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JP3448685B2 - Semiconductor device, liquid crystal display device and EL display device - Google Patents

Semiconductor device, liquid crystal display device and EL display device

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JP3448685B2
JP3448685B2 JP2001221823A JP2001221823A JP3448685B2 JP 3448685 B2 JP3448685 B2 JP 3448685B2 JP 2001221823 A JP2001221823 A JP 2001221823A JP 2001221823 A JP2001221823 A JP 2001221823A JP 3448685 B2 JP3448685 B2 JP 3448685B2
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thin film
film
tft
semiconductor thin
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輝 西谷
睦 山本
義尚 武富
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Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
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Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、液晶
表示装置およびEL表示装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a liquid crystal.
The present invention relates to a display device and an EL display device .

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜トランジスタ(以下、「TFT」と
もいう。)の半導体層を形成する半導体薄膜の製造方法
として、ガラス等の基板に成膜された非晶質半導体膜又
は微小結晶半導体膜に対してレーザ光を照射し、結晶化
させることにより、多結晶半導体膜を得るレーザアニー
ル法が一般に知られている。通常、これを結晶化工程と
呼ぶ。
2. Description of the Related Art As a method of manufacturing a semiconductor thin film for forming a semiconductor layer of a thin film transistor (hereinafter also referred to as "TFT"), an amorphous semiconductor film or a microcrystalline semiconductor film formed on a substrate such as glass is used. A laser annealing method is generally known in which a polycrystalline semiconductor film is obtained by irradiating laser light to crystallize the film. This is usually called a crystallization process.

【0003】結晶化工程で使用されるレーザの光源とし
て、アルゴンレーザ、KrFおよびXeClエキシマレ
ーザが一般に使用されている。主に半導体としてSiを
用いる点、及び、基板として用いられるガラスの融点以
下の温度でプロセスが構成される点から、上記の製造方
法で作製するTFTを一般に低温ポリSi−TFTと呼
ぶ。
Argon lasers, KrF and XeCl excimer lasers are commonly used as light sources for lasers used in the crystallization process. The TFT manufactured by the above manufacturing method is generally called a low temperature poly-Si-TFT because Si is mainly used as a semiconductor and the process is constituted at a temperature equal to or lower than the melting point of glass used as a substrate.

【0004】これまでのTFT液晶表示装置では、非晶
質Siを半導体層とするTFTが一般的であり、画素を
駆動するための回路部分は画面周辺にICチップを取り
つける方式が採用されている。これに対し、上記低温ポ
リSi−TFTを採用することにより、ガラス基板上に
形成されたTFTを用いて、駆動回路まで作製すること
ができる。即ち、通常額縁と呼ばれる液晶表示装置のパ
ネルの外周部分で、画面がない部分を小さくすること
や、より高精細なドットピッチの液晶表示装置を作製す
ることができる。また、高特性の低温ポリSi−TFT
を用いることにより、ガラス基板上に各種の半導体回路
を形成する、いわゆるシステムオンパネル(SOP)が
可能となる。更に、低温ポリSi−TFTを用いて、E
L表示素子をスイッチングすることにより、EL表示装
置を作製することができる。
In a conventional TFT liquid crystal display device, a TFT using amorphous Si as a semiconductor layer is generally used, and a circuit portion for driving a pixel adopts a method in which an IC chip is mounted around the screen. . On the other hand, by adopting the above-mentioned low-temperature poly Si-TFT, it is possible to manufacture a drive circuit using the TFT formed on the glass substrate. That is, it is possible to reduce the area without the screen in the outer peripheral portion of the panel of the liquid crystal display device, which is usually called a frame, and to manufacture a liquid crystal display device with a higher definition dot pitch. In addition, high-performance low-temperature poly-Si-TFT
By using, the so-called system-on-panel (SOP) in which various semiconductor circuits are formed on the glass substrate becomes possible. Furthermore, by using a low temperature poly Si-TFT, E
An EL display device can be manufactured by switching the L display element.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記低温ポリ
Si−TFTは、以下の問題点がある。 (1)作製される多結晶シリコン薄膜の結晶粒径が小さ
いことから、電子の移動度が小さいので、TFTを製造
した場合におけるレスポンス性能などの特性に劣化を生
じる。 (2)TFTとして、低濃度不純物領域(以下、「LD
D領域」ともいう。)又はオフセット領域とチャネル領
域との境界又はその近傍にシリコン結晶の粒界が多い
と、粒界付近に結晶欠陥やダングリングボンドが多く存
在するため、TFTを長時間または多数回スイッチング
動作をさせた場合に劣化を生じ、信頼性が低下する。 (3)TFT又は表示装置を製造する際に、シリコン薄
膜の結晶とTFTパターンとの位置関係を定める手段が
ないため、TFTに対するシリコン結晶の粒界の位置が
定まらず、TFTを製造した場合の特性にバラツキを生
じる。
However, the above-mentioned low temperature poly-Si-TFT has the following problems. (1) Since the crystal grain size of the produced polycrystalline silicon thin film is small, the mobility of electrons is small, so that characteristics such as response performance in the case of manufacturing a TFT are deteriorated. (2) As a TFT, a low concentration impurity region (hereinafter referred to as “LD
Also referred to as "D area". ), Or if there are many silicon crystal grain boundaries at or near the boundary between the offset region and the channel region, many crystal defects and dangling bonds exist near the grain boundaries. If this happens, deterioration will occur and reliability will decrease. (3) When a TFT or a display device is manufactured, there is no means for determining the positional relationship between the crystal of the silicon thin film and the TFT pattern. The characteristics vary.

【0006】本発明は、高特性でかつ高信頼性を有する
半導体装置の提供を主な目的とする。
The main object of the present invention is to provide a semiconductor device having high characteristics and high reliability.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置は、多結晶の半導体層を有する
薄膜トランジスタを備えており、前記半導体層内に、チ
ャネル領域と、該チャネル領域の両側に位置する高濃度
不純物領域と、前記チャネル領域及び高濃度不純物領域
間に位置し前記高濃度不純物領域よりも不純物濃度が低
い低濃度不純物領域又は不純物を含まないオフセット領
域とを有し、前記低濃度不純物領域又はオフセット領域
に少なくとも一部が存在する結晶のいずれかの粒径が、
他の結晶の粒径よりも大きく、前記薄膜トランジスタ
は、前記半導体層よりも熱伝導率の高い物質からなる所
定形状のパターンの近傍に形成されており、前記パター
ンは、基板と前記半導体層との間に形成されており、前
記パターンは、基板と前記半導体層との間に形成された
絶縁性を有する下地膜によって覆われており、前記下地
膜は、上側下地膜と下側下地膜とから構成され、前記パ
ターンは、前記上側下 地膜と前記下側下地膜との間に配
置されており、前記上側下地膜が多孔質層であって、前
記下側下地膜が前記多孔質層よりも緻密な層であること
を特徴とする。 (半導体薄膜の製造方法) 本発明に関連する半導体薄膜の製造方法は、基板上に形
成した非晶質又は多結晶の半導体薄膜上の一部に、該半
導体薄膜よりも熱伝導率の高い物質からなる放熱層を形
成する工程と、前記半導体薄膜に強光またはレーザ光を
照射して結晶化させる工程とを含むことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] To achieve the above object
In addition, the semiconductor device of the present invention has a polycrystalline semiconductor layer.
A thin film transistor is provided, and a thin film transistor is provided in the semiconductor layer.
High concentration on both sides of the channel region and the channel region
Impurity region, channel region and high concentration impurity region
Is located between and has a lower impurity concentration than the high-concentration impurity region.
Low concentration impurity region or offset region that does not contain impurities
And a low concentration impurity region or an offset region
The grain size of any of the crystals that are at least partially present in
Larger than the grain size of other crystals, the thin film transistor
Is a material having a higher thermal conductivity than the semiconductor layer.
The pattern is formed in the vicinity of a fixed pattern,
Is formed between the substrate and the semiconductor layer, and
The pattern is formed between the substrate and the semiconductor layer.
The base film is covered with an insulating base film.
The film is composed of an upper base film and a lower base film.
Turn, distribution between the lower base layer and the upper lower Chimaku
And the upper base film is a porous layer,
The lower base film is a denser layer than the porous layer.
Is characterized by. (Method for Producing Semiconductor Thin Film) A method for producing a semiconductor thin film according to the present invention is directed to a part of an amorphous or polycrystalline semiconductor thin film formed on a substrate and having a higher thermal conductivity than the semiconductor thin film. And a step of irradiating the semiconductor thin film with strong light or laser light to crystallize the semiconductor thin film.

【0008】この半導体薄膜の製造方法によれば、フラ
ッシュランプのような強光又はレーザ光の照射により半
導体薄膜を溶融させると、放熱層が形成されている部分
の近傍は放熱層によって放熱されることにより、急激に
冷却される。この冷却速度は、放熱層から遠ざかるにつ
れて、しだいに遅くなる。この結果、半導体薄膜には冷
却時に温度勾配を生じるので、この温度勾配、即ち、放
熱層の近傍から遠ざかる方向に沿って結晶が成長し、粒
径の大きい結晶が得られる。この半導体薄膜を用いてT
FTを製造すると、結晶粒径が従来に比べて大きいため
に移動度が向上し、性能の劣化が低減される。
According to this method for manufacturing a semiconductor thin film, when the semiconductor thin film is melted by irradiation with intense light or laser light such as a flash lamp, the heat radiating layer radiates heat in the vicinity of the portion where the heat radiating layer is formed. As a result, it is cooled rapidly. This cooling rate becomes gradually slower as the distance from the heat dissipation layer increases. As a result, a temperature gradient occurs in the semiconductor thin film during cooling, so that crystals grow along this temperature gradient, that is, in the direction away from the vicinity of the heat dissipation layer, and crystals with a large grain size are obtained. T using this semiconductor thin film
When FT is manufactured, the mobility is improved and the deterioration of the performance is reduced because the crystal grain size is larger than that of the conventional one.

【0009】前記放熱層を形成する工程としては、具体
的には次に示す方法を好ましく例示することができる。
As the step of forming the heat dissipation layer, specifically, the following method can be preferably exemplified.

【0010】・前記半導体薄膜上に該半導体薄膜よりも
熱伝導率の高い物質の膜を形成する工程と、前記熱伝導
率の高い物質の膜にフォトリソグラフィによってレジス
トマスクを形成する工程と、前記熱伝導率の高い物質の
膜が前記レジストマスクで覆われていない部分をエッチ
ング除去する工程と、前記レジストマスクを剥離する工
程 ・フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成
する工程と、前記半導体薄膜よりも熱伝導率の高い物質
の膜を形成する工程と、前記レジストパターンを、前記
熱伝導率の高い物質と共にリフトオフする工程 ・開口を有するマスクを用いて、蒸着又はスパッタによ
り前記半導体薄膜よりも熱伝導率の高い物質を成膜する
工程これらのいずれによっても、放熱層を容易に形成す
ることができ、生産性を向上させることができる。
Forming a film of a substance having a higher thermal conductivity than the semiconductor thin film on the semiconductor thin film, forming a resist mask on the film of a substance having a higher thermal conductivity by photolithography, A step of etching away a portion of the film having a high thermal conductivity that is not covered with the resist mask; a step of removing the resist mask; a step of forming a resist pattern by photolithography; A step of forming a film of a substance having a high conductivity, a step of lifting off the resist pattern together with the substance having a high thermal conductivity, and using a mask having an opening, a thermal conductivity higher than that of the semiconductor thin film by vapor deposition or sputtering. The process of depositing a high-quality substance makes it possible to easily form the heat dissipation layer and improve productivity. It is possible to above.

【0011】前記放熱層の位置は、半導体薄膜に接した
状態で形成することができ、半導体薄膜の上方又は下方
のいずれであっても良い。
The heat dissipation layer can be formed in contact with the semiconductor thin film, and may be above or below the semiconductor thin film.

【0012】また、本発明に関連する他の半導体薄膜の
製造方法は、前記強光又はレーザ光が、基板と光源との
位置関係を固定した状態で、基板上の所定範囲に対して
1パルス又は複数パルスの照射によって与えられること
を特徴とする。
Further, in another method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention , the intense light or the laser light is pulsed for a predetermined range on the substrate with the positional relationship between the substrate and the light source being fixed. Alternatively, it is provided by irradiation with a plurality of pulses.

【0013】基板又は光源を所定のピッチで移動させな
がらパルス照射する走査照射の場合には、各照射位置に
対応して結晶が成長するので、走査方向にはピッチ幅以
上の粒径を有する結晶は形成されない。これに対し、基
板と光源との位置関係を固定した状態でパルス照射する
ことにより、走査ピッチ幅の制約を受けず、大粒径の結
晶を形成することができる。特に、基板上の所定範囲に
対して複数パルスを照射することにより、パルス毎の照
射強度のばらつきが平均化され、半導体薄膜の結晶粒径
や膜質が均一化されるので、TFTを製造した場合の特
性のばらつきが減少する。
In the case of scanning irradiation in which pulse irradiation is performed while moving the substrate or the light source at a predetermined pitch, crystals grow in correspondence with each irradiation position, so crystals having a grain size equal to or larger than the pitch width in the scanning direction. Is not formed. On the other hand, by performing pulse irradiation with the positional relationship between the substrate and the light source fixed, it is possible to form crystals with a large grain size without being restricted by the scanning pitch width. In particular, by irradiating a predetermined range on the substrate with a plurality of pulses, variations in irradiation intensity for each pulse are averaged and the crystal grain size and film quality of the semiconductor thin film are made uniform. The variation in the characteristics of is reduced.

【0014】但し、前記強光又はレーザ光は、パルスレ
ーザ装置により、基板と光源との位置関係を所定のピッ
チで相対的に変化させながら、基板上の所定範囲に対し
て複数パルス照射する走査照射によって与えることも可
能である。
However, the intense light or the laser light is irradiated by a plurality of pulses for a predetermined range on the substrate while the positional relationship between the substrate and the light source is relatively changed at a predetermined pitch by a pulse laser device. It is also possible to give it by irradiation.

【0015】また、本発明に関連する更に他の半導体薄
膜の製造方法は、基板上の一部に放熱層を形成する工程
と、前記基板上に非晶質又は多結晶の半導体薄膜を形成
する工程と、前記半導体薄膜に強光またはレーザ光を照
射して結晶化させる工程とを備え、前記放熱層は、前記
半導体薄膜よりも熱伝導率の高い物質からなることを特
徴とする。
Still another method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention is a step of forming a heat dissipation layer on a part of a substrate and forming an amorphous or polycrystalline semiconductor thin film on the substrate. The method further comprises the steps of irradiating the semiconductor thin film with intense light or laser light to crystallize the semiconductor thin film, and the heat dissipation layer is made of a material having a higher thermal conductivity than the semiconductor thin film.

【0016】この半導体薄膜の製造方法によれば、放熱
層を形成した後に半導体薄膜を形成することにより、半
導体薄膜よりも下方に放熱層が形成されるので、この半
導体薄膜を用いてTFTを製造する場合に放熱層の除去
が不要である。また、放熱層を除去しなくて良いことか
ら、TFTの製造工程において、この放熱層をアライメ
ントキーとしても使用することができる。半導体薄膜よ
りも下方に放熱層を形成する工程としては、以下のもの
を例示することができる。
According to this method of manufacturing a semiconductor thin film, since the semiconductor thin film is formed after forming the heat dissipation layer, the heat dissipation layer is formed below the semiconductor thin film. Therefore, a TFT is manufactured using this semiconductor thin film. If so, it is not necessary to remove the heat dissipation layer. Further, since it is not necessary to remove the heat dissipation layer, this heat dissipation layer can also be used as an alignment key in the TFT manufacturing process. Examples of the step of forming the heat dissipation layer below the semiconductor thin film include the following.

【0017】・基板上に放熱層を形成する工程と、この
基板上に絶縁性を有する下地膜を形成し、前記放熱層を
前記下地膜で覆う工程と、前記下地膜に非晶質又は多結
晶の半導体薄膜を形成する工程 ・基板上に絶縁性を有する下地膜を形成する工程と、前
記下地膜に前記放熱層を形成する工程と、前記下地膜上
に絶縁性を有する他の下地膜を形成し、前記放熱層を前
記他の下地膜で覆う工程と、前記他の下地膜に非晶質又
は多結晶の半導体薄膜を形成する工程
A step of forming a heat dissipation layer on the substrate, a step of forming an insulating base film on the substrate and covering the heat dissipation layer with the base film; and an amorphous or multi-layered base film. A step of forming a crystalline semiconductor thin film, a step of forming a base film having an insulating property on a substrate, a step of forming the heat dissipation layer on the base film, and another base film having an insulating property on the base film And covering the heat dissipation layer with the other underlayer film, and forming an amorphous or polycrystalline semiconductor thin film on the other underlayer film.

【0018】また、本発明に関連する更に他の半導体薄
膜の製造方法は、基板上に形成した非晶質又は多結晶の
半導体薄膜に、露光マスクを介して強光またはレーザ光
を照射して結晶化させる工程を備え、前記露光マスク
は、表裏面の少なくとも一部に曲面が形成されたレンズ
部を有し、前記半導体薄膜に照射される光量に傾斜的な
分布を生じさせることを特徴とする。
Still another method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention is to irradiate an amorphous or polycrystalline semiconductor thin film formed on a substrate with intense light or laser light through an exposure mask. A step of crystallizing the exposure mask, wherein the exposure mask has a lens portion having a curved surface formed on at least a part of the front and back surfaces, and produces an inclined distribution in the amount of light with which the semiconductor thin film is irradiated. To do.

【0019】この半導体薄膜の製造方法によれば、強光
またはレーザ光が前記露光マスクのレンズ部を透過する
ことにより、半導体薄膜に照射される光量に傾斜的な分
布を生じるので、光量分布に応じて半導体薄膜に温度分
布が生じる。これにより、溶融した半導体薄膜は、温度
が最も低い部分、即ち、照射光量が最も少なかった部分
から固化、結晶化が開始する。そして、傾斜的な温度勾
配に沿って、照射光量が多かった部分に向けて結晶が成
長し、粒径の大きい結晶が得られる。この半導体薄膜を
用いてTFTを製造すると、結晶粒径が従来に比べて大
きいために移動度が向上し、性能の劣化が低減される。
According to this method of manufacturing a semiconductor thin film, since the intense light or the laser light is transmitted through the lens portion of the exposure mask, the light amount irradiated to the semiconductor thin film has a sloping distribution. Accordingly, a temperature distribution is generated in the semiconductor thin film. As a result, the melted semiconductor thin film starts to solidify and crystallize from the lowest temperature part, that is, the part with the lowest irradiation light amount. Then, along the gradient temperature gradient, the crystal grows toward the portion where the irradiation light amount was large, and a crystal having a large grain size is obtained. When a TFT is manufactured using this semiconductor thin film, since the crystal grain size is larger than that of the conventional one, the mobility is improved and the deterioration of the performance is reduced.

【0020】前記光量分布を生じさせる方法としては、
具体的には次に示すものを好ましく例示することができ
る。
As a method for producing the above light quantity distribution,
Specifically, the following can be preferably exemplified.

【0021】・前記レンズ部が平面視帯状又は円状に形
成された露光マスクを用い、前記帯状の長手方向又は円
状の径方向に沿って光量分布を生じさせるレンズ部が平
面視帯状の場合には、帯状の長手方向に沿って、光量が
弱の部分から強の部分に向けて結晶が成長する。また、
レンズ部が平面視円状の場合には、レンズ部の中心近傍
から外周に向かう方向に光量が弱から強となるようにす
ることで、中心部から周辺部に向けて結晶が成長する。
レンズ部が平面視円状であれば、結晶化が開始する位置
が点として明確であるので、大粒径結晶の形成位置を高
精度に制御することができるという利点がある。平面視
円状のレンズ部の具体例としては、露光マスクの下面に
形成された凹部の内壁面が略球面状である凹レンズを挙
げることができる。
When an exposure mask in which the lens portion is formed in a band shape or a circle shape in a plan view is used, and the lens section which causes a light amount distribution along the longitudinal direction of the band shape or a radial direction of the circle shape is a band shape in a plan view. , The crystal grows along the longitudinal direction of the strip from the portion where the amount of light is weak to the portion where the amount of light is strong. Also,
When the lens portion has a circular shape in a plan view, the amount of light is increased from weak to strong in the direction from the vicinity of the center of the lens portion to the outer periphery, whereby crystals grow from the central portion to the peripheral portion.
If the lens portion has a circular shape in plan view, the position where crystallization starts is clear as a point, so there is an advantage that the formation position of the large grain crystal can be controlled with high accuracy. As a specific example of the lens portion having a circular shape in plan view, a concave lens in which the inner wall surface of the concave portion formed on the lower surface of the exposure mask is a substantially spherical shape can be mentioned.

【0022】前記レンズ部の曲面は、前記露光マスクの
表裏面の少なくとも一部を窪ませることによって形成さ
れていることが好ましいが、逆に、レンズ部を凸状とし
て、露光マスクの他の部分よりもレンズ部を肉厚に形成
することもできる。
The curved surface of the lens portion is preferably formed by denting at least a part of the front and back surfaces of the exposure mask, but conversely, the lens portion is made to have a convex shape and the other portion of the exposure mask is formed. It is also possible to form the lens portion to be thicker than that.

【0023】また、本発明に関連する更に他の半導体薄
膜の製造方法は、基板上に形成した非晶質又は多結晶の
半導体薄膜に、露光マスクを介して強光またはレーザ光
を照射して結晶化させる工程を備え、前記露光マスク
は、照射光に位相分布を与えることにより、前記半導体
薄膜に照射される光量に傾斜的な分布を生じさせること
を特徴とする。
Still another method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention is to irradiate an amorphous or polycrystalline semiconductor thin film formed on a substrate with intense light or laser light through an exposure mask. It is characterized in that the exposure mask includes a step of crystallizing, and the exposure mask imparts a phase distribution to the irradiation light to generate an oblique distribution in the amount of light irradiated to the semiconductor thin film.

【0024】この半導体薄膜の製造方法によれば、位相
分布によって生じる光の干渉により、半導体薄膜に照射
される光量に傾斜的な分布を生じるので、光量分布に応
じて半導体薄膜に温度分布が生じる。これにより、溶融
した半導体薄膜は、温度が最も低い部分、即ち、照射光
量が最も少なかった部分から固化、結晶化を開始する。
そして、傾斜的な温度勾配に沿って、照射光量が多かっ
た部分に向けて結晶が成長し、粒径の大きい結晶が得ら
れる。この半導体薄膜を用いてTFTを製造すると、結
晶粒径が従来に比べて大きいために移動度が向上し、性
能の劣化が低減される。
According to this method for manufacturing a semiconductor thin film, since the light quantity irradiated to the semiconductor thin film has a sloping distribution due to the interference of light generated by the phase distribution, a temperature distribution is generated in the semiconductor thin film according to the light quantity distribution. . As a result, the melted semiconductor thin film starts to solidify and crystallize from the lowest temperature part, that is, the part with the smallest irradiation light amount.
Then, along the gradient temperature gradient, the crystal grows toward the portion where the irradiation light amount was large, and a crystal having a large grain size is obtained. When a TFT is manufactured using this semiconductor thin film, since the crystal grain size is larger than that of the conventional one, the mobility is improved and the deterioration of the performance is reduced.

【0025】前記位相分布を生じさせる方法としては、
具体的には次に示すものを好ましく例示することがで
き、これによって、光量分布を容易に与えることができ
る。
As a method of producing the phase distribution,
Specifically, the following can be preferably exemplified, which makes it possible to easily give a light amount distribution.

【0026】・部分的に厚みが異なる光透過性部材から
なる露光マスクを用い、この厚み分布によって前記照射
光に位相分布を与える例えば、露光マスクの下面に内壁
面が円筒状の凹部を形成することにより段差を設けるこ
とで、透過光に位相分布を与えることができる。また、
このように凹部を平面視円状に形成する場合には、結晶
化が開始する位置が点として明確であるので、大粒径結
晶の形成位置を高精度に制御することができるという利
点がある。
An exposure mask made of a light transmissive member having a partially different thickness is used, and a phase distribution is given to the irradiation light by this thickness distribution. For example, a concave portion whose inner wall surface is cylindrical is formed on the lower surface of the exposure mask. Thus, by providing the step, it is possible to give a phase distribution to the transmitted light. Also,
In the case where the recess is formed in a circular shape in a plan view as described above, the position where crystallization starts is clear as a point, so that the formation position of the large grain crystal can be controlled with high accuracy. .

【0027】また、本発明に関連する更に他の半導体薄
膜の製造方法は、基板上に形成した非晶質又は多結晶の
半導体薄膜に、露光マスクを介して強光またはレーザ光
を照射して結晶化させる工程を備え、前記露光マスク
は、複数の開口部を有する遮光性部材からなり、複数の
前記開口部により、前記半導体薄膜に照射される光量に
傾斜的な分布を生じさせることを特徴とする。
Still another method of manufacturing a semiconductor thin film according to the present invention is to irradiate an amorphous or polycrystalline semiconductor thin film formed on a substrate with intense light or laser light through an exposure mask. A step of crystallizing, wherein the exposure mask is made of a light-shielding member having a plurality of openings, and the plurality of openings cause an oblique distribution in the amount of light with which the semiconductor thin film is irradiated. And

【0028】この半導体薄膜の製造方法によれば、各開
口部の大きさ、形状、配置などを適宜定めることによ
り、半導体薄膜に照射される光量に傾斜的な分布を生じ
るので、光量分布に応じて半導体薄膜に温度分布が生じ
る。これにより、溶融した半導体薄膜は、温度が最も低
い部分、即ち、照射光量が最も少なかった部分から固
化、結晶化を開始する。そして、傾斜的な温度勾配に沿
って、照射光量が多かった部分に向けて結晶が成長し、
粒径の大きい結晶が得られる。この半導体薄膜を用いて
TFTを製造すると、結晶粒径が従来に比べて大きいた
めに移動度が向上し、性能の劣化が低減される。
According to this method of manufacturing a semiconductor thin film, by appropriately determining the size, shape, arrangement, etc. of each opening, a sloping distribution is generated in the amount of light irradiated onto the semiconductor thin film. As a result, temperature distribution occurs in the semiconductor thin film. As a result, the melted semiconductor thin film starts to solidify and crystallize from the lowest temperature part, that is, the part with the smallest irradiation light amount. Then, along the gradient temperature gradient, the crystal grows toward the portion where the irradiation light amount was large,
Crystals with a large grain size are obtained. When a TFT is manufactured using this semiconductor thin film, since the crystal grain size is larger than that of the conventional one, the mobility is improved and the deterioration of the performance is reduced.

