガラス基板には勿論、プラスティック基板等にも
用いることが出来る。An example of a method of crystallizing an amorphous semiconductor film by heating has been described above. On the other hand, crystallization by laser annealing can give high energy only to the amorphous semiconductor film without raising the temperature of the substrate so much. Therefore, it can be applied not only to a glass substrate having a low strain point but also to a plastic substrate or the like. Can be used.
【0009】レーザアニールに用いられるレーザの種類
はXeClエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ等が
挙げられる。出力の大きい、エキシマレーザのパルスレ
ーザビームを被照射面において、数cm角の四角いスポ
ットや、長さ10cm以上の線状となるように光学系に
て加工し、レーザビームを走査させて(あるいはレーザ
ビームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させ
て)、レーザアニールを行う方法が量産性が高く工業的
に優れているため、好んで使用されている。Examples of the type of laser used for laser annealing include XeCl excimer laser and KrF excimer laser. An excimer laser pulsed laser beam with a large output is processed by an optical system so that a square spot of several cm square or a linear shape with a length of 10 cm or more is processed on the irradiated surface, and the laser beam is scanned (or A method of performing laser annealing by moving the irradiation position of the laser beam relative to the surface to be irradiated) is industrially excellent in mass productivity, and is therefore preferably used.
【0010】特に、照射面に於けるレーザビームの形状
が線状であるビーム(以下線状ビームと表記する)を用
いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザビ
ームを用いた場合とは異なり、線状ビームの線方向に直
角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザビームを照
射することができるため、量産性が高い。線方向に直角
な方向に走査するのは、それが最も効率の良い走査方向
であるからである。この高い量産性により、現在レーザ
アニールにはパルス発振のエキシマレーザを適当な光学
系で加工した線状ビームを使用することが主流になりつ
つある。In particular, when a beam having a linear laser beam shape on the irradiation surface (hereinafter referred to as a linear beam) is used, a spot-shaped laser beam which requires front, rear, left and right scanning is used. In contrast, since the laser beam can be irradiated onto the entire surface to be irradiated by scanning only in the direction perpendicular to the line direction of the linear beam, mass productivity is high. Scanning in the direction perpendicular to the line direction is because it is the most efficient scanning direction. Due to this high mass productivity, it is becoming mainstream to use a linear beam obtained by processing a pulse oscillation excimer laser with an appropriate optical system for laser annealing.
【0011】また、より高い電気的特性を持つ半導体膜
を得るために、例えば、非晶質半導体膜に対し、加熱に
よる結晶化を行った後に、更にレーザアニールを行う方
法がある。この方法を用いると、加熱またはレーザアニ
ールのどちらか一方だけで結晶化を行う場合より、半導
体膜としても特性を向上させることが出来る。Further, in order to obtain a semiconductor film having higher electric characteristics, for example, there is a method in which an amorphous semiconductor film is crystallized by heating and then laser annealing is further performed. When this method is used, the characteristics of the semiconductor film can be improved as compared with the case where crystallization is performed by either heating or laser annealing.
【0012】レーザアニールの前処理として表面荒れを
防ぐ目的で自然酸化膜除去を行うことが多い。この自然
酸化膜は組成や膜厚が制御されておらず汚染やばらつき
の要因ともなり得る。特に、前記のように非晶質半導体
膜に金属元素を導入して熱処理を施した後にレーザアニ
ールを行う場合、レーザアニールの前処理としての自然
酸化膜除去は、導入した金属元素の濃度の高い部分を取
り除く効果も有し、特性のばらつきの少ない安定性の高
い半導体膜を得るために重要である。前記方法の詳細は
特開平8−339960に記載されている。As a pretreatment for laser annealing, a natural oxide film is often removed for the purpose of preventing surface roughness. The composition and the thickness of the natural oxide film are not controlled, and may cause contamination or variation. In particular, when laser annealing is performed after introducing a metal element into the amorphous semiconductor film and performing heat treatment as described above, natural oxide film removal as a pretreatment of laser annealing is performed with a high concentration of the introduced metal element. It also has an effect of removing a portion, and is important for obtaining a highly stable semiconductor film with little variation in characteristics. Details of the method are described in JP-A-8-339960.
【0013】また、半導体膜にレーザアニールを施して
結晶化を行うと膜表面にリッジと呼ばれる凸部(以下リ
ッジと表記する)ができることが知られている。半導体
膜にレーザ光を照射すると、半導体膜が瞬間的に溶融さ
れて局所的に膨張し、この膨張によって生じる内部応力
を緩和するために結晶質半導体膜の表面にリッジが形成
される。このリッジの高低差は、膜厚の0.5〜2倍程
度である。It is also known that when a semiconductor film is subjected to laser annealing to be crystallized, a convex portion called a ridge (hereinafter referred to as a ridge) is formed on the film surface. When the semiconductor film is irradiated with laser light, the semiconductor film is instantaneously melted and locally expands, and a ridge is formed on the surface of the crystalline semiconductor film to relieve internal stress caused by this expansion. The height difference of this ridge is about 0.5 to 2 times the film thickness.
【0014】絶縁ゲート型の半導体装置において、結晶
質半導体膜の表面のリッジにはダングリングボンドや格
子の歪みなどに起因するポテンシャル障壁やトラップ準
位が形成されるため、活性層(チャネル形成領域、ソー
ス領域およびドレイン領域を含む半導体層)とゲート絶
縁膜との界面準位を高くしてしまう。また、リッジの頂
上部は急峻であるために電界が集中しやすくリーク電流
の発生源となり、最終的には絶縁破壊を生じショートし
てしまう。加えて、結晶質半導体膜表面のリッジは、ス
パッタ法やCVD法により成膜されるゲート絶縁膜の被
膜性を損なうものであり、絶縁不良等により信頼性を低
下させる。また、TFTの電界効果移動度を決める要素
の一つとして、表面散乱効果があげられ、TFTの活性
層とゲート絶縁膜界面の平坦性が電界効果移動度に影響
を与え、界面が平坦であるほど散乱の影響を受けず高い
電界効果移動度が得られる。In the insulated gate type semiconductor device, a potential barrier and a trap level due to dangling bonds and lattice distortion are formed on the ridge on the surface of the crystalline semiconductor film, so that the active layer (channel forming region) is formed. , The semiconductor layer including the source region and the drain region) and the gate insulating film are increased in interface level. In addition, since the top of the ridge is steep, the electric field is likely to be concentrated and becomes a source of leak current, which eventually causes dielectric breakdown and causes a short circuit. In addition, the ridge on the surface of the crystalline semiconductor film impairs the coating property of the gate insulating film formed by the sputtering method or the CVD method, and deteriorates reliability due to insulation failure or the like. Further, the surface scattering effect is one of the factors that determine the field effect mobility of the TFT, and the flatness of the interface between the active layer of the TFT and the gate insulating film affects the field effect mobility, and the interface is flat. Higher field effect mobility can be obtained without being affected by scattering.
【0015】以上のことから、リッジは低いことが望ま
しいといえる。不活性気体雰囲気中でレーザアニールを
施すことにより、大気雰囲気中でレーザアニールを施し
た場合よりもリッジは低減されるが、結晶粒経が小さく
なりTFTの電気的特性は悪くなる。From the above, it can be said that a low ridge is desirable. By performing the laser annealing in the inert gas atmosphere, the ridge is reduced as compared with the case of performing the laser annealing in the air atmosphere, but the grain size becomes small and the electrical characteristics of the TFT deteriorate.
【0016】これに対し、大気雰囲気中でレーザアニー
ルを行った後にフッ酸処理を施して酸化膜を取り除いて
から不活性気体雰囲気中でレーザアニールを行うことに
より大きな結晶粒経を保ったままリッジを低減できると
いう報告がある。On the other hand, after laser annealing is performed in the air atmosphere, hydrofluoric acid treatment is performed to remove the oxide film, and then laser annealing is performed in an inert gas atmosphere, so that the ridge is maintained while maintaining a large grain size. There is a report that can reduce.
【0017】[0017]
【本発明が解決しようとする課題】半導体デバイスにお
いて、金属不純物及び有機物による汚染は電気特性に大
きく影響を及ぼす。金属不純物汚染は、酸化膜耐圧不
良、キャリアライフタイム低下等の不良を引き起こし、
電気的特性を致命的に劣化させる。例えば珪素膜の表面
は汚染しやすく特に珪素よりも電気陰性度の大きな金属
は珪素から直接電子を奪って珪素と化学的に結合し除去
が困難である。珪素より電気陰性度の小さい金属原子は
ベア珪素膜表面に直接吸着することはないが、珪素より
酸化されやすいため珪素膜表面に形成される自然酸化膜
中に取り込まれる。In semiconductor devices, contamination with metal impurities and organic substances has a great influence on electrical characteristics. Contamination of metal impurities causes defects such as poor oxide film withstand voltage and reduced carrier lifetime,
Lethal deterioration of electrical characteristics. For example, the surface of a silicon film is easily contaminated, and particularly a metal having a higher electronegativity than silicon takes electrons directly from silicon to chemically bond with silicon and is difficult to remove. Although metal atoms having a lower electronegativity than silicon are not directly adsorbed on the surface of the bare silicon film, they are more easily oxidized than silicon and are taken into the natural oxide film formed on the surface of the silicon film.
【0018】有機物汚染は酸化膜の電気特性に影響を及
ぼす。そこで硫酸と過酸化水素の混合液(以下、硫酸過
水と表記する)を用いた洗浄やオゾン水洗浄といった方
法で半導体膜表面の有機物を除去した後に酸化膜を形成
することにより絶縁耐圧を低くすることができる。硫酸
過水としては、硫酸H2SO4(97%)と過酸化水素を
組成比4:1〜6:1で混合した液を用いることが多
い。この場合は両液を混合すると同時に発熱し、100
〜120℃に達する。また、酸化膜の絶縁耐圧は有機物
の汚染度合いに依存しており特性ばらつきの要因とな
る。クリーンルーム大気中には有機物が大量に存在し、
時間とともに有機物吸着量が増す。水分も大量に存在し
ており、表面に吸着すると自然酸化膜成長を促したり、
水分中に溶け込んだ金属や有機物によっても汚染される
可能性がある。Organic contaminants affect the electrical properties of oxide films. Therefore, the dielectric strength is lowered by forming an oxide film after removing organic substances on the surface of the semiconductor film by a method such as cleaning with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide (hereinafter referred to as sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture) or ozone water cleaning. can do. As the sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture, a mixture of sulfuric acid H 2 SO 4 (97%) and hydrogen peroxide in a composition ratio of 4: 1 to 6: 1 is often used. In this case, both solutions are mixed and heat is generated at the same time,
Reach ~ 120 ° C. Further, the withstand voltage of the oxide film depends on the degree of contamination of organic substances, which causes characteristic variations. A large amount of organic substances exist in the clean room atmosphere,
The amount of organic substances adsorbed increases with time. A large amount of water is also present, and when adsorbed on the surface, it promotes natural oxide film growth,
It can also be contaminated by metals and organics dissolved in water.
【0019】このように非晶質半導体膜に金属元素を導
入して熱処理を施した後にレーザアニールによる結晶化
を行う際に、レーザアニールの前処理として半導体膜表
面に形成された自然酸化膜の除去が必要とされるが、半
導体膜の表面は不純物に汚染されやすく除去も困難であ
り、半導体膜の汚染は、前記半導体膜を活性層とした薄
膜トランジスタ(TFT)の電気的特性に大きく影響を
及ぼし電気的特性のばらつきの要因となり得る。When crystallization is performed by laser annealing after the metal element is introduced into the amorphous semiconductor film and the heat treatment is performed, the natural oxide film formed on the surface of the semiconductor film is preprocessed for laser annealing. Although removal is required, the surface of the semiconductor film is easily contaminated by impurities and is difficult to remove. Contamination of the semiconductor film greatly affects the electrical characteristics of a thin film transistor (TFT) using the semiconductor film as an active layer. This may cause variations in electrical characteristics.
【0020】そこで、本発明はレーザアニール時におい
て汚染やばらつきの原因となる自然酸化膜を除去し、か
つ汚染しやすい半導体膜表面への不純物汚染を低減する
ことにより、この半導体膜を基に作製したTFTの電気
的特性のばらつきを抑え、特性を向上することを目的と
する。Therefore, according to the present invention, a natural oxide film which causes contamination and variations during laser annealing is removed, and impurity contamination on the surface of the semiconductor film, which is apt to be contaminated, is reduced. The purpose is to suppress variations in the electrical characteristics of the formed TFT and improve the characteristics.
【0021】また、大気雰囲気中で1回目のレーザアニ
ールを行った後にフッ酸処理を施して酸化膜を取り除い
てから不活性気体雰囲気中で2回目のレーザアニールを
行うことにより大きな結晶粒経を保ったままリッジを低
減できるという報告があるが、この方法ではレーザアニ
ールの際の雰囲気を1回目と2回目とで変えなければな
らず、生産性及びスループットに問題がある。Further, after performing the first laser annealing in the air atmosphere, performing hydrofluoric acid treatment to remove the oxide film, and then performing the second laser annealing in the inert gas atmosphere, a large crystal grain diameter is obtained. Although it has been reported that the ridge can be reduced while keeping the same, this method has a problem in productivity and throughput because the atmosphere at the time of laser annealing must be changed between the first and second times.
【0022】そこで、本発明はレーザアニール時の雰囲
気を変化させることなく効率的にリッジの低減された半
導体膜を作製し、この半導体膜を基に作製したTFTの
電気的特性のばらつきを抑え、特性を向上することを目
的とする。Therefore, the present invention efficiently manufactures a semiconductor film with a reduced ridge without changing the atmosphere during laser annealing, and suppresses variations in electrical characteristics of TFTs manufactured based on this semiconductor film, The purpose is to improve the characteristics.
【0023】また、現状の装置ではレーザアニール前処
理とレーザアニール処理は別装置で行う必要があり、複
数装置を用いて処理を行うことは生産性及びスループッ
トを大きく下げることになるという問題がある。Further, in the current apparatus, it is necessary to perform the laser annealing pretreatment and the laser annealing treatment by different apparatuses, and there is a problem that performing the processing by using a plurality of apparatuses greatly lowers the productivity and the throughput. .
【0024】そこで、本発明では生産性及びスループッ
トの低下を最小限に抑えて、不純物汚染の低減された結
晶性半導体膜およびリッジの低減された半導体膜を作製
し、この半導体膜を基に作製したTFTの電気的特性の
ばらつきを抑え、特性を向上することを目的とする。Therefore, in the present invention, a decrease in productivity and throughput is minimized, and a crystalline semiconductor film with reduced impurity contamination and a semiconductor film with reduced ridges are produced, and the semiconductor film is produced based on this semiconductor film. The purpose is to suppress variations in the electrical characteristics of the formed TFT and improve the characteristics.
【0025】[0025]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では非晶質半導体膜に金属元素を導入して熱
処理を施した後にレーザアニールを行う際に、自然酸化
膜を除去した後に酸化処理(好ましくは有機物除去効果
を有する酸化処理)を施して半導体膜表面を清浄な酸化
膜で被覆してからレーザアニールを行い半導体膜表面へ
の不純物汚染を低減させることを特徴としている。In order to solve the above problems, according to the present invention, when a laser annealing is performed after a metal element is introduced into an amorphous semiconductor film and a heat treatment is performed, after removing a natural oxide film. It is characterized in that the semiconductor film surface is covered with a clean oxide film by performing an oxidation treatment (preferably an oxidation treatment having an organic substance removing effect) and then laser annealing is performed to reduce impurity contamination on the semiconductor film surface.
【0026】酸化処理として、オゾン水処理または酸素
雰囲気中でのUV光の照射または硫酸過水処理等の有機
物除去効果を有する酸化処理を用いることによりTFT
の電気的特性のばらつきの要因となる半導体膜表面の有
機物汚染を低減させることができ、さらなる特性の安定
化を図ることができる。As the oxidation treatment, ozone water treatment or irradiation with UV light in an oxygen atmosphere, sulfuric acid / hydrogen peroxide treatment, or other oxidation treatment having an organic substance removing effect is used to form a TFT.
It is possible to reduce organic contaminants on the surface of the semiconductor film, which causes variations in the electrical characteristics, and further stabilize the characteristics.
【0027】具体的には、絶縁基板上に成膜された非晶
質半導体膜上に微量な元素(例えば結晶化を促進する金
属元素)を導入し、加熱処理を行って前記非晶質半導体
膜を一部または全て結晶化させる。そして、適当な濃度
に希釈したフッ酸またはバッファフッ酸またはフッ酸を
含んだエッチング溶液を用いてフッ酸処理(エッチング
処理)を行うことにより、組成や膜厚の制御されていな
い結晶質半導体膜表面の自然酸化膜および局在化した金
属元素を取り除く。さらに、オゾン水処理または酸素雰
囲気中でのUV光の照射または硫酸過水処理等の有機物
除去効果のある酸化処理を施して半導体膜表面を清浄な
酸化膜で被覆した後、レーザアニールを行う。酸化膜除
去により現れた半導体膜表面は前述のように汚染しやす
いが、これに比べ酸化膜に対しては表面に物理吸着する
だけであるため、このように半導体膜表面を酸化膜で被
覆することにより不純物汚染を低減することができ、T
FTの電気的特性のばらつきを低減し、安定化を図るこ
とができる。Specifically, a trace amount of an element (for example, a metal element that promotes crystallization) is introduced into an amorphous semiconductor film formed on an insulating substrate, and heat treatment is performed to perform the amorphous semiconductor. Crystallize part or all of the film. Then, hydrofluoric acid or buffer hydrofluoric acid diluted to an appropriate concentration or hydrofluoric acid treatment (etching treatment) using an etching solution containing hydrofluoric acid is performed to obtain a crystalline semiconductor film whose composition and film thickness are not controlled. The native oxide film on the surface and the localized metal element are removed. Further, laser annealing is performed after the surface of the semiconductor film is covered with a clean oxide film by performing an ozone water treatment, UV light irradiation in an oxygen atmosphere, or oxidation treatment having an organic substance removing effect such as sulfuric acid / hydrogen peroxide treatment. The surface of the semiconductor film exposed by the removal of the oxide film is easily contaminated as described above, but compared with this, the oxide film only physically adsorbs to the surface, and thus the surface of the semiconductor film is coated with the oxide film in this manner. By doing so, impurity contamination can be reduced, and T
It is possible to reduce variations in the electrical characteristics of the FT and stabilize the FT.
【0028】また、本発明ではレーザアニール前処理と
してのフッ酸処理、酸化処理、加熱処理およびレーザア
ニール処理を順不同に任意回数行う間、基板を窒素雰囲
気に保持したまま連続処理するためのレーザ処理装置を
使用することを特徴とする。Further, in the present invention, the laser treatment for performing the continuous treatment while the substrate is kept in the nitrogen atmosphere while the hydrofluoric acid treatment, the oxidation treatment, the heat treatment and the laser annealing treatment as the laser annealing pretreatment are performed in any order in any order. It is characterized by using a device.
【0029】また、本発明は、基板上に形成された非晶
質半導体膜に金属元素を導入する第1の工程と、前記非
晶質半導体膜に加熱処理を施し第1の結晶質半導体膜を
形成する第2の工程と、前記第1の結晶質半導体膜表面
に形成された酸化膜を除去する第3の工程と、前記第1
の結晶質半導体膜に有機物除去効果のある酸化処理を施
し清浄な酸化膜を形成する第4の工程と、前記第1の結
晶質半導体膜に不活性雰囲気中にてレーザビームを照射
して第2の結晶質半導体膜を形成する第5の工程と、を
有することを特徴とする。Further, according to the present invention, the first step of introducing a metal element into the amorphous semiconductor film formed on the substrate and the first crystalline semiconductor film obtained by subjecting the amorphous semiconductor film to the heat treatment. A second step of forming an oxide film, a third step of removing an oxide film formed on the surface of the first crystalline semiconductor film, and a first step of
Fourth step of forming a clean oxide film by subjecting the crystalline semiconductor film to an oxidation treatment having an organic substance removing effect, and irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam in an inert atmosphere to form a clean oxide film. And a fifth step of forming the crystalline semiconductor film of 2.
【0030】また本発明は、基板上に形成された非晶質
半導体膜に金属元素を導入する第1の工程と、前記非晶
質半導体膜に加熱処理を施し第1の結晶質半導体膜を形
成する第2の工程と、前記第1の結晶質半導体膜表面に
形成された酸化膜を除去する第3の工程と、前記第1の
結晶質半導体膜に有機物除去効果のある酸化処理を施し
清浄な酸化膜を形成する第4の工程と、前記第1の結晶
質半導体膜に酸素濃度20ppm以下の不活性気体雰囲
気中にてレーザビームを照射して第2の結晶質半導体膜
を形成する第5の工程と、を有することを特徴とする。Further, according to the present invention, the first step of introducing a metal element into the amorphous semiconductor film formed on the substrate and the heat treatment of the amorphous semiconductor film to form the first crystalline semiconductor film are performed. A second step of forming, a third step of removing the oxide film formed on the surface of the first crystalline semiconductor film, and an oxidation treatment having an organic substance removing effect on the first crystalline semiconductor film. A fourth step of forming a clean oxide film, and irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less to form a second crystalline semiconductor film. And a fifth step.
【0031】また本発明は、基板上に形成された非晶質
半導体膜に金属元素を導入する第1の工程と、前記非晶
質半導体膜に加熱処理を施し第1の結晶質半導体膜を形
成する第2の工程と、前記第1の結晶質半導体膜表面に
形成された酸化膜を除去する第3の工程と、前記第1の
結晶質半導体膜に有機物除去効果のある酸化処理を施し
清浄な酸化膜を形成する第4の工程と、前記第1の結晶
質半導体膜に酸素濃度20ppm以下の不活性気体雰囲
気中にてレーザビームを照射して第2の結晶質半導体膜
を形成する第5の工程と、前記第2の結晶質半導体膜表
面に形成された酸化膜を除去する第6の工程と、前記第
2の結晶質半導体膜に酸素濃度20ppm以下の不活性
気体雰囲気中にてレーザビームを照射する第7の工程
と、を有することを特徴とする。Further, according to the present invention, the first step of introducing a metal element into the amorphous semiconductor film formed on the substrate and the heat treatment of the amorphous semiconductor film to form the first crystalline semiconductor film. A second step of forming, a third step of removing the oxide film formed on the surface of the first crystalline semiconductor film, and an oxidation treatment having an organic substance removing effect on the first crystalline semiconductor film. A fourth step of forming a clean oxide film, and irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less to form a second crystalline semiconductor film. A fifth step, a sixth step of removing the oxide film formed on the surface of the second crystalline semiconductor film, and a second crystalline semiconductor film in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less. And a seventh step of irradiating with a laser beam And butterflies.
