JP2010141040A - 表示装置用基板とその製造方法、表示装置、レーザアニーリング装置、結晶化半導体膜の製造方法 - Google Patents

表示装置用基板とその製造方法、表示装置、レーザアニーリング装置、結晶化半導体膜の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜を形成することができる結晶化半導体膜の製造方法を提供する。
【解決手段】レーザビーム6を走査している最中に、レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を複数の領域3・4・5に応じた照射量に連続して変えることにより、結晶の異方性の異なる複数の領域3・4・5からなる結晶化半導体膜を形成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、表示装置用基板および表示装置用基板の製造方法に関し、さらには、上記表示装置用基板を備えた表示装置、上記表示装置用基板に備えられた結晶化半導体膜の製造方法と上記半導体膜のレーザアニーリング装置に関するものである。
近年、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;以下、TFTと称する)において、半導体膜としては非晶質シリコン(a−Si)や多結晶シリコン(Poly−Si)が広く用いられている。その中でも多結晶シリコン(Poly−Si)は、非晶質シリコン(a−Si)と比較して電子移動度が大きいため、TFTの高速動作が可能であり、従来は外付けの集積回路を使用していた各種の周辺駆動回路もガラス基板上に集積する、いわゆるモノリシック化が可能となるため、広く用いられるようになっている。
一方、上記各種の周辺駆動回路においては、高速駆動能力や閾値電圧など要求される特性がそれぞれ異なるため、上記各種の周辺駆動回路を最適にモノリシック化するためには、特性の異なるTFTを上記ガラス基板上に同時に形成することが要求されている。しかし、上記のような特性の異なるTFTを一種類の多結晶シリコン(Poly−Si)などの多結晶半導体膜を用いて形成することは、大変困難であるため、異なる膜質を有する多結晶半導体膜を同一のガラス基板上に作製する必要がある。
多結晶シリコン(Poly−Si)などの多結晶半導体膜を形成する方法としては、高温の熱処理に耐えられる高価な石英基板を用いて、高温熱処理により、非晶質シリコン(a−Si)を結晶化する方法があるが、基板が高価であるため、大型化が大変困難である。
したがって、比較的安価なガラス基板を用いて、非晶質シリコン(a−Si)を結晶化する方法が注目されるようになった。
このようなガラス基板を用いる方法においては、ガラス基板の熱変形を避けるために、一般的にレーザアニールが用いられる。
上記レーザアニールの特徴としては、輻射加熱或いは伝導加熱を利用する高温熱処理法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが挙げられている。
また、上記レーザアニール法に適用されるレーザ発振装置は、エキシマレーザに代表される気体レーザ発振装置、YAGレーザに代表される固体レーザ発振装置があり、これら装置は、レーザ光の照射によって半導体膜の表面層を数10ナノ〜数10マイクロ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
さらに、レーザはその発振方法により、パルス発振と連続発振の2種類に大別される。パルス発振レーザは出力エネルギーが比較的高いため、ビームスポットの幅を広くして量産性を上げることができる。特に、ビームスポットの形状を光学部材を用いて加工し、長さ10cm以上の線状にすると、基板へのレーザ光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができる。そのため、非晶質半導体膜の結晶化には、パルス発振レーザが広く用いられている。
一方、一般的に連続発振レーザは、パルス発振レーザに比べてその最大出力エネルギーが小さいため、ビームスポットのサイズが小さく、幅が数10μm程度から数mm程度である。したがって、上記ビームスポットを複数回走査して、結晶化する必要がある。
図9は、連続発振レーザビーム102を複数回走査して、表示装置の画素領域および駆動回路形成領域101を結晶化する模様を示す概略図である。上図において、矢印は上記連続発振レーザビーム102の走査方向を示す。
しかし、近年、非晶質半導体膜の結晶化において、パルス発振レーザよりもCW(Continuous Wave)固体レーザなどの連続発振レーザを用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出された。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると電子移動度が高くなり、該半導体膜を用いて形成するTFTを高速駆動することができるため、上記連続発振レーザはにわかに脚光を浴び始めている。
ところが、CW(Continuous Wave)固体レーザなどの連続発振レーザを用いた結晶化では、通常、レーザのスキャン方向に結晶が成長するため、順次横方向結晶化がおきる。したがって、上記のような連続発振レーザを用いて結晶化された半導体膜においては、その結晶に異方性が存在するため、レーザのスキャン方向である結晶の長軸方向が変わると半導体膜の各種特性(特に移動度)に大きなばらつきが生じるという問題がある。
一方、同一のガラス基板上に異なる膜質の多結晶半導体膜を形成し、同一のガラス基板上に異なる特性を有するTFTを形成する方法についても開示されている。
例えば、特許文献1には、高い駆動能力を持つ多結晶半導体TFTと、低いリーク電流、高耐圧の特性を持つTFTを同時に同一絶縁体基板上に形成する技術が掲載されている。
