JP2007115786A

JP2007115786A - Semiconductor substrate and its manufacturing method

Info

Publication number: JP2007115786A
Application number: JP2005303707A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Nakamura; 好伸中村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-05-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor substrate by which a semiconductor substrate provided with a crystalline semiconductor film superior in crystallinity can be stably manufactured. <P>SOLUTION: This method is used to manufacture a semiconductor substrate wherein a crystalline semiconductor film is provided on an insulating substrate. In this case, when an amorphous semiconductor film on the insulating substrate is formed into a crystalline semiconductor film, a crystallization step is conducted at least three times. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体基板の製造方法及び半導体基板に関する。より詳しくは、電界効果トランジスタ基板及び液晶表示装置等の表示装置に用いられる薄膜半導体装置等の製造方法に好適な半導体基板の製造方法、並びに、それを用いて得られる半導体基板及び表示装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor substrate manufacturing method and a semiconductor substrate. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor substrate suitable for a method of manufacturing a thin film semiconductor device used in a display device such as a field effect transistor substrate and a liquid crystal display device, and a semiconductor substrate and a display device obtained using the semiconductor substrate It is.

半導体基板は、半導体の電気特性を利用した能動素子を備えた電子回路を有する基板であり、例えば、オーディオ機器、通信機器、コンピュータ、家電機器等に広く応用されている。なかでも、薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」ともいう）やＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を備えた半導体基板は、アクティブマトリクス型液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス表示装置等の薄型表示装置におけるスイッチング素子や制御回路等として用いられる等、幅広い分野で利用されている。 A semiconductor substrate is a substrate having an electronic circuit including an active element that utilizes electrical characteristics of a semiconductor, and is widely applied to, for example, audio equipment, communication equipment, computers, home appliances, and the like. In particular, a semiconductor substrate including a field effect transistor (FET) such as a thin film transistor (hereinafter also referred to as “TFT”) or a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor is an active matrix liquid crystal display device, an organic electroluminescence display device, or the like. It is used in a wide range of fields such as switching elements and control circuits in thin display devices.

近年、表示装置等に用いられる半導体基板において、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させ、結晶構造を有する半導体膜（以下、「結晶性半導体膜」ともいう）を形成する技術が広く研究されている。結晶性半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に高い移動度を有する。このため、結晶性半導体膜を用いたＴＦＴは、例えば、１枚のガラス基板上に駆動回路、画素部等を備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置等において、画素部用ＴＦＴ、又は、画素部用ＴＦＴ及び駆動回路用ＴＦＴ等として利用され、表示装置の高精細化及び高速動画表示を可能にしている。結晶性半導体膜形成のための結晶化法としては、ファーネスアニール炉を用いた熱アニール法、瞬間熱アニール法（ＲＴＡ法）、レーザアニール法等が検討されている。結晶化に際してはこれらの方法の内、いずれか一つ又は複数を組み合わせて行うことが可能である。 In recent years, in a semiconductor substrate used for a display device or the like, an amorphous semiconductor film formed over an insulating substrate such as glass is crystallized to have a crystal structure (hereinafter also referred to as “crystalline semiconductor film”). The technology that forms this has been extensively studied. A crystalline semiconductor film has very high mobility compared to an amorphous semiconductor film. Therefore, a TFT using a crystalline semiconductor film is, for example, a pixel portion TFT or a pixel portion TFT in an active matrix liquid crystal display device or the like provided with a drive circuit, a pixel portion, and the like on one glass substrate. It is used as TFTs, TFTs for driving circuits, etc., and enables high definition and high speed moving image display of display devices. As a crystallization method for forming a crystalline semiconductor film, a thermal annealing method using a furnace annealing furnace, a rapid thermal annealing method (RTA method), a laser annealing method, and the like have been studied. In crystallization, any one or a combination of these methods can be used.

ファーネスアニール炉を用いた熱アニール法で非晶質半導体膜を結晶化させるには、通常、６００℃以上で１０時間以上の熱処理を必要とする。このため、結晶化に適用できる基板材料としては、高価な石英等に限られてしまう。また、半導体基板の生産効率を上げるためには、基板を大面積化する必要が不可欠であり、近年では一辺が１ｍを越えるサイズの基板の使用も考慮されるようになってきているが、特に石英を大面積な基板に加工するのは非常に困難であった。 In order to crystallize an amorphous semiconductor film by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace, a heat treatment is usually required at 600 ° C. or more for 10 hours or more. For this reason, the substrate material applicable to crystallization is limited to expensive quartz or the like. In order to increase the production efficiency of a semiconductor substrate, it is indispensable to increase the area of the substrate. In recent years, the use of a substrate having a side exceeding 1 m has been considered. It was very difficult to process quartz into a large substrate.

そこで、結晶性半導体膜を形成する方法として、非晶質半導体の結晶化を助長する触媒元素を用いる熱結晶化法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。これによれば、従来課題とされていた結晶化温度の低温化及び処理時間の短縮化を可能としている。具体的には、非晶質半導体膜にニッケル、パラジウム、鉛等の元素を微量に添加し、その後６００℃にて１時間の熱処理を行うことによって結晶性半導体膜を形成している。しかしながら、熱結晶化法により形成された結晶性半導体膜を用いたＴＦＴは、トランジスタ特性の安定性及び信頼性の点で改善の余地があった。 Therefore, as a method for forming a crystalline semiconductor film, a thermal crystallization method using a catalytic element that promotes crystallization of an amorphous semiconductor has been disclosed (for example, see Patent Document 1). According to this, it is possible to reduce the crystallization temperature and the processing time, which have been regarded as conventional problems. Specifically, a crystalline semiconductor film is formed by adding a trace amount of an element such as nickel, palladium, lead, or the like to an amorphous semiconductor film and then performing heat treatment at 600 ° C. for 1 hour. However, a TFT using a crystalline semiconductor film formed by a thermal crystallization method has room for improvement in terms of stability and reliability of transistor characteristics.

それに対して、レーザアニール法は、基板の温度を余り上昇させることなく、半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることができるため、基板材料として、歪点の低いガラスは勿論、プラスチック等も用いることができる点で注目されている技術である。レーザアニール法としては、例えば、エキシマレーザに代表されるパルスレーザビームを、照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１００ｍｍ以上の線状となるように光学系にて成形し、レーザビームを移動させて、又は、レーザビームの照射位置を被照射体に対し相対的に移動させてアニールを行う方法が挙げられる。しかしながら、エキシマレーザ等を用いたレーザアニール法により形成した結晶性半導体膜においては、レーザ照射装置の不安定性から結晶粒子サイズのばらつきが発生しやすく、均一な結晶性を有する結晶性半導体膜を形成するといった点で工夫の余地があった。 On the other hand, the laser annealing method can give high energy only to the semiconductor film without excessively increasing the temperature of the substrate, so that glass having a low strain point as well as plastic or the like can be used as the substrate material. It is a technology that is attracting attention because it can be done. As the laser annealing method, for example, a pulsed laser beam typified by an excimer laser is shaped by an optical system so that a square spot of several centimeters square or a linear shape having a length of 100 mm or more is formed on the irradiated surface. There is a method in which annealing is performed by moving the beam or moving the irradiation position of the laser beam relative to the irradiated object. However, a crystalline semiconductor film formed by laser annealing using an excimer laser or the like is likely to cause variations in crystal grain size due to instability of the laser irradiation apparatus, and a crystalline semiconductor film having uniform crystallinity is formed. There was room for ingenuity to do.

また、これらの結晶化法を組み合わせ、非晶質半導体の結晶化を助長する触媒元素を用いて熱結晶化した後、レーザアニールを行う方法が開示されている（例えば、特許文献２〜７参照。）。また、レーザアニール法において、波長の異なるレーザ照射を２回行う技術が開示されている（例えば、特許文献８参照。）。これらによれば、非晶質半導体膜の結晶化工程を複数回含むことから、結晶性半導体膜の結晶性を向上させることができる。しかしながら、良好なトランジスタ特性を有するＴＦＴを安定的に製造することができないことがあった。
したがって、結晶性に優れた結晶性半導体膜を有する半導体基板を安定的に製造するという点で更に改善の余地があった。
特開平７−１８３５４０号公報特開平１０−１７３１９６号公報特開２０００−２１６０８９号公報特開２００１−９３８３５号公報特開２００１−３２６１７６号公報特開２００２−７６３６２号公報特開２００３−３７０６３号公報特開２００１−３３８８７３号公報 Further, a method is disclosed in which laser annealing is performed after combining these crystallization methods and performing thermal crystallization using a catalytic element that promotes crystallization of an amorphous semiconductor (see, for example, Patent Documents 2 to 7). .) Further, a technique for performing laser irradiation with different wavelengths twice in a laser annealing method is disclosed (for example, see Patent Document 8). According to these, since the crystallization process of the amorphous semiconductor film is included a plurality of times, the crystallinity of the crystalline semiconductor film can be improved. However, there are cases where TFTs having good transistor characteristics cannot be manufactured stably.
Therefore, there is room for further improvement in that a semiconductor substrate having a crystalline semiconductor film having excellent crystallinity is stably manufactured.
JP 7-183540 A JP-A-10-173196 JP 2000-216089 A JP 2001-93835 A JP 2001-326176 A JP 2002-76362 A JP 2003-37063 A JP 2001-338873 A

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、結晶性に優れた結晶性半導体膜を有する半導体基板を安定的に製造することが可能な半導体基板の製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a semiconductor substrate manufacturing method capable of stably manufacturing a semiconductor substrate having a crystalline semiconductor film having excellent crystallinity. To do.

