JPH09148267A

JPH09148267A - レーザーアニール方法およびレーザーアニール装置

Info

Publication number: JPH09148267A
Application number: JP32822395A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Naoto Kusumoto; 直人楠本; Toru Takayama; 徹高山; Masahito Yonezawa; 雅人米澤
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1995-11-22
Publication date: 1997-06-06
Anticipated expiration: 2015-11-22
Also published as: JP4001645B2

Abstract

(57)【要約】【目的】被処理基体にレーザー光を照射してレーザー
アニールを行うに際し、被処理基体上面の有機物を除去
する。【構成】酸素または水素プラズマ雰囲気中にて、レー
ザーアニールを行う。特に、酸素プラズマ雰囲気中での
レーザーアニールを、非単結晶珪素膜に対して行うこと
で、該膜の結晶性、均質性が向上する。また、酸素また
は水素のプラズマによって、珪素膜の表面に存在する有
機物を除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
被処理基体をアニールするためのレーザー照射を行なう
方法および装置に関する。また、レーザー照射による半
導体膜の結晶化または結晶化の助長を行う方法および装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、珪素膜等の半導体膜にレーザ
光を照射して、結晶化や結晶化を助長する技術が知られ
ている。

【０００３】例えば、ガラス基板上にプラズマＣＶＤ法
等で非晶質や結晶性の珪素膜を成膜し、それに対してレ
ーザー光を照射することにより、結晶性珪素膜に変成す
る技術が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体膜表面に、何ら
かの理由で有機物が付着した状態でレーザーアニールが
行われると、有機物またはそれを構成する成分が膜中に
混入してしまい、膜質が低下してしまう。

【０００５】半導体膜は、極微量な不純物の混入で、そ
の特性が大きく変化する。従って、有機物が付着した状
態でレーザーアニールを行うと、有機物が付着していた
領域の結晶性が低下したり、所望の膜特性が得られなか
ったり、膜面内において特性が不均一となるなどの問題
が生じる。

【０００６】この問題に対し、レーザーアニール前に種
々の洗浄工程を行うことが実施されている。しかし、洗
浄によっては充分な効果を得ることができないのが現状
である。

【０００７】本明細書で開示する発明は、半導体膜に対
するレーザー光の照射による結晶化やアニールの工程に
おいて、半導体膜の表面に付着している有機物の影響を
排除することを課題とする。

【０００８】具体的には、レーザー光の照射により半導
体膜を結晶性珪素膜に変成する工程において、半導体膜
の表面に付着している有機物の影響によって、得られる
膜の結晶性が阻害されたり、効果の再現性が阻害された
りすることを防ぐことを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
は、半導体膜の表面をプラズマによって処理させながら
レーザー光の照射によるアニールを行うことを特徴とす
る。

【００１０】他の発明の構成は、半導体膜の表面を酸素
プラズマによって処理するとともに前記半導体膜の表面
にレーザー光を照射することによりアニールを行うこと
を特徴とする。

【００１１】他の発明の構成は、半導体膜の表面を水素
プラズマによって処理するとともに前記半導体膜の表面
にレーザー光を照射することによりアニールを行うこと
を特徴とする。

【００１２】本明細書に開示する発明におけるレーザー
光としては、連続発振レーザー、パルスレーザー等を用
いることができる。特にパルス発振レーザーを用いるこ
とは好ましい。また半導体特に非単結晶珪素膜に対し
て、エキシマレーザー等のパルス発振レーザーを用いる
ことは極めて好ましい。

【００１３】またプラズマを発生させる手段としては、
電磁エネルギー（一般的には高周波エネルギー）の供給
による方法を利用することが好ましい。またプラズマを
発生させる手段としては、なるべく高密度プラズマが生
成できる手段が好ましい。

【００１４】

【作用】レーザー光の照射による珪素膜の表面に対する
アニールの際に雰囲気を酸素プラズマとすることによ
り、・珪素膜表面における有機物の除去・珪素膜の表面に酸化膜が形成されることによる表面の
荒れの防止といった効果を得ることができる。

【００１５】また、レーザー光の照射による珪素膜の表
面に対するアニールの際に雰囲気を水素プラズマとする
ことにより、・珪素膜表面における有機物の除去・加熱処理を併用することで水素による珪素膜に対する
欠陥補償や不対結合手の補償といった効果を得ることができる。

【００１６】さらに酸素と水素との混合雰囲気とするこ
とで、上記の作用による相乗効果を得ることができる。

【００１７】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、レーザー光の照射を酸素プ
ラズマ雰囲気中で照射することができるレーザー照射装
置について示す。

