JPH065537A - 半導体層のアニール方法 - Google Patents
半導体層のアニール方法Info
- Publication number
- JPH065537A JPH065537A JP18566592A JP18566592A JPH065537A JP H065537 A JPH065537 A JP H065537A JP 18566592 A JP18566592 A JP 18566592A JP 18566592 A JP18566592 A JP 18566592A JP H065537 A JPH065537 A JP H065537A
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- Japan
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- laser
- semiconductor layer
- emitted
- annealing
- laser beam
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 パルスレーザ光の照射によりアモルファスシ
リコン層を結晶化してポリシリコン層とする際、ポリシ
リコンの結晶粒径を大きくする。 【構成】 パルスレーザ源1から出射された1つの出射
レーザ光2を5つの分割レーザ光4a〜4eに分割す
る。各分割レーザ光4a〜4eは、光路長が相互に異な
る光路を通過し、かつ光路長が長くなるほど減衰され、
この後合成される。これにより得られたアニール用レー
ザ光8は、パルス幅が長くかつ該パルス幅のある時点以
降のレーザ強度がシリコンの凝固点に対応する強度以下
のレーザ光となる。したがって、このアニール用レーザ
光8を半導体層(アモルファスシリコン層)9に照射す
ると、一度溶融したシリコンの凝固速度を遅くすること
ができ、ひいては結晶粒径を大きくすることができる。
リコン層を結晶化してポリシリコン層とする際、ポリシ
リコンの結晶粒径を大きくする。 【構成】 パルスレーザ源1から出射された1つの出射
レーザ光2を5つの分割レーザ光4a〜4eに分割す
る。各分割レーザ光4a〜4eは、光路長が相互に異な
る光路を通過し、かつ光路長が長くなるほど減衰され、
この後合成される。これにより得られたアニール用レー
ザ光8は、パルス幅が長くかつ該パルス幅のある時点以
降のレーザ強度がシリコンの凝固点に対応する強度以下
のレーザ光となる。したがって、このアニール用レーザ
光8を半導体層(アモルファスシリコン層)9に照射す
ると、一度溶融したシリコンの凝固速度を遅くすること
ができ、ひいては結晶粒径を大きくすることができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体層のアニール方
法に関する。
法に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜トランジスタ等の半導体装置の技術
分野では、CW(continuous wave)レーザ光やパルスレ
ーザ光を照射してアニールすることにより、アモルファ
スシリコン層を結晶化してポリシリコン層としたり、ポ
リシリコン層を再結晶化して単結晶シリコン層としたり
することがある。
分野では、CW(continuous wave)レーザ光やパルスレ
ーザ光を照射してアニールすることにより、アモルファ
スシリコン層を結晶化してポリシリコン層としたり、ポ
リシリコン層を再結晶化して単結晶シリコン層としたり
することがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CWレ
ーザ光照射によるアニールの場合には、基板温度を50
0〜600℃程度と高くしなければならず、このため基
板としてガラス基板を用いることとすると、高価なガラ
ス基板を用いる必要がある。一方、パルスレーザ光照射
によるアニールの場合には、例えばXeClエキシマレ
ーザで308nmというように数百nmのレーザ光を数
〜数十nmのパルス幅で照射することになるので、短時
間の照射で液相成長による(再)結晶化が行なわれるこ
ととなり、このため一度溶融したシリコンの凝固速度が
速く、ひいては結晶粒径をある程度以上に大きくするこ
