JPH09162121A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH09162121A JPH09162121A JP31788395A JP31788395A JPH09162121A JP H09162121 A JPH09162121 A JP H09162121A JP 31788395 A JP31788395 A JP 31788395A JP 31788395 A JP31788395 A JP 31788395A JP H09162121 A JPH09162121 A JP H09162121A
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- laser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 装置や工程を複雑化することなく結晶化し，
レーザ消灯後の結晶の冷却速度を大きく低下させて結晶
粒径を大きくし，且つ欠陥の発生を抑制する。 【解決手段】 基板上に形成された堆積層にレーザ光を
照射する工程と，該基板よりも該堆積層の方が光の吸収
係数が大きい光を該堆積層に照射し且つ該光の強度を漸
増あるいは漸減させる工程とを有し，該堆積層を該基板
より高い温度で加熱して該堆積層を結晶化する。
レーザ消灯後の結晶の冷却速度を大きく低下させて結晶
粒径を大きくし，且つ欠陥の発生を抑制する。 【解決手段】 基板上に形成された堆積層にレーザ光を
照射する工程と，該基板よりも該堆積層の方が光の吸収
係数が大きい光を該堆積層に照射し且つ該光の強度を漸
増あるいは漸減させる工程とを有し，該堆積層を該基板
より高い温度で加熱して該堆積層を結晶化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に係り, 特に多結晶薄膜トランジスタ(TFT) の素子形
成層となる半導体薄膜の結晶化方法に関する。
法に係り, 特に多結晶薄膜トランジスタ(TFT) の素子形
成層となる半導体薄膜の結晶化方法に関する。
【０００２】TFT は液晶ディスプレイ(LCD) パネルに組
み込まれる駆動回路や表示部マトリクス回路に使用され
ている。TFT はキャリアの移動度が高いこと，オフ状態
でリーク電流が小さいことが要求されるが，多結晶シリ
コン(p-Si)の結晶内, あるいは結晶粒界における欠陥を
十分に低減することが困難であって, 永らく実用化が阻
害されていた。
み込まれる駆動回路や表示部マトリクス回路に使用され
ている。TFT はキャリアの移動度が高いこと，オフ状態
でリーク電流が小さいことが要求されるが，多結晶シリ
コン(p-Si)の結晶内, あるいは結晶粒界における欠陥を
十分に低減することが困難であって, 永らく実用化が阻
害されていた。
【０００３】
【従来の技術】液晶ディスプレイ用のTFT は透明基板上
に形成され，その結晶材料としては従来はアモルファス
シリコン(a-Si)が用いられていたが, これを多結晶シリ
コン(p-Si)に置き換えることにより，キャリア移動度を
数桁向上させることかでき，その結果, TFT の動作速度
が上がり，素子サイズを縮小することができる。
に形成され，その結晶材料としては従来はアモルファス
シリコン(a-Si)が用いられていたが, これを多結晶シリ
コン(p-Si)に置き換えることにより，キャリア移動度を
数桁向上させることかでき，その結果, TFT の動作速度
が上がり，素子サイズを縮小することができる。
【０００４】透明基板上のp-Si膜は, a-Si膜を高温で加
熱し, 結晶化して作製される場合が多い。従来は透明基
板には融点の高い高価な石英板が用いられていたが，今
後は安価なガラス板が用いられるようになってきた。と
ころが，ガラス基板は 600℃以上に加熱すると大きく歪
むため，結晶化温度の低下が求められる。
熱し, 結晶化して作製される場合が多い。従来は透明基
板には融点の高い高価な石英板が用いられていたが，今
後は安価なガラス板が用いられるようになってきた。と
ころが，ガラス基板は 600℃以上に加熱すると大きく歪
むため，結晶化温度の低下が求められる。
【０００５】基板温度を 600℃以下に保ったまま結晶化
を行うための従来技術の例を図６を用いて説明する。図
６(a) 〜(d) は結晶化方法の従来例の説明図である。
を行うための従来技術の例を図６を用いて説明する。図
６(a) 〜(d) は結晶化方法の従来例の説明図である。
【０００６】一般に図６(a) に示されるような，パルス
レーザ照射が最も有効な方法である。これによれば，ガ
