JP2003059858A - レーザアニール装置及び薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
レーザアニール装置及び薄膜トランジスタの製造方法Info
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Abstract
コスト低減を図る。 【解決手段】 レーザアニール処理によりアモルファス
シリコン膜を薄膜トランジスタ1の活性層となるポリシ
リコン膜6に転換させる薄膜トランジスタ1の製造方法
において、複数の半導体レーザ素子が配置されたレーザ
アニール装置が、アモルファスシリコン膜の表面に照射
されるレーザ光の光強度を均一化させたレーザ光をアモ
ルファスシリコン膜に照射するレーザアニール処理を施
すことから、再結晶化されて得られたポリシリコン膜6
の結晶粒径が均一化され、このポリシリコン膜6を活性
層とすることでトランジスタの特性が向上した薄膜トラ
ンジスタが得られる。
Description
ザ光を照射することでアニール処理を施すレーザアニー
ル装置及びアニール処理により非晶質シリコン膜を薄膜
トランジスタの活性層となる多結晶シリコン膜に転換さ
せる薄膜トランジスタの製造方法に関するものである。
のスイッチング素子として広く用いられている。この薄
膜トランジスタのチャネル層に多結晶シリコン(以下、
ポリシリコンと記す。)膜を用いた場合、薄膜トランジ
スタの電解移動度が非常に高くなるために、例えば液晶
ディスプレイ等の駆動回路として内蔵でき、ディスプレ
イの高精細化、小型化等を実現することができる。
た薄膜トランジスタは、チャネル層に非晶質シリコン
(以下、アモルファスシリコンと記す。)膜を用いた場
合に比べて駆動電流が高いために、電流駆動方式を使用
する有機材料のエレクトロルミネッセンス(electrolum
inescence:以下、ELと記す。)を利用した有機EL
ディスプレイの画素トランジスタに応用することができ
る。
法としては、レーザアニール装置を用いて、例えばガラ
スや石英等からなる絶縁基板の表面に成膜されたアモル
ファスシリコン膜にレーザ光を照射するレーザアニール
処理を施すことによって、アモルファスシリコン膜をポ
リシリコン膜に転換させる方法がある。
ザアニール装置は、レーザ光の光源にエキシマレーザを
用いている。このエキシマレーザは、紫外波長のレーザ
光をパルス出射し、パルス出射された紫外波長のレーザ
光に対してシリコンが高い吸収係数を有することから、
効率良くアモルファスシリコン膜にレーザアニール処理
を施すことができる。
シマレーザから出射されたレーザ光を例えばビームホモ
ジナイザ等によりアモルファスシリコン面に対する照射
面を線状に成形し、このレーザ光の照射領域を移動させ
ながらアモルファスシリコンをポリシリコンに多結晶化
させるものである。このとき、レーザアニール処理を行
う際のレーザ光の走査方向は、線状に成形されたレーザ
光の照射面の長手方向と直交する方向に走査される。
たレーザアニール装置は、エキシマレーザが例えばXe
ClやKrF等の励起ガスを励起させてレーザ光をパル
ス出射することから、これらの励起ガスの劣化に伴いレ
ーザ光の出射が不安定になり易く、パルス毎のレーザ光
の光強度がばらついてしまう虞がある。
光強度にばらつきが生じたレーザ光でアモルファスシリ
コン膜にレーザアニール処理を施すことから、アモルフ
ァスシリコン膜の加熱溶融の状態にばらつきのあるレー
ザアニール処理を施してしまう。
あるアモルファスシリコン膜では、再結晶化されて得ら
れたポリシリコン膜の結晶粒子の粒径にばらつきが生じ
ることからディスプレイ素子の画像に例えば筋状、点状
のむらが発生して、トランジスタ特性を劣化させてしま
うことがあった。
エキシマレーザに用いる励起ガスの劣化に伴いガス交換
を行う工程が、生産性の低下させると共に、薄膜トラン
ジスタを製造する際にコストアップさせるといった問題
になっている。
ガスを充填させておく槽が必要であり設備が大型である
ために設置面積及び消費電力が大きいことから、薄膜ト
ランジスタを製造する際にコストアップさせるといった
問題にもなっている。
て提案されたものであり、光強度が安定したアニール処
理を施すレーザアニール装置、及びこのような光強度が
安定したレーザ光のアニール処理により得られた多結晶
シリコン膜を用いることでトランジスタ特性の向上、生
産性の向上、製造コストの低減を可能とした薄膜トラン
ジスタの製造方法を提供することを目的としている。
ール装置は、物質の表面に対してレーザ光を照射するこ
