JP2006179875A - レーザ処理装置、レーザ処理方法及び半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ照射の途中で移動テーブルが異常停止した際に、自動的にレーザの出力を停止させ、火災などの災害を防ぐことを課題とする。
【解決手段】レーザ発振器と、レーザ発振器に設けられたインターロックと、一定の動作周期で移動する移動テーブルと、タイマと、タイマに設けられたインターロックと、移動テーブルの移動を検出できるセンサと、コンピュータとを有し、タイマはセンサが移動テーブルの通過を感知することでカウントをスタートさせ、移動テーブルが動作周期を経過してもセンサを通過しない場合、タイマに設けられたインターロックの接点間の通電が切れることで、レーザ発振器のインターロックを作動させレーザ光の射出を停止させるレーザ処理装置及びそれを用いて行うレーザ処理方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザ光の照射方法及びそれを行うためのレーザ処理装置に関する。また、前記レーザ光照射を用いた半導体装置の作製方法に関する。

従来より、レーザ光を照射することにより様々な加工を施すレーザ処理装置及びレーザ光の照射方法が知られている。

レーザ光を用いることの特徴の１つは、輻射加熱又は伝導加熱を利用する加熱処理と比較して、レーザ光が照射されそのエネルギーを吸収した領域のみを選択的に加熱することができる点にある。例えば、波長４００ｎｍ以下の紫外光を発振するエキシマレーザ発振装置を用いたレーザ処理は半導体膜を選択的且つ局所的に加熱して、ガラス基板に殆ど熱的損傷を与えずに、半導体膜の結晶化や活性化処理を実現している。

図２を用いて、レーザ光処理装置及びレーザ光の照射方法の例として、線状レーザにより大型ガラス基板上に成膜された半導体膜をレーザアニールする方法を説明する。まず基板１００１上に成膜された半導体膜１００２上に、ビームスポット１００４の長手方向の長さＬが数百μｍの線状レーザ１００３を線状ビームの幅方向（図２（Ａ）の矢印方向）に走査させる。すると半導体膜１００２において、数百μｍの領域がレーザアニールされる（図２（Ａ））。次に、線状レーザ１００３の位置をその線状レーザ１００３の長手方向の長さＬ分だけ平行移動させ（図２（Ｂ））、再び線状レーザ１００３を半導体膜１００２上で幅方向に走査させる（図２（Ｃ））。そのプロセスを数百回から数千回繰り返すことで、大型基板１００１に成膜された半導体膜１００２全面をレーザアニールすることができる。

なお、図２において線状レーザを用いた例を説明したが、高調波に変換された連続発振のレーザビームを線状レーザに整形する場合、半導体膜をレーザアニールするのに十分なパワー密度を得るためには、線状レーザの線方向の長さを数百μｍと非常に短くする必要がある。そのため、大型のガラス基板、例えば１辺の長さが１ｍ程度のガラス基板、に成膜された半導体膜の全面をレーザアニールする場合、上下左右の移動ができるＸＹステージなどの移動テーブル上に基板を設け、基板を載せた移動テーブルを数百回から数千回、往復走査させる必要がある。

なお本明細書においては、線状レーザの長い方の軸の方向を、線状レーザの長軸方向又は長手方向と呼ぶことにし、短い方の軸の方向を、線状レーザの短軸方向又は幅方向と呼ぶことにする。

ところで、レーザアニールを行う際に、発生する主な災害には、傷害と火災などがある。特に火災は、レーザ光が可燃物に照射されれば、レーザ光が吸収され発熱することによって発火する恐れがあるため、事前の予防措置は非常に重要である（特許文献１〜特許文献４参照）。
特開平９−１７４２６４号公報 特開平１０−２６３８６６号公報 特開２００１−１８０７９号公報 特開２００３−１２６９７７号公報

本発明は、レーザアニールを行う際に異常事態が発生しても災害を起こさないよう、意図しない領域にレーザ光を照射せず、安全にレーザアニールを行えるようにすることを課題とする。

レーザアニールを行っている際に火災等の災害を引き起こす原因として、基体を移動させるステージ（例えばＸＹステージ）の異常停止、地震等で生じる装置の振動、異常ガスの発生、煙の発生、高熱によるミラーなどの光学系の変動などが考えられる。

レーザアニール中にステージが予期せぬ位置で異常停止した場合、本来の照射位置下方あるいは不特定箇所からの反射光等により、周囲のものが発火する恐れがあり、大変危険である。ステージが予期せぬ位置で停止する原因としては、システムの制御用コンピュータ（例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ））のフリーズ（異常停止）やＰＬＣとＰＣ間の通信の異常、または外部からのノイズによる電子機器の異常動作等が挙げられる。

さらに、地震等で生じる装置の振動により、ミラーなどの光学素子が転倒したり、反射角度や入射角度が変動した場合、通常レーザ光が照射されている部分とは異なる部分にレーザ光が照射されるため、その部分から発火する恐れがある。

そこで本発明では、異常停止や異常動作等が起こった場合でも、火災等の災害を起こさないレーザ処理装置又はレーザ処理方法を提供することを課題とする。

本発明は、レーザアニール中にステージが何らかの理由で異常停止した場合、ＰＣを用いて、レーザの出力を停止させるシステムと、同じくステージが異常停止しかつレーザアニール中にＰＣがフリーズ（異常停止）した場合に、そのＰＣを介さずに別系統でレーザの出力を停止させるシステムおよび地震等で生じる装置の振動でレーザの出力を停止させるシステムを統合したシステム及び装置である。

本発明は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器に設けられた第１のインターロックと、一定の動作周期で移動する移動テーブルと、タイマと、前記タイマに設けられた第２のインターロックと、前記移動テーブルの移動を検出できるセンサとを有し、前記タイマは、前記センサが前記移動テーブルの通過を感知することで時間計測を開始し、前記移動テーブルが、前記動作周期を経過しても前記センサを通過しない場合、前記タイマに設けられた前記第２のインターロックの接点間の通電が切れることで、前記レーザ発振器の前記第１のインターロックが作動し、レーザ光が前記移動テーブル上の基板に照射されないことを特徴とするレーザ処理装置に関するものである。

また本発明は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器に設けられた第１のインターロックと、一定の動作周期で移動する移動テーブルと、タイマと、前記タイマに設けられた第２のインターロックと、前記移動テーブルの移動を検出できるセンサとを有するレーザ処理装置を用い、前記移動テーブル上に基板を設置し、レーザ光により、前記基板上に形成された半導体膜をアニールし、前記タイマは、前記センサが前記移動テーブルの通過を感知することで時間計測を開始し、前記移動テーブルが、前記動作周期を経過しても前記センサを通過しない場合、前記タイマに設けられた前記第２のインターロックの接点間の通電が切れることで、前記レーザ発振器の前記第１のインターロックが作動し、前記レーザ光が前記移動テーブル上の基板に照射されないことを特徴とするレーザ処理方法に関するものである。

