JP2002305147A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー光による各種アニールを用いて作製
される半導体デバイスの特性を均一なものとする。 【解決手段】 線状に成形されたレーザー光を線に直角
な方向にスキャンしながら半導体材料に対してアニール
を行った場合、線方向であるビーム横方向に対するアニ
ール効果とスキャン方向に対するアニール効果とでは、
その均一性において２倍以上の違いがある。そこで、線
状のレーザーが照射される線方向に合わせて複数の半導
体素子を作製することで、特性のそろったものを得るこ
とができる。また、薄膜トランジスタのソース／ドレイ
ンを結ぶ線方向を線状のレーザー光の線方向と合わせる
ことによって、キャリアの移動がアニール効果の均一な
領域で行われることになるので、特性の高いものとする
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】本明細書で開示する発明は、
薄膜半導体を用いてトランジスタ等の素子集積化して形
成する技術に関する。特に線状のレーザービームを用
い、複数の薄膜デバイスをその特性にバラツキ無く作製
する技術に関する。またこの技術を用いて作製された薄
膜デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の作製プロセスの低温
化に関して盛んに研究が進められている。その大きな理
由は、安価で加工性に富んだガラス等の絶縁基板上に半
導体素子を形成する必要が生じたからである。その他、
素子の微小化や素子の多層化を進める観点からも半導体
素子の作製プロセスの低温化が求められている。

【０００３】半導体プロセスにおいては、半導体材料に
含まれる非晶質成分もしくは非晶質半導体材料を結晶化
させることや、もともと結晶性であったものの、イオン
を照射したために結晶性が低下した半導体材料の結晶性
を回復することや、結晶性であるのだが、より結晶性を
向上させることが必要とされることがある。従来、この
ような目的のためには熱的なアニールが用いられてい
た。半導体材料として珪素を用いる場合には、６００℃
から１１００℃の温度で０．１〜４８時間、もしくはそ
れ以上の時間のアニールをおこなうことによって、非晶
質の結晶化、結晶性の回復、結晶性の向上等がなされて
きた。

【０００４】このような、熱アニールは、一般に温度が
高いほど処理時間は短くても良かったが、５００℃以下
の温度ではほとんど効果はなかった。したがって、プロ
セスの低温化の観点からは、従来、熱アニールによって
なされていた工程を他の手段によって置き換えることが
必要とされていた。特に基板としてガラス基板を用いた
場合には、ガラス基板の耐熱温度が６００℃程度である
ことから、この温度以下の温度で従来の熱アニールに匹
敵する手段が必要とされていた。

【０００５】このような要求を満たす方法として、半導
体材料にレーザー光を照射することにより、各種アニー
ルを行う技術が知られている。このレーザー光の照射技
術は究極の低温プロセスとして注目されている。これ
は、レーザー光は熱アニールに匹敵する高いエネルギー
を必要とされる箇所にのみ限定して与えることができ、
基板全体を高い温度にさらす必要がないからである。

【０００６】レーザー光の照射に関しては、大きく分け
て２つの方法が提案されていた。

【０００７】第１の方法はアルゴンイオン・レーザー等
の連続発振レーザーを用いたものであり、スポット状の
ビームを半導体材料に照射する方法である。これはビー
ム内部でのエネルギー分布の差、およびビームの移動に
よって、半導体材料が溶融した後、緩やかに凝固するこ
とを利用して、半導体材料を結晶化させる方法である。

【０００８】第２の方法はエキシマーレーザーのごとき
パルス発振レーザーを用いて、大エネルギーレーザーパ
ルスを半導体材料に照射し、この際半導体材料が瞬間的
に溶融し、凝固することによって結晶成長が進行するこ
とを利用する方法である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】第１の方法の問題点は
処理に時間がかかることであった。これは連続発振レー
ザーの最大エネルギーが限られたものであるため、ビー
ムスポットのサイズがせいぜいｍｍ角単位となるためで
ある。これに対し、第２の方法ではレーザーの最大エネ
ルギーは非常に大きく、数ｃｍ角以上の大きなスポット
を用いて、より量産性を上げることができる。

【００１０】しかしながら、通常用いられる正方形もし
くは長方形の形状のビームでは、１枚の大きな面積の基
板を処理するには、ビームを上下左右に移動させる必要
があり、量産性の面で依然として改善する余地があっ
た。

