JP2001053020A - 半導体薄膜の結晶化方法及び薄膜半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体薄膜の結晶化方法及び薄膜半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ光の照射領域を重ね合わせて大面積の
半導体薄膜を結晶化する際、結晶性を均一化する。 【解決手段】 レーザ光源５１から発したレーザ光５０
を整形して所定の照射領域で所定の強度分布を有するレ
ーザ光５０を形成する整形工程と、予め基板１に成膜さ
れた半導体薄膜２に対して照射領域が部分的に重なるよ
うに走査しながらレーザ光５０を繰り返し照射する照射
工程とを行なって、半導体薄膜２を結晶化する。その
際、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光５０の断面強
度分布が凸型であり、そのピークが走査方向に関し照射
領域の先端と後端との間で中央より先端側に位置する様
にレーザ光５０を整形する。具体的には、照射領域先端
における強度ＲＬがピークの強度ＰＬに比べ３０％以内
の範囲で低くなるようレーザ光５０を整形する。又、照
射領域後端における強度ＴＬがピークの強度ＰＬに比べ
５％を超える範囲で低くなるようにレーザ光を整形す
る。
半導体薄膜を結晶化する際、結晶性を均一化する。 【解決手段】 レーザ光源５１から発したレーザ光５０
を整形して所定の照射領域で所定の強度分布を有するレ
ーザ光５０を形成する整形工程と、予め基板１に成膜さ
れた半導体薄膜２に対して照射領域が部分的に重なるよ
うに走査しながらレーザ光５０を繰り返し照射する照射
工程とを行なって、半導体薄膜２を結晶化する。その
際、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光５０の断面強
度分布が凸型であり、そのピークが走査方向に関し照射
領域の先端と後端との間で中央より先端側に位置する様
にレーザ光５０を整形する。具体的には、照射領域先端
における強度ＲＬがピークの強度ＰＬに比べ３０％以内
の範囲で低くなるようレーザ光５０を整形する。又、照
射領域後端における強度ＴＬがピークの強度ＰＬに比べ
５％を超える範囲で低くなるようにレーザ光を整形す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体薄膜の結晶化
方法及びこの方法に用いるレーザ照射装置に関する。
又、これらの方法及び装置を利用して作成される薄膜ト
ランジスタや表示装置に関する。
方法及びこの方法に用いるレーザ照射装置に関する。
又、これらの方法及び装置を利用して作成される薄膜ト
ランジスタや表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜トランジスタの製造工程を低温プロ
セス化する方法の一環として、レーザ光を用いた結晶化
アニールが開発されている。これは、絶縁基板上に成膜
された非晶質シリコンや比較的粒径の小さな多結晶シリ
コンなど非単結晶性の半導体薄膜にレーザ光を照射して
局部的に加熱した後、その冷却過程で半導体薄膜を比較
的粒径の大きな多結晶に転換（結晶化）するものであ
る。この結晶化した半導体薄膜を活性層（チャネル領
域）として薄膜トランジスタを集積形成する。このよう
な結晶化アニールを採用することで薄膜半導体装置の低
温プロセス化が可能になり、耐熱性に優れた高価な石英
基板ではなく、安価なガラス基板が使えるようになる。
セス化する方法の一環として、レーザ光を用いた結晶化
アニールが開発されている。これは、絶縁基板上に成膜
された非晶質シリコンや比較的粒径の小さな多結晶シリ
コンなど非単結晶性の半導体薄膜にレーザ光を照射して
局部的に加熱した後、その冷却過程で半導体薄膜を比較
的粒径の大きな多結晶に転換（結晶化）するものであ
る。この結晶化した半導体薄膜を活性層（チャネル領
域）として薄膜トランジスタを集積形成する。このよう
な結晶化アニールを採用することで薄膜半導体装置の低
温プロセス化が可能になり、耐熱性に優れた高価な石英
基板ではなく、安価なガラス基板が使えるようになる。
【０００３】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１１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（走査方向）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５
０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の全体にラインビーム５０
が照射できるようにして結晶化アニールを行なう。
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１１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（走査方向）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５
０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の全体にラインビーム５０
が照射できるようにして結晶化アニールを行なう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】レーザ光はレーザ光源
からパルスとして逐次出力される。個々のパルスの強度
（単位面積当りのエネルギー密度）は必ずしも一定では
なく、最新のレーザ光源でも±１５％を超えて変動す
る。この為、パルスを繰り返しオーバーラップして照射
した場合、個々のパルスの強度のバラツキに応じて結晶
化された半導体薄膜の粒径に局所的なバラツキが出てく
る。これは、絶縁基板上に集積形成される薄膜トランジ
スタの特性バラツキとなって表われる。この様な絶縁基
板を用いて液晶パネルなどの表示装置を作成した場合、
画質ムラや画素欠陥になって表われる。
からパルスとして逐次出力される。個々のパルスの強度
（単位面積当りのエネルギー密度）は必ずしも一定では
なく、最新のレーザ光源でも±１５％を超えて変動す
る。この為、パルスを繰り返しオーバーラップして照射
した場合、個々のパルスの強度のバラツキに応じて結晶
化された半導体薄膜の粒径に局所的なバラツキが出てく
る。これは、絶縁基板上に集積形成される薄膜トランジ
スタの特性バラツキとなって表われる。この様な絶縁基
板を用いて液晶パネルなどの表示装置を作成した場合、
画質ムラや画素欠陥になって表われる。
【０００５】図１２は、ラインビームの照射領域の一例
を表わす模式的な平面図である。照射領域は、例えば長
辺が２００ｍｍで短辺が４００μｍの長尺型であり、短
辺方向に沿って走査する。互いに隣り合う照射領域は例
えば９５％の部分がオーバーラップしている。従って、
図示の照射領域を有するラインビームは２０μｍの間隔
でステップ移動される。基板上の一点に着目すると、２
０μｍステップで２０回ラインビームが通過することに
なり、当該地点は合計で２０回レーザ光の照射を受け
る。
を表わす模式的な平面図である。照射領域は、例えば長
辺が２００ｍｍで短辺が４００μｍの長尺型であり、短
辺方向に沿って走査する。互いに隣り合う照射領域は例
えば９５％の部分がオーバーラップしている。従って、
図示の照射領域を有するラインビームは２０μｍの間隔
でステップ移動される。基板上の一点に着目すると、２
０μｍステップで２０回ラインビームが通過することに
なり、当該地点は合計で２０回レーザ光の照射を受け
る。
【０００６】図１３は、図１２に示したＸ−Ｘ線に沿っ
たラインビームの断面強度分布を模式的に示したグラフ
である。一般的に、短軸方向に沿ったラインビームの断
面強度分布は矩形になっている。これを２０μｍステッ
プで走査すると、絶縁基板上のある地点では、レーザ光
が間欠的に２０回照射されることになる。これにより、
該当地点の半導体薄膜はレーザ照射による溶融と冷却に
よる固化を２０回繰り返し、この間に結晶粒が拡大して
いく。しかし、実際には前述した様に個々のレーザビー
ムの強度にバラツキがあり、一点に着目すると常に同レ
ベルのエネルギーが２０回繰り返し照射されるのではな
く、約±１５％のバラツキを持ったエネルギーが当たる
ことになる。一般に、レーザ光強度が高くなる程結晶粒
は拡大していくが、臨界強度を超えると逆に微結晶化し
てしまう。従って、繰り返しパルス照射中に突発的なエ
ネルギーの上方変動があると、結晶粒が逆に微結晶化す
る恐れがある。特に、一箇所に着目した場合、２０回の
繰り返し照射の内、最終回で突発的なエネルギーの上方
変動があると、当該地点の結晶状態は微結晶のままで終
わってしまう。逆に、２０回の繰り返し照射の内最初の
一回で突発的に大きなエネルギーのラインビームが照射
されると、成膜段階で水素を多量に含んでいる非晶質の
シリコン半導体薄膜が溶融した時、水素が突沸（アブレ
ーション）する恐れがある。アブレーションが生じる
と、半導体薄膜自体が変質し、その後繰り返しラインビ
ームを照射しても、正常な結晶粒は得られない。
たラインビームの断面強度分布を模式的に示したグラフ
である。一般的に、短軸方向に沿ったラインビームの断
面強度分布は矩形になっている。これを２０μｍステッ
プで走査すると、絶縁基板上のある地点では、レーザ光
が間欠的に２０回照射されることになる。これにより、
該当地点の半導体薄膜はレーザ照射による溶融と冷却に
よる固化を２０回繰り返し、この間に結晶粒が拡大して