また本発明は、前記基板上に下地膜を形成し、前記下地膜上に前記半導体膜を形成し、前記半導体膜に前記レーザ処理装置により形成された前記線状レーザを照射することにより、前記半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜を用いて島状半導体膜を形成し、前記島状半導体膜上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、前記島状半導体膜に、一導電性を付与する不純物を添加して、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法に関するものである。

本発明において、前記レーザ処理装置にはプログラマブル論理制御装置（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ））が設けられている。

プログラマブル論理制御装置（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（以下、「ＰＬＣ」と呼ぶ））は、ＸＹステージの位置制御を行うために用いられている。ＰＬＣはＸＹステージの駆動に必要な電気信号を発生するためのドライバに、電気信号の出力の命令を出す役割を有する。ステージの動作命令は、ＰＬＣに対してコンピュータ、例えばパーソナルコンピュータ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ、以下「ＰＣ」と呼ぶ）から通信により送られる。

また、レーザ発振器の出力の制御についても、レーザ発振器自体にＰＣとの通信機能を有するものが多く、ＰＣが適用が可能である。そのため本発明ではレーザ発振器とＰＣをそれぞれ連動させて結晶化を行う方法を用いることが可能である。

本発明において、前記線状レーザは、連続発振のレーザである。

本発明において、前記線状レーザは、周波数１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザである。

本発明において、前記線状レーザは、周波数８０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザである。

本発明において、前記連続発振のレーザは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、ＧｄＶＯ_４レーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、ヘリウムカドミウムレーザのいずれか１つである。

本発明において、前記パルス発振レーザは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、ＧｄＶＯ_４レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザのいずれか１つである。

本発明において、前記基板は、ガラス基板、石英基板、ステンレス基板、合成樹脂からなる基板のいずれか１つである。

なお、ここでいう半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、電気装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。

なお本発明はレーザ加工技術に関する分野において、どのようなレーザ処理装置及びレーザ照射方法にも応用することが可能である。

本発明を用いることにより、レーザ処理装置のステージが異常停止した場合および地震等で生じる装置の振動が起きた場合、自動的にレーザの出力を停止させることができ、火災などの災害を防ぐことができる。さらに、ステージの動作やレーザの出力を制御するＰＣがフリーズ（異常停止）した場合も、同様の効果を得ることができる。

本実施の形態を、図１及び図３を用いて説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の主旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図１のレーザ処理装置について説明する。なお、図中の実線は内在する各装置間の電源配線を示し、１点破線は接続配線を示す。また、矢印線はＰＣの命令系統を示す。

まず図１において、１０１はレーザ発振器、１０２はスイッチボックス、１０３はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、１０４はタイマ、１０５は地震感知器、１０６は警告灯、１０７はＸＹステージ、１０８はプログラマブル論理制御装置（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ））、１０９はセンサ、１１０は手動非常停止ボタン、１１１はインターロック、１１２は移動テーブルである。

レーザ発振器１０１の発振を停止するためには、発振器に内蔵もしくは発振器の電源部に付属されているインターロック１１１を用いる。インターロック１１１は、通常は通電している２点の接点が開放されたときに作動し、発振器の電源を切るあるいは、発振器に設けられているメカニカルシャッターを閉めてレーザ出力を停止させる。スイッチボックス１０２は、ＰＣ１０３との通信機能を備えたものであり、ＰＣ１０３からの命令でスイッチの開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）を行う事ができる。タイマ１０４は、通電の制御機能を持ったもので所定の時間が経過すると通電が切れるものであり、その時限開始は、ＸＹステージ１０７に搭載された移動テーブル１１２の移動を検出できるセンサ１０９を用いると良い。地震感知器１０５はタイマ１０４と同様で通電の制御機能を持ったものであり、振動を感知すると通電が切れるものを指す。警告灯１０６は、周囲にレーザが発振中であることを知らせる役割を持つ。

まず、レーザアニールが開始される手順について説明する。

ＰＣ１０３からステージ１０７に走査開始の命令が出されると、ステージ１０７は１本目の走査開始位置に移動する。走査開始位置にステージ１０７が移動すると、ＰＣ１０３からスイッチボックス１０２に周囲にレーザが発振中であることを知らせる警告灯１０６の点灯命令が出され、警告灯１０６が点灯する。最後に、レーザ発振器１０１にレーザの出力の命令が、ＰＣ１０３から出され、レーザは出力される。レーザ出力後、ステージ１０７は走査を開始する。

ここで図３を用いて、基板上に成膜された半導体膜を、線状レーザによってアニールする方法について説明する。まず以下のようにして、レーザ発振器２０１から射出されたレーザ光を線状レーザに加工する。すなわち、レーザ発振器２０１（図１における１０１）から射出したレーザ光はミラー２０２によって反射し、基板２１１と平行に設置した平凸レンズ２０３に入射する。このとき、平凸レンズ２０３に対し、入射するレーザ光に入射角（０°でない）を与えることで、レンズの非点収差により、照射面でのビームスポット２０５はレーザ光の入射方向のみが引き伸ばされ、線状レーザとなる。

このとき線状レーザをより細くすることで、線状レーザのビームスポットをより長くすることができる。この線状レーザの短軸方向にビームスポットを走査することで、一度に結晶化できる領域の幅を広くできるため、生産性が良く好ましい。

なお、ここで用いる光学系は上述した光学系に限らず、レーザ光を線状に成形できるものである。本実施の形態以外の光学系として、シリンドリカルレンズを複数枚、例えば２枚を組み合わせた光学系や、回折光学素子等を用いることが可能である。

回折光学素子とは、光の回折を利用してスペクトルを得る素子で、その表面に多数の溝を形成することにより、集光レンズ機能を持つものが用いられる。

次に線状レーザを走査させ半導体膜をレーザアニールする方法について説明する。なお基板２１１と線状レーザ及びそのビームスポット２０５の移動は、図２とほぼ同様であるので図２を参照してもよい。

