JP5298106B2 - レーザ照射装置及び半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
方法に関する。
し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導
体膜を用いたTFTは、従来の非晶質半導体膜を用いたTFTよりも電界効果移動度が高
いので、高速動作が可能である。そのため、画素の駆動用の回路を外付けのICチップで
実装していたものを、画素と同一の基板上にTFTを用いて一体形成することが可能とな
っている。
ているが、通常この結晶化にはレーザアニール法が用いられている。これは、通常の熱ア
ニールでは600℃以上の高温が必要であるのに対し、廉価なガラス基板は耐熱性に劣り
熱変形しやすいためである。すなわち、レーザアニール法は輻射加熱あるいは伝導加熱を
利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体基板又は半導
体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないといった有利な特徴を
有しているため、ガラス基板上に形成した非晶質半導体膜の結晶化に広く用いられている
。
やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化さ
せる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される
技術も含んでいる。
振の2種類に大別される。前記レーザアニールには、エキシマレーザに代表されるパルス
発振のレーザ発振器から発振されたレーザビームが用いられることが多い。その理由とし
て、パルス発振のレーザ発振器は連続発振のレーザ発振器に比べて単位時間当たりの出力
エネルギーが3〜6桁程度高い点が挙げられる。よって、ビームスポット(被処理物の表
面において実際にレーザビームが照射される領域)を数センチ角の長方形状や、長さ10
0mm以上の線状となるように光学系にて整形し、レーザビームの照射位置を照射面に対
し相対的に移動させて、照射する方法は生産性が高く工業的に優れている。(例えば特許
文献1参照)このことから、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザ発振器を用いる
ことが主流となっている。なお、本明細書中では、照射面における形状が長方形状である
レーザビームを長方形状ビームと呼び、線状であるレーザビームを線状ビームと呼ぶ。
クト比の大きい長方形(もしくは長楕円形)を意味する。例えば、アスペクト比が2以上
(好ましくは10〜10000)のものを線状と呼ぶが、線状が長方形状に含まれること
に変わりはない。
記レーザビームの中央から端部に向かって強度が弱まる特徴を有している。均一なレーザ
アニールを行うためには、照射面上において前記レーザビームの強度分布を均一化する必
要がある。近年、均一化の手法として、レンズアレイを用いて、レーザビームを所定の方
向に分割し、分割されたそれぞれのレーザビームを同一面内において重ね合わせることに
よって強度分布を均一化する手法がとられることが多い。このようにして形成された長方
形状ビームの長辺の長さを300mm以上、その短辺の長さを1mm以下とすることで大
型基板に成膜された半導体膜のレーザアニールをより効率的に行うことができるようにな
った。
する一般的な手法を、図6を用いて説明する。図6には、シリンドリカルレンズアレイと
シリンドリカルレンズを組み合わせ、照射面上に線状ビームを形成する構成を簡潔に示し
たものである。なお、図6(a)において、照射面608上に形成される線状ビームの、
紙面に平行な方向が短辺方向である。図6(a)において、レーザ発振器601はXeC
lエキシマレーザである。レーザ発振器601から発振されたレーザビームは、シリンド
リカルレンズアレイ602に入射し、4分割された後、シリンドリカルレンズ604によ
っていったん一つのビームスポットに合成され、強度分布の均一な像を形成する。その後
、再び分離したビームスポットは、ミラー606で反射された後にシリンドリカルレンズ
607によって再び一つのビームスポットに集光され、照射面608上に照射される。こ
うして、短辺方向に強度分布の均一化された線状ビームが照射面608上に形成され、同
時に前記短辺方向の長さが決定される。
振されたレーザビームはシリンドリカルレンズアレイ603によって3分割された後、シ
リンドリカルレンズ605にて、3分割された前記スポットは照射面608にて1つに合
成される。ミラー606以降が破線で示されているが、前記破線は、ミラー606を配置
しなかった場合の正確な光路とレンズ及び照射面の位置を示している。これにより、線状
に整形されたビームスポットの長辺方向の強度分布が均一化され、前記長辺方向の長さが
決定される。
にずらしながら重ねて照射する。そうすると、例えば非単結晶珪素膜全面に対して効率的
にレーザアニールを施して結晶化及び結晶性を向上させることができる。
際、収差が起こることによって、照射面上に形成されるビームスポット内の均一性に悪影
響がでるという問題がある。図2に、シリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレン
ズによって、線状ビームの短辺方向に強度分布を均一化する構成の拡大図を示す。シリン
ドリカルレンズアレイ201によって4分割されたレーザビームはシリンドリカルレンズ
202によって一つのビームスポットに合成され、該ビームスポットにおいて強度分布が
均一化されている。このビームスポットを、結像光学系ともいうシリンドリカルレンズ2
03を用いて照射面に伝達する。このとき、図2に示すように該シリンドリカルレンズ2
03に入射したレーザビームは、前記シリンドリカルレンズ203への入射高によって結
像点が異なるために、収差を起こしていることがわかる。このため、ビームスポットの全
