JP2000216088A

JP2000216088A - 半導体薄膜形成方法及びレ―ザ照射装置

Info

Publication number: JP2000216088A
Application number: JP11012499A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Asano; 明彦浅野; Yukiyasu Sugano; 幸保菅野; Masahiro Fujino; 昌宏藤野; Michio Mano; 三千雄眞野; Masumitsu Ino; 益充猪野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の全面に結晶性の優れた多結晶シリコン
等からなる半導体薄膜を形成する。【解決手段】基板７１の上に非晶質又は比較的粒径の
小さな多結晶の半導体薄膜７３を形成する成膜工程と、
エネルギー面積密度に所定の分布を有するレーザ光の照
射領域を基板７１に対して相対的に移動しながら、レー
ザ光を半導体薄膜７３に間欠的に照射して、非晶質又は
比較的粒径の小さな多結晶から比較的粒径の大きな多結
晶に転換する照射工程とを行なう。照射工程は、照射領
域の内、隣接する照射領域に重なる可能性の無い内側部
分のエネルギー面積密度よりも、隣接する照射領域に重
なる可能性の有る端縁部分のエネルギー面積密度を低く
調整してレーザ光を照射する。エキシマレーザ照射領域
内で「つなぎ」部分に相当する端縁部分のエネルギー密
度が、「つなぎ」以外の内側部分のエネルギー密度より
も低くなるように、制御している。照射領域の位置ずれ
に起因するレーザ照射領域間の「つなぎ」領域における
照射位置の変動に起因する結晶性の低下を軽減可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エキシマレーザ光
を用いた多結晶半導体薄膜の形成方法及びレーザ照射装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリクス型の液晶表示装置
（ＬＣＤ）に形成される画素のスイッチングに用いる薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）、スイッチング用のトランジ
スタを駆動する周辺回路に形成される薄膜トランジス
タ、負荷素子型のスタティックＲＡＭに用いる薄膜トラ
ンジスタなどは、活性層として非晶質シリコンあるいは
多結晶シリコンが使われている。多結晶シリコンは非晶
質シリコンに比べ移動度が高いので高性能な薄膜トラン
ジスタが得られる。しかし、多結晶シリコンは単結晶シ
リコンに比べ、シリコン原子の未結合手が高密度に存在
しているので、これらの未結合手がチャネルオフ時にお
いてリーク電流の発生原因になっている。この結果、ス
イッチオンの時の動作速度を低下させる原因になってい
る。従って、薄膜トランジスタの特性を向上させるに
は、結晶欠陥が少ない均一性に優れた多結晶シリコンの
半導体薄膜を形成することが要求される。この様な多結
晶半導体薄膜の形成方法としては、エキシマレーザ光を
用いたアニール処理が提案されている。エキシマレーザ
光は紫外波長である為、シリコンの吸収係数が大きく、
シリコン表面のみを局部的に加熱でき絶縁基板に熱的ダ
メージを与えることが少ないという利点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザ光を発
するレーザ照射装置としては、従来レーザ光の照射面積
が２００ｍｍ×０．７ｍｍ程度の線状ビームを用い、９
０％程度オーバーラップさせて重ね打ちする方法が一般
的である。又、近年シングルショットで大面積を一括し
てアニール処理することが可能な、大出力エネルギーを
持ったエキシマレーザ照射装置も開発されている。例え
ば、１０Ｊの出力を有するエキシマレーザ光源を用い、
２７ｍｍ×６７ｍｍの領域を一括照射することが可能に
なっている。図１はこのようなレーザ照射装置の光学系
の構成図であり、１１はエキシマレーザ光源からの入射
光束、１２はエネルギーレベル調節用の誘電体ミラー、
１３はエネルギー分布を均一化するためのフライアイレ
ンズ、１４はスリット、１５は集光レンズ、１６は被照
射基板を示す。しかし、大型モニター用途に必要とされ
ている２０型クラスのＬＣＤパネルを作製するためには
いずれの方法でも「レーザ照射のつなぎ」部分ができる
ことが避けられない。ここで「つなぎ部分」は本質的に
はショット間の照射位置の微妙な変動（ずれ）のために
発生する、隣接ショット間の重なり領域または境界領域
を指す。「つなぎ部分」では照射エネルギー変動が大き
く、結晶性がばらっき、ＴＦＴ特性のばらつきの原因と
なり、ＬＣＤ表示品質の低下の原因となる。