【0032】また上記発明において、前記第3の工程
は、フッ酸により酸化膜を除去する工程であり、前記第
4の工程は、オゾン水を塗布することにより酸化膜を形
成する工程であることを特徴とする。In the above invention, the third step is a step of removing the oxide film with hydrofluoric acid, and the fourth step is a step of forming an oxide film by applying ozone water. Is characterized by.
【0033】また上記発明において、前記第3の工程
は、フッ酸により酸化膜を除去する工程であり、前記第
4の工程は、UV光を照射することにより酸化膜を形成
する工程であることを特徴とする。In the above invention, the third step is a step of removing the oxide film with hydrofluoric acid, and the fourth step is a step of forming the oxide film by irradiating with UV light. Is characterized by.
【0034】また上記発明において、前記第3の工程
は、フッ酸により酸化膜を除去する工程であり、前記第
4の工程は、硫酸過水を塗布することにより酸化膜を形
成する工程であることを特徴とする。In the above invention, the third step is a step of removing the oxide film with hydrofluoric acid, and the fourth step is a step of forming the oxide film by applying sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture. It is characterized by
【0035】また上記発明において、前記不活性気体雰
囲気は、窒素、水素または希ガスのいずれかであること
を特徴とする。Further, in the above invention, the inert gas atmosphere is any one of nitrogen, hydrogen and a rare gas.
【0036】また、上記発明において、前記非晶質半導
体膜とは、非晶質珪素膜であることを特徴とする。Further, in the above invention, the amorphous semiconductor film is an amorphous silicon film.
【0037】また上記発明において、前記第1の結晶質
半導体膜とは、結晶質珪素膜であることを特徴とする。Further, in the above invention, the first crystalline semiconductor film is a crystalline silicon film.
【0038】また上記発明において、前記第2の結晶質
半導体膜とは、結晶質珪素膜であることを特徴とする。In the above invention, the second crystalline semiconductor film is a crystalline silicon film.
【0039】また本発明は、基板上に形成された第1の
結晶質半導体膜表面に形成された酸化膜の除去を行う酸
化膜除去室と、前記第1の結晶質半導体膜表面の有機物
を除去し酸化処理を施す酸化処理室と、前記第1の結晶
質半導体膜にレーザビームの照射を行って第2の結晶質
半導体膜を形成するレーザ処理室と、を有することを特
徴とする。Further, according to the present invention, an oxide film removing chamber for removing an oxide film formed on the surface of the first crystalline semiconductor film formed on the substrate, and an organic substance on the surface of the first crystalline semiconductor film are provided. An oxidation treatment chamber for removing and performing an oxidation treatment and a laser treatment chamber for irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam to form a second crystalline semiconductor film are provided.
【0040】また本発明は、基板上に形成された第1の
結晶質半導体膜表面に形成された酸化膜の除去を行う酸
化膜除去室と、前記第1の結晶質半導体膜表面の有機物
を除去し酸化させる手段として薬液ノズルを有する酸化
処理室と、前記第1の結晶質半導体膜にレーザビームの
照射を行って第2の結晶質半導体膜を形成するレーザ処
理室と、を有することを特徴とする。Further, according to the present invention, an oxide film removing chamber for removing an oxide film formed on the surface of the first crystalline semiconductor film formed on the substrate and an organic substance on the surface of the first crystalline semiconductor film are provided. As a means for removing and oxidizing, there is provided an oxidation treatment chamber having a chemical solution nozzle, and a laser treatment chamber for irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam to form a second crystalline semiconductor film. Characterize.
【0041】また本発明は、基板上に形成された第1の
結晶質珪素膜表面に形成された酸化膜の除去を行う酸化
膜除去室と、前記第1の結晶質半導体膜表面の有機物を
除去し酸化させる手段としてUV光を照射する手段を有
する酸化処理室と、前記第1の結晶質半導体膜にレーザ
ビームの照射を行って第2の結晶質半導体膜を形成する
レーザ処理室と、を有することを特徴とする。Further, according to the present invention, an oxide film removing chamber for removing an oxide film formed on the surface of the first crystalline silicon film formed on the substrate and an organic substance on the surface of the first crystalline semiconductor film are provided. An oxidation treatment chamber having means for irradiating UV light as a means for removing and oxidizing, and a laser treatment chamber for irradiating a laser beam on the first crystalline semiconductor film to form a second crystalline semiconductor film, It is characterized by having.
【0042】また本発明は、基板上に形成された第1の
結晶質半導体膜表面に形成された酸化膜の除去を行う酸
化膜除去室と、前記第1の結晶質半導体膜表面の有機物
を除去し酸化させる手段として薬液ノズルを有する酸化
処理室と、前記第1の結晶質半導体膜に酸素濃度20p
pm以下の不活性気体雰囲気中にてレーザビームの照射
を行って第2の結晶質半導体膜を形成するレーザ処理室
と、を有することを特徴とする。Further, according to the present invention, an oxide film removing chamber for removing an oxide film formed on the surface of the first crystalline semiconductor film formed on the substrate and an organic substance on the surface of the first crystalline semiconductor film are provided. An oxidation treatment chamber having a chemical solution nozzle as a means for removing and oxidizing, and an oxygen concentration of 20 p in the first crystalline semiconductor film.
and a laser processing chamber for forming a second crystalline semiconductor film by irradiating a laser beam in an atmosphere of an inert gas of pm or less.
【0043】また本発明は、基板上に形成された第1の
結晶質半導体膜表面に形成された酸化膜の除去を行う酸
化膜除去室と、前記第1の結晶質半導体膜表面の有機物
を除去し酸化させる手段としてUV光を照射する手段を
有する酸化処理室と、前記第1の結晶質半導体膜に酸素
濃度20ppm以下の不活性気体雰囲気中にてレーザビ
ームの照射を行って第2の結晶質半導体膜を形成するレ
ーザ処理室と、を有することを特徴とする。Further, according to the present invention, an oxide film removing chamber for removing an oxide film formed on the surface of the first crystalline semiconductor film formed on the substrate and an organic substance on the surface of the first crystalline semiconductor film are provided. An oxidation treatment chamber having means for irradiating with UV light as means for removing and oxidizing, and a laser beam for irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less are used. And a laser treatment chamber in which a crystalline semiconductor film is formed.
【0044】また上記発明において、前記半導体製造装
置は基板を搬送する機構を有する搬送室を有し、前記酸
化膜除去室及び酸化処理室及びレーザ処理室はゲートバ
ルブを介して搬送室に連結されていることを特徴とす
る。Further, in the above invention, the semiconductor manufacturing apparatus has a transfer chamber having a mechanism for transferring a substrate, and the oxide film removal chamber, the oxidation processing chamber and the laser processing chamber are connected to the transfer chamber via a gate valve. It is characterized by
【0045】また上記発明において、前記薬液ノズル
は、オゾン水または硫酸と過酸化水素の混合液を噴射す
るためのノズルであることを特徴とする。Further, in the above invention, the chemical liquid nozzle is a nozzle for injecting ozone water or a mixed liquid of sulfuric acid and hydrogen peroxide.
【0046】また、本発明では前記レーザ処理装置を用
いることにより、自然酸化膜を除去した後に酸化処理を
施してから不活性気体雰囲気中にてレーザアニールを行
う工程の間、基板が酸素濃度20ppm以下の不活性気
体雰囲気中に保持されることを特徴とする。これにより
半導体膜表面が露出している時間を短縮させ、半導体膜
表面を汚染された大気にふれさせることなくレーザアニ
ールを終了させることができ、TFTの電気的特性をさ
らに改善することができるなお、不活性気体雰囲気は、
窒素、水素または希ガスのいずれかである。また、希ガ
スは、アルゴン、ネオン、ヘリウム、キセノンまたはク
リプトンのいずれかである。Further, in the present invention, by using the laser processing apparatus, the substrate has an oxygen concentration of 20 ppm during the step of performing the laser annealing in the inert gas atmosphere after removing the natural oxide film and then performing the oxidation processing. It is characterized by being held in the following inert gas atmosphere. As a result, the time during which the semiconductor film surface is exposed can be shortened, the laser annealing can be completed without exposing the semiconductor film surface to the contaminated atmosphere, and the electrical characteristics of the TFT can be further improved. , The inert gas atmosphere is
It is either nitrogen, hydrogen or a noble gas. The rare gas is any of argon, neon, helium, xenon or krypton.
【0047】また、本発明ではレーザアニールを行う際
に、自然酸化膜を除去した後に酸化処理を施して酸化膜
で被覆してから不活性気体雰囲気中にてレーザアニール
を行った後、さらにフッ酸処理を行ってから不活性気体
雰囲気中にてレーザアニールを行うことにより、レーザ
アニール時の雰囲気を変化させることなく効率的にリッ
ジの低減された半導体膜を作製することを特徴とする。Further, in the present invention, when laser annealing is carried out, after removing the natural oxide film, an oxidation treatment is applied to cover with the oxide film, laser annealing is carried out in an inert gas atmosphere, and then a further step is performed. It is characterized in that a semiconductor film with a reduced ridge is efficiently manufactured without changing the atmosphere during laser annealing by performing an acid treatment and then performing a laser annealing in an inert gas atmosphere.
【0048】また、本発明では前記レーザ処理装置を用
いることにより、自然酸化膜を除去した後に酸化処理を
施してから不活性気体雰囲気中にてレーザアニールを行
った後、さらにフッ酸処理を行ってから不活性気体雰囲
気中にてレーザアニールを行う工程の間、基板が酸素濃
度20ppm以下の不活性気体雰囲気中に保持されるこ
とを特徴とする。これによりリッジが低減され不純物が
低減された半導体膜を効率的に作製できる。Further, in the present invention, by using the laser processing apparatus, the natural oxide film is removed, the oxidation processing is performed, the laser annealing is performed in the inert gas atmosphere, and the hydrofluoric acid processing is further performed. It is characterized in that the substrate is kept in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less during the step of performing laser annealing in an inert gas atmosphere after the first step. As a result, a semiconductor film with reduced ridges and reduced impurities can be efficiently manufactured.
【0049】上記発明において、前記金属元素は、N
i、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Al、In、Sn
またはPdから選ばれた一種または複数種類の元素であ
ると結晶成長が良好に行われるのでよい。In the above invention, the metal element is N
i, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Al, In, Sn
Alternatively, if one or more kinds of elements selected from Pd are used, good crystal growth can be achieved.
【0050】上記発明において、前記金属元素は、8
族、11族、13族、14族または15族元素から選ば
れた一種または複数種類の元素であると結晶成長が良好
に行われるのでよい。In the above invention, the metal element is 8
It is preferable that one or a plurality of kinds of elements selected from the group 11, group 13, group 13, group 14 or group 15 elements will allow good crystal growth.
【0051】なお、本発明を用いて作成した半導体膜の
詳細な物性解析を行い、その特徴は以下に示す。A detailed physical property analysis of a semiconductor film formed by using the present invention is performed, and its characteristics are shown below.
【0052】物性解析に用いた技術は、EBSP(Elec
tron Back Scatter DiffractionPattern)解析であ
る。電子線を走査し、後方散乱で得られる菊池パターン
を解析することにより、膜の微小領域における配向を詳
細に調べることができる。The technique used for the physical property analysis is EBSP (Elec
tron Back Scatter DiffractionPattern) analysis. By scanning the electron beam and analyzing the Kikuchi pattern obtained by backscattering, the orientation of the film in a minute region can be investigated in detail.
【0053】代表的な解析結果が図16である。また、
本発明を用いず、a-Siをエキシマレーザのみで結晶化し
た一般的なpoly-Si膜を評価した結果が図17である。
ユニークグレインマッピングと呼ばれる手法で解析した
結果である。具体的には、サンプルに電子ビームをスキ
ャンし各点に於ける配向を求めたのち、各測定点におけ
る配向の隣接間のずれが15度未満を同じ色で示した。FIG. 16 shows a typical analysis result. Also,
FIG. 17 shows the result of evaluating a general poly-Si film obtained by crystallizing a-Si only by an excimer laser without using the present invention.
This is the result of analysis using a method called unique grain mapping. Specifically, the sample was scanned with an electron beam to determine the orientation at each point, and the deviation between the adjacent orientations at each measurement point was less than 15 degrees, which was indicated by the same color.
【0054】この結果、本発明に於ける半導体膜と、一
般に低温poly-Siと呼ばれる、単にレーザのみで結晶化
した半導体膜(以下LPS膜と称する)の両者で明らか
な違いが観察された。低温poly-Siでは、各測定点にお
いてほぼランダムな配向がみられるが、本発明の半導体
膜では、隣接間で配向のずれが小さい領域が数μm程度
の大きさの集合をなしている様子が観察された。As a result, a clear difference was observed between the semiconductor film of the present invention and the semiconductor film generally called low temperature poly-Si crystallized only by laser (hereinafter referred to as LPS film). In low-temperature poly-Si, almost random orientations are observed at each measurement point, but in the semiconductor film of the present invention, regions in which the misalignment of the orientations is small are adjacent to each other and form a set having a size of about several μm. Was observed.
【0055】LPS膜評価結果は、0.2μmステップ
の間隔で評価を行った結果であり、これは、0.2μm
以下の粒径を持つ結晶粒が、粒界において15度以上の
大傾角粒界を有していることを示している。The LPS film evaluation result is the result of evaluation at intervals of 0.2 μm, which is 0.2 μm.
It is shown that the crystal grain having the following grain size has a high-angle grain boundary of 15 degrees or more at the grain boundary.
【0056】一方、本発明の半導体膜では、数μmサイ
ズの粒径を持つpoly-Siであるか、または、15度未満
の小傾角粒界を持つ結晶粒が集まり、数μmのサイズの
領域(以下ドメインと称する)を形成していることを示
している。本発明の半導体膜のSEM観察(図18)に
よると数μmの粒径は観察されず、数百nmの間隔で結
晶粒界が観察されたことより、本発明の半導体膜は小傾
角粒界を有する結晶粒の集合であることが判明した。On the other hand, in the semiconductor film of the present invention, poly-Si having a grain size of several μm or crystal grains having a small tilt grain boundary of less than 15 degrees are gathered to form a region of several μm in size. (Hereinafter referred to as a domain) is formed. According to the SEM observation (FIG. 18) of the semiconductor film of the present invention, a grain size of several μm was not observed, and crystal grain boundaries were observed at intervals of several hundred nm. It was found to be a set of crystal grains having.
【0057】小傾角粒界は、大傾角粒界と比較し、粒界
に含まれる欠陥(珪素の未結合手)の数が少なく、電気
的障壁が小さい。つまりドメイン内は近似的に単結晶に
近く、ドメインの大きさが大きいほど特性が良好になる
と考えられる。The small-angle grain boundaries have a smaller number of defects (silicon dangling bonds) contained in the grain boundaries and a smaller electric barrier than the large-angle grain boundaries. In other words, the inside of the domain is approximately close to a single crystal, and the larger the domain, the better the characteristics.
【0058】ドメイン径とそれを用いて作製したTFTの
特性の関係を図19及び20に示す。それぞれTFTの
S値及び電解効果移動度とドメイン径の相関を示す。ド
メイン径は、ドメインの平均面積を算出し、その平均面
積を持つ円の直径として定義した。ドメイン径が1μm
以上(望ましくは5μm以上)で非常に良好な特性が得
られていることがわかる。すなわち横切る大傾角粒界の
数が少ない程良好な特性が得られることが明らかとなっ
た。19 and 20 show the relationship between the domain diameter and the characteristics of the TFT manufactured using the domain diameter. The correlation between the S value and field effect mobility of the TFT and the domain diameter is shown respectively. The domain diameter was defined as the diameter of a circle having the average area calculated by calculating the average area of the domain. Domain diameter is 1 μm
It can be seen that very good characteristics are obtained at the above (desirably 5 μm or more). That is, it has been clarified that the smaller the number of high-angle grain boundaries crossing, the better the characteristics obtained.
【0059】ドメイン径が1μmであれば、直線的な電
流経路に対し、1μmあたり、約1個以下の大傾角粒界
を横切ることになる。当然、それ以上の数の小傾角粒界
を横切るが、電気的障壁が小さい為、影響は少ない。If the domain diameter is 1 μm, about 1 or less large-angle grain boundaries are crossed per 1 μm with respect to a linear current path. Naturally, it crosses a larger number of small-angle grain boundaries, but the influence is small because the electrical barrier is small.
【0060】以上の解析の結果をまとめる。多結晶半導
体膜を活性層として用い、前記活性層中に大傾角粒界と
小傾角粒界を含み、前記活性層中を電流が流れる際に横
切る粒界の数が、電流経路長1μmあたり大傾角粒界が
1個以下かつ小傾角粒界が1個以上で有り、前記小傾角
粒界は粒界に於ける配向ずれが15°未満である。The results of the above analysis will be summarized. A polycrystalline semiconductor film is used as an active layer, the active layer includes a high-angle grain boundary and a low-angle grain boundary, and the number of grain boundaries crossed when a current flows through the active layer is large per current path length of 1 μm. The number of tilt angle boundaries is 1 or less and the number of low angle grain boundaries is 1 or more, and the misorientation grain boundaries have an orientation deviation of less than 15 °.
【0061】多結晶半導体膜を活性層として用い、前記
活性層は、大傾角粒界及び小傾角粒界を含み、小傾角粒
界を有する結晶粒の集合の平均径が1μm以上で有り、
前記小傾角粒界は粒界に於ける配向ずれが15°未満で
ある。A polycrystalline semiconductor film is used as an active layer, and the active layer includes a high-angle grain boundary and a low-angle grain boundary, and an average diameter of a set of crystal grains having a low-angle grain boundary is 1 μm or more.
The low-angle grain boundaries have an orientation deviation of less than 15 ° at the grain boundaries.
【0062】また、特に、前記電流経路長1μmあたり
の大傾角粒界が0.2個以下である。In particular, the number of large-angle grain boundaries per 1 μm of the current path length is 0.2 or less.
【0063】また、特に、前記結晶粒の集合の平均直径
が5μm以上である。In particular, the average diameter of the aggregate of the crystal grains is 5 μm or more.
【0064】[0064]
【発明の実施の形態】[実施形態1]非晶質半導体膜に金
属元素を導入して熱処理を施した後にレーザアニールを
行う際に、自然酸化膜を除去した後に酸化処理を施して
からレーザアニールを行い、不純物汚染の低減された結
晶質半導体膜を作製する方法について図2を用いて説明
する。なお、非晶質半導体膜は非晶質珪素膜、結晶質半
導体膜は結晶質珪素膜である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [Embodiment 1] When laser annealing is performed after a metal element is introduced into an amorphous semiconductor film and heat treatment is performed, a natural oxide film is removed and then an oxidation treatment is performed, and then laser irradiation is performed. A method for manufacturing a crystalline semiconductor film with reduced impurity contamination by annealing will be described with reference to FIGS. Note that the amorphous semiconductor film is an amorphous silicon film and the crystalline semiconductor film is a crystalline silicon film.
【0065】まず、基板101に下地絶縁膜102を成
膜する。下地膜102としては、酸化珪素膜、窒化珪素
膜または窒化酸化珪素膜などの絶縁膜を成膜する。ここ
では下地膜102として単層構造を用いた例を示した
が、前記絶縁膜の2層以上積層させた構造を用いてもよ
い。First, the base insulating film 102 is formed on the substrate 101. As the base film 102, an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film is formed. Although an example of using a single layer structure as the base film 102 is shown here, a structure in which two or more layers of the insulating film are stacked may be used.
【0066】次いで、下地絶縁膜102上に半導体膜1
03を成膜する。半導体膜103は、非晶質構造を有す
る半導体膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、
またはプラズマCVD法等)により成膜する。この半導
体膜103の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜
60nm)の厚さで成膜する。(図2(a))続いて、
半導体膜103に微量な元素(例えばニッケル等の結晶
化を促進する金属元素)を導入し、加熱処理を行う。前
記加熱処理により半導体膜の一部または全てが結晶化
し、結晶質半導体膜104が得られる。Next, the semiconductor film 1 is formed on the base insulating film 102.
03 is deposited. As the semiconductor film 103, a semiconductor film having an amorphous structure is formed by known means (sputtering method, LPCVD method,
Alternatively, a film is formed by a plasma CVD method or the like. The semiconductor film 103 has a thickness of 25 to 80 nm (preferably 30 to
A film having a thickness of 60 nm is formed. (Fig. 2 (a)) Then,
A trace amount of element (for example, a metal element that promotes crystallization such as nickel) is introduced into the semiconductor film 103, and heat treatment is performed. By the heat treatment, part or all of the semiconductor film is crystallized, so that the crystalline semiconductor film 104 is obtained.
【0067】加熱処理によって得られた結晶質半導体膜
104に対し、レーザビームによるアニールを行う。ま
ず、適当な濃度(0.2〜1%程度)に希釈したフッ酸
を用いて30〜90秒間噴射し、フッ酸処理(エッチン
グ処理)して酸化膜の除去を行う。本実施形態では、
0.5%の濃度のフッ酸を用い、処理基板を回転させな
がら処理基板にフッ酸を70秒間噴射させて、酸化膜1
05を除去する(図2(b))、(図2(c))。酸化
膜除去後の半導体膜表面は純水で濯いで清浄化する。こ
の工程で、組成や膜厚の制御されていない結晶質半導体
膜表面の自然酸化膜105および局在化した金属元素が
除去される。また、フッ酸処理の前にオゾン水等の酸化
力の強い溶剤を用いて半導体膜表面の金属元素等の不純
物を酸化させておき、これをフッ酸を含んだエッチャン
トによってエッチング除去することにより、不純物除去
効果をあげることもできる。さらに酸化処理(好ましく
は有機物除去効果を有する酸化処理)を施して半導体膜
104上に酸化膜106を形成した後(図2(d))、
レーザビームを照射してレーザアニールを行う(図2
(e))。酸化処理としては、例えばオゾン水処理、酸
素雰囲気中でのUV光の照射または硫酸過水処理を行う
とよい。また、レーザアニールは、好ましくは酸素濃度
20ppm以下の不活性気体雰囲気中(例えば窒素雰囲
気中)で行うとよい。窒素以外にも、水素または希ガス
のいずれかを用いればよい。また、希ガスは、アルゴ
ン、ネオン、ヘリウム、キセノンまたはクリプトンのい
ずれかである。The crystalline semiconductor film 104 obtained by the heat treatment is annealed by a laser beam. First, hydrofluoric acid diluted to an appropriate concentration (about 0.2 to 1%) is used for jetting for 30 to 90 seconds, and hydrofluoric acid treatment (etching treatment) is performed to remove the oxide film. In this embodiment,
Using hydrofluoric acid having a concentration of 0.5%, the hydrofluoric acid was sprayed on the processed substrate for 70 seconds while rotating the processed substrate to form the oxide film 1.
