JP2000031056A - 多結晶薄膜の形成方法及び形成装置 - Google Patents
多結晶薄膜の形成方法及び形成装置Info
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- JP2000031056A JP2000031056A JP10197316A JP19731698A JP2000031056A JP 2000031056 A JP2000031056 A JP 2000031056A JP 10197316 A JP10197316 A JP 10197316A JP 19731698 A JP19731698 A JP 19731698A JP 2000031056 A JP2000031056 A JP 2000031056A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温で形成する場合であっても、高い電子移
動度を得ることができる多結晶薄膜の形成方法及び形成
装置を提供する。 【解決手段】 基板１４上に半導体薄膜を形成する半導
体薄膜形成工程と、半導体薄膜に加熱されたガスを吹き
かけながら、ガスが吹きかけられている領域の半導体薄
膜にエネルギービーム３８を照射して半導体薄膜を溶解
し、固化する過程で半導体薄膜を結晶化して多結晶薄膜
を形成する多結晶薄膜形成工程とを有している。
動度を得ることができる多結晶薄膜の形成方法及び形成
装置を提供する。 【解決手段】 基板１４上に半導体薄膜を形成する半導
体薄膜形成工程と、半導体薄膜に加熱されたガスを吹き
かけながら、ガスが吹きかけられている領域の半導体薄
膜にエネルギービーム３８を照射して半導体薄膜を溶解
し、固化する過程で半導体薄膜を結晶化して多結晶薄膜
を形成する多結晶薄膜形成工程とを有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶薄膜の形成
方法及び形成装置、特に、耐熱温度の低い基板上に低温
で形成する多結晶薄膜の形成方法及び形成装置に関す
る。
方法及び形成装置、特に、耐熱温度の低い基板上に低温
で形成する多結晶薄膜の形成方法及び形成装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、省電力、省スペース、応答速度の
速さ、表示の美しさ等の理由から、薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ、Thin Film Transistor）を画素用のスイッチ
ング素子として用いた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ、Liqu
id Crystal Display)が注目されている。
速さ、表示の美しさ等の理由から、薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ、Thin Film Transistor）を画素用のスイッチ
ング素子として用いた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ、Liqu
id Crystal Display)が注目されている。
【０００３】このような液晶ディスプレイには、一般に
ガラス基板が用いられ、ガラス基板上に薄膜トランジス
タが形成されている。かかる薄膜トランジスタのチャネ
ル層としては、多結晶シリコン薄膜が用いられているこ
とが多い。ガラス基板上に多結晶シリコン薄膜を形成す
る方法としては、ガラス基板上にアモルファスシリコン
薄膜を形成し、この後、６００℃、５０時間程度の熱処
理を行うことによりアモルファスシリコン薄膜を結晶化
して、多結晶シリコン薄膜を形成する方法が従来より知
られている。これは、熱処理の初期段階に結晶の核を生
成し、その核を成長させることにより多結晶シリコン薄
膜を形成するものである。
ガラス基板が用いられ、ガラス基板上に薄膜トランジス
タが形成されている。かかる薄膜トランジスタのチャネ
ル層としては、多結晶シリコン薄膜が用いられているこ
とが多い。ガラス基板上に多結晶シリコン薄膜を形成す
る方法としては、ガラス基板上にアモルファスシリコン
薄膜を形成し、この後、６００℃、５０時間程度の熱処
理を行うことによりアモルファスシリコン薄膜を結晶化
して、多結晶シリコン薄膜を形成する方法が従来より知
られている。これは、熱処理の初期段階に結晶の核を生
成し、その核を成長させることにより多結晶シリコン薄
膜を形成するものである。
【０００４】しかし、上記の多結晶シリコン薄膜の形成
方法では、６００℃で５０時間程度もの熱処理を行うこ
ととなるため、ガラス基板が変形してしまっていた。し
かも、こうして形成された多結晶シリコン薄膜の結晶粒
には欠陥や双晶が多かった。従って、この方法では、電
子移動度の高い良質な多結晶シリコン薄膜を形成するの
は困難であった。
方法では、６００℃で５０時間程度もの熱処理を行うこ
ととなるため、ガラス基板が変形してしまっていた。し
かも、こうして形成された多結晶シリコン薄膜の結晶粒
には欠陥や双晶が多かった。従って、この方法では、電
子移動度の高い良質な多結晶シリコン薄膜を形成するの
は困難であった。
【０００５】また、ガラス基板上に、６００℃以上の高
温においてＣＶＤ（Chemical VaporDeposition、化学気
相堆積）法により多結晶シリコン薄膜を形成する方法も
考えられるが、６００℃以上の高温によりガラス基板が
変形してしまい、また、十分な結晶性を有する多結晶シ
リコン薄膜を形成することはできなかった。そこで、ガ
ラス基板上にアモルファスシリコン薄膜を形成し、この
アモルファスシリコン薄膜にレーザビームを照射するこ
とにより多結晶シリコン薄膜を形成する方法が提案され
ている。この方法によれば、レーザビームにより溶解さ
れたシリコンが固化する過程で、多結晶シリコン薄膜が
形成される。レーザビームにより短い時間でアモルファ
スシリコン薄膜が溶解されるので、ガラス基板が高温に
なってしまうことはなく、従ってガラス基板を変形する
ことなく多結晶シリコン薄膜が形成される。
温においてＣＶＤ（Chemical VaporDeposition、化学気
相堆積）法により多結晶シリコン薄膜を形成する方法も
考えられるが、６００℃以上の高温によりガラス基板が
変形してしまい、また、十分な結晶性を有する多結晶シ
リコン薄膜を形成することはできなかった。そこで、ガ
ラス基板上にアモルファスシリコン薄膜を形成し、この
アモルファスシリコン薄膜にレーザビームを照射するこ
とにより多結晶シリコン薄膜を形成する方法が提案され
ている。この方法によれば、レーザビームにより溶解さ
れたシリコンが固化する過程で、多結晶シリコン薄膜が
形成される。レーザビームにより短い時間でアモルファ
スシリコン薄膜が溶解されるので、ガラス基板が高温に
なってしまうことはなく、従ってガラス基板を変形する
ことなく多結晶シリコン薄膜が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
提案されている多結晶シリコン薄膜の形成方法では、シ
リコンが固化する速度が速いため、結晶粒径の大きい多
結晶シリコン薄膜を形成することができなかった。この
ため、電子移動度の高い良質な多結晶シリコン薄膜を形
成するのは困難であった。
提案されている多結晶シリコン薄膜の形成方法では、シ
リコンが固化する速度が速いため、結晶粒径の大きい多
結晶シリコン薄膜を形成することができなかった。この
ため、電子移動度の高い良質な多結晶シリコン薄膜を形
成するのは困難であった。
【０００７】本発明の目的は、低温で形成する場合であ
っても、高い電子移動度を得ることができる多結晶薄膜
の形成方法及び形成装置を提供することにある。
っても、高い電子移動度を得ることができる多結晶薄膜
の形成方法及び形成装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、基板上に半
導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、前記半導体
薄膜に加熱されたガスを吹きかけながら、前記ガスが吹
きかけられている領域の前記半導体薄膜にエネルギービ
ームを照射して前記半導体薄膜を溶解し、固化する過程
で前記半導体薄膜を結晶化して多結晶薄膜を形成する多
結晶薄膜形成工程とを有することを特徴とする多結晶薄
膜の形成方法により達成される。これにより、高温のガ
スを吹きかけながらエネルギービームを照射するので、
溶融した半導体薄膜の固化速度を遅くすることができ、
結晶粒径が大きく、結晶粒内の欠陥や双晶の少ない良好
な多結晶薄膜を形成することができる。
導体薄膜を形成する半導体薄膜形成工程と、前記半導体
薄膜に加熱されたガスを吹きかけながら、前記ガスが吹
きかけられている領域の前記半導体薄膜にエネルギービ
