JP2005012003A

JP2005012003A - Crystalline semiconductor film and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP2005012003A
Application number: JP2003174707A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Umenaka; 靖之梅中; Toshiaki Miyajima; 利明宮嶋; Toshihiro Kaneko; 俊博金子
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2005-01-13

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystalline semiconductor film wherein the crystal grain size is larger than those in conventional crystalline semiconductor films and a method for manufacturing the same, and to provide a semiconductor device using the film and a display unit using the semiconductor device. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the crystalline semiconductor film comprises (a) a step of preparing a substrate formed of a material having a thermal conductivity W0 or a substrate having on its surface a base insulating film having the same thermal conductivity W0, (b) a step of forming a first insulating film having a thermal conductivity W1 that satisfies the inequality: W1>W0, (c) a step of forming a semiconductor film in the amorphous state, (d) a step of forming on the semiconductor film a second insulating film having a thermal conductivity W2 that satisfies the inequality: W2>W0, and (e) a crystallization step of applying energy via the second insulating film to a specified region in the semiconductor film for the crystallization of the specified region. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶質半導体膜及びその製造方法、並びにそれを用いた半導体装置およびその半導体装置を用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という）やダイオード等に代表される薄膜半導体素子が広く利用されている。
【０００３】
ＴＦＴの一つである電界効果型薄膜トランジスタは、例えば絶縁基板上にＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法等を用いて形成された、厚さ数十ｎｍ〜数百ｎｍの半導体薄膜を活性層として用いる。ＴＦＴの応用分野としては、アクティブマトリクス型の液晶表示装置がある。アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、マトリクス状に配置された数十万以上の画素電極のそれぞれに１つ以上のＴＦＴが配置されており、画素電極に供給する電荷がＴＦＴによって制御される。
【０００４】
ＴＦＴに利用される半導体膜として、非晶質状態（アモルファス）の半導体膜を用いることは簡便であるが、キャリアの移動度が小さく、高速動作が要求されるＴＦＴに利用できないという問題がある。高いＴＦＴ特性を得るには、結晶質半導体膜を利用すればよい。
【０００５】
結晶質半導体膜の１つに多結晶半導体膜がある。多結晶半導体膜を形成する方法として、非晶質半導体膜を６００℃前後で熱処理することによって結晶成長させる方法（固相成長法）、または、非晶質半導体膜をエキシマレーザ照射することによって溶融（再）結晶化させる方法（エキシマレーザアニール法）が知られている。エキシマレーザアニール法による多結晶半導体膜の形成は、基板の温度を大きく上昇させずに、非晶質半導体膜のみに高いエネルギーを与えることができるため、ガラス基板を使用できる。そのため、大面積基板による低温プロセスの多結晶シリコンＴＦＴの製造に実用化されている。
【０００６】
近年、線状レーザビームによる結晶化方法が広く利用されている。この方法では、ビームの幅方向に少しずつ照射位置をずらして基板全面の結晶化処理を行う。すなわち、非晶質半導体膜は、複数回のレーザ照射が行われる。
【０００７】
例えば特許文献１は、線状レーザビームによる結晶化方法を用いて、結晶粒のサイズを大きくする方法を開示している。特許文献１では、非晶質半導体膜の両面に保温層を形成し、レーザ照射することによって結晶質半導体膜を形成する。保温層の熱伝導率は、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましいとされており、基板（石英基板の場合１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）の熱伝導率に比べて極めて低い。特許文献１では、上記保温層を設けて半導体膜の冷却速度を遅くすることにより、結晶質半導体膜に生成される結晶核の数を少なくし、結果的に大きな結晶粒を形成するとしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２６３３１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
結晶粒のサイズが十分でない結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、チャネル領域に多数の結晶粒界が入り込むため、ＴＦＴの電気的特性の低下や特性のバラツキの原因となる。より高性能な半導体装置を作製するためには、結晶粒の大きい結晶質半導体膜を得ることが求められるが、特許文献１に開示されている方法を用いても、結晶粒のサイズの十分に大きい結晶質半導体膜を得ることができない。
【００１０】
本発明は、従来よりも結晶粒の大きい結晶質半導体膜、およびその製造方法等を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の結晶質半導体膜の製造方法は、（ａ）熱伝導率Ｗ０を有する材料から形成された基板、または、熱伝導率Ｗ０を有する下地絶縁膜を表面に有する基板を用意する工程と、（ｂ）前記基板上に、Ｗ１＞Ｗ０の関係式を満たす熱伝導率Ｗ１を有する第１絶縁膜を形成する工程と、（ｃ）前記第１絶縁膜上に、非晶質状態にある半導体膜を形成する工程と、（ｄ）前記半導体膜上に、Ｗ２＞Ｗ０の関係式を満たす熱伝導率Ｗ２を有する第２絶縁膜を形成する工程と、（ｅ）前記第２絶縁膜を介して前記半導体膜の所定の領域にエネルギーを付与し、前記所定の領域を結晶化する結晶化工程とを包含し、これにより上記の課題が解決される。
【００１２】
例えば、前記熱伝導率Ｗ２は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【００１３】
例えば、前記熱伝導率Ｗ１は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【００１４】
例えば、前記熱伝導率Ｗ０は５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。
【００１５】
ある実施形態では、前記熱伝導率Ｗ０を有する材料から形成された前記基板と、前記第１絶縁膜との間に、熱伝導率Ｗ３を有する第３絶縁膜がさらに配置されており、Ｗ３≦Ｗ１の関係式を満たす。
【００１６】
前記熱伝導率Ｗ３は、さらにＷ３≦Ｗ２の関係式を満たす。
【００１７】
前記第３絶縁膜は、酸化珪素化合物を含んでもよい。
【００１８】
前記第１絶縁膜と前記半導体膜との間に、第４絶縁膜がさらに配置されており、前記第４絶縁膜と前記半導体膜との間の界面準位密度は、前記第１絶縁膜と前記半導体膜との間の界面準位密度よりも小さくてもよい。
【００１９】
前記第１絶縁膜は、窒化珪素化合物、窒化酸化珪素化合物、酸化アルミニウム化合物および窒化アルミニウム化合物のうち、少なくともいずれか一つを含んでもよい。
【００２０】
前記第２絶縁膜は、窒化珪素化合物、窒化酸化珪素化合物、酸化アルミニウム化合物及び窒化アルミニウム化合物のうち、少なくともいずれか一つを含んでもよい。
【００２１】
前記半導体膜はシリコンを含んでもよい。
【００２２】
前記第１絶縁膜の膜厚は５０ｎｍ以上であってもよい。
【００２３】
前記第２絶縁膜の膜厚は５０ｎｍ以上であってもよい。
【００２４】
前記半導体薄膜の膜厚は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。
【００２５】
前記下地絶縁膜の膜厚は１００ｎｍ以上であってもよい。
【００２６】
前記エネルギーの付与は、波長４００ｎｍ以下のレーザ光の照射によって行われることが好ましい。
【００２７】
前記エネルギーの付与は、エネルギー密度が２５０ｍＪ／ｃｍ^２以上５００ｍＪ／ｃｍ^２以下のパルスレーザ光の照射によって行われることが好ましい。
【００２８】
前記結晶化工程は、横方向成長工程を包含することが好ましい。
【００２９】
前記エネルギー付与は、パルスレーザビームを横方向にステップ走査することによって実行されることが好ましい。
【００３０】
本発明の結晶質半導体膜は、上記に記載の製造方法によって製造され、これにより、上記の課題が解決される。
【００３１】
本発明の半導体装置は、上記に記載の結晶質半導体膜を用いて構成され、これにより、上記の課題が解決される。
【００３２】
本発明の表示装置は、上記に記載の半導体装置を備え、これにより、上記の課題が解決される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明は、特許文献１の結晶質半導体膜の製造方法を用いた場合に結晶粒のサイズを十分に大きくできないのは、半導体膜の面内温度分布が無視されていることに起因するという知見に基づいている。すなわち、特許文献１の結晶質半導体膜の製造方法では、半導体膜の両側に熱伝導率の極めて低い保温層が形成されているために、半導体膜の面内に大きな温度勾配が形成されてしまい、結果として結晶粒のサイズを十分に大きくできない。本発明者らは、半導体膜の面内における温度勾配に注目して、結晶粒のサイズを大きくすることを検討した。
【００３４】
本発明の結晶質半導体膜の製造方法は、（ａ）熱伝導率Ｗ０を有する材料から形成された基板、または、熱伝導率Ｗ０を有する下地絶縁膜を表面に有する基板を用意する工程と、（ｂ）基板上に、Ｗ１＞Ｗ０を満たす熱伝導率Ｗ１を有する第１絶縁膜を形成する工程と、（ｃ）第１絶縁膜上に、非晶質状態にある半導体膜を形成する工程と、（ｄ）半導体膜上に、Ｗ２＞Ｗ０を満たす熱伝導率Ｗ２を有する第２絶縁膜を形成する工程と、（ｅ）第２絶縁膜を介して半導体膜の所定の領域にエネルギーを付与し、上記所定の領域を結晶化する結晶化工程とを包含する。
【００３５】
本発明の結晶質半導体膜の製造方法では、熱伝導率Ｗ０を有する基板（または熱伝導率Ｗ０を有する下地絶縁膜を表面に有する基板）の上に、Ｗ０よりも大きい熱伝導率を有する第１絶縁膜と第２絶縁膜とによって両面が挟まれた非晶質状態の半導体膜を配置し、第２絶縁膜を介して半導体膜の所定の領域にエネルギーを付与することを主な特徴としている。
【００３６】
特許文献１の製造方法では、半導体膜の両面に、基板の熱伝導率よりも極めて低い（例えば石英基板の約１／５の熱伝導率を有する）保温層が形成されているため、半導体膜にレーザビームを照射すると、半導体膜において、レーザビームの照射領域に接する非照射領域の部分と、照射領域の中央部とでは、温度差が極めて大きく、半導体膜の面内に大きな温度勾配が形成される。
【００３７】
これに対して本発明の結晶質半導体膜の製造方法では、半導体膜の両面にそれぞれ、基板または基板表面の下地絶縁膜の熱伝導率Ｗ０よりも高い熱伝導率を有する第１および第２絶縁膜が設けられているため、半導体膜にエネルギーを付与した場合に、半導体膜の上面および下面からそれぞれ、第２絶縁膜および第１絶縁膜に効果的に熱が拡散する。結果として、半導体膜面内の温度勾配を特許文献１の製造方法よりも緩やかにし、溶融領域を拡げることができる。従って、特許文献１の製造方法を用いる場合に比べて、結晶成長距離をより大きくし、結晶粒の大きい結晶質半導体膜が得られる。
【００３８】
熱伝導率Ｗ１およびＷ２は例えば１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、Ｗ０は例えば５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。基板には、例えばガラス基板（１Ｗ／ｍ・Ｋ）や石英基板（１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）などが利用可能である。シリコンウェハなどの極めて熱伝導率の高いものを基板に利用する場合には、基板の表面に、例えば熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の下地絶縁膜を形成すればよく、下地絶縁膜の厚さは、例えば１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
第１絶縁膜および第２絶縁膜の厚さは、例えば５０ｎｍ以上であることが好ましく、絶縁膜の厚さが上記の範囲にある場合、半導体膜の面内の温度勾配を十分に緩やかにすることができる。
【００４０】
非晶質半導体膜の厚さは、例えば１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。非晶質半導体膜の厚さが上記の範囲内にあれば、結晶化工程で半導体膜にエネルギー付与を行う際に、半導体膜にエネルギーが十分に吸収されて、容易に溶融する。また、半導体膜を溶融するために、過大なエネルギーが必要とされることがないため、安定して溶融可能であり、また、半導体膜面内に緩やかな温度勾配を容易に形成できる。
【００４１】
本発明の結晶質半導体膜の製造方法で、半導体膜に対するエネルギー付与は、例えばパルス状のレーザビームを照射することによって行われる。レーザビームには、例えば波長４００ｎｍ以下、エネルギー密度が２５０ｍＪ／ｃｍ^２以上５００ｍＪ／ｃｍ^２以下のパルスレーザ光が好適に利用される。レーザビームのエネルギー密度が上記の範囲内である場合、半導体膜を十分に溶融でき、半導体膜の一部に飛散が生じることもない。
【００４２】
以下の説明では、パルスレーザビームを用いて半導体膜にエネルギーを付与する例を示すが、これに限られず、他の光源（例えば紫外線ランプ）や荷電粒子ビーム（例えば電子線）などを用いることもできる。
【００４３】
結晶化工程（ｂ）は、横方向成長工程を包含することが好ましい。横方向成長工程において、半導体膜に対するエネルギーを付与は、パルスレーザビームを所定の方向にステップ走査することによって実行されることが好ましい。以下、図２（ｂ）〜（ｄ）を参照しながら、横方向成長工程を具体的に説明する。図２（ｂ）〜（ｄ）は、第１および第２絶縁膜、ならびに非晶質状態にある半導体膜が形成された基板の上面図であり、横方向成長工程を説明するための模式図である。
【００４４】
横方向成長工程は、例えば、下記の第１〜第３結晶化工程を包含する。
【００４５】
まず、図２（ｂ）に示すように第１結晶化工程で、半導体膜３の第１領域５０Ａにエネルギーを付与することによって、第１領域５０Ａに結晶粒を形成する。
【００４６】
第１結晶化工程の後、第２結晶化工程で図２（ｃ）に示すように、第１領域５０Ａから所定の方向６に第１の距離Ｐだけ離間した第２領域５０Ｂにエネルギーを付与することによって、上記結晶粒を所定の方向に成長させる。ここで、第１の距離Ｐ（第１領域５０Ａと第１領域５０ｂとの離間距離。以下、走査ピッチと称する場合がある。）は、第１結晶化工程によって形成された結晶粒の上記所定の方向６の長さよりも短くなるように設定される。
【００４７】
第２結晶化工程の後、第３結晶化工程で、第２領域５０Ｂから上記所定の方向６に向かって第２の距離（例えば第１の距離と等しいＰ）だけ離間した複数の領域５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ・・・のそれぞれに、第２領域５０Ｂから所定の方向６に向かって順次、エネルギーを付与することによって、上記結晶粒を上記所定の方向６にさらに成長させる。
【００４８】
以上説明した第１〜第３結晶化工程が横方向成長工程に含まれる。
【００４９】
本発明の製造方法では一回のレーザ照射による結晶成長距離を特許文献１よりも大きくできるので、特許文献１の結晶化工程に横方向成長を適用した場合よりも走査ピッチを拡大し、レーザショット数を低減できるという効果が得られる。
【００５０】
なお、結晶化工程は、横方向成長工程を含むものに限定されることはない。本発明の製造方法では一回のレーザ照射による結晶成長距離を特許文献１よりも大きくできるので、一回のレーザ照射による結晶成長距離で十分な場合には、結晶質半導体膜を複数回レーザ照射する必要はなく、所望の位置に十分大きな結晶粒を形成できる。
【００５１】