図10(a)は、前駆半導体層PCFの中で高性能な回路を構成するTFTが配置される領域のみに第一のエネルギービームLSRを照射することで結晶粒を横方向成長させながら多結晶化する概念図であり、図10(b)は、高品質な多結晶半導体薄膜PSIHQと低品質な多結晶半導体薄膜PSILQとを同時に得る方法を示す概念図である。
図10(a)および図10(b)に図示されているように、アンダーコート用絶縁層UCLを形成した絶縁体基板GLS上の前駆半導体膜PCFに対し、高性能な回路を構成するTFTが配置される領域のみに照射領域MSIを有する第一のエネルギービームLSRを結晶成長方向LSDに沿って移動させながら照射して結晶粒を横方向成長させながら多結晶化を行った。さらに、任意の方向RTDに照射領域MSI2を有する第二の高速熱処理に用いられるエネルギービームRTTを移動させながら、上記第二の高速熱処理をパネル全面に行い、先のエネルギービームLSRで多結晶化した領域PSIでは結晶粒内の欠陥を低減させ、高いオン電流、低いしきい値、低ばらつき、急峻な立ち上がり特性を持つ高性能回路TFT用の高品質多結晶半導体薄膜PSIHQを得る。同時に第二の高速熱処理RTTにより上記以外の領域の前駆半導体層PCFを多結晶化して、オン電流は低いが、高抵抗のためにリーク電流は低く、耐圧が高い特性を持つ画素回路TFT用の低品質多結晶半導体薄膜PSILQを得ることについて記載されている。
特開2006−332323号公報(公開日:2006年12月7日)
上記特許文献1の構成においては、エネルギービームの照射を2回に分けて行う構成であるため、製造工程数の増加を招き、生産性という面から好ましくないという問題がある。
また、上記特許文献1の構成は、上記のようにエネルギービームの照射を2回に分けて行う構成にも関わらず、高品質多結晶半導体薄膜PSIHQと低品質多結晶半導体薄膜PSILQという2種類の多結晶半導体薄膜しか得ることができず、多数の異なる膜質を有する多結晶半導体膜を同一のガラス基板上に形成することはできないという問題がある。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜を形成することができる結晶化半導体膜の製造方法を提供することを目的とする。
また、工程数の増加を伴うことなく、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することができる表示装置用基板の製造方法を提供することを目的とする。
また、工程数の増加を伴うことなく、基板上の半導体膜に結晶の異方性が異なる複数の領域を形成することができるレーザアニーリング装置を提供することを目的とする。
また、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することができる表示装置用基板を提供することを目的とする。
また、上記表示装置用基板を備えることにより、より表示品質を向上させることができる表示装置を提供することを目的とする。
本発明の結晶化半導体膜の製造方法は、上記の課題を解決するために、連続発振レーザビーム又は擬似連続発振レーザビームを走査して半導体膜をレーザアニーリングすることによる、結晶の異方性の異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜の製造方法において、上記レーザビームを走査している最中に、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を上記複数の領域に応じた照射量に連続して変えることにより、結晶の異方性の異なる複数の領域からなる結晶化半導体膜を形成することを特徴としている。
本発明者らは、上記連続発振レーザビーム又は擬似連続発振レーザビームの単位時間当たりの照射量が大きいと、照射された半導体膜は、完全に溶融され、上記レーザビームの走査方向に結晶が成長し、上記結晶の成長方向がある一定の方向に揃うため、結晶の異方性が強い結晶化半導体膜を得ることができ、一方、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を一定以下にすると、上記レーザビームの走査方向に結晶が成長せず、結晶がある特定の方向に成長されてない、すなわち、上記結晶の配向がランダムである結晶化半導体膜を得ることができることに気付いた。
そして、上記構成によれば、上記半導体膜に、上記結晶の異方性が異なる複数の領域を形成するため、従来の半導体膜の製造方法のように、上記半導体膜の結晶化を、レーザパワーがそれぞれ異なる複数のレーザビームを用いて、複数回に分けて行う必要がない。
すなわち、上記構成においては、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記レーザアニーリングの際に、連続的に変えることにより、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜を形成することができる結晶化半導体膜の製造方法を実現することができる。
ここで、上記連続的に照射量を変えるとは、照射量の値自体が連続した値を有しながら変化することを意味するのではない。上記連続的とは、レーザビームを走査している間中(最中)、レーザビームは連続して照射されるが、その照射量が変化することを意味している。そして、その照射量の値自体は、不連続な値をとり得る。
なお、上記擬似連続発振レーザビームとは、パルス発振型であるが、レーザビーム(あるいはステージ)走査方向に結晶が連続的に成長するように、周波数が数10MHz以上の高周波パルスのものをいう。
本発明の結晶化半導体膜の製造方法は、上記レーザビームの走査を、1回のみ行うことが好ましい。
上記構成によれば、上記半導体膜の結晶化を、レーザパワーがそれぞれ異なる複数のレーザビームを用いて、複数回に分けて行う必要がなく、1つの上記レーザビームを用いて、1回のレーザアニーリングのみで結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜を形成することができる。