ームを照射して前記半導体薄膜を溶解し、固化する過程
で前記半導体薄膜を結晶化して多結晶薄膜を形成する多
結晶薄膜形成工程とを有することを特徴とする多結晶薄
膜の形成方法により達成される。これにより、高温のガ
スを吹きかけながらエネルギービームを照射するので、
溶融した半導体薄膜の固化速度を遅くすることができ、
結晶粒径が大きく、結晶粒内の欠陥や双晶の少ない良好
な多結晶薄膜を形成することができる。
【０００９】また、上記の多結晶薄膜の形成方法におい
て、前記ガスの温度は５００℃〜３０００℃であること
が望ましい。また、上記の多結晶薄膜の形成方法におい
て、多結晶薄膜形成工程では、前記ガスをパルス状に吹
きかけながら、前記エネルギービームをパルス状に照射
することが望ましい。これにより、半導体薄膜の表面に
高温のガスをパルス状に吹きかけるので、基板の温度が
上昇して基板が変形してしまうことはなく、耐熱温度の
低い基板上に多結晶薄膜を形成する場合であっても、良
質な多結晶薄膜を形成することができる。低温で形成す
る場合であっても、結晶粒径の大きい多結晶薄膜を形成
することができるので、電子移動度の高い多結晶薄膜を
形成することができる。
て、前記ガスの温度は５００℃〜３０００℃であること
が望ましい。また、上記の多結晶薄膜の形成方法におい
て、多結晶薄膜形成工程では、前記ガスをパルス状に吹
きかけながら、前記エネルギービームをパルス状に照射
することが望ましい。これにより、半導体薄膜の表面に
高温のガスをパルス状に吹きかけるので、基板の温度が
上昇して基板が変形してしまうことはなく、耐熱温度の
低い基板上に多結晶薄膜を形成する場合であっても、良
質な多結晶薄膜を形成することができる。低温で形成す
る場合であっても、結晶粒径の大きい多結晶薄膜を形成
することができるので、電子移動度の高い多結晶薄膜を
形成することができる。
【００１０】また、上記の多結晶薄膜の形成方法におい
て、前記多結晶薄膜形成工程では、前記基板は減圧され
たチャンバ内に載置され、前記ガスは、前記基板近傍に
位置する吹き出し口から前記チャンバ内に流入すること
により前記半導体薄膜に吹きかけられることが望まし
い。また、上記の多結晶薄膜の形成方法において、前記
多結晶薄膜形成工程では、前記吹き出し口に対する前記
基板の位置を徐々に移動することにより、徐々に前記多
結晶薄膜を形成することが望ましい。これにより、吹き
出し口に対する基板の位置が徐々に移動するので、最終
的に、基板上の全面に良質な多結晶薄膜を形成すること
ができる。
て、前記多結晶薄膜形成工程では、前記基板は減圧され
たチャンバ内に載置され、前記ガスは、前記基板近傍に
位置する吹き出し口から前記チャンバ内に流入すること
により前記半導体薄膜に吹きかけられることが望まし
い。また、上記の多結晶薄膜の形成方法において、前記
多結晶薄膜形成工程では、前記吹き出し口に対する前記
基板の位置を徐々に移動することにより、徐々に前記多
結晶薄膜を形成することが望ましい。これにより、吹き
出し口に対する基板の位置が徐々に移動するので、最終
的に、基板上の全面に良質な多結晶薄膜を形成すること
ができる。
【００１１】また、上記の多結晶薄膜の形成方法におい
て、前記多結晶薄膜形成工程では、前記ガスが吹きかけ
られ始める時間より、前記エネルギービームが照射され
始める時間の方が遅く、前記ガスが吹きかけられる時間
は、前記エネルギービームが照射される時間より長いこ
とが望ましい。これにより、高温の不活性ガスにより半
導体薄膜及びその近傍が高温に保持されている際に、半
導体薄膜にエネルギービームが照射されるので、半導体
薄膜の固化速度を遅くすることができ、良質な多結晶薄
膜を形成することができる。
て、前記多結晶薄膜形成工程では、前記ガスが吹きかけ
られ始める時間より、前記エネルギービームが照射され
始める時間の方が遅く、前記ガスが吹きかけられる時間
は、前記エネルギービームが照射される時間より長いこ
とが望ましい。これにより、高温の不活性ガスにより半
導体薄膜及びその近傍が高温に保持されている際に、半
導体薄膜にエネルギービームが照射されるので、半導体
薄膜の固化速度を遅くすることができ、良質な多結晶薄
膜を形成することができる。
【００１２】また、上記の多結晶薄膜の形成方法におい
て、前記多結晶薄膜形成工程では、前記エネルギービー
ムが照射されている際には、少なくとも前記ガスが吹き
かけられていることが望ましい。これにより、高温の不
活性ガスにより半導体薄膜及びその近傍が高温に保持さ
れている際に、半導体薄膜にエネルギービームが照射さ
れるので、半導体薄膜の固化速度を遅くすることがで
き、良質な多結晶薄膜を形成することができる。
て、前記多結晶薄膜形成工程では、前記エネルギービー
ムが照射されている際には、少なくとも前記ガスが吹き
かけられていることが望ましい。これにより、高温の不
活性ガスにより半導体薄膜及びその近傍が高温に保持さ
れている際に、半導体薄膜にエネルギービームが照射さ
れるので、半導体薄膜の固化速度を遅くすることがで
き、良質な多結晶薄膜を形成することができる。
【００１３】また、上記目的は、基板上に半導体薄膜を
形成する半導体薄膜形成工程と、前記半導体薄膜に加熱
されたガスを吹きかけながら、前記半導体薄膜にエネル
ギービームを照射して前記半導体薄膜を溶解し、固化す
る過程で前記半導体薄膜を結晶化して多結晶薄膜を形成
する多結晶薄膜形成工程とを有することを特徴とする薄
膜トランジスタの形成方法により達成される。これによ
り、高温のガスを吹きかけながらエネルギービームを照
射するので、溶融した半導体薄膜の固化速度を遅くする
ことができ、結晶粒径が大きく、結晶粒内の欠陥や双晶
の少ない良好な多結晶薄膜を有する薄膜トランジスタを
形成することができる。
形成する半導体薄膜形成工程と、前記半導体薄膜に加熱
されたガスを吹きかけながら、前記半導体薄膜にエネル
ギービームを照射して前記半導体薄膜を溶解し、固化す
る過程で前記半導体薄膜を結晶化して多結晶薄膜を形成
する多結晶薄膜形成工程とを有することを特徴とする薄
膜トランジスタの形成方法により達成される。これによ
り、高温のガスを吹きかけながらエネルギービームを照
射するので、溶融した半導体薄膜の固化速度を遅くする
ことができ、結晶粒径が大きく、結晶粒内の欠陥や双晶
の少ない良好な多結晶薄膜を有する薄膜トランジスタを
形成することができる。
【００１４】また、上記の薄膜トランジスタの形成方法
において、前記ガスの温度は５００℃〜３０００℃であ
ることが望ましい。また、上記の薄膜トランジスタの形
成方法において、多結晶薄膜形成工程では、前記ガスを
パルス状に吹きかけながら、前記エネルギービームをパ
ルス状に照射することが望ましい。これにより、半導体
薄膜の表面に高温のガスをパルス状に吹きかけるため、
基板の温度が上昇して基板が変形してしまうことはな
く、耐熱温度の低い基板上に多結晶薄膜を形成する場合
であっても、良質な多結晶薄膜を形成することができ
る。低温で形成する場合であっても、結晶粒径の大きい
多結晶薄膜を形成することができるので、電子移動度の
高い薄膜トランジスタを形成することができる。
において、前記ガスの温度は５００℃〜３０００℃であ
ることが望ましい。また、上記の薄膜トランジスタの形
成方法において、多結晶薄膜形成工程では、前記ガスを
パルス状に吹きかけながら、前記エネルギービームをパ
ルス状に照射することが望ましい。これにより、半導体
薄膜の表面に高温のガスをパルス状に吹きかけるため、
基板の温度が上昇して基板が変形してしまうことはな
く、耐熱温度の低い基板上に多結晶薄膜を形成する場合
であっても、良質な多結晶薄膜を形成することができ
る。低温で形成する場合であっても、結晶粒径の大きい
多結晶薄膜を形成することができるので、電子移動度の
高い薄膜トランジスタを形成することができる。
【００１５】また、上記目的は、基板上に形成された半
導体薄膜に加熱されたガスを吹きかけるガス吹きかけ手
段と、前記ガスが吹きかけられている領域の前記半導体
薄膜にエネルギービームを照射して前記半導体薄膜を溶
解するエネルギービーム照射手段とを有することを特徴
とする多結晶薄膜の形成装置により達成される。これに
より、高温のガスを吹きかけながらエネルギービームを
照射するので、溶融した半導体薄膜の固化速度を遅くす
ることができ、結晶粒径が大きく、結晶粒内の欠陥や双
晶の少ない良好な多結晶薄膜を形成することができる。
導体薄膜に加熱されたガスを吹きかけるガス吹きかけ手
段と、前記ガスが吹きかけられている領域の前記半導体
薄膜にエネルギービームを照射して前記半導体薄膜を溶
解するエネルギービーム照射手段とを有することを特徴
とする多結晶薄膜の形成装置により達成される。これに
より、高温のガスを吹きかけながらエネルギービームを
照射するので、溶融した半導体薄膜の固化速度を遅くす
ることができ、結晶粒径が大きく、結晶粒内の欠陥や双
