JP2005158943A

JP2005158943A - 半導体膜の製造方法

Info

Publication number: JP2005158943A
Application number: JP2003394009A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Inui; 哲也乾; Junichiro Nakayama; 純一郎中山; Kimihiro Taniguchi; 仁啓谷口; Shinji Maekawa; 真司前川; Keiichi Fukuyama; 恵一福山; Shinya Okazaki; 真也岡崎
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】半導体膜の表面に段差がなく、全体に平坦な半導体膜を製造する。
【解決手段】本発明の製造方法は、レーザ光を利用する半導体膜の製造方法であって、基板上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、半導体膜上に第１の光学膜を形成する第１の光学膜形成工程と、第１の光学膜の一部を除去することにより、第１の光学膜が形成されている領域と、第１の光学膜が形成されていない領域とに分けるパターニング工程と、第１の光学膜が形成されている領域と、第１の光学膜が形成されていない領域に、第２の光学膜を形成する第２の光学膜形成工程と、第２の光学膜を通して、半導体膜に第１のレーザ光を照射し、半導体膜を溶融する第１のレーザ光照射工程と、溶融した半導体を結晶化する結晶化工程とを備える製造方法であり、第１の光学膜が形成されている領域におけるレーザ光の反射率が、第１の光学膜が形成されていない領域におけるレーザ光の反射率と異なるように設定することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上の半導体にレーザ光を照射することにより、溶融し、結晶化させる半導体膜の製造方法に関する。

液晶やエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を応用した表示装置に用いられている薄膜トランジスタは、非晶質もしくは多結晶のシリコンを活性層として用いる。このうち、多結晶シリコンの薄膜トランジスタは、電子の移動度が高いため、非晶質シリコンの薄膜トランジスタに比較し、多くの長所を有している。たとえば、画素部分にスイッチング素子を形成するだけでなく、画素周辺部分に駆動回路、一部の周辺回路を一枚の基板上に形成することができる。このため、別途ドライバＩＣや駆動回路基板を表示装置に実装する必要がなくなるので、表示装置を低価格で提供することが可能となる。また、その他の長所として、トランジスタの寸法を微細化できるので、画素部分に形成するスイッチング素子が小さくなり、高開口率化が図れる。このため、高輝度、高精細な表示装置を提供することが可能となる。

多結晶シリコン薄膜の製造方法としては、ガラス基板にＣＶＤ法などで非晶質シリコン薄膜を形成した後、別途、非晶質シリコンを多結晶化する工程が必要である。通常、結晶化のアニール工程は、６００℃以上の高温アニール法によって行なう場合、高温に耐える高価な基板を使用する必要があり、表示装置の低価格化の阻害要因となっている。近年は、レーザを用いて６００℃以下の低温で非晶質シリコンの結晶化を行なう技術が一般化され、低価格のガラス基板に多結晶シリコントランジスタを形成した表示装置を低価格で提供できるようになっている。

レーザによる結晶化技術は、アモルファスシリコン薄膜を形成したガラス基板を４００℃程度に加熱し、ガラス基板を走査しながら、長さ２００〜４００ｍｍ、幅０．２〜１．０ｍｍ程度の線状レーザビームをガラス基板上に連続的に照射する方法が一般的である。この方法によって、粒径０．２〜０．５μｍ程度の結晶粒が形成される。このときレーザを照射した領域の非晶質シリコンは、厚さ方向全域にわたって溶融するのではなく、一部の非晶質領域を残して溶融することによって、レーザ照射領域全面にわたって、いたるところに結晶核が発生し、シリコン薄膜最表層に向かって結晶が成長し、ランダムな方位の結晶粒が形成される。

さらに高性能な表示装置を得るためには、多結晶シリコンの結晶粒径を大きくすることおよび結晶の方位を制御することが必要であり、単結晶シリコンに近い性能を得ることを目的に、近年、数多くの研究開発がなされている。その中でも、特に、スーパーラテラル成長と称する技術がある（特許文献１参照）。スーパーラテラル成長法は、スリット状ビームのパルスレーザをシリコン薄膜に照射し、スリット状に照射された領域のシリコン薄膜をレーザ照射領域の厚さ方向全域にわたって溶融させ、溶融領域と未溶融領域の境界から横方向、すなわち、ガラス基板に水平な方向に結晶粒を成長させて、針状の結晶を得るものである。スーパーラテラル成長は、レーザパルスを１回照射することで完了するが、１回前のレーザ照射で形成される針状結晶の一部に重複させて、順次レーザパルスを照射していくと、既に成長した結晶を引き継いで、さらに長い針状の結晶が成長し、結晶の成長方向に方位の揃った大結晶が得られるという特徴を有している。

これとは別に、図１１に示すように、基板上に、拡散防止層と、半導体膜１１２を形成した後、半導体膜１１２の一部に反射防止膜１１９を形成し（図１１（ａ））、レーザビームＬをスリット状に照射するのでなく、基板全体に照射し（図１１（ｂ））、二酸化シリコンなどからなる反射防止膜の形成された領域にある半導体膜１１２ａのみを溶融させ（図１１（ｃ））、反射防止膜の形成された領域のみを結晶化させる方法がある（図１１（ｄ））。その後、反射防止膜は除去することもできる（図１１（ｅ））（特許文献２参照）。
特表２０００−５０５２４１号公報特開昭５７−２１０６２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスーパーラテラル法による結晶粒の成長距離は、１〜２μｍに過ぎず、大結晶粒を得るには、何度もレーザの照射を繰り返す必要がある。特に結晶成長距離が１μｍ程度であるため、結晶を引き継いで成長させるためには、再度、照射するビームを、前回の結晶にオーバーラップさせて照射する必要があり、結果的に０．５μｍ程度ずらすことになる。ところが、常に０．５μｍのずらし量を得るためには、送り精度で言うと０．１μｍ程度の分解能、すなわち極めて精度の高い送り機構が必要であり、装置コストが大きくなる。また一回にわずかの量しか送り量を与えられないため、処理速度が遅いという欠点がある。

一方、特許文献２に記載の方法は、特許文献１に記載の方法とは異なり、各領域への照射は一回で完結するため、処理速度は速い。しかし、特に、図１１に示すように、反射防止膜１１９のある領域１１２ａと、反射防止膜１１９のない領域１１２ｂとの間に、段差１１２ｃが生じて、素子形成時または配線パターン形成時に、薄膜の領域１１２ａに欠陥が生じやすいという欠点がある。また、反射防止膜のない領域１１２ｂでも、レーザの照射条件によっては、完全な溶融にいたらないまでも、ある程度溶融が生じ、このために表面に荒れが生じて、全体の素子形成に悪影響を与える場合がある。

