JPH10163109A - 光ビームアニーリング法 - Google Patents
光ビームアニーリング法Info
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- JPH10163109A JPH10163109A JP409898A JP409898A JPH10163109A JP H10163109 A JPH10163109 A JP H10163109A JP 409898 A JP409898 A JP 409898A JP 409898 A JP409898 A JP 409898A JP H10163109 A JPH10163109 A JP H10163109A
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- annealed
- energy
- annealing
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素含有の被アニール体のアニールにおける
水素の爆発的噴出を回避し、かつ確実にアニールによる
結晶化を行うことができるようにする。 【解決手段】 光ビームの掃引照射によりアニールを行
う光ビームアニーリング法において、水素化された被ア
ニール体1に対し第1のエネルギーの光ビームを照射
し、この被アニール体1中に含有される水素を蒸発させ
る第1工程と、第1工程の後、被アニール体1に対し第
1のエネルギーより大きい第2のエネルギーの光ビーム
を照射し、被アニール体1を結晶化する第2工程とを採
る。
水素の爆発的噴出を回避し、かつ確実にアニールによる
結晶化を行うことができるようにする。 【解決手段】 光ビームの掃引照射によりアニールを行
う光ビームアニーリング法において、水素化された被ア
ニール体1に対し第1のエネルギーの光ビームを照射
し、この被アニール体1中に含有される水素を蒸発させ
る第1工程と、第1工程の後、被アニール体1に対し第
1のエネルギーより大きい第2のエネルギーの光ビーム
を照射し、被アニール体1を結晶化する第2工程とを採
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光ビームアニーリン
グ法、特に揮発性物質を含む被アニーリング体、すなわ
ち水素化されたシリコン非晶質(a−Si:H)薄膜等
の結晶化アニーリングに用いて好適な光ビームアニーリ
ング法に係わる。
グ法、特に揮発性物質を含む被アニーリング体、すなわ
ち水素化されたシリコン非晶質(a−Si:H)薄膜等
の結晶化アニーリングに用いて好適な光ビームアニーリ
ング法に係わる。
【0002】
【従来の技術】プラズマCVD(Chemical Vapor Depos
ition)によって形成した水素原子を例えば10原子%含
む水素化非晶質シリコン(以下、a−Si:Hと記す)
膜を高エネルギーの得られるパルスレーザー照射によっ
て常温雰囲気下で、結晶化することによりキャリアの移
動度の高い良質の多結晶シリコン膜を低温で作製するこ
とが可能になった。このような技術の適用により多結晶
シリコン薄膜による薄膜トランジスタ(TFT)が30
0℃以下の低温工程で実現できるようになった(T,Same
shima and S,Usui;Materials Research Society Sympos
ium ProceedingsVol.71(1986)P435〜440 参照)。
ition)によって形成した水素原子を例えば10原子%含
む水素化非晶質シリコン(以下、a−Si:Hと記す)
膜を高エネルギーの得られるパルスレーザー照射によっ
て常温雰囲気下で、結晶化することによりキャリアの移
動度の高い良質の多結晶シリコン膜を低温で作製するこ
とが可能になった。このような技術の適用により多結晶
シリコン薄膜による薄膜トランジスタ(TFT)が30
0℃以下の低温工程で実現できるようになった(T,Same
shima and S,Usui;Materials Research Society Sympos
ium ProceedingsVol.71(1986)P435〜440 参照)。
【0003】上述したパルスレーザー照射による光ビー
ムアニールを行う場合、そのアニール例えば非晶質薄膜
に対する結晶化、或いは多結晶薄膜に対する再結晶化の
ためのアニールは、例えば図1に示すように、被アニー