【０００４】図２はこの状況を鋭明するための平面図を
示し、２１は被照射基板、２２〜２５はこの順に照射さ
れるレーザショット、２７はレーザショットの走査方向
である。この図ではレーザ走査時に、照射領域のｘ方向
の幅の１／３に相当する距離ａずつ進みながら照射する
ので、面内は３回ずつレーザ照射される。このような場
合をレーザ照射の重ね回数が３回であると呼ぶ。さて図
２に示すように、レーザを走査照射中のｙ方向の照射位
置の変動により、幅ｂの領域では照射エネルギーのばら
つきが大きくなり、結晶粒径のばらつきが大きくなる。
ここで照射エネルギーは１ショットあたりのエネルギー
と照射ショット数で決まるものである。

【０００５】図３〜図５はこれを説明するための模式図
で、図２におけるレーザショット２４と、これとｙ方向
で隣接するレーザショット２６の、ｘ方向の中心２８に
おけるレーザ強度分布をｙ軸に沿って示したものであ
る。まず図３は照射位置のｙ方向の変動が全くない理想
的な場合で、レーザ光強度は２つの照射領域３１,３２
の幅２・△ｙに渡って均一である。一方、図４では、照
射領域３３がｃだけ照射領域３１の方にずれた場合を示
し、幅ｃの重なり領域が発生する。重なり領域では、最
適エネルギーを大幅に越えた照射過多となり、多結晶シ
リコンが微結晶化して、ＴＦＴ性能が劣化してしまう。
さらに図５では照射領域３４がｄだけ照射領域３１から
遠ざかる方向にずれた場合を示し、幅ｄに渡り非照射領
域が発生する。非照射領域では結晶化が起こらないので
ＴＦＴ特性は著しく低下し、時には機能しない。

