JP3511499B2

JP3511499B2 - レーザー処理方法

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Publication number: JP3511499B2
Application number: JP2000191938A
Authority: JP
Inventors: 宏勇張
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2004-03-29
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JP2001035807A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信頼性および量産
性に優れ、ばらつきが小さく、歩留りの高いレーアーア
ニール方法等のレーザー照射による加工方法に関する。
特に、本発明は、アモルファスもしくはそれに近い結晶
性の低い状態の半導体材料、金属材料，絶縁体材料や、
イオン照射、イオン注入、イオンドーピング等によって
ダメージを受け、結晶性が著しく損なわれた各種材料の
レーザーアニール方法、もしくは、レーザー照射に伴う
加熱によって、不純物元素のドーピングをおこなう方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子プロセスの低温化に関
して盛んに研究が進められている。その理由の１つは、
ガラス等の絶縁基板上に、あるいは半導体基板上に絶縁
被膜を形成した上に半導体素子を形成する必要が生じた
からである。これらの半導体素子の形成には、熱的な処
理が必要とされていた。例えば、アモルファス状態もし
くはそれと同等な結晶性の低い状態の半導体被膜を熱に
よって結晶化させることや、絶縁膜や半導体膜中の不対
電子（ダングリングボンド）等を減らすために熱処理を
おこなうことには、１０００℃程度の熱処理が必要とさ
れた。

【０００３】しかしながら、ガラス基板上に素子を形成
するのであれば、ガラス基板がそのような高温の熱処理
に耐える必要があり、また、半導体等の基板上にさらに
半導体素子を立体的に形成する場合にも、下層の素子が
低融点金属の配線を有していれば高温処理は不可能であ
った。

【０００４】このような場合に、レーザー照射によっ
て、局所的に必要とする高温状態をつくり出し、基板や
他の配線にダメージを与えない処理方法（レーザーアニ
ールを含む）は究極の低温プロセスと注目されている。
特に、１μｓｅｃ以下の短パルスのレーザー光の照射で
は、熱の伝導によって他の部分に影響が出ることがほと
んどないため理想的である。なかでも、エキシマーレー
ザーは、紫外光であるので多くの材料に効率よく吸収さ
れることと大きなエネルギーが得られることから最も実
用的であると考えられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
レーザー処理の条件は極めて難しいとされ、その結果、
レーザー処理技術は非常にばらつきが大きくて、充分な
信頼性が得られず、到底実用化には到らないとされてい
た。本発明の目的は、従来のレーザー処理方法を改善す
ることによって、安定して必要とする特性が得られるレ
ーザー処理技術を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザー処理装
置の例は、図１に示すように、少なくとも２段のレーザ
ー装置、すなわち、発振器１と少なくとも１段の増幅器
２からなり、これらのレーザー装置は同期して駆動する
ようにトリガーパルス発振回路（もしくは、それと同等
な機能を有して、レーザー装置を制御する回路）３が設
けられている。そして、発振器１と増幅器２は、それぞ
れケーブル１０、１１によってトリガーパルス発振回路
３と接続されている。

【０００７】各レーザー装置には、放電電極やフラッシ
ュランプ等の励起装置４、５が設けられており、トリガ
ーパルス回路からの信号によって、放電したり、発光し
たりし、レーザー媒体を励起するようになっている。こ
のような構成を有する装置において、発振器１のミラー
６は全反射ミラーであり、また、ミラー７はハーフミラ
ーである。この１対のミラーによって、レーザー媒体の
内部で発生したコヒーレント光の一部が共振し、増幅さ
れる。図においては、発振器のレーザー共振器は半共焦
点型が示されているが、それ以外にも、平行平板型であ
っても、共焦点型であっても、不安定形であってもよ
い。増幅器の共振器についても同様であるが、増幅器で
は帰還率を下げる必要がある。帰還率が大きければ、レ
ーザー媒体を励起することによって、自発的に発振して
しまうからである。

【０００８】一方、増幅器２の光学素子８、９はハーフ
ミラーもしくは通常の透明な材料で、主として発振器か
ら導かれたレーザー光を透過する必要がある。増幅器２
では、発振器で発生したレーザー光が増幅される。

