JPH07249591A - 半導体薄膜のレーザーアニール方法及び薄膜半導体素子 - Google Patents

半導体薄膜のレーザーアニール方法及び薄膜半導体素子

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JPH07249591A
JPH07249591A JP6042592A JP4259294A JPH07249591A JP H07249591 A JPH07249591 A JP H07249591A JP 6042592 A JP6042592 A JP 6042592A JP 4259294 A JP4259294 A JP 4259294A JP H07249591 A JPH07249591 A JP H07249591A
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laser
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semiconductor
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茂樹 前川
Tetsuya Kawamura
哲也 川村
Mamoru Furuta
守 古田
Yutaka Miyata
豊 宮田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルス状レーザービームにより基板上の非単
結晶Ｓi薄膜に対して重畳照射するレーザーアニール方
法において、結晶性の差を小さくし基板面内のデバイス
性能の均一性を向上する方法を提供する。 【構成】 レーザービームの断面が直線部を有する輪郭
で囲まれた形状に成形したパルス状レーザービーム１
を、前記直線部の延長上でない方向に移動する。これに
より、エッジ周辺部１bによる直線状に連続して、最初
の照射から数えて連続４回以上の重畳照射をすることは
ない。エッジ周辺部１bが２あるいは３回連続して重畳
照射する領域２cと他の照射領域との結晶性の差は小さ
くなる。また、基板５面全体に対する２あるいは３回連
続して重畳照射する領域２cの面積も小さくなり、面積
比から見てもばらつきは小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置用薄膜ト
ランジスタ，イメージセンサ、あるいはＳＲＡＭ等の製
造工程に用いられる半導体薄膜のレーザーアニール方法
及びそのレーザーアニール方法を用いて作製した薄膜半
導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶表示装置に用いられる薄膜ト
ランジスタは、素子密度向上に応じた素子サイズの縮小
化や、駆動回路の基板内蔵化の要求が高まっており、高
移動度のデバイス性能が必要になってきた。しかし、従
来より用いられている高温アニール(加熱処理)した多結
晶Ｓi薄膜トランジスタは、高移動度の性能を有してい
るが、薄膜トランジスタを作製するアレイ基板へのダメ
ージを避けたり、低歪点の安価なガラス基板を用いたり
することが困難であった。以上の観点から、アレイ基板
へのダメージが小さく、低温(約600℃以下)処理が可能
である、エキシマレーザーを用いたレーザーアニール方
法により非晶質Ｓiを結晶化した大粒径多結晶Ｓiの薄膜
トランジスタが現在有望視されている。
【０００３】以下に従来の半導体薄膜のレーザーアニー
ル方法、特に非単結晶Ｓi薄膜に対するエキシマレーザ
ーを用いた重畳照射によるレーザーアニール方法を例に
して説明する。
【０００４】図３は重畳照射による半導体薄膜のレーザ
ーアニール方法の模式図を示している。図３において、
１はエキシマレーザーなどのレーザービーム、３a〜３d
はレーザービーム１の照射により結晶性が変化したＳi
薄膜の領域、４は非単結晶Ｓi薄膜、５は基板である。
【０００５】図３に示すように、まずレーザービーム１
を基板５上の非単結晶Ｓi薄膜４に１回(１パルス)照射
する。照射領域のＳiは溶融固化過程を経ることにより
結晶性が変化し(ここでは特に結晶性向上という意味で
の変化を示す)、周囲と異なる結晶性が変化したＳi薄膜
の領域３aが形成される。次にレーザービーム１を前回
照射領域の一部分に重なるように基板５に対して相対的
に(基板側を移動させてもよい)移動した後、１回照射す
る。この時点で新たに周囲と異なる結晶性が変化したＳ
i薄膜の領域３bが形成される。以下、同様の手順を繰り
返すことによって、結晶性が変化したＳi薄膜の領域３
c，３dという具合に形成される。
【０００６】また、基板５面上において、図３に示す移
