JP2002217103A

JP2002217103A - レーザアニール方法

Info

Publication number: JP2002217103A
Application number: JP2001006988A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mihashi; 浩三橋; Takashi Fujimura; 尚藤村; Yasuto Kawahisa; 慶人川久
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2002-08-02
Anticipated expiration: 2021-01-15
Also published as: JP4664512B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アモルファスシリコンを常に最適な条件でレ
ーザアニールできるレーザアニール方法を提供する。【解決手段】異なるフルエンスのエキシマレーザビー
ムで条件出し用のアモルファスシリコンをレーザアニー
ルしてポリシリコン２にする。ポリシリコン２の表面中
の散乱度の最も高い位置を検出する。エキシマレーザビ
ームの照射状況に関わらず、光が最も散乱する際のフル
エンスを容易に発見できる。光が最も散乱する際のフル
エンスは、散乱度の最も高い位置に相当するフルエンス
に所定のフルエンスを加えて設定値とし、この設定値に
基づいて、アモルファスシリコンをレーザアニールする
ことにより、常に最適なレーザアニールができる。バリ
アブルアッテネータの透過率でエネルギ密度を調整した
エキシマレーザビームでアモルファスシリコンをレーザ
アニールしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透光性基板上の非
晶質シリコン半導体に向けてレーザビームを照射して、
この非晶質シリコン半導体を多結晶シリコン半導体にす
るレーザアニール方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、非晶質シリコン半導体であるアモ
ルファスシリコン(ａ-Ｓｉ)により形成される絶縁ゲー
ト型の薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor：ＴＦ
Ｔ)を画素スイッチに用いた液晶ディスプレイ(Liquid C
rystal Display：ＬＣＤ)が用いられているが、高精彩
で高速な高機能を有する液晶ディスプレイを実現するた
めには、電界移動度(μＦＥ)が１ｃｍ^２/Ｖｓ以下と低
いアモルファスシリコンの薄膜トランジスタでは能力が
不足する。これに対して、アモルファスシリコンにエキ
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
晶シリコンであるポリシリコンの薄膜トランジスタで
は、電界移動度が１００ｃｍ^２/Ｖｓ〜２００ｃｍ^２/Ｖ
ｓ程度のものが得られる。このため、液晶ディスプレイ
の高精彩化、高速化および駆動回路の一体形成などの高
機能化が期待できる。

【０００３】このポリシリコンの薄膜トランジスタの電
界移動度を決定する要素は、ポリシリコンの粒径であ
る。これは、照射するレーザビームのいわゆるフルエン
ス(fluence)といわれるエネルギ密度に大きく依存す
る。すなわち、このフルエンスの増大につれて、ポリシ
リコンの粒径が増大するが、電界移動度１００ｃｍ^２/
Ｖｓ以上の高性能のポリ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。

【０００４】ところが、このＦ１よりもフルエンスを増
大させていくと、ポリ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、すなわちＦ２を境に微結
晶粒となり、このような微結晶なポリシリコンでは所望
の薄膜トランジスタ特性を得ることができない。

【０００５】さらに、ポリシリコンの粒径は、このポリ
シリコンをエッチング液でエッチングして、走査電子顕
微鏡(ＦＥ-ＳＥＭ)で粒径を観察することによって求め
ることができる。この方法を利用して、レーザビームの
フルエンスを、ポリ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。このように選択
することによって、レーザビームの発振強度がある程度
変化しても、所望の電界移動度のポリシリコンの薄膜ト
ランジスタが得られるようになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
エッチング法では、ガラス基板を割ってこのガラス基板
をエッチングし、走査電子願微鏡で観察するという工程
が必要であるため、ポリシリコンの粒径が求まるまでに
非常に時間が掛かる。このため、このエッチング法で
は、生産性を落すことになる。

【０００７】また、レーザビームのレーザガスを交換し
た後のショット数が増大するにつれて最適な条件が変化
してしまうため、頻繁に最適な条件を求める必要があ
る。ところが、このエッチング法で頻繁に最適な条件を
求めることは、生産性を落とすことになるので、生産現
場では現実的でないという問題を有している。

【０００８】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、非晶質シリコン半導体を常に最適な条件でレーザ
アニールできるレーザアニール方法を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、一主面に非晶
質シリコン半導体の薄膜を堆積した透光性基板にレーザ
ビームを照射して、前記非晶質シリコン半導体を多結晶
シリコン半導体にするレーザアニール方法であって、条
件出し用の非晶質シリコン半導体に向けて、異なる大き
さのエネルギ密度を持つレーザビームそれぞれでこの非
晶質シリコン半導体をレーザアニールして多結晶シリコ
ンとし、この異なる大きさのエネルギ密度でレーザアニ
ールされた前記多結晶シリコン半導体の表面中の散乱度
の最も高い位置を検出し、この散乱度の最も高い位置に
照射されたレーザビームのエネルギ密度に所定のエネル
ギ密度を加えて設定値とし、この設定値に基づいて、製
品用の前記透光性基板に形成された非晶質シリコン半導
体をレーザアニールし、この非晶質シリコン半導体を多
結晶シリコン半導体にするものである。

