JPH10116795A - Equipment for manufacturing semiconductor material - Google Patents

Equipment for manufacturing semiconductor material

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JPH10116795A
JPH10116795A JP30985297A JP30985297A JPH10116795A JP H10116795 A JPH10116795 A JP H10116795A JP 30985297 A JP30985297 A JP 30985297A JP 30985297 A JP30985297 A JP 30985297A JP H10116795 A JPH10116795 A JP H10116795A
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semiconductor
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宏勇 張
Naoto Kusumoto
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve uniformity of the in-plane distribution of crystallinity and crystal grain size of a semiconductor film by transferring a sample without exposing to the atmosphere between a chamber for heat treating an amorphous semiconductor at a temperature lower than the crystallization temperature and a chamber for irradiating the semiconductor with laser light. SOLUTION: After thermal annealing for dehydrogenation, a laser crystallization process is effected without exposing the surface of an amorphous semiconductor to the atmosphere. A plasma CVD system 2 for depositing a starting film, i.e., an amorphous silicon film, a thermal annealing furnace 3 for dehydrogenation, a laser crystallization chamber 4, a sample carry-in chamber 1 and a sample carry-out chamber 5 are arranged in series. The chamber 3 is a thermal annealing furnace for dehydrogenation and the chamber 4 is a laser annealing chamber. A laser beam is matched with the width of a substrate using the optical system and a rectangular beam extending perpendicularly to the carrying direction of substrate is employed.

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】本発明は、絶縁ゲイト型電界
効果トランジスタ等の薄膜デバイスに用いられる多結晶
半導体をレーザー照射によって得るためのレーザー処理
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus for obtaining a polycrystalline semiconductor used for a thin film device such as an insulated gate field effect transistor by laser irradiation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、薄膜型の絶縁ゲイト型電界効果ト
ランジスタ(TFT)等の薄膜デバイスに用いられる多
結晶シリコン半導体薄膜の作製方法としては、プラズマ
CVD法や熱CVD法で形成されたアモルファスシリコ
ン膜をレーザー光を照射することによって結晶化させる
方法が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of manufacturing a polycrystalline silicon semiconductor thin film used for a thin film device such as a thin film type insulated gate field effect transistor (TFT), amorphous silicon formed by a plasma CVD method or a thermal CVD method is used. A method of crystallizing a film by irradiating the film with a laser beam is known.

【0003】一般にレーザー光を用いてアモルファスシ
リコン膜を結晶化させるには、出発膜であるアモルファ
スシリコン膜中に含まれる水素を膜より離脱させるため
に低エネルギー密度のレーザー光をアモルファスシリコ
ン膜に照射し、その後に閾値エネルギー密度(シリコン
が溶融するために必要な最低エネルギー密度)以上のレ
ーザー光を照射することによって、アモルファスシリコ
ン膜を結晶化させる工程がとられている。
In general, in order to crystallize an amorphous silicon film using a laser beam, a low energy density laser beam is applied to the amorphous silicon film in order to separate hydrogen contained in the amorphous silicon film as a starting film from the film. Thereafter, a step of crystallizing the amorphous silicon film by irradiating a laser beam having a threshold energy density (the minimum energy density necessary for melting silicon) or more is performed.

【0004】最初に低エネルギーのレーザー光を照射す
ることによってアモルファスシリコン膜中の水素を離脱
させるのは、主に以下の二つの問題を解決するためであ
る。
The reason why hydrogen in an amorphous silicon film is released by irradiating a low energy laser beam first is mainly to solve the following two problems.

【0005】まず第1の問題とは、いきなり閾値エネル
ギー密度以上のエネルギー密度を有するレーザー光をア
モルファスシリコン膜に照射すると、アモルファスシリ
コン膜中に多量に存在している水素が膜表面から急激に
噴出し、膜表面の平坦性に著しい悪影響を与えてしま
い、後に結晶化したこのシリコン膜表面に絶縁膜を設け
た際に、このシリコン膜と絶縁膜との界面において準位
が発生し、良好な界面準位が得られないという問題であ
る。
The first problem is that when a laser beam having an energy density equal to or higher than the threshold energy density is suddenly irradiated on the amorphous silicon film, a large amount of hydrogen existing in the amorphous silicon film is rapidly ejected from the film surface. However, when the insulating film is provided on the surface of the crystallized silicon film later, a level is generated at the interface between the silicon film and the insulating film. The problem is that an interface state cannot be obtained.