動方向に対し直角方向にレーザービーム１を照射領域が
重なるようにずらす操作を加えることにより、最終的に
は基板５面内をレーザービーム１の照射領域で埋め尽く
すことが可能となる。一般にＳi薄膜のエキシマレーザ
ーによるレーザーアニール方法に必要な照射強度は数百
mJ／cm2程度であるが、一度に基板５全面の照射による
レーザーアニール方法が可能で、かつ実用的な大出力レ
ーザーが存在しないため、図３に示したようなレーザー
ビーム１の重畳照射によるレーザーアニール方法が従来
より用いられている。
【０００７】図４は従来のレーザービームの形状(a)及
び重畳照射による半導体薄膜のレーザーアニール方法
(b)を示す平面図である。また、各図において同一作用
効果のものには同一符号を付し、その重複する説明は省
略する。図４において、１aはレーザービーム１の中央
部、１bはレーザービーム１のエッジ周辺部、２aはレー
ザービーム１のエッジ周辺部１bの照射領域、２bはレー
ザービーム１のエッジ周辺部１bが最初の照射より４回
連続して重畳照射する領域、３は結晶性が変化したＳi
薄膜の領域である。
【０００８】図４に示すように、レーザービーム１は正
方形の近似形に成形し、レーザービーム１の強度分布は
光学的に矩形に加工することが困難であり、図４のよう
に台形の近似形になるのが一般的である。この成形した
レーザービーム１をその輪郭における直線部に対して平
行に移動しながら重畳照射する。
【０００９】この従来例の場合、レーザービーム１(縦
横の幅：約５〜10mm程度に成形)のエッジ周辺部１b(エ
ッジから約１〜２mm幅の領域)が最初の照射から数えて
４回(この回数は重畳割合によって異なる)連続して重畳
照射する領域２bが存在する。二次元的に重畳照射した
場合には、この４回連続して重畳照射する領域２bは基
板５面内に互いに平行な多数の帯状領域として分布する
ことになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、レーザービームの中央部に比較し
て照射強度が小さいエッジ周辺部で最初に連続して重畳
照射した領域は、レーザービームの中央部の照射領域と
比較して、弱く結晶性が変化した状態でほぼ固定されて
しまう。このため、エッジ周辺部の重畳照射領域の結晶
性はレーザービームの中央部の再照射においても良化し
ないまま残存することになる。したがって、このレーザ
ービームのエッジ周辺部の重畳照射領域と他の照射領域
との結晶性に差が生じ、基板面内に分布するデバイスの
性能ばらつきの主な原因になるという問題があった。
【００１１】そこで本発明は、前記従来技術の問題を解
決するものであり、レーザービームのエッジ周辺部の重
畳照射領域と他の照射領域との結晶性の差を小さくし
て、基板面内に分布するデバイス性能の均一性を向上す
る方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、レーザービームの断面が直線部を有する
輪郭で囲まれた形状に成形したパルス状のレーザービー
ムを前記直線部(概ね直線に近い曲線も含む)の延長上で
ない方向に移動しながら半導体薄膜に重畳照射する。ま
た、レーザービームの断面が直線部を有しない閉曲線に
囲まれた形状に成形したパルス状のレーザービームを移
動しながら半導体薄膜に重畳照射する。前記パルス状の
レーザービームを移動しながら基板上の半導体薄膜に４
回以上重畳照射する際、前記レーザービームのエッジ周
辺部分で重畳照射される回数が最初の照射から数えて連
続３回以下であり、レーザービームの強度分布におい
て、レーザービームの中央部は平坦な強度分布であり、
かつ中央部と比較してエッジ周辺部の強度が小さい半導
体薄膜のレーザーアニール方法である。
【００１３】また、基板上の半導体薄膜を前記レーザー
アニール方法を用いて作製する薄膜半導体素子である。
【００１４】
【作用】前記方法によれば、レーザービームのエッジ周
辺部の重畳照射回数が最初の照射から数えて連続３回以
下にすることが可能となり、他の照射部分との結晶性の
差が小さくなる。このことから基板面内に分布するデバ
イス性能の均一性を向上することができる。また、全基
板面積に対するレーザービームのエッジ周辺部の重畳照
射面積比も小さくなるため、基板面内で平均すると均一
性の向上も期待できる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の半導体薄膜のレーザーアニー
ル方法、特にエキシマレーザーを用いた非単結晶Ｓi薄
膜の重畳照射によるレーザーアニール方法の実施例につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】図１は本発明の第１の実施例であるレーザ