晶の少ない良好な多結晶薄膜を形成することができる。
【００１６】また、上記の多結晶薄膜の形成装置におい
て、前記ガスの温度は５００℃〜３０００℃であること
が望ましい。また、上記の多結晶薄膜の形成装置におい
て、前記ガス吹きかけ手段は、前記ガスをパルス状に吹
きかけ、前記エネルギービーム照射手段は、前記エネル
ギービームをパルス状に照射することが望ましい。これ
により、半導体薄膜の表面に高温のガスをパルス状に吹
きかけるため、基板の温度が上昇して基板が変形してし
まうことはなく、耐熱温度の低い基板上に多結晶薄膜を
形成する場合であっても、良質な多結晶薄膜を形成する
ことができる。低温で形成する場合であっても、結晶粒
径の大きい多結晶薄膜を形成することができるので、電
子移動度の高い多結晶薄膜を形成することができる。
て、前記ガスの温度は５００℃〜３０００℃であること
が望ましい。また、上記の多結晶薄膜の形成装置におい
て、前記ガス吹きかけ手段は、前記ガスをパルス状に吹
きかけ、前記エネルギービーム照射手段は、前記エネル
ギービームをパルス状に照射することが望ましい。これ
により、半導体薄膜の表面に高温のガスをパルス状に吹
きかけるため、基板の温度が上昇して基板が変形してし
まうことはなく、耐熱温度の低い基板上に多結晶薄膜を
形成する場合であっても、良質な多結晶薄膜を形成する
ことができる。低温で形成する場合であっても、結晶粒
径の大きい多結晶薄膜を形成することができるので、電
子移動度の高い多結晶薄膜を形成することができる。
【００１７】また、上記の多結晶薄膜の形成装置におい
て、前記基板を載置するチャンバと、前記チャンバ内を
減圧する減圧手段とを更に有し、前記ガス吹きかけ手段
には、前記ガスを吹き出す吹き出し口が形成されてお
り、前記ガスは、前記吹き出し口から前記チャンバ内に
流入することにより前記半導体薄膜に吹きかけられるこ
とが望ましい。
て、前記基板を載置するチャンバと、前記チャンバ内を
減圧する減圧手段とを更に有し、前記ガス吹きかけ手段
には、前記ガスを吹き出す吹き出し口が形成されてお
り、前記ガスは、前記吹き出し口から前記チャンバ内に
流入することにより前記半導体薄膜に吹きかけられるこ
とが望ましい。
【００１８】また、上記の多結晶薄膜の形成装置におい
て、前記ガス吹きかけ手段は、前記ガスの流出を制御す
る開閉弁を有し、前記開閉弁は、弁の開閉に応じて信号
を出力し、前記エネルギービーム照射手段は、前記開閉
弁からの前記信号に応じてエネルギービームを照射する
ことが望ましい。これにより、高温の不活性ガスにより
半導体薄膜及びその近傍が高温に保持されている際に、
半導体薄膜にエネルギービームが照射されるので、半導
体薄膜の固化速度を遅くすることができ、良質な多結晶
薄膜を形成することができる。
て、前記ガス吹きかけ手段は、前記ガスの流出を制御す
る開閉弁を有し、前記開閉弁は、弁の開閉に応じて信号
を出力し、前記エネルギービーム照射手段は、前記開閉
弁からの前記信号に応じてエネルギービームを照射する
ことが望ましい。これにより、高温の不活性ガスにより
半導体薄膜及びその近傍が高温に保持されている際に、
半導体薄膜にエネルギービームが照射されるので、半導
体薄膜の固化速度を遅くすることができ、良質な多結晶
薄膜を形成することができる。
【００１９】また、上記の多結晶薄膜の形成装置におい
て、前記吹き出し口に対する前記基板の位置を、前記開
閉弁からの前記信号に応じて徐々に移動する基板移動手
段を更に有することが望ましい。これにより、吹き出し
口に対する基板の位置が徐々に移動するので、最終的
に、基板上の全面に良質な多結晶薄膜を形成することが
できる。
て、前記吹き出し口に対する前記基板の位置を、前記開
閉弁からの前記信号に応じて徐々に移動する基板移動手
段を更に有することが望ましい。これにより、吹き出し
口に対する基板の位置が徐々に移動するので、最終的
に、基板上の全面に良質な多結晶薄膜を形成することが
できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態による多結晶
薄膜の形成方法及び形成装置を図１乃至図３を用いて説
明する。図１は、本実施形態による多結晶薄膜の形成装
置の全体構成を示す概念図である。図２は、本実施形態
による多結晶薄膜の形成装置の一部を示す概念図であ
る。図３は、高温ガスを吹きかけるタイミング、レーザ
ビームを照射するタイミング、及び半導体薄膜の表面温
度の変化を示すタイムチャートである。
薄膜の形成方法及び形成装置を図１乃至図３を用いて説
明する。図１は、本実施形態による多結晶薄膜の形成装
置の全体構成を示す概念図である。図２は、本実施形態
による多結晶薄膜の形成装置の一部を示す概念図であ
る。図３は、高温ガスを吹きかけるタイミング、レーザ
ビームを照射するタイミング、及び半導体薄膜の表面温
度の変化を示すタイムチャートである。
【００２１】（多結晶薄膜の形成装置）まず、本発明の
一実施形態による多結晶薄膜の形成装置を図１及び図２
を用いて説明する。図１に示すように、チャンバ１０内
にはＸ−Ｙステージ１２が設けられており、Ｘ−Ｙステ
ージ１２には表面に半導体薄膜１５（図２参照）が形成
された基板１４が載置される。Ｘ−Ｙステージ１２には
開閉弁１６の開閉に応じて開閉弁１６からパルス信号が
入力され、Ｘ−Ｙステージ１２は開閉弁１６からのパル
ス信号に基づいて例えば０．０５ｍｍ／パルスで移動す
る。また、Ｘ−Ｙステージ１２にはヒータ（図示せず）
が設けられており、基板１４は必要に応じて加熱され
る。
一実施形態による多結晶薄膜の形成装置を図１及び図２
を用いて説明する。図１に示すように、チャンバ１０内
にはＸ−Ｙステージ１２が設けられており、Ｘ−Ｙステ
ージ１２には表面に半導体薄膜１５（図２参照）が形成
された基板１４が載置される。Ｘ−Ｙステージ１２には
開閉弁１６の開閉に応じて開閉弁１６からパルス信号が
入力され、Ｘ−Ｙステージ１２は開閉弁１６からのパル
ス信号に基づいて例えば０．０５ｍｍ／パルスで移動す
る。また、Ｘ−Ｙステージ１２にはヒータ（図示せず）
が設けられており、基板１４は必要に応じて加熱され
る。
【００２２】チャンバ１０の排気管１８にはターボポン
プ２０が接続されており、ターボポンプ２０とロータリ
ーポンプ２２とによりチャンバ１０内の空気が排気され
る。基板１４上に形成された半導体薄膜１５には、下記
のようにして高温の不活性ガスがパルス状に吹きかけら
れる。即ち、図１に示すように、ガスボトル２４内の不
活性ガスは、予備加熱室２６に流入し、予備加熱室２６
内で所定の温度、例えば１００℃に加熱される。不活性
ガスとしては、例えばアルゴンガス等を用いることがで
きる。予備加熱室２６で所定の温度に加熱された不活性
ガスは、一定周期でパルス状に開く開閉弁１６により、
加熱室２８と吹きかけノズル３０とを通り、図２に示す
ように半導体薄膜１５の表面にパルス状に吹きかけられ
る。
プ２０が接続されており、ターボポンプ２０とロータリ
ーポンプ２２とによりチャンバ１０内の空気が排気され
る。基板１４上に形成された半導体薄膜１５には、下記
のようにして高温の不活性ガスがパルス状に吹きかけら
れる。即ち、図１に示すように、ガスボトル２４内の不
活性ガスは、予備加熱室２６に流入し、予備加熱室２６
内で所定の温度、例えば１００℃に加熱される。不活性
ガスとしては、例えばアルゴンガス等を用いることがで
きる。予備加熱室２６で所定の温度に加熱された不活性
ガスは、一定周期でパルス状に開く開閉弁１６により、
加熱室２８と吹きかけノズル３０とを通り、図２に示す
ように半導体薄膜１５の表面にパルス状に吹きかけられ
る。
【００２３】加熱室２８と吹きかけノズル３０にはそれ
ぞれヒータ３２、３４が設けられており、不活性ガスは
ヒータ３２、３４により例えば６００℃に加熱される。
吹きかけノズル３０の吹き出し口３０ａは、基板１４上
の半導体薄膜のレーザビームが照射される領域より広い
領域に高温の不活性ガスを吹きかけることができるよ
う、大きめに形成されている。
ぞれヒータ３２、３４が設けられており、不活性ガスは
ヒータ３２、３４により例えば６００℃に加熱される。
吹きかけノズル３０の吹き出し口３０ａは、基板１４上
の半導体薄膜のレーザビームが照射される領域より広い
領域に高温の不活性ガスを吹きかけることができるよ
う、大きめに形成されている。
【００２４】一方、ＸｅＣｌエキシマレーザ３６から
は、高温の不活性ガスが吹きかけられるタイミングに対
応してレーザビーム３８がパルス状に照射され、レーザ
ビーム３８はホモジェナイザ４０により均質化された
後、基板１４上の半導体薄膜１５に照射される。即ち、
開閉弁１６の開閉に応じてディレイ回路４２にパルス信
号が入力され、ディレイ回路４２で遅延された信号は、
ＸｅＣｌエキシマレーザ３６に入力される。ＸｅＣｌエ
キシマレーザ３６は入力された信号に基づいて、一定時
間レーザビーム３８を照射する。ＸｅＣｌエキシマレー
