JP2004103782A - 結晶成長方法、結晶成長装置、ビーム分岐装置および表示装置 - Google Patents

結晶成長方法、結晶成長装置、ビーム分岐装置および表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高速で結晶化が可能な結晶成長方法を提供する。
【解決手段】結晶成長方法は、第ｍ（ｍは１以上の整数）および第ｍ＋１の帯状ビームを薄膜に向けて照射して、アモルファスシリコン膜２０１に第ｍおよび第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ａおよび２０２ｂを形成する工程と、第ｍの第ｋ結晶化領域２０２ａから距離ｒ（ｒは１回の結晶成長の長さよりも長い）離れた領域であって、第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂに一部が重なる領域に第ｍの帯状ビームを照射して第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂに連なる第ｍの第ｋ＋１結晶化領域２０３ａをアモルファスシリコン膜２０１に形成する工程とを備える。
【選択図】　　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ光などのビームを用いた結晶成長方法、結晶成長装置およびビーム分岐装置、ならびにその多結晶薄膜を活性層とする薄膜トランジスタを備えた表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶またはエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を応用した表示装置に用いられている薄膜トランジスタは、非晶質または多結晶のシリコンを活性層として用いる。このうち、多結晶シリコンを活性層として用いた薄膜トランジスタは、キャリア（電子）の移動度が高いため、非晶質シリコンを活性層として用いた薄膜トランジスタと比較して、多くの長所を有している。
【０００３】
たとえば、画素部分にスイッチング素子を形成するだけでなく、画素の周辺領域に駆動回路を形成できる。または一部の周辺回路を１枚の基板上に形成することができる。このため、別途ドライバＩＣ（集積回路）や駆動回路基板を表示装置に実装する必要がなくなるので、表示装置を低価格で提供することが可能となる。
【０００４】
また、その他の長所として、トランジスタの寸法を微細化できるので、画素部分に形成するスイッチング素子が小さくなり、開口率を高くできる。そのため、高輝度および高精度な表示装置を提供することが可能となる。
【０００５】
多結晶シリコンの薄膜の製造方法では、ガラス基板にＣＶＤ（化学気相成長法）などで非晶質シリコンの薄膜を形成した後、別途非晶質シリコンを多結晶化する工程が必要である。
【０００６】
非晶質シリコンの薄膜を結晶化する工程として、温度６００℃以上の高温アニール法によって行なう方法がある。この場合、高温に耐え得る高価なガラス基板を使用する必要があり、表示装置の低価格化の阻害要因となっていた。最近はレーザを用いて温度６００℃以下の低温で非晶質シリコンの結晶化を行なう技術が一般化され、低温のガラス基板に多結晶シリコンの薄膜トランジスタを形成した表示装置を低価格で提供できるようになっている。
【０００７】
レーザによる結晶化技術は、図１５に示すように、非晶質シリコン薄膜を形成したガラス基板５０５を温度４００℃程度に加熱する。次に、ガラス基板５０５を一定速度で走査しながら、長さ２００ｍｍ〜４００ｍｍ、幅０．２ｍｍから１．０ｍｍ程度の線状ビーム５０６をガラス基板５０５に照射する方法が一般的である。この方法によって、結晶粒径が０．２μｍ以上０．５μｍ程度の結晶粒が形成される。このとき、レーザを照射した部分の非晶質シリコンは、厚さ方向全域にわたって溶融するのではなく、一部の非晶質領域を残して溶融することによって、レーザ照射領域全面にわたって、至るところに結晶核が発生し、シリコン薄膜最表面に向かって結晶が成長し、ランダムな方位の結晶粒が形成される。
【０００８】
さらに、高性能な表示装置を得るためには、多結晶シリコンの結晶粒径を大きくする、または、結晶の方位を制御することが必要であり、単結晶シリコンに近い性能を得ることを目的として、近年、数多くの研究開発がなされている。
【０００９】
その中でも、特に、特公表２０００−５０５２４１には、スーパーラテラル成長と称する技術が開示されている。上述の公報に記載の方法では、スリット状のパルスレーザをシリコン薄膜に照射し、シリコン薄膜をレーザ照射領域の厚さ方向全域にわたって溶融および凝固させて結晶を行なうものである。図１６は、１回のパルス照射で形成された針状結晶組織を説明する図面である。たとえば、幅が２μｍ〜３μｍのスリット状のパルス照射によって、レーザ照射領域５２１が溶融し、溶融領域の境界から横方向、すなわち、ガラス基板に平行な方向（矢印５２２で示す方向）に結晶が成長する。溶融領域の中央部で両側から成長した結晶が衝突し、成長が終了する。この矢印５２２で示す方向への結晶の成長をスーパーラテラル成長と称する。
【００１０】
図１７は、複数回のパルス照射によるスーパーラテラル成長の形態を説明する図である。スーパーラテラル成長は、図１６を用いて説明したとおり、パルスレーザを１回照射することで完了する。図１７から図１９で示すように、すなわち、一旦アモルファスの薄膜にビームを照射して照射領域５２１ａを溶融させる。そしてこの部分に結晶を成長させる。次に、僅かにずらして照射領域５２１ｂを溶融させる。この部分で結晶がさらに成長する。図１８で示すように、次にまた少しずらした位置にビームを照射して照射領域５２１ｃを形成する。さらに、僅かずつずらして照射領域５２１ｄおよび５２１ｅを形成することにより、結晶をさらに伸ばすことができる。すなわち、１回前のパルス照射で形成された針状結晶の一部に重複するように順次パルスレーザを照射していくと、既に成長した結晶を引き継いで、さらに長い針状の結晶が成長し、結晶の成長方向に方位の揃った長い結晶が得られるといった特徴を有する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述の公報に記載したスーパーラテラル成長では、１回のパルス照射で成長する結晶の長さは各種の条件によって異なり、たとえば基板の温度を３００℃とした場合において、波長が３０８ｎｍのエキシマレーザを照射した場合には、結晶の長さは最も長い場合に１μｍ〜１．２μｍ程度となることが知られている。これは、たとえば参考文献としての応用物理学会結晶工学分科会第１１２回研究テキストｐｐ．１９〜２５に記載されている。
【００１２】
したがって、長い結晶を形成するためには、１回のレーザ照射で成長する結晶長さの１／２から１／３程度の送りピッチ、すなわち、０．３μｍから０．６μｍ程度の極めて微小な送りピッチでパルス照射を繰返し行なうことになる。このため、基板面積全体にわたって結晶化するには極めて長い時間が必要であった。
【００１３】
結晶化に要する時間を短縮するための方法として、たとえば特開２０００−３０６８５９公報では、等間隔のスリット状光透過部を備えるマスクを用いて基板面にマスクの像を結像させる方法がある。この方法では、結晶の長さはスリット状光透過部のピッチと結像系の倍率から定まるスリット状光透過部の像のピッチとなる。また、特開２０００−３０６８５９公報では、図１５で示す１本の線状ビーム５０６を照射する方法に比べて結晶長は長くなり、多結晶シリコンは複数の結晶化領域に分割される。結晶化領域とは、結晶長のほぼ等しい結晶が結晶長の方向と垂直な方向に並んでいる領域である。結晶化領域間の移動度はあまり高くないが、１つの結晶化領域内での移動度は高い。したがって、１つの結晶化領域の寸法を少なくとも１つのトランジスタを形成できる寸法とし、１つの結晶化領域内にトランジスタを形成するようにすれば、図１５で示した方法より優れた性能のトランジスタを得ることができる。
【００１４】