【０００９】従来、このような装置においては、発振器
１と増幅器２とがほぼ同時に、すなわち、レーザーパル
ス幅（以下、特に断らない場合は、パルス幅は、パルス
の半値幅（ＦＷＨＭ）のことである。）の１／２以下の
同期ずれ（エキシマーレーザーでは典型的には１０ｎｓ
ｅｃ以下）で励起された。このような同期方法では、得
られるレーザーパルスは単発のパルス高（最大パワー）
の大きなビームであった。すなわち、図２（Ｄ）に示す
ように、発振器で発生したレーザーパルスが増幅器でそ
のまま増幅された。最終的なパルス高は、発振器の出力
に増幅器の増幅利得を乗じて得られるものであった。

【００１０】図３には各種レーザーパルスの形状および
それらのレーザーパルスが照射された物体表面における
温度変化の概念図が示されているが、従来の同期方法に
よって得られるレーザーパルスは図中にて実曲線Ａおよ
びＣで示される。そして、その結果の温度変化は、それ
ぞれ、点曲線Ｂ、Ｄで示される。パルスＡはパルスＣよ
りもパルス高は高いが、パルス幅はほとんど同じ（ｔ₁
≒ｔ₃）であった。

【００１１】しかしながら、これらのパルスを用いて物
体表面を処理するには別の条件も考慮せねばならなかっ
た。例えば、アモルファスシリコンをレーザー照射によ
って結晶化させる場合には、レーザー照射による温度上
昇が不十分でも、また、過剰であっても充分な特性が得
られなかった。また、最適な温度の持続時間が短すぎて
もいけなかった。

【００１２】例えば、パルスＡの場合には、パルス高が
高いので温度上昇が大きい。したがって、結晶化に最低
限必要な温度（点鎖線）の持続時間はｔ₂と、よりパル
ス高の低いパルスＣよりも長い。しかしながら、その時
間の多くの部分で結晶化最適温度の上限を越えている。
このような条件では、加熱によって溶融状態となり、結
晶化は、溶融状態から結晶化最適温度に達するまでの短
い時間にしか起こらない。結局、実質的な結晶化のため
の時間はごく短い。

【００１３】一方、パルスＣでは、パルス高が低いので
被照射面が溶融状態となることはないが、結晶化最適温
度帯にある時間ｔ₄は短い。

【００１４】理想的には、パルス高を結晶化最適温度帯
の中にあるようにし、かつ、その間にある時間を長くす
るために、パルス幅を長くすることが有効である。アモ
ルスファス状態やそれに近い結晶性の低い状態のシリコ
ンの結晶化には、パルス幅は３０ｎｓｅｃ以上、可能で
あれば１００ｎｓｅｃ以上であることが望まれる。パル
ス高は、パワー密度を光学素子によって増減することに
よって調節することができる。しかし、パルス幅はレー
ザー固有のものであるのでこれを増減させることは難し
い。わずかに電極の構造を変える等の工夫によって放電
状態を変更することによってのみ可能である。

【００１５】この問題を解決するために、本発明では、
発振器と増幅器の同期をずらすことによって複数のパル
スの混合した状態をつくり出し、実質的にパルス幅が長
くなるようにする。同期のずれは、パルス幅の０．５〜
５倍が適当であった。

【００１６】図２を用いて、本発明の原理を説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、発振器にのみトリガー
パルス（第１の信号）を印加する。この結果、発振器内
にレーザー光が発生し、それが増幅器の方へ進行する。
しかし、増幅器にはトリガーパルスが印加されていない
ので、増幅器のレーザー媒体は励起状態でなく、したが
って、増幅器に進入したレーザー光は増幅されることな
く、増幅器を透過する。特に、レーザー媒体として、希
ガスダイマーエキシマー、あるいは希ガスハライドエキ
シマーを用いた場合には、これらのエキシマーの基底状
態は存在しないので、発振器から侵入した光はほとんど
吸収を受けないで（減衰しないで）レーザー媒体の中を
進行するので都合がよい。出力は図３の実曲線Ｅのよう
に立ち上がり、ａの点で極大となる。

【００１７】しばらくすると、発振器内で共振していた
レーザー光は減衰する。そして、この状態で増幅器へ進
入したレーザー光もやはり増幅器をそのまま透過する
（図２（Ｂ））。そして、図３の点曲線Ｅ上の点ｂで、
図２（Ｃ）に示すようにトリガーパルス（第２の信号）
を増幅器のみに印加すると、発振器に残っていた弱いレ
ーザー光は、増幅器で増幅されて、図３の点曲線Ｅ上の
点ｃで極大となる。図３に示されたように、点曲線Ｅの
２つのピークは、ほぼ同じ高さである。