05 is removed (FIG. 2 (b)), (FIG. 2 (c)). After removing the oxide film, the surface of the semiconductor film is rinsed with pure water to be cleaned. In this step, the native oxide film 105 and the localized metal element on the surface of the crystalline semiconductor film whose composition and film thickness are not controlled are removed. Further, prior to the hydrofluoric acid treatment, impurities such as metal elements on the surface of the semiconductor film are oxidized using a solvent having a strong oxidizing power such as ozone water, and the impurities are removed by etching with an etchant containing hydrofluoric acid. The effect of removing impurities can also be enhanced. Further, after performing an oxidation treatment (preferably an oxidation treatment having an organic substance removing effect) to form an oxide film 106 on the semiconductor film 104 (FIG. 2D),
Laser annealing is performed by irradiating a laser beam (Fig. 2
(E)). As the oxidation treatment, for example, ozone water treatment, UV light irradiation in an oxygen atmosphere, or sulfuric acid / hydrogen peroxide treatment may be performed. Laser annealing is preferably performed in an inert gas atmosphere (for example, a nitrogen atmosphere) having an oxygen concentration of 20 ppm or less. In addition to nitrogen, either hydrogen or a rare gas may be used. The rare gas is any of argon, neon, helium, xenon or krypton.
【0068】レーザアニール法において用いるレーザ発
振器について説明する。エキシマレーザは大出力で、現
状で300Hz程度の高繰り返しのパルスを発振できる
ため、良く用いられている。また、パルス発振のエキシ
マレーザだけでなく、連続発振のエキシマレーザや、A
rレーザ、YAGレーザ等も用いることができる。A laser oscillator used in the laser annealing method will be described. Excimer lasers are widely used because of their high output and the ability to oscillate highly repetitive pulses of about 300 Hz at present. In addition to the pulsed excimer laser, a continuous wave excimer laser or A
An r laser, a YAG laser, or the like can also be used.
【0069】図1(B)は、図1(A)の工程3におい
て、レーザアニールの前処理として(a)の処理:オゾ
ン水による洗浄(ヒドロ洗浄)を行った後、フッ酸処理
(HF処理)を行った結晶質半導体膜と、(b)の処
理:前記フッ酸処理後にさらにオゾン水処理(ヒドロ洗
浄)を行った結晶質半導体膜をそれぞれ活性層に用いた
TFTのVg−Id特性である。結晶質半導体膜を活性
層に用いたTFT(ヒドロ洗浄+HF処理+ヒドロ処
理)((b)の処理)は、結晶質半導体膜を活性層を用
いたTFT(ヒドロ洗浄+HF処理)((a)の処理)
と比べて閾値電圧のばらつきが明らかに小さくなってい
ることが分かる。FIG. 1 (B) shows that in the step 3 of FIG. 1 (A), the treatment of (a) is performed as a pretreatment of the laser annealing: cleaning with ozone water (hydro-cleaning) and then hydrofluoric acid treatment (HF). Vg-Id characteristics of TFTs in which the crystalline semiconductor film subjected to the treatment) and the treatment of (b): the crystalline semiconductor film subjected to the ozone water treatment (hydrowashing) after the hydrofluoric acid treatment was used as the active layer, respectively. Is. The TFT using a crystalline semiconductor film as an active layer (hydro-cleaning + HF treatment + hydro treatment) (treatment of (b)) is a TFT using a crystalline semiconductor film as an active layer (hydro-cleaning + HF treatment) ((a) Processing)
It can be seen that the variation of the threshold voltage is obviously smaller than that of.
【0070】さらに、結晶質半導体膜を活性層に用いた
TFT(ヒドロ洗浄+HF処理+ヒドロ処理)は、結晶
質半導体膜を活性層に用いたTFT(ヒドロ洗浄+HF
処理)と比べて高移動度が得られており、TFTの電気
的特性も向上していることが分かる。Further, the TFT (hydro-cleaning + HF treatment + hydro treatment) using the crystalline semiconductor film as the active layer is the TFT (hydro-cleaning + HF treatment) using the crystalline semiconductor film as the active layer.
It can be seen that a higher mobility is obtained and the electrical characteristics of the TFT are also improved compared to the (treatment).
【0071】このように、不純物汚染の低減された結晶
質半導体膜を作製し、前記結晶性半導体膜を基にTFT
を作製すると、前記TFTの電気的特性のばらつきは少
なくなり、特性も向上する。In this way, a crystalline semiconductor film with reduced impurity contamination is produced, and a TFT is formed based on the crystalline semiconductor film.
When the above is manufactured, variations in the electrical characteristics of the TFT are reduced and the characteristics are improved.
【0072】[実施形態2]実施形態1と同様の方法でレ
ーザアニールを行った後、さらにフッ酸処理を施した
後、不活性気体雰囲気にてレーザアニールを行うことに
より膜表面のリッジの高さが低減された結晶質珪素膜を
作製する方法について図4を用いて説明する。[Embodiment 2] After laser annealing is performed by the same method as in Embodiment 1, hydrofluoric acid treatment is further performed, and then laser annealing is performed in an inert gas atmosphere to increase the height of the ridge on the film surface. A method for forming a crystalline silicon film with reduced thickness will be described with reference to FIGS.
【0073】実施形態1と同様の方法で基板111上に
下地絶縁膜112、半導体膜113を成膜し、前記半導
体膜に微量な元素を導入し、加熱処理を行う(図4
(a))。前記加熱処理により結晶質半導体膜114が
得られる。レーザアニールの前処理として、フッ酸処理
を行い自然酸化膜115を取り除いた後(図4
(b))、(図4(c))、酸化処理(好ましくは有機
物除去効果を有する酸化処理)を行って半導体膜114
上に酸化膜116を形成した後(図4(d))、酸素濃
度20ppm以下の不活性気体雰囲気中(例えば窒素雰
囲気中)でレーザビームを照射して第1のレーザアニー
ルを行い(図4(e))、結晶質半導体膜117を得る
(図4(f))。酸化処理としては、例えばオゾン水処
理、酸素雰囲気中でのUV光の照射または硫酸過水処理
を行うとよい。A base insulating film 112 and a semiconductor film 113 are formed on the substrate 111 by the same method as in Embodiment 1, a trace amount of element is introduced into the semiconductor film, and heat treatment is performed (FIG. 4).
(A)). The crystalline semiconductor film 114 is obtained by the heat treatment. As a pretreatment for laser annealing, hydrofluoric acid treatment is performed to remove the native oxide film 115 (see FIG. 4).
(B)), (FIG. 4C), an oxidation treatment (preferably an oxidation treatment having an organic substance removing effect) is performed to perform the semiconductor film 114.
After forming the oxide film 116 on the upper surface (FIG. 4D), the first laser annealing is performed by irradiating a laser beam in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less (for example, in a nitrogen atmosphere) (FIG. 4). (E)), a crystalline semiconductor film 117 is obtained (FIG. 4 (f)). As the oxidation treatment, for example, ozone water treatment, UV light irradiation in an oxygen atmosphere, or sulfuric acid / hydrogen peroxide treatment may be performed.
【0074】次に、再度フッ酸処理を行って酸化膜を除
去し、酸素濃度20ppm以下の不活性気体雰囲気中
(例えば窒素雰囲気中)でレーザビームを照射して第2
のレーザアニールを行う(図4(g))。Next, the hydrofluoric acid treatment is performed again to remove the oxide film, and the laser beam is irradiated in an inert gas atmosphere (for example, nitrogen atmosphere) having an oxygen concentration of 20 ppm or less to produce a second
Laser annealing is performed (FIG. 4G).
【0075】第2のレーザアニールにより、第1のレー
ザアニールで得られた結晶粒経を保ったまま膜表面のリ
ッジの高さが低減された結晶質半導体膜を得ることがで
きる。By the second laser annealing, it is possible to obtain a crystalline semiconductor film in which the height of the ridge on the film surface is reduced while maintaining the crystal grain diameter obtained by the first laser annealing.
【0076】以上のような方法で膜表面のリッジの高さ
が低減された結晶質半導体膜を作製し、前記結晶性半導
体膜を基にTFTを作製すると、前記TFTの電気的特
性が向上する。When a crystalline semiconductor film in which the height of the ridge on the film surface is reduced is manufactured by the above method and a TFT is manufactured based on the crystalline semiconductor film, the electrical characteristics of the TFT are improved. .
【0077】[実施形態3]実施形態1及び2においてレ
ーザアニール前処理からレーザアニールまでの間、基板
を不活性気体雰囲気に保持したまま連続処理するための
レーザ処理装置について図5を用いて説明する。[Embodiment 3] A laser processing apparatus for carrying out continuous processing while the substrate is kept in an inert gas atmosphere between the laser annealing pretreatment and the laser annealing in Embodiments 1 and 2 will be described with reference to FIG. To do.
【0078】121で示されるのは、基板(試料)を搬
入搬出するための搬入搬出室であり、レーザビームを照
射する対象の珪素膜や作製工程途中の状態の薄膜トラン
ジスタが形成された基板が多数枚カセット122に収納
された状態で納められている。基板の搬入搬出室121
に基板を外部から出し入れする際には、基板を収納した
カセット122毎移動が行われる。Reference numeral 121 denotes a carry-in / carry-out chamber for carrying in / carrying out a substrate (sample), which has a large number of substrates on which a silicon film to be irradiated with a laser beam or a thin film transistor in a state of a manufacturing process is formed. It is stored in the sheet cassette 122. Substrate loading / unloading chamber 121
When the substrate is taken in and out from the outside, the cassette 122 accommodating the substrate is moved.
【0079】123で示されるのは、基板を装置内にお
いて搬送するための搬送室であり、基板を一枚ずつ搬送
するためのロボットアーム124を備えている。Reference numeral 123 denotes a transfer chamber for transferring the substrates in the apparatus, which is provided with a robot arm 124 for transferring the substrates one by one.
【0080】また、125は基板の位置合わせ用のアラ
イメント手段であり、ロボットアームと基板との位置合
わせを正確に行うための機能を有する。Further, reference numeral 125 is an alignment means for aligning the substrate, which has a function of accurately aligning the robot arm with the substrate.
【0081】126で示される室は、レーザビームを基
板に対して照射するための室である。この室では、レー
ザ照射装置から照射されたレーザビームを合成石英の窓
を介して、基板が置かれるステージ127上に配置され
た基板上に照射することができる。ステージ127は、
矢印で示されるように、1次元方向に移動する機能を有
している。The chamber designated by 126 is a chamber for irradiating the substrate with a laser beam. In this chamber, the laser beam emitted from the laser irradiation device can be emitted to the substrate arranged on the stage 127 on which the substrate is placed, through the synthetic quartz window. Stage 127
As shown by the arrow, it has a function of moving in a one-dimensional direction.
【0082】レーザ照射装置は、例えばXeClエキシ
マレーザを発振する機能を有し、図3に示すような光学
系を内蔵している。この図3に示す光学系を通ることに
より、レーザビームは線状ビームに整形される。The laser irradiation device has a function of oscillating a XeCl excimer laser, for example, and has an optical system as shown in FIG. The laser beam is shaped into a linear beam by passing through the optical system shown in FIG.
【0083】まず、図3の側面図について説明する。レ
ーザ発振器1001から出たレーザビームは、シリンドリカ
ルアレイレンズ1002aと1002bにより、レーザビームの進
行方向に対し直角方向に分割される。前記方向を本明細
書中では、縦方向と呼ぶことにする。前記縦方向は、光
学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた
光の方向に曲がるものとする。この構成では、4分割と
なっている。これらの分割されたレーザビームは、シリ
ンドリカルアレイレンズ1004により、いったん1つのレ
ーザビームにまとめられる。ミラー1007で反射され、そ
の後、ダブレットシリンドリカルレンズ1008により、照
射面1009にて再び1つのレーザビームに集光される。ダ
ブレットシリンドリカルレンズとは、2枚のシリンドリ
カルレンズで構成されているレンズのことを言う。これ
により、線状ビームの幅方向のエネルギー均質化と幅方
向の長さが決定される。First, the side view of FIG. 3 will be described. The laser beam emitted from the laser oscillator 1001 is split by the cylindrical array lenses 1002a and 1002b in the direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam. In the present specification, the direction will be referred to as the vertical direction. The vertical direction shall be bent in the direction of the light bent by the mirror when the mirror enters in the middle of the optical system. In this configuration, there are four divisions. These divided laser beams are once combined into one laser beam by the cylindrical array lens 1004. The laser beam is reflected by the mirror 1007, and then is converged into one laser beam again by the doublet cylindrical lens 1008 on the irradiation surface 1009. The doublet cylindrical lens is a lens composed of two cylindrical lenses. Thereby, the energy homogenization in the width direction and the length in the width direction of the linear beam are determined.
【0084】次に図3の上面図について説明する。レー
ザ発振器1001から出たレーザビームは、シリンドリカル
アレイレンズ1003により、レーザビームの進行方向に対
して直角方向で、かつ、縦方向に対して直角方向に分割
される。該方向を本明細書中では、横方向と呼ぶことに
する。前記横方向は、光学系の途中でミラーが入ったと
き、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。
この構成では、7分割となっている。その後、シリンド
リカルレンズ1005にて、レーザビームは照射面1009にて
1つに合成される。これにより、線状ビームの長さ方向
のエネルギーの均質化と長さが決定される。Next, the top view of FIG. 3 will be described. The laser beam emitted from the laser oscillator 1001 is split by the cylindrical array lens 1003 in a direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam and a direction perpendicular to the vertical direction. This direction will be referred to as the lateral direction in this specification. It is assumed that the lateral direction bends in the direction of light bent by the mirror when the mirror enters in the middle of the optical system.
In this configuration, there are 7 divisions. Then, with the cylindrical lens 1005, the laser beam is irradiated on the irradiation surface 1009.
Combined into one. This determines the homogenization and length of the energy in the lengthwise direction of the linear beam.
【0085】128で示される室は、スピナーにより基
板にフッ酸処理を施すための酸化膜除去室である。スピ
ナー131は基板を支持するためのチャック機構を有
し、指定された回転数で回転させることができる。ま
た、フッ酸及び純水を吐出し基板に噴射するための複数
の薬液ノズル132を有している。The chamber indicated by 128 is an oxide film removing chamber for performing hydrofluoric acid treatment on the substrate by the spinner. The spinner 131 has a chuck mechanism for supporting the substrate and can be rotated at a designated rotation speed. Further, it has a plurality of chemical solution nozzles 132 for ejecting hydrofluoric acid and pure water to jet them onto the substrate.
【0086】129で示される室は、基板に酸化処理を
施すための酸化膜形成室(酸化処理室)であり、スピナ
ー139は基板を支持するためのチャック機構を有し、
100〜3000rpmの指定された回転数で回転させ
ることができる。また、オゾン水及び純水を吐出し基板
に噴射するための複数の薬液ノズル140を有してい
る。有機物を除去し酸化膜を形成する手段としては、薬
液ノズルに限定されずUV光を照射する手段でもよい。The chamber denoted by 129 is an oxide film forming chamber (oxidation chamber) for subjecting the substrate to oxidation treatment, and the spinner 139 has a chuck mechanism for supporting the substrate.
It can be rotated at a specified rotation speed of 100 to 3000 rpm. Further, it has a plurality of chemical solution nozzles 140 for ejecting ozone water and pure water and ejecting it onto the substrate. The means for removing the organic substance and forming the oxide film is not limited to the chemical solution nozzle, and means for irradiating UV light may be used.
【0087】130で示される室は、基板を加熱するた
めの加熱室であり、ステージ133には抵抗加熱手段が
内蔵されており、基板を所定の温度に加熱することがで
きる。The chamber indicated by 130 is a heating chamber for heating the substrate, and the stage 133 has a built-in resistance heating means so that the substrate can be heated to a predetermined temperature.
【0088】各室は密閉された構造を有し、排気系によ
って減圧状態、あるいは高真空状態とすることができ
る。各排気系には、独立して真空ポンプが備えられてい
る。また各室には、必要とする気体(例えば不活性気
体)を供給するためのガス供給系を備えている。また各
室は、ゲートバルブ134〜138を備えており、各室
の気密性を独立して高める構成となっている。Each chamber has a closed structure and can be brought into a depressurized state or a high vacuum state by an exhaust system. Each exhaust system is independently equipped with a vacuum pump. Further, each chamber is provided with a gas supply system for supplying a required gas (for example, an inert gas). In addition, each chamber is provided with gate valves 134 to 138, and is configured to independently enhance the airtightness of each chamber.
【0089】以上のような装置を用いれば、実施形態1
におけるフッ酸処理、酸化処理及びレーザアニールの工
程の間、基板を酸素濃度20ppm以下の不活性気体雰
囲気中に保つことができ、前記装置を用いて不純物汚染
の低減された結晶質半導体膜を作製し、前記結晶性半導
体膜を基にTFTを作製すると、前記TFTの電気的特
性のばらつきは少なくなり、特性も向上する。If the apparatus as described above is used, the first embodiment
During the steps of hydrofluoric acid treatment, oxidation treatment and laser annealing in the above, the substrate can be kept in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less, and a crystalline semiconductor film with reduced impurity contamination can be manufactured using the above apparatus. However, when a TFT is manufactured based on the crystalline semiconductor film, variations in electrical characteristics of the TFT are reduced and characteristics are improved.
【0090】また、以上のような装置を用いれば、実施
形態2におけるフッ酸処理、酸化処理、レーザアニー
ル、酸化処理及びレーザアニールの工程の間、基板を酸
素濃度20ppm以下の不活性気体雰囲気中に保つこと
ができ、前記装置を用いて膜表面のリッジの高さが低減
され、不純物汚染の低減された結晶質半導体膜を作製
し、前記結晶性半導体膜を基にTFTを作製すると、前
記TFTの電気的特性のばらつきは少なくなり、特性も
向上する。By using the above apparatus, the substrate is placed in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less during the steps of hydrofluoric acid treatment, oxidation treatment, laser annealing, oxidation treatment and laser annealing in the second embodiment. When a crystalline semiconductor film in which the height of the ridge on the film surface is reduced and impurity contamination is reduced by using the device, and a TFT is produced based on the crystalline semiconductor film, Variations in the electrical characteristics of the TFT are reduced and the characteristics are improved.
【0091】以上の構成でなる本発明について、以下に
示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととす
る。The present invention having the above structure will be described in more detail with reference to the following examples.
【0092】[0092]
【実施例】[実施例1]非晶質半導体膜として非晶質珪素
膜を用い、非晶質珪素膜に金属元素を導入して熱処理を
施した後にレーザアニールを行う際に、自然酸化膜を除
去した後にオゾン水を用いて半導体膜の酸化処理を行っ
てからレーザアニールを行い、不純物汚染の低減された
結晶質珪素膜を作製する方法について図2を用いて説明
する。Example 1 An amorphous silicon film is used as an amorphous semiconductor film, and a natural oxide film is used when laser annealing is performed after heat treatment by introducing a metal element into the amorphous silicon film. A method for manufacturing a crystalline silicon film with reduced impurity contamination by performing a laser annealing process after oxidizing the semiconductor film with ozone water after removing the above will be described with reference to FIG.
【0093】基板として、厚さ0.7mm、5インチ角
のコーニング1737基板を用意した。図2(a)に示
すように、基板101にプラズマCVD装置を用いて、
厚さ200nmの窒化酸化珪素膜102を成膜し、窒化
酸化珪素膜102表面に厚さ50nmの非晶質珪素膜1
03を成膜した。前記非晶質珪素膜上に結晶化を促進す
る元素を含有させた溶液を塗布する。前記溶液として、
例えば酢酸ニッケル溶液を用いる場合、前記酢酸ニッケ
ル溶液(重量換算濃度10ppm、体積5ml)をスピ
ンコートにより膜上全面に塗布する。そして、基板を温
度500℃の窒素雰囲気に1時間、更に温度550℃の
窒素雰囲気に4時間の加熱を行った。前記加熱処理によ
り図2(b)に示すように、結晶性を有する珪素膜10
4が得られる。A Corning 1737 substrate having a thickness of 0.7 mm and a size of 5 inches was prepared as a substrate. As shown in FIG. 2A, a plasma CVD apparatus is used for the substrate 101,
A 200 nm thick silicon oxynitride film 102 is formed, and a 50 nm thick amorphous silicon film 1 is formed on the surface of the silicon oxynitride film 102.
03 was deposited. A solution containing an element that promotes crystallization is applied onto the amorphous silicon film. As the solution,
For example, when a nickel acetate solution is used, the nickel acetate solution (concentration in terms of weight: 10 ppm, volume: 5 ml) is applied to the entire surface of the film by spin coating. Then, the substrate was heated in a nitrogen atmosphere at a temperature of 500 ° C. for 1 hour and further in a nitrogen atmosphere at a temperature of 550 ° C. for 4 hours. By the heat treatment, as shown in FIG. 2B, the crystalline silicon film 10 is formed.
4 is obtained.