本発明の製造方法では、基板（または基板上に配置された下地絶縁膜）の熱伝導率Ｗ０よりも高い熱伝導率を有する第１および第２絶縁膜によって両面が挟まれた半導体膜が、基板（または基板上に配置された下地絶縁膜）上に配置されていれば、例えば基板と第１絶縁膜との間に、更なる絶縁膜を設けても良い。更なる絶縁膜（第３絶縁膜）は、例えば第１絶縁膜の熱伝導率Ｗ１よりも小さい熱伝導率Ｗ３（Ｗ３＜Ｗ１）を有する。さらに、熱伝導率Ｗ３は、第２絶縁膜の熱伝導率Ｗ２よりも小さい（Ｗ３＜Ｗ２）。第３絶縁膜を設けることにより、基板への熱拡散を防ぎ、半導体膜の溶融時間をより長くすることができるため、結晶成長距離をより大きくし、結晶粒の大きい結晶質半導体膜を得ることができる。
【００５２】
本発明の結晶質半導体膜を用いて半導体装置を構成すれば、特許文献１の結晶質半導体膜を用いた場合に比べて、キャリアの移動度が高く、しきい値電圧の低い、高性能な半導体装置を得ることができる。従って、例えば本発明の結晶質半導体膜を用いてトランジスタを作製することによって、従来よりも高性能なトランジスタを得ることができる。また、１枚の結晶質半導体膜を用いて、特性のばらつきが抑制された、高性能な半導体素子を高密度で作製することができる。この結晶質半導体膜は、例えば表示装置に好適に利用される。例えば、この結晶質半導体膜は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素ＴＦＴや、駆動回路のＴＦＴを作製するのに好適に用いられる。
【００５３】
以下、珪素（シリコン）膜を例に本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は、珪素膜に限らず、ゲルマニウム、またはガリウムなどを含む様々な半導体膜（例えばＳｉＧｅ膜やＧａＡｓ膜、ＧａＰ膜、ＩｎＰ膜など）に広く適用することができる。
【００５４】
（実施形態１）
以下、図１および図２を参照しながら本実施形態１の結晶質珪素膜の製造方法を説明する。
【００５５】
まず、図１（ａ）に示すように、基板１にＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスおよびＯ_３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ_２膜２（熱伝導率１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）を形成する。基板１には、例えばガラス基板（熱伝導率１／ｍ・Ｋ以下）または、石英基板（熱伝導率１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）などの絶縁性の表面を有する基板が用いられる。あるいは、基板１にシリコンウェハを用いてもよい。
【００５６】
ガラス基板または石英基板は熱伝導率が十分に低いため、基板１にガラス基板または石英基板を用いる場合には、ＳｉＯ_２膜２を省略してもよい。ただし、基板１にガラス基板を用いる場合にＳｉＯ_２膜２を設ければ、ガラス基板の表面から発生する不純物による汚染を抑制できるという効果が得られる。一方、シリコンウェハは、例えばガラス基板または石英基板に比べて熱伝導率が極めて高いため、基板１にシリコンウェハを用いる場合には、シリコンウェハの表面に熱伝導率の低いＳｉＯ_２膜２を設けることによって、基板１にガラス基板または石英基板を用いる場合と同様の作用効果が得られる。なお、基板１の表面に形成される絶縁膜はＳｉＯ_２膜２に限られず、例えば約５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する絶縁膜が好適に用いられる。
【００５７】
ＳｉＯ_２膜２を形成した後、図１（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ_２膜２の上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ膜３を形成する。ＳｉＮ膜３の熱伝導率は約２０Ｗ／ｍ・Ｋである。ＳｉＮ膜３を形成した後、図１（ｃ）に示すように、減圧ＣＶＤ法により、ＳｉＮ膜３の上にＳｉ_２Ｈ_６ガスを用いて厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜４を形成する。非晶質珪素膜４を形成した後、図１（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、非晶質珪素膜４を覆うように厚さ１００ｎｍのＳｉＮ膜５を形成する。
【００５８】
以上、図１（ａ）〜（ｄ）に示した工程により、ＳｉＯ_２膜２上（またはＳｉＯ_２膜２が省略された場合には基板上）に、ＳｉＯ_２膜２（または基板）の熱伝導率よりも高い一対の絶縁膜２および４によって両面が覆われた非晶質珪素膜４が設けられる。
【００５９】
なお、本実施形態では、非晶質珪素膜４の両面を覆う絶縁膜２および４としてＳｉＮ膜を用いたが、これに限られず、窒化珪素化合物、窒化酸化珪素化合物、酸化アルミニウム化合物および窒化アルミニウム化合物のうち、少なくともいずれか一つを含む膜を用いても同様の効果が得られる。
【００６０】
次に、絶縁膜２、３、５および珪素膜４が積層された基板１に、図２（ａ）に示すように、基板１の上側からレーザ照射を行う。本実施形態では、長方形状のビームプロファイルを有するエキシマレーザ（波長：４００ｎｍ、エネルギー密度：４００ｍＪ／ｃｍ^２）を用いた。上記長方形状のビームプロファイルは、例えばスリットを用いて形成され、短辺の長さは２μｍ、長辺の長さは一般に基板のサイズに応じて設定され、例えば数１００ｍｍのオーダーである。
【００６１】
また本実施形態では、レーザビーム７を、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、第１領域５０Ａから所定の方向６に所定の距離Ｐずつステップ走査した。このステップ走査により、第１領域５０Ａから上記所定の距離Ｐずつ離間した領域５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、１０Ｅ・・・のそれぞれに、順次、レーザビーム７が照射され、横方向（方向６）に結晶粒を成長させた。なお、本実施形態ではピッチＰを１μｍと設定した。
【００６２】
ここで、エキシマレーザの照射によってエネルギーが選択的に非晶質珪素膜４に付与され、溶融する。このとき、非晶質珪素膜４中に、レーザビーム７のエネルギー密度分布９に依存して温度分布が形成される。
【００６３】
図３は、エキシマレーザの有するエネルギー密度分布９（レーザビームの短辺方向に対する）を示す。図４（ａ）は、特許文献１の製造方法を用いてレーザ照射した場合の非晶質珪素膜中の温度分布１１ａ（レーザ照射時）および１１ｂ（レーザ照射からＴ秒後）を示すグラフであり、（ｂ）は、本実施形態１の製造方法を用いてレーザ照射した場合の非晶質珪素膜４中の温度分布１０ａ（レーザ照射時）および１０ｂ（レーザ照射からＴ秒後）を示すグラフである。ただし、図４は原理を説明するための模式図であり、実際には、様々な影響によって滑らかな放物線が得られない場合がある。
【００６４】
本実施形態１の製造方法を用いてレーザ照射した場合、非晶質珪素膜４の両側にＳｉＯ_２膜２（または基板１）の熱伝導率よりも高い一対のＳｉＮ膜３および５が設けられているので、珪素膜４の両面からそれぞれ、ＳｉＮ膜３および５に効果的に熱が拡散する。このため珪素膜４は、直接レーザ照射された領域を超えて、レーザ照射された領域の周囲まで溶融される。従って、図４（ｂ）の温度分布のグラフ１０ａに示すように、レーザビーム７の短辺の長さ８（エキシマレーザの移動方向のレーザ幅）を超えた領域で温度上昇が生じる。また、レーザ照射による溶融面積がレーザ照射面積よりも大きいので、図４（ｂ）の温度分布のグラフ１０ｂに示すように、レーザ照射からＴ秒経過後に、レーザ幅の端部（レーザの中心からレーザの幅方向に例えば距離Ｐだけ離れたＡ点）を溶融したままの状態にできる。
【００６５】
これに対して、特許文献１の製造方法を用いてレーザ照射した場合、非晶質珪素膜４の両側に熱伝導率のきわめて小さい保温層が配置されているので、レーザ照射された非晶質珪素膜４の領域は熱拡散しにくく、珪素膜は、直接レーザ照射された領域とほぼ同一の領域のみが溶融される。従って、図４（ａ）の温度分布のグラフ１１ａに示すように、温度上昇が生じる珪素膜面内の領域の横幅は、珪素膜面内における、レーザビーム７の短辺の長さ８以下である。また、レーザ照射による溶融面積がレーザ照射面積と同程度で、実施形態１よりも小さいため、図４（ｂ）の温度分布のグラフ１０ｂに示すように、レーザ照射からＴ秒経過後、レーザ幅の端部（レーザの中心からレーザの幅方向に例えば距離Ｐだけ離れたＡ点）は、既に固化状態になる。
【００６６】
図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較して分かるように、本実施形態１の製造方法では、レーザ照射による珪素膜４面内の温度勾配を特許文献１の製造方法よりも緩やかにできる。従って、特許文献１の製造方法を用いた場合に比べて、結晶成長距離をより大きくし、結晶粒の大きい半導体薄膜が得られる。また、本実施形態の製造方法では、レーザ照射領域の端部における珪素膜４の溶融時間を特許文献１の製造方法よりも長くすることができるので、レーザビームの走査ピッチを拡大することができ、レーザショット数の低減も可能になる。
【００６７】
（実施形態２）
本実施形態２は、珪素膜４とＳｉＮ膜３との間に、さらなる絶縁膜（ＳｉＯ_２膜）２０が配置されている点で、実施形態１と異なる。本実施形態２では、上記ＳｉＯ_２膜２０を配置することにより、珪素膜４とＳｉＮ膜３とを直接接触させる場合に比べて、珪素膜４面上の界面準位密度を低減できる。以下、図５を参照しながら本実施形態２の結晶質珪素膜の製造方法を説明する。なお、実施形態１と同様の工程については、説明を省略する。
【００６８】
実施形態１と同様に、図５（ａ）に示すように、基板１に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ_２膜２（熱伝導率１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）を形成する。基板１には、ガラス基板または、石英基板などの絶縁性の表面を有する基板が用いられる。あるいは、シリコンウェハを用いてもよい。基板１にガラス基板または石英基板を用いる場合には、ＳｉＯ_２膜２を省略してもよい。
【００６９】
ＳｉＯ_２膜２を形成した後、実施形態１と同様に図５（ｂ）に示すように、ＳｉＮ膜３を形成する。ＳｉＮ膜３を形成した後、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜２０を１０ｎｍ形成し、このＳｉＯ_２膜２０の上に、図５（ｃ）に示すように厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜４を形成する。
【００７０】
珪素膜４とＳｉＮ膜３との間に、更なる絶縁膜であるＳｉＯ_２膜２０を配置することにより、珪素膜４とＳｉＮ膜３とを直接接触させる場合に比べて、珪素膜４面上の界面準位密度を低減できる。ＳｉＯ_２の熱伝導率（１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）は、ＳｉＮの熱伝導率（２０Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べて低いが、ＳｉＯ_２膜２０の膜厚を１０ｎｍ程度にすることにより、珪素膜４の面内の温度勾配に影響を与えることを抑制できる。すなわち、図８を参照して後述するが、ＳｉＯ_２膜２０を配置した場合であっても実施形態１と同様に、レーザ照射後の珪素膜４の面内の温度勾配を緩やかにすることができる。
【００７１】
次に実施形態１と同様に、図５（ｄ）に示すように厚さ１００ｎｍのＳｉＮ膜５を形成する。
【００７２】
以上、図５（ａ）〜（ｄ）に示した工程により、ＳｉＯ_２膜２上（またはＳｉＯ_２膜２が省略された場合には基板上）に、ＳｉＯ_２膜２（または基板）の熱伝導率よりも高い一対の絶縁膜２および４が上面および下面に配置された非晶質珪素膜４が設けられる。
【００７３】
なお、本実施形態では、珪素膜４の下面にＳｉＯ_２膜２０を形成したが、珪素膜４の上面にＳｉＯ_２膜２０を形成しても良いし、あるいは、珪素膜４の上面および下面の両方にＳｉＯ_２膜２０を形成しても良い。
【００７４】
次に、絶縁膜２、３、５、２０および珪素膜４が積層された基板１に、実施形態１と同様に図５（ａ）に示すように、基板１の上側からレーザ照射を行う。
【００７５】
図７は、エキシマレーザの有するエネルギー密度分布９（レーザの短辺方向に対する）を示す。図８（ａ）は、特許文献１の製造方法を用いてレーザ照射した場合の非晶質珪素膜中の温度分布１１の模式図であり、（ｂ）は、本実施形態２の製造方法を用いてレーザ照射した場合の非晶質珪素膜４中の温度分布１０の模式図である。
【００７６】
図８（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態２でも実施形態１と同様に、レーザ照射による珪素膜４面内の温度勾配を特許文献１の製造方法よりも緩やかにできる。本実施形態２では、珪素膜４とＳｉＮ膜３との間にＳｉＯ_２膜２０が設けられているが、珪素膜４の面内の温度勾配は実施形態１と同様に緩やかなままである。
【００７７】
実施形態２によっても実施形態１と同様に、特許文献１の製造方法よりも溶融時間をより長くできる。従って、特許文献１の製造方法を用いた場合に比べて、結晶成長距離をより大きくし、結晶粒の大きい半導体薄膜が得られる。また実施形態１と同様に、レーザ照射領域の端部における珪素膜４の溶融時間を特許文献１の製造方法よりも長くすることができるので、レーザビームの走査ピッチを拡大することができ、レーザショット数の低減も可能になる。
【００７８】
（実施形態３）
本実施形態３では、上述した実施形態１または実施形態２の製造方法によって得られた結晶質珪素膜を用いて作製された薄膜トランジスタ等を含む液晶ドライバや半導体メモリ、半導体論理回路等の半導体装置を作製する。図９は、実施形態３による半導体装置の製造方法を示すための断面図である。以下、図９を参照しながら、実施形態３の半導体装置の製造方法を説明する。
【００７９】
まず、例えば実施形態１の方法で結晶質珪素膜を作製し、ＣＦ_４ガスおよびＣＨＦ_３ガスを用いた反応性イオンエッチンング法（ＲＩＥ法）により、結晶質珪素膜の上層部のＳｉＮ膜５を全面除去する。この後、図９に示すように、結晶質珪素薄膜２４をＣＦ_４ガスおよびＯ_２ガスを用いたＲＩＥ法でパターニングする。
【００８０】
次に、通常の薄膜トランジスタに公知の製造方法を用いて、ＴＥＯＳガスとＯ_３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によってゲートＳｉＯ_２膜２５を形成し、さらにスパッタリング法によってＷＳｉ_２／多結晶Ｓｉゲート電極２６を形成した後、ＣＦ_４ガスおよびＯ_２ガスを用いたＲＩＥ法で所望の形状にパターニングする。さらに、ソース・ドレインにイオンドーピング法でＰ、Ｂの注入を行い、ＴＥＯＳガスとＯ_３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ_２膜２７を形成した後、ＣＦ_４ガスとＣＨＦ_３ガスを用いたＲＩＥ法でコンタクトホールエッチングを行う。これにスパッタリング法でＡｌ配線２８を形成し、ＢＣｌ_３ガスとＣｌ_２ガスを用いたＲＩＥ法でパターニングする。次に、ＳｉＨ_４ガスとＮＨ_３ガス及びＮ_２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法でＳｉＮ保護膜２９を形成し、ＳｉＮ保護膜２９の一部をＣＦ_４ガスとＣＨＦ_３ガスを用いたＲＩＥ法で所望の形状にパターニングする。
【００８１】
以上により、薄膜トランジスタが作製される。
【００８２】
得られた薄膜トランジスタを、抵抗やキャパシタ等の半導体素子とあわせて用いることにより、液晶ドライバや半導体メモリ、半導体論理回路等の半導体装置を作製することができる。
【００８３】
（実施形態４）
実施形態４では、実施形態３と同様の方法で作製された半導体装置を利用して、液晶表示装置を作製する。図１０（ａ）および（ｂ）は、実施形態４による液晶表示装置の製造方法を説明するための模式図である。以下、図１０（ａ）および（ｂ）を参照しながら本実施形態４を説明する。
【００８４】
図１０（ａ）に示すように、実施形態３の製造方法を用いて、例えばガラス基板１上にＡｌ配線２８まで形成し、ＴＥＯＳガスおよびＯ_３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ_２膜３０を形成する。さらに、ＣＦ_４ガスとＣＨＦ_３ガスを用いたＲＩＥ法により、スルーホールを形成する。
【００８５】
次にスパッタリング法により、画素電極としてＩＴＯ膜３１を形成し、ＨＣｌおよびＦｅＣｌ_３を用いてパターニングした後、ＳｉＨ_４ガスとＮＨ_３ガス及びＮ_２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法でＳｉＮ保護膜３２を形成する。ＳｉＮ保護膜３２の上に、配向膜としてポリイミド膜３３をオフセット印刷法で形成し、ラビング処理を行う。
【００８６】
一方、図１０（ｂ）に示すように、別のガラス基板等の絶縁基板３４に赤、緑、青の各感光性樹脂薄膜が設けられたフィルムを熱圧着して転写、フォトリソグラフィー工程によるパターニングを行い、さらに赤、緑、青間のスペースにブラックマトリクス部を同様に形成して、カラーフィルタ３５を作製する。この上にスパッタリング法でＩＴＯ膜３６を形成し、さらに配向膜としてポリイミド膜３７をオフセット印刷法で形成した後、ラビング処理を行う。
【００８７】
薄膜トランジスタ等の半導体装置が形成された基板１（図１０（ａ））と、カラーフィルタ３５等が形成された基板３４（図１０（ｂ））とを、シール樹脂で貼り合わせる。貼り合わせの際、２枚の基板間のスペースを一定にするために、２枚の基板間に真球状のシリカを散布しておく。両基板間に液晶材料を注入した後、偏光板を貼り付け、周辺にドライバＩＣ等を実装して液晶表示装置が作製される。
【００８８】
【発明の効果】
