JP5143411B2 - Method for manufacturing thin film Si element - Google Patents

Description

本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の薄膜Ｓｉ素子およびその製造方法に関し、特に、レーザ光の照射によりＳｉ膜を加熱するための技術に関する。
The present invention relates to a thin film Si element such as a thin film transistor (TFT) and a manufacturing method thereof, and more particularly to a technique for heating a Si film by laser light irradiation.

液晶表示装置（ＬＣＤ）は、低消費電力や小型軽量といった利点を有することから、パーソナルコンピュータや携帯情報端末機器のモニタなどに広く用いられ、近年では、ＴＶ用途にも拡大している。さらに、ＬＣＤの代替として、ＥＬ素子のような発光体を画素表示部に用いた電界発光型ＥＬ表示装置も次世代の薄型表示パネルとして注目されている。   A liquid crystal display device (LCD) has advantages such as low power consumption and small size and light weight, and thus is widely used for monitors of personal computers and portable information terminal devices, and has recently been expanded to TV applications. Further, as an alternative to LCD, an electroluminescence type EL display device using a light emitter such as an EL element in a pixel display portion has been attracting attention as a next-generation thin display panel.

ＬＣＤやＥＬ表示装置などの薄型表示パネルでは、個々の画素を制御するために薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が使用される。ＴＦＴは、一般に、半導体膜を用いたＭＯＳ構造が採用され、典型的な構造には逆スタガ型やトップゲート型がある。また、半導体膜は、用途や性能に応じて非晶質半導体膜や多結晶半導体膜が適宜使用されるが、小型のパネルにおいては、表示領域の開口率を高くするために、小型化が可能な多結晶半導体膜を使用することが多い。   Thin film display panels such as LCDs and EL display devices use thin film transistors (TFTs) to control individual pixels. A TFT generally employs a MOS structure using a semiconductor film, and typical structures include an inverted stagger type and a top gate type. As the semiconductor film, an amorphous semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film is appropriately used depending on the application and performance. However, in a small panel, the display area can be downsized to increase the aperture ratio. Often, a polycrystalline semiconductor film is used.

多結晶半導体膜の作成方法の一例として、例えば、下記の特許文献１では、基板の上に下地膜として酸化珪素膜を形成し、続いて非晶質半導体膜を形成した後、非晶質半導体膜に向けてレーザ光を照射することにより半導体膜を多結晶化している。この方法では、基板の温度を５００℃以下に制限した状態で多結晶半導体膜を作成できることから、基板として、透明でかつ比較的安価なガラス基板を使うことができる。   As an example of a method for forming a polycrystalline semiconductor film, for example, in Patent Document 1 below, a silicon oxide film is formed as a base film on a substrate, and then an amorphous semiconductor film is formed. The semiconductor film is polycrystallized by irradiating the film with laser light. In this method, since the polycrystalline semiconductor film can be formed with the substrate temperature limited to 500 ° C. or lower, a transparent and relatively inexpensive glass substrate can be used as the substrate.

ＴＦＴを作成する場合、上記のようにして得られた多結晶半導体膜上に、酸化珪素等からなるゲート絶縁膜を形成し、ゲート電極を形成後、ゲート絶縁膜を介して多結晶半導体膜にリンやボロン等の不純物を導入することによりソース領域およびドレイン領域を形成する。その後、ゲート電極とゲート絶縁膜とを覆うように層間絶縁膜を形成した後、ソース領域およびドレイン領域に到達するコンタクト孔を層間絶縁膜とゲート絶縁膜とにそれぞれ開口する。層間絶縁膜上に金属膜を形成し、多結晶半導体膜に形成されたソース領域およびドレイン領域に接続するようにパターニングしてソース電極およびドレイン電極をそれぞれ形成する。その後、ドレイン電極に接続されるように画素電極や自発光素子を形成することによりＴＦＴが形成される。   When forming a TFT, a gate insulating film made of silicon oxide or the like is formed on the polycrystalline semiconductor film obtained as described above, and after forming the gate electrode, the polycrystalline semiconductor film is formed through the gate insulating film. A source region and a drain region are formed by introducing impurities such as phosphorus and boron. Thereafter, an interlayer insulating film is formed so as to cover the gate electrode and the gate insulating film, and contact holes reaching the source region and the drain region are opened in the interlayer insulating film and the gate insulating film, respectively. A metal film is formed on the interlayer insulating film, and is patterned so as to be connected to the source region and the drain region formed in the polycrystalline semiconductor film, thereby forming the source electrode and the drain electrode, respectively. Thereafter, a TFT is formed by forming a pixel electrode or a self-luminous element so as to be connected to the drain electrode.

非晶質半導体膜にレーザ光を照射する場合、通常、細長いラインビームに形成した状態で、ラインビームに垂直な方向に沿ってレーザ光または基板を一定速度で移動することによって、基板全体を多結晶化している。しかし、レーザ光の全てが非晶質半導体膜の加熱に関与するわけではなく、レーザ光の一部は、大気と半導体膜との界面あるいは半導体膜と基板との界面で反射して、光学損失をもたらす。一般に、半導体膜の屈折率は高く、半導体膜と大気の界面の屈折率差が大きくなって反射しやすいためである。   When irradiating an amorphous semiconductor film with laser light, the entire substrate is usually moved by moving the laser light or the substrate at a constant speed along a direction perpendicular to the line beam in a state in which the amorphous semiconductor film is formed into an elongated line beam. Crystallized. However, not all of the laser light is involved in heating the amorphous semiconductor film, and part of the laser light is reflected at the interface between the atmosphere and the semiconductor film or between the semiconductor film and the substrate, resulting in an optical loss. Bring. This is because, in general, the refractive index of a semiconductor film is high, and the difference in refractive index between the semiconductor film and the air interface becomes large, so that it is easy to reflect.

界面での反射率を減少させて、半導体膜の光吸収を増加させることにより、より少ない照射エネルギー密度で結晶化できることになり、同じレーザパワーであってもラインビームの走査幅を長くできる。そうすれば、１走査当たりの処理面積が増加して、ＴＦＴの製造コストを下げることができる。   By reducing the reflectance at the interface and increasing the light absorption of the semiconductor film, crystallization can be performed with a smaller irradiation energy density, and the scanning width of the line beam can be increased even with the same laser power. Then, the processing area per scan increases and the manufacturing cost of TFT can be reduced.

例えば、下記の特許文献２では、半導体表面での反射による損失を少なくするために、半導体膜表面にキャップ膜といわれる反射防止膜を付ける方法が提案されている。キャップ膜の屈折率は、大気の屈折率より大きく、半導体膜の屈折率より小さくしている。これにより、半導体膜とキャップ膜の間の屈折率差およびキャップ膜と大気の間の屈折率差が小さくなり、反射損失が減少して、結晶化に必要な照射エネルギー密度を下げることができる。   For example, Patent Document 2 below proposes a method of attaching an antireflection film called a cap film to the semiconductor film surface in order to reduce loss due to reflection on the semiconductor surface. The refractive index of the cap film is larger than the refractive index of the atmosphere and smaller than the refractive index of the semiconductor film. Thereby, the refractive index difference between the semiconductor film and the cap film and the refractive index difference between the cap film and the atmosphere are reduced, the reflection loss is reduced, and the irradiation energy density necessary for crystallization can be lowered.

