(57)【要約】【課題】光ファイバの出口に設けられるレンズ群の小型化を図りながら、半導体層の結晶化や不純物の活性化などに必要な高密度のレーザ光を得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】この半導体装置の製造方法は、ＹＡＧレーザを発振するレーザ発振器１から照射光学系３までを単一のコア部２ａを有する光ファイバ２で接続する工程と、ＹＡＧレーザからのレーザビーム１００を照射光学系３から照射することによって、半導体層２３を加熱する工程とを備えている。【選択図】図１
2004111584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外レーザを発振するレーザ発振器から照射光学系までを単一のコア部を有する光ファイバで接続する工程と、
前記近赤外レーザを前記照射光学系から照射することによって、半導体層を加熱する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記光ファイバで接続する工程は、
高次モードの発振に起因する前記レーザ光の強度ばらつきを低減可能な長さを有する光ファイバで、前記レーザ発振器から前記照射光学系までを接続する工程を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記レーザ発振器は、第１レーザ発振器と第２レーザ発振器とを含み、
前記光ファイバは、前記第１レーザ発振器に接続される単一のコア部を有する第１光ファイバと、前記第２レーザ発振器に接続される単一のコア部を有する第２光ファイバとを含み、
前記照射光学系は、前記第１光ファイバおよび前記第２光ファイバが接続され、単一のレーザビームを照射する単一の照射光学系を含む、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記光ファイバで接続する工程は、
前記レーザ発振器を第１の部屋に設置するとともに、前記照射光学系を第２の部屋に設置し、前記レーザ発振器から前記照射光学系までを前記単一のコア部を有する光ファイバで接続する工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体層を加熱する工程は、
前記半導体層の上方および下方のいずれか一方に、吸収膜を形成する工程と、前記吸収膜に連続発振型の前記近赤外レーザを照射することにより前記吸収膜を発熱させ、その熱を利用して前記半導体層の結晶化を行う工程とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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関し、特に、レーザ光を用いて半導体層を加熱する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置の画素駆動用トランジスタとして、多結晶シリコン膜を能動層として用いた薄膜トランジスタ（以下、多結晶シリコンＴＦＴ）が採用されている。このような液晶表示装置では、低コスト化、高性能化および軽量コンパクト化のために、多結晶シリコンＴＦＴの高性能化が要求されている。多結晶シリコンＴＦＴの高性能化には、基板上の多結晶シリコン膜をできるだけ単結晶に近づける必要がある。
【０００３】
ところで、従来、レーザ光を用いて半導体層を加熱することによって、半導体層を結晶化したり、半導体層内の不純物を活性化する技術が知られている。最近では、エキシマレーザアニール（ＥＬＡ）法を用いて半導体層を加熱することによって、より大きな結晶粒径を得る技術が開発されている。このＥＬＡ法は、基板への熱影響を回避するために、数１００ｎｓｅｃのパルス発振により短時間で結晶化を行う方法であり、安価なガラス基板を用いる低温プロセスでの結晶化方法の主流の技術である。また、ＥＬＡ法では、２００ｎｍ前後の短波長のレーザー光を用いるため、非晶質シリコンや多結晶シリコンへの吸収率が高い。これにより、短時間でシリコン膜を高温に加熱することができる。
【０００４】
しかし、上記した従来のエキシマレーザアニール（ＥＬＡ）法では、加熱する半導体層の膜厚や膜質により吸収率が大きく影響されるとともに、パルス発振の不安定さに起因してビーム強度がばらつくので、加熱を均一に行うことが困難であった。このため、素子特性がばらついて歩留まりが低下するという不都合があった。また、従来のＥＬＡ法では、装置コストや稼働コストが高いという不都合もあった。さらに、従来のＥＬＡ法では、パルス発振であるため、レーザー光線の高速走査を行うことが困難である。このため、スループット（生産性）が低いという不都合もあった。
