JP3949362B2 - 半導体デバイスの作製方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体デバイスの作製工程におけるレーザー光照射処理（いわゆる、レーザーアニール法）に関する。特に、本発明は、１部もしくは全部が非晶質成分からなる半導体材料、あるいは、実質的に真性な多結晶の半導体材料に対してレーザー光を照射することによって、該半導体材料の結晶性を向上せしめる方法に関する。
【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。その大きな理由は、ガラス等の絶縁基板上に半導体素子を形成する必要が生じたからである。その他にも素子の微小化や素子の多層化に伴う要請もある。
【０００３】
半導体プロセスにおいては、半導体材料に含まれる非晶質成分もしくは非晶質半導体材料を結晶化させることや、もともと結晶性であったものの、イオンを照射したために結晶性が低下した半導体材料の結晶性を回復することや、結晶性であるのだが、より結晶性を向上させることが必要とされることがある。このような目的のために、レーザー光照射技術（レーザーアニール技術とも言う）が提案されている。レーザー光の照射に関しては、大きく分けて２つの方法が提案されている。
【０００４】
第１の方法はアルゴンイオン・レーザー等の連続発振レーザーを用いたものであり、スポット状のビームを半導体材料に照射する方法である。これはビーム内部でのエネルギー分布の差、およびビームの移動によって、半導体材料が溶融した後、緩やかに凝固することによって半導体材料を結晶化させる方法である。
この方法の問題点は、結晶成長に適した速度でスポット状のレーザー光を走査するために、処理能力が低いことである。
【０００５】
第２の方法はエキシマーレーザーのごときパルス発振レーザーを用いて、大面積、大エネルギーのレーザーパルスを半導体材料に照射し、半導体材料を瞬間的に溶融させ、凝固させることによって半導体材料を結晶化させる方法である。この方法ではレーザーのビームスポットが大きいこともあり、処理能力に優れ、スループットが高いという特色を有する。この方法に用いられるエキシマーレーザーは、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレーザー（波長３５３ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）等である。これらのレーザーはパルスのエネルギーが大きく、かつ、投入電力からレーザー光に変換される効率が高い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パルスレーザー光による溶融凝固過程は、レーザービームスポットのいたるところで発生するため、結晶成長の方向性がなく、結晶粒界がランダムに発生し、結晶間の歪みが膜の不規則な隆起をもたらす。この隆起はリッジと呼ばれ、凹凸は膜厚の０．５〜２倍にも及び、パルスレーザーによるレーザー光照射の工程においては避けられない現象であった。この点、連続発振レーザーでは、溶融凝固の過程で歪み緩和のために十分な空間的、時間的な余裕があるため、リッジのようなランダムな膜の隆起は見られなかった。
【０００７】
リッジの程度は半導体膜の結晶状態にも大きく依存した。特に、固相成長法によって結晶化させた半導体材料に対してレーザー光照射をおこなった場合では、非晶質材料に対してレーザー光照射をおこなった場合に比較してリッジが激しくなる傾向にあった。これは、リッジの高さ（凹凸の程度）が結晶の大きさに依存することと関係する。すなわち、固相成長法によって、既にある程度の大きさの結晶が得られている膜にさらにレーザー光照射をおこなうと、より大きな結晶が生じるためである。
【０００８】
一方、非晶質状態の膜にレーザー光照射をおこなった場合に得られる結晶の大きさはより小さく、したがって、リッジの凹凸も小さい。なお、ニッケル等の非晶質珪素の結晶化を促進する元素を添加して結晶化させた多結晶珪素膜にレーザー光を照射すると、さらに大きな結晶が得られるため、リッジも極めて凹凸の激しいものとなった。