ザ３６から照射されたレーザビーム３８は、図２に示す
ようにホモジェナイザ４０により均質化され、半導体薄
膜１５に照射される。
は、高温の不活性ガスが吹きかけられるタイミングに対
応してレーザビーム３８がパルス状に照射され、レーザ
ビーム３８はホモジェナイザ４０により均質化された
後、基板１４上の半導体薄膜１５に照射される。即ち、
開閉弁１６の開閉に応じてディレイ回路４２にパルス信
号が入力され、ディレイ回路４２で遅延された信号は、
ＸｅＣｌエキシマレーザ３６に入力される。ＸｅＣｌエ
キシマレーザ３６は入力された信号に基づいて、一定時
間レーザビーム３８を照射する。ＸｅＣｌエキシマレー
ザ３６から照射されたレーザビーム３８は、図２に示す
ようにホモジェナイザ４０により均質化され、半導体薄
膜１５に照射される。
【００２５】こうして、基板１４上に形成された半導体
薄膜１５の表面には、高温の不活性ガスがパルス状に吹
きかけられながら、レーザビーム３８がパルス状に照射
される。基板１４はＸ−Ｙステージ１２により図２の矢
印の方向に適宜移動されるので、結果的に全面に多結晶
薄膜が形成されることとなる。 （多結晶薄膜の形成方法）次に、本実施形態による多結
晶薄膜の形成方法を、多結晶シリコン薄膜を形成する場
合を例に図１乃至図３を用いて説明する。図３（ａ）は
高温ガスを吹きかけるタイミング、図３（ｂ）はレーザ
ビームを照射するタイミング、図３（ｃ）は半導体薄膜
の表面温度の変化を示すタイムチャートである。
薄膜１５の表面には、高温の不活性ガスがパルス状に吹
きかけられながら、レーザビーム３８がパルス状に照射
される。基板１４はＸ−Ｙステージ１２により図２の矢
印の方向に適宜移動されるので、結果的に全面に多結晶
薄膜が形成されることとなる。 （多結晶薄膜の形成方法）次に、本実施形態による多結
晶薄膜の形成方法を、多結晶シリコン薄膜を形成する場
合を例に図１乃至図３を用いて説明する。図３（ａ）は
高温ガスを吹きかけるタイミング、図３（ｂ）はレーザ
ビームを照射するタイミング、図３（ｃ）は半導体薄膜
の表面温度の変化を示すタイムチャートである。
【００２６】まず、基板１４上に、例えば膜厚７０ｎｍ
のシリコン薄膜より成る半導体薄膜１５を形成する。基
板１４としては、例えばガラス基板を用いることがで
き、シリコン薄膜としては、例えばアモルファスシリコ
ン薄膜を用いることができる。次に、半導体薄膜１５が
形成された基板１４を、チャンバ１０内のＸ−Ｙステー
ジ１２上に載置する。
のシリコン薄膜より成る半導体薄膜１５を形成する。基
板１４としては、例えばガラス基板を用いることがで
き、シリコン薄膜としては、例えばアモルファスシリコ
ン薄膜を用いることができる。次に、半導体薄膜１５が
形成された基板１４を、チャンバ１０内のＸ−Ｙステー
ジ１２上に載置する。
【００２７】次に、チャンバ１０内の空気を排気し、チ
ャンバ１０内の圧力を例えば１×１０-2Ｐａにまで低下
させる。次に、基板１４上の半導体薄膜１５に高温の不
活性ガスをパルス状に吹きかけながら、レーザビーム３
８をパルス状に照射する。高温の不活性ガスを吹きかけ
るタイミングは例えば図３（ａ）のように設定すればよ
く、レーザビームを照射するタイミングとは例えば図３
（ｂ）のように設定すればよい。
ャンバ１０内の圧力を例えば１×１０-2Ｐａにまで低下
させる。次に、基板１４上の半導体薄膜１５に高温の不
活性ガスをパルス状に吹きかけながら、レーザビーム３
８をパルス状に照射する。高温の不活性ガスを吹きかけ
るタイミングは例えば図３（ａ）のように設定すればよ
く、レーザビームを照射するタイミングとは例えば図３
（ｂ）のように設定すればよい。
【００２８】即ち、図３（ａ）に示すように、高温の不
活性ガスを吹きかける場合のパルス幅は例えば７０ｍｓ
とし、パルスの周波数は例えば１Ｈｚ（周期：１秒）と
すればよい。不活性ガスは加圧する必要はない。不活性
ガスを加圧しなくても、チャンバ１０内の圧力が予備加
熱室２６内の圧力よりも低いため、チャンバ１０と予備
加熱室２６との間の気圧差により不活性ガスが半導体薄
膜１５に吹きかけられる。不活性ガスがチャンバ１０内
に流入することによりチャンバ１０内の圧力は一時的に
上昇し、例えば１Ｐａ程度となる場合もあるが、この程
度の圧力であれば何ら問題なく不活性ガスを半導体薄膜
１５に吹きかけることができる。
活性ガスを吹きかける場合のパルス幅は例えば７０ｍｓ
とし、パルスの周波数は例えば１Ｈｚ（周期：１秒）と
すればよい。不活性ガスは加圧する必要はない。不活性
ガスを加圧しなくても、チャンバ１０内の圧力が予備加
熱室２６内の圧力よりも低いため、チャンバ１０と予備
加熱室２６との間の気圧差により不活性ガスが半導体薄
膜１５に吹きかけられる。不活性ガスがチャンバ１０内
に流入することによりチャンバ１０内の圧力は一時的に
上昇し、例えば１Ｐａ程度となる場合もあるが、この程
度の圧力であれば何ら問題なく不活性ガスを半導体薄膜
１５に吹きかけることができる。
【００２９】一方、図３（ｂ）に示すように、ＸｅＣｌ
エキシマレーザ３６からレーザビーム３８を照射し始め
るタイミングは、不活性ガスにより半導体薄膜１５及び
その近傍が高温に保持されている際にレーザビーム３８
が半導体薄膜１５に照射されるよう、不活性ガスを吹き
かけ始めるタイミングより例えば３０ｍｓ間遅らせれば
よい。ディレイ回路４２による遅延時間を３０ｍｓ間と
することにより、このようなタイミングでレーザビーム
３８を照射することができる。また、ＸｅＣｌエキシマ
レーザ３６からレーザビーム３８を照射する時間、即ち
パルス幅は、半導体薄膜１５を溶融することができるよ
うに適宜設定することが望ましく、例えば図３（ｂ）に
示すように３０ｎｓとすることができる。
エキシマレーザ３６からレーザビーム３８を照射し始め
るタイミングは、不活性ガスにより半導体薄膜１５及び
その近傍が高温に保持されている際にレーザビーム３８
が半導体薄膜１５に照射されるよう、不活性ガスを吹き
かけ始めるタイミングより例えば３０ｍｓ間遅らせれば
よい。ディレイ回路４２による遅延時間を３０ｍｓ間と
することにより、このようなタイミングでレーザビーム
３８を照射することができる。また、ＸｅＣｌエキシマ
レーザ３６からレーザビーム３８を照射する時間、即ち
パルス幅は、半導体薄膜１５を溶融することができるよ
うに適宜設定することが望ましく、例えば図３（ｂ）に
示すように３０ｎｓとすることができる。
【００３０】なお、レーザビーム３８が照射されなくな
った後も、高温の不活性ガスは半導体薄膜１５に吹きか
けられていることが望ましい。レーザビーム３８が照射
されなくなった後も高温の不活性ガスが半導体薄膜１５
に吹きかけられているので、図３（ｃ）に示すように半
導体薄膜１５が冷却されるまでの時間を長くすることが
できる。これにより、レーザビーム３８により溶解され
た半導体薄膜１５の固化速度を遅くすることができるの
で、良質な多結晶薄膜を形成することが可能となる。
った後も、高温の不活性ガスは半導体薄膜１５に吹きか
けられていることが望ましい。レーザビーム３８が照射
されなくなった後も高温の不活性ガスが半導体薄膜１５
に吹きかけられているので、図３（ｃ）に示すように半
導体薄膜１５が冷却されるまでの時間を長くすることが
できる。これにより、レーザビーム３８により溶解され
た半導体薄膜１５の固化速度を遅くすることができるの
で、良質な多結晶薄膜を形成することが可能となる。
【００３１】こうして、パルス幅３０ｎｓ、パルスの周
波数１Ｈｚのレーザビーム３８が、高温の不活性ガスの
吹きかけ開始から３０ｍｓ間ずつ遅延して、基板１４上
の半導体薄膜１５に照射されることとなる。なお、Ｘｅ
Ｃｌエキシマレーザ３６から発せられるレーザビーム３
８は、ホモジェナイザ４０により適宜成形することが望
ましく、例えば１００ｍｍ×１ｍｍの形状に成形すれば
よい。
波数１Ｈｚのレーザビーム３８が、高温の不活性ガスの
吹きかけ開始から３０ｍｓ間ずつ遅延して、基板１４上
の半導体薄膜１５に照射されることとなる。なお、Ｘｅ
Ｃｌエキシマレーザ３６から発せられるレーザビーム３
８は、ホモジェナイザ４０により適宜成形することが望
ましく、例えば１００ｍｍ×１ｍｍの形状に成形すれば
よい。
【００３２】開閉弁１６から出力される信号は、Ｘ−Ｙ
ステージ１４に入力され、Ｘ−Ｙステージ１４は０．０
５ｍｍ／パルスで移動する。こうして、最終的に基板１
４上に良質な多結晶薄膜が形成されることとなる。 （結晶構造）次に、提案されている方法により多結晶薄
膜を形成した場合、即ち高温の不活性ガスを吹きかける
ことなくレーザビームを照射して多結晶薄膜を形成した
場合の結晶構造と、本実施形態により多結晶薄膜を形成
した場合、即ち高温の不活性ガスをパルス状に吹きかけ
ながらレーザビームをパルス状に照射して多結晶薄膜を
形成した場合の結晶構造について、図４（ａ）及び図４
（ｂ）を用いて説明する。ここでは、多結晶薄膜の一例