【0006】また第2の問題とは、アモルファスシリコ
ン膜中に存在している多量の水素が閾値エネルギー密度
以上の高エネルギー密度のレーザー光によって表面に噴
出すると同時に溶融しているシリコン膜中において大き
な運動エネルギーを持って運動するので、シリコンの結
晶化を阻害してしまうという問題である。
A second problem is that a large amount of hydrogen existing in an amorphous silicon film is ejected to the surface by a laser beam having a high energy density higher than a threshold energy density, and at the same time, a large amount of hydrogen is melted in the silicon film. Since it moves with kinetic energy, there is a problem that crystallization of silicon is hindered.

【0007】従って、従来においてはプレレーザーアニ
ールと称する低エネルギー密度のレーザー光を照射して
膜中の水素を十分出し切ってから、結晶化のためのレー
ザー光を照射し、膜中の水素の結晶化における影響を極
力排除していた。
Therefore, a laser beam having a low energy density, which is conventionally referred to as pre-laser annealing, is used to sufficiently remove hydrogen from the film, and then a laser beam for crystallization is irradiated to crystallization of the hydrogen in the film. The influence on the conversion was eliminated as much as possible.

【0008】[0008]

【発明が解決しようする課題】上記に述べたような従来
の方法では以下に述べるような問題があった。まず、レ
ーザー照射を2回に別けて行うために効率が悪く、大面
積加工には不向きであるという問題である。
However, the above-mentioned conventional methods have the following problems. First, there is a problem that the efficiency is low because laser irradiation is performed in two separate steps, which is not suitable for large-area processing.

【0009】また、一般的に良く用いらるエキシマレー
ザーに代表されるパルスショットのレーザーではレーザ
ー照射の時間が短いので徹底的に水素出しを行なうのは
困難であるという問題である。
In addition, a pulse shot laser typified by a commonly used excimer laser has a problem that it is difficult to thoroughly remove hydrogen because the laser irradiation time is short.

【0010】さらにまた、レーザーアニールに用いるレ
ーザー装置にはどうしてもレーザービームの不均一性や
出力の変動があるので水素出しの工程において、膜内の
水素分布がどうしても不均一になってしまい、これが結
晶化後の結晶粒径不均一性の原因となるという問題があ
った。
[0010] Furthermore, a laser device used for laser annealing necessarily has non-uniformity of laser beam and fluctuation of output, so that in the process of dehydrogenation, hydrogen distribution in the film is inevitably non-uniform. There is a problem that it causes non-uniformity of the crystal grain size after the formation.

【0011】本発明は上記の問題点を解決したレーザー
アニール方法に関するものである。
The present invention relates to a laser annealing method which solves the above-mentioned problems.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、非晶質半導体
に対してその結晶化温度以下の温度で加熱処理を施すチ
ャンバーと、前記半導体に対してレーザー光を照射する
チャンバーと、を有し、前記2つのチャンバーの間にお
いて試料は大気に曝されずに搬送されることを特徴とす
る。
According to the present invention, there is provided a chamber for subjecting an amorphous semiconductor to a heat treatment at a temperature lower than its crystallization temperature, and a chamber for irradiating the semiconductor with a laser beam. The sample is transported between the two chambers without being exposed to the atmosphere.

【0013】上記構成を有する装置は、レーザー光を照
射して非晶質半導体を結晶化させる工程であって、レー
ザーを照射する前に真空または不活性雰囲気中において
非晶質半導体の結晶化温度以下の温度で加熱アニール
し、さらに真空または不活性雰囲気中においてレーザー
照射を行い前記加熱アニールされた非晶質半導体を結晶
化させる工程に利用される。
The apparatus having the above structure is a step of crystallization of an amorphous semiconductor by irradiating a laser beam, and the crystallization temperature of the amorphous semiconductor in a vacuum or an inert atmosphere before the laser irradiation. Heat annealing is performed at the following temperature, and laser irradiation is performed in a vacuum or an inert atmosphere to crystallize the heat-annealed amorphous semiconductor.

