JP2001338892A

JP2001338892A - レーザアニール装置および薄膜トランジスタの製造方法

Info

Publication number: JP2001338892A
Application number: JP2000156529A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mihashi; 浩三橋; Atsushi Nakamura; 篤史中村; Shigeki Matsunaka; 繁樹松中; Tsutomu Sumino; 努角野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶ディスプレイの画素スイッチや駆動回路
に用いられる多結晶シリコン薄膜トランジスタを歩留ま
りよく量産する装置および製造方法を提供する。【解決手段】非晶質シリコンにパルスレーザビームを
照射して、多結晶シリコンを生成するレーザアニール装
置１において、ガラス基板Ｏに照射されるパルスレーザ
ビームに含まれる複数のピーク群をパイプラナ光電管１
８により検出し、解析装置２０により解析した結果に基
づいて、フルエンス依存性が緩やかになる条件としてパ
ルスレーザビームの（第２ピーク群）／（第１ピーク
群）が０．３７から０．４７にある間、または（第２ピ
ーク群の面積）／（第１ピーク群の面積）が０．６５か
ら０．８５にある間となるように、レーザ装置１１の共
振ミラー１１ａの角度を最適に変更することで、均一な
粒径の多結晶シリコンを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶表示装置の
アレイ基板に用いられる多結晶シリコン半導体を生成す
るレーザアニール装置および薄膜トランジスタの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、スイッチング素子に、アモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる絶縁ゲート型薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）を用いた液晶ディスプレイ（ＬＣ
Ｄ）が、広く利用されている。

【０００３】しかし、高精彩で、高速動作可能な高機能
を有するディスプレイを実現するには、電界移動度（μ
ＦＥ）が１ｃｍ^２／Ｖｓ以下と低いａ−ＳｉＴＦＴでは
能力に不足が生じる。

【０００４】これに対して、ａ−Ｓｉにエキシマレーザ
を照射するレーザアニール法で作成した多結晶シリコン
のＴＦＴでは、μＦＥが１００から２００ｃｍ^２／Ｖｓ
程度のものが得られており、ディスプレイを高精彩で、
高速動作可能とし、しかも駆動回路を一体に形成できる
等の高機能化を期待できる。

【０００５】エキシマレーザ法は、ガラス基板上のａ−
Ｓｉにエキシマレーザを照射して多結晶シリコンとする
方法である。

【０００６】ａ−Ｓｉ表面でのビームサイズは、例えば
長さ２５０ｍｍ、幅０．４ｍｍで、このパルスビームを
３００Ｈｚで発振させ、各パルスの照射される領域を徐
々に移動させて、ａ−Ｓｉを多結晶シリコンとする。

【０００７】多結晶シリコンＴＦＴのμＦＥを決定する
要素は、多結晶シリコンの粒径であるが、それは照射す
るレーザのフルエンスという名で呼ばれる単位面積あた
りのエネルギーに大きく依存する。

【０００８】すなわち、フルエンスの増大につれて、多
結晶シリコンの粒径も増大するが、例えば移動度１００
ｃｍ^２／Ｖｓ以上の高性能の多結晶シリコンを得るため
には、Ｆ１というあるフルエンスよりも高いフルエンス
が必要である。

【０００９】しかし、Ｆ１よりもフルエンスを増大させ
ていくと、多結晶シリコンの粒径はさらに増大していく
が、あるフルエンスの値Ｆ２を境に微結晶粒となり、こ
のような微結晶シリコンでは所望のＴＦＴ特性を得るこ
とができなくなる。

【００１０】多結晶シリコンの粒径は、それをセコエッ
チング液と呼ばれる液でエッチングして、走査電子顕微
鏡で粒径を観察することによって求めることができる。

【００１１】この方法を利用して、レーザのフルエンス
を、多結晶シリコンの粒径がある程度大きい領域、すな
わちＦ１からＦ２の間で選ぶ。

【００１２】このようなフルエンス値の選択によって、
レーザ発振強度がある程度変化しても、所望の移動度の
多結晶シリコンＴＦＴが得られるようになる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、レーザ発振強
度の変化に加えて、前記Ｆ１とＦ２との間で、多結晶シ
リコンの粒径が急激に変化するため、薄膜トランジスタ
の特性を常に一定に保つことが難しく、多結晶シリコン
ＴＦＴ型の液晶表示装置を高い歩留まりで量産できない
問題がある。

