JP3927634B2 - レーザーアニール方法及び薄膜トランジスタの作製方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質(アモルファス)珪素膜や結晶性シリコン膜に対し、レーザーアニールを施して、結晶化させる、あるいは結晶性を向上させる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質珪素膜や結晶性珪素膜(単結晶でない、多結晶、微結晶等の結晶性を有する珪素膜)、すなわち、非単結晶珪素膜に対し、レーザーアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が、広く研究されている。
【0003】
レーザーアニールを施して形成された結晶性珪素膜は、高い移動度有するため、この結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、例えば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用のTFTを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に盛んに利用されている。
【0004】
また、出力の大きい、エキシマレーザー等のパルスレーザービームを、被照射面において、数cm角の四角いスポットや、数ミリ幅×数10cmの線状となるように光学系にて加工し、レーザービームを走査させて(レーザービームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて)、レーザーアニールを行う方法が、量産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用される。
【0005】
特に、線状レーザービームを用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを用いた場合とは異なり、線方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザー照射を行うことができるため、高い量産性が得られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
パルスレーザービームを光源とする、スポット状、あるいは線状のレーザービームを走査させて、非単結晶珪素膜に対してレーザーアニールを施すに際し、いくつかの問題が生じている。
【0007】
例えば、空気中にてレーザーアニールすると、空気に含まれる炭素やその他の不純物が被膜に混入しやすく、アニール後の結晶性珪素膜の膜質や結晶性、移動度等の諸特性が低下するなどの問題がある。
【0008】
また、真空や窒素等の不活性気体雰囲気中にて、被照射面における形状がスポット状または線状のレーザービームを走査して、レーザーアニールを施すと、空気中のアニールに比較して、以下の問題点がある。
【0009】
▲1▼結晶性が悪い。すなわち、空気中のアニールに比較して、レーザーのエネルギー密度を大幅に高めないと、高い結晶性が得られない。
【0010】
▲2▼結晶の膜面内における均質性が悪い。結晶性の良い場所と悪い場所が、膜面内に分布して生じる。例えば、線状レーザービームを、該ビームの線方向に対して直角方向に走査する場合においては、膜面内において、縞模様状に、結晶性の良い場所と悪い場所が現れてしまう。したがって、作製された結晶性珪素膜を用いて複数の薄膜トランジスタを作製すると、薄膜トランジスタの基板上の位置により、しきい値や移動度等の諸特性が異なってしまう。
【0011】
▲3▼エネルギーの利用効率が悪い。結晶性を上げるために、レーザーのエネルギー密度を高くする必要があり、エネルギー密度を高めると消費電力も増加し、加えてレーザー発振器や回路、ガス、光学系を含むレーザー照射装置全体の消耗も激しくなり、作製するデバイスのコスト高を招く。他方、レーザーのエネルギー密度が高くなると、結晶性は高まるものの、レーザーアニール後の膜全体が激しく荒れ、該膜を加工してデバイスを作製することは困難となる。
【0012】
本発明は、上記課題を解決するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本明細書で開示する主要な構成の一つは、
基板上に形成された非単結晶珪素膜を洗浄する第1の工程と、
前記非単結晶珪素膜に対し、酸素を含有する雰囲気中でレーザーアニールする第2の工程とを有し、
前記第1の工程と前記第2の工程は、大気に曝されずに連続して行われることを特徴とするレーザーアニール方法である。
【0014】
上記構成において、前記第2の工程は、前記酸素を含有する雰囲気中にて前記非単結晶珪素膜上面が酸化された後に行われることは好ましい。
【0015】
また、他の構成の一つは、
基板上に形成された非単結晶珪素膜を洗浄する第1の工程と、
前記非単結晶珪素膜の上面を酸化して酸化珪素膜を形成する第2の工程と、
前記非単結晶珪素膜に対し、レーザーアニールする第3の工程とを有し、
前記各工程のうち少なくとも第1の工程と第2の工程は、大気に曝されずに連続して行われることを特徴とするレーザーアニール方法である。
【0016】
上記構成において、前記第3の工程は、窒素雰囲気中で行われることは好ましい。
【0017】
また、他の構成の一つは、
洗浄室、レーザー照射室を少なくとも有し、
被処理基板は、前記各室間を大気に曝されずに搬送されることを特徴とするレーザーアニール装置である。
【0018】
また、他の構成の一つは、
洗浄室、予備加熱室、レーザー照射室を少なくとも有し、
被処理基板は、前記洗浄室と前記予備加熱室の間を、大気に曝されずに搬送されることを特徴とするレーザーアニール装置である。
【0019】
本明細書において、連続とは、上記第1の工程と第2の工程との間に、非単結晶珪素膜に不純物その他不所望な物質が付着するような工程を含まないことを意味する。
【0020】
したがって例えば、第1の工程と第2の工程との間に、基板搬送工程、アライメント工程、徐冷工程、第2の工程に必要な温度まで基板を加熱する工程、加熱による脱水素工程等を有することは、本明細書における連続の範囲にあるといえる。
【0021】
他方、非単結晶珪素膜を膜質を変化させる特定の雰囲気に曝す工程、イオンドーピング、成膜、エッチング、プラズマ処理、被膜の塗布といった工程が第1の工程と第2の工程との間にある場合、本明細書でいう連続の定義に当てはまらない。
【0022】
本発明は、非単結晶珪素膜にレーザーアニールを施して、結晶化また結晶性を向上させるに際し、酸素を含有する雰囲気中にて非単結晶珪素膜の上面を酸化させて、特に100Å以下の膜厚の酸化珪素膜を形成し、その後に、レーザービームを照射するものである。
【0023】
また、酸素を含有する雰囲気中に配置した状態で、非単結晶珪素膜に対してレーザー照射を行うものである。
【0024】
さらに、非単結晶珪素膜を洗浄して自然酸化膜や不純物を除去する工程と、非単結晶珪素膜を酸素を含有する雰囲気中でレーザー照射する工程または酸素を含有する雰囲気中にて非単結晶珪素膜の上面に酸化珪素膜を形成する工程を、大気に曝さずに連続的に行うものである。
【0025】
非単結晶珪素膜の上面を酸化させて、膜厚100Å以下の酸化珪素膜を形成し、この状態でレーザーアニールを行うと、空気中でのレーザーアニールより純な結晶性珪素膜が得られるのみでなく、空気を含め、他の雰囲気でレーザーアニールを行う場合に比較して、以下の点で優れた特性を生じる。
▲1▼結晶性珪素膜の結晶性が向上する。
▲2▼結晶性珪素膜の結晶性が、膜面内において均一化される。
