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JP2008227077A - Laser light mask structure, laser processing method, TFT element, and laser processing apparatus - Google Patents

Laser light mask structure, laser processing method, TFT element, and laser processing apparatus Download PDF

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JP2008227077A
JP2008227077A JP2007061991A JP2007061991A JP2008227077A JP 2008227077 A JP2008227077 A JP 2008227077A JP 2007061991 A JP2007061991 A JP 2007061991A JP 2007061991 A JP2007061991 A JP 2007061991A JP 2008227077 A JP2008227077 A JP 2008227077A
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JP
Japan
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linear pattern
region
mask
irradiated
semiconductor layer
Prior art date
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Application number
JP2007061991A
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Japanese (ja)
Inventor
Junichiro Nakayama
純一郎 中山
Hiroshi Tsunasawa
啓 綱沢
Shinya Okazaki
真也 岡崎
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

【課題】結晶方位の均一化により、高性能な半導体デバイスが実現されるレーザ光のマスク構造、レーザ加工方法、TFT素子およびレーザ加工装置、を提供する。
【解決手段】投影マスク14には、第1方向130に延びる線状パターン40が形成されている。第2方向140に一定ピッチずれながら第1〜第k帯状領域46(1)〜(k)に並ぶ線状パターン40により、複数の線状パターン列41が構成されている。複数の線状パターン列41は、第1〜第k帯状領域46(1)〜(k)に形成された線状パターン40のうち、第1帯状領域46(1)および第k帯状領域46(k)の線状パターン40のみが第1方向130において部分的に重なるように間隔が設定された第1線状パターン列群41Aを含む。複数の線状パターン列41は、第1線状パターン列群41Aをなす線状パターン列41間に配置される第2線状パターン列群41Bをさらに含む。
【選択図】図3
Provided are a laser beam mask structure, a laser processing method, a TFT element, and a laser processing apparatus in which a high-performance semiconductor device is realized by making the crystal orientation uniform.
A linear pattern extending in a first direction is formed on a projection mask. A plurality of linear pattern rows 41 are constituted by the linear patterns 40 arranged in the first to k-th band regions 46 (1) to (k) while being shifted by a certain pitch in the second direction 140. Among the linear patterns 40 formed in the first to k-th strip regions 46 (1) to (k), the plurality of linear pattern rows 41 includes a first strip region 46 (1) and a k-th strip region 46 ( k) includes a first linear pattern row group 41 </ b> A in which the interval is set so that only the linear pattern 40 partially overlaps in the first direction 130. The plurality of linear pattern rows 41 further include a second linear pattern row group 41B disposed between the linear pattern rows 41 forming the first linear pattern row group 41A.
[Selection] Figure 3

Description

この発明は、一般的には、レーザ光のマスク構造、レーザ加工方法、TFT素子およびレーザ加工装置に関し、たとえば、半導体デバイス等に半導体材料として用いられる非晶質材料を、レーザビーム照射によって結晶化する際に利用されるレーザ光のマスク構造、レーザ加工方法、TFT素子およびレーザ加工装置に関する。   The present invention generally relates to a laser beam mask structure, a laser processing method, a TFT element, and a laser processing apparatus. For example, an amorphous material used as a semiconductor material in a semiconductor device or the like is crystallized by laser beam irradiation. The present invention relates to a laser beam mask structure, a laser processing method, a TFT element, and a laser processing apparatus that are used in the process.

一般的に、半導体デバイスの製造方法として、単結晶シリコン(Si)材料を用いる方法があるが、この製造方法の他にもガラス基板上にシリコン薄膜を形成したシリコン薄膜を用いる製造方法がある。ガラス基板上に形成したシリコン薄膜を用いることによって製造された半導体デバイスは、イメージセンサやアクティブマトリクス液晶表示装置の一部として用いられる。   In general, as a method for manufacturing a semiconductor device, there is a method using a single crystal silicon (Si) material. In addition to this manufacturing method, there is a manufacturing method using a silicon thin film in which a silicon thin film is formed on a glass substrate. A semiconductor device manufactured by using a silicon thin film formed on a glass substrate is used as a part of an image sensor or an active matrix liquid crystal display device.

液晶表示装置において、半導体デバイスは、透明な基板上に規則的なアレイとして配列されるTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)として用いられる。TFTの各トランジスタは、液晶表示装置における画素コントローラとして作用する。液晶表示装置のTFTは、非晶質シリコン膜により形成されている。   In a liquid crystal display device, semiconductor devices are used as TFTs (Thin Film Transistors) arranged as a regular array on a transparent substrate. Each transistor of the TFT functions as a pixel controller in the liquid crystal display device. The TFT of the liquid crystal display device is formed of an amorphous silicon film.

ところが、近年、電子の移動度の低い非晶質シリコン膜の代わりに、電子の移動度の高い多結晶シリコン膜が用いられつつある。多結晶シリコン膜の使用により、TFTのスイッチング特性を増強し、表示速度を高速化したTFT液晶表示装置を製造する。多結晶シリコン膜を製造する方法として、たとえば、基板上に堆積している非晶質または微結晶シリコン膜にエキシマレーザを照射して結晶化する方法(Excimer Laser Crystallization:ELC)がある。   However, in recent years, a polycrystalline silicon film having a high electron mobility is being used instead of an amorphous silicon film having a low electron mobility. By using a polycrystalline silicon film, a TFT liquid crystal display device with enhanced switching characteristics and increased display speed is manufactured. As a method of manufacturing a polycrystalline silicon film, for example, there is a method of crystallization by irradiating an excimer laser on an amorphous or microcrystalline silicon film deposited on a substrate (Excimer Laser Crystallization: ELC).

ELC法では、サンプルに対し、一定速度で走査しながら、長さ200〜400mm、幅0.2〜1.0mm程度の線状レーザビームを半導体膜上に連続的に照射する方法が一般的である。このとき、レーザを照射した部分の半導体膜は、厚さ方向全域に亘って溶融するのではなく、一部の半導体膜領域を残したまま溶融する。   In the ELC method, a sample is generally irradiated with a linear laser beam having a length of about 200 to 400 mm and a width of about 0.2 to 1.0 mm on a semiconductor film while scanning at a constant speed. is there. At this time, the portion of the semiconductor film irradiated with the laser does not melt over the entire thickness direction, but melts while leaving a part of the semiconductor film region.

このため、未溶融領域/溶融領域界面の全面において、いたるところに結晶核が発生する。これに伴い、半導体膜最表層に向かって結晶が成長し、ランダムな方位の結晶粒が形成されるため、結晶粒径は100〜200nmと非常に小さくなる。   For this reason, crystal nuclei are generated everywhere on the entire surface of the unmelted region / melted region interface. Along with this, crystals grow toward the outermost layer of the semiconductor film, and crystal grains with random orientations are formed, so that the crystal grain size becomes as small as 100 to 200 nm.

多結晶シリコン膜の結晶粒界には、不対電子が多数存在するため、ポテンシャル障壁を形成し、キャリアの強い散乱体として作用する。したがって、結晶粒界が少ない、つまり結晶粒径が大きい多結晶シリコン膜で形成されたTFTほど、一般に移動度は高くなる。   Since there are many unpaired electrons in the crystal grain boundary of the polycrystalline silicon film, it forms a potential barrier and acts as a strong carrier scatterer. Therefore, a TFT formed with a polycrystalline silicon film having a smaller crystal grain boundary, that is, a larger crystal grain size generally has higher mobility.

しかしながら、従来のELC法では、前述のように、未溶融領域/溶融領域界面のランダムな位置において結晶化が起こる縦方向結晶成長であるので、大粒径の多結晶シリコン膜を得ることは難しい。このため、移動度の高いTFTを得ることが困難である。また、ランダムに結晶化するため、このような場合、各TFT相互間で構造の不均一性が生じるとともに、TFTアレイにスイッチング特性の不均一性が生じてしまう。また、このような不具合が生じると、TFT液晶表示装置において、1つの表示画面中に表示速度の速い画素と表示速度の遅い画素とが並存するという問題が生じる。   However, in the conventional ELC method, as described above, since it is longitudinal crystal growth in which crystallization occurs at random positions at the unmelted region / melted region interface, it is difficult to obtain a polycrystalline silicon film having a large grain size. . For this reason, it is difficult to obtain a TFT with high mobility. In addition, since crystallization is performed randomly, in such a case, non-uniform structure occurs between the TFTs, and non-uniform switching characteristics occur in the TFT array. In addition, when such a problem occurs, in the TFT liquid crystal display device, there arises a problem that pixels having a high display speed and pixels having a low display speed coexist in one display screen.

以上に説明した理由から、さらに高性能なTFT液晶表示装置を得るためには、上記の多結晶シリコン膜の品質を高める、すなわち結晶粒径を大きくすることやシリコン結晶の方位を制御することなどが必要となる。そこで、単結晶シリコンに近い性能を有する多結晶シリコン膜を得ることを目的として、数多くの提案がなされている。その中でも特に、「ラテラル成長法」に分類されるレーザ結晶化技術は、たとえば、特表2000−505241号公報(特許文献1)に開示されるように、結晶の成長方向に方位の揃った長結晶が得られる技術として注目を集めている。
特表2000−505241号公報
For the reasons described above, in order to obtain a higher-performance TFT liquid crystal display device, the quality of the polycrystalline silicon film is improved, that is, the crystal grain size is increased, the orientation of the silicon crystal is controlled, etc. Is required. Therefore, many proposals have been made for the purpose of obtaining a polycrystalline silicon film having performance close to that of single crystal silicon. Among them, in particular, a laser crystallization technique classified as a “lateral growth method” has a length in which the orientation is aligned in the crystal growth direction as disclosed in, for example, JP 2000-505241 A (Patent Document 1). It is attracting attention as a technique for obtaining crystals.
Special Table 2000-505241

図17は、ラテラル成長法を用いて処理される半導体デバイスを示す断面図である。図18は、図17中の半導体デバイスの結晶構造の変化を示す上面図である。   FIG. 17 is a cross-sectional view showing a semiconductor device processed using a lateral growth method. FIG. 18 is a top view showing a change in the crystal structure of the semiconductor device in FIG.

図17を参照して、ラテラル成長法は、微細幅のパルスレーザを半導体に照射し、半導体膜をレーザ照射領域の厚さ方向全域にわたって溶融、凝固させて結晶化を行なうものである。半導体デバイス501は、光透過性を有する透明基板502と、透明基板502上に形成された下地膜503および半導体膜504とを含む。   Referring to FIG. 17, in the lateral growth method, a semiconductor is irradiated with a fine-width pulse laser, and the semiconductor film is melted and solidified over the entire thickness direction of the laser irradiation region to perform crystallization. The semiconductor device 501 includes a transparent substrate 502 having optical transparency, a base film 503 and a semiconductor film 504 formed on the transparent substrate 502.

