JP4170359B2 - 薄膜トランジスタの作製方法 - Google Patents
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ザーエネルギーが変動するに留まり、均質性を向上させるものではなかった。
ところが、上記雰囲気に酸素を混入または単独で使用すると状況は一変した。結晶化の為の最適エネルギーが著しく減少し、かつ、レーザー照射後の膜の均質性も向上した。
例えば、レーザー結晶化を施す前に、HF水溶液や、HF、H2 O2 とを含有する水溶液にて非単結晶珪素膜上面を洗浄してやると、シリコン膜表面の水素による終端率が著しく増加する。上記仮説が正しければ、シリコン表面の水素の増加により、レーザー照射の際の水分子の生成量が増加し、保温効果が上がるはずである。もちろん、この場合、酸素を含む雰囲気中でレーザー照射する。本方法の効果は図7で、実証済である。
第二、第三の方法に於いては、添加する水分の量あるいは酸素と水素の量が多すぎると逆効果をもたらした。
本発明の第一は、
非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
レーザー光の照射面側に気体又は液体の熱の保温層を造りつつ、レーザービームを照射することを特徴とする。
上記保温層は、水又は水蒸気からなるものであると効果が大である。なぜなら、水は流体のなかで最も熱容量が大きい物質の1つだからである。
上記保温層は、非単結晶半導体膜の結晶化を助長させる、水又は水蒸気からなるものであることが望ましい。
非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
少なくとも半導体膜表面内外近傍に酸素と水素とを分布させた状態でレーザー光を照射し、前記酸素と水素とを該レーザー光により反応せしめて水を半導体膜結晶化と同時に形成することを特徴とする。
非単結晶半導体膜に対して線状に加工されたレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
レーザー光の照射面側に気体又は液体の熱の保温層を造りつつ、レーザービームを照射することを特徴とする。
上記保温層は、非単結晶半導体膜の結晶化を助長させる、水又は水蒸気からなるものであることが望ましい。
非単結晶半導体膜に対して線状に加工されたレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
少なくとも半導体膜表面内外近傍に酸素と水素とを分布させた状態でレーザー光を照射し、前記酸素と水素とを該レーザー光により反応せしめて水を半導体膜結晶化と同時に形成することを特徴とする。
非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
意図的に、該非単結晶半導体膜表面を水素にて終端させた状態にし、
少なくとも酸素を含有する雰囲気とし、
前記非単結晶半導体膜に対してレーザービーム
を照射することを特徴とする。
非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
雰囲気制御の可能なレーザー照射室内を、少なくとも水分子を含有する雰囲気とし、 前記レーザー照射室内において、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射することを特徴とする。
非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
雰囲気制御の可能なレーザー照射室内を、少なくとも酸素と水素を含有する雰囲気とした状態で、 前記レーザー照射室内において、前記非単結晶半導体膜に対してレーザー光を照射し、前記酸素と水素とを該レーザー光により反応せしめて水を半導体膜結晶化と同時に形成することを特徴とする。
非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
水分子で構成された層を該非単結晶半導体膜表面上から該表面の極近傍までの範囲に形成しつつ、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービーム
を照射することを特徴とする。
非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
水分子で構成された層を該非単結晶半導体膜表面上から該表面の極近傍までの範囲に形成した状態で、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービーム
を照射することを特徴とする。
非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
水分子を含んだガスを前記非単結晶半導体膜に吹き付けつつ、
前記非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射することを特徴とする。
非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射してレーザーアニールを行うに際し、
酸素と水素とを含んだガスを前記非単結晶半導体膜に吹き付けつつ、
前記非単結晶半導体膜に対してレーザービーム
を照射することを特徴とする。
非単結晶半導体膜にレーザーアニールを施すための線状に加工されたレーザービームを形成するレーザーアニール装置であって、少なくとも水分子を含むガスでエアナイフ状のガス流を形成する手段と、該レーザーアニール装置の形成するレーザービームが該非単結晶半導体膜に照射されている部分に、前記エアナイフ状のガス流を形成しているガスを供給する手段と、を有することを特徴とする。
を有することを特徴とする。
(作用)