【0029】前記光量分布を生じさせる方法としては、
具体的には次に示すものを好ましく例示することができ
る。
As a method of producing the light quantity distribution,
Specifically, the following can be preferably exemplified.

【0030】・単位面積あたりの開口率が、帯状領域の
長手方向に沿って段階的又は連続的に変化するように複
数の前記開口部が配置された露光マスクを用い、前記光
量分布を前記長手方向に沿って生じさせる ・単位面積あたりの開口率が、円状領域の中心から周辺
に向けて径方向に段階的又は連続的に増加するように複
数の前記開口部が配置された露光マスクを用い、前記光
量分布を前記径方向に沿って生じさせる単位面積あたり
の開口率を帯状領域の長手方向に沿って変化させる場合
には、この長手方向に沿って光量が弱の部分から強の部
分に向けて結晶が成長する。また、単位面積あたりの開
口率を円状領域の中心から周辺に向けて径方向に増加さ
せる場合には、円状領域の中心から周辺に向けて結晶が
成長する。この光量分布の変化を傾斜的にすることによ
り、結晶の粒径が大きくなる。後者の場合には、結晶化
を開始する位置が点として明確であるので、大粒径結晶
の形成位置を高精度に制御することができるという利点
がある。
Using an exposure mask in which a plurality of the opening portions are arranged so that the aperture ratio per unit area changes stepwise or continuously along the longitudinal direction of the strip-shaped region, the light amount distribution is changed to the longitudinal direction. An exposure mask in which a plurality of openings are arranged so that the aperture ratio per unit area increases stepwise or continuously in the radial direction from the center of the circular region to the periphery. When the aperture ratio per unit area that causes the light amount distribution to be generated along the radial direction is changed along the longitudinal direction of the strip-shaped region, the portion where the light amount is weak to the strong portion along the longitudinal direction is used. The crystal grows toward. In addition, when the aperture ratio per unit area is increased in the radial direction from the center of the circular region toward the periphery, crystals grow from the center of the circular region toward the periphery. By making the change of the light quantity distribution incline, the grain size of the crystal becomes large. In the latter case, since the position where crystallization starts is clear as a point, there is an advantage that the formation position of the large grain crystal can be controlled with high accuracy.

【0031】また、半導体薄膜の製造方法においては、
基板上に多孔質の絶縁膜を形成した後に、半導体薄膜を
形成しても良く、これによって、より大きな粒径を有す
る結晶を得ることができる。
In the method of manufacturing a semiconductor thin film,
The semiconductor thin film may be formed after the porous insulating film is formed on the substrate, whereby crystals having a larger grain size can be obtained.

【0032】(半導体装置の製造方法) 本発明に関連する半導体装置の製造方法は、基板上に形
成した非晶質又は多結晶の半導体薄膜上の一部に、該半
導体薄膜よりも熱伝導率の高い物質からなる放熱層、及
び、アライメントキーを形成する工程と、前記半導体薄
膜に強光またはレーザ光を照射して結晶化させる工程
と、前記半導体薄膜上にゲート電極膜を形成する工程と
を含み、前記アライメントキーは、少なくとも、前記ゲ
ート電極膜の一部をエッチングしてゲート電極のパター
ンを所定位置に形成するためのフォト工程において用い
られることを特徴とする
The manufacturing method of a semiconductor device related to the present invention (a method of manufacturing a semiconductor device) is a part of the semiconductor thin film of amorphous or polycrystalline formed on the substrate, the thermal conductivity than the semiconductor thin film A heat-dissipating layer made of a substance having a high temperature and an alignment key; a step of irradiating the semiconductor thin film with strong light or a laser beam to crystallize; and a step of forming a gate electrode film on the semiconductor thin film. The alignment key is used in a photo process for etching at least a part of the gate electrode film to form a pattern of the gate electrode at a predetermined position.

【0033】この半導体装置の製造方法によれば、強光
又はレーザ光の照射により半導体薄膜を溶融させると、
放熱層が形成されている部分の近傍は放熱層によって放
熱されることにより、急激に冷却される。この冷却速度
は、放熱層から遠ざかるにつれて、しだいに遅くなる。
この結果、半導体薄膜には冷却時に温度勾配を生じるの
で、この温度勾配、即ち、放熱層の近傍から遠ざかる方
向に沿って結晶が成長し、粒径の大きい結晶が得られ
る。
According to this method of manufacturing a semiconductor device, when the semiconductor thin film is melted by irradiation with intense light or laser light,
The vicinity of the portion where the heat dissipation layer is formed is rapidly cooled by the heat dissipation by the heat dissipation layer. This cooling rate becomes gradually slower as the distance from the heat dissipation layer increases.
As a result, a temperature gradient occurs in the semiconductor thin film during cooling, so that crystals grow along this temperature gradient, that is, in the direction away from the vicinity of the heat dissipation layer, and crystals with a large grain size are obtained.

【0034】この半導体薄膜を用いてTFTを製造する
と、結晶粒径が従来に比べて大きいために、結晶粒界に
主に存在する欠陥が減少するか又は無くなり、移動度を
はじめとするTFTの特性が向上するので、高特性で且
つ高信頼性を有する半導体装置を得ることができる。放
熱層を形成する具体的な方法は、上記半導体薄膜の製造
方法を参照すればよい。
When a TFT is manufactured using this semiconductor thin film, the crystal grain size is larger than that of the conventional one, so that defects mainly present at the crystal grain boundaries are reduced or eliminated, and the TFT including mobility is reduced. Since the characteristics are improved, a semiconductor device having high characteristics and high reliability can be obtained. For the specific method of forming the heat dissipation layer, the method of manufacturing the semiconductor thin film may be referred to.

【0035】更に、半導体薄膜には、アライメントキー
が形成されるため、このアライメントキーを用いてゲー
ト電極を形成することができ、大粒径結晶に対してTF
Tを所望の位置に形成することができる。
Furthermore, since an alignment key is formed on the semiconductor thin film, a gate electrode can be formed by using this alignment key, and TF can be applied to large grain crystals.
T can be formed at a desired position.

【0036】従来は、半導体薄膜に大粒径結晶が形成さ
れても、この結晶に合わせてTFTを形成する手段がな
かったため、LDD領域又はオフセット領域やチャネル
領域において、結晶粒界の有無や粒界数の変動を生じて
おり、TFTの特性にばらつきを生じさせていた。しか
し、この半導体装置の製造方法によれば、結晶粒界の位
置を避けて、大粒径結晶の位置にTFT又はTFT構造
の一部を形成することができるので、上記問題を軽減す
ることができる。
Conventionally, even if a large grain crystal was formed in a semiconductor thin film, there was no means for forming a TFT in accordance with this crystal. Therefore, in the LDD region, the offset region or the channel region, the presence or absence of a grain boundary and the grain boundary were observed. The change in the number of fields has caused the TFT characteristics to vary. However, according to this method of manufacturing a semiconductor device, the TFT or a part of the TFT structure can be formed at the position of the large grain crystal while avoiding the position of the crystal grain boundary, so that the above problems can be mitigated. it can.

【0037】このアライメントキーの形成は、放熱層の
形成と同一の工程で同時に行うことが好ましい。
It is preferable that this alignment key is formed simultaneously with the formation of the heat dissipation layer in the same process.

【0038】また、本発明に関連する他の半導体装置の
製造方法は、基板上の一部にアライメントキーを形成す
る工程と、前記基板及びアライメントキー上に非晶質又
は多結晶の半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄
膜に強光またはレーザ光を照射して結晶化させる工程
と、前記半導体薄膜上にゲート電極膜を形成する工程と
を含み、前記アライメントキーは、前記半導体薄膜より
も熱伝導率の高い物質からなり、少なくとも、前記ゲー
ト電極膜の一部をエッチングしてゲート電極のパターン
を所定位置に形成するためのフォト工程において用いら
れることを特徴とする。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a step of forming an alignment key on a part of a substrate, and forming an amorphous or polycrystalline semiconductor thin film on the substrate and the alignment key. A step of forming, a step of irradiating the semiconductor thin film with strong light or a laser beam to crystallize, and a step of forming a gate electrode film on the semiconductor thin film, wherein the alignment key is more than the semiconductor thin film. It is made of a material having a high thermal conductivity, and is used in a photo process for forming a pattern of a gate electrode at a predetermined position by etching at least a part of the gate electrode film.

【0039】この半導体装置の製造方法によれば、上述
したようにTFTの特性が向上し、高特性で且つ高信頼
性を有する半導体装置が得られるだけでなく、アライメ
ントキーが放熱層としても機能するので、生産性の向上
を図ることができる。
According to this method of manufacturing a semiconductor device, the characteristics of the TFT are improved as described above, a semiconductor device having high characteristics and high reliability is obtained, and the alignment key also functions as a heat dissipation layer. Therefore, productivity can be improved.

【0040】また、本発明に関連する更に他の半導体装
置の製造方法は、基板上に形成した非晶質の半導体薄膜
に、露光マスクを介して強光またはレーザ光を照射する
ことにより、光量分布が生じた状態で結晶化させると共
にアライメントキーを形成する工程と、前記半導体薄膜
上にゲート電極膜を形成する工程とを含み、前記アライ
メントキーは、前記露光マスクが透過光の一部を遮断す
ることにより半導体薄膜に生じる多結晶シリコン領域と
非晶質シリコン領域との色の相違によって形成され、少
なくとも、前記ゲート電極膜の一部をエッチングしてゲ
ート電極のパターンを所定位置に形成するためのフォト
工程において用いられることを特徴とする。
Still another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is to irradiate an amorphous semiconductor thin film formed on a substrate with intense light or laser light through an exposure mask to obtain a light amount. The method includes crystallizing in a state where the distribution is generated and forming an alignment key, and forming a gate electrode film on the semiconductor thin film, wherein the alignment key is configured such that the exposure mask blocks a part of transmitted light. To form a gate electrode pattern at a predetermined position by etching at least a part of the gate electrode film by forming a color difference between the polycrystalline silicon region and the amorphous silicon region generated in the semiconductor thin film. It is used in the photo process of.

【0041】この半導体装置の製造方法によれば、半導
体薄膜に照射される光量に分布を生じさせることによ
り、光量分布に応じて半導体薄膜に温度分布が生じる。
これにより、溶融した半導体薄膜は、温度が最も低い部
分、即ち、照射光量が最も少なかった部分から固化、結
晶化が開始する。そして、照射光量が多かった部分に向
けて結晶が成長し、粒径の大きい結晶が得られる。この
半導体薄膜を用いてTFTを製造すると、結晶粒径が従
来に比べて大きいために、結晶粒界に主に存在する欠陥
が減少するか又は無くなり、移動度をはじめとするTF
Tの特性が向上するので、高特性で且つ高信頼性を有す
る半導体装置を得ることができる。前記光量分布を生じ
させる方法は、上記半導体薄膜の製造方法を参照すれば
よい。
According to this method of manufacturing a semiconductor device, a distribution of the amount of light applied to the semiconductor thin film is generated, so that a temperature distribution is generated in the semiconductor thin film in accordance with the distribution of the amount of light.
As a result, the melted semiconductor thin film starts to solidify and crystallize from the lowest temperature part, that is, the part with the lowest irradiation light amount. Then, the crystal grows toward the portion where the irradiation light amount is large, and a crystal having a large grain size is obtained. When a TFT is manufactured using this semiconductor thin film, the crystal grain size is larger than that of the conventional one, so that the defects mainly present in the crystal grain boundaries are reduced or eliminated, and TF including mobility is reduced.
Since the characteristics of T are improved, it is possible to obtain a semiconductor device having high characteristics and high reliability. For the method of generating the light amount distribution, refer to the method for manufacturing the semiconductor thin film.

【0042】更に、半導体薄膜には、アライメントキー
が形成されるため、このアライメントキーを用いてゲー
ト電極を形成することができ、大粒径結晶に対してTF
Tを所望の位置に形成することができる。したがって、
大粒径結晶の位置にTFT又はTFT構造の一部を形成
することができるので、従来生じていたTFT特性のば
らつきの問題を軽減することができる。
Further, since the alignment key is formed on the semiconductor thin film, the gate electrode can be formed using this alignment key, and TF can be applied to the large grain crystal.
T can be formed at a desired position. Therefore,
Since the TFT or a part of the TFT structure can be formed at the position of the large grain crystal, it is possible to alleviate the problem of the variation in the TFT characteristics that has occurred in the past.

【0043】アライメントキーは、露光マスクに形成し
たキーパターンに対応する半導体薄膜の領域を照射して
多結晶領域とし、その周囲の照射光を露光マスクで遮断
することにより非晶質領域とすることで、形成すること
ができる。或いは、キーパターンに対応する部分のみを
非照射部分として非晶質領域を形成し、その周囲が照射
されて多結晶領域が形成されるように、露光マスクを形
成することも可能である。非晶質領域及び多結晶領域
は、半導体薄膜の同一の層に形成されていることが好ま
しい。
For the alignment key, a region of the semiconductor thin film corresponding to the key pattern formed on the exposure mask is irradiated to form a polycrystalline region, and the surrounding irradiation light is blocked by the exposure mask to be an amorphous region. Can be formed. Alternatively, it is also possible to form an amorphous region with only a portion corresponding to the key pattern as a non-irradiated portion, and form an exposure mask so that the periphery thereof is irradiated to form a polycrystalline region. The amorphous region and the polycrystalline region are preferably formed in the same layer of the semiconductor thin film.

【0044】また、本発明に関連する更に他の半導体装
置の製造方法は、基板上の一部にゲート電極及びアライ
メントキーを形成する工程と、前記ゲート電極及びアラ
イメントキー上に非晶質又は多結晶の半導体薄膜を形成
する工程と、前記アライメントキーを用いて、前記半導
体薄膜よりも熱伝導率の高い物質からなる放熱層を前記
半導体薄膜上の所定位置に形成する工程と、前記半導体
薄膜に強光またはレーザ光を照射して結晶化させる工程
とを含むことを特徴とする。
In still another semiconductor device manufacturing method according to the present invention , a step of forming a gate electrode and an alignment key on a part of a substrate, and an amorphous or multi-layered structure on the gate electrode and the alignment key. A step of forming a crystalline semiconductor thin film; a step of using the alignment key to form a heat dissipation layer made of a substance having a higher thermal conductivity than the semiconductor thin film at a predetermined position on the semiconductor thin film; And crystallization by irradiating strong light or laser light.

【0045】この半導体装置の製造方法によれば、アラ
イメントキーを用いて放熱層を形成することにより、ゲ
ート電極の位置に合わせて大粒径結晶を形成することが
できるので、大粒径結晶とTFTとの位置合わせを精度
良く行うことができる。したがって、上述したようにT
FTの特性が向上し、高特性で且つ高信頼性を有する半
導体装置が得られる。
According to this method of manufacturing a semiconductor device, by forming the heat dissipation layer by using the alignment key, it is possible to form a large grain crystal in accordance with the position of the gate electrode. The alignment with the TFT can be performed accurately. Therefore, as described above, T
The FT characteristics are improved, and a semiconductor device having high characteristics and high reliability can be obtained.

【0046】(半導体装置) 上記目的を達成するために、本発明に関連する半導体装
置は、多結晶の半導体層を有する薄膜トランジスタを備
えており、前記半導体層内に、チャネル領域と、該チャ
ネル領域の両側に位置する高濃度不純物領域と、前記チ
ャネル領域及び高濃度不純物領域間に位置し前記高濃度
不純物領域よりも不純物濃度が低いLDD領域又は不純
物を含まないオフセット領域とを有し、前記LDD領域
又はオフセット領域に少なくとも一部が存在する結晶の
いずれかの粒径が、他の結晶の粒径よりも大きいことを
特徴とする。ここで、結晶粒径は、平面視の任意の方向
における最長径を測定した値である。
(Semiconductor Device) To achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a thin film transistor having a polycrystalline semiconductor layer, and a channel region and the channel region are provided in the semiconductor layer. A high-concentration impurity region located on both sides of the LDD region, an LDD region located between the channel region and the high-concentration impurity region and having an impurity concentration lower than that of the high-concentration impurity region, or an offset region containing no impurity. It is characterized in that the grain size of any of the crystals, at least a part of which exists in the region or the offset region, is larger than the grain sizes of the other crystals. Here, the crystal grain size is a value obtained by measuring the longest diameter in an arbitrary direction in plan view.

【0047】半導体装置を構成するTFTがオン状態で
電流が流れたとき、チャネル領域を高速で移動してきた
キャリアは、結晶の欠陥等に衝突して散乱される場合が
ある。これをホットキャリア現象という。散乱されたキ
ャリアは、近くのSi−Hなどの弱い結合にぶつかる
と、結合を切り、Siのダングリングボンドを形成す
る。ダングリングボンドができると、他のキャリアが捕
獲されるため、極端に電気伝導度や移動度が低下し、T
FT特性が劣化する。
When an electric current flows while the TFT constituting the semiconductor device is in the ON state, the carriers moving in the channel region at high speed may collide with crystal defects and be scattered. This is called the hot carrier phenomenon. When the scattered carriers hit a weak bond such as Si-H nearby, the carrier is broken and a dangling bond of Si is formed. When a dangling bond is formed, other carriers are captured, so that the electric conductivity and mobility are extremely lowered, and T
FT characteristics deteriorate.

【0048】結晶の欠陥やSi−Hの結合は、結晶粒界
付近に集中して存在し、特に、ドレイン側のLDD領域
またはオフセット領域に結晶粒界が多く存在すると、特
性の劣化及び信頼性の低下に繋がる。
Crystal defects and Si-H bonds are concentrated near the crystal grain boundaries. Especially, when many crystal grain boundaries exist in the LDD region or offset region on the drain side, the characteristics are deteriorated and the reliability is reduced. Leading to a decrease in

【0049】そこで、LDD領域又はオフセット領域に
少なくとも一部が存在する結晶のいずれかの粒径を他の
結晶の粒径よりも大きくすることにより、この領域に存
在する結晶粒界を従来に比べて低減するか、或いは、全
く無くすことができ、特性及び信頼性を向上させること
ができる。
Therefore, by making the grain size of any of the crystals, at least a part of which exists in the LDD region or the offset region, larger than the grain size of the other crystals, the crystal grain boundaries existing in this region are compared with the conventional ones. Can be reduced or eliminated altogether, and the characteristics and reliability can be improved.

【0050】例えば、図30(a)に示すように、LD
D領域又はオフセット領域を示す領域Aに結晶の一部が
存在する結晶C1の粒径を他の結晶C2の粒径よりも大
きくして、結晶粒界Bが領域A内に僅かに存在する場
合、或いは、図30(b)に示すように、前記領域Aを
全て含む結晶C3の粒径を他の結晶C4よりも大きくし
て、領域A内に結晶粒界が全く存在しない場合が該当す
る。
For example, as shown in FIG.
When the grain size of the crystal C1 in which a part of the crystal is present in the region A indicating the D region or the offset region is made larger than the grain size of the other crystal C2, and the crystal grain boundary B is slightly present in the region A. Alternatively, as shown in FIG. 30 (b), the grain size of the crystal C3 including all of the region A is made larger than that of the other crystal C4, and there is no grain boundary in the region A at all. .

【0051】粒径の比較対象となる他の結晶は、LDD
領域又はオフセット領域外に存在するものであることが
好ましい。即ち、前記LDD領域又はオフセット領域に
少なくとも一部が存在する結晶のいずれかの粒径が、前
記LDD領域又はオフセット領域外に全体が存在する他
の結晶(より好ましくは、チャネル領域に存在する他の
結晶)のいずれの粒径よりも大きいことが好ましい。
Another crystal whose grain size is to be compared is LDD.
Those existing outside the region or the offset region are preferable. That is, the grain size of any of the crystals of which at least a part is present in the LDD region or the offset region is other crystals which are entirely present outside the LDD region or the offset region (more preferably, other crystals present in the channel region). It is preferable that the particle size is larger than any of the grain sizes.

【0052】また、結晶粒界が、特にチャネル領域とド
レイン側のLDD領域またはオフセット領域との境界付
近に多く存在すると、特性の劣化及び信頼性の低下がよ
り顕著である。したがって、チャネル領域とLDD領域
又はオフセット領域との境界の少なくとも一方から、該
境界を含んでLDD領域側又はオフセット領域側0.5
μm以内の領域に少なくとも一部が存在する結晶のいず
れかの粒径が、他の結晶の粒径よりも大きいことが好ま
しい。この領域は、境界を含んでLDD領域側又はオフ
セット領域側0.4μm以内であることが好ましく、
0.3μm以内であることがより好ましい。
If a large number of crystal grain boundaries exist near the boundary between the channel region and the LDD region or the offset region on the drain side, the deterioration of characteristics and the deterioration of reliability are more remarkable. Therefore, from at least one of the boundary between the channel region and the LDD region or the offset region, the LDD region side or the offset region side 0.5 including the boundary is included.
It is preferable that one of the crystals, at least a part of which exists in the region within μm, has a larger grain size than other crystals. This region is preferably 0.4 μm or less including the LDD region side or the offset region side, including the boundary,
More preferably, it is within 0.3 μm.

【0053】この場合も、上記領域に少なくとも一部が
存在する結晶のいずれかの粒径が、前記LDD領域又は
オフセット領域外に全体が存在する他の結晶(より好ま
しくは、チャネル領域に存在する他の結晶)のいずれの
粒径よりも大きいことが好ましい。
In this case as well, the grain size of any of the crystals at least partially present in the above region is present in the other crystals entirely outside the LDD region or the offset region (more preferably in the channel region). It is preferable that the particle size is larger than any of the other crystals).

【0054】本発明者らが実験を行ったところ、多結晶
シリコンの結晶粒径とTFT信頼性との間には、図31
に示すような相関関係があることが明らかになった。こ
こで、TFTを構成するチャネル領域とLDD領域又は
オフセット領域との境界は、結晶粒径の中心に一致させ
ている。また、信頼性は、LDD領域又はオフセット領
域を有するTFTのそれぞれについて、ソース・ドレイ
ン間に5Vの電圧をかけ、500kHz1500時間、
ゲート電圧のON/OFFを繰返すことにより、多数回
のスイッチング動作での耐性検査を行い、検査前の移動
度に対する検査後の移動度の割合で表している。
According to an experiment conducted by the present inventors, it was found that the relationship between the crystal grain size of polycrystalline silicon and the TFT reliability is shown in FIG.
It became clear that there is a correlation as shown in. Here, the boundary between the channel region forming the TFT and the LDD region or the offset region is aligned with the center of the crystal grain size. As for the reliability, for each of the TFTs having the LDD region or the offset region, a voltage of 5 V is applied between the source and drain, and 500 kHz 1500 hours,
By repeating ON / OFF of the gate voltage, a resistance test is performed in a large number of switching operations, and the resistance is indicated by the ratio of the mobility after the inspection to the mobility before the inspection.

【0055】同図から明らかなように、結晶粒径が0.
6μm以上であれば、LDD及びオフセットのいずれの
場合においても、信頼性は75%以上であり良好であ
る。チャネル領域とLDD領域又はオフセット領域との
境界から結晶粒界が離れるほどTFTの信頼性が良好で
あり、結晶粒径は、0.8μm以上が好ましく、1μm以
上がより好ましい。
As is clear from the figure, the crystal grain size is 0.
When the thickness is 6 μm or more, the reliability is 75% or more, which is good in both cases of LDD and offset. The reliability of the TFT is better as the crystal grain boundary is farther from the boundary between the channel region and the LDD region or the offset region, and the crystal grain size is preferably 0.8 μm or more, more preferably 1 μm or more.

【0056】また、その後の検討により、前記領域境界
の両側に位置する結晶粒界のうち、特に、LDD領域又
はオフセット領域側の前記領域境界近傍に存在する粒界
が信頼性に悪影響を及ぼすことがわかった。即ち、ドレ
イン側のLDD領域又はオフセット領域における前記領
域境界近傍は電界が高いために、この位置に結晶粒界が
存在するとホットキャリアが発生し易くなる。また、粒
界を起点として半導体層が破壊されるおそれがある。こ
の結果、TFT特性が劣化し、長時間又は多数回スイッ
チング動作させた場合の信頼性が低下する。
Further, as a result of the subsequent examination, among the crystal grain boundaries located on both sides of the region boundary, the grain boundaries existing near the region boundary on the LDD region or offset region side adversely affect the reliability. I understood. That is, since the electric field is high in the vicinity of the region boundary in the LDD region or the offset region on the drain side, if a grain boundary exists at this position, hot carriers are easily generated. In addition, the semiconductor layer may be destroyed starting from the grain boundary. As a result, the TFT characteristics are deteriorated, and the reliability is degraded when the switching operation is performed for a long time or many times.