【００１０】そして、この構成では、エネルギ密度と、
多結晶シリコン半導体の表面の形状、結晶粒径および作
製した薄膜トランジスタ特性との関係を調べた結果、多
結晶シリコン半導体の平均粒径が所定の大きさのとき、
この多結晶シリコン半導体の表面の凹凸が最も激しくな
って光が散乱する。そして、高性能な多結晶シリコン半
導体を得るために必要なエネルギ密度は、光が最も散乱
する条件である。このため、条件出し用の非晶質シリコ
ン半導体に向けて、異なる大きさのエネルギ密度を持つ
レーザビームそれぞれで非晶質シリコン半導体をレーザ
アニールして多結晶シリコンとし、この異なる大きさの
エネルギ密度でレーザアニールされた多結晶シリコン半
導体の表面中の散乱度の最も高い位置を検出することに
より、レーザビームの状況に関わらず、光が最も散乱す
る際におけるエネルギ密度を容易に見つけ出すことが可
能となる。このため、レーザアニールのエネルギ密度の
設定をこれらの間に選ぶことにより歩留まりが向上す
る。また、光が最も散乱する条件でのエネルギ密度は、
レーザビームの状況によって変化するが、散乱度の最も
高い位置に相当するエネルギ密度に所定のエネルギ密度
を加えて設定値とし、この設定値に基づいて、非晶質シ
リコン半導体をレーザアニールすることにより、常に最
適なレーザアニールが可能となる。

【００１１】また、アッテネータの透過率でエネルギ密
度を調整して、レーザビームを照射して非晶質シリコン
をレーザアニールしてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザアニール装
置の一実施の形態の構成を図１ないし図３を参照して説
明する。

【００１３】図２に示すレーザアニール装置は、透光性
基板であるガラス基板５の一主面上に成膜した非晶質シ
リコン半導体であるアモルファスシリコン(ａ-Ｓｉ)７
の薄膜に向けて、キセノンクロライド(ＸｅＣｌ)などか
らなるパルスレーザであるレーザビームとしてのエキシ
マレーザビームＢを照射して、このアモルファスシリコ
ン７をレーザアニールし、このアモルファスシリコン７
を多結晶シリコン半導体であるポリシリコン２にする。

【００１４】さらに、このレーザアニール装置は、エキ
シマレーザビームＢを発振するレーザ発振手段であるレ
ーザ発振器11を備えている。このレーザ発振器11から発
振されたエキシマレーザビームＢは、光学系の第１のモ
ジュール21および第２のモジュール31を通り、アニール
チャンバ38内のステージ40上に設置されたガラス基板５
上のアモルファスシリコン７面では線状となる。また、
このレーザ発振器11により発振されるエキシマレーザビ
ームＢは、アニールチャンバ38内のステージ40上に設置
されたガラス基板５上で最終的に焦点が結ばれるように
調整されている。ここで、このレーザ発振器11は、エキ
シマレーザビームＢの発振開始時と発振終了時に、発振
途中における強度よりも低い強度のエキシマレーザビー
ムＢを発振させる。

【００１５】また、ステージ40をこの線状の長手方向に
交差する方向にスキャンして、エキシマレーザビームＢ
をアモルファスシリコン７に照射する。

【００１６】さらに、このレーザ発振器11は、レーザ本
体12を備えており、このレーザ本体12内には、エキシマ
レーザビームＢの発振源であるディテクタ13が取り付け
られている。このディテクタ13は、フォトダイオード(P
hoto diode)により形成されている。また、このディテ
クタ13にて発振されたレーザビームは、このディテクタ
13の光路前方に配設された全反射ミラー14により、光路
が９０°曲げられる。この全反射ミラー14は、レーザ本
体12内に配設されている。

【００１７】また、この全反射ミラー14により光路が屈
折されたレーザビームの光路前方には、レーザ発振チュ
ーブとしてのレーザチューブ15が配設されている。この
レーザチューブ15は、レーザ本体12内に配設されてお
り、ディテクタ13から発振されたレーザビームをエキシ
マレーザビームＢにする。さらに、このレーザチューブ
15の光路前方および後方のそれぞれには、レーザ発振器
11から発振するエキシマレーザビームＢを共振させる共
振器ミラー16a，16bが配設されている。

【００１８】そして、共振器ミラー16bを通過したエキ
シマレーザビームＢの光路前方には、このエキシマレー
ザビームＢを高速で遮断可能なシャッタ18が配設されて
いる。このシャッタ18は、レーザ本体12内に配設されて
おり、このシャッタ18を通過したエキシマレーザビーム
Ｂの光路前方であるレーザ本体12の一側面には、このシ
ャッタ18を通過したエキシマレーザビームＢをレーザ本
体12の外部へと引き出すプロテクトウインドウ17が取り
付けられている。このプロテクトウインドウ17の共振器
ミラー16b側の一主面は、アンチリフレクションコート
が施されている。

