JP2006024735A - 半導体膜の結晶化方法、及び、表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パルスレーザーのスキャンにより半導体膜を結晶化する方法では、結晶粒の粒径や形状のバラツキにより、薄膜トランジスタの特性がバラツくため、液晶ディスプレイの表示品質を低下させるという課題があった。
【解決手段】 第一のパルスレーザーによりスキャンする工程と第二のパルスレーザーによりスキャンする工程を有し、かつ第一のパルスレーザースキャンの進行方向と第二のパルスレーザースキャンの進行方向が互いに略直交する方向で、かつ第一のパルスレーザーのエネルギー密度を第二のパルスレーザーのエネルギー密度より小さくする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、薄膜トランジスタのシリコン膜の結晶化方法、及び、これを用いた液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示装置の製造方法に関する。詳しくは、基板面内に特性の均一な薄膜トランジスタをえるための均一なポリシリコン膜の結晶化方法に関する。

従来の薄膜トランジスタ用シリコン膜の結晶化方法においては、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコン膜を６００℃程度の高温で数時間アニールして脱水素処理を施した後、ラインビーム状のパルスレーザーを一方向に（照射）走査することによってアモルファスシリコン膜を結晶化させる方法が一般的である（例えば、非特許文献１を参照）。また、プロセスに負担のかかる高温の脱水素処理の代換え手段としてパルスレーザー照射による脱水素処理も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。あるいは、アモルファスシリコン膜にラインビーム状のパルスレーザーを互いに直交するように２回走査する均一なアモルファスシリコン膜の結晶化方法が提案されている。すなわち、脱水素処理を施したアモルファスシリコン薄膜を１回目のパルスレーザーの走査により結晶化させ、次いで１回目のパルスレーザーの走査方向とは直交方向に２回目のパルスレーザー走査を行い再溶融と再結晶化を行い均一なポリシリコン膜を得る方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
日本製鋼所技術報Ｎｏ．５４（１９９８．８）エキシマレーザアニール法によるアモルファスシリコンの結晶化 特開２００２−６４０６０号公報（第２−３頁、第１図） 特開平１０−１９９８０８号公報（第３頁、第３図）

液晶ディスプレイの低コスト化のために、ガラス基板上に画素領域と周辺回路領域を設けてこれらの領域に画素と周辺回路を並行して形成することが一般に行われている。このとき、ポリシリコン膜の結晶粒の粒径や形状のバラツキにより、画素及び周辺回路に用いられる薄膜トランジスタの特性がバラツキ、結果的に液晶ディスプレイの表示品質を低下させるという問題があった。すなわち、従来の非特許文献１のように、ラインビーム状のパルスレーザーを一方向に（照射）走査することによってアモルファスシリコン膜を結晶化させてポリシリコン膜を得る方法では、パルスレーザーのエネルギー密度のバラツキやステップ、送り量により走査方向の履歴がポリシリコン結晶の結晶粒や形状に影響を与えることとなる。すなわち、ラインビームの走査方向と直交する方向に縞上の結晶粒の規則性が生じる。この規則性のため薄膜トランジスタ特性がチャンネルの形成方向に依存する不具合があった。また、良好なポリシリコン膜を得るために２８０ｍｊ／ｃｍ^２ 程度以上の比較的高いエネルギー密度のパルスレーザーを照射する必要がある。高いエネルギー密度のパルスレーザーを照射することによって生じる水素の突沸がポリシリコン膜の膜面を荒らしてしまうため、照射前にアモルファスシリコン膜に含まれる水素を低減する必要がある。そのために６００℃程度の高温雰囲気に数時間放置し水素含有量を低減させる必要があった。この脱水素プロセスは高温放置のため昇温（数時間）−放置（数時間）−降温（数時間）を要し、タクトタイムの増大によりプロセス上の負担があった。このプロセス上の負担を低減させる方法としてパルスレーザー照射による脱水素処理も提案されているが、上述の薄膜トランジスタの特性バラツキは改善されない。また、特許文献１に記載のアモルファスシリコン膜はシランガスを主原料としたプラズマＣＶＤにより成膜されているため、膜中の水素含有量は１０Atomic％〜２０Atomic％程度であり、パルスレーザー照射による脱水素処理条件の最適なエネルギー密度、ステップ、送り量等の条件設定が困難であった。すなわち、脱水素用のパルスレーザーのアモルファスシリコン膜に与えるエネルギーが大き過ぎると突沸が起こり、小さ過ぎるとアモルファス膜中の水素が十分に低減しない問題点があった。さらに、特許文献２に記載のように、脱水素処理を施したアモルファスシリコン薄膜を１回目のパルスレーザーの走査により結晶化させ、次いで１回目のパルスレーサーの走査方向とは直交方向に２回目のパルスレーザー走査を行い再溶融と再結晶化を行い均一なポリシリコン膜を得る方法には、以下のような問題点があった。すなわち、１回目のパルスレーザーで結晶化された結晶性の高いポリシリコン膜は結晶粒の大きさや形状の影響によりアモルファスシリコン膜に比べて均一な再溶融過程が得られにくいため、結果的に再結晶化過程において均一な結晶粒や形状のポリシリコン膜が得られにくい問題点があった。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、液晶ディスプレイに用いる薄膜トランジスタのシリコン膜の結晶化方法に関し、基板面内に特性の均一な薄膜トランジスタをえるための均一なポリシリコン膜の結晶化方法を提供するところにある。