【００１４】この発明の目的は、エキシマレーザアニー
ル法により、基板全面で移動度の高いＴＦＴを得るため
のフルエンスマージンを拡大させ、基板全面で特性の揃
った高性能ＴＦＴを量産することを可能にし、駆動回路
一体型液晶表示装置やその他の高機能液晶ディスプレイ
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した問
題点に基づきなされたもので、ガラス基板上に非晶質シ
リコン半導体薄膜を堆積したガラス基板を移動させなが
ら、パルスレーザビームを照射することによって、前記
非晶質シリコン半導体を多結晶シリコン半導体とするレ
ーザアニール装置において、前記パルスレーザビームの
時間変化波形が２以上のピーク群を含み、そのうちの２
番目のピーク群のパルスレーザビームのピーク値が最初
のピーク群のパルスレーザビームのピーク群に対して
０．３７から０．４７にある間のパルスレーザビームを
レーザアニールに用いることを特徴とするレーザアニー
ル装置を提供するものである。

【００１６】また、この発明は、ガラス基板上に非晶質
シリコン半導体薄膜を堆積したガラス基板を移動させな
がら、パルスレーザビームを照射することによって、前
記非晶質シリコン半導体を多結晶シリコン半導体として
薄膜トランジスタを製造する方法において、前記パルス
レーザビームの時間変化波形が２以上のピーク群を含
み、そのうちの２番目のピーク群のパルスレーザビーム
のピーク値が最初のピーク群のパルスレーザビームのピ
ーク群に対して０．３７から０．４７にある間のパルス
レーザビームをレーザアニールに用いることを特徴とす
る薄膜トランジスタの製造方法である。

【００１７】さらに、この発明は、ガラス基板上に非晶
質シリコン半導体薄膜を堆積したガラス基板を移動させ
ながら、パルスレーザビームを照射することによって、
前記非晶質シリコン半導体を多結晶シリコン半導体とす
るレーザアニール装置において、前記パルスレーザビー
ムの時間変化波形が２以上のピーク群を含み、ピーク群
間の極小値となる時刻を境に区分けした２番目のパルス
レーザビームのピーク群の面積積分値が最初のパルスレ
ーザビームのピーク群の面積積分値に対して０．６５か
ら０．８５にある間のパルスを用いることを特徴とする
レーザアニール装置を提供するものである。

【００１８】またさらに、この発明は、ガラス基板上に
非晶質シリコン半導体薄膜を堆積したガラス基板を移動
させながら、パルスレーザビームを照射することによっ
て、前記非晶質シリコン半導体を多結晶シリコン半導体
として薄膜トランジスタを製造する方法において、前記
パルスレーザビームの時間変化波形が２以上のピーク群
を含み、ピーク群間の極小値となる時刻を境に区分けし
た２番目のパルスレーザビームのピーク群の面積積分値
が最初のパルスレーザビームのピーク群の面積積分値に
対して０．６５から０．８５にある間のパルスを用いる
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法である。

【００１９】さらにまた、この発明は、所定の波長のパ
ルスレーザビームを出力するパルスレーザ装置と、対象
物を一定速度で所定の方向に移動させるＸ−Ｙテーブル
と、このＸ−Ｙテーブルに載置されたアモルファスシリ
コンの薄膜を有するガラス基板に対し、パルスレーザビ
ームを整形して照射する整形光学系と、前記Ｘ−Ｙテー
ブルに載置されたガラス基板のアモルファスシリコンに
到達するパルスレーザビームに含まれる複数のピーク群
をパイプラナ光電管で検出して得られた各ピーク群の波
形比または時間積分値を算出する解析装置と、を有する
レーザアニール装置において、前記解析装置により得ら
れたパルスレーザビームに含まれる複数のピーク群の波
形比または時間積分値に基づいて、前記パルスレーザ装
置の近傍に配置された共振器のミラーの角度を変更し
て、各ピーク群の波形比または時間積分値の範囲を所定
の値に設定してガラス基板上のアモルファスシリコンを
多結晶シリコンに変移させることを特徴とするレーザア
ニール装置を提供するものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を詳細に説明する。

