JPH09139346A - Method and device for laser anneal - Google Patents

Method and device for laser anneal

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Publication number
JPH09139346A
JPH09139346A JP31752695A JP31752695A JPH09139346A JP H09139346 A JPH09139346 A JP H09139346A JP 31752695 A JP31752695 A JP 31752695A JP 31752695 A JP31752695 A JP 31752695A JP H09139346 A JPH09139346 A JP H09139346A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
silicon film
heating temperature
irradiation energy
energy density
Prior art date
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Pending
Application number
JP31752695A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoto Kusumoto
直人 楠本
Toru Takayama
徹 高山
Masahito Yonezawa
雅人 米澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP31752695A priority Critical patent/JPH09139346A/en
Publication of JPH09139346A publication Critical patent/JPH09139346A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make annealing effects constant, in the case of performing a laser anneal to a silicon film, even when the irradiation energy densities of a laser beam are different from each other. SOLUTION: According to the variation width of the irradiation energy density of an irradiating laser beam on a silicon film, the heating temperature of the silicon film is set. When the variation width of the irradiation energy density of the irradiating laser beam is large or small, the heating temperature of the substrate of the silicon film is set relatively low or high.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本明細書に開示する発明は、
半導体に対するレーザー光の照射によるアニールを行う
方法、およびそのための装置に関する。
TECHNICAL FIELD [0001] The invention disclosed in this specification is:
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for annealing a semiconductor by irradiating a laser beam, and an apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、プラズマCVD法の気相法で
成膜された非晶質珪素膜に対して、レーザー光を照射
し、結晶性珪素膜を得る技術が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a technique of irradiating an amorphous silicon film formed by a gas phase method such as a plasma CVD method with a laser beam to obtain a crystalline silicon film.

【0003】この技術を利用すれば、ガラス基板上に結
晶性を珪素膜を得ることができ、さらにこの結晶性珪素
膜を用いて高い特性を有する薄膜トランジスタを得るこ
とができる。
By using this technique, a crystalline silicon film can be obtained on a glass substrate, and a thin film transistor having high characteristics can be obtained by using this crystalline silicon film.

【0004】ガラス基板上に高い特性を有する薄膜トラ
ンジスタを形成することは、アクティブマトリクス型の
液晶電気光学装置に代表されるアクティブ型のフラット
パネルディスプレイを作製するために必要とされてい
る。
Forming a thin film transistor having high characteristics on a glass substrate is necessary for manufacturing an active type flat panel display represented by an active matrix type liquid crystal electro-optical device.

【0005】上述のレーザー光の照射によるアニール技
術を用いた方法は、基板に対する熱ダメージを抑制でき
ることから有望視されているが、利用するレーザーの発
振特性が不安定であるという問題がある。
The method using the above-mentioned annealing technique by irradiation with laser light is promising because it can suppress thermal damage to the substrate, but it has a problem that the oscillation characteristic of the laser used is unstable.

【0006】一般にアニール用のレーザー光としては、
珪素膜をアニールするのに波長(紫外領域)領域が得ら
れるエキシマレーザーが利用されている。エキシマレー
ザーは適当なガスを電磁エネルギーによってエキシマ状
態という特殊な励起状態を得ることによってレーザー発
振を行うものである。
In general, as a laser beam for annealing,
An excimer laser capable of obtaining a wavelength (ultraviolet region) region is used for annealing a silicon film. The excimer laser oscillates a suitable gas by obtaining a special excited state called an excimer state by electromagnetic energy.

【0007】しかしその発振原理から明らかなように、
ガスが汚染されることによって発振条件が変化し、発振
パワーが変化してしまう。また常に安定した照射エネル
ギー密度が得られないという問題も生じてしまう。
However, as is clear from the oscillation principle,
When the gas is contaminated, the oscillation condition changes and the oscillation power changes. There is also a problem that a stable irradiation energy density cannot always be obtained.

【0008】このレーザー照射によるアニールを工業的
に利用しようとする場合には、連続的に次々とレーザー
アニールを行なう必要がある。従って、工程を繰り返す
うちにその照射エネルギー密度の安定度が変化してしま
うことは所定のアニール効果を得る意味で好ましいもの
ではない。
In order to industrially utilize this annealing by laser irradiation, it is necessary to continuously perform laser annealing one after another. Therefore, it is not preferable that the stability of the irradiation energy density changes while the steps are repeated in order to obtain a predetermined annealing effect.

【0009】また複数のレーザー発振器を用いた場合
に、それぞれで照射エネルギー密度の安定度が異なるよ
うな場合、アニール効果を一定とする工夫が必要とされ
る。
Further, when a plurality of laser oscillators are used and the stability of the irradiation energy density is different, it is necessary to devise a constant annealing effect.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は、レーザー光の照射エネルギー密度の安定度が変化
してしまったような場合に、そのアーニル効果を一定と
できる構成を提供することを課題とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The invention disclosed in the present specification provides a structure capable of making the annil effect constant when the stability of the irradiation energy density of laser light is changed. Is an issue.

【0011】また異なるレーザー発振器間の照射エネル
ギー密度が異なるような場合、それぞれのレーザー発振
器を用いたアニール効果が一定になるような技術を提供
することを課題とする。
It is another object of the present invention to provide a technique in which the annealing effect using each laser oscillator is constant when the irradiation energy densities of different laser oscillators are different.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記課題を解決するた
めに、本発明は、レーザー光の照射による珪素膜に対す
るアニール方法であって、照射されるレーザー光の照射
エネルギー密度の変位幅に従って珪素膜の加熱温度を設
定することを特徴とするレーザーアニール方法である。
In order to solve the above problems, the present invention is a method for annealing a silicon film by irradiating a laser beam, wherein the silicon film is formed according to the displacement width of the irradiation energy density of the radiated laser beam. The laser annealing method is characterized in that the heating temperature of is set.

【0013】上記レーザーアニール方法は、例えば、照
射されるレーザー光の照射エネルギー密度の変位幅が大
きい場合は基板の加熱温度を相対的に低く設定し、照射
されるレーザー光の照射エネルギー密度の変位幅が小さ
い場合には基板の加熱温度を相対的に高く設定すること
で実施される。
In the laser annealing method, for example, when the irradiation energy density of the irradiated laser light has a large displacement width, the heating temperature of the substrate is set relatively low, and the irradiation energy density of the irradiated laser light changes. When the width is small, the heating temperature of the substrate is set to be relatively high.

【0014】また、本発明の他の構成は、レーザー光の
照射による珪素膜に対するアニール方法であって、照射
されるレーザー光の照射エネルギー密度の変位幅(mJ
/cm2 )をYとし、珪素膜の加熱温度(℃)をXとす
る時、レーザー光の照射時の珪素膜の加熱温度を Y=(370/24)(24−X) で示される値以下に設定することを特徴とするレーザー
アニール方法である。
Another structure of the present invention is an annealing method for a silicon film by irradiating a laser beam, wherein a displacement width (mJ) of an irradiation energy density of the radiated laser beam.
/ Cm 2 ) is Y and the heating temperature (° C) of the silicon film is X, the heating temperature of the silicon film at the time of laser light irradiation is a value represented by Y = (370/24) (24-X) The laser annealing method is characterized by the following settings.

【0015】この構成のレーザーアニール方法におい
て、式X=(370/24)(24−Y)は、本発明者
らの実験データから導出したものである。
In the laser annealing method of this structure, the formula X = (370/24) (24-Y) is derived from the experimental data of the present inventors.

【0016】上記各構成のレーザーアニール方法におい
て、珪素膜として結晶性珪素膜、さらに言えば熱結晶化
された珪素膜を用いた場合、特に顕著な効果が得られ
る。
In the laser annealing method of each of the above-mentioned structures, a particularly remarkable effect can be obtained when a crystalline silicon film, that is, a thermally crystallized silicon film is used as the silicon film.

