JP2008085318A - Crystalline semiconductor film, and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Crystalline semiconductor film, and manufacturing method of semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a crystalline semiconductor film capable of controlling the direction of a crystalline grain boundary and the width of a crystal grain. <P>SOLUTION: An insulation film is formed on a substrate; an amorphous semiconductor film is formed on the insulation film; a cap film is formed on the amorphous semiconductor film; and the amorphous semiconductor film is irradiated with a laser beam of continuous oscillation or a laser beam having a repetitive frequency of not less than 10 MHz transmitted through the cap film by scanning, and the amorphous semiconductor film is melted before crystallization. In this case, the period of energy in a longitudinal direction in the beam spot of laser beams is not less than 0.5 μm and not more than 10 μm, or preferably not less than 1 μm and not more than 5 μm, the energy distribution in a width direction at the beam spot of laser beams is Gaussian distribution, and one region of an amorphous silicon film is scanned with laser beams for not less than 5 micro seconds and not more than 100 micro seconds. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ結晶化技術を用いて形成した結晶構造を有する半導体膜の作製方法、及びそれを備える薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）等の半導体装置の作製方法に関する。より詳しくは、本発明は、結晶粒界が概略平行であり、且つ結晶粒の幅が制御された結晶粒を有する結晶性半導体膜の作製方法、それを備えた半導体装置の作製方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor film having a crystal structure formed using a laser crystallization technique, and a method for manufacturing a semiconductor device such as a thin film transistor (hereinafter, TFT) including the semiconductor film. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a crystalline semiconductor film having crystal grains whose crystal grain boundaries are substantially parallel and whose crystal grain width is controlled, and a method for manufacturing a semiconductor device including the same.

近年、ガラス基板上に形成された非晶質半導体膜にレーザビームを照射し、結晶構造を有する半導体膜（以下、結晶性半導体膜）を形成するレーザ結晶化技術が広く研究されており、多くの提案がなされている。   In recent years, laser crystallization technology for forming a semiconductor film having a crystal structure (hereinafter referred to as a crystalline semiconductor film) by irradiating an amorphous semiconductor film formed on a glass substrate with a laser beam has been widely studied. Proposals have been made.

その結晶性半導体膜をＴＦＴに用いるのは、非晶質半導体膜と比較して高い移動度を有するためであり、その結果、この結晶性半導体膜を用いたＴＦＴは、１枚のガラス基板上に、画素部用、または、画素部用と駆動回路用のＴＦＴを形成したアクティブマトリクス型の液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等に利用されている。 The reason why the crystalline semiconductor film is used for the TFT is that it has higher mobility than the amorphous semiconductor film. As a result, the TFT using the crystalline semiconductor film is formed on a single glass substrate. In addition, it is used for an active matrix type liquid crystal display device or an organic EL display device in which TFTs for a pixel portion or TFTs for a pixel portion and a drive circuit are formed.

その結晶化方法には、レーザ結晶化以外にファーネスアニール炉を用いた熱アニール法や、瞬間熱アニール法（ＲＴＡ法）もあるが、レーザ結晶化を用いた場合には、基板の温度をあまり上昇させることなく半導体膜にのみ熱を吸収させ結晶化することができる。そのため基板にガラスやプラスチック等の融点が低い物質を使用できる特色がある。その結果、安価で大面積での加工が容易なガラス基板を用いることができるようになるため、そのレーザ結晶化は生産効率を著しく向上させることができる。   In addition to laser crystallization, the crystallization method includes a thermal annealing method using a furnace annealing furnace and an instantaneous thermal annealing method (RTA method). However, when laser crystallization is used, the temperature of the substrate is too low. It is possible to crystallize by absorbing heat only in the semiconductor film without increasing it. Therefore, there is a feature that a substance having a low melting point such as glass or plastic can be used for the substrate. As a result, an inexpensive glass substrate that can be easily processed in a large area can be used, so that laser crystallization can significantly improve production efficiency.

本出願人は、その結晶化方法の優れた特性に着目し、レーザ結晶化による半導体膜の製造に鋭意努め、その結果多くの技術の開発に成功した。その成功した技術の中に、酸素、窒素、及び炭素の濃度を低減した非結晶質半導体膜にレーザビームを照射し、溶融工程と再結晶化工程を経ることにより、半導体特性、特に高移動度の結晶性半導体膜を得る技術があり（特許文献１）、その技術の提案においては、レーザ照射の際には非結晶膜上に保護膜を形成することが好ましいことも開示されており、かつ、この保護膜の設置により半導体膜中への不純物の混入が回避できることも開示されている。
特開平５−２９９３３９号公報 The present applicant pays attention to the excellent characteristics of the crystallization method, and has sought to manufacture a semiconductor film by laser crystallization, and as a result, has succeeded in developing many techniques. Among its successful technologies, semiconductor characteristics, especially high mobility, are achieved by irradiating a laser beam to an amorphous semiconductor film with reduced oxygen, nitrogen, and carbon concentrations, followed by a melting process and a recrystallization process. (Patent Document 1), and the proposal of the technology also discloses that it is preferable to form a protective film on the amorphous film at the time of laser irradiation, and It is also disclosed that the inclusion of impurities in the semiconductor film can be avoided by installing this protective film.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-299339

本発明は、結晶粒界の方向や結晶粒の幅を制御することが可能な結晶性半導体膜の作製方法、さらには、特定の結晶構造を有し、且つ結晶粒界の方向や結晶粒の幅を制御することが可能な結晶性半導体膜の作製方法を提供することを発明の解決すべき課題、すなわち発明の目的とするものである。また、電気特性が優れ、かつ半導体素子間での電気特性のバラツキが低減された半導体装置の作製方法を提供することを発明の解決すべき課題、すなわち発明の目的とするものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a crystalline semiconductor film in which the direction of crystal grain boundaries and the width of crystal grains can be controlled, and further has a specific crystal structure and the direction of crystal grain boundaries and It is an object of the invention to provide a method for manufacturing a crystalline semiconductor film in which the width can be controlled, that is, an object of the invention. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that has excellent electrical characteristics and reduced variation in electrical characteristics between semiconductor elements, that is, an object of the invention.

本発明の一は、上記したとおり結晶性半導体膜及び半導体装置の作製方法を提供するものであり、その結晶性半導体膜の作製方法は、基板上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、非晶質半導体膜上に、キャップ膜を形成し、キャップ膜を透過する連続発振又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザビームが非晶質半導体膜に照射されるように走査して非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化することを特徴とする。このとき、レーザビームのビームスポットにおける長さ方向のエネルギーの周期が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下であり、レーザビームのビームスポットにおける幅方向のエネルギー分布はガウス分布であり、非晶質珪素膜の一領域あたりにレーザビームを５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下照射するようにレーザビームを走査する。   One embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a crystalline semiconductor film and a semiconductor device as described above. The method for manufacturing the crystalline semiconductor film includes forming an insulating film over a substrate and forming a non-conductive film over the insulating film. A crystalline semiconductor film is formed, a cap film is formed over the amorphous semiconductor film, and a laser beam having a continuous oscillation or a repetition frequency of 10 MHz or more that is transmitted through the cap film is irradiated to the amorphous semiconductor film. The amorphous semiconductor film is melted by scanning and then crystallized. At this time, the period of energy in the length direction in the beam spot of the laser beam is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less, and the energy distribution in the width direction in the beam spot of the laser beam is a Gaussian distribution, The laser beam is scanned so that a region of the amorphous silicon film is irradiated with the laser beam for 5 to 100 microseconds.

また、本発明の一は、上記したとおり結晶性半導体膜、半導体装置及びそれらの作製方法を提供するものであり、その結晶性半導体膜の作製方法は、基板上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、非晶質半導体膜上に、キャップ膜を形成し、キャップ膜を透過する連続発振又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザビームを走査して非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化することを特徴とする。このとき、非晶質半導体膜が結晶化しうるエネルギーのレーザビームが非晶質半導体膜に照射される領域及び非晶質半導体膜が結晶化しないエネルギーのレーザビームが非晶質半導体膜に照射される領域が縞状になるようにキャップ膜を形成し、当該縞と平行にレーザビームを走査する。また、このときの非晶質半導体膜に非晶質半導体膜が結晶化しうるエネルギーのレーザビームが非晶質半導体膜に照射される領域及び非晶質半導体膜が結晶化しないエネルギーのレーザビームが非晶質半導体膜に照射される領域を一周期とし、このときの周期を０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下とし、非晶質珪素膜の一領域あたりにレーザビームを５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下照射するようにレーザビームを走査する。   Another embodiment of the present invention provides a crystalline semiconductor film, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof as described above. The manufacturing method of the crystalline semiconductor film includes forming an insulating film over a substrate, and insulating the substrate. An amorphous semiconductor film is formed over the film, a cap film is formed over the amorphous semiconductor film, and a continuous oscillation or repetition frequency that passes through the cap film is scanned with a laser beam having a repetition frequency of 10 MHz or more. It is characterized by crystallization after melting the film. At this time, a region where the amorphous semiconductor film is irradiated with a laser beam having an energy capable of crystallizing the amorphous semiconductor film and a laser beam having an energy which does not crystallize the amorphous semiconductor film are irradiated to the amorphous semiconductor film. A cap film is formed so that the region to be striped becomes a stripe shape, and a laser beam is scanned in parallel with the stripe. In addition, a region where the amorphous semiconductor film is irradiated with a laser beam having an energy capable of crystallizing the amorphous semiconductor film and a laser beam having an energy where the amorphous semiconductor film is not crystallized are irradiated to the amorphous semiconductor film. The region irradiated to the amorphous semiconductor film is defined as one period, and the period at this time is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less, and 5 μm of laser beam is applied to each region of the amorphous silicon film. The laser beam is scanned so as to irradiate at least 100 seconds and not shorter than 100 seconds.

レーザビームのエネルギーの一部は、非晶質珪素膜を溶融させるエネルギーより高い。また、非晶質半導体膜の厚さは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。また、結晶性半導体膜中の結晶粒界の間隔は０．５μｍ以上１０μｍ以下である。また、キャップ膜は、酸素を０．１〜１０ａｔｏｍｉｃ％含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜であってもよい。さらには、非晶質半導体膜は、非晶質珪素膜であってもよい。   Part of the energy of the laser beam is higher than the energy for melting the amorphous silicon film. The thickness of the amorphous semiconductor film is 30 nm or more and 200 nm or less. The interval between crystal grain boundaries in the crystalline semiconductor film is 0.5 μm or more and 10 μm or less. Further, the cap film may be a silicon nitride film containing 0.1 to 10 atomic% of oxygen and having a composition ratio of nitrogen to silicon of 1.3 to 1.5. Further, the amorphous semiconductor film may be an amorphous silicon film.

上記構成により結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下であり、結晶粒界が平行である結晶を有する結晶性半導体膜を作製することができる。さらには、直交する３つの面において結晶方位が一定の割合以上で揃っている結晶粒の粒界が平行であり、且つ結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の結晶性半導体膜を作製することができる。 With the above structure, a crystalline semiconductor film having a crystal grain width of 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less, and crystals whose grain boundaries are parallel can be manufactured. Furthermore, the grain boundaries of crystal grains whose crystal orientations are aligned at a certain ratio or more on three orthogonal planes are parallel, and the width of the crystal grains is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less. A crystalline semiconductor film can be manufactured.

なお、ここでは、レーザビームのビームスポットの幅方向にレーザビームを走査する。また、結晶粒の幅とは、レーザビームの走査方向と９０度交差する方向であり、即ちレーザビームのビームスポットの長さと同じ方向の結晶粒の長さのことをいい、他の言い方をすると、結晶粒界に対して概略９０度交差した方向の結晶粒の長さのことをいう。   Here, the laser beam is scanned in the width direction of the beam spot of the laser beam. The crystal grain width is the direction that intersects the scanning direction of the laser beam by 90 degrees, that is, the length of the crystal grain in the same direction as the length of the beam spot of the laser beam. The length of crystal grains in the direction intersecting approximately 90 degrees with respect to the crystal grain boundary.

本発明によれば、レーザビームの照射により半導体膜を所定の方向に結晶成長させて、結晶粒の粒界が平行であり、且つ結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の大粒径結晶を有する結晶性半導体膜を形成することができる。さらには、結晶粒の粒界が平行であり、且つ結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の大粒径結晶であり、且つ直交する３つの面における結晶方位が一定の割合揃っている結晶粒を有する結晶性半導体膜を形成することができる。これらの結晶性半導体膜は優れた半導体特性を発現することができる。   According to the present invention, a semiconductor film is grown in a predetermined direction by laser beam irradiation, the grain boundaries of the crystal grains are parallel, and the width of the crystal grains is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more. A crystalline semiconductor film having a large crystal grain of 5 μm or less can be formed. Furthermore, the grain boundaries of the crystal grains are parallel and the crystal grain width is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less, and the crystal orientation in three orthogonal planes is A crystalline semiconductor film having crystal grains with a certain ratio can be formed. These crystalline semiconductor films can exhibit excellent semiconductor characteristics.

また、当該結晶性半導体膜を用いて半導体素子を形成すると、電気特性が優れ、かつ隣接する半導体素子間での電気特性のバラツキが低減され、優れた特性を有する半導体装置を作製することができるのである。特に、半導体素子として薄膜トランジスタを形成する場合、結晶粒界とキャリアの移動方向とが平行になるように半導体層の配置を制御することで、チャネルを横切る結晶粒界の位置を制御でき、電界効果移動度などの電気的特性が高い薄膜トランジスタを得ることができる。 In addition, when a semiconductor element is formed using the crystalline semiconductor film, a semiconductor device with excellent characteristics can be manufactured with excellent electrical characteristics and less variation in electrical characteristics between adjacent semiconductor elements. It is. In particular, when a thin film transistor is formed as a semiconductor element, the position of the crystal grain boundary that crosses the channel can be controlled by controlling the arrangement of the semiconductor layer so that the crystal grain boundary and the carrier moving direction are parallel to each other. A thin film transistor with high electrical characteristics such as mobility can be obtained.

本発明の実施の形態について以下に説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiment modes.

（実施の形態１）
実施の形態１においては、まず、本発明の結晶性半導体膜の製造プロセスの概要について図１乃至図４、図２４を用いて説明する。 (Embodiment 1)
In Embodiment 1, first, an outline of a manufacturing process of a crystalline semiconductor film of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIG.

まず、図１に図示するとおり、絶縁表面を有する基板１００として、例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用い、その片面に、下地膜として機能する絶縁膜１０１として厚さ５０ｎｍ乃至１５０ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜、厚さ５０ｎｍ乃至１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜する。さらに、絶縁膜１０１上に、半導体膜１０２として、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さ、好ましくは２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さ、さらに好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さで非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。   First, as illustrated in FIG. 1, for example, a glass substrate having a thickness of 0.7 mm is used as the substrate 100 having an insulating surface, and an oxygen film having a thickness of 50 nm to 150 nm is formed as an insulating film 101 functioning as a base film on one side. A silicon nitride film containing nitrogen and a silicon oxide film containing nitrogen with a thickness of 50 nm to 150 nm are formed. Further, over the insulating film 101, an amorphous semiconductor film is formed by plasma CVD as the semiconductor film 102 with a thickness of 20 nm to 200 nm, preferably 20 nm to 100 nm, more preferably 20 nm to 80 nm. The film is formed by the method.

基板１００としては、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英などのガラス基板を用いる。その他、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ポリプロピレンに代表されるプラスチックや、アクリルなどに代表される合成樹脂を原料とする基板を用いることもできる。   As the substrate 100, a glass substrate such as aluminoborosilicate glass, barium borosilicate glass, or quartz is used. In addition, it is also possible to use a substrate made of a raw material of plastics typified by PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyethersulfone), polypropylene, and synthetic resins typified by acrylic.

なお、下地膜として機能する絶縁膜１０１は、必要に応じて設ければよく、基板１００がガラスの場合は、ガラスからの不純物が半導体膜１０２に拡散することを防止するものであるが、基板１００として石英基板を用いた場合は、下地膜として機能する絶縁膜１０１を設ける必要はない。また、絶縁膜１０１と基板１００との間に剥離層を設け、工程終了後に基板１００から後に形成される半導体素子を剥離してもよい。   Note that the insulating film 101 functioning as a base film may be provided as necessary. When the substrate 100 is glass, impurities from the glass are prevented from diffusing into the semiconductor film 102. When a quartz substrate is used as 100, it is not necessary to provide the insulating film 101 functioning as a base film. Alternatively, a peeling layer may be provided between the insulating film 101 and the substrate 100, and a semiconductor element formed later from the substrate 100 may be peeled after the process is completed.

半導体膜１０２については、本実施の形態では非晶質珪素を用いるが、多結晶珪素を用いてもよいし、またシリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ｘＧｅｘ（０＜ｘ＜０．１））なども用いることができるし、さらに単結晶がダイヤモンド構造であるシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を用いることができる。 For the semiconductor film 102, amorphous silicon is used in this embodiment mode, but polycrystalline silicon may be used, or silicon germanium (Si 1-x Ge x (0 <x <0.1)) or the like. In addition, silicon carbide (SiC) whose single crystal has a diamond structure can be used.

本実施の形態においては、半導体膜１０２として非晶質珪素の例を示したが、多結晶珪素を使用してもよく、それは、例えば、非晶質珪素成膜後、非晶質珪素膜にニッケル、パラジウム、ゲルマニウム、鉄、コバルト、白金、金等の元素を微量添加し、その後５５０℃にて４時間の熱処理を施すことによって形成することができる。   In this embodiment, an example of amorphous silicon is shown as the semiconductor film 102, but polycrystalline silicon may be used. For example, after the amorphous silicon film is formed, It can be formed by adding a trace amount of elements such as nickel, palladium, germanium, iron, cobalt, platinum, gold and the like, followed by heat treatment at 550 ° C. for 4 hours.

また、その半導体膜１０２を形成した後、電気炉内で５００℃、１時間加熱してもよい。この加熱処理は、非晶質珪素膜から水素を出すための処理である。なお、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに半導体膜１０２から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、半導体膜１０２に含まれる水素が少なければ省略できる。   Alternatively, after the semiconductor film 102 is formed, heating may be performed at 500 ° C. for 1 hour in an electric furnace. This heat treatment is a treatment for extracting hydrogen from the amorphous silicon film. Note that the hydrogen is emitted in order to prevent hydrogen gas from being ejected from the semiconductor film 102 when the laser beam is irradiated. If the hydrogen contained in the semiconductor film 102 is small, the hydrogen can be omitted.

次に、半導体膜１０２上に厚さ２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のキャップ膜１０３を形成する。このキャップ膜１０３については、薄すぎると後に形成される結晶性半導体膜の面方位を制御することが難しくなるため、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さで成膜するのが好ましい。また、レーザビームの波長に対し十分な透過率を持ち、熱膨張係数などの熱的な値や延性などの値が隣接する半導体膜と近いものであることが好ましい。さらに、キャップ膜１０３は、後に形成される薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と同等の固く緻密な膜であることが好ましいが、そのような固く緻密な膜は、例えば成膜レートを低くすることにより形成することができる。成膜速度は１ｎｍ／ｍｉｎ以上４００ｎｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは１ｎｍ／ｍｉｎ以上１００ｎｍ／ｍｉｎがよい。   Next, a cap film 103 with a thickness of 200 nm to 1000 nm is formed over the semiconductor film 102. If the cap film 103 is too thin, it is difficult to control the plane orientation of a crystalline semiconductor film to be formed later. Therefore, the cap film 103 is preferably formed with a thickness of 200 nm to 1000 nm. Further, it is preferable that the laser beam has a sufficient transmittance with respect to the wavelength of the laser beam, and a thermal value such as a thermal expansion coefficient or a value such as ductility is close to that of an adjacent semiconductor film. Further, the cap film 103 is preferably a hard and dense film equivalent to a gate insulating film of a thin film transistor to be formed later. Such a hard and dense film is formed, for example, by lowering the film formation rate. be able to. The deposition rate is 1 nm / min to 400 nm / min, preferably 1 nm / min to 100 nm / min.

なお、キャップ膜に水素が多く含まれている場合には、半導体膜１０２と同様に、水素を出すための加熱処理を行う。   Note that in the case where the cap film contains a large amount of hydrogen, similarly to the semiconductor film 102, heat treatment is performed to extract hydrogen.

キャップ膜１０３は、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜等を一層で形成することができる。また、窒素を含む酸化珪素膜と酸素を含む窒化珪素膜を積層したキャップ膜や、酸素を含む窒化珪素膜と窒素を含む酸化珪素を積層したキャップ膜を形成することができる。さらには、キャップ膜として複数の膜を積層させ、且つ薄膜による光の干渉効果を利用して半導体膜１０２の光吸収効率を高めることができる。このような構造のキャップ膜を用いることにより、少ないエネルギーのレーザビームを用いて半導体膜１０２を結晶化することが可能であるため、コスト削減が可能である。   As the cap film 103, a silicon nitride film, a silicon oxide film containing nitrogen, a silicon nitride film containing oxygen, or the like can be formed in one layer. Further, a cap film in which a silicon oxide film containing nitrogen and a silicon nitride film containing oxygen are stacked, or a cap film in which a silicon nitride film containing oxygen and silicon oxide containing nitrogen are stacked can be formed. Furthermore, the light absorption efficiency of the semiconductor film 102 can be increased by laminating a plurality of films as the cap film and utilizing the light interference effect of the thin film. By using the cap film having such a structure, the semiconductor film 102 can be crystallized using a laser beam with low energy, so that cost can be reduced.

ここでは、キャップ膜１０３として厚さ２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の酸素を０．１〜１０ａｔｏｍｉｃ％含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜を成膜する。   Here, a silicon nitride film containing 0.1 to 10 atomic% of oxygen having a thickness of 200 nm to 1000 nm and a composition ratio of nitrogen to silicon of 1.3 to 1.5 is formed as the cap film 103.

このキャップ膜１０３については、本実施の形態ではモノシラン、アンモニア及び亜酸化窒素を反応ガスとして、プラズマＣＶＤ法を用いて、厚さ３００ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜を成膜する。なお、亜酸化窒素は酸化剤として用いるものであり、その代わりに酸化作用のある酸素を用いてもよい。   As for the cap film 103, in this embodiment, a silicon nitride film containing oxygen having a thickness of 300 nm is formed by a plasma CVD method using monosilane, ammonia, and nitrous oxide as reaction gases. Note that nitrous oxide is used as an oxidizing agent, and oxygen having an oxidizing action may be used instead.

ここで、連続発振のレーザビームまたは周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射したときに形成される結晶粒の幅とレーザビームの照射時間の関係について以下に示す。   Here, the relationship between the width of crystal grains formed when a semiconductor film is irradiated with a continuous wave laser beam or a pulsed laser beam with a frequency of 10 MHz or more and the irradiation time of the laser beam is described below.

半導体膜の結晶化プロセスにおいては、半導体膜中の温度勾配による対流や表面張力等の圧力差から生じる対流等の影響は小さいと考えられ、ここでは、これらの要因より半導体膜の溶融時間が主に結晶成長に関与していると考える。なお、ここでの半導体膜の溶融時間とは、半導体膜が溶融し始めてから、凝固し終わるまでの時間をいう。   In the crystallization process of a semiconductor film, it is considered that the influence of convection caused by a pressure gradient such as convection and surface tension due to temperature gradient in the semiconductor film is small, and here the melting time of the semiconductor film is mainly due to these factors. It is considered to be involved in crystal growth. Here, the melting time of the semiconductor film refers to the time from the start of melting of the semiconductor film until the completion of solidification.

図２４（Ａ）においては、破線１１４はパルス発振のレーザビームのエネルギー分布の時間変化を示し、実線１１５はレーザビームが照射された半導体膜の温度の時間変化を示す。図２４（Ａ）に示すように、従来のパルス発振のレーザビームが照射されたとき、レーザビームのエネルギーのほぼすべてが半導体膜の表面に吸収され、半導体膜が加熱される。なお、従来のパルス発振のレーザビームのパルス幅は１〜１００ナノ秒と極めて短いため、半導体膜に照射されたレーザビームのエネルギーは半導体膜の表面で吸収され、当該エネルギーが熱となり、急激に半導体膜を加熱する。こののち、熱が半導体膜及び下地膜として機能する絶縁膜１０１に伝達し半導体膜が冷却される。このため、短時間で半導体膜を融点以上にまで加熱することが可能である。また、半導体膜の温度（実線１１５）は一定温度を保った後、徐々に下降し、半導体膜の溶融温度以下になる。従来のパルス発振のレーザビームを用いた結晶化において、半導体膜の溶融時間１１７はパルス幅１１６より若干長いものの、半導体膜の溶融時間１１７はパルス幅１１６と近似することができる。従来のパルス発振のエキシマレーザビームを用いた半導体膜の結晶化工程においては、パルス幅１１６が数十ナノ秒〜数百ナノ秒であるため、半導体膜の溶融時間１１７もほぼ数十ナノ秒〜百数十ナノ秒であるといえる。   In FIG. 24A, a broken line 114 indicates a time change of the energy distribution of the pulsed laser beam, and a solid line 115 indicates a time change of the temperature of the semiconductor film irradiated with the laser beam. As shown in FIG. 24A, when a conventional pulsed laser beam is irradiated, almost all of the energy of the laser beam is absorbed by the surface of the semiconductor film, and the semiconductor film is heated. Note that since the pulse width of a conventional pulsed laser beam is as short as 1 to 100 nanoseconds, the energy of the laser beam applied to the semiconductor film is absorbed by the surface of the semiconductor film, and the energy becomes heat and abruptly. The semiconductor film is heated. After that, heat is transferred to the insulating film 101 functioning as a semiconductor film and a base film, and the semiconductor film is cooled. For this reason, it is possible to heat the semiconductor film to the melting point or higher in a short time. Further, the temperature of the semiconductor film (solid line 115) is gradually lowered after maintaining a constant temperature, and becomes lower than the melting temperature of the semiconductor film. In the conventional crystallization using a pulsed laser beam, the melting time 117 of the semiconductor film is slightly longer than the pulse width 116, but the melting time 117 of the semiconductor film can be approximated to the pulse width 116. In the conventional semiconductor film crystallization process using a pulsed excimer laser beam, the pulse width 116 is several tens of nanoseconds to several hundreds of nanoseconds, and therefore the melting time 117 of the semiconductor film is also about several tens of nanoseconds. It can be said that it is hundreds of nanoseconds.

