レーザ照射方法及びレーザ照射装置
【課題】光学調整に困難を伴うことなく、３以上のレーザビームを照射面にて合成し、高出力で生産性を向上させることができるレーザを照射する技術の提供。
【解決手段】その技術は、波長の互いに異なるレーザ発振器とダイクロイックミラー、又はそれに加えて偏光子を用いてレーザビームを合成し、高出力で生産性を向上させレーザを照射するものであり、例えばレーザ発振器から射出されたレーザ光１をダイクロイックミラー１を通過させ、レーザ光１とは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２をダイクロイックミラー１で反射させてレーザ光を合成し、合成されたレーザ光を照射レーザ光とし、照射レーザ光を照射面上に投影するものである。
【解決手段】その技術は、波長の互いに異なるレーザ発振器とダイクロイックミラー、又はそれに加えて偏光子を用いてレーザビームを合成し、高出力で生産性を向上させレーザを照射するものであり、例えばレーザ発振器から射出されたレーザ光１をダイクロイックミラー１を通過させ、レーザ光１とは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２をダイクロイックミラー１で反射させてレーザ光を合成し、合成されたレーザ光を照射レーザ光とし、照射レーザ光を照射面上に投影するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学調整に困難を伴うことなく、３以上のレーザビームを照射面にて合成で
きる手法に関する。
より詳しくは、本発明は、光学調整に困難を伴うことなく、３以上のレーザビームを照
射面にて合成し、高出力で生産性を向上させることができるレーザビームを照射する方法
及び装置、並びにその合成されたレーザビームを用いた結晶化方法及び半導体装置の作製
方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す。）を製造する技術が大幅に進歩
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。
【０００３】
また、その半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガ
ラス基板が有望視されている。
このガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上に結晶質半導体膜
を用いたＴＦＴを形成する場合には、ガラス基板の熱変形を避けるために、半導体膜の結
晶化にレーザアニールが用いられる。
【０００４】
このレーザアニールの特徴は、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、基板にほとんど熱的損傷を与えないことなどが挙げられている。
なお、本発明のレーザアニール法は、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やア
モルファス層を結晶化させる技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる
技術や単結晶ではない結晶性半導体膜（上記した単結晶ではない半導体膜をまとめて非単
結晶半導体膜と呼ぶ）を加熱（アニール）する技術を指している。
また、本発明のレーザアニール法は、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。
【０００５】
そのレーザアニールには、エキシマレーザから発振されたレーザビームが用いられるこ
とが多い。
そのエキシマレーザは、出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であるという
利点を有し、さらにエキシマレーザから発振されるレーザビームは半導体膜としてよく用
いられる珪素膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。
そのレーザビームの照射方法としては、照射面におけるレーザビームの形状が線状とな
るように光学系にて整形し、線状レーザビームの短手方向に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る方法が生産性が高く工業的に優れている。
上記方法でアニールされた半導体膜を用いてＴＦＴを形成し、液晶ディスプレイを作製
する手法は現在多く実施されている。
【０００６】
そして、そのエキシマレーザにより発振されるレーザビームは不連続発振であるが、そ
れ以外に連続発振のレーザビームもあり、その場合には、連続発振のレーザビーム（以下
、ＣＷレーザビームと呼ぶ）を線状に整形し、線状レーザビームの短手方向にレーザビー
ムの照射位置を相対的に移動させることで、移動方向に結晶粒が長く伸びた大粒径結晶が
できる。
このＣＷレーザビームを用いて大粒径結晶の長手方向にＴＦＴのチャネル長方向を合わ
せてＴＦＴを作製した場合、エキシマレーザで作製したＴＦＴに比べ、移動度の高いＴＦ
Ｔが作製でき、このＴＦＴを用いればドライバやＣＰＵ等の回路を高速で駆動させること
ができる。
【０００７】
その半導体膜のレーザアニールには可視域あるいは紫外域の波長を持ったレーザビーム
が多く用いられるのであり、それは半導体膜への吸収効率が良いためである。
しかしながら、ＣＷレーザに用いられる固体レーザ媒質から発振する波長は、一般的に
赤から近赤外域であり、半導体膜での吸収効率が低いため、非線形光学素子を用いて可視
域あるいは紫外域の波長を持つ高調波に変調し、これをレーザアニールに用いる。
この高調波はレーザ媒質から発振した基本波を非線形光学素子に入射することで得られ
るものの、レーザの出力が大きくなると多光子吸収等の非線形光学効果により非線形光学
素子にダメージが与えられ、レーザ発振器のブレークダウンにつながる問題がある。
【０００８】
そのため、現在生産されている可視域のＣＷレーザの出力値は、前記非線形光学素子の
問題から最大でも１５Ｗ程度である。
そのＣＷレーザを用いてレーザアニールを行った場合には、エキシマレーザを用いた場
合に比べ生産性が悪く、更なる生産性の向上が必要である。
例えば、１０Ｗの５３２ｎｍのＣＷレーザを長手方向３００μｍ、短手方向１０μｍ程
度の線状に整形し、レーザアニールにより半導体膜を結晶化した場合、一度のスキャンで
できる大粒径の幅は２００μｍ程度となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平７−９４１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したようにＣＷレーザを用いたレーザアニール方法は非線形光学系の問題から、高
出力化が困難となっている。
そこで、生産性向上のため複数のレーザ発振器からのレーザビームを合成し、その後任
意の光学系にてビーム整形して基板に照射するのが、生産性を上げるのには簡便な手法で
あるということになる。
しかしながら、同一波長のレーザ発振器を用いた場合、複数のビームを合成するために
使用する偏光子は縦偏光と横偏光のビームのみしか合成できず、そのため最大で２つのレ
ーザビームまでしか合成できない（特許文献１）。
また、光軸の異なる複数のレーザビームを照射面にて合成する手法は、照射面でのスポ
ットの大きさが数μｍと微小のため光学調整に困難を伴う。
【００１１】
本発明は、このような問題に対処すべく鋭意研究開発に努め、その結果開発に成功した
ものである。
すなわち、本発明は、光学調整に困難を伴うことなく、３以上のレーザビームを照射面
にて合成し、高出力で生産性を向上させることができる手法を提供することを発明の解決
すべき課題とするものである。
したがって、本発明は、光学調整に困難を伴うことなく、３以上のレーザビームを照射
面にて合成し、高出力で生産性を向上させることができるレーザビームを照射する方法及
び装置、並びに前記合成されたレーザビームを用いた半導体膜の結晶化方法及び半導体装
置の作製方法を提供することを発明の解決すべき課題、すなわち目的とするものである。
なお、本明細書においてレーザビームの合成とは、複数のレーザビームが集光レンズで
集光される程度に隣接している状態を示す。また、複数のレーザビームを照射面にて合成
するとは、当該レーザビームが照射面において少なくとも一部重なっている状態を示す。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記したとおり光学調整に困難を伴うことなく、３以上のレーザビームを照
射面にて合成し、高出力で生産性を向上させることができるレーザビームを照射する方法
及び装置、並びに前記合成されたレーザビームを用いた半導体膜の結晶化方法及び半導体
装置の作製方法を提供するものである。
その技術内容を簡潔にいえば、本発明は、波長の互いに異なる複数のレーザ発振器とダ
イクロイックミラー、又はそれに加えて偏光子を用いてレーザビームを合成し、生産性を
向上させるレーザ照射技術に関する。
【００１３】
そのうちのレーザ照射方法については、第１に、レーザ発振器から射出されたレーザ光
１をダイクロイックミラー１を通過させ、レーザ光１とは波長の異なるレーザ発振器から
射出されたレーザ光２をダイクロイックミラー１で反射させてレーザ光を合成し、合成さ
れたレーザ光を照射レーザ光とし、照射レーザ光を照射面上に投影することを特徴とする
ものである。
【００１４】
第２には、レーザ発振器から射出されたレーザ光１をダイクロイックミラー１を通過さ
せ、レーザ光１とは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２をダイクロイッ
クミラー１で反射させてレーザ光１とレーザ光２を合成し、合成されたレーザ光をダイク
ロイックミラー２を通過させ、レーザ光１およびレーザ光２とは波長の異なるレーザ発振
器から射出されたレーザ光３をダイクロイックミラー２で反射させて３つのレーザ光を合
成し、合成されたレーザ光を照射レーザ光とし、照射レーザ光を照射面上に投影すること
を特徴とするものである。
【００１５】
第３には、レーザ発振器から射出されたレーザ光１をダイクロイックミラー１を通過さ
せ、レーザ光１とは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２をダイクロイッ
クミラー１で反射させてレーザ光を合成し、合成された第１の合成レーザ光をλ／２波長
板を通過させた後に偏光子を通過させ、
レーザ発振器から射出されたレーザ光１Ａをダイクロイックミラー１Ａを通過させ、レ
ーザ光１Ａとは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２Ａをダイクロイック
ミラー１Ａで反射させてレーザ光を合成し、合成された第２の合成レーザ光を前記偏光子
で反射させて第１の合成レーザ光と第２の合成レーザ光を更に合成し、合成された合成レ
ーザ光を照射レーザ光とし、照射レーザ光を照射面上に投影することを特徴とするもので
ある。
【００１６】
第４には、レーザ発振器から射出されたレーザ光１をダイクロイックミラー１を通過さ
せ、レーザ光１とは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２をダイクロイッ
クミラー１で反射させてレーザ光を合成し、合成されたレーザ光をダイクロイックミラー
２を通過させ、レーザ光１およびレーザ光２とは波長の異なるレーザ発振器から射出され
たレーザ光３をダイクロイックミラー２で反射させて３つのレーザ光を合成し、合成され
た第１の合成レーザ光をλ／２波長板を通過させた後に偏光子を通過させ、
レーザ発振器から射出されたレーザ光１Ａをダイクロイックミラー１Ａを通過させ、レ
ーザ光１Ａとは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２Ａをダイクロイック
ミラー１Ａで反射させてレーザ光を合成し、合成されたレーザ光をダイクロイックミラー
２Ａを通過させ、レーザ光１Ａおよびレーザ光２Ａとは波長の異なるレーザ発振器から射
出されたレーザ光３Ａをダイクロイックミラー２Ａで反射させて３つのレーザ光を合成し
、合成された第２の合成レーザ光を前記偏光子で反射させて合成レーザ光を更に合成し、
合成された合成レーザ光を照射レーザ光とし、照射レーザ光を照射面上に投影することを
特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明のレーザ照射方法は、合成されたレーザビームを照射面上に投影する前に
所定形状にするために集光レンズを通過させるのがよく、その際の集光レンズにはアクロ
マートレンズ又はアポクロマートレンズが好ましい。
さらに、本発明における結晶化する方法は、前記した合成されたレーザビームを用いて
半導体膜を結晶化するものであり、半導体装置を作製する方法は、前記した照射レーザ光
を用いて非単結晶を結晶化し、その結晶化により得られた結晶質半導体膜を用いて半導体
装置を作製するものである。
【００１８】
そして、残るレーザ照射装置については、第１に、レーザ光１を射出するレーザ発振器
、レーザ光１とは異なる波長のレーザ光２を射出するレーザ発振器、レーザ光１を通過さ
せ、レーザ光２を反射させてレーザ光を合成するダイクロイックミラー１、及びそこで合
成された照射レーザ光を投影する照射面を設置するステージを備えたことを特徴とするも
のである。
【００１９】
第２には、レーザ光１を射出するレーザ発振器、レーザ光１とは異なる波長のレーザ光
２を射出するレーザ発振器、レーザ光１を通過させ、レーザ光２を反射させてレーザ光を
合成するダイクロイックミラー１、前記レーザ光１および前記レーザ光２とは異なる波長
のレーザ光３を射出するレーザ発振器、ダイクロイックミラー１で合成されたレーザ光を
通過させ、レーザ光３を反射させてそれらレーザ光を合成するダイクロイックミラー２、
及びダイクロイックミラー２で合成された照射レーザ光を投影する照射面を設置するステ
ージを備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
第３には、レーザ光１を射出するレーザ発振器、レーザ光１とは異なる波長のレーザ光
２を射出するレーザ発振器、レーザ光１を通過させ、レーザ光２を反射させてレーザ光を
合成するダイクロイックミラー１、及びダイクロイックミラー１で合成された第１の合成
レーザ光を通過させるλ／２波長板を備え、
レーザ光１Ａを射出するレーザ発振器、レーザ光１Ａとは異なる波長のレーザ光２Ａを
射出するレーザ発振器、レーザ光１Ａを通過させ、レーザ光２Ａを反射させてレーザ光を
合成し、第２の合成レーザ光を形成するダイクロイックミラー１Ａを備え、
更に前記λ／２波長板を通過した第１の合成レーザ光を通過させ、第２の合成レーザ光
を反射させて合成レーザ光を合成する偏光子を備え、
並びに偏光子で合成された照射レーザ光を投影する照射面を設置するステージを備えたこ
とを特徴とするものである。
【００２１】
第４には、レーザ光１を射出するレーザ発振器、レーザ光１とは異なる波長のレーザ光
２を射出するレーザ発振器、レーザ光１を通過させ、レーザ光２を反射させてレーザ光を
合成するダイクロイックミラー１、前記レーザ光１および前記レーザ光２とは異なる波長
のレーザ光３を射出するレーザ発振器、ダイクロイックミラー１で合成されたレーザ光を
通過させ、レーザ光３を反射させてそれらレーザ光を合成するダイクロイックミラー２、
及びそこで合成された第１の合成レーザ光を通過させるλ／２波長板を備え、
レーザ光１Ａを射出するレーザ発振器、レーザ光１Ａとは異なる波長のレーザ光２Ａを
射出するレーザ発振器、レーザ光１Ａを通過させ、レーザ光２Ａを反射させてレーザ光を
合成するダイクロイックミラー１Ａ、前記レーザ光１Ａおよび前記レーザ光２Ａとは異な
る波長のレーザ光３Ａを射出するレーザ発振器、及びダイクロイックミラー１Ａで合成さ
れたレーザ光を通過させ、レーザ光３Ａを反射させてそれらレーザ光を合成し、第２の合
成レーザ光を形成するダイクロイックミラー２Ａを備え、
前記λ／２波長板を通過した第１の合成レーザ光を通過させ、第２の合成レーザ光を反
射させて合成レーザ光を更に合成する偏光子を備え、
並びに偏光子で合成された照射レーザ光を投影する照射面を設置するステージを備えたこ