特開２００３−１７５０５号公報JP 2003-17505 A 特開２００５−３４０３７３号公報JP 2005-340373 A 特開平８−６４８３７号公報JP-A-8-64837

しかしながら、反射防止用のキャップ膜を設けた場合、半導体膜の結晶化後に不要なキャップ膜を除去する追加の工程が必要になる。   However, when an antireflection cap film is provided, an additional step of removing the unnecessary cap film after crystallization of the semiconductor film is required.

さらに、キャップ膜によって表面が覆われた状態で、半導体膜を溶融するまで加熱して結晶化させた場合、溶融の工程で膜内から発生するガスの影響で、膜に穴状の空洞ができることがある。特に、非晶質半導体としてプラズマＣＶＤで作成した膜は、膜の内部に水素ガスを含みやすく、結晶化後に空洞ができやすい。   Furthermore, when the semiconductor film is heated until it is melted and crystallized while the surface is covered with a cap film, a hole-like cavity can be formed in the film due to the effect of gas generated from within the film during the melting process. There is. In particular, a film formed by plasma CVD as an amorphous semiconductor tends to contain hydrogen gas inside the film, and a cavity is likely to be formed after crystallization.

また、複数の膜からなる反射防止膜の反射率は、膜厚や屈折率に強く依存する。反射光の強度が、膜による光学干渉の影響を受けるためである。膜の屈折率が分かれば、多層膜の反射率及び吸収率は比較的容易に計算することが可能である。しかし、半導体膜は溶融する前と溶融後で光学特性が異なるため、反射防止膜の最適条件は異なる。どの様な反射防止膜の構成を選択するかは、溶融前と溶融後のどちらを優先するかに依存するので、最適な反射防止膜の構成の決定は光学計算だけでは決定できない。実際には、膜厚を変えた多数のサンプルにレーザ光を照射して、実際に結晶化に必要な照射エネルギー密度を求めて、膜厚を決定してきた。しかし、この様な方法では、複雑な多層膜での最適条件の決定に時間を要する。   Further, the reflectance of an antireflection film composed of a plurality of films strongly depends on the film thickness and refractive index. This is because the intensity of the reflected light is affected by optical interference caused by the film. If the refractive index of the film is known, the reflectance and absorptance of the multilayer film can be calculated relatively easily. However, since the semiconductor film has different optical characteristics before and after melting, the optimum conditions for the antireflection film are different. The configuration of the antireflection film to be selected depends on whether the pre-melting or the post-melting is prioritized. Therefore, the optimal anti-reflection film configuration cannot be determined only by optical calculation. Actually, a large number of samples with different film thicknesses are irradiated with laser light, and the irradiation energy density necessary for crystallization is actually obtained to determine the film thickness. However, in such a method, it takes time to determine the optimum conditions for a complex multilayer film.

本発明の目的は、レーザ光の照射効率を高めることにより、高品質の半導体膜を持つ薄膜半導体素子を高い生産性、低コストで製造することができる薄膜Ｓｉ素子の製造方法を提供することである。
An object of the present invention, by increasing the irradiation efficiency of the laser beam, high productivity a thin film semiconductor device having a high quality semiconductor film, by providing a method of manufacturing a thin film Si element that can be manufactured at low cost is there.

上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜Ｓｉ素子の製造方法は、透明基板とＳｉ膜の間に、１より大きく、前記Ｓｉ膜の屈折率より小さい屈折率を有する単層または複数層からなる反射防止膜を配置する工程と、
前記Ｓｉ膜の表面を大気または不活性ガスに露出させた状態で、前記透明基板および前記反射防止膜を介して前記Ｓｉ膜にレーザ光を照射する工程と、を含み、
前記反射防止膜の膜厚について、前記Ｓｉ膜の膜厚をｔ（ｎｍ）とし、溶融状態での前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜の光学特性から算出される、前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜を合わせた膜のレーザ光の吸収率Ａ_Ｌと、多結晶状態での前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜の光学特性から算出される、前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜を合わせた膜のレーザ光の吸収率Ａ_Ｐにより表される下記の式（１）が最小となるように、前記反射防止膜が単層である場合の膜厚、または複数層である場合の各層の膜厚が決定されていることを特徴とする。
また本発明に係る薄膜Ｓｉ素子の製造方法は、透明基板とＳｉ膜の間に、１より大きく、前記Ｓｉ膜の屈折率より小さい屈折率を有する単層または複数層からなる反射防止膜を配置する工程と、
前記Ｓｉ膜の表面を大気または不活性ガスに露出させた状態で、前記透明基板および前記反射防止膜を介して前記Ｓｉ膜にレーザ光を照射する工程と、を含み、
前記反射防止膜が単層である場合の膜厚、または複数層である場合の各層の膜厚が、溶融状態での前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜の光学特性から算出される、前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜を合わせた膜に対するレーザ光の吸収率が最大になるように定めることを特徴とする。

In order to achieve the above object, a method for manufacturing a thin film Si element according to the present invention includes a single layer or a plurality of layers having a refractive index greater than 1 and smaller than the refractive index of the Si film between the transparent substrate and the Si film. Arranging an antireflection film comprising:
Irradiating the Si film with laser light through the transparent substrate and the antireflection film in a state where the surface of the Si film is exposed to the atmosphere or an inert gas,
Regarding the film thickness of the antireflection film, the Si film and the antireflection film are calculated from the optical characteristics of the Si film and the antireflection film in a molten state, where the film thickness of the Si film is t (nm). and absorptance a _L of the laser beam of the membrane combined, it is calculated from the optical properties of the Si film and the antireflection film in the polycrystalline state, a laser beam of the Si film and the film which combines the antireflection film of as following equation represented by absorptivity a _P (1) is minimized, the thickness of each layer when the antireflection film is a film thickness in the case where a single layer or multiple layers, is determined It is characterized by.
In the method for manufacturing a thin film Si element according to the present invention, an antireflection film composed of a single layer or a plurality of layers having a refractive index larger than 1 and smaller than the refractive index of the Si film is disposed between the transparent substrate and the Si film. And a process of
Irradiating the Si film with laser light through the transparent substrate and the antireflection film in a state where the surface of the Si film is exposed to the atmosphere or an inert gas,
The Si film in which the film thickness when the antireflection film is a single layer or the film thickness of each layer when the antireflection film is a plurality of layers is calculated from the optical characteristics of the Si film and the antireflection film in a molten state Further, the absorption ratio of the laser beam to the film including the antireflection film is determined to be maximized.

本発明によれば、レーザ光の照射時に、Ｓｉ膜の片面が大気または不活性ガスに露出しているため、溶融の際に発生するガスが容易に脱気され、Ｓｉ膜に穴が形成されるのを防止できる。
According to the present invention, since one side of the Si film is exposed to the atmosphere or an inert gas at the time of laser light irradiation, the gas generated during melting is easily degassed, and a hole is formed in the Si film. Can be prevented.

