JP2001223167A - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルスレーザを重畳して照射する場合に、同
一箇所における照射・非照射界面における不均一部分の
形成を防ぎ、形成される半導体薄膜の均一性を向上させ
る。 【構成】 レーザ光の集光形状の外周が走査方向と平行
でない位置にあることで、連続的に重畳された場合でも
同一箇所における照射・非照射界面の形成を防ぎ、形成
される半導体薄膜の均一性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体薄膜の製造方法に
関するものであり、とくに液晶ディスプレイ、イメージ
センサ等に応用可能な高速応答性を有する薄膜トランジ
スタ用半導体薄膜の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用周
辺駆動回路などの高速動作を必要とする薄膜集積回路へ
の応用を目的として、多結晶Ｓｉ薄膜を用いた薄膜トラ
ンジスタの開発が進められている。上述の多結晶Ｓｉ薄
膜は、合成石英ガラスなどの基板上に、化学的気相堆積
法、固相成長法、光照射による結晶成長法等を用いて形
成される。なかでもＸｅＣ１エキシマレーザなどの紫外
パルスレーザを用いたレーザアニール工程を有する半導
体薄膜の製造法は、ソーダライムガラスなどの低融点基
板上に高移動度の薄膜トランジスタを作製できる方法と
して注目されている。エキシマレーザは数十ｎｓｅｃ程
度の超短パルスレーザであるため、薄膜表面のみの溶融
再結晶化を可能とし、基板への熱的な影響を小さく抑え
ることができるからである。

【０００３】ところで、ＬＣＤ用周辺駆動回路などの長
尺デバイスを形成するためには、ＬＳＩ等に比べ広範囲
における均一性が要求される。その点において、エキシ
マレーザはビーム内に強度分布を有すること、及びビー
ムサイズに対し大きいデバイスを形成する場合ビームの
走査が必要であること、が均一な半導体薄膜を形成する
上での障壁となっている。前者のビーム内強度分布の均
一化に関しては、光学レンズ群を用いたレーザ光の分散
・集光による方法が知られている。この時フライアイレ
ンズと呼ばれる正方形の断面を有するレンズアレイが用
いられるため、強度分布が平滑化されると同時にレーザ
光は正方形に集光され、均一なレーザ照射が行われる。
後者のビーム走査は、レーザの被照射面と非被照射面と
の境界に発生する急激な温度勾配による半導体薄膜微細
構造の不連続性が、面内の均一性を劣化させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにレーザア
ニール法においては、図２に示すように、基板を矢印
（２０１）方向に移動させることによってレーザ光が集
光される正方形の１辺に平行に走査される。したがっ
て、パルスレーザを重畳し、走査方向と平行な境界（２
０２）の形成が同一箇所に連続する場合、薄膜構造の変
質がより顕著に進む。したがってＴＦＴの製造工程にお
けるチャネルの形成がこの不連続部分に相当する時ＴＦ
Ｔ電子移動度が６０（ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ）以下とな
り、ビームの中心を用いたレーザアニールによるＴＦＴ
特性（１２０（ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ））にたいし、バラ
ツキ及び劣化が大きくなるという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】基板上に形成された半導
体薄膜のアニール工程を有する半導体薄膜製造方法にお
いて、上記半導体薄膜のアニールがパルスレーザ光の連
続的な走査によるものであり、上記パルスレーザ光の照
射面における集光形状が走査方向と平行な辺を有さない
ことを特徴とする半導体薄膜の製造方法。