したがって、非常に効率的に結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜の製造方法を実現することができる。
本発明の結晶化半導体膜の製造方法は、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記レーザビームの強度を調整することで変えることが好ましい。
上記構成によれば、上記レーザアニーリングの際に、上記レーザビームの強度を連続的に変えることによって、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を変えることのできる構成である。したがって、比較的容易に、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜を形成することができる結晶化半導体膜の製造方法を実現することができる。
本発明の結晶化半導体膜の製造方法は、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記レーザビームの走査速度を調整することで変えることが好ましい。
上記レーザビームの走査速度の調整は、例えば、上記半導体膜が設けられている基板を乗せるための搬送ステージや上記搬送ステージ上に上記レーザビームを照射するための光学機構のどちらか一方の移動速度を変えることで実現することができる。
上記レーザビームの走査速度を変えることができるので、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を変えることができる構成である。
したがって、比較的容易に、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜を形成することができる結晶化半導体膜の製造方法を実現することができる。
本発明の結晶化半導体膜の製造方法は、上記レーザビームを走査している最中に、上記照射量を2度以上変えることにより、3個以上の上記領域を設けることが好ましい。
上記構成によれば、比較的容易に、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる3個以上の領域を有する結晶化半導体膜を形成することができる結晶化半導体膜の製造方法を実現することができる。
本発明の表示装置用基板の製造方法は、上記の課題を解決するために、基板と、上記基板に設けられた半導体膜を、連続発振レーザビーム又は擬似連続発振レーザビームを一定の走査方向に走査しながら、レーザアニーリングすることにより形成された、結晶の異方性の異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜と、上記結晶化半導体膜に設けられたトランジスタとを備える表示装置用基板の製造方法において、上記レーザビームを走査している最中に、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を上記複数の領域に応じた照射量に連続して変えることにより、結晶の異方性が異なる複数の領域を上記結晶化半導体膜に形成する工程と、上記複数の領域のうち、上記結晶の異方性の強い領域に、上記トランジスタのソース領域からドレイン領域に向かう方向である半導体チャネル長方向が、上記レーザビームの走査方向と略平行な方向である結晶の成長方向と略平行になるようにトランジスタを形成する工程とを含むことを特徴としている。
本発明者らは、先に説明したとおり、レーザビームの単位時間当たりの照射量が大きいと、結晶の異方性が強い結晶化半導体膜を得ることができ、一方、上記照射量を一定以下にすると、結晶の配向がランダムである結晶化半導体膜を得ることができることに気付いた。
上記結晶の異方性が強い結晶化半導体膜に設けられたトランジスタにおいては、そのトランジスタのソース領域からドレイン領域に向かう方向である半導体チャネル長方向が、上記結晶の成長方向と略平行である場合は、移動度の優れたトランジスタを得ることができるが、一方、上記半導体チャネル長方向が、上記結晶の成長方向と略垂直である場合は、移動度の乏しいトランジスタしか得ることができない。
なお、上記半導体チャネル長方向と上記結晶の成長方向とが、略平行であるとは、上記半導体チャネル長方向と、上記結晶の成長方向とのなす角が、0度から10度であり、より好ましくは、0度である場合を示す。一方、略垂直であるとは、上記半導体チャネル長方向と、上記結晶の成長方向とのなす角が、80度から90度であり、より好ましくは、90度である場合を示す。
上記構成によれば、従来のように、上記半導体膜の結晶化を、レーザパワーがそれぞれ異なる複数のレーザビームを用いて、複数回に分けて行う必要がないため、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜を備えた表示装置用基板の製造方法を実現することができる。
さらに、上記構成によれば、移動度の優れたトランジスタを設ける必要がある領域には、結晶の異方性が強い半導体膜を形成し、上記トランジスタの半導体チャネル長方向が、上記結晶の成長方向と略平行な方向になるようにトランジスタを設けているので、移動度の優れたトランジスタを実現することができる。
したがって、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板の製造方法を実現することができる。
なお、上記結晶の異方性の強い領域とは、上記結晶が上記レーザビームの走査方向にある程度の規則性を持って配向されている領域をいう。具体的には、例えば、結晶の異方性の異なる複数の領域の中で、結晶の異方性が、全領域における平均的な異方性よりも高い領域等を意味する。
本発明の表示装置用基板の製造方法は、上記複数の領域のうち、上記結晶の異方性の強い領域以外の領域には、上記半導体チャネル長方向が互いに異なるトランジスタを形成する工程を含むことが好ましい。