また、反射防止膜の存在により、レーザ光の照射効率が向上するため、高品質のＳｉ膜を持つ薄膜Ｓｉ素子を高い生産性、低コストで製造することができる。

Further, since the irradiation efficiency of laser light is improved by the presence of the antireflection film, a thin film Si element having a high-quality Si film can be manufactured with high productivity and low cost.

実施の形態１．
図１は、本発明が適用可能なレーザ熱処理装置の一例を示す構成図である。このレーザ熱処理装置は、レーザ発振器１０１と、減衰器１０２と、均一化およびビーム整形光学系１０３と、ミラー１０４と、ワーク基板１０を搬送するための加工搬送系１１０などで構成される。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a laser heat treatment apparatus to which the present invention can be applied. The laser heat treatment apparatus includes a laser oscillator 101, an attenuator 102, a homogenization and beam shaping optical system 103, a mirror 104, a processing and conveying system 110 for conveying the work substrate 10, and the like.

ワーク基板１０は、透明基板としてのガラス基板１１と、半導体膜としての非晶質Ｓｉ膜１２などで構成され、例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）やマトリクス駆動電極を有するＬＣＤ基板やＥＬ基板などである。   The work substrate 10 includes a glass substrate 11 as a transparent substrate and an amorphous Si film 12 as a semiconductor film, and is, for example, an LCD substrate or an EL substrate having TFTs (thin film transistors) and matrix drive electrodes.

図１において、非晶質Ｓｉ膜１２を下向きにしたワーク基板１０をＸＹ面内に配置し、レーザ照射時の基板搬送方向をＸ方向とし、鉛直上方をＺ方向に設定している。   In FIG. 1, a work substrate 10 with an amorphous Si film 12 facing downward is arranged in the XY plane, the substrate transport direction at the time of laser irradiation is set as the X direction, and the vertically upward direction is set as the Z direction.

レーザ発振器１０１は、固体レーザ発振器等で構成され、波長５３２ｎｍのパルスレーザ光ＬＢを発生する。減衰器１０２は、ワーク基板１０に照射されるパルスレーザ光ＬＢの強度を調整する。   The laser oscillator 101 is composed of a solid laser oscillator or the like, and generates a pulsed laser beam LB having a wavelength of 532 nm. The attenuator 102 adjusts the intensity of the pulsed laser light LB irradiated on the work substrate 10.

均一化およびビーム整形光学系１０３は、ビームエキスパンダ、シリンドリカルレンズ、集光レンズ、転写レンズ、プリズムなどで構成され、主に、レーザ光の強度分布を均一整形にするホモジナイズ機能、その整形されたレーザ光を転写する機能、およびレーザ光を集光する機能を備えている。   The homogenization and beam shaping optical system 103 is composed of a beam expander, a cylindrical lens, a condenser lens, a transfer lens, a prism, and the like. It has a function of transferring laser light and a function of condensing laser light.

均一化およびビーム整形光学系１０３は、基板搬送面より上方に配置されており、光学系１０３から出射したパルスレーザ光ＬＢは、ミラー１０４によって鉛直下方（−Ｚ方向）に反射され、ワーク基板１０を照射する。   The homogenization and beam shaping optical system 103 is disposed above the substrate transport surface, and the pulse laser beam LB emitted from the optical system 103 is reflected vertically downward (−Z direction) by the mirror 104, and the work substrate 10. Irradiate.

加工搬送系１１０には、ワーク基板１０に対して、窒素などの不活性ガス１１４を吹き付けるためのガスノズル１１３と、ワーク基板１０の位置を規制するためのローラ１１５と、ワーク基板１０を支持する枠状の構造物１１１と、構造物１１１を搬送するための搬送機構（不図示）などが設けられる。   In the processing conveyance system 110, a gas nozzle 113 for blowing an inert gas 114 such as nitrogen to the work substrate 10, a roller 115 for regulating the position of the work substrate 10, and a frame for supporting the work substrate 10. And a transport mechanism (not shown) for transporting the structure 111 are provided.

ガスノズル１１３は、基板搬送面より下方に配置されており、レーザ照射の際、非晶質Ｓｉ膜１２側からレーザ照射領域に向けて不活性ガス１１４をＺ方向に吹き付けることによって、レーザ照射領域の雰囲気を低酸素状態（例えば、酸素濃度５０ｐｐｍ以下）に保持してＳｉ膜の酸化を防止している。   The gas nozzle 113 is disposed below the substrate transfer surface. During laser irradiation, an inert gas 114 is sprayed in the Z direction from the amorphous Si film 12 side toward the laser irradiation region, thereby The atmosphere is kept in a low oxygen state (for example, an oxygen concentration of 50 ppm or less) to prevent oxidation of the Si film.

ローラ１１５は、ガスノズル１１３からのガス圧力によってワーク基板１０が上下に変動するのを防止して、レーザ照射の間、パルスレーザ光ＬＢのスポットが非晶質Ｓｉ膜１２に集光するようにしている。   The roller 115 prevents the workpiece substrate 10 from fluctuating up and down due to the gas pressure from the gas nozzle 113 so that the spot of the pulse laser beam LB is condensed on the amorphous Si film 12 during laser irradiation. Yes.

パルスレーザ光ＬＢの入射角は、ワーク基板１０の法線方向に対して約４〜５度傾斜するように設定しており、これによりガラス基板１１の上下面で反射する光の干渉を抑制し、ガラス基板１１の厚み変動に対応した干渉むらを防止している。   The incident angle of the pulse laser beam LB is set to be inclined by about 4 to 5 degrees with respect to the normal direction of the work substrate 10, thereby suppressing interference of light reflected on the upper and lower surfaces of the glass substrate 11. The interference unevenness corresponding to the thickness variation of the glass substrate 11 is prevented.

枠状の構造物１１１は、Ｘ方向の直線移動機構（不図示）に連結されており、ワーク基板１０を一枚ずつＸ方向に移動させることによって、レーザ照射時に一定速度での基板搬送を行う。   The frame-like structure 111 is connected to a linear movement mechanism (not shown) in the X direction, and moves the work substrate 10 one by one in the X direction, thereby carrying the substrate at a constant speed during laser irradiation. .

図２は、ワーク基板１０におけるビームスポットの照射エネルギー密度分布を示す概略図である。ビームスポットＢＳのプロファイルに関して、例えば、スキャン方向（Ｘ方向）では半値幅４０〜８０μｍのガウス分布を有し、スキャンに垂直な方向（Ｙ方向）では走査幅１００ｍｍ〜４００ｍｍ（走査幅の定義はビームのスキャン方向断面のピーク強度をビーム幅方向でプロットしたときにピーク強度がその最大値の９５％以上である幅）のトップフラット形状である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the irradiation energy density distribution of the beam spot on the work substrate 10. Regarding the profile of the beam spot BS, for example, it has a Gaussian distribution with a full width at half maximum of 40 to 80 μm in the scan direction (X direction), and a scan width of 100 mm to 400 mm in the direction perpendicular to the scan (Y direction). When the peak intensity of the cross section in the scan direction is plotted in the beam width direction, the peak intensity is a width that is 95% or more of the maximum value).