特に、ＴＦＴ等の絶縁ゲイト型素子のゲイト電極の下の半導体膜の表面にこのようなリッジが現れると、リッジの突起部分に電界が集中し、また、リッジ部分のゲイト絶縁膜が薄くなり、リーク電流が発生し、また、絶縁破壊を起こしやすくなり、薄膜トランジスタの特性、信頼性が低下する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この問題を解決する目的で成されたものである。本発明においては、レーザー結晶化工程を２度に分けておこない、しかも、最初のレーザー光照射のエネルギー密度は後のレーザー光照射のエネルギー密度よりも低くすること、および、最初のレーザー光照射は１００Ｐａ以下の真空中、好ましくは１Ｐａ以下の真空中でおこなうことによって、リッジの発生を抑制する。２回目のレーザー照射は真空中でも大気中でもよい。
【００１０】
本発明においては、真空中でレーザー光照射をおこなうことを特徴とし、この工程を有することにより、リッジを抑制できることが分かっている。そのメカニズムについては明らかではない。１回目および２回目のレーザー光のエネルギー密度は、結晶化をおこなう半導体材料と、使用するレーザー光によって異なるが、２回目のレーザー光のエネルギー密度は１回目のものの１．３倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であるとさらに好ましい。
【００１１】
例えば、非晶質珪素膜において、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用いた場合には、１回目のレーザー光照射のエネルギー密度は１５０〜２５０ｍＪ／ｃｍ2 、また、２回目のレーザー光照射のエネルギー密度は２５０〜４００ｍＪ／ｃｍ2 が好ましい。ＫｒＦエキシマレーザー以外に、ＸｅＣｌエキシマーレーザー（波長３０８ｎｍ）でも、ほぼ同じ範囲のエネルギー密度の照射をおこなうことによって同様な結果が得られた。また、１回目および２回目のレーザー光照射の際の基板温度としては、室温〜５５０℃、特に１５０〜５５０℃が好ましい。特に基板温度が高いほど、結晶の欠陥が緩和される傾向がある。
【００１２】
２回目のレーザー光照射は、真空中でも、大気中および酸素雰囲気中においておこなってもよい。量産性を考えれば、１回目および２回目とも同じチャンバーにおいて真空中においておこなうことが好ましい。特に真空チャンバー内においては基板加熱が容易におこなえる。ある程度の圧力の雰囲気においては基板加熱をおこなう際にはガスの対流の影響を考慮せねばならず、１００Ｐａ以上の雰囲気で３５０℃以上に基板を加熱する場合は、チャンバー全体を加熱することと同じであり、装置が大掛かりなものとなる。
【００１３】
しかし、一方で、大気中もしくは酸素雰囲気中でおこなった場合にもメリットがある。この場合には、結晶粒界に多く存在する不対結合手が酸素によってターミネートされるので、高い電界によっても特性が向上して劣化しにくい半導体材料が得られる。このような半導体材料は絶縁ゲイト型素子、例えば、薄膜トランジスタに利用した場合には、特性および信頼性の向上に寄与する。
【００１４】
なお、２回目のレーザー照射を大気中あるいは酸素雰囲気中でおこなう場合には、同じチャンバーを用いると、１回目のレーザー照射後のガスの導入によって、基板温度の変動が生じ、基板温度が設定された値に戻るまで待機せねばならず、この面の量産性を改善する必要がある。この点については図４（Ａ）に示すマルチチャンバーを備えたレーザーアニール装置を用いることによって解決することができる。
【００１５】
図４（Ａ）に示すマルチチャンバーは、真空専用のチャンバーとＯ2 専用のチャンバーとを有している。搬入／搬出チャンバーよりセットされた基板は、このマルチチャンバー内において自動搬送装置によって移動させられる。まず、基板は予備室に移送され、ここで、真空排気された後、チャンバー１に移送される。そして、チャンバー１において１回目のレーザー照射がなされる。そして再び、予備室に移送される。予備室には適当な圧力の酸素が充填される。その後、チャンバー２に移送される。チャンバー２は、酸素雰囲気に保たれている。そして、チャンバー２において２回目のレーザー照射がなされる。その後、基板は、予備室を経て搬入／搬出チャンバーに戻り、一連のレーザー照射が完了する。以上は１枚の基板の移動について述べたものであるが、予備室、チャンバー１および２に常に基板がセットされるようにしておくと、待機時間を節約し、量産性を上げることができる。
【００１６】