上記複数の領域のうち、上記結晶の異方性の強い領域以外の領域、すなわち、上記結晶の異方性を有しない領域においては、上記トランジスタの上記半導体チャネル長方向が、上記結晶の成長方向と関係なく、あらゆる方向に設けられていても、その移動度特性は変わらない。
したがって、上記構成によれば、上記複数の領域のうち、上記結晶の異方性の強い領域以外の領域において、上記トランジスタを高密度に設けることが可能となり、トランジスタの集積度を向上させた表示装置用基板の製造方法を実現することができる。
本発明の表示装置用基板の製造方法は、上記レーザビームの走査を、1回のみ行うことが好ましい。
上記構成によれば、上記半導体膜の結晶化を、レーザパワーがそれぞれ異なる複数のレーザビームを用いて、複数回に分けて行う必要がなく、1つの上記レーザビームを用いて、1回のレーザアニーリングのみで結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜を形成することができる。
したがって、非常に効率的に結晶の異方性が異なる複数の領域を有する表示装置用基板の製造方法を実現することができる。
本発明の表示装置用基板の製造方法は、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記レーザビームの強度を調整することで変えることが好ましい。
上記構成によれば、上記レーザビームの走査中に、上記レーザビームの強度を変えることによって、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を変えることのできる構成である。したがって、比較的容易に、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜を備えた表示装置用基板の製造方法を実現することができる。
本発明の表示装置用基板の製造方法は、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記レーザビームの走査速度を調整することで変えることが好ましい。
上記レーザビームの走査速度を調整するとは、例えば、上記半導体膜が設けられている基板を乗せるための搬送ステージや上記搬送ステージ上に上記レーザビームを照射するための光学機構のどちらか一方の移動速度を変えることを意味する。
上記構成によれば、上記レーザビームの走査中に、上記搬送ステージまたは上記光学機構の移動速度を変えることによって、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を変えることのできる構成である。したがって、比較的容易に、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜を備えた表示装置用基板の製造方法を実現することができる。
本発明のレーザアニーリング装置は、上記の課題を解決するために、連続発振レーザ発振機又は擬似連続発振レーザ発振機と、基板を乗せるための搬送ステージと、上記搬送ステージ上に乗せられた基板にレーザビームを照射するための光学機構とを備えた、基板上に形成されている半導体膜のレーザアニーリング装置において、上記搬送ステージ及び光学機構のうちの少なくとも一方は、上記半導体膜に結晶の異方性が異なる複数の領域を形成可能なように、レーザビームを照射する際、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記複数の領域に応じた照射量となるように変えることができるように設けられていることを特徴としている。
上記構成によれば、上記半導体膜に上記結晶の異方性が異なる複数の領域を形成するため、従来のように、上記半導体膜の結晶化を、レーザパワーがそれぞれ異なる複数のレーザビームを用いて、複数回に分けて行う必要がない。
すなわち、上記構成においては、上記搬送ステージ及び光学機構のうちの少なくとも一方が、上記半導体膜に上記結晶の異方性が異なる複数の領域を形成可能なように、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記複数の領域に応じた照射量となるように連続的に変えることができるように設けられている構成であるため、工程数の増加を伴うことなく、基板上の半導体膜に結晶の異方性が異なる複数の領域を形成することができるレーザアニーリング装置を実現することができる。
本発明のレーザアニーリング装置は、上記光学機構は、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を変えるための減衰器を備えていることが好ましい。
上記構成によれば、上記レーザビームの走査中に、上記光学機構に上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を変えるための減衰器を備えた構成となっているため、上記レーザアニーリング装置の構成を複雑にすることなく、基板上の半導体膜に結晶の異方性が異なる複数の領域を形成することができるレーザアニーリング装置を実現することができる。
なお、上記減衰器としては、例えば、λ/2波長板と偏光ビームスプリッターとを組み合わせたものを用いることができ、上記λ/2波長板を回転させることにより、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を調整することが考えられる。
本発明のレーザアニーリング装置は、上記光学機構及び上記搬送ステージのうちの少なくとも一方は、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を変えるために、上記光学機構又は上記搬送ステージの移動速度を変えることが可能に設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、上記レーザアニーリング装置において、上記光学機構又は上記搬送ステージは、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を変えることができるように、上記光学機構または、上記搬送ステージの移動速度を変えることが可能に設けられている構成である。