従って、ワーク基板１０は、Ｙ方向に細長いスポット形状でレーザ照射を受けながら、Ｘ方向に一定速度で移動する。本実施形態では、パルスレーザ光ＬＢの１パルス照射毎に、ワーク基板１０はＸ方向に１〜２μｍずつ移動している。   Accordingly, the work substrate 10 moves at a constant speed in the X direction while receiving laser irradiation in a spot shape elongated in the Y direction. In the present embodiment, the work substrate 10 moves by 1 to 2 μm in the X direction every time one pulse of the pulse laser beam LB is irradiated.

レーザ熱処理のスループットは、ビームスポットＢＳの走査幅とスキャン速度の積で決定される。従って、結晶化に必要な照射エネルギー密度が低くなれば、均一化およびビーム整形光学系１０３において、ピーク強度を下げつつ、Ｙ方向のビーム走査幅を長くするようにパルスレーザ光ＬＢを整形でき、その結果、レーザ熱処理のスループットを向上できる。   The throughput of the laser heat treatment is determined by the product of the scanning width and scanning speed of the beam spot BS. Therefore, if the irradiation energy density required for crystallization is reduced, the uniformizing and beam shaping optical system 103 can shape the pulse laser beam LB so as to increase the beam scanning width in the Y direction while reducing the peak intensity. As a result, the throughput of laser heat treatment can be improved.

図３（ａ）は、反射防止膜を介在させたワーク基板１０の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の一例を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、ガラス基板１１の上には、２つの層からなる反射防止膜３１，３２が形成され、その上に半導体膜としての非晶質Ｓｉ膜１２が形成されている。   FIG. 3A is a cross-sectional view showing an example of the work substrate 10 with an antireflection film interposed therebetween, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example of a TFT (thin film transistor). As shown in FIG. 3A, two layers of antireflection films 31 and 32 are formed on a glass substrate 11, and an amorphous Si film 12 as a semiconductor film is formed thereon. Yes.

非晶質Ｓｉ膜１２の上面は、レーザ光の照射時に、大気または不活性ガスに露出している。そのため、溶融の際に発生するガスが容易に脱気され、非晶質Ｓｉ膜１２に穴が形成されるのを防止できる。   The upper surface of the amorphous Si film 12 is exposed to the atmosphere or an inert gas when irradiated with laser light. Therefore, it is possible to prevent the gas generated during melting from being easily degassed and forming a hole in the amorphous Si film 12.

ガラス基板１１は屈折率１．５２を有し、反射防止膜３１，３２はそれぞれ屈折率１．４７の酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）膜、屈折率１．９３の窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）膜である。また、非晶質Ｓｉ膜１２の屈折率は、溶融前後で変化するが、約３〜４程度であり、周囲の大気または不活性ガスの屈折率は約１である。従って、（大気、不活性ガスの屈折率）＜（ガラス基板の屈折率）＜（反射防止膜の屈折率）＜（半導体膜の屈折率）という関係が成立する。 The glass substrate 11 has a refractive index of 1.52, and the antireflection films 31 and 32 are a silicon oxide (SiO _x ) film having a refractive index of 1.47 and a silicon nitride (SiN _x ) film having a refractive index of 1.93, respectively. . The refractive index of the amorphous Si film 12 changes before and after melting, but is about 3 to 4, and the ambient air or inert gas has a refractive index of about 1. Therefore, the relationship of (refractive index of air, inert gas) <(refractive index of glass substrate) <(refractive index of antireflection film) <(refractive index of semiconductor film) is established.

図３（ａ）に示すように、レーザ光Ｌ０が、ガラス基板１１および反射防止膜３１，３２を通じて非晶質Ｓｉ膜１２を照射した場合、非晶質Ｓｉ膜１２と反射防止膜３１，３２の間の屈折率差および反射防止膜３１，３２と大気の間の屈折率差が小さくなり、反射損失が減少して、結晶化に必要な照射エネルギー密度を下げることができる。   As shown in FIG. 3A, when the laser beam L0 irradiates the amorphous Si film 12 through the glass substrate 11 and the antireflection films 31 and 32, the amorphous Si film 12 and the antireflection films 31 and 32 are used. And the refractive index difference between the antireflection films 31 and 32 and the atmosphere are reduced, the reflection loss is reduced, and the irradiation energy density required for crystallization can be lowered.

具体的には、レーザ光Ｌ０がガラス基板１１側からワーク基板１０を通過する場合に、ガラス基板１１の下面で反射する光Ｌ１、ガラス基板１１と反射防止膜３２の界面で反射する光Ｌ２、反射防止膜３２，３１の界面で反射する光（不図示）、反射防止膜３１と非晶質Ｓｉ膜１２の界面で反射する光Ｌ３、および非晶質Ｓｉ膜１２の上面で反射する光Ｌ４の各強度の合計が、レーザ光Ｒ０が非晶質Ｓｉ膜１２側からワーク基板１０を通過する場合に、非晶質Ｓｉ膜１２の上面で反射する光Ｒ１および非晶質Ｓｉ膜１２の下面で反射する光Ｒ２及び反射防止膜３１，３２の界面で反射光（不図示）、反射防止膜３２とガラス基板１１間の界面での反射光（不図示）、基板１１の下面での反射光（不図示）の各強度の合計と比べて小さくなり、反射損失を低減化できる。   Specifically, when the laser beam L0 passes through the work substrate 10 from the glass substrate 11 side, the light L1 reflected by the lower surface of the glass substrate 11, the light L2 reflected by the interface between the glass substrate 11 and the antireflection film 32, Light reflected by the interface between the antireflection films 32 and 31 (not shown), light L3 reflected by the interface between the antireflection film 31 and the amorphous Si film 12, and light L4 reflected by the upper surface of the amorphous Si film 12 When the laser beam R0 passes through the work substrate 10 from the amorphous Si film 12 side, the light R1 reflected on the upper surface of the amorphous Si film 12 and the lower surface of the amorphous Si film 12 Reflected light R2 and reflected light (not shown) at the interface between the antireflection films 31 and 32, reflected light (not shown) at the interface between the antireflection film 32 and the glass substrate 11, and reflected light on the lower surface of the substrate 11 It becomes smaller than the total of each intensity (not shown), Morphism loss can reduce the.

こうしたレーザ熱処理が終了すると、非晶質Ｓｉ膜１２は、多結晶Ｓｉ膜１２となり、その後、図３（ｂ）に示すように、酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）などのゲート絶縁膜４０を形成し、さらにゲート電極４１、ソース電極４２、ドレイン電極４３を形成し、所望のパッシベーション膜４４を設けることにより、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の薄膜半導体素子が得られる。 When such laser heat treatment is completed, the amorphous Si film 12 becomes the polycrystalline Si film 12, and then a gate insulating film 40 such as silicon oxide (SiO _x ) is formed as shown in FIG. Further, a thin film semiconductor element such as a thin film transistor (TFT) is obtained by forming a gate electrode 41, a source electrode 42, and a drain electrode 43 and providing a desired passivation film 44.

