JPH07307304A - 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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- JPH07307304A JPH07307304A JP6124172A JP12417294A JPH07307304A JP H07307304 A JPH07307304 A JP H07307304A JP 6124172 A JP6124172 A JP 6124172A JP 12417294 A JP12417294 A JP 12417294A JP H07307304 A JPH07307304 A JP H07307304A
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Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 パルス状のレーザー光の照射工程を有する半
導体デバイスの作製方法を提供する。 【構成】 半導体デバイスの回路をアナログ的な回路領
域と、そうでない回路領域とにわける。この際、前者は
後者よりも小さくなるように設計する。そして、レーザ
ー光を照射する際に、アナログ的な回路領域では、レー
ザービームを実質的に移動させずにレーザー光を照射す
る。一方、アナログ的でない回路領域においては、レー
ザー光を走査しながら照射する。この結果、前記アナロ
グ的な回路領域においては、レーザービームの重なりが
実質的に存在せず、例えば、薄膜トランジスタのしきい
値電圧の均一性が向上し、アナログ回路として優れた特
性を示す。
導体デバイスの作製方法を提供する。 【構成】 半導体デバイスの回路をアナログ的な回路領
域と、そうでない回路領域とにわける。この際、前者は
後者よりも小さくなるように設計する。そして、レーザ
ー光を照射する際に、アナログ的な回路領域では、レー
ザービームを実質的に移動させずにレーザー光を照射す
る。一方、アナログ的でない回路領域においては、レー
ザー光を走査しながら照射する。この結果、前記アナロ
グ的な回路領域においては、レーザービームの重なりが
実質的に存在せず、例えば、薄膜トランジスタのしきい
値電圧の均一性が向上し、アナログ回路として優れた特
性を示す。
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、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。
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、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、６００℃程度
の温度では長時間の処理を必要とした。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、６００℃程度
の温度では長時間の処理を必要とした。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。
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。
【０００６】しかしながら、パルスレーザーを照射する
場合には、光学系の改良によって、１ショットパルスの
ビーム内でのエネルギーの均一性は達成できても、パル
スの重なりによる素子の特性のばらつきを改善すること
さ難しかった。特に、素子が、ちょうどレーザー光のビ
ームの端部に位置した場合には、素子の特性（特にＭＯ
Ｓトランジスタのしきい値電圧）はかなり大きくバラつ
いた。半導体デバイスに関しては、デジタル回路ではし
きい値電圧のバラツキはかなり許容されるが、アナログ
回路においては、隣接するトランジスタのしきい値電圧
のバラツキは０．０２Ｖ以下の値が要求されることもあ
った。
場合には、光学系の改良によって、１ショットパルスの
ビーム内でのエネルギーの均一性は達成できても、パル
スの重なりによる素子の特性のばらつきを改善すること
さ難しかった。特に、素子が、ちょうどレーザー光のビ
ームの端部に位置した場合には、素子の特性（特にＭＯ
Ｓトランジスタのしきい値電圧）はかなり大きくバラつ
いた。半導体デバイスに関しては、デジタル回路ではし
きい値電圧のバラツキはかなり許容されるが、アナログ
回路においては、隣接するトランジスタのしきい値電圧
のバラツキは０．０２Ｖ以下の値が要求されることもあ
った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、この問題を解
決する目的でなされたものである。レーザービームの重
なりによるバラツキをなくすには、理想的には、回路全
体を一括して照射できるような大きなビームでレーザー
光照射をおこなうことであるが、現実的には不可能であ
る。そこで、本発明では基板上において、レーザービー
ムの重なりのない比較的狭い領域と、レーザービームの
重なりのある比較的広い領域とに分けることによって、
全体として、十分な特性を得られるようにする。
決する目的でなされたものである。レーザービームの重
なりによるバラツキをなくすには、理想的には、回路全
体を一括して照射できるような大きなビームでレーザー
光照射をおこなうことであるが、現実的には不可能であ
る。そこで、本発明では基板上において、レーザービー
ムの重なりのない比較的狭い領域と、レーザービームの
重なりのある比較的広い領域とに分けることによって、
全体として、十分な特性を得られるようにする。
【０００８】本発明においては、基板上の回路をアナロ
グ回路を中心とした回路領域と、アナログ的な要素の薄
い回路領域とに分け、さらに、レーザー光のビームの大
きさをアナログ回路を中心とした回路領域よりも大きく
し、実質的にレーザー光を移動させなくとも、アナログ
回路を中心とした回路領域の全体にレーザー光を照射さ
せることができるようにする。そして、アナログ回路を
中心とした回路領域においては、実質的に、レーザーを
移動させることなく、レーザー光を照射せしめる。すな
わち、アナログ回路を中心とした回路領域においては、
レーザービームの重なりが実質的に存在しないようにす
る。
グ回路を中心とした回路領域と、アナログ的な要素の薄
い回路領域とに分け、さらに、レーザー光のビームの大
きさをアナログ回路を中心とした回路領域よりも大きく
し、実質的にレーザー光を移動させなくとも、アナログ
回路を中心とした回路領域の全体にレーザー光を照射さ
せることができるようにする。そして、アナログ回路を
中心とした回路領域においては、実質的に、レーザーを
移動させることなく、レーザー光を照射せしめる。すな
わち、アナログ回路を中心とした回路領域においては、
レーザービームの重なりが実質的に存在しないようにす
る。
【０００９】一方、アナログ的な要素の薄い回路領域に
おいては、レーザー光を走査させることによって、レー
ザー光の照射をおこなう。この結果、この領域において
はレーザービームの重なりが生じることとなる。例え
ば、アクティブマトリクス回路と、それを駆動するため
の周辺回路（ドライバー回路）が同一基板上に形成され
た液晶ディスプレー（モノリシック型液晶ディスプレ
ー）においては、アナログ回路を中心とした回路領域と
は、アクティブマトリクスを駆動するドライバー回路、
なかでも、アナログ信号を出力するソースドライバー
