JP2000277450A - レーザアニール装置及びこの装置を用いた薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、レーザ照射位置の位置決め精度を
向上することにより、駆動回路部の特性の低下を防止し
つつ、レーザアニール装置の制御が容易化し、しかもタ
クトの向上を図ることができ、さらに活性化工程を円滑
に実施することができるレーザアニール装置及びこの装
置を用いた薄膜トランジスタの製造方法の提供を目的と
している。 【解決手段】レーザ発振器３からのレーザ光６をガラス
基板２に照射するレーザアニール装置において、上記基
板２からの発光８の強度及び／又は波長を測定する照度
計７を有することを特徴とするレーザアニール装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜トランジスタの
製造方法および半導体膜のレーザアニール装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称す
る）の半導体膜の製造方法としては、一般的に、ガラス
等の基板に成膜された非晶質半導体膜に対しレーザ光を
照射し、溶融、結晶化させ、結晶質半導体膜を得るとい
う結晶化工程を備えたレーザアニール法が使用されてい
る。この場合、レーザの光源としては、アルゴンレー
ザ、ＫｒＦおよびＸｅＣｌエキシマレーザが一般に使用
されている。

【０００３】ここで、上記ＴＦＴは駆動回路部と画素形
成部とを備えているが、これらの部位は上記レーザアニ
ール法を用いて非晶質半導体膜を結晶質半導体膜に結晶
化させることにより作製する。この場合、上記駆動回路
部では高い特性が必要とされるため、レーザ光のエネル
ギー密度を大きくしたり、レーザ光の照射回数を多くし
て照射時間を長くする等の処理が必要となる一方、上記
画素形成部では余り高い特性が必要とされないため、駆
動回路部を作製する場合に比べてレーザ光のエネルギー
密度は小さく、また、レーザ光の照射回数も少なくて良
い。このように、上記駆動回路部と上記画素形成部とで
はレーザ光の照射条件が異なるので、単に、各部位に対
応した照射条件でレーザ光を照射すれば足るのではない
かとも考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現状では、レ
ーザ照射位置の位置決め精度が十分でないため、駆動回
路部と画素形成部とに対応した部位に、それぞれの条件
に応じたレーザ光を照射するのが難しい（即ち、狙った
部分を正確に照射することが困難である）という課題を
有していた。したがって、従来は、駆動回路部と同様の
レーザ条件で画素形成部をもレーザ照射するか、又は画
素形成部と同様のレーザ条件で駆動回路部をもレーザ照
射するか、という２者択一の条件でレーザ照射されてい
た。

【０００５】しかしながら、前者の条件でレーザ照射す
る場合には、レーザアニール装置の制御が困難となり、
しかもタクト（一枚の基板を結晶化するための時間）が
遅くなるという課題を有する一方、後者の条件でレーザ
照射する場合には、駆動回路部の特性が低くなるため、
駆動回路の性能が低下するという課題を有していた。ま
た、多結晶シリコン形成後のイオンドーピング等の工程
で多結晶シリコンの結晶性が悪化することがあるため、
この後にレーザ光を照射して結晶性を回復する工程（活
性化工程）が必要となる場合もあるが、この場合にもレ
ーザ照射位置の位置決め精度が十分でないため、活性化
工程を円滑に実施することができないという課題もあっ
た。

【０００６】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たものであって、レーザ照射位置の位置決め精度を向上
することにより、駆動回路部の特性の低下を防止しつ
つ、レーザアニール装置の制御が容易化し、しかもタク
トの向上を図ることができ、さらに活性化工程を円滑に
実施することができるレーザアニール装置及びこの装置
を用いた薄膜トランジスタの製造方法の提供を目的とし
ている。

【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、本発明のレーザアニール装置は、レーザ発振器から
のレーザ光を基板に照射するレーザアニール装置におい
て、上記基板からの反射光の強度及び／又は波長を測定
する光検出手段を有することを特徴とする。上記の如
く、基板からの反射光の強度及び／又は波長を測定する
光検出手段を有していれば、基板表面の状態を容易に判
別することができるので、レーザ光照射位置の位置決め
精度が向上する。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記基板が半導体部と非半導体部と
から成り、この半導体部と非半導体部との反射光の強度
及び／又は波長の差異を前記光検出手段で測定すること
を特徴とする。このように、半導体部と非半導体部との
反射光の強度及び／又は波長の差異を光検出手段で測定
することができれば、レーザ照射位置と基板との相対位
置を測定することができるので、レーザ光照射位置の位
置決め精度が向上する。

