JP2010141345A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第2高調波に変換されたCWレーザと同時に基本波のCWレーザを半導体膜の同一部分に照射することで、出力の補助を行う。通常、基本波は1μmあたりの波長域に入り、この波長域では半導体膜に対する吸収が低い。しかしながら、可視光線以下の高調波を基本波と同時に半導体膜に照射すると、高調波により溶かされた半導体膜に基本波はよく吸収されるため、アニールの効率が著しく上がる。
【選択図】図1
Description
に含まれることに変わりはない。なお、線状とするのは被照射体に対して十分なアニールを行うためのエネルギー密度を確保するためであり、矩形状や面状であっても被照射体に対して十分なアニールを行えるのであれば構わない。
(a)波長が1μm程度の基本波は通常の半導体薄膜にはあまり吸収されず効率が悪いが、高調波を同時に用いると、高調波により溶かされた半導体薄膜に基本波がよく吸収されて、より半導体膜のアニール効率が良くなる。
(b)波長が1μm程度の基本波を、高調波と同時に半導体膜に照射すると、該半導体膜の急激な温度変化を抑えることや、出力の小さい高調波のエネルギーの補助等に有効である。基本波は、高調波とは異なり波長変換のための非線形光学素子を用いる必要がなく、非常に大出力なレーザビーム、例えば高調波の100倍以上のエネルギーをもつもの、を得ることが可能である。非線形光学素子の対レーザの耐力が非常に弱いために、このようなエネルギー差が生じる。また、高調波を発生させる非線形光学素子は変質しやすく、固体レーザの利点であるメンテフリーの状態を長く保てないなどの欠点がある。よって、本発明により基本波で高調波を補助することは、非常に意義のあることと言える。
(c)被照射体に対して均一にアニールすることを可能とする。特に半導体膜の結晶化や結晶性の向上、不純物元素の活性化を行うのに適している。
(d)スループットを向上させることを可能とする。
(e)以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
本発明の実施形態について図1を用いて説明する。本実施形態では、長いビーム105及び長いビーム106を形成し半導体膜表面104に照射する例を示す。
また、レーザ発振器110の出力は15Wとし、長いビーム105を覆うように長いビーム106を形成する。長いビーム106の短径は、長いビーム105の短径と比較し、長さが10倍異なる。Y軸ロボット109を使って長いビーム105の短径方向に半導体膜104が成膜された基板を走査させることにより、長いビーム105の長径方向、幅150μmの領域に、走査方向に長く延びた単結晶の粒が敷き詰められた状態で形成できるが、前記走査のとき、先に基本波が半導体膜104に照射され、その後、第2高調波が照射され、最後に基本波が再び照射される。これにより、半導体膜104の急激な温度変化を抑えることが可能となる。以下前記領域を長結晶粒領域と称する。このとき、高調波のレーザビームの入射角度は20°以上とする。これにより干渉が抑制されるので、より均一なレーザの照射が可能となる。長いビームの長径は500μm程度であるが、TEM00モードのレーザビームであるため、エネルギー分布がガウシアンであり、ガウシアンの中央付近のみに前記長結晶粒領域ができる。走査速度は数十cm/s〜数百cm/s程度が適当であり、ここでは50cm/sとする。
本実施形態では、基本波を使うことで、実施の形態1で示した第2高調波を成形して得られる長いビームのエネルギー分布をより均一化する例を図2に沿って示す。
平凸レンズの焦点距離はそれぞれ15mmとし、照射面に1mm×0.2mmの楕円形状に近い長いビーム206及び212を形成する。長いビーム206と長いビーム212の両方で長いビーム205を覆うように配置する。
本実施形態では、第2高調波を成形して得られる長いビームを幾つか組み合わせ、より長いビームを形成し、さらに、基本波によりエネルギーの補助を施す例を図4に沿って示す。
本実施形態では、第2高調波を成形して得られる長いビームをガルバノミラー等の偏向手段を用いて、さらに、基本波によりエネルギーの補助を施す例を図5に沿って示す。
また、他の光学系にてそのようなビームを形成してもよい。エネルギー分布を均一するために、ホモジナイザを用いてもよいが、そのときはYAGレーザの干渉性を考慮して、設計しなくてはならない。例えば、レーザビームを分割して合成することでエネルギー分布を平均化する方法がよくホモジナイザでは用いられるが、該方法を用いるときは、レーザのコヒーレント長以上の光路差を分割されたレーザビームそれぞれに付ける等して干渉の発生を抑制することが必要となる。
本実施の形態では、半導体膜とゲート絶縁膜及び導電層を積層した構造を有する部位に、レーザアニールを加える加工段階を含む半導体装置の作製工程について説明する。
また、この半導体膜703に対し、しきい値電圧をプラス側にシフトするにはp型を付与する不純物元素を、マイナス側にシフトさせるにはn型を付与する不純物元素を添加する。
、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)から選ばれた元素又は当該金属元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を堆積する。第1導電膜706と第2導電膜709とを加工してゲート電極を形成するが、その好ましい組み合わせは導電膜706を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2導電膜709をタングステン(W)とする組み合わせ、第1導電膜706を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2導電膜709をTi膜とする組み合わせである。
を有している。その後、図8(C)で示すようにドーピング処理を行う。価電子制御用の不純物イオンを電界で加速して注入するドーピング法では、イオンの加速電圧を適宜調節することにより半導体層703に形成する不純物領域の濃度を異ならせることも可能である。すなわち、第1導電層711の庇部を透過するように高加速電圧で一導電型の不純物イオンを注入して、ゲート電極とオーバーラップする第1不純物領域715を形成し、その後、図8(D)で示すように、第1導電層711の庇部を不純物イオンが透過しない低加速電圧で一導電型のイオンを注入して第2不純物領域716を形成する。このようなドーピング方法により所謂ゲートオーバーラップLDD構造のTFTを形成することができる。
