JP2000260731A - レーザ熱処理方法、レーザ熱処理装置および半導体デバイス - Google Patents
レーザ熱処理方法、レーザ熱処理装置および半導体デバイスInfo
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- JP2000260731A JP2000260731A JP11063107A JP6310799A JP2000260731A JP 2000260731 A JP2000260731 A JP 2000260731A JP 11063107 A JP11063107 A JP 11063107A JP 6310799 A JP6310799 A JP 6310799A JP 2000260731 A JP2000260731 A JP 2000260731A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた結晶性の多結晶薄膜を形成する。
【解決手段】 線状ビームプロファイルに成形したパル
ス発振のNd:YAGレーザ第２高調波を非晶質または多結晶
珪素膜に照射し、レーザ熱処理を行う。
ス発振のNd:YAGレーザ第２高調波を非晶質または多結晶
珪素膜に照射し、レーザ熱処理を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】高移動度の薄膜トランジスタ
を実現するために、結晶性に優れた多結晶珪素膜を形成
するレーザ熱処理方法に関する。
を実現するために、結晶性に優れた多結晶珪素膜を形成
するレーザ熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、液晶パネルの画素部は、ガラスま
たは合成石英基板上の非晶質または多結晶珪素膜で作製
された薄膜トランジスタのスイッチングにより、画像を
構成している。もし、このパネル上に画素トランジスタ
を駆動するドライバ回路（主として現在は外部に独立し
て設置してある）を同時に構成することが可能となれ
ば、液晶パネルの製造コスト・信頼性等の面で飛躍的な
メリットが生じることになる。しかし現在は、トランジ
スタ能動層を構成する珪素膜の結晶性が悪いため、移動
度に代表される薄膜トランジスタの性能が低く、高速性
・高機能性が要求される集積回路の作製は困難である。
高移動度薄膜トランジスタ実現を目的とする、珪素膜結
晶性改善手法として、一般的にレーザによる熱処理が行
われている。
たは合成石英基板上の非晶質または多結晶珪素膜で作製
された薄膜トランジスタのスイッチングにより、画像を
構成している。もし、このパネル上に画素トランジスタ
を駆動するドライバ回路（主として現在は外部に独立し
て設置してある）を同時に構成することが可能となれ
ば、液晶パネルの製造コスト・信頼性等の面で飛躍的な
メリットが生じることになる。しかし現在は、トランジ
スタ能動層を構成する珪素膜の結晶性が悪いため、移動
度に代表される薄膜トランジスタの性能が低く、高速性
・高機能性が要求される集積回路の作製は困難である。
高移動度薄膜トランジスタ実現を目的とする、珪素膜結
晶性改善手法として、一般的にレーザによる熱処理が行
われている。
【０００３】珪素膜の結晶性と薄膜トランジスタの移動
度の関係は以下のように説明される。レーザ熱処理によ
り得られる珪素膜は一般に多結晶である。多結晶の結晶
粒界には結晶欠陥が局在しており、これが薄膜トランジ
スタ能動層のキャリア移動を阻害する。従って、薄膜ト
ランジスタの移動度を高くするには、キャリアが能動層
を移動中に結晶粒界を横切る回数を少なくし、かつ結晶
欠陥密度を小さくすれば良い。レーザ熱処理の目的は、
結晶粒径が大きくかつ結晶粒界における結晶欠陥が少な
い多結晶珪素膜の形成である。
度の関係は以下のように説明される。レーザ熱処理によ
り得られる珪素膜は一般に多結晶である。多結晶の結晶
粒界には結晶欠陥が局在しており、これが薄膜トランジ
スタ能動層のキャリア移動を阻害する。従って、薄膜ト
ランジスタの移動度を高くするには、キャリアが能動層
を移動中に結晶粒界を横切る回数を少なくし、かつ結晶
欠陥密度を小さくすれば良い。レーザ熱処理の目的は、
結晶粒径が大きくかつ結晶粒界における結晶欠陥が少な
い多結晶珪素膜の形成である。
【０００４】図９は従来のレーザ熱処理装置の一例を示
す図である。ここにおいて、１は熱処理用レーザとして
一般的に使われている紫外光を発する350nm未満の代表
的なパルスレーザ光源であるエキシマレーザ（KrF（波
長：248nm）、XeCl（波長：308nm）等）、２はエキシマ
レーザ光、３はビーム強度分布を均一にするためのビー
ムホモジナイザ、４はビームを集光するための集光光学
系、５は非晶質珪素膜、６は下地酸化珪素膜、７はガラ
スまたは石英基板である。
す図である。ここにおいて、１は熱処理用レーザとして
一般的に使われている紫外光を発する350nm未満の代表
的なパルスレーザ光源であるエキシマレーザ（KrF（波
長：248nm）、XeCl（波長：308nm）等）、２はエキシマ
レーザ光、３はビーム強度分布を均一にするためのビー
ムホモジナイザ、４はビームを集光するための集光光学
系、５は非晶質珪素膜、６は下地酸化珪素膜、７はガラ
スまたは石英基板である。
【０００５】次に従来のレーザ熱処理手法について説明
する。エキシマレーザ１から出射されたエキシマレーザ
光２がビームホモジナイザ３を経て集光光学系４により
非晶質珪素膜５上に照射される。エキシマレーザ光２の
照射により照射領域における非晶質珪素５が溶融され
る。その後温度が低下するに従って溶融した珪素が結晶
化して、多結晶珪素膜を形成する。ここで、エキシマレ
ーザ光に対して、珪素が非常に高い吸収係数を持つた
め、薄い珪素膜に対しても効率よく熱処理ができる。し
かし、吸収係数が高すぎるためレーザ光は表面近傍10nm
付近までで吸収されてしまう。非晶質珪素膜5の溶融過
程は図１０のようであり、（ａ）がレーザ照射時、
（ｂ）は照射数10ns後、（ｃ）は（ｂ）のさらに数10ns
後、（ｄ）が結晶成長後を示す。レーザ照射時は図１０
の最上部に示すガウスビームプロファイルに準拠した溶
融深さ分布及び温度分布を有しているが、熱は一般にあ
る広がり角を持って伝導していくので、熱伝導により溶
融深さが深くなるに従い分布はなまっていき、最終的に
は均一な分布となる。従って、横方向には温度分布が存
在しないので、再結晶成長は縦方向成長となり、得られ
る結晶粒は縦長になる。すなわち、キャリアが移動する
面方向に対しての結晶粒径は小さくなる。
する。エキシマレーザ１から出射されたエキシマレーザ
光２がビームホモジナイザ３を経て集光光学系４により
非晶質珪素膜５上に照射される。エキシマレーザ光２の
照射により照射領域における非晶質珪素５が溶融され
る。その後温度が低下するに従って溶融した珪素が結晶
化して、多結晶珪素膜を形成する。ここで、エキシマレ
ーザ光に対して、珪素が非常に高い吸収係数を持つた
め、薄い珪素膜に対しても効率よく熱処理ができる。し
かし、吸収係数が高すぎるためレーザ光は表面近傍10nm
付近までで吸収されてしまう。非晶質珪素膜5の溶融過
程は図１０のようであり、（ａ）がレーザ照射時、
（ｂ）は照射数10ns後、（ｃ）は（ｂ）のさらに数10ns
後、（ｄ）が結晶成長後を示す。レーザ照射時は図１０
の最上部に示すガウスビームプロファイルに準拠した溶
融深さ分布及び温度分布を有しているが、熱は一般にあ
る広がり角を持って伝導していくので、熱伝導により溶
融深さが深くなるに従い分布はなまっていき、最終的に
は均一な分布となる。従って、横方向には温度分布が存
在しないので、再結晶成長は縦方向成長となり、得られ
る結晶粒は縦長になる。すなわち、キャリアが移動する
面方向に対しての結晶粒径は小さくなる。
【０００６】このように形成された多結晶珪素膜を能動
層として作製されたMOSトランジスタの移動度（ｎチャ
ネル）のレーザ光照射エネルギー密度に対する依存性を
図１１に示す。紫外パルスレーザ光源１としてKrFエキ
シマレーザを用いた結果で、その時間パルス幅は約15ns
ec（ＦＷＨＭ）である。また、酸化珪素膜６、非晶質珪
素膜５の厚みは各々200nm、50nmである。ここで、レー
ザ照射される面積は、照射強度がピーク値の1/e2以上の
部分よりなるエリアであると規定し、照射エネルギー密
度は照射したレーザエネルギーから算出したものであ
る。同図から明らかなように、上記のレーザ熱処理条件
ではエキシマレーザの照射エネルギー密度を230mJ/cm2
に設定することにより最高移動度80cm2/Vsが得られ、ま
た±５mJ/cm 2の範囲内で最高移動度の8割以上の移動度
が得られている。しかし、この程度の移動度では、高速
・高機能集積回路を作製するには不十分である。また、
同図に見られるように、照射エネルギー密度に対する移
動度の依存性が大きく、同手法を生産ラインに導入する
際、レーザ出力、および光学系の集光性を極めて厳密に
制御しないと製作されたトランジスタの特性がばらつく
という問題がある。これは、珪素におけるエキシマレー
ザ光の吸収率が大きいために、わずかな照射エネルギー
密度の変化により溶融状態が異なり、再結晶過程が変化
するためと考えられる。
層として作製されたMOSトランジスタの移動度（ｎチャ
ネル）のレーザ光照射エネルギー密度に対する依存性を
図１１に示す。紫外パルスレーザ光源１としてKrFエキ
シマレーザを用いた結果で、その時間パルス幅は約15ns
ec（ＦＷＨＭ）である。また、酸化珪素膜６、非晶質珪
素膜５の厚みは各々200nm、50nmである。ここで、レー
ザ照射される面積は、照射強度がピーク値の1/e2以上の
部分よりなるエリアであると規定し、照射エネルギー密
度は照射したレーザエネルギーから算出したものであ
る。同図から明らかなように、上記のレーザ熱処理条件