本発明の製造方法は、レーザ光を利用する半導体膜の製造方法であって、
基板上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
半導体膜上に第１の光学膜を形成する第１の光学膜形成工程と、
第１の光学膜の一部を除去することにより、第１の光学膜が形成されている領域と、第１の光学膜が形成されていない領域とに分けるパターニング工程と、
第１の光学膜が形成されている領域と、第１の光学膜が形成されていない領域に、第２の光学膜を形成する第２の光学膜形成工程と、
第２の光学膜を通して、半導体膜に第１のレーザ光を照射し、半導体膜を溶融する第１のレーザ光照射工程と、
溶融した半導体を結晶化する結晶化工程
とを備える製造方法であり、
第１の光学膜が形成されている領域におけるレーザ光の反射率が、第１の光学膜が形成されていない領域におけるレーザ光の反射率と異なるように設定することを特徴とする。

本発明の半導体膜の製造方法の別の態様は、
基板上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
半導体膜上に光学膜を形成する光学膜形成工程と、
光学膜の一部を除去することにより、光学膜の厚さの薄い領域と、光学膜の厚さの厚い領域とに分けるパターニング工程と、
光学膜を通して、半導体膜に第１のレーザ光を照射し、半導体膜を溶融する第１のレーザ光照射工程と、
溶融した半導体を結晶化する結晶化工程
とを備える製造方法であり、
光学膜の厚さの薄い領域におけるレーザ光の反射率が、光学膜の厚さの厚い領域におけるレーザ光の反射率と異なるように設定することを特徴とする。

本発明によれば、半導体膜の表面に段差がなく、全体に平坦な半導体膜を製造することができる。また、表面に荒れがなく、酸素などの不純物が混入していないため、高品質の素子を形成することができる。

本発明の半導体膜の製造方法は、基板上に半導体膜を形成する工程と、半導体膜上に第１の光学膜を形成する工程と、第１の光学膜の一部を除去するパターニング工程と、第２の光学膜を形成する工程と、半導体膜に第１のレーザ光を照射し、溶融する工程と、溶融した半導体を結晶化する工程とを備える。かかる製造方法により、第１の光学膜の辺縁部に、半導体膜の段差が生じることがなく、全体に平坦な半導体膜を形成することができ、高品質なデバイスを得ることが容易となる。また、全体が光学膜で覆われた状態でレーザ光による溶融を行なうため、表面の荒れを防止できる。さらに、全体が光学膜で覆われた状態で溶融し、結晶成長が可能であるので、半導体膜が、溶融中に酸素などに接して酸化されたり、あるいは他の不純物元素が混入したりすることを防止でき、高品質の素子形成が可能となる。

本発明の半導体膜の製造方法においては、第１の光学膜が形成されている領域におけるレーザ光の反射率が、第１の光学膜が形成されていない領域におけるレーザ光の反射率と異なるように設定する。本発明の第１の実施形態では、第１の光学膜が形成されている領域におけるレーザ光の反射率が、第１の光学膜が形成されていない領域におけるレーザ光の反射率よりも小さく設定する。第１の光学膜と第２の光学膜の重なった領域における第１のレーザ光の反射率が、第１の光学膜と第２の光学膜の重なっていない領域における第１のレーザ光の反射率より小さく設定することにより、結晶化の位置および結晶化の方向を特定できる。また、その結晶化の位置および方向に合せてトランジスタのチャンネルを構成することにより、高性能のデバイスを得ることができる。また、トランジスタの配置、および結晶の向きを自由に決めることができ、トランジスタ配置の自由度が高く、配置密度の高い回路設計を行なうことが容易となる。かかる技術的効果を奏する点で、第１の光学膜と第２の光学膜の重なった領域における第１のレーザ光の反射率は、第１の光学膜と第２の光学膜の重なっていない領域における第１のレーザ光の反射率の７５％以下が好ましく、７０％以下がより好ましく、６０％以下が特に好ましい。

図１に、第１の実施の形態を示す。図１（ａ）に示すように、まず、ガラス基板４の上に、拡散防止層３を形成する。拡散防止層３は、ガラス基板４からの不純物の拡散を防ぐために形成する。具体的には、拡散防止層３として、二酸化シリコン膜を用いるが、これに限るものではなく、ガラス基板４からの不純物の拡散を防ぐことができれば、他の材料からなる膜であってもよい。二酸化シリコン膜の形成は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの方法で行なうことができる。

つぎに、図１（ａ）に示すように、拡散防止層３の上に、半導体膜２を形成する。半導体膜２は、通常、アモルファスシリコンを材料として用い、ＣＶＤ法により形成するが、成膜方法としては、スパッタ法または蒸着法などを用いることも可能である。半導体膜２の厚さは、求められるトランジスタの特性や、プロセス条件などにより様々であるが、数十nm〜数百nmとすることができ、通常は３０〜１００nmの膜厚とする。

成膜直後の半導体膜２は、通常はアモルファスであり、結晶化はしていない。ある種の成膜方法によれば、非常に小さい結晶の集合（微結晶）を得ることもできるが、いずれにせよ、それほど大きな結晶粒を得ることは困難である。したがって、成膜直後の半導体膜２に直接トランジスタを形成すると、トランジスタの電子移動度は低くなってしまう。

つづいて、本実施の形態では、図１（ａ）に示すように、半導体膜２の上に第１の光学膜１を形成する。本明細書において、光学膜とは、その膜を形成することによりその表面の光に対する反射率、透過率、吸収率、偏光特性などを変化させることのできる膜を指す。光学膜１の材料としては、窒化シリコン、窒化アルミニウムなどの窒化物、酸化シリコン、二酸化シリコンまたは酸化アルミニウムなどの酸化物が適している。成膜方法としては、ＣＶＤ法、スパッタ法または蒸着法などを用いることができる。

つぎに、パターニング工程を行なう。パターニング工程において、第１の光学膜の一部を除去することにより、図１（ｂ）に示すように、第１の光学膜１が形成されている領域６と、第１の光学膜が形成されていない領域７とにパターン化する。図６に、パターン化後の平面図を示す。図６に示す例では、領域６０１ａと領域６０１ｂの光学膜だけを残し、それら以外の領域の光学膜が完全に除去している。パターニングは、フォトリソグラフィおよびエッチングによって行なうことができ、たとえば、フォトレジストを用いたリソグラフィとウェットエッチングあるいはドライエッチングを用いたエッチング法などを組み合せて、第１の光学膜を所望の形状にパターン化することができる。

