JP2008300617A - Laser annealing method and laser annealing device - Google Patents

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Atsushi Yoshinouchi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a polycrystalline semiconductor film having a surface smoothed without fusing a substrate while suppressing manufacturing cost from rising. <P>SOLUTION: The semiconductor film 3 formed on the substrate 2 is irradiated with laser light 21 in a non-oxidative processing atmosphere containing hydrogen gas 31 and while a temperature of the substrate 2 is held not higher than a fusion point, the semiconductor film 3 is heated to not lower than 1,000°C to be fused, and then solidified to crystallize the semiconductor film 3. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体膜にレーザ光を照射することにより半導体膜を結晶化させるレーザアニール方法及びレーザアニール装置に関する。   The present invention relates to a laser annealing method and a laser annealing apparatus for crystallizing a semiconductor film by irradiating the semiconductor film with laser light.

レーザアニールは、低融点ガラス(通常、無アルカリガラス)からなる基板上に形成されたアモルファスシリコン膜などの非晶質半導体膜にレーザ光を照射し、溶融及び凝固させて再結晶化させることにより多結晶半導体膜を形成する技術である。以下、アモルファスシリコン膜をa−Si膜という。結晶化したシリコン膜はa−Si膜に比べ電気的特性に優れているため、携帯電話やデジタルスチルカメラなどの高精細な表示が要求される液晶ディスプレイを駆動する薄膜トランジスタ(:Thin Film Transistor:TFT)に採用されている。   Laser annealing is performed by irradiating laser light to an amorphous semiconductor film such as an amorphous silicon film formed on a substrate made of low-melting glass (usually non-alkali glass), and melting and solidifying it to recrystallize. This is a technique for forming a polycrystalline semiconductor film. Hereinafter, the amorphous silicon film is referred to as an a-Si film. Since the crystallized silicon film has better electrical characteristics than the a-Si film, a thin film transistor (: Thin Film Transistor: TFT) that drives a liquid crystal display that requires high-definition display such as a mobile phone or a digital still camera. ).

図4に、レーザアニールを実施した半導体膜の断面模式図を示す。図4において、ガラス基板101上に多結晶化した半導体膜102(多結晶シリコンなど)が形成されている。レーザアニールは、半導体膜102の溶融、凝固を伴うプロセスであるため、半導体膜102の表面に、溶融時と凝固時の体積密度の違いに起因したリッジ103と呼ばれる突起(凹凸)が形成される。このようなリッジ103は、下記非特許文献1によれば、表面粗さがRaで約10nm程度であるが、その上に形成する絶縁膜のステップカバレッジを悪化させ、層間ショートや層間電流リークの一因となり、製造歩留まりや製品の信頼性を劣化させる大きな問題となっている。また、ガラス基板101上に、TFTを駆動するための集積回路(マイクロプロセッサ)を形成する研究がなされているが、現状の粗さのままでは到底実現できない。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor film subjected to laser annealing. In FIG. 4, a polycrystalline semiconductor film 102 (such as polycrystalline silicon) is formed on a glass substrate 101. Since laser annealing is a process involving melting and solidification of the semiconductor film 102, protrusions (unevenness) called a ridge 103 are formed on the surface of the semiconductor film 102 due to a difference in volume density between melting and solidification. . According to the following Non-Patent Document 1, such a ridge 103 has a surface roughness Ra of about 10 nm. However, it deteriorates the step coverage of the insulating film formed thereon, and causes an interlayer short circuit and an interlayer current leakage. This contributes to a major problem that degrades the manufacturing yield and product reliability. In addition, research on forming an integrated circuit (microprocessor) for driving TFTs on the glass substrate 101 has been conducted, but it cannot be realized with the current roughness.

このような問題に鑑み、下記特許文献1では、レーザアニールで形成されたリッジを除去する技術が提案されている。この技術はガスクラスタービームを多結晶シリコン膜に照射してリッジを除去し、シリコン薄膜の表面を平坦化するというものである。
しかしながら、この技術によれば、リッジを除去するためのクラスタービーム装置が必要であり、トランジスタの製造コストを上昇させる要因となる。
In view of such a problem, the following Patent Document 1 proposes a technique for removing a ridge formed by laser annealing. In this technique, a polycrystalline silicon film is irradiated with a gas cluster beam to remove ridges, and the surface of the silicon thin film is flattened.
However, according to this technique, a cluster beam device for removing the ridge is necessary, which increases the manufacturing cost of the transistor.

一方、下記特許文献2、非特許文献2及び非特許文献3では、水素雰囲気中で1000℃以上の熱処理をすることにより、シリコン基板の表面のシリコン原子のマイグレーションが促進されることが報告されている。
この方法は、基板がシリコンなど1000℃以上の温度に耐えうる材料からなる場合では有効であるが、液晶用に用いられるガラス基板など融点が600℃以下の基板に対しては使用することができない。
On the other hand, in the following Patent Document 2, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 3, it is reported that migration of silicon atoms on the surface of a silicon substrate is promoted by heat treatment at 1000 ° C. or higher in a hydrogen atmosphere. Yes.
This method is effective when the substrate is made of a material that can withstand a temperature of 1000 ° C. or higher, such as silicon, but cannot be used for a substrate having a melting point of 600 ° C. or lower such as a glass substrate used for liquid crystal. .

特開2003−218028号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-218028 特表2002−542622号公報JP 2002-542622 Gazette Proceedings of The 13th International Display,Workshops,Volume 2,Dec.7,2006,pp.869−873Proceedings of The 13th International Display, Workshops, Volume 2, Dec. 7,2006, pp. 869-873 “シリコントレンチ構造微視変形の解析”,富士時報,Vol.75,No.9 2002,pp497−500“Analysis of Microscopic Deformation of Silicon Trench Structure”, Fuji Time Report, Vol. 75, no. 9 2002, pp497-500 “Structual Modification of a Trench by Hydorogen Annealing”,journal of the Korean Physical Society,Vol.37,No.6,December 2000,pp.1034−1039“Structural Modification of a Trench by Hydrogen Annealing”, journal of the Korean Physical Society, Vol. 37, no. 6, December 2000, pp. 1034-1039

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、製造コストの上昇を抑制しつつ、基板を溶融させることなく、表面が平滑化した多結晶半導体膜を形成することができるレーザアニール方法及びレーザアニール装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and a laser annealing method capable of forming a polycrystalline semiconductor film having a smooth surface without melting the substrate and suppressing an increase in manufacturing cost, and It is an object to provide a laser annealing apparatus.

