JP3535241B2 - 半導体デバイス及びその作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの作製
工程におけるレーザー光照射処理（いわゆる、レーザー
アニール法）に関する。特に、本発明は、１部もしくは
全部が非晶質成分からなる半導体材料、あるいは、実質
的に真性な多結晶の半導体材料に対してレーザー光を照
射することによって、該半導体材料の結晶性を向上せし
める方法に関する。
工程におけるレーザー光照射処理（いわゆる、レーザー
アニール法）に関する。特に、本発明は、１部もしくは
全部が非晶質成分からなる半導体材料、あるいは、実質
的に真性な多結晶の半導体材料に対してレーザー光を照
射することによって、該半導体材料の結晶性を向上せし
める方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子プロセスの低温化に関
して盛んに研究が進められている。その大きな理由は、
ガラス等の絶縁基板上に半導体素子を形成する必要が生
じたからである。その他にも素子の微小化や素子の多層
化に伴う要請もある。
して盛んに研究が進められている。その大きな理由は、
ガラス等の絶縁基板上に半導体素子を形成する必要が生
じたからである。その他にも素子の微小化や素子の多層
化に伴う要請もある。
【０００３】半導体プロセスにおいては、半導体材料に
含まれる非晶質成分もしくは非晶質半導体材料を結晶化
させることや、もともと結晶性であったものの、イオン
を照射したために結晶性が低下した半導体材料の結晶性
を回復することや、結晶性であるのだが、より結晶性を
向上させることが必要とされることがある。このような
目的のために、レーザー光照射技術（レーザーアニール
技術とも言う）が提案されている。レーザー光の照射に
関しては、大きく分けて２つの方法が提案されている。
含まれる非晶質成分もしくは非晶質半導体材料を結晶化
させることや、もともと結晶性であったものの、イオン
を照射したために結晶性が低下した半導体材料の結晶性
を回復することや、結晶性であるのだが、より結晶性を
向上させることが必要とされることがある。このような
目的のために、レーザー光照射技術（レーザーアニール
技術とも言う）が提案されている。レーザー光の照射に
関しては、大きく分けて２つの方法が提案されている。
【０００４】第１の方法はアルゴンイオン・レーザー等
の連続発振レーザーを用いたものであり、スポット状の
ビームを半導体材料に照射する方法である。これはビー
ム内部でのエネルギー分布の差、およびビームの移動に
よって、半導体材料が溶融した後、緩やかに凝固するこ
とによって半導体材料を結晶化させる方法である。この
方法の問題点は、結晶成長に適した速度でスポット状の
レーザー光を走査するために、処理能力が低いことであ
る。
の連続発振レーザーを用いたものであり、スポット状の
ビームを半導体材料に照射する方法である。これはビー
ム内部でのエネルギー分布の差、およびビームの移動に
よって、半導体材料が溶融した後、緩やかに凝固するこ
とによって半導体材料を結晶化させる方法である。この
方法の問題点は、結晶成長に適した速度でスポット状の
レーザー光を走査するために、処理能力が低いことであ
る。
【０００５】第２の方法はエキシマーレーザーのごとき
パルス発振レーザーを用いて、大面積、大エネルギーの
レーザーパルスを半導体材料に照射し、半導体材料を瞬
間的に溶融させ、凝固させることによって半導体材料を
結晶化させる方法である。この方法ではレーザーのビー
ムスポットが大きいこともあり、処理能力に優れ、スル
ープットが高いという特色を有する。この方法に用いら
れるエキシマーレーザーは、ＫｒＦエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長
３０８ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレーザー（波長３５３ｎ
ｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）等で
ある。これらのレーザーはパルスのエネルギーが大き
く、かつ、投入電力からレーザー光に変換される効率が
高い。
パルス発振レーザーを用いて、大面積、大エネルギーの
レーザーパルスを半導体材料に照射し、半導体材料を瞬
間的に溶融させ、凝固させることによって半導体材料を
結晶化させる方法である。この方法ではレーザーのビー
ムスポットが大きいこともあり、処理能力に優れ、スル
ープットが高いという特色を有する。この方法に用いら
れるエキシマーレーザーは、ＫｒＦエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長
３０８ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレーザー（波長３５３ｎ
ｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）等で
ある。これらのレーザーはパルスのエネルギーが大き
く、かつ、投入電力からレーザー光に変換される効率が
高い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パルス
レーザー光による溶融凝固過程は、レーザービームスポ
ットのいたるところで発生するため、結晶成長の方向性
がなく、結晶粒界がランダムに発生し、結晶間の歪みが
膜の不規則な隆起をもたらす。この隆起はリッジと呼ば
れ、凹凸は膜厚の０．５〜２倍にも及び、パルスレーザ
ーによるレーザー光照射の工程においては避けられない
現象であった。この点、連続発振レーザーでは、溶融凝
固の過程で歪み緩和のために十分な空間的、時間的な余
裕があるため、リッジのようなランダムな膜の隆起は見
られなかった。
レーザー光による溶融凝固過程は、レーザービームスポ
ットのいたるところで発生するため、結晶成長の方向性
がなく、結晶粒界がランダムに発生し、結晶間の歪みが
膜の不規則な隆起をもたらす。この隆起はリッジと呼ば
れ、凹凸は膜厚の０．５〜２倍にも及び、パルスレーザ
ーによるレーザー光照射の工程においては避けられない
現象であった。この点、連続発振レーザーでは、溶融凝
固の過程で歪み緩和のために十分な空間的、時間的な余
裕があるため、リッジのようなランダムな膜の隆起は見
られなかった。
【０００７】リッジの程度は半導体膜の結晶状態にも大
きく依存した。特に、固相成長法によって結晶化させた
半導体材料に対してレーザー光照射をおこなった場合で
は、非晶質材料に対してレーザー光照射をおこなった場
合に比較してリッジが激しくなる傾向にあった。これ
は、リッジの高さ（凹凸の程度）が結晶の大きさに依存
することと関係する。すなわち、固相成長法によって、
既にある程度の大きさの結晶が得られている膜にさらに
レーザー光照射をおこなうと、より大きな結晶が生じる
ためである。
きく依存した。特に、固相成長法によって結晶化させた
半導体材料に対してレーザー光照射をおこなった場合で
は、非晶質材料に対してレーザー光照射をおこなった場
合に比較してリッジが激しくなる傾向にあった。これ
は、リッジの高さ（凹凸の程度）が結晶の大きさに依存
することと関係する。すなわち、固相成長法によって、
既にある程度の大きさの結晶が得られている膜にさらに
レーザー光照射をおこなうと、より大きな結晶が生じる
ためである。
【０００８】一方、非晶質状態の膜にレーザー光照射を
おこなった場合に得られる結晶の大きさはより小さく、
したがって、リッジの凹凸も小さい。なお、ニッケル等
の非晶質珪素の結晶化を促進する元素を添加して結晶化
させた多結晶珪素膜にレーザー光を照射すると、さらに
大きな結晶が得られるため、リッジも極めて凹凸の激し
いものとなった。特に、ＴＦＴ等の絶縁ゲイト型素子の
ゲイト電極の下の半導体膜の表面にこのようなリッジが
現れると、リッジの突起部分に電界が集中し、また、リ
ッジ部分のゲイト絶縁膜が薄くなり、リーク電流が発生
し、また、絶縁破壊を起こしやすくなり、薄膜トランジ
スタの特性、信頼性が低下する。
おこなった場合に得られる結晶の大きさはより小さく、
したがって、リッジの凹凸も小さい。なお、ニッケル等
の非晶質珪素の結晶化を促進する元素を添加して結晶化
させた多結晶珪素膜にレーザー光を照射すると、さらに
大きな結晶が得られるため、リッジも極めて凹凸の激し
いものとなった。特に、ＴＦＴ等の絶縁ゲイト型素子の
ゲイト電極の下の半導体膜の表面にこのようなリッジが
現れると、リッジの突起部分に電界が集中し、また、リ
ッジ部分のゲイト絶縁膜が薄くなり、リーク電流が発生
し、また、絶縁破壊を起こしやすくなり、薄膜トランジ
スタの特性、信頼性が低下する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、この問題を解