【００１１】これに関しては、ビームを線状に変形し、
ビームの幅を処理すべき基板を越える長さとし、このビ
ームを基板に対して相対的に走査する方法を採用するこ
とによって、大きく改善することができる。（ここでい
う走査とは、線状レーザーをすこしずつずらして重ねな
がら照射することを言う。）

【００１２】しかしながら、線状のパルスレーザーを少
しずつずらしながら重ねて照射する上記技術は、どうし
てもレーザー照射された半導体材料の表面に線状の縞を
作ってしまう。これらの縞は半導体材料上に形成された
素子もしくは将来形成される素子の特性に大きく影響す
る。特にこの影響は、基板上に複数の素子を形成し、そ
れらの素子１つ１つの特性を均一にしなければならない
時に深刻な問題となる。このような場合、縞模様１本１
本では特性は均質なのだが、縞同士の特性にはバラツキ
が生じてしまう。

【００１３】このように線状のレーザー光を用いたアニ
ール方法においてもその照射効果の均一性が問題とな
る。ここでいう均一性が高いこということは、基板上の
どの部分に素子を形成しても同じ様な素子特性がでると
いうことを指す。均一性を高めるということは、半導体
材料の結晶性を均質にするということである。この均一
性を高めるために以下のような工夫がなされている。

【００１４】レーザー照射効果の不均一性を緩和するに
は、強いパルスレーザー光の照射（以下本照射と呼ぶ）
の前に、それよりも弱いパルスレーザー光の予備的な照
射（以下予備照射と呼ぶ）をおこなうと均一性が向上す
るればよいことが分かっている。この効果は非常に高
く、バラツキを抑えて半導体デバイス回路の特性を著し
く向上させることができる。

【００１５】なぜ、予備照射が膜の均一性維持に効果的
かというと、前述のような非晶質部分を含んだ半導体材
料の膜は、レーザーエネルギーの吸収率が多結晶膜や単
結晶膜とかなり異なるような性質を有しているからであ
る。つまり、１回目の照射で膜に残っている非晶質部分
を結晶化して、さらに２回目の照射では全体的な結晶化
を促進させるのが、２段階照射の作用である。このよう
に、ゆるやかに結晶化を促進させることで、線状レーザ
ー照射により半導体材料上にでる縞状のむらをある程度
抑えることができる。この工夫によって、レーザー光の
照射効果の均一性はかなり向上し、上述した縞模様も見
た目には比較的目立たなくすることができる。

【００１６】しかしながら、アクティブマトリクス型の
液晶ディスプレイのように多数（数千数万の単位）を半
導体デバイアス（例えば薄膜トランジスタ）をガラス基
板上に作製しなければならないような場合は、上記のよ
うな２段階照射によるレーザー照射方法であっても、そ
の効果の均一性の点で満足できるものではなかった。

【００１７】このように線状にビーム加工されたエキシ
マレーザー光を用いたアニール方法は、大面積化に対応
するといった点で優れたものであるが、その効果の均一
性の点において問題があった。

【００１８】そこで、本明細書で開示する発明において
は、線状にビーム加工されたレーザー光の照射によるア
ニールを用いて多数の半導体デバイスを作製する際に、
半導体デバイス毎の特性のバラツイを極力小さくする技
術を提供することを課題とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】線状レーザーを使用する
限り上述のような縞状の不均一性が生じてしまうのは必
至である。そこで本明細書で開示する発明では、半導体
材料の均質性を高めるという発想から、レーザー照射に
よって生じる不均一性に、半導体材料上に形成される、
もしくは形成された素子を合わせるという発想に転換す
ることで、この問題を解決する。

【００２０】上記のごときレーザー光の２段階照射を行
うことで発生する半導体材料表面の不均一性を図１に定
量的に示す。図１に示すのは、幅１ｍｍで長さが１２５
ｍｍの線状にビーム加工されたＫｒＦエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）を線に直角な方
向に走査（スキャン）させながらガラス基板上に成膜さ
れた５００Å厚の非晶質珪素膜に照射し、その後におい
て珪素膜の屈折率を計測した結果である。

【００２１】図１において、スキャン方向というのは、
線状のレーザービームの走査方向、即ち線に直角な方向
における屈折率の分布を示したものである。またビーム
横方向というのは、線状のレーザービームの線の方向
（長手方向）における屈折率の分布を示すものである。
非晶質珪素膜は、レーザー光が照射されることによっ
て、結晶化されるが、その結晶性の違いはその屈折率の
違いによって計測することができる。珪素膜の屈折率
は、薄膜の厚さが分かればエリプソメータを用いて計測
することができる。また図１に示すデータは、前述した
２段階照射を施した場合のものである。

