JPH1041244A - レーザ処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
レーザ処理装置及び半導体装置の製造方法Info
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- JPH1041244A JPH1041244A JP21316296A JP21316296A JPH1041244A JP H1041244 A JPH1041244 A JP H1041244A JP 21316296 A JP21316296 A JP 21316296A JP 21316296 A JP21316296 A JP 21316296A JP H1041244 A JPH1041244 A JP H1041244A
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- laser
- silicon layer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体薄膜といった被処理物の結晶性を向上さ
せることができ、あるいは又、結晶性を均一化すること
ができ、しかも高いスループットを達成し得るレーザ処
理装置を提供する。 【解決手段】レーザ処理装置は、（イ）複数の線状のレ
ーザビームＡ，Ｂをパルス状に且つ互いに平行に射出し
得るエキシマレーザ装置１０、及び、（ロ）被処理物３
１を載置し、レーザビームＡ，Ｂと被処理物３１との相
対的な位置を、該線状のレーザビームＡ，Ｂの長手方向
と略直角方向に移動させる移動手段を備えたステージ２
０を具備し、それぞれのレーザビームＡ，Ｂが被処理物
３１を照射する領域は異なる。
せることができ、あるいは又、結晶性を均一化すること
ができ、しかも高いスループットを達成し得るレーザ処
理装置を提供する。 【解決手段】レーザ処理装置は、（イ）複数の線状のレ
ーザビームＡ，Ｂをパルス状に且つ互いに平行に射出し
得るエキシマレーザ装置１０、及び、（ロ）被処理物３
１を載置し、レーザビームＡ，Ｂと被処理物３１との相
対的な位置を、該線状のレーザビームＡ，Ｂの長手方向
と略直角方向に移動させる移動手段を備えたステージ２
０を具備し、それぞれのレーザビームＡ，Ｂが被処理物
３１を照射する領域は異なる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ処理装置及
び半導体装置の製造方法に関する。
び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】基体上に形成されたシリコン単結晶粒子
群から成る多結晶シリコン薄膜が、薄膜トランジスタ
（以下、ＴＦＴと略す）やＳＯＩ技術を応用した半導体
装置といった各種の半導体装置、太陽電池に用いられて
いる。
群から成る多結晶シリコン薄膜が、薄膜トランジスタ
（以下、ＴＦＴと略す）やＳＯＩ技術を応用した半導体
装置といった各種の半導体装置、太陽電池に用いられて
いる。
【０００３】半導体装置の分野においては、例えば、Ｔ
ＦＴを負荷素子に用いた積層型ＳＲＡＭが提案されてい
る。また、ＴＦＴは、ＬＣＤ用液晶パネルにも使用され
ている。例えば、キャリア移動度（μ）や導電率
（σ）、オン電流特性、サブスレッショールド特性、オ
ン／オフ電流比といった電気的特性に高性能を要求され
るＴＦＴにおいては、通常、シリコン単結晶粒子群から
成る多結晶シリコン薄膜が用いられる。そして、シリコ
ン単結晶粒子の大きさを大きくし（大粒径化）、併せて
双晶密度を低減させてシリコン単結晶粒子内のトラップ
密度を低下させることによって、ＳＲＡＭやＴＦＴの特
性の向上を図る努力が進められている。また、例えばＬ
ＣＤ用液晶パネルを構成するためにＴＦＴを形成する場
合、透明絶縁性基板の大型化、低製造コスト化が強く要
求されている。
ＦＴを負荷素子に用いた積層型ＳＲＡＭが提案されてい
る。また、ＴＦＴは、ＬＣＤ用液晶パネルにも使用され
ている。例えば、キャリア移動度（μ）や導電率
（σ）、オン電流特性、サブスレッショールド特性、オ
ン／オフ電流比といった電気的特性に高性能を要求され
るＴＦＴにおいては、通常、シリコン単結晶粒子群から
成る多結晶シリコン薄膜が用いられる。そして、シリコ
ン単結晶粒子の大きさを大きくし（大粒径化）、併せて
双晶密度を低減させてシリコン単結晶粒子内のトラップ
密度を低下させることによって、ＳＲＡＭやＴＦＴの特
性の向上を図る努力が進められている。また、例えばＬ
ＣＤ用液晶パネルを構成するためにＴＦＴを形成する場
合、透明絶縁性基板の大型化、低製造コスト化が強く要
求されている。
【０００４】かかる多結晶シリコン薄膜の電気的特性を
向上させるために、ＥＬＡ技術（Excimer Laser Annea
l、エキシマレーザを用いた溶融結晶化技術）が注目を
浴びている。ＥＬＡ技術においては、エキシマレーザビ
ームの照射によって比較的低温において非晶質シリコン
薄膜の結晶化を行うことができるため、低融点ガラス等
の低コストの透明絶縁性基板を使用することができる。
また、パルス状の線状エキシマレーザビームをオーバー
ラップさせながら非晶質シリコン薄膜に照射することに
よって、比較的大面積の非晶質シリコン薄膜を多結晶シ
リコン薄膜に効率よく転換することができる。このよう
な技術は、例えば、文献”Crystallization of Amorpho
us Silicon By Excimer Laser Annealing with a Line
Shaped Beam Having a Gaussian Profile”, Y.M. Jho
n, et al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 33 (1994), pp
L1438-l1441 や、文献”Fabrication of Low-Temperatu
re Bottom-Gate Poly-Si TFTs on Large-Area Substrat
e by Linear-Beam Excimer Laser Crystallization and
