JP2007035812A - 多結晶シリコン膜の製造方法および薄膜トランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】結晶粒径が大きく表面粗さが小さい多結晶シリコン膜を形成可能な多結晶シリコン膜の製造方法を提供する。
【解決手段】基板上に膜厚６０ｎｍ以上の非晶質シリコン膜を形成し、それに波長３９０ｎｍ〜６４０ｎｍのレーザを照射して多結晶シリコン膜を形成する。このときレーザ照射を、酸素分圧が２Ｐａ以下の雰囲気で行う。それにより多結晶シリコン膜の表面粗さを抑えつつ、その結晶粒径をサブミクロンオーダーにまで大きくできる。また２μｍ以下のスキャンピッチでレーザを走査することによって、多結晶シリコン膜の結晶粒径の均一性が向上する。このような多結晶シリコン膜に形成したＴＦＴは、電気的特性に優れ信頼性の高いものとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非晶質シリコンにレーザを照射して多結晶シリコン膜を作成するレーザアニールの技術に関するものである。

現在、液晶パネルの画素部では、ガラス製または合成石英製基板上の非晶質または多結晶のシリコン膜に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）によるスイッチングにより、画像を構成している。現在は主として外部に独立して設置しているが、この液晶パネルに、画素トランジスタを駆動するドライバ回路を同時に構成することができれば、液晶パネルの製造コストや信頼性等の面で飛躍的なメリットを得ることができる。現在は、ＴＦＴの能動層を構成するシリコン膜の結晶性が悪いために、キャリアの移動度に代表されるＴＦＴの性能が低く、高速性および高機能性が要求される集積回路の作製は困難である。高移動度のキャリアを有するＴＦＴを実現することを目的として、シリコン膜の結晶性を改善するために、レーザ照射による熱処理（レーザアニール）が一般に行なわれている。

シリコン膜の結晶性とＴＦＴにおけるキャリア移動度との関係は以下のように説明される。非晶質シリコン膜をレーザアニールすることにより得られるシリコン膜は一般に多結晶体である。多結晶体の結晶粒界には結晶欠陥が局在しており、これがＴＦＴの能動層のキャリア移動を阻害する。したがって、ＴＦＴにおけるキャリア移動度を高くするには、キャリアが能動層を移動中に結晶粒界を横切る回数を少なくし、かつ結晶欠陥密度を小さくすればよい。レーザアニールの目的は、結晶粒径が大きくかつ結晶粒界における結晶欠陥が少ない多結晶シリコン膜を形成することにある。

次に、従来のＴＦＴの製造方法を説明する。まず、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相蒸着法）により、ガラス基板上にシリコン酸化膜を形成する。このシリコン酸化膜上に例えばプラズマＣＶＤにより非晶質シリコン膜を堆積する。次いで、そのエキシマレーザ（ＸｅＣｌ（波長：３０８ｎｍ））またはＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ。以下「ＹＡＧ２ωレーザ」と称する。）を非晶質シリコン膜上を照射する。非晶質シリコン膜は該レーザが照射された部分が溶融し、その後温度が低下するに従って、溶融したシリコンが結晶化して多結晶シリコン膜が形成される。

その後多結晶シリコン膜をパターニングし、パターニング後の多結晶シリコン膜上にシリコン酸化膜を形成し、さらにその上に例えばＴａ、ＣｒおよびＭｏ等の低電気抵抗の金属膜を形成する。そして当該金属膜をパターニングすることにより、ゲート電極を形成する。

次いで、ゲート電極あるいは当該ゲート電極のパターニングに用いたレジストをマスクにするイオンドーピングを行うことにより、多結晶シリコン膜にＮ型またはＰ型の不純物を導入して、ソース／ドレイン領域を自己整合的に形成する。即ち、Ｎ型の不純物を導入した部分にはｎチャネル型ＭＯＳ（ＮＭＯＳ）トランジスタのＴＦＴが形成され、Ｐ型不純物が導入された部分にはｐチャネル型ＭＯＳ（ＰＭＯＳ）トランジスタのＴＦＴが形成される。

続いてシリコン酸化膜を堆積し、ＴＦＴのソース／ドレイン領域およびゲート電極上にコンタクトホールを形成する。そして金属膜（例えばＡｌ、Ｗ、Ｍｏ等）を堆積し、それをパターニングすることにより、ソース／ドレイン、ゲートの配線を行う。さらにこのＴＦＴ上に絶縁膜、透明電極、液晶、偏光膜、カラーフィルタ等の膜を順次形成することによりＴＦＴ液晶表示パネル（ＴＦＴパネル）が完成する。

上記のエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）によるレーザアニールは、非晶質シリコン膜をレーザビームで走査（スキャン）することにより行われる（例えば特許文献１）。このときレーザビームは、走査方向（スキャン方向）に垂直方向な線状のスポット形状で、且つ、その照射エネルギー密度がトップフラット分布のプロファイルになるように成形されるのが一般的である。具体的には、例えば幅０．４ｍｍ、長さ２５０ｍｍの線状スポットのレーザビームを、３００Ｈｚのパルスとして照射し、その線状スポットの幅方向に向かって重ね９５％のスキャンピッチ（送りピッチ）で走査する（即ち、連続する２つのレーザビームのパルスが互いに９５％重なるように走査する）。重ね９５％の場合、線状のレーザビームの幅が０．４ｍｍであればスキャンピッチは２０μｍとなる。

エキシマレーザアニールでは、レーザの照射エネルギー密度プロファイル（以下、単に「プロファイル」と称することもある）がトップフラット分布である上、波長３０８ｎｍの光は非晶質シリコンおよび多結晶シリコン内で吸収されやすく浸透長が短い（７ｎｍ程度）ので、シリコン膜の表面のみが加熱されて膜厚方向での温度差ができやすい。そこで、シリコン膜全体が溶融せずにその底部に結晶核が残る程度の照射エネルギー密度でレーザを照射し、当該底部の結晶核から結晶を成長させることが行われる。仮にレーザの照射エネルギー密度が高く、シリコン膜全体が溶融して結晶核がなくなると、冷却の際に過冷却状態となり、自然に結晶核が形成される温度になると多数の結晶核ができて一気に固化するため、微結晶の集合体となってしまう。