上記の課題を解決するため、本発明のレーザアニール方法及びレーザアニール装置は、以下の手段を採用する。
本発明のレーザアニール方法は、水素ガスを含み且つ非酸化性の処理雰囲気中で基板上に形成された半導体膜にレーザ光を照射し、前記基板の温度を融点以下に保持したまま、該半導体膜を1000℃以上に加熱して溶融させその後凝固させることにより、前記半導体膜を結晶化させることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the laser annealing method and laser annealing apparatus of the present invention employ the following means.
The laser annealing method of the present invention includes irradiating a semiconductor film containing hydrogen gas on a substrate in a non-oxidizing processing atmosphere with a laser beam, and maintaining the temperature of the substrate below the melting point. The semiconductor film is crystallized by heating the film to 1000 ° C. or higher and melting and then solidifying the film.

また、上記のレーザアニール方法において、前記処理雰囲気は、前記半導体膜をエッチングする半導体エッチングガスを含む。
また、上記のレーザアニール方法において、前記半導体エッチングガスは、フッ素系、塩素系又は臭素系のガスである。
また、上記のレーザアニール方法において、前記処理雰囲気は、前記半導体膜の融点における平衡蒸気圧を大気圧以下にする低蒸気圧ガスを含む。
In the laser annealing method, the processing atmosphere includes a semiconductor etching gas for etching the semiconductor film.
In the laser annealing method, the semiconductor etching gas is a fluorine-based, chlorine-based or bromine-based gas.
In the laser annealing method, the processing atmosphere includes a low vapor pressure gas that makes an equilibrium vapor pressure at a melting point of the semiconductor film equal to or lower than an atmospheric pressure.

また、上記のレーザアニール方法において、前記レーザ光は、エキシマレーザ、YAGレーザ、YLFレーザ、YVOレーザ、ガラスレーザ、半導体レーザ又はCOレーザの基本波又は高調波である。
また、上記のレーザアニール方法において、前記レーザ光は、パルス光又は連続光である。
また、上記のレーザアニール方法において、前記処理雰囲気における水素含有量は、0<H≦100%である。
In the laser annealing method, the laser light is a fundamental wave or a harmonic of an excimer laser, a YAG laser, a YLF laser, a YVO 4 laser, a glass laser, a semiconductor laser, or a CO 2 laser.
In the laser annealing method, the laser light is pulsed light or continuous light.
In the laser annealing method, the hydrogen content in the processing atmosphere is 0 <H 2 ≦ 100%.

また、本発明は、基板上に形成された半導体膜にレーザ光を照射し、該半導体膜を溶融及び凝固させることにより結晶化させるレーザアニール装置において、少なくとも前記半導体膜におけるレーザ光の照射部分を覆う範囲に、水素ガスを含み且つ非酸化性の処理雰囲気を供給するガス供給装置を備え、前記処理雰囲気中で前記半導体膜にレーザ光を照射し、前記基板の温度を融点以下に保持したまま、該半導体膜を1000℃以上に加熱して溶融させその後凝固させることにより、前記半導体膜を結晶化させる、ことを特徴とする。   Further, the present invention provides a laser annealing apparatus for irradiating a semiconductor film formed on a substrate with laser light, and crystallizing the semiconductor film by melting and solidifying the semiconductor film, and at least a portion of the semiconductor film irradiated with the laser light. A gas supply device containing hydrogen gas and supplying a non-oxidizing processing atmosphere is provided in a covering range, the semiconductor film is irradiated with laser light in the processing atmosphere, and the temperature of the substrate is kept below the melting point The semiconductor film is crystallized by heating the semiconductor film to 1000 ° C. or higher and then melting and solidifying the semiconductor film.

また、上記のレーザアニール装置において、前記処理雰囲気は、前記半導体膜をエッチングする半導体エッチングガスを含む。
また、上記のレーザアニール装置において、前記処理雰囲気は、前記半導体膜の融点における平衡蒸気圧を大気圧以下にする低蒸気圧ガスを含む。
また、上記のレーザアニール装置において、前記ガス供給装置は、前記半導体膜が形成された基板を内部に収容し基板の収容空間を前記処理雰囲気で満たすチャンバーである。
また、上記のレーザアニール装置において、前記ガス供給装置は、前記収容空間内の処理雰囲気を強制対流させるファンを有する。
In the laser annealing apparatus, the processing atmosphere includes a semiconductor etching gas for etching the semiconductor film.
In the laser annealing apparatus, the processing atmosphere includes a low vapor pressure gas that makes an equilibrium vapor pressure at a melting point of the semiconductor film equal to or lower than an atmospheric pressure.
Further, in the laser annealing apparatus, the gas supply device is a chamber that accommodates the substrate on which the semiconductor film is formed and fills the accommodation space of the substrate with the processing atmosphere.
In the laser annealing apparatus, the gas supply apparatus includes a fan that forcibly convects the processing atmosphere in the accommodation space.

また、上記のレーザアニール装置において、前記ガス供給装置は、前記半導体膜におけるレーザ光の照射部分及びその周囲の限定的な範囲にのみ前記処理雰囲気を供給するガス吹き付け装置である。   Further, in the laser annealing apparatus, the gas supply apparatus is a gas spraying apparatus that supplies the processing atmosphere only to a laser beam irradiation portion of the semiconductor film and a limited range around it.

また、上記のレーザアニール装置において、前記レーザ光の光路上に、前記レーザ光を線状ビームに整形するビーム整形光学系を備え、該ビーム整形光学系は、前記線状ビームの長軸方向及び/又は短軸方向のエネルギー分布を均一化するホモジナイザを含む。   The laser annealing apparatus may further include a beam shaping optical system that shapes the laser light into a linear beam on the optical path of the laser light, the beam shaping optical system including: a long axis direction of the linear beam; And / or a homogenizer for homogenizing the energy distribution in the minor axis direction.

また、上記のレーザアニール装置において、前記ホモジナイザは、前記レーザ光を前記線状ビームの長軸方向及び/又は短軸方向に対応した方向に複数に分割するシリンドリカルレンズアレイ又は導波路と、該シリンドリカルレンズアレイ又は導波路によって分割されたレーザ光を重ね合わせるコンデンサレンズとを有する。
また、上記のレーザアニール装置において、前記ホモジナイザは、回折光学素子を含む光学系である。
In the laser annealing apparatus, the homogenizer includes a cylindrical lens array or a waveguide that divides the laser light into a plurality of directions corresponding to a major axis direction and / or a minor axis direction of the linear beam, and the cylindrical lens. And a condenser lens that superimposes the laser beams divided by the lens array or the waveguide.
In the laser annealing apparatus, the homogenizer is an optical system including a diffractive optical element.