ル体1、例えばガラス基板1上にa−Si:H非晶質層
3が形成されたウェファに対し、パルスレーザー光のス
ポットsを、a−Si:H薄膜上に、そのアニール処
理、すなわち例えば結晶化処理を施すべき領域の全域に
亘って例えばジグザグパターンに矢印をもって示すよう
に掃引することによって行う。この場合、その表面から
所要の深さ(厚さ)に亘ってその結晶化或いは再結晶化
等のアニール効果を得るには、表面を結晶化、或いは再
結晶化、すなわちアニールできるエネルギー以上の充分
大きなエネルギーを必要とする。ところがその被アニー
ル体が上述したa−Si:Hのように揮発性物質特に水
素を含むような材料である場合、急激に大きなエネルギ
ーのパルスレーザー照射を行うときは、その揮発性物質
の水素の爆発的放出が生じ、良好な結晶化或いは再結晶
化を阻害する。したがって、このような材料に対するア
ニールは、通常複数回、例えば5回の掃引作業を繰返し
て行い、各回の掃引で図6に示すように、目的とする深
さに亘るアニール処理を行うことのできるレーザーエネ
ルギー例えば230mJ/cm2 まで、順次上昇させる
という方法が採られる。
ムアニールを行う場合、そのアニール例えば非晶質薄膜
に対する結晶化、或いは多結晶薄膜に対する再結晶化の
ためのアニールは、例えば図1に示すように、被アニー
ル体1、例えばガラス基板1上にa−Si:H非晶質層
3が形成されたウェファに対し、パルスレーザー光のス
ポットsを、a−Si:H薄膜上に、そのアニール処
理、すなわち例えば結晶化処理を施すべき領域の全域に
亘って例えばジグザグパターンに矢印をもって示すよう
に掃引することによって行う。この場合、その表面から
所要の深さ(厚さ)に亘ってその結晶化或いは再結晶化
等のアニール効果を得るには、表面を結晶化、或いは再
結晶化、すなわちアニールできるエネルギー以上の充分
大きなエネルギーを必要とする。ところがその被アニー
ル体が上述したa−Si:Hのように揮発性物質特に水
素を含むような材料である場合、急激に大きなエネルギ
ーのパルスレーザー照射を行うときは、その揮発性物質
の水素の爆発的放出が生じ、良好な結晶化或いは再結晶
化を阻害する。したがって、このような材料に対するア
ニールは、通常複数回、例えば5回の掃引作業を繰返し
て行い、各回の掃引で図6に示すように、目的とする深
さに亘るアニール処理を行うことのできるレーザーエネ
ルギー例えば230mJ/cm2 まで、順次上昇させる
という方法が採られる。
【0004】しかしながら、このように、光ビームのエ
ネルギーを順次変えて複数回の掃引を繰返し行うこと
は、アニール処理時間が長くなり、またパルス数の増大
を生じるなど、工業的な課題がある。
ネルギーを順次変えて複数回の掃引を繰返し行うこと
は、アニール処理時間が長くなり、またパルス数の増大
を生じるなど、工業的な課題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した水
素化された被アニール体のアニール処理における水素の
爆発的放出を回避し、しかも光ビームの掃引を繰返して
行うことによる作業の煩雑さ、作業時間、パルス数等の
課題の解決をはかることを目的とする。
素化された被アニール体のアニール処理における水素の
爆発的放出を回避し、しかも光ビームの掃引を繰返して
行うことによる作業の煩雑さ、作業時間、パルス数等の
課題の解決をはかることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による光ビームア
ニーリング法においては、光ビームの掃引照射によりア
ニールを行う光ビームアニーリング法であって水素化さ
れた被アニール体に対し第1のエネルギーの光ビームを
照射し、この被アニール体中に含有される水素を蒸発さ
せる第1工程と、この第1工程の後、被アニール体に対
し第1のエネルギーより大きい第2のエネルギーの光ビ
ームを照射し、被アニール体を結晶化する第2工程とを
有する。
ニーリング法においては、光ビームの掃引照射によりア
ニールを行う光ビームアニーリング法であって水素化さ
れた被アニール体に対し第1のエネルギーの光ビームを
照射し、この被アニール体中に含有される水素を蒸発さ
せる第1工程と、この第1工程の後、被アニール体に対
し第1のエネルギーより大きい第2のエネルギーの光ビ
ームを照射し、被アニール体を結晶化する第2工程とを
有する。
【0007】上述の本発明方法によれば、光ビームの掃
