JP2003347237A - 半導体装置の製造方法およびその製造装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法およびその製造装置Info
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- JP2003347237A JP2003347237A JP2002156653A JP2002156653A JP2003347237A JP 2003347237 A JP2003347237 A JP 2003347237A JP 2002156653 A JP2002156653 A JP 2002156653A JP 2002156653 A JP2002156653 A JP 2002156653A JP 2003347237 A JP2003347237 A JP 2003347237A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非晶質シリコン膜のレーザアニール処理にお
いてエネルギー利用効率の向上をはかった半導体装置の
製造方法およびその製造装置を提供する。 【解決手段】 固体レーザ発振装置１から発振されたレ
ーザ光２１を波長変換結晶５に通して得られる第２高調
波を用いて非晶質シリコン膜１０にレーザアニール処理
を施す半導体装置の製造方法であって、波長変換して得
られる第２高調波と、波長変換されずに波長変換結晶を
通過した基本波とを合せた混合波２２を、非晶質シリコ
ン膜１０に照射する。
いてエネルギー利用効率の向上をはかった半導体装置の
製造方法およびその製造装置を提供する。 【解決手段】 固体レーザ発振装置１から発振されたレ
ーザ光２１を波長変換結晶５に通して得られる第２高調
波を用いて非晶質シリコン膜１０にレーザアニール処理
を施す半導体装置の製造方法であって、波長変換して得
られる第２高調波と、波長変換されずに波長変換結晶を
通過した基本波とを合せた混合波２２を、非晶質シリコ
ン膜１０に照射する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法およびその製造装置に関し、より具体的には、液晶
表示装置のアクティブマトリックスに用いられる薄膜状
の半導体装置の製造方法およびその製造装置に関するも
のである。
方法およびその製造装置に関し、より具体的には、液晶
表示装置のアクティブマトリックスに用いられる薄膜状
の半導体装置の製造方法およびその製造装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置などに用いられる薄膜トラ
ンジスタには、キャリアの移動度を向上させるため、非
晶質シリコン膜をレーザアニールして形成した多結晶シ
リコン膜が用いられる傾向にある。このレーザアニール
では、直線状または細長い矩形状の断面プロファイルの
レーザビームを、前記断面を部分的に重複させながら所
定のピッチで、矩形断面の短辺の方向にずらしながら照
射する。
ンジスタには、キャリアの移動度を向上させるため、非
晶質シリコン膜をレーザアニールして形成した多結晶シ
リコン膜が用いられる傾向にある。このレーザアニール
では、直線状または細長い矩形状の断面プロファイルの
レーザビームを、前記断面を部分的に重複させながら所
定のピッチで、矩形断面の短辺の方向にずらしながら照
射する。
【０００３】多結晶シリコンの結晶粒界はキャリアの移
動に抵抗として作用するので、結晶粒は大きいほど高い
移動度が得られる。このため、レーザアニールする際
に、非晶質シリコン膜を高温に加熱し、所定の部分は溶
融させ、結晶粒を粗大化させるように光エネルギーを、
当該非晶質シリコン膜にできるだけ吸収させるように行
う。
動に抵抗として作用するので、結晶粒は大きいほど高い
移動度が得られる。このため、レーザアニールする際
に、非晶質シリコン膜を高温に加熱し、所定の部分は溶
融させ、結晶粒を粗大化させるように光エネルギーを、
当該非晶質シリコン膜にできるだけ吸収させるように行
う。
【０００４】従来のレーザアニールは、エキシマレーザ
光を光源として行ってきた。ガラス基板の上に酸化シリ
コン膜が配置され、その上に非晶質シリコン膜が配置さ
れる。エキシマレーザ光のような短波長領域の光では、
シリコンに対する吸収係数が１．２×１０6ｃｍ-1（Ｘ
ｅＣｌの場合）と大きいため、入射光は非晶質シリコン
膜の表面近傍でその多くが吸収されてしまう。シリコン
膜によるエキシマレーザ光の吸収率は３０％程度であ
る。このため、光強度が１／ｅとなる浸透長は７ｎｍと
短い。これに対して、非晶質シリコン膜の厚さは、通
常、５０ｎｍ程度である。したがって、エキシマレーザ
をアニールの光源に用いる場合、通常はシリコンの膜厚
が浸透長以上となるため、入射レーザ光のエネルギーを
最大限に利用することになる。
光を光源として行ってきた。ガラス基板の上に酸化シリ
コン膜が配置され、その上に非晶質シリコン膜が配置さ
れる。エキシマレーザ光のような短波長領域の光では、
シリコンに対する吸収係数が１．２×１０6ｃｍ-1（Ｘ