本発明により、従来よりも結晶粒の大きい結晶質半導体膜、およびその製造方法が得られる。
【００８９】
本発明の結晶質半導体膜を用いることにより、キャリアの移動度が高く、しきい値電圧の低い、高性能な半導体装置を作製できる。また、本発明の結晶質半導体膜は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素ＴＦＴや、駆動回路のＴＦＴを作製するのに好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、実施形態１の半導体膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、実施形態１の半導体薄膜の製造方法を説明するための模式図である。
【図３】エキシマレーザのエネルギー分布を示す模式図である。
【図４】（ａ）は従来の珪素膜中の温度分布を示す模式図であり、（ｂ）は、本実施形態１の珪素膜中の温度分布を示す模式図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、実施形態２の半導体膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】実施形態２の半導体薄膜の製造方法を説明するための模式図である。
【図７】エキシマレーザのエネルギー分布を示す模式図である。
【図８】（ａ）は従来の珪素膜中の温度分布を示す模式図であり、（ｂ）は、本実施形態２の珪素膜中の温度分布を示す模式図である。
【図９】実施形態３による半導体装置の製造方法を示すための断面図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態４による液晶表示装置の製造方法を示すための断面図である。
【符号の説明】
１基板
２ＳｉＯ_２膜
３ＳｉＮ膜
４非晶質珪素膜
５ＳｉＮ膜
６所定の方向
７レーザビーム
８レーザビームの短辺の長さ
９エキシマレーザのエネルギー密度分布
１０実施形態の非晶質珪素膜中の温度分布（レーザ照射時）
１０ａ実施形態の非晶質珪素膜中の温度分布（レーザ照射時）
１０ｂ実施形態の非晶質珪素膜中の温度分布（レーザ照射Ｔ秒後）
１１特許文献１の非晶質珪素膜中の温度分布（レーザ照射時）
１１ａ特許文献１の非晶質珪素膜中の温度分布（レーザ照射時）
１１ｂ特許文献１の非晶質珪素膜中の温度分布（レーザ照射Ｔ秒後）
２０ＳｉＯ_２膜
２４結晶質珪素膜
２５ゲートＳｉＯ_２膜
２６ゲート電極
２８Ａｌ配線
２９ＳｉＮ保護膜
３１ＩＴＯ膜
３２ＳｉＮ保護膜
３３ポリイミド膜
３５カラーフィルタ
３６ＩＴＯ膜
３７ポリイミド膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystalline semiconductor film, a manufacturing method thereof, a semiconductor device using the same, and a display device using the semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, thin film semiconductor devices typified by thin film transistors (hereinafter referred to as “TFTs”), diodes, and the like have been widely used.
[0003]
A field effect thin film transistor, which is one of TFTs, is a semiconductor thin film having a thickness of several tens to several hundreds of nanometers formed on an insulating substrate using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. Used as an active layer. As an application field of TFT, there is an active matrix type liquid crystal display device. In an active matrix type liquid crystal display device, one or more TFTs are arranged in each of hundreds of thousands or more of pixel electrodes arranged in a matrix, and charges supplied to the pixel electrodes are controlled by the TFTs.
[0004]
Although it is easy to use an amorphous semiconductor film as a semiconductor film used for a TFT, there is a problem in that it cannot be used for a TFT that requires low carrier mobility and requires high-speed operation. In order to obtain high TFT characteristics, a crystalline semiconductor film may be used.
[0005]
One of crystalline semiconductor films is a polycrystalline semiconductor film. As a method for forming a polycrystalline semiconductor film, a method in which an amorphous semiconductor film is crystal-grown by heat treatment at around 600 ° C. (solid phase growth method), or an amorphous semiconductor film is melted by irradiating an excimer laser. A (re) crystallization method (excimer laser annealing method) is known. The formation of the polycrystalline semiconductor film by the excimer laser annealing method can give a high energy only to the amorphous semiconductor film without greatly increasing the temperature of the substrate, so that a glass substrate can be used. Therefore, it has been put to practical use in the manufacture of low-temperature process polycrystalline silicon TFTs using a large area substrate.
[0006]
In recent years, a crystallization method using a linear laser beam has been widely used. In this method, the irradiation position is gradually shifted in the beam width direction, and the crystallization process is performed on the entire surface of the substrate. That is, the amorphous semiconductor film is subjected to laser irradiation a plurality of times.
[0007]
For example, Patent Document 1 discloses a method of increasing the size of crystal grains using a crystallization method using a linear laser beam. In Patent Document 1, a thermal insulation layer is formed on both surfaces of an amorphous semiconductor film, and a crystalline semiconductor film is formed by laser irradiation. The thermal conductivity of the heat retaining layer is preferably 0.3 W / m · K or less, which is extremely low compared to the thermal conductivity of the substrate (1.4 W / m · K in the case of a quartz substrate). In Patent Document 1, the number of crystal nuclei generated in the crystalline semiconductor film is reduced by providing the above heat retaining layer and slowing down the cooling rate of the semiconductor film, and as a result, large crystal grains are formed.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-26331 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
When a TFT is manufactured using a crystalline semiconductor film having a crystal grain size that is not sufficient, a large number of crystal grain boundaries enter the channel region, which causes a decrease in electrical characteristics and variations in characteristics of the TFT. In order to manufacture a higher performance semiconductor device, it is required to obtain a crystalline semiconductor film having large crystal grains. However, even if the method disclosed in Patent Document 1 is used, the crystal grain size is sufficiently large. A large crystalline semiconductor film cannot be obtained.
[0010]
An object of the present invention is to provide a crystalline semiconductor film having larger crystal grains than the conventional one, a manufacturing method thereof, and the like.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a crystalline semiconductor film of the present invention includes: (a) preparing a substrate formed of a material having a thermal conductivity W0 or a substrate having a base insulating film having a thermal conductivity W0 on the surface; (B) forming a first insulating film having a thermal conductivity W1 satisfying a relational expression of W1> W0 on the substrate; and (c) a semiconductor in an amorphous state on the first insulating film. Forming a film; (d) forming a second insulating film having a thermal conductivity W2 satisfying a relational expression of W2> W0 on the semiconductor film; and (e) via the second insulating film. A crystallization step of applying energy to a predetermined region of the semiconductor film to crystallize the predetermined region, thereby solving the above problem.
[0012]
For example, the thermal conductivity W2 is 10 W / m · K or more.
[0013]
For example, the thermal conductivity W1 is 10 W / m · K or more.
[0014]
For example, the thermal conductivity W0 is 5 W / m · K or less.
[0015]
In one embodiment, a third insulating film having a thermal conductivity W3 is further disposed between the substrate formed of the material having the thermal conductivity W0 and the first insulating film, and W3 ≦ The relational expression of W1 is satisfied.
[0016]
The thermal conductivity W3 further satisfies the relational expression of W3 ≦ W2.
[0017]
The third insulating film may include a silicon oxide compound.
[0018]
A fourth insulating film is further disposed between the first insulating film and the semiconductor film, and an interface state density between the fourth insulating film and the semiconductor film is the same as that of the first insulating film. It may be smaller than the interface state density with the semiconductor film.
[0019]
The first insulating film may include at least one of a silicon nitride compound, a silicon nitride oxide compound, an aluminum oxide compound, and an aluminum nitride compound.
[0020]
The second insulating film may include at least one of a silicon nitride compound, a silicon nitride oxide compound, an aluminum oxide compound, and an aluminum nitride compound.
[0021]
The semiconductor film may include silicon.
[0022]
The first insulating film may have a thickness of 50 nm or more.
[0023]
The thickness of the second insulating film may be 50 nm or more.
[0024]
The film thickness of the semiconductor thin film may be 10 nm or more and 200 nm or less.
[0025]
The film thickness of the base insulating film may be 100 nm or more.
[0026]