（カラムドライバー）回路である。一方、アナログ的な
要素の薄い回路領域としては、アクティブマトリクス回
路やゲイトドライバー（スキャンドライバー）回路であ
る。
おいては、レーザー光を走査させることによって、レー
ザー光の照射をおこなう。この結果、この領域において
はレーザービームの重なりが生じることとなる。例え
ば、アクティブマトリクス回路と、それを駆動するため
の周辺回路（ドライバー回路）が同一基板上に形成され
た液晶ディスプレー（モノリシック型液晶ディスプレ
ー）においては、アナログ回路を中心とした回路領域と
は、アクティブマトリクスを駆動するドライバー回路、
なかでも、アナログ信号を出力するソースドライバー
（カラムドライバー）回路である。一方、アナログ的な
要素の薄い回路領域としては、アクティブマトリクス回
路やゲイトドライバー（スキャンドライバー）回路であ
る。
【００１０】本発明を実施するには、レーザーのビーム
の形状を、このような回路にあわせる、もしくは、回路
の形状をレーザーのビームにあわせる必要があるが、一
般的には線状ないし長方形状とすることが望ましい。ま
た、例えば、液晶ディスプレーのカラムドライバーとス
キャンドライバーは概略直交して形成されるので、これ
らの処理をおこなうには、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。
の形状を、このような回路にあわせる、もしくは、回路
の形状をレーザーのビームにあわせる必要があるが、一
般的には線状ないし長方形状とすることが望ましい。ま
た、例えば、液晶ディスプレーのカラムドライバーとス
キャンドライバーは概略直交して形成されるので、これ
らの処理をおこなうには、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。
【００１１】
【作用】以上のように処理することにより、アナログ的
な回路領域では、重なりができず、レーザービームの面
内均一性のみに支配されることとなる。その結果、レー
ザービームの面内均一性を十分に改善することにより、
特性のそろった素子を形成できる。一方、アナログ的な
要素の薄い回路領域では、レーザービームの重なりによ
る特性のバラツキは不可避であるが、そもそも、このよ
うな回路においては、少々のバラツキは許容されるので
実質的に問題とはならない。
な回路領域では、重なりができず、レーザービームの面
内均一性のみに支配されることとなる。その結果、レー
ザービームの面内均一性を十分に改善することにより、
特性のそろった素子を形成できる。一方、アナログ的な
要素の薄い回路領域では、レーザービームの重なりによ
る特性のバラツキは不可避であるが、そもそも、このよ
うな回路においては、少々のバラツキは許容されるので
実質的に問題とはならない。
【００１２】このようにして、本発明では、基板上に形
成された回路全体として、レーザービームの重なりによ
る悪影響を除去し、回路全体の特性を向上させることが
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。以下に実施例を示し、より詳細に本発明を説明す
る。
成された回路全体として、レーザービームの重なりによ
る悪影響を除去し、回路全体の特性を向上させることが
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。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１〕 図４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４２で
発振され、全反射ミラー４５、４６を経由して増幅器４
３で増幅され、さらに全反射ミラー４７、４８を経由し
て光学系４４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６４によって長さ１００〜３００ｍｍ、幅１０〜３
０ｍｍ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３０Ｊ／ショットであ
った。
ニール装置の概念図を示す。レーザー光は発振器４２で
発振され、全反射ミラー４５、４６を経由して増幅器４
３で増幅され、さらに全反射ミラー４７、４８を経由し
て光学系４４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６４によって長さ１００〜３００ｍｍ、幅１０〜３
０ｍｍ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３０Ｊ／ショットであ
った。
【００１４】光学系４４の内部の光路は図５のように示
される。光学系４４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４４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５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Ｘ 3 、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Ｘ 3 、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４４を出た
後、全反射ミラー４９を経て、試料５１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５０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４４を出た
後、全反射ミラー４９を経て、試料５１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５０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４１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４１上に固定される必要がある。
【００１８】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、アクティブマトリクス型液晶表示装置（ＡＭＬＣ
Ｄ）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。
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、アクティブマトリクス型液晶表示装置（ＡＭＬＣ
Ｄ）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。
【００１９】このような装置では、図１（Ａ）に示すよ
うに、基板１１上には、アクティブマトリクス回路の領
域１４と、カラムドライバー１３およびスキャンドライ
バー１２がその縁に設けられることとなっている。実際
には、このレーザー照射の段階では、上記の工程からも
明らかなように、基板上には一様な膜が存在するのみで
あるが、分かりやすくするために回路の形成される位置
を示す。カラムドライバー１３もスキャンドライバー１
２もシフトレジスタを有するのであるが、カラムドライ
バーはアナログ信号を出力するので、そのための増幅器
（バッファー回路）が含まれることなる。このようなＡ
ＭＬＣＤ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。