面積に占める強度分布の均一な領域の割合を増やすことが困難である。結果として、照射
面として半導体膜を用いてレーザアニールを行うとき、強度分布の均一なビームスポット
を用いてアニールできる領域が広くとれず、スループットが低いという問題がある。
照射面において強度分布の均一なビームスポットの面積を拡大し、照射面に均一なアニー
ルを効率的に行うことができるレーザ照射装置並びに、該レーザ照射装置を用いた半導体
装置の作製方法を提供することを課題とする。
学系とを有し、前記軸外しレンズアレイによって前記レーザ発振器から出力されたレーザ
ビームを分割し、分割した前記レーザビームを重ね合わせることによって所定の平面上に
強度分布の均一な像を形成し、前記所定の平面の後方に配置された結像光学系によって前
記強度分布の均一な像を照射面に伝達することを特徴とする。前記軸外しレンズアレイを
構成する各軸外しレンズの軸外し量は、形成したい像のサイズや場所等の条件によって、
適宜決定すればよい。
イを、さらに前記結像光学系としてシリンドリカルレンズを用いることを特徴とする。
レンズは、前記長方形状の像の短辺方向に曲率を持つことを特徴とする。短辺方向に短く
することができると、長辺方向により長い線状ビームが形成でき、一度の走査によってア
ニールできる領域が広がるため、スループットの向上につながる。また、大面積の基板上
に半導体装置を作製する場合にも、基板の大きさに合わせて線状ビームの長辺方向の長さ
を長くし、少ない走査回数でアニールを行うことができるため、短時間で多数の基板が処
理でき、スループットが向上する。
の位置がずれているものである。
系によって伝達するとき、前記強度分布の均一な像の広がりが小さいために、前記結像光
学系は、従来に比べて格段に小型化することが可能である。前記結像光学系の小型化によ
って、コストの削減やメンテナンス作業の煩雑さの低減、さらには収差を抑えることが可
能になる。収差が低減されることによって、照射面において強度分布の均一なビームスポ
ット内の面積を拡大することができる。また、均一なビームスポットの形成が可能なこと
から、半導体膜を照射面としてレーザアニールを行えば均一な結晶性が得られる。
たレーザビームを分割し、前記分割されたレーザビームを照射面上において重ね合わせる
ことによって強度分布の均一な長方形状の像を形成する軸外しシリンドリカルレンズアレ
イとを有し、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイは前記長方形状の像の長辺方向に曲
率を持つことを特徴とする。
、前記非単結晶半導体膜を照射面としてレーザアニールする工程とを有し、前記レーザア
ニールする工程においては、軸外しレンズアレイによりレーザビームを分割し、分割され
たレーザビームを重ね合わせることで所定の平面上に強度分布が均一な像を形成し、前記
所定の平面の後方に配置された結像光学系によって前記強度分布の均一な像を照射面に伝
達することを特徴とする。
イを、さらに前記結像光学系としてシリンドリカルレンズを用いることを特徴とする。
レンズは前記長方形状の像の短辺方向に曲率を持つことを特徴とする。
、前記非単結晶半導体膜を照射面としてレーザアニールする工程とを有し、前記レーザア
ニールする工程においては、軸外しシリンドリカルレンズアレイによりレーザビームを分
割し、前記分割されたレーザビームを照射面上において重ね合わせることで強度分布が均
一な長方形状の像を形成し、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイは、前記長方形状の
像の長辺方向に曲率を持つことを特徴とする。
する。
によって、結像光学系に入射するレーザビームの広がりを抑えることができるため、前記
結像光学系を小型化することができる。光学系を小型化することによって、コストの削減
やメンテナンス作業の煩雑さを低減できるという利点がある。さらに、結像光学系を小型
することによって収差を抑えることができ、ビームスポット内において強度分布の均一な
領域を拡大することができる。このことから、照射面において線状ビームを形成する場合
、特に短辺において強度分布が不均一な領域を小さくすることができる。より長い線状ビ
ームを用いて、半導体膜を形成した基板を照射面として、アニールを行えば、短時間でよ
り多くの枚数を処理できるため、スループットが向上するという利点がある。また、収差
が抑えられることから、均一なビームスポットを形成することができるため、均一なアニ
ールが可能となる。均一なアニールを行えば均一な結晶性が得られ、好ましい。
本実施の形態で用いる軸外しシリンドリカルレンズアレイについて説明する。軸外しシリ
ンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズは該シリンドリカルレンズの平
面から最も遠い距離にある母線が、該シリンドリカルレンズの中心からずれているものを
用いている。軸外しシリンドリカルレンズアレイを設計する上で重要な点は、該軸外しシ
リンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザビームが、所定の平面において重な
り合って、強度分布が均一な像を形成するように軸外し量を決定することである。本実施
の形態においては、照射面において長方形状のビームスポットを形成し、また該軸外しシ
リンドリカルレンズアレイと結像光学系であるシリンドリカルレンズを長方形状のビーム
スポットの短辺方向に作用する例について説明する。軸外しシリンドリカルレンズアレイ
とシリンドリカルレンズを組み合わせることで、形成される長方形状ビームスポットの短
辺方向の長さをより短くすることができるため、上記のように長辺方向の長さをより長く
することができ、スループットの向上を実現することができる。
らさらに距離A2後方において強度分布の均一な長方形状の像を形成する。前記長方形状
の像を第1の像とする。この像から距離A3後方に結像光学系としてシリンドリカルレン