【００１８】図１に本実施例で示すレーザー照射装置の
断面の概要を示す。またその上面図を図２に示す。図１
において、１０１はレーザー照射室である。レーザー照
射室１０１は、外部から遮蔽され、減圧状態に保つこと
ができる構成となっている。

【００１９】レーザー光は発振器１０２で発振され、光
学系１１２により断面形状が線状に加工される。そして
ミラー１０３で反射され、石英で構成された窓１０４を
介して被処理基板３０１に照射される。

【００２０】レーザー発振装置１０２としては、ＸｅＣ
ｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を発振するもの
を用いる。他に、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８
ｎｍ）を用いることができる。

【００２１】被処理基板３０１は、台１０６上に設けら
れたステージ１１１上に配置され、台１０６内に設置さ
れたヒーターによって、所定の温度（室温〜７００℃）
に保たれる。

【００２２】台１０６は、移動機構１０７によって、線
状レーザー光の線方向に対して直角の方向に移動され、
被処理基板３０１上面に対しレーザービームを走査しな
がら照射することを可能としている。

【００２３】レーザー照射室１０１は、真空排気ポンプ
１０８を備えており、必要に応じて内部を減圧状態また
は真空状態にすることができる。

【００２４】またレーザー照射室１０１は、一対の電極
１０９と気体供給部１１０を備えている。本実施例にお
いては、一対の電極１０９はレーザー照射室１０１の側
壁に沿って、基板を挟むように置かれている。一対の電
極１０９は高周波電源１１３に接続されており、電極間
にプラズマを発生可能としている。

【００２５】高周波電源１１３は、13.56 ＭＨｚの周波
数の高周波を発振させる。高周波のパワーとしては２０
０Ｗ〜２ｋＷ程度の範囲から選択すればよい。

【００２６】レーザー照射室１０１は、ゲイトバルブ４
０１を有し、他の処理室との接続を可能なものとしてい
る。また必要に応じて、ゲイトバルブ４０１を介して基
板（試料）の出し入れを行うことができる構成となって
いる。

【００２７】図１及び図２に示す装置は、雰囲気を酸素
または酸素を含有した減圧雰囲気とした状態で一対の電
極１０９からの高周波放電によって酸素プラズマ雰囲気
を形成し、この雰囲気の中で基板３０１上の半導体膜に
対してレーザー光の照射を行うことができる。

【００２８】このような構成においては、酸素プラズマ
の作用によって半導体膜上の有機物が酸化除去され、膜
中に有機物が混入することを防ぐことができる。

【００２９】〔実施例２〕本実施例は、実施例１に示し
たレーザー照射装置を用いてガラス基板上に薄膜トラン
ジスタを作製する場合の例を示す。

【００３０】図３に、実施例の作製工程を示す。まず、
被処理基板３０１として１２７ｍｍ角のコーニング１７
３７ガラス基板を用意する。

【００３１】そして基板３０１上に下地膜としての酸化
珪素膜３０２を２０００Åの厚さに成膜する。成膜方法
は、プラズマＣＶＤ法を用いる。次に図示しない非晶質
珪素膜を５００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法により成膜
する。

【００３２】次に１０ｐｐｍ程度の酢酸ニッケル水溶液
をスピンコート法により、非晶質珪素膜上に塗布し、ニ
ッケル元素が非晶質珪素膜の表面に接して保持された状
態とする。このニッケルを用いた結晶化技術の詳細につ
いては、特開平６−２４４１０４号に記載されている。

【００３３】この状態において、６００℃、４時間の加
熱処理を水素含有雰囲気（即ち還元雰囲気）中で行う。
この加熱処理により、非晶質珪素膜は結晶化し結晶性珪
素膜３０３（図３（Ａ））へと変成される。

【００３４】なお、最終的に膜中に残留するニッケル元
素の濃度は、１×１０¹⁵〜５×１０¹⁹原子／ｃｍ³ の範
囲内に収まることが望ましい。

【００３５】このようにして結晶性珪素膜３０３が得ら
れる。次に得られた結晶性珪素膜３０３の結晶性をさら
に高めるために、エキシマレーザーを用いてレーザーア
ニールを行う。

【００３６】レーザーアニールは図１に示す装置を用い
て行う。レーザーアニールを行うに当たっては、雰囲気
を純酸素１００％（極力純度の高いものが好ましい）ま
たは適当な酸素濃度の雰囲気とし、その圧力は０．０２
〜０．０３Ｔｏｒｒとする。