とで物質にアニール処理を施すレーザアニール装置にお
いて、物質に対してレーザ光を出射する複数の半導体レ
ーザ素子と、複数の半導体レーザ素子から出射されたレ
ーザ光の物質の表面に照射される光強度を均一化する均
一化手段とを備えている。
体レーザ素子から出射されたレーザ光を、均一化手段に
よって物質の表面に照射されるレーザ光の光強度を均一
化して物質の表面に照射することから、光強度が安定し
たレーザ光によるアニール処理を物質に施すことができ
る。
は、基板上に非晶質シリコン膜を成膜する第1の工程
と、非晶質シリコン膜に対してアニール処理を施すこと
により、非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に転換さ
せる第2の工程と、多結晶シリコン膜を活性層として所
定の領域に薄膜トランジスタを積層形成する第3の工程
とを有している。そして、この薄膜トランジスタの製造
方法は、第2の工程において、レーザ光を出射する複数
の半導体レーザ素子が配置されたレーザアニール装置
が、非晶質シリコン膜の表面に照射されるレーザ光の光
強度を均一化する均一化手段によって、非晶質シリコン
膜の表面に照射される光強度が均一化されたレーザ光
を、非晶質シリコン膜の表面に照射するアニール処理を
施すことにより、非晶質シリコン膜を加熱溶融し、再結
晶化して多結晶シリコン膜に転換させている。
ーザアニール装置が、複数の半導体レーザ素子から出射
されたレーザ光を、均一化手段によって非晶質シリコン
膜の表面に照射されるレーザ光の光強度を均一化して非
晶質シリコン膜の表面に照射するアニール処理を施すこ
とから、非晶質シリコン膜の加熱溶融のばらつきが抑制
され、この非晶質シリコン膜を再結晶化した多結晶シリ
コン膜の結晶粒子の粒径が均一化されてトランジスタ特
性が向上した薄膜トランジスタが得られる。
て、本発明を適用したレーザアニール装置及び薄膜トラ
ンジスタの製造方法について説明する。
は、例えば薄膜トランジスタ(以下、TFTと記す。)
の製造工程中の非晶質シリコン(以下、アモルファスシ
リコンと記す。)膜をレーザアニール処理により加熱溶
融し、再結晶化して結晶質シリコン(以下、ポリシリコ
ンと記す。)膜に転換させる際のアモルファスシリコン
膜に施すレーザアニール処理に用いられる。このTFT
は、例えばガラス基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁
体、ポリシリコン膜(チャネル層)が下層から順次積層
された構造を有している。すなわち、TFTは、チャネ
ル層となるポリシリコン膜とガラス基板との間に、ゲー
ト電極が形成されているボトムゲート構造を有してい
る。
構成例及び製造方法について図1を用いて説明する。
ス基板2上に、ゲート電極3、第1のゲート絶縁膜4、
第2のゲート絶縁膜5、ポリシリコン膜6、ストッパ
7、第1の層間絶縁膜8、第2の層間絶縁膜9、配線1
0、平坦化膜11、透明導電膜12が積層形成されて構
成されている。
る際は、先ず、ガラス基板2上に例えばモリブデン(M
o)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、チタ
ン(Ti)、クロム(Cr)、タングステン(W)等の
金属膜が成膜し、成膜された金属膜を異方性エッチング
によりパターニングすることによりゲート電極3を形成
する。
からなる第1のゲート絶縁膜4を、ゲート電極3が形成
されたガラス基板2上に積層形成する。
等からなる第2のゲート絶縁膜5を、第1のゲート絶縁
膜4上に積層形成する。
リコン膜6を、第2のゲート絶縁膜5上に積層形成す
る。このポリシリコン膜6は、ボトムゲート型のTFT
1のチャネル層として機能し、例えばLPCDV法等に
よってアモルファスシリコン膜が成膜された後に、この
アモルファスシリコン膜に対してレーザ光を照射するレ
ーザアニール処理を施すことにより、アモルファスシリ
コン膜を加熱溶融し、再結晶化することにより多結晶膜
として形成されている。
程においては、図2に示すレーザアニール装置20を用
いるによりアモルファスシリコン膜を加熱溶融するレー
ザアニール処理が施される。
20は、移動ステージ21と、半導体レーザ素子22
と、支持台23と、制御用コンピュータ24、電源25
とによって構成されている。
が施されるアモルファスシリコン膜が成膜されたガラス
基板2を主面上に置載する載物台である。また、移動ス
テージ21は、ガラス基板2を置載する主面が高い平坦
性を有し、置載されたガラス基板2をレーザアニール処
理が施される位置に移動させる機能と、ガラス基板2を