ｅＣｌの場合）と大きいため、入射光は非晶質シリコン
膜の表面近傍でその多くが吸収されてしまう。シリコン
膜によるエキシマレーザ光の吸収率は３０％程度であ
る。このため、光強度が１／ｅとなる浸透長は７ｎｍと
短い。これに対して、非晶質シリコン膜の厚さは、通
常、５０ｎｍ程度である。したがって、エキシマレーザ
をアニールの光源に用いる場合、通常はシリコンの膜厚
が浸透長以上となるため、入射レーザ光のエネルギーを
最大限に利用することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、エキ
シマレーザを用いた場合、多くの光エネルギーが表面近
傍で吸収される。このため、非晶質シリコン膜の厚さ全
体にわたって高温に加熱されず、またその他の理由も加
わり、生成する多結晶シリコン膜の結晶粒の大きさが均
一に十分大きくならず、所望の移動度が得られない場合
が発生する。
シマレーザを用いた場合、多くの光エネルギーが表面近
傍で吸収される。このため、非晶質シリコン膜の厚さ全
体にわたって高温に加熱されず、またその他の理由も加
わり、生成する多結晶シリコン膜の結晶粒の大きさが均
一に十分大きくならず、所望の移動度が得られない場合
が発生する。
【０００６】このため、エキシマレーザの波長域と異な
る波長域のレーザ光をアニールの光源に用いることが考
えられる。たとえばＮｄイオンをドープしたＹＡＧレー
ザの第２高調波をアニールの光源に用いた場合、シリコ
ンに対する吸収係数は１．２×１０5ｃｍ-1とエキシマ
レーザ光より一桁小さい。したがって、非晶質シリコン
膜の表面近傍のみで大部分が吸収されることはない代わ
りに、エキシマレーザと同様の用い方をすると入射レー
ザ光エネルギーの利用効率は低く、レーザアニール処理
能力も低いという問題を有する。
る波長域のレーザ光をアニールの光源に用いることが考
えられる。たとえばＮｄイオンをドープしたＹＡＧレー
ザの第２高調波をアニールの光源に用いた場合、シリコ
ンに対する吸収係数は１．２×１０5ｃｍ-1とエキシマ
レーザ光より一桁小さい。したがって、非晶質シリコン
膜の表面近傍のみで大部分が吸収されることはない代わ
りに、エキシマレーザと同様の用い方をすると入射レー
ザ光エネルギーの利用効率は低く、レーザアニール処理
能力も低いという問題を有する。
【０００７】従来、Ｑスイッチによりパルス発振する固
体レーザの第２高調波を光源とするレーザアニールで
は、第２高調波のみを選択して使用していた。図５に示
すように、固体レーザ発振装置１０１は、Ｑスイッチ１
０３によりパルス発振させ、レーザ共振器１０２で共振
した基本波１２１をまず出射する。この基本波１２１を
波長変換結晶１０５に入射する。波長変換結晶は、固体
レーザ発振装置の内部に設けなくてもよい。
体レーザの第２高調波を光源とするレーザアニールで
は、第２高調波のみを選択して使用していた。図５に示
すように、固体レーザ発振装置１０１は、Ｑスイッチ１
０３によりパルス発振させ、レーザ共振器１０２で共振
した基本波１２１をまず出射する。この基本波１２１を
波長変換結晶１０５に入射する。波長変換結晶は、固体
レーザ発振装置の内部に設けなくてもよい。
【０００８】波長変換結晶１０５に導入された基本波
は、その一部が波長変換されずに通過するため、パルス
レーザビーム中には第２高調波と基本波とが含まれた混
合波１２２を出射する。しかし、途中の光路に第２高調
波用の波長選択ミラー１３６を設置している。基本波
は、そのほとんどが第２高調波選択用ミラー１３６を透
過する。このため、レーザビーム伝送光学系１０７を通
って、ステージ１０８上に支持された基板上のシリコン
膜１１０に到達するレーザビーム１１２中には基本波は
ほとんど残存していない。すなわち、第２高調波選択ミ
ラー１３６で選択された第２高調波のみとなっている。
は、その一部が波長変換されずに通過するため、パルス
レーザビーム中には第２高調波と基本波とが含まれた混
合波１２２を出射する。しかし、途中の光路に第２高調
波用の波長選択ミラー１３６を設置している。基本波
は、そのほとんどが第２高調波選択用ミラー１３６を透
過する。このため、レーザビーム伝送光学系１０７を通
って、ステージ１０８上に支持された基板上のシリコン
膜１１０に到達するレーザビーム１１２中には基本波は
ほとんど残存していない。すなわち、第２高調波選択ミ
ラー１３６で選択された第２高調波のみとなっている。
【０００９】このレーザアニール方法によれば、波長変
換されない基本波のエネルギーは捨てられている。一般
的な固体レーザの場合、基本波から第２高調波への変換
効率は２０％程度であるため、半分以上ものエネルギー
を捨てていることになる。このレーザアニール処理を大
量生産に用いる場合、エネルギー利用効率の低さが製造
コストおよび環境等に悪影響を及ぼす場合がある。
換されない基本波のエネルギーは捨てられている。一般
的な固体レーザの場合、基本波から第２高調波への変換
効率は２０％程度であるため、半分以上ものエネルギー
を捨てていることになる。このレーザアニール処理を大
量生産に用いる場合、エネルギー利用効率の低さが製造