半導体膜２１２が成膜された基板２１１は、移動テーブル２０６（図１における１１２）上に設置されており、移動テーブル２０６は４００ｍｍ／ｓｅｃ以下で移動できるＹ軸ステージ２０７及びＸ軸ステージ２０８（図１におけるＸＹステージ１０７）上に設置される。Ｙ軸ステージ２０７は線状レーザのビームスポット２０５の短軸方向に移動し、Ｘ軸ステージ２０８は線状レーザのビームスポット２０５の長軸方向に移動する。Ｙ軸ステージ２０７が実線で示した矢印の方向（往路）に移動後、Ｘ軸ステージ２０８がビームスポットの長軸方向の長さ（図２におけるＬ）に合わせて移動する。次に、Ｙ軸ステージ２０７が点線で示した矢印の方向（復路）に移動し、その後またＸ軸ステージ２０８がビームスポットの長軸方向の長さに合わせて移動する。この動作を繰り返すことで、基板全面をレーザアニールすることができる。

ここで、ＰＣ１０３が正常に動作中、外部からのノイズ等の予期せぬ事態でステージ１０７が異常停止した場合について説明する。

ステージ１０７が異常停止すると、ステージ１０７が目標位置に移動することができないため、ＰＬＣ１０８はステージ１０７の位置制御ができない状態に陥る。このとき、ＰＣ１０３が正常に動作している場合は、ＰＬＣ１０８からＰＣ１０３に異常を表す信号が通信され、ＰＣ１０３からレーザ発振器１０１に出力を停止させる命令が送られ、レーザの出力が停止する。

次に、処理中にステージ１０７が異常停止し、同時にＰＣ１０３がフリーズ（異常停止）した場合、又はステージ１０７が異常停止した上、ＰＣ１０３がＰＬＣ１０８から異常を表す信号を受信できず、ＰＣ１０３からレーザの出力を停止する命令が送られなかった場合について考える。

まず、正常なレーザアニールが行われている場合、ステージ１０７は適宜決められた速度で往復の走査を繰り返している。そのためステージ１０７に搭載された移動テーブル１１２の往復は、常に一定の周期ｔで行われる。本実施の形態では、ｔは２〜１０秒、好ましくは６秒である。

レーザの出力後、移動テーブル１１２の走査開始直前に、ＰＣ１０３からスイッチボックスにタイマ１０４の電源を投入する命令が送られる。タイマ１０４は、移動テーブル１１２とは別に固定したセンサ１０９が移動テーブル１１２の通過を感知することで時間計測が開始される。

図８に、ステージ１０７（図２におけるＹ軸ステージ２０７及びＸ軸ステージ２０８）にセンサを１０９を設けた例を示す。なお図８において図１及び図２と同じものは同じ符号で示している。

図８において、センサ２２２（図１における１０９）がＹ軸ステージ２０７に設けられており、遮蔽板２２１が移動テーブル２０６（図１における１１２）に設けられている。

本実施の形態では、センサ２２２としてフォト・マイクロセンサを用いる。遮蔽板２２１がフォトマイクロセンサ２２２を通過すると、光が遮蔽板２２１で遮断され、フォトマイクロセンサ２２２が移動テーブル２０６の動作を感知する。これによりフォトマイクロセンサ２２２からタイマ１０４に信号が送られ、タイマ１０４の時間計測が開始される。

ＰＣ１０３およびＰＬＣ１０８が正常な動作をしていれば、ステージ１０７が異常停止しても、ＰＣ１０３からレーザ発振器１０１へ出力の停止をする命令が出すことができる。また上述したように、ＰＬＣ１０８がステージ１０７の位置制御ができなかったとしても、ＰＣ１０３が動作していれば、ＰＣ１０３からレーザ発振器１０１に出力の停止命令を出すことができる。

ここで、レーザアニール処理中にステージ１０７が異常停止し、移動テーブル１１２の動作の周期性が損なわれた場合、例えば、レーザアニールの途中でステージ１０７が異常停止し、かつＰＣ１０３がフリーズ（異常停止）した場合を考える。

ステージ１０７が異常停止した上に、ＰＣ１０３がフリーズしている状況では、レーザ発振器１０１へ出力の停止命令を出すことができない。そのため、レーザの出力を停止することができなくなってしまう。

しかし、タイマ１０４は、ＰＣ１０３およびＰＬＣ１０８を介した通信系統とは全く別系統で動作するため、ＰＣ１０３がフリーズしていても、レーザの出力を停止することが可能である。

移動テーブル１１２が異常停止し、動作周期ｔを経過しても移動テーブル１１２がセンサ１０９を通過しない（入力信号がない）場合、周期ｔが設定されたタイマ１０４に設けられたインターロックの接点間の通電が切れることで、レーザ発振器１０１のインターロックを作動させ、レーザの出力を停止することができる。

さらに、地震等の影響により装置が振動した場合は、地震感知器１０５により振動を感知し、レーザの出力を停止させることも可能である。すなわち、前記タイマ１０４と同じく、ＰＣ１０３からスイッチボックス１０２に地震感知器１０５の電源を投入する命令を送る。ここで、地震感知器１０５が振動を感知すると、接点間の通電を切ることでレーザ発振器１０１のインターロックを作動させ、レーザの出力を停止させることも可能である。これにより、より安全にレーザアニールを行うことができる。

また、作業者が異常に気付いたときに手動で出力を停止させられる手動非常停止ボタン１１０を設けると好ましい。用いる手動非常停止ボタン１１０は、通常は導通状態で、スイッチを作用させたときに接点が開放され断絶状態になるＢ接点スイッチのものがより好ましい。

以上から、タイマ１０４、手動非常停止ボタン１１０、地震感知器１０５のうち一つでも正常動作していれば、異常時にレーザの出力を停止させることができる。特に、ＰＣ１０３およびＰＬＣ１０８を介した通信系統とは全く別の系統で動作するタイマ１０４を設けたため、より確実にレーザの出力を停止させることができる。従って、異常が起こった場合でもレーザの出力を安全に停止させることができ、火災などの災害を防ぐことができる。

上述したレーザ処理装置の動作方法をフローチャートにしたものを図９に示す。なお図９においては紙面の上から下に向かって時間が経過している。まず、ＰＣ１０３からステージ１０７に走査開始の命令が送られる（ステップ１００（Ｓ１００））と、ステージ１０７が１本目の走査開始位置に移動する（ステップ１０１（Ｓ１０１））。するとスイッチボックス１０２にタイマ１０４、地震感知器１０５、警告灯１０６の電源投入命令が出され（ステップ２０１（Ｓ２０１））、各装置のスイッチがオンになる（それぞれステップ２３１（Ｓ２３１）、ステップ２２１（Ｓ２２１）、ステップ２１１（Ｓ２１１））。警告灯１０６がオンになると警告灯１０６が点灯する（ステップ２１２（Ｓ２１２））。