【0057】したがって、前記領域境界の両側に位置す
る結晶粒界のうち、特に、LDD領域又はオフセット領
域側の粒界を前記領域境界から所定距離以上遠ざけるこ
とが有効である。この距離は、上記実験においては結晶
粒径の半分の距離に相当することから、0.3μm以上
であることが好ましく、0.4μm以上であることがよ
り好ましく、0.5μm以上であることが更に好まし
い。即ち、チャネル領域とLDD領域又はオフセット領
域との境界の少なくとも一方から、該境界を含んでLD
D領域又はオフセット領域側0.3μm以内に結晶粒界
が存在しない構成とすることにより、この付近において
ホットキャリア現象を引き起こす欠陥が少なく、たとえ
ホットキャリアが発生しても、Si−Hなどの弱い結合
が少ないので、特性劣化の主因となるダングリングボン
ドが発生せず、更に、欠陥をもとに半導体層を破壊して
いく現象が起こりにくくなる。この結果、TFT特性の
劣化を低減させることができ、信頼性の向上を図ること
ができる。
Therefore, among the crystal grain boundaries located on both sides of the region boundary, it is particularly effective to separate the grain boundaries on the LDD region or offset region side from the region boundary by a predetermined distance or more. Since this distance corresponds to half the crystal grain size in the above experiment, it is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.4 μm or more, and 0.5 μm or more. More preferable. That is, the LD including the boundary from at least one of the boundary between the channel region and the LDD region or the offset region.
By adopting a structure in which crystal grain boundaries do not exist within 0.3 μm on the D region or offset region side, there are few defects that cause the hot carrier phenomenon in this vicinity, and even if hot carriers are generated, it is weak such as Si-H. Since the number of bonds is small, dangling bonds, which are the main cause of characteristic deterioration, do not occur, and the phenomenon of destroying the semiconductor layer due to defects is less likely to occur. As a result, the deterioration of the TFT characteristics can be reduced and the reliability can be improved.

【0058】結晶粒界が存在しない前記領域境界は、ド
レイン側であれば良い。但し、半導体装置によっては、
ドレインとソースとが変換される場合もあり得るので、
この場合には、ドレイン側及びソース側の双方の前記領
域境界に結晶粒界が存在しないようにすることが好まし
い。
The region boundary where no crystal grain boundary exists may be on the drain side. However, depending on the semiconductor device,
Since the drain and source may be converted,
In this case, it is preferable that no grain boundaries exist at the boundary between the drain side and the source side.

【0059】また、上記半導体装置は、更に、チャネル
領域とLDD領域又はオフセット領域との前記境界から
チャネル領域側0.3μm以内に、結晶粒界が存在しな
いことが好ましい。この距離は、0.4μm以内である
ことがより好ましく、0.5μm以内であることが更に
好ましい。これによって、前記領域境界のLDD領域又
はオフセット領域側の所定距離以内だけでなく、チャネ
ル領域側の所定距離以内にも結晶粒界が存在しないの
で、移動度が向上し、TFT特性の劣化の低減及び信頼
性の向上をより確実に図ることができる。
Further, in the above semiconductor device, it is preferable that no crystal grain boundary exists within 0.3 μm from the boundary between the channel region and the LDD region or the offset region on the channel region side. This distance is more preferably 0.4 μm or less, further preferably 0.5 μm or less. As a result, the grain boundaries do not exist not only within the predetermined distance on the LDD region or the offset region side of the region boundary but also within the predetermined distance on the channel region side, so that the mobility is improved and the deterioration of the TFT characteristics is reduced. In addition, the reliability can be improved more reliably.

【0060】また、本発明に関連する他の半導体装置
は、多結晶の半導体層を有する薄膜トランジスタを備え
ており、前記半導体層内に、チャネル領域と、該チャネ
ル領域の両側に位置する高濃度不純物領域と、前記チャ
ネル領域及び高濃度不純物領域間に位置し前記高濃度不
純物領域よりも不純物濃度が低いLDD領域又は不純物
を含まないオフセット領域とを有し、少なくとも一方側
の前記LDD領域又はオフセット領域に、結晶粒界が存
在しないことを特徴とする。
Further, another semiconductor device related to the present invention comprises a thin film transistor having a polycrystalline semiconductor layer, wherein a channel region and high-concentration impurities located on both sides of the channel region are provided in the semiconductor layer. A region and an LDD region located between the channel region and the high-concentration impurity region and having an impurity concentration lower than that of the high-concentration impurity region or an offset region containing no impurities, and the LDD region or the offset region on at least one side In addition, there is no grain boundary.

【0061】この半導体装置によれば、電界が高い部分
を有するドレイン側のLDD領域又はオフセット領域に
結晶粒界が存在しないので、ホットキャリアの発生を抑
制することができ、TFT特性の劣化の低減及び信頼性
の向上を図ることができる。
According to this semiconductor device, since no crystal grain boundary exists in the LDD region or the offset region on the drain side having the portion where the electric field is high, it is possible to suppress the generation of hot carriers and reduce the deterioration of the TFT characteristics. Also, the reliability can be improved.

【0062】更に、前記チャネル領域に、結晶粒界が存
在しないように構成した場合には、移動度が向上し、T
FT特性の劣化の低減及び信頼性の向上をより確実に図
ることができる。
Further, when the channel region is configured so that no crystal grain boundary exists, the mobility is improved and T
It is possible to more reliably reduce the deterioration of the FT characteristics and improve the reliability.

【0063】更に、前記LDD領域又はオフセット領域
に隣接する前記高濃度不純物領域に、結晶粒界が存在し
ないように構成した場合には、ソース又はドレインの接
触抵抗が減少し、実質的にTFTのオン電流が増加する
という効果が得られる。
Further, when the high-concentration impurity region adjacent to the LDD region or the offset region is configured so that no grain boundary exists, the contact resistance of the source or drain is reduced, and the TFT of the TFT is substantially formed. The effect of increasing the on-current can be obtained.

【0064】また、本発明に関連する更に他の半導体装
置は、共通する機能を有する複数の薄膜トランジスタを
備えており、この薄膜トランジスタ全体の50%以上
が、上述した薄膜トランジスタであることを特徴とする
(但し、小数点以下は切り捨て)。この割合は、70%
以上であることがより好ましく、90%以上であること
が更に好ましい。例えば、半導体装置の一例である液晶
表示装置やEL表示装置については、各画素の動作を制
御するTFTの個数が例えば100個である場合、上述
したTFTが50個以上であることが好ましい。
Still another semiconductor device according to the present invention is provided with a plurality of thin film transistors having a common function, and 50% or more of the whole thin film transistors are the above-mentioned thin film transistors ( However, the numbers after the decimal point are truncated.) This ratio is 70%
More preferably, it is more preferably 90% or more. For example, in a liquid crystal display device or an EL display device which is an example of a semiconductor device, when the number of TFTs controlling the operation of each pixel is 100, for example, it is preferable that the above-mentioned TFTs are 50 or more.

【0065】この半導体装置によれば、複数の薄膜トラ
ンジスタのうち、TFT特性の劣化の低減及び信頼性の
向上が可能な上記薄膜トランジスタを所定の割合以上備
えているので、安定した性能を得ることができる。
According to this semiconductor device, among the plurality of thin film transistors, the thin film transistors capable of reducing the deterioration of the TFT characteristics and improving the reliability are provided in a predetermined ratio or more, so that stable performance can be obtained. .

【0066】上記各半導体装置は、基板と前記半導体層
との間に絶縁性を有する下地膜が形成されていることが
好ましく、前記下地膜は、平均孔径が0.01〜2μm
の多孔質層を含むことが好ましい。この孔径は、断面S
EM・TEMに代表される電子顕微鏡を用いた観察によ
り測定することができる。
In each of the above semiconductor devices, it is preferable that a base film having an insulating property is formed between the substrate and the semiconductor layer, and the base film has an average pore diameter of 0.01 to 2 μm.
It is preferable to include the porous layer of This pore size has a cross section S
It can be measured by observation using an electron microscope typified by EM / TEM.

【0067】基板と半導体層との間に多孔質層を含む下
地膜を形成することにより、半導体層の結晶成長を促進
する効果が得られる。しかし、多孔質層の孔径が大きく
なると、基板から半導体層への不純物拡散を防止する効
果が充分でなく、TFTを長時間又は多数回スイッチン
グ動作をさせた場合にオフからオンへ切り替わるゲート
電圧のしきい値(Vt)のシフトを生じる。また、大き
な空孔がチャネル領域やLDD領域との界面に存在する
と、TFTが機能せず、歩留まりの悪化を招く。
By forming a base film including a porous layer between the substrate and the semiconductor layer, an effect of promoting crystal growth of the semiconductor layer can be obtained. However, when the pore diameter of the porous layer is large, the effect of preventing the diffusion of impurities from the substrate to the semiconductor layer is not sufficient, and the gate voltage that switches from OFF to ON when the TFT is switched for a long time or many times A shift of the threshold value (Vt) occurs. Further, if large voids are present at the interface with the channel region or the LDD region, the TFT will not function and the yield will be deteriorated.

【0068】以上の観点から、多孔質層の空孔は、平均
孔径が0.01〜2μmであることが好ましく、0.0
5〜0.1μmであることがより好ましい。これによっ
て、半導体層における粒径拡大の効果が得られるだけで
なく、TFTの不良率が低下し、更には、TFTを長時
間又は多数回スイッチング動作をさせた場合にオフから
オンへ切り替わるゲート電圧のしきい値(Vt)のシフ
トを防止することができる。
From the above viewpoint, the pores of the porous layer preferably have an average pore diameter of 0.01 to 2 μm, and 0.0
More preferably, it is 5 to 0.1 μm. As a result, not only the effect of increasing the grain size in the semiconductor layer is obtained, but also the defective rate of the TFT is lowered, and further, the gate voltage at which the TFT is switched from off to on when the TFT is operated for a long time or many times. It is possible to prevent the threshold value (Vt) from being shifted.

【0069】また、前記基板と前記半導体層との間に形
成された絶縁性を有する下地膜は、平均孔径が0.01
〜2μmの多孔質層、及び、該多孔質層上に形成された
該多孔質層よりも緻密な層を含むように構成することも
好ましい。
The insulating base film formed between the substrate and the semiconductor layer has an average pore diameter of 0.01.
It is also preferable to include a porous layer of ˜2 μm and a layer formed on the porous layer and denser than the porous layer.

【0070】この半導体装置によれば、下地膜を構成す
る緻密な層によって、不純物拡散を防止する効果が得ら
れ、TFTの不良率が低下し、TFTを長時間又は多数
回スイッチング動作をさせた場合にオフからオンへ切り
替わるゲート電圧のしきい値(Vt)のシフトを防止す
ることができる。また、下地膜を構成する多孔質層によ
って、半導体層の結晶成長を促進する効果が得られる。
According to this semiconductor device, the dense layer forming the base film has the effect of preventing the diffusion of impurities, the defective rate of the TFT is lowered, and the TFT is operated for a long time or many times. In this case, it is possible to prevent the threshold voltage (Vt) of the gate voltage from being switched from off to on. Further, the porous layer forming the base film has an effect of promoting crystal growth of the semiconductor layer.

【0071】また、本発明に関連する更に他の半導体装
置は、薄膜トランジスタが、前記半導体層よりも熱伝導
率の高い物質からなる所定形状のパターンの近傍に形成
されていることを特徴とする。
Still another semiconductor device according to the present invention is characterized in that the thin film transistor is formed in the vicinity of a pattern of a predetermined shape made of a substance having a higher thermal conductivity than the semiconductor layer.

【0072】この半導体装置によれば、半導体層よりも
熱伝導率の高い物質からなる所定形状のパターンによっ
て、この半導体層に大粒径の結晶を形成することが容易
になる。
According to this semiconductor device, it becomes easy to form crystals with a large grain size in the semiconductor layer by the pattern of a predetermined shape made of a substance having a higher thermal conductivity than the semiconductor layer.

【0073】前記パターンは、基板と半導体層との間に
形成されていることが好ましく、基板と半導体層との間
に形成された絶縁性を有する下地膜によって覆われてい
ることがより好ましい。これによって、半導体装置を製
造する際に、このパターンをフォト工程におけるアライ
メントキーとして利用可能であるという効果が生じる。
The pattern is preferably formed between the substrate and the semiconductor layer, and more preferably covered by an insulating base film formed between the substrate and the semiconductor layer. This produces an effect that this pattern can be used as an alignment key in a photo process when manufacturing a semiconductor device.

【0074】下地膜は、第1の下地膜(上側下地膜)と
第2の下地膜(下側下地膜)とから構成することがで
き、第1の下地膜と第2の下地膜との間に前記パターン
を形成しても良い。この場合、熱伝導性を良好にしてよ
り大粒径の結晶が得られるように、第1の下地膜の厚み
を第2の下地膜の厚みよりも薄くすることが好ましい。
また、前記パターンは、金属膜からなることが好まし
く、半導体層のドレイン領域、チャネル領域又はソース
領域の近傍に設けることができる。
The base film can be composed of a first base film (upper base film) and a second base film (lower base film). The pattern may be formed between them. In this case, it is preferable to make the thickness of the first undercoating film smaller than the thickness of the second undercoating film so that the crystal having a larger grain size can be obtained with good thermal conductivity.
The pattern is preferably made of a metal film and can be provided in the vicinity of the drain region, the channel region or the source region of the semiconductor layer.

【0075】パターン周辺の半導体薄膜に、他の部分の
結晶よりも粒径の大きい結晶が存在する半導体装置を得
ることができる。パターンは、半導体薄膜に接して設け
ることができる。また、パターン直上又は直下に位置す
る半導体薄膜の結晶粒径が、パターン周辺の半導体薄膜
の結晶粒径よりも小さい半導体装置を得ることができ
る。
It is possible to obtain a semiconductor device in which a crystal having a grain size larger than that of the crystal in other portions exists in the semiconductor thin film around the pattern. The pattern can be provided in contact with the semiconductor thin film. Further, it is possible to obtain a semiconductor device in which the crystal grain size of the semiconductor thin film located directly above or directly below the pattern is smaller than the crystal grain size of the semiconductor thin film around the pattern.

【0076】以上の半導体装置は、例えば、上述した半
導体装置の製造方法によって製造することができる。ま
た、例えば、上述した半導体装置の製造方法によって、
次に示すような半導体装置を製造することができる。・
基板上に半導体層が形成された薄膜トランジスタを備え
ており、前記半導体層内に、チャネル領域と、該チャネ
ル領域の両側に位置する高濃度不純物領域と、前記チャ
ネル領域及び高濃度不純物領域間に位置し、前記高濃度
不純物領域よりも不純物濃度が低いLDD領域又は不純
物を含まないオフセット領域とを有し、チャネル領域と
LDD領域又はオフセット領域との境界近傍の結晶粒径
が、他の領域の結晶粒径より大きいことを特徴とする半
導体装置・基板上に半導体層が形成された薄膜トランジ
スタを備えており、前記半導体層内に、チャネル領域
と、該チャネル領域の両側に位置する高濃度不純物領域
とを有し、チャネル領域と高濃度不純物領域との境界近
傍の結晶粒径が、他の領域の結晶粒径より大きいことを
特徴とする半導体装置 ・基板上に半導体層が形成された薄膜トランジスタを備
えており、前記半導体層内に、チャネル領域と、該チャ
ネル領域の両側に位置する高濃度不純物領域と、前記チ
ャネル領域及び高濃度不純物領域間に位置し、前記高濃
度不純物領域よりも不純物濃度が低いLDD領域又は不
純物を含まないオフセット領域とを有し、ソース領域の
結晶粒径とLDD領域又はオフセット領域の結晶粒径と
が異なるか、又は、ソース領域の結晶粒径とドレイン領
域の結晶粒径とが異なる(例えば、ソース領域の結晶粒
径よりもドレイン領域の結晶粒径が小さい)半導体装置 ・基板上に半導体層が形成された薄膜トランジスタを備
えており、半導体層の1つのチャネル領域内に1本の粒
界が存在する半導体装置また、本発明に関連する更に他
の半導体装置は、前記薄膜トランジスタが、多結晶の半
導体薄膜からなる半導体層と、非晶質の半導体薄膜から
なる所定形状のパターンとを有することを特徴とする。
The above semiconductor device can be manufactured, for example, by the above-described method for manufacturing a semiconductor device. In addition, for example, by the above-described method for manufacturing a semiconductor device,
The following semiconductor device can be manufactured.・
A thin film transistor having a semiconductor layer formed on a substrate is provided, and a channel region, high concentration impurity regions located on both sides of the channel region, and a region between the channel region and the high concentration impurity region are provided in the semiconductor layer. However, it has an LDD region having an impurity concentration lower than that of the high-concentration impurity region or an offset region containing no impurity, and the crystal grain size in the vicinity of the boundary between the channel region and the LDD region or the offset region is a crystal of another region. A semiconductor device characterized by having a larger grain size, and a thin film transistor having a semiconductor layer formed on a substrate, wherein a channel region and high-concentration impurity regions located on both sides of the channel region are provided in the semiconductor layer. And a crystal grain size in the vicinity of the boundary between the channel region and the high-concentration impurity region is larger than that in other regions. A thin film transistor having a semiconductor layer formed on a substrate is provided, and in the semiconductor layer, a channel region, high concentration impurity regions located on both sides of the channel region, and between the channel region and the high concentration impurity region. A LDD region having an impurity concentration lower than that of the high-concentration impurity region or an offset region containing no impurities, and the crystal grain size of the source region is different from that of the LDD region or the offset region, or A thin film transistor having a semiconductor layer formed on a semiconductor device / substrate in which the crystal grain size of the source region and the crystal grain size of the drain region are different (for example, the crystal grain size of the drain region is smaller than the crystal grain size of the source region) It includes a semiconductor device also one grain boundary exists in a channel region of the semiconductor layer, still another semiconductor device related to the present invention The thin film transistor comprises a semiconductor layer formed of a polycrystalline semiconductor thin film, and having a pattern of a predetermined shape formed of amorphous semiconductor thin film.

【0077】この半導体装置によれば、製造する際にお
いて、所定形状のパターンをフォト工程におけるアライ
メントキーとして利用可能であるという効果が生じる。
多結晶の半導体薄膜と非晶質の半導体薄膜とは、同一の
層を構成することが好ましい。
According to this semiconductor device, there is an effect that a pattern having a predetermined shape can be used as an alignment key in a photo process in manufacturing.
It is preferable that the polycrystalline semiconductor thin film and the amorphous semiconductor thin film form the same layer.

【0078】また、上述した各半導体装置は、例えば、
複数の薄膜トランジスタを含む半導体装置を介して電圧
が供給されることにより、各画素が動作する液晶表示装
置やEL表示装置などの表示装置とすることができる。
この場合には、画像の点欠陥や線欠陥が現れるまでの寿
命を改善することができ、精細度及び画面輝度の一様性
を高め、歩留まり及び信頼性を向上させることができ
る。EL表示装置は、TFTを用いてELの画素及び駆
動回路を、上述したTFTを用いて作製し、駆動、表示
することが可能であり、無機ELディスプレイおよび有
機ELディスプレイの双方を含む。
Further, each of the above-mentioned semiconductor devices is, for example,
By being supplied with a voltage through a semiconductor device including a plurality of thin film transistors, a display device such as a liquid crystal display device or an EL display device in which each pixel operates can be obtained.
In this case, it is possible to improve the life until the point defect and the line defect of the image appear, improve the definition and the uniformity of the screen brightness, and improve the yield and reliability. An EL display device can manufacture, drive, and display an EL pixel and a driver circuit using the above-mentioned TFT using a TFT, and includes both an inorganic EL display and an organic EL display.

【0079】[0079]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0080】(実施の形態1) (半導体薄膜) まず、半導体薄膜の製造方法について説明する。本実施
形態及び以下の実施形態における製造方法は、GaA
s、Ge、SiGe、SiGeC等の半導体薄膜に関し
ても同様に行うことができるが、現在一般的に用いられ
ているシリコン(Si)を中心に説明する。
(Embodiment 1) (Semiconductor Thin Film) First, a method of manufacturing a semiconductor thin film will be described. The manufacturing method in the present embodiment and the following embodiments is GaA
The same applies to semiconductor thin films such as s, Ge, SiGe, and SiGeC, but the description will focus on silicon (Si), which is commonly used at present.

【0081】図1に示すように、基板1上に、基板1か
らの不純物の拡散を防ぐ目的で、たとえばTEOS−C
VD法により膜厚300nmのSiO2下地膜2を成膜
する。なお、この下地膜2の膜厚は300nmに限ら
ず、種々の設定が可能である。基板1として、本実施の
形態では、ガラスを使用したが、プラスチックやフィル
ムを使用することも可能である。下地膜2としては、窒
化シリコン膜なども使用することができる。SiO
2膜、窒化シリコン膜の膜厚は200nm以上であれば
問題ない。膜厚が200nm未満の場合は、ガラス基板
1からの不純物がシリコン層9に拡散し、TFT特性の
Vtシフト等の問題が発生するおそれがある。
As shown in FIG. 1, for the purpose of preventing the diffusion of impurities from the substrate 1, for example, TEOS-C is formed on the substrate 1.
A SiO 2 base film 2 having a film thickness of 300 nm is formed by the VD method. The thickness of the base film 2 is not limited to 300 nm, and various settings can be made. Although glass is used as the substrate 1 in the present embodiment, it is also possible to use plastic or a film. A silicon nitride film or the like can also be used as the base film 2. SiO
There is no problem if the film thickness of the two films and the silicon nitride film is 200 nm or more. If the film thickness is less than 200 nm, impurities from the glass substrate 1 may diffuse into the silicon layer 9 and a problem such as Vt shift of TFT characteristics may occur.

【0082】次に、プラズマCVD法により、下地膜2
上に非晶質シリコン膜3を成膜する。なお、この非晶質
シリコン膜3の成膜にあたっては、減圧CVD法やスパ
ッタを用いても良い。非晶質シリコン膜3の膜厚は、通
常30nm〜90nmとすることが好ましい。本実施の
形態では50nmとした。
Next, the base film 2 is formed by the plasma CVD method.
An amorphous silicon film 3 is formed on top. In forming the amorphous silicon film 3, a low pressure CVD method or sputtering may be used. The thickness of the amorphous silicon film 3 is usually preferably 30 nm to 90 nm. In this embodiment, the thickness is 50 nm.

【0083】ついで、作製された非晶質シリコン膜3中
の水素を除去するため、脱水素工程として、450℃で
1時間の熱処理を行なう。なお、スパッタ等のように非
晶質シリコン膜3中に水素が含まれない方法、あるい
は、含有する水素の量が少ない成膜方法を用いた場合
は、脱水素処理は必要でない。
Then, in order to remove hydrogen in the produced amorphous silicon film 3, a heat treatment is carried out at 450 ° C. for 1 hour as a dehydrogenation step. Note that the dehydrogenation treatment is not necessary when a method such as sputtering in which hydrogen is not contained in the amorphous silicon film 3 or a film formation method in which the amount of contained hydrogen is small is used.

【0084】次に、図2に示すように、レーザアニール
装置(ELA装置)6により予備照射を行う。本実施の
形態ではXeClパルスレーザ(波長308nm)を用
いて、ステージ(図示せず)上の基板を移動させなが
ら、1ヶ所に対して10回(10パルス)レーザ光を照
射した。尚、基板を移動させる代わりに、基板を固定し
てレーザ光の光学系を移動させながら照射しても良い。
Next, as shown in FIG. 2, preliminary irradiation is performed by a laser annealing device (ELA device) 6. In this embodiment mode, a XeCl pulsed laser (wavelength: 308 nm) is used, and laser light is irradiated 10 times (10 pulses) to one position while moving a substrate on a stage (not shown). Instead of moving the substrate, the substrate may be fixed and irradiation may be performed while moving the optical system of the laser light.

【0085】結晶化に用いるレーザは、シリコン膜へ吸
収されて、熱を発生する必要があるので、波長が500
nm以下の短いレーザが要求され、より短波長になるほ
ど、吸収効率にすぐれるので好ましい。本発明では、X
eClエキシマレーザ(波長308nm)を用いて結晶
化工程を行なったが、波長が500nm以下のレーザで
あればよく、たとえばArF、KrF等のエキシマレー
ザーやArレーザー等でも良い。また、パルスレーザを
用いて説明したが、連続発振(CW)のレーザでもよ
い。この場合、以下の説明中のパルス数を、照射時間に
対応させればよい。
Since the laser used for crystallization needs to generate heat by being absorbed by the silicon film, it has a wavelength of 500.
A shorter laser of nm or less is required, and the shorter the wavelength, the better the absorption efficiency, which is preferable. In the present invention, X
Although the crystallization process was performed using an eCl excimer laser (wavelength 308 nm), any laser having a wavelength of 500 nm or less may be used, and an excimer laser such as ArF or KrF or an Ar laser may be used. Further, although a pulsed laser is used for description, a continuous wave (CW) laser may be used. In this case, the number of pulses in the following description may correspond to the irradiation time.

【0086】非晶質シリコン膜3に対してレーザ光7を
照射する場合、室温において約160mJ/cm2以上
のエネルギー密度で照射することにより結晶化が起こ
り、矢示方向に順次多結晶シリコン膜11が形成され
る。エネルギー密度を算出するためには、照射面積を求
めることが必要であるが、本明細書においては、レーザ
強度の分布を測定し、最高強度の2分の1の強度となる
位置を結んで囲まれた領域の面積を、照射面積としてい
る。
When the laser beam 7 is applied to the amorphous silicon film 3, crystallization occurs by irradiating the amorphous silicon film 3 with an energy density of about 160 mJ / cm 2 or more at room temperature, and the polycrystalline silicon film is sequentially irradiated in the direction of the arrow. 11 is formed. In order to calculate the energy density, it is necessary to obtain the irradiation area. In this specification, however, the distribution of the laser intensity is measured, and the positions at which the intensity is half the maximum intensity are connected and surrounded. The area of the exposed region is the irradiation area.

