JPH09162138A

JPH09162138A - レーザーアニール方法およびレーザーアニール装置

Info

Publication number: JPH09162138A
Application number: JP34449495A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kusumoto; 直人楠本; Toru Takayama; 徹高山; Masahito Yonezawa; 雅人米澤; Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1995-12-04
Publication date: 1997-06-20
Anticipated expiration: 2015-12-04
Also published as: JP4001647B2

Abstract

(57)【要約】【目的】非単結晶半導体膜にレーザー光を照射してレ
ーザーアニールを行うに際し、非単結晶半導体膜上面の
上面の有機物を除去しつつ、良好な結晶化を行う。【構成】オゾン雰囲気中にて、レーザーアニールを行
う。特に、オゾン雰囲気中でのレーザーアニールを、非
単結晶珪素膜に対して行うことで、該膜の結晶性、均質
性が向上する。また、オゾンによって、珪素膜の表面に
存在する有機物を除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
被処理基体をアニールするためのレーザー照射を行なう
方法および装置に関する。また、レーザー照射による半
導体膜の結晶化または結晶化の助長を行う方法および装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、珪素膜等の半導体膜にレーザ
光を照射して、結晶化や結晶化を助長する技術が知られ
ている。

【０００３】例えば、ガラス基板等の絶縁基板上にプラ
ズマＣＶＤ法等で非晶質や結晶性の珪素膜を成膜し、そ
れに対してレーザー光を照射することにより、結晶性珪
素膜に変成する技術が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体膜表面に、何ら
かの理由で有機物が付着した状態でレーザーアニールが
行われると、有機物またはそれを構成する成分が膜中に
混入してしまい、膜質が低下してしまう。

【０００５】半導体膜は、極微量な不純物の混入で、そ
の特性が大きく変化する。従って、有機物が付着した状
態でレーザーアニールを行うと、有機物が付着していた
領域の結晶性が低下したり、所望の膜特性が得られなか
ったり、膜面内において特性が不均一となるなどの問題
が生じる。

【０００６】この問題に対し、レーザーアニール前に種
々の洗浄工程を行うことが実施されている。しかし、洗
浄によっては充分な効果を得ることができないのが現状
である。

【０００７】本明細書で開示する発明は、非単結晶半導
体膜に対するレーザー光の照射による結晶化やアニール
の工程において、非単結晶半導体膜の表面に付着してい
る有機物の影響を排除することを課題とする。

【０００８】具体的には、レーザー光の照射により非単
結晶半導体膜を結晶化する工程において、非単結晶半導
体膜の表面に付着している有機物の影響によって、得ら
れる膜の結晶性が阻害されたり、効果の再現性が阻害さ
れたりすることを防ぐことを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
は、非単結晶半導体膜の表面をオゾンによって処理させ
ながらレーザー光の照射によりアニールを行うことを特
徴とする。

【００１０】レーザー光の照射によるアニール効果を高
めるには、１００〜５００℃程度の加熱を被照射面に対
して行う必要がある。この際、加熱を均一なものとする
ために雰囲気の５０％以上をヘリウムとすることが好ま
しい。

【００１１】またアニール対象が珪素膜の場合は、上記
オゾンとヘリウムとの混合雰囲気中に水素を添加するこ
とが有効となる。これは、レーザー光の照射と同時に水
素が添加された雰囲気中での加熱処理を同時に行うこと
ができ、珪素膜の表面やその内部に存在する不対結合手
を中和させることができるからである。

【００１２】珪素膜に対するレーザー光の照射をオゾン
雰囲気中で行った場合、珪素膜の表面に酸化膜を形成し
ながらのアニールが行われる。この酸化膜は、珪素膜の
表面を覆い保護する機能を有するもので、レーザー光の
照射に従って、珪素膜の表面から飛翔物が飛んだり、ま
たそれに伴う表面の荒れを抑制する役割がある。

【００１３】また、オゾンを選択的にレーザー光の被照
射領域に供給できるようにすることで、その効果をさら
に高めることができる。

【００１４】本明細書に開示する発明におけるレーザー
光としては、連続発振レーザー、パルスレーザー等を用
いることができる。特にパルス発振レーザーを用いるこ
とは好ましい。また、エキシマレーザー等のパルス発振
レーザーを用いることは極めて好ましい。

【００１５】オゾン含有雰囲気としては、オゾン１００
％の他に、酸素やアルゴンを含有させてもよい。オゾン
／酸素の混合気体と不活性ガスとの混合雰囲気であって
もよい。

【００１６】オゾン含有雰囲気を形成する手段として
は、一般的なオゾン生成装置を用いることができる。ま
たレーザー処理がなされる室内またはその一部を酸素雰
囲気とし、この雰囲気を構成する酸素に対して紫外光を
照射することでオゾンを生成させてもよい。

