JPH07249592A - 半導体デバイスのレーザー処理方法 - Google Patents
半導体デバイスのレーザー処理方法Info
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- JPH07249592A JPH07249592A JP6066592A JP6659294A JPH07249592A JP H07249592 A JPH07249592 A JP H07249592A JP 6066592 A JP6066592 A JP 6066592A JP 6659294 A JP6659294 A JP 6659294A JP H07249592 A JPH07249592 A JP H07249592A
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Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザー光の照射によって特性（特に、しき
い値電圧）の均一性のよい半導体デバイスを制作する方
法を提供する。 【構成】 線状に加工したレーザー光を基板状の半導体
デバイスもしくは半導体デバイスとなるべき物体に照射
する。その際に、最初は低エネルギーのレーザー光を照
射（第１レーザー照射）し、ついで、基板を回転させ
て、前記第１レーザー照射のレーザー光に対して直角に
なるように第１レーザー照射よりも大きなエネルギーの
レーザー光を照射（第２レーザー照射）する。その結
果、レーザー照射による半導体の結晶性が均一となり、
特性が安定する。
い値電圧）の均一性のよい半導体デバイスを制作する方
法を提供する。 【構成】 線状に加工したレーザー光を基板状の半導体
デバイスもしくは半導体デバイスとなるべき物体に照射
する。その際に、最初は低エネルギーのレーザー光を照
射（第１レーザー照射）し、ついで、基板を回転させ
て、前記第１レーザー照射のレーザー光に対して直角に
なるように第１レーザー照射よりも大きなエネルギーの
レーザー光を照射（第２レーザー照射）する。その結
果、レーザー照射による半導体の結晶性が均一となり、
特性が安定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、量産性に優れ、ばらつ
きが小さく、歩留りの高いレーザー光照射による半導体
デバイスの作製方法に関する。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、さらには、イ
オン照射、イオン注入、イオンドーピング等によってダ
メージを受け、結晶性が著しく損なわれた半導体材料に
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、あるいは結晶性を回復させる
方法に関する。
きが小さく、歩留りの高いレーザー光照射による半導体
デバイスの作製方法に関する。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、さらには、イ
オン照射、イオン注入、イオンドーピング等によってダ
メージを受け、結晶性が著しく損なわれた半導体材料に
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、あるいは結晶性を回復させる
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。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。
従来、このような目的のためには熱的なアニールが用い
られていた。半導体材料として珪素を用いる場合には、
６００℃から１１００℃の温度で０．１〜４８時間、も
しくはそれ以上の時間のアニールをおこなうことによっ
て、非晶質の結晶化、結晶性の回復、結晶性の向上等が
なされてきた。
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。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。
従来、このような目的のためには熱的なアニールが用い
られていた。半導体材料として珪素を用いる場合には、
６００℃から１１００℃の温度で０．１〜４８時間、も
しくはそれ以上の時間のアニールをおこなうことによっ
て、非晶質の結晶化、結晶性の回復、結晶性の向上等が
なされてきた。
【０００３】このような、熱アニールは、一般に温度が
高いほど処理時間は短くても良かったが、５００℃以下
の温度ではほとんど効果はなかった。したがって、プロ
セスの低温化の観点からは、従来、熱アニールによって
なされていた工程を他の手段によって置き換えることが
必要とされた。レーザー光照射技術は究極の低温プロセ
スと注目されている。すなわち、レーザー光は熱アニー
ルに匹敵する高いエネルギーを必要とされる箇所にのみ
限定して与えることができ、基板全体を高い温度にさら
す必要がないからである。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た。
高いほど処理時間は短くても良かったが、５００℃以下
の温度ではほとんど効果はなかった。したがって、プロ
セスの低温化の観点からは、従来、熱アニールによって
なされていた工程を他の手段によって置き換えることが
必要とされた。レーザー光照射技術は究極の低温プロセ
スと注目されている。すなわち、レーザー光は熱アニー
ルに匹敵する高いエネルギーを必要とされる箇所にのみ