▲3▼結晶化に必要なレーザーのエネルギー密度が低下する。
【0026】
この極薄い膜厚の酸化珪素膜を設けることで、非単結晶珪素膜に照射されるレーザービームのエネルギーの反射・放出を抑え、与えられたエネルギーを膜内に保つ作用を奏すると考えられる。このために、非単結晶珪素膜に酸化珪素膜を設けない場合よりも、多くのエネルギーを与えることができ、結晶性が向上する。
【0027】
同時に、レーザービームのパルス毎のエネルギー密度のムラ・バラツキが均質化されるため、結晶性も膜面内において均質化する。
【0028】
さらに、レーザーエネルギーの雰囲気中への反射・放出が減少し、エネルギーが結晶化に有効に使われるため、照射するレーザービームのエネルギー密度を低下させることができる。
【0029】
非単結晶珪素膜上に酸化珪素膜が設けられた状態で、レーザービームのエネルギー密度を、酸化珪素膜を設けない状態と同様の高いものにすると、エネルギーの損失が少ない分、余計なエネルギーが与えられてしまうため、結晶性は高まるものの、膜全体がひどく荒れてしまう。そのような膜を用いて薄膜トランジスタ等のデバイスを作製することは極めて困難である。
【0030】
また、レーザーアニールを施す前に、HF水溶液や、HF、H2 O2 とを含有する水溶液にて非単結晶珪素膜上面を洗浄して、自然酸化膜を除去することは好ましい。この後の酸化珪素膜作製工程あるいは酸素含有雰囲気中でのレーザーアニール工程は、基板を加熱しながら行うと、酸化珪素膜の形成速度が向上し、好ましい。紫外線を照射しながらでも良い。
【0031】
特に、この洗浄工程と、その後の酸素雰囲気中でのレーザーアニール工程とを大気に曝さずに連続して行う、あるいは洗浄工程と酸素雰囲気中での加熱(酸化膜珪素膜形成)工程、レーザーアニール工程とを大気に曝さずに連続的して行うことは好ましい。
【0032】
このようにすることで、非単結晶珪素膜の極めて清浄な上面を酸化珪素膜とすることができる。その結果、形成される酸化珪素膜の膜厚、膜質はより均一になり、レーザーアニールにより結晶化された膜の基板面内における膜質均一性が向上する。
【0033】
さらには、レーザーアニール時の不純物の非単結晶珪素膜内部への侵入がより低減される。その結果、該膜を用いて作製される薄膜トランジスタ等のデバイスの、移動度、しきい値といった諸特性を、基板面内においても、ロット間においてもより安定させることができる。
【0034】
酸素を含有する雰囲気としては、酸素のみ、あるいは酸素と、窒素、ヘリウム、アルゴン、等の不活性気体との混合気体が好ましい。混合気体においては、酸素は大気圧下において1%以上、さらに好ましくは5%以上含有されていることが望ましい。酸素含有量が1%未満になると、十分な酸化珪素膜の形成に要する時間が極めて長くなる、あるいは形成されなくなり、本発明の効果が十分に得られず、実用的ではない。酸素含有量が5%以上であれば、本発明の効果が安定して得られる。
【0035】
酸化珪素膜を形成する際の酸素を含有する雰囲気として、空気を用いた場合、空気中の炭素等の不純物がアニールされる膜中に混入し、結晶性珪素膜の移動度その他の諸特性を低下、あるいはロット毎の特性が不安定となることが多い。
ただし、他の雰囲気中にて酸化珪素膜を作製した後、空気雰囲気中にてレーザーアニールを施すことは有効である。
【0036】
また、酸素を含有する雰囲気を構成する酸素や不活性気体は、その純度が、99.9%(3N)以上、99.99999%(7N)以下のものが、特に好ましい。このような純度の気体を用いた雰囲気とすることで、炭素、水、炭化水素、その他の不純物が結晶性珪素膜中に混入することを防ぎ、膜質や膜特性が安定し、かつ優れた特性の結晶性珪素膜が得られる。雰囲気を構成する酸素や不活性気体の純度が3N未満であると、空気雰囲気を用いた場合との差がほとんどなくなり、不純物により膜特性が不安定になりやすい。また、7Nより大きい高純度のものを用いても、7N以下の場合に比べて効果に大差なく、コストが高くなるだけであるので、好ましくない。
【0037】
また、前記酸化珪素膜の膜厚は100Å以上とすると、レーザー照射により結晶性珪素膜中への酸化珪素膜の混入量が増加し、結晶性珪素膜の結晶性や移動度等の諸特性が低下してしまう。一方、膜厚を5Å以下程度とあまりに薄くすると、上記に示した本発明の効果が著しく低下する。酸化珪素膜の膜厚としては、5〜100Å、好ましくは、10〜50Å、さらに好ましくは、20〜40Åが適当である。
【0038】
レーザーアニール時の圧力は、大気圧でよい。また、レーザーアニール時の圧力を、大気圧以下、特に0.01Torr以上、700Torr以下に減圧して行う場合、パルスレーザーの複数回の照射による、結晶性珪素膜の上面や膜全体の荒れが少なくなり、好ましい。すなわち、結晶性珪素膜の耐パルスレーザー照射性が向上し、荒れの少ない膜が得られる。レーザーアニール時の圧力が、700Torrより大きいと、膜の荒れ方が大気圧とほとんど変わらなくなる。圧力が0.01Torr未満となると、酸素含有雰囲気を用いることによる、結晶性や均質性、エネルギー効率の向上といった効果は著しく低下する。
【0039】
レーザービームの照射は、被照射面における断面形状が、スポット状または線状のレーザービームを走査して行われることは好ましい。
【0040】
またレーザービームは、パルスレーザーを光源とするものが好ましい。
【0041】
本発明を実施するには、非単結晶珪素膜を酸素含有雰囲気に曝す、あるいは、曝した状態で加熱または紫外線の照射を行って、非単結晶珪素膜上面を酸化させ、その状態でレーザーアニールする。
【0042】
1つの容器内にて、酸素含有雰囲気中で、非単結晶珪素膜上面を酸化させた後、他の容器内にて、酸素含有雰囲気または他の雰囲気中にてレーザーアニールを行ってもよい。
【0043】
また、雰囲気制御の可能な容器内にて、酸素含有雰囲気中で、レーザーアニールを行うと、1つの容器内にて酸化とレーザーアニールを行うことができ、作製工程が短縮される。この場合、レーザーアニール時に、基板を加熱することは好ましい。
【0044】
本発明における酸化珪素膜は、従来のレーザーアニール工程にて用いられたキャップ層(主に出力の小さい連続発振レーザーを用いたレーザーアニールの際に、非晶質珪素膜の上に酸化珪素膜や窒化珪素膜を数1000Å成膜し、該膜の機械的強度により、レーザーアニールの際の珪素膜表面の荒れ(リッジ)を防ぐもの)とは全く異なる。
【0045】
このような厚い酸化珪素膜は、本発明のようにエキシマレーザーの如き出力の大きいパルスレーザーを用いた場合、前述のようにレーザーアニールの際、珪素膜中に酸化珪素を多量に混入させ、形成される結晶性珪素膜の膜質、特性の低下を招く。
【0046】
また、非晶質珪素膜表面にキャップ層を設けた状態でレーザアニールを行うと、キャップ層により押さえ込まれた状態で結晶化がなされる。その結果、結晶の成長が抑えられてしまい、形成される結晶性珪素膜の結晶性が低くなる。また、結晶性珪素膜の内部に応力が強く残ってしまう。
【0047】
本発明においては、酸化珪素膜が極めて薄いため、結晶成長を抑えることはほとんどなく、キャップ層に比較して高い結晶性が得られ、また、内部応力も極めて小さくできる。
【0048】
したがって、本発明における酸化珪素膜は、リッジを抑制できる程度の機械的強度の出る膜厚は適さない。本発明における酸化珪素膜は100Å以下と極めて薄いため、複数回のパルスレーザー照射により、ほとんどの酸化珪素膜が飛散して除去されてしまう。
【0049】
【実施例】
〔実施例1〕
実施例1では、非単結晶珪素膜に対し、酸素含有雰囲気中でレーザーアニールを行う例を示す。