以下、ラテラル成長法の工程について説明する。まず、透明基板502上の半導体膜504の延設方向(図中の矢印520に示す方向)に沿って結晶領域を形成するため、半導体膜504内の領域Cに熱を誘導する。熱の誘導は、半導体膜504の領域C以外の領域をマスキングした後、半導体膜504をレーザ露光することにより行なう。領域Cに照射されたレーザ光505のエネルギーは、熱エネルギーに変換される。これにより、半導体膜504内の領域Cに熱を誘導するとともに、半導体膜504をその厚さに亘って溶融する。   Hereinafter, the process of the lateral growth method will be described. First, heat is induced to the region C in the semiconductor film 504 in order to form a crystal region along the extending direction of the semiconductor film 504 on the transparent substrate 502 (direction indicated by an arrow 520 in the drawing). The induction of heat is performed by masking a region other than the region C of the semiconductor film 504 and then exposing the semiconductor film 504 to laser. The energy of the laser beam 505 irradiated to the region C is converted into thermal energy. This induces heat to the region C in the semiconductor film 504 and melts the semiconductor film 504 over its thickness.

次に、領域Cにおいて溶融されている半導体膜504を、冷却することにより凝固させる。このとき、図18(A)に示すように、領域Cとそれ以外の領域との境界C1,C2から、領域Cの中心に向かうように、結晶が成長する。   Next, the semiconductor film 504 melted in the region C is solidified by cooling. At this time, as shown in FIG. 18A, a crystal grows from the boundaries C1 and C2 between the region C and other regions toward the center of the region C.

次に、図18(B)に示すように、領域C内の結晶が形成されていない部分が含まれるように、領域Cと隣り合う新たな領域Dを設定し、上記手順と同様に領域Dを溶融する。領域Dにおいて溶融されている半導体膜504を凝固させると、図18(C)に示すように、領域D内で結晶が成長する。このような手順を繰り返し、所望の結晶を半導体膜504の延設方向に沿って段階的に形成することによって、図18(D)に示すように、多結晶構造の半導体結晶を拡大させることができる。これにより、結晶粒の大きい多結晶シリコン膜を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 18B, a new region D adjacent to the region C is set so as to include a portion where no crystal is formed in the region C, and the region D is similar to the above procedure. Melt. When the semiconductor film 504 melted in the region D is solidified, a crystal grows in the region D as shown in FIG. By repeating such a procedure and forming a desired crystal stepwise along the extending direction of the semiconductor film 504, the semiconductor crystal having a polycrystalline structure can be expanded as shown in FIG. it can. Thereby, a polycrystalline silicon film having large crystal grains can be formed.

このような結晶化方法では、ステージ速度が小さく結晶化に時間がかかるため、上述の特許文献1には、マスクスリットをいくつかのブロックに分割し、基板全面で結晶を引き伸ばさずに、部分的に引き伸ばした結晶を並べる手法が提案されている。特許文献1では、溶融部分が引き継がれ結晶粒が大きくなる逐次横方向結晶化で結晶化されているため、非常に高い移動度を有している。しかしながら、移動度は結晶粒の大きさのみで決定されるものではなく、結晶方位にも大きく依存しているため、不均一が生じるという問題がある。   In such a crystallization method, since the stage speed is low and the crystallization takes time, the above-described Patent Document 1 discloses that the mask slit is divided into several blocks and the crystal is partially stretched without stretching the entire surface of the substrate. There has been proposed a method for arranging stretched crystals. In patent document 1, since it is crystallized by sequential lateral crystallization in which the melted portion is taken over and the crystal grains become large, it has very high mobility. However, the mobility is not determined only by the size of the crystal grains but also greatly depends on the crystal orientation, which causes a problem that non-uniformity occurs.

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、結晶方位の均一化により、高性能な半導体デバイスが実現されるレーザ光のマスク構造、レーザ加工方法、TFT素子およびレーザ加工装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems. A mask structure of a laser beam, a laser processing method, a TFT element, and a laser processing apparatus, which realize a high-performance semiconductor device by making the crystal orientation uniform. Is to provide.

この発明の1つの局面に従ったレーザ光のマスク構造は、非晶質半導体層を含む被照射物と、非晶質半導体層を結晶化させるため被照射物に向けて照射されるレーザ光を部分的に遮光するマスクとを備える。マスクには、第1方向に延び、同一形状を有する複数の線状パターンが形成されている。マスクは、第1方向に沿って順に並ぶ第1〜第k帯状領域を含む。第1方向に直交する第2方向に一定ピッチずれながら第1帯状領域から第k帯状領域まで並ぶ線状パターンにより、複数の線状パターン列が構成されている。各線状パターン列では、第n帯状領域に形成された線状パターンと第n+1帯状領域に形成された線状パターンとが(nは、1〜k−1の整数)、第1方向において部分的に重なる。複数の線状パターン列は、第1〜第k帯状領域に形成された線状パターンのうち、第1帯状領域に形成された線状パターンと、第k帯状領域に形成された線状パターンとのみが第1方向において部分的に重なるように線状パターン列間の間隔が設定された第1線状パターン列群を含む。複数の線状パターン列は、さらに、第1線状パターン列群をなす線状パターン列間に配置される第2線状パターン列群を含む。被照射物とマスクとが、第1方向に対応する方向に段階的に相対移動しつつ、各段階で被照射物に向けてレーザ光が照射される。   A mask structure for laser light according to one aspect of the present invention includes an irradiated object including an amorphous semiconductor layer and laser light irradiated toward the irradiated object to crystallize the amorphous semiconductor layer. A partially light-shielding mask. A plurality of linear patterns extending in the first direction and having the same shape are formed on the mask. The mask includes first to kth band-shaped regions arranged in order along the first direction. A plurality of linear pattern rows are constituted by linear patterns arranged from the first belt-like region to the k-th belt-like region while shifting by a constant pitch in the second direction orthogonal to the first direction. In each linear pattern row, a linear pattern formed in the nth band-shaped region and a linear pattern formed in the n + 1th band-shaped region (n is an integer of 1 to k−1) are partially in the first direction. Overlapping. Among the linear patterns formed in the first to k-th band regions, the plurality of linear pattern rows include a linear pattern formed in the first band region and a linear pattern formed in the k-th band region. 1st linear pattern row group in which the interval between linear pattern rows is set so that only partially overlaps in the first direction. The plurality of linear pattern rows further include a second linear pattern row group disposed between the linear pattern rows forming the first linear pattern row group. While the object to be irradiated and the mask relatively move stepwise in a direction corresponding to the first direction, laser light is irradiated toward the object to be irradiated at each stage.

この発明の別の局面に従ったレーザ光のマスク構造は、非晶質半導体層を含む被照射物と、非晶質半導体層を結晶化させるため被照射物に向けて照射されるレーザ光を部分的に遮光するマスクとを備える。マスクには、第1方向に直交する第2方向に延び、同一形状を有する複数の線状パターンが形成されている。複数の線状パターンは、第1方向に互いに等しい間隔で配置された第1線状パターン群と、第1線状パターン群をなす線状パターン間に配置される第2線状パターン群とを含む。被照射物とマスクとが、第1方向に対応する方向に段階的に相対移動しつつ、各段階で被照射物に向けてレーザ光が照射される。   A mask structure for laser light according to another aspect of the present invention includes an irradiated object including an amorphous semiconductor layer and laser light irradiated toward the irradiated object to crystallize the amorphous semiconductor layer. A partially light-shielding mask. The mask is formed with a plurality of linear patterns extending in a second direction orthogonal to the first direction and having the same shape. The plurality of linear patterns include a first linear pattern group disposed at equal intervals in the first direction and a second linear pattern group disposed between the linear patterns forming the first linear pattern group. Including. While the object to be irradiated and the mask relatively move stepwise in a direction corresponding to the first direction, laser light is irradiated toward the object to be irradiated at each stage.

このように構成されたレーザ光のマスク構造によれば、被照射物とマスクとが、第1方向に対応する方向に段階的に相対移動しつつ、各段階で被照射物に向けてレーザ光が照射された場合に、非晶質半導体層の同一箇所が2回以上照射されるように、複数の線状パターンが形成されている。これにより、レーザ光の照射領域で結晶成長方向に対して一定の結晶方位を優先させ、高性能な半導体デバイスを実現できる。   According to the laser beam mask structure thus configured, the irradiated object and the mask move relative to each other in a direction corresponding to the first direction, and the laser beam is directed toward the irradiated object in each step. A plurality of linear patterns are formed so that the same portion of the amorphous semiconductor layer is irradiated twice or more when. Thereby, a high-performance semiconductor device can be realized by giving priority to a certain crystal orientation with respect to the crystal growth direction in the laser light irradiation region.

また好ましくは、線状パターンは、その延びる両端に端部を含む。端部は、三角形状を有する。このように構成されたレーザ光のマスク構造によれば、結晶の成長方向を、線状パターンの端部と他の位置との間で揃えることができる。これにより、異なる方向の結晶方位が、線状パターンの端部間の引継ぎ位置で形成されることを抑制できる。   Preferably, the linear pattern includes end portions at both extending ends thereof. The end has a triangular shape. According to the laser light mask structure thus configured, the crystal growth direction can be aligned between the end of the linear pattern and another position. Thereby, it can suppress that the crystal orientation of a different direction is formed in the takeover position between the edge parts of a linear pattern.

この発明に従ったレーザ加工方法は、上述のいずれかに記載のレーザ光のマスク構造により、非晶質半導体層を結晶化させるレーザ加工方法である。レーザ加工方法は、マスクを経由させて、レーザ光を非晶質半導体層の表面に規定される第m領域(mは、1以上の整数)に照射することにより、第m領域内の非晶質半導体層を溶融、凝固させて、結晶化する第m結晶化工程と、被照射物とマスクとを第1方向に対応する方向に相対移動させ、線状パターンが投影される非晶質半導体層の表面上の位置に、第m領域と部分的に重畳する第m+1領域を規定する移動工程と、マスクを経由させて、レーザ光を第m+1領域に照射することにより、第m+1領域内の非晶質半導体層を溶融、凝固させて、結晶化する第m+1結晶化工程とを備える。非晶質半導体層が結晶化される領域が所定の広さに達するまで、結晶化工程および移動工程を交互に繰り返し行なう。   The laser processing method according to the present invention is a laser processing method in which an amorphous semiconductor layer is crystallized by using the laser light mask structure described above. In the laser processing method, the amorphous region in the m-th region is irradiated by irradiating the m-th region (m is an integer of 1 or more) defined on the surface of the amorphous semiconductor layer through a mask. An amorphous semiconductor on which a linear pattern is projected by relatively moving the irradiated object and the mask in a direction corresponding to the first direction, by melting and solidifying the crystalline semiconductor layer to crystallize the target semiconductor layer By irradiating the (m + 1) th region with laser light through a mask and a moving step for defining the (m + 1) th region partially overlapping the mth region at a position on the surface of the layer, A m + 1 th crystallization step of melting and solidifying the amorphous semiconductor layer to crystallize it. The crystallization process and the transfer process are alternately repeated until the region where the amorphous semiconductor layer is crystallized reaches a predetermined area.