上記目的を達成する本発明による半導体膜の結晶化方法は、半導体膜をパルスレーザーのスキャンにより多結晶半導体膜にする半導体膜の結晶化方法であって、第一のパルスレーザーによりスキャンする工程と第二のパルスレーザーによりスキャンする工程を有し、第一のパルスレーザースキャンの進行方向と第二のパルスレーザースキャンの進行方向が互いに略直交する方向であり、第一のパルスレーザーのエネルギー密度が第二のパルスレーザーのエネルギー密度より小さいこととした。

ここで、第一のレーザースキャンが半導体膜を完全に溶融させないエネルギー密度である。また、半導体膜を触媒ＣＶＤ法により形成する。また、第一のパルスレーザーによりスキャンする工程で半導体膜の脱水素を行うこととした。ここで、半導体膜はシリコンを主成分とする膜である。より具体的には、半導体膜は７Atomic％以下の水素含有量の非晶質シリコン薄膜である。

さらに、第ニのパルスレーザーがスキャンの進行方向に対して垂直方向に長辺を有するラインビームであり、かつオーバ−ラップ率が７０％以上であり、かつ一回のパルスエネルギーが２８０ｍｊ／ｃｍ^２ 〜３８０ｍｊ／ｃｍ^２ の範囲であることとした。さらに、第一のパルスレーザーがスキャンの進行方向に対して垂直方向に長辺を有するラインビームであり、かつオーバ−ラップ率が７０％以上であり、かつ一回の第一のパルスエネルギーと第二のパルスエネルギーとのエネルギー差が１５０ｍｊ／ｃｍ^２ 以内であることとした。

また、本発明による表示装置の製造方法は、第一の基板上に形成された半導体膜を第一のパルスレーザーによりスキャンする第一の工程と、第一のパルスレーザーのスキャン方向と略直交する方向に、第二のパルスレーザーによりスキャンする工程と、このようにして形成された半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、第一の基板を用いて表示素子を形成する工程とを備えるとともに、第一のパルスレーザーのエネルギー密度が第二のパルスレーザーのエネルギー密度より小さいこととした。

本発明の半導体膜の結晶化方法によれば、半導体膜を均一に結晶化させることができるため、均一に結晶化された半導体膜により薄膜トランジスタ液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイの表示品位を劣化させることなく高歩留りで生産できるという効果がある。