限定して与えることができ、基板全体を高い温度にさら
す必要がないからである。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た。
【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。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、大エネルギー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。
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。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、大エネルギー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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】第１の方法の問題点は
処理に時間がかかることであった。これは連続発振レー
ザーの最大エネルギーが限られたものであるため、ビー
ムスポットのサイズがせいぜいｍｍ単位となったためで
ある。これに対し、第２の方法ではレーザーの最大エネ
ルギーは非常に大きく、したがって、数ｃｍ2 以上の大
きなスポットを用いて、より量産性を上げることができ
た。しかしながら、通常用いられる正方形もしくは長方
形の形状のビームでは、１枚の大きな面積の基板を処理
するには、ビームを上下左右に移動させる必要があり、
量産性の面で依然として改善する余地があった。
処理に時間がかかることであった。これは連続発振レー
ザーの最大エネルギーが限られたものであるため、ビー
ムスポットのサイズがせいぜいｍｍ単位となったためで
ある。これに対し、第２の方法ではレーザーの最大エネ
ルギーは非常に大きく、したがって、数ｃｍ2 以上の大
きなスポットを用いて、より量産性を上げることができ
た。しかしながら、通常用いられる正方形もしくは長方
形の形状のビームでは、１枚の大きな面積の基板を処理
するには、ビームを上下左右に移動させる必要があり、
量産性の面で依然として改善する余地があった。
【０００６】これに関しては、ビームを線状に変形し、
ビームの幅を処理すべき基板を越える長さとし、このビ
ームを走査することによって、大きく改善できた。改善
すべき問題として残されていたことはレーザー照射効果
の均一性であった。パルス発振レーザーはパルスごとに
エネルギーがある程度変動するため、基板全面にわたっ
て、均一に処理することは困難であった。特に、レーザ
ースポットの重なり部分に関して特性を均一に保つこと
は重要な未解決課題であった。
ビームの幅を処理すべき基板を越える長さとし、このビ
ームを走査することによって、大きく改善できた。改善
すべき問題として残されていたことはレーザー照射効果
の均一性であった。パルス発振レーザーはパルスごとに
エネルギーがある程度変動するため、基板全面にわたっ
て、均一に処理することは困難であった。特に、レーザ
ースポットの重なり部分に関して特性を均一に保つこと
は重要な未解決課題であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、この不均一性
の問題を解決する目的でなされたものである。従来、上
記のような不均一性を緩和するには、強いパルスレーザ
ー光の照射の前に、それよりも弱いパルスレーザー光の
予備的な照射をおこなうと均一性が向上することが報告
されている。しかしながら、この場合も、レーザースポ
ットの重なり部分に関してはなおざりにされていた。
の問題を解決する目的でなされたものである。従来、上
記のような不均一性を緩和するには、強いパルスレーザ
ー光の照射の前に、それよりも弱いパルスレーザー光の
予備的な照射をおこなうと均一性が向上することが報告
されている。しかしながら、この場合も、レーザースポ
ットの重なり部分に関してはなおざりにされていた。
【０００８】本発明では、線状レーザービームをうまく
利用することによってこの問題を解決する。すなわち、
本発明では、比較的弱い出力の線状パルスレーザー光を
照射して基板を処理したのち、先の線状レーザー光とは
概略直角に、より強い出力の線状レーザー光を照射する
ことによって基板を処理する。この場合、最初のレーザ
ー光処理の出力と後のレーザー光処理の出力の絶対値は
必要とされる均一性と特性を考慮して決定すればよい。
利用することによってこの問題を解決する。すなわち、
本発明では、比較的弱い出力の線状パルスレーザー光を
照射して基板を処理したのち、先の線状レーザー光とは
概略直角に、より強い出力の線状レーザー光を照射する
ことによって基板を処理する。この場合、最初のレーザ
ー光処理の出力と後のレーザー光処理の出力の絶対値は
必要とされる均一性と特性を考慮して決定すればよい。
【０００９】最初の線状レーザー光と後の線状レーザー
光とを概略直行させるには、レーザー光の向きを変えて
もよいし、基板の向きを概略１／４回転（より一般的に
は、（ｎ／２＋１／４）（但し、ｎは自然数）回転）さ
せてもよい。この例を図１に示す。最初に基板（四角形
ＡＢＣＤ）を図１（Ａ）のように配置して、線状の細長
いレーザー光１を上から下へと走査することによって、
基板の処理をおこなう。レーザー光の出力は比較的弱い
ものとする。レーザー光の照射された部分２には、図１
（Ａ）に点線で示すように、レーザー光のパルス強度の
ばらつきや、レーザースポットの重なりによって、不均