【0094】次に、レーザアニールの前処理として、フ
ッ酸処理(エッチング処理)を行う。図2(c)に示す
ように組成や膜厚の制御されていない結晶質珪素膜の自
然酸化膜105および局在化した金属元素を0.5%の
濃度のフッ酸を用い、処理基板を回転させながら処理基
板にフッ酸を70秒間噴射させることにより取り除き、
その後オゾン濃度6〜15mg/lのオゾン水を用いて
スピンコートにより500rpmで20〜40秒程度オ
ゾン水を塗布することによる酸化処理をすることにより
図2(d)に示すように1〜2nm程度の酸化珪素膜1
06を形成する。この酸化珪素膜106は珪素膜表面1
04を被覆し不純物汚染を低減する効果を有する。Next, as a pretreatment for laser annealing, hydrofluoric acid treatment (etching treatment) is performed. As shown in FIG. 2C, a natural oxide film 105 of a crystalline silicon film of which composition and film thickness are not controlled and a localized metal element is formed by using hydrofluoric acid having a concentration of 0.5%. While rotating, hydrofluoric acid is sprayed on the treated substrate for 70 seconds to remove it.
After that, as shown in FIG. 2D, about 1 to 2 nm is obtained by performing an oxidation treatment by applying ozone water at 500 rpm for about 20 to 40 seconds by spin coating using ozone water with an ozone concentration of 6 to 15 mg / l. Silicon oxide film 1
06 is formed. This silicon oxide film 106 is a silicon film surface 1
04 has the effect of reducing impurity contamination.
【0095】この後、ラムダ社のXeClエキシマレー
ザ(波長308nm、パルス幅30ns)L3308を
使用して図2(e)に示すように窒素雰囲気中でレーザ
ビームを照射してレーザアニールを行う。このレーザ発
振器はパルス発振レーザを発し、500mJ/パルスの
エネルギーを出す能力を持っている。レーザビームのサ
イズは、レーザビームの出口で10×30mm(共にビ
ームプロファイルにおける半値幅)である。前記XeC
lエキシマレーザを用い、図3のような光学系を経てレ
ーザビームを線状ビームに加工し、レーザアニールを行
う。After that, a laser beam is irradiated in a nitrogen atmosphere using a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 30 ns) L3308 manufactured by Lambda Co., thereby performing laser annealing. This laser oscillator emits a pulsed laser and has an ability to generate energy of 500 mJ / pulse. The size of the laser beam is 10 × 30 mm at the exit of the laser beam (both full width at half maximum in the beam profile). XeC
A laser beam is processed into a linear beam through an optical system as shown in FIG. 3 using an l-excimer laser, and laser annealing is performed.
【0096】以上のような方法で不純物汚染の低減され
た結晶質珪素膜を作製し、前記結晶性珪素膜を基にTF
Tを作製すると、前記TFTの電気的特性のばらつきは
少なくなり、特性も向上する。
[実施例2]非晶質半導体膜として非晶質珪素膜を用い、
非晶質珪素膜に金属元素を導入して熱処理を施した後に
レーザアニールを行う際に、自然酸化膜を除去した後に
酸素雰囲気中でのUV光の照射によって半導体膜の酸化
処理を行ってからレーザアニールを行い、不純物汚染の
低減された結晶質珪素膜を作製する方法について図2を
用いて説明する。A crystalline silicon film with reduced impurity contamination was produced by the above method, and TF was formed based on the crystalline silicon film.
When T is manufactured, variations in the electrical characteristics of the TFT are reduced and the characteristics are improved. Example 2 An amorphous silicon film is used as the amorphous semiconductor film,
When laser annealing is performed after introducing a metal element into the amorphous silicon film and performing heat treatment, after removing the natural oxide film, the semiconductor film is oxidized by UV light irradiation in an oxygen atmosphere. A method of performing laser annealing to form a crystalline silicon film with reduced impurity contamination will be described with reference to FIG.
【0097】実施例1と同様の方法で図2(a)に示す
ように基板101に窒化酸化珪素膜102、非晶質珪素
膜103を成膜し、前記非晶質珪素膜103上に結晶化
を促進する元素を含有させた溶液を塗布する。次に、基
板を温度500℃の窒素雰囲気に1時間、更に温度55
0℃の窒素雰囲気に4時間の加熱を行った。前記加熱処
理により図2(b)に示すように結晶性を有する珪素膜
104が得られる。In the same manner as in Example 1, a silicon nitride oxide film 102 and an amorphous silicon film 103 were formed on a substrate 101 as shown in FIG. 2A, and a crystal was formed on the amorphous silicon film 103. A solution containing an element that accelerates the conversion is applied. Next, the substrate is placed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 500 ° C. for 1 hour and further at a temperature of 55.
Heating was performed for 4 hours in a nitrogen atmosphere at 0 ° C. By the heat treatment, a silicon film 104 having crystallinity is obtained as shown in FIG.
【0098】次に、レーザアニールの前処理として、フ
ッ酸処理を行い図2(c)に示すように自然酸化膜10
5を取り除き、その後酸素雰囲気中において基板温度2
00℃でUV光を30〜120秒間程度照射することに
より図2(d)に示すように1〜2nm程度の酸化珪素
膜106を形成する。この酸化珪素膜106は珪素膜1
04表面を被覆し不純物汚染を低減する効果を有する。
この後、実施例1と同様の方法でXeClエキシマレー
ザにより、図2(e)に示すように窒素雰囲気中でレー
ザビームを照射してレーザアニールを行う。Next, as a pretreatment for the laser annealing, a hydrofluoric acid treatment is performed, and as shown in FIG.
5 is removed, and then the substrate temperature is set to 2 in oxygen atmosphere.
By irradiating UV light for 30 to 120 seconds at 00 ° C., a silicon oxide film 106 of about 1 to 2 nm is formed as shown in FIG. The silicon oxide film 106 is the silicon film 1.
04 has the effect of covering the surface and reducing impurity contamination.
Thereafter, laser annealing is performed by irradiating a laser beam with a XeCl excimer laser in a nitrogen atmosphere in the same manner as in Example 1 as shown in FIG.
【0099】以上のような方法で不純物汚染の低減され
た結晶質珪素膜を作製し、前記結晶性珪素膜を基にTF
Tを作製すると、前記TFTの電気的特性のばらつきは
少なくなり、特性も向上する。
[実施例3]非晶質半導体膜として非晶質珪素膜を用い、
非晶質珪素膜に金属元素を導入して熱処理を施した後に
レーザアニールを行う際に、自然酸化膜を除去した後に
硫酸過水を用いて半導体膜の酸化処理を行ってからレー
ザアニールを行い、不純物汚染の低減された結晶質珪素
膜を作製する方法について図2を用いて説明する。A crystalline silicon film with reduced impurity contamination was produced by the above method, and TF was formed based on the crystalline silicon film.
When T is manufactured, variations in the electrical characteristics of the TFT are reduced and the characteristics are improved. Example 3 An amorphous silicon film is used as an amorphous semiconductor film,
When laser annealing is performed after introducing a metal element into the amorphous silicon film and performing heat treatment, the natural oxide film is removed and then the semiconductor film is oxidized with sulfuric acid / hydrogen peroxide solution before laser annealing. A method for manufacturing a crystalline silicon film with reduced impurity contamination will be described with reference to FIG.
【0100】実施例1と同様の方法で図2(a)に示す
ように基板101に窒化酸化珪素膜102、非晶質珪素
膜103を成膜し、前記非晶質珪素膜103上に結晶化
を促進する元素を含有させた溶液を塗布する。次に、基
板を温度500℃の窒素雰囲気に1時間、更に温度55
0℃の窒素雰囲気に4時間の加熱を行った。前記加熱処
理により図2(b)に示すように結晶性を有する珪素膜
104が得られる。In the same manner as in Example 1, a silicon nitride oxide film 102 and an amorphous silicon film 103 were formed on a substrate 101 as shown in FIG. 2A, and a crystal was formed on the amorphous silicon film 103. A solution containing an element that accelerates the conversion is applied. Next, the substrate is placed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 500 ° C. for 1 hour and further at a temperature of 55.
Heating was performed for 4 hours in a nitrogen atmosphere at 0 ° C. By the heat treatment, a silicon film 104 having crystallinity is obtained as shown in FIG.
【0101】次に、レーザアニールの前処理として、フ
ッ酸処理を行い図2(c)に示すように結晶質珪素膜表
面の自然酸化膜105を取り除き、その後硫酸過水を5
〜60秒程度塗布することによる酸化処理を行うことに
よって図2(d)に示すように1〜2nm程度の酸化珪
素膜106を形成する。この酸化珪素膜106は珪素膜
104表面を被覆し不純物汚染を低減する効果を有す
る。本実施例では、硫酸過水として容積比H2SO4:H
2O2:H2O=95:31:74の液を用い、液温は6
0〜80℃程度である。この後、実施例1と同様の方法
でXeClエキシマレーザにより、図2(e)に示すよ
うに窒素雰囲気中でレーザビームを照射してレーザアニ
ールを行う。Next, as a pretreatment for laser annealing, hydrofluoric acid treatment is performed to remove the natural oxide film 105 on the surface of the crystalline silicon film as shown in FIG.
By performing an oxidation treatment by applying for about 60 seconds, a silicon oxide film 106 having a thickness of about 1 to 2 nm is formed as shown in FIG. The silicon oxide film 106 covers the surface of the silicon film 104 and has an effect of reducing impurity contamination. In this embodiment, the volume ratio H 2 SO 4 : H is used as the sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture.
2 O 2 : H 2 O = 95: 31: 74 was used, and the liquid temperature was 6
It is about 0 to 80 ° C. Thereafter, laser annealing is performed by irradiating a laser beam with a XeCl excimer laser in a nitrogen atmosphere in the same manner as in Example 1 as shown in FIG.
【0102】以上のような方法で不純物汚染の低減され
た結晶質珪素膜を作製し、前記結晶性珪素膜を基にTF
Tを作製すると、前記TFTの電気的特性のばらつきは
少なくなり、特性も向上する。
[実施例4]レーザアニールの前処理として自然酸化膜を
除去した後にオゾン水を用いて半導体膜の酸化処理を行
ってからレーザアニールを行い、さらにフッ酸処理を施
した後、窒素雰囲気にてレーザアニールを行うことによ
り膜表面のリッジの高さが低減された結晶質珪素膜を作
製する方法について図4を用いて説明する。A crystalline silicon film with reduced impurity contamination was produced by the above method, and TF was formed based on the crystalline silicon film.
When T is manufactured, variations in the electrical characteristics of the TFT are reduced and the characteristics are improved. [Example 4] As a pretreatment of laser annealing, after removing the natural oxide film, the semiconductor film was oxidized using ozone water, laser annealing was performed, and hydrofluoric acid treatment was further performed, followed by a nitrogen atmosphere. A method of manufacturing a crystalline silicon film in which the height of the ridge on the film surface is reduced by performing laser annealing will be described with reference to FIG.
【0103】実施例1と同様の方法で図4(a)に示す
ように基板111に窒素酸化珪素膜112、非晶質珪素
膜113を成膜し、前記非晶質珪素膜113上に結晶化
を促進する元素を含有させた溶液を塗布する。次に、基
板を温度500℃の窒素雰囲気に1時間、更に温度55
0℃の窒素雰囲気に4時間の加熱を行った。前記加熱処
理により図4(b)に示すように結晶性を有する珪素膜
114が得られる。As shown in FIG. 4A, a silicon nitride oxide film 112 and an amorphous silicon film 113 are formed on the substrate 111 in the same manner as in Example 1, and the amorphous silicon film 113 is crystallized. A solution containing an element that accelerates the conversion is applied. Next, the substrate is placed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 500 ° C. for 1 hour and further at a temperature of 55.
Heating was performed for 4 hours in a nitrogen atmosphere at 0 ° C. By the heat treatment, a silicon film 114 having crystallinity is obtained as shown in FIG.
【0104】実施例1と同様の方法でレーザアニールの
前処理として、フッ酸処理を行い図4(c)に示すよう
に自然酸化膜115を取り除き、その後オゾン水処理を
することによって図4(d)に示すように酸化珪素膜1
16を形成する。As a pretreatment for laser annealing in the same manner as in Example 1, hydrofluoric acid treatment was carried out to remove the natural oxide film 115 as shown in FIG. 4C, and then ozone water treatment was carried out. Silicon oxide film 1 as shown in FIG.
16 is formed.
【0105】この後、実施例1と同様の方法でXeCl
エキシマレーザにより、図4(e)に示すように窒素雰
囲気中でレーザビームを照射してレーザアニールを行
う。After that, XeCl 2 was formed in the same manner as in Example 1.
Laser annealing is performed by irradiating a laser beam with an excimer laser in a nitrogen atmosphere as shown in FIG.
【0106】次に、再度フッ酸処理を行って酸化珪素膜
を除去し図4(f)に示すように結晶質珪素膜117を
露出させた後、図4(g)に示すように酸素濃度20p
pm以下の窒素雰囲気中でレーザビームを照射してレー
ザアニールを行う。このレーザアニールにより珪素膜1
17表面のリッジの高さが低減される。Next, hydrofluoric acid treatment is performed again to remove the silicon oxide film and expose the crystalline silicon film 117 as shown in FIG. 4 (f). Then, as shown in FIG. 20p
Laser annealing is performed by irradiating a laser beam in a nitrogen atmosphere of pm or less. By this laser annealing, the silicon film 1
17 The height of the ridge on the surface is reduced.
【0107】以上のような方法で膜表面のリッジの高さ
が低減された結晶質半導体膜を作製し、前記結晶性半導
体膜を基にTFTを作製すると、前記TFTの電気的特
性が向上する。
[実施例5]本実施例では、本明細書で開示する発明を実
施する際に利用されるレーザ処理装置を示す。酸化処理
としてオゾン水処理を用いる場合について図5を用いて
説明する。図5はレーザ処理装置の上面図である。When a crystalline semiconductor film in which the height of the ridge on the film surface is reduced is manufactured by the above method and a TFT is manufactured based on the crystalline semiconductor film, the electrical characteristics of the TFT are improved. . [Embodiment 5] In this embodiment, a laser processing apparatus used for carrying out the invention disclosed in this specification will be described. A case where ozone water treatment is used as the oxidation treatment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a top view of the laser processing apparatus.
【0108】121で示されるのは、基板(試料)を搬
入搬出するための搬入搬出室であり、レーザビームを照
射する対象の珪素膜や作製工程途中の状態の薄膜トラン
ジスタが形成された基板が多数枚カセット122に収納
された状態で納められている。基板の搬入搬出室121
に基板を外部から出し入れする際には、基板を収納した
カセット122毎移動が行われる。Reference numeral 121 denotes a carry-in / carry-out chamber for carrying in / carrying out a substrate (sample), in which a large number of substrates on which a silicon film to be irradiated with a laser beam or a thin film transistor in a state of a manufacturing process is formed It is stored in the sheet cassette 122. Substrate loading / unloading chamber 121
When the substrate is taken in and out from the outside, the cassette 122 accommodating the substrate is moved.
【0109】123で示されるのは、基板を装置内にお
いて搬送するための搬送室であり、基板を一枚ずつ搬送
するためのロボットアーム124を備えている。Reference numeral 123 denotes a transfer chamber for transferring the substrates in the apparatus, which is provided with a robot arm 124 for transferring the substrates one by one.
【0110】また、125は基板の位置合わせ用のアラ
イメント手段であり、ロボットアームと基板との位置合
わせを正確に行うための機能を有する。Further, reference numeral 125 denotes an alignment means for aligning the substrate, which has a function of accurately aligning the robot arm and the substrate.
【0111】126で示される室は、レーザビームを基
板に対して照射するための室である。この室では、レー
ザ照射装置から照射されたレーザビームを合成石英の窓
を介して、基板が置かれるステージ127上に配置され
た基板上に照射することができる。ステージ127は、
矢印で示されるように、1次元方向に移動する機能を有
している。The chamber indicated by 126 is a chamber for irradiating the substrate with a laser beam. In this chamber, the laser beam emitted from the laser irradiation device can be emitted to the substrate arranged on the stage 127 on which the substrate is placed, through the synthetic quartz window. Stage 127
As shown by the arrow, it has a function of moving in a one-dimensional direction.
【0112】レーザ照射装置は、例えばXeClエキシ
マレーザを発振する機能を有し、図3に示すような光学
系を内蔵している。この図3に示す光学系を通ることに
より、レーザビームは、幅数mm〜数cm、長さ数十c
mの線状ビームに整形される。The laser irradiation device has a function of oscillating, for example, a XeCl excimer laser and has a built-in optical system as shown in FIG. By passing through the optical system shown in FIG. 3, the laser beam has a width of several mm to several cm and a length of several tens of c.
It is shaped into a linear beam of m.
【0113】128で示される室は、スピナーにより基
板にフッ酸処理を施すための酸化膜除去室である。スピ
ナー131は基板を支持するためのチャック機構を有
し、100〜3000rpmの指定された回転数で回転
させることができる。また、フッ酸及び純水を吐出し基
板に噴射するための複数の薬液ノズル132を有してい
る。The chamber indicated by 128 is an oxide film removing chamber for performing hydrofluoric acid treatment on the substrate by the spinner. The spinner 131 has a chuck mechanism for supporting the substrate and can be rotated at a designated rotation speed of 100 to 3000 rpm. Further, it has a plurality of chemical solution nozzles 132 for ejecting hydrofluoric acid and pure water to jet them onto the substrate.
【0114】129で示される室は、基板にオゾン水に
よる酸化処理を施すための酸化処理室である。スピナー
139は基板を支持するためのチャック機構を有し、1
00〜3000rpmの指定された回転数で回転させる
ことができる。また、オゾン水及び純水を吐出し基板に
噴射するための複数の薬液ノズル140を有している。
有機物を除去し酸化膜を形成する手段としては、薬液ノ
ズルに限定されずUV光を照射する手段でもよい。The chamber denoted by 129 is an oxidation treatment chamber for subjecting the substrate to oxidation treatment with ozone water. The spinner 139 has a chuck mechanism for supporting the substrate.
It can be rotated at a designated rotation speed of 00 to 3000 rpm. Further, it has a plurality of chemical solution nozzles 140 for ejecting ozone water and pure water and ejecting it onto the substrate.
The means for removing the organic substance and forming the oxide film is not limited to the chemical solution nozzle, and means for irradiating UV light may be used.
【0115】130で示される室は、基板を加熱するた
めの加熱室であり、ステージ133には抵抗加熱手段が
内蔵されており、基板を所定の温度に加熱することがで
きる。The chamber denoted by 130 is a heating chamber for heating the substrate, and the stage 133 has a built-in resistance heating means so that the substrate can be heated to a predetermined temperature.
【0116】各室は密閉された構造を有し、排気系によ
って減圧状態、あるいは高真空状態とすることができ
る。各排気系には、独立して真空ポンプが備えられてい
る。また各室には、必要とする気体(例えば不活性気
体)を供給するためのガス供給系を備えている。また各
室は、ゲートバルブ134〜138を備えており、各室
の気密性を独立して高める構成となっている。Each chamber has a closed structure and can be brought into a depressurized state or a high vacuum state by an exhaust system. Each exhaust system is independently equipped with a vacuum pump. Further, each chamber is provided with a gas supply system for supplying a required gas (for example, an inert gas). In addition, each chamber is provided with gate valves 134 to 138, and is configured to independently enhance the airtightness of each chamber.
【0117】また、酸化処理としてオゾン水を用いる場
合には酸化膜除去室128に有機物を除去し酸化膜を形
成する手段として、例えばオゾン水を吐出し基板に噴射
するための薬液ノズルを加えることにより、酸化膜除去
室128と酸化処理室129を同一の室で兼ねることが
でき、室の数を減らしスループットも向上させることが
できる。
[実施例6]本実施例は、レーザアニールの前処理として
フッ酸処理により自然酸化膜を除去した後にオゾン水を
用いて半導体膜の酸化処理を行ってからレーザアニール
を行う際に、実施例5に示したレーザ処理装置を用いて
自然酸化膜除去と半導体膜の酸化処理とレーザアニール
の工程の間、酸素濃度20ppm以下の窒素雰囲気に基
板が保持される場合について図6を用いて説明する。When ozone water is used for the oxidation treatment, for example, a chemical liquid nozzle for discharging ozone water and jetting it onto the substrate is added to the oxide film removing chamber 128 as a means for removing organic substances and forming an oxide film. Thus, the oxide film removal chamber 128 and the oxidation treatment chamber 129 can be used as the same chamber, and the number of chambers can be reduced and throughput can be improved. [Embodiment 6] In this embodiment, as a pretreatment for laser annealing, a natural oxide film is removed by hydrofluoric acid treatment, and then a semiconductor film is oxidized using ozone water, and then laser annealing is performed. A case where the substrate is held in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 20 ppm or less during the steps of removing the natural oxide film, oxidizing the semiconductor film, and laser annealing using the laser processing apparatus shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG. .
【0118】実施例1と同様の方法で図6(a)に示す
ように基板141に窒化酸化珪素膜142、非晶質珪素
膜143を成膜し、前記非晶質珪素膜143上に結晶化
を促進する元素を含有させた溶液を塗布する。次に、基
板を温度500℃の窒素雰囲気に1時間、更に温度55
0℃の窒素雰囲気に4時間の加熱を行った。前記加熱処
理により図6(b)に示すように結晶性を有する珪素膜
144が得られる。As shown in FIG. 6A, a silicon nitride oxide film 142 and an amorphous silicon film 143 are formed on the substrate 141 by the same method as in Example 1, and the amorphous silicon film 143 is crystallized. A solution containing an element that accelerates the conversion is applied. Next, the substrate is placed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 500 ° C. for 1 hour and further at a temperature of 55.
Heating was performed for 4 hours in a nitrogen atmosphere at 0 ° C. By the heat treatment, a crystalline silicon film 144 is obtained as shown in FIG.
【0119】次に、実施例5で示したレーザ処理装置を
用いてレーザアニール前処理及びレーザアニール処理を
行う。図5はレーザ処理装置の上面図である。ゲートバ
ルブは全て閉鎖されている状態とし、各室は酸素濃度2
0ppm以下の窒素雰囲気に保たれている状態とする。Next, laser annealing pretreatment and laser annealing treatment are performed using the laser processing apparatus shown in the fifth embodiment. FIG. 5 is a top view of the laser processing apparatus. The gate valves are all closed, and the oxygen concentration in each chamber is 2
It is kept in a nitrogen atmosphere of 0 ppm or less.