【0014】レーザーとしてはエキシマレーザーが一般
に用いられているが、本発明の構成がレーザーの種類を
何ら限定するものではなく、どのようなレーザーを用い
てもよいことはいうまでもない。
Although an excimer laser is generally used as a laser, the structure of the present invention does not limit the kind of laser at all, and it goes without saying that any laser may be used.

【0015】非晶質半導体としては、一般にシリコン半
導体が用いられるが他の半導体を用いてもよい。尚、本
明細書の実施例においては、シリコン半導体を例にとり
説明を行なう。
As the amorphous semiconductor, a silicon semiconductor is generally used, but another semiconductor may be used. In the embodiments of the present specification, description will be made using a silicon semiconductor as an example.

【0016】真空もしくは不活性雰囲気中において、非
晶質半導体をこの非晶質半導体の結晶化温度以下の温度
で加熱アニールするのは、非晶質半導体の水素出しを行
なうためである。しかしながら、結晶化温度以上の温度
で加熱アニールを行なうと非晶質半導体が結晶化を起こ
してしまい、後のレーザー照射による結晶化において十
分な結晶化ができないので、結晶化温度以下の温度で加
熱アニールを行なうのは重要である。
The reason why the amorphous semiconductor is heat-annealed at a temperature lower than the crystallization temperature of the amorphous semiconductor in a vacuum or inert atmosphere is to dehydrogenate the amorphous semiconductor. However, if heat annealing is performed at a temperature higher than the crystallization temperature, the amorphous semiconductor will be crystallized, and sufficient crystallization cannot be performed in the subsequent crystallization by laser irradiation. It is important to perform annealing.

【0017】また、真空もしくは不活性雰囲気中で加熱
アニールを行なうのは、非晶質半導体表面に不要な薄膜
例えば酸化膜等が成膜されてしまうことを防ぐためであ
る。
The reason why the heat annealing is performed in a vacuum or an inert atmosphere is to prevent an unnecessary thin film such as an oxide film from being formed on the surface of the amorphous semiconductor.

【0018】この非晶質半導体を結晶化温度以下の温度
でアニールすることにより膜中において均一かつ徹底的
な水素出しを行なうことができるものである。このこと
により半導体膜の結晶性の面内分布と結晶粒径サイズの
均一性が改善され、大面積基板上に特性のそろったP−
Si(多結晶)TFTを形成することが可能になる。
By annealing this amorphous semiconductor at a temperature lower than the crystallization temperature, uniform and thorough dehydrogenation can be performed in the film. As a result, the in-plane distribution of crystallinity of the semiconductor film and the uniformity of the crystal grain size are improved, and P-type semiconductors having uniform characteristics are formed on a large-area substrate.
It becomes possible to form a Si (polycrystalline) TFT.

【0019】真空もしくは不活性雰囲気中において、結
晶化のためのレーザー光を照射して非晶質半導体を結晶
化させるのは、水素出しの結果生じた非晶質半導体の不
対結合手(ダングリングボンド)が活性な気体である空
気中の酸素や水素や窒素と結合することを防ぐためで
る。
Irradiating a laser beam for crystallization in a vacuum or an inert atmosphere to crystallize the amorphous semiconductor is performed by dangling bonds (dangling bonds) of the amorphous semiconductor generated as a result of dehydrogenation. This is to prevent the bond (ring bond) from binding to oxygen, hydrogen, or nitrogen in the air, which is an active gas.

【0020】本発明は、非晶質半導体中に不対結合手を
多量に形成させることによって結晶化を助長させること
を特徴としている。これは本発明者らが、行なった実験
において明らかになった以下の実験事実に基づくもので
ある。
The present invention is characterized in that crystallization is promoted by forming a large number of dangling bonds in an amorphous semiconductor. This is based on the following experimental facts that were revealed in experiments performed by the present inventors.

【0021】すなわち、非単結晶シリコン膜の水素出し
を徹底的に行なった非晶質シリコン膜に対してエキシマ
レーザー(KrF 248nm)を照射した結果、結晶性が著しく
良くなったという実験結果に基づくものである。
That is, based on an experimental result that the crystallinity was remarkably improved as a result of irradiating an excimer laser (KrF 248 nm) to an amorphous silicon film in which dehydrogenation of a non-single-crystal silicon film was thoroughly performed. Things.