決する目的で成されたものである。本発明においては、
レーザー結晶化工程を２度に分けておこない、しかも、
最初のレーザー光照射のエネルギー密度は後のレーザー
光照射のエネルギー密度よりも低くすること、および、
最初のレーザー光照射は１００Ｐａ以下の真空中、好ま
しくは１Ｐａ以下の真空中でおこなうことによって、リ
ッジの発生を抑制する。２回目のレーザー照射は真空中
でも大気中でもよい。
決する目的で成されたものである。本発明においては、
レーザー結晶化工程を２度に分けておこない、しかも、
最初のレーザー光照射のエネルギー密度は後のレーザー
光照射のエネルギー密度よりも低くすること、および、
最初のレーザー光照射は１００Ｐａ以下の真空中、好ま
しくは１Ｐａ以下の真空中でおこなうことによって、リ
ッジの発生を抑制する。２回目のレーザー照射は真空中
でも大気中でもよい。
【００１０】本発明においては、真空中でレーザー光照
射をおこなうことを特徴とし、この工程を有することに
より、リッジを抑制できることが分かっている。そのメ
カニズムについては明らかではない。１回目および２回
目のレーザー光のエネルギー密度は、結晶化をおこなう
半導体材料と、使用するレーザー光によって異なるが、
２回目のレーザー光のエネルギー密度は１回目のものの
１．３倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であ
るとさらに好ましい。
射をおこなうことを特徴とし、この工程を有することに
より、リッジを抑制できることが分かっている。そのメ
カニズムについては明らかではない。１回目および２回
目のレーザー光のエネルギー密度は、結晶化をおこなう
半導体材料と、使用するレーザー光によって異なるが、
２回目のレーザー光のエネルギー密度は１回目のものの
１．３倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であ
るとさらに好ましい。
【００１１】例えば、非晶質珪素膜において、ＫｒＦエ
キシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用いた場合に
は、１回目のレーザー光照射のエネルギー密度は１５０
〜２５０ｍＪ／ｃｍ2 、また、２回目のレーザー光照射
のエネルギー密度は２５０〜４００ｍＪ／ｃｍ2 が好ま
しい。ＫｒＦエキシマレーザー以外に、ＸｅＣｌエキシ
マーレーザー（波長３０８ｎｍ）でも、ほぼ同じ範囲の
エネルギー密度の照射をおこなうことによって同様な結
果が得られた。また、１回目および２回目のレーザー光
照射の際の基板温度としては、室温〜５５０℃、特に１
５０〜５５０℃が好ましい。特に基板温度が高いほど、
結晶の欠陥が緩和される傾向がある。
キシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用いた場合に
は、１回目のレーザー光照射のエネルギー密度は１５０
〜２５０ｍＪ／ｃｍ2 、また、２回目のレーザー光照射
のエネルギー密度は２５０〜４００ｍＪ／ｃｍ2 が好ま
しい。ＫｒＦエキシマレーザー以外に、ＸｅＣｌエキシ
マーレーザー（波長３０８ｎｍ）でも、ほぼ同じ範囲の
エネルギー密度の照射をおこなうことによって同様な結
果が得られた。また、１回目および２回目のレーザー光
照射の際の基板温度としては、室温〜５５０℃、特に１
５０〜５５０℃が好ましい。特に基板温度が高いほど、
結晶の欠陥が緩和される傾向がある。
【００１２】２回目のレーザー光照射は、真空中でも、
大気中および酸素雰囲気中においておこなってもよい。
量産性を考えれば、１回目および２回目とも同じチャン
バーにおいて真空中においておこなうことが好ましい。
特に真空チャンバー内においては基板加熱が容易におこ
なえる。ある程度の圧力の雰囲気においては基板加熱を
おこなう際にはガスの対流の影響を考慮せねばならず、
１００Ｐａ以上の雰囲気で３５０℃以上に基板を加熱す
る場合は、チャンバー全体を加熱することと同じであ
り、装置が大掛かりなものとなる。
大気中および酸素雰囲気中においておこなってもよい。
量産性を考えれば、１回目および２回目とも同じチャン
バーにおいて真空中においておこなうことが好ましい。
特に真空チャンバー内においては基板加熱が容易におこ
なえる。ある程度の圧力の雰囲気においては基板加熱を
おこなう際にはガスの対流の影響を考慮せねばならず、
１００Ｐａ以上の雰囲気で３５０℃以上に基板を加熱す
る場合は、チャンバー全体を加熱することと同じであ
り、装置が大掛かりなものとなる。
【００１３】しかし、一方で、大気中もしくは酸素雰囲
気中でおこなった場合にもメリットがある。この場合に
は、結晶粒界に多く存在する不対結合手が酸素によって
ターミネートされるので、高い電界によっても特性が向
上して劣化しにくい半導体材料が得られる。このような
半導体材料は絶縁ゲイト型素子、例えば、薄膜トランジ
スタに利用した場合には、特性および信頼性の向上に寄
与する。
気中でおこなった場合にもメリットがある。この場合に
は、結晶粒界に多く存在する不対結合手が酸素によって
ターミネートされるので、高い電界によっても特性が向
上して劣化しにくい半導体材料が得られる。このような
半導体材料は絶縁ゲイト型素子、例えば、薄膜トランジ
スタに利用した場合には、特性および信頼性の向上に寄
与する。
【００１４】なお、２回目のレーザー照射を大気中ある
いは酸素雰囲気中でおこなう場合には、同じチャンバー
を用いると、１回目のレーザー照射後のガスの導入によ
って、基板温度の変動が生じ、基板温度が設定された値
に戻るまで待機せねばならず、この面の量産性を改善す
る必要がある。この点については図４（Ａ）に示すマル
チチャンバーを備えたレーザーアニール装置を用いるこ
とによって解決することができる。
いは酸素雰囲気中でおこなう場合には、同じチャンバー
を用いると、１回目のレーザー照射後のガスの導入によ
って、基板温度の変動が生じ、基板温度が設定された値
に戻るまで待機せねばならず、この面の量産性を改善す
る必要がある。この点については図４（Ａ）に示すマル
チチャンバーを備えたレーザーアニール装置を用いるこ
とによって解決することができる。
【００１５】図４（Ａ）に示すマルチチャンバーは、真
空専用のチャンバーとＯ2 専用のチャンバーとを有して
いる。搬入／搬出チャンバーよりセットされた基板は、
このマルチチャンバー内において自動搬送装置によって
移動させられる。まず、基板は予備室に移送され、ここ
で、真空排気された後、チャンバー１に移送される。そ
して、チャンバー１において１回目のレーザー照射がな
される。そして再び、予備室に移送される。予備室には
適当な圧力の酸素が充填される。その後、チャンバー２
に移送される。チャンバー２は、酸素雰囲気に保たれて
いる。そして、チャンバー２において２回目のレーザー
照射がなされる。その後、基板は、予備室を経て搬入／
搬出チャンバーに戻り、一連のレーザー照射が完了す
る。以上は１枚の基板の移動について述べたものである
が、予備室、チャンバー１および２に常に基板がセット
されるようにしておくと、待機時間を節約し、量産性を
上げることができる。
空専用のチャンバーとＯ2 専用のチャンバーとを有して
いる。搬入／搬出チャンバーよりセットされた基板は、
このマルチチャンバー内において自動搬送装置によって
移動させられる。まず、基板は予備室に移送され、ここ
で、真空排気された後、チャンバー１に移送される。そ
して、チャンバー１において１回目のレーザー照射がな
される。そして再び、予備室に移送される。予備室には
適当な圧力の酸素が充填される。その後、チャンバー２
に移送される。チャンバー２は、酸素雰囲気に保たれて
いる。そして、チャンバー２において２回目のレーザー
照射がなされる。その後、基板は、予備室を経て搬入／
搬出チャンバーに戻り、一連のレーザー照射が完了す
る。以上は１枚の基板の移動について述べたものである
が、予備室、チャンバー１および２に常に基板がセット
されるようにしておくと、待機時間を節約し、量産性を
上げることができる。
【００１６】このように、一連の作業がチャンバー内部
でおこなわれるため、排気作業は原則として予備室のみ
でおこなわれることとなる。また、このように２つのチ
ャンバーを用いることにより、１回目と２回目のレーザ
ー照射において、基板温度を異なるように設定すること
ができる。例えば、１回目のレーザー照射は基板温度５
５０℃、２回目のレーザー照射は基板温度２００℃でお
こなうということが可能である。１回目のレーザー照射
は真空中であるので、基板を３５０℃以上の温度にまで
上昇させることは容易にできる。もし、同一のチャンバ
ーで１回目と２回目の温度を上記のように設定しようと
すれば、基板の温度が安定するまでかなりの時間が必要
であり、生産性が低下する。
でおこなわれるため、排気作業は原則として予備室のみ