【００３７】そして一対の電極１０９に、高周波電源１
１３により高周波エネルギーを印加する。ここでは１
３．５６ＭＨｚの高周波が４００Ｗの出力で印加され
る。そして、一対の電極１０９間には酸素プラスマが形
成される。

【００３８】また被処理基板３０１は、４５０℃の温度
に加熱される。この状態において、非晶質珪素膜３０３
の表面は、酸素プラズマ３２０に曝される。そして有機
物が酸化除去される。また酸素プラズマの作用によっ
て、その表面には極薄い酸化珪素膜３０４が形成され
る。この酸化珪素膜３０４の膜厚は１０〜１００Å程度
である。この酸化珪素膜３０４は、不純物がほとんど混
入されない、極めて良質な膜である。

【００３９】この状態でレーザー光の照射を行う。照射
される線状レーザー光は、照射面上で幅０．３４ｍｍ×
長さ１３５ｍｍの大きさを有する。エネルギー密度は１
００ｍＪ／ｃｍ² 〜５００ｍＪ／ｃｍ² 、例えば２６０
ｍＪ／ｃｍ² とする。

【００４０】このレーザー光の照射は、図１の台１０６
を２．５ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行う。こう
することで、線状レーザー光を走査させながら被照射面
に照射することができる。

【００４１】レーザーの発振周波数は２００Ｈｚとす
る。上記の条件でレーザー光の照射を行うと、照射面の
一点において１０〜５０ショットのレーザー光が照射さ
れることになる。

【００４２】上記の工程においては、酸素プラズマの作
用によって、結晶性珪素膜の表面に付着していた有機物
を除去した状態でレーザー光の照射を行うことができ
る。

【００４３】即ち、結晶性珪素膜に付着していた有機物
は酸素プラズマの衝撃により分離され、揮発性酸化物と
なって除去された状態でレーザー光の照射を行うことが
できる。

【００４４】図１または図３（Ｂ）に示す一対の電極１
０９は、レーザー照射室１０１の内壁側面に沿って、側
壁とほぼ同じ大きさで設けられている。

【００４５】そしてこの一対の電極１０９により、レー
ザー照射室１０１内部全体にプラズマが形成される。従
って、レーザー光の照射によって被処理基板から飛翔し
た有機物がレーザー照射室１０１の内壁や窓１０４の内
側に付着しても、この付着物は酸素プラズマによってレ
ーザーアニール工程中に除去される。すなわちレーザー
アニールと同時にレーザー照射室１０１内のクリーニン
グが同時に行われる。

【００４６】また酸化珪素膜３０４は極めて薄いため、
複数回のパルスレーザー照射によりほとんどが飛散して
しまう。飛散した後に、酸素プラズマにより新たに極薄
い酸化珪素膜が形成されることもある。

【００４７】またこの酸化珪素膜３０４の形成に際して
は、その膜中に珪素膜の表面に残存している有機物が取
り込まれた状態となる。従って、レーザー光の照射によ
って酸化珪素膜が飛散してしまうことにより、有機物が
珪素膜中に取り込まれることを抑制することができる。

【００４８】また、酸素プラズマの作用によって形成さ
れる極薄い酸化膜は、レーザー光の照射時に膜の内部か
ら水素等が噴出して、膜の表面に凹凸が形成されてしま
うことを防ぐ役割も有している。

【００４９】レーザーアニールの終了後は、結晶性珪素
膜３０３上面に酸化珪素膜が残ったり形成されたりし易
い。そこで次の工程に移る前に、ＨＦ水溶液やＨＦとＨ
₂ Ｏ₂ の混合水溶液で、結晶性珪素膜３０３の上面を還
元させ、酸化珪素膜を除去することは好ましい。

【００５０】このようにして結晶性珪素膜３０３に対
し、レーザーアニールが施され、その結晶性が向上され
る。（図３（Ｂ））

【００５１】作製された結晶性珪素膜３０３は、結晶
性、膜質の均質性、また移動度等の電気的特性いずれも
優れたものとすることができる。

【００５２】次に、レーザーアニールによってその結晶
性が助長された結晶性珪素膜３０３を用いて薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）を作製する。まず結晶性珪素膜３０３
をエッチングして、島状領域３０５を形成する。この島
状領域３０５は後に薄膜トランジスタの活性層を構成す
ることとなる。

【００５３】次に、ゲイト絶縁膜３０６となる酸化珪素
膜をプラズマＣＶＤ法によって厚さ１２００Åの厚さに
成膜する。ここではこの酸化珪素膜を成膜するための原
料ガスとして、ＴＥＯＳおよび酸素を用いる。（図３
（Ｃ））