【００１７】即ち、レーザー光の照射手段とは別に、オ
ゾンを発生させるのに最適な波長を有する紫外光を発生
するＵＶランプを配置し、レーザー光の照射と同時進行
でオゾンを発生させる構成とするのである。

【００１８】このような構成とすることによって、オゾ
ンの発生効率や供給効率を高めることができる。

【００１９】また、レーザー光の被照射面に上記紫外光
が照射されるようにすることで、被照射面を活性化させ
ることができ、オゾンによる有機物の除去効果をさらに
助長することができる。

【００２０】特に上記紫外線の照射を併用する方法にお
いては、レーザー光の波長や種類をレーザーアニールに
最適な波長で選択し、紫外光をオゾンの発生に最適な波
長に選択することができる。このような構成とすること
で作業効率や効果を高めることはできる。

【００２１】レーザー光の照射による非単結晶半導体膜
の表面に対するアニールの際に雰囲気をオゾン含有雰囲
気とすることにより、・半導体膜表面における有機物の除去・半導体膜表面に酸化膜が形成されることによる結晶性
の向上・半導体膜表面の荒れの防止といった効果を得、良質な結晶性半導体膜を得ることが
できる。

【００２２】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、レーザー光の照射をオゾン
雰囲気中で照射することができるレーザー照射装置につ
いて示す。

【００２３】図１に本実施例で示すレーザー照射装置の
断面の概要を示す。またその上面図を図２に示す。図１
において、１０１はレーザー照射室である。レーザー照
射室１０１は外部から遮蔽され、減圧状態に保つことも
できる構成となっている。

【００２４】レーザー光はレーザー照射装置１０２で発
振され、光学系１１２により断面形状が線状に加工され
る。そしてミラー１０３で反射され、石英で構成された
窓１０４を介して被処理基板３０１に照射される。

【００２５】レーザー発振装置１０２としては、ＸｅＣ
ｌ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２４８
ｎｍ）を用いることができる。

【００２６】被処理基板３０１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（室温〜７００℃、
好ましくは１００〜５００℃）に保たれる。

【００２７】台１０６は、移動機構１０７によって、線
状レーザー光の線方向に対して直角の方向に移動され、
被処理基板３０１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している。

【００２８】レーザー照射室１０１は、真空排気ポンプ
１０８を備えており、必要に応じて内部を減圧状態また
は真空状態にすることができる。

【００２９】レーザー照射室１０１は、オゾン生成装置
１０９と酸素供給部１１０を有している。オゾン生成装
置１０９は、酸素供給部１１０より供給される酸素から
オゾンを生成する。そして、オゾンと酸素が混合された
オゾン含有気体がレーザー照射室１０１内に導入され、
オゾン含有雰囲気を形成する。

【００３０】必要に応じて、酸素や他の不活性気体を導
入するための別の気体供給部を設けてもよい。

【００３１】特に加熱を併用する場合には、ヘリウムを
雰囲気の５０％以上の割合で混合させることが有効にな
る。

【００３２】実験によると、ヘリウム１００％雰囲気に
おける加熱では、試料を加熱し始めてから所定の温度に
安定するまでの時間が、酸素（オゾン）雰囲気である場
合に比較して６割程度に短縮することが確かめられてい
る。

【００３３】加熱温度を所定の温度に安定させるのは、
レーザー照射工程全体の２０％〜５０％を閉めるもので
あり、その所要時間を短縮することは、レーザーアニー
ル工程の短縮化に大きな寄与をする。

【００３４】レーザー照射室１０１は、ゲイトバルブ４
０１を有し、他の処理室との接続を可能なものとしてい
る。また必要に応じて、ゲイトバルブ４０１を介して基
板（試料）の出し入れを行うことができる構成となって
いる。

【００３５】図１及び図２に示す装置は、雰囲気をオゾ
ンを含有した雰囲気またはその減圧雰囲気とした状態
で、基板３０１上の非単結晶半導体膜に対してレーザー
光の照射を行うことができる。

【００３６】このような構成においては、オゾンの作用
によって非単結晶半導体膜上の有機物が酸化除去され、
膜中に有機物が混入することを防ぎ、かつ良好な結晶化
を行うことができる。

【００３７】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示し
たレーザー照射装置を用いてガラス基板上に薄膜トラン
ジスタを作製する場合の例を示す。

【００３８】図３に、実施例の作製工程を示す。まず、
被処理基板３０１として１２７ｍｍ角のコーニング１７
３７ガラス基板を用意する。

【００３９】そして基板３０１上に下地膜としての酸化
珪素膜３０２を２０００Åの厚さに成膜する。成膜方法
は、プラズマＣＶＤ法を用いる。次に図示しない非晶質
珪素膜を５００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法により成膜
する。

【００４０】次に１０ｐｐｍ程度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し、ニ
ッケル元素が非晶質珪素膜の表面に接して保持された状
態とする。このニッケルを用いた結晶化技術の詳細につ
いては、特開平６−２４４１０４号に記載されている。