【０００５】
そこで、本願発明者は、エキシマレーザを用いるＥＬＡ法に代えて、連続発振型のＹＡＧレーザを用いて非晶質シリコン膜の結晶化を行う技術を、特許文献１や特許文献２において提案した。この提案した方法では、巨大な結晶粒または単結晶を歩留まりを低下させることなく形成することができるとともに、巨大な結晶粒または単結晶を低コストおよび高スループットで形成することが可能である。
【０００６】
しかし、上記した従来のＹＡＧレーザを用いる方法では、レーザ発振器と照射光学系とをミラーやレンズなどの光学系で接続していたため、照射光学系を含む光学系全体を小型化するのが困難であるという不都合があった。また、レーザ発振器と、照射光学系と、レーザ発振器と照射光学系とを接続するための光学系とをすべてクリーンルーム（無塵室）内に設置する必要があるため、クリーンルームが大型化するという不都合もあった。
【０００７】
そこで、従来、複数のコア部を有する光ファイバ束を用いて、レーザ発振器と照射光学系とを接続する技術が提案されている（特許文献３および４参照）。このように光ファイバ束によりレーザ発振器と照射光学系とを接続すれば、照射光学系を含む光学系全体を小型化することが可能になる。また、光ファイバ束を用いれば、照射光学系のみをクリーンルームに設置することができるので、クリーンルームが大型化するという不都合を解消することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２９１６６６号公報
【特許文献２】
特開２００２−５０５７６号公報
【特許文献３】
特開平６−３４５４１５号公報
【特許文献４】
特開２００１−１５６０１７号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の複数の光ファイバが束状に束ねられた光ファイバ束を用いる方法では、レンズにより集光されたレーザ光を光ファイバ束の複数のコア部のみに入射させることは困難であるので、コア部の周囲に位置するクラッド部にもレーザ光が入射される。この場合、クラッド部に高密度な光が入射するとクラッド部の温度が上昇して焼き付くという不都合が生じるため、光ファイバ束に入射される光をあまり高密度にすることは困難である。このため、従来の光ファイバ束を用いる方法では、半導体層の結晶化や不純物の活性化を行うのに必要な高い光密度のレーザ光を光ファイバ束に入射させるのが困難である。その結果、従来の光ファイバ束を用いる方法では、半導体層の結晶化や不純物の活性化を行うのが困難であるという問題点がある。
【０００９】
なお、上記特許文献３では、ファイバ束の径を出口側で小さく絞ることにより、光密度を高めることが記載されている。しかし、この方法では、光密度をそれほど高めることはできないため、半導体層の結晶化や不純物の活性化などに必要な高密度なレーザ光を得るのは困難である。
【００１０】
また、光ファイバの出口に設けられるレンズ群を用いて、光ファイバの出口から出射したレーザ光を大きく高密度化（ビームの縮小投影）することにより、レーザビームの光密度を高くすることも考えられる。しかし、その場合には、光ファイバの出口に設けられるレンズ群が大型化するという問題点が新たに発生する。
【００１１】
上記のように、従来の光ファイバ束を用いる方法では、光ファイバ束の出口に設けられるレンズ群の小型化を図りながら、半導体層の結晶化や不純物の活性化などに必要な高密度なレーザ光を得るのが困難である。
【００１２】
また、ＹＡＧレーザは、エキシマレーザに比較すると、その発振安定性は格段に優れている。しかしながら、より詳細に強度変化を見ると、時間とともにレーザ発振強度が変動するという不都合がある。図１３は、ＹＡＧレーザ励起用の半導体レーザ（ＬＤ）を４０Ａに設定した場合と、レーザ出力が４７０Ｗになるようにフィードバック制御した場合との、時間とレーザ出力（発振強度）との関係を示した相関図である。図１３に示すように、ＹＡＧレーザでは、時間とともにレーザ出力（発振強度）が細かく変動していることがわかる。また、ＹＡＧレーザの照射光内部の光強度分布は、図１４に示すように、極めて短時間かつランダムなピークが入れ替わり立ち替り存在している。これは、レーザの高次モードの発振に起因する可能性があると考えられる。これらのことから、従来では、ＹＡＧレーザを用いて半導体層の結晶化を行う際に、ビーム強度の最も低いところで半導体層の結晶化が可能な温度にするため、全体の照射強度を高める必要があった。このように、全体の照射強度を高めた場合には、ビーム強度のピーク値が膜はがれが生じるしきい値を超える可能性が高まるため、歩留りが低下する恐れが高いという問題点もあった。