うに、基板１１上には、アクティブマトリクス回路の領
域１４と、カラムドライバー１３およびスキャンドライ
バー１２がその縁に設けられることとなっている。実際
には、このレーザー照射の段階では、上記の工程からも
明らかなように、基板上には一様な膜が存在するのみで
あるが、分かりやすくするために回路の形成される位置
を示す。カラムドライバー１３もスキャンドライバー１
２もシフトレジスタを有するのであるが、カラムドライ
バーはアナログ信号を出力するので、そのための増幅器
（バッファー回路）が含まれることなる。このようなＡ
ＭＬＣＤ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。
【００２０】[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（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
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（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
【００２１】本実施例および以下の実施例２および３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。
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。
【００２２】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、レーザービーム１５は、カラムドラ
イバー１３全体を照射するに足る大きさで，例えば、幅
１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの長方形である。まず、図１
（Ｂ）に示すように、レーザー光がカラムドライバーに
照射されるように、基板を移動した。この段階ではレー
ザー光は基板に照射されない。その後、実質的にレーザ
ービームおよび基板を移動させないで、レーザー光を照
射した。レーザー光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ＫｒＦ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３０
０ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光のパルスは１０ショットと
した。必要なショット数のレーザー光照射が完了した
ら、レーザー光照射を停止した。（図１（Ｂ））
す。本実施例では、レーザービーム１５は、カラムドラ
イバー１３全体を照射するに足る大きさで，例えば、幅
１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの長方形である。まず、図１
（Ｂ）に示すように、レーザー光がカラムドライバーに
照射されるように、基板を移動した。この段階ではレー
ザー光は基板に照射されない。その後、実質的にレーザ
ービームおよび基板を移動させないで、レーザー光を照
射した。レーザー光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ＫｒＦ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３０
０ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光のパルスは１０ショットと
した。必要なショット数のレーザー光照射が完了した
ら、レーザー光照射を停止した。（図１（Ｂ））
【００２３】その後、レーザー光の照射されるべき位置
を下にずらし、アクティブマトリクス領域１４およびス
キャンドライバー１２の上端がレーザービーム１５にか
かる位置まで基板を移動させた。（図１（Ｃ）） そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。例
えば、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３００ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光の走
査速度は１０ｍｍ／ｓとした。この結果、レーザービー
ム１５は１ｍｍずつずれていくことになる。ビームの幅
は１０ｍｍ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。（図１（Ｄ））
を下にずらし、アクティブマトリクス領域１４およびス
キャンドライバー１２の上端がレーザービーム１５にか
かる位置まで基板を移動させた。（図１（Ｃ）） そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。例
えば、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３００ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光の走
査速度は１０ｍｍ／ｓとした。この結果、レーザービー
ム１５は１ｍｍずつずれていくことになる。ビームの幅
は１０ｍｍ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。（図１（Ｄ））
【００２４】このようにして、基板の下端までレーザー
を走査し、スキャンドライバー１２およびアクティブマ
トリクス領域１４に対してレーザー光照射をおこなっ
た。（図１（Ｅ）） 本実施例では、カラムドライバー１３においては、レー
ザービームの重なりはなかった。その結果、カラムドラ
イバーにおける薄膜トランジスタのしきい値電圧は非常
にバラツキの小さいものとなり、典型的には、隣接の薄
膜トランジスタで０．０１Ｖ以下、カラムドライバー内
で０．０５Ｖ以下であった。他の特性も同様であった。
一方、スキャンドライバー１２とアクティブマトリクス
領域１４にはレーザービームの重なりが生じた。したが
って、例えば、スキャンドライバー１２における薄膜ト
ランジスタのしきい値電圧のバラツキは、隣接のもの
で、０．１Ｖ程度、面内でも同じくらいであった。アク
ティブマトリクス領域１４も同様である。しかしなが
ら、この程度のバラツキはそれぞれの回路の動作には全
く支障のないものであった。
を走査し、スキャンドライバー１２およびアクティブマ
トリクス領域１４に対してレーザー光照射をおこなっ
た。（図１（Ｅ）） 本実施例では、カラムドライバー１３においては、レー
ザービームの重なりはなかった。その結果、カラムドラ
イバーにおける薄膜トランジスタのしきい値電圧は非常
にバラツキの小さいものとなり、典型的には、隣接の薄
膜トランジスタで０．０１Ｖ以下、カラムドライバー内
で０．０５Ｖ以下であった。他の特性も同様であった。
一方、スキャンドライバー１２とアクティブマトリクス
領域１４にはレーザービームの重なりが生じた。したが
って、例えば、スキャンドライバー１２における薄膜ト
ランジスタのしきい値電圧のバラツキは、隣接のもの
で、０．１Ｖ程度、面内でも同じくらいであった。アク
ティブマトリクス領域１４も同様である。しかしなが
ら、この程度のバラツキはそれぞれの回路の動作には全
く支障のないものであった。
【００２５】〔実施例２〕 図２には本実施例のレーザ
ー処理工程を示す。本実施例でも、レーザービーム２５