本発明者は、結晶性に優れた結晶性半導体膜を有する半導体基板を安定的に製造することが可能な半導体基板の製造方法について種々検討したところ、結晶化を助長する触媒元素を用いて非晶質半導体膜を固相結晶成長により熱結晶化した後、更にレーザアニールを行い結晶性半導体膜を形成する方法（以下、「二段階結晶法」ともいう）に着目した。そして、固相結晶成長した結晶性半導体膜は、結晶粒径が数μｍから１００μｍを超える大きな結晶粒を含み、更にレーザビーム照射を行うことによって結晶性がより向上され、この結晶性半導体膜を活性層に用いたＴＦＴは、ほとんどの場合において良好なトランジスタ特性を有する一方、一部不充分なトランジスタ特性を示すことを確認した。 The present inventor has conducted various studies on a method for manufacturing a semiconductor substrate capable of stably manufacturing a semiconductor substrate having a crystalline semiconductor film having excellent crystallinity. As a result, a non-catalytic element that promotes crystallization is used. Attention was focused on a method (hereinafter, also referred to as “two-stage crystal method”) in which a crystalline semiconductor film is thermally crystallized by solid-phase crystal growth and then laser annealed to form a crystalline semiconductor film. The crystalline semiconductor film grown by solid phase crystal includes large crystal grains having a crystal grain size exceeding several μm to 100 μm, and the crystallinity is further improved by performing laser beam irradiation. It was confirmed that the TFT used for the active layer has good transistor characteristics in most cases, but partially shows insufficient transistor characteristics.

そこで、本発明者は、二段階結晶法を用いて形成された結晶性半導体膜を活性層に用いたＴＦＴの一部が不充分なトランジスタ特性を示した原因を詳細に調べたところ、固相結晶成長した結晶性半導体膜の結晶性を充分に向上させるために必要なレーザビーム照射のエネルギー密度のマージンは非常に狭く、また、レーザビーム照射のエネルギー密度が小さすぎると、固相結晶成長した結晶性半導体膜の結晶性を充分に向上できず、一方、レーザビーム照射のエネルギー密度が大きすぎると、固相結晶成長した結晶性半導体膜の大きな結晶粒が完全に溶融してしまい、場合によっては直径０．１μｍ以下の微結晶となり、この微結晶領域がＴＦＴの活性層として用いられるとトランジスタ特性が不充分となることが分かった。すなわち、固相結晶成長した結晶性半導体膜の結晶性を充分に向上させるには、固相結晶成長した結晶性半導体膜の大きな結晶粒が微結晶とならない程度のできるだけ大きなエネルギー密度でレーザビーム照射することが好ましいが、このような条件を満たすエネルギー密度のマージンは非常に狭く、レーザ照射装置の不安定性を考慮すると、結晶粒が大きく、かつ結晶性に優れた結晶性半導体膜を安定的に製造することは困難であり、結晶性半導体膜は少なくとも一部に微結晶領域を有するため、二段階結晶法で形成された結晶性半導体膜を活性層に用いたＴＦＴの一部は、トランジスタ特性が充分でないことが分かった。 Therefore, the present inventor examined in detail the cause of the insufficient transistor characteristics of a part of the TFT using a crystalline semiconductor film formed by a two-step crystallization method as an active layer. The margin of the energy density of the laser beam irradiation necessary to sufficiently improve the crystallinity of the crystallized crystalline semiconductor film is very narrow, and if the energy density of the laser beam irradiation is too small, solid phase crystal growth occurred. The crystallinity of the crystalline semiconductor film cannot be sufficiently improved. On the other hand, if the energy density of the laser beam irradiation is too large, the large crystal grains of the crystalline semiconductor film grown by solid phase crystal are completely melted. Is a microcrystal having a diameter of 0.1 μm or less, and it has been found that when this microcrystalline region is used as an active layer of a TFT, the transistor characteristics are insufficient. That is, in order to sufficiently improve the crystallinity of a crystalline semiconductor film grown by solid phase crystal, laser beam irradiation is performed with an energy density as large as possible so that large crystal grains of the crystalline semiconductor film grown by solid phase crystal do not become microcrystals. However, the energy density margin that satisfies these conditions is very narrow, and considering the instability of the laser irradiation apparatus, a crystalline semiconductor film having large crystal grains and excellent crystallinity can be stably formed. Since it is difficult to manufacture and the crystalline semiconductor film has a microcrystalline region in at least a part thereof, a part of TFT using a crystalline semiconductor film formed by a two-step crystallization method as an active layer has transistor characteristics. Was not enough.

そして、本発明者は更に検討を行ったところ、絶縁基板上の非晶質半導体膜から結晶性半導体膜を形成するに際し、少なくとも３回の結晶化工程を行うことにより、第１結晶化工程で形成された結晶性半導体膜の結晶性を第２結晶化工程でより向上させ、更に第２結晶化工程で発生する微結晶領域を第３結晶化工程で選択的に再結晶化させることができ、その結果として、基板全面にわたって結晶性に優れた結晶性半導体膜を有する半導体基板を安定的に製造することが可能であることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 Further, the present inventor has further studied, and in forming the crystalline semiconductor film from the amorphous semiconductor film on the insulating substrate, the crystallization process is performed at least three times, thereby performing the first crystallization process. The crystallinity of the formed crystalline semiconductor film can be further improved in the second crystallization step, and the microcrystalline region generated in the second crystallization step can be selectively recrystallized in the third crystallization step. As a result, the inventors have found that it is possible to stably manufacture a semiconductor substrate having a crystalline semiconductor film having excellent crystallinity over the entire surface of the substrate, and have conceived that the above problems can be solved brilliantly. The present invention has been achieved.

すなわち、本発明は、絶縁基板上に結晶性半導体膜を有する半導体基板の製造方法であって、上記製造方法は、絶縁基板上の非晶質半導体膜から結晶性半導体膜を形成するに際し、少なくとも３回の結晶化工程を行う半導体基板の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。 That is, the present invention is a method of manufacturing a semiconductor substrate having a crystalline semiconductor film on an insulating substrate, and the manufacturing method includes at least a step of forming a crystalline semiconductor film from an amorphous semiconductor film on an insulating substrate. This is a method for manufacturing a semiconductor substrate in which the crystallization process is performed three times.
The present invention is described in detail below.

本発明は、絶縁基板上に結晶性半導体膜を有する半導体基板の製造方法である。したがって、本発明は、液晶表示装置等の表示装置に用いられるＴＦＴ、ＭＯＳトランジスタ等の電界効果トランジスタを備えた半導体基板等の製造方法に好適である。 The present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate having a crystalline semiconductor film on an insulating substrate. Therefore, the present invention is suitable for a method of manufacturing a semiconductor substrate or the like provided with a field effect transistor such as a TFT or a MOS transistor used in a display device such as a liquid crystal display device.

上記製造方法は、絶縁基板上の非晶質半導体膜から結晶性半導体膜を形成するに際し、少なくとも３回の結晶化工程を行う。これにより、第１及び第２結晶化工程によって充分に結晶性の向上された結晶性半導体膜を形成することができ、更に、第３結晶化工程によって第２結晶化工程で発生する微結晶領域を選択的に再結晶化させ、基板全面にわたって結晶性に優れた結晶性半導体膜を形成することが可能となる。 In the manufacturing method described above, at least three crystallization steps are performed when a crystalline semiconductor film is formed from an amorphous semiconductor film over an insulating substrate. As a result, a crystalline semiconductor film with sufficiently improved crystallinity can be formed by the first and second crystallization steps, and a microcrystalline region generated in the second crystallization step by the third crystallization step. Can be selectively recrystallized to form a crystalline semiconductor film having excellent crystallinity over the entire surface of the substrate.