一方、上記パルス幅のレーザビームを半導体膜に照射したときに形成される結晶性半導体膜の結晶粒の幅は、数十ナノメートルから百数十ナノメートルである。結晶粒の幅は結晶の成長距離とみなすことができる。実験によりパルス幅が伸びると結晶粒も大きくなることが分かっており、半導体膜の溶融時間及び結晶の成長距離が比例関係と仮定すると、レーザビームの照射時間１ナノ秒あたり結晶粒が一ナノメートル成長するといえる。   On the other hand, the width of the crystal grains of the crystalline semiconductor film formed when the semiconductor film is irradiated with the laser beam having the pulse width is several tens of nanometers to one hundred and several tens of nanometers. The width of the crystal grain can be regarded as the crystal growth distance. Experiments have shown that the crystal grain size increases as the pulse width increases, and assuming that the melting time of the semiconductor film and the crystal growth distance are proportional, the crystal grain size is 1 nanometer per nanosecond of laser beam irradiation time. It can be said that it will grow.

当該比例関係を連続発振のレーザビームまたは周波数が１０ＭＨｚのパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射して、結晶性半導体膜を形成する場合に当てはめてみる。   The proportional relationship is applied to the case where a crystalline semiconductor film is formed by irradiating a semiconductor film with a continuous oscillation laser beam or a pulse oscillation laser beam having a frequency of 10 MHz.

図２４（Ｂ）においては、破線１２４は連続発振のレーザビームのエネルギー分布の時間変化を示し、実線１２５はレーザビームが照射された半導体膜の温度の時間変化を示す。図２４（Ｂ）に示すように、連続発振のレーザビームが半導体膜の一領域に連続的に照射される時間１２６は５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下、好ましくは１０マイクロ秒以上５０マイクロ秒以下である。これは、連続発振のレーザビームの走査方向におけるビームスポットの幅及び走査速度より計算することができる。例えばここでは、ビームスポットの幅を５μｍ以上１５μｍ以下とし、走査速度を３００ｍｍ／秒以上７００ｍｍ／秒以下とする。   In FIG. 24B, a broken line 124 indicates a time change of the energy distribution of the continuous wave laser beam, and a solid line 125 indicates a time change of the temperature of the semiconductor film irradiated with the laser beam. As shown in FIG. 24B, a time 126 in which a continuous wave laser beam is continuously irradiated to one region of the semiconductor film is 5 to 100 microseconds, preferably 10 to 50 microseconds. It is. This can be calculated from the width and scanning speed of the beam spot in the scanning direction of the continuous wave laser beam. For example, here, the width of the beam spot is 5 μm or more and 15 μm or less, and the scanning speed is 300 mm / second or more and 700 mm / second or less.

一方、連続発振のレーザビームの照射時間は、５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下、好ましくは１０マイクロ秒以上５０マイクロ秒以下と、従来のパルス発振のレーザビームの照射時間と比較して長い。このため、レーザビームが照射されると、レーザビームのエネルギーが熱となり半導体膜に熱が伝導する（このときで半導体膜に伝達するエネルギーをＥ１と示す。）とともに、半導体膜から下地膜として機能する絶縁膜１０１に伝達する（このときのエネルギーをＥ２と示す）。Ｅ１がＥ２より大きいとき、レーザビームのエネルギー分布（破線１２４）が上昇し、レーザビームのエネルギーにより半導体膜以外の基板や絶縁膜へも伝わる。この結果、図２４（Ｂ）に示すように、当該半導体膜の温度（実線１２５）は急峻には上昇せず、加熱期間１２８において半導体膜が徐々に加熱される。   On the other hand, the irradiation time of a continuous wave laser beam is 5 to 100 microseconds, preferably 10 to 50 microseconds, which is longer than the conventional pulsed laser beam irradiation time. For this reason, when the laser beam is irradiated, the energy of the laser beam becomes heat and the heat is conducted to the semiconductor film (the energy transmitted to the semiconductor film at this time is indicated as E1) and functions as a base film from the semiconductor film. Is transmitted to the insulating film 101 (the energy at this time is indicated as E2). When E1 is larger than E2, the energy distribution of the laser beam (broken line 124) rises and is transmitted to the substrate and the insulating film other than the semiconductor film by the energy of the laser beam. As a result, as shown in FIG. 24B, the temperature of the semiconductor film (solid line 125) does not rise sharply, and the semiconductor film is gradually heated in the heating period 128.

次に、半導体膜の温度が溶融温度以上の期間は溶融期間１２７となる。次に、半導体膜の融点以上となる溶融期間１２７の後、Ｅ２がＥ１より大きいとき、徐々に半導体膜の温度が下降する。この期間を冷却期間１２９という。このため、半導体膜の一領域に５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下、好ましくは１０マイクロ秒以上５０マイクロ秒以下連続的にレーザビームが照射されていても、実質的に半導体膜を溶融する溶融期間１２７は上記時間の１０分の一程度となると考えられる。 Next, a period during which the temperature of the semiconductor film is equal to or higher than the melting temperature is a melting period 127. Next, after the melting period 127 where the melting point of the semiconductor film is equal to or higher than that, when E2 is larger than E1, the temperature of the semiconductor film gradually decreases. This period is referred to as a cooling period 129. Therefore, even when a region of the semiconductor film is continuously irradiated with a laser beam for 5 to 100 microseconds, preferably 10 to 50 microseconds, a melting period for substantially melting the semiconductor film 127 is considered to be about one tenth of the above time.

このため、連続発振のレーザビームを半導体膜に照射すると、半導体膜の一領域において０．５マイクロ秒以上１０マイクロ秒以下、好ましくは１マイクロ秒以上５マイクロ秒以下の間連続的に半導体膜が溶融していると考えられる。 Therefore, when a semiconductor film is irradiated with a continuous wave laser beam, the semiconductor film is continuously formed in one region of the semiconductor film for 0.5 to 10 microseconds, preferably for 1 to 5 microseconds. It is considered melted.

従来のパルス発振のレーザビームを半導体膜に照射したときの半導体膜の溶融時間及び結晶の成長距離の関係を、連続発振のレーザビームを半導体膜に照射し形成した結晶粒に当てはめると、結晶の成長距離は０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下になる。即ち結晶粒が隣接する結晶性半導体膜において、結晶の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下となる。 When the relationship between the melting time of the semiconductor film and the crystal growth distance when the semiconductor film is irradiated with the conventional pulsed laser beam is applied to the crystal grains formed by irradiating the semiconductor film with the continuous wave laser beam, The growth distance is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less. That is, in a crystalline semiconductor film in which crystal grains are adjacent, the width of the crystal is 0.5 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 5 μm.

また、本発明においては、図２（Ｂ）に示すように、レーザビームのビームスポット１３０の長さ１３０ａ方向においてエネルギー分布１３２ａの周期が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である。また、レーザビームのエネルギー分布１３２ａの値は半導体膜を溶融することが可能なエネルギー以上である。このようなレーザビームを一方向に走査することにより、レーザビームの走査方向と平行な方向に結晶粒界が形成される。また、結晶幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下となる。なお、このとき、半導体膜の溶融時間によって結晶の成長距離が決まると考えられるため、隣接する結晶粒の面方位が同じであっても、結晶粒の間には結晶粒界が含まれる。 In the present invention, as shown in FIG. 2B, the period of the energy distribution 132a in the direction of the length 130a of the beam spot 130 of the laser beam is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less. . The value of the energy distribution 132a of the laser beam is equal to or higher than the energy that can melt the semiconductor film. By scanning such a laser beam in one direction, a crystal grain boundary is formed in a direction parallel to the scanning direction of the laser beam. Further, the crystal width is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less. At this time, it is considered that the growth distance of the crystal is determined by the melting time of the semiconductor film, and therefore a crystal grain boundary is included between crystal grains even when the plane orientations of adjacent crystal grains are the same.

また、キャップ膜１０３とレーザ結晶化による半導体膜の面方位及び結晶粒界について、以下に説明する。   Further, the plane orientation and crystal grain boundary of the cap film 103 and the semiconductor film formed by laser crystallization will be described below.

半導体膜１０２上にキャップ膜１０３を設けることにより、半導体膜１０２及びキャップ膜１０３の界面のエネルギーが最小となる。このため、溶融した半導体膜１０２が凝固する際、半導体膜の結晶の方位が一方向に揃いやすくなる。半導体膜の結晶成長速度は面方位に影響を受ける。このため、結晶方位が一方向に揃っていると、結晶成長速度も各結晶ごとにほぼ等しくなる。このため、結晶の成長時間も結晶ごとにほぼ等しくなり、結晶の成長距離も等しくなる。また、溶融した半導体は温度の低い方から凝固が始まる。このため、レーザビームのビームスポットにおいてエネルギーの低いところから凝固が始まり、エネルギーの高いところで凝固が終了する。レーザビームのビームスポットの長さ方向におけるエネルギー分布は周期的であるため、レーザビームのビームスポットのエネルギー分布に沿って結晶粒界が形成される。   By providing the cap film 103 over the semiconductor film 102, the energy at the interface between the semiconductor film 102 and the cap film 103 is minimized. Therefore, when the molten semiconductor film 102 is solidified, the crystal orientation of the semiconductor film is easily aligned in one direction. The crystal growth rate of the semiconductor film is affected by the plane orientation. For this reason, when the crystal orientations are aligned in one direction, the crystal growth rate becomes substantially equal for each crystal. For this reason, the crystal growth time is also approximately equal for each crystal, and the crystal growth distance is also equal. The molten semiconductor starts to solidify from the lower temperature. For this reason, solidification starts from a low energy spot in the laser beam spot, and solidification ends at a high energy spot. Since the energy distribution in the length direction of the beam spot of the laser beam is periodic, a crystal grain boundary is formed along the energy distribution of the beam spot of the laser beam.

以上のことから、半導体膜上にキャップ膜を設け、レーザ結晶化を行うことで、結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である半導体膜を形成することができる。さらには、結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下であり、且つ結晶の面方位が一方向、または実質的に一方向とみなすことができる半導体膜を形成することができる。つまり、性質は単結晶に近い半導体膜を形成することができる。 From the above, a semiconductor film having a crystal grain width of 0.5 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 5 μm can be formed by providing a cap film over a semiconductor film and performing laser crystallization. . Furthermore, a semiconductor film in which the width of crystal grains is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less, and the crystal plane orientation can be regarded as one direction or substantially one direction is formed. Can do. That is, a semiconductor film having properties close to a single crystal can be formed.

次に、レーザを非晶質半導体膜に照射して結晶化する際に用いるレーザ発振器及びビームスポットを形成する光学系に関して説明する。   Next, a laser oscillator used for crystallization by irradiating an amorphous semiconductor film with a laser and an optical system for forming a beam spot will be described.

図２５に示すように、レーザ発振器１１ａ、１１ｂとして、半導体膜１０２に数十％以上吸収される波長のレーザを用いる。代表的には、第２高調波又は第３高調波を用いることができるが、ここでは、合計の最大出力が２０Ｗ、ＬＤ励起（レーザーダイオード励起）の連続発振レーザ（Ｎｄ：ＹＶＯ４、第２高調波（波長５３２ｎｍ））を用意する。特に第２高調波に限定する必要はないが、第２高調波はエネルギー効率の点で、さらに高次の高調波より優れている。 As shown in FIG. 25, lasers with wavelengths that are absorbed by the semiconductor film 102 by several tens of percent or more are used as the laser oscillators 11a and 11b. Typically, the second harmonic or the third harmonic can be used. Here, the total maximum output is 20 W, and the LD pumping (laser diode pumping) continuous wave laser (Nd: YVO 4 , second Harmonics (wavelength 532 nm)) are prepared. The second harmonic is not particularly limited to the second harmonic, but the second harmonic is superior to higher harmonics in terms of energy efficiency.

本発明で用いるレーザパワーは、半導体膜を完全に溶融すること可能な範囲であり、かつ結晶の面方位が揃っている結晶性半導体膜を形成することが可能な範囲である。この範囲よりも低いレーザパワーを用いると、半導体膜を完全に溶融することができず、結晶の面方位が一定方向に揃わず、結晶粒の小さい結晶性半導体膜が形成されてしまう。逆に、この範囲よりも高いレーザパワーを用いると、半導体膜中に大量の結晶核が発生し、当該結晶核から無秩序な結晶成長が生じるため、結晶粒の位置、大きさ及び面方位が不均一な結晶性半導体膜が形成されてしまう。   The laser power used in the present invention is in a range in which the semiconductor film can be completely melted and in a range in which a crystalline semiconductor film having a uniform crystal plane orientation can be formed. If a laser power lower than this range is used, the semiconductor film cannot be completely melted, the crystal plane orientation is not aligned in a certain direction, and a crystalline semiconductor film with small crystal grains is formed. On the other hand, if a laser power higher than this range is used, a large amount of crystal nuclei are generated in the semiconductor film and disordered crystal growth occurs from the crystal nuclei, so that the position, size, and plane orientation of the crystal grains are unsatisfactory. A uniform crystalline semiconductor film is formed.

連続発振レーザを半導体膜１０２に照射すると、連続的に半導体膜１０２にエネルギーが与えられるため、一旦半導体膜を溶融状態にすると、その状態を継続させることができる。図１（Ｂ）においては、レーザビーム１０５が照射されている半導体膜１０７は溶融している。さらに、連続発振レーザを走査することによって半導体膜の固液界面を移動させ、この移動の方向に沿って一方向に長く、結晶粒界が平行であり、且つ幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の結晶粒を形成することができる。図２（Ａ）は、図１（Ｂ）の斜視図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のレーザビーム１０５の照射領域の拡大図、及びレーザビームのビームスポットにおける長さ方向のエネルギー分布１３２ａを示し、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のレーザビーム１０５の照射領域の拡大図、及びレーザビームのビームスポットにおける幅方向のエネルギー分布１３２ｂを示す。レーザビームが走査された半導体膜は、ビームスポット１３０からレーザ走査方向に伸びた結晶粒１３３が形成されその幅は０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である。また、結晶粒界はレーザビームのエネルギー分布において、強度が強いエネルギーのレーザビームが照射されたところに形成される。また、結晶の成長はレーザビームのエネルギー分布の低いところから始まるので、結晶粒界はレーザビームのエネルギー分布の強いところに形成される。即ち、レーザビームのエネルギー分布は周期性を有するので、結晶粒界も周期性を有し、結晶粒界は平行である。   When the semiconductor film 102 is irradiated with the continuous wave laser, energy is continuously given to the semiconductor film 102. Therefore, once the semiconductor film is brought into a molten state, the state can be continued. In FIG. 1B, the semiconductor film 107 irradiated with the laser beam 105 is melted. Furthermore, the solid-liquid interface of the semiconductor film is moved by scanning with a continuous wave laser, is long in one direction along the direction of movement, the crystal grain boundaries are parallel, and the width is 0.5 μm or more and 10 μm or less, Preferably, crystal grains of 1 μm or more and 5 μm or less can be formed. 2A is a perspective view of FIG. 1B, and FIG. 2B is an enlarged view of the irradiation region of the laser beam 105 of FIG. 2A and the length of the laser beam at the beam spot. 2C shows an energy distribution 132a in the direction, and FIG. 2C shows an enlarged view of the irradiation region of the laser beam 105 in FIG. 2A and an energy distribution 132b in the width direction in the beam spot of the laser beam. In the semiconductor film scanned with the laser beam, crystal grains 133 extending from the beam spot 130 in the laser scanning direction are formed, and the width thereof is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less. Further, the crystal grain boundary is formed in the energy distribution of the laser beam where the laser beam having a high intensity is irradiated. In addition, since crystal growth starts from a position where the energy distribution of the laser beam is low, the crystal grain boundary is formed where the energy distribution of the laser beam is strong. That is, since the energy distribution of the laser beam has periodicity, the crystal grain boundaries also have periodicity, and the crystal grain boundaries are parallel.

その際に固体レーザを用いるのは、気体レーザ等と比較して、出力の安定性が高く、安定した処理が見込まれるためである。なお、連続発振レーザに限らず、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いることも可能である。 The solid laser is used at that time because the output stability is higher than that of a gas laser or the like and stable processing is expected. Note that not only a continuous wave laser but also a pulse laser having a repetition frequency of 10 MHz or more can be used.

また、繰り返し周波数が高いパルスレーザを用いると、半導体膜が溶融してから固化するまでの時間よりもレーザのパルス間隔が短ければ、常に半導体膜を膜厚方向全体において溶融状態にとどめることができ、固液界面の移動により一方向に長い結晶粒で構成される半導体膜を形成することができる。この場合は、例外的にレーザのパルス幅が半導体膜の溶融時間より極めて小さくなるが、レーザの性質としては連続発振レーザとほぼ同等なので、連続発振レーザと同様の扱いができる。なお、図２５の場合ではレーザ発振器を２台用意したが、出力が十分であれば１台でよい。 In addition, when a pulse laser with a high repetition frequency is used, the semiconductor film can always remain in a molten state in the entire film thickness direction if the pulse interval of the laser is shorter than the time from when the semiconductor film melts to solidification. By moving the solid-liquid interface, a semiconductor film composed of crystal grains that are long in one direction can be formed. In this case, the pulse width of the laser is exceptionally much smaller than the melting time of the semiconductor film. However, since the laser is almost the same as a continuous wave laser, it can be handled in the same way as a continuous wave laser. In the case of FIG. 25, two laser oscillators are prepared, but one may be used if the output is sufficient.

本実施の形態では、レーザ発振器１１ａ、１１ｂにＮｄ：ＹＶＯ４レーザを用いたが、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザや、その他の連続発振レーザを使用することもできる。例えば、気体レーザとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザ等がある。固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ等がある。さらに、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ等のセラミックスレーザがある。また、金属蒸気レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ等が挙げられる。 In this embodiment, the Nd: YVO 4 laser is used for the laser oscillators 11a and 11b. However, a pulse laser having a repetition frequency of 10 MHz or more, or other continuous wave lasers can be used. For example, examples of the gas laser include an Ar laser, a Kr laser, and a CO 2 laser. Examples of the solid-state laser include YAG laser, YLF laser, YAlO 3 laser, GdVO 4 laser, KGW laser, KYW laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, Y 2 O 3 laser, Nd: YVO 4 laser, and the like. Further, there are ceramic lasers such as YAG laser, Y 2 O 3 laser, GdVO 4 laser, and Nd: YVO 4 laser. Examples of the metal vapor laser include a helium cadmium laser.

また、レーザ発振器１１ａ、１１ｂとしては、レーザビームをＴＥＭ００（シングル横モード）で発振して射出することもでき、このようにすると被照射面において得られる線状のビームスポットの集光性を高め、エネルギー密度を高めることができるので好ましい。また、レンズアレイや回折光学素子等のビームホモジナイザを用いて、ビームスポットの長さ方向の集光性を高め、エネルギー密度を高めることができる。 In addition, the laser oscillators 11a and 11b can emit a laser beam by oscillating in TEM 00 (single transverse mode). In this way, the condensing property of the linear beam spot obtained on the irradiated surface can be improved. It is preferable because the energy density can be increased. Further, by using a beam homogenizer such as a lens array or a diffractive optical element, it is possible to increase the light condensing property in the length direction of the beam spot and increase the energy density.

これらのレーザ発振器を用いて射出されたレーザの光学的処理の概要は以下の通りである。レーザ発振器１１ａ、１１ｂからレーザビーム１２ａ、１２ｂをそれぞれ同じエネルギーで射出する。レーザ発振器１１ｂから射出されたレーザビーム１２ｂは、波長板１３を通して偏光方向を変えるが、それは偏光子１４によって互いに偏光方向が異なる２つのレーザビームを合成するためである。   The outline of the optical processing of the laser emitted using these laser oscillators is as follows. Laser beams 12a and 12b are respectively emitted from the laser oscillators 11a and 11b with the same energy. The laser beam 12b emitted from the laser oscillator 11b changes the polarization direction through the wave plate 13, because the polarizer 14 combines two laser beams having different polarization directions.

その波長板１３にレーザビーム１２ｂを通した後、ミラー２２で反射させ、偏光子１４にレーザビーム１２ｂを入射させ、その偏光子１４でレーザビーム１２ａとレーザビーム１２ｂを合成し、レーザビーム１２とする。その際には波長板１３及び偏光子１４を透過した光が適当なエネルギーとなるように波長板１３と偏光子１４を調整する。なお、本実施の形態では、レーザビームの合成に偏光子１４を用いているが、偏光ビームスプリッターなどの他の光学素子を用いてもよい。   After passing the laser beam 12 b through the wave plate 13, the laser beam 12 b is reflected by the mirror 22, the laser beam 12 b is incident on the polarizer 14, and the laser beam 12 a and the laser beam 12 b are synthesized by the polarizer 14. To do. At that time, the wavelength plate 13 and the polarizer 14 are adjusted so that light transmitted through the wavelength plate 13 and the polarizer 14 has appropriate energy. In the present embodiment, the polarizer 14 is used for combining the laser beams, but other optical elements such as a polarizing beam splitter may be used.

その偏光子１４によって合成されたレーザビーム１２は、ミラー１５によって反射され、焦点距離が、例えば１５０ｍｍのシリンドリカルレンズ１６及び焦点距離が、例えば２０ｍｍのシリンドリカルレンズ１７によって、レーザビームの断面形状を被照射面１８において線状に整形する。なお、ミラー１５はレーザ照射装置の光学系の設置状況に応じて設ければよい。   The laser beam 12 synthesized by the polarizer 14 is reflected by a mirror 15 and irradiated with a cross-sectional shape of the laser beam by a cylindrical lens 16 having a focal length of, for example, 150 mm and a cylindrical lens 17 having a focal length of, for example, 20 mm. The surface 18 is shaped into a line. The mirror 15 may be provided according to the installation status of the optical system of the laser irradiation apparatus.

また、被照射面１８で形成されるレーザビームのビームスポットの長さ方向のエネルギー分布を波型、即ち０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の周期を持たせるための光学系を被照射面１８及びシリンドリカルレンズ１７の間に設ける。このような光学系としては、回折光学素子等がある。   In addition, an optical system for giving the energy distribution in the length direction of the beam spot of the laser beam formed on the irradiated surface 18, that is, having a period of 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less. Provided between the irradiated surface 18 and the cylindrical lens 17. Examples of such an optical system include a diffractive optical element.

なお、線状に形成されたレーザビームの断面の幅を出来るだけ細くし、レーザビームの断面を線状にすることが好ましく、これにより半導体膜におけるレーザビームのエネルギー密度が上がるため、工程時間を短縮できる。   Note that it is preferable to reduce the cross-sectional width of the laser beam formed in a linear shape as much as possible, and to make the cross-section of the laser beam linear, which increases the energy density of the laser beam in the semiconductor film, so that the process time is reduced. Can be shortened.

線状に形成されたレーザビームの断面形状を細く引き伸ばすためには、レーザビームを細く集光するための光学系を別途設けても良い。例えば、レーザビームの断面を線状にするためには、シリンドリカルレンズアレイ、回折光学素子、光導波路などを用いることができる。   In order to narrow the cross-sectional shape of the linearly formed laser beam, an optical system for condensing the laser beam may be separately provided. For example, in order to make the cross section of the laser beam linear, a cylindrical lens array, a diffractive optical element, an optical waveguide, or the like can be used.

またレーザの媒質の形状が矩形状のものを用いれば射出段階でレーザビームの断面形状を線状にすることも可能である。   In addition, if a laser medium having a rectangular shape is used, the cross-sectional shape of the laser beam can be made linear at the emission stage.

本発明では、上記したとおりセラミックレーザを用いることができ、それを用いた場合には、レーザの媒質の形状を比較的自由に整形することが可能であるため、そのようなレーザビームの作製に適している。   In the present invention, a ceramic laser can be used as described above, and when it is used, the shape of the laser medium can be shaped relatively freely. Is suitable.

次に、レーザビームの照射方法について説明する。キャップ膜１０３に覆われた半導体膜１０２が形成された被照射面１８を比較的高速で動作させるため、吸着ステージ１９に固定する。吸着ステージ１９は、Ｘ軸用の一軸ロボット２０とＹ軸用の一軸ロボット２１により、被照射面１８に平行な面上をＸＹ方向に動作でき、線状のビームスポットの長さ方向とＹ軸を一致させて配置する。   Next, a laser beam irradiation method will be described. The irradiated surface 18 on which the semiconductor film 102 covered with the cap film 103 is formed is fixed to the suction stage 19 in order to operate at a relatively high speed. The suction stage 19 can be moved in the XY direction on the surface parallel to the irradiated surface 18 by the uniaxial robot 20 for the X axis and the uniaxial robot 21 for the Y axis, and the length direction of the linear beam spot and the Y axis Place them so that they match.

それに続いて、ビームスポットの幅方向、つまりＸ軸に沿って被照射面１８を動作させ、レーザビームを被照射面１８に照射する。ここでは、Ｘ軸用の一軸ロボット２０の走査速度を３５ｃｍ／ｓｅｃ、また２台のレーザ発振器からそれぞれ７．０Ｗのエネルギーでレーザを射出しており、合成後のレーザの出力は１４Ｗとなる。そのレーザビームが照射されることによって半導体が完全溶融した領域が形成され、固化される過程で結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の結晶粒を有する結晶性半導体膜、さらにはひとつの面方位に結晶が成長し、本発明の結晶性半導体膜を形成することができる。   Subsequently, the irradiated surface 18 is operated along the width direction of the beam spot, that is, along the X axis, and the irradiated surface 18 is irradiated with the laser beam. Here, the scanning speed of the X-axis uniaxial robot 20 is 35 cm / sec, and lasers are emitted from the two laser oscillators with an energy of 7.0 W, respectively, and the combined laser output is 14 W. A crystalline semiconductor having crystal grains with a width of 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less in the process of forming a region where the semiconductor is completely melted by irradiation with the laser beam and solidifying Crystals grow in the film and further in one plane orientation, and the crystalline semiconductor film of the present invention can be formed.

また、Ｘ軸用の一軸ロボット２０の走査速度は、数ｃｍ／ｓ〜数１００ｃｍ／ｓｅｃ程度が適当であり、レーザ発振器の出力に合わせて作業者が適宜決定すればよい。   The scanning speed of the uniaxial robot 20 for the X axis is suitably about several cm / s to several hundred cm / sec, and an operator may determine it appropriately according to the output of the laser oscillator.