は、カラムドライバー２３全体を照射するに足る大きさ
で，例えば、幅１０ｍｍ、長さ２００ｍｍの長方形であ
る。まず、図２（Ｂ）に示すように、レーザー光がカラ
ムドライバーに照射されるように、基板を移動した。こ
の段階ではレーザー光は基板に照射されない。その後、
実質的にレーザービームおよび基板を移動させないで、
レーザー光を照射した。レーザー光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Ｋ
ｒＦ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３００ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光のパルスは
１０ショットとした。必要なショット数のレーザー光照
射が完了したら、レーザー光照射を停止した。（図２
（Ｂ））
ー処理工程を示す。本実施例でも、レーザービーム２５
は、カラムドライバー２３全体を照射するに足る大きさ
で，例えば、幅１０ｍｍ、長さ２００ｍｍの長方形であ
る。まず、図２（Ｂ）に示すように、レーザー光がカラ
ムドライバーに照射されるように、基板を移動した。こ
の段階ではレーザー光は基板に照射されない。その後、
実質的にレーザービームおよび基板を移動させないで、
レーザー光を照射した。レーザー光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Ｋ
ｒＦ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３００ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光のパルスは
１０ショットとした。必要なショット数のレーザー光照
射が完了したら、レーザー光照射を停止した。（図２
（Ｂ））
【００２６】その後、レーザー光の照射されるべき位置
を下にずらし、アクティブマトリクス領域２４の上端が
レーザービーム２５にかかる位置まで基板を移動させ
た。なお、実施例１とは異なり、このときにはスキャン
ドライバー２２にはレーザー光が照射されないようにし
た。（図２（Ｃ）） そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。例
えば、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２５０ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光の走
査速度は１０ｍｍ／ｓとした。この結果、レーザービー
ム２５は１ｍｍずつずれていくことになる。ビームの幅
は１０ｍｍ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。（図２（Ｄ））
を下にずらし、アクティブマトリクス領域２４の上端が
レーザービーム２５にかかる位置まで基板を移動させ
た。なお、実施例１とは異なり、このときにはスキャン
ドライバー２２にはレーザー光が照射されないようにし
た。（図２（Ｃ）） そして、レーザー光を照射しつつ、基板を移動した。例
えば、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２５０ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光の走
査速度は１０ｍｍ／ｓとした。この結果、レーザービー
ム２５は１ｍｍずつずれていくことになる。ビームの幅
は１０ｍｍ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。（図２（Ｄ））
【００２７】このようにして、基板の下端までレーザー
を走査し、アクティブマトリクス領域２４に対してレー
ザー光照射をおこなった。（図２（Ｅ）） その後、基板を１／４回転させた。図２（Ｆ）におい
て、点線の四角２６は最初の基板の位置である。（図２
（Ｆ）） そして、図２（Ｇ）に示すように、レーザー光がスキャ
ンドライバー２２に照射されるように、基板を移動し
た。この段階ではレーザー光は基板に照射されないよう
になっている。。その後、実質的にレーザービームおよ
び基板を移動させないで、スキャンドライバー２２にレ
ーザー光を照射した。レーザーの発振周波数は１０Ｈ
ｚ、レーザー光のエネルギー密度は３００ｍＪ／ｃ
ｍ2 、レーザー光のパルスは１０ショットとした。必要
なショット数のレーザー光照射が完了したら、レーザー
光照射を停止した。（図２（Ｇ））
を走査し、アクティブマトリクス領域２４に対してレー
ザー光照射をおこなった。（図２（Ｅ）） その後、基板を１／４回転させた。図２（Ｆ）におい
て、点線の四角２６は最初の基板の位置である。（図２
（Ｆ）） そして、図２（Ｇ）に示すように、レーザー光がスキャ
ンドライバー２２に照射されるように、基板を移動し
た。この段階ではレーザー光は基板に照射されないよう
になっている。。その後、実質的にレーザービームおよ
び基板を移動させないで、スキャンドライバー２２にレ
ーザー光を照射した。レーザーの発振周波数は１０Ｈ
ｚ、レーザー光のエネルギー密度は３００ｍＪ／ｃ
ｍ2 、レーザー光のパルスは１０ショットとした。必要
なショット数のレーザー光照射が完了したら、レーザー
光照射を停止した。（図２（Ｇ））
【００２８】本実施例では、カラムドライバー２３のみ
ならず、スキャンドライバー２２にもレーザービームの
重なりはなかった。また、本実施例では、ドライバー回
路は３００ｍＪ／ｃｍ2 のレーザー光を照射したのに対
し、アクティブマトリクス回路に対しては、２５０ｍＪ
／ｃｍ2 のレーザー光を照射した。これは、アクティブ
マトリクス回路においては、リーク電流（ゲイトに逆バ
イアス電圧を印加した際の漏洩電流。オフ電流とも言
う）の小さい薄膜トランジスタを得るためである。一
方、ドライバー回路では、薄膜トランジスタが高速動作
を要求されるので、レーザー光のエネルギーを高くし、
高いモビリティーを得るようにした。
ならず、スキャンドライバー２２にもレーザービームの
重なりはなかった。また、本実施例では、ドライバー回
路は３００ｍＪ／ｃｍ2 のレーザー光を照射したのに対
し、アクティブマトリクス回路に対しては、２５０ｍＪ
／ｃｍ2 のレーザー光を照射した。これは、アクティブ
マトリクス回路においては、リーク電流（ゲイトに逆バ
イアス電圧を印加した際の漏洩電流。オフ電流とも言
う）の小さい薄膜トランジスタを得るためである。一
方、ドライバー回路では、薄膜トランジスタが高速動作
を要求されるので、レーザー光のエネルギーを高くし、
高いモビリティーを得るようにした。
【００２９】〔実施例３〕 図３には本実施例のレーザ
ー処理工程を示す。本実施例では、実施例１、２とは異
なり、基板の上下左右にドライバー回路を有するモノリ
シック型液晶ディスプレーに関し、また、本実施例は、
このようなディスプレーの活性化工程（実施例１の
『[8] レーザー照射による注入された不純物の活性化』
に相当する）に関する。
ー処理工程を示す。本実施例では、実施例１、２とは異
なり、基板の上下左右にドライバー回路を有するモノリ
シック型液晶ディスプレーに関し、また、本実施例は、
このようなディスプレーの活性化工程（実施例１の
『[8] レーザー照射による注入された不純物の活性化』
に相当する）に関する。
【００３０】図６に本実施例によって処理されるべき基
板の全体の工程の概要を示す。まず、基板（コーニング