【0017】また、本発明の他の構成は、レーザーアニ
ール装置であって、照射されるレーザー光の照射エネル
ギー密度の変位幅に従って珪素膜の加熱温度を変化させ
る手段を有することを特徴とするレーザーアニール装置
である。
Another structure of the present invention is a laser annealing apparatus, which has means for changing a heating temperature of a silicon film according to a displacement width of an irradiation energy density of a laser beam to be irradiated. It is an annealing device.

【0018】上記レーザーアニール装置において、珪素
膜の加熱温度を変化させる手段は、照射されるレーザー
光の照射エネルギー密度の変位幅が大きい場合は基板の
加熱温度を相対的に低くし、照射されるレーザー光の照
射エネルギー密度の変位幅が小さい場合には基板の加熱
温度を相対的に高くするように制御する。
In the above laser annealing apparatus, the means for changing the heating temperature of the silicon film makes the heating temperature of the substrate relatively low when the irradiation energy density of the irradiation laser beam has a large displacement width, and the irradiation is performed. When the displacement width of the irradiation energy density of the laser light is small, the heating temperature of the substrate is controlled to be relatively high.

【0019】具体的には、照射されるレーザー光の照射
エネルギー密度の変位幅(mJ/cm2 )をYとし、珪
素膜の加熱温度(℃)をXとする時、レーザー光の照射
時の珪素膜の加熱温度を、X=(370/24)(24
−Y)で示される値以下に設定する機能を有する。
Specifically, when the displacement width (mJ / cm 2 ) of the irradiation energy density of the irradiated laser light is Y and the heating temperature (° C.) of the silicon film is X, the irradiation time of the laser light is The heating temperature of the silicon film is X = (370/24) (24
-The function has the function of setting the value less than or equal to the value indicated by Y).

【0020】以下、実施例において、本発明の詳細を説
明する。
The present invention will be described in detail below with reference to examples.

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例は、所定の膜質を有する結晶性珪
素膜を得る方法に関する。
[Example 1] This example relates to a method for obtaining a crystalline silicon film having a predetermined film quality.

【0021】本発明者らの研究によれば、気相法で成膜
された非晶質珪素膜に対してレーザー光の照射によるア
ニール処理を加え、結晶性珪素膜を得る工程において、
照射するレーザー光の、被照射面における照射エネルギ
ー密度(mJ/cm2 )と結晶性について以下に説明す
るような関係があることが判明している。
According to the research conducted by the present inventors, in the process of obtaining a crystalline silicon film by applying an annealing treatment by irradiating a laser beam to an amorphous silicon film formed by a vapor phase method,
It has been found that there is a relationship between the irradiation energy density (mJ / cm 2 ) of the irradiated laser beam on the surface to be irradiated and the crystallinity as described below.

【0022】本発明者等の研究によれば、レーザーアニ
ールにより得られた結晶性珪素膜の膜質は、エリプソメ
トリによる計測によって得られる膜の屈折率によって判
定できることが分かっている。
Studies by the present inventors have revealed that the film quality of the crystalline silicon film obtained by laser annealing can be determined by the refractive index of the film obtained by measurement by ellipsometry.

【0023】結晶性珪素膜の膜質は、結晶性や表面の平
坦性、さらに膜の均一性等によって総合的に判断される
ものである。しかし実験によれば、レーザー光の照射エ
ネルギー密度が280mJ/cm2 程度以下の範囲にお
いては、レーザー照射後の膜(結晶性珪素膜)の屈折率
を概略3.4 近傍にすることによって、所定の膜質を得ら
れたと判定できることが判明している。
The film quality of the crystalline silicon film is comprehensively judged by its crystallinity, surface flatness, film uniformity and the like. However, according to the experiment, when the irradiation energy density of the laser beam is within a range of about 280 mJ / cm 2 or less, by setting the refractive index of the film (crystalline silicon film) after the laser irradiation to about 3.4, a predetermined film quality can be obtained. It is known that it can be determined that the

【0024】一方、レーザー光の照射の際の試料の加熱
温度によってレーザー光の照射によるアニール効果に違
いがあることが判明している。
On the other hand, it has been found that there is a difference in the annealing effect by the laser light irradiation depending on the heating temperature of the sample during the laser light irradiation.

【0025】図5に試料温度を変化させた場合における
得られた結晶性珪素膜の屈折率とレーザー光の照射エネ
ルギー密度の関係を示す。
FIG. 5 shows the relationship between the refractive index of the obtained crystalline silicon film and the irradiation energy density of the laser beam when the sample temperature is changed.

【0026】図5に示すデータは、試料を所定の温度に
加熱した状態で各種照射エネルギー密度でのレーザー光
の照射を行い、さらに得られた結晶性珪素膜の屈折率を
計測した結果である。
The data shown in FIG. 5 is the result of measuring the refractive index of the obtained crystalline silicon film by irradiating the sample with laser light at various irradiation energy densities while heating the sample to a predetermined temperature. .

【0027】なお図5に示すデータを採るための実験
は、細心の注意を払って、照射エネルギー密度を決定
し、その値の信頼性を極力高いものに努めた。
In the experiment for collecting the data shown in FIG. 5, the irradiation energy density was determined with great care, and the reliability of the value was sought to be as high as possible.

【0028】図5から明らかなように、レーザー光の照
射エネルギーと試料の加熱温度の組み合わせによって、
得られる結晶性珪素膜の屈折率は大きく変化する。
As is clear from FIG. 5, the combination of the irradiation energy of the laser beam and the heating temperature of the sample
The refractive index of the obtained crystalline silicon film changes greatly.

【0029】ここで、得られた結晶性珪素膜の屈折率が
3.4 ±0.02となる範囲に収まる場合のレーザーエネルギ
ー密度のプロット点に着目する。
Here, the refractive index of the obtained crystalline silicon film is
Focus on the plot points of the laser energy density when it falls within the range of 3.4 ± 0.02.

【0030】すると、試料の加熱温度が高い程、許容さ
れる照射エネルギー密度の幅が狭いことが分かる。
Then, it can be seen that the higher the heating temperature of the sample, the narrower the range of allowable irradiation energy density.

【0031】即ち、図5のデータから、試料温度が低い
場合は、所定の膜質を得るために必要とされるレーザー
光の照射エネルギー密度のブレの許容幅は大きくてよ
く、一方試料温度が高い場合は、所定の膜質を得るため
に必要とされるレーザー光の照射エネルギー密度のブレ
の許容幅は小さくなければない、ということが示唆され
る。
That is, from the data of FIG. 5, when the sample temperature is low, the allowable range of fluctuation of the irradiation energy density of the laser beam required to obtain a predetermined film quality may be large, while the sample temperature is high. In this case, it is suggested that the permissible range of the fluctuation of the irradiation energy density of the laser beam required to obtain a predetermined film quality must be small.

【0032】このことを定量的に評価するために、各プ
ロット点を結んだ曲線から屈折率が3.4 ±0.02となる範
囲に収まる場合のレーザーエネルギーの変位幅(ブレて
よい許容値)を求めた。図1に、レーザー光の照射エネ
ルギー密度の変位幅と加熱温度との関係を示す。
In order to evaluate this quantitatively, the displacement width of laser energy (allowable value for blurring) when the refractive index falls within the range of 3.4 ± 0.02 was obtained from the curve connecting the plotted points. . FIG. 1 shows the relationship between the displacement width of the irradiation energy density of laser light and the heating temperature.

【0033】図1に示すレーザー光の照射エネルギー密
度は、被照射面における照射エネルギーをパワーメータ
で測定し、その値をレーザー光の被照射面での面積で割
って求めたものである。パワーメータとして、OPHI
R社製 FL150A EXRPを用いた。
The irradiation energy density of the laser light shown in FIG. 1 is obtained by measuring the irradiation energy on the surface to be irradiated with a power meter and dividing the value by the area of the surface to be irradiated with the laser light. OPHI as a power meter
FL150A EXRP manufactured by R Co. was used.