コストおよび環境等に悪影響を及ぼす場合がある。
【００１０】本発明は、半導体薄膜のレーザアニール処
理においてエネルギー利用効率の向上をはかった半導体
装置の製造方法およびその製造装置を提供することを目
的とする。
理においてエネルギー利用効率の向上をはかった半導体
装置の製造方法およびその製造装置を提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、固体レーザ発振装置から発振されたレーザ光
を波長変換手段に通して得られる第２高調波を用いて半
導体薄膜にレーザアニール処理を施す半導体装置の製造
方法である。この製造方法では、波長変換して得られる
第２高調波と、波長変換されずに波長変換手段を通過し
た基本波とを、半導体薄膜に照射する。
造方法は、固体レーザ発振装置から発振されたレーザ光
を波長変換手段に通して得られる第２高調波を用いて半
導体薄膜にレーザアニール処理を施す半導体装置の製造
方法である。この製造方法では、波長変換して得られる
第２高調波と、波長変換されずに波長変換手段を通過し
た基本波とを、半導体薄膜に照射する。
【００１２】この方法により、従来は用いていなかった
基本波も、レーザアニールに用いることにより、レーザ
エネルギーの利用効率を高めることができる。
基本波も、レーザアニールに用いることにより、レーザ
エネルギーの利用効率を高めることができる。
【００１３】上記の半導体薄膜の表面の下方にレーザ光
に対する反射機構を設け、その反射機構によって、半導
体薄膜に照射されその半導体薄膜を透過したレーザ光を
反射させ、半導体薄膜の底面からその反射光を照射す
る。
に対する反射機構を設け、その反射機構によって、半導
体薄膜に照射されその半導体薄膜を透過したレーザ光を
反射させ、半導体薄膜の底面からその反射光を照射す
る。
【００１４】たとえば半導体薄膜にシリコン膜を用いた
場合、シリコン膜に吸収されにくい基本波と、基本波よ
りは吸収されやすいがそれでもかなりの強度が透過する
第２高調波とを上記のように、反射させることにより、
シリコン膜底部からもエネルギーを投入することができ
る。このため、シリコン膜厚全体にわたって均一に粗大
シリコン結晶粒を得ることができる。
場合、シリコン膜に吸収されにくい基本波と、基本波よ
りは吸収されやすいがそれでもかなりの強度が透過する
第２高調波とを上記のように、反射させることにより、
シリコン膜底部からもエネルギーを投入することができ
る。このため、シリコン膜厚全体にわたって均一に粗大
シリコン結晶粒を得ることができる。
【００１５】上記の反射機構は半導体装置の内部に設け
てもよいし、半導体装置が透明な場合は、半導体装置と
その半導体装置の下方に位置する半導体装置支持部たと
えばテーブルの上に設けてもよい。
てもよいし、半導体装置が透明な場合は、半導体装置と
その半導体装置の下方に位置する半導体装置支持部たと
えばテーブルの上に設けてもよい。
【００１６】半導体装置の内部に設ける場合、半導体薄
膜が形成されている基板、半導体薄膜とその基板に反射
用薄膜を設ける場合はその薄膜、またその半導体薄膜の
底面などが反射機構として作用する。上記の各薄膜の光
媒体の屈折率および厚さを適当に選ぶことにより、十分
な強度の反射光を半導体薄膜（シリコン膜）の底面に照
射することができる。上記の反射機構は、多結晶シリコ
ン膜の膜厚よりも長い、シリコン浸透長さを有する波長
域のレーザ光に対する反射機構である。しかし、当然、
その他の波長域のレーザ光を反射することもできる。ま
た、半導体薄膜の底面で反射する場合、半導体薄膜の膜
厚に大きく依存する。上記の「半導体薄膜の表面の下
方」は、その膜厚をも含んだ意味で用いている。
膜が形成されている基板、半導体薄膜とその基板に反射
用薄膜を設ける場合はその薄膜、またその半導体薄膜の
底面などが反射機構として作用する。上記の各薄膜の光
媒体の屈折率および厚さを適当に選ぶことにより、十分
な強度の反射光を半導体薄膜（シリコン膜）の底面に照
射することができる。上記の反射機構は、多結晶シリコ
ン膜の膜厚よりも長い、シリコン浸透長さを有する波長
域のレーザ光に対する反射機構である。しかし、当然、
その他の波長域のレーザ光を反射することもできる。ま
た、半導体薄膜の底面で反射する場合、半導体薄膜の膜
厚に大きく依存する。上記の「半導体薄膜の表面の下
方」は、その膜厚をも含んだ意味で用いている。
【００１７】上記の固体レーザ発振装置として、Ｎｄを
ドープしたＹＡＧ(Y3Al5O12)レーザ、Ｎｄをドープした
ＹＶＯ4レーザ、ＮｄをドープしたＹＬＦ(LiYF4)レー
ザ、Ｎｄをドープしたガラスレーザ、Ｙｂをドープした
ＹＡＧ(Y3Al5O12)レーザ、ＹｂをドープしたＹＶＯ4レ
ーザ、ＹｂをドープしたＹＬＦ(LiYF4)レーザ、および
Ｙｂをドープしたガラスレーザのいずれかを用いること
ができる。
ドープしたＹＡＧ(Y3Al5O12)レーザ、Ｎｄをドープした
ＹＶＯ4レーザ、ＮｄをドープしたＹＬＦ(LiYF4)レー
ザ、Ｎｄをドープしたガラスレーザ、Ｙｂをドープした
ＹＡＧ(Y3Al5O12)レーザ、ＹｂをドープしたＹＶＯ4レ