実施の形態5と同様にして、図9(A)で示す水素化の工程までを行う。その後、図10(A)で示すように第3絶縁層719上に、第4絶縁層721を高周波スパッタリング法でシリコンをターゲットとして形成される窒化シリコン膜で形成する。この窒化シリコン膜はバリア性に優れ、酸素や空気中の水分をはじめナトリウム等のイオン性の不純物の侵入を阻止するブロッキング作用を得ることができる。
本実施形態では、実施の形態5と異なる工程でゲートオーバーラップ構造のLDDを有するTFTを作製する方法について示す。なお、以下に説明する本実施形態において、実施の形態5と同じものを指す符号は共通して用いることとして、その共通する符号の説明は省略する。
本実施の形態は、実施の形態1と異なる工程でゲートオーバーラップLDD構造のTFTを作製する態様について示す。なお、以下の説明において、実施の形態1と同じものを指す符号は共通して用い、簡単のためその部位の説明は省略する。
。基板表面に対して入射角が異なるレーザ光717と718を第1不純物領域741と第2不純物領域744が形成された半導体層703に照射する。レーザ光の照射方法及びレーザ照射装置は、例えば、実施の形態1で示すものを適用することができる。すなわち、レーザ光717をLD励起式の10Wのレーザ発振器を光源とする第2高調波(Nd:YVO4レーザ、CW、532nm)とし、レーザ光718を出力30Wのレーザ発振器を光源とする基本波(Nd:YAGレーザ、CW、1.064μm、TEM00)とすることができる。
本実施形態では、ボトムゲート(逆スタガ)型の構造を含む半導体装置の作製方法の一例を示す。
であればリン又はヒ素等の周期律15族元素であり、p型不純物(アクセプタ)
であればボロン等の周期律13族元素である。これらの不純物を適宜選択することによりnチャネル型又はpチャネル型のTFTを作製することができる。また、nチャネル型とpチャネル型のTFTを同一基板上に作り込むことも、ドーピング用のマスクパターンを追加するのみで実施することができる。
実施の形態1乃至9では、a−Si膜にレーザ光を照射して結晶化することを例示したが、本発明はこのような適用に限定されず、例えば、結晶化した半導体膜に対し、さらに本発明に係るレーザ照射方法及びレーザ照射装置を用いてその結晶性の向上並びに改質を図る処理に適用することができる。
代表的にはSiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとしてプラズマCVDにより400℃の基板加熱温度で成膜され窒素含有量が酸素含有量よりも多い又は同程度の第1酸窒化シリコン膜と、SiH4、及びN2Oを反応ガスとしてプラズマCVDにより400℃の基板加熱温度で成膜され酸素含有量が窒素含有量よりも多い第2酸窒化シリコン膜を積層形成する構造である。
実施の形態5乃至10により作製することができる代表的な半導体装置としてマイクロコンピュータの一実施形態を図18を用いて説明する。図18に示すように、0.3〜1.1mmの厚さのガラス基板上に各種の機能回路部を集積してマイクロコンピュータを実現することができる。各種の機能回路部は実施の形態1〜5により作製されるTFTや容量部を主体として形成することが可能である。
Claims (7)
- 半導体膜を形成し、
第1のレーザビーム、第2のレーザビーム、及び第3のレーザビームを照射して前記半導体膜を結晶化し、
前記第1のレーザビームは第2高調波のレーザビームであり、かつ、連続発振のレーザであり、
前記第2のレーザビーム及び前記第3のレーザビームは基本波のレーザビームであり、かつ、連続発振のレーザであり、
前記第1のレーザビームのビームスポットは楕円状又は長方形状であり、
前記第2のレーザビームのビームスポットは、前記第1のレーザビームのビームスポットの長径方向の一方の端部を覆い、
前記第3のレーザビームのビームスポットは、前記第1のレーザビームのビームスポットの長径方向の他方の端部を覆うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 半導体膜を形成し、
第1のレーザビーム及び第2のレーザビームを照射して前記半導体膜を結晶化し、
前記第1のレーザビームは第2高調波のレーザビームであり、かつ、連続発振のレーザであり、
前記第2のレーザビームは基本波のレーザビームであり、かつ、連続発振のレーザであり、
前記第1のレーザビームのビームスポットは楕円状であり、
前記第1のレーザビームは、偏向手段によって前記第1のレーザビームのビームスポットの短径方向に走査され、
前記第2のレーザビームのビームスポットは、前記第1のレーザビームの走査領域を覆うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項2において、
前記第2のレーザビームのビームスポットは、前記第1のレーザビームのビームスポットの短径方向に長い形状であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項2または3において、
前記偏向手段は、ガルバノミラーであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至4のいずれか一において、
前記第1のレーザビームは、YVO4レーザであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至5のいずれか一において、
前記第2のレーザビームは、YAGレーザであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1において、
前記第3のレーザビームは、YAGレーザであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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