引につれ、その第1工程、第2工程のエネルギーによっ
て漸次、目的とする所要の深さのアニールを行い得るエ
ネルギーの大きさまで高められていくので、漸次被アニ
ール体1中の揮発性物質、特に水素の蒸発が進行するこ
とによる爆発的噴出が回避されて、これに基づくアニー
ルによる結晶化の不均一特性の結晶性の低下を回避でき
ると共に、従来における光ビームの多数回の繰返し掃引
を、1回または少数回にとどめることができ、作業時間
の短縮化と、例えば光ビームのパルス照射によるときも
パルス数の減少をはかることができる。
引につれ、その第1工程、第2工程のエネルギーによっ
て漸次、目的とする所要の深さのアニールを行い得るエ
ネルギーの大きさまで高められていくので、漸次被アニ
ール体1中の揮発性物質、特に水素の蒸発が進行するこ
とによる爆発的噴出が回避されて、これに基づくアニー
ルによる結晶化の不均一特性の結晶性の低下を回避でき
ると共に、従来における光ビームの多数回の繰返し掃引
を、1回または少数回にとどめることができ、作業時間
の短縮化と、例えば光ビームのパルス照射によるときも
パルス数の減少をはかることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明方法においては、水素化さ
れた被アニール体に対して第1のエネルギーの光ビーム
を照射し、この被アニール体中に含む水素を蒸発させる
工程と、その後の被アニール体に対し第1のエネルギー
より大きい第2のエネルギーの光ビームを照射して被ア
ニール体を結晶化する工程とを採る。
れた被アニール体に対して第1のエネルギーの光ビーム
を照射し、この被アニール体中に含む水素を蒸発させる
工程と、その後の被アニール体に対し第1のエネルギー
より大きい第2のエネルギーの光ビームを照射して被ア
ニール体を結晶化する工程とを採る。
【0009】例えばTFTの製造工程におけるシリコン
多結晶層を形成する場合の一例を説明する。この場合、
図1および図2に示すように、ガラス板等の各種の基板
2上にCVD法によって形成したa−Si:H層等の非
晶質層3を生成した被アニール体1が用意される。
多結晶層を形成する場合の一例を説明する。この場合、
図1および図2に示すように、ガラス板等の各種の基板
2上にCVD法によって形成したa−Si:H層等の非
晶質層3を生成した被アニール体1が用意される。
【0010】そして、この被アニール体1の非晶質層
3、すなわちa−Si:H層に、例えば図1に示すよう
に、例えばXeClエキシマレーザーからのレーザー光
による光ビームスポットsを、図1において矢印をもっ
て示すように左右にジグザグパターンの軌跡を描いて平
行線上に沿うように1回だけ掃引する。
3、すなわちa−Si:H層に、例えば図1に示すよう
に、例えばXeClエキシマレーザーからのレーザー光
による光ビームスポットsを、図1において矢印をもっ
て示すように左右にジグザグパターンの軌跡を描いて平
行線上に沿うように1回だけ掃引する。
【0011】この場合の光ビームスポットsのエネルギ
ー分布は、スポットsの掃引方向の先方側から後方側に
向って、複数段階、例えば7段階に、a−Si:H層2
の表面を結晶化、すなわち溶融する1400℃に達する
エネルギーE1 例えば170mJ/cm2 から、所要の
厚さ例えば1000Åに亘って結晶化することのできる
エネルギーE7 例えば250mJ/cm2 までを例えば
ほぼ等分割したエネルギーE1 〜E7 に分布させる。そ
して、今光ビームの掃引を図1におけるように、奇数番
目の掃引線b1 ,b3 ,b5 ‥‥に対しては同図におい
て左から右へ、偶数番目の掃引線b2 ,b4 ,b6 ‥‥
に関しては、スポットsの上下左右関係を変えずに逆の
右から左へ行うように、往復2方向の掃引を行うとき
は、図3に示すように、両方向に関して対称的な分布と
する。しかしながら、光ビームの掃引方向が特定の一方
向である場合、例えば図3中実線矢印方向の左から右向
きである場合は、そのエネルギー分布は実線図示のよう
に、スポットsの先方、つまり掃引によって、被アニー
ル体1のすなわち、非晶質層2上の各位置にスポット照
射が始まる側が低いエネルギーを示し後方に向ってエネ
ルギーが高くなる分布のみとし、掃引方向が逆方向であ
る場合は、非線図示の逆傾斜の分布のみとする。
ー分布は、スポットsの掃引方向の先方側から後方側に
向って、複数段階、例えば7段階に、a−Si:H層2