【0022】非晶質シリコン膜には一般的に水素が多量
に含まれており、この水素が不対結合手(ダングリング
ボンド)を中和している。
An amorphous silicon film generally contains a large amount of hydrogen, and this hydrogen neutralizes dangling bonds.

【0023】しかしながら、本発明者らは上記の実験事
実から溶融状態における非晶質からの結晶化において
は、不対結合手の存在が極めて重要であるという認識に
立ち、非晶質状態において不対結合手を意図的に形成さ
せることにより、溶融状態における瞬間的な結晶化を助
長させる方法を見出したものである。
However, the present inventors have recognized from the above experimental facts that the existence of dangling bonds is extremely important in the crystallization from the amorphous state in the molten state. The present inventors have found a method of promoting instantaneous crystallization in a molten state by intentionally forming a paired bond.

【0024】また、この際において半導体膜表面を空気
に曝すことによって膜表面に酸化膜等が出来てしまう
と、せっかく形成した不対結合手が中和されてしまうの
で前述のように真空または不活性雰囲気中においてレー
ザー照射による結晶化を行なうことは大変重要である。
In this case, if an oxide film or the like is formed on the surface of the semiconductor film by exposing the surface of the semiconductor film to air, the dangling bonds that have been formed are neutralized. It is very important to perform crystallization by laser irradiation in an active atmosphere.

【0025】非晶質半導体の結晶化温度以下の温度とい
うのは、加熱アニールによって非晶質半導体が結晶化を
起こし始める温度のことである。
The temperature lower than the crystallization temperature of the amorphous semiconductor is a temperature at which the amorphous semiconductor starts to crystallize by heat annealing.

【0026】本発明の構成において、上記の結晶化温度
以下の温度でレーザー照射による結晶化前の加熱アニー
ルを行なうのは、一度結晶化を起こしたシリコン膜に対
してレーザー光を照射しても結晶性の改善が殆ど見られ
ず、非晶質の状態でレーザー光を照射して結晶化した膜
に比べると結晶性が著しく低いという実験結果に基づく
ものである。
In the structure of the present invention, the heat annealing before crystallization by laser irradiation at a temperature equal to or lower than the above-mentioned crystallization temperature is performed even if the silicon film once crystallized is irradiated with laser light. This is based on an experimental result that almost no improvement in crystallinity was observed, and the crystallinity was significantly lower than that of a film crystallized by irradiating laser light in an amorphous state.

【0027】従って、非晶質半導体膜中からの水素出し
をその非晶質半導体膜の結晶化温度以下の温度で行なう
ことは極めて重要である。しかしながら、本発明の構成
においては非晶質半導体膜中からの水素出しを徹底的に
行い膜中における不対結合手をできるだけ多く生成させ
ることが極めて重要でもあるので、結晶化を起こさない
程度でなるべく高い温度で水素出しのアニールを行うの
が好ましい。
Therefore, it is extremely important that hydrogen is removed from the amorphous semiconductor film at a temperature lower than the crystallization temperature of the amorphous semiconductor film. However, in the structure of the present invention, it is extremely important to thoroughly remove hydrogen from the amorphous semiconductor film and generate as many dangling bonds in the film as possible. It is preferable to perform annealing for dehydration at a temperature as high as possible.

【0028】加熱による水素出しは、従来行なわれてい
た低いエネルギー密度のレーザー光によるものと異なり
水素出しが均一にかつ徹底的にできることが大きな特徴
である。その結果、粒径サイズが大きくしかも粒径サイ
ズのそろった多結晶半導体膜を得るとができる。以下に
実施例を示し本発明の構成を詳細に説明する。
The desorption of hydrogen by heating is different from the laser beam of low energy density which has been conventionally used, and has a great feature that the dehydration can be performed uniformly and thoroughly. As a result, a polycrystalline semiconductor film having a large particle size and a uniform particle size can be obtained. Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to examples.

【0029】[0029]

【実施例】本実施例は水素出しのための加熱アニール後
に非晶質珪素半導体膜表面を大気中に曝さずに次のレー
ザー結晶化工程を行なうためのマルチチャンバー方式の
装置に関するものである。
EXAMPLE This example relates to a multi-chamber type apparatus for performing the next laser crystallization step without exposing the surface of an amorphous silicon semiconductor film to the atmosphere after heat annealing for dehydrogenation.