でおこなわれることとなる。また、このように２つのチ
ャンバーを用いることにより、１回目と２回目のレーザ
ー照射において、基板温度を異なるように設定すること
ができる。例えば、１回目のレーザー照射は基板温度５
５０℃、２回目のレーザー照射は基板温度２００℃でお
こなうということが可能である。１回目のレーザー照射
は真空中であるので、基板を３５０℃以上の温度にまで
上昇させることは容易にできる。もし、同一のチャンバ
ーで１回目と２回目の温度を上記のように設定しようと
すれば、基板の温度が安定するまでかなりの時間が必要
であり、生産性が低下する。
【００１７】レーザー光源については、２つの独立した
レーザーと光学系（ガウス分布のレーザー光を長方形そ
の他の必要とする分布に変換する装置）を利用してもよ
い。しかし、図４に示すように１つのレーザーから発振
したレーザー光をビームスプリッターによって２分割
し、それぞれの光学系を通して、チャンバーに導入する
という方式でもよい。この場合にはレーザー装置に対す
る設備投資を半分にすることができる。１回目のレーザ
ー照射のエネルギーは２回目のものより小さいので、ビ
ームの分割はそのことを考慮しておこない、すなわち、
光学系１に導入されるレーザー光のエネルギーが光学系
２に導入されるものより小さい。
レーザーと光学系（ガウス分布のレーザー光を長方形そ
の他の必要とする分布に変換する装置）を利用してもよ
い。しかし、図４に示すように１つのレーザーから発振
したレーザー光をビームスプリッターによって２分割
し、それぞれの光学系を通して、チャンバーに導入する
という方式でもよい。この場合にはレーザー装置に対す
る設備投資を半分にすることができる。１回目のレーザ
ー照射のエネルギーは２回目のものより小さいので、ビ
ームの分割はそのことを考慮しておこない、すなわち、
光学系１に導入されるレーザー光のエネルギーが光学系
２に導入されるものより小さい。
【００１８】本発明においては、レーザー光のビーム形
状については、正方形でもよい。しかし、生産性を追求
するのであれば、基板の一辺よりも長い、線状のビーム
とするとよい。すなわち、正方形のビームであれば、基
板を走査する場合に、上下および左右に２次元的に移動
させる必要があるため、そのための機構が複雑となり、
また、移動にも時間がかかる。また、通常はレーザー光
源を移動させることは難しいため、基板を移動させる方
式を採用するのであるが、正方形のビームを用いた場合
には、図４（Ｂ）に示すように、基板の全面にレーザー
照射をおこなうには基板の大きさのほぼ４倍の面積が必
要であり、チャンバーの容積が大きくなる。
状については、正方形でもよい。しかし、生産性を追求
するのであれば、基板の一辺よりも長い、線状のビーム
とするとよい。すなわち、正方形のビームであれば、基
板を走査する場合に、上下および左右に２次元的に移動
させる必要があるため、そのための機構が複雑となり、
また、移動にも時間がかかる。また、通常はレーザー光
源を移動させることは難しいため、基板を移動させる方
式を採用するのであるが、正方形のビームを用いた場合
には、図４（Ｂ）に示すように、基板の全面にレーザー
照射をおこなうには基板の大きさのほぼ４倍の面積が必
要であり、チャンバーの容積が大きくなる。
【００１９】しかし、細長い線状のビームを用いると、
基板の移動は１次元的な移動のみでよく、そのための機
構も簡単である。さらに、基板全面にレーザー照射をお
こなうには、図４（Ｃ）に示すように、基板の大きさの
ほぼ２倍の面積で十分であり、とりわけ、チャンバーの
容積は図６（Ｂ）の半分でよい。線状のビームを利用す
る場合、１回目と２回目のレーザー照射を同一方向から
おこなった場合、一方向に島状のむらが生じやすくなる
ので、基板を概略１／４回転させて、すなわち、１回目
のレーザー光と２回目のレーザー光が概略直交するよう
にレーザー照射することによって、膜質のむらが少ない
良質の半導体材料が得られる。
基板の移動は１次元的な移動のみでよく、そのための機
構も簡単である。さらに、基板全面にレーザー照射をお
こなうには、図４（Ｃ）に示すように、基板の大きさの
ほぼ２倍の面積で十分であり、とりわけ、チャンバーの
容積は図６（Ｂ）の半分でよい。線状のビームを利用す
る場合、１回目と２回目のレーザー照射を同一方向から
おこなった場合、一方向に島状のむらが生じやすくなる
ので、基板を概略１／４回転させて、すなわち、１回目
のレーザー光と２回目のレーザー光が概略直交するよう
にレーザー照射することによって、膜質のむらが少ない
良質の半導体材料が得られる。
【００２０】本発明によって得られた結晶性を有する半
導体材料は膜表面にリッジがないので、ゲイト絶縁膜と
の界面状態が重要である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の
活性層に対して有効である。また、ゲイト絶縁膜が３０
０〜１２００Å程度と薄いＴＦＴに対しては、リッジが
ゲイト絶縁膜と同程度となり、ゲイトリークによる歩留
り低下や特性劣化が顕著であったが、本発明によってリ
ッジを抑制することができ、これらの問題は大幅に解決
される。
導体材料は膜表面にリッジがないので、ゲイト絶縁膜と
の界面状態が重要である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の
活性層に対して有効である。また、ゲイト絶縁膜が３０
０〜１２００Å程度と薄いＴＦＴに対しては、リッジが
ゲイト絶縁膜と同程度となり、ゲイトリークによる歩留
り低下や特性劣化が顕著であったが、本発明によってリ
ッジを抑制することができ、これらの問題は大幅に解決
される。
【００２１】
〔実施例１〕図３には本実施例で使用したレーザーアニ
ール装置の概念図を示す。レーザー光は発振器３２で発
振され、全反射ミラー３５、３６を経由して増幅器３３
で増幅され、さらに全反射ミラー３７、３８を経由して
光学系３４に導入される。それまでのレーザー光のビー
ムは３０×９０ｍｍ2 程度の長方形であるが、この光学
系３４によって長さ１００〜３００ｍｍ、幅１〜３ｍｍ
の細長いビームに加工される。この光学系を経たレーザ
ー光のエネルギーは最大で３Ｊ／ショットであった。ま
た、真空中あるいは酸素等のガス雰囲気中においてもレ
ーザー照射がおこなえるように、試料のステージおよび
駆動装置４０はチャンバー４２に設置されている。チャ
ンバー４２は外部からレーザー光を照射するため、レー
ザー光が吸収されないように全体、もしくは、レーザー
光を取り入れる部分が石英で構成され、また、図には示
されていないが、真空排気装置および酸素導入装置も接
続されている。
ール装置の概念図を示す。レーザー光は発振器３２で発
振され、全反射ミラー３５、３６を経由して増幅器３３
で増幅され、さらに全反射ミラー３７、３８を経由して
光学系３４に導入される。それまでのレーザー光のビー
ムは３０×９０ｍｍ2 程度の長方形であるが、この光学
系３４によって長さ１００〜３００ｍｍ、幅１〜３ｍｍ
の細長いビームに加工される。この光学系を経たレーザ
ー光のエネルギーは最大で３Ｊ／ショットであった。ま
た、真空中あるいは酸素等のガス雰囲気中においてもレ
ーザー照射がおこなえるように、試料のステージおよび
駆動装置４０はチャンバー４２に設置されている。チャ
ンバー４２は外部からレーザー光を照射するため、レー
ザー光が吸収されないように全体、もしくは、レーザー
光を取り入れる部分が石英で構成され、また、図には示
されていないが、真空排気装置および酸素導入装置も接
続されている。
【００２２】このような細長いビームに加工されたビー
ムを用いることによってレーザー処理能力は飛躍的に向
上した。すなわち、短冊状のビームは光学系３４を出た
後、全反射ミラー３９を経て、試料４１に照射される
が、ビームの幅が試料の幅と同程度、もしくは、それよ
りも長いので、結局、試料は１つの方向にのみ移動させ
てゆけばよい。したがって、試料のステージおよび駆動
装置４０は構造が簡単で保守も容易である。また、試料
をセットする際の位置合わせの操作（アライメント）も
容易である。なお、これらの装置は防振台等の安定な架
台３１上に固定される必要がある。
ムを用いることによってレーザー処理能力は飛躍的に向
上した。すなわち、短冊状のビームは光学系３４を出た
後、全反射ミラー３９を経て、試料４１に照射される
が、ビームの幅が試料の幅と同程度、もしくは、それよ
りも長いので、結局、試料は１つの方向にのみ移動させ
てゆけばよい。したがって、試料のステージおよび駆動
装置４０は構造が簡単で保守も容易である。また、試料
をセットする際の位置合わせの操作（アライメント）も
容易である。なお、これらの装置は防振台等の安定な架
台３１上に固定される必要がある。
【００２３】なお、上記のようなレーザー装置は単独で