【0034】図1から明らかなように、確かに試料温度
が低い場合には、レーザー照射エネルギー密度の値が比
較的大きくブレても所定の膜質(屈折率が3.4 ±0.02と
なる膜質)が得られる。
As is apparent from FIG. 1, when the sample temperature is certainly low, a predetermined film quality (film quality with a refractive index of 3.4 ± 0.02) is obtained even if the value of the laser irradiation energy density is relatively large. To be

【0035】例えば試料温度が加熱なしの室温(RTで
表記)付近であれば、照射エネルギー密度が20mJ/
cm2 以上の変位があっても所定の膜質が得られる。
For example, if the sample temperature is near room temperature without heating (expressed as RT), the irradiation energy density is 20 mJ /
A predetermined film quality can be obtained even if the displacement is cm 2 or more.

【0036】しかし、試料の加熱温度を300℃程度と
した場合には、所定の膜質を得るために必要とされるレ
ーザー光の照射エネルギー密度の変位幅は、6mJ/c
2程度しか許容されない。
However, when the heating temperature of the sample is set to about 300 ° C., the displacement width of the irradiation energy density of the laser beam required to obtain a predetermined film quality is 6 mJ / c.
Only about m 2 is allowed.

【0037】照射されるレーザー光の照射エネルギー密
度の変位幅(mJ/cm2 )をYとし、珪素膜の加熱温
度(℃)をXとする時、両者の関係を図1から導出する
と、X=(370/24)(24−Y)で表すことがで
きる。
When the displacement width (mJ / cm 2 ) of the irradiation energy density of the laser light to be irradiated is Y and the heating temperature (° C.) of the silicon film is X, the relationship between the two can be derived from FIG. = (370/24) (24-Y).

【0038】以下に具体的なレーザー光の照射プロセス
について説明する。ここでは薄膜トランジスタの作製工
程を例にとり説明を行う。図2に薄膜トランジスタの作
製工程を示す。
A specific laser light irradiation process will be described below. Here, a manufacturing process of a thin film transistor will be described as an example. FIG. 2 shows a manufacturing process of a thin film transistor.

【0039】まず、図2に示すように基板201とし
て、127mm角のコーニング1737を用意する。そ
して下地膜としての酸化珪素膜202を2000Åの厚
さにプラズマCVD法で成膜する。
First, as shown in FIG. 2, a 127 mm square Corning 1737 is prepared as the substrate 201. Then, a silicon oxide film 202 as a base film is formed to a thickness of 2000 Å by the plasma CVD method.

【0040】さらにその上に非晶質珪素膜を300〜3
000Å、例えば500Åの厚さに減圧熱CVD法で成
膜する。次に、10ppmの酢酸ニッケル水溶液を、ス
ピンコート法により、非晶質珪素膜上に塗布する。
Further, an amorphous silicon film is further formed thereon in a thickness of 300 to 3
A film is formed to a thickness of 000Å, for example, 500Å by the low pressure thermal CVD method. Next, a 10 ppm nickel acetate aqueous solution is applied onto the amorphous silicon film by spin coating.

【0041】こうして酢酸ニッケル層が形成される。酢
酸ニッケル水溶液には、界面活性剤を添加するとより好
ましい。酢酸ニッケル層は、極めて薄いので、膜状とな
っているとは限らないが、以後の工程における問題はな
い。
Thus, the nickel acetate layer is formed. It is more preferable to add a surfactant to the nickel acetate aqueous solution. Since the nickel acetate layer is extremely thin, it is not always in the form of a film, but there is no problem in the subsequent steps.

【0042】次に、上記のようにして各膜が積層された
基板201を600℃で4時間の熱アニールを施す。こ
の工程の結果非晶質珪素膜が結晶化し、結晶性珪素膜2
03が形成される。(図2(A))
Next, the substrate 201 on which each film is laminated as described above is subjected to thermal annealing at 600 ° C. for 4 hours. As a result of this step, the amorphous silicon film is crystallized and the crystalline silicon film 2
03 is formed. (Fig. 2 (A))

【0043】このとき、添加したニッケル元素が結晶成
長の核の役割を果たし、結晶化を促進させる。600
℃、4時間という低温、短時間で結晶化を行うことがで
きるのは、ニッケルの機能による。詳細については、特
開平6−244104号に記載されている。
At this time, the added nickel element plays a role of a nucleus of crystal growth and promotes crystallization. 600
The crystallization can be performed in a short time at a low temperature of 4 ° C. for 4 hours due to the function of nickel. Details are described in JP-A-6-244104.

【0044】触媒元素の濃度は、1×1015〜5×10
19原子/cm3 の範囲内に収まることが好ましい。5×
1019原子/cm3 以上の高濃度では、結晶性珪素膜に
金属的性質が現れ、半導体としての特性が損なわれるの
で注意が必要である。
The concentration of the catalytic element is 1 × 10 15 to 5 × 10 5.
It is preferably within the range of 19 atoms / cm 3 . 5x
At a high concentration of 10 19 atoms / cm 3 or more, it should be noted that the crystalline silicon film exhibits metallic properties and the characteristics as a semiconductor are impaired.

【0045】本実施例において、結晶性珪素膜中の金属
元素の濃度は、膜中における最小値で、1×1017〜5
×1018原子/cm3 である。これらの値は、2次イオ
ン質量分析法(SIMS)により分析、測定したもので
ある。
In this embodiment, the concentration of the metal element in the crystalline silicon film is 1 × 10 17 to 5 which is the minimum value in the film.
× 10 18 atoms / cm 3 . These values were analyzed and measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

【0046】このようにして得られる結晶性珪素膜20
3の結晶性をさらに高めるために、エキシマレーザーを
用いてレーザーアニールを行う。
The crystalline silicon film 20 thus obtained
In order to further improve the crystallinity of No. 3, laser annealing is performed using an excimer laser.

【0047】図3に、実施例におけるレーザーアニール
装置の上面図を示す。ここでは、図3に示すマルチチャ
ンバー型のレーザーアニール装置を用いる。
FIG. 3 shows a top view of the laser annealing apparatus in the embodiment. Here, the multi-chamber type laser annealing apparatus shown in FIG. 3 is used.

【0048】図4に、実施例におけるレーザー照射室を
示す。図4は、レーザー照射室の側断面図である。図3
におけるA−A’断面を示す図が図4に相当する。
FIG. 4 shows a laser irradiation chamber in the embodiment. FIG. 4 is a side sectional view of the laser irradiation chamber. FIG.
A view showing a cross section taken along line AA ′ in FIG.

【0049】図4において、レーザー照射室101は、
レーザー発振装置102から照射され、光学系112に
より断面形状が線状に加工されたパルスレーザービーム
を、ミラー103で反射させ、石英で構成された窓10
4を介して被処理基板105に照射される機能を有して
いる。
In FIG. 4, the laser irradiation chamber 101 is
The pulse laser beam emitted from the laser oscillator 102 and processed into a linear cross section by the optical system 112 is reflected by the mirror 103, and the window 10 made of quartz is used.
4 has a function of irradiating the substrate 105 to be processed.

【0050】レーザー発振装置102は、ここでは、X
eClエキシマレーザー(波長308nm)を発振する
ものを用いる。他に、KrFエキシマレーザー(波長2
48nm)を用いてもよい。
The laser oscillating device 102 is, here, X
One that oscillates an eCl excimer laser (wavelength 308 nm) is used. In addition, a KrF excimer laser (wavelength 2
48 nm).

【0051】被処理基板105は、台106上に設けら
れたステージ111上に配置され、台106内に設置さ
れたヒーターによって、所定の温度(100〜700
℃)に保たれる。
The substrate 105 to be processed is placed on the stage 111 provided on the table 106, and is heated to a predetermined temperature (100 to 700 by a heater installed in the table 106).
° C).