ラス基板 1上のSi膜 3だけをレーザ光 4により選択的に
加熱できる。ここで，ガラス基板 1とSi膜 3との間には
不純物拡散と熱伝導を抑制するため二酸化シリコン(SiO
2)膜 2を挟んでいる。
レーザ照射が最も有効な方法である。これによれば，ガ
ラス基板 1上のSi膜 3だけをレーザ光 4により選択的に
加熱できる。ここで，ガラス基板 1とSi膜 3との間には
不純物拡散と熱伝導を抑制するため二酸化シリコン(SiO
2)膜 2を挟んでいる。
【０００７】レーザ光 4は，光吸収効率がSi膜 3に対し
ては高く基板に対しては低い紫外線領域の光で，パルス
出力の大きいエキシマレーザが適している。エキシマレ
ーザは半値幅が10〜20nsの短いパルス光であり，基板 1
に熱が伝わる前に消灯するため, 基板温度は上がりにく
い。レーザ点灯時にはSi膜 3の一部または全部が溶融
し，消灯後の冷却時に結晶化する。
ては高く基板に対しては低い紫外線領域の光で，パルス
出力の大きいエキシマレーザが適している。エキシマレ
ーザは半値幅が10〜20nsの短いパルス光であり，基板 1
に熱が伝わる前に消灯するため, 基板温度は上がりにく
い。レーザ点灯時にはSi膜 3の一部または全部が溶融
し，消灯後の冷却時に結晶化する。
【０００８】この際, 冷却速度が大きすぎると, Si膜 3
はアモルファス化したり，微結晶となり，結晶化しても
多くの転移や積層欠陥等が発生する。従って, 冷却速度
を制御することが必要となる。原理的には冷却速度小さ
い方が欠陥の発生は起こりにくく，また, 多結晶の粒径
を大きくしやすい。
はアモルファス化したり，微結晶となり，結晶化しても
多くの転移や積層欠陥等が発生する。従って, 冷却速度
を制御することが必要となる。原理的には冷却速度小さ
い方が欠陥の発生は起こりにくく，また, 多結晶の粒径
を大きくしやすい。
【０００９】冷却速度を下げるために従来用いられてい
る方法として，図６(b) のようにヒータ 6により基板温
度を上げているものがある H.Kuriyama et al.,Jan.J.
Appl.Phys.Vol.30 (1991) 3700. 。基板温度を 400℃に
上げると, Si膜 3の冷却速度は室温のときの約 1/3にな
るという計算例があるが，これ以上冷却速度を落とすこ
とは困難である。
る方法として，図６(b) のようにヒータ 6により基板温
度を上げているものがある H.Kuriyama et al.,Jan.J.
Appl.Phys.Vol.30 (1991) 3700. 。基板温度を 400℃に
上げると, Si膜 3の冷却速度は室温のときの約 1/3にな
るという計算例があるが，これ以上冷却速度を落とすこ
とは困難である。
【００１０】他の方法として, ダブルパルス・デュアル
ビームエキシマレーザ法がある（石原 他，95年春季応
用物理学会29p-Q-4)。この方法は図６(c) に示されるよ
うに，強度の異なる２つのレーザビームを時間をずらせ
て照射する。一方のレーザ 4を消灯後，Si膜 3の温度が
下がるタイミングを見て，これより弱いレーザパルス7
を照射すると, 冷却速度を実効的に落とすことができ
る。この方法では，２つのレーザ装置が要ること，レー
ザの点灯，消灯のタイミング合わせが困難なこと，また
冷却速度を下げるのにも限度があること等の問題があ
る。
ビームエキシマレーザ法がある（石原 他，95年春季応
用物理学会29p-Q-4)。この方法は図６(c) に示されるよ
うに，強度の異なる２つのレーザビームを時間をずらせ
て照射する。一方のレーザ 4を消灯後，Si膜 3の温度が
下がるタイミングを見て，これより弱いレーザパルス7
を照射すると, 冷却速度を実効的に落とすことができ
る。この方法では，２つのレーザ装置が要ること，レー
ザの点灯，消灯のタイミング合わせが困難なこと，また
冷却速度を下げるのにも限度があること等の問題があ
る。
【００１１】また，図６(d) のように, レーザ照射と同
時にランプ光 8で加熱する方法もある (石丸 他, 特開
平06-29212) 。この方法は結晶核形成をレーザ照射によ
り,核成長を行うためのアニールをランプ光 8による加
熱でそれぞれ行う。ヒータ加熱に比べて, この場合は遮
光マスクを使用して選択的に加熱できる利点がある。し
かし，ランプ照射は連続的に行っており，冷却速度を小
さくするための方法,あるいは欠陥の発生を低減できる
方法は提示されておらず, 局所加熱が可能であるという
利点を除けば, その効果はヒータ加熱と同様である。
時にランプ光 8で加熱する方法もある (石丸 他, 特開
平06-29212) 。この方法は結晶核形成をレーザ照射によ