【0120】まず、図6(b)の状態を有する基板が多
数枚収納されたカセット122を基板の搬入搬出室12
1に収納する。次に、搬入搬出室121を酸素濃度20
ppm以下の窒素雰囲気とする。First, the cassette 122 in which a large number of substrates having the state shown in FIG.
Store in 1. Next, the loading / unloading chamber 121 is set to an oxygen concentration of 20
A nitrogen atmosphere of ppm or less is used.
【0121】そして、ゲートバルブ134を開け、ロボ
ットアーム124によって、1枚の基板をカセット12
2から取り出し、搬送室123に移送し、ゲートバルブ
134を閉める。さらにゲートバルブ135を開けロボ
ットアーム124に保持された基板を酸化膜除去室12
8に移送し、ゲートバルブ135を閉める。Then, the gate valve 134 is opened, and the robot arm 124 is used to load one substrate into the cassette 12
Then, the gate valve 134 is closed. Further, the gate valve 135 is opened and the substrate held by the robot arm 124 is moved to the oxide film removing chamber 12
8, and the gate valve 135 is closed.
【0122】酸化膜除去室128では基板を酸素濃度2
0ppm以下の窒素雰囲気に保持した状態で、スピナー
により600rpmで基板を回転しながらフッ酸を塗布
し図6(c)に示すように自然酸化膜145を取り除
き、純水洗浄後、回転数を2500rpmにして基板を
乾燥させる。その後、ゲートバルブ135を開け、基板
をロボットアーム124によって搬送室123に移送
し、ゲートバルブ135を閉める。そして、ゲートバル
ブ137を開け、ロボットアーム124に保持された基
板を酸化処理室129に移送し、ゲートバルブ137を
閉める。In the oxide film removing chamber 128, the oxygen concentration of the substrate is set to 2
While maintaining a nitrogen atmosphere of 0 ppm or less, hydrofluoric acid was applied while rotating the substrate at 600 rpm with a spinner to remove the natural oxide film 145 as shown in FIG. 6C, and after washing with pure water, the rotation speed was 2500 rpm. Then, the substrate is dried. After that, the gate valve 135 is opened, the substrate is transferred to the transfer chamber 123 by the robot arm 124, and the gate valve 135 is closed. Then, the gate valve 137 is opened, the substrate held by the robot arm 124 is transferred to the oxidation treatment chamber 129, and the gate valve 137 is closed.
【0123】酸化処理室129では基板を酸素濃度20
ppm以下の窒素雰囲気に保持した状態で、スピナーに
より500rpmで基板を回転しながら、オゾン濃度6
〜15mg/lのオゾン水を用いて20〜40秒程度の
オゾン水処理をすることによって図6(d)に示すよう
に10〜20Å程度の酸化珪素膜146を形成する。こ
の酸化珪素膜146は珪素膜表面144を被覆し不純物
汚染を低減する効果を有する。In the oxidation treatment chamber 129, the substrate is exposed to an oxygen concentration of 20.
While maintaining the nitrogen atmosphere at or below ppm, the spinner spins the substrate at 500 rpm while the ozone concentration is 6
By performing ozone water treatment for about 20 to 40 seconds using ozone water of about 15 mg / l, a silicon oxide film 146 of about 10 to 20 Å is formed as shown in FIG. 6D. The silicon oxide film 146 covers the silicon film surface 144 and has an effect of reducing impurity contamination.
【0124】酸化処理後、ゲートバルブ137を開け、
基板をロボットアーム124によって搬送室123に移
送し、ゲートバルブ137を閉める。この後、基板を加
熱室130に移送し、基板を加熱する手段を有するステ
ージ133により基板を加熱して基板上の残留水分を乾
燥させてもよい。そして、ゲートバルブ136を開け、
基板をロボットアーム124によってレーザビームを照
射するための室126に移送し、ゲートバルブ136を
閉める。After the oxidation treatment, the gate valve 137 is opened,
The substrate is transferred to the transfer chamber 123 by the robot arm 124, and the gate valve 137 is closed. After that, the substrate may be transferred to the heating chamber 130, and the substrate may be heated by the stage 133 having a means for heating the substrate to dry the residual moisture on the substrate. Then, open the gate valve 136,
The substrate is transferred to the chamber 126 for irradiating the laser beam by the robot arm 124, and the gate valve 136 is closed.
【0125】レーザビームは線状を有するものを用い、
その線状のレーザビームの幅方向に基板ステージ127
を動かすことにより、所定の面積に対してレーザビーム
を照射する。ここでは、図6(e)の状態において、図
面の基板右端から左端へと、レーザビームがスイープさ
れるように基板ステージ127を移動させレーザビーム
を照射する。ここでの基板ステージ127の移動速度は
1mm/秒とする。A laser beam having a linear shape is used.
The substrate stage 127 is arranged in the width direction of the linear laser beam.
Is moved to irradiate a laser beam onto a predetermined area. Here, in the state of FIG. 6E, the substrate stage 127 is moved so that the laser beam is swept from the right end to the left end of the drawing, and the laser beam is emitted. The moving speed of the substrate stage 127 here is 1 mm / sec.
【0126】レーザビームの照射終了後、ゲートバルブ
136を開け、基板をロボットアーム124によって搬
送室123に移送し、ゲートバルブ136を閉める。そ
してゲートバルブ134を開け、基板を搬入搬出室12
1内のカセット122に収納し、ゲートバルブ134を
閉める。After the irradiation of the laser beam is completed, the gate valve 136 is opened, the substrate is transferred to the transfer chamber 123 by the robot arm 124, and the gate valve 136 is closed. Then, the gate valve 134 is opened to load / unload the substrate 12
The cassette 122 in 1 is closed, and the gate valve 134 is closed.
【0127】上記の動作を繰り返すことにより、搬入搬
出室121内のカセット122に収納された複数の基板
全てに対してフッ酸処理、酸化処理及びレーザビームの
照射を行うことができる。そして全ての基板に対するフ
ッ酸処理、酸化処理及びレーザビームの照射が終了後、
カセット122に収納された基板をカセット毎基板の搬
入搬出室121から装置の外部に取り出す。By repeating the above operation, hydrofluoric acid treatment, oxidation treatment, and laser beam irradiation can be performed on all of the plurality of substrates housed in the cassette 122 in the carry-in / carry-out chamber 121. Then, after the hydrofluoric acid treatment, the oxidation treatment, and the laser beam irradiation on all the substrates are completed,
The substrates stored in the cassette 122 are taken out of the apparatus from the substrate loading / unloading chamber 121 for each cassette.
【0128】このようにして作製された珪素膜をTFT
の活性層とすれば、TFTの電気的特性のばらつきは少
なくなり、特性も向上する。
[実施例7]本実施例は、レーザアニールの前処理として
自然酸化膜を除去した後にオゾン水を用いて半導体膜の
酸化処理を行ってからレーザアニールを行い、さらにフ
ッ酸処理を施した後、窒素雰囲気にてレーザアニールを
行う際に、実施例5に示したレーザ処理装置を用いて自
然酸化膜除去と半導体膜の酸化処理とレーザアニールと
フッ酸処理とレーザアニールの工程の間、酸素濃度20
ppm以下の窒素雰囲気に基板が保持される場合につい
て図7を用いて説明する。The silicon film thus manufactured is used as a TFT.
If the active layer is used, the variation in the electrical characteristics of the TFT is reduced and the characteristics are improved. [Embodiment 7] In this embodiment, as a pretreatment for laser annealing, the natural oxide film is removed, the semiconductor film is oxidized using ozone water, laser annealing is performed, and then hydrofluoric acid treatment is performed. When laser annealing is performed in a nitrogen atmosphere, oxygen is removed between the steps of natural oxide film removal, semiconductor film oxidation, laser annealing, hydrofluoric acid treatment, and laser annealing using the laser processing apparatus shown in the fifth embodiment. Concentration 20
A case where the substrate is held in a nitrogen atmosphere of ppm or less will be described with reference to FIG.
【0129】実施例1と同様の方法で図7(a)に示す
ように基板151に窒化酸化珪素膜152、非晶質珪素
膜153を成膜し、前記非晶質珪素膜153上に結晶化
を促進する元素を含有させた溶液を塗布する。次に、基
板を温度500℃の窒素雰囲気に1時間、更に温度55
0℃の窒素雰囲気に4時間の加熱を行った。前記加熱処
理により図7(b)に示すように結晶性を有する珪素膜
154が得られる。As shown in FIG. 7A, a silicon oxynitride film 152 and an amorphous silicon film 153 are formed on the substrate 151 in the same manner as in Example 1, and the amorphous silicon film 153 is crystallized. A solution containing an element that accelerates the conversion is applied. Next, the substrate is placed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 500 ° C. for 1 hour and further at a temperature of 55.
Heating was performed for 4 hours in a nitrogen atmosphere at 0 ° C. By the heat treatment, a silicon film 154 having crystallinity is obtained as shown in FIG.
【0130】次に、実施例5で示したレーザ処理装置を
用いてレーザアニール前処理及びレーザアニール処理を
行う。図5はレーザ処理装置の上面図である。ゲートバ
ルブは全て閉鎖されている状態とし、各室は酸素濃度2
0ppm以下の窒素雰囲気に保たれている状態とする。Next, laser annealing pretreatment and laser annealing treatment are performed using the laser processing apparatus shown in the fifth embodiment. FIG. 5 is a top view of the laser processing apparatus. The gate valves are all closed, and the oxygen concentration in each chamber is 2
It is kept in a nitrogen atmosphere of 0 ppm or less.
【0131】まず、図7(b)の状態を有する基板が多
数枚収納されたカセット122を基板の搬入搬出室12
1に収納する。次に、搬入搬出室121を酸素濃度20
ppm以下の窒素雰囲気とする。First, the cassette 122 in which a large number of substrates having the state shown in FIG.
Store in 1. Next, the loading / unloading chamber 121 is set to an oxygen concentration of 20
A nitrogen atmosphere of ppm or less is used.
【0132】そして、ゲートバルブ134を開け、ロボ
ットアーム124によって、1枚の基板をカセット12
2から取り出し、搬送室123に移送し、ゲートバルブ
134を閉める。さらにゲートバルブ135を開けロボ
ットアーム124に保持された基板を酸化膜除去室12
8に移送し、ゲートバルブ135を閉める。Then, the gate valve 134 is opened, and the robot arm 124 is used to load one substrate into the cassette 12
Then, the gate valve 134 is closed. Further, the gate valve 135 is opened and the substrate held by the robot arm 124 is moved to the oxide film removing chamber 12
8, and the gate valve 135 is closed.
【0133】酸化膜除去室128では基板を酸素濃度2
0ppm以下の窒素雰囲気に保持した状態で、スピナー
により600rpmで基板を回転しながらフッ酸を塗布
し図7(c)に示すように自然酸化膜155を取り除
き、純水洗浄後、回転数を2500rpmにして基板を
乾燥させる。その後、ゲートバルブ135を開け、基板
をロボットアーム124によって搬送室123に移送
し、ゲートバルブ135を閉める。そして、ゲートバル
ブ137を開け、ロボットアーム124に保持された基
板を酸化処理室129に移送し、ゲートバルブ137を
閉める。In the oxide film removing chamber 128, the oxygen concentration of the substrate is set to 2
While maintaining the nitrogen atmosphere at 0 ppm or less, the substrate was rotated at 600 rpm by a spinner to apply hydrofluoric acid to remove the natural oxide film 155 as shown in FIG. 7C, and after washing with pure water, the rotation speed was 2500 rpm. Then, the substrate is dried. After that, the gate valve 135 is opened, the substrate is transferred to the transfer chamber 123 by the robot arm 124, and the gate valve 135 is closed. Then, the gate valve 137 is opened, the substrate held by the robot arm 124 is transferred to the oxidation treatment chamber 129, and the gate valve 137 is closed.
【0134】酸化処理室129では基板を酸素濃度20
ppm以下の窒素雰囲気に保持した状態で、スピナーに
より500rpmで基板を回転しながら、オゾン濃度6
〜15mg/lのオゾン水を用いて20〜40秒程度の
オゾン水処理をすることによって図7(d)に示すよう
に10〜20Å程度の酸化珪素膜156を形成する。こ
の酸化珪素膜156は珪素膜表面154を被覆し不純物
汚染を低減する効果を有する。In the oxidization processing chamber 129, the substrate has an oxygen concentration of 20.
While maintaining the nitrogen atmosphere at or below ppm, the spinner spins the substrate at 500 rpm while the ozone concentration is 6
By performing ozone water treatment for about 20 to 40 seconds using ozone water of about 15 mg / l, a silicon oxide film 156 of about 10 to 20 Å is formed as shown in FIG. 7D. The silicon oxide film 156 covers the silicon film surface 154 and has an effect of reducing impurity contamination.
【0135】酸化処理後、ゲートバルブ137を開け、
基板をロボットアーム124によって搬送室123に移
送し、ゲートバルブ137を閉める。この後、基板を加
熱室130に移送し、基板を加熱する手段を有するステ
ージ133により基板を加熱して基板上の残留水分を乾
燥させてもよい。そして、ゲートバルブ136を開け、
基板をロボットアーム124によってレーザビームを照
射するための室126に移送し、ゲートバルブ136を
閉める。After the oxidation treatment, the gate valve 137 is opened,
The substrate is transferred to the transfer chamber 123 by the robot arm 124, and the gate valve 137 is closed. After that, the substrate may be transferred to the heating chamber 130, and the substrate may be heated by the stage 133 having a means for heating the substrate to dry the residual moisture on the substrate. Then, open the gate valve 136,
The substrate is transferred to the chamber 126 for irradiating the laser beam by the robot arm 124, and the gate valve 136 is closed.
【0136】レーザビームは線状を有するものを用い、
その線状のレーザビームの幅方向に基板ステージ127
を動かすことにより、所定の面積に対してレーザビーム
を照射する。ここでは、図7(e)の状態において、図
面の基板右端から左端へと、レーザビームがスイープさ
れるように基板ステージ127を移動させレーザビーム
を照射する。ここでの基板ステージ127の移動速度は
1mm/秒とする。A laser beam having a linear shape is used.
The substrate stage 127 is arranged in the width direction of the linear laser beam.
Is moved to irradiate a laser beam onto a predetermined area. Here, in the state of FIG. 7E, the substrate stage 127 is moved so that the laser beam is swept from the right end to the left end of the drawing, and the laser beam is irradiated. The moving speed of the substrate stage 127 here is 1 mm / sec.
【0137】レーザビームの照射終了後、ゲートバルブ
136を開け、基板をロボットアーム124によって搬
送室123に移送し、ゲートバルブ136を閉める。そ
してゲートバルブ135を開け、ロボットアーム124
に保持された基板を酸化膜除去室128に移送し、ゲー
トバルブ135を閉める。After the irradiation of the laser beam is completed, the gate valve 136 is opened, the substrate is transferred to the transfer chamber 123 by the robot arm 124, and the gate valve 136 is closed. Then, the gate valve 135 is opened, and the robot arm 124
The substrate held by is transferred to the oxide film removal chamber 128, and the gate valve 135 is closed.
【0138】酸化膜除去室128では基板を酸素濃度2
0ppm以下の窒素雰囲気に保持した状態で、再度フッ
酸処理を行って酸化珪素膜を取り除き図7(f)に示す
ように結晶質珪素膜157を露出させる。その後、ゲー
トバルブ135を開け、基板をロボットアーム124に
よって搬送室123に移送し、ゲートバルブ135を閉
める。この後、基板を加熱室130に移送し、基板を加
熱する手段を有するステージ133により基板を加熱し
て基板上の残留水分を乾燥させてもよい。そして、ゲー
トバルブ136を開け、基板をロボットアーム124に
よってレーザビームを照射するための室126に移送
し、ゲートバルブ136を閉める。In the oxide film removing chamber 128, the oxygen concentration of the substrate is set to 2
With the nitrogen atmosphere kept at 0 ppm or less, hydrofluoric acid treatment is performed again to remove the silicon oxide film and expose the crystalline silicon film 157 as shown in FIG. 7F. After that, the gate valve 135 is opened, the substrate is transferred to the transfer chamber 123 by the robot arm 124, and the gate valve 135 is closed. After that, the substrate may be transferred to the heating chamber 130, and the substrate may be heated by the stage 133 having a means for heating the substrate to dry the residual moisture on the substrate. Then, the gate valve 136 is opened, the substrate is transferred by the robot arm 124 to the chamber 126 for irradiating the laser beam, and the gate valve 136 is closed.
【0139】レーザ室126では図7(g)の状態にお
いて、図面の基板右端から左端へと、レーザビームがス
イープされるように基板ステージ127を移動させレー
ザビームを照射する。ここでの基板ステージ127の移
動速度は1mm/秒とする。In the laser chamber 126, in the state of FIG. 7G, the substrate stage 127 is moved so that the laser beam is swept from the right end to the left end of the drawing, and the laser beam is irradiated. The moving speed of the substrate stage 127 here is 1 mm / sec.
【0140】レーザビームの照射終了後、ゲートバルブ
136を開け、基板をロボットアーム124によって搬
送室123に移送し、ゲートバルブ136を閉める。そ
してゲートバルブ134を開け、基板を搬入搬出室12
1内のカセット122に収納し、ゲートバルブ134を
閉める。After the irradiation of the laser beam is completed, the gate valve 136 is opened, the substrate is transferred to the transfer chamber 123 by the robot arm 124, and the gate valve 136 is closed. Then, the gate valve 134 is opened to load / unload the substrate 12
The cassette 122 in 1 is closed, and the gate valve 134 is closed.
【0141】上記の動作を繰り返すことにより、搬入搬
出室121内のカセット122に収納された複数の基板
全てに対してフッ酸処理と酸化処理とレーザビームの照
射とフッ酸処理とレーザビームの照射を行うことができ
る。そして全ての基板に対するフッ酸処理と酸化処理と
レーザビームの照射とフッ酸処理とレーザビームの照射
が終了後、カセット122に収納された基板をカセット
毎基板の搬入搬出室121から装置の外部に取り出す。By repeating the above operation, hydrofluoric acid treatment, oxidation treatment, laser beam irradiation, hydrofluoric acid treatment, and laser beam irradiation are performed on all of the plurality of substrates stored in the cassette 122 in the loading / unloading chamber 121. It can be performed. After completion of hydrofluoric acid treatment, oxidation treatment, laser beam irradiation, hydrofluoric acid treatment and laser beam irradiation on all the substrates, the substrates stored in the cassette 122 are transferred from the substrate loading / unloading chamber 121 of each cassette to the outside of the apparatus. Take it out.
【0142】このようにして作製された珪素膜をTFT
の活性層とすれば、TFTの電気的特性のばらつきは少
なくなり、特性も向上する。
[実施例8]本実施例ではアクティブマトリクス基板の
作製方法について図8〜図11を用いて説明する。本明
細書ではCMOS回路、及び駆動回路と、画素TFT、
保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基
板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。The silicon film thus manufactured is used as a TFT.
If the active layer is used, the variation in the electrical characteristics of the TFT is reduced and the characteristics are improved. [Embodiment 8] In this embodiment, a method for manufacturing an active matrix substrate will be described with reference to FIGS. In this specification, a CMOS circuit, a driving circuit, a pixel TFT,
A substrate in which a pixel portion having a storage capacitor is formed over the same substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.
【0143】図8(A)に示すように本実施例ではコー
ニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに
代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノ
ホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板350を用
いる。なお、基板350としては、石英基板やシリコン
基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を
形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温
度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いて
もよい。As shown in FIG. 8A, in this embodiment, a substrate 350 made of glass such as barium borosilicate glass typified by Corning # 7059 glass or # 1737 glass or aluminoborosilicate glass is used. . Note that as the substrate 350, a quartz substrate, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless substrate on which an insulating film is formed may be used. Alternatively, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of this embodiment may be used.
【0144】次いで、基板350上に酸化珪素膜、窒化
珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地
膜351を形成する。本実施例では下地膜351として
2層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または2層以
上積層させた構造を用いても良い。下地膜351の一層
目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、N
H3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪
素膜351aを10〜200nm(好ましくは50〜1
00nm)形成する。本実施例では、膜厚50nmの酸
化窒化珪素膜351a(組成比Si=32%、O=27
%、N=24%、H=17%)を形成した。次いで、下
地膜351の2層目としては、プラズマCVD法を用
い、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸
化窒化珪素膜351bを50〜200nm(好ましくは
100〜150nm)の厚さに積層形成する。本実施例
では、膜厚100nmの酸化窒化珪素膜351b(組成
比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を
形成する。Next, a base film 351 made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film is formed on the substrate 350. Although a two-layer structure is used as the base film 351 in this embodiment, a single layer film of the insulating film or a structure in which two or more layers are stacked may be used. As the first layer of the base film 351, the plasma CVD method is used, and SiH 4 , N
A silicon oxynitride film 351a formed by using H 3 and N 2 O as reaction gases has a thickness of 10 to 200 nm (preferably 50 to 1).
00 nm). In this embodiment, a silicon oxynitride film 351a (composition ratio Si = 32%, O = 27) having a film thickness of 50 nm is used.
%, N = 24%, H = 17%). Next, as the second layer of the base film 351, a silicon oxynitride film 351b formed with SiH 4 and N 2 O as a reaction gas is formed to a thickness of 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm) by a plasma CVD method. Laminated to a thickness. In this embodiment, a 100-nm-thick silicon oxynitride film 351b (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) is formed.
【0145】次いで、下地膜上に半導体膜352を形成
する。半導体膜352は、非晶質構造を有する半導体膜
を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラ
ズマCVD法等)により25〜80nm(好ましくは3
0〜60nm)の厚さで成膜する。前記半導体膜352
としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶質半
導体膜などがある。本実施例では、プラズマCVD法を
用い、55nmの非晶質珪素膜を成膜する。Next, a semiconductor film 352 is formed on the base film. The semiconductor film 352 is a semiconductor film having an amorphous structure and has a thickness of 25 to 80 nm (preferably 3) by a known means (a sputtering method, an LPCVD method, a plasma CVD method, or the like).
A film having a thickness of 0 to 60 nm) is formed. The semiconductor film 352
Examples thereof include an amorphous semiconductor film, a microcrystalline semiconductor film, and a crystalline semiconductor film. In this embodiment, a plasma CVD method is used to form an amorphous silicon film having a thickness of 55 nm.