【００５４】次に、ゲイト電極を作製する。ここではま
ず図示しないアルミニウム膜をスパッタ法により、６０
００Åの厚さに成膜する。なおアルミニウム膜中にスカ
ンジウムまたは珪素を０．１〜２重量％含有させる。そ
してこのアルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極
３０７を形成する。（図３（Ｃ））

【００５５】次にソース／ドレイン領域を形成するため
の不純物イオンの注入を行う。ここではＮチャネル型の
ＴＦＴを作製するためにＰ（リン）イオンの注入をイオ
ンドーピング法によって行う。

【００５６】このリンイオンの注入は、ゲイト電極３０
７をマスクとして行われる。ドーピング条件は、ドーピ
ングガスとして、フォスフィン（ＰＨ₃ ）を用い、加速
電圧を８０ｋＶ、ドーズ量を１×１０¹⁵原子／ｃｍ² と
して行う。また基板温度は室温とする。

【００５７】このドーピング工程においては、自己整合
的にチャネル形成領域３１０と、Ｎ型の不純物領域であ
るソース領域３０８、さらにドレイン領域３０９が形成
される。

【００５８】次に、ドーピングされた不純物を活性化す
るために、再び図１に示すレーザーアニール装置を用い
て、線状レーザー光によりレーザーアニールを行う。こ
こで前記した条件で酸素プラズマを形成させて、酸素プ
ラズマ雰囲気中でレーザーアニールを行う。（図３
（Ｅ））

【００５９】照射面におけるレーザー光のエネルギー密
度は、１００ｍＪ／ｃｍ² 〜３５０ｍＪ／ｃｍ² の範囲
で行う。ここでは１６０ｍＪ／ｃｍ² とする。

【００６０】前述したように線状レーザービームを走査
させながら照射を行う。このようにして被照射物の一点
において２０〜４０ショットのレーザービームが照射さ
れるようにする。

【００６１】このレーザーアニールにより、不純物が活
性化されると共に、先の不純物イオンの注入時における
損傷がアニールされる。このレーザーアニールの終了
後、窒素雰囲気中にて２時間、４５０℃の熱アニールを
行う。（図３（Ｅ））

【００６２】次に層間絶縁膜３１１として酸化珪素膜を
プラズマＣＶＤ法で６０００Åの厚さに成膜する。

【００６３】さらに層間絶縁膜３１１にコンタクトホー
ルを形成し、金属材料、例えば、チタンとアルミニウム
の多層膜でもってソース電極３１２とドレイン電極３１
３を形成する。

【００６４】最後に、１気圧の水素雰囲気で、２００〜
３５０℃の熱アニール処理を行い図３（Ｆ）に示す薄膜
トランジスタを完成させる。

【００６５】このようにして、複数のＮおよび／または
Ｐチャネル型の結晶性ＴＦＴが形成される。これらのＴ
ＦＴは、Ｎチャネル型で７０〜１２０ｃｍ² ／Ｖｓ、Ｐ
チャネル型で６０〜９０ｃｍ² ／Ｖｓの移動度を有する
優れたものとすることができる。（図３（Ｆ））

【００６６】〔比較例〕ここでは、実施例１に示すよう
な酸素プラズマ雰囲気中でのレーザーアニールによって
その結晶性が助長された結晶性珪素膜と、他の条件によ
り得られた結晶性珪素膜との膜質を比較を示す。

【００６７】まず、酸素プラズマ雰囲気中ではなく、他
の雰囲気中でレーザー光の照射を行った場合の例を示
す。ここでは、（Ａ）空気（Ｂ）酸素：窒素＝２０％：８０％（Ｃ）窒素１００％の３種類の雰囲気中でレーザー光の照射を行った場合の
例を示す。

【００６８】なお雰囲気は大気圧とし、雰囲気以外の条
件は実施例１と同じものとする。また上記比較条件にお
いては、高周波放電は行わずにレーザーアニールを行っ
た。

【００６９】空気雰囲気中で作製された結晶性珪素膜
は、酸素プラズマ雰囲気中で形成されたものに比べてや
や低い結晶性を有する。また、結晶性が不均一なものと
なる傾向が見られる。また、移動度が低く、しかも膜面
内において移動度のバラツキが大きい。さらに、複数毎
の基板を処理した場合、基板毎の膜特性のバラツキが大
きい。