さらに、３０８ｎｍの光は多結晶シリコンと溶融シリコンとでその吸収率がほぼ同じであるため、レーザ照射により一旦大きな結晶が形成されたとしても、その後にレーザが重ねて照射された結果閾値以上の照射エネルギーを受けてしまうと、上記のメカニズムにより微結晶化してしまう。従って、エキシマレーザアニールによる多結晶シリコンの形成手法は、レーザの照射エネルギー密度のマージンが狭いという問題がある。

通常、レーザの照射エネルギー密度を高くすればシリコンの結晶粒径を大きくすることができる。しかし、レーザの照射エネルギー密度のマージンが狭い場合には、照射エネルギー密度のばらつきによって上記閾値以上の照射エネルギーに達しやすく、上記のようにシリコンの微結晶化が生じる。つまりエキシマレーザアニールにおいては、照射エネルギー密度のばらつきによる微結晶化が発生しやすく、結晶粒径を余り大きくすることができない。

エキシマレーザとしては、ＸｅＣｌガスの放電ガスを放電させて放出される紫外線が利用される。しかしその放電ガスは反応性が高く寿命が短いため、ガス交換を頻繁に行う必要がある上、放電電極も腐食されるので、定期的な放電チャンバーの交換も必要である。さらに、紫外線により分解された付着物が光学系に生じ易く、外気に晒される石英窓の交換が必要である。このように、エキシマレーザアニール装置は、その維持・保守のために多大な労力、費用を要する。

一方、ＹＡＧ２ωレーザによるレーザアニールにおいては、エキシマレーザアニールの場合と異なりプロファイルをガウス分布として、照射エネルギー密度が最大となる部分でシリコン膜が完全に溶融するようにする。ＹＡＧ２ωレーザの波長は５３２ｎｍであり、多結晶シリコンの浸透長は８３０ｎｍと長く浸透性に優れている。従って、シリコン膜内での減衰が少なく、シリコン膜が一様に加熱されるので、その膜厚方向の温度差は生じにくい。

またＹＡＧ２ωレーザアニールにおいては、レーザ照射によりシリコンが完全に溶融した溶融部分とそうでない未溶融部分との境界部において、レーザ照射後の冷却の際に未溶融部分から溶融部分内に向かって結晶が横方向に成長し、０．５〜１μｍの大きな結晶が形成される。ＹＡＧ２ωレーザアニールでは、レーザビームを３μｍ以下の狭いスキャンピッチで走査させることにより、この横方向成長で形成される大きな結晶が敷き詰められる。

さらに、波長５３２ｎｍのＹＡＧ２ωレーザは、溶融シリコンに比較して多結晶シリコンでの吸収率が低いので、レーザ照射で溶融が早く開始する結晶粒界部と、遅く開始する結晶の内部とで吸熱率が異なる。従って、ＹＡＧ２ωレーザアニールにおいては、一旦結晶化した多結晶シリコンにレーザが重ねて照射されても再溶融しにくく、照射エネルギー密度が多少ばらついたとしても、一旦形成された大きな結晶がその後に微結晶化するようなことがない。従って、ＹＡＧ２ωレーザアニールによる多結晶シリコンの形成手法は、エキシマレーザアニールの場合よりもレーザの照射エネルギー密度のマージンが広いという利点がある。

また、ＹＡＧ２ωレーザアニール装置における消耗部分は、波長１０６４ｎｍのＮｄ３＋：ＹＡＧレーザを、波長５３２ｎｍのＹＡＧ２ωレーザに変換するための波長変換結晶のみであり、また、光学部品への付着物の発生も起こりにくいため、その維持・保守はエキシマレーザアニール装置に比較すると遥かに容易である。

ところで、一般的にシリコン膜は、エキシマレーザあるいはＹＡＧレーザが照射されると、その表面粗さが増加する。これは結晶粒界部に突起が発生するためであり、その突起は結晶粒径が大きいほど大きくなる。突起ができる原因としては、溶融シリコンの密度が固体シリコンの密度より大きいことが考えられる。即ち、シリコンはレーザ照射により溶融する際に体積が減少し、その後に固化（結晶化）する際には体積が増加するので、溶融したシリコンが結晶核を起点として成長しながら結晶化すると、最後に固化する結晶粒界部に体積増加に起因して押し出された溶融シリコンが寄せ集められ、それが突起を形成する。

この突起によるシリコン膜の表面粗さの増加は、それに形成されたＴＦＴの信頼性の低下を招く原因となる。ＴＦＴはシリコン膜上に絶縁膜を介して形成されたゲート電極を有する構造となるが、シリコン膜の表面に突起があると、ゲート電極に電圧を印加した際に当該突起部分に電界が集中し、その部分を起点として電流がリークしやすくなる。

そのため、多結晶シリコン膜の表面粗は小さくするための試みがなされている。例えば、エキシマレーザアニ−ルによる多結晶シリコンの形成のおいて、レーザ照射を酸素の存在下で行った場合には、形成される多結晶シリコンの表面粗さが大きくなるが、窒素中或いは真空中で照射すると表面粗さが小さくなることが報告されている（例えば非特許文献１）。

一方、ＹＡＧ２ωレーザアニールによる多結晶シリコンの形成のおいては、通常、レーザ照射は大気中或いはＮ₂雰囲気で行われ、レーザが照射される非晶質シリコン膜の厚さは通常は５０ｎｍ程度、場合によっては５０〜１００ｎｍである。またレーザビームのスポット形状は線状であり、その照射エネルギー密度の分布は、線状スポットの幅方向（集光方向）には半値幅４０μｍのガウス分布、線状スポットの長さ方向にはトップフラット分布のプロファイルが用いられている（例えば非特許文献２）。

特開２００４−２１７１２４号公報 再公表特許ＷＯ２００２／０３１８７１号公報 特開２００２−１６０１５号公報 菅勝行 他「エキシマレーザアニールpoly-Si膜におけるレーザ照射雰囲気と照射回数が表面モフォロジーに与える影響」，２００２年８月，電子情報通信学会論文誌Ｃ，Ｖｏｌ，Ｊ８５−Ｃ，Ｎｏ．８，ｐｐ．６３０−６３８ K. Tamagawa et. al，「Solid Laser Crystallization of a-Si Films Using a Newly Developed 200W Nd:YAG2w Pulse Laser Annealing System for Poly-Si TFT-FPDs」２００３年，第１０回ディスプレイ国際ワークショップ，ＩＤＷ’０３ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ.５８５−５８８ ＳＩＤ’０４ ＤＩＧＥＳＴ ｐ．１０８８