【００１３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、光ファイバの出口に設けられるレンズ群の小型化を図りながら、半導体層の結晶化や不純物の活性化などに必要な高密度なレーザ光を得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１４】
また、この発明のもう１つの目的は、上記の半導体装置の製造方法において、レーザ光強度のばらつきに起因する歩留りを低減することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の一の局面による半導体装置の製造方法は、近赤外レーザを発振するレーザ発振器から照射光学系までを単一のコア部を有する光ファイバで接続する工程と、近赤外レーザを照射光学系から照射することによって、半導体層を加熱する工程とを備えている。なお、本発明の近赤外レーザとは、０．７５μｍ以上２．０μｍ以下の波長を有するレーザを意味する。
【００１６】
この一の局面による半導体装置の製造方法では、上記のように、近赤外レーザを発振するレーザ発振器から照射光学系までを単一のコア部を有する光ファイバで接続することによって、レーザ光をレンズにより集光させて光ファイバに投入する際に、複数のコア部を有する光ファイバ束にレーザ光を投入する場合と異なり、コア部の周囲のクラッド部にレーザ光が入射するのが防止される。これにより、クラッド部の温度上昇を抑制することができるので、光ファイバに入射させる光密度を高くすることができる。そのため、単一のコアを有する光ファイバでは、光ファイバ束を用いる場合と異なり、容易に、結晶化や不純物の活性化を行うことが可能な程度まで光ファイバに入射する光密度を高めることができるので、容易に、光ファイバを用いて半導体層の結晶化や不純物の活性化を行うことができる。また、光ファイバに入射させる光密度を高くすることができるので、光ファイバの出口に設けられるレンズ群をより小型化することができる。
【００１７】
また、光ファイバを用いることによって、レーザ発振器と照射光学系（熱処理部）とを別個の場所に設置することができるので、レイアウトの自由度を増すことができるとともに、照射光学系（熱処理部）が設置されるクリーンルーム（無塵室）の省スペース化を図ることができる。また、光ファイバを用いることによって、レーザ発振器と照射光学系とを接続するためのミラーやレンズなどの光学系が不要になるので、照射光学系を含む光学系全体を小型化することができる。これにより、照射光学系を容易に移動させることができるので、基板に加えて照射光学系を走査することができる。その結果、基板側のみをＸＹ方向に走査する場合に比べて、装置の自由度を増すことができるとともに、装置の小型化を図ることができる。
【００１８】
上記の半導体装置の製造方法において、好ましくは、光ファイバで接続する工程は、高次モードの発振に起因するレーザ光の強度ばらつきを低減可能な長さを有する光ファイバで、レーザ発振器から照射光学系までを接続する工程を含む。このように構成すれば、容易に、高次モードの発振に起因するレーザ光の強度ばらつきを低減することができるので、より均一なレーザ光を得ることができる。これにより、レーザ光の強度ばらつきに起因する歩留りの低下を抑制することができる。
【００１９】
上記の半導体装置の製造方法において、好ましくは、レーザ発振器は、第１レーザ発振器と第２レーザ発振器とを含み、光ファイバは、第１レーザ発振器に接続される単一のコア部を有する第１光ファイバと、第２レーザ発振器に接続される単一のコア部を有する第２光ファイバとを含み、照射光学系は、第１光ファイバおよび第２光ファイバが接続される単一の照射光学系を含む。このように構成すれば、１つのレーザ発振器からレーザ光を入射する場合に比べて、レーザビームの光強度を向上させることができる。また、線状のレーザビームの長手方向に所定の間隔を隔てて第１および第２レーザ発振器を配置すれば、その第１および第２レーザ発振器からのレーザ光を集光することにより、容易に、長手方向の長さの長い線状（矩形状）のレーザビームを形成することができる。
【００２０】
上記の半導体装置の製造方法において、好ましくは、光ファイバで接続する工程は、レーザ発振器を第１の部屋に設置するとともに、照射光学系を第２の部屋に設置し、レーザ発振器から照射光学系までを単一のコア部を有する光ファイバで接続する工程を含むようにしてもよい。このように構成すれば、照射光学系を設置するクリーンルームなどの第２の部屋の省スペース化を図ることができる。
【００２１】