本発明の半導体基板の製造方法としては、上記少なくとも３回の結晶化工程を必須工程として含むのである限り、その他の工程を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではないが、（１）絶縁基板上に非晶質半導体膜を成膜する工程と、（２）非晶質半導体膜を結晶化し、第１結晶性半導体膜を形成する工程（第１結晶化工程）と、（３）第１結晶性半導体膜を溶融固化し、第２結晶性半導体膜を形成する工程（第２結晶化工程）と、（４）第２結晶性半導体膜を溶融固化し、第３結晶性半導体膜を形成する工程（第３結晶化工程）とを含むことが好ましい。 The method for producing a semiconductor substrate of the present invention is not particularly limited as long as it includes at least three crystallization steps as an essential step, and may or may not include other steps. (1) a step of forming an amorphous semiconductor film on an insulating substrate, and (2) a step of crystallizing the amorphous semiconductor film to form a first crystalline semiconductor film (first crystallization step) ), (3) a step of melting and solidifying the first crystalline semiconductor film to form a second crystalline semiconductor film (second crystallization step), and (4) melting and solidifying the second crystalline semiconductor film, It is preferable to include a step of forming a third crystalline semiconductor film (third crystallization step).

上記（１）の非晶質半導体膜成膜工程は、絶縁基板上に非晶質半導体膜を成膜するものであり、非晶質半導体膜は、非晶質ケイ素膜であることが好ましい。これにより、非晶質ケイ素膜を結晶化して、移動度に優れた連続粒界結晶シリコン（ＣＧシリコン）、多結晶シリコン（ポリシリコン）等の結晶性ケイ素膜を形成することが可能となる。なお、絶縁基板とは、絶縁性の表面を有するものであれば特に限定されないが、ガラス基板等が好適に用いられる。 The amorphous semiconductor film forming step (1) is to form an amorphous semiconductor film on an insulating substrate, and the amorphous semiconductor film is preferably an amorphous silicon film. As a result, it is possible to crystallize the amorphous silicon film and form a crystalline silicon film such as continuous grain boundary crystalline silicon (CG silicon) or polycrystalline silicon (polysilicon) having excellent mobility. The insulating substrate is not particularly limited as long as it has an insulating surface, but a glass substrate or the like is preferably used.

上記（２）の第１結晶性半導体膜形成工程は、非晶質半導体膜を結晶化することによって、第１結晶性半導体膜を形成するものであり、固相結晶成長法を用いて行うことが好ましい。より具体的には、触媒元素を添加し、加熱処理を行うものであることが好ましい。これにより、粒径が数μｍの結晶粒を有する第１結晶性半導体膜を容易に形成することができる。 The first crystalline semiconductor film forming step (2) is to form the first crystalline semiconductor film by crystallizing the amorphous semiconductor film, and is performed using a solid phase crystal growth method. Is preferred. More specifically, it is preferable to add a catalyst element and perform heat treatment. Thereby, the first crystalline semiconductor film having crystal grains having a grain size of several μm can be easily formed.

上記触媒元素は、非晶質半導体膜の結晶化を助長するものであり、鉄、コバルト、ニッケル、ゲルマニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスニウム、イリジウム、白金、銅及び金からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含むことが好ましい。また、触媒元素は、非晶質半導体膜表面の濃度が１×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以上、１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下であることが好ましく、これにより、製造工程の効率化と半導体膜の特性向上が可能となる。触媒元素の非晶質半導体膜表面の濃度が１×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２未満であると、触媒元素の効果が小さく、非晶質半導体膜の結晶化に要する時間が長くなり、製造工程上好ましくない。また、触媒元素の非晶質半導体膜表面の濃度が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２を超えると、触媒元素に起因する結晶粒密度は高くなる一方、半導体元素に起因する結晶粒径は小さくなるため、本発明の半導体基板をＴＦＴ等に用いた場合には、トランジスタ特性が悪化することがある。非晶質半導体膜表面の触媒元素の濃度は、全反射蛍光Ｘ線分析法により容易に測定することができる。 The catalytic element promotes crystallization of the amorphous semiconductor film, and is selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel, germanium, ruthenium, rhodium, palladium, osnium, iridium, platinum, copper and gold. It is preferable to include at least one element. Further, the catalyst element preferably has a concentration of 1 × 10 ¹⁰ atoms / cm ² or more and 1 × 10 ¹² atoms / cm ² or less on the surface of the amorphous semiconductor film. The film characteristics can be improved. When the concentration of the catalytic element on the surface of the amorphous semiconductor film is less than 1 × 10 ¹⁰ atoms / cm ² , the effect of the catalytic element is small, and the time required for crystallization of the amorphous semiconductor film becomes long. It is not preferable. When the concentration of the catalytic element on the surface of the amorphous semiconductor film exceeds 1 × 10 ¹² atoms / cm ² , the crystal grain density attributed to the catalytic element increases, while the crystal grain diameter attributed to the semiconductor element decreases. Therefore, when the semiconductor substrate of the present invention is used for a TFT or the like, transistor characteristics may be deteriorated. The concentration of the catalytic element on the surface of the amorphous semiconductor film can be easily measured by total reflection X-ray fluorescence analysis.

上記加熱処理は、５００℃以上、７００℃以下で行うことが好ましい。炉等を用いて上記温度範囲で非晶質半導体膜の加熱処理を行うことによって、製造工程の効率化と半導体膜の特性向上を両立しながら第１結晶性半導体膜を容易に形成することができる。加熱処理が５００℃未満であると、固相結晶成長速度が遅く、製造工程上好ましくない。また、加熱処理が７００℃を超えると、触媒元素によって固相結晶成長する粒径数μｍ以上の結晶粒以外に、触媒元素に起因しない例えば０．２μｍ以下の小さい粒径の結晶粒が成長し、本発明により作製された半導体基板をＴＦＴ等に用いた場合には、トランジスタ特性が悪化することがある。 The heat treatment is preferably performed at 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. By performing the heat treatment of the amorphous semiconductor film in the above temperature range using a furnace or the like, the first crystalline semiconductor film can be easily formed while achieving both the efficiency of the manufacturing process and the improvement of the characteristics of the semiconductor film. it can. If the heat treatment is less than 500 ° C., the solid phase crystal growth rate is slow, which is not preferable in the production process. In addition, when the heat treatment exceeds 700 ° C., crystal grains having a small particle size of 0.2 μm or less that do not originate from the catalyst element grow, in addition to crystal particles having a particle size of several μm or more that are grown by solid-phase crystal growth using the catalyst element. When a semiconductor substrate manufactured according to the present invention is used for a TFT or the like, transistor characteristics may be deteriorated.

上記（３）の第２結晶性半導体膜形成工程は、第１結晶性半導体膜を溶融固化することによって、第２結晶性半導体膜を形成するものであり、波長が１２６ｎｍ以上、３７０ｎｍ未満の第２結晶化レーザビームを照射することが好ましい。上記波長範囲のレーザビームに対する結晶性半導体膜の吸収係数は大きいため、第１結晶性半導体膜よりも結晶性が向上し、かつ粒径が数μｍの結晶粒を有する第２結晶性半導体膜を簡便に形成することができる。上記波長範囲のレーザビームとしては、ＸｅＣｌエキシマレーザビーム（波長３０８ｎｍ）等が挙げられる。
第２結晶化レーザビームの照射エネルギー密度は特に限定されないが、第１結晶性半導体膜の少なくとも一部が溶融しない程度の照射エネルギー密度であることが好ましく、これにより、ほぼ全面が充分な結晶性を有する第２結晶性半導体膜が得られる。
しかしながら、第２結晶性半導体膜の一部は、レーザ装置の不安定性から照射エネルギー密度が過大となり、微結晶となる領域が存在する。したがって、第２結晶性半導体膜は、充分な結晶性を有し、かつ粒径が数μｍの結晶粒領域と、結晶粒径が極めて小さな（例えば、０．１μｍ以下）微結晶領域を有することとなる。 In the second crystalline semiconductor film forming step (3), the second crystalline semiconductor film is formed by melting and solidifying the first crystalline semiconductor film. The second crystalline semiconductor film has a wavelength of 126 nm or more and less than 370 nm. It is preferable to irradiate a two-crystallization laser beam. Since the crystalline semiconductor film has a large absorption coefficient with respect to the laser beam in the above wavelength range, the second crystalline semiconductor film having crystallinity improved more than that of the first crystalline semiconductor film and having a grain size of several μm is provided. It can be formed easily. Examples of the laser beam in the wavelength range include a XeCl excimer laser beam (wavelength 308 nm).
The irradiation energy density of the second crystallization laser beam is not particularly limited, but is preferably an irradiation energy density that does not melt at least a part of the first crystalline semiconductor film. A second crystalline semiconductor film having the following can be obtained.
However, a part of the second crystalline semiconductor film has a region where the irradiation energy density becomes excessive due to the instability of the laser device and becomes a microcrystal. Therefore, the second crystalline semiconductor film has sufficient crystallinity and has a crystal grain region with a grain size of several μm and a microcrystalline region with a very small crystal grain size (for example, 0.1 μm or less). It becomes.