いく。しかし、実際には前述した様に個々のレーザビー
ムの強度にバラツキがあり、一点に着目すると常に同レ
ベルのエネルギーが２０回繰り返し照射されるのではな
く、約±１５％のバラツキを持ったエネルギーが当たる
ことになる。一般に、レーザ光強度が高くなる程結晶粒
は拡大していくが、臨界強度を超えると逆に微結晶化し
てしまう。従って、繰り返しパルス照射中に突発的なエ
ネルギーの上方変動があると、結晶粒が逆に微結晶化す
る恐れがある。特に、一箇所に着目した場合、２０回の
繰り返し照射の内、最終回で突発的なエネルギーの上方
変動があると、当該地点の結晶状態は微結晶のままで終
わってしまう。逆に、２０回の繰り返し照射の内最初の
一回で突発的に大きなエネルギーのラインビームが照射
されると、成膜段階で水素を多量に含んでいる非晶質の
シリコン半導体薄膜が溶融した時、水素が突沸（アブレ
ーション）する恐れがある。アブレーションが生じる
と、半導体薄膜自体が変質し、その後繰り返しラインビ
ームを照射しても、正常な結晶粒は得られない。
【０００７】
【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明は、
レーザ光源から発したレーザ光を整形して所定の照射領
域で所定の強度分布を有するレーザ光を形成する整形工
程と、予め基板に成膜された半導体薄膜に対して照射領
域が部分的に重なるように走査しながらレーザ光を繰り
返し照射する照射工程とからなる半導体薄膜の結晶化方
法において、前記整形工程は、照射領域の走査方向に沿
ったレーザ光の断面強度分布が凸型であり、そのピーク
が走査方向に関し照射領域の先端と後端との間で中央よ
り先端側に位置する様にレーザ光を整形することを特徴
とする。好ましくは、前記整形工程は、照射領域先端に
おける強度がピークの強度に比べ３０％以内の範囲で低
くなるようレーザ光を整形する。又、前記整形工程は、
照射領域後端における強度がピークの強度に比べ５％を
超える範囲で低くなるようにレーザ光を整形する。又、
前記整形工程は、ピークの強度が結晶化不能となる臨界
強度に比べて１０％を超える範囲で低くなるようにレー
ザ光を整形する。前記整形工程は、例えば、断面強度分
布が三角形になる様にレーザ光を整形する。或いは、前
記整形工程は、断面強度分布が放物形になる様にレーザ
光を整形する。一態様では、前記整形工程は、照射領域
が長尺形状となる様にレーザ光を整形し、前記照射工程
は、長尺形状の長辺部が部分的に重なるように長辺と直
交する方向に照射領域を基板に対して相対的に走査す
る。
を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明は、
レーザ光源から発したレーザ光を整形して所定の照射領
域で所定の強度分布を有するレーザ光を形成する整形工
程と、予め基板に成膜された半導体薄膜に対して照射領
域が部分的に重なるように走査しながらレーザ光を繰り
返し照射する照射工程とからなる半導体薄膜の結晶化方
法において、前記整形工程は、照射領域の走査方向に沿
ったレーザ光の断面強度分布が凸型であり、そのピーク
が走査方向に関し照射領域の先端と後端との間で中央よ
り先端側に位置する様にレーザ光を整形することを特徴
とする。好ましくは、前記整形工程は、照射領域先端に
おける強度がピークの強度に比べ３０％以内の範囲で低
くなるようレーザ光を整形する。又、前記整形工程は、
照射領域後端における強度がピークの強度に比べ５％を
超える範囲で低くなるようにレーザ光を整形する。又、
前記整形工程は、ピークの強度が結晶化不能となる臨界
強度に比べて１０％を超える範囲で低くなるようにレー
ザ光を整形する。前記整形工程は、例えば、断面強度分
布が三角形になる様にレーザ光を整形する。或いは、前
記整形工程は、断面強度分布が放物形になる様にレーザ
光を整形する。一態様では、前記整形工程は、照射領域
が長尺形状となる様にレーザ光を整形し、前記照射工程
は、長尺形状の長辺部が部分的に重なるように長辺と直
交する方向に照射領域を基板に対して相対的に走査す
る。
【０００８】本発明は更に、上述した半導体薄膜の結晶
化方法を利用した薄膜半導体装置の製造方法を包含して
いる。即ち、基板に半導体薄膜を成膜する成膜工程と、
レーザ光源から発したレーザ光を整形して所定の照射領
域で所定の強度分布を有するレーザ光を形成する整形工
程と、基板に成膜された半導体薄膜に対して照射領域が
部分的に重なるように走査しながらレーザ光を繰り返し
照射して半導体薄膜を結晶化する照射工程と、結晶化し
た半導体薄膜を素子領域にして薄膜トランジスタを形成
する加工工程とからなる薄膜半導体装置の製造方法にお
いて、前記整形工程は、照射領域の走査方向に沿ったレ
ーザ光の断面強度分布が凸型であり、そのピークが走査
方向に関し照射領域の先端と後端との間で中央より先端
側に位置する様にレーザ光を整形することを特徴とす
る。
化方法を利用した薄膜半導体装置の製造方法を包含して
いる。即ち、基板に半導体薄膜を成膜する成膜工程と、
レーザ光源から発したレーザ光を整形して所定の照射領
域で所定の強度分布を有するレーザ光を形成する整形工
程と、基板に成膜された半導体薄膜に対して照射領域が
部分的に重なるように走査しながらレーザ光を繰り返し
照射して半導体薄膜を結晶化する照射工程と、結晶化し
た半導体薄膜を素子領域にして薄膜トランジスタを形成
する加工工程とからなる薄膜半導体装置の製造方法にお
いて、前記整形工程は、照射領域の走査方向に沿ったレ
ーザ光の断面強度分布が凸型であり、そのピークが走査
方向に関し照射領域の先端と後端との間で中央より先端
側に位置する様にレーザ光を整形することを特徴とす
る。
【０００９】又、本発明は、上述した半導体薄膜の結晶
化方法に用いるレーザ照射装置を包含している。即ち、
予め基板に成膜された半導体薄膜にレーザ光を照射して
半導体薄膜の結晶化を行なう為、レーザ光を発するレー
ザ光源と、このレーザ光を整形して所定の照射領域で所
定の強度分布を有するレーザ光を形成する整形手段と、
予め基板に成膜された半導体薄膜に対して照射領域が部
分的に重なるように走査しながらレーザ光を繰り返し照
射する照射手段とを備えたレーザ照射装置において、前
記整形手段は、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光の
断面強度分布が凸型であり、そのピークが走査方向に関
し照射領域の先端と後端との間で中央より先端側に位置
する様にレーザ光を整形することを特徴とする。
化方法に用いるレーザ照射装置を包含している。即ち、
予め基板に成膜された半導体薄膜にレーザ光を照射して
半導体薄膜の結晶化を行なう為、レーザ光を発するレー
ザ光源と、このレーザ光を整形して所定の照射領域で所
定の強度分布を有するレーザ光を形成する整形手段と、
予め基板に成膜された半導体薄膜に対して照射領域が部
分的に重なるように走査しながらレーザ光を繰り返し照
射する照射手段とを備えたレーザ照射装置において、前
記整形手段は、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光の
断面強度分布が凸型であり、そのピークが走査方向に関
し照射領域の先端と後端との間で中央より先端側に位置
する様にレーザ光を整形することを特徴とする。
【００１０】加えて本発明は、上述した半導体薄膜結晶
化方法及びレーザ照射装置を利用して作成された薄膜ト
ランジスタを包含している。即ち、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、レーザ光源から発したレーザ光を整形して所定の照
射領域で所定の強度分布を有するレーザ光を形成し、照
射領域が部分的に重なるように走査しながら該整形され
たレーザ光を繰り返し照射して結晶化されたものであ
り、特に、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光の断面
強度分布が凸型であり、そのピークが走査方向に関し照
射領域の先端と後端との間で中央より先端側に位置する
様に整形されたレーザ光の照射により結晶化されている
ことを特徴とする。
化方法及びレーザ照射装置を利用して作成された薄膜ト
ランジスタを包含している。即ち、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、レーザ光源から発したレーザ光を整形して所定の照
射領域で所定の強度分布を有するレーザ光を形成し、照
射領域が部分的に重なるように走査しながら該整形され
たレーザ光を繰り返し照射して結晶化されたものであ
り、特に、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光の断面
強度分布が凸型であり、そのピークが走査方向に関し照
射領域の先端と後端との間で中央より先端側に位置する
様に整形されたレーザ光の照射により結晶化されている
ことを特徴とする。
【００１１】更に、本発明は上述した薄膜トランジスタ
を含んだアクティブマトリクス型の表示装置を包含して
いる。即ち、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、レーザ光源から発したレ
ーザ光を整形して所定の照射領域で所定の強度分布を有
するレーザ光を形成し、照射領域が部分的に重なるよう
に走査しながら該整形されたレーザ光を繰り返し照射し
て結晶化されたものであり、特に、照射領域の走査方向
に沿ったレーザ光の断面強度分布が凸型であり、そのピ
ークが走査方向に関し照射領域の先端と後端との間で中
央より先端側に位置する様に整形されたレーザ光の照射