【0030】図2に本実施例に用いる装置の概略を示
す。図面には出発膜である非晶質シリコン膜を成膜する
プラズマCVD装置2、水素出しのための加熱アニール
炉3、レーザー結晶化のためのチャンバー4そして試料
の搬送室である試料搬入室1、試料搬出室5を直列に配
置した装置を示してある。
FIG. 2 schematically shows an apparatus used in the present embodiment. In the drawing, a plasma CVD apparatus 2 for forming an amorphous silicon film as a starting film, a heating annealing furnace 3 for dehydrogenation, a chamber 4 for laser crystallization, and a sample loading chamber 1 as a sample transfer chamber. , A sample discharge chamber 5 is arranged in series.

【0031】この図2には記載していないが各チャンバ
─1〜5には必要に応じて活性あるいは不活性気体の導
入系さらには試料の搬送系が設けられていることはいう
までもない。また、各チャンバーはターボ分子装置とロ
ータリーポンプを直列に接続した真空排気装置を設けて
あり、真空状態におけるチャンバー内の不純物濃度特に
酸素濃度を極力小さくするようにした。
Although not shown in FIG. 2, it is needless to say that each of the chambers # 1 to # 5 is provided with a system for introducing an active or inert gas and a system for transporting a sample as necessary. . Each chamber is provided with a vacuum exhaust device in which a turbo-molecular device and a rotary pump are connected in series, so that the concentration of impurities in the chamber in a vacuum state, particularly the concentration of oxygen, is minimized.

【0032】また、さらに不純物濃度を小さくするには
クライオポンプをさらに別に設ける方法も有効である。
In order to further reduce the impurity concentration, it is effective to additionally provide a cryopump.

【0033】図2のマルチチャンバー装置には各チャン
バーを仕切るためのゲート弁6が設けられており、例え
ばプラズマCVD装置であるチャンバー2における反応
性ガスが水素出しのための加熱アニール炉3に混入する
ことを防いだ。
The multi-chamber apparatus shown in FIG. 2 is provided with a gate valve 6 for partitioning each chamber. For example, a reactive gas in a chamber 2 which is a plasma CVD apparatus is mixed in a heating annealing furnace 3 for dehydrogenation. Was prevented.

【0034】チャンバー3は水素出しを行なうための加
熱アニール炉であるが、加熱は赤外線ランプ加熱装置を
用いて行なった。もちろん他の加熱装置、例えばヒータ
による加熱を行なう方法によってもよい。
The chamber 3 is a heating annealing furnace for dehydrogenation, and the heating was performed using an infrared lamp heating device. Of course, another heating device, for example, a method of performing heating by a heater may be used.

【0035】チャンバー4はレーザーアニールを行なう
ためのチャンバーであるが、レーザー光の照射はチャン
バー上部に設けられた石英の窓を通して外部のレーザー
発生装置と光学系を通して行なうものである。
The chamber 4 is a chamber for performing laser annealing. Irradiation of laser light is performed through an external laser generator and an optical system through a quartz window provided in the upper part of the chamber.

【0036】レーザービームは光学系を用いて基板の幅
に合わせられ、かつ基板の搬送方向とは垂直方向に延ば
された長方形のビームを用いて、レーザー系は動かさず
に試料をゆっくり搬送させることによって、試料の端か
ら連続的に照射を行なうと効率良くアニールを行なうこ
とができる。
The laser beam is adjusted to the width of the substrate by using an optical system, and the sample is transported slowly without moving the laser system using a rectangular beam extended in a direction perpendicular to the transport direction of the substrate. Thus, if the irradiation is continuously performed from the end of the sample, the annealing can be efficiently performed.

【0037】この図2に示した装置を用いる場合は、真
空状態を破らずに真空中において連続して試料の加熱ア
ニールとレーザー結晶化を行なうとよい。真空状態を破
らないことによって、不対結合手が中和されることがな
く、そのため結晶化のための閾値エネルギーが低下しな
ので、レーザー結晶化工程において効率よく粒径サイズ
の大きな多結晶シリコン膜を形成することができる。
In the case where the apparatus shown in FIG. 2 is used, it is preferable to continuously perform heat annealing and laser crystallization of the sample in a vacuum without breaking the vacuum state. By not breaking the vacuum state, the dangling bonds are not neutralized, and therefore the threshold energy for crystallization is reduced. Therefore, a polycrystalline silicon film having a large grain size is efficiently used in the laser crystallization process. Can be formed.