【0052】台106は、移動機構107によって、線
状レーザービームの線方向に対して直角方向に移動さ
れ、被処理基板105上面に対しレーザービームを走査
しながら照射することを可能とする。
The table 106 is moved by the moving mechanism 107 in the direction perpendicular to the linear direction of the linear laser beam, and enables the upper surface of the substrate 105 to be processed to be irradiated with the laser beam while being scanned.

【0053】雰囲気制御が可能なレーザー照射室101
は、減圧、排気手段として、真空排気ポンプ108を有
する。また、気体供給手段として、バルブを介して酸素
ボンベに接続された、気体供給管109と、バルブを介
して窒素やその他の気体のボンベに接続された、気体供
給管110を有する。
Laser irradiation chamber 101 capable of controlling atmosphere
Has a vacuum exhaust pump 108 as a means for reducing pressure and exhausting. Further, as a gas supply means, a gas supply pipe 109 connected to an oxygen cylinder via a valve and a gas supply pipe 110 connected to a cylinder of nitrogen or another gas via a valve are provided.

【0054】レーザー照射室101は、ゲイトバルブ3
01を介して、基板搬送室302に連結されている。
The laser irradiation chamber 101 includes a gate valve 3
01 is connected to the substrate transfer chamber 302.

【0055】図3において、図4のレーザー照射室10
1がゲイトバルブ301を介して基板搬送室302に連
結されている。
In FIG. 3, the laser irradiation chamber 10 shown in FIG.
1 is connected to the substrate transfer chamber 302 via the gate valve 301.

【0056】図3に示す装置の説明をする。ロード/ア
ンロード室306に、被処理基板105が多数枚、例え
ば20枚収納されたカセット312が配置される。ロボ
ットアーム305により、カセット312から一枚の基
板がアライメント室に移動される。
The apparatus shown in FIG. 3 will be described. In the load / unload chamber 306, a cassette 312 containing a large number of substrates 105 to be processed, for example, 20 is arranged. The robot arm 305 moves one substrate from the cassette 312 to the alignment chamber.

【0057】アライメント室303には、被処理基板1
05とロボットアーム305との位置関係を修正するた
めの、アライメント機構が配置されている。アライメン
ト室303は、ロード/アンロード室306とゲイトバ
ルブ307を介して接続されている。また後述するが、
アライメント室303にはエリプソメータを構成する光
照射部313、受光部314が設けらており、必要に応
じて珪素膜の屈折率を計測することができる構成となっ
ている。
The substrate 1 to be processed is placed in the alignment chamber 303.
05 and the robot arm 305 are arranged with an alignment mechanism for correcting the positional relationship. The alignment chamber 303 is connected to the load / unload chamber 306 via a gate valve 307. Also, as will be described later,
The alignment chamber 303 is provided with a light irradiation section 313 and a light receiving section 314 that form an ellipsometer, and is configured to measure the refractive index of the silicon film as needed.

【0058】予備加熱室308は、レーザーアニールさ
れる基板を所定の温度まで予備的に加熱して、レーザー
照射室101において基板加熱に要する時間を短縮さ
せ、スループットの向上を図るものである。
The preheating chamber 308 preheats the substrate to be laser-annealed to a predetermined temperature, shortens the time required for heating the substrate in the laser irradiation chamber 101, and improves the throughput.

【0059】予備加熱室308は、その内部は円筒状の
石英で構成されている。円筒状の石英はヒーターで囲ま
れている。また石英で構成された基板ホルダーを備えて
いる。基板ホルダーには、基板が多数枚収容可能なサセ
プターが備えられている。基板ホルダーは、エレベータ
ーにより上下される。基板はヒーターで加熱される。予
備加熱室308は、基板搬送室302とは、ゲイトバル
ブ309によって連結されている。
The inside of the preheating chamber 308 is made of cylindrical quartz. The cylindrical quartz is surrounded by a heater. It also has a substrate holder made of quartz. The substrate holder is provided with a susceptor capable of accommodating a large number of substrates. The substrate holder is moved up and down by the elevator. The substrate is heated by the heater. The preheating chamber 308 is connected to the substrate transfer chamber 302 by a gate valve 309.

【0060】予備加熱室308において、所定の時間予
熱された基板は、ロボットアーム305によって基板搬
送室302に引き戻され、アライメント室303にて再
度アライメントされた後、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。
In the preheating chamber 308, the substrate preheated for a predetermined time is pulled back to the substrate transfer chamber 302 by the robot arm 305 and realigned in the alignment chamber 303, and then the robot arm 305 is used to irradiate the laser irradiation chamber 101. Be transferred to.

【0061】レーザー照射終了後、被処理基板105は
ロボットアーム305によって基板搬送室302に引き
出され、徐冷室310に移送される。
After the laser irradiation is completed, the substrate 105 to be processed is drawn out to the substrate transfer chamber 302 by the robot arm 305 and transferred to the slow cooling chamber 310.

【0062】徐冷室310は、ゲイトバルブ311を介
して、基板搬送室302と接続されており、石英製のス
テージ上に配置された被処理基板105が、ランプ、反
射板からの赤外光を浴びて、徐々に冷却される。
The slow cooling chamber 310 is connected to the substrate transfer chamber 302 via a gate valve 311, and the substrate 105 to be processed placed on the quartz stage is irradiated with infrared light from a lamp or a reflector. Bathed in and gradually cooled.

【0063】徐冷室310で徐冷された被処理基板10
5は、ロボットアーム305によって、ロード/アンロ
ード室306に移送され、カセット312に収納され
る。
The substrate 10 to be processed which has been slowly cooled in the slow cooling chamber 310.
5 is transferred to the load / unload chamber 306 by the robot arm 305 and stored in the cassette 312.

【0064】こうして、レーザーアニール工程が終了す
る。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、
多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。
Thus, the laser annealing process is completed. Thus, by repeating the above steps,
A large number of substrates can be processed one by one continuously.

【0065】図3、図4に示す装置を用いてレーザーア
ニールを行う工程を説明する。まず、被処理基板105
(結晶性珪素膜203を有する基板201)は、HF水
溶液、またはHFとH22 の混合水溶液で洗浄されて
自然酸化膜が除去された後、カセット312に納めら
れ、カセット312がロード/アンロード室306に配
置される。
A process of performing laser annealing using the apparatus shown in FIGS. 3 and 4 will be described. First, the target substrate 105
The (substrate 201 having the crystalline silicon film 203) is washed with an HF aqueous solution or a mixed aqueous solution of HF and H 2 O 2 to remove the natural oxide film, and then stored in the cassette 312, and the cassette 312 is loaded / loaded. It is arranged in the unload chamber 306.

【0066】図3において、ロード/アンロード室30
6から搬送される被処理基板105は、アライメントさ
れた後、予備加熱室308には搬送されて適当に加熱の
後、レーザー照射室101に搬送される。
In FIG. 3, the load / unload chamber 30
The substrate 105 to be processed conveyed from 6 is aligned, then conveyed to the preheating chamber 308 and appropriately heated, and then conveyed to the laser irradiation chamber 101.

【0067】レーザー照射室101内は、真空排気ポン
プ108により真空引きされた後、気体供給管109か
ら酸素が、気体供給管110から窒素がそれぞれ供給さ
れ、酸素20%、窒素80%の酸素含有雰囲気となる。
The inside of the laser irradiation chamber 101 is evacuated by the vacuum exhaust pump 108, and then oxygen is supplied from the gas supply pipe 109 and nitrogen is supplied from the gas supply pipe 110, respectively, and oxygen content of 20% oxygen and 80% nitrogen is contained. It becomes an atmosphere.

【0068】酸素含有雰囲気、または酸素含有雰囲気で
結晶性珪素膜203上面に酸化珪素膜204が形成され
た状態でレーザーアニールを行うことで、レーザーアニ
ールによる結晶性珪素膜の結晶性、均質性、レーザー光
のエネルギー効率を向上させることができる。
By performing laser annealing in an oxygen-containing atmosphere or in a state where the silicon oxide film 204 is formed on the upper surface of the crystalline silicon film 203 in an oxygen-containing atmosphere, the crystallinity and homogeneity of the crystalline silicon film by laser annealing, The energy efficiency of laser light can be improved.