上記第２結晶化レーザビームは、パルス発振エキシマレーザビームであることが好ましく、また、第１結晶性半導体膜表面上でのビーム形状が略直線状であり、かつレーザビームの短軸方向にステップ走査することが好ましい。このように絶縁基板上でエキシマレーザビームを一定方向にステップ走査させることによって、大面積のケイ素膜を効率よく簡便に結晶化することができる。略直線状とは、厳密な意味で幅のない真っ直ぐな線を意味するものではなく、アスペクト比（縦横比）の大きい長方形又は長楕円形を意味する。アスペクト比は、例えば、２以上（より好ましくは１０〜１００００）が好ましく、被照射体表面上でのビーム形状は矩形状とも呼ばれる。ビーム形状を略直線状とすることによって、被照射体を充分にアニールできる程度のエネルギー密度を確保することができるが、被照射体に対して充分なアニールを行えるのであれば、ビーム形状は矩形状や面状であってもよい。レーザビームの短軸方向とは、略直線方向に対して略垂直な方向のことである。ステップ走査とは、毎ビームショット後に、ある一定のステップ幅（あるビームショットと次のビームショットとの間に照射位置が移動する距離）でレーザビームを移動させる走査方法である。ステップ幅は被照射体に対して充分なアニールを行えるのであれば特に限定されず、適宜設定すればよい。 The second crystallization laser beam is preferably a pulsed excimer laser beam, and the beam shape on the surface of the first crystalline semiconductor film is substantially linear, and is stepped in the minor axis direction of the laser beam. Scanning is preferred. As described above, the excimer laser beam is step-scanned in a fixed direction on the insulating substrate, whereby a large-area silicon film can be efficiently and simply crystallized. The substantially straight line does not mean a straight line having a width in a strict sense, but means a rectangle or an ellipse having a large aspect ratio (aspect ratio). For example, the aspect ratio is preferably 2 or more (more preferably 10 to 10000), and the beam shape on the surface of the irradiated object is also called a rectangular shape. By making the beam shape substantially linear, it is possible to secure an energy density that can sufficiently anneal the irradiated object. However, if sufficient annealing can be performed on the irradiated object, the beam shape is rectangular. It may be a shape or a planar shape. The minor axis direction of the laser beam is a direction substantially perpendicular to the substantially linear direction. Step scanning is a scanning method in which a laser beam is moved after each beam shot by a certain step width (distance in which an irradiation position moves between a certain beam shot and the next beam shot). The step width is not particularly limited as long as sufficient annealing can be performed on the irradiated object, and may be set as appropriate.

上記（４）の第３結晶性半導体膜形成工程は、第２結晶性半導体膜を溶融固化することによって、第３結晶性半導体膜を形成するものであり、第２結晶性半導体膜形成工程で発生した微結晶領域のみを選択的に溶融固化することが好ましく、また、波長が３７０ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下の第３結晶化レーザビームを照射することが好ましい。これにより、全面にわたって充分な結晶性を有する第３結晶性半導体膜を簡便に形成することができる。これは、上記波長範囲のレーザビームに対する微結晶領域の吸収係数が、結晶粒領域の吸収係数よりも大きいため、微結晶領域のみを選択的に溶融固化することが可能なためである。したがって、第２結晶性半導体膜形成工程及び前記第３結晶性半導体膜形成工程は、波長が異なる第２結晶化レーザビーム及び第３結晶化レーザビームを照射することが好ましく、第２結晶化レーザビームは、波長が１２６ｎｍ以上、３７０ｎｍ未満であり、かつ前記第３結晶化レーザビームは、波長が３７０ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下であることがより好ましい。第３結晶化レーザビームの照射エネルギー密度は被照射体に対して充分なアニールを行えるのであれば特に限定されず、適宜設定すればよい。 In the third crystalline semiconductor film forming step (4), the third crystalline semiconductor film is formed by melting and solidifying the second crystalline semiconductor film. In the second crystalline semiconductor film forming step, It is preferable to selectively melt and solidify only the generated microcrystalline region, and it is preferable to irradiate a third crystallization laser beam having a wavelength of 370 nm or more and 650 nm or less. Thereby, a third crystalline semiconductor film having sufficient crystallinity over the entire surface can be easily formed. This is because only the microcrystalline region can be selectively melted and solidified because the absorption coefficient of the microcrystalline region with respect to the laser beam in the wavelength range is larger than the absorption coefficient of the crystal grain region. Therefore, the second crystalline semiconductor film forming step and the third crystalline semiconductor film forming step preferably irradiate the second crystallization laser beam and the third crystallization laser beam having different wavelengths, and the second crystallization laser More preferably, the beam has a wavelength of 126 nm or more and less than 370 nm, and the third crystallization laser beam has a wavelength of 370 nm or more and 650 nm or less. The irradiation energy density of the third crystallization laser beam is not particularly limited as long as sufficient annealing can be performed on the irradiated object, and may be set as appropriate.

上記第３結晶化レーザビームは、連続発振固体レーザビームであることが好ましく、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）レーザの第２高調波であることがより好ましい。ＹＡＧレーザの第２高調波は波長が５３２ｎｍであることから、微結晶領域のみを選択的に溶融固化することが可能であり、ランニングコストの低減も可能となる。
また、第３結晶化レーザビームは、第２結晶化レーザビームの長軸方向に走査することが好ましい。第２結晶化レーザビームのビーム形状を略直線状とした場合には、略直線状レーザビームの長軸方向に沿って微結晶領域が発生するため、第３結晶化レーザビームを第２結晶化レーザビームの長軸方向に走査することによって、微結晶領域を効率よく溶融固化できる。なお、第３結晶化レーザビームのビーム形状としては、被照射体に対して充分なアニールを行えるのであれば特に限定されず、略直線状、長方形状、長楕円形状、矩形状、円状等が挙げられる。レーザビームの長軸方向とは、略直線方向に対して略平行な方向のことである。
更に、第３結晶化レーザビームは、１００ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で走査することが好ましい。これにより、微結晶領域において、レーザ走査方向と略平行に幅約０．２μｍ程度の針状結晶粒が成長し、第２結晶性半導体膜形成工程で形成された充分な結晶性を有し、かつ粒径が数μｍの正常な結晶粒領域と同程度の結晶性となる。 The third crystallization laser beam is preferably a continuous wave solid state laser beam, and more preferably a second harmonic of an yttrium aluminum garnet (YAG) laser. Since the second harmonic of the YAG laser has a wavelength of 532 nm, only the microcrystalline region can be selectively melted and solidified, and the running cost can be reduced.
The third crystallization laser beam is preferably scanned in the long axis direction of the second crystallization laser beam. When the beam shape of the second crystallization laser beam is substantially linear, a microcrystalline region is generated along the major axis direction of the substantially linear laser beam, so that the third crystallization laser beam is second crystallization. By scanning in the long axis direction of the laser beam, the microcrystalline region can be efficiently melted and solidified. The beam shape of the third crystallization laser beam is not particularly limited as long as sufficient annealing can be performed on the irradiated object, and is substantially linear, rectangular, oblong, rectangular, circular, etc. Is mentioned. The major axis direction of the laser beam is a direction substantially parallel to the substantially linear direction.
Further, the third crystallization laser beam is preferably scanned at a speed of 100 mm / sec or more. Thereby, in the microcrystalline region, needle-like crystal grains having a width of about 0.2 μm grow substantially parallel to the laser scanning direction, and have sufficient crystallinity formed in the second crystalline semiconductor film forming step, In addition, the crystallinity is comparable to that of a normal crystal grain region having a grain size of several μm.