【００２１】図１は、ＸｅＣｌエキシマレーザアニール
装置を説明する概略図である。

【００２２】図１に示すように、エキシマレーザアニー
ル装置１は、所定の波長および強度のパルスレーザビー
ムを出力するレーザ発振器１１、レーザ発振器１１から
出力されたパルスレーザビームのエネルギーを所定の値
に調整するバリアブルアッテネータ１２、バリアブルア
ッテネータ１２により所定のエネルギーに調整されたパ
ルスレーザビームに、アニールすべきガラス基板Ｏの大
きさに対応する所定のビーム形状を与えるビーム整形光
学系１３、ビーム整形光学系１３により所定のビーム形
状が与えられたパルスレーザビームを９０°折り曲げる
４５°全反射ミラー１４、４５°全反射ミラー１４によ
り折り曲げられたパルスレーザビームに所定の収束性を
与える収束レンズ１５および収束レンズ１５により収束
性が与えられたパルスレーザビームが収束する収束位置
にガラス基板Ｏを保持しながら、所定の方向に移動可能
なＸ−Ｙテーブル１６を有している。なお、バリアブル
アッテネータ１２の前後には、必要に応じて、またはレ
ーザアニール装置１の大きさの制約等に関連して、レー
ザ発振器１１と４５°全反射ミラー１４との間の光路を
任意に設定可能な、複数の全反射ミラーが設けられても
よい。

【００２３】全反射ミラー１４の背面で、ビーム整形光
学系１３で所定のビーム形状に整形されたパルスレーザ
ビームが全反射ミラー１４で反射される際に、僅かに漏
れるパルスレーザビーム（以下、漏れビームと呼称す
る）が進行する方向には、集光レンズ１７と、集光レン
ズ１７により収束されたパルスレーザビームの波形を観
測するためのディテクタであるパイプラナ光電管１８が
設けられている。なお、パイプラナ光電管１８の出力
は、デジタルオシロスコープ１９に入力され、デジタル
オシロスコープ１９により、直接波形を観測可能であ
る。また、オシロスコープ１９の出力は、図示しないＡ
Ｄコンバータによりデジタル信号に変換され、パーソナ
ルコンピュータ等の解析装置２０に入力されて波形比や
波形面積比の解析に利用される。

【００２４】図１に示したレーザアニール装置１におい
ては、Ｘ−Ｙテーブル１６上に載置されたレーザアニー
ルの対象物であるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の
薄層が形成されているガラス基板Ｏに向けて、レーザ発
振器１１を出力されたパルスレーザビームが照射され
る。

【００２５】レーザ発振器１１からのパルスレーザビー
ムは、バリアブルアッテネータ１２により所定の強度に
調整されて、ビーム整形光学系１３により、アニール対
象であるガラス基板Ｏに投影された状態でガラス基板Ｏ
に対し、少なくとも最終製品に要求される大きさの一辺
をカバーできる長さが与えられた細長い矩形に、ビーム
形状が設定される。

【００２６】ビーム整形光学系１３で所定の形状に整え
られたパルスレーザビームは、全反射ミラー１４で９０
°折り曲げられて、収束レンズ１５に案内され、収束レ
ンズ１５により所定の収束性が与えられて、Ｘ−Ｙテー
ブル１６上に載置されているガラス基板Ｏに照射され
る。

【００２７】なお、レーザ発振器１１は、ＸｅＣｌエキ
シマパルスレーザであり、発光波長が３０８ｎｍで、パ
ルスレーザビームの周期が３００Ｈｚである。また、レ
ーザ発振器１１が出力するパルスレーザビームのガラス
基板Ｏ上でのフルエンスは、例えば３５０ｍＪ／ｃｍ^２
となるように設定される。

【００２８】このとき、Ｘ−Ｙテーブル１６が、パルス
レーザビームの１周期毎に、６ｍｍ移動され、投影され
たパルスレーザビームがオーバーラップする範囲を、９
５％とする。また、ガラス基板Ｏに投影されるパルスレ
ーザビームは、２５０ｍｍ×０．４ｍｍとする。