【0069】ただし空気は、不純物が多いため、膜質や
膜特性に悪影響を与えるため、好ましくない。
However, air is not preferable because it contains many impurities and adversely affects the film quality and film characteristics.

【0070】レーザー照射室内に供給される酸素、窒素
とも、その純度は、99.9%(3N)〜99.999
99%(7N)、ここでは、7Nである。純度が3N未
満では、不純物が多く膜質に悪影響を与える。また、7
Nより高純度としても、効果は変わらず、コスト高とな
る。
The purity of both oxygen and nitrogen supplied to the laser irradiation chamber is 99.9% (3N) to 99.999.
99% (7N), here 7N. If the purity is less than 3N, the amount of impurities is large and the film quality is adversely affected. Also, 7
Even if the purity is higher than N, the effect is not changed and the cost becomes high.

【0071】酸素含有雰囲気は、酸素のみ、あるいは酸
素と、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性気体との混
合気体が好ましい。混合気体の場合は、酸素が1%以
上、好ましくは、5%以上含有しているものが好まし
い。
The oxygen-containing atmosphere is preferably oxygen alone or a mixed gas of oxygen and an inert gas such as nitrogen, helium or argon. In the case of a mixed gas, it is preferable that oxygen is contained in an amount of 1% or more, preferably 5% or more.

【0072】酸素含有量が1%未満になると、酸化珪素
膜の形成が不十分または不可能となる。5%以上では、
酸素含有雰囲気を用いること、あるいは酸化珪素膜を設
けることの効果が、安定して得られる。
If the oxygen content is less than 1%, the formation of a silicon oxide film will be insufficient or impossible. Above 5%,
The effect of using the oxygen-containing atmosphere or providing the silicon oxide film can be stably obtained.

【0073】また、レーザーアニール時の雰囲気を、水
素含有雰囲気としてもよい。この場合、レーザーアニー
ル後の結晶性珪素膜を用いて作製された薄膜トランジス
タのしきい値が、2〜4V程度正(プラス)側にシフト
される。かつ、薄膜トランジスタの電流−電圧特性にお
ける電流立ち上がり特性は、しきい値がシフトしても低
下しない。よって、水素含有雰囲気でのレーザーアニー
ルにより、しきい値制御をするためにしばしば行われる
硼素ドープ等を不要とすることもできる。
The atmosphere at the time of laser annealing may be a hydrogen-containing atmosphere. In this case, the threshold value of the thin film transistor manufactured using the crystalline silicon film after laser annealing is shifted to the positive (plus) side by about 2 to 4V. Moreover, the current rising characteristic in the current-voltage characteristic of the thin film transistor does not deteriorate even if the threshold value shifts. Therefore, it is possible to eliminate the need for boron doping, which is often performed for controlling the threshold value, by laser annealing in a hydrogen-containing atmosphere.

【0074】水素含有雰囲気は、水素と、窒素、ヘリウ
ム、アルゴン等の不活性気体との混合気体が好ましい。
混合気体においては、水素は1ppm以上、好ましく
は、0.1%以上、さらに好ましくは1%以上含有され
ていることが好ましい。雰囲気中の水素含有量が多い
と、しきい値のシフト量も多くなる。
The hydrogen-containing atmosphere is preferably a mixed gas of hydrogen and an inert gas such as nitrogen, helium or argon.
It is preferable that the mixed gas contains hydrogen at 1 ppm or more, preferably 0.1% or more, and more preferably 1% or more. When the hydrogen content in the atmosphere is high, the threshold shift amount is also high.

【0075】酸素含有雰囲気または水素含有雰囲気にお
けるアニール時の圧力は、大気圧、またはそれ以下、特
に、0.01Torr以上、700Torr以下の減圧
下で行ってもよい。減圧下でレーザーアニールを行うこ
とで、アニール後の結晶性珪素膜の表面や膜全体の荒れ
を少なくすることができる。0.01Torr以下で
は、酸素または水素の含有雰囲気による効果は得られな
い。
The pressure during the annealing in the oxygen-containing atmosphere or the hydrogen-containing atmosphere may be atmospheric pressure or lower, particularly, reduced pressure of 0.01 Torr or more and 700 Torr or less. By performing the laser annealing under reduced pressure, it is possible to reduce the roughness of the surface of the crystalline silicon film after annealing and the entire film. Below 0.01 Torr, the effect of the atmosphere containing oxygen or hydrogen cannot be obtained.

【0076】レーザー照射室101に搬送された被処理
基板105は、ステージ111上に載置された状態で、
台106内のヒータにより、200℃に加熱される。酸
素含有雰囲気にて加熱されると、結晶性珪素膜203上
面は酸化され、10〜100Å、例えば30Åの酸化珪
素膜204が形成される。
The substrate 105 to be processed transferred to the laser irradiation chamber 101 is placed on the stage 111,
It is heated to 200 ° C. by the heater in the table 106. When heated in an oxygen-containing atmosphere, the upper surface of the crystalline silicon film 203 is oxidized and a silicon oxide film 204 of 10 to 100Å, for example, 30Å is formed.

【0077】酸化珪素膜204は、純度の高い酸素含有
雰囲気中にて形成されるため、炭素等の不純物がほとん
ど存在しない。そのため、レーザーアニール後の結晶性
珪素膜の諸特性に悪影響を与えず、優れたものが得られ
る。
Since the silicon oxide film 204 is formed in a high-purity oxygen-containing atmosphere, impurities such as carbon hardly exist. Therefore, excellent characteristics are obtained without adversely affecting various characteristics of the crystalline silicon film after laser annealing.

【0078】図4において、被処理基板105上に照射
される線状レーザービームは、幅0.34mm×長さ1
35mmとする。台106を2.5mm/sで一方向に
移動させながら行うことで、線状レーザービームを走査
させる。レーザーの発振周波数は200Hzとし、被照
射物の一点に注目すると、10〜50ショットのレーザ
ービームが照射される。
In FIG. 4, the linear laser beam with which the substrate 105 to be processed is irradiated has a width of 0.34 mm and a length of 1.
35 mm. The linear laser beam is scanned by moving the table 106 in one direction at 2.5 mm / s. The oscillation frequency of the laser is set to 200 Hz, and focusing on one point of the object to be irradiated, a laser beam of 10 to 50 shots is irradiated.

【0079】このようにして結晶性珪素膜203に対
し、レーザーアニールが施され、結晶性が向上される。
(図2(B))
In this way, the crystalline silicon film 203 is annealed by laser to improve the crystallinity.
(FIG. 2 (B))

【0080】次に、被処理基板105をレーザーアニー
ル室から取り出した後、アライメント室303に移動
し、エリプソメータによりエリプソメトリを実施して結
晶性珪素膜の屈折率を測定する。屈折率の測定は、被処
理基板105を徐冷室310にて徐冷した後に行っても
よい。
Next, after the substrate 105 to be processed is taken out of the laser annealing chamber, it is moved to the alignment chamber 303 and ellipsometry is performed by an ellipsometer to measure the refractive index of the crystalline silicon film. The refractive index may be measured after the substrate 105 to be processed is gradually cooled in the slow cooling chamber 310.

【0081】エリプソメータは、測定しようとする試料
(薄膜)の表面に偏光を斜め方向から入射させ、この入
射光の偏光状態の変化から薄膜の屈折率や膜厚に関係す
る情報を得る計測装置である。例えば試料の薄膜の膜厚
が判明していれば、その薄膜の屈折率を得ることができ
る。
The ellipsometer is a measuring device which makes polarized light incident on the surface of a sample (thin film) to be measured from an oblique direction and obtains information relating to the refractive index and film thickness of the thin film from changes in the polarization state of this incident light. is there. For example, if the thickness of the thin film of the sample is known, the refractive index of the thin film can be obtained.