７０５９、３００ｍｍ×２００ｍｍ）１０１上に下地酸
化膜１０２として厚さ１０００〜５０００Å、例えば、
２０００Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成
方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用し
た。しかし、より量産性を高めるには、ＴＥＯＳをプラ
ズマＣＶＤ法で分解・堆積して形成してもよい。また、
このように形成した酸化珪素膜を４００〜６５０℃でア
ニールしてもよい。
板の全体の工程の概要を示す。まず、基板（コーニング
７０５９、３００ｍｍ×２００ｍｍ）１０１上に下地酸
化膜１０２として厚さ１０００〜５０００Å、例えば、
２０００Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成
方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用し
た。しかし、より量産性を高めるには、ＴＥＯＳをプラ
ズマＣＶＤ法で分解・堆積して形成してもよい。また、
このように形成した酸化珪素膜を４００〜６５０℃でア
ニールしてもよい。
【００３１】その後、プラズマＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法
によってアモルファス状のシリコン膜を３００〜５００
０Å、好ましくは４００〜１０００Å、例えば、５００
Å堆積し、これを、５５０〜６００℃の還元雰囲気に８
〜２４時間放置して、結晶化せしめた。その際には、ニ
ッケル等の結晶化を助長する金属元素を微量添加して結
晶化を促進せしめてもよい。また、この工程は、レーザ
ー照射によっておこなってもよい。そして、このように
して結晶化させたシリコン膜をエッチングして島状領域
１０３を形成した。さらに、この上にプラズマＣＶＤ法
によって厚さ７００〜１５００Å、例えば、１２００Å
の酸化珪素膜１０４を形成した。
によってアモルファス状のシリコン膜を３００〜５００
０Å、好ましくは４００〜１０００Å、例えば、５００
Å堆積し、これを、５５０〜６００℃の還元雰囲気に８
〜２４時間放置して、結晶化せしめた。その際には、ニ
ッケル等の結晶化を助長する金属元素を微量添加して結
晶化を促進せしめてもよい。また、この工程は、レーザ
ー照射によっておこなってもよい。そして、このように
して結晶化させたシリコン膜をエッチングして島状領域
１０３を形成した。さらに、この上にプラズマＣＶＤ法
によって厚さ７００〜１５００Å、例えば、１２００Å
の酸化珪素膜１０４を形成した。
【００３２】その後、厚さ１０００Å〜３μｍ、例え
ば、５０００Åのアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もし
くは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃ（スカンジウム）を含
む）膜をスパッタ法によって形成して、これをエッチン
グし、ゲイト電極１０５およびゲイト配線１０６を形成
した。（図６（Ａ））
ば、５０００Åのアルミニウム（１ｗｔ％のＳｉ、もし
くは０．１〜０．３ｗｔ％のＳｃ（スカンジウム）を含
む）膜をスパッタ法によって形成して、これをエッチン
グし、ゲイト電極１０５およびゲイト配線１０６を形成
した。（図６（Ａ））
【００３３】そして、ゲイト電極１０５およびゲイト電
極１０６に電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ５
００〜２５００Å、例えば、２０００Åの陽極酸化物１
０７、１０８を形成した。用いた電解溶液は、Ｌ−酒石
酸をエチレングリコールに５％の濃度で希釈し、アンモ
ニアを用いてｐＨを７．０±０．２に調整したものであ
る。その溶液中に基板１０１を浸し、定電流源の＋側を
基板上のゲイト配線に接続し、−側には白金の電極を接
続して２０ｍＡの定電流状態で電圧を印加し、１５０Ｖ
に到達するまで酸化を継続した。さらに、１５０Ｖで定
電圧状態で加え０．１ｍＡ以下になるまで酸化を継続し
た。この結果、厚さ２０００Åの酸化アルミニウム被膜
が得られた。
極１０６に電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ５
００〜２５００Å、例えば、２０００Åの陽極酸化物１
０７、１０８を形成した。用いた電解溶液は、Ｌ−酒石
酸をエチレングリコールに５％の濃度で希釈し、アンモ
ニアを用いてｐＨを７．０±０．２に調整したものであ
る。その溶液中に基板１０１を浸し、定電流源の＋側を
基板上のゲイト配線に接続し、−側には白金の電極を接
続して２０ｍＡの定電流状態で電圧を印加し、１５０Ｖ
に到達するまで酸化を継続した。さらに、１５０Ｖで定
電圧状態で加え０．１ｍＡ以下になるまで酸化を継続し
た。この結果、厚さ２０００Åの酸化アルミニウム被膜
が得られた。
【００３４】その後、イオンドーピング法によって、島
状シリコン膜１０３に、ゲイト電極部（すなわちゲイト
電極とその周囲の陽極酸化膜）をマスクとして自己整合
的に不純物（ここでは燐）を注入し、図６（Ｂ）に示す
ように低濃度不純物領域（ＬＤＤ）１０９を形成した。
ドーズ量は１×１０13〜５×１０14原子／ｃｍ2 、加速
電圧は１０〜９０ｋＶ、例えば、、ドーズ量を５×１０
13原子／ｃｍ2 、加速電圧は８０ｋＶとした。（図６
（Ｂ））
状シリコン膜１０３に、ゲイト電極部（すなわちゲイト
電極とその周囲の陽極酸化膜）をマスクとして自己整合
的に不純物（ここでは燐）を注入し、図６（Ｂ）に示す
ように低濃度不純物領域（ＬＤＤ）１０９を形成した。
ドーズ量は１×１０13〜５×１０14原子／ｃｍ2 、加速
電圧は１０〜９０ｋＶ、例えば、、ドーズ量を５×１０
13原子／ｃｍ2 、加速電圧は８０ｋＶとした。（図６
（Ｂ））
【００３５】そして、プラズマＣＶＤ法によって、酸化
珪素膜１１０を堆積した。ここでは、原料ガスにＴＥＯ
Ｓと酸素、もしくはモノシランと亜酸化窒素を用いた。
酸化珪素膜１１０の厚さはゲイト電極・配線の高さによ
って最適な値が異なる。例えば、本実施例のごとく、ゲ
イト電極・配線の高さが陽極酸化物被膜も含めて約６０
００Åの場合には、その１／３〜２倍の２０００Å〜
１．２μｍが好ましく、ここでは、６０００Åとした。
この成膜工程においては、平坦部での膜厚の均一性をと
もに、ステップカバレージが良好であることも要求され
る。その結果、ゲイト電極・配線の側面部の酸化珪素膜
の厚さは、図６（Ｃ）に点線で示す分だけ厚くなってい
る。（図６（Ｃ））
珪素膜１１０を堆積した。ここでは、原料ガスにＴＥＯ
Ｓと酸素、もしくはモノシランと亜酸化窒素を用いた。
酸化珪素膜１１０の厚さはゲイト電極・配線の高さによ
って最適な値が異なる。例えば、本実施例のごとく、ゲ
イト電極・配線の高さが陽極酸化物被膜も含めて約６０
００Åの場合には、その１／３〜２倍の２０００Å〜
１．２μｍが好ましく、ここでは、６０００Åとした。
この成膜工程においては、平坦部での膜厚の均一性をと
もに、ステップカバレージが良好であることも要求され
る。その結果、ゲイト電極・配線の側面部の酸化珪素膜
の厚さは、図６（Ｃ）に点線で示す分だけ厚くなってい
る。（図６（Ｃ））
【００３６】次に、公知のＲＩＥ法による異方性ドライ
エッチングをおこなうことによって、この酸化珪素膜１
０８のエッチングをおこなった。このエッチングはゲイ
ト絶縁膜１０５までエッチングが達した時点で終了し
た。このようなエッチングの終点に関しては、例えば、
