JP3054310B2 - Laser processing method for semiconductor device - Google Patents

Laser processing method for semiconductor device

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JP3054310B2
JP3054310B2 JP6066592A JP6659294A JP3054310B2 JP 3054310 B2 JP3054310 B2 JP 3054310B2 JP 6066592 A JP6066592 A JP 6066592A JP 6659294 A JP6659294 A JP 6659294A JP 3054310 B2 JP3054310 B2 JP 3054310B2
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semiconductor device
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宏勇 張
直明 山口
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、量産性に優れ、ばらつ
きが小さく、歩留りの高いレーザー光照射による半導体
デバイスの作製方法に関する。特に、本発明は、1部も
しくは全部が非晶質成分からなる半導体材料、あるい
は、実質的に真性な多結晶の半導体材料、さらには、イ
オン照射、イオン注入、イオンドーピング等によってダ
メージを受け、結晶性が著しく損なわれた半導体材料に
対してレーザー光を照射することによって、該半導体材
料の結晶性を向上せしめ、あるいは結晶性を回復させる
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device by irradiating a laser beam which is excellent in mass productivity, has small variations, and has a high yield. In particular, the present invention is a semiconductor material that is partially or entirely composed of an amorphous component, or a substantially intrinsic polycrystalline semiconductor material, and is further damaged by ion irradiation, ion implantation, ion doping, and the like. The present invention relates to a method for improving the crystallinity of a semiconductor material or recovering the crystallinity by irradiating a semiconductor material having significantly impaired crystallinity with laser light.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子プロセスの低温化に関
して盛んに研究が進められている。その大きな理由は、
ガラス等の絶縁基板上に半導体素子を形成する必要が生
じたからである。その他にも素子の微小化や素子の多層
化に伴う要請もある。半導体プロセスにおいては、半導
体材料に含まれる非晶質成分もしくは非晶質半導体材料
を結晶化させることや、もともと結晶性であったもの
の、イオンを照射したために結晶性が低下した半導体材
料の結晶性を回復することや、結晶性であるのだが、よ
り結晶性を向上させることが必要とされることがある。
従来、このような目的のためには熱的なアニールが用い
られていた。半導体材料として珪素を用いる場合には、
600℃から1100℃の温度で0.1〜48時間、も
しくはそれ以上の時間のアニールをおこなうことによっ
て、非晶質の結晶化、結晶性の回復、結晶性の向上等が
なされてきた。
2. Description of the Related Art In recent years, active research has been made on lowering the temperature of semiconductor device processes. The main reason is that
This is because a semiconductor element has to be formed on an insulating substrate such as glass. In addition, there is a demand accompanying miniaturization of elements and multilayering of elements. In a semiconductor process, the crystallization of an amorphous component or an amorphous semiconductor material contained in a semiconductor material, or the crystallinity of a semiconductor material that was originally crystalline but has been reduced in crystallinity due to irradiation with ions. In some cases, it is necessary to recover the crystallinity or to improve the crystallinity, although the crystallinity may be required.
Conventionally, thermal annealing has been used for such a purpose. When silicon is used as a semiconductor material,
By performing annealing at a temperature of 600 ° C. to 1100 ° C. for 0.1 to 48 hours or more, amorphous crystallization, recovery of crystallinity, improvement of crystallinity, and the like have been performed.

【0003】このような、熱アニールは、一般に温度が
高いほど処理時間は短くても良かったが、500℃以下
の温度ではほとんど効果はなかった。したがって、プロ
セスの低温化の観点からは、従来、熱アニールによって
なされていた工程を他の手段によって置き換えることが
必要とされた。レーザー光照射技術は究極の低温プロセ
スと注目されている。すなわち、レーザー光は熱アニー
ルに匹敵する高いエネルギーを必要とされる箇所にのみ
限定して与えることができ、基板全体を高い温度にさら
す必要がないからである。レーザー光の照射に関して
は、大きく分けて2つの方法が提案されていた。
[0003] In general, the higher the temperature, the shorter the processing time may be. However, at a temperature lower than 500 ° C, there is almost no effect. Therefore, from the viewpoint of lowering the temperature of the process, it has been necessary to replace the step conventionally performed by thermal annealing with another means. Laser light irradiation technology is attracting attention as the ultimate low-temperature process. In other words, laser light can be applied only to a required portion with high energy equivalent to thermal annealing, and it is not necessary to expose the entire substrate to a high temperature. Regarding the irradiation of laser light, roughly two methods have been proposed.