【００７０】これらの原因は、基板表面の有機物が十分
に除去されず、また空気中の不純物が膜中に混入するた
めと思われる。

【００７１】酸素：窒素＝２０％：８０％雰囲気では、
空気雰囲気中に比較して、移動度は向上するものの、結
晶性の低い領域が点在するのとなってしまう。

【００７２】また窒素１００％雰囲気では、膜全体の結
晶性が低い。また移動度や膜質の面内均質性も低いもの
となってしまう。

【００７３】また酸素プラズマ雰囲気中および酸素／窒
素雰囲気で形成された結晶性珪素膜は、他の雰囲気で作
製されたものに比較して、同一エネルギー密度では高い
結晶性が得られる。

【００７４】特に酸素プラズマ雰囲気を利用したもの
は、他の比較例に比べて膜質が高く、また工程の再現性
も高いものとすることができる。

【００７５】〔実施例３〕本実施例は、実施例１に示す
レーザー照射装置をマルチチャンバー方式の装置へと発
展させた構成を示す。

【００７６】図４に、本実施例におけるレーザーアニー
ル装置の上面図を示す。ここでは、図４に示すマルチチ
ャンバー型のレーザーアニール装置を用いる。図４にお
けるＡ−Ａ’断面を示す図が図１に相当する。

【００７７】図４に示す装置は、ロード／アンロード室
４０６とレーザー照射室１０１と予備加熱室４０８と徐
冷室４１０とが、基板搬送室４０２を介して接続された
構成となっている。

【００７８】各室は気密性を有しており、必要とする雰
囲気や圧力にすることができる。また各室は、ゲイトバ
ルブ４０１、４１１、４０９、４０１によって基板搬送
室４０２と連結されている。

【００７９】図４に示す装置において、４０６はロード
／アンロード室であり、処理せんとする基板（試料）の
出し入れが行われる室である。処理せんとする基板は、
ロード／アンロード室４０６に多数枚（例えば２０枚）
が収納されたカセット毎搬入される。

【００８０】カセット毎搬入された基板は、基板搬送室
４０２内に配置されたロボットアーム４０５により、一
枚づつアライメント室４０３に移送される。

【００８１】アライメント室４０３には、被処理基板４
０４とロボットアーム４０５との位置関係を修正するた
めの、アライメント機構が配置されている。アライメン
ト室４０３は、ロード／アンロード室４０６とゲイトバ
ルブ４０７を介して接続されている。

【００８２】アライメント室４０３において位置調整が
なされた基板４０４は、ロボットアーム４０５によって
予備加熱室４０８に移送される。移送後はゲイトバルブ
４０９を閉鎖し気密性を維持させる。なお、装置の動作
中は全ての室を同じ圧力とし、各室間における基板の移
送に際して圧力調整をしないで済むようにすることが望
ましい。

【００８３】予備加熱室４０８においては、レーザーア
ニールされる基板を所定の温度まで予備的に加熱する。
これはレーザー照射室１０１において基板加熱に要する
時間を短縮させ、スループットの向上を図るためであ
る。

【００８４】また、予備的に加熱させることで膜中の水
素を離脱させ、レーザー光の照射による効果を高めるた
めでもある。この水素を離脱させる効果はアニールする
膜として非晶質珪素膜を用いる場合に顕著なものとな
る。

【００８５】予備加熱室４０８は、その内部が円筒状の
石英で構成されている。円筒状の石英はヒーターで囲ま
れていて、その内部を加熱できる構成となっている。

【００８６】また予備加熱室４０８は、石英で構成され
た基板ホルダーを備えている。基板ホルダーには、基板
が多数枚収容可能なサセプターが備えられている。基板
ホルダーは、エレベーターにより上下される。また予備
加熱室４０８と、基板搬送室４０２とは、ゲイトバルブ
４０９によって連結されている。

【００８７】予備加熱室４０８において、所定の時間予
熱された基板は、ロボットアーム４０５によって基板搬
送室４０２に引き戻され、アライメント室４０３にて再
度アライメント調整がなされる。そしてロボットアーム
４０５によって、レーザー照射室１０１に移送される。

【００８８】レーザー照射終了後、被処理基板４０４は
ロボットアーム４０５によって基板搬送室４０２に引き
出され、徐冷室４１０に移送される。

【００８９】徐冷室４１０は、ゲイトバルブ４１１を介
して、基板搬送室４０２と接続されており、石英製のス
テージ上に配置された被処理基板が、ランプ、反射板か
らの赤外光を浴びて、徐々に冷却される。