The application of energy is preferably performed by irradiation with laser light having a wavelength of 400 nm or less.
[0027]
The application of the energy has an energy density of 250 mJ / cm. ² 500 mJ / cm ² It is preferably performed by irradiation with the following pulsed laser light.
[0028]
The crystallization process preferably includes a lateral growth process.
[0029]
The energy application is preferably performed by step-scanning a pulsed laser beam in the lateral direction.
[0030]
The crystalline semiconductor film of the present invention is manufactured by the manufacturing method described above, thereby solving the above problems.
[0031]
The semiconductor device of the present invention is configured using the crystalline semiconductor film described above, thereby solving the above-described problems.
[0032]
A display device according to the present invention includes the semiconductor device described above, thereby solving the above-described problem.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the present invention, the fact that the crystal grain size cannot be sufficiently increased when the crystalline semiconductor film manufacturing method of Patent Document 1 is used is due to the fact that the in-plane temperature distribution of the semiconductor film is ignored. Based on. That is, in the method for manufacturing a crystalline semiconductor film of Patent Document 1, since a heat insulating layer having extremely low thermal conductivity is formed on both sides of the semiconductor film, a large temperature gradient is formed in the surface of the semiconductor film. As a result, the crystal grain size cannot be made sufficiently large. The present inventors focused on the temperature gradient in the plane of the semiconductor film and studied to increase the crystal grain size.
[0034]
The method for producing a crystalline semiconductor film of the present invention includes: (a) preparing a substrate formed of a material having a thermal conductivity W0 or a substrate having a base insulating film having a thermal conductivity W0 on the surface; (B) forming a first insulating film having a thermal conductivity W1 satisfying W1> W0 on the substrate; and (c) forming a semiconductor film in an amorphous state on the first insulating film. (D) forming a second insulating film having a thermal conductivity W2 satisfying W2> W0 on the semiconductor film; and (e) applying energy to a predetermined region of the semiconductor film via the second insulating film. And a crystallization step of crystallizing the predetermined region.
[0035]
In the method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to the present invention, a first semiconductor having a thermal conductivity higher than W0 on a substrate having thermal conductivity W0 (or a substrate having a base insulating film having thermal conductivity W0 on the surface). The main feature is that an amorphous semiconductor film sandwiched between one insulating film and a second insulating film is disposed, and energy is applied to a predetermined region of the semiconductor film through the second insulating film. Yes.
[0036]
In the manufacturing method of Patent Document 1, a heat insulating layer that is extremely lower than the thermal conductivity of the substrate (for example, having a thermal conductivity of about 1/5 that of a quartz substrate) is formed on both sides of the semiconductor film. When a laser beam is irradiated on the semiconductor film, there is a very large temperature difference between the non-irradiated region in contact with the laser beam irradiation region and the central portion of the irradiated region, and a large temperature gradient is formed in the surface of the semiconductor film. Is done.
[0037]
On the other hand, in the method for producing a crystalline semiconductor film of the present invention, the first and second insulations each having a thermal conductivity higher than the thermal conductivity W0 of the substrate or the base insulating film on the surface of the substrate on both sides of the semiconductor film. Since the film is provided, when energy is applied to the semiconductor film, heat is effectively diffused from the upper surface and the lower surface of the semiconductor film to the second insulating film and the first insulating film, respectively. As a result, the temperature gradient in the semiconductor film surface can be made gentler than the manufacturing method of Patent Document 1, and the melting region can be expanded. Therefore, a crystalline semiconductor film having a larger crystal grain and a larger crystal growth distance can be obtained as compared with the case where the manufacturing method of Patent Document 1 is used.
[0038]
The thermal conductivities W1 and W2 are, for example, 10 W / m · K or more, and W0 is, for example, 5 W / m · K or less. As the substrate, for example, a glass substrate (1 W / m · K), a quartz substrate (1.4 W / m · K), or the like can be used. When an extremely high thermal conductivity material such as a silicon wafer is used for a substrate, a base insulating film having a thermal conductivity of 5 W / m · K or less, for example, may be formed on the surface of the substrate. The thickness is preferably 100 nm or more, for example.
[0039]
The thickness of the first insulating film and the second insulating film is preferably, for example, 50 nm or more. When the thickness of the insulating film is in the above range, the temperature gradient in the surface of the semiconductor film is made sufficiently gentle. be able to.
[0040]
The thickness of the amorphous semiconductor film is preferably 10 nm or more and 200 nm or less, for example. If the thickness of the amorphous semiconductor film is within the above range, when energy is applied to the semiconductor film in the crystallization step, the semiconductor film is sufficiently absorbed and easily melts. Moreover, since excessive energy is not required for melting the semiconductor film, the semiconductor film can be stably melted, and a gentle temperature gradient can be easily formed in the semiconductor film surface.
[0041]
In the method for producing a crystalline semiconductor film of the present invention, energy is imparted to the semiconductor film, for example, by irradiating a pulsed laser beam. For example, the laser beam has a wavelength of 400 nm or less and an energy density of 250 mJ / cm. ² 500 mJ / cm ² The following pulsed laser light is preferably used. When the energy density of the laser beam is within the above range, the semiconductor film can be sufficiently melted and scattering of part of the semiconductor film does not occur.
[0042]
In the following description, an example in which energy is applied to a semiconductor film using a pulsed laser beam is shown. However, the present invention is not limited to this. it can.
[0043]
The crystallization step (b) preferably includes a lateral growth step. In the lateral growth step, it is preferable that the energy is applied to the semiconductor film by step-scanning the pulse laser beam in a predetermined direction. Hereinafter, the lateral growth process will be described in detail with reference to FIGS. 2B to 2D are top views of the substrate on which the first and second insulating films and the semiconductor film in an amorphous state are formed, and are schematic diagrams for explaining the lateral growth process. It is.
[0044]
The lateral growth step includes, for example, the following first to third crystallization steps.
[0045]
First, as shown in FIG. 2B, in the first crystallization step, energy is applied to the first region 50A of the semiconductor film 3, thereby forming crystal grains in the first region 50A.
[0046]
After the first crystallization step, as shown in FIG. 2C, energy is applied to the second region 50B separated from the first region 50A by a first distance P in the predetermined direction 6 in the second crystallization step. By doing so, the crystal grains are grown in a predetermined direction. Here, the first distance P (the separation distance between the first region 50A and the first region 50b. Hereinafter, sometimes referred to as a scanning pitch) is the predetermined value of the crystal grains formed by the first crystallization step. It is set to be shorter than the length in the direction 6.