り,核成長を行うためのアニールをランプ光 8による加
熱でそれぞれ行う。ヒータ加熱に比べて, この場合は遮
光マスクを使用して選択的に加熱できる利点がある。し
かし，ランプ照射は連続的に行っており，冷却速度を小
さくするための方法,あるいは欠陥の発生を低減できる
方法は提示されておらず, 局所加熱が可能であるという
利点を除けば, その効果はヒータ加熱と同様である。
【００１２】また，TFT 用のp-Siをランプアニールだけ
で結晶化した例も報告されている(I.Yudasaka and H.Oh
shima, Extended Abstracts of the 1993 Int. Conf. o
nSolid State Dev.and Mater,1993,pp.1005.)。この方
法は，50秒間で 600〜700℃まで温度を上げ, その後パ
ワーを切って冷却している。しかし，ランプ加熱で基板
に熱歪みを与えることなく結晶化温度まで上げることは
至難である。これは，ランプ加熱はレーザ加熱に比し照
射時間が３桁以上長く，Si層から基板に伝わる熱量が大
きくなるからである。
で結晶化した例も報告されている(I.Yudasaka and H.Oh
shima, Extended Abstracts of the 1993 Int. Conf. o
nSolid State Dev.and Mater,1993,pp.1005.)。この方
法は，50秒間で 600〜700℃まで温度を上げ, その後パ
ワーを切って冷却している。しかし，ランプ加熱で基板
に熱歪みを与えることなく結晶化温度まで上げることは
至難である。これは，ランプ加熱はレーザ加熱に比し照
射時間が３桁以上長く，Si層から基板に伝わる熱量が大
きくなるからである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は，装置や工程
を複雑化することなく，レーザ消灯後の結晶の冷却速度
を大きく低下させて結晶粒径を大きくし，且つ欠陥の発
生を抑制することを目的とする。
を複雑化することなく，レーザ消灯後の結晶の冷却速度
を大きく低下させて結晶粒径を大きくし，且つ欠陥の発
生を抑制することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は， １）基板上に形成された堆積層にレーザ光を照射する工
程と，該基板よりも該堆積層の方が光の吸収係数が大き
い光を該堆積層に照射し且つ該光の強度を漸増あるいは
漸減させる工程とを有し，該堆積層を該基板より高い温
度で加熱して該堆積層を結晶化する半導体装置の製造方
法，あるいは ２）前記レーザ光の照射の後に，前記光の強度の上昇と
降下を１回以上行う前記１記載の半導体装置の製造方
法，あるいは ３）前記レーザ光の照射の前に，前記光の強度の上昇と
降下を１回以上行う前記１記載の半導体装置の製造方
法，あるいは ４）前記光を，前記基板と同じ材質または同等の光吸収
特性を持つ板を１枚以上重ねたフィルタを通して該堆積
層に照射する前記１記載の半導体装置の製造方法，ある
いは ５）前記基板は可視光に対して透明基板であり，前記堆
積層は半導体層であり，前記レーザ光はエキシマレーザ
光であり，前記光はアークランプ光またはハロゲンラン
プ光である前記１記載の半導体装置の製造方法。により
達成される。
程と，該基板よりも該堆積層の方が光の吸収係数が大き
い光を該堆積層に照射し且つ該光の強度を漸増あるいは
漸減させる工程とを有し，該堆積層を該基板より高い温
度で加熱して該堆積層を結晶化する半導体装置の製造方
法，あるいは ２）前記レーザ光の照射の後に，前記光の強度の上昇と
降下を１回以上行う前記１記載の半導体装置の製造方
法，あるいは ３）前記レーザ光の照射の前に，前記光の強度の上昇と
降下を１回以上行う前記１記載の半導体装置の製造方
法，あるいは ４）前記光を，前記基板と同じ材質または同等の光吸収
特性を持つ板を１枚以上重ねたフィルタを通して該堆積
層に照射する前記１記載の半導体装置の製造方法，ある
いは ５）前記基板は可視光に対して透明基板であり，前記堆
積層は半導体層であり，前記レーザ光はエキシマレーザ
光であり，前記光はアークランプ光またはハロゲンラン
プ光である前記１記載の半導体装置の製造方法。により
達成される。
【００１５】本発明では，パルスレーザによる結晶膜の
加熱と合わせて，ランプ光の強度の増加と減少を所定時
間内に行いながら加熱する。図１(a) 〜(c) は本発明の
原理説明図である。
加熱と合わせて，ランプ光の強度の増加と減少を所定時
間内に行いながら加熱する。図１(a) 〜(c) は本発明の
原理説明図である。