ではエキシマレーザの照射エネルギー密度を230mJ/cm2
に設定することにより最高移動度80cm2/Vsが得られ、ま
た±５mJ/cm 2の範囲内で最高移動度の8割以上の移動度
が得られている。しかし、この程度の移動度では、高速
・高機能集積回路を作製するには不十分である。また、
同図に見られるように、照射エネルギー密度に対する移
動度の依存性が大きく、同手法を生産ラインに導入する
際、レーザ出力、および光学系の集光性を極めて厳密に
制御しないと製作されたトランジスタの特性がばらつく
という問題がある。これは、珪素におけるエキシマレー
ザ光の吸収率が大きいために、わずかな照射エネルギー
密度の変化により溶融状態が異なり、再結晶過程が変化
するためと考えられる。
【０００７】多結晶珪素膜の大粒径化の観点から、波長
が350nm以上の長いレーザ光を用いてレーザ熱処理を行
うという試みが、論文レベル（文献１（Appl. Phys. Le
tt.39, 1981, p425-427）、文献２（Mat. Res. Soc. Sy
mp. Proc., Vol.4, 1982, p523-p528）及び文献３（Ma
t. Res. Soc. Symp. Proc., Vol.358, 1995, p915-p92
0））でなされている。ここでは波長350nm以上の長いレ
ーザ光としてNd:YAGレーザの第２高調波（波長：532n
m）が使われている。これらの報告例では、照射位置で
のビームプロファイルは軸対称ガウス分布である。文献
１及び２によると、Nd:YAGレーザの第２高調波を用いた
レーザ熱処理による再結晶過程は次のように説明されて
いる。図１２を用いて説明する。ガウスビームプロファ
イルの集光レーザビーム11が珪素膜に照射されると、珪
素膜内にガウス分布に極めて近い温度分布12が形成され
るため、溶融状態は13のようになる。溶融深さが浅い所
では、主として基板側への熱の損失が起こるため、縦方
向に温度分布が形成される。その結果、結晶成長14は縦
方向へ３次元的、等方的に起こり、再結晶粒径は溶融深
さの浅さに制限され、数100nmと小さいものとなる。し
かし、基板との界面まで溶融している部分は横方向に大
きな温度勾配があるため異なる再結晶過程15を示す。つ
まり縦方向成長による小粒径結晶を種として温度の高い
中心へ向かって横方向に再結晶成長する。その結果、キ
ャリアが移動する面内に対して数μm径の大きな結晶粒
が形成される。
が350nm以上の長いレーザ光を用いてレーザ熱処理を行
うという試みが、論文レベル（文献１（Appl. Phys. Le
tt.39, 1981, p425-427）、文献２（Mat. Res. Soc. Sy
mp. Proc., Vol.4, 1982, p523-p528）及び文献３（Ma
t. Res. Soc. Symp. Proc., Vol.358, 1995, p915-p92
0））でなされている。ここでは波長350nm以上の長いレ
ーザ光としてNd:YAGレーザの第２高調波（波長：532n
m）が使われている。これらの報告例では、照射位置で
のビームプロファイルは軸対称ガウス分布である。文献
１及び２によると、Nd:YAGレーザの第２高調波を用いた
レーザ熱処理による再結晶過程は次のように説明されて
いる。図１２を用いて説明する。ガウスビームプロファ
イルの集光レーザビーム11が珪素膜に照射されると、珪
素膜内にガウス分布に極めて近い温度分布12が形成され
るため、溶融状態は13のようになる。溶融深さが浅い所
では、主として基板側への熱の損失が起こるため、縦方
向に温度分布が形成される。その結果、結晶成長14は縦
方向へ３次元的、等方的に起こり、再結晶粒径は溶融深
さの浅さに制限され、数100nmと小さいものとなる。し
かし、基板との界面まで溶融している部分は横方向に大
きな温度勾配があるため異なる再結晶過程15を示す。つ
まり縦方向成長による小粒径結晶を種として温度の高い
中心へ向かって横方向に再結晶成長する。その結果、キ
ャリアが移動する面内に対して数μm径の大きな結晶粒
が形成される。
【０００８】しかしながら、これらの報告例ではガウス
ビームプロファイルが軸対称であるという点が大きな問
題となる。照射位置でのプロファイルが軸対称であるた
め、結晶粒は図１３のように放射状に成長する。従っ
て、この多結晶珪素膜を能動層に用いてMOSトランジス
タを作製すると、図１４のような構成になり、キャリア
が移動するチャネル中での結晶粒の方位が揃わず、方位
が異なる結晶粒の境界面ではキャリアが散乱されるた
め、移動度が低下してしまう。また、個々の結晶粒が中
心対称に成長しているので、個々の結晶粒間に隙間つま
り結晶欠陥の一種である転位が発生し易くなり、結晶欠
陥密度の増大を招いてしまう。
ビームプロファイルが軸対称であるという点が大きな問
題となる。照射位置でのプロファイルが軸対称であるた
め、結晶粒は図１３のように放射状に成長する。従っ
て、この多結晶珪素膜を能動層に用いてMOSトランジス
タを作製すると、図１４のような構成になり、キャリア
が移動するチャネル中での結晶粒の方位が揃わず、方位
が異なる結晶粒の境界面ではキャリアが散乱されるた
め、移動度が低下してしまう。また、個々の結晶粒が中
心対称に成長しているので、個々の結晶粒間に隙間つま
り結晶欠陥の一種である転位が発生し易くなり、結晶欠
陥密度の増大を招いてしまう。
【０００９】ここで、珪素膜厚とMOSトランジスタの関
係について述べる。一般に、能動層を構成する珪素膜厚
が薄いほど、dVG/d(logIDS)（VG：ゲート電圧、IDS：ド
レイン電流）で定義されるｓ因子が小さくなるため、閾
値電圧は低くなる。その結果、トランジスタの駆動電圧
が低くなり、消費電力が格段に小さくなる。従って、液
晶パネルの主要な用途である携帯情報端末機器に搭載す
る際に非常に大きなメリットとなる。しかしながら、文
献１及び２で用いられた珪素膜の膜厚は0.2〜1μmと厚
いために、しきい値電圧が高く、消費電力が高いことが
現実的にトランジスタとして機能しないことが予想され
る。
係について述べる。一般に、能動層を構成する珪素膜厚
が薄いほど、dVG/d(logIDS)（VG：ゲート電圧、IDS：ド
レイン電流）で定義されるｓ因子が小さくなるため、閾
値電圧は低くなる。その結果、トランジスタの駆動電圧
が低くなり、消費電力が格段に小さくなる。従って、液
晶パネルの主要な用途である携帯情報端末機器に搭載す
る際に非常に大きなメリットとなる。しかしながら、文
献１及び２で用いられた珪素膜の膜厚は0.2〜1μmと厚
いために、しきい値電圧が高く、消費電力が高いことが
現実的にトランジスタとして機能しないことが予想され
る。
【００１０】通常、広面積にわたるレーザ熱処理のため
に基板を移動させながらレーザ熱処理を行うが、熱処理
後の膜質の均一性のために各レーザパルス照射間の基板
の移動量を照射ビーム幅よりも狭くし、同一箇所に複数
回のレーザ照射があるようにするのが一般的である。文
献３によると同一箇所への照射回数が200回以上が良い
とされている。これは、レーザ熱処理後の珪素膜のＸ線
回折ピーク強度の増大及び抵抗値の低減を根拠としてい
る。文献３では表面荒れについては言及していないが、
一般的に、照射回数が多いと、表面荒れが大きく、また
珪素膜は部分的にアブレーションされ基板から剥離す
る。多結晶珪素膜を能動層としてコプレーナ型あるいは
正スタガ型MOSトランジスタを作製する場合、表面荒れ
が大きいとゲート酸化膜がショートしてしまうという問
題があり、また珪素膜が部分的に剥離しているとそもそ
もMOSトランジスタが形成できない。
に基板を移動させながらレーザ熱処理を行うが、熱処理
後の膜質の均一性のために各レーザパルス照射間の基板
の移動量を照射ビーム幅よりも狭くし、同一箇所に複数
回のレーザ照射があるようにするのが一般的である。文
献３によると同一箇所への照射回数が200回以上が良い
とされている。これは、レーザ熱処理後の珪素膜のＸ線
回折ピーク強度の増大及び抵抗値の低減を根拠としてい
る。文献３では表面荒れについては言及していないが、
一般的に、照射回数が多いと、表面荒れが大きく、また
珪素膜は部分的にアブレーションされ基板から剥離す
る。多結晶珪素膜を能動層としてコプレーナ型あるいは
正スタガ型MOSトランジスタを作製する場合、表面荒れ
が大きいとゲート酸化膜がショートしてしまうという問
題があり、また珪素膜が部分的に剥離しているとそもそ
もMOSトランジスタが形成できない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の波長350nm以下
の代表的なパルスレーザであるエキシマレーザを光源と
した熱処理では、再結晶成長が縦方向成長であるために
結晶粒径が小さく、薄膜トランジスタの移動度が80cm2/
Vs程度と低い値しか得られないことが問題であった。ま
た、照射エネルギー密度に対する移動度の依存性が極め
て大きいために一定の移動度が得られず、作製されたト
ランジスタの特性にばらつきがあることが問題であっ
た。
の代表的なパルスレーザであるエキシマレーザを光源と
した熱処理では、再結晶成長が縦方向成長であるために
結晶粒径が小さく、薄膜トランジスタの移動度が80cm2/
Vs程度と低い値しか得られないことが問題であった。ま
た、照射エネルギー密度に対する移動度の依存性が極め
て大きいために一定の移動度が得られず、作製されたト
ランジスタの特性にばらつきがあることが問題であっ
た。
【００１２】一方、結晶粒の増大による移動度増大を狙
った、従来のNd:YAGレーザの第２高調波を用いたレーザ
熱処理では、軸対称ガウスビームを用いるために、個々
の結晶粒の方位が揃わず薄膜トランジスタを作製した場
合に移動度が低くなる、結晶粒界における結晶欠陥密度
が高いという問題点があった。