とを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、連続発振のレーザビームを用いたレーザアニール方法において、従来困難と
されていた可視あるいは紫外域の波長を持ち、１５Ｗ程度以上の高出力のレーザビームを
提供することをダイクロイックミラーを用いることにより成功したものであり、極めて優
れた効果を奏するものである。
すなわち、本発明は、波長の互いに異なる複数のレーザ発振器と、ダイクロイックミラ
ー又はそれに偏光子を用いて、可視あるいは紫外域の波長を持つレーザビームを合成し高
出力で生産性を向上させることができるレーザ照射技術である。
【００２３】
そのダイクロイックミラーとは、ある特定の波長域のみ反射率が高くなるようにコーテ
ィングしてあるミラーのことであり、これにより、偏光方向を考慮することなく、レーザ
ビームを合成することができる。
そのため、２つより多い数のレーザビームを合成することができ、これにより、より出
力の大きいレーザビームを得ることが可能となり、生産性を上げることができる。
また、ダイクロイックミラーに加え、偏光子を用いて合成することで、同一波長のレー
ザビームを２つずつ合成することができ、更に生産性を上げることができることである。
【００２４】
この点に関し更に説明するに、半導体膜のレーザアニールには、半導体膜への吸収効率
が良いことから、可視あるいは紫外域の波長を持ったレーザビームが多く用いられるが、
ＣＷレーザに用いられる固体レーザ媒質から発振する波長は、一般的に赤から近赤外域で
あり、半導体膜での吸収効率が低いため、非線形光学素子を用いて可視あるいは紫外の波
長を持つ高調波に変調することが行われる。
この変調は、レーザ媒質から発振した基本波を非線形光学素子に入射することで行える
ものの、レーザの出力が大きくなると多光子吸収等の非線形光学効果により非線形光学素
子にダメージが与えられ、ブレークダウンにつながる問題があり、現在生産されている可
視域のＣＷレーザは、前記非線形光学素子の問題から最大でも１５Ｗ程度である。
【００２５】
これを回避するために、複数のレーザ発振器からのレーザビームを合成し、その後任意
の光学系にてビーム整形し、生産性を上げる簡便な手法もあるが、その場合においても同
一波長のレーザ発振器を用いた場合には、そのビームの合成に使用する偏光子が縦偏光と
横偏光のビーム２つしか合成できないため、最大で２つのレーザビームしか合成できない
。
本発明は、この合成にダイクロイックミラーを使用するものであり、それにより３台以
上のレーザ発振器から射出されたレーザビームを合成することができ、可視あるいは紫外
域の波長を持った高出力のレーザビームを提供することができる。
また、ダイクロイックミラーに加え、偏光子を用いて合成することで、同一波長のレー
ザビームを２つずつ合成することができ、更に高出力のレーザビームを提供することがで
き、より生産性を上げることが可能である。
【００２６】
その結果、本発明では、この合成された可視あるいは紫外域の波長を持った高出力のレ
ーザビームを線状に整形し、これを非単結晶半導体膜に照射することでレーザビームの移
動方向に結晶粒が長く伸びた大粒径結晶を作製することができる。
また、この大粒径結晶の長手方向にチャネル長方向を合わせてＴＦＴを作製することに
より、エキシマレーザで作製したＴＦＴに比べ移動度の高いＴＦＴが作製でき、かつこの
ＴＦＴを用いることによりドライバやＣＰＵ等の回路を高速で駆動させることができる。
以上のとおりであり、本発明は優れた作用効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１の概念図。
【図２】本発明で使用するアポクロマートレンズの構造及び色消し機能の図示。
【図３】本発明の実施の形態１においてアポクロマートレンズを用いた態様の場合の図示。
【図４】本発明の実施の形態２の概略図。
【図５】本発明の実施の形態２においてアクロマートレンズを用いた態様の場合の図示。
【図６】本発明の実施の形態３の概略図。
【図７】本発明で使用することができるシリンドリカル色消しレンズの構造及び色消し機能の図示。
【図８】本発明のレーザ照射方法を用いて、本発明の半導体装置を作製する方法を図示。
【図９】本発明のレーザ照射方法を用いて、本発明の半導体装置を作製する方法を図示。
【図１０】本発明の半導体装置の作製方法により製造した半導体装置を組み込まれた電子機器を図示。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下において、本発明について、発明を実施するための最良の形態を含む実施の形態に
関し説明する。
また、最良の形態に関しては複数の態様に関し図面を用いて説明するが、本発明は、そ
れらによって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって特定されるも
のであることはいうまでもない。
本発明は、ダイクロイックミラーを用いて異なる発振波長のレーザビームを合成するこ
とを特徴とする。そのダイクロイックミラーによるレーザビームの合成は、一方のレーザ
ビームを通過させ、それとは波長の異なるレーザを通過したレーザビームと同一の方向に
反射することにより行われるものである。
【００２９】
そのダイクロイックミラーとは、特定の波長域のみ反射率が高くなるようにコーティン
グしてあり、それにより特定波長域の光を選択的に反射し、他の波長の光を通過させるミ
ラーのことであり、そのミラーは市販されていて容易に入手することができる。
その反射できる波長域は、特に制限されることはなく、コーティングする物質を選択す
ることにより各種の波長を反射することができ、例えばコーティングする物質を選択する
ことにより、波長が３５５ｎｍ、４０５ｎｍ、４８８ｎｍ、５３２ｎｍあるいは６２８ｎ
ｍ等のレーザビームを反射することができる。
その反射のために使用するコーティング用物質については、例えば誘電体多層膜が用い
られる。
【００３０】
本発明においては、偏光子がダイクロイックミラーと併用してもよい。この併用により
ダイクロイックミラー単独使用に比し、より多くのレーザ光を合成することができ、高出
力のレーザビームを合成することができる。
この偏光子は、横偏光を通過させ、縦偏光を反射する素子であり、これを用いることに
よるレーザ光の合成は、通過した横偏光と同一の方向に縦偏光を反射することにより行わ
れるものである。
その偏光子は薄膜と透明母材でできており、その構造及び形状はキューブ型やプレート
型となっている。
【００３１】
また、本発明において、偏光子を用いる際に付随的に用いることになるλ／２波長板は
、縦偏光であるレーザビームを横偏光に変換するために使用するものであり、これにレー
ザビームを通過させることにより偏光の方向が０〜９０°回転して横偏光に変換し、偏光
子を通過することができるようになる。
このλ／２波長板は、水晶や雲母などの複屈折材料からできているもので、その構造及
び形状は平行平板である。
【００３２】
［実施の形態１］ （３波長３台のレーザ発振器＋２ダイクロイックミラー（＋アポク
ロマートレンズ）の場合）
まず、互いに異なる発振波長を持つ３台のレーザ発振器と、特定の波長域の反射率が高
い２枚のダイクロイックミラーを用いる形態に関し、その概念図である図１を用いて説明
する。
この形態は、第２のレーザ照射方法及びレーザ照射装置に該当するものである。
レーザ発振器Ｂ（１０１）は波長４４６ｎｍのレーザビームを射出し、そのレーザビー
ムは、５３２ｎｍの波長域のみを反射するダイクロイックミラー１０４で、レーザ発振器
Ｇ（１０２）から射出した波長５３２ｎｍのレーザビームと合成される。
さらに、ダイクロイックミラー１０４で合成されたレーザビームはダイクロイックミラ
ー１０５を通過する。他方レーザ発振器Ｒ（１０３）から射出した波長６２８ｎｍのレー
ザビームはダイクロイックミラー１０５で反射され、ダイクロイックミラーを通過したレ
ーザビームと合成される。
【００３３】
それら３つの互いに異なる波長を持つレーザビームが合成されてできたレーザビーム（
以下、白色レーザビームと略す）は、光学系１０６によって任意の形状に整形され、半導
体膜上の照射面１０７に照射される。
なお、波長５３２ｎｍのレーザビームは、ＹＡＧまたはＹＶＯ4等の基本波（波長１０
６４ｎｍ）を非線形光学素子によって第二高調波に変換することにより得られる。
また、波長６２８ｎｍのレーザビームは、光パラメトリック発振器とディレイ装置によ
って基本波から変換された波長１５３５ｎｍのレーザビームをＫＴＡ結晶を用いた非線形
光学素子にて波長１０６４ｎｍのレーザと和周波混合することにより得られる。
さらに、波長４４６ｎｍのレーザビームは、前述した波長１５３５ｎｍのレーザビーム
及び波長６２８ｎｍのレーザビームを非線形光学素子によって和周波混合することにより
得ることができる。
【００３４】
本発明の実施の形態では、白色レーザビームによりレーザアニールを行う。
その際に白色レーザビームのように波長域の広い光を単レンズで集光すると、色収差が
生じるため焦点距離が波長ごとに異なるが、それには色収差を補正する色消しレンズを用
いることにより対処することができる。
図２に図示するアポクロマートレンズを用いて色消しレンズを説明する。
アポクロマートレンズとは異なる３つの波長を持った光の色収差を補正するように設計
された色消しレンズであり、同様に２つの波長の光の色収差を補正できる色消しレンズは
アクロマートレンズといわれる。
【００３５】
図２において、アポクロマートレンズ２０１は、通常屈折率の互いに異なるレンズ２０
１ａ，２０１ｂ，２０１ｃからなっており、異なる３つの波長の色収差を補正し、半導体
膜上の照射面２０２に単一焦点を結ぶ。
図２において、太い実線に付された矢印は白色レーザビームの進路を表しており、白色
レーザビームがレンズ２０１ａに入射すると、色収差により光路が３つに分離するが、そ
のことを実線、一点鎖線及び点線の３種の線で表している。
色収差は後続のレンズ２０１ｂ，２０１ｃにより補正され照射面２０２で同一焦点に集
光され、その結果より一層高出力のレーザビームを照射することができる。
【００３６】
この実施の形態１においては、前記したアポクロマートレンズを用いて色収差を補正し
、より一層高出力のレーザビームを照射することができる。
前記したアポクロマートレンズ及び前記図１に概要を図示した白色レーザ発振器を用い
たレーザ照射装置の光学系を使用した例を、図３に基づいて説明する。
ここで、白色レーザ発振器とは、図１において、レーザ発振器１０１，１０２及び１０
３並びにダイクロイックミラー１０４及び１０５を含む系のことを指す。
図３において、（ａ）は側面図、同（ｂ）は平面図を示している。
【００３７】
白色レーザ発振器３０１から射出したレーザビームはシリンドリカルレンズ３０２によ
って、ビームの一軸方向のみ集光される。
一軸方向のみ集光されたレーザビームは、アポクロマートレンズ３０３により、シリン
ドリカルレンズ３０２が作用していない方向のみの色収差を補正し集光され、高出力で半
導体膜上の照射面３０４に照射される。
前記したレーザ発振器及び光学系を用いて、線状ビームを整形し、半導体膜を線状ビー
ムの短軸方向に移動させることにより高出力のレーザビームを半導体膜に照射することが
できる。
このようにして得られた半導体膜にＴＦＴを作製し、周知の方法にて表示装置を作製す
ることにより高性能の表示装置を製造することができる。
【００３８】
［実施の形態２］ （２波長４台のレーザ発振器＋偏光子＋３ダイクロイックミラー（
＋アクロマートレンズ）の場合）
この形態は、第３のレーザ照射方法及びレーザ照射装置に該当するものである。
２つの発振波長を持つ４台のレーザ発振器と、それぞれ特定の波長域の反射率が高い３
枚のダイクロイックミラーと偏光子とを用いる第２の形態に関し、図４及び５を用いて説
明する。
前記した実施の形態１では、３つの異なる波長のレーザビームを用いており、その色収
差の補正にはアポクロマートレンズを使用しているが、本実施の形態２では、レーザビー
ムは、２種の波長であるから、アクロマートレンズを用いて、色収差を補正し、集光する
ことができる。
【００３９】
図４には、２つの異なる波長のレーザビームを発振する４台のレーザ発振器と２台のダ
イクロイックミラーと偏光子とを用いて、４台のレーザ発振器から射出したレーザビーム
を合成し、アクロマートレンズを用いて集光する場合の概略図を示す。
図４において、レーザ発振器Ｇ（４０１）から射出した波長５３２ｎｍのレーザビーム
とレーザ発振器Ｖ（４０２）から射出した波長３５５ｎｍのレーザビームは、３５５ｎｍ
の波長域のみを反射するダイクロイックミラー４０３で合成される。
合成されたレーザビームは、縦偏光のため、λ／２波長板４０４にて横偏光に変換し、
偏光子４０５に入射する。
ここで、偏光子４０５は横偏光のみを通過させ、縦偏光は反射する素子である。
【００４０】
同様に、レーザ発振器Ｇ（４０６）から射出した波長５３２ｎｍのレーザビームとレー
ザ発振器Ｖ（４０７）から射出した波長３５５ｎｍのレーザビームは、３５５ｎｍの波長
域のみを反射するダイクロイックミラー４０８で合成され、縦偏光のまま偏光子４０５で
反射し、横偏光のビームと合成される。
合成された４つのレーザビームは、アクロマートレンズ等を用いた光学系４０９によっ
て集光されるとともに任意の形状に整形され、半導体膜上の照射面４１０に照射される。
ここで、波長３５５ｎｍのレーザビームは、ＹＡＧまたはＹＶＯ4等の基本波（波長１
０６４ｎｍ）を非線形光学素子によって第三高調波に変換することで得られる。
なお、図４においては、レーザ発振器（４０６）及び（４０７）は、射出する波長がそ
れぞれレーザ発振器（４０１）及び（４０２）と同一波長のものを使用しており、それが
好ましいが、前者のレーザ発振器（４０６）及び（４０７）が射出する波長は、後者のレ
ーザ発振器（４０１）及び（４０２）が発振する波長とは異なるものであってもよい。
【００４１】
図４に概略を示した実施の形態２に関しても、実施の形態１と同様に光学系４０９のア
クロマートレンズを用いて色収差を補正し、より一層高出力のレーザビームを照射するこ
とができ、このより好ましい態様に関し、図５を用いて更に説明する。
図５において、レーザ発振器５０１は、図４中における、レーザ発振器４０１，４０２
、４０６及び４０７、ダイクロイックミラー４０３及び４０８、λ／２波長板４０４、並
びに偏光子４０５を含む系を指す。
図５において、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図を示しており、レーザ発振器５０１か
ら射出したレーザビームは、ビームの一軸方向のみに作用するシリンドリカルレンズ５０
２により一軸方向のみ集光される。
【００４２】
一軸方向のみ集光されたレーザビームは、アクロマートレンズ５０３によりシリンドリ
カルレンズ５０２が作用していない方向のみの色収差を補正し集光され、半導体膜上の照
射面５０４に照射される。
上記したレーザ発振器、並びにシリンドリカルレンズ及びアクロマートレンズ等の光学
系を用いて、線状ビームを整形し、半導体膜を線状ビームの短軸方向に相対的に移動させ
ることにより、実施の形態１と同様に高出力のレーザビームを半導体膜に照射することが
できる。
その結果、このようにして得られた半導体膜にＴＦＴを作製し、周知の方法にて表示装
置を作製することにより、実施の形態１と同様に高性能の表示装置を製造することができ
る。
【００４３】
［実施の形態３］ （３波長６台のレーザ発振器＋偏光子＋５ダイクロイックミラー（
＋アポクロマートレンズ）の場合）
この形態は、第４のレーザ照射方法及びレーザ照射装置に該当するものである。
実施の形態１では、異なる３つの波長のレーザビームと複数のダイクロイックミラーを
用いて、３台のレーザ発振器からのレーザビームを同一光軸上に合成した。
さらに、実施の形態２では、異なる２つの波長のレーザビームと複数のダイクロイック
ミラーと偏光子を用いて、４台のレーザ発振器からのレーザビームを合成した。
同様に、異なる３つの波長のレーザビームと複数のダイクロイックミラーと偏光子とを
用いることで、６台のレーザ発振器からのレーザビームを合成することが可能である。
【００４４】
すなわち３つの異なる波長のレーザビームと複数のダイクロイックミラーと偏光子とを