【００４１】この状態において、６００℃、４時間の加
熱処理を水素含有雰囲気（即ち還元雰囲気）中で行う。
この加熱処理により、非晶質珪素膜は結晶化し結晶性珪
素膜３０３（図３（Ａ））へと変成される。

【００４２】なお、最終的に膜中に残留するニッケル元
素の濃度は、１×１０¹⁵〜５×１０¹⁹原子／ｃｍ³ の範
囲内に収まることが望ましい。

【００４３】このようにして結晶性珪素膜３０３が得ら
れる。次に得られた結晶性珪素膜３０３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。

【００４４】レーザーアニールは図１に示す装置を用い
て行う。レーザーアニールを行うに当たっては、オゾン
雰囲気とし、大気圧下で処理を行う。大気圧以下、例え
ば０．０２〜０．５Ｔｏｒｒとしてもよい。

【００４５】オゾン雰囲気は、オゾン／酸素（極力純度
の高いものが望ましい）、またはオゾンとヘリウムやア
ルゴン等の不活性ガスとの混合気体、あるいはオゾン／
酸素／不活性気体の混合気体等を用いることができる。
ここでは、オゾンを０．１〜２０％、例えば１％（１気
圧）含有する酸素によりオゾン含有雰囲気を構成する。

【００４６】また被処理基板３０１は、１００℃〜６０
０℃、例えば４５０℃の温度に加熱される。この状態に
おいて、非晶質珪素膜３０３の表面は、オゾン含有雰囲
気３２０に曝される。そして有機物が酸化除去される。
またオゾンの作用によって、その表面には極薄い酸化珪
素膜３０４が、数秒〜数１０秒で形成される。この酸化
珪素膜３０４の膜厚は１０〜１００Å程度である。この
酸化珪素膜３０４は、不純物がほとんど混入されない、
極めて良質な膜である。

【００４７】この状態でレーザー光の照射を行う。照射
される線状レーザー光は、照射面上で幅０．３４ｍｍ×
長さ１３５ｍｍの大きさを有する。エネルギー密度は１
００ｍＪ／ｃｍ² 〜５００ｍＪ／ｃｍ² 、例えば２６０
ｍＪ／ｃｍ² とする。

【００４８】このレーザー光の照射は、図１の台１０６
を２．５ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行う。こう
することで、線状レーザー光を走査させながら被照射面
に照射することができる。

【００４９】レーザーの発振周波数は２００Ｈｚとす
る。上記の条件でレーザー光の照射を行うと、照射面の
一点において１０〜５０ショットのレーザー光が照射さ
れることになる。

【００５０】上記の工程においては、オゾンの作用によ
って、結晶性珪素膜の表面に付着していた有機物を除去
した状態でレーザー光の照射を行うことができる。

【００５１】即ち、結晶性珪素膜に付着していた有機物
はオゾンにより分離され、揮発性酸化物となって除去さ
れた状態でレーザー光の照射を行うことができる。

【００５２】実施例１では、図１に示すレーザー照射室
１０１内部全体にオゾン含有雰囲気が充満する。従っ
て、レーザー光の照射によって被処理基板から飛翔した
有機物がレーザー照射室１０１の内壁や窓１０４の内側
に付着しても、この付着物はオゾンによってレーザーア
ニール工程中に除去される。すなわちレーザーアニール
と同時にレーザー照射室１０１内のクリーニングが同時
に行われる。

【００５３】また酸化珪素膜３０４は極めて薄いため、
複数回のパルスレーザー照射によりほとんどが飛散して
しまう。飛散した後に、オゾンにより新たに極薄い酸化
珪素膜が形成されることもある。

【００５４】この酸化珪素膜３０４の形成に際しては、
その膜中に珪素膜の表面に残存している有機物が取り込
まれた状態となる。従って、レーザー光の照射によって
酸化珪素膜が飛散してしまうことにより、有機物が珪素
膜中に取り込まれることを抑制することができる。

【００５５】また、レーザー光照射後にオゾンの作用に
よって形成される極薄い酸化膜は、レーザー光の照射時
に膜の内部から水素等が噴出して、膜の表面に凹凸が形
成されてしまうことを防ぐ役割も有している。

【００５６】レーザーアニールの終了後は、結晶性珪素
膜３０３上面に酸化珪素膜が残ったり形成されたりし易
い。そこで次の工程に移る前に、ＨＦ水溶液やＨＦとＨ
₂ Ｏ₂ の混合水溶液で、結晶性珪素膜３０３の上面を還
元させ、酸化珪素膜を除去することは好ましい。