固定する機能とを備えている。
ジ26、Yステージ27、図示しない吸着機構を備えて
構成されている。Xステージ26及びYステージ27
は、移動ステージ21をその主面の面内方向で図中矢印
X及び矢印Yで示す方向に水平移動させるステージであ
り、置載されたガラス基板2を互いに略直交する方向に
移動させてレーザアニール処理が施される位置へと導く
ようにする。吸着機構は、ガラス基板2を移動ステージ
21の主面に吸着することによって固定するためのもの
である。
リコン膜にレーザアニール処理を施すレーザ光28を出
射する出射部29を有するレーザ光源であり、活性層に
例えばGaN、GaAs等の化合物半導体を用いてい
る。この半導体レーザ素子22は、活性層にGaN、G
aAs等の化合物半導体を用いたものに限定されること
はなく、例えばGa、Al、Inのうち何れか一種又は
複数種からなる化合物と、N、As、P、Zn、Se、
Mg、Cd、Sのうち何れか一種又は複数種からなる化
合物とを合成することで得られる化合物半導体を用いて
も良い。また、半導体レーザ素子22は、活性層として
SiCやダイヤモンドを主成分とする化合物半導体を用
いても良い。
射部29とアモルファスシリコン膜の表面とが平行に対
向するように、複数の半導体レーザ素子22をアモルフ
ァスシリコン膜の表面上に所定の間隔で直列に並べて支
持する。また、支持台23は、支持された半導体レーザ
素子22を、移動ステージ21に対して図中矢印Zで示
す垂直方向に昇降させる図示しない昇降機構を有してい
る。この昇降機構は、複数の半導体レーザ素子22とア
モルファスシリコン膜の表面との距離を調節することが
可能なことから、複数の半導体レーザ素子22から出射
されたレーザ光28のアモルファスシリコン膜の表面に
照射される光強度を変化させる。
テージ21の移動の制御、半導体レーザ素子22におけ
るレーザ光28の出射の制御、支持台23の昇降機構の
制御等を行う。
がレーザ光28を出射するための電力や制御用コンピュ
ータ24を作動させるための電力を、半導体レーザ素子
22及び制御用コンピュータ24等に供給する。
0では、複数の半導体レーザ素子22から出射されたレ
ーザ光28を、アモルファスシリコン膜の表面に、レー
ザ光28の光強度が均一化するように照射する。
照射するレーザ光28の光強度を均一化させる条件とし
ては、例えば、複数の半導体レーザ素子22の出射部2
9とアモルファスシリコン膜の表面との距離を一定にし
て複数の半導体レーザ素子22を支持台23に支持させ
ることや、アモルファスシリコン膜の表面に照射された
レーザ光28にビームの重なりやビーム間に隙間が生じ
ることがない間隔で複数の半導体レーザ素子22を支持
台23に並べることや、複数の半導体レーザ素子22か
ら同一な光強度のレーザ光28を出射させること等が挙
げられる。
は、複数の半導体レーザ素子22から出射されたレーザ
光28のアモルファスシリコン膜の表面に照射される光
強度が均一化され、安定した光強度のレーザ光28をア
モルファスシリコン膜に照射することから、アモルファ
スシリコン膜をばらつきなく加熱溶融することが可能と
なる。
ポリシリコン膜6を形成する際は、先ず、移動ステージ
21にアモルファスシリコン膜が成膜されたガラス基板
2を置載する。
する支持台23の昇降機構が、移動ステージ21に対し
て支持台23を昇降させ、複数の半導体レーザ素子22
とアモルファスシリコン膜の表面との距離を調節する。
これにより、複数の半導体レーザ素子22から出射され
たレーザ光28のアモルファスシリコン膜の表面に照射
される光強度を所望の強度に調節することが可能とな
る。
射されたレーザ光28をアモルファスシリコン膜の表面
に照射し、移動ステージ21を複数の半導体レーザ素子
22が直列に並んだ方向に対して略直交する方向に平行
移動させることによって、レーザ光28の照射領域を移
動させながらアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜
6に多結晶化させるレーザアニール処理を施す。
の表面に照射されるレーザ光28の光強度が均一化され
たレーザ光28を、アモルファスシリコン膜の表面に照
射するレーザアニール処理を施すことにより、アモルフ
ァスシリコン膜の加熱溶融のばらつきが抑制され、再結
晶化して得られた結晶粒子の粒径が均一化されたポリシ
リコン膜6が形成される。
て形成されたポリシリコン膜6上に、例えば二酸化シリ
コン(SiO2)等の膜を成膜し、ゲート電極3を形成
した同様のパターニング方法等により、二酸化シリコン