ただし、この方法では、レーザの照射領域を結晶化し、この照射領域を基板上の次の領域に移動させて順次結晶化を繰返すことになる。このとき、基板もしくはマスクを次の照射領域へ移動するために要する時間の間は結晶化が行なわれないので、無駄な時間となる。
【００１５】
上述のとおり、スーパーラテラル成長では、従来のレーザアニール法に比べて良質の結晶が形成されるが、結晶化に要する時間が長い。
【００１６】
そこで、この発明は上述のような問題に鑑みてなされたものであり、この発明の１つの目的は、良質の多結晶半導体薄膜を短時間で製造することができる結晶成長方法および装置ならびにビーム分岐装置を提供することである。
【００１７】
この発明の別の目的は、良質の多結晶半導体薄膜を効率よく製造すること、および多結晶半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタを有する高性能な表示装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った結晶成長方法は、第ｍ（ｍは１以上の整数）および第ｍ＋１の帯状ビームを薄膜に向けて照射して、薄膜に第ｍおよび第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域を形成する工程と、第ｍの第ｋ結晶化領域から距離ｒ（ｒは１回の結晶成長の長さｔよりも長い）離れた領域であって、第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域に一部が重なる領域に第ｍの帯状ビームを照射して第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域に連なる第ｍの第ｋ＋１結晶化領域を薄膜に形成する工程とを備える。
【００１９】
このような工程を備えた結晶成長方法に従えば、第ｍおよび第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域を形成した後、１回の結晶成長の長さｔよりも長い距離ｒだけ第ｍの第ｋ結晶化領域から離れた領域に第ｍの第ｋ＋１結晶化領域を薄膜に形成するため、従来よりも、離れた位置に次の結晶化領域を形成することができる。その結果、従来に比べて、１つの結晶化領域から離れた領域に別の結晶化領域を形成することができ、製造時間を短くすることができる。
【００２０】
また好ましくは、第ｋ結晶化領域を形成する工程は、ビーム源から放たれたビームを分岐させて第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームを整形する工程を含む。
【００２１】
また好ましくは、ｍの値にかかわらず距離ｒは一定であり、ｍの値にかかわらず第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームの形状は一定であり、複数の第ｋ結晶化領域の並ぶ方向はｋの値にかかわらず一定である。
【００２２】
また好ましくは、第ｋ結晶化領域を形成する工程および第ｋ＋１結晶化領域を形成する工程は、第１から第ｎの帯状ビーム群を薄膜に向けて照射する工程を含み、第１から第ｎの帯状ビーム群の各々は、間隔ｐを隔てて１方向に並んで形成されたｙ（ｙは１より大きい）個のビームを含み、第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域から第ｍの第ｋ＋１結晶化領域までの距離ｑは、１回の結晶成長の長さｔの０．２倍以上０．８倍以下の長さである。
【００２３】
また好ましくは、ｎは、ｎ＝ｐ／ｑで示す関係式を満たすように選ばれる。
また好ましくは、第ｋ＋１結晶化領域を形成する工程は、薄膜を一定速度で移動させて薄膜に一定の周期で第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームを照射する工程を含む。
【００２４】
また好ましくは、第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームを照射する周波数ｆと薄膜の移動速度ｓとは、ｓ＝ｒ×ｆで示す関係式を満たす。
【００２５】
この発明に従った結晶成長装置は、薄膜を支持する支持手段と、薄膜に第ｍ（ｍは１以上の整数）および第ｍ＋１の帯状ビームを照射して結晶化する照射手段と、支持手段を照射手段に対して移動させる駆動手段と、照射手段と駆動手段とを制御する制御手段とを備える。第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームを薄膜に向けて照射手段が照射して薄膜に第ｍおよび第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域を形成した後、支持手段を照射手段に対して距離ｒ（ｒは１回の結晶成長の長さｔよりも長い）だけ駆動手段が薄膜を移動させて、第ｍの第ｋ結晶化領域から距離ｒ離れた領域であって、第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域に一部が重なる領域に第ｍの帯状ビームを照射手段が照射して第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域に連なる第ｍの第ｋ＋１結晶化領域を薄膜に形成するように制御手段は駆動手段および照射手段を制御する。
【００２６】
このように構成された結晶成長装置では、照射手段が帯状ビームを照射して第ｍおよび第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域を形成した後、１回の結晶成長の長さｔよりも長い距離ｒだけ第ｍの第ｋ結晶化領域から離れた領域に第ｍの第ｋ＋１結晶化領域を薄膜に形成するため、従来よりも、離れた位置に次の結晶化領域を形成することができる。その結果、従来に比べて、１つの結晶化領域から離れた領域に別の結晶化領域を形成することができ、製造時間を短くすることができる。
【００２７】
また好ましくは、駆動手段が一定速度で照射手段に対して支持手段を移動させ、照射手段が薄膜に一定の周期でビームを照射するように制御手段は駆動手段および照射手段を制御する。
【００２８】
また好ましくは、結晶成長装置は、ビームを発生させるビーム源をさらに備える。
【００２９】
また好ましくは、照射手段は、複数のスリットを有するマスクを含む。マスクは、ビーム源から放たれた光を分岐させて第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームを整形する。
【００３０】
また好ましくは、マスクは、１方向に並んで形成された第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）のスリット群を含み、第１から第Ｎのスリット群の各々は、所定の間隔Ｐで１方向に並んで形成された複数のスリットを含み、複数のスリットの各々は同一形状である。
【００３１】
また好ましくは、スリット群の数Ｎは、Ｎ＝Ｐ／Ｑ（Ｑは１回の結晶成長の長さｔの０．２倍以上０．８倍以下に対応するマスク上での距離）で示す関係式を満たす。
【００３２】
また好ましくは、駆動手段は、支持手段を照射手段に対して一定速度で移動させる。
【００３３】
この発明の別の局面に従ったビーム分岐装置は、１方向に並ぶように配置された第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の領域と、第１から第Ｎの領域の各々に形成された第１から第Ｎのスリット群とを備える。第１から第Ｎのスリット群の各々は、等しい間隔Ｐで１方向に並んで形成された複数のスリットを含む。第Ｓ領域（Ｓは１以上Ｎ−１以下の整数）とその第Ｓ領域に隣接する第Ｓ＋１領域との境界部分から、第Ｓ＋１領域のうち第Ｓ領域に最も近い部分に位置するスリットまでの距離はＳ×Ｑであり、Ｑは、１回の結晶成長の長さｔの０．２倍以上０．８倍以下に対応するビーム分岐装置上での距離である。
【００３４】
このように構成されたビーム分岐装置では、第Ｓ領域に形成された第Ｓのスリット群と、第Ｓ＋１領域に形成された第Ｓ＋１のスリット群とは、距離Ｑずつずれているため、移動量を一定とすることで所定の位置だけずれた位置にそれぞれの結晶化領域を形成することができる。