【０００９】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載の発明において、前記半導体部が非晶質半導体及び／
又は多結晶半導体から成り、前記非半導体部がガラス及
び／又は下地膜から成ることを特徴とする。上記構成で
あれば、以下のような具体的な作用がある。即ち、レー
ザアニール法により、多結晶シリコン膜を形成する際、
非晶質シリコン膜に対して、通常ＫｒＦおよびＸｅＣｌ
エキシマレーザを使用するが、これらのレーザ光の波長
はそれぞれ２４８ｎｍおよび３０８ｎｍの紫外線であ
る。この場合、非晶質シリコン膜は紫外線を効率よく吸
収するので、前記の紫外レーザ光の照射に対し、ほとん
ど蛍光を発しない。一方、低温ポリシリコンＴＦＴの基
板としてコーニング７０５９あるいは１７３７というガ
ラス基板がよく用いられるが、これらの基板は成分とし
てＢａ，Ｂ，Ａｌ等を含んでいるため、これらが紫外レ
ーザ光の照射によって励起され、青白い蛍光を発する。
このように蛍光の有無を利用して、基板とレーザ光との
相対位置を調整することが可能となる。

【００１０】また、請求項４記載の発明は、請求項１、
２又は３記載の発明において、レーザ発振器からのレー
ザ光を複数に分割するレーザ光分割装置が設けられてい
ることを特徴とする。このような構成であれば、前記と
同様、レーザ光の位置決め精度が向上する他、レーザ光
を必要な部分あるいはその近傍に限定して照射すること
が可能となるので、レーザ光の利用効率が高まるという
効果もある。

【００１１】また、上記目的を達成するために、本発明
の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に非晶質半導
体膜を成膜する成膜工程と、非晶質半導体膜のパターン
を形成するためのパターン形成工程と、前記請求項２又
は３に記載のレーザアニール装置によりレーザ光を照射
して非晶質半導体膜を結晶質半導体膜に結晶化させる結
晶化工程とを有する薄膜トランジスタの製造方法におい
て、前記パターン形成工程において形成される非晶質半
導体のパターンに、レーザ位置決め用のパターンが含ま
れることを特徴とする。

【００１２】このような方法であれば、結晶化工程にお
いてレーザ照射位置と基板との相対位置を測定すること
ができるので、レーザ光照射位置の位置決め精度が向上
する。尚、レーザ照射位置と基板との相対位置を測定す
る場合、基板端面等を利用することもできるが、エッチ
ング等により、予めレーザ光位置合わせ用の非晶質シリ
コン膜のパターンを形成しておくことにより、より短時
間に、また正確にレーザ光と基板との相対位置を決める
ことが出来る。

【００１３】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の発明において、前記パターン形成工程において形成
される非晶質半導体のパターンに、フォトリソ工程で位
置決めに用いるキーパターンが含まれることを特徴とす
る。このように、フォトリソ工程で位置決めに用いるキ
ーパターンが設けられていれば、レーザ光位置合わせ用
のパターンとキーパターンとの相対位置が関連付けられ
ているので、フォトリソ工程における位置決め制度も向
上する。

【００１４】また、請求項７記載の発明は、請求項６記
載の発明において、前記レーザ位置決め用のパターンが
前記キーパターンを兼ねることを特徴とする。このよう
な構成であれば、パターン形成工程の簡略化を図ること
ができる。但し、キーパターンはレーザ位置決め用のパ
ターンに比べて高い精度が要求されるので、フォトリソ
工程での位置決めを精度よくするためには、両パターン
を別途設けるのが望ましい。

【００１５】また、上記目的を達成するために、本発明
の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に非晶質半導
体膜を成膜する成膜工程と、非晶質半導体膜のパターン
を形成するためのパターン形成工程と、請求項２に記載
のレーザアニール装置によりレーザ光を照射して結晶質
半導体膜を改質する活性化工程とを有する薄膜トランジ
スタの製造方法において、前記パターン形成工程におい
て形成される非晶質半導体のパターンに、レーザ位置決
め用のパターンが含まれることを特徴とする。上記構成
であれば、ポリシリコン膜の活性化工程における、レー
ザ光照射位置の位置決め精度が向上し、活性化が必要な
部分およびその近辺のみを選択的に照射することが可能
となるので、活性化時の照射条件の選択肢が広くなると
共に、タクトの向上が可能となる。

【００１６】また、請求項９記載の発明は、請求項８記
載の発明において、前記パターン形成工程において形成
される非晶質半導体のパターンに、フォトリソ工程で位
置決めに用いるキーパターンが含まれることを特徴とす
る。また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発
明において、前記レーザ位置決め用のパターンが前記キ
ーパターンを兼ねることを特徴とする。

【００１７】また、請求項１１記載の発明は、請求項
５、６、７、８、９又は１０記載の発明において、レー
ザ位置決め用の非晶質半導体膜のパターンが、前記の結
晶化工程または活性化工程で用いるレーザ光の照射形状
と同一形状であることを特徴とする。このような構成で
あれば、レーザ光を位置決めの精度が向上すると共に、
レーザ反射光が最大になる時点で位置合わせが完了した
ことを確認できるので、位置決めに要する時間が短縮さ
れタクトが向上する。