前述のように、ＹＡＧ２ωレーザアニールによる多結晶シリコン膜の形成のメカニズムはエキシマレーザアニールの場合と異なっており、ＹＡＧ２ωレーザアニールの方が形成される多結晶シリコン膜の表面粗さが大きくなる。例えば、従来のＹＡＧ２ωレーザアニールの手法により、膜厚５０ｎｍのシリコン膜に結晶サイズがサブミクロンオーダーの多結晶シリコン膜を形成した場合、ＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に規定される十点平均粗さ（Ｒｚ）は１００ｎｍ以上になる。また、エキシマレーザアニールと同様に真空中でレーザ照射しても、多結晶シリコン膜の表面粗さが３割程度小さくなるものの、それに形成したＴＦＴの電流リークを抑制して絶縁耐圧を向上させるほどの効果は得られなかった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、結晶粒径が大きく表面粗さが小さい多結晶シリコン膜を形成可能な多結晶シリコン膜の製造方法を提供することを第１の目的とし、そのような多結晶シリコン膜を用いて薄膜トランジスタの信頼性向上を図ることを第２の目的とする。

本発明の第１の局面に係る多結晶シリコン膜の製造方法は、（ａ）基板上に膜厚６０ｎｍ以上の非晶質シリコン膜を形成する工程と、（ｂ）前記非晶質シリコン膜に、波長３９０ｎｍ〜６４０ｎｍのレーザを照射することにより当該非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を形成する工程とを備え、前記工程（ｂ）において、前記レーザの照射は、酸素分圧が２Ｐａ以下の雰囲気で、２μｍ以下のスキャンピッチで前記非晶質シリコン膜を走査することによって行われるものである。

本発明の第２の局面に係る多結晶シリコン膜の製造方法は、（ａ）基板上に膜厚６０ｎｍ以上の非晶質シリコン膜を形成する工程と、（ｂ）前記非晶質シリコン膜に、波長３９０ｎｍ〜６４０ｎｍのレーザを照射することにより当該非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を形成する工程とを備え、前記工程（ｂ）において、前記レーザの照射は、酸素分圧が２Ｐａ以下の雰囲気で、所定のスキャンピッチで前記非晶質シリコン膜を走査することによって行われ、前記レーザの走査方向の照射エネルギー密度プロファイルは、トップフラット分布であるものである。

本発明に係る薄膜トランジスタは、膜厚が６０ｎｍ以上、表面の十点平均粗さが３０ｎｍ以下で、且つ、結晶粒径が０．２μｍ以上の結晶を含む多結晶シリコン膜に形成されたものである。

本発明に係る多結晶シリコン膜の製造方法によれば、作成される多結晶シリコン膜の結晶粒界に現れる突起を小さくでき、表面粗さを小さくすることができる。また、結晶粒径が大きく、且つ均一になるレーザの照射エネルギー密度の範囲が広がるので、そのマージンが大きくなる。従って、本発明によって作成された多結晶シリコン膜に薄膜トランジスタを形成した場合に、耐電圧特性に優れ、キャリア移動度が高い薄膜トランジスタを得ることができる。

本発明に係る薄膜トランジスタによれば、それが形成される多結晶シリコン膜の表面粗さが小さく、且つ、結晶粒径が大きいので、耐電圧特性に優れ、キャリア移動度が高い良好な電気特性が得られる。

＜実施の形態１＞
本発明者等は、結晶粒径が大きく表面粗さが小さい多結晶シリコン膜を作成することが可能なレーザアニールの条件を見出すべく実験を行った。

まず、ガラス基板上に下地層であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を介して、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）により非晶質シリコン膜を５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、１００ｎｍの膜厚で形成したサンプルをそれぞれ用意し、脱水素のアニールを行なった後、それらサンプルに対してレーザアニールを行なった。レーザアニールに用いるレーザは、半導体レーザにより励起された波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザを、波長変換結晶を用いて波長５３２ｎｍのＹＡＧ２ωレーザに変換したものを使用した。またそのＹＡＧ２ωレーザは、Ｑスイッチを用いてパルスエネルギー３０ｍＪ、半値幅６０〜７０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数１０００Ｈｚのパルス光に調整した。さらにこのレーザをビーム成型光学系により、幅４０μｍ、長さ５０ｍｍである線状のスポット形状のビームとし、各サンプルの非晶質シリコン膜に照射した。そして当該レーザビームを線状スポットの幅方向に基板上を一定速度で走査させることで、非晶質シリコン膜をアニールした。ここでは、スキャンピッチ（スキャン速度）は１パルスあたり３μｍとした。また各膜厚の非晶質シリコン膜に対し、レーザの照射エネルギー密度を変えて照射することで形成された多結晶シリコン膜の表面粗さの照射エネルギー依存性を測定すると共に、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、作成された多結晶シリコンの結晶のサイズおよびその分布状態との関係も調べた。

図１は上記の実験の結果を示すグラフであり、膜厚７０μｍの非晶質シリコン膜にレーザアニールした場合における、レーザの照射エネルギー密度と、作成された多結晶シリコン膜の表面粗さとの関係を示している。この実験においては、真空排気できるチャンバー内にサンプル基板を置き、一旦真空に排気した後で酸素ガスを導入して種々の酸素分圧の雰囲気を作り、レーザ照射を行った。レーザのパルス毎のスキャンピッチは３μｍとした。また、多結晶シリコン膜の表面粗さは、触針式の表面粗さ測定器（ランクテーラーホブソン社「タリステップ」（登録商標））で表面の１００μｍ長を測定し、その結果からＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に規定される十点平均粗さ（Ｒｚ）を求めたものである。

図１には、代表的なポイントに、多結晶シリコン膜の結晶サイズも記入している。この結晶サイズは、アニール後のシリコン膜に結晶粒界を溶解させる「Ｓｅｃｃｏエッチング」を施して結晶粒界を顕在化し、ＳＥＭを用いて測定したものである。結晶がサブミクロンサイズとなる照射エネルギー密度の範囲で比較すると、酸素分圧が２Ｐａ以下（真空を含む）である場合とそれを超える場合とで、照射エネルギー密度と表面粗さの関係が大きく異なっていることが分かる。