ーザ、ＹｂをドープしたＹＬＦ(LiYF4)レーザ、および
Ｙｂをドープしたガラスレーザのいずれかを用いること
ができる。
【００１８】上記のように、信頼性の高い固体レーザを
使用することにより、安定したレーザエネルギーの利用
を高い効率で実現することができる。
使用することにより、安定したレーザエネルギーの利用
を高い効率で実現することができる。
【００１９】上記の固体レーザ発振装置を、Ｑスイッチ
によりパルス発振させてもよい。パルス発振レーザで
は、第２高調波とそれよりパルス時間波形の長い基本波
の使用が可能になる。このため、基本波の利用分、エネ
ルギーの利用効率向上を得ることができる。
によりパルス発振させてもよい。パルス発振レーザで
は、第２高調波とそれよりパルス時間波形の長い基本波
の使用が可能になる。このため、基本波の利用分、エネ
ルギーの利用効率向上を得ることができる。
【００２０】上記の半導体薄膜を、非晶質シリコン膜ま
たは多結晶シリコン膜のいずれかとすることができる。
たは多結晶シリコン膜のいずれかとすることができる。
【００２１】粗大な結晶粒から構成される、特性の優れ
た多結晶シリコン膜を得ることができる。
た多結晶シリコン膜を得ることができる。
【００２２】上記の半導体薄膜における基本波の照射領
域を、第２高調波の照射領域よりも広くすることができ
る。
域を、第２高調波の照射領域よりも広くすることができ
る。
【００２３】第２高調波を照射した領域全面が基本波に
より照射されるので、第２高調波照射領域の多結晶シリ
コンの特性を全体的にわたって均一に向上させることが
できる。
より照射されるので、第２高調波照射領域の多結晶シリ
コンの特性を全体的にわたって均一に向上させることが
できる。
【００２４】本発明の半導体装置の製造装置は、半導体
薄膜にレーザ光を照射してレーザアニール処理を施す半
導体装置の製造装置である。この製造装置は、レーザ光
を発振する固体レーザ発振装置と、固体レーザ発振装置
から発振されたレーザ光を基本波として、その基本波を
所定の比率で波長変換して少なくとも第２高調波を出射
する波長変換手段と、波長変換手段によって波長変換さ
れずに波長変換手段から出射される基本波と少なくとも
第２高調波とを含むレーザビームが、１つのレーザビー
ムとして半導体薄膜に照射されるように、そのレーザビ
ームの光路を変更する光路変更手段とを備える。
薄膜にレーザ光を照射してレーザアニール処理を施す半
導体装置の製造装置である。この製造装置は、レーザ光
を発振する固体レーザ発振装置と、固体レーザ発振装置
から発振されたレーザ光を基本波として、その基本波を
所定の比率で波長変換して少なくとも第２高調波を出射
する波長変換手段と、波長変換手段によって波長変換さ
れずに波長変換手段から出射される基本波と少なくとも
第２高調波とを含むレーザビームが、１つのレーザビー
ムとして半導体薄膜に照射されるように、そのレーザビ
ームの光路を変更する光路変更手段とを備える。
【００２５】基本波と第２高調波とを同じビームになる
ように光路変更して半導体薄膜に照射して、エネルギー
効率の向上を得ることができる。光路変更手段として、
基本波と第２高調波とを同じように反射するダイクロイ
ックミラーを用いることができる。
ように光路変更して半導体薄膜に照射して、エネルギー
効率の向上を得ることができる。光路変更手段として、
基本波と第２高調波とを同じように反射するダイクロイ
ックミラーを用いることができる。
【００２６】上記の半導体薄膜に照射されるレーザビー
ムを集光する集光レンズを、基本波および第２高調波に
共通に備えることができる。
ムを集光する集光レンズを、基本波および第２高調波に
共通に備えることができる。
【００２７】集光レンズを構成する材料に対する屈折率
が、基本波と第２高調波とで異なり、上記の構成により
第２高調波が半導体薄膜上で高密度になるように絞った
場合、基本波はそれよりブロードに照射される。この結
果、第２高調波を照射した領域全面が基本波により照射
されるので、第２高調波照射領域の多結晶シリコンの特
性を全体的にわたって均一に向上させることができる。
が、基本波と第２高調波とで異なり、上記の構成により
第２高調波が半導体薄膜上で高密度になるように絞った
場合、基本波はそれよりブロードに照射される。この結
果、第２高調波を照射した領域全面が基本波により照射
されるので、第２高調波照射領域の多結晶シリコンの特
性を全体的にわたって均一に向上させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の実施の
形態について説明する。
形態について説明する。
【００２９】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態を示す構成図である。固体レーザ発振装置１は、Ｎ
ｄをドープしたＹＡＧレーザのレーザ共振器２（発振波
長１０６４ｎｍ）、Ｑスイッチ手段３、波長変換手段
５、ダイクロイックミラー６、レーザビーム伝送光学系
７、基板に積層された非晶質シリコン膜１０、およびス
テージ８より構成される。波長変換手段５は、レーザ共