図2に、実施例の作製工程を示す。まず、基板201として、127mm角のコーニング1737上に、下地膜としての酸化珪素膜202が2000Å、その上に非晶質珪素膜が、500Å、共にプラズマCVD法にて、連続的に成膜される。
【0050】
次に、10ppmの酢酸ニッケル水溶液が、スピンコート法により、非晶質珪素膜上に塗布され、酢酸ニッケル層が形成される。酢酸ニッケル水溶液には、界面活性剤を添加するとより好ましい。酢酸ニッケル層は、極めて薄いので、膜状となっているとは限らないが、以後の工程における問題はない。
【0051】
次に、上記のようにして各膜が積層された基板201に、600℃で4時間の熱アニールが施され、非晶質珪素膜が結晶化し、結晶性珪素膜203が形成される。(図2(A))
【0052】
このとき、触媒元素であるニッケルが結晶成長の核の役割を果たし、結晶化を促進させる。600℃、4時間という低温、短時間で結晶化を行うことができるのは、ニッケルの機能による。詳細については、特開平6−244104号に記載されている。
【0053】
触媒元素の濃度は、1×1015〜1019原子/cm3 であると好ましい。1×1019原子/cm3 以上の高濃度では、結晶性珪素膜に金属的性質が現れ、半導体としての特性が消滅する。本実施例において、結晶性珪素膜中の触媒元素の濃度は、膜中のおける最小値で、1×1017〜5×1018原子/cm3 である。これらの値は、2次イオン質量分析法(SIMS)により分析、測定したものである。
【0054】
このようにして得られる結晶性珪素膜203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。
【0055】
図1に、実施例におけるレーザー照射室を示す。図1は、レーザー照射室の側断面図である。
【0056】
図3に、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3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3におけるA−A’断面を示す図が図1に相当する。
【0057】
図1において、レーザー照射室101は、レーザー発振装置102から照射され、光学系112により断面形状が線状に加工されたパルスレーザービームを、ミラー103で反射させ、石英で構成された窓104を介して被処理基板105に照射される機能を有している。
【0058】
レーザー発振装置102は、ここでは、XeCl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248nm)を用いてもよい。
【0059】
被処理基板105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(100〜700℃)に保たれる。
【0060】
台106は、移動機構107によって、線状レーザービームの線方向に対して直角方向に移動され、被処理基板105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する。
【0061】
雰囲気制御が可能なレーザー照射室101は、減圧、排気手段として、真空排気ポンプ108を有する。また、気体供給手段として、バルブを介して水素ボンベに接続された、気体供給管109と、バルブを介して窒素やその他の気体のボンベに接続された、気体供給管110を有する。
【0062】
レーザー照射室101は、ゲイトバルブ301を介して、基板搬送室302に連結されている。
【0063】
図3において、図1のレーザー照射室101がゲイトバルブ301を介して基板搬送室302に連結されている。
【0064】
図3に示す装置の説明をする。ロード/アンロード室306に、被処理基板105が多数枚、例えば20枚収納されたカセット312が配置される。ロボットアーム305により、カセット312から一枚の基板がアライメント室に移動される。
【0065】
アライメント室303には、被処理基板105とロボットアーム305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303は、ロード/アンロード室306とゲイトバルブ307を介して接続されている。
【0066】
予備加熱室308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して、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のものである。
【0067】
予備加熱室308は、その内部は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る。更に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。基板はヒーターで加熱される。予備加熱室308は、基板搬送室302とは、ゲイトバルブ309によって連結されている。
【0068】
予備加熱室308において、所定の時間予熱された基板は、ロボットアーム305によって基板搬送室302に引き戻され、アライメント室303にて再度アライメントされた後、ロボットアーム305によって、レーザー照射室101に移送される。
【0069】
レーザー照射終了後、被処理基板105はロボットアーム305によって基板搬送室302に引き出され、徐冷室310に移送される。
【0070】
徐冷室310は、ゲイトバルブ311を介して、基板搬送室302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105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。
【0071】
徐冷室310で徐冷された被処理基板105は、ロボットアーム305によって、ロード/アンロード室306に移送され、カセット312に収納される。
【0072】
こうして、レーザーアニール工程が終了する。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できる。
【0073】
図1、図3に示す装置を用いてレーザーアニールを行う工程を説明する。まず、被処理基板105(結晶性珪素膜203を有する基板201)は、HF水溶液、またはHFとH2 O2 の混合水溶液で洗浄されて自然酸化膜が除去された後、カセット312に納められ、カセット312がロード/アンロード室306に配置される。
【0074】
図3において、本実施例においては、ロード/アンロード室306から搬送される被処理基板105は、予備加熱室における空気による酸化を防ぐため、アライメントされた後、予備加熱室308には搬送されず、直接レーザー照射室101に搬送される。ただし、予備加熱室308にて、結晶性珪素膜203上面が酸化されない程度に加熱することは有効である。
【0075】
レーザー照射室101内は、真空排気ポンプ108により真空引きされた後、気体供給管109から酸素が、気体供給管110から窒素がそれぞれ供給され、酸素20%、窒素80%の雰囲気となる。レーザー照射室内に供給される酸素、窒素とも、その純度は、ここでは、99.99999%(7N)である。このとき、圧力は大気圧とする。
【0076】
レーザー照射室101に搬送された被処理基板105は、ステージ111上に載置された状態で、台106内のヒータにより、レーザーアニールに適した温度、ここでは200℃に到達するために、約5分間加熱される。加熱されている間に、結晶性珪素膜203の上面は、雰囲気中の酸素により酸化され、炭素等の空気中の不純物の混入の無い純な酸化珪素膜204が形成される。膜厚は、10〜50Åここでは30Åである。
【0077】