つづいて、図１（ｃ）に示すように、第２の光学膜５を形成する。第２の光学膜の形成工程においては、第１の光学膜が形成されている領域６と、第１の光学膜が形成されていない領域７に第２の光学膜５を形成する。第２の光学膜５の材料としては、窒化シリコン、窒化アルミニウム、などの窒化物、酸化シリコン、二酸化シリコン、酸化アルミニウムなどの酸化物が適している。成膜方法としては、ＣＶＤ法、スパッタ法または蒸着法などを用いることが可能である。ここで、第２の光学膜は基板全体に形成するので、基板上には、第１の光学膜１と第２の光学膜５が重なり合った領域６と、第２の光学膜のみが形成された領域７が生じる。

ここで、第１の光学膜および第２の光学膜の厚さは、それぞれおおむね5nm〜200nmに設定するが、厚さの設定は、これらの光学膜の厚さおよび、第１の光学膜と第２の光学膜が重なり合って、厚さが変化することにより、反射率を場所により変化させ、言い換えると半導体膜へのレーザ光の吸収率を変化させ、基板上の半導体膜に溶融、非溶融の領域を作り出し、結晶成長を行なわせるように設定する。半導体膜の反射率および吸収率はレーザ光の照射に用いるレーザの波長と、光学膜の屈折率などの光学定数と、半導体膜自身の光学定数などにより定まるが、反射率および吸収率の設定は公知の光学的計算を行なうことにより、あるいは作製したものを公知の技術により測定することにより知ることが可能である。

図１０に、アモルファスシリコン膜上に二酸化シリコン薄膜を形成したときの、反射率の例を示す。前述したように、反射率は、用いるレーザの波長と、光学膜の光学定数（屈折率）、および半導体膜自身の光学定数により定まり、図１０に模式的に示すように、光学膜の膜厚がD1,D2,D3,D4などであるときに、反射率は極大または極小になるような変化を繰り返す。ここで、第１の実施の形態の膜厚の組み合わせは、第１の光学膜に第２の光学膜が重なった領域の反射率を低く、それ以外の領域、すなわち第２の光学膜のみの領域の反射率を高くするように設定する。このようにすると、第１の光学膜に第２の光学膜が重なった領域の半導体膜へのレーザ光の吸収量が大きくなり、この領域を高温に加熱し、それ以外を比較的低温とすることができる。

この組み合わせは、第１の光学膜に第２の光学膜が重なった領域において、第２の光学膜の表面と半導体膜の表面からの反射光の位相差をおおむね１/２波長とし、それらの反射光が弱めあう条件の近傍に設定し、反射率を低くすることで、半導体膜への光の吸収を大きくすることができる。ここでは、反射率を小さくするための例として、位相差がおおむね１／２波長の場合を選択して説明したが、本発明においては、反射光に位相差を設けることにより、反射光を弱めて、半導体膜への光の吸収を大きくし、半導体膜を高温に加熱することができるようにするという効果を期待するものであるから、位相差を１／２波長とする場合のほか、（１／２＋１）波長または（１／２＋２）波長などとして、反射光を弱めようとする態様も本発明に含まれる。

同時に、第２の光学膜のみが半導体膜上に積層された領域においては、第２の光学膜の表面と半導体膜の表面からの反射光の位相差をおおむね１波長とし、それらの反射光が強め合う条件の近傍に設定し、反射率を高くすることで、半導体膜への光の吸収を小さくすることができる。また、反射光を強めて、半導体膜への光の吸収を小さくするために、位相差がおおむね２波長、３波長などとなるように膜厚を設定することもできる。

このような条件を実現するためには、図１０に示すように、第１の光学膜の膜厚として、たとえばD3-D2を選択し、その上に積層する第２の光学膜の膜厚としては、D2を選択すればよい。すなわち、第２の光学膜としては、反射率が極大となる膜厚、たとえばD2を選択し、第１の光学膜としては、第１の光学膜の膜厚と第２の光学膜の膜厚の和が、反射率が極小を示す膜厚、たとえばD3になるような選択、すなわち第１光学膜の膜厚としてはD3-D2に設定すればよい。このように設定することで、図１（ｃ）において、第１の光学膜１に第２の光学膜５が重なった領域６において反射率を低くし、半導体膜２への光の吸収を大きくすることができる。同時に、第２の光学膜５のみが半導体膜２上に積層された領域７においては、反射率を高くすることで、半導体膜への光の吸収を小さくすることができる。このように本発明の第１の実施の形態によれば、第１光学膜をパターニングし、積層する光学膜の厚さを管理して積層するだけで、所望の特性が得られるという効果がある。

つぎに、図１（ｄ）に示すように、この基板に対して、第１のレーザ光Ｌを照射し、その後、図１（ｅ）に示すように溶融した半導体が結晶化し、結晶性半導体膜を製造することができる。レーザ光照射工程においては、図１（ｄ）に示すように、第２の光学膜５を通して、半導体膜２に第１のレーザ光Ｌを照射し、半導体膜２を溶融する。溶融には、基板上の半導体膜の全域にわたって溶融する場合のほか、基板上の半導体膜の一部の領域のみが溶融する場合の双方が含まれる。レーザ照射のために用いる装置の例を図５に示す。本装置は、第１のレーザ光源５０８と、反射ミラー５０９と、開口部を形成したフォトマスク５１０と、対物レンズ５１１と、ガラス基板５１２を搭載して駆動を行なうステージ５１３を有する。また、図５に示すように、必要に応じて、ホモジナイザ、エキスパンダなどの光学素子群５１４を設けることができる。

レーザ光源としては、パルス照射を行なうレーザ光源、たとえばエキシマレーザを用いることができる。エキシマレーザの場合、波長が紫外線領域にあり、半導体膜に非常に吸収されやすい。またパルス幅は１０ns〜数十nsであり、ほぼ瞬時に半導体膜は溶融するが、その後、急速に冷却され、その過程で結晶化する。レーザ光源として、固体レーザを用いることも可能である。固体レーザは、Nd-YAGなどの光学結晶をフラッシュランプ、もしくは半導体レーザにより照射して励起し、レーザ発振を行なうものであり、エキシマレーザに必要なハロゲンガスが不要で、メンテナンスが楽になるという利点がある。また、フラッシュランプを用いる代わりに、励起光源として半導体レーザを用いると、半導体レーザは発振効率がよく、半導体レーザの発振波長を、固体レーザの光学結晶の吸収帯に一致させることで、高効率のレーザ発振が可能となる。このため、消費電力および装置の大きさを、エキシマレーザやフラッシュランプ励起の固体レーザに比べ、大幅に低減可能である。