ズ102を配置する。シリンドリカルレンズ102は前記第1の像を照射面103上に伝
達し、照射面103上に強度分布の均一な長方形状の像(これを第2の像とする。)を形
成する。図1に示した本発明の構成において、結像光学系であるシリンドリカルレンズ1
02に入射するレーザビームの広がりD2が、従来技術と比較して大幅に抑えられること
が本発明による利点であり、本実施の形態では、図2に示す従来技術とこれとを比較する
。
を用いて照射面上に長方形状のビームスポットを形成する構成を示している。図1に示す
本発明の構成と比較するため、比較対象である従来技術の構成において用いられる各光学
系の条件(焦点距離、サイズ、材質等)は図1に示すものと同じとする。シリンドリカル
レンズアレイ201は焦点距離A1であり、これは図1に示す軸外しシリンドリカルレン
ズアレイ101の焦点距離と同じである。また、シリンドリカルレンズアレイ201の焦
点から距離A2後方に焦点距離A2のシリンドリカルレンズ202を配置し、シリンドリカ
ルレンズ202によって強度分布の均一な長方形状の像(第1の像と呼ぶ)を形成する。
そして、第1の像から距離A3後方に結像光学系としてシリンドリカルレンズ203を配
置する。
を有する結像光学系を配置し、さらに同距離後方に照射面を配置し、同じサイズの第2の
像を形成するものとする。図2において、シリンドリカルレンズ202に入射するレーザ
ビームの広がりはD1であり、結像光学系であるシリンドリカルレンズ203に入射する
レーザビームの広がりはD3とする。上記に示したA1、A2、A3の大小関係は、A1>A2
、A2<A3とする。その理由は以下の通りである。A1>A2とすれば、A1、A2の比に応
じて第1の像のサイズを小さくすることができ、A1>>A2とするほど、第1の像は小さ
くすることができる。またA2<A3とすれば、第1の像に対して照射面上に形成される第
2の像の縮小率を上げることができ、さらに、A2<<A3とするほどその縮小率は上がり
、より小さいビームスポットにすることができる。
ることができるため、好ましい。本発明による構成において、D2の広がりは、以下のよ
うに求めることができる。D1:D2=(A1+A2):A3より、D2=A3・D1/(A1+
A2)となる。一方で、図2において、広がりD3は、D1:D3=A2:A3より、D3=A3
・D1/A2となる。D2とD3を比較すると、D2の方が分母が大きいため、得られる数値
が小さいことがわかり、このことから、本発明によってレーザビームの広がりが抑えられ
ることがわかる。またA1>>A2、A2<<A3とすることで、D3/D2=1+A1/A2>
>1となり、その効果は顕著に表れ、より小さなビームスポットとすることができる。
りが抑えられることにある。この理由を以下に説明する。図1、図2の両図で示した第1
の像から同距離後方に結像光学系を配置し、レーザビームを集光させ、像を形成するとき
、図2に示すシリンドリカルレンズ203は、図1に示すシリンドリカルレンズ102よ
り大きくなることは、上記のように、広がりが大きくなることから明らかである。一方、
図1に示す本発明を適用した例においては、ビームの広がりが小さいために、シリンドリ
カルレンズ102のサイズを小さくすることができる。結像光学系の小型化によって、コ
ストや、メンテナンスの煩雑さを低減し、さらに、収差を抑えることができるという利点
がある。
から遠くなる。光学系へのレーザビームの入射高によって結像点は異なることから、結像
光学系が大きくなるに従って、焦点において収差は大きくなる。図2に示す照射面204
上では、結像光学系203のサイズが大きいことから収差が増大し、均一なアニールが困
難となる。このことから、結像光学系としてのシリンドリカルレンズはサイズが小さい方
が好ましく、収差を抑えることによって、照射面において、強度分布の均一なビームスポ
ットの面積を拡大することができる。照射面において線状ビームを形成するのであれば、
強度分布が均一である、線状ビームをより長くすることができる。より長い線状ビームを
用いて半導体膜を形成した基板を照射面として、アニールを行えば、短時間でより多くの
枚数を処理できるため、スループットが向上する。さらに、収差を抑えることによって均
一なアニールが可能になり、均一な結晶性が得られる。
し、その光学系を用いたレーザ照射装置を、図3を用いて説明する。
て、照射面305上に形成される線状ビームの短辺方向に強度分布を均一化する例を説明
する。さらに、図3(b)では、該線状ビームの長辺方向においても、軸外しシリンドリ
カルレンズアレイを用いて、強度分布を均一化する例を説明する。レーザ発振器301と
して、エキシマレーザを用いる。レーザ発振器301から出力されたレーザビームは矢印
の方向に伝搬し、軸外しシリンドリカルレンズアレイ302及び303、シリンドリカル
レンズ304を経て、照射面305に照射される。軸外しシリンドリカルレンズアレイ3
02は焦点距離750mmで幅6mmのシリンドリカルレンズ4枚から構成されている。
しシリンドリカルレンズアレイ302に入射し、4分割された後、完全に重なり合い、強
度分布の均一な2mmの像を形成する。本実施例では、この像を第1の像と呼ぶ。そして
、該シリンドリカルレンズ304は、第1の像を照射面305上に伝達するリレーレンズ
として機能する。該シリンドリカルレンズ304は、本発明による軸外しシリンドリカル
レンズアレイ302を用いることで、レーザビームの広がりを抑えられることから、その
サイズを小さくすることができるため、照射面305上において、収差がほとんど見られ
ないビームスポットを伝達することができる。また、前記シリンドリカルレンズ304に
よって、照射面305上における線状ビームの短辺方向の長さが決定される。本実施例で
は、第1の像から1000mmの距離にシリンドリカルレンズ304を配置し、さらにシ
リンドリカルレンズ304から照射面305までの距離が250mmであることから、照
射面305上に形成される線状ビームの短辺方向の長さは500μmである。