(SiO2)の膜をパターニングしてゲート電極3に対
応する位置にストッパ7を形成する。
イン領域を形成するための不純物をイオンドーピングす
る。このとき、ストッパ7は、ゲート電極3の上方部分
のポリシリコン膜6に不純物がドーピングされないよう
にする。
等からなる第1の層間絶縁膜8を、ストッパ7が形成さ
れたポリシリコン膜6上に積層形成する。
からなる第2の層間絶縁膜9を、第1の層間絶縁膜8上
に積層形成する。
ン領域を接続させるためのコンタクトホールを開口し、
例えばアルミニウム(Al)、チタン(Ti)等の金属
膜を成膜し、この金属膜をエッチングなどによってパタ
ーニングすることによって配線10を形成する。この配
線10は、ポリシリコン膜6上に形成された各トランジ
スタのソース/ドレイン領域を接続して、基板上に所定
の回路パターンを形成する。
縁層9上に、ボトムゲート型のTFT1の表面を平坦化
させるための例えばアクリル樹脂等からなる平坦化膜1
1を成膜する。
や外部配線とを接続させるための例えばITO等からな
る透明導電膜12をコンタクトホールが平坦化膜11に
開口された後に、この平坦化膜11上に形成する。以上
のようにして、TFT1が製造される。
ーザアニール装置20が、アモルファスシリコン膜の表
面に照射されるレーザ光28の光強度が均一化されたレ
ーザ光28を、アモルファスシリコン膜の表面に照射す
るレーザアニール処理を施すことから、アモルファスシ
リコン膜の加熱溶融のばらつきが抑制され、このアモル
ファスシリコン膜を再結晶化したポリシリコン膜6の結
晶粒子の粒径が均一化されたTFT1を得ることができ
る。このようにして得られたTFT1では、ポリシリコ
ン膜6の結晶粒子の粒径が均一化されていることから、
ディスプレイ素子の画像に例えば筋状、点状のむら等が
発生することを防止してトランジスタ特性を向上させる
ことができる。
レーザアニール装置20が、従来のエキシマレーザを用
いたレーザアニール装置のように励起ガスを必要としな
いことから、励起ガスの劣化によって出射されるレーザ
光の光強度が不安定になることがなく、安定した光強度
のレーザ光28をアモルファスシリコン膜の表面に照射
することができる。したがって、上述したTFT1の製
造方法では、レーザアニール装置20が、安定した光強
度のレーザ光28によって加熱溶融のばらつきが抑制す
るレーザアニール処理を、アモルファスシリコン膜に施
すことが可能となり、ポリシリコン膜6を形成する際の
歩留まりを向上させることができる。
ーザアニール装置20が、従来のエキシマレーザを用い
たレーザアニール装置のように励起ガスを必要としない
ことから、劣化した励起ガスの交換といった工程がな
く、TFT1の生産性の向上を図ることができる。
は、レーザアニール装置20が従来のエキシマレーザを
用いたレーザアニール装置のように励起ガスをためてお
く槽が必要でなく、レーザ光28を出射する半導体レー
ザ素子22が比較的小型であることから、設置面積を小
面積化すると共に、使用される電力を抑えることが可能
であり、TFT1の製造コストを削減することができ
る。
ール装置20では、シリコンのレーザアニール処理を行
う際に、半導体レーザ素子22が波長を200nm〜9
00nmの範囲とするレーザ光28を出射することが好
ましいが、より好ましくは波長が400nm程度のレー
ザ光28である。
行う際のレーザ光28の波長を200nmより短波長に
した場合、レーザアニール装置20では、例えば大気等
にレーザ光28が吸収されてしまい、アモルファスシリ
コン膜の表面を照射するレーザ光28の光強度が小さく
なくことから、アモルファスシリコン膜に対するレーザ
アニール処理の効率が低下してしまう虞がある。
う際のレーザ光28の波長を900nmより長波長にし
た場合、レーザアニール装置20では、レーザ光28に
対するアモルファスシリコン膜の吸収係数が0.1以下
と極端に小さくなることから、アモルファスシリコン膜
に対してレーザアニール処理を施す効率が低下してしま
う虞がある。
は、シリコンのレーザアニール処理を行う際に、半導体
レーザ素子22が波長を200nm〜900nmの範囲
とするレーザ光28を出射してアモルファスシリコン膜
の表面を照射することにより、効率良くアモルファスシ
リコン膜を加熱溶融するレーザアニール処理を施すこと
ができる。
リコンの吸収波長特性を測定した結果を図3に示す。な
お、図3では、横軸に、レーザ光の波長を示し、縦軸
に、各シリコンの吸収係数を示している。
モルファスシリコンの吸収波長のピークは300nm近
傍にあることがわかる。特にアモルファスシリコンは、