用いて、６台のレーザ発振器から射出したレーザビームをアポクロマートレンズを用いて
合成する場合の概略図を図６に示す。
図６において、波長４４６ｎｍのレーザ発振器Ｂ（６０１）から射出したレーザビーム
と波長５３２ｎｍのレーザ発振器Ｇ（６０２）から射出したレーザビームは、５３２ｎｍ
の波長域のみを反射するダイクロイックミラー６０４で合成される。
ダイクロイックミラー６０４で合成されたレーザビームは、ダイクロイックミラー６０
５でレーザ発振器Ｒ（６０３）から射出した波長６２８ｎｍのレーザビームと合成される
。
【００４５】
合成されたレーザビームは、縦偏光のためλ／２波長板６０６にて横偏光に変換し、偏
光子６０７に入射することで、偏光子６０７を通過する。
同様に、レーザ発振器Ｂ（６０８）から射出した波長４４６ｎｍのレーザビームとレー
ザ発振器Ｇ（６０９）から射出した波長５３２ｎｍのレーザビームは、５３２ｎｍの波長
域のみを反射するダイクロイックミラー６１１で合成される。
さらに、ダイクロイックミラー６０４で合成されたレーザビームはダイクロイックミラ
ー６１２でレーザ発振器Ｒ（６１０）から射出した波長６２８ｎｍのレーザビームと合成
され、縦偏光のまま偏光子６０７で反射し、偏光子６０７を通過してきた横偏光のレーザ
ビームと合成される。
なお、図６においては、レーザ発振器（６０８）、（６０９）及び（６１０）は、射出
する波長がそれぞれレーザ発振器（６０１）、（６０２）及び（６０３）と同一波長のも
のを使用しており、それが好ましいが、前者のレーザ発振器（６０８）、（６０９）及び
（６１０）が射出する波長は、後者のそれが発振する波長とは異なるものであってもよい
。
【００４６】
合成された６本のレーザビームは、光学系６１３によって任意の形状に整形され、半導
体膜上の照射面６１４に照射される。
光学系６１３は、前述した実施の形態１のアポクロマートレンズを用いた光学系と同様
の系を用いればよい。
上記したレーザ発振器及び光学系を用いて、線状ビームを整形し、半導体膜を線状ビー
ムの短軸方向に移動させることにより高出力のレーザビームを半導体膜に照射することが
できる。
このようにして得られた半導体膜にＴＦＴを作製し、周知の方法にて表示装置を作製す
ることにより高性能の表示装置を製造することができる。
【００４７】
前記実施の形態までは、球面のアポクロマートレンズ又はアクロマートレンズを用いて
、線状レーザビームの短手方向のみの色収差を補正した。
一軸方向のみに作用するシリンドリカル色消しレンズを用いて、長手方向及び短手方向
をそれぞれ集光することで、色収差を長手方向にも補正することが可能である。
また、レーザ発振器を複数台用いた場合、それぞれのレーザ発振器のビーム拡がり角あ
るいはビーム径が異なる。
そこで、シリンドリカル色消しレンズを、すべてのレーザビームを同一の焦点距離に設
計するのではなく、照射面でのスポット径が同一になるように設計することで、ビーム長
手方向の長さを揃えることが可能である。
その場合について図７に図示する。
【００４８】
図７には、波長４４６ｎｍのレーザビーム７０１と波長６２８ｎｍのレーザビーム７０
２をシリンドリカルアクロマートレンズ７０３を用いて、照射面７０５上で合成する場合
の例を示す。
図７の例においては、レーザビーム７０１とレーザビーム７０２のビーム径及びビーム
拡がり角が異なっている。
ここにおいて、波長の異なる２つのレーザビーム７０１，７０２を照射面７０５上で同
じビーム長になるように、シリンドリカルアクロマートレンズ７０３は設計されている。
そのため、互いに波長の異なるレーザビーム７０１と７０２とは、それぞれの焦点７０
４ａと７０４ｂとが同一位置ではないものの、照射面７０５上の同一スポットを照射する
ように設計されている。
なお、異なる３つの波長のレーザビームを用いる場合には、シリンドリカルアクロマー
トレンズに代えシリンドリカルアポクロマートレンズを用いて同様に設計すればよい。
【００４９】
また、本発明の発明を実施するための最良の形態である実施の形態１ないし３において
は、いずれも３以上のレーザビームを合成する態様となっているが、本発明は２つのレー
ザビームを合成する場合に利用することも排除するものではなく、それも本発明の１態様
である。
なお、この場合には偏光子を用いる従来の場合のようにλ／２波長板を使用する必要も
なく、かつ３以上のレーザビームの合成への変更も簡便に行うことができ、その際にはダ
イクロイックミラーも流用できる利点もある。
さらに、本発明におけるレーザ発振器としては、本発明の趣旨からしてＣＷレーザ発振
器を用いるのが好ましいが、それに限定されるものでもなく、エキシマレーザにより発振
される不連続レーザを利用できることも勿論である。
例えば、レーザパルス繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上、好ましくは８０ＭＨｚ以上の
パルスレーザを用いてもよい。パルス発振でレーザ光を半導体膜に照射してから半導体膜
が完全に固化するまでの時間は数十ｎｓ〜数百ｎｓと言われており、上記周波数帯を用い
ることで、半導体膜がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレー
ザ光を照射できる。したがって、従来のパルス発振のレーザを用いる場合と異なり、半導
体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので、走査方向に向かって連
続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成される。
【実施例１】
【００５０】
本実施例は、本発明のレーザ照射方法及びレーザ照射装置を用い、本発明の半導体装置
を作製する方法であり、それについて、図８及び図９を用いて説明する。
なお、以下の説明においては、本実施例に加え、その製造プロセスにおいて採用し得る
他の態様に関しても併記する。
まず、基板１１００上に下地絶縁膜１１０１ａ、１１０１ｂを形成する（図８（ａ））
が、その際本実施例においては基板にガラス基板を使用する。
なお、その基板の材料としては、ガラス基板、石英基板、結晶性ガラスなどの絶縁性基
板やセラミック基板、ステンレス基板、金属基板（タンタル、タングステン、モリブデン
等）、半導体基板、プラスチック基板（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン等）等を用いることが
できるが、少なくともプロセス中に発生する熱に耐えうる材料を使用する。
【００５１】
その下地絶縁膜としては、本実施例では１層目の絶縁膜１１０１ａとして窒化酸化シリ
コン膜を５０ｎｍ、２層目の絶縁膜１１０１ｂとして酸化窒化シリコン膜を１００ｎｍで
形成する。
なお、その基板上に形成する下地絶縁膜１１０１ａ、１１０１ｂとしては、酸化シリコ
ン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などが使用でき、これら絶縁膜を単層又は２
以上の複数層形成する。
これらはスパッタ法や減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の公知の方法を用いて形成す
る。
本実施例の下地絶縁膜は２層の積層構造だが、本発明では下地絶縁膜は勿論単層でも３
層以上の複数層でも構わない。
なお、窒化酸化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜はその窒素と酸素の割合が異なってい
ることを意味しており、前者の方がより窒素の含有量が高いことを示している。
【００５２】
次いで、非晶質半導体膜１１０２を下地絶縁膜上に形成する。
本実施例では、アモルファスシリコンをＣＶＤ法により膜厚６６ｎｍで形成する。
なお、その非晶質半導体膜はシリコン又はシリコンを主成分とする材料（例えばＳｉx
Ｇｅ1-x等）で２５〜８０ｎｍの厚さに形成すればよい。
その作製方法としては、公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法又はプラズマＣ
ＶＤ法等が使用できる。
その形成後、アモルファスシリコンの結晶化を行う（図８（ｂ））。
【００５３】
本実施例においては、その結晶化は、勿論本発明のレーザ照射方法及び装置を用いるレ
ーザアニールにより行う。
したがって、異なる波長のレーザ光を射出する３台以上のレーザ発振器を使用しそれら
発振器から射出されたレーザ光を合成してレーザアニールを行う。
具体的には、上記実施の形態１で示したように、３台のレーザ光の合成にダイクロイッ
クミラーを使用し、それにより３台のレーザ発振器から射出されたレーザビームを合成し
、その合成されたレーザビームをアモルファスシリコン膜に照射し、より生産性を上げて
結晶化を行う。
そのアニールによる結晶化後、結晶性半導体膜をエッチングにより所望の形状の半導体
膜１１０２ａ〜１１０２ｄとする。
【００５４】
続いて、ゲート絶縁膜１１０３を形成する（図８（ｃ））ことになるが、本実施例では
酸化シリコン膜を形成する。
その膜厚は１１５ｎｍ程度とし、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法、スパッタ法な
どでシリコンを含む絶縁膜を形成すればよい。
その後、ゲート絶縁膜上に第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄとして膜厚３０ｎｍの
窒化タンタル（ＴａＮ）とその上に第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄとして膜厚３７
０ｎｍのタングステン（Ｗ）を形成する。
【００５５】
ＴａＮ膜、Ｗ膜ともスパッタ法で形成すればよく、ＴａＮ膜はＴａのターゲットを用い
て窒素雰囲気中で、Ｗ膜はＷのターゲットを用いて成膜すればよい。
なお、本実例では、前記したとおり第１の導電層を膜厚３０ｎｍのＴａＮ、第２の導電
層を膜厚３７０ｎｍのＷとしたが、これに限定されず、第１の導電層と第２の導電層は、
共にＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、又は前記元素を
主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成してもよい。
【００５６】
また、それら両導電層は、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
れる半導体膜を用いてもよいし、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよいし、更にその組み合わ
せも適宜選択すればよい。
その両導電層の膜厚は、第１の導電層が２０〜１００ｎｍ、第２の導電層が１００〜４
００ｎｍの範囲で形成すればよい。
本実施例では、前記したとおり２層の積層構造としたが、１層としてもよいし、もしく
は３層以上の積層構造としてもよい。
【００５７】
次に、ゲート電極またはレジストを形成しパターニングしたものをマスクとして用い、
半導体膜１１０２ａ〜１１０２ｄにｎ型またはｐ型の導電性を付与する不純物を選択的に
添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域等を形成する。
その後、レジストからなるマスクを除去して第１のパッシベーション膜１１２０を形成
する（図９（ａ））。
本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成す
る。
なお、この第１のパッシベーション膜としてはシリコンを含む絶縁膜を１００〜２００
ｎｍの厚さに形成すればよい。
その膜の成膜法としては、プラズマＣＶＤ法や、スパッタ法を用いればよい。
【００５８】
その際には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化シリ
コン膜、又はＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を形成すればよい。
この場合の作製条件は、反応圧力２０〜２００Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、
高周波（６０ＭＨｚ）電力密度０．１〜１．０Ｗ／ｃｍ2である。
また、第１のパッシベーション膜としてＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化
水素化シリコン膜を適用してもよい。
勿論、第１のパッシベーション膜１１２０は、本実施例のような酸化窒化シリコン膜の
単層構造に限定されるものではなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層構造、もしくは積
層構造として用いてもよい。
【００５９】
その後、レーザアニール法を行い、半導体層の結晶性の回復、半導体層に添加された不
純物元素の活性化を行う。
なお、この活性化にも、結晶化の場合と同様に、互いに異なる波長のレーザビームを射
出する３台以上のレーザ発振器を使用し、それら発振器から射出されたレーザビームをダ
イクロイックミラー又はそれに加えて偏光子を使用して合成し、高出力の合成されたレー
ザビームを照射することができ、本実施例ではそれを採用する。高出力のレーザビームを
用いることより、より生産性を上げることができる。
また、第１のパッシベーション膜１１２０を形成した後で熱処理を行うことで、活性化
処理と同時に半導体層の水素化も行うことができる。
その水素化は、第１のパッシベーション膜に含まれる水素によって、半導体層のダング
リングボンドを終端するものである。
【００６０】
さらに、第１のパッシベーション膜１１２０を形成する前に加熱処理を行ってもよい。
但し、第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄ及び第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄ
を構成する材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線などを保護するため、第１の
パッシベーション膜１１２０を形成した後で熱処理を行うことが望ましい。
また、この場合、第１のパッシベーション膜がないため、当然パッシベーション膜に含
まれる水素を利用しての水素化は行うことができない。
この場合には、プラズマにより励起された水素を用いる手段（プラズマ水素化）を用い
ての水素化や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中において、３００〜４５０℃で１〜１
２時間の加熱処理による水素化を用いればよい。
【００６１】
次いで、第１のパッシベーション膜１１２０上に第１の層間絶縁膜１１２１を形成する
（図９（ｂ））。
本実施例では、膜厚１．６μｍの非感光性アクリル膜を形成した（図９（ｂ））。
なお、その第１の層間絶縁膜としては無機絶縁膜あるいは有機絶縁膜を用いることがで
きる。
無機絶縁膜としては、ＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ
Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法により塗布された酸化シリコン膜などを用いることができ、有機
絶縁膜としてはポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリル又は
ポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂等の膜を用いることができる。
さらに、アクリル膜と酸化窒化シリコン膜の積層構造を用いてもよい。
【００６２】
また、その層間絶縁膜は、シロキサン系ポリマーを用いることができる。
シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基
として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられ
る。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を