【００１６】ランプの加熱は図１に示されるように(a)
はレーザ照射前, (b) はレーザ照射と同時, (c) はレー
ザ照射前の３通りある。(a) とレーザ照射後に発生した
欠陥の低減，(b) はレーザ照射後の冷却速度の低下，
(c) はa-Siの微結晶化に対してそれぞれ効果がある。
はレーザ照射前, (b) はレーザ照射と同時, (c) はレー
ザ照射前の３通りある。(a) とレーザ照射後に発生した
欠陥の低減，(b) はレーザ照射後の冷却速度の低下，
(c) はa-Siの微結晶化に対してそれぞれ効果がある。
【００１７】図１(b) のレーザ照射と同時にランプ加熱
をすることは前記従来例の図６(d)と同じであるが，ラ
ンプ光照射に強度変化をつけて冷却速度を制御する点が
異なる。図６(b) のランプ光強度に示されるように，ラ
ンプ光強度はレーザ光点灯前より漸増し，レーザ光照射
時に最大となり，レーザ消灯後は漸増の時より緩い傾斜
で漸減する。
をすることは前記従来例の図６(d)と同じであるが，ラ
ンプ光照射に強度変化をつけて冷却速度を制御する点が
異なる。図６(b) のランプ光強度に示されるように，ラ
ンプ光強度はレーザ光点灯前より漸増し，レーザ光照射
時に最大となり，レーザ消灯後は漸増の時より緩い傾斜
で漸減する。
【００１８】これにより，レーザ照射後の結晶膜の冷却
速度を大幅に且つ制御性良く低下させることができるた
め，結晶のアモルファス化，微結晶化，欠陥の発生等TF
T の動作の妨げとなる障害の発生を抑制できる。また，
レーザ照射後残留した欠陥の密度を低減させる作用もあ
る。
速度を大幅に且つ制御性良く低下させることができるた
め，結晶のアモルファス化，微結晶化，欠陥の発生等TF
T の動作の妨げとなる障害の発生を抑制できる。また，
レーザ照射後残留した欠陥の密度を低減させる作用もあ
る。
【００１９】
実施の形態１：図２(a) 〜(c) は本発明の実施の形態１
の説明図である。
の説明図である。
【００２０】図２(a) において， 基板 1は厚さ約 1 m
m のガラス板 (Corning 7059) を用い, この上にスパッ
タ法により厚さ 200nmのSiO2膜 2を堆積し，下地膜とす
る。次いで，この上にプラズマ気相成長(CVD) 法によ
り, 厚さ80nmのa-Si膜11を堆積する。
m のガラス板 (Corning 7059) を用い, この上にスパッ
タ法により厚さ 200nmのSiO2膜 2を堆積し，下地膜とす
る。次いで，この上にプラズマ気相成長(CVD) 法によ
り, 厚さ80nmのa-Si膜11を堆積する。
【００２１】図２(b) において, a-Si膜11にレーザ光 4
を照射して結晶化する。レーザ光源としてKrF エキシマ
レーザを用いる。これは発振波長 248nm, 半値幅約20ns
のパルス光源である。レーザビームは光学系を用いて矩
形に成形して照射する。レーザの照射条件は, 例えば,
エネルギー 350 mJ/cm2 で１箇所あたり10パルスずつ照
射する。このレーザ照射によりa-Si膜11はp-Si膜12に変
化する。
を照射して結晶化する。レーザ光源としてKrF エキシマ
レーザを用いる。これは発振波長 248nm, 半値幅約20ns
のパルス光源である。レーザビームは光学系を用いて矩
形に成形して照射する。レーザの照射条件は, 例えば,
エネルギー 350 mJ/cm2 で１箇所あたり10パルスずつ照
射する。このレーザ照射によりa-Si膜11はp-Si膜12に変
化する。
【００２２】図２(c) において, 結晶化後の基板をラン
プアニール装置に移す。この装置は図３に示されによう
に複数の線状のハロゲンランプ21を等間隔に並ぺ, 各ラ
ンプの背面には反射ミラー22を配置している。装置内に
は窒素ガスを流し，照射はSi層12の側から行う。ガラス
基板 1上のSi層12の温度を直接測定するのは困難である
ので，基板の横に置いたSiチップに熱電対を埋め込んだ
もの23でモニタする。
プアニール装置に移す。この装置は図３に示されによう
に複数の線状のハロゲンランプ21を等間隔に並ぺ, 各ラ
ンプの背面には反射ミラー22を配置している。装置内に
は窒素ガスを流し，照射はSi層12の側から行う。ガラス
基板 1上のSi層12の温度を直接測定するのは困難である
ので，基板の横に置いたSiチップに熱電対を埋め込んだ
もの23でモニタする。
【００２３】ランプ21のピーク波長は, 通電する電流の
大きさにより変化するが 1μｍ近辺であり，幅の広いス
ペクトルを持つ。Si層12は波長が 1μｍ以下の光を吸収
して加熱される。ガラス基板 1は 2μｍ以下の波長領域