一性が見られることがある。基板のうちの３の部分はま
だレーザーが照射されていない。（図１（Ａ））
光とを概略直行させるには、レーザー光の向きを変えて
もよいし、基板の向きを概略１／４回転（より一般的に
は、（ｎ／２＋１／４）（但し、ｎは自然数）回転）さ
せてもよい。この例を図１に示す。最初に基板（四角形
ＡＢＣＤ）を図１（Ａ）のように配置して、線状の細長
いレーザー光１を上から下へと走査することによって、
基板の処理をおこなう。レーザー光の出力は比較的弱い
ものとする。レーザー光の照射された部分２には、図１
（Ａ）に点線で示すように、レーザー光のパルス強度の
ばらつきや、レーザースポットの重なりによって、不均
一性が見られることがある。基板のうちの３の部分はま
だレーザーが照射されていない。（図１（Ａ））
【００１０】次に基板を１／４回転させる。（図１
（Ｂ）） そして、再び、上から下へとレーザー光４を走査するこ
とによって、基板の処理をおこなう。この際のレーザー
光の出力は、最初のレーザー光の出力よりも大きいもの
とする。（図１（Ｃ））
（Ｂ）） そして、再び、上から下へとレーザー光４を走査するこ
とによって、基板の処理をおこなう。この際のレーザー
光の出力は、最初のレーザー光の出力よりも大きいもの
とする。（図１（Ｃ））
【００１１】
【作用】図１においても明らかであるが、本発明では、
後のレーザー照射によってもたらされる不均一性は、先
のレーザー照射の工程によってもたらされた不均一性と
直行するということである。このため、不均一性が相殺
しあって弱められる。このようにして、本発明では均一
性のよい半導体デバイスを得ることができる。本発明に
おいては、レーザーの照射されるべき物体の形状は、何
のパターンも有しない膜状のものであってもよいし、ほ
ぼデバイスの形状が完成したものでもよい。
後のレーザー照射によってもたらされる不均一性は、先
のレーザー照射の工程によってもたらされた不均一性と
直行するということである。このため、不均一性が相殺
しあって弱められる。このようにして、本発明では均一
性のよい半導体デバイスを得ることができる。本発明に
おいては、レーザーの照射されるべき物体の形状は、何
のパターンも有しない膜状のものであってもよいし、ほ
ぼデバイスの形状が完成したものでもよい。
【００１２】本発明においては線状のビームを用いるこ
と、および、それを概略直行させて２回もしくばそれ以
上照射すること、等の特徴を有するのであるから、基板
としては、正方形や長方形の形状の方が、円形のものよ
り無駄になるレーザー光がないため効率的である。もち
ろん、本発明で円形の基板を用いてはならないというこ
とではない。図１は本発明の極めて基本的な例である。
本発明は処理すべき基板に設けられた回路の構成によ
り、いくつかのパターンがある。以下に実施例を示し、
より詳細に本発明を説明する。
と、および、それを概略直行させて２回もしくばそれ以
上照射すること、等の特徴を有するのであるから、基板
としては、正方形や長方形の形状の方が、円形のものよ
り無駄になるレーザー光がないため効率的である。もち
ろん、本発明で円形の基板を用いてはならないというこ
とではない。図１は本発明の極めて基本的な例である。
本発明は処理すべき基板に設けられた回路の構成によ
り、いくつかのパターンがある。以下に実施例を示し、
より詳細に本発明を説明する。
【００１３】
【実施例】図５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５２で発振
され、全反射ミラー５５、５６を経由して増幅器５３で
増幅され、さらに全反射ミラー５７、５８を経由して光
学系５４に導入される。それまでのレーザー光のビーム
は３×２ｃｍ2 程度の長方形であるが、この光学系６４
によって長さ１０〜３０ｃｍ、幅０．３ｃｍ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１０００ｍＪ／ショットであった。
ル装置の概念図を示す。レーザー光は発振器５２で発振
され、全反射ミラー５５、５６を経由して増幅器５３で
増幅され、さらに全反射ミラー５７、５８を経由して光
学系５４に導入される。それまでのレーザー光のビーム
は３×２ｃｍ2 程度の長方形であるが、この光学系６４
によって長さ１０〜３０ｃｍ、幅０．３ｃｍ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１０００ｍＪ／ショットであった。
【００１４】光学系５４の内部の光路は図６のように示
される。光学系５４に入射したレーザー光は、シリンド
リカル凹レンズＡ、シリンドリカル凸レンズＢ、横方向
のフライアイレンズＣ、縦方向のフライアイレンズＤを
通過する。これらフライアイレンズＣ、Ｄを通過するこ
とによってレーザー光はそれまでのガウス分布型から矩
形分布に変化する。さらに、シリンドリカル凸レンズ
Ｅ、Ｆを通過してミラーＧ（図５ではミラー５９）を介
して、シリンドリカルレンズＨによって集束され、試料
に照射される。
される。光学系５４に入射したレーザー光は、シリンド
リカル凹レンズＡ、シリンドリカル凸レンズＢ、横方向
のフライアイレンズＣ、縦方向のフライアイレンズＤを
通過する。これらフライアイレンズＣ、Ｄを通過するこ
とによってレーザー光はそれまでのガウス分布型から矩
形分布に変化する。さらに、シリンドリカル凸レンズ
Ｅ、Ｆを通過してミラーＧ（図５ではミラー５９）を介
して、シリンドリカルレンズＨによって集束され、試料
に照射される。
【００１５】本実施例では、図６の距離Ｘ1 、Ｘ2 を固