本発明の半導体膜の結晶化方法は、半導体膜をパルスレーザーのスキャンにより多結晶半導体膜にする半導体膜の結晶化方法であって、第一のパルスレーザーにより絶縁性基板に形成された半導体膜をスキャンする第一の工程と、第一のパルスレーザーのスキャン方向と略直交する方向に、第二のパルスレーザーによりスキャンする工程とを備えるとともに、第一のパルスレーザーのエネルギー密度が第二のパルスレーザーのエネルギー密度より小さいことを特徴としている。このような結晶化方法により、基板面内に均一な結晶化した半導体膜が得られるので、その結晶化した半導体膜を用いる薄膜トランジスタの特性が均一になり、表示品位を劣化させることなく薄膜トランジスタ液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイの安定的な生産が可能となる。

さらに、第一のパルスレーザーが半導体膜を完全に溶融させないエネルギー密度であることとした。これにより、第二のレーザースキャンによる再溶融から再結晶化への過程がより均一になる。

また、触媒ＣＶＤ法により低水素含有量のシリコンを主成分とする半導体膜を作製することにより、第一のレーザースキャンにより半導体膜の脱水素処理を施すためのレーザースキャンの照射条件の設定幅が広がる。したがって、第一のレーザースキャンの照射条件と第二のレーザースキャン照射条件との幅広い組み合わせが可能となり、シリコンを主成分とする半導体膜のより均一な結晶を安定して得るためのレーザースキャンの照射条件設定が可能となる。

また、本発明による表示装置の製造方法は、第一の基板上に形成された半導体膜を第一のパルスレーザーによりスキャンする第一の工程と、第一のパルスレーザーのスキャン方向と略直交する方向に、第一のパルスレーザーのエネルギー密度より大きいエネルギー密度の第二のパルスレーザーによりスキャンする工程と、このようにして形成された半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、第一の基板を用いて表示素子を形成する工程を備えている。

表示装置として、例えば、液晶表示装置の場合には、第一の基板上に形成された半導体膜を第一のパルスレーザーによりスキャンする第一の工程と、第一のパルスレーザーのスキャン方向と略直交する方向に、第一のパルスレーザーのエネルギー密度より大きいエネルギー密度を持つ第二のパルスレーザーによりスキャンする工程と、このようにして形成された半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、薄膜トランジスタの電極に接続する画素電極を設ける工程と、第二の基板に対向電極を形成する工程と、第一の基板と第二の基板との間隙に液晶層を設ける工程を備えている。また、ＥＬ表示装置の場合には、第一の基板上に形成された半導体膜を第一のパルスレーザーによりスキャンする第一の工程と、第一のパルスレーザーのスキャン方向と略直交する方向に、第一のパルスレーザーのエネルギー密度より大きいエネルギー密度を持つ第二のパルスレーザーによりスキャンする工程と、このようにして形成された半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、薄膜トランジスタの電極に接続する画素電極を設ける工程と、画素電極が形成された第一の基板上にＥＬ層を設ける工程と、ＥＬ層の上に第二の電極を形成する工程を備えている。

本発明による半導体膜の結晶化方法の実施例を図１と図２に基づいて詳細に説明する。ここでは、絶縁性基板として３７０ｃｍ×４７０ｃｍ×０．７ｍｍｔのガラス基板４１を用いた例を説明する。ガラス基板上にはＳｉＨ_４ とＨ_２ を原料ガスとした周知のプラズマＣＶＤ法により、半導体膜として５００Åのアモルファスシリコン膜を堆積し、次いで６００℃の窒素雰囲気中で５時間のアモルファスシリコン膜の脱水素処理を施した。このガラス基板の半導体膜を第一のパルスレーザーによりスキャンする第一の工程について説明する。図１（ａ）に示すように、第一のパルスレーザー３０はスキャン方向と直角方向に長辺を有し、その長辺がガラス基板４１の短辺幅（３７０ｃｍ）以上の長さになるように光学系により成形されている。図１（ｂ）は、ガラス基板４１上のアモルファスシリコン膜を第一のパルスレーザー３０によりスキャンした後の様子を模式的に表している。ここで、第一のパルスレーザー３０には長さ４００ｃｍ×幅１８０μｍ、エネルギー密度が２３０ｍｊ／ｃｍ^２ でパルス周波数３００Ｈｚのエキシマレーザーを用い、９３％のオーバーラップ率により、ガラス基板４１上のアモルファスシリコン膜にレーザー光源をスキャンして照射した。その後、ガラス基板４１上のアモルファスシリコン膜を原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと称す）と走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと称す）により観察したところ、パルスレーザー３０のスキャン方向と直角方向に一定間隔の光学的な照射履歴５１が見られた。照射履歴５１はレーザーの照射条件に依存し、本実施例の場合は約０．２μｍの間隔であった。