固体レーザは、前述の励起光源により、Nd-YAGなどの光学結晶を励起することで、1.06μｍ近辺の波長のレーザ光を励起することができる。ただし、このままでは照射、溶融すべきアモルファスシリコンに対しての吸収係数が小さく、アモルファスシリコンに光が吸収されにくく、溶融が起こりにくい。このため、この波長の光を非線形光学結晶によって、波長を逓倍し、可視光に変換することが望ましい。非線形光学結晶としては、KDP(KH₂PO₄)、LBO(lithium borate)、BBO、CLBO（CsLiB₆O₁₀）などを用いることができ、この第２高調波波長によりほぼ532nm近辺の可視光が得られる。この近辺以下の波長であれば、アモルファスシリコンの吸収係数が大きくなり、レーザ光照射により溶融が可能である。

図５において、レーザ光源５０８から出射されたビームは、光学素子群５１４に含まれるエキスパンダにより適当なビームサイズに変換され、同じく光学素子群５１４に含まれるホモジナイザにより、ビーム断面内の放射照度の一様化が図られたうえ、フォトマスク５１０に照射される。ここでビームエキスパンダは望遠系もしくは縮小系を有する光学系であり、フォトマスク５１０上の照射領域の大きさを決めるものである。ホモジナイザはレンズアレイもしくはシリンドリカルレンズアレイにより構成され、ビームを分割したうえ、再合成することで、マスク上の照射領域内での放射照度の一様化を図るものである。

本発明の場合、第１のレーザ光源５０８に加えて第２のレーザ光源５１５を有する態様が好ましい。また、第２のレーザの照射領域は、少なくとも第１のレーザ光の照射領域を含む範囲とするのが好ましい。第２のレーザの照射領域に、第１のレーザ光の照射領域の少なくとも一部を含めることにより、結晶をつないで、結晶の成長距離を長くすることができ、結晶の成長距離を、従来の数倍から１０倍程度に長くできるため、大きなデバイスの製造が可能になる。第２のレーザとしては、炭酸ガスレーザあるいは固体レーザ、ガスレーザを用いることができ、類似の効果を得ることが可能であるが、結晶成長を大きく促進できるという効果については、後述する現象により、炭酸ガスレーザを用いるのがもっとも好ましい。

図５に示すように、第２のレーザ光源５１５は、第１のレーザ光源のビームの側方から斜めに、基板上に照射する態様が好ましい。第２のレーザとして炭酸ガスレーザを用いる場合、その発振波長は９〜１１μmの間であり、この波長域では、通常の光学ガラス、石英ガラスなどは不透明である。したがって、これらの材料による光学系を用いることはできない。炭酸ガスレーザの光学系の場合、吸収の少ない光学系とするためには、ZnSe、あるいはGeの結晶あるいは多結晶が用いられる。したがって、第１のレーザにエキシマレーザを用いる場合は、その光学系は石英が主であり、この光学系は炭酸ガスレーザに対して大きな吸収を有するために、この光学系を通過させることができず、同一の光学系を通して基板を照射することができない。すなわち、多くの他の種類の光学系のように、同軸で２つの光学系を共存させることができない。しかし、本発明のように斜めから基板を照射する態様にすれば、まったく別途に光学系を構成でき、石英を用いた光学系を通過させることなく、基板を照射することが可能となるので、吸収が少ない光学系を構成できて好都合である。

炭酸ガスレーザの発振波長は、9〜11μmの間であるが、この波長領域の光を、半導体膜はほとんど吸収をしない。たとえば、シリコンあるいはアモルファスシリコンの膜は、この波長領域ではほとんど吸収が無く、炭酸ガスレーザの照射のみによりシリコンの溶融を効率よく生じさせることは難しい。しかしながら、二酸化シリコンあるいは二酸化シリコンを含有するガラスは、この波長の光をよく吸収し、照射によって温度上昇を生じさせることができる。このため、第１のレーザと同期して照射することで、第１のレーザ光により半導体膜を溶融させた後、あるいは溶融させながら、基板を加熱することができ、その結果、基板上の半導体膜を加熱することができ、結晶成長を助長することが可能となる。すなわち、炭酸ガスレーザは半導体膜そのものを直接加熱することはできないが、その直下の基板を加熱することができ、そこからの熱伝導によりその上に構成されている半導体膜を加熱することができる。

この場合、炭酸ガスレーザにより加熱される領域はたかだか、基板方向に１〜数十μmの深さまでであり、基板全体が加熱されることがないため、基板全体としては、低温のまま結晶化を行なうことができ、装置の簡略化、ガラス基板の伸縮、膨張を予防することができて有利である。また、炭酸ガスレーザは連続発振、パルス発振をさせることが可能であり、自由にパルス幅、強度を変えられ、照射の自由度が高い。第１のレーザとして、エキシマレーザを用いる場合、エキシマレーザはパルス発振であり、パルス幅はレーザによって決まっており、１０ns〜１００nsであって、自由にパルス幅を変えて条件を最適化することが困難である。しかし、炭酸ガスレーザは前述のようにパルス幅を、たとえ１μｓ〜数１０msと自由に変えることが可能であるので、第１のレーザで溶融させた後、比較的長い時間加熱して溶融状態を保持、もしくは冷却時間を長くし、その最適条件を選んで、ゆっくりと凝固させることが可能である。また、炭酸ガスレーザは発振効率が高いために、出力１ワットあたりのコストも低く、容易に大出力のレーザを入手でき、装置の低コスト化にも貢献する。したがって、エキシマレーザのみで溶融し、結晶化させるよりも有利である。このように炭酸ガスレーザにはいろいろな利点があり、また発振波長は９〜１１μmであるため、第２のレーザ光としては波長９〜１１μmのものを使用するのが好ましい。

炭酸ガスレーザとエキシマレーザに併用する場合、炭酸ガスレーザを連続的に照射しながら、エキシマレーザをパルス的に照射することができる。しかし、より好ましくは、炭酸ガスレーザもパルス状に照射しながら、それに同期してエキシマレーザを照射するのが好ましい。これはパルス的に照射することにより、長時間基板表面を加熱することを避け、基板表面の平均温度をより低温に保つことができるからであり、基板の熱膨張を抑え、安定した工程とすることができる。また、基板の冷却機構および熱膨張に付随する補正装置が不要となり、装置の低コスト化に役立つ。炭酸ガスレーザをパルス状に照射すると、照射パルスが照射されている間は基板表面の温度は高温に保たれるが、炭酸ガスレーザのパルス照射が終了すると速やかに冷却し、時間的な平均値としては、連続的に照射するよりもより低温となるためである。