したがって、上記レーザアニーリング装置の構成を複雑にすることなく、基板上の半導体膜に結晶の異方性が異なる複数の領域を形成することができるレーザアニーリング装置を実現することができる。
本発明の表示装置用基板は、上記の課題を解決するために、基板と、上記基板に設けられた結晶化半導体膜と、上記結晶化半導体膜に設けられたトランジスタとを備えた表示装置用基板において、上記結晶化半導体膜は、結晶がある一定方向に成長することで生じる結晶の異方性が異なる複数の領域を有し、上記結晶の異方性の強い領域に設けられた上記トランジスタでは、そのトランジスタのソース領域からドレイン領域に向かう方向である半導体チャネル長方向が、上記結晶の成長方向と略平行な方向であることを特徴としている。
上記結晶がある特定方向に揃って成長することで生じる結晶の異方性を有する領域においては、その程度に差は存在するが、上記半導体チャネル長方向が、上記結晶の成長方向と略平行である場合は、移動度の優れたトランジスタを得ることができるが、一方、上記半導体チャネル長方向が、上記結晶の成長方向と略垂直である場合は、移動度の乏しいトランジスタしか得ることができない。
上記構成によれば、結晶の異方性を有する領域である上記結晶の異方性の強い領域に設けられた上記トランジスタでは、そのトランジスタの上記半導体チャネル長方向が、上記結晶の成長方向と略平行な方向である。
したがって、優れた移動度を均一的に示すトランジスタを得ることができるので、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板を実現することができる。
本発明の表示装置用基板は、上記複数の領域のうち、上記結晶の異方性の強い領域以外の領域には、上記半導体チャネル長方向が互いに異なるトランジスタが設けられていることが好ましい。
上記結晶の異方性を有しない領域である上記結晶の異方性の強い領域以外の領域においては、上記トランジスタの上記半導体チャネル長方向が、上記結晶の成長方向と関係なく、あらゆる方向に設けられていても、その移動度特性は変わらない。
したがって、上記構成によれば、上記結晶の異方性を有しない領域において、上記トランジスタを高密度に設けることが可能となり、トランジスタの集積度を向上させた表示装置用基板を実現することができる。
本発明の表示装置用基板は、上記結晶の異方性が強い領域には、ソースドライバを構成するトランジスタが設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、ソースドライバを構成するトランジスタは、閾値電圧が低いとともに、高速駆動が可能である必要があるため、上記結晶の異方性が強い領域は、ソースドライバを構成するトランジスタを設けるには最適な箇所となる。よって多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板を実現することができる。
本発明の表示装置用基板は、上記結晶の異方性が弱い領域には、表示部が設けられているとともに、当該表示部におけるスイッチング素子としてのトランジスタが設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、一般的に上記表示装置用基板の大部分の領域を占める表示部は、上記結晶の配向がランダムな領域(結晶の異方性が弱い領域)に設けられている。上記結晶の配向が最もランダムな領域は、その移動度は低いものの上記半導体チャネル長方向が形成される方向によって、移動度特性が変わらない結晶化半導体膜である。したがって、上記表示装置用基板の大部分の領域を占める表示部において、トランジスタの半導体チャネル長方向の配置を制限なく自由にすることができる。
また、上記表示部におけるスイッチング素子としてのトランジスタは、リーク電流を防止するため、閾値電圧が高い必要はあるが、高速駆動が可能である必要はない。
したがって、上記結晶の配向が最もランダムな領域は、表示部において、スイッチング素子としてトランジスタを設けるには最適な箇所となるので、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板を実現することができる。
本発明の表示装置用基板は、上記結晶化半導体膜は、3つの領域からなり、上記3つの領域のなかで、上記結晶の異方性が最も強い領域には、ソースドライバを構成するトランジスタが設けられており、上記3つの領域のなかで、上記結晶の異方性が最も弱い領域には、表示部が設けられているとともに、当該表示部におけるスイッチング素子としてのトランジスタが設けられており、上記3つの領域のなかで、残る領域には、ゲートドライバを構成するトランジスタが設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、上記半導体膜の複数の領域は、ソースドライバ領域、表示部領域およびゲートドライバ領域からなり、上記結晶の異方性が最も強い領域には、閾値電圧が低く、移動度が高く、高速駆動能力が要求されるソースドライバ用のトランジスタが設けられており、上記結晶の配向が最もランダムな領域(結晶の異方性が最も弱い領域)には、閾値電圧が高いことが要求される表示部用のトランジスタが設けられており、上記結晶の異方性が中間である領域には、閾値電圧が中程度であることが要求されるゲートドライバ用のトランジスタが設けられている構成である。
したがって、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板を実現することができる。