【００１９】さらに、このプロテクトウインドウ17の他
主面には、発振されたエキシマレーザビームＢを引き込
み、このエキシマレーザビームＢの透過率を制御する第
１のモジュール21が配置されている。この第１のモジュ
ール21内には、プロテクトウインドウ17を通過したエキ
シマレーザビームＢの光路前方には、このエキシマレー
ザビームＢの光路を、例えば９０°で全反射させる第１
のミラー22が配設されている。この第１のミラー22は、
第１のモジュール21内に配設されている。

【００２０】また、この第１のミラー21にて反射された
エキシマレーザビームＢの光路前方には、光の減衰器で
あるアッテネータとしてのバリアブルアッテネータ23が
配置されている。このバリアブルアッテネータ23は、電
圧可変型であり、第１のモジュール21内に配設されてい
る。また、このバリアブルアッテネータ23は、エキシマ
レーザビームＢの透過率を変更する。さらに、このバリ
アブルアッテネータ23は、エキシマレーザビームＢの透
過率を０％から９０％の範囲で変更可能なアッテネータ
24と、このアッテネータ24を通過したエキシマレーザビ
ームＢの光路を補正する補償板としてのコンペンセータ
25とを備えている。そして、バリアブルアッテネータ23
へと入射したエキシマレーザビームＢは、アッテネータ
24にて透過率を調整された後、コンペンセータ25でアッ
テネータ24へと入射する以前の光路へと補正される。こ
れらアッテネータ24およびコンペンセータ25は、石英な
どで成形されており、互いに相対する方向に向けて連動
して回動可能である。

【００２１】そして、このバリアブルアッテネータ23を
通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、テレ
スコープ26が配設されている。このテレスコープ26は、
第１のモジュール21内に配設されており、複数、例えば
２枚のレンズにて構成され、ＬＡＨ32へと入射するエキ
シマレーザビームＢの大きさ、すなわちビームサイズを
調整する。また、このテレスコープ26を通過したエキシ
マレーザビームＢの光路前方には、このエキシマレーザ
ビームＢの光路を、例えば９０°で反射させる第２のミ
ラー27が配設されている。この第２のミラー27は、第１
のモジュール21内に配設されており、入射するエキシマ
レーザビームＢを全反射する。

【００２２】さらに、この第２のミラー27にて全反射さ
れたエキシマレーザビームＢの光路前方には、第１のモ
ジュール21に隣接された第２のモジュール31が取り付け
られている。そして、第２のミラー27にて反射されたエ
キシマレーザビームＢは、このエキシマレーザビームＢ
の長軸を調整するロングアクシスホモジナイザ、すなわ
ちＬＡＨ32へと入射する。このＬＡＨ32は、第２のモジ
ュール21内に配設されており、エキシマレーザビームＢ
の長軸をズーミングする図示しない第１のＬＨ(ロング
ホモジナイザ)および第２のＬＨと、これら第１のＬＨ
および第２のＬＨにて長軸をズーミングしたエキシマレ
ーザビームＢの波形を補正する図示しないコンデンサレ
ンズとを有している。

【００２３】そして、ＬＡＨ32により長軸が調整された
エキシマレーザビームＢの光路前方には、このエキシマ
レーザビームＢの短軸を調整するショートアクシスホモ
ジナイザ、すなわちＳＡＨ33が配設されている。このＳ
ＡＨ33は、第２のモジュール31内に配設されており、エ
キシマレーザビームＢの短軸をズーミングする図示しな
い第１のＳＨ(ショートホモジナイザ)および第２のＳＨ
と、これら第１のＳＨおよび第２のＳＨにて短軸をズー
ミングしたエキシマレーザビームＢの波形を補正する図
示しないコンデンサレンズとを有している。

【００２４】さらに、ＳＡＨ33により短軸が調整された
エキシマレーザビームＢの光路前方には、短軸スリット
34が配設されている。この短軸スリット34は、第２のモ
ジュール31内に配設されている。

【００２５】また、短軸スリット34を通過したエキシマ
レーザビームＢの光路前方には、このエキシマレーザビ
ームＢの短軸、およびこのエキシマレーザビームＢの時
間波形でのスティープネスを調整するフィールドレンズ
35が配設されている。このフィールドレンズ35は、第２
のモジュール31内に配設されている。さらに、このフィ
ールドレンズ35を通過したエキシマレーザビームＢの光
路前方には、このエキシマレーザビームＢの光路を、９
０°で反射させる第３のミラー36が配設されている。こ
の第３のミラー36は、第２のモジュール31内に配設され
ており、入射するエキシマレーザビームＢを全反射す
る。さらに、この第３のミラー36を通過したエキシマレ
ーザビームＢの光路前方には、いわゆる５Ｘレンズとい
われるプロジェクションレンズ37が配設されている。こ
のプロジェクションレンズ37は、第２のモジュール31内
に配設されている。

