JPH09199441A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH09199441A
JPH09199441A JP836096A JP836096A JPH09199441A JP H09199441 A JPH09199441 A JP H09199441A JP 836096 A JP836096 A JP 836096A JP 836096 A JP836096 A JP 836096A JP H09199441 A JPH09199441 A JP H09199441A
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JP
Japan
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laser light
substrate
laser beam
energy density
semiconductor device
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JP836096A
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Tsukasa Shibuya
司 渋谷
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】回路設計上の自由度の維持と、素子の微細化、
高集積化に対する対応性を備えたうえで、基板に対して
均質な変性作用を及ぼせるようにする。 【解決手段】レーザ光を基板30の表面に照射してレー
ザ光照射部分を変成させる変性工程において、レーザ光
として、主レーザ光LMと、主レーザ光LMの端部にある
エネルギー密度が連続的に減少する領域W2,W3のエ
ネルギー密度を補正する補助レーザ光LS1,LS2とを合
成した操作用レーザ光LDを用いることでエネルギー密
度の均一化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の基板上
に設けられたTFT等の半導体装置を製造するといった
レーザ光を基板表面に照射してレーザ光照射部分を変性
させる変性工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ガラス等の絶縁性基板上にTF
Tを形成してなる半導体装置を利用したものとして、T
FTを画素スイッチング素子に用いるアクティブマトリ
クス型液晶表示装置やイメージセンサ等が知られてい
る。これらの装置に用いられるTFTには、通常、薄膜
状のシリコン半導体が用いられている。
【0003】このような薄膜状のシリコン半導体として
は、・非晶質シリコン半導体(a―si)からなるもの
と、・結晶性を有するシリコン半導体からなるものの2
つに大別される。非晶質シリコン半導体は成膜温度が低
く、化学的気相成長法(CVD法)で比較的容易に作製
することが可能で量産性に富むため、最も一般的に用い
られているが、結晶性を有するシリコン半導体に比べて
導電性等の物性が劣っているという特徴がある。そのた
め、より高速特性に優れた半導体装置を得るためには、
結晶性を有するシリコン半導体からなるTFTの作製方
法の確立が強く求められている。
【0004】結晶性を有するシリコン半導体としては、
・多結晶シリコン、・微結晶シリコン、・結晶成分を含
む非晶質シリコン、・結晶性と非結晶性との中間の状態
を有するセミアモルファスシリコン等が知られている。
【0005】これら結晶性を有する薄膜状のシリコン半
導体を得る方法としては、従来から、基板上に半導体膜
を成膜したうえで、半導体膜にレーザ光を照射すること
により結晶性を有せしめる方法が知られている。この方
法は、・比較的均質な半導体膜を作成できる、・比較的
低温な温度環境で成膜できるため耐熱温度の低い安価な
ガラス基板を用いることができる、・成膜工程に要する
時間が比較的短い、という利点がある。そのため、アク
ティブマトリクス型液晶表示装置の周辺駆動回路を構成
する高速なTFTを同一基板上に同時に形成する工程等
において採用されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板上
に成膜した半導体膜にレーザ光を照射することにより結
晶性を有せしめるという従来の半導体装置の製造方法で
は、基板上の多結晶あるいは非晶質半導体に高エネルギ
ーのレーザ光を照射することで、粒界のきれいな粗大粒
の多結晶もしくは単結晶の半導体層を形成することがで
きるものの、結晶性の高い多結晶半導体膜を均一に形成
することが困難であるという課題があった。以下、その
理由を説明する。
【0007】高エネルギーのレーザ光には、レーザ光の
中央部ではエネルギー密度が均一化するものの、レーザ
光の端部ではエネルギー密度が連続的に減少してしまう
という特徴がある。このような特徴を備えたレーザ光を
基板上を走査しつつ照射することで、非晶質半導体膜を
多結晶化する場合、レーザ光の端部では、エネルギー密
度の不均一さに起因してレーザ光中央部より結晶性が悪
くなってしまう。そのため、レーザ光の端部が照射され
た非晶質半導体膜の領域では、レーザ光照射によって形