本発明の表示装置用基板は、上記表示部におけるスイッチング素子としてのトランジスタの閾値電圧は、上記ゲートドライバを構成するトランジスタの閾値電圧および上記ソースドライバを構成するトランジスタの閾値電圧よりも大きいことが好ましい。
上記表示部におけるスイッチング素子としてのトランジスタは、画素電極に印加された電圧を維持するため、リーク電流が小さいことが好ましく、よって閾値電圧は高いことが要求される。
上記構成によれば、上記表示部においてのトランジスタのリーク電流を小さくすることができるので、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板を実現することができる。
本発明の表示装置用基板は、上記ソースドライバを構成するトランジスタが設けられている上記領域、及び、上記ゲートドライバを構成するトランジスタが設けられている上記領域は、上記基板の端部に設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、上記ソースドライバに備えられたトランジスタと上記ゲートドライバに備えられたトランジスタとは、上記基板において、端部に設けられている構成であるため、非表示領域は端部に、表示領域は中央部に設けることができ、デットスペースを最小化することのできる表示装置用基板を実現することができる。
本発明の表示装置は、上記の課題を解決するために、上記表示装置用基板を備えていることを特徴としている。
上記構成によれば、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる上記表示装置用基板を備えることにより、より表示品質を向上させることができる表示装置を実現することができる。
本発明の結晶化半導体膜の製造方法は、以上のように、上記レーザビームを走査している最中に、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を上記複数の領域に応じた照射量に連続して変えることにより、結晶の異方性の異なる複数の領域からなる結晶化半導体膜を形成する方法である。
また、本発明の表示装置用基板の製造方法は、以上のように、上記レーザビームを走査している最中に、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を上記複数の領域に応じた照射量に連続して変えることにより、結晶の異方性が異なる複数の領域を上記結晶化半導体膜に形成する工程と、上記複数の領域のうち、上記結晶の異方性の強い領域に、上記トランジスタのソース領域からドレイン領域に向かう方向である半導体チャネル長方向が、上記レーザビームの走査方向と略平行な方向である結晶の成長方向と略平行になるようにトランジスタを形成する工程とを含む方法である。
また、本発明のレーザアニーリング装置は、以上のように、上記搬送ステージ及び光学機構のうちの少なくとも一方は、上記半導体膜に結晶の異方性が異なる複数の領域を形成可能なように、レーザビームを照射する際、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記複数の領域に応じた照射量となるように変えることができるように設けられているものである。
本発明の表示装置用基板は、以上のように、上記結晶化半導体膜は、結晶がある一定方向に成長することで生じる結晶の異方性が異なる複数の領域を有し、上記結晶の異方性の強い領域に設けられた上記トランジスタでは、そのトランジスタのソース領域からドレイン領域に向かう方向である半導体チャネル長方向が、上記結晶の成長方向と略平行な方向であるものである。
また、本発明の表示装置は、以上のように、上記表示装置用基板を備えていることものである。
それゆえ、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜を形成することができる結晶化半導体膜の製造方法を実現することができるという効果を奏する。
さらには、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板の製造方法を実現することができるという効果を奏する。
また、さらには、工程数の増加を伴うことなく、基板上の半導体膜に結晶の異方性が異なる複数の領域を形成することができるレーザアニーリング装置を実現することができるという効果を奏する。
また、さらには、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板を実現することができるという効果を奏する。
また、さらには、上記表示装置用基板を備えることにより、より表示品質を向上させることができる表示装置を実現できるという効果を奏する。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などはあくまで一実施形態に過ぎず、これらによってこの発明の範囲が限定解釈されるべきではない。
〔実施の形態1〕
以下、図1〜8に基づいて、本発明の一実施の形態の表示装置に備えられた表示装置用基板1について説明する。また、本実施の形態においては、上記表示装置としてアクティブマトリクス型の液晶表示装置40を一例に挙げて説明を行うが、本発明がこれに限定されることはない。
図1は、本発明の一実施の形態の液晶表示装置40に備えられた表示装置用基板1の概略構成を示す平面図である。
本発明の表示装置用基板1は、図示されているように、基板2と、上記基板2に、連続発振レーザ又は擬似連続発振レーザの一例であるCW(Continuous Wave)固体レーザのレーザビーム6でレーザアニーリングされることにより設けられた結晶化半導体膜と、上記結晶化半導体膜に設けられた各種のTFT3a・4a・4b・5a・5bとを備えている。