とができない。この結果、例えばアモルファスシリコン
層を結晶化してなるポリシリコン層を活性層とする薄膜
トランジスタの場合、ポリシリコンの結晶粒径が小さい
と、移動度を高くすることができないことになる。この
発明の目的は、パルスレーザ光照射によるアニールにお
いて、結晶粒径を大きくすることのできる半導体層のア
ニール方法を提供することにある。
ーザ光照射によるアニールの場合には、基板温度を50
0〜600℃程度と高くしなければならず、このため基
板としてガラス基板を用いることとすると、高価なガラ
ス基板を用いる必要がある。一方、パルスレーザ光照射
によるアニールの場合には、例えばXeClエキシマレ
ーザで308nmというように数百nmのレーザ光を数
〜数十nmのパルス幅で照射することになるので、短時
間の照射で液相成長による(再)結晶化が行なわれるこ
ととなり、このため一度溶融したシリコンの凝固速度が
速く、ひいては結晶粒径をある程度以上に大きくするこ
とができない。この結果、例えばアモルファスシリコン
層を結晶化してなるポリシリコン層を活性層とする薄膜
トランジスタの場合、ポリシリコンの結晶粒径が小さい
と、移動度を高くすることができないことになる。この
発明の目的は、パルスレーザ光照射によるアニールにお
いて、結晶粒径を大きくすることのできる半導体層のア
ニール方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
パルスレーザ源から出射された出射レーザ光をアモルフ
ァスシリコンやポリシリコン等からなる半導体層に照射
して該半導体層をアニールする際、前記パルスレーザ源
から出射された出射レーザ光に基づいて、パルス幅が前
記出射レーザ光のそれよりも長くかつ該パルス幅のある
時点以降のレーザ強度がシリコンの凝固点に対応する強
度以下であるアニール用レーザ光を形成し、該アニール
用レーザ光を前記半導体層に照射するようにしたもので
ある。請求項2記載の発明は、パルスレーザ源から出射
された1つの出射レーザ光を複数のレーザ光に分割し、
各分割レーザ光の半導体層に到達するまでの各距離を光
学系によって異ならせるとともに、各光路におけるレー
ザ強度の減衰率を変え、この後複数の分割レーザ光を合
成して前記半導体層に照射するようにしたものである。
請求項3記載の発明は、パルスレーザ源から連続して出
射された複数の出射レーザ光の半導体層に到達するまで
の各距離を光学系によって異ならせるとともに、各光路
におけるレーザ強度の減衰率を変え、この後複数の出射
レーザ光を合成して前記半導体層に照射するようにした
ものである。
パルスレーザ源から出射された出射レーザ光をアモルフ
ァスシリコンやポリシリコン等からなる半導体層に照射
して該半導体層をアニールする際、前記パルスレーザ源
から出射された出射レーザ光に基づいて、パルス幅が前
記出射レーザ光のそれよりも長くかつ該パルス幅のある
時点以降のレーザ強度がシリコンの凝固点に対応する強
度以下であるアニール用レーザ光を形成し、該アニール
用レーザ光を前記半導体層に照射するようにしたもので
ある。請求項2記載の発明は、パルスレーザ源から出射
された1つの出射レーザ光を複数のレーザ光に分割し、
各分割レーザ光の半導体層に到達するまでの各距離を光
学系によって異ならせるとともに、各光路におけるレー
ザ強度の減衰率を変え、この後複数の分割レーザ光を合
成して前記半導体層に照射するようにしたものである。
請求項3記載の発明は、パルスレーザ源から連続して出
射された複数の出射レーザ光の半導体層に到達するまで
の各距離を光学系によって異ならせるとともに、各光路
におけるレーザ強度の減衰率を変え、この後複数の出射
レーザ光を合成して前記半導体層に照射するようにした
ものである。
【0005】
【作用】この発明によれば、パルス幅が長くかつ該パル
ス幅のある時点以降のレーザ強度がシリコンの凝固点に
対応する強度以下であるアニール用レーザ光を半導体層
に照射することになるので、長時間の照射で液相成長に
よる(再)結晶化が行なわれることとなり、しかもある
時点以降のレーザ強度がシリコンの凝固点に対応する強
度以下となり、このため一度溶融したシリコンの凝固速
度を遅くすることができ、したがって結晶粒径を大きく
することができる。
ス幅のある時点以降のレーザ強度がシリコンの凝固点に