【００３５】
この発明の１つの局面に従った表示装置は、複数の画素が配置される画素領域と、画素領域を取囲むように設けられ、ほぼ一定の方向に延びる多結晶により構成される外周領域とを備える。多結晶が延びる方向に沿った１つの画素の幅は、外周領域の多結晶の長さのほぼ自然数倍である。
【００３６】
この発明の別の局面に従った表示装置は、複数の画素が配置される画素領域と、画素領域を取囲むように設けられ、ほぼ一定の方向に延びる多結晶により構成される外周領域とを備える。外周領域の多結晶の長さは、１つの画素の幅のほぼ自然数倍である。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った半導体薄膜を製造する装置を示す模式図である。図１を参照して、結晶成長装置１は、ビーム源としてのビーム放射手段１１と、可変減衰手段１２と、ビーム整形手段１３と、放射照度均一化手段１４と、マスク１６と、マスク像結像手段１７とを備えている。
【００３９】
ビーム放射手段１１は、シリコンを溶融することが可能なパルス状のビームを放射する。たとえば、エキシマレーザ、ＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）レーザに代表される各種固体レーザ発振器など、紫外域の波長を有する光を放射する光源によりビーム放射手段１１を構成することが望ましい。この実施の形態では、波長が３０８ｎｍの光を放射するエキシマレーザ発振器をビーム放射手段１１として用いた。
【００４０】
可変減衰手段１２は、基板面を照射するビームの放射照度を所定の割合で減衰させる手段である。
【００４１】
ビーム整形手段１３は、ビームを予め定められた寸法に整形する。放射照度均一化手段１４は、不均一であるビームの放射照度を均一にする手段である。具体的には、シリンドリカルレンズアレイとコンデンサレンズを用い、ガウシアン型放射照度分布のビームを一旦分割してマスク１６の表面に再度重ね合わせて照射する。
【００４２】
マスク１６は、ビームを分岐して、１つ以上複数のスリット状ビームからなる第ｉスリット状ビーム群を形成する。ここで、ｉは１以上ｎ以下の整数である。なお、本明細書において、「スリット状ビーム」とは、基板上に結像したスリット状のビーム（光）の像、またはその像をなすビーム、またはビームの光路のいずれかである。また、スリット状ビームの形状または寸法について言及するときは、その像の形状または寸法について言及するものである。
【００４３】
マスク像結像手段１７は、スリット状ビーム形成手段としてのマスク１６によって形成されたスリット状ビームを像として基板上に結像させる手段である。具体的にはレンズなどを用いて構成する。
【００４４】
また、放射方向変更手段１９はビームの放射方向を変更する手段であって、たとえば、ミラーやレンズなどから構成される。配置箇所、数量に特に限定はなく、装置の光学設計、機構設計に応じて適切に配置してもよい。
【００４５】
なお、本装置は基板上の任意の位置に適切かつ均一な照度のスリット状ビームを照射できればよく、上述の装置の構成例によって特定されるものではない。
【００４６】
図２は、この発明の実施の形態１に従ったスリットを有するマスクの平面図である。図２を参照して、マスク１６は、１方向に並ぶように配置された第１領域１０１Ａ、第２領域１０１Ｂ、第３領域１０１Ｃ…第Ｎ領域１０１Ｎを有する。第１から第Ｎ領域１０１Ａ〜１０１Ｎの各々には、第１から第Ｎのスリット群１０２Ａ〜１０２Ｎが配置されている。第１から第Ｎのスリット群１０２Ａ〜１０２Ｎの各々は、等しい間隔Ｐで１方向に並んで形成された複数のスリット１０２を含む。第Ｓ領域としての第２領域１０１Ｂと、その第２領域１０１Ｂに隣接する第Ｓ＋１領域としての第３領域１０１Ｃとの境界部分から第３領域１０１Ｃのうち第２領域１０１Ｂに最も近い部分に位置するスリット１０２までの距離はＳ×Ｑ（２×Ｑ）である。Ｑは、１回の結晶成長の長さｔに対応するマスク１６上での距離の０．２倍以上０．８倍以下の長さである。例えば、マスク１６上での長さ１００ｍｍのパターンがアモルファスシリコン薄膜２０１に転写されると、そのパターンの長さが２０ｍｍになるとすると、そのマスクの結像倍率は１／５である。この場合、１回の結晶成長長さをｔとするとＱは、０．２×５×ｔ以上、０．８×５×ｔ以下となる。
【００４７】
マスク１６は、複数のスリット１０２が等しい間隔Ｐで１方向に並んで形成された第１のスリット群１０２Ａと、第１のスリット群１０２Ａに隣り合って形成され、第１のスリット群１０２Ａと同じ数のスリット１０２が等間隔で形成された第２のスリット群１０２Ｂとを備える。第１のスリット群１０２Ａと第２のスリット群１０２Ｂとの間隔Ｄが間隔Ｐと異なる。
【００４８】
このようなマスク１６のスリット１０２を通過したスリット状ビームは、一定の倍率で半導体薄膜上に結像するので、スリットの形状とビームの形状は相似形状である。なお、マスク上での寸法を大文字で表わし、半導体薄膜へ照射するビームの寸法を小文字で表わす。
【００４９】
図２で、Ａ×Ｂは、矩形の領域であるマスクの有効領域の寸法を示す。有効領域は１回のパルス状のビーム（以下、このビームを「パルスビーム」と呼ぶ）によって照射（以下、この照射をパルス照射と呼ぶ）されるマスク上の領域である。なお、有効領域に対応する半導体薄膜上の領域を照射領域と称する。
【００５０】
有効領域がＮ個（Ｎは予め定められた２以上の整数）に等分割されて第１から第Ｎの領域１０１Ａから１０１Ｎが形成されている。ここでは、各々の第１から第Ｎの領域１０１Ａから１０１Ｎの長さＣはＢ／Ｎである。各々の第１から第Ｎの領域１０１Ａから１０１Ｎに１つ以上複数本のスリット１０２から構成されるスリット状光透過部分としてのスリット群１０２Ａ〜１０２Ｎが形成される。この実施の形態では、第ｉ（ｉは１以上Ｎ以下の整数）領域に形成されたスリット状光透過部分を第ｉスリット群と称する。また、第ｉスリット群によって形成されるスリット状ビーム群を第ｉスリット状ビーム群と称する。各スリット１０２の間の距離Ｐは等しい。また、各スリット状光透過部分は同数のスリット１０２を備える。第Ｓ＋１領域に対する第Ｓ＋１スリット群の配置位置は、第Ｓ領域に対する第Ｓスリット群の位置と比較して、１回のビーム照射で形成または成長する結晶の長さの０．２倍以上０．８倍以下の長さｑ（図６）に対応したマスク１６上での距離Ｑだけ右にずらされている。
【００５１】
次に、この実施の形態に従って、薄膜を結晶化する方法を説明する。図３および図５は、薄膜を結晶化する方法を説明するために示すマスクの断面図である。図３を参照して、基板１８上にアモルファスシリコン薄膜２０１を形成する。アモルファスシリコン薄膜２０１上にマスク１６を位置決めし、このマスク１６にビーム３００を照射する。なお、マスク１６とアモルファスシリコン薄膜２０１との間には、図１で示すようなマスク像結像手段１７と放射方向変更手段１９が存在するが、図３ではこれらを省略している。
【００５２】
ビーム３００はマスク１６により複数の帯状ビーム３０１Ａから３０１Ｎに分割される。この帯状ビーム３０１Ａから３０１Ｎがアモルファスシリコン薄膜２０１に照射されて、照射された領域が溶融する。溶融後この領域が凝固することにより、結晶化領域が形成される。たとえば、第ｍの第ｋ結晶化領域２０２ａ、第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂ、第ｍ＋２の第ｋ結晶化領域２０２ｃ、…、第ｍ＋ｎの第ｋ結晶化領域２０２ｎが形成される。
【００５３】
図４は、図３で示す第ｍの第ｋ結晶化領域２０２ａを拡大して示す図である。図４を参照して、アモルファスシリコン薄膜２０１に帯状ビーム３０１Ａが照射されると、その照射された領域が溶融する。溶融後この領域が矢印２２２で示す方向に凝固する。このとき、１回の結晶の成長長さはｔで示される。
【００５４】