【0038】本実施例においては、各チャンバーを一つ
づつ直列に設けたものを示したが、各チャンバーでの試
料の処理時間に応じてそれぞれのチャンバーを複数設
け、しかも各チャンバーを直接連結するのではなく、各
チャンバーに共通した試料の搬送室を設け複数の処理を
時間差を利用して同時に行なうことで、生産性を上げる
ことも可能である。
In this embodiment, each chamber is provided one by one in series. However, a plurality of chambers are provided according to the processing time of the sample in each chamber, and the chambers are directly connected. Instead, it is also possible to increase the productivity by providing a common sample transfer chamber in each chamber and performing a plurality of processes simultaneously using a time difference.

【0039】本実施例においては、プラズマCVD法よ
って成膜する装置を示したが、他の成膜方法であるスパ
ッタ法や熱CVD法等を用いてもよく、さらには上記の
マルチチャンバー装置に絶縁膜を成膜するための成膜装
置を連結してもよく、一連の工程に必要な構成をとるこ
とができる。
In this embodiment, an apparatus for forming a film by the plasma CVD method is shown. However, other film forming methods such as a sputtering method and a thermal CVD method may be used. A film forming apparatus for forming an insulating film may be connected, and a structure necessary for a series of steps can be taken.

【0040】〔参考例〕本参考例は、非晶質シリコンの
レーザー結晶化(レーザー光の照射による結晶化)にお
ける水素出しのための加熱アニールの効果を実験結果に
基づいて示すためのものである。
REFERENCE EXAMPLE This reference example is intended to show, based on experimental results, the effect of heat annealing for dehydrogenation in laser crystallization of amorphous silicon (crystallization by laser light irradiation). is there.

【0041】まず、下地保護膜である酸化珪素膜を10
00Åの厚さに成膜したガラス基板上にプラズマCVD
法によって非晶質シリコン膜(a−Si膜)を100n
mの厚さに以下の条件で成膜する。
First, a silicon oxide film as a base protective film is
Plasma CVD on a glass substrate with a thickness of 00 mm
100 n of amorphous silicon film (a-Si film)
A film is formed to a thickness of m under the following conditions.

【0042】上記の試料を2種類製作した。1種類は加
熱処理なし、1種類は不活性気体であるN2 雰囲気中に
おいて500度温度で1時間加熱アニールしたものであ
る。そして両者に対して真空中において波長248nm
のKrFエキシマレーザーを照射しa−Si膜の結晶化
を行なった。このレーザー結晶化はレーザーのエネルギ
ー密度を変化させてワンショットだけ行なった。
Two kinds of the above samples were produced. One type has no heat treatment, and one type has been heated and annealed at a temperature of 500 ° C. for 1 hour in an N 2 atmosphere which is an inert gas. And a wavelength of 248 nm for both in a vacuum.
Was irradiated with a KrF excimer laser to crystallize the a-Si film. This laser crystallization was performed only for one shot while changing the energy density of the laser.

【0043】この際、基板は加熱せずにレーザー照射を
行なったが基板温度をレーザー結晶化前の500度の加
熱アニール時の温度に維持した状態のままレーザー結晶
化を行なってもよい。勿論、水素出しのための加熱アニ
ール温度は500度に限定されるものではない。
At this time, the substrate was irradiated with the laser without being heated. However, the laser crystallization may be performed while maintaining the substrate temperature at the temperature of the heat annealing at 500 ° C. before the laser crystallization. Of course, the heating annealing temperature for dehydrating hydrogen is not limited to 500 degrees.

【0044】また、本参考例においては500度の温度
で1時間の加熱アニールを行なったが、工程や半導体膜
の種類によってこの加熱温度、加熱時間を変えることは
当然である。
In this embodiment, the heating annealing is performed at a temperature of 500 ° C. for one hour. However, it is natural that the heating temperature and the heating time are changed depending on the process and the type of the semiconductor film.