また、図1において、被処理基板105上に照射される線状レーザービームは、幅0.34mm×長さ135mmとする。被照射面におけるレーザービームのエネルギー密度は、100mJ/cm2 〜500mJ/cm2 の範囲で、例えば260mJ/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、線状レーザービームを走査させる。レーザーの発振周波数は200Hzとし、被照射物の一点に注目すると、10〜50ショットのレーザービームが照射される。
【0078】
このようにして結晶性珪素膜203に対し、レーザーアニールが施され、結晶性が向上される。(図2(B))
【0079】
酸化珪素膜204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。
【0080】
その後、被処理基板105が徐冷室310に搬送され、徐冷の後、ロード/アンロード室306のカセット312に収納される。
【0081】
徐冷工程中が空気雰囲気であるので、徐冷工程中に、結晶性珪素膜203上面は酸化されやすい。また、酸素含有雰囲気でのレーザーアニールでは、複数回のレーザー照射により酸化珪素膜204が飛散しても、結晶化された珪素膜の上面が、雰囲気中の酸素により新たに酸化されることもある。また、レーザー照射されても、酸化珪素膜204がすべては飛散しない場合もある。このように、レーザーアニール工程終了後に結晶性珪素膜203上面に酸化珪素膜が残り易いため、次の工程に移る前に、HF水溶液や、HFとH2 O2 の混合水溶液で、結晶性珪素膜203の上面を還元して、酸化珪素膜を除去することは好ましい。
【0082】
次に、上記工程にて形成された結晶性珪素膜と、他の雰囲気にて形成された結晶性珪素膜との比較を行う。上記した方法と同様にして、レーザーアニール時の雰囲気、およびレーザービームのエネルギー密度を変化させて、結晶性珪素膜を作製する。雰囲気は、N2 /H2 (3%)、N2 100%である。各気体はいずれも、純度99.99999%(7N)以上、また気圧は大気圧とする。
【0083】
図4に、各種雰囲気でのレーザーアニールにおける、レーザービームのエネルギー密度と、レーザーアニールされた結晶性珪素膜のラマン半値半幅との関係を示す。ラマン半値半幅とは、ラマン半値幅の2分の1の値をいう。図4において、結晶性珪素膜は、酸素含有雰囲気として上記工程で用いたN2 /O2 (20%)雰囲気で作製されたものを◇、N2 /H2 (3%)雰囲気で作製されたものを〇、N2 100%雰囲気で作製されたものを□で示す。
【0084】
図4に示すように、結晶性珪素膜は、本発明の酸素含有雰囲気でレーザーアニールされたものは、エネルギー密度を上げていくとラマン半値半幅が低下する、すなわち結晶性が向上していることがわかる。
【0085】
もっとも、酸素含有雰囲気でレーザーアニールを行っても、レーザーエネルギー密度をあまり高くすると、結晶性は向上するものの、膜全体が大きく荒れてしまい、薄膜トランジスタ等のデバイス用として用いることは困難となる。ここでは、レーザーエネルギー密度は270mJ/cm2 以下が好ましい。
【0086】
一方、他の雰囲気においては、図4に示す範囲のエネルギー密度においては、いずれも低い結晶性に止まっている。
【0087】
上記酸素含有雰囲気でのレーザーアニールを、大気圧ではなく、それ以下、特に、0.01Torr以上、700Torr以下の減圧下で行ってもよい。このような減圧下でレーザーアニールを行うことで、アニールされた結晶性珪素膜の表面や膜全体のあれを少なくすることができる。
【0088】
次に、作製された結晶性珪素膜203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203をエッチングして、島状領域205が形成される。
【0089】
次に、ゲイト絶縁膜206となる酸化珪素膜が、プラズマCVD法によって厚さ1200Åに形成される。原料ガスとして、TEOSおよび酸素を用いる。成膜時の基板温度は、250℃〜380℃、例えば、300℃とする。(図2(C))
【0090】
次に、ゲイト電極を作製する。アルミニウム膜をスパッタ法により、厚さ3000Å〜8000Å、例えば6000Å堆積させる。アルミニウム膜中に0.1〜2%の珪素を含有させてもよい。該膜をエッチングして、ゲイト電極207が作製される。
【0091】
次に、不純物を添加する。Nチャネル型のTFTを作製する場合、燐イオンが、ゲイト電極をマスクとしてイオンドーピング法により、島状領域205に打ち込まれる。ドーピングガスとして、フォスフィン(PH3 )を用いる。加速電圧は10〜90kV、例えば80kV、ドーズ量は、1×1014〜5×1015原子/cm2 、例えば、1×1015原子/cm2 とする。基板温度は室温とする。この結果、チャネル形成領域210と、N型の不純物領域として、ソース208、ドレイン209が形成される。
【0092】
また、Pチャネル型のTFTを作製する場合、硼素イオンが、ゲイト電極207をマスクとしてイオンドーピング法により、島状領域205に打ち込まれる。ドーピングガスとして、水素で1〜10%、例えば5%に希釈されたジボラン(B2 H6 )を用いる。加速電圧は60〜90kV、例えば65kV、ドーズ量は、2×1015〜5×1015原子/cm2 、例えば、3×1015原子/cm2 とする。基板温度は室温とする。この結果、チャネル形成領域210と、P型の不純物領域として、ソース208、ドレイン209が形成される。(図2(D))
【0093】
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及び図3に示すレーザーアニール装置を用いて、線状レーザービームによりレーザーアニールを行う。レーザー照射室101内の雰囲気は、空気(大気圧)とする。被照射面におけるレーザービームのエネルギー密度は、100mJ/cm2 〜350mJ/cm2 の範囲で、例えば160mJ/cm2 とする。線状レーザービームを走査させる。被照射物の一点に注目すると、20〜40ショットのレーザービームが照射される。基板温度は200℃とする。その後、窒素雰囲気中にて2時間、450℃の熱アニールを行う。(図2(E))
【0094】
続いて、酸化珪素膜が厚さ6000Å、プラズマCVD法により形成され、層間絶縁膜211が形成される。次に、エッチングにより層間絶縁膜211にコンタクトホールが開孔される。さらに、金属材料、例えば、チタンとアルミニウムの多層膜が形成、エッチングされることで、コンタクトホールを介して、ソース電極・配線212、ドレイン電極・配線213が形成される。
【0095】
最後に、1気圧の水素雰囲気で、200〜350℃の熱アニール処理が行われる。
【0096】
このようにして、複数のNまたはPチャネル型の結晶性TFTが形成される。これらのTFT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である。(図2(F))
【0097】
〔実施例2〕
実施例2では、酸素雰囲気中にて非単結晶珪素膜上面に酸化珪素膜を形成した後、窒素雰囲気中にてレーザーアニールを施す例を示す。実施例2では、図5に示すレーザーアニール装置を用いる。図5におけるレーザー照射室101のA−A’断面に、図1は、対応する。
【0098】
実施例1と同様にして、図2に示す基板201上に、下地膜202、熱アニールにより結晶化された結晶性珪素膜203を形成された被処理基板105が、HF水溶液、またはHFとH2 O2 の混合水溶液で洗浄されて自然酸化膜が除去された後、カセット312に納められ、カセット312がロード/アンロード室306に配置される。
【0099】