本発明のレーザアニール方法及びレーザアニール装置によれば、半導体膜を1000℃以上に加熱することにより半導体膜に接触する水素ガスによる表面エネルギーの増大作用が発揮され、半導体原子のマイグレーションが促進される。特にリッジが形成される部分は表面積が大きいため、他の部分より表面エネルギーが大きくなることにより、半導体原子の拡散(移動)が促進されて表面積を小さくする方向に作用する。したがって、表面のリッジの形成を抑制することができる。   According to the laser annealing method and the laser annealing apparatus of the present invention, the semiconductor film is heated to 1000 ° C. or more, whereby the surface energy is increased by the hydrogen gas contacting the semiconductor film, and the migration of semiconductor atoms is promoted. . In particular, the portion where the ridge is formed has a large surface area, so that the surface energy is larger than that of the other portions, so that the diffusion (movement) of the semiconductor atoms is promoted and the surface area is reduced. Therefore, formation of a ridge on the surface can be suppressed.

また、上述した特許文献1の方法と異なり、クラスタービーム装置を必要としないので、製造コストの上昇を抑制することができる。
さらに、レーザ光の照射により半導体膜のみを加熱・溶融させる一方で、基板の温度は融点以下に保持されるので、基板を溶融させることなく、水素によるマイグレーションの効果を得ることができる。
In addition, unlike the method of Patent Document 1 described above, a cluster beam device is not required, so that an increase in manufacturing cost can be suppressed.
Furthermore, while only the semiconductor film is heated and melted by laser light irradiation, the temperature of the substrate is kept below the melting point, so that the effect of migration by hydrogen can be obtained without melting the substrate.

また、半導体膜をエッチングする半導体エッチングガスを含む雰囲気中で、レーザアニールを実施すると、リッジが形成される部分は表面積が大きく表面エネルギーが大きいため、他の部分よりエッチングガスによる反応速度が高くなる、すなわちエッチング速度が高くなるので、全体として平滑化されるようにエッチングが進行する。したがって、エッチングガスを用いることにより、表面の平滑化がより促進される。   In addition, when laser annealing is performed in an atmosphere containing a semiconductor etching gas for etching a semiconductor film, the portion where the ridge is formed has a large surface area and a large surface energy, so that the reaction rate by the etching gas is higher than other portions. That is, since the etching rate is increased, the etching proceeds so as to be smoothed as a whole. Therefore, smoothing of the surface is further promoted by using the etching gas.

したがって、本発明によれば、製造コストの上昇を抑制しつつ、基板を溶融させることなく、表面が平滑化した多結晶半導体膜を形成することができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to form a polycrystalline semiconductor film having a smooth surface without melting the substrate while suppressing an increase in manufacturing cost.

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

[第1実施形態]
図1に、本発明の第1実施形態にかかるレーザアニール装置10の概略構成を示す。
このレーザアニール装置10は、基板2上に形成された半導体膜3にレーザ光1を照射し、この半導体膜3を溶融及び凝固させることにより結晶化させるものである。本実施形態のレーザアニール装置もそうであるが、レーザアニールでは、通常、レーザ光1を線状ビームに整形し、この線状ビームを、基板2(半導体膜3)に対して線状ビームの短軸方向に相対的に移動させることにより、基板2上の半導体膜3に対してレーザ光1を走査する。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a laser annealing apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
The laser annealing apparatus 10 is for crystallizing a semiconductor film 3 formed on a substrate 2 by irradiating a laser beam 1 and melting and solidifying the semiconductor film 3. As in the laser annealing apparatus of the present embodiment, in laser annealing, the laser beam 1 is usually shaped into a linear beam, and this linear beam is converted into a linear beam with respect to the substrate 2 (semiconductor film 3). The laser beam 1 is scanned with respect to the semiconductor film 3 on the substrate 2 by relatively moving in the minor axis direction.

図1(A)において紙面に平行かつ光軸に垂直な方向が、線状ビームの長軸方向であり、図1(B)において紙面に平行かつ光軸に垂直な方向が、線状ビームの短軸方向である。
図1(A)では、短軸方向のみに作用する光学系は想像線(破線)で示されている。図1(B)では、長軸方向のみに作用する光学系は想像線で示されている。
In FIG. 1A, the direction parallel to the paper surface and perpendicular to the optical axis is the major axis direction of the linear beam, and in FIG. 1B, the direction parallel to the paper surface and perpendicular to the optical axis is the linear beam direction. The minor axis direction.
In FIG. 1A, an optical system that operates only in the minor axis direction is indicated by an imaginary line (broken line). In FIG. 1B, an optical system that operates only in the major axis direction is indicated by an imaginary line.

このレーザアニール装置10は、レーザ光1を発振するレーザ光源12と、レーザ光源12からのレーザ光1を整形して半導体膜3の表面において線状ビームに集光するビーム整形光学系13と、基板2を載せる基板ステージ4とを備える。   The laser annealing apparatus 10 includes a laser light source 12 that oscillates laser light 1, a beam shaping optical system 13 that shapes the laser light 1 from the laser light source 12 and condenses it into a linear beam on the surface of the semiconductor film 3, And a substrate stage 4 on which the substrate 2 is placed.

本実施形態において、基板2はガラス基板(例えば無アルカリガラス)であり、プラズマCVD法、スパッタ法などの成膜法により上記ガラス基板上にSiO膜が成膜され、その上に非晶質の半導体膜3として例えばa−Si膜が成膜される。 In this embodiment, the substrate 2 is a glass substrate (for example, non-alkali glass), and an SiO 2 film is formed on the glass substrate by a film forming method such as a plasma CVD method or a sputtering method, and an amorphous material is formed thereon. For example, an a-Si film is formed as the semiconductor film 3.

レーザ光源12の種類は特に限定されず、エキシマレーザ、YAGレーザ、YLFレーザ、YVOレーザ、ガラスレーザ、半導体レーザ、COレーザ等を適用することができる。特に、YAGレーザ、YLFレーザ、YVOレーザなどの固体レーザは信頼性が高く、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。また、シリコン膜に対しては、330nm〜800nmの可視光領域において吸収係数が高いため、エキシマレーザの場合は基本波でよいが、上記のYAGレーザ、YLFレーザ、YVOレーザ、ガラスレーザの場合、第2又は第3高調波を用いるのがよい。またレーザ光1は、パルス光、連続光のいずれであってもよい。 The type of the laser light source 12 is not particularly limited, and an excimer laser, a YAG laser, a YLF laser, a YVO 4 laser, a glass laser, a semiconductor laser, a CO 2 laser, or the like can be applied. In particular, solid lasers such as a YAG laser, a YLF laser, and a YVO 4 laser have high reliability, and can stably use laser energy with high efficiency. Further, for the silicon film, due to the high absorption coefficient in the visible light region 330Nm~800nm, may be fundamental in the case of excimer lasers, the above YAG laser, YLF laser, YVO 4 laser, when the glass laser The second or third harmonic may be used. Laser light 1 may be either pulsed light or continuous light.