【００２２】この図から判ることは、四角印で示される
線状レーザーに平行な線上では、それにほぼ垂直な線上
（丸印で示されるレーザー光の走査方向）に比べて、は
るかに屈折率の均一性が良いということである。屈折率
は、膜の結晶性と密接に関わっていて、屈折率にバラツ
キがないということから結晶性もまたバラツキがないと
いうことが言える。このようなことから、線状レーザー
に平行な線上では、それにほぼ垂直な線上に比べて、は
るかに結晶の均質性が良いことが結論される。

【００２３】また図１に示す計測結果からは、線状のレ
ーザー光によるアニール効果が、線方向に対してはバラ
ツキがなく良好であるが、スキャンしていく方向におい
ては、大きなバラツキを有していることが分かる。

【００２４】このバラツキは、線状レーザーの線方向に
おいては、0.6 ％程度であるが、スキャン方向において
はその２倍以上の1.3 ％もある。このように線状のレー
ザービームを用いて、線に直角な方向にスキャンしなが
らアニールを行った場合、線方向におけるアニール効果
は、スキャン方向（線に直角な方向）におけるアニール
効果に比較して、２倍以上あることが分かる。

【００２５】このことは、珪素半導体薄膜ではなく、他
の薄膜半導体であっても同様であると考えることができ
る。また図１に示されるようなレーザー光の照射による
効果は、非晶質珪素膜の結晶化のみではなく、広く半導
体薄膜の結晶化や結晶性の改善や向上、さらには導入さ
れた不純物の活性化等においてもいえることである。

【００２６】本明細書で開示する発明は、図１に示すよ
うに、線状のレーザービームを用いた各種アニールにお
いて、そのアニール効果が線方向とスキャン方向とで２
倍以上異なる場合に特に有効である。

【００２７】そこで、半導体材料上に複数形成される素
子を作製する際において、特に特性が同じ様でなければ
ならない素子同士をできるだけ一直線上に並べるような
回路配置とし、この一直線上に並んだ素子領域（または
素子領域となるべき領域）に対して、線状のレーザー光
を照射し、各種アニールを行うものとする。すると、レ
ーザー光のアニール効果をこの一直線上に並んだ各素子
領域において均一なものとすることができ、この一直線
上に並んだ複数の素子の特性をバラツキのないものとす
ることができる。

【００２８】また、図１に示すようなアニール効果の均
一性を有する線状のレーザービームを用いて結晶性珪素
膜を得、この結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを
構成する場合、薄膜トランジスタのソースとドレインを
結ぶ線と線状のレーザー光の線方向（長手方向）とを一
致または概略一致させることで、キャリアの移動する方
向における結晶性を均一なものとすることができる。こ
の場合、キャリアの移動が結晶性の均一な領域において
行われるため、その移動に際しての障害（電気的な障
害）がなく、その特性を高めることができる。

【００２９】以下において本明細書で開示する各発明に
ついて説明する。本明細書で開示する主要な発明の一つ
は、薄膜半導体に対して線状のレーザー光を照射してア
ニールを行う工程と、前記線状のレーザー光が照射され
た領域の長手方向に合わせて複数の半導体装置を作製す
る工程と、を有することを特徴とする。

【００３０】上記工程は例えばガラス基板等の絶縁表面
を有する基板上に形成される薄膜トランジスタを作製す
る際に利用することができる。線状のレーザー光は、後
に実施例で示すようにエキシマレーザー光を光学系によ
り、線状に成形したのを用いることがで得ることができ
る。レーザー光が照射された長手方向というのは、線状
の形状に照射された領域の線方向のこという。

【００３１】他の発明の構成は、薄膜半導体に対して線
状のレーザー光を照射する工程を有し、複数の半導体装
置が少なくとも１列になって形成されべき領域に対し
て、前記線状のレーザー光の線方向と前記列の方向とを
合わせて前記線状のレーザー光を照射することを特徴と
する。

【００３２】他の発明の構成は、薄膜半導体に対するレ
ーザー光の照射工程において、薄膜トランジスタのソー
ス領域が形成されるべき領域とドレイン領域が形成され
るべき領域とを結ぶ方向に合わせて線状のパターンを有
するレーザー光を照射することを特徴とする。