【０００６】図６は上記説明を補足するもので、レーザ
結晶化の際の、結晶性と照射エネルギーの関係の一例を
示す。この図はガラス基板上に、プラズマ化学気相成長
法により基板温度３５０℃で堆積した厚さ４０ｎｍの水
素化非晶質シリコン薄膜に波長３０８ｎｍ、パルス幅１
５０ｎｓの塩化キセノン（ＸｅＣｌ）エキシマレーザパ
ルスを１回または２回照射した時の平均結晶粒径を透過
型電子顕微鏡による観察から求めたものである。まず、
実線で示した１回照射時について説明すると、照射エネ
ルギーの増加とともにあるエネルギーで結晶化が始ま
り、結晶粒径は急速に増加するが、平均結晶粒径が最大
となる４００ｍＪ／ｃｍ^２を超えると粒径が小さくなり
微結晶化する。次に、破線で示した２回照射時は１回照
射時と同様な変化をするが、平均結晶粒径が最大となる
最適エネルギーが１回照射時よりも低い。また、１回照
射時の最適エネルギーでは照射エネルギー過多のために
微結晶化してしまうことが分かる。つまりレーザ結晶化
の照射エネルギーには照射回数に依存する量適値がある
ため、基板全面に渡り結晶性を維持するためには、つな
ぎ領域を含む全面で照射エネルギーおよび照射回数の双
方を最適に制御しなければならない。ところが、現状の
エキシマレーザ照射装置では照射位置精度が例えば０.
１〜O.３ｍｍ程度であり、ＴＦＴサイズ（約５〜５０μ
ｍ）と比較して低く、つなぎ部分で結晶性が低下してし
まい、基板全画に渡って均一な結晶性を得ることは困難
であった。そこで、本発明は、上記の問題を回避し、Ｌ
ＣＤパネル全面に結晶性の優れた多結晶シリコンを形成
する方法と、併せてその方法に使用するレーザ照射装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に以下の手段を講じた。即ち本発明は、基板の上に非晶
質又は比較的粒径の小さな多結晶の半導体薄膜を形成す
る成膜工程と、エネルギー面積密度に所定の分布を有す
るレーザ光の照射領域を基板に対して相対的に移動しな
がら、レーザ光を該半導体薄膜に間欠的に照射して、非
晶質又は比較的粒径の小さな多結晶から比較的粒径の大
きな多結晶に転換する照射工程とからなる半導体薄膜形
成方法において、前記照射工程は、照射領域の内、隣接
する照射領域に重なる可能性の無い内側部分のエネルギ
ー面積密度よりも、隣接する照射領域に重なる可能性の
有る端縁部分のエネルギー面積密度を低く調整してレー
ザ光を照射することを特徴とする。好ましくは、前記照
射工程は、端縁部分のエネルギー面積密度を内側から外
側に向かって低くなるように調整してレーザ光を照射す
る。また、前記照射工程は、内側部分のエネルギー面積
密度を４００ｍＪ／ｃｍ^２以上に調整してレーザ光を照
射する。また、前記照射工程は、発光持続時間が１００
ｎｓ以上で照射領域が１ｃｍ^２以上のレーザ光を照射す
る。また、前記照射工程は、照射領域が少なくとも部分
的に２回乃至２０回の範囲で重なるようにレーザ光を基
板に対して相対的に移動しながら照射する。更に本発明
は、非晶質又は比較的粒径の小さな多結晶の半導体薄膜
が予め形成された基板に対して、エネルギー面積密度に
所定の分布を有するレーザ光の照射領域を相対的に移動
しながら、レーザ光を該半導体薄膜に間欠的に照射し
て、非晶質又は比較的粒径の小さな多結晶から比較的粒
径の大きな多結晶に転換するレーザ照射装置において、
照射領域の内、隣接する照射領域に重なる可能性の無い
内側部分のエネルギー面積密度よりも、隣接する照射領
域に重なる可能性の有る端縁部分のエネルギー面積密度
を低く調整してレーザ光を照射することを特徴とする

【０００８】本発明によれば、エキシマレーザ照射領域
内で「つなぎ」部分に相当する端縁部分のエネルギー密
度が、「つなぎ」以外の内側部分のエネルギー密度より
も低くなるように、制御している。このようなビームを
用いた照射によれば、照射領域の位置ずれに起因するレ
ーザ照射領域間の「つなぎ」領域における照射位置の変
動に起因する結晶性の低下を軽減可能であり、したがっ
てＬＣＤ表示品質の低下を回避可能である。したがって
本発明によれば、２０インチクラス以上のＬＣＤパネル
においても、均質で平均結晶粒径が１５０ｎｍ（ばらつ
きが±約１００ｎｍ）で、結晶粒界および結晶粒内に電
子トラップ密度の少ない多結晶シリコン薄膜を形成する
ことが可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明を具体的な実施態様
に基づき説明する。本発明の多結晶シリコン薄膜形成方
法に関する実施態様を、図７に示す多結晶シリコン薄膜
形成工程図により説明する。図７（ａ）に示すように、
ガラスなどからなる基板７１を用意する。次に、図７
（ｂ）に示すように、基板７１の上層に、絶縁層７２を
形成する。基板７１としては、特に限定されないが,上
述のようにガラス板などを用いることができる。絶縁層
７２としては、特に限定されないが、たとえば酸化シリ
コンを用いることができる。次に、図７（c）に示すよ
うに、たとえばプラズマ化学気相成長法（以下プラズマ
ＣＶＤ法）によって、絶縁層７２上に、非晶質シリコン
層からなる半導体薄膜７３を堆積する.この非晶質シリ
コン層は、たとえば４０ｎｍの膜厚に堆積される。この
非晶質シリコン層は、たとえばモノシラン（ＳｉＨ_４）
を用いたプラズマＣＶＤ法により成膜され、その堆積温
度条件としては、たとえば５００℃以下に設定すること
が望ましい。例えば、次の条件を用いることができる。
即ち、ＳｉＨ_４ガス流量１４０ｓｃｃｍ、グロー放電電
力１００Ｗ、圧力５３.３Ｐａ、成膜温度４２０℃であ
る。