った、従来のNd:YAGレーザの第２高調波を用いたレーザ
熱処理では、軸対称ガウスビームを用いるために、個々
の結晶粒の方位が揃わず薄膜トランジスタを作製した場
合に移動度が低くなる、結晶粒界における結晶欠陥密度
が高いという問題点があった。
【００１３】また、結晶品質向上を狙って同一箇所への
レーザ照射回数を２００回以上と多くのショット数を照
射していたため、表面荒れが大きくMOSトランジスタの
ゲート酸化膜がショートしてしまう、珪素膜がアブレー
ションされるため薄膜トランジスタが作製できないとい
う問題もあった。
レーザ照射回数を２００回以上と多くのショット数を照
射していたため、表面荒れが大きくMOSトランジスタの
ゲート酸化膜がショートしてしまう、珪素膜がアブレー
ションされるため薄膜トランジスタが作製できないとい
う問題もあった。
【００１４】本発明の目的は、高性能の薄膜トランジス
タを作製するのに必要な結晶性に優れた薄膜を形成する
レーザ熱処理方法を提供することである。
タを作製するのに必要な結晶性に優れた薄膜を形成する
レーザ熱処理方法を提供することである。
【００１５】また、生産性の高い、安定なレーザ熱処理
方法を提供することを第２の目的とする。
方法を提供することを第２の目的とする。
【００１６】さらに、低コストで高速動作できる半導体
デバイスを提供することを第３の目的とする。
デバイスを提供することを第３の目的とする。
【００１７】さらにまた、結晶性に優れた薄膜を形成す
るレーザ熱処理を施すレーザ熱処理装置を提供すること
を第４の目的とする。
るレーザ熱処理を施すレーザ熱処理装置を提供すること
を第４の目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１の
レーザ熱処理方法は、波長が350nm以上800nm以下である
パルスレーザ光源により発生されるレーザビームを線状
ビームに成形して基板上膜材料に照射するものである。
レーザ熱処理方法は、波長が350nm以上800nm以下である
パルスレーザ光源により発生されるレーザビームを線状
ビームに成形して基板上膜材料に照射するものである。
【００１９】本発明に係る請求項２のレーザ熱処理方法
は、線状ビームの長手方向の長さが上記線状ビームの幅
の10倍以上としたものである。
は、線状ビームの長手方向の長さが上記線状ビームの幅
の10倍以上としたものである。
【００２０】本発明に係る請求項３のレーザ熱処理方法
は、パルスレーザ光源がNdイオンドープあるいはYbイオ
ンドープの結晶あるいはガラスを励起媒質としたＱスイ
ッチ発振固体レーザの高調波としたものである。
は、パルスレーザ光源がNdイオンドープあるいはYbイオ
ンドープの結晶あるいはガラスを励起媒質としたＱスイ
ッチ発振固体レーザの高調波としたものである。
【００２１】本発明に係る請求項４のレーザ熱処理方法
は、パルスレーザ光源がＱスイッチNd:YAGレーザの第２
高調波としたものである。
は、パルスレーザ光源がＱスイッチNd:YAGレーザの第２
高調波としたものである。
【００２２】本発明に係る請求項５のレーザ熱処理方法
は、パルスレーザ光源がNd：YAGレーザの第３高調波、N
d：ガラスレーザの第２高調波または第３高調波、Nd：Y
LFレーザの第２高調波または第３高調波、Yb:YAGレーザ
の第２高調波または第３高調波、Yb:ガラスレーザの第
２高調波または第３高調波、Ti：Sapphireレーザの基本
波または第２高調波のいずれかにしたものである。
は、パルスレーザ光源がNd：YAGレーザの第３高調波、N
d：ガラスレーザの第２高調波または第３高調波、Nd：Y
LFレーザの第２高調波または第３高調波、Yb:YAGレーザ
の第２高調波または第３高調波、Yb:ガラスレーザの第
２高調波または第３高調波、Ti：Sapphireレーザの基本
波または第２高調波のいずれかにしたものである。
【００２３】本発明に係る請求項６のレーザ熱処理方法
は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビームの
１パルス当たりのエネルギーが0.5mJ以上としたもので
ある。
は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビームの
１パルス当たりのエネルギーが0.5mJ以上としたもので
ある。
【００２４】本発明に係る請求項７のレーザ熱処理方法
は、パルスレーザ光源のパルス時間幅が200nsec未満と
したものである。
は、パルスレーザ光源のパルス時間幅が200nsec未満と
したものである。
【００２５】本発明に係る請求項８のレーザ熱処理方法
は、基板上膜材料として、非晶質または多結晶珪素膜を
用いるものである。
は、基板上膜材料として、非晶質または多結晶珪素膜を
用いるものである。
【００２６】本発明に係る請求項９のレーザ熱処理方法
は、非晶質または多結晶珪素膜の膜厚が200nm未満とし
たものである。
は、非晶質または多結晶珪素膜の膜厚が200nm未満とし
たものである。
【００２７】本発明に係る請求項１０のレーザ熱処理方
法は、非晶質または多結晶珪素膜の同一箇所へ照射され
るパルスレーザ光のパルス数が100パルス以下としたも
のである。
法は、非晶質または多結晶珪素膜の同一箇所へ照射され
るパルスレーザ光のパルス数が100パルス以下としたも
のである。
【００２８】本発明に係る請求項１１のレーザ熱処理方
法は、照射エネルギー密度を1500mJ/cm2以下100mJ/ cm2
以上としたものである。
法は、照射エネルギー密度を1500mJ/cm2以下100mJ/ cm2
以上としたものである。
【００２９】本発明に係る請求項１２のレーザ熱処理方
法は、基板上膜材料を、炭化珪素（SiC）、あるいは炭
素のみより成る材料、あるいは化合物半導体、あるいは
誘電体化合物、あるいは高温超伝導体化合物としたもの
である。
法は、基板上膜材料を、炭化珪素（SiC）、あるいは炭
素のみより成る材料、あるいは化合物半導体、あるいは
誘電体化合物、あるいは高温超伝導体化合物としたもの
である。
【００３０】本発明に係る請求項１３の半導体デバイス
は、波長が350nm以上800nm以下であるパルスレーザ光源
により発生されるレーザビームを線状ビームに成形して
に基板上膜材料に照射して熱処理された上記基板上膜材
料を能動層として用いた複数のトランジスタを、より高
周波で動作させる上記トランジスタのドレイン電流の方
向が、上記線状ビームの幅方向になるよう作製したもの
である。
は、波長が350nm以上800nm以下であるパルスレーザ光源
により発生されるレーザビームを線状ビームに成形して
に基板上膜材料に照射して熱処理された上記基板上膜材
料を能動層として用いた複数のトランジスタを、より高
周波で動作させる上記トランジスタのドレイン電流の方
向が、上記線状ビームの幅方向になるよう作製したもの
である。
【００３１】本発明に係る請求項１４のレーザ熱処理装
置は、波長が350nm以上800nm以下であるパルスレーザ光
源と、このパルスレーザ光源により発生されるレーザビ
ームを線状ビームに成形するビーム整形光学系とを備え
たものである。
置は、波長が350nm以上800nm以下であるパルスレーザ光
源と、このパルスレーザ光源により発生されるレーザビ
ームを線状ビームに成形するビーム整形光学系とを備え
たものである。
【００３２】本発明に係る請求項１５のレーザ熱処理装
置は、パルスレーザ光源をNdイオンドープあるいはYbイ
オンドープの結晶あるいはガラスをレーザ励起媒質とし
たＱスイッチ発振固体レーザの高調波としたものであ
る。
置は、パルスレーザ光源をNdイオンドープあるいはYbイ
オンドープの結晶あるいはガラスをレーザ励起媒質とし
たＱスイッチ発振固体レーザの高調波としたものであ
る。
【００３３】本発明に係る請求項１６のレーザ熱処理装
置は、パルスレーザ光源をＱスイッチNd:YAGレーザの第
２高調波としたものである。
置は、パルスレーザ光源をＱスイッチNd:YAGレーザの第
２高調波としたものである。
【００３４】本発明に係る請求項１７のレーザ熱処理装
置は、パルスレーザ光源をNd：YAGレーザの第３高調
波、Nd：ガラスレーザの第２高調波または第３高調波、
Nd：YLFレーザの第２高調波または第３高調波、Yb:YAG
レーザの第２高調波または第３高調波、Yb:ガラスレー
ザの第２高調波または第３高調波、Ti：Sapphireレーザ
の基本波または第２高調波のいすれかにしたものであ
る。
置は、パルスレーザ光源をNd：YAGレーザの第３高調
波、Nd：ガラスレーザの第２高調波または第３高調波、
Nd：YLFレーザの第２高調波または第３高調波、Yb:YAG
レーザの第２高調波または第３高調波、Yb:ガラスレー
ザの第２高調波または第３高調波、Ti：Sapphireレーザ
の基本波または第２高調波のいすれかにしたものであ
る。
【００３５】本発明に係る請求項１８のレーザ熱処理装
置は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビーム
の１パルス当たりのエネルギーを0.5mJ以上としたもの
である。
置は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビーム
の１パルス当たりのエネルギーを0.5mJ以上としたもの
である。
【００３６】本発明に係る請求項１９のレーザ熱処理装
置は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビーム
のパルス時間幅を200nsec未満としたものである。
置は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビーム
のパルス時間幅を200nsec未満としたものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明のレ
ーザ熱処理方法を具現化する装置の構成図である。同図
において91はNd:YAGレーザの第２高調波発振装置、92は
Nd:YAGレーザの第２高調波発振装置から出射されたレー
ザ光（波長は532nm）、93はバリアブルアッテネータ、9
4は線状ビームに変換するためのビーム成形光学系、95
はターゲット、96は移動ステージである。レーザ光92
は、バリアブルアッテネータ93で所定の強度に調整され
た後、線状ビーム成形光学系94に入射する。線状ビーム
成形光学系94により線状のビームプロファイルに変換さ
れた後、ターゲット95に照射され、レーザ熱処理が行わ
れる。基板は移動ステージ96上に設置されており、レー
ザ照射時での基板の移動が可能となっている。また、タ
ーゲットの詳細は図２のようであり、ガラス基板103上
に下地膜102として厚さ200nm酸化珪素膜をCVD（Chemica
l Vapor Deposition）により形成した上に、基板上膜材
料として、厚さ70nmの非晶質珪素膜101をLPCVD（Low Pr
essure Chemical Vapor Deposition）により成膜した。
ーザ熱処理方法を具現化する装置の構成図である。同図
において91はNd:YAGレーザの第２高調波発振装置、92は
Nd:YAGレーザの第２高調波発振装置から出射されたレー
ザ光（波長は532nm）、93はバリアブルアッテネータ、9
4は線状ビームに変換するためのビーム成形光学系、95
はターゲット、96は移動ステージである。レーザ光92
は、バリアブルアッテネータ93で所定の強度に調整され
た後、線状ビーム成形光学系94に入射する。線状ビーム
成形光学系94により線状のビームプロファイルに変換さ
れた後、ターゲット95に照射され、レーザ熱処理が行わ
れる。基板は移動ステージ96上に設置されており、レー
ザ照射時での基板の移動が可能となっている。また、タ
ーゲットの詳細は図２のようであり、ガラス基板103上
に下地膜102として厚さ200nm酸化珪素膜をCVD（Chemica
l Vapor Deposition）により形成した上に、基板上膜材
料として、厚さ70nmの非晶質珪素膜101をLPCVD（Low Pr
essure Chemical Vapor Deposition）により成膜した。
【００３８】レーザビームは移動ステージを線状ビーム
の長手方向に直行した方向、すなわち線状ビームの幅方
向に移動させながら照射する。各パルスレーザ光照射の
間隔にステージが移動する距離を、線状ビームの幅より
も長くすると同一箇所へのレーザのパルスの照射回数が
１回になるが、ビーム幅よりも短くすると図３に示すよ
うに同一箇所へレーザ光が複数回照射されることにな
る。
の長手方向に直行した方向、すなわち線状ビームの幅方
向に移動させながら照射する。各パルスレーザ光照射の
間隔にステージが移動する距離を、線状ビームの幅より
も長くすると同一箇所へのレーザのパルスの照射回数が
１回になるが、ビーム幅よりも短くすると図３に示すよ
うに同一箇所へレーザ光が複数回照射されることにな
る。
【００３９】図４にレーザビームを照射して非晶質珪素
膜101の溶融する時の概念図を示す。図１中の線状ビー
ム成形光学系94の出力部にある集光レンズ941により非
晶質珪素膜101上に線状ビームを集光して照射する。集
光レーザビームプロファイルは図４中の点線で示すよう
に、長手方向が均一プロファイルであるトップフラット
型であり、幅方向のプロファイルは例えばガウス型であ
る。本発明であるNd:YAGレーザの第２高調波の線状ビー
ムによる熱処理方法を用いると、非晶質珪素に対する第
２高調波吸収係数が小さいために膜厚方向に対してはほ
ぼ均一に加熱され、レーザ照射によって発生する珪素膜
内の横方向温度分布は、線状ビームの長手方向と直交す
る方向にのみ形成される。従って、図４の下の図に示す
ように、基板上膜材料である非晶質珪素膜101の、ある
強度以上のビームの部分が、深さ方向全体に溶融する。
すなわち、深さ方向全体に広がった溶融部が線状に分布
した溶融部ができる。よって、深さ方向および線状ビー
ムの線の方向に温度分布が少ないため、結晶成長が線状
ビームの幅方向への１次元横方向成長になり、結晶粒径
は数μm程度と大きな結晶粒が形成される。また、レー
ザ熱処理後に形成される多結晶珪素膜の結晶粒は図５の
ように結晶成長の方向である線状ビームの幅方向、すな
わち移動ステージの移動（スキャン）方向に揃う。
膜101の溶融する時の概念図を示す。図１中の線状ビー
ム成形光学系94の出力部にある集光レンズ941により非
晶質珪素膜101上に線状ビームを集光して照射する。集
光レーザビームプロファイルは図４中の点線で示すよう
に、長手方向が均一プロファイルであるトップフラット
型であり、幅方向のプロファイルは例えばガウス型であ
る。本発明であるNd:YAGレーザの第２高調波の線状ビー
ムによる熱処理方法を用いると、非晶質珪素に対する第
２高調波吸収係数が小さいために膜厚方向に対してはほ
ぼ均一に加熱され、レーザ照射によって発生する珪素膜
内の横方向温度分布は、線状ビームの長手方向と直交す
る方向にのみ形成される。従って、図４の下の図に示す
ように、基板上膜材料である非晶質珪素膜101の、ある
強度以上のビームの部分が、深さ方向全体に溶融する。
すなわち、深さ方向全体に広がった溶融部が線状に分布
した溶融部ができる。よって、深さ方向および線状ビー
ムの線の方向に温度分布が少ないため、結晶成長が線状
ビームの幅方向への１次元横方向成長になり、結晶粒径
は数μm程度と大きな結晶粒が形成される。また、レー
ザ熱処理後に形成される多結晶珪素膜の結晶粒は図５の
ように結晶成長の方向である線状ビームの幅方向、すな
わち移動ステージの移動（スキャン）方向に揃う。
【００４０】ここで一つ留意しておかなければならない
点は、以前からエキシマレーザの熱処理において線状ビ
ームが用いられてきたが、それは本発明とは全く違う概
念により行われているということである。エキシマレー
ザによる再結晶成長は図１０で説明したように、膜の厚
み方向に対する成長であるため個々の結晶粒の面内方位
は不規則であり、境界面における結晶方位はランダムで
あるから、本発明のNd:YAGレーザの第２高調波の線状ビ
ームによる熱処理の場合のように個々の結晶粒の境界面
での結晶方位のズレをなくすことができず、この面から
も本質的に高い移動度を得るのに限界がある。エキシマ
レーザ熱処理において線状ビームを用いるのは、ただ単
に膜質の面内均一性確保及び生産性を向上させるためで
ある。これに対し、本発明によれば、Nd:YAGレーザの第
２高調波による熱処理において線状ビームを用いること
で、高品質でかつ粒径の大きな結晶を形成し、移動度の
増大に成功している。
点は、以前からエキシマレーザの熱処理において線状ビ
ームが用いられてきたが、それは本発明とは全く違う概
念により行われているということである。エキシマレー
ザによる再結晶成長は図１０で説明したように、膜の厚
み方向に対する成長であるため個々の結晶粒の面内方位
は不規則であり、境界面における結晶方位はランダムで
あるから、本発明のNd:YAGレーザの第２高調波の線状ビ
ームによる熱処理の場合のように個々の結晶粒の境界面
での結晶方位のズレをなくすことができず、この面から
も本質的に高い移動度を得るのに限界がある。エキシマ
レーザ熱処理において線状ビームを用いるのは、ただ単
に膜質の面内均一性確保及び生産性を向上させるためで
ある。これに対し、本発明によれば、Nd:YAGレーザの第
２高調波による熱処理において線状ビームを用いること
で、高品質でかつ粒径の大きな結晶を形成し、移動度の
増大に成功している。
【００４１】以下、本発明による実際のデータを説明す
る。Nd:YAGレーザの第２高調波のパルスエネルギーは20
mJ/pulse、時間パルス幅は60nsec（ＦＷＨＭ）である。
また、珪素膜表面での照射面積は、50μm×10mmで、図
１中に示すバリアブルアッテネータ93によりレーザ光の
エネルギーを調整することで、照射エネルギー密度を30
0-1500mJ/cm2で実験を行った。珪素膜上の同一箇所への
レーザ照射回数は20回にする。なお、雰囲気は大気中で
あり、基板温度は室温である。
る。Nd:YAGレーザの第２高調波のパルスエネルギーは20
mJ/pulse、時間パルス幅は60nsec（ＦＷＨＭ）である。
また、珪素膜表面での照射面積は、50μm×10mmで、図
１中に示すバリアブルアッテネータ93によりレーザ光の
エネルギーを調整することで、照射エネルギー密度を30
0-1500mJ/cm2で実験を行った。珪素膜上の同一箇所への
レーザ照射回数は20回にする。なお、雰囲気は大気中で
あり、基板温度は室温である。
【００４２】以上のような条件で、非晶質珪素膜のレー
ザ熱処理を行い、その結果得られた多結晶珪素膜で能動
層を構成したプレーナ型MOSトランジスタを作製した。
トランジスタのドレイン電流の方向を、ビームの幅方
向、すなわち結晶成長した方向になるよう作製した。チ
ャネルの長さ及び幅はそれぞれ5μm及び10μmである。n
-チャネル移動度の照射エネルギー密度に対する依存性
を図６に示す。同一箇所への照射回数が20回のものであ
る。
ザ熱処理を行い、その結果得られた多結晶珪素膜で能動
層を構成したプレーナ型MOSトランジスタを作製した。
トランジスタのドレイン電流の方向を、ビームの幅方
向、すなわち結晶成長した方向になるよう作製した。チ
ャネルの長さ及び幅はそれぞれ5μm及び10μmである。n
-チャネル移動度の照射エネルギー密度に対する依存性
を図６に示す。同一箇所への照射回数が20回のものであ
る。
【００４３】Nd:YAGレーザの第２高調波によるレーザ熱