このように、一連の作業がチャンバー内部でおこなわれるため、排気作業は原則として予備室のみでおこなわれることとなる。また、このように２つのチャンバーを用いることにより、１回目と２回目のレーザー照射において、基板温度を異なるように設定することができる。例えば、１回目のレーザー照射は基板温度５５０℃、２回目のレーザー照射は基板温度２００℃でおこなうということが可能である。１回目のレーザー照射は真空中であるので、基板を３５０℃以上の温度にまで上昇させることは容易にできる。もし、同一のチャンバーで１回目と２回目の温度を上記のように設定しようとすれば、基板の温度が安定するまでかなりの時間が必要であり、生産性が低下する。
【００１７】
レーザー光源については、２つの独立したレーザーと光学系（ガウス分布のレーザー光を長方形その他の必要とする分布に変換する装置）を利用してもよい。しかし、図４に示すように１つのレーザーから発振したレーザー光をビームスプリッターによって２分割し、それぞれの光学系を通して、チャンバーに導入するという方式でもよい。この場合にはレーザー装置に対する設備投資を半分にすることができる。１回目のレーザー照射のエネルギーは２回目のものより小さいので、ビームの分割はそのことを考慮しておこない、すなわち、光学系１に導入されるレーザー光のエネルギーが光学系２に導入されるものより小さい。
【００１８】
本発明においては、レーザー光のビーム形状については、正方形でもよい。しかし、生産性を追求するのであれば、基板の一辺よりも長い、線状のビームとするとよい。すなわち、正方形のビームであれば、基板を走査する場合に、上下および左右に２次元的に移動させる必要があるため、そのための機構が複雑となり、また、移動にも時間がかかる。また、通常はレーザー光源を移動させることは難しいため、基板を移動させる方式を採用するのであるが、正方形のビームを用いた場合には、図４（Ｂ）に示すように、基板の全面にレーザー照射をおこなうには基板の大きさのほぼ４倍の面積が必要であり、チャンバーの容積が大きくなる。
【００１９】
しかし、細長い線状のビームを用いると、基板の移動は１次元的な移動のみでよく、そのための機構も簡単である。さらに、基板全面にレーザー照射をおこなうには、図４（Ｃ）に示すように、基板の大きさのほぼ２倍の面積で十分であり、とりわけ、チャンバーの容積は図６（Ｂ）の半分でよい。
線状のビームを利用する場合、１回目と２回目のレーザー照射を同一方向からおこなった場合、一方向に島状のむらが生じやすくなるので、基板を概略１／４回転させて、すなわち、１回目のレーザー光と２回目のレーザー光が概略直交するようにレーザー照射することによって、膜質のむらが少ない良質の半導体材料が得られる。
【００２０】
本発明によって得られた結晶性を有する半導体材料は膜表面にリッジがないので、ゲイト絶縁膜との界面状態が重要である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の活性層に対して有効である。また、ゲイト絶縁膜が３００〜１２００Å程度と薄いＴＦＴに対しては、リッジがゲイト絶縁膜と同程度となり、ゲイトリークによる歩留り低下や特性劣化が顕著であったが、本発明によってリッジを抑制することができ、これらの問題は大幅に解決される。
【００２１】
【実施例】
〔実施例１〕
図３には本実施例で使用したレーザーアニール装置の概念図を示す。レーザー光は発振器３２で発振され、全反射ミラー３５、３６を経由して増幅器３３で増幅され、さらに全反射ミラー３７、３８を経由して光学系３４に導入される。それまでのレーザー光のビームは３０×９０ｍｍ2 程度の長方形であるが、この光学系３４によって長さ１００〜３００ｍｍ、幅１〜３ｍｍの細長いビームに加工される。この光学系を経たレーザー光のエネルギーは最大で３Ｊ／ショットであった。また、真空中あるいは酸素等のガス雰囲気中においてもレーザー照射がおこなえるように、試料のステージおよび駆動装置４０はチャンバー４２に設置されている。チャンバー４２は外部からレーザー光を照射するため、レーザー光が吸収されないように全体、もしくは、レーザー光を取り入れる部分が石英で構成され、また、図には示されていないが、真空排気装置および酸素導入装置も接続されている。
【００２２】