さらに、ＳＥＭによる観察の結果、この酸素分圧２Ｐａ以下のサンプルでは、それ以外のサンプルに比較して表面の突起が小さいことが判明した。図２および図３は、膜厚７０ｎｍの非晶質シリコン膜に対してＹＡＧ２ωレーザをスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面のＳＥＭ像（顕微鏡写真）を示している。特に、図２はレーザ照射を真空中で行ったサンプル、図３は大気中で行ったサンプルを示している。これらのＳＥＭ像は、サンプルを４０度傾けて撮影したものであり、突起の電子が当たる側は白くなり、反対側の影が暗くなるため、突起が強調されて現れる。真空中でアニールした図２は突起が小さく、大気中でアニールした図３は突起が大きいことが分かる。

また図１から分かるように、酸素分圧が２Ｐａを超える場合には、レーザの照射エネルギー密度を上げて多結晶シリコン膜の結晶粒径がサブミクロンオーダー以上（特に０．２μｍ以上）にすると、十点平均粗さが３０ｎｍを大きく超えた。それに対し、酸素分圧が２Ｐａ以下である場合には、多結晶シリコン膜の結晶粒径が１μｍ程度になるような高い照射エネルギー密度であっても、十点平均粗さは３０ｎｍ程度に抑えられた。つまり、レーザ照射雰囲気の酸素分圧を２Ｐａ以下にすることによって、表面粗さを小さく保ちつつ、結晶粒径の大きな多結晶シリコン膜を作成することができることが分かる。

また本発明者等は、ＹＡＧ２ωレーザアニールのレーザ照射を酸素分圧２Ｐａ以下の雰囲気行って作成した多結晶シリコン膜を用いてＴＦＴを作成し、ゲート絶縁膜の耐圧試験を行った。その結果、従来のものよりもゲート絶縁膜の絶縁耐圧が向上することが確認された。多結晶シリコン膜表面の突起が小さくなったことにより、電界集中の発生が抑制され、リーク電流が減少したためであると考えられる。

なお、図１に示されるように、レーザ照射時の雰囲気の酸素分圧が２Ｐａ以下の範囲では、多結晶シリコン膜の表面粗さの測定値は酸素分圧にあまり依存していない。ＹＡＧ２ωレーザアニールで表面粗さが増大する要因としては、結晶粒界にできる突起の他に、スキャンピッチに依存して発生する「うねり」が存在する。両者のうちの突起は酸素分圧が低くなると小さくなるが、うねりの大きさは酸素の量に殆ど影響を受けない。酸素分圧が２Ｐａ以下の範囲で、表面粗さの酸素分圧依存性が小さくなるのはそれが理由と考えられる。即ち、酸素分圧が２Ｐａを超える範囲では突起が大きいのでそれが表面粗さに大きく影響するが、酸素分圧が２Ｐａ以下の範囲では突起が小さくなるのでうねりが表面粗さに大きく影響するようになる。

図１〜図３に示した実験結果は、主に真空中に所定量の酸素を導入してアニールして作成したサンプルを測定したものであるが、高純度のＮ₂雰囲気中に所定量の酸素を導入してアニールして作成したサンプルを測定してもほぼ同様の結果が得られた。即ち、ＹＡＧ２ωレーザアニールにおいて、レーザ照射を酸素分圧が２Ｐａ以下のＮ₂雰囲気中で行った場合でも、多結晶シリコン膜の結晶粒界にできる突起が小さくなり表面粗さが減少することが分かった。また、上記の実験はスキャンピッチを３μｍとして行ったが、それを２μｍにして行っても同様の傾向が得られた。

また本発明者等は、非晶質シリコンの膜厚５０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍのサンプルについても、同様にレーザ照射雰囲気の酸素分圧を変化させて、作成した多結晶シリコン膜の表面粗さの測定および表面のＳＥＭ観察を行った。

その結果、膜厚６０ｎｍ、１００ｎｍのサンプルでは、膜厚７０μｍと同様に、酸素分圧２Ｐａ以下での突起の縮小効果が確認された。しかし、膜厚５０ｎｍのサンプルでは、酸素分圧を小さくすることによって表面粗さが減少する傾向は見られたが、表面の突起の大きさ自体は明確には縮小されなかった。図４および図５は、膜厚５０ｎｍの非晶質シリコン膜を形成したサンプルに対し、ＹＡＧ２ωレーザアニールを行って作成した多結晶シリコン膜の表面を撮影したＳＥＭ像である。図４はレーザ照射をＮ₂雰囲気中（酸素分圧２Ｐａ以下）で行ったサンプルを示しており、図５はレーザ照射を大気中で行ったサンプルを示している。大気中でレーザアニールしたサンプル（図５）には、ＳＥＭ像上で白く見える粒状の突起が多数観察される一方、Ｎ₂雰囲気中でレーザアニールしたサンプル（図４）でも大きな線状の突起が観察された。

また発明者等は、このＮ₂雰囲気中（酸素分圧２Ｐａ以下）でレーザアニールして作成した多結晶シリコン膜にもＴＦＴを作成し、ゲート絶縁膜の耐圧試験を行ったが、その結果においては従来のものと顕著な差を確認できなかった。以上の結果より、本発明における多結晶シリコン膜表面の突起を小さくする効果は、６０ｎｍ以上の膜厚の非晶質シリコン膜を用いて多結晶シリコン膜を作成するときに特に有効であると考えられる。

以上説明したように、本発明者らの実験により、６０ｎｍ以上の膜厚の非晶質シリコン膜に対し、酸素分圧２Ｐａ以下の雰囲気でＹＡＧ２ωレーザアニールを行うと、多結晶シリコン膜表面の突起を小さくして、表面粗さを小さくすることができることが確認された。

なお以上の説明では、本発明に係るレーザアニールに使用するレーザとしてＹＡＧ２ωレーザを示したが、本発明の適用はそれに限定されるものではなく、波長が３９０ｎｍから６４０ｎｍの範囲のレーザであれば同様の効果が得られる。即ち、例えばＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第２高調波、Ｎｄ：ガラスレーザの第２高調波、Ｙｂ：ＹＡＧレーザの第２高調波、Ｙｂ：ガラスレーザの第２高調波、Ａｒイオンレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザの第２高調波などを用いてもよい。

＜実施の形態２＞
実施の形態１に示した実験により、膜厚６０ｎｍ以上の非晶質シリコン膜に対して酸素分圧２Ｐａ以下の雰囲気でレーザアニ−ルを行うと、その結果形成される多結晶シリコン膜表面の突起が小さくなり表面粗さが減少するという結果が得られた。