処理で形成された、ガラス基板上で多結晶珪素膜を能動
層として薄膜トランジスタを作製した報告例は過去には
なく、本発明が初めてである。図で示されるように、照
射強度600 mJ/cm2以上で、MOSトランジスタのn-チャネ
ル移動度200cm2/Vs近い値が達成され、エキシマレーザ
によるものの2倍の性能を有することが確認できる。移
動度の照射エネルギー密度に対する依存性は非常に緩
く、移動度が最高移動度の80％以上となる照射エネルギ
ー密度の許容範囲は、±200mJ/cm2以上と極めて広い。
処理で形成された、ガラス基板上で多結晶珪素膜を能動
層として薄膜トランジスタを作製した報告例は過去には
なく、本発明が初めてである。図で示されるように、照
射強度600 mJ/cm2以上で、MOSトランジスタのn-チャネ
ル移動度200cm2/Vs近い値が達成され、エキシマレーザ
によるものの2倍の性能を有することが確認できる。移
動度の照射エネルギー密度に対する依存性は非常に緩
く、移動度が最高移動度の80％以上となる照射エネルギ
ー密度の許容範囲は、±200mJ/cm2以上と極めて広い。
【００４４】これに対して、エキシマレーザ熱処理によ
る多結晶珪素膜を能動層として用いたMOSトランジスタ
のn-チャネル移動度の最高値は、先に図１１で示したよ
うに、照射エネルギー密度230mJ/cm2において80cm2/Vs
程度でしかない。移動度の照射エネルギー密度に対する
依存性は非常に大きく、移動度が最高移動度の80％以上
となる照射エネルギー密度の範囲を許容とすると、許容
範囲は±5mJ/cm2と極めて狭い。これは実際に生産する
際には大きな問題となる。また、最高移動度が得られる
照射エネルギー密度230mJ/cm2における多結晶珪素膜の
結晶粒径は縦方向成長であるため数100nm程度と小さ
い。
る多結晶珪素膜を能動層として用いたMOSトランジスタ
のn-チャネル移動度の最高値は、先に図１１で示したよ
うに、照射エネルギー密度230mJ/cm2において80cm2/Vs
程度でしかない。移動度の照射エネルギー密度に対する
依存性は非常に大きく、移動度が最高移動度の80％以上
となる照射エネルギー密度の範囲を許容とすると、許容
範囲は±5mJ/cm2と極めて狭い。これは実際に生産する
際には大きな問題となる。また、最高移動度が得られる
照射エネルギー密度230mJ/cm2における多結晶珪素膜の
結晶粒径は縦方向成長であるため数100nm程度と小さ
い。
【００４５】このように、Nd:YAGレーザの第２高調波を
用いた場合は、エキシマレーザの場合と比較して照射強
度の許容範囲が数１０倍も広くなることが明らかになっ
た。すなわち、レーザによる熱処理は安定性に欠けると
いう常識を覆す、画期的な特長を有することが明らかに
なり、生産プロセスにおいて、従来考えられなかった安
定性と信頼性が得られる。また、Nd:YAGレーザの第２高
調波によれば、結晶成長が横方向成長であるため、結晶
粒径は数μm程度とエキシマレーザによるものより１桁
大きいという熱処理そのものでの大きなメリットが得ら
れる。
用いた場合は、エキシマレーザの場合と比較して照射強
度の許容範囲が数１０倍も広くなることが明らかになっ
た。すなわち、レーザによる熱処理は安定性に欠けると
いう常識を覆す、画期的な特長を有することが明らかに
なり、生産プロセスにおいて、従来考えられなかった安
定性と信頼性が得られる。また、Nd:YAGレーザの第２高
調波によれば、結晶成長が横方向成長であるため、結晶
粒径は数μm程度とエキシマレーザによるものより１桁
大きいという熱処理そのものでの大きなメリットが得ら
れる。
【００４６】なお、膜材料として、ここでは珪素につい
て説明したが、炭化珪素（SiC）、あるいは炭素のみよ
り成る材料、あるいは化合物半導体、あるいは誘電体化
合物、あるいは高温超伝導体化合物に対して上記のよう
なレーザ熱処理を施しても、大きな結晶粒径が得られる
といった同様の効果があることは言うまでもない。
て説明したが、炭化珪素（SiC）、あるいは炭素のみよ
り成る材料、あるいは化合物半導体、あるいは誘電体化
合物、あるいは高温超伝導体化合物に対して上記のよう
なレーザ熱処理を施しても、大きな結晶粒径が得られる
といった同様の効果があることは言うまでもない。
【００４７】実施の形態２．実施の形態２では、実施の
形態１で説明した熱処理された基板材料に作製する半導
体デバイスについて述べる。実施の形態１で説明した、
Nd:YAGレーザの第２高調波により熱処理して形成された
多結晶珪素膜を能動層として図７のように、MOSトラン
ジスタ素子を、線状ビームの幅方向、すなわち結晶成長
した方向がドレイン電流の流れる方向になるよう構成す
れば、個々の結晶粒の境界面での結晶方位のズレがなく
なるためキャリアは境界面で散乱されず、粒界が極めて
狭いため結晶粒界における結晶欠陥密度も小さくなり、
トランジスタの移動度が著しく向上する。従って、基板
上に作製するトランジスタの内、高周波で動作させるト
ランジスタをこの方向に作製すれば、より高い周波数ま
で動作可能なデバイスが提供できる。また、本発明によ
る方法では、単に結晶粒が大きくなり移動度が増大する
ばかりでなく、レーザ照射エネルギー密度に対して最大
の移動度が得られる条件がクリティカルでなく、少々レ
ーザの強度が変動しても一定の特性のトランジスタが得
られるという大きな利点がある。
形態１で説明した熱処理された基板材料に作製する半導
体デバイスについて述べる。実施の形態１で説明した、
Nd:YAGレーザの第２高調波により熱処理して形成された
多結晶珪素膜を能動層として図７のように、MOSトラン
ジスタ素子を、線状ビームの幅方向、すなわち結晶成長
した方向がドレイン電流の流れる方向になるよう構成す
れば、個々の結晶粒の境界面での結晶方位のズレがなく
なるためキャリアは境界面で散乱されず、粒界が極めて
狭いため結晶粒界における結晶欠陥密度も小さくなり、
トランジスタの移動度が著しく向上する。従って、基板
上に作製するトランジスタの内、高周波で動作させるト
ランジスタをこの方向に作製すれば、より高い周波数ま
で動作可能なデバイスが提供できる。また、本発明によ
る方法では、単に結晶粒が大きくなり移動度が増大する
ばかりでなく、レーザ照射エネルギー密度に対して最大
の移動度が得られる条件がクリティカルでなく、少々レ
ーザの強度が変動しても一定の特性のトランジスタが得
られるという大きな利点がある。
【００４８】実施の形態３．実施の形態３では、線状ビ
ームの形状について説明する。線状の照射領域について
は、本実験では50μm×10mmの領域を照射するもので行
ったが、上述のように、レーザ照射によって発生する珪
素膜内の横方向温度分布が、線状ビームの長手方向と直
交する方向にのみ形成され、結晶成長が一次元方向に生
じるのがメインとなるのは、照射領域の幅に対する長さ
の比が10倍程度以上である。すなわち、照射位置でのレ
ーザ光の幅が50〜100μmであれば、長さは1mm以上であ
ればよい。
ームの形状について説明する。線状の照射領域について
は、本実験では50μm×10mmの領域を照射するもので行
ったが、上述のように、レーザ照射によって発生する珪
素膜内の横方向温度分布が、線状ビームの長手方向と直
交する方向にのみ形成され、結晶成長が一次元方向に生
じるのがメインとなるのは、照射領域の幅に対する長さ
の比が10倍程度以上である。すなわち、照射位置でのレ
ーザ光の幅が50〜100μmであれば、長さは1mm以上であ
ればよい。
【００４９】実施の形態４．実施の形態４では、照射強
度について説明する。まず、Nd:YAGレーザの第２高調波
によるレーザ熱処理の照射強度の上限値に関して説明す
る。照射エネルギー密度を高くしていった場合、1500mJ
/cm2を越えると珪素膜はアブレーションされ、基板より
完全に剥離されてしまった。従って、レーザ光の照射エ
ネルギー密度は1500mJ/cm2以下で行わなければならない
ことが明らかになった。照射強度の下限値については、
ほぼ100mJ/cm2以上で非晶質珪素膜が多結晶化するのが
観測されており、これ以上の照射強度であれば、熱処理
の効果が得られることになる。結晶粒の大きさや半導体
素子を作製した時の移動度等を考慮すれば400mJ/cm2以
上が好ましい。
度について説明する。まず、Nd:YAGレーザの第２高調波
によるレーザ熱処理の照射強度の上限値に関して説明す
る。照射エネルギー密度を高くしていった場合、1500mJ
/cm2を越えると珪素膜はアブレーションされ、基板より
完全に剥離されてしまった。従って、レーザ光の照射エ
ネルギー密度は1500mJ/cm2以下で行わなければならない
ことが明らかになった。照射強度の下限値については、
ほぼ100mJ/cm2以上で非晶質珪素膜が多結晶化するのが
観測されており、これ以上の照射強度であれば、熱処理
の効果が得られることになる。結晶粒の大きさや半導体
素子を作製した時の移動度等を考慮すれば400mJ/cm2以
上が好ましい。
【００５０】実施の形態５．実施の形態５では、同一箇
所へのレーザ照射回数について説明する。本発明に関し
て行った照射実験では、100回以上の照射回数では激し
い表面荒れやアブレーションによる部分的な膜の剥離が
見られ、薄膜トランジスタの作製が不可能であった。こ
のような表面荒れやアブレーションが起こる原因は、珪
素膜側とレーザ光側の双方にある。珪素膜側の原因は、
膜厚の不均一性、膜密度の不均一性に起因するレーザ照
射時の熱分布ムラである。レーザ側の原因としては、ス
ペックル等の干渉に起因してビームプロファイルにリプ
ルが重畳して発生することにある。この様子を図８に示
す。図８は線状ビームプロファイルの長手方向の詳細な
分布を示すもので、干渉によりリプルが生じてこの方向
の分布が少し不均一になっている。このような原因を根
本的に除去するのは非常に困難である。実際、表面荒れ
