JPH0883765A

JPH0883765A - 多結晶半導体膜の製造方法

Info

Publication number: JPH0883765A
Application number: JP21471794A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kuwabara; 隆桑原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-07-14
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1996-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】非晶質半導体膜を溶融・結晶化して多結晶半
導体膜を得る処理において、その前処理である脱ガス処
理、或いは結晶化に際して結晶粒径を大きくするための
処理を同時進行で行うことにより、プロセス時間を短縮
化しつつ結晶品質の向上を図ることを目的とする。【構成】単一光源から出射されるエネルギービーム１
５を、ミラー１０の高反射率部１０ａにて反射させるこ
とにより、非晶質シリコン膜３を溶融するための第１ビ
ーム１５ａを生成してこれを非晶質シリコン膜３に照射
するとともに、高反射率部１０ａの両側に形成した低反
射率部１０ｂにて反射させることにより、加熱用の第２
ビーム１５ｂを生成し、前記第１ビーム１５ａの照射位
置に対してビーム走査方向の先行位置に照射される第２
ビーム１５ｂ′により脱ガスを行い、追従位置に照射さ
れる第２ビーム１５ｂ″にて結晶粒径を大きくする処理
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多結晶半導体膜の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高画質・高精細の液晶表示装置を
実現すべく、その画素或いは周辺回路の駆動デバイスで
ある薄膜トランジスタの種々の高性能化技術が開発され
ている。例えば、デバイス特性を左右する活性層材料の
高品質化技術として、非晶質シリコン膜を出発材料と
し、エキシマレーザアニール法によって薄膜多結晶シリ
コン膜を形成する技術が開発されている。

【０００３】ところで、ＣＶＤ法等により形成された非
晶質シリコン膜に対して結晶化のための前記エキシマレ
ーザをいきなり照射したのでは、非晶質シリコン膜中に
含まれている膜中ガス（水素ガス）が急激に膨張し膜か
ら離脱するため、膜荒れや膜剥離の原因となる。その一
方で、エキシマレーザのエネルギー強度を半導体膜のレ
ーザ耐性の範囲内に低下させたのでは、結晶の大粒径化
が図れない。

【０００４】従って、従来のレーザアニール法による多
結晶化法では、図８（ａ）に示すように、まず、ヒータ
ー２を設置した真空チャンバー１内に、非晶質シリコン
膜３を形成した基板４を配置し、上記ヒーター２による
熱アニールによって非晶質シリコン膜３中のガスを取り
除く。そして、かかる脱ガス処理が施された非晶質シリ
コン膜３′を有する基板４を真空チャンバー１内から取
り出し、同図（ｂ）に示すように、非晶質シリコン膜
３′にレーザビーム７を照射しながら紙面左から右にビ
ーム走査する。これにより、非晶質シリコン膜３′の溶
融・結晶化が連続的に行われ、走査ライン上に多結晶シ
リコン膜３″が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、脱ガスのためのアニール工程と多結晶化
のためのレーザアニール工程とが分けられて行われるた
めに、プロセス時間が長くなるという欠点がある。更
に、多結晶化のためのレーザ照射により溶融した半導体
膜の固化速度を遅くした方が一般に結晶の大粒径化を図
る上で好ましいが、従来は、ヒーター等によって基板を
加熱しながら固化速度低下処理を行うものが一般的であ
った。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑み、非晶質半導
体膜を溶融・結晶化して多結晶半導体膜を得る処理にお
いて、その前処理である脱ガス処理、或いは結晶化に際
して結晶粒径を大きくするための処理を同時進行で行う
ことにより、プロセス時間を短縮化しつつ結晶品質の向
上を図ることができる多結晶半導体膜の製造方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の多結晶半導体膜
の製造方法は、非晶質半導体膜に結晶化のための第１の
エネルギービームを照射するのに同時進行して当該第１
のエネルギービーム照射位置に対してビーム走査方向に
先行する位置に加熱用の第２のエネルギービームを照射
することを特徴とする。