含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい
そのシロキサン系ポリマーは、その構造により、例えばシリカガラス、アルキルシロキ
サンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化シルセスキオキサンポリマ
ー、水素化アルキルシルセスキオキサンポリマーなどに分類することができる。
さらに、Ｓｉ−Ｎ結合を有するポリマー（ポリシラザン）を含む材料で層間絶縁膜を形
成してもよい。
【００６３】
上記した材料を用いることで、層間絶縁膜は、膜厚を薄くしても十分な絶縁性及び平坦
性を有するものを得ることができる。
そのため、第１の層間絶縁膜によって基板上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、
平坦化することができ、特に、第１の層間絶縁膜は平坦化の意味合いが強いので、平坦化
されやすい材質の絶縁膜を用いることが好ましい。
また、上記した材料は、耐熱性が高いため、多層配線におけるリフロー処理にも耐えう
る層間絶縁膜を得ることができる。
さらに、吸湿性が低いため、脱水量の少ない層間絶縁膜を形成することができる。
【００６４】
その後、第１の層間絶縁膜上に窒化酸化シリコン膜等からなる第２のパッシベーション
膜を形成してもよく、本実施例では、ＲＦスパッタ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を７
０ｎｍの膜厚で形成する。
なお、その膜厚は、１０〜２００ｎｍ程度で形成すればよく、第２のパッシベーション
膜によって第１の層間絶縁膜へ水分が出入りすることを抑制することができる。
第２のパッシベーション膜には、他にも窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒
化アルミニウム膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜やカーボンナイトライド（
ＣＮ）膜も同様に使用できる。
【００６５】
その製膜の際には、ＲＦスパッタ法を用いて成膜された膜は緻密性が高く、バリア性に
優れている。
そのＲＦスパッタの条件は、例えば酸化窒化シリコン膜を成膜する場合、Ｓｉターゲッ
トで、Ｎ2、Ａｒ、Ｎ2Ｏをガスの流量比が３１：５：４となるように流し、圧力０．４Ｐ
ａ、電力３０００Ｗとして成膜する。
また、例えば窒化シリコン膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、チャンバー内のＮ2
、Ａｒをガスの流量比が１：１となるように流し、圧力０．８Ｐａ、電力３０００Ｗ、成
膜温度を２１５℃として成膜する。
【００６６】
次いで、エッチングにより第２のパッシベーション膜、第１の層間絶縁膜及び第１のパ
ッシベーション膜をエッチングし、ソース及びドレイン領域に達するコンタクトホールを
形成する。
その後、各ソース及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続する配線及び電極を形成す
る。
なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉ
）との積層膜をパターニングして形成する。
勿論２層構造に限らず、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造にしてもよい。
また、配線材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。
例えばＴａＮ膜上にＡｌ膜やＣｕ膜を形成し、更にＴｉ膜を形成した積層膜をパターニ
ングして配線を形成してもよい。
【００６７】
以上の工程により、図９（ｃ）に示すような半導体装置が完成する。
なお、本発明のレーザアニール方法を用いた半導体装置の作製方法は、上述したＴＦＴ
の作製工程に限定されない。
また、本実施例は上記実施の形態又は実施例と自由に組み合わせて行うことができる。
【実施例２】
【００６８】
本発明のレーザアニール方法を用い、本発明の作製方法により製造した半導体装置を組
み入れた電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（
ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディ
オ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピ
ュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）あるいは記録媒体を備えた画像再
生装置（具体的にはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ））等が挙
げられ、それらは記録媒体を再生し、その画像を表示するディスプレイを備えた装置であ
る。
【００６９】
それら電子機器の具体例を図１０に示す。
図１０（Ａ）はテレビ受像機であり、それは筐体２００１、支持台２００２、表示部２
００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。
そのテレビ受像機は、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部２
００３に使用することによって作製することができる。
同（Ｂ）はデジタルカメラであり、それは本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１
０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５あるいはシャッター２１０６などを含
む。
そのデジタルカメラは、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部
２１０２やその他回路などに使用することによって作製することができる。
【００７０】
図１０（Ｃ）はコンピュータであり、それは本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２
０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５あるいはポインティングマウス２２
０６等を含む。
そのコンピュータは、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部２
２０３やその他回路などに用いることによって作製することができる。
すなわち、本発明のレーザ照射方法を表示部２２０３やその他回路などの加工に用いる
ことによってコンピュータを作製することができる。
同（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、それは本体２３０１、表示部２３０２、スイ
ッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２３０２やその他回路などの加工に用いることによっ
て、モバイルコンピュータを作製することができる。
【００７１】
図１０（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（ＤＶＤ再生装置など）であり
、それは、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒
体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６あるいはスピーカー部２４０７等
を含む。
その表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字
情報を表示する。
本発明のレーザ照射方法を表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４あるいはその他の回路
などの加工に用いることによって、画像再生装置を作製することができる。
なお、記録媒体を備えた画像再生装置にはゲーム機器なども含まれる。
【００７２】
図１０（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、それ
は、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２５０２やその他回路などの加工に用いることによっ
て、ゴーグル型ディスプレイを作製することができる。
同（Ｇ）はビデオカメラであり、それは、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０
３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２
６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９あるいは接眼部２６１０等を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２６０２やその他回路などの加工に用いることによっ
て、ビデオカメラを作製することができる。
【００７３】
図１０（Ｈ）は携帯電話であり、それは、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０
３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７
０７あるいはアンテナ２７０８等を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２７０３やその他回路などの加工に用いることによっ
て、携帯電話を作製することができる。
なお、上述した電子機器の他に、フロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いる
ことも可能となる。
以上のとおりであり、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用い
ることが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０１（102、103） レーザ発振器
４０１(402、406、407)
１０４（105） ダイクロイックミラー
４０３（408）
１０６（409） 光学系
１０７（202、304、410） 照射面
２０１（303） アポクロマートレンズ
３０１ 白色レーザ発振器
３０２ シリンドリカルレンズ
４０４ λ／２波長板
４０５ 偏光子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学調整に困難を伴うことなく、３以上のレーザビームを照射面にて合成で
きる手法に関する。
より詳しくは、本発明は、光学調整に困難を伴うことなく、３以上のレーザビームを照
射面にて合成し、高出力で生産性を向上させることができるレーザビームを照射する方法
及び装置、並びにその合成されたレーザビームを用いた結晶化方法及び半導体装置の作製
方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す。）を製造する技術が大幅に進歩
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。
【０００３】
また、その半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガ
ラス基板が有望視されている。
このガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上に結晶質半導体膜
を用いたＴＦＴを形成する場合には、ガラス基板の熱変形を避けるために、半導体膜の結
晶化にレーザアニールが用いられる。
【０００４】
このレーザアニールの特徴は、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、基板にほとんど熱的損傷を与えないことなどが挙げられている。
なお、本発明のレーザアニール法は、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やア
モルファス層を結晶化させる技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる
技術や単結晶ではない結晶性半導体膜（上記した単結晶ではない半導体膜をまとめて非単
結晶半導体膜と呼ぶ）を加熱（アニール）する技術を指している。
また、本発明のレーザアニール法は、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。
【０００５】
そのレーザアニールには、エキシマレーザから発振されたレーザビームが用いられるこ
とが多い。
そのエキシマレーザは、出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であるという
利点を有し、さらにエキシマレーザから発振されるレーザビームは半導体膜としてよく用
いられる珪素膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。
そのレーザビームの照射方法としては、照射面におけるレーザビームの形状が線状とな
るように光学系にて整形し、線状レーザビームの短手方向に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る方法が生産性が高く工業的に優れている。
上記方法でアニールされた半導体膜を用いてＴＦＴを形成し、液晶ディスプレイを作製
する手法は現在多く実施されている。
【０００６】
そして、そのエキシマレーザにより発振されるレーザビームは不連続発振であるが、そ
れ以外に連続発振のレーザビームもあり、その場合には、連続発振のレーザビーム（以下
、ＣＷレーザビームと呼ぶ）を線状に整形し、線状レーザビームの短手方向にレーザビー
ムの照射位置を相対的に移動させることで、移動方向に結晶粒が長く伸びた大粒径結晶が
できる。
このＣＷレーザビームを用いて大粒径結晶の長手方向にＴＦＴのチャネル長方向を合わ
せてＴＦＴを作製した場合、エキシマレーザで作製したＴＦＴに比べ、移動度の高いＴＦ
Ｔが作製でき、このＴＦＴを用いればドライバやＣＰＵ等の回路を高速で駆動させること
ができる。
【０００７】
その半導体膜のレーザアニールには可視域あるいは紫外域の波長を持ったレーザビーム
が多く用いられるのであり、それは半導体膜への吸収効率が良いためである。
しかしながら、ＣＷレーザに用いられる固体レーザ媒質から発振する波長は、一般的に
赤から近赤外域であり、半導体膜での吸収効率が低いため、非線形光学素子を用いて可視
域あるいは紫外域の波長を持つ高調波に変調し、これをレーザアニールに用いる。
この高調波はレーザ媒質から発振した基本波を非線形光学素子に入射することで得られ
るものの、レーザの出力が大きくなると多光子吸収等の非線形光学効果により非線形光学
素子にダメージが与えられ、レーザ発振器のブレークダウンにつながる問題がある。
【０００８】
そのため、現在生産されている可視域のＣＷレーザの出力値は、前記非線形光学素子の
問題から最大でも１５Ｗ程度である。
そのＣＷレーザを用いてレーザアニールを行った場合には、エキシマレーザを用いた場
合に比べ生産性が悪く、更なる生産性の向上が必要である。
例えば、１０Ｗの５３２ｎｍのＣＷレーザを長手方向３００μｍ、短手方向１０μｍ程
度の線状に整形し、レーザアニールにより半導体膜を結晶化した場合、一度のスキャンで
できる大粒径の幅は２００μｍ程度となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平７−９４１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したようにＣＷレーザを用いたレーザアニール方法は非線形光学系の問題から、高
出力化が困難となっている。
そこで、生産性向上のため複数のレーザ発振器からのレーザビームを合成し、その後任
意の光学系にてビーム整形して基板に照射するのが、生産性を上げるのには簡便な手法で
あるということになる。
しかしながら、同一波長のレーザ発振器を用いた場合、複数のビームを合成するために