【００５７】このようにして結晶性珪素膜３０３に対
し、レーザーアニールが施され、その結晶性が向上され
る。（図３（Ｂ））

【００５８】作製された結晶性珪素膜３０３は、結晶
性、膜質の均質性、また移動度等の電気的特性いずれも
優れたものとすることができる。

【００５９】次に、レーザーアニールによってその結晶
性が助長された結晶性珪素膜３０３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３０３
をエッチングして、島状領域３０５を形成する。この島
状領域３０５は後に薄膜トランジスタの活性層を構成す
ることとなる。

【００６０】次に、ゲイト絶縁膜３０６となる酸化珪素
膜をプラズマＣＶＤ法によって厚さ１２００Åの厚さに
成膜する。ここではこの酸化珪素膜を成膜するための原
料ガスとして、ＴＥＯＳおよび酸素を用いる。（図３
（Ｃ））

【００６１】次に、ゲイト電極を作製する。ここではま
ず図示しないアルミニウム膜をスパッタ法により、６０
００Åの厚さに成膜する。なおアルミニウム膜中にスカ
ンジウムまたは珪素を０．１〜２重量％含有させる。そ
してこのアルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極
３０７を形成する。（図３（Ｃ））

【００６２】次にソース／ドレイン領域を形成するため
の不純物イオンの注入を行う。ここではＮチャネル型の
ＴＦＴを作製するためにＰ（リン）イオンの注入をイオ
ンドーピング法によって行う。

【００６３】このリンイオンの注入は、ゲイト電極３０
７をマスクとして行われる。ドーピング条件は、ドーピ
ングガスとして、フォスフィン（ＰＨ₃ ）を用い、加速
電圧を８０ｋＶ、ドーズ量を１×１０¹⁵原子／ｃｍ² と
して行う。また基板温度は室温とする。

【００６４】このドーピング工程においては、自己整合
的にチャネル形成領域３１０と、Ｎ型の不純物領域であ
るソース領域３０８、さらにドレイン領域３０９が形成
される。

【００６５】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１に示すレーザーアニール装置を用い
て、線状レーザー光によりレーザーアニールを行う。こ
こで前記した条件のオゾン雰囲気中でレーザーアニール
を行う。（図３（Ｅ））

【００６６】照射面におけるレーザー光のエネルギー密
度は、１００ｍＪ／ｃｍ² 〜３５０ｍＪ／ｃｍ² の範囲
で行う。ここでは１６０ｍＪ／ｃｍ² とする。

【００６７】前述したように線状レーザービームを走査
させながら照射を行う。このようにして被照射物の一点
において２０〜４０ショットのレーザービームが照射さ
れるようにする。

【００６８】このレーザーアニールにより、不純物が活
性化されると共に、先の不純物イオンの注入時における
損傷がアニールされる。このレーザーアニールの終了
後、窒素雰囲気中にて２時間、４５０℃の熱アニールを
行う。（図３（Ｅ））

【００６９】次に層間絶縁膜３１１として酸化珪素膜を
プラズマＣＶＤ法で６０００Åの厚さに成膜する。

【００７０】さらに層間絶縁膜３１１にコンタクトホー
ルを形成し、金属材料、例えば、チタンとアルミニウム
の多層膜でもってソース電極３１２とドレイン電極３１
３を形成する。

【００７１】最後に、１気圧の水素雰囲気で、２００〜
３５０℃の熱アニール処理を行い図３（Ｆ）に示す薄膜
トランジスタを完成させる。

【００７２】このようにして、複数のＮおよび／または
Ｐチャネル型の結晶性ＴＦＴが形成される。これらのＴ
ＦＴ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
優れたものとすることができる。（図３（Ｆ））

【００７３】〔比較例〕ここでは、実施例１に示すよう
なオゾン含有雰囲気中でのレーザーアニールによってそ
の結晶性が助長された結晶性珪素膜と、他の条件により
得られた結晶性珪素膜との膜質の比較を示す。

【００７４】まず、オゾン含有雰囲気中ではなく、他の
雰囲気中でレーザー光の照射を行った場合の例を示す。
ここでは、（Ａ）空気（Ｂ）酸素：窒素＝２０％：８０％（Ｃ）窒素１００％の３種類の雰囲気中でレーザー光の照射を行った場合の
例を示す。なお雰囲気は大気圧とし、雰囲気以外の条件
は実施例１と同じものとする。

【００７５】空気雰囲気中で作製された結晶性珪素膜
は、オゾン雰囲気中で形成されたものに比べてやや低い
結晶性を有する。また、結晶性が不均一なものとなる傾
向が見られる。また移動度が低く、しかも膜面内におい
て移動度のバラツキが大きい。さらに複数毎の基板を処
理した場合、基板毎の膜特性のバラツキが大きい。

【００７６】これらの原因は、基板表面の有機物が十分
に除去されず、また空気中の不純物が膜中に混入するた
めと思われる。

【００７７】酸素：窒素＝２０％：８０％雰囲気では、
空気雰囲気中に比較して、移動度は向上するものの、結
晶性の低い領域が点在するものとなってしまう。被処理
基板がレーザー照射室内に搬入されてから、結晶性珪素
膜上面の酸化珪素膜３０４が形成されるまでに数分程度
の時間を要する。