【0087】この予備照射工程では、特に膜質の高い多
結晶シリコン膜11は必要でなく、また、逆に粒径が細
かい方が、後の大粒径シリコン膜を形成する工程で結晶
欠陥が生じにくいので、例えば、170〜280mJ/
cm2の比較的弱めのレーザ強度を用いて、非晶質シリ
コン膜3を結晶化させる。本実施形態では、250mJ
/cm2で照射し、図3に示すような、粒径が30nm
以下の多結晶シリコン膜11を得た。
In this pre-irradiation step, the polycrystalline silicon film 11 having a particularly high film quality is not necessary, and conversely, the smaller the grain size, the more crystal defects are generated in the subsequent step of forming the large grain size silicon film. Since it is difficult, 170-280 mJ /
The amorphous silicon film 3 is crystallized by using a relatively weak laser intensity of cm 2 . In this embodiment, 250 mJ
/ Cm 2 and the particle size is 30 nm as shown in Fig. 3.
The following polycrystalline silicon film 11 was obtained.

【0088】次に、パターン形成用マスクを用いて、図
8(a)に示すように、多結晶シリコン膜11上に放熱
層4及びアライメントキー5を形成する。本実施形態で
は、蒸着により成膜したが、その他にスパッタ等の手段
を適用可能である。
Next, using the pattern forming mask, as shown in FIG. 8A, the heat dissipation layer 4 and the alignment key 5 are formed on the polycrystalline silicon film 11. In this embodiment, the film is formed by vapor deposition, but other means such as sputtering can be applied.

【0089】放熱層4は、多結晶シリコン膜11よりも
熱伝導率の高い物質であり、Al、Ti、Ni、Cr、
Ti、Mo、W、Cu、Au、Ag、Pt、Ta、In
等のほぼすべての金属又はその合金が適している。ま
た、熱伝導率が高ければITO(InTiO)等の金属
酸化物であってもよい。これについては、以下の実施形
態においても同様である。本実施形態では、モリブデン
タングステン合金(MoW)により放熱層4及びアライ
メントキー5を形成した。また、この放熱層4の形状
は、本実施形態においては平面視において矩形状とした
が、三角形状、円状、楕円状などとすることもできる。
The heat dissipation layer 4 is a substance having a higher thermal conductivity than the polycrystalline silicon film 11, and is made of Al, Ti, Ni, Cr,
Ti, Mo, W, Cu, Au, Ag, Pt, Ta, In
Almost all metals or alloys thereof are suitable. Further, a metal oxide such as ITO (InTiO) may be used as long as it has high thermal conductivity. This also applies to the following embodiments. In the present embodiment, the heat dissipation layer 4 and the alignment key 5 are formed of molybdenum tungsten alloy (MoW). Further, although the heat dissipation layer 4 has a rectangular shape in a plan view in the present embodiment, it may have a triangular shape, a circular shape, an elliptical shape, or the like.

【0090】ついで、再びレーザアニール装置(ELA
装置)を用いて、図5(a)に示すように本照射工程を
行う。本照射工程におけるレーザ光7の照射強度の下限
は、上述した予備照射工程の照射強度よりも大きな値で
ある。また、照射強度の上限は、多結晶シリコン層11
の変質や蒸発が開始するまでの値である。具体的には、
レーザ光7の強度範囲は280mJ/cm2から420
mJ/cm2であり、本実施の形態では380mJ/c
2とした。更に、この上限値及び下限値は、シリコン
膜3の膜厚にほぼ比例することが好ましく、Taをシリコ
ン膜3の膜厚(nm)、Elをレーザ光強度密度(mJ/
cm2)として、3.78Ta+138≦El≦4.54Ta+153の関係を
満たす範囲が好ましい。
Then, the laser annealing apparatus (ELA
Device) is used to perform the main irradiation step as shown in FIG. The lower limit of the irradiation intensity of the laser beam 7 in the main irradiation process is a value larger than the irradiation intensity of the preliminary irradiation process described above. Further, the upper limit of the irradiation intensity is the polycrystalline silicon layer 11
It is the value until the alteration and evaporation of In particular,
The intensity range of the laser beam 7 is 280 mJ / cm 2 to 420
mJ / cm 2 , which is 380 mJ / c in this embodiment.
It was set to m 2 . Further, it is preferable that the upper limit value and the lower limit value are substantially proportional to the film thickness of the silicon film 3, Ta is the film thickness (nm) of the silicon film 3, and El is the laser light intensity density (mJ / mJ /
As cm 2 ), a range satisfying the relationship of 3.78Ta + 138 ≦ El ≦ 4.54Ta + 153 is preferable.

【0091】レーザ光7の1ヶ所への照射回数は、多く
なるほど照射強度が安定化され、結晶粒径や膜質が均一
になるため、後にTFTを形成した場合の特性が安定す
る。一方、照射に時間がかかり、生産性が悪化する。し
たがって、このような観点からの好ましい1ヶ所あたり
の照射回数は、10回から30回程度である。本実施形
態においては、基板を適当なピッチで移動させながら、
1ヶ所に20回行った。尚、1ヶ所への照射回数を10
0回以上にすると、20回の場合と比較して、TFTを
製造した場合の移動度が約1.5倍に向上する。
As the number of times the laser beam 7 is irradiated to one location is increased, the irradiation intensity is stabilized and the crystal grain size and the film quality become uniform, so that the characteristics when the TFT is formed later are stabilized. On the other hand, it takes a long time to irradiate, which deteriorates productivity. Therefore, from this point of view, the preferable number of irradiations per site is about 10 to 30 times. In this embodiment, while moving the substrate at an appropriate pitch,
I went to one place 20 times. In addition, the number of irradiation to one place is 10
When the number of times is 0 or more, the mobility in the case of manufacturing the TFT is improved by about 1.5 times as compared with the case of 20 times.

【0092】この本照射工程により、予備照射工程で多
結晶となったシリコン膜11は再び溶融する。溶融した
シリコン膜11における放熱層4の近傍では、シリコン
膜11よりも熱伝導率が高い放熱層4に向けて矢印12
の方向に熱が移動するため、急速に冷却される。この冷
却速度は、放熱層4から遠ざかるにつれて遅くなるた
め、図5(b)に示すように、所定時間の経過後に放熱
層4の近傍で温度勾配が生じ、この温度勾配が生じる部
分で、低温側から高温側に向けて結晶化が行われる。こ
の結果、図6に示すように、放熱層4の近傍におけるシ
リコン膜11に、粒径の大きい大粒径結晶14が形成さ
れ、放熱層4から離れた部分では、それよりも粒径が小
さい小粒径結晶15が形成される。また、放熱層4の下
方領域13は、放熱層4がマスクとなって照射されない
ので溶融されず、予備照射工程で結晶化された状態のま
ま維持される。
By this main irradiation step, the polycrystal silicon film 11 in the preliminary irradiation step is melted again. In the vicinity of the heat dissipation layer 4 in the melted silicon film 11, an arrow 12 is drawn toward the heat dissipation layer 4 having a higher thermal conductivity than the silicon film 11.
The heat is transferred in the direction of and is cooled rapidly. Since the cooling rate becomes slower as the distance from the heat dissipation layer 4 increases, as shown in FIG. 5B, a temperature gradient is generated near the heat dissipation layer 4 after a predetermined time elapses, and a low temperature is generated in a portion where the temperature gradient occurs. From the side to the high temperature side. As a result, as shown in FIG. 6, a large grain crystal 14 having a large grain size is formed in the silicon film 11 in the vicinity of the heat dissipation layer 4, and the grain size is smaller than that in the portion away from the heat dissipation layer 4. Small grain crystals 15 are formed. Further, the lower region 13 of the heat dissipation layer 4 is not melted because the heat dissipation layer 4 serves as a mask and is not irradiated, and is kept in a crystallized state in the preliminary irradiation process.

【0093】大粒径結晶14の平面形状を図7に示す。
この結晶粒径を、原子間力顕微鏡(AFM)および透過
型電子顕微鏡(TEM)で測定をしたところ、長さ方
向、即ち、温度勾配が生じた方向の粒径aが1μmであ
り、幅方向、即ち、平面上で長さ方向に直交する方向の
粒径bが0.5μmであった。この粒径は、各方向にお
ける粒界間の最大距離により示している。また、粒内に
大きな欠陥はなかった。大粒径結晶14の周辺における
小粒径結晶15についても同様に結晶粒径を調べたとこ
ろ、粒径が100nm以下であり、従来の照射工程で得
られる多結晶シリコン膜の粒径と同程度であった。この
ように、本照射工程においては、放熱層4の近傍、即
ち、予め定められた位置において、シリコン膜の結晶粒
径を選択的に大きくして、膜質を向上させることが可能
である。
The plane shape of the large grain crystal 14 is shown in FIG.
When the crystal grain size was measured with an atomic force microscope (AFM) and a transmission electron microscope (TEM), the grain size a in the length direction, that is, the direction in which the temperature gradient was generated was 1 μm, and the width direction. That is, the particle size b in the direction orthogonal to the length direction on the plane was 0.5 μm. This grain size is indicated by the maximum distance between grain boundaries in each direction. Also, there were no major defects in the grains. When the crystal grain size of the small grain crystal 15 around the large grain crystal 14 is also examined, the grain size is 100 nm or less, which is about the same as the grain size of the polycrystalline silicon film obtained by the conventional irradiation process. Met. As described above, in the main irradiation step, it is possible to improve the film quality by selectively increasing the crystal grain size of the silicon film in the vicinity of the heat dissipation layer 4, that is, at a predetermined position.

【0094】次に、放熱層4の除去工程を行う。図8
(a)に示すように、多結晶シリコン膜11上には、放
熱層4と共にアライメントキー5が形成されているた
め、まず、アライメントキー5にレジストなどの保護膜
16を塗布し、乾燥固化させる(図8(b))。そし
て、ドライエッチング又はウェットエッチングを行い、
放熱層4を除去する。(図8(c))。最後に、保護膜
16を剥離液で除去する(図8(d))。これにより、
アライメントキー5が残った状態で、放熱層4が除去さ
れ、半導体薄膜が完成する。多結晶シリコン膜11に
は、多数のダングリングボンドが形成されているので、
水素プラズマ中で、例えば450℃で2時間放置するこ
とにより、シリコン原子のダングリングボンドを水素原
子により終端する。水素含有濃度は、例えば2×1020
atom・cm-3程度である。
Next, a step of removing the heat dissipation layer 4 is performed. Figure 8
As shown in (a), since the alignment key 5 is formed together with the heat dissipation layer 4 on the polycrystalline silicon film 11, first, the alignment key 5 is coated with a protective film 16 such as a resist and dried and solidified. (FIG.8 (b)). Then, dry etching or wet etching is performed,
The heat dissipation layer 4 is removed. (FIG.8 (c)). Finally, the protective film 16 is removed with a stripping solution (FIG. 8D). This allows
With the alignment key 5 left, the heat dissipation layer 4 is removed, and the semiconductor thin film is completed. Since many dangling bonds are formed in the polycrystalline silicon film 11,
The dangling bond of silicon atoms is terminated by hydrogen atoms by leaving it in hydrogen plasma at 450 ° C. for 2 hours, for example. The hydrogen content concentration is, for example, 2 × 10 20
It is about atom · cm −3 .

【0095】本実施形態における半導体薄膜の製造にお
いては、放熱層4の形状を平面視矩形状としているが、
平面視三角形状とすることも好ましい。放熱層4をこの
ような形状とすることにより、本照射工程後に放熱層4
の頂点から結晶の成長が開始され、図9に示すように、
大粒径結晶14の平面形状は略扇形状となる。この場合
には、結晶成長の起点が点として明確になるので、後述
するTFTの製造工程において、大粒径結晶とTFTと
の位置合わせが容易になる。
In the manufacture of the semiconductor thin film in this embodiment, the heat dissipation layer 4 has a rectangular shape in plan view.
It is also preferable to have a triangular shape in a plan view. By forming the heat dissipation layer 4 in such a shape, the heat dissipation layer 4 can be formed after the main irradiation step.
The crystal growth starts from the top of, and as shown in FIG.
The planar shape of the large grain crystal 14 is substantially fan-shaped. In this case, since the starting point of crystal growth becomes clear as a point, it becomes easy to align the large grain crystal with the TFT in the TFT manufacturing process described later.

【0096】(半導体装置) 次に、半導体装置を構成する薄膜トランジスタ(TF
T)を製造する方法について説明する。まず、図10
(a)に示すように、上述した製造方法により得られた
半導体薄膜を用いて、大粒径結晶14を有する多結晶シ
リコン膜11に対して、アライメントキー5を用いてフ
ォト工程及びエッチング工程を行い、島状にパターニン
グした後、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜19を成
膜する。アライメントキー5は、以下のフォト工程にお
いても、マスクの位置合わせのために使用する。ゲート
絶縁膜19は、SiO2の膜を、例えばTEOSを用い
たプラズマCVDにより形成することができ、必要な膜
厚は、例えば100nmである。形成方法としては、例
えば、減圧CVD、リモートプラズマCVD、常圧CV
D、ECR−CVDなどを用いることも可能である。ま
た、高圧酸化やプラズマ酸化なども可能である。
(Semiconductor Device) Next, a thin film transistor (TF) included in the semiconductor device is formed.
A method of manufacturing T) will be described. First, FIG.
As shown in (a), using the semiconductor thin film obtained by the above-described manufacturing method, the photolithography process and the etching process using the alignment key 5 are performed on the polycrystalline silicon film 11 having the large grain crystal 14. After performing the island-shaped patterning, the gate insulating film 19 made of silicon oxide is formed. The alignment key 5 is also used for aligning the mask in the following photo process. The gate insulating film 19 can be formed of a SiO 2 film by plasma CVD using TEOS, for example, and the necessary film thickness is 100 nm, for example. As a forming method, for example, low pressure CVD, remote plasma CVD, atmospheric pressure CV
It is also possible to use D, ECR-CVD or the like. Further, high pressure oxidation and plasma oxidation are also possible.

【0097】次に、図10(b)に示すように、ゲート
絶縁膜19上にゲート電極20を形成する。ゲート電極
20は、例えば、モリブデン・タングステン合金膜をス
パッタリングにより成膜した後、ゲート電極用のフォト
マスクを用いてフォト工程を行い、エッチングにより所
定の形状にパターニングすることで形成される。ゲート
電極の材料としては、その他に、高純度Al、又は、A
lにSi、Cu、Ta、Sc、Zrなどの少なくとも1
種を添加したAl系材料を使用することもできる。
Next, as shown in FIG. 10B, a gate electrode 20 is formed on the gate insulating film 19. The gate electrode 20 is formed, for example, by forming a molybdenum-tungsten alloy film by sputtering, performing a photo process using a photo mask for the gate electrode, and patterning the film into a predetermined shape by etching. As the material of the gate electrode, other than that, high-purity Al or A
l is at least 1 such as Si, Cu, Ta, Sc, Zr
It is also possible to use an Al-based material added with a seed.

【0098】フォト工程において使用するマスク(図示
せず)は、アライメントキー5により位置合わせが可能
であり、ゲート電極20を、多結晶シリコン膜11の大
粒径結晶14の近傍、より詳しくは、ゲート電極20の
ドレイン側(図の右側)の端部が大粒径結晶14の中央
に位置するように形成する。
A mask (not shown) used in the photo process can be aligned by the alignment key 5, and the gate electrode 20 is located near the large grain crystal 14 of the polycrystalline silicon film 11, more specifically, The gate electrode 20 is formed so that the end portion on the drain side (right side in the drawing) is located at the center of the large grain crystal 14.

【0099】ついで、図10(c)に示すように、イオ
ンドーピング工程を行う。まず、イオンドーピング装置
により、ゲート電極20をマスクとして、シリコン膜1
1にリンを低濃度で注入する。これにより、シリコン膜
11におけるゲート電極20の直下の部分は、チャネル
領域22となる。不純物としては、リン以外に、アクセ
プタとなるボロンや砒素など、ドナーとしてリン以外の
アルミニウム等を選択的に用いることによりPチャンネ
ル及びNチャンネルトランジスタを選択的に作成するこ
とができ、CMOS回路を基板上につくり込むことも可
能である。
Then, as shown in FIG. 10C, an ion doping step is performed. First, the silicon film 1 is formed by using an ion doping apparatus with the gate electrode 20 as a mask.
1 is injected with phosphorus at a low concentration. As a result, the portion of the silicon film 11 immediately below the gate electrode 20 becomes the channel region 22. As impurities, in addition to phosphorus, boron or arsenic serving as an acceptor, or aluminum other than phosphorus serving as a donor can be selectively used to selectively form P-channel and N-channel transistors. It is also possible to build it on.

【0100】次に、フォト工程により、ゲート電極20
及びその両端から2μmの範囲にレジストパターンを形
成した後、このレジストパターンをマスクとして、イオ
ンドーピング装置により高濃度のリンを注入する。この
結果、シリコン膜11におけるチャネル領域22の両側
で、レジストパターンにより覆われていない部分に高濃
度不純物領域が形成される。この高濃度不純物領域は、
それぞれソース領域24及びドレイン領域17となる。
また、チャネル領域22と高濃度不純物領域17,24
との間は、高濃度不純物領域よりも不純物濃度が低いL
DD領域18a,18bとなる。
Next, the gate electrode 20 is formed by a photo process.
Then, after forming a resist pattern in a range of 2 μm from both ends thereof, high-concentration phosphorus is implanted by an ion doping apparatus using this resist pattern as a mask. As a result, high-concentration impurity regions are formed in the silicon film 11 on both sides of the channel region 22 in the portions not covered with the resist pattern. This high concentration impurity region is
It becomes the source region 24 and the drain region 17, respectively.
In addition, the channel region 22 and the high-concentration impurity regions 17 and 24
Between L and L, the impurity concentration is lower than that in the high-concentration impurity region.
It becomes the DD regions 18a and 18b.

【0101】この後、レジストパターンを除去する。注
入した不純物は、熱処理などにより活性化させる。注入
されたイオンの活性化については、同時に注入された水
素による自己活性化が生じるため、アニールのような工
程を付加しないことも可能であるが、より確実な活性化
を図るためには、400℃以上のアニール、エキシマレ
ーザ照射、RTA(Rapid Thermal Anneal)などにより
局所的な加熱を行っても良い。
After that, the resist pattern is removed. The implanted impurities are activated by heat treatment or the like. Regarding the activation of the implanted ions, since self-activation due to the implanted hydrogen occurs at the same time, it is possible not to add a step such as annealing, but in order to achieve more reliable activation, 400 Local heating may be performed by annealing at a temperature of ℃ or more, excimer laser irradiation, RTA (Rapid Thermal Anneal), or the like.

【0102】次に、図10(d)に示すように、酸化シ
リコンからなる層間絶縁膜21を全体に成膜する。層間
絶縁膜21としては、SiO2の膜を、例えばTEOS
を用いたプラズマCVDにより形成することができる
が、他の方法、例えば、AP−CVD(Atmospheric Pr
essure CVD)法 、LTO(Low Temperature Oxide)、E
CR−CVDなどによりSiO2 膜を形成して行っても
良いことは言うまでもない。また、層間絶縁膜21の材
料として、例えば、窒化シリコン、酸化タンタル、酸化
アルミニウム等を用いることができ、これらの材料から
なる薄膜の積層構造をとっても良い。
Next, as shown in FIG. 10D, an interlayer insulating film 21 made of silicon oxide is formed on the entire surface. As the interlayer insulating film 21, a film of SiO 2 is used, for example, TEOS.
It can be formed by plasma CVD using, but other methods such as AP-CVD (Atmospheric Pr
essure CVD) method, LTO (Low Temperature Oxide), E
It goes without saying that the SiO 2 film may be formed by CR-CVD or the like. Further, as the material of the interlayer insulating film 21, for example, silicon nitride, tantalum oxide, aluminum oxide or the like can be used, and a thin film laminated structure made of these materials may be adopted.

【0103】そして、エッチングにより、層間絶縁膜2
1およびゲート絶縁膜19に、多結晶シリコン膜11の
ソース領域24及びドレイン領域17に達するコンタク
トホールを開口する。この後、このコンタクトホール
に、チタン膜やアルミニウム・ジルコニウム合金膜など
をスパッタリングし、エッチングにより所定の形状にパ
ターニングして、ソース電極23aおよびドレイン電極
23bを形成する。ソースおよびドレイン電極23a,
23bの材料としては、アルミニウム・ジルコニウム合
金膜以外に、例えば、アルミニウム(Al)、タンタル
(Ta)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、チタ
ン(Ti)等の金属またはそれらの合金を用いても良
く、不純物を多量に含むポリ−Siであっても良い。或
いは、ポリ−SiGe合金やITO等の透明導電層など
を用いても良い。
Then, the interlayer insulating film 2 is formed by etching.
A contact hole reaching the source region 24 and the drain region 17 of the polycrystalline silicon film 11 is opened in the gate insulating film 1 and the gate insulating film 19. Then, a titanium film, an aluminum-zirconium alloy film, or the like is sputtered in this contact hole and patterned into a predetermined shape by etching to form a source electrode 23a and a drain electrode 23b. Source and drain electrodes 23a,
As the material of 23b, in addition to the aluminum-zirconium alloy film, for example, a metal such as aluminum (Al), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), chromium (Cr), titanium (Ti), or an alloy thereof is used. It may be poly-Si containing a large amount of impurities. Alternatively, a transparent conductive layer such as poly-SiGe alloy or ITO may be used.

【0104】以上のプロセスにより、図11(a)に示
すn型のTFT40が完成する。p型TFTが必要な場
合には、リンを注入する代わりに、Bドーピング工程を
行えばよい。
Through the above process, the n-type TFT 40 shown in FIG. 11A is completed. If a p-type TFT is required, a B doping step may be performed instead of implanting phosphorus.

【0105】本実施形態におけるTFTは、アライメン
トキー5を用いて、ゲート電極20のドレイン側の端部
が大粒径結晶14の中央に位置するようにゲート電極2
0が形成されているため、図11に示すように、ドレイ
ン側のLDD領域18bとチャネル領域22との境界か
ら両側に0.5μmの領域(図の網線で示す領域)が単
結晶であり、結晶粒界Bが存在しない。したがって、ホ
ットキャリア生成によるTFTの劣化を防止することが
でき、信頼性の向上を図ることができる。また、半導体
薄膜の製造において、放熱層4をドレイン領域17の近
傍だけでなくソース領域24の近傍にも形成することに
より、TFT40のソース側のLDD領域18aとチャ
ネル領域22との境界近傍(例えば、両側に0.5μ
m)にも結晶粒界Bが存在しないようにすることがで
き、これによって特性及び信頼性をより向上させること
ができる。
The TFT of this embodiment uses the alignment key 5 so that the end of the gate electrode 20 on the drain side is located at the center of the large grain crystal 14.
Since 0 is formed, as shown in FIG. 11, a region of 0.5 μm on both sides from the boundary between the LDD region 18b on the drain side and the channel region 22 (region indicated by a mesh line in the figure) is a single crystal. , No grain boundary B exists. Therefore, the deterioration of the TFT due to the generation of hot carriers can be prevented, and the reliability can be improved. In the manufacture of the semiconductor thin film, the heat dissipation layer 4 is formed not only in the vicinity of the drain region 17 but also in the vicinity of the source region 24, so that the vicinity of the boundary between the LDD region 18a on the source side of the TFT 40 and the channel region 22 (for example, , 0.5μ on both sides
It is possible to prevent the crystal grain boundary B from existing in m) as well, whereby the characteristics and reliability can be further improved.

【0106】本実施形態におけるTFT40の移動度を
測定したところ180cm2/V・sであり、放熱層4
を形成せずに製造した半導体薄膜を用いて得られた従来
のTFTの移動度が100cm2/V・sであるのに比
べて大幅に向上した。また、ソース・ドレイン間に5V
の電圧をかけ、500kHz1500時間、ゲート電圧
のON、OFFを繰返すことにより、多数回のスイッチ
ング動作での信頼性試験を行ったところ、上記従来のT
FTでは、移動度が初期値から50%程度まで低下した
のに対し、本実施形態のTFT40では移動度が初期値
の85%以上であり、スイッチングによる劣化が減少し
た。この信頼性試験は、以下の実施形態においても同様
の条件で行った。
The mobility of the TFT 40 in this embodiment was measured and found to be 180 cm 2 / V · s.
The mobility of the conventional TFT obtained by using the semiconductor thin film manufactured without forming the film was significantly improved as compared with 100 cm 2 / V · s. Also, 5V between source and drain
Voltage was applied and the gate voltage was repeatedly turned on and off for 500 hours at 1500 kHz, and a reliability test was conducted with a large number of switching operations.
In the FT, the mobility decreased from the initial value to about 50%, whereas in the TFT 40 of the present embodiment, the mobility was 85% or more of the initial value, and the deterioration due to switching was reduced. This reliability test was performed under the same conditions in the following embodiments.

【0107】(液晶表示装置) 次に、上述した方法により得られたTFTを用いる液晶
表示装置について説明する。図12に示すように、この
液晶表示装置50は、互いに対向するように配置された
TFTアレイ基板1及び対向基板31を有している。
(Liquid Crystal Display Device) Next, a liquid crystal display device using the TFT obtained by the above method will be described. As shown in FIG. 12, the liquid crystal display device 50 has a TFT array substrate 1 and a counter substrate 31 which are arranged so as to face each other.