【0082】屈折率の測定は、アライメント機構に配置
された被処理基板105上面に対して、光照射部313
から所定の角度で特定の波長の光が照射され、受光部3
14に、その反射光が入射されることで、行われる。測
定に要する時間は数秒〜数十秒である。エリプソメータ
は、レーザー照射室内に設けてもよい。
The refractive index is measured by irradiating the light irradiation unit 313 on the upper surface of the substrate 105 to be processed arranged in the alignment mechanism.
Is irradiated with light of a specific wavelength at a predetermined angle from the light receiving unit 3
This is performed by inputting the reflected light to 14. The time required for measurement is several seconds to several tens of seconds. The ellipsometer may be provided in the laser irradiation chamber.

【0083】ここでいう屈折率とは、ガラス基板上に形
成された結晶性珪素膜の屈折率をエリプソメータ(エム
セテック社 SD−2000LA、測定光:波長129
4nmの半導体レーザー、入射角60°)を用いて測定
したものを指す。詳述すると、エリプソメトリは、測定
膜の平坦性が悪いと、実際の膜の屈折率よりやや低い値
を出す特性を持っている。この特性を含んだ値(見かけ
上の屈折率)を、ここでは屈折率とする。
The term "refractive index" as used herein refers to the refractive index of a crystalline silicon film formed on a glass substrate using an ellipsometer (SD-2000LA, manufactured by MSETEC Co., Ltd., measurement light: wavelength 129).
It is measured by using a semiconductor laser of 4 nm and an incident angle of 60 °. More specifically, ellipsometry has a characteristic that, when the flatness of the film to be measured is poor, it exhibits a value slightly lower than the refractive index of the actual film. The value (apparent refractive index) including this characteristic is defined as the refractive index here.

【0084】レーザーアニール後の結晶性珪素膜の表面
状態を電子顕微鏡により観察し、表面状態の好ましいサ
ンプルを選ぶと、それらの結晶性珪素膜の屈折率が、
3.40±0.02の範囲のものが、結晶性が高く、膜
質が面内において均質で、かつ膜の荒れ等がない、優れ
た結晶性珪素膜となる。
The surface condition of the crystalline silicon film after laser annealing is observed by an electron microscope, and when a sample having a preferable surface condition is selected, the refractive index of the crystalline silicon film is
The crystalline silicon film having a crystallinity in the range of 3.40 ± 0.02 has a high crystallinity, a uniform film quality in the plane, and no film roughness, and is an excellent crystalline silicon film.

【0085】本実施例においては、レーザーアニール時
の試料の加熱温度を200℃としている。そこで図1に
示すグラフから、レーザー照射エネルギー密度の変位幅
は10mJ/cm2 程度の範囲、換言すれば±5mJ/
cm2 程度の範囲で許容されることになる。
In this embodiment, the heating temperature of the sample during laser annealing is 200 ° C. Therefore, from the graph shown in FIG. 1, the displacement width of the laser irradiation energy density is in the range of about 10 mJ / cm 2 , in other words, ± 5 mJ /
It will be allowed in the range of about cm 2 .

【0086】本実施例においては、加熱温度を200℃
とする例を示した。しかし、使用すレーザー発振器の安
定度が高ければ、さらに加熱温度を高くすることができ
る。
In this embodiment, the heating temperature is 200 ° C.
An example was given. However, if the stability of the laser oscillator used is high, the heating temperature can be further increased.

【0087】なお、屈折率からは明らかでないが、より
単結晶に近い結晶構造を得る観点からはレーザー照射時
の試料の加熱温度は高い程良い。このことは、ラマンス
ペクトルの観察から明らかになっている。
Although not clear from the refractive index, the higher the heating temperature of the sample during laser irradiation, the better from the viewpoint of obtaining a crystal structure closer to a single crystal. This is clarified by the observation of Raman spectrum.

【0088】またレーザー発振器の負担を軽くする観点
からは、試料の加熱温度を高くし、レーザー光の照射エ
ネルギー密度を小さくした方が好ましい。試料の加熱温
度を高くすることにより、必要とする照射エネルギー密
度を小さくできることは、図5に示すデータより明らか
である。
From the viewpoint of reducing the load on the laser oscillator, it is preferable to raise the heating temperature of the sample and reduce the irradiation energy density of the laser light. It is clear from the data shown in FIG. 5 that the required irradiation energy density can be reduced by increasing the heating temperature of the sample.

【0089】レーザーアニール処理後においては、酸化
珪素膜204は、複数回のパルスレーザーの照射によ
り、飛散してしまっている。
After the laser annealing treatment, the silicon oxide film 204 has been scattered by the irradiation of the pulsed laser a plurality of times.

【0090】レーザーアニールの終了後に被処理基板1
05は徐冷室310に搬送され、徐冷の後、ロード/ア
ンロード室306のカセット312に収納される。
The substrate 1 to be processed after completion of laser annealing
05 is transferred to the slow cooling chamber 310, and after slow cooling, is stored in the cassette 312 of the load / unload chamber 306.

【0091】次に、作製された結晶性珪素膜203を用
いて、薄膜トランジスタ(TFT)を作製する。まず結
晶性珪素膜203をエッチングして、島状領域205が
形成される。
Next, using the produced crystalline silicon film 203, a thin film transistor (TFT) is produced. First, the crystalline silicon film 203 is etched to form island regions 205.

【0092】次に、ゲイト絶縁膜206となる酸化珪素
膜が、プラズマCVD法によって厚さ1200Åに形成
される。原料ガスとして、TEOSおよび酸素を用い
る。成膜時の基板温度は、250℃〜380℃、例え
ば、300℃とする。(図2(C))
Next, a silicon oxide film to be the gate insulating film 206 is formed with a thickness of 1200Å by the plasma CVD method. TEOS and oxygen are used as source gases. The substrate temperature during film formation is 250 ° C. to 380 ° C., for example, 300 ° C. (Fig. 2 (C))

【0093】次に、ゲイト電極を作製する。アルミニウ
ム膜をスパッタ法により、厚さ3000Å〜8000
Å、例えば6000Å堆積させる。アルミニウム膜中に
0.1〜2%の珪素を含有させてもよい。該膜をエッチ
ングして、ゲイト電極207が作製される。
Next, a gate electrode is produced. Aluminum film is sputtered to a thickness of 3000Å ~ 8000
Å, for example, 6000Å is deposited. 0.1 to 2% of silicon may be contained in the aluminum film. The gate electrode 207 is formed by etching the film.

【0094】次に、不純物を添加する。Nチャネル型の
TFTを作製する場合、燐イオンが、ゲイト電極をマス
クとしてイオンドーピング法により、島状領域205に
打ち込まれる。ドーピングガスとして、フォスフィン
(PH3 )を用いる。加速電圧は10〜90kV、例え
ば80kV、ドーズ量は、1×1014〜5×1015原子
/cm2 、例えば、1×1015原子/cm2 とする。基
板温度は室温とする。この結果、チャネル形成領域21
0と、N型の不純物領域として、ソース208、ドレイ
ン209が形成される。
Next, impurities are added. In the case of manufacturing an N-channel TFT, phosphorus ions are implanted in the island region 205 by the ion doping method using the gate electrode as a mask. Phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas. The acceleration voltage is 10 to 90 kV, for example 80 kV, and the dose is 1 × 10 14 to 5 × 10 15 atoms / cm 2 , for example, 1 × 10 15 atoms / cm 2 . The substrate temperature is room temperature. As a result, the channel formation region 21
A source 208 and a drain 209 are formed as 0 and N-type impurity regions.