上記一の局面による半導体装置の製造方法において、好ましくは、半導体層を加熱する工程は、半導体層の上方および下方のいずれか一方に、吸収膜を形成する工程と、吸収膜に連続発振型の近赤外レーザを照射することにより吸収膜を発熱させ、その熱を利用して半導体層の結晶化を行う工程とを含む。このようにレーザが照射された吸収膜の発熱を利用して半導体層を間接的に加熱することによって、吸収膜から熱が半導体層に放射される際に、熱のばらつきが緩和される。これにより、半導体層をほぼ均一に加熱することができるので、巨大な結晶粒または単結晶を歩留まりを低下させることなく形成することができる。また、連続発振型の近赤外レーザを用いれば、ＥＬＡ法で用いるパルスレーザと異なり、レーザ光線の高速走査を行うことができるので、大きな面積を均一で、かつ、短時間で処理することができる。これにより、生産性（スループット）を向上させることができる。また、連続発振型レーザは、ＥＬＡ法で用いるパルスレーザに比べてビーム強度のばらつきが少ないので、均一な加熱を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法に用いるレーザ照射装置の全体構成を示した概略図である。図２は、図１に示したレーザ照射装置の発振器の内部構成を示した概略図である。図３は、図１に示したレーザ照射装置に用いる光ファイバの構造を示した断面図である。
【００２４】
図１〜図３を参照して、まず、本実施形態による半導体装置の製造方法に用いるレーザ照射装置の構成について説明する。このレーザ照射装置は、レーザ発振器１と、光ファイバ２と、照射光学系３と、照射光学系移動部４と、ベース５と、ヒータプレート６と、操作盤７とを備えている。ヒータプレート６上には、基板５０が設置されている。
【００２５】
光ファイバ２は、レーザ発振器１と照射光学系３とを接続している。そして、レーザ発振器１は、クリーンルーム（無塵室）の外部の部屋に設置されるとともに、照射光学系３、照射光学系移動部４、ベース５、ヒータプレート６および操作盤７は、クリーンルーム内に設置されている。クリーンルームと、発振器１が設置されるクリーンルームの外部の部屋との間には、中間のクリーン度を有するサービスエリアが設けられている。
【００２６】
ヒータプレート６は、ベース５に設置されたモータおよびスクリューねじによりレーザビーム１００の短辺方向に移動可能に、ベース５上に設置されている。また、照射光学系移動部４は、モータおよびスクリューねじを含むとともに、レーザビーム１００の長辺方向に移動可能に設置されている。操作盤７は、基板５０へのレーザ照射条件を設定するとともに、レーザ照射の開始および終了を制御するために設置されている。操作者６０は、操作盤７を用いて、レーザ照射工程を行う。
【００２７】
また、本実施形態におけるレーザ発振器１の内部構成としては、図２に示すように、ＹＡＧレーザの発振用の結晶であるＹＡＧロット１１を挟むように、励起用の半導体レーザ（ＬＤ）１２ａおよび１２ｂが設けられている。また、ＹＡＧロット１１の長手方向の側部の両側には、ＹＡＧロット１１から出射されるレーザ光を共振させるためのミラー１３および１４が設けられている。また、ミラー１３を通過したレーザ光を一部反射させるためのミラー１５と、ミラー１５を通過したレーザ光を遮断するためのシャッター１６とが設けられている。シャッター１６の前方には、レーザ光を集光して光ファイバ２の単一のコア部２ａに入射させるためのレンズ１７が設けられている。また、ミラー１５によって一部反射されたレーザ光を検知するための光強度センサ１８が設けられている。
【００２８】
光強度センサ１８の出力は、電源を含む制御部１９に接続されている。また、励起用半導体レーザ（ＬＤ）１２ａおよび１２ｂの出力も、制御部１９に入力されている。制御部１９では、光強度センサ１８の検出結果と励起用半導体レーザ（ＬＤ）１２ｂの出力とに基づいて、フィードバック制御を行う。
【００２９】
ここで、本実施形態では、レーザ発振器１と照射光学系３とを接続する光ファイバ２は、図３に示すように、単一のコア部２ａとその単一のコア部２ａの周囲に形成されたクラッド部２ｂとから構成されている。この光ファイバ２は、ステップインデックス型であるとともに、約１０ｍ以上の長さ（本実施形態では４０ｍ）を有するように形成されている。
【００３０】
図４は、光ファイバの長さを５ｍと１０ｍとに変化させてレーザビームを基板に走査した際のアニール帯（走査領域）の端部の結晶状態を示した模式図である。図４に示すように、ファイバ長が５ｍのときには、アニール帯（走査領域）５０ａの端部の結晶状態のばらつきが大きい。このことから、ファイバ長が５ｍと短い場合には、レーザビームのビーム強度が均一化されていないと考えられる。これに対して、ファイバ長が１０ｍ程度に長くなると、アニール帯（走査領域）５０ａの端部の結晶状態のバラツキが小さくなっていることがわかる。このことから、ファイバ長が１０ｍ程度になると、高次モードの発振に起因するビーム強度のばらつきを低減できることが判明した。したがって、光ファイバ２のファイバ長は、約１０ｍ以上の長さを有するのが好ましい。この点を考慮して、本実施形態では、上記のように、光ファイバ２を約４０ｍの長さに設定している。これにより、本実施形態では、図１４に示した従来のビーム強度と異なり、図５に示すように、ビーム強度の均一化を図ることができる。