対応する強度以下であるアニール用レーザ光を半導体層
に照射することになるので、長時間の照射で液相成長に
よる(再)結晶化が行なわれることとなり、しかもある
時点以降のレーザ強度がシリコンの凝固点に対応する強
度以下となり、このため一度溶融したシリコンの凝固速
度を遅くすることができ、したがって結晶粒径を大きく
することができる。
【0006】
【実施例】図1はこの発明の一実施例における半導体層
のアニール方法で使用するアニール装置の概略構成を示
したものである。このアニール装置では、パルスレーザ
源1から出射された1つの出射レーザ光2をビームスプ
リッタ3で複数の例えば5つの分割レーザ光4a〜4e
に分割し、各分割レーザ光4a〜4eをミラー群5によ
って光路長が相互に異なる光路を通過させた後各光減衰
器6a〜6bによって適宜に減衰し、この後これらの分
割レーザ光4a〜4eを集光器7で合成し、これにより
得られたアニール用レーザ光8を半導体層9の表面に照
射するようになっている。
のアニール方法で使用するアニール装置の概略構成を示
したものである。このアニール装置では、パルスレーザ
源1から出射された1つの出射レーザ光2をビームスプ
リッタ3で複数の例えば5つの分割レーザ光4a〜4e
に分割し、各分割レーザ光4a〜4eをミラー群5によ
って光路長が相互に異なる光路を通過させた後各光減衰
器6a〜6bによって適宜に減衰し、この後これらの分
割レーザ光4a〜4eを集光器7で合成し、これにより
得られたアニール用レーザ光8を半導体層9の表面に照
射するようになっている。
【0007】すなわち、このアニール装置では、5つの
分割レーザ光4a〜4eの各光路長がこの順で長くなっ
ている。そこで、例えば図2(A)に示すように、ある
時点Tでパルスレーザ源1から出射レーザ光2がパルス
幅t、レーザ強度P0で出射されたとする。すると、最
も短い光路を進む分割レーザ光4aは、ミラー群5のミ
ラーによって1回も反射されることなく、対応する光減
衰器6aによって適宜に減衰され、そして図2(B)に
示すように、時点Tから所定の時間(例えばt)経過し
た後、レーザ強度P1(<P0)で集光器7に入射され
る。なお、この分割レーザ光4aは減衰させなくてもよ
いので、レーザ強度P0で集光器7に入射させるように
してもよい。次の分割レーザ光4bは、ミラー群5のう
ち対応するミラーによって所定の回数反射されるととも
に各反射ごとに適宜に減衰され、また対応する光減衰器
6bによっても適宜に減衰され、そして図2(C)に示
すように、時点Tから所定の時間(3t/2)経過した
後、レーザ強度P2(<P1)で集光器7に入射される。
次の分割レーザ光4cは、ミラー群5のうち対応するミ
ラーによって所定の回数反射されるとともに各反射ごと
に適宜に減衰され、また対応する光減衰器6cによって
も適宜に減衰され、そして図2(D)に示すように、時
点Tから所定の時間(2t)経過した後、レーザ強度P
3(<P2)で集光器7に入射される。次の分割レーザ光
4dは、ミラー群5のうち対応するミラーによって所定
の回数反射されるとともに各反射ごとに適宜に減衰さ
れ、また対応する光減衰器6dによっても適宜に減衰さ
れ、そして図2(E)に示すように、時点Tから所定の
時間(5t/2)経過した後、レーザ強度P4(<P3)
で集光器7に入射される。次の最も長い光路を進む分割
レーザ光4eは、ミラー群5のうち対応するミラーによ
って所定の回数反射されるとともに各反射ごとに適宜に
減衰され、また対応する光減衰器6eによっても適宜に
減衰され、そして図2(F)に示すように、時点Tから
所定の時間(3t)経過した後、レーザ強度P5(<
P4)で集光器7に入射される。
分割レーザ光4a〜4eの各光路長がこの順で長くなっ
ている。そこで、例えば図2(A)に示すように、ある
時点Tでパルスレーザ源1から出射レーザ光2がパルス
幅t、レーザ強度P0で出射されたとする。すると、最
も短い光路を進む分割レーザ光4aは、ミラー群5のミ
ラーによって1回も反射されることなく、対応する光減
衰器6aによって適宜に減衰され、そして図2(B)に
示すように、時点Tから所定の時間(例えばt)経過し
た後、レーザ強度P1(<P0)で集光器7に入射され
る。なお、この分割レーザ光4aは減衰させなくてもよ