第１のレーザとしてエキシマレーザを用い、第２のレーザとして炭酸ガスレーザを用いる場合、これらの両パルスの照射タイミングとしては、図１２（ａ）に示すように、エキシマレーザの照射パルス（ＥＬＰ）に先立って炭酸ガスレーザの照射を開始し、エキシマレーザの照射が終了して、かつ半導体膜の凝固が終了するまで照射する態様が好ましい。この場合、炭酸ガスレーザのパルス（ＣＬＰ）がエキシマレーザのパルス（ＥＬＰ）に先立つ時間DL１は１μsから５０msの範囲に設定するのが好ましい。また、エキシマレーザのパルス幅W２は、前述のようにおおよそ１０ns〜１００nsの範囲であり、これにより溶融、凝固が終了する時間は、条件により異なるが、エキシマレーザのパルス照射終了後、ほぼ５０から２００nsの範囲が好ましい。

また、別の照射方法としては、図１２（ｂ）に示すように、炭酸ガスレーザのパルス照射終了後、ある時間（DL2）の後、エキシマレーザを照射する方法がある。この場合、DL2は０〜５ms程度に設定するのが好ましい。これはDL2が大きくなり過ぎると、基板が冷却してゆき、照射の効果が薄れるからである。しかし、これらのいずれの場合でも、基板および半導体膜の温度を予め上昇させておくことができる点で、第１のレーザに先立って、第２のレーザの照射を予め開始しておく態様が好ましい。

ここで、このように炭酸ガスレーザとエキシマレーザを併用すると、結晶成長を際立って促進することができ、大きな結晶粒を得ることが可能となる。すなわち、実験によれば、エキシマレーザのみを照射する場合に比べ、数倍以上の結晶成長が確認されており、従来にない大きな結晶成長を得ることが可能になる。図９に、炭酸ガスレーザとエキシマレーザを併用した場合の結晶成長後の半導体膜の平面図を示す。図９に示すように、数倍の結晶が成長し、大きな領域を一度に結晶化することが可能であり、結晶化の領域を広げて、素子の配置の自由度を大幅に向上できる。

図８に、フォトマスクの例を示す。図８に示すフォトマスクは、遮光部８１０ａと開口部８１０ｂとを有し、遮蔽部８１０ａは、照射されたレーザ光を遮蔽させる機能を有する。マスク基板としては、石英、ガラスなどの材料が用いられ、遮光部としては、クロム、ニッケル、アルミニウムなどの金属薄膜あるいは誘電体多層積層膜による反射もしくは吸収膜を用いる。フォトマスク上に形成する開口部８１０ｂは、スリット状、矩形もしくはそれに準ずる形状とし、レーザの平均出力を300W、発振繰り返し周波数を300Hzとした場合、基板上での寸法を、たとえば、幅５mm、長さ１５mm程度とすると、おおむね半導体膜の溶融、結晶化を行なうことができる。

結像させるときの光学倍率は、等倍から1/10に設定して、マスク上の開口部の像の大きさを、等倍像から1/10の大きさに縮小して結像して行なうことが可能であるが、必ずしもこの形状、大きさに限るものではなく、アニールに用いるレーザの出力や一回のパルス出力の大きさにより、任意に設計が可能である。また、フォトマスクの開口部８１０ｂにホモジナイザを通過させた光を照射し、照射された開口部の像を対物レンズにより基板の表面に結像させる、すなわち、基板上には、開口部８１０ｂの像が結像される結果、基板上の半導体膜の一部が照射され、その他の領域が照射されない状態となる。このとき、光学膜のパターンを設けた領域が収まる領域を照射するように設定する。

対物レンズの解像力は、おおむねλ／NA（λは波長、NAは対物レンズの開口数）で表されるので、開口部８１０ｂの像の縁部分には、放射照度が徐々に変化する遷移領域が生じる。この領域では、半導体膜は半溶融の状態となり、その部分に形成されたトランジスタの特性は悪化する。したがって、その部分はトランジスタは形成できない無効領域となる。したがって、無効領域を減らし、トランジスタの形成できる領域を増やすために、遷移領域を減らすことが必要である。このとき、開口部８１０ｂの像を結像する方式を用いると、遷移領域の幅を解像度程度に収めることができるので、単にビームを直接基板上に照射する場合に比べて、無効領域を減らして、基板上に集積するトランジスタの密度を上げられるという利点を有する。たとえば、対物レンズの開口数NAを0.1とし、エキシマレーザの波長を308nmとすると、おおむね無効領域は３μm程度となる。一般に、レーザからのビームはガウシャンビームであり、そのビームをそのまま基板に照射した場合には、ビーム照射面積に比例して大きな面積の無効領域が生じるが、対物レンズを用いると、この無効領域を飛躍的に極小化することができる。

本発明による結晶形状を図９に示す。対物レンズにより、基板上に開口部の像が結像されると、光学膜のパターンが形成されている領域９０１aと領域９０１ｂが選択的に溶融し、つぎに、パルス照射が終了すると、溶融した領域は、急速に冷却し結晶化する。このとき、基板上には、光学膜パターン９０１ｂの幅方向に結晶９１６が成長して横方向に成長した柱状の結晶が得られる。一方、光学膜パターンが形成されていない領域９１７は横方向の結晶成長が生じないままである。したがって、本発明の場合、結晶９１６の成長した方向、すなわち、パターンの短辺方向に、キャリアを流すような構造のトランジスタを構成すると、キャリアが粒界に散乱されることが少なく、移動度が極めて高いトランジスタが得られる。

光学膜の材料とレーザ光源との組み合わせによっては、表面にある光学膜がレーザ光を本発明の作用において無視できない程度に吸収する場合がある。たとえば、レーザ光源であるエキシマレーザが発する紫外線を、光学膜がある程度、吸収する場合がある。この場合、表面の光学膜により紫外線が吸収され、その下部にある半導体膜に十分に熱が与えられない。また、光学膜によって多くの光が吸収されて熱となると、光学膜の温度が上昇し、甚だしい場合は損傷が生じる可能性が有る。したがって、光学膜の吸収率は、少なくとも、その下の半導体膜の吸収率よりも小さい方が望ましい。そのためには、紫外線に代えて、可視光線を用いるなど、照射する光の波長を変更するのが好ましい。光学膜に対する透過率が高く、かつ半導体膜に対する吸収率の高い波長の光を発するレーザ光源を用いれば、光の多くが光学膜を透過し半導体膜に吸収され熱になるので、半導体膜に十分に熱を与えることができる。