【００３３】上記構成において、薄膜トランジスタの構
成としては、スタガー型、逆スタガー型、プレナー型、
逆プレナー型のいずれの構成でもよい。特に一つの活性
層内にソース、チャネル、ドレインの各領域が形成され
るプレナー型の構成を採用した場合に有効である。

【００３４】またレーザー光を照射する目的も結晶化、
結晶化の助長、結晶化の向上、不純物の活性化、その他
各種アニールのために行うものを含む。

【００３５】他の発明の構成は、薄膜半導体に対して線
状のレーザー光を照射する工程と、前記線状のレーザー
光の線方向に沿ってソース領域とドレイン領域とを有す
る薄膜トランジスタを作製する工程と、を有することを
特徴とする。

【００３６】他の発明の構成は、薄膜半導体に対して線
状のレーザー光を照射する工程と、前記線状のレーザー
光の線方向に沿ってキャリアが移動する半導体装置を作
製する工程と、を有することを特徴とする。

【００３７】他の発明の構成は、薄膜トランジスタのソ
ース領域とドレイン領域とに一導電型を付与する不純物
イオンを注入する工程と、前記ソース領域とドレイン領
域とを結ぶ線に合わせて線状のレーザー光を照射する工
程と、を有することを特徴とする。

【００３８】他の発明の構成は、結晶性珪素膜を用いた
薄膜トランジスタであって、前記薄膜トランジスタのソ
ース領域とドレイン領域とを結ぶ方向における当該結晶
性珪素膜の屈折率のバラツキは、前記方向と直角な方向
における当該結晶性珪素膜の屈折率のバラツキに比較し
て２倍以上であることを特徴とする。

【００３９】他の発明の構成は、結晶性珪素膜を用いた
半導体装置であって、前記半導体装置におけるキャリア
の移動する方向における当該結晶性珪素膜の屈折率のバ
ラツキは、前記方向と直角な方向における当該結晶性珪
素膜のバラツキに比較して２倍以上であることを特徴と
する。

【００４０】［作用］線状のピームパターンを有するレ
ーザー光を用いた半導体へのアニール工程において、レ
ーザーパターンの線方向におけるアニール効果の均一性
を利用することによって、例えばその線方向に複数形成
される薄膜トランジスタの特性をそろったものとするこ
とができる。

【００４１】また、半導体デバイスにおけるキャリアの
移動する方向と線状のレーザーパターンの線方向とを合
わせることによって、半導体デバイスの電気特性を向上
させることができる。これは、結晶性の均一な領域をキ
ャリアが移動することになるからである。

【００４２】また、キャリアの移動する方向における当
該結晶性珪素膜の屈折率のバラツキを、前記方向と直角
な方向における当該結晶性珪素膜のバラツキに比較して
２倍以上とすることによって、例えば特性の高い薄膜ト
ランジスタを得ることができる。

【実施例】〔実施例１〕本実施例では、本明細書で開示
する発明を用いて、ガラス基板上に成膜された非晶質珪
素膜を結晶化させる例を示す。本実施例に示す構成にお
いては、加熱により結晶化された結晶性珪素膜に対して
さらに線状のレーザー光を照射することにより、その結
晶性を高める工程を示す。さらにこの結晶性珪素膜を用
いて特性のそろった薄膜トランジスタを作製する場合の
例を示す。特にアクティブマトリクス型の液晶表示装置
を構成するガラス基板上に集積化された薄膜トランジス
タを作製する例を示す。

【００４３】まずレーザー光を照射するための装置につ
いて説明する。図２には本実施例で使用するレーザーア
ニール装置の概念図を示す。レーザー光は発振器２で発
振される。発振器２で発振されるレーザー光は、ＫｒＦ
エキシマレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅３０ｎ
ｓ）である。勿論、他のエキシマレーザーさらには他の
方式のレーザーを用いることもできる。

【００４４】発振器２で発振されたレーザー光は、全反
射ミラー５、６を経由して増幅器３で増幅され、さらに
全反射ミラー７、８を経由して光学系４に導入される。
なお、図２中には示さなかったが、ミラー８と光学系４
との間に減光フィルターを出し入れする機械を挿入す
る。この減光フィルターは、異なる透過率のフィルター
を組み合わせることにより、必要とする照射強度を得る
ためのものである。