しシリンドリカルレンズアレイ303に入射し、4分割された後、照射面305上におい
て完全に重なり合い、強度分布の均一な像を形成する。このとき、照射面305上に形成
したい線状ビームの長辺方向の長さに応じて、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ3
03のサイズ、配置、また前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ303を構成する各シ
リンドリカルレンズ等は最適化すればよい。長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレ
イを用い、結像光学系を用いることなしに、照射面に像を形成すると、結像光学系による
収差をなくすことができる。収差の影響を考慮することなく、照射面において強度分布の
均一なビームスポットを形成することができる。この点から、長辺方向に軸外しシリンド
リカルレンズアレイを用いることは有効である。
る。本発明を適用することによって、前記線状ビームの長辺方向および短辺方向に収差を
抑えることができ、ビームスポット内の強度分布の均一な面積を拡大することができるた
め、照射面において、強度分布の均一な線状ビームをより長くすることができる。より長
い線状ビームを用いて、半導体膜を形成した基板を照射面としてアニールを行えば、短時
間でより多くの枚数を処理できるため、スループットが向上するという利点がある。
4を用いて説明する。
しシリンドリカルレンズアレイである。ライトパイプ404は向かい合う反射面を1組有
し、反射面は照射面406上に形成される線状ビームスポットの短辺方向に作用するよう
に配置する。ライトパイプの間隔は2mmで配置されている。図4(a)において、照射
面406上に形成される線状ビームの、紙面に平行な方向が短辺方向である。ライトパイ
プ404の反射面間は空気で満たされており、ライトパイプ404に入射したレーザビー
ムは反射を繰り返し、分割されたレーザビームが同一面内において重ね合わされることに
より、レーザビームが重ね合わされた位置である射出口においてレーザビームの強度分布
が均一化される。
カルレンズは、シリンドリカルレンズであり、該シリンドリカルレンズの平面から最も遠
い距離にある母線が、該シリンドリカルレンズの中心からずれているものを用いている。
この軸外しシリンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザビームは、ライトパイ
プ404の入口において重ね合わされ、強度分布が均一な像を形成する。本実施例におい
てこの像を第1の像と呼ぶ。ライトパイプ404に入射したレーザビームは、ライトパイ
プ404内で反射を繰り返して射出口に至り、射出口にて強度分布が均一な像が形成され
る。この射出口において形成される像を本実施例では第2の像と呼ぶ。ライトパイプ40
4の後方に配置されるシリンドリカルレンズ405は、第2の像を照射面406上に投影
するためのリレーレンズとして機能する。こうして照射面406上において、線状ビーム
の短辺方向に強度分布の均一なビームスポットが形成される。
ルレンズアレイ403に入射し、4分割される。その後、照射面406において完全に重
ね合わされ、線状ビームの長辺方向に強度分布の均一なビームスポットを形成する。長辺
方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用い、結像光学系を用いることなしに、照射
面に像を形成すると、結像光学系による収差をなくすことができる。収差の影響を考慮す
ることなく、照射面において強度分布の均一なビームスポットを形成することができる。
この点から、長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いることは有効である。
ことによって、ライトパイプ内でレーザビームの反射回数を増やすことができることから
、強度分布をより均一化することができ、好ましい。
わされる際に、完全に同一に重ね合わされなくとも、ライトパイプ404内で反射を繰り
返し、強度分布の均一性を向上させることができるため、完全に同一でなくともライトパ
イプで補正することができ、好ましい。
ザアニールを行う。前記半導体膜を利用して例えば、アクティブマトリクス型のディスプ
レイを作製することができる。前記作製は実施者が公知の方法に従って行えばよい。
ているシリンドリカルレンズアレイを組み合わせた構成を有するレーザ照射装置について
、図5を用いて説明する。
に伝搬する。軸外しシリンドリカルレンズアレイ502は、前記レーザビームを4分割し
、ある平面上で重なり合うことによって強度分布の均一な像を形成する。この像は後方に
配置されたシリンドリカルレンズ505によって照射面506上に投影される。図5(a
)において、照射面506上に形成される線状ビームは、紙面に平行な方向が短辺方向で
ある。軸外しシリンドリカルレンズアレイ502を、線状ビームの短辺方向に曲率を持つ
ように配置する利点は、以下の通りである。本発明によると、軸外しシリンドリカルレン
ズアレイ502を用いることでシリンドリカルレンズ505のサイズを小型化することが
できるため、照射面506上において収差を低減することができる。収差を抑えることに
よって、半導体膜をアニールするために必要な強度分布の均一性を有するビームスポット
内の領域を、短辺方向に拡大することができる。半導体膜のアニールを行うにあたって、
線状ビームの短辺方向にレーザビームをオーバーラップさせながら走査することで、アニ
ールを行う手法が工業的に優れており、一般的に用いられているが、半導体膜をアニール
するために必要な強度分布の均一性を有するビームスポット内の領域を短辺方向に拡大す
ることで、より効率的にアニールを行うことができる。本実施例では、線状ビームの短辺
方向のみに軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いたが、実施例1及び実施例2のよう