として、多結晶シリコン薄膜を形成した場合について説
明する。
ステージ１４に入力され、Ｘ−Ｙステージ１４は０．０
５ｍｍ／パルスで移動する。こうして、最終的に基板１
４上に良質な多結晶薄膜が形成されることとなる。 （結晶構造）次に、提案されている方法により多結晶薄
膜を形成した場合、即ち高温の不活性ガスを吹きかける
ことなくレーザビームを照射して多結晶薄膜を形成した
場合の結晶構造と、本実施形態により多結晶薄膜を形成
した場合、即ち高温の不活性ガスをパルス状に吹きかけ
ながらレーザビームをパルス状に照射して多結晶薄膜を
形成した場合の結晶構造について、図４（ａ）及び図４
（ｂ）を用いて説明する。ここでは、多結晶薄膜の一例
として、多結晶シリコン薄膜を形成した場合について説
明する。
【００３３】図４（ａ）は、提案されている方法により
多結晶シリコン薄膜を形成した場合の結晶構造を示す模
式図である。多結晶シリコン薄膜を形成した後、セコエ
ッチングを行い、走査電子顕微鏡により観測した。ガラ
ス基板上に予め形成する半導体薄膜としてはアモルファ
スシリコン薄膜を用い、照射するレーザビームのエネル
ギーは３５０ｍＪ／ｃｍ2とした。
多結晶シリコン薄膜を形成した場合の結晶構造を示す模
式図である。多結晶シリコン薄膜を形成した後、セコエ
ッチングを行い、走査電子顕微鏡により観測した。ガラ
ス基板上に予め形成する半導体薄膜としてはアモルファ
スシリコン薄膜を用い、照射するレーザビームのエネル
ギーは３５０ｍＪ／ｃｍ2とした。
【００３４】一方、図４（ｂ）は、本実施形態により多
結晶シリコン薄膜を形成した場合の結晶構造を示す模式
図である。図４（ａ）と同様に、多結晶シリコン薄膜を
形成した後、セコエッチングを行い、走査電子顕微鏡に
より観測した。ガラス基板上に予め形成するシリコン薄
膜としては図４（ａ）の場合と同様にアモルファスシリ
コン薄膜を用い、照射するレーザビームのエネルギーは
３００ｍＪ／ｃｍ2とした。
結晶シリコン薄膜を形成した場合の結晶構造を示す模式
図である。図４（ａ）と同様に、多結晶シリコン薄膜を
形成した後、セコエッチングを行い、走査電子顕微鏡に
より観測した。ガラス基板上に予め形成するシリコン薄
膜としては図４（ａ）の場合と同様にアモルファスシリ
コン薄膜を用い、照射するレーザビームのエネルギーは
３００ｍＪ／ｃｍ2とした。
【００３５】図４（ａ）に示すように、提案されている
方法により形成された多結晶シリコン薄膜の結晶構造
は、結晶粒子４４の粒径は約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ
である。これに対し、図４（ｂ）に示すように、本実施
形態により形成された多結晶シリコン薄膜の結晶構造
は、結晶粒子４６の粒径が約３００ｎｍ〜約６００ｎｍ
である。即ち、本実施形態によれば、提案されている方
法に比べて、多結晶シリコン薄膜の結晶粒径を約３倍程
度に大きくすることが可能となる。
方法により形成された多結晶シリコン薄膜の結晶構造
は、結晶粒子４４の粒径は約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ
である。これに対し、図４（ｂ）に示すように、本実施
形態により形成された多結晶シリコン薄膜の結晶構造
は、結晶粒子４６の粒径が約３００ｎｍ〜約６００ｎｍ
である。即ち、本実施形態によれば、提案されている方
法に比べて、多結晶シリコン薄膜の結晶粒径を約３倍程
度に大きくすることが可能となる。
【００３６】このように、本実施形態によれば、結晶粒
径の大きい多結晶薄膜を形成することができる。 （電気的特性）次に、本実施形態による多結晶薄膜の電
気的特性について、薄膜トランジスタに用いた場合を例
に、図５乃至図７を用いて説明する。図５は、多結晶薄
膜の電気的特性の評価に用いた薄膜トランジスタを示す
断面図及び平面図である。図５（ａ）は薄膜トランジス
タの平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ′
線断面図である。図６は、薄膜トランジスタのＩD−ＶG
（ＩD：ドレイン電流、ＶG：ゲート電圧）特性を示すグ
ラフである。図７は、薄膜トランジスタの電子移動度特
性を示すグラフである。
径の大きい多結晶薄膜を形成することができる。 （電気的特性）次に、本実施形態による多結晶薄膜の電
気的特性について、薄膜トランジスタに用いた場合を例
に、図５乃至図７を用いて説明する。図５は、多結晶薄
膜の電気的特性の評価に用いた薄膜トランジスタを示す
断面図及び平面図である。図５（ａ）は薄膜トランジス
タの平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ′
線断面図である。図６は、薄膜トランジスタのＩD−ＶG
（ＩD：ドレイン電流、ＶG：ゲート電圧）特性を示すグ
ラフである。図７は、薄膜トランジスタの電子移動度特
性を示すグラフである。
【００３７】図５（ｂ）に示すように、ガラス基板４８
上には、上記のようにして形成された膜厚７０ｎｍの多
結晶シリコン薄膜より成る多結晶薄膜５０が形成されて
いる。なお、提案されている方法により形成した多結晶
薄膜を用いた場合と、本実施形態により形成された多結
晶薄膜を用いた場合とを比較するため、それぞれの多結
晶薄膜を用いてそれぞれ薄膜トランジスタを形成した。
上には、上記のようにして形成された膜厚７０ｎｍの多
結晶シリコン薄膜より成る多結晶薄膜５０が形成されて
いる。なお、提案されている方法により形成した多結晶
薄膜を用いた場合と、本実施形態により形成された多結
晶薄膜を用いた場合とを比較するため、それぞれの多結
晶薄膜を用いてそれぞれ薄膜トランジスタを形成した。
【００３８】また、多結晶薄膜５０上には、膜厚１２０
ｎｍのゲート絶縁膜５２が形成されている。ゲート絶縁
膜５２上には、アルミニウム膜より成るゲート電極５４
が形成されている。なお、ゲート電極５４のゲート長ａ
（図５（ａ）参照）は１０μｍであり、多結晶薄膜５０
の幅ｂは３０μｍである。多結晶薄膜５０には、ゲート
電極５４に自己整合で不純物としてリンが低濃度に導入
されており、これにより低濃度拡散層５６ａが形成され
ている。また、多結晶薄膜５０には、高濃度拡散層５６
ｂが形成されている。これら低濃度拡散層５６ａと高濃
度拡散層５６ｂとにより、ソース／ドレイン拡散層５６
が構成されている。
ｎｍのゲート絶縁膜５２が形成されている。ゲート絶縁
膜５２上には、アルミニウム膜より成るゲート電極５４
が形成されている。なお、ゲート電極５４のゲート長ａ
（図５（ａ）参照）は１０μｍであり、多結晶薄膜５０
の幅ｂは３０μｍである。多結晶薄膜５０には、ゲート
電極５４に自己整合で不純物としてリンが低濃度に導入
されており、これにより低濃度拡散層５６ａが形成され
ている。また、多結晶薄膜５０には、高濃度拡散層５６
ｂが形成されている。これら低濃度拡散層５６ａと高濃
度拡散層５６ｂとにより、ソース／ドレイン拡散層５６
が構成されている。
【００３９】そして更に、全面に層間絶縁膜５８が形成
されており、層間絶縁膜５８には、層間絶縁膜５８表面
から高濃度拡散層５６ｂに達するコンタクトホール６０
が形成されている。高濃度拡散層５６ｂには、コンタク
トホール６０を介してソース／ドレイン電極６２が形成
されている。このようにして形成された薄膜トランジス
タのＩD−ＶG特性を図６を用いて説明する。
されており、層間絶縁膜５８には、層間絶縁膜５８表面
から高濃度拡散層５６ｂに達するコンタクトホール６０
が形成されている。高濃度拡散層５６ｂには、コンタク
トホール６０を介してソース／ドレイン電極６２が形成
されている。このようにして形成された薄膜トランジス
タのＩD−ＶG特性を図６を用いて説明する。
【００４０】図６（ａ）は、提案されている方法により
形成された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジスタのＩD
−ＶG特性を示すグラフである。一方、図６（ｂ）は、
本実施形態により形成された多結晶薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタのＩD−ＶG特性を示すグラフである。図６
（ａ）及び図６（ｂ）のいずれも、横軸はゲート電圧Ｖ
Gを示しており、縦軸はドレイン電流ＩDを示している。
なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）のいずれもＶD＝１Ｖ
（ＶD：ドレイン電圧）でのＩD−ＶG特性である。
形成された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジスタのＩD
−ＶG特性を示すグラフである。一方、図６（ｂ）は、
本実施形態により形成された多結晶薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタのＩD−ＶG特性を示すグラフである。図６