ビーム整形光学系13は、レーザ光源12からのレーザ光1を長軸方向及び短軸方向に拡大するビームエキスパンダ14、線状ビームの長軸方向のエネルギー分布を均一化する長軸用ホモジナイザ19、及び線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を均一化する短軸用ホモジナイザ25を備えている。   The beam shaping optical system 13 includes a beam expander 14 that expands the laser light 1 from the laser light source 12 in the major axis direction and the minor axis direction, and a long axis homogenizer 19 that equalizes the energy distribution in the major axis direction of the linear beam. And a short axis homogenizer 25 for uniformizing the energy distribution in the short axis direction of the linear beam.

一構成例として示したビームエキスパンダ14は、凸球面レンズ15と、短軸方向に作用する短軸用シリンドリカルレンズ16と、長軸方向に作用する長軸用シリンドリカルレンズ17とからなる。この構成のビームエキスパンダ14では、長軸方向と短軸方向の拡大率を別々に設定することができる。なお、ビームエキスパンダ14は他の構成であってもよく、例えば、凹球面レンズと凸球面レンズとを組み合わせたものであってもよい。   The beam expander 14 shown as one configuration example includes a convex spherical lens 15, a short-axis cylindrical lens 16 acting in the minor axis direction, and a long-axis cylindrical lens 17 acting in the major axis direction. In the beam expander 14 having this configuration, the enlargement ratio in the major axis direction and the minor axis direction can be set separately. The beam expander 14 may have another configuration, for example, a combination of a concave spherical lens and a convex spherical lens.

図1(A)に示すように、長軸用ホモジナイザ19は、入射するレーザ光1を長軸方向に複数に分割する長軸用シリンドリカルレンズアレイ20と、長軸方向に複数に分割されたレーザ光1を長軸方向に重ね合わせる長軸用コンデンサレンズ22とからなる。なお、長軸用コンデンサレンズ22と基板2との間の光路には反射ミラー23が配置されており、長軸用コンデンサレンズ22からの出射光が基板2の方向へ反射されるようになっている。   As shown in FIG. 1A, a long-axis homogenizer 19 includes a long-axis cylindrical lens array 20 that divides incident laser light 1 into a plurality in the long-axis direction and a laser that is divided into a plurality in the long-axis direction. The long axis condenser lens 22 superimposes the light 1 in the long axis direction. A reflection mirror 23 is disposed in the optical path between the long-axis condenser lens 22 and the substrate 2 so that light emitted from the long-axis condenser lens 22 is reflected in the direction of the substrate 2. Yes.

短軸用ホモジナイザ25は、入射するレーザ光1を短軸方向に複数に分割する短軸用シリンドリカルレンズアレイ26と、短軸方向に複数に分割されたレーザ光1を短軸方向に重ね合わせる短軸用コンデンサレンズ29と、短軸用コンデンサレンズ29からの出射光を半導体膜3の表面に投影する投影レンズ30とを有する。   The short axis homogenizer 25 is a short axis cylindrical lens array 26 that divides an incident laser beam 1 into a plurality of short axis directions and a laser beam 1 that is divided into a plurality of short axis directions in a short axis direction. It includes an axial condenser lens 29 and a projection lens 30 that projects light emitted from the short axial condenser lens 29 onto the surface of the semiconductor film 3.

上記のように構成されたビーム整形光学系13により、レーザ光源から出射されたレーザ光1が線状ビームに整形されて半導体膜3に照射される。
半導体膜3に照射される線状ビームの長軸方向の長さは、例えば数10mmとすることができ、短軸方向の長さは、例えば数10μmとすることができる。
また、レーザ光1は、長軸用ホモジナイザ19により線状ビームの長軸方向のエネルギー分布が均一化され、短軸用ホモジナイザ25により線状ビームの短軸方向のエネルギー分布が均一化される。なお、短軸用シリンドリカルレンズアレイ26を省略し、長軸方向のエネルギー分布のみを均一化する構成であってもよい。
By the beam shaping optical system 13 configured as described above, the laser light 1 emitted from the laser light source is shaped into a linear beam and irradiated onto the semiconductor film 3.
The length in the major axis direction of the linear beam irradiated to the semiconductor film 3 can be, for example, several tens of mm, and the length in the minor axis direction can be, for example, several tens of μm.
In the laser beam 1, the energy distribution in the long axis direction of the linear beam is made uniform by the long axis homogenizer 19, and the energy distribution in the short axis direction of the linear beam is made uniform by the short axis homogenizer 25. The short axis cylindrical lens array 26 may be omitted, and only the energy distribution in the long axis direction may be made uniform.

基板2は、基板ステージ4により保持され線状ビームの短軸方向に搬送される。基板ステージ4の移動により基板2上の半導体膜3に対して線状ビームを短軸方向に相対的に走査することができる。
なお、上記とは逆に、基板2の位置を固定し、レーザ光1の照射位置を移動させることにより、上記のレーザ光1の走査を行なうようにしてもよい。
The substrate 2 is held by the substrate stage 4 and conveyed in the short axis direction of the linear beam. By moving the substrate stage 4, the linear beam can be scanned relative to the semiconductor film 3 on the substrate 2 in the minor axis direction.
In contrast to the above, the laser beam 1 may be scanned by fixing the position of the substrate 2 and moving the irradiation position of the laser beam 1.

基板ステージ4は、図示しない加熱手段により所定温度に加熱される。このとき、基板2の融点を超えない温度で加熱される。こうすることで、基板2が溶融することなく安定してレーザアニールを行うことができる。例えば、基板2が無アルカリガラスの場合、融点は約600℃であるので、基板ステージ5は600℃を超えない温度に加熱される。   The substrate stage 4 is heated to a predetermined temperature by a heating means (not shown). At this time, the substrate 2 is heated at a temperature not exceeding the melting point of the substrate 2. By doing so, laser annealing can be performed stably without melting the substrate 2. For example, when the substrate 2 is alkali-free glass, since the melting point is about 600 ° C., the substrate stage 5 is heated to a temperature not exceeding 600 ° C.