Ion Doping Method”, H. Hayashi, et al., IDEM 95-
829 から公知である。
向上させるために、ＥＬＡ技術（Excimer Laser Annea
l、エキシマレーザを用いた溶融結晶化技術）が注目を
浴びている。ＥＬＡ技術においては、エキシマレーザビ
ームの照射によって比較的低温において非晶質シリコン
薄膜の結晶化を行うことができるため、低融点ガラス等
の低コストの透明絶縁性基板を使用することができる。
また、パルス状の線状エキシマレーザビームをオーバー
ラップさせながら非晶質シリコン薄膜に照射することに
よって、比較的大面積の非晶質シリコン薄膜を多結晶シ
リコン薄膜に効率よく転換することができる。このよう
な技術は、例えば、文献”Crystallization of Amorpho
us Silicon By Excimer Laser Annealing with a Line
Shaped Beam Having a Gaussian Profile”, Y.M. Jho
n, et al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 33 (1994), pp
L1438-l1441 や、文献”Fabrication of Low-Temperatu
re Bottom-Gate Poly-Si TFTs on Large-Area Substrat
e by Linear-Beam Excimer Laser Crystallization and
Ion Doping Method”, H. Hayashi, et al., IDEM 95-
829 から公知である。
【０００５】ここで、オーバーラップとは、パルス状の
レーザビームが照射された被処理物の領域と、次にパル
ス状のレーザビームが照射された被処理物の領域との間
に、重なりがあることを意味する。尚、線状のレーザビ
ームの幅をＷ、レーザビームの１回の移動量をＬ（但
し、Ｌ≦Ｗ）としたとき、オーバーラップ量ＯＬは、
（１−Ｌ／Ｗ）で表すことができる。一方、レーザビー
ムの移動割合Ｒは、Ｌ／Ｗで表すことができる。
レーザビームが照射された被処理物の領域と、次にパル
ス状のレーザビームが照射された被処理物の領域との間
に、重なりがあることを意味する。尚、線状のレーザビ
ームの幅をＷ、レーザビームの１回の移動量をＬ（但
し、Ｌ≦Ｗ）としたとき、オーバーラップ量ＯＬは、
（１−Ｌ／Ｗ）で表すことができる。一方、レーザビー
ムの移動割合Ｒは、Ｌ／Ｗで表すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】多結晶シリコン薄膜の
結晶性を向上させ、あるいは又、結晶性を均一化し、例
えばＴＦＴの性能を向上させるためには、パルス状のエ
キシマレーザビームのオーバーラップ量ＯＬを大きくす
る必要がある。あるいは又、文献”A Fabrication of H
omogenious Poly-Si TFT's Using Excimer Laser Annea
ling”，I. Asai，et al，Extended Abstracts of the
1992 International Conference on Solid State Devic
es and Materials, Tsukuba, 1992, pp55-57 から公知
のように、エキシマレーザビームのエネルギー密度を変
えて２回のエキシマレーザビームの照射を行う必要があ
る。近年、高いパルス周波数で大出力のエキシマレーザ
ビームをパルス状に射出し得るエキシマレーザ装置（例
えば、パルス周波数３００Ｈｚ、照射エネルギー１Ｊ／
ｃｍ2）が開発されているが、２回のエキシマレーザビ
ームの照射を行うことは高性能のＴＦＴを製造する上で
極めて効果的である。
結晶性を向上させ、あるいは又、結晶性を均一化し、例
えばＴＦＴの性能を向上させるためには、パルス状のエ
キシマレーザビームのオーバーラップ量ＯＬを大きくす
る必要がある。あるいは又、文献”A Fabrication of H
omogenious Poly-Si TFT's Using Excimer Laser Annea
ling”，I. Asai，et al，Extended Abstracts of the
1992 International Conference on Solid State Devic
es and Materials, Tsukuba, 1992, pp55-57 から公知
のように、エキシマレーザビームのエネルギー密度を変
えて２回のエキシマレーザビームの照射を行う必要があ
る。近年、高いパルス周波数で大出力のエキシマレーザ
ビームをパルス状に射出し得るエキシマレーザ装置（例
えば、パルス周波数３００Ｈｚ、照射エネルギー１Ｊ／
ｃｍ2）が開発されているが、２回のエキシマレーザビ
ームの照射を行うことは高性能のＴＦＴを製造する上で
極めて効果的である。
【０００７】しかしながら、これらの操作では、スルー
プットが低く、高い生産性を得ることができない。例え
ば、レーザビームの幅Ｗ＝０．５ｍｍ、レーザビームの
１回の移動量Ｌ＝０．０５ｍｍ、オーバーラップ量ＯＬ
＝０．９０、パルス周波数を２００Ｈｚとし、長さ４０
０ｍｍの非晶質シリコン薄膜を１回走査したとき、走査
に要する時間は、４００／０．０５／２００＝４０秒と
なる。従って、２回の走査には８０秒以上が必要とされ
る。
プットが低く、高い生産性を得ることができない。例え
ば、レーザビームの幅Ｗ＝０．５ｍｍ、レーザビームの
１回の移動量Ｌ＝０．０５ｍｍ、オーバーラップ量ＯＬ
＝０．９０、パルス周波数を２００Ｈｚとし、長さ４０
０ｍｍの非晶質シリコン薄膜を１回走査したとき、走査
に要する時間は、４００／０．０５／２００＝４０秒と
なる。従って、２回の走査には８０秒以上が必要とされ
る。
【０００８】従って、本発明の目的は、例えば半導体薄
膜といった被処理物の結晶性を向上させることができ、
あるいは又、結晶性を均一化することができ、しかも高
いスループットを達成し得るレーザ処理装置、及びかか