【0108】TFTアレイ基板1は、上面側(対向基板
31側)に複数のTFT40がマトリックス状に整列配
置されており、TFT40の周辺には駆動回路42,4
4が形成されている。また、対向基板31は、絶縁基板
であるガラス基板(例えば、コーニング社の品番173
7)であり、下面側(TFTアレイ基板1側)に、カラ
ーフィルタ32及び透明電極33が設けられている。T
FTアレイ基板1及び対向基板31の間には、ポリイミ
ドなどの配向膜間に液晶が封入された液晶部35を有し
ている。更に、TFTアレイ基板1及び対向基板31
は、対向する面とは反対側の面に、それぞれ偏光板3
7,39が貼り付けられている。
In the TFT array substrate 1, a plurality of TFTs 40 are arranged in a matrix on the upper surface side (opposite substrate 31 side), and driving circuits 42, 4 are provided around the TFT 40.
4 are formed. Further, the counter substrate 31 is a glass substrate (for example, a product number 173 manufactured by Corning Incorporated) which is an insulating substrate.
7), and the color filter 32 and the transparent electrode 33 are provided on the lower surface side (TFT array substrate 1 side). T
Between the FT array substrate 1 and the counter substrate 31, there is a liquid crystal part 35 in which liquid crystal is sealed between alignment films such as polyimide. Furthermore, the TFT array substrate 1 and the counter substrate 31
Is the polarizing plate 3 on the surface opposite to the facing surface.
7, 39 are attached.

【0109】上述したTFTアレイ基板における画素領
域56の1つを、図13に拡大して示す。TFTアレイ
基板上には、走査線52及びデータ線54がマトリック
ス状に配置されており、各交差部の近傍にTFT40が
配置されている。TFT40のソース電極23aはデー
タ線54に接続されており、ドレイン電極23bは透明
電極である画素電極58に接続されている。また、ゲー
ト電極20は、走査線52に接続されている。
One of the pixel regions 56 in the above-mentioned TFT array substrate is enlarged and shown in FIG. The scanning lines 52 and the data lines 54 are arranged in a matrix on the TFT array substrate, and the TFTs 40 are arranged near each intersection. The source electrode 23a of the TFT 40 is connected to the data line 54, and the drain electrode 23b is connected to the pixel electrode 58 which is a transparent electrode. Further, the gate electrode 20 is connected to the scanning line 52.

【0110】このように構成された液晶表示装置50
は、TFTアレイの高特性化と劣化の減少により、液晶
表示装置の駆動回路の不良率が減少し、画面輝度ムラ等
の不具合が減少した。具体的には、上記従来のTFTを
用いた液晶表示装置における駆動回路の不良率が15%
であったのに対し、本実施形態の液晶表示装置50では
不良率が7%に減少した、また、画面輝度ムラ不良率が
従来は7%であったのに対し、本実施形態の液晶表示装
置50では、3%まで減少した。
The liquid crystal display device 50 having the above structure
As a result of the improved characteristics of the TFT array and the reduction in deterioration, the defective rate of the drive circuit of the liquid crystal display device decreased, and defects such as screen brightness unevenness decreased. Specifically, the defective rate of the drive circuit in the liquid crystal display device using the conventional TFT is 15%.
On the other hand, in the liquid crystal display device 50 of the present embodiment, the defective rate is reduced to 7%, and the defective rate of screen brightness unevenness is 7% in the past, whereas the liquid crystal display of the present embodiment is In device 50, it was reduced to 3%.

【0111】(EL表示装置) 次に、上述した方法により得られたTFTを用いるEL
表示装置について説明する。このEL表示装置は、TF
Tアレイ基板を備えており、TFTアレイ基板は、各画
素領域に、スイッチング用TFT、駆動用TFT及びE
L素子が配置されている。
(EL Display Device) Next, an EL using the TFT obtained by the above-mentioned method
The display device will be described. This EL display device is
The TFT array substrate includes a switching TFT, a driving TFT and an E TFT in each pixel area.
The L element is arranged.

【0112】EL素子60は、図14に示すように、I
TOなどの透明電極からなる陽極61、発光層62、正
孔注入層63及びAlLiなどの陰極64を多結晶シリ
コン膜11上に積層することにより形成されている。陰
極64の下面側(基板1側)には、アルミニウムキノリ
ノール錯体層65が形成されている。各陽極61間は、
樹脂ブラックレジストにより埋められ、フォトリソグラ
フィにより光遮断層66が形成されている。発光層62
は、例えばインクジェットプリント装置を用いて赤、
緑、青の発光材料をパターニング塗布することにより形
成される。また、正孔注入層63は、例えばポリビニル
カルバゾールを真空蒸着することにより形成される。
The EL element 60, as shown in FIG.
It is formed by stacking an anode 61 made of a transparent electrode such as TO, a light emitting layer 62, a hole injection layer 63, and a cathode 64 such as AlLi on the polycrystalline silicon film 11. An aluminum quinolinol complex layer 65 is formed on the lower surface side (substrate 1 side) of the cathode 64. Between each anode 61,
A light blocking layer 66 is formed by photolithography and is filled with a resin black resist. Light emitting layer 62
Is red, for example using an inkjet printing device,
It is formed by patterning and applying green and blue light emitting materials. Further, the hole injection layer 63 is formed by vacuum-depositing polyvinylcarbazole, for example.

【0113】EL素子60の材料として、本実施形態で
はポリジアルキルフルオレン誘導体を用いたが、他の有
機材料、例えば、他のポリフルオレン系材料やポリフェ
ニルビニレン系の材料でも良いし、無機材料でも使用可
能である。また、EL素子60の製造方法は、スピンコ
ートなどの塗布方法、蒸着、インクジェットによる吐出
形成など、使用材料に応じて適宜決定すればよい。
As the material of the EL element 60, the polydialkylfluorene derivative is used in the present embodiment, but other organic materials such as other polyfluorene-based material or polyphenylvinylene-based material or inorganic material may be used. It can be used. Further, the manufacturing method of the EL element 60 may be appropriately determined according to the material used, such as a coating method such as spin coating, vapor deposition, and ejection formation by inkjet.

【0114】このEL表示装置の回路図を図15に示
す。スイッチング用TFT71のゲート電極はゲート信
号線72に接続されており、ドレイン電極はドレイン信
号線73に接続されており、ソース電極は駆動用TFT
74のゲート電極に接続されている。また、駆動用TF
T74のソース電極はEL素子60の陽極に接続されて
おり、ドレイン電極は電源線76に接続されている。符
号75は、コンデンサである。
A circuit diagram of this EL display device is shown in FIG. The gate electrode of the switching TFT 71 is connected to the gate signal line 72, the drain electrode is connected to the drain signal line 73, and the source electrode is the driving TFT.
It is connected to the gate electrode of 74. Also, drive TF
The source electrode of T74 is connected to the anode of the EL element 60, and the drain electrode is connected to the power supply line 76. Reference numeral 75 is a capacitor.

【0115】駆動回路77によってゲート信号線72に
与えたパルス信号がスイッチング用TFT71のゲート
電極に印加されると、スイッチング用TFT71がON
状態となり、駆動回路78によってドレイン信号線73
に与えたドレイン信号が駆動用TFT74のゲート電極
に与えられる。これにより、駆動用TFT74がON状
態となり、電源線76からEL素子60に電流が供給さ
れ、EL素子60が発光する。
When the pulse signal applied to the gate signal line 72 by the drive circuit 77 is applied to the gate electrode of the switching TFT 71, the switching TFT 71 is turned on.
The drive circuit 78 causes the drain signal line 73
To the gate electrode of the driving TFT 74. As a result, the driving TFT 74 is turned on, current is supplied from the power supply line 76 to the EL element 60, and the EL element 60 emits light.

【0116】このように構成されたEL表示装置は、T
FTアレイの高特性化と劣化の減少により、画面輝度ム
ラや画質不良等の不具合が減少した。具体的には、従来
のTFTを用いた場合には画面輝度ムラ不良率が8%で
あったのに対し、本実施形態のEL表示装置では、2%
まで減少した。また、長時間あるいは多数回のスイッチ
ングを行った場合のTFT特性劣化が画質不良となって
いたが、従来の不良率15%から5%に減少した。
The EL display device thus constructed is
Due to the improved characteristics and reduced deterioration of the FT array, problems such as uneven screen brightness and poor image quality have been reduced. Specifically, in the case of using the conventional TFT, the defective rate of the screen brightness unevenness was 8%, whereas in the EL display device of the present embodiment, it is 2%.
Decreased to. Further, the deterioration of the TFT characteristics caused by switching for a long time or a large number of times resulted in poor image quality, but the conventional defective rate was reduced from 15% to 5%.

【0117】(実施の形態2) 次に、本発明の実施の形態2について説明する。本実施
形態及び以下の実施形態において、実施の形態1で説明
した構成部分と同一の機能を有するものには図中に同一
の符号を付し、実施の形態1と重複する内容については
繰り返しの説明を省略する。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment and the following embodiments, components having the same functions as those of the constituent parts described in the first embodiment are designated by the same reference numerals in the drawings, and the contents overlapping with those in the first embodiment are repeated. The description is omitted.

【0118】実施の形態2における半導体薄膜の製造方
法は、実施の形態1における半導体薄膜の製造方法にお
いて、本照射工程におけるレーザ光7の照射回数を変え
たものである。即ち、実施の形態1においては基板上の
所定範囲に対してレーザ光7を複数回数照射するのに対
し、本実施形態においては、全基板面を一度に照射可能
に整形されたレーザ光により、基板上の所定範囲に対し
て1回(1パルス)のみ照射した。レーザ光7の好まし
い強度範囲は、実施の形態1と同様とした。
The method of manufacturing a semiconductor thin film according to the second embodiment differs from the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the first embodiment in that the number of irradiations of the laser beam 7 in the main irradiation step is changed. That is, in the first embodiment, the laser light 7 is irradiated to the predetermined range on the substrate a plurality of times, whereas in the present embodiment, the laser light shaped so that the entire substrate surface can be irradiated at one time, Irradiation was performed only once (one pulse) on a predetermined area on the substrate. The preferable intensity range of the laser light 7 is similar to that of the first embodiment.

【0119】こうして得られた半導体薄膜の大粒径結晶
14の粒径を、原子間力顕微鏡(AFM)および透過型
電子顕微鏡(TEM)で測定をしたところ、平面視にお
いて長さ方向の粒径aは1.6μmであり、幅方向の粒
径bは0.5μmであった(図6、図7参照)。また、
粒内に大きな欠陥はなかった。このように、結晶粒径が
より大きいシリコン薄膜を得るという観点からは、本照
射工程において、基板上の1ヶ所に1パルスのみを照射
することも好ましい。
The grain size of the large grain crystals 14 of the semiconductor thin film thus obtained was measured by an atomic force microscope (AFM) and a transmission electron microscope (TEM). a was 1.6 μm, and the grain size b in the width direction was 0.5 μm (see FIGS. 6 and 7). Also,
There were no major defects in the grains. As described above, from the viewpoint of obtaining a silicon thin film having a larger crystal grain size, it is also preferable to irradiate only one pulse at one location on the substrate in the main irradiation step.

【0120】この半導体薄膜を用いて、実施の形態1と
同様に、半導体装置、液晶表示装置及びEL表示装置を
製造した。半導体装置を構成するTFTの製造において
は、大粒径結晶の粒径が1.6μmであるので、ゲート
電極のドレイン側の端が、大粒径結晶の中央、即ち、結
晶粒界から0.8μmに位置するように、アライメント
キーによるマスクの位置合わせを行う。この結果、ドレ
イン側のLDD領域18bとチャネル領域22との境界
から両側に0.8μmの領域が単結晶となり、結晶粒界
が存在しない状態となる。
Using this semiconductor thin film, a semiconductor device, a liquid crystal display device and an EL display device were manufactured as in the first embodiment. In the manufacture of a TFT constituting a semiconductor device, since the grain size of the large grain crystal is 1.6 μm, the end of the gate electrode on the drain side is at the center of the large grain crystal, that is, from the grain boundary. The mask is aligned with the alignment key so that it is located at 8 μm. As a result, a region of 0.8 μm on both sides from the boundary between the drain-side LDD region 18b and the channel region 22 becomes a single crystal, and there is no crystal grain boundary.

【0121】こうして得られたTFTは、移動度が18
0cm2/V・s、耐性検査後の移動度が初期値の95
%以上であり、いずれも従来のTFTに比べて良好であ
った。また、液晶表示装置については、駆動回路の不良
率が3%、画面輝度ムラ不良率が0.8%であり、いず
れも従来の液晶表示装置に比べて良好であった。また、
EL表示装置については、画面輝度ムラ不良率が1%で
あり、画質不良率が2%であり、いずれも従来のEL表
示装置に比べて良好であった。
The TFT thus obtained has a mobility of 18
0 cm 2 / V · s, mobility after resistance test is the initial value of 95
% Or more, and all were better than the conventional TFT. Further, in the liquid crystal display device, the defective rate of the drive circuit was 3% and the defective rate of the screen luminance unevenness was 0.8%, which were both better than those of the conventional liquid crystal display device. Also,
Regarding the EL display device, the defective rate of unevenness in screen brightness was 1% and the defective rate of image quality was 2%, which were both better than those of the conventional EL display devices.

【0122】(実施の形態3) 次に、本発明の実施の形態3について説明する。実施の
形態3における半導体薄膜の製造方法は、実施の形態1
における半導体薄膜の製造方法において、予備照射工程
を行わずに、前記放熱層4及びアライメントキー5を形
成する工程を行うものであり、更に、この放熱層4及び
アライメントキー5を形成する工程を、リフトオフによ
り行うものである。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment.
In the method of manufacturing a semiconductor thin film in, the step of forming the heat dissipation layer 4 and the alignment key 5 is performed without performing the preliminary irradiation step, and further, the step of forming the heat dissipation layer 4 and the alignment key 5 is performed. This is done by lift-off.

【0123】即ち、脱水素処理を行った非晶質シリコン
膜3上に、フォトリソグラフィにより、放熱層及びアラ
イメントキーとなる部分以外をレジストで覆うレジスト
パターンRを形成する(図16(a))。ついで、蒸着
によりMoW膜Mを成膜した後(図16(b))、レジ
スト剥離液によりレジストR及びレジスト上のMoW膜
Mを除去することにより、放熱層4及びアライメントキ
ー5が形成される(図16(c))。
That is, a resist pattern R is formed by photolithography on the dehydrogenated amorphous silicon film 3 to cover the portion other than the heat radiation layer and the portion serving as the alignment key with a resist (FIG. 16A). . Then, after forming the MoW film M by vapor deposition (FIG. 16B), the heat release layer 4 and the alignment key 5 are formed by removing the resist R and the MoW film M on the resist with a resist stripping solution. (FIG.16 (c)).

【0124】次に、本照射工程を行い、多結晶シリコン
膜を形成する。この本照射工程におけるレーザ光7の強
度範囲は、実施の形態1における本照射工程と同じであ
ることが好ましく、本実施形態では380mJ/cm2
とした。また、基板上の1ヶ所に対する照射回数は、8
回(8パルス)とした。これにより、放熱層4の周囲に
大粒径結晶が形成される(図6参照)。この後は、実施
の形態1と同様にして、放熱層4を除去する。
Next, a main irradiation step is performed to form a polycrystalline silicon film. The intensity range of the laser beam 7 in this main irradiation step is preferably the same as that in the main irradiation step in the first embodiment, and is 380 mJ / cm 2 in the present embodiment.
And Also, the number of times of irradiation to one place on the substrate is 8
The number of times (8 pulses) was set. As a result, large grain crystals are formed around the heat dissipation layer 4 (see FIG. 6). After that, the heat dissipation layer 4 is removed in the same manner as in the first embodiment.

【0125】本実施形態においては、実施の形態1のよ
うに予備照射工程を行っていないため、放熱層4が形成
されていた箇所の下方領域は、非晶質シリコンとなって
いる。したがって、この領域を結晶化するため、レーザ
アニール装置(ELA装置)により付加照射工程を行
う。放熱層4が形成されていた領域には特に膜質の高い
ものは要求されないため、付加照射工程におけるレーザ
光の強度は、本照射工程におけるレーザ光強度よりも小
さくて十分である。また、あまり強い強度のレーザ光を
照射すると、本照射工程において形成された大粒径のシ
リコン結晶14に欠陥を生じるため、好ましくない。し
たがって、レーザ光強度は、実施の形態1における予備
照射工程と同じ範囲が好ましく、本実施形態では250
mJ/cm2とした。また、基板上の1ヶ所に対する照
射回数は10回とした。尚、この照射回数は種々の設定
が可能である。これによって、放熱層4が形成されてい
た領域には、粒径が30nm以下の小粒径の多結晶シリ
コンが形成される。
In the present embodiment, since the preliminary irradiation step is not performed unlike the first embodiment, the lower region where the heat dissipation layer 4 was formed is amorphous silicon. Therefore, in order to crystallize this region, an additional irradiation process is performed by a laser annealing device (ELA device). The region where the heat dissipation layer 4 was formed is not required to have a particularly high film quality, so that the intensity of the laser beam in the additional irradiation step may be smaller than the laser beam intensity in the main irradiation step. Irradiation with a laser beam having an extremely high intensity is not preferable because defects occur in the large grain silicon crystal 14 formed in the main irradiation step. Therefore, the laser light intensity is preferably in the same range as in the preliminary irradiation step in the first embodiment, and is 250 in the present embodiment.
It was set to mJ / cm 2 . Further, the number of times of irradiation to one place on the substrate was 10 times. The number of irradiations can be set variously. As a result, polycrystalline silicon having a small grain size of 30 nm or less is formed in the region where the heat dissipation layer 4 was formed.

【0126】こうして得られた半導体薄膜の大粒径シリ
コン結晶14の粒径を、原子間力顕微鏡(AFM)およ
び透過型電子顕微鏡(TEM)で測定をしたところ、約
2μmであった。また、粒内に大きな欠陥はなかった。
更に、100個の大粒径結晶14について粒径のばらつ
きを調べたところ、2μm±0.4μmであり、実施の形
態1の本照射工程において、レーザ光を複数パルスで照
射する代わりに単パルスで照射した場合が1.6μm±
0.8μmであるのに比べて、ばらつきが少なかった。
The grain size of the large grain silicon crystal 14 of the semiconductor thin film thus obtained was measured by an atomic force microscope (AFM) and a transmission electron microscope (TEM), and it was about 2 μm. Also, there were no major defects in the grains.
Furthermore, when the variation in grain size of 100 large grain crystals 14 was examined, it was 2 μm ± 0.4 μm, and in the main irradiation step of the first embodiment, instead of irradiating the laser light with a plurality of pulses, a single pulse was used. 1.6 μm ± when irradiated with
The variation was small compared with 0.8 μm.

【0127】この半導体薄膜を用いて、実施の形態1と
同様に、半導体装置、液晶表示装置及びEL表示装置を
製造した。本実施形態の半導体装置を構成するTFTの
製造においては、実施の形態1のイオンドーピング工程
において、LDD領域を形成する代わりに、次のように
してオフセット領域を形成する。まず、フォトリソグラ
フィーで、ゲート電極20とその両端から2μmの上に
レジストのパターンを形成する。次にイオンドーピング
装置により、前記レジストをマスクとして高濃度のリン
を注入する。この結果、図17に示すように、ゲート金
属20の下方がチャネル領域22となり、チャネル領域
22の両端から2μmの領域は、オフセット領域18
c,18dが形成される。また、レジストパターンによ
り覆われていない部分に、高濃度不純物領域が形成され
る。この高濃度不純物領域は、それぞれソース領域24
及びドレイン領域17となる。後は、実施の形態1と同
様にして、半導体装置を製造する。
Using this semiconductor thin film, a semiconductor device, a liquid crystal display device and an EL display device were manufactured as in the first embodiment. In the manufacture of the TFT configuring the semiconductor device of this embodiment, the offset region is formed as follows instead of forming the LDD region in the ion doping step of the first embodiment. First, a resist pattern is formed on the gate electrode 20 and 2 μm from both ends thereof by photolithography. Then, an ion doping apparatus is used to implant a high concentration of phosphorus using the resist as a mask. As a result, as shown in FIG. 17, the region below the gate metal 20 is the channel region 22, and the region 2 μm from both ends of the channel region 22 is the offset region 18.
c, 18d are formed. Further, a high-concentration impurity region is formed in a portion which is not covered with the resist pattern. The high-concentration impurity regions are the source regions 24, respectively.
And the drain region 17. After that, the semiconductor device is manufactured in the same manner as in the first embodiment.

【0128】また、大粒径結晶の粒径が2μmであるの
で、ゲート電極20のドレイン側の端が、大粒径結晶の
中央、即ち、粒界から1μmに位置するように、アライ
メントキー5によるマスクの位置合わせを行う。この結
果、ドレイン側のオフセット領域18dとチャネル領域
22との境界から両側に1μmの領域が単結晶であり、
結晶粒界が存在しないTFTとなる。
Since the grain size of the large grain crystal is 2 μm, the alignment key 5 is arranged so that the end of the gate electrode 20 on the drain side is located at the center of the large grain crystal, that is, 1 μm from the grain boundary. Align the mask with. As a result, a region of 1 μm on both sides from the boundary between the drain side offset region 18d and the channel region 22 is a single crystal,
The TFT has no crystal grain boundaries.

【0129】こうして得られたTFTは、移動度が20
0cm2/V・s、耐性検査後の移動度が初期値の95
%以上あり、いずれも従来のTFTに比べて良好であっ
た。また、液晶表示装置については、駆動回路の不良率
が2.5%、画面輝度ムラ不良率が0.6%であり、い
ずれも従来の液晶表示装置に比べて良好であった。ま
た、EL表示装置については、画面輝度ムラ不良率が
0.7%であり、画質不良率が1.2%であり、いずれ
も従来のEL表示装置に比べて良好であった。
The TFT thus obtained has a mobility of 20.
0 cm 2 / V · s, mobility after resistance test is the initial value of 95
% Or more, and all were better than the conventional TFT. Further, in the liquid crystal display device, the defective rate of the drive circuit was 2.5% and the defective rate of screen luminance unevenness was 0.6%, which were both better than those of the conventional liquid crystal display device. The EL display devices had a screen brightness unevenness defect rate of 0.7% and an image quality defect rate of 1.2%, which were both better than those of conventional EL display devices.

【0130】(実施の形態4) 次に、本発明の実施の形態4について説明する。実施の
形態4における半導体薄膜の製造方法は、実施の形態3
における半導体薄膜の製造方法と同様、予備照射工程を
行わずに前記放熱層4及びアライメントキー5を形成す
る工程を行うものであり、更に、この放熱層4及びアラ
イメントキー5を形成する工程を、フォト工程及びエッ
チング工程により行うものである。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to the fourth embodiment is the same as that of the third embodiment.
Similar to the method for manufacturing a semiconductor thin film in, the step of forming the heat dissipation layer 4 and the alignment key 5 is performed without performing the preliminary irradiation step, and the step of forming the heat dissipation layer 4 and the alignment key 5 is further performed. It is performed by a photo process and an etching process.

【0131】即ち、脱水素処理を行った非晶質シリコン
膜3上に、蒸着又はスパッタリングにより、シリコン膜
よりも熱伝導率が高く、かつ、レーザ光を透過する物質
として、InTiO(ITO)膜を成膜する。ついで、
フォト工程及びエッチング工程により、所定形状のIT
Oパターンからなる放熱層4及びアライメントキー5を
形成する(図4参照)。
That is, an InTiO (ITO) film is formed on the dehydrogenated amorphous silicon film 3 by vapor deposition or sputtering as a substance having a higher thermal conductivity than the silicon film and transmitting laser light. To form a film. Then,
IT with a predetermined shape by photo process and etching process
The heat dissipation layer 4 and the alignment key 5 having the O pattern are formed (see FIG. 4).

【0132】次に、本照射工程を行い、多結晶シリコン
膜を形成する。本実施形態においては、レーザ光7の強
度を360mJ/cm2とし、基板上の1ヶ所に対する
照射回数を、300回(300パルス)とした。これに
より、放熱層4の周囲に大粒径結晶14が形成される
(図6、図7参照)。この後は、実施の形態1と同様に
して、放熱層4を除去する。
Next, a main irradiation step is performed to form a polycrystalline silicon film. In the present embodiment, the intensity of the laser beam 7 is set to 360 mJ / cm 2, and the number of irradiations on one position on the substrate is set to 300 times (300 pulses). As a result, large grain crystals 14 are formed around the heat dissipation layer 4 (see FIGS. 6 and 7). After that, the heat dissipation layer 4 is removed in the same manner as in the first embodiment.

【0133】本実施形態においては、実施の形態3と同
様に予備照射工程を行っていないが、放熱層4が光透過
性を有する物質であるITOにより形成されているた
め、本照射工程により、放熱層4下方のシリコン膜も結
晶化されている。したがって、実施の形態3のように付
加照射工程を必要とせず、製造工程の短縮化を図ること
ができる。
In this embodiment, the pre-irradiation step is not performed as in the third embodiment, but since the heat dissipation layer 4 is made of ITO, which is a light-transmitting substance, the main irradiation step The silicon film below the heat dissipation layer 4 is also crystallized. Therefore, unlike the third embodiment, the additional irradiation process is not required, and the manufacturing process can be shortened.

【0134】こうして得られた半導体薄膜の大粒径結晶
14の粒径を、原子間力顕微鏡(AFM)および透過型
電子顕微鏡(TEM)で測定をしたところ、長さ方向の
粒径aが4μmであり、幅方向の粒径bが0.5μmであ
った(図6、図7参照)。また、粒内に大きな欠陥はな
かった。更に、100個の大粒径結晶14について粒径
のばらつきを調べたところ、4μm±0.4μmであり、
実施の形態1の本照射工程において、レーザ光を単パル
スで照射した場合が1.6μm±0.8μmであるのに比
べて、ばらつきが少なかった。
The grain size of the large grain crystal 14 of the semiconductor thin film thus obtained was measured by an atomic force microscope (AFM) and a transmission electron microscope (TEM). The grain size a in the length direction was 4 μm. And the grain size b in the width direction was 0.5 μm (see FIGS. 6 and 7). Also, there were no major defects in the grains. Furthermore, when the variation in grain size of 100 large grain crystals 14 was examined, it was 4 μm ± 0.4 μm,
In the main irradiation step of the first embodiment, there was less variation compared to 1.6 μm ± 0.8 μm when the laser light was irradiated with a single pulse.