ービームの形状(a)及び重畳照射による半導体薄膜のレ
ーザーアニール方法(b)の平面図を示している。図１に
おいて、２cはレーザービーム１のエッジ周辺部１bが最
初の照射より２あるいは３回連続して重畳照射する領域
である。
【００１７】図１に示すように、ビーム形状を概ね正方
形に成形したレーザービーム１を、その輪郭の直線部の
延長上とならない方向(この場合、約45度)に移動しなが
ら非単結晶Ｓi薄膜４に重畳照射する。
【００１８】第１の実施例では、図１より明らかなよう
にレーザービーム１のエッジ周辺部１bにより直線状に
連続して重畳照射することはなく、最初の照射から数え
て連続４回以上のエッジ周辺部１bが重畳照射すること
がないため、エッジ周辺部１bの２あるいは３回連続し
て重畳照射する領域２cと他の照射部との結晶性の差は
小さくなる。また、基板５面全体に対する２あるいは３
回連続して重畳照射する領域２cの面積も小さくなり、
面積比から見てもばらつきは小さくなる。また、本発明
のレーザーアニール方法によるＳi薄膜を用いて薄膜ト
ランジスタを作製したところ、従来のレーザーアニール
方法を用いて作製したものと比較して、デバイス性能の
基板５面内のばらつきが小さくなった。
【００１９】なお、第１の実施例ではレーザービーム１
を、直線部に対して約45度の角度をなす方向に移動させ
たが、45±30度の角度をなす方向でも同様の効果が得ら
れる。
【００２０】図２は本発明の第２の実施例のレーザービ
ームの形状(a)及び重畳照射による半導体薄膜のレーザ
ーアニール方法(b)を示す平面図である。直線部がない
輪郭の形状(この場合、楕円形である)に成形したレーザ
ービーム１をある一定方向 (方向に制限はない)に移動
しながら重畳照射する。
【００２１】この第２の実施例では、図２より明らかな
ようにレーザービーム１の移動方向にかかわらずレーザ
ービーム１のエッジ周辺部１bにより直線状に４回連続
して重畳照射することはなく、エッジ周辺部１bの重畳
照射部分と他の照射部との結晶性の差は小さくなり、第
１の実施例と同様の効果が得られる。
【００２２】なお、第２の実施例では、レーザービーム
１の形状が楕円形であったが、その他の輪郭に直線を有
しない形状、例えば外側に対して凹状の部分を有する形
状でも同様の効果が得られる。
【００２３】また、第１及び第２の実施例では、レーザ
ービーム１としてエキシマレーザーを用いたが、その他
のパルス状のレーザービーム１として、例えばＹＡＧレ
ーザーを用いても同様の効果が得られる。
【００２４】また、半導体薄膜として非単結晶Ｓi薄膜
を用いた場合について説明したが、他の半導体薄膜、例
えば非単結晶Ｇe薄膜でも同様の効果が得られる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザービームの断面が直線部を有する輪郭で囲まれた
形状に成形したレーザービームは、輪郭の直線部の延長
上でない方向に移動する。また、レーザービームの断面
が直線部を有しない閉曲線に囲まれた形状に成形したレ
ーザービームは、移動方向を問わずに移動する。このレ
ーザービームで、基板上の半導体薄膜に４回以上重畳照
射する場合、エッジ周辺部の重畳照射領域の照射回数が
最初から数えて３回以下であり、かつその面積比を小さ
くすることができ、結晶性の差に基づくデバイス性能の
基板面内のばらつきを抑制することができる。また、こ
のレーザーアニール方法で処理した半導体薄膜を用いて
デバイスを作製した場合、デバイス歩留まり向上策とし
て有効であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるレーザービーム
の形状(a)及び重畳照射による半導体薄膜のレーザーア
ニール方法(b)を示す平面図である。
【図２】本発明の第２の実施例におけるレーザービーム
の形状(a)及び重畳照射による半導体薄膜のレーザーア
ニール方法(b)を示す平面図である。
【図３】従来の重畳照射による半導体薄膜のレーザーア
ニール方法を示す模式図である。
【図４】従来のレーザービームの形状(a)及び重畳照射
による半導体薄膜のレーザーアニール方法(b)を示す平
面図である。
【符号の説明】
１…レーザービーム、 １a…レーザービームの中央
部、 １b…レーザービームのエッジ周辺部、 ２a…エ
ッジ周辺部の照射領域、 ２b…４回連続して重畳照射
する領域、 ２c…２あるいは３回連続して重畳照射す
る領域、 ３，３a，３b，３c，３d…結晶性が変化した