【０００６】

【作用】本発明の方法によれば、走査方向に平行にレー
ザ被照射部分と非被照射部分との境界が形成されること
がなくなるため、重畳による変質の進行を阻止できる。
境界の形成、即ち膜構造の不連続性は、ビーム内におけ
る溶融・冷却プロセスとビーム周辺部における溶融・冷
却プロセスとが異なるために生じている。ビーム内にお
いては、Ｓｉに吸収された熱エネルギーが主に基板方向
に方散され冷却されるが、ビーム周辺部においては基板
方向ばかりでなく横方向への熱の拡散が生じるため最高
到達温度、及び冷却形態が異なる。従って、いったんレ
ーザ照射されたビーム周辺部は、ビーム内とも非被照射
部分とも異なる特性（吸収係数、微細構造等）を有す
る。この部分にさらにレーザ照射を行った場合、溶融す
るに十分なエネルギーの照射であれば均一な構造を形成
することができるが、再びビームの周辺部が照射される
と、いったん形成された構造とも異なる構造に変化す
る。このようにして、ビーム周辺部による変質が進んで
行くが、周辺部の重畳を防ぐことにより、変質の進行を
阻止することができる。

【０００７】

【実施例】実施例を以下に示す。図３に示すようにエキ
シマレーザ装置（３０１）から発振されるＸｅＣｌエキ
シマレーザ光（波長３０８ｎｍ）は、強度分布を平滑化
するために設けられた光学レンズ群による光強度平滑化
装置（３０５）及びレーザ光の向きを変化させるために
設けられたミラー（３０２、３０３、３０４）を介し、
基板（３０７）が配置された真空チャンバ（３０９）内
に導入される。比照射材料として、高周波スパッタリン
グ法により堆積されたアモルファスＳｉ薄膜（厚さ２０
０ｎｍ）が基板上に形成されており、ＸＹステージ（３
０８）の移動と共に、レーザ光が基板表面に走査され
る。この時、基板表面に到達するレーザ光は正方形状に
集光され、図１に示すように、レーザ光（１００）が形
成する正方形の１辺に対し４５度の角度を保ちながら基
板が矢印（１０１）方向に移動する。この時の照射エネ
ルギー密度２８０（ｍＪ／ｃｍ2 ）、ビームサイズ３ｍ
ｍ×３ｍｍ、照射レート２０（ショット／ｃｍ）であ
る。

【０００８】このようにして行われるアニール工程は、
同一箇所におけるレーザビーム周辺部による連続したア
ニール回数が６回から１回（交差部分）に、その交差部
分の面積も連続した直線からある間隔をおいた点（面積
比１０％以下）に減少する。以上のように形成される多
結晶Ｓｉ薄膜をＴＦＴ作製に応用した結果、チャネルの
形成が前記交差部分に相当するＴＦＴの電子移動度のば
らつきは、ビーム中央に相当するＴＦＴのそれに対し２
０％以内となった。

【０００９】

【発明の効果】以上説明したように本発明により、レー
ザ光により形成される集光形状のいずれの辺においても
走査方向と平行でなく、基板上の同一箇所において繰り
返し連続して照射・非照射面の境界が形成される回数及
び領域が減少するため、より特性のバラツキの少ないＴ
ＦＴを形成し得る半導体薄膜の製造が行われた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例のレーザ光の照射方法を示す
図。

【図２】 従来のレーザ光照射方法を示す図。

【図３】 本発明の実施例におけるレーザ光照射装置の
ブロック図。

【符号の説明】

１０１ 基板移動方向 ２０１ 基板移動方向 ２０２ ビーム周辺部が連続的に照射される部分 ３０１ ＸｅＣｌエキシマレーザ装置 ３０２ 光学ミラー ３０３ 光学ミラー ３０４ 光学ミラー ３０５ 光強度平滑化装置 ３０７ 基板 ３０８ ＸＹステージ ３０９ 真空チャンバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された半導体薄膜のアニー
   ル工程を有する半導体薄膜の製造方法において、上記半
   導体薄膜のアニールがパルスレーザ光の連続的な走査に
   よるものであり、上記パルスレーザ光の照射面における
   集光形状が走査方向と平行な辺を有さず、前記走査方向
   がＸ−ＹステージのＸ又はＹ方向であることを特徴とす
   る半導体薄膜の製造方法。