構成されてもよいし、他の装置、例えば、プラズマＣＶ
Ｄ成膜装置、イオン注入装置（もしくはイオンドーピン
グ装置）、熱アニール装置、その他の半導体製造装置と
組み合わせたマルチチャンバーとしてもよい。本実施例
では、ガラス等の絶縁基板上に薄膜トランジスタを形成
する場合について説明する。一般に、低温プロセスによ
る薄膜トランジスタの作製プロセスの概略は以下のよう
であった。
構成されてもよいし、他の装置、例えば、プラズマＣＶ
Ｄ成膜装置、イオン注入装置（もしくはイオンドーピン
グ装置）、熱アニール装置、その他の半導体製造装置と
組み合わせたマルチチャンバーとしてもよい。本実施例
では、ガラス等の絶縁基板上に薄膜トランジスタを形成
する場合について説明する。一般に、低温プロセスによ
る薄膜トランジスタの作製プロセスの概略は以下のよう
であった。
【００２４】[1] ガラス基板上への下地酸化珪素膜、非
晶質珪素膜の形成、および／または、非晶質珪素膜上へ
の結晶化促進剤（例えば、酢酸ニッケル等）等の塗布 [2] 固相成長による非晶質珪素膜の結晶化 [3] 結晶化した珪素膜に対するレーザー処理（結晶性の
向上を目的とする） [4] 珪素膜のエッチングによる島状珪素領域の形成 [5] ゲイト絶縁膜（酸化珪素）の形成 [6] ゲイト電極の形成 [7] 不純物元素（燐、ホウ素等）の注入によるソース／
ドレインの形成 [8] 注入された不純物のレーザー照射による活性化 [9] 層間絶縁物の形成 [10]ソース／ドレインへの電極の形成
晶質珪素膜の形成、および／または、非晶質珪素膜上へ
の結晶化促進剤（例えば、酢酸ニッケル等）等の塗布 [2] 固相成長による非晶質珪素膜の結晶化 [3] 結晶化した珪素膜に対するレーザー処理（結晶性の
向上を目的とする） [4] 珪素膜のエッチングによる島状珪素領域の形成 [5] ゲイト絶縁膜（酸化珪素）の形成 [6] ゲイト電極の形成 [7] 不純物元素（燐、ホウ素等）の注入によるソース／
ドレインの形成 [8] 注入された不純物のレーザー照射による活性化 [9] 層間絶縁物の形成 [10]ソース／ドレインへの電極の形成
【００２５】本実施例および以下の実施例２、実施例
３、実施例４においては上記工程において、多結晶珪素
膜の結晶性をさらに高める目的でおこなわれる[3] のレ
ーザー光照射に関するものとする。図１には本実施例の
レーザー処理工程を示す。本実施例では、非晶質珪素膜
を６００℃の還元雰囲気で２４時間放置して結晶化させ
た多結晶珪素膜においておこなった。
３、実施例４においては上記工程において、多結晶珪素
膜の結晶性をさらに高める目的でおこなわれる[3] のレ
ーザー光照射に関するものとする。図１には本実施例の
レーザー処理工程を示す。本実施例では、非晶質珪素膜
を６００℃の還元雰囲気で２４時間放置して結晶化させ
た多結晶珪素膜においておこなった。
【００２６】図１（Ａ）に示すように、レーザービーム
１１は、基板１２（１５０ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を
照射するに足る大きさで，例えば、幅１ｍｍ、長さ３０
０ｍｍの線状である。レーザーとしてはＫｒＦエキシマ
ーレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いた。レーザーの繰
り返し周波数は１００Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密
度は２００ｍＪ／ｃｍ2 となるようにした。（図１
（Ａ）） まず、基板をチャンバー４２内の駆動装置４０上に設置
し、チャンバー４２を１Ｐａまで排気し、また、基板を
４５０℃まで加熱した。そして、この状態で１回目のレ
ーザー光照射をおこなった。図１（Ｂ）に示すように、
レーザー光が基板を照射するように、基板を移動した。
（図１（Ｂ））
１１は、基板１２（１５０ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を
照射するに足る大きさで，例えば、幅１ｍｍ、長さ３０
０ｍｍの線状である。レーザーとしてはＫｒＦエキシマ
ーレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いた。レーザーの繰
り返し周波数は１００Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密
度は２００ｍＪ／ｃｍ2 となるようにした。（図１
（Ａ）） まず、基板をチャンバー４２内の駆動装置４０上に設置
し、チャンバー４２を１Ｐａまで排気し、また、基板を
４５０℃まで加熱した。そして、この状態で１回目のレ
ーザー光照射をおこなった。図１（Ｂ）に示すように、
レーザー光が基板を照射するように、基板を移動した。
（図１（Ｂ））
【００２７】そして、レーザー光を照射しつつ、基板を
移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／
ｓとした。レーザー光は１秒間に１０ｍｍづつ移動し、
その間にレーザーは１００ショットのパルスを照射する
ので、レーザービームは１ショットごとに０．１ｍｍず
つずれていくことになった。ビームの幅は１ｍｍなの
で、１か所に付き１０ショット程度のレーザー光が照射
された。このようにして、基板の下端までレーザーを走
査し、基板全体に対してレーザー光照射をおこなった。
（図１（Ｃ））
移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／
ｓとした。レーザー光は１秒間に１０ｍｍづつ移動し、
その間にレーザーは１００ショットのパルスを照射する
ので、レーザービームは１ショットごとに０．１ｍｍず
つずれていくことになった。ビームの幅は１ｍｍなの
で、１か所に付き１０ショット程度のレーザー光が照射
された。このようにして、基板の下端までレーザーを走
査し、基板全体に対してレーザー光照射をおこなった。
（図１（Ｃ））
【００２８】その後、引き続き２回目のレーザー光照射
をおこなった。２回目のレーザー光照射においては、基
板温度を２００℃とした後、チャンバー４２内に大気を
導入し、大気中でおこなった。このときの工程の手順と
しては、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す１回目の工程と同様
におこなった。図１（Ｂ）に示すように、レーザー光が
基板を照射するように、基板を移動した。このとき、基
板温度は３００℃とした。レーザーは１回目と同じく、
ＫｒＦエキシマーレーザーを用い、エネルギー密度を３
００ｍＪ／ｃｍ2 とした他は１回目と同じ条件とした。
をおこなった。２回目のレーザー光照射においては、基
板温度を２００℃とした後、チャンバー４２内に大気を
導入し、大気中でおこなった。このときの工程の手順と
しては、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す１回目の工程と同様
におこなった。図１（Ｂ）に示すように、レーザー光が
基板を照射するように、基板を移動した。このとき、基
板温度は３００℃とした。レーザーは１回目と同じく、
ＫｒＦエキシマーレーザーを用い、エネルギー密度を３
００ｍＪ／ｃｍ2 とした他は１回目と同じ条件とした。
【００２９】そして、レーザー光を照射しつつ、基板を
移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／
ｓとした。このようにして、基板の下端までレーザーを
走査し、基板全体に対してレーザー光照射をおこなっ
た。以上のような工程の結果、従来のように大気中のみ
でレーザー照射を施し、結晶化をおこなった珪素膜にお
いては、約５×１０6 個／ｍｍ2 程度のリッジが観測で
きたが、本実施例においてはほとんど観測することがで
きなかった。また、２回目に大気中においてレーザー照
射をおこなった結果、珪素膜中の不対結合が酸素で埋め
られたため、この珪素膜によって作製された半導体装置
は良好な特性を示し、信頼性の高いものが得られた。
移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／
ｓとした。このようにして、基板の下端までレーザーを
走査し、基板全体に対してレーザー光照射をおこなっ
た。以上のような工程の結果、従来のように大気中のみ
でレーザー照射を施し、結晶化をおこなった珪素膜にお
いては、約５×１０6 個／ｍｍ2 程度のリッジが観測で
きたが、本実施例においてはほとんど観測することがで
きなかった。また、２回目に大気中においてレーザー照
射をおこなった結果、珪素膜中の不対結合が酸素で埋め
られたため、この珪素膜によって作製された半導体装置
は良好な特性を示し、信頼性の高いものが得られた。
【００３０】〔実施例２〕本実施例は、実施例１と異な