に、短辺方向及び長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いた構成としてもよ
い。さらに、短辺方向に従来のシリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズを用
い、長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いてもよい。長辺方向に軸外しシ
リンドリカルレンズアレイを用いれば、上記のように収差をなくすことによって、強度分
布の均一な面積を長辺方向に拡大することが可能になり、より長い線状ビームを形成する
ことができる。このことから、短時間で多数の基板を処理することができ、スループット
が向上するという利点がある。
の方向に伝搬する。前記レーザビームはシリンドリカルレンズアレイ503によって3分
割された後、シリンドリカルレンズ504によって集光され、照射面506上に照射され
る。図5(b)において、照射面506に形成される線状ビームの、紙面に平行な方向が
長辺方向である。
ルレンズアレイとを組み合わせた構成としても、照射面506上において、強度分布の均
一な線状ビームを形成することができる。
ザアニールを行う。前記半導体膜を利用して例えば、アクティブマトリクス型のディスプ
レイを作製することができる。前記作製は実施者が公知の方法に従って行えばよい。
製工程について、図7〜図9を用いて説明する。
は、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、
石英基板、SUS基板等を用いることができる。また、プラスチック等の可撓性を有する
合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作
製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いてもよい。
、半導体中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よって
アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、
窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施例では、プラズマCVD
法を用いて窒化酸化珪素膜を10nm〜400nmの膜厚になるように成膜した。
ガラス基板、SUS基板又はプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金
属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下
地膜を設けることは有効であるが、石英基板などの不純物の拡散がさして問題とならない
場合は、必ずしも設ける必要はない。
nm〜100nm(好ましくは30nm〜60nm)とする。非晶質半導体膜702とし
ては、珪素やシリコンゲルマニウムを用いる。その後、500℃、1時間の加熱処理を行
って、水素だしを行う。
晶質半導体膜703を形成する。本実施例のレーザ結晶化には、エキシマレーザを使用し
、発振されたレーザビームを光学系を用いて長方形状のビームスポットに加工し、半導体
膜に照射する。具体的には、光学系に本発明による軸外しシリンドリカルレンズアレイ及
びシリンドリカルレンズを用い、照射面において長辺の長さ100mm〜1000mm、
短辺方向の長さ200μm〜5000μmの長方形状のビームスポットに加工する。本実
施例では、長辺方向300mm、短辺方向400μmの線状ビームに加工し、照射する。
この時の線状ビームの重ね合わせ率(オーバーラップ率)は50%〜98%として行い、
本実施例では90%とする。また、レーザビームのエネルギー密度は100mJ/cm2
〜1000mJ/cm2とし、本実施例においては減衰器を用いて350mJ/cm2と設
定する。周波数(1秒間当たりのパルス発振数)については、10Hz〜1000Hzと
し、本実施例では300Hzとする。本実施例では基板を温度500℃の窒素雰囲気中で
1時間加熱した後、レーザアニール法により半導体膜の結晶化を行い、結晶質半導体膜を
形成する。そして、ステージは1mm/s〜500mm/s程度の速度で動かしてレーザ
ビームを照射するのが望ましく、本実施例では12mm/sの速度でステージを移動させ
てレーザビームの照射を行う。本発明を適用することによって、照射面である半導体膜に
おいて収差を低減させることができ、より均一なレーザアニールを行うことができるため
、均一な結晶性を得ることができる。
4〜707を形成する。その後、半導体層704〜707を覆うゲート絶縁膜708を形
成する。ゲート絶縁膜708としては、例えば、スパッタ法を用いて、膜厚を30nm〜
200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。
説明する。この場合、図7に示した工程と同様に、バリウムホウケイ酸ガラスや、アルミ
ノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、SUS基板等の基板800上に下地膜
801を設け、その上に非晶質半導体膜802を形成する。(図8(A))
pmのNiを含む酢酸ニッケル塩溶液810をスピンコート法で塗布する。なお、触媒の
添加は上記方法に限定されず、スパッタリング法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添
加してもよい。
を行った。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液810が塗布された表面から、基板
800に向かって縦方向に結晶化が促進された結晶質半導体が形成される。なお、本実施
例では、触媒元素としてニッケル(Ni)を用いているが、それ以外にも、ゲルマニウム