このような細長いビームに加工されたビームを用いることによってレーザー処理能力は飛躍的に向上した。すなわち、短冊状のビームは光学系３４を出た後、全反射ミラー３９を経て、試料４１に照射されるが、ビームの幅が試料の幅と同程度、もしくは、それよりも長いので、結局、試料は１つの方向にのみ移動させてゆけばよい。したがって、試料のステージおよび駆動装置４０は構造が簡単で保守も容易である。また、試料をセットする際の位置合わせの操作（アライメント）も容易である。なお、これらの装置は防振台等の安定な架台３１上に固定される必要がある。
【００２３】
なお、上記のようなレーザー装置は単独で構成されてもよいし、他の装置、例えば、プラズマＣＶＤ成膜装置、イオン注入装置（もしくはイオンドーピング装置）、熱アニール装置、その他の半導体製造装置と組み合わせたマルチチャンバーとしてもよい。
本実施例では、ガラス等の絶縁基板上に薄膜トランジスタを形成する場合について説明する。一般に、低温プロセスによる薄膜トランジスタの作製プロセスの概略は以下のようであった。
【００２４】
[1] ガラス基板上への下地酸化珪素膜、非晶質珪素膜の形成、および／または、非晶質珪素膜上への結晶化促進剤（例えば、酢酸ニッケル等）等の塗布
[2] 固相成長による非晶質珪素膜の結晶化
[3] 結晶化した珪素膜に対するレーザー処理（結晶性の向上を目的とする）
[4] 珪素膜のエッチングによる島状珪素領域の形成
[5] ゲイト絶縁膜（酸化珪素）の形成
[6] ゲイト電極の形成
[7] 不純物元素（燐、ホウ素等）の注入によるソース／ドレインの形成
[8] 注入された不純物のレーザー照射による活性化
[9] 層間絶縁物の形成
[10]ソース／ドレインへの電極の形成
【００２５】
本実施例および以下の実施例２、実施例３、実施例４においては上記工程において、多結晶珪素膜の結晶性をさらに高める目的でおこなわれる[3] のレーザー光照射に関するものとする。
図１には本実施例のレーザー処理工程を示す。本実施例では、非晶質珪素膜を６００℃の還元雰囲気で２４時間放置して結晶化させた多結晶珪素膜においておこなった。
【００２６】
図１（Ａ）に示すように、レーザービーム１１は、基板１２（１５０ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を照射するに足る大きさで，例えば、幅１ｍｍ、長さ３００ｍｍの線状である。レーザーとしてはＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いた。レーザーの繰り返し周波数は１００Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密度は２００ｍＪ／ｃｍ2 となるようにした。（図１（Ａ））
まず、基板をチャンバー４２内の駆動装置４０上に設置し、チャンバー４２を１Ｐａまで排気し、また、基板を４５０℃まで加熱した。そして、この状態で１回目のレーザー光照射をおこなった。図１（Ｂ）に示すように、レーザー光が基板を照射するように、基板を移動した。（図１（Ｂ））
【００２７】
そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。レーザー光は１秒間に１０ｍｍづつ移動し、その間にレーザーは１００ショットのパルスを照射するので、レーザービームは１ショットごとに０．１ｍｍずつずれていくことになった。ビームの幅は１ｍｍなので、１か所に付き１０ショット程度のレーザー光が照射された。このようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板全体に対してレーザー光照射をおこなった。（図１（Ｃ））
【００２８】
その後、引き続き２回目のレーザー光照射をおこなった。２回目のレーザー光照射においては、基板温度を２００℃とした後、チャンバー４２内に大気を導入し、大気中でおこなった。このときの工程の手順としては、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す１回目の工程と同様におこなった。
図１（Ｂ）に示すように、レーザー光が基板を照射するように、基板を移動した。このとき、基板温度は３００℃とした。レーザーは１回目と同じく、ＫｒＦエキシマーレーザーを用い、エネルギー密度を３００ｍＪ／ｃｍ2 とした他は１回目と同じ条件とした。
【００２９】
そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。このようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板全体に対してレーザー光照射をおこなった。