【0004】第1の方法はアルゴンイオン・レーザー等
の連続発振レーザーを用いたものであり、スポット状の
ビームを半導体材料に照射する方法である。これはビー
ム内部でのエネルギー分布の差、およびビームの移動に
よって、半導体材料が溶融した後、緩やかに凝固するこ
とによって半導体材料を結晶化させる方法である。第2
の方法はエキシマーレーザーのごときパルス発振レーザ
ーを用いて、大エネルギーレーザーパルスを半導体材料
に照射し、半導体材料を瞬間的に溶融させ、凝固させる
ことによって半導体材料を結晶化させる方法である。
The first method uses a continuous wave laser such as an argon ion laser, and irradiates a semiconductor material with a spot beam. This is a method in which a semiconductor material is crystallized by melting and then solidifying slowly due to a difference in energy distribution inside the beam and movement of the beam. Second
Is a method in which a semiconductor material is crystallized by irradiating a semiconductor material with a high-energy laser pulse using a pulsed laser such as an excimer laser to instantaneously melt and solidify the semiconductor material.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】第1の方法の問題点は
処理に時間がかかることであった。これは連続発振レー
ザーの最大エネルギーが限られたものであるため、ビー
ムスポットのサイズがせいぜいmm単位となったためで
ある。これに対し、第2の方法ではレーザーの最大エネ
ルギーは非常に大きく、したがって、数cm2 以上の大
きなスポットを用いて、より量産性を上げることができ
た。しかしながら、通常用いられる正方形もしくは長方
形の形状のビームでは、1枚の大きな面積の基板を処理
するには、ビームを上下左右に移動させる必要があり、
量産性の面で依然として改善する余地があった。
The problem with the first method is that it takes a long time to process. This is because the maximum energy of the continuous wave laser is limited, and the beam spot size is at most mm. On the other hand, in the second method, the maximum energy of the laser was very large, and therefore, mass productivity could be further improved by using a large spot of several cm 2 or more. However, with a commonly used square or rectangular shaped beam, it is necessary to move the beam up, down, left, and right to process one large area substrate,
There was still room for improvement in terms of mass productivity.

【0006】これに関しては、ビームを線状に変形し、
ビームの幅を処理すべき基板を越える長さとし、このビ
ームを走査することによって、大きく改善できた。改善
すべき問題として残されていたことはレーザー照射効果
の均一性であった。パルス発振レーザーはパルスごとに
エネルギーがある程度変動するため、基板全面にわたっ
て、均一に処理することは困難であった。特に、レーザ
ースポットの重なり部分に関して特性を均一に保つこと
は重要な未解決課題であった。
In this regard, the beam is deformed linearly,
Significant improvement was achieved by making the width of the beam longer than the substrate to be processed and scanning this beam. What remained to be improved was the uniformity of the laser irradiation effect. Since the energy of the pulse oscillation laser varies to some extent for each pulse, it has been difficult to uniformly process the entire surface of the substrate. In particular, it has been an important unsolved problem to keep the characteristics uniform with respect to the overlapping portions of the laser spots.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、この不均一性
の問題を解決する目的でなされたものである。従来、上
記のような不均一性を緩和するには、強いパルスレーザ
ー光の照射の前に、それよりも弱いパルスレーザー光の
予備的な照射をおこなうと均一性が向上することが報告
されている。しかしながら、この場合も、レーザースポ
ットの重なり部分に関してはなおざりにされていた。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problem of non-uniformity. Conventionally, it has been reported that in order to reduce the above-mentioned non-uniformity, uniformity is improved by performing preliminary irradiation with a weaker pulsed laser beam before irradiation with a strong pulsed laser beam. I have. However, also in this case, the overlapping portion of the laser spot has been neglected.

【0008】本発明では、線状レーザービームをうまく
利用することによってこの問題を解決する。すなわち、
本発明では、比較的弱い出力の線状パルスレーザー光を
照射して基板を処理したのち、先の線状レーザー光とは
概略直角に、より強い出力の線状レーザー光を照射する
ことによって基板を処理する。この場合、最初のレーザ
ー光処理の出力と後のレーザー光処理の出力の絶対値は
必要とされる均一性と特性を考慮して決定すればよい。
The present invention solves this problem by making good use of a linear laser beam. That is,
In the present invention, the substrate is processed by irradiating a linear pulsed laser beam with a relatively weak output, and then, at a substantially right angle to the linear laser beam, by irradiating a linear laser beam with a stronger output. Process. In this case, the absolute values of the output of the first laser beam processing and the output of the subsequent laser beam processing may be determined in consideration of the required uniformity and characteristics.