（ａ）及び図６（ｂ）のいずれも、横軸はゲート電圧Ｖ
Gを示しており、縦軸はドレイン電流ＩDを示している。
なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）のいずれもＶD＝１Ｖ
（ＶD：ドレイン電圧）でのＩD−ＶG特性である。
【００４１】図６（ｂ）に示すように、本実施形態によ
り形成された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジスタのＩ
D−ＶG特性は、図６（ａ）に示す提案されている方法に
より形成された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジスタよ
り良好なＩD−ＶG特性が得られている。次に、上記の薄
膜トランジスタの電子移動度特性を図７を用いて説明す
る。
り形成された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジスタのＩ
D−ＶG特性は、図６（ａ）に示す提案されている方法に
より形成された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジスタよ
り良好なＩD−ＶG特性が得られている。次に、上記の薄
膜トランジスタの電子移動度特性を図７を用いて説明す
る。
【００４２】図７（ａ）は、提案されている方法により
形成された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジスタの電子
移動度特性を示すグラフである。一方、図７（ｂ）は、
本実施形態により形成された多結晶薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタの電子移動度特性を示すグラフである。図７
（ａ）及び図７（ｂ）のいずれも、横軸はゲート電圧Ｖ
Gを示しており、縦軸は電子移動度を示している。な
お、図７（ａ）及び図７（ｂ）のいずれもＶD＝１Ｖ
（ＶD：ドレイン電圧）での電子移動度、即ち薄膜トラ
ンジスタの線形領域での電子移動度である。
形成された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジスタの電子
移動度特性を示すグラフである。一方、図７（ｂ）は、
本実施形態により形成された多結晶薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタの電子移動度特性を示すグラフである。図７
（ａ）及び図７（ｂ）のいずれも、横軸はゲート電圧Ｖ
Gを示しており、縦軸は電子移動度を示している。な
お、図７（ａ）及び図７（ｂ）のいずれもＶD＝１Ｖ
（ＶD：ドレイン電圧）での電子移動度、即ち薄膜トラ
ンジスタの線形領域での電子移動度である。
【００４３】図７（ａ）に示すように、提案されている
方法により形成された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジ
スタの電子移動度の最大値は１００ｃｍ2／Ｖsecである
のに対し、本実施形態により形成された多結晶薄膜を用
いた薄膜トランジスタの電子移動度の最大値は２００ｃ
ｍ2／Ｖsecであった。このように本実施形態により形成
された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、提案
されている方法で形成された多結晶薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタに比べて、約２倍の電子移動度を得られた。
方法により形成された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジ
スタの電子移動度の最大値は１００ｃｍ2／Ｖsecである
のに対し、本実施形態により形成された多結晶薄膜を用
いた薄膜トランジスタの電子移動度の最大値は２００ｃ
ｍ2／Ｖsecであった。このように本実施形態により形成
された多結晶薄膜を用いた薄膜トランジスタでは、提案
されている方法で形成された多結晶薄膜を用いた薄膜ト
ランジスタに比べて、約２倍の電子移動度を得られた。
【００４４】このように、本実施形態によれば、高温の
不活性ガスをパルス状の吹きかけながらレーザビームを
パルス状に照射するので、溶融した半導体薄膜の固化速
度を遅くすることができ、これにより、結晶粒径が大き
く、結晶粒内の欠陥や双晶の少ない良好な多結晶薄膜を
形成することができる。半導体薄膜の表面に吹きかけら
れる高温の不活性ガスはパルス状であるため、基板の温
度が上昇して基板が変形してしまうことはなく、耐熱温
度の低い基板上に多結晶薄膜を形成する場合であって
も、良質な多結晶薄膜を形成することができる。低温で
形成する場合であっても、結晶粒径の大きい多結晶薄膜
を形成することができるので、電子移動度の高い多結晶
薄膜を形成することができる。
不活性ガスをパルス状の吹きかけながらレーザビームを
パルス状に照射するので、溶融した半導体薄膜の固化速
度を遅くすることができ、これにより、結晶粒径が大き
く、結晶粒内の欠陥や双晶の少ない良好な多結晶薄膜を
形成することができる。半導体薄膜の表面に吹きかけら
れる高温の不活性ガスはパルス状であるため、基板の温
度が上昇して基板が変形してしまうことはなく、耐熱温
度の低い基板上に多結晶薄膜を形成する場合であって
も、良質な多結晶薄膜を形成することができる。低温で
形成する場合であっても、結晶粒径の大きい多結晶薄膜
を形成することができるので、電子移動度の高い多結晶
薄膜を形成することができる。
【００４５】［変形実施形態］本発明は上記実施形態に
限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態
では、高温の不活性ガスが吹きかけられている際にレー
ザビームをパルス状に照射したが、レーザビームを照射
するタイミングは上記実施形態に限定されるものではな
く、溶融した半導体薄膜の固化速度を遅くすることがで
きるならば、例えば、高温の不活性ガスを吹きかけ終わ
った直後にレーザビームをパルス状に照射してもよい。
高温の不活性ガスを吹きかけ終わった直後であれば、高
温の不活性ガスにより半導体薄膜及びその近傍が高温に
保持されているので、半導体薄膜の固化速度を遅くする
ことができ、これにより良質な多結晶薄膜を形成するこ
とができる。
限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態
では、高温の不活性ガスが吹きかけられている際にレー
ザビームをパルス状に照射したが、レーザビームを照射
するタイミングは上記実施形態に限定されるものではな
く、溶融した半導体薄膜の固化速度を遅くすることがで
きるならば、例えば、高温の不活性ガスを吹きかけ終わ
った直後にレーザビームをパルス状に照射してもよい。
高温の不活性ガスを吹きかけ終わった直後であれば、高
温の不活性ガスにより半導体薄膜及びその近傍が高温に
保持されているので、半導体薄膜の固化速度を遅くする
ことができ、これにより良質な多結晶薄膜を形成するこ
とができる。
【００４６】また、上記実施形態では、膜厚７０ｎｍの
シリコン薄膜を用いたが、シリコン薄膜の膜厚は７０ｎ
ｍに限定されるものではなく、例えば３０〜１００ｎｍ
程度の範囲で適宜設定してもよい。また、上記実施形態
では、不活性ガスを６００℃に加熱して基板上の半導体
薄膜に吹きかけたが、不活性ガスの温度は６００℃に限
定されるものではなく、例えば５００℃〜３０００℃の
範囲に適宜設定することができ、好ましくは６００℃〜
２０００℃の範囲に設定することができる。
シリコン薄膜を用いたが、シリコン薄膜の膜厚は７０ｎ
ｍに限定されるものではなく、例えば３０〜１００ｎｍ
程度の範囲で適宜設定してもよい。また、上記実施形態
では、不活性ガスを６００℃に加熱して基板上の半導体
薄膜に吹きかけたが、不活性ガスの温度は６００℃に限
定されるものではなく、例えば５００℃〜３０００℃の
範囲に適宜設定することができ、好ましくは６００℃〜
２０００℃の範囲に設定することができる。
【００４７】また、上記実施形態では、基板上の半導体
薄膜に吹きかけるガスとしてアルゴンガスを用いたが、
アルゴンガスに限定されるものではなく、半導体薄膜の
特性を劣化させないガスであれば、例えば窒素ガスなど
他のガスを用いてもよい。また、上記実施形態では基板
上に形成するシリコン薄膜として、アモルファスシリコ
ン膜を用いたが、アモルファスシリコン膜に限定される
ものではなく、例えば多結晶シリコン薄膜、微結晶シリ
コン（Microcrystal、Nanocrystal）薄膜等のシリコン
薄膜を用いてもよい。
薄膜に吹きかけるガスとしてアルゴンガスを用いたが、
アルゴンガスに限定されるものではなく、半導体薄膜の
特性を劣化させないガスであれば、例えば窒素ガスなど