いので、レーザ強度P0で集光器7に入射させるように
してもよい。次の分割レーザ光4bは、ミラー群5のう
ち対応するミラーによって所定の回数反射されるととも
に各反射ごとに適宜に減衰され、また対応する光減衰器
6bによっても適宜に減衰され、そして図2(C)に示
すように、時点Tから所定の時間(3t/2)経過した
後、レーザ強度P2(<P1)で集光器7に入射される。
次の分割レーザ光4cは、ミラー群5のうち対応するミ
ラーによって所定の回数反射されるとともに各反射ごと
に適宜に減衰され、また対応する光減衰器6cによって
も適宜に減衰され、そして図2(D)に示すように、時
点Tから所定の時間(2t)経過した後、レーザ強度P
3(<P2)で集光器7に入射される。次の分割レーザ光
4dは、ミラー群5のうち対応するミラーによって所定
の回数反射されるとともに各反射ごとに適宜に減衰さ
れ、また対応する光減衰器6dによっても適宜に減衰さ
れ、そして図2(E)に示すように、時点Tから所定の
時間(5t/2)経過した後、レーザ強度P4(<P3)
で集光器7に入射される。次の最も長い光路を進む分割
レーザ光4eは、ミラー群5のうち対応するミラーによ
って所定の回数反射されるとともに各反射ごとに適宜に
減衰され、また対応する光減衰器6eによっても適宜に
減衰され、そして図2(F)に示すように、時点Tから
所定の時間(3t)経過した後、レーザ強度P5(<
P4)で集光器7に入射される。
【0008】そして、これらの分割レーザ光4a〜4e
を合成して得られたアニール用レーザ光8は、図2
(G)に示すように、パルス幅が3tと長くなり、また
このパルス幅のtの時点までのレーザ強度がP(シリコ
ンの融点または凝固点に対応する強度)以上となり、パ
ルス幅のtの時点以降のレーザ強度がP以下となる。し
たがって、パルス幅が3tと長くかつ該パルス幅のtの
時点以降のレーザ強度がシリコンの凝固点に対応する強
度以下であるアニール用レーザ光8が半導体層9に照射
され、長時間の照射で液相成長による(再)結晶化が行
なわれることとなり、しかもある時点以降のレーザ強度
がシリコンの凝固点に対応する強度以下となり、このた
め一度溶融したシリコンの凝固速度を遅くすることがで
き、ひいては結晶粒径を大きくすることができる。この
結果、例えばアモルファスシリコン層を結晶化してなる
ポリシリコン層を活性層とする薄膜トランジスタの場
合、ポリシリコンの結晶粒径を大きくすることができる
ので、移動度を高くすることができる。なお、参考とし
て光路差が3mあると、レーザ光の時間差は略10ns
ecとなる。
を合成して得られたアニール用レーザ光8は、図2
(G)に示すように、パルス幅が3tと長くなり、また
このパルス幅のtの時点までのレーザ強度がP(シリコ
ンの融点または凝固点に対応する強度)以上となり、パ
ルス幅のtの時点以降のレーザ強度がP以下となる。し
たがって、パルス幅が3tと長くかつ該パルス幅のtの
時点以降のレーザ強度がシリコンの凝固点に対応する強
度以下であるアニール用レーザ光8が半導体層9に照射
され、長時間の照射で液相成長による(再)結晶化が行
なわれることとなり、しかもある時点以降のレーザ強度
がシリコンの凝固点に対応する強度以下となり、このた
め一度溶融したシリコンの凝固速度を遅くすることがで
き、ひいては結晶粒径を大きくすることができる。この
結果、例えばアモルファスシリコン層を結晶化してなる
ポリシリコン層を活性層とする薄膜トランジスタの場
合、ポリシリコンの結晶粒径を大きくすることができる
ので、移動度を高くすることができる。なお、参考とし
て光路差が3mあると、レーザ光の時間差は略10ns
ecとなる。
【0009】なお、上記実施例では、パルスレーザ源1
から出射された1つの出射レーザ光2を5つの分割レー
ザ光4a〜4eに分割し、ミラー群5および各光減衰器
6a〜6eを通過した後の各分割レーザ光4a〜4eを
合成して1つのアニール用レーザ光8を得ているが、こ
れに限定されるものではない。例えば、図3に示すよう
に、5つの出射レーザ光11〜15をパルスレーザ源か
ら連続して出射させるとともに回転多面鏡等によって分
散し、ミラー群および各光減衰器を通過した後の各出射
レーザ光15a〜11aを合成して1つのアニール用レ
ーザ光16を得るようにしてもよい。この場合、図3