【0146】続いて、非晶質半導体膜にニッケル、パラ
ジウム、または鉛等の元素を微量に導入する。導入の方
法は、プラズマ処理や蒸着、イオン注入、スパッタ法、
溶液塗布等を利用すればよい。前記導入の後、例えば5
50℃の窒素雰囲気に4時間、非晶質半導体を置くと、
特性の良好な結晶質半導体膜が得られる。結晶化に最適
な加熱温度や加熱時間等は、前記元素の導入量や、非晶
質半導体膜の状態による。本実施例では、ニッケルを含
む溶液を非晶質珪素膜上に保持させ、この非晶質珪素膜
に脱水素化(500℃、1時間)を行なった後、熱結晶
化(550℃、4時間)を行なって結晶質珪素膜を形成
する。Subsequently, a trace amount of an element such as nickel, palladium, or lead is introduced into the amorphous semiconductor film. The method of introduction is plasma treatment, vapor deposition, ion implantation, sputtering,
Solution application or the like may be used. After the introduction, for example, 5
When the amorphous semiconductor is placed in a nitrogen atmosphere at 50 ° C. for 4 hours,
A crystalline semiconductor film having good characteristics can be obtained. The optimum heating temperature, heating time, and the like for crystallization depend on the amount of the element introduced and the state of the amorphous semiconductor film. In this embodiment, a solution containing nickel is held on an amorphous silicon film, the amorphous silicon film is dehydrogenated (500 ° C., 1 hour), and then thermally crystallized (550 ° C., 4 ° C.). Time) to form a crystalline silicon film.
【0147】さらに、本発明のレーザアニール前処理方
法およびレーザアニール処理方法を適用したレーザ結晶
化法により得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパタ
ーニングして、半導体層402〜406を形成する。Further, the crystalline semiconductor film obtained by the laser crystallization method to which the laser annealing pretreatment method and the laser annealing treatment method of the present invention are applied is patterned into a desired shape to form semiconductor layers 402 to 406. .
【0148】レーザ結晶化法において、パルス発振型ま
たは連続発振型のエキシマレーザやYAGレーザ、YV
O4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレ
ーザ、ルビーレーザ、Ti:サファイアレーザ等を用い
ることができる。これらのレーザを用いる場合には、レ
ーザ発振器から放射されたレーザビームを光学系で線状
に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶
化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシ
マレーザを用いる場合はパルス発振周波数300Hzと
し、レーザーエネルギー密度を100〜700mJ/c
m2(代表的には200〜300mJ/cm2)とする。ま
た、YAGレーザを用いる場合にはその第2高調波を用
いパルス発振周波数1〜300Hzとし、レーザーエネ
ルギー密度を300〜1000mJ/cm2 (代表的に
は350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅
100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光
したレーザ光を基板全面に渡って照射し、この時の線状
ビームの重ね合わせ率(オーバーラップ率)を50〜9
8%として行なってもよい。In the laser crystallization method, a pulse oscillation type or continuous oscillation type excimer laser, YAG laser, YV
O 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, glass laser, ruby laser, Ti: sapphire laser, etc. can be used. In the case of using these lasers, it is preferable to use a method in which a laser beam emitted from a laser oscillator is linearly condensed by an optical system and is applied to a semiconductor film. The crystallization conditions are appropriately selected by the practitioner, but when an excimer laser is used, the pulse oscillation frequency is 300 Hz and the laser energy density is 100 to 700 mJ / c.
m 2 (typically 200 to 300 mJ / cm 2 ). When a YAG laser is used, its second harmonic is used, the pulse oscillation frequency is set to 1 to 300 Hz, and the laser energy density is set to 300 to 1000 mJ / cm 2 (typically 350 to 500 mJ / cm 2 ). Then, a laser beam converged in a linear shape with a width of 100 to 1000 μm, for example, 400 μm is irradiated over the entire surface of the substrate, and the overlapping ratio (overlap ratio) of the linear beams at this time is 50 to 9
It may be performed as 8%.
【0149】本実施例では、実施例1と同様の方法でレ
ーザアニールの前処理として、フッ酸処理(エッチング
処理)を行い組成や膜厚の制御されていない自然酸化膜
および局在化した金属元素を取り除き、その後オゾン濃
度6〜15mg/lのオゾン水を用いてスピンコートに
より500rpmで20〜40秒程度のオゾン水による
酸化処理をすることにより10〜20Å程度の酸化珪素
膜を形成する。この後、実施例1と同様の方法でラムダ
社のXeClエキシマレーザ(波長308nm、パルス
幅30ns)L3308を使用して窒素雰囲気中でレー
ザビームを照射してレーザアニールを行う。このレーザ
発振器はパルス発振レーザを発し、500mJ/パルス
のエネルギーを出す能力を持っている。レーザビームの
サイズは、レーザビームの出口で10×30mm(共に
ビームプロファイルにおける半値幅)である。前記Xe
Clエキシマレーザを用い、図3のような光学系を経て
レーザビームを線状ビームに加工し、レーザアニールを
行う。そして、この結晶質珪素膜をフォトリソグラフィ
法を用いたパターニング処理によって、半導体層402
〜406を形成する。In this example, a hydrofluoric acid treatment (etching treatment) was performed as a pretreatment for laser annealing in the same manner as in Example 1, and a natural oxide film and a localized metal film whose composition and film thickness were not controlled were used. The element is removed, and thereafter, an oxidation treatment with ozone water having an ozone concentration of 6 to 15 mg / l is carried out by spin coating at 500 rpm for about 20 to 40 seconds to form a silicon oxide film of about 10 to 20 Å. After that, laser annealing is performed by irradiating a laser beam in a nitrogen atmosphere using a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 30 ns) L3308 manufactured by Lambda Corporation in the same manner as in Example 1. This laser oscillator emits a pulsed laser and has an ability to generate energy of 500 mJ / pulse. The size of the laser beam is 10 × 30 mm at the exit of the laser beam (both full width at half maximum in the beam profile). Xe
Using a Cl excimer laser, a laser beam is processed into a linear beam through an optical system as shown in FIG. 3, and laser annealing is performed. Then, the crystalline silicon film is subjected to a patterning process using a photolithography method to form the semiconductor layer 402.
To 406 are formed.
【0150】また、半導体層402〜406を形成した
後、TFTのしきい値を制御するために微量な不純物元
素(ボロンまたはリン)のドーピングを行なってもよ
い。After forming the semiconductor layers 402 to 406, a slight amount of impurity element (boron or phosphorus) may be doped in order to control the threshold value of the TFT.
【0151】次いで、半導体層402〜406を覆うゲ
ート絶縁膜407を形成する。ゲート絶縁膜407はプ
ラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜
150nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施
例では、プラズマCVD法により110nmの厚さで酸
化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、N=
7%、H=2%)で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸
化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む
絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。Next, a gate insulating film 407 which covers the semiconductor layers 402 to 406 is formed. The gate insulating film 407 is formed by a plasma CVD method or a sputtering method and has a thickness of 40 to
It is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 150 nm. In this embodiment, a silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N =) having a thickness of 110 nm is formed by the plasma CVD method.
7%, H = 2%). Of course, the gate insulating film is not limited to the silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a laminated structure.
【0152】また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラ
ズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)
とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300
〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度
0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することが
できる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その
後400〜500℃の熱アニールによりゲート絶縁膜と
して良好な特性を得ることができる。When a silicon oxide film is used, TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) is formed by the plasma CVD method.
And O 2 are mixed, reaction pressure 40 Pa, substrate temperature 300
It can be formed by discharging at a high frequency (13.56 MHz) power density of 0.5 to 0.8 W / cm 2 at a temperature of ˜400 ° C. The silicon oxide film thus manufactured can be provided with excellent characteristics as a gate insulating film by subsequent thermal annealing at 400 to 500 ° C.
【0153】次いで、ゲート絶縁膜407上に膜厚20
〜100nmの第1の導電膜408と、膜厚100〜4
00nmの第2の導電膜409とを積層形成する(図8
(B))。本実施例では、膜厚30nmのTaN膜から
なる第1の導電膜408と、膜厚370nmのW膜から
なる第2の導電膜409を積層形成した。TaN膜はス
パッタ法で形成し、Taのターゲットを用い、窒素を含
む雰囲気内でスパッタした。また、W膜は、Wのターゲ
ットを用いたスパッタ法で形成した。その他に6フッ化
タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成する
こともできる。いずれにしてもゲート電極として使用す
るためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は
20μΩcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒
を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、
W膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が
阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度
のW(純度99.9999%)のターゲットを用いたス
パッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入
がないように十分配慮してW膜を形成することにより、
抵抗率9〜20μΩcmを実現することができた。Then, a film having a thickness of 20 is formed on the gate insulating film 407.
A first conductive film 408 having a thickness of 100 nm and a thickness of 100 to 4
A second conductive film 409 having a thickness of 00 nm is formed by stacking (FIG. 8).
(B)). In this embodiment, a first conductive film 408 made of a TaN film having a film thickness of 30 nm and a second conductive film 409 made of a W film having a film thickness of 370 nm are laminated. The TaN film was formed by a sputtering method and was sputtered in a nitrogen-containing atmosphere using a Ta target. The W film was formed by the sputtering method using a W target. Alternatively, it can be formed by a thermal CVD method using tungsten hexafluoride (WF 6 ). In any case, it is necessary to reduce the resistance in order to use it as the gate electrode, and it is desirable that the resistivity of the W film be 20 μΩcm or less. Although the W film can be made low in resistivity by enlarging the crystal grains,
When the W film contains many impurity elements such as oxygen, crystallization is hindered and resistance is increased. Therefore, in the present embodiment, the W film is formed by the sputtering method using a high-purity W (purity 99.9999%) target, and with careful consideration that impurities are not mixed from the gas phase during film formation. By forming
A resistivity of 9 to 20 μΩcm could be realized.
【0154】なお、本実施例では、第1の導電膜408
をTaN、第2の導電膜409をWとしたが、特に限定
されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、
Cr、Ndから選ばれた元素、または前記元素を主成分
とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。
また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素
膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、AgP
dCu合金を用いてもよい。また、第1の導電膜をタン
タル(Ta)膜で形成し、第2の導電膜をW膜とする組
み合わせ、第1の導電膜を窒化チタン(TiN)膜で形
成し、第2の導電膜をW膜とする組み合わせ、第1の導
電膜を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電
膜をAl膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タン
タル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜をCu膜とす
る組み合わせとしてもよい。Note that in this embodiment, the first conductive film 408 is used.
Is TaN and the second conductive film 409 is W, but is not particularly limited, and Ta, W, Ti, Mo, Al, Cu,
It may be formed of an element selected from Cr or Nd, or an alloy material or a compound material containing the above element as a main component.
Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used. Also, AgP
You may use dCu alloy. In addition, the first conductive film is formed of a tantalum (Ta) film, the second conductive film is formed of a W film, and the first conductive film is formed of a titanium nitride (TiN) film. Is a W film, the first conductive film is a tantalum nitride (TaN) film, the second conductive film is an Al film, and the first conductive film is a tantalum nitride (TaN) film. The second conductive film may be a combination of Cu films.
【0155】次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジ
ストからなるマスク410〜415を形成し、電極及び
配線を形成するための第1のエッチング処理を行なう。
第1のエッチング処理では第1及び第2のエッチング条
件で行なう。(図8(C))本実施例では第1のエッチ
ング条件として、ICP(Inductively Coupled Plasm
a:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチ
ング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれの
ガス流量比を25/25/10(sccm)とし、1P
aの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.5
6MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチン
グを行った。ここでは、松下電器産業(株)製のICP
を用いたドライエッチング装置(Model E645−□
ICP)を用いた。基板側(試料ステージ)にも150
WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に
負の自己バイアス電圧を印加する。この第1のエッチン
グ条件によりW膜をエッチングして第1の導電層の端部
をテーパー形状とする。Next, masks 410 to 415 made of resist are formed by photolithography, and a first etching process for forming electrodes and wirings is performed.
The first etching process is performed under the first and second etching conditions. (FIG. 8C) In this embodiment, as the first etching condition, ICP (Inductively Coupled Plasm) is used.
a: inductively coupled plasma etching method, CF 4 , Cl 2 and O 2 are used as etching gases, and the flow rate ratio of each gas is set to 25/25/10 (sccm).
RF of 500 W (13.5
(6 MHz) power was applied to generate plasma for etching. Here, ICP manufactured by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Dry etching system (Model E645- □
ICP) was used. 150 on the substrate side (sample stage)
RF (13.56 MHz) power of W is applied and a substantially negative self-bias voltage is applied. The W film is etched under the first etching condition so that the end portion of the first conductive layer is tapered.
【0156】この後、レジストからなるマスク410〜
415を除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッ
チング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス
流量比を30/30(sccm)とし、1Paの圧力でコ
イル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電
力を投入してプラズマを生成して約30秒程度のエッチ
ングを行った。基板側(試料ステージ)にも20WのR
F(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自
己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第
2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度に
エッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残す
ことなくエッチングするためには、10〜20%程度の
割合でエッチング時間を増加させると良い。After that, the masks 410 to 410 made of resist are formed.
Without removing 415, the second etching condition is changed, CF 4 and Cl 2 are used as etching gases, and the gas flow rate ratio of each gas is set to 30/30 (sccm) to form a coil type electrode at a pressure of 1 Pa. An RF (13.56 MHz) power of 500 W was applied to generate plasma and etching was performed for about 30 seconds. 20W R on the substrate side (sample stage)
F (13.56 MHz) power is applied and a substantially negative self-bias voltage is applied. Under the second etching condition in which CF 4 and Cl 2 are mixed, the W film and the TaN film are etched to the same extent. Note that in order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, the etching time may be increased at a rate of about 10 to 20%.
【0157】上記第1のエッチング処理では、レジスト
からなるマスクの形状を適したものとすることにより、
基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電
層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。この
テーパー部の角度は15〜45°となる。こうして、第
1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層
から成る第1の形状の導電層417〜422(第1の導
電層417a〜422aと第2の導電層417b〜42
2b)を形成する。416はゲート絶縁膜であり、第1
の形状の導電層417〜422で覆われない領域は20
〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成さ
れる。In the first etching process, the shape of the mask made of resist is adjusted to
The edges of the first conductive layer and the second conductive layer are tapered due to the effect of the bias voltage applied to the substrate side. The angle of this tapered portion is 15 to 45 °. Thus, the first shape conductive layers 417 to 422 (first conductive layers 417a to 422a and second conductive layers 417b to 42) including the first conductive layer and the second conductive layer are formed by the first etching treatment.
2b) is formed. 416 is a gate insulating film,
The area not covered with the conductive layers 417 to 422 in the shape of 20 is 20
A thinned region is formed by etching about 50 nm.
【0158】次いで、レジストからなるマスクを除去せ
ずに第2のエッチング処理を行なう。(図8(D))こ
こでは、エッチングガスにCF4とCl2とO2とを用
い、W膜を選択的にエッチングする。この時、第2のエ
ッチング処理により第2の導電層428b〜433bを
形成する。一方、第1の導電層417a〜422aは、
ほとんどエッチングされず(428a〜433a)、第
2の形状の導電層428〜433を形成する。Then, a second etching process is performed without removing the resist mask. (FIG. 8 (D)) Here, the W film is selectively etched by using CF 4 , Cl 2, and O 2 as etching gas. At this time, the second conductive layers 428b to 433b are formed by the second etching treatment. On the other hand, the first conductive layers 417a to 422a are
Almost no etching is performed (428a to 433a), and the second shape conductive layers 428 to 433 are formed.
【0159】そして、レジストからなるマスクを除去せ
ずに第1のドーピング処理を行い、半導体層にn型を付
与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理
はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行なえば良
い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5
×1014/cm2とし、加速電圧を40〜80keVと
して行なう。本実施例ではドーズ量を1.5×1013/
cm2とし、加速電圧を60keVとして行なう。n型
を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型
的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここ
ではリン(P)を用いる。この場合、導電層428〜4
33がn型を付与する不純物元素に対するマスクとな
り、自己整合的に不純物領域423〜427が形成され
る。不純物領域423〜427には1×1018〜1×1
020/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を
添加する。レジストからなるマスクを除去した後、新た
にレジストからなるマスク434a〜434cを形成し
て第1のドーピング処理よりも高い加速電圧で第2のド
ーピング処理を行なう。イオンドープ法の条件はドーズ
量を1×1013〜1×1015/cm2とし、加速電圧を
60〜120keVとして行なう。ドーピング処理は第
2の導電層428b〜432bを不純物元素に対するマ
スクとして用い、第1の導電層のテーパー部の下方の半
導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングす
る。続いて、第2のドーピング処理より加速電圧を下げ
て第3のドーピング処理を行なって図9(A)の状態を
得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1015〜
1×1017/cm2とし、加速電圧を50〜100ke
Vとして行なう。第2のドーピング処理および第3のド
ーピング処理により、第1の導電層と重なる低濃度不純
物領域436、442、448には1×1018〜5×1
019/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を
添加され、高濃度不純物領域435、438、441、
444、447には1×1019〜5×1021/cm3の
濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加される。Then, the first doping process is performed without removing the resist mask, and the impurity element imparting n-type is added to the semiconductor layer at a low concentration. The doping treatment may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. The condition of the ion doping method is that the dose amount is 1 × 10 13 to 5
The acceleration voltage is set to × 10 14 / cm 2 and the acceleration voltage is set to 40 to 80 keV. In this embodiment, the dose amount is 1.5 × 10 13 /
cm 2 and accelerating voltage of 60 keV. An element belonging to Group 15 is used as the impurity element imparting n-type, typically phosphorus (P) or arsenic (As), but phosphorus (P) is used here. In this case, the conductive layers 428-4
33 serves as a mask for the impurity element imparting n-type, and the impurity regions 423 to 427 are formed in a self-aligned manner. The impurity regions 423 to 427 have 1 × 10 18 to 1 × 1.
An impurity element imparting n-type is added within a concentration range of 0 20 / cm 3 . After removing the masks made of resist, new masks 434a to 434c made of resist are formed, and the second doping process is performed at an acceleration voltage higher than that of the first doping process. The condition of the ion doping method is that the dose amount is 1 × 10 13 to 1 × 10 15 / cm 2 and the acceleration voltage is 60 to 120 keV. In the doping process, the second conductive layers 428b to 432b are used as a mask for the impurity element, and doping is performed so that the semiconductor layer below the tapered portion of the first conductive layer is added with the impurity element. Subsequently, the acceleration voltage is lowered from the second doping process and the third doping process is performed to obtain the state of FIG. The condition of the ion doping method is that the dose amount is 1 × 10 15 to
1 × 10 17 / cm 2 and accelerating voltage of 50 to 100 ke
Perform as V. By the second doping treatment and the third doping treatment, 1 × 10 18 to 5 × 1 are formed in the low-concentration impurity regions 436, 442, and 448 overlapping with the first conductive layer.
An impurity element imparting n-type conductivity is added in a concentration range of 0 19 / cm 3 , and high concentration impurity regions 435, 438, 441,
Impurity elements imparting n-type are added to 444 and 447 in a concentration range of 1 × 10 19 to 5 × 10 21 / cm 3 .
【0160】もちろん、適当な加速電圧を選ぶことで、
第2のドーピング処理および第3のドーピング処理で形
成される低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を、
1回のドーピング処理で行なうことも可能である。Of course, by selecting an appropriate acceleration voltage,
The low-concentration impurity region and the high-concentration impurity region formed by the second doping treatment and the third doping treatment,
It is also possible to perform the doping process once.
【0161】次いで、レジストからなるマスクを除去し
た後、新たにレジストからなるマスク450a〜450
cを形成して第4のドーピング処理を行なう。この第4
のドーピング処理により、pチャネル型TFTの活性層
となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与す
る不純物元素が添加された不純物領域451、453〜
455、457、459、460を形成する。第2の導
電層428a〜432aを不純物元素に対するマスクと
して用い、p型を付与する不純物元素を添加して自己整
合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領
域451、453〜455、457、459、460は
ジボラン(B2H6)を用いたイオンドープ法で形成す
る。(図9(B))この第4のドーピング処理の際に
は、nチャネル型TFTを形成する半導体層はレジスト
からなるマスク450a〜450cで一部覆われてい
る。第1乃至3のドーピング処理によって、不純物領域
438、439にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加さ
れているが、そのいずれの領域においてもp型を付与す
る不純物元素の濃度を1×1019〜5×1021atom
s/cm3となるようにドーピング処理することによ
り、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領
域として機能するために何ら問題は生じない。Next, after removing the resist masks, new resist masks 450a to 450a are formed.
c is formed and a fourth doping process is performed. This 4th
Impurity regions 451 and 453 in which an impurity element that imparts a conductivity type opposite to the one conductivity type is added to the semiconductor layer that becomes the active layer of the p-channel TFT by the doping process.
455, 457, 459 and 460 are formed. The second conductive layers 428a to 432a are used as masks for the impurity element, the impurity element imparting p-type conductivity is added, and the impurity regions are formed in a self-aligned manner. In this embodiment, the impurity regions 451, 453 to 455 to 455, 457, 459 and 460 are formed by an ion doping method using diborane (B 2 H 6 ). (FIG. 9B) At the time of the fourth doping process, the semiconductor layer forming the n-channel TFT is partially covered with masks 450a to 450c made of resist. Although phosphorus is added to the impurity regions 438 and 439 at different concentrations by the first to third doping processes, the concentration of the impurity element imparting p-type conductivity is set to 1 × 10 19 to 5 in any of the regions. × 10 21 atom
By performing the doping treatment so that the s / cm 3 is obtained, there is no problem because it functions as the source region and the drain region of the p-channel TFT.
【0162】以上までの工程で、それぞれの半導体層に
不純物領域が形成される。Through the above steps, the impurity regions are formed in the respective semiconductor layers.
【0163】次いで、レジストからなるマスク450a
〜450cを除去して第1の層間絶縁膜461を形成す
る。この第1の層間絶縁膜461としては、プラズマC
VD法またはスパッタ法を用い、厚さを100〜200
nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例で
は、プラズマCVD法により膜厚150nmの酸化窒化
珪素膜を形成した。勿論、第1の層間絶縁膜461は酸
化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む
絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。Next, a mask 450a made of resist.