では加熱されにくいが，それ以上の波長領域の光を吸収
して温度が上がる。これを防ぐために, 光源22と基板1
との間に, 光学フィルタ24を挿入する。
大きさにより変化するが 1μｍ近辺であり，幅の広いス
ペクトルを持つ。Si層12は波長が 1μｍ以下の光を吸収
して加熱される。ガラス基板 1は 2μｍ以下の波長領域
では加熱されにくいが，それ以上の波長領域の光を吸収
して温度が上がる。これを防ぐために, 光源22と基板1
との間に, 光学フィルタ24を挿入する。
【００２４】一般に 2μｍ以上の光は真空蒸着で作製し
た干渉フィルタでカットできるが，大面積の干渉フィル
タの作製は困難であるので，ここでは基板と同材質のガ
ラス板を用い, 表面には反射防止用のコーティングを施
す。ガラスフィルタの厚みを基板と同じにすると, フィ
ルタ自体が熱で歪んだり, 破壊する恐れがある。そこ
で，厚みを基板より小さく, 例えば0.3mm とすると熱吸
収量が減少し, また厚み方向の温度差が小さくなるの
で, 歪みや破損を防ぐことができる。このようなガラス
板を複数枚置いて配置することにより赤外光の吸収量を
増す。また，光源から離れるに従ってガラス板の厚みを
増すようにすると紫外光カットの効果はさらに増す。こ
れらのガラス板に沿って窒素を流して冷却するようにし
てもよい。このように，基板と同材質のガラス板をフィ
ルタとして用いることにより，基板の温度上昇を抑え,
結果としてランプ光を強くできる効果が得られる。
た干渉フィルタでカットできるが，大面積の干渉フィル
タの作製は困難であるので，ここでは基板と同材質のガ
ラス板を用い, 表面には反射防止用のコーティングを施
す。ガラスフィルタの厚みを基板と同じにすると, フィ
ルタ自体が熱で歪んだり, 破壊する恐れがある。そこ
で，厚みを基板より小さく, 例えば0.3mm とすると熱吸
収量が減少し, また厚み方向の温度差が小さくなるの
で, 歪みや破損を防ぐことができる。このようなガラス
板を複数枚置いて配置することにより赤外光の吸収量を
増す。また，光源から離れるに従ってガラス板の厚みを
増すようにすると紫外光カットの効果はさらに増す。こ
れらのガラス板に沿って窒素を流して冷却するようにし
てもよい。このように，基板と同材質のガラス板をフィ
ルタとして用いることにより，基板の温度上昇を抑え,
結果としてランプ光を強くできる効果が得られる。
【００２５】ランプの加熱条件は, 装置によって異なる
ので最適化が必要であるが，例えば以下の手順で行う。
50℃／秒で昇温，900 ℃で10秒保持, 50℃／秒で 600℃
まで降温, 20℃／秒で100℃まで降温。以上の過程を１
回または複数回繰り返して，基板を取り出す。温度のシ
ーケンスはランプ加熱電源25の制御装置26のプログラミ
ングによって設定する。ランプの昇温, 降温の最も速い
制御は勿論階段状の電流の増減である。
ので最適化が必要であるが，例えば以下の手順で行う。
50℃／秒で昇温，900 ℃で10秒保持, 50℃／秒で 600℃
まで降温, 20℃／秒で100℃まで降温。以上の過程を１
回または複数回繰り返して，基板を取り出す。温度のシ
ーケンスはランプ加熱電源25の制御装置26のプログラミ
ングによって設定する。ランプの昇温, 降温の最も速い
制御は勿論階段状の電流の増減である。
【００２６】本発明の特徴は, ランプ光強度の時間変化
を制御することと, これにより結晶膜の温度を基板の歪
み点 (ガラス基板の場合は 600℃) 以上に上昇させるこ
とにある。図６(d) の従来例でも，温度上昇, 一定温度
での保持, 降温と温度制御がなされているが，本発明は
温度変化の速さと最高温度の高さがこの従来例と異な
る。
を制御することと, これにより結晶膜の温度を基板の歪
み点 (ガラス基板の場合は 600℃) 以上に上昇させるこ
とにある。図６(d) の従来例でも，温度上昇, 一定温度
での保持, 降温と温度制御がなされているが，本発明は
温度変化の速さと最高温度の高さがこの従来例と異な
る。
【００２７】この実施の形態により，得られた効果を図
５に示す。この図は，得られた結晶被膜の結晶品質をラ
マン散乱を測定して評価した結晶を示す。横軸の設定温
度は熱電対を埋め込んだSiチップにより測定したランプ
加熱の温度を示し, 縦軸はラマンピーク波数 図５(a)
及び半値幅 図５(b) を示す。１つの試料当たり５点測
定し，実際の結晶膜の温度測定はできないが，光吸収率
が小さいことからこれより低い温度であると考えられ
る。ラマンピーク波数及び半値幅は加熱前はばらつきが
大きいが，加熱後は値の小さい方に揃い，結晶の均一性
が向上したこと及び欠陥密度が低減したことを示す。