【００９０】徐冷室４１０で徐冷された被処理基板は、
ロボットアーム４０５によって、ロード／アンロード室
４０６に移送され、カセット４１２に収納される。

【００９１】こうして、１枚の基板に対するレーザーア
ニール工程が実施される。このようにして、上記工程を
繰り返すことにより、多数の基板に対して、連続的に一
枚づつ処理が行われる。

【００９２】〔実施例４〕本実施例は、非晶質珪素膜に
対してレーザーアニールを施し、結晶性珪素膜を得る構
成に関する。本実施例においても実施例１と同様に、図
１に示すレーザー照射装置を用いる。

【００９３】まず、基板として１２７ｍｍ角、１．１ｍ
ｍ厚のコーニング１７３７基板を用意する。この基板上
にプラズマＣＶＤ法により酸化珪素膜を２０００Åの厚
さに形成し、下地膜とする。

【００９４】さらに公知のプラズマＣＶＤ法で非晶質珪
素膜を５００Åの厚さに形成する。その後、この基板を
レーザー照射室１０１（図１）内に配置する。

【００９５】基板が置かれたレーザー照射室１０１に対
して、気体供給部１１０から酸素を導入して照射室内の
圧力を０．０２〜０．０３Ｔｏｒｒに保つ。そして一対
の電極１０９に、高周波電源１１３から高周波エネルギ
ー（13.56 ＭＨｚ）を４００Ｗの出力で印加する。なお
基板に加熱温度は４５０℃とする。

【００９６】すると、基板上の非晶質珪素膜は、その表
面が酸化され、１０〜１００Åの酸化珪素膜が形成され
る。

【００９７】同時に、基板表面に付着した有機物は衝撃
により分離され、揮発性酸化物となって除去される。ま
たは、この酸化膜中に残存した有機物が取り込まれる。

【００９８】酸素プラズマを発生させた状態で、台１０
６を移動させながら、線状レーザー光を非晶質珪素膜に
照射する。

【００９９】線状レーザー光は、照射面上で、幅０．３
４ｍｍ×長さ１３５ｍｍの大きさを有する。エネルギー
密度は、１００ｍＪ／ｃｍ² 〜４００ｍＪ／ｃｍ² 、例
えば２００ｍＪ／ｃｍ² とする。台１０６を２．５ｍｍ
／ｓで一方向に移動させながら行うことで、線状レーザ
ー光を走査させる。レーザーの発振周波数は２００Ｈｚ
とする。

【０１００】この場合、照射面の一点に注目すると、１
０〜５０ショットのレーザー光が照射される。

【０１０１】このようにして、酸素プラスマ雰囲気中で
線状レーザー光を走査して照射することにより、非晶質
珪素膜は結晶化され、結晶性珪素膜となる。

【０１０２】作製された結晶性珪素膜は、清浄な膜質を
有し、かつ、結晶性、膜の均質性に優れたものとするこ
とができる。

【０１０３】〔実施例５〕本実施例は、実施例１に示す
装置とは異なる電極の配置をした構成に関する。図５に
本実施例の構成を示す。また、図６に図５の上面図を示
す。なお図５及び図６において、図１および図２と同一
部分を表示する場合には同符号を用いている。

【０１０４】図５、６に示すように、本実施例において
は一対の電極が基板に平行になるように配置されてい
る。即ち、一対の電極の一方５０１は、被処理基板３０
１の上方に存在し、他方の対向電極５０２は基板の下方
に位置している。

【０１０５】ミラー１０３で反射されたレーザー光は、
電極５０１に設けられたスリットを介して照射される。
なお、動作の方法については、実施例１に示したものと
同じである。

【０１０６】〔実施例６〕本実施例は、実施例１に示す
構成をさらに改良し、レーザーアニールが施される被照
射面に対して効果的に酸素プラズマを供給する構成に関
する。

【０１０７】図７に本実施例で示すレーザー照射装置の
横断面図を示す。図８には図７の上面図を示す。図７、
図８において、図１および図２と同一部分を表示する場
合には同符号を用いている。

【０１０８】本実施例で示すプラズマを発生するための
一対の電極７０１は、線状レーザー光に対して平行、か
つ線状レーザー光が電極間を通過するように設けられて
いる。この構成により酸素プラズマは、被処理基板上の
レーザー光照射位置７０２の近傍にのみ形成される。

【０１０９】この場合、一対の電極７０１の間隔と台１
０６の移動速度で、被処理基板がプラズマに曝される時
間を制御できる。

【０１１０】このような構成とした場合、レーザー処理
の最中において、同時にチャンバー内の洗浄を行うとい
う効果は低いものとなる。しかし、レーザー光が照射さ
れる領域およびその近傍において効果的に酸素プラズマ
を発生させることができるので、被照射面の有機物を除
去するという効果は最大限得ることができる。