半導体膜として、たとえばアモルファスシリコンもしくはシリコンを用いる場合には、５５０nmよりも光の波長が短いことが望ましい。これは、波長が５５０nmより長い光をシリコンは十分に吸収しないからである。５５０nmより短い波長である光を発する光源としては、固体レーザによる可視光線を用いるのがよく、Nd-YAGなどの固体レーザの２倍高調波を用いると、５３２nmの発振波長が得られるため、好都合である。特に固体レーザを用いる場合には、処理装置が小型、軽量にでき、かつ装置のメンテナンスにガスが必要なく、メンテナンスコストを引き下げて、製造装置の維持コストを引き下げる装置を得ることが可能である。また、かかる装置を用いると、装置コスト、メンテナンスコストが低いために、従来よりも格段にコストを下げることができる。

本発明により、表面に第１の光学膜および第２の光学膜を設け、レーザ光の照射により結晶化を行なった後、第１の光学膜および第２の光学膜を除去してから、後の工程を行なうことができる。また、第１の光学膜および第２の光学膜を除去した方が、後の工程であるゲート部分の作製、電極配線、ドーピングなどの半導体形成が容易である。この場合、第１の光学膜および第２の光学膜の除去後は、半導体膜、拡散防止層、ガラス基板という構成となるため、従来の膜構造と同じであり、従来の処理工程をそのまま用いることができるという利点がある。

拡散防止層については、従来の二酸化シリコンを用いることが可能であるので、拡散防止層の形成も、従来通りに行なうことが可能であり、好都合である。特に、拡散防止層は、基板からの不純物の拡散を防ぐという重要な機能を有する膜であり、従来から用いられている材料をそのまま用いることができれば、工程の再検討の必要がなく、極めて好都合となる。すなわち、本発明のデバイス製造方法の一形態は、従来のデバイス製造方法における半導体薄膜を設ける工程とレーザアニール処理工程との間に光学膜を設ける工程を挿入し、かつレーザアニール処理工程の後に、光学膜を除去する工程を挿入すればよく、従来の方法に対して変更すべき箇所が少なく、従来方法からの移行が容易である。

図２に、本発明の半導体の製造方法の第２の実施の形態を示す。本実施の形態では、まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板２０４の上に、拡散防止層２０３、半導体膜２０２および光学膜２０１を形成する。各膜の材料、厚さおよび形成方法などは、第１の実施の形態と同様である。つぎに、図２（ｂ）に示すように、光学膜２０１の一部を除去して、光学膜の厚さの厚い領域２０１ａと、光学膜の厚さの薄い領域２０１ｂとにパターニングする。つづいて、図２（ｃ）に示すようにレーザ光Ｌを照射し、半導体膜を溶融し、結晶化させる（図（ｄ））。パターニング方法は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態と異なり、第２の実施の形態では、光学膜２０１をすべて除去するのではなく、一部が残存するようにエッチングを途中で終了する。このときの平面的な形状としては、第１の実施の形態における第１の光学膜のパターンと同様に、光学膜を厚く残存させ、その他の領域の膜厚を薄くするようにパターニングする。すなわち、光学膜２０１を、図１（ｂ）におけるの領域６だけをそのまま厚く残し、他の領域７を薄くなるよう除去する。

ここで、第２の実施の形態のエッチング後の膜厚は、光学膜の薄い領域２０１ｂにおけるレーザ光の反射率が、光学膜の厚い領域２０１ａにおけるレーザ光の反射率より大きく設定する。このように設定することにより、光学膜の厚い領域の半導体膜へのレーザ光の吸収量が大きくなり、この領域を高温に加熱し、また、膜厚の薄い領域を比較的低温とすることができる。したがって、結晶化する位置および結晶化の方向を特定でき、結晶化する位置および方向に合わせてトランジスタのチャンネルを構成することにより、高性能のデバイスを得ることができるようになる。かかる技術的効果を奏する点で、光学膜の薄い領域における第１のレーザ光の反射率は、光学膜の厚い領域における第１のレーザ光の反射率の１５０％以上が好ましく、１７５％以上がより好ましく、１８０％以上が特に好ましい。

このような条件は、図１０に示すように、形成する光学膜の膜厚として、たとえばD3を選択し、光学膜のエッチング量をD3-D2とすることにより得ることができる。すなわち、エッチングされた光学膜の薄い領域としては、反射率が極大となる膜厚（D2）を選択し、エッチングされない光学膜の厚い領域の反射率が極小となる膜厚（D3）を選択することにより、このような形態を実現できる。

レーザ照射により、光学膜２０１の膜厚の厚い領域２０１ａの下部の半導体膜が高温となり、それ以外の領域２０１ｂが比較的低温となり、膜厚の厚い領域２０１ａの下部の半導体膜が溶融し、結晶化される。結晶化の過程は、第１の実施の形態と同じであり、また、これ以降の工程も第１の実施の形態と同じであって、図９に示すような結晶を得ることができ、第１の実施の形態と同様に、半導体膜の表面に段差がなく、全体に平坦な半導体膜を製造することができる。また、表面に荒れがなく、酸素などの不純物が混入していないため、高品質の素子を形成することができる。さらに、第２の実施の形態の場合、第１の実施の形態に比べ、光学膜の製膜の回数が２回から１回に削減できるため、製造工程の簡素化につながり、コストを削減し、有利である。

図３に、本発明による第３の実施の形態を示す。本実施の形態は、図３（ａ）に示すように、ガラス基板３０４の上に、拡散防止層３０３、半導体膜３０２および第１の光学膜３０１を形成する。各膜の材料、膜厚および形成方法などは第１の実施の形態と同様である。つぎに、図３（ｂ）に示すように、第１の光学膜３０１をパターニングし、所望の形状にする。つづいて、図３（ｃ）に示すように、第２の光学膜３２２を形成した後、レーザ光Ｌを照射し（図３（ｄ））、溶融した半導体膜を結晶化する（図３（ｅ））。パターン化の方法、第２の光学膜およびレーザの照射は、第１の実施の形態と同様であり、パターニングの際には、結晶化させたい領域３２３にある第１の光学膜を完全に除去し、その他の領域３２４にある第１の光学膜は残す。すなわち、第１の実施の形態の場合は、結晶化させたい領域の第１の光学膜を残存させるが、第３の実施の形態では、逆に、結晶化させたい領域にある第１の光学膜を完全に除去する。基板のエッチング後の平面図を図７に示す。図７に例示するように、結晶化をさせる領域７０１ａ、７０１ｂにある第１の光学膜を除去し、その他の領域にある第１の光学膜を残存させる。