以上のような工程の結果、従来のように大気中のみでレーザー照射を施し、結晶化をおこなった珪素膜においては、約５×１０6 個／ｍｍ2 程度のリッジが観測できたが、本実施例においてはほとんど観測することができなかった。また、２回目に大気中においてレーザー照射をおこなった結果、珪素膜中の不対結合が酸素で埋められたため、この珪素膜によって作製された半導体装置は良好な特性を示し、信頼性の高いものが得られた。
【００３０】
〔実施例２〕
本実施例は、実施例１と異なり、薄膜トランジスタの作製プロセスの[1] の工程において、非晶質珪素膜の結晶化を促進するニッケルを導入して[2] の工程において低温かつ短時間の固相成長を施した結晶性珪素膜のレーザー光照射に関する。
図１には本実施例のレーザー処理工程を示す。本実施例では、図１（Ａ）に示すように、レーザービーム１１は、基板１２（１５０ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を照射するに足る大きさで、例えば、幅２ｍｍ、長さ１８０ｍｍの線状である。レーザーとしてはＸｅＣｌエキシマーレーザー（波長３０８ｎｍ）を用いた。レーザーの発振周波数は１００Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密度は２００ｍＪ／ｃｍ2 とした。（図１（Ａ））
【００３１】
まず、一度目のレーザー光照射は、真空中においておこなった。実施例１と同様に図３のチャンバー４２内の駆動装置４０に基板を固定し、０．１Ｐａまで真空排気した。また、基板温度を２００℃に上昇させた。そして、図１（Ｂ）に示すように、レーザー光が基板を照射するように、基板を移動した。（図１（Ｂ））
【００３２】
そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。この結果、レーザービームは１ショットごとに０．１ｍｍずつずれていくことになり、ビームの幅は２ｍｍなので、１か所に付き２０ショット程度のレーザー光が照射された。このようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板全体に対してレーザー光照射をおこなった。（図１（Ｃ））
その後、同じチャンバーにおいて２回目レーザー光照射をおこなった。基板温度を２００℃に保ち、チャンバー４２に１気圧の酸素を導入した。
【００３３】
レーザーは１回目と同じく、ＸｅＣｌエキシマーレーザーを用い、エネルギー密度を３００ｍＪ／ｃｍ2 とした他は１回目と同じ条件とし、レーザー光が基板を照射するように、基板を移動した。（図１（Ｂ））
そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。この結果、１か所に付き２０ショット程度のレーザー光が照射されることとなった。このようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板全体に対してレーザー光照射をおこなった。（図１（Ｃ））
【００３４】
以上のような２工程によって結晶性珪素膜が得られたが、従来、ニッケルを導入して固相成長を施した結晶性珪素膜をレーザー結晶化をおこなった場合、特にリッジの発生が多く、約１〜５×１０8 個／ｍｍ2 程度発生していた。しかし、本実施例においてはほとんど観測されなかった。また、大気中におけるレーザー照射の際に珪素膜中の不対結合が酸素で埋められたため、この珪素膜によって作製された半導体装置は良好な特性を示した。
【００３５】
〔実施例３〕
図２には本実施例のレーザー処理工程を示す。本実施例は、実施例２と同様にニッケル添加固相成長のレーザー結晶化において、膜質のよりいっそうの均一化を図るために、１回目と２回目のレーザー照射において、基板を１／４回転させ、１回目のビームと２回目のビームが概略直交するようにしておこなったものである。このようにしてレーザー光照射をおこなった結晶性珪素膜を用いて、Ｎチャネル型ＴＦＴを形成したものである。本実施例では、レーザービーム２１は、基板２２（１００ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を照射するに足る大きさで，例えば、幅１ｍｍ、長さ２５０ｍｍの線状である。レーザーとしてはＸｅＦエキシマーレーザー（波長３５３ｎｍ）を用いた。レーザーの繰り返し周波数は１００Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密度は１５０ｍＪ／ｃｍ2 となるようにした。（図２（Ａ））