図1に示すように、レーザアニール装置10は、さらに、少なくとも半導体膜3におけるレーザ光1の照射部分を覆う範囲に、水素ガス31を含み且つ非酸化性の処理雰囲気を供給するガス供給装置40を備える。
本実施形態において、上記のガス供給装置40は、半導体膜3が形成された基板2を内部に収容し基板2の収容空間を上記の処理雰囲気で満たすチャンバー40Aである。したがって、図示しない水素ガス導入手段によって、チャンバー40Aの内部に水素ガス31が導入されるようになっている。
なお、チャンバー40Aには、レーザ光1を透過させるための透過窓41が設けられている。また、チャンバー40Aには、内部のガスを排気する排気ポンプ43が接続されている。
As shown in FIG. 1, the laser annealing apparatus 10 further includes a gas supply apparatus 40 that contains a hydrogen gas 31 and supplies a non-oxidizing treatment atmosphere in a range that covers at least a portion irradiated with the laser light 1 in the semiconductor film 3. Is provided.
In the present embodiment, the gas supply device 40 is a chamber 40A that accommodates the substrate 2 on which the semiconductor film 3 is formed and fills the accommodation space of the substrate 2 with the processing atmosphere. Therefore, the hydrogen gas 31 is introduced into the chamber 40A by a hydrogen gas introduction means (not shown).
The chamber 40A is provided with a transmission window 41 for transmitting the laser beam 1. Further, an exhaust pump 43 for exhausting the internal gas is connected to the chamber 40A.

上記の処理雰囲気における水素含有量は、0<H≦100%の範囲とすることができる。ただし、水素含有量を爆発限界(5%)以上とした場合、チャンバー40Aを外部からの空気の侵入をほぼ完全に遮断するよう気密性の高い構造とする必要がある。そこで、爆発限界(5%)未満とするために、図1に示すように、チャンバー40Aの内部に不活性ガス32(窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガスなど)を導入することが好ましい。この不活性ガス32は、アニール中における半導体膜3の表面の酸化を防止する役割もある。
ここで、上記の「水素ガスを含み且つ非酸化性の処理雰囲気」は、水素を不活性ガス32で希釈した雰囲気のみならず、水素含有量100%の雰囲気をも含む概念である。
The hydrogen content in the above processing atmosphere can be in the range of 0 <H 2 ≦ 100%. However, when the hydrogen content is set to the explosion limit (5%) or more, the chamber 40A needs to have a highly airtight structure so as to almost completely block the entry of air from the outside. Therefore, in order to make it less than the explosion limit (5%), it is preferable to introduce an inert gas 32 (nitrogen gas, argon gas, helium gas, neon gas, etc.) into the chamber 40A as shown in FIG. This inert gas 32 also has a role of preventing oxidation of the surface of the semiconductor film 3 during annealing.
Here, the above-described “non-oxidizing treatment atmosphere containing hydrogen gas” is a concept including not only an atmosphere in which hydrogen is diluted with an inert gas 32 but also an atmosphere having a hydrogen content of 100%.

本発明のレーザアニール方法は、上記の如き構成されたレーザアニール装置10を用いて実施することができる。すなわち本発明のレーザアニール方法は、上記の処理雰囲気中で半導体膜3にレーザ光1を照射し、基板2の温度を融点以下に保持したまま、半導体膜3を1000℃以上に加熱して溶融させその後凝固させることにより、半導体膜3を結晶化させる、ことを特徴とする。   The laser annealing method of the present invention can be implemented using the laser annealing apparatus 10 configured as described above. That is, in the laser annealing method of the present invention, the semiconductor film 3 is irradiated with the laser beam 1 in the above-described processing atmosphere, and the semiconductor film 3 is heated to 1000 ° C. or higher while the temperature of the substrate 2 is kept below the melting point. And then solidifying to crystallize the semiconductor film 3.

このように、半導体膜3を1000℃以上に加熱することにより半導体膜3に接触する水素ガス31による表面エネルギーの増大作用が発揮され、半導体原子のマイグレーションが促進される。特にリッジが形成される部分は表面積が大きいため、他の部分より表面エネルギーが大きくなることにより、半導体原子の拡散(移動)が促進されて表面積を小さくする方向に作用する。したがって、表面のリッジの形成を抑制することができる。   Thus, by heating the semiconductor film 3 to 1000 ° C. or higher, the surface energy increasing action by the hydrogen gas 31 in contact with the semiconductor film 3 is exhibited, and the migration of semiconductor atoms is promoted. In particular, the portion where the ridge is formed has a large surface area, so that the surface energy is larger than that of the other portions, so that the diffusion (movement) of the semiconductor atoms is promoted and the surface area is reduced. Therefore, formation of a ridge on the surface can be suppressed.

また、上述した特許文献1の方法と異なり、クラスタービーム装置を必要としないので、製造コストの上昇を抑制することができる。
さらに、レーザ光1の照射により半導体膜3のみを加熱・溶融させる一方で、基板2の温度は融点以下に保持されるので、基板2を溶融させることなく、水素によるマイグレーションの効果を得ることができる。
In addition, unlike the method of Patent Document 1 described above, a cluster beam device is not required, so that an increase in manufacturing cost can be suppressed.
Further, only the semiconductor film 3 is heated and melted by the irradiation of the laser beam 1, while the temperature of the substrate 2 is kept below the melting point, so that the effect of migration by hydrogen can be obtained without melting the substrate 2. it can.

上記の処理雰囲気は、図1に示すように、半導体膜3をエッチングする半導体エッチングガス33を含むことが好ましい。半導体エッチングガス33は、図示しないエッチングガス導入手段により、チャンバー40Aの内部に導入される。半導体エッチングガス33は、フッ素系、塩素系又は臭素系のものを使用することができる。
半導体エッチングガス33を含む雰囲気中で、レーザアニールを実施すると、リッジが形成される部分は表面積が大きく表面エネルギーが大きいため、他の部分よりエッチングガスによる反応速度が高くなる、すなわちエッチング速度が高くなるので、全体として平滑化されるようにエッチングが進行する。したがって、半導体エッチングガス33を用いることにより、表面の平滑化がより促進される。
The processing atmosphere preferably includes a semiconductor etching gas 33 for etching the semiconductor film 3 as shown in FIG. The semiconductor etching gas 33 is introduced into the chamber 40A by etching gas introduction means (not shown). The semiconductor etching gas 33 can be fluorine, chlorine or bromine.
When laser annealing is performed in an atmosphere containing the semiconductor etching gas 33, the portion where the ridge is formed has a large surface area and a large surface energy. Therefore, the reaction rate by the etching gas is higher than other portions, that is, the etching rate is high. Therefore, the etching proceeds so as to be smoothed as a whole. Therefore, smoothing of the surface is further promoted by using the semiconductor etching gas 33.