り、薄膜トランジスタの作製プロセスの[1] の工程にお
いて、非晶質珪素膜の結晶化を促進するニッケルを導入
して[2] の工程において低温かつ短時間の固相成長を施
した結晶性珪素膜のレーザー光照射に関する。図１には
本実施例のレーザー処理工程を示す。本実施例では、図
１（Ａ）に示すように、レーザービーム１１は、基板１
２（１５０ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を照射するに足る
大きさで、例えば、幅２ｍｍ、長さ１８０ｍｍの線状で
ある。レーザーとしてはＸｅＣｌエキシマーレーザー
（波長３０８ｎｍ）を用いた。レーザーの発振周波数は
１００Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密度は２００ｍＪ
／ｃｍ2 とした。（図１（Ａ））
り、薄膜トランジスタの作製プロセスの[1] の工程にお
いて、非晶質珪素膜の結晶化を促進するニッケルを導入
して[2] の工程において低温かつ短時間の固相成長を施
した結晶性珪素膜のレーザー光照射に関する。図１には
本実施例のレーザー処理工程を示す。本実施例では、図
１（Ａ）に示すように、レーザービーム１１は、基板１
２（１５０ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を照射するに足る
大きさで、例えば、幅２ｍｍ、長さ１８０ｍｍの線状で
ある。レーザーとしてはＸｅＣｌエキシマーレーザー
（波長３０８ｎｍ）を用いた。レーザーの発振周波数は
１００Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密度は２００ｍＪ
／ｃｍ2 とした。（図１（Ａ））
【００３１】まず、一度目のレーザー光照射は、真空中
においておこなった。実施例１と同様に図３のチャンバ
ー４２内の駆動装置４０に基板を固定し、０．１Ｐａま
で真空排気した。また、基板温度を２００℃に上昇させ
た。そして、図１（Ｂ）に示すように、レーザー光が基
板を照射するように、基板を移動した。（図１（Ｂ））
においておこなった。実施例１と同様に図３のチャンバ
ー４２内の駆動装置４０に基板を固定し、０．１Ｐａま
で真空排気した。また、基板温度を２００℃に上昇させ
た。そして、図１（Ｂ）に示すように、レーザー光が基
板を照射するように、基板を移動した。（図１（Ｂ））
【００３２】そして、レーザー光を照射しつつ、基板を
移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／
ｓとした。この結果、レーザービームは１ショットごと
に０．１ｍｍずつずれていくことになり、ビームの幅は
２ｍｍなので、１か所に付き２０ショット程度のレーザ
ー光が照射された。このようにして、基板の下端までレ
ーザーを走査し、基板全体に対してレーザー光照射をお
こなった。（図１（Ｃ）） その後、同じチャンバーにおいて２回目レーザー光照射
をおこなった。基板温度を２００℃に保ち、チャンバー
４２に１気圧の酸素を導入した。
移動した。この際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／
ｓとした。この結果、レーザービームは１ショットごと
に０．１ｍｍずつずれていくことになり、ビームの幅は
２ｍｍなので、１か所に付き２０ショット程度のレーザ
ー光が照射された。このようにして、基板の下端までレ
ーザーを走査し、基板全体に対してレーザー光照射をお
こなった。（図１（Ｃ）） その後、同じチャンバーにおいて２回目レーザー光照射
をおこなった。基板温度を２００℃に保ち、チャンバー
４２に１気圧の酸素を導入した。
【００３３】レーザーは１回目と同じく、ＸｅＣｌエキ
シマーレーザーを用い、エネルギー密度を３００ｍＪ／
ｃｍ2 とした他は１回目と同じ条件とし、レーザー光が
基板を照射するように、基板を移動した。（図１
（Ｂ）） そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。こ
の際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。こ
の結果、１か所に付き２０ショット程度のレーザー光が
照射されることとなった。このようにして、基板の下端
までレーザーを走査し、基板全体に対してレーザー光照
射をおこなった。（図１（Ｃ））
シマーレーザーを用い、エネルギー密度を３００ｍＪ／
ｃｍ2 とした他は１回目と同じ条件とし、レーザー光が
基板を照射するように、基板を移動した。（図１
（Ｂ）） そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。こ
の際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。こ
の結果、１か所に付き２０ショット程度のレーザー光が
照射されることとなった。このようにして、基板の下端
までレーザーを走査し、基板全体に対してレーザー光照
射をおこなった。（図１（Ｃ））
【００３４】以上のような２工程によって結晶性珪素膜
が得られたが、従来、ニッケルを導入して固相成長を施
した結晶性珪素膜をレーザー結晶化をおこなった場合、
特にリッジの発生が多く、約１〜５×１０8 個／ｍｍ2
程度発生していた。しかし、本実施例においてはほとん
ど観測されなかった。また、大気中におけるレーザー照
射の際に珪素膜中の不対結合が酸素で埋められたため、
この珪素膜によって作製された半導体装置は良好な特性
を示した。
が得られたが、従来、ニッケルを導入して固相成長を施
した結晶性珪素膜をレーザー結晶化をおこなった場合、
特にリッジの発生が多く、約１〜５×１０8 個／ｍｍ2
程度発生していた。しかし、本実施例においてはほとん
ど観測されなかった。また、大気中におけるレーザー照
射の際に珪素膜中の不対結合が酸素で埋められたため、
この珪素膜によって作製された半導体装置は良好な特性
を示した。
【００３５】〔実施例３〕図２には本実施例のレーザー
処理工程を示す。本実施例は、実施例２と同様にニッケ
ル添加固相成長のレーザー結晶化において、膜質のより
いっそうの均一化を図るために、１回目と２回目のレー
ザー照射において、基板を１／４回転させ、１回目のビ
ームと２回目のビームが概略直交するようにしておこな
ったものである。このようにしてレーザー光照射をおこ
なった結晶性珪素膜を用いて、Ｎチャネル型ＴＦＴを形
成したものである。本実施例では、レーザービーム２１
は、基板２２（１００ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を照射
するに足る大きさで，例えば、幅１ｍｍ、長さ２５０ｍ
ｍの線状である。レーザーとしてはＸｅＦエキシマーレ
ーザー（波長３５３ｎｍ）を用いた。レーザーの繰り返
し周波数は１００Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密度は
１５０ｍＪ／ｃｍ2 となるようにした。（図２（Ａ））
処理工程を示す。本実施例は、実施例２と同様にニッケ
ル添加固相成長のレーザー結晶化において、膜質のより
いっそうの均一化を図るために、１回目と２回目のレー
ザー照射において、基板を１／４回転させ、１回目のビ
ームと２回目のビームが概略直交するようにしておこな
ったものである。このようにしてレーザー光照射をおこ
なった結晶性珪素膜を用いて、Ｎチャネル型ＴＦＴを形
成したものである。本実施例では、レーザービーム２１
は、基板２２（１００ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を照射
するに足る大きさで，例えば、幅１ｍｍ、長さ２５０ｍ
ｍの線状である。レーザーとしてはＸｅＦエキシマーレ
ーザー（波長３５３ｎｍ）を用いた。レーザーの繰り返
し周波数は１００Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密度は
１５０ｍＪ／ｃｍ2 となるようにした。（図２（Ａ））
【００３６】まず、基板を真空チャンバー内に設置し、
チャンバーを１Ｐａまで排気した。また、基板を５５０
℃まで加熱した。そして、この状態で１回目のレーザー
光照射をおこなった。図２（Ｂ）に示すように、レーザ
ー光が基板を照射するように、基板を移動した。（図２
（Ｂ）） そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。こ
の際、レーザー光の走査速度は１０ｍｍ／ｓとした。こ
のようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板
全体に対してレーザー光照射をおこなった。（図２
（Ｃ））
チャンバーを１Ｐａまで排気した。また、基板を５５０
℃まで加熱した。そして、この状態で１回目のレーザー