【００１８】この結果、レーザーパルスは二こぶ状のも
の（即ち、２つのピークを有するパルス）となり、実質
的なレーザーパルス幅は図中にｔ₅に示される長いもの
となる。また、その結果、被照射面の温度も図３の点曲
線Ｆに示されるような挙動を示し、結晶化最適温度帯に
ある時間を長くすることができる。

【００１９】即ち、本明細書で開示する本発明の構成
は、レーザー発振器に設けられた第１のレーザー媒体の
励起手段に第１の信号を印加し、前記第１のレーザー媒
体が励起し、第１のレーザーパルスを形成し、レーザー
増幅器に設けられた第２のレーザー媒体の励起手段に前
記第１の信号と同期しない第２の信号を印加し、前記第
２のレーザー媒体が励起し、第２のレーザーパルスを形
成し、前記第１のレーザーパルスと前記第２のレーザー
パルスを合成して被照射体に照射するレーザー処理方法
であって、前記第１のレーザーパルスと前記第２のレー
ザーパルスを合成して、複数のピークを形成することを
特徴とするレーザー処理方法である。

【００２０】レーザーパルスの形状は、同期のずれの程
度や発振器と増幅器の励起の強度によって比較的自由に
変更できる。図４にはその例を示す。図４（ａ）は、従
来におこなわれたように発振器と増幅器の同期をほぼ同
じとした場合であり、パルス高の高い単パルスである。

【００２１】発振器を発振させてから、レーザーパルス
幅の時間が経過した後に増幅器を励起した場合は図４
（ｂ）に示される。図４（ｂ）には、２つのピークを有
したパルスが示されており、最初のピークの高さは、他
のピークの高さより低い。また、発振器を発振させてか
ら、レーザーパルス幅の約２倍の時間が経過した後に増
幅器を励起した場合は図４（ｃ）に示される。図４
（ｃ）には、２つのピークを有したパルスが示されてお
り、最初のピークの高さは、他のピークの高さより高
い。

【００２２】また、発振器の励起を弱く、増幅器の励起
を強くし、発振器を発振させてから、レーザーパルス幅
の約２倍の時間が経過した後に増幅器を励起した場合は
図４（ｄ）に示される。このようなパルスでは、最初の
小さなパルスで、比較的エネルギーを必要としない処理
をおこない、次のの大きなパルスで大エネルギーを必要
とする処理をおこなう。例えば、水素を多量に含んだア
モルファスシリコン膜を結晶化させるには、最初から大
きなエネルギーのレーザーを照射すると、含まれている
水素が急激に膨張して、膜が破壊されるので、最初は弱
いエネルギーのレーザー照射によって水素を抜き、その
後、結晶化に充分なエネルギーのパルスを照射して結晶
化をおこなう必要がある。従来は、この工程を２段階の
パルス照射によっておこなっていたが、本発明では図４
（ｄ）のようなパルスを作製して用いることによって、
１段階のレーザー照射で成し遂げることができる。

【００２３】以上の例は２段のレーザー装置を使用した
場合であるが、３段のレーザー装置を使用した場合には
図４（ｅ）のようになる。図４（ｅ）には、３つのピー
クを有したパルスが示されており、最初のピークの高さ
は、他のピークの高さより高い。より多段のレーザー装
置を接続することによって、より多数のピークを形成
し、実質的なパルス幅をさらに長くすることができる。
本発明のレーザー処理方法の第２の例は、図５に示され
るような複数のレーザー装置（発振器として機能する）
が並列に設置されたものを用い、これらのレーザー装置
の励起・発振の同期を調整することによって、レーザー
パルスの形状を図４の（ａ）〜（ｅ）のように任意に変
更することによって、実質的なパルス幅を最適なものと
するものである。

【００２４】すなわち、図５では３つのレーザー発振器
５２、５３、５４が並列に設けられ、これらの出力ビー
ムはミラー５８、５９、６０等で１つに収束させられ
て、被照射面に照射される。各レーザー装置は、トリガ
ーパルス発振回路等の制御装置５１とケーブル５５、５
６、５７によって接続され、その発振のタイミングが制
御される。