【００２６】そして、このプロジェクションレンズ37を
通過したエキシマレーザビームの光路前方には、内部で
ガラス基板５上のアモルファスシリコン７をレーザアニ
ールする雰囲気制御手段としてのアニールチャンバ38が
配設されている。このアニールチャンバ38の一側面に
は、外部からエキシマレーザビームＢを内部へと照射さ
せるアニーラウインドウ39が設けられている。このアニ
ーラウインドウ39は、プロジェクションレンズ37を通過
したエキシマレーザビームＢが入射する位置に配設され
ている。

【００２７】また、アニールチャンバ38内には、上面に
ガラス基板５が設置され、このガラス基板５を面方向に
向けて走査、すなわち移動させるステージ40が取り付け
られている。このステージ40は、設置したガラス基板５
を水平方向である互いに直角に交わるそれぞれの方向に
向けて走査可能である。

【００２８】ここで、このステージ40上に設置したガラ
ス基板５上は、アニールチャンバ38により窒素ガスなど
の不活性ガスにより雰囲気が調整されている。さらに、
このステージ40は、このステージ40上に設置したガラス
基板５上のアモルファスシリコン７の薄膜上の全面、す
なわち全域にアニーラウインドウ39を通過したエキシマ
レーザビームＢが照射するように形成されている。ま
た、このステージ40は、このステージ40上に設置したガ
ラス基板５上のアモルファスシリコン７のレーザアニー
ルを開始する位置から等速度で移動する。

【００２９】次に、上記レーザアニール装置で製造され
るポリシリコンを用いた薄膜トランジスタの構成を図３
を参照して説明する。

【００３０】まず、略透明な絶縁性を有するガラス基板
５の一主面上に、このガラス基板５からの不純物の拡散
を防止する絶縁性のアンダーコート層６が成膜されてい
る。

【００３１】そして、このアンダーコート層６上には、
島状のポリシリコン２が成膜されている。このポリシリ
コン２は、ガラス基板５上に堆積させたアモルファスシ
リコン７に向けてエキシマレーザビームＢを照射して、
このアモルファスシリコン７をレーザアニールすること
により形成されている。また、このポリシリコン２を形
成する以前のアモルファスシリコン７の膜厚は、約５０
ｎｍである。

【００３２】また、このポリシリコン２を含むアンダー
コート層６上には、絶縁性を有するシリコン酸化膜など
でゲート酸化膜63が成膜されている。

【００３３】そして、このゲート酸化膜63上には、モリ
ブデン−タングステン合金(ＭｏＷ)などが成膜されて、
ゲート電極64が形成されている。

【００３４】また、ポリシリコン２の両側域には、ソー
ス領域67とドレイン領域68とが形成されている。さら
に、ドーピングされていないゲート電極64の下方に位置
するポリシリコン２がチャネル領域69となる。

【００３５】そして、ゲート酸化膜63およびゲート電極
64上には、シリコン酸化膜などで形成された層間絶縁膜
71が成膜されている。また、この層間絶縁膜71とゲート
酸化膜63とには、これら層間絶縁膜71およびゲート酸化
膜63を貫通し、ソース領域67およびドレイン領域68に連
通する第１のコンタクトホール72a，72bが開口されてい
る。

【００３６】さらに、層間絶縁膜71上には、第２の配線
層として成膜されたソース電極73と、ドレイン電極74
と、信号を供給する図示しない信号線とが形成されてい
る。これらソース電極73、ドレイン電極74および信号線
は、アルミニウム(Ａｌ)などの低抵抗金属などで成膜形
成されている。そして、ソース電極73は、第１のコンタ
クトホール72aを介してソース領域67に導電接続されて
いる。同様に、ドレイン電極74は、第１のコンタクトホ
ール72bを介してドレイン領域68に導電接続されてい
る。

【００３７】次に、上記レーザアニール装置によるレー
ザアニール方法について説明する。

【００３８】まず、ガラス基板５の一主面に、シリコン
酸化膜などをプラズマＣＶＤ法などで成膜形成してアン
ダーコート層６を形成する。

【００３９】次いで、このアンダーコート層６上に、５
０ｎｍの膜厚でアモルファスシリコン７をプラズマＣＶ
Ｄ法などで成膜する。

【００４０】さらに、このアモルファスシリコン７を窒
素雰囲気中において５００℃で１０分熱処理し、このア
モルファスシリコン７中の水素濃度を低下させる。

【００４１】このようにして条件出しの基板を作成す
る。

【００４２】そして、エキシマレーザビームＢのレーザ
ガスを交換した後、アモルファスシリコン７が形成され
た条件出し用のガラス基板５をステージ40上に設置し、
このステージ40を走査してガラス基板５を移動させなが
ら、レーザ発振器11から単調に増加または低下する異な
るエネルギ密度であるフルエンス(fluence)を持つエキ
シマレーザビームＢを発振させて、このエキシマレーザ
ビームＢをガラス基板５上のアモルファスシリコン７に
向けて照射して、このアモルファスシリコン７をレーザ
ーアニールし、このアモルファスシリコン７をポリシリ
コン２にする。