るレーザ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を提供
することにある。
膜といった被処理物の結晶性を向上させることができ、
あるいは又、結晶性を均一化することができ、しかも高
いスループットを達成し得るレーザ処理装置、及びかか
るレーザ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のレーザ処理装置は、（イ）複数の線状のレ
ーザビームをパルス状に且つ互いに平行に射出し得るエ
キシマレーザ装置、及び、（ロ）被処理物を載置し、レ
ーザビームと被処理物との相対的な位置を、該線状のレ
ーザビームの長手方向と略直角方向に移動させる移動手
段を備えたステージ、を具備し、それぞれのレーザビー
ムが被処理物を照射する領域は異なることを特徴とす
る。
めの本発明のレーザ処理装置は、（イ）複数の線状のレ
ーザビームをパルス状に且つ互いに平行に射出し得るエ
キシマレーザ装置、及び、（ロ）被処理物を載置し、レ
ーザビームと被処理物との相対的な位置を、該線状のレ
ーザビームの長手方向と略直角方向に移動させる移動手
段を備えたステージ、を具備し、それぞれのレーザビー
ムが被処理物を照射する領域は異なることを特徴とす
る。
【００１０】あるいは又、上記の目的を達成するための
本発明の半導体装置の製造方法は、（イ）複数の線状の
レーザビームをパルス状に且つ互いに平行に射出し得る
エキシマレーザ装置、及び、（ロ）被処理物を載置し、
レーザビームと被処理物との相対的な位置を、該線状の
レーザビームの長手方向と略直角方向に移動させる移動
手段を備えたステージ、を具備し、それぞれのレーザビ
ームが被処理物を照射する領域は異なるレーザ処理装置
を用いた半導体装置の製造方法であって、該被処理物
は、基体に形成された非単結晶シリコン層から成り、該
非単結晶シリコン層に複数のレーザビームをパルス状に
照射することによって結晶化シリコン層を形成すること
を特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、（イ）複数の線状の
レーザビームをパルス状に且つ互いに平行に射出し得る
エキシマレーザ装置、及び、（ロ）被処理物を載置し、
レーザビームと被処理物との相対的な位置を、該線状の
レーザビームの長手方向と略直角方向に移動させる移動
手段を備えたステージ、を具備し、それぞれのレーザビ
ームが被処理物を照射する領域は異なるレーザ処理装置
を用いた半導体装置の製造方法であって、該被処理物
は、基体に形成された非単結晶シリコン層から成り、該
非単結晶シリコン層に複数のレーザビームをパルス状に
照射することによって結晶化シリコン層を形成すること
を特徴とする。
【００１１】本発明の半導体装置の製造方法において
は、基体は、基板上に形成されたシリコン酸化膜から成
り、非単結晶シリコン層に複数のレーザビームをパルス
状に照射することによって形成された結晶化シリコン層
に、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を形成する
工程を含むことができる。尚、基板として、シリコン半
導体基板、石英基板、ソーダライムガラス基板、無アル
カリガラス基板、ホウケイ酸ガラス基板等を挙げること
ができるが、本発明のレーザ処理装置を用いることによ
って比較的低温で結晶化シリコン層を形成することがで
きるが故に、ガラス基板を用いることが半導体装置の製
造コストの低減の面から好ましい。
は、基体は、基板上に形成されたシリコン酸化膜から成
り、非単結晶シリコン層に複数のレーザビームをパルス
状に照射することによって形成された結晶化シリコン層
に、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を形成する
工程を含むことができる。尚、基板として、シリコン半
導体基板、石英基板、ソーダライムガラス基板、無アル
カリガラス基板、ホウケイ酸ガラス基板等を挙げること
ができるが、本発明のレーザ処理装置を用いることによ
って比較的低温で結晶化シリコン層を形成することがで
きるが故に、ガラス基板を用いることが半導体装置の製
造コストの低減の面から好ましい。
【００１２】ここで、非単結晶シリコン層とは、具体的
には、非晶質シリコン層あるいは多結晶シリコン層を意
味する。非単結晶シリコン層が非晶質シリコン層である
場合、結晶化シリコン層とは、多結晶シリコン層若しく
は単結晶シリコン層を意味する。更に、非単結晶シリコ
ン層が多結晶シリコン層である場合、結晶化シリコン層
とは、単結晶シリコン層を意味する。
には、非晶質シリコン層あるいは多結晶シリコン層を意
味する。非単結晶シリコン層が非晶質シリコン層である
場合、結晶化シリコン層とは、多結晶シリコン層若しく
は単結晶シリコン層を意味する。更に、非単結晶シリコ
ン層が多結晶シリコン層である場合、結晶化シリコン層
とは、単結晶シリコン層を意味する。
【００１３】本発明の半導体装置の製造方法にて製造さ
れる半導体装置として、例えばＬＣＤ用液晶パネルに使
用されるトップゲート型若しくはボトムゲート型の薄膜
トランジスタや、ＳＯＩ技術を応用した半導体装置（例
えば、積層型ＳＲＡＭの負荷素子としての薄膜トランジ
スタ）やＭＯＳ型半導体装置といった各種の半導体装置
を例示することができる。
れる半導体装置として、例えばＬＣＤ用液晶パネルに使
用されるトップゲート型若しくはボトムゲート型の薄膜
トランジスタや、ＳＯＩ技術を応用した半導体装置（例
えば、積層型ＳＲＡＭの負荷素子としての薄膜トランジ
スタ）やＭＯＳ型半導体装置といった各種の半導体装置
を例示することができる。
【００１４】レーザビームと被処理物との相対的な位置
の移動は、レーザビームが被処理物を照射していない状
態で行うことが好ましい。即ち、パルス状のレーザビー
ムの射出と射出との間に、レーザビームと被処理物との
相対的な位置の移動を行うことが好ましい。エキシマレ
ーザ装置としては、例えば、３０８ｎｍの波長を有する
ＸｅＣｌエキシマレーザ装置を例示することができる。
移動方向に沿って測った線状のレーザビームの幅（Ｗ）
は任意であり、例えば、４０μｍ乃至約１ｍｍとすれば
よい。レーザビームによって被処理物が照射される領域