光照射をおこなった。図２（Ｂ）に示すように、レーザ
ー光が基板を照射するように、基板を移動した。（図２
（Ｂ）） そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。こ
の際、レーザー光の走査速度は１０ｍｍ／ｓとした。こ
のようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板
全体に対してレーザー光照射をおこなった。（図２
（Ｃ））
【００３７】その後、チャンバーに０．１気圧の酸素を
導入し、また、基板温度を２００℃に低下させた。さら
に、基板を１／４回転させた。そして、レーザー光が基
板を照射するように、基板を移動した。（図２（Ｄ）） レーザーとしては，１回目と同じくＸｅＦエキシマーレ
ーザーを用い、レーザー光のエネルギー密度を３００ｍ
Ｊ／ｃｍ2 とした他は１回目と同じ条件とした。そし
て、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。この
際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。この
ようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板全
体に対してレーザー光照射をおこなった。（図２
（Ｅ））
導入し、また、基板温度を２００℃に低下させた。さら
に、基板を１／４回転させた。そして、レーザー光が基
板を照射するように、基板を移動した。（図２（Ｄ）） レーザーとしては，１回目と同じくＸｅＦエキシマーレ
ーザーを用い、レーザー光のエネルギー密度を３００ｍ
Ｊ／ｃｍ2 とした他は１回目と同じ条件とした。そし
て、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。この
際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。この
ようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板全
体に対してレーザー光照射をおこなった。（図２
（Ｅ））
【００３８】以上のような２工程によって結晶性珪素膜
が得られたが、１回目のレーザー照射を５５０℃の比較
的高い温度でおこなったため、かつ、１回目と２回目の
レーザー照射のビームが概略直交するように、基板を１
／４回転させておこなったため、実施例２に比較して特
にリッジの発生を抑制することができ、膜質のむらが少
ない良質の結晶性珪素膜が得られた。以下、このように
して得られた結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製する工
程について、図５を用いて説明する。図５（Ａ）にはガ
ラス基板および下地酸化珪素膜上に、上記のレーザー処
理工程を経た結晶性珪素膜５０１が形成された様子が示
されている。（図５（Ａ））
が得られたが、１回目のレーザー照射を５５０℃の比較
的高い温度でおこなったため、かつ、１回目と２回目の
レーザー照射のビームが概略直交するように、基板を１
／４回転させておこなったため、実施例２に比較して特
にリッジの発生を抑制することができ、膜質のむらが少
ない良質の結晶性珪素膜が得られた。以下、このように
して得られた結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製する工
程について、図５を用いて説明する。図５（Ａ）にはガ
ラス基板および下地酸化珪素膜上に、上記のレーザー処
理工程を経た結晶性珪素膜５０１が形成された様子が示
されている。（図５（Ａ））
【００３９】次に、このように結晶化させた珪素膜５０
１をエッチングして島状珪素膜５０２を形成した。この
島状珪素膜５０２は後にＴＦＴの活性層を形成する。さ
らに、この上にゲイト絶縁膜５０３を形成した。ここで
は、プラズマＣＶＤ法によって厚さ５００〜１２００
Å、例えば１０００Åの酸化珪素膜を形成した。従来、
このようにゲイト絶縁膜５０３を薄くするとリッジの影
響を受けて、膜厚の薄いところや凹凸の部分が生じて、
電界が集中し、トンネル電流や絶縁破壊の原因となって
いたが、本発明を用いることでリッジが低減されたため
そのような不良はほとんど生じなかった。また、活性層
とゲイト絶縁膜の界面状態はＴＦＴの特性に影響する
が、リッジがほとんど存在していないため、優れたＴＦ
Ｔ特性が得られた。
１をエッチングして島状珪素膜５０２を形成した。この
島状珪素膜５０２は後にＴＦＴの活性層を形成する。さ
らに、この上にゲイト絶縁膜５０３を形成した。ここで
は、プラズマＣＶＤ法によって厚さ５００〜１２００
Å、例えば１０００Åの酸化珪素膜を形成した。従来、
このようにゲイト絶縁膜５０３を薄くするとリッジの影
響を受けて、膜厚の薄いところや凹凸の部分が生じて、
電界が集中し、トンネル電流や絶縁破壊の原因となって
いたが、本発明を用いることでリッジが低減されたため
そのような不良はほとんど生じなかった。また、活性層
とゲイト絶縁膜の界面状態はＴＦＴの特性に影響する
が、リッジがほとんど存在していないため、優れたＴＦ
Ｔ特性が得られた。
【００４０】その後、厚さ３０００Å〜３μｍ、例え
ば、６０００Åのアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もし
くは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃを含む）膜をスパッタ
リング法によって形成した。その後、このアルミニウム
膜をエッチングして、ゲイト電極５０４を形成した。
（図５（Ｂ）） そして、イオンドーピング法によって、島状珪素膜にゲ
イト電極をマスクとして自己整合的に不純物として燐を
注入して、Ｎ型不純物領域５０４を形成した。ここで、
ドーズ量は１×１０14〜８×１０15原子／ｃｍ2 、加速
電圧は６０〜９０ｋＶ、例えば、ドーズ量を１×１０15
原子／ｃｍ2 、加速電圧を８０ｋＶとした。（図５
（Ｃ））
ば、６０００Åのアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もし
くは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃを含む）膜をスパッタ
リング法によって形成した。その後、このアルミニウム
膜をエッチングして、ゲイト電極５０４を形成した。
（図５（Ｂ）） そして、イオンドーピング法によって、島状珪素膜にゲ
イト電極をマスクとして自己整合的に不純物として燐を
注入して、Ｎ型不純物領域５０４を形成した。ここで、
ドーズ量は１×１０14〜８×１０15原子／ｃｍ2 、加速
電圧は６０〜９０ｋＶ、例えば、ドーズ量を１×１０15
原子／ｃｍ2 、加速電圧を８０ｋＶとした。（図５
（Ｃ））
【００４１】その後、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２
４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｃｅｃ）を照射して、ドーピ
ングされた不純物領域の活性化をおこなった。このとき
のエネルギー密度は、２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2 が適
当であった。そして、全面に層間絶縁膜５０６として、
プラズマＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ５０００Å
形成した。そして、層間絶縁膜５０６とゲイト絶縁膜５
０３をエッチングして、ソース／ドレイン領域にコンタ
クトホールを形成した。その後、３０００Å〜２μｍ、
例えば、５０００Åのアルミニウム膜をスパッタリング
法によって形成した。そして、このアルミニウム膜をエ
ッチングしてソース／ドレイン電極５０７を形成して、
Ｎチャネル型ＴＦＴを作製した。（図５（Ｄ））
４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｃｅｃ）を照射して、ドーピ
ングされた不純物領域の活性化をおこなった。このとき
のエネルギー密度は、２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2 が適
当であった。そして、全面に層間絶縁膜５０６として、
プラズマＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ５０００Å
形成した。そして、層間絶縁膜５０６とゲイト絶縁膜５
０３をエッチングして、ソース／ドレイン領域にコンタ
クトホールを形成した。その後、３０００Å〜２μｍ、
例えば、５０００Åのアルミニウム膜をスパッタリング
法によって形成した。そして、このアルミニウム膜をエ