【００２５】この方式では、各レーザーは独立に発振す
るので、レーザーパルスを複数の離散したものとするこ
とも可能である。その例を図６に示す。図６には、同じ
高さのピークが複数示されている。例えば、各パルスの
間隔は、図６のように一定の時間Δｔで全て等しくして
もよいし、異なるようにしてもよい。図６において、実
曲線はパルスのエネルギーの変化を、点曲線は被照射面
の温度変化をそれぞれ示す。特に、被照射面を２５０℃
以上に保った状態で、Δｔ＝５０〜２００ｎｓｅｃで、
レーザー照射をおこなうと、被照射面の温度は、極めて
長い間、５００〜１０００℃の間に保たれる。しかしな
がら、この方法では複数のレーザー光を１本に収束しな
ければならず、特に、高エネルギー光を使用するため、
ハーフミラー５９等の設計が難しい。

【００２６】本発明においては、レーザー装置として
は、量産性が優れたものが好ましく、例えば、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザー（１．０６μｍ）、炭酸ガスレーザー（赤
外光）、エキシマーレーザー（紫外光）等がよい。これ
らのレーザーの選択にあたっては、被照射面の各レーザ
ー光に対する吸収係数等を考慮して選択すればよい。エ
キシマーレーザーとしては、Ａｒ₂レーザー（１２６ｎ
ｍ）、Ｋｒ₂レーザー（１４６ｎｍ）、Ｘｅ₂レーザー
（１７２ｎｍ）、ＡｒＦレーザー（１９３ｎｍ）、Ｋｒ
Ｃｌレーザー（２２２ｎｍ）、ＫｒＦレーザー（２４８
ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザー（３０８ｎｍ）、ＸｅＦレー
ザー（３５１ｎｍ）等が使用できる。

【００２７】一般に、エキシマーレーザーは本来のパル
ス幅が小さいが、これはレーザー媒体であるエキシマー
の寿命が短いためである。すなわち、エキシマーから基
底状態への遷移は紫外光領域であるので、非常にエネル
ギーが高い。励起状態の寿命は他の条件が同じであれ
ば、遷移エネルギーの３乗に比例する。したがって、波
長の短いレーザーほどパルス幅が短くなる傾向がある。
しかし、このことは逆に、長波長のエキシマーレーザー
ではパルス幅が長くなるということでもある。例えば、
ＸｅＦレーザーでは、上記の理由からパルス幅が大きい
（４０ｎｓｅｃ程度）ので、本発明によって、実質的な
パルス幅をさらに増加させることが可能であり、より一
層、良好な効果を得ることができる。しかしながら、発
振波長が長くなるので使用条件は制約を受ける。

【００２８】

【実施例】〔実施例１〕絶縁基板（コーニング７０５
９ガラス）上に、スパッタ法によって厚さ１００ｎｍの
酸化珪素膜を形成し、さらに、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）
を原料として、減圧ＣＶＤ法によってシリコン膜を、厚
さ５０〜８０ｎｍ堆積した。この成膜過程において、基
板温度は４５０℃とした。得られたシリコン膜は多数の
微結晶領域の存在する結晶性の低い膜であった。また、
水素濃度は０．５〜５％であった。

【００２９】この被膜に本発明のレーザー照射をおこな
って、結晶性のよいシリコン膜とした。レーザーとして
は、ＫｒＦエキシマーレーザーを使用した。単独で使用
した場合のレーザーパルスの幅は１７ｎｓｅｃであっ
た。このレーザー装置を２台連結して、発振器と増幅器
とした。そして、発振器を励起してから、１５ｎｓｅｃ
後に増幅器を励起した。発振器、増幅器とも印加電圧は
３７ｋＶと等しくした。得られたパルスの波形は図４
（Ｃ）に示されるものとほぼ同じでパルス幅は約３５ｎ
ｓｅｃであった。また、１パルスあたりのエネルギーは
１．１Ｊであった。このようにして出力されたレーザー
光をレンズ等で拡大して、エネルギー密度を２５０〜３
５０ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは２８０〜３２０ｍＪ／ｃ
ｍ²として、前記シリコン膜に５ショット照射したとこ
ろ、シリコン膜の結晶性が向上したことが認められた。
このようにして作製したシリコン膜を用いて、薄膜トラ
ンジスタを作製して、高い電界移動度（１５０ｃｍ²／
Ｖｓ以上）が得られた。