(A)の如く出射レーザ光11〜15をこの順に出射し
たとき、最後の出射レーザ光15を最も短い光路で、最
も低い減衰率で通過した出射レーザ光15aとし(図3
(B))、最後から2番目の出射レーザ光14を2番目
に短い光路で、2番目に低い減衰率で通過した出射レー
ザ光14aとし(図3(C))、最後から3番目の出射
レーザ光13を3番目に短い光路で、3番目に低い減衰
率で通過した出射レーザ光13aとし(図3(D))、
最後から4番目の出射レーザ光12を4番目に短い光路
で、4番目に低い減衰率で通過した出射レーザ光12a
とし(図3(E))、一番最初に出射した出射レーザ光
11を最も長い光路で、最も高い減衰率で通過した出射
レーザ光11aとし(図3(F))、これら出射レーザ
光11a〜15aを合成して、図3(G)に示す如く、
パルス幅が広くかつ時間と共に強度が小さくなるレーザ
光16となして半導体層に照射する。
から出射された1つの出射レーザ光2を5つの分割レー
ザ光4a〜4eに分割し、ミラー群5および各光減衰器
6a〜6eを通過した後の各分割レーザ光4a〜4eを
合成して1つのアニール用レーザ光8を得ているが、こ
れに限定されるものではない。例えば、図3に示すよう
に、5つの出射レーザ光11〜15をパルスレーザ源か
ら連続して出射させるとともに回転多面鏡等によって分
散し、ミラー群および各光減衰器を通過した後の各出射
レーザ光15a〜11aを合成して1つのアニール用レ
ーザ光16を得るようにしてもよい。この場合、図3
(A)の如く出射レーザ光11〜15をこの順に出射し
たとき、最後の出射レーザ光15を最も短い光路で、最
も低い減衰率で通過した出射レーザ光15aとし(図3
(B))、最後から2番目の出射レーザ光14を2番目
に短い光路で、2番目に低い減衰率で通過した出射レー
ザ光14aとし(図3(C))、最後から3番目の出射
レーザ光13を3番目に短い光路で、3番目に低い減衰
率で通過した出射レーザ光13aとし(図3(D))、
最後から4番目の出射レーザ光12を4番目に短い光路
で、4番目に低い減衰率で通過した出射レーザ光12a
とし(図3(E))、一番最初に出射した出射レーザ光
11を最も長い光路で、最も高い減衰率で通過した出射
レーザ光11aとし(図3(F))、これら出射レーザ
光11a〜15aを合成して、図3(G)に示す如く、
パルス幅が広くかつ時間と共に強度が小さくなるレーザ
光16となして半導体層に照射する。
【0010】上述せる実施例において、ミラー群の代わ
りに、複数本のグラスファイバを用い、その長さを相互
に異ならせることによって光路長を変え、半導体層に到
達する時間を調整するようにしてもよい。さらに、上記
実施例では、半導体層を(再)結晶化する場合について
説明したが、この発明はこれに限らず、例えば半導体層
に注入した不純物を活性化する場合に適用し、拡散層の
深さを自由に制御することができる。
りに、複数本のグラスファイバを用い、その長さを相互
に異ならせることによって光路長を変え、半導体層に到
達する時間を調整するようにしてもよい。さらに、上記
実施例では、半導体層を(再)結晶化する場合について
説明したが、この発明はこれに限らず、例えば半導体層
に注入した不純物を活性化する場合に適用し、拡散層の
深さを自由に制御することができる。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、パルス幅が長くかつ該パルス幅のある時点以降のレ
ーザ強度がシリコンの凝固点に対応する強度以下である
アニール用レーザ光を半導体層に照射しているので、一
度溶融したシリコンの凝固速度を遅くすることができ、
したがって結晶粒径を大きくすることができる。この結
果、例えばアモルファスシリコン層を結晶化してなるポ
リシリコン層を活性層とする薄膜トランジスタの場合、
ポリシリコンの結晶粒径を大きくすることができるの
で、移動度を高くすることができる。
ば、パルス幅が長くかつ該パルス幅のある時点以降のレ
ーザ強度がシリコンの凝固点に対応する強度以下である
アニール用レーザ光を半導体層に照射しているので、一
度溶融したシリコンの凝固速度を遅くすることができ、
したがって結晶粒径を大きくすることができる。この結
果、例えばアモルファスシリコン層を結晶化してなるポ
リシリコン層を活性層とする薄膜トランジスタの場合、