To 450c are removed to form a first interlayer insulating film 461. As the first interlayer insulating film 461, plasma C is used.
The thickness is 100 to 200 using the VD method or the sputtering method.
It is formed of an insulating film containing silicon as nm. In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 150 nm is formed by a plasma CVD method. Of course, the first interlayer insulating film 461 is not limited to the silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a laminated structure.
【0164】次いで、図9(C)に示すように、加熱処
理を行なって、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半
導体層に添加された不純物元素の活性化を行なう。この
加熱処理はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法
で行なう。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm
以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で4
00〜700℃、代表的には500〜550℃で行えば
よく、本実施例では550℃、4時間の熱処理で活性化
処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザアニ
ール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA
法)を適用することができる。Next, as shown in FIG. 9C, heat treatment is performed to recover the crystallinity of the semiconductor layers and activate the impurity elements added to the respective semiconductor layers. This heat treatment is performed by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. As a thermal annealing method, oxygen concentration is 1 ppm
4 or less, preferably 0.1 ppm or less in a nitrogen atmosphere
The activation treatment may be performed at a temperature of 00 to 700 ° C., typically 500 to 550 ° C. In this embodiment, the heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours. In addition to the thermal annealing method, a laser annealing method or a rapid thermal annealing method (RTA
Law) can be applied.
【0165】なお、本実施例では、上記活性化処理と同
時に、結晶化の際に触媒として使用したニッケルが高濃
度のリンを含む不純物領域435、438、441、4
44、447を結晶化する。そのため、前記不純物領域
前記金属元素がゲッタリングされ、主にチャネル形成領
域となる半導体層中のニッケル濃度が低減される。この
ようにして作製したチャネル形成領域を有するTFTは
オフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効
果移動度が得られ、良好な特性を達成することができ
る。In the present embodiment, at the same time as the activation treatment, the impurity regions 435, 438, 441, 4 used as a catalyst during crystallization and containing nickel at a high concentration were used as a catalyst.
Crystallize 44, 447. Therefore, the metal element in the impurity region is gettered, and the concentration of nickel in the semiconductor layer mainly serving as the channel formation region is reduced. A TFT having a channel formation region manufactured in this manner has a low off-state current value and high crystallinity, whereby high field-effect mobility can be obtained and favorable characteristics can be achieved.
【0166】また、第1の層間絶縁膜を形成する前に加
熱処理を行なっても良い。ただし、用いた配線材料が熱
に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するた
め層間絶縁膜(珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化
珪素膜)を形成した後で活性化処理を行なうことが好ま
しい。Further, heat treatment may be performed before forming the first interlayer insulating film. However, when the wiring material used is weak against heat, activation is performed after forming an interlayer insulating film (insulating film containing silicon as a main component, for example, a silicon nitride film) to protect the wiring and the like as in this embodiment. It is preferable to carry out a chemical treatment.
【0167】そして、加熱処理(300〜550℃で1
〜12時間の熱処理)を行なうと水素化を行なうことが
できる。この工程は第1の層間絶縁膜461に含まれる
水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工
程である。第1の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層
を水素化することができる。水素化の他の手段として、
プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用い
る)や、3〜100%の水素を含む雰囲気中で300〜
450℃で1〜12時間の加熱処理を行っても良い。Then, heat treatment (1 at 300 to 550 ° C.)
Hydrogenation can be performed by performing a heat treatment for 12 hours. This step is a step of terminating the dangling bond of the semiconductor layer with hydrogen contained in the first interlayer insulating film 461. The semiconductor layer can be hydrogenated regardless of the presence of the first interlayer insulating film. As another means of hydrogenation,
Plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) or 300 to 300% in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen
You may heat-process at 450 degreeC for 1 to 12 hours.
【0168】また、活性化処理としてレーザアニール法
を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレ
ーザやYAGレーザ等のレーザビームを照射することが
望ましい。When the laser annealing method is used as the activation process, it is desirable to irradiate a laser beam such as an excimer laser or a YAG laser after performing the above hydrogenation.
【0169】次いで、第1の層間絶縁膜461上に無機
絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第2の層間絶
縁膜462を形成する。本実施例では、膜厚1.6μm
のアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が10〜1000
cp、好ましくは40〜200cpのものを用いる。ま
た、第2の層間絶縁膜462として表面が平坦化する膜
を用いてもよい。Next, a second interlayer insulating film 462 made of an inorganic insulating film material or an organic insulating material is formed on the first interlayer insulating film 461. In this embodiment, the film thickness is 1.6 μm
The acrylic resin film of
cp, preferably 40 to 200 cp is used. Alternatively, a film having a flat surface may be used as the second interlayer insulating film 462.
【0170】そして、駆動回路506において、各不純
物領域とそれぞれ電気的に接続する配線463〜467
を形成する。なお、これらの配線は、膜厚50nmのT
i膜と、膜厚500nmの合金膜(AlとTiとの合金
膜)との積層膜をパターニングして形成する。(図1
0)また、画素部507においては、画素電極470、
ゲート配線469、接続電極468を形成する。この接
続電極468によりソース配線(443aと443bの
積層)は、画素TFT504と電気的な接続が形成され
る。また、ゲート配線469は、画素TFTのゲート電
極と電気的な接続が形成される。また、画素電極470
は、画素TFTのドレイン領域と電気的な接続が形成さ
れ、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能す
る半導体層406と電気的な接続が形成される。また、
画素電極470としては、AlまたはAgを主成分とす
る膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を
用いることが望ましい。なお、画素電極470としてI
TOのような透明導電膜を用いることができる。Then, in the drive circuit 506, wirings 463 to 467 electrically connected to the respective impurity regions.
To form. Note that these wirings have a thickness of 50 nm.
A laminated film of an i film and an alloy film (alloy film of Al and Ti) having a film thickness of 500 nm is formed by patterning. (Fig. 1
0) Further, in the pixel portion 507, the pixel electrode 470,
A gate wiring 469 and a connection electrode 468 are formed. By this connection electrode 468, the source wiring (a stack of 443a and 443b) is electrically connected to the pixel TFT 504. The gate wiring 469 is electrically connected to the gate electrode of the pixel TFT. In addition, the pixel electrode 470
Are electrically connected to the drain region of the pixel TFT, and further electrically connected to the semiconductor layer 406 which functions as one electrode forming a storage capacitor. Also,
As the pixel electrode 470, it is desirable to use a material having excellent reflectivity such as a film containing Al or Ag as a main component, or a laminated film thereof. The pixel electrode 470 is I
A transparent conductive film such as TO can be used.
【0171】以上の様にして、nチャネル型TFT50
1とpチャネル型TFT502からなるCMOS回路5
08、及びnチャネル型TFT503を有する駆動回路
506と、画素TFT504、保持容量505とを有す
る画素部507を同一基板上に形成することができる。
こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。As described above, the n-channel TFT 50
1 and a p-channel TFT 502 CMOS circuit 5
The driver circuit 506 including the 08 and the n-channel TFT 503, and the pixel portion 507 including the pixel TFT 504 and the storage capacitor 505 can be formed over the same substrate.
Thus, the active matrix substrate is completed.
【0172】駆動回路506のnチャネル型TFT50
1はチャネル形成領域437、ゲート電極の一部を構成
する第1の導電層428aと重なる低濃度不純物領域4
36(GOLD領域)、ソース領域またはドレイン領域
として機能する高濃度不純物領域452と、n型を付与
する不純物元素およびp型を付与する不純物元素が導入
された不純物領域451を有している。このnチャネル
型TFT501と電極466で接続してCMOS回路5
08を形成するpチャネル型TFT502にはチャネル
形成領域440、ソース領域またはドレイン領域として
機能する高濃度不純物領域454と、n型を付与する不
純物元素およびp型を付与する不純物元素が導入された
不純物領域453及び454を有している。また、nチ
ャネル型TFT503にはチャネル形成領域443、ゲ
ート電極の一部を構成する第1の導電層430aと重な
る低濃度不純物領域442(GOLD領域)、ソース領
域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域
456と、n型を付与する不純物元素およびp型を付与
する不純物元素が導入された不純物領域455を有して
いる。N-channel TFT 50 of drive circuit 506
Reference numeral 1 denotes a channel formation region 437, and a low-concentration impurity region 4 overlapping with the first conductive layer 428a forming part of the gate electrode.
36 (GOLD region), a high-concentration impurity region 452 functioning as a source region or a drain region, and an impurity region 451 in which an impurity element imparting n-type and an impurity element imparting p-type are introduced. The n-channel TFT 501 is connected to the electrode 466 to connect to the CMOS circuit 5.
A channel formation region 440, a high-concentration impurity region 454 functioning as a source region or a drain region, an impurity element imparting n-type conductivity, and an impurity element imparting p-type conductivity are introduced into the p-channel TFT 502 forming 08. It has regions 453 and 454. Further, in the n-channel TFT 503, a channel forming region 443, a low concentration impurity region 442 (GOLD region) overlapping with the first conductive layer 430a forming a part of a gate electrode, and a high concentration impurity functioning as a source region or a drain region. It has a region 456 and an impurity region 455 into which an impurity element imparting n-type conductivity and an impurity element imparting p-type conductivity are introduced.
【0173】画素部の画素TFT504にはチャネル形
成領域446、ゲート電極の外側に形成される低濃度不
純物領域445(LDD領域)、ソース領域またはドレ
イン領域として機能する高濃度不純物領域458と、n
型を付与する不純物元素およびp型を付与する不純物元
素が導入された不純物領域457を有している。また、
保持容量505の一方の電極として機能する半導体層に
は、n型を付与する不純物元素およびp型を付与する不
純物元素が添加されている。保持容量505は、絶縁膜
416を誘電体として、電極(432aと432bの積
層)と、半導体層とで形成している。本実施例の画素構
造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極
間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース
配線と重なるように配置形成する。In the pixel TFT 504 of the pixel portion, a channel forming region 446, a low concentration impurity region 445 (LDD region) formed outside the gate electrode, a high concentration impurity region 458 functioning as a source region or a drain region, and n are formed.
It has an impurity region 457 into which an impurity element imparting a type and an impurity element imparting a p-type are introduced. Also,
An impurity element imparting n-type conductivity and an impurity element imparting p-type conductivity are added to the semiconductor layer functioning as one electrode of the storage capacitor 505. The storage capacitor 505 is formed of an electrode (a stack of 432a and 432b) and a semiconductor layer using the insulating film 416 as a dielectric. In the pixel structure of the present embodiment, the end portion of the pixel electrode is arranged and formed so as to overlap the source wiring so that the gap between the pixel electrodes is shielded without using the black matrix.
【0174】また、本実施例で作製するアクティブマト
リクス基板の画素部の上面図を図11に示す。なお、図
8〜図11に対応する部分には同じ符号を用いている。
図10中の鎖線A−A’は図11中の鎖線A―A’で切
断した断面図に対応している。また、図10中の鎖線B
−B’は図11中の鎖線B―B’で切断した断面図に対
応している。FIG. 11 is a top view of the pixel portion of the active matrix substrate manufactured in this example. The same reference numerals are used for the portions corresponding to FIGS.
The chain line AA ′ in FIG. 10 corresponds to the cross-sectional view taken along the chain line AA ′ in FIG. 11. Also, a chain line B in FIG.
-B 'corresponds to the cross-sectional view taken along the chain line BB' in FIG.
【0175】なお、本実施例は実施例1〜4及び実施例
6〜7のいずれか一と自由に組み合わせることが可能で
ある。
[実施例9]本実施例では、実施例8で作製したアクテ
ィブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製す
る工程を以下に説明する。説明には図12を用いる。It should be noted that this embodiment can be freely combined with any one of Embodiments 1 to 4 and Embodiments 6 to 7. [Embodiment 9] In this embodiment, a process of manufacturing a reflective liquid crystal display device from the active matrix substrate manufactured in Embodiment 8 will be described below. FIG. 12 is used for the description.
【0176】まず、実施例8に従い、図10の状態のア
クティブマトリクス基板を得た後、図10のアクティブ
マトリクス基板上、少なくとも画素電極470上に配向
膜567を形成しラビング処理を行なう。なお、本実施
例では配向膜567を形成する前に、アクリル樹脂膜等
の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔
を保持するための柱状のスペーサ572を所望の位置に
形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペ
ーサを基板全面に散布してもよい。First, according to the eighth embodiment, after obtaining the active matrix substrate in the state of FIG. 10, an alignment film 567 is formed on at least the pixel electrode 470 on the active matrix substrate of FIG. 10 and rubbing treatment is performed. In this embodiment, before forming the alignment film 567, the organic resin film such as the acrylic resin film is patterned to form the columnar spacers 572 for holding the substrate distance at desired positions. Further, spherical spacers may be dispersed over the entire surface of the substrate instead of the columnar spacers.
【0177】次いで、対向基板569を用意する。次い
で、対向基板569上に着色層570、571、平坦化
膜573を形成する。赤色の着色層と青色の着色層とを
重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色
の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。Next, a counter substrate 569 is prepared. Next, the coloring layers 570 and 571 and the planarization film 573 are formed over the counter substrate 569. The red colored layer and the blue colored layer are overlapped to form a light shielding part. In addition, the light-shielding portion may be formed by partially overlapping the red colored layer and the green colored layer.
【0178】本実施例では、実施例8に示す基板を用い
ている。従って、実施例8の画素部の上面図を示す図1
1では、少なくともゲート配線469と画素電極470
の間隙と、ゲート配線469と接続電極468の間隙
と、接続電極468と画素電極470の間隙を遮光する
必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に
着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を
配置して、対向基板を貼り合わせた。In this example, the substrate shown in Example 8 is used. Therefore, FIG. 1 showing a top view of the pixel portion of the eighth embodiment.
1, at least the gate wiring 469 and the pixel electrode 470.
It is necessary to shield light from the gap between the gate wiring 469 and the connection electrode 468, and the gap between the connection electrode 468 and the pixel electrode 470. In this example, the colored layers were arranged so that the light-shielding portions formed by stacking the colored layers were overlapped with each other at the positions where they should be shielded, and the counter substrates were bonded together.
【0179】このように、ブラックマスク等の遮光層を
形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層から
なる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能
とした。As described above, the number of steps can be reduced by forming a light-shielding portion formed of a stack of colored layers so as to shield the gaps between pixels without forming a light-shielding layer such as a black mask.
【0180】次いで、平坦化膜573上に透明導電膜か
らなる対向電極576を少なくとも画素部に形成し、対
向基板の全面に配向膜574を形成し、ラビング処理を
施した。Next, a counter electrode 576 made of a transparent conductive film was formed on the flattening film 573 at least in the pixel portion, an alignment film 574 was formed on the entire surface of the counter substrate, and a rubbing treatment was performed.
【0181】そして、画素部と駆動回路が形成されたア
クティブマトリクス基板と対向基板とをシール材568
で貼り合わせる。シール材568にはフィラーが混入さ
れていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な
間隔を持って2枚の基板が貼り合わせられる。その後、
両基板の間に液晶材料575を注入し、封止剤(図示せ
ず)によって完全に封止する。液晶材料575には公知
の液晶材料を用いれば良い。このようにして図12に示
す反射型液晶表示装置が完成する。なお、画素電極に透
明導電膜を用いた場合には、透過型液晶表示装置を作る
ことも可能である。そして、必要があれば、アクティブ
マトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断す
る。さらに、対向基板のみに偏光板(図示しない)を貼
りつけた。そして、公知の技術を用いてFPCを貼りつ
けた。Then, a sealing material 568 is formed between the active matrix substrate on which the pixel portion and the driving circuit are formed and the counter substrate.
Stick together. A filler is mixed in the sealing material 568, and the two substrates are bonded to each other with a uniform interval by the filler and the columnar spacers. afterwards,
A liquid crystal material 575 is injected between both substrates and completely sealed with a sealant (not shown). A known liquid crystal material may be used as the liquid crystal material 575. In this way, the reflection type liquid crystal display device shown in FIG. 12 is completed. When a transparent conductive film is used for the pixel electrode, a transmissive liquid crystal display device can be manufactured. Then, if necessary, the active matrix substrate or the counter substrate is cut into a desired shape. Further, a polarizing plate (not shown) was attached only to the counter substrate. Then, the FPC was attached using a known technique.
【0182】また、本実施例は実施例1〜4及び実施例
6〜8のいずれか一と自由に組み合わせることが可能で
あり、以上のようにして作製される液晶表示パネルは各
種電気器具の表示部として用いることができる。
[実施例10]本発明を適用して、本願発明を実施して
形成されたCMOS回路や画素部は様々な電気光学装置
(アクティブマトリクス型液晶ディスプレイともいう)
に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表
示部に組み込んだ電気器具全てに本発明を実施できる。Further, this embodiment can be freely combined with any one of Embodiments 1 to 4 and Embodiments 6 to 8. The liquid crystal display panel manufactured as described above can be used for various electric appliances. It can be used as a display unit. [Embodiment 10] Various electro-optical devices (also referred to as active matrix type liquid crystal displays) for CMOS circuits and pixel portions formed by implementing the present invention by applying the present invention.
Can be used for. That is, the present invention can be applied to all electric appliances in which the electro-optical device is incorporated in the display section.
【0183】その様な電気器具としては、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウント
ディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲ
ーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携
帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電
子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図13、
図14及び図15に示す。Examples of such electric appliances include video cameras, digital cameras, projectors, head mounted displays (goggles type displays), car navigations, car stereos, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.). ) And the like. Examples of those are shown in FIG.
This is shown in FIGS. 14 and 15.
【0184】図13(A)はパーソナルコンピュータで
あり、本体3001、画像入力部3002、表示部30
03、キーボード3004等を含む。本発明を表示部3
003に適用することができる。FIG. 13A shows a personal computer, which has a main body 3001, an image input section 3002, and a display section 30.
03, keyboard 3004 and the like. Display unit 3 of the present invention
003 can be applied.
【0185】図13(B)はビデオカメラであり、本体
3101、表示部3102、音声入力部3103、操作
スイッチ3104、バッテリー3105、受像部310
6等を含む。本発明を表示部3102に適用することが
できる。FIG. 13B shows a video camera, which includes a main body 3101, a display portion 3102, a voice input portion 3103, operation switches 3104, a battery 3105, and an image receiving portion 310.
Including 6 etc. The present invention can be applied to the display portion 3102.
【0186】図13(C)はモバイルコンピュータ(モ
ービルコンピュータ)であり、本体3201、カメラ部
3202、受像部3203、操作スイッチ3204、表
示部3205等を含む。本発明は表示部3205に適用
できる。FIG. 13C shows a mobile computer (mobile computer), which includes a main body 3201, a camera portion 3202, an image receiving portion 3203, operation switches 3204, a display portion 3205, and the like. The present invention can be applied to the display portion 3205.
【0187】図13(D)はゴーグル型ディスプレイで
あり、本体3301、表示部3302、アーム部330
3等を含む。本発明は表示部3302に適用することが
できる。FIG. 13D shows a goggle type display, which includes a main body 3301, a display portion 3302 and an arm portion 330.
Including 3 etc. The present invention can be applied to the display portion 3302.
【0188】図13(E)はプログラムを記録した記録
媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであ
り、本体3401、表示部3402、スピーカ部340
3、記録媒体3404、操作スイッチ3405等を含
む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(D
igtial Versatile Disc)、CD
等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネッ
トを行なうことができる。本発明は表示部3402に適
用することができる。FIG. 13E shows a player using a recording medium (hereinafter, referred to as a recording medium) in which a program is recorded, which is a main body 3401, a display portion 3402, a speaker portion 340.
3, a recording medium 3404, operation switches 3405 and the like. This player uses a DVD (D
optical Versatile Disc), CD
You can enjoy listening to music, watching movies, playing games, and using the Internet. The present invention can be applied to the display portion 3402.
【0189】図13(F)はデジタルカメラであり、本
体3501、表示部3502、接眼部3503、操作ス
イッチ3504、受像部(図示しない)等を含む。本発
明を表示部3502に適用することができる。FIG. 13F shows a digital camera, which includes a main body 3501, a display portion 3502, an eyepiece portion 3503, operation switches 3504, an image receiving portion (not shown) and the like. The present invention can be applied to the display portion 3502.
【0190】図14(A)はフロント型プロジェクター
であり、投射装置3601、スクリーン3602等を含
む。本発明は投射装置3601の一部を構成する液晶表
示装置3808やその他の駆動回路に適用することがで
きる。FIG. 14A shows a front type projector including a projection device 3601, a screen 3602 and the like. The present invention can be applied to the liquid crystal display device 3808 which constitutes a part of the projection device 3601 and other drive circuits.
【0191】図14(B)はリア型プロジェクターであ
り、本体3701、投射装置3702、ミラー370
3、スクリーン3704等を含む。本発明は投射装置2
702の一部を構成する液晶表示装置3808やその他
の駆動回路に適用することができる。FIG. 14B shows a rear type projector, which includes a main body 3701, a projection device 3702, and a mirror 370.
3, screen 3704 and the like. The present invention is a projection device 2
The invention can be applied to the liquid crystal display device 3808 which forms a part of 702 and other driver circuits.
【0192】なお、図14(C)は、図14(A)及び
図14(B)中における投射装置3601、3702の
構造の一例を示した図である。投射装置3601、37
02は、光源光学系3801、ミラー3802、380
4〜3806、ダイクロイックミラー3803、プリズ
ム3807、液晶表示装置3808、位相差板380
9、投射光学系3810で構成される。投射光学系38
10は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施
例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単
板式であってもよい。また、図14(C)中において矢
印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機
能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィル
ム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。Note that FIG. 14C is a diagram showing an example of the structure of the projection devices 3601 and 3702 in FIGS. 14A and 14B. Projection devices 3601, 37
02 is a light source optical system 3801, mirrors 3802, 380
4 to 3806, dichroic mirror 3803, prism 3807, liquid crystal display device 3808, retardation plate 380.
9, a projection optical system 3810. Projection optical system 38
Reference numeral 10 is composed of an optical system including a projection lens. Although the present embodiment shows an example of a three-plate type, it is not particularly limited and may be, for example, a single-plate type. In addition, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, and an IR film in the optical path indicated by an arrow in FIG. 14C. Good.