【００２９】なお、パルスレーザビームは、図２に示す
ように、第１〜ｎの複数のピーク群を有している。この
ピーク群は、４５°全反射ミラー１４の漏れビームとし
て、集束レンズ１７を介して、パイプラナ光電管１８に
入力され、オシロスコープ１９により確認できる。ま
た、オシロスコープ１９の出力は、解析装置２０におい
て観測することができる。また、解析装置２０により解
析した結果に基づいてレーザ装置１１の共振ミラー１１
ａの角度を最適化することで、フルエンスが同一であっ
てもピーク群の波形比（各群で最も大きなピークの比）
を、最適なレーザアニールが可能なパルスレーザビーム
を得ることができる。なお、ピーク群は、図２に示すよ
うに、パルスレーザビームのエネルギの出力レベルの変
動が少ない範囲（その群における平均エネルギの１／２
よりもエネルギが小さくなった時点を群の区切りとす
る）をひとまとめにして、時間軸の早い順に、第１〜ｎ
を割り当てることとで定義される。

【００３０】詳細には、図２に示すように、パルスレー
ザビームは、少なくとも２つの複数のピーク群を有し、
ピーク群の波形比が大きな第１のピーク群（もしくは第
１のピーク群と第２のピーク群の両方）を利用してガラ
ス基板Ｏの非晶質シリコンを多結晶シリコンに変移させ
る際に、多結晶シリコンの粒径が不均一となって、薄膜
トランジスタを形成した際の特性の変動が著しいこと
が、発明者らによって確認されている。このことは、図
３に示すように、多結晶シリコンの粒径が、同一のフル
エンスのパルスレーザビームを照射したにも拘わらず、
単位面積あたりに照射されるエネルギの大小に依存して
変化することから説明できる。このことは、ガラス基板
Ｏのａ−Ｓｉ膜に照射するパルスレーザビームのピーク
群が図２に曲線ｂで示すように、第１のピーク群の波形
比に比較して第２のピーク群の波形比が不所望に大きな
パルスレーザビームを用いた場合にも、得られる多結晶
シリコンの粒径が不均一となったり、第１〜ｎのピーク
群のエネルギの総量が図３に示すあるフルエンスの値Ｆ
２を、境に微結晶粒となることがある。

【００３１】これらの要因から、発明者らは、ガラス基
板Ｏ上のａ−Ｓｉの薄膜をアニールしてｐ−Ｓｉ膜を生
成する際に照射するパルスレーザビームの第１〜ｎの複
数のピーク群の波形比もしくはそれぞれのピーク群の面
積積分値の比率を最適に設定したパルスレーザビームを
ａ−Ｓｉ膜に照射することで、粒径が大きく、しかも均
一なｐ−Ｓｉ膜を、連続して、大量に生成できることを
見いだした。

【００３２】すなわち、アモルファス（非晶質）シリコ
ンにパルスレーザビームを照射して多結晶シリコンに変
移させるレーザアニールおいて、多結晶シリコンは、パ
ルスレーザビームの時間波形のうちの第１のピーク群の
エネルギにより一旦溶融し、再結晶後、第２のピーク群
から提供されるエネルギにより再び溶融して、再度、結
晶化する。このとき、多結晶シリコンの粒径は、アモル
ファスシリコンに照射されるパルスレーザビームのフル
エンスに依存して変化されることから、図３に示すよう
に、最適なフルエンスの範囲のパルスレーザビームを照
射して、パルスレーザビームの時間波形の影響を除去す
ることで、均一な粒径の多結晶シリコンを得ることがで
きる。

【００３３】なお、図２において、パルスレーザビーム
の第１のピーク群は、エネルギが高いために、アモルフ
ァスシリコンの温度が高くなり過ぎて、ほとんどフルエ
ンス依存性を示さない。一方、第２のピーク群は、エネ
ルギが低いために、アモルファスシリコンの温度が上が
りすぎずに、その結果再結晶化において、フルエンス依
存性を示す。

【００３４】このフルエンス依存性が緩やかになる条件
として、パルスレーザビームの（第２ピーク群）／（第
１ピーク群）が０．３７から０．４７にある間、または
（第２ピーク群の面積）／（第１ピーク群の面積）が
０．６５から０．８５にある間を確認した。

【００３５】なお、ピーク群比またはピーク群面積比
が、上述の値よりも低い場合には、第２のピーク群でシ
リコンが溶融しにくくなり、あるフルエンスで溶融が完
全になるので、フルエンス依存性が急峻になる。