(Ge)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、コバルト(C
o)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)といった元素を用いても良い。
上させ、結晶質半導体膜811を形成する(図8(B))。なお、触媒元素を用いて結晶
化された結晶質半導体膜811内には、触媒元素(ここではNi)がおよそ1×1019a
toms/cm3程度の濃度で含まれていると考えられる。そこで、次に、結晶質半導体
膜811内に存在する触媒元素のゲッタリングを行う。
る。1nm〜10nm程度の膜厚を有する酸化膜812を形成することで、後のエッチン
グ工程において結晶質半導体膜811の表面がエッチングにより荒れるのを防ぐことがで
きる。
などと過酸化水素水を混合させた水溶液や、オゾン水で、結晶質半導体膜811の表面を
酸化することで形成しても良いし、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理や、加熱処理、
紫外線照射等により形成しても良い。また酸化膜を別途、プラズマCVD法やスパッタ法
、蒸着法などで形成しても良い。
ッタリング用の半導体膜813を、スパッタ法を用いて25nm〜250nmの厚さで形
成する。ゲッタリング用の半導体膜813は、結晶質半導体膜811とエッチングの選択
比を大きくするため、結晶質半導体膜811よりも膜の密度の低い方がより望ましい。希
ガス元素としてはヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(
Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用いる。
。ファーネスアニール法で行う場合には、窒素雰囲気中にて450℃〜600℃で0.5
時間〜12時間の加熱処理を行う。また、RTA法を用いる場合には、加熱用のランプ光
源を1秒〜60秒、好ましくは30秒〜60秒点灯させ、それを1回〜10回、好ましく
は2回〜6回繰り返す。半導体膜が瞬間的には600℃〜1000℃、好ましくは700
℃〜750℃程度にまで加熱されるように発光強度を設定する。
ッタリング用の半導体膜813に移動し、ゲッタリングされる。
は、ClF3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラ
エチルアンモニウムハイドロオキサイド((CH3)4NOH)を含む水溶液などアルカリ
溶液によるウェットエッチングで行うことができる。このとき、酸化膜812によって結
晶質半導体膜811がエッチングされるのを防ぐことができる。
半導体膜811をパターニングし、半導体層814〜817を形成する(図8(D))。
その後、半導体層814〜817を覆うゲート絶縁膜808を形成する。ゲート絶縁膜8
08としては、例えば、スパッタ法を用いて、膜厚を30nm〜200nmとして珪素を
含む絶縁膜で形成する。
の他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。
ら選択された元素、前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料、リン等の不純
物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜やAgPdCu合金などの公
知の導電性を有する材料を用いて、膜厚20nm〜100nmの第1導電膜920を形成
する(図9(A))。次に、第1導電膜920を被覆するように、膜厚100nm〜40
0nmの第2導電膜及び膜厚100nm〜400nmの窒化珪素膜を積層形成する。続い
て、窒化珪素膜をパターン加工して、絶縁層929〜932を形成する。なお、この絶縁
層929〜932の材料は窒化珪素に限らず、酸化珪素でも良い。より詳しくは、酸化珪
素膜であれば、リン酸系のエッチング液を用いてパターン加工し、窒化珪素膜であればフ
ッ酸系のエッチング液を用いてパターン加工する。次に絶縁層929〜932をマスクと
して、第2導電膜をパターン加工して、導電層925〜928を形成する。
などの15族に属し、N型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。この際、導電層9
25〜928及び絶縁層929〜932がN型を付与する不純物元素に対するマスクとな
って、自己整合的に不純物領域921〜924が形成され、1×1018〜1×1020at
oms/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素が添加される。
〜938を形成する(図9(B))。その後、マスクとして機能した絶縁層929〜93
2をエッチングにより除去する(図9(C))。次に、新たにレジストからなるマスク9
46、947を形成して、上記のドーピング処理よりも高い加速電圧でドーピング処理を
行う。導電層935、937を不純物元素に対するマスクとして用いて、ドーピング処理
を行った結果、不純物領域(N−領域、LDD領域)941、944には1×1018〜5
×1019atoms/cm3の濃度範囲で不純物元素が付与され、不純物領域(N+領域
)940、943には1×1019〜5×1021atoms/cm3の濃度範囲でN型を付
与する不純物元素を添加される。また、チャネル形成領域942、945が形成される。
るマスク956、957を形成する(図9(D))。その後、ドーピング処理を行って、
Pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に、前記導電型とは逆の導電型を付与する不
純物元素が添加された不純物領域を形成する。本処理では、導電層936、938を不純
物元素に対するマスクとして用いて、P型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に