【００４５】光学系４に入射する直前のレーザー光のビ
ームパターンは、３×２cm² 程度の長方形を有してい
る。このレーザー光を光学系４を通すことによって、長
さ１０〜３０cm、幅0.1 〜１ｃｍ程度の細長いビーム
（線状ビーム）を得ることができる。光学系４を経たレ
ーザー光のエネルギーは最大で１０００ｍＪ／ショット
程度のエネルギーを有している。

【００４６】レーザー光をこのような細長いビームに加
工するのは、照射効率を向上させるためである。即ち、
線状のビームは光学系４を出た後、全反射ミラー９を経
て、基板（試料）１１に照射されるが、ビームの幅を基
板の幅よりも長くすることによって、基板を１方向に移
動させることで、基板全体に対してレーザー光を照射す
ることができる。従って、基板が配置されるステージ及
び駆動装置１０は構造が簡単で保守も容易である。ま
た、基板をセットする際の位置合わせの操作（アライン
メント）も容易なものとすることができる。また、基板
を１方向に移動するだけで、対象とする全面に対してレ
ーザー光の照射を行うことができるので、レーザー光の
照射工程の簡易化と制御性の良さを得ることができる。

【００４７】レーザー光が照射される基板１１が配置さ
れるステージ１０はコンピュータにより制御されており
線状のレーザー光に対して直角方向に必要とする速度で
動くよう設計されている。さらに、基板を置くステージ
がその面内で回転する機能を有していると、レーザービ
ーム走査方向の変更に便利である。また、ステージ１０
の下にはヒーターが内臓されており、レーザー光の照射
時に基板を所定の温度に保つことができる。

【００４８】光学系４の内部の光路の一例を図３に示
す。光学系４に入射したレーザー光はシリンドリカル凹
レンズＡ、シリンドリカル凸レンズＢ、横方向のフライ
アイレンズＣ、Ｄを通過することによって、それまでの
ガウス分布型から短形分布に変化する。さらに、シリン
ドリカル凸レンズＥ、Ｆを通過してミラーＧを介して、
シリンドリカルレンズＨによって集束され、線状のレー
ザー光となる。図２に示す構成においては、ミラーＧが
ミラー９に相当する。また、図２に示す構成において
は、ミラー９と基板（試料）１１との間に図２では図示
しないがシリンドリカルレンズＨが配置されている。

【００４９】以下において、レーザー光の照射によっ
て、ガラス基板上に結晶性を有する珪素膜を形成する例
を示す。まず、１０ｃｍ角のガラス基板（例えばコーニ
ング７９５９ガラス基板またはコーニング１７３７ガラ
ス基板）を用意する。そしてこのガラス基板上に、ＴＥ
ＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法により、酸化珪素膜
を２０００Åの厚さに形成する。この酸化珪素膜は、ガ
ラス基板側から不純物が半導体膜に拡散したりするのを
防止する下地膜として機能する。

【００５０】次にプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ
法を用いて、非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）
の成膜を行う。なお、非晶質珪素膜の厚さは、５００Å
とする。勿論この厚さは、必要とする厚さとすればよ
い。

【００５１】次に過水アンモニアに基板を浸し、７０℃
に５分間保つことにより、非晶質珪素膜の表面に酸化珪
素膜を形成する。さらに液相Ｎｉ酢酸塩をスピンコート
法により非晶質珪素膜の表面に塗布する。Ｎｉ元素は、
非晶質珪素膜が結晶化する際に結晶化を助長する元素と
して機能する。このＮｉ元素は、珪素膜中に残留する濃
度が１×１０¹⁶〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3となるようにする必
要がある。具体的には、Ｎｉ酢酸塩溶液中におけるＮｉ
濃度を調整し、珪素膜中に導入されるＮｉ元素を調整す
る。

【００５２】ここではＮｉ元素を用いたが、Ｎｉ元素の
他には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、
Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元
素を用いることができる。

【００５３】次に窒素雰囲気中において、４５０℃の温
度で１時間保持することにより、非晶質珪素膜中の水素
を離脱させる。これは、非晶質珪素膜中に不対結合手を
意図的に形成することにより、後の結晶化に際してのし
きい値エネルギーを下げるためである。そして窒素雰囲
気中において、５５０℃、４時間の加熱処理を施すこと
により、非晶質珪素膜を結晶化させる。この結晶化の際
の温度を５５０℃とすることができたのは、Ｎｉ元素の
作用によるものである。また加熱処理における加熱温度
が５５０℃の場合、歪点が５９３℃であるコーニング７
０５９ガラス基板に対する熱ダメージはそれ程問題とな
らない。一般にこの加熱処理は、使用するガラス基板の
歪点以下の温度で行うことが必要である。