次ぎに、第二のパルスレーザーによりスキャンする工程について説明する。図２（ａ）に示すように、第二のパルスレーザー３２はスキャン方向と直角方向に長辺を有し、その長辺がガラス基板４１の長辺幅（４７０ｃｍ）以上の長さになるように光学系により成形されている。ここで、第二のパルスレーザー３２には、長さ５００ｃｍ×幅１８０μｍ、エネルギー密度が３５０ｍｊ／ｃｍ^２ でパルス周波数３００Ｈｚのエキシマレーザーを用い、ガラス基板４１上のアモルファスシリコン膜にオーバーラップ率９３％でレーザー光源をスキャンしてアモルファスシリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を得た。ここで、ＡＦＭとＳＥＭにより、図２（ｂ）のガラス基板４１上の多結晶シリコン膜を観察したところ、０．２μｍの略格子状に一定間隔の光学的な照射履歴５２が観察できた。また、第一のパルスレーザーの照射条件と第二のパルスレーザーの照射条件をパラメータとして確認実験を行ったところ、上述の照射履歴５２はレーザーの照射条件に依存し、さらに、第一のパルスレーザーのエネルギー密度より第二のパルスレーザーのエネルギー密度を高くすることにより、照射履歴５２が略格子状になることを確認した。

ここで、本実施例で得られた多結晶シリコン膜を用いて構成した薄膜トランジスタについて図４を参照しながら説明する。まず、絶縁性基板１０１上に形成した多結晶シリコン薄膜１０３を周知の如く素子分離した後、ゲート絶縁膜１０７およびゲート電極１０６を形成した後、層間絶縁膜１０２およびこの層間絶縁膜１０２に形成したコンタクトホール１０５を介して多結晶シリコン薄膜１０３に接続されるソース・ドレイン電極１０４を形成すると、薄膜トランジスタが完成する。尚、多結晶シリコン薄膜１０３への不純物拡散工程は本発明とは直接関係が無く、また説明が煩雑になるため省略した。

上述の薄膜トランジスタのチャンネルをガラス基板４１上の長辺方向と短辺方向に有する同形状の２種類の薄膜トランジスタを形成して閾値電圧を比較したところ、従来のチャンネル方向に依存した閾値電圧のバラツキは低減され、またガラス基板面内に形成した薄膜トランジスタの閾値電圧のバラツキも大幅に改善できた。

また、本実施例では、６００℃で５時間の脱水素アニール処理を行ったが、第一のパルスレーザーのエネルギー密度を適当に設定することにより、アモルファスシリコン膜の脱水素を行うことも可能である。例えば、本実施例では１８０ｍｊ／ｃｍ^２ のエネルギー密度で脱水素処理が可能であった。

本実施例の半導体膜の結晶化方法を実施例1と同様に図１と図２を用いて説明する。なお、実施例１で説明した内容と重複する説明は適宜省略する。

図１に示すように、半導体膜として５００Åのアモルファスシリコン膜が堆積されたガラス基板４１に、第一のパルスレーザー３０により半導体膜を完全に溶融させない程度のエネルギー密度でスキャンし、一部に非晶質状態を残した不完全な結晶状態の膜にする。例えば、５０ｍｊ／ｃｍ^２ 〜２５０ｍｊ／ｃｍ^２ のエネルギー密度のパルスレーザーでスキャンすればよい。次ぎに、図２に示すように、第二のパルスレーザー３２により十分に半導体膜を溶融できるエネルギー密度で第一のパルスレーザースキャン方向と直角方向にスキャンした。例えば、本実施例２ではエネルギー密度が３３０ｍｊ／ｃｍ^２ のパルスレーザーを用いた。また、第二のパルスレーザーとして、２８０ｍｊ／ｃｍ^２ 〜４００ｍｊ／ｃｍ^２ 程度のエネルギー密度のパルス光源を用いれば半導体膜を完全に溶融することが可能であった。