【００３６】
まず、基板を真空チャンバー内に設置し、チャンバーを１Ｐａまで排気した。また、基板を５５０℃まで加熱した。そして、この状態で１回目のレーザー光照射をおこなった。図２（Ｂ）に示すように、レーザー光が基板を照射するように、基板を移動した。（図２（Ｂ））
そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。この際、レーザー光の走査速度は１０ｍｍ／ｓとした。このようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板全体に対してレーザー光照射をおこなった。（図２（Ｃ））
【００３７】
その後、チャンバーに０．１気圧の酸素を導入し、また、基板温度を２００℃に低下させた。さらに、基板を１／４回転させた。そして、レーザー光が基板を照射するように、基板を移動した。（図２（Ｄ））
レーザーとしては，１回目と同じくＸｅＦエキシマーレーザーを用い、レーザー光のエネルギー密度を３００ｍＪ／ｃｍ2 とした他は１回目と同じ条件とした。
そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。このようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板全体に対してレーザー光照射をおこなった。（図２（Ｅ））
【００３８】
以上のような２工程によって結晶性珪素膜が得られたが、１回目のレーザー照射を５５０℃の比較的高い温度でおこなったため、かつ、１回目と２回目のレーザー照射のビームが概略直交するように、基板を１／４回転させておこなったため、実施例２に比較して特にリッジの発生を抑制することができ、膜質のむらが少ない良質の結晶性珪素膜が得られた。
以下、このようにして得られた結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製する工程について、図５を用いて説明する。図５（Ａ）にはガラス基板および下地酸化珪素膜上に、上記のレーザー処理工程を経た結晶性珪素膜５０１が形成された様子が示されている。（図５（Ａ））
【００３９】
次に、このように結晶化させた珪素膜５０１をエッチングして島状珪素膜５０２を形成した。この島状珪素膜５０２は後にＴＦＴの活性層を形成する。さらに、この上にゲイト絶縁膜５０３を形成した。ここでは、プラズマＣＶＤ法によって厚さ５００〜１２００Å、例えば１０００Åの酸化珪素膜を形成した。従来、このようにゲイト絶縁膜５０３を薄くするとリッジの影響を受けて、膜厚の薄いところや凹凸の部分が生じて、電界が集中し、トンネル電流や絶縁破壊の原因となっていたが、本発明を用いることでリッジが低減されたためそのような不良はほとんど生じなかった。また、活性層とゲイト絶縁膜の界面状態はＴＦＴの特性に影響するが、リッジがほとんど存在していないため、優れたＴＦＴ特性が得られた。
【００４０】
その後、厚さ３０００Å〜３μｍ、例えば、６０００Åのアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もしくは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃを含む）膜をスパッタリング法によって形成した。その後、このアルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極５０４を形成した。（図５（Ｂ））
そして、イオンドーピング法によって、島状珪素膜にゲイト電極をマスクとして自己整合的に不純物として燐を注入して、Ｎ型不純物領域５０４を形成した。ここで、ドーズ量は１×１０14〜８×１０15原子／ｃｍ2 、加速電圧は６０〜９０ｋＶ、例えば、ドーズ量を１×１０15原子／ｃｍ2 、加速電圧を８０ｋＶとした。（図５（Ｃ））
【００４１】