【００５４】こうして、ガラス基板上に結晶性を有する
珪素膜を得ることができる。次に図２に示す装置を用
い、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス
幅２５ｎｓ）を前記結晶性を有する珪素膜に照射する。
このレーザー光の照射によって、結晶性をさらに高める
ことができる。

【００５５】本実施例に示すように、珪素の結晶化を助
長する金属元素を用いて加熱により結晶性珪素膜を得た
場合、得られる膜質は結晶性を有するものとはいえ内部
に非晶質成分をかなり含んでいる。従って、レーザー光
の照射によってその結晶性を高めることは非常に効果的
である。

【００５６】レーザービームは図３に示すような光学系
を用いて線状のビームパターンに成形する。ここでは、
被照射部分でのビームパターンが１２５ｍｍ×１ｍｍと
なる線状レーザービームとする。

【００５７】珪素膜が成膜された基板（試料）は、ステ
ージ１０上に載せられており、ステージを２ｍｍ／ｓ速
度で移動させることによって、その全面にレーザー光の
照射が行われる。このステージ１０の移動速度は、珪素
膜の膜質や成膜条件によって適時実験的に決める必要が
ある。

【００５８】レーザー光の照射条件は、まず予備照射と
して１５０ー３００ｍＪ／ｃｍ² 、次に本照射として２
００〜４００ｍＪ／ｃｍ² の照射を行う２段階照射とす
る。また、パルス幅は３０ｎｓ、パルス数は３０パルス
/sとする。ここで、２段階照射とするのはレーザー光の
照射による膜表面の均一性悪化を極力抑さえ、結晶性の
よりよい膜を作る為である。

【００５９】レーザーエネルギーの変換（例えば予備照
射から本照射へのエネルギー変換）には、減光フィルタ
ーを組み合わせて用いる。このようにすると、レーザー
発振装置本体のエネルギーを変化させるよりも手間暇が
かからない。

【００６０】またレーザー光の照射の際、基板温度は２
００℃に保たれている。これは、レーザー光の照射によ
る基板表面温度の上昇と下降の速度を和らげるために行
われる。本実施例では基板温度を２００度に設定してい
るが、実際の実施では１００度から６００度程度（上限
はガラス基板の歪点によって制限される）までの間でレ
ーザーアニールに最適な温度を選ぶ。また雰囲気制御は
特に行わず、大気中で照射を行う。

【００６１】このようにして、ガラス基板上に形成され
た結晶性珪素膜を得る。以下においては、上記において
説明したレーザーアニール方法を利用して、アクティブ
マトリク型の液晶表示装置に利用される薄膜トランジス
タを作製する場合の例を示す。

【００６２】アクティブ型の液晶ディスプレイ装置は、
図４に示されるように通常、画素部分と周辺回路部分と
に大きく分けられる。画素部分は、マトリクス状に配置
された画素電極が数百×数百の数で配置されており、そ
の画素の一つ一つには、少なくとも一つ以上の薄膜トラ
ンジスタがスイッチング素子として配置されている。周
辺回路は画素領域に配置された薄膜トランジスタを駆動
するたの回路であり、シフトレジスタ回路や電流を流す
ためのバッファー回路（低インピーダンスを有する出力
回路）で構成されている。周辺回路もまた薄膜トランジ
スタで構成されるのが普通である。

【００６３】本実施例においては、画素回路に配置され
る薄膜トランジスタ、及び周辺回路に配置される薄膜ト
ランジスタを共に一直線上にそろえ、またそのソース／
ドレインを結ぶ方向と線状のレーザー光の線方向と合わ
ように配置する。

【００６４】図５に実際に薄膜トランジスタを配置する
パターンを示す。図５において５１が周辺回路に配置さ
れる大電流を扱うことのできる薄膜トランジスタのパタ
ーンである。また５２が画素回路に配置される薄膜トラ
ンジスタのパターンである。レーザー光が照射される段
階ではこれら薄膜トランジスタは形成されていない。従
って、この場合においては、５１と５２で示されるパタ
ーンは、最終的に薄膜トランジスタが形成される領域を
示すものといえる。