【０１１１】〔実施例７〕これまでの実施例において
は、レーザー光の照射を、被処理基板が酸素プラズマに
曝されている状態で行った例を示した。他方、被処理基
板を酸素プラズマに曝す工程を実施したあとにレーザー
光の照射を行ってもよい。

【０１１２】例えば、レーザー照射室において、まず被
処理基板を酸素プラズマに十分に曝す。その後、プラズ
マの発生を停止し、レーザーアニールを行う。

【０１１３】この場合、被処理面に有機物が付着しない
ような清浄な雰囲気または高真空な雰囲気を維持する必
要がある。

【０１１４】また、プラズマ処理室を設けて、この中で
被処理基板を所定の時間酸素プラスマに曝し、その後、
清浄な雰囲気を維持したまま被処理基板をレーザー照射
室に搬送してレーザー照射を行ってもよい。

【０１１５】酸素プラズマに曝す工程を、レーザー照射
とは別の容器内で行う場合、被処理基板を外気に曝さな
いようにし、清浄な浄囲気を維持する機能が必要とな
る。

【０１１６】例えば、プラズマ処理室とレーザー照射室
とを、ゲイトバルブを介して接続する、いわゆるマルチ
チャンバー構成とする必要がある。

【０１１７】この場合、レーザー照射時の雰囲気を水素
または水素を含有した雰囲気とすると、水素熱処理も同
時に行うことができる。またこの場合は、基板を３００
〜６００℃程度に加熱することが重要となる。

【０１１８】〔実施例８〕本実施例では、被処理基板の
被照射部を酸素プラズマに曝し、その後にレーザー光の
照射を行う構成を示す。

【０１１９】図９に本実施例で示す装置の断面図を示
す。また図１０に上面図を示す。図９、図１０におい
て、図１および図２と同一部分を表示する場合には同符
号を用いている。

【０１２０】図９、図１０に示すように、一対の電極９
０１は、レーザー光が走査されて照射される位置の手前
側に配置されている。即ち、一対の電極９０１間を通過
した領域にレーザー光が照射される構成となっている。

【０１２１】このような構成とすると、まず一対の電極
９０１間で生じるプラズマに曝された領域に対して、そ
の後にレーザー光が照射されるものとすることができ
る。

【０１２２】この場合、一対の電極９０１の間隔と台１
０６の移動速度で、被処理基板がプラズマに曝される時
間を制御することができる。

【０１２３】〔実施例９〕本実施例は、より高い密度で
酸素プラズマを発生させる構成に関する。図１１に本実
施例で示すレーザー照射装置の断面図を示す。また図１
２にその上面図を示す。なお図１および図２と同一部分
を表示する場合には同符号を用いている。

【０１２４】本実施例においては、１１０１〜１１０４
で示される４つの電極によって、処理室１０１内に高密
度プラズマを生成させる構成となっている。

【０１２５】本実施例においては、高周波発振器１１３
から供給される高周波電力が、位相制御回路１１０５〜
１１０８を通過することによって、それぞれその位相が
制御される。そして、各電極から個々に位相が制御され
た高周波電力が処理室１０１内にそれぞれの電極から供
給される。

【０１２６】例えば、処理室１０１内においてリサージ
ュ波形が描かれるように各電極に供給される高周波電力
の位相を制御することで、生成される酸素プラズマの密
度を高めることができる。

【０１２７】〔実施例１０〕本実施例は、実施例１に示
す構成において、レーザー処理室１０１内の雰囲気を酸
素と水素との混合雰囲気とすることを特徴とする。

【０１２８】酸素プラズマと水素プラズマとは、それぞ
れ有機物に対する除去作用を有している。２つのプラズ
マが除去作用をする対象は、異なる炭素の結合を有した
有機物である。

【０１２９】従って、酸素と水素の混合雰囲気において
プラズマを生成させることにより、珪素膜の表面に存在
する有機物の除去をより効果的に行うことができる。

【０１３０】また、レーザー光の照射の際に３００℃〜
６００℃程度の加熱を行うことで、レーザー光の照射に
よるアニール効果を得るとともに、水素プラズマによる
水素熱処理も同時に行うことができる。これは、珪素膜
の表面及び膜中に存在する欠陥や不対結合手を補償する
という顕著な効果を有している。