次に、ガラス基板１１、反射防止膜３１，３２、非晶質Ｓｉ膜１２の膜厚や膜構成を変えて、上記レーザアニールを行い、結晶化に最適な照射エネルギー密度（最適照射エネルギー密度と呼ぶ）を実測した。   Next, the laser annealing is performed by changing the film thickness and film configuration of the glass substrate 11, the antireflection films 31 and 32, and the amorphous Si film 12, and the irradiation energy density optimum for crystallization (optimum irradiation energy density and Measured).

図４は、下地膜の膜構成と最適照射エネルギー密度との関係を示すグラフである。上２つのラインは、最適照射エネルギー密度の実測値（ａ）と計算値（ｂ）を示し（左の縦軸を参照）、下２つのラインは、多結晶状態での吸収率（ｃ）と、溶融状態での吸収率（ｄ）を示す（右の縦軸を参照）。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the film configuration of the base film and the optimum irradiation energy density. The upper two lines show the measured value (a) and the calculated value (b) of the optimum irradiation energy density (see the left vertical axis), and the lower two lines show the absorption rate (c) in the polycrystalline state. Shows the absorption rate (d) in the molten state (see the vertical axis on the right).

最適照射エネルギー密度の計算値は、次の経験式（１）を用いて計算した。   The calculated value of the optimum irradiation energy density was calculated using the following empirical formula (1).

ここで、ｔは、Ｓｉ膜厚（ｎｍ）である。また、Ａ_Ｐは、下地膜および多結晶Ｓｉを多層膜として光学計算により求めた吸収率で、Ａ_Ｌは、下地膜および溶融Ｓｉを多層膜として光学計算により求めた吸収率であり、これらはＳｉ膜１２、反射防止膜３１，３２、ガラス基板１１を多層膜として多重干渉を考慮してＳｉ膜での吸収率を計算したものである。 Here, t is the Si film thickness (nm). Also, A _P is a base film and polycrystalline Si absorption rate obtained by optical calculation as a multilayer film, A _L is the absorption rate obtained by optical calculation base film and melted Si as a multilayer film, they The absorption rate in the Si film is calculated in consideration of multiple interference by using the Si film 12, the antireflection films 31 and 32, and the glass substrate 11 as a multilayer film.

ここで、半導体膜として、非晶質Ｓｉの代わりに多結晶Ｓｉを採用して計算したのは、次の理由による。非晶質Ｓｉは、多結晶Ｓｉが溶融するより遥かに低い照射エネルギー密度で非晶質Ｓｉから多結晶Ｓｉへの遷移が起こる。但し、遷移が起こった状態では結晶のサイズが小さく、良好な特性の薄膜トランジスタを作成するためには、この多結晶Ｓｉ膜を再度溶融させて再結晶化させる必要がある。実際のレーザ光の照射過程では、ビームはスキャン方向に照射エネルギー密度に分布があることから、まずビームのすその部分で非晶質Ｓｉから多結晶Ｓｉへの遷移が起こり、ビームのピークの通過時に再結晶化が起こる。この再結晶化では、ビームが照射される半導体膜は多結晶Ｓｉ膜であり、多結晶Ｓｉ膜の溶融過程により最終的な結晶化の状態が決まるからである。   Here, the reason why the calculation was made by adopting polycrystalline Si instead of amorphous Si as the semiconductor film is as follows. Amorphous Si undergoes a transition from amorphous Si to polycrystalline Si at a much lower irradiation energy density than polycrystalline silicon melts. However, when the transition occurs, the crystal size is small, and in order to produce a thin film transistor with good characteristics, it is necessary to melt and recrystallize this polycrystalline Si film. In the actual irradiation process of laser light, the beam has a distribution of irradiation energy density in the scanning direction. First, a transition from amorphous Si to polycrystalline Si occurs at the bottom of the beam, and the beam peak passes through. Sometimes recrystallization occurs. This is because in this recrystallization, the semiconductor film irradiated with the beam is a polycrystalline Si film, and the final crystallization state is determined by the melting process of the polycrystalline Si film.

また、溶融Ｓｉの場合の吸収率を計算した理由は、Ｓｉが溶融するときに大きな潜熱を必要とするため、部分的な溶融状態でのレーザ光のエネルギーの吸収が大きいと推定されるからである。   The reason for calculating the absorption rate in the case of molten Si is that it requires large latent heat when Si melts, so it is estimated that the absorption of laser beam energy in a partially molten state is large. is there.

図４の計算では、多結晶Ｓｉの屈折率はｎ＝４．２、吸収係数ｋ＝０．０５とし、溶融Ｓｉの屈折率はｎ＝３．２、吸収係数ｋ＝４．８６とした。   In the calculation of FIG. 4, the refractive index of polycrystalline Si was n = 4.2 and the absorption coefficient k = 0.05, the refractive index of molten Si was n = 3.2, and the absorption coefficient k = 4.86.

図４の結果を見ると、式（１）を用いて計算した最適照射エネルギー密度と実測値とは、良く合致することが分かる。同時に、この式（１）は、半導体膜が溶融Ｓｉの場合の吸収率が最適照射エネルギー密度を決定する割合が大きいことを示す。図４には、Ｓｉが多結晶Ｓｉ(Poly-Si)の時と溶融Ｓｉ(Liq-Si)の時の吸収率の計算値もプロットしているが、最適照射エネルギー密度は、溶融Ｓｉの場合の吸収率と相関が大きい。   When the result of FIG. 4 is seen, it turns out that the optimal irradiation energy density calculated using Formula (1) and the measured value are in good agreement. At the same time, this equation (1) shows that the absorption rate when the semiconductor film is molten Si is large in determining the optimum irradiation energy density. In FIG. 4, the calculated values of the absorptance when Si is polycrystalline Si (Poly-Si) and molten Si (Liq-Si) are also plotted. There is a large correlation with the absorption rate.

図５は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）膜の膜厚とこの計算で求めた結晶化の照射エネルギー密度との関係を示すグラフである。ここで窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）の膜厚は５０ｎｍ、Ｓｉ膜厚は７０ｎｍである。また、ガラス基板の厚みは０．６ｍｍである。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the film thickness of a silicon oxide (SiO _x ) film and the irradiation energy density of crystallization obtained by this calculation. Here, the film thickness of silicon nitride (SiN _x ) is 50 nm, and the film thickness of Si is 70 nm. The thickness of the glass substrate is 0.6 mm.