しかし、多結晶シリコン膜の表面をＳＥＭを用いて詳細に観察すると、シリコンの結晶粒径が場所によって不均一になるケースが観察された。多結晶シリコン膜上に結晶粒径が小さい領域と大きい領域とが混在すると、それにＴＦＴを形成したときに、その位置によって電気的特性がばらついてしまうため望ましくない。そこで本実施の形態では、本発明に係る多結晶シリコンの製造方法において、形成される多結晶シリコン膜の結晶粒径を均一にするための技術を提案する。

本発明者等は、ＹＡＧ２ωレーザアニールにおける、レーザビームの照射エネルギー密度プロファイルおよびレーザビームの走査時のスキャンピッチを適宜変更して、多結晶シリコン膜の結晶粒径が均一になる条件を検討するための実験を行った。

図６および図７は、当該実験に用いた２種類のレーザの照射エネルギー密度プロファイルを説明するための図であり、共にレーザの走査方向のプロファイルを示している。図６に示すプロファイルは半値幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）３９μｍのガウス分布であり、図７に示すプロファイルはトップ幅４０μｍ、半値幅７２μｍのトップフラット分布である。なお、実験に用いたレーザビームの何れもスポット形状は走査方向に直交する線状である。言い換えれば、図６および図７は、その線状スポットの幅方向のプロファイルに相当する。また各レーザビームとも、線状スポットの長さ方向の照射エネルギー密度プロファイルはトップフラット分布とした。

図８〜図１０は、膜厚７０ｎｍの非晶質シリコン膜に対し、走査方向にガウス分布プロファイルのレーザを用い、スキャンピッチ３μｍでアニールを行い作成した多結晶シリコン膜表面のＳＥＭ像を示している。特に図８は照射エネルギー密度を０．５６Ｊ／ｃｍ²としたサンプル、図９は０．５３Ｊ／ｃｍ²としたサンプル、図１０は０．５０Ｊ／ｃｍ²としたサンプルを示している。

一方、図１１〜図１３は、膜厚７０ｎｍの非晶質シリコン膜に対し、ガウス分布のプロファイルのレーザを用いスキャンピッチ２μｍでアニールを行って作成した多結晶シリコン膜表面のＳＥＭ像を示している。特に図１１は照射エネルギー密度を０．５３Ｊ／ｃｍ²としたサンプル、図１２は０．５０Ｊ／ｃｍ²としたサンプル、図１３は０．４７Ｊ／ｃｍ²としたサンプルを示している。

図８〜図１３の何れも、形成された多結晶シリコン膜の表面をＳｅｃｃｏエッチングした後に、ＳＥＭで撮影している。Ｓｅｃｃｏエッチにより結晶粒界が優先的にエッチングされ、結晶粒が分離して見えるため結晶粒径を観察できる。またレーザ照射は３×１０^-2Ｐａ以下の真空中で行った。

図８、図９および図１１には、大径の結晶の部分と小径の結晶（微結晶）の部分とが存在する。つまり、レーザの照射エネルギー密度が高い場合には、大径の結晶が形成されるため平均的な結晶サイズは大きくなるものの、部分的に微結晶が形成されるので結晶粒径は不均一になる。その現象はスキャンピッチが３μｍの場合でも２μｍの場合でも起こるが、比較的スキャンピッチが２μｍの方が結晶粒径の均一性の高くなる傾向が観察された。例えば、照射エネルギー密度０．５３Ｊ／ｃｍ²の図９と０．５０Ｊ／ｃｍ²の図１２とを比較すると、スキャンピッチが２μｍの方（図１２）が比較的均一性が高いことが分かる。

以上の結果から、スキャンピッチが２μｍの場合と３μｍの場合とでは、２μｍの方が結晶粒径の均一性が高いことが分かった。また、スキャンピッチを１μｍにして同様の実験を行ってもみたが、２μｍの場合よりもさらに結晶粒径の均一性が高くなることが分かった。従って、結晶粒径の均一性を向上させるには、２μｍ以下のスキャンピッチにすることが望ましいと言える。

また図１４〜図１７は、膜厚７０ｎｍの非晶質シリコン膜に対し、走査方向にトップフラット分布プロファイルのレーザを用い、スキャンピッチ３μｍでアニールを行って作成した多結晶シリコン膜表面のＳＥＭ像を示している。特に図１４は照射エネルギー密度を０．４６Ｊ／ｃｍ²としたサンプル、図１５は０．４４Ｊ／ｃｍ²としたサンプル、図１６は０．４０Ｊ／ｃｍ²としたサンプル、図１７は０．３８Ｊ／ｃｍ²としたサンプルを示している。

一方、図１８〜図２１は、膜厚７０ｎｍの非晶質シリコン膜に対し、トップフラット分布のプロファイルのレーザを用いスキャンピッチ２μｍでアニールを行って作成した多結晶シリコン膜表面のＳＥＭ像を示している。特に図１８は照射エネルギー密度を０．４６Ｊ／ｃｍ²としたサンプル、図１９は０．４１Ｊ／ｃｍ²としたサンプル、図２０は０．４０Ｊ／ｃｍ²としたサンプル、図２１は０．３８Ｊ／ｃｍ²としたサンプルを示している。なお、図１４〜図２１の全てのケースにおいて、レーザ照射は３×１０^-2Ｐａ以下の真空中で行った。

図１４〜図１７のように、レーザのプロファイルをトップフラット分布にし、スキャンピッチを３μｍとした場合は、照射エネルギー密度が０．４０Ｊ／ｃｍ²程度から結晶粒径が均一に大きくなり始め（図１７）、０．４６Ｊ／ｃｍ²程度に至ると微結晶部分が現れた（図１４）。一方、図１８〜図２１のように、レーザのプロファイルをトップフラット分布にし、スキャンピッチを２μｍとした場合は、照射エネルギー密度が０．３８Ｊ／ｃｍ²程度から結晶粒径が大きくなり始めるが（図２１）、０．４６Ｊ／ｃｍ²程度に至っても微結晶部分は現れなかった（図１８）。

それに対し上で示した図８〜図１３のように、ガウス分布のケースでは、例えば比較的マージンの広い２μｍピッチの場合であっても、０．４７Ｊ／ｃｍ²程度でも結晶粒径はまだ小さく（図１３）、０．５３Ｊ／ｃｍ²に至った程度で微結晶が現れた（図１１）。