[0047]
After the second crystallization step, a plurality of regions 50C separated from the second region 50B by a second distance (for example, P equal to the first distance) from the second region 50B toward the predetermined direction 6 in the third crystallization step, The crystal grains are further grown in the predetermined direction 6 by sequentially applying energy from the second region 50B to the predetermined direction 6 to each of 50D, 50E,.
[0048]
The first to third crystallization steps described above are included in the lateral growth step.
[0049]
In the manufacturing method of the present invention, the crystal growth distance by one laser irradiation can be made larger than that of Patent Document 1, so that the scanning pitch is increased compared with the case where lateral growth is applied to the crystallization process of Patent Document 1, and the laser shot is performed. The effect that the number can be reduced is obtained.
[0050]
Note that the crystallization process is not limited to a process including a lateral growth process. In the manufacturing method of the present invention, the crystal growth distance by one laser irradiation can be made longer than that of Patent Document 1, and therefore, when the crystal growth distance by one laser irradiation is sufficient, the crystalline semiconductor film is irradiated by a plurality of times. There is no need to do so, and a sufficiently large crystal grain can be formed at a desired position.
[0051]
In the manufacturing method of the present invention, the semiconductor film having both surfaces sandwiched between the first and second insulating films having a thermal conductivity higher than the thermal conductivity W0 of the substrate (or the base insulating film disposed on the substrate) As long as it is disposed on the substrate (or the base insulating film disposed on the substrate), for example, a further insulating film may be provided between the substrate and the first insulating film. The further insulating film (third insulating film) has, for example, a thermal conductivity W3 (W3 <W1) smaller than the thermal conductivity W1 of the first insulating film. Furthermore, the thermal conductivity W3 is smaller than the thermal conductivity W2 of the second insulating film (W3 <W2). By providing the third insulating film, heat diffusion to the substrate can be prevented and the melting time of the semiconductor film can be increased, so that the crystal growth distance can be increased and a crystalline semiconductor film having large crystal grains can be obtained. Can do.
[0052]
When a semiconductor device is configured using the crystalline semiconductor film of the present invention, the carrier mobility is higher, the threshold voltage is lower, and the performance is higher than when the crystalline semiconductor film of Patent Document 1 is used. A semiconductor device can be obtained. Therefore, for example, a transistor with higher performance than the conventional one can be obtained by manufacturing a transistor using the crystalline semiconductor film of the present invention. In addition, a high-performance semiconductor element in which variation in characteristics is suppressed can be manufactured with high density by using one crystalline semiconductor film. This crystalline semiconductor film is suitably used for a display device, for example. For example, this crystalline semiconductor film is suitably used for manufacturing a pixel TFT of an active matrix liquid crystal display device and a TFT of a drive circuit.
[0053]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described by taking a silicon (silicon) film as an example. Note that the present invention is not limited to a silicon film but can be widely applied to various semiconductor films containing germanium, gallium, or the like (for example, a SiGe film, a GaAs film, a GaP film, an InP film).
[0054]
(Embodiment 1)
Hereinafter, a method for manufacturing a crystalline silicon film according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0055]
First, as shown in FIG. 1A, TEOS (tetraethoxysilane) gas and O ₃ 200 nm thick SiO 2 by plasma CVD using gas ₂ Film 2 (thermal conductivity 1.4 W / m · K) is formed. As the substrate 1, a substrate having an insulating surface such as a glass substrate (thermal conductivity 1 / m · K or less) or a quartz substrate (thermal conductivity 1.4 W / m · K) is used. Alternatively, a silicon wafer may be used for the substrate 1.
[0056]
Since a glass substrate or a quartz substrate has a sufficiently low thermal conductivity, when a glass substrate or a quartz substrate is used as the substrate 1, SiO 2 ₂ The film 2 may be omitted. However, when a glass substrate is used as the substrate 1, SiO 2 ₂ If the film 2 is provided, an effect of suppressing contamination by impurities generated from the surface of the glass substrate can be obtained. On the other hand, a silicon wafer has an extremely high thermal conductivity compared to, for example, a glass substrate or a quartz substrate. ₂ By providing the film 2, the same effect as when a glass substrate or a quartz substrate is used as the substrate 1 can be obtained. The insulating film formed on the surface of the substrate 1 is SiO. ₂ For example, an insulating film having a thermal conductivity of about 5 W / m · K or less is preferably used.
[0057]
SiO ₂ After the film 2 is formed, as shown in FIG. ₂ A SiN film 3 having a thickness of 100 nm is formed on the film 2. The thermal conductivity of the SiN film 3 is about 20 W / m · K. After forming the SiN film 3, as shown in FIG. 1 (c), the SiN film 3 is formed on the SiN film 3 by a low pressure CVD method. ₂ H ₆ An amorphous silicon film 4 having a thickness of 50 nm is formed using a gas. After the amorphous silicon film 4 is formed, a SiN film 5 having a thickness of 100 nm is formed so as to cover the amorphous silicon film 4 by plasma CVD as shown in FIG.
[0058]
As described above, the steps shown in FIGS. ₂ On the film 2 (or SiO ₂ If the film 2 is omitted, on the substrate) SiO 2 ₂ An amorphous silicon film 4 whose both surfaces are covered with a pair of insulating films 2 and 4 higher than the thermal conductivity of the film 2 (or substrate) is provided.
[0059]
In the present embodiment, the SiN film is used as the insulating films 2 and 4 covering both surfaces of the amorphous silicon film 4. However, the present invention is not limited to this, and the silicon nitride compound, silicon nitride oxide compound, aluminum oxide compound, and aluminum nitride are not limited thereto. The same effect can be obtained even when a film containing at least one of the compounds is used.
[0060]
Next, the substrate 1 on which the insulating films 2, 3, 5 and the silicon film 4 are laminated is irradiated with laser from the upper side of the substrate 1 as shown in FIG. In this embodiment, an excimer laser having a rectangular beam profile (wavelength: 400 nm, energy density: 400 mJ / cm ² ) Was used. The rectangular beam profile is formed by using, for example, a slit, the length of the short side is 2 μm, and the length of the long side is generally set according to the size of the substrate, for example, on the order of several hundred mm.
[0061]
In the present embodiment, the laser beam 7 is step-scanned by a predetermined distance P from the first region 50A in the predetermined direction 6 as shown in FIGS. By this step scanning, each of the regions 50B, 50C, 50D, 10E,... Separated from the first region 50A by the predetermined distance P is sequentially irradiated with the laser beam 7, and the crystal in the lateral direction (direction 6). Grown grains. In this embodiment, the pitch P is set to 1 μm.
[0062]