他のガスを用いてもよい。また、上記実施形態では基板
上に形成するシリコン薄膜として、アモルファスシリコ
ン膜を用いたが、アモルファスシリコン膜に限定される
ものではなく、例えば多結晶シリコン薄膜、微結晶シリ
コン（Microcrystal、Nanocrystal）薄膜等のシリコン
薄膜を用いてもよい。
【００４８】また、高温の不活性ガスをパルス状に吹き
かける際の周波数、レーザビームをパルス状に照射する
際の周波数、高温の不活性ガスの吹きかけとレーザビー
ムの照射とのタイミング、高温の不活性ガスを吹きかけ
る時間、高温の不活性ガスの流量、高温の不活性ガスの
種類、高温の不活性ガスの温度、Ｘ−Ｙステージにより
ガラス基板を移動する速度、吹きかけノズルとレーザビ
ームとの位置関係などは適宜設定することが望ましい。
これらのパラメータの最適化により、更に高品質な多結
晶シリコン薄膜を形成することができる。
かける際の周波数、レーザビームをパルス状に照射する
際の周波数、高温の不活性ガスの吹きかけとレーザビー
ムの照射とのタイミング、高温の不活性ガスを吹きかけ
る時間、高温の不活性ガスの流量、高温の不活性ガスの
種類、高温の不活性ガスの温度、Ｘ−Ｙステージにより
ガラス基板を移動する速度、吹きかけノズルとレーザビ
ームとの位置関係などは適宜設定することが望ましい。
これらのパラメータの最適化により、更に高品質な多結
晶シリコン薄膜を形成することができる。
【００４９】また、上記実施形態では基板を加熱しなか
ったが、基板を加熱することにより、溶解した半導体薄
膜の固化速度を更に遅くしてもよい。溶解した半導体薄
膜の固化速度を更に遅くすることにより、更に結晶粒径
を大きくすることができる。また、シリコン薄膜にレー
ザビームを照射する際の面積を大きくすれば、より効率
よく多結晶シリコン薄膜を形成することができる。
ったが、基板を加熱することにより、溶解した半導体薄
膜の固化速度を更に遅くしてもよい。溶解した半導体薄
膜の固化速度を更に遅くすることにより、更に結晶粒径
を大きくすることができる。また、シリコン薄膜にレー
ザビームを照射する際の面積を大きくすれば、より効率
よく多結晶シリコン薄膜を形成することができる。
【００５０】また、上記実施形態では、レーザビームを
エネルギービームとして用いたが、エネルギービームは
レーザビームに限定されるものではなく、半導体薄膜を
溶解することができるエネルギービームであれば例えば
電子ビーム等を用いてもよい。また、上記実施形態で
は、ガラス基板を基板として用いたが、基板はガラス基
板に限定されるものではなく、例えば石英、サファイア
等の透明な基板を用いることができる。
エネルギービームとして用いたが、エネルギービームは
レーザビームに限定されるものではなく、半導体薄膜を
溶解することができるエネルギービームであれば例えば
電子ビーム等を用いてもよい。また、上記実施形態で
は、ガラス基板を基板として用いたが、基板はガラス基
板に限定されるものではなく、例えば石英、サファイア
等の透明な基板を用いることができる。
【００５１】また、上記実施形態では多結晶シリコン薄
膜を形成する場合を例に説明したが、多結晶シリコン薄
膜を形成する場合のみならず、多結晶のゲルマニウム薄
膜や多結晶のシリコンゲルマニウム合金薄膜を形成する
場合にも適用することができる。この場合は、予め基板
上にゲルマニウム薄膜やシリコンゲルマニウム合金薄膜
を形成しておけばよい。
膜を形成する場合を例に説明したが、多結晶シリコン薄
膜を形成する場合のみならず、多結晶のゲルマニウム薄
膜や多結晶のシリコンゲルマニウム合金薄膜を形成する
場合にも適用することができる。この場合は、予め基板
上にゲルマニウム薄膜やシリコンゲルマニウム合金薄膜
を形成しておけばよい。
【００５２】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、高温の不
活性ガスをパルス状の吹きかけながらレーザビームをパ
ルス状に照射するので、溶融した半導体薄膜の固化速度
を遅くすることができ、これにより、結晶粒径が大き
く、結晶粒内の欠陥や双晶の少ない良好な多結晶薄膜を
形成することができる。半導体薄膜の表面に吹きかけら
れる高温の不活性ガスはパルス状であるため、基板の温
度が上昇して基板が変形してしまうことはなく、耐熱温
度の低い基板上に多結晶薄膜を形成する場合であって
も、良質な多結晶薄膜を形成することができる。低温で
形成する場合であっても、結晶粒径の大きい多結晶薄膜
を形成することができるので、電子移動度の高い多結晶
薄膜を形成することができる。
活性ガスをパルス状の吹きかけながらレーザビームをパ
ルス状に照射するので、溶融した半導体薄膜の固化速度
を遅くすることができ、これにより、結晶粒径が大き
く、結晶粒内の欠陥や双晶の少ない良好な多結晶薄膜を
形成することができる。半導体薄膜の表面に吹きかけら
れる高温の不活性ガスはパルス状であるため、基板の温
度が上昇して基板が変形してしまうことはなく、耐熱温
度の低い基板上に多結晶薄膜を形成する場合であって
も、良質な多結晶薄膜を形成することができる。低温で
形成する場合であっても、結晶粒径の大きい多結晶薄膜
を形成することができるので、電子移動度の高い多結晶
薄膜を形成することができる。
【図１】本発明の一実施形態による多結晶薄膜の形成装
置の全体構成を示す概念図である。
置の全体構成を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施形態による多結晶薄膜の形成装
置の一部を示す概念図である。
置の一部を示す概念図である。
【図３】高温ガスを吹きかけるタイミング、レーザビー
ムを照射するタイミング、及び半導体薄膜の表面温度の
変化を示すタイムチャートである。
ムを照射するタイミング、及び半導体薄膜の表面温度の
変化を示すタイムチャートである。
【図４】多結晶シリコン薄膜の結晶構造を示す模式図で
ある。
ある。
【図５】多結晶薄膜の電気的特性の評価に用いた薄膜ト
ランジスタを示す断面図及び平面図である。
ランジスタを示す断面図及び平面図である。
【図６】薄膜トランジスタのＩD−ＶG特性を示すグラフ
である。
である。
【図７】薄膜トランジスタの電子移動度特性を示すグラ
フである。
フである。
１０…チャンバ １２…Ｘ−Ｙステージ １４…基板 １５…半導体薄膜 １６…開閉弁 １８…排気管 ２０…ターボポンプ ２２…ロータリーポンプ ２４…ガスボトル ２６…予備加熱室 ２８…加熱室 ３０…ノズル ３０ａ…吹き出し口 ３２…ヒータ ３４…ヒータ ３６…ＸｅＣｌエキシマレーザ ３８…レーザビーム ４０…ホモジェナイザ ４２…ディレイ回路 ４４…結晶粒子 ４６…結晶粒子 ４８…ガラス基板 ５０…多結晶薄膜 ５２…ゲート絶縁膜 ５４…ゲート電極 ５６…ソース／ドレイン拡散層 ５６ａ…低濃度拡散層 ５６ｂ…高濃度拡散層 ５８…層間絶縁膜 ６０…コンタクトホール ６２…ソース／ドレイン電極
Claims (16)
- 【請求項１】 基板上に半導体薄膜を形成する半導体薄
膜形成工程と、 前記半導体薄膜に加熱されたガスを吹きかけながら、前
記ガスが吹きかけられている領域の前記半導体薄膜にエ
ネルギービームを照射して前記半導体薄膜を溶解し、固
化する過程で前記半導体薄膜を結晶化して多結晶薄膜を
形成する多結晶薄膜形成工程とを有することを特徴とす
る多結晶薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の多結晶薄膜の形成方法に
おいて、 前記ガスの温度は５００℃〜３０００℃であることを特
徴とする多結晶薄膜の形成方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の多結晶薄膜の形成
方法において、 多結晶薄膜形成工程では、前記ガスをパルス状に吹きか
けながら、前記エネルギービームをパルス状に照射する
ことを特徴とする多結晶薄膜の形成方法。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
多結晶薄膜の形成方法において、 前記多結晶薄膜形成工程では、前記基板は減圧されたチ
ャンバ内に載置され、前記ガスは、前記基板近傍に位置
する吹き出し口から前記チャンバ内に流入することによ
り前記半導体薄膜に吹きかけられることを特徴とする多
結晶薄膜の形成方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の多結晶薄膜の形成方法に
おいて、 前記多結晶薄膜形成工程では、前記吹き出し口に対する
前記基板の位置を徐々に移動することにより、徐々に前
記多結晶薄膜を形成することを特徴とする多結晶薄膜の
形成方法。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
多結晶薄膜の形成方法において、 前記多結晶薄膜形成工程では、前記ガスが吹きかけられ
始める時間より、前記エネルギービームが照射され始め
