JP2000277454A - 半導体製造装置 - Google Patents
半導体製造装置Info
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- JP2000277454A JP2000277454A JP11079092A JP7909299A JP2000277454A JP 2000277454 A JP2000277454 A JP 2000277454A JP 11079092 A JP11079092 A JP 11079092A JP 7909299 A JP7909299 A JP 7909299A JP 2000277454 A JP2000277454 A JP 2000277454A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】絶縁基板と半導体膜との熱歪を避け、短時間で
大粒径多結晶化が可能な半導体製造装置を提供する。 【解決手段】レーザ装置から出射したレーザ光をハーフ
ミラーを用いて第１レーザ光、第２レーザ光の二ビーム
に分離し、両者間に光路差を設け、絶縁膜基板上に形成
された非晶質半導体膜に第１レーザ光を照射した後、所
定時間遅延して第２レーザ光を照射することによって、
大粒径の多結晶半導体膜を形成する。
大粒径多結晶化が可能な半導体製造装置を提供する。 【解決手段】レーザ装置から出射したレーザ光をハーフ
ミラーを用いて第１レーザ光、第２レーザ光の二ビーム
に分離し、両者間に光路差を設け、絶縁膜基板上に形成
された非晶質半導体膜に第１レーザ光を照射した後、所
定時間遅延して第２レーザ光を照射することによって、
大粒径の多結晶半導体膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置に係
り、特にレーザ光線による加熱で高性能な薄膜素子を形
成するのに好適な半導体製造装置に関する。
り、特にレーザ光線による加熱で高性能な薄膜素子を形
成するのに好適な半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】アモルファス半導体膜を再結晶化して形
成した多結晶薄膜トランジスタは、アモルファス薄膜ト
ランジスタに比べて高性能であり、液晶の駆動のみなら
ずガラス基板上で大規模集積回路を実現できる可能性を
有している。
成した多結晶薄膜トランジスタは、アモルファス薄膜ト
ランジスタに比べて高性能であり、液晶の駆動のみなら
ずガラス基板上で大規模集積回路を実現できる可能性を
有している。
【０００３】多結晶シリコンの重要な製造技術の一つ
に、レーザ加熱を用いたアモルファスシリコンの再結晶
化がある。この方法はアモルファスシリコン薄膜をエキ
シマレーザ照射によって溶融させ、ガラス基板を損傷さ
せずに再結晶化させるという特徴がある。
に、レーザ加熱を用いたアモルファスシリコンの再結晶
化がある。この方法はアモルファスシリコン薄膜をエキ
シマレーザ照射によって溶融させ、ガラス基板を損傷さ
せずに再結晶化させるという特徴がある。
【０００４】上記技術の改良として、基板を４００℃程
度に加熱してレーザ加熱を行う技術がある。これによる
と粒径の大きい多結晶シリコン膜を形成できることが知
られている。これは、溶融シリコンの凝固時間が基板加
熱によって長くなるためである。
度に加熱してレーザ加熱を行う技術がある。これによる
と粒径の大きい多結晶シリコン膜を形成できることが知
られている。これは、溶融シリコンの凝固時間が基板加
熱によって長くなるためである。
【０００５】上記技術に関しては、たとえばジャパニー
ズ ジャーナル オブ アプライドフィジクス（Japane
se Journal of Applied Physics）30(1991)3700.の
報告、H.Kuriyama et al.，"Enlargement of Poly-
Si Film Grain Size by Excimer Laser Anneali
ng and Its Application to high-performance P
oly-Si Thin Film Transistor"に詳しい。通常、上
記基板加熱は抵抗加熱ヒータをガラス基板の下に置くこ
とによって行われる。
ズ ジャーナル オブ アプライドフィジクス（Japane
se Journal of Applied Physics）30(1991)3700.の
報告、H.Kuriyama et al.，"Enlargement of Poly-
Si Film Grain Size by Excimer Laser Anneali
ng and Its Application to high-performance P
oly-Si Thin Film Transistor"に詳しい。通常、上
記基板加熱は抵抗加熱ヒータをガラス基板の下に置くこ
とによって行われる。
【０００６】基板加熱を行う別の方法として、二台のレ
ーザを用い、一方のレーザ光を基板加熱用としてガラス
基板側からレーザを照射し、他方のレーザ光を結晶化用