【００６５】図５の５１と５２に示される薄膜トランジ
スタの詳細を図６に示す。図５に示すように、各薄膜ト
ランジスタは、一直線上に並ぶように構成する。そして
ソース／ドレインを結ぶ線を線状のレーザー光の線方向
に一致または概略一致するようにする。

【００６６】図１に示したように線状のレーザー光を照
射してアニールを行った場合、ビームパターンの線方向
におけるアニールの効果はその均一性が優れている。従
って、レーザービームの長手方向に薄膜トランジスタが
一直線に並ぶようにすることで、一直線に並んだ薄膜ト
ランジスタの特性をそろえることができる。また、各薄
膜トランジスタのソース／ドレイン領域を結ぶ線を上記
線状ビームの長手方向に合わせることにより、ソース／
ドレイン間においてキャリアが結晶性の均一な領域を移
動することになるので、移動度の高い構成とすることが
できる。ソースとドレインを結ぶ方向における結晶性が
均一であるということは、結晶状態の不連続に起因する
トラップ準位の影響がソース／ドレイン方向において小
さいことを意味する。トラップ準位の影響は、動作の不
安定性やＯＦＦ電流の増大といった問題を引き起こすの
で、上記のようにソース／ドレイン間の結ぶ方向におけ
るトラップ準位の影響を小さくできることは、ＯＦＦ電
流低減や安定した素子を作製する上で有用なものとな
る。

【００６７】なお、レーザーの照射方法は前述の通り、
２段階照射とする。

【００６８】〔実施例２〕本実施例は、ガラス基板上に
形成された非晶質珪素膜にレーザー光を照射することに
より結晶性珪素膜を得、さらにこの結晶性珪素膜を用い
てアクティブマトリクス型の液晶表示装置の画素回路部
分と周辺回路部分とを構成する薄膜トランジスタを作製
する場合の例を示す。

【００６９】まずガラス基板上に下地膜として酸化珪素
膜を３０００Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。
次に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶ
Ｄ法で５００Åの厚さに成膜する。この状態で窒素雰囲
気中において４００℃の温度で加熱処理を１時間行う。
この加熱処理は、非晶質珪素膜中から水素を離脱させる
ために行う。

【００７０】次に図５に示すように線状のエキシマレー
ザー光を非晶質珪素膜に照射し、結晶性珪素膜を得る。
この際、薄膜トラジスタが作製されるべき予定の線状の
領域（当然薄膜トランジスタは１直線上に配置する必要
がある）に合わせて線状のレーザー光を照射する。

【００７１】結晶性珪素膜を得たら、薄膜トランジスタ
の作製プロセスに従って、薄膜トランジスタを作製す
る。この際、図５に示すような状態で各薄膜トランジス
タが並ぶように薄膜トランジスタを形成する。即ち、照
射された線状レーザーの線方向に薄膜トランジスタが１
直線に並ぶようにし、さらにこれら１直線に並んだ薄膜
トランジスタのソースとドレインを結んだ線が線状レー
ザーの線方向と一致するようにする。レーザー光の照射
は、図２に示す装置を用いて、走査（スキャン）させな
がら全面に対して行う。

【００７２】〔実施例３〕本実施例では、薄膜トランジ
スタの作製工程において必要とされるソース／ドレイン
領域の活性化の工程に本明細書で開示する発明を利用し
た場合の例を示す。

【００７３】結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタを
構成した場合において、ゲイト電極をマスクとして自己
整合技術を用いてソース／ドレイン領域にリンやボロン
の一導電型を付与する不純物イオンをイオンドーピング
またはプラズマドーピングでドーピングした場合、当該
領域は加速されたイオンの衝撃によって非晶質化あるい
は著しく結晶性が低下してしまう。従って、ソース／ド
レイン領域の結晶性を回復させるアニール工程が必要と
される。一方、ドーピングされた不純物イオンはそれだ
けでは、導電型を制御する不純物として作用しない。し
たがって、その活性化のためにアニール工程が必要とれ
る。

【００７４】本実施例は、上記のような目的で行われる
アニール工程をレーザー光の照射によって行う場合の例
を示す。まず実施例１または実施例２に示したような方
法に従って、図５に示すような配置で結晶性珪素膜を用
いた薄膜トランジスタを作製する。そしてこれら薄膜ト
ランジスタのソース／ドレイン領域に対する不純物イオ
ンの注入を行った後に、図５に示すような線状レーザー
光の照射を行う。

【００７５】この場合、線状レーザーの線方向にソース
／ドレインが位置することになるので、１つの薄膜トラ
ンジスタにおいて、そのアニール効果を均一なものとす
ることができる。