このように構成されたレーザ加工方法によれば、結晶化工程および移動工程を交互に繰り返し行なうことによって、得られる半導体デバイスの特性を均一化することができる。また、精度を確保しつつ移動速度を増大させることにより、結晶化の処理速度を向上させることができる。   According to the laser processing method configured as described above, the characteristics of the obtained semiconductor device can be made uniform by alternately performing the crystallization process and the movement process. Further, by increasing the moving speed while ensuring accuracy, the processing speed of crystallization can be improved.

また好ましくは、結晶化工程の間または結晶化工程の直前に、マスクを経由させて照射するレーザ光とは別に、マスクを経由させずにレーザ光を非晶質半導体層の表面に照射する。このように構成されたレーザ加工方法によれば、非晶質半導体層に形成される結晶粒を大きくすることができる。   Preferably, during the crystallization process or immediately before the crystallization process, the surface of the amorphous semiconductor layer is irradiated with a laser beam without passing through the mask, separately from the laser beam irradiated through the mask. According to the laser processing method thus configured, the crystal grains formed in the amorphous semiconductor layer can be enlarged.

この発明に従ったTFT素子は、上述のいずれかに記載のレーザ加工方法を用いて作製されたTFT素子である。結晶化された領域内の結晶方位が、デバイスの電流方向に対して(100)が優先配向となるように設定されている。このように構成されたTFT素子によれば、キャリアの移動度の安定化を図るとともに、スレッショールド電圧(Vth)の値とその値のばらつきとを小さく抑えることができる。これにより、低電圧および低消費電力の設計が可能となる。   The TFT element according to the present invention is a TFT element manufactured using any of the laser processing methods described above. The crystal orientation in the crystallized region is set so that (100) is the preferred orientation with respect to the current direction of the device. According to the TFT element configured as described above, the carrier mobility can be stabilized, and the threshold voltage (Vth) value and variations in the value can be suppressed to be small. As a result, low voltage and low power consumption can be designed.

この発明に従ったレーザ加工装置は、上述のいずれかに記載のレーザ光のマスク構造が用いられたレーザ加工装置である。レーザ加工装置は、被照射物に対してレーザ光を射出するレーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光の射出と、被照射物とマスクとの相対移動とを制御する制御部とをさらに備える。制御部は、マスクを経由させて、レーザ光を非晶質半導体層の表面に規定される第m領域(mは、1以上の整数)に照射することにより、第m領域内の非晶質半導体層を溶融、凝固させて、結晶化する第m結晶化工程と、被照射物とマスクとを第1方向に対応する方向に相対移動させ、線状パターンが投影される非晶質半導体層の表面上の位置に、第m領域と部分的に重畳する第m+1領域を規定する移動工程と、マスクを経由させて、レーザ光を第m+1領域に照射することにより、第m+1領域内の非晶質半導体層を溶融、凝固させて、結晶化する第m+1結晶化工程とを実行する。非晶質半導体層が結晶化される領域が所定の広さに達するまで、結晶化工程および移動工程を交互に繰り返し行なう。   A laser processing apparatus according to the present invention is a laser processing apparatus using the laser light mask structure described above. The laser processing apparatus further includes a laser light source that emits laser light to the object to be irradiated, a control unit that controls emission of the laser light from the laser light source, and relative movement between the object to be irradiated and the mask. The control unit irradiates the m-th region (m is an integer of 1 or more) defined on the surface of the amorphous semiconductor layer with a laser beam through the mask, whereby the amorphous region in the m-th region is irradiated. An amorphous semiconductor layer on which a linear pattern is projected by relatively moving an object to be irradiated and a mask in a direction corresponding to the first direction by melting and solidifying the semiconductor layer to crystallize the semiconductor layer. And moving the laser beam to the (m + 1) th region via a mask and a moving step for defining the (m + 1) th region partially overlapping the mth region at a position on the surface of An m + 1th crystallization step is performed in which the crystalline semiconductor layer is melted and solidified to be crystallized. The crystallization process and the transfer process are alternately repeated until the region where the amorphous semiconductor layer is crystallized reaches a predetermined area.

このように構成されたレーザ加工装置によれば、制御部によって、レーザ光の射出と、被照射物とマスクとの相対移動とを同期させることにより、高精度かつ確実な結晶化が可能となる。   According to the laser processing apparatus configured as described above, the control unit synchronizes the emission of the laser beam and the relative movement between the irradiation object and the mask, thereby enabling high-accuracy and reliable crystallization. .

以上説明したように、この発明に従えば、結晶方位の均一化により、高性能な半導体デバイスが実現されるレーザ光のマスク構造、レーザ加工方法、TFT素子およびレーザ加工装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a laser beam mask structure, a laser processing method, a TFT element, and a laser processing apparatus that realize a high-performance semiconductor device by making the crystal orientation uniform. .

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to below, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals.

(実施の形態1)
図1は、レーザ光が照射される半導体デバイスを示す断面図である。図1を参照して、半導体デバイス21は、基板としての透明基板22と、透明基板22の上に順次積層された下地膜23およびシリコン膜24とを含む。下地膜23として用いられる材料は、SiO、SiON、SiN、AlN等からなる誘電体材料である。本実施の形態では、下地膜23の膜厚を100nm、シリコン膜24の膜厚を50nmとするが、各膜厚はこれらの数値に限定されない。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device irradiated with laser light. With reference to FIG. 1, a semiconductor device 21 includes a transparent substrate 22 as a substrate, and a base film 23 and a silicon film 24 sequentially stacked on the transparent substrate 22. The material used for the base film 23 is a dielectric material made of SiO 2 , SiON, SiN, AlN or the like. In the present embodiment, the film thickness of the base film 23 is 100 nm and the film thickness of the silicon film 24 is 50 nm, but each film thickness is not limited to these values.

下地膜23は、蒸着、イオンプレーティングまたはスパッタリングなどの方法によって透明基板22上に積層される。シリコン膜24は、プラズマエンハンスド化学気相堆積(PECVD,Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)、蒸着またはスパッタリングなどの方法によって下地膜23上に積層される。この時点で、シリコン膜24は、アモルファス(非晶質)の状態にある。   The base film 23 is laminated on the transparent substrate 22 by a method such as vapor deposition, ion plating, or sputtering. The silicon film 24 is laminated on the base film 23 by a method such as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), vapor deposition, or sputtering. At this point, the silicon film 24 is in an amorphous state.

なお、本実施の形態では、非晶質半導体層がアモルファスのシリコン膜24である場合を説明するが、これに限らず、たとえば非晶質材料層は非晶質のゲルマニウムやそれらの合金であってもよい。   In the present embodiment, the case where the amorphous semiconductor layer is the amorphous silicon film 24 will be described. However, the present invention is not limited to this. For example, the amorphous material layer is made of amorphous germanium or an alloy thereof. May be.

図2は、図1中の半導体デバイスを処理するレーザ加工装置を模式的に表わす図である。図2を参照して、レーザ加工装置10は、投影マスク14およびレーザ光源11を含む。半導体デバイス21は、可動ステージ16上に搭載されている。レーザ光源11から出射されたレーザ光は、可変減衰器12、反射ミラー7,8、可変焦点視野レンズ13、投影マスク14、結像レンズ15、反射ミラー9を経由して、半導体デバイス21の上面に照射される。レーザ加工装置10は、制御部としてのコントローラ17を含む。コントローラ17は、可動ステージ16およびレーザ光源11の動作を制御する。   FIG. 2 is a diagram schematically showing a laser processing apparatus for processing the semiconductor device in FIG. With reference to FIG. 2, the laser processing apparatus 10 includes a projection mask 14 and a laser light source 11. The semiconductor device 21 is mounted on the movable stage 16. The laser light emitted from the laser light source 11 passes through the variable attenuator 12, the reflection mirrors 7 and 8, the variable focus field lens 13, the projection mask 14, the imaging lens 15, and the reflection mirror 9, and the upper surface of the semiconductor device 21. Is irradiated. The laser processing apparatus 10 includes a controller 17 as a control unit. The controller 17 controls the operations of the movable stage 16 and the laser light source 11.

本実施の形態では、レーザ光源11が出射するエキシマレーザを短パルスレーザとして、波長308nm(XeCl),パルス幅30nsのエキシマレーザとする。なお、レーザ光源11が出射するレーザ光は、上記エキシマレーザに限定されず、他のレーザであってもよい。   In this embodiment, the excimer laser emitted from the laser light source 11 is a short pulse laser, and the excimer laser has a wavelength of 308 nm (XeCl) and a pulse width of 30 ns. The laser light emitted from the laser light source 11 is not limited to the excimer laser, and may be another laser.

図3は、この発明の実施の形態1におけるレーザ光のマスク構造が適用された投影マスクを示す平面図である。図2および図3を参照して、投影マスク14は、レーザ光源11から半導体デバイス21に向けて進行するレーザ光の光路上に配置されている。投影マスク14は、半導体デバイス21のシリコン膜24に向けて照射されるレーザ光を部分的に遮光する。   FIG. 3 is a plan view showing a projection mask to which the laser beam mask structure according to the first embodiment of the present invention is applied. With reference to FIGS. 2 and 3, the projection mask 14 is disposed on the optical path of the laser light traveling from the laser light source 11 toward the semiconductor device 21. The projection mask 14 partially shields the laser beam irradiated toward the silicon film 24 of the semiconductor device 21.

投影マスク14は、非透過エリア32および透過エリア33を含む。投影マスク14は、略矩形形状を有する。非透過エリア32は、投影マスク14の枠部分に配置されている。非透過エリア32は、レーザ光を遮光するエリアである。透過エリア33には、複数の線状パターン40が形成されている。線状パターン40は、投影マスク14を貫通する孔によって形成されている。複数の線状パターン40は、互いに同一形状を有する。線状パターン40は、第1方向130に沿って延びる。線状パターン40は、第1方向130に沿って相対的に大きい長さを有し、第1方向130に直交する第2方向140に沿って相対的に小さい長さを有するスリットである。複数の線状パターン40は、第1方向130および第2方向140においてそれぞれ等ピッチに配置されている。透過エリア33では、レーザ光が線状パターン40を通じて透過する。   The projection mask 14 includes a non-transmissive area 32 and a transmissive area 33. The projection mask 14 has a substantially rectangular shape. The non-transmissive area 32 is disposed in the frame portion of the projection mask 14. The non-transmissive area 32 is an area that shields laser light. A plurality of linear patterns 40 are formed in the transmission area 33. The linear pattern 40 is formed by a hole that penetrates the projection mask 14. The plurality of linear patterns 40 have the same shape. The linear pattern 40 extends along the first direction 130. The linear pattern 40 is a slit having a relatively large length along the first direction 130 and a relatively small length along a second direction 140 orthogonal to the first direction 130. The plurality of linear patterns 40 are arranged at equal pitches in the first direction 130 and the second direction 140, respectively. In the transmission area 33, the laser light is transmitted through the linear pattern 40.