ッチングしてソース／ドレイン電極５０７を形成して、
Ｎチャネル型ＴＦＴを作製した。（図５（Ｄ））
【００４２】〔実施例４〕図２には本実施例のレーザー
処理工程を示す。本実施例は、実施例３と同様にニッケ
ル添加固相成長のレーザー結晶化において、膜質のより
いっそうの均一化を図るために、１回目と２回目のレー
ザー照射に際して、基板を１／４回転させておこなった
ものである。また、本実施例においては、１回目と２回
目のレーザー照射を共に真空中においておこなった。本
実施例でも、レーザービーム２１は、基板２２（１００
ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を照射するに足る大きさで，
例えば、幅１ｍｍ、長さ２５０ｍｍの線状である。レー
ザーとしてはＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎ
ｍ）を用いた。レーザーの発振周波数は１０Ｈｚ、レー
ザー光のエネルギー密度は１５０ｍＪ／ｃｍ2 とした。
（図２（Ａ））
処理工程を示す。本実施例は、実施例３と同様にニッケ
ル添加固相成長のレーザー結晶化において、膜質のより
いっそうの均一化を図るために、１回目と２回目のレー
ザー照射に際して、基板を１／４回転させておこなった
ものである。また、本実施例においては、１回目と２回
目のレーザー照射を共に真空中においておこなった。本
実施例でも、レーザービーム２１は、基板２２（１００
ｍｍ×２００ｍｍ）の一辺を照射するに足る大きさで，
例えば、幅１ｍｍ、長さ２５０ｍｍの線状である。レー
ザーとしてはＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎ
ｍ）を用いた。レーザーの発振周波数は１０Ｈｚ、レー
ザー光のエネルギー密度は１５０ｍＪ／ｃｍ2 とした。
（図２（Ａ））
【００４３】まず、基板を真空チャンバー内に設置し、
基板温度を５５０℃まで上昇させた。そして、図２
（Ｂ）に示すように、レーザー光が基板を照射するよう
に、基板を移動した。（図２（Ｂ）） そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。こ
の際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。こ
のようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板
全体に対してレーザー光照射をおこなった。（図２
（Ｃ）） その後、基板を１／４回転させた。そして、レーザー光
が基板を照射するように、基板を移動した。このとき、
基板温度は５５０℃であった。（図２（Ｄ））
基板温度を５５０℃まで上昇させた。そして、図２
（Ｂ）に示すように、レーザー光が基板を照射するよう
に、基板を移動した。（図２（Ｂ）） そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。こ
の際、レーザー光の走査速度を１０ｍｍ／ｓとした。こ
のようにして、基板の下端までレーザーを走査し、基板
全体に対してレーザー光照射をおこなった。（図２
（Ｃ）） その後、基板を１／４回転させた。そして、レーザー光
が基板を照射するように、基板を移動した。このとき、
基板温度は５５０℃であった。（図２（Ｄ））
【００４４】そして、１回目と同様に、レーザーとして
はＫｒＦエキシマーレーザーを用い、レーザー光照射を
おこなった。レーザー光のエネルギー密度を２８０ｍＪ
／ｃｍ2 とした以外は１回目と同じ条件とし、基板全体
に対してレーザー光照射をおこなった。（図２（Ｅ））
はＫｒＦエキシマーレーザーを用い、レーザー光照射を
おこなった。レーザー光のエネルギー密度を２８０ｍＪ
／ｃｍ2 とした以外は１回目と同じ条件とし、基板全体
に対してレーザー光照射をおこなった。（図２（Ｅ））
【００４５】以上のような２工程によって結晶性珪素膜
が得られたが、１回目、２回目とも５５０℃という比較
的高い温度でレーザー光照射がおこなわれたため、結晶
粒界の緩和が促進され、リッジは極めて少なくなった。
また、粒界における結晶欠陥等も、上記の温度似夜レー
ザー光照射によって格段に減少せしめることができた。
この効果は、実施例３における酸素雰囲気中でのレーザ
ー光照射に匹敵するものであった。実施例３において
は、チャンバー内を酸素雰囲気に保持するため、基板温
度は３５０℃が限界であったが、本実施例では、真空中
であるため基板温度を５５０℃まで高めることが可能で
あった。
が得られたが、１回目、２回目とも５５０℃という比較
的高い温度でレーザー光照射がおこなわれたため、結晶
粒界の緩和が促進され、リッジは極めて少なくなった。
また、粒界における結晶欠陥等も、上記の温度似夜レー
ザー光照射によって格段に減少せしめることができた。
この効果は、実施例３における酸素雰囲気中でのレーザ
ー光照射に匹敵するものであった。実施例３において
は、チャンバー内を酸素雰囲気に保持するため、基板温
度は３５０℃が限界であったが、本実施例では、真空中
であるため基板温度を５５０℃まで高めることが可能で
あった。
【００４６】
【発明の効果】本発明のレーザー光照射技術によって、
レーザー結晶化工程において発生する半導体膜表面のリ
ッジを抑えることができ、さらにはその半導体材料を用
いて作製した半導体素子の特性の向上および劣化を防止
することができた。また、固相成長法によって非晶質材
料を結晶化させた膜においても、本発明によるレーザー
結晶化をおこなった場合リッジの低減に格段の効果がみ
られた。このように本発明は工業上、有益なものと考え
られる。
レーザー結晶化工程において発生する半導体膜表面のリ
ッジを抑えることができ、さらにはその半導体材料を用
いて作製した半導体素子の特性の向上および劣化を防止
することができた。また、固相成長法によって非晶質材
料を結晶化させた膜においても、本発明によるレーザー
結晶化をおこなった場合リッジの低減に格段の効果がみ
られた。このように本発明は工業上、有益なものと考え
られる。
【図１】 実施例のレーザー処理方法を示す図。（実施
例１および実施例２）
例１および実施例２）
【図２】 実施例のレーザー処理方法を示す図。（実施
例３および実施例４）
例３および実施例４）
【図３】 実施例で使用したレーザーアニール装置の概
念図を示す。
念図を示す。
【図４】 マルチチャンバーを有するレーザーアニール
装置の概念図を示す。
装置の概念図を示す。
【図５】 実施例３におけるＴＦＴの作製工程を示す
図。
図。
１１・・・・・レーザースポット
１２・・・・・基板
３１・・・・・防振台
３２・・・・・レーザー発振器
３３・・・・・増幅器
３４・・・・・光学系
３５、３６、３７、３８・・全反射ミラー
３９・・・・・ミラー
４０・・・・・試料のステージおよび駆動装置
４１・・・・・基板
４２・・・・・真空槽
５０１・・・・結晶性珪素膜
５０２・・・・島状珪素膜
５０３・・・・ゲイト絶縁膜
５０４・・・・ゲイト電極
５０５・・・・Ｎ不純物領域（ソース／ドレイン領域）
５０６・・・・層間絶縁膜
５０７・・・・ソース／ドレイン電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−89905（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−124890（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−107560（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−162433（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−260436（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−212431（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−307727（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−249592（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−88196（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/20
H01L 21/268
H01L 21/324
Claims (11)
- 【請求項１】真空中において半導体材料に１回目のレー
ザー光の照射を行い、大気中において前記半導体材料に
２回目のレーザー光の照射を行うことによって前記半導