【０００８】本発明の多結晶半導体膜の製造方法は、非
晶質半導体膜に結晶化のための第１のエネルギービーム
を照射するのに同時進行して当該第１のエネルギービー
ム照射位置に対してビーム走査方向に追従する位置に加
熱用の第２のエネルギービームを照射することを特徴と
する。

【０００９】本発明の多結晶半導体膜の製造方法は、非
晶質半導体膜に結晶化のための第１のエネルギービーム
を照射するのに同時進行して当該第１のエネルギービー
ム照射位置に対してビーム走査方向に先行する位置およ
び追従する位置に加熱用の第２のエネルギービームを照
射することを特徴とする。

【００１０】また、前記第１のエネルギービームと第２
のエネルギービームは単一の出射源より出射するように
してもよい。

【００１１】また、前記第２のエネルギービームを、第
１のエネルギービームが照射される位置にも照射するよ
うにしてもよい。

【００１２】

【作用】上記第１の構成によれば、非晶質半導体膜から
加熱によりガスを取り去る脱ガス処理と、非晶質半導体
膜を溶融・結晶化させる処理とが、第１のエネルギービ
ーム照射と第２のエネルギービーム照射の同時進行によ
って連続的に行われるので、結晶化のプロセス時間が短
縮される。勿論、脱ガス処理の後に結晶化処理を行うの
であるから、膜荒れや膜剥離は防止され、多結晶半導体
膜の結晶粒径の大型化が図れる。

【００１３】上記第２の構成によれば、非晶質半導体膜
の溶融処理と、この溶融した部分を加熱することによる
結晶化速度低下処理、或いは既に結晶化している場合の
二次的な結晶成長とが、第１のエネルギービーム照射と
第２のエネルギービーム照射の同時進行によって連続的
に行われるので、結晶化のプロセス時間を短縮しつつ多
結晶半導体膜の結晶粒径の大型化を図ることができる。

【００１４】上記第３の構成によれば、非晶質半導体膜
からガスを取り去る脱ガス処理と、非晶質半導体膜の溶
融処理と、この溶融した部分を加熱することによる結晶
化速度低下処理、或いは既に結晶化している場合の二次
的結晶粒径増大処理とが、第１のエネルギービームの照
射及び第２のエネルギービームの照射の同時進行によっ
て連続的に行われるので、結晶化のプロセス時間を短縮
しつつ多結晶半導体膜の結晶粒径の大型化を図ることが
できる。勿論、脱ガス処理の後に結晶化処理を行うので
あるから、膜荒れや膜剥離は防止され、多結晶半導体膜
の結晶粒径の大型化が図れる。

【００１５】また、第１のエネルギービームと第２のエ
ネルギービームを単一の出射源より出射する方法では、
エネルギービームの照射装置は一つでよいのでコスト低
減が図れる。

【００１６】また、前記第２のエネルギービームを、第
１のエネルギービームが照射される位置にも照射する方
法では、第１のエネルギービーム照射位置と第２のエネ
ルギービーム照射位置とが重複するので、特に、第１の
エネルギービームとしてパルスビームを用い、第２のエ
ネルギービームとして連続発振ビームやハロゲン光等を
用いるときに、第２のエネルギービームによる加熱状態
の中で第１のエネルギービームであるパルスビームによ
る溶融・結晶化が起こるため、結晶化速度が遅くなり、
結晶粒径が大きくなる。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明をその実施例を示す図に基づ
いて説明する。なお、非晶質半導体膜等の従来で既に示
したものと同一のものには同一の符号を付記している。

【００１８】図１は、本発明の多結晶半導体膜の製造方
法を実施するレーザ照射装置の光学系を示した模式図で
ある。単一光源からのエネルギービーム（本実施例では
パルスレーザビームを使用）１５の進行方向光路上に
は、入射光の一部反射と一部透過を行うハーフミラー１
０および入射光の全てを反射させる全反射ミラー１１が
この順序で所定間隔をおき、それぞれビーム方向に対し
て略４５°傾けて配置されている。