【0135】この半導体薄膜を用いて、実施の形態1と
同様に、半導体装置、液晶表示装置及びEL表示装置を
製造した。半導体装置を構成するTFTの製造において
は、本実施形態では、ゲート電極20が大粒径結晶14
の中央に位置するように、アライメントキー5によるゲ
ート形成用マスクの位置合わせを行った。即ち、大粒径
結晶14の長さ方向の粒径が4μmであるので、ゲート
電極20のソース−ドレイン方向の長さを2.5μmと
することにより、ゲート電極20のドレイン側の端が、
粒界から0.8μmに位置するようにした。そして、こ
れに合わせてゲート電極20の下方におけるチャネル領
域のチャネル長を2.5μmとし、チャネル領域22両
側のLDD領域18a,18bのLDD長を0.8μm
とすることで、チャネル領域22及びLDD領域18
a,18bが連続した単結晶、即ち、結晶粒界が存在し
ない状態となるようにした(図11参照)。
Using this semiconductor thin film, a semiconductor device, a liquid crystal display device and an EL display device were manufactured as in the first embodiment. In the manufacture of a TFT that constitutes a semiconductor device, in this embodiment, the gate electrode 20 is the large grain crystal 14
The gate for forming the gate was aligned by the alignment key 5 so that the mask was positioned at the center of. That is, since the grain size in the length direction of the large grain crystal 14 is 4 μm, by setting the length in the source-drain direction of the gate electrode 20 to 2.5 μm, the drain side end of the gate electrode 20 becomes
It was located 0.8 μm from the grain boundary. In accordance with this, the channel length of the channel region below the gate electrode 20 is set to 2.5 μm, and the LDD lengths of the LDD regions 18a and 18b on both sides of the channel region 22 are set to 0.8 μm.
By setting the above, the channel region 22 and the LDD region 18
A single crystal in which a and 18b are continuous, that is, a state in which no crystal grain boundaries exist (see FIG. 11).

【0136】こうして得られたTFTは、移動度が32
0cm2/V・s、耐性検査後の移動度が初期値の97
%以上であり、いずれも従来のTFTに比べて良好であ
った。また、液晶表示装置については、駆動回路の不良
率が1.5%、画面輝度ムラ不良率が0.4%であり、
いずれも従来の液晶表示装置に比べて良好であった。ま
た、EL表示装置については、画面輝度ムラ不良率が
0.5%であり、画質不良率が1.2%であり、いずれ
も従来のEL表示装置に比べて良好であった。
The TFT thus obtained has a mobility of 32.
0 cm 2 / V · s, mobility after resistance test is initial value of 97
% Or more, and all were better than the conventional TFT. Further, in the liquid crystal display device, the defective rate of the drive circuit is 1.5%, and the defective rate of unevenness in screen brightness is 0.4%.
All were better than the conventional liquid crystal display device. Further, the EL display device had a screen luminance unevenness defective rate of 0.5% and an image quality defective rate of 1.2%, which were both favorable as compared with the conventional EL display device.

【0137】(実施の形態5) 次に、本発明の実施の形態5について説明する。実施の
形態5における半導体薄膜の製造方法は、実施の形態1
における半導体薄膜の製造方法において、放熱層4及び
アライメントキー5を、パターン形成用マスクを用いた
蒸着によって行う代わりに、フォト工程及びエッチング
工程により行うものである。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment.
In the method of manufacturing a semiconductor thin film in, the heat radiation layer 4 and the alignment key 5 are formed by a photo process and an etching process instead of by vapor deposition using a pattern forming mask.

【0138】即ち、予備照射工程により形成された多結
晶シリコン膜上に、蒸着又はスパッタリングにより、シ
リコン膜よりも熱伝導率が高い物質として、MoW膜を
成膜する。ついで、フォト工程及びエッチング工程によ
り、所定形状のMoWのパターンからなる放熱層4及び
アライメントキー5形成する(図8(a)参照)。次
に、本照射工程を行い、多結晶シリコン膜11を形成す
る。本実施形態においては、レーザ光7の強度を360
mJ/cm2とし、基板上の1ヶ所に対する照射回数
を、300回(300パルス)とした。これにより、放
熱層4の周囲に大粒径結晶14が形成される。この後
は、実施の形態1と同様にして、放熱層4を除去する。
That is, a MoW film is formed on the polycrystalline silicon film formed by the preliminary irradiation step by vapor deposition or sputtering as a substance having a higher thermal conductivity than the silicon film. Next, the heat dissipation layer 4 and the alignment key 5 made of a MoW pattern having a predetermined shape are formed by a photo process and an etching process (see FIG. 8A). Next, the main irradiation step is performed to form the polycrystalline silicon film 11. In the present embodiment, the intensity of the laser light 7 is set to 360
mJ / cm 2, and the number of irradiations to one place on the substrate was 300 times (300 pulses). As a result, large grain crystals 14 are formed around the heat dissipation layer 4. After that, the heat dissipation layer 4 is removed in the same manner as in the first embodiment.

【0139】こうして得られた半導体薄膜の大粒径結晶
14の粒径を、原子間力顕微鏡(AFM)および透過型
電子顕微鏡(TEM)で測定をしたところ、長さ方向の
粒径aが4μmであり、幅方向の粒径bが0.5μmであ
った(図6、図7参照)。また、粒内に大きな欠陥はな
かった。
The grain size of the large grain crystal 14 of the semiconductor thin film thus obtained was measured by an atomic force microscope (AFM) and a transmission electron microscope (TEM). The grain size a in the length direction was 4 μm. And the grain size b in the width direction was 0.5 μm (see FIGS. 6 and 7). Also, there were no major defects in the grains.

【0140】この半導体薄膜を用いて、実施の形態1と
同様に、半導体装置、液晶表示装置及びEL表示装置を
製造した。本実施形態の半導体装置を構成するTFTの
製造においては、実施の形態1のイオンドーピング工程
において、LDD領域を形成する代わりに、実施の形態
3と同様にして、オフセット領域を形成する(図17参
照)。
Using this semiconductor thin film, a semiconductor device, a liquid crystal display device and an EL display device were manufactured as in the first embodiment. In the manufacture of the TFT constituting the semiconductor device of this embodiment, the offset region is formed in the same manner as in the third embodiment, instead of forming the LDD region in the ion doping step of the first embodiment (FIG. 17). reference).

【0141】本実施形態では、ゲート電極20が大粒径
結晶14の中央に位置するように、アライメントキー5
によるゲート形成用マスクの位置合わせを行った。即
ち、大粒径結晶14の長さ方向の粒径が4μmであるの
で、ゲート電極20のソースードレイン方向の長さを
2.5μmとすることにより、ゲート電極20のドレイ
ン側の端が、粒界から0.8μmに位置するようにし
た。そして、これに合わせてゲート電極20下方のチャ
ネル領域22の長さを2.5μmとし、チャネル領域2
2両側のオフセット領域18c,18dの長さを0.8
μmとすることで、チャネル領域22及びオフセット領
域18c,18dが連続した単結晶となり、結晶粒界が
存在しない状態とした。
In this embodiment, the alignment key 5 is arranged so that the gate electrode 20 is located at the center of the large grain crystal 14.
The position of the mask for forming the gate was adjusted by. That is, since the grain size in the length direction of the large grain crystal 14 is 4 μm, by setting the length in the source-drain direction of the gate electrode 20 to 2.5 μm, the drain side end of the gate electrode 20 becomes It was located 0.8 μm from the grain boundary. In accordance with this, the length of the channel region 22 below the gate electrode 20 is set to 2.5 μm, and the channel region 2
2 Set the length of the offset areas 18c and 18d on both sides to 0.8
By setting the thickness to be μm, the channel region 22 and the offset regions 18c and 18d become a continuous single crystal, and there is no crystal grain boundary.

【0142】こうして得られたTFTは、移動度が31
0cm2/V・s、耐性検査後の移動度が初期値の97
%以上であり、いずれも従来のTFTに比べて良好であ
った。また、液晶表示装置については、駆動回路の不良
率が2%、画面輝度ムラ不良率が0.4%であり、いず
れも従来の液晶表示装置に比べて良好であった。また、
EL表示装置については、画面輝度ムラ不良率が0.4
%であり、画質不良率が1%であり、いずれも従来のE
L表示装置に比べて良好であった。
The TFT thus obtained has a mobility of 31.
0 cm 2 / V · s, mobility after resistance test is initial value of 97
% Or more, and all were better than the conventional TFT. Further, in the liquid crystal display device, the defective rate of the drive circuit was 2% and the defective rate of the screen luminance unevenness was 0.4%, which were both better than those of the conventional liquid crystal display device. Also,
The EL display device has a screen luminance unevenness defect rate of 0.4.
%, The image quality defect rate is 1%, both of which are
It was better than the L display device.

【0143】(実施の形態6) 次に、本発明の実施の形態6について説明する。実施の
形態6における半導体薄膜の製造方法は、実施の形態1
において、基板上に形成する下地膜に微小径の空孔を形
成することを特徴とする。
(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to the sixth embodiment is the same as that of the first embodiment.
In (1), a hole having a minute diameter is formed in the base film formed on the substrate.

【0144】即ち、基板1を回転させながら、この基板
上にSi、O及び有機溶媒を主成分とするシリカを塗布
する。本実施形態においては、有機溶媒としてアルコー
ル(メタノール)を用いた。ついで、この基板1を熱処
理することにより、空孔を含むSiOxの下地膜2を形
成する(図1参照)。熱処理の温度は450℃以上65
0℃以下が適しており、空孔を小さくすると共に、基板
1の反りを小さくするためには、550℃以上620℃
以下がより好ましい。本実施形態においては、熱処理の
温度を600℃とした。
That is, while rotating the substrate 1, silica containing Si, O and an organic solvent as a main component is applied onto this substrate. In this embodiment, alcohol (methanol) was used as the organic solvent. Then, the substrate 1 is heat-treated to form a SiOx underlayer film 2 including pores (see FIG. 1). Heat treatment temperature is 450 ° C or higher 65
0 ° C or lower is suitable, and in order to reduce the voids and the warp of the substrate 1, 550 ° C or higher and 620 ° C or higher.
The following is more preferable. In the present embodiment, the heat treatment temperature is 600 ° C.

【0145】従来の熱処理のようにシリカの固化工程を
400℃で行っていた場合、空孔の平均孔径は10μm
程度であったが、600℃で固化させることにより、空
孔の平均孔径は2μm以下に改善された。この平均孔径
は、0.01〜2μmであることが好ましく、0.05
〜0.1μmであることがより好ましい。
When the silica solidifying step is performed at 400 ° C. as in the conventional heat treatment, the average pore diameter is 10 μm.
However, the average pore diameter of the pores was improved to 2 μm or less by solidifying at 600 ° C. This average pore diameter is preferably 0.01 to 2 μm,
More preferably, it is ˜0.1 μm.

【0146】この後は、実施の形態5と同様にして、半
導体薄膜を製造した。半導体薄膜の大粒径結晶14の粒
径を、原子間力顕微鏡(AFM)および透過型電子顕微
鏡(TEM)で測定をしたところ、長さ方向の粒径aが
30μmであり、幅方向の粒径bが0.5μmであった
(図6、図7参照)。また、粒内に大きな欠陥はなかっ
た。小粒径結晶15は、粒径が200μm以下であっ
た。
Thereafter, a semiconductor thin film was manufactured in the same manner as in the fifth embodiment. When the grain size of the large grain crystal 14 of the semiconductor thin film was measured with an atomic force microscope (AFM) and a transmission electron microscope (TEM), the grain size a in the length direction was 30 μm and the grain size in the width direction was 30 μm. The diameter b was 0.5 μm (see FIGS. 6 and 7). Also, there were no major defects in the grains. The small grain crystal 15 had a grain size of 200 μm or less.

【0147】この半導体薄膜を用いて、実施の形態1と
同様に、半導体装置、液晶表示装置及びEL表示装置を
製造した。本実施形態の半導体装置を構成するTFTの
製造においては、多結晶シリコン層をパターニングする
フォトマスクとして、チャネル領域、LDD領域、ソー
ス領域およびドレイン領域が大粒径シリコン結晶14内
に形成されるように設計されたフォトマスクを用い、ゲ
ート電極の中央が大粒径シリコン結晶の中央となるよう
にした。ゲート電極のソースードレイン方向の長さは4
μmとした。これにより、チャネル長が4μm、LDD
長が1.5μm、ソース長およびドレイン長がいずれも
10μmのn型TFTを得た。これらの領域は、全てが
連続した単結晶となっており、結晶粒界が存在しない。
Using this semiconductor thin film, a semiconductor device, a liquid crystal display device and an EL display device were manufactured as in the first embodiment. In the manufacture of the TFT which constitutes the semiconductor device of this embodiment, the channel region, the LDD region, the source region and the drain region are formed in the large grain silicon crystal 14 as a photomask for patterning the polycrystalline silicon layer. Using the photomask designed for, the center of the gate electrode was set to the center of the large grain silicon crystal. The length of the gate electrode in the source-drain direction is 4
μm. As a result, the channel length is 4 μm and LDD
An n-type TFT having a length of 1.5 μm and a source length and a drain length of 10 μm was obtained. All of these regions are continuous single crystals, and no grain boundaries exist.

【0148】こうして得られたTFTは、移動度が38
0cm2/V・s、耐性検査後の移動度が初期値の97
%以上であり、いずれも従来のTFTに比べて良好であ
った。また、下地膜の空孔の平均孔径が2μm以下であ
り、従来の多孔質の下地膜に比べて空孔の平均孔径をか
なり小さくしているので、不良率が大幅に低下した。
The TFT thus obtained has a mobility of 38.
0 cm 2 / V · s, mobility after resistance test is initial value of 97
% Or more, and all were better than the conventional TFT. Further, the average pore size of the pores of the undercoating film was 2 μm or less, and the average pore size of the pores was considerably smaller than that of the conventional porous undercoating film, so that the defect rate was significantly reduced.

【0149】液晶表示装置については、駆動回路の不良
率が1.5%、画面輝度ムラ不良率が0.3%であり、
いずれも従来の液晶表示装置に比べて良好であった。ま
た、EL表示装置については、画面輝度ムラ不良率が
0.3%であり、画質不良率が0.7%であり、いずれ
も従来のEL表示装置に比べて良好であった。
For the liquid crystal display device, the defective rate of the drive circuit is 1.5% and the defective rate of unevenness of screen brightness is 0.3%.
All were better than the conventional liquid crystal display device. Further, the EL display device had a screen luminance unevenness defective rate of 0.3% and an image quality defective rate of 0.7%, which were all better than the conventional EL display device.

【0150】(実施の形態7) 次に、本発明の実施の形態7について説明する。実施の
形態7における半導体薄膜の製造方法は、実施の形態1
において基板上に下地膜を形成した後、更に多孔質層を
有する下地膜を形成することを特徴とする。
(Seventh Embodiment) Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. The method of manufacturing a semiconductor thin film according to the seventh embodiment is the same as that of the first embodiment.
The method is characterized in that after forming the base film on the substrate, the base film further having a porous layer is formed.

【0151】即ち、実施の形態1と同様に、基板1上
に、TEOS−CVD法により膜厚300nmのSiO
2下地膜2を成膜する。ついで、成膜用のシリコン基板
をターゲットとして、シリコンが蒸発する強度でレーザ
光を照射し、シリコン粒子を蒸着させるレーザアブレー
ションにより、下地膜2上にシリコン膜を成膜する。形
成されたシリコン膜には、多量の空孔が存在する。次
に、成膜されたシリコン膜を酸化させる。オゾンまたは
酸素雰囲気中でプラズマを発生させることにより、レー
ザアブレーションで形成された空孔を含んだシリコン膜
が酸化され、SiO2膜2aとなる(図18参照)。こ
のSiO2膜2a中には多量の空孔が含まれ、空孔の平
均孔径は1μm以下である。空孔を有する下地膜2aの
みでは、ガラスなどの基板1からの不純物が半導体層へ
拡散することを防止する役割が不十分となるが、本実施
形態では、SiO2の緻密な層からなる下地膜2、及
び、多孔質層からなる下地膜2aの2層構造にすること
により、基板1から半導体層への不純物拡散を確実に防
止することができる。
That is, as in the first embodiment, a 300 nm thick SiO 2 film is formed on the substrate 1 by the TEOS-CVD method.
2 The base film 2 is formed. Next, a silicon film is formed on the base film 2 by laser ablation by irradiating a laser beam with an intensity at which silicon is evaporated using a silicon substrate for film formation as a target and vapor-depositing silicon particles. A large amount of holes are present in the formed silicon film. Next, the formed silicon film is oxidized. By generating plasma in an ozone or oxygen atmosphere, the silicon film containing the holes formed by laser ablation is oxidized and becomes the SiO 2 film 2a (see FIG. 18). The SiO 2 film 2a contains a large amount of pores, and the average pore diameter is 1 μm or less. Although only the base film 2a having pores has an insufficient role of preventing impurities from the substrate 1 such as glass from diffusing into the semiconductor layer, in the present embodiment, a lower layer composed of a dense layer of SiO 2 is used. The two-layer structure of the base film 2 and the base film 2a made of a porous layer can surely prevent impurity diffusion from the substrate 1 to the semiconductor layer.

【0152】この後は、実施の形態5と同様にして、半
導体薄膜を製造した。半導体薄膜の大粒径結晶14の結
晶粒径を、原子間力顕微鏡(AFM)および透過型電子
顕微鏡(TEM)で測定をしたところ、長さ方向の粒径
aが30μmであり、幅方向の粒径bが0.5μmであっ
た(図6、図7参照)。また、粒内に大きな欠陥はなか
った。小粒径結晶15は、粒径が200μm以下であっ
た。
Thereafter, a semiconductor thin film was manufactured in the same manner as in the fifth embodiment. When the crystal grain size of the large grain crystal 14 of the semiconductor thin film was measured by an atomic force microscope (AFM) and a transmission electron microscope (TEM), the grain size a in the length direction was 30 μm, and the grain size in the width direction was 30 μm. The particle size b was 0.5 μm (see FIGS. 6 and 7). Also, there were no major defects in the grains. The small grain crystal 15 had a grain size of 200 μm or less.

【0153】この半導体薄膜を用いて、実施の形態1と
同様に、半導体装置、液晶表示装置及びEL表示装置を
製造した。本実施形態の半導体装置を構成するTFTの
製造においては、実施の形態5と同様にして、チャネル
長が4μm、LDD長が1.5μm、ソース長およびド
レイン長がいずれも10μmのn型TFTを得た。これ
らの領域は、全てが連続した単結晶となっており、結晶
粒界が存在しない。
Using this semiconductor thin film, a semiconductor device, a liquid crystal display device and an EL display device were manufactured as in the first embodiment. In the manufacture of the TFT which constitutes the semiconductor device of this embodiment, an n-type TFT having a channel length of 4 μm, an LDD length of 1.5 μm, and a source length and a drain length of 10 μm is used in the same manner as in the fifth embodiment. Obtained. All of these regions are continuous single crystals, and no grain boundaries exist.

【0154】こうして得られたTFTは、移動度が38
0cm2/V・s、耐性検査後の移動度が初期値の97
%以上であり、いずれも従来のTFTに比べて良好であ
った。
The TFT thus obtained has a mobility of 38.
0 cm 2 / V · s, mobility after resistance test is initial value of 97
% Or more, and all were better than the conventional TFT.

【0155】液晶表示装置については、駆動回路の不良
率が1.2%、画面輝度ムラ不良率が0.2%であり、
いずれも従来の液晶表示装置に比べて良好であった。ま
た、EL表示装置については、画面輝度ムラ不良率が
0.2%であり、画質不良率が0.5%であり、いずれ
も従来のEL表示装置に比べて良好であった。
In the liquid crystal display device, the defective rate of the drive circuit is 1.2% and the defective rate of the unevenness of the screen luminance is 0.2%.
All were better than the conventional liquid crystal display device. In addition, the EL display device had a screen luminance unevenness defect rate of 0.2% and an image quality defect rate of 0.5%, which were both better than those of the conventional EL display device.

【0156】多孔質層を有する下地膜は、SOG(スピ
ンオングラス)膜などの多孔質膜とすることが可能であ
り、大粒径のシリコン結晶が成長することを確認してい
る。SOGは、有機、無機を問わない。
The base film having a porous layer can be a porous film such as an SOG (spin on glass) film, and it has been confirmed that a large-sized silicon crystal grows. SOG may be organic or inorganic.

【0157】(実施の形態8) 次に、本発明の実施の形態8について説明する。実施の
形態8から12における半導体薄膜の製造方法は、実施
の形態1における半導体薄膜の製造方法において、本照
射工程を露光マスクを用いて行うものである。
(Embodiment 8) Next, an embodiment 8 of the invention will be described. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to the eighth to twelfth embodiments is the same as the method for manufacturing a semiconductor thin film according to the first embodiment, in which the main irradiation step is performed using an exposure mask.

【0158】まず、実施の形態1と同様にして、基板1
上に、下地膜2及び非晶質シリコン膜3を形成し(図1
参照)、必要に応じて脱水素処理を行った後、次のよう
にして本照射工程を行う。本実施形態においては、露光
マスクとして、図19に示すように、板状体に平面視帯
状の複数のレンズ114が互いに平行となるように設け
られた露光マスク105を使用する。露光マスク105
を構成する板状体は、光透過性材料又は遮光性材料のい
ずれを用いても良いが、本実施形態においては光透過性
を有する石英を使用した。
First, in the same manner as in the first embodiment, the substrate 1
A base film 2 and an amorphous silicon film 3 are formed on the upper surface (see FIG.
After the dehydrogenation treatment is performed as necessary, the main irradiation step is performed as follows. In the present embodiment, as the exposure mask, as shown in FIG. 19, an exposure mask 105 is used in which a plurality of lenses 114 having a band shape in a plan view are provided in parallel to each other on a plate-shaped body. Exposure mask 105
For the plate-shaped body constituting the above, either a light-transmitting material or a light-shielding material may be used, but in the present embodiment, quartz having a light-transmitting property is used.

【0159】各レンズ114は、図20(a)に示すよ
うに、長手方向側の側面において、下側(基板1に対向
する側)が側面視略円弧状の凹曲面114aとなるよう
に形成されており、レンズ114を透過してシリコン膜
に照射される光量に傾斜的な分布を生じさせるように、
基板1及び露光マスク105のそれぞれの設置場所を考
慮してレンズ曲率が設計されている。
As shown in FIG. 20A, each lens 114 is formed so that the lower side (the side facing the substrate 1) is a concave curved surface 114a which is substantially arcuate in side view on the side surface in the longitudinal direction. In order to generate an inclined distribution in the amount of light that passes through the lens 114 and is irradiated on the silicon film,
The lens curvature is designed in consideration of the installation locations of the substrate 1 and the exposure mask 105.

【0160】このように構成された露光マスク105を
基板1の近くに配置し、この露光マスク105を介して
レーザ光7を1パルス照射した。レーザ光7の好ましい
照射強度範囲は、実施の形態1における本照射工程の場
合と同様であり、本実施形態では380mJ/cm2
した。これにより、レンズ114を透過したレーザ光7
は、図20(b)に示すように、レンズ114の長手方
向に光量分布を生じ、シリコン膜11の同じ方向に傾斜
的な温度勾配を生じる。この結果、光量の最も少ない部
分(図20(b)における2カ所)から、レンズ114
の中心側及び周辺側のそれぞれに向けて結晶が成長し、
大粒径結晶14が形成される。大粒径結晶14の粒径
を、原子間力顕微鏡(AFM)および透過型電子顕微鏡
(TEM)で測定をしたところ、長さ方向の粒径aが6
μmであり、幅方向の粒径bが2μmであった(図6、図
7参照)。また、粒内に大きな欠陥はなかった。このよ
うに、本実施形態では、露光マスク105のレンズ11
4に対応する位置に、粒径の大きなシリコン結晶14が
形成される。また、本実施形態においては、図示してい
ないが、露光マスク105にキー形成用のパターンを備
えており、これによってアライメントキーを形成するこ
とができる。このキー形成用のパターンについては、後
述する実施の形態10において詳しく説明する。
The exposure mask 105 having such a configuration was arranged near the substrate 1, and one pulse of laser light 7 was irradiated through the exposure mask 105. The preferable irradiation intensity range of the laser beam 7 is the same as in the case of the main irradiation step in the first embodiment, and is 380 mJ / cm 2 in the present embodiment. As a result, the laser light 7 transmitted through the lens 114
20B, a light amount distribution is generated in the longitudinal direction of the lens 114, and an inclined temperature gradient is generated in the same direction of the silicon film 11, as shown in FIG. As a result, from the portion with the least amount of light (two locations in FIG. 20B), the
Crystals grow toward the center side and the peripheral side of
Large grain crystals 14 are formed. When the grain size of the large grain crystal 14 was measured by an atomic force microscope (AFM) and a transmission electron microscope (TEM), the grain size a in the length direction was 6
The particle size b in the width direction was 2 μm (see FIGS. 6 and 7). Also, there were no major defects in the grains. Thus, in the present embodiment, the lens 11 of the exposure mask 105
A silicon crystal 14 having a large grain size is formed at a position corresponding to 4. Further, in the present embodiment, although not shown, the exposure mask 105 is provided with a pattern for forming a key, whereby an alignment key can be formed. The pattern for forming the key will be described in detail in Embodiment 10 described later.