ロード/アンロード室306から搬送される被処理基板105は、アライメントされた後、予備加熱室501に搬送される。
【0100】
予備加熱室501には、図5に示すように、基板が載置される空間を減圧させる真空排気ポンプ502や、基板が載置される空間に酸素やその他の気体を供給できる気体供給管503、504が設けられている。
【0101】
予備加熱室501に接続された真空排気ポンプ502により、基板が載置される空間が真空引きされた後、気体供給管503から酸素が供給され、気体供給管504から窒素が供給され、基板ホルダー内部に、酸素5%、窒素95%(共に純度99.99999(7N))(大気圧)の雰囲気が形成される。そして、50〜300℃例えば、200℃で、予備加熱を施すと、同時に酸化珪素膜204が20〜40Å、例えば30Å形成される。
【0102】
図1に示す、レーザー照射室101内は、真空排気ポンプ108により真空引きされた後、気体供給管110から窒素が供給され、窒素(純度99.99999%(7N))100%の雰囲気となる。このとき、圧力は大気圧とする。
【0103】
予備加熱室501にて酸化珪素膜204が形成された被処理基板は、アライメントの後、レーザー照射室101に搬送される。搬送された被処理基板105は、200℃近くに加熱されており、ステージ111上に載置された状態においては、台106内のヒータによる極短時間(数分)の加熱で、レーザアニールに適した温度、ここでは200℃に到達する。
【0104】
この後、雰囲気以外は、実施例1と同様の条件として、レーザーアニールが施される。このようにして結晶性珪素膜203に対し、レーザーアニールが施され、結晶性が向上される。(図2(B))
【0105】
酸化珪素膜204は、極めて薄いため、レーザー照射によりほとんどが飛散してしまう。
【0106】
その後、被処理基板105が徐冷室310に搬送され、徐冷の後、ロード/アンロード室306のカセット312に収納される。
【0107】
次の工程に移る前に、HF水溶液や、HF、H2 O2 混合水溶液で、結晶性珪素膜203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。
【0108】
この後、実施例1と同様にして図2(C)〜(F)に従い、薄膜トランジスタが形成される。
【0109】
実施例2の場合、予備加熱室501と同じまたは異なる雰囲気のレーザー照射室101内に、被処理基板105を搬入して、酸化珪素膜の形成時間を不要とする、または処理時間を短縮させてレーザーアニールを施すことができ、作製工程の短縮を図ることができる。
【0110】
また、実施例2において、レーザー照射室101内の雰囲気は、窒素雰囲気としたが、窒素雰囲気としたが、他の雰囲気、例えば、実施例1と同じく、酸素20%、窒素80%でもよい。
【0111】
ただし、窒素雰囲気でのレーザーアニールは、他の空気や、酸素含有雰囲気、水素含有雰囲気等と比較すると、レーザーアニールによるリッジ(レーザーアニール後の結晶性珪素膜の表面の荒れ)の発生を抑える効果がある。
【0112】
〔実施例3〕
実施例3では、実施例2と同様に、図5の予備加熱室501で結晶性珪素膜203上面に酸化珪素膜204が形成された後、特に雰囲気制御は行わず、空気中(大気圧)にてレーザーアニールを行う例を示す。
【0113】
空気中でのレーザーアニールであるが、酸化珪素膜204が形成されているので、酸化珪素膜204を形成せずに、単に空気中にてレーザーアニールを行う場合に比較して、結晶性、均質性、エネルギーの利用効率とも優れたレーザーアニールを行うことができる。
【0114】
特に雰囲気制御を行わないのであれば、雰囲気制御可能な容器であるレーザー照射室101は無くてもよい。
【0115】
〔実施例4〕
実施例1において、熱結晶化により結晶性珪素膜203を形成する工程(図2(A))では、熱結晶化後の徐冷工程(空気雰囲気)により、結晶性珪素膜203上面が酸化されて酸化珪素膜が、やはり数10Å程度形成される。
実施例1では、レーザーアニール工程前に、洗浄によりこの酸化珪素膜を除去しているが、実施例4では、この酸化珪素膜を除去せず、そのまま、図3に示すレーザーアニール装置にてレーザーアニールを施す。
【0116】
実施例2と同様な、窒素雰囲気中にて、結晶性珪素膜203に対してレーザーアニールが施されると、酸化珪素膜を形成しないで、窒素雰囲気中にレーザーアニールを行った場合に比較して、結晶性やその均質性、レーザーエネルギーの利用効率は大幅に向上する。
【0117】
〔実施例5〕
実施例5では、実施例6で使用する連続処理装置の例を示す。この連続処理装置は、非単結晶珪素膜の洗浄工程と、レーザーアニール工程または加熱(酸化珪素膜形成)工程が大気に曝されずに連続して実施することができる。
図6に実施例における連続処理装置の上面図を示す。図6の装置は、図3に示した装置に、基板洗浄室を加えた構成を有する。
【0118】
図6において、基板搬送室601には、レーザー照射室602、予備加熱室603、徐冷室604、洗浄室607が、ゲイトバルブ608〜611を介して連結されている。また、基板搬送室601には、アライメント室606、ゲイトバルブ612を介してロード/アンロード室605が連結されている。
【0119】
基板搬送室601には、基板600を搬送する基板搬送手段としてロボットアーム613が配置されている。ロード/アンロード室605には、複数枚の基板が納められるカセット615が配置される。
【0120】
図6に示す構成のうち、基板搬送室601、レーザー照射室602、予備加熱室603、徐冷室604、ロード/アンロード室605、アライメント室606に関する説明は、実施例1で説明した図3に示す装置と同様の構成なので省略する。
【0121】
また、図6に示す装置は、各室および各室間の気密性が保たれている。また、各室には図示しない気体供給手段および排気手段が設けられ、各室の雰囲気や圧力は任意に制御できる。このような装置によって処理される基板は、外部の雰囲気から遮断されるため大気に触れることを防ぐことができる。
【0122】
図6において、洗浄室607には、ステージ616、カップ617、洗浄液流出用ノズル618が配置されている。ステージ616は、洗浄室607内に搬送されてきた基板の裏面を真空吸着して固定し、基板を水平回転させる。洗浄液流出用ノズル618は、洗浄液を基板回転面の中心部に流出させる。
【0123】
洗浄液としては、HFとH2 O2 とが0.5wt%づつ混合された水溶液等が好ましい。他にHFの水溶液を用いてもよい。この洗浄液により、非単結晶珪素膜上面の自然酸化膜や不純物等が除去される。
【0124】
カップ617は、基板回転時に基板の周囲を囲うように配置される。基板の搬送時には、搬送の邪魔にならないように、ステージ上面の基板固定位置より下側に配置される。カップ617は、基板の回転により周囲に飛散する洗浄液を受け止め、それを下側に排出する。
【0125】
図6に示す装置による洗浄工程について説明する。基板614が洗浄室内に搬送され、ステージ616の上面に真空吸着して固定された後、基板が所定の回転数で回転する。このとき、洗浄液流出用ノズル618からは、洗浄液が基板回転面の中心部に流出される。
【0126】
流出された洗浄液は、遠心力で基板の中心から外側へ同心円状に広がり、基板の周辺に到達した後、カップ617へ飛散した後、排出される。
【0127】
このような状態を数10秒〜数分維持した後、洗浄液の流出を止め、基板の回転数を上げて、洗浄液を乾燥させる。
【0128】
このようにして洗浄工程が終了する。その後基板604を搬送手段613により予備加熱室やレーザー照射室といった他の室に移動する。
【0129】