図５を参照して、第ｍの第ｋ結晶化領域２０２ａから距離ｒ（ｒは１回の結晶成長の長さｔよりも長い）離れた領域であって、第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂに一部が重なる領域に第ｍの帯状ビームとしての帯状ビーム３０１Ａを照射して第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂに連なる第ｍの第ｋ＋１結晶化領域２０３ａをアモルファスシリコン薄膜２０１に形成する。他の領域でも、先に形成した結晶化領域の一部に重なるように別の結晶化領域を形成する。具体的には、第ｍ＋１の第ｋ＋１結晶化領域２０３ｂ、第ｍ＋２の第ｋ＋１結晶化領域２０３ｃ、…、第ｍ＋ｎの第ｋ＋１結晶化領域２０３ｎを形成する。
【００５５】
図６は、図５で示す第ｍの第ｋ＋１結晶化領域２０３ａを拡大して示す図である。図６を参照して、帯状ビーム３０１Ａが照射されると、それが照射された部分が溶融する。このとき、帯状ビーム３０１Ａは第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂにも覆い被さるので、第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂから結晶が伸びる。そのため、図４で示す工程で製造した結晶がさらに長くなる。このような工程を繰返すことにより、結晶を成長させることができる。
【００５６】
すなわち、この発明に従った結晶成長方法は、第ｍ（ｍは１以上の整数）および第ｍ＋１の帯状ビーム３０１Ａおよび３０１Ｂをアモルファスシリコン薄膜２０１に向けて照射して、アモルファスシリコン薄膜２０１に第ｍおよび第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ａおよび２０２ｂを形成する工程と、第ｍの第ｋ結晶化領域から距離ｒ（ｒは１回の結晶成長の長さｔよりも長い）離れた領域であって、第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂに一部が重なる領域に第ｍの帯状ビーム３０１Ａを照射して第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂに連なる第ｍの第ｋ＋１結晶化領域２０３ａをアモルファスシリコン薄膜２０１に形成する工程とを有する。
【００５７】
結晶成長装置１は、アモルファスシリコン薄膜２０１を支持する支持手段２１と、アモルファスシリコン薄膜２０１に第ｍ（ｍは１以上の整数）および第ｍ＋１の帯状ビーム３０１Ａおよび３０１Ｂを照射して結晶化する照射手段１０と、支持手段２１を照射手段１０に対して移動させる駆動手段９と、照射手段１０と駆動手段９とを制御する制御手段２０とを備える。照射手段１０は、ビーム整形手段１３および放射照度均一化手段１４とを含む。第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビーム３０１Ａおよび３０１Ｂをアモルファスシリコン薄膜２０１に向けて照射手段１０が照射してアモルファスシリコン薄膜２０１に第ｍおよび第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ａおよび２０２ｂを形成した後、支持手段２１を照射手段１０に対して距離ｒ（ｒは１回の結晶成長の長さｔよりも長い）だけ駆動手段９が支持手段を移動させて、第ｍの第ｋ結晶化領域２０２ａから距離ｒだけ離れた領域であって、第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂに一部が重なる領域に第ｍの帯状ビーム３０１Ａを照射手段１０が照射して第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂに連なる第ｍの第ｋ＋１結晶化領域２０３ａをアモルファスシリコン薄膜２０１に形成するように駆動手段９および照射手段１０を制御手段２０が制御する。
【００５８】
第ｋ結晶化領域２０２ａから２０２ｎを形成する工程および第ｋ＋１結晶化領域２０３ａから２０３ｎを形成する工程は、第１から第ｎの帯状ビーム群を構成する帯状ビーム３０１Ａから３０１Ｎを薄膜に向けて照射する工程を含み、第１から第ｎの帯状ビーム群の各々は、間隔ｐを隔てて１方向に並んで形成されたｙ（ｙは１より大きい）個のビームを含み、第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域２０２ｂから第ｍの第ｋ＋１結晶化領域２０３ａまでの距離ｑは、１回の結晶成長の長さｔの０．２倍以上０．８倍以下の長さである。
【００５９】
図７は、この発明に従った照射領域の移動の軌跡を説明するための図である。図７を参照して、この実施の形態に従ったステップを説明する。
【００６０】
ステップ１
マスクの照射領域４を基板１８の左上端に配置する。ステップ２へ進む。
【００６１】
ステップ２
照射領域４が基板１８の左端にあるならば、照射領域４が基板１８の右端に達するまで、帯状領域を逆方向に結晶化する工程を実施する。帯状領域を逆方向に結晶化する工程とは、照射領域４を右方向（矢印４ａで示す方向）に移動させながら、照射領域４の移動の軌跡である幅ａの帯状領域の結晶化を行なう工程である。ステップ３へ進む。
【００６２】
ステップ３
照射領域４が基板１８の右端にあるならば、照射領域４が基板１８の左端に達するまで帯状領域を順方向に結晶化する工程を実施する。帯状領域を順方向に結晶化する工程は、照射領域を左へ移動させながら、照射領域４の移動の軌跡である幅ａの帯状領域の結晶化を行なう工程である。ステップ４へ進む。
【００６３】
ステップ４
照射領域４を下へ距離ａだけ移動させる。ステップ５へ進む。
【００６４】
ステップ５
照射領域４が基板１８の下端より下にあるならば、ステップを終了する。そうでない場合には、ステップ２へ進む。
【００６５】
以上、ステップ１から５を順に繰返すことにより、基板１８表面全体に形成された薄膜を結晶化することができる。なお、図７においては、基板１８を停止させ、照射領域４を移動させる構成として説明したが、基板１８と照射領域４とは相対的に移動すればよい。基板１８または照射領域４のどちらか一方、または両方を移動させてもよい。
【００６６】
次に、帯状領域を順方向に結晶化する工程について説明する。図８は、順方向帯状結晶化領域において帯状領域に結晶化領域が形成されていく様子を示す図である。図８を参照して、まず第１結晶化工程において、第１スリット状ビーム群の照射を行なう。第１スリット状ビーム群は結晶化領域１ａを形成する。次に、照射領域を３ａで示す左方向に、等分割領域の長さＣに対応する基板上の長さだけ移動させる。第２結晶化工程において、第２スリット状ビーム群を照射する。第２スリット状ビーム群は、結晶化領域１ｂを形成する。結晶化領域１ｂは、結晶化領域１ａと比較して、基板上でｑだけ右にずれた位置であるため、第１スリット状ビーム群によって成長した結晶を引き継いで結晶成長する。以後、第２結晶化工程と同様に第３、第４、…、第ｎ結晶化工程を順次実施することにより、結晶化領域を形成する。
【００６７】
この実施の形態では、マスクに距離Ｃずつずらして左から右に第１スリット状光透過部分から第Ｎスリット状光透過部分までのＮ個のスリット状光透過部分を並んで形成している。したがって、このマスクを用いることにより、距離ｃ（マスク１６上の距離Ｃに対応するアモルファスシリコン薄膜２０１上での距離）ずつずれて左から右に並ぶＮ個の基板上の領域について、それぞれ第１結晶化工程から第ｎ結晶化工程を同時に実施することができる。照射領域は距離ｃずつ右から左に照射領域を移動しながら第１結晶化工程から第ｎ結晶化工程を実施するので、全体としては流れ作業となり、照射領域が通過した後の軌跡である帯状領域は第１結晶化工程から第ｎ結晶化工程までを順次実施したことになり、結晶化領域が形成されることになる。
【００６８】
次に、帯状領域を逆方向に結晶化する工程を説明する。帯状領域を逆方向に結晶化する工程は、照射領域の移動方向が左から右であること、第ｎ、第ｎ−１、…、２、１結晶化工程の順に結晶化工程を実施すること、結晶の成長方向が右から左であることを除いて、帯状領域を順方向に結晶化する工程と同一であり、帯状領域を順方向に結晶化する工程と同様の結晶化領域の形成が可能である。