【００３１】
図６は、楕円ビームを形成した場合と矩形ビームを形成した場合との相違点を説明するための概略図であり、図７は、図６に示した矩形ビームを用いる場合のレーザビームの位置とビーム強度との関係を示した相関図である。
【００３２】
図６を参照して、本実施形態では、光ファイバ２の先端に接続される照射光学系３として、線状（矩形状）にレーザビームを集光するためのアレイレンズ型やカライドスコープ型の光学系を用いている。なお、単なるシリンドリカルレンズにより楕円形状のレーザビームを形成した場合、図６に示すように、横方向位置によって照射されるエネルギが異なる。すなわち、楕円形状のレーザビームでは、中央部に比べて端部に照射されるエネルギが小さいので、良好に結晶化を行うことができるのは、矩形ビームの約７割程度である。これに対して、矩形ビームでは、横方向位置に対して照射されるエネルギが同じであるため、楕円ビームの場合に比べてより結晶化が可能な面積が多くなる。このため、本実施形態では、矩形ビームを用いている。これにより、本実施形態では、図５に示した状態から照射光学系３を通過することによって、図７に示すような矩形状のビーム形状が得られる。
【００３３】
また、本実施形態では、光ファイバ２のコア部２ａは、約０．６ｍｍ以下の直径（コア径）を有する。その理由は、以下の通りである。
【００３４】
すなわち、ガラス基板の平面度は１００μｍ程度であるので、レーザビームの焦点深度は約±１００μｍ以上である必要がある。この場合、０．１ｍｍの短辺を有するレーザビームに集光する際に、０．３ｍｍのコア径を有する光ファイバ２を用いれば、ビーム品質は５０ｍｍ・ｍｒａｄになる。なお、ビーム品質とは、ビームの細い部分の幅とビーム広がり角との積により表されるものであり、小さい方がより高品質である。このビーム品質は、光学系により高めることができないという性質を有する。そして、ビーム品質とファイバ径との関係はだいたい決まっており、０．３ｍｍのコア径を有する光ファイバの場合、上記のように、ビーム品質は５０ｍｍ・ｍｒａｄであり、０．６ｍｍのコア径を有する光ファイバの場合、ビーム品質は、１００ｍｍ・ｍｒａｄである。
【００３５】
０．３ｍｍのコア径を有する光ファイバの場合のレーザビームの短辺の許容精度を０．１ｍｍ＋０．０２ｍｍとすると、ビーム焦点深度は、最大で±２４０μｍになる。また、０．６ｍｍのコア径を有するコア部２ａを含む光ファイバ２では、焦点深度は、最大で±１２０μｍになる。
【００３６】
したがって、±１００μｍ以上の焦点深度を得るためには、０．６ｍｍ以下のコア径を有するコア部２ａを含む光ファイバ２を使用するのが好ましい。本実施形態では、この点を考慮して、０．３ｍｍのコア径を有する光ファイバ２を用いている。なお、本実施形態における０．３ｍｍのコア径を有する光ファイバ２と照射光学系３の実際の焦点深度は、±１５０μｍである。
【００３７】
図８および図９は、図１に示したレーザ照射装置を用いる本発明の一実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。以下、図１、図２、図８および図９を参照して、本実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。
【００３８】
まず、図８に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ガラス基板２１上に、下から上に向かって、約６００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２膜と約２０ｎｍの厚みを有するＳｉＮｘとからなるバッファ層２２を形成する。そして、そのバッファ層２２上に、活性層となる島状化された非晶質シリコンまたは多結晶シリコンからなる半導体層２３を、約５０ｎｍの厚みで形成する。そして、プラズマＣＶＤ法を用いて、半導体層２３を覆うように、ＳｉＯ２膜２４を約１００ｎｍの厚みで形成する。そして、そのＳｉＯ２膜２４上に、約５０ｎｍの厚みを有するＭｏからなる吸収膜２５を形成する。そして、約２００℃で予備加熱を行った後、図１に示したレーザ照射装置を用いて、約０．１ｍｍ×約４ｍｍの矩形ビームに集光した連続発振型ＹＡＧレーザのレーザビーム１００を吸収膜２５の上面に走査する。このときの条件は、レーザ出力：約３８５Ｗ、走査速度：約１０００ｍｍ／ｓ、雰囲気ガス：Ａｒである。