使用する偏光子は縦偏光と横偏光のビームのみしか合成できず、そのため最大で２つのレ
ーザビームまでしか合成できない（特許文献１）。
また、光軸の異なる複数のレーザビームを照射面にて合成する手法は、照射面でのスポ
ットの大きさが数μｍと微小のため光学調整に困難を伴う。
【００１１】
本発明は、このような問題に対処すべく鋭意研究開発に努め、その結果開発に成功した
ものである。
すなわち、本発明は、光学調整に困難を伴うことなく、３以上のレーザビームを照射面
にて合成し、高出力で生産性を向上させることができる手法を提供することを発明の解決
すべき課題とするものである。
したがって、本発明は、光学調整に困難を伴うことなく、３以上のレーザビームを照射
面にて合成し、高出力で生産性を向上させることができるレーザビームを照射する方法及
び装置、並びに前記合成されたレーザビームを用いた半導体膜の結晶化方法及び半導体装
置の作製方法を提供することを発明の解決すべき課題、すなわち目的とするものである。
なお、本明細書においてレーザビームの合成とは、複数のレーザビームが集光レンズで
集光される程度に隣接している状態を示す。また、複数のレーザビームを照射面にて合成
するとは、当該レーザビームが照射面において少なくとも一部重なっている状態を示す。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記したとおり光学調整に困難を伴うことなく、３以上のレーザビームを照
射面にて合成し、高出力で生産性を向上させることができるレーザビームを照射する方法
及び装置、並びに前記合成されたレーザビームを用いた半導体膜の結晶化方法及び半導体
装置の作製方法を提供するものである。
その技術内容を簡潔にいえば、本発明は、波長の互いに異なる複数のレーザ発振器とダ
イクロイックミラー、又はそれに加えて偏光子を用いてレーザビームを合成し、生産性を
向上させるレーザ照射技術に関する。
【００１３】
そのうちのレーザ照射方法については、第１に、レーザ発振器から射出されたレーザ光
１をダイクロイックミラー１を通過させ、レーザ光１とは波長の異なるレーザ発振器から
射出されたレーザ光２をダイクロイックミラー１で反射させてレーザ光を合成し、合成さ
れたレーザ光を照射レーザ光とし、照射レーザ光を照射面上に投影することを特徴とする
ものである。
【００１４】
第２には、レーザ発振器から射出されたレーザ光１をダイクロイックミラー１を通過さ
せ、レーザ光１とは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２をダイクロイッ
クミラー１で反射させてレーザ光１とレーザ光２を合成し、合成されたレーザ光をダイク
ロイックミラー２を通過させ、レーザ光１およびレーザ光２とは波長の異なるレーザ発振
器から射出されたレーザ光３をダイクロイックミラー２で反射させて３つのレーザ光を合
成し、合成されたレーザ光を照射レーザ光とし、照射レーザ光を照射面上に投影すること
を特徴とするものである。
【００１５】
第３には、レーザ発振器から射出されたレーザ光１をダイクロイックミラー１を通過さ
せ、レーザ光１とは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２をダイクロイッ
クミラー１で反射させてレーザ光を合成し、合成された第１の合成レーザ光をλ／２波長
板を通過させた後に偏光子を通過させ、
レーザ発振器から射出されたレーザ光１Ａをダイクロイックミラー１Ａを通過させ、レ
ーザ光１Ａとは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２Ａをダイクロイック
ミラー１Ａで反射させてレーザ光を合成し、合成された第２の合成レーザ光を前記偏光子
で反射させて第１の合成レーザ光と第２の合成レーザ光を更に合成し、合成された合成レ
ーザ光を照射レーザ光とし、照射レーザ光を照射面上に投影することを特徴とするもので
ある。
【００１６】
第４には、レーザ発振器から射出されたレーザ光１をダイクロイックミラー１を通過さ
せ、レーザ光１とは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２をダイクロイッ
クミラー１で反射させてレーザ光を合成し、合成されたレーザ光をダイクロイックミラー
２を通過させ、レーザ光１およびレーザ光２とは波長の異なるレーザ発振器から射出され
たレーザ光３をダイクロイックミラー２で反射させて３つのレーザ光を合成し、合成され
た第１の合成レーザ光をλ／２波長板を通過させた後に偏光子を通過させ、
レーザ発振器から射出されたレーザ光１Ａをダイクロイックミラー１Ａを通過させ、レ
ーザ光１Ａとは波長の異なるレーザ発振器から射出されたレーザ光２Ａをダイクロイック
ミラー１Ａで反射させてレーザ光を合成し、合成されたレーザ光をダイクロイックミラー
２Ａを通過させ、レーザ光１Ａおよびレーザ光２Ａとは波長の異なるレーザ発振器から射
出されたレーザ光３Ａをダイクロイックミラー２Ａで反射させて３つのレーザ光を合成し
、合成された第２の合成レーザ光を前記偏光子で反射させて合成レーザ光を更に合成し、
合成された合成レーザ光を照射レーザ光とし、照射レーザ光を照射面上に投影することを
特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明のレーザ照射方法は、合成されたレーザビームを照射面上に投影する前に
所定形状にするために集光レンズを通過させるのがよく、その際の集光レンズにはアクロ
マートレンズ又はアポクロマートレンズが好ましい。
さらに、本発明における結晶化する方法は、前記した合成されたレーザビームを用いて
半導体膜を結晶化するものであり、半導体装置を作製する方法は、前記した照射レーザ光
を用いて非単結晶を結晶化し、その結晶化により得られた結晶質半導体膜を用いて半導体
装置を作製するものである。
【００１８】
そして、残るレーザ照射装置については、第１に、レーザ光１を射出するレーザ発振器
、レーザ光１とは異なる波長のレーザ光２を射出するレーザ発振器、レーザ光１を通過さ
せ、レーザ光２を反射させてレーザ光を合成するダイクロイックミラー１、及びそこで合
成された照射レーザ光を投影する照射面を設置するステージを備えたことを特徴とするも
のである。
【００１９】
第２には、レーザ光１を射出するレーザ発振器、レーザ光１とは異なる波長のレーザ光
２を射出するレーザ発振器、レーザ光１を通過させ、レーザ光２を反射させてレーザ光を
合成するダイクロイックミラー１、前記レーザ光１および前記レーザ光２とは異なる波長
のレーザ光３を射出するレーザ発振器、ダイクロイックミラー１で合成されたレーザ光を
通過させ、レーザ光３を反射させてそれらレーザ光を合成するダイクロイックミラー２、
及びダイクロイックミラー２で合成された照射レーザ光を投影する照射面を設置するステ
ージを備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
第３には、レーザ光１を射出するレーザ発振器、レーザ光１とは異なる波長のレーザ光
２を射出するレーザ発振器、レーザ光１を通過させ、レーザ光２を反射させてレーザ光を
合成するダイクロイックミラー１、及びダイクロイックミラー１で合成された第１の合成
レーザ光を通過させるλ／２波長板を備え、
レーザ光１Ａを射出するレーザ発振器、レーザ光１Ａとは異なる波長のレーザ光２Ａを
射出するレーザ発振器、レーザ光１Ａを通過させ、レーザ光２Ａを反射させてレーザ光を
合成し、第２の合成レーザ光を形成するダイクロイックミラー１Ａを備え、
更に前記λ／２波長板を通過した第１の合成レーザ光を通過させ、第２の合成レーザ光
を反射させて合成レーザ光を合成する偏光子を備え、
並びに偏光子で合成された照射レーザ光を投影する照射面を設置するステージを備えたこ
とを特徴とするものである。
【００２１】
第４には、レーザ光１を射出するレーザ発振器、レーザ光１とは異なる波長のレーザ光
２を射出するレーザ発振器、レーザ光１を通過させ、レーザ光２を反射させてレーザ光を
合成するダイクロイックミラー１、前記レーザ光１および前記レーザ光２とは異なる波長
のレーザ光３を射出するレーザ発振器、ダイクロイックミラー１で合成されたレーザ光を
通過させ、レーザ光３を反射させてそれらレーザ光を合成するダイクロイックミラー２、
及びそこで合成された第１の合成レーザ光を通過させるλ／２波長板を備え、
レーザ光１Ａを射出するレーザ発振器、レーザ光１Ａとは異なる波長のレーザ光２Ａを
射出するレーザ発振器、レーザ光１Ａを通過させ、レーザ光２Ａを反射させてレーザ光を
合成するダイクロイックミラー１Ａ、前記レーザ光１Ａおよび前記レーザ光２Ａとは異な
る波長のレーザ光３Ａを射出するレーザ発振器、及びダイクロイックミラー１Ａで合成さ
れたレーザ光を通過させ、レーザ光３Ａを反射させてそれらレーザ光を合成し、第２の合
成レーザ光を形成するダイクロイックミラー２Ａを備え、
前記λ／２波長板を通過した第１の合成レーザ光を通過させ、第２の合成レーザ光を反
射させて合成レーザ光を更に合成する偏光子を備え、
並びに偏光子で合成された照射レーザ光を投影する照射面を設置するステージを備えたこ
とを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、連続発振のレーザビームを用いたレーザアニール方法において、従来困難と
されていた可視あるいは紫外域の波長を持ち、１５Ｗ程度以上の高出力のレーザビームを
提供することをダイクロイックミラーを用いることにより成功したものであり、極めて優
れた効果を奏するものである。
すなわち、本発明は、波長の互いに異なる複数のレーザ発振器と、ダイクロイックミラ
ー又はそれに偏光子を用いて、可視あるいは紫外域の波長を持つレーザビームを合成し高
出力で生産性を向上させることができるレーザ照射技術である。
【００２３】
そのダイクロイックミラーとは、ある特定の波長域のみ反射率が高くなるようにコーテ
ィングしてあるミラーのことであり、これにより、偏光方向を考慮することなく、レーザ
ビームを合成することができる。
そのため、２つより多い数のレーザビームを合成することができ、これにより、より出
力の大きいレーザビームを得ることが可能となり、生産性を上げることができる。
また、ダイクロイックミラーに加え、偏光子を用いて合成することで、同一波長のレー
ザビームを２つずつ合成することができ、更に生産性を上げることができることである。
【００２４】
この点に関し更に説明するに、半導体膜のレーザアニールには、半導体膜への吸収効率
が良いことから、可視あるいは紫外域の波長を持ったレーザビームが多く用いられるが、
ＣＷレーザに用いられる固体レーザ媒質から発振する波長は、一般的に赤から近赤外域で
あり、半導体膜での吸収効率が低いため、非線形光学素子を用いて可視あるいは紫外の波
長を持つ高調波に変調することが行われる。
この変調は、レーザ媒質から発振した基本波を非線形光学素子に入射することで行える
ものの、レーザの出力が大きくなると多光子吸収等の非線形光学効果により非線形光学素
子にダメージが与えられ、ブレークダウンにつながる問題があり、現在生産されている可
視域のＣＷレーザは、前記非線形光学素子の問題から最大でも１５Ｗ程度である。
【００２５】
これを回避するために、複数のレーザ発振器からのレーザビームを合成し、その後任意
の光学系にてビーム整形し、生産性を上げる簡便な手法もあるが、その場合においても同
一波長のレーザ発振器を用いた場合には、そのビームの合成に使用する偏光子が縦偏光と
横偏光のビーム２つしか合成できないため、最大で２つのレーザビームしか合成できない
。
本発明は、この合成にダイクロイックミラーを使用するものであり、それにより３台以
上のレーザ発振器から射出されたレーザビームを合成することができ、可視あるいは紫外
域の波長を持った高出力のレーザビームを提供することができる。
また、ダイクロイックミラーに加え、偏光子を用いて合成することで、同一波長のレー
ザビームを２つずつ合成することができ、更に高出力のレーザビームを提供することがで
き、より生産性を上げることが可能である。
【００２６】
その結果、本発明では、この合成された可視あるいは紫外域の波長を持った高出力のレ
ーザビームを線状に整形し、これを非単結晶半導体膜に照射することでレーザビームの移
動方向に結晶粒が長く伸びた大粒径結晶を作製することができる。
また、この大粒径結晶の長手方向にチャネル長方向を合わせてＴＦＴを作製することに
より、エキシマレーザで作製したＴＦＴに比べ移動度の高いＴＦＴが作製でき、かつこの
ＴＦＴを用いることによりドライバやＣＰＵ等の回路を高速で駆動させることができる。
以上のとおりであり、本発明は優れた作用効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１の概念図。
【図２】本発明で使用するアポクロマートレンズの構造及び色消し機能の図示。
【図３】本発明の実施の形態１においてアポクロマートレンズを用いた態様の場合の図示。
【図４】本発明の実施の形態２の概略図。
【図５】本発明の実施の形態２においてアクロマートレンズを用いた態様の場合の図示。
【図６】本発明の実施の形態３の概略図。
【図７】本発明で使用することができるシリンドリカル色消しレンズの構造及び色消し機能の図示。
【図８】本発明のレーザ照射方法を用いて、本発明の半導体装置を作製する方法を図示。
【図９】本発明のレーザ照射方法を用いて、本発明の半導体装置を作製する方法を図示。
【図１０】本発明の半導体装置の作製方法により製造した半導体装置を組み込まれた電子機器を図示。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下において、本発明について、発明を実施するための最良の形態を含む実施の形態に
関し説明する。
また、最良の形態に関しては複数の態様に関し図面を用いて説明するが、本発明は、そ
れらによって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって特定されるも
のであることはいうまでもない。
本発明は、ダイクロイックミラーを用いて異なる発振波長のレーザビームを合成するこ
とを特徴とする。そのダイクロイックミラーによるレーザビームの合成は、一方のレーザ
ビームを通過させ、それとは波長の異なるレーザを通過したレーザビームと同一の方向に
反射することにより行われるものである。
【００２９】
そのダイクロイックミラーとは、特定の波長域のみ反射率が高くなるようにコーティン
グしてあり、それにより特定波長域の光を選択的に反射し、他の波長の光を通過させるミ
ラーのことであり、そのミラーは市販されていて容易に入手することができる。
その反射できる波長域は、特に制限されることはなく、コーティングする物質を選択す
ることにより各種の波長を反射することができ、例えばコーティングする物質を選択する
ことにより、波長が３５５ｎｍ、４０５ｎｍ、４８８ｎｍ、５３２ｎｍあるいは６２８ｎ
ｍ等のレーザビームを反射することができる。
その反射のために使用するコーティング用物質については、例えば誘電体多層膜が用い
られる。
【００３０】
本発明においては、偏光子がダイクロイックミラーと併用してもよい。この併用により
ダイクロイックミラー単独使用に比し、より多くのレーザ光を合成することができ、高出
力のレーザビームを合成することができる。
この偏光子は、横偏光を通過させ、縦偏光を反射する素子であり、これを用いることに
よるレーザ光の合成は、通過した横偏光と同一の方向に縦偏光を反射することにより行わ
れるものである。
その偏光子は薄膜と透明母材でできており、その構造及び形状はキューブ型やプレート
型となっている。
【００３１】
また、本発明において、偏光子を用いる際に付随的に用いることになるλ／２波長板は
、縦偏光であるレーザビームを横偏光に変換するために使用するものであり、これにレー
ザビームを通過させることにより偏光の方向が０〜９０°回転して横偏光に変換し、偏光
子を通過することができるようになる。
このλ／２波長板は、水晶や雲母などの複屈折材料からできているもので、その構造及
び形状は平行平板である。
【００３２】
［実施の形態１］ （３波長３台のレーザ発振器＋２ダイクロイックミラー（＋アポク