ゲイト絶縁膜１０５のエッチングレートを、酸化珪素膜
１１０のものに比較して小さくすることによって、制御
することが可能である。以上の工程によって、ゲイト電
極・配線の側面には概略三角形状の絶縁物（サイドウォ
ール）１１１、１１２が残った。
エッチングをおこなうことによって、この酸化珪素膜１
０８のエッチングをおこなった。このエッチングはゲイ
ト絶縁膜１０５までエッチングが達した時点で終了し
た。このようなエッチングの終点に関しては、例えば、
ゲイト絶縁膜１０５のエッチングレートを、酸化珪素膜
１１０のものに比較して小さくすることによって、制御
することが可能である。以上の工程によって、ゲイト電
極・配線の側面には概略三角形状の絶縁物（サイドウォ
ール）１１１、１１２が残った。
【００３７】その後、再び、イオンドーピング法によっ
て、燐を導入した。この場合のドーズ量は、図６（Ｂ）
の工程のドーズ量より１〜３桁多いことが好ましい。本
実施例では、最初の燐のドーピングのドーズ量の４０倍
の２×１０15原子／ｃｍ2 とした。加速電圧は８０ｋＶ
とした。この結果、高濃度の燐が導入された領域（ソー
ス／ドレイン）１１４が形成され、また、サイドウォー
ルの下部には低濃度領域（ＬＤＤ）１１３が残された。
（図６（Ｄ））
て、燐を導入した。この場合のドーズ量は、図６（Ｂ）
の工程のドーズ量より１〜３桁多いことが好ましい。本
実施例では、最初の燐のドーピングのドーズ量の４０倍
の２×１０15原子／ｃｍ2 とした。加速電圧は８０ｋＶ
とした。この結果、高濃度の燐が導入された領域（ソー
ス／ドレイン）１１４が形成され、また、サイドウォー
ルの下部には低濃度領域（ＬＤＤ）１１３が残された。
（図６（Ｄ））
【００３８】さらに、ＫｒＦエキシマーレーザー（波長
２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、ドー
ピングされた不純物の活性化をおこなった。レーザーの
エネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、好まし
くは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2 が適当であった。（図
６（Ｅ））
２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射して、ドー
ピングされた不純物の活性化をおこなった。レーザーの
エネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、好まし
くは２５０〜３００ｍＪ／ｃｍ2 が適当であった。（図
６（Ｅ））
【００３９】最後に、全面に層間絶縁物１１５として、
ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ５０００Å形成し
た。そして、ＴＦＴのソース／ドレインにコンタクトホ
ールを形成し、２層目のアルミニウム配線・電極１１
６、１１７を形成した。アルミニウム配線の厚さはゲイ
ト電極・配線とほぼ同じ、４０００〜６０００Åとし
た。以上の工程によって、Ｎチャネル型のＬＤＤを有す
るＴＦＴが完成された。不純物領域の活性化のために、
さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなっても
よい。２層目配線１１７はゲイト配線１０６を乗り越え
る部分での段差が、サイドウォール１１２の存在によっ
て緩やかになっているため、２層目の配線の厚さがゲイ
ト電極・配線とほぼ同じであるにも関わらず、段切れは
ほとんど観察されなかった。（図６（Ｆ））
ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を厚さ５０００Å形成し
た。そして、ＴＦＴのソース／ドレインにコンタクトホ
ールを形成し、２層目のアルミニウム配線・電極１１
６、１１７を形成した。アルミニウム配線の厚さはゲイ
ト電極・配線とほぼ同じ、４０００〜６０００Åとし
た。以上の工程によって、Ｎチャネル型のＬＤＤを有す
るＴＦＴが完成された。不純物領域の活性化のために、
さらに２００〜４００℃で水素アニールをおこなっても
よい。２層目配線１１７はゲイト配線１０６を乗り越え
る部分での段差が、サイドウォール１１２の存在によっ
て緩やかになっているため、２層目の配線の厚さがゲイ
ト電極・配線とほぼ同じであるにも関わらず、段切れは
ほとんど観察されなかった。（図６（Ｆ））
【００４０】なお、以下に述べるのは上記の工程のう
ち、図６（Ｅ）におけるレーザー照射によるドーピング
不純物の活性化の工程である。次に、本実施例で処理す
べき基板の構成の概要について述べる。図７は本実施例
で処理した基板の断面の概要を示す。基板には周辺駆動
回路領域と画素回路領域が設けられており、周辺駆動回
路はＮＭＯＳおよびＰＭＯＳのＴＦＴによって、また、
画素回路はＰＭＯＳのＴＦＴによって構成されている。
なお、画素回路のＴＦＴには画素電極が設けられてお
る。（図７）
ち、図６（Ｅ）におけるレーザー照射によるドーピング
不純物の活性化の工程である。次に、本実施例で処理す
べき基板の構成の概要について述べる。図７は本実施例
で処理した基板の断面の概要を示す。基板には周辺駆動
回路領域と画素回路領域が設けられており、周辺駆動回
路はＮＭＯＳおよびＰＭＯＳのＴＦＴによって、また、
画素回路はＰＭＯＳのＴＦＴによって構成されている。
なお、画素回路のＴＦＴには画素電極が設けられてお
る。（図７）
【００４１】本実施例で処理すべき基板を上方から見た
様子を図３に示す。図６（Ｅ）から明らかであるら、以
下に記述する工程では、層間絶縁物や２層目の配線等は
形成されていない。図３（Ａ）に示すように、基板３１
上にはスキャンドライバー３２および３３とカラムドラ
イバー３４および３５、さらに、アクティブマトリクス
回路３６が形成される。本実施例でも、レーザービーム
３７は、カラムドライバー３４および３５全体を照射す
るに足る大きさで，例えば、幅１０ｍｍ、長さ３００ｍ
ｍの長方形である。
様子を図３に示す。図６（Ｅ）から明らかであるら、以
下に記述する工程では、層間絶縁物や２層目の配線等は
形成されていない。図３（Ａ）に示すように、基板３１
上にはスキャンドライバー３２および３３とカラムドラ
イバー３４および３５、さらに、アクティブマトリクス
回路３６が形成される。本実施例でも、レーザービーム
３７は、カラムドライバー３４および３５全体を照射す
るに足る大きさで，例えば、幅１０ｍｍ、長さ３００ｍ
ｍの長方形である。
【００４２】まず、図３（Ｂ）に示すように、レーザー
光がスキャンドライバー３２に照射されるように、基板
を移動した。この段階ではレーザー光は基板に照射され
ない。その後、実質的にレーザービームおよび基板を移
動させないで、レーザー光を照射した。レーザー光照射
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３００ｍＪ／ｃｍ2、レーザ
ー光のパルスは１０ショットとした。必要なショット数
のレーザー光照射が完了したら、レーザー光照射を停止
した。（図３（Ｂ））
光がスキャンドライバー３２に照射されるように、基板
を移動した。この段階ではレーザー光は基板に照射され
ない。その後、実質的にレーザービームおよび基板を移
動させないで、レーザー光を照射した。レーザー光照射
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３００ｍＪ／ｃｍ2、レーザ