る時間の方が遅く、前記ガスが吹きかけられる時間は、
前記エネルギービームが照射される時間より長いことを
特徴とする多結晶薄膜の形成方法。 - 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
多結晶薄膜の形成方法において、 前記多結晶薄膜形成工程では、前記エネルギービームが
照射されている際には、少なくとも前記ガスが吹きかけ
られていることを特徴とする多結晶薄膜の形成方法。 - 【請求項８】 基板上に半導体薄膜を形成する半導体薄
膜形成工程と、 前記半導体薄膜に加熱されたガスを吹きかけながら、前
記半導体薄膜にエネルギービームを照射して前記半導体
薄膜を溶解し、固化する過程で前記半導体薄膜を結晶化
して多結晶薄膜を形成する多結晶薄膜形成工程とを有す
ることを特徴とする薄膜トランジスタの形成方法。 - 【請求項９】 請求項８記載の薄膜トランジスタの形成
方法において、 前記ガスの温度は５００℃〜３０００℃であることを特
徴とする薄膜トランジスタの形成方法。 - 【請求項１０】 請求項８又は９記載の薄膜トランジス
タの形成方法において、 多結晶薄膜形成工程では、前記ガスをパルス状に吹きか
けながら、前記エネルギービームをパルス状に照射する
ことを特徴とする薄膜トランジスタの形成方法。 - 【請求項１１】 基板上に形成された半導体薄膜に加熱
されたガスを吹きかけるガス吹きかけ手段と、 前記ガスが吹きかけられている領域の前記半導体薄膜に
エネルギービームを照射して前記半導体薄膜を溶解する
エネルギービーム照射手段とを有することを特徴とする
多結晶薄膜の形成装置。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の多結晶薄膜の形成装
置において、 前記ガスの温度は５００℃〜３０００℃であることを特
徴とする多結晶薄膜の形成装置。 - 【請求項１３】 請求項１１又は１２記載の多結晶薄膜
の形成装置において、前記ガス吹きかけ手段は、前記ガ
スをパルス状に吹きかけ、 前記エネルギービーム照射手段は、前記エネルギービー
ムをパルス状に照射することを特徴とする多結晶薄膜の
形成装置。 - 【請求項１４】 請求項１１乃至１３のいずれか１項に
記載の多結晶薄膜の形成装置において、 前記基板を載置するチャンバと、 前記チャンバ内を減圧する減圧手段とを更に有し、 前記ガス吹きかけ手段には、前記ガスを吹き出す吹き出
し口が形成されており、 前記ガスは、前記吹き出し口から前記チャンバ内に流入
することにより前記半導体薄膜に吹きかけられることを
特徴とする多結晶薄膜の形成装置。 - 【請求項１５】 請求項１１乃至１４のいずれか１項に
記載の多結晶薄膜の形成装置において、 前記ガス吹きかけ手段は、前記ガスの流出を制御する開
閉弁を有し、 前記開閉弁は、弁の開閉に応じて信号を出力し、 前記エネルギービーム照射手段は、前記開閉弁からの前
記信号に応じてエネルギービームを照射することを特徴
とする多結晶薄膜の形成装置。 - 【請求項１６】 請求項１５記載の多結晶薄膜の形成装
置において、 前記吹き出し口に対する前記基板の位置を、前記開閉弁
からの前記信号に応じて徐々に移動する基板移動手段を
更に有することを特徴とする多結晶薄膜の形成装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19731698A JP3892150B2 (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | 多結晶薄膜の形成方法及び形成装置 |
| US09/327,572 US6255148B1 (en) | 1998-07-13 | 1999-06-08 | Polycrystal thin film forming method and forming system |
| TW088110019A TW413950B (en) | 1998-07-13 | 1999-06-15 | Polycrystal thin film forming method and forming system |
| US09/650,641 US6582996B1 (en) | 1998-07-13 | 2000-08-30 | Semiconductor thin film forming method |
| US09/812,815 US6660085B2 (en) | 1998-07-13 | 2001-03-21 | Polycrystal thin film forming method and forming system |
| US10/419,760 US6927419B2 (en) | 1998-07-13 | 2003-04-22 | Semiconductor device |
| US11/167,320 US7262431B2 (en) | 1998-07-13 | 2005-06-28 | Semiconductor thin film forming method and semiconductor device |
| US11/634,111 US20070085169A1 (en) | 1998-07-13 | 2006-12-06 | Semiconductor thin film forming method and semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19731698A JP3892150B2 (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | 多結晶薄膜の形成方法及び形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000031056A true JP2000031056A (ja) | 2000-01-28 |
| JP3892150B2 JP3892150B2 (ja) | 2007-03-14 |
Family
ID=16372438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19731698A Expired - Lifetime JP3892150B2 (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | 多結晶薄膜の形成方法及び形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3892150B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002231628A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Sony Corp | 半導体薄膜の形成方法及び半導体装置の製造方法、これらの方法の実施に使用する装置、並びに電気光学装置 |
| JP2007173782A (ja) * | 2005-11-23 | 2007-07-05 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ照射装置 |
| WO2011065688A2 (ko) * | 2009-11-27 | 2011-06-03 | 주식회사 테라세미콘 | 다결정 실리콘 형성 장치 및 그 방법 |
-
1998
- 1998-07-13 JP JP19731698A patent/JP3892150B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002231628A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Sony Corp | 半導体薄膜の形成方法及び半導体装置の製造方法、これらの方法の実施に使用する装置、並びに電気光学装置 |
| JP2007173782A (ja) * | 2005-11-23 | 2007-07-05 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ照射装置 |
| WO2011065688A2 (ko) * | 2009-11-27 | 2011-06-03 | 주식회사 테라세미콘 | 다결정 실리콘 형성 장치 및 그 방법 |
| WO2011065688A3 (ko) * | 2009-11-27 | 2011-10-20 | 주식회사 테라세미콘 | 다결정 실리콘 형성 장치 및 그 방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3892150B2 (ja) | 2007-03-14 |
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