【００１８】また、上記目的を達成するために、本発明
の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項２に記載のレ
ーザアニール装置を用い、基板内の複数の特定の部分に
対し、照射エネルギー密度または照射回数等が異なる照
射条件でレーザ光を照射する結晶化の工程または活性化
の工程を有することを特徴とする。このような構成であ
れば、結晶化の工程または活性化の工程において、基板
における各々の場所に適した特性の薄膜トランジスタを
形成することが可能となる。

【００１９】また、請求項１３記載の発明は、請求項１
２記載の発明において、前記基板内の複数の特定の部分
が、駆動回路部と画素形成部とから成ることを特徴とす
る。また、上記目的を達成するために、本発明の薄膜ト
ランジスタの製造方法は、半導体部に対するレーザ光を
照射した場合に生じる光と非半導体部に対して照射した
場合に生じる光の強度または波長の測定値の差異を利用
し、基板に対してレーザ光が照射される位置を決める方
法を用いると共に、前記請求項４記載のレーザ光を分割
しうるレーザアニール装置を用いて、複数の部分に対し
て同時にレーザ光を照射する結晶化の工程、または活性
化の工程を有することを特徴とする。このような方法で
あれば、レーザ光の位置決め精度が向上すると共に、レ
ーザ光を必要な部分あるいはその近傍に限定して照射す
ることが可能となるので、レーザ光の利用効率が高める
ことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお半導体膜として
は、Ｓｉ，ＧｅのＩＶ族半導体が主に用いられるが、Ｇ
ａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ半導体、ＺｎＳｅ等のＩＩ−ＩＶ
半導体を用いても、半発明の半導体結晶化方法が同様に
有効であることを確認したが、以下に示す実施の形態に
おいては、もっとも一般的であるシリコンを例に挙げて
説明を行う。

【００２１】（実施の形態１）本発明の実施の形態１に
おいては、レーザアニール装置及びこの装置を用いて非
晶質Ｓｉ膜を結晶化する場合の製造方法を、図１〜図３
に基づいて説明する。本発明のレーザアニール装置は、
図１に示すように、レーザ光６を発振する発振器３を有
しており、この発振器３からのレーザ光６の進路上に
は、レーザ光６の方向を変えるためのミラー４と、レー
ザ光６を減衰させるための光減衰器５と、レーザ光６を
所定の広さに広げると共にレーザ光６の方向を後述のガ
ラス基板２方向に変化させるホモジナイザー１７とを有
している。このホモジナイザー１７上には、後述の下地
膜及び非晶質Ｓｉ膜１からの反射光の強度を測定する照
度計７が設けられている。尚、このレーザアニール装置
はガラス基板１を縦方向（図中Ａ方向）、横方向（図中
Ｂ方向）、及び回転方向（図中Ｃ方向）に移動させるこ
とができる構造となっている。

【００２２】次に、上記レーザアニール装置を用いて、
非晶質Ｓｉ膜を結晶化する場合の製造方法を示す。ま
ず、光透過性を有する基板としてのガラス基板２上に、
ガラスからの不純物が拡散するのを防止するためのＳｉ
Ｏ₂ 下地膜（膜厚３００ｎｍであり、図示せず）を、た
とえばＴＥＯＳ ＣＶＤ法により成膜した。次に、上記
ＳｉＯ₂ 下地膜上に、プラズマＣＶＤ法により、非晶質
Ｓｉ膜１（膜厚７０ｎｍ）を成膜した。尚、この際、図
２に示すように、基板の周辺部分には非晶質Ｓｉ膜１を
成膜しないで、ガラス基板１およびＳｉＯ₂ 下地膜の部
分を残しておく。

【００２３】次に、図１に示すようなレーザアニール装
置を用いて、非晶質Ｓｉ膜１を溶融、結晶化させ、多結
晶Ｓｉ膜を形成した。具体的には、以下の通りである。
非晶質Ｓｉ膜１に対してレーザ光を照射する場合、約１
６０ｍＪ／ｃｍ² 以上のエネルギー密度で照射すること
により、溶融、結晶化が起こり、多結晶Ｓｉ膜が形成さ
れる。そこで、本装置を用いる場合には、結晶化のため
のレーザ光照射に先立って、多結晶Ｓｉ膜形成の閾値で
ある約１６０ｍＪ／ｃｍ² より低いエネルギー密度、例
えば１００ｍＪ／ｃｍ² で非晶質Ｓｉ膜１に対して、レ
ーザ光を照射した。このとき、非晶質Ｓｉ膜１を照射し
ていれば、紫外光をカットした照度計７にほとんど発光
は観測されない一方、基板の位置を動かして、レーザ光
の端が非晶質Ｓｉ膜１が成膜されていないガラス基板部
分に対して照射されると、ガラス基板から蛍光が発せら
れ、蛍光の強度を照度計７にて計測することができる。
このことを応用して、非晶質Ｓｉ膜１の端の位置とレー
ザ光照射位置との相対位置を決定することができる。こ
れを詳述すると、先ず、蛍光の強度が照度計７にて計測
されると、照度計７から制御手段（図示せず）に検出信
号が出力され、この検出信号に応じてモータ等の駆動手
段（図示せず）に制御信号が出力されて、ガラス基板２
が縦方向、横方向、回転方向に動く。このようにガラス
基板２を動かすことにより照度計７で検出される光量が
異なることになるので、照度計７にて検出される光量を
測定すれば、非晶質Ｓｉ膜１の端の位置とレーザ光照射
位置との相対位置を決定することが可能となる。