このように、レーザのプロファイルをトップフラット分布とした場合には、ガウス分布の場合よりも照射エネルギー密度のマージンが広くなることが分かった。言い換えれば、レーザのプロファイルがトップフラット分布である場合、ガウス分布の場合よりも形成される多結晶シリコン膜の結晶粒径の均一性が向上する。なおトップフラット分布の形状は図７に示したものに限られず、例えばトップ幅３０μｍ、半値幅５０μｍのプロファイルのレーザを用いて上記の実験を行った場合にも、同様の効果が得られた。

先に述べたように、レーザ照射時のスキャンピッチを狭くすると、結晶粒径の均一性が向上する傾向にあることが分かった。その結果から、結晶粒径の均一性は、一定の照射エネルギー密度での照射回数に依存すると考えられる。即ち、スキャンピッチが狭い場合には、シリコン膜が部分的な溶融を数多く繰り返すために、粒径の小さい結晶が淘汰されるとものと考えられる。例えば、トップ幅４０μｍでスキャンピッチ２μｍの場合はトップの照射エネルギー密度で２０回照射され、トップ幅３０μｍでスキャンピッチ２μｍの場合にはトップの照射エネルギー密度で１５回照射されることとなる。

上記の実験結果から、少なくともトップの照射エネルギー密度で１５回照射されるように、スキャンピッチを設定すると結晶粒径の均一性が向上することが分かる。逆に言えば、ビームのプロファイルのトップ幅がスキャンピッチの１５倍以上であることが望ましい。

ここで、図２２〜図２６は、３μｍのスキャンピッチで、膜厚７０ｎｍの非晶質シリコン膜に対し、ガウス分布プロファイルのレーザを用い、大気中でアニールを行って作成した多結晶シリコン膜表面のＳＥＭ像を示している。照射エネルギー密度は、図２２は０．４６Ｊ／ｃｍ²、図２３は０．４１Ｊ／ｃｍ²、図２４は０．３７Ｊ／ｃｍ²、図２５は０．３５Ｊ／ｃｍ²、図２６は０．３２Ｊ／ｃｍ²、である。つまり、大気中でレーザアニールをした場合は、真空中の場合（図８〜図１３）に比較して、結晶粒径が均一になる照射エネルギー密度の範囲は０．３５Ｊ／ｃｍ²〜０．４１Ｊ／ｃｍ²と広くなることが分かる。

しかし、実施の形態１で説明したように、酸素分圧が２Ｐａを超える雰囲気でレーザアニールを行った場合には、形成される多結晶シリコン膜の表面の突起が大きくなり、表面粗さが増大する。言い換えれば、酸素分圧を２Ｐａ以下にすると、多結晶シリコン膜の表面の突起を小さくできるが、照射エネルギー密度のマージンは小さくなる。本実施の形態で説明したように、レーザのプロファイルをトップフラット分布にすると、照射エネルギー密度のマージンを大きくすることができるので、その効果は特に酸素分圧を２Ｐａ以下としたときに効果的であると言える。

＜実施の形態３＞
本実施の形態においては、本発明を用いて多結晶シリコン膜を形成して、それにＴＦＴを形成する一連の製造工程を示す。

図２７〜図３５は、実施の形態３に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。まず図２７の如く、ガラス基板１上に、膜厚１００ｎｍのシリコン窒化膜（ＳｉＮ）および膜厚１００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を順次プラズマＣＶＤ法により形成することで、下地シリコン窒化膜２および下地シリコン酸化膜３を形成する。これらガラス基板１、下地シリコン窒化膜２および下地シリコン酸化膜３によって、基板１０が構成される。そして当該基板１０の上面に、膜厚７０ｎｍの非晶質シリコン膜２０をプラズマＣＶＤ法により形成する（図２７）。

本実施の形態では、ガラス基板１としてはコーニング社製、＃１７３７ガラスを使用した。また下地シリコン窒化膜２は、この後の工程で基板１０上に形成されるシリコン膜内にガラス基板１中の不純物が拡散するのを防ぐものである。この下地シリコン窒化膜２に代えて、例えばＳｉＯＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃などの膜を用いても良い。また本実施の形態では、基板１０上に下地シリコン窒化膜２と下地シリコン酸化膜３とから成る２層構造の下地膜を形成したが、この下地膜は必要に応じて省略しても良いし、更に多くの層からなる積層構造としても良い。

本実施の形態では、非晶質シリコン膜２０に対し、不要な水素を除去するための熱処理（脱水素アニール）を真空中で行った後、図３６に示す構成のレーザアニール装置を用いて多結晶化した。レーザ照射された非晶質シリコン膜２０は、多結晶シリコン膜２１になる（図２８）。

ここで図３６のレーザアニール装置について説明する。同図の如くこのレーザアニール装置は、レーザ発振器１２０、照射手段１１０、可動ステージ１３１、駆動モータ１３２および制御手段１４０を備えている。

上面に非晶質シリコン膜２０が形成された基板１０は、可動ステージ１３１上に載置される。レーザ発振器１２０はＹＡＧ２ωレーザを発振する。当該レーザは照射手段１１０を介して、基板１０上の非晶質シリコン膜２０に照射される。照射手段１１０は、ミラー１１１とビーム成形光学系１１２とにより構成される。ビーム成形光学系１１２はレーザ発振器１２０から射出されたレーザのスポット形状を線状に成形するものであり、ミラー１１１はビーム成形光学系１１２から射出されたレーザビーム１０１を反射して、可動ステージ１３１上の非晶質シリコン膜２０に向けて照射するものである。

可動ステージ１３１は基板１０を支持し、レーザビーム１０１に対して移動することが可能である。つまり可動ステージ１３１が動くことにより、非晶質シリコン膜２０上をレーザビーム１０１が走査することになる。可動ステージ１３１の移動は、駆動モータ１３２によって行われる。

制御手段１４０は、駆動モータ１３２を制御して可動ステージ１３１を所定の方向に移動させると共に、レーザ発振器１２０を制御してレーザビーム１０１を発振させる。即ち、レーザビーム１０１のプロファイル、照射エネルギー密度、走査方向、スキャンピッチ等は、制御手段１４０によって制御される。