５に示す。この図は，得られた結晶被膜の結晶品質をラ
マン散乱を測定して評価した結晶を示す。横軸の設定温
度は熱電対を埋め込んだSiチップにより測定したランプ
加熱の温度を示し, 縦軸はラマンピーク波数 図５(a)
及び半値幅 図５(b) を示す。１つの試料当たり５点測
定し，実際の結晶膜の温度測定はできないが，光吸収率
が小さいことからこれより低い温度であると考えられ
る。ラマンピーク波数及び半値幅は加熱前はばらつきが
大きいが，加熱後は値の小さい方に揃い，結晶の均一性
が向上したこと及び欠陥密度が低減したことを示す。
【００２８】実施の形態２：この例はランプを補助的に
照射することにより，レーザ照射後の冷却速度の低減を
図るもので，図１(b) に相当する。これに用いた装置の
構成を図４に示す。
照射することにより，レーザ照射後の冷却速度の低減を
図るもので，図１(b) に相当する。これに用いた装置の
構成を図４に示す。
【００２９】実施の形態１と同様に，ガラス基板 1上に
a-Si層 3を堆積し，これにレーザ光4をa-Si層 3側か
ら，ランプ光 5をガラス基板 1側から照射する。レーザ
装置はレーザ光はエキシマレーザ光源31とビーム整形用
光学系32とミラー33とからなる。ランプ光 5はフィルタ
42, レンズ系43, スリット44を通してガラス基板 1側か
ら照射する。a-Si層 3上のランプ光の形状はレーザビー
ムと同じか，これよりひとまわり大きくする。ランプに
は電源25と強度制御装置26が接続されている。
a-Si層 3を堆積し，これにレーザ光4をa-Si層 3側か
ら，ランプ光 5をガラス基板 1側から照射する。レーザ
装置はレーザ光はエキシマレーザ光源31とビーム整形用
光学系32とミラー33とからなる。ランプ光 5はフィルタ
42, レンズ系43, スリット44を通してガラス基板 1側か
ら照射する。a-Si層 3上のランプ光の形状はレーザビー
ムと同じか，これよりひとまわり大きくする。ランプに
は電源25と強度制御装置26が接続されている。
【００３０】次に, 過程のシーケンスを説明する。ま
ず, ランプ加熱を行う。 200℃／秒で昇温， 800℃に達
したら降温段階に移る。降温に移ると同時にパルスレー
ザを点灯する。エネルギーは実施の形態１より小さく,
例えば, エネルギー 280 mJ/cm2 とする。ランプの降温
速度は 200℃／秒で, 100 ℃まで下げる。温度変化の速
いステップがあり，また光学系を挿入している関係上温
度モニタが困難であるので制御装置26で電源25の出力を
プログラミングしておくとよい。この工程を１回，ある
いは数回繰り返す。
ず, ランプ加熱を行う。 200℃／秒で昇温， 800℃に達
したら降温段階に移る。降温に移ると同時にパルスレー
ザを点灯する。エネルギーは実施の形態１より小さく,
例えば, エネルギー 280 mJ/cm2 とする。ランプの降温
速度は 200℃／秒で, 100 ℃まで下げる。温度変化の速
いステップがあり，また光学系を挿入している関係上温
度モニタが困難であるので制御装置26で電源25の出力を
プログラミングしておくとよい。この工程を１回，ある
いは数回繰り返す。
【００３１】ここで，ランプ強度の増減とパルスレーザ
の点灯のタイミングは，電気的に同期をとるようにす
る。ランプ強度を減少させるタイミングはパルスレーザ
の点灯直前，点灯と同時，点灯直後の３種類があるが，
通常は同時とする。
の点灯のタイミングは，電気的に同期をとるようにす
る。ランプ強度を減少させるタイミングはパルスレーザ
の点灯直前，点灯と同時，点灯直後の３種類があるが，
通常は同時とする。
【００３２】上記の工程を繰り返す際には，ランプ出力
とレーザ出力をサイクルごとに最適化する必要がある。
特に，最初のサイクルではa-Siからp-Siへ結晶の相が大
きく変化するので, 最適条件が以降のサイクルと大きく
異なる。このような場合には，レーザビームを小刻みに
移動しながら繰り返しパルスを照射するステップスキャ
ンと呼ばれる方法 I.Asai et al.,Jpn.J.Appl.Phys.
Vol.32 (1993) 474.で，スキャンを２回以上行うように
し，最初のスキャンと次のスキャンで強度を変えるよう
にすればよい。
とレーザ出力をサイクルごとに最適化する必要がある。
特に，最初のサイクルではa-Siからp-Siへ結晶の相が大
きく変化するので, 最適条件が以降のサイクルと大きく
異なる。このような場合には，レーザビームを小刻みに
移動しながら繰り返しパルスを照射するステップスキャ
ンと呼ばれる方法 I.Asai et al.,Jpn.J.Appl.Phys.