【００２４】更に、図３（ａ）に示すように、前記の相
対位置情報を利用して、結晶化が必要な部分に対して、
結晶化閾値約１６０ｍＪ／ｃｍ² より大きなエネルギー
密度のレーザ光を照射した。本実施の形態ではＸｅＣｌ
パルスレーザ（３０８ｎｍ）を用い３００ｍＪ／ｃｍ²
で基板を移動させながら1 ヶ所に１０回レーザ光を照射
した。これにより、図３（ｂ）に示すように、非晶質Ｓ
ｉ膜１のうち必要な部分だけが結晶化されて多結晶Ｓｉ
膜１０が形成されることになる。ここで、本実施の形態
に示したレーザアニール装置を用いることにより、基板
に対するレーザ光照射位置の位置決め精度が向上し、狙
った位置のみを結晶化することが可能となり、一枚の基
板を結晶化するための時間（以下、タクトと称する）が
２０％向上した。

【００２５】尚、本実施の形態１ではレーザ光の照射位
置を変更する機構として、基板が移動する仕組みの装置
を用いて説明したが、基板を固定し、レーザ光を発する
光学系の位置が移動する仕組みのレーザアニール装置、
あるいは方向、回転の種類により、基板位置の移動と光
学系の移動とを組み合わせて、基板とレーザ光の相対位
置を移動する仕組みのレーザアニール装置においても本
実施の形態と同様の方法で相対位置を決定できることを
確認している。

【００２６】また、上記下地膜の膜厚は３００ｎｍに限
らず、種々の設定（例えば、５０〜１０００ｎｍ）が可
能である。更に、上記非晶質Ｓｉ膜１の膜厚は７０ｎｍ
に限らず種々の設定（例えば、３０〜９０ｎｍ）が可能
である。加えて、下地膜及び非晶質Ｓｉ膜１からの反射
光の強度を測定する場合、照度計７に限定するものでは
なく、例えば分光光度計を用いることも可能である。

【００２７】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
おいては、前記実施の形態１に示すレーザアニール装置
を用いて薄膜トランジスタを作製する場合の製造方法
を、図４に基づいて説明する。まず、実施の形態１と同
様にして、ガラス基板２上にＳｉＯ₂ から成る下地膜を
成膜した後、プラズマＣＶＤ法により、非晶質Ｓｉ膜１
（膜厚７０ｎｍ）を成膜した。尚、実施の形態２では、
特に基板の周辺部分にガラス基板２および下地膜の部分
を残していない。

【００２８】次に、フォトリソ工程およびエッチング工
程を経て、基板周縁部の一部をエッチングして下地膜を
露出させ、図４（ａ）に示すような縦および横方向に延
びるＬ字形状のレーザ位置決め用パターン１１を形成し
た。次いで、前記実施の形態１に示すレーザアニール装
置により非晶質Ｓｉ膜１を溶融、結晶化させ、多結晶Ｓ
ｉ膜を形成した。具体的には、以下の通りである。結晶
化のためのレーザ光照射に先立って、前記実施の形態１
で示したように、多結晶Ｓｉ膜形成の閾値より低いエネ
ルギー密度で非晶質Ｓｉ膜１に対してレーザ光を照射し
た。このとき、非晶質Ｓｉ膜１を照射していれば、紫外
光をカットした照度計７にほとんど発光は観測されない
一方、基板の位置を動かして、レーザ光の端が非晶質Ｓ
ｉ膜１が成膜されていないレーザ位置決め用パターン部
分１１に照射されると、ガラス基板から蛍光が発せら
れ、蛍光の強度を照度計７にて計測することができる。
このことを応用して、前記実施の形態１で示したのと同
様に、レーザ位置決め用パターン部分１１の位置とレー
ザ光照射位置との相対位置を決定することが可能とな
る。

【００２９】この後、前記実施の形態１と同様にして、
３００ｍＪ／ｃｍ² のエネルギー密度でレーザ光を照射
し、非晶質Ｓｉ膜１の結晶化を行った後、多結晶Ｓｉ膜
には、多数のダングリングボンドが形成されているの
で、水素プラズマ中で、例えば４５０℃で２時間放置し
た。しかる後、従来のＴＦＴと同様な工程を経て、薄膜
トランジスタを製造した。具体的には、以下の通りであ
る。