ここで、第１の光学膜が形成されている領域におけるレーザ光の反射率が、第１の光学膜が形成されていない領域におけるレーザ光の反射率より大きくなるように設定する。このように設定することにより、第１の光学膜が形成されていない領域の半導体膜へのレーザ光の吸収量が大きくなり、この領域を高温に加熱し、それ以外の領域を比較的低温とすることができる。また、溶融し、結晶化する領域の膜厚が、その他の領域に比べ、薄く設定されているため、レーザ照射で半導体膜を溶融させるときに、溶融し、結晶化すべき領域は他の領域より、熱容量が小さい。したがって、結晶化領域が加熱しやすくなり、レーザ照射時の必要パワーを低減し、小型のレーザで装置を構成できるという効果がある。かかる技術的効果を奏する点で、第１の光学膜が形成されている領域における第１のレーザ光の反射率は、第１の光学膜が形成されていない領域における第１のレーザ光の反射率の１５０％以上が好ましく、１７５％以上がより好ましく、１８０％以上が特に好ましい。

このような条件は、図１０に示すように、第１の光学膜の膜厚として、たとえばD2-D1を選択し、第２の光学膜の厚さとしてD1することにより得られる。すなわち、第２の光学膜としては、反射率が極小となる膜厚（D1）を選択し、第１の光学膜の膜厚と第２の光学膜の膜厚の和（D1＋D2）を、反射率が極大を示す膜厚になるよう選択することで、このような実施の形態を実現できる。

第３の実施の形態の場合は、積層された光学膜の膜厚の薄い領域下部の半導体膜が高温となり、それ以外の領域が比較的低温となり、膜厚の薄い領域の下部の半導体膜が結晶化される。この結晶化の過程は、第１の光学膜へのパターニングとして、第１の実施の形態と、残存させる領域と除去させる領域とを逆にすれば、結晶化が生じる形状は第１の実施の形態と同じであり、また、これ以降の工程も第１の実施の形態と同じであって、図９に示すような、第１の実施の形態と同じ位置に同じ形状の結晶を得ることができ、第１の実施の形態と同様に、半導体膜の表面に段差がなく、全体に平坦な半導体膜を製造することができる。また、表面に荒れがなく、酸素などの不純物が混入していないため、高品質の素子を形成することができる。

図４に、本発明の第４の実施の形態を示す。第４の実施の形態では、まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板４０４の上に、拡散防止層４０３、半導体膜４０２および光学膜４０１を形成する。各膜の材料、膜厚および形成方法などは、第１の実施の形態と同様である。つぎに、図４（ｂ）に示すように、光学膜４０１をパターニングし、光学膜の薄い領域と、光学膜の厚い領域に分けた後、図４（ｃ）に示すように、レーザ光Ｌを照射し、溶融した半導体膜を結晶化する（図４（ｄ））。パターン化方法およびレーザの照射方法などは第２の実施の形態と同様である。また、平面的な形状としては、第１の実施の形態における、結晶化させる領域にある光学膜を薄く残存させ、その他の領域にある光学膜を厚く残存するようにパターニングする。

第４の実施の形態においては、光学膜の薄い領域４２６におけるレーザ光の反射率が、光学膜の厚い領域４２７におけるレーザ光の反射率よりも小さいように設定する。このように設定すると、光学膜の膜厚が薄い領域４２６にある半導体膜へのレーザ光の吸収量が大きくなり、この領域を高温に加熱し、それ以外を比較的低温とすることができる。したがって、光学膜の薄い領域４２６の下部にある半導体膜が結晶化される。結晶化の過程は、第１の実施の形態と同じであり、また、これ以降の工程も第１の実施の形態と同じであって、図９に示すような形状の結晶を得ることができ、第１の実施の形態と同様に、半導体膜の表面に段差がなく、全体に平坦な半導体膜を製造することができる。また、表面に荒れがなく、酸素などの不純物が混入していないため、高品質の素子を形成することができる。

また、第４の実施の形態の場合、第１の実施の形態に比べ、光学膜の製膜の回数が２回から１回に削減できるため、製造工程の簡素化につながり、コスト削減に対し、有利である。さらに、第４の実施の形態の場合、溶融し、結晶化する領域４２６の膜厚は、その他の領域４２７に比べ、薄く設定されている。このため、レーザ照射で半導体膜を溶融させるとき、結晶化すべき領域４２６は他の領域４２７より熱容量が小さく、加熱しやすいという利点がある。したがって、レーザ照射時の必要パワーが少なくてすみ、小型のレーザで装置を構成できるという効果がある。かかる技術的効果を奏する点で、光学膜の薄い領域における第１のレーザ光の反射率は、光学膜の厚い領域における第１のレーザ光の反射率の７５％以下が好ましく、７０％以下がより好ましく、６０％以下が特に好ましい。

このような条件は、図１０に示すように、形成する光学膜の膜厚として、たとえばD2を選択し、その光学膜のエッチング量をD2-D1とすることにより得ることができる。すなわち、エッチングされた光学膜の薄い領域の膜厚は、反射率が極小となる膜厚（D1）を選択し、エッチングされない光学膜の厚い領域の膜厚は、反射率が極大を示す膜厚（D2）になるよう選択することにより、本実施の形態を実現することができる。

本発明の半導体膜の製造方法を実施する装置としては、第２のレーザ光を照射し、第２のレーザ光の波長が９μｍ〜１１μｍであるものが好ましい。波長が９〜１１μｍのレーザ光を発振するレーザには、炭酸ガスレーザがあり、容易に高出力のレーザ光を発振できるため、低コストの製造装置を提供することができる。さらに、基板の温度上昇を最小限に抑えることができる点で、第２のレーザ光は、パルス状に照射し、第１のレーザ光の照射に先立ち、第２のレーザ光の照射を開始する製造装置が好ましい。かかる製造装置は、基板の冷却機構および熱膨張に対する補正装置などを設ける必要がないため、低コストの装置とすることができる点で有利である。

実施例１
本実施例では、図１（ａ）に示すように、ガラス基板４の上に、拡散防止層３として厚さ１５０nmの二酸化シリコン膜を蒸着により形成した。つぎに、拡散防止層３の上に、半導体膜２を形成した。半導体膜２としては、アモルファスシリコンを材料に用い、ＣＶＤ法により、厚さ５０nm形成した。その後、半導体膜２上に、さらに第１の光学膜１を設けた。第１の光学膜１は、二酸化シリコンを材料に用い、蒸着により厚さ４５nm形成した。つぎに、第１の光学膜１を、フォトレジストを用いたリソグラフィとウェットエッチング法を組み合せて、図１（ｂ）に示すように、第１の光学膜が形成されている領域６と、第１の光学膜が形成されていないその他の領域７とにパターニングした後、図１（ｃ）に示すように、基板全体に第２の光学膜５を形成した。第２の光学膜は、材料として二酸化シリコンを用い、蒸着により厚さ９０nm形成した。その結果、基板上には、第１の光学膜と第２の光学膜とが重なり合った領域６と、第２の光学膜のみが形成された領域７が生じた。