図6に示す装置により、基板洗浄工程すなわち非単結晶珪素膜上面の自然酸化膜や不純物、ゴミ等を除去する工程と、非単結晶珪素膜に対する酸素雰囲気でのレーザーアニール工程または酸素雰囲気での加熱工程(酸化膜形成工程)とを、大気に曝すことなく連続的に行うことができる。
【0130】
その結果、非単結晶珪素膜上面に形成される薄い酸化珪素膜を不純物のない良質なものとし、レーザーアニールによる良好な結晶化が可能となる。
【0131】
さらに、図6に示す装置により、レーザーアニール工程終了後の、結晶性珪素膜上面の洗浄を連続的に行うことも可能である。その結果レーザーアニール工程後の工程に対し、清浄な表面を有する結晶性珪素膜をより短時間で提供することができ、製造所要時間の短縮に寄与する。
【0132】
なお本実施例では、基板の洗浄を洗浄液を用いて基板を回転させる方式とした。この方式は、基板の裏面側に洗浄液が付着する可能性が極めて少ないため、洗浄液によるガラス基板のくもりや汚染を防ぐことができる。さらに洗浄液の乾燥を基板の回転のみで行うことができるため、洗浄工程全体を短時間とすることができる。また設備がコンパクトかつ簡素であるため、図6のようなマルチャンバー型の連続処理装置に使用することは、装置の設置面積を小さくし、かつ設計を容易とするため有効である。
【0133】
しかし、本実施例の基板洗浄方式はこれに限られるものではない。例えば、基板を回転させずに、基板上面に洗浄液を流出させる構成であってもよい。
【0134】
また、非単結晶珪素膜を還元性の気体雰囲気に曝すものであってもよい。
【0135】
〔実施例6〕
実施例6では、図6の装置を用い、基板洗浄工程とレーザーアニール工程を大気に曝さずに連続的に行う例を示す。
【0136】
実施例6の薄膜トランジスタの作製工程を図2を用いて示す。まず、実施例1と同様にして、基板201として、127mm角のコーニング1737上に、下地膜としての酸化珪素膜202が2000Å、その上に非晶質珪素膜が、500Å、共にプラズマCVD法にて、連続的に成膜される。
【0137】
次に、実施例1と同様の酢酸ニッケル水溶液を塗布した後、600℃、4時間の熱アニールを施し、結晶性珪素膜203が形成される。((図2(A))
【0138】
次に、図6に示す連続処理装置により、結晶性珪素膜の洗浄と酸素雰囲気中でのレーザーアニール工程とを連続的に行う。
【0139】
図6に示す連続処理装置の各室は、大気から遮断されており、雰囲気は清浄化されて不純物等が除去された、清浄な気体により構成される。例えば、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性気体やこれらに酸素を混入したもの等が好ましい。また、清浄化された空気を用いてもよい。
【0140】
まず、結晶性珪素膜203が形成された被処理基板は、カセット615に納められ、カセット615がロード/アンロード室606に配置される。
【0141】
ロード/アンロード室606から搬送される被処理基板は、アライメント室605にてアライメントされた後、洗浄室607に搬送され、結晶性珪素膜203の上面の自然酸化膜や不純物などが除去される。
【0142】
洗浄室607において、基板614はステージ616に固定され、回転しながら洗浄液による洗浄が行われる。
【0143】
洗浄するための洗浄液は、ノズル618より基板回転面の中心部分に流出される。洗浄液は基板回転による遠心力により、基板の中心から周辺に向かって同心円状に移動する。その後、洗浄液は基板の周囲に飛散し、カップ617にあたった後、排出される。洗浄液としては、ここではHFとH2 O2 が0.5wt%づつ混入された水溶液を用いる。他にHF水溶液を用いてもよい。
【0144】
基板は、洗浄液を受けながら、10秒〜5分、ここでは1分間、100〜1000rpm、例えば300rpmの回転数で回転される。その後、洗浄液の流出を止め、基板上面の乾燥のため、基板回転数を上げて約30秒間回転させる。乾燥時の基板回転数は、2500〜4000rpm、ここでは3000rpmとした。
【0145】
その後、基板の回転が止められ、基板が洗浄室607から基板搬送手段613により搬出される。
【0146】
このようにして、基板上の結晶性珪素膜203上面は洗浄され、自然酸化膜や不純物が除去される。
【0147】
次に、結晶性珪素膜203に対しレーザーアニールを施す。洗浄室607より搬出された基板は、レーザー照射室602に直接、あるいは予備加熱室603で加熱された後に搬送される。
【0148】
その結果洗浄後の結晶性珪素膜が大気に触れることなく、洗浄工程に連続してレーザー照射室602に搬送される。
【0149】
また、予備加熱室603を用いて、所定の温度まで加熱した後、レーザー照射室へ搬送することで、レーザー照射室内での基板加熱時間を短縮できる。
【0150】
次に、酸素雰囲気中でのレーザーアニールを行う。レーザー照射室602は、酸素20%、窒素80%の雰囲気が構成されている。そして、実施例1と同様の条件により酸素雰囲気中で結晶性珪素膜203に対しレーザーアニールが行われ、結晶性が向上される。(図2(B))
【0151】
本実施例において、被処理基板は、図6の連続処理装置を用いたことで、先の洗浄工程からレーザーアニール工程まで全く大気に触れず、不純物のない清浄な雰囲気のみに触れる。そのため、レーザーアニール工程において結晶性珪素膜203上面に形成される薄い酸化珪素膜204およびその近傍において、大気中で形成された自然酸化膜や大気中の不純物が相当程度除去されている。その結果、酸化珪素膜204は極めて純な酸化珪素膜となり、実施例1と比較して、レーザーアニールをより効果的に行うことができる。
【0152】
すなわち、形成される薄い酸化珪素膜204の膜厚、膜質は、実施例1の場合に比較して、結晶性珪素膜203上面においてより均一になり、その結果、レーザーアニールにより結晶化された膜の、基板面内における膜質均一性が向上する。
【0153】
さらには、レーザーアニール時の不純物の結晶性珪素膜203内部へ侵入がより低減される。その結果、作製される薄膜トランジスタの、移動度、しきい値といった諸特性を、基板面内においても、ロット間においてもより安定させることができる。
【0154】
レーザーアニール工程終了後、必要に応じて基板は徐冷室604に搬送され徐冷される。
【0155】
この後、基板をロード/アンロード室へ搬送してもよいが、レーザーアニール工程終了後では結晶性珪素膜203上面に酸化珪素膜が残り易い。
【0156】
すなわち、酸素含有雰囲気でのレーザーアニールでは、複数回のレーザー照射により酸化珪素膜204が飛散しても、結晶化された珪素膜の上面が、雰囲気中の酸素により新たに酸化されることもある。また、レーザー照射されても、酸化珪素膜204全てが飛散しない場合もある。
【0157】
そこで、レーザーアニール工程終了後に基板を再び洗浄室に搬送し、洗浄を行うことは極めて有効である。
【0158】
工程としては、基板をレーザー照射室602または徐冷室604から搬出した後、洗浄室607に搬入して結晶性珪素膜203の上面を洗浄し、酸化珪素膜や不純物等を除去する。条件は、レーザーアニール工程前の洗浄工程と同様とする。
【0159】
このように、レーザーアニール工程と洗浄工程は、または徐冷工程と洗浄工程を大気に曝さずに連続して行うことにより、結晶性珪素膜上面の高い清浄性を短時間で得ることができる。
【0160】
その後、洗浄工程が終了した基板は、基板搬送手段613により洗浄室607からロード/アンロード室606へ搬送され、カセット615に収納される。
【0161】
その後、実施例1と同様の工程により、薄膜トランジスタを完成させる。(図2(C)〜図2(F))