成されたトランジスタの特性が低下してしまい、均一性
の高いトランジスタを形成するのが困難となってしまっ
た。
【0008】このような不都合を解消するためには、レ
ーザ光の端部が照射される領域では、半導体素子を形成
しないようにした半導体装置の製造方法が提案されてい
る(特開平2―42717号)。しかしながら、このよ
うな製造方法では、回路設計上の自由度が制限され、素
子の微細化、高集積化に対応することができないという
別途の不都合があった。
【0009】また、最近では、レーザ光を線状に加工し
て走査して照射することで、上記課題の解決を図った方
法が試みられている。この方法では、線状レーザ光の長
辺長さを基板上の照射領域よりも長くすることで、線状
レーザ光の長辺方向両端に位置する照射領域端部の結晶
性低下を防止することができる。しかしながら、この方
法においても、線状レーザ光の短辺方向両端に位置する
照射領域端部における結晶性低下を防止することはでき
なかった。
【0010】なお、このような課題を解決するために
は、線状レーザ光を、エネルギー密度が連続的に減少す
る部分がなくなるように加工すればよいのだが、そのよ
うなレーザ光の加工はレーザ光の構造上困難であり、レ
ーザ光の形状を加工するだけでは上記問題を解決するこ
とはできなかった。
【0011】したがって、本発明においては、回路設計
上の自由度の維持と、素子の微細化、高集積化に対する
対応性を備えたうえで、基板に対して均質な変性作用を
及ぼすことができるようにすることを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明においては、レーザ光を基板表面に照
射してレーザ光照射部分を変成させる変性工程を含む半
導体装置の製造方法であって、前記変性工程において、
前記レーザ光として、主レーザ光と、主レーザ光の端部
にあるエネルギー密度が連続的に減少する領域のエネル
ギー密度を補正する補助レーザ光とを合成したものを用
いることに特徴を有している。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照して詳細に説明する。
【0014】図1は本発明の一実施の形態である半導体
装置の製造方法を実施する場合に用いられる製造装置の
構成を示す説明図である。なお、本実施の形態では、基
板上に形成された非晶質半導体膜にレーザ光を照射する
ことで、非晶質半導体膜を部分的に多結晶化する方法に
おいて本発明を実施している。
【0015】この製造装置1は、レーザ光源2と、レー
ザ光源2から照射されるレーザ光を分離し、さらに分離
した各レーザ光を加工して基板30に向けて照射する光
学系3とを備えている。
【0016】レーザ光源2はXeClレーザを作成して
光学系3に供給している。なお、レーザ光源2が作成す
るレーザ光としては、この他、クリプトン,フッ素,も
しくはアルゴン等のレーザでもよい。
【0017】光学系3は、レーザ光源2から供給された
レーザ光Lを、主レーザ光LM、補助レーザ光LS1,L
S2に分割するハーフミラー4,5および全反射ミラー6
と、分割された各レーザ光LM,LS1,LS2の加工を行
うホモジナイザー7a,7b,7cと、各レーザ光
M,LS1,LS2の配置位置を変更することで操作用レ
ーザ光LDを合成する全反射ミラー8a、8b、9a、
9bとを備えている。
【0018】次に、この製造装置1を用いた半導体装置
の製造方法を説明する。この製造装置1では、上述した
ように、基板30上に形成された非晶質半導体膜32に
レーザ光を照射することで、非晶質半導体膜32を部分
的に多結晶化している。
【0019】以下、その製造方法を工程順に沿って説明
する。まず、絶縁性を有する300mm口の基板(例え
ばガラス基板)30の表面を洗浄した後、ベースコート
膜として二酸化シリコン膜31を化学的気相成長法(C
VD法)やスパッタリング法を用いて厚さ300nm程
度堆積させる。そして、この上に化学的気相成長法(C
VD法)やスパッタリング法を用いて非晶質シリコン膜
32を厚さ50nm程度堆積させる。
【0020】このようにして、二酸化シリコン膜31お
よび非晶質シリコン膜32を形成した基板30を製造装
置1の操作用レーザ光照射位置に配置したうえで、製造
装置1で操作用レーザ光LDの照射を行う。
【0021】操作用レーザ光LDの照射は次のようにし
て行われる。すなわち、ハーフミラー4によってレーザ
光Lから分離された主レーザ光LMをホモジナイザー7
aにより幅lmm、長さ300mmの断面積を有するビ
ーム光に加工する。加工された主レーザ光LM’は図2
(a)に示すように、断面の中央部にはエネルギー密度
が安定した領域W1を有するものの、断面の端部(約
0.1mm)においてはエネルギー密度が連続的に減少
する領域W2,W3を有している。
【0022】一方、ハーフミラー5によって分離された
補助レーザ光LS1,LS2をホモジナイザー7b、7cに
より幅0.1mm、長さ300mmの断面積を有するビ
ーム光に加工する。加工された補助レーザ光LS1,LS2
は図2(b)に示すように、エネルギー密度が安定した
領域をほとんどを有しないものの、エネルギー密度が連
続的に減少する領域もほとんど有しない形状となってい
る。