【００７８】また窒素１００％雰囲気では、膜全体の結
晶性が低い。また移動度や膜質の面内均質性も低いもの
となってしまう。

【００７９】またオゾン含有雰囲気中および酸素／窒素
雰囲気で形成された結晶性珪素膜は、他の雰囲気で作製
されたものに比較して、同一エネルギー密度では高い結
晶性が得られる。

【００８０】特にオゾン雰囲気を利用したものは、他の
比較例に比べて膜質が高く、また工程の再現性も高いも
のとすることができる。

【００８１】〔実施例３〕本実施例は、実施例１に示す
レーザー照射装置をマルチチャンバー方式の装置へと発
展させた構成を示す。

【００８２】図４に、本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４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。図４にお
けるＡ−Ａ’断面を示す図が図１に相当する。

【００８３】図４に示す装置は、ロード／アンロード室
４０６とレーザー照射室１０１と予備加熱室４０８と徐
冷室４１０とが、基板搬送室４０２を介して接続された
構成となっている。

【００８４】各室は気密性を有しており、必要とする雰
囲気や圧力にすることができる。また各室は、ゲイトバ
ルブ４０１、４１１、４０９、４０１によって基板搬送
室４０２と連結されている。

【００８５】図４に示す装置において、４０６はロード
／アンロード室であり、処理せんとする基板（試料）の
出し入れが行われる室である。処理せんとする基板は、
ロード／アンロード室４０６に多数枚（例えば２０枚）
が収納されたカセット毎搬入される。

【００８６】カセット毎搬入された基板は、基板搬送室
４０２内に配置されたロボットアーム４０５により、一
枚づつアライメント室４０３に移送される。

【００８７】アライメント室４０３には、被処理基板４
０４とロボットアーム４０５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４０３は、ロード／アンロード室４０６とゲイトバ
ルブ４０７を介して接続されている。

【００８８】アライメント室４０３において位置調整が
なされた基板４０４は、ロボットアーム４０５によって
予備加熱室４０８に移送される。移送後はゲイトバルブ
４０９を閉鎖し気密性を維持させる。なお、装置の動作
中は全ての室を同じ圧力とし、各室間における基板の移
送に際して圧力調整をしないで済むようにすることが望
ましい。

【００８９】予備加熱室４０８においては、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する。
これはレーザー照射室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ためであ
る。

【００９０】また、予備的に加熱させることで膜中の水
素を離脱させ、レーザー光の照射による効果を高めるた
めでもある。この水素を離脱させる効果はアニールする
膜として非晶質珪素膜を用いる場合に顕著なものとな
る。

【００９１】予備加熱室４０８は、その内部が円筒状の
石英で構成されている。円筒状の石英はヒーターで囲ま
れていて、その内部を加熱できる構成となっている。

【００９２】また予備加熱室４０８は、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。また予備
加熱室４０８と、基板搬送室４０２とは、ゲイトバルブ
４０９によって連結されている。

【００９３】予備加熱室４０８において、所定の時間予
熱された基板は、ロボットアーム４０５によって基板搬
送室４０２に引き戻され、アライメント室４０３にて再
度アライメント調整がなされる。そしてロボットアーム
４０５によって、レーザー照射室１０１に移送される。

【００９４】レーザー照射終了後、被処理基板４０４は
ロボットアーム４０５によって基板搬送室４０２に引き
出され、徐冷室４１０に移送される。

【００９５】徐冷室４１０は、ゲイトバルブ４１１を介
して、基板搬送室４０２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が、ランプ、反射板か
らの赤外光を浴びながら、徐々に冷却される。

【００９６】徐冷室４１０で徐冷された被処理基板は、
ロボットアーム４０５によって、ロード／アンロード室
４０６に移送され、カセット４１２に収納される。

【００９７】こうして、１枚の基板に対するレーザーア
ニール工程が実施される。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
枚づつ処理が行われる。

【００９８】〔実施例４〕本実施例は、非晶質珪素膜に
対してレーザーアニールを施し、結晶性珪素膜を得る構
成に関する。本実施例においても実施例１と同様に、図
１に示すレーザー照射装置を用いる。

【００９９】まず、基板として１２７ｍｍ角、１．１ｍ
ｍ厚のコーニング１７３７基板を用意する。この基板上
にプラズマＣＶＤ法により酸化珪素膜を２０００Åの厚
さに形成し、下地膜とする。