結晶化照射エネルギー密度（ａ）は、酸化ケイ素膜の膜厚に依存するが、その最小値は半導体膜の露出面から照射した場合（ｂ）より、約２５％低下している。このことから、Ｓｉが露出する面側からレーザ光を照射する場合よりも、ガラス基板１１から反射防止膜３１，３２を介してレーザ光を照射した方が結晶化するために必要な照射エネルギー密度を下げられることが分かる。このように、最適な反射防止膜の構成を採用すれば、結晶化照射エネルギー密度を下げることができ、レーザ結晶化の効率を上げることができる。   The crystallization irradiation energy density (a) depends on the film thickness of the silicon oxide film, but its minimum value is about 25% lower than that in the case (b) of irradiation from the exposed surface of the semiconductor film. Therefore, the irradiation energy density required for crystallization when the laser beam is irradiated from the glass substrate 11 through the antireflection films 31 and 32, rather than when the laser beam is irradiated from the surface side where Si is exposed. Can be lowered. In this way, if an optimum antireflection film configuration is adopted, the crystallization irradiation energy density can be lowered and the efficiency of laser crystallization can be raised.

さらに、結晶化照射エネルギー密度を最小にする反射防止膜の膜厚構成を知るためには、上記の式（１）を用いて、最小値が得られる膜厚を計算して求めれば良い。具体的な計算方法としては、反射防止膜が２層の場合には次のようにする。   Further, in order to know the film thickness configuration of the antireflection film that minimizes the crystallization irradiation energy density, it is only necessary to calculate and obtain the film thickness at which the minimum value can be obtained using the above formula (1). A specific calculation method is as follows when the antireflection film has two layers.

（１）：初期膜厚構成を決める。   (1): The initial film thickness configuration is determined.

（２）：Ｓｉ膜に最も近い層の膜厚と、ガラス面からレーザ光を当てた場合の結晶化照射エネルギー密度との関係を経験式（１）を用いて計算し、それが最小となるＳｉ膜に最も近い層の膜厚Ｔ１を決める。   (2): The relationship between the film thickness of the layer closest to the Si film and the crystallization irradiation energy density when laser light is applied from the glass surface is calculated using the empirical formula (1), which is minimized. The thickness T1 of the layer closest to the Si film is determined.

（３）：（２）で決めた膜厚Ｔ１を設定して、Ｓｉ膜に２番目に近い層の膜厚と、ガラス面からレーザ光を当てた場合の結晶化照射エネルギー密度との関係を経験式（１）を用いて計算し、結晶化照射エネルギー密度が最小になる膜厚Ｔ２を決める。   (3): The film thickness T1 determined in (2) is set, and the relationship between the film thickness of the second closest layer to the Si film and the crystallization irradiation energy density when laser light is applied from the glass surface Calculation is made using the empirical formula (1) to determine the film thickness T2 at which the crystallization irradiation energy density is minimized.

（４）：膜厚Ｔ２を設定して、再度（２）、（３）を実行する。このループを繰り返して、膜厚Ｔ１、膜厚Ｔ２が繰り返し計算によって所定の範囲に収束すれば、それが結晶化照射エネルギー密度の最小値を与える。   (4): Set the film thickness T2 and execute (2) and (3) again. If this loop is repeated and the film thickness T1 and the film thickness T2 converge to a predetermined range by repeated calculation, it gives the minimum value of the crystallization irradiation energy density.

反射防止膜が２層以上の場合も同様にしてＳｉ膜に近い方から膜厚を決めていき、全層での膜厚が決まった時点で、決めた膜厚を初期膜厚として、上記の（１）〜（４）の工程を繰り返すことによって、最適値を決定することができる。   Similarly, when there are two or more antireflection films, the film thickness is determined from the side closer to the Si film, and when the film thickness of all layers is determined, the determined film thickness is set as the initial film thickness. The optimal value can be determined by repeating the steps (1) to (4).

さて、上記の最適膜厚の許容範囲であるが、図４に示すように反射防止膜３１、３２の膜厚に対して最適照射エネルギー密度は、周期的な振る舞いを示す。その周期は、後述するが、レーザ光の波長λと反射防止膜の屈折率ｎに対してλ/２ｎで表される。これを考慮すると、その膜厚は、上記最適膜厚に対してその周期の１/１０程度のずれがあっても十分実用的である。即ち、最適膜厚の±λ/２０ｎの範囲であれば有効である。
As shown in FIG. 4, the optimum irradiation energy density shows a periodic behavior with respect to the film thickness of the antireflection films 31 and 32 as shown in FIG. As will be described later, the period is expressed by λ / 2n with respect to the wavelength λ of the laser beam and the refractive index n of the antireflection film. Considering this, the film thickness is sufficiently practical even if there is a deviation of about 1/10 of the period from the optimum film thickness. That is, it is effective if it is in the range of ± λ / 20n of the optimum film thickness.

実施の形態２．
実施の形態１では、反射防止膜の膜厚構成は多重干渉を考慮した多層膜の光学計算による吸収率の計算と結晶化照射エネルギー密度を計算する経験式を用いて計算した。本実施形態では、結晶化照射エネルギー密度と、半導体膜を溶融Ｓｉとしたときの多層膜の吸収率とが良く対応することから、結晶化照射エネルギー密度を最小にする反射防止膜の構成は、半導体膜を溶融Ｓｉとして、多層膜の干渉を考慮し、Ｓｉと反射防止膜からなる多層膜の吸収率を最大にする構成として求めることができる。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the film thickness configuration of the antireflection film is calculated by using the empirical formula for calculating the absorptance by the optical calculation of the multilayer film in consideration of multiple interference and the crystallization irradiation energy density. In the present embodiment, since the crystallization irradiation energy density and the absorption rate of the multilayer film when the semiconductor film is made of molten Si correspond well, the configuration of the antireflection film that minimizes the crystallization irradiation energy density is It is possible to obtain a configuration in which the semiconductor film is made of molten Si and the absorption rate of the multilayer film made of Si and the antireflection film is maximized in consideration of interference of the multilayer film.

多層膜の吸収率を最大にする構成としては、反射率を最小にする構成として簡単に求めることもできる。具体的には、反射防止膜と溶融Ｓｉの界面の反射率が大きくなることから、この反射光が反射防止膜の各界面を通過するときに、この界面に直接入射した光の反射光と干渉を起こして、反射光強度が弱まる条件を求めればよい。   The configuration for maximizing the absorption rate of the multilayer film can be easily obtained as a configuration for minimizing the reflectance. Specifically, since the reflectivity of the interface between the antireflection film and the molten Si increases, when the reflected light passes through each interface of the antireflection film, it interferes with the reflected light of the light directly incident on this interface. And a condition for reducing the reflected light intensity may be obtained.

図６は、１層構成の反射防止膜を介在させたワーク基板１０の一例を示す断面図である。図６に示すように、ガラス基板１１の上には、１つの層からなる反射防止膜３１が形成され、その上に半導体膜としての非晶質Ｓｉ膜１２が形成されている。非晶質Ｓｉ膜１２の上面は、大気または不活性ガスに露出している。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a work substrate 10 with an antireflection film having a single layer structure interposed therebetween. As shown in FIG. 6, an antireflection film 31 made of one layer is formed on a glass substrate 11, and an amorphous Si film 12 as a semiconductor film is formed thereon. The upper surface of the amorphous Si film 12 is exposed to the atmosphere or an inert gas.