は１回目の照射で軽く発生し、それが２回目の照射時の
不均一性になるという悪循環を繰り返し、照射回数が多
くなると相乗効果的に表面荒れが激しくなる。照射回数
100回以下に限定することにより、表面荒れが薄膜トラ
ンジスタの作製に支障をきたさないことを確認してい
る。
所へのレーザ照射回数について説明する。本発明に関し
て行った照射実験では、100回以上の照射回数では激し
い表面荒れやアブレーションによる部分的な膜の剥離が
見られ、薄膜トランジスタの作製が不可能であった。こ
のような表面荒れやアブレーションが起こる原因は、珪
素膜側とレーザ光側の双方にある。珪素膜側の原因は、
膜厚の不均一性、膜密度の不均一性に起因するレーザ照
射時の熱分布ムラである。レーザ側の原因としては、ス
ペックル等の干渉に起因してビームプロファイルにリプ
ルが重畳して発生することにある。この様子を図８に示
す。図８は線状ビームプロファイルの長手方向の詳細な
分布を示すもので、干渉によりリプルが生じてこの方向
の分布が少し不均一になっている。このような原因を根
本的に除去するのは非常に困難である。実際、表面荒れ
は１回目の照射で軽く発生し、それが２回目の照射時の
不均一性になるという悪循環を繰り返し、照射回数が多
くなると相乗効果的に表面荒れが激しくなる。照射回数
100回以下に限定することにより、表面荒れが薄膜トラ
ンジスタの作製に支障をきたさないことを確認してい
る。
【００５１】実施の形態６．実施の形態６では、非晶質
または多結晶珪素膜の膜厚について説明する。ガラス基
板を移動させながらレーザ熱処理を行う場合、同一箇所
へ対して複数回レーザが照射されるため、熱処理が複数
回繰り返されることになる。先ず、最初の幾回かのレー
ザ照射により粒径の大きい多結晶珪素膜が形成される。
その結果、良好な結晶部よりも、結晶粒界等の結晶欠陥
部の方が一般的に吸収係数が高くなる。つまり結晶欠陥
部がより多くのレーザ光を吸収するため、結晶欠陥部が
優先的に熱処理され、効率的な欠陥補償を可能とする。
よって、光がどのくらいの深さまで到達するかが非常に
重要となる。物質に対する光の浸透長は、光強度が1/e
になる深さで定義されるが、多結晶に対するNd:YAGレー
ザの第２高調波の浸透長は100〜200nm程度である。従っ
て、非晶質または多結晶珪素膜の膜厚が200nm未満、好
ましくは100nm未満であれば、結晶欠陥が効率よく低減
された多結晶珪素膜が形成される。
または多結晶珪素膜の膜厚について説明する。ガラス基
板を移動させながらレーザ熱処理を行う場合、同一箇所
へ対して複数回レーザが照射されるため、熱処理が複数
回繰り返されることになる。先ず、最初の幾回かのレー
ザ照射により粒径の大きい多結晶珪素膜が形成される。
その結果、良好な結晶部よりも、結晶粒界等の結晶欠陥
部の方が一般的に吸収係数が高くなる。つまり結晶欠陥
部がより多くのレーザ光を吸収するため、結晶欠陥部が
優先的に熱処理され、効率的な欠陥補償を可能とする。
よって、光がどのくらいの深さまで到達するかが非常に
重要となる。物質に対する光の浸透長は、光強度が1/e
になる深さで定義されるが、多結晶に対するNd:YAGレー
ザの第２高調波の浸透長は100〜200nm程度である。従っ
て、非晶質または多結晶珪素膜の膜厚が200nm未満、好
ましくは100nm未満であれば、結晶欠陥が効率よく低減
された多結晶珪素膜が形成される。
【００５２】実施の形態７．実施の形態７では照射レー
ザ光のパルス幅の影響について説明する。基本的に非晶
質の珪素膜を熱処理するためにはその表面をアブレーシ
ョンしない一定以下のピークパワー以内で、かつ溶融に
必要な熱エネルギーを供給するパルス幅を与える必要が
ある。逆に、一定の溶融条件が満たされれば、必要以上
にパルス幅を伸ばすと不必要にレーザ出力を増大するだ
けで、生産装置としての効率、生産性を落とすことにな
る。今回の実験では60nsのパルス幅で行っているが、再
結晶時の冷却過程をゆっくりと行い結晶の品質を改善す
る効果を含め、60nsの数倍の200ns未満、好ましくは60n
sの２倍程度である100ns未満で行えばアブレーションし
ない、しかも効率の良い熱処理が行える。
ザ光のパルス幅の影響について説明する。基本的に非晶
質の珪素膜を熱処理するためにはその表面をアブレーシ
ョンしない一定以下のピークパワー以内で、かつ溶融に
必要な熱エネルギーを供給するパルス幅を与える必要が
ある。逆に、一定の溶融条件が満たされれば、必要以上
にパルス幅を伸ばすと不必要にレーザ出力を増大するだ
けで、生産装置としての効率、生産性を落とすことにな
る。今回の実験では60nsのパルス幅で行っているが、再
結晶時の冷却過程をゆっくりと行い結晶の品質を改善す
る効果を含め、60nsの数倍の200ns未満、好ましくは60n
sの２倍程度である100ns未満で行えばアブレーションし
ない、しかも効率の良い熱処理が行える。
【００５３】実施の形態８．実施の形態８では、レーザ
光のエネルギーに関して説明する。実施の形態１での実
験で、照射位置での１パルス当たりのエネルギー強度が
800mJ/ cm2で最適の特性が得られたが、この時の全照射
エネルギーは4mJ/pulseである。レーザ光は発振装置か
ら出射された後、途中の光学系で10〜20%ロスする。す
なわち、発振装置で出射されるレーザ光のエネルギーは
5mJ/pulse以上あればよいことになる。レーザ光のパル
ス当たりのエネルギーは高いほど広い照射面積に照射で
き、本発明の場合は線状ビームの長さを長くできて、生
産性を高くできる。なお、上述の線状ビームの下限値、
すなわち照射レーザ光の幅50μmで長さ1mmの領域を照射
するためには、最低0.5mJ/pulseのレーザ発振装置が必
要となる。さらに、生産性から言えば、25mm（1イン
チ）の長さで処理できれば、例えば作製する半導体デバ
イスとして対角1.3インチ程度のTFTの領域を１ビームの
走査で処理できるため、非常に有利となる。この時、15
mJ/pulseのレーザ発振装置が必要となる。以上のよう
に、この発明の線状ビームの効果を発揮するのは0.5mJ/
pulse以上のレーザ発振装置によってであり、生産性か
らは、15mJ/pulse以上のレーザ発振装置が好ましいこと
になる。
光のエネルギーに関して説明する。実施の形態１での実
験で、照射位置での１パルス当たりのエネルギー強度が
800mJ/ cm2で最適の特性が得られたが、この時の全照射
エネルギーは4mJ/pulseである。レーザ光は発振装置か
ら出射された後、途中の光学系で10〜20%ロスする。す
なわち、発振装置で出射されるレーザ光のエネルギーは
5mJ/pulse以上あればよいことになる。レーザ光のパル
ス当たりのエネルギーは高いほど広い照射面積に照射で
き、本発明の場合は線状ビームの長さを長くできて、生
産性を高くできる。なお、上述の線状ビームの下限値、
すなわち照射レーザ光の幅50μmで長さ1mmの領域を照射
するためには、最低0.5mJ/pulseのレーザ発振装置が必
要となる。さらに、生産性から言えば、25mm（1イン
チ）の長さで処理できれば、例えば作製する半導体デバ
イスとして対角1.3インチ程度のTFTの領域を１ビームの
走査で処理できるため、非常に有利となる。この時、15
mJ/pulseのレーザ発振装置が必要となる。以上のよう
に、この発明の線状ビームの効果を発揮するのは0.5mJ/
pulse以上のレーザ発振装置によってであり、生産性か
らは、15mJ/pulse以上のレーザ発振装置が好ましいこと
になる。
【００５４】実施の形態９．実施の形態９では用いるレ
ーザについて説明する。実施の形態１ではNd:YAGの第２
高調波によるレーザ照射について説明した。Nd:YAGの第
２高調波は効率が良く、高出力のものが得られるため、
熱処理の生産性が良いものが得られるというメリットが
ある。本発明の主旨によれば、照射するレーザに関して
は、基本的には非晶質珪素に対するレーザ光の吸収率で
決まることで、同じオーダーの吸収率を有する350nmか
ら800nmのパルスレーザ光であれば、大きな結晶粒径の
膜が作製できるという効果が得られる。したがって、N
d:YAGレーザの第２高調波のみならず、他のNdイオンド
ープの固体レーザの高調波、すなわちNd：YAGレーザの
第３高調波、Nd：ガラスレーザの第２または第３高調
波、Nd：YLFレーザの第２または第３高調波や、Yb:YAG
やYb:ガラスといったYbイオンドープの固体レーザの第
２または第３高調波や、Ti：Sapphireレーザの基本波ま
たは第２高調波を用いて熱処理を行っても良い。これら
固体レーザは高効率で安定な発振が可能である。また、
特にYAGやYLFのような結晶を媒体とする固体レーザでは
パルス発振のパルス繰り返し周波数を高くでき、生産性
の高いものを提供できるメリットがある。
ーザについて説明する。実施の形態１ではNd:YAGの第２
高調波によるレーザ照射について説明した。Nd:YAGの第
２高調波は効率が良く、高出力のものが得られるため、
熱処理の生産性が良いものが得られるというメリットが
ある。本発明の主旨によれば、照射するレーザに関して
は、基本的には非晶質珪素に対するレーザ光の吸収率で
決まることで、同じオーダーの吸収率を有する350nmか
ら800nmのパルスレーザ光であれば、大きな結晶粒径の
膜が作製できるという効果が得られる。したがって、N
d:YAGレーザの第２高調波のみならず、他のNdイオンド
ープの固体レーザの高調波、すなわちNd：YAGレーザの
第３高調波、Nd：ガラスレーザの第２または第３高調
波、Nd：YLFレーザの第２または第３高調波や、Yb:YAG
やYb:ガラスといったYbイオンドープの固体レーザの第
２または第３高調波や、Ti：Sapphireレーザの基本波ま
たは第２高調波を用いて熱処理を行っても良い。これら