としてアモルファスシリコン膜側から照射する、２ビー
ム加熱法がある。この加熱法は、エーエム・エルシーデ
ィー９８（ＡＭ−ＬＣＤ’９８）pp.153-156のR.Ishiha
ra and A. Burtsev，"Location-Controlled Adjace
nt Grains Following Excimer-Laser Melting of
Si Thin-Films"に報告されている。
ーザを用い、一方のレーザ光を基板加熱用としてガラス
基板側からレーザを照射し、他方のレーザ光を結晶化用
としてアモルファスシリコン膜側から照射する、２ビー
ム加熱法がある。この加熱法は、エーエム・エルシーデ
ィー９８（ＡＭ−ＬＣＤ’９８）pp.153-156のR.Ishiha
ra and A. Burtsev，"Location-Controlled Adjace
nt Grains Following Excimer-Laser Melting of
Si Thin-Films"に報告されている。
【０００７】また、アモルファスシリコンをレーザ照射
して多結晶に変換した後、再びレーザ照射を行うと上記
結晶粒は溶融しないで結晶粒界部が溶融して再結晶化す
るため、結晶性が向上する。そのため、上記繰り返しレ
ーザ照射法が用いられている。
して多結晶に変換した後、再びレーザ照射を行うと上記
結晶粒は溶融しないで結晶粒界部が溶融して再結晶化す
るため、結晶性が向上する。そのため、上記繰り返しレ
ーザ照射法が用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
は次のような問題点がある。
は次のような問題点がある。
【０００９】上記抵抗加熱ヒータを用いた方法は、生産
効率を上げるためにガラス基板を大きくすると、ガラス
基板全面での加熱の均一性を保つことが極めて困難にな
る。また、基板材料に通常のガラスを用いた場合では、
高温下において変形を生ずる可能性が高い。さらに加熱
と冷却のために数時間を要し、スループットを上げるこ
とができない。
効率を上げるためにガラス基板を大きくすると、ガラス
基板全面での加熱の均一性を保つことが極めて困難にな
る。また、基板材料に通常のガラスを用いた場合では、
高温下において変形を生ずる可能性が高い。さらに加熱
と冷却のために数時間を要し、スループットを上げるこ
とができない。
【００１０】上記２ビーム加熱法においては、２台のレ
ーザ装置を必要とするため装置にコストがかかる。ま
た、２つのレーザの同期がとれていないと、基板加熱効
果を利用することができない。さらに、表側と裏側のレ
ーザの位置を精度よく合わさなければならない。
ーザ装置を必要とするため装置にコストがかかる。ま
た、２つのレーザの同期がとれていないと、基板加熱効
果を利用することができない。さらに、表側と裏側のレ
ーザの位置を精度よく合わさなければならない。
【００１１】上記繰り返しレーザ照射法では、通常１０
０Ｈｚ程度の周期で行われるため、試料が完全に冷却し
た後に次のレーザ照射を行うことになり、効率が悪くな
る。
０Ｈｚ程度の周期で行われるため、試料が完全に冷却し
た後に次のレーザ照射を行うことになり、効率が悪くな
る。
【００１２】本発明は以上の問題点を解消するためにな
されたもので、大面積ガラス基板に適用でき、基板ガラ
スと半導体膜との熱歪みの発生を避け、スループットの
向上と低コスト化を実現し、かつ歩留まりよく薄膜素子
を製造できる半導体製造装置を提供する。
されたもので、大面積ガラス基板に適用でき、基板ガラ
スと半導体膜との熱歪みの発生を避け、スループットの
向上と低コスト化を実現し、かつ歩留まりよく薄膜素子
を製造できる半導体製造装置を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記問題を解決するため
の本発明の半導体製造装置の構成を図１を用いて説明す
る。図１において１０１はレーザ発振器、１０２はハー
フミラー、１０３および１０４はミラー、１０５はミラ
ー駆動部、１１０はレーザ光、１１１は分割された第１
レーザ光、１１２は分割された第２レーザ光、１１４は
光検出器、１２０は非晶質半導体膜、１２１はガラス基
板、１２２は試料ホルダである。
の本発明の半導体製造装置の構成を図１を用いて説明す
る。図１において１０１はレーザ発振器、１０２はハー
フミラー、１０３および１０４はミラー、１０５はミラ
ー駆動部、１１０はレーザ光、１１１は分割された第１
レーザ光、１１２は分割された第２レーザ光、１１４は
光検出器、１２０は非晶質半導体膜、１２１はガラス基
板、１２２は試料ホルダである。
【００１４】レーザ発振器１０１から放出したレーザ光
１１０をハーフミラー１０２によって第１レーザ光１１
１と第２レーザ光１１２に分離する。第１レーザ光１１
１は非晶質半導体膜１２０の表面領域１２３を照射す
る。第２レーザ光１１２はミラー１０３および１０４と
ミラー駆動部１０５を用い、第１レーザ光１１１より長
い光路を経て上記表面領域１２３に入射させる。これに
よって、レーザ光１１２はレーザ光１１１に遅れて上記