反射防止膜３１に入射した光Ｌ０の一部は、溶融Ｓｉ膜１２と反射防止膜３１の界面で反射して、光Ｌ１となる。この界面での反射は、溶融Ｓｉ膜１２の屈折率の方が反射防止膜３１のそれよりも常に大きいと考えられるので、反射による位相変化は１８０°である。この反射光Ｌ１が、ガラス基板１１と反射防止膜３１の界面で反射する光と干渉し、このとき反射光が弱くなる条件は、界面での点Ｐにおける２つの光の位相差が１８０°となることである。   A part of the light L0 incident on the antireflection film 31 is reflected at the interface between the molten Si film 12 and the antireflection film 31 and becomes light L1. Reflection at this interface is considered that the refractive index of the molten Si film 12 is always larger than that of the antireflection film 31, and therefore the phase change due to reflection is 180 °. This reflected light L1 interferes with the light reflected at the interface between the glass substrate 11 and the antireflection film 31, and the condition that the reflected light becomes weak at this time is that the phase difference between the two lights at the point P at the interface is 180 °. It is to become.

ガラス基板１１と反射防止膜３１の界面で反射する光の位相は、ガラス基板１１の屈折率ｎ_０、反射防止膜３１の屈折率ｎ_１とすると、ｎ_０＞ｎ_１の時は位相は変化せず、ｎ_０＜ｎ_１の時は１８０°ずれる。これを考慮すると、２つの反射光が干渉して弱め合う条件は、レーザ光の波長λを用いて、反射防止膜３１の膜厚ｔ_１が下記の式（２）で表される場合である。但し、ｍ_１は、正の整数である。 The phase of the light reflected at the interface between the glass substrate 11 and the antireflection film 31 has a refractive index n ₀ of the glass substrate _11, and the refractive index n ₁ of the antireflection film 31, the phase when the n _0> n ₁ is changed Without n ₀ <n ₁ , the angle is shifted by 180 °. Considering this, the condition where the two reflected lights interfere and weaken is that the film thickness t ₁ of the antireflection film 31 is expressed by the following formula (2) using the wavelength λ of the laser light. . However, _{m 1} is a positive integer.

なお、式（２）で得られる膜厚ｔ_１を中心として、ｔ_１±λ/２０ｎ_１の範囲内であれぱ、実用的な反射防止膜が得られる。 A practical antireflection film can be obtained within the range of t ₁ ± λ / 20n ₁ centering on the film thickness t ₁ obtained by the equation (2).

次に、２層構成の反射防止膜を介在させた場合、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ膜１２と反射防止膜３１の界面で反射した反射光Ｌ３が、反射防止膜３１と反射防止膜３２の界面及び反射防止膜３２と基板１１の界面でそれぞれ光Ｌ０と干渉して弱めあう条件を求めればよい。これは、上述した１層構成の反射防止膜のときと同様に考えればよく、反射防止膜３１の屈折率ｎ_１および膜厚ｔ_１、反射防止膜３２の屈折率ｎ_２および膜厚ｔ_２を用いて、膜厚ｔ_１，ｔ_２が下記の式（３）（４）でそれぞれ表される場合である。但し、ｍ_１，ｍ_２は、正の整数である。 Next, when an antireflection film having a two-layer structure is interposed, the reflected light L3 reflected at the interface between the Si film 12 and the antireflection film 31 is reflected from the antireflection film 31 and reflected as shown in FIG. What is necessary is just to obtain | require the conditions which interfere with the light L0 and weaken each in the interface of the prevention film 32, and the interface of the antireflection film 32 and the board | substrate 11. This may be considered as in the case of the anti-reflection film of 1-layer structure described above, the refractive index n ₁ and the thickness t ₁ of the antireflection film _31, the refractive index n ₂ and the thickness t ₂ of the anti-reflection film 32 , And the film thicknesses t ₁ and t ₂ are respectively expressed by the following formulas (3) and (4). However, m ₁ and m ₂ are positive integers.

なお、式（３）（４）で得られる膜厚ｔ_１，ｔ_２を中心として、ｔ_１±λ/２０ｎ_１およびｔ_２±λ/２０ｎ_２の範囲内であれぱ、実用的な反射防止膜が得られる。 It should be noted that practical antireflection is possible within the range of t ₁ ± λ / 20n ₁ and t ₂ ± λ / 20n ₂ around the film thicknesses t ₁ and t ₂ obtained by the equations (3) and (4). A membrane is obtained.

次に、３層構成の反射防止膜を介在させた場合も同様に、反射防止膜３１の屈折率ｎ_１および膜厚ｔ_１、反射防止膜３２の屈折率ｎ_２および膜厚ｔ_２、第３の反射防止膜の屈折率ｎ_３および膜厚ｔ_３を用いて、膜厚ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３が下記の式（５）〜（７）でそれぞれ表される場合である。但し、ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３は、正の整数である。 Next, when an antireflection film having a three-layer structure is interposed, similarly, the refractive index n ₁ and film thickness t _{1 of} the antireflection film 31, the refractive index n ₂ and film thickness t ₂ of the antireflection film 32, In this case, the film thicknesses t ₁ , t ₂ , and t ₃ are represented by the following formulas (5) to (7) using the refractive index n ₃ and the film thickness t ₃ of the antireflection film ₃ . _{However, m 1, m 2, m} 3 is a positive integer.

なお、式（５）〜（７）で得られる膜厚ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３を中心として、ｔ_１±λ/２０ｎ_１、ｔ_２±λ/２０ｎ_２、ｔ_３±λ/２０ｎ_３の範囲内であれぱ、実用的な反射防止膜が得られる。 Note that t ₁ ± λ / 20n ₁ , t ₂ ± λ / 20n ₂ , t ₃ ± λ / 20n ₃ centered on the film thicknesses t ₁ , t ₂ , and t ₃ obtained by the equations (5) to (7). If it is within the range, a practical antireflection film can be obtained.

こうして１層〜３層からなる反射防止膜に関して、これらの式を用いて決定することにより、溶融Ｓｉと仮定したときに吸収率を最大にする反射防止膜の構成が得られ、結晶化照射エネルギー密度の最小化を図ることができる。さらに、結晶化照射エネルギー密度を低減化することにより、レーザ熱処理のスループットを改善し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の薄膜半導体素子の製造コストを削減できる。   Thus, regarding the antireflection film consisting of one to three layers, by determining using these equations, the structure of the antireflection film that maximizes the absorptance when obtained as molten Si is obtained, and the crystallization irradiation energy is obtained. The density can be minimized. Furthermore, by reducing the crystallization irradiation energy density, the throughput of laser heat treatment can be improved and the manufacturing cost of thin film semiconductor elements such as thin film transistors (TFTs) can be reduced.