またステージ１０７が１本目の走査開始位置に移動（ステップ１０１（Ｓ１０１））した後、ＰＣ１０３からレーザ発振器１０１にレーザの出力命令が出され（ステップ１０２（Ｓ１０２））、レーザアニールが開始される（ステップ１０３（Ｓ１０３））。タイマ１０４はステージ１０７の周期を監視し（ステップ２３２（Ｓ２３２））、地震感知器１０５は地震等による装置の振動を監視している（ステップ２２２（Ｓ２２２））。

ここで、ステージ１０７が異常停止した場合（ステップ４０２（Ｓ４０２））を考える。ステージ１０７の異常停止の原因として、ＰＣのフリーズ（異常停止）、地震等が考えられるが、地震の発生（ステップ４０１（Ｓ４０１））による振動でステージ１０７が異常停止したときは、地震感知器１０５が作動し（ステップ２２３（Ｓ２２３））、地震感知器１０５に設けられているインターロックの接点が開放され（ステップ２２４（Ｓ２２４））、レーザの出力が停止される（ステップ５０１（Ｓ５０１））。

また地震以外の原因でステージ１０７が異常停止した場合（ステップ４０２（Ｓ４０２））、ＰＣ１０３が正常に動作しているならば（ステップ４０３（Ｓ４０３））、ＰＣ１０３からレーザ発振器１０１に出力停止命令が出されて（ステップ４２１（Ｓ４２１））、レーザの出力が停止される（Ｓ５０１）。

また地震が原因の場合でも、ＰＣ１０３が正常に動作しているならば、ＰＣ１０３からレーザ発振器１０１に出力停止命令を出して、レーザの出力を停止してもよい。

地震以外の原因でステージ１０７が異常停止し（Ｓ４０２）、さらにＰＣ１０３も正常に動作していない場合（Ｓ４０３）を考える。ステージ１０７が異常停止したために、周期ｔの時限設定をしたタイマ１０４の時限が作動し（ステップ４１１（Ｓ４１１））、タイマ１０４のインターロックの接点が開放され（ステップ４１２（Ｓ４１２））、レーザの出力が停止される（Ｓ５０１）。

また地震が原因の場合でも、ステージ１０７が異常停止し、さらにＰＣ１０３も正常に動作していない場合、タイマ１０４の時限を作動させ、タイマ１０４のインターロックの接点を開放し、レーザの出力を停止してもよい。

またレーザ処理装置に異常事態が発生した場合、作業者が手動非常停止ボタン１１０を押すことで（ステップ３０１（Ｓ３０１））、インターロックの接点を開放し（ステップ３０２（Ｓ３０２））、レーザの出力を停止させることが可能である（Ｓ５０１）。

以上のように、ステージ１０７が作動している間は、タイマ１０４、地震感知器１０５、警告灯１０６の複数の装置によってステージ１０７を監視しており、また必要であれば手動非常停止ボタン１１０により作業者がレーザの出力を停止させることも可能であるので、レーザ処理装置を安全に使用することができる。

なお本発明は本実施の形態で述べられたものに限定されず、レーザ加工技術に関する分野において、どのようなレーザ処理装置及びレーザ照射方法にも応用することが可能である。

本実施例では本発明のレーザ処理装置を用いて半導体装置を作製する方法について、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を用いて説明する。

まず図４（Ａ）に示すように、基板５００上に下地膜５０１を成膜する。基板５００には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、ステンレス基板等を用いることができる。また、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮに代表されるプラスチックや、アクリル等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板を用いることも可能である。

下地膜５０１は基板５００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素（ＳｉＯ）や、窒化珪素（ＳｉＮ）、窒素を含む酸化珪素（ＳｉＯＮ）などの絶縁膜を用いて形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用いて窒素を含む酸化珪素膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍ）の膜厚になるように成膜する。

なお下地膜５０１は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。またガラス基板、ステンレス基板またはプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がさして問題とならない場合は、必ずしも設ける必要はない。

次に下地膜５０１上に半導体膜５０２を形成する。半導体膜５０２の膜厚は２５ｎｍ〜１００ｎｍ（好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍ）とする。なお半導体膜５０２は、非晶質半導体であっても良いし、多結晶半導体であっても良い。また半導体は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムも用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。

次に図４（Ｂ）に示すように、本発明のレーザ処理装置を用いて半導体膜５０２にレーザ光（レーザビーム）５０３を照射し、結晶化を行なう。

なお、本実施例で用いるレーザ処理装置及びレーザ照射によるレーザ結晶化方法については、実施の形態で述べたのと同様である。

すなわち、図１に示すレーザ処理装置を用い、周期ｔで動作する移動テーブル１１２が異常停止した場合、タイマ１０４の接点間の通電が切れることにより、レーザ発振器１０１のインターロックを作動させ、レーザの出力を安全に停止させることができる。

また地震感知器１０５が振動を感知してレーザ発振器のインターロックを作動させてレーザの出力を停止させることが可能である。さらに手動非常停止ボタン１１０により、手動でレーザを出力停止させることも可能である。

レーザ結晶化を行なう場合、レーザ結晶化の前に、レーザに対する半導体膜５０２の耐性を高めるために、５００℃、１時間の加熱処理を該半導体膜５０２に加えてもよい。

レーザ結晶化は、連続発振のレーザまたは発振周波数が１０ＭＨｚ以上、好ましくは８０ＭＨｚ以上のパルス発振レーザを用いることができる。

具体的には、連続発振のレーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、ＧｄＶＯ_４レーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、ヘリウムカドミウムレーザなどが挙げられる。

また発振周波数が１０ＭＨｚ以上、好ましくは８０ＭＨｚ以上のパルス発振させることができるのであれば、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、ＧｄＶＯ_４レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのようなパルス発振レーザを用いることができる。

このようなパルス発振レーザは、発振周波数を増加させていくと、いずれは連続発振レーザと同等の効果を示すものである。

例えば連続発振が可能な固体レーザを用いる場合、第２高調波〜第４高調波のレーザ光を照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。代表的には、ＹＡＧレーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。例えば、連続発振のＹＡＧレーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換して、半導体膜５０２に照射する。パワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ^２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ^２）とすれば良い。

上述した半導体膜５０２へのレーザ光５０３の照射により、結晶性がより高められた結晶性半導体膜５０４が形成される。

また、レーザ光による結晶化の前に、触媒元素を用いた結晶化工程を設けても良い。触媒元素としては、ニッケル（Ｎｉ）を用いているが、その以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いることができる。