Here, energy is selectively applied to the amorphous silicon film 4 by the excimer laser irradiation and melts. At this time, a temperature distribution is formed in the amorphous silicon film 4 depending on the energy density distribution 9 of the laser beam 7.
[0063]
FIG. 3 shows an energy density distribution 9 (with respect to the short side direction of the laser beam) of the excimer laser. FIG. 4A is a graph showing temperature distributions 11a (at the time of laser irradiation) and 11b (at T seconds after the laser irradiation) in the amorphous silicon film when laser irradiation is performed using the manufacturing method of Patent Document 1. (B) shows temperature distributions 10a (at the time of laser irradiation) and 10b (at T seconds after laser irradiation) in the amorphous silicon film 4 when laser irradiation is performed using the manufacturing method of the first embodiment. It is a graph. However, FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the principle. In practice, a smooth parabola may not be obtained due to various influences.
[0064]
When laser irradiation is performed using the manufacturing method of the first embodiment, SiO 2 is formed on both sides of the amorphous silicon film 4. ₂ Since the pair of SiN films 3 and 5 having a higher thermal conductivity than the film 2 (or the substrate 1) are provided, heat is effectively diffused from both sides of the silicon film 4 to the SiN films 3 and 5, respectively. For this reason, the silicon film 4 is melted beyond the region directly irradiated with the laser to the periphery of the region irradiated with the laser. Therefore, as shown in the temperature distribution graph 10a in FIG. 4B, the temperature rises in a region exceeding the short side length 8 of the laser beam 7 (laser width in the moving direction of the excimer laser). Further, since the melted area by laser irradiation is larger than the laser irradiation area, as shown in the temperature distribution graph 10b of FIG. 4B, after the elapse of T seconds from the laser irradiation, the end of the laser width (from the center of the laser). For example, a point A separated by a distance P in the width direction of the laser can be kept in a molten state.
[0065]
On the other hand, when laser irradiation is performed using the manufacturing method of Patent Document 1, since a heat insulating layer having extremely low thermal conductivity is disposed on both sides of the amorphous silicon film 4, the amorphous layer irradiated with laser is used. The region of the silicon film 4 is difficult to thermally diffuse, and only the region almost identical to the region directly irradiated with the laser is melted. Therefore, as shown in the graph 11a of the temperature distribution in FIG. 4A, the lateral width of the region in the silicon film surface where the temperature rises is less than the length 8 of the short side of the laser beam 7 in the silicon film surface. is there. In addition, since the melted area by laser irradiation is about the same as the laser irradiation area and smaller than that of the first embodiment, as shown in the temperature distribution graph 10b of FIG. The end portion (point A separated from the center of the laser by a distance P, for example, in the width direction of the laser) is already solidified.
[0066]
As can be seen by comparing FIG. 4A and FIG. 4B, in the manufacturing method of the first embodiment, the temperature gradient in the silicon film 4 surface due to laser irradiation is more gradual than the manufacturing method of Patent Document 1. Can be. Therefore, compared with the case where the manufacturing method of Patent Document 1 is used, a semiconductor thin film having a larger crystal grain can be obtained by increasing the crystal growth distance. In the manufacturing method of the present embodiment, the melting time of the silicon film 4 at the end of the laser irradiation region can be made longer than that in the manufacturing method of Patent Document 1, so that the scanning pitch of the laser beam can be expanded. Also, the number of laser shots can be reduced.
[0067]
(Embodiment 2)
In the second embodiment, a further insulating film (SiO 2) is interposed between the silicon film 4 and the SiN film 3. ₂ This is different from the first embodiment in that a (membrane) 20 is disposed. In the second embodiment, the SiO ₂ By disposing the film 20, the interface state density on the surface of the silicon film 4 can be reduced as compared with the case where the silicon film 4 and the SiN film 3 are in direct contact with each other. Hereinafter, a method for manufacturing a crystalline silicon film according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Note that description of the same steps as those in the first embodiment is omitted.
[0068]
As in the first embodiment, as shown in FIG. ₂ Film 2 (thermal conductivity 1.4 W / m · K) is formed. As the substrate 1, a substrate having an insulating surface such as a glass substrate or a quartz substrate is used. Alternatively, a silicon wafer may be used. When a glass substrate or a quartz substrate is used as the substrate 1, SiO 2 ₂ The film 2 may be omitted.
[0069]
SiO ₂ After the film 2 is formed, the SiN film 3 is formed as shown in FIG. After the SiN film 3 is formed, SiO 2 is formed by plasma CVD. ₂ The film 20 is formed to 10 nm, and this SiO 2 ₂ An amorphous silicon film 4 having a thickness of 50 nm is formed on the film 20 as shown in FIG.
[0070]
Between the silicon film 4 and the SiN film 3, a further insulating film, SiO ₂ By disposing the film 20, the interface state density on the surface of the silicon film 4 can be reduced as compared with the case where the silicon film 4 and the SiN film 3 are in direct contact with each other. SiO ₂ The thermal conductivity (1.4 W / m · K) of SiN is lower than that of SiN (20 W / m · K). ₂ By setting the thickness of the film 20 to about 10 nm, it is possible to suppress the influence of the temperature gradient in the surface of the silicon film 4. That is, as will be described later with reference to FIG. ₂ Even in the case where the film 20 is disposed, the temperature gradient in the surface of the silicon film 4 after laser irradiation can be moderated as in the first embodiment.
[0071]
Next, as in Embodiment 1, a SiN film 5 having a thickness of 100 nm is formed as shown in FIG.
[0072]
As described above, the steps shown in FIGS. ₂ On the film 2 (or SiO ₂ If the film 2 is omitted, on the substrate) SiO 2 ₂ An amorphous silicon film 4 is provided in which a pair of insulating films 2 and 4 having a higher thermal conductivity than the film 2 (or substrate) are disposed on the upper and lower surfaces.
[0073]
In this embodiment, the lower surface of the silicon film 4 is made of SiO. ₂ A film 20 is formed, and SiO 2 is formed on the upper surface of the silicon film 4. ₂ The film 20 may be formed, or SiO 2 may be formed on both the upper and lower surfaces of the silicon film 4. ₂ The film 20 may be formed.
[0074]
Next, as shown in FIG. 5A, laser irradiation is performed on the substrate 1 on which the insulating films 2, 3, 5, 20 and the silicon film 4 are stacked, as shown in FIG.
[0075]
FIG. 7 shows an energy density distribution 9 (with respect to the short side direction of the laser) of the excimer laser. FIG. 8A is a schematic diagram of the temperature distribution 11 in the amorphous silicon film when laser irradiation is performed using the manufacturing method of Patent Document 1, and FIG. 8B shows the manufacturing method of the second embodiment. It is a schematic diagram of the temperature distribution 10 in the amorphous silicon film 4 when used and irradiated with laser.
[0076]
As shown in FIGS. 8A and 8B, in the second embodiment, as in the first embodiment, the temperature gradient in the surface of the silicon film 4 due to laser irradiation can be made gentler than the manufacturing method of Patent Document 1. In the second embodiment, SiO 2 is interposed between the silicon film 4 and the SiN film 3. ₂ Although the film 20 is provided, the temperature gradient in the surface of the silicon film 4 remains gentle as in the first embodiment.