【0009】最初の線状レーザー光と後の線状レーザー
光とを概略直行させるには、レーザー光の向きを変えて
もよいし、基板の向きを概略1/4回転(より一般的に
は、(n/2+1/4)(但し、nは自然数)回転)さ
せてもよい。この例を図1に示す。最初に基板(四角形
ABCD)を図1(A)のように配置して、線状の細長
いレーザー光1を上から下へと走査することによって、
基板の処理をおこなう。レーザー光の出力は比較的弱い
ものとする。レーザー光の照射された部分2には、図1
(A)に点線で示すように、レーザー光のパルス強度の
ばらつきや、レーザースポットの重なりによって、不均
一性が見られることがある。基板のうちの3の部分はま
だレーザーが照射されていない。(図1(A))
In order to make the first linear laser light and the subsequent linear laser light substantially perpendicular to each other, the direction of the laser light may be changed, or the direction of the substrate may be changed by about 1/4 turn (more generally, , (N / 2 + /) (where n is a natural number). This example is shown in FIG. First, a substrate (square ABCD) is arranged as shown in FIG. 1 (A), and a linear elongated laser beam 1 is scanned from top to bottom.
Performs substrate processing. The output of the laser light is relatively weak. The part 2 irradiated with the laser light has the structure shown in FIG.
As shown by a dotted line in (A), non-uniformity may be observed due to variations in pulse intensity of laser light and overlapping laser spots. Three portions of the substrate have not yet been irradiated with the laser. (Fig. 1 (A))

【0010】次に基板を1/4回転させる。(図1
(B)) そして、再び、上から下へとレーザー光4を走査するこ
とによって、基板の処理をおこなう。この際のレーザー
光の出力は、最初のレーザー光の出力よりも大きいもの
とする。(図1(C))
Next, the substrate is rotated by 1/4. (Figure 1
(B)) Then, the substrate is processed again by scanning the laser beam 4 from top to bottom. The output of the laser light at this time is assumed to be larger than the output of the first laser light. (Fig. 1 (C))

【0011】[0011]

【作用】図1においても明らかであるが、本発明では、
後のレーザー照射によってもたらされる不均一性は、先
のレーザー照射の工程によってもたらされた不均一性と
直行するということである。このため、不均一性が相殺
しあって弱められる。このようにして、本発明では均一
性のよい半導体デバイスを得ることができる。本発明に
おいては、レーザーの照射されるべき物体の形状は、何
のパターンも有しない膜状のものであってもよいし、ほ
ぼデバイスの形状が完成したものでもよい。
As is apparent from FIG. 1, in the present invention,
The non-uniformity caused by the subsequent laser irradiation is orthogonal to the non-uniformity caused by the previous laser irradiation step. For this reason, the non-uniformity is offset and weakened. As described above, according to the present invention, a semiconductor device having good uniformity can be obtained. In the present invention, the shape of the object to be irradiated with the laser may be a film shape having no pattern or a device having a substantially completed device shape.

【0012】本発明においては線状のビームを用いるこ
と、および、それを概略直行させて2回もしくばそれ以
上照射すること、等の特徴を有するのであるから、基板
としては、正方形や長方形の形状の方が、円形のものよ
り無駄になるレーザー光がないため効率的である。もち
ろん、本発明で円形の基板を用いてはならないというこ
とではない。図1は本発明の極めて基本的な例である。
本発明は処理すべき基板に設けられた回路の構成によ
り、いくつかのパターンがある。以下に実施例を示し、
より詳細に本発明を説明する。
In the present invention, since a linear beam is used, and the beam is irradiated almost twice or more, and the beam is irradiated almost twice or more, a square or rectangular substrate is used as the substrate. Shapes are more efficient than circular ones because there is no wasted laser light. Of course, this does not mean that a circular substrate must not be used in the present invention. FIG. 1 is a very basic example of the present invention.
The present invention has several patterns depending on the configuration of a circuit provided on a substrate to be processed. Examples are shown below,
The present invention will be described in more detail.