と領域との間の距離Ｄ（隙間）、あるいは、レーザビー
ムと被処理物との相対的な位置の移動量Ｌは、線状のレ
ーザビームの幅（Ｗ）や必要とされるオーバーラップ量
ＯＬ、レーザビームの照射エネルギー、レーザビームの
パルス周波数等に基づき、決定すればよい。尚、オーバ
ーラップ量ＯＬは、１−Ｌ／Ｗ（但し、Ｌ≦Ｗ）で表さ
れる。被処理物に依っては、オーバーラップは無くとも
よい。
の移動は、レーザビームが被処理物を照射していない状
態で行うことが好ましい。即ち、パルス状のレーザビー
ムの射出と射出との間に、レーザビームと被処理物との
相対的な位置の移動を行うことが好ましい。エキシマレ
ーザ装置としては、例えば、３０８ｎｍの波長を有する
ＸｅＣｌエキシマレーザ装置を例示することができる。
移動方向に沿って測った線状のレーザビームの幅（Ｗ）
は任意であり、例えば、４０μｍ乃至約１ｍｍとすれば
よい。レーザビームによって被処理物が照射される領域
と領域との間の距離Ｄ（隙間）、あるいは、レーザビー
ムと被処理物との相対的な位置の移動量Ｌは、線状のレ
ーザビームの幅（Ｗ）や必要とされるオーバーラップ量
ＯＬ、レーザビームの照射エネルギー、レーザビームの
パルス周波数等に基づき、決定すればよい。尚、オーバ
ーラップ量ＯＬは、１−Ｌ／Ｗ（但し、Ｌ≦Ｗ）で表さ
れる。被処理物に依っては、オーバーラップは無くとも
よい。
【００１５】エキシマレーザ装置に備えられたレーザ生
成装置から射出された１本のレーザビームを複数本のレ
ーザビームに分割してもよいし、複数のレーザ生成装置
を備え、それぞれのレーザ生成装置からレーザビームを
射出してもよい。それぞれのレーザビームの照射エネル
ギー量、パルス幅、パルス周波数、線状のレーザビーム
の幅（Ｗ）は、同じであっても異なっていてもよい。ま
た、それぞれのパルス状のレーザビームを同期させても
よいし、させなくともよい。
成装置から射出された１本のレーザビームを複数本のレ
ーザビームに分割してもよいし、複数のレーザ生成装置
を備え、それぞれのレーザ生成装置からレーザビームを
射出してもよい。それぞれのレーザビームの照射エネル
ギー量、パルス幅、パルス周波数、線状のレーザビーム
の幅（Ｗ）は、同じであっても異なっていてもよい。ま
た、それぞれのパルス状のレーザビームを同期させても
よいし、させなくともよい。
【００１６】線状のレーザビームの長さは任意である
が、被処理物の幅程度の長さを有することが、スループ
ット向上の観点から好ましい。尚、被処理物の幅とは、
線状のレーザビームの長手方向と平行な方向に沿って測
った被処理物の寸法であり、被処理物の長さとは、線状
のレーザビームの長手方向と直角の方向に沿って測った
被処理物の寸法である。
が、被処理物の幅程度の長さを有することが、スループ
ット向上の観点から好ましい。尚、被処理物の幅とは、
線状のレーザビームの長手方向と平行な方向に沿って測
った被処理物の寸法であり、被処理物の長さとは、線状
のレーザビームの長手方向と直角の方向に沿って測った
被処理物の寸法である。
【００１７】線状のレーザビームの長手方向の縁部にお
けるエネルギーの立ち上がりは極めてシャープであるこ
とが好ましく、そのために、エキシマレーザ装置には、
干渉フィルターの一種であるアッテネータ（減衰器）及
びレーザビームを矩形状に均一化するビーム形成器が更
に備えられていることが好ましい。
けるエネルギーの立ち上がりは極めてシャープであるこ
とが好ましく、そのために、エキシマレーザ装置には、
干渉フィルターの一種であるアッテネータ（減衰器）及
びレーザビームを矩形状に均一化するビーム形成器が更
に備えられていることが好ましい。
【００１８】尚、エキシマレーザ装置を固定し、ステー
ジを移動させてもよいし、ステージを固定し、エキシマ
レーザ装置を移動させてもよいし、あるいは又、ステー
ジ及びエキシマレーザ装置の両方を移動させてもよい。
ステージとして、所謂ＸＹ−ステージあるいはＸＹ−テ
ーブルを例示することができるが、これらに限定される
ものではない。尚、レーザビームと被処理物との相対的
な位置の移動方向は、線状のレーザビームの長手方向と
厳密に直角方向である必要はない。
ジを移動させてもよいし、ステージを固定し、エキシマ
レーザ装置を移動させてもよいし、あるいは又、ステー
ジ及びエキシマレーザ装置の両方を移動させてもよい。
ステージとして、所謂ＸＹ−ステージあるいはＸＹ−テ
ーブルを例示することができるが、これらに限定される
ものではない。尚、レーザビームと被処理物との相対的
な位置の移動方向は、線状のレーザビームの長手方向と
厳密に直角方向である必要はない。
【００１９】本発明においては、複数の線状のレーザビ
ームをパルス状に且つ互いに平行に射出し得るエキシマ
レーザ装置を用いるので、被処理物に対する１回のレー
ザビーム走査によって、レーザビームの本数に相当する
回数だけ、レーザビームの被処理物への照射が行われ
る。従って、スループットの低下を招くこと無く、被処
理物に対する熱処理を均一に行うことができる。
ームをパルス状に且つ互いに平行に射出し得るエキシマ
レーザ装置を用いるので、被処理物に対する１回のレー
ザビーム走査によって、レーザビームの本数に相当する
回数だけ、レーザビームの被処理物への照射が行われ
る。従って、スループットの低下を招くこと無く、被処
理物に対する熱処理を均一に行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態（以下、単に実施の形態と略する）に基づき本
発明を説明する。
施の形態（以下、単に実施の形態と略する）に基づき本
発明を説明する。
【００２１】（実施の形態１）実施の形態１のレーザ処
理装置の概念図を図１に示す。このレーザ処理装置は、
エキシマレーザ装置１０、並びに、モータ及びギアの組
み合わせから成る移動手段（図示せず）を備え、そして
被処理物を載置するステージ２０から構成されている。
より具体的には、ステージ２０は、周知のＸＹ−ステー
ジから構成されている。移動手段は、レーザビームと被
処理物との相対的な位置を、線状のレーザビームの長手
方向と略直角方向に移動させる。尚、図１において、線