により結晶化されていることを特徴とする。
を含んだアクティブマトリクス型の表示装置を包含して
いる。即ち、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、レーザ光源から発したレ
ーザ光を整形して所定の照射領域で所定の強度分布を有
するレーザ光を形成し、照射領域が部分的に重なるよう
に走査しながら該整形されたレーザ光を繰り返し照射し
て結晶化されたものであり、特に、照射領域の走査方向
に沿ったレーザ光の断面強度分布が凸型であり、そのピ
ークが走査方向に関し照射領域の先端と後端との間で中
央より先端側に位置する様に整形されたレーザ光の照射
により結晶化されていることを特徴とする。
【００１２】本発明によれば、照射領域の走査方向に沿
ったレーザ光の断面強度分布が凸型となる様に整形して
いる。特に、凸型の断面強度分布のピークが走査方向に
関し照射領域の先端と後端との間で中央より先端側に位
置する様にレーザ光を整形している。従って、丁度ピー
クの位置で強度が突発的に上方変動し、臨界強度を超え
て一旦微結晶化しても、その後繰り返しレーザ光の照射
を受ける余地があるので、結晶状態が回復可能である。
即ち、ピークを中央より先端側に持っていくことで、突
発的なバラツキにより一旦微結晶化しても、その後の照
射で再び多結晶状態に回復する。尚、先端部の強度は低
く抑えられているので、ここに強度の突発的な上方変動
が生じても、極端に温度が上昇することはなく、アブレ
ーションを防ぐことが可能である。又、ピークに比べて
後端側のエネルギー強度も若干低めに抑えられている。
従って、ここに突発的なエネルギーの上方変動が生じて
も、容易に臨界強度を超える恐れがなく、回復不能な微
結晶化を生じる恐れはない。加えて、仮にピークの部分
で微結晶化が生じても、その後の後端側における低めの
強度のレーザ光照射により回復可能である。
ったレーザ光の断面強度分布が凸型となる様に整形して
いる。特に、凸型の断面強度分布のピークが走査方向に
関し照射領域の先端と後端との間で中央より先端側に位
置する様にレーザ光を整形している。従って、丁度ピー
クの位置で強度が突発的に上方変動し、臨界強度を超え
て一旦微結晶化しても、その後繰り返しレーザ光の照射
を受ける余地があるので、結晶状態が回復可能である。
即ち、ピークを中央より先端側に持っていくことで、突
発的なバラツキにより一旦微結晶化しても、その後の照
射で再び多結晶状態に回復する。尚、先端部の強度は低
く抑えられているので、ここに強度の突発的な上方変動
が生じても、極端に温度が上昇することはなく、アブレ
ーションを防ぐことが可能である。又、ピークに比べて
後端側のエネルギー強度も若干低めに抑えられている。
従って、ここに突発的なエネルギーの上方変動が生じて
も、容易に臨界強度を超える恐れがなく、回復不能な微
結晶化を生じる恐れはない。加えて、仮にピークの部分
で微結晶化が生じても、その後の後端側における低めの
強度のレーザ光照射により回復可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係るレーザ
照射装置及び半導体薄膜結晶化方法の一例を示す模式図
である。（Ａ）に示す様に、本レーザ照射装置は、レー
ザ発振器（レーザ光源）５１にて発振したレーザ光５０
をアッテネータ５２を用いて適当なエネルギー強度に調
節する。更に、ホモジナイザなどを含む光学系５３によ
り、レーザ光５０は例えば長尺形状に整形される。そし
て、チャンバ５４の中のＸＹステージ５５上に置かれた
絶縁基板１にレーザ光５０を照射する。尚、絶縁基板１
の上には予め処理対象となる半導体薄膜２が成膜されて
いる。チャンバ５４内は、窒素雰囲気、大気雰囲気、そ
の他のガス雰囲気、あるいはドライポンプなどにより作
られた真空雰囲気となっている。場合によっては、チャ
ンバ５４を用いずＸＹステージ５５のみで大気雰囲気下
結晶化アニールを行なってもよい。絶縁基板１の上に例
えば非晶質シリコンからなる半導体薄膜２を適当な方法
で成膜しておくと、レーザ光５０の照射により、非晶質
シリコンは多結晶シリコンに転換される。以上の説明か
ら明らかな様に、アッテネータ５２及びホモジナイザ等
光学系５３は整形手段を構成しており、レーザ光５０を
整形して所定の照射領域で所定の強度分布を有するレー
ザ光５０を形成する。又、ステージ５５は照射手段の一
部を構成しており、予め基板１に成膜された半導体薄膜
２に対して照射領域が部分的に重なる様に走査しながら
レーザ光を繰り返し照射する。
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係るレーザ
照射装置及び半導体薄膜結晶化方法の一例を示す模式図
である。（Ａ）に示す様に、本レーザ照射装置は、レー
ザ発振器（レーザ光源）５１にて発振したレーザ光５０
をアッテネータ５２を用いて適当なエネルギー強度に調
節する。更に、ホモジナイザなどを含む光学系５３によ
り、レーザ光５０は例えば長尺形状に整形される。そし
て、チャンバ５４の中のＸＹステージ５５上に置かれた
絶縁基板１にレーザ光５０を照射する。尚、絶縁基板１
の上には予め処理対象となる半導体薄膜２が成膜されて
いる。チャンバ５４内は、窒素雰囲気、大気雰囲気、そ
の他のガス雰囲気、あるいはドライポンプなどにより作
られた真空雰囲気となっている。場合によっては、チャ
ンバ５４を用いずＸＹステージ５５のみで大気雰囲気下
結晶化アニールを行なってもよい。絶縁基板１の上に例
えば非晶質シリコンからなる半導体薄膜２を適当な方法
で成膜しておくと、レーザ光５０の照射により、非晶質
シリコンは多結晶シリコンに転換される。以上の説明か
ら明らかな様に、アッテネータ５２及びホモジナイザ等
光学系５３は整形手段を構成しており、レーザ光５０を
整形して所定の照射領域で所定の強度分布を有するレー
ザ光５０を形成する。又、ステージ５５は照射手段の一
部を構成しており、予め基板１に成膜された半導体薄膜
２に対して照射領域が部分的に重なる様に走査しながら
レーザ光を繰り返し照射する。
【００１４】（Ｂ）は、上述した整形手段によって整形
されたレーザ光の断面強度分布を模式的に表わしてい
る。ここでは、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光の
断面強度分布が凸型であり、そのピークＰが走査方向に
関し照射領域の先端と後端との間で中央より先端側に位
置する様にレーザ光を整形する。この様な整形は、ホモ
ジナイザやカットフィルタを調整することで実現可能で
ある。前述した様に、ピークＰを中央より先端側の位置
ＰＰに置くことで、仮に繰り返し照射の先の段階で微結
晶化が起きても、後の段階でこれを修復することが可能
である。好ましくは、ピークＰの強度レベルＰＬが、結
晶化不能となる臨界強度ＣＬに比べて１０％を超える範
囲で低くなる様にレーザ光を整形する。前述した様に、
レーザ光の強度は±１５％の範囲で変動する。従って、
ピークレベルＰＬを臨界強度ＣＬより１５％以上下げれ
ば突発的な変動による微結晶化などは生じない。しかし
これでは全体的なレーザ光強度が弱すぎ、レーザ光のエ
ネルギーの有効利用が図れない。そこで、本実施形態で
はピークレベルＰＬを臨界強度ＣＬに対して１０％程度
の余裕を持たせる様にしている。従って、場合によって
はピークレベルＰＬがＣＬを超えてしまい、微結晶化が
生じる恐れもある。しかし、その場合には若干低めに設
定された後端側のレベルＴＬでレーザ光が繰り返し照射
される為、多結晶に回復可能である。又、本実施形態で
は、照射領域先端における強度ＲＬがピークＰの強度レ
ベルＰＬに比べ３０％以内の範囲で低くなる様にレーザ
光を整形している。これにより、先端で突発的なエネル
ギーの上方変動があっても、アブレーションを防ぐこと
ができる。尚、先端の強度レベルＲＬをピークレベルＰ
Ｌより３０％を超える範囲で低くすると、レーザ光強度
が弱すぎ、結晶化にとって無効になる。更に、照射領域
後端における強度ＴＬがピーク強度ＰＬに比べ５％を超
える範囲で低くなる様にレーザ光を整形している。従っ
て、臨界強度レベルＣＬに比べると後端での強度レベル
ＴＬは１５％程低くなる。突発的な上方変動が生じても
１５％を超えることはないので、後端側のレベルＴＬは
臨界強度ＣＬを超えない。従って、後端側で微結晶化が
生じる恐れはない。尚、ピークレベルＰＬに比べ後端側
の強度レベルＴＬを若干低く設定することで別の効果が
得られる。一般に、レーザアニールでは、結晶化前の半
導体薄膜の膜厚によって最適なエネルギー密度が異な
る。通常は膜厚のバラツキの最大に合わせてエネルギー
密度を決める。この様にすると、薄い膜の部分はエネル
ギーが強すぎて、臨界強度を超え微結晶化し易い。この
点、（Ｂ）に示したプロファイルを使えば、ピークＰ後
の少し弱めに設定されたエネルギーによって、膜厚が薄
い部分の結晶状態が整えられる。即ち、膜厚の薄い部分
に対してプロファイルの後端側のレベルＴＬが最適化さ
れている。一方、プロファイルのピークレベルＰＬは膜
厚が厚い部分に対して最適化されている。これにより、
全体として膜厚のバラツキに依存することなく均一な結
晶粒が得られる。尚、（Ｂ）に示したプロファイルは一
例であって、一般的にはピークが先端側にシフトした凸
型のプロファイルであればよい。例えば、三角形のプロ
ファイルでもよく、あるいは放物形のプロファイルであ
ってもよい。三角形のプロファイルの場合、頂点が中央
より先端側に位置し、頂点から先端側に向かう傾斜が急
であり、頂点から後端側に向かう傾斜が比較的緩やかな
形状になる。