つぎに、基板に対してレーザアニール処理を施した。レーザアニール処理のために用いた装置を図５に示す。本装置は、第１のレーザ光源５０８と、反射ミラー５０９と、開口部を形成したフォトマスク５１０と、対物レンズ５１１と、ガラス基板５１２を搭載して駆動を行なうステージ５１３を有する。また、ホモジナイザ、エキスパンダなどの光学素子群５１４を設け、フォトマスク５１０の開口部にホモジナイザを通過させた光を照射し、開口部の像を対物レンズ５１１により基板５１２の表面に結像するように調整した。また、第１の光学膜のパターンを設けた領域が収まる領域にレーザ光が照射されるように設定し、第１のレーザ光源５０８に加えて、第２のレーザ光源５１５を設けた。第２のレーザ光源５１５からのビームは、第１のレーザ光源５０８からのビームの側方から斜め方向に基板５１２に照射する構成とし、基板上での第２のレーザ光の照射領域が、第１のレーザ光の照射領域の一部を含むように調整した。その後、図５のステージ５１３に、図１に示す薄膜を積層したガラス基板５１２を設置した。

レーザ光源は、第１のレーザには、波長３０８nm(XeCl使用)、パルス幅５０ns、平均出力が３００Wのエキシマレーザを用いた。また、第２のレーザには、波長１０．６μm、パルス幅１ms、ピーク出力が５kWの炭酸ガスレーザを用いた。レーザパルスの照射のタイミングは、第１のレーザであるエキシマレーザのパルス照射に先立ち、１ms前から、第２のレーザである炭酸ガスレーザの照射を開始し、エキシマレーザの照射を終了してから、２００ns経過後に、炭酸ガスレーザの照射を停止した。

図１（ｃ）において、第１の光学膜と第２の光学膜の積層された領域６での第１のレーザ光の反射率は３０％であり、第２の光学膜のみが積層された領域７での第１のレーザ光の反射率は５８％であった。したがって、領域６での反射率と領域７での反射率は実質的に異なるものであった。レーザ光の照射により、領域６における半導体膜が選択的に溶融し、パルス照射が終了すると、溶融した部分は、結晶化した。得られた結晶は、領域６と領域７の境界を起点として、パターンの幅方向に成長し、柱状結晶であった。形成された結晶の状態を図９に示す。一回の溶融、結晶化により成長する結晶の長さは約５μｍであり、全体に表面が平坦な半導体膜であり、表面に荒れなどはなかった。

比較例１
実施例１における第１の光学膜の代わりに、厚さ１５０nmの二酸化シリコン膜を形成し、同様にパターニングし、二酸化シリコン膜の形成されていない領域と、二酸化シリコン膜の形成されている領域にパターン化した。また、第２の光学膜は形成しなかった。レーザ光源としては、実施例１における第１のレーザであるエキシマレーザのみを用いた。これらの点以外は、実施例１と同様にして半導体膜を製造し、レーザ光を照射した。得られた結晶の長さは、約１μｍ程度であった。また、半導体膜には、二酸化シリコン膜のある領域と、ない領域との間に段差があり、表面には無数の荒れが認められた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明によれば、半導体膜が、溶融中に酸素などに接して酸化されたり、あるいは他の不純物元素が混入したりすることを防止でき、高品質の素子形成が可能となる。

本発明の製造方法の第１の実施の形態を示す工程図である。本発明の製造方法の第２の実施の形態を示す工程図である。本発明の製造方法の第３の実施の形態を示す工程図である。本発明の製造方法の第４の実施の形態を示す工程図である。本発明のレーザアニール処理において使用する装置の構成図である。本発明におけるパターニング後の基板の平面図である。本発明におけるパターニング後の基板の平面図である。本発明に用いるフォトマスクの平面図である。本発明により製造される半導体膜の平面図である。本発明の実施の形態における光学膜の膜厚と反射率の関係を示す模式図である。反射防止膜を形成する従来の製造方法を示す工程図である。本発明におけるエキシマレーザのパルス信号と炭酸ガスレーザのパルス信号との関係を示す模式図である。

符号の説明

１第１の光学膜、２半導体膜、３拡散防止層、４ガラス基板、５第２の光学膜。

Claims

レーザ光を利用する半導体膜の製造方法であって、
基板上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
前記半導体膜上に第１の光学膜を形成する第１の光学膜形成工程と、
前記第１の光学膜の一部を除去することにより、第１の光学膜が形成されている領域と、第１の光学膜が形成されていない領域とに分けるパターニング工程と、
第１の光学膜が形成されている前記領域と、第１の光学膜が形成されていない前記領域に、第２の光学膜を形成する第２の光学膜形成工程と、
前記第２の光学膜を通して、半導体膜に第１のレーザ光を照射し、半導体膜を溶融する第１のレーザ光照射工程と、
溶融した半導体を結晶化する結晶化工程
とを備える製造方法であり、
第１の光学膜が形成されている前記領域におけるレーザ光の反射率が、第１の光学膜が形成されていない前記領域におけるレーザ光の反射率と異なるように設定することを特徴とする半導体膜の製造方法。
レーザ光を利用する半導体膜の製造方法であって、
基板上に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
前記半導体膜上に光学膜を形成する光学膜形成工程と、
前記光学膜の一部を除去することにより、光学膜の厚さの薄い領域と、光学膜の厚さの厚い領域とに分けるパターニング工程と、
前記光学膜を通して、半導体膜に第１のレーザ光を照射し、半導体膜を溶融する第１のレーザ光照射工程と、
溶融した半導体を結晶化する結晶化工程
とを備える製造方法であり、
光学膜の厚さの薄い前記領域におけるレーザ光の反射率が、光学膜の厚さの厚い前記領域におけるレーザ光の反射率と異なるように設定することを特徴とする半導体膜の製造方法。
第１のレーザ光を照射する領域の少なくとも一部を含む領域に、第２のレーザ光を照射することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体膜の製造方法。
第２のレーザ光の波長が、９μｍ〜１１μｍであることを特徴とする請求項３に記載の半導体膜の製造方法。
第２のレーザ光は、パルス状に照射し、第１のレーザ光の照射に先立ち、第２のレーザ光の照射を開始することを特徴とする請求項３に記載の半導体膜の製造方法。