【００３０】先ず、フォトリソ工程とドライエッチング
工程とにより多結晶Ｓｉ層をパターニングした後、例え
ばＴＥＯＳ ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂ をゲート絶縁膜と
して必要な膜厚、例えば１００ｎｍ成膜した。次に、ア
ルミニウム膜をスパッタリングし、エッチングにより所
定の形状にパターニングして、ゲート電極を形成した
後、イオンドーピング装置により、ゲート電極をマスク
としてソースおよびドレイン領域に必要な種類のドーパ
ントを注入した。さらに、酸化Ｓｉからなる層間絶縁膜
を常圧ＣＶＤ法にて成膜し、ゲート絶縁膜を覆い、エッ
チングすることにより、層間絶縁膜および酸化Ｓｉ膜に
多結晶Ｓｉ膜のソース領域またはドレイン領域に達する
コンタクトホールを開口した。次いで、チタン膜および
アルミニウム膜をスパッタリングし、更にエッチングす
ることにより所定の形状にパターニングして、ソース電
極およびドレイン電極を形成した。これにより薄膜トラ
ンジスタが作製される。

【００３１】本実施の形態に示した薄膜トランジスタの
製造方法を用いることにより、基板に対するレーザ光照
射位置の位置決め精度が向上し、狙った位置を正確に結
晶化することが可能となり、非晶質Ｓｉ膜１の基板内膜
厚分布に対して、常に同じ位置を結晶化し、ＴＦＴを形
成できることから、ＴＦＴ特性のバラツキが減少し、歩
留まりが向上した。尚、上記実施の形態２においては、
レーザ光位置決め用パターン１１のみを形成したが、図
４（ｂ）に示すように、レーザ光位置決め用パターン１
１を形成する際に、同時にフォトリソ位置決め用キーパ
ターン１２を形成すれば、レーザ光位置決め精度が高ま
ると共に、フォトリソ工程における位置決め精度も向上
する。

【００３２】（実施の形態３）本発明の実施の形態３に
おいては、前記実施の形態１に示すレーザアニール装置
を用いて薄膜トランジスタを作製する場合の製造方法
を、図５〜図８に基づいて説明する。まず、実施の形態
１と同様にして、ガラス基板上にＳｉＯ₂ 下地膜と非晶
質Ｓｉ膜１とを成膜した後、フォトリソ工程およびエッ
チング工程を経て、基板の一部をエッチングして下地膜
を露出させ、図５に示すように、結晶化工程および活性
化工程に用いるレーザ位置決め用パターン１１と、フォ
トリソ工程に用いるフォトリソ位置決め用キーパターン
１２とを形成した。尚、本実施の形態３においては、レ
ーザ位置決め用パターン１１は、レーザの照射形状と同
一の形状とした。

【００３３】次に、前記実施の形態１に示すレーザアニ
ール装置により非晶質Ｓｉ膜１を溶融、結晶化させ、多
結晶Ｓｉ膜を形成した。具体的には、以下の通りであ
る。図６に示すように、結晶化のためのレーザ光照射に
先立って、前記実施の形態１で示したように、多結晶Ｓ
ｉ膜形成の閾値より低いエネルギー密度で非晶質Ｓｉ膜
１に対してレーザ光を照射した。このとき、非晶質Ｓｉ
膜１を照射していれば、紫外光をカットした照度計７に
ほとんど発光は観測されない一方、基板の位置を動かし
て、レーザ光の端が非晶質Ｓｉ膜１が成膜されていない
レーザ位置決め用パターン部分１１に照射されると、ガ
ラス基板から蛍光が発せられ、蛍光の強度を照度計７に
て計測することができる。このことを応用して、前記実
施の形態１で示したのと同様に、レーザ位置決め用パタ
ーン部分１１の位置とレーザ光照射位置との相対位置を
決定することが可能となる。尚、本実施の形態において
は、レーザ位置決め用パターン部分１１は、レーザの照
射形状と同一の形状としているので、レーザ光と位置決
めパターン部分１１とが完全に一致した場合に、ガラス
からの発光量が最大となり、これによって位置決めが完
了する。また、本実施の形態における位置調整は照度計
７の照度データと基板移動が連動しており、自動的に行
われる。

【００３４】次いで、レーザ光照射の位置決めにより得
られた相対位置情報を利用して、結晶化のためのレーザ
光照射を行った。図８（ａ）（ｂ）に示したＴＦＴ移動
度のレーザエネルギー密度依存性とレーザ照射回数依存
性を考慮して、図７に示したＴＦＴアレイの駆動回路を
形成する部分１３には、ＴＦＴ特性が高くなる条件、つ
まり比較的高いエネルギー密度でかつ照射回数を多く照
射した。例えば、３８０ｍＪ／ｃｍ² で１５０回の照射
を行った。また、ＴＦＴアレイの画素を形成する部分１
４には、ＴＦＴ特性が安定し、タクトの良い条件、つま
り比較的低いエネルギー密度でかつ照射回数を少なく照
射した。例えば３００ｍＪ／ｃｍ² で１０回の照射を行
った。