【００６９】
また、帯状領域を順方向に結晶化する工程と帯状領域を逆方向に結晶化する工程とにおいて、パルス照射の周波数が一定である場合には、分割された第１から第Ｎの領域１０１Ａから１０１Ｎの長さＣに対応する基板上の長さｃ（＝パルス照射間の移動量）とパルス照射の周波数ｆから求まる一定速度ｃ×ｆによって基板または照射領域を相対移動させる。これにより、図２で示すスリット状透過部の形状と相似であるスリット状ビームを周波数ｆで周期的にパルス照射してもよい。この場合、一定速度で基板または照射領域を相対移動させながらパルス照射できるので、基板または照射領域を所定の位置に停止させてからパルス照射するより短時間で基板または照射領域を移動させることができる。また、速度や周波数を変化させながらパルス照射することにより、パルス照射をする位置の精度を維持しやすく、かつ移動に用いるエネルギや装置の消耗を少なくすることができる。
【００７０】
また、スリット状光透過部はピッチがＰであり、それぞれの第１から第Ｎの領域のピッチ方向の長さはＣであるので、等分割領域に形成できるスリットの数Ｙ≦Ｃ／Ｐ＝ｃ／ｐである。したがって、ＹをＹ≦Ｃ／Ｐを満たす最大の整数とした場合、最も多くの結晶化領域を形成することができる。また、Ｙを定めてから、式Ｃ＝Ｙ×ＰによってＣを求めてもよい。さらに、ＣとＮから式Ｂ＝Ｃ×ＮによってＢを求めてもよい。その場合、一定速度ｓは、ｃ×ｆ＝ｐ×Ｙ×ｆとなる。
【００７１】
特開２０００−３０６８５９公報に記載の方法と実施の形態１の方法との処理速度を比較する。パルス照射してから次のパルス照射をするまでの時間は、基板もしくは照射領域を次のパルス照射をする位置まで移動させる時間と、ビーム放射手段が次のパルス照射が可能になるまでの時間とのいずれかの長い方により決定される。特開２０００−３０６８５９公報に記載の方法の場合、距離ｑだけ移動してパルス照射する工程を繰返して１つの照射領域を結晶化した後に、次の照射領域まで距離ｂ−ｑだけ移動する工程を実施する。距離ｑだけ移動してパルス照射するときは、移動する距離が極めて短いため、移動はすぐに完了する。したがって、パルス照射してから次のパルス照射するまでの時間は、ビーム放射手段が次のパルス照射が可能になるまでの時間と等しい。逆に、次の照射領域まで移動するときは、移動する距離が極めて長いため、移動に時間がかかる。その間、ビーム放射手段は待っている状態、すなわちビームを放射しない状態となる。
【００７２】
それに対して、上述の実施の形態１において、ビーム放射手段が次のパルス照射が可能になるまでの時間の間に移動できる最長の長さよりも短く距離ｃを設定すれば、ビーム放射手段は可能とする最も短い周期でパルスビームを放射することができる。しかも、特開２０００−３０６８５９公報に記載の方法のように次の照射領域まで移動する必要がないので、結果として特開２０００−３０６８５９公報における次の照射領域まで移動するために必要な時間分だけ処理時間が短いことになる。
【００７３】
また、本発明の実施の形態において、結晶の長さをスリット状ビームのピッチｐと同じとするためには、１つの結晶化領域についてｎ＝ｐ／ｑ（回）パルス照射する必要がある。そのためには、スリット状光透過部分の数またはスリット状ビーム群の数をｎ（個）としてもよい。
【００７４】
さらに、照射領域全体の長さがｂであったならば、パルス照射間の移動量ｃ＝ｂ／ｎ＝ｂ×ｑ／ｐとし、等分割領域の長さＣを上述のｃに対応するマスク上の距離とすればよい。この場合、１つのスリット状ビーム群に含まれるスリット状ビームの数ｙ＝ｃ／ｐ＝ｂ×ｑ／ｐ２となる。
【００７５】
さらに、一定速度で照射領域または基板を移動しながら、一定の周波数ｆでパルス照射する場合、一定速度ｓ＝ｃ×ｆ＝ｂ×ｆ×ｑ／ｐとなる。
【００７６】
（実施の形態２）
本発明の実施にあたっては、実施の形態１のように、基板全面を結晶化させる場合の他にも、種々の実施例が可能である。
【００７７】
特に、本発明によって製造したガラス基板上の多結晶シリコン薄膜を用いて、液晶表示装置を形成する場合に特段の効果が得られた。基板上に形成された表示用素子のレイアウトを図９に示す。
【００７８】
図９は、１枚のガラス基板から合計９個の表示用素子を一度に形成するレイアウトを示している。アクティブマトリックス型液晶表示用素子などの表示用素子のレイアウトは、通常、画素領域３１と、その周辺部分（額縁領域３２）に大別される。
【００７９】
画素領域３１には画素と液晶を駆動するための薄膜トランジスタとが配置され、額縁領域３２には画素駆動用のドライバが配置される。従来の表示用素子では、ドライバをシリコンウェハに形成し、このシリコンウェハをチップ状に切断したものを液晶基板に実装し電気的に接続していた。この方法は別途チップを作製する工程や、実装する工程を含むため、工程が多く製造時間が長い、および、製造費用（工賃および材料費）が高い、接続が断線し故障することがある、チップが突起した形状となる、寸法が大きいなどの欠点があった。
【００８０】
そこで、これらのドライバ回路を液晶ガラス基板に予め作り込んでおく方法が提案されている。また、この際ドライバ回路だけでなく、従来外付けであった他の信号処理回路（画像処理回路、メモリ回路、コントローラ回路、電源回路など）をも液晶基板上に作り込むことが可能である。ただし、この場合、額縁領域３２にはドライバ回路などの高速度または高電流駆動または小型の回路を作り込む必要があるため、額縁領域３２に形成されるシリコン薄膜にはキャリアの移動度の高いものが要求される。具体的には、キャリアの移動度が１００Ｖ／ｓｍ・ｓ〜２００Ｖ／ｓｍ・ｓ以上、望ましくは５００Ｖ／ｓｍ・ｓ程度のものが要求される。
【００８１】
本発明の実施の形態２では、額縁領域３２を結晶化し、キャリアの移動度の高いシリコンによる高速なトランジスタを形成することによって、画素駆動または信号処理を高速化したものである。なお、画素領域３１は、高い移動度を要求されないため、スーパーラテラル成長による再結晶化をせず、非晶質シリコンまたは方位の揃っていない多結晶シリコンのままとする。本発明に用いるマスクは、実施の形態１と同様の構造で、図１および２で示される。ただし、実施の形態２の場合、マスク上での長さＡのスリット状光透過部によって形成されるスリット状ビームの長さａを図９で示す額縁領域３２の幅αと等しくするか、またはαよりａを広く設定する。このような設定を用いて、１列に並んだ額縁領域３２に対し順方向帯状領域結晶化工程または逆方向帯状領域結晶化工程を実施することにより、１行に並んだ一連の額縁領域３２を形成することが可能である。
【００８２】
照射領域の移動のフローを図９を用いて説明する。
ステップ１
照射領域４を図中の左上の位置４２０に配置する。ステップ２へ進む。
【００８３】
ステップ２
照射領域４が右端に達するまで逆方向帯状領域結晶化工程を実施し、一連の額縁領域３２の結晶化をする。ステップ３へ進む。
【００８４】
ステップ３
そのすぐ下の一連の額縁領域３２の行へ照射領域４を矢印４１で示すように移動させる。ステップ４へ進む。
【００８５】
ステップ４
照射領域４が左端に達するまで順方向帯状領域結晶化工程を実施し、一連の額縁領域３２の行を結晶化する。ステップ５へ進む。
【００８６】
ステップ５
最下行の額縁領域３２を結晶化していたらステップ７へ進む。そうでない場合はステップ６へ進む。
【００８７】
ステップ６
そのすぐ下の一連の額縁領域３２の行へ照射領域４を矢印４２で示すように移動させる。ステップ２へ進む。
【００８８】
ステップ７
すべて額縁領域３２を結晶化していたら、終了する。そうでない場合はステップ８へ進む。
【００８９】
ステップ８
基板１８または照射領域４を９０°回転させる。ステップ１へ進む。
【００９０】
上述のフローにより、高い移動度が要求される額縁領域３２を結晶化し、高い移動度が要求されない画素領域３１を結晶化しないため、基板１８全面を結晶化させる場合と比較して、製造時間を短縮することができる。通常、額縁状の領域は全基板面積の１０から２０％程度しかないため、実施の形態２のように画素領域を結晶化しないことにより、大幅に結晶化時間を短縮できる。