投影マスク14は、第1帯状領域46(1),第2帯状領域46(2),…第n帯状領域46(n),第n+1帯状領域46(n+1),…第k帯状領域46(k)を含む。第1〜第k帯状領域46(1)〜(k)は、第1方向130に順に並ぶ。第1〜第k帯状領域46(1)〜(k)は、第1方向130において互いに等しい幅を有する。各帯状領域は、第2方向140に沿って帯状に延在する。   The projection mask 14 includes a first strip region 46 (1), a second strip region 46 (2),... Nth strip region 46 (n), an n + 1th strip region 46 (n + 1), a kth strip region 46 (k )including. The first to kth band-like regions 46 (1) to (k) are arranged in order in the first direction 130. The first to k-th band regions 46 (1) to (k) have the same width in the first direction 130. Each strip region extends in a strip shape along the second direction 140.

線状パターン40は、第1〜第k帯状領域46(1)〜(k)の各領域に形成されている。線状パターン40は、第2方向140に一定のピッチずれながら第1帯状領域46(1)〜第k帯状領域46(k)まで並ぶ。この際、第n帯状領域46(n)に形成された線状パターン40と、第n+1帯状領域46(n+1)に形成された線状パターン40とが、第1方向130において部分的に重なる。この第1帯状領域46(1)〜第k帯状領域46(k)まで並ぶ複数の線状パターン40の集まりにより線状パターン列41が構成されている。複数の線状パターン列41が、第2方向140に並んで複数形成されている。   The linear pattern 40 is formed in each of the first to kth belt-like regions 46 (1) to (k). The linear pattern 40 is arranged from the first band region 46 (1) to the k th band region 46 (k) with a certain pitch shift in the second direction 140. At this time, the linear pattern 40 formed in the n-th band region 46 (n) and the linear pattern 40 formed in the n + 1-th band region 46 (n + 1) partially overlap in the first direction 130. A linear pattern row 41 is constituted by a collection of a plurality of linear patterns 40 arranged from the first strip region 46 (1) to the kth strip region 46 (k). A plurality of linear pattern rows 41 are formed side by side in the second direction 140.

各線状パターン列41では、互いに隣り合う線状パターン40が第1方向130において部分的に重なる。各線状パターン列41は、第1方向130に対して斜め方向に並ぶ複数の線状パターン40から構成されている。複数の線状パターン列41は、第2方向140において等間隔に配置されている。   In each linear pattern row 41, adjacent linear patterns 40 partially overlap in the first direction 130. Each linear pattern row 41 includes a plurality of linear patterns 40 arranged in an oblique direction with respect to the first direction 130. The plurality of linear pattern rows 41 are arranged at equal intervals in the second direction 140.

複数の線状パターン列41は、第1線状パターン列群41Aおよび第2線状パターン列群41Bを含む。第1線状パターン列群41Aでは、第1〜第k帯状領域46(1)〜(k)に形成された線状パターン40のうち、第1帯状領域46(1)に形成された線状パターン40と、第k帯状領域46(k)に形成された線状パターン40とのみが、第1方向130において部分的に重なるように、線状パターン列41の間隔が設定されている。つまり、図3中に示すように第1方向130に延びる直線Lを想定すると、第1線状パターン列群41Aでは、ある線状パターン列41の第1帯状領域46(1)に形成された線状パターン40と、その線状パターン列41に隣り合う線状パターン列41の第k帯状領域46(k)に形成された線状パターン40とに、直線Lが重なる。このとき、第2帯状領域46(2)〜第k−1帯状領域46(k−1)に形成された線状パターン40と、直線Lとが重ならない。第1線状パターン列群41Aを構成する各線状パターン列41は、第2方向140において等ピッチに配置されている。   The plurality of linear pattern rows 41 includes a first linear pattern row group 41A and a second linear pattern row group 41B. In the first linear pattern row group 41A, among the linear patterns 40 formed in the first to k-th band regions 46 (1) to (k), the linear shape formed in the first band region 46 (1). The interval between the linear pattern rows 41 is set so that only the pattern 40 and the linear pattern 40 formed in the k-th band region 46 (k) partially overlap in the first direction 130. That is, assuming a straight line L extending in the first direction 130 as shown in FIG. 3, the first linear pattern row group 41 </ b> A is formed in the first strip region 46 (1) of a certain linear pattern row 41. The straight line L overlaps the linear pattern 40 and the linear pattern 40 formed in the k-th band region 46 (k) of the linear pattern row 41 adjacent to the linear pattern row 41. At this time, the linear pattern 40 formed in the second strip region 46 (2) to the (k-1) th strip region 46 (k-1) does not overlap the straight line L. The linear pattern rows 41 constituting the first linear pattern row group 41 </ b> A are arranged at an equal pitch in the second direction 140.

第2線状パターン列群41Bを構成する線状パターン列41は、第1線状パターン列群41Aを構成する線状パターン列41間に配置されている。本実施の形態では、第2線状パターン列群41Bを構成する線状パターン列41が、第1線状パターン列群41Aを構成する線状パターン列41間に1つずつ配置されている。第2線状パターン列群41Bを構成する線状パターン列41は、第2方向140において等ピッチに配置されている。これに限らず、第2線状パターン列群41Bを構成する線状パターン列41が、第1線状パターン列群41Aを構成する線状パターン列41間に2つ以上ずつ配置されてもよい。   The linear pattern rows 41 constituting the second linear pattern row group 41B are arranged between the linear pattern rows 41 constituting the first linear pattern row group 41A. In the present embodiment, the linear pattern rows 41 constituting the second linear pattern row group 41B are arranged one by one between the linear pattern rows 41 constituting the first linear pattern row group 41A. The linear pattern rows 41 constituting the second linear pattern row group 41B are arranged at an equal pitch in the second direction 140. Not limited to this, two or more linear pattern rows 41 constituting the second linear pattern row group 41B may be arranged between the linear pattern rows 41 constituting the first linear pattern row group 41A. .

次に、図1中のシリコン膜24を結晶化する工程について説明する。図4は、図3中の投影マスクを用いたレーザ加工方法の第1結晶化工程を示す上面図である。図5は、図3中の投影マスクを用いたレーザ加工方法の第i結晶化工程を示す上面図である。   Next, a process for crystallizing the silicon film 24 in FIG. 1 will be described. 4 is a top view showing a first crystallization step of the laser processing method using the projection mask in FIG. FIG. 5 is a top view showing the i-th crystallization step of the laser processing method using the projection mask in FIG.

図1および図2を参照して、レーザ光源11から出射されたレーザ光25を、投影マスク14を経由して半導体デバイス21のシリコン膜24の上面に照射させる。図4を参照して、レーザ光25は、投影マスク14によるマスキングにより、微細幅のパルスレーザとして、シリコン膜24の第1領域48(1)に照射される。これにより、半導体膜としてのシリコン膜24を、第1領域48(1)(図1中の領域C)の厚さ方向全域にわたって溶融、凝固させて結晶化を行なう(第1結晶化工程)。   With reference to FIGS. 1 and 2, the laser beam 25 emitted from the laser light source 11 is irradiated onto the upper surface of the silicon film 24 of the semiconductor device 21 through the projection mask 14. Referring to FIG. 4, laser light 25 is applied to first region 48 (1) of silicon film 24 as a fine-width pulse laser by masking with projection mask 14. Thereby, the silicon film 24 as the semiconductor film is crystallized by melting and solidifying the entire region in the thickness direction of the first region 48 (1) (region C in FIG. 1) (first crystallization step).

図5を参照して、次に、コントローラ17の制御によって、可動ステージ16を、図1中の矢印120および図2中の矢印101に示す方向の左方向に、所定の距離だけ移動させる。この可動ステージ16の移動方向は、投影マスク14上では第1方向130に沿った左方向に対応する。可動ステージ16の移動により、シリコン膜24と投影マスク14とが、第1方向130において距離Yだけ相対的に移動する。この際、線状パターン40が投影されるシリコン膜24の上面の位置に、第1領域48(1)と部分的に重畳する第2領域48(2)を規定するように、可動ステージ16を移動させる(移動工程)。   Referring to FIG. 5, next, under the control of controller 17, movable stage 16 is moved by a predetermined distance to the left in the direction indicated by arrow 120 in FIG. 1 and arrow 101 in FIG. 2. The moving direction of the movable stage 16 corresponds to the left direction along the first direction 130 on the projection mask 14. The movement of the movable stage 16 causes the silicon film 24 and the projection mask 14 to move relative to each other by the distance Y in the first direction 130. At this time, the movable stage 16 is moved so that the second region 48 (2) partially overlapping with the first region 48 (1) is defined at the position of the upper surface of the silicon film 24 onto which the linear pattern 40 is projected. Move (moving process).

先と同様に、レーザ光25をシリコン膜24の上面に照射させ、シリコン膜24を第2領域48(2)の厚さ方向全域にわたって溶融、凝固させて結晶化を行なう(第2結晶化工程)。   Similarly to the above, the laser beam 25 is irradiated on the upper surface of the silicon film 24, and the silicon film 24 is melted and solidified over the entire thickness direction of the second region 48 (2) to perform crystallization (second crystallization step). ).

可動ステージ16の移動工程と結晶化工程とを交互に繰り返し、シリコン膜24の所定の広さの領域を結晶化させる。   The moving process and the crystallization process of the movable stage 16 are alternately repeated to crystallize a predetermined area of the silicon film 24.

結晶化工程および移動工程の繰り返しにより、第1線状パターン列群41Aを透過したレーザ光によって、照射領域50Aが形成される。第2線状パターン列群41Bを透過したレーザ光によって、照射領域50Bが形成される。照射領域50Bは、照射領域50Aに重なるように形成される。第1線状パターン列群41Aに加えて第2線状パターン列群41Bを形成することにより、シリコン膜24の上面上の同一箇所を2回以上、本実施の形態では2回照射することができる。   By repeating the crystallization step and the moving step, the irradiation region 50A is formed by the laser light transmitted through the first linear pattern row group 41A. The irradiation region 50B is formed by the laser light transmitted through the second linear pattern row group 41B. The irradiation region 50B is formed so as to overlap the irradiation region 50A. By forming the second linear pattern row group 41B in addition to the first linear pattern row group 41A, the same portion on the upper surface of the silicon film 24 can be irradiated twice or more times in this embodiment. it can.

図6は、比較のための投影マスクを示す平面図である。図7は、図6中の比較のための投影マスクを用いたレーザ加工方法の第1結晶化工程を示す上面図である。図8は、図6中の比較のための投影マスクを用いたレーザ加工方法の第i結晶化工程を示す上面図である。図6、図7および図8は、それぞれ図3、図4および図5に対応する。   FIG. 6 is a plan view showing a projection mask for comparison. FIG. 7 is a top view showing the first crystallization step of the laser processing method using the projection mask for comparison in FIG. FIG. 8 is a top view showing the i-th crystallization step of the laser processing method using the projection mask for comparison in FIG. 6, 7 and 8 correspond to FIGS. 3, 4 and 5, respectively.