【００１９】前記ハーフミラー１０にて反射されたビー
ム（以下、第１ビームという）１５ａは、そのまま基板
４に向けて垂直に照射される。一方、前記ハーフミラー
１０を透過したビーム（以下、第２ビームという）１５
ｂは、前記全反射ミラー１１にて反射された後、基板４
に向けて垂直に照射される。上記ハーフミラー１０及び
全反射ミラー１１は、相互の位置関係を保持した状態で
ビーム走査方向に一体的に移動するように構成されてい
る。

【００２０】ビームの走査方向は、図中の矢印で示すよ
うに、紙面右方向としてあり、第２ビーム１５ｂの照射
位置は、第１ビーム１５ａの照射位置に対し、当該ビー
ム走査方向に先行する位置となる。なお、各ビーム１５
ａ，１５ｂの照射位置は、前記ハーフミラー１０と全反
射ミラー１１とが離間していることに対応して離れる
が、両位置を近接させても構わないものである。

【００２１】第１ビーム１５ａのエネルギー強度は、非
晶質シリコン膜３を大粒径結晶化させるのに必要な強度
に設定され、第２ビーム１５ｂは脱ガスに必要な強度に
設定されている。具体的には、膜厚５０ｎｍの非晶質シ
リコン膜３を用いる場合であれば、レーザ発振周波数を
１〜１００Ｈｚ、ビームサイズを２×２〜１５×１５ｍ
ｍ（正方形）、重ねピッチを０．０５〜１．０ｍｍ、ビ
ーム走査速度１〜１００ｍｍ／秒とし、第１ビームは例
えば３００〜５００ｍＪ／ｃｍ²、第２ビームは例えば
１００〜２５０ｍＪ／ｃｍ²とする。

【００２２】上記の如く構成された光学系により、非晶
質シリコン膜３を大粒径結晶化するための第１ビーム１
５ａの照射に同時進行して当該第１ビーム１５ａのビー
ム照射位置に対してビーム走査方向に先行する位置に脱
ガスのための第２ビーム１５ｂが照射されることにな
る。従って、図１に示しているように、非晶質シリコン
膜３に対してビーム走査を一回行うだけで、この走査さ
れる部分の非晶質シリコン膜３において、前記第２ビー
ム１５ｂが照射された領域で脱ガス処理された非晶質シ
リコン膜３′が得られ、この脱ガス済の非晶質シリコン
膜３′において、第１ビーム１５ａが照射された領域で
非晶質シリコン膜３′の溶融・固化が生じて多結晶シリ
コン膜３″が得られることになる。

【００２３】このように、非晶質シリコン膜３からガス
を取り去る脱ガス処理及び当該非晶質シリコン膜３を結
晶化させる処理が同時進行で行われることにより、結晶
化のプロセス時間が短縮されるとともに、膜荒れや膜剥
離は防止され、多結晶シリコン膜３″の結晶粒径の大型
化が図れる。また、本実施例のように、第１ビーム１５
ａと第２ビーム１５ｂを単一光源より得るため、ビーム
照射装置は一つでよく、コスト低減が図れる。

【００２４】なお、本発明の多結晶半導体膜の製造方法
を実施するレーザ照射装置の光学系としては、上記の図
１に示したものに限らず、例えば、一つのミラーを用
い、このミラー面に高反射率部と低反射率部の二領域を
形成しておき、高反射率部により反射されるビームを結
晶化用の第１ビーム１５ａとし、低反射率部により反射
されるビームを脱ガス用の第２ビーム１５ｂとするよう
にしてもよい。或いは、脱ガス用の第２ビーム１５ｂと
なるべきビーム１５の光路上に当該第２ビーム１５ｂが
脱ガスに適当なエネルギーを持つような所定透過率の透
明体を配置してもよいものである。