の表面を結晶化、すなわち溶融する1400℃に達する
エネルギーE1 例えば170mJ/cm2 から、所要の
厚さ例えば1000Åに亘って結晶化することのできる
エネルギーE7 例えば250mJ/cm2 までを例えば
ほぼ等分割したエネルギーE1 〜E7 に分布させる。そ
して、今光ビームの掃引を図1におけるように、奇数番
目の掃引線b1 ,b3 ,b5 ‥‥に対しては同図におい
て左から右へ、偶数番目の掃引線b2 ,b4 ,b6 ‥‥
に関しては、スポットsの上下左右関係を変えずに逆の
右から左へ行うように、往復2方向の掃引を行うとき
は、図3に示すように、両方向に関して対称的な分布と
する。しかしながら、光ビームの掃引方向が特定の一方
向である場合、例えば図3中実線矢印方向の左から右向
きである場合は、そのエネルギー分布は実線図示のよう
に、スポットsの先方、つまり掃引によって、被アニー
ル体1のすなわち、非晶質層2上の各位置にスポット照
射が始まる側が低いエネルギーを示し後方に向ってエネ
ルギーが高くなる分布のみとし、掃引方向が逆方向であ
る場合は、非線図示の逆傾斜の分布のみとする。
【0012】このようなエネルギー分布を有するスポッ
トsを得るには、レーザー光を、このレーザー光の波長
に対する光透過率が掃引方向に沿って中心から両側に向
って1次元的に変化するか、同心円的に変化する光学フ
ィルタFに通過させることによって得ることができる。
トsを得るには、レーザー光を、このレーザー光の波長
に対する光透過率が掃引方向に沿って中心から両側に向
って1次元的に変化するか、同心円的に変化する光学フ
ィルタFに通過させることによって得ることができる。
【0013】このフィルタFとしては、例えば図4に示
すように、得ようとするエネルギー分布の段数に応じた
フィルタ枚数のフィルタ板f(f1 ,f2 ‥‥)の積層
によって構成し得る。例えば今図3に示した左右対称の
7段階のエネルギー分布を得ようとする場合は、図4に
示すように、スポット幅Wsに対応する幅(直径)W1
の高光透過率部h1 を中心部に有し、両側もしくは周辺
が低光透過率部b1 を有するフィルタ板f1 と、その高
光透過率部h1 の内縁から、図3で示した第1段のエネ
ルギーE1 のステップ幅に対応する幅だけ内方に突出す
る高光透過率部h2 を有しその両側もしくは周辺が低光
透過率部b2 を有するフィルタ板f2 と、順次各段のス
テップ幅に対応する幅だけ内方に突出する高光透過率部
h3 ‥‥h7 を有しその両側もしくは周辺に低光透過率
部b3 ‥‥b7 を有するフィルタf3 ‥‥f7 とを積層
した光学フィルタFを用い得る。
すように、得ようとするエネルギー分布の段数に応じた
フィルタ枚数のフィルタ板f(f1 ,f2 ‥‥)の積層
によって構成し得る。例えば今図3に示した左右対称の
7段階のエネルギー分布を得ようとする場合は、図4に
示すように、スポット幅Wsに対応する幅(直径)W1
の高光透過率部h1 を中心部に有し、両側もしくは周辺
が低光透過率部b1 を有するフィルタ板f1 と、その高
光透過率部h1 の内縁から、図3で示した第1段のエネ
ルギーE1 のステップ幅に対応する幅だけ内方に突出す
る高光透過率部h2 を有しその両側もしくは周辺が低光
透過率部b2 を有するフィルタ板f2 と、順次各段のス
テップ幅に対応する幅だけ内方に突出する高光透過率部
h3 ‥‥h7 を有しその両側もしくは周辺に低光透過率
部b3 ‥‥b7 を有するフィルタf3 ‥‥f7 とを積層
した光学フィルタFを用い得る。
【0014】この光学フィルタFのフィルタ板f1 〜f
7 の各低光通過率部b1 ,b2 ,b3 ‥‥b7 は、それ
ぞれその透過率を例えば93%に選定する。このフィル
タFに、アニール用の所要のエネルギーの光ビームL例
えばXeClエキシマーレーザー光を透過させれば、フ
ィルタFの透過後のスポットに、図3に示した段階的エ
ネルギー分布を得ることができる。
7 の各低光通過率部b1 ,b2 ,b3 ‥‥b7 は、それ
ぞれその透過率を例えば93%に選定する。このフィル
タFに、アニール用の所要のエネルギーの光ビームL例
えばXeClエキシマーレーザー光を透過させれば、フ
ィルタFの透過後のスポットに、図3に示した段階的エ
ネルギー分布を得ることができる。
【0015】このエネルギー分布を有するレーザービー
ムを、図1で示した掃引パターンをもってその掃引速度