【0013】[0013]

【実施例】図5には本実施例で使用したレーザーアニー
ル装置の概念図を示す。レーザー光は発振器52で発振
され、全反射ミラー55、56を経由して増幅器53で
増幅され、さらに全反射ミラー57、58を経由して光
学系54に導入される。それまでのレーザー光のビーム
は3×2cm2 程度の長方形であるが、この光学系64
によって長さ10〜30cm、幅0.3cmの細長いビ
ームに加工される。この光学系を経たレーザー光のエネ
ルギーは最大で1000mJ/ショットであった。
FIG. 5 is a conceptual diagram of a laser annealing apparatus used in this embodiment. The laser light is oscillated by an oscillator 52, amplified by an amplifier 53 via total reflection mirrors 55 and 56, and further introduced into an optical system 54 via total reflection mirrors 57 and 58. The laser beam up to that time is a rectangle of about 3 × 2 cm 2 ,
It is processed into an elongated beam having a length of 10 to 30 cm and a width of 0.3 cm. The energy of the laser beam passing through this optical system was 1000 mJ / shot at maximum.

【0014】光学系54の内部の光路は図6のように示
される。光学系54に入射したレーザー光は、シリンド
リカル凹レンズA、シリンドリカル凸レンズB、横方向
のフライアイレンズC、縦方向のフライアイレンズDを
通過する。これらフライアイレンズC、Dを通過するこ
とによってレーザー光はそれまでのガウス分布型から矩
形分布に変化する。さらに、シリンドリカル凸レンズ
E、Fを通過してミラーG(図5ではミラー59)を介
して、シリンドリカルレンズHによって集束され、試料
に照射される。
The optical path inside the optical system 54 is shown in FIG. The laser light incident on the optical system 54 passes through a cylindrical concave lens A, a cylindrical convex lens B, a horizontal fly-eye lens C, and a vertical fly-eye lens D. By passing through these fly-eye lenses C and D, the laser light changes from the Gaussian distribution type to the rectangular distribution. Further, the light passes through the cylindrical convex lenses E and F, passes through the mirror G (mirror 59 in FIG. 5), is focused by the cylindrical lens H, and is irradiated on the sample.

【0015】本実施例では、図6の距離X1 、X2 を固
定し、仮想焦点I(これはフライアイレンズの曲面の違
いによって生ずるようになっている)とミラーGとの距
離X3 、と距離X4 、X5 とを調節して、倍率M、焦点
距離Fを調整した。すなわち、これらの間には、 M=(X3 +X4 )/X5 、 1/F=1/(X3 +X4 )+1/X5 、 という関係がある。なお、本実施例では光路全長X6
約1.3mであった。
In this embodiment, the distances X 1 and X 2 in FIG. 6 are fixed, and the distance X 3 between the virtual focal point I (which is caused by the difference in the curved surface of the fly-eye lens) and the mirror G. , And the distances X 4 and X 5 were adjusted to adjust the magnification M and the focal length F. That is, there is a relationship between them, M = (X 3 + X 4 ) / X 5 , and 1 / F = 1 / (X 3 + X 4 ) + 1 / X 5 . In this example, the total length X 6 of the optical path was about 1.3 m.

【0016】このような細長いビームに加工されたビー
ムを用いることによってレーザー処理能力は飛躍的に向
上した。すなわち、短冊状のビームは光学系54を出た
後、全反射ミラー59を経て、試料61に照射される
が、ビームの幅が試料の幅よりも長いので、結局、試料
は1つの方向にのみ移動させてゆけばよい。したがっ
て、試料のステージおよび駆動装置60は構造が簡単で
保守も容易である。また、試料をセットする際の位置合
わせの操作(アライメント)も容易である。本発明にお
いては、1方向への移動に加えて、試料を回転させる機
能を有すればよい。
By using a beam processed into such an elongated beam, the laser processing ability has been dramatically improved. That is, after the strip-shaped beam exits the optical system 54 and irradiates the sample 61 through the total reflection mirror 59, the beam width is longer than the sample width. You only have to move it. Accordingly, the sample stage and the driving device 60 have a simple structure and are easy to maintain. Further, the operation of alignment (alignment) when setting the sample is also easy. In the present invention, it is only necessary to have a function of rotating the sample in addition to the movement in one direction.

【0017】これに対して、正方形に近いビームであれ
ば、それだけで基板全面をカバーすることは不可能であ
るので、試料を縦方向、横方向というように2次元的に
移動させなければならない。しかし、その場合にはステ
ージの駆動装置は複雑になり、また、位置合わせも2次
元的に行わなければならないので難しい。特にアライメ
ントを手動でおこなう場合には、その工程での時間のロ
スが大きく生産性が低下する。なお、これらの装置は防
振台等の安定な架台51上に固定される必要がある。
On the other hand, if the beam is nearly square, it is impossible to cover the entire surface of the substrate by itself, and the sample must be moved two-dimensionally in the vertical and horizontal directions. . However, in that case, the driving device of the stage becomes complicated, and it is difficult to perform positioning in two dimensions. In particular, when the alignment is performed manually, time loss in the process is large and productivity is reduced. These devices need to be fixed on a stable gantry 51 such as an anti-vibration table.