図6から図8を参照して、比較のための投影マスク114では、第1線状パターン列群41Aを構成する線状パターン40のみが形成されている。この投影マスク114を用いてシリコン膜24の結晶化を行なった場合、第1線状パターン列群41Aを透過したレーザ光によって、照射領域50Aのみが形成される。この場合、シリコン膜24の上面のほぼ全域において、レーザ光を1回しか照射することができない。   With reference to FIGS. 6 to 8, in the projection mask 114 for comparison, only the linear pattern 40 constituting the first linear pattern row group 41 </ b> A is formed. When the silicon film 24 is crystallized using the projection mask 114, only the irradiation region 50A is formed by the laser light transmitted through the first linear pattern row group 41A. In this case, the laser beam can be irradiated only once over almost the entire upper surface of the silicon film 24.

図9は、図3中の投影マスクを用いて結晶化されたシリコン膜を模式的に表わす図である。図10は、図6中の比較のための投影マスクを用いて結晶化されたシリコン膜を模式的に表わす図である。図中のライン56は、最終照射によって端部から成長した結晶が衝突して形成される突起部を示している。   FIG. 9 schematically shows a silicon film crystallized using the projection mask in FIG. FIG. 10 is a diagram schematically showing a silicon film crystallized using a projection mask for comparison in FIG. A line 56 in the figure indicates a protrusion formed by collision of crystals grown from the end by final irradiation.

図9および図10を参照して、結晶化工程および移動工程の繰り返しによって、本実施の形態では、第2方向140に結晶が成長する。この際、結晶化が開始される位置(結晶化開始位置)では、結晶方位が(111)または(110)となるが、結晶がある程度引き継がれると、結晶方位は安定して(100)となる。   With reference to FIG. 9 and FIG. 10, the crystal grows in the second direction 140 in the present embodiment by repeating the crystallization process and the movement process. At this time, at the position where crystallization is started (crystallization start position), the crystal orientation is (111) or (110), but when the crystal is taken over to some extent, the crystal orientation becomes stable (100). .

図3中の投影マスク14を用いた場合、透過したレーザ光が同一箇所を2回以上照射するため、結晶化開始位置付近がなくなり、結晶成長方向に対して(100)方位が優先的に配向される。図3中の投影マスク14を用いた場合、結晶が衝突することによって生じる突起部の間隔が短くなるものの、結晶成長方向に対して一定の方位が優先となるため、特定の安定したTFTデバイスを実現することができる。図3中の投影マスク14を用いた場合、シリコン膜24の上面上の全領域が、数10μm以上の長さを引き継いだ結晶で構成される。一方、比較のための投影マスク114を用いた場合、結晶成長方向に対して途中までは(111)や(110)の配向が見られ、全面にわたって(100)方位が優先的に配向されない。   When the projection mask 14 in FIG. 3 is used, the transmitted laser beam irradiates the same portion twice or more, so there is no vicinity of the crystallization start position, and the (100) orientation is preferentially oriented with respect to the crystal growth direction. Is done. When the projection mask 14 in FIG. 3 is used, the interval between the protrusions caused by the collision of the crystal is shortened, but a certain orientation is prioritized with respect to the crystal growth direction. Can be realized. When the projection mask 14 in FIG. 3 is used, the entire region on the upper surface of the silicon film 24 is composed of crystals that have inherited a length of several tens of μm or more. On the other hand, when the projection mask 114 for comparison is used, the (111) and (110) orientations are seen up to the middle of the crystal growth direction, and the (100) orientation is not preferentially oriented over the entire surface.

なお、本実施の形態では、透過したレーザ光が同一箇所を2回照射するよう線状パターン40が配置されているが、レーザ光の照射の回数が増えるほど(100)方位が優先的に配向される。   In the present embodiment, the linear pattern 40 is arranged so that the transmitted laser light is irradiated twice on the same portion, but the (100) orientation is preferentially oriented as the number of times of laser light irradiation increases. Is done.

図11は、図3中の投影マスクに形成された線状パターンの端部を示す平面図である。図12は、比較のための線状パターンの端部を示す平面図である。   FIG. 11 is a plan view showing an end portion of the linear pattern formed on the projection mask in FIG. FIG. 12 is a plan view showing an end portion of a linear pattern for comparison.

図11を参照して、線状パターン40は、第1方向130に延びる両端に端部62を含む。端部62は、三角形状に形成されている。このような構成を備える投影マスク14を用いた場合、シリコン膜24の成長した結晶が衝突する部分が線状となるため、結晶粒の成長方向が一定となる。これに対して、図12に示すように線状パターン40が矩形形状を有する場合、結晶粒の成長方向が、端部62が投影される位置において90°異なる方向となる。このため、移動工程および結晶化工程の繰り返しにより結晶が引き継がれたとしても、端部62が重なる位置で異なる方向に成長した結晶粒が残る。   Referring to FIG. 11, the linear pattern 40 includes end portions 62 at both ends extending in the first direction 130. The end 62 is formed in a triangular shape. When the projection mask 14 having such a configuration is used, the portion where the grown crystal of the silicon film 24 collides is linear, so the crystal grain growth direction is constant. On the other hand, when the linear pattern 40 has a rectangular shape as shown in FIG. 12, the growth direction of the crystal grains is different by 90 ° at the position where the end 62 is projected. For this reason, even if crystals are taken over by repetition of the moving process and the crystallization process, crystal grains grown in different directions remain at the positions where the end portions 62 overlap.

この発明の実施の形態1におけるレーザ光のマスク構造は、非晶質半導体層としてのシリコン膜24を含む被照射物としての半導体デバイス21と、シリコン膜24を結晶化させるため半導体デバイス21に向けて照射されるレーザ光を部分的に遮光するマスクとしての投影マスク14とを備える。投影マスク14には、第1方向130に延び、同一形状を有する複数の線状パターン40が形成されている。投影マスク14は、第1方向130に沿って順に並ぶ第1〜第k帯状領域46(1)〜(k)を含む。第1方向130に直交する第2方向140に一定ピッチずれながら第1帯状領域46(1)から第k帯状領域46(k)まで並ぶ線状パターン40により、複数の線状パターン列41が構成されている。   The laser light mask structure according to the first embodiment of the present invention is directed to the semiconductor device 21 as an irradiated object including the silicon film 24 as an amorphous semiconductor layer and the semiconductor device 21 for crystallizing the silicon film 24. And a projection mask 14 as a mask for partially shielding the laser beam irradiated. A plurality of linear patterns 40 extending in the first direction 130 and having the same shape are formed on the projection mask 14. The projection mask 14 includes first to k-th band-shaped regions 46 (1) to (k) arranged in order along the first direction 130. A plurality of linear pattern rows 41 is constituted by the linear patterns 40 arranged from the first strip region 46 (1) to the k th strip region 46 (k) with a certain pitch shift in the second direction 140 orthogonal to the first direction 130. Has been.

各線状パターン列41では、第n帯状領域46(n)に形成された線状パターン40と第n+1帯状領域46(n+1)に形成された線状パターン40とが(nは、1〜k−1の整数)、第1方向130において部分的に重なる。複数の線状パターン列41は、第1〜第k帯状領域46(1)〜(k)に形成された線状パターン40のうち、第1帯状領域46(1)に形成された線状パターン40と、第k帯状領域46(k)に形成された線状パターン40とのみが第1方向130において部分的に重なるように線状パターン列41間の間隔が設定された第1線状パターン列群41Aを含む。複数の線状パターン列41は、さらに、第1線状パターン列群41Aをなす線状パターン列41間に配置される第2線状パターン列群41Bを含む。半導体デバイス21と投影マスク14とが、第1方向130に対応する方向に段階的に相対移動しつつ、各段階で半導体デバイス21に向けてレーザ光が照射される。   In each linear pattern row 41, the linear pattern 40 formed in the nth strip region 46 (n) and the linear pattern 40 formed in the (n + 1) th strip region 46 (n + 1) (n is 1 to k−). 1), partially overlapping in the first direction 130. The plurality of linear pattern rows 41 are linear patterns formed in the first strip region 46 (1) among the linear patterns 40 formed in the first to kth strip regions 46 (1) to (k). 40 and the first linear pattern in which the interval between the linear pattern rows 41 is set so that only the linear pattern 40 formed in the k-th band region 46 (k) partially overlaps in the first direction 130. A column group 41A is included. The plurality of linear pattern rows 41 further include a second linear pattern row group 41B arranged between the linear pattern rows 41 forming the first linear pattern row group 41A. While the semiconductor device 21 and the projection mask 14 are relatively moved stepwise in a direction corresponding to the first direction 130, laser light is irradiated toward the semiconductor device 21 at each step.

このように構成された、この発明の実施の形態1におけるレーザ光のマスク構造およびレーザ加工方法によれば、結晶化されたシリコン膜24に対して適当な処理を実施することにより、トランジスタを形成し、液晶パネルなどの表示素子として用いることができる。この際、結晶化された領域内の結晶方位が、トランジスタの電流方向に対して(100)が優先配向となるように設定する。本実施の形態では、シリコン膜24に形成される結晶粒が格段に大きくなり、さらに結晶方位が揃うため、トランジスタのチャネルを流れるキャリアの移動度が高くなる。また、スレッショールド電圧(Vth)の値が低く、かつそのばらつきの小さい高性能の素子を得ることができる。   According to the laser light mask structure and laser processing method of the first embodiment of the present invention configured as described above, a transistor is formed by performing appropriate processing on the crystallized silicon film 24. It can be used as a display element such as a liquid crystal panel. At this time, the crystal orientation in the crystallized region is set so that (100) is the preferred orientation with respect to the current direction of the transistor. In this embodiment mode, the crystal grains formed in the silicon film 24 are remarkably large and the crystal orientation is aligned, so that the mobility of carriers flowing in the channel of the transistor is increased. In addition, a high-performance element having a low threshold voltage (Vth) value and small variations can be obtained.

(実施の形態2)
図13は、この発明の実施の形態2におけるレーザ光のマスク構造が適用された投影マスクを示す平面図である。本実施の形態では、実施の形態1におけるマスク構造と比較して重複する構造については説明を繰り返さない。
(Embodiment 2)
FIG. 13 is a plan view showing a projection mask to which the laser beam mask structure according to the second embodiment of the present invention is applied. In the present embodiment, the description of the overlapping structure as compared with the mask structure in the first embodiment will not be repeated.