固体レーザは高効率で安定な発振が可能である。また、
特にYAGやYLFのような結晶を媒体とする固体レーザでは
パルス発振のパルス繰り返し周波数を高くでき、生産性
の高いものを提供できるメリットがある。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る請求
項１のレーザ熱処理方法は、発振波長が350nm以上800nm
以下であるパルスレーザ光を線状ビームに成形し基板上
膜材料を熱処理するもので、結晶の粒径が大きく、かつ
高品質な薄膜が安定して得られる効果がある。
項１のレーザ熱処理方法は、発振波長が350nm以上800nm
以下であるパルスレーザ光を線状ビームに成形し基板上
膜材料を熱処理するもので、結晶の粒径が大きく、かつ
高品質な薄膜が安定して得られる効果がある。
【００５６】本発明に係る請求項２のレーザ熱処理方法
は、線状ビームの長手方向の長さが上記線状ビームの幅
の10倍以上としたので、結晶の横方向成長を確実に行わ
せることができ、高品質の多結晶膜が得られる。
は、線状ビームの長手方向の長さが上記線状ビームの幅
の10倍以上としたので、結晶の横方向成長を確実に行わ
せることができ、高品質の多結晶膜が得られる。
【００５７】本発明に係る請求項３のレーザ熱処理方法
は、パルスレーザ光源をNdイオンドープあるいはYbイオ
ンドープの結晶あるいはガラスを励起媒質としたＱスイ
ッチ発振固体レーザの高調波としたので、効率の良い、
安定な熱処理ができる。
は、パルスレーザ光源をNdイオンドープあるいはYbイオ
ンドープの結晶あるいはガラスを励起媒質としたＱスイ
ッチ発振固体レーザの高調波としたので、効率の良い、
安定な熱処理ができる。
【００５８】本発明に係る請求項４のレーザ熱処理方法
は、パルスレーザ光源をＱスイッチNd:YAGレーザの第２
高調波としたので低コストで安定かつ生産性の高い熱処
理ができる。
は、パルスレーザ光源をＱスイッチNd:YAGレーザの第２
高調波としたので低コストで安定かつ生産性の高い熱処
理ができる。
【００５９】本発明に係る請求項５のレーザ熱処理方法
は、パルスレーザ光源をNd：YAGレーザの第３高調波、N
d：ガラスレーザの第２高調波または第３高調波、Nd：Y
LFレーザの第２高調波または第３高調波、Yb:YAGレーザ
の第２高調波または第３高調波、Yb:ガラスレーザの第
２高調波または第３高調波、Ti：Sapphireレーザの基本
波または第２高調波のいずれかとしたので、安定かつ効
率の良い熱処理ができる。
は、パルスレーザ光源をNd：YAGレーザの第３高調波、N
d：ガラスレーザの第２高調波または第３高調波、Nd：Y
LFレーザの第２高調波または第３高調波、Yb:YAGレーザ
の第２高調波または第３高調波、Yb:ガラスレーザの第
２高調波または第３高調波、Ti：Sapphireレーザの基本
波または第２高調波のいずれかとしたので、安定かつ効
率の良い熱処理ができる。
【００６０】本発明に係る請求項６のレーザ熱処理方法
は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビームの
１パルス当たりのエネルギーが0.5mJ以上としたので、
生産性の高い熱処理ができる。
は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビームの
１パルス当たりのエネルギーが0.5mJ以上としたので、
生産性の高い熱処理ができる。
【００６１】本発明に係る請求項７のレーザ熱処理方法
は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビームの
パルス時間幅が200nsec未満としたので、効率的な熱処
理ができる。
は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビームの
パルス時間幅が200nsec未満としたので、効率的な熱処
理ができる。
【００６２】本発明に係る請求項８のレーザ熱処理方法
は、基板上膜材料として、非晶質または多結晶珪素を用
いたので、特性が安定した熱処理ができる。
は、基板上膜材料として、非晶質または多結晶珪素を用
いたので、特性が安定した熱処理ができる。
【００６３】本発明に係る請求項９のレーザ熱処理方法
は、非晶質または多結晶珪素膜の膜厚が200nm未満とし
たため、結晶粒が大きなものが得られる、良好なレーザ
熱処理が行える。
は、非晶質または多結晶珪素膜の膜厚が200nm未満とし
たため、結晶粒が大きなものが得られる、良好なレーザ
熱処理が行える。
【００６４】本発明に係る請求項１０のレーザ熱処理方
法は、非晶質または多結晶珪素膜の同一箇所へ照射され
るパルスレーザ光のパルス数を100パルス以下としたの
で、表面状態が良好な多結晶膜が得られる。
法は、非晶質または多結晶珪素膜の同一箇所へ照射され
るパルスレーザ光のパルス数を100パルス以下としたの
で、表面状態が良好な多結晶膜が得られる。
【００６５】本発明に係る請求項１１のレーザ熱処理方
法は、照射エネルギー密度を1500mJ/cm2以下100mJ/ cm2
以上としたので、表面状態が良好な多結晶膜が得られ
る。
法は、照射エネルギー密度を1500mJ/cm2以下100mJ/ cm2
以上としたので、表面状態が良好な多結晶膜が得られ
る。
【００６６】本発明に係る請求項１２のレーザ熱処理方
法は、基板上膜材料を、炭化珪素（SiC）、あるいは炭
素のみより成る材料、あるいは化合物半導体、あるいは
誘電体化合物、あるいは高温超伝導体化合物としたの
で、高品質な多結晶膜を得ることができる。
法は、基板上膜材料を、炭化珪素（SiC）、あるいは炭
素のみより成る材料、あるいは化合物半導体、あるいは
誘電体化合物、あるいは高温超伝導体化合物としたの
で、高品質な多結晶膜を得ることができる。
【００６７】本発明に係る請求項１３の半導体デバイス
は、波長が350nm以上800nm以下であるパルスレーザ光源
により発生されるレーザビームを線状ビームに成形して
基板上膜材料に照射して熱処理された上記基板上膜材料
を能動層として用いた複数のトランジスタが、より高周
波で動作する上記トランジスタのドレイン電流の方向
が、上記線状ビームの幅方向になるよう作製されたもの
であるので、高速に動作するデバイスを低コストで得ら
れる。
は、波長が350nm以上800nm以下であるパルスレーザ光源
により発生されるレーザビームを線状ビームに成形して
基板上膜材料に照射して熱処理された上記基板上膜材料
を能動層として用いた複数のトランジスタが、より高周
波で動作する上記トランジスタのドレイン電流の方向
が、上記線状ビームの幅方向になるよう作製されたもの
であるので、高速に動作するデバイスを低コストで得ら
れる。
【００６８】本発明に係る請求項１４のレーザ熱処理装
置は、波長が350nm以上800nm以下であるパルスレーザ光
源と、このパルスレーザ光源により発生されるレーザビ
ームを線状ビームに成形するビーム整形光学系とを備え
たものであり、多結晶薄膜の作製において、高品質な熱
処理を提供する。
置は、波長が350nm以上800nm以下であるパルスレーザ光
源と、このパルスレーザ光源により発生されるレーザビ
ームを線状ビームに成形するビーム整形光学系とを備え
たものであり、多結晶薄膜の作製において、高品質な熱
処理を提供する。
【００６９】本発明に係る請求項１５のレーザ熱処理装
置は、パルスレーザ光源をNdイオンドープあるいはYbイ
オンドープの結晶あるいはガラスをレーザ励起媒質とし
たＱスイッチ発振固体レーザの高調波としたので、安定
な装置を提供する。
置は、パルスレーザ光源をNdイオンドープあるいはYbイ
オンドープの結晶あるいはガラスをレーザ励起媒質とし
たＱスイッチ発振固体レーザの高調波としたので、安定
な装置を提供する。
【００７０】本発明に係る請求項１６のレーザ熱処理装
置は、パルスレーザ光源をＱスイッチNd:YAGレーザの第
２高調波としたので、低コストで安定かつ高効率な装置
を提供する。
置は、パルスレーザ光源をＱスイッチNd:YAGレーザの第
２高調波としたので、低コストで安定かつ高効率な装置
を提供する。
【００７１】本発明に係る請求項１７のレーザ熱処理装
置は、パルスレーザ光源をNd：YAGレーザの第３高調
波、Nd：ガラスレーザの第２高調波または第３高調波、
Nd：YLFレーザの第２高調波または第３高調波、Yb:YAG
レーザの第２高調波または第３高調波、Yb:ガラスレー
ザの第２高調波または第３高調波、Ti：Sapphireレーザ
の基本波または第２高調波のいすれかとしたので、安定
で高効率な装置を提供する。
置は、パルスレーザ光源をNd：YAGレーザの第３高調
波、Nd：ガラスレーザの第２高調波または第３高調波、
Nd：YLFレーザの第２高調波または第３高調波、Yb:YAG
レーザの第２高調波または第３高調波、Yb:ガラスレー
ザの第２高調波または第３高調波、Ti：Sapphireレーザ
の基本波または第２高調波のいすれかとしたので、安定
で高効率な装置を提供する。
【００７２】本発明に係る請求項１８のレーザ熱処理装
置は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビーム
の１パルス当たりのエネルギーが0.5mJ以上としたの
で、生産性の高い装置を提供する。
置は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビーム
の１パルス当たりのエネルギーが0.5mJ以上としたの
で、生産性の高い装置を提供する。
【００７３】本発明に係る請求項１９のレーザ熱処理装
置は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビーム
のパルス時間幅が200nsec未満としたので、効率的な熱