振器２の内部に配置してもよい。レーザ共振器２で生成
されたパルス状の基本波２１は、波長変換手段５に導入
される。この波長変換手段５を通過したレーザビーム
は、波長変換された波長５３２ｎｍの第２高調波と、波
長変換されなかった基本波との混合波２２から成る。
形態を示す構成図である。固体レーザ発振装置１は、Ｎ
ｄをドープしたＹＡＧレーザのレーザ共振器２（発振波
長１０６４ｎｍ）、Ｑスイッチ手段３、波長変換手段
５、ダイクロイックミラー６、レーザビーム伝送光学系
７、基板に積層された非晶質シリコン膜１０、およびス
テージ８より構成される。波長変換手段５は、レーザ共
振器２の内部に配置してもよい。レーザ共振器２で生成
されたパルス状の基本波２１は、波長変換手段５に導入
される。この波長変換手段５を通過したレーザビーム
は、波長変換された波長５３２ｎｍの第２高調波と、波
長変換されなかった基本波との混合波２２から成る。
【００３０】この混合波２２は、第２高調波と基本波と
の両方を反射する２波長選択ミラー（ダイクロイックミ
ラー）６で反射され、レーザビーム伝送光学系７へと送
られ、最終的に非晶質シリコン膜１０に照射される。従
来、基本波から第２高調波への変換効率は２０％程度で
あるため、従来の方法では捨てられていた多くのエネル
ギーを有効利用することができる。固体の非晶質シリコ
ン薄膜に対しては、基本波はほとんど通過し、シリコン
膜を加熱する効果は無いに等しい。しかし、温度が１０
００℃以上の固体シリコンまたは溶融したシリコンに対
しては、フリーキャリア吸収により、基本波のほとんど
全てが吸収される。本発明はこの点に着目したものであ
る。
の両方を反射する２波長選択ミラー（ダイクロイックミ
ラー）６で反射され、レーザビーム伝送光学系７へと送
られ、最終的に非晶質シリコン膜１０に照射される。従
来、基本波から第２高調波への変換効率は２０％程度で
あるため、従来の方法では捨てられていた多くのエネル
ギーを有効利用することができる。固体の非晶質シリコ
ン薄膜に対しては、基本波はほとんど通過し、シリコン
膜を加熱する効果は無いに等しい。しかし、温度が１０
００℃以上の固体シリコンまたは溶融したシリコンに対
しては、フリーキャリア吸収により、基本波のほとんど
全てが吸収される。本発明はこの点に着目したものであ
る。
【００３１】すなわち、非晶質シリコン膜に、上記の第
２高調波と基本波との混合レーザビーム２２が照射され
た際に起こる過程は次の通りである。先ず、固体の非晶
質シリコン膜に対する吸収が比較的大きい第２高調波に
より、シリコン膜が瞬間的に加熱され、溶融される。ま
た、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、第２高調波
より時間パルス幅が長い基本波が重ねて照射されるた
め、基本波の大部分が１０００℃以上の固体シリコンま
たは溶融したシリコンによって吸収される。このため、
従来は捨てられていたレーザエネルギーの大部分を有効
に活用できるため、エネルギー利用効率は著しく向上さ
せることができる。
２高調波と基本波との混合レーザビーム２２が照射され
た際に起こる過程は次の通りである。先ず、固体の非晶
質シリコン膜に対する吸収が比較的大きい第２高調波に
より、シリコン膜が瞬間的に加熱され、溶融される。ま
た、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、第２高調波
より時間パルス幅が長い基本波が重ねて照射されるた
め、基本波の大部分が１０００℃以上の固体シリコンま
たは溶融したシリコンによって吸収される。このため、
従来は捨てられていたレーザエネルギーの大部分を有効
に活用できるため、エネルギー利用効率は著しく向上さ
せることができる。
【００３２】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
ついて、図２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。本実施
の形態では、レーザアニールにより得られる多結晶シリ
コン膜の特性を向上させる。図２（ａ）に示すように、
基本波の時間パルス幅は、一般に第２高調波の時間パル
ス幅よりも長い。このため、図２（ｂ）に示すように、
第２高調波だけを非晶質シリコン膜に照射する場合より
も、基本波と第２高調波との混合波を照射した場合の方
が、シリコンの照射時間を長くすることができる。一
旦、溶融したシリコンは、溶融している時間が長いほど
再結晶がゆっくり進行し、最終的に得られる多結晶シリ
コンの結晶性が良いことが知られている。
ついて、図２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。本実施
の形態では、レーザアニールにより得られる多結晶シリ
コン膜の特性を向上させる。図２（ａ）に示すように、
基本波の時間パルス幅は、一般に第２高調波の時間パル
ス幅よりも長い。このため、図２（ｂ）に示すように、
第２高調波だけを非晶質シリコン膜に照射する場合より
も、基本波と第２高調波との混合波を照射した場合の方