【００２５】図１に示したハーフミラーを用いる場合に
おいては、同一出射源から第１，第２の二つのビーム１
５ａ，１５ｂを得るため、出射源のビーム１５として、
上記第１，第２の二つのビーム１５ａ，１５ｂのエネル
ギーを合わせた高いエネルギーが必要になり、そのよう
な高いエネルギービームを出射する装置が必要となる
が、エネルギーの利用効率は高いといえる。一方、上記
のごとくミラー面に高反射率部と低反射率部の二領域を
形成する光学系等を用いる場合には、ビーム１５を出射
するビーム照射装置としては、大粒径結晶化に必要なエ
ネルギービームを照射するもので足りることになるが、
第２ビーム１５ｂを得るためにエネルギーロスが生じる
ことになる。

【００２６】なお、この実施例１のように、第１ビーム
１５ａ，第２ビーム１５ｂの両者ともエキシマレーザ等
のパルスレーザとする場合においては、パルス周期は同
期させてもさせなくてもどちらでもよいものである。ま
た、この実施例１では、エネルギービーム１５としてパ
ルスレーザビームを用いたが、このパルスレーザビーム
に代えて連続発振レーザビームやキセノン又はハロゲン
ランプ等のエネルギービームを用いてもよいことは勿論
である。

【００２７】（実施例２）本発明の他の実施例を図２に
基づいて説明する。

【００２８】本実施例の多結晶半導体膜の製造方法は、
図２に示すように、結晶化のための第１ビーム１５１を
照射する第１のビーム照射装置１６と、脱ガスのための
第２ビーム１５２を照射する第２のビーム照射装置１７
と、各々のビームを全反射させるミラー１８，１９とを
備えた光学系を用いることにより、非晶質シリコン膜３
に第１ビーム１５１を照射するのと同時進行して当該第
１ビーム１５１の照射位置に対してビーム走査方向に先
行する位置に第２ビーム１５２を照射する。

【００２９】本実施例では、第１ビーム１５１としてエ
キシマレーザ等のパルスレーザを用い、第２ビーム１５
２として連続発振レーザやキセノン又はハロゲンランプ
等のエネルギービームを用いているが、第１ビーム１５
１及び第２ビーム１５２の両方ともエキシマレーザ等の
パルスレーザとしたり、或いは第１ビーム１５１及び第
２ビーム１５２の両方とも連続発振レーザやキセノン又
はハロゲンランプ等のエネルギービームとしてもよいこ
とは勿論である。

【００３０】このように、第１ビーム１５１と第２ビー
ム１５２の出射源を異ならせる場合でも、実施例１と同
様、非晶質シリコン膜３からガスを取り去る脱ガス処理
及び当該脱ガス済の非晶質シリコン膜３′を結晶化させ
る処理を連続的に行うことができ、結晶化のプロセス時
間を短縮化することができる。特に、第２ビーム１５２
として連続発振レーザやキセノン又はハロゲンランプ等
のエネルギービームを用いる場合、非晶質シリコン膜３
だけでなく基板４も加熱される。従って、非晶質シリコ
ン膜の結晶化時に当該基板４の熱が結晶化速度を遅くす
るように作用することになり、大きな粒径の結晶が得ら
れる。

【００３１】また、本実施例のように、第１ビーム１５
１と第２ビーム１５２の出射源を異ならせることによ
り、第１ビーム１５１を出射するビーム照射装置１６と
しては、大粒径結晶化に必要なエネルギービームを照射
するもので足りることになる。さらに、実施例１で述べ
たごとく、ミラー面に高反射率部と低反射率部の二領域
を形成する必要がなく、通常の全反射ミラーを用いれば
よいから、エネルギーの利用効率も高くなる。

【００３２】また、以上の実施例における図１或いは図
２の構成で、第１ビーム１５ａと第２ビーム１５ｂの位
置関係を逆にし、図１或いは図２とは逆の方向にビーム
走査を行うようにしてもよい。更に、ビーム照射位置を
固定し、基板４の方を移動ステージにより移動させてビ
ーム走査を行うようにしてもよいものである。

【００３３】（実施例３）以下、本発明の他の実施例を
説明する。

【００３４】本実施例の多結晶半導体膜の製造方法は、
既に脱ガス処理が施された非晶質半導体膜に結晶化のた
めの第１のエネルギービームの照射に同時進行して当該
第１のエネルギービーム照射位置に対してビーム走査方
向に追従する位置に加熱用の第２のエネルギービームを
照射する方法である。