ロマートレンズ）の場合）
まず、互いに異なる発振波長を持つ３台のレーザ発振器と、特定の波長域の反射率が高
い２枚のダイクロイックミラーを用いる形態に関し、その概念図である図１を用いて説明
する。
この形態は、第２のレーザ照射方法及びレーザ照射装置に該当するものである。
レーザ発振器Ｂ（１０１）は波長４４６ｎｍのレーザビームを射出し、そのレーザビー
ムは、５３２ｎｍの波長域のみを反射するダイクロイックミラー１０４で、レーザ発振器
Ｇ（１０２）から射出した波長５３２ｎｍのレーザビームと合成される。
さらに、ダイクロイックミラー１０４で合成されたレーザビームはダイクロイックミラ
ー１０５を通過する。他方レーザ発振器Ｒ（１０３）から射出した波長６２８ｎｍのレー
ザビームはダイクロイックミラー１０５で反射され、ダイクロイックミラーを通過したレ
ーザビームと合成される。
【００３３】
それら３つの互いに異なる波長を持つレーザビームが合成されてできたレーザビーム（
以下、白色レーザビームと略す）は、光学系１０６によって任意の形状に整形され、半導
体膜上の照射面１０７に照射される。
なお、波長５３２ｎｍのレーザビームは、ＹＡＧまたはＹＶＯ4等の基本波（波長１０
６４ｎｍ）を非線形光学素子によって第二高調波に変換することにより得られる。
また、波長６２８ｎｍのレーザビームは、光パラメトリック発振器とディレイ装置によ
って基本波から変換された波長１５３５ｎｍのレーザビームをＫＴＡ結晶を用いた非線形
光学素子にて波長１０６４ｎｍのレーザと和周波混合することにより得られる。
さらに、波長４４６ｎｍのレーザビームは、前述した波長１５３５ｎｍのレーザビーム
及び波長６２８ｎｍのレーザビームを非線形光学素子によって和周波混合することにより
得ることができる。
【００３４】
本発明の実施の形態では、白色レーザビームによりレーザアニールを行う。
その際に白色レーザビームのように波長域の広い光を単レンズで集光すると、色収差が
生じるため焦点距離が波長ごとに異なるが、それには色収差を補正する色消しレンズを用
いることにより対処することができる。
図２に図示するアポクロマートレンズを用いて色消しレンズを説明する。
アポクロマートレンズとは異なる３つの波長を持った光の色収差を補正するように設計
された色消しレンズであり、同様に２つの波長の光の色収差を補正できる色消しレンズは
アクロマートレンズといわれる。
【００３５】
図２において、アポクロマートレンズ２０１は、通常屈折率の互いに異なるレンズ２０
１ａ，２０１ｂ，２０１ｃからなっており、異なる３つの波長の色収差を補正し、半導体
膜上の照射面２０２に単一焦点を結ぶ。
図２において、太い実線に付された矢印は白色レーザビームの進路を表しており、白色
レーザビームがレンズ２０１ａに入射すると、色収差により光路が３つに分離するが、そ
のことを実線、一点鎖線及び点線の３種の線で表している。
色収差は後続のレンズ２０１ｂ，２０１ｃにより補正され照射面２０２で同一焦点に集
光され、その結果より一層高出力のレーザビームを照射することができる。
【００３６】
この実施の形態１においては、前記したアポクロマートレンズを用いて色収差を補正し
、より一層高出力のレーザビームを照射することができる。
前記したアポクロマートレンズ及び前記図１に概要を図示した白色レーザ発振器を用い
たレーザ照射装置の光学系を使用した例を、図３に基づいて説明する。
ここで、白色レーザ発振器とは、図１において、レーザ発振器１０１，１０２及び１０
３並びにダイクロイックミラー１０４及び１０５を含む系のことを指す。
図３において、（ａ）は側面図、同（ｂ）は平面図を示している。
【００３７】
白色レーザ発振器３０１から射出したレーザビームはシリンドリカルレンズ３０２によ
って、ビームの一軸方向のみ集光される。
一軸方向のみ集光されたレーザビームは、アポクロマートレンズ３０３により、シリン
ドリカルレンズ３０２が作用していない方向のみの色収差を補正し集光され、高出力で半
導体膜上の照射面３０４に照射される。
前記したレーザ発振器及び光学系を用いて、線状ビームを整形し、半導体膜を線状ビー
ムの短軸方向に移動させることにより高出力のレーザビームを半導体膜に照射することが
できる。
このようにして得られた半導体膜にＴＦＴを作製し、周知の方法にて表示装置を作製す
ることにより高性能の表示装置を製造することができる。
【００３８】
［実施の形態２］ （２波長４台のレーザ発振器＋偏光子＋３ダイクロイックミラー（
＋アクロマートレンズ）の場合）
この形態は、第３のレーザ照射方法及びレーザ照射装置に該当するものである。
２つの発振波長を持つ４台のレーザ発振器と、それぞれ特定の波長域の反射率が高い３
枚のダイクロイックミラーと偏光子とを用いる第２の形態に関し、図４及び５を用いて説
明する。
前記した実施の形態１では、３つの異なる波長のレーザビームを用いており、その色収
差の補正にはアポクロマートレンズを使用しているが、本実施の形態２では、レーザビー
ムは、２種の波長であるから、アクロマートレンズを用いて、色収差を補正し、集光する
ことができる。
【００３９】
図４には、２つの異なる波長のレーザビームを発振する４台のレーザ発振器と２台のダ
イクロイックミラーと偏光子とを用いて、４台のレーザ発振器から射出したレーザビーム
を合成し、アクロマートレンズを用いて集光する場合の概略図を示す。
図４において、レーザ発振器Ｇ（４０１）から射出した波長５３２ｎｍのレーザビーム
とレーザ発振器Ｖ（４０２）から射出した波長３５５ｎｍのレーザビームは、３５５ｎｍ
の波長域のみを反射するダイクロイックミラー４０３で合成される。
合成されたレーザビームは、縦偏光のため、λ／２波長板４０４にて横偏光に変換し、
偏光子４０５に入射する。
ここで、偏光子４０５は横偏光のみを通過させ、縦偏光は反射する素子である。
【００４０】
同様に、レーザ発振器Ｇ（４０６）から射出した波長５３２ｎｍのレーザビームとレー
ザ発振器Ｖ（４０７）から射出した波長３５５ｎｍのレーザビームは、３５５ｎｍの波長
域のみを反射するダイクロイックミラー４０８で合成され、縦偏光のまま偏光子４０５で
反射し、横偏光のビームと合成される。
合成された４つのレーザビームは、アクロマートレンズ等を用いた光学系４０９によっ
て集光されるとともに任意の形状に整形され、半導体膜上の照射面４１０に照射される。
ここで、波長３５５ｎｍのレーザビームは、ＹＡＧまたはＹＶＯ4等の基本波（波長１
０６４ｎｍ）を非線形光学素子によって第三高調波に変換することで得られる。
なお、図４においては、レーザ発振器（４０６）及び（４０７）は、射出する波長がそ
れぞれレーザ発振器（４０１）及び（４０２）と同一波長のものを使用しており、それが
好ましいが、前者のレーザ発振器（４０６）及び（４０７）が射出する波長は、後者のレ
ーザ発振器（４０１）及び（４０２）が発振する波長とは異なるものであってもよい。
【００４１】
図４に概略を示した実施の形態２に関しても、実施の形態１と同様に光学系４０９のア
クロマートレンズを用いて色収差を補正し、より一層高出力のレーザビームを照射するこ
とができ、このより好ましい態様に関し、図５を用いて更に説明する。
図５において、レーザ発振器５０１は、図４中における、レーザ発振器４０１，４０２
、４０６及び４０７、ダイクロイックミラー４０３及び４０８、λ／２波長板４０４、並
びに偏光子４０５を含む系を指す。
図５において、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図を示しており、レーザ発振器５０１か
ら射出したレーザビームは、ビームの一軸方向のみに作用するシリンドリカルレンズ５０
２により一軸方向のみ集光される。
【００４２】
一軸方向のみ集光されたレーザビームは、アクロマートレンズ５０３によりシリンドリ
カルレンズ５０２が作用していない方向のみの色収差を補正し集光され、半導体膜上の照
射面５０４に照射される。
上記したレーザ発振器、並びにシリンドリカルレンズ及びアクロマートレンズ等の光学
系を用いて、線状ビームを整形し、半導体膜を線状ビームの短軸方向に相対的に移動させ
ることにより、実施の形態１と同様に高出力のレーザビームを半導体膜に照射することが
できる。
その結果、このようにして得られた半導体膜にＴＦＴを作製し、周知の方法にて表示装
置を作製することにより、実施の形態１と同様に高性能の表示装置を製造することができ
る。
【００４３】
［実施の形態３］ （３波長６台のレーザ発振器＋偏光子＋５ダイクロイックミラー（
＋アポクロマートレンズ）の場合）
この形態は、第４のレーザ照射方法及びレーザ照射装置に該当するものである。
実施の形態１では、異なる３つの波長のレーザビームと複数のダイクロイックミラーを
用いて、３台のレーザ発振器からのレーザビームを同一光軸上に合成した。
さらに、実施の形態２では、異なる２つの波長のレーザビームと複数のダイクロイック
ミラーと偏光子を用いて、４台のレーザ発振器からのレーザビームを合成した。
同様に、異なる３つの波長のレーザビームと複数のダイクロイックミラーと偏光子とを
用いることで、６台のレーザ発振器からのレーザビームを合成することが可能である。
【００４４】
すなわち３つの異なる波長のレーザビームと複数のダイクロイックミラーと偏光子とを
用いて、６台のレーザ発振器から射出したレーザビームをアポクロマートレンズを用いて
合成する場合の概略図を図６に示す。
図６において、波長４４６ｎｍのレーザ発振器Ｂ（６０１）から射出したレーザビーム
と波長５３２ｎｍのレーザ発振器Ｇ（６０２）から射出したレーザビームは、５３２ｎｍ
の波長域のみを反射するダイクロイックミラー６０４で合成される。
ダイクロイックミラー６０４で合成されたレーザビームは、ダイクロイックミラー６０
５でレーザ発振器Ｒ（６０３）から射出した波長６２８ｎｍのレーザビームと合成される
。
【００４５】
合成されたレーザビームは、縦偏光のためλ／２波長板６０６にて横偏光に変換し、偏
光子６０７に入射することで、偏光子６０７を通過する。
同様に、レーザ発振器Ｂ（６０８）から射出した波長４４６ｎｍのレーザビームとレー
ザ発振器Ｇ（６０９）から射出した波長５３２ｎｍのレーザビームは、５３２ｎｍの波長
域のみを反射するダイクロイックミラー６１１で合成される。
さらに、ダイクロイックミラー６０４で合成されたレーザビームはダイクロイックミラ
ー６１２でレーザ発振器Ｒ（６１０）から射出した波長６２８ｎｍのレーザビームと合成
され、縦偏光のまま偏光子６０７で反射し、偏光子６０７を通過してきた横偏光のレーザ
ビームと合成される。
なお、図６においては、レーザ発振器（６０８）、（６０９）及び（６１０）は、射出
する波長がそれぞれレーザ発振器（６０１）、（６０２）及び（６０３）と同一波長のも
のを使用しており、それが好ましいが、前者のレーザ発振器（６０８）、（６０９）及び
（６１０）が射出する波長は、後者のそれが発振する波長とは異なるものであってもよい
。
【００４６】
合成された６本のレーザビームは、光学系６１３によって任意の形状に整形され、半導
体膜上の照射面６１４に照射される。
光学系６１３は、前述した実施の形態１のアポクロマートレンズを用いた光学系と同様
の系を用いればよい。
上記したレーザ発振器及び光学系を用いて、線状ビームを整形し、半導体膜を線状ビー
ムの短軸方向に移動させることにより高出力のレーザビームを半導体膜に照射することが
できる。
このようにして得られた半導体膜にＴＦＴを作製し、周知の方法にて表示装置を作製す
ることにより高性能の表示装置を製造することができる。
【００４７】
前記実施の形態までは、球面のアポクロマートレンズ又はアクロマートレンズを用いて
、線状レーザビームの短手方向のみの色収差を補正した。
一軸方向のみに作用するシリンドリカル色消しレンズを用いて、長手方向及び短手方向
をそれぞれ集光することで、色収差を長手方向にも補正することが可能である。
また、レーザ発振器を複数台用いた場合、それぞれのレーザ発振器のビーム拡がり角あ
るいはビーム径が異なる。
そこで、シリンドリカル色消しレンズを、すべてのレーザビームを同一の焦点距離に設
計するのではなく、照射面でのスポット径が同一になるように設計することで、ビーム長
手方向の長さを揃えることが可能である。
その場合について図７に図示する。
【００４８】
図７には、波長４４６ｎｍのレーザビーム７０１と波長６２８ｎｍのレーザビーム７０
２をシリンドリカルアクロマートレンズ７０３を用いて、照射面７０５上で合成する場合
の例を示す。
図７の例においては、レーザビーム７０１とレーザビーム７０２のビーム径及びビーム
拡がり角が異なっている。
ここにおいて、波長の異なる２つのレーザビーム７０１，７０２を照射面７０５上で同
じビーム長になるように、シリンドリカルアクロマートレンズ７０３は設計されている。
そのため、互いに波長の異なるレーザビーム７０１と７０２とは、それぞれの焦点７０
４ａと７０４ｂとが同一位置ではないものの、照射面７０５上の同一スポットを照射する
ように設計されている。
なお、異なる３つの波長のレーザビームを用いる場合には、シリンドリカルアクロマー
トレンズに代えシリンドリカルアポクロマートレンズを用いて同様に設計すればよい。
【００４９】
また、本発明の発明を実施するための最良の形態である実施の形態１ないし３において
は、いずれも３以上のレーザビームを合成する態様となっているが、本発明は２つのレー
ザビームを合成する場合に利用することも排除するものではなく、それも本発明の１態様
である。
なお、この場合には偏光子を用いる従来の場合のようにλ／２波長板を使用する必要も
なく、かつ３以上のレーザビームの合成への変更も簡便に行うことができ、その際にはダ
イクロイックミラーも流用できる利点もある。
さらに、本発明におけるレーザ発振器としては、本発明の趣旨からしてＣＷレーザ発振
器を用いるのが好ましいが、それに限定されるものでもなく、エキシマレーザにより発振
される不連続レーザを利用できることも勿論である。
例えば、レーザパルス繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上、好ましくは８０ＭＨｚ以上の
パルスレーザを用いてもよい。パルス発振でレーザ光を半導体膜に照射してから半導体膜
が完全に固化するまでの時間は数十ｎｓ〜数百ｎｓと言われており、上記周波数帯を用い
ることで、半導体膜がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレー
ザ光を照射できる。したがって、従来のパルス発振のレーザを用いる場合と異なり、半導
体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので、走査方向に向かって連
続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成される。
【実施例１】
【００５０】
本実施例は、本発明のレーザ照射方法及びレーザ照射装置を用い、本発明の半導体装置
を作製する方法であり、それについて、図８及び図９を用いて説明する。
なお、以下の説明においては、本実施例に加え、その製造プロセスにおいて採用し得る
他の態様に関しても併記する。
まず、基板１１００上に下地絶縁膜１１０１ａ、１１０１ｂを形成する（図８（ａ））
が、その際本実施例においては基板にガラス基板を使用する。
なお、その基板の材料としては、ガラス基板、石英基板、結晶性ガラスなどの絶縁性基
板やセラミック基板、ステンレス基板、金属基板（タンタル、タングステン、モリブデン
等）、半導体基板、プラスチック基板（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン等）等を用いることが
できるが、少なくともプロセス中に発生する熱に耐えうる材料を使用する。
【００５１】
その下地絶縁膜としては、本実施例では１層目の絶縁膜１１０１ａとして窒化酸化シリ
コン膜を５０ｎｍ、２層目の絶縁膜１１０１ｂとして酸化窒化シリコン膜を１００ｎｍで
形成する。
なお、その基板上に形成する下地絶縁膜１１０１ａ、１１０１ｂとしては、酸化シリコ
ン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などが使用でき、これら絶縁膜を単層又は２
以上の複数層形成する。