定し、仮想焦点Ｉ（これはフライアイレンズの曲面の違
いによって生ずるようになっている）とミラーＧとの距
離Ｘ3 、と距離Ｘ4 、Ｘ5 とを調節して、倍率Ｍ、焦点
距離Ｆを調整した。すなわち、これらの間には、 Ｍ＝（Ｘ3 ＋Ｘ4 ）／Ｘ5 、 １／Ｆ＝１／（Ｘ3 ＋Ｘ4 ）＋１／Ｘ5 、 という関係がある。なお、本実施例では光路全長Ｘ6 は
約１．３ｍであった。
定し、仮想焦点Ｉ（これはフライアイレンズの曲面の違
いによって生ずるようになっている）とミラーＧとの距
離Ｘ3 、と距離Ｘ4 、Ｘ5 とを調節して、倍率Ｍ、焦点
距離Ｆを調整した。すなわち、これらの間には、 Ｍ＝（Ｘ3 ＋Ｘ4 ）／Ｘ5 、 １／Ｆ＝１／（Ｘ3 ＋Ｘ4 ）＋１／Ｘ5 、 という関係がある。なお、本実施例では光路全長Ｘ6 は
約１．３ｍであった。
【００１６】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５４を出た
後、全反射ミラー５９を経て、試料６１に照射される
が、ビームの幅が試料の幅よりも長いので、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６０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。本発明にお
いては、１方向への移動に加えて、試料を回転させる機
能を有すればよい。
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５４を出た
後、全反射ミラー５９を経て、試料６１に照射される
が、ビームの幅が試料の幅よりも長いので、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６０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。本発明にお
いては、１方向への移動に加えて、試料を回転させる機
能を有すればよい。
【００１７】これに対して、正方形に近いビームであれ
ば、それだけで基板全面をカバーすることは不可能であ
るので、試料を縦方向、横方向というように２次元的に
移動させなければならない。しかし、その場合にはステ
ージの駆動装置は複雑になり、また、位置合わせも２次
元的に行わなければならないので難しい。特にアライメ
ントを手動でおこなう場合には、その工程での時間のロ
スが大きく生産性が低下する。なお、これらの装置は防
振台等の安定な架台５１上に固定される必要がある。
ば、それだけで基板全面をカバーすることは不可能であ
るので、試料を縦方向、横方向というように２次元的に
移動させなければならない。しかし、その場合にはステ
ージの駆動装置は複雑になり、また、位置合わせも２次
元的に行わなければならないので難しい。特にアライメ
ントを手動でおこなう場合には、その工程での時間のロ
スが大きく生産性が低下する。なお、これらの装置は防
振台等の安定な架台５１上に固定される必要がある。
【００１８】本実施例では、アクティブマトリクス型液
晶表示装置（ＡＭＬＣＤ）において、アクティブマトリ
クス回路を駆動する周辺回路も同じ基板上に形成されて
いる、いわゆるモノリシック型ＡＭＬＣＤについて説明
する。このようなＡＭＬＣＤに用いられる素子のうち薄
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。 [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、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）の塗布 [2] 固相成長による非晶質珪素膜の結晶化（固相成長条
件の例：５５０℃、８時間、窒素雰囲気中） [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] レーザー照射による注入された不純物の活性化 [9] 層間絶縁物の形成 [10]ソース／ドレインへの電極の形成 本実施例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。
晶表示装置（ＡＭＬＣＤ）において、アクティブマトリ
クス回路を駆動する周辺回路も同じ基板上に形成されて
いる、いわゆるモノリシック型ＡＭＬＣＤについて説明
する。このようなＡＭＬＣＤに用いられる素子のうち薄
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。 [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、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）の塗布 [2] 固相成長による非晶質珪素膜の結晶化（固相成長条
件の例：５５０℃、８時間、窒素雰囲気中） [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] レーザー照射による注入された不純物の活性化 [9] 層間絶縁物の形成 [10]ソース／ドレインへの電極の形成 本実施例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。
【００１９】このような装置では、図２（Ａ）に示すよ
うに、基板２１上には、アクティブマトリクス回路の領
域２２と、カラムドライバー２３およびスキャンドライ
バー２４がその縁に設けられている。カラムドライバー
２３もスキャンドライバー２４も回路構成はほぼ同じで
ある。一般には、図３に示すようにドライバー領域の長