【００３５】この後、実施の形態２と同様に水素化処理
を行った後、ドライエッチングにより多結晶Ｓｉ層１３
・１４をパターニングした。次に、ＳｉＯ₂ をゲート絶
縁膜として必要な膜厚、例えば１００ｎｍ成膜した後、
アルミニウム膜をスパッタリングし、更にエッチングに
より所定の形状にパターニングすることにより、ゲート
電極を形成した。その後、イオンドーピング装置によ
り、ゲート電極をマスクとしてソースおよびドレイン領
域に必要な種類のドーパントを注入した。

【００３６】このドーパントを注入する際、多結晶Ｓｉ
層１３・１４はダメージを受け、欠陥が増加しているの
で、そのダメージを軽減するため、再度レーザ光の照射
を行うのが望ましい。そこで、上記結晶化の場合と同様
にして、約１６０ｍＪ／ｃｍ² （閾値）より低いエネル
ギー密度でレーザ光を照射し、レーザ位置決め用パター
ン１１を利用して、レーザ光と基板の相対位置を決定し
た後、活性化のためのレーザ照射を行った。尚、本実施
の形態ではタクトを考慮し、駆動回路を形成する部分の
み活性化のためのレーザ照射を行った。活性化のために
はポリＳｉ形成閾値である約１６０ｍＪ／ｃｍ² より高
いエネルギー密度で、かつ結晶化工程で用いた３８０ｍ
Ｊ／ｃｍ² より低いエネルギー密度、例えば３００ｍＪ
／ｃｍ² でレーザ光を照射し、また照射回数は３０回と
した。

【００３７】しかる後、酸化Ｓｉからなる層間絶縁膜を
常圧ＣＶＤ法にて成膜し、ゲート絶縁膜を覆い、エッチ
ングにより、層間絶縁膜および酸化Ｓｉ膜に多結晶Ｓｉ
膜のソース領域またはドレイン領域に達するコンタクト
ホールを開口した。次に、チタン膜およびアルミニウム
膜をスパッタリングし、エッチングにより所定の形状に
パターニングして、ソース電極およびドレイン電極を形
成することにより薄膜トランジスタを作製した。

【００３８】本実施の形態に示した薄膜トランジスタの
製造方法を用いることにより、基板に対するレーザ光照
射位置の位置決め精度が向上し、狙った位置を正確に結
晶化することが可能となり、基板内の特定の部分に対
し、照射エネルギー密度または照射回数等が異なる照射
条件でレーザ光を照射することが正確にできるようにな
った。また、結晶化した部分と同一の部分を正確にレー
ザ照射により、活性化することが可能となった。また、
移動度等のＴＦＴ特性とタクトを両立することができ
る。本実施の形態のＴＦＴの特性は、駆動回路部のｎチ
ャネルの電界効果移動度が３５０ｃｍ² ／Ｖ・Ｓ画素部
のｎチャネルの電界効果移動度が５０ｃｍ² ／Ｖ・Ｓで
ある。

【００３９】尚、位置決めを行う方法としては、上記の
方法に限定するものではなく、例えば、レーザ光の波長
（本実施の形態では紫外）を観測できる照度計を用い、
レーザ光が散乱視される度合いの差異を観測することに
よっても、同様のレーザ光照射位置の位置決めを行うこ
とができる。また、基板の裏面側にレーザ光の波長（本
実施の形態では紫外）を観測できる照度計を配置し、透
過するレーザ光の強度の差を利用しても、同様のレーザ
光照射位置の位置決めを行うことが可能である。

【００４０】（実施の形態４）本発明の実施の形態４に
おいては、レーザアニール装置を用いて薄膜トランジス
タを作製する場合の製造方法を、図９及び図１０に基づ
いて説明する。尚、本発明で用いられるレーザアニール
装置は、ホモジナイザー１７に代えてレーザ光を分割す
るためのホログラフィック光学素子１６を用い、且つミ
ラー４が２つ設けられている他は、前記実施の形態１に
示すレーザアニール装置と同様の構成である。

【００４１】まず、前記実施の形態１と同様にして、ガ
ラス基板上にＳｉＯ₂ 下地膜と非晶質Ｓｉ膜１を成膜す
る。次に、フォトリソ工程およびエッチング工程を経
て、図９に示すように、ＴＦＴ形成用非晶質Ｓｉパター
ン１５とフォトリソ位置決め用キーパターン１２と、結
晶化工程および活性化工程に用いるレーザ位置決め用パ
ターン１１を形成した。ここで、上記ＴＦＴ形成用非晶
質Ｓｉパターン１５は上記レーザ位置決め用パターン１
１と同一の個別パターン１８が縦方向と横方向とに繰り
返し設けられる。