【００９１】
なお、この実施の形態では、画素領域３１の四方にある額縁領域３２を結晶化しているが、四方にある４つの額縁領域３２のうち１つ以上の額縁領域３２について、その全部または一部を結晶化するだけでも、かなりの効果がある。したがって、画素領域３１の四方にあるすべての額縁領域３２を結晶化しなければならないわけではない。
【００９２】
また、スリット状光透過ビームの長さａを図９で示す額縁領域３２の幅αと等しくまたは広く設定し、ビーム照射の照射領域の移動のフローを用いることによって不要なビーム照射を行なわず、かつビーム照射の照射領域を移動する距離を短くすることが可能である。ひいては、短時間かつ省エネルギで結晶化を行なうことができる。
【００９３】
また、この実施の形態２により結晶化された結晶化領域の詳細を図１０に示す。
【００９４】
図１０を参照して、この実施の形態に従って結晶化を行なうと、結晶の方位が額縁領域３２の長手方向に揃った長い多結晶２１０が得られる。ここで、画素領域３１は液晶の画素領域であり、その周辺に額縁領域３２が配置されていることを示している。また、画素領域３１に記載した方眼状の線は、画素と画素の境界線を示している。
【００９５】
特開２０００−２４３９６８、特開２０００−２４３９６９、特開２０００−２４３９７０では、異方性を有する結晶の方向とトランジスタのゲート長を規定する技術が開示されている。ところが、これらの公報に記載の技術では、ゲート長方向に多数の結晶を含むものである。
【００９６】
本発明において、スリット状ビームのピッチｐは結晶化領域のピッチに等しい。また、この実施の形態において、帯状領域は画素領域の周囲に沿って形成されているので、結晶化領域と結晶化領域に隣接する画素領域との境界線の方向と結晶化領域における長結晶の方位とは等しい。したがって、スリット状ビームのピッチｐと画素のピッチを合わせることによって、各画素列と各結晶化領域を１対１に対応させることができる。図１０は、スリット状ビームのピッチｐと画素のピッチを合わせて結晶化した場合における画素と結晶化領域との一致を示した詳細図である。図１０の状態では、各画素列（図１０において上下方向に連なる一連の画素）に対して各結晶化領域が１対１に対応するので、１つの画素列に対応するトランジスタを対応する１つの結晶領域に形成することができる。
【００９７】
額縁領域３２には画素を駆動するドライバトランジスタやその他の用途のトランジスタを配置することが望まれるが、その場合、トランジスタに要求される能力はさまざまなである。高速性を要求されるトランジスタは、そのデバイスサイズが小さいことが要求されるが、画素駆動などに用いるために大きな電流駆動能力が必要とされるトランジスタはそのチャネル幅が広いことが要求される。
【００９８】
画素ピッチは液晶基板によりさまざまなであるが、概ね１０μｍから１００ｎｍの範囲で設計する。一方、成形するトランジスタの幅は、数十から数百μが要求され、かつトランジスタを各画素列ごとに配置する必要がある。
【００９９】
この実施の形態２によれば、チャネル幅のトランジスタであっても、チャネル方向（電流の流れる方向）を額縁領域３２の長手方向に設定することで任意のチャネル幅のトランジスタを容易に形成することができる。かつ、トランジスタはチャネルの方向（電流が流れる方向）が移動度の高い方向と一致しているため、処理が高速なトランジスタを得ることができる。図１０で示した２つのトランジスタ２５は、それぞれ、チャネル幅の狭いトランジスタおよびチャネル幅の広いトランジスタである。
【０１００】
なお、他の例として、図１１で示すように、額縁領域３２に形成された結晶化領域の幅を、画素ピッチの２倍に設定することも可能である。この場合であっても、上述の図１０で示した例と同様の効果が得られる。図１１で示したトランジスタでは、２つの画素列と１つの結晶化領域とを組として、トランジスタの配置設計を行なうことができ、２つの画素列に対応する結晶化領域内に高速なトランジスタを形成することができる。そのため、図１０と比較して、より自由に設計をすることができる。
【０１０１】
また、図１２のように、３本の画素列の幅で結晶化領域を設定することも可能である。この場合、額縁領域３２形成した結晶化領域の幅を画素ピッチの２倍と設定した場合と同様の効果が得られ、より自由に設計をすることができる。
【０１０２】
さらに、図１３および図１４で示したように、１本の画素列の幅に複数の結晶化領域を設定することも可能であり、各画素列に対する高速かつ任意のチャネル幅を有するトランジスタを形成できる。すなわち、少なくとも結晶化領域のピッチを、画素のピッチの整数倍または整数分の１となるように結晶化領域を形成すれば、各画素列に対応する高速かつ任意のチャネル幅を有するトランジスタを容易に形成できる。
【０１０３】
図１３および１４の表示装置６００は、複数の画素３１ａが配置される画素領域としての画素領域３１と、画素領域３１を取囲むように設けられ、ほぼ一定の方向に延びる多結晶２１０により構成される外周領域としての額縁領域３２とを備える。多結晶２１０が延びる方向に沿った１つの画素の幅Ｇは、額縁領域３２の多結晶２１０の長さＪのほぼ自然数倍である。
【０１０４】
図１０から１２の表示装置６００は、複数の画素３１ａが配置される画素領域３１と、画素領域３１を取囲むように設けられ、ほぼ一定の方向に延びる多結晶２１０により構成される外周領域としての額縁領域３２とを備える。額縁領域３２の多結晶２１０の長さＪは、１つの画素３１ａの幅Ｇのほぼ自然数倍である。
【０１０５】
次に、従来の結晶化方法と本発明による結晶化方法とによる結晶化時間について具体的に説明する。
【０１０６】
その前提条件として、種々の製造方法に対し、共通する製造条件を下記のとおり統一する。
【０１０７】
基板寸法：３２０ｍｍ×４００ｍｍ
ビーム照射手段におけるビームの照射周波数ｆ：３００Ｈｚ
スーパーラテラル成長によるパルス照射ごとの送りピッチｑ：０．５μｍ
まず、１つのスリット状ビームを用いて基板面全面を結晶化するために要する時間を算出する。
【０１０８】
図１５は、従来の単一のスリット状ビームによる多結晶半導体薄膜の製造方法を説明するための図面である。図１５においては基板の短辺を一括照射できる１本のスリット状ビームをパルス照射しながら、基板が一定速度で移動する構成とした。
【０１０９】
（基板の送り速度ｓ）＝（送りピッチｑ）×（ビームの照射周波数ｆ）
＝０．０００５×３００
＝０．１５ｍｍ／ｓｅｃとなる。したがって、
（基板全面を結晶化するために用する時間）
＝（基板長さ／送り速度ｓ）＝４００／０．１５＝２６６７秒となる。
【０１１０】
次に、特開２０００−３０６８５９公報に記載の方法による結晶化方法によって基板面全面を結晶化するために要する時間を算出する。上記公報では、等しいピッチでスリットが形成されたマスクを用いている。この場合、上述の公報に記載のとおり、基板面全面をビーム照射領域ごとに結晶化を完了させてから、次の照射へ照射領域を移動する。各種の製造条件を次のとおり定める。
【０１１１】
スーパーラテラル成長による針状結晶の長さｐ：５０μｍ
（＝基板面におけるスリット状ビームのピッチ）
マスク像の結像倍率：１／５
照射領域の面積：２０ｍｍ×２０ｍｍ
マスク面での有効領域の面積：１００ｍｍ×１００ｍｍ
従来技術における１つの照射領域に必要とするパルス照射回数ｎは
（１つの照射領域に対するパルス照射の回数ｎ）＝（針状結晶の長さｐ）／（送りピッチｑ）＝０．０５×０．０００５
＝１００（回）
１つの照射領域の結晶化に要する時間ｔは、
（１つの照射領域を結晶化する時間）
＝（１つの照射時間に対するパルス照射の回数ｎ）／（ビームの照射周波数ｆ）＝１００／３００
＝０．３３３（秒）
隣接する照射領域への移動は、たとえば基板を移動させることによって行なうが、移動と基板を静止させるのに要する時間は、合計０．３秒程度必要である。
【０１１２】
前述のとおり基板寸法は３２０ｍｍ×４００ｍｍであるから、（３２０／２０）×（４００／２０）＝３２０個の照射領域を順に結晶化することになる。