【００３９】
具体的には、図８に示した構造を有する基板５０を、図１に示したヒータプレート６上に真空チャック（図示せず）により固定する。そして、レーザビーム１００を走査する際には、その基板５０が設置されたヒータプレート６が基板５０の長手方向（レーザビーム１００の短辺方向）に約１０００ｍｍ／ｓで移動する。一方向の移動が終了すると、レーザ発振器１内のシャッター１６（図２参照）が閉じられ、光ファイバ２にはレーザ光が伝送されなくなる。次に、ヒータプレート６を逆方向に移動させると同時に、照射光学系移動部４を用いて、照射光学系３をレーザビーム１００の長辺方向（基板５０の短辺方向）に約３．８ｍｍだけ移動させる。そして、再度、シャッター１６を開いた後、再びヒータプレート６を基板５０の長手方向に約１０００ｍｍ／ｓの速度で移動させながら、基板５０に線状（矩形状）のレーザビーム１００を照射する。これらのレーザビーム１００の走査を繰り返すことによって、基板５０（吸収膜２５）の全体にレーザビーム１００が照射される。このレーザビーム１００の走査によって、吸収膜２５が発熱され、その熱が半導体層２３に放射されることによって、半導体層２３が結晶化される。これにより、結晶化された半導体層２３ａ（図９参照）が得られる。この場合、ＹＡＧレーザによるレーザビーム１００は、シリコンからなる半導体層２３には、ほとんど吸収されない。
【００４０】
これらの一連のレーザビーム１００の走査は、図１に示したクリーンルーム内に配置された操作盤７を操作者６０が操作することにより行われる。また、レーザ発振の出力は、レーザ発振器１内で０．１ｍｓ周期でフィードバック制御される。これにより、発振強度の安定化が図られる。
【００４１】
上記のように走査を行った後、吸収膜２５上に、約１００ｎｍのＳｉＯ２膜（図示せず）をプラズマＣＶＤ法で形成する。その後、そのＳｉＯ２膜と吸収膜２５との積層膜をゲート電極形状にパターンニングすることによって、図９に示されるようなＭｏからなるゲート電極２５ａおよびＳｉＯ２膜２６が形成される。
【００４２】
そして、レジストマスク（図示せず）を所定領域に形成した状態で、ｎチャネルＴＦＴ形成部には、Ｐ＋（リンイオン）を約８０ｋｅＶ、約７×１０１４ｃｍ−２の条件で注入するとともに、ｐチャネルＴＦＴ形成部には、Ｂ＋（ボロンイオン）を約３５ｋｅＶ、約１．５×１０１５ｃｍ−２の条件で注入する。その後、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法により、注入した不純物を活性化する。これにより、図９に示されるような、ソース／ドレイン領域２３ｂが形成される。このようにして、ｎチャネルＴＦＴおよびｐチャネルＴＦＴが形成される。
【００４３】
本実施形態では、上記のように、ＹＡＧレーザを発振するレーザ発振器１から照射光学系３までを単一のコア部２ａを有する光ファイバ２で接続することによって、レーザ光をレンズにより集光させて光ファイバ２に投入する際に、複数のコア部を有する光ファイバ束にレーザ光を投入する場合と異なり、コア部２ａの周囲のクラッド部２ｂにレーザ光が入射するのが防止される。これにより、クラッド部２ｂの温度上昇を抑制することができるので、光ファイバ２に入射させる光密度を高くすることができる。そのため、単一のコア部２ａを有する光ファイバ２では、光ファイバ束を用いる場合と異なり、容易に、半導体層２３の結晶化を行うことが可能な程度まで光ファイバ２に入射する光密度を高めることができるので、容易に、光ファイバ２を用いて半導体層２３の結晶化を行うことができる。
【００４４】
また、本実施形態では、上記のように、単一のコア部２ａを有する光ファイバ２を用いることによって、光ファイバ２に入射させる光密度を高くすることができるので、光ファイバ２の出口に設けられるレンズ群をより小型化することができる。
【００４５】