が、シリコンの照射時間を長くすることができる。一
旦、溶融したシリコンは、溶融している時間が長いほど
再結晶がゆっくり進行し、最終的に得られる多結晶シリ
コンの結晶性が良いことが知られている。
【００３３】第２高調波と、パルス時間幅の長い基本波
とが混合した混合波を照射することにより、多結晶シリ
コン膜の結晶性を向上させることが可能となる。
とが混合した混合波を照射することにより、多結晶シリ
コン膜の結晶性を向上させることが可能となる。
【００３４】（実施の形態３）図３および図４は、本発
明の実施の形態３における半導体装置の製造方法を示す
図である。非晶質シリコン膜１０をレーザアニールする
場合、レーザ光の照射エネルギー密度が高いほど、結晶
性に優れた多結晶シリコンを得られることが一般的に知
られている。照射エネルギー密度を高くするために、非
晶質シリコン膜１０に照射する直前で、レーザビームを
集光レンズ１２で集光する。この際、第２高調波と基本
波とでは、硝材における屈折率が違うため、集光レンズ
の焦点も当然異なる。波長の長い基本波に対する焦点距
離は、第２高調波のそれより長くなる。すなわち、図３
に示すように、第２高調波の焦点を非晶質シリコン膜上
に配置すると、基本波の焦点は非晶質シリコン膜の下側
に位置することになる。この結果、非晶質シリコン膜１
０の表面において照射される面積は、第２高調波では小
さく、また基本波ではそれより広くなる。
明の実施の形態３における半導体装置の製造方法を示す
図である。非晶質シリコン膜１０をレーザアニールする
場合、レーザ光の照射エネルギー密度が高いほど、結晶
性に優れた多結晶シリコンを得られることが一般的に知
られている。照射エネルギー密度を高くするために、非
晶質シリコン膜１０に照射する直前で、レーザビームを
集光レンズ１２で集光する。この際、第２高調波と基本
波とでは、硝材における屈折率が違うため、集光レンズ
の焦点も当然異なる。波長の長い基本波に対する焦点距
離は、第２高調波のそれより長くなる。すなわち、図３
に示すように、第２高調波の焦点を非晶質シリコン膜上
に配置すると、基本波の焦点は非晶質シリコン膜の下側
に位置することになる。この結果、非晶質シリコン膜１
０の表面において照射される面積は、第２高調波では小
さく、また基本波ではそれより広くなる。
【００３５】第２高調波により溶融したシリコン領域
を、基本波によって均一に効率良く加熱するには、第２
高調波の照射領域より基本波の照射領域が広い方がよ
い。つまり、（第２高調波の照射領域面積）＜（基本波
の照射領域面積）となるように、集光レンズと非晶質シ
リコン膜の位置関係を設定する。これにより、エネルギ
ー利用効率の高いレーザアニールが可能となる。
を、基本波によって均一に効率良く加熱するには、第２
高調波の照射領域より基本波の照射領域が広い方がよ
い。つまり、（第２高調波の照射領域面積）＜（基本波
の照射領域面積）となるように、集光レンズと非晶質シ
リコン膜の位置関係を設定する。これにより、エネルギ
ー利用効率の高いレーザアニールが可能となる。
【００３６】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発
明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許
請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範
囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を
含むものである。
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発
明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許
請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範
囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を
含むものである。
【００３７】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法およびそ
の製造装置を用いることにより、半導体薄膜、とくにシ
リコン膜のレーザアニール処理においてエネルギー利用
効率の向上をはかることができる。
の製造装置を用いることにより、半導体薄膜、とくにシ
リコン膜のレーザアニール処理においてエネルギー利用
効率の向上をはかることができる。
【図１】 本発明の実施の形態１における半導体装置の
製造方法を示す図である。
製造方法を示す図である。
【図２】 （ａ）は、図１のレーザビーム中の基本波お
よび第２高調波の時間パルス波形を示す図であり、
（ｂ）は基本波および第２高調波によるレーザアニール
の温度時間変化を示す図である。
よび第２高調波の時間パルス波形を示す図であり、
（ｂ）は基本波および第２高調波によるレーザアニール
の温度時間変化を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態３の半導体装置の製造方