Ｓi薄膜の領域、 ４…非単結晶Ｓi薄膜、５…基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 豊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザービームの断面が直線部を有する
    輪郭で囲まれた形状に成形したパルス状の前記レーザー
    ビームを、前記直線部の延長上でない方向に移動しなが
    ら半導体薄膜に重畳照射することを特徴とする半導体薄
    膜のレーザーアニール方法。
  2. 【請求項２】 レーザービームの断面形状が正方形ある
    いは長方形であることを特徴とする請求項１記載の半導
    体薄膜のレーザーアニール方法。
  3. 【請求項３】 レーザービームを長方形あるいは正方形
    の一辺に対して45±30度の角度をなす方向に移動するこ
    とを特徴とする請求項２記載の半導体薄膜のレーザーア
    ニール方法。
  4. 【請求項４】 レーザービームの断面が直線部を有しな
    い閉曲線に囲まれた形状に成形したパルス状の前記レー
    ザービームを移動しながら半導体薄膜に重畳照射するこ
    とを特徴とする半導体薄膜のレーザーアニール方法。
  5. 【請求項５】 レーザービームの断面形状が楕円形ある
    いは円形であることを特徴とする請求項４記載の半導体
    薄膜のレーザーアニール方法。
  6. 【請求項６】 パルス状のレーザービームを移動しなが
    ら半導体薄膜に４回以上重畳照射する際、前記レーザー
    ビームのエッジ周辺部分で重畳照射される回数が最初の
    照射から数えて連続３回以下であることを特徴とする半
    導体薄膜のレーザーアニール方法。
  7. 【請求項７】 レーザービームの強度分布において、前
    記レーザービームの中央部は平坦な強度分布であり、か
    つ中央部と比較して前記レーザービームのエッジ周辺部
    の強度が小さいことを特徴とする請求項６記載の半導体
    薄膜のレーザーアニール方法。
  8. 【請求項８】 レーザービームがエキシマレーザーであ
    ることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６また
    は７記載の半導体薄膜のレーザーアニール方法。
  9. 【請求項９】 半導体薄膜が非単結晶Ｓi薄膜であるこ
    とを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６または７
    記載の半導体薄膜のレーザーアニール方法。
  10. 【請求項１０】 半導体薄膜と、該半導体薄膜上を移動
    しながら４回以上重畳照射する際、レーザービームのエ
    ッジ周辺部分で重畳照射される回数が最初の照射から数
    えて連続３回以下とするパルス状のレーザービームとか
    ら構成されるレーザーアニール方法を用いて作製するこ
    とを特徴とする薄膜半導体素子。
  11. 【請求項１１】 レーザービームの強度分布において、
    前記レーザービームの中央部は平坦な強度分布であり、
    かつ中央部と比較して前記レーザービームのエッジ周辺
    部の強度が小さいことを特徴とする請求項10記載の薄膜
    半導体素子。
  12. 【請求項１２】 レーザービームがエキシマレーザーで
    あることを特徴とする請求項10または11記載の薄膜半導
    体素子。
  13. 【請求項１３】 半導体薄膜が非単結晶Ｓi薄膜である
    ことを特徴とする請求項10記載の薄膜半導体素子。
  14. 【請求項１４】 薄膜半導体素子が薄膜トランジスタで
    あることを特徴とする請求項10記載の薄膜半導体素子。
JP6042592A 1994-03-14 1994-03-14 半導体薄膜のレーザーアニール方法及び薄膜半導体素子 Pending JPH07249591A (ja)

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US08/402,476 US5591668A (en) 1994-03-14 1995-03-13 Laser annealing method for a semiconductor thin film
TW084102368A TW460981B (en) 1994-03-14 1995-03-13 Laser annealing method for a semiconductor thin film and thin film semiconductor device
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