触媒元素を用いた結晶化工程の後に、レーザ光による結晶化工程を行なうと、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から半導体膜の表面に向かって均一に進みやすく、レーザ光による結晶化工程のみの場合に比べて、より半導体膜の結晶性を高めることができ、レーザ光による結晶化後の半導体膜表面の荒れが抑えられる。よって後に形成される半導体素子、代表的にはＴＦＴの特性のばらつきがより抑えられる。

なお、触媒元素を添加し加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めても良いし、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。

また触媒元素は、半導体膜の全面に導入してもよいし、半導体膜の一部に導入してから結晶成長させてもよい。触媒元素は半導体膜の一部に導入した場合は、導入された領域から基板に平行な方向に結晶成長が進行する。

ただし触媒元素を用いて得られる結晶性半導体膜には、触媒元素（ここではニッケル）が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、１×１０^１９／ｃｍ^３を越える濃度で残存している。勿論、このような状態でもＴＦＴをはじめ各種半導体装置を形成することが可能であるが、ゲッタリング方法で当該元素を除去した法がより信頼性の高い半導体装置が得られる。以下に触媒元素を添加し、加熱して結晶化し、レーザ光を照射して結晶性をより向上させ、さらにゲッタリングにより結晶性がより向上した結晶性半導体膜から触媒元素を除去する方法について述べる。

まず、半導体膜５０２の表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素
（ここでは、ニッケル）を重量換算で１〜１００ｐｐｍ含む酢酸ニッケル溶液をスピナーで添加してニッケル含有層を形成する。ニッケル含有層の形成方法以外の他の手段として、スパッタ法、蒸着法、またはプラズマ処理により極薄い膜を形成する手段を用いてもよい。また、ここでは、全面に添加する例を示したが、マスクを形成して半導体膜５０２の一部にニッケル含有層を形成してもよい。

次いで、加熱処理を行い、結晶化を行う。この場合、結晶化は半導体の結晶化を助長する金属元素が接した半導体膜の領域でシリサイドが形成され、それを核として結晶化が進行する。こうして、結晶構造を有す半導体膜が形成される。なお、結晶化後での半導体膜に含まれる酸素濃度は、５×１０^１８／ｃｍ^３以下とすることが望ましい。ここでは、脱水素化のための熱処理（５００℃、１時間）の後、結晶化のための熱処理（５５０℃〜６５０℃で４〜２４時間）を行う。また、強光の照射により結晶化を行う場合は、赤外光、可視光、または紫外光のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることが可能である。
なお、必要であれば、強光を照射する前に非晶質構造を有する半導体膜に含有する水素を放出させる熱処理を行ってもよい。また、熱処理と強光の照射とを同時に行って結晶化を行ってもよい。生産性を考慮すると、結晶化は強光の照射により結晶化を行うことが望ましい。

次いで結晶化において形成される自然酸化膜を除去する。この自然酸化膜には触媒元素（本実施例ではニッケル）が高濃度に含まれているため、除去することが好ましい。

次に、結晶化率（膜の全体積における結晶成分の割合）を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、結晶性半導体膜に対してレーザ光を照射する。レーザ光を照射した場合、半導体膜に歪みやリッジが形成され、表面に薄い表面酸化膜（図示しない）が形成される。このレーザ光の照射は実施の形態で説明したレーザ照射装置により行えばよい。

次いで、結晶性半導体膜の歪みを低減するための第１の熱処理（半導体膜が瞬間的に４００〜１０００℃程度にまで加熱される熱処理）を窒素雰囲気にて行い、平坦な半導体膜を得る。瞬間的に加熱する熱処理としては、強光を照射する熱処理、または加熱されたガス中に基板を投入し、数分放置した後に基板を取りだす熱処理によって加熱を行えばよい。また、この熱処理の条件によっては、歪みを低減すると同時に結晶粒内に残される欠陥を補修する、即ち結晶性の改善を行うことができる。また、この熱処理により、歪みを低減してニッケルが後のゲッタリング工程でゲッタリングされやすくなる。なお、この熱処
理における温度が結晶化での温度よりも低い場合、半導体膜が固相状態のまま、膜中にニッケルが移動することになる。

次いで、結晶性半導体膜上方に希ガス元素を含む半導体膜を形成する。希ガス元素を含む半導体膜を形成する前にエッチングストッパーとなる酸化膜（バリア層と呼ばれる）を１〜１０ｎｍの膜厚で形成してもよい。バリア層は、半導体膜の歪みを低減するための熱処理で同時に形成してもよい。

希ガス元素を含む半導体膜は、プラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）法、またはスパッタ法にて形成し、膜厚１０ｎｍ〜３００ｎｍのゲッタリングサイトを形成する。希ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。中でも安価なガスであるアルゴン（Ａｒ）が好ましい。

ここではＰＣＶＤ法を用い、原料ガスとしてモノシランとアルゴンを用い、比率（モノシラン：アルゴン）を０．１：９９．９〜１：９、好ましくは、１：９９〜５：９５に制御して成膜する。また、成膜時のＲＦパワー密度は、０．００１７Ｗ／ｃｍ^２〜０．４８Ｗ／ｃｍ^２とすることが望ましい。ＲＦパワー密度は、高いとゲッタリング効果が得られる膜質となり、加えて成膜速度が向上する。また、成膜時の圧力は、１．３３３Ｐａ〜１３３．３２２Ｐａとすることが望ましい。圧力は、高ければ高いほど成膜速度が向上するが、圧力が高いと膜中に含まれるＡｒ濃度は減少する。また、成膜温度は３００℃〜５００℃とすることが望ましい。こうして、膜中にアルゴンを１×１０^１８／ｃｍ^３〜１×１０^２２／ｃｍ^３、好ましくは、１×１０^２０／ｃｍ^３〜１×１０^２１／ｃｍ^３の濃度で含む半導体膜をプラズマＣＶＤ法で成膜することができる。上記半導体膜の成膜条件を上記範囲内で調節することで、成膜の際、バリア層に与えるダメージを低減することができ、半導体膜の膜厚のバラツキ発生や半導体膜に穴が形成されるという不良の発生を防ぐことができる。

膜中に不活性気体である希ガス元素イオンを含有させる意味は二つある。一つはダングリングボンドを形成し半導体膜に歪みを与えることであり、他の一つは半導体膜の格子間に歪みを与えることである。半導体膜の格子間に歪みを与えるにはアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などシリコンより原子半径の大きな元素を用いた時に顕著に得られる。また、膜中に希ガス元素を含有させることにより、格子歪だけでなく、ダングリングボンドも形成させてゲッタリング作用に寄与する。