されたレーザ光の断面強度分布を模式的に表わしてい
る。ここでは、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光の
断面強度分布が凸型であり、そのピークＰが走査方向に
関し照射領域の先端と後端との間で中央より先端側に位
置する様にレーザ光を整形する。この様な整形は、ホモ
ジナイザやカットフィルタを調整することで実現可能で
ある。前述した様に、ピークＰを中央より先端側の位置
ＰＰに置くことで、仮に繰り返し照射の先の段階で微結
晶化が起きても、後の段階でこれを修復することが可能
である。好ましくは、ピークＰの強度レベルＰＬが、結
晶化不能となる臨界強度ＣＬに比べて１０％を超える範
囲で低くなる様にレーザ光を整形する。前述した様に、
レーザ光の強度は±１５％の範囲で変動する。従って、
ピークレベルＰＬを臨界強度ＣＬより１５％以上下げれ
ば突発的な変動による微結晶化などは生じない。しかし
これでは全体的なレーザ光強度が弱すぎ、レーザ光のエ
ネルギーの有効利用が図れない。そこで、本実施形態で
はピークレベルＰＬを臨界強度ＣＬに対して１０％程度
の余裕を持たせる様にしている。従って、場合によって
はピークレベルＰＬがＣＬを超えてしまい、微結晶化が
生じる恐れもある。しかし、その場合には若干低めに設
定された後端側のレベルＴＬでレーザ光が繰り返し照射
される為、多結晶に回復可能である。又、本実施形態で
は、照射領域先端における強度ＲＬがピークＰの強度レ
ベルＰＬに比べ３０％以内の範囲で低くなる様にレーザ
光を整形している。これにより、先端で突発的なエネル
ギーの上方変動があっても、アブレーションを防ぐこと
ができる。尚、先端の強度レベルＲＬをピークレベルＰ
Ｌより３０％を超える範囲で低くすると、レーザ光強度
が弱すぎ、結晶化にとって無効になる。更に、照射領域
後端における強度ＴＬがピーク強度ＰＬに比べ５％を超
える範囲で低くなる様にレーザ光を整形している。従っ
て、臨界強度レベルＣＬに比べると後端での強度レベル
ＴＬは１５％程低くなる。突発的な上方変動が生じても
１５％を超えることはないので、後端側のレベルＴＬは
臨界強度ＣＬを超えない。従って、後端側で微結晶化が
生じる恐れはない。尚、ピークレベルＰＬに比べ後端側
の強度レベルＴＬを若干低く設定することで別の効果が
得られる。一般に、レーザアニールでは、結晶化前の半
導体薄膜の膜厚によって最適なエネルギー密度が異な
る。通常は膜厚のバラツキの最大に合わせてエネルギー
密度を決める。この様にすると、薄い膜の部分はエネル
ギーが強すぎて、臨界強度を超え微結晶化し易い。この
点、（Ｂ）に示したプロファイルを使えば、ピークＰ後
の少し弱めに設定されたエネルギーによって、膜厚が薄
い部分の結晶状態が整えられる。即ち、膜厚の薄い部分
に対してプロファイルの後端側のレベルＴＬが最適化さ
れている。一方、プロファイルのピークレベルＰＬは膜
厚が厚い部分に対して最適化されている。これにより、
全体として膜厚のバラツキに依存することなく均一な結
晶粒が得られる。尚、（Ｂ）に示したプロファイルは一
例であって、一般的にはピークが先端側にシフトした凸
型のプロファイルであればよい。例えば、三角形のプロ
ファイルでもよく、あるいは放物形のプロファイルであ
ってもよい。三角形のプロファイルの場合、頂点が中央
より先端側に位置し、頂点から先端側に向かう傾斜が急
であり、頂点から後端側に向かう傾斜が比較的緩やかな
形状になる。
【００１５】図２は、半導体薄膜の膜厚と、レーザ光の
エネルギー密度（強度）との関係を示すグラフである。
グラフから明らかな様に、膜厚が５０ｎｍを超えると、
レーザアニールによって良好な結晶状態を得ることは難
しい。膜厚５０ｎｍの半導体薄膜に着目すると、エネル
ギー密度が１５０ｍＪ／ｃｍ2 以下では、レーザ光強度
が弱すぎそもそも半導体薄膜が溶融しない。即ち、エネ
ルギー密度１５０ｍＪ／ｃｍ2 以下は非メルト領域であ
る。エネルギー密度が２００ｍＪ／ｃｍ2 以下では部分
的にしか結晶化せず、レーザ光強度はやはり弱い。エネ
ルギー密度が２００ｍＪ／ｃｍ2 乃至３００ｍＪ／ｃｍ
2 の範囲は平坦結晶化領域で、良好な多結晶が得られ
る。膜厚が５０ｎｍを超えると、このエネルギー密度の
範囲でも凹凸結晶化領域となり、半導体薄膜の表面に凹
凸が表われてしまう。エネルギー密度が３００ｍＪ／ｃ
ｍ2 を超えると逆にレーザ光強度が高すぎて微結晶化が
生じ、アモルファス化領域となる。即ち、エネルギー密
度３００ｍＪ／ｃｍ2 が臨界強度である。但し、このエ
ネルギー密度の値は例示であって、実際にはレーザ光の
パルス幅などにより大きく変動する。図２の例はレーザ
光のパルス幅が２０ｎｓの場合である。
エネルギー密度（強度）との関係を示すグラフである。
グラフから明らかな様に、膜厚が５０ｎｍを超えると、
レーザアニールによって良好な結晶状態を得ることは難
しい。膜厚５０ｎｍの半導体薄膜に着目すると、エネル
ギー密度が１５０ｍＪ／ｃｍ2 以下では、レーザ光強度
が弱すぎそもそも半導体薄膜が溶融しない。即ち、エネ
ルギー密度１５０ｍＪ／ｃｍ2 以下は非メルト領域であ
る。エネルギー密度が２００ｍＪ／ｃｍ2 以下では部分
的にしか結晶化せず、レーザ光強度はやはり弱い。エネ
ルギー密度が２００ｍＪ／ｃｍ2 乃至３００ｍＪ／ｃｍ
2 の範囲は平坦結晶化領域で、良好な多結晶が得られ
る。膜厚が５０ｎｍを超えると、このエネルギー密度の
範囲でも凹凸結晶化領域となり、半導体薄膜の表面に凹
凸が表われてしまう。エネルギー密度が３００ｍＪ／ｃ
ｍ2 を超えると逆にレーザ光強度が高すぎて微結晶化が
生じ、アモルファス化領域となる。即ち、エネルギー密
度３００ｍＪ／ｃｍ2 が臨界強度である。但し、このエ
ネルギー密度の値は例示であって、実際にはレーザ光の
パルス幅などにより大きく変動する。図２の例はレーザ
光のパルス幅が２０ｎｓの場合である。
【００１６】図３は、エネルギー密度と結晶粒径との関
係を示すグラフである。横軸に相対値でエネルギー密度
を取り、縦軸に相対値で結晶粒径を取ってある。尚、繰
り返し照射回数をパラメータに取ってあり、ここで１回
照射と５回照射と１０回照射の場合を例に取ってグラフ
化してある。図示する様に、照射回数が増える程結晶粒
径は大きくなっており、良好な結晶状態が得られる。即
ち、繰り返し照射方式は良好な結晶状態を得る為に有効
である。但し、１０回照射のグラフに着目すれば明らか
な様に、エネルギー密度が高すぎると、逆に得られた結
晶粒径は小さくなっている。この結果から、レーザ光の
エネルギー密度を最適化する必要があることが分かる。
係を示すグラフである。横軸に相対値でエネルギー密度
を取り、縦軸に相対値で結晶粒径を取ってある。尚、繰
り返し照射回数をパラメータに取ってあり、ここで１回
照射と５回照射と１０回照射の場合を例に取ってグラフ
化してある。図示する様に、照射回数が増える程結晶粒
径は大きくなっており、良好な結晶状態が得られる。即
ち、繰り返し照射方式は良好な結晶状態を得る為に有効
である。但し、１０回照射のグラフに着目すれば明らか
な様に、エネルギー密度が高すぎると、逆に得られた結
晶粒径は小さくなっている。この結果から、レーザ光の
エネルギー密度を最適化する必要があることが分かる。
【００１７】図４は、照射回数と結晶粒径との関係を示
すグラフである。このグラフは、微結晶状態にある半導
体薄膜にレーザ光の照射を繰り返すことで、結晶状態が
回復することを表わしている。例えば、初期の微結晶状
態では結晶粒径は５０ｎｍ以下である。これに対し１回
照射すると結晶粒径は１５０ｎｍ程度まで回復する。更
に５回照射を繰り返せば、結晶粒径は３５０ｎｍまで回
復する。この様に、臨界強度を超えるエネルギー密度の
レーザ光の照射で一旦微結晶状態になっても、その後臨
界強度以下のレーザ光を繰り返し照射することで、結晶
状態を回復可能である。
すグラフである。このグラフは、微結晶状態にある半導
体薄膜にレーザ光の照射を繰り返すことで、結晶状態が
回復することを表わしている。例えば、初期の微結晶状
態では結晶粒径は５０ｎｍ以下である。これに対し１回
照射すると結晶粒径は１５０ｎｍ程度まで回復する。更
に５回照射を繰り返せば、結晶粒径は３５０ｎｍまで回
復する。この様に、臨界強度を超えるエネルギー密度の
レーザ光の照射で一旦微結晶状態になっても、その後臨
界強度以下のレーザ光を繰り返し照射することで、結晶
状態を回復可能である。
【００１８】図５は、臨界強度を超えるレーザ光の照射
により微結晶化されたシリコン半導体薄膜の表面を表わ
す顕微鏡写真である。図６は、図５に示した微結晶化状
態の半導体薄膜にレーザ光を１回照射して再結晶化した
状態を表わす顕微鏡写真である。更に、図７は５回レー
ザ光照射を繰り返して再結晶化した状態を示す顕微鏡写
真である。図５乃至図７を比較すれば明らかな様に、微
結晶化した半導体薄膜は繰り返し照射により多結晶状態
に復帰できる。
により微結晶化されたシリコン半導体薄膜の表面を表わ
す顕微鏡写真である。図６は、図５に示した微結晶化状
態の半導体薄膜にレーザ光を１回照射して再結晶化した
状態を表わす顕微鏡写真である。更に、図７は５回レー
ザ光照射を繰り返して再結晶化した状態を示す顕微鏡写
真である。図５乃至図７を比較すれば明らかな様に、微
結晶化した半導体薄膜は繰り返し照射により多結晶状態
に復帰できる。
【００１９】図８は、本発明に係る薄膜トランジスタの
製造方法の一例を示す工程図である。これは、ボトムゲ
ート構造の薄膜トランジスタの製造方法を示す。まず
（ａ）に示すように、ガラス等からなる絶縁基板１の上