ここで、結晶粒領域及び微結晶領域のレーザビームに対する吸収係数について、更に詳しく説明する。なお、第２結晶化レーザビームとしてＸｅＣｌエキシマレーザビーム、第３結晶化レーザビームとしてＹＡＧレーザの第２高調波を用いた場合について説明する。
ＸｅＣｌエキシマレーザビームの波長は３０８ｎｍであるから、第１結晶性半導体膜形成工程で形成された粒径数μｍ程度の多結晶ケイ素膜である第１結晶性半導体膜のＸｅＣｌエキシマレーザビームに対する吸収係数はおよそ１．５６×１０^６ｃｍ^−１である。第２結晶性半導体膜形成工程で形成された微結晶領域のＸｅＣｌエキシマレーザビームに対する吸収係数は、結晶粒径によって異なるが非晶質ケイ素膜の吸収係数が１．３８×１０^６ｃｍ^−１であることから、１．５６×１０^６〜１．３８×１０^６ｃｍ^−１の範囲内となる。一方、ＹＡＧレーザの第２高調波の波長は５３２ｎｍであるから、多結晶ケイ素膜である第１結晶性半導体膜のＹＡＧレーザの第２高調波に対する吸収係数は２．７４×１０^４ｃｍ^−１である。微結晶領域のＹＡＧレーザの第２高調波に対する吸収係数は、結晶粒径によって異なるが、９．３１×１０^４〜３．５０×１０^４ｃｍ^−１の範囲内である。
以上のことから、ＸｅＣｌエキシマレーザビームは、粒径数μｍ程度の多結晶ケイ素膜と微結晶領域とにほぼ同程度吸収されるが、ＹＡＧレーザの第２高調波は粒径数μｍ程度の多結晶ケイ素膜より微結晶領域に吸収されやすいことが分かる。すなわち、適切な照射エネルギー密度のＹＡＧレーザの第２高調波を用いることで、第２結晶性半導体膜形成工程でレーザ装置の不安定性のために結晶性半導体膜中に発生した微結晶のみを選択的に溶融することが可能となる。 Here, the absorption coefficient for the laser beam in the crystal grain region and the microcrystalline region will be described in more detail. A case will be described in which a XeCl excimer laser beam is used as the second crystallization laser beam and a second harmonic of a YAG laser is used as the third crystallization laser beam.
Since the wavelength of the XeCl excimer laser beam is 308 nm, the absorption coefficient for the XeCl excimer laser beam of the first crystalline semiconductor film, which is a polycrystalline silicon film having a particle diameter of about several μm, formed in the first crystalline semiconductor film forming step Is approximately 1.56 × 10 ⁶ cm ⁻¹ . The absorption coefficient of the microcrystalline region formed in the second crystalline semiconductor film forming step with respect to the XeCl excimer laser beam is different depending on the crystal grain size, but the absorption coefficient of the amorphous silicon film is 1.38 × 10 ⁶ cm ⁻¹ . since there, it is in the range of ^{^{1.56 × 10 6 ~1.38 × 10 6}} cm -1. On the other hand, since the wavelength of the second harmonic of the YAG laser is 532 nm, the absorption coefficient of the first crystalline semiconductor film, which is a polycrystalline silicon film, with respect to the second harmonic of the YAG laser is 2.74 × 10 ⁴ cm ^−1. It is. The absorption coefficient for the second harmonic of the YAG laser in the microcrystalline region varies depending on the crystal grain size, but is in the range of 9.31 × 10 ^{4 to} 3.50 × 10 ⁴ cm ⁻¹ .
From the above, the XeCl excimer laser beam is absorbed by the polycrystalline silicon film and the microcrystalline region having a particle size of about several μm, but the second harmonic of the YAG laser has a large particle size of about several μm. It can be seen that the crystalline silicon film is more easily absorbed in the microcrystalline region. That is, by using the second harmonic of a YAG laser with an appropriate irradiation energy density, only the microcrystals generated in the crystalline semiconductor film due to the instability of the laser device in the second crystalline semiconductor film formation process are selected. It becomes possible to melt.

本発明はまた、本発明の半導体基板の製造方法により製造された半導体基板でもある。本発明の半導体基板によれば、微結晶領域等を含まない結晶性に優れた結晶性半導体膜を有することから、信頼性に優れ、かつ高性能なトランジスタ特性を有する薄膜半導体装置を高歩留まりに製造することができる。 The present invention is also a semiconductor substrate manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention. According to the semiconductor substrate of the present invention, since it has a crystalline semiconductor film excellent in crystallinity that does not include a microcrystalline region or the like, a thin film semiconductor device having excellent reliability and high performance transistor characteristics can be obtained at a high yield. Can be manufactured.

本発明は更に、絶縁基板上に結晶性半導体膜を有する半導体基板であって、上記結晶性半導体膜は、針状結晶領域を有する半導体基板でもある。このような本発明の半導体基板は、本発明の半導体装置の製造方法により容易に作製することができる。本発明の半導体基板は、基板全面にわたって結晶性に優れ、かつ移動度の大きい結晶性半導体膜を有することから、高性能なトランジスタ特性を有する薄膜半導体装置を実現することができるので、駆動回路及び画素部等を一体化したモノリシック液晶表示装置等のアクティブマトリクス基板に好適である。本発明はそして、本発明の半導体基板を含んで構成される表示装置でもある。本発明の表示装置は、結晶性に優れた半導体基板を含んで構成されることから、ＴＦＴやＭＯＳトランジスタ等のトランジスタ特性の高性能化が可能となり、その結果として、表示装置の画像処理能力や画質の向上を図ることができるので、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス表示装置等に好適である。 The present invention is further a semiconductor substrate having a crystalline semiconductor film on an insulating substrate, wherein the crystalline semiconductor film is also a semiconductor substrate having a needle-like crystal region. Such a semiconductor substrate of the present invention can be easily manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. Since the semiconductor substrate of the present invention has a crystalline semiconductor film having excellent crystallinity and high mobility over the entire surface of the substrate, a thin film semiconductor device having high-performance transistor characteristics can be realized. It is suitable for an active matrix substrate such as a monolithic liquid crystal display device in which a pixel portion and the like are integrated. The present invention is also a display device including the semiconductor substrate of the present invention. Since the display device of the present invention includes a semiconductor substrate having excellent crystallinity, it is possible to improve the performance of transistor characteristics such as TFT and MOS transistor. As a result, the image processing capability of the display device and Since image quality can be improved, it is suitable for liquid crystal display devices, organic electroluminescence display devices, and the like.

本発明の半導体基板の製造方法によれば、少なくとも３回の結晶化工程を行うことによって、第１結晶化工程において結晶化された第１結晶性半導体膜の結晶性を、第２結晶化工程において溶融固化することで結晶性を充分に向上させ、かつレーザ装置の不安定性から生じる微結晶領域を第３結晶化工程において選択的に溶融固化させることが可能となり、その結果として、基板全面にわたって結晶性に優れた結晶性半導体膜を安定的に製造することが可能となる。そのため、移動度が大きく、高性能かつ高信頼性を有する薄膜半導体装置を簡便かつ高歩留まりに製造することができる。特に、アクティブマトリクス型液晶表示装置等において、本発明の半導体基板をスイッチング素子、駆動回路等に用いることによって、表示装置の高性能化及び高画質化を確実に実現することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, the crystallinity of the first crystalline semiconductor film crystallized in the first crystallization step is changed to the second crystallization step by performing at least three crystallization steps. In the third crystallization step, it is possible to selectively melt and solidify the microcrystalline region resulting from the instability of the laser device, and as a result, the crystallinity can be selectively solidified in the third crystallization step. A crystalline semiconductor film having excellent crystallinity can be stably manufactured. Therefore, a thin film semiconductor device having high mobility, high performance, and high reliability can be manufactured easily and with a high yield. In particular, in an active matrix liquid crystal display device or the like, by using the semiconductor substrate of the present invention for a switching element, a drive circuit, or the like, high performance and high image quality of the display device can be reliably realized.

以下に実施例を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 EXAMPLES Although an Example is hung up below and this invention is demonstrated still in detail with reference to drawings, this invention is not limited only to these Examples.

（実施例１）
実施例１では、本発明の半導体基板の製造方法によって結晶性ケイ素膜を形成し、その結晶性ケイ素膜を用いたｎチャネル型電界効果薄膜トランジスタ（以下、「ｎチャネル型ＴＦＴ」ともいう）の製造方法について説明する。図１は、本実施例のｎチャネル型ＴＦＴの構成を示す断面模式図である。
図１に示すように、本実施例のｎチャネル型ＴＦＴ１００は、絶縁基板であるガラス基板１上にベースコート層として形成されたＳｉＯ_２膜２上にチャネル領域８、ソース領域９及びドレイン領域１０を有する結晶性ケイ素膜４が設けられ、結晶性ケイ素膜４上を覆うようにＳｉＯ_２膜等の酸化膜からなるゲート絶縁膜１１が設けられている。チャネル領域８に対向する位置にはゲート絶縁膜１１を介してゲート電極１２が設けられ、ゲート電極１２上を覆うように基板全面に層間絶縁膜１３が設けられている。ゲート絶縁膜１１及び層間絶縁膜１３には、ソース領域９及びドレイン領域１０にそれぞれ達する各コンタクトホール部がそれぞれ設けられている。層間絶縁膜１３の上に設けられた引き出し電極１４は、各コンタクトホール部をそれぞれ介してソース領域９及びドレイン領域１０と電気的に接続されている。 Example 1
In Example 1, a crystalline silicon film is formed by the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, and an n-channel field effect thin film transistor (hereinafter also referred to as “n-channel TFT”) using the crystalline silicon film is manufactured. A method will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the n-channel TFT of this example.
As shown in FIG. 1, the n-channel TFT 100 of this embodiment includes a channel region 8, a source region 9 and a drain region 10 on a SiO ₂ film 2 formed as a base coat layer on a glass substrate 1 which is an insulating substrate. A crystalline silicon film 4 is provided, and a gate insulating film 11 made of an oxide film such as a SiO ₂ film is provided so as to cover the crystalline silicon film 4. A gate electrode 12 is provided at a position facing the channel region 8 via a gate insulating film 11, and an interlayer insulating film 13 is provided on the entire surface of the substrate so as to cover the gate electrode 12. The gate insulating film 11 and the interlayer insulating film 13 are provided with respective contact hole portions reaching the source region 9 and the drain region 10, respectively. The lead electrode 14 provided on the interlayer insulating film 13 is electrically connected to the source region 9 and the drain region 10 through each contact hole portion.