不純物領域(P+領域)950、953、不純物領域(P−領域)951、954及びチ
ャネル形成領域952、955を形成する。ここでは、P型を付与する不純物元素の濃度
が1×1019〜5×1021atoms/cm3となるようにドーピング処理を行う。なお
ドーピング処理を行う条件等は上記記載に限定されず、2回以上の複数回のドーピング処
理で形成しても良い。
クとして、第1の導電膜920を異方性エッチングして、導電層960〜963を形成す
る(図9(E))。以上の工程により、Nチャネル型トランジスタ980、982と、P
チャネル型トランジスタ981、983を同一基板上に形成することができる。
D法またはスパッタ法を用い、厚さを100nm〜200nmとして珪素を含む絶縁膜を
用いて、単層又は積層構造として形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚
100nmの酸化窒化珪素膜を形成した。次いで加熱処理を行って、半導体層の結晶性の
回復、又は半導体層に添加された不純物元素の活性化を行ってもよい。
、ポリイミド、ポリアミド、BCB、アクリル等の有機絶縁膜を用いる。絶縁膜973は
、基板900上に形成されたTFTによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いので
、平坦性に優れた膜が好ましい。
加工して、不純物領域940、943、950及び953に達するコンタクトホールを形
成する。次に、導電性材料を用いて、導電膜を形成し、該導電膜をパターン加工して、配
線964〜971を形成する。その後保護膜として絶縁膜974を形成すると、図示する
ような半導体装置が完成する。
がゲート電極とオーバーラップする構造が好適であり、高速化のためには、トランジスタ
の微細化を図ることが好ましい。本実施例により完成されるトランジスタ980〜983
は、LDD構造を有するため、高速動作が必要な駆動回路に用いることが好適である。ま
た、微細化に伴って、ゲート絶縁膜808の薄膜化が欠かせないが、本実施例の工程では
、ゲート絶縁膜808が第1導電膜920に被覆された状態でドーピング工程が行われ、
該ゲート絶縁膜808が保護されているため、微細化にも有効な作製方法といえる。
だ半導体装置について図10、図11、図12で説明する。
話等)、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる
。それらの一例を図10と図11に示す。
03、表示装置9004、操作スイッチ9005、アンテナ9006から構成されている
。本願発明は音声出力部9002、音声入力部9003、及びアクティブマトリクス基板
を備えた表示装置9004に適用することができる。
103、操作スイッチ9104、バッテリー9105、受像部9106から成っている。
本願発明は音声入力部9103、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置910
2、受像部9106に適用することができる。
メラ部9202、受像部9203、操作スイッチ9204、表示装置9205で構成され
ている。本願発明は受像部9203、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9
205に適用することができる。
ーム部9303で構成される。本願発明は表示装置9302に適用することができる。ま
た、表示されていないが、その他の信号制御用回路に使用することもできる。
体9504、操作スイッチ9505、アンテナ9506から構成されており、ミニディス
ク(MD)やDVDに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するもので
ある。表示装置9502、9503は直視型の表示装置であり、本発明はこの適用するこ
とができる。
イヤーであり、本体9701、表示装置9702、スピーカ部9703、記録媒体970
4、操作スイッチ9705で構成される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Di
gtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲ
ームやインターネットを行うことができる。
れる。
表示装置9603、キーボード9604で構成される。
02で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
ー3703、スクリーン3704で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回
路に適用することができる。
3702の構造の一例を示した図である。投射装置3601、3702は、光源光学系3
801、ミラー3802、3804〜3806、ダイクロイックミラー3803、プリズ
ム3807、液晶表示装置3808、位相差板3809、投射光学系3810で構成され
る。投射光学系3810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の
例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図12(C)中に
おいて矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、
位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
した図である。本実施例では、光源光学系3801は、リフレクター3811、光源38
12、レンズアレイ3813、3814、偏光変換素子3815、集光レンズ3816で
構成される。なお、図12(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。
例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相