【0161】この半導体薄膜を用いて、実施の形態1と
同様に、半導体装置、液晶表示装置及びEL表示装置を
製造した。本実施形態においては、上述したキー形成用
のパターンにより形成されたアライメントキーを用い
て、大粒径シリコン結晶の位置にTFTを形成した。
Using this semiconductor thin film, a semiconductor device, a liquid crystal display device, and an EL display device were manufactured as in the first embodiment. In the present embodiment, the TFT is formed at the position of the large grain silicon crystal by using the alignment key formed by the above-mentioned key forming pattern.

【0162】こうして得られたTFTは、移動度が17
0cm2/V・s、耐性検査後の移動度が初期値の75
%以上であり、いずれも従来のTFTに比べて良好であ
った。また、液晶表示装置については、駆動回路の不良
率が11%、画面輝度ムラ不良率が5%であり、いずれ
も従来の液晶表示装置に比べて良好であった。また、E
L表示装置については、画面輝度ムラ不良率が5%であ
り、画質不良率が11%であり、いずれも従来のEL表
示装置に比べて良好であった。また、EL表示装置の輝
度は、電圧5Vの印加時において400cd/m2であ
り、従来の300cd/m2に比べて向上した。
The TFT thus obtained has a mobility of 17
0 cm 2 / Vs, mobility after resistance test is the initial value of 75
% Or more, and all were better than the conventional TFT. Further, in the liquid crystal display device, the defective rate of the drive circuit was 11% and the defective rate of the screen luminance unevenness was 5%, which were both better than those of the conventional liquid crystal display device. Also, E
Regarding the L display device, the defective rate of unevenness in screen brightness was 5% and the defective rate of image quality was 11%, which were all better than those of the conventional EL display device. Further, the brightness of the EL display device was 400 cd / m 2 when a voltage of 5 V was applied, which was improved compared to the conventional 300 cd / m 2 .

【0163】また、本実施形態の半導体薄膜の製造にお
いては、上述したように、レーザ光7の照射回数を1回
としているが、基板と光軸とを静止させて両者の位置関
係を固定した状態で数回(数パルス)照射すること(静
止照射)により、多結晶シリコン膜11におけるシリコ
ン結晶の欠陥が減少した。特に、10パルス以上(より
好ましくは100パルス以上)照射することにより、シ
リコン結晶の欠陥の減少と共に粒径が拡大し、TFTを
製造した場合の特性が向上した。また、基板と光軸との
相対位置を徐々に変化させながら、レーザ光7の各照射
毎の照射面積が90%オーバーラップするように複数パ
ルスを照射する場合(走査照射)には、上述した静止照
射と比較すると結晶欠陥の減少が顕著ではなかったが、
従来の走査照射に比べると、露光マスク105を用いた
効果により結晶粒径が大きくなり、TFT特性も向上し
た。
Further, in the manufacture of the semiconductor thin film of this embodiment, the number of times of irradiation with the laser beam 7 is one as described above, but the positional relationship between the substrate and the optical axis is fixed by making them stationary. Irradiation several times (several pulses) in this state (static irradiation) reduced the number of silicon crystal defects in the polycrystalline silicon film 11. In particular, by irradiating 10 pulses or more (more preferably 100 pulses or more), defects of the silicon crystal were reduced and the grain size was expanded, and the characteristics when the TFT was manufactured were improved. Further, in the case of irradiating a plurality of pulses so that the irradiation areas for each irradiation of the laser light 7 overlap by 90% while gradually changing the relative position between the substrate and the optical axis (scanning irradiation), the above-mentioned is performed. Although the reduction of crystal defects was not remarkable compared to static irradiation,
Compared to conventional scanning irradiation, the effect of using the exposure mask 105 increased the crystal grain size and improved the TFT characteristics.

【0164】また、レンズ114の形状は、本実施形態
では、露光マスクに用いるレンズを凹レンズとしている
が、凸レンズとしても、適当な光量分布を生じさせるこ
とができることは確認済みである。この点については、
レンズを有する露光マスクを使用する以下の実施形態に
おいても同様である。
Further, regarding the shape of the lens 114, the lens used for the exposure mask is a concave lens in the present embodiment, but it has been confirmed that an appropriate light amount distribution can be generated even if it is a convex lens. In this regard,
The same applies to the following embodiments using an exposure mask having a lens.

【0165】(実施の形態9) 次に、本発明の実施の形態9について説明する。実施の
形態9における半導体薄膜の製造方法は、図21に示す
ように、露光マスクとして、光を透過しない物質(例え
ばステンレス)からなる板に、複数の開口部138を形
成した露光マスク139を使用した。各開口部138
は、開口面積が段階的に変化するように一列に形成され
ており、この列が互いに平行となるように複数配置され
ている。即ち、この列を含む帯状領域の長手方向に沿っ
て開口率が段階的に変化する。開口率の変化は、例え
ば、各開口部138の形状や間隔などを変えることで行
っても良い。
(Ninth Embodiment) Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the ninth embodiment, as shown in FIG. 21, an exposure mask 139 in which a plurality of openings 138 are formed in a plate made of a substance that does not transmit light (for example, stainless steel) is used as an exposure mask. did. Each opening 138
Are formed in a row so that the opening area changes stepwise, and a plurality of rows are arranged in parallel with each other. That is, the aperture ratio changes stepwise along the longitudinal direction of the strip-shaped region including this row. The aperture ratio may be changed, for example, by changing the shape or interval of each opening 138.

【0166】各開口部138の大きさは、レーザ光7の
強度を380mJ/cm2とした場合に、露光マスク1
39を介して基板1に照射される光量分布が250mJ
/cm2から380mJ/cm2となるように設計されて
いる。更に、露光マスク139には、キーパターン形成
用の所定形状の開口137が形成されている。
The size of each opening 138 is such that the exposure mask 1 has a size of 380 mJ / cm 2 when the intensity of the laser beam 7 is set to 380 mJ / cm 2.
The light amount distribution radiated to the substrate 1 through 39 is 250 mJ
/ Cm 2 to 380 mJ / cm 2 are designed. Further, the exposure mask 139 is provided with an opening 137 having a predetermined shape for forming a key pattern.

【0167】このように構成された露光マスク139を
基板1の近くに配置し、実施の形態8と同様にして、半
導体薄膜を製造した(図22(a))。これにより、露
光マスク139の開口138を通過したレーザ光7は、
開口列に沿って光量分布を生じ、シリコン膜11の同じ
方向に傾斜的な温度勾配を生じる。この結果、低温部か
ら高温部に向けて大粒径のシリコン結晶14が形成され
る。大粒径結晶14の粒径を、原子間力顕微鏡(AF
M)および透過型電子顕微鏡(TEM)で測定をしたと
ころ、長さ方向の粒径aが10μmであり、幅方向の粒
径bが3μmであった(図6、図7参照)。また、粒内
に大きな欠陥はなかった。このように、本実施形態で
は、露光マスク139の開口138がなす列に対応する
位置に、粒径の大きなシリコン結晶14が形成される。
The exposure mask 139 having such a structure was arranged near the substrate 1, and a semiconductor thin film was manufactured in the same manner as in Embodiment 8 (FIG. 22A). As a result, the laser light 7 that has passed through the opening 138 of the exposure mask 139 is
A light amount distribution is generated along the row of openings, and an inclining temperature gradient is generated in the same direction of the silicon film 11. As a result, large-sized silicon crystals 14 are formed from the low temperature portion to the high temperature portion. The grain size of the large grain crystal 14 is measured by an atomic force microscope (AF
M) and a transmission electron microscope (TEM), the grain size a in the length direction was 10 μm and the grain size b in the width direction was 3 μm (see FIGS. 6 and 7). Also, there were no major defects in the grains. As described above, in the present embodiment, the silicon crystal 14 having a large grain size is formed at the position corresponding to the row formed by the openings 138 of the exposure mask 139.

【0168】また、本実施形態では、露光マスク139
にキーパターン形成用の開口137が形成されているた
め、レーザ光の照射により、この開口形状に対応した多
結晶シリコン膜の領域が形成され、その周囲が非晶質シ
リコン膜の領域となる。したがって、多結晶シリコンと
非晶質シリコンとの色の相違から、形成されたキーパタ
ーンをアライメントキー5として使用することができ
る。
Further, in the present embodiment, the exposure mask 139.
Since the opening 137 for forming the key pattern is formed in the, a region of the polycrystalline silicon film corresponding to the opening shape is formed by the irradiation of the laser beam, and the periphery thereof becomes the region of the amorphous silicon film. Therefore, the formed key pattern can be used as the alignment key 5 due to the difference in color between polycrystalline silicon and amorphous silicon.

【0169】このアライメントキー5は、キー部分のみ
を非照射部分としてその周囲が照射されるように露光マ
スクを形成することで、非晶質シリコン膜からなるアラ
イメントキーが形成されるようにしても良い。この半導
体薄膜を用いて、実施の形態1と同様に、半導体装置、
液晶表示装置及びEL表示装置を製造した。半導体装置
を構成するTFTの製造においては、実施の形態1と同
様に、アライメントキー5を用いて、大粒径シリコン結
晶の位置にTFTを形成した。
The alignment key 5 is formed by forming an exposure mask so that only the key portion is a non-irradiated portion and the periphery thereof is illuminated, so that an alignment key made of an amorphous silicon film is formed. good. Using this semiconductor thin film, as in the first embodiment, a semiconductor device,
A liquid crystal display device and an EL display device were manufactured. In the manufacture of the TFT constituting the semiconductor device, the TFT was formed at the position of the large grain silicon crystal by using the alignment key 5 as in the first embodiment.

【0170】こうして得られたTFTは、移動度が25
0cm2/V・s、耐性検査後の移動度が初期値の83
%以上であり、いずれも従来のTFTに比べて良好であ
った。また、液晶表示装置については、駆動回路の不良
率が8%、画面輝度ムラ不良率が4%であり、いずれも
従来の液晶表示装置に比べて良好であった。また、EL
表示装置については、画面輝度ムラ不良率が3%であ
り、画質不良率が8%であり、いずれも従来のEL表示
装置に比べて良好であった。また、EL表示装置の輝度
は、電圧5Vの印加時において450cd/m2であ
り、従来に比べて向上した。
The TFT thus obtained has a mobility of 25.
0 cm 2 / Vs, mobility after resistance test is initial value of 83
% Or more, and all were better than the conventional TFT. Further, in the liquid crystal display device, the defective rate of the drive circuit was 8% and the defective rate of the screen brightness unevenness was 4%, which were both better than those of the conventional liquid crystal display device. Also, EL
Regarding the display device, the defective rate of unevenness in screen brightness was 3% and the defective rate of image quality was 8%, which were all better than those of the conventional EL display device. In addition, the brightness of the EL display device was 450 cd / m 2 when a voltage of 5 V was applied, which was improved compared to the conventional one.

【0171】(実施の形態10) 次に、本発明の実施の形態10について説明する。実施
の形態10における半導体薄膜の製造方法は、露光マス
クとして、図23に示すように、板状体に複数のレンズ
214がアレイ状(マトリックス状)に配置された露光
マスク205を使用する。露光マスク205を構成する
板状体は、光透過性材料又は遮光性材料のいずれを用い
ても良いが、本実施形態においては光透過性を有する石
英を使用した。
(Tenth Embodiment) Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. In the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the tenth embodiment, as an exposure mask, as shown in FIG. 23, an exposure mask 205 in which a plurality of lenses 214 are arranged in an array (matrix) on a plate is used. The plate-shaped body forming the exposure mask 205 may use either a light-transmitting material or a light-shielding material, but in this embodiment, quartz having light-transmitting property is used.

【0172】各レンズ214は、図24に示すように、
下側(基板1に対向する側)に凹部が形成された凹レン
ズであり、凹部の内壁面が略球面状に形成されている。
レンズの曲率は、レーザ光の強度を380mJ/cm2
とした場合に、露光マスクを介して基板1に照射される
光量分布が、250mJ/cm2から380mJ/cm2
の傾斜的な分布となるように設計されている。更に、露
光マスク205の光透過性を有する領域の一部に、光透
過性を有しない金属などからなるキー形成用のパターン
240が形成されている(図23参照)。
Each lens 214, as shown in FIG.
The concave lens has a concave portion formed on the lower side (the side facing the substrate 1), and the inner wall surface of the concave portion is formed into a substantially spherical shape.
The curvature of the lens is such that the intensity of the laser light is 380 mJ / cm 2
In this case, the distribution of the amount of light irradiated onto the substrate 1 through the exposure mask is 250 mJ / cm 2 to 380 mJ / cm 2
It is designed to have a sloping distribution. Further, a key forming pattern 240 made of a metal having no light transmitting property is formed in a part of the light transmitting region of the exposure mask 205 (see FIG. 23).

【0173】このように構成された露光マスク205を
基板1に近くに配置し、実施の形態8と同様にして、半
導体薄膜を製造した(図24(a))。これにより、露
光マスク205のレンズ214を透過したレーザ光7
は、図24(b)に示すように、平面視円状レンズ21
4の径方向に沿って光量分布を生じ、低温部から高温部
に向けて大粒径のシリコン結晶が形成される。大粒径結
晶14の粒径を、原子間力顕微鏡(AFM)および透過
型電子顕微鏡(TEM)で測定をしたところ、長さ方向
の粒径aが10μmであり、幅方向の粒径bが10μmで
あった(図6、図7参照)。また、粒内に大きな欠陥は
なかった。このように、本実施形態では、実施の形態8
と比較して、幅方向にも光量分布を生じるため、結晶形
状が略円状となり、大粒径結晶14の面積が拡大した。
The exposure mask 205 having such a structure was arranged near the substrate 1, and a semiconductor thin film was manufactured in the same manner as in Embodiment 8 (FIG. 24 (a)). As a result, the laser light 7 transmitted through the lens 214 of the exposure mask 205
As shown in FIG. 24B, the
A light amount distribution is generated along the radial direction of 4, and large-sized silicon crystals are formed from the low temperature portion to the high temperature portion. When the grain size of the large grain crystal 14 was measured by an atomic force microscope (AFM) and a transmission electron microscope (TEM), the grain size a in the length direction was 10 μm and the grain size b in the width direction was It was 10 μm (see FIGS. 6 and 7). Also, there were no major defects in the grains. Thus, in the present embodiment, the eighth embodiment
Compared with the above, since the light amount distribution is generated in the width direction, the crystal shape becomes substantially circular and the area of the large grain crystal 14 is expanded.

【0174】また、本実施形態では、露光マスク205
に形成されたキー形成用のパターン240により、多結
晶シリコン膜11の一部に非晶質シリコンの領域が形成
されるので、周囲に形成された多結晶シリコンの領域と
の差から、形成されたパターンをアライメントキー5と
して使用することができる。
Further, in the present embodiment, the exposure mask 205
Since the key forming pattern 240 formed in the above forms an amorphous silicon region in a part of the polycrystalline silicon film 11, the amorphous silicon region is formed due to a difference from the surrounding polycrystalline silicon region. The patterned pattern can be used as the alignment key 5.

【0175】この半導体薄膜を用いて、実施の形態1と
同様に、半導体装置、液晶表示装置及びEL表示装置を
製造した。半導体装置を構成するTFTの製造において
は、実施の形態1と同様に、アライメントキー5を用い
て、大粒径結晶14の位置にTFTを形成した。本実施
形態においては、露光マスク205のレンズ214の中
心に対応する位置に、大粒径結晶14の中心が略一致す
るため、大粒径結晶14の形成位置がより明確且つ一定
になり、アライメントキー5による大粒径結晶14とT
FTとの位置合わせを、より精度良く行うことができ
る。
Using this semiconductor thin film, a semiconductor device, a liquid crystal display device and an EL display device were manufactured as in the first embodiment. In the manufacture of the TFT which constitutes the semiconductor device, the TFT is formed at the position of the large grain crystal 14 using the alignment key 5 as in the first embodiment. In the present embodiment, since the center of the large grain crystal 14 substantially coincides with the position corresponding to the center of the lens 214 of the exposure mask 205, the formation position of the large grain crystal 14 becomes clearer and more uniform, and the alignment is improved. Large grain crystal 14 and T by key 5
The alignment with the FT can be performed more accurately.

【0176】こうして得られたTFTは、移動度が37
0cm2/V・s、耐性検査後の移動度が初期値の95
%以上であり、いずれも従来のTFTに比べて良好であ
った。また、液晶表示装置については、駆動回路の不良
率が3%、画面輝度ムラ不良率が1%であり、いずれも
従来の液晶表示装置に比べて良好であった。また、EL
表示装置については、画面輝度ムラ不良率が1%であ
り、画質不良率が5%であり、いずれも従来のEL表示
装置に比べて良好であった。また、EL表示装置の輝度
は、電圧5Vの印加時において470cd/m2であ
り、従来に比べて向上した。
The TFT thus obtained has a mobility of 37.
0 cm 2 / V · s, mobility after resistance test is the initial value of 95
% Or more, and all were better than the conventional TFT. Further, in the liquid crystal display device, the defective rate of the drive circuit was 3% and the defective rate of the screen luminance unevenness was 1%, which were both better than those of the conventional liquid crystal display device. Also, EL
Regarding the display device, the defective rate of unevenness in screen brightness was 1% and the defective rate of image quality was 5%, which were all better than those of the conventional EL display device. In addition, the brightness of the EL display device was 470 cd / m 2 when a voltage of 5 V was applied, which was improved compared to the conventional one.

【0177】(実施の形態11) 次に、本発明の実施の形態11について説明する。実施
の形態11における半導体薄膜の製造方法は、露光マス
クとして、図25に示すように、光透過性を有する物質
(例えば、石英)の板材の下側(基板に対向する側)
に、複数の凹部242がアレイ状に配置された露光マス
ク241を使用する。各凹部242の内壁面は、円筒状
に形成されており、マスク下面241aとの間に段差2
41bを形成している。更に、露光マスク241の一部
に、光透過性を有しない金属などからなるキー形成用の
パターン240が形成されている。
(Eleventh Embodiment) Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described. In the method for manufacturing a semiconductor thin film according to the eleventh embodiment, as an exposure mask, as shown in FIG. 25, a lower side (a side facing a substrate) of a material (for example, quartz) having a light transmitting property is used.
Then, an exposure mask 241 having a plurality of recesses 242 arranged in an array is used. The inner wall surface of each recess 242 is formed in a cylindrical shape, and a step 2 is formed between the inner wall surface of each recess 242 and the mask lower surface 241a.
41b is formed. Further, a key forming pattern 240 made of metal or the like having no light transmission property is formed on a part of the exposure mask 241.

【0178】図26(a)に示すように、このように構
成された露光マスク241を基板1の近くに配置し、実
施の形態8と同様にして、半導体薄膜を製造した。これ
により、露光マスク241を透過したレーザ光7は、凹
部242を形成する段差241bによって位相のずれを
生じるため、図26(b)に示すように、基板上に照射
される光量に分布を生じる。この光量分布は、凹部24
2の段差241b付近に対応する位置が最も光量が弱
く、凹部242の径方向に沿って中心側及びその反対側
に向けてそれぞれ光量が増加する。凹部242の大きさ
及び段差241bの高さは、レーザ光の強度を380m
J/cm2とした場合に、250mJ/cm2から380
mJ/cm2の傾斜的な分布となるように設計されてい
る。これにより、低温部から高温部に向けて大粒径のシ
リコン結晶が形成される。本実施形態においては、露光
マスク241を透過するレーザ光7に位相差分布を生じ
させる方法として、露光マスク241の下面241aに
凹部242を形成しているが、この代わりに凸部を形成
して、この部分の肉厚が周辺部よりも厚くなるように構
成しても、本実施形態のように位相のずれを生じさせる
ことができる。
As shown in FIG. 26 (a), an exposure mask 241 having such a structure was arranged near the substrate 1 and a semiconductor thin film was manufactured in the same manner as in the eighth embodiment. As a result, the laser beam 7 that has passed through the exposure mask 241 has a phase shift due to the step 241b that forms the concave portion 242, so that the amount of light irradiated onto the substrate has a distribution, as shown in FIG. . This light amount distribution is
The light amount is weakest at a position corresponding to the vicinity of the second step 241b, and the light amount increases toward the center side and the opposite side along the radial direction of the recess 242. The size of the recess 242 and the height of the step 241b are such that the intensity of the laser light is 380 m.
250 mJ / cm 2 to 380, given J / cm 2
It is designed to have a sloped distribution of mJ / cm 2 . As a result, large-sized silicon crystals are formed from the low temperature portion toward the high temperature portion. In the present embodiment, as the method of generating the phase difference distribution in the laser light 7 that passes through the exposure mask 241, the concave portion 242 is formed on the lower surface 241a of the exposure mask 241, but a convex portion is formed instead. Even if the wall thickness of this portion is thicker than that of the peripheral portion, the phase shift can be generated as in the present embodiment.

【0179】大粒径結晶14の粒径を、原子間力顕微鏡
(AFM)および透過型電子顕微鏡(TEM)で測定を
したところ、長さ方向の粒径aが10μmであり、幅方
向の粒径bが10μmであった(図6、図7参照)。ま
た、粒内に大きな欠陥はなかった。このように、本実施
形態では、実施の形態10と同様に、幅方向にも光量分
布を生じるため、結晶形状が略円状となり、大粒径結晶
14の面積が拡大した。
The grain size of the large grain crystal 14 was measured by an atomic force microscope (AFM) and a transmission electron microscope (TEM). The grain size a in the length direction was 10 μm and the grain size in the width direction was 10 μm. The diameter b was 10 μm (see FIGS. 6 and 7). Also, there were no major defects in the grains. Thus, in the present embodiment, similarly to the tenth embodiment, since the light amount distribution is generated in the width direction as well, the crystal shape is substantially circular and the area of the large grain crystal 14 is expanded.

【0180】また、本実施形態では、露光マスク241
に形成されたキー形成用のパターン240により、非晶
質シリコンの領域が形成されるので、周囲に形成された
多結晶シリコンの領域との差から、形成されたパターン
をアライメントキー5として使用することができる(図
26(a)参照)。
In this embodiment, the exposure mask 241 is also used.
Since the amorphous silicon region is formed by the key forming pattern 240 formed in the above, the formed pattern is used as the alignment key 5 due to the difference from the surrounding polycrystalline silicon region. It is possible (see FIG. 26 (a)).

【0181】この半導体薄膜を用いて、実施の形態1と
同様に、半導体装置、液晶表示装置及びEL表示装置を
製造した。半導体装置を構成するTFTの製造において
は、実施の形態1と同様に、アライメントキー5を用い
て、大粒径結晶の位置にTFTを形成した。本実施形態
においては、露光マスク241の凹部242の中心に対
応する位置に、大粒径結晶14の中心が略一致するた
め、大粒径結晶14の形成位置がより明確且つ一定にな
り、アライメントキー5による大粒径シリコン結晶14
とTFTとの位置合わせをより精度良く行うことができ
る。
Using this semiconductor thin film, a semiconductor device, a liquid crystal display device and an EL display device were manufactured as in the first embodiment. In the manufacture of the TFT that constitutes the semiconductor device, the TFT is formed at the position of the large grain crystal using the alignment key 5 as in the first embodiment. In the present embodiment, since the center of the large grain crystal 14 substantially coincides with the position corresponding to the center of the concave portion 242 of the exposure mask 241, the formation position of the large grain crystal 14 becomes clearer and more uniform, and alignment Large grain silicon crystal 14 with key 5
The TFT and the TFT can be aligned more accurately.

【0182】こうして得られたTFTは、移動度が41
0cm2/V・s、耐性検査後の移動度が初期値の97
%以上であり、いずれも従来のTFTに比べて良好であ
った。また、液晶表示装置については、駆動回路の不良
率が2%、画面輝度ムラ不良率が0.7%であり、いず
れも従来の液晶表示装置に比べて良好であった。また、
EL表示装置については、画面輝度ムラ不良率が0.6
%であり、画質不良率が4%であり、いずれも従来のE
L表示装置に比べて良好であった。また、EL表示装置
の輝度は、電圧5Vの印加時において520cd/m2
であり、従来に比べて向上した。
The TFT thus obtained has a mobility of 41.
0 cm 2 / V · s, mobility after resistance test is initial value of 97
% Or more, and all were better than the conventional TFT. Further, in the liquid crystal display device, the defective rate of the drive circuit was 2% and the defective rate of the screen luminance unevenness was 0.7%, which were both better than those of the conventional liquid crystal display device. Also,
The EL display device has a screen luminance unevenness defect rate of 0.6.
%, And the image quality defect rate is 4%, both of which are
It was better than the L display device. The brightness of the EL display device is 520 cd / m 2 when a voltage of 5 V is applied.
Which is an improvement over the conventional one.

【0183】(実施の形態12) 次に、本発明の実施の形態12について説明する。実施
の形態12における半導体薄膜の製造方法は、図27に
示すように、露光マスクとして、光を透過しない物質
(例えばステンレス)からなる板に複数の開口部338
を形成した露光マスク339を使用する。各開口部33
8は、一点を中心として周辺に向けて開口面積が段階的
に増加するように放射状に配置されており、平面視略円
状の光量分布形成領域350を形成している。即ち、光
量分布形成領域350は、単位面積あたりの開口率が中
心から周辺に向けて径方向に増加するように、各開口部
338が配置されている。各開口部338の形状、間隔
などは、レーザ光の強度を380mJ/cm2とした場
合に、露光マスクを介して基板に照射される光量分布が
250mJ/cm2から380mJ/cm2の傾斜的な分
布となるように設計されている。露光マスク339に
は、このような光量分布形成領域350が、アレイ状
(マトリックス状)に複数形成されている。
(Twelfth Embodiment) Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described. In the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the twelfth embodiment, as shown in FIG. 27, a plurality of openings 338 are formed in a plate made of a substance that does not transmit light (for example, stainless steel) as an exposure mask.
The exposure mask 339 formed with is used. Each opening 33
8 are arranged radially so that the opening area gradually increases from one point toward the periphery, and forms a light amount distribution forming region 350 having a substantially circular shape in plan view. That is, in the light amount distribution forming region 350, the openings 338 are arranged so that the aperture ratio per unit area increases in the radial direction from the center toward the periphery. The shape of each opening 338, etc. interval when the intensity of the laser light and 380 mJ / cm 2, light amount distribution is applied to the substrate through an exposure mask from 250 mJ / cm 2 of 380 mJ / cm 2 inclinatorily It is designed to have a wide distribution. In the exposure mask 339, a plurality of such light amount distribution forming regions 350 are formed in an array (matrix).