状のレーザビームの長手方向は、紙面垂直方向と一致し
ている。２本のレーザビームが被処理物３１を照射して
いる状態を、図３に模式的な斜視図で示す。尚、図３に
おいては、被処理物３１をＥＬＡ技術にて処理すること
によって得られた処理済みの領域３２に斜線を付した。
理装置の概念図を図１に示す。このレーザ処理装置は、
エキシマレーザ装置１０、並びに、モータ及びギアの組
み合わせから成る移動手段（図示せず）を備え、そして
被処理物を載置するステージ２０から構成されている。
より具体的には、ステージ２０は、周知のＸＹ−ステー
ジから構成されている。移動手段は、レーザビームと被
処理物との相対的な位置を、線状のレーザビームの長手
方向と略直角方向に移動させる。尚、図１において、線
状のレーザビームの長手方向は、紙面垂直方向と一致し
ている。２本のレーザビームが被処理物３１を照射して
いる状態を、図３に模式的な斜視図で示す。尚、図３に
おいては、被処理物３１をＥＬＡ技術にて処理すること
によって得られた処理済みの領域３２に斜線を付した。
【００２２】エキシマレーザ装置１０には、線状のレー
ザビームをパルス状に射出するレーザ生成装置１１Ａ，
１１Ｂ、干渉フィルターの一種であるアッテネータ（減
衰器）１２Ａ，１２Ｂ、レーザビームを矩形状に均一化
するビーム形成器１３Ａ，１３Ｂ、及び反射鏡１４Ａ，
１４Ｂが更に備えられている。レーザ生成装置１１Ａか
ら射出された線状のレーザビームＡは、アッテネータ１
２Ａ、ビーム形成器１３Ａ及び反射鏡１４Ａを経由し
て、ステージ２０上に載置された基体３０の上に形成さ
れた被処理物３１を照射する。同様に、レーザ生成装置
１１Ｂから射出された線状のレーザビームＢは、アッテ
ネータ１２Ｂ、ビーム形成器１３Ｂ及び反射鏡１４Ｂを
経由して、ステージ２０上に載置された基体３０の上に
形成された被処理物３１を照射する。２本のレーザビー
ムＡ及びレーザビームＢは、互いに平行である。そし
て、図３にも示すように、それぞれのレーザビームＡ，
Ｂによって被処理物３１が照射される領域は異なる。
ザビームをパルス状に射出するレーザ生成装置１１Ａ，
１１Ｂ、干渉フィルターの一種であるアッテネータ（減
衰器）１２Ａ，１２Ｂ、レーザビームを矩形状に均一化
するビーム形成器１３Ａ，１３Ｂ、及び反射鏡１４Ａ，
１４Ｂが更に備えられている。レーザ生成装置１１Ａか
ら射出された線状のレーザビームＡは、アッテネータ１
２Ａ、ビーム形成器１３Ａ及び反射鏡１４Ａを経由し
て、ステージ２０上に載置された基体３０の上に形成さ
れた被処理物３１を照射する。同様に、レーザ生成装置
１１Ｂから射出された線状のレーザビームＢは、アッテ
ネータ１２Ｂ、ビーム形成器１３Ｂ及び反射鏡１４Ｂを
経由して、ステージ２０上に載置された基体３０の上に
形成された被処理物３１を照射する。２本のレーザビー
ムＡ及びレーザビームＢは、互いに平行である。そし
て、図３にも示すように、それぞれのレーザビームＡ，
Ｂによって被処理物３１が照射される領域は異なる。
【００２３】（実施の形態２）実施の形態２のレーザ処
理装置の概念図を図２に示す、このレーザ処理装置にお
いては、レーザ生成装置１１は１つである。そして、レ
ーザ生成装置１１から射出されたパルス状の線状のレー
ザビームは、ハーフミラー１５によって、２つのレーザ
ビームＡ，Ｂに分割される。分割されたレーザビームＡ
は、アッテネータ１２Ａ、ビーム形成器１３Ａ及び反射
鏡１４Ａを経由して、ステージ２０上に載置された基体
３０の上に形成された被処理物３１を照射する。同様
に、分割されたレーザビームＢは、アッテネータ１２
Ｂ、ビーム形成器１３Ｂ及び反射鏡１４Ｂを経由して、
ステージ２０上に載置された基体３０の上に形成された
被処理物３１を照射する。この構造のレーザ処理装置に
おいても、２本のレーザビームＡ及びレーザビームＢ
は、互いに平行であり、そして、図３にも示すように、
それぞれのレーザビームＡ，Ｂによって被処理物３１が
照射される領域は異なる。
理装置の概念図を図２に示す、このレーザ処理装置にお
いては、レーザ生成装置１１は１つである。そして、レ
ーザ生成装置１１から射出されたパルス状の線状のレー
ザビームは、ハーフミラー１５によって、２つのレーザ
ビームＡ，Ｂに分割される。分割されたレーザビームＡ
は、アッテネータ１２Ａ、ビーム形成器１３Ａ及び反射
鏡１４Ａを経由して、ステージ２０上に載置された基体
３０の上に形成された被処理物３１を照射する。同様
に、分割されたレーザビームＢは、アッテネータ１２
Ｂ、ビーム形成器１３Ｂ及び反射鏡１４Ｂを経由して、
ステージ２０上に載置された基体３０の上に形成された
被処理物３１を照射する。この構造のレーザ処理装置に
おいても、２本のレーザビームＡ及びレーザビームＢ
は、互いに平行であり、そして、図３にも示すように、
それぞれのレーザビームＡ，Ｂによって被処理物３１が
照射される領域は異なる。
【００２４】（実施の形態３）実施の形態３において
は、実施の形態１にて説明したレーザ処理装置を用い
て、ボトムゲート構造を有するｎ型−薄膜トランジスタ
を作製した。この半導体装置の作製にあたっては、先
ず、ガラス基板４０の表面にＳｉＯ2から成る絶縁層４
１を形成した後、不純物がドーピングされた多結晶シリ
コン層を全面にＣＶＤ法にて堆積させた。そして、かか
る多結晶シリコン層をパターニングして、ゲート電極４
２を形成した。次に、ＣＶＤ法にて全面にＳｉＯ2層か
ら成る基体４３を形成した。このＳｉＯ2層から成る基
体４３はゲート酸化膜としても機能する。
は、実施の形態１にて説明したレーザ処理装置を用い
て、ボトムゲート構造を有するｎ型−薄膜トランジスタ
を作製した。この半導体装置の作製にあたっては、先
ず、ガラス基板４０の表面にＳｉＯ2から成る絶縁層４
１を形成した後、不純物がドーピングされた多結晶シリ
コン層を全面にＣＶＤ法にて堆積させた。そして、かか
る多結晶シリコン層をパターニングして、ゲート電極４
２を形成した。次に、ＣＶＤ法にて全面にＳｉＯ2層か
ら成る基体４３を形成した。このＳｉＯ2層から成る基
体４３はゲート酸化膜としても機能する。
【００２５】次に、ＳｉＯ2層から成る基体４３上に、
被処理物である厚さ４０ｎｍの非晶質シリコン層４４