その後、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｃｅｃ）を照射して、ドーピングされた不純物領域の活性化をおこなった。このときのエネルギー密度は、２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2 が適当であった。
そして、全面に層間絶縁膜５０６として、プラズマＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ５０００Å形成した。そして、層間絶縁膜５０６とゲイト絶縁膜５０３をエッチングして、ソース／ドレイン領域にコンタクトホールを形成した。
その後、３０００Å〜２μｍ、例えば、５０００Åのアルミニウム膜をスパッタリング法によって形成した。そして、このアルミニウム膜をエッチングしてソース／ドレイン電極５０７を形成して、Ｎチャネル型ＴＦＴを作製した。（図５（Ｄ））
【００４２】
〔実施例４〕
図２には本実施例のレーザー処理工程を示す。本実施例は、実施例３と同様にニッケル添加固相成長のレーザー結晶化において、膜質のよりいっそうの均一化を図るために、１回目と２回目のレーザー照射に際して、基板を１／４回転させておこなったものである。また、本実施例においては、１回目と２回目のレーザー照射を共に真空中においておこなった。本実施例でも、レーザービーム２１は、基板２２（１００ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を照射するに足る大きさで，例えば、幅１ｍｍ、長さ２５０ｍｍの線状である。レーザーとしてはＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いた。レーザーの発振周波数は１０Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密度は１５０ｍＪ／ｃｍ2 とした。（図２（Ａ））
【００４３】
まず、基板を真空チャンバー内に設置し、基板温度を５５０℃まで上昇させた。そして、図２（Ｂ）に示すように、レーザー光が基板を照射するように、基板を移動した。（図２（Ｂ））
そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。このようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板全体に対してレーザー光照射をおこなった。（図２（Ｃ））
その後、基板を１／４回転させた。そして、レーザー光が基板を照射するように、基板を移動した。このとき、基板温度は５５０℃であった。（図２（Ｄ））
【００４４】
そして、１回目と同様に、レーザーとしてはＫｒＦエキシマーレーザーを用い、レーザー光照射をおこなった。レーザー光のエネルギー密度を２８０ｍＪ／ｃｍ2 とした以外は１回目と同じ条件とし、基板全体に対してレーザー光照射をおこなった。（図２（Ｅ））
【００４５】
以上のような２工程によって結晶性珪素膜が得られたが、１回目、２回目とも５５０℃という比較的高い温度でレーザー光照射がおこなわれたため、結晶粒界の緩和が促進され、リッジは極めて少なくなった。また、粒界における結晶欠陥等も、上記の温度似夜レーザー光照射によって格段に減少せしめることができた。この効果は、実施例３における酸素雰囲気中でのレーザー光照射に匹敵するものであった。実施例３においては、チャンバー内を酸素雰囲気に保持するため、基板温度は３５０℃が限界であったが、本実施例では、真空中であるため基板温度を５５０℃まで高めることが可能であった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のレーザー光照射技術によって、レーザー結晶化工程において発生する半導体膜表面のリッジを抑えることができ、さらにはその半導体材料を用いて作製した半導体素子の特性の向上および劣化を防止することができた。
また、固相成長法によって非晶質材料を結晶化させた膜においても、本発明によるレーザー結晶化をおこなった場合リッジの低減に格段の効果がみられた。このように本発明は工業上、有益なものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例のレーザー処理方法を示す図。（実施例１および実施例２）
【図２】 実施例のレーザー処理方法を示す図。（実施例３および実施例４）
【図３】 実施例で使用したレーザーアニール装置の概念図を示す。