【００４２】次に、図１０に示すレーザアニール装置を
用いて、非晶質Ｓｉ膜１を溶融、結晶化させ、多結晶Ｓ
ｉ膜を形成した。具体的には、以下の通りである。結晶
化のためのレーザ光照射に先立って、前記実施の形態１
で示したように、ガラス基板２を動かしつつ、多結晶Ｓ
ｉ膜形成の閾値より低いエネルギー密度で非晶質Ｓｉ膜
１及びレーザ位置決め用パターン部分１１に対してレー
ザ光を照射した。このとき、レーザ位置決め用パターン
部分１１のうち非晶質Ｓｉ膜部分１１ａ（図９参照）を
照射していれば、紫外光をカットした照度計７にほとん
ど発光は観測されない一方、下地膜部１１ｂ（図９参
照）を照射していれば、下地膜部１１ｂから蛍光が発せ
られ、蛍光の強度を照度計７にて計測することができ
る。このことを応用すれば、照度計７で計測した照度が
最大となる場合に、レーザ光の照射パターンとレーザ光
位置決めパターンが一致する。これによって、位置合わ
せが完了する。尚、本実施の形態における位置調整は照
度計７の照度データと基板移動が連動しており、自動的
に行われる。

【００４３】次に、レーザ光照射の位置決めにより得ら
れた相対位置情報を利用して、結晶化のためのレーザ光
照射を行った。ＴＦＴアレイの駆動回路を形成する部分
には、ＴＦＴ特性が高くなる条件、つまり比較的高いエ
ネルギー密度でかつ照射回数を多く照射した。例えば３
８０ｍＪ／ｃｍ² で１５０回の照射を行った。また、Ｔ
ＦＴアレイの画素を形成する部分には、ＴＦＴ特性が安
定し、タクトの良い条件、つまり比較的低いエネルギー
密度でかつ照射回数を少なく照射した。例えば３００ｍ
Ｊ／ｃｍ² で１０回の照射を行った。この後、実施の形
態２と同様に、水素化処理、フォトリソ、エッチング、
成膜を繰り返し、ＴＦＴを作製した。

【００４４】ここで、本実施の形態に示した薄膜トラン
ジスタの製造方法を用いることにより、基板に対するレ
ーザ光照射位置の位置決め精度が向上し、分割されたレ
ーザ光を精度良く、基板上のＴＦＴ形成部分のみに照射
することが可能となった。これにより、高移動度のＴＦ
Ｔのための結晶化条件とタクトの短縮を両立することが
できる。本実施の形態のＴＦＴの特性は、駆動回路部の
移動度が３１０ｃｍ² ／Ｖ・Ｓ画素部の移動度が５０ｃ
ｍ² ／Ｖ・Ｓである。タクトはライン状のレーザ光を用
いて、すべてのＴＦＴが高移動度になる条件で照射する
場合と比較して、搬送時間を除くと２０分の１に短縮さ
れた。尚、レーザ光を分割する方法としては、上記方法
に限定するものではなく、例えば一部の光を透過する反
射鏡（ビームスプリッター）を用いることによっても分
割できる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、照度計を
備えるレーザアニール装置を用い、ガラス基板と非晶質
Ｓｉ膜に対照射位置の位置決め精度が向上し、各々の場
所に適した特性のＴＦＴを形成することが可能となり、
またタクトが向上するといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に記載のガラス基板上に形成され
た非晶質Ｓｉ膜を示す斜視図。

【図２】実施の形態１に記載のレーザアニール装置を示
す斜視図。

【図３】（ａ）は実施の形態１に記載のレーザアニール
装置を用いて結晶化する場合の斜視図、（ｂ）結晶化さ
れた多結晶Ｓｉ膜を示す斜視図。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は実施の形態２に記載の非晶
質Ｓｉ膜のパターンを示す斜視図。