【００３５】図３は、本発明の多結晶半導体膜の製造方
法を実施するレーザ照射装置の光学系を示した模式図で
ある。単一光源からのエネルギービーム（本実施例で
は、パルスレーザビーム或いは連続発振ビームを使用し
ている）１５の進行方向光路上には、入射光の一部反射
と一部透過を行うハーフミラー１００および入射光の全
てを反射させる全反射ミラー１１０がこの順序で所定間
隔をおき、それぞれビーム方向に対して略４５°傾けて
配置されている。

【００３６】前記ハーフミラー１００にて反射されたビ
ーム（以下、第２ビームという）１５ｂは、そのまま基
板４に向けて垂直に照射される。前記ハーフミラー１０
０を透過したビーム（以下、第１ビームという）１５ａ
は、前記全反射ミラー１１０にて反射された後、基板４
に向けて垂直に照射される。上記ハーフミラー１００及
び全反射ミラー１１０は、相互の位置関係を保持した状
態でビーム走査方向に一体的に移動するように構成され
ている。

【００３７】ビームの走査方向は、図中の矢印で示すよ
うに、紙面右方向としてあり、第２ビーム１５ｂの照射
位置は、第１ビーム１５ａの照射位置に対し、当該ビー
ム走査方向に追従する位置となる。なお、本実施例で
は、各ビーム１５ａ，１５ｂの照射位置を近接させてい
る。

【００３８】上記の如く構成された光学系により、非晶
質シリコン膜３を大粒径結晶化するための第１ビーム１
５ａの照射に同時進行して当該第１ビーム１５ａのビー
ム照射位置に対してビーム走査方向に追従する位置に加
熱用の第２ビーム１５ｂが照射されることになる。

【００３９】既に脱ガス処理が施されている非晶質シリ
コン膜３′に対して第１ビーム１５ａが照射されるの
で、非晶質シリコン膜３′は、膜荒れや膜剥離を生ずる
ことなく溶融される。

【００４０】単一光源からのエネルギービーム１５を連
続発振レーザビームとした場合、第１ビーム１５ａの照
射によって溶融した部分に連続発振レーザビームである
第２ビーム１５ｂが照射されて加熱され、結晶化速度が
遅くなり、大粒径の多結晶シリコン膜３″が得られるこ
とになる。

【００４１】図４は、本方法によるシリコン薄膜の結晶
化速度を示すグラフである。比較のため、従来方法（第
２ビーム１５ｂがないものに相当）によるシリコン薄膜
の結晶化速度も示している。このグラフにおいて、グラ
フ右側の傾きが大きい程、半導体薄膜の固化する時間が
長くなり、結晶粒径が大きく成長することが分かってい
る。従って、本方法の方が従来方法に比べて大きな結晶
粒径を得ることができる。

【００４２】一方、単一光源からのエネルギービーム１
５をパルスレーザビームとした場合、第１ビーム１５ａ
が照射された位置に第２ビーム１５ｂが照射されるとき
には、その部分は既に結晶化が終了しているため、第２
ビーム１５ｂによる加熱は結晶化速度を遅くするように
は機能しない。しかし、既結晶化部分に数多くのパルス
を照射することによって二次的に結晶粒径が大きくなり
得る。

【００４３】この多パルス照射による結晶成長のために
は、非晶質シリコン膜３′の脱ガス処理を十分に行う必
要がある。非晶質シリコン膜３′の形成は、プラズマＣ
ＶＤ法により行うことができる。プラズマＣＶＤ法によ
る非晶質シリコン膜の形成は、例えば、基板温度を１７
０℃、ＲＦパワーを０．０８Ｗ／ｃｍ²、圧力を０．４
Ｔｏｒｒ、ＳｉＨ₄（シランガス）の流量を１００％，
２０ｓｃｃｍとした条件で行う。なお、このプラズマＣ
ＶＤ法により形成された非晶質シリコン膜には、不純物
として水素および酸素が含まれているが、チャンバー内
圧力を０．４Ｔｏｒｒとして真空度を十分に高めておけ
ば、非晶質シリコン膜中の酸素濃度は十分に低いものと
なる。