表面領域１２３を照射する。例えば、３メートルの光路
差では、１０ナノ秒の遅延時間となる。これによって、
効率のよい繰り返しレーザ照射が可能になる。
１１０をハーフミラー１０２によって第１レーザ光１１
１と第２レーザ光１１２に分離する。第１レーザ光１１
１は非晶質半導体膜１２０の表面領域１２３を照射す
る。第２レーザ光１１２はミラー１０３および１０４と
ミラー駆動部１０５を用い、第１レーザ光１１１より長
い光路を経て上記表面領域１２３に入射させる。これに
よって、レーザ光１１２はレーザ光１１１に遅れて上記
表面領域１２３を照射する。例えば、３メートルの光路
差では、１０ナノ秒の遅延時間となる。これによって、
効率のよい繰り返しレーザ照射が可能になる。
【００１５】また、第２レーザ光１１２の第１レーザ光
１１１に対する表面領域１２３上での遅延時間の最適値
は、上記半導体材料の融点や熱伝導度、潜熱などの物性
値や膜厚によって変わるため、あらかじめ実験によって
最適値を調べておく。
１１１に対する表面領域１２３上での遅延時間の最適値
は、上記半導体材料の融点や熱伝導度、潜熱などの物性
値や膜厚によって変わるため、あらかじめ実験によって
最適値を調べておく。
【００１６】本発明によれば、効果の高い繰り返しレー
ザ照射法が実現できる。また、膜全体を加熱することを
避けることができるため、ガラス基板を加熱、冷却する
ための時間を必要としない。また、パルスレーザで加熱
を行うため、基板加熱の効果すなわち凝固までの時間を
長くする効果も、基板材料の温度上昇を伴わないため熱
歪みを防ぐことができる。さらに、通常の抵抗加熱より
も局所的な温度を精密に制御することができる。また、
２つのレーザ光を用いているが、一台のレーザ装置で足
りるため低コスト化が可能となる。
ザ照射法が実現できる。また、膜全体を加熱することを
避けることができるため、ガラス基板を加熱、冷却する
ための時間を必要としない。また、パルスレーザで加熱
を行うため、基板加熱の効果すなわち凝固までの時間を
長くする効果も、基板材料の温度上昇を伴わないため熱
歪みを防ぐことができる。さらに、通常の抵抗加熱より
も局所的な温度を精密に制御することができる。また、
２つのレーザ光を用いているが、一台のレーザ装置で足
りるため低コスト化が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】（実施例１）図１により、本発明
の一実施例を説明する。レーザ発振器１０１としてはエ
キシマレーザ（例えばＸｅＣｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦレー
ザ）発振器を用いた。放出したレーザ光１１０をハーフ
ミラー１０２によって第１レーザ光１１１と第２レーザ
光１１２に分離する。試料ホルダ１２２には、表面に非
晶質半導体膜（例えば非晶質Ｓｉ膜、非晶質Ｇｅ膜、非
晶質ＳｉＧｅ膜）１２０を形成したガラス基板１２１が
固定されている。
の一実施例を説明する。レーザ発振器１０１としてはエ
キシマレーザ（例えばＸｅＣｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦレー
ザ）発振器を用いた。放出したレーザ光１１０をハーフ
ミラー１０２によって第１レーザ光１１１と第２レーザ
光１１２に分離する。試料ホルダ１２２には、表面に非
晶質半導体膜（例えば非晶質Ｓｉ膜、非晶質Ｇｅ膜、非
晶質ＳｉＧｅ膜）１２０を形成したガラス基板１２１が
固定されている。
【００１８】第１レーザ光１１１は上記非晶質半導体膜
１２０の表面領域１２３を照射し、局部的に上記表面領
域１２３を加熱する。一方、第２レーザ光１１２はミラ
ー１０３とミラー１０４で反射され、第１レーザ光１１
１より長い光路を経て、すなわち第１レーザ光１１１に
遅延して上記表面領域１２３に到達し、上記部分を局部
的に再加熱する。
１２０の表面領域１２３を照射し、局部的に上記表面領
域１２３を加熱する。一方、第２レーザ光１１２はミラ
ー１０３とミラー１０４で反射され、第１レーザ光１１
１より長い光路を経て、すなわち第１レーザ光１１１に
遅延して上記表面領域１２３に到達し、上記部分を局部
的に再加熱する。
【００１９】例えば、上記光路差を３ｍとした場合の第
２レーザ光１１２の上記遅延時間は１０ｎｓである。上
記光路差は、ミラーを増やすことによって調整してもよ
い。
２レーザ光１１２の上記遅延時間は１０ｎｓである。上
記光路差は、ミラーを増やすことによって調整してもよ
い。
【００２０】上記により、非晶質半導体膜１２０のレー
ザ照射領域１２３は、第１レーザ光１１１による加熱
後、その冷却が完了する前に第２レーザ光１１２によっ
て再加熱され、多結晶に変換される。
ザ照射領域１２３は、第１レーザ光１１１による加熱
後、その冷却が完了する前に第２レーザ光１１２によっ
て再加熱され、多結晶に変換される。
【００２１】ここで、上記第２レーザ光１１２の強度
は、非晶質半導体膜１２０を局部的に溶融する程度に調
整する。これは、光検出器１１４を用いてレーザ光１１