【００４３】このとき、図１に示すように、このエキシ
マレーザビームＢをガラス基板５上の膜厚５０ｎｍのア
モルファスシリコン７に、１ｍｍ間隔で２０ｍｍずつ、
フルエンスを１０ｍＪ/ｃｍ^２ずつ増やしながら、２６
０ｍＪ/ｃｍ^２から４００ｍＪ/ｃｍ^２までの１５の条件
で照射する。

【００４４】ここで、ガラス基板５のサイズは４００ｍ
ｍ×５００ｍｍであり、このガラス基板５を載せたステ
ージの送りピッチは２０μｍである。またレーザ発振器
11から発振されるエキシマレーザビームＢのレーザ発振
周波数は３００Ｈｚである。さらに、エキシマレーザビ
ームＢの波長を３０８ｎｍに設定し、このエキシマレー
ザビームＢの照射サイズを２５０ｍｍ×０．４ｍｍの線
状ビームとする。また、このエキシマレーザビームＢの
オーバーラップを９５％に設定する。

【００４５】次いで、異なる条件でレーザアニールした
ガラス基板５上のアモルファスシリコン７の表面中にお
ける散乱度の最も高い位置を検出する。

【００４６】そして、この散乱度の最も高い位置に相当
するフルエンスに所定のフルエンスを加えて設定値Ｅと
する。

【００４７】ここで、散乱度の最も高い位置に相当する
フルエンスに加えるフルエンスは、条件出し用のガラス
基板５に形成されたアモルファスシリコン７の膜厚と、
製品化するガラス基板５に形成するアモルファスシリコ
ン７の膜厚の規格値とが同じときは、１０ｍＪ/ｃｍ^２
以上４０ｍＪ/ｃｍ^２以下とする。

【００４８】また、条件出し用のアモルファスシリコン
７の膜厚の平均値ｄｓナノメータと、製品化するアモル
ファスシリコン７の膜厚の規格値ｄｏナノメータとの
比、すなわちｄｓ/ｄｏが、９０％以上９４％未満の場
合には２０ｍＪ/ｃｍ^２以上５０ｍＪ/ｃｍ^２以下の値を
加え、９４％以上９８％未満の場合には１５ｍＪ/ｃｍ
^２以上４５ｍＪ/ｃｍ^２以下の値を加え、９８％以上か
ら１０２％未満の場合には１０ｍＪ/ｃｍ^２以上４０ｍ
Ｊ/ｃｍ^２以下の値を加え、１０２％以上１０６％未満
の場合には５ｍＪ/ｃｍ^２以上３５ｍＪ/ｃｍ^２以下の値
を加え、１０６％以上１１０％未満の場合には０ｍＪ/
ｃｍ^２以上３０ｍＪ/ｃｍ^２以下の値を加える。そし
て、ｄｓ/ｄｏが９０％未満および１１０％を超える膜
厚のアモルファスシリコン７が形成されたガラス基板５
は、条件出し用のガラス基板５として使用しない。

【００４９】この条件出しは、エキシマレーザビームＢ
のガスを交換した後と、次のエキシマレーザビームＢの
ガスの交換に至る前に行なう。

【００５０】この結果、散乱が最大となるエキシマレー
ザビームＢのフルエンスが３３０ｍＪ/ｃｍ^２となるの
で、この値に２０ｍＪ/ｃｍ^２のフルエンスを加えて、
設定値Ｅを３５０ｍＪ/ｃｍ^２とする。

【００５１】この後、水素濃度を低下させた別個の製品
化するガラス基板５上のアモルファスシリコン７に向け
て、設定値Ｅに基づいたエキシマレーザビームＢを照射
して、このアモルファスシリコン７をレーザアニール
し、このアモルファスシリコン７を所望する、例えば
０．３μｍ程度の結晶粒径を有するポリシリコン２にす
る。

【００５２】このとき、レーザ発振器11から３００Ｈｚ
で発振されるエキシマレーザビームＢの波長を３０８ｎ
ｍに設定し、このエキシマレーザビームＢの照射サイズ
を２５０ｍｍ×０．４ｍｍの線状ビームとする。また、
ガラス基板５上でのエキシマレーザビームＢのフルエン
スが設定値Ｅ、すなわち３５０ｍＪ/ｃｍ^２となるよう
に設定し、このエキシマレーザビームＢのオーバーラッ
プを９５％に設定する。