【0184】また、光量分布形成領域350以外の領域
には、同面積の開口部340が等間隔で全体に配置され
ており、更に、キーパターン形成用の所定形状の開口3
37が形成されている。
Further, in the areas other than the light quantity distribution forming area 350, openings 340 having the same area are arranged all over at equal intervals, and the openings 3 having a predetermined shape for forming a key pattern are further formed.
37 is formed.

【0185】このように構成された露光マスク339を
基板に近くに配置し、実施の形態8と同様にして、半導
体薄膜を製造した。光量分布形成領域350の開口33
8を通過したレーザ光は、基板1上の光量分布形成領域
350の中心に対応する位置から周辺に向けて径方向に
増加する光量分布を生じ、傾斜的な温度勾配を生じる。
この結果、低温部から高温部に向けて大粒径シリコン結
晶14が形成される。大粒径結晶14の粒径を、原子間
力顕微鏡(AFM)および透過型電子顕微鏡(TEM)
で測定をしたところ、長さ方向の粒径aが10μmであ
り、幅方向の粒径bが10μmであった(図6、図7参
照)。また、粒内に大きな欠陥はなかった。このよう
に、本実施形態では、実施の形態10と同様に、幅方向
にも光量分布を生じるため、結晶形状が略円状となり、
大粒径結晶14の面積が拡大した。また、光量分布形成
領域350以外の領域に形成された開口部340を介し
て照射された部分は、小粒径結晶15となった。
The exposure mask 339 having the above-described structure was arranged near the substrate, and a semiconductor thin film was manufactured in the same manner as in the eighth embodiment. The opening 33 of the light amount distribution forming region 350
The laser light that has passed through 8 has a light amount distribution that increases in the radial direction from the position corresponding to the center of the light amount distribution forming region 350 on the substrate 1 toward the periphery, and causes an inclined temperature gradient.
As a result, the large grain silicon crystal 14 is formed from the low temperature portion to the high temperature portion. Atomic force microscope (AFM) and transmission electron microscope (TEM) are used to measure the grain size of the large grain crystal 14.
The particle size a in the length direction was 10 μm, and the particle size b in the width direction was 10 μm (see FIGS. 6 and 7). Also, there were no major defects in the grains. As described above, in this embodiment, similarly to the tenth embodiment, since the light amount distribution is generated in the width direction as well, the crystal shape is substantially circular,
The area of the large grain crystal 14 was enlarged. Further, the portion irradiated with light through the opening 340 formed in the region other than the light amount distribution forming region 350 became the small grain crystal 15.

【0186】また、本実施形態では、露光マスク339
に形成されたキー形成用の開口337により、この開口
337に対応する位置に多結晶シリコン領域が形成さ
れ、その周囲は、露光マスク339によって照射が遮断
されて非晶質シリコン領域が形成されることから、多結
晶シリコン領域と非晶質シリコン領域との色の相違か
ら、キー形成用の開口337に対応するパターンをアラ
イメントキー5として使用することができる。
In this embodiment, the exposure mask 339 is also used.
The polycrystalline silicon region is formed at a position corresponding to the opening 337 by the key forming opening 337 formed in the above, and the periphery of the polycrystalline silicon region is blocked by the exposure mask 339 to form an amorphous silicon region. Therefore, due to the difference in color between the polycrystalline silicon region and the amorphous silicon region, the pattern corresponding to the key forming opening 337 can be used as the alignment key 5.

【0187】この半導体薄膜を用いて、実施の形態1と
同様に、半導体装置、液晶表示装置及びEL表示装置を
製造した。半導体装置を構成するTFTの製造において
は、実施の形態1と同様に、アライメントキー5を用い
て、大粒径結晶14の位置にTFTを形成した。本実施
形態においては、露光マスクの光量分布形成領域350
の中心に対応する位置に、大粒径結晶14の中心が略一
致するため、大粒径結晶14の形成位置がより明確且つ
一定になり、アライメントキー5による大粒径結晶14
とTFTとの位置合わせをより精度良く行うことができ
る。
Using this semiconductor thin film, a semiconductor device, a liquid crystal display device and an EL display device were manufactured as in the first embodiment. In the manufacture of the TFT which constitutes the semiconductor device, the TFT is formed at the position of the large grain crystal 14 using the alignment key 5 as in the first embodiment. In this embodiment, the light amount distribution forming region 350 of the exposure mask is formed.
Since the center of the large grain crystal 14 substantially coincides with the position corresponding to the center of the large grain crystal 14, the formation position of the large grain crystal 14 becomes clearer and more constant, and the large grain crystal 14 by the alignment key 5 is formed.
The TFT and the TFT can be aligned more accurately.

【0188】こうして得られたTFTは、移動度が41
0cm2/V・s、耐性検査後の移動度が初期値の97
%以上であり、いずれも従来のTFTに比べて良好であ
った。また、液晶表示装置については、駆動回路の不良
率が2%、画面輝度ムラ不良率が0.7%であり、いず
れも従来の液晶表示装置に比べて良好であった。また、
EL表示装置については、画面輝度ムラ不良率が0.6
%であり、画質不良率が4%であり、いずれも従来のE
L表示装置に比べて良好であった。また、EL表示装置
の輝度は、電圧5Vの印加時において520cd/m2
であり、従来に比べて向上した。
The TFT thus obtained has a mobility of 41.
0 cm 2 / V · s, mobility after resistance test is initial value of 97
% Or more, and all were better than the conventional TFT. Further, in the liquid crystal display device, the defective rate of the drive circuit was 2% and the defective rate of the screen luminance unevenness was 0.7%, which were both better than those of the conventional liquid crystal display device. Also,
The EL display device has a screen luminance unevenness defect rate of 0.6.
%, And the image quality defect rate is 4%, both of which are
It was better than the L display device. The brightness of the EL display device is 520 cd / m 2 when a voltage of 5 V is applied.
Which is an improvement over the conventional one.

【0189】(実施の形態13) 次に、本発明の実施の形態13について説明する。実施
の形態13における半導体薄膜の製造方法は、図28
(a)に示すように、まず、基板1上にアライメントキ
ー5を形成してから、基板1及びアライメントキー5上
に窒化膜や酸化膜などの絶縁性下地膜2を形成し、この
下地膜2上に非晶質シリコン膜3を形成する。このアラ
イメントキー5は、非晶質シリコン膜3よりも熱伝導率
が高い物質からなり、マスクを用いた蒸着、成膜後のエ
ッチング、レジストパターン形成後に成膜してリフトオ
フする方法など、上述した各実施形態における形成方法
により形成することができる。
(Thirteenth Embodiment) Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described. The method for manufacturing a semiconductor thin film according to the thirteenth embodiment is as shown in FIG.
As shown in (a), first, the alignment key 5 is formed on the substrate 1, and then the insulating base film 2 such as a nitride film or an oxide film is formed on the substrate 1 and the alignment key 5. An amorphous silicon film 3 is formed on 2. The alignment key 5 is made of a material having a higher thermal conductivity than the amorphous silicon film 3, and vapor deposition using a mask, etching after film formation, a method of film formation after forming a resist pattern and lift-off, and the like are described above. It can be formed by the forming method in each embodiment.

【0190】次に、非晶質シリコン膜3に対して、上記
実施の形態1における本照射工程と同様の条件でレーザ
光を照射する。これにより、図28(b)に示すよう
に、アライメントキー5が放熱層として機能し、アライ
メントキー5の近傍に大粒径結晶14が形成される。
Next, the amorphous silicon film 3 is irradiated with laser light under the same conditions as in the main irradiation step in the first embodiment. Thereby, as shown in FIG. 28B, the alignment key 5 functions as a heat dissipation layer, and the large grain crystal 14 is formed in the vicinity of the alignment key 5.

【0191】この後は、実施の形態1におけるTFTの
製造方法と同様にアライメントキー5を用いて、図28
(c)に示すように、大粒径結晶14の位置にTFT4
0を形成することができる。このように、アライメント
キー5を放熱層として兼用することができるので、半導
体装置の製造工程の短縮化を図ることができる。
After that, the alignment key 5 is used in the same manner as in the manufacturing method of the TFT in the first embodiment, and then, as shown in FIG.
As shown in (c), the TFT 4 is placed at the position of the large grain crystal 14.
0 can be formed. In this way, since the alignment key 5 can also be used as a heat dissipation layer, the manufacturing process of the semiconductor device can be shortened.

【0192】下地膜2は、図28(d)に示すように、
上側下地膜2bと下側下地膜2cとの2層から構成し、
上側下地膜2b及び下側下地膜2cの間にアライメント
キー5が配置されるようにしても良い。この場合、上側
下地膜2bの厚みを下側下地膜2cの厚みよりも薄くす
ることが好ましく、これによって熱伝導性を良好にする
ことができる。また、上側下地膜2bを多孔質層とし、
下側下地膜2cをこの多孔質層よりも緻密な層としても
良い。
The base film 2 is, as shown in FIG.
It is composed of two layers, an upper base film 2b and a lower base film 2c,
The alignment key 5 may be arranged between the upper base film 2b and the lower base film 2c. In this case, it is preferable to make the thickness of the upper base film 2b smaller than the thickness of the lower base film 2c, which can improve the thermal conductivity. In addition, the upper base film 2b is a porous layer,
The lower base film 2c may be a denser layer than this porous layer.

【0193】(実施の形態14) 次に、本発明の実施の形態14について説明する。上述
した各実施形態におけるTFTの構造は、一般に、コプ
レーナ(coplanar)構造又は正スタガ構造と呼ばれるも
のであるが、ボトムゲート構造又は逆スタガ構造と呼ば
れるものも存在する。このような逆スタガ構造のTFT
は、次のようにして製造することができる。
(Fourteenth Embodiment) Next, a fourteenth embodiment of the present invention will be described. The structure of the TFT in each of the above-described embodiments is generally called a coplanar structure or a positive stagger structure, but there is a structure called a bottom gate structure or an inverted stagger structure. Such an inverted staggered TFT
Can be manufactured as follows.

【0194】まず、基板1上にアライメントキー5を形
成してから下地膜2を形成する。ついで、金属膜をスパ
ッタリングし、アライメントキー5を用いてフォトリソ
グラフィを行い、ドライエッチングなどにより、所定位
置にパターニングされたゲート電極20を形成する(図
29(a))。ついで、ゲート絶縁膜19をTEOS−
CVD法などにより成膜してから、プラズマCVD法な
どにより、非晶質シリコン膜3を成膜し、熱処理などに
より脱水素化を行う(図29(b))。
First, the alignment key 5 is formed on the substrate 1, and then the base film 2 is formed. Next, the metal film is sputtered, photolithography is performed using the alignment key 5, and the patterned gate electrode 20 is formed at a predetermined position by dry etching or the like (FIG. 29A). Then, the gate insulating film 19 is formed with TEOS-
After the film is formed by the CVD method or the like, the amorphous silicon film 3 is formed by the plasma CVD method or the like, and dehydrogenation is performed by heat treatment or the like (FIG. 29B).

【0195】この後は、実施の形態1と同様に、予備照
射工程により非晶質シリコン膜3を多結晶シリコン膜1
1とし、多結晶シリコン膜11よりも熱伝導率の高い材
料からなる放熱層4を、アライメントキー5を用いてゲ
ート電極20の近傍に形成する(図29(c))。そし
て、本照射工程により放熱層4の近傍に大粒径結晶を形
成してから放熱層4の除去工程を行うことにより、半導
体薄膜が完成する。放熱層4は、上述した各実施形態に
示す他の方法によって形成することも可能であることは
言うまでもない。この半導体薄膜を用いてTFTを製造
する方法は、実施の形態1と同様に行うことができる。
また、アライメントキー5は、基板1と下地膜2との間
に形成する代わりに、ゲート電極形成用の金属膜を成膜
してフォト工程及びエッチング工程を行う際に、ゲート
電極20と共に同時に形成することも可能である。
After this, as in the first embodiment, the amorphous silicon film 3 is changed to the polycrystalline silicon film 1 by the preliminary irradiation process.
1, the heat dissipation layer 4 made of a material having a higher thermal conductivity than the polycrystalline silicon film 11 is formed near the gate electrode 20 using the alignment key 5 (FIG. 29C). Then, a large grain crystal is formed in the vicinity of the heat dissipation layer 4 by the main irradiation step, and then a step of removing the heat dissipation layer 4 is performed to complete the semiconductor thin film. It goes without saying that the heat dissipation layer 4 can also be formed by other methods shown in the above-described embodiments. The method of manufacturing a TFT using this semiconductor thin film can be performed in the same manner as in the first embodiment.
Further, the alignment key 5 is formed simultaneously with the gate electrode 20 when a metal film for forming a gate electrode is formed and a photo process and an etching process are performed, instead of being formed between the substrate 1 and the base film 2. It is also possible to do so.

【0196】以上、本発明の実施の形態について具体的
に説明したが、本発明が上記実施形態に限定されるもの
でないのは言うまでもなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々の変更が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. .

【0197】[0197]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、高特性でかつ高信頼性を有する半導体装置を
提供することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device having high characteristics and high reliability.

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

【図1】 本発明の実施の形態1に係る半導体薄膜の製
造方法において、非晶質シリコン膜が形成された基板を
示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a substrate on which an amorphous silicon film is formed in the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the first embodiment of the present invention.

【図2】 前記半導体薄膜の製造方法において使用する
レーザアニール装置の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a laser annealing apparatus used in the method for manufacturing a semiconductor thin film.

【図3】 前記半導体薄膜の製造方法において、レーザ
光を照射した後の状態を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state after laser light irradiation in the method for manufacturing a semiconductor thin film.

【図4】 前記半導体薄膜の製造方法において、非晶質
シリコン膜に放熱層及びアライメントキーを形成した状
態を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a heat dissipation layer and an alignment key are formed on an amorphous silicon film in the method for manufacturing a semiconductor thin film.

【図5】 (a)前記半導体薄膜の製造方法において、
本照射工程における状態を示す断面図、及び、(b)本
照射工程による前記シリコン膜の温度分布を示す図であ
る。
FIG. 5 (a) In the method for manufacturing a semiconductor thin film,
It is sectional drawing which shows the state in this irradiation process, and (b) It is a figure which shows the temperature distribution of the said silicon film by this irradiation process.

【図6】 前記半導体薄膜の製造方法において、前記放
熱層の存在により前記シリコン膜に大粒径結晶が形成さ
れた状態を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which large grain crystals are formed in the silicon film due to the presence of the heat dissipation layer in the method for manufacturing a semiconductor thin film.

【図7】 前記大粒径結晶近傍の平面図である。FIG. 7 is a plan view of the vicinity of the large grain crystal.

【図8】 前記半導体薄膜の製造方法において、前記放
熱層の除去工程を説明するための断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a step of removing the heat dissipation layer in the method for manufacturing a semiconductor thin film.

【図9】 前記半導体薄膜の製造方法において、前記放
熱層の形状を変えた場合の前記大粒径結晶の形状を示す
平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing the shape of the large grain crystal when the shape of the heat dissipation layer is changed in the method for manufacturing a semiconductor thin film.

【図10】 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の
製造方法において、半導体装置を構成するTFTの製造
工程を説明するための断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the TFT included in the semiconductor device in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の実施の形態1に係る半導体装置に
おいて、(a)前記大粒径結晶とTFTとの位置関係を
示す断面図、及び、(b)平面図である。
11A is a sectional view showing a positional relationship between the large grain crystal and the TFT, and FIG. 11B is a plan view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の
一例である液晶表示装置を一部切り欠いて示す概略斜視
図である。
FIG. 12 is a schematic perspective view showing a liquid crystal display device, which is an example of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, with a part thereof cut away.

【図13】 前記液晶表示装置の一部を示す概略平面図
である。
FIG. 13 is a schematic plan view showing a part of the liquid crystal display device.

【図14】 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の
一例であるEL表示装置のEL素子を示す断面図であ
る。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an EL element of an EL display device which is an example of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図15】 前記EL表示装置の一部を示す回路図であ
る。
FIG. 15 is a circuit diagram showing a part of the EL display device.

【図16】 本発明の実施の形態3に係る半導体薄膜の
製造方法において、放熱層及びアライメントキーを形成
する工程を説明するための断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a step of forming a heat dissipation layer and an alignment key in the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the third embodiment of the present invention.

【図17】 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の
製造方法において、半導体装置を構成するTFTのオフ
セット領域が形成された状態を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a state in which an offset region of a TFT included in the semiconductor device is formed in the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図18】 本発明の実施の形態7に係る半導体薄膜の
製造方法において、第1の下地膜上に、多孔質層を有す
る第2の下地膜が形成された状態を示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a state in which a second underlayer film having a porous layer is formed on the first underlayer film in the method for manufacturing a semiconductor thin film according to the seventh embodiment of the present invention.

【図19】 本発明の実施の形態8に係る半導体薄膜の
製造方法において、露光マスクを用いて本照射工程を行
っている状態を示す斜視図である。
FIG. 19 is a perspective view showing a state where a main irradiation step is performed using an exposure mask in the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the eighth embodiment of the present invention.

【図20】 (a)第19図に示す露光マスクを用いた
本照射工程により、シリコン膜上に光量分布が生じてい
る状態を模式的に示す断面図、及び、(b)光量分布の
概要を示す図である。
20 (a) is a cross-sectional view schematically showing a state in which a light amount distribution is generated on the silicon film by the main irradiation step using the exposure mask shown in FIG. 19, and (b) an outline of the light amount distribution. FIG.

【図21】 本発明の実施の形態9に係る半導体薄膜の
製造方法において使用する露光マスクの平面図である。
FIG. 21 is a plan view of an exposure mask used in the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the ninth embodiment of the present invention.

【図22】 (a)第21図に示す露光マスクを用いた
本照射工程により、シリコン膜上に光量分布が生じてい
る状態を模式的に示す断面図、及び、(b)光量分布の
概要を示す図である。
22 (a) is a sectional view schematically showing a state where a light amount distribution is generated on the silicon film by the main irradiation step using the exposure mask shown in FIG. 21, and (b) an outline of the light amount distribution. FIG.

【図23】 本発明の実施の形態10に係る半導体薄膜
の製造方法において、露光マスクを用いて本照射工程を
行っている状態を示す斜視図である。
FIG. 23 is a perspective view showing a state in which a main irradiation step is performed using an exposure mask in the method for manufacturing a semiconductor thin film according to the tenth embodiment of the present invention.

【図24】 (a)第19図に示す露光マスクを用いた
本照射工程により、シリコン膜上に光量分布が生じてい
る状態を模式的に示す断面図、及び、(b)光量分布の
概要を示す図である。
24 (a) is a sectional view schematically showing a state where a light amount distribution is generated on the silicon film by the main irradiation step using the exposure mask shown in FIG. 19, and (b) an outline of the light amount distribution. FIG.

【図25】 本発明の実施の形態11に係る半導体薄膜
の製造方法において使用する露光マスクの(a)側面
図、及び、(b)斜視図である。
FIG. 25 is (a) a side view and (b) a perspective view of an exposure mask used in a method for manufacturing a semiconductor thin film according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図26】 (a)第25図に示す露光マスクを用いた
本照射工程により、シリコン膜上に光量分布が生じてい
る状態を模式的に示す断面図、及び、(b)光量分布の
概要を示す図である。
26 (a) is a cross-sectional view schematically showing a state in which a light amount distribution is generated on the silicon film by the main irradiation step using the exposure mask shown in FIG. 25, and (b) an outline of the light amount distribution. FIG.

【図27】 本発明の実施の形態12に係る半導体薄膜
の製造方法において使用する露光マスクの平面図であ
る。
FIG. 27 is a plan view of an exposure mask used in the method of manufacturing a semiconductor thin film according to the twelfth embodiment of the present invention.

【図28】 本発明の実施の形態13に係る半導体装置
の製造方法において、半導体装置を構成するTFTの製
造工程を説明するための断面図である。
FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing step of a TFT included in the semiconductor device in the method of manufacturing the semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention.

【図29】 本発明の実施の形態14に係る半導体装置
の製造方法において、半導体装置を構成するTFTの製
造工程を説明するための断面図である。
FIG. 29 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing step of a TFT included in the semiconductor device in the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourteenth embodiment of the present invention.

【図30】 本発明の半導体装置におけるLDD領域又
はオフセット領域と結晶との位置関係の例を示す図であ
る。
FIG. 30 is a diagram showing an example of a positional relationship between an LDD region or an offset region and a crystal in the semiconductor device of the present invention.

【図31】 シリコン結晶粒径とTFT信頼性との相関
関係を示す図である。
FIG. 31 is a diagram showing a correlation between a silicon crystal grain size and TFT reliability.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 下地膜 2b 上側下地膜 2c 下側下地膜 3 非晶質シリコン膜 4 放熱層 5 アライメントキー 7 レーザ光 11 多結晶シリコン膜 14 大粒径結晶 15 小粒径結晶 16 保護膜 17 ドレイン領域 18a,18b LDD領域 18c,18d オフセット領域 19 ゲート絶縁膜 20 ゲート電極 21 層間絶縁膜 22 チャネル領域 23a ソース電極 23b ドレイン電極 24 ソース領域 40 TFT 50 液晶表示装置 60 EL素子 105,139,205,241,339 露光マスク 1 substrate 2 Underlayer film 2b Upper base film 2c Lower base film 3 Amorphous silicon film 4 Heat dissipation layer 5 Alignment key 7 laser light 11 Polycrystalline silicon film 14 Large grain crystals 15 Small grain crystals 16 Protective film 17 Drain region 18a, 18b LDD region 18c, 18d offset area 19 Gate insulating film 20 gate electrode 21 Interlayer insulation film 22 channel area 23a Source electrode 23b drain electrode 24 Source Area 40 TFT 50 Liquid crystal display 60 EL element 105,139,205,241,339 Exposure mask

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/78 616A (56)参考文献 特開 平11−274502(JP,A) 特開 平5−21343(JP,A) 特開 平7−249779(JP,A) 特開 平5−326402(JP,A) 特開 平3−116924(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/20 G02F 1/1368 G09F 9/30 365 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 29/78 616A (56) References JP-A-11-274502 (JP, A) JP-A-5-21343 (JP, A) JP-A-7-249779 (JP, A) JP-A-5-326402 (JP, A) JP-A-3-116924 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/20 G02F 1/1368 G09F 9/30 365

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 多結晶の半導体層を有する薄膜トランジ
スタを備えており、前記半導体層内に、チャネル領域
と、該チャネル領域の両側に位置する高濃度不純物領域
と、前記チャネル領域及び高濃度不純物領域間に位置し
前記高濃度不純物領域よりも不純物濃度が低い低濃度不
純物領域又は不純物を含まないオフセット領域とを有
し、 前記低濃度不純物領域又はオフセット領域に少なくとも
一部が存在する結晶のいずれかの粒径が、他の結晶の粒
径よりも大きく、 前記薄膜トランジスタは、前記半導体層よりも熱伝導率
の高い物質からなる所定形状のパターンの近傍に形成さ
れており、 前記パターンは、基板と前記半導体層との間に形成され
ており、 前記パターンは、基板と前記半導体層との間に形成され
た絶縁性を有する下地膜によって覆われており、 前記下地膜は、上側下地膜と下側下地膜とから構成さ
れ、前記パターンは、前記上側下地膜と前記下側下地膜
との間に配置されており、 前記上側下地膜が多孔質層であって、前記下側下地膜が
前記多孔質層よりも緻密な層である、半導体装置。
1. A thin film transistor having a polycrystalline semiconductor layer, wherein a channel region, a high concentration impurity region located on both sides of the channel region, the channel region and the high concentration impurity region are provided in the semiconductor layer. A low-concentration impurity region having an impurity concentration lower than that of the high-concentration impurity region or an offset region containing no impurities, and the low-concentration impurity region or the offset region is at least partially present in any of crystals The grain size of is larger than the grain size of other crystals, the thin film transistor is formed in the vicinity of a pattern of a predetermined shape made of a substance having a higher thermal conductivity than the semiconductor layer, the pattern, the substrate and The pattern is formed between the semiconductor layer and the pattern, and the pattern is formed by an insulating base film formed between the substrate and the semiconductor layer. The base film is composed of an upper base film and a lower base film, the pattern is arranged between the upper base film and the lower base film, the upper base film is A semiconductor device, which is a porous layer, wherein the lower base film is a denser layer than the porous layer.
【請求項2】 前記上側下地膜の厚みが、前記下側下地
膜の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the upper base film has a thickness smaller than that of the lower base film.
【請求項3】 請求項1に記載の半導体装置を介して電
圧が供給されることにより動作する画素を有することを
特徴とする液晶表示装置。
3. A liquid crystal display device comprising a pixel which operates by being supplied with a voltage through the semiconductor device according to claim 1.
【請求項4】 請求項1に記載の半導体装置を介して電
圧が供給されることにより動作する画素を有することを
特徴とするEL表示装置。
4. An EL display device having a pixel which operates by being supplied with a voltage through the semiconductor device according to claim 1.
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