本実施の形態においては、可動ステージ１３１上を、レーザビーム１０１の線状スポットの幅方向に２ｍｍ／ｓの一定速度で走査させた。即ち、レーザビーム１０１は、非晶質シリコン膜２０上を２ｍｍ／ｓで走査する。また、レーザビーム１０１の照射部分にＮ₂ガスを吹き付けることによって、その部分の雰囲気を酸素分圧を２Ｐａ以下にした。レーザビーム１０１の走査方向のプロファイルはトップ幅３０μｍ、半値幅５０μｍのトップフラット分布とし、照射エネルギー密度は５００〜５６０ｍＪ／ｃｍ²とした。さらに、レーザビーム１０１のパルス間のスキャンピッチは２μｍ、繰り返し周波数は１ｋＨｚとした。

上記のレーザアニール装置を用いて基板１０上の非晶質シリコン膜２０を多結晶シリコン膜２１にした後、写真製版技術により多結晶シリコン膜２１上に所定パターンのレジストマスク（不図示）を形成する。そしてそれをマスクにするドライエッチングにより多結晶シリコン膜２１をパターニングして、多結晶シリコン膜２１を複数のアイランドに分割する（図２９）。レジストマスクは、アッシングおよび薬液処理により除去する。

なお、図２９には４つのアイランド２１ａ〜２１ｄを図示している。以下では、これらのうちアイランド２１ａ，２１ｂにＮＭＯＳＴＦＴが形成され、アイランド２１ｃにＰＭＯＳＴＦＴが形成され、アイランド２１ｄには保持容量（ストレージキャパシタ）が形成されるものとして説明を行う。

そして、ＴＥＯＳおよびＯ₂を原料に用いるプラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化膜２２を１００ｎｍの膜厚で形成する。このシリコン酸化膜２２は、この後アイランド２１ａ〜２１ｄに形成されるＴＦＴのゲート絶縁膜および保持容量の誘電体層として機能するものである。また、このとき必要に応じて、ＴＦＴのしきい値制御のために多結晶シリコン膜２１のアイランドにボロン（Ｂ）をイオンドーピング法により注入する。この注入は、マスクを形成せずに基板１０の全面に行ってもよい。本実施の形態では、ドーズ量１０１２ａｔｏｍ／ｃｍ²、加速エネルギーは６０ｋｅＶの注入条件でしきい値制御のためのイオン注入を行った。

続いて写真製版技術により、保持容量の形成領域（即ち、アイランド２１ｄの領域）を開口したレジストマスク５１を形成する。それをマスクにして、燐（Ｐ）を加速エネルギー７０ｋｅＶ、ドーズ量１０¹⁵ａｔｏｍ／ｃｍ²の条件でイオン注入することにより、アイランド２１ｄに保持容量（ストレージキャパシタ）の下部電極２３を形成する（図３０）。レジストマスク５１は、アッシングと薬液処理により除去する。

その後、電極材としてのクロム（Ｃｒ）膜２５をスパッタ法により２００ｎｍの膜厚で形成する（この電極材としては、ＴａやＭｏなどを用いてもよい）。次いでレジストマスク５２を形成し、写真製版技術によりその一部をＰＭＯＳＴＦＴのゲート電極のパターンにする。このときＮＭＯＳＴＦＴの形成領域（アイランド２１ａ，２１ｂ）上および保持容量の形成領域（アイランド２１ｄ）上のレジストマスク５２は除去されないようにする。そのレジストマスク５２をマスクにしてクロム膜２５をウェットエッチングし、ＰＭＯＳＴＦＴのゲート電極２６を形成する（図３１）。

続いてボロン（Ｂ）を、加速エネルギー４０ｋｅＶ、ドーズ量２×１０¹⁵ａｔｏｍ／ｃｍ²の条件でイオン注入することで、アイランド２１ｃにＰＭＯＳＴＦＴのソース／ドレイン領域２７を形成する（図３２）。レジストマスク５２は、アッシングと薬液処理により除去する。

次に写真製版技術により、レジストマスク５３を形成し、写真製版技術によりその一部をＮＭＯＳＴＦＴのゲート電極および保持容量の上部電極のパターンにする。このときＰＭＯＳＴＦＴの形成領域（アイランド２１ｃ）上のレジストマスク５３は除去されないようにする。続いて、そのレジストマスク５３をマスクにしてクロム膜２５をウェットエッチングし、ＮＭＯＳＴＦＴのゲート電極２８，２９並びに保持容量の上部電極３０を形成する（図３３）。このウェットエッチングの際には、クロム膜２５がオーバーエッチングされるようにエッチング時間を調整する。その結果、図３３のようにＮＭＯＳＴＦＴのゲート電極２８，２９並びに保持容量の上部電極３０の幅が、レジストマスク５３のパターンの幅よりも小さくなる。そしてレジストマスク５３をマスクにして、燐を加速エネルギー６０ｋｅＶで、ドーズ量２×１０¹⁵ａｔｏｍ／ｃｍ²の条件で注入した。これにより、ＮＭＯＳＴＦＴのソース／ドレイン領域３１，３２が形成される。

さらに、アッシングと薬液処理によりレジストマスク５１を除去した後に、燐を加速エネルギー７０ｋｅＶでドーズ量１０¹³ａｔｏｍ／ｃｍ²を注入して、ＮＭＯＳＴＦＴのＬＤＤ領域３３，３４がそれぞれソース／ドレイン領域３１，３２の内側に形成される（図３４）。

そしてシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により４００ｎｍ堆積して層間絶縁膜３５を形成し、写真製版技術により層間絶縁膜３５およびシリコン酸化膜２２をドライエッチングすることにより、コンタクトホールを形成する。次いで、配線材としてクロムとアルミの積層膜を形成し、写真製版技術およびウェットエッチングによりパターニングすることで、ＮＭＯＳＴＦＴのソース／ドレイン電極３６〜３９、ＰＭＯＳＴＥＴのソース／ドレイン電極４０，４１、および保持容量の上部電極端子４２並びに下部電極端子４３を形成する（配線材としては、ＷやＭｏを用いてもよい）。

なお、ここでの説明を省略したが、液晶表示パネルに用いられるＴＦＴを形成する実際のケースでは、画素部（表示部）のＴＦＴに付随する画素電極も、以上の工程に並行して形成される。通常、画素部にはＮＭＯＳＴＦＴおよび保持容量が使用され、ドライバ回路などの周辺回路に画素部には、ＮＭＯＳＴＦＴおよびＰＭＯＳＴＦＴが使用される。