手方向に多数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成され
る。（図３にはカラムドライバーのアナログスイッチの
ＴＦＴを示す。このＴＦＴは大きなチャネル幅（約８０
０μｍ）を有する）
うに、基板２１上には、アクティブマトリクス回路の領
域２２と、カラムドライバー２３およびスキャンドライ
バー２４がその縁に設けられている。カラムドライバー
２３もスキャンドライバー２４も回路構成はほぼ同じで
ある。一般には、図３に示すようにドライバー領域の長
手方向に多数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成され
る。（図３にはカラムドライバーのアナログスイッチの
ＴＦＴを示す。このＴＦＴは大きなチャネル幅（約８０
０μｍ）を有する）
【００２０】図２には本実施例の第１の例を示す。ま
ず、図２（Ｂ）に示すように、細長い線状レーザー光２
５を図の上から下の方向へ走査することにより、レーザ
ー処理をおこなった。レーザー照射は大気中でおこな
い、基板温度は２００℃とした。レーザーとしてはＫｒ
Ｆエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）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２００ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光の走査速度は
３ｍｍ／ｓとした。この結果、レーザービームは３００
μｍずつずれていくことになる。ビームの幅は０．３ｍ
ｍなので、１か所に付き１０ショット程度のレーザー光
が照射されることとなる。
ず、図２（Ｂ）に示すように、細長い線状レーザー光２
５を図の上から下の方向へ走査することにより、レーザ
ー処理をおこなった。レーザー照射は大気中でおこな
い、基板温度は２００℃とした。レーザーとしてはＫｒ
Ｆエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）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２００ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光の走査速度は
３ｍｍ／ｓとした。この結果、レーザービームは３００
μｍずつずれていくことになる。ビームの幅は０．３ｍ
ｍなので、１か所に付き１０ショット程度のレーザー光
が照射されることとなる。
【００２１】その後、基板を時計方向に９０°回転させ
る。（図２（Ｃ）） そして、再びレーザー光によって図の上から下の方向に
走査をおこない、レーザー処理をおこなう。レーザー照
射は大気中でおこない、基板温度は２００℃とした。こ
の際には、レーザーの発振周波数、走査速度は先のレー
ザー照射と同じとし、エネルギー密度のみを３００ｍＪ
／ｃｍ2 とした。（図２（Ｄ））
る。（図２（Ｃ）） そして、再びレーザー光によって図の上から下の方向に
走査をおこない、レーザー処理をおこなう。レーザー照
射は大気中でおこない、基板温度は２００℃とした。こ
の際には、レーザーの発振周波数、走査速度は先のレー
ザー照射と同じとし、エネルギー密度のみを３００ｍＪ
／ｃｍ2 とした。（図２（Ｄ））
【００２２】最後のレーザー照射はレーザーのエネルギ
ー密度が大きいため半導体デバイスの特性に大きな影響
を与える。本発明によってレーザーのばらつきはかなり
削減されているが、それでも完全に解決できるものでは
ない。例えば、レーザーの重なり具合を見てみる。図３
にはカラムドライバーの様子が示されている。カラムド
ライバーでは、最初のレーザー照射では図の一点鎖線で
示される領域に重なりが生じる。その後のレーザー照射
では、レーザービームはカラムドライバーの長手方向に
向けてレーザービームが移動するため、図の点線で示さ
れる領域に重なりが生じる。
ー密度が大きいため半導体デバイスの特性に大きな影響
を与える。本発明によってレーザーのばらつきはかなり
削減されているが、それでも完全に解決できるものでは
ない。例えば、レーザーの重なり具合を見てみる。図３
にはカラムドライバーの様子が示されている。カラムド
ライバーでは、最初のレーザー照射では図の一点鎖線で
示される領域に重なりが生じる。その後のレーザー照射
では、レーザービームはカラムドライバーの長手方向に
向けてレーザービームが移動するため、図の点線で示さ
れる領域に重なりが生じる。
【００２３】特に後のレーザー照射ではエネルギー密度
が大きいためＴＦＴに与える影響も大きく、レーザーの
ショット毎のエネルギーのバラツキが隣接するＴＦＴの
特性に大きな変動をもたらすことが予想される。実際に
は、最初の予備的なレーザー照射によってこの変動は十
分に小さく抑えられているが、それでも、カラムドライ
バーのようなアナログスイッチを有するものでは隣接す
るＴＦＴで０．０２Ｖ以上のしきい値電圧の違いがあっ
てはならない。そういう観点からすると、図２で示した
ような方法ではカラムドライバーのＴＦＴのしきい値電
圧が大きくバラツク可能性があり、好ましくない。そこ
で、図４のような方法が考えられる。
が大きいためＴＦＴに与える影響も大きく、レーザーの
ショット毎のエネルギーのバラツキが隣接するＴＦＴの
特性に大きな変動をもたらすことが予想される。実際に
は、最初の予備的なレーザー照射によってこの変動は十
分に小さく抑えられているが、それでも、カラムドライ
バーのようなアナログスイッチを有するものでは隣接す