（非単結晶シリコン層）をＰＥＣＶＤ法にて成膜した
（図４の（Ａ）参照）。そして、形成された非晶質シリ
コン層４４にエキシマレーザビームをパルス状にて照射
し（図４の（Ｂ）参照）、ＳｉＯ2層４３上にシリコン
単結晶粒子群から成る多結晶シリコン層４５（結晶化シ
リコン層）を形成した（図５の（Ａ）参照）。エキシマ
レーザビームの照射条件等を、以下の表１に示す。ま
た、図４の（Ｂ）において、前回のエキシマレーザビー
ムが照射された非晶質シリコン層４４の領域を点線で表
し、今回のエキシマレーザビームが照射された非晶質シ
リコン層４４の領域を一点鎖線で表した。尚、レーザビ
ームＡとレーザビームＢによって非晶質シリコン層４４
が照射される領域と領域との間の距離（隙間）Ｄを、例
えば０．５ｍｍとした。
被処理物である厚さ４０ｎｍの非晶質シリコン層４４
（非単結晶シリコン層）をＰＥＣＶＤ法にて成膜した
（図４の（Ａ）参照）。そして、形成された非晶質シリ
コン層４４にエキシマレーザビームをパルス状にて照射
し（図４の（Ｂ）参照）、ＳｉＯ2層４３上にシリコン
単結晶粒子群から成る多結晶シリコン層４５（結晶化シ
リコン層）を形成した（図５の（Ａ）参照）。エキシマ
レーザビームの照射条件等を、以下の表１に示す。ま
た、図４の（Ｂ）において、前回のエキシマレーザビー
ムが照射された非晶質シリコン層４４の領域を点線で表
し、今回のエキシマレーザビームが照射された非晶質シ
リコン層４４の領域を一点鎖線で表した。尚、レーザビ
ームＡとレーザビームＢによって非晶質シリコン層４４
が照射される領域と領域との間の距離（隙間）Ｄを、例
えば０．５ｍｍとした。
【００２６】
【表１】 レーザビームＡ 種類 ：ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ） 照射量 ：３２０ｍＪ／ｃｍ2 パルス幅 ：約２６ｎ秒 周波数 ：約２００Ｈｚ ビーム形状 ：幅（Ｗ1）４００μｍ×長さ１５０ｍｍの矩形形状 移動量Ｌ1 ：４μｍ 移動量割合Ｒ1：１％（＝４μｍ／４００μｍ×１００） レーザビームＢ 種類 ：ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ） 照射量 ：３２０ｍＪ／ｃｍ2 パルス幅 ：約２６ｎ秒 周波数 ：約２００Ｈｚ ビーム形状 ：幅（Ｗ2）４００μｍ×長さ１５０ｍｍの矩形形状 移動量Ｌ2 ：４μｍ 移動量割合Ｒ2：１％（＝４μｍ／４００μｍ×１００）
【００２７】ＰＥＣＶＤ法にて成膜された非晶質シリコ
ン層４４中には、通常、水素が閉じ込められているの
で、通常のエキシマレーザアニール処理を施す場合に
は、それに先立ち、４００゜Ｃ×２時間程度の熱処理を
非晶質シリコン層に施すことによって水素の除去を行っ
ている。このような水素除去処理を行わないと、エキシ
マレーザアニール処理を施したとき、多結晶シリコン層
内に気泡やボイドが発生する。一方、本発明のように、
１段階目のエキシマレーザのエネルギー密度を２段階目
のエキシマレーザのエネルギー密度よりもやや低くし、
２段階のエキシマレーザアニール処理を施すことによっ
て、非晶質シリコン層４４から得られる多結晶シリコン
４５の特性が向上するだけでなく、このような水素除去
処理が不要となる。
ン層４４中には、通常、水素が閉じ込められているの
で、通常のエキシマレーザアニール処理を施す場合に
は、それに先立ち、４００゜Ｃ×２時間程度の熱処理を
非晶質シリコン層に施すことによって水素の除去を行っ
ている。このような水素除去処理を行わないと、エキシ
マレーザアニール処理を施したとき、多結晶シリコン層
内に気泡やボイドが発生する。一方、本発明のように、
１段階目のエキシマレーザのエネルギー密度を２段階目
のエキシマレーザのエネルギー密度よりもやや低くし、
２段階のエキシマレーザアニール処理を施すことによっ
て、非晶質シリコン層４４から得られる多結晶シリコン
４５の特性が向上するだけでなく、このような水素除去
処理が不要となる。
【００２８】その後、形成された多結晶シリコン層４５
のソース・ドレイン領域を形成すべき領域に不純物のイ
オン注入を施し、次いで、イオン注入された不純物を活
性化することによって、ソース・ドレイン領域４６及び
チャネル領域４７を形成した。そして、全面に、例えば
ＳｉＯ2から成る絶縁層４８をＣＶＤ法にて堆積させた
後、ソース・ドレイン領域４６の上方の絶縁層４８に、
フォトリソグラフィ技術及びＲＩＥ技術を用いて開口部
を形成した。そして、この開口部内を含む絶縁層４８上
にアルミニウム合金から成る配線材料層をスパッタ法に
て堆積させた後、配線材料層をパターニングして、絶縁
層４８上に配線４９を完成させた（図５の（Ｂ）参
照）。この配線４９は、開口部内に埋め込まれた配線材
料層を介して、ソース・ドレイン領域４６と接続されて
いる。
のソース・ドレイン領域を形成すべき領域に不純物のイ
オン注入を施し、次いで、イオン注入された不純物を活
性化することによって、ソース・ドレイン領域４６及び
チャネル領域４７を形成した。そして、全面に、例えば
ＳｉＯ2から成る絶縁層４８をＣＶＤ法にて堆積させた
後、ソース・ドレイン領域４６の上方の絶縁層４８に、
フォトリソグラフィ技術及びＲＩＥ技術を用いて開口部
を形成した。そして、この開口部内を含む絶縁層４８上
にアルミニウム合金から成る配線材料層をスパッタ法に
て堆積させた後、配線材料層をパターニングして、絶縁
層４８上に配線４９を完成させた（図５の（Ｂ）参
照）。この配線４９は、開口部内に埋め込まれた配線材
料層を介して、ソース・ドレイン領域４６と接続されて
いる。
【００２９】以上、本発明を、発明の実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。発明の実施の形態にて説明したレーザ処理装置の構
造や半導体装置の製造条件、半導体装置の構造は例示で
あり、適宜設計変更することができる。発明の実施の形
態においては２本のレーザビームを被処理物に照射した
が、３本以上のレーザビームを被処理物に照射してもよ
い。本発明のレーザ処理装置で処理し得る被処理物は非
晶質シリコン層に限定されるものではなく、如何なる被