なお、本実施の形態では、Ｘ軸用の一軸ロボット２０およびＹ軸用の一軸ロボット２１を用いて、被照射面１８である半導体膜１０２を移動させる方式を用いているが、これに限らず、レーザビームの走査は、被照射面１８を固定してレーザビームの照射位置を移動させる照射系移動型、レーザビームの照射位置を固定して被照射面１８を移動させる被照射面移動型、または上記２つの方法を組み合わせた方法も用いることができる。   In this embodiment, a method of moving the semiconductor film 102 that is the irradiated surface 18 using the uniaxial robot 20 for the X axis and the uniaxial robot 21 for the Y axis is used. However, the present invention is not limited to this. The scanning of the laser beam includes an irradiation system moving type in which the irradiated surface 18 is fixed and the irradiation position of the laser beam is moved, an irradiated surface moving type in which the irradiation position of the laser beam is fixed and the irradiated surface 18 is moved, Alternatively, a method combining the above two methods can also be used.

さらに、形成された結晶性半導体膜の幅の分だけ、Ｙ軸用の一軸ロボット２１を移動させ、再度Ｘ軸用の一軸ロボット２０を所定の速度、ここでは３５ｃｍ／ｓｅｃで走査させることもでき、このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を効率よく結晶化することができる。   Further, it is possible to move the uniaxial robot 21 for the Y axis by the width of the formed crystalline semiconductor film and scan the uniaxial robot 20 for the X axis again at a predetermined speed, here 35 cm / sec. By repeating such a series of operations, the entire surface of the semiconductor film can be efficiently crystallized.

また、図３に示すようなレーザ照射装置を用いてレーザビームを干渉させて、ビームスポットの長さ方向においてエネルギーの周期が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下のレーザビームを形成することができる。 Further, a laser beam is made to interfere by using a laser irradiation apparatus as shown in FIG. 3 to form a laser beam having an energy cycle of 0.5 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 5 μm in the length direction of the beam spot. can do.

図３に示すレーザ照射装置は、レーザビームの干渉の周期を０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下にすることが可能なレーザ照射装置の一例である。レーザ発振器１７１から発振されたレーザビームは非線形光学素子１７２により高調波に変換され、分割手段であるミラー１７３により複数のレーザビームに分割される。それぞれのレーザビームは周期的なエネルギー分布を有するレーザビームの形成手段であるミラー１７４ａ、１７４ｂによって反射され、基板１７６に到達する。基板１７６において、複数のレーザビームが合成されることで干渉が生じ、周期的なエネルギー分布を有するレーザビームが形成される。基板１７６は、レーザビームに対する相対的な基板の移動手段である可動式のステージ１７７上に設置されており、ステージ１７７を移動させることで、大面積基板におけるレーザビームの照射も可能となっている。また、シリンドリカルレンズ１７５ａ、１７５ｂは照射面においてエネルギー密度を高めるために設置するのが望ましい。   The laser irradiation apparatus illustrated in FIG. 3 is an example of a laser irradiation apparatus that can set a laser beam interference period to 0.5 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 5 μm. The laser beam oscillated from the laser oscillator 171 is converted into a harmonic by the nonlinear optical element 172, and is divided into a plurality of laser beams by the mirror 173 which is a dividing means. Each laser beam is reflected by mirrors 174a and 174b which are means for forming a laser beam having a periodic energy distribution, and reaches the substrate 176. In the substrate 176, interference is generated by combining a plurality of laser beams, and a laser beam having a periodic energy distribution is formed. The substrate 176 is installed on a movable stage 177 that is a substrate moving means relative to the laser beam. By moving the stage 177, the laser beam can be irradiated on a large-area substrate. . The cylindrical lenses 175a and 175b are desirably installed in order to increase the energy density on the irradiation surface.

なお、レーザ発振器１７１は図２５に示すレーザ発振器１１ａ、１１ｂと同様のものを適宜選択することができる。レーザから射出されたレーザビームの形状は、レーザの種類によって異なり、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。   Note that the laser oscillator 171 can be appropriately selected from the laser oscillators 11a and 11b shown in FIG. The shape of the laser beam emitted from the laser differs depending on the type of laser. If the rod shape is cylindrical, the shape is circular, and if the rod shape is slab type, the shape is rectangular.

ここで、図３に示すレーザ照射装置を用いてレーザビームを照射したときの照射面におけるレーザビームの干渉の様子について図４を用いて説明する。   Here, the state of interference of the laser beam on the irradiated surface when the laser beam is irradiated using the laser irradiation apparatus shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG.

図４（Ａ）のように、波長λの複数のレーザビームを入射角をθとして照射面において重ね合わされると干渉が生じる。このときのエネルギー密度の分布は図４（Ｂ）のようにエネルギー密度の高い部分と低い部分が交互に現れる波状の周期的な分布となる。エネルギー密度の高い部分だけに着目すれば、複数の点状のレーザビームが列をなしているとみなすことができる。このようなレーザビームを用いて照射すれば、点状のレーザビームが１つの場合よりも、非常に効率良くレーザビームの照射を行うことができる。これは大出力のレーザから発振されたエネルギー密度の高いレーザビームを用いて、半導体膜のアニールを行う場合には特に有効である。また、干渉性の高いレーザビームを用いても、照射面において干渉を生じさせることで周期的なエネルギー密度の分布を形成することができるため、非常に有効である。   As shown in FIG. 4A, interference occurs when a plurality of laser beams having a wavelength λ are superimposed on the irradiation surface with an incident angle θ. The energy density distribution at this time is a wave-like periodic distribution in which high energy density portions and low energy density portions appear alternately as shown in FIG. If attention is paid only to a portion having a high energy density, it can be considered that a plurality of dot-like laser beams form a line. When irradiation is performed using such a laser beam, it is possible to perform laser beam irradiation more efficiently than in the case where there is a single point laser beam. This is particularly effective when the semiconductor film is annealed using a laser beam having a high energy density oscillated from a high-power laser. Even if a highly coherent laser beam is used, a periodic energy density distribution can be formed by causing interference on the irradiated surface, which is very effective.

また、図４（Ａ）で示すように、複数のレーザビームは照射面において対称的に入射する。そのため、レーザビーム１の反射光はレーザビーム２が照射面に入射するに至った光路をたどり、レーザビーム２の反射光はレーザビーム１が照射面に入射するに至った光路をたどる。つまり、それぞれの反射光が戻り光と同様の振る舞いをするので、レーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす可能性が高い。そのため、反射光を取り除きレーザの発振を安定させるため、アイソレータを設置するのが好ましい。   Further, as shown in FIG. 4A, the plurality of laser beams are incident symmetrically on the irradiation surface. Therefore, the reflected light of the laser beam 1 follows the optical path where the laser beam 2 has entered the irradiation surface, and the reflected light of the laser beam 2 follows the optical path where the laser beam 1 has entered the irradiation surface. In other words, each reflected light behaves in the same manner as the return light, so that there is a high possibility that the output of the laser, the fluctuation of the frequency, the destruction of the rod, etc. will be adversely affected. Therefore, it is preferable to install an isolator in order to remove the reflected light and stabilize the laser oscillation.

次いで、エッチングを行うことによってキャップ膜を除去し、その後結晶性半導体膜の半導体膜上にレジストを塗布し、レジストを露光し、現像することによって所望の形状にレジストを形成する。さらに、ここで形成したレジストをマスクとしてエッチングを行い、現像によって露出した結晶性半導体膜を除去する。この工程によって、図２（Ｄ）に示すように、絶縁膜１０１上に島状の半導体膜１４１を形成する。また、この島状の半導体膜を用いて薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、ＣＣＤ等の半導体素子を有する半導体装置を作製することができる。ここでは、図１（Ｄ）に示すように、一形態として薄膜トランジスタ１５０を作製する。   Next, the cap film is removed by etching, and then a resist is applied on the semiconductor film of the crystalline semiconductor film, and the resist is exposed and developed to form a resist in a desired shape. Further, etching is performed using the resist formed here as a mask, and the crystalline semiconductor film exposed by development is removed. Through this step, an island-shaped semiconductor film 141 is formed over the insulating film 101 as illustrated in FIG. In addition, a semiconductor device including a semiconductor element such as a thin film transistor, a diode, a resistance element, a capacitor element, or a CCD can be manufactured using this island-shaped semiconductor film. Here, as shown in FIG. 1D, the thin film transistor 150 is manufactured as one embodiment.

次に、本実施の形態で作製することができる結晶性半導体膜の面方位について述べる。   Next, the plane orientation of the crystalline semiconductor film that can be manufactured in this embodiment will be described.

本実施の形態では、図１（Ｃ）で示すような結晶性半導体膜１０６上のキャップ膜１０３をエッチングを行うことによって除去した結晶性半導体膜の、結晶粒の位置と大きさ、および結晶の面方位を、ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｔｅｒｎ；電子後方散乱回折像）測定することができる。まずＥＢＳＰの基本的事項を説明し、ついで補足的説明を加えながら本実施の形態の結晶性半導体膜の面方位について説明する。 In this embodiment mode, the position and size of crystal grains of the crystalline semiconductor film removed by etching the cap film 103 over the crystalline semiconductor film 106 as shown in FIG. The plane orientation can be measured by EBSP (Electron Back Scatter Diffraction Pattern). First, basic matters of EBSP will be described, and then the plane orientation of the crystalline semiconductor film of the present embodiment will be described with additional explanation.

そのＥＢＳＰとは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）にＥＢＳＰ検出器を接続し、走査型電子顕微鏡内で高傾斜した試料に収束電子ビームを照射したときに発生する個々の結晶の回折像（ＥＢＳＰ像）の方位を解析し、方位データと測定点の位置情報（ｘ，ｙ）から試料の結晶の面方位を測定する方法である。   The EBSP refers to diffraction of individual crystals generated when a EBSP detector is connected to a scanning electron microscope (SEM) and a focused electron beam is irradiated to a highly inclined sample in the scanning electron microscope. In this method, the orientation of the image (EBSP image) is analyzed, and the crystal orientation of the sample crystal is measured from the orientation data and position information (x, y) of the measurement point.

結晶性半導体膜に電子線を入射させると、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中でブラッグ回折による結晶の面方位に特有な線状のパターンも合わせて観察することができる。ここで、この線状のパターンは一般的に菊池線と呼ばれており、ＥＢＳＰ法は、検出器に映った菊池線を解析することによって結晶性半導体膜の結晶の面方位を求めるものである。   When an electron beam is incident on a crystalline semiconductor film, inelastic scattering occurs also in the back, and a linear pattern peculiar to the crystal plane orientation by Bragg diffraction can also be observed in the sample. . Here, this linear pattern is generally called a Kikuchi line, and the EBSP method obtains the crystal orientation of the crystalline semiconductor film by analyzing the Kikuchi line reflected in the detector. .

多結晶構造の試料は、各結晶粒が異なった面方位を持っている。そこで、結晶性半導体膜の照射位置を移動させる度に電子線を照射し、照射位置ごとに結晶の面方位の解析を行う。このようにして、平坦な表面を持つ結晶性半導体膜の結晶の面方位や配向情報を得ることができ、測定領域が広いほど結晶性半導体膜全体の面方位の傾向を得ることがでるので、測定点が多いほど測定領域中の結晶の面方位の情報を詳細に得ることができる。   In a sample having a polycrystalline structure, each crystal grain has a different plane orientation. Therefore, the electron beam is irradiated every time the irradiation position of the crystalline semiconductor film is moved, and the crystal plane orientation is analyzed for each irradiation position. In this way, the crystal plane orientation and orientation information of the crystalline semiconductor film having a flat surface can be obtained, and the tendency of the plane orientation of the entire crystalline semiconductor film can be obtained as the measurement region is wide. As the number of measurement points increases, information on the crystal plane orientation in the measurement region can be obtained in detail.

しかし、結晶内部の面方位は、結晶の一つの観察面からの測定による面方位のみで決定することはできない。それは、一観察面のみにおいて面方位が一方向に揃っていたとしても、他の観察面において面方位が揃っていなければ、その結晶内部の面方位が揃っているとは言えないからであり、そのため、結晶内部の面方位を決定するには、少なくとも二つの表面からの面方位が必要となり、より多くの面からの情報が多くなるほど精度が高くなる。   However, the plane orientation inside the crystal cannot be determined only by the plane orientation measured from one observation plane of the crystal. That is because even if the plane orientation is aligned in one direction only on one observation plane, if the plane orientation is not aligned on the other observation plane, it cannot be said that the plane orientation inside the crystal is aligned, Therefore, in order to determine the plane orientation inside the crystal, plane orientations from at least two surfaces are required, and the accuracy increases as the information from more planes increases.

上記のとおりであり、測定領域内で３つの面とも面方位分布が均一であれば、近似的に単一の結晶と見なすことができる。実際には、図２６に示すように、互いに直交する３つのベクトル（ベクトルａ、ベクトルｂ、ベクトルｃ）がそれぞれ法線ベクトルとなる３つの面（観察面Ａ、観察面Ｂ、観察面Ｃ）の情報を総合することによって、高精度で結晶内部の面方位を特定することができる。   As described above, if the plane orientation distribution is uniform on all three surfaces in the measurement region, it can be regarded approximately as a single crystal. Actually, as shown in FIG. 26, three planes (observation plane A, observation plane B, and observation plane C) in which three orthogonal vectors (vector a, vector b, and vector c) are normal vectors respectively. By combining the above information, the plane orientation inside the crystal can be specified with high accuracy.

本実施の形態において形成される結晶性半導体膜では、以下のようにベクトルａ〜ｃを設定する。ベクトルｃはレーザビームの走査方向（即ち、結晶粒の成長方向）及び基板表面と平行であり、ベクトルａは基板表面及びベクトルｃと垂直であり、ベクトルｂは基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向であって、即ちベクトルａ及びベクトルｃと互いに垂直である。これら３つの観察面Ａ〜Ｃからの情報より、結晶膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を高精度に特定することができる。   In the crystalline semiconductor film formed in the present embodiment, vectors a to c are set as follows. Vector c is parallel to the scanning direction of the laser beam (ie, the growth direction of the grains) and the substrate surface, vector a is perpendicular to the substrate surface and vector c, vector b is parallel to the surface of the substrate, and The direction is perpendicular to the crystal growth direction of the crystal grains, that is, perpendicular to the vectors a and c. From the information from these three observation planes A to C, the plane orientation of the crystal film (crystal axis orientation perpendicular to the observation plane) can be specified with high accuracy.

本実施の形態により形成される結晶性半導体膜は観察面Ａ〜Ｃそれぞれにおいて、ある方位面に多く配向している結晶粒を形成することができる。例えば、観察面Ａでは＜００１＞方位に強く配向し、観察面Ｂでは＜３０１＞方位に強く配向し、観察面Ｃでは＜３０１＞方位に強く配向している結晶粒を有する結晶性半導体膜を形成することができる。即ち、３つの観察面それぞれにおいて結晶の面方位が一つの方向に高い割合で揃っている。つまり、結晶化された領域において、結晶の面方位が一方向に揃っているとみなすことができる近似的に単一の結晶が形成されていることがわかる。   The crystalline semiconductor film formed according to the present embodiment can form crystal grains that are highly oriented in a certain orientation plane in each of the observation planes A to C. For example, a crystalline semiconductor film having crystal grains that are strongly oriented in the <001> orientation on the observation plane A, strongly oriented in the <301> orientation on the observation plane B, and strongly oriented in the <301> orientation on the observation plane C. Can be formed. That is, the crystal plane orientation is aligned at a high rate in one direction on each of the three observation planes. That is, it can be seen that in the crystallized region, an approximately single crystal is formed that can be considered that the plane orientation of the crystal is aligned in one direction.

本実施の形態において結晶粒界が平行であり、結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下であり、結晶の面方位が一方向、または実質的に一方向とみなすことができる方向に揃っている結晶性半導体膜を作製することができる。つまり、性質は単結晶に近い半導体膜であり、このような半導体膜を用いると、半導体装置の性能を大幅に向上させることが可能である。例えば、この結晶性半導体膜を用いてＴＦＴを形成した場合、単結晶半導体を用いた半導体装置と同等の電界効果移動度（モビリティ）を得ることが可能である。   In this embodiment mode, the crystal grain boundaries are parallel, the crystal grain width is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less, and the crystal plane orientation is regarded as one direction or substantially one direction. Thus, a crystalline semiconductor film aligned in a direction that can be manufactured can be manufactured. That is, the property is a semiconductor film close to a single crystal, and the use of such a semiconductor film can greatly improve the performance of the semiconductor device. For example, when a TFT is formed using this crystalline semiconductor film, field-effect mobility (mobility) equivalent to that of a semiconductor device using a single crystal semiconductor can be obtained.

また、そのＴＦＴでは、オン電流値（ＴＦＴがオンの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、オフ電流値（ＴＦＴがオフの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、しきい値電圧、Ｓ値および電界効果移動度のばらつきを低減させることが可能になる。このような効果があるため、ＴＦＴの電気的特性は向上し、ＴＦＴを用いた半導体装置の動作特性および信頼性が向上する。従って、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、複数の素子間において性能のばらつきが小さい半導体装置を製作することができる。   In addition, in the TFT, an on-current value (a drain current value that flows when the TFT is in an on state), an off-current value (a drain current value that flows when the TFT is in an off state), a threshold voltage , Variation in S value and field effect mobility can be reduced. Because of such effects, the electrical characteristics of the TFT are improved, and the operating characteristics and reliability of the semiconductor device using the TFT are improved. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device that can operate at high speed, has high current driving capability, and has small performance variation among a plurality of elements.

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示すエネルギー分布の周期が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下のレーザビームを半導体膜に照射する代わりに、半導体膜を結晶化するために十分なエネルギーのレーザビームが半導体膜に伝達する領域及び半導体膜を結晶化するために十分なエネルギーのレーザビームが半導体膜に伝達しない領域を一周期とした場合、当該周期が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下となるように、キャップ膜を形成する形態について図５及び６を用いて説明する。 (Embodiment 2)
In this embodiment mode, in order to crystallize a semiconductor film instead of irradiating the semiconductor film with a laser beam having an energy distribution period of 0.5 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 5 μm shown in Embodiment Mode 1. In a case where a region where a laser beam with sufficient energy is transmitted to the semiconductor film and a region where a laser beam with sufficient energy for crystallization of the semiconductor film is not transmitted to the semiconductor film are defined as one cycle, the cycle is 0.5 μm or more and 10 μm. Hereinafter, a mode of forming a cap film so as to be preferably 1 μm or more and 5 μm or less will be described with reference to FIGS.

図５（Ａ）、（Ｃ）、及び（Ｅ）は、半導体膜に照射するレーザビームの走査方向と平行な方向における基板の断面図であり、図５（Ｂ）、（Ｄ）、及び（Ｆ）は、半導体膜に照射するレーザビームの走査方向と垂直な方向における基板の断面図である。また、図６（Ａ）は、図５（Ｃ）及び（Ｄ）の上面図であり、図６（Ｂ）は、レーザビームのビームスポットの長さ方向及び幅方向のエネルギー分布を示す。なお、図６（Ａ）のＡ−Ｂの断面図が図５（Ｃ）に相当し、図６（Ａ）の断面図がＣ−Ｄが図５（Ｄ）に相当する。   FIGS. 5A, 5C, and 5E are cross-sectional views of the substrate in a direction parallel to the scanning direction of the laser beam applied to the semiconductor film, and FIGS. F) is a cross-sectional view of the substrate in a direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam applied to the semiconductor film. 6A is a top view of FIGS. 5C and 5D, and FIG. 6B shows energy distributions in the length direction and width direction of the beam spot of the laser beam. 6A corresponds to FIG. 5C, and the cross-sectional view in FIG. 6A corresponds to FIG. 5D.

図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、実施の形態１と同様に基板１００上に絶縁膜１０１を形成し、絶縁膜１０１上に半導体膜１０２を形成する。次に、半導体膜１０２上にレーザビームの透過率の異なる領域を有するキャップ膜１６１を形成する。図６（Ａ）の基板の上面図に示すように、半導体膜を結晶化するために十分なエネルギーのレーザビームを透過する領域１６１ａ及び半導体膜を結晶化するために十分なエネルギーのレーザビームを透過しない領域１６１ｂを縞状に形成する。言い換えると、半導体膜を結晶化するために十分なエネルギーを半導体膜に伝達させる領域１６１ａと、半導体膜を結晶化するために十分なエネルギーを半導体膜に伝達させない領域１６１ｂを縞状に形成する。即ち、半導体膜へ結晶化するために十分なエネルギーを吸収させる領域１６１ａと、半導体膜へ結晶化するために十分なエネルギーを吸収させない領域１６１ｂを縞状に形成する。また、当該縞及びレーザビーム１３１の走査方向１６０が平行となるようにレーザビーム１３１を走査する。このとき、半導体膜の結晶化するために十分なエネルギーのレーザビームを透過する領域及び半導体膜の結晶化するために十分なエネルギーのレーザビームを透過しない領域を一周期とした場合、当該周期を０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下とする。代表的には、半導体膜の結晶化するために十分なエネルギーのレーザビームを透過する領域１６１ａの幅は、半導体膜の結晶化するために十分なエネルギーのレーザビームを透過しない領域１６１ｂの幅の１倍以上１０倍未満とし、半導体膜の結晶化するために十分なエネルギーのレーザビームを透過する領域１６１ａの幅を１〜１０μｍとすることで、後に形成する結晶粒の幅を０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下とすることができる。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the insulating film 101 is formed over the substrate 100 and the semiconductor film 102 is formed over the insulating film 101 as in Embodiment Mode 1. Next, a cap film 161 having regions having different laser beam transmittances is formed over the semiconductor film 102. As shown in the top view of the substrate in FIG. 6A, a region 161a that transmits a laser beam with sufficient energy for crystallizing the semiconductor film and a laser beam with sufficient energy for crystallizing the semiconductor film are used. The non-transmitting region 161b is formed in a stripe shape. In other words, a region 161a in which sufficient energy is transmitted to the semiconductor film for crystallizing the semiconductor film and a region 161b in which sufficient energy for crystallizing the semiconductor film is not transmitted to the semiconductor film are formed in stripes. That is, a region 161a that absorbs sufficient energy for crystallization into a semiconductor film and a region 161b that does not absorb enough energy for crystallization into a semiconductor film are formed in stripes. Further, the laser beam 131 is scanned so that the stripes and the scanning direction 160 of the laser beam 131 are parallel to each other. At this time, when one region includes a region that transmits a laser beam having sufficient energy for crystallization of the semiconductor film and a region that does not transmit laser beam having sufficient energy for crystallization of the semiconductor film, the cycle is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less. Typically, the width of the region 161a that transmits a laser beam with sufficient energy for crystallization of the semiconductor film is equal to the width of the region 161b that does not transmit a laser beam with sufficient energy for crystallization of the semiconductor film. By setting the width of the region 161a that transmits a laser beam with sufficient energy for crystallization of the semiconductor film to 1 to 10 μm, the width of crystal grains to be formed later is 0.5 μm or more. The thickness can be 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less.

レーザビームの波長として半導体膜で吸収可能な波長を用いる場合、レーザビームの透過率の異なる領域を有するキャップ膜１６１の形成方法としては、キャップ膜１６１を光を透過する材料で形成する場合、レーザビームの波長に合わせてキャップ膜の膜厚を変えて、レーザビームを透過させる領域及び透過させない領域を縞状に形成することができる。すなわち、レーザビームの波長にあわせて、反射防止膜となる膜厚の領域と、反射膜となる膜厚の領域とを交互に凹凸で形成し、縞状とすることができる。ここでは、反射防止膜として膜厚のキャップ膜１６１に接する半導体膜では結晶粒界が形成され、反射膜として機能する膜厚のキャップ膜１６１に接する半導体膜では結晶粒が形成される。 In the case where a wavelength that can be absorbed by the semiconductor film is used as the wavelength of the laser beam, as a method of forming the cap film 161 having regions having different laser beam transmittances, a laser beam is formed when the cap film 161 is formed of a material that transmits light. By changing the thickness of the cap film in accordance with the wavelength of the beam, a region where the laser beam is transmitted and a region where the laser beam is not transmitted can be formed in a stripe shape. That is, in accordance with the wavelength of the laser beam, a region having a film thickness serving as an antireflection film and a region having a film thickness serving as a reflection film can be alternately formed with irregularities to form a stripe shape. Here, a crystal grain boundary is formed in the semiconductor film in contact with the cap film 161 having a film thickness as an antireflection film, and a crystal grain is formed in the semiconductor film in contact with the cap film 161 having a film thickness functioning as a reflection film.

また、レーザビームの波長として半導体膜で吸収可能な波長（例えば可視光、紫外光）を用いる場合、膜厚の均一なキャップ膜１６１に接するようにレーザビームを吸収する膜を縞状に形成する代わりに、レーザビームを反射する膜を縞状に形成してもよい。レーザビームを反射する膜と重畳する半導体膜では結晶粒が形成され、レーザビームを反射する膜が形成されない領域と重畳する半導体膜では結晶粒界が形成される。   In addition, when a wavelength (for example, visible light or ultraviolet light) that can be absorbed by the semiconductor film is used as the wavelength of the laser beam, a film that absorbs the laser beam is formed in a stripe shape so as to be in contact with the cap film 161 having a uniform thickness. Instead, a film that reflects the laser beam may be formed in a striped pattern. Crystal grains are formed in the semiconductor film overlapping with the film reflecting the laser beam, and crystal grain boundaries are formed in the semiconductor film overlapping with the region where the film reflecting the laser beam is not formed.

また、膜厚の均一なキャップ膜１６１に接するようにレーザビームを吸収する膜を縞状に形成してもよい。このとき、キャップ膜１６１はレーザビームのエネルギーよりもバンドギャップが大きい材料を用いて形成し、レーザビームを吸収する膜としてはレーザビームのエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが小さい材料を用いて形成する。キャップ膜１６１として窒化酸化珪素膜を用いて形成した場合、レーザビームを吸収する膜としては金属膜、リン、ボロン、希ガス元素がドーピングされたＩＴＯ等の導電性金属酸化物、色素が分散された有機樹脂等がある。レーザビームとレーザビームを吸収する膜の熱伝導率の関係により、レーザビームを吸収する膜と重畳する半導体膜では結晶粒界が形成され、レーザビームを吸収する膜が形成されない領域と重畳する半導体膜では結晶粒が形成される。   Alternatively, a film that absorbs a laser beam may be formed in a striped pattern so as to be in contact with the cap film 161 having a uniform thickness. At this time, the cap film 161 is formed using a material having a larger band gap than the energy of the laser beam, and the film that absorbs the laser beam is formed using a material having a smaller band gap energy than the energy of the laser beam. When the silicon nitride oxide film is used as the cap film 161, a metal film, phosphorus, boron, conductive metal oxide such as ITO doped with a rare gas element, or a dye is dispersed as a film that absorbs a laser beam. Organic resin. Due to the relationship between the thermal conductivity of the laser beam and the film that absorbs the laser beam, a crystal grain boundary is formed in the semiconductor film that overlaps with the film that absorbs the laser beam, and the semiconductor that overlaps with the region where the film that absorbs the laser beam is not formed Crystal grains are formed in the film.