レーザアニール処理に用いられる波長が400nm程度
のレーザ光に対する吸収係数が十分であり、波長が40
0nm程度のレーザ光を効率良く吸収できることがわか
る。
は、シリコンのレーザアニール処理を行う際に、半導体
レーザ素子22が波長を400nm程度とするレーザ光
28を出射し、アモルファスシリコン膜に照射すること
により、例えば大気等にレーザ光28が吸収されること
なく、レーザ光28に対するアモルファスシリコン膜の
吸収係数が十分に大きいことから、効率良くアモルファ
スシリコン膜を加熱溶融するレーザアニール処理を施す
ことができる。
シリコンのレーザアニール処理を行う際の波長を400
nm程度とするレーザ光28は、アモルファスシリコン
膜を加熱溶融して瞬間的にアモルファスシリコンとポリ
シリコンとが混在した場合でも、ポリシリコンにも微小
ながら吸収されることから、これらのシリコンを同時に
加熱溶融することが可能である。したがって、レーザア
ニール装置20では、シリコンのレーザアニール処理を
行う際の波長を400nm程度とするレーザ光28を用
いたレーザアニール処理によって、アモルファスシリコ
ン膜が加熱溶融されて形成されたポリシリコン膜6の結
晶粒子の粒径を均一化することができる。
T1は、ゲート電極3がポリシリコン膜6の下方にある
ボトムゲート構造としているが、この構造に限定される
ことはなく、例えばゲート電極がポリシリコン膜の上方
に配置されたトップゲート構造であっても良い。
に照射されるレーザ光28の光強度を均一化させる場合
は、上述した実施の形態においてはレーザ光28を出射
する出射部29がアモルファスシリコン膜の表面に対し
て平行になるように複数の半導体レーザ素子22を支持
台23に支持する構成としているが、このことに限定さ
れることはなく、例えば図4乃至図8に示すようなレー
ザアニール装置の構成にしても良い。なお、以下の説明
では、図4乃至図8に示すレーザアニール装置について
上述したレーザアニール装置20と同等な構成、部位、
機能についての説明を省略するとともに、図面において
同じ符号を付するものとする。
について説明する。このレーザアニール装置40は、ガ
ラス基板2の上方に複数の半導体レーザ素子22をアモ
ルファスシリコン膜の表面に平行に所定の間隔で直列に
並べて支持する支持台23を、複数の半導体レーザ素子
22が並べられている方向と略直交する方向に複数並べ
た構成にされている。
40おいて、アモルファスシリコン膜の表面に照射され
るレーザ光28の光強度を均一化させる際は、例えば、
レーザ光28を出射する出射部29がアモルファスシリ
コン膜の表面に対して平行になるように、複数の半導体
レーザ素子22を支持台23に支持させることにより、
複数の半導体レーザ素子22の出射部29とアモルファ
スシリコン膜の表面との距離を一定にさせる。
は、安定した光強度のレーザ光28をアモルファスシリ
コン膜の表面に照射することが可能になり、アモルファ
スシリコン膜をばらつきなく加熱溶融させるレーザアニ
ール処理を施すことができる。
複数の半導体レーザ素子22を支持する支持台23が複
数並んでいることから、アモルファスシリコン膜の表面
に対してレーザ光28を照射する面積が大きくなり、例
えばレーザ光28の照射が必要な領域に、アモルファス
シリコン膜の表面に照射される光強度を均一化したレー
ザ光28を、一括して照射することも可能になることか
ら、レーザアニール処理にかかる時間が短縮でき、TF
T1の生産性を向上させることができる。
について説明する。レーザアニール装置50は、複数の
半導体レーザ素子22のレーザ光28を出射する出射部
29に、レーザ光28のビーム形状を所定の形状に成形
させる例えばマイクロレンズ等の光学素子51がそれぞ
れ取り付けられた構成にされている。この光学素子51
は、一主面側から入射したレーザ光28を他主面側から
所定のビーム形状に成形して出射させる。
50おいて、アモルファスシリコン膜の表面に照射され
るレーザ光28の光強度を均一化させる際は、例えば複
数の半導体レーザ素子22に取り付けられた光学素子5
1のレーザ光28を出射する主面がアモルファスシリコ
ン膜の表面に対して平行となるように、複数の半導体レ
ーザ素子22を支持台23に支持させることにより、光
学素子51のレーザ光28が出射する主面とアモルファ
スシリコン膜の表面との距離を一定にさせる。
は、安定した光強度のレーザ光28をアモルファスシリ
コン膜の表面に照射することが可能になり、アモルファ
スシリコン膜をばらつきなく加熱溶融させるレーザアニ
ール処理を施すことができる。