図13を参照して、本実施の形態では、投影マスク74に複数の線状パターン70が形成されている。複数の線状パターン70は、互いに同一形状を有する。線状パターン70は、第2方向140に沿って延びる。線状パターン70は、第1方向130に沿って相対的に小さい長さを有し、第2方向140に沿って相対的に大きい長さを有するスリットである。複数の線状パターン70は、第1方向130に間隔を隔てて並ぶ。   Referring to FIG. 13, in the present embodiment, a plurality of linear patterns 70 are formed on projection mask 74. The plurality of linear patterns 70 have the same shape. The linear pattern 70 extends along the second direction 140. The linear pattern 70 is a slit having a relatively small length along the first direction 130 and a relatively large length along the second direction 140. The plurality of linear patterns 70 are arranged at intervals in the first direction 130.

複数の線状パターン70は、第1線状パターン群71Aおよび第2線状パターン群71Bを含む。第1線状パターン群71Aを構成する線状パターン70は、第1方向130において等ピッチに配置されている。第2線状パターン群71Bを構成する線状パターン70は、第1線状パターン群71Aを構成する線状パターン70間に配置されている。   The plurality of linear patterns 70 include a first linear pattern group 71A and a second linear pattern group 71B. The linear patterns 70 constituting the first linear pattern group 71 </ b> A are arranged at an equal pitch in the first direction 130. The linear patterns 70 constituting the second linear pattern group 71B are arranged between the linear patterns 70 constituting the first linear pattern group 71A.

図14は、図13中の投影マスクを用いたレーザ加工方法の第i結晶化工程を示す上面図である。図14を参照して、本実施の形態では、移動工程において、可動ステージ16の移動によってシリコン膜24と投影マスク74とが第1方向130において距離Yだけ相対的に移動する。この際、第1線状パターン群71Aを透過するレーザ光の照射領域が、移動工程の前後で部分的に重畳するように、可動ステージ16を移動させる(移動工程)。   FIG. 14 is a top view showing the i-th crystallization step of the laser processing method using the projection mask in FIG. With reference to FIG. 14, in the present embodiment, in the moving step, the silicon film 24 and the projection mask 74 are relatively moved by a distance Y in the first direction 130 by the movement of the movable stage 16. At this time, the movable stage 16 is moved so that the irradiation region of the laser light that passes through the first linear pattern group 71A partially overlaps before and after the moving step (moving step).

結晶化工程および移動工程の繰り返しにより、シリコン膜24の上面上には、第1線状パターン群71Aおよび第2線状パターン群71Bを透過したレーザ光が同一箇所を照射する照射領域76が形成される。第1線状パターン群71Aに加えて第2線状パターン群71Bを形成することにより、シリコン膜24の上面上の同一箇所を2回以上照射することができる。   By repeating the crystallization process and the movement process, an irradiation region 76 is formed on the upper surface of the silicon film 24 where the laser beam transmitted through the first linear pattern group 71A and the second linear pattern group 71B irradiates the same portion. Is done. By forming the second linear pattern group 71B in addition to the first linear pattern group 71A, the same portion on the upper surface of the silicon film 24 can be irradiated twice or more.

本実施の形態では、結晶化工程および移動工程の繰り返しにより、第1方向130に結晶が成長する。この際、投影マスク74を用いることによって、レーザ光がシリコン膜24の同一箇所を2回以上照射するため、結晶化開始位置付近がなくなり、結晶成長方向に対して(100)方位が優先的に配向される。   In the present embodiment, a crystal grows in the first direction 130 by repeating the crystallization process and the movement process. At this time, by using the projection mask 74, the laser beam irradiates the same portion of the silicon film 24 twice or more, so there is no vicinity of the crystallization start position, and the (100) orientation is preferentially given to the crystal growth direction. Oriented.

このように構成された、この発明の実施の形態2におけるレーザ光のマスク構造およびレーザ加工方法によれば、実施の形態1に記載の効果と同様の効果を得ることができる。   According to the laser beam mask structure and the laser processing method in the second embodiment of the present invention configured as described above, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained.

(実施の形態3)
図15は、この発明の実施の形態3におけるレーザ加工装置を模式的に表わす図である。図15を参照して、レーザ加工装置80は、半導体デバイス21のシリコン膜24を結晶化する。半導体デバイス21は、図1中の半導体デバイス21と同様の構造を備えるため、説明は繰り返さない。但し、下地膜23は、以下に説明する第2レーザ光を吸収しやすい材料から形成されている。好ましくは、下地膜23は、第2レーザ光を吸収し易くするため多層膜構造を有する。
(Embodiment 3)
FIG. 15 is a diagram schematically showing a laser processing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. Referring to FIG. 15, laser processing apparatus 80 crystallizes silicon film 24 of semiconductor device 21. Since semiconductor device 21 has the same structure as semiconductor device 21 in FIG. 1, description thereof will not be repeated. However, the base film 23 is formed of a material that easily absorbs the second laser light described below. Preferably, the base film 23 has a multilayer film structure to facilitate absorption of the second laser light.

レーザ加工装置80は、第1レーザ光源81および第2レーザ光源85を含む。第1レーザ光源81から出射された第1レーザ光88は、可変減衰器12、反射ミラー7,8、可変焦点視野レンズ13、投影マスク84、結像レンズ15、反射ミラー9を経由して、半導体デバイス21の上面に照射される。レーザ加工装置80は、可動ステージ16、第1レーザ光源81および第2レーザ光源85の動作を制御するコントローラ17を含む。第2レーザ光源85から出射された第2レーザ光89は、均一照射光学系82および反射ミラー83を経由して、半導体デバイス21の上面に照射される。   The laser processing device 80 includes a first laser light source 81 and a second laser light source 85. The first laser light 88 emitted from the first laser light source 81 passes through the variable attenuator 12, the reflection mirrors 7 and 8, the variable focus field lens 13, the projection mask 84, the imaging lens 15, and the reflection mirror 9. The top surface of the semiconductor device 21 is irradiated. The laser processing apparatus 80 includes a controller 17 that controls operations of the movable stage 16, the first laser light source 81, and the second laser light source 85. The second laser light 89 emitted from the second laser light source 85 is irradiated on the upper surface of the semiconductor device 21 via the uniform irradiation optical system 82 and the reflection mirror 83.

投影マスク84には、図3中の投影マスク14に比較してスリット幅が広くなった線状パターン40が形成されている。本実施の形態では、第2レーザ光89が同時に照射されることによって結晶粒長が長くなるため、スリット幅が広くなった線状パターン40が形成されている。   In the projection mask 84, a linear pattern 40 having a slit width wider than that of the projection mask 14 in FIG. 3 is formed. In the present embodiment, since the crystal grain length is increased by simultaneously irradiating the second laser beam 89, the linear pattern 40 having a wider slit width is formed.

第1レーザ光88は、第2レーザ光89と比較して、固体状態にあるシリコン膜24への吸収率が高い範囲の波長を有する。より具体的には、第1レーザ光88は、紫外域の波長を有することが好ましい。   The first laser beam 88 has a wavelength in a range where the absorption rate of the silicon film 24 in the solid state is higher than that of the second laser beam 89. More specifically, the first laser beam 88 preferably has an ultraviolet wavelength.

このような紫外域の波長を有する第1レーザ光88としては、たとえば、波長308nmを有するエキシマレーザパルスが挙げられる。第1レーザ光88は、固体状態にあるシリコン膜24を溶融させるエネルギー量を有することが好ましい。このエネルギー量は、シリコン膜24の材質の種類、シリコン膜24の膜厚、シリコン膜24の結晶化領域の面積などにより変化し、一義的に定めることはできない。したがって、シリコン膜24における上記の各条件に合わせて、適宜適当なエネルギー量を有する第1レーザ光88を用いることが好ましい。シリコン膜24に替えて他の種類の半導体膜を結晶化する場合も同様である。具体的には、半導体膜としてのシリコン膜24を、全膜厚において融点以上の温度に加熱することのできるエネルギー量を有する第1レーザ光88を用いることが推奨される。   Examples of the first laser beam 88 having such a wavelength in the ultraviolet region include an excimer laser pulse having a wavelength of 308 nm. The first laser beam 88 preferably has an energy amount for melting the silicon film 24 in a solid state. The amount of energy varies depending on the material type of the silicon film 24, the thickness of the silicon film 24, the area of the crystallization region of the silicon film 24, and the like, and cannot be uniquely determined. Therefore, it is preferable to use the first laser beam 88 having an appropriate amount of energy as appropriate in accordance with the above-described conditions in the silicon film 24. The same applies to the case where another type of semiconductor film is crystallized instead of the silicon film 24. Specifically, it is recommended to use the first laser beam 88 having an energy amount capable of heating the silicon film 24 as a semiconductor film to a temperature equal to or higher than the melting point in the entire film thickness.

第2レーザ光89は、第1レーザ光88と比較して、液体状態にあるシリコン膜24への吸収率が高い範囲の波長を有することが好ましい。具体的には、第2レーザ光89は、可視域から赤外域の波長を有することが好ましい。たとえば、波長53/4nmのYAGレーザ、波長1064nmのYAGレーザ、波長10.6μmの炭酸ガスレーザなどが挙げられる。第2レーザ光89は、固体状態にあるシリコン膜24を溶融させないエネルギー量を有することが好ましい。このエネルギー量は、シリコン膜24の材質の種類、シリコン膜24の膜厚、結晶化領域の面積などにより変化し、一義的に定めることはできない。このため、シリコン膜24の態様に合わせて、適宜適当なエネルギー量を有する第2レーザ光89を用いることが好ましい。具体的には、第2レーザ光89を単独で照射した場合には、シリコン膜24を、融点以上の温度に加熱することのできないエネルギー量を有する第2レーザ光89を用いることが推奨される。この点は、シリコン膜24に替えて他の種類の半導体膜が採用される場合も同様である。   The second laser beam 89 preferably has a wavelength in a range where the absorption rate into the silicon film 24 in the liquid state is higher than that of the first laser beam 88. Specifically, the second laser beam 89 preferably has a wavelength from the visible range to the infrared range. Examples thereof include a YAG laser with a wavelength of 53/4 nm, a YAG laser with a wavelength of 1064 nm, a carbon dioxide gas laser with a wavelength of 10.6 μm, and the like. The second laser beam 89 preferably has an energy amount that does not melt the silicon film 24 in the solid state. The amount of energy varies depending on the type of material of the silicon film 24, the thickness of the silicon film 24, the area of the crystallization region, and the like, and cannot be uniquely determined. For this reason, it is preferable to use the second laser beam 89 having an appropriate energy amount in accordance with the mode of the silicon film 24. Specifically, when the second laser beam 89 is irradiated alone, it is recommended to use the second laser beam 89 having an energy amount that cannot heat the silicon film 24 to a temperature higher than the melting point. . This is the same when another type of semiconductor film is used instead of the silicon film 24.

本実施の形態では、たとえば、第1レーザ光88を半導体デバイス21のシリコン膜24の上面に対して垂直方向から入射させるとともに、第2レーザ光89をシリコン膜24の上面に対して斜め方向から入射させる。   In the present embodiment, for example, the first laser beam 88 is incident on the upper surface of the silicon film 24 of the semiconductor device 21 from the vertical direction, and the second laser beam 89 is incident on the upper surface of the silicon film 24 from an oblique direction. Make it incident.