【００５３】さらに、このポリシリコン２を含むガラス
基板５上に、プラズマＣＶＤ法などでゲート酸化膜63を
形成する。

【００５４】次いで、このゲート酸化膜63上に、第１配
線層をスパッタリング法で成膜し、この第１配線層をエ
ッチング加工して、ゲート電極64を形成する。

【００５５】この後、ポリシリコン２の両側域にソース
領域67およびドレイン領域68を形成する。これらソース
領域67およびドレイン領域68は、ゲート電極64をエッチ
ング加工する際におけるレジストをマスクとして、ボロ
ン(Ｂ)やリン(Ｐ)などの不純物をイオンドーピング法な
どで、ポリシリコン２の両側域をドーピングすることに
より形成されている。

【００５６】このとき、ゲート電極64の下方に位置する
ドーピングされていないポリシリコン２がチャネル領域
69となる。

【００５７】次いで、ゲート酸化膜63およびゲート電極
64上に層間絶縁膜71を形成し、層間絶縁膜71およびゲー
ト酸化膜63に第１のコンタクトホール72a，72bを形成し
た後、この層間絶縁膜71上に低抵抗金属をスパッタリン
グ法などで成膜しパターニングしてソース電極73、ドレ
イン電極74および信号線を形成する。

【００５８】上述したように、上記一実施の形態によれ
ば、フルエンスと、ポリシリコン２の表面の形状である
表面モフォロジ、結晶粒径および作製した薄膜トランジ
スタ特性との関係を調べた結果、ポリシリコン２の平均
粒径が所定の大きさ、例えば０．３μｍとなるときに、
このポリシリコン２の表面の凹凸が最も激しくなって光
が散乱する。そして、高性能なポリシリコン２を得るた
めに必要なフルエンスは、光が最も散乱する条件であ
る。このため、液晶ディスプレイ用の薄膜トランジスタ
３に適した性能を出すためには、ポリシリコン２の粒径
は０．３μｍ以上である必要がある。

【００５９】ここで、ポリシリコン２の平均粒径が０．
３μｍの際に、このポリシリコン２の表面の突起が最大
となるは、エキシマレーザビームＢの波長が０．３μｍ
であり、光学系を通したエキシマレーザビームＢが光の
干渉により、０．３μｍ間隔で強度分布を持つためであ
る。

【００６０】このため、ガラス基板５上のアモルファス
シリコン７に向けてエキシマレーザビームＢを照射し
て、このアモルファスシリコン７をポリシリコン２とす
る以前の状態で、異なるフルエンスを持つエキシマレー
ザビームＢのそれぞれでアモルファスシリコン７をレー
ザアニールし、この異なる条件でレーザアニールしたア
モルファスシリコン７の表面中の散乱度の最も高い位置
を選択することにより、エキシマレーザビームＢの状況
に関わらず、光が最も散乱する際におけるフルエンス
(Ｆ１)を容易に見つけ出すことができる。

【００６１】また、Ｆ１よりもフルエンスを増大させて
いくと、ポリシリコン２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るの
で、レーザアニールのマージンはＦ１とＦ２との間にあ
る。よって、歩留まりを最大にするためには、エキシマ
レーザビームＢによるレーザアニールのフルエンスの設
定をＦ１とＦ２との間で選ぶことにより、ガラス基板５
上に形成される薄膜トランジスタ３の歩留まりを向上で
きる。

【００６２】さらに、エキシマレーザビームＢの状況に
よって、光が最も散乱する条件でのフルエンスＦ１は変
化をするが、(Ｆ２−Ｆ１)はほぼ一定している。このた
め、散乱度の最も高い位置に相当するフルエンスＦ１か
ら所定のフルエンスを加えて設定値Ｅとし、この設定値
Ｅに基づいて、アモルファスシリコン７をレーザアニー
ルすることにより、エキシマレーザビームＢの変化に関
わらず、最適なレーザアニール照射条件を即座に決定で
き、アモルファスシリコン７を常に最適にレーザアニー
ルできる。よって、高い特性を有するポリシリコン２を
歩留まりよく、生産性よく製造できるので、高性能かつ
高品質な薄膜トランジスタ３の液晶ディスプレイや、駆
動回路一体型の液晶ディスプレイ、その他の高機能な液
晶ディスプレイなどの製造を容易にできる。

【００６３】そして、散乱度の最も高い位置に相当する
フルエンスに所定のフルエンスを加えて設定値Ｅを選択
することにより、この設定値Ｅの選択が容易であるとと
もに、この設定値Ｅが、０．３μｍの粒径寸法であるポ
リシリコン２をレーザアニールで形成する際におけるエ
キシマレーザビームＢのフルエンスのマージンの範囲内
に該当する。

【００６４】また、一枚の条件出し用のガラス基板５を
レーザアニールして、このガラス基板５中での散乱度の
最も高い位置に相当するフルエンスを選択するので、多
数のガラス基板５それぞれにフルエンスの異なるエキシ
マレーザビームＢを照射して、これら複数のガラス基板
５上のポリシリコン２を比較して散乱度の最も高い位置
に相当するフルエンスを選択する場合に比べ、散乱度の
最も高い位置に相当するフルエンスを選択する作業を正
確かつ容易にできる。