【００１０】次いで、図７（ｄ）に示すように、上記非
晶質シリコン層にエキシマレーザ光７４を照射し、上記
非晶質シリコン層の直接アニールを行い、溶融した領域
を再結晶化して、図７（e）に示すように多結晶シリコ
ンからなる半導体薄膜７５を形成する。エキシマレーザ
光７４としては、たとえば波長が３０８ｎｍの塩化キセ
ノン（ＸｅＣｌ）エキシマレーザ光を用い、照射領域内
の端縁部分のエネルギー分布を制御するために、集光レ
ンズと基板の間に光量調節用フィルターを設け、外側ほ
どエネルギーが低下するようにした。基本的には、エネ
ルギー面積密度に所定の分布を有するレーザ光７４の照
射領域を基板７１に対して相対的に移動しながら、レー
ザ光７４を半導体薄膜７３に間欠的に照射して、非晶質
又は比較的粒径の小さな多結晶から比較的粒径の大きな
多結晶に転換する。特徴として、照射領域の内、隣接す
る照射領域に重なる可能性の無い内側部分のエネルギー
面積密度よりも、隣接する照射領域に重なる可能性の有
る端縁部分のエネルギー面積密度を低く調整してレーザ
光７４を照射する。好ましくは、照射工程は、端縁部分
のエネルギー面積密度を内側から外側に向かって低くな
るように調整してレーザ光７４を照射する。また、内側
部分のエネルギー面積密度を４００ｍＪ／ｃｍ^２以上に
調整してレーザ光を照射する。また、発光持続時間が１
００ｎｓ以上で照射領域が１ｃｍ^２以上の大出力レーザ
光を照射する。また、照射領域が少なくとも部分的に２
回乃至２０回の範囲で重なるようにレーザ光７４を基板
７１に対して相対的に移動しながら照射する。

【００１１】この後、図７（ｆ）に示す工程に進み、多
結晶の半導体薄膜７５を素子領域の形状に合わせてパタ
ニングする。島状にパタニングされた半導体薄膜７５を
ゲート絶縁膜７６で被覆する。最後に、図７（ｇ）に示
す工程に進み、ゲート絶縁膜７６の上にゲート電極７７
を形成する。ゲート電極７７をマスクとしてセルフアラ
イメントにより不純物を半導体薄膜７５に注入すること
で、トップゲート構造の薄膜トランジスタが得られる。
なお、本発明はトップゲート構造の薄膜トランジスタだ
けではなく、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタにも
応用可能であることは言うまでもない。

【００１２】上述した半導体薄膜の結晶化方法に使用し
たレーザ照射装置に組み込まれる光学系の構成を図８に
示す。ここで８１はエキシマレーザ光源からの入射光
束、８２は誘電体ミラー、８３はレーザ光のエネルギー
面分布を均一化する為のフライアイレンズ、８４はスリ
ット、８５は集光レンズ、８６はフィルター、８７は被
照射基板を示す。図１に示した従来のものと異なるの
は、照射面内の光強度を制御するためのフィルター８６
を挿入した点である。エキシマレーザ光としては、たと
えば波長が３０８ｎｍの塩化キセノン（ＸｅＣｌ）エキ
シマレーザ光を用い、照射領域内の端縁部分のエネルギ
ー分布を制御するために、集光レンズ８５と基板８７の
間に光量調節用フィルター８６を設け、外側ほどエネル
ギーが低下するようにした。