図16は、第1レーザ光および第2レーザ光の出力波形の一例を示すグラフである。図16を参照して、第1レーザ光源81が第1レーザ光88を出射する時刻と第1レーザ光88の出力との関係が、曲線V1で示され、第2レーザ光源85が第2レーザ光89を出射する時刻と第2レーザ光89の出力との関係が、曲線V2で示されている。   FIG. 16 is a graph showing an example of output waveforms of the first laser beam and the second laser beam. Referring to FIG. 16, the relationship between the time when first laser light source 81 emits first laser light 88 and the output of first laser light 88 is shown by curve V1, and second laser light source 85 is the second laser. The relationship between the time when the light 89 is emitted and the output of the second laser light 89 is indicated by a curve V2.

曲線V1とV2とを比較して分かるように、第2レーザ光89は、時刻t0〜t2にわたって出射されるが、第1レーザ光88は、時刻t0の後の時刻t1から時刻t2以前までの期間にわたって出射される。つまり、第1レーザ光88の出射期間は、第2レーザ光89の出射期間と比較して短く、半分以下程度である。一方、第1レーザ光88の出力のピーク値は、第2レーザ光89の出力のピーク値よりも大きく、数倍の値である。第1レーザ光88と第2レーザ光89の照射時刻と各レーザ光の出力との関係は、図16中に示す関係に限定されないが、図16に示す特性と同様の関係にあることが好ましい。時刻t1の直前に、第2レーザ光89の出力を停止してもよい。   As can be seen by comparing the curves V1 and V2, the second laser beam 89 is emitted from the time t0 to t2, but the first laser beam 88 is transmitted from the time t1 after the time t0 to before the time t2. It is emitted over a period. That is, the emission period of the first laser beam 88 is shorter than the emission period of the second laser beam 89 and is about half or less. On the other hand, the peak value of the output of the first laser beam 88 is larger than the peak value of the output of the second laser beam 89 and is several times as large. The relationship between the irradiation time of the first laser beam 88 and the second laser beam 89 and the output of each laser beam is not limited to the relationship shown in FIG. 16, but is preferably in the same relationship as the characteristics shown in FIG. . The output of the second laser beam 89 may be stopped immediately before time t1.

なお、以下に説明するように、図16中の時刻t1からt2において、シリコン膜24は溶融状態にある。   As described below, the silicon film 24 is in a molten state from time t1 to time t2 in FIG.

液体状態にある前駆体半導体薄膜であるシリコン膜24に対して、第1レーザ光88に加えて第2レーザ光89の照射を行なうことにより、前駆体半導体となっているシリコン膜24の温度低下速度を低下させ、固化するまでの時間を延長することができる。このため、液体状態にある前駆体半導体薄膜となっているシリコン膜24が固化することによって生成する半導体多結晶のラテラル成長距離を大幅に延ばすことができる。   By irradiating the silicon film 24, which is a precursor semiconductor thin film in a liquid state, with the second laser beam 89 in addition to the first laser beam 88, the temperature of the silicon film 24 that is the precursor semiconductor is lowered. The speed can be reduced and the time until solidification can be extended. For this reason, the lateral growth distance of the semiconductor polycrystal produced | generated when the silicon film 24 used as the precursor semiconductor thin film in a liquid state solidifies can be extended significantly.

第2レーザ光源85が第2レーザ光89を出射する時刻と第2レーザ光89の出力との関係の別の例が、直線V3によって示されている。この場合、第2レーザ光89は常時照射されているため、レーザ光の出力を曲線V2と比較して低くできる。これにより、装置を小型化することが可能となる。   Another example of the relationship between the time when the second laser light source 85 emits the second laser light 89 and the output of the second laser light 89 is indicated by a straight line V3. In this case, since the second laser beam 89 is constantly irradiated, the output of the laser beam can be made lower than that of the curve V2. This makes it possible to reduce the size of the device.

続いて、図15に示すレーザ加工装置80によって、半導体デバイス21のシリコン膜24に、第1レーザ光88および第2レーザ光89を照射し、シリコン膜24に結晶化領域を形成する工程について説明する。   Subsequently, a process of forming a crystallization region in the silicon film 24 by irradiating the silicon film 24 of the semiconductor device 21 with the first laser beam 88 and the second laser beam 89 by the laser processing apparatus 80 shown in FIG. To do.

図4および図5を参照して、まず、第1結晶化工程では、図16中の曲線V1に示すタイミングで、第1レーザ光源81から出射された第1レーザ光88を投影マスク84の各線状パターン40を介して、シリコン膜24の上面に画される第1領域48(1)内に照射する。また同時に、図16中の曲線V2に示すタイミングで、第2レーザ光源85から出射された第2レーザ光89を第1領域48(1)内に照射する。これらの照射により、第1領域48(1)内のシリコン膜24を溶融し、溶融した第1領域48(1)内のシリコン膜24を凝固させて結晶化する。   4 and 5, first, in the first crystallization step, the first laser beam 88 emitted from the first laser light source 81 at each timing indicated by the curve V1 in FIG. The first region 48 (1) defined on the upper surface of the silicon film 24 is irradiated through the pattern 40. At the same time, the second region 89 (1) is irradiated with the second laser beam 89 emitted from the second laser light source 85 at the timing indicated by the curve V2 in FIG. By these irradiations, the silicon film 24 in the first region 48 (1) is melted, and the melted silicon film 24 in the first region 48 (1) is solidified and crystallized.

移動工程では、可動ステージ16の移動により、シリコン膜24と投影マスク84とが、第1方向130において距離Yだけ相対的に移動する。   In the moving step, the silicon film 24 and the projection mask 84 are relatively moved by the distance Y in the first direction 130 by the movement of the movable stage 16.

次に、第2結晶化工程では、図16中の曲線V1に示すタイミングで、第1レーザ光源81から出射された第1レーザ光88を投影マスク84の各線状パターン40を介して、シリコン膜24の上面に画される第2領域48(2)内に照射する。また同時に、図16中の曲線V2に示すタイミングで、第2レーザ光源85から出射された第2レーザ光89を第2領域48(2)内に照射する。これらの照射により、第2領域48(2)内のシリコン膜24を溶融し、溶融した第2領域48(2)内のシリコン膜24を凝固させ、結晶化する。   Next, in the second crystallization step, the silicon film is irradiated with the first laser light 88 emitted from the first laser light source 81 through each linear pattern 40 of the projection mask 84 at the timing indicated by the curve V1 in FIG. Irradiation is performed in the second region 48 (2) defined on the upper surface of 24. At the same time, the second region 48 (2) is irradiated with the second laser light 89 emitted from the second laser light source 85 at the timing indicated by the curve V2 in FIG. By these irradiations, the silicon film 24 in the second region 48 (2) is melted, and the melted silicon film 24 in the second region 48 (2) is solidified and crystallized.

さらに、シリコン膜24の結晶化される領域が所定の広さに達するまで、第1レーザ光88および第2レーザ光89に照射を伴う結晶化工程と移動工程とを繰り返して複数回行なう。この際、投影マスク84を用いることによって、レーザ光がシリコン膜24の同一箇所を2回以上照射するため、結晶化開始位置付近がなくなり、結晶成長方向に対して(100)方位が優先的に配向される。   Further, the crystallization process and the moving process involving irradiation of the first laser beam 88 and the second laser beam 89 are repeated a plurality of times until the crystallized region of the silicon film 24 reaches a predetermined area. At this time, by using the projection mask 84, the laser beam irradiates the same portion of the silicon film 24 twice or more, so there is no vicinity of the crystallization start position, and the (100) orientation is preferentially given to the crystal growth direction. Oriented.

このように構成された、この発明の実施の形態3におけるレーザ光のマスク構造およびレーザ加工方法によれば、実施の形態1に記載の効果と同様の効果を得ることができる。また、第1レーザ光88および第2レーザ光89の照射により、シリコン膜24に形成される結晶粒を大きくすることができる。これにより、より大きいチャネル長を有する半導体デバイスの作製が可能となる。また、結晶粒が大きくなることによって結晶化時間を短縮化し、量産に最適なレーザ加工装置80を実現できる。   According to the laser beam mask structure and laser processing method in Embodiment 3 of the present invention configured as described above, the same effects as those described in Embodiment 1 can be obtained. Further, the crystal grains formed in the silicon film 24 can be enlarged by irradiation with the first laser beam 88 and the second laser beam 89. Thereby, a semiconductor device having a larger channel length can be manufactured. In addition, the crystallization time can be shortened by increasing the crystal grains, and the laser processing apparatus 80 optimal for mass production can be realized.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

レーザ光が照射される半導体デバイスを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device irradiated with a laser beam. 図1中の半導体デバイスを処理するレーザ加工装置を模式的に表わす図である。It is a figure which represents typically the laser processing apparatus which processes the semiconductor device in FIG. この発明の実施の形態1におけるレーザ光のマスク構造が適用された投影マスクを示す平面図である。It is a top view which shows the projection mask to which the mask structure of the laser beam in Embodiment 1 of this invention was applied. 図3中の投影マスクを用いたレーザ加工方法の第1結晶化工程を示す上面図である。It is a top view which shows the 1st crystallization process of the laser processing method using the projection mask in FIG. 図3中の投影マスクを用いたレーザ加工方法の第i結晶化工程を示す上面図である。It is a top view which shows the i-th crystallization process of the laser processing method using the projection mask in FIG. 比較のための投影マスクを示す平面図である。It is a top view which shows the projection mask for a comparison. 図6中の比較のための投影マスクを用いたレーザ加工方法の第1結晶化工程を示す上面図である。It is a top view which shows the 1st crystallization process of the laser processing method using the projection mask for the comparison in FIG. 図6中の比較のための投影マスクを用いたレーザ加工方法の第i結晶化工程を示す上面図である。It is a top view which shows the i-th crystallization process of the laser processing method using the projection mask for the comparison in FIG. 図3中の投影マスクを用いて結晶化されたシリコン膜を模式的に表わす図である。It is a figure which represents typically the silicon film crystallized using the projection mask in FIG. 図6中の比較のための投影マスクを用いて結晶化されたシリコン膜を模式的に表わす図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing a silicon film crystallized using a projection mask for comparison in FIG. 6. 図3中の投影マスクに形成された線状パターンの端部を示す平面図である。It is a top view which shows the edge part of the linear pattern formed in the projection mask in FIG. 比較のための線状パターンの端部を示す平面図である。It is a top view which shows the edge part of the linear pattern for a comparison. この発明の実施の形態2におけるレーザ光のマスク構造が適用された投影マスクを示す平面図である。It is a top view which shows the projection mask to which the mask structure of the laser beam in Embodiment 2 of this invention was applied. 図13中の投影マスクを用いたレーザ加工方法の第i結晶化工程を示す上面図である。It is a top view which shows the i-th crystallization process of the laser processing method using the projection mask in FIG. この発明の実施の形態3におけるレーザ加工装置を模式的に表わす図である。It is a figure which represents typically the laser processing apparatus in Embodiment 3 of this invention. 第1レーザ光および第2レーザ光の出力波形の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the output waveform of a 1st laser beam and a 2nd laser beam. ラテラル成長法を用いて処理される半導体デバイスを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device processed using a lateral growth method. 図17中の半導体デバイスの結晶構造の変化を示す上面図である。FIG. 18 is a top view showing a change in the crystal structure of the semiconductor device in FIG. 17.