[0077]
Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the melting time can be made longer than that in the manufacturing method of Patent Document 1. Therefore, compared with the case where the manufacturing method of Patent Document 1 is used, a semiconductor thin film having a larger crystal grain can be obtained by increasing the crystal growth distance. Similarly to the first embodiment, the melting time of the silicon film 4 at the end of the laser irradiation region can be made longer than that in the manufacturing method of Patent Document 1, so that the scanning pitch of the laser beam can be increased, and the laser It is also possible to reduce the number of shots.
[0078]
(Embodiment 3)
In the third embodiment, a semiconductor device such as a liquid crystal driver, a semiconductor memory, a semiconductor logic circuit, or the like including a thin film transistor manufactured using the crystalline silicon film obtained by the manufacturing method of the first embodiment or the second embodiment described above is provided. Make it. FIG. 9 is a cross-sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment. Hereinafter, the method for manufacturing the semiconductor device of Embodiment 3 will be described with reference to FIG.
[0079]
First, for example, a crystalline silicon film is produced by the method of Embodiment 1, and CF ₄ Gas and CHF ₃ The entire surface of the SiN film 5 on the crystalline silicon film is removed by a reactive ion etching method (RIE method) using a gas. Thereafter, as shown in FIG. ₄ Gas and O ₂ Patterning is performed by RIE using gas.
[0080]
Next, using a known manufacturing method for a normal thin film transistor, TEOS gas and O ₃ Gate SiO by plasma CVD using gas ₂ A film 25 is formed, and further WSi is formed by sputtering. ₂ / After forming the polycrystalline Si gate electrode 26, CF ₄ Gas and O ₂ Patterning into a desired shape is performed by the RIE method using gas. Further, P and B are implanted into the source and drain by ion doping, and TEOS gas and O ₃ SiO 2 by plasma CVD using gas ₂ After forming the film 27, CF ₄ Gas and CHF ₃ Contact hole etching is performed by RIE using gas. An Al wiring 28 is formed on this by sputtering, and BCl. ₃ Gas and Cl ₂ Patterning is performed by RIE using gas. Next, SiH ₄ Gas and NH ₃ Gas and N ₂ A SiN protective film 29 is formed by a plasma CVD method using a gas, and a part of the SiN protective film 29 is CF ₄ Gas and CHF ₃ Patterning into a desired shape is performed by the RIE method using gas.
[0081]
Through the above process, a thin film transistor is manufactured.
[0082]
By using the obtained thin film transistor together with a semiconductor element such as a resistor or a capacitor, a semiconductor device such as a liquid crystal driver, a semiconductor memory, or a semiconductor logic circuit can be manufactured.
[0083]
(Embodiment 4)
In Embodiment 4, a liquid crystal display device is manufactured using a semiconductor device manufactured by a method similar to that of Embodiment 3. 10A and 10B are schematic views for explaining a method for manufacturing the liquid crystal display device according to the fourth embodiment. Hereinafter, this Embodiment 4 is demonstrated, referring FIG. 10 (a) and (b).
[0084]
As shown in FIG. 10A, the Al wiring 28 is formed on the glass substrate 1, for example, using the manufacturing method of Embodiment 3, and TEOS gas and O ₃ SiO 2 by plasma CVD using gas ₂ A film 30 is formed. In addition, CF ₄ Gas and CHF ₃ Through holes are formed by RIE using gas.
[0085]
Next, an ITO film 31 is formed as a pixel electrode by sputtering, and HCl and FeCl. ₃ After patterning using SiH, SiH ₄ Gas and NH ₃ Gas and N ₂ The SiN protective film 32 is formed by a plasma CVD method using a gas. A polyimide film 33 is formed as an alignment film on the SiN protective film 32 by an offset printing method, and a rubbing process is performed.
[0086]
On the other hand, as shown in FIG. 10 (b), a film provided with a photosensitive resin thin film of red, green and blue is thermally bonded to an insulating substrate 34 such as another glass substrate, transferred, and patterned by a photolithography process. Further, a black matrix portion is similarly formed in a space between red, green, and blue, and the color filter 35 is manufactured. An ITO film 36 is formed thereon by sputtering, and a polyimide film 37 is formed as an alignment film by offset printing, followed by rubbing.
[0087]
A substrate 1 (FIG. 10A) on which a semiconductor device such as a thin film transistor is formed and a substrate 34 (FIG. 10B) on which a color filter 35 or the like is formed are bonded together with a seal resin. At the time of bonding, spherical silica is sprayed between the two substrates in order to make the space between the two substrates constant. After injecting a liquid crystal material between both substrates, a polarizing plate is pasted, and a driver IC or the like is mounted around the periphery to manufacture a liquid crystal display device.
[0088]
【The invention's effect】
According to the present invention, a crystalline semiconductor film having larger crystal grains than the conventional one and a manufacturing method thereof can be obtained.
[0089]
By using the crystalline semiconductor film of the present invention, a high-performance semiconductor device with high carrier mobility and low threshold voltage can be manufactured. In addition, the crystalline semiconductor film of the present invention is suitably used for manufacturing a pixel TFT of an active matrix liquid crystal display device and a TFT of a drive circuit.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a semiconductor film of Embodiment 1. FIGS.
FIGS. 2A to 2D are schematic views for explaining a method for manufacturing a semiconductor thin film according to Embodiment 1. FIGS.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an energy distribution of an excimer laser.
4A is a schematic diagram showing a temperature distribution in a conventional silicon film, and FIG. 4B is a schematic diagram showing a temperature distribution in the silicon film of Embodiment 1. FIG.
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor film of Embodiment 2. FIGS.
6 is a schematic diagram for explaining a method for producing a semiconductor thin film according to Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an energy distribution of an excimer laser.
8A is a schematic diagram showing a temperature distribution in a conventional silicon film, and FIG. 8B is a schematic diagram showing a temperature distribution in a silicon film according to the second embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view for illustrating the manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment.
FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a liquid crystal display device according to Embodiment 4. FIGS.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 SiO ₂ film
3 SiN film
4 Amorphous silicon film
5 SiN film
6 Predetermined direction
7 Laser beam
8 Length of short side of laser beam
9 Energy density distribution of excimer laser
10 Temperature distribution in amorphous silicon film of embodiment (during laser irradiation)
10a Temperature distribution in the amorphous silicon film of the embodiment (during laser irradiation)
10b Temperature distribution in the amorphous silicon film of the embodiment (T seconds after laser irradiation)
11 Temperature distribution in amorphous silicon film of Patent Document 1 (during laser irradiation)
11a Temperature distribution in amorphous silicon film of Patent Document 1 (during laser irradiation)
11b Temperature distribution in the amorphous silicon film of Patent Document 1 (T seconds after laser irradiation)
20 SiO ₂ film
24 crystalline silicon film
25 Gate SiO ₂ film
26 Gate electrode
28 Al wiring
29 SiN protective film
31 ITO film
32 SiN protective film
33 Polyimide film
35 Color filter
36 ITO film
37 Polyimide film