【００７６】また、薄膜トランジスタの並んだ方向と線
状レーザーの線方向とが同一であるので、各薄膜トラン
ジスタに対するアニール効果を均一なものとすることが
できる。

【００７７】以上の実施例においては、アクティブマト
リクス型の液晶表示装置を構成する薄膜トランジスタを
作製する場合の例を示した。しかし、本明細書に開示す
る発明は、各種集積回路の作製における工程に利用する
ことができる。また薄膜トランジスタに限らず、各種半
導体デバイス、例えば薄膜ダイオードやバイポーラ型の
トランジスタを作製する場合にも利用することができ
る。

【００７８】

【発明の効果】本明細書で開示する発明の効果は、線状
レーザーを半導体材料に対して１方向に走査しながら照
射する工程で生じる半導体材料の特性の不均一によって
生まれる不都合を最小限に抑えることにある。すなわ
ち、例えば液晶ディスプレイ装置のように半導体薄膜を
用いて複数個の薄膜デバイスを形成する場合において、
複数個の薄膜トランジスタの１直線上に配列させ、この
配列方向に合わせて線状レーザー光を照射することによ
り、各薄膜トランジスタの特性を揃えることができる。

【００７９】また、薄膜トランジスタのソース／ドレイ
ンとなるべき方向と線状レーザーの線方向とを合わせ
て、線状レーザーの照射を行うことによって、キャリア
の移動する方向における結晶状態を均一なものとするこ
とができ、キャリアの移動度が高く、また結晶状態の不
均一に起因するＯＦＦ電流の値が低く、また特性の安定
した薄膜トランジスタを得ることができる。

【００８０】本明細書で開示する発明は、半導体デバイ
スのプロセスに利用される全てのレーザー処理プロセス
に利用できる。中でも半導体デバイスとして薄膜トラン
ジスタを利用したＴＦＴ液晶パネルの作製に利用した場
合、各薄膜トランジスタの特性をそろえることができる
ので、画質の高い液晶表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 線状のレーザー光が照射された珪素膜の屈折
率を示す図。

【図２】 レーザー光の照射装置の概要を示す図。

【図３】 レーザー光の線状パターンに成形する光学系
を示す。

【図４】 アクティブマトリクス型の液晶表示装置の概
要を示す。

【図５】 ガラス基板上に製作されるべき薄膜トランジ
スタのパターンと照射される線状レーザー光の照射の状
態とを示す図。

【図６】 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の概略のパター
ンを示す図。

【符号の説明】

２ レーザー光の発振器 ５、６、７、８、９ 全反射ミラー ４ 光学系 １１ 基板（試料） １０ ステージ及び駆動装置 ５１ 周辺回路用の薄膜トランジスタ ５２ 画素回路用の薄膜トランジスタ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年２月１５日（２００２．２．１
５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H092 JA24 JA41 KA04 MA30 NA24 PA01 5F052 AA02 AA11 AA17 BA02 BA07 BA10 BB07 DA02 DB02 DB03 EA15 FA06 FA19 FA29 JA01 5F110 AA06 AA30 BB02 CC01 CC03 CC05 CC07 DD02 DD13 GG02 GG13 GG25 GG45 GG47 HJ12 HJ18 HJ23 NN77 NN78 PP01 PP03 PP04 PP05 PP06 PP10 PP13 PP22 PP23 PP27 PP29 PP34 PP35 QQ11

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁表面を有する基板上に半導体膜を形
   成し、線状のレーザー光の長手方向に垂直な方向に前記
   基板を移動させながら前記半導体膜に１回目のレーザー
   光の照射をおこない、線状のレーザー光の長手方向に垂
   直な方向に前記基板を移動させながら前記半導体膜に２
   回目のレーザー光の照射をおこない、前記半導体膜をチ
   ャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域として
   用いて複数の薄膜トランジスタを形成する半導体装置の
   作製方法であって、前記１回目の照射および前記２回目
   の照射はそれぞれ、前記線状のレーザー光をすこしずつ
   重ねながらおこなわれ、前記複数の薄膜トランジスタは
   それぞれ、前記薄膜トランジスタのソース領域およびド
   レイン領域を結ぶ方向が前記１回目のレーザー光の長手
   方向および前記２回目のレーザー光の長手方向に平行に
   なるように形成されることを特徴とする半導体装置の作
   製方法。