以上の工程により、本発明に係るレーザアニールにより作成した多結晶シリコン膜２１に、ＮＭＯＳＴＦＴおよびＮＭＯＳＴＦＴ並びに保持容量が完成する。

本発明者等は、このようにして作成したＴＦＴの電気特性試験を行った。その結果、レーザアニールにおけるレーザの照射エネルギー密度が高い程、高いキャリア移動度が得られた。また、本実施の形態では、非晶質シリコン膜２０の膜厚を７０ｎｍとしたが、それが膜厚５０ｎｍの場合よりも、高いキャリア移動度が得られた。さらに、ＭＯＳＴＦＴにおけるゲート−ソース間の耐電圧試験を行ったところ、レーザアニールにおけるレーザの照射エネルギー密度に依存せず、良好な耐圧特性が得られた。即ち、本実施の形態に係るレーザアニールでは、レーザの照射エネルギー密度のマージンが大きいことが確かめられた。

本実施の形態においては、レーザアニールに使用したレーザはＹＡＧ２ωレーザであったが、本発明に適用し得るレーザはこれに限定されるものではなく、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第２高調波、Ｎｄ：ガラスレーザの第２高調波、Ｙｂ：ＹＡＧレーザの第２高調波、Ｙｂ：ガラスレーザの第２高調波、Ａｒイオンレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザの第２高調波など波長３９０ｎｍ〜６４０ｎｍのレーザであればよい。

実施の形態１における実験結果であり、レーザアニールの雰囲気の酸素分圧および照射エネルギー密度と、それにより作成された多結晶シリコン膜の表面粗さとの関係を示すグラフである。 膜厚７０ｎｍの非晶質シリコン膜に真空中でＹＡＧ２ωレーザを照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 膜厚７０ｎｍの非晶質シリコン膜に大気中でＹＡＧ２ωレーザを照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 膜厚５０ｎｍの非晶質シリコン膜に酸素分圧２Ｐａ以下のＮ₂雰囲気でＹＡＧ２ωレーザを照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 膜厚５０ｎｍの非晶質シリコン膜に大気中でＹＡＧ２ωレーザを照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 実施の形態２における実験に用いたレーザの走査方向のプロファイル（ガウス分布）を説明するための図である。 実施の形態２における実験に用いたレーザの走査方向のプロファイル（トップフラット分布）を説明するための図である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（ガウス分布，０．５６Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（ガウス分布，０．５３Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（ガウス分布，０．５０Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（ガウス分布，０．５３Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ２μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（ガウス分布，０．５０Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ２μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（ガウス分布，０．４７Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ２μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（トップフラット分布，０．４６Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（トップフラット分布，０．４４Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（トップフラット分布，０．４０Ｊ／ｃｍ²，スキャンピッチ３μｍで）を照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（トップフラット分布，０．３８Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（トップフラット分布，０．４６Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ２μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（トップフラット分布，０．４１Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ２μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に真空中でＹＡＧ２ωレーザ（トップフラット分布，０．４０Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ２μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に大気中でＹＡＧ２ωレーザ（トップフラット分布，０．３８Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ２μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に大気中でＹＡＧ２ωレーザ（ガウス分布，０．４６Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に大気中でＹＡＧ２ωレーザ（ガウス分布，０．４１Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に大気中でＹＡＧ２ωレーザ（ガウス分布，０．３７Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に大気中でＹＡＧ２ωレーザ（ガウス分布，０．３５Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 非晶質シリコン膜（膜厚７０ｎｍ）に大気中でＹＡＧ２ωレーザ（ガウス分布，０．３２Ｊ／ｃｍ²）をスキャンピッチ３μｍで照射して作成した多結晶シリコン膜表面を示す顕微鏡写真である。 実施の形態３に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態３に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態３に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態３に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態３に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態３に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態３に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態３に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態３に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。 実施の形態３に係るＴＦＴの製造に用いたレーザアニール装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ ガラス基板、２ 下地シリコン窒化膜、３ 下地シリコン酸化膜、１０ 基板、２０ 非晶質シリコン膜、２１ 多結晶シリコン膜、２１ａ〜２１ｄ 多結晶シリコンのアイランド、２２ シリコン酸化膜、２３ 下部電極、２６，２８，２９ ゲート電極、２７，３１，３２ ソース／ドレイン領域、３３，３４ ＬＤＤ領域、３５ 層間絶縁膜、３６〜４１ ソース／ドレイン電極、４２ 上部電極端子、４３ 下部電極端子、１０１ レーザビーム、１１０ 照射手段、１１１ ミラー、１１２ ビーム成形光学系、１２０ レーザ発振器、１３１ 可動ステージ、１３２ 駆動モータ、１４０ 制御手段。

Claims (6)

1. （ａ）基板上に膜厚６０ｎｍ以上の非晶質シリコン膜を形成する工程と、
   （ｂ）前記非晶質シリコン膜に、波長３９０ｎｍ〜６４０ｎｍのレーザを照射することにより当該非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を形成する工程とを備え、
   前記工程（ｂ）において、
   前記レーザの照射は、酸素分圧が２Ｐａ以下の雰囲気で、２μｍ以下のスキャンピッチで前記非晶質シリコン膜を走査することによって行われる
   ことを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。
2. 前記工程（ｂ）において、
   前記レーザの走査方向の照射エネルギー密度プロファイルは、トップフラット分布である
   ことを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
3. 前記トップフラット分布のトップ幅は、前記スキャンピッチの１５倍以上である
   ことを特徴とする請求項２記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
4. （ａ）基板上に膜厚６０ｎｍ以上の非晶質シリコン膜を形成する工程と、
   （ｂ）前記非晶質シリコン膜に、波長３９０ｎｍ〜６４０ｎｍのレーザを照射することにより当該非晶質シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を形成する工程とを備え、
   前記工程（ｂ）において、
   前記レーザの照射は、酸素分圧が２Ｐａ以下の雰囲気で、所定のスキャンピッチで前記非晶質シリコン膜を走査することによって行われ、
   前記レーザの走査方向の照射エネルギー密度プロファイルは、トップフラット分布である
   ことを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。
5. 前記トップフラット分布のトップ幅は、前記スキャンピッチの１５倍以上である
   ことを特徴とする請求項４記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
6. 膜厚が６０ｎｍ以上、表面の十点平均粗さが３０ｎｍ以下で、且つ、結晶粒径が０．２μｍ以上の結晶を含む多結晶シリコン膜に形成された薄膜トランジスタ。