【００３６】また、ピーク群比またはピーク群面積比が
上述の値よりも高い場合には、第２ピーク群１が第１ピ
ーク群と同じ働きをするようになり、ほとんどフルエン
ス依存性を示さなくなるため、フルエンスマージンが狭
くなり、結果として、粒径が変化しやすいことが認めら
れる。

【００３７】なお、レーザ発振器１１から出射されたパ
ルスレーザビームは、空間的に様々な波形を有すること
から、観測位置によって誤った測定をしてしまう可能性
があるが、ガラス基板Ｏに最も近い４５°全反射ミラー
１４よりもガラス基板Ｏ側で、波形を観測することによ
り、ガラス基板に照射されるビームの波形とほぼ同一の
波形が観測可能となる。

【００３８】このように、パイプラナ光電管１８により
入手したパルスレーザビームの複数のピーク群のうちの
第２のピーク群が所定の波形比もしくは面積積分値が所
定の範囲内にあるパルスレーザビームを用いることで、
ガラス基板Ｏの全面で、電子移動度の高いＴＦＴを均一
に形成可能な多結晶シリコン膜を得ることができる。

【００３９】詳細には、レーザ発振器１１から出力され
たパルスレーザビームは、共振器を構成するミラー１１
ａの角度を変化することで、同一のフルエンスを示すに
も拘わらず、ピーク群のパターンが異なる複数のパルス
レーザビームを出力することから、最終製品に最も適し
た特性を示すＴＦＴを形成可能な粒径のｐ−Ｓｉ膜を得
ることができるピーク群を選定することで、ガラス基板
Ｏの全面で、電子移動度の高いＴＦＴを均一に形成可能
な多結晶シリコン膜を得ることができる。

【００４０】以上説明したように、パルスレーザビーム
のフルエンスが同一であるにも拘わらず、ピーク群の波
形に依存して多結晶シリコンの粒径が不均一になるフル
エンス依存性を緩やかなものにする（フルエンスマージ
ンを拡大する）ことで、均一な粒径の多結晶シリコンを
得ることができる。

【００４１】図４は、図１に示したレーザアニール装置
を用いて形成した多結晶シリコンの薄膜を有するガラス
基板を用いたＴＦＴを含む液晶表示装置の一例を示す概
略断面図である。

【００４２】液晶表示装置において、カラーフィルタ基
板（アレイ基板）３０と対向基板５０との間には、両基
板によって液晶層７０が挟持されている。

【００４３】カラーフィルタ基板３０と対向基板５０
は、例えばガラスビーズ等である粒状スペーサ６１によ
って、両基板間距離が一定になるよう保持されている。
なお、カラーフィルタ基板３０と対向基板５０は、図示
しない液晶注入口を除いて、両基板の外周を囲むように
配置される図示しないシールによって接着されている。
また、液晶注入口は、液晶層７０を形成する液晶材が投
入された後に図示しない封止材が塗布されて封止され
る。

【００４４】カラーフィルタ基板３０は、透明基板３
１、透明基板３１上に所定の厚さに設られたＳｉＮｘと
ＳｉＯｘからなるアンダーコート層３２、アンダーコー
ト層３２上に所定の厚さに設けられた多結晶シリコン層
３３、多結晶シリコン層３３を所定形状にパターニング
した後に、ＳｉＯ（酸化シリコン）やＮｉＮｘ（窒化シ
リコン）により形成されるゲート絶縁膜３５が形成さ
れ、例えばＭｏ（モリブデン）を所定形状に加工して得
られる複数の互いに平行な図示しない走査線、それぞれ
の走査線に接続されたゲート電極３４が形成される。次
に、層間絶縁膜が形成され、多結晶シリコン層３３と接
続されたＡｌ（アルミニウム）等の金属からなるソース
電極３６およびドレイン電極３７および複数の互いに平
行な図示しない信号線等を有している。なお、走査線と
信号線は、互いに交差して配置され、その交差部毎に、
薄膜トランジスタ３８が定義されている。また、画素電
極３９がソース電極３６と接続されている。