【００３０】なお、本実施例では、レーザー照射時の基
板温度は室温としたが、特願平４−１００４７９（平成
４年３月２６日出願）に記述されているように、基板を
２５０〜５００℃、好ましくは３００〜４００℃程度に
加熱しておくとより容易に効果を得ることができる。

【００３１】〔実施例２〕絶縁基板（コーニング７０
５９ガラス）上に、スパッタ法によって厚さ１００ｎｍ
の酸化珪素膜を形成し、さらに、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）を原料として、減圧ＣＶＤ法によってシリコン膜
を、厚さ５０〜８０ｎｍ堆積した。この成膜過程におい
て、基板温度は２５０℃とした。得られたシリコン膜は
アモルファス状態の膜であった。また、水素濃度は１０
〜３０％であった。

【００３２】この被膜に本発明のレーザー照射をおこな
って、結晶性のよいシリコン膜とした。レーザーとして
は、ＫｒＦエキシマーレーザーを使用した。単独で使用
した場合のレーザーパルスの幅は１７ｎｓｅｃであっ
た。このレーザー装置を２台連結して、発振器と増幅器
とした。そして、発振器を励起してから、１５ｎｓｅｃ
後に増幅器を励起した。発振器、増幅器の印加電圧は、
それぞれ、３０ｋＶ、３８ｋＶとし、発振器から発生す
る初期のパルスの出力を弱く、増幅器から発生するパル
ス出力が大きくなるようにした。得られたパルスの波形
は図４（Ｄ）に示されるものとほぼ同じで、最初のパル
スの高さは、２つ目のパルスの１／４〜１／２であっ
た。また、パルス幅は約４０ｎｓｅｃであった。また、
１パルスあたりのエネルギーは６５０ｍＪであった。こ
のようにして出力されたレーザー光をレンズ等で拡大し
て、エネルギー密度を２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ²、好
ましくは２８０〜３２０ｍＪ／ｃｍ²として、前記シリ
コン膜に５ショット照射したところ、シリコン膜の結晶
性が向上したことが認められた。

【００３３】通常は、水素を多量に含むシリコン膜をレ
ーザー照射によって結晶化させる場合には、事前に４０
０〜５００℃の温度で２〜１０時間保持するか、比較的
弱い出力（１００〜２００ｍＪ／ｃｍ²）のレーザー光
を照射して、膜中に含まれている水素を離脱させる工程
を経る必要がある。しかし、本実施例では、パルスが、
弱いパルスと強いパルスによって構成されているので、
最初の弱いパルスによって水素離脱をおこない、直後に
強いパルスによって結晶化させることができた。このよ
うにして作製したシリコン膜を用いて、薄膜トランジス
タを作製して、高い電界移動度（１５０ｃｍ²／Ｖｓ以
上）が得られた。

【００３４】〔実施例３〕絶縁基板（コーニング７０
５９ガラス）上に、スパッタ法によって厚さ１００ｎｍ
の酸化珪素膜を形成し、さらに、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）を原料として、減圧ＣＶＤ法によってシリコン膜
を、厚さ１００〜１５０ｎｍ堆積した。この成膜過程に
おいて、基板温度は２５０℃とした。得られたシリコン
膜はアモルファス状態の膜であった。最後に、スパッタ
法によって、厚さ１０〜５０ｎｍの酸化珪素膜を堆積し
た。そして、この被膜を６００℃の還元雰囲気中に２４
時間放置し、結晶化させた。さらに、イオンドーピング
法によって２×１０¹⁵ｃｍ^-2のドーズ量でリンもしくは
ホウソを注入した。この注入工程によって被膜の結晶性
は劣化した。

【００３５】この被膜に本発明のレーザー照射をおこな
って、再結晶化させた。レーザーとしては、ＫｒＦエキ
シマーレーザーを使用した。単独で使用した場合のレー
ザーパルスの幅は１７ｎｓｅｃであった。このレーザー
装置を２台連結して、発振器と増幅器とした。そして、
発振器を励起してから、１５ｎｓｅｃ後に増幅器を励起
した。発振器、増幅器の印加電圧は、いずれも、３８ｋ
Ｖとした。得られたパルスの波形は図４（Ｃ）に示され
るものとほぼ同じであった。また、パルス幅は約４０ｎ
ｓｅｃであった。また、１パルスあたりのエネルギー
は、１．１Ｊであった。このようにして出力されたレー
ザー光をレンズ等で拡大して、エネルギー密度を２５０
〜３５０ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは２８０〜３２０ｍＪ
／ｃｍ²として、前記シリコン膜に５ショット照射した
ところ、シリコン膜の結晶性が向上したことが認められ
た。