また、レーザビームの波長として半導体膜で吸収されない波長（例えば赤外光）を用い、膜厚の均一なキャップ膜１６１に接するようにレーザビームを吸収する膜を縞状に形成する場合、レーザビームを吸収する膜において温度が上昇し、当該熱が半導体膜に伝達する。この結果、レーザビームを吸収する膜と重畳する半導体膜において結晶粒が形成され、レーザビームを吸収する膜と重畳しない半導体膜において結晶粒界が形成される。   In addition, when a wavelength that is not absorbed by the semiconductor film (for example, infrared light) is used as the wavelength of the laser beam and the film that absorbs the laser beam is formed in a stripe shape so as to be in contact with the cap film 161 having a uniform thickness, the laser beam The temperature rises in the film that absorbs heat, and the heat is transferred to the semiconductor film. As a result, crystal grains are formed in the semiconductor film that overlaps with the film that absorbs the laser beam, and crystal grain boundaries are formed in the semiconductor film that does not overlap with the film that absorbs the laser beam.

ここでは、キャップ膜１６１を異なる膜厚で縞状に形成し、反射膜として機能する膜厚の領域を半導体膜を結晶化するために十分なエネルギーのレーザビームを透過しない領域とし、反射防止膜として機能する領域を半導体膜を結晶化するために十分なエネルギーのレーザビームを透過する領域とする。また、レーザビームとしては可視光を用いる。   Here, the cap film 161 is formed in stripes with different film thicknesses, and the region having a film thickness that functions as a reflection film is a region that does not transmit a laser beam with sufficient energy to crystallize the semiconductor film, and the antireflection film The region that functions as a region that transmits a laser beam with sufficient energy to crystallize the semiconductor film. Further, visible light is used as the laser beam.

次に、図５（Ｃ）、（Ｄ）及び図６（Ａ）に示すように、レーザビーム１０５を半導体膜１０２に照射する。ここでは、図６（Ｂ）に示すように、レーザビーム１３１の長さ方向におけるエネルギー分布が台形状１３２であるようなレーザビーム１０５を照射することが好ましい。このようなエネルギー分布を有するレーザビームを照射すると、半導体膜に伝導するレーザビームのエネルギー分布は図５（Ｃ）及び（Ｄ）の曲線１６２のようになり、レーザビームを透過しやすい領域１６１ａと比較して、透過しにくい領域１６１ｂにおいてレーザビームのエネルギーが減衰され、キャップ膜１６１においてレーザビームのエネルギーの周期が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下となる。このようなレーザビームを一方向に走査することにより、結晶粒界が平行であり、且つ結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下とすることができる。   Next, as illustrated in FIGS. 5C, 5 </ b> D, and 6 </ b> A, the semiconductor film 102 is irradiated with the laser beam 105. Here, as shown in FIG. 6B, it is preferable to irradiate the laser beam 105 whose energy distribution in the length direction of the laser beam 131 is a trapezoidal shape 132. When a laser beam having such an energy distribution is irradiated, the energy distribution of the laser beam conducted to the semiconductor film is as shown by a curve 162 in FIGS. 5C and 5D, and the region 161a that easily transmits the laser beam In comparison, the energy of the laser beam is attenuated in the region 161b that is difficult to transmit, and the period of the energy of the laser beam in the cap film 161 is 0.5 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 5 μm. By scanning such a laser beam in one direction, the crystal grain boundaries are parallel, and the width of the crystal grains can be set to 0.5 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 5 μm.

レーザビーム１３１の長さ方向のエネルギー分布が台形状１３２であるようなレーザビーム１０５の照射方法としては、図２５に示すレーザ照射装置において被照射面及びシリンドリカルレンズ１７の間に回折光学素子、光導波路等を設ければよい。   As a method of irradiating the laser beam 105 in which the energy distribution in the length direction of the laser beam 131 has a trapezoidal shape 132, a diffractive optical element or optical waveguide is interposed between the irradiated surface and the cylindrical lens 17 in the laser irradiation apparatus shown in FIG. A waveguide or the like may be provided.

半導体膜１０２全体にレーザビームを走査することで、図５（Ｅ）及び（Ｆ）に示すように、結晶性半導体膜１０６を形成することができる。結晶性半導体膜１０６は、レーザビーム１０５の走査方向に平行な結晶粒界１０６ａが形成されている。また、結晶粒界間の距離、即ち結晶粒の幅は０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である。   By scanning the entire semiconductor film 102 with a laser beam, the crystalline semiconductor film 106 can be formed as shown in FIGS. In the crystalline semiconductor film 106, crystal grain boundaries 106 a parallel to the scanning direction of the laser beam 105 are formed. Further, the distance between crystal grain boundaries, that is, the width of the crystal grain is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less.

本実施の形態において結晶粒界が平行であり、結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下であり、結晶の面方位が一方向、または実質的に一方向とみなすことができる方向に揃っている結晶性半導体膜を作製することができる。つまり、性質は単結晶に近い半導体膜であり、このような半導体膜を用いると、半導体装置の性能を大幅に向上させることが可能である。例えば、この結晶性半導体膜を用いてＴＦＴを形成した場合、単結晶半導体を用いた半導体装置と同等の電界効果移動度（モビリティ）を得ることが可能である。   In this embodiment mode, the crystal grain boundaries are parallel, the crystal grain width is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less, and the crystal plane orientation is regarded as one direction or substantially one direction. Thus, a crystalline semiconductor film aligned in a direction that can be manufactured can be manufactured. That is, the property is a semiconductor film close to a single crystal, and the use of such a semiconductor film can greatly improve the performance of the semiconductor device. For example, when a TFT is formed using this crystalline semiconductor film, field-effect mobility (mobility) equivalent to that of a semiconductor device using a single crystal semiconductor can be obtained.

また、そのＴＦＴでは、オン電流値（ＴＦＴがオンの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、オフ電流値（ＴＦＴがオフの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、しきい値電圧、Ｓ値および電界効果移動度のばらつきを低減させることが可能になる。このような効果があるため、ＴＦＴの電気的特性は向上し、ＴＦＴを用いた半導体装置の動作特性および信頼性が向上する。 従って、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、複数の素子間において性能のばらつきが小さい半導体装置を製作することができる。   In addition, in the TFT, an on-current value (a drain current value that flows when the TFT is in an on state), an off-current value (a drain current value that flows when the TFT is in an off state), a threshold voltage , Variation in S value and field effect mobility can be reduced. Because of such effects, the electrical characteristics of the TFT are improved, and the operating characteristics and reliability of the semiconductor device using the TFT are improved. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device that can operate at high speed, has high current driving capability, and has small performance variation among a plurality of elements.

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態と異なるレーザビームの照射方法について、図７及び８を用いて説明する。 (Embodiment 3)
In this embodiment mode, a laser beam irradiation method which is different from that in the above embodiment mode will be described with reference to FIGS.

図７（Ａ）乃至（Ｃ）は、半導体膜に照射するレーザビームの走査方向と平行な方向における基板の断面図であり、図８（Ａ）は図７（Ｂ）の上面図である。   7A to 7C are cross-sectional views of the substrate in a direction parallel to the scanning direction of the laser beam applied to the semiconductor film, and FIG. 8A is a top view of FIG. 7B.

図７（Ａ）に示すように、実施の形態１と同様に基板１００上に絶縁膜１０１を形成し、絶縁膜１０１上に半導体膜１０２を形成し、半導体膜１０２上にキャップ膜１０３を形成する。   As shown in FIG. 7A, the insulating film 101 is formed over the substrate 100 as in Embodiment Mode 1, the semiconductor film 102 is formed over the insulating film 101, and the cap film 103 is formed over the semiconductor film 102. To do.

次に、図７（Ｂ）に示すように、半導体膜１０２にレーザビーム１９１を照射する。ここでは、レーザビーム１９１としては、ビームスポット１９２の長さ方向の長さが０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である。更には、レーザビーム１９１のエネルギーの半値幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。また、レーザビームのエネルギーは半導体膜を溶融することが可能なエネルギーである。このようなレーザビームを一方向に走査することにより、図８（Ａ）に示すように、レーザビームを照射した領域に結晶粒界１０６ａが平行であり、結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の結晶粒を有する結晶性半導体膜１０６を形成することができる。本実施の形態では、レーザビームのビームスポット１９２の走査跡に沿って結晶性半導体膜１０６の結晶粒及び結晶粒界１０６ａが形成される。   Next, as shown in FIG. 7B, the semiconductor film 102 is irradiated with a laser beam 191. Here, as the laser beam 191, the length of the beam spot 192 in the length direction is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less. Furthermore, it is preferable that the half width of the energy of the laser beam 191 is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less. The energy of the laser beam is energy that can melt the semiconductor film. By scanning such a laser beam in one direction, as shown in FIG. 8A, the crystal grain boundary 106a is parallel to the region irradiated with the laser beam, and the width of the crystal grain is 0.5 μm or more and 10 μm. Hereinafter, the crystalline semiconductor film 106 having crystal grains of preferably 1 μm or more and 5 μm or less can be formed. In this embodiment mode, crystal grains and crystal grain boundaries 106 a of the crystalline semiconductor film 106 are formed along the scan trace of the beam spot 192 of the laser beam.

ビームスポット１９２の長さ方向の長さが０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下であり、半導体膜を溶融することが可能なエネルギーを有するレーザビームの照射方法としては、図２５に示すレーザ照射装置の光学系に、シリンドリカルレンズ等を用いればよい。   FIG. 25 shows an irradiation method of a laser beam having a length in the length direction of the beam spot 192 of 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less and having energy capable of melting the semiconductor film. A cylindrical lens or the like may be used for the optical system of the laser irradiation apparatus shown.

図８（Ａ）においては、一つのレーザビームを半導体膜に照射している形態を示したが、これに限られるものではない。例えば、複数のレーザビームをレーザビームの走査方向と９０度に交差する方向に一列に並べてもよい。図８（Ｂ）においては、５つのビームスポット１９２ａ〜１９２ｅを一列に並べて同時に走査する形態を示す。このように複数のビームスポット１９２ａ〜１９２ｄを一列に並べて同時に走査することにより、スループットを向上させることができる。また、ビームスポットの幅に合わせた平行な結晶粒界１０６ａが形成されるとともに、幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の結晶粒を有する結晶性半導体膜１０６を形成することができる。   Although FIG. 8A shows a mode in which a semiconductor film is irradiated with one laser beam, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of laser beams may be aligned in a direction that intersects the scanning direction of the laser beam at 90 degrees. FIG. 8B shows a mode in which five beam spots 192a to 192e are arranged in a line and scanned simultaneously. Thus, throughput can be improved by arranging a plurality of beam spots 192a to 192d in a line and simultaneously scanning them. In addition, a parallel crystal grain boundary 106a corresponding to the width of the beam spot is formed, and a crystalline semiconductor film 106 having crystal grains with a width of 0.5 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 5 μm is formed. Can do.

本実施の形態において結晶粒界が平行であり、結晶粒の幅が０．５μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下であり、結晶の面方位が一方向、または実質的に一方向とみなすことができる方向に揃っている結晶性半導体膜を作製することができる。つまり、性質は単結晶に近い半導体膜であり、このような半導体膜を用いると、半導体装置の性能を大幅に向上させることが可能である。例えば、この結晶性半導体膜を用いてＴＦＴを形成した場合、単結晶半導体を用いた半導体装置と同等の電界効果移動度（モビリティ）を得ることが可能である。   In this embodiment mode, the crystal grain boundaries are parallel, the crystal grain width is 0.5 μm or more and 10 μm or less, preferably 1 μm or more and 5 μm or less, and the crystal plane orientation is regarded as one direction or substantially one direction. Thus, a crystalline semiconductor film aligned in a direction that can be manufactured can be manufactured. That is, the property is a semiconductor film close to a single crystal, and the use of such a semiconductor film can greatly improve the performance of the semiconductor device. For example, when a TFT is formed using this crystalline semiconductor film, field-effect mobility (mobility) equivalent to that of a semiconductor device using a single crystal semiconductor can be obtained.

また、そのＴＦＴでは、オン電流値（ＴＦＴがオンの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、オフ電流値（ＴＦＴがオフの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、しきい値電圧、Ｓ値および電界効果移動度のばらつきを低減させることが可能になる。このような効果があるため、ＴＦＴの電気的特性は向上し、ＴＦＴを用いた半導体装置の動作特性および信頼性が向上する。 従って、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、複数の素子間において性能のばらつきが小さい半導体装置を製作することができる。   In addition, in the TFT, an on-current value (a drain current value that flows when the TFT is in an on state), an off-current value (a drain current value that flows when the TFT is in an off state), a threshold voltage , Variation in S value and field effect mobility can be reduced. Because of such effects, the electrical characteristics of the TFT are improved, and the operating characteristics and reliability of the semiconductor device using the TFT are improved. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device that can operate at high speed, has high current driving capability, and has small performance variation among a plurality of elements.

（実施の形態４）
本実施の形態では、半導体装置の一例である液晶表示装置について図９、及び図１０を用いて説明する。 (Embodiment 4)
In this embodiment, a liquid crystal display device which is an example of a semiconductor device will be described with reference to FIGS.

図９（Ａ）に示すように、実施の形態１と同様に基板１００上に絶縁膜１０１を形成し、絶縁膜１０１上に半導体膜１０２を形成し非晶質半導体膜上にキャップ膜１０３を形成する。   As shown in FIG. 9A, as in Embodiment Mode 1, an insulating film 101 is formed over a substrate 100, a semiconductor film 102 is formed over the insulating film 101, and a cap film 103 is formed over the amorphous semiconductor film. Form.

ここでは、基板１００として、厚さ０．７ｍｍのＡＮ１００基板を用いる。また、絶縁膜１０１としては、厚さ４０〜６０ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜及び厚さ８０〜１２０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜をそれぞれプラズマＣＶＤ法により形成する。また、半導体膜１０２としてプラズマＣＶＤ法により厚さ２０〜８０ｎｍの非晶質半導体膜を形成する。キャップ膜１０３としては、プラズマＣＶＤ法により厚さ２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の酸素を０．１〜１０ａｔｏｍｉｃ％含み、かつ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜を形成する。 Here, an AN100 substrate having a thickness of 0.7 mm is used as the substrate 100. As the insulating film 101, a silicon nitride film containing oxygen having a thickness of 40 to 60 nm and a silicon oxide film containing nitrogen having a thickness of 80 to 120 nm are formed by a plasma CVD method. Further, an amorphous semiconductor film having a thickness of 20 to 80 nm is formed as the semiconductor film 102 by a plasma CVD method. As the cap film 103, a silicon nitride film containing 0.1 to 10 atomic% of oxygen having a thickness of 200 nm to 1000 nm and a composition ratio of nitrogen to silicon of 1.3 to 1.5 is formed by a plasma CVD method. To do.

次に、基板１００を加熱する。ここでは、基板１００上に形成された非晶質半導体膜の水素を除去するための加熱を行うため、基板１００を５００℃で１時間加熱した後、５５０℃で４時間加熱する。 Next, the substrate 100 is heated. Here, in order to perform heating for removing hydrogen of the amorphous semiconductor film formed over the substrate 100, the substrate 100 is heated at 500 ° C. for 1 hour and then heated at 550 ° C. for 4 hours.

次に、図９（Ｂ）に示すように、半導体膜１０２にレーザビーム１０４を照射したのち、キャップ膜１０３を除去する。このときのレーザビーム１０４は、半導体膜１０２を溶融することが可能なエネルギーを選択する。また、半導体膜１０２が吸収することが可能なレーザビーム１０４の波長を選択する。この結果、絶縁膜１０１上に結晶性半導体膜１０６を形成することができる。ここでは、レーザビーム１０４としてＮｄ：ＹＶＯ４の第２高調波を用いる。キャップ膜１０３の除去方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング、研磨等の各種除去方法を用いることができるが、ここでは、ドライエッチング法によりキャップ膜１０３を除去する。 Next, as shown in FIG. 9B, after the semiconductor film 102 is irradiated with the laser beam 104, the cap film 103 is removed. At this time, the laser beam 104 selects energy capable of melting the semiconductor film 102. Further, the wavelength of the laser beam 104 that can be absorbed by the semiconductor film 102 is selected. As a result, the crystalline semiconductor film 106 can be formed over the insulating film 101. Here, the second harmonic of Nd: YVO 4 is used as the laser beam 104. As a method for removing the cap film 103, various removal methods such as dry etching, wet etching, and polishing can be used. Here, the cap film 103 is removed by a dry etching method.

次に、図９（Ｃ）に示すように結晶性半導体膜１０６を選択的にエッチングして半導体膜２０１〜２０３を形成する。ここでは、結晶性半導体膜１０６のエッチング方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング等を用いることができる。ここでは、結晶性半導体膜１０６上にレジストを塗布した後、露光及び現像を行ってレジストマスクを形成する。次に、レジストマスクを用いてＳＦ６：Ｏ２の流量比を４：１５としたドライエッチング法により、結晶性半導体膜１０６を選択的にエッチングする。この後、レジストマスクを除去する。 Next, as illustrated in FIG. 9C, the crystalline semiconductor film 106 is selectively etched to form semiconductor films 201 to 203. Here, as a method for etching the crystalline semiconductor film 106, dry etching, wet etching, or the like can be used. Here, after applying a resist over the crystalline semiconductor film 106, exposure and development are performed to form a resist mask. Next, the crystalline semiconductor film 106 is selectively etched using a resist mask by a dry etching method in which the flow rate ratio of SF 6 : O 2 is 4:15. Thereafter, the resist mask is removed.

次に、図９（Ｄ）に示すように、半導体膜２０１〜２０３上にゲート絶縁膜２０４を形成する。ゲート絶縁膜は、窒化珪素、酸素を含む窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等の単層又は積層構造で形成する。ここでは、厚さ１１５ｎｍの窒素を含む酸化珪素をプラズマＣＶＤ法により形成する。   Next, as illustrated in FIG. 9D, the gate insulating film 204 is formed over the semiconductor films 201 to 203. The gate insulating film is formed with a single layer or a stacked structure of silicon nitride, silicon nitride containing oxygen, silicon oxide, silicon oxide containing nitrogen, or the like. Here, silicon oxide containing nitrogen with a thickness of 115 nm is formed by a plasma CVD method.

次にゲート電極２０５〜２０８を形成する。ゲート電極２０５〜２０８は、金属又は一導電型の不純物を添加した多結晶半導体で形成することができる。金属を用いる場合は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。また、金属を窒化させた金属窒化物を用いることができる。或いは、当該金属窒化物からなる第１の層と当該金属から成る第２の層とを積層させた構造としても良い。また、液滴吐出法を用いて微粒子を含むペーストをゲート絶縁膜上に吐出し、乾燥・焼成して形成することができる。また、ゲート絶縁膜上に、微粒子を含むペーストを印刷法により印刷し、乾燥・焼成して形成することができる。微粒子の代表例としては、金、銀、銅、金と銀の合金、金と銅の合金、銀と銅の合金、金と銀と銅の合金のいずれかを主成分とする微粒子でもよい。ここでは、ゲート絶縁膜２０４上に、膜厚３０ｎｍｍの窒化タンタル膜及び、膜厚３７０ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて窒化タンタル膜、及びタングステン膜を選択的にエッチングして、窒化タンタル膜の端部がタングステン膜の端部より外側に突き出した形状のゲート電極２０５〜２０８を形成する。   Next, gate electrodes 205 to 208 are formed. The gate electrodes 205 to 208 can be formed using a polycrystalline semiconductor to which a metal or one conductivity type impurity is added. In the case of using a metal, tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), aluminum (Al), or the like can be used. Alternatively, a metal nitride obtained by nitriding a metal can be used. Or it is good also as a structure which laminated | stacked the 1st layer which consists of the said metal nitride, and the 2nd layer which consists of the said metal. Alternatively, a paste containing fine particles can be discharged onto the gate insulating film using a droplet discharge method, and dried and baked. Further, a paste containing fine particles can be printed on the gate insulating film by a printing method, and dried and baked. As typical examples of the fine particles, fine particles mainly containing any of gold, silver, copper, an alloy of gold and silver, an alloy of gold and copper, an alloy of silver and copper, and an alloy of gold, silver, and copper may be used. Here, after a tantalum nitride film with a thickness of 30 nm and a tungsten film with a thickness of 370 nm are formed over the gate insulating film 204 by a sputtering method, a tantalum nitride film and a tungsten film are formed using a resist mask formed by a photolithography process. The film is selectively etched to form gate electrodes 205 to 208 having a shape in which the end portion of the tantalum nitride film protrudes outside the end portion of the tungsten film.

次に、ゲート電極２０５〜２０８をマスクとして、半導体膜２０１〜２０３にそれぞれｎ型を付与する不純物元素及びｐ型を付与する不純物元素を添加して、ソース領域及びドレイン領域２０９〜２１４及び高濃度不純物領域２１５を形成する。また、ゲート電極２０５〜２０８の一部に重複する低濃度不純物領域２１６〜２２３を形成する。さらに、ゲート電極２０５〜２０８と重複するチャネル領域２０１ａ〜２０３ｃ、２０３ｄを形成する。ここでは、ソース領域及びドレイン領域２０９、２１０、２１３〜２１４、高濃度不純物領域２１５、及び低濃度不純物領域２１６、２１７、２２０〜２２３に、ｐ型を付与する不純物元素であるボロンをドーピングする。また、ソース領域及びドレイン領域２１１、２１２、及び低濃度不純物領域２１８、２１９に、ｎ型を付与する不純物元素であるリンをドーピングする。   Next, an impurity element imparting n-type conductivity and an impurity element imparting p-type conductivity are added to the semiconductor films 201 to 203 using the gate electrodes 205 to 208 as masks, respectively, so that source and drain regions 209 to 214 and a high concentration are added. Impurity regions 215 are formed. Further, low-concentration impurity regions 216 to 223 overlapping with part of the gate electrodes 205 to 208 are formed. Further, channel regions 201a to 203c and 203d overlapping with the gate electrodes 205 to 208 are formed. Here, boron which is an impurity element imparting p-type is doped into the source and drain regions 209, 210, 213 to 214, the high concentration impurity region 215, and the low concentration impurity regions 216, 217, 220 to 223. Further, the source and drain regions 211 and 212 and the low-concentration impurity regions 218 and 219 are doped with phosphorus which is an impurity element imparting n-type conductivity.

この後、半導体膜に添加した不純物元素を活性化するために加熱処理を行う。ここでは、窒素雰囲気で５５０度４時間の加熱を行う。以上の工程により、薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成する。なお、薄膜トランジスタ２２５、２２７としてはｐチャネル型の薄膜トランジスタを形成し、薄膜トランジスタ２２６としてはｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成する。また、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５及びｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６により駆動回路を構成する。また、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２７は、画素の電極に電圧を印加する素子として機能する。   Thereafter, heat treatment is performed to activate the impurity element added to the semiconductor film. Here, heating is performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. Through the above steps, thin film transistors 225 to 227 are formed. Note that p-channel thin film transistors are formed as the thin film transistors 225 and 227, and n-channel thin film transistors are formed as the thin film transistors 226. The p-channel thin film transistor 225 and the n-channel thin film transistor 226 form a driver circuit. The p-channel thin film transistor 227 functions as an element for applying a voltage to the pixel electrode.

次に、図１０（Ａ）に示すように、薄膜トランジスタ２２５〜２２７のゲート電極及び配線を絶縁化する第１の層間絶縁膜を形成する。ここでは、第１の層間絶縁膜として酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。また、第１の層間絶縁膜の一部である酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７のソース領域及びドレイン領域に接続する配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成する。ここでは、スパッタリング法により、Ｔｉ膜１００ｎｍ、Ａｌ膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１００ｎｍを連続形成した後、フォトリソグラフィー工程によって形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして、配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成する。その後、レジストマスクを除去する。   Next, as shown in FIG. 10A, a first interlayer insulating film for insulating the gate electrodes and wirings of the thin film transistors 225 to 227 is formed. Here, a silicon oxide film 231, a silicon nitride film 232, and a silicon oxide film 233 are stacked as the first interlayer insulating film. In addition, wirings 234 to 239 and connection terminals 240 connected to the source region and the drain region of the thin film transistors 225 to 227 are formed over the silicon oxide film 233 which is a part of the first interlayer insulating film. Here, a Ti film 100 nm, an Al film 300 nm, and a Ti film 100 nm are successively formed by sputtering, and then selectively etched using a resist mask formed by a photolithography process, so that wirings 234 to 239 and connection terminals 240 is formed. Thereafter, the resist mask is removed.

次いで、第１の層間絶縁膜、配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０上に、第２の層間絶縁膜２４１を形成する。第２の層間絶縁膜２４１としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの無機絶縁膜を用いることができ、これらの絶縁膜を単層又は２以上の複数層で形成すればよい。また、無機絶縁膜を形成する方法としてはスパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等を用いればよい。ここでは、プラズマＣＶＤ法を用い、膜厚１００ｎｍ〜１５０ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜を形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて酸素を含む窒化珪素膜を選択的にエッチングして、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９、及び接続端子２４１に達するコンタクトホールを形成するとともに、第２の層間絶縁膜２４１を形成する。その後、レジストマスクを除去する。 Next, a second interlayer insulating film 241 is formed over the first interlayer insulating film, the wirings 234 to 239, and the connection terminal 240. As the second interlayer insulating film 241, an inorganic insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film can be used. If these insulating films are formed of a single layer or two or more layers, Good. As a method for forming the inorganic insulating film, a sputtering method, an LPCVD method, a plasma CVD method, or the like may be used. Here, after a silicon nitride film containing oxygen having a thickness of 100 nm to 150 nm is formed by a plasma CVD method, the silicon nitride film containing oxygen is selectively etched using a resist mask formed by a photolithography process. In addition, a contact hole reaching the wiring 239 of the thin film transistor 227 and the connection terminal 241 is formed, and a second interlayer insulating film 241 is formed. Thereafter, the resist mask is removed.

本実施の形態のように、第２の層間絶縁膜２４１を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からＴＦＴを保護することができる。   By forming the second interlayer insulating film 241 as in this embodiment mode, exposure of TFTs and wirings in the driver circuit portion can be prevented and the TFTs can be protected from contaminants.