なお、上述した実施形態では、波長５３２ｎｍのパルスレーザ光を用いた例を示したが、非晶質Ｓｉ膜にレーザアニール処理を施す場合は、一般的に使用されるガラス板を透過し、かつ非晶質Ｓｉ膜に吸収される３５０〜８００ｎｍの可視光を発生するレーザ発振器１０１が好ましく、例えば、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２もしくは第３高調波、Ｎｄ：ガラスレーザの第２もしくは第３高調波、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザの第２もしくは第３高調波、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第２もしくは第３高調波、Ｙｂ：ＹＡＧレーザの第２もしくは第３高調波、Ｙｂ：ガラスレーザの第２もしくは第３高調波、または、Ｔｉ：Ａｌ_２Ｏ_３（サファイア）レーザの基本波若しくは高調波が利用できる。 In the above-described embodiment, an example using pulsed laser light having a wavelength of 532 nm has been shown. However, when laser annealing treatment is performed on an amorphous Si film, it passes through a commonly used glass plate, and The laser oscillator 101 that generates visible light of 350 to 800 nm absorbed by the amorphous Si film is preferable. For example, the second or third harmonic of an Nd: YAG laser, the second or third harmonic of an Nd: glass laser, for example. Third harmonic, second or third harmonic of Nd: YVO ₄ laser, second or third harmonic of Nd: YLF laser, Yb: second or third harmonic of YAG laser, Yb: second of glass laser Second or third harmonic, or a fundamental or harmonic of a Ti: Al ₂ O ₃ (sapphire) laser can be used.

この場合、本発明に係る反射防止膜は、レーザ熱処理に使用するレーザ光の波長に関して反射率が低くなるように設計される。その材料として、上述した酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）膜、窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）膜に限られず、種々の酸化物、窒化物やその他の誘電体が使用できる。 In this case, the antireflection film according to the present invention is designed so that the reflectance is low with respect to the wavelength of the laser beam used for the laser heat treatment. The material is not limited to the above-described silicon oxide (SiO _x ) film and silicon nitride (SiN _x ) film, and various oxides, nitrides, and other dielectrics can be used.

本発明が適用可能なレーザ熱処理装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the laser heat processing apparatus which can apply this invention. ワーク基板１０におけるビームスポットの照射エネルギー密度分布を示す概略図である。3 is a schematic diagram showing an irradiation energy density distribution of a beam spot on the work substrate 10. FIG. 図３（ａ）は、反射防止膜を介在させたワーク基板１０の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の一例を示す断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view showing an example of the work substrate 10 with an antireflection film interposed therebetween, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example of a TFT (thin film transistor). 下地膜の膜構成と最適照射エネルギー密度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the film | membrane structure of a base film, and optimal irradiation energy density. 酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）膜の膜厚とこの計算で求めた結晶化の照射エネルギー密度との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the thickness of the silicon oxide (SiO _x) film and irradiation energy density of the crystallization obtained in this calculation. １層構成の反射防止膜を介在させたワーク基板１０の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the work board | substrate 10 which interposed the anti-reflective film of 1 layer structure.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ワーク基板、 １１ ガラス基板、 １２ 非晶質Ｓｉ膜、
３１，３２反射防止膜、 ４０ ゲート絶縁膜、 ４１ ゲート電極、
４２ ソース電極、 ４３ ドレイン電極、 １０１ レーザ発振器、
１０２ 減衰器、 １０３ 均一化およびビーム整形光学系、 １０４ ミラー、
１１０ 加工搬送系、 １１１ 枠状構造物、 １１３ ガスノズル、
１１４ 不活性ガス、 １１５ ローラ。 10 work substrate, 11 glass substrate, 12 amorphous Si film,
31, 32 antireflection film, 40 gate insulating film, 41 gate electrode,
42 source electrode, 43 drain electrode, 101 laser oscillator,
102 attenuator, 103 homogenization and beam shaping optics, 104 mirror,
110 processing conveyance system, 111 frame structure, 113 gas nozzle,
114 inert gas, 115 rollers.

Claims (2)

透明基板とＳｉ膜の間に、１より大きく、前記Ｓｉ膜の屈折率より小さい屈折率を有する単層または複数層からなる反射防止膜を配置する工程と、
前記Ｓｉ膜の表面を大気または不活性ガスに露出させた状態で、前記透明基板および前記反射防止膜を介して前記Ｓｉ膜にレーザ光を照射する工程と、を含み、
前記反射防止膜の膜厚について、前記Ｓｉ膜の膜厚をｔ（ｎｍ）とし、溶融状態での前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜の光学特性から算出される、前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜を合わせた膜のレーザ光の吸収率Ａ_Ｌと、多結晶状態での前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜の光学特性から算出される、前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜を合わせた膜のレーザ光の吸収率Ａ_Ｐにより表される下記の式が最小となるように、前記反射防止膜が単層である場合の膜厚、または複数層である場合の各層の膜厚が決定されていることを特徴とする薄膜Ｓｉ素子の製造方法。

Disposing an antireflection film composed of a single layer or a plurality of layers having a refractive index greater than 1 and smaller than the refractive index of the Si film between the transparent substrate and the Si film;
Irradiating the Si film with laser light through the transparent substrate and the antireflection film in a state where the surface of the Si film is exposed to the atmosphere or an inert gas,
Regarding the film thickness of the antireflection film, the Si film and the antireflection film are calculated from the optical characteristics of the Si film and the antireflection film in a molten state, where the film thickness of the Si film is t (nm). and absorptance a _L of the laser beam of the membrane combined, it is calculated from the optical properties of the Si film and the antireflection film in the polycrystalline state, a laser beam of the Si film and the film which combines the antireflection film of as the following equation represented by absorptivity a _P is minimum, the possible thickness of the antireflection film is a single layer or film thickness of each layer when a plurality of layers, is determined A method of manufacturing a thin film Si element characterized by

透明基板とＳｉ膜の間に、１より大きく、前記Ｓｉ膜の屈折率より小さい屈折率を有する単層または複数層からなる反射防止膜を配置する工程と、
前記Ｓｉ膜の表面を大気または不活性ガスに露出させた状態で、前記透明基板および前記反射防止膜を介して前記Ｓｉ膜にレーザ光を照射する工程と、を含み、
前記反射防止膜が単層である場合の膜厚、または複数層である場合の各層の膜厚が、溶融状態での前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜の光学特性から算出される、前記Ｓｉ膜および前記反射防止膜を合わせた膜に対するレーザ光の吸収率が最大になるように定めることを特徴とする薄膜Ｓｉ素子の製造方法。 Disposing an antireflection film composed of a single layer or a plurality of layers having a refractive index greater than 1 and smaller than the refractive index of the Si film between the transparent substrate and the Si film;
Irradiating the Si film with laser light through the transparent substrate and the antireflection film in a state where the surface of the Si film is exposed to the atmosphere or an inert gas,
The Si film in which the film thickness when the antireflection film is a single layer or the film thickness of each layer when the antireflection film is a plurality of layers is calculated from the optical characteristics of the Si film and the antireflection film in a molten state And a method of manufacturing a thin film Si element, wherein the absorption rate of the laser beam with respect to the film including the antireflection film is maximized.

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