差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
、本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能で
ある。また、本実施例の電子機器は他の実施例自由に組み合わせることが可能である。
602 シリンドリカルレンズアレイ
603 シリンドリカルレンズアレイ
604 シリンドリカルレンズ
605 シリンドリカルレンズ
606 ミラー
607 シリンドリカルレンズ
608 照射面
201 シリンドリカルレンズアレイ
202 シリンドリカルレンズ
203 シリンドリカルレンズ
204 照射面
101 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
102 シリンドリカルレンズ
103 照射面
301 レーザ発振器
302 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
303 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
304 シリンドリカルレンズ
305 照射面
306 照射面
401 レーザ発振器
402 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
403 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
404 ライトパイプ
405 シリンドリカルレンズ
406 照射面
501 レーザ発振器
502 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
503 シリンドリカルレンズアレイ
504 シリンドリカルレンズ
505 シリンドリカルレンズ
506 照射面
700 基板
701 下地膜
702 非晶質半導体膜
703 結晶質半導体膜
704 半導体層
705 半導体層
706 半導体層
707 半導体層
708 ゲート絶縁膜
800 基板
801 下地膜
802 非晶質半導体膜
808 ゲート絶縁膜
810 酢酸ニッケル塩溶液
811 結晶質半導体膜
812 酸化膜
813 ゲッタリング用の半導体膜
814 半導体層
815 半導体層
816 半導体層
817 半導体層
920 導電膜
921 不純物領域
922 不純物領域
923 不純物領域
924 不純物領域
925 導電層
926 導電層
927 導電層
928 導電層
929 絶縁層
930 絶縁層
931 絶縁層
932 絶縁層
935 導電層
936 導電層
937 導電層
938 導電層
940 不純物領域
941 不純物領域
942 チャネル形成領域
943 不純物領域
944 不純物領域
945 チャネル形成領域
946 マスク
947 マスク
950 不純物領域
951 不純物領域
952 チャネル形成領域
953 不純物領域
954 不純物領域
955 チャネル形成領域
956 マスク
957 マスク
960 導電層
961 導電層
962 導電層
963 導電層
964 配線
965 配線
966 配線
967 配線
968 配線
969 配線
970 配線
971 配線
972 絶縁膜
973 有機絶縁膜
974 絶縁膜
980 Nチャネル型トランジスタ
981 Pチャネル型トランジスタ
982 Nチャネル型トランジスタ
983 Pチャネル型トランジスタ
900 基板
9001 本体
9002 音声出力部
9003 音声入力部
9004 表示装置
9005 操作スイッチ
9006 アンテナ
9101 本体
9102 表示装置
9103 音声入力部
9104 操作スイッチ
9105 バッテリー
9106 受像部
9201 本体
9202 カメラ部
9203 受像部
9204 操作スイッチ
9205 表示装置
9301 本体
9302 表示装置
9303 アーム部
9501 本体
9502 表示装置
9504 記憶媒体
9505 操作スイッチ
9506 アンテナ
9701 本体
9702 表示装置
9703 スピーカ部
9704 記録媒体
9705 操作スイッチ
3101 本体
3102 支持台
3103 表示部
9601 本体
9602 画像入力部
9603 表示装置
9604 キーボード
3602 スクリーン
3701 本体
3702 投射装置
3703 ミラー
3704 スクリーン
3601 投射装置
3801 光源光学系
3802 ミラー
3803 ダイクロイックミラー
3807 プリズム
3808 液晶表示装置
3809 位相差板
3810 投射光学系
3811 リフレクター
3812 光源
3813 レンズアレイ
3815 偏光変換素子
3816 集光レンズ
Claims (2)
- レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを分割し、かつ、前記分割されたレーザビームを照射面において重ね合わせることによって、前記照射面において長方形状のビームスポットを形成する軸外しシリンドリカルレンズアレイと、を有し、
前記軸外しシリンドリカルレンズアレイは、前記長方形状のビームスポットの長辺方向に曲率を有し、
前記軸外しシリンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズは、前記シリンドリカルレンズの中心軸から主点の位置がずれており、
前記軸外しシリンドリカルレンズアレイは、前記長方形状のビームスポットの長辺方向の強度分布を均一化する機能を有することを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項1に記載のレーザ照射装置を用いて、半導体膜にレーザビームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
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