にＡｌ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｒ，Ｃｕまたはこれらの合
金を１００乃至２００ｎｍの厚みで形成し、パタニング
してゲート電極５に加工する。
製造方法の一例を示す工程図である。これは、ボトムゲ
ート構造の薄膜トランジスタの製造方法を示す。まず
（ａ）に示すように、ガラス等からなる絶縁基板１の上
にＡｌ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｒ，Ｃｕまたはこれらの合
金を１００乃至２００ｎｍの厚みで形成し、パタニング
してゲート電極５に加工する。
【００２０】次いで（ｂ）に示すように、ゲート電極５
の上にゲート絶縁膜を形成する。本例では、ゲート絶縁
膜はゲート窒化膜３（ＳｉＮx ）／ゲート酸化膜４（Ｓ
ｉＯ 2 ）の二層構造を用いた。ゲート窒化膜３はＳｉＨ
4 ガスとＮＨ3 ガスの混合物を原料気体として用い、プ
ラズマＣＶＤ法（ＰＣＶＤ法）で成膜した。尚、プラズ
マＣＶＤに変えて常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤを用いてもよ
い。本実施例では、ゲート窒化膜３を５０ｎｍの厚みで
堆積した。ゲート窒化膜３の成膜に連続してゲート酸化
膜４を約２００ｎｍの厚みで成膜する。さらにゲート酸
化膜４の上に連続的に非晶質シリコンからなる半導体薄
膜２を約４０ｎｍの厚みで成膜した。二層構造のゲート
絶縁膜と非晶質半導体薄膜２は成膜チャンバの真空系を
破らず連続成膜した。以上の成膜でプラズマＣＶＤ法を
用いた場合には、４００乃至４５０℃の温度で窒素雰囲
気中１時間程度加熱処理を行い、非晶質半導体薄膜２に
含有されていた水素を放出する。いわゆる脱水素アニー
ルを行なう。次いでレーザ光５０を照射し、非晶質半導
体薄膜２を結晶化する。レーザ光５０としてはエキシマ
レーザビームを用いることができる。いわゆるレーザア
ニールは６００℃以下のプロセス温度で半導体薄膜を結
晶化するための有力な手段である。本実施例では、パル
ス状に励起されたレーザ光５０を非晶質半導体薄膜２に
照射して結晶化を行なう。具体的には、レーザ光源から
発したレーザ光５０を整形して所定の照射領域で所定の
強度分布を有するレーザ光を形成する整形工程と、予め
基板１に成膜された半導体薄膜２に対して照射領域が部
分的に重なるように走査しながらレーザ光５０を繰り返
し照射する照射工程を行なう。ここで、整形工程は、照
射領域の走査方向に沿ったレーザ光５０の断面強度分布
が凸型であり、そのピークが走査方向に関し照射領域の
先端と後端との間で中央より先端側に位置する様にレー
ザ光５０を整形する。
の上にゲート絶縁膜を形成する。本例では、ゲート絶縁
膜はゲート窒化膜３（ＳｉＮx ）／ゲート酸化膜４（Ｓ
ｉＯ 2 ）の二層構造を用いた。ゲート窒化膜３はＳｉＨ
4 ガスとＮＨ3 ガスの混合物を原料気体として用い、プ
ラズマＣＶＤ法（ＰＣＶＤ法）で成膜した。尚、プラズ
マＣＶＤに変えて常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤを用いてもよ
い。本実施例では、ゲート窒化膜３を５０ｎｍの厚みで
堆積した。ゲート窒化膜３の成膜に連続してゲート酸化
膜４を約２００ｎｍの厚みで成膜する。さらにゲート酸
化膜４の上に連続的に非晶質シリコンからなる半導体薄
膜２を約４０ｎｍの厚みで成膜した。二層構造のゲート
絶縁膜と非晶質半導体薄膜２は成膜チャンバの真空系を
破らず連続成膜した。以上の成膜でプラズマＣＶＤ法を
用いた場合には、４００乃至４５０℃の温度で窒素雰囲
気中１時間程度加熱処理を行い、非晶質半導体薄膜２に
含有されていた水素を放出する。いわゆる脱水素アニー
ルを行なう。次いでレーザ光５０を照射し、非晶質半導
体薄膜２を結晶化する。レーザ光５０としてはエキシマ
レーザビームを用いることができる。いわゆるレーザア
ニールは６００℃以下のプロセス温度で半導体薄膜を結
晶化するための有力な手段である。本実施例では、パル
ス状に励起されたレーザ光５０を非晶質半導体薄膜２に
照射して結晶化を行なう。具体的には、レーザ光源から
発したレーザ光５０を整形して所定の照射領域で所定の
強度分布を有するレーザ光を形成する整形工程と、予め
基板１に成膜された半導体薄膜２に対して照射領域が部
分的に重なるように走査しながらレーザ光５０を繰り返
し照射する照射工程を行なう。ここで、整形工程は、照
射領域の走査方向に沿ったレーザ光５０の断面強度分布
が凸型であり、そのピークが走査方向に関し照射領域の
先端と後端との間で中央より先端側に位置する様にレー
ザ光５０を整形する。
【００２１】（ｃ）に示すように、前工程で結晶化され
た多結晶半導体薄膜２の上に例えばプラズマＣＶＤ法で
ＳｉＯ2 を約１００ｎｍ乃至３００ｎｍの厚みで形成す
る。このＳｉＯ2 を所定の形状にパタニングしてストッ
パー膜１６に加工する。この場合、裏面露光技術を用い
てゲート電極５と整合するようにストッパー膜１６をパ
タニングしている。ストッパー膜１６の直下に位置する
多結晶半導体薄膜２の部分はチャネル領域Ｃｈとして保
護される。続いて、ストッパー膜１６をマスクとしてイ
オンドーピングにより不純物（たとえばＰ＋イオン）を
半導体薄膜２に注入し、ＬＤＤ領域を形成する。この時
のドーズ量は例えば６×１０12乃至５×１０13／ｃｍ2
である。さらにストッパー膜１６及びその両側のＬＤＤ
領域を被覆するようにフォトレジストをパタニング形成
したあと、これをマスクとして不純物（たとえばＰ＋イ
オン）を高濃度で注入し、ソース領域Ｓ及びドレイン領
域Ｄを形成する。不純物注入には、例えばイオンドーピ
ングを用いることができる。これは質量分離をかけるこ
となく電界加速で不純物を注入するものであり、本実施
例では１×１０15／ｃｍ2 程度のドーズ量で不純物を注
入し、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成した。
尚、図示しないが、Ｐチャネルの薄膜トランジスタを形
成する場合には、Ｎチャネル型薄膜トランジスタの領域
をフォトレジストで被覆したあと、不純物をＰ＋イオン
からＢ＋イオンに切換えドーズ量１×１０15／ｃｍ2 程
度でイオンドーピングすればよい。
た多結晶半導体薄膜２の上に例えばプラズマＣＶＤ法で
ＳｉＯ2 を約１００ｎｍ乃至３００ｎｍの厚みで形成す
る。このＳｉＯ2 を所定の形状にパタニングしてストッ
パー膜１６に加工する。この場合、裏面露光技術を用い
てゲート電極５と整合するようにストッパー膜１６をパ
タニングしている。ストッパー膜１６の直下に位置する
多結晶半導体薄膜２の部分はチャネル領域Ｃｈとして保
護される。続いて、ストッパー膜１６をマスクとしてイ
オンドーピングにより不純物（たとえばＰ＋イオン）を
半導体薄膜２に注入し、ＬＤＤ領域を形成する。この時
のドーズ量は例えば６×１０12乃至５×１０13／ｃｍ2
である。さらにストッパー膜１６及びその両側のＬＤＤ
領域を被覆するようにフォトレジストをパタニング形成
したあと、これをマスクとして不純物（たとえばＰ＋イ
オン）を高濃度で注入し、ソース領域Ｓ及びドレイン領
域Ｄを形成する。不純物注入には、例えばイオンドーピ
ングを用いることができる。これは質量分離をかけるこ
となく電界加速で不純物を注入するものであり、本実施
例では１×１０15／ｃｍ2 程度のドーズ量で不純物を注
入し、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成した。
尚、図示しないが、Ｐチャネルの薄膜トランジスタを形
成する場合には、Ｎチャネル型薄膜トランジスタの領域
をフォトレジストで被覆したあと、不純物をＰ＋イオン
からＢ＋イオンに切換えドーズ量１×１０15／ｃｍ2 程
度でイオンドーピングすればよい。
【００２２】このあと、多結晶半導体薄膜２に注入され
た不純物を活性化する。例えば、エキシマレーザ光源を
用いたレーザ活性化アニールが行なわれる。即ち、エキ
シマレーザのパルスを走査しながらガラス基板１に照射
して、多結晶半導体薄膜２に注入されていた不純物を活
性化する。
た不純物を活性化する。例えば、エキシマレーザ光源を
用いたレーザ活性化アニールが行なわれる。即ち、エキ
シマレーザのパルスを走査しながらガラス基板１に照射
して、多結晶半導体薄膜２に注入されていた不純物を活
性化する。
【００２３】最後に（ｄ）に示すように、ＳｉＯ2 を約
２００ｎｍの厚みで成膜し、層間絶縁膜６とする。層間
絶縁膜６の形成後、ＳｉＮx をプラズマＣＶＤ法で約２
００乃至４００ｎｍ成膜し、パシベーション膜（キャッ
プ膜）８とする。この段階で窒素ガス又はフォーミング
ガス中又は真空中雰囲気下で３５０℃程度の加熱処理を
１時間行い、層間絶縁膜６に含まれる水素原子を半導体
薄膜２中に拡散させる。この後、コンタクトホールを開
口し、Ｍｏ，Ａｌなどを２００乃至４００ｎｍの厚みで
スパッタした後、所定の形状にパタニングして配線電極
７に加工する。さらに、アクリル樹脂などからなる平坦
化層１０を１μｍ程度の厚みで塗布したあと、コンタク
トホールを開口する。平坦化層１０の上にＩＴＯやＩＸ
Ｏ等からなる透明導電膜をスパッタした後、所定の形状
にパタニングして画素電極１１に加工する。
２００ｎｍの厚みで成膜し、層間絶縁膜６とする。層間
絶縁膜６の形成後、ＳｉＮx をプラズマＣＶＤ法で約２
００乃至４００ｎｍ成膜し、パシベーション膜（キャッ
プ膜）８とする。この段階で窒素ガス又はフォーミング
ガス中又は真空中雰囲気下で３５０℃程度の加熱処理を
１時間行い、層間絶縁膜６に含まれる水素原子を半導体
薄膜２中に拡散させる。この後、コンタクトホールを開