【0095】また、Pチャネル型のTFTを作製する場
合、硼素イオンが、ゲイト電極をマスクとしてイオンド
ーピング法により、島状領域205に打ち込まれる。ド
ーピングガスとして、水素で1〜10%、例えば5%に
希釈されたジボラン(B2 6 )を用いる。加速電圧は
60〜90kV、例えば65kV、ドーズ量は、2×1
15〜5×1015原子/cm2 、例えば、3×1015
子/cm2 とする。基板温度は室温とする。この結果、
チャネル形成領域210と、P型の不純物領域として、
ソース208、ドレイン209が形成される。(図2
(D ))
In the case of manufacturing a P-channel type TFT,
In this case, boron ions are ionized using the gate electrode as a mask.
It is driven into the island region 205 by the wrapping method. Do
Hydrogen as a wrapping gas at 1-10%, for example 5%
Diluted diborane (BTwo H 6 ) Is used. Acceleration voltage is
60 to 90 kV, for example 65 kV, the dose amount is 2 × 1
0Fifteen~ 5 × 10FifteenAtom / cmTwo , For example, 3 × 10Fifteenoriginal
Child / cmTwo And The substrate temperature is room temperature. As a result,
As the channel forming region 210 and the P-type impurity region,
A source 208 and a drain 209 are formed. (Figure 2
(D))

【0096】次に、ドーピングされた不純物を活性化す
るために、再び図3に示すレーザーアニール装置を用い
て、線状レーザービームによりレーザーアニールを行
う。レーザー照射室101内の雰囲気は、空気(大気
圧)とする。被照射面におけるレーザービームの照射エ
ネルギー密度は、100mJ/cm2 〜350mJ/c
2 の範囲で、例えば160mJ/cm2 とする。線状
レーザービームを走査させる。被照射物の一点に注目す
ると、20〜40ショットのレーザービームが照射され
る。基板温度は200℃とする。その後、窒素雰囲気中
にて2時間、450℃の熱アニールを行う。(図2
(E))
Next, in order to activate the doped impurities, laser annealing is performed again with a linear laser beam using the laser annealing apparatus shown in FIG. The atmosphere in the laser irradiation chamber 101 is air (atmospheric pressure). The irradiation energy density of the laser beam on the irradiation surface is 100 mJ / cm 2 to 350 mJ / c.
In the range of m 2 , for example, 160 mJ / cm 2 . Scan a linear laser beam. Focusing on one point of the object to be irradiated, a laser beam of 20 to 40 shots is irradiated. The substrate temperature is 200 ° C. Then, thermal annealing is performed at 450 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. (Figure 2
(E))

【0097】続いて、酸化珪素膜が厚さ6000Å、プ
ラズマCVD法により形成され、層間絶縁膜211が形
成される。次に、エッチングにより層間絶縁膜211に
コンタクトホールが開孔される。さらに、金属材料、例
えば、チタンとアルミニウムの多層膜が形成、エッチン
グされることで、コンタクトホールを介して、ソース電
極・配線212、ドレイン電極・配線213が形成され
る。
Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of 6000 Å is formed by the plasma CVD method to form an interlayer insulating film 211. Next, a contact hole is formed in the interlayer insulating film 211 by etching. Further, by forming and etching a metal material, for example, a multilayer film of titanium and aluminum, the source electrode / wiring 212 and the drain electrode / wiring 213 are formed through the contact holes.

【0098】最後に、1気圧の水素雰囲気で、200〜
350℃の熱アニール処理が行われる。
Finally, in a hydrogen atmosphere of 1 atm, 200 ~
A thermal annealing process at 350 ° C. is performed.

【0099】このようにして、複数のNまたはPチャネ
ル型の結晶性TFTが形成される。これらのTFTは、
Nチャネル型で70〜120cm2 /Vs、Pチャネル
型で60〜90cm2 /Vsの移動度を有する優れたも
のである。(図2(F))
In this way, a plurality of N-type or P-channel type crystalline TFTs are formed. These TFTs are
It is an excellent material having a mobility of 70 to 120 cm 2 / Vs for the N channel type and 60 to 90 cm 2 / Vs for the P channel type. (Fig. 2 (F))

【0100】〔実施例2〕本実施例は、以下に示すよう
な状況において利用されるレーザー光の照射方法に関す
る。
[Embodiment 2] This embodiment relates to a laser beam irradiation method used in the following situations.

【0101】例えば、2つのレーザー発振器が有り、そ
の両方を交互に用いてアニールプロセスを連続的に行う
場合等には、2つのレーザー発振器の安定度が異なるこ
とが往々にある。
For example, when there are two laser oscillators and the annealing process is continuously performed by using both of them alternately, the stability of the two laser oscillators is often different.

【0102】また、クリーニング等メンテナンスなレー
ザー発振用のガスの交換等によって、発振の安定度が大
きく変化する。
Further, the stability of oscillation greatly changes due to replacement of the laser oscillation gas for maintenance such as cleaning.

【0103】また、使用を重ねるうちにレーザー発振の
安定度が徐々に変化してしまうこともある。
Further, the stability of laser oscillation may gradually change with repeated use.

【0104】このような場合に本実施例で示す構成を利
用することが有用である。まず、レーザー発振器の照射
エネルギー密度の変位に合わせて、図1に示すグラフか
ら、試料(非晶質珪素膜)の加熱温度を決定する。
In such a case, it is useful to use the configuration shown in this embodiment. First, the heating temperature of the sample (amorphous silicon film) is determined from the graph shown in FIG. 1 according to the variation of the irradiation energy density of the laser oscillator.

【0105】即ち所定の膜質(屈折率)を得るために必
要とされる、被照射面におけるレーザー光のエネルギー
密度の変位幅(この値は予め計測しておくか、その傾向
のデータを採っておくことが必要である)から図1を用
いて許容されるできるだけ高い加熱温度を選択する。
That is, the displacement width of the energy density of the laser light on the surface to be irradiated, which is required to obtain a predetermined film quality (refractive index) (this value should be measured in advance or data of its tendency should be taken. It is necessary to keep the above), and the heating temperature as high as possible is selected using FIG.

【0106】例えば、2つのレーザー発振器があり、第
1の発振器から照射されるレーザーの照射エネルギー密
度の変位幅が10mJ/cm2 であり、第2の発振器か
ら照射されるレーザーの照射エネルギー密度の変位幅が
20mJ/cm2 である場合があるとする。
For example, there are two laser oscillators, the displacement width of the irradiation energy density of the laser emitted from the first oscillator is 10 mJ / cm 2 , and the irradiation energy density of the laser emitted from the second oscillator is It is assumed that the displacement width may be 20 mJ / cm 2 .

【0107】この場合、第1の発振器を用いる場合には
試料の加熱温度を200℃とする。また第2の発振器を
用いる場合には試料の加熱温度を室温とする。
In this case, the heating temperature of the sample is set to 200 ° C. when the first oscillator is used. When the second oscillator is used, the sample heating temperature is room temperature.

【0108】このようにすることで、2つのレーザー発
振器を用いても常に屈折率が3.4 近傍のものを得ること
ができる。
By doing so, even when two laser oscillators are used, a laser having a refractive index of about 3.4 can always be obtained.

【0109】〔実施例3〕本実施例は、使用するうちに
照射エネルギー密度の安定性が徐々に変化してしまうレ
ーザー発振器を用いた場合に常に所定のアニール効果が
得られるようにする構成に関する。
[Embodiment 3] This embodiment relates to a structure which always obtains a predetermined annealing effect when using a laser oscillator in which the stability of the irradiation energy density gradually changes during use. .

【0110】まず、レーザー発振器からの発振されるレ
ーザー光のエネルギーの安定度の変化、即ち時間経過に
従って変化する照射エネルギー密度の変化幅を予め計測
しておく。
First, the change in the stability of the energy of the laser light emitted from the laser oscillator, that is, the change width of the irradiation energy density that changes over time is measured in advance.

【0111】そしてこのデータに従って、アニールを重
ねていく毎に試料の加熱温度を図1に示すデータに従っ
て適時変化させる。
Then, according to this data, the heating temperature of the sample is changed appropriately according to the data shown in FIG. 1 every time annealing is repeated.