【００１３】フィルターの平面概念構造を図９に示す。
例えば石英ガラス基板９１にクロム薄膜９２を電子ビー
ム蒸着などの方法により幅約０.１〜０.５ｍｍ、厚さ３
〜１０ｎｍ程度で、照射領域内の端縁部分では中心部か
ら遠ざかるのにつれて光秀過率が徐々に減少するように
形成したものである。図８の装置においてエキシマレー
ザ光源は１ショットあたりの光エネルギーが、１０Ｊ以
上の装置を使用し、エキシマレーザエネルギー密度が４
００ｍＪ／ｃｍ^２、パルス幅が例えば１５０ｎｓとなる
条件で照射した。なお、照射基板８７はｘおよびｙ方向
にステップ移動動可能なステージに設置されており、レ
ーザのパルス照射に連動して、所定距離移動することが
できる。

【００１４】図１０〜図１２は本発明により照射領域内
にエネルギー分布をつけた場合の、つなぎ部分の照射エ
ネルギー変動を模式的に示す。図３〜図５と同様、図２
におけるレーザショット２４とこれとｙ方向で隣接する
レーザショット２６の中心２８におけるレーザ光強度分
布を模式的に示す。まず、図１０は照射位置のｙ方向の
変動が全くない理想的な場合である。レーザ光強度は２
つの照射領域３１,３２のつなぎ部分で低くなっている
が、２ショット照射のため、図６から分かるように結晶
性は１ショット照射の領域とほぼ同じに維持される。一
方、図１１では、照射領域３３がｅだけ照射領域３１の
方にずれた場合を示し、幅（ｆ＋ｇ＋ｈ）にわたる重な
り領域が発生する。まず重なり領域ｇでは、エネルギー
は１ショット照射時の最適エネルギーの７５％程度であ
り、図６から分かるようにこれは２ショット時の最適エ
ネルギーよりは若干高いが、微結晶化を引き起こすエネ
ルギーよりはずっと低く平均結晶粒径は１００ｎｍ以上
に維持される。また重なり領域ｆおよびｈでは照射され
る２ショットのうち１ショットのエネルギーは結晶性に
影響しない程度に低く、もう一方のショットは１ショッ
ト照射時の最適エネルギーなのでやはり平均結晶粒径は
１００ｎｍ以上に維持される。さらに図１２では、照射
領域３４がｉだけ照射領域３１から遠ざかる方向にずれ
た場合を示し、幅（ｊ＋ｋ+ｌ）に亘たる重なり領域が
発生する。まず重なり領域ｋでは、エネルギーは１ショ
ット照射時の最適エネルギーの５５％程度であり、図６
から分かるようにこれは２ショット時の最適エネルギー
よりは若干低いが、結晶化開始エネルギーよりはずっと
高く平均結晶粒径は１００ｎｍ以上に維持される。また
重なり領域ｊおよびｌでは照射される２ショットのうち
１ショットのエネルギーは結晶性には影響しない程度に
低く、もう一方のショットは１ショット照射時の最適エ
ネルギーより若干低い程度なので，やはり平均結晶粒径
は１００ｎｍ以上に維持される。

【００１５】上述した実施形態では、矩形に整形された
大出力のレーザ光を用いて結晶化を行なっているが、本
発明はこれに限られるものではない。小出力のレーザ光
源を用いる場合にも応用可能である。この場合の結晶化
アニールでは、一般に走査方向に沿ってライン状のレー
ザ光を部分的に重複させながら間欠的にパルス照射して
いる。レーザ光をオーバラップさせることにより半導体
薄膜の結晶化が比較的均一に行なえる。ライン状のレー
ザ光（ラインビーム）を用いた結晶化アニールを図１３
に模式的に示す。ガラス等からなる絶縁基板１のＹ方向
に沿ってライン状に整形されたレーザ光５０を半導体薄
膜が予め成膜された絶縁基板１の表面側から照射する。
このとき照射領域に対して相対的に絶縁基板１をＸ方向
に移動する。ここでは、エキシマレーザ光源から放射さ
れたラインビーム５０を間欠的かつ部分的にオーバラッ
プしながら照射している。すなわち、絶縁基板１はライ
ンビーム５０に対し相対的にＸ方向にステージを介して
走査される。ラインビーム５０の幅寸法より小さいピッ
チでステージをワンショット毎に移動し、基板１にライ
ンビーム５０が照射できるようにして、結晶化アニール
を行なう。図示の例では、基板５０の半分が既に多結晶
領域に転換されており、残り半分の非晶質領域を結晶化
中である。両領域の境界につなぎ部分が存在しており、
この部分に本発明を適用できる。