【００６５】さらに、条件出し用のアモルファスシリコ
ン７の膜厚の平均値と製品化されるガラス基板５に形成
されるアモルファスシリコン７の膜厚の規格値との膜厚
比が、９０％以上９４％未満の場合に加える値は２０ｍ
Ｊ/ｃｍ^２以上５０ｍＪ/ｃｍ ^２以下であり、９４％以上
９８％未満の場合に加える値は１５ｍＪ/ｃｍ^２以上４
５ｍＪ/ｃｍ^２以下であり、９８％以上から１０２％未
満の場合に加える値は１０ｍＪ/ｃｍ^２以上４０ｍＪ/ｃ
ｍ^２以下であり、１０２％以上１０６％未満の場合に加
える値は５Ｊ/ｃｍ^２以上３５ｍＪ/ｃｍ^２以下であり、
１０６％以上１１０％未満の場合に加える値は０ｍＪ/
ｃｍ^２以上３０ｍＪ/ｃｍ^２以下であり、さらに、９０
％未満および１１０％を超える場合には条件出し用のガ
ラス基板５としては使用しないとすることにより、アモ
ルファスシリコン７の膜厚が薄くまたは厚くなっても、
設定値Ｅを求められる。よって、ガラス基板５上のアモ
ルファスシリコン７で形成したポリシリコン２の不良を
削減できる。

【００６６】また、単調に増加または低下する異なるフ
ルエンスを持つエキシマレーザビームＢで、ガラス基板
５上のアモルファスシリコン７をレーザアニールするこ
とにより、ポリシリコン２の散乱度は段階的に高くまた
は低くなる。このため、散乱度の最も高いポリシリコン
２の選択がより正確かつ容易になる。

【００６７】そして、エキシマレーザビームＢのレーザ
ガスを交換した後と、次のエキシマレーザビームＢのレ
ーザガスの交換に至る前である所定ロット毎に設定値Ｅ
を測定することにより、この設定値Ｅを測定する際のタ
イミングを的確にできる。

【００６８】なお、上記一実施の形態では、エキシマレ
ーザビームＢをガラス基板５上のアモルファスシリコン
７に対して１ｍｍ間隔で２０ｍｍずつ、フルエンスを１
０ｍＪ/ｃｍ^２ずつ増やしながら、２６０ｍＪ/ｃｍ^２か
ら４００ｍＪ/ｃｍ^２までの１５の条件で照射した構成
について説明したが、このような構成に限定されること
はなく、バリアブルアッテネータ23による透過率で、エ
キシマレーザビームＢのフルエンスを調整しながら、こ
のエキシマレーザビームＢでガラス基板５上のアモルフ
ァスシリコン７をレーザアニールしても、上記一実施の
形態と同様の作用効果を奏することができる。

【００６９】具体的には、エキシマレーザビームＢのガ
スを交換した後、このエキシマレーザビームＢをガラス
基板５上の膜厚４７ｎｍのアモルファスシリコン７に、
１ｍｍ間隔で２０ｍｍずつ、バリアブルアッテネータ23
の角度を調整して、レーザ発振器11から発振されるエキ
シマレーザビームＢの透過率を２％ずつ増やしながら、
７２％から１００％までの１５の条件で照射する。ここ
で、エキシマレーザビームＢの透過率は、単調に増加ま
たは低下させればよい。

【００７０】このとき、ガラス基板５のサイズは４００
ｍｍ×５００ｍｍで、このガラス基板６を載せたステー
ジ40の送りピッチを２０μｍに設定する。また、エキシ
マレーザビームＢの発振周波数を３００Ｈｚに設定す
る。

【００７１】そして、散乱度が最大となるのは７９％で
あるが、条件出し用のアモルファスシリコン７の膜厚が
４７ｎｍであり、製品となる基板に形成されるアモルフ
ァスシリコン７の膜厚の規格値５０ｎｍとの比が９４％
であるため、製品に対しては加えるバリアブルアッテネ
ータ23の透過率が、７９％に４％を加え、さらに１％を
加えた８４％とする。この８４％は、フルエンスに換算
すると３５３ｍＪ/ｃｍ^２であった。

【００７２】ここで、加える透過率は、条件出し用のア
モルファスシリコン７の膜厚の平均値と製品化するガラ
ス基板５に形成されるアモルファスシリコン７の膜厚の
規格値との膜厚比が、９０％以上９４％未満で４％以上
１０％以下であり、９４％以上９８％未満で３％以上９
％以下であり、９８％以上から１０２％未満で２％以上
８％以下であり、１０２％以上１０６％未満で１％以上
７％以下であり、１０６％以上１１０％未満で０％以上
６％以下である。そして、アモルファスシリコン７の膜
厚の平均値が、製品化するガラス基板５に形成されるア
モルファスシリコン７の膜厚の規格値に対して９０％未
満および１１０％を超える場合には条件出し用のガラス
基板５として使用しない。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、レーザビームの状況に
関わらず、光が最も散乱する際におけるエネルギ密度を
容易に見つけ出せるとともに、散乱度の最も高い位置に
相当するエネルギ密度に所定のエネルギ密度を加えて設
定値とし、この設定値に基づいて、非晶質シリコン半導
体をレーザアニールすることにより、常に最適なレーザ
アニールができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザアニール装置の一実施の形態で
アニールしたガラス基板を示す説明図である。