本発明は、非単結晶半導体膜にレーザーアニールを施して、結晶化または結晶性を向上させるに際し、水分子の層を該非単結晶半導体膜とレーザービームとの間に形成するものである。前記水分子層が保温層として該非単結晶半導体膜に作用し、結晶性の膜面内での均質性を著しく向上させる。
熱アニールが施され、非晶質珪素膜が結晶化し、非単結晶珪素膜である結晶性珪素膜B が形成される。
面活性剤を添加するとより好ましい。
ロボットアーム305によって、レーザー照射室101に移送される。このときステージ111は台106内のヒーターにより、所望の温度、例えば室温から300℃程度の範囲で保たれている。ステージに配置された基板は温度が安定するまで放置される。このとき、石英窓104は曇り止めのため121内のヒーターにより適当な温度に昇温されている。また、気体供給管109、110からは窒素ガス及び湿度調整された窒素ガスが出て、レーザー照射室内の雰囲気、主に湿度を制御している。
102 レーザー発振装置
103 ミラー
104 窓
105 被処理基板
106 台
107 移動機構
108 真空排気ポンプ
109 110 気体供給管
111 ステージ
112 光学系
113 石英窓104の工程用治具
114 O リング
115 ヒーター
116 線状ビームを集光するためのシリンドリカルレンズ
301 ゲイトバルブ
302 基板搬送室
303 アライメント室
304 カセット
305 ロボットアーム
306 ロード/アンロード室
307 ゲイトバルブ
501 延長管
502 供給
503 延長管501内の供給ガス
801 レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ群
802 レーザー光収束のためのシリンドリカルレンズ
803 レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ群
804 レーザー光収束のためのシリンドリカルレンズ
1101 ダストカウンター
1102 吸引口
1103 フィルター
1104 ダスト
Claims (14)
- 結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタの作製方法であって、
非単結晶半導体膜の表面をHF水溶液又はHF、H 2 O 2 とを含有する水溶液にて洗浄し、前記非単結晶半導体膜の表面を水素によって終端させ、
少なくとも酸素を含有する雰囲気中において、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射することにより、前記結晶性半導体膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタの作製方法であって、
非単結晶半導体膜に触媒元素を導入し、前記非単結晶半導体膜に対して熱アニールを行った後、
前記非単結晶半導体膜の表面をHF水溶液又はHF、H 2 O 2 とを含有する水溶液にて洗浄し、前記非単結晶半導体膜の表面を水素によって終端させ、
少なくとも酸素を含有する雰囲気中において、前記非単結晶半導体膜に対してレーザービームを照射することにより、前記結晶性半導体膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項2において、
前記触媒元素はニッケルであることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
酸化珪素膜上に前記非単結晶半導体膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
酸化珪素膜を形成した後、連続的に、前記酸化珪素膜上に前記非単結晶半導体膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、基板温度が−10℃〜100℃の範囲に保たれている状態で行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、雰囲気制御可能なレーザー照射室内で行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
前記レーザービームの照射は、被照射面における断面形状がスポット状または線状のレーザービームを走査して行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
前記レーザービームは、パルスレーザーを光源とするものであることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至請求項9のいずれか一において、
前記レーザービームは、エキシマレーザーを光源とするものであることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至請求項10のいずれか一において、
前記非単結晶半導体膜は非晶質半導体膜又は結晶性半導体膜であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至請求項11のいずれか一において、
前記非単結晶半導体膜は非単結晶珪素膜であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至請求項12のいずれか一において、
前記結晶性半導体膜の結晶のグレインサイズの分布が、σ(標準偏差)で±20%以内に収まっていることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項1乃至請求項13のいずれか一において、
前記結晶性半導体膜の表面の、AFMにより測定される平均粗さの面内バラツキが±40%以内に収まっていることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
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