本実施例のように、第一のパルスレーザーの照射条件を半導体膜を完全に溶融させない条件にすることにより、第一のパルスレーザースキャン後の半導体膜には、図１（ｂ）に示す光学的なパルスレーザー照射履歴５１がＡＦＭとＳＥＭにより明確になることが観察できた。また、図２に示す第二のパルスレーザー照射条件での最適エネルギー密度の幅は３００ｍｊ／ｃｍ^２ 〜４００ｍｊ／ｃｍ^２ と幅広い条件であり、レーザーのエネルギー密度の経時変化的バラツキに対しても半導体膜の結晶化のバラツキを低減するために有効な手段であった。

上述の結晶化した半導体膜を用いて、ガラス基板上に実施例１と同様の薄膜トランジスタを形成したところ閾値電圧の基板面内バラツキをさらに低減できた。

本実施例である半導体膜の堆積方法について図３を用いて説明する。図３は触媒ＣＶＤ法により半導体膜を堆積させる場合を模式的に示している。真空チャンバー１６内は真空ポンプによる排気１５によって高真空に保たれる。また、マスフローコントローラを介して精密に流量コントロールされた原料ガス１０がシャワーヘッド１１から真空チャンバー１６内に供給される。また、原料ガス１０を熱分解するための触媒体１２がシャワーヘッド１１の噴出し部に設けられ、触媒体１２には電源部１７から触媒体１２を加熱するための電力が供給される。本実施例では触媒体１２として太さ０．５ｍｍの高純度タングステンワイヤーを所望の形状に加工したものを用いた。基板１３を支持するための基板ホルダー１４には６００℃の温度まで任意の温度に制御できる機構が設けられている。図５に本実施例で用いた触媒体１２の形状の模式図を示す。触媒体１２として直径０．５ｍｍの高純度タングステン（例えば純度９９．９９９％）を基板面に平行かつ均一に加工したタングステンワイヤー２１を用いた。尚、タングステンワイヤー２１の形状を保つためのテンション機構は記載を省略した。ここでは、単位面積（１ｃｍ^２ ）当り０．０９ｃｍ^２ の表面積になるように（以下０．０９ｃｍ^２ ／ｃｍ^２ と記載）タングステンワイヤー２１を所望の形状に加工した（図５を参照）。ここで、タングステンワイヤーの形状は図５に示したようなコの字状の繰り返しに限られるわけではなく、また、一筆書きの必要もない。すなわち、基板上へ堆積した膜の膜厚が概ね均一になるようにタングステンワイヤーを加工すれば良い。

上述の触媒ＣＶＤ法を用いて原料ガスにＳｉＨ_４ とＨ_２ を用いてアモルファスシリコン膜を５００Å堆積した。本実施例の堆積条件は以下のとおりとした。真空チャンバー１６の到達真空度＜１．０×１０^−６ｔｏｒｒ、触媒体１２の単位面積当りの表面積約０．１２ｃｍ^２ ／ｃｍ^２ 、触媒体１２の表面温度約１８００℃、基板ホルダー１４の温度約５００℃、原料ガス１０として流量５０ｓｃｃｍのＳｉＨ_４ ・流量１０ｓｃｃｍのＨ_２ 、触媒体１２と基板ホルダー１４の距離４０ｍｍ、とした。この条件により、約３５Å／ｓｅｃの堆積速度で５００Åのアモルファスシリコン膜を得た。また、上述の条件により得られたアモルファスシリコン膜の水素含有量は２．５Atomic％であった。上述の成膜条件は一例であり、触媒体１２の単位面積当りの表面積約０．１２ｃｍ^２ ／ｃｍ^２ 〜０．２０ｃｍ^２ ／ｃｍ^２ 、触媒体の温度１６００℃〜２１００℃、基板ホルダー１４の温度２００℃〜６００℃、触媒体１２と基板ホルダー１４の距離３０ｍｍ〜２００ｍｍ、ＳｉＨ^４ の流量１０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ・Ｈ^２ の流量１０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、の条件範囲で水素含有量が７．０Atomic％以下のアモルファスシリコン膜を形成できた。また、条件の組み合わせを変えることにより水素含有量が０．３Atomic％〜７．０Atomic％の範囲でアモルファスシリコン膜の形成が可能であった。