また、本実施形態では、光ファイバ２を用いることによって、レーザ発振器１と照射光学系（熱処理部）３とを別個の場所に設置することができるので、レイアウトの自由度を増すことができるとともに、照射光学系（熱処理部）３が設置されるクリーンルーム（無塵室）の省スペース化を図ることができる。また、光ファイバ２を用いることによって、レーザ発振器１と照射光学系３とを接続するためのミラーやレンズなどの光学系が不要になるので、照射光学系３を含む光学系全体を小型化することができる。これにより、照射光学系３を容易に移動させることができるので、基板５０に加えて照射光学系３を走査することができる。その結果、基板側のみをＸＹ方向に走査する場合に比べて、装置の自由度を増すことができるとともに、装置の小型化を図ることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、光ファイバ２のファイバ長を約４０ｍに設定することによって、高次モードの発振に起因するレーザ光の強度ばらつきを低減することができる。これにより、より均一なレーザ光を得ることができるので、レーザ光の強度ばらつきに起因する歩留りの低下を抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、吸収膜２５に連続発振型のＹＡＧレーザビーム１００を照射することにより吸収膜２５を発熱させ、その熱を利用して半導体層２３の結晶化を行うことにより、吸収膜２５から熱が半導体層２３に放射される際に、熱のばらつきが緩和される。これにより、半導体層２３をほぼ均一に加熱することができるので、巨大な結晶粒または単結晶を有する結晶化された半導体層２３ａを歩留りを低下させることなく形成することができる。また、連続発振型のＹＡＧレーザを用いることによって、ＥＬＡ法で用いるパルスレーザと異なり、レーザ光線の高速走査を行うことができるので、大きな面積を均一で、かつ、短時間で処理することができる。これにより、生産性（スループット）を向上させることができる。また、連続発振型レーザは、ＥＬＡ法で用いるパルスレーザに比べてビーム強度のばらつきが少ないので、均一な加熱を行うことができる。
【００４８】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４９】
たとえば、上記実施形態では、連続発振型のＹＡＧレーザを用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、連続発振型の近赤外レーザ（波長；０．７５μｍ以上２．０μｍ以下）であれば、他のレーザを用いてもよい。たとえば、連続発振型のＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＮＹＡＢレーザなどを用いてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、近赤外レーザを用いて半導体層を加熱する場合の一例として、近赤外レーザを用いて半導体層を加熱して結晶化を行う場合について説明したが、本発明はこれに限らず、近赤外レーザを用いて半導体層を加熱することにより、半導体層に導入された不純物の活性化などを行うようにしてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、Ｍｏからなる吸収膜を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、近赤外レーザを吸収可能な材料であれば、高融点金属や合金その他の導電膜なども吸収膜として使用可能である。
【００５２】
また、上記実施形態では、単一のコア部を有する光ファイバを約４０ｍの長さに設定したが、本発明はこれに限らず、高次モードの発振に起因するレーザ光の強度ばらつきを低減可能な長さ（約１０ｍ以上）であれば、他の長さを有する光ファイバを用いても良い。
【００５３】
また、上記実施形態では、単一のコア部２ａを有する１本の光ファイバ２を用いてレーザ発振器１と照射光学系３とを接続する例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、図１０に示すように、単一のコア部を有する２本の光ファイバ３２ａおよび３２ｂを用いて、レーザ発振器３１ａおよび３１ｂと照射光学系３３とを接続するようにしてもよい。この場合、２つのレーザ発振器３１ａおよび３１ｂと、単一のコア部を有する２つの光ファイバ３２ａおよび３２ｂと、１つの照射光学系３３とを備える構成にする。
【００５４】
この場合、照射光学系３３は、光ファイバ３２ａおよび３２ｂからの光がそれぞれ入射されるシリンドリカルレンズ３３ａおよび３３ｂと、カライドレンズ３３ｃと、シリンドリカルレンズ３３ｄとを含んでいる。このようにすれば、２つのレーザ発振器３１ａおよび３１ｂからのレーザ光が１つの照射光学系３３に入射されるので、１つのレーザ発振器からのレーザ光を入射する場合に比べて、よりレーザビーム１００の光強度を高めることができる。また、線状のレーザビームの長手方向に所定の間隔を隔てて２つのレーザ発振器３１ａおよび３１ｂを配置することによって、その２つのレーザ発振器３１ａおよび３１ｂからのレーザ光を集光することにより、容易に、長手方向の長さの長い線状（矩形状）のレーザビームを形成することができる。なお、レーザ発振器と、単一のコア部を有する光ファイバとの組を３組以上設けるとともに、これらを１つの照射光学系に接続するようにしてもよい。