処理物をも熱処理することができるし、半導体装置の製
造にのみ適用されるものではなく、例えば太陽電池の製
造等に適用することができる。また、ステージを固定
し、エキシマレーザ装置自体を移動させてもよいし、エ
キシマレーザ装置に備えられた反射鏡を回転させること
によってレーザビームと被処理物との相対的な位置を移
動させてもよい。
き説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。発明の実施の形態にて説明したレーザ処理装置の構
造や半導体装置の製造条件、半導体装置の構造は例示で
あり、適宜設計変更することができる。発明の実施の形
態においては２本のレーザビームを被処理物に照射した
が、３本以上のレーザビームを被処理物に照射してもよ
い。本発明のレーザ処理装置で処理し得る被処理物は非
晶質シリコン層に限定されるものではなく、如何なる被
処理物をも熱処理することができるし、半導体装置の製
造にのみ適用されるものではなく、例えば太陽電池の製
造等に適用することができる。また、ステージを固定
し、エキシマレーザ装置自体を移動させてもよいし、エ
キシマレーザ装置に備えられた反射鏡を回転させること
によってレーザビームと被処理物との相対的な位置を移
動させてもよい。
【００３０】半導体装置の製造方法の説明においては、
ＳｉＯ2層上に非晶質のシリコン層を形成したが、その
代わりに多結晶のシリコン層を形成してもよい。非晶質
シリコン層にエキシマレーザビームをパルス状にて照射
する際、基体を加熱しておいてもよい。場合によって
は、例えばエッチバックを行うことで、非晶質シリコン
層の表面の平坦化を行ってもよい。
ＳｉＯ2層上に非晶質のシリコン層を形成したが、その
代わりに多結晶のシリコン層を形成してもよい。非晶質
シリコン層にエキシマレーザビームをパルス状にて照射
する際、基体を加熱しておいてもよい。場合によって
は、例えばエッチバックを行うことで、非晶質シリコン
層の表面の平坦化を行ってもよい。
【００３１】
【発明の効果】本発明においては、被処理物に対して１
回のレーザビーム走査によって、レーザビームの本数に
相当する回数だけ、レーザビームの被処理物への照射を
行うことができるので、スループットの低下を招くこと
が無く、しかも、被処理物に対する熱処理を均一に行う
ことができる。
回のレーザビーム走査によって、レーザビームの本数に
相当する回数だけ、レーザビームの被処理物への照射を
行うことができるので、スループットの低下を招くこと
が無く、しかも、被処理物に対する熱処理を均一に行う
ことができる。
【図１】本発明のレーザ処理装置の概念図である。
【図２】図１に示したとは別の構造を有する本発明のレ
ーザ処理装置の概念図である。
ーザ処理装置の概念図である。
【図３】２本のレーザビームが被処理物である非晶質シ
リコン層を照射している状態を示す模式的な斜視図であ
る。
リコン層を照射している状態を示す模式的な斜視図であ
る。
【図４】発明の実施の形態３における半導体装置の製造
方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図であ
る。
方法を説明するための基板等の模式的な一部断面図であ
る。
【図５】図４に引き続き、発明の実施の形態３における
半導体装置の製造方法を説明するための基板等の模式的
な一部断面図である。
半導体装置の製造方法を説明するための基板等の模式的
な一部断面図である。
１０・・・エキシマレーザ装置、１１，１１Ａ，１１Ｂ
・・・レーザ生成装置、１２Ａ，１２Ｂ・・・アッテネ
ータ、１３Ａ，１３Ｂ・・・ビーム形成器、１４Ａ，１
４Ｂ・・・反射鏡、１５・・・ハーフミラー、２０・・
・ステージ、３０・・・基体、３１・・・被処理物、３
２・・・多結晶シリコン層、４０・・・ガラス基板、４
１・・・絶縁層、４２・・・ゲート電極、４３・・・基
体、４４・・・非晶質シリコン層、４５・・・多結晶シ
リコン層、４６・・・ソース・ドレイン領域、４７・・
・チャネル領域、４８・・・絶縁層、４９・・・配線４
９
・・・レーザ生成装置、１２Ａ，１２Ｂ・・・アッテネ
ータ、１３Ａ，１３Ｂ・・・ビーム形成器、１４Ａ，１
４Ｂ・・・反射鏡、１５・・・ハーフミラー、２０・・
・ステージ、３０・・・基体、３１・・・被処理物、３
２・・・多結晶シリコン層、４０・・・ガラス基板、４
１・・・絶縁層、４２・・・ゲート電極、４３・・・基
体、４４・・・非晶質シリコン層、４５・・・多結晶シ
リコン層、４６・・・ソース・ドレイン領域、４７・・
・チャネル領域、４８・・・絶縁層、４９・・・配線４
９
Claims (3)
- 【請求項１】（イ）複数の線状のレーザビームをパルス
状に且つ互いに平行に射出し得るエキシマレーザ装置、
及び、 （ロ）被処理物を載置し、レーザビームと被処理物との
相対的な位置を、該線状のレーザビームの長手方向と略
直角方向に移動させる移動手段を備えたステージ、を具
備し、 それぞれのレーザビームが被処理物を照射する領域は異
なることを特徴とするレーザ処理装置。 - 【請求項２】（イ）複数の線状のレーザビームをパルス
状に且つ互いに平行に射出し得るエキシマレーザ装置、
及び、 （ロ）被処理物を載置し、レーザビームと被処理物との
相対的な位置を、該線状のレーザビームの長手方向と略
直角方向に移動させる移動手段を備えたステージ、を具
備し、 それぞれのレーザビームが被処理物を照射する領域は異
なるレーザ処理装置を用いた半導体装置の製造方法であ
って、 該被処理物は、基体に形成された非単結晶シリコン層か
ら成り、該非単結晶シリコン層に複数のレーザビームを
パルス状に照射することによって結晶化シリコン層を形
成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】基体は、ガラス基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜から成り、非単結晶シリコン層に複数のレーザ
ビームをパルス状に照射することによって形成された結
晶化シリコン層に、チャネル領域及びソース・ドレイン