以下に、このｎチャネル型ＴＦＴ１００の製造工程について、図２〜１３を用いて詳細に説明する。図２〜１３は、本実施例のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す模式図である。まず、チャネル領域８、ソース領域９及びドレイン領域１０を有する結晶性ケイ素膜４の形成方法について説明する。
図２に示すように、ガラス基板１上に、原料ガスとしてＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）を用いＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等によりベースコート層として膜厚約１００ｎｍの二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜２を堆積させ後、原料ガスとしてＳｉＨ_４を用い減圧ＣＶＤ法等により膜厚約５０ｎｍの非晶質ケイ素膜３を堆積させた。ベースコート層としては、ＳｉＯ_２膜の他に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜（ｘは、任意の数字）、酸窒化シリコン（ＳｉＮＯ）膜等が挙げられ、これらの膜の積層体としてもよい。 Hereinafter, the manufacturing process of the n-channel TFT 100 will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 13 are schematic views showing the manufacturing process of the n-channel TFT of this embodiment. First, a method for forming the crystalline silicon film 4 having the channel region 8, the source region 9, and the drain region 10 will be described.
As shown in FIG. 2, a silicon dioxide (SiO ₂ ) film 2 having a film thickness of about 100 nm is formed as a base coat layer on a glass substrate 1 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using TEOS (tetraoxysilane) as a source gas. After the deposition, an amorphous silicon film 3 having a film thickness of about 50 nm was deposited by a low pressure CVD method using SiH ₄ as a source gas. Examples of the base coat layer include a silicon nitride (SiNx) film (x is an arbitrary number), a silicon oxynitride (SiNO) film, and the like in addition to the SiO ₂ film, and a laminate of these films may be used.

次に、図３に示すように、非晶質ケイ素膜３上に、非晶質ケイ素の結晶化を助長する触媒元素としてニッケル膜５を抵抗加熱法により、表面濃度５×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２となるように蒸着した。非晶質ケイ素膜３表面のニッケル膜５の濃度は、全反射蛍光Ｘ線分析法により測定した。続いて、図４に示すように、第１結晶化工程として、基板を炉にて窒素雰囲気中、６００℃で1時間加熱することによって非晶質ケイ素膜３を固相結晶成長させ、第１結晶性ケイ素膜４ａとなる。このとき結晶性ケイ素膜４ａの結晶粒は、約４μｍ程度であった。 Next, as shown in FIG. 3, a nickel film 5 is formed on the amorphous silicon film 3 as a catalytic element for promoting crystallization of amorphous silicon by a resistance heating method, and the surface concentration is 5 × 10 ¹⁰ atoms / cm. It vapor-deposited so that it might be set to ² . The concentration of the nickel film 5 on the surface of the amorphous silicon film 3 was measured by total reflection X-ray fluorescence analysis. Subsequently, as shown in FIG. 4, as a first crystallization step, the amorphous silicon film 3 is grown in a solid phase crystal by heating the substrate in a furnace in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 1 hour. A crystalline silicon film 4a is formed. At this time, the crystal grains of the crystalline silicon film 4a were about 4 μm.

次に、図５に示すように、第２結晶性半導体膜形成工程として、第１結晶性ケイ素膜４ａ表面にＸｅＣｌエキシマレーザビーム６（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）をエネルギー密度３４０ｍＪ／ｃｍ^２で照射することにより溶融固化し、第２結晶性ケイ素膜４ｂを形成した。このとき、ＸｅＣｌエキシマレーザビーム６は第１結晶性ケイ素膜４ａ表面で、エネルギー分布の一様な１２５ｍｍ×０．４ｍｍの略直線状ビームに成形し、ガラス基板１上を略直線状ビームの短軸方向に２０μｍ／パルスのステップ幅（一パルス照射毎に２０μｍのビーム移動）で紙面下方から上方に走査した。本実施例においては、エネルギー密度３５０ｍＪ／ｃｍ^２以上で照射すると、エネルギー密度が大きすぎ第２結晶性ケイ素膜４ｂに微結晶となる領域が発生した。また、エネルギー密度３３０ｍＪ／ｃｍ^２以下で照射すると、Ｘ線回折分析の結果、３３０ｍＪ／ｃｍ^２以上で照射した場合に比べて、結晶性が低下していた。また、図６に示すように、第２結晶性ケイ素膜４ｂには、ＸｅＣｌエキシマレーザビーム６の短軸方向の幅が約２０μｍの線状微結晶領域４ｃがＸｅＣｌエキシマレーザビーム６の長軸方向に沿って複数発生しており、その線状微結晶領域４ｃ間の距離はランダムであった。これは、ＸｅＣｌエキシマレーザビーム照射装置の照射エネルギーの不安定さから３５０ｍＪ／ｃｍ^２以上のエネルギー密度で照射されたためと考えられる。したがって、第２結晶性ケイ素膜４ｂは、充分な結晶性を有し、粒径が約４μｍの結晶粒領域４ｄと、結晶粒径が極めて小さな線状微結晶領域４ｃを有することとなる。 Next, as shown in FIG. 5, as a second crystalline semiconductor film forming step, a XeCl excimer laser beam 6 (wavelength 308 nm, pulse width 30 ns) is applied to the surface of the first crystalline silicon film 4a at an energy density of 340 mJ / cm ² . The second crystalline silicon film 4b was formed by melting and solidifying by irradiation. At this time, the XeCl excimer laser beam 6 is formed into a substantially linear beam of 125 mm × 0.4 mm having a uniform energy distribution on the surface of the first crystalline silicon film 4a, and the short surface of the substantially linear beam is formed on the glass substrate 1. Scanning was performed from the bottom to the top of the paper with a step width of 20 μm / pulse in the axial direction (20 μm beam movement for each pulse irradiation). In this example, when the irradiation was performed at an energy density of 350 mJ / cm ² or more, the energy density was too high, and a region that became a microcrystal was generated in the second crystalline silicon film 4b. In addition, when irradiated at an energy density of 330 mJ / cm ² or less, as a result of X-ray diffraction analysis, the crystallinity was lower than when irradiated at 330 mJ / cm ² or more. Further, as shown in FIG. 6, the second crystalline silicon film 4b has a linear microcrystalline region 4c having a width in the minor axis direction of the XeCl excimer laser beam 6 of about 20 μm in the major axis direction of the XeCl excimer laser beam 6. And the distance between the linear microcrystalline regions 4c was random. This is presumably because the irradiation was performed at an energy density of 350 mJ / cm ² or more due to instability of irradiation energy of the XeCl excimer laser beam irradiation apparatus. Therefore, the second crystalline silicon film 4b has sufficient crystallinity, and has a crystal grain region 4d having a grain size of about 4 μm and a linear microcrystalline region 4c having a very small crystal grain size.