これらはスパッタ法や減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の公知の方法を用いて形成す
る。
本実施例の下地絶縁膜は２層の積層構造だが、本発明では下地絶縁膜は勿論単層でも３
層以上の複数層でも構わない。
なお、窒化酸化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜はその窒素と酸素の割合が異なってい
ることを意味しており、前者の方がより窒素の含有量が高いことを示している。
【００５２】
次いで、非晶質半導体膜１１０２を下地絶縁膜上に形成する。
本実施例では、アモルファスシリコンをＣＶＤ法により膜厚６６ｎｍで形成する。
なお、その非晶質半導体膜はシリコン又はシリコンを主成分とする材料（例えばＳｉx
Ｇｅ1-x等）で２５〜８０ｎｍの厚さに形成すればよい。
その作製方法としては、公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法又はプラズマＣ
ＶＤ法等が使用できる。
その形成後、アモルファスシリコンの結晶化を行う（図８（ｂ））。
【００５３】
本実施例においては、その結晶化は、勿論本発明のレーザ照射方法及び装置を用いるレ
ーザアニールにより行う。
したがって、異なる波長のレーザ光を射出する３台以上のレーザ発振器を使用しそれら
発振器から射出されたレーザ光を合成してレーザアニールを行う。
具体的には、上記実施の形態１で示したように、３台のレーザ光の合成にダイクロイッ
クミラーを使用し、それにより３台のレーザ発振器から射出されたレーザビームを合成し
、その合成されたレーザビームをアモルファスシリコン膜に照射し、より生産性を上げて
結晶化を行う。
そのアニールによる結晶化後、結晶性半導体膜をエッチングにより所望の形状の半導体
膜１１０２ａ〜１１０２ｄとする。
【００５４】
続いて、ゲート絶縁膜１１０３を形成する（図８（ｃ））ことになるが、本実施例では
酸化シリコン膜を形成する。
その膜厚は１１５ｎｍ程度とし、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法、スパッタ法な
どでシリコンを含む絶縁膜を形成すればよい。
その後、ゲート絶縁膜上に第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄとして膜厚３０ｎｍの
窒化タンタル（ＴａＮ）とその上に第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄとして膜厚３７
０ｎｍのタングステン（Ｗ）を形成する。
【００５５】
ＴａＮ膜、Ｗ膜ともスパッタ法で形成すればよく、ＴａＮ膜はＴａのターゲットを用い
て窒素雰囲気中で、Ｗ膜はＷのターゲットを用いて成膜すればよい。
なお、本実例では、前記したとおり第１の導電層を膜厚３０ｎｍのＴａＮ、第２の導電
層を膜厚３７０ｎｍのＷとしたが、これに限定されず、第１の導電層と第２の導電層は、
共にＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、又は前記元素を
主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成してもよい。
【００５６】
また、それら両導電層は、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
れる半導体膜を用いてもよいし、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよいし、更にその組み合わ
せも適宜選択すればよい。
その両導電層の膜厚は、第１の導電層が２０〜１００ｎｍ、第２の導電層が１００〜４
００ｎｍの範囲で形成すればよい。
本実施例では、前記したとおり２層の積層構造としたが、１層としてもよいし、もしく
は３層以上の積層構造としてもよい。
【００５７】
次に、ゲート電極またはレジストを形成しパターニングしたものをマスクとして用い、
半導体膜１１０２ａ〜１１０２ｄにｎ型またはｐ型の導電性を付与する不純物を選択的に
添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域等を形成する。
その後、レジストからなるマスクを除去して第１のパッシベーション膜１１２０を形成
する（図９（ａ））。
本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成す
る。
なお、この第１のパッシベーション膜としてはシリコンを含む絶縁膜を１００〜２００
ｎｍの厚さに形成すればよい。
その膜の成膜法としては、プラズマＣＶＤ法や、スパッタ法を用いればよい。
【００５８】
その際には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化シリ
コン膜、又はＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を形成すればよい。
この場合の作製条件は、反応圧力２０〜２００Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、
高周波（６０ＭＨｚ）電力密度０．１〜１．０Ｗ／ｃｍ2である。
また、第１のパッシベーション膜としてＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化
水素化シリコン膜を適用してもよい。
勿論、第１のパッシベーション膜１１２０は、本実施例のような酸化窒化シリコン膜の
単層構造に限定されるものではなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層構造、もしくは積
層構造として用いてもよい。
【００５９】
その後、レーザアニール法を行い、半導体層の結晶性の回復、半導体層に添加された不
純物元素の活性化を行う。
なお、この活性化にも、結晶化の場合と同様に、互いに異なる波長のレーザビームを射
出する３台以上のレーザ発振器を使用し、それら発振器から射出されたレーザビームをダ
イクロイックミラー又はそれに加えて偏光子を使用して合成し、高出力の合成されたレー
ザビームを照射することができ、本実施例ではそれを採用する。高出力のレーザビームを
用いることより、より生産性を上げることができる。
また、第１のパッシベーション膜１１２０を形成した後で熱処理を行うことで、活性化
処理と同時に半導体層の水素化も行うことができる。
その水素化は、第１のパッシベーション膜に含まれる水素によって、半導体層のダング
リングボンドを終端するものである。
【００６０】
さらに、第１のパッシベーション膜１１２０を形成する前に加熱処理を行ってもよい。
但し、第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄ及び第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄ
を構成する材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線などを保護するため、第１の
パッシベーション膜１１２０を形成した後で熱処理を行うことが望ましい。
また、この場合、第１のパッシベーション膜がないため、当然パッシベーション膜に含
まれる水素を利用しての水素化は行うことができない。
この場合には、プラズマにより励起された水素を用いる手段（プラズマ水素化）を用い
ての水素化や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中において、３００〜４５０℃で１〜１
２時間の加熱処理による水素化を用いればよい。
【００６１】
次いで、第１のパッシベーション膜１１２０上に第１の層間絶縁膜１１２１を形成する
（図９（ｂ））。
本実施例では、膜厚１．６μｍの非感光性アクリル膜を形成した（図９（ｂ））。
なお、その第１の層間絶縁膜としては無機絶縁膜あるいは有機絶縁膜を用いることがで
きる。
無機絶縁膜としては、ＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ
Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法により塗布された酸化シリコン膜などを用いることができ、有機
絶縁膜としてはポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリル又は
ポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂等の膜を用いることができる。
さらに、アクリル膜と酸化窒化シリコン膜の積層構造を用いてもよい。
【００６２】
また、その層間絶縁膜は、シロキサン系ポリマーを用いることができる。
シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基
として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられ
る。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を
含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい
そのシロキサン系ポリマーは、その構造により、例えばシリカガラス、アルキルシロキ
サンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化シルセスキオキサンポリマ
ー、水素化アルキルシルセスキオキサンポリマーなどに分類することができる。
さらに、Ｓｉ−Ｎ結合を有するポリマー（ポリシラザン）を含む材料で層間絶縁膜を形
成してもよい。
【００６３】
上記した材料を用いることで、層間絶縁膜は、膜厚を薄くしても十分な絶縁性及び平坦
性を有するものを得ることができる。
そのため、第１の層間絶縁膜によって基板上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、
平坦化することができ、特に、第１の層間絶縁膜は平坦化の意味合いが強いので、平坦化
されやすい材質の絶縁膜を用いることが好ましい。
また、上記した材料は、耐熱性が高いため、多層配線におけるリフロー処理にも耐えう
る層間絶縁膜を得ることができる。
さらに、吸湿性が低いため、脱水量の少ない層間絶縁膜を形成することができる。
【００６４】
その後、第１の層間絶縁膜上に窒化酸化シリコン膜等からなる第２のパッシベーション
膜を形成してもよく、本実施例では、ＲＦスパッタ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を７
０ｎｍの膜厚で形成する。
なお、その膜厚は、１０〜２００ｎｍ程度で形成すればよく、第２のパッシベーション
膜によって第１の層間絶縁膜へ水分が出入りすることを抑制することができる。
第２のパッシベーション膜には、他にも窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒
化アルミニウム膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜やカーボンナイトライド（
ＣＮ）膜も同様に使用できる。
【００６５】
その製膜の際には、ＲＦスパッタ法を用いて成膜された膜は緻密性が高く、バリア性に
優れている。
そのＲＦスパッタの条件は、例えば酸化窒化シリコン膜を成膜する場合、Ｓｉターゲッ
トで、Ｎ2、Ａｒ、Ｎ2Ｏをガスの流量比が３１：５：４となるように流し、圧力０．４Ｐ
ａ、電力３０００Ｗとして成膜する。
また、例えば窒化シリコン膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、チャンバー内のＮ2
、Ａｒをガスの流量比が１：１となるように流し、圧力０．８Ｐａ、電力３０００Ｗ、成
膜温度を２１５℃として成膜する。
【００６６】
次いで、エッチングにより第２のパッシベーション膜、第１の層間絶縁膜及び第１のパ
ッシベーション膜をエッチングし、ソース及びドレイン領域に達するコンタクトホールを
形成する。
その後、各ソース及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続する配線及び電極を形成す
る。
なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉ
）との積層膜をパターニングして形成する。
勿論２層構造に限らず、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造にしてもよい。
また、配線材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。
例えばＴａＮ膜上にＡｌ膜やＣｕ膜を形成し、更にＴｉ膜を形成した積層膜をパターニ
ングして配線を形成してもよい。
【００６７】
以上の工程により、図９（ｃ）に示すような半導体装置が完成する。
なお、本発明のレーザアニール方法を用いた半導体装置の作製方法は、上述したＴＦＴ
の作製工程に限定されない。
また、本実施例は上記実施の形態又は実施例と自由に組み合わせて行うことができる。
【実施例２】
【００６８】
本発明のレーザアニール方法を用い、本発明の作製方法により製造した半導体装置を組
み入れた電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（
ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディ
オ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピ
ュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）あるいは記録媒体を備えた画像再
生装置（具体的にはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ））等が挙
げられ、それらは記録媒体を再生し、その画像を表示するディスプレイを備えた装置であ
る。
【００６９】
それら電子機器の具体例を図１０に示す。
図１０（Ａ）はテレビ受像機であり、それは筐体２００１、支持台２００２、表示部２
００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。
そのテレビ受像機は、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部２
００３に使用することによって作製することができる。
同（Ｂ）はデジタルカメラであり、それは本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１
０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５あるいはシャッター２１０６などを含
む。
そのデジタルカメラは、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部
２１０２やその他回路などに使用することによって作製することができる。
【００７０】
図１０（Ｃ）はコンピュータであり、それは本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２
０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５あるいはポインティングマウス２２
０６等を含む。
そのコンピュータは、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部２
２０３やその他回路などに用いることによって作製することができる。
すなわち、本発明のレーザ照射方法を表示部２２０３やその他回路などの加工に用いる
ことによってコンピュータを作製することができる。
同（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、それは本体２３０１、表示部２３０２、スイ
ッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２３０２やその他回路などの加工に用いることによっ