【0018】本実施例では、アクティブマトリクス型液
晶表示装置(AMLCD)において、アクティブマトリ
クス回路を駆動する周辺回路も同じ基板上に形成されて
いる、いわゆるモノリシック型AMLCDについて説明
する。このようなAMLCDに用いられる素子のうち薄
膜トランジスタの作製プロセスの概略は以下のようであ
った。 [1] ガラス基板上への下地酸化珪素膜、非晶質珪素膜の
形成、および、非晶質珪素膜上への結晶化促進剤(例え
ば、酢酸ニッケル等)の塗布 [2] 固相成長による非晶質珪素膜の結晶化(固相成長条
件の例:550℃、8時間、窒素雰囲気中) [3] 結晶化した珪素膜に対するレーザー処理(結晶性の
向上を目的とする) [4] 珪素膜のエッチングによる島状珪素領域の形成 [5] ゲイト絶縁膜(酸化珪素)の形成 [6] ゲイト電極の形成 [7] 不純物元素(燐、ホウ素等)の注入によるソース/
ドレインの形成 [8] レーザー照射による注入された不純物の活性化 [9] 層間絶縁物の形成 [10]ソース/ドレインへの電極の形成 本実施例は上記工程において、多結晶珪素膜の結晶性を
さらに高める目的でおこなわれる[3] のレーザー光照射
に関するものとする。
In this embodiment, a so-called monolithic AMLCD in which a peripheral circuit for driving an active matrix circuit is formed on the same substrate in an active matrix liquid crystal display (AMLCD) will be described. Among the elements used in such an AMLCD, an outline of a manufacturing process of a thin film transistor was as follows. [1] Formation of a base silicon oxide film and an amorphous silicon film on a glass substrate, and application of a crystallization promoter (eg, nickel acetate, etc.) on the amorphous silicon film [2] Solid phase growth Of amorphous silicon film by solidification (example of solid phase growth conditions: 550 ° C., 8 hours, nitrogen atmosphere) [3] Laser treatment of crystallized silicon film (to improve crystallinity) [4] ] Formation of island-like silicon region by etching of silicon film [5] Formation of gate insulating film (silicon oxide) [6] Formation of gate electrode [7] Source / injection of impurity element (phosphorus, boron, etc.)
Formation of drain [8] Activation of implanted impurities by laser irradiation [9] Formation of interlayer insulator [10] Formation of electrode on source / drain In this example, the crystallinity of the polycrystalline silicon film was [3] laser beam irradiation performed for the purpose of further enhancing the laser beam irradiation.

【0019】このような装置では、図2(A)に示すよ
うに、基板21上には、アクティブマトリクス回路の領
域22と、カラムドライバー23およびスキャンドライ
バー24がその縁に設けられている。カラムドライバー
23もスキャンドライバー24も回路構成はほぼ同じで
ある。一般には、図3に示すようにドライバー領域の長
手方向に多数の薄膜トランジスタ(TFT)が形成され
る。(図3にはカラムドライバーのアナログスイッチの
TFTを示す。このTFTは大きなチャネル幅(約80
0μm)を有する)
In such an apparatus, as shown in FIG. 2A, an area 22 of an active matrix circuit, a column driver 23 and a scan driver 24 are provided on the edge of a substrate 21. The circuit configurations of the column driver 23 and the scan driver 24 are almost the same. Generally, a large number of thin film transistors (TFTs) are formed in the longitudinal direction of the driver region as shown in FIG. (FIG. 3 shows a TFT of an analog switch of a column driver. This TFT has a large channel width (about 80
0 μm)