２の反射率を測定することで、加熱時の表面温度を測定
し、上記測定結果をもとにレーザ発振器１０１のエネル
ギ密度を調整することによってなされる。
は、非晶質半導体膜１２０を局部的に溶融する程度に調
整する。これは、光検出器１１４を用いてレーザ光１１
２の反射率を測定することで、加熱時の表面温度を測定
し、上記測定結果をもとにレーザ発振器１０１のエネル
ギ密度を調整することによってなされる。
【００２２】次に、ガラス基板１２１を固定した試料ホ
ルダ１２２を水平方向に移動する。これによってレーザ
光の照射部を半導体薄膜１２０の全面に順次走査させ、
非晶質膜全体を多結晶に変換することができる。本発明
の方法で得られる多結晶膜は、結晶粒径を２００nm以上
にできる。
ルダ１２２を水平方向に移動する。これによってレーザ
光の照射部を半導体薄膜１２０の全面に順次走査させ、
非晶質膜全体を多結晶に変換することができる。本発明
の方法で得られる多結晶膜は、結晶粒径を２００nm以上
にできる。
【００２３】（実施例２）図２は本発明の他の実施例の
構成を示す。エキシマレーザ発振器（例えばＸｅＣｌ、
ＫｒＦ、ＡｒＦレーザ）１０１から放出したレーザ光１
１０をハーフミラー１０２によって第１レーザ光１１１
と第２レーザ光１１２に分離する。第１レーザ光１１１
は、光減衰器２０１によって光強度が調整されて、試料
ホルダ１２２に固定されたガラス基板１２１上に成膜さ
れた非晶質半導体膜（例えば非晶質Ｓｉ膜、非晶質Ｇｅ
膜、非晶質ＳｉＧｅ膜）１２０の表面領域１２３を照射
する。一方、第２レーザ光１１２は、ミラー１０３とミ
ラー１０４を用いて、第１レーザ光１１１と光路差を設
けることによって、第１レーザ光１１１に遅延して上記
表面領域１２３を照射する。
構成を示す。エキシマレーザ発振器（例えばＸｅＣｌ、
ＫｒＦ、ＡｒＦレーザ）１０１から放出したレーザ光１
１０をハーフミラー１０２によって第１レーザ光１１１
と第２レーザ光１１２に分離する。第１レーザ光１１１
は、光減衰器２０１によって光強度が調整されて、試料
ホルダ１２２に固定されたガラス基板１２１上に成膜さ
れた非晶質半導体膜（例えば非晶質Ｓｉ膜、非晶質Ｇｅ
膜、非晶質ＳｉＧｅ膜）１２０の表面領域１２３を照射
する。一方、第２レーザ光１１２は、ミラー１０３とミ
ラー１０４を用いて、第１レーザ光１１１と光路差を設
けることによって、第１レーザ光１１１に遅延して上記
表面領域１２３を照射する。
【００２４】これにより、非晶質半導体膜１２０のレー
ザ照射領域１２３は、第１レーザ光１１１による局部加
熱後の冷却が完了する前に第２レーザ光１１２によって
再加熱され、多結晶に変換される。
ザ照射領域１２３は、第１レーザ光１１１による局部加
熱後の冷却が完了する前に第２レーザ光１１２によって
再加熱され、多結晶に変換される。
【００２５】このとき、第２レーザ光１１２の強度は、
非晶質半導体膜１２１を局部的に溶融する程度に調整す
る。この制御は、光検出器１１４を用いてレーザ光１１
２の反射率を測定から加熱時の表面温度を測定し、これ
によってレーザ発振器１０１のエネルギ密度の調整する
ことでなされる。
非晶質半導体膜１２１を局部的に溶融する程度に調整す
る。この制御は、光検出器１１４を用いてレーザ光１１
２の反射率を測定から加熱時の表面温度を測定し、これ
によってレーザ発振器１０１のエネルギ密度の調整する
ことでなされる。
【００２６】また、第１レーザ光１１１の強度は、上記
光減衰器２０１によって上記照射領域１２３の非晶質半
導体膜１２０の溶融温度以下に加熱できる範囲に制御す
ることで、第２レーザ光１１２による上記半導体表面の
溶融後の凝固速度を低下させることができ、結晶粒を大
きく成長させることが可能となる。
光減衰器２０１によって上記照射領域１２３の非晶質半
導体膜１２０の溶融温度以下に加熱できる範囲に制御す
ることで、第２レーザ光１１２による上記半導体表面の
溶融後の凝固速度を低下させることができ、結晶粒を大
きく成長させることが可能となる。
【００２７】次に、ガラス基板１２１を固定する試料ホ
ルダ１２２を移動することによって、非晶質膜全体が多
結晶に変換される。上記方法で得られる多結晶膜は、結
晶粒径が３００nm以上になる。
ルダ１２２を移動することによって、非晶質膜全体が多
結晶に変換される。上記方法で得られる多結晶膜は、結
晶粒径が３００nm以上になる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、絶縁基板と半導体膜と
の熱歪を避け、短時間で大粒径多結晶化が可能な半導体
製造装置を実現することができ、従来の製造装置を用い
た場合にくらべて、低コスト、高歩留まりの半導体装置
を提供できる。
の熱歪を避け、短時間で大粒径多結晶化が可能な半導体
製造装置を実現することができ、従来の製造装置を用い
た場合にくらべて、低コスト、高歩留まりの半導体装置
を提供できる。
【図１】本発明の一実施例の半導体製造装置の縦断面
図。
図。
【図２】本発明の一実施例の半導体製造装置の縦断面
図。
図。
１０１…レーザ発振器、１０２…ハーフミラー、１０３