【０１１３】
したがって、（基板全面を結晶化するために要する時間）
＝｛（１つの照射領域の結晶化する時間）＋（隣接する照射領域への移動に要する時間）｝×（照射領域の数）＝（０．３３３＋０．３）×３２０＝２０３秒
となる。
【０１１４】
次に、本発明の実施の形態１による結晶化方法について基板全面を結晶化するために要する時間を算出する。上記公報に記載の従来技術と同様、結晶化時間算出条件と製造条件は以下のとおりでする。
【０１１５】
スーパーラテラル成長による針状結晶の長さｐ：５０μｍ
（基板面におけるスリット状ビームのピッチ）
マスクの結像倍率：１／５
照射領域の面積：２０ｍｍ×２０ｍｍ
（マスク面での有効領域：１００ｍｍ×１００ｍｍ）
図７における幅ａ（＝２０ｍｍ）の帯状領域を結晶化するための基板の移動速度ｓは、
ｓ＝ｃ×ｆ＝ｂ／ｎ×ｆ＝ｂ×ｆ×ｑ／ｐ
＝２０×３００×０．０００５／０．０５＝６０（ｍｍ／ｓｅｃ）となる。
【０１１６】
基板全面を結晶化するためには、１つの帯状領域を結晶化した後、隣接する帯状領域に移動し、同様の工程を繰返す。隣接する帯状領域への移動は、たとえば基板を移動させることによって行なうが、基板を移動させてかつ停止させるのに必要な時間は、従来と同様に０．３秒程度必要である。
【０１１７】
前述のとおり基板寸法は３２０ｍｍ×４００ｍｍであるから、３２０／２０＝１６個の帯状領域を順に結晶化することになる。
【０１１８】
したがって、（基板全面を結晶化するために要する時間）＝｛（２０ｍｍ幅の帯状領域の結晶化に要する時間）＋（隣接帯状領域への移動時間）｝×（帯状領域数）で表わされる。長さ４００ｍｍの帯状領域を結晶化するためには
４００＋ｂ−ｃ＝４００＋２０×（１−０．０００５／０．０５）＝４１９．９の距離を移動しながらビーム照射しなければならないので、基板全面を結晶化するために要する時間は
（４１９．９／６０＋０．３）×１６＝１１７秒となる。したがって、特開２０００−３０６８５９号に記載の方法に比べて約４２％もの結晶化時間の短縮化が可能になる。
【０１１９】
さらに、スーパーラテラル成長による針状結晶の長さを２０μｍとすると、この時間短縮効果は一層顕著になる。各種の製造条件を前述のとおりとし、同様の計算を行なうと、特開２０００−３０６８５９に記載の方法では、（０．１３３＋０．３）×３２０＝１３９秒である。
【０１２０】
本発明による結晶化方法による場合、
（４１９．７５／１５０＋０．３）×１６＝５０秒
となり、約６４％もの結晶化時間の短縮が可能になる。
【０１２１】
なお、この発明の実施の形態によれば、マスクの光透過部の形状を矩形のスリットとしたが、形状はこれに限定されることなく、メッシュ形状、鋸歯形状、波状などの種々の形状が採用できる。
【０１２２】
【発明の効果】
この発明の結晶成長方法に従えば、第ｍおよび第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域を形成した後、１回の結晶成長の長さｔよりも長い距離ｒだけ第ｍの第ｋ結晶化領域から離れた領域に第ｍの第ｋ＋１結晶化領域を薄膜に形成するため、従来よりも離れた位置に次の結晶化領域を形成することができる。その結果、従来に比べて帯状ビームの移動時間を短くすることができ、結晶質薄膜の製造時間を短くすることができる。また、移動量を大きくすることで、各領域間で各工程を実施する時間をずらしながら順次結晶化することができる。これは、結晶化工程の流れ作業化である。つまり単純な工程の周期的繰返しによって広い領域の結晶化を均一かつ短時間で行なうことができる（請求項１、２、８、１０および１１）。
【０１２３】
また、この発明に従えば、帯状ビームの移動距離ｒと帯状ビームの形状が一定であるため、規則正しいパターンで結晶化領域を形成することができる（請求項３および１２）。
【０１２４】
また、この発明では、第１から第ｎの帯状ビーム群の各々は間隔ｐを隔てて１方向に並んで形成されたｙ個のビームを含み、第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域から第ｍの第ｋ＋１結晶化領域までの距離ｑは１回の結晶成長の長さｔの０．２倍以上０．８倍以下の長さであるため、第１から第ｎの帯状ビーム群を薄膜に照射した後、所定の距離ｑだけずれた位置に次のビームを照射することで帯状ビーム群を用いて複数の結晶化領域を短時間でかつ正確に形成することができる（請求項４および１３）。
【０１２５】
また、この発明においてｎがｐ／ｑを満たせば最も効率よく結晶化領域を製造することができる（請求項５）。
【０１２６】
また、薄膜を一定速度ｓで移動させて薄膜に一定周期ｆで第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームを照射することで第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームの移動方向に結晶化領域が並んだ結晶質薄膜を短時間で効率よく製造することができる（請求項６、７、９および１４）。
【０１２７】
この発明に従ったビーム分岐装置では、第Ｓ領域とその第Ｓ領域に隣接する第Ｓ＋１領域との境界から、第Ｓ＋１領域のうち第Ｓ領域に最も近い部分に位置するスリットまでの距離はＳ×Ｑであり、Ｑは、１回の結晶成長の長さの０．２倍以上０．８倍以下に対応するビーム分岐装置上で距離であるため、第Ｓ領域および第Ｓ＋１領域を介してビームを薄膜に照射した後、所定の距離だけビーム照射装置を移動させて薄膜にビームを照射すれば、先に形成された結晶化領域に重なるように次の結晶化領域が形成される。その結果、ビーム照射装置の移動距離を大きくすることができ、短時間で薄膜を製造することができる（請求項１５）。
【０１２８】
この発明に従った表示装置では、多結晶が延びる方向に沿った１つの画素の幅は外周領域の多結晶の長さのほぼ自然数倍であるため、特定の数、連続して形成された画素列からなる画素列群に対してその画素列群に対応するトランジスタを形成できるので設計が容易となる。また簡素な構造となる（請求項１６）。
【０１２９】
この発明に従った表示装置では、外周領域の多結晶の長さは多結晶が延びる方向に沿った１つの画素の幅のほぼ自然数倍であるため１つの画素列に対してその画素列に対応するトランジスタを形成できるため設計が容易である。また簡素な構造となる（請求項１７）。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に従った半導体薄膜を製造する装置を示す模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１に従ったスリットを有するマスクの平面図である。
【図３】薄膜を結晶化する方法を説明するために示すマスクの断面図である。
【図４】図３で示す第ｍの第ｋ結晶化領域２０２ａを拡大して示す図である。
【図５】薄膜を結晶化する方法を説明するために示すマスクの断面図である。
【図６】図５で示す第ｍの第ｋ＋１結晶化領域２０３ａを拡大して示す図である。
【図７】この発明に従った照射領域の移動の軌跡を説明するための図である。
【図８】順方向帯状結晶化領域において帯状領域に結晶化領域が形成されていく様子を示す図である。
【図９】１枚のガラス基板から合計９個の表示用素子を一度に形成するレイアウトを示す。
【図１０】実施の形態２により結晶化された結晶化領域を詳細に示す平面図である。
【図１１】実施の形態２により結晶化された結晶化領域を詳細に示す平面図である。
【図１２】実施の形態２により結晶化された結晶化領域を詳細に示す平面図である。
【図１３】実施の形態２により結晶化された結晶化領域を詳細に示す平面図である。
【図１４】実施の形態２により結晶化された結晶化領域を詳細に示す平面図である。
【図１５】従来のレーザにより結晶化技術を示す模式図である。
【図１６】１回のパルス照射で形成された針状結晶組織を説明する図である。
【図１７】複数回のパルス照射によるスーパーラテラル成長の形態を説明する図である。
【図１８】複数回のパルス照射によるスーパーラテラル成長の形態を説明する図である。