光学素子51によって所定のビーム形状に成形されてい
ることから、アモルファスシリコン膜の表面に照射され
る光強度を均一化したレーザ光28をアモルファスシリ
コン膜の所定の領域だけに照射させることが可能であ
り、無駄なレーザ光28の照射が省けることからTFT
1の生産性を向上させることができる。
について説明する。このレーザアニール装置60は、複
数の半導体レーザ素子22を移動ステージ21から遠隔
した位置で支持する支持台61と、半導体レーザ素子2
2から出射されたレーザ光22を導光する光ファイバー
62と、この光ファイバー62を支持する光ファイバー
支持台63とを備えた構成となっている。
射部29を所定の一方向に向けた複数の半導体レーザ素
子22を所定の間隔で直列に並べて支持している。
状を呈しており、一端面側が複数の半導体レーザ素子2
2のレーザ光28を出射する出射部29にそれぞれ取り
付けられ、出射部29から出射されたレーザ光28を細
線内部で導光し、他端面側を出射口部62aとして導光
したレーザ光28をこの出射口部62aから出射する。
この光ファイバー62では、出射口部62aとなる他端
面を例えば凸型にすることにより、出射されたレーザ光
28を所定のビーム形状に形成することもできる。
62の出射口部62aとアモルファスシリコン膜の表面
とが平行に対向し、且つ光ファイバー62の出射口部6
2aがアモルファスシリコン膜の表面上に所定の間隔で
直列に並ぶように、光ファイバー62の出射口部61a
の近傍を支持している。また、光ファイバー支持台63
は、支持された光ファイバー62を、移動ステージ21
に対して図中矢印Sで示す垂直方向に昇降させる図示し
ない昇降機構を有している。この昇降機構は、光ファイ
バー62の出射口部62aとアモルファスシリコン膜の
表面との距離を調節することが可能なことから、光ファ
イバー61の出射口部61aから出射されたレーザ光2
8のアモルファスシリコン膜の表面に照射される光強度
を変化させることが可能である。
60において、アモルファスシリコン膜の表面に照射さ
れるレーザ光28の光強度を均一化させる際は、例えば
複数の半導体レーザ素子22に取り付けられた光ファイ
バー62の出射口部62aがアモルファスシリコン膜の
表面に対して平行となるように、光ファイバー62の出
射口部62aの近傍を光ファイバー支持台63に支持さ
せることにより、光ファイバー62の出射口部62aと
アモルファスシリコン膜の表面との距離を一定にさせ
る。
は、安定した光強度のレーザ光28をアモルファスシリ
コン膜の表面に照射することが可能になり、アモルファ
スシリコン膜をばらつきなく加熱溶融させるレーザアニ
ール処理を施すことができる。
光ファイバー62が可撓性を有しており、アモルファス
シリコン膜に対してレーザ光28を照射する位置を容易
に変更することが可能なことから、アモルファスシリコ
ン膜のサイズに応じてレーザ光28の照射範囲及び照射
位置の制御を容易に行うことができる。
7に示すように、光ファイバー62を出射口部62aの
近傍でバンドル化させて光ファイバー支持台63に支持
させることも可能である。この場合、レーザアニール装
置60では、光ファイバー62の出射口部62aから出
射されたレーザ光28をアモルファスシリコン膜の所定
の領域だけに照射させることができ、無駄なレーザ光2
8の照射が省けることからTFT1の生産性を向上させ
ることができる。
は、例えば半導体レーザ素子22等をガラス基板2から
遠隔させることが可能であり、部品等の交換を容易に行
うことができる。
について説明する。このレーザアニール装置70は、ガ
ラス基板2を置載する移動ステージ71と、複数の半導
体レーザ素子22を移動ステージ71から遠隔した位置
で支持する支持台72と、半導体レーザ素子22から出
射されたレーザ光28を通過させて所定のビーム形状に
成形する光学素子73と、光学素子73を経たレーザ光
28をアモルファスシリコン膜の表面に反射させる反射
鏡74とを備えた構成となっている。
する主面が高い平坦性を有し、置載されたガラス基板2
をレーザアニール処理が施される位置に移動させる機能
と、ガラス基板2を固定する機能とを備えている。
ジ75、Yステージ76、Zステージ77、図示しない
吸着機構を備えて構成されている。Xステージ75及び
Yステージ76は、移動ステージ71をその主面の面内
方向で図中矢印T及び矢印Uで示す方向に水平移動させ
るステージであり、置載されたガラス基板2を互いに略
直交する方向に移動させてレーザアニール処理が施され
る位置へと導くようにする。Zステージ77は、置載さ