を例えば5mm/秒で掃引し、この掃引速度に比し充分
小さい例えば30×10-9secのパルス幅およびピッ
チを有するパルスレーザー光を照射した。このようにし
てa−Si:Hによる非晶質層2をアニールしたとこ
ろ、水素の噴出による結晶化の阻害、不均一性が回避さ
れ、良好な結晶化がなされ、緻密で均一な結晶粒の生成
がなされた良好なキャリアの移動度の高い多結晶Si層
が得られた。このSi層に対して電界効果トランジスタ
を作製したいわゆる薄膜トランジスタTFTの、そのド
レイン電圧VD をパラメータとするドレイン電流ID −
ゲート電圧VG 特性の測定結果は、図5で示すように優
れた特性を示した。
ムを、図1で示した掃引パターンをもってその掃引速度
を例えば5mm/秒で掃引し、この掃引速度に比し充分
小さい例えば30×10-9secのパルス幅およびピッ
チを有するパルスレーザー光を照射した。このようにし
てa−Si:Hによる非晶質層2をアニールしたとこ
ろ、水素の噴出による結晶化の阻害、不均一性が回避さ
れ、良好な結晶化がなされ、緻密で均一な結晶粒の生成
がなされた良好なキャリアの移動度の高い多結晶Si層
が得られた。このSi層に対して電界効果トランジスタ
を作製したいわゆる薄膜トランジスタTFTの、そのド
レイン電圧VD をパラメータとするドレイン電流ID −
ゲート電圧VG 特性の測定結果は、図5で示すように優
れた特性を示した。
【0016】尚、上述した例では光ビームのエネルギー
を段階的分布とした場合であるが、或る場合は、連続的
に変化する分布とすることもできる。
を段階的分布とした場合であるが、或る場合は、連続的
に変化する分布とすることもできる。
【0017】また上述した例では、a−Si:Hの非晶
質層2に対する結晶化のアニールに本発明を適用した場
合であるが、そのほか同様に水素等の揮発性物質を含む
シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイトの各非晶質
層の結晶化、或いは微結晶シリコン層等の微結晶多結晶
の再結晶化アニール等の各種アニールに本発明を適用す
ることができる。
質層2に対する結晶化のアニールに本発明を適用した場
合であるが、そのほか同様に水素等の揮発性物質を含む
シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイトの各非晶質
層の結晶化、或いは微結晶シリコン層等の微結晶多結晶
の再結晶化アニール等の各種アニールに本発明を適用す
ることができる。
【0018】
【発明の効果】上述の本発明方法によれば、被アニール
体1側からみて、そのアニールされるべき各位置で、光
ビームスポットsの掃引につれ、そのエネルギー分布に
よって漸次、段階的或いは連続的に各部において目的と
する所要の深さのアニールを行い得るエネルギーの大き
さまで高められていくので、各位置で一回の掃引で暫時
被アニール体1中の揮発性物質の水素蒸発が進行するこ
とによる水素の爆発的噴出が回避されて、アニール処理
による結晶化の不均一性率の結晶性の低下を回避できる
と共に、従来における光ビームの多数回の繰返し掃引
を、1回または少数回にとどめることができ、作業時間
の短縮化、更に例えば光ビームのパルス照射によるとき
はそのパルス数の減少をはかることができる。
体1側からみて、そのアニールされるべき各位置で、光
ビームスポットsの掃引につれ、そのエネルギー分布に
よって漸次、段階的或いは連続的に各部において目的と
する所要の深さのアニールを行い得るエネルギーの大き
さまで高められていくので、各位置で一回の掃引で暫時
被アニール体1中の揮発性物質の水素蒸発が進行するこ
とによる水素の爆発的噴出が回避されて、アニール処理
による結晶化の不均一性率の結晶性の低下を回避できる
と共に、従来における光ビームの多数回の繰返し掃引
を、1回または少数回にとどめることができ、作業時間
の短縮化、更に例えば光ビームのパルス照射によるとき
はそのパルス数の減少をはかることができる。
【図1】本発明方法の一例の光ビーム掃引の態様を示す
平面図である。
平面図である。
【図2】図1の側面図である。
【図3】本発明方法の一例の光ビームエネルギー分布図
である。
である。
【図4】光学フィルタの一例の断面図である。
【図5】本発明方法を用いて得たTFTのID −VG 特
性曲線図である。
性曲線図である。
【図6】従来方法の説明図である。