上記の半導体膜3は、GaN(窒化ガリウム)などの化合物半導体からなるものであってもよいが、例えば大気圧下でのGaNの融点は約2220℃以上であり、不活性ガス32として通常用いられる窒素ガス中での平衡蒸気圧は約6GPa(約6万気圧)以上に達するため、低圧の窒素雰囲気下ではGaNは溶融状態ではGa金属と窒素ガスに分解してしまう。これに対し、アンモニア雰囲気中でのGaNの平衡蒸気圧は1気圧以下であるので、大気圧下で溶融する温度まで加熱しても、GaNが分解することがない。   The semiconductor film 3 may be made of a compound semiconductor such as GaN (gallium nitride). For example, the melting point of GaN under atmospheric pressure is about 2220 ° C. or higher, and is normally used as an inert gas 32. Since the equilibrium vapor pressure in the generated nitrogen gas reaches about 6 GPa (about 60,000 atmospheres) or more, GaN is decomposed into Ga metal and nitrogen gas in a molten state under a low-pressure nitrogen atmosphere. In contrast, since the equilibrium vapor pressure of GaN in an ammonia atmosphere is 1 atm or less, GaN does not decompose even when heated to a temperature that melts under atmospheric pressure.

したがって、半導体膜3が、不活性ガス32雰囲気中での融点における平衡蒸気圧が高い化合物半導体の場合、図1に示すように、上記の処理雰囲気は、平衡蒸気圧を大気圧以下にする低蒸気圧ガス34を含むことが好ましい。低蒸気圧ガス34は、図示しない低蒸気圧ガス導入手段により、チャンバー40Aの内部に導入される。
このように処理雰囲気に低蒸気圧ガス34を添加することにより、半導体膜3を分解させること無く溶融させることができる。低蒸気圧ガス34としては、化合物半導体がGaNの場合はアンモニアやヒドラジン、GaAs(ガリウムヒ素)の場合はAsH、InP(インジウムリン)の場合はPHを用いることができる。
Therefore, when the semiconductor film 3 is a compound semiconductor having a high equilibrium vapor pressure at the melting point in the inert gas 32 atmosphere, as shown in FIG. A vapor pressure gas 34 is preferably included. The low vapor pressure gas 34 is introduced into the chamber 40A by low vapor pressure gas introduction means (not shown).
As described above, by adding the low vapor pressure gas 34 to the processing atmosphere, the semiconductor film 3 can be melted without being decomposed. As the low vapor pressure gas 34, ammonia or hydrazine can be used when the compound semiconductor is GaN, AsH 3 can be used when the compound semiconductor is GaAs (gallium arsenide), and PH 3 can be used when the compound semiconductor is InP (indium phosphide).

水素ガス31を不活性ガス32で希釈する場合、水素ガス31は不活性ガス32より軽いため、チャンバー40Aの上部に滞留し、水素を半導体膜3の表面にうまく供給できない可能性がある。したがって、図1に示すように、チャンバー40Aの内部に、処理雰囲気を強制対流させるファン35を設けることが好ましい。この構成により、水素ガス31を半導体膜3の表面に効果的に供給することができる。   When the hydrogen gas 31 is diluted with the inert gas 32, the hydrogen gas 31 is lighter than the inert gas 32, so that it may stay in the upper part of the chamber 40 </ b> A and hydrogen cannot be supplied well to the surface of the semiconductor film 3. Therefore, as shown in FIG. 1, it is preferable to provide a fan 35 for forcibly convection of the processing atmosphere inside the chamber 40A. With this configuration, the hydrogen gas 31 can be effectively supplied to the surface of the semiconductor film 3.

また、ガス供給装置40は、図2に示すガス吹き付け装置40Bであってもよい。このガス吹き付け装置40Bは、半導体膜3におけるレーザ光1の照射部分及びその周囲の限定的な範囲にのみ処理雰囲気47を供給するものであり、基板2に平行に近接対向する下面44を有しこの下面44と基板2との間に処理雰囲気47の流路を形成するとともにレーザ光1を透過させる透過窓45を有する平行対向体46と、線状ビームの長軸方向に流量が均一化された処理雰囲気47をレーザ光1の照射部分からビーム短軸方向に所定間隔を置いた位置において基板2の表面に向けて噴射するガス噴射手段48と、を備える。上記の処理雰囲気47は、(1)水素100%ガス、(2)水素ガス31を不活性ガス32で希釈したガス、(3)水素ガス31を不活性ガス32で希釈しさらに半導体エッチングガス33を添加したガス、又は(4)前記(1)〜(3)のガスにさらに上記の低蒸気圧ガス34を添加したガス、のいずれかである。   Further, the gas supply device 40 may be a gas spraying device 40B shown in FIG. This gas spraying device 40B supplies a processing atmosphere 47 only to a portion of the semiconductor film 3 irradiated with the laser beam 1 and a limited range around it, and has a lower surface 44 that is close to and faces the substrate 2 in parallel. A flow path of the processing atmosphere 47 is formed between the lower surface 44 and the substrate 2 and the parallel opposing body 46 having the transmission window 45 through which the laser beam 1 is transmitted, and the flow rate is made uniform in the major axis direction of the linear beam. Gas injection means 48 for injecting the processing atmosphere 47 toward the surface of the substrate 2 at a position spaced apart from the irradiated portion of the laser beam 1 in the beam minor axis direction. The processing atmosphere 47 includes (1) 100% hydrogen gas, (2) a gas obtained by diluting the hydrogen gas 31 with the inert gas 32, and (3) a semiconductor etching gas 33 obtained by diluting the hydrogen gas 31 with the inert gas 32. Or (4) a gas obtained by further adding the low vapor pressure gas 34 to the gases (1) to (3).

上記のガス吹き付け装置40Bにより、レーザ光1の照射部分に雰囲気ガスを供給することができるので、図1に示したようなチャンバー40Aを設ける必要が無く、チャンバー40A内の排気や処理雰囲気に置換する時間が不要となるので、装置の稼働率を向上させることができる。また、処理雰囲気47を効率的かつ確実に半導体膜3上のレーザ光1の照射部分に供給することができる。   Since the gas spraying device 40B can supply the atmospheric gas to the irradiated portion of the laser beam 1, there is no need to provide the chamber 40A as shown in FIG. Since no time is required, the operating rate of the apparatus can be improved. Further, the processing atmosphere 47 can be efficiently and reliably supplied to the irradiated portion of the laser light 1 on the semiconductor film 3.

なお、ガス吹き付け装置40Bは、図2に示した構成に限定されず、レーザ光1の照射部分及びその周囲の限定的な範囲にのみ不活性ガスを供給する機能を有する範囲で他の構成であってもよい。例えば、特許第3502981号公報の図2や図4に示された構成であってもよい。   The gas spraying device 40B is not limited to the configuration shown in FIG. 2, but has other configurations as long as it has a function of supplying an inert gas only to the irradiated portion of the laser beam 1 and a limited range around it. There may be. For example, the configuration shown in FIG. 2 or 4 of Japanese Patent No. 3502981 may be used.