次に、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９に接続する第１の画素電極２４２、及び接続端子２４０と接続する導電膜２４４を形成する。液晶表示装置が透光型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を透光性を有する導電膜で形成する。また、液晶表示装置が反射型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を反射性を有する導電膜で形成する。ここでは、第１の画素電極２４２及び導電膜２４４は、スパッタリング法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。   Next, a first pixel electrode 242 connected to the wiring 239 of the thin film transistor 227 and a conductive film 244 connected to the connection terminal 240 are formed. In the case where the liquid crystal display device is a light-transmitting liquid crystal display device, the first pixel electrode 242 is formed using a light-transmitting conductive film. In the case where the liquid crystal display device is a reflective liquid crystal display device, the first pixel electrode 242 is formed using a conductive film having reflectivity. Here, the first pixel electrode 242 and the conductive film 244 are selectively etched using a resist mask formed by a photolithography process after an ITO film containing 125 nm-thick silicon oxide is formed by a sputtering method. Form.

次に、配向膜として機能する絶縁膜２４３を形成する。絶縁膜２４３は、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物膜をロールコート法、印刷法等で形成した後、ラビングすることにより形成することができる。また、ＳｉＯを基板に対して斜めから蒸着して形成することができる。また、光反応型の高分子化合物に偏光したＵＶ光を照射し光反応型の高分子化合物を重合させて形成することができる。ここでは、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物膜を印刷法により印刷し、焼成した後、ラビングすることで形成する。   Next, an insulating film 243 that functions as an alignment film is formed. The insulating film 243 can be formed by rubbing after a polymer compound film such as polyimide or polyvinyl alcohol is formed by a roll coating method, a printing method, or the like. Moreover, SiO can be formed by vapor deposition with respect to the substrate. Further, it can be formed by irradiating a photoreactive polymer compound with polarized UV light and polymerizing the photoreactive polymer compound. Here, a polymer compound film such as polyimide or polyvinyl alcohol is printed by printing, baked and then rubbed.

次に、図１０（Ｂ）に示すように、対向基板２５１に第２の画素電極２５３を形成し、第２の画素電極上に配向膜として機能する絶縁膜２５４を形成する。なお、対向基板２５１及び画素電極２５３の間に着色膜２５２を設けても良い。   Next, as illustrated in FIG. 10B, a second pixel electrode 253 is formed over the counter substrate 251 and an insulating film 254 functioning as an alignment film is formed over the second pixel electrode. Note that a colored film 252 may be provided between the counter substrate 251 and the pixel electrode 253.

対向基板２５１としては、基板１００と同様のものを適宜選択することができる。また、第２の画素電極２５３は第１の画素電極２４２と同様に形成することができる。また、配向膜として機能する絶縁膜２５４は、絶縁膜２４３と同様に形成することができる。着色膜２５２としては、カラー表示を行う場合に必要な膜であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した染料や顔料が分散された着色膜を各画素に対応して形成する。   As the counter substrate 251, a substrate similar to the substrate 100 can be selected as appropriate. Further, the second pixel electrode 253 can be formed in a manner similar to that of the first pixel electrode 242. The insulating film 254 functioning as an alignment film can be formed in a manner similar to that of the insulating film 243. The colored film 252 is a film necessary for color display. In the case of the RGB system, a colored film in which dyes and pigments corresponding to red, green, and blue colors are dispersed is associated with each pixel. Form.

次に、基板１００及び対向基板２５１をシール材２５７で貼り合わせる。また、基板１００及び対向基板２５１の間に液晶層２５５を形成する。また、液晶層２５５は、毛細管現象を利用した真空注入法により、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４、及びシール材２５７で囲まれた領域に液晶材料を注入することにより形成することができる。また、対向基板２５１の一方にシール材１５７を形成し、シール材に囲まれる領域に液晶材料を滴下した後、対向基板２５１及び基板１００を減圧下においてシール材で圧着することで液晶層２５５を形成することができる。   Next, the substrate 100 and the counter substrate 251 are attached to each other with a sealant 257. In addition, a liquid crystal layer 255 is formed between the substrate 100 and the counter substrate 251. The liquid crystal layer 255 can be formed by injecting a liquid crystal material into a region surrounded by the insulating films 243 and 254 functioning as alignment films and the sealant 257 by a vacuum injection method using a capillary phenomenon. . In addition, a sealing material 157 is formed on one side of the counter substrate 251, a liquid crystal material is dropped on a region surrounded by the sealing material, and then the counter substrate 251 and the substrate 100 are pressure-bonded with the sealing material under reduced pressure, whereby the liquid crystal layer 255 is formed. Can be formed.

シール材２５７としては、熱硬化型のエポキシ樹脂、ＵＶ硬化型のアクリル樹脂、熱可塑方のナイロン、ポリエステル等を、ディスペンサ法、印刷法、熱圧着法等を用いて形成することができる。なお、シール材２５７にフィラーを散布することにより、基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つことができる。ここでは、シール材２５７として熱硬化型のエポキシ樹脂を用いて形成する。   As the sealant 257, a thermosetting epoxy resin, a UV curable acrylic resin, thermoplastic nylon, polyester, or the like can be formed using a dispenser method, a printing method, a thermocompression bonding method, or the like. Note that the distance between the substrate 100 and the counter substrate 251 can be maintained by spraying a filler over the sealant 257. Here, the sealant 257 is formed using a thermosetting epoxy resin.

また、基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つために、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４の間にスペーサ２５６を設けてもよい。スペーサとしては、有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を所望の形状、代表的には柱状又は円柱状にエッチングして形成することができる。また、スペーサとしてビーズスペーサを用いてもよい。ここでは、スペーサ２５６としてビーズスペーサを用いる。   Further, a spacer 256 may be provided between the insulating films 243 and 254 functioning as alignment films in order to maintain a distance between the substrate 100 and the counter substrate 251. The spacer can be formed by applying an organic resin and etching the organic resin into a desired shape, typically a columnar shape or a cylindrical shape. Further, a bead spacer may be used as the spacer. Here, a bead spacer is used as the spacer 256.

また、図示しないが、基板１００、対向基板２５１の一方又は両方に偏光板を設ける。   Although not illustrated, a polarizing plate is provided on one or both of the substrate 100 and the counter substrate 251.

次に、図１０（Ｃ）に示すように、端子部２６３においては、薄膜トランジスタのゲート配線、ソース配線に接続される接続端子（図１０（Ｃ）においては、ソース配線またはドレイン配線に接続される接続端子２４０を示す。）が形成されている。接続端子２４０に、導電膜２４４及び異方性導電膜２６１を介して入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリント配線）２６２を接続する。接続端子２４０は導電膜２４４及び異方性導電膜２６１を介してビデオ信号やクロック信号を受け取る。   Next, as illustrated in FIG. 10C, in the terminal portion 263, a connection terminal connected to the gate wiring and the source wiring of the thin film transistor (in FIG. 10C, connected to the source wiring or the drain wiring). Connection terminal 240 is shown). An FPC (flexible printed wiring) 262 serving as an input terminal is connected to the connection terminal 240 through the conductive film 244 and the anisotropic conductive film 261. The connection terminal 240 receives a video signal and a clock signal through the conductive film 244 and the anisotropic conductive film 261.

駆動回路部２６４においては、ソースドライバやゲートドライバ等の画素を駆動する回路が形成される。ここでは、ｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５が配置されている。なお、ｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６及びｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５によりＣＭＯＳ回路が形成されている。   In the driver circuit portion 264, a circuit for driving pixels such as a source driver and a gate driver is formed. Here, an n-channel thin film transistor 226 and a p-channel thin film transistor 225 are provided. Note that the n-channel thin film transistor 226 and the p-channel thin film transistor 225 form a CMOS circuit.

画素部２６５には、複数の画素が形成されており、各画素には液晶素子２５８が形成されている。液晶素子２５８は、第１の画素電極２４２、第２の画素電極２５３及びその間に充填されている液晶層２５５が重なっている部分である。液晶素子２５８が有する第１の画素電極２４２は、薄膜トランジスタ２２７と電気的に接続されている。   A plurality of pixels are formed in the pixel portion 265, and a liquid crystal element 258 is formed in each pixel. The liquid crystal element 258 is a portion where the first pixel electrode 242, the second pixel electrode 253, and the liquid crystal layer 255 filled therebetween overlap. The first pixel electrode 242 included in the liquid crystal element 258 is electrically connected to the thin film transistor 227.

以上の工程により液晶表示装置を作製することができる。本実施の形態で示す液晶表示装置は、作製工程において、基板乃至基板上の層にクラックが入ることを低減することが可能である。このため、歩留まり高く液晶表示装置を作製することが可能である。   Through the above process, a liquid crystal display device can be manufactured. In the liquid crystal display device described in this embodiment, cracks can be reduced in a substrate or a layer over the substrate in a manufacturing process. Thus, a liquid crystal display device can be manufactured with high yield.

（実施の形態５）
本実施の形態では、半導体装置の一例である発光素子を有する発光装置の作製工程について説明する。 (Embodiment 5)
In this embodiment, a manufacturing process of a light-emitting device having a light-emitting element which is an example of a semiconductor device will be described.

図１１（Ａ）に示すように、実施の形態４と同様の工程により、基板１００上に絶縁膜１０１を介して薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成する。また、薄膜トランジスタ２２５〜２２７のゲート電極及び配線を絶縁化する第１の層間絶縁膜として、酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。また、第１の層間絶縁膜の一部の酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７の半導体膜に接続する配線３０８〜３１３、及び接続端子３１４を形成する。   As shown in FIG. 11A, thin film transistors 225 to 227 are formed over the substrate 100 with the insulating film 101 interposed therebetween by the same steps as in Embodiment Mode 4. Further, a silicon oxide film 231, a silicon nitride film 232, and a silicon oxide film 233 are stacked as a first interlayer insulating film that insulates the gate electrodes and wirings of the thin film transistors 225 to 227. In addition, wirings 308 to 313 and connection terminals 314 connected to the semiconductor films of the thin film transistors 225 to 227 are formed over part of the silicon oxide film 233 of the first interlayer insulating film.

次に、第１の層間絶縁膜、配線３０８〜３１３、及び接続端子３１４上に、第２の層間絶縁膜３１５を形成する。次に、薄膜トランジスタ２２７の配線３１３に接続する第１の電極３１６、及び接続端子３１４と接続する導電膜３２０を形成する。第１の電極３１６及び導電膜３２０は、スパッタリング法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。   Next, a second interlayer insulating film 315 is formed over the first interlayer insulating film, the wirings 308 to 313, and the connection terminal 314. Next, a first electrode 316 connected to the wiring 313 of the thin film transistor 227 and a conductive film 320 connected to the connection terminal 314 are formed. The first electrode 316 and the conductive film 320 are formed by depositing ITO containing 125 nm thick silicon oxide by a sputtering method and then selectively etching the resist using a resist mask formed by a photolithography process.

本実施の形態のように、第２の層間絶縁膜３１５を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からＴＦＴを保護することができる。   By forming the second interlayer insulating film 315 as in this embodiment mode, exposure of TFTs and wirings in the driver circuit portion can be prevented and the TFTs can be protected from contaminants.

次に、第１の電極３１６の端部を覆う有機絶縁物膜３１７を形成する。ここでは、感光性ポリイミドを塗布し焼成した後、露光及び現像を行って駆動回路、画素領域の第１の電極３１６、及び画素領域の周辺部における第２の層間絶縁膜３１５が露出されるように有機絶縁物膜３１７を形成する。   Next, an organic insulating film 317 that covers an end portion of the first electrode 316 is formed. Here, after applying and baking photosensitive polyimide, exposure and development are performed so that the driver circuit, the first electrode 316 in the pixel region, and the second interlayer insulating film 315 in the peripheral portion of the pixel region are exposed. Then, an organic insulating film 317 is formed.

次に、第１の電極３１６及び有機絶縁物膜３１７の一部上に蒸着法により発光物質を含む層３１８を形成する。発光物質を含む層３１８は、発光性を有する有機化合物、または発光性を有する無機化合物で形成する。また、発光物質を含む層３１８を、発光性を有する有機化合物及び発光性を有する無機化合物で形成してもよい。また、発光物質を含む層３１８を赤色の発光性の発光物質、青色の発光性の発光物質、及び緑色の発光性の発光物質を用いて、それぞれ赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素を形成することができる。   Next, a layer 318 containing a light-emitting substance is formed over the first electrode 316 and part of the organic insulating film 317 by an evaporation method. The layer 318 containing a light-emitting substance is formed using a light-emitting organic compound or a light-emitting inorganic compound. Alternatively, the layer 318 containing a light-emitting substance may be formed using a light-emitting organic compound and a light-emitting inorganic compound. The layer 318 containing a light-emitting substance is formed using a red light-emitting light-emitting substance, a blue light-emitting light-emitting substance, and a green light-emitting light-emitting substance, respectively. Pixels and green light-emitting pixels can be formed.

ここでは、赤色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（アセチルアセトナト）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））が添加されたＮＰＢを３０ｎｍ、Ａｌｑ３を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。 Here, as a layer containing a red light-emitting substance, DNTPD is 50 nm, NPB is 10 nm, bis [2,3-bis (4-fluorophenyl) quinoxalinato] iridium (acetylacetonato) (abbreviation: Ir (Fdpq ) 2 (acac)) is added to 30 nm, Alq 3 to 60 nm, and LiF to 1 nm.

また、緑色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、クマリン５４５Ｔ（Ｃ５４５Ｔ）が添加されたＡｌｑ３を４０ｎｍ、Ａｌｑ３を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。 The layer containing a green light-emitting luminescent material, a 50 nm, 10 nm and NPB, coumarin 545T (C545T) 40 nm of Alq 3 that is added to form 60nm of Alq 3, and LiF was 1nm laminated DNTPD .

また、青色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）が添加された、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）を３０ｎｍ、Ａｌｑ３を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。 Further, as a layer containing a blue light-emitting substance, DNTPD is added to 50 nm, NPB is added to 10 nm, 2,5,8,11-tetra (tert-butyl) perylene (abbreviation: TBP) is added, and 9- [ 4- (N-carbazolyl)] phenyl-10-phenylanthracene (abbreviation: CzPA) is formed by stacking 30 nm, Alq 3 by 60 nm, and LiF by 1 nm.

さらには、赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素のほかに、白色の発光性の発光物質を用いて発光物質を含む層を形成することで、白色の発光性の画素を形成してもよい。白色の発光性の画素を設けることにより、消費電力を削減することが可能である。   Furthermore, in addition to the red light emitting pixel, the blue light emitting pixel, and the green light emitting pixel, a white light emitting light emitting material is used to form a layer containing a light emitting material, thereby producing a white Alternatively, a light-emitting pixel may be formed. By providing white light-emitting pixels, power consumption can be reduced.

次に、発光物質を含む層３１８、有機絶縁物膜３１７上に第２の電極３１９を形成する。ここでは、膜厚２００ｎｍのＡｌ膜を蒸着法により形成する。この結果第１の電極３１６、発光物質を含む層３１８、及び第２の電極３１９により発光素子３２１を構成する。   Next, a second electrode 319 is formed over the layer 318 containing a light-emitting substance and the organic insulating film 317. Here, an Al film having a thickness of 200 nm is formed by an evaporation method. As a result, the light-emitting element 321 is formed by the first electrode 316, the layer 318 containing a light-emitting substance, and the second electrode 319.

ここで、発光素子３２１の構造について説明する。   Here, the structure of the light-emitting element 321 will be described.

発光物質を含む層３１８に、有機化合物を用いた発光機能を担う層（以下、発光層３４３と示す。）を形成することで、発光素子３２１は有機ＥＬ素子として機能する。   By forming a layer having a light emitting function using an organic compound (hereinafter, referred to as a light emitting layer 343) in the layer 318 containing a light emitting substance, the light emitting element 321 functions as an organic EL element.

発光性の有機化合物としては、例えば、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、クマリン３０、クマリン６、クマリン５４５、クマリン５４５Ｔ、ペリレン、ルブレン、ペリフランテン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）、５，１２−ジフェニルテトラセン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−［２−（ジュロリジン−９−イル）エテニル］−６−メチル−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＭ）等が挙げられる。また、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］（ピコリナト）イリジウム（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス｛２−［３’，５’−ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’｝（ピコリナト）イリジウム（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ３’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｔｈｐ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−ベンゾチエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））などの燐光を放出できる化合物用いることもできる。 Examples of the light-emitting organic compound include 9,10-di (2-naphthyl) anthracene (abbreviation: DNA) and 2-tert-butyl-9,10-di (2-naphthyl) anthracene (abbreviation: t-BuDNA). ), 4,4′-bis (2,2-diphenylvinyl) biphenyl (abbreviation: DPVBi), coumarin 30, coumarin 6, coumarin 545, coumarin 545T, perylene, rubrene, periflanthene, 2,5,8,11-tetra (Tert-butyl) perylene (abbreviation: TBP), 9,10-diphenylanthracene (abbreviation: DPA), 5,12-diphenyltetracene, 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- [p- (dimethylamino) ) Styryl] -4H-pyran (abbreviation: DCM1), 4- (dicyanomethylene) -2- [2- (julolidine-9) -Yl) ethenyl] -6-methyl-4H-pyran (abbreviation: DCM2), 4- (dicyanomethylene) -2,6-bis [p- (dimethylamino) styryl] -4H-pyran (abbreviation: BisDCM), etc. Is mentioned. In addition, bis [2- (4 ′, 6′-difluorophenyl) pyridinato-N, C 2 ′] (picolinato) iridium (abbreviation: FIrpic), bis {2- [3 ′, 5′-bis (trifluoromethyl) ) Phenyl] pyridinato-N, C 2 ′} (picolinato) iridium (abbreviation: Ir (CF 3 ppy) 2 (pic)), tris (2-phenylpyridinato-N, C 2 ′) iridium (abbreviation: Ir (Ppy) 3 ), (acetylacetonato) bis (2-phenylpyridinato-N, C 2 ′) iridium (abbreviation: Ir (ppy) 2 (acac)), (acetylacetonato) bis [2- ( 2'-thienyl) pyridinato -N, C 3 '] iridium (abbreviation: Ir (thp) 2 (acac )), ( acetylacetonato) bis (2-phenylquinolinato--N, C 2') iridium (Abbreviation: Ir (pq) 2 (acac )), ( acetylacetonato) bis [2- (2'-benzothienyl) pyridinato -N, C '] iridium (abbreviation: Ir (btp) 2 (acac)), etc. It is also possible to use a compound capable of emitting the phosphorescence.

また、図１２（Ａ）に示すように、第１の電極３１６上に正孔注入材料で形成される正孔注入層３４１、正孔輸送性材料で形成される正孔輸送層３４２、発光性の有機化合物で形成される発光層３４３、電子輸送性材料で形成される電子輸送層３４４、電子注入性材料で形成される電子注入層３４５により形成された発光材料を含む層３１８、及び第２の電極３１９で発光素子３２１を形成してもよい。   12A, a hole injection layer 341 formed of a hole injection material, a hole transport layer 342 formed of a hole transport material, and a light emitting property are formed over the first electrode 316. A light emitting layer 343 formed of an organic compound, an electron transport layer 344 formed of an electron transporting material, a layer 318 containing a light emitting material formed of an electron injection layer 345 formed of an electron injecting material, and a second layer. The light emitting element 321 may be formed using the electrode 319.

正孔輸送性材料は、フタロシアニン（略称：Ｈ２Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）の他、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス｛Ｎ−［４−ジ（ｍ−トリル）アミノ］フェニル−Ｎ−フェニルアミノ｝ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、上述した化合物の中でも、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＢ、ＴＰＤ、ＮＰＢ、ＤＮＴＰＤ、ＢＢＰＢ、ＴＣＴＡ、ＮＰＢなどに代表される芳香族アミン化合物は、正孔を発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。 The hole transporting material includes phthalocyanine (abbreviation: H 2 Pc), copper phthalocyanine (abbreviation: CuPc), vanadyl phthalocyanine (abbreviation: VOPc), and 4,4 ′, 4 ″ -tris (N, N-diphenyl). Amino) triphenylamine (abbreviation: TDATA), 4,4 ′, 4 ″ -tris [N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino] triphenylamine (abbreviation: MTDATA), 1,3,5 -Tris [N, N-di (m-tolyl) amino] benzene (abbreviation: m-MTDAB), N, N'-diphenyl-N, N'-bis (3-methylphenyl) -1,1'-biphenyl -4,4'-diamine (abbreviation: TPD), 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (abbreviation: NPB), 4,4'-bis {N- [ 4-di (m-tolyl) amino Phenyl-N-phenylamino} biphenyl (abbreviation: DNTPD), 4,4′-bis [N- (4-biphenylyl) -N-phenylamino] biphenyl (abbreviation: BBPB), 4,4 ′, 4 ″- Examples include tri (N-carbazolyl) triphenylamine (abbreviation: TCTA), but are not limited thereto. Among the above-mentioned compounds, aromatic amine compounds typified by TDATA, MTDATA, m-MTDAB, TPD, NPB, DNTPD, BBPB, TCTA, NPB and the like easily generate holes and are suitable as organic compounds. It is a compound group. The substances described here are mainly substances having a hole mobility of 10 −6 cm 2 / Vs or higher.

正孔注入性材料は、上記正孔輸送性材料の他、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）やポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）などを用いることもできる。また、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化ニッケルなどの無機半導体の薄膜や、酸化アルミニウムなどの無機絶縁体の超薄膜も有効である。   As the hole injecting material, there is a material obtained by chemically doping a conductive polymer compound in addition to the above hole transporting material. Polyethylenedioxythiophene (abbreviation: PEDOT) doped with polystyrene sulfonic acid (abbreviation: PSS). ) And polyaniline (abbreviation: PAni) can also be used. In addition, an inorganic semiconductor thin film such as molybdenum oxide, vanadium oxide, or nickel oxide, or an ultrathin film of an inorganic insulator such as aluminum oxide is also effective.

ここで、電子輸送性材料は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料を用いることができる。また、この他、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。 Here, the electron transporting materials are tris (8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Alq 3 ), tris (4-methyl-8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Almq 3 ), bis (10-hydroxybenzo [h]. -Quinolinato) Beryllium (abbreviation: BeBq 2 ), bis (2-methyl-8-quinolinolato) -4-phenylphenolato-aluminum (abbreviation: BAlq), etc., a material comprising a metal complex having a quinoline skeleton or a benzoquinoline skeleton Can be used. In addition, bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzoxazolate] zinc (abbreviation: Zn (BOX) 2 ), bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzothiazolate] zinc (abbreviation: Zn (BTZ) A material such as a metal complex having an oxazole-based or thiazole-based ligand such as 2 ) can also be used. In addition to metal complexes, 2- (4-biphenylyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (abbreviation: PBD), 1,3-bis [5- (P-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazol-2-yl] benzene (abbreviation: OXD-7), 3- (4-tert-butylphenyl) -4-phenyl-5- ( 4-biphenylyl) -1,2,4-triazole (abbreviation: TAZ), 3- (4-tert-butylphenyl) -4- (4-ethylphenyl) -5- (4-biphenylyl) -1,2, 4-triazole (abbreviation: p-EtTAZ), bathophenanthroline (abbreviation: BPhen), bathocuproin (abbreviation: BCP), and the like can be used. The substances mentioned here are mainly substances having an electron mobility of 10 −6 cm 2 / Vs or higher.

電子注入材料としては、上述した電子輸送性材料の他に、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、フッ化カルシウムのようなアルカリ土類金属ハロゲン化物、酸化リチウムなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称：Ｌｉ（ａｃａｃ）や８−キノリノラト−リチウム（略称：Ｌｉｑ）などのアルカリ金属錯体も有効である。さらに、上述した電子輸送性材料と、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃｓ等の仕事関数の小さい金属とを共蒸着等により混合した材料を使用することもできる。   As the electron injection material, in addition to the above-described electron transporting materials, alkali metal halides such as lithium fluoride and cesium fluoride, alkaline earth metal halides such as calcium fluoride, and alkali metals such as lithium oxide An ultra-thin film of an insulator such as an oxide is often used. In addition, alkali metal complexes such as lithium acetylacetonate (abbreviation: Li (acac) and 8-quinolinolato-lithium (abbreviation: Liq) are also effective. Furthermore, the above-described electron transporting materials, Mg, Li, Cs, and the like are also effective. It is also possible to use a material in which a metal having a small work function is mixed by co-evaporation or the like.

また、図１２（Ｂ）に示すように、第１の電極３１６と、発光性の有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層３４６と、発光性の有機化合物で形成される発光層３４３と、発光性の有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層３４７により形成された発光材料を含む層３１８、並びに第２の電極３１９で発光素子３２１を形成してもよい。   In addition, as illustrated in FIG. 12B, a first electrode 316, a hole transport layer 346 formed using a light-emitting organic compound and an inorganic compound having an electron-accepting property with respect to the light-emitting organic compound, , A light emitting material formed by a light emitting layer 343 formed of a light emitting organic compound and an electron transport layer 347 formed of an inorganic compound having an electron donating property to the light emitting organic compound and the light emitting organic compound The light-emitting element 321 may be formed using the layer 318 containing, and the second electrode 319.

発光性の有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層３４６は、有機化合物として、上記した正孔輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。また、無機化合物として、有機化合物から電子を受け取りやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、周期表第４族乃至第１２族のいずれかの遷移金属酸化物が電子受容性を示しやすく好適である。具体的には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウム、酸化ルテニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。また、上述した金属酸化物の中でも、周期表第４族乃至第８族のいずれかの遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、好ましい一群である。特に酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。   The hole-transport layer 346 formed using a light-emitting organic compound and an inorganic compound having an electron-accepting property with respect to the light-emitting organic compound appropriately uses the above-described hole-transport organic compound as the organic compound. Form. The inorganic compound may be anything as long as it can easily receive electrons from an organic compound, and various metal oxides or metal nitrides can be used. Any one of Groups 4 to 12 of the periodic table can be used. These transition metal oxides are preferable because they easily exhibit electron accepting properties. Specific examples include titanium oxide, zirconium oxide, vanadium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, rhenium oxide, ruthenium oxide, and zinc oxide. Among the metal oxides described above, any of the transition metal oxides in Groups 4 to 8 of the periodic table has a high electron accepting property and is a preferred group. Vanadium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, and rhenium oxide are particularly preferable because they can be vacuum-deposited and are easy to handle.