…ミラー、１０４…ミラー駆動器、１０５…ミラー駆動
器、１１０…レーザ光、１１１…レーザ光、１１２…レ
ーザ光、１１４…光検出器、１２０…非晶質半導体膜、
１２１…ガラス基板、１２２…試料ホルダ、２０１……
光減衰器。
…ミラー、１０４…ミラー駆動器、１０５…ミラー駆動
器、１１０…レーザ光、１１１…レーザ光、１１２…レ
ーザ光、１１４…光検出器、１２０…非晶質半導体膜、
１２１…ガラス基板、１２２…試料ホルダ、２０１……
光減衰器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 賀茂 尚広 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA02 BA15 BB07 CA04 DA02 DA03 DA10
Claims (2)
- 【請求項１】被加熱試料保持手段と、レーザ光源と、上
記レーザ光源からのレーザ光の光路上に設置されたハー
フミラーと、上記ハーフミラーによって分離された第１
レーザ光と第２レーザ光の、上記光源から上記試料保持
手段上の被加熱試料表面までの光路長が異なるように配
置された複数のミラーを有することを特徴とする半導体
製造装置。 - 【請求項２】上記第１レーザ光の方が上記第２レーザ光
よりも上記光路長が短く、かつ上記第１レーザ光の方が
上記第２レーザ光よりも被加熱試料面への照射エネルギ
が低くなるように、上記第１レーザ光から上記被加熱試
料保持手段への光路の途中に光減衰器が設置されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11079092A JP2000277454A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 半導体製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11079092A JP2000277454A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 半導体製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000277454A true JP2000277454A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13680251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11079092A Pending JP2000277454A (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 半導体製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000277454A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004207691A (ja) * | 2002-12-11 | 2004-07-22 | Sharp Corp | 半導体薄膜の製造方法、その製造方法により得られる半導体薄膜、その半導体薄膜を用いる半導体素子および半導体薄膜の製造装置 |
| JP2004221597A (ja) * | 2003-01-16 | 2004-08-05 | Microlas Lasersyst Gmbh | 非晶質半導体層を結晶化するための装置および方法 |
| JP2007251015A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザアニール装置及びレーザアニール方法 |
| US9829712B2 (en) | 2015-02-27 | 2017-11-28 | Samsung Display Co., Ltd. | Laser optical system and laser annealing device including the same |
-
1999
- 1999-03-24 JP JP11079092A patent/JP2000277454A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004207691A (ja) * | 2002-12-11 | 2004-07-22 | Sharp Corp | 半導体薄膜の製造方法、その製造方法により得られる半導体薄膜、その半導体薄膜を用いる半導体素子および半導体薄膜の製造装置 |
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| JP2007251015A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザアニール装置及びレーザアニール方法 |
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