次いで、加熱処理を行い、結晶性半導体膜中における金属元素（ニッケル）の濃度を低減、あるいは除去するゲッタリングを行う。ゲッタリングを行う加熱処理としては、強光を照射する処理、炉を用いた熱処理、または加熱されたガスに基板を投入し、数分放置した後取りだすことによって加熱を行えばよい。ここでは、ゲッタリングを行うための第２の熱処理（半導体膜が瞬間的に４００〜１０００℃程度にまで加熱される熱処理）を窒素雰囲気にて行う。

この第２の熱処理により、金属元素が希ガス元素を含む半導体膜に移動し、バリア層で覆われた結晶性半導体膜に含まれる金属元素の除去、または金属元素の濃度の低減が行われる。結晶性半導体膜に含まれる金属元素は、基板面と垂直な方向、且つ、希ガス元素を含む半導体膜に向かって移動する。

金属元素がゲッタリングの際に移動する距離は、結晶性半導体膜の厚さ程度の距離であればよく、比較的短時間でゲッタリングを完遂することができる。ここでは、ニッケルが結晶性半導体膜に偏析しないよう希ガス元素を含む半導体膜に移動させ、結晶性半導体膜
に含まれるニッケルがほとんど存在しない、即ち結晶性半導体膜中のニッケル濃度が１×１０^１８／ｃｍ^３以下、望ましくは１×１０^１７／ｃｍ^３以下になるように十分ゲッタリングする。なお、希ガス元素を含む半導体膜だけでなくバリア層もゲッタリングサイトとして機能する。

次いで、バリア層をエッチングストッパーとして、希ガス元素を含む半導体膜のみを選択的に除去する。希ガス元素を含む半導体膜のみを選択的にエッチングする方法としては、ＣｌＦ_３によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式 （ＣＨ_３）_４ＮＯＨ）（略称ＴＭＡＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことができる。なお、ここでのエッチングで結晶性半導体膜にピンホールが形成されるのを防止するため、オーバーエッチング時間を少なめにする。

次いで、フッ酸を含むエッチャントによりバリア層を除去する。

また、希ガス元素を含む半導体膜の形成前に、チャンバー内のＦなどの不純物を除去するため、フラッシュ物質を使用してフラッシングする処理を行ってもよい。モノシランをフラッシュ物質として用い、ガス流量８〜１０ＳＬＭをチャンバーに５〜２０分間、好ましくは１０分〜１５分間導入し続けることでチャンバー内壁をコーティングし、基板への不純物の付着を妨げる処理（フラッシングする処理、シランフラッシュとも呼ぶ）を行う。なお、１ＳＬＭは１０００ｓｃｃｍ、即ち、０．０６ｍ^３／ｈである。

以上の工程で、膜中の金属元素が減少した良好な結晶性半導体膜を得ることができる。特に、このような結晶性半導体膜を用いてＴＦＴの活性層を形成する場合、ゲッタリングを行うことによりＴＦＴのオフ電流を抑えることができる。

次に、図４（Ｃ）に示すように結晶性半導体膜５０４をエッチングすることで、島状半導体膜５０７〜５０９が形成される。この島状半導体膜５０７〜５０９は、以降の工程で形成されるＴＦＴの活性層となる。

次に島状半導体膜にしきい値制御のための不純物を導入する。本実施例においてはジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）をドープすることによってボロン（Ｂ）を島状半導体膜中に導入する。

次に島状半導体膜５０７〜５０９を覆うように絶縁膜５１０を成膜する。絶縁膜５１０には、例えば酸化珪素（ＳｉＯ）、窒化珪素（ＳｉＮ）または窒素を含んだ酸化珪素（ＳｉＯＮ）等を用いることができる。また成膜方法は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。

次に、絶縁膜５１０上に導電膜を成膜した後、導電膜をエッチングすることで、ゲート電極５７０〜５７２を形成する。

ゲート電極５７０〜５７２は、導電膜を単層または２層以上積層させた構造を用いて形成する。導電膜を２層以上積層させている場合は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料、若しくは化合物材料を積層させてゲート電極５７０〜５７２を形成してもよい。また、リン（Ｐ）等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてゲート電極を形成してもよい。

本実施例では、ゲート電極５７０〜５７２は以下のようにして形成される。まず第１の導電膜５１１として、例えば窒化タンタル（ＴａＮ）膜を１０〜５０ｎｍ、例えば３０ｎｍの膜厚で絶縁膜５１０上に形成する。そして第１の導電膜５１１上に第２の導電膜５１２として、例えばタングステン（Ｗ）膜を２００〜４００ｎｍ、例えば３７０ｎｍの膜厚で形成し、第１の導電膜５１１及び第２の導電膜５１２の積層膜を形成する（図４（Ｄ））。

次に第１の導電膜５１１を異方性エッチングでエッチングし、上層ゲート電極５６０〜５６２を形成する（図５（Ａ））。次いで第２の導電膜５１２を等方性エッチングでエッチングし、下層ゲート電極５６３〜５６５を形成する（図５（Ｂ））。以上よりゲート電極５７０〜５７２を形成する。

ゲート電極５７０〜５７２は、ゲート配線の一部として形成してもよいし、別にゲート配線を形成して、そのゲート配線にゲート電極５７０〜５７２を接続してもよい。

そして、ゲート電極５７０〜５７２や、あるいはレジストを成膜して成形したものをマスクとして用い、島状半導体膜５０７〜５０９それぞれに一導電性（ｎ型またはｐ型の導電性）を付与する不純物を添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらには低濃度不純物領域等を形成する。

まず、フォスフィン（ＰＨ_３）を用いて、リン（Ｐ）を、印加電圧を６０〜１２０ｋｅＶ、ドーズ量を１×１０^１３〜１×１０^１５ｃｍ^−２として島状半導体膜中に導入する。この不純物導入の際にｎチャネル型ＴＦＴ５５０及び５５２のチャネル形成領域５２２及び５２７が形成される。

またｐチャネル型ＴＦＴ５５１を作製するために、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を印加電圧６０〜１００ｋｅＶ、例えば８０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０^１３〜５×１０^１５ｃｍ^−２、例えば３×１０^１５ｃｍ^−２の条件で、島状半導体膜中にボロン（Ｂ）を導入する。これによりｐチャネル型ＴＦＴのソース領域又はドレイン領域５２３、またこの不純物導入の際にチャネル形成領域５２４が形成される（図５（Ｃ））。