口し、Ｍｏ，Ａｌなどを２００乃至４００ｎｍの厚みで
スパッタした後、所定の形状にパタニングして配線電極
７に加工する。さらに、アクリル樹脂などからなる平坦
化層１０を１μｍ程度の厚みで塗布したあと、コンタク
トホールを開口する。平坦化層１０の上にＩＴＯやＩＸ
Ｏ等からなる透明導電膜をスパッタした後、所定の形状
にパタニングして画素電極１１に加工する。
【００２４】図９を参照して、本発明に係る薄膜トラン
ジスタの他の例を説明する。まず（ａ）に示す様に、絶
縁基板１の上にバッファ層となる二層の下地膜１６ａ，
１６ｂをプラズマＣＶＤ法により連続成膜する。一層目
の下地膜１６ａはＳｉＮx からなり、その膜厚は１００
乃至２００ｎｍである。又、二層目の下地膜１６ｂはＳ
ｉＯ2 からなり、その膜厚は同じく１００ｎｍ乃至２０
０ｎｍである。このＳｉＯ2 からなる下地膜１６ｂの上
に減圧化学気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ法）で多結晶シリ
コンからなる半導体薄膜２を例えば４０ｎｍの厚みで成
膜する。続いて、Ｓｉ＋イオンをイオンインプランテー
ション装置などで電界加速して半導体薄膜２に注入し、
多結晶シリコンを非晶質化させる。尚、一旦多結晶シリ
コンを成膜しこれを非晶質化する方法に代えて、始めか
ら絶縁基板１上に減圧化学気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ
法）又はプラズマＣＶＤ法あるいはスパッタ法などによ
り、非晶質シリコンからなる半導体薄膜２を堆積させて
もよい。
ジスタの他の例を説明する。まず（ａ）に示す様に、絶
縁基板１の上にバッファ層となる二層の下地膜１６ａ，
１６ｂをプラズマＣＶＤ法により連続成膜する。一層目
の下地膜１６ａはＳｉＮx からなり、その膜厚は１００
乃至２００ｎｍである。又、二層目の下地膜１６ｂはＳ
ｉＯ2 からなり、その膜厚は同じく１００ｎｍ乃至２０
０ｎｍである。このＳｉＯ2 からなる下地膜１６ｂの上
に減圧化学気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ法）で多結晶シリ
コンからなる半導体薄膜２を例えば４０ｎｍの厚みで成
膜する。続いて、Ｓｉ＋イオンをイオンインプランテー
ション装置などで電界加速して半導体薄膜２に注入し、
多結晶シリコンを非晶質化させる。尚、一旦多結晶シリ
コンを成膜しこれを非晶質化する方法に代えて、始めか
ら絶縁基板１上に減圧化学気相成長法（ＬＰ−ＣＶＤ
法）又はプラズマＣＶＤ法あるいはスパッタ法などによ
り、非晶質シリコンからなる半導体薄膜２を堆積させて
もよい。
【００２５】この後、図１に示したレーザ照射装置を用
いて、半導体薄膜２にレーザ光５０を照射して結晶化を
行なう。具体的には、レーザ光源から発したレーザ光５
０を整形して所定の照射領域で所定の強度分布を有する
レーザ光を形成する整形工程と、予め基板１に成膜され
た半導体薄膜２に対して照射領域が部分的に重なるよう
に走査しながらレーザ光５０を繰り返し照射する照射工
程を行なう。ここで、整形工程は、照射領域の走査方向
に沿ったレーザ光５０の断面強度分布が凸型であり、そ
のピークが走査方向に関し照射領域の先端と後端との間
で中央より先端側に位置する様にレーザ光５０を整形す
る。
いて、半導体薄膜２にレーザ光５０を照射して結晶化を
行なう。具体的には、レーザ光源から発したレーザ光５
０を整形して所定の照射領域で所定の強度分布を有する
レーザ光を形成する整形工程と、予め基板１に成膜され
た半導体薄膜２に対して照射領域が部分的に重なるよう
に走査しながらレーザ光５０を繰り返し照射する照射工
程を行なう。ここで、整形工程は、照射領域の走査方向
に沿ったレーザ光５０の断面強度分布が凸型であり、そ
のピークが走査方向に関し照射領域の先端と後端との間
で中央より先端側に位置する様にレーザ光５０を整形す
る。
【００２６】続いて（ｂ）に示す様に結晶粒が大粒径化
された多結晶シリコンからなる半導体薄膜２をアイラン
ド状にパタニングする。この上に、プラズマＣＶＤ法、
常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、スパ
ッタ法などでＳｉＯ2 を５０乃至４００ｎｍ成長させ、
ゲート絶縁膜４とする。ここで必要ならば、Ｖｔｈイオ
ンインプランテーションを行ない、Ｂ＋イオンを例えば
ドーズ量０．５×１０ 12乃至４×１０12／ｃｍ2 程度で
半導体薄膜２に注入する。この場合の加速電圧は８０Ｋ
ｅＶ程度である。尚、このＶｔｈイオンインプランテー
ションはゲート絶縁膜４の成膜前に行なってもよい。次
いでゲート絶縁膜４の上にＡｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔ
ａ，ドープト多結晶シリコンなど、あるいはこれらの合
金を２００乃至８００ｎｍの厚みで成膜し、所定の形状
にパタニングしてゲート電極５に加工する。次いでＰ＋
イオンを質量分離を用いたイオン注入法で半導体薄膜２
に注入し、ＬＤＤ領域を設ける。このイオン注入はゲー
ト電極５をマスクとして絶縁基板１の全面に対して行な
う。ドーズ量は６×１０12乃至５×１０13／ｃｍ2 であ
る。尚、ゲート電極５の直下に位置するチャネル領域Ｃ
ｈは保護されており、Ｖｔｈイオンインプランテーショ
ンで予め注入されたＢ＋イオンがそのまま保持されてい
る。ＬＤＤ領域に対するイオン注入後、ゲート電極５と
その周囲を被覆する様にレジストパタンを形成し、Ｐ＋
イオンを質量非分離型のイオンシャワードーピング法で
高濃度に注入し、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形
成する。この場合のドーズ量は例えば１×１０15／ｃｍ
2 程度である。尚、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄの
形成は質量分離型のイオン注入装置を用いてもよい。こ
の後、半導体薄膜２に注入されたドーパントの活性化処
理を行なう。この活性化処理はレーザアニールで行なう
ことができる。
された多結晶シリコンからなる半導体薄膜２をアイラン
ド状にパタニングする。この上に、プラズマＣＶＤ法、
常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、スパ
ッタ法などでＳｉＯ2 を５０乃至４００ｎｍ成長させ、
ゲート絶縁膜４とする。ここで必要ならば、Ｖｔｈイオ
ンインプランテーションを行ない、Ｂ＋イオンを例えば
ドーズ量０．５×１０ 12乃至４×１０12／ｃｍ2 程度で
半導体薄膜２に注入する。この場合の加速電圧は８０Ｋ
ｅＶ程度である。尚、このＶｔｈイオンインプランテー
ションはゲート絶縁膜４の成膜前に行なってもよい。次
いでゲート絶縁膜４の上にＡｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔ
ａ，ドープト多結晶シリコンなど、あるいはこれらの合
金を２００乃至８００ｎｍの厚みで成膜し、所定の形状
にパタニングしてゲート電極５に加工する。次いでＰ＋
イオンを質量分離を用いたイオン注入法で半導体薄膜２
に注入し、ＬＤＤ領域を設ける。このイオン注入はゲー
ト電極５をマスクとして絶縁基板１の全面に対して行な
う。ドーズ量は６×１０12乃至５×１０13／ｃｍ2 であ
る。尚、ゲート電極５の直下に位置するチャネル領域Ｃ
ｈは保護されており、Ｖｔｈイオンインプランテーショ
ンで予め注入されたＢ＋イオンがそのまま保持されてい
る。ＬＤＤ領域に対するイオン注入後、ゲート電極５と
その周囲を被覆する様にレジストパタンを形成し、Ｐ＋
イオンを質量非分離型のイオンシャワードーピング法で
高濃度に注入し、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形
成する。この場合のドーズ量は例えば１×１０15／ｃｍ
2 程度である。尚、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄの
形成は質量分離型のイオン注入装置を用いてもよい。こ
の後、半導体薄膜２に注入されたドーパントの活性化処
理を行なう。この活性化処理はレーザアニールで行なう
ことができる。
【００２７】最後に（ｃ）に示す様に、ゲート電極５を
被覆する様にＰＳＧなどからなる層間絶縁膜６を成膜す
る。この層間絶縁膜６にコンタクトホールを開口した
後、Ａｌ−Ｓｉなどをスパッタリングで成膜し、所定の
形状にパタニングして配線電極７に加工する。この配線
電極７を被覆する様に、ＳｉＮx をプラズマＣＶＤ法で
約２００乃至４００ｎｍ堆積しパシベーション膜（キャ
ップ膜）８とする。この段階で窒素ガス中３５０℃の温
度下１時間程度アニールし、層間絶縁膜６に含有された
水素を半導体薄膜２に拡散させる。所謂水素化処理を行
ない薄膜トランジスタの特性を改善する。パシベーショ
ン膜８の上にアクリル樹脂などからなる平坦化層１０を
約１μｍの厚みで塗工後、これにコンタクトホールを開
口する。平坦化層１０の上にＩＴＯやＩＸＯなどからな
る透明導電膜をスパッタリングし、所定の形状にパタニ
ングして画素電極１１に加工する。
被覆する様にＰＳＧなどからなる層間絶縁膜６を成膜す
る。この層間絶縁膜６にコンタクトホールを開口した
後、Ａｌ−Ｓｉなどをスパッタリングで成膜し、所定の
形状にパタニングして配線電極７に加工する。この配線
電極７を被覆する様に、ＳｉＮx をプラズマＣＶＤ法で
約２００乃至４００ｎｍ堆積しパシベーション膜（キャ