Vol.32 (1993) 474.で，スキャンを２回以上行うように
し，最初のスキャンと次のスキャンで強度を変えるよう
にすればよい。
【００３３】実施の形態２では，レーザとランプの配置
は，別々に基板の両側から，両方とも結晶膜側か
ら，両方とも基板側からの３通りある。は光学設計
が容易であり，は基板裏面にスペースがない場合ある
いは基板をヒータ等で加熱する場合に有効であり，この
場合はレーザ装置は成るべく長波長のXeF エキシマレー
ザ(351nm) を用いる。
は，別々に基板の両側から，両方とも結晶膜側か
ら，両方とも基板側からの３通りある。は光学設計
が容易であり，は基板裏面にスペースがない場合ある
いは基板をヒータ等で加熱する場合に有効であり，この
場合はレーザ装置は成るべく長波長のXeF エキシマレー
ザ(351nm) を用いる。
【００３４】実施の形態３：ランプ加熱をパルスレーザ
の照射前に行うとa-Siの結晶化がおこり，レーザによる
結晶化の補助の作用がある。この方法は図１(c) に相当
する。
の照射前に行うとa-Siの結晶化がおこり，レーザによる
結晶化の補助の作用がある。この方法は図１(c) に相当
する。
【００３５】ガラス基板上にa-Siを堆積後，実施の形態
１と同様なランプ加熱装置に基板を置き，結晶層を加熱
する。加熱は，例えば， 200℃／秒で1000℃まで昇温,
１秒間はそのままにして，200℃／秒で 100℃まで降温
する。この工程を１回あるいは複数回行う。
１と同様なランプ加熱装置に基板を置き，結晶層を加熱
する。加熱は，例えば， 200℃／秒で1000℃まで昇温,
１秒間はそのままにして，200℃／秒で 100℃まで降温
する。この工程を１回あるいは複数回行う。
【００３６】類似の公知の工程では，小さな強度のパル
スレーザでa-Siを結晶化後，レーザ光の強度を上げて再
結晶化する方法がある。この場合は冷却速度が大きいの
で，堆積膜の全部または一部がa-Siに戻る可能性があ
る。これに対して，ランプ加熱は冷却速度が小さいの
で，このようなことは起こりにくい。
スレーザでa-Siを結晶化後，レーザ光の強度を上げて再
結晶化する方法がある。この場合は冷却速度が大きいの
で，堆積膜の全部または一部がa-Siに戻る可能性があ
る。これに対して，ランプ加熱は冷却速度が小さいの
で，このようなことは起こりにくい。
【００３７】実施の形態４：上記の種々の実施の形態は
単独ではなく図１(a) から(c) までの加熱方法を組み合
わせることにより，一層効果が増す。
単独ではなく図１(a) から(c) までの加熱方法を組み合
わせることにより，一層効果が増す。
【００３８】例えば，図１(b) により，レーザによる結
晶化の冷却速度を制御した後，図１(a) によりランプ照
射だけで欠陥の低減が図れる。この場合のランプ照射
は，図３の装置を用いる，図４の装置を用いる，
図４のランプ装置を図３の装置で置き換える等の方法で
行う。
晶化の冷却速度を制御した後，図１(a) によりランプ照
射だけで欠陥の低減が図れる。この場合のランプ照射
は，図３の装置を用いる，図４の装置を用いる，
図４のランプ装置を図３の装置で置き換える等の方法で
行う。
【００３９】結晶化する半導体層はSiの他に, Ge, SiGe
等のIV族半導体, II-VI 族, III-V族半導体等にも適用
できる。また，基板はガラスの他に石英, サファイヤ,
表面に絶縁膜を被着したシリコンでもよい。また今後高
分子体基板が用いられるようになっても, 加熱状件や赤
外カットフィルタを偏光することで本発明は適用可能で
ある。
等のIV族半導体, II-VI 族, III-V族半導体等にも適用
できる。また，基板はガラスの他に石英, サファイヤ,
表面に絶縁膜を被着したシリコンでもよい。また今後高
分子体基板が用いられるようになっても, 加熱状件や赤
外カットフィルタを偏光することで本発明は適用可能で
ある。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば，結晶化の制御と装置の
安定性維持の困難なパルスレーザ加熱に, 所定時間内に
強度を増減させたランプ加熱を加えることにより, 次の
ような効果がえられる。
安定性維持の困難なパルスレーザ加熱に, 所定時間内に
強度を増減させたランプ加熱を加えることにより, 次の
ような効果がえられる。
【００４１】レーザ消灯後の冷却速度を制御して落と
すことにより，結晶化された膜のアモルファス化, 微結
晶化, 積層欠陥や転移等の欠陥発生を抑制できる。 レーザ加熱工程の後に, 基板温度を歪み点以上に上げ
ることなく結晶膜をアニールできるため, 欠陥の低減が
図れる。
すことにより，結晶化された膜のアモルファス化, 微結
晶化, 積層欠陥や転移等の欠陥発生を抑制できる。 レーザ加熱工程の後に, 基板温度を歪み点以上に上げ
ることなく結晶膜をアニールできるため, 欠陥の低減が
図れる。
【００４２】レーザ加熱前に, 基板温度を歪み点以上
に上げることなく a-Siの予備的な結晶化が行えるた
め，レーザによる結晶化の効率が向上する。この結果,
キャリアの移動度が高く, リーク電流の小さいTFT が得
られる。
に上げることなく a-Siの予備的な結晶化が行えるた
め，レーザによる結晶化の効率が向上する。この結果,
キャリアの移動度が高く, リーク電流の小さいTFT が得
られる。
【図１】 本発明の原理説明図
【図２】 本発明の実施の形態１の説明図
【図３】 本発明の実施の形態１の装置の説明図
【図４】 本発明の実施の形態２の装置の説明図
【図５】 本発明の効果の説明図
【図６】 従来例の説明図
1 ガラス基板 2 SiO2膜 3 Si膜 4 レーザ光 11 a-Si膜 12 結晶化されたp-Si膜 21 ランプ光源 (大面積照射用) 24 赤外光カットフィルタ（光学フィルタ） 26 ランプ強度の時間変化制御装置 41 ランプ光源 (小面積照射用)
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に形成された堆積層にレーザ光を
照射する工程と，該基板よりも該堆積層の方が光の吸収
係数が大きい光を該堆積層に照射し且つ該光の強度を漸
増または漸減させる工程とを有し，該堆積層を該基板よ
り高い温度で加熱して該堆積層を結晶化することを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記レーザ光の照射の後に，前記光の強
度の上昇と降下を１回以上行う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。 - 【請求項３】 前記レーザ光の照射の前に，前記光の強
度の上昇と降下を１回以上行う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。 - 【請求項４】 前記光を，前記基板と同じ材質または同
等の光吸収特性を持つ板を１枚以上重ねたフィルタを通
して該堆積層に照射す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。 - 【請求項５】 前記基板は可視光に対して透明基板であ
り，前記堆積層は半導体層であり，前記レーザ光はエキ
シマレーザ光であり，前記光はアークランプ光またはハ
ロゲンランプ光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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31788395A JP4354015B2 (ja) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31788395A JP4354015B2 (ja) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09162121A true JPH09162121A (ja) | 1997-06-20 |