次に絶縁膜５１０を用いてゲート絶縁膜５８０〜５８２を形成する。

ゲート絶縁膜５８０〜５８２形成後、ｎチャネル型ＴＦＴ５５０及び５５２なる島状半導体膜中に、フォスフィン（ＰＨ_３）を用いて、印加電圧４０〜８０ｋｅＶ、例えば５０ｋｅＶ、ドーズ量１．０×１０^１５〜２．５×１０^１６ｃｍ^−２、例えば３．０×１０^１５ｃｍ^−２で、リン（Ｐ）を導入する。これによりｎチャネル型ＴＦＴの低濃度不純物領域５２１及び５２６、並びにソース領域又はドレイン領域５２０、５２５が形成される（図６（Ａ））。

本実施例においては、ｎチャネル型ＴＦＴ５５０及び５５２のソース領域又はドレイン領域５２０、５２５のそれぞれには、１×１０^１９〜５×１０^２１ｃｍ^−３の濃度でリン（Ｐ）が含まれることとなる。またｎチャネル型ＴＦＴ５５０及び５５２の低濃度不純物領域５２１及び５２６のそれぞれには、１×１０^１８〜５×１０^１９ｃｍ^−３の濃度でリン（Ｐ）が含まれる。さらに、ｐチャネル型ＴＦＴ５５１のソース又はドレイン領域５２３には、１×１０^１９〜５×１０^２１ｃｍ^−３の濃度でボロン（Ｂ）が含まれる。

次に島状半導体膜５０７〜５０９、ゲート絶縁膜５８０〜５８２、ゲート電極５７０〜５７２を覆って、第１層間絶縁膜５３０を形成する（図６（Ｂ））。

第１層間絶縁膜５３０としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて、シリコンを含む絶縁膜、例えば酸化珪素膜（ＳｉＯ）、窒化珪素膜（ＳｉＮ）、窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ）、またはその積層膜で形成する。勿論、第１層間絶縁膜５３０は窒素を含む酸化珪素膜や窒化珪素膜、またはその積層膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。

本実施例では、不純物を導入した後、窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ膜）をプラズマＣＶＤ法により５０ｎｍ形成し、実施の形態で述べたレーザ処理装置を用いてレーザ照射方法によって不純物を活性化してもよいし、他のレーザ照射方法によって不純物を活性化してもよい。または窒素を含む酸化珪素膜形成後、窒素雰囲気中５５０℃で４時間加熱して、不純物を活性化してもよい。

次にプラズマＣＶＤ法により窒化珪素膜（ＳｉＮ膜）を５０ｎｍ形成し、更に窒素を含む酸化珪素膜（ＳｉＯＮ膜）を６００ｎｍ形成する。この、窒素を含む酸化珪素膜、窒化珪素膜及び窒素を含む酸化珪素膜の積層膜が第１層間絶縁膜５３０である。

次に全体を４１０℃で１時間加熱し、窒化珪素膜から水素を放出させることにより水素化を行う。

次に第１層間絶縁膜５３０を覆って、平坦化膜として機能する第２層間絶縁膜５３１を形成する。

第２層間絶縁膜５３１としては、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、シロキサン、及びそれらの積層構造を用いることができる。有機材料として、ポジ型感光性有機樹脂又はネガ型感光性有機樹脂を用いることができる。

なおシロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造で構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。

本実施例では、第２層間絶縁膜５３１としてシロキサンをスピンコート法で形成する。

また第２層間絶縁膜５３１上に第３層間絶縁膜を形成してもよい。第３の層間絶縁膜としては、水分や酸素などを他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、スパッタ法またはＣＶＤ法により得られる窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜（ＳｉＮＯ膜（組成比Ｎ＞Ｏ）またはＳｉＯＮ膜（組成比Ｎ＜Ｏ））、炭素を主成分とする薄膜（例えばＤＬＣ膜、ＣＮ膜）などを用いることができる。また水分や酸素などの進入が問題にならない場合は、第３層間絶縁膜を形成しなくてもよい。

次に、第１層間絶縁膜５３０及び第２層間絶縁膜５３１をエッチングして、第１層間絶縁膜５３０及び第２層間絶縁膜５３１に、島状半導体膜５０７〜５０９に到達するコンタクトホールを形成する。

第２層間絶縁膜５３１上にコンタクトホールを介して、第１の導電膜を形成し、第１の導電膜を用いて電極又は配線５４０〜５４４を形成する。

本実施例として、第１の導電膜は金属膜を用いる。該金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜を用いればよい。本実施例では、チタン膜（Ｔｉ）、窒化チタン膜（ＴｉＮ）、シリコン−アルミニウム合金膜（Ａｌ−Ｓｉ）、チタン膜（Ｔｉ）をそれぞれ６０ｎｍ、４０ｎｍ、３００ｎｍ、１００ｎｍに積層したのち、所望の形状にエッチングして電極又は配線５４０〜５４４を形成する。

またこの電極又は配線５４０〜５４４を、ニッケル、コバルト、鉄のうち少なくとも１種の元素、及び炭素を含むアルミニウム合金膜で形成してもよい。このようなアルミニウム合金膜は、シリコンと接触してもシリコンとアルミニウムの相互拡散が防止できる。またこのようなアルミニウム合金膜は、透明導電膜、例えばインジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ））膜と接触しても酸化還元反応が起こらないため、両者を直接接触させることができる。さらにこのようなアルミ合金膜は、比抵抗が低く耐熱性にも優れているので、配線材料としては有用である。

また電極又は配線５４０〜５４４はそれぞれ、電極と配線を同じ材料及び同じ工程で形成してもよいし、電極と配線を別々に形成してそれらを接続させてもよい。

上記一連の工程によってｎチャネル型ＴＦＴ５５０及び５５２、ｐチャネル型ＴＦＴ５５１を含む半導体装置を形成することができる。またｎチャネル型ＴＦＴ５５０及びｐチャネル型ＴＦＴ５５１はＣＭＯＳ回路５５３を形成している（図６（Ｃ））。

なお本発明の半導体装置の作製方法は、島状半導体膜の形成以降の、上述した作製工程に限定されない。本発明のレーザ照射方法を用いて結晶化された島状半導体膜をＴＦＴの活性層として用いることで、素子間の移動度、閾値電圧及びオン電流のばらつきを抑えることができる。

また、本実施例は、必要であれば実施の形態のいかなる記載とも自由に組み合わせることが可能である。

本実施例において、本発明のレーザ処理装置及びそれを用いたレーザ照射方法を行うことにより、災害を防ぎ安全に半導体装置を作製することが可能である。

本実施例では実施例１とは別の方法でレーザ照射を停止させる方法について、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）を用いて説明する。