次に、図７に示すように、第３結晶性半導体膜形成工程として、ＹＡＧ連続発振レーザの第２高調波７（波長５３２ｎｍ）を第２結晶性ケイ素膜４ｂ表面上にて長軸２５０μｍ、短軸２０μｍの楕円形に成形し、線状微結晶領域４ｃ上を第２結晶化工程で用いた略直線状のＸｅＣｌエキシマレーザビーム６の長軸方向（紙面左から右）に４００ｍｍ／ｓｅｃで連続的に走査した。本実施例においては、ＹＡＧ連続発振レーザの第２高調波７の出力は９Ｗであり、この出力では線状微結晶領域４ｃの微結晶ケイ素は溶融されるが、第２結晶性ケイ素膜４ｂ内の粒径約４μｍの結晶は溶融されなかった。ここで、第３結晶性半導体膜形成工程後の結晶粒界の概念図を図８に示す。第２結晶性半導体膜形成工程におけるＸｅＣｌエキシマレーザビーム６の照射により微結晶となった線状微結晶領域４ｃは、第３結晶化工程後は針状結晶４ｅとなる。第２結晶性半導体膜形成工程で線状微結晶領域４ｃとならなかった粒径約４μｍの結晶粒領域は、第３結晶性半導体膜形成工程の影響を全く受けていなかった。 Next, as shown in FIG. 7, as the third crystalline semiconductor film forming step, the second harmonic 7 (wavelength 532 nm) of the YAG continuous wave laser is adjusted to have a major axis of 250 μm on the surface of the second crystalline silicon film 4b, It is shaped into an ellipse with a short axis of 20 μm, and the linear microcrystalline region 4c is 400 mm / sec in the major axis direction (left to right of the paper) of the substantially linear XeCl excimer laser beam 6 used in the second crystallization process. Scanned continuously. In this embodiment, the output of the second harmonic 7 of the YAG continuous wave laser is 9 W, and in this output, the microcrystalline silicon in the linear microcrystalline region 4 c is melted, but in the second crystalline silicon film 4 b. The crystal having a grain size of about 4 μm was not melted. Here, the conceptual diagram of the crystal grain boundary after the third crystalline semiconductor film forming step is shown in FIG. The linear microcrystalline region 4c that has become microcrystalline by irradiation with the XeCl excimer laser beam 6 in the second crystalline semiconductor film forming step becomes a needle-like crystal 4e after the third crystallization step. The crystal grain region having a grain size of about 4 μm that did not become the linear microcrystalline region 4c in the second crystalline semiconductor film forming step was not affected at all by the third crystalline semiconductor film forming step.

次に、上述のようにして形成された結晶性ケイ素膜４をチャネル領域としたｎチャネル型ＴＦＴ１００の作製方法について説明する。
まず、図９に示すように、ガラス基板１上にベースコート層として形成されたＳｉＯ_２膜２上の結晶粒領域４ｄ及び針状結晶４ｄからなる結晶性ケイ素膜４を、チャネル領域８、ソース領域９及びドレイン領域１０となる各領域を有する形状にフォトリソグラフィー法等によりパターニングした。 Next, a method for manufacturing the n-channel TFT 100 using the crystalline silicon film 4 formed as described above as a channel region will be described.
First, as shown in FIG. 9, a crystalline silicon film 4 composed of a crystal grain region 4d and a needle-like crystal 4d on a SiO ₂ film 2 formed as a base coat layer on a glass substrate 1, a channel region 8 and a source region 9 and a shape having each region to be the drain region 10 were patterned by a photolithography method or the like.

次に、図１０に示すように、結晶性ケイ素膜４を覆うように、ＳｉＯ_２膜等の酸化膜からなるゲート絶縁膜１１を、常圧ＣＶＤ法等によって膜厚１００ｎｍ程度に形成した。ゲート絶縁膜１１の原料ガスとしては、ＴＥＯＳ等が挙げられる。ゲート絶縁膜１１の材質としてはＳｉＯ_２膜の他に、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＮＯ膜等が挙げられ、これらの膜の積層体としてもよい。 Next, as shown in FIG. 10, a gate insulating film 11 made of an oxide film such as a SiO ₂ film is formed to a thickness of about 100 nm by an atmospheric pressure CVD method so as to cover the crystalline silicon film 4. Examples of the source gas for the gate insulating film 11 include TEOS. Examples of the material of the gate insulating film 11 include a SiNx film, a SiNO film, and the like in addition to the SiO ₂ film, and a laminate of these films may be used.

次に、図１１に示すように、ゲート絶縁膜１１上に膜厚３００ｎｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）膜１２ａをスパッタ法等により形成した後、図１２に示すように、Ａｌ膜１２ａをフォトリソグラフィー法等により所定の形状にパターニングしてゲート電極１２を形成した。ゲート電極１２の材質としてはＡｌ以外に、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属、上記高融点金属の窒化物等が挙げられ、また、ゲート電極を、上記複数の材料からなる積層体としてもよい。 Next, as shown in FIG. 11, an aluminum (Al) film 12a having a thickness of about 300 nm is formed on the gate insulating film 11 by sputtering or the like, and then the Al film 12a is formed by photolithography as shown in FIG. The gate electrode 12 was formed by patterning into a predetermined shape by the above. As a material of the gate electrode 12, in addition to Al, for example, refractory metals such as tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), titanium (Ti), nitrides of the above refractory metals, and the like can be given. Alternatively, the gate electrode may be a stacked body including the plurality of materials.

次に、ゲート電極１２をマスクとして、ｎチャネル型ＴＦＴ１００の場合には不純物イオンとしてリンイオンを結晶性ケイ素膜４に自己整合的に注入し、ゲート電極１２直下のチャネル領域８の両側にソ−ス領域９及びドレイン領域１０を形成した。次に、図１３に示すように、ゲート電極１２を覆うようにガラス基板１上の全面に、膜厚５００ｎｍのＳｉＯ_２膜等の酸化膜を常圧ＣＶＤ法により成膜して層間絶縁膜１３を形成した。 Next, using the gate electrode 12 as a mask, in the case of the n-channel TFT 100, phosphorus ions are implanted as impurity ions into the crystalline silicon film 4 in a self-aligned manner, and the source is formed on both sides of the channel region 8 immediately below the gate electrode 12. Region 9 and drain region 10 were formed. Next, as shown in FIG. 13, an oxide film such as a SiO ₂ film having a thickness of 500 nm is formed on the entire surface of the glass substrate 1 so as to cover the gate electrode 12 by an atmospheric pressure CVD method. Formed.

その後、図１に示すように、ソ−ス領域９及びドレイン領域１０上のゲート絶縁膜１１及び層間絶縁膜１３にコンタクトホ−ル部を形成し、コンタクトホ−ル部上を含むガラス基板１上の全面に引き出し電極１４となる電極材料をスパッタリング法等によって成膜した。そして、コンタクトホール部を介して引き出し電極１４となる電極材料とソース領域９及びドレイン領域１０の間をオ−ミック接触させ、引き出し電極１４となる材料を所定の形状にフォトリソグラフィー法等によりパターニングして引き出し電極１４とし、薄膜半導体装置としてのｎチャネル型ＴＦＴ１００を作製した。
このようにして作製されたｎチャネル型ＴＦＴ１００に対して、キャリア移動度を測定したところ、高性能である３５０ｃｍ^２／Ｖ・ｓの値が得られた。このキャリア移動度は第２結晶化工程で微結晶となった線状微結晶領域４ｃ及びその境界が活性層に含まれたトランジスタでも同様であった。 Thereafter, as shown in FIG. 1, a contact hole portion is formed in the gate insulating film 11 and the interlayer insulating film 13 on the source region 9 and the drain region 10, and the glass substrate 1 including the upper portion of the contact hole portion is formed. An electrode material to be the extraction electrode 14 was formed on the entire upper surface by sputtering or the like. Then, an ohmic contact is made between the electrode material to be the lead electrode 14 and the source region 9 and the drain region 10 through the contact hole portion, and the material to be the lead electrode 14 is patterned into a predetermined shape by a photolithography method or the like. Thus, an n-channel TFT 100 as a thin film semiconductor device was manufactured as the extraction electrode 14.
When the carrier mobility was measured for the n-channel TFT 100 manufactured as described above, a high performance value of 350 cm ² / V · s was obtained. This carrier mobility was the same for the linear microcrystalline region 4c that became microcrystals in the second crystallization step and also for the transistor whose boundary was included in the active layer.

実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの構成を示す断面模式図である。3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an n-channel TFT of Example 1. FIG. 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す断面模式図である（二酸化ケイ素及び非晶質ケイ素膜の形成）。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (formation of silicon dioxide and amorphous silicon films). 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す断面模式図である（ニッケル膜の形成）。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (formation of a nickel film). 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す断面模式図である（結晶性ケイ素膜の形成）。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (formation of crystalline silicon film). 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す平面模式図である（第２結晶性半導体膜形成工程）。FIG. 3 is a schematic plan view showing a manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (second crystalline semiconductor film forming process). 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す平面模式図である（第２結晶性半導体膜形成工程後の状態）。FIG. 3 is a schematic plan view showing a manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (state after the second crystalline semiconductor film forming process). 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す平面模式図である（第３結晶性半導体膜形成工程）。FIG. 6 is a schematic plan view showing a manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (third crystalline semiconductor film forming process). 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程における結晶粒界の概念図である（第３結晶性半導体膜形成工程後の状態）。FIG. 3 is a conceptual diagram of crystal grain boundaries in the manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (state after the third crystalline semiconductor film forming process). 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す断面模式図である（結晶性ケイ素膜のパターニング）。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (patterning of crystalline silicon film). 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す断面模式図である（ゲート絶縁膜の形成）。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (formation of a gate insulating film). 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す断面模式図である（アルミニウム膜の形成）。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (formation of an aluminum film). 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す断面模式図である（ゲート電極形成及び不純物イオン注入）。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (gate electrode formation and impurity ion implantation). 実施例１のｎチャネル型ＴＦＴの製造工程を示す断面模式図である（層間絶縁膜の形成）。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the n-channel TFT of Example 1 (formation of an interlayer insulating film).