上記結晶化半導体膜は、上記レーザアニーリングされる際、レーザの単位時間当たりの照射量を調整することで形成された結晶において、結晶がある特定方向に揃って成長することで生じる結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を有している。本実施の形態においては、上記図1に図示されているように、上記複数の領域を3つ形成した例を用いて説明を行うが、本発明がこれに限定されることはなく、必要に応じて、上記レーザの単位時間当たりの照射量を調整することで、必要な数だけ上記複数の領域を分割することができるのはもちろんである。
なお、上記図1において、D1方向は、TFTのソース領域Sからドレイン領域Dに向かう方向である半導体チャネル長方向を示し、D2方向は、結晶の成長方向を示し、D3は、上記レーザビーム6の走査方向を示す。
以下、図2に基づいて、本発明の一実施の形態の液晶表示装置40に備えられた表示装置用基板1の製作に用いられるレーザアニーリング装置15について説明する。
図2は、上記表示装置用基板1の製作に用いられるレーザアニーリング装置15の概略構成を示す図である。
図示されているように、レーザアニーリング装置15は、上記連続発振レーザ発振機または、擬似連続発振レーザ発振機の一例であるCW固体レーザ発振機7から出たレーザ光は、減衰器8および照明光学系9、ビームスプリッター10、および集光光学系11を通じてレーザビーム6として基板2に照射される構成である。CW固体レーザのレーザ光は、例えば、波長532nmのものを用いることができ、集光光学系11を通過することにより、例えば、500μm×10μmの線上レーザビーム6に成型される。上記基板2は、搬送ステージ12上に配置され、上記搬送ステージ12がXおよびY方向に移動することによって、上記レーザビーム6が上記基板2上を走査できる構成となっている。また、上記搬送ステージ12と上記減衰器8とは、制御系13によってコントロールされる構成となっている。
上記レーザアニーリング装置15は、上記搬送ステージ12または、CW固体レーザ発振機7、照明光学系9、ビームスプリッター10、集光光学系11を備えた光学機構14が、上記半導体膜に上記結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を形成可能なように、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を、上記レーザビーム6の走査中に変えることができるように設けられている。
上記構成によれば、上記半導体膜に上記結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を形成するため、従来のように、上記半導体膜の結晶化を、レーザパワーがそれぞれ異なる複数のレーザビームを用いて、複数回に分けて行う必要がない。
すなわち、上記構成においては、上記搬送ステージ12及び光学機構14のうちの少なくとも一方が、上記半導体膜に上記結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を形成可能なように、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を、上記レーザビーム6の走査中に変えることができるように設けられている構成であるため、工程数の増加を伴うことなく、基板2上の半導体膜に結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を形成することができるレーザアニーリング装置15および結晶化半導体膜の製造方法を実現することができる。
さらに、上記レーザアニーリング装置15において、上記光学機構14には、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を変えるための減衰器8を備えていることが好ましい。
上記構成によれば、上記レーザビーム6の走査中に、上記光学機構14において、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を変えるための減衰器8を備えた構成となっているため、上記レーザアニーリング装置15の構成を複雑にすることなく、基板2上の半導体膜に結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を形成することができるレーザアニーリング装置15を実現できるとともに、比較的容易に、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を有する結晶化半導体膜を形成することができる結晶化半導体膜の製造方法を実現できる。
さらに、上記レーザアニーリング装置15は、上記搬送ステージ12および上記光学機構14のうち少なくとも一方は、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を変えるために、上記搬送ステージ12または、上記光学機構14の移動速度を変えることが可能に設けられていることが好ましい。
すなわち、上記搬送ステージ12または、上記光学機構14のどちらか一方の移動速度を変えることで、上記レーザビーム6の走査速度を変えることができ、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を変えることができる構成である。
したがって、上記レーザアニーリング装置15の構成を複雑にすることなく、基板2上の半導体膜に結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を形成することができるレーザアニーリング装置15を実現することができるとともに、比較的容易に、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を有する結晶化半導体膜を形成することができる結晶化半導体膜の製造方法を実現できる。
さらに、上記レーザアニーリングは、1回のみ行われることが好ましい。