【0045】上記のごとくして作製した2種類の試料の
結晶性を調べるためにラマンスペクトルを測定した。図
1にはAの曲線で示されるレーザー結晶化前に500度
の温度で1時間加熱アニールした試料のラマンスペクト
ルのピークと結晶化させる際に照射したレーザーのエネ
ルギー密度との関係を示したグラフと、Bの曲線で示さ
れるレーザー結晶化前に加熱アニールを行なわなかった
試料のラマンスペクトルのピークと結晶化させる際に照
射したレーザーのエネルギー密度との関係を示したグラ
フを示す。
Raman spectra were measured to examine the crystallinity of the two types of samples prepared as described above. FIG. 1 is a graph showing the relationship between the peak of the Raman spectrum of a sample heat-annealed at a temperature of 500 ° C. for 1 hour before the laser crystallization indicated by the curve A and the energy density of the laser irradiated during crystallization. 5A and 5B are graphs showing the relationship between the peak of the Raman spectrum of the sample not heat-annealed before the laser crystallization indicated by the curve B and the energy density of the laser irradiated during crystallization.

【0046】図1の曲線Aを見ると、レーザー結晶化前
の加熱アニールをすることによって低いレーザーのエネ
ルギー密度においても単結晶シリコンのピークである5
21cm-1に近い値が出ており、良好な結晶性を示して
いることがわかる。一般に非晶質シリコンの膜を結晶化
させた膜のラマンスペクルのピークが単結晶シリコンの
ラマンスペクトルのピークである521cm-1に近い
程、この膜の結晶粒径の大きさは大きいことが知られて
いる。このことから水素出しのための加熱アニールを行
なうとより大きな結晶粒径が形成できることがわかる。
Referring to curve A in FIG. 1, the peak of single-crystal silicon is obtained even when the energy density of the laser is low by performing the heat annealing before the laser crystallization.
A value close to 21 cm -1 was found, indicating that good crystallinity was exhibited. In general, it is known that the closer the Raman spectrum peak of a film obtained by crystallizing an amorphous silicon film to 521 cm −1 which is the peak of the Raman spectrum of single crystal silicon, the larger the crystal grain size of this film is. ing. This indicates that a larger crystal grain size can be formed by heat annealing for dehydration.

【0047】また、曲線Bより水素出しのための加熱ア
ニールを行なわないとレーザー結晶化の際の照射レーザ
ーのエネルギー密度に結晶性が大きく依存してしまい、
しかもエネルギー密度の大きなレーザー光を照射しない
と良好な結晶性が得られないことがわかる。
From the curve B, if heat annealing for dehydration is not performed, the crystallinity greatly depends on the energy density of the irradiation laser at the time of laser crystallization.
Moreover, it is understood that good crystallinity cannot be obtained unless a laser beam having a large energy density is irradiated.

【0048】一般にエキシマレーザーのエネルギ−密度
は変動しやすく、安定性に欠けることが欠点とされてい
るが、曲線Aのようなラマンスペクトルのピークとレー
ザー結晶化の際のレーザー光のエネルギー密度の関係が
有る場合は、レーザーの強度に対する結晶性の依存性が
少ないので、このエキシマレーザーの不安定性の影響を
あまり受けないで均一な結晶性を有した結晶膜(本参考
例においては多結晶シリコン膜)を得るこができる。
In general, the energy density of an excimer laser is liable to fluctuate and lacks stability. However, the peak of the Raman spectrum as shown by a curve A and the energy density of the laser light during laser crystallization are considered as disadvantages. If there is a relationship, since the crystallinity has little dependence on the laser intensity, a crystal film having uniform crystallinity without being greatly affected by the instability of the excimer laser (polycrystalline silicon in this reference example). Membrane) can be obtained.

【0049】しかし、曲線Bの場合、即ち水素出しのた
めの加熱アニールを行なわない場合にはレーザー光のエ
ネルギー密度の変動によって結晶性が不均一な多結晶膜
ができてしまうことになる。
However, in the case of the curve B, that is, when heat annealing for dehydration is not performed, a polycrystalline film having non-uniform crystallinity is formed due to a change in the energy density of the laser beam.

【0050】実際の作製工程において、いかに均一な特
性を持ったデバイスを作製するかが大きな問題であるこ
とを考えるとこの曲線Aに示されるようにレーザー光の
エネルギー密度に依存せずに安定しかつ良好な結晶性を
示す多結晶膜が得られるレーザー結晶化工程は有用であ
る。
Considering that a major problem is how to fabricate a device having uniform characteristics in the actual fabrication process, as shown by the curve A, a stable device is obtained without depending on the energy density of the laser beam. The laser crystallization step that can obtain a polycrystalline film showing good crystallinity is useful.