【００４５】薄膜トランジスタ３８は、それぞれ、スト
ライプ状に設けられた所定の着色材からなる緑色着色層
４０Ｇ、青色着色層４０Ｂおよび赤色着色層４０Ｒによ
り、覆われている。また、画素電極３９は、各着色層４
０Ｇ，４０Ｂおよび４０Ｒ上に設けられ、スルーホール
４１を介して、それぞれの着色層４０Ｇ，４０Ｂおよび
４０Ｒに覆われているソース電極３６と接続されてい
る。なお、画素電極３９および各着色層４０Ｇ，４０Ｂ
および４０Ｒは、配向膜４２により覆われている。

【００４６】対向基板５０は、透明基板５１と透明基板
５１上に設けられたＩＴＯからなる透明電極５２および
配向膜５３からなる。

【００４７】次に、図４を用いて説明した液晶表示装置
１０１の製造工程について、簡単に説明する。

【００４８】まず、カラーフィルタ基板３０の製造工程
について説明する。

【００４９】透明基板３１上に、プラズマＣＶＤ法でＳ
ｉＮｘとＳｉＯｘからなるアンダーコート層３２を形成
する。なお、透明基板すなわちガラス基板３１の大きさ
は、４００ｍｍＸ５００ｍｍで、厚さが０．７ｍｍであ
る。

【００５０】次に、アンダーコート層３２上に、アモル
ファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層を、例えば厚さ５０ｎｍ
に、プラズマＣＶＤ法により堆積する。

【００５１】続いて、窒素雰囲気中で、５００℃、１０
分間の環境で、熱処理を行い、ａ−Ｓｉ膜３３中の水素
濃度を低下させる。

【００５２】以下、図１を用いて既に説明したＸｅＣｌ
レーザアニール装置を用い、レーザ発振器１１からのＸ
ｅＣｌエキシマパルスレーザを、発光波長が３０８ｎ
ｍ、パルス周期が３００Ｈｚ、ガラス基板３１上のａ−
Ｓｉ膜に照射されるパルスレーザビームのビーム形状が
２５０ｍｍＸ０．４ｍｍおよびガラス基板３１上でのフ
ルエンスが３５０ｍＪ／ｃｍ^２となるように設定し、ガ
ラス基板３１をセットしたＸ−Ｙテーブル１６をパルス
レーザビームの１周期毎に６ｍｍ移動させて、ａ−Ｓｉ
膜をアニールして多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）膜３３を
得ている。なお、パルスレーザビームがオーバーラップ
する範囲は、９５％とする。

【００５３】このとき、パルスレーザビームのピーク群
を、先に説明したように制御したことにより、電子移動
度が高く粒径が概ね均一な多結晶シリコンを、ガラス基
板３１の全面に、均一に形成できたので、以下の工程で
形成されるＴＦＴの特性を、ガラス基板３１の全面でそ
ろえることができ、動作特性が均一で表示面積の大きな
表示装置を得ることができる。

【００５４】以下、レーザアニールにより形成された多
結晶シリコン層３３を所定の形状にパターニングし、Ｃ
ＶＤ法により、ゲート絶縁膜３４を堆積し、スパッタリ
ング法により厚さ約０．３μｍのＭｏ膜を堆積し、パタ
ーニングすることによりゲート電極３２および走査線を
形成する。続いて、層間絶縁膜を形成し、Ａｌを堆積し
たのちパターニングして、信号線、ソース電極３６、ド
レイン電極３７を形成した。

【００５５】次に、所定の着色材４０（Ｒ，Ｇおよび
Ｂ）を塗布し、所定形状にパターニングしてベークする
ことで、Ｒ，ＧおよびＢの各着色層とスルーホール４１
が形成される。

【００５６】続いて、スパッタリング法を用いて、イン
ジウム−すず酸化物（ＩＴＯ）を、所定の厚さ堆積し、
所定形状にパターニングすることにより画素電極３９が
形成される。なお、画素電極３９は、スルーホール４１
を介して、ソース電極３６と接続される。

【００５７】次に、着色層４０上に、ポリイミドからな
る配向膜材料を基板全面に塗布、配向処理を施して配向
膜４２を形成して、カラーフィルタ基板３０を得た。

【００５８】また、透明基板５１上に、スパッタ法によ
りＩＴＯを約１００ｎｍの厚さに堆積して対向電極５２
を形成し、続いてポリイミドからなる配向膜材料を基板
全面に塗布、配向処理を施して配向膜５３を形成して、
対向基板５０を得た。