【００１６】図１４は本発明に係るレーザ照射装置の全
体構成を示すブロック図である。尚、フィルターなど詳
細な部品は図示を省略している。本レーザ照射装置は、
レーザ発振器５１で発射された波長３０８ｎｍのレーザ
光５０が一対のレーザ反射鏡５１ａ，５１ｂで増幅され
た後、フライアイレンズ５２を含むホモジェナイザー部
５３で矩形に整形され且つ均一化される。この後レーザ
光５０は反射鏡５４で直角に反射され、処理対象となる
絶縁基板１に照射される。絶縁基板１は図示する様にＸ
方向及びＹ方向にステップ移動可能なステージ５６に搭
載されており、レーザ光５０のパルス照射に同期して、
所定距離Ｘ方向又はＹ方向に移動することができる。本
装置では、ホモジェナイザー部５３において、レーザ光
５０を面積が例えば１０ｃｍ² 以上の矩形に整形する。
この断面形状で総エネルギーが１０Ｊ以上のレーザ光５
０を照射すると、絶縁基板１上では結晶化に十分なエネ
ルギー密度を得ることができる。尚、レーザ光５０のエ
ネルギーレベルの制御はエネルギー測定プローブ５５を
介して行なわれる。

【００１７】最後に図１５を参照して本発明に従って製
造した薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス
型表示装置の一例を説明する。図示するように、本表示
装置は一対の絶縁基板１０１，１０２と両者の間に保持
された電気光学物質１０３とを備えたパネル構造を有す
る。電気光学物質１０３としては、例えば液晶材料を用
いる。下側の絶縁基板１０１には画素アレイ部１０４と
駆動回路部とが集積形成されている。駆動回路部は垂直
スキャナ１０５と水平スキャナ１０６とに分かれてい
る。また、絶縁基板１０１の周辺部上端には外部接続用
の端子部１０７が形成されている。端子部１０７は配線
１０８を介して垂直スキャナ１０５及び水平スキャナ１
０６に接続している。画素アレイ部１０４には行状のゲ
ート配線１０９と列状の信号配線１１０が形成されてい
る。両配線の交差部には画素電極１１１とこれを駆動す
る薄膜トランジスタ１１２が形成されている。薄膜トラ
ンジスタ１１２のゲート電極は対応するゲート配線１０
９に接続され、ドレイン領域は対応する画素電極１１１
に接続され、ソース領域は対応する信号配線１１０に接
続している。ゲート配線１０９は垂直スキャナ１０５に
接続する一方、信号配線１１０は水平スキャナ１０６に
接続している。画素電極１１１をスイッチング駆動する
薄膜トランジスタ１１２及び垂直スキャナ１０５と水平
スキャナ１０６に含まれる薄膜トランジスタは、本発明
に従って作製されたものである。更には、垂直スキャナ
や水平スキャナに加え、ビデオドライバやタイミングジ
ェネレータも絶縁基板１０１内に集積形成することも可
能である。これらの薄膜トランジスタは、半導体薄膜
と、その一面に重ねられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁
膜を介して半導体薄膜に重ねられたゲート電極とを含む
積層構成を有する。半導体薄膜は、基板１０１の上に非
晶質シリコン又は比較的粒径の小さな多結晶シリコンを
形成した後、エネルギー面積密度に所定の分布を有する
レーザ光の照射領域を該他方の基板に対して相対的に移
動しながら、レーザ光を間欠的に照射して、非晶質シリ
コン又は比較的粒径の小さな多結晶シリコンから比較的
粒径の大きな多結晶シリコンに転換したものであり、照
射領域の内、隣接する照射領域に重なる可能性の無い内
側部分のエネルギー面積密度よりも、隣接する照射領域
に重なる可能性の有る端縁部分のエネルギー面積密度を
低く調整することにより均一に結晶化されたものであ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多結晶シ
リコン薄膜形成方法によれば、レーザ照射のつなぎ部分
の不均一性のない結晶化が可能になる。したがって、得
られた多結晶シリコン薄膜を、２０インチクラスの大型
の液晶表示装置等に用いれば、高い均一性を有する高性
能液晶表示装置等の量産化を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のレーザ照射装置の光学系を示す模式図で
ある。