れたガラス基板2に対して図中Vで示す垂直方向に移動
するステージであり、移動ステージ71の高さを調節す
る。これにより、Zステージでは、反射鏡74によって
反射されたレーザ光28のアモルファスシリコン膜の表
面に照射される光強度を変化させることができる。吸着
機構は、ガラス基板2を移動ステージ71の主面に吸着
することによって固定するためのものである。
射部29を所定の一方向に向けた複数の半導体レーザ素
子22を所定の間隔で直列に並べて支持している。
ザー等の光学機構であり、複数の半導体レーザ素子22
から出射されたレーザ光28を一主面側から入射させ、
他主面側から所定のビーム形状に成形して出射させる。
のビーム形状に成形されたレーザ光28を反射させる反
射面74aを有している。この反射鏡74は、反射面7
4aのレーザ光28が当たった位置とアモルファスシリ
コン膜の表面とが平行になるようにアモルファスシリコ
ン膜の表面上に配設されている。これにより、反射鏡7
4では、光学素子73によって所定のビーム形状に成形
されたレーザ光28を反射させ、アモルファスシリコン
膜の表面に照射させることが可能となる。
において、アモルファスシリコン膜の表面に照射される
レーザ光28の光強度を均一化させる際は、例えば反射
面74aのレーザ光28が当たった位置とアモルファス
シリコン膜の表面とを平行にすることにより、反射面7
4aのレーザ光28が当たった位置とアモルファスシリ
コン膜の表面との距離を一定にさせる。
は、安定した光強度のレーザ光28をアモルファスシリ
コン膜の表面に照射することが可能になり、アモルファ
スシリコン膜をばらつきなく加熱溶融させるレーザアニ
ール処理を施すことができる。
例えば半導体レーザ素子22及び光学素子73等をガラ
ス基板2から遠隔させることが可能であり、これらの部
品の交換を容易に行うことができる。
な構成のレーザアニール装置は、上述した構成に限定さ
れることはなく、例えば光ファイバーと光学素子とを併
用した構成とされても良い。
が、複数の半導体レーザ素子から出射されたレーザ光
を、均一化手段によって物質の表面に照射されるレーザ
光の光強度が均一化されて非晶質シリコン膜の表面に照
射することから、非晶質シリコン膜に対して安定したア
ニール処理を施すことができる。したがって、本発明に
よれば、複数の半導体レーザ素子が配置されたレーザア
ニール装置を用いることで非晶質シリコン膜に対して安
定したアニール処理を施すことが可能なことから、非晶
質シリコン膜の加熱溶融のばらつきを抑制でき、この非
晶質シリコン膜を再結晶化した多結晶シリコン膜の結晶
粒子の粒径が均一化され、この多結晶シリコン膜を活性
層とする薄膜トランジスタのトランジスタ特性を向上さ
せることができる。
置が、複数の半導体レーザ素子が配置されたレーザアニ
ール装置を用いることで非晶質シリコン膜に対して安定
したアニール処理を施すことが可能なことから、非晶質
シリコン膜にアニール処理を施すことで得られる多結晶
シリコン膜の製造歩留まりを向上させて、薄膜トランジ
スタの生産性の向上及び薄膜トランジスタの製造コスト
の低減を図ることができる。
る図である。
成を説明する概略斜視図である。
スシリコンの吸収係数との関係を示す特性図である。
の構成を説明する概略斜視図である。
略斜視図である。
略斜視図である。
略斜視図である。
略斜視図である。
極、4 第1のゲート絶縁膜、5 第2のゲート絶縁
膜、6 ポリシリコン膜、7 ストッパ、8 第1の層
間絶縁膜、9 第2の層間絶縁膜、10 配線、11
平坦化膜、12 透明導電膜、20,40,50,6
0,70 レーザアニール装置、21 移動ステージ、
22 半導体レーザ素子、23 支持台、24 制御用
コンピュータ、25 電源、28 レーザ光、51,7
3 光学素子、62 光ファイバー、74 反射鏡
Claims (10)
- 【請求項1】 物質の表面に対してレーザ光を照射する
ことで当該物質にアニール処理を施すレーザアニール装
置において、 上記物質に対してレーザ光を出射する複数の半導体レー
ザ素子と、 上記複数の半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の
上記物質の表面に照射される光強度を均一化する均一化
手段とを備えることを特徴とするレーザアニール装置。 - 【請求項2】 上記均一化手段は、上記複数の半導体
レーザ素子の上記レーザ光を出射する出射部と上記物質
の表面とを対向させながら、上記複数の半導体レーザ素
子を上記物質の表面の上方に並べることを特徴とする請
求項1記載のレーザアニール装置。 - 【請求項3】 上記均一化手段は、上記複数の半導体レ