[第2実施形態]
図3に、本発明の第2実施形態にかかるレーザアニール装置10の概略構成を示す。
この第2実施形態において、長軸用ホモジナイザ19は、入射するレーザ光1を長軸方向に複数に分割する長軸用導波路38と、長軸方向に複数に分割されたレーザ光1を長軸方向に重ね合わせる長軸用コンデンサレンズ22とからなる。また、長軸用導波路38の入側には、レーザ光1を長軸用導波路38に導く導波路導入用レンズ37が配置されている。本実施形態の長軸用ホモジナイザ19によっても線状ビームの長軸方向のエネルギー分布を均一化することができる。なお、短軸用ホモジナイザ25についても、導波路を用いて短軸方向のエネルギー分布を均一化する構成としてもよい。本実施形態の他の部分の構成は、第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows a schematic configuration of a laser annealing apparatus 10 according to the second embodiment of the present invention.
In the second embodiment, the long-axis homogenizer 19 includes a long-axis waveguide 38 that divides the incident laser beam 1 into a plurality of pieces in the long-axis direction, and a long laser beam 1 that is divided into a plurality of pieces in the long-axis direction. The long-axis condenser lens 22 is superposed in the axial direction. A waveguide introduction lens 37 that guides the laser beam 1 to the long-axis waveguide 38 is disposed on the entrance side of the long-axis waveguide 38. The energy distribution in the major axis direction of the linear beam can also be made uniform by the major axis homogenizer 19 of the present embodiment. Note that the short-axis homogenizer 25 may also be configured to make the energy distribution in the short-axis direction uniform by using a waveguide. The configuration of other parts of the present embodiment is the same as that of the first embodiment.

本実施形態によっても、水素ガス31を含み且つ非酸化性の処理雰囲気中で半導体膜3にレーザ光1を照射し、基板2の温度を融点以下に保持したまま、半導体膜3を1000℃以上に加熱して溶融させその後凝固させることにより、半導体膜3を結晶化させるレーザアニール方法を実施することができる。
したがって、製造コストの上昇を抑制しつつ、基板2を溶融させることなく、表面が平滑化した多結晶半導体膜を形成することができる。
Also in this embodiment, the semiconductor film 3 is irradiated with the laser light 1 in a non-oxidizing treatment atmosphere containing the hydrogen gas 31 and the temperature of the substrate 2 is kept below the melting point, and the semiconductor film 3 is kept at 1000 ° C. or higher. A laser annealing method for crystallizing the semiconductor film 3 can be performed by heating and melting and then solidifying.
Accordingly, it is possible to form a polycrystalline semiconductor film having a smooth surface without melting the substrate 2 while suppressing an increase in manufacturing cost.

なお、長軸用ホモジナイザ19と短軸用ホモジナイザ25は、上述した第1実施形態及び第2実施形態において説明したものに限られず、その他周知の光学系を用いてエネルギー分布を均一化する手段であってもよい。例えば、長軸用ホモジナイザ19/及び又は短軸用ホモジナイザ25は、回折光学素子を含む光学系であってもよい。回折光学素子についての詳細な説明は省略するが、例えば、特開2005−217209号公報などに開示されている。回折光学素子は、石英などの基板にフォトエッチング工程などにより微細な段差を形成し、それぞれの段差部分を透過するレーザ光が形成する回折パターンを結像面(基板表面)で所望のエネルギー分布が得られるように作製する。   The long-axis homogenizer 19 and the short-axis homogenizer 25 are not limited to those described in the first embodiment and the second embodiment described above, and are other means for equalizing the energy distribution using a known optical system. There may be. For example, the long axis homogenizer 19 / and / or the short axis homogenizer 25 may be an optical system including a diffractive optical element. Although a detailed description of the diffractive optical element is omitted, it is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-217209. In a diffractive optical element, a fine step is formed on a substrate such as quartz by a photoetching process or the like, and a diffraction pattern formed by laser light transmitted through each step portion has a desired energy distribution on the imaging surface (substrate surface). Prepare as obtained.

なお、上記において、本発明の実施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。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. . The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.

本発明の第1実施形態にかかるレーザアニール装置の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a laser annealing apparatus according to a first embodiment of the present invention. ガス供給装置の別の構成例を示す図である。It is a figure which shows another structural example of a gas supply apparatus. 本発明の第2実施形態にかかるレーザアニール装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the laser annealing apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 半導体膜の表面に形成されるリッジについて説明する図である。It is a figure explaining the ridge formed in the surface of a semiconductor film.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザ光
2 基板
3 半導体膜
4 基板ステージ
10 レーザアニール装置
12 レーザ光源
13 ビーム整形光学系
14 ビームエキスパンダ
15 凸球面レンズ
16 短軸用シリンドリカルレンズ
17 長軸用シリンドリカルレンズ
19 長軸用ホモジナイザ
20 長軸用シリンドリカルレンズアレイ
22 長軸用コンデンサレンズ
25 短軸用ホモジナイザ
26 短軸用シリンドリカルレンズアレイ
29 短軸用コンデンサレンズ
30 投影レンズ
31 水素ガス
32 不活性ガス
33 半導体エッチングガス
34 低蒸気圧ガス
35 ファン
40 ガス供給装置
40A チャンバー
40B ガス吹き付け装置
41 透過窓
43 排気ポンプ
44 下面
45 透過窓
46 平行対向体
47 処理雰囲気
48 ガス噴射手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser beam 2 Substrate 3 Semiconductor film 4 Substrate stage 10 Laser annealing device 12 Laser light source 13 Beam shaping optical system 14 Beam expander 15 Convex spherical lens 16 Short axis cylindrical lens 17 Long axis cylindrical lens 19 Long axis homogenizer 20 Long Axis cylindrical lens array 22 Long axis condenser lens 25 Short axis homogenizer 26 Short axis cylindrical lens array 29 Short axis condenser lens 30 Projection lens 31 Hydrogen gas 32 Inert gas 33 Semiconductor etching gas 34 Low vapor pressure gas 35 Fan 40 Gas supply device 40A Chamber 40B Gas spraying device 41 Permeation window 43 Exhaust pump 44 Lower surface 45 Permeation window 46 Parallel opposing body 47 Processing atmosphere 48 Gas injection means

Claims (16)