法において、基本波および第２高調波のシリコン薄膜へ
の集光を示す図である。
法において、基本波および第２高調波のシリコン薄膜へ
の集光を示す図である。
【図４】 図３に示す基本波および第２高調波のシリコ
ン薄膜への照射領域を示す図である。
ン薄膜への照射領域を示す図である。
【図５】 固体レーザ発振装置を用いた従来のレーザア
ニール処理方法を示す図である。
ニール処理方法を示す図である。
１ 固体レーザ発振装置、２ レーザ共振器、３ Ｑス
イッチ、５ 波長変換結晶、６ ダイクロイックミラ
ー、７ レーザビーム伝送系、８ ステージ、１０ 基
板上非晶質シリコン膜、１２ 集光レンズ、２１ 基本
波、２２ 基本波と第２高調波との混合波、２５ 基本
波の焦点、２６ 第２高調波の焦点、３５基本波の照射
領域、３６ 第２高調波の照射領域。
イッチ、５ 波長変換結晶、６ ダイクロイックミラ
ー、７ レーザビーム伝送系、８ ステージ、１０ 基
板上非晶質シリコン膜、１２ 集光レンズ、２１ 基本
波、２２ 基本波と第２高調波との混合波、２５ 基本
波の焦点、２６ 第２高調波の焦点、３５基本波の照射
領域、３６ 第２高調波の照射領域。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 森川 和敏
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
Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA01 BA04 BA15 BA18
BB02 BB03 BB07 DA01 DA02
JA01
Claims (9)
- 【請求項１】 固体レーザ発振装置から発振されたレー
ザ光を波長変換手段に通して得られる第２高調波を用い
て半導体薄膜にレーザアニール処理を施す半導体装置の
製造方法であって、 前記波長変換して得られる第２高調波と、波長変換され
ずに前記波長変換手段を通過した基本波とを、前記半導
体薄膜に照射する、半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記半導体薄膜およびその下方に光に対
する反射機構を設け、その反射機構によって、前記半導
体薄膜に照射されその半導体薄膜を透過したレーザ光を
反射させ、前記半導体薄膜の底面からその反射光を照射
する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記固体レーザ発振装置として、Ｎｄを
ドープしたＹＡＧ(Y 3Al5O12)レーザ、Ｎｄをドープした
ＹＶＯ4レーザ、ＮｄをドープしたＹＬＦ(LiYF4)レー
ザ、Ｎｄをドープしたガラスレーザ、Ｙｂをドープした
ＹＡＧ(Y3Al5O1 2)レーザ、ＹｂをドープしたＹＶＯ4レ
ーザ、ＹｂをドープしたＹＬＦ(LiYF4)レーザ、および
Ｙｂをドープしたガラスレーザのいずれかを用いる、請
求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記固体レーザ発振装置を、Ｑスイッチ
によりパルス発振させる、請求項１〜３のいずれかに記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記半導体薄膜が、非晶質シリコン膜ま
たは多結晶シリコン膜のいずれかである、請求項１〜４
のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記半導体薄膜における前記基本波の照
射領域を第２高調波の照射領域よりも広くする、請求項
１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 半導体薄膜にレーザ光を照射してレーザ
アニール処理を施す半導体装置の製造装置であって、 前記レーザ光を発振する固体レーザ発振装置と、 前記固体レーザ発振装置から発振されたレーザ光を基本
波として、その基本波を所定の比率で波長変換して少な
くとも第２高調波を出射する波長変換手段と、 前記波長変換手段によって波長変換されずに前記波長変
換手段から出射される前記基本波と少なくとも前記第２
高調波とを含むレーザビームが、１つのレーザビームと
して前記半導体薄膜に照射されるように、そのレーザビ
ームの光路を変更する光路変更手段とを備える、半導体
装置の製造装置。 - 【請求項８】 前記光路変更手段が、前記基本波と前記
第２高調波とを同じように反射するダイクロイックミラ
ーである、請求項７に記載の半導体装置の製造装置。 - 【請求項９】 前記半導体薄膜に照射されるレーザビー
ムを集光する集光レンズを、前記基本波および第２高調
波に共通に備える、請求項７または８に記載の半導体装