【図２】半導体薄膜結晶化方法を示す模式的な平面図で
ある。

【図３】従来の半導体薄膜結晶化方法を示す模式的な断
面図である。

【図４】従来の半導体薄膜結晶化方法を示す模式的な断
面図である。

【図５】従来の半導体薄膜結晶化方法を示す模式的な断
面図である。

【図６】レーザ照射エネルギー密度と平均結晶粒径との
関係を示すグラフである。

【図７】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を示
す工程図である。

【図８】本発明に係るレーザ照射装置の光学系を示す模
式図である。

【図９】図８に示した光学系に組み込まれるフィルター
を示す平面図である。

【図１０】本発明に係る半導体薄膜結晶化方法を示す模
式的な平面図である。

【図１１】本発明に係る半導体薄膜結晶化方法を示す模
式的な平面図である。

【図１２】本発明に係る半導体薄膜結晶化方法を示す模
式的な平面図である。

【図１３】本発明に係る半導体薄膜結晶化方法を示す模
式的な斜視図である。

【図１４】本発明に係るレーザ照射装置の全体構成を示
すブロック図である。

【図１５】本発明に係る表示装置を示す模式的な斜視図
である。

【符号の説明】

７１・・・基板、７３・・・半導体薄膜、７５・・・半
導体薄膜、７６・・・ゲート絶縁膜、７７・・・ゲート
電極、８１・・・レーザ光束、８６・・・フィルター、
８７・・・基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤野昌宏東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者眞野三千雄東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者猪野益充東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA02 BA07 BA12 BB07 CA07 DA02 DB03 JA01 5F110 AA30 BB02 CC02 DD02 DD13 GG02 GG13 GG25 GG45 HJ13 PP04 PP05 PP06 QQ11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の上に非晶質又は比較的粒径の小さ
な多結晶の半導体薄膜を形成する成膜工程と、エネルギー面積密度に所定の分布を有するレーザ光の照
射領域を基板に対して相対的に移動しながら、レーザ光
を該半導体薄膜に間欠的に照射して、非晶質又は比較的
粒径の小さな多結晶から比較的粒径の大きな多結晶に転
換する照射工程とからなる半導体薄膜形成方法におい
て、前記照射工程は、照射領域の内、少なくとも所定の方向
に隣接する照射領域に重なる可能性の無い内側部分のエ
ネルギー面積密度よりも、隣接する照射領域に重なる可
能性の有る端縁部分のエネルギー面積密度を低く調整し
てレーザ光を照射することを特徴とする半導体薄膜形成
方法。
【請求項２】前記照射工程は、端縁部分のエネルギー面
積密度を内側から外側に向かって低くなるように調整し
てレーザ光を照射することを特徴とする請求項１記載の
半導体薄膜形成方法。
【請求項３】前記照射工程は、内側部分のエネルギー面
積密度を４００ｍＪ／ｃｍ^２以上に調整してレーザ光を
照射することを特徴とする請求項１記載の半導体薄膜形
成方法。
【請求項４】前記照射工程は、発光持続時間が１００ｎ
ｓ以上で照射領域が１ｃｍ^２以上のレーザ光を照射する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体薄膜形成方法。