【００４４】非晶質シリコン膜中の水素の除去は、基板
温度を４５０℃〜５９０℃に設定して３０分〜８時間放
置するアニール処理により行うことができる。この脱水
素化処理は、従来行われていた処理よりも入念に行われ
る。これにより、非晶質シリコン膜中の水素濃度は十分
に低くされる。

【００４５】パルスレーザとしては、ＸｅＣｌ，Ａｒ
Ｆ，ＫｒＦ，ＸｅＦなどのエキシマレーザーが用いられ
る。このときのレーザーエネルギー密度は２００〜５０
０ｍＪ／ｃｍ²に設定しており、第２ビーム１５ｂは第
１ビーム１５ａよりも低エネルギーに設定される。照射
パルス数は３０〜１０００ｓｈｏｔｓに設定する。ま
た、このときの基板温度は、２００〜５００℃に設定す
る。

【００４６】多結晶シリコン膜を形成している各々の結
晶は、当初は小粒径であり配向もばらばらであるが、そ
の粒の形状が柱状となった後において、引き続き照射さ
れるエキシマレーザーにて結晶成長を起こさせるエネル
ギーが次々と付与されるため、各々の結晶の粒界面にお
いて（１１１）面への配向が優先的に進み、（１１１）
面に配向を有している結晶は、これと接している他の面
に配向を持つ結晶を取り崩して成長し、その結果、（１
１１）の面に配向する結晶が大粒径化する。

【００４７】なお、単一光源からのレーザビーム１５を
パルスビームとして多パルス照射を行う場合、この多パ
ルス照射は第２ビーム１５ｂにおいてだけでなく当然に
第１ビーム１５ａにおいても行われるものであり、この
第１ビーム１５ａによっても前述した作用により結晶が
成長し得る。

【００４８】更に、本実施例では、単一の光源から第１
ビーム１５ａと第２ビーム１５ｂを得るようにしたが、
別々の光源からそれぞれ同一種のビーム或いは異種のビ
ーム（例えば、第１ビームとしてエキシマレーザ、第２
ビームとして連続発振レーザ或いはハロゲンランプ等）
を出射するようにしてもよい。

【００４９】なお、図３において、第１ビーム１５ａと
第２ビーム１５ｂの位置関係を逆にするとともに、図３
とは逆の方向にビーム走査を行うようにしても本実施例
の方法を実現することができる。また、ビーム照射位置
を固定し、基板４の方を移動ステージにより移動させて
ビーム走査を行うようにしてもよいものである。

【００５０】（実施例４）以下、本発明をその実施例を
示す図に基づいて説明する。

【００５１】図５は、本実施例の多結晶半導体膜の製造
方法を実施するレーザ照射装置の光学系を示した模式図
である。単一光源からのエネルギービーム（本実施例で
は、ではパルスレーザビームを使用）１５の進行方向光
路上には、ミラー１０がビーム方向に対して略４５°傾
けて配置されている。ミラー１０のミラー面には、高反
射率部１０ａおよび低反射率部１０ｂの二領域が形成さ
れている。低反射率部１０ｂは、高反射率部１０ａの両
側に位置している。

【００５２】前記の高反射率部１０ａにて反射されたビ
ーム（以下、第１ビームという）１５ａは、非晶質シリ
コン膜３の結晶化に必要なエネルギー強度を有して非晶
質シリコン膜３に照射される。前記低反射率部１０ｂに
て反射されたビーム（以下、第２ビームという）１５ｂ
は、脱ガス及び膜保温或いは二次的結晶成長に必要なエ
ネルギー強度を有して非晶質シリコン膜３に照射され
る。

【００５３】ビームの走査方向は、図中の矢印で示すよ
うに、紙面右方向としてあり、第２ビーム１５ｂの照射
位置は、第１ビーム１５ａの照射位置に対し、当該ビー
ム走査方向に先行する位置および追従する位置となる。