処理ができる装置を提供する。
置は、パルスレーザ光源により発生されるレーザビーム
のパルス時間幅が200nsec未満としたので、効率的な熱
処理ができる装置を提供する。
【図１】 この発明の実施の形態１を示すレーザ熱処理
装置を示す概観図である。
装置を示す概観図である。
【図２】 図１におけるレーザ熱処理を施すターゲット
の構造を示す模式図である。
の構造を示す模式図である。
【図３】 同一箇所へレーザ光が複数回照射される様子
を示す図である。
を示す図である。
【図４】 この発明の線状ビームプロファイルと基板上
膜材料が溶融する様子を模式的に示す図である。
膜材料が溶融する様子を模式的に示す図である。
【図５】 この発明のレーザ熱処理方法により形成され
た多結晶珪素膜を示す模式図である。
た多結晶珪素膜を示す模式図である。
【図６】 この発明のレーザ熱処理方法により得られた
多結晶珪素膜を能動層として用いて作製されたNMOSトラ
ンジスタの移動度の照射エネルギー密度に対する依存性
を示す図である。
多結晶珪素膜を能動層として用いて作製されたNMOSトラ
ンジスタの移動度の照射エネルギー密度に対する依存性
を示す図である。
【図７】 この発明のレーザ熱処理方法により形成され
た多結晶珪素膜を能動層として用いて作製されるMOSト
ランジスタを示す模式図である。
た多結晶珪素膜を能動層として用いて作製されるMOSト
ランジスタを示す模式図である。
【図８】 干渉がある線状ビームプロファイルの線方向
のビーム強度分布を示す模式図である。
のビーム強度分布を示す模式図である。
【図９】 エキシマレーザによる従来のレーザ熱処理装
置を示す概観図である。
置を示す概観図である。
【図１０】 エキシマレーザによる従来の熱処理過程を
模式的に説明する図である。
模式的に説明する図である。
【図１１】 エキシマレーザ熱処理により得られた多結
晶珪素膜を能動層として用いて作製されたNMOSトランジ
スタの移動度の照射エネルギー密度に対する依存性を示
す図である。
晶珪素膜を能動層として用いて作製されたNMOSトランジ
スタの移動度の照射エネルギー密度に対する依存性を示
す図である。
【図１２】従来のNd:YAGレーザの第２高調波による熱処
理過程を模式的に説明する図である。
理過程を模式的に説明する図である。
【図１３】従来のガウス型プロファイルのNd:YAGレーザ
の第２高調波による熱処理で形成された結晶粒を示す模
式図である。
の第２高調波による熱処理で形成された結晶粒を示す模
式図である。
【図１４】従来のガウス型プロファイルのNd:YAGレーザ
の第２高調波による熱処理で形成された多結晶膜を能動
層として用いて作製されるMOSトランジスタを示す模式
図である。
の第２高調波による熱処理で形成された多結晶膜を能動
層として用いて作製されるMOSトランジスタを示す模式
図である。
９１ パルスレーザ光源 ９４ 線状ビーム成形光学系 １０１ 基板上膜材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 時岡 秀忠 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 佐藤 行雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 井上 満夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 笹川 智広 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 宮坂 光敏 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA07 BB03 BB07 DA01 DA02 DA10 DB02 JA01
Claims (19)
- 【請求項１】 波長が350nm以上800nm以下であるパルス
レーザ光源により発生されるレーザビームを線状ビーム
に成形して、基板あるいは絶縁膜に覆われた基板上に形
成された、基板上膜材料に照射することを特徴とするレ
ーザ熱処理方法。 - 【請求項２】 上記線状ビームの長手方向の長さが上記
線状ビームの幅の10倍以上であることを特徴とする請求
項１記載のレーザ熱処理方法。 - 【請求項３】 上記パルスレーザ光源はNdイオンドープ
あるいはYbイオンドープの結晶あるいはガラスを励起媒
質としたＱスイッチ発振固体レーザの高調波であること
を特徴とする請求項１または２記載のレーザ熱処理方
法。 - 【請求項４】 上記パルスレーザ光源はＱスイッチNd:Y
AGレーザの第２高調波であることを特徴とする請求項３
記載のレーザ熱処理方法。 - 【請求項５】 上記パルスレーザ光源はNd：YAGレーザ
の第３高調波、Nd：ガラスレーザの第２高調波または第
３高調波、Nd：YLFレーザの第２高調波または第３高調
波、Yb:YAGレーザの第２高調波または第３高調波、Yb:
ガラスレーザの第２高調波または第３高調波、Ti：Sapp
hireレーザの基本波または第２高調波のいずれかである
ことを特徴とする請求項３記載のレーザ熱処理方法。 - 【請求項６】 上記パルスレーザ光源により発生される
レーザビームの１パルス当たりのエネルギーが0.5mJ以
上であることを特徴とする請求項１乃至５記載のレーザ
熱処理方法。 - 【請求項７】 上記パルスレーザ光源により発生される
レーザビームのパルス時間幅が200nsec未満であること
を特徴とする請求項１乃至６記載のレーザ熱処理方法。 - 【請求項８】 上記基板上膜材料として、非晶質または
多結晶珪素膜を用いることを特徴とする請求項１乃至７
記載のレーザ熱処理方法。 - 【請求項９】 上記非晶質または多結晶珪素膜の膜厚が
200nm未満であることを特徴とする請求項８記載のレー
ザ熱処理方法。 - 【請求項１０】 上記非晶質または多結晶珪素膜の同一
箇所へ照射されるパルスレーザ光のパルス数が100パル
ス以下であることを特徴とする請求項８乃至９記載のレ
ーザ熱処理方法。 - 【請求項１１】 上記非晶質または多結晶珪素膜の表面
における照射エネルギー密度が1500mJ/cm2以下100mJ/ c
m2以上であることを特徴とする請求項８乃至１０記載の
熱処理方法。 - 【請求項１２】 上記基板上膜材料が、炭化珪素（Si
C）、あるいは炭素のみより成る材料、あるいは化合物
半導体、あるいは誘電体化合物、あるいは高温超伝導体
化合物であることを特徴とする請求項１記載のレーザ熱
処理方法。 - 【請求項１３】 波長が350nm以上800nm以下であるパル
スレーザ光源により発生されるレーザビームを線状ビー
ムに成形して基板上膜材料に照射して熱処理された上記
基板上膜材料を能動層として用いた複数のトランジスタ
が、より高周波で動作させる上記トランジスタのドレイ
ン電流の流れる方向が、上記線状ビームの幅方向になる
よう作製されたことを特徴とする半導体デバイス。 - 【請求項１４】 波長が350nm以上800nm以下であるパル
スレーザ光源と、このパルスレーザ光源により発生され
るレーザビームを線状ビームに成形する線状ビーム成形
光学系とを備えたことを特徴とするレーザ熱処理装置。 - 【請求項１５】 上記パルスレーザ光源はNdイオンドー
プあるいはYbイオンドープの結晶あるいはガラスをレー
ザ励起媒質としたＱスイッチ発振固体レーザの高調波で
あることを特徴とする請求項１４記載のレーザ熱処理装
置。 - 【請求項１６】 上記パルスレーザ光源はＱスイッチN
d:YAGレーザの第２高調波であることを特徴とする請求
項１５記載のレーザ熱処装置。 - 【請求項１７】 上記パルスレーザ光源はNd：YAGレー
ザの第３高調波、Nd：ガラスレーザの第２高調波または
第３高調波、Nd：YLFレーザの第２高調波または第３高
調波、Yb:YAGレーザの第２高調波または第３高調波、Y
b:ガラスレーザの第２高調波または第３高調波、Ti：Sa
pphireレーザの基本波または第２高調波のいすれかであ
ることを特徴とする請求項１４記載のレーザ熱処理装
置。 - 【請求項１８】 上記パルスレーザ光源により発生され
るレーザビームの１パルス当たりのエネルギーが0.5mJ
以上であることを特徴とする請求項１４乃至１７記載の
レーザ熱処理装置。 - 【請求項１９】 上記パルスレーザ光源により発生され
るレーザビームのパルス時間幅が200nsec未満であるこ
とを特徴とする請求項１４乃至１８記載のレーザ熱処理
装置。
Priority Applications (10)
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|---|---|---|---|
| JP11063107A JP2000260731A (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | レーザ熱処理方法、レーザ熱処理装置および半導体デバイス |
| TW089103934A TW445545B (en) | 1999-03-10 | 2000-03-06 | Laser heat treatment method, laser heat treatment apparatus and semiconductor device |
| CNB008008256A CN1179401C (zh) | 1999-03-10 | 2000-03-08 | 激光热处理方法,激光热处理装置以及半导体装置 |
| KR10-2000-7012341A KR100407748B1 (ko) | 1999-03-10 | 2000-03-08 | 레이저 열처리 방법, 레이저 열처리 장치 및 반도체디바이스 |
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