ー光のパルスは１０ショットとした。必要なショット数
のレーザー光照射が完了したら、レーザー光照射を停止
した。（図３（Ｂ））
【００４３】その後、基板を移動し、スキャンドライバ
ー３３にレーザー光が照射されるように設定し、再び、
基板およびレーザービームを移動させることなく、レー
ザー照射をおこなった。この場合も上記と同じ条件で１
０ショットのレーザー光を照射した。必要なショット数
のレーザー光を照射したらレーザー光照射を停止した。
（図３（Ｃ）） その後、基板を１／４回転させた。図３（Ｄ）におい
て、点線の四角３８は最初の基板の位置である。（図３
（Ｄ））
ー３３にレーザー光が照射されるように設定し、再び、
基板およびレーザービームを移動させることなく、レー
ザー照射をおこなった。この場合も上記と同じ条件で１
０ショットのレーザー光を照射した。必要なショット数
のレーザー光を照射したらレーザー光照射を停止した。
（図３（Ｃ）） その後、基板を１／４回転させた。図３（Ｄ）におい
て、点線の四角３８は最初の基板の位置である。（図３
（Ｄ））
【００４４】その後、図３（Ｅ）に示すように、レーザ
ー光がカラムドライバー３４に照射されるように、基板
を移動した。そして、実質的にレーザービームおよび基
板を移動させないで、レーザー光を照射した。このとき
の照射条件も上記と同一としレーザー光のパルスは１０
ショットとした。必要なショット数のレーザー光照射が
完了したら、レーザー光照射を停止した。（図３
（Ｅ））
ー光がカラムドライバー３４に照射されるように、基板
を移動した。そして、実質的にレーザービームおよび基
板を移動させないで、レーザー光を照射した。このとき
の照射条件も上記と同一としレーザー光のパルスは１０
ショットとした。必要なショット数のレーザー光照射が
完了したら、レーザー光照射を停止した。（図３
（Ｅ））
【００４５】次に、レーザー光の照射されるべき位置を
下にずらし、アクティブマトリクス領域３６（およびス
キャンドライバー３２、３３）の上端がレーザービーム
３７にかかる位置まで基板を移動させた。そして、レー
ザー光を照射しつつ、基板を移動した。例えば、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２５０ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光の走査速度は１０
ｍｍ／ｓとした。この結果、レーザービーム２５は１ｍ
ｍずつずれていくことになる。ビームの幅は１０ｍｍ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。（図３（Ｆ））
下にずらし、アクティブマトリクス領域３６（およびス
キャンドライバー３２、３３）の上端がレーザービーム
３７にかかる位置まで基板を移動させた。そして、レー
ザー光を照射しつつ、基板を移動した。例えば、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２５０ｍＪ／ｃｍ2 、レーザー光の走査速度は１０
ｍｍ／ｓとした。この結果、レーザービーム２５は１ｍ
ｍずつずれていくことになる。ビームの幅は１０ｍｍ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。（図３（Ｆ））
【００４６】このようにして、アクティブマトリクス回
路３６の下端までレーザーを走査し、アクティブマトリ
クス領域３６に対してレーザー光照射をおこなった。ア
クティブマトリクスの下端まで照射が完了した段階で、
レーザー照射を停止した。そして、図３（Ｇ）に示すよ
うに、レーザー光がカラムドライバー３５に照射される
ように、基板を移動した。そして、実質的にレーザービ
ームおよび基板を移動させないで、カラムドライバー３
５にレーザー光を照射した。レーザーの発振周波数は１
０Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密度は３００ｍＪ／ｃ
ｍ2 、レーザー光のパルスは１０ショットとした。必要
なショット数のレーザー光照射が完了したら、レーザー
光照射を停止した。（図３（Ｇ））
路３６の下端までレーザーを走査し、アクティブマトリ
クス領域３６に対してレーザー光照射をおこなった。ア
クティブマトリクスの下端まで照射が完了した段階で、
レーザー照射を停止した。そして、図３（Ｇ）に示すよ
うに、レーザー光がカラムドライバー３５に照射される
ように、基板を移動した。そして、実質的にレーザービ
ームおよび基板を移動させないで、カラムドライバー３
５にレーザー光を照射した。レーザーの発振周波数は１
０Ｈｚ、レーザー光のエネルギー密度は３００ｍＪ／ｃ
ｍ2 、レーザー光のパルスは１０ショットとした。必要
なショット数のレーザー光照射が完了したら、レーザー
光照射を停止した。（図３（Ｇ））
【００４７】本実施例では、カラムドライバー３４、３
５では全くレーザービームが重ならなかった。一方、ス
キャンドライバーでは、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すレー
ザー光照射工程ではレーザービームの重なりは生じない
が、アクティブマトリクス回路のレーザー照射の際に重
なりが発生した。しかしながら、スキャンドライバー
は、カラムドライバーに比較して特性のバラツキの制約
が緩やかであることに加え、アクティブマトリクス回路
へのレーザー光照射のエネルギーが最初のレーザー照射
のエネルギーよりも小さいことから実質的な影響は全く
なかった。
５では全くレーザービームが重ならなかった。一方、ス
キャンドライバーでは、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すレー
ザー光照射工程ではレーザービームの重なりは生じない
が、アクティブマトリクス回路のレーザー照射の際に重
なりが発生した。しかしながら、スキャンドライバー
は、カラムドライバーに比較して特性のバラツキの制約
が緩やかであることに加え、アクティブマトリクス回路
へのレーザー光照射のエネルギーが最初のレーザー照射
のエネルギーよりも小さいことから実質的な影響は全く
なかった。
【００４８】
【発明の効果】本発明のレーザー光照射技術によって、
量産性を維持しつつ、全体としての半導体回路の特性を
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、ＴＦＴのしきい値電圧の均一性を向上させる意味
では、実施例１および２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、実施例３のように、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。
量産性を維持しつつ、全体としての半導体回路の特性を
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、ＴＦＴのしきい値電圧の均一性を向上させる意味
では、実施例１および２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、実施例３のように、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】 実施例のレーザー処理方法を示す。（実施例
１参照）
１参照）
【図２】 実施例のレーザー処理方法を示す。（実施例
２参照）
２参照）