| JP4354015B2 JP4354015B2 (ja) | 2009-10-28 |
Family
ID=18093123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31788395A Expired - Fee Related JP4354015B2 (ja) | 1995-12-06 | 1995-12-06 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4354015B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999031719A1 (fr) * | 1997-12-17 | 1999-06-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Couche mince de semi-conducteur, son procede et son dispositif de fabrication, composant a semi-conducteur et son procede de fabrication |
| WO2001059823A1 (fr) * | 2000-02-08 | 2001-08-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif de recuit pour lampe et substrat du dispositif d'affichage |
| JP2003282442A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-10-03 | Sharp Corp | 半導体層の製造方法および半導体層製造システム |
| US7459354B2 (en) | 2001-01-29 | 2008-12-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing a semiconductor device including top gate thin film transistor and method for manufacturing an active matrix device including top gate thin film transistor |
| JP2012004231A (ja) * | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Ihi Corp | 磁性半導体用基板、磁性半導体用基板の製造方法及び磁性半導体用基板の製造装置 |
| WO2014200077A1 (ja) * | 2013-06-10 | 2014-12-18 | 東京エレクトロン株式会社 | 微細構造形成方法、半導体デバイスの製造方法、及びｃｍｏｓの形成方法 |
| WO2016093287A1 (ja) * | 2014-12-10 | 2016-06-16 | 東京エレクトロン株式会社 | 微細構造形成方法、半導体デバイスの製造方法、及びｃｍｏｓの形成方法 |
| CN116426780A (zh) * | 2021-12-29 | 2023-07-14 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种激光沉积Al-Mg-Sc-Zr合金的力学性能提升及优化方法 |
-
1995
- 1995-12-06 JP JP31788395A patent/JP4354015B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999031719A1 (fr) * | 1997-12-17 | 1999-06-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Couche mince de semi-conducteur, son procede et son dispositif de fabrication, composant a semi-conducteur et son procede de fabrication |
| US6528397B1 (en) | 1997-12-17 | 2003-03-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor thin film, method of producing the same, apparatus for producing the same, semiconductor device and method of producing the same |
| US6806498B2 (en) | 1997-12-17 | 2004-10-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor thin film, method and apparatus for producing the same, and semiconductor device and method of producing the same |
| WO2001059823A1 (fr) * | 2000-02-08 | 2001-08-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif de recuit pour lampe et substrat du dispositif d'affichage |
| US7459354B2 (en) | 2001-01-29 | 2008-12-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing a semiconductor device including top gate thin film transistor and method for manufacturing an active matrix device including top gate thin film transistor |
| JP2003282442A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-10-03 | Sharp Corp | 半導体層の製造方法および半導体層製造システム |
| JP2012004231A (ja) * | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Ihi Corp | 磁性半導体用基板、磁性半導体用基板の製造方法及び磁性半導体用基板の製造装置 |
| WO2014200077A1 (ja) * | 2013-06-10 | 2014-12-18 | 東京エレクトロン株式会社 | 微細構造形成方法、半導体デバイスの製造方法、及びｃｍｏｓの形成方法 |
| WO2016093287A1 (ja) * | 2014-12-10 | 2016-06-16 | 東京エレクトロン株式会社 | 微細構造形成方法、半導体デバイスの製造方法、及びｃｍｏｓの形成方法 |
| CN116426780A (zh) * | 2021-12-29 | 2023-07-14 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种激光沉积Al-Mg-Sc-Zr合金的力学性能提升及优化方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4354015B2 (ja) | 2009-10-28 |
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