【0023】このようにして加工された主レーザ光
M’および補助レーザ光LS1’LS2’は全反射ミラー
8a、8b、9a、9bを通過することにより、主レー
ザ光LM’の両端位置それぞれに補助レーザ光LS1,L
S2が配置されるように並び替えられて操作用レーザ光L
Dとなる。合成された操作用レーザ光LDは図3に示すよ
うに、主レーザ光LM’の領域W2,W3のエネルギー
密度を補助レーザ光LS1’,LS2’によって補う構造と
なり、操作用レーザ光LD全体としては、エネルギー密
度が均一化する。
【0024】なお、図2、図3では、横軸に各レーザ光
の長さ位置を、縦軸にエネルギー密度をそれぞれ示して
おり、各レーザ光の長さ位置におけるエネルギー密度の
変化を表している。
【0025】このようにして合成された操作用レーザ光
Dを基板30の表面に照射することで、基板30に形
成した非晶質シリコン膜32を多結晶化する。すると、
操作用レーザ光LDのエネルギー密度が均一化している
ので、操作用レーザ光LDが照射された部分Aの非晶質
シリコン膜32は、ほぼ完全に溶融再結晶化されて均質
な多結晶状態になる。したがって、操作用レーザ光LD
の照射により作成されたトランジスタの特性は良好なも
のとなる。
【0026】上記した実施の形態では、基板30上に形
成された非晶質半導体膜32にレーザ光を照射すること
で、非晶質半導体膜32を部分的に多結晶化する方法に
おいて本発明を実施していたが、本発明はこのような半
導体装置の製造方法に限られるものでなく、その他、半
導体基板の表面に注入した不純物をレーザ光の照射によ
り活性化する場合におけるレーザ光照射方法においても
同様に実施することができる。この場合、本発明を実施
することでレーザ光のエネルギー密度が均一化すると、
不純物を均質に活性化することが可能となる。
【0027】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、次のよう
な効果が得られる。
【0028】請求項1の効果 レーザ光のエネルギー密度を安定化させることができ、
これによって基板に対して均質な変性作用を及ぼすこと
ができるようになった。
【0029】請求項2の効果 基板上に結晶性の高い多結晶半導体薄膜を均一に形成す
ることが可能となった。そのため、特に、液晶表示装置
においては、高精細かつ大面積となったアクティブマト
リクス基板に要求される画素スイッチングTFTの特性
や周辺駆動回路部を構成するTFTに要求される性能を
満足させるうえで、好都合な半導体装置を製造すること
が可能となる。
【0030】また、同―基板上にアクティブマトリクス
部と周辺駆動回路部とを構成するドライバモノリシック
型アクティブマトリクス基板を実現したり、さらには、
このドライバモノリシック型アクティブマトリクス基板
上にさらにCPUなどの薄膜集積回路を実装するうえで
好都合な半導体装置を製造することが可能となった。こ
のような理由により、モジュールのコンパクト化、高性
能化、低コスト化、さらにはシステム・オン・パネル化
が図れるようになった。
【0031】請求項3の効果 レーザ光のエネルギー密度を安定化させることができる
ようになり、これによって、不純物を均質に活性化する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法を実施する場合に用いられる製造装置の構成を示す
説明図である。
【図2】主レーザ光LMおよび補助レーザ光LS1,LS2
におけるエネルギー密度の変化の具合を示す図である。
【図3】操作用レーザ光LDの構成を示す図である。
【符号の説明】
D 主レーザ光 LS1,LS2 補助レーザ光 LD 操作用レーザ光 2 レーザ光源
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 H01S 3/18

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を基板表面に照射してレーザ光
    照射部分を変性させる変性工程を含む半導体装置の製造
    方法であって、 前記変性工程において、前記レーザ光として、主レーザ
    光と、主レーザ光の端部にあるエネルギー密度が連続的
    に減少する領域のエネルギー密度を補正する補助レーザ
    光とを合成したものを用いることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記変性工程は、少なくとも表面が絶縁
    性を有する基板上に形成された非晶質半導体膜にレーザ
    光を照射することで、非晶質半導体膜を部分的に多結晶
    化するものであることを特徴とする請求項1記載の半導
    体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記変性工程は、前記基板に注入した不
    純物にレーザ光を照射することによって不純物を活性化
    するものであることを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置の製造方法。
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