【００５５】
なお、図１０に示した装置に用いるレーザ発振器として、図１１に示すような共通の１つのレーザ発振器３１を用いることも可能である。このレーザ発振器３１では、ＹＡＧロット４１の両側に共振用のミラー４４および４５が設置されている。そして、ミラー４４の前方には、発振されたレーザ光の１／２を透過するとともに、１／２を反射するミラー４６ａが設けられている。ミラー４６ａを透過した光は、レンズ４７ａにより集光されて光ファイバ３２ａに入射される。また、ミラー４６ａにより反射された光は、ミラー４６ｂにより反射された後、レンズ４７ｂにより集光されて光ファイバ３２ｂに入射される。このように、ミラー４６ａを設けることによって、光ファイバ３２ａおよび３２ｂに、それぞれ、１／２の強度を有するレーザ光が同時に入射される。このようにしても、容易に、長手方向の長さの長い線状（矩形状）のレーザビームを得ることができる。
【００５６】
また、上記実施形態では、図１に示すように、１つの照射光学系３を用いてレーザビーム１００の走査を行ったが、本発明はこれに限らず、たとえば、２つの照射光学系を用いて２つの基板に対してレーザビームの照射を行うデュアルヘッド構造のレーザ照射装置を用いてもよい。
【００５７】
具体的には、図１２に示すように、時間によって光ファイバ４２ａおよび４２ｂを切り換えるデュアルヘッド構造用の１つのレーザ発振器６１と、２つの照射光学系５３ａおよび５３ｂとを用いて、別々の基板に対してレーザ照射を行うようにしてもよい。図１２に示した例では、ＹＡＧロット４１の両側に共振用のミラー４４および４５が設置されている。そして、ミラー４４を通過した光が光路切り換え用のミラー５６ａによって、所定の時間毎に光路が切り換えられる。ミラー５６ａを透過した光は、レンズ４７ａにより集光されて光ファイバ４２ａに入射される。また、ミラー５６ａにより反射された光は、ミラー４６ｂにより反射された後、レンズ４７ｂにより集光されて光ファイバ４２ｂに入射される。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、単一のコア部を有する光ファイバでレーザ照射装置と照射光学系とを接続することによって、光ファイバの出口に設けられるレンズ群の小型化を図りながら、半導体層の結晶化や不純物の活性化などに必要な高密度のレーザ光を得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法に用いるレーザ照射装置の全体構成を示した概略図である。
【図２】図１に示したレーザ照射装置のレーザ発振器の内部構成を示した概略図である。
【図３】図１に示したレーザ照射装置の光ファイバの断面構造を示した図である。
【図４】図１に示したレーザ照射装置の光ファイバのファイバ長さを５ｍと１０ｍとに変化させてレーザビームを基板に走査した際のアニール帯（走査領域）の端部の結晶状態を示した模式図である。
【図５】図１に示したレーザ照射装置の光ファイバから出射されるレーザビームの位置と強度分布との関係を示した相関図である。
【図６】矩形ビームと楕円ビームとにおけるビーム位置とビーム強度との関係を示した概略図である。
【図７】図６に示した矩形ビームを用いる場合のレーザビームの位置と強度分布との関係を示した相関図である。
【図８】本発明の一実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】図１に示した一実施形態による半導体装置の製造方法に用いるレーザ照射装置の変形例を示した概略図である。
【図１１】図１０に示したレーザ照射装置のさらなる変形例を示した概略図である。
【図１２】図１に示した一実施形態による半導体装置の製造方法に用いるレーザ照射装置の変形例を示した概略図である。
【図１３】従来のＹＡＧレーザの時間とレーザ出力との関係を示した相関図である。
【図１４】従来のＹＡＧレーザによるレーザビームの位置とビーム強度との関係を示した相関図である。
【符号の説明】
１、３１、３１ａ、３１ｂ、６１　レーザ発振器
２、３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂ　光ファイバ
２ａ　コア部
２ｂ　クラッド部
３、３３、５３ａ、５３ｂ　照射光学系
４　照射光学系移動部
５　ベース
６　ヒータプレート
２３　半導体層
２５　吸収膜
５０　基板
１００　レーザビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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