上述のように半導体膜として触媒ＣＶＤ法を用いて７．０Atomic％以下の低水素含有量アモルファスシリコン膜を形成し、次いで実施例１と実施例２で例示した方式と同様に第一のパルスレーザースキャンと第二のパルスレーザースキャンを用いて結晶化させて多結晶シリコン膜を得た。低水素含有量のアモルファスシリコン膜を半導体膜として用いたため、第一のパルスレーザースキャン条件の最適条件範囲が広がり、第二のパルスレーザースキャンにより均一な半導体膜の結晶化がより安定的に行えるようになり、その結晶化した半導体膜（多結晶シリコン膜）を用いた薄膜トランジスタにおける閾値電圧特性の基板面内及基板間のバラツキがさらに低減した。

また、上述の実施例１〜実施例３において、第ニのパルスレーザーがスキャンの進行方向に対して直交する方向に長辺を有するラインビームであり、オーバ−ラップ率を７０％以上、かつ、第二のパルスレーザーのエネルギー密度を２８０ｍｊ／ｃｍ^２ 〜３８０ｍｊ／ｃｍ^２ の範囲にすることにより、良好な半導体膜の結晶化が可能であった。さらに、第一のパルスレーザーがスキャンの進行方向に対して垂直方向に長辺を有するラインビームであり、オーバ−ラップ率を７０％以上、かつ、第一のパルスレーザーと第二のパルスレーザーのエネルギー密度との差を１５０ｍｊ／ｃｍ^２ 以内に設定することにより実施例１と同様に均一な半導体膜の結晶化が可能であった。

上述のように作製された半導体膜を用いて図４で示したように薄膜トランジスタを形成し、さらに、この薄膜トランジスタが形成された基板を用いて液晶表示装置を作製した。薄膜トランジスタのドレイン電極にＩＴＯよりなる透明画素電極を設け、さらにその上に配向膜を作製し、この配向膜を配向処理してアレイ基板とする。次に、ガラス基板上にカラーフィルターを設け、その上にＩＴＯよりなるコモン電極を形成し、同様に配向膜を形成、配向処理をして対向基板とする。このアレイ基板と対向基板を相対向させ、間隙に液晶を狭持し、周囲をシール剤で保持して液晶表示装置を作製した。

このように作製された液晶表示装置は、簡便な方法で作製されたにもかかわらず、トランジスタ特性のバラツキが抑えられているために、表示の均一性に優れたものであった。液晶表示装置の表示方式には、液晶の初期配向状態により、ＴＮモード、ＩＰＳモード、ＶＡモード、ＥＣＢモード等があるが、本発明はこれら液晶の表示方式にかかわらず、同様の効果を得ることが出来る。

上述のように作製された半導体膜を用いて図４で示したように薄膜トランジスタを形成し、さらに、この薄膜トランジスタが形成された基板を用いてＥＬ表示装置を作製した。薄膜トランジスタのドレイン電極にＩＴＯよりなる透明画素陽極を設け、さらにその上に銅フタロシアニン等よりなる正孔注入層を蒸着法により形成する。同様に、蒸着法を用いてα−ＮＰＤよりなる正孔輸送層、Ａｌｑ３よりなる発光層を積層させる。次に、やはり蒸着法を用いて、ＬｉＦとＡｌよりなる陰極を形成し、素子を保護するために封止基板をシール剤により接着接合し、有機ＥＬ表示装置とした。