【００５９】次に、対向基板５０の配向膜５３上に、所
定の粒径を有する粒状スペーサ６１を、１平方ｍｍあた
り約１００個の割合で散布し、続いて、対向基板５０の
外周周辺部に所定の大きさを有するファイバを混入した
図示しないシール材を、液晶注入用の注入口を除いて塗
布した。

【００６０】続いて、対向基板５０、カラーフィルタ基
板３０とを、図示しないシール材により貼り合わせて、
空状態のセルが完成する。

【００６１】次に、例えばカイラル材が添加されたネマ
ティック液晶材料を注入口からセル内に真空注入し、注
入後、注入口を、図示しない封止材としての紫外線硬化
樹脂を用いて封止したあと、セルの両側にそれぞれ偏光
板を配置することにより液晶表示装置が完成する。

【００６２】このようにして作製された液晶表示装置
は、ＴＦＴの特性が均一であり、また電子移動度がａ−
Ｓｉを半導体層に用いた液晶表示装置に比較して高速
で、基板全面にわたって、均一な表示が表示された。

【００６３】以上説明したように、本発明の発明者ら
は、パルスレーザビームの時間波形をパラメータとし
て、得られる多結晶シリコンの粒径とパルスレーザビー
ムのフルエンスとの関係依存性を詳しく調べ、複数の時
間波形のピーク群のうち、第２の波形のピーク群強度の
最初の波形のピーク群強度に対する比、もしくは第２の
波形のピーク群の面積積分値の最初の波形のピーク群面
積積分値に対する比をある範囲に限定することで、フル
エンスマージンを広くできることを見いだし、特性が安
定で粒径が均一な多結晶シリコンに形成されたＴＦＴを
含む液晶表示装置を、高い歩留まりで、作製することが
できた。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、基板全面で移動度の高いＴＦＴを均一に、歩留まり
よく大量に量産することができ、表示特性が安定で高品
質の液晶表示装置を、低コストで作製することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のエキシマレーザアニール装置の一例
を説明する概略図。