【図１９】複数回のパルス照射によるスーパーラテラル成長の形態を説明する図である。
【符号の説明】
１　製造装置、９　駆動手段、１０　照射手段、１６　マスク、１８　基板、２０　制御手段、２１　支持手段、３１　画素エリア、３１ａ　画素、３２　額縁領域、１０１Ａ　第１領域、１０１Ｂ　第２領域、１０１Ｃ　第３領域、１０１Ｎ　第Ｎ領域、１０２Ａ　第１のスリット群、１０２Ｂ　第２のスリット群、１０２Ｃ　第３のスリット群、１０２Ｎ　第Ｎのスリット群、１０２　スリット、２０１　アモルファスシリコン膜、２０２ａ　第ｍの第ｋ結晶化領域、２０２ｂ　第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域、２０２ｃ　第ｍ＋２の第ｋ結晶化領域、２０２ｎ　第ｍ＋ｎの第ｋ結晶化領域、２０３ａ　第ｍの第ｋ＋１結晶化領域、２０３ｂ　第ｍ＋１の第ｋ＋１結晶化領域、２０３ｃ　第ｍ＋２の第ｋ＋１結晶化領域、２０３ｎ　第ｍ＋ｎの第ｋ＋１結晶化領域、３００　ビーム、３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃ，３０１Ｎ　帯状ビーム。

Claims (17)

  1. 第ｍ（ｍは１以上の整数）および第ｍ＋１の帯状ビームを薄膜に向けて照射して、前記薄膜に第ｍおよび第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域を形成する工程と、
    前記第ｍの第ｋ結晶化領域から距離ｒ（ｒは１回の結晶成長の長さｔよりも長い）離れた領域であって、前記第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域に一部が重なる領域に第ｍの帯状ビームを照射して前記第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域に連なる第ｍの第ｋ＋１結晶化領域を薄膜に形成する工程とを備えた、結晶成長方法。
  2. 前記第ｋ結晶化領域を形成する工程は、ビーム源から放たれたビームを分岐させて前記第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームを整形する工程を含む、請求項１に記載の結晶成長方法。
  3. 前記ｍの値にかかわらず距離ｒは一定であり、前記ｍの値にかかわらず前記第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームの形状は一定であり、複数の前記第ｋ結晶化領域の並ぶ方向はｋの値にかかわらず一定である、請求項１または２に記載の結晶成長方法。
  4. 前記第ｋ結晶化領域を形成する工程および前記第ｋ＋１結晶化領域を形成する工程は、第１から第ｎの帯状ビーム群を薄膜に向けて照射する工程を含み、
    前記第１から第ｎの帯状ビーム群の各々は、間隔ｐを隔てて１方向に並んで形成されたｙ（ｙは１より大きい）個のビームを含み、
    前記第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域から前記第ｍの第ｋ＋１結晶化領域までの距離ｑは、１回の結晶成長の長さｔの０．２倍以上０．８倍以下の長さである、請求項１から３のいずれか１項に記載の結晶成長方法。
  5. 前記ｎは、ｎ＝ｐ／ｑで示す関係式を満たすように選ばれる、請求項４に記載の結晶成長方法。
  6. 前記第ｋ＋１結晶化領域を形成する工程は、薄膜を一定速度で移動させて薄膜に一定の周期で第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームを照射する工程を含む、請求項４に記載の結晶成長方法。
  7. 前記第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームを照射する周波数ｆと前記薄膜の移動速度ｓとは、ｓ＝ｒ×ｆで示す関係式を満たす、請求項６に記載の結晶成長方法。
  8. 薄膜を支持する支持手段と、
    薄膜に第ｍ（ｍは１以上の整数）および第ｍ＋１の帯状ビームを照射して結晶化する照射手段と、
    前記支持手段を前記照射手段に対して移動させる駆動手段と、
    前記照射手段と前記駆動手段とを制御する制御手段とを備え、
    前記第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームを薄膜に向けて前記照射手段が照射して前記薄膜に第ｍおよび第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域を形成した後、前記支持手段を前記照射手段に対して距離ｒ（ｒは１回の結晶成長の長さｔよりも長い）だけ駆動手段が前記支持手段を移動させて、前記第ｍの第ｋ結晶化領域から距離ｒだけ離れた領域であって、前記第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域に一部が重なる領域に第ｍの帯状ビームを前記照射手段が照射して前記第ｍ＋１の第ｋ結晶化領域に連なる第ｍの第ｋ＋１結晶化領域を薄膜に形成するように駆動手段および照射手段を前記制御手段が制御する、結晶成長装置。
  9. 前記駆動手段が一定速度で前記照射手段に対して前記支持手段を移動させ、前記照射手段が前記薄膜に一定の周期でビームを照射するように前記制御手段は前記駆動手段および前記照射手段を制御する、請求項８に記載の結晶成長装置。
  10. ビームを発生させるビーム源をさらに備えた、請求項８または９に記載の結晶成長装置。
  11. 前記照射手段は、複数のスリットを有するマスクを含み、前記マスクは、前記ビーム源から放たれた光を分岐させて前記第ｍおよび第ｍ＋１の帯状ビームを整形する、請求項１０に記載の結晶成長装置。
  12. 前記マスクは、１方向に並んで形成された第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）のスリット群を含み、前記第１から第Ｎのスリット群の各々は、所定の間隔Ｐで１方向に並んで形成された複数の前記スリットを含み、複数の前記スリットの各々は同一形状である、請求項１１に記載の結晶成長装置。
  13. 前記スリット群の数Ｎは、Ｎ＝Ｐ／Ｑで示す関係式を満たし、Ｑは、１回の結晶成長の長さｔの０．２倍以上０．８倍以下に対応する前記マスク上での距離である、請求項１２に記載の結晶成長装置。
  14. 前記駆動手段は、前記支持手段を前記照射手段に対して一定速度で移動させる、請求項８から１３のいずれか１項に記載の結晶成長装置。
  15. １方向に並ぶように配置された第１から第Ｎの領域と、
    前記第１から第Ｎの領域の各々に形成された第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）のスリット群とを備えたビーム分岐装置であって、
    前記第１から第Ｎのスリット群の各々は、等しい間隔Ｐで１方向に並んで形成された複数のスリットを含み、
    第Ｓ領域（Ｓは１以上Ｎ−１以下の整数）とその第Ｓ領域に隣接する第Ｓ＋１領域との境界から、前記第Ｓ＋１領域のうち前記第Ｓ領域に最も近い部分に位置する前記スリットまでの距離はＳ×Ｑであり、前記Ｑは、１回の結晶成長の長さｔの０．２倍以上０．８倍以下に対応するビーム分岐装置上での距離である、ビーム分岐装置。
  16. 複数の画素が配置される画素領域と、
    前記画素領域を取囲むように設けられ、ほぼ一定の方向に延びる多結晶により構成される外周領域とを備え、
    前記多結晶が延びる方向に沿った１つの前記画素の幅は、前記外周領域の多結晶の長さのほぼ自然数倍である、表示装置。
  17. 複数の画素が配置される画素領域と、
    前記画素領域を取囲むように設けられ、ほぼ一定の方向に延びる多結晶により構成される外周領域とを備え、
    前記外周領域の多結晶の長さは、前記多結晶が延びる方向に沿った１つの前記画素の幅のほぼ自然数倍である、表示装置。
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