【０１００】さらに公知のプラズマＣＶＤ法で非晶質珪
素膜を５００Åの厚さに形成する。その後、この基板を
レーザー照射室１０１（図１）内に配置する。

【０１０１】酸素供給部１１０から酸素をオゾン生成装
置１０９に供給し、基板が置かれたレーザー照射室１０
１に対して、オゾン生成装置１０９からオゾン／酸素の
混合気体を導入する。レーザー照射室１０１内の圧力を
大気圧、または減圧下例えば０．０２〜０．５Ｔｏｒｒ
に保つ。なお基板に加熱温度は１００〜６００℃例えば
４５０℃とする。

【０１０２】すると、基板上の非晶質珪素膜は、その表
面が酸化され、１０〜１００Åの酸化珪素膜が形成され
る。

【０１０３】同時に、非晶質珪素膜表面に付着した有機
物はオゾンにより揮発性酸化物となって除去される。

【０１０４】レーザー照射室１０１内をオゾン含有雰囲
気とした状態で、台１０６を移動させながら、線状レー
ザー光を非晶質珪素膜に照射する。

【０１０５】線状レーザー光は、照射面上で、幅０．３
４ｍｍ×長さ１３５ｍｍの大きさを有する。エネルギー
密度は、１００ｍＪ／ｃｍ² 〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、例
えば２００ｍＪ／ｃｍ² 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
ー光を走査させる。レーザーの発振周波数は２００Ｈｚ
とする。

【０１０６】この場合、照射面の一点に注目すると、１
０〜５０ショットのレーザー光が照射される。

【０１０７】このようにして、オゾン含有雰囲気中で線
状レーザー光を走査して照射することにより、非晶質珪
素膜は結晶化され、結晶性珪素膜となる。

【０１０８】作製された結晶性珪素膜は、清浄な膜質を
有し、かつ、結晶性、膜の均質性に優れたものとするこ
とができる。

【０１０９】〔実施例５〕本実施例は、実施例１に示す
装置とはオゾン雰囲気の形成領域が異なる構成に関す
る。

【０１１０】図５に本実施例で示すレーザー照射装置の
横断面図を示す。図６には図５の上面図を示す。図５、
図６において、図１および図２と同一部分を表示する場
合には同符号を用いている。

【０１１１】図５、６に示すように、本実施例において
はオゾン含有雰囲気が、被処理基板上方にのみ形成され
る。即ち、被処理基板３０１の移動領域上方に、フード
５０１が設けられている。オゾン含有気体としてオゾン
／酸素の混合気体はオゾン生成装置１０９からフード５
０１の内部に供給され、被処理基板上面にのみオゾン含
有雰囲気を形成する。

【０１１２】図６に示すように、ミラー１０３で反射さ
れたレーザー光は、フード５０１の内側の領域であるレ
ーザー光照射位置５０２に照射される。なお、動作の方
法については、実施例１に示したものと同じである。

【０１１３】このような構成とした場合、レーザー処理
の最中において、同時に照射室内の洗浄を行うという効
果は低いものとなる。しかし、被処理基板上面に効果的
にオゾンを供給することができるので、図１の構成に比
較して、被照射面の有機物を除去するという効果は増大
する。

【０１１４】また実施例５では、フードにより被処理基
板上面にオゾンが確実に供給されるので、レーザーアニ
ールを大気圧下で行うならば、レーザー照射室は設けな
くてもよい。

【０１１５】図５、図６に示すレーザー照射室の構成に
おいて、特にオゾン含有気体を、フード５０１の上方か
ら下方に向けて流れるように供給することで、レーザー
照射により被処理基板から飛翔する有機物や無機物がレ
ーザー照射窓１０４に付着することも防ぐことができ
る。

【０１１６】また、フード５０１の下端部を、被処理基
板上面まで数ｍｍと極めて近くすると、レーザー照射に
より飛翔する有機物や無機物の、フードの外部への飛翔
を防ぐことができる。結果として、これら飛翔物のレー
ザー照射室内壁への付着を防ぎ、レーザー照射室内の洗
浄を不要にすることができる。

【０１１７】〔実施例６〕本実施例は、実施例５に示す
構成をさらに改良し、レーザーアニールが施される被照
射面に対して効果的にオゾンを供給する構成に関する。

【０１１８】図７に本実施例で示すレーザー照射装置の
横断面図を示す。図８には図７の上面図を示す。図７、
図８において、図１および図２と同一部分を表示する場
合には同符号を用いている。

【０１１９】本実施例は、フード７０１は、線状レーザ
ー光照射位置７０２の周囲近傍を囲んで設けられてい
る。オゾン含有気体としてオゾン／酸素混合気体は、こ
のフード７０１内に供給される。この構成によりオゾン
は、被処理基板上のレーザー光照射位置７０２の近傍に
のみ供給される。

【０１２０】この場合、基板移動方向に対するフード７
０１内部の大きさと台１０６の移動速度で、被処理基板
がオゾンに曝される時間を制御できる。

【０１２１】このような構成とした場合、レーザー光が
照射される領域およびその近傍において効果的にオゾン
を供給することができるので、被照射面の有機物を除去
するという効果は最大限得ることができる。