【図２】図１に示したエキシマレーザアニール装置のパ
ルスレーザビーム中のピーク群を説明する概略図。

【図３】図２に示したパルスレーザビームとフルエンス
との関係を説明する概略図。

【図４】図１に示したエキシマレーザアニール装置を用
いて形成した多結晶シリコンを半導体層に用いたＴＦＴ
を含む液晶表示装置の一例を説明する概略断面図。

【符号の説明】

１・・・エキシマレーザアニール装置、１１・・・レーザ発振器、１２・・・バリアブルアッテネータ、１３・・・ビーム整形光学系、１４・・・４５°全反射ミラー、１５・・・収束レンズ、１６・・・Ｘ−Ｙテーブル、１７・・・収束レンズ、１８・・・パイプラナ光電管、１９・・・デジタルオシロスコープ、２０・・・解析装置、３０・・・カラーフィルタ基板、３１・・・ガラス基板、３２・・・アンダーコート層、３３・・・多結晶シリコン、３４・・・ゲート電極、３５・・・ゲート絶縁膜、３６・・・ソース電極、３７・・・ドレイン電極、３８・・・薄膜トランジスタ、３９・・・画素電極、４０・・・着色層、４１・・・スルーホール（コンタクトホール）、４２・・・配向膜、５１・・・ガラス基板、５２・・・対向電極、５３・・・配向膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/336 (72)発明者松中繁樹神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術センター内 (72)発明者角野努神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術センター内Ｆターム(参考） 2H092 JA24 KA04 KA07 MA29 MA30 MA35 NA29 5F052 AA02 BA02 BA07 BA18 BB07 CA07 DA02 DB03 JA01 5F110 AA30 BB02 CC01 DD02 DD13 DD14 DD17 EE04 EE44 FF01 FF02 FF29 GG02 GG13 GG25 GG45 HL03 HL07 HL23 NN02 NN72 PP03 PP04 PP05 PP06 PP35 PP40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板上に非晶質シリコン半導体薄膜
を堆積したガラス基板を移動させながら、パルスレーザ
ビームを照射することによって、前記非晶質シリコン半
導体を多結晶シリコン半導体とするレーザアニール装置
において、前記パルスレーザビームの時間変化波形が２以上のピー
ク群を含み、そのうちの２番目のピーク群のパルスレー
ザビームのピーク値が最初のピーク群のパルスレーザビ
ームのピーク群に対して０．３７から０．４７にある間
のパルスレーザビームをレーザアニールに用いることを
特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】ガラス基板上に非晶質シリコン半導体薄膜
を堆積したガラス基板を移動させながら、パルスレーザ
ビームを照射することによって、前記非晶質シリコン半
導体を多結晶シリコン半導体として薄膜トランジスタを
製造する方法において、前記パルスレーザビームの時間変化波形が２以上のピー
ク群を含み、そのうちの２番目のピーク群のパルスレー
ザビームのピーク値が最初のピーク群のパルスレーザビ
ームのピーク群に対して０．３７から０．４７にある間
のパルスレーザビームをレーザアニールに用いることを
特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】ガラス基板上に非晶質シリコン半導体薄膜
を堆積したガラス基板を移動させながら、パルスレーザ
ビームを照射することによって、前記非晶質シリコン半
導体を多結晶シリコン半導体とするレーザアニール装置
において、前記パルスレーザビームの時間変化波形が２以上のピー
ク群を含み、ピーク群間の極小値となる時刻を境に区分
けした２番目のパルスレーザビームのピーク群の面積積
分値が最初のパルスレーザビームのピーク群の面積積分
値に対して０．６５から０．８５にある間のパルスを用
いることを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項４】ガラス基板上に非晶質シリコン半導体薄膜
を堆積したガラス基板を移動させながら、パルスレーザ
ビームを照射することによって、前記非晶質シリコン半
導体を多結晶シリコン半導体として薄膜トランジスタを
製造する方法において、前記パルスレーザビームの時間変化波形が２以上のピー
ク群を含み、ピーク群間の極小値となる時刻を境に区分
けした２番目のパルスレーザビームのピーク群の面積積
分値が最初のパルスレーザビームのピーク群の面積積分
値に対して０．６５から０．８５にある間のパルスを用
いることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】前記パルスレーザビームの時間波形比率を
パルスレーザ装置の共振器ミラーで調整することを特徴
とする請求項１記載のレーザアニール装置。
【請求項６】前記パルスレーザビームの時間波形を、光
学系の全反射ミラーからの漏れ光を用いて計測すること
を特徴とする請求項１または３に記載のレーザアニール
装置。
【請求項７】前記パルスレーザビームの時間波形の計測
に、ガラス基板の最も近傍に位置される全反射ミラーか
らの漏れ光を用いることを特徴とする請求項６に記載の
レーザアニール装置。
【請求項８】前記パルスレーザビームの時間波形を、光
学系の全反射ミラーからの漏れ光を用いて計測すること
を特徴とする請求項２または４に記載の薄膜トランジス
タの製造方法。
【請求項９】前記パルスレーザビームの時間波形の計測
に、ガラス基板の最も近傍に位置される全反射ミラーか
らの漏れ光を用いることを特徴とする請求項８に記載の
薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】所定の波長のパルスレーザビームを出力
するパルスレーザ装置と、対象物を一定速度で所定の方向に移動させるＸ−Ｙテー
ブルと、このＸ−Ｙテーブルに載置されたアモルファスシリコン
の薄膜を有するガラス基板に対し、パルスレーザビーム
を整形して照射する整形光学系と、前記Ｘ−Ｙテーブルに載置されたガラス基板のアモルフ
ァスシリコンに到達するパルスレーザビームに含まれる
複数のピーク群をパイプラナ光電管で検出して得られた
各ピーク群の波形比または時間積分値を算出する解析装
置と、を有するレーザアニール装置において、前記解析装置により得られたパルスレーザビームに含ま
れる複数のピーク群の波形比または時間積分値に基づい
て、前記パルスレーザ装置の近傍に配置された共振器の
ミラーの角度を変更して、各ピーク群の波形比または時
間積分値の範囲を所定の値に設定してガラス基板上のア
モルファスシリコンを多結晶シリコンに変移させること
を特徴とするレーザアニール装置。