【図３】 実施例のレーザー処理方法を示す。（実施例
３参照）
３参照）
【図４】 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５】 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。
【図６】 実施例のＴＦＴ素子の作製工程の概要を示
す。（実施例３参照）
す。（実施例３参照）
【図７】 ＴＦＴ回路の断面の様子を示す。（実施例３
参照）
参照）
１１、２１、３１ 基板 １２、２２、３２、３３ スキャンドライバー １３、２３、３４、３５ カラムドライバー １４、２４、３６ アクティブマトリクス回路の
領域 １５、２５、３７ レーザービームのスポット
（線状レーザービーム） ２６、３８ 回転前の基板の位置を示す。
領域 １５、２５、３７ レーザービームのスポット
（線状レーザービーム） ２６、３８ 回転前の基板の位置を示す。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/786 21/336 9056−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/78 ３１１ Ａ
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも、第１および第２の半導体集
積回路領域（ここで、第１の回路領域は第２の回路領域
よりも小さい）もしくは回路領域となるべき領域を有す
る基板に対して線状のパルスレーザー光を照射するレー
ザー処理方法において、 レーザー光の実質的なビームの大きさは、前記第１の回
路領域よりも大きく、 レーザー光を照射している間、レーザー光を実質的に移
動させることなく、第１の回路領域の全体にレーザー光
を照射する第１の工程と、 第１の工程の後に、レーザー光を照射しないで、レーザ
ー光の照射されるべき位置を第１の回路領域から離す第
２の工程と、 レーザー光を走査させつつ、第２の回路領域にレーザー
光を照射する第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】 少なくとも、第１および第２の半導体集
積回路領域（ここで、第１の回路領域は第２の回路領域
よりも小さい）もしくは回路領域となるべき領域を有す
る基板に対して線状のパルスレーザー光を照射するレー
ザー処理方法において、 レーザー光の実質的なビームの大きさは、前記第１の回
路領域よりも大きく、 レーザー光を走査させつつ、第２の回路領域にレーザー
光を照射する第１の工程と、 第１の工程の後に、レーザー光を照射しないで、レーザ
ー光の照射されるべき位置を第１の回路領域に移動する
第２の工程と、 レーザー光を照射している間、レーザー光を実質的に移
動させることなく、第１の回路領域の全体にレーザー光
を照射する第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３】 請求項１および２において、第３の工程
の後に、基板を（ｎ／２＋１／４）回転（ｎは自然数）
させる第４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４】 少なくとも、第１および第２の半導体集
積回路領域（ここで、第１の回路領域は第２の回路領域
よりも小さい）もしくは回路領域となるべき領域を有す
る基板に対して線状のパルスレーザー光を照射するレー
ザー処理方法において、 レーザー光の実質的なビームの大きさは、前記第１の回
路領域よりも大きく、 レーザー光を走査させつつ、第２の回路領域にレーザー
光を照射する第１の工程と、 第１の工程の後に、基板を（ｎ／２＋１／４）回転（ｎ
は自然数）させる第２の工程と、 第２の工程の後に、レーザー光を照射しないで、レーザ
ー光の照射されるべき位置を第１の回路領域に移動させ
る第３の工程と、 レーザー光を照射している間、レーザー光を実質的に移
動させることなく、第１の回路領域の全体にレーザー光
を照射する第４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５】 請求項１乃至３において、第１の回路領
域にはカラムドライバーが含まれていることを特徴とす
る半導体デバイスのレーザー処理方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6124172A JPH07307304A (ja) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP6124172A JPH07307304A (ja) | 1994-05-13 | 1994-05-13 | 半導体デバイスのレーザー処理方法 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000275713A Division JP3483840B2 (ja) | 2000-09-11 | 2000-09-11 | アクティブマトリクス表示装置の作製方法 |
| JP2000275712A Division JP2001156296A (ja) | 2000-09-11 | 2000-09-11 | アクティブマトリクス表示装置の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07307304A true JPH07307304A (ja) | 1995-11-21 |
Family
ID=14878748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6124172A Withdrawn JPH07307304A (ja) | 1994-03-09 | 1994-05-13 | 半導体デバイスのレーザー処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07307304A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001189282A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-10 | Japan Steel Works Ltd:The | レーザアニール方法及び装置 |
| US6373870B1 (en) | 1996-02-13 | 2002-04-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus and laser irradiation method |
| JP2003168691A (ja) * | 2001-11-30 | 2003-06-13 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP2003229359A (ja) * | 2001-11-29 | 2003-08-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US6723590B1 (en) | 1994-03-09 | 2004-04-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for laser-processing semiconductor device |
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