ップ膜）８とする。この段階で窒素ガス中３５０℃の温
度下１時間程度アニールし、層間絶縁膜６に含有された
水素を半導体薄膜２に拡散させる。所謂水素化処理を行
ない薄膜トランジスタの特性を改善する。パシベーショ
ン膜８の上にアクリル樹脂などからなる平坦化層１０を
約１μｍの厚みで塗工後、これにコンタクトホールを開
口する。平坦化層１０の上にＩＴＯやＩＸＯなどからな
る透明導電膜をスパッタリングし、所定の形状にパタニ
ングして画素電極１１に加工する。
【００２８】最後に図１０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。
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。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
照射領域の走査方向に沿ったレーザ光の断面強度分布が
凸型であり、そのピークが走査方向に関し照射領域の先
端と後端との間で中央より先端側に位置する様にレーザ
光を整形した上で、半導体薄膜の結晶化を行なってい
る。この様に、レーザ光強度分布を最適化することで、
均一な結晶粒を持つ大面積の多結晶半導体薄膜を安定し
て得ることができる。又、レーザ光の強度分布のバラツ
キが大きなレーザ光源でも半導体薄膜結晶化方法に使用
可能である。加えて、半導体薄膜に膜厚のバラツキがあ
っても均一な結晶状態を得ることができる。
照射領域の走査方向に沿ったレーザ光の断面強度分布が
凸型であり、そのピークが走査方向に関し照射領域の先
端と後端との間で中央より先端側に位置する様にレーザ
光を整形した上で、半導体薄膜の結晶化を行なってい
る。この様に、レーザ光強度分布を最適化することで、
均一な結晶粒を持つ大面積の多結晶半導体薄膜を安定し
て得ることができる。又、レーザ光の強度分布のバラツ
キが大きなレーザ光源でも半導体薄膜結晶化方法に使用
可能である。加えて、半導体薄膜に膜厚のバラツキがあ
っても均一な結晶状態を得ることができる。
【図１】本発明に係るレーザ照射装置及び半導体薄膜結
晶化方法を示す模式図である。
晶化方法を示す模式図である。
【図２】半導体薄膜の膜厚とレーザ光のエネルギー密度
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
【図３】エネルギー密度と結晶粒径との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図４】照射回数と結晶粒径との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図５】半導体薄膜の結晶化状態を示す顕微鏡写真図で
ある。
ある。
【図６】半導体薄膜の結晶化状態を示す顕微鏡写真図で
ある。
ある。
【図７】半導体薄膜の結晶化状態を示す顕微鏡写真図で
ある。
ある。
【図８】本発明に係る薄膜トランジスタを示す製造工程
図である。
図である。
【図９】本発明に係る薄膜トランジスタを示す製造工程
図である。
図である。
【図１０】本発明に係る表示装置を示す模式的な斜視図
である。
である。
【図１１】従来の半導体薄膜の結晶化方法を示す説明図
である。
である。
【図１２】長尺状レーザビームの断面形状である。
【図１３】長尺状レーザビームの短軸方向断面のエネル
ギー分布である。
ギー分布である。
１・・・絶縁基板、２・・・半導体薄膜、４・・・ゲー
ト酸化膜、５・・・ゲート電極、１１・・・画素電極、
５０・・・レーザ光、５１・・・レーザ発振器、５２・
・・アッテネータ、５３・・・ホモジナイザ等光学系、
５５・・・ステージ、Ｐ・・・ピーク、ＰＬ・・・ピー
ク強度レベル、ＣＬ・・・臨界強度レベル、ＲＬ・・・
先端強度レベル、ＴＬ・・・後端強度レベル
ト酸化膜、５・・・ゲート電極、１１・・・画素電極、
５０・・・レーザ光、５１・・・レーザ発振器、５２・
・・アッテネータ、５３・・・ホモジナイザ等光学系、
５５・・・ステージ、Ｐ・・・ピーク、ＰＬ・・・ピー
ク強度レベル、ＣＬ・・・臨界強度レベル、ＲＬ・・・
先端強度レベル、ＴＬ・・・後端強度レベル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高徳 真人 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 BA04 BA07 BB07 BB09 CA07 DA02 DB02 DB03 DB07 JA04 JA10 5F110 AA17 AA26 BB01 CC02 CC08 DD02 DD13 DD14 DD17 EE02 EE03 EE04 EE06 EE09 FF02 FF03 FF09 FF28 FF29 FF30 FF31 FF32 GG02 GG13 GG25 GG32 GG34 GG43 GG45 GG47 HJ01 HJ04 HJ13 HJ23 HL07 HM15 NN02 NN12 NN14 NN23 NN24 NN25 NN34 NN35 PP03 PP06 PP35 QQ09 QQ12 QQ19 QQ24
Claims (35)
- 【請求項１】 レーザ光源から発したレーザ光を整形し
て所定の照射領域で所定の強度分布を有するレーザ光を
形成する整形工程と、 予め基板に成膜された半導体薄膜に対して照射領域が部
分的に重なるように走査しながらレーザ光を繰り返し照
射する照射工程とからなる半導体薄膜の結晶化方法にお
いて、 前記整形工程は、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光
の断面強度分布が凸型であり、そのピークが走査方向に
関し照射領域の先端と後端との間で中央より先端側に位
置する様にレーザ光を整形することを特徴とする半導体
薄膜の結晶化方法。 - 【請求項２】 前記整形工程は、照射領域先端における
強度がピークの強度に比べ３０％以内の範囲で低くなる
ようレーザ光を整形する請求項１記載の半導体薄膜の結
晶化方法。 - 【請求項３】 前記整形工程は、照射領域後端における
強度がピークの強度に比べ５％を超える範囲で低くなる
ようにレーザ光を整形する請求項１記載の半導体薄膜の
結晶化方法。 - 【請求項４】 前記整形工程は、ピークの強度が結晶化
不能となる臨界強度に比べて１０％を超える範囲で低く
なるようにレーザ光を整形する請求項１記載の半導体薄
膜の結晶化方法。 - 【請求項５】 前記整形工程は、断面強度分布が三角形
になる様にレーザ光を整形する請求項１記載の半導体薄
膜の結晶化方法。 - 【請求項６】 前記整形工程は、断面強度分布が放物形
になる様にレーザ光を整形する請求項１記載の半導体薄
膜の結晶化方法。 - 【請求項７】 前記整形工程は、照射領域が長尺形状と
なる様にレーザ光を整形し、 前記照射工程は、長尺形状の長辺部が部分的に重なるよ
うに長辺と直交する方向に照射領域を基板に対して相対
的に走査する請求項１記載の半導体薄膜の結晶化方法。 - 【請求項８】 基板に半導体薄膜を成膜する成膜工程
と、 レーザ光源から発したレーザ光を整形して所定の照射領
域で所定の強度分布を有するレーザ光を形成する整形工
程と、 基板に成膜された半導体薄膜に対して照射領域が部分的
に重なるように走査しながらレーザ光を繰り返し照射し
て半導体薄膜を結晶化する照射工程と、 結晶化した半導体薄膜を素子領域にして薄膜トランジス
タを形成する加工工程とからなる薄膜半導体装置の製造
方法において、 前記整形工程は、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光
の断面強度分布が凸型であり、そのピークが走査方向に
関し照射領域の先端と後端との間で中央より先端側に位
置する様にレーザ光を整形することを特徴とする薄膜半
導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記整形工程は、照射領域先端における
強度がピークの強度に比べ３０％以内の範囲で低くなる
ようレーザ光を整形する請求項８記載の薄膜半導体装置
の製造方法。 - 【請求項１０】 前記整形工程は、照射領域後端におけ
る強度がピークの強度に比べ５％を超える範囲で低くな
るようにレーザ光を整形する請求項８記載の薄膜半導体
装置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記整形工程は、ピークの強度が結晶
化不能となる臨界強度に比べて１０％を超える範囲で低
くなるようにレーザ光を整形する請求項８記載の薄膜半
導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 前記整形工程は、断面強度分布が三角
形になる様にレーザ光を整形する請求項８記載の薄膜半
導体装置の製造方法。 - 【請求項１３】 前記整形工程は、断面強度分布が放物
形になる様にレーザ光を整形する請求項８記載の薄膜半
導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】 前記整形工程は、照射領域が長尺形状
となる様にレーザ光を整形し、 前記照射工程は、長尺形状の長辺部が部分的に重なるよ
うに長辺と直交する方向に照射領域を基板に対して相対
的に走査する請求項８記載の薄膜半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１５】 予め基板に成膜された半導体薄膜にレ
ーザ光を照射して半導体薄膜の結晶化を行なう為、レー
ザ光を発するレーザ光源と、このレーザ光を整形して所
定の照射領域で所定の強度分布を有するレーザ光を形成