【図２】同上レーザアニール装置を示す説明図である。

【図３】同上レーザアニール装置で製造した薄膜トラン
ジスタを示す断面図である。

【符号の説明】

２多結晶シリコン半導体としてのポリシリコン５透光性基板としてのガラス基板７非晶質シリコン半導体としてのアモルファスシリ
コン 23 アッテネータとしてのバリアブルアッテネータＢレーザビームとしてのエキシマレーザビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川久慶人埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番２号株式会社東芝深谷工場内Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA02 BA07 BB07 CA10 DA02 DB03 JA01 5F071 AA06 HH02 HH03 JJ05 5F072 AA06 HH02 HH03 JJ05 KK05 SS06 YY08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一主面に非晶質シリコン半導体の薄膜を
堆積した透光性基板にレーザビームを照射して、前記非
晶質シリコン半導体を多結晶シリコン半導体にするレー
ザアニール方法であって、条件出し用の非晶質シリコン半導体に向けて、異なる大
きさのエネルギ密度を持つレーザビームそれぞれでこの
非晶質シリコン半導体をレーザアニールして多結晶シリ
コンとし、この異なる大きさのエネルギ密度でレーザアニールされ
た前記多結晶シリコン半導体の表面中の散乱度の最も高
い位置を検出し、この散乱度の最も高い位置に照射されたレーザビームの
エネルギ密度に所定のエネルギ密度を加えて設定値と
し、この設定値に基づいて、製品用の前記透光性基板に形成
された非晶質シリコン半導体をレーザアニールし、この
非晶質シリコン半導体を多結晶シリコン半導体にするこ
とを特徴としたレーザアニール方法。
【請求項２】前記所定のエネルギ密度は、条件出し用
の非晶質シリコン半導体の膜厚の平均値と製品用の透光
性基板に形成する非晶質シリコン半導体の膜厚の規格値
との膜厚比が、９０％以上９４％未満で、２０ｍＪ/ｃｍ^２以上５０ｍ
Ｊ/ｃｍ^２以下であり、９４％以上９８％未満で、１５ｍＪ/ｃｍ^２以上４５ｍ
Ｊ/ｃｍ^２以下であり、９８％以上１０２％未満で、１０ｍＪ/ｃｍ^２以上４０
ｍＪ/ｃｍ^２以下であり、１０２％以上１０６％未満で、５Ｊ/ｃｍ^２以上３５ｍ
Ｊ/ｃｍ^２以下であり、１０６％以上１１０％未満で、０ｍＪ/ｃｍ^２以上３０
ｍＪ/ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１記載
のレーザアニール方法。
【請求項３】一主面に非晶質シリコン半導体薄膜を堆
積した透光性基板に、光の減衰器であるアッテネータの
透過率でエネルギ密度が調整されたレーザビームを照射
して、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方法であって、条件出し用の非晶質シリコン半導体に向けて、異なる前
記アッテネータの透過率によるレーザビームそれぞれで
この非晶質シリコンをレーザアニールして多結晶シリコ
ンとし、この異なる条件でレーザアニールされた前記多結晶シリ
コンの表面中の散乱度が最も高い位置を検出し、この散乱度の最も高い位置に照射されたレーザビームの
アッテネータの透過率に所定の透過率を加えて透過率の
設定値とし、この所定値に基づいて、製品用の前記透光性基板に形成
された非晶質シリコン半導体をレーザアニールし、この
非晶質シリコン半導体を多結晶シリコンにすることを特
徴とするレーザアニール方法。
【請求項４】前記所定の透過率は、条件出し用の非晶
質シリコン半導体の膜厚の平均値と製品用の透光性基板
に形成する非晶質シリコン半導体の膜厚の規格値との膜
厚比が、９０％以上９４％未満で、４％以上１０％以下であり、９４％以上９８％未満で、３％以上９％以下であり、９８％以上１０２％未満で、２％以上８％以下であり、１０２％以上１０６％未満で、１％以上７％以下であ
り、１０６％以上１１０％未満で、０％以上６％以下である
ことを特徴とした請求項３記載のレーザアニール方法。
【請求項５】 1枚の条件出し用非晶質シリコン半導体
で設定値を求めることを特徴とする請求項１または３記
載のレーザアニール方法。
【請求項６】レーザのガスを交換した後と、次のガス
交換に至る前とで設定値を求めることを特徴とする請求
項１または３記載のレーザアニール方法。