【０１２２】また、フード７０１内にオゾンを含まない
酸素のみを供給して、紫外光であるレーザー光を照射す
ることで、フード内の酸素をオゾン化し、被処理基板上
面にオゾンを供給することも可能である。フード７０１
の内部は、線幅が数ｍｍの線状レーザー光の周囲を囲む
程度の小さい面積であるので、レーザー照射によりフー
ド内部の酸素は十分にオゾン化される。したがって、オ
ゾン生成装置１０９を不要とすることもできる。

【０１２３】また実施例６では、フードにより被処理基
板上面にオゾンが確実に供給されるので、レーザーアニ
ールを大気圧下で行うならば、レーザー照射室は設けな
くてもよい。

【０１２４】図７、図８に示すレーザー照射室の構成に
おいて、オゾン含有気体をフード７０１の上方から下方
に向けて流れるように供給することで、レーザー照射に
より被処理基板から飛翔する有機物や無機物がレーザー
照射窓１０４に付着することも防ぐことができる。加え
て、フードの下端が被処理基板上面から数ｍｍ程度と近
接していれば、有機物や無機物のフード外部への飛翔が
妨げられる。したがって、レーザー照射室内の洗浄工程
も不要となる。

【０１２５】〔実施例７〕これまでの実施例において
は、レーザー光の照射を、被処理基板がオゾン含有雰囲
気に曝されている状態で行った例を示した。他方、被処
理基板をオゾンに曝す工程を実施したあとにレーザー光
の照射を行ってもよい。

【０１２６】例えば、レーザー照射室において、まず被
処理基板をオゾン含有雰囲気に十分に曝す。その後、オ
ゾンの供給を停止後オゾンを排気し、レーザーアニール
を行う。

【０１２７】この場合、被処理面に有機物が付着しない
ような清浄な雰囲気または高真空な雰囲気を維持する必
要がある。

【０１２８】また、オゾン処理室を設けて、この中で被
処理基板を所定の時間オゾン含有雰囲気に曝し、その
後、清浄な雰囲気を維持したまま被処理基板をレーザー
照射室に搬送してレーザー照射を行ってもよい。

【０１２９】オゾン含有雰囲気に曝す工程を、レーザー
照射とは別の容器内で行う場合、被処理基板を外気に曝
さないようにし、清浄な浄囲気を維持する機能が必要と
なる。

【０１３０】例えば、オゾン処理室とレーザー照射室と
を、ゲイトバルブを介して接続する、いわゆるマルチチ
ャンバー構成とする必要がある。

【０１３１】この場合、レーザー照射時の雰囲気を水素
または水素を含有した雰囲気とすると、水素熱処理も同
時に行うことができる。またこの場合は、基板を３００
〜６００℃程度に加熱することが重要となる。

【０１３２】〔実施例８〕本実施例では、被処理基板の
被照射部をオゾンに曝し、その後にレーザー光の照射を
行う構成を示す。

【０１３３】図９に本実施例で示す装置の断面図を示
す。また図１０に上面図を示す。図９、図１０におい
て、図１および図２と同一部分を表示する場合には同符
号を用いている。

【０１３４】図９、図１０に示すように、フード９０１
は、レーザー光が走査されて照射される位置の手前側に
配置されている。即ち、フード９０１下部を通過した領
域にレーザー光照射位置９０２がある構成となってい
る。

【０１３５】このような構成とすると、まずフード９０
１下でオゾンに曝された領域に対して、その後にレーザ
ー光が照射されるものとすることができる。

【０１３６】この場合、基板移動方向に対するフード９
０１内部の大きさと台１０６の移動速度で、被処理基板
がオゾンに曝される時間を制御することができる。

【０１３７】また実施例８では、フードにより被処理基
板上面にオゾンが確実に供給されるので、レーザーアニ
ールを大気圧下で行うならば、レーザー照射室は設けな
くてもよい。

【０１３８】〔実施例９〕実施例９では、レーザーアニ
ール時の試料加熱方法の他の構成を示す。図１１に本実
施例で示す装置の断面図を示す。また図１２に図１１の
上面図を示す。図１１、図１２において、図７および図
８と同一部分を表示する場合には同符号を用いている。

【０１３９】実施例９では、図１１、図１２に示すよう
に、試料である基板３０１をステージ１１１上のピン１
１０１で支えることにより、基板３０１をステージ１１
１上面から浮かせて配置する。すると、台１０６内に設
けられたヒーターで基板とステージとの間の気体が加熱
される。そして、加熱された気体により基板３０１が加
熱される。

【０１４０】このように、基板をヒータに対して所定の
間隙を有して配置し、基板の加熱を気体を介して行う。
このようにすることで、基板における熱の拡散を均一化
することができ、より面内均質性の高いレーザーアニー
ルを行うことができる。