【0020】図2には本実施例の第1の例を示す。ま
ず、図2(B)に示すように、細長い線状レーザー光2
5を図の上から下の方向へ走査することにより、レーザ
ー処理をおこなった。レーザー照射は大気中でおこな
い、基板温度は200℃とした。レーザーとしてはKr
Fエキシマーレーザー(波長248nm)を用いた。レ
ーザーの発振周波数は10Hz、レーザー光のエネルギ
ー密度は200mJ/cm2 、レーザー光の走査速度は
3mm/sとした。この結果、レーザービームは300
μmずつずれていくことになる。ビームの幅は0.3m
mなので、1か所に付き10ショット程度のレーザー光
が照射されることとなる。
FIG. 2 shows a first example of this embodiment. First, as shown in FIG.
5 was scanned from top to bottom in the figure to perform laser processing. Laser irradiation was performed in the air, and the substrate temperature was 200 ° C. Kr as laser
An F excimer laser (wavelength 248 nm) was used. The laser oscillation frequency was 10 Hz, the energy density of the laser light was 200 mJ / cm 2 , and the scanning speed of the laser light was 3 mm / s. As a result, the laser beam is 300
It will shift by μm. 0.3m beam width
m, so that about 10 shots of laser light are irradiated at one location.

【0021】その後、基板を時計方向に90°回転させ
る。(図2(C)) そして、再びレーザー光によって図の上から下の方向に
走査をおこない、レーザー処理をおこなう。レーザー照
射は大気中でおこない、基板温度は200℃とした。こ
の際には、レーザーの発振周波数、走査速度は先のレー
ザー照射と同じとし、エネルギー密度のみを300mJ
/cm2 とした。(図2(D))
Thereafter, the substrate is rotated 90 ° clockwise. (FIG. 2 (C)) Then, the laser beam is again scanned from the top to the bottom in the figure to perform laser processing. Laser irradiation was performed in the air, and the substrate temperature was 200 ° C. In this case, the laser oscillation frequency and scanning speed were the same as those of the previous laser irradiation, and only the energy density was 300 mJ.
/ Cm 2 . (FIG. 2 (D))

【0022】最後のレーザー照射はレーザーのエネルギ
ー密度が大きいため半導体デバイスの特性に大きな影響
を与える。本発明によってレーザーのばらつきはかなり
削減されているが、それでも完全に解決できるものでは
ない。例えば、レーザーの重なり具合を見てみる。図3
にはカラムドライバーの様子が示されている。カラムド
ライバーでは、最初のレーザー照射では図の一点鎖線で
示される領域に重なりが生じる。その後のレーザー照射
では、レーザービームはカラムドライバーの長手方向に
向けてレーザービームが移動するため、図の点線で示さ
れる領域に重なりが生じる。
The last laser irradiation has a large effect on the characteristics of the semiconductor device because the energy density of the laser is large. Although the present invention has significantly reduced laser variability, it is still not a complete solution. For example, look at how lasers overlap. FIG.
Shows a column driver. In the column driver, the first laser irradiation causes an overlap in a region indicated by a dashed line in the figure. In the subsequent laser irradiation, since the laser beam moves in the longitudinal direction of the column driver, an overlap occurs in a region indicated by a dotted line in the drawing.

【0023】特に後のレーザー照射ではエネルギー密度
が大きいためTFTに与える影響も大きく、レーザーの
ショット毎のエネルギーのバラツキが隣接するTFTの
特性に大きな変動をもたらすことが予想される。実際に
は、最初の予備的なレーザー照射によってこの変動は十
分に小さく抑えられているが、それでも、カラムドライ
バーのようなアナログスイッチを有するものでは隣接す
るTFTで0.02V以上のしきい値電圧の違いがあっ
てはならない。そういう観点からすると、図2で示した
ような方法ではカラムドライバーのTFTのしきい値電
圧が大きくバラツク可能性があり、好ましくない。そこ
で、図4のような方法が考えられる。
In particular, since the energy density is large in the subsequent laser irradiation, the influence on the TFT is large, and it is expected that the variation in the energy of each shot of the laser will greatly change the characteristics of the adjacent TFT. In practice, this variation is kept sufficiently small by the initial preliminary laser irradiation, but even if an analog switch such as a column driver is used, a threshold voltage of 0.02 V or more is applied to an adjacent TFT. There must be no difference. From such a viewpoint, the method as shown in FIG. 2 is not preferable because the threshold voltage of the TFT of the column driver may greatly vary. Therefore, a method as shown in FIG. 4 can be considered.