ーザ素子から出射された上記レーザ光を導光し、導光さ
れた上記レーザ光を所定の方向に出射する出射口部を有
する光学素子を備え、 上記光学素子が、上記出射口部と上記物質の表面とを対
向させて配設されていることを特徴とするを特徴とする
請求項1記載のレーザアニール装置。 - 【請求項4】 上記均一化手段は、上記複数の半導体レ
ーザ素子から出射された上記レーザ光を通過させること
で上記レーザ光のビーム形状を所定の形状に成形し、所
定のビーム形状になった上記レーザ光を所定の方向に出
射する出射口部を有する光学素子を備え、 上記光学素子が、上記出射口部と上記物質の表面とを対
向させて配設されていることを特徴とする請求項1記載
のレーザアニール装置。 - 【請求項5】 上記均一化手段は、上記複数の半導体レ
ーザ素子から出射された上記レーザ光を所定の方向に反
射させる光学素子を備え、 上記光学素子が、上記物質の表面の上方に配設されてい
ることを特徴とする請求項1記載のレーザアニール装
置。 - 【請求項6】 基板上に非晶質シリコン膜を成膜する第
1の工程と、 上記非晶質シリコン膜に対してアニール処理を施すこと
により、上記非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に転
換させる第2の工程と、 上記多結晶シリコン膜を活性層として所定の領域に薄膜
トランジスタを積層形成する第3の工程とを有し、 上記第2の工程において、レーザ光を出射する複数の半
導体レーザ素子が配置されたレーザアニール装置が、上
記非晶質シリコン膜の表面に照射される当該レーザ光の
光強度を均一化する均一化手段によって、上記非晶質シ
リコン膜の表面に照射される光強度が均一化された当該
レーザ光を、上記非晶質シリコン膜の表面に照射するア
ニール処理を施すことにより、上記非晶質シリコン膜を
加熱溶融し、再結晶化して上記多結晶シリコン膜に転換
させることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項7】 上記第2の工程において、上記均一化手
段は、上記複数の半導体レーザ素子の上記レーザ光を出
射する出射部と上記非晶質シリコン膜の表面とを対向さ
せながら、上記複数の半導体レーザ素子を上記非晶質シ
リコン膜の表面の上方に並べることを特徴とする請求項
6記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項8】 上記第2の工程において、上記均一化手
段は、上記複数の半導体レーザ素子から出射された上記
レーザ光を導光し、導光された上記レーザ光を所定の方
向に出射する出射口部を有する光学素子を備え、 上記光学素子を、上記出射口部と上記非晶質シリコン膜
の表面とが対向するように配設することを特徴とする請
求項6記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項9】 上記第2の工程において、上記均一化手
段は、上記複数の半導体レーザ素子から出射された上記
レーザ光を通過させることで上記レーザ光のビーム形状
を所定の形状に成形し、所定のビーム形状になった上記
レーザ光を所定の方向に出射する出射口部を有する光学
素子を備え、 上記光学素子を、上記出射口部と上記非晶質シリコン膜
の表面とが対向するように配設することを特徴とする請
求項6記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項10】 上記第2の工程において、上記均一化
手段は、上記複数の半導体レーザ素子から出射された上
記レーザ光を所定の方向に反射させる光学素子を備え、 上記光学素子を、上記非晶質シリコン膜の表面の上方に
配設することを特徴とする請求項6記載の薄膜トランジ
スタの製造方法。
Priority Applications (4)
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US10/864,832 US20040232126A1 (en) | 2001-08-09 | 2004-06-09 | Laser annealing apparatus and method of fabricating thin film transistor |
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Publications (1)
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