ポリシリコンの結晶粒径を大きくすることができるの
で、移動度を高くすることができる。
【図1】この発明の一実施例における半導体層のアニー
ル方法で使用するアニール装置の概略構成図。
ル方法で使用するアニール装置の概略構成図。
【図2】この一実施例におけるレーザ光のタイムチャー
ト。
ト。
【図3】この発明の他の実施例におけるレーザ光のタイ
ムチャート。
ムチャート。
【符号の説明】 1 パルスレーザ源 2 出射レーザ光 3 ビームスプリッタ 4a〜4e 分割レーザ光 5 ミラー群 6a〜6b 減衰器 7 集光器7 8 アニール用レーザ光 9 半導体層
Claims (4)
- 【請求項1】 パルスレーザ源から出射された出射レー
ザ光をアモルファスシリコンやポリシリコン等からなる
半導体層に照射して該半導体層をアニールする際、前記
パルスレーザ源から出射された出射レーザ光に基づい
て、パルス幅が前記出射レーザ光のそれよりも長くかつ
該パルス幅のある時点以降のレーザ強度がシリコンの凝
固点に対応する強度以下であるアニール用レーザ光を形
成し、該アニール用レーザ光を前記半導体層に照射する
ようにしたことを特徴とする半導体層のアニール方法。 - 【請求項2】 パルスレーザ源から出射された1つの出
射レーザ光を複数のレーザ光に分割し、各分割レーザ光
の半導体層に到達するまでの各距離を光学系によって異
ならせるとともに、各光路におけるレーザ強度の減衰率
を変え、この後複数の分割レーザ光を合成して前記半導
体層に照射するようにしたことを特徴とする半導体層の
アニール方法。 - 【請求項3】 パルスレーザ源から連続して出射された
複数の出射レーザ光の半導体層に到達するまでの各距離
を光学系によって異ならせるとともに、各光路における
レーザ強度の減衰率を変え、この後複数の出射レーザ光
を合成して前記半導体層に照射するようにしたことを特
徴とする半導体層のアニール方法。 - 【請求項4】 前記光学系を通過した後の各レーザ光を
光減衰器で減衰するようにしたことを特徴とする請求項
1ないし3記載の半導体層のアニール方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18566592A JPH065537A (ja) | 1992-06-22 | 1992-06-22 | 半導体層のアニール方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18566592A JPH065537A (ja) | 1992-06-22 | 1992-06-22 | 半導体層のアニール方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH065537A true JPH065537A (ja) | 1994-01-14 |
Family
ID=16174731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18566592A Pending JPH065537A (ja) | 1992-06-22 | 1992-06-22 | 半導体層のアニール方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH065537A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6621636B2 (en) | 2000-12-26 | 2003-09-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus and method of laser irradiation |
US6955956B2 (en) | 2000-12-26 | 2005-10-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device |
JP2005294409A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Mitsubishi Electric Corp | コヒーレント光結合装置 |
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