【００３６】同一基板上の１００箇所に関して、シート
抵抗を測定したところ、３００Ω／□以下のシート抵抗
を示すものが全体の８５％、３５０Ω／□以下のシート
抵抗を示すものが、全体の９５％であった。また、全て
のものがシート抵抗１ｋΩ／□以下であった。このこと
から、本実施例で、シート抵抗に関する不良を著しく低
減できることが明らかになった。

【００３７】〔実施例４〕シリコン基板（ｎ型、抵抗
率１〜３Ω・ｃｍ）上に、テトラ・エトキシ・シラン
（ＴＥＯＳ）と酸素ガスを原料として、プラズマＣＶＤ
法によって、厚さ１００〜１５０ｎｍの酸化珪素膜を堆
積した。この成膜工程において、基板温度は２５０℃と
した。得られた酸化珪素膜中には炭素が多量（０．１〜
１％）に含まれており、そのままではゲイト酸化膜とし
ては使用できないレベルのものであった。このような酸
化珪素膜は６００℃以上の酸化雰囲気でアニールして炭
素を離脱させることによって、ゲイト酸化膜として使用
できる程度にまで界面準位密度を低減せしめることが可
能である。しかし、この方法では基板として、６００℃
のアニールでもちぢみのないものが必要とされるが、多
く使用されている無アルカリガラスは使用に耐えない。

【００３８】このような方法に代わって、レーザーを照
射する方法が提案されている（特願平４−２５２２９６
（平成４年８月２７日出願））。しかし、従来の方式で
は、レーザーパルスの幅が短かったために、最適な条件
を再現性良く得ることが困難であった。そこで、本実施
例では、本発明によって実質的にパルス幅の拡がったレ
ーザー光を照射することによって、この困難を解決でき
ることを示す。

【００３９】前記酸化珪素被膜に本発明のレーザー照射
をおこなって、脱炭素をおこなった。レーザーとして
は、ＸｅＦエキシマーレーザーを使用した。単独で使用
した場合のレーザーパルスの幅は４０ｎｓｅｃであっ
た。このレーザー装置を２台連結して、発振器と増幅器
とした。そして、発振器を励起してから、４０ｎｓｅｃ
後に増幅器を励起した。発振器、増幅器の印加電圧は、
いずれも、３８ｋＶとした。得られたパルスの波形は図
４（Ｃ）に示されるものとほぼ同じであった。また、パ
ルス幅は約８０ｎｓｅｃであった。また、１パルスあた
りのエネルギーは１．１Ｊであった。このようにして出
力されたレーザー光をレンズ等で拡大して、エネルギー
密度を２００〜３００ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは２５０
〜２８０ｍＪ／ｃｍ²として、前記酸化珪素膜に５ショ
ット照射した。

【００４０】この酸化珪素膜上に、電子ビーム蒸着法に
よってアルミニウム電極を蒸着し、酸化珪素膜のＣＶ特
性を測定したところ、ヒステリシスのない良好なＣＶ特
性が得られた。また、電極と基板に１５０℃で＋１７Ｖ
もしくは−１７Ｖの直流電圧を２時間印加して、ＣＶ曲
線の変動を調べたところ、シフトは±０．５Ｖ以内であ
った。結果として、非常に特性の優れた酸化珪素膜を得
ることができた。

【００４１】〔実施例５〕絶縁基板（コーニング７０
５９ガラス）上に、スパッタ法によって厚さ１００ｎｍ
の酸化珪素膜を形成し、さらに、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）を原料として、減圧ＣＶＤ法によってシリコン膜
を、厚さ１００〜１５０ｎｍ堆積した。この成膜過程に
おいて、基板温度は２５０℃とした。得られたシリコン
膜はアモルファス状態の膜であった。最後に、スパッタ
法によって、厚さ１０〜５０ｎｍの酸化珪素膜を堆積し
た。そして、この被膜を６００℃の還元雰囲気中に２４
時間放置し、結晶化させ、表面の酸化珪素膜を除去し
た。