符号の説明Explanation of symbols

10,80 レーザ加工装置、11 レーザ光源、14,74,84 投影マスク、17 コントローラ、21 半導体デバイス、24 シリコン膜、40,70 線状パターン、41 線状パターン列、41A 第1線状パターン列群、41B 第2線状パターン列群、46(1)〜46(k) 第1帯状領域〜第k帯状領域、48(1)〜48(i) 第1領域〜第i領域、62 端部、71A 第1線状パターン群、71B 第2線状パターン群、81 第1レーザ光源、85 第2レーザ光源、88 第1レーザ光、89 第2レーザ光、130 第1方向、140 第2方向。   10, 80 laser processing apparatus, 11 laser light source, 14, 74, 84 projection mask, 17 controller, 21 semiconductor device, 24 silicon film, 40, 70 linear pattern, 41 linear pattern array, 41A first linear pattern array Group, 41B 2nd linear pattern row | line | column group, 46 (1) -46 (k) 1st strip | belt-shaped area | region-k-th strip | belt-shaped area | region, 48 (1) -48 (i) 1st area | region-i-th area | region, 62 edge part , 71A first linear pattern group, 71B second linear pattern group, 81 first laser light source, 85 second laser light source, 88 first laser light, 89 second laser light, 130 first direction, 140 second direction .

Claims (7)

非晶質半導体層を含む被照射物と、
前記非晶質半導体層を結晶化させるため前記被照射物に向けて照射されるレーザ光を部分的に遮光するマスクとを備え、
前記マスクには、第1方向に延び、同一形状を有する複数の線状パターンが形成され、
前記マスクは、前記第1方向に沿って順に並ぶ第1〜第k帯状領域を含み、
前記第1方向に直交する第2方向に一定ピッチずれながら前記第1帯状領域から前記第k帯状領域まで並ぶ前記線状パターンにより、複数の線状パターン列が構成され、
各前記線状パターン列では、第n帯状領域に形成された前記線状パターンと第n+1帯状領域に形成された前記線状パターンとが(nは、1〜k−1の整数)、前記第1方向において部分的に重なり、
前記複数の線状パターン列は、前記第1〜第k帯状領域に形成された前記線状パターンのうち、前記第1帯状領域に形成された前記線状パターンと、前記第k帯状領域に形成された前記線状パターンとのみが前記第1方向において部分的に重なるように線状パターン列間の間隔が設定された第1線状パターン列群を含み、
前記複数の線状パターン列は、さらに、前記第1線状パターン列群をなす線状パターン列間に配置される第2線状パターン列群を含み、
前記被照射物と前記マスクとが、前記第1方向に対応する方向に段階的に相対移動しつつ、各段階で前記被照射物に向けてレーザ光が照射される、レーザ光のマスク構造。
An irradiated object including an amorphous semiconductor layer;
A mask that partially shields laser light irradiated toward the irradiated object in order to crystallize the amorphous semiconductor layer;
The mask is formed with a plurality of linear patterns extending in the first direction and having the same shape,
The mask includes first to kth band-shaped regions arranged in order along the first direction,
A plurality of linear pattern rows are constituted by the linear pattern arranged from the first band-shaped region to the k-th band-shaped region while being shifted by a certain pitch in a second direction orthogonal to the first direction,
In each of the linear pattern rows, the linear pattern formed in the n-th band region and the linear pattern formed in the n + 1-th band region (n is an integer of 1 to k−1), Partially overlaps in one direction,
The plurality of linear pattern rows are formed in the linear pattern formed in the first strip-shaped region and in the k-th strip-shaped region among the linear patterns formed in the first to k-th strip-shaped regions. Including a first linear pattern row group in which an interval between the linear pattern rows is set such that only the linear pattern partially overlaps in the first direction;
The plurality of linear pattern rows further include a second linear pattern row group disposed between the linear pattern rows forming the first linear pattern row group,
A laser beam mask structure in which the irradiation object and the mask are relatively moved stepwise in a direction corresponding to the first direction, and laser light is irradiated toward the irradiation object in each step.
非晶質半導体層を含む被照射物と、
前記非晶質半導体層を結晶化させるため前記被照射物に向けて照射されるレーザ光を部分的に遮光するマスクとを備え、
前記マスクには、第1方向に直交する第2方向に延び、同一形状を有する複数の線状パターンが形成され、
前記複数の線状パターンは、前記第1方向に互いに等しい間隔で配置された第1線状パターン群と、前記第1線状パターン群をなす線状パターン間に配置される第2線状パターン群とを含み、
前記被照射物と前記マスクとが、前記第1方向に対応する方向に段階的に相対移動しつつ、各段階で前記被照射物に向けてレーザ光が照射される、レーザ光のマスク構造。
An irradiated object including an amorphous semiconductor layer;
A mask that partially shields laser light irradiated toward the irradiated object in order to crystallize the amorphous semiconductor layer;
The mask is formed with a plurality of linear patterns extending in a second direction orthogonal to the first direction and having the same shape,
The plurality of linear patterns include a first linear pattern group arranged at equal intervals in the first direction and a second linear pattern arranged between the linear patterns forming the first linear pattern group. A group,
A laser beam mask structure in which the irradiation object and the mask are relatively moved stepwise in a direction corresponding to the first direction, and laser light is irradiated toward the irradiation object in each step.
前記線状パターンは、その延びる両端に端部を含み、
前記端部は、三角形状を有する、請求項1または2に記載のレーザ光のマスク構造。
The linear pattern includes ends at both extending ends thereof,
The laser beam mask structure according to claim 1, wherein the end portion has a triangular shape.
請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザ光のマスク構造により、前記非晶質半導体層を結晶化させるレーザ加工方法であって、
前記マスクを経由させて、レーザ光を前記非晶質半導体層の表面に規定される第m領域(mは、1以上の整数)に照射することにより、前記第m領域内の前記非晶質半導体層を溶融、凝固させて、結晶化する第m結晶化工程と、
前記被照射物と前記マスクとを前記第1方向に対応する方向に相対移動させ、前記線状パターンが投影される前記非晶質半導体層の表面上の位置に、前記第m領域と部分的に重畳する第m+1領域を規定する移動工程と、
前記マスクを経由させて、レーザ光を前記第m+1領域に照射することにより、前記第m+1領域内の前記非晶質半導体層を溶融、凝固させて、結晶化する第m+1結晶化工程とを備え、
前記非晶質半導体層が結晶化される領域が所定の広さに達するまで、前記結晶化工程および前記移動工程を交互に繰り返し行なう、レーザ加工方法。
A laser processing method for crystallizing the amorphous semiconductor layer with the laser light mask structure according to any one of claims 1 to 3,
By irradiating the mth region (m is an integer of 1 or more) defined on the surface of the amorphous semiconductor layer through the mask, the amorphous light in the mth region is irradiated. An m-th crystallization step of melting, solidifying and crystallizing the semiconductor layer;
The object to be irradiated and the mask are relatively moved in a direction corresponding to the first direction, and the mth region and a part of the surface of the amorphous semiconductor layer on which the linear pattern is projected. A movement step for defining an m + 1th region to be superimposed on
Irradiating laser beam to the (m + 1) th region through the mask to melt and solidify the amorphous semiconductor layer in the (m + 1) th region, and the (m + 1) th crystallization step for crystallization. ,
A laser processing method in which the crystallization step and the moving step are alternately repeated until a region where the amorphous semiconductor layer is crystallized reaches a predetermined area.
前記結晶化工程の間または前記結晶化工程の直前に、前記マスクを経由させて照射するレーザ光とは別に、前記マスクを経由させずにレーザ光を前記非晶質半導体層の表面に照射する、請求項4に記載のレーザ加工方法。   Irradiating the surface of the amorphous semiconductor layer without passing through the mask separately from the laser light irradiated through the mask during the crystallization process or immediately before the crystallization process. The laser processing method according to claim 4. 請求項4または5に記載のレーザ加工方法を用いて作製されたTFT素子であって、
結晶化された領域内の結晶方位が、デバイスの電流方向に対して(100)が優先配向となるように設定された、TFT素子。
A TFT element manufactured using the laser processing method according to claim 4 or 5,
A TFT element in which the crystal orientation in the crystallized region is set so that (100) is a preferred orientation with respect to the current direction of the device.
請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザ光のマスク構造が用いられたレーザ加工装置であって、
前記被照射物に対してレーザ光を射出するレーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光の射出と、前記被照射物と前記マスクとの相対移動とを制御する制御部とをさらに備え、
前記制御部は、
前記マスクを経由させて、レーザ光を前記非晶質半導体層の表面に規定される第m領域(mは、1以上の整数)に照射することにより、前記第m領域内の前記非晶質半導体層を溶融、凝固させて、結晶化する第m結晶化工程と、
前記被照射物と前記マスクとを前記第1方向に対応する方向に相対移動させ、前記線状パターンが投影される前記非晶質半導体層の表面上の位置に、前記第m領域と部分的に重畳する第m+1領域を規定する移動工程と、
前記マスクを経由させて、レーザ光を前記第m+1領域に照射することにより、前記第m+1領域内の前記非晶質半導体層を溶融、凝固させて、結晶化する第m+1結晶化工程とを実行し、
前記非晶質半導体層が結晶化される領域が所定の広さに達するまで、前記結晶化工程および前記移動工程を交互に繰り返し行なう、レーザ加工装置。
A laser processing apparatus using the laser light mask structure according to any one of claims 1 to 3,
A laser light source for emitting laser light to the object to be irradiated;
A control unit for controlling the emission of laser light from the laser light source and the relative movement of the irradiated object and the mask;
The controller is
By irradiating the mth region (m is an integer of 1 or more) defined on the surface of the amorphous semiconductor layer through the mask, the amorphous light in the mth region is irradiated. An m-th crystallization step of melting, solidifying and crystallizing the semiconductor layer;
The object to be irradiated and the mask are relatively moved in a direction corresponding to the first direction, and the mth region and a part of the surface of the amorphous semiconductor layer on which the linear pattern is projected. A movement step for defining an m + 1th region to be superimposed on
Irradiating the m + 1st region with a laser beam through the mask to melt, solidify and crystallize the amorphous semiconductor layer in the m + 1st region, and execute the m + 1st crystallization step. And
A laser processing apparatus, wherein the crystallization step and the moving step are alternately repeated until a region where the amorphous semiconductor layer is crystallized reaches a predetermined area.
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