【請求項５】前記照射工程は、照射領域が少なくとも部
分的に２回乃至２０回の範囲で重なるようにレーザ光を
基板に対して相対的に移動しながら照射することを特徴
とする請求項１記載の半導体薄膜形成方法。
【請求項６】非晶質又は比較的粒径の小さな多結晶の
半導体薄膜が予め形成された基板に対して、エネルギー
面積密度に所定の分布を有するレーザ光の照射領域を相
対的に移動しながら、レーザ光を該半導体薄膜に間欠的
に照射して、非晶質又は比較的粒径の小さな多結晶から
比較的粒径の大きな多結晶に転換するレーザ照射装置に
おいて、照射領域の内、隣接する照射領域に重なる可能性の無い
内側部分のエネルギー面積密度よりも、隣接する照射領
域に重なる可能性の有る端縁部分のエネルギー面積密度
を低く調整してレーザ光を照射することを特徴とするレ
ーザ照射装置。
【請求項７】端縁部分のエネルギー面積密度を内側から
外側に向かって低くなるように調整してレーザ光を照射
することを特徴とする請求項６記載のレーザ照射装置。
【請求項８】内側部分のエネルギー面積密度を４００ｍ
Ｊ／ｃｍ^２以上に調整してレーザ光を照射することを特
徴とする請求項６記載のレーザ照射装置。
【請求項９】発光持続時間が１００ｎｓ以上で照射領域
が１ｃｍ^２以上のレーザ光を照射することを特徴とする
請求項６記載のレーザ照射装置。
【請求項１０】照射領域が少なくとも部分的に２回乃至
２０回の範囲で重なるようにレーザ光を基板に対して相
対的に移動しながら照射することを特徴とする請求項６
記載のレーザ照射装置。
【請求項１１】半導体薄膜と、その一面に重ねられた
ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介して半導体薄膜に重
ねられたゲート電極とを含む積層構成を有する薄膜トラ
ンジスタであって、前記半導体薄膜は、基板の上に非晶質シリコン又は比較
的粒径の小さな多結晶シリコンを形成した後、エネルギ
ー面積密度に所定の分布を有するレーザ光の照射領域を
該基板に対して相対的に移動しながら、レーザ光を間欠
的に照射して、非晶質シリコン又は比較的粒径の小さな
多結晶シリコンから比較的粒径の大きな多結晶シリコン
に転換したものであり、照射領域の内、隣接する照射領域に重なる可能性の無い
内側部分のエネルギー面積密度よりも、隣接する照射領
域に重なる可能性の有る端縁部分のエネルギー面積密度
を低く調整することにより均一に結晶化されたものであ
ることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１２】所定の間隙を介して互いに接合した一
対の基板と、該間隙に保持された電気光学物質とを有
し、一方の基板には対向電極を形成し、他方の基板には
画素電極及びこれを駆動する薄膜トランジスタを形成
し、該薄膜トランジスタを、半導体薄膜とその一面にゲ
ート絶縁膜を介して重ねられたゲート電極とで形成した
表示装置であって、前記半導体薄膜は、他方の基板の上に非晶質シリコン又
は比較的粒径の小さな多結晶シリコンを形成した後、エ
ネルギー面積密度に所定の分布を有するレーザ光の照射
領域を該他方の基板に対して相対的に移動しながら、レ
ーザ光を間欠的に照射して、非晶質シリコン又は比較的
粒径の小さな多結晶シリコンから比較的粒径の大きな多
結晶シリコンに転換したものであり、照射領域の内、隣接する照射領域に重なる可能性の無い
内側部分のエネルギー面積密度よりも、隣接する照射領
域に重なる可能性の有る端縁部分のエネルギー面積密度
を低く調整することにより均一に結晶化されたものであ
ることを特徴とする表示装置。