【0024】まず、基板を図2(A)と同様な向きにセ
ットする。図において、31は基板、32はアクティブ
マトリクス回路の領域、33はカラムドライバー、34
はスキャンドライバーである。(図3(A)) そして、これを時計方向に90°回転させる。(図3
(B)) この状態で、図の上から下へとレーザー光35を走査す
ることによってレーザー処理をおこなう。レーザー照射
の条件は図2の場合と同じとした。すなわち、レーザー
の発振周波数は10Hz、レーザー光のエネルギー密度
は200mJ/cm2 、レーザー光の走査速度は3mm
/sとした。レーザー照射は大気中でおこない、基板温
度は200℃とした。(図3(C))
First, the substrate is set in the same direction as in FIG. In the figure, 31 is a substrate, 32 is an active matrix circuit area, 33 is a column driver, 34
Is a scan driver. (FIG. 3 (A)) And this is rotated 90 degrees clockwise. (FIG. 3
(B) In this state, laser processing is performed by scanning the laser beam 35 from the top to the bottom of the figure. The conditions for laser irradiation were the same as in FIG. That is, the oscillation frequency of the laser is 10 Hz, the energy density of the laser light is 200 mJ / cm 2 , and the scanning speed of the laser light is 3 mm.
/ S. Laser irradiation was performed in the air, and the substrate temperature was 200 ° C. (FIG. 3 (C))

【0025】その後、基板を反時計方向に回転させた。
(図3(D)) そして、レーザー光35を図の上から下の方向へ走査す
ることによってレーザー処理をおこなった。レーザー照
射の条件は、レーザーエネルギー密度を300mJ/c
2 とした以外は、先のレーザー照射条件と同じとし
た。(図3(E)) この場合には最初のレーザー照射では、カラムドライバ
ーに関しては図3の点線で示された領域のような重なり
が生じるものの、より大きなエネルギーのレーザー光が
照射される際には図3の一点鎖線の領域に重なりができ
る。したがって、TFTのばらつきは著しく抑えられ
る。
Thereafter, the substrate was rotated counterclockwise.
(FIG. 3D) Then, laser processing was performed by scanning the laser beam 35 from the top to the bottom of the figure. Laser irradiation conditions are as follows: laser energy density is 300 mJ / c
except that the m 2 was the same as the previous laser irradiation conditions. (FIG. 3 (E)) In this case, in the first laser irradiation, although the column driver overlaps as shown by the dotted line in FIG. 3, when the laser light of higher energy is irradiated, Can overlap the area indicated by the dashed line in FIG. Therefore, variation in TFT is significantly suppressed.

【0026】一方、スキャンドライバーでは、図2の方
法でカラムドライバーで問題となったことが同じく問題
となると考えられるかもしれない。しかしながら、スキ
ャンドライバーでは、カラムドライバーのようなアナロ
グスイッチはなく、隣接TFTのしきい値のバラツキも
0.1V程度で十分であり、この程度のバラツキは通常
の本発明の方式(例えば、図1に示した方式)で満たさ
れる。このように本発明をさらに発展させることによ
り、半導体デバイスの均一性をより高めることもでき
る。なお、本実施例ではレーザー照射による結晶性の改
善の場合を示したが、不純物導入後のソース/ドレイン
領域の活性化の工程[8] においても同じように実施でき
る。
On the other hand, in the scan driver, it may be considered that the problem in the column driver in the method of FIG. However, in a scan driver, there is no analog switch like a column driver, and a variation in the threshold value of an adjacent TFT is about 0.1 V is sufficient. Such a variation can be reduced by a general method of the present invention (for example, FIG. 1). In the method shown in (2). By further developing the present invention, the uniformity of the semiconductor device can be further improved. In this embodiment, the case where the crystallinity is improved by laser irradiation has been described. However, the same operation can be performed in the step [8] of activating the source / drain regions after the impurity is introduced.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明のレーザー照射技術によって、量
産性を維持しつつ、半導体デバイスの均一性を高めるこ
とができた。本発明は半導体デバイスのプロセスに利用
される全てのレーザー処理プロセスに利用できるが、中
でも半導体デバイスとしてTFTを取り上げる場合、T
FTのしきい値電圧の均一性を向上させる意味では、実
施例に取り上げたような多結晶珪素膜へのレーザー照射
の工程に用いると効果が大きい。また、TFTの電界効
果移動度、あるいはオン電流の均一性を高める意味で
は、上記の工程に加えて、ソース/ドレインの不純物元
素の活性化工程に本発明を使用すると効果的である。こ
のように本発明は工業上、有益なものと考えられる。
According to the laser irradiation technique of the present invention, the uniformity of a semiconductor device can be improved while maintaining mass productivity. The present invention can be used for all laser processing processes used for semiconductor device processes.
In terms of improving the uniformity of the threshold voltage of the FT, the effect is great when used in the step of irradiating the polycrystalline silicon film with laser as described in the embodiment. In addition, in order to increase the field effect mobility of the TFT or the uniformity of the on-current, it is effective to use the present invention in the step of activating the source / drain impurity elements in addition to the above steps. Thus, the present invention is considered to be industrially useful.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の概念を示す。FIG. 1 illustrates the concept of the present invention.