発光性の有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層３４７は、有機化合物として上記した電子輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。また、無機化合物として、有機化合物に電子を与えやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物、アルカリ金属窒化物、アルカリ土類金属窒化物、希土類金属窒化物が電子供与性を示しやすく好適である。具体的には、酸化リチウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化エルビウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム、窒化イットリウム、窒化ランタンなどが挙げられる。特に酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。 The electron-transport layer 347 formed using a light-emitting organic compound and an inorganic compound having an electron-donating property with respect to the light-emitting organic compound is formed using the above-described electron-transport organic compound as appropriate as the organic compound. Further, the inorganic compound may be anything as long as it easily gives an electron to the organic compound, and various metal oxides or metal nitrides are possible, but alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, Rare earth metal oxides, alkali metal nitrides, alkaline earth metal nitrides, and rare earth metal nitrides are preferred because they easily exhibit electron donating properties. Specific examples include lithium oxide, strontium oxide, barium oxide, erbium oxide, lithium nitride, magnesium nitride, calcium nitride, yttrium nitride, and lanthanum nitride. In particular, lithium oxide, barium oxide, lithium nitride, magnesium nitride, and calcium nitride are preferable because they can be vacuum-deposited and are easy to handle.

発光性の有機化合物及び無機化合物で形成される電子輸送層３４７又は正孔輸送層３４６は、電子注入・輸送特性が優れているため、第１の電極３１６、第２の電極３１９共に、ほとんど仕事関数の制限を受けることなく、種々の材料を用いることができる。また駆動電圧を低減することが可能である。   Since the electron transport layer 347 or the hole transport layer 346 formed of a light-emitting organic compound and an inorganic compound has excellent electron injection / transport characteristics, both the first electrode 316 and the second electrode 319 have almost work. Various materials can be used without being restricted by the function. In addition, the driving voltage can be reduced.

また、発光物質を含む層３１８として、無機化合物を用いた発光機能を担う層（以下、発光層３４９という。）を有することで、発光素子３２１は無機ＥＬ素子として機能する。無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光物質を含む層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる発光物質を含む層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。なお、得られる発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光と、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光とがある。分散型無機ＥＬではドナー−アクセプター再結合型発光、薄膜型無機ＥＬ素子では局在型発光である場合が多い。以下に、無機ＥＬ素子の構造について示す。   In addition, the light-emitting element 321 functions as an inorganic EL element by including a layer having a light-emitting function using an inorganic compound (hereinafter referred to as a light-emitting layer 349) as the layer 318 containing a light-emitting substance. Inorganic EL elements are classified into a dispersion-type inorganic EL element and a thin-film inorganic EL element depending on the element structure. The former has a layer containing a light emitting material in which particles of the light emitting material are dispersed in a binder, and the latter has a layer containing a light emitting material made of a thin film of the light emitting material. The common point is that electrons accelerated by an electric field are required. Note that the obtained light emission mechanism includes donor-acceptor recombination light emission using a donor level and an acceptor level, and localized light emission using inner-shell electron transition of a metal ion. In many cases, dispersion-type inorganic EL emits donor-acceptor recombination light emission, and thin-film inorganic EL element emits localized light emission. The structure of the inorganic EL element is shown below.

本実施の形態で用いることのできる発光材料は、母体材料と発光中心となる不純物元素とで構成される。含有させる不純物元素を変化させることで、様々な色の発光を得ることができる。発光材料の作製方法としては、固相法や液相法（共沈法）などの様々な方法を用いることができる。また、噴霧熱分解法、複分解法、プレカーサーの熱分解反応による方法、逆ミセル法やこれらの方法と高温焼成を組み合わせた方法、凍結乾燥法などの液相法なども用いることができる。   A light-emitting material that can be used in this embodiment mode includes a base material and an impurity element that serves as a light-emission center. By changing the impurity element to be contained, light emission of various colors can be obtained. As a method for manufacturing the light-emitting material, various methods such as a solid phase method and a liquid phase method (coprecipitation method) can be used. Also, spray pyrolysis method, metathesis method, precursor thermal decomposition method, reverse micelle method, method combining these methods with high temperature firing, liquid phase method such as freeze-drying method, etc. can be used.

固相法は、母体材料と、不純物元素又はその化合物を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱、焼成を行い反応させ、母体材料に不純物を含有させる方法である。焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。比較的高温での焼成を必要とするが、簡単な方法であるため、生産性がよく大量生産に適している。   The solid phase method is a method in which a base material and an impurity element or a compound thereof are weighed, mixed in a mortar, heated and fired in an electric furnace, reacted, and the base material contains impurities. The firing temperature is preferably 700 to 1500 ° C. This is because the solid phase reaction does not proceed when the temperature is too low, and the base material is decomposed when the temperature is too high. In addition, although baking may be performed in a powder state, it is preferable to perform baking in a pellet state. Although firing at a relatively high temperature is required, it is a simple method, so it has high productivity and is suitable for mass production.

液相法（共沈法）は、母体材料又はその化合物と、不純物元素又はその化合物を溶液中で反応させ、乾燥させた後、焼成を行う方法である。発光材料の粒子が均一に分布し、粒径が小さく低い焼成温度でも反応が進むことができる。   The liquid phase method (coprecipitation method) is a method in which a base material or a compound thereof and an impurity element or a compound thereof are reacted in a solution, dried, and then fired. The particles of the luminescent material are uniformly distributed, and the reaction can proceed even at a low firing temperature with a small particle size.

無機ＥＬ素子の発光材料に用いる母体材料としては、硫化物、酸化物、窒化物を用いることができる。硫化物としては、例えば、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化イットリウム、硫化ガリウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム等を用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、酸化イットリウム等を用いることができる。また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム等を用いることができる。さらに、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛等も用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、硫化バリウム−ガリウム等の３元系の混晶であってもよい。   As a base material used for a light-emitting material of an inorganic EL element, sulfide, oxide, or nitride can be used. Examples of sulfides that can be used include zinc sulfide, cadmium sulfide, calcium sulfide, yttrium sulfide, gallium sulfide, strontium sulfide, and barium sulfide. As the oxide, for example, zinc oxide, yttrium oxide, or the like can be used. As the nitride, for example, aluminum nitride, gallium nitride, indium nitride, or the like can be used. Furthermore, zinc selenide, zinc telluride, and the like can also be used, and may be a ternary mixed crystal such as calcium sulfide-gallium sulfide, strontium sulfide-gallium, barium sulfide-gallium.

局在型発光の発光中心として、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）などを用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。   As emission centers of localized emission, manganese (Mn), copper (Cu), samarium (Sm), terbium (Tb), erbium (Er), thulium (Tm), europium (Eu), cerium (Ce), praseodymium (Pr) or the like can be used. Note that a halogen element such as fluorine (F) or chlorine (Cl) may be added as charge compensation.

一方、ドナー−アクセプター再結合型発光の発光中心として、ドナー準位を形成する第１の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第２の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。第１の不純物元素は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。第２の不純物元素としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を用いることができる。   On the other hand, a light-emitting material containing a first impurity element that forms a donor level and a second impurity element that forms an acceptor level can be used as the emission center of donor-acceptor recombination light emission. As the first impurity element, for example, fluorine (F), chlorine (Cl), aluminum (Al), or the like can be used. For example, copper (Cu), silver (Ag), or the like can be used as the second impurity element.

ドナー−アクセプター再結合型発光の発光材料を固相法を用いて合成する場合、母体材料と、第１の不純物元素又はその化合物と、第２の不純物元素又はその化合物をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。その際の焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。母体材料としては、上述した母体材料を用いることができ、第１の不純物元素又はその化合物としては、例えば、フッ素、塩素、硫化アルミニウム等を用いることができる。また、第２の不純物元素又は第２の不純物元素を含む化合物としては、例えば、銅、銀、硫化銅、硫化銀等を用いることができる。   When a light-emitting material for donor-acceptor recombination light emission is synthesized using a solid-phase method, the base material, the first impurity element or compound thereof, and the second impurity element or compound thereof are weighed, respectively, After mixing, heating and baking are performed in an electric furnace. The firing temperature at that time is preferably 700 to 1500 ° C. This is because the solid phase reaction does not proceed when the temperature is too low, and the base material is decomposed when the temperature is too high. In addition, although baking may be performed in a powder state, it is preferable to perform baking in a pellet state. As the base material, the above-described base material can be used, and as the first impurity element or a compound thereof, for example, fluorine, chlorine, aluminum sulfide, or the like can be used. As the second impurity element or the compound containing the second impurity element, for example, copper, silver, copper sulfide, silver sulfide, or the like can be used.

また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第１の不純物元素と第２の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく、固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。さらに、余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。第１の不純物元素と第２の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、塩化銅、塩化銀等を用いることができる。   In addition, as an impurity element in the case of using a solid phase reaction, a compound including a first impurity element and a second impurity element may be used in combination. In this case, since the impurity element is easily diffused and the solid-phase reaction easily proceeds, a uniform light emitting material can be obtained. Further, since no extra impurity element is contained, a light-emitting material with high purity can be obtained. As the compound constituted by the first impurity element and the second impurity element, for example, copper chloride, silver chloride, or the like can be used.

なお、これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ａｔｏｍｉｃ％であればよく、好ましくは０．０５〜５ａｔｏｍｉｃ％の範囲であればよい。   Note that the concentration of these impurity elements may be 0.01 to 10 atomic% with respect to the base material, and preferably 0.05 to 5 atomic%.

図１２（Ｃ）は、発光物質を含む層３１８が第１の絶縁層、発光層３４９、及び第２の絶縁層３５０で構成される無機ＥＬ素子の断面を示す。   FIG. 12C illustrates a cross section of an inorganic EL element in which a layer 318 containing a light-emitting substance includes a first insulating layer, a light-emitting layer 349, and a second insulating layer 350.

薄膜型無機ＥＬの場合、発光層３４９は、上記発光材料を含む層であり、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いて形成することができる。   In the case of a thin-film inorganic EL, the light emitting layer 349 is a layer containing the above light emitting material, and is a physical vapor deposition method (such as a resistance heating vapor deposition method, a vacuum vapor deposition method such as an electron beam vapor deposition (EB vapor deposition) method, or a sputtering method ( PVD), metal organic chemical vapor deposition (CVD), chemical vapor deposition (CVD) such as hydride transport low pressure CVD, atomic layer epitaxy (ALE), or the like.

第１の絶縁層３４８及び第２の絶縁層３５０は、特に限定されることはないが、絶縁耐性が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。例えば、酸化シリコン、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、窒化シリコン、酸化ジルコニウム等やこれらの混合膜又は２種以上の積層を用いることができる。第１の絶縁層３４８及び第２の絶縁層３５０は、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等により成膜することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍの範囲である。なお、本実施の形態の発光素子は、必ずしもホットエレクトロンを必要とはしないため、薄膜にすることもでき、駆動電圧を低下できる長所を有する。好ましくは、５００ｎｍ以下の膜厚、より好ましくは１００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。   The first insulating layer 348 and the second insulating layer 350 are not particularly limited. However, the first insulating layer 348 and the second insulating layer 350 have high insulation resistance, preferably have a dense film quality, and preferably have a high dielectric constant. For example, silicon oxide, yttrium oxide, titanium oxide, aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, barium titanate, strontium titanate, lead titanate, silicon nitride, zirconium oxide, etc., or a mixed film thereof or a laminate of two or more. Can be used. The first insulating layer 348 and the second insulating layer 350 can be formed by sputtering, vapor deposition, CVD, or the like. The film thickness is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 1000 nm. Note that the light-emitting element of this embodiment mode does not necessarily require hot electrons, and thus can be formed into a thin film and has an advantage that a driving voltage can be reduced. The film thickness is preferably 500 nm or less, more preferably 100 nm or less.

なお、図示しないが、発光層３４９と絶縁層３４８、３５０、又は発光層３４９と電極３１６、３１９の間にバッファー層を設けても良い。このバッファー層はキャリアの注入を容易にし、かつ両層の混合を抑制する役割をもつ。バッファー層としては、特に限定されることはないが、例えば、発光層の母体材料である硫化亜鉛、硫化セレン、硫化テルル、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、硫化銅、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、またはフッ化マグネシウム等を用いることができる。   Note that although not illustrated, a buffer layer may be provided between the light-emitting layer 349 and the insulating layers 348 and 350 or between the light-emitting layer 349 and the electrodes 316 and 319. This buffer layer has a role of facilitating carrier injection and suppressing mixing of both layers. The buffer layer is not particularly limited. For example, zinc sulfide, selenium sulfide, tellurium sulfide, cadmium sulfide, calcium sulfide, strontium sulfide, barium sulfide, copper sulfide, lithium fluoride, which are the base materials of the light emitting layer, are used. Calcium fluoride, barium fluoride, magnesium fluoride, or the like can be used.

また、図１２（Ｄ）に示すように、発光物質を含む層３１８が発光層３４９及び第１の絶縁層３４８で構成されてもよい。この場合、図１２（Ｄ）においては、第１の絶縁層３４８は第２の電極３１９及び発光層３４９の間に設けられている形態を示す。なお、第１の絶縁層３４８は第１の電極３１６及び発光層３４９の間に設けられていてもよい。   In addition, as illustrated in FIG. 12D, the layer 318 containing a light-emitting substance may be formed of a light-emitting layer 349 and a first insulating layer 348. In this case, FIG. 12D illustrates a mode in which the first insulating layer 348 is provided between the second electrode 319 and the light-emitting layer 349. Note that the first insulating layer 348 may be provided between the first electrode 316 and the light-emitting layer 349.

さらには、発光物質を含む層３１８が、発光層３４９のみで構成されてもよい。即ち、第１の電極３１６、発光物質を含む層３１８、第２の電極３１９で発光素子３２１を構成してもよい。   Further, the layer 318 containing a light-emitting substance may be formed using only the light-emitting layer 349. That is, the light-emitting element 321 may be formed using the first electrode 316, the layer 318 containing a light-emitting substance, and the second electrode 319.

分散型無機ＥＬの場合、粒子状の発光材料をバインダ中に分散させ膜状の発光物質を含む層を形成する。粒子状に加工する。発光材料の作製方法によって、十分に所望の大きさの粒子が得られない場合は、乳鉢等で粉砕などによって粒子状に加工すればよい。バインダとは、粒状の発光材料を分散した状態で固定し、発光物質を含む層としての形状に保持するための物質である。発光材料は、バインダによって発光物質を含む層中に均一に分散し固定される。   In the case of a dispersion type inorganic EL, a particulate luminescent material is dispersed in a binder to form a layer containing a film-like luminescent substance. Process into particles. When particles having a desired size cannot be obtained sufficiently by the method for manufacturing a light emitting material, the particles may be processed into particles by pulverization or the like in a mortar or the like. The binder is a substance for fixing a granular light emitting material in a dispersed state and holding it in a shape as a layer containing a light emitting substance. The light emitting material is uniformly dispersed and fixed in the layer containing the light emitting substance by the binder.

分散型無機ＥＬの場合、発光物質を含む層の形成方法は、選択的に発光物質を含む層を形成できる液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷など）、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。また、発光材料及びバインダを含む発光物質を含む層において、発光材料の割合は５０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下とするよい。   In the case of a dispersion-type inorganic EL, a method for forming a layer containing a light-emitting substance includes a droplet discharge method that can selectively form a layer containing a light-emitting substance, a printing method (such as screen printing or offset printing), and a spin coating method. An application method, a dipping method, a dispenser method, or the like can also be used. The film thickness is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 1000 nm. In the layer including a light-emitting material and a light-emitting substance including a binder, the ratio of the light-emitting material may be 50 wt% or more and 80 wt% or less.

図１２（Ｅ）における素子は、第１の電極３１６、発光物質を含む層３１８、第２の電極３１９を有し、発光物質を含む層３１８が、発光材料３５２がバインダ３５１に分散された発光層及び絶縁層３４８で構成される。なお、絶縁層３４８は、図１２（Ｅ）においては、第２の電極３１９に接する構造となっているが、第１の電極３１６に接する構造でもよい。また、素子は、第１の電極３１６及び第２の電極３１９それぞれに接する絶縁層を有してもよい。さらには、素子は、第１の電極３１６及び第２の電極３１９に接する絶縁層を有さなくてもよい。   12E includes a first electrode 316, a layer 318 including a light-emitting substance, and a second electrode 319, and the layer 318 including a light-emitting substance emits light in which a light-emitting material 352 is dispersed in a binder 351. A layer and an insulating layer 348. Note that although the insulating layer 348 is in contact with the second electrode 319 in FIG. 12E, the insulating layer 348 may be in contact with the first electrode 316. The element may include an insulating layer in contact with each of the first electrode 316 and the second electrode 319. Further, the element does not need to have an insulating layer in contact with the first electrode 316 and the second electrode 319.

本実施の形態に用いることのできるバインダとしては、有機材料や無機材料の絶縁材料を用いることができる。また、有機材料及び無機材料の混合材料を用いてもよい。有機絶縁材料としては、シアノエチルセルロース系樹脂のように、比較的誘電率の高いポリマーや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ビニリデンなどの樹脂を用いることができる。また、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）などの耐熱性高分子、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、オキサゾール樹脂（ポリベンゾオキサゾール）等の樹脂材料を用いてもよい。また光硬化型などを用いることができる。これらの樹脂に、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムなどの高誘電率の微粒子を適度に混合して誘電率を調整することもできる。   As a binder that can be used in this embodiment, an insulating material such as an organic material or an inorganic material can be used. Further, a mixed material of an organic material and an inorganic material may be used. As the organic insulating material, a polymer having a relatively high dielectric constant such as a cyanoethyl cellulose resin, or a resin such as polyethylene, polypropylene, polystyrene resin, silicone resin, epoxy resin, or vinylidene fluoride can be used. Alternatively, a heat-resistant polymer such as aromatic polyamide, polybenzimidazole, or siloxane resin may be used. Note that a siloxane resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Moreover, resin materials such as vinyl resins such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral, phenol resins, novolac resins, acrylic resins, melamine resins, urethane resins, and oxazole resins (polybenzoxazole) may be used. Moreover, a photocuring type etc. can be used. The dielectric constant can be adjusted by appropriately mixing fine particles having a high dielectric constant such as barium titanate or strontium titanate with these resins.

また、バインダに用いる無機絶縁材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸素及び窒素を含む珪素、窒化アルミニウム、酸素及び窒素を含むアルミニウムまたは酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸鉛、酸化タンタル、タンタル酸バリウム、タンタル酸リチウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。有機材料に、誘電率の高い無機材料を含ませる（添加等によって）ことによって、発光材料及びバインダよりなる発光物質を含む層の誘電率をより制御することができ、より誘電率を大きくすることができる。 The inorganic insulating material used for the binder is silicon oxide, silicon nitride, silicon containing oxygen and nitrogen, aluminum nitride, aluminum or aluminum oxide containing oxygen and nitrogen, titanium oxide, barium titanate, strontium titanate, titanic acid It can be formed of a material selected from materials including lead, potassium niobate, lead niobate, tantalum oxide, barium tantalate, lithium tantalate, yttrium oxide, zirconium oxide, zinc sulfide and other inorganic insulating materials. By including an inorganic material having a high dielectric constant in the organic material (by addition or the like), the dielectric constant of the layer containing the light emitting material including the light emitting material and the binder can be further controlled, and the dielectric constant can be further increased. Can do.

作製工程において、発光材料はバインダを含む溶液中に分散されるが本実施の形態に用いることのできるバインダを含む溶液の溶媒としては、バインダ材料が溶解し、発光層を形成する方法（各種ウエットプロセス）及び所望の膜厚に適した粘度の溶液を作製できるような溶媒を適宜選択すればよい。有機溶媒等を用いることができ、例えばバインダとしてシロキサン樹脂を用いる場合は、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡともいう）、３−メトシキ−３メチル−１−ブタノール（ＭＭＢともいう）などを用いることができる。   In the manufacturing process, the light-emitting material is dispersed in a solution containing a binder, but as a solvent of the solution containing the binder that can be used in this embodiment mode, a method of forming a light-emitting layer by dissolving the binder material (various wet types A solvent capable of producing a solution having a viscosity suitable for the process) and a desired film thickness may be appropriately selected. For example, when a siloxane resin is used as a binder, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate (also referred to as PGMEA), 3-methoxy-3-methyl-1-butanol (also referred to as MMB) can be used. Etc. can be used.

無機ＥＬ発光素子は、発光物質を含む層を挟持する一対の電極間に電圧を印加することで発光が得られるが、直流駆動又は交流駆動のいずれにおいても動作することができる。   Inorganic EL light-emitting elements can emit light by applying a voltage between a pair of electrodes sandwiching a layer containing a light-emitting substance, but can operate in either DC driving or AC driving.

次に、図１１（Ｂ）に示すように、第２の電極３１９上に保護膜３２２を形成する。保護膜は、発光素子３２１や保護膜３２２に水分や酸素等が侵入することを防ぐためのものである。保護膜３２２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などの薄膜形成法を用い、窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素、その他の絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。   Next, as illustrated in FIG. 11B, a protective film 322 is formed over the second electrode 319. The protective film is for preventing moisture, oxygen, and the like from entering the light emitting element 321 and the protective film 322. The protective film 322 uses a thin film formation method such as a plasma CVD method or a sputtering method, and includes silicon nitride, silicon oxide, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, aluminum oxynitride, or aluminum oxide, diamond-like carbon (DLC), and nitrogen content It is preferable to use carbon or another insulating material.

さらにシール材３２３で封止基板３２４を基板１００上に形成される第２の層間絶縁膜３１５と貼り合わせることにより、基板１００、封止基板３２４、およびシール材３２３で囲まれた空間３２５に発光素子３２１が備えられた構造になっている。なお、空間３２５には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材３２３で充填される場合もある。   Further, the sealing substrate 324 is bonded to the second interlayer insulating film 315 formed over the substrate 100 with the sealing material 323, thereby emitting light to the space 325 surrounded by the substrate 100, the sealing substrate 324, and the sealing material 323. The element 321 is provided. Note that the space 325 is filled with a filler and may be filled with a sealant 323 in addition to an inert gas (such as nitrogen or argon).

なお、シール材３２３にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板３２４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。   Note that an epoxy-based resin is preferably used for the sealant 323. Moreover, it is desirable that these materials are materials that do not transmit moisture and oxygen as much as possible. In addition to a glass substrate or a quartz substrate, a plastic substrate made of FRP (Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF (polyvinyl fluoride), polyester, acrylic, or the like can be used as a material used for the sealing substrate 324.

次に、図１１（Ｃ）に示すように、上記実施の形態と同様に異方性導電膜３２６を用いてＦＰＣ３２７を接続端子３１４に接する導電膜３２０と貼りつける。   Next, as illustrated in FIG. 11C, the FPC 327 is attached to the conductive film 320 in contact with the connection terminal 314 using the anisotropic conductive film 326 as in the above embodiment mode.

以上の工程により、アクティブマトリクス型発光素子を有する半導体装置を形成することが出来る。   Through the above steps, a semiconductor device having an active matrix light-emitting element can be formed.

ここで本実施の形態において、フルカラー表示する場合の画素における等価回路図を図１３に示す。図１３において、破線で囲まれる薄膜トランジスタ３３２が発光素子を駆動する薄膜トランジスタに対応している。薄膜トランジスタ３３１は薄膜トランジスタ３３２のオン・オフを制御する。なお、発光素子としては、発光物質を含む層を発光性の有機化合物を含む層で形成した有機ＥＬ素子（以下、ＯＬＥＤと示す。）を用いた形態を説明する。   Here, in this embodiment mode, an equivalent circuit diagram of a pixel in the case of full color display is shown in FIG. In FIG. 13, a thin film transistor 332 surrounded by a broken line corresponds to a thin film transistor for driving a light emitting element. The thin film transistor 331 controls on / off of the thin film transistor 332. Note that as the light-emitting element, a mode using an organic EL element (hereinafter referred to as an OLED) in which a layer containing a light-emitting substance is formed using a layer containing a light-emitting organic compound will be described.

赤色を表示する画素は、薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域に赤色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｒが接続され、ソース領域には赤色アノード側電源線３３７Ｒが設けられている。また、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域は、赤色アノード側電源線３３７Ｒに接続された容量素子３３８と接続している。   In the pixel displaying red, an OLED 334R that emits red light is connected to a drain region of the thin film transistor 332, and a red anode side power line 337R is provided in a source region. The switching thin film transistor 331 is connected to the gate wiring 336, and the gate electrode of the driving thin film transistor 332 is connected to the drain region of the switching thin film transistor 331. Note that the drain region of the switching thin film transistor 332 is connected to the capacitor 338 connected to the red anode-side power line 337R.

また、緑色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタのドレイン領域に緑色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｇが接続され、ソース領域には緑色アノード側電源線３３７Ｇが設けられている。また、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域は、緑色アノード側電源線３３７Ｇに接続された容量素子３３８と接続している。 In the pixel displaying green, an OLED 334G that emits green light is connected to a drain region of a driving thin film transistor, and a green anode side power line 337G is provided in a source region. The switching thin film transistor 331 is connected to the gate wiring 336, and the gate electrode of the driving thin film transistor 332 is connected to the drain region of the switching thin film transistor 331. Note that the drain region of the switching thin film transistor 332 is connected to the capacitor 338 connected to the green anode power supply line 337G.

また、青色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタのドレイン領域に青色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｂが接続され、ソース領域には青色アノード側電源線３３７Ｂが設けられている。また、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域は、青色アノード側電源線３３７Ｂに接続された容量素子３３８と接続している。 In the pixel displaying blue, an OLED 334B that emits blue light is connected to a drain region of a driving thin film transistor, and a blue anode-side power line 337B is provided in a source region. The switching thin film transistor 331 is connected to the gate wiring 336, and the gate electrode of the driving thin film transistor 332 is connected to the drain region of the switching thin film transistor 331. Note that the drain region of the switching thin film transistor 332 is connected to the capacitor 338 connected to the blue anode power supply line 337B.

それぞれ色の異なる画素には発光物質を含む層の材料に応じて異なる電圧をそれぞれ印加する。 Different voltages are applied to the pixels of different colors depending on the material of the layer containing the light-emitting substance.

なお、ここでは、ソース配線３３５とアノード側電源線３３７Ｒ、３３７Ｇ、３３７Ｂとを平行に形成しているが、これに限られず、ゲート配線３３６とアノード側電源線３３７Ｒ、３３７Ｇ、３３７Ｂとを平行に形成してもよい。更には、駆動用の薄膜トランジスタ３３２をマルチゲート電極構造としてもよい。 Here, the source wiring 335 and the anode side power supply lines 337R, 337G, and 337B are formed in parallel. It may be formed. Further, the driving thin film transistor 332 may have a multi-gate electrode structure.