【００５４】上記の如く構成された光学系により、非晶
質シリコン膜３を結晶化するための第１ビーム１５ａの
照射と同時進行で当該第１ビーム１５ａのビーム照射位
置に対してビーム走査方向に先行する位置及び追従する
位置に第２ビーム１５ｂが照射されることになる。

【００５５】以下、第１ビーム１５ａのビーム照射位置
に対してビーム走査方向に先行する位置に照射される第
２ビーム１５ｂには符号１５ｂ′を付し、追従する位置
に照射される第２ビーム１５ｂには符号１５ｂ″を付
す。

【００５６】上記の光学系によってビーム走査が行われ
ることにより、図５に示しているように、非晶質シリコ
ン膜３に対してビーム走査を一回行うだけで、この走査
された部分の非晶質シリコン膜３において、第２ビーム
１５ｂ′が照射された領域で脱ガス処理が行われ、この
脱ガス処理された非晶質シリコン膜３′に第１ビーム１
５ａが照射されることにより、膜荒れや膜剥離等を生じ
ることなく半導体膜が溶融し、上記第１ビーム１５ａの
照射位置に対してビーム走査方向に追従する位置に照射
される第２ビーム１５ｂ″により結晶化速度が低下し或
いは二次的に結晶が成長し、大粒径の多結晶シリコン膜
３″が得られる。

【００５７】そして、このように、非晶質シリコン膜３
からガスを取り去る脱ガス処理、この脱ガス済された非
晶質シリコン膜３′を結晶化させる処理、及び大粒径化
処理が同時進行で行われるので、結晶化のプロセス時間
が短縮化される。また、本実施例では、第１ビーム１５
ａと第２ビーム１５ｂを単一光源より得るため、ビーム
照射装置は一つでよく、コスト低減が図れる。

【００５８】なお、本発明の多結晶半導体膜の製造方法
を実施するレーザ照射装置の光学系としては、上記の図
１に示したものに限らず、例えば、第２ビーム１５ｂと
なるべきビーム１５の光路上に当該第２ビーム１５ｂが
脱ガス及び固化速度の低下或いは二次的結晶成長に適当
なエネルギーを持つように所定透過率の透明体を配置す
るようにしてもよいものである。

【００５９】（実施例５）本発明の他の実施例を図に基
づいて説明する。

【００６０】本実施例では、図６に示すように、結晶化
のための連続発振レーザビームからなる第１ビーム１５
１を照射する第１のビーム照射装置１６と、加熱用のキ
セノン又はハロゲン光或いは連続発振レーザビーム等の
第２ビーム１５２を照射する第２のビーム照射装置１７
と、第１ビーム１５１の光路に対応した位置に反射領域
１８ａを有した光学手段１８と、第２ビーム１５２を全
反射させるミラー１９とを備えた光学系を用いることに
より、非晶質シリコン膜３に第１ビーム１５１を照射す
ると同時に当該第１ビーム１５１の照射位置に対してビ
ーム走査方向に先行する位置に脱ガス用の第２ビーム１
５２ａを、追従する位置に固化速度低下用の第２ビーム
１５２ｂをそれぞれ照射する。尚、ハロゲン光を加熱に
用いる場合には、ハロゲンランプの出力を５〜２０Ｗ／
ｃｍ²にすれば良い。

【００６１】このように、第１ビーム１５１と第２ビー
ム１５２の出射源を異ならせる場合でも、実施例４と同
様に、図７に示しているように、非晶質シリコン膜３か
らガスを取り去る脱ガス処理、当該脱ガス済の非晶質シ
リコン膜３′を溶融する処理、及びこの溶融している部
分を加熱して結晶化速度を遅らせる処理を同時に行うこ
とができ、結晶化のプロセス時間を短縮化することがで
きる。

