JP5288583B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
このレーザアニールは、大面積の基板に対するアニール処理を効率的に実施するために、断面が細長い長方形状ビーム、つまり線状ビームに加工したレーザ光を、基板上のa−Si膜に対して線状ビームの短軸方向に相対的に移動させながら照射する。
また、多結晶シリコンや結晶シリコンのデバイスにおいても、不純物の活性化等のプロセスに、固体レーザの波長変換光が利用できると注目されている。
しかしながら、一方向成長のために結晶粒に異方性を生じ、また、レーザパルスの1ショット毎のエネルギーのばらつきが成長距離に影響するために、等方的で均一な結晶粒を作製することが困難である。このため、トランジスタ特性が不均一になるという問題がある。
また、レーザ光を低エネルギー密度で照射してガウシアン形状のエネルギー分布の勾配を緩やかにし、一方向成長距離を抑制することにより、固体レーザを用いつつ等方的で均一な結晶粒を得ることができる。しかしながら、このように低エネルギー密度の照射を行うと、処理能力が益々低下するという問題がある。
図6(A)は従来技術の短軸方向のエネルギー分布を示している。この分布において、例えば、ピークエネルギーが450mJ/cm2、半値幅が50μmであるとした場合、短軸方向の有効エネルギー領域の幅は8μmとなる。ここで「有効エネルギー」とは、レーザ照射によって結晶粒の増大に寄与し得るエネルギー密度をいう。
一方、先行出願に係るレーザアニール方法では、図6(B)に示すように、短軸方向のエネルギー分布を均一化しフラットトップ形状に変形させたレーザ光を非晶質半導体膜に照射する。
したがって、非晶質半導体膜に照射される有効エネルギー範囲も広くなり、その分、基板の搬送速度を速めることができる。また、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ため、結晶の一方向成長が起こらないので、等方的かつ均一な結晶粒を製作することができる。
本発明は、非晶質半導体膜の表面において線状ビームに集光したレーザ光を非晶質半導体膜に対して前記線状ビームの短軸方向に相対的に移動させながら照射することにより前記非晶質半導体膜を多結晶化するレーザアニール装置であって、前記レーザ光を発振する固体レーザ光源と、前記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と、前記エネルギー分布を均一化した前記レーザ光の一部を遮蔽して前記短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部を除去する遮蔽機構と、を備えることを特徴とする
また、本発明は、非晶質半導体膜の表面において線状ビームに集光したレーザ光を非晶質半導体膜に対して前記線状ビームの短軸方向に相対的に移動させながら照射することにより前記非晶質半導体膜を多結晶化するレーザアニール方法であって、固体レーザ光源からレーザ光を発振し、前記線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を均一化し、前記エネルギー分布を均一化した前記レーザ光の一部を遮蔽して前記短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部を除去する、ことを特徴とする。
したがって、結晶成長プロセスにおいて一方向成長が起こらないので、等方的で均一な結晶粒が得られる。また、非晶質半導体膜に照射される有効エネルギー領域を増大させることができるので、その分、基板の搬送速度の高速化が可能となり、レーザアニールの処理能力が向上する。
図1A及び図1Bは、本発明の第1実施形態にかかるレーザアニール装置10の概略構成を示す図である。
このレーザアニール装置10は、非晶質半導体膜の表面において線状ビームに集光したレーザ光1を非晶質半導体膜に対して線状ビームの短軸方向に相対的に移動させながら照射することにより非晶質半導体膜を多結晶化する装置である。図1Aでは上下方向が線状ビームの長軸方向であり、図1Bでは上下方向が線状ビームの短軸方向である。
図1Bに示すように、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27とを有する。この短軸用コンデンサレンズ27によって図中破線で示した結像面の位置で短軸方向の像(以下、「短軸像」という)が結像される。
また、レーザ光1は、長軸用ホモジナイザ20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、長軸方向、短軸方向ともにエネルギー分布がガウシアン形状からフラットトップ形状に変形される。
なお、上記とは逆に、基板3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の走査を行うようにしてもよい。
上記の如く構成されたレーザアニール装置10は、固体レーザ光源12からレーザ光1を発振し、線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を均一化し、エネルギー分布を均一化したレーザ光1の一部を遮蔽して短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部を除去する。
したがって、結晶成長プロセスにおいて一方向成長が起こらないので、等方的で均一な結晶粒が得られる。また、非晶質半導体膜に照射される有効エネルギー領域を増大させることができるので、その分、基板3の搬送速度の高速化が可能となり、レーザアニールの処理能力が向上する。
このように遮蔽機構32が遮蔽板33から構成されるので、簡単な機械的構成によってエネルギー分布における傾斜した両裾部bを容易に除去することができる。
図5A及び図5Bは、本発明の第2実施形態にかかるレーザアニール装置10の概略構成を示す図である。図5Aでは上下方向が線状ビームの長軸方向であり、図5Bでは上下方向が線状ビームの短軸方向である。
本実施形態の長軸用ホモジナイザ20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。
したがって、結晶成長プロセスにおいて一方向成長が起こらないので、等方的で均一な結晶粒が得られる。また、非晶質半導体膜に照射される有効エネルギー領域を増大させることができるので、その分、基板3の搬送速度の高速化が可能となり、レーザアニールの処理能力が向上する。
3 基板
5 基板ステージ
10 レーザアニール装置
12 固体レーザ光源
13 ビーム整形光学系
14 ビームエキスパンダ
15 凹球面レンズ
16 凸球面レンズ
20 長軸用ホモジナイザ
21 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
27 短軸用コンデンサレンズ
28 像転写光学系
29,30,41,42,45,46 シリンドリカルレンズ
32 遮蔽機構
33 遮蔽板
34 外枠
35 光透過部材
36 マスク
38 光導波路
39 導入用レンズ
40 長軸用端面転写光学系
43 短軸用端面転写光学系
Claims (3)
- 線状ビームを半導体膜に照射する半導体装置の作製方法であって、
前記線状ビームの短軸方向において、
レーザ光源から出射された光を第1の凹球面レンズに入射して拡大し、
前記第1の凹球面レンズから出射された光を第1の凸球面レンズに入射して平行光にし、
前記第1の凸球面レンズから出射された光をシリンドリカルレンズアレイに入射して光のエネルギー密度を均一にし、
前記シリンドリカルレンズアレイから出射された光を第1の凸シリンドリカルレンズに入射して集光し、
前記第1の凸シリンドリカルレンズで集光された光の結像面で遮蔽機構により光の両裾部を遮蔽し、
前記遮蔽機構により両裾部が遮蔽された光を第2の凸シリンドリカルレンズに入射して、平行光にし、
前記第2の凸シリンドリカルレンズから出射された光を第3の凸シリンドリカルレンズにより光を集光し、前記半導体膜をアニールす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、
前記レーザ光源は、Nd:YAGレーザ、Nd:YLFレーザ、Nd:YVO4レーザ、Nd:ガラスレーザ、Yb:YAGレーザ、Yb:YLFレーザ、Yb:YVO4レーザまたはYb:ガラス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または2において、
前記半導体膜は非晶質半導体膜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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