また、発光装置において、画面表示の駆動方法は特に限定されず、例えば、点順次駆動方法や線順次駆動方法や面順次駆動方法などを用いればよい。代表的には、線順次駆動方法とし、時分割階調駆動方法や面積階調駆動方法を適宜用いればよい。また、発光装置のソース線に入力する映像信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよく、適宜、映像信号に合わせて駆動回路などを設計すればよい。 In the light emitting device, a driving method for screen display is not particularly limited, and for example, a dot sequential driving method, a line sequential driving method, a surface sequential driving method, or the like may be used. Typically, a line sequential driving method is used, and a time-division gray scale driving method or an area gray scale driving method may be used as appropriate. The video signal input to the source line of the light-emitting device may be an analog signal or a digital signal, and a drive circuit or the like may be designed in accordance with the video signal as appropriate.

さらに、ビデオ信号がデジタルの発光装置において、画素に入力されるビデオ信号が定電圧（ＣＶ）のものと、定電流（ＣＣ）のものとがある。ビデオ信号が定電圧のもの（ＣＶ）には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの（ＣＶＣＶ）と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの（ＣＶＣＣ）とがある。また、ビデオ信号が定電流のもの（ＣＣ）には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの（ＣＣＣＶ）と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの（ＣＣＣＣ）とがある。 Further, in a light emitting device in which a video signal is digital, there are a video signal input to a pixel having a constant voltage (CV) and a constant current (CC). A video signal having a constant voltage (CV) includes a signal having a constant voltage applied to the light emitting element (CVCV) and a signal having a constant current applied to the light emitting element (CVCC). . In addition, when the video signal has a constant current (CC), the signal voltage applied to the light emitting element is constant (CCCV), and the signal applied to the light emitting element has a constant current (CCCC). There is.

また、発光装置において、静電破壊防止のための保護回路（保護ダイオードなど）を設けてもよい。   In the light emitting device, a protection circuit (such as a protection diode) for preventing electrostatic breakdown may be provided.

以上の工程によりアクティブマトリクス型発光素子を有する発光装置を作製することが出来る。本実施の形態で示す発光装置は、作製工程において、基板乃至基板上の層にクラックが入ることを低減することが可能である。このため、歩留まり高く発光装置を作製することが可能である。   Through the above process, a light-emitting device having an active matrix light-emitting element can be manufactured. In the light-emitting device described in this embodiment, cracks can be reduced in a substrate or a layer over the substrate in a manufacturing process. Therefore, a light-emitting device can be manufactured with high yield.

（実施の形態６）
本実施の形態では、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の作製工程を図１４〜１７を用いて説明する。また半導体装置の構成について図１８を用いて説明する。また、本実施の形態で示す半導体装置の用途を図１９を用いて説明する。 (Embodiment 6)
In this embodiment, a manufacturing process of a semiconductor device capable of transmitting data without contact will be described with reference to FIGS. A structure of the semiconductor device will be described with reference to FIG. Further, the use of the semiconductor device described in this embodiment will be described with reference to FIGS.

図１４（Ａ）に示すように、基板４０１上に剥離膜４０２を形成する。次に、実施の形態１及び２と同様に剥離膜上に絶縁膜４０３を形成し、絶縁膜４０３上に薄膜トランジスタ４０４を形成する。次に、薄膜トランジスタ４０４を構成する導電膜を絶縁する層間絶縁膜４０５を形成し、薄膜トランジスタ４０４の半導体膜に接続するソース電極及びドレイン電極４０６を形成する。次に、薄膜トランジスタ４０４、層間絶縁膜４０５、ソース電極及びドレイン電極４０６を覆う絶縁膜４０７を形成し、絶縁膜４０７を介してソース電極またはドレイン電極４０６に接続する導電膜４０８を形成する。   As shown in FIG. 14A, a separation film 402 is formed over a substrate 401. Next, as in Embodiments 1 and 2, the insulating film 403 is formed over the separation film, and the thin film transistor 404 is formed over the insulating film 403. Next, an interlayer insulating film 405 that insulates a conductive film included in the thin film transistor 404 is formed, and a source electrode and a drain electrode 406 connected to the semiconductor film of the thin film transistor 404 are formed. Next, an insulating film 407 is formed to cover the thin film transistor 404, the interlayer insulating film 405, and the source and drain electrodes 406, and a conductive film 408 connected to the source or drain electrode 406 through the insulating film 407 is formed.

基板４０１としては、基板１００と同様のものを用いることができる。また、金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁膜を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板、セラミック基板等を用いることができる。ここでは、基板４０１としてガラス基板を用いる。   As the substrate 401, a substrate similar to the substrate 100 can be used. Alternatively, a metal substrate or a stainless steel substrate with an insulating film formed on one surface thereof, a heat-resistant plastic substrate that can withstand the processing temperature in this step, a ceramic substrate, or the like can be used. Here, a glass substrate is used as the substrate 401.

剥離膜４０２は、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、珪素（Ｓｉ）から選択された元素、又は元素を主成分とする合金材料、又は元素を主成分とする化合物材料からなる層を、単層又は積層して形成する。なお、剥離膜４０２である珪素を含む剥離膜の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。   The release film 402 is formed of tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), niobium (Nb), nickel (Ni), sputtering, plasma CVD, coating, printing, or the like. An element selected from cobalt (Co), zirconium (Zr), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), silicon (Si), Alternatively, a layer formed of an alloy material containing an element as a main component or a compound material containing an element as a main component is formed as a single layer or a stacked layer. Note that the crystal structure of the separation film containing silicon which is the separation film 402 may be any of amorphous, microcrystalline, and polycrystalline.

剥離膜４０２が単層構造の場合、好ましくは、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。又は、タングステンの酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層を形成する。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。 In the case where the separation film 402 has a single-layer structure, a layer containing tungsten, molybdenum, or a mixture of tungsten and molybdenum is preferably formed. Or a layer containing tungsten oxide or a layer containing oxynitride, a layer containing molybdenum oxide or a layer containing oxynitride, or a layer containing an oxide of a mixture of tungsten and molybdenum or oxynitride Form a layer. Note that the mixture of tungsten and molybdenum corresponds to, for example, an alloy of tungsten and molybdenum.

剥離膜４０２が積層構造の場合、好ましくは、１層目としてタングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、２層目として、タングステン、モリブデン又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物を含む層、窒化物を含む層、酸化窒化物を含む層、又は窒化酸化物を含む層を形成する。   In the case where the separation film 402 has a stacked structure, it is preferable that a layer containing tungsten, molybdenum, or a mixture of tungsten and molybdenum be formed as a first layer, and an oxide of tungsten, molybdenum, or a mixture of tungsten and molybdenum be formed as a second layer. A layer containing nitride, a layer containing nitride, a layer containing oxynitride, or a layer containing nitride oxide is formed.

剥離膜４０２として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁層を形成することで、タングステン層と絶縁層との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。さらには、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、Ｎ２Ｏプラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理、水素が添加された水での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。これは、タングステンの窒化物を含む層、酸化窒化物を含む層、または窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様であり、タングステンを含む層を形成後、その上層に窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層を形成するとよい。 In the case where a stacked structure of a layer containing tungsten and a layer containing tungsten oxide is formed as the separation film 402, a layer containing tungsten is formed, and an insulating layer formed using an oxide is formed thereover. The fact that a layer containing an oxide of tungsten is formed at the interface between the tungsten layer and the insulating layer may be utilized. Furthermore, the surface of the layer containing tungsten is subjected to thermal oxidation treatment, oxygen plasma treatment, N 2 O plasma treatment, treatment with a solution having strong oxidizing power such as ozone water, treatment with water to which hydrogen is added, and the like. Alternatively, a layer containing an oxide of tungsten may be formed. This also applies to the case where a layer containing tungsten nitride, a layer containing oxynitride, or a layer containing nitride oxide is formed. After forming a layer containing tungsten, a silicon nitride layer, an oxide layer is formed thereon. A silicon nitride layer or a silicon nitride oxide layer is preferably formed.

タングステンの酸化物は、ＷＯｘで表される。Ｘは、２≦ｘ≦３の範囲内にあり、ｘが２の場合（ＷＯ２）、ｘが２．５の場合（Ｗ２Ｏ５）、ｘが２．７５の場合（Ｗ４Ｏ１１）、ｘが３の場合（ＷＯ３）などがある。 The oxide of tungsten is represented by WOx. X is in the range of 2 ≦ x ≦ 3, when x is 2 (WO 2 ), when x is 2.5 (W 2 O 5 ), when x is 2.75 (W 4 O 11 ), And x is 3 (WO 3 ).

ここでは、スパッタリング法により厚さ２０〜１００ｎｍ、好ましくは４０〜８０ｎｍのタングステン膜を形成する。   Here, a tungsten film having a thickness of 20 to 100 nm, preferably 40 to 80 nm, is formed by a sputtering method.

なお、上記の工程によると、基板４０１に接するように剥離膜４０２を形成しているが、本発明はこの工程に制約されない。基板４０１に接するように下地となる絶縁膜を形成し、その絶縁膜に接するように剥離膜４０２を設けてもよい。   Note that although the peeling film 402 is formed so as to be in contact with the substrate 401 according to the above steps, the present invention is not limited to this step. An insulating film serving as a base may be formed so as to be in contact with the substrate 401, and the peeling film 402 may be provided so as to be in contact with the insulating film.

絶縁膜４０３は、絶縁膜１０１と同様に形成することができる。ここでは、Ｎ２Ｏガスを流しながらプラズマを発生させて剥離膜４０２表面に酸化タングステン膜を形成した後、プラズマＣＶＤ法により、窒素を含む酸化珪素膜を形成する。 The insulating film 403 can be formed in a manner similar to that of the insulating film 101. Here, plasma is generated while flowing N 2 O gas to form a tungsten oxide film on the surface of the separation film 402, and then a silicon oxide film containing nitrogen is formed by a plasma CVD method.

薄膜トランジスタ４０４は、実施の形態４に示す薄膜トランジスタ２２５〜２２７と同様に形成することができる。ソース電極及びドレイン電極４０６は、実施の形態４に示す配線２３４〜２３９と同様に形成することができる。   The thin film transistor 404 can be formed in a manner similar to that of the thin film transistors 225 to 227 described in Embodiment 4. The source and drain electrodes 406 can be formed in a manner similar to that of the wirings 234 to 239 described in Embodiment 4.

層間絶縁膜４０５及び絶縁膜４０７は、ポリイミド、アクリル、またはシロキサンポリマーを塗布し焼成して形成することができる。また、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、無機化合物を用いて単層又は積層で形成してもよい。無機化合物の代表例としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素がある。   The interlayer insulating film 405 and the insulating film 407 can be formed by applying and baking polyimide, acrylic, or siloxane polymer. Alternatively, a single layer or a stacked layer may be formed using an inorganic compound by a sputtering method, a plasma CVD method, a coating method, a printing method, or the like. Typical examples of the inorganic compound include silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.

次に、図１４（Ｂ）に示すように、導電膜４０８上に導電膜４１１を形成する。ここでは、印刷法により金粒子を有する組成物を印刷し、２００℃で３０分加熱して組成物を焼成して導電膜４１１を形成する。   Next, a conductive film 411 is formed over the conductive film 408 as illustrated in FIG. Here, a composition having gold particles is printed by a printing method, heated at 200 ° C. for 30 minutes, and the composition is baked to form the conductive film 411.

次に、図１４（Ｃ）に示すように、絶縁膜４０７及び導電膜４１１の端部を覆う絶縁膜４１２を形成する。ここでは、絶縁膜４０７及び導電膜４１１の端部を覆う絶縁膜４１２を、エポキシ樹脂を用いて形成する。エポキシ樹脂の組成物をスピンコート法により塗布し、１６０℃で３０分加熱した後、導電膜４１１を覆う部分の絶縁膜を除去して、導電膜４１１を露出すると共に、厚さ１〜２０μｍ、好ましくは５〜１０μｍの絶縁膜４１２を形成する。ここでは、絶縁膜４０３から絶縁膜４１２までの積層体を素子形成層４１０とする。   Next, as illustrated in FIG. 14C, an insulating film 412 which covers end portions of the insulating film 407 and the conductive film 411 is formed. Here, the insulating film 412 which covers end portions of the insulating film 407 and the conductive film 411 is formed using an epoxy resin. After applying the epoxy resin composition by spin coating and heating at 160 ° C. for 30 minutes, the insulating film covering the conductive film 411 is removed to expose the conductive film 411 and have a thickness of 1 to 20 μm. An insulating film 412 having a thickness of 5 to 10 μm is preferably formed. Here, a stacked body from the insulating film 403 to the insulating film 412 is referred to as an element formation layer 410.

次に、図１４（Ｄ）に示すように、後の剥離工程を容易に行うために、レーザビーム４１３を絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２に照射して、図１４（Ｅ）に示すような開口部４１４を形成する。次に、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせる。開口部４１４を形成するために照射するレーザビームとしては、絶縁膜４０３、４０５、４０７、または絶縁膜４１２が吸収する波長を有するレーザビームが好ましい。代表的には、紫外領域、可視領域、又は赤外領域のレーザビームを適宜選択して照射する。   Next, as illustrated in FIG. 14D, the insulating films 403, 405, and 407, and the insulating film 412 are irradiated with a laser beam 413 in order to easily perform the subsequent peeling step, so that FIG. An opening 414 as shown in FIG. Next, an adhesive member 415 is attached to the insulating film 412. As the laser beam with which the opening 414 is formed, a laser beam having a wavelength absorbed by the insulating films 403, 405, and 407 or the insulating film 412 is preferable. Typically, irradiation is performed by appropriately selecting a laser beam in an ultraviolet region, a visible region, or an infrared region.

このようなレーザビームを発振することが可能なレーザ発振器としては、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ等のエキシマレーザ発振器、実施の形態１で示すレーザ発振器１１ａ、１１ｂと同様のものを適宜用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波〜第５高調波を適宜適用するのが好ましい。この結果、絶縁膜４０３、４０５、４０７、４１２がレーザビームを吸収し溶融して開口部が形成される。 As a laser oscillator capable of oscillating such a laser beam, an excimer laser oscillator such as ArF, KrF, or XeCl, or the same one as the laser oscillators 11a and 11b described in Embodiment 1 can be used as appropriate. In the solid-state laser oscillator, it is preferable to appropriately apply the fundamental wave to the fifth harmonic. As a result, the insulating films 403, 405, 407, and 412 absorb the laser beam and melt to form openings.

レーザ照射の結果、絶縁膜４０３、４０５、４０７、４１２がレーザビーム４１３を吸収し溶融して開口部が形成される。なお、レーザビーム４１３を絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２に照射する工程を削除することで、スループットを向上させることが可能である。 As a result of the laser irradiation, the insulating films 403, 405, 407, and 412 absorb the laser beam 413 and are melted to form openings. Note that the throughput can be improved by eliminating the step of irradiating the insulating films 403, 405, and 407, and the insulating film 412 with the laser beam 413.

次に、図１５（Ａ）に示すように、剥離膜４０２及び絶縁膜２０３の界面に形成される金属酸化物膜において、剥離膜を有する基板４０１及び素子形成層の一部４２１を物理的手段により剥離する。物理的手段とは、力学的手段または機械的手段を指し、何らかの力学的エネルギー（機械的エネルギー）を変化させる手段を指している。物理的手段は、代表的には機械的な力を加えること（例えば人間の手や把治具で引き剥がす処理や、ローラーを支点としてローラーを回転させながら分離する処理）である。   Next, as illustrated in FIG. 15A, in the metal oxide film formed at the interface between the separation film 402 and the insulating film 203, the substrate 401 having the separation film and the part 421 of the element formation layer are formed by physical means. Peel off. Physical means refers to mechanical means or mechanical means, and means to change some mechanical energy (mechanical energy). The physical means is typically applying mechanical force (for example, a process of peeling with a human hand or a grip jig, or a process of separating while rotating the roller with the roller as a fulcrum).

本実施の形態においては、剥離膜と絶縁膜の間に金属酸化膜を形成し、当該金属酸化膜において物理的手段により、素子形成層４１０を剥離する方法を用いたがこれに限られない。基板に透光性を有する基板を用い、剥離膜に水素を含む非晶質珪素層を用い、図１４（Ｅ）の工程の後、基板側からのレーザビームを照射して非晶質珪素膜に含まれる水素を気化させて、基板と剥離膜との間で剥離する方法を用いることができる。   In this embodiment mode, a method is used in which a metal oxide film is formed between a peeling film and an insulating film, and the element formation layer 410 is peeled off by physical means in the metal oxide film. A light-transmitting substrate is used as the substrate, an amorphous silicon layer containing hydrogen is used as the peeling film, and an amorphous silicon film is irradiated with a laser beam from the substrate side after the step of FIG. A method can be used in which hydrogen contained in is vaporized and separated between the substrate and the separation film.

また、図１４（Ｅ）の工程の後、基板を機械的に研磨し除去する方法や、基板をＨＦ等の基板を溶解する溶液を用いて基板を除去する方法を用いることができる。この場合、剥離膜を用いなくともよい。   Further, after the step of FIG. 14E, a method of mechanically polishing and removing the substrate or a method of removing the substrate using a solution that dissolves the substrate such as HF can be used. In this case, it is not necessary to use a release film.

また、図１４（Ｅ）において、粘着部材４１５を絶縁膜４１２に貼りあわせる前に、開口部４１４にＮＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ３等のフッ化ガスを導入し、剥離膜をフッ化ガスでエッチングし除去した後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせて、基板から素子形成層４１０を剥離する方法を用いることができる。 Further, in FIG. 14E, before the adhesive member 415 is attached to the insulating film 412, a fluorinated gas such as NF 3 , BrF 3 , or ClF 3 is introduced into the opening 414, and the release film is made of the fluorinated gas. After etching and removal, a method in which the adhesive member 415 is attached to the insulating film 412 and the element formation layer 410 is peeled from the substrate can be used.

また、図１４（Ｅ）において、粘着部材４１５を絶縁膜４１２に貼りあわせる前に、開口部４１４にＮＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ３等のフッ化ガスを導入し、剥離膜の一部をフッ化ガスでエッチングし除去した後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせて、基板から素子形成層４１０を物理的手段により剥離する方法を用いることができる。 In FIG. 14E, before the adhesive member 415 is attached to the insulating film 412, a fluoride gas such as NF 3 , BrF 3 , or ClF 3 is introduced into the opening 414 so that a part of the separation film is covered. After the etching gas is removed by etching, an adhesive member 415 is attached to the insulating film 412, and the element formation layer 410 is peeled from the substrate by physical means.

次に、図１５（Ｂ）に示すように、素子形成層の一部４２１の絶縁膜４０３に、可撓性基板４２２を貼り付ける。次に、粘着部材４１５を素子形成層の一部４２１から剥す。ここでは、可撓性基板４２２として、キャスト法によりポリアニリンで形成されたフィルムを用いる。   Next, as illustrated in FIG. 15B, a flexible substrate 422 is attached to the insulating film 403 of the part 421 of the element formation layer. Next, the adhesive member 415 is peeled off from the part 421 of the element formation layer. Here, as the flexible substrate 422, a film formed of polyaniline by a casting method is used.

次に、図１５（Ｃ）に示すように、可撓性基板４２２をダイシングフレーム４３２のＵＶシート４３１に貼り付ける。ＵＶシート４３１は粘着性を有するため、ＵＶシート４３１上に可撓性基板４２２が固定される。この後、導電膜４１１にレーザビームを照射して、導電膜４１１と導電膜４０８の間の密着性を高めてもよい。   Next, as illustrated in FIG. 15C, the flexible substrate 422 is attached to the UV sheet 431 of the dicing frame 432. Since the UV sheet 431 has adhesiveness, the flexible substrate 422 is fixed on the UV sheet 431. After that, the conductive film 411 may be irradiated with a laser beam to improve adhesion between the conductive film 411 and the conductive film 408.

次に、図１５（Ｄ）に示すように、導電膜４１１上に接続端子４３３を形成する。接続端子４３３を形成することで、後にアンテナとして機能する導電膜との位置合わせ及び接着を容易に行うことが可能である。   Next, as illustrated in FIG. 15D, the connection terminal 433 is formed over the conductive film 411. By forming the connection terminal 433, alignment and adhesion with a conductive film which functions as an antenna later can be easily performed.

次に、図１６（Ａ）に示すように、素子形成層の一部４２１を分断する。ここでは、素子形成層の一部４２１及び可撓性基板４２２にレーザビーム４３４を照射して、図１６（Ｂ）に示すように、素子形成層の一部４２１を複数に分断する。レーザビーム４３４は、レーザビーム４１３に例示のレーザビームを適宜選択して適用することができる。ここでは、絶縁膜４０３、４０５、４０６、及び絶縁膜４１２、並びに可撓性基板４２２が吸収可能なレーザビームを選択することが好ましい。なお、ここでは、レーザカット法を用いて素子形成層の一部を複数に分断したが、この方法の代わりにダイシング法、スクライビング法等を適宜用いることができる。この結果、分断された素子形成層を薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂと示す。 Next, as illustrated in FIG. 16A, a part 421 of the element formation layer is divided. Here, the part 421 of the element formation layer and the flexible substrate 422 are irradiated with the laser beam 434, so that the part 421 of the element formation layer is divided into a plurality of portions as illustrated in FIG. As the laser beam 434, an exemplary laser beam can be selected as the laser beam 413 and applied. Here, it is preferable to select a laser beam that can be absorbed by the insulating films 403, 405, and 406, the insulating film 412, and the flexible substrate 422. Note that, here, a part of the element formation layer is divided into a plurality of parts by using a laser cut method, but a dicing method, a scribing method, or the like can be appropriately used instead of this method. As a result, the divided element formation layers are denoted as thin film integrated circuits 442a and 442b.

次に、図１６（Ｃ）に示すように、ダイシングフレーム４３２のＵＶシートにＵＶ光を照射して、ＵＶシート４３１の粘着力を低下させた後、ＵＶシート４３１をエキスパンダ枠４４４で支持する。このとき、ＵＶシート４３１を伸ばしながらエキスパンダ枠４４４で支持することで、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの間に形成された溝４４１の幅を拡大することができる。なお、拡大された溝４４６は、後に薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂに貼りあわせられるアンテナ基板の大きさにあわせることが好ましい。   Next, as illustrated in FIG. 16C, the UV sheet of the dicing frame 432 is irradiated with UV light to reduce the adhesive strength of the UV sheet 431, and then the UV sheet 431 is supported by the expander frame 444. . At this time, the width of the groove 441 formed between the thin film integrated circuits 442a and 442b can be increased by supporting the expander frame 444 while extending the UV sheet 431. Note that the enlarged groove 446 is preferably matched with the size of the antenna substrate to be bonded to the thin film integrated circuits 442a and 442b later.

次に、図１７（Ａ）に示すように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６と、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いて貼りあわせる。なお、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６には、導電膜４５２ａ、４５２ｂの一部が露出するように、開口部が設けられている。このため、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの接続端子とが、異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂに含まれる導電性粒子４５４ａ、４５４ｂとで接続されるように、位置合わせしながら貼りあわせる。   Next, as illustrated in FIG. 17A, a flexible substrate 456 including conductive films 452a and 452b functioning as antennas and thin film integrated circuits 442a and 442b are used with anisotropic conductive adhesives 455a and 455b. And paste them together. Note that the flexible substrate 456 including the conductive films 452a and 452b functioning as antennas is provided with openings so that parts of the conductive films 452a and 452b are exposed. Therefore, the conductive films 452a and 452b functioning as antennas and the connection terminals of the thin film integrated circuits 442a and 442b are connected to the conductive particles 454a and 454b included in the anisotropic conductive adhesives 455a and 455b. , Paste together while aligning.

ここでは、アンテナとして機能する導電膜４５２ａと薄膜集積回路４４２ａとが、異方性導電接着剤４５５ａ中の導電性粒子４５４ａによって接続され、アンテナとして機能する導電膜４５２ｂと薄膜集積回路４４２ｂとが、異方性導電接着剤４５５ｂ中の導電性粒子４５４ｂによって接続される。   Here, the conductive film 452a functioning as an antenna and the thin film integrated circuit 442a are connected by the conductive particles 454a in the anisotropic conductive adhesive 455a, and the conductive film 452b functioning as an antenna and the thin film integrated circuit 442b are They are connected by conductive particles 454b in the anisotropic conductive adhesive 455b.

次に、図１７（Ｂ）に示すように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５４ｂと、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとが形成されない領域において、絶縁膜４５３及び可撓性基板４５６を分断する。ここでは、絶縁膜４５３及び可撓性基板４５６にレーザビーム４６１を照射するレーザカット法により分断を行う。   Next, as illustrated in FIG. 17B, the insulating film 453 and the flexible substrate 456 are separated in a region where the conductive films 452a and 454b functioning as antennas and the thin film integrated circuits 442a and 442b are not formed. Here, the insulating film 453 and the flexible substrate 456 are divided by a laser cut method in which a laser beam 461 is irradiated.

以上の工程により、図１７（Ｃ）に示すように、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置４６２ａ、４６２ｂを作製することができる。   Through the above steps, semiconductor devices 462a and 462b capable of transmitting data without contact can be manufactured as illustrated in FIG.

なお、図１７（Ａ）において、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６と、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いて貼りあわせた後、可撓性基板４５６と薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを封止するように可撓性基板４６３を設け、図１７（Ｂ）のように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとが形成されない領域において、レーザビーム４６１照射して、図１７（Ｄ）に示すような半導体装置４６４を作製してもよい。この場合、分断された可撓性基板４５６、４６３によって、薄膜集積回路が封止されるため、薄膜集積回路の劣化を抑制することが可能である。   Note that in FIG. 17A, a flexible substrate 456 including conductive films 452a and 452b functioning as antennas and thin film integrated circuits 442a and 442b are attached to each other using anisotropic conductive adhesives 455a and 455b. After that, a flexible substrate 463 is provided so as to seal the flexible substrate 456 and the thin film integrated circuits 442a and 442b. As shown in FIG. 17B, conductive films 452a and 452b functioning as antennas and thin films A semiconductor device 464 as illustrated in FIG. 17D may be manufactured by irradiation with a laser beam 461 in a region where the integrated circuits 442a and 442b are not formed. In this case, since the thin film integrated circuit is sealed by the divided flexible substrates 456 and 463, deterioration of the thin film integrated circuit can be suppressed.

以上の工程により、薄型で軽量な半導体装置を歩留まり高く作製することが可能である。本実施の形態の半導体装置は、作製工程において、基板乃至基板上の層にクラックが入ることを低減することが可能である。このため、歩留まり高く半導体装置を作製することが可能である。   Through the above process, a thin and lightweight semiconductor device can be manufactured with high yield. The semiconductor device of this embodiment can reduce occurrence of cracks in a substrate or a layer over the substrate in a manufacturing process. Thus, a semiconductor device can be manufactured with high yield.