【0112】一般にレーザー光の照射エネルギー密度の
変位幅は徐々に大きくなるから、試料の加熱温度も工程
を重ねるに従って徐々に低くしていけばよい。
Generally, the range of displacement of the irradiation energy density of laser light gradually increases, so the heating temperature of the sample may be gradually lowered as the process is repeated.

【0113】また、エリプソメータを用いて、常にある
いは間欠的に試料の屈折率を計測し、屈折率が必要とす
る範囲内となるようにレーザー光の照射エネルギーを制
御することも有用である。
It is also useful to measure the refractive index of the sample constantly or intermittently using an ellipsometer and control the irradiation energy of the laser light so that the refractive index falls within the required range.

【0114】この場合、レーザー光の照射エネルギー密
度を大きくすればアニール後の珪素膜(結晶性珪素膜)
の屈折率は小さくなり、照射エネルギー密度を小さくす
ればアニール後の珪素膜(結晶性珪素膜)の屈折率は大
きくなる傾向がある。(このことは図5に示すデータか
らの理解される)
In this case, if the irradiation energy density of the laser beam is increased, the annealed silicon film (crystalline silicon film)
Has a smaller refractive index, and the smaller the irradiation energy density, the larger the refractive index of the annealed silicon film (crystalline silicon film). (This is understood from the data shown in FIG. 5)

【0115】[0115]

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用すること
で、安定性の異なるレーザー発振器を複数用いる場合
や、徐々に安定性が変化していってしまうレーザー発振
器を用いた場合でも、常に所定の膜質を有する結晶性珪
素膜を得ることができる。
By utilizing the invention disclosed in this specification, even when a plurality of laser oscillators having different stability is used or a laser oscillator whose stability is gradually changed is used, A crystalline silicon film having a predetermined film quality can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 照射エネルギー密度の変位幅と加熱温度との
関係を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a displacement width of irradiation energy density and a heating temperature.

【図2】 実施例における薄膜トランジスタの作製工程
を示す図。
2A to 2C are diagrams showing a manufacturing process of a thin film transistor in an example.

【図3】 実施例におけるレーザーアニール装置の上面
図。
FIG. 3 is a top view of the laser annealing apparatus according to the embodiment.

【図4】 実施例におけるレーザー照射室を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a laser irradiation chamber in an example.

【図5】 試料温度を変化させた場合における得られた
結晶性珪素膜の屈折率とレーザー光の照射エネルギー密
度の関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the refractive index of the obtained crystalline silicon film and the irradiation energy density of laser light when the sample temperature is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 レーザー照射室 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 201 基板 202 酸化珪素膜(下地膜) 203 結晶化珪素膜 204 酸化珪素膜 205 島状領域 206 ゲイト絶縁膜 207 ゲイト電極 208 ソース 209 ドレイン 210 チャネル形成領域 211 層間絶縁膜 212 ソース電極・配線 213 ドレイン電極・配線 301 ゲイトバルブ 302 基板搬送室 303 アライメント室 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 308 予備加熱室 309 ゲイトバルブ 310 徐冷室 311 ゲイトバルブ 312 カセット 313 光照射部 314 受光部 101 Laser Irradiation Chamber 102 Laser Oscillator 103 Mirror 104 Window 105 Processed Substrate 106 Units 107 Moving Mechanism 108 Vacuum Evacuation Pump 109, 110 Gas Supply Pipe 111 Stage 112 Optical System 201 Substrate 202 Silicon Oxide Film (Base Film) 203 Crystallized Silicon Film 204 Silicon oxide film 205 Island region 206 Gate insulating film 207 Gate electrode 208 Source 209 Drain 210 Channel forming region 211 Interlayer insulating film 212 Source electrode / wiring 213 Drain electrode / wiring 301 Gate valve 302 Substrate transfer chamber 303 Alignment chamber 305 Robot Arm 306 Load / unload chamber 307 Gate valve 308 Preheating chamber 309 Gate valve 310 Slow cooling chamber 311 Gate valve 312 Cassette 313 Light irradiation unit 314 Light reception Department

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成8年3月19日[Submission date] March 19, 1996

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の名称[Correction target item name] Name of invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【発明の名称】レーザーアニール方法およびレーザーア
ニール装置
Title: Laser annealing method and laser annealing apparatus

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザー光の照射による珪素膜に対するア
ニール方法であって、 照射されるレーザー光の照射エネルギー密度の変位幅に
従って珪素膜の加熱温度を設定することを特徴とするレ
ーザーアニール方法。
1. A laser annealing method for irradiating a silicon film by irradiating a laser beam, wherein a heating temperature of the silicon film is set according to a displacement width of an irradiation energy density of the radiated laser beam.
【請求項2】請求項1において、 照射されるレーザー光の照射エネルギー密度の変位幅が
大きい場合は基板の加熱温度を相対的に低く設定し、 照射されるレーザー光の照射エネルギー密度の変位幅が
小さい場合には基板の加熱温度を相対的に高く設定する
ことを特徴とするレーザーアニール方法。
2. The displacement width of the irradiation energy density of the irradiated laser light is set relatively low when the displacement width of the irradiation energy density of the irradiated laser light is large. A laser annealing method characterized in that the heating temperature of the substrate is set to be relatively high when is small.
【請求項3】レーザー光の照射による珪素膜に対するア
ニール方法であって、 照射されるレーザー光の照射エネルギー密度の変位幅
(mJ/cm2 )をYとし、 珪素膜の加熱温度(℃)をXとする時、 レーザー光の照射時の珪素膜の加熱温度を X=(370/24)(24−Y) で示される値以下に設定することを特徴とするレーザー
アニール方法。
3. A method of annealing a silicon film by laser light irradiation, wherein a displacement width (mJ / cm 2 ) of irradiation energy density of the laser light to be irradiated is Y, and a heating temperature (° C.) of the silicon film is set. When X is set, the heating temperature of the silicon film at the time of laser light irradiation is set to a value shown by X = (370/24) (24-Y) or less.
【請求項4】請求項1乃至3において、珪素膜は、結晶
性珪素膜であることを特徴とするレーザーアニール方
法。
4. The laser annealing method according to claim 1, wherein the silicon film is a crystalline silicon film.
【請求項5】レーザーアニール装置であって、 照射されるレーザー光の照射エネルギー密度の変位幅に
従って珪素膜の加熱温度を変化させる手段を有すること
を特徴とするレーザーアニール装置。
5. A laser annealing apparatus comprising a means for changing a heating temperature of a silicon film according to a displacement width of an irradiation energy density of laser light to be irradiated.
【請求項6】請求項5において、 珪素膜の加熱温度を変化させる手段は、 照射されるレーザー光の照射エネルギーの変位幅が大き
い場合は基板の加熱温度を相対的に低くし、 照射されるレーザー光の照射エネルギーの変位幅が小さ
い場合には基板の加熱温度を相対的に高くする機能を有
することを特徴とするレーザーアニール装置。
6. The means for changing the heating temperature of a silicon film according to claim 5, wherein the heating temperature of the substrate is relatively lowered when the displacement width of the irradiation energy of the irradiated laser light is large. A laser annealing apparatus having a function of relatively increasing the heating temperature of a substrate when the displacement width of irradiation energy of laser light is small.
【請求項7】請求項5において、 珪素膜の加熱温度を変化させる手段は、 照射されるレーザー光の照射エネルギー密度の変位幅
(mJ/cm2 )をYとし、 珪素膜の加熱温度(℃)をXとする時、 レーザー光の照射時の珪素膜の加熱温度を、 X=(370/24)(24−Y) で示される値以下に設定する機能を有することを特徴と
するレーザーアニール装置。
7. The heating means for changing the heating temperature of the silicon film according to claim 5, wherein the displacement width (mJ / cm 2 ) of the irradiation energy density of the irradiated laser light is Y, and the heating temperature of the silicon film (° C.) ) Is X, the laser annealing has a function of setting the heating temperature of the silicon film at the time of irradiating the laser light to a value shown by X = (370/24) (24-Y) or less. apparatus.
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