領域を形成することを特徴とする請求項２に記載の半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21316296A JPH1041244A (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | レーザ処理装置及び半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21316296A JPH1041244A (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | レーザ処理装置及び半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1041244A true JPH1041244A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16634598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21316296A Pending JPH1041244A (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | レーザ処理装置及び半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1041244A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004151668A (ja) * | 2002-09-02 | 2004-05-27 | Hitachi Displays Ltd | 表示装置とその製造方法および製造装置 |
| JP2004153150A (ja) * | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Fujitsu Display Technologies Corp | 表示装置の基板の製造方法及び結晶化装置 |
| US6800541B2 (en) | 1999-07-22 | 2004-10-05 | Nec Corporation | Pulse laser irradiation method for forming a semiconductor thin film |
| JP2006261181A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Hitachi Cable Ltd | 薄膜半導体装置の製造方法 |
| WO2006104219A1 (en) * | 2005-03-29 | 2006-10-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device |
| US7138303B2 (en) | 2000-11-20 | 2006-11-21 | Nec Corporation | Method for manufacturing a thin film transistor having high mobility and high on-current |
| JP2006332323A (ja) * | 2005-05-26 | 2006-12-07 | Hitachi Displays Ltd | 画像表示装置とその製造方法 |
| JP2007165716A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd | レーザー結晶化装置及び結晶化方法 |
| JP2008177598A (ja) * | 2008-03-04 | 2008-07-31 | Sharp Corp | 半導体結晶化装置 |
| CN100416762C (zh) * | 2000-12-26 | 2008-09-03 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件的制造方法 |
| WO2014136237A1 (ja) * | 2013-03-07 | 2014-09-12 | 三菱電機株式会社 | レーザアニール装置、半導体装置の製造方法 |
-
1996
- 1996-07-24 JP JP21316296A patent/JPH1041244A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7285809B2 (en) | 2000-11-20 | 2007-10-23 | Nec Corporation | Thin film transistor having high mobility and high on-current |
| CN100416762C (zh) * | 2000-12-26 | 2008-09-03 | 株式会社半导体能源研究所 | 半导体器件的制造方法 |
| JP2004151668A (ja) * | 2002-09-02 | 2004-05-27 | Hitachi Displays Ltd | 表示装置とその製造方法および製造装置 |
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| US8835800B2 (en) | 2005-03-29 | 2014-09-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device |
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| WO2014136237A1 (ja) * | 2013-03-07 | 2014-09-12 | 三菱電機株式会社 | レーザアニール装置、半導体装置の製造方法 |
| US9691619B2 (en) | 2013-03-07 | 2017-06-27 | Mitsubishi Electric Corporation | Laser annealing device with multiple lasers |
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