【図５】実施の形態３に記載の非晶質Ｓｉ膜のパターン
を示す斜視図。

【図６】実施の形態３に記載のレーザ照射の位置決め方
法を示す斜視図。

【図７】実施の形態３に記載のレーザ照射による結晶化
工程の後の基板を示す斜視図。

【図８】（ａ）はＴＦＴ移動度のレーザエネルギー密度
依存性を示すグラフ、（ｂ）はＴＦＴ移動度のレーザ照
射回数依存性を示すグラフ。

【図９】実施の形態４に記載の非晶質Ｓｉ膜のパターン
を示す斜視図。

【図１０】実施の形態４に記載のレーザアニール装置を
示す斜視図。

【符号の説明】

１：非晶質Ｓｉ膜 ２：ガラス基板および下地膜 ３：レーザ発振器 ４：反射ミラー ５：光減衰器 ６：レーザ光 ７：照度計または分光光度計 ８：ガラスからの発光 １０：多結晶Ｓｉ膜 １１：レーザ光位置合わせ用パターン １１ａ：非晶質Ｓｉ膜部分 １１ｂ：下地膜部分 １２：フォトリソ位置合わせ用キーパターン １３：駆動回路部 １４：画素形成部 １５：非晶質Ｓｉパターン １６：ホログラフィック光学素子 １７：ホモジナイザー １８：個別パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武富 義尚 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H092 JA24 KA04 KA05 KA10 MA05 MA12 MA15 MA17 MA19 MA30 NA27 PA01 PA07 5F052 AA02 BA07 BA18 BB07 CA10 DB03 JA01 5F110 AA30 CC01 DD02 DD13 EE03 EE44 FF02 FF29 GG15 GG45 HJ12 HL03 HL04 HL23 NN02 NN23 NN55 PP03

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器からのレーザ光を基板に照
   射するレーザアニール装置において、 上記基板からの反射光の強度及び／又は波長を測定する
   光検出手段を有することを特徴とするレーザアニール装
   置。
2. 【請求項２】 前記基板が半導体部と非半導体部とから
   成り、この半導体部と非半導体部との反射光の強度及び
   ／又は波長の差異を前記光検出手段で測定する、請求項
   １記載のレーザアニール装置。
3. 【請求項３】 前記半導体部が非晶質半導体及び／又は
   多結晶半導体から成り、前記非半導体部がガラス及び／
   又は下地膜から成る、請求項２記載のレーザアニール装
   置。
4. 【請求項４】 レーザ発振器からのレーザ光を複数に分
   割するレーザ光分割装置が設けられている、請求項１、
   ２又は３記載のレーザアニール装置。
5. 【請求項５】 基板上に非晶質半導体膜を成膜する成膜
   工程と、非晶質半導体膜のパターンを形成するためのパ
   ターン形成工程と、前記請求項２又は３に記載のレーザ
   アニール装置によりレーザ光を照射して非晶質半導体膜
   を結晶質半導体膜に結晶化させる結晶化工程とを有する
   薄膜トランジスタの製造方法において、前記パターン形
   成工程において形成される非晶質半導体のパターンに、
   レーザ位置決め用のパターンが含まれることを特徴とす
   る薄膜トランジスタの製造方法。
6. 【請求項６】 前記パターン形成工程において形成され
   る非晶質半導体のパターンに、フォトリソ工程で位置決
   めに用いるキーパターンが含まれる、請求項５記載の薄
   膜トランジスタの製造方法。
7. 【請求項７】 前記レーザ位置決め用のパターンが前
   記キーパターンを兼ねる、請求項６記載の薄膜トランジ
   スタの製造方法。
8. 【請求項８】 基板上に非晶質半導体膜を成膜する成膜
   工程と、非晶質半導体膜のパターンを形成するためのパ
   ターン形成工程と、請求項２に記載のレーザアニール装
   置によりレーザ光を照射して結晶質半導体膜を改質する
   活性化工程とを有する薄膜トランジスタの製造方法にお
   いて、 前記パターン形成工程において形成される非晶質半導体
   のパターンに、レーザ位置決め用のパターンが含まれる
   ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
9. 【請求項９】 前記パターン形成工程において形成され
   る非晶質半導体のパターンに、フォトリソ工程で位置決
   めに用いるキーパターンが含まれる、請求項８記載の薄
   膜トランジスタの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記レーザ位置決め用のパターンが
    前記キーパターンを兼ねる、請求項９記載の薄膜トラン
    ジスタの製造方法。
11. 【請求項１１】 レーザ位置決め用の非晶質半導体膜の
    パターンが、前記の結晶化工程または活性化工程で用い
    るレーザ光の照射形状と同一形状である、請求項５、
    ６、７、８、９又は１０記載の薄膜トランジスタの製造
    方法。
12. 【請求項１２】 請求項２に記載のレーザアニール装置
    を用い、基板内の複数の特定の部分に対し、照射エネル
    ギー密度または照射回数等が異なる照射条件でレーザ光
    を照射する結晶化の工程または活性化の工程を有するこ
    とを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記基板内の複数の特定の部分が、駆
    動回路部と画素形成部とから成る、請求項１２記載の薄
    膜トランジスタの製造方法。
14. 【請求項１４】 半導体部に対するレーザ光を照射した
    場合に生じる光と非半導体部に対して照射した場合に生
    じる光の強度及び／又は波長の測定値の差異を利用し、
    基板に対してレーザ光が照射される位置を決める方法を
    用いると共に、前記請求項４記載のレーザ光を分割しう
    るレーザアニール装置を用いて、複数の部分に対して同
    時にレーザ光を照射する結晶化の工程、または活性化の
    工程を有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造
    方法。