レーザ発振器３０１から出力された線状レーザは、移動テーブル３０３が正常に動作していれば移動テーブル３０３上の基板に照射される。

しかしながら移動テーブル３０３に異常が起こった場合、実施例１と同様、タイマの接点間の通電が切れる。実施例１と異なるのは、レーザ発振器３０１と移動テーブル３０３の間に、タイマに接続されている電磁シャッタ３０２が設けられており、移動テーブル３０３の異常動作時には、電磁シャッタ３０２が線状レーザの光路を遮断することにより、線状レーザを移動テーブル３０３以外の場所に照射させないことである（図７（Ａ））。

電磁シャッタ３０２は、エアシリンダ３０４と電磁弁３０５を有し、エアシリンダ３０４の先にはピストン・ロッド３１２で接続された、線状レーザを遮断する遮断部３１１が設けられている。エアシリンダ３０４の内部はピストン３１３によって上下で二分されており、電磁弁３０５を介して上部に圧縮空気が導入されかつ下部の気体が排気されるとピストン・ロッド３１２が下がって遮断部３１１が線状レーザを遮断する。反対にエアシリンダ３０４の下部に電磁弁３０５を介して圧縮空気が導入されかつ上部の気体が排気されるとピストン・ロッド３１２が上がるので、線状レーザは照射される（図７（Ｂ））。

なお、遮断部３１１が下がった状態でレーザ光を遮断できるように設置することで、圧縮空気の圧力が低下したとしても、遮断状態を保っていられるので好ましい。

電磁弁３０５は電気的にタイマに接続されており、タイマの接点間の通電が切れると電磁弁３０５がオフ状態になり、電磁弁３０５を介して下部の圧縮空気が排気され、ピストン・ロッド３１２が下がって遮断部３１１が線状レーザを遮断する。これにより、移動テーブル３０３に異常が起こった場合でも、線状レーザが意図しない場所を照射することがなく、火災等の災害を防ぐことができる。

本発明を用いることにより、レーザ処理装置が異常事態により異常停止した場合でも、自動的にレーザの出力を停止させることができ、火災などの災害を防ぐことが可能である。また、本発明のレーザ処理装置を用いて半導体装置を作製する際にも、安全にレーザ処理装置を扱うことができるので有用である。

本発明のレーザ処理装置を示す図。 従来のレーザ処理装置を示す図。 本発明のレーザ処理装置を示す図。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図。 本発明のレーザ処理装置を示す図。 本発明のレーザ処理装置を示す図。 本発明のレーザ処理装置の動作方法を示すフローチャート。

符号の説明

１０１ レーザ発振器
１０２ スイッチボックス
１０３ ＰＣ
１０４ タイマ
１０５ 地震感知器
１０６ 警告灯
１０７ ステージ
１０８ ＰＬＣ
１０９ センサ
１１０ 手動非常停止ボタン
１１１ インターロック
１１２ 移動テーブル

Claims (13)

1. レーザ発振器と、
   前記レーザ発振器に設けられた第１のインターロックと、
   一定の動作周期で移動する移動テーブルと、
   タイマと、
   前記タイマに設けられた第２のインターロックと、
   前記移動テーブルの移動を検出できるセンサと、
   を有し、
   前記タイマは、前記センサが前記移動テーブルの通過を感知することで時間計測を開始し、
   前記移動テーブルが、前記動作周期を経過しても前記センサを通過しない場合、前記タイマに設けられた前記第２のインターロックの接点間の通電が切れることで、前記レーザ発振器の前記第１のインターロックが作動し、レーザ光が前記移動テーブル上の基板に照射されないことを特徴とするレーザ処理装置。
2. 請求項１において、
   前記レーザは、連続発振のレーザであることを特徴とするレーザ処理装置。
3. 請求項１において、
   前記レーザは、周波数１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザであることを特徴とするレーザ処理装置。
4. 請求項１において、
   前記レーザは、周波数８０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザであることを特徴とするレーザ処理装置。
5. 請求項２において、
   前記連続発振のレーザは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、ＧｄＶＯ_４レーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、ヘリウムカドミウムレーザのいずれか１つであることを特徴とするレーザ処理装置。
6. 請求項３又は請求項４において、
   前記パルス発振レーザは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、ＧｄＶＯ_４レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザのいずれか１つであることを特徴とするレーザ処理装置。
7. レーザ発振器と、
   前記レーザ発振器に設けられた第１のインターロックと、
   一定の動作周期で移動する移動テーブルと、
   タイマと、
   前記タイマに設けられた第２のインターロックと、
   前記移動テーブルの移動を検出できるセンサと、
   を有するレーザ処理装置を用い、
   前記移動テーブル上に基板を設置し、
   レーザ光により、前記基板上に形成された半導体膜をアニールし、
   前記タイマは、前記センサが前記移動テーブルの通過を感知することで時間計測を開始し、
   前記移動テーブルが、前記動作周期を経過しても前記センサを通過しない場合、前記タイマに設けられた前記第２のインターロックの接点間の通電が切れることで、前記レーザ発振器の前記第１のインターロックが作動し、前記レーザ光が前記移動テーブル上の基板に照射されないことを特徴とするレーザ処理方法。
8. 請求項７において、
   前記レーザは、連続発振のレーザであることを特徴とするレーザ処理方法。
9. 請求項７において、
   前記レーザは、周波数１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザであることを特徴とするレーザ処理方法。
10. 請求項７において、
    前記レーザは、周波数８０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザであることを特徴とするレーザ処理方法。
11. 請求項８において、
    前記連続発振のレーザは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、ＧｄＶＯ_４レーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、ヘリウムカドミウムレーザのいずれか１つであることを特徴とするレーザ処理方法。
12. 請求項９又は請求項１０において、
    前記パルス発振レーザは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ_２Ｏ_３レーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ_３レーザ、ＧｄＶＯ_４レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザのいずれか１つであることを特徴とするレーザ処理方法。
13. 請求項７乃至請求項１２のいずれか１項において、
    前記基板上に下地膜を形成し、
    前記下地膜上に前記半導体膜を形成し、
    前記半導体膜に前記線状レーザを照射することにより、前記半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成し、
    前記結晶性半導体膜を用いて島状半導体膜を形成し、
    前記島状半導体膜上に、ゲート絶縁膜及びゲート電極を形成し、
    前記島状半導体膜に、一導電性を付与する不純物を添加して、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。

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