【図2】 実施例のレーザー処理方法を示す。FIG. 2 shows a laser processing method according to an example.

【図3】 実施例のカラムドライバーのアナログスイッ
チTFTの並び方を示す
FIG. 3 shows the arrangement of analog switch TFTs in the column driver of the embodiment.

【図4】 実施例のレーザー処理方法を示す。FIG. 4 shows a laser processing method according to an example.

【図5】 実施例で使用したレーザーアニール装置の概
念図を示す。
FIG. 5 is a conceptual diagram of a laser annealing apparatus used in the example.

【図6】 実施例で使用したレーザーアニール装置の光
学系の概念図を示す。
FIG. 6 is a conceptual diagram of an optical system of a laser annealing apparatus used in the example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、4 レーザースポット(線状レーザービー
ム) 2 レーザー処理された領域 3 レーザー処理されていない領域 21、31 基板 22、32 アクティブマトリクス回路の領域 23、33 カラムドライバー 24、34 スキャンドライバー 25、35 レーザースポット(線状レーザービー
ム) 51 光学架台 52 レーザー装置(発振段) 53 レーザー装置(増幅段) 54 ビーム成形光学系 55〜59 全反射ミラー 60 試料ステージおよび駆動機構 61 試料(ガラス基板)
1, 4 laser spot (linear laser beam) 2 laser treated area 3 non-laser treated area 21, 31 substrate 22, 32 active matrix circuit area 23, 33 column driver 24, 34 scan driver 25, 35 laser Spot (linear laser beam) 51 Optical gantry 52 Laser device (oscillation stage) 53 Laser device (amplification stage) 54 Beam shaping optical system 55-59 Total reflection mirror 60 Sample stage and drive mechanism 61 Sample (glass substrate)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/268 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/268

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体デバイスの形成された基板もしく
は半導体デバイスとなるべき物体の形成された基板に対
して線状のレーザー光を走査しつつ照射する第1の工程
と、 前記基板を(n/2+1/4)回転(nは自然数)させ
る第2の工程と、 前記基板に対して第1の工程で用いられたレーザー光
エネルギー密度大きな線状のレーザー光を第1の工
程と同じ方向に走査しつつ照射する第3の工程とを有す
ることを特徴とする半導体デバイスのレーザー処理方
法。
A first step of irradiating a substrate on which a semiconductor device is formed or a substrate on which an object to be a semiconductor device is formed with a linear laser beam while scanning the substrate; 2 + /) rotation (n is a natural number), and a laser beam used in the first step for the substrate .
A third step of irradiating a linear laser beam having a large energy density while scanning in the same direction as the first step.
【請求項2】 請求項1において、基板は長方形である
ことを特徴とする半導体デバイスのレーザー処理方法。
2. The method of claim 1, wherein the substrate is rectangular.
【請求項3】 基板上に形成された珪素膜に対して線状
のレーザー光を走査しつつ照射する第1の工程と、 前記基板を(n/2+1/4)回転(nは自然数)させ
る第2の工程と、 前記基板に対して第1の工程で用いられたレーザー光
エネルギー密度大きな線状のレーザー光を第1の工
程と同じ方向に走査しつつ照射する第3の工程とを有す
ることを特徴とするレーザー処理方法。
3. A first step of irradiating a silicon film formed on a substrate with a linear laser beam while scanning the same, and rotating the substrate by (n / 2 + 1/4) (n is a natural number). A second step, and the laser light used for the substrate in the first step .
A third step of irradiating a linear laser beam having a large energy density while scanning in the same direction as the first step.
【請求項4】 請求項3において、珪素膜はイオンが照
射されたものであることを特徴とするレーザー処理方
法。
4. The method of claim 3, laser treatment wherein the silicon film in which ions are irradiated.
【請求項5】 請求項3において、珪素膜は固相成長法
によって結晶化した膜であることを特徴とするレーザー
処理方法。
5. The laser processing method according to claim 3, wherein the silicon film is a film crystallized by a solid phase growth method.
【請求項6】 請求項3において、珪素膜は非晶質で
ることを特徴とするレーザー処理方法。
6. The method of claim 3, the silicon film is laser treatment wherein the Oh <br/> Rukoto in amorphous.
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