符号の説明Explanation of symbols

１：ガラス基板
２：二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜
３：非晶質ケイ素膜
４：結晶性ケイ素膜
４ａ：第１結晶性ケイ素膜
４ｂ：第２結晶性ケイ素膜
４ｃ：線状微結晶領域
４ｄ：結晶粒領域
４ｅ：針状結晶
５：ニッケル膜
６：ＸｅＣｌエキシマレーザビーム
７：ＹＡＧ連続発振レーザの第２高調波
８：チャネル領域
９：ソース領域
１０：ドレイン領域
１１：ゲート絶縁膜
１２：ゲート電極
１２ａ：アルミニウム膜
１３：層間絶縁膜
１４：引き出し電極
１００：ｎチャネル型ＴＦＴ 1: Glass substrate 2: Silicon dioxide (SiO ₂ ) film 3: Amorphous silicon film 4: Crystalline silicon film 4a: First crystalline silicon film 4b: Second crystalline silicon film 4c: Linear microcrystalline region 4d : Crystal grain region 4e: acicular crystal 5: nickel film 6: XeCl excimer laser beam 7: second harmonic of YAG continuous wave laser 8: channel region 9: source region 10: drain region 11: gate insulating film 12: gate Electrode 12a: Aluminum film 13: Interlayer insulating film 14: Lead electrode 100: n-channel TFT

Claims

絶縁基板上に結晶性半導体膜を有する半導体基板の製造方法であって、
該製造方法は、絶縁基板上の非晶質半導体膜から結晶性半導体膜を形成するに際し、少なくとも３回の結晶化工程を行うことを特徴とする半導体基板の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor substrate having a crystalline semiconductor film on an insulating substrate,
The method of manufacturing a semiconductor substrate is characterized in that at least three crystallization steps are performed when forming a crystalline semiconductor film from an amorphous semiconductor film on an insulating substrate.

前記製造方法は、絶縁基板上に非晶質半導体膜を成膜する工程と、
非晶質半導体膜を結晶化し、第１結晶性半導体膜を形成する工程と、
第１結晶性半導体膜を溶融固化し、第２結晶性半導体膜を形成する工程と、
第２結晶性半導体膜を溶融固化し、第３結晶性半導体膜を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体基板の製造方法。 The manufacturing method includes a step of forming an amorphous semiconductor film on an insulating substrate;
Crystallization of the amorphous semiconductor film to form a first crystalline semiconductor film;
Melting and solidifying the first crystalline semiconductor film to form a second crystalline semiconductor film;
The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, further comprising: melting and solidifying the second crystalline semiconductor film to form a third crystalline semiconductor film.

前記非晶質半導体膜は、非晶質ケイ素膜であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体基板の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the amorphous semiconductor film is an amorphous silicon film.

前記第１結晶性半導体膜形成工程は、固相結晶成長法を用いて行うことを特徴とする請求項２又は３記載の半導体基板の製造方法。 4. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the first crystalline semiconductor film forming step is performed using a solid phase crystal growth method.

前記第１結晶性半導体膜形成工程は、触媒元素を添加し、加熱処理を行うものであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 5. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the first crystalline semiconductor film forming step is performed by adding a catalyst element and performing a heat treatment.

前記触媒元素は、鉄、コバルト、ニッケル、ゲルマニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスニウム、イリジウム、白金、銅及び金からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする請求項５記載の半導体基板の製造方法。 6. The catalyst element includes at least one element selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel, germanium, ruthenium, rhodium, palladium, osnium, iridium, platinum, copper, and gold. The manufacturing method of the semiconductor substrate of description.

前記触媒元素は、非晶質半導体膜表面の濃度が１×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以上、１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項５又は６記載の半導体基板の製造方法。 7. The semiconductor substrate according to claim 5, wherein the concentration of the catalyst element is 1 × 10 ¹⁰ atoms / cm ² or more and 1 × 10 ¹² atoms / cm ² or less on the surface of the amorphous semiconductor film. Production method.

前記加熱処理は、５００℃以上、７００℃以下で行うことを特徴とする請求項５記載の半導体基板の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 5, wherein the heat treatment is performed at 500 ° C. or more and 700 ° C. or less.

前記第２結晶性半導体膜形成工程は、波長が１２６ｎｍ以上、３７０ｎｍ未満の第２結晶化レーザビームを照射することを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 9. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the second crystalline semiconductor film forming step irradiates a second crystallization laser beam having a wavelength of 126 nm or more and less than 370 nm.

前記第２結晶化レーザビームは、パルス発振エキシマレーザビームであることを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the second crystallization laser beam is a pulsed excimer laser beam.

前記第２結晶化レーザビームは、第１結晶性半導体膜表面上でのビーム形状が略直線状であり、かつ
レーザビームの短軸方向にステップ走査することを特徴とする請求項２〜１０のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 11. The second crystallized laser beam according to claim 2, wherein a beam shape on the surface of the first crystalline semiconductor film is substantially linear, and step scanning is performed in a minor axis direction of the laser beam. The manufacturing method of the semiconductor substrate in any one.

前記第３結晶性半導体膜形成工程は、第２結晶性半導体膜形成工程で発生した微結晶領域のみを選択的に溶融固化することを特徴とする請求項項２〜１１のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 12. The method according to claim 2, wherein the third crystalline semiconductor film forming step selectively melts and solidifies only a microcrystalline region generated in the second crystalline semiconductor film forming step. A method for manufacturing a semiconductor substrate.

前記第３結晶性半導体膜形成工程は、波長が３７０ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下の第３結晶化レーザビームを照射することを特徴とする請求項２〜１２のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 13. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the third crystalline semiconductor film forming step irradiates a third crystallization laser beam having a wavelength of 370 nm or more and 650 nm or less.

前記第２結晶性半導体膜形成工程及び前記第３結晶性半導体膜形成工程は、波長が異なる第２結晶化レーザビーム及び第３結晶化レーザビームを照射することを特徴とする請求項項２〜１３のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 3. The second crystalline semiconductor film forming step and the third crystalline semiconductor film forming step irradiate a second crystallization laser beam and a third crystallization laser beam having different wavelengths. 14. A method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of items 13 to 13.

前記第２結晶化レーザビームは、波長が１２６ｎｍ以上、３７０ｎｍ未満であり、かつ
前記第３結晶化レーザビームは、波長が３７０ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４記載の半導体基板の製造方法。 15. The semiconductor substrate according to claim 14, wherein the second crystallization laser beam has a wavelength of not less than 126 nm and less than 370 nm, and the third crystallization laser beam has a wavelength of not less than 370 nm and not more than 650 nm. Manufacturing method.

前記第３結晶化レーザビームは、連続発振固体レーザビームであることを特徴とする請求項２〜１５のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 16. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the third crystallization laser beam is a continuous wave solid laser beam.

前記第３結晶化レーザビームは、イットリウムアルミニウムガーネットレーザの第２高調波であることを特徴とする請求項２〜１６のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the third crystallization laser beam is a second harmonic of an yttrium aluminum garnet laser.

前記第３結晶化レーザビームは、第２結晶化レーザビームの長軸方向に走査することを特徴とする請求項２〜１７のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the third crystallization laser beam is scanned in a major axis direction of the second crystallization laser beam.

前記第３結晶化レーザビームは、１００ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度で走査することを特徴とする請求項２〜１８のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the third crystallization laser beam is scanned at a speed of 100 mm / sec or more.

請求項１〜１９のいずれかに記載の半導体基板の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする半導体基板。 A semiconductor substrate manufactured using the method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1.

絶縁基板上に結晶性半導体膜を有する半導体基板であって、
該結晶性半導体膜は、針状結晶領域を有することを特徴とする半導体基板。 A semiconductor substrate having a crystalline semiconductor film on an insulating substrate,
The crystalline semiconductor film has a needle-like crystal region.

請求項２０又は２１記載の半導体基板を含んで構成されることを特徴とする表示装置。 A display device comprising the semiconductor substrate according to claim 20 or 21.

前記表示装置は、液晶表示装置であることを特徴とする請求項２２記載の表示装置。

The display device according to claim 22, wherein the display device is a liquid crystal display device.