このように作製された有機ＥＬ表示装置は、簡便な方法で作製されたにもかかわらず、トランジスタ特性のバラツキが抑えられているために、表示の均一性に優れたものであった。

また、本実施例では薄膜トランジスタ１個で駆動する例を示したが、有機ＥＬ表示装置は電流駆動にする場合が見られ、複数のトランジスタで定電流回路を形成し、表示装置を構成する場合がある。このような場合は、回路を構成する複数のトランジスタの均一性が要求されることは言うまでもなく、本発明で示されたトランジスタの高い均一性が高い効果をもたらす。

本発明により、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等に用いる薄膜トランジスタ用のシリコン膜を均一に結晶化出来るようになり、基板面内での薄膜トランジスタの特性のバラツキが低減できるので、表示品位を劣化させることなく安定的なディスプレイの製造が可能になる。

本発明の半導体膜の結晶化方法を説明する模式図である。 本発明の半導体膜の結晶化方法を説明する模式図である。 本発明で用いた半導体膜の堆積方法を説明する模式図である。 本発明による薄膜トランジスタの断面構造を表す概略図である。 本発明に用いた触媒体を表す概略図である。

符号の説明

３０、３２ パルスレーザー
４１、１０１ 絶縁性基板
５１、５２ 照射履歴
１０ 原料ガス
１１ シャワーヘッド
１２、２１触媒体
１３ 基板
１４ 基板ホルダー
１５ 真空排気
１６ 真空チャンバー
１７ 電源部
１０２ 層間絶縁膜
１０３ 多結晶シリコン膜
１０４ ソース・ドレイン電極
１０５ コンタクトホール
１０６ ゲート電極
１０７ ゲート絶縁膜

Claims (8)

1. 半導体膜をパルスレーザーのスキャンにより多結晶半導体膜にする半導体膜の結晶化方法であって、
   第一のパルスレーザーにより半導体膜をスキャンする第一の工程と、
   前記第一のパルスレーザーのスキャン方向と略直交する方向に、第二のパルスレーザーによりスキャンする工程とを備えるとともに、前記第一のパルスレーザーのエネルギー密度が前記第二のパルスレーザーのエネルギー密度より小さいことを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
2. 前記第一のパルスレーザーが前記半導体膜を完全に溶融させないエネルギー密度であることを特徴とする請求項１に記載の半導体膜の結晶化方法。
3. 前記半導体膜を触媒ＣＶＤ法により形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体膜の結晶化方法。
4. 前期第一の工程において、前記第一のパルスレーザーのスキャンにより前記半導体膜の脱水素を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の半導体膜の結晶化方法。
5. 前記半導体膜が７Atomic％以下の水素含有量の非晶質シリコン薄膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の半導体膜の結晶化方法。
6. 前記第ニのパルスレーザーがスキャンの進行方向に対して垂直方向に長辺を有するラインビームであるとともに、オーバ−ラップ率が７０％以上、一回のパルスエネルギーが２８０ｍｊ／ｃｍ^２ 〜３８０ｍｊ／ｃｍ^２ の範囲で照射されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか1項に記載の半導体膜の結晶化方法。
7. 前記第一のパルスレーザーがスキャンの進行方向に対して垂直方向に長辺を有するラインビームであるとともに、オーバ−ラップ率が７０％以上、前記第一のパルスレーザーのエネルギーと前記第二のパルスレーザーのエネルギーとの差が１５０ｍｊ／ｃｍ^２ 以内であることを特徴とする請求項６に記載の半導体膜の結晶化方法。
8. 第一の基板上に形成された半導体膜を第一のパルスレーザーによりスキャンする第一の工程と、前記第一のパルスレーザーのスキャン方向と略直交する方向に、第二のパルスレーザーによりスキャンする工程と、前記半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、前記第一の基板を用いて表示素子を形成する工程と、を備えるとともに、前記第一のパルスレーザーのエネルギー密度が前記第二のパルスレーザーのエネルギー密度より小さいことを特徴とする表示装置の製造方法。

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