【０１３１】また本実施例においては、酸素のプラズマ
も生成されるので、レーザー光の照射時に酸化膜が保護
膜として形成されるという効果も同時に得ることができ
る。

【０１３２】なお、酸素と水素の他に適当な希釈ガス、
例えばヘリウム等を加えてもよい。また酸素と水素の混
合比は、必要とする効果が得られるように適時設定すれ
ばよい。

【０１３３】

【発明の効果】レーザー光の照射による半導体膜に対す
るアニール工程において、酸素プラズマおよび／または
水素プラズマによって被処理面の有機物を除去すること
により、レーザー光の照射による効果を高めることがで
きる。

【０１３４】具体的には、不純物が膜中に混入すること
を防ぐことができ、得られる膜質の向上、工程の再現性
の向上、といった効果を得ることができる。

【０１３５】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例におけるレーザー照射室を示す図。

【図２】図１の上面図。

【図３】実施例の作製工程を示す図。

【図４】実施例におけるレーザーアニール装置の上面
図。

【図５】レーザー照射装置の例の横断面図。

【図６】図５の上面図。

【図７】レーザー照射装置の例の横断面図。

【図８】図７の上面図。

【図９】レーザー照射装置の例の横断面図。

【図１０】図９の上面図。

【図１１】レーザー照射装置の例の横断面図。

【図１２】図１１の上面図。

【符号の説明】

１０１レーザー照射室１０２レーザー発振装置１０３ミラー１０４窓１０６台１０７移動機構１０８真空排気ポンプ１０９一対の電極１１０気体供給部１１１ステージ１１２光学系１１３高周波発振器３０１基板３０２酸化珪素膜（下地膜）３０３結晶化珪素膜３０４酸化珪素膜３０５島状領域３０６ゲイト絶縁膜３０７ゲイト電極３０８ソース３０９ドレイン３１０チャネル形成領域３１１層間絶縁膜３１２ソース電極・配線３１３ドレイン電極・配線３２０酸素プラズマ４０１ゲイトバルブ４０２基板搬送室４０３アライメント室４０４基板４０５ロボットアーム４０６ロード／アンロード室４０７ゲイトバルブ４０８予備加熱室４０９ゲイトバルブ４１０徐冷室４１１ゲイトバルブ４１２カセット５０１電極５０２電極７０１一対の電極７０２レーザー光照射位置９０１一対の電極９０２レーザー光照射位置１１０１〜１１０４電極１１０５〜１１０８位相制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者米澤雅人神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体膜の表面をプラズマによって処理さ
せながらレーザー光の照射によるアニールを行うことを
特徴とするレーザーアニール方法。
【請求項２】半導体膜の表面を酸素プラズマによって処
理すると同時に前記半導体膜の表面にレーザー光を照射
することによりアニールを行うことを特徴とするレーザ
ーアニール方法。
【請求項３】請求項２において、酸素プラズマによって
半導体膜表面の有機物が除去され、同時に酸化膜が形成
されることを特徴とするレーザーアニール方法。
【請求項４】半導体膜の表面を水素プラズマによって処
理するとともに前記半導体膜の表面にレーザー光を照射
することによりアニールを行うことを特徴とするレーザ
ーアニール方法。
【請求項５】請求項４において、水素プラズマによって
半導体膜表面の有機物が除去され、同時に半導体膜の欠
陥や不対結合手が補償されることを特徴とするレーザー
アニール方法。
【請求項６】請求項１または請求項４において、プラズマは電磁エネルギーによって生成されたものであ
ることを特徴とするレーザーアニール方法。
【請求項７】試料に対してレーザー光を照射する手段
と、電磁エネルギーによりプラズマを発生させる手段と、を有した減圧可能な処理室を有し、前記プラズマを発生させる手段により酸素および／また
は水素を含有した雰囲気においてプラズマが発生され、
前記試料の表面を処理するとともに前記レーザー光を照
射する手段により前記試料の表面にレーザー光の照射に
よるアニールが施されることを特徴とするレーザーアニ
ール装置。
【請求項８】水素を含有する雰囲気のプラズマ中におい
て、加熱された珪素膜にレーザー光を照射することにより、前記珪素膜に対してレーザー光の照射によるアニールと
水素によるアニールとを同時に行うことを特徴とするレ
ーザーアニール方法。
【請求項９】請求項８において、水素を含有するプラズ
マによって珪素膜の表面に付着する有機物が除去される
ことを特徴とするレーザーアニール方法。
【請求項１０】酸素プラズマ中において珪素膜の表面に
レーザー光を照射することで、前記珪素膜の表面に酸化膜を形成しながら同時に前記珪
素膜に対してアニールを行うことを特徴とするレーザー
アニール方法。