て、モバイルコンピュータを作製することができる。
【００７１】
図１０（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（ＤＶＤ再生装置など）であり
、それは、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒
体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６あるいはスピーカー部２４０７等
を含む。
その表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字
情報を表示する。
本発明のレーザ照射方法を表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４あるいはその他の回路
などの加工に用いることによって、画像再生装置を作製することができる。
なお、記録媒体を備えた画像再生装置にはゲーム機器なども含まれる。
【００７２】
図１０（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、それ
は、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２５０２やその他回路などの加工に用いることによっ
て、ゴーグル型ディスプレイを作製することができる。
同（Ｇ）はビデオカメラであり、それは、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０
３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２
６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９あるいは接眼部２６１０等を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２６０２やその他回路などの加工に用いることによっ
て、ビデオカメラを作製することができる。
【００７３】
図１０（Ｈ）は携帯電話であり、それは、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０
３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７
０７あるいはアンテナ２７０８等を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２７０３やその他回路などの加工に用いることによっ
て、携帯電話を作製することができる。
なお、上述した電子機器の他に、フロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いる
ことも可能となる。
以上のとおりであり、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用い
ることが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０１（102、103） レーザ発振器
４０１(402、406、407)
１０４（105） ダイクロイックミラー
４０３（408）
１０６（409） 光学系
１０７（202、304、410） 照射面
２０１（303） アポクロマートレンズ
３０１ 白色レーザ発振器
３０２ シリンドリカルレンズ
４０４ λ／２波長板
４０５ 偏光子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザ発振器から射出されたレーザビーム１をダイクロイックミラー１を通過させ、前記レーザビーム１とは波長の異なる第２のレーザ発振器から射出されたレーザビーム２を前記ダイクロイックミラー１で反射させてレーザビームを合成し、合成された第１の合成レーザビームをλ／２波長板を通過させた後に偏光子を通過させ、
第３のレーザ発振器から射出されたレーザビーム１Ａをダイクロイックミラー１Ａを通過させ、レーザビーム１Ａとは波長の異なる第４のレーザ発振器から射出されたレーザビーム２Ａを前記ダイクロイックミラー１Ａで反射させてレーザビームを合成し、合成された第２の合成レーザビームを前記偏光子で反射させて前記第１の合成レーザビームと前記第２の合成レーザビームを更に合成し、合成された合成レーザビームを照射レーザビームとし、前記照射レーザビームを照射面上に投影することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２】
第１のレーザ発振器から射出されたレーザビーム１をダイクロイックミラー１を通過させ、前記レーザビーム１とは波長の異なる第２のレーザ発振器から射出されたレーザビーム２を前記ダイクロイックミラー１で反射させてレーザビームを合成し、合成されたレーザビームをダイクロイックミラー２を通過させ、前記レーザビーム１および前記レーザビーム２とは波長の異なる第３のレーザ発振器から射出されたレーザビーム３を前記ダイクロイックミラー２で反射させて３つのレーザビームを合成し、合成された第１の合成レーザビームをλ／２波長板を通過させた後に偏光子を通過させ、
第４のレーザ発振器から射出されたレーザビーム１Ａをダイクロイックミラー１Ａを通過させ、前記レーザビーム１Ａとは波長の異なる第５のレーザ発振器から射出されたレーザビーム２Ａを前記ダイクロイックミラー１Ａで反射させてレーザビームを合成し、合成されたレーザビームをダイクロイックミラー２Ａを通過させ、前記レーザビーム１Ａおよび前記レーザビーム２Ａとは波長の異なる第６のレーザ発振器から射出されたレーザビーム３Ａを前記ダイクロイックミラー２Ａで反射させて３つのレーザビームを合成し、合成された第２の合成レーザビームを前記偏光子で反射させて前記第１の合成レーザビームと前記第２の合成レーザビームを更に合成し、合成された合成レーザビームを照射レーザビームとし、前記照射レーザビームを照射面上に投影することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項３】
前記照射レーザビームを照射面上に投影する前に所定形状にするために集光レンズを通過させる請求項１又は２に記載のレーザ照射方法。
【請求項４】
前記集光レンズがアクロマートレンズ又はアポクロマートレンズである請求項３に記載のレーザ照射方法。
【請求項５】
レーザビーム１を射出する第１のレーザ発振器、前記レーザビーム１とは異なる波長のレーザビーム２を射出する第２のレーザ発振器、前記レーザビーム１を通過させ、前記レーザビーム２を反射させてレーザビームを合成するダイクロイックミラー１、及び前記ダイクロイックミラー１で合成された第１の合成レーザビームを通過させるλ／２波長板を備え、
レーザビーム１Ａを射出する第３のレーザ発振器、前記レーザビーム１Ａとは異なる波長のレーザビーム２Ａを射出する第４のレーザ発振器、前記レーザビーム１Ａを通過させ、前記レーザビーム２Ａを反射させてレーザビームを合成し、第２の合成レーザビームを形成するダイクロイックミラー１Ａを備え、
更に前記λ／２波長板を通過した前記第１の合成レーザビームを通過させ、前記第２の合成レーザビームを反射させて合成レーザビームを合成する偏光子を備え、
並びに前記偏光子で合成された照射レーザビームを投影する照射面を設置するステージを備えたことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項６】
レーザビーム１を射出する第１のレーザ発振器、前記レーザビーム１とは異なる波長のレーザビーム２を射出する第２のレーザ発振器、前記レーザビーム１を通過させ、前記レーザビーム２を反射させてレーザビームを合成するダイクロイックミラー１、前記レーザビーム１および前記レーザビーム２とは異なる波長のレーザビーム３を射出する第３のレーザ発振器、前記ダイクロイックミラー１で合成されたレーザビームを通過させ、前記レーザビーム３を反射させてそれらレーザビームを合成するダイクロイックミラー２、及びそこで合成された第１の合成レーザビームを通過させるλ／２波長板を備え、
レーザビーム１Ａを射出する第４のレーザ発振器、前記レーザビーム１Ａとは異なる波長のレーザビーム２Ａを射出する第５のレーザ発振器、前記レーザビーム１Ａを通過させ、前記レーザビーム２Ａを反射させてレーザビームを合成するダイクロイックミラー１Ａ、前記レーザビーム１Ａおよび前記レーザビーム２Ａとは異なる波長のレーザビーム３Ａを射出する第６のレーザ発振器、及び前記ダイクロイックミラー１Ａで合成されたレーザビームを通過させ、前記レーザビーム３Ａを反射させてそれらレーザビームを合成し、第２の合成レーザビームを形成するダイクロイックミラー２Ａを備え、
前記λ／２波長板を通過した前記第１の合成レーザビームを通過させ、前記第２の合成レーザビームを反射させて合成レーザビームを更に合成する偏光子を備え、
並びに前記偏光子で合成された照射レーザビームを投影する照射面を設置するステージを備えたことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項７】
前記照射レーザビームを照射面上に投影する前に通過させ、所定形状にするための集光レンズを備える請求項５又は６に記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
前記集光レンズがアクロマートレンズ又はアポクロマートレンズである請求項７に記載のレーザ照射装置。
【請求項１】
第１のレーザ発振器から射出されたレーザビーム１をダイクロイックミラー１を通過させ、前記レーザビーム１とは波長の異なる第２のレーザ発振器から射出されたレーザビーム２を前記ダイクロイックミラー１で反射させてレーザビームを合成し、合成された第１の合成レーザビームをλ／２波長板を通過させた後に偏光子を通過させ、
第３のレーザ発振器から射出されたレーザビーム１Ａをダイクロイックミラー１Ａを通過させ、レーザビーム１Ａとは波長の異なる第４のレーザ発振器から射出されたレーザビーム２Ａを前記ダイクロイックミラー１Ａで反射させてレーザビームを合成し、合成された第２の合成レーザビームを前記偏光子で反射させて前記第１の合成レーザビームと前記第２の合成レーザビームを更に合成し、合成された合成レーザビームを照射レーザビームとし、前記照射レーザビームを照射面上に投影することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２】
第１のレーザ発振器から射出されたレーザビーム１をダイクロイックミラー１を通過させ、前記レーザビーム１とは波長の異なる第２のレーザ発振器から射出されたレーザビーム２を前記ダイクロイックミラー１で反射させてレーザビームを合成し、合成されたレーザビームをダイクロイックミラー２を通過させ、前記レーザビーム１および前記レーザビーム２とは波長の異なる第３のレーザ発振器から射出されたレーザビーム３を前記ダイクロイックミラー２で反射させて３つのレーザビームを合成し、合成された第１の合成レーザビームをλ／２波長板を通過させた後に偏光子を通過させ、
第４のレーザ発振器から射出されたレーザビーム１Ａをダイクロイックミラー１Ａを通過させ、前記レーザビーム１Ａとは波長の異なる第５のレーザ発振器から射出されたレーザビーム２Ａを前記ダイクロイックミラー１Ａで反射させてレーザビームを合成し、合成されたレーザビームをダイクロイックミラー２Ａを通過させ、前記レーザビーム１Ａおよび前記レーザビーム２Ａとは波長の異なる第６のレーザ発振器から射出されたレーザビーム３Ａを前記ダイクロイックミラー２Ａで反射させて３つのレーザビームを合成し、合成された第２の合成レーザビームを前記偏光子で反射させて前記第１の合成レーザビームと前記第２の合成レーザビームを更に合成し、合成された合成レーザビームを照射レーザビームとし、前記照射レーザビームを照射面上に投影することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項３】
前記照射レーザビームを照射面上に投影する前に所定形状にするために集光レンズを通過させる請求項１又は２に記載のレーザ照射方法。
【請求項４】
前記集光レンズがアクロマートレンズ又はアポクロマートレンズである請求項３に記載のレーザ照射方法。
【請求項５】
レーザビーム１を射出する第１のレーザ発振器、前記レーザビーム１とは異なる波長のレーザビーム２を射出する第２のレーザ発振器、前記レーザビーム１を通過させ、前記レーザビーム２を反射させてレーザビームを合成するダイクロイックミラー１、及び前記ダイクロイックミラー１で合成された第１の合成レーザビームを通過させるλ／２波長板を備え、
レーザビーム１Ａを射出する第３のレーザ発振器、前記レーザビーム１Ａとは異なる波長のレーザビーム２Ａを射出する第４のレーザ発振器、前記レーザビーム１Ａを通過させ、前記レーザビーム２Ａを反射させてレーザビームを合成し、第２の合成レーザビームを形成するダイクロイックミラー１Ａを備え、
更に前記λ／２波長板を通過した前記第１の合成レーザビームを通過させ、前記第２の合成レーザビームを反射させて合成レーザビームを合成する偏光子を備え、
並びに前記偏光子で合成された照射レーザビームを投影する照射面を設置するステージを備えたことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項６】
レーザビーム１を射出する第１のレーザ発振器、前記レーザビーム１とは異なる波長のレーザビーム２を射出する第２のレーザ発振器、前記レーザビーム１を通過させ、前記レーザビーム２を反射させてレーザビームを合成するダイクロイックミラー１、前記レーザビーム１および前記レーザビーム２とは異なる波長のレーザビーム３を射出する第３のレーザ発振器、前記ダイクロイックミラー１で合成されたレーザビームを通過させ、前記レーザビーム３を反射させてそれらレーザビームを合成するダイクロイックミラー２、及びそこで合成された第１の合成レーザビームを通過させるλ／２波長板を備え、
レーザビーム１Ａを射出する第４のレーザ発振器、前記レーザビーム１Ａとは異なる波長のレーザビーム２Ａを射出する第５のレーザ発振器、前記レーザビーム１Ａを通過させ、前記レーザビーム２Ａを反射させてレーザビームを合成するダイクロイックミラー１Ａ、前記レーザビーム１Ａおよび前記レーザビーム２Ａとは異なる波長のレーザビーム３Ａを射出する第６のレーザ発振器、及び前記ダイクロイックミラー１Ａで合成されたレーザビームを通過させ、前記レーザビーム３Ａを反射させてそれらレーザビームを合成し、第２の合成レーザビームを形成するダイクロイックミラー２Ａを備え、
前記λ／２波長板を通過した前記第１の合成レーザビームを通過させ、前記第２の合成レーザビームを反射させて合成レーザビームを更に合成する偏光子を備え、
並びに前記偏光子で合成された照射レーザビームを投影する照射面を設置するステージを備えたことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項７】
前記照射レーザビームを照射面上に投影する前に通過させ、所定形状にするための集光レンズを備える請求項５又は６に記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
前記集光レンズがアクロマートレンズ又はアポクロマートレンズである請求項７に記載のレーザ照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−９９８４４（Ｐ２０１２−９９８４４Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８２３（Ｐ２０１２−１８２３）
【出願日】平成２４年１月１０日（２０１２．１．１０）
【分割の表示】特願２００５−１７８５６０（Ｐ２００５−１７８５６０）の分割
【原出願日】平成１７年６月１７日（２００５．６．１７）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１０日（２０１２．１．１０）
【分割の表示】特願２００５−１７８５６０（Ｐ２００５−１７８５６０）の分割
【原出願日】平成１７年６月１７日（２００５．６．１７）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]