【0162】
このようにして作製された薄膜トランジスタは、諸特性が向上し、基板面内およびロット間において安定な特性を有するものとなる。
【0163】
〔実施例7〕
実施例7では、図6の連続処理装置を用い、酸素雰囲気中にて非単結晶珪素膜上面に酸化珪素膜を形成した後、窒素雰囲気中にてレーザーアニールを施す例を示す。
【0164】
実施例6と同様にして図2に従い薄膜トランジスタを作製する。基板201上に、下地膜としての酸化珪素膜202、非晶質珪素膜が連続的に成膜され、酢酸ニッケル水溶液を塗布した後、600℃、4時間の熱アニールを施し、結晶性珪素膜203が形成される。((図2(A))
【0165】
次に、図6に示す連続処理装置を用いて、実施例6と同様にして洗浄室607において結晶性珪素膜203上面の洗浄を行う。これにより、結晶性珪素膜203上面の自然酸化膜や不純物が除去される。
【0166】
次に、基板が予備加熱室603に搬送される。予備加熱室603内は、酸素5%、窒素95%(共に純度99.99999(7N))(大気圧)の雰囲気が形成されている。そして、50〜300℃例えば、200℃で、予備加熱を施すと、結晶性珪素膜203上面に薄い酸化珪素膜204が20〜40Å、例えば30Å形成される。
【0167】
ここで形成される酸化珪素膜204は、先の洗浄工程によって結晶性珪素膜203の上面が洗浄され、かつ大気に曝されていないため、不純物の混入が少ない極めて純な膜となる。
【0168】
予備加熱終了後、被処理基板は予備加熱室603からレーザー照射室602に大気に曝されずに搬送される。レーザー照射室602内は、ここでは窒素雰囲気である。
【0169】
そして、雰囲気以外は実施例6と同様の条件によりレーザーアニールを行い、結晶性珪素膜203の結晶性が向上される。(図2(B))
【0170】
レーザーアニール後の結晶性珪素膜203は、実施例2で得られるものに比較して、レーザーアニールによる結晶化の、基板面内における均一性が向上する。また作製される薄膜トランジスタの、移動度、しきい値といった諸特性が、基板面内においても、ロット間においてもより安定する。
【0171】
また、レーザーアニール時の雰囲気を窒素雰囲気としたことで、酸素雰囲気に比較して、リッジの発生が抑えられる。その結果、洗浄工程とレーザーアニール工程を基板を大気に曝さずに連続して行うことによって得られる、結晶性珪素膜の結晶性、膜質の向上に加え、リッジが抑制され、結晶性珪素膜の膜質をより優れたものとすることができる。
【0172】
この後、実施例6と同様にして図2(C)〜(F)に従い、薄膜トランジスタが形成される。
【0173】
本実施例の工程では、実施例2と同様にレーザー照射室内での酸化珪素膜204の形成に要する時間が不要となる。したがって、作製工程時間の短縮を図ることができる。
【0174】
本実施例において、レーザーアニール時の雰囲気は窒素雰囲気以外であっても、清浄な雰囲気であれば実施は可能である。
【0175】
【発明の効果】
本発明により、空気を含め、他の雰囲気でレーザーアニールを行う場合に比較して、結晶性、均質性が大幅に向上し、またエネルギー利用効率を大きく向上させることができる。
【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】 実施例の作製工程を示す図。
【図3】 実施例におけるレーザーアニール装置の上面図。
【図4】 各種雰囲気でのレーザーアニールにおける、レーザービームのエネルギー密度と、レーザーアニールされた結晶性珪素膜のラマン半値半幅との関係を示す図。
【図5】 実施例におけるレーザーアニール装置の上面図。
【図6】 実施例における連続処理装置の上面図。
【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
105 被処理基板
106 台
107 移動機構
108 真空排気ポンプ
109、110 気体供給管
111 ステージ
112 光学系
201 基板
202 酸化珪素膜(下地膜)
203 結晶化珪素膜
204 酸化珪素膜
205 島状領域
206 ゲイト絶縁膜
207 ゲイト電極
208 ソース
209 ドレイン
210 チャネル形成領域
211 層間絶縁膜
212 ソース電極・配線
213 ドレイン電極・配線
301 ゲイトバルブ
302 基板搬送室
303 アライメント室
305 ロボットアーム
306 ロード/アンロード室
307 ゲイトバルブ
308 予備加熱室
309 ゲイトバルブ
310 徐冷室
311 ゲイトバルブ
312 カセット
501 予備加熱室
502 真空排気ポンプ
503、504 気体供給管
601 基板搬送室
602 レーザー照射室
603 予備加熱室
604 徐冷室
605 ロード/アンロード室
606 アライメント室
607 洗浄室
608〜612
613 ロボットアーム
614 基板
615 カセット
616 ステージ
617 カップ
618 ノズル
Claims (20)
- 基板上に形成された非単結晶珪素膜に対し、HF水溶液、又はHFとH 2 O 2 の混合水溶液を用いて洗浄処理を行い、
前記非単結晶珪素膜に酸素を含有する雰囲気中でレーザーアニール処理を行うレーザーアニール方法であって、
前記洗浄処理と前記レーザーアニール処理は、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 基板上に形成された非単結晶珪素膜上の自然酸化膜を洗浄処理によって除去し、
前記非単結晶珪素膜に酸素を含有する雰囲気中でレーザーアニール処理を行うレーザーアニール方法であって、
前記自然酸化膜の除去と前記レーザーアニール処理は、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 基板上に形成された非単結晶珪素膜に対し、HF水溶液、又はHFとH 2 O 2 の混合水溶液を用いて洗浄処理を行い、
前記非単結晶珪素膜上に膜厚0.5〜10nmの酸化珪素膜を形成し、
前記酸化珪素膜を介して前記非単結晶珪素膜に酸素のみ含有する雰囲気、あるいは酸素と不活性気体との混合気体中でレーザーアニール処理を行うレーザーアニール方法であって、
前記洗浄処理と、前記酸化珪素膜の形成と、前記レーザーアニール処理とは、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 基板上に形成された非単結晶珪素膜上の自然酸化膜を洗浄処理によって除去し、
前記非単結晶珪素膜上に膜厚0.5〜10nmの酸化珪素膜を形成し、
前記酸化珪素膜を介して前記非単結晶珪素膜に酸素のみ含有する雰囲気、あるいは酸素と不活性気体との混合気体中でレーザーアニール処理を行うレーザーアニール方法であって、
前記自然酸化膜の除去と、前記酸化珪素膜の形成と、前記レーザーアニール処理とは、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記レーザーアニール処理は0.01Torr〜700Torrの減圧下で行われることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 請求項1または請求項2において、
前記レーザーアニール処理は、酸素のみ含有する雰囲気、あるいは酸素と不活性気体との混合気体中で行われる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4、または請求項6において、
前記混合気体における酸素は、大気圧下で1%以上含有されていることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 請求項6又は請求項7において、