【符号の説明】 1‥‥被アニール体、F‥‥光学フィルタ
フロントページの続き (72)発明者 碓井 節夫 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (1)
- 【請求項1】 光ビームの掃引照射によりアニールを行
う光ビームアニーリング法において、 水素化された被アニール体に対し第1のエネルギーの光
ビームを照射し、該被アニール体中に含有される水素を
蒸発させる第1工程と、 上記第1工程の後、上記被アニール体に対し上記第1の
エネルギーより大きい第2のエネルギーの光ビームを照
射し、上記被アニール体を結晶化する第2工程とを有す
ることを特徴とする光ビームアニーリング法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP409898A JPH10163109A (ja) | 1998-01-12 | 1998-01-12 | 光ビームアニーリング法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP409898A JPH10163109A (ja) | 1998-01-12 | 1998-01-12 | 光ビームアニーリング法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63331343A Division JP2995736B2 (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 光ビームアニーリング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10163109A true JPH10163109A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=11575329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP409898A Pending JPH10163109A (ja) | 1998-01-12 | 1998-01-12 | 光ビームアニーリング法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10163109A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002158173A (ja) * | 2000-09-05 | 2002-05-31 | Sony Corp | 薄膜の製造方法、半導体薄膜、半導体装置、半導体薄膜の製造方法、及び半導体薄膜製造装置 |
| JP2002299233A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-10-11 | Toshiba Corp | 半導体薄膜の形成方法 |
| US6990561B2 (en) | 2000-05-23 | 2006-01-24 | Ntt Comware Corporation | Data sharing method, terminal, and medium on which program is recorded |
-
1998
- 1998-01-12 JP JP409898A patent/JPH10163109A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6990561B2 (en) | 2000-05-23 | 2006-01-24 | Ntt Comware Corporation | Data sharing method, terminal, and medium on which program is recorded |
| JP2002158173A (ja) * | 2000-09-05 | 2002-05-31 | Sony Corp | 薄膜の製造方法、半導体薄膜、半導体装置、半導体薄膜の製造方法、及び半導体薄膜製造装置 |
| JP2002299233A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-10-11 | Toshiba Corp | 半導体薄膜の形成方法 |
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