【００６２】なお、第１のビームとしてエキシマレーザ
ビームを用いるとともに、前記光学手段１８として、エ
キシマレーザビームのみを反射させて第２ビームを透過
させるミラーを用いてもよい。これによれば、第１のビ
ーム照射位置と第２のビーム照射位置とが重複し、第２
のビームによる加熱状態の中で第１のビームによる溶融
・結晶化が起こるため、結晶化速度が遅くなり、結晶粒
径が大きくなる。

【００６３】また、以上の実施例では点状のビームを用
いたが、例えば、２個一組の円柱レンズにより所定幅
（被加工物の幅より幾分広い幅等）を有する線状ビーム
とし、この線状ビームを結晶化のための第１のエネルギ
ービームおよび加熱のための第２のエネルギービームと
して照射するようにしてもよい。これによれば、点状の
パルスレーザビームを掃引する場合に比べて処理速度を
格段に向上させることができる。また、このような構成
では、ミラー等について走査方向と直行する方向に長く
形成されたもの（上記の所定幅に相当）を用いればよ
い。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、非晶質
半導体膜を溶融・結晶化して多結晶半導体膜を得る処理
において、その前処理である脱ガス処理、或いは結晶化
に際して結晶粒径を大きくするための処理を同時進行で
行うことができるので、プロセス時間を短縮化しつつ結
晶品質の向上できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多結晶半導体膜の製造方法（脱ガス同
時進行）を実施するレーザ照射装置の光学系を例示した
模式図である。

【図２】本発明の多結晶半導体膜の製造方法（脱ガス同
時進行）を実施するレーザ照射装置の他の光学系を例示
した模式図である。

【図３】本発明の多結晶半導体膜の製造方法の他の方法
（大粒径化処理同時進行）を実施するレーザ照射装置の
光学系を例示した模式図である。

【図４】図３に示した実施例でエネルギービーム照射後
の時間経過と溶融深さとの関係を示したグラフである。

【図５】本発明の多結晶半導体膜の製造方法の他の方法
（脱ガス及び大粒径化処理同時進行）を実施するレーザ
照射装置の光学系を例示した模式図である。

【図６】本発明の多結晶半導体膜の製造方法の他の方法
（脱ガス及び大粒径化処理同時進行）を実施するレーザ
照射装置の他の光学系を例示した模式図である。

【図７】図６の基板部分の拡大断面図である。

【図８】同図の（ａ）及び（ｂ）は従来の多結晶半導体
膜の製造方法の工程を示す工程図である。

【符号の説明】

３非晶質半導体膜（未脱ガス）３′ 非晶質半導体膜（脱ガス済）３″ 多結晶半導体膜１０ハーフミラー１１全反射ミラー１５エネルギービーム１５ａ第１ビーム１５ｂ第２ビーム１６第１のビーム照射装置１７第２のビーム照射装置１８全反射ミラー１９全反射ミラー１５１第１ビーム１５２第２ビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/336

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非晶質半導体膜に結晶化のための第１の
エネルギービームを照射するのに同時進行して当該第１
のエネルギービーム照射位置に対してビーム走査方向に
先行する位置に加熱用の第２のエネルギービームを照射
することを特徴とする多結晶半導体膜の製造方法。
【請求項２】非晶質半導体膜に結晶化のための第１の
エネルギービームを照射するのに同時進行して当該第１
のエネルギービーム照射位置に対してビーム走査方向に
追従する位置に加熱用の第２のエネルギービームを照射
することを特徴とする多結晶半導体膜の製造方法。
【請求項３】非晶質半導体膜に結晶化のための第１の
エネルギービームを照射するのに同時進行して当該第１
のエネルギービーム照射位置に対してビーム走査方向に
先行する位置および追従する位置に加熱用の第２のエネ
ルギービームを照射することを特徴とする多結晶半導体
膜の製造方法。
【請求項４】前記第１のエネルギービームと第２のエ
ネルギービームは単一の出射源より出射することを特徴
とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多結晶
半導体膜の製造方法。
【請求項５】前記第２のエネルギービームを、第１の
エネルギービームが照射される位置にも照射することを
特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多
結晶半導体膜の製造方法。