次に上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の構成について、図１８を参照して説明する。   Next, a structure of the semiconductor device capable of transmitting data without contact will be described with reference to FIG.

本実施の形態の半導体装置は、大別して、アンテナ部２００１、電源部２００２、ロジック部２００３から構成される。 The semiconductor device of this embodiment is roughly composed of an antenna portion 2001, a power supply portion 2002, and a logic portion 2003.

アンテナ部２００１は、外部信号の受信とデータの送信を行うためのアンテナ２０１１からなる。また、半導体装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければよい。 The antenna unit 2001 includes an antenna 2011 for receiving external signals and transmitting data. As a signal transmission method in the semiconductor device, an electromagnetic coupling method, an electromagnetic induction method, a microwave method, or the like can be used. The transmission method may be appropriately selected by the practitioner in consideration of the intended use, and an optimal antenna may be provided according to the transmission method.

電源部２００２は、アンテナ２０１１を介して外部から受信した信号により電源を作る整流回路２０２１と、作りだした電源を保持するための保持容量２０２２と、各回路に供給する一定電圧を作り出す定電圧回路２０２３からなる。 The power supply unit 2002 includes a rectifier circuit 2021 that generates power based on a signal received from the outside via the antenna 2011, a holding capacitor 2022 that holds the generated power supply, and a constant voltage circuit 2023 that generates a constant voltage supplied to each circuit. Consists of.

ロジック部２００３は、受信した信号を復調する復調回路２０３１と、クロック信号を生成するクロック生成・補正回路２０３２と、コード認識及び判定回路２０３３と、メモリからデータを読み出すための信号を受信信号により作り出すメモリコントローラ２０３４と、符号化した信号を受信信号にのせるための変調回路２０３５と、読み出したデータを符号化する符号化回路２０３７と、データを保持するマスクＲＯＭ２０３８とを有する。なお、変調回路２０３５は変調用抵抗２０３６を有する。 The logic unit 2003 generates a demodulation signal 2031 for demodulating the received signal, a clock generation / correction circuit 2032 for generating a clock signal, a code recognition / determination circuit 2033, and a signal for reading data from the memory based on the received signal. The memory controller 2034 includes a modulation circuit 2035 for putting the encoded signal on the reception signal, an encoding circuit 2037 for encoding the read data, and a mask ROM 2038 for holding the data. Note that the modulation circuit 2035 includes a modulation resistor 2036.

コード認識及び判定回路２０３３が認識・判定するコードは、フレーム終了信号（ＥＯＦ、ｅｎｄ ｏｆ ｆｒａｍｅ）、フレーム開始信号（ＳＯＦ、ｓｔａｒｔ ｏｆ ｆｒａｍｅ）、フラグ、コマンドコード、マスク長（ｍａｓｋ ｌｅｎｇｔｈ）、マスク値（ｍａｓｋ ｖａｌｕｅ）等である。また、コード認識及び判定回路２０３３は、送信エラーを識別する巡回冗長検査（ＣＲＣ、ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ）機能も含む。 The codes recognized and determined by the code recognition / determination circuit 2033 are a frame end signal (EOF, end of frame), a frame start signal (SOF, start of frame), a flag, a command code, a mask length (mask length), and a mask value. (Mask value) and the like. The code recognition and determination circuit 2033 also includes a cyclic redundancy check (CRC) function for identifying transmission errors.

次に、上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途について図１９を用いて示す。上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類（運転免許証や住民票等、図１９（Ａ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等、図１９（Ｃ）参照）、記録媒体（ＤＶＤソフトやビデオテープ等、図１９（Ｂ）参照）、乗物類（自転車等、図１９（Ｄ）参照）、身の回り品（鞄や眼鏡等）、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札（図１９（Ｅ）、図１９（Ｆ）参照）等の物品に設けて使用することができる。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（単にテレビ、テレビ受像機、テレビジョン受像機とも呼ぶ）及び携帯電話等を指す。   Next, an application of the semiconductor device capable of transmitting data without contact will be described with reference to FIGS. The semiconductor device capable of transmitting data without contact is widely used. For example, banknotes, coins, securities, bearer bonds, certificate documents (driver's license, resident's card, etc., see FIG. 19A) ), Packaging containers (wrapping paper, bottles, etc., see FIG. 19C), recording media (DVD software, videotapes, etc., see FIG. 19B), vehicles (bicycles, etc., FIG. 19D) See), personal items (such as bags and glasses), foods, plants, animals, human bodies, clothing, daily necessities, electronic equipment, etc. and luggage tags (FIGS. 19E and 19F) It can be provided and used on articles such as Electronic devices refer to liquid crystal display devices, EL display devices, television devices (also simply referred to as televisions, television receivers, television receivers), mobile phones, and the like.

本実施の形態の半導体装置９２１０は、プリント基板への実装、表面への貼着、埋め込み等により、物品に固定される。例えば、本なら紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりして、各物品に固定される。本実施の形態の半導体装置９２１０は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本実施の形態の半導体装置９２１０を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本実施の形態の半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。 The semiconductor device 9210 of this embodiment is fixed to an article by mounting on a printed board, sticking to a surface, embedding, or the like. For example, a book is embedded in paper, and a package made of an organic resin is embedded in the organic resin, and is fixed to each article. Since the semiconductor device 9210 of this embodiment realizes small size, thinness, and light weight, the design of the article itself is not impaired even after being fixed to the article. In addition, by providing the semiconductor device 9210 of this embodiment on banknotes, coins, securities, bearer bonds, certificates, etc., an authentication function can be provided, and if this authentication function is used, forgery can be prevented. can do. In addition, by providing the semiconductor device of this embodiment in packaging containers, recording media, personal items, foods, clothing, daily necessities, electronic devices, etc., it is possible to improve the efficiency of systems such as inspection systems. it can.

（実施の形態７）
上記実施の形態に示される半導体装置を有する電子機器として、テレビジョン装置（単にテレビ、又はテレビジョン受信機ともよぶ）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、携帯電話装置（単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ）、ＰＤＡ等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コンピュータ用のモニター、コンピュータ、カーオーディオ等の音響再生装置、家庭用ゲーム機等の記録媒体を備えた画像再生装置等が挙げられる。その具体例について、図２０を参照して説明する。 (Embodiment 7)
As electronic devices including the semiconductor device described in any of the above embodiments, a television device (also simply referred to as a television or a television receiver), a camera such as a digital camera or a digital video camera, or a mobile phone device (simply a mobile phone or a mobile phone) (Also called a telephone), portable information terminals such as PDAs, portable game machines, computer monitors, computers, sound reproduction apparatuses such as car audio, and image reproduction apparatuses equipped with recording media such as home game machines. . A specific example will be described with reference to FIG.

図２０（Ａ）に示す携帯情報端末は、本体９２０１、表示部９２０２等を含んでいる。表示部９２０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯情報端末を安価に提供することができる。   A portable information terminal illustrated in FIG. 20A includes a main body 9201, a display portion 9202, and the like. By applying what is described in the above embodiment to the display portion 9202, a portable information terminal capable of high-definition display can be provided at low cost.

図２０（Ｂ）に示すデジタルビデオカメラは、表示部９７０１、表示部９７０２等を含んでいる。表示部９７０１に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なデジタルビデオカメラを安価に提供することができる。   A digital video camera shown in FIG. 20B includes a display portion 9701, a display portion 9702, and the like. By applying the display portion 9701 to the display portion described above, a digital video camera capable of high-definition display can be provided at low cost.

図２０（Ｃ）に示す携帯端末は、本体９１０１、表示部９１０２等を含んでいる。表示部９１０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、信頼性の高い携帯端末を安価に提供することができる。   A portable terminal illustrated in FIG. 20C includes a main body 9101, a display portion 9102, and the like. By applying what is described in the above embodiment to the display portion 9102, a highly reliable portable terminal can be provided at low cost.

図２０（Ｄ）に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体９３０１、表示部９３０２等を含んでいる。表示部９３０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯型のテレビジョン装置を安価に提供することができる。このようなテレビジョン装置は携帯電話などの携帯端末に搭載する小型のものから、持ち運びをすることができる中型のもの、また、大型のもの（例えば４０インチ以上）まで、幅広く適用することができる。   A portable television device illustrated in FIG. 20D includes a main body 9301, a display portion 9302, and the like. By applying what is described in the above embodiment to the display portion 9302, a portable television device capable of high-definition display can be provided at low cost. Such a television device can be widely applied from a small one mounted on a portable terminal such as a cellular phone to a medium-sized one that can be carried and a large one (for example, 40 inches or more). .

図２０（Ｅ）に示す携帯型のコンピュータは、本体９４０１、表示部９４０２等を含んでいる。表示部９４０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高画質な表示が可能な携帯型のコンピュータを安価に提供することができる。   A portable computer illustrated in FIG. 20E includes a main body 9401, a display portion 9402, and the like. By using the display portion 9402 which is described in the above embodiment, a portable computer capable of high-quality display can be provided at low cost.

図２０（Ｆ）に示すテレビジョン装置は、本体９５０１、表示部９５０２等を含んでいる。表示部９５０２に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を安価に提供することができる。   A television set shown in FIG. 20F includes a main body 9501, a display portion 9502, and the like. By applying the display portion 9502 to the above embodiment, a television device capable of high-definition display can be provided at low cost.

ここで、テレビジョン装置の構成について、図２１を用いて説明する。   Here, a configuration of the television device will be described with reference to FIG.

図２１は、テレビジョン装置の主要な構成を示すブロック図である。チューナ９５１１は映像信号と音声信号を受信する。映像信号は、映像検波回路９５１２と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路９５１３と、その映像信号をドライバＩＣの入力仕様に変換するためのコントロール回路９５１４により処理される。コントロール回路９５１４は、表示パネル９５１５の走査線駆動回路９５１６と信号線駆動回路９５１７にそれぞれ信号を出力する。デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路９５１８を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成としても良い。走査線駆動回路９５１６と信号線駆動回路９５１７は画素部９５１９を駆動するための回路である。   FIG. 21 is a block diagram illustrating a main configuration of a television device. A tuner 9511 receives a video signal and an audio signal. The video signal includes a video detection circuit 9512, a video signal processing circuit 9513 that converts the signal output from the video signal into a color signal corresponding to each color of red, green, and blue, and converts the video signal into the input specifications of the driver IC. Is processed by a control circuit 9514. The control circuit 9514 outputs signals to the scan line driver circuit 9516 and the signal line driver circuit 9517 of the display panel 9515, respectively. In the case of digital driving, a signal dividing circuit 9518 may be provided on the signal line side so that an input digital signal is divided into m pieces and supplied. A scan line driver circuit 9516 and a signal line driver circuit 9517 are circuits for driving the pixel portion 9519.

チューナ９５１１で受信した信号のうち、音声信号は音声検波回路９５２１に送られ、その出力は音声信号処理回路９５２２を経てスピーカー９５２３に供給される。制御回路９５２４は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部９５２５から受け、チューナ９５１１や音声信号処理回路９５２２に信号を送出する。   Of the signals received by the tuner 9511, the audio signal is sent to the audio detection circuit 9521, and the output is supplied to the speaker 9523 through the audio signal processing circuit 9522. The control circuit 9524 receives control information on the receiving station (reception frequency) and volume from the input unit 9525 and sends a signal to the tuner 9511 and the audio signal processing circuit 9522.

このテレビジョン装置は、表示パネル９５１５を含んで構成されることにより、テレビジョン装置の低消費電力を図ることが可能である。また、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を作製することが可能である。   This television device includes the display panel 9515, whereby low power consumption of the television device can be achieved. In addition, a television device capable of high-definition display can be manufactured.

なお、本発明はテレビ受像機に限定されず、パーソナルコンピュータのモニターをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。   Note that the present invention is not limited to a television receiver, and is applicable to various uses as a display medium of a particularly large area such as a monitor of a personal computer, an information display board in a railway station or airport, an advertisement display board in a street, etc. can do.

次に、本発明の半導体装置を実装した電子機器の一態様として、携帯電話機を図２２を用いて説明する。携帯電話機は、筐体２７００、２７０６、表示パネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３、操作ボタン２７０４、バッテリ２７０５を有する（図２２参照）。表示パネル２７０１はハウジング２７０２に脱着自在に組み込まれ、ハウジング２７０２はプリント配線基板２７０３に嵌着される。ハウジング２７０２は表示パネル２７０１が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリント配線基板２７０３には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの１つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板２７０３に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット（ＣＰＵ、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。   Next, a mobile phone will be described with reference to FIG. 22 as one embodiment of an electronic device on which the semiconductor device of the present invention is mounted. The cellular phone includes housings 2700 and 2706, a display panel 2701, a housing 2702, a printed wiring board 2703, operation buttons 2704, and a battery 2705 (see FIG. 22). A display panel 2701 is incorporated in a housing 2702 so as to be detachable. The housing 2702 is fitted on a printed wiring board 2703. The shape and size of the housing 2702 are changed as appropriate in accordance with an electronic device into which the display panel 2701 is incorporated. A plurality of packaged semiconductor devices are mounted on the printed wiring board 2703, and the semiconductor device of the present invention can be used as one of them. The plurality of semiconductor devices mounted on the printed wiring board 2703 have any one function of a controller, a central processing unit (CPU), a memory, a power supply circuit, a sound processing circuit, a transmission / reception circuit, and the like.

表示パネル２７０１は、接続フィルム２７０８を介して、プリント配線基板２７０３が接続される。上記の表示パネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３は、操作ボタン２７０４やバッテリ２７０５と共に、筐体２７００、２７０６の内部に収納される。表示パネル２７０１が含む画素領域２７０９は、筐体２７００に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。 A printed wiring board 2703 is connected to the display panel 2701 through a connection film 2708. The display panel 2701, the housing 2702, and the printed wiring board 2703 are housed in the housings 2700 and 2706 together with the operation buttons 2704 and the battery 2705. A pixel region 2709 included in the display panel 2701 is arranged so that it can be seen from an opening window provided in the housing 2700.

表示パネル２７０１は、画素部と一部の周辺駆動回路（複数の駆動回路のうち動作周波数の低い駆動回路）を基板上にＴＦＴを用いて一体形成し、一部の周辺駆動回路（複数の駆動回路のうち動作周波数の高い駆動回路）をＩＣチップ上に形成してもよい。そのＩＣチップをＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）で表示パネル２７０１に実装してもよい。あるいは、そのＩＣチップをＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）やプリント基板を用いてガラス基板と接続してもよい。なお、一部の周辺駆動回路を基板上に画素部と一体形成し、他の周辺駆動回路を形成したＩＣチップをＣＯＧ等で実装した表示パネルの構成の一例を図２３（Ａ）に示す。なお、図２３（Ａ）の表示パネルは、基板３９００、信号線駆動回路３９０１、画素部３９０２、走査線駆動回路３９０３、走査線駆動回路３９０４、ＦＰＣ３９０５、ＩＣチップ３９０６、ＩＣチップ３９０７、封止基板３９０８、シール材３９０９を有する。このような構成とすることで、表示装置の低消費電力化を図り、携帯電話機の一回の充電による使用時間を長くすることができる。また、携帯電話機の低コスト化を図ることができる。 In the display panel 2701, a pixel portion and some peripheral driver circuits (a driver circuit having a low operating frequency among the plurality of driver circuits) are integrally formed using a TFT over a substrate, and some peripheral driver circuits (a plurality of driver circuits) are formed. A driving circuit having a high operating frequency among the circuits) may be formed over the IC chip. The IC chip may be mounted on the display panel 2701 by COG (Chip On Glass). Alternatively, the IC chip may be connected to the glass substrate using TAB (Tape Automated Bonding) or a printed board. Note that FIG. 23A illustrates an example of a structure of a display panel in which some peripheral driver circuits are integrally formed with a pixel portion over a substrate and an IC chip on which other peripheral driver circuits are formed is mounted with COG or the like. Note that the display panel in FIG. 23A includes a substrate 3900, a signal line driver circuit 3901, a pixel portion 3902, a scan line driver circuit 3903, a scan line driver circuit 3904, an FPC 3905, an IC chip 3906, an IC chip 3907, and a sealing substrate. 3908 and a sealant 3909. With such a structure, the power consumption of the display device can be reduced, and the usage time by one charge of the mobile phone can be extended. In addition, the cost of the mobile phone can be reduced.

また、さらに消費電力の低減を図るため、図２３（Ｂ）に示すように基板上にＴＦＴを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をＩＣチップ上に形成し、そのＩＣチップをＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）などで表示パネルに実装してもよい。なお、図２３（Ｂ）の表示パネルは、基板３９１０、信号線駆動回路３９１１、画素部３９１２、走査線駆動回路３９１３、走査線駆動回路３９１４、ＦＰＣ３９１５、ＩＣチップ３９１６、ＩＣチップ３９１７、封止基板３９１８、シール材３９１９を有する。 Further, in order to further reduce power consumption, a pixel portion is formed using a TFT on a substrate as shown in FIG. 23B, and all peripheral driver circuits are formed on an IC chip. You may mount in a display panel by COG (Chip On Glass). Note that the display panel in FIG. 23B includes a substrate 3910, a signal line driver circuit 3911, a pixel portion 3912, a scan line driver circuit 3913, a scan line driver circuit 3914, an FPC 3915, an IC chip 3916, an IC chip 3917, and a sealing substrate. 3918 and a sealant 3919 are provided.

上記の通り、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体２７００、２７０６内部の限られた空間を有効に利用することができる。また、コスト削減が可能であり、信頼性高い半導体装置を有する電子機器を作製することができる。 As described above, the semiconductor device of the present invention is characterized in that it is small, thin, and lightweight, and the limited space inside the housings 2700 and 2706 of the electronic device can be effectively used due to the above characteristics. . In addition, cost reduction is possible and an electronic device including a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 半導体膜にレーザビームを照射した時の基板の上面図、レーザビームのエネルギー分布、及び結晶性半導体膜を用いて形成した半導体層を説明する斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a top view of a substrate when a semiconductor film is irradiated with a laser beam, an energy distribution of the laser beam, and a semiconductor layer formed using a crystalline semiconductor film. 本発明に適用可能なレーザ照射装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the laser irradiation apparatus applicable to this invention. 本発明の照射面におけるレーザビームの干渉の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the interference of the laser beam in the irradiation surface of this invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 半導体膜にレーザビームを照射した時の基板の上面図、レーザビームのエネルギー分布を説明する斜視図である。FIG. 5 is a top view of a substrate when a semiconductor film is irradiated with a laser beam, and a perspective view illustrating energy distribution of the laser beam. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 半導体膜にレーザビームを照射した時の基板を説明する上面図である。It is a top view explaining a substrate when a semiconductor film is irradiated with a laser beam. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明に適応可能な発光素子の構造を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the light emitting element which can be applied to this invention. 本発明に適応可能な発光素子の等価回路を説明する図である。It is a figure explaining the equivalent circuit of the light emitting element which can be applied to this invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。8A to 8D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の用途を説明する図である。It is a figure explaining the use of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する図である。FIG. 11 illustrates an electronic device using a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を用いた電子機器の構成を説明する図である。FIG. 11 illustrates a structure of an electronic device using a semiconductor device of the invention. 本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する展開図である。FIG. 11 is a development view illustrating an electronic device using the semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する上面図である。It is a top view illustrating a semiconductor device of the present invention. 従来のパルス発振のレーザビームを照射した時の半導体膜の温度、及び連続発振のレーザビームを照射したときの半導体膜の温度を説明する図である。It is a figure explaining the temperature of the semiconductor film when irradiated with the conventional pulsed laser beam, and the temperature of the semiconductor film when irradiated with the continuous wave laser beam. 本発明に適用可能なレーザ照射装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the laser irradiation apparatus applicable to this invention. 本発明の結晶性半導体膜の面方位を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the surface orientation of the crystalline semiconductor film of this invention.

Claims (17)

基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に半導体膜を形成し、前記半導体膜上に、キャップ膜を形成する工程と、
前記キャップ膜を透過する連続発振のレーザビームまたは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザビームが前記半導体膜に照射されるように走査して前記半導体膜を溶融させた後結晶化して、結晶粒の粒界が平行であり、且つ０．５μｍ以上１０μｍ以下の幅の前記結晶粒を有する結晶性半導体膜を形成する工程とを有し、
前記レーザビームのエネルギーの周期は０．５μｍ以上１０μｍ以下であり、前記半導体膜の一領域あたり前記レーザビームを５マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下照射することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。 Forming an insulating film on the substrate, forming a semiconductor film on the insulating film, and forming a cap film on the semiconductor film;
The semiconductor film is melted by scanning so that a continuous wave laser beam that passes through the cap film or a laser beam having a repetition frequency of 10 MHz or more is irradiated to the semiconductor film, and then crystallized to form crystal grain boundaries. And forming a crystalline semiconductor film having the crystal grains with a width of 0.5 μm or more and 10 μm or less in parallel.
The period of energy of the laser beam is 0.5 μm or more and 10 μm or less, and the laser beam is irradiated for 5 μs or more and 100 μs or less per region of the semiconductor film. . 請求項１において、前記エネルギーの周期が０．５μｍ以上１０μｍ以下のレーザビームは、前記レーザビームの走査方向に垂直な方向において波型のエネルギー分布を有することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   2. The crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the laser beam having a period of energy of 0.5 μm to 10 μm has a wave-shaped energy distribution in a direction perpendicular to a scanning direction of the laser beam. Method. 請求項２において、前記レーザビームは回折光学素子を用いて形成することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   3. The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 2, wherein the laser beam is formed using a diffractive optical element. 請求項２において、前記レーザビームは、一つのレーザ発振器から射出されたレーザビームを複数に分割した後合成することで形成することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   3. The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 2, wherein the laser beam is formed by dividing a laser beam emitted from one laser oscillator into a plurality of parts and then combining them. 請求項２において、前記レーザビームの走査方向に対する垂直方向において前記レーザビームを複数並べることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   3. The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 2, wherein a plurality of the laser beams are arranged in a direction perpendicular to a scanning direction of the laser beams. 請求項１において、前記キャップ膜は、前記半導体膜が結晶化しうるエネルギーの前記レーザビームを透過させる領域と、前記半導体膜が結晶化しうるエネルギーの前記レーザビームを透過させない領域とが縞状に形成されており、前記縞と平行な方向に前記レーザビームを走査することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   2. The cap film according to claim 1, wherein the cap film is formed in a stripe shape with a region through which the laser beam with an energy that can be crystallized and a region without the laser beam with an energy that can be crystallized in the semiconductor film. A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein the laser beam is scanned in a direction parallel to the stripes. 請求項６において、前記半導体膜が結晶化しうるエネルギーの前記レーザビームを透過させる領域において反射防止膜が形成され、前記半導体膜が結晶化しうるエネルギーの前記レーザビームを透過させない領域において反射膜が形成されることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   7. The antireflection film according to claim 6, wherein an antireflection film is formed in a region that transmits the laser beam having an energy that can be crystallized, and a reflective film is formed in a region that does not transmit the laser beam that can be crystallized by the semiconductor film. A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, which is characterized in that: 請求項６において、前記半導体膜が結晶化しうるエネルギーの前記レーザビームを透過させる領域において反射防止膜が形成され、前記半導体膜が結晶化しうるエネルギーの前記レーザビームを透過させない領域において前記レーザビームを吸収する膜が形成されることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   7. The method according to claim 6, wherein an antireflection film is formed in a region where the semiconductor film transmits energy of the laser beam that can be crystallized, and the laser beam is transmitted in a region that does not transmit the laser beam of energy that can be crystallized by the semiconductor film. A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein an absorbing film is formed. 請求項６において、前記キャップ膜は、縞状に凹凸を有することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 6, wherein the cap film has irregularities in a stripe shape. 請求項６乃至９のいずれか一項において、前記レーザビームは、前記レーザビームの走査方向に垂直な方向において、台形のエネルギー分布を有することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   10. The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 6, wherein the laser beam has a trapezoidal energy distribution in a direction perpendicular to a scanning direction of the laser beam. 基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に半導体膜を形成し、前記半導体膜上に、キャップ膜を形成する工程と、
前記キャップ膜を透過する連続発振のレーザビーム又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザビームが前記半導体膜に照射されるように走査して前記半導体膜を溶融させた後結晶化して、結晶粒の粒界が平行であり、且つ０．５μｍ以上１０μｍ以下の幅の前記結晶粒を有する結晶性半導体膜を形成する工程とを有し、
前記レーザビームのエネルギーの半値幅が前記結晶粒の幅と一致することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。 Forming an insulating film on the substrate, forming a semiconductor film on the insulating film, and forming a cap film on the semiconductor film;
The semiconductor film is melted by scanning so that a continuous wave laser beam that passes through the cap film or a laser beam having a repetition frequency of 10 MHz or more is irradiated to the semiconductor film, and then crystallized to form crystal grain boundaries. And forming a crystalline semiconductor film having the crystal grains with a width of 0.5 μm or more and 10 μm or less in parallel.
A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein a half width of energy of the laser beam matches a width of the crystal grain. 請求項１乃至１１のいずれか一項において、前記レーザビームのエネルギーは、前記半導体膜を溶融させるエネルギー以上であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   12. The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the energy of the laser beam is equal to or higher than an energy for melting the semiconductor film. 請求項１乃至１２のいずれか一項において、前記半導体膜の厚さは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   13. The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the thickness of the semiconductor film is greater than or equal to 30 nm and less than or equal to 200 nm. 請求項１乃至１３のいずれか一項において、前記結晶性半導体膜の結晶粒の幅は０．５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   14. The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein a width of a crystal grain of the crystalline semiconductor film is 0.5 μm to 10 μm. 請求項１乃至１４のいずれか一項において、前記キャップ膜は、酸素を０．１〜１０ａｔｏｍｉｃ％含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   15. The silicon nitride film according to claim 1, wherein the cap film includes 0.1 to 10 atomic% of oxygen, and a composition ratio of nitrogen to silicon is 1.3 or more and 1.5 or less. A method for manufacturing a crystalline semiconductor film. 請求項１乃至１５のいずれか一項において、前記半導体膜は、非晶質珪素膜であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。   16. The method for manufacturing a crystalline semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor film is an amorphous silicon film. 請求項１乃至１６のいずれか一項で形成される結晶性半導体膜を用いて半導体素子を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。   A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor element is formed using the crystalline semiconductor film formed according to claim 1.
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