るＴＦＴで０．０２Ｖ以上のしきい値電圧の違いがあっ
てはならない。そういう観点からすると、図２で示した
ような方法ではカラムドライバーのＴＦＴのしきい値電
圧が大きくバラツク可能性があり、好ましくない。そこ
で、図４のような方法が考えられる。
【００２４】まず、基板を図２（Ａ）と同様な向きにセ
ットする。図において、３１は基板、３２はアクティブ
マトリクス回路の領域、３３はカラムドライバー、３４
はスキャンドライバーである。（図３（Ａ）） そして、これを時計方向に９０°回転させる。（図３
（Ｂ）） この状態で、図の上から下へとレーザー光３５を走査す
ることによってレーザー処理をおこなう。レーザー照射
の条件は図２の場合と同じとした。すなわち、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２００ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光の走査速度は３ｍｍ
／ｓとした。レーザー照射は大気中でおこない、基板温
度は２００℃とした。（図３（Ｃ））
ットする。図において、３１は基板、３２はアクティブ
マトリクス回路の領域、３３はカラムドライバー、３４
はスキャンドライバーである。（図３（Ａ）） そして、これを時計方向に９０°回転させる。（図３
（Ｂ）） この状態で、図の上から下へとレーザー光３５を走査す
ることによってレーザー処理をおこなう。レーザー照射
の条件は図２の場合と同じとした。すなわち、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２００ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光の走査速度は３ｍｍ
／ｓとした。レーザー照射は大気中でおこない、基板温
度は２００℃とした。（図３（Ｃ））
【００２５】その後、基板を反時計方向に回転させた。
（図３（Ｄ）） そして、レーザー光３５を図の上から下の方向へ走査す
ることによってレーザー処理をおこなった。レーザー照
射の条件は、レーザーエネルギー密度を３００ｍＪ／ｃ
ｍ2 とした以外は、先のレーザー照射条件と同じとし
た。（図３（Ｅ）） この場合には最初のレーザー照射では、カラムドライバ
ーに関しては図３の点線で示された領域のような重なり
が生じるものの、より大きなエネルギーのレーザー光が
照射される際には図３の一点鎖線の領域に重なりができ
る。したがって、ＴＦＴのばらつきは著しく抑えられ
る。
（図３（Ｄ）） そして、レーザー光３５を図の上から下の方向へ走査す
ることによってレーザー処理をおこなった。レーザー照
射の条件は、レーザーエネルギー密度を３００ｍＪ／ｃ
ｍ2 とした以外は、先のレーザー照射条件と同じとし
た。（図３（Ｅ）） この場合には最初のレーザー照射では、カラムドライバ
ーに関しては図３の点線で示された領域のような重なり
が生じるものの、より大きなエネルギーのレーザー光が
照射される際には図３の一点鎖線の領域に重なりができ
る。したがって、ＴＦＴのばらつきは著しく抑えられ
る。
【００２６】一方、スキャンドライバーでは、図２の方
法でカラムドライバーで問題となったことが同じく問題
となると考えられるかもしれない。しかしながら、スキ
ャンドライバーでは、カラムドライバーのようなアナロ
グスイッチはなく、隣接ＴＦＴのしきい値のバラツキも
０．１Ｖ程度で十分であり、この程度のバラツキは通常
の本発明の方式（例えば、図１に示した方式）で満たさ
れる。このように本発明をさらに発展させることによ
り、半導体デバイスの均一性をより高めることもでき
る。なお、本実施例ではレーザー照射による結晶性の改
善の場合を示したが、不純物導入後のソース／ドレイン
領域の活性化の工程[8] においても同じように実施でき
る。
法でカラムドライバーで問題となったことが同じく問題
となると考えられるかもしれない。しかしながら、スキ
ャンドライバーでは、カラムドライバーのようなアナロ
グスイッチはなく、隣接ＴＦＴのしきい値のバラツキも
０．１Ｖ程度で十分であり、この程度のバラツキは通常
の本発明の方式（例えば、図１に示した方式）で満たさ
れる。このように本発明をさらに発展させることによ
り、半導体デバイスの均一性をより高めることもでき
る。なお、本実施例ではレーザー照射による結晶性の改
善の場合を示したが、不純物導入後のソース／ドレイン
領域の活性化の工程[8] においても同じように実施でき
る。
【００２７】
【発明の効果】本発明のレーザー照射技術によって、量
産性を維持しつつ、半導体デバイスの均一性を高めるこ
とができた。本発明は半導体デバイスのプロセスに利用
される全てのレーザー処理プロセスに利用できるが、中
でも半導体デバイスとしてＴＦＴを取り上げる場合、Ｔ
ＦＴのしきい値電圧の均一性を向上させる意味では、実
施例に取り上げたような多結晶珪素膜へのレーザー照射
の工程に用いると効果が大きい。また、ＴＦＴの電界効
果移動度、あるいはオン電流の均一性を高める意味で
は、上記の工程に加えて、ソース／ドレインの不純物元
素の活性化工程に本発明を使用すると効果的である。こ
のように本発明は工業上、有益なものと考えられる。
産性を維持しつつ、半導体デバイスの均一性を高めるこ
とができた。本発明は半導体デバイスのプロセスに利用
される全てのレーザー処理プロセスに利用できるが、中
でも半導体デバイスとしてＴＦＴを取り上げる場合、Ｔ
ＦＴのしきい値電圧の均一性を向上させる意味では、実
施例に取り上げたような多結晶珪素膜へのレーザー照射
の工程に用いると効果が大きい。また、ＴＦＴの電界効