【0051】また、図1を見ると熱処理(水素出しのた
めの加熱アニール)をした試料は曲線Aに示されている
ように低いエネルギー密度のレーザー光で結晶化が起こ
っていることがわかる。このことより水素出しのための
加熱アニールを行うことにより結晶化が発生するための
最低エネルギー密度(閾値エネルギー密度)が低くなっ
ていることが結論される。
Referring to FIG. 1, it can be seen that the sample subjected to the heat treatment (heating annealing for dehydrogenation) is crystallized by a laser beam having a low energy density as shown by a curve A. From this, it is concluded that the minimum energy density (threshold energy density) for causing crystallization by performing heat annealing for dehydration is low.

【0052】このことより本発明者らは、非晶質(アモ
ルファス)シリコン膜中の水素出しを徹底的に行い、ダ
ングリングボンドを多量に形成させることによって結晶
化のための閾値エネルギー密度を低くできるという結論
に達したものである。
From the above, the present inventors have made it possible to thoroughly remove hydrogen from an amorphous silicon film and to form a large number of dangling bonds, thereby lowering the threshold energy density for crystallization. We have come to the conclusion that we can.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明の構成である結晶化温度以下の温
度の不活性または真空雰囲気中における加熱アニール
と、その後の不活性または真空雰囲気中におけるレーザ
ー光の照射によって、結晶性が高く、しかもレーザーの
エネルギー密度に対する依存性が小さく、さらには均一
性の優れた多結晶シリコン膜を得るこができた。
According to the constitution of the present invention, the heat annealing in an inert or vacuum atmosphere at a temperature lower than the crystallization temperature and the subsequent irradiation with a laser beam in the inert or vacuum atmosphere provide high crystallinity. A polycrystalline silicon film having little dependence on the energy density of the laser and having excellent uniformity was obtained.

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

【図1】 多結晶半導体膜のラマンスペクトルのピーク
とレーザーの照射エネルギー密度の関係を示す。
FIG. 1 shows the relationship between the peak of the Raman spectrum of a polycrystalline semiconductor film and the energy density of laser irradiation.

【図2】 実施例において示したマルチチャンバー形
式の装置を示す。
FIG. 2 shows a multi-chamber type apparatus shown in the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・試料の搬入室 2・・・プラズマCVD装置 3・・・加熱アニール炉 4・・・レーザーアニール炉 5・・・試料搬出室 6・・・ゲート弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Loading chamber of sample 2 ... Plasma CVD apparatus 3 ... Heat annealing furnace 4 ... Laser annealing furnace 5 ... Sample loading chamber 6 ... Gate valve

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体材料の作製装置において、 基板に設けられた半導体膜に赤外光を照射するチャンバ
ーと、 前記半導体膜をレーザーアニールするチャンバーと、 前記各チャンバー間を前記基板が外気に曝されることな
く搬送する手段とを有することを特徴とする半導体材料
の作製装置。
1. An apparatus for manufacturing a semiconductor material, comprising: a chamber for irradiating a semiconductor film provided on a substrate with infrared light; a chamber for laser annealing the semiconductor film; Means for transporting the semiconductor material without being carried out.
【請求項2】 半導体材料の作製装置において、 基板に設けられた半導体膜に赤外光を照射するチャンバ
ーと、 前記半導体膜をレーザーアニールするチャンバーと、 前記各チャンバー間を前記基板が外気に曝されることな
く搬送する手段とを有し、 前記基板の搬送方向に対して垂直に長軸を配置した長方
形のビームを用いて、該ビームを固定とし、前記基板を
搬送することにより前記半導体膜をレーザーアニールす
ることを特徴とする半導体材料の作製装置。
2. An apparatus for manufacturing a semiconductor material, comprising: a chamber for irradiating a semiconductor film provided on a substrate with infrared light; a chamber for laser annealing the semiconductor film; Means for transporting the semiconductor film by using a rectangular beam having a long axis arranged perpendicular to the direction of transport of the substrate, fixing the beam, and transporting the substrate. An apparatus for producing a semiconductor material, wherein laser annealing is performed.
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