置の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002156653A JP2003347237A (ja) | 2002-05-30 | 2002-05-30 | 半導体装置の製造方法およびその製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002156653A JP2003347237A (ja) | 2002-05-30 | 2002-05-30 | 半導体装置の製造方法およびその製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003347237A true JP2003347237A (ja) | 2003-12-05 |
Family
ID=29772791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002156653A Pending JP2003347237A (ja) | 2002-05-30 | 2002-05-30 | 半導体装置の製造方法およびその製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003347237A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004297055A (ja) * | 2003-03-07 | 2004-10-21 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法およびレーザ照射方法、並びにレーザ照射装置。 |
| JP2005039250A (ja) * | 2003-06-26 | 2005-02-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ照射装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の作製方法 |
| JP2005210129A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Ultratech Inc | 低濃度ドープされたシリコン基板のレーザ熱アニール |
| JP2008041868A (ja) * | 2006-08-04 | 2008-02-21 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 不純物活性化方法及びレーザ照射装置 |
| US7494942B2 (en) | 2003-09-29 | 2009-02-24 | Ultratech, Inc. | Laser thermal annealing of lightly doped silicon substrates |
| JP2010016058A (ja) * | 2008-07-01 | 2010-01-21 | Sony Corp | レーザ光源装置及びこれを用いたレーザ照射装置 |
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| US7700462B2 (en) | 2003-02-28 | 2010-04-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd | Laser irradiation method, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device |
| JP2011071261A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Ushio Inc | レーザーアニール装置 |
| CN102145436A (zh) * | 2010-02-09 | 2011-08-10 | 三菱综合材料株式会社 | 激光加工装置 |
| US8012841B2 (en) | 2006-01-13 | 2011-09-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser annealing method and laser annealing device |
| JP2012231158A (ja) * | 2003-09-29 | 2012-11-22 | Ultratech Inc | 低濃度ドープシリコン基板のレーザー熱アニール |
| JP2013211415A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | V Technology Co Ltd | レーザアニール装置及びレーザアニール方法 |
| US8570266B2 (en) | 2004-12-06 | 2013-10-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Display device and electronic apparatus using the same |
-
2002
- 2002-05-30 JP JP2002156653A patent/JP2003347237A/ja active Pending
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