水素ガスを含み且つ非酸化性の処理雰囲気中で基板上に形成された半導体膜にレーザ光を照射し、前記基板の温度を融点以下に保持したまま、該半導体膜を1000℃以上に加熱して溶融させその後凝固させることにより、前記半導体膜を結晶化させることを特徴とするレーザアニール方法。   A semiconductor film containing hydrogen gas and exposed to a laser beam in a non-oxidizing processing atmosphere is irradiated with laser light, and the semiconductor film is heated to 1000 ° C. or higher while the temperature of the substrate is kept below the melting point. A laser annealing method, wherein the semiconductor film is crystallized by being melted and then solidified. 前記処理雰囲気は、前記半導体膜をエッチングする半導体エッチングガスを含む請求項1記載のレーザアニール方法。   The laser annealing method according to claim 1, wherein the processing atmosphere includes a semiconductor etching gas for etching the semiconductor film. 前記半導体エッチングガスは、フッ素系、塩素系又は臭素系のガスである請求項2記載のレーザアニール方法。   The laser annealing method according to claim 2, wherein the semiconductor etching gas is a fluorine-based, chlorine-based or bromine-based gas. 前記処理雰囲気は、前記半導体膜の融点における平衡蒸気圧を大気圧以下にする低蒸気圧ガスを含む請求項1記載のレーザアニール方法。   The laser annealing method according to claim 1, wherein the processing atmosphere includes a low vapor pressure gas that makes an equilibrium vapor pressure at a melting point of the semiconductor film equal to or lower than an atmospheric pressure. 前記レーザ光は、エキシマレーザ、YAGレーザ、YLFレーザ、YVOレーザ、ガラスレーザ、半導体レーザ又はCOレーザの基本波又は高調波である、請求項1記載のレーザアニール方法。 The laser annealing method according to claim 1, wherein the laser light is a fundamental wave or a harmonic of an excimer laser, a YAG laser, a YLF laser, a YVO 4 laser, a glass laser, a semiconductor laser, or a CO 2 laser. 前記レーザ光は、パルス光又は連続光である請求項1記載のレーザアニール方法。   The laser annealing method according to claim 1, wherein the laser light is pulsed light or continuous light. 前記処理雰囲気における水素含有量は、0<H≦100%である請求項1記載のレーザアニール方法。 The laser annealing method according to claim 1, wherein a hydrogen content in the processing atmosphere is 0 <H 2 ≦ 100%. 基板上に形成された半導体膜にレーザ光を照射し、該半導体膜を溶融及び凝固させることにより結晶化させるレーザアニール装置において、
少なくとも前記半導体膜におけるレーザ光の照射部分を覆う範囲に、水素ガスを含み且つ非酸化性の処理雰囲気を供給するガス供給装置を備え、
前記処理雰囲気中で前記半導体膜にレーザ光を照射し、前記基板の温度を融点以下に保持したまま、該半導体膜を1000℃以上に加熱して溶融させその後凝固させることにより、前記半導体膜を結晶化させる、ことを特徴とするレーザアニール装置。
In a laser annealing apparatus for crystallization by irradiating a semiconductor film formed on a substrate with laser light and melting and solidifying the semiconductor film,
A gas supply device that includes a hydrogen gas and supplies a non-oxidizing treatment atmosphere in a range that covers at least a portion irradiated with laser light in the semiconductor film,
The semiconductor film is irradiated with laser light in the processing atmosphere, and the semiconductor film is heated to 1000 ° C. or more and melted and then solidified while maintaining the temperature of the substrate below the melting point. A laser annealing apparatus characterized by crystallizing.
前記処理雰囲気は、前記半導体膜をエッチングする半導体エッチングガスを含む請求項8記載のレーザアニール装置。   The laser annealing apparatus according to claim 8, wherein the processing atmosphere includes a semiconductor etching gas for etching the semiconductor film. 前記処理雰囲気は、前記半導体膜の融点における平衡蒸気圧を大気圧以下にする低蒸気圧ガスを含む請求項8記載のレーザアニール装置。   The laser annealing apparatus according to claim 8, wherein the processing atmosphere includes a low vapor pressure gas that reduces an equilibrium vapor pressure at a melting point of the semiconductor film to an atmospheric pressure or lower. 前記ガス供給装置は、前記半導体膜が形成された基板を内部に収容し基板の収容空間を前記処理雰囲気で満たすチャンバーである請求項8記載のレーザアニール装置。   The laser annealing apparatus according to claim 8, wherein the gas supply device is a chamber that houses a substrate on which the semiconductor film is formed and fills a housing space of the substrate with the processing atmosphere. 前記ガス供給装置は、前記収容空間内の処理雰囲気を強制対流させるファンを有する請求項11記載のレーザアニール装置。   The laser annealing apparatus according to claim 11, wherein the gas supply device has a fan for forcibly convection of a processing atmosphere in the accommodation space. 前記ガス供給装置は、前記半導体膜におけるレーザ光の照射部分及びその周囲の限定的な範囲にのみ前記処理雰囲気を供給するガス吹き付け装置である請求項8記載のレーザアニール装置。   The laser annealing apparatus according to claim 8, wherein the gas supply apparatus is a gas spraying apparatus that supplies the processing atmosphere only to a limited area around the irradiated portion of the semiconductor film and a surrounding area thereof. 前記レーザ光の光路上に、前記レーザ光を線状ビームに整形するビーム整形光学系を備え、該ビーム整形光学系は、前記線状ビームの長軸方向及び/又は短軸方向のエネルギー分布を均一化するホモジナイザを含む、請求項8記載のレーザアニール装置。   A beam shaping optical system for shaping the laser light into a linear beam is provided on the optical path of the laser light, and the beam shaping optical system has an energy distribution in a major axis direction and / or a minor axis direction of the linear beam. The laser annealing apparatus according to claim 8, comprising a homogenizer for homogenization. 前記ホモジナイザは、前記レーザ光を前記線状ビームの長軸方向及び/又は短軸方向に対応した方向に複数に分割するシリンドリカルレンズアレイ又は導波路と、該シリンドリカルレンズアレイ又は導波路によって分割されたレーザ光を重ね合わせるコンデンサレンズとを有する、請求項14記載のレーザアニール装置。   The homogenizer is divided by a cylindrical lens array or waveguide that divides the laser light into a plurality of directions corresponding to the major axis direction and / or minor axis direction of the linear beam, and the cylindrical lens array or waveguide. The laser annealing apparatus according to claim 14, further comprising a condenser lens that superimposes the laser beams. 前記ホモジナイザは、回折光学素子を含む光学系である、請求項14記載のレーザアニール装置。   The laser annealing apparatus according to claim 14, wherein the homogenizer is an optical system including a diffractive optical element.
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