果移動度、あるいはオン電流の均一性を高める意味で
は、上記の工程に加えて、ソース／ドレインの不純物元
素の活性化工程に本発明を使用すると効果的である。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】 本発明の概念を示す。
【図２】 実施例のレーザー処理方法を示す。
【図３】 実施例のカラムドライバーのアナログスイッ
チＴＦＴの並び方を示す
チＴＦＴの並び方を示す
【図４】 実施例のレーザー処理方法を示す。
【図５】 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６】 実施例で使用したレーザーアニール装置の光
学系の概念図を示す。
学系の概念図を示す。
１、４ レーザースポット（線状レーザービー
ム） ２ レーザー処理された領域 ３ レーザー処理されていない領域 ２１、３１ 基板 ２２、３２ アクティブマトリクス回路の領域 ２３、３３ カラムドライバー ２４、３４ スキャンドライバー ２５、３５ レーザースポット（線状レーザービー
ム） ５１ 光学架台 ５２ レーザー装置（発振段） ５３ レーザー装置（増幅段） ５４ ビーム成形光学系 ５５〜５９ 全反射ミラー ６０ 試料ステージおよび駆動機構 ６１ 試料（ガラス基板）
ム） ２ レーザー処理された領域 ３ レーザー処理されていない領域 ２１、３１ 基板 ２２、３２ アクティブマトリクス回路の領域 ２３、３３ カラムドライバー ２４、３４ スキャンドライバー ２５、３５ レーザースポット（線状レーザービー
ム） ５１ 光学架台 ５２ レーザー装置（発振段） ５３ レーザー装置（増幅段） ５４ ビーム成形光学系 ５５〜５９ 全反射ミラー ６０ 試料ステージおよび駆動機構 ６１ 試料（ガラス基板）
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体デバイスの形成された基板もしく
は半導体デバイスとなるべき物体の形成された基板に対
して線状のレーザー光を走査しつつ照射する第１の工程
と、 前記基板を（ｎ／２＋１／４）回転（ｎは自然数）させ
る第２の工程と、 前記基板に対して第１の工程で用いられたレーザー光の
エネルギー密度より大きな線状のレーザー光を第１の工
程と同じ方向に走査しつつ照射する第３の工程とを有す
ることを特徴とする半導体デバイスのレーザー処理方
法。 - 【請求項２】 請求項１において、基板は長方形である
ことを特徴とする半導体デバイスのレーザー処理方法。 - 【請求項３】 基板上に形成された珪素膜に対して線状
のレーザー光を走査しつつ照射する第１の工程と、 前記基板を（ｎ／２＋１／４）回転（ｎは自然数）させ
る第２の工程と、 前記基板に対して第１の工程で用いられたレーザー光の
エネルギー密度より大きな線状のレーザー光を第１の工
程と同じ方向に走査しつつ照射する第３の工程とを有す
ることを特徴とするレーザー処理方法。 - 【請求項４】 請求項３において、珪素膜には高速のイ
オンが照射されたことを特徴とするレーザー処理方法。 - 【請求項５】 請求項３において、珪素膜は固相成長法
によって結晶化した膜であることを特徴とするレーザー
処理方法。 - 【請求項６】 請求項３において、珪素膜は非晶質状態
であることを特徴とするレーザー処理方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066592A JP3054310B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 半導体デバイスのレーザー処理方法 |
| KR1019950005177A KR100321541B1 (ko) | 1994-03-09 | 1995-03-09 | 능동 매트릭스 디스플레이 장치의 작동 방법 |
| US08/641,695 US6096581A (en) | 1994-03-09 | 1996-05-02 | Method for operating an active matrix display device with limited variation in threshold voltages |
| US09/236,620 US6509212B1 (en) | 1994-03-09 | 1999-01-26 | Method for laser-processing semiconductor device |
| KR1020000036423A KR100326887B1 (ko) | 1994-03-09 | 2000-06-29 | 디스플레이 장치 제조 방법 |
| US09/615,842 US6723590B1 (en) | 1994-03-09 | 2000-07-13 | Method for laser-processing semiconductor device |
| US09/633,869 US7504288B1 (en) | 1994-03-09 | 2000-08-07 | Method for laser-processing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066592A JP3054310B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 半導体デバイスのレーザー処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07249592A true JPH07249592A (ja) | 1995-09-26 |