前記酸素の純度および前記不活性気体の純度は、共に99.9%以上、99.99999%以下であることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 基板上に形成された非単結晶珪素膜に対し、HF水溶液、又はHFとH 2 O 2 の混合水溶液を用いて洗浄処理を行い、
前記非単結晶珪素膜上に膜厚0.5〜10nmの酸化珪素膜を形成し、
前記酸化珪素膜を介して前記非単結晶珪素膜に窒素雰囲気中でレーザーアニール処理を行うレーザーアニール方法であって、
前記洗浄処理と、前記酸化珪素膜の形成と、前記レーザーアニール処理とは、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 基板上に形成された非単結晶珪素膜上の自然酸化膜を洗浄処理によって除去し、
前記非単結晶珪素膜上に膜厚0.5〜10nmの酸化珪素膜を形成し、
前記酸化珪素膜を介して前記非単結晶珪素膜に窒素雰囲気中でレーザーアニール処理を行うレーザーアニール方法であって、
前記自然酸化膜の除去と、前記酸化珪素膜の形成と、前記レーザーアニール処理とは、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 基板上に形成された非単結晶珪素膜に対し、HF水溶液、又はHFとH 2 O 2 の混合水溶液を用いて洗浄処理を行い、
前記非単結晶珪素膜に酸素を含有する雰囲気中でレーザーアニール処理を行って結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜の上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜の上にゲイト電極を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
前記洗浄処理と前記レーザーアニール処理は、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 基板上に形成された非単結晶珪素膜上の自然酸化膜を洗浄処理によって除去し、
前記非単結晶珪素膜に酸素を含有する雰囲気中でレーザーアニール処理を行って結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜の上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜の上にゲイト電極を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
前記自然酸化膜の除去と前記レーザーアニール処理は、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 基板上に形成された非単結晶珪素膜に対し、HF水溶液、又はHFとH 2 O 2 の混合水
溶液を用いて洗浄処理を行い、
前記非単結晶珪素膜上に膜厚0.5〜10nmの酸化珪素膜を形成し、
前記酸化珪素膜を介して前記非単結晶珪素膜に酸素のみ含有する雰囲気、あるいは酸素と不活性気体との混合気体中でレーザーアニール処理を行って結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜の上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜の上にゲイト電極を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
前記洗浄処理と、前記酸化珪素膜の形成と、前記レーザーアニール処理とは、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 基板上に形成された非単結晶珪素膜上の自然酸化膜を洗浄処理によって除去し、
前記非単結晶珪素膜上に膜厚0.5〜10nmの酸化珪素膜を形成し、
前記酸化珪素膜を介して前記非単結晶珪素膜に酸素のみ含有する雰囲気、あるいは酸素と不活性気体との混合気体中でレーザーアニール処理を行って結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜の上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜の上にゲイト電極を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
前記自然酸化膜の除去と、前記酸化珪素膜の形成と、前記レーザーアニール処理とは、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項11乃至請求項14のいずれか一項において、
前記レーザーアニール処理は0.01Torr〜700Torrの減圧下で行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項11または請求項12において、
前記レーザーアニール処理は、酸素のみ含有する雰囲気、あるいは酸素と不活性気体との混合気体中で行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項13、請求項14、または請求項16において、
前記混合気体における酸素は、大気圧下で1%以上含有されていることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項16又は請求項17において、
前記酸素の純度および前記不活性気体の純度は、共に99.9%以上、99.99999%以下であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 基板上に形成された非単結晶珪素膜に対し、HF水溶液、又はHFとH 2 O 2 の混合水溶液を用いて洗浄処理を行い、
前記非単結晶珪素膜上に膜厚0.5〜10nmの酸化珪素膜を形成し、
前記酸化珪素膜を介して前記非単結晶珪素膜に窒素雰囲気中でレーザーアニール処理を行って結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜の上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜の上にゲイト電極を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
前記洗浄処理と、前記酸化珪素膜の形成と、前記レーザーアニール処理とは、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 基板上に形成された非単結晶珪素膜上の自然酸化膜を洗浄処理によって除去し、
前記非単結晶珪素膜上に膜厚0.5〜10nmの酸化珪素膜を形成し、
前記酸化珪素膜を介して前記非単結晶珪素膜に窒素雰囲気中でレーザーアニール処理を行って結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜の上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜の上にゲイト電極を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
前記自然酸化膜の除去と、前記酸化珪素膜の形成と、前記レーザーアニール処理とは、大気に曝すことなく連続して行われることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
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