Claims

（ａ）熱伝導率Ｗ０を有する材料から形成された基板、または、熱伝導率Ｗ０を有する下地絶縁膜を表面に有する基板を用意する工程と、
（ｂ）前記基板上に、Ｗ１＞Ｗ０の関係式を満たす熱伝導率Ｗ１を有する第１絶縁膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第１絶縁膜上に、非晶質状態にある半導体膜を形成する工程と、
（ｄ）前記半導体膜上に、Ｗ２＞Ｗ０の関係式を満たす熱伝導率Ｗ２を有する第２絶縁膜を形成する工程と、
（ｅ）前記第２絶縁膜を介して前記半導体膜の所定の領域にエネルギーを付与し、前記所定の領域を結晶化する結晶化工程とを包含する、結晶質半導体膜の製造方法。(A) preparing a substrate formed of a material having a thermal conductivity W0 or a substrate having a base insulating film having a thermal conductivity W0 on the surface;
(B) forming a first insulating film having a thermal conductivity W1 that satisfies the relational expression of W1> W0 on the substrate;
(C) forming a semiconductor film in an amorphous state on the first insulating film;
(D) forming a second insulating film having a thermal conductivity W2 that satisfies the relational expression of W2> W0 on the semiconductor film;
(E) A method of manufacturing a crystalline semiconductor film, comprising: a crystallization step of applying energy to a predetermined region of the semiconductor film through the second insulating film to crystallize the predetermined region.

前記熱伝導率Ｗ２は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１に記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method for producing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the thermal conductivity W2 is 10 W / m · K or more.

前記熱伝導率Ｗ１は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１または２に記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 1 or 2, wherein the thermal conductivity W1 is 10 W / m · K or more.

前記熱伝導率Ｗ０は５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、請求項１から３のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the thermal conductivity W0 is 5 W / m · K or less.

前記熱伝導率Ｗ０を有する材料から形成された前記基板と、前記第１絶縁膜との間に、熱伝導率Ｗ３を有する第３絶縁膜がさらに配置されており、Ｗ３≦Ｗ１の関係式を満たす、請求項１から４のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。A third insulating film having a thermal conductivity W3 is further disposed between the substrate formed of the material having the thermal conductivity W0 and the first insulating film, and a relational expression of W3 ≦ W1 is established. The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the method is satisfied.

前記熱伝導率Ｗ３は、Ｗ３≦Ｗ２の関係式を満たす、請求項５に記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method of manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 5, wherein the thermal conductivity W3 satisfies a relational expression of W3 ≦ W2.

前記第３絶縁膜は、酸化珪素化合物を含む、請求項５または６に記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 5, wherein the third insulating film contains a silicon oxide compound.

前記第１絶縁膜と前記半導体膜との間に、第４絶縁膜がさらに配置されており、
前記第４絶縁膜と前記半導体膜との間の界面準位密度は、前記第１絶縁膜と前記半導体膜との間の界面準位密度よりも小さい、請求項１から７のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。A fourth insulating film is further disposed between the first insulating film and the semiconductor film;
8. The interface state density between the fourth insulating film and the semiconductor film is smaller than an interface state density between the first insulating film and the semiconductor film. Of manufacturing a crystalline semiconductor film.

前記第１絶縁膜は、窒化珪素化合物、窒化酸化珪素化合物、酸化アルミニウム化合物および窒化アルミニウム化合物のうち、少なくともいずれか一つを含む、請求項１から８のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the first insulating film includes at least one of a silicon nitride compound, a silicon nitride oxide compound, an aluminum oxide compound, and an aluminum nitride compound. Production method.

前記第２絶縁膜は、窒化珪素化合物、窒化酸化珪素化合物、酸化アルミニウム化合物及び窒化アルミニウム化合物のうち、少なくともいずれか一つを含む請求項１から９のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。10. The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the second insulating film includes at least one of a silicon nitride compound, a silicon nitride oxide compound, an aluminum oxide compound, and an aluminum nitride compound. 11. Method.

前記半導体膜はシリコンを含む、請求項１から１０のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor film contains silicon.

前記第１絶縁膜の膜厚は５０ｎｍ以上である、請求項１から１１のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the film thickness of the first insulating film is 50 nm or more.

前記第２絶縁膜の膜厚は５０ｎｍ以上である、請求項１から１２のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method for producing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the film thickness of the second insulating film is 50 nm or more.

前記半導体薄膜の膜厚は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項１から１３のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor thin film has a thickness of 10 nm to 200 nm.

前記下地絶縁膜の膜厚は１００ｎｍ以上である、請求項１から１４のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the base insulating film has a thickness of 100 nm or more.

前記エネルギーの付与は、波長４００ｎｍ以下のレーザ光の照射によって行われる、請求項１から１５のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method for producing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the application of energy is performed by irradiation with laser light having a wavelength of 400 nm or less.

前記エネルギーの付与は、エネルギー密度が２５０ｍＪ／ｃｍ^２以上５００ｍＪ／ｃｍ^２以下のパルスレーザ光の照射によって行われる、請求項１から１６のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。The application of energy, the energy density is carried out by irradiation of 250 mJ / cm ² or more 500 mJ / cm ² or less of the pulsed laser light, the manufacturing method of the crystalline semiconductor film according to any of claims 1 to 16.

前記結晶化工程は、横方向成長工程を包含する、請求項１から１７のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。The method for producing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the crystallization step includes a lateral growth step.

前記エネルギー付与は、パルスレーザビームを横方向にステップ走査することによって実行される、請求項１８に記載の結晶質半導体膜の製造方法。The crystalline semiconductor film manufacturing method according to claim 18, wherein the energy application is performed by step-scanning a pulse laser beam in a lateral direction.

請求項１から請求項１９のいずれかに記載の製造方法によって製造される結晶質半導体膜。A crystalline semiconductor film manufactured by the manufacturing method according to claim 1.

請求項２０に記載の結晶質半導体膜を用いた半導体装置。21. A semiconductor device using the crystalline semiconductor film according to claim 20.

請求項２１に記載の半導体装置を備える表示装置。A display device comprising the semiconductor device according to claim 21.