| JP3054310B2 JP3054310B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=13320365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6066592A Expired - Lifetime JP3054310B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 半導体デバイスのレーザー処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3054310B2 (ja) |
Cited By (21)
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| JPH0888196A (ja) * | 1994-07-22 | 1996-04-02 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー処理方法 |
| JPH08148428A (ja) * | 1994-11-18 | 1996-06-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体デバイスのレーザー処理方法 |
| JPH09260681A (ja) * | 1996-03-23 | 1997-10-03 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| JPH1064842A (ja) * | 1996-02-15 | 1998-03-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー照射方法およびレーザー照射装置 |
| JPH10144620A (ja) * | 1996-11-07 | 1998-05-29 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー照射システムおよびその応用方法 |
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| JP2003124230A (ja) * | 2001-10-12 | 2003-04-25 | Hitachi Ltd | 薄膜トランジスタ装置、その製造方法及びこの装置を用いた画像表示装置 |
| JP2003209065A (ja) * | 2001-11-09 | 2003-07-25 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法、半導体装置、半導体装置の生産システム並びに電子機器 |
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| US7466735B2 (en) | 2001-12-21 | 2008-12-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
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| JP2011101022A (ja) * | 2001-11-22 | 2011-05-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| JP2018049897A (ja) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 株式会社日本製鋼所 | レーザ照射装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の製造方法 |
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| JP2021040107A (ja) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2021077904A (ja) * | 2021-01-21 | 2021-05-20 | 株式会社日本製鋼所 | レーザ照射装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102634724B1 (ko) | 2016-11-03 | 2024-02-06 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 레이저 가공 장치, 적층체의 가공 장치, 및 레이저 가공 방법 |
-
1994
- 1994-03-09 JP JP6066592A patent/JP3054310B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US7160792B2 (en) | 1994-07-22 | 2007-01-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser processing method |
| JPH08148428A (ja) * | 1994-11-18 | 1996-06-07 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体デバイスのレーザー処理方法 |
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