体材料の結晶性を向上させた後、 前記半導体材料をエッチングして島状領域を形成し、 前記島状領域上にゲイト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、 前記島状領域に不純物元素を注入してソース及びドレイ
ンを形成する ことを特徴とする半導体デバイスの作製方
法。 - 【請求項２】真空中において半導体材料に１回目のレー
ザー光の照射を行い、大気中において前記半導体材料に
２回目のレーザー光の照射を行うことによって前記半導
体材料の結晶性を向上させた後、前記多結晶の半導体材料をエッチングして島状領域を形
成し、 前記島状領域上にゲイト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、 前記島状領域に不純物元素を注入してソース及びドレイ
ンを形成し、 前記２回目のレーザー光の照射におけるレーザー光のエ
ネルギー密度は、前記１回目のレーザー光の照射におけ
るレーザー光のエネルギー密度よりも大きいことを特徴
とする半導体デバイスの作製方法。 - 【請求項３】真空中において半導体材料に１回目のレー
ザー光の照射を行い、大気中において前記半導体材料に
２回目のレーザー光の照射を行うことによって前記半導
体材料の結晶性を向上させた後、前記半導体材料をエッチングして島状領域を形成し、 前記島状領域上にゲイト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、 前記島状領域に不純物元素を注入してソース及びドレイ
ンを形成し、 前記２回目のレーザー光の照射においてレーザー光が前
記半導体材料に対して走査される方向は、前記１回目の
レーザー光の照射においてレーザー光が前記半導体材料
に対して走査される方向に対して概略直交していること
を特徴とする半導体デバイスの作製方法。 - 【請求項４】請求項３において、前記２回目のレーザー
光の照射におけるレーザー光のエネルギー密度は、前記
１回目のレーザー光の照射におけるレーザー光のエネル
ギー密度よりも大きいことを特徴とする半導体デバイス
の作製方法。 - 【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか一におい
て、前記１回目のレーザー光の照射と前記２回目のレー
ザー光の照射は、各々異なるチャンバー内で行われるこ
とを特徴とする半導体デバイスの作製方法。 - 【請求項６】チャンバー内で半導体材料に１回目のレー
ザー光の照射を行い、前記チャンバーとは異なるチャン
バー内で前記半導体材料に２回目のレーザー光の照射を
行うことによって前記半導体材料の結晶性を向上させた
後、前記半導体材料をエッチングして島状領域を形成し、 前記島状領域上にゲイト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、 前記島状領域に不純物元素を注入してソース及びドレイ
ンを形成し、 前記２回目のレーザー光の照射においてレーザー光が前
記半導体材料に対して走査される方向は、前記１回目の
レーザー光の照射においてレーザー光が前記半導体材料
に対して走査される方向に対して概略直交していること
を特徴とする半導体デバイスの作製方法。 - 【請求項７】チャンバー内で半導体材料に１回目のレー
ザー光の照射を行い、前記チャンバーとは異なるチャン
バー内で前記半導体材料に２回目のレーザー光の照射を
行うことによって前記半導体材料の結晶性を向上させた
後、前記半導体材料をエッチングして島状領域を形成し、 前記島状領域上にゲイト絶縁膜を形成し、 前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、 前記島状領域に不純物元素を注入してソース及びドレイ
ンを形成し、 前記２回目のレーザー光の照射におけるレーザー光のエ
ネルギー密度は、前記１回目のレーザー光の照射におけ
るレーザー光のエネルギー密度よりも大きいことを特徴
とする半導体デバイスの作製方法。 - 【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか一におい
て、前記１回目のレーザー光の照射及び前記２回目のレ
ーザー光の照射におけるレーザー光は線状のビームであ
ることを特徴とする半導体デバイスの作製方法。 - 【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれか一におい
て、前記１回目のレーザー光の照射及び前記２回目のレ
ーザー光の照射は室温から５５０℃の温度で行われるこ
とを特徴とする半導体デバイスの作製方法。 - 【請求項１０】請求項１乃至請求項９のいずれか一にお
いて、前記２回目のレーザー光の照射は酸素雰囲気中の
減圧下で行われることを特徴とする半導体デバイスの作
製方法。 - 【請求項１１】請求項１乃至請求項１０のいずれか一に
記載の半導体デバイスの作製方法を用いて作製されたこ
とを特徴とする半導体デバイス。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30982694A JP3535241B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 半導体デバイス及びその作製方法 |
| US08/462,361 US5795795A (en) | 1994-11-18 | 1995-06-05 | Method of processing semiconductor device with laser |
| TW084109016A TW302550B (ja) | 1994-11-18 | 1995-08-29 | |
| CNB951196308A CN1143369C (zh) | 1994-11-18 | 1995-11-17 | 用激光处理半导体器件的方法 |
| US09/133,330 US6143661A (en) | 1994-11-18 | 1998-08-13 | Method of processing semiconductor device with laser |
| JP2000264767A JP3949362B2 (ja) | 1994-11-18 | 2000-09-01 | 半導体デバイスの作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30982694A JP3535241B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 半導体デバイス及びその作製方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2000264767A Division JP3949362B2 (ja) | 1994-11-18 | 2000-09-01 | 半導体デバイスの作製方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08148428A JPH08148428A (ja) | 1996-06-07 |
| JP3535241B2 true JP3535241B2 (ja) | 2004-06-07 |
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| JP (2) | JP3535241B2 (ja) |
| CN (1) | CN1143369C (ja) |
| TW (1) | TW302550B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US9121829B2 (en) | 2011-03-04 | 2015-09-01 | Joled Inc. | Crystallinity evaluation method, crystallinity evaluation device, and computer software thereof |
| US9275855B2 (en) | 2011-03-22 | 2016-03-01 | Joled Inc. | Semiconductor thin-film forming method, semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, substrate, and thin-film substrate |
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| JPH0869967A (ja) * | 1994-08-26 | 1996-03-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
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