【０１４１】基板３０１とステージ１１１との間隙は、
０．１〜５．０ｍｍ程度、好ましくは０．５〜２．０ｍ
ｍ程度とする。この間隔により、加熱効率が向上する。
この間隔が広くなりすぎると、加熱効率が低下するので
注意が必要である。

【０１４２】また、基板とステージとの間の気体とし
て、空気、酸素、窒素などの種々のものを用いることが
できる。特に、ヘリウムまたはヘリウムを含有する気体
は、比熱が高く、好ましい結果が得られる。

【０１４３】図１３に本実施例で示す装置の断面図の他
の例を示す。また、図１４に図１３の上面図を示す。図
１３、図１４において、図９、図１０と同一部分を表示
する場合には同符号を用いている。

【０１４４】図１３、図１４も、図１１、図１２と同様
に基板３０１をピン１３０１で支えて間隙を設け、ステ
ージ１１１上面から浮いた構成とする。すると、台１０
６内に設けられたヒーターで基板とステージとの間の気
体が加熱される。そして、加熱された気体により基板３
０１が面内において均質に加熱される。

【０１４５】ここでは、基板３０１をピンで支える構成
を図７、図８、および、図９、図１０に対応する例で示
したが、図１、図２、あるいは図５、図６で示す構成に
おいても同様に実施できることは明らかである。

【０１４６】

【発明の効果】レーザー光の照射による半導体膜に対す
るアニール工程を、オゾン雰囲気で行うことにより、レ
ーザー光の照射による効果を高めることができる。

【０１４７】具体的には、有機物を除去し、不純物が膜
中に混入することを防ぐことができ、得られる膜質の向
上、工程の再現性の向上、といった効果を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例におけるレーザー照射室を示す図。

【図２】図１の上面図。

【図３】実施例の作製工程を示す図。

【図４】実施例におけるレーザーアニール装置の上面
図。

【図５】レーザー照射装置の例の横断面図。

【図６】図５の上面図。

【図７】レーザー照射装置の例の横断面図。

【図８】図７の上面図。

【図９】レーザー照射装置の例の横断面図。

【図１０】図９の上面図。

【図１１】レーザー照射装置の例の横断面図。

【図１２】図１１の上面図。

【図１３】レーザー照射装置の例の横断面図。

【図１４】図１３の上面図。

【符号の説明】

１０１レーザー照射室１０２レーザー発振装置１０３ミラー１０４窓１０６台１０７移動機構１０８真空排気ポンプ１０９オゾン生成装置１１０酸素供給部１１１ステージ１１２光学系１１３高周波発振器３０１基板３０２酸化珪素膜（下地膜）３０３結晶化珪素膜３０４酸化珪素膜３０５島状領域３０６ゲイト絶縁膜３０７ゲイト電極３０８ソース３０９ドレイン３１０チャネル形成領域３１１層間絶縁膜３１２ソース電極・配線３１３ドレイン電極・配線３２０オゾン含有雰囲気４０１ゲイトバルブ４０２基板搬送室４０３アライメント室４０４基板４０５ロボットアーム４０６ロード／アンロード室４０７ゲイトバルブ４０８予備加熱室４０９ゲイトバルブ４１０徐冷室４１１ゲイトバルブ４１２カセット５０１フード５０２レーザー照射位置７０１フード７０２レーザー光照射位置９０１フード９０２レーザー光照射位置１１０１、１３０１ピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎舜平神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非単結晶半導体膜の表面をオゾンによって
処理させながらレーザー光の照射によりアニールを行う
ことを特徴とするレーザーアニール方法。
【請求項２】請求項１において、オゾンによって非単結
晶半導体膜表面の有機物が除去され、同時に酸化膜が形
成されることを特徴とするレーザーアニール方法。
【請求項３】請求項１において、レーザー光の照射時において試料は加熱され、雰囲気中にヘリウムを含有させることを特徴とするレー
ザーアニール方法。
【請求項４】請求項１において、レーザー光の照射時において試料は加熱され、雰囲気中にヘリウムを含有させ、かつ水素を添加し、レーザー光の照射と同時に水素加熱処理が行われること
を特徴とするレーザーアニール方法。
【請求項５】請求項１乃至４において、加熱手段に対し
て所定の間隙を有して試料を配置し、気体を介して前記
試料を加熱することを特徴とするレーザーアニール方
法。
【請求項６】請求項５において、間隙は０．１ｍｍ〜
５．０ｍｍであることを特徴とするレーザーアニール方
法。
【請求項７】請求項１において、オゾンはオゾン発生器によって発生させることを特徴と
するレーザーアニール方法。
【請求項８】請求項１において、オゾンはレーザー光の
被照射面の近傍に選択的に供給されることを特徴とする
レーザーアニール方法。
【請求項９】被照射面にレーザー光を照射する手段と、前記被照射面に選択的にオゾンを供給する手段と、を有することを特徴とするレーザーアニール装置。