【図４】 マルチチャンバーを有するレーザーアニール装置の概念図を示す。
【図５】 実施例３におけるＴＦＴの作製工程を示す図。
【符号の説明】
１１・・・・・レーザースポット
１２・・・・・基板
３１・・・・・防振台
３２・・・・・レーザー発振器
３３・・・・・増幅器
３４・・・・・光学系
３５、３６、
３７、３８・・全反射ミラー
３９・・・・・ミラー
４０・・・・・試料のステージおよび駆動装置
４１・・・・・基板
４２・・・・・真空槽
５０１・・・・結晶性珪素膜
５０２・・・・島状珪素膜
５０３・・・・ゲイト絶縁膜
５０４・・・・ゲイト電極
５０５・・・・Ｎ不純物領域（ソース／ドレイン領域）
５０６・・・・層間絶縁膜
５０７・・・・ソース／ドレイン電極

Claims (5)

  1. 一つのレーザーから発したレーザー光を二つのレーザー光に分割し、
    前記二つのレーザー光の一方を第１の光学系を通して、半導体材料に前記二つのレーザー光の一方による１回目の照射を行い、
    前記二つのレーザー光の他方を第２の光学系を通して、前記半導体材料に前記二つのレーザー光の他方による２回目の照射を行った後、
    前記半導体材料上にゲイト絶縁膜を形成し、
    前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
    前記半導体材料に不純物元素を注入して、ソース及びドレイン領域を形成し、
    注入した前記不純物元素の活性化をレーザー照射により行い、
    前記１回目の照射は真空中で行われ、前記２回目の照射は酸素雰囲気中もしくは大気中で行われることを特徴とする半導体デバイスの作製方法。
  2. 一つのレーザーから発したレーザー光を二つのレーザー光に分割し、
    前記二つのレーザー光の一方を第１の光学系を通して、半導体材料に前記二つのレーザー光の一方による１回目の照射を行い、
    前記二つのレーザー光の他方を第２の光学系を通して、前記半導体材料に前記二つのレーザー光の他方による２回目の照射を行った後、
    前記半導体材料上にゲイト絶縁膜を形成し、
    前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
    前記半導体材料に不純物元素を注入して、ソース及びドレイン領域を形成し、
    注入した前記不純物元素の活性化をレーザー照射により行い、
    前記二つのレーザー光の他方のエネルギー密度は、前記二つのレーザー光の一方のエネルギー密度よりも大きく、
    前記１回目の照射は真空中で行われ、前記２回目の照射は酸素雰囲気中もしくは大気中で行われることを特徴とする半導体デバイスの作製方法。
  3. 一つのレーザーから発したレーザー光を二つのレーザー光に分割し、
    前記二つのレーザー光の一方を第１の光学系を通して、半導体材料に前記二つのレーザー光の一方による１回目の照射を行い、
    前記二つのレーザー光の他方を第２の光学系を通して、前記半導体材料に前記二つのレーザー光の他方による２回目の照射を行った後、
    前記半導体材料上にゲイト絶縁膜を形成し、
    前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
    前記半導体材料に不純物元素を注入して、ソース及びドレイン領域を形成し、
    注入した前記不純物元素の活性化をレーザー照射により行い、
    前記二つのレーザー光はそれぞれ異なるチャンバー内にて前記半導体材料に照射され、
    前記１回目の照射は真空中で行われ、前記２回目の照射は酸素雰囲気中もしくは大気中で行われることを特徴とする半導体デバイスの作製方法。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記二つのレーザー光はそれぞれ異なる温度の半導体材料に照射されることを特徴とする半導体デバイスの作製方法。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記二つのレーザー光の一方を前記半導体材料に照射する工程と前記二つのレーザー光の他方を前記半導体材料に照射する工程の間に、前記半導体材料を概略１／４回転させることを特徴とする半導体デバイスの作製方法。
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