【0193】また、図14(D)は、図14(C)中に
おける光源光学系3801の構造の一例を示した図であ
る。本実施例では、光源光学系3801は、リフレクタ
ー2811、光源3812、レンズアレイ3813、3
814、偏光変換素子2815、集光レンズ3816で
構成される。なお、図14(D)に示した光源光学系は
一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に
実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィル
ムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光
学系を設けてもよい。Further, FIG. 14D is a diagram showing an example of the structure of the light source optical system 3801 in FIG. 14C. In this embodiment, the light source optical system 3801 includes a reflector 2811, a light source 3812, a lens array 3813, and a lens array 3813.
814, a polarization conversion element 2815, and a condenser lens 3816. The light source optical system shown in FIG. 14D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, and an IR film in the light source optical system.
【0194】ただし、図14に示したプロジェクターに
おいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示して
おり、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は
図示していない。However, the projector shown in FIG. 14 shows a case where a transmissive electro-optical device is used, and an application example in a reflective electro-optical device and a light emitting device is not shown.
【0195】図15(A)は携帯電話であり、本体39
01、音声出力部3902、音声入力部3903、表示
部3904、操作スイッチ3905、アンテナ3906
等を含む。本発明を表示部3904に適用することがで
きる。FIG. 15A shows a mobile phone, which is a main body 39.
01, voice output unit 3902, voice input unit 3903, display unit 3904, operation switch 3905, antenna 3906
Including etc. The present invention can be applied to the display portion 3904.
【0196】図15(B)は携帯書籍(電子書籍)であ
り、本体4001、表示部4002、4003、記憶媒
体4004、操作スイッチ4005、アンテナ4006
等を含む。本発明は表示部4002、4003に適用す
ることができる。FIG. 15B shows a portable book (electronic book) including a main body 4001, display portions 4002 and 4003, a storage medium 4004, operation switches 4005, an antenna 4006.
Including etc. The present invention can be applied to the display portions 4002 and 4003.
【0197】図15(C)はディスプレイであり、本体
4101、支持台4102、表示部4103等を含む。
本発明は表示部4103に適用することができる。本発
明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利
であり、対角10インチ以上(特に30インチ以上)の
ディスプレイには有利である。FIG. 15C shows a display, which includes a main body 4101, a support base 4102, a display portion 4103, and the like.
The present invention can be applied to the display portion 4103. The display of the present invention is particularly advantageous when it has a large screen, and is advantageous for a display having a diagonal of 10 inches or more (particularly 30 inches or more).
【0198】以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広
く、あらゆる分野の電気器具に適用することが可能であ
る。また、本実施例の電気器具は実施例1〜4及び実施
例6〜10のどのような組み合わせからなる構成を用い
ても実現することができる。As described above, the applicable range of the present invention is extremely wide, and the present invention can be applied to electric appliances of various fields. In addition, the electric device of the present embodiment can be realized by using a configuration including any combination of Embodiments 1 to 4 and Embodiments 6 to 10.
【0199】[0199]
【本発明の効果】本発明の構成を採用することにより、
以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
(a)本発明により得られた結晶質半導体膜を基にTFT
を作製すると、前記TFTの電気的特性のばらつきは少
なくなる。
(b)本発明により得られた結晶質半導体膜を基にTFT
を作製すると、前記TFTの電気的特性は向上される。
(c)本発明のレーザ処理装置を用いると、生産性及びス
ループットの低下を最小限に抑えることができる。By adopting the structure of the present invention,
The following basic significance can be obtained. (a) TFT based on the crystalline semiconductor film obtained by the present invention
When the above is manufactured, variations in electrical characteristics of the TFT are reduced. (b) TFT based on the crystalline semiconductor film obtained by the present invention
Is produced, the electrical characteristics of the TFT are improved. (c) By using the laser processing apparatus of the present invention, it is possible to minimize a decrease in productivity and throughput.
【図1】 (A)本発明の工程表
(B)本発明のTFT特性のレーザアニール前処理依存
性を示す図。FIG. 1A is a process chart of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing dependence of TFT characteristics of the present invention on pretreatment by laser annealing.
【図2】 本実施形態1及び本実施例1〜3の作製工程
を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the first embodiment and the first to third examples.
【図3】 本発明のレーザビームを線状ビームに加工す
る光学系の上面図及び断面図。3A and 3B are a top view and a cross-sectional view of an optical system for processing a laser beam of the present invention into a linear beam.
【図4】 本実施形態2及び本実施例4の作製工程を示
す断面図。4A to 4C are cross-sectional views showing a manufacturing process of Embodiment Mode 2 and Embodiment Example 4;
【図5】 本発明のレーザ処理装置の一例。FIG. 5 shows an example of a laser processing apparatus of the present invention.
【図6】 本実施例6の作製工程を示す断面図。6A to 6C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a sixth embodiment.
【図7】 本実施例7の作製工程を示す断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the seventh embodiment.
【図8】 実施例8の画素TFT、駆動回路のTFTの
作製工程を示す断面図。8A to 8C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a pixel TFT and a driver circuit TFT of Example 8.
【図9】 実施例8の画素TFT、駆動回路のTFTの
作製工程を示す断面図。9A to 9C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a pixel TFT and a driver circuit TFT of Example 8. FIGS.
【図10】 実施例8の画素TFT、駆動回路のTFT
の作製工程を示す断面図。FIG. 10: Pixel TFT of Example 8, TFT of drive circuit
6A to 6D are cross-sectional views showing a manufacturing process of.
【図11】 実施例8の画素部の画素を示す上面図。FIG. 11 is a top view showing a pixel of a pixel portion of Example 8.
【図12】 実施例9のアクティブマトリクス型液晶表
示装置の作製工程を示す断面図。12A and 12B are cross-sectional views showing a manufacturing process of an active matrix liquid crystal display device of Example 9.
【図13】 実施例10の電気機器の一例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an example of an electric device according to a tenth embodiment.
【図14】 実施例10の電気機器一例を示す図。FIG. 14 is a diagram showing an example of an electric device according to a tenth embodiment.
【図15】 実施例10の電気機器の一例を示す図。FIG. 15 is a diagram showing an example of an electric device according to a tenth embodiment.
【図16】 本発明の半導体膜のEBSP評価結果。FIG. 16 shows the EBSP evaluation results of the semiconductor film of the present invention.
【図17】 従来のLPS膜のEBSP評価結果。FIG. 17 is an EBSP evaluation result of a conventional LPS film.
【図18】 本発明の半導体膜のSEM観察結果。FIG. 18 is an SEM observation result of the semiconductor film of the present invention.
【図19】 本発明のS値とドメインサイズの関係。FIG. 19 shows the relationship between the S value and the domain size of the present invention.
【図20】 本発明の移動度とドメインサイズの関係。FIG. 20 shows the relationship between mobility and domain size according to the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧田 直樹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 松尾 拓哉 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F052 AA02 AA11 AA17 BA01 BA07 BA18 BB01 BB02 BB04 BB05 BB07 DA01 DA02 DA03 DB02 DB03 DB07 EA01 FA06 FA19 JA01 5F110 AA17 BB02 BB04 CC02 DD01 DD02 DD03 DD05 DD13 DD14 DD15 DD17 EE01 EE02 EE03 EE04 EE06 EE14 EE23 EE28 EE44 EE45 FF02 FF04 FF09 FF12 FF28 FF30 GG02 GG13 GG25 GG32 GG43 GG45 GG47 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL04 HL06 HL11 HM15 NN03 NN04 NN22 NN27 NN34 NN35 NN72 NN73 PP01 PP03 PP04 PP05 PP06 PP10 PP13 PP29 PP31 PP34 QQ04 QQ09 QQ23 QQ24 QQ25 QQ28 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Naoki Makita 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside the company (72) Inventor Takuya Matsuo 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside the company F-term (reference) 5F052 AA02 AA11 AA17 BA01 BA07 BA18 BB01 BB02 BB04 BB05 BB07 DA01 DA02 DA03 DB02 DB03 DB07 EA01 FA06 FA19 JA01 5F110 AA17 BB02 BB04 CC02 DD01 DD02 DD03 DD05 DD13 DD14 DD15 DD17 EE01 EE02 EE03 EE04 EE06 EE14 EE23 EE28 EE44 EE45 FF02 FF04 FF09 FF12 FF28 FF30 GG02 GG13 GG25 GG32 GG43 GG45 GG47 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL04 HL06 HL11 HM15 NN03 NN04 NN22 NN27 NN34 NN35 NN72 NN73 PP01 PP03 PP04 PP05 PP06 PP10 PP13 PP29 PP31 PP34 QQ04 QQ09 QQ23 QQ24 QQ25 QQ28
Claims (27)
元素を導入する第1の工程と、 前記非晶質半導体膜に加熱処理を施し第1の結晶質半導
体膜を形成する第2の工程と、 前記第1の結晶質半導体膜表面に形成された酸化膜を除
去する第3の工程と、 前記第1の結晶質半導体膜に有機物除去効果のある酸化
処理を施し清浄な酸化膜を形成する第4の工程と、 前記第1の結晶質半導体膜に不活性雰囲気中にてレーザ
ビームを照射して第2の結晶質半導体膜を形成する第5
の工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。1. A first step of introducing a metal element into an amorphous semiconductor film formed on a substrate, and a heat treatment of the amorphous semiconductor film to form a first crystalline semiconductor film. Step 2, a third step of removing the oxide film formed on the surface of the first crystalline semiconductor film, and a clean oxidation by applying an oxidation treatment having an organic substance removing effect to the first crystalline semiconductor film. A fourth step of forming a film; and a fifth step of forming a second crystalline semiconductor film by irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam in an inert atmosphere.
And a step of manufacturing a semiconductor device.
元素を導入する第1の工程と、 前記非晶質半導体膜に加熱処理を施し第1の結晶質半導
体膜を形成する第2の工程と、 前記第1の結晶質半導体膜表面に形成された酸化膜を除
去する第3の工程と、 前記第1の結晶質半導体膜に有機物除去効果のある酸化
処理を施し清浄な酸化膜を形成する第4の工程と、 前記第1の結晶質半導体膜に酸素濃度20ppm以下の
不活性気体雰囲気中にてレーザビームを照射して第2の
結晶質半導体膜を形成する第5の工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。2. A first step of introducing a metal element into an amorphous semiconductor film formed on a substrate, and a heat treatment of the amorphous semiconductor film to form a first crystalline semiconductor film. Step 2, a third step of removing the oxide film formed on the surface of the first crystalline semiconductor film, and a clean oxidation by applying an oxidation treatment having an organic substance removing effect to the first crystalline semiconductor film. A fourth step of forming a film, and a fifth step of forming a second crystalline semiconductor film by irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
元素を導入する第1の工程と、 前記非晶質半導体膜に加熱処理を施し第1の結晶質半導
体膜を形成する第2の工程と、 前記第1の結晶質半導体膜表面に形成された酸化膜を除
去する第3の工程と、 前記第1の結晶質半導体膜に有機物除去効果のある酸化
処理を施し清浄な酸化膜を形成する第4の工程と、 前記第1の結晶質半導体膜に酸素濃度20ppm以下の
不活性気体雰囲気中にてレーザビームを照射して第2の
結晶質半導体膜を形成する第5の工程と、 前記第2の結晶質半導体膜表面に形成された酸化膜を除
去する第6の工程と、 前記第2の結晶質半導体膜に酸素濃度20ppm以下の
不活性気体雰囲気中にてレーザビームを照射する第7の
工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。3. A first step of introducing a metal element into an amorphous semiconductor film formed on a substrate, and a heat treatment of the amorphous semiconductor film to form a first crystalline semiconductor film. Step 2, a third step of removing the oxide film formed on the surface of the first crystalline semiconductor film, and a clean oxidation by applying an oxidation treatment having an organic substance removing effect to the first crystalline semiconductor film. A fourth step of forming a film, and a fifth step of forming a second crystalline semiconductor film by irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less. A sixth step of removing an oxide film formed on the surface of the second crystalline semiconductor film, and a laser beam in the second crystalline semiconductor film in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less. And a seventh step of irradiating Manufacturing method of semiconductor device.
いて、前記第3の工程は、フッ酸により酸化膜を除去す
る工程であり、前記第4の工程は、オゾン水を塗布する
ことにより酸化膜を形成する工程であることを特徴とす
る半導体装置の作製方法。4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the third step is a step of removing an oxide film with hydrofluoric acid, and the fourth step is applying ozone water. A method for manufacturing a semiconductor device, which is a step of forming an oxide film thereby.
いて、前記第3の工程は、フッ酸により酸化膜を除去す
る工程であり、前記第4の工程は、UV光を照射するこ
とにより酸化膜を形成する工程であることを特徴とする
半導体装置の作製方法。5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the third step is a step of removing an oxide film with hydrofluoric acid, and the fourth step is irradiation with UV light. A method for manufacturing a semiconductor device, which is a step of forming an oxide film thereby.
いて、前記第3の工程は、フッ酸により酸化膜を除去す
る工程であり、前記第4の工程は、硫酸過水を塗布する
ことにより酸化膜を形成する工程であることを特徴とす
る半導体装置の作製方法。6. The method according to claim 1, wherein the third step is a step of removing an oxide film with hydrofluoric acid, and the fourth step is applying a sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture. A method for manufacturing a semiconductor device, which is a step of forming an oxide film by performing the above.
いて、前記不活性気体雰囲気は、窒素、水素または希ガ
スのいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製
方法。7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the inert gas atmosphere is nitrogen, hydrogen, or a rare gas.
いて、前記金属元素は、Ni、Pd、Pt、Cu、A
g、Au、Al、In、SnまたはPdから選ばれた一
種または複数種類の元素であることを特徴とする半導体
装置の作製方法。8. The metal element according to claim 1, wherein the metal element is Ni, Pd, Pt, Cu or A.
A method of manufacturing a semiconductor device, which is one or more kinds of elements selected from g, Au, Al, In, Sn, or Pd.
いて、前記金属元素は、8族、11族、13族、14族
または15族元素から選ばれた一種または複数種類の元
素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。9. The metal element according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal element is one or more kinds of elements selected from Group 8, Group 11, Group 13, Group 14 or Group 15 elements. A method for manufacturing a semiconductor device, including:
おいて、前記非晶質半導体膜とは、非晶質珪素膜である
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the amorphous semiconductor film is an amorphous silicon film.
おいて、前記第1の結晶質半導体膜とは、結晶質珪素膜
であることを特徴とする半導体装置の作製方法。11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first crystalline semiconductor film is a crystalline silicon film.
おいて、前記第2の結晶質半導体膜とは、結晶質珪素膜
であることを特徴とする半導体装置の作製方法。12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second crystalline semiconductor film is a crystalline silicon film.
膜表面に形成された酸化膜の除去を行う酸化膜除去室
と、 前記第1の結晶質半導体膜表面の有機物を除去し酸化処
理を施す酸化処理室と、 前記第1の結晶質半導体膜にレーザビームの照射を行っ
て第2の結晶質半導体膜を形成するレーザ処理室と、 を有することを特徴とする半導体製造装置。13. An oxide film removing chamber for removing an oxide film formed on a surface of a first crystalline semiconductor film formed on a substrate, and an organic material on the surface of the first crystalline semiconductor film is removed for oxidation. A semiconductor manufacturing apparatus comprising: an oxidation treatment chamber for performing a treatment; and a laser treatment chamber for irradiating a laser beam to the first crystalline semiconductor film to form a second crystalline semiconductor film.
膜表面に形成された酸化膜の除去を行う酸化膜除去室
と、 前記第1の結晶質半導体膜表面の有機物を除去し酸化さ
せる手段として薬液ノズルを有する酸化処理室と、 前記第1の結晶質半導体膜にレーザビームの照射を行っ
て第2の結晶質半導体膜を形成するレーザ処理室と、 を有することを特徴とする半導体製造装置。14. An oxide film removing chamber for removing an oxide film formed on a surface of a first crystalline semiconductor film formed on a substrate, and an organic material on the surface of the first crystalline semiconductor film is removed for oxidation. An oxidizing treatment chamber having a chemical solution nozzle and a laser treatment chamber for irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam to form a second crystalline semiconductor film are provided as means for performing the above. Semiconductor manufacturing equipment.
表面に形成された酸化膜の除去を行う酸化膜除去室と、 前記第1の結晶質半導体膜表面の有機物を除去し酸化さ
せる手段としてUV光を照射する手段を有する酸化処理
室と、 前記第1の結晶質半導体膜にレーザビームの照射を行っ
て第2の結晶質半導体膜を形成するレーザ処理室と、 を有することを特徴とする半導体製造装置。15. An oxide film removing chamber for removing an oxide film formed on a surface of a first crystalline silicon film formed on a substrate, and an organic material on the surface of the first crystalline semiconductor film is removed for oxidation. An oxidation treatment chamber having means for irradiating UV light as a means for irradiating the laser beam; and a laser treatment chamber for irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam to form a second crystalline semiconductor film. A semiconductor manufacturing apparatus characterized by:
膜表面に形成された酸化膜の除去を行う酸化膜除去室
と、 前記第1の結晶質半導体膜表面の有機物を除去し酸化さ
せる手段として薬液ノズルを有する酸化処理室と、 前記第1の結晶質半導体膜に酸素濃度20ppm以下の
不活性気体雰囲気中にてレーザビームの照射を行って第
2の結晶質半導体膜を形成するレーザ処理室と、 を有することを特徴とする半導体製造装置。16. An oxide film removing chamber for removing an oxide film formed on a surface of a first crystalline semiconductor film formed on a substrate, and an organic material on the surface of the first crystalline semiconductor film is removed for oxidation. An oxidizing treatment chamber having a chemical solution nozzle as a means for effecting the irradiation, and a laser beam is irradiated to the first crystalline semiconductor film in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less to form a second crystalline semiconductor film. A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a laser processing chamber;
膜表面に形成された酸化膜の除去を行う酸化膜除去室
と、 前記第1の結晶質半導体膜表面の有機物を除去し酸化さ
せる手段としてUV光を照射する手段を有する酸化処理
室と、 前記第1の結晶質半導体膜に酸素濃度20ppm以下の
不活性気体雰囲気中にてレーザビームの照射を行って第
2の結晶質半導体膜を形成するレーザ処理室と、 を有することを特徴とする半導体製造装置。17. An oxide film removing chamber for removing an oxide film formed on the surface of a first crystalline semiconductor film formed on a substrate, and an organic material for removing an oxide on the surface of the first crystalline semiconductor film for oxidation. An oxidation treatment chamber having a means for irradiating UV light as a means for irradiating the second crystalline semiconductor, and irradiating the first crystalline semiconductor film with a laser beam in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 20 ppm or less A laser manufacturing chamber for forming a film, and a semiconductor manufacturing apparatus.
項において、前記半導体製造装置は基板を搬送する機構
を有する搬送室を有し、 前記酸化膜除去室及び酸化処理室及びレーザ処理室はゲ
ートバルブを介して搬送室に連結されていることを特徴
とする半導体製造装置。18. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 13, further comprising a transfer chamber having a mechanism for transferring a substrate, wherein the oxide film removing chamber, the oxidation processing chamber, and the laser processing chamber are provided. Is a semiconductor manufacturing apparatus, which is connected to a transfer chamber via a gate valve.
項において、前記薬液ノズルは、オゾン水または硫酸と
過酸化水素の混合液を噴射するためのノズルであること
を特徴とする半導体製造装置。19. The semiconductor manufacturing method according to claim 13, wherein the chemical liquid nozzle is a nozzle for injecting ozone water or a mixed liquid of sulfuric acid and hydrogen peroxide. apparatus.
項において、前記第1の結晶質半導体膜は結晶質珪素膜
であることを特徴とする半導体製造装置。20. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 13, wherein the first crystalline semiconductor film is a crystalline silicon film.
項において、前記第2の結晶質半導体膜は結晶質珪素膜
であることを特徴とする半導体装置。21. The semiconductor device according to any one of claims 13 to 17, wherein the second crystalline semiconductor film is a crystalline silicon film.
記活性層中に大傾角粒界と小傾角粒界を含み、前記活性
層中を電流が流れる際に横切る粒界の数が、電流経路長
1μあたりに、大傾角粒界が1個以下かつ小傾角粒界が
1個以上で有り、前記小傾角粒界は粒界における配向ず
れが15°未満であることを特徴とする半導体装置。22. A polycrystalline semiconductor film is used as an active layer, wherein the active layer includes a high-angle grain boundary and a low-angle grain boundary, and the number of grain boundaries crossed when a current flows through the active layer is equal to the current A semiconductor device having one or more large-angle grain boundaries and one or more small-angle grain boundaries per path length 1 μ, and the small-angle grain boundaries having an orientation deviation of less than 15 ° at the grain boundaries. .
記活性層は、大傾角粒界及び小傾角粒界を含み、前記小
傾角粒界を有する結晶粒の集合の平均直径が1μm以上
で有り、前記小傾角粒界は粒界における配向ずれが15
°未満であることを特徴とする半導体装置。23. A polycrystalline semiconductor film is used as an active layer, wherein the active layer includes a high-angle grain boundary and a low-angle grain boundary, and an average diameter of an aggregate of crystal grains having the low-angle grain boundary is 1 μm or more. Yes, the small tilt angle grain boundary has a misalignment of 15 at the grain boundary.
A semiconductor device characterized by being less than °.
μmあたりの大傾角粒界が0.2個以下であることを特
徴とする半導体装置。24. The current path length according to claim 22,
A semiconductor device having 0.2 or less large-angle grain boundaries per μm.
の平均径が5μm以上であることを特徴とする半導体装
置。25. The semiconductor device according to claim 23, wherein an average diameter of the aggregate of crystal grains is 5 μm or more.
項において、前記半導体装置は、液晶表示装置であるこ
とを特徴とする半導体装置。26. The semiconductor device according to any one of claims 22 to 25, wherein the semiconductor device is a liquid crystal display device.
項において、前記半導体装置は、携帯電話、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ゴーグル型ディ
スプレイ、パーソナルコンピュータ、プログラムを記録
した記憶媒体を用いるプレーヤー、または電子書籍であ
ることを特徴とする半導体装置。27. The semiconductor device according to claim 22, wherein the semiconductor device is a mobile phone, a video camera, a digital camera, a projector, a goggle type display, a personal computer, or a storage medium storing a program. A semiconductor device, which is a player or an electronic book.
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