【００４２】そして、特願平３−２８３９８１（平成３
年１０月４日出願）に記述されるようにこの被膜にジボ
ランもしくはフォスフィン雰囲気で、本発明のレーザー
照射をおこなって、不純物ドーピングをおこなった。レ
ーザーとしては、ＫｒＦエキシマーレーザーを使用し
た。単独で使用した場合のレーザーパルスの幅は１７ｎ
ｓｅｃであった。このレーザー装置を３台、図５に示す
ように並列に配置して、それぞれのレーザーの発振の開
始を、例えば６０ｎｓｅｃずらして発振させた。これら
のレーザーの印加電圧は、いずれも、３８ｋＶとした。
得られたパルスの波形は図６に示されるものとほぼ同じ
であった。このようにして出力されたレーザー光をレン
ズ等で拡大して、エネルギー密度を２５０〜３５０ｍＪ
／ｃｍ²、好ましくは２８０〜３２０ｍＪ／ｃｍ²とし
て、前記シリコン膜に５ショット照射したところ、シリ
コン膜にホウソもしくはリンが不純物として拡散された
ことが認められた。

【００４３】同一基板上の１００箇所に関して、シート
抵抗を測定したところ、３００Ω／□以下のシート抵抗
を示すものが全体の８０％、３５０Ω／□以下のシート
抵抗を示すものが、全体の９０％であった。また、全て
のものがシート抵抗２ｋΩ／□以下であった。このこと
から、本実施例で、シート抵抗に関する不良を著しく低
減できることが明らかになった。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によって、従来、レーザーアニール等のレーザー処理に
は、非常に使いにくかったパルスレーザー装置（特にエ
キシマーレーザー）を使いやすくすることができた。実
施例に示したように、本発明によって最適なレーザーア
ニール等のレーザー処理をおこない、よって、ばらつき
が少なく信頼性の高い半導体膜等を得ることができた。

【００４５】上記の実施例はほんの一例であり、例え
ば、特願平３−８０８００（平成３年３月１８日出
願）、特願平３−２８３９８１（平成３年１０月４日出
願）、特願平３−２９０７１９（平成３年１０月８日出
願）、特願平４−１００４７９（平成４年３月２６日出
願）、特願平４−１６４３０３（平成４年５月２９日出
願）、特願平４−２３７７６３（平成４年８月１２日出
願）、特願平４−２５２２９６（平成４年８月２７日出
願）等の特許出願に記述された各種のレーザー照射技術
と組み合わせると相乗的に効果を得ることができる。こ
のように本発明は工業上、有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザー処理装置の概念図を示す。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）本発明のレーザー処理装置の
動作例を示す。（Ｄ）従来のレーザー処理装置の動作例を示す。

【図３】本発明および従来のレーザー処理方法で得られ
たレーザーパルス（実曲線）および被照射面の温度変化
（点曲線）を示す。

【図４】本発明で得られるレーザーパルス等を示す。

【図５】本発明のレーザー処理装置の概念図を示す。

【図６】本発明で得られるレーザーパルス例を示す。

【符号の説明】

１レーザー装置（発振器）２レーザー装置（増幅器）３トリガーパルス発振回路４、５レーザー媒体励起手段６全反射ミラー７ハーフミラー８、９ハーフミラーもしくは透明材料１０、１１ケーブル

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー発振器によって励起されたパル
ス幅ｔの第１のパルスレーザー光をレーザー増幅器に入
射し、前記励起させてから前記パルス幅ｔの０．５〜５倍の時
間経過後に前記レーザー増幅器を励起し、前記第１のパ
ルスレーザー光を増幅して第２のパルスレーザー光に
し、前記第２のパルスレーザー光を１０〜３０％の水素の濃
度を有するアモルファスシリコン膜に照射するレーザー
処理方法において、前記第２のパルスレーザー光は、パルスのピークの高さ
が前記第１のパルスレーザー光と同じである第１のピー
クを有し、前記第１のピークの高さは、他のピークの高さの１／４
から１／２であることを特徴とするレーザー処理方法。
【請求項２】請求項１において、前記他のピークは、前記レーザー増幅器によって形成さ
れることを特徴とするレーザー処理方法。