する整形手段と、予め基板に成膜された半導体薄膜に対
して照射領域が部分的に重なるように走査しながらレー
ザ光を繰り返し照射する照射手段とを備えたレーザ照射
装置において、 前記整形手段は、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光
の断面強度分布が凸型であり、そのピークが走査方向に
関し照射領域の先端と後端との間で中央より先端側に位
置する様にレーザ光を整形することを特徴とするレーザ
照射装置。 - 【請求項１６】 前記整形手段は、照射領域先端におけ
る強度がピークの強度に比べ３０％以内の範囲で低くな
るようレーザ光を整形する請求項１５記載のレーザ照射
装置。 - 【請求項１７】 前記整形手段は、照射領域後端におけ
る強度がピークの強度に比べ５％を超える範囲で低くな
るようにレーザ光を整形する請求項１５記載のレーザ照
射装置。 - 【請求項１８】 前記整形手段は、ピークの強度が結晶
化不能となる臨界強度に比べて１０％を超える範囲で低
くなるようにレーザ光を整形する請求項１５記載のレー
ザ照射装置。 - 【請求項１９】 前記整形手段は、断面強度分布が三角
形になる様にレーザ光を整形する請求項１５記載のレー
ザ照射装置。 - 【請求項２０】 前記整形手段は、断面強度分布が放物
形になる様にレーザ光を整形する請求項１５記載のレー
ザ照射装置。 - 【請求項２１】 前記整形手段は、照射領域が長尺形状
となる様にレーザ光を整形し、 前記照射手段は、長尺形状の長辺部が部分的に重なるよ
うに長辺と直交する方向に照射領域を基板に対して相対
的に走査する請求項１５記載のレーザ照射装置。 - 【請求項２２】 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、レーザ光源から発したレーザ光を整
形して所定の照射領域で所定の強度分布を有するレーザ
光を形成し、照射領域が部分的に重なるように走査しな
がら該整形されたレーザ光を繰り返し照射して結晶化さ
れたものであり、 特に、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光の断面強度
分布が凸型であり、そのピークが走査方向に関し照射領
域の先端と後端との間で中央より先端側に位置する様に
整形されたレーザ光の照射により結晶化されていること
を特徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項２３】 前記半導体薄膜は、照射領域先端にお
ける強度がピークの強度に比べ３０％以内の範囲で低く
なるように整形されたレーザ光の照射により結晶化され
ていることを特徴とする請求項２２記載の薄膜トランジ
スタ。 - 【請求項２４】 前記半導体薄膜は、照射領域後端にお
ける強度がピークの強度に比べ５％を超える範囲で低く
なるように整形されたレーザ光の照射により結晶化され
ていることを特徴とする請求項２２記載の薄膜トランジ
スタ。 - 【請求項２５】 前記半導体薄膜は、ピークの強度が結
晶化不能となる臨界強度に比べて１０％を超える範囲で
低くなるように整形されたレーザ光の照射により結晶化
されていることを特徴とする請求項２２記載の薄膜トラ
ンジスタ。 - 【請求項２６】 前記半導体薄膜は、断面強度分布が三
角形になる様に整形されたレーザ光の照射により結晶化
されていることを特徴とする請求項２２記載の薄膜トラ
ンジスタ。 - 【請求項２７】 前記半導体薄膜は、断面強度分布が放
物形になる様に整形されたレーザ光の照射により結晶化
されていることを特徴とする請求項２２記載の薄膜トラ
ンジスタ。 - 【請求項２８】 前記半導体薄膜は、照射領域が長尺形
状となる様にレーザ光を整形し、長尺形状の長辺部が部
分的に重なるように長辺と直交する方向に照射領域を基
板に対して相対的に走査して結晶化されたものであるこ
とを特徴とするする請求項２２記載の薄膜トランジス
タ。 - 【請求項２９】 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、レーザ光源から発したレーザ光を整
形して所定の照射領域で所定の強度分布を有するレーザ
光を形成し、照射領域が部分的に重なるように走査しな
がら該整形されたレーザ光を繰り返し照射して結晶化さ
れたものであり、 特に、照射領域の走査方向に沿ったレーザ光の断面強度
分布が凸型であり、そのピークが走査方向に関し照射領
域の先端と後端との間で中央より先端側に位置する様に
整形されたレーザ光の照射により結晶化されていること
を特徴とする表示装置。 - 【請求項３０】 前記半導体薄膜は、照射領域先端にお
ける強度がピークの強度に比べ３０％以内の範囲で低く
なるように整形されたレーザ光の照射により結晶化され
ていることを特徴とする請求項２９記載の表示装置。 - 【請求項３１】 前記半導体薄膜は、照射領域後端にお
ける強度がピークの強度に比べ５％を超える範囲で低く
なるように整形されたレーザ光の照射により結晶化され
ていることを特徴とする請求項２９記載の表示装置。 - 【請求項３２】 前記半導体薄膜は、ピークの強度が結
晶化不能となる臨界強度に比べて１０％を超える範囲で
低くなるように整形されたレーザ光の照射により結晶化
されていることを特徴とする請求項２９記載の表示装
置。 - 【請求項３３】 前記半導体薄膜は、断面強度分布が三
角形になる様に整形されたレーザ光の照射により結晶化
されていることを特徴とする請求項２９記載の表示装
置。 - 【請求項３４】 前記半導体薄膜は、断面強度分布が放
物形になる様に整形されたレーザ光の照射により結晶化
されていることを特徴とする請求項２９記載の表示装
置。 - 【請求項３５】 前記半導体薄膜は、照射領域が長尺形
状となる様にレーザ光を整形し、長尺形状の長辺部が部
分的に重なるように長辺と直交する方向に照射領域を基
板に対して相対的に走査して結晶化されたものであるこ
とを特徴とするする請求項２９記載の表示装置。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP11224520A JP2001053020A (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | 半導体薄膜の結晶化方法及び薄膜半導体装置の製造方法 |
| TW089114000A TW451279B (en) | 1999-08-06 | 2000-07-13 | Method of crystallizing a semiconductor thin film and producing a thin film semiconductor device |
| US09/626,888 US6440824B1 (en) | 1999-08-06 | 2000-07-27 | Method of crystallizing a semiconductor thin film, and method of manufacturing a thin-film semiconductor device |
| EP00402235A EP1074642A3 (en) | 1999-08-06 | 2000-08-04 | Method of crystallizing a semiconductor thin film by laser irradiation |
| KR1020000045215A KR100700681B1 (ko) | 1999-08-06 | 2000-08-04 | 반도체박막의 결정화 방법 및 박막 반도체장치의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11224520A JP2001053020A (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | 半導体薄膜の結晶化方法及び薄膜半導体装置の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001053020A true JP2001053020A (ja) | 2001-02-23 |
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ID=16815096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11224520A Abandoned JP2001053020A (ja) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | 半導体薄膜の結晶化方法及び薄膜半導体装置の製造方法 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP1074642A3 (ja) |
| JP (1) | JP2001053020A (ja) |
| KR (1) | KR100700681B1 (ja) |
| TW (1) | TW451279B (ja) |
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-
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- 2000-07-13 TW TW089114000A patent/TW451279B/zh not_active IP Right Cessation
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