上記構成によれば、上記半導体膜の結晶化を、レーザパワーがそれぞれ異なる複数のレーザビームを用いて、複数回に分けて行う必要がなく、1つの上記レーザビーム6を用いて、1回のレーザアニーリングのみで結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を有する結晶化半導体膜を形成することができる。
したがって、非常に効率的に結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を有する結晶化半導体膜の製造方法を実現することができる。
図3は、本発明の一実施の形態の液晶表示装置40に備えられた表示装置用基板1に設けられた結晶化半導体膜を示す図であり、図3(a)および図3(b)は、上記結晶化半導体膜における結晶の異方性を有する領域を示す図であり、図3(c)および図3(d)は、上記結晶化半導体膜における結晶の異方性を有しない領域を示す図である。
図3(a)および図3(b)に図示されているように、CW(Continuous Wave)固体レーザのレーザビーム6の単位時間当たりの照射量が大きいと、照射された半導体膜は、完全に溶融され、上記レーザビーム6の走査方向D3に結晶が成長し、上記結晶成長方向D2がある一定の方向に揃うため、結晶の異方性が強い結晶化半導体膜となる。
一方、図3(c)および図3(d)に図示されているように、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を一定以下にすると、上記レーザビーム6の走査方向D3に結晶が成長せず、結晶がある特定の方向に成長されてない、すなわち、上記結晶の配向がランダムである結晶の異方性を有しない結晶化半導体膜となる。
図4は、上記レーザのパワーと結晶化半導体膜の移動度の関係を示す図である。
図示されているように、CW(Continuous Wave)固体レーザのレーザビーム6をハイパワーで照射すると、結晶化半導体膜において、上記レーザビーム6の走査方向D3に結晶が成長し、上記結晶成長方向D2がある一定の方向に揃うため、移動度の高い結晶の異方性の強い結晶化半導体膜を得ることができるが、この異方性により、TFTのソース領域Sからドレイン領域Dに向かう方向である半導体チャネル長方向D1が形成される方向によって、移動度が大きく異なる結晶化半導体膜となってしまう。
しかし、上記レーザのレーザビーム6を一定以下のパワー例えば、9W以下で照射すると、移動度は低いものの上記半導体チャネル長方向D1が形成される方向によって、移動度特性が変わらない上記結晶の配向がランダムである結晶の異方性を有しない結晶化半導体膜を得ることができる。
したがって、図1に図示されているように、上記表示装置用基板1において、上記結晶化半導体膜は、結晶がある特定方向に揃って成長することで生じる結晶の異方性を有する領域3と結晶の異方性を有しない領域4・5とからなり、上記結晶の異方性を有する領域3に設けられた上記TFT3aでは、そのTFT3aのソース領域Sからドレイン領域Dに向かう方向である半導体チャネル長方向D1が、上記結晶の成長方向D2と略平行に設けられている。
上記結晶がある特定方向に揃って成長することで生じる結晶の異方性を有する領域3においては、その程度に差は存在するが、上記半導体チャネル長方向D1が、上記結晶の成長方向D2と略平行である場合は、移動度の優れたTFTを得ることができるが、一方、上記半導体チャネル長方向D1が、上記結晶の成長方向D2と略垂直である場合は、移動度の乏しいTFTしか得ることができない。
上記構成によれば、結晶の異方性を有する領域3に設けられた上記TFT3aでは、そのTFT3aの上記半導体チャネル長方向D1が、上記結晶の成長方向D2と略平行な方向である。
したがって、優れた移動度を均一的に示すTFT3aを得ることができるので、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板1を実現することができる。
なお、上記半導体チャネル長方向D1と上記結晶の成長方向D2とが、略平行であるとは、上記半導体チャネル長方向D1と、上記結晶の成長方向D2とのなす角が、0度から10度であり、より好ましくは、0度である場合を示す。一方、略垂直であるとは、上記半導体チャネル長方向D1と、上記結晶の成長方向D2とのなす角が、80度から90度であり、より好ましくは、90度である場合を示す。
さらに、上記表示装置用基板1は、図1に図示されているように、上記結晶の異方性を有しない領域4・5に設けられた上記TFT4a・4b・5a・5bでは、上記半導体チャネル長方向D1が、上記結晶の成長方向D2と関係なく、あらゆる方向に設けられていることが好ましい。
上記結晶の異方性を有しない領域4・5においては、上記TFT4a・4b・5a・5bの上記半導体チャネル長方向D1が、上記結晶の成長方向D2と関係なく、あらゆる方向に設けられていても、その移動度特性は変わらない。
したがって、上記構成によれば、上記結晶の異方性を有しない領域4・5において、上記TFT4a・4b・5a・5bを高密度に設けることが可能となり、TFTの集積度を向上させた表示装置用基板1を実現することができる。
また、図1に図示されているように、上記表示装置用基板1においては、上記複数の領域3・4・5のうち、上記結晶の異方性が最も強い領域3には、ソースドライバを構成するTFT3aが設けられていることが好ましい。
上記結晶化半導体膜において、3の領域は、単位時間当たりの照射量が最も多い上記レーザビーム6で結晶化された領域であり、4の領域は、単位時間当たりの照射量が最も少ない上記レーザビーム6で結晶化された領域であり、5の領域は、上記3の領域と4の領域の中間程度の単位時間当たりの照射量を有する上記レーザビーム6で結晶化された領域である。
すなわち、上記3の領域は、結晶の異方性が最も強い結晶化半導体膜であり、上記4の領域は、上記結晶の配向がランダムである結晶の異方性が最も弱い結晶化半導体膜であり、上記5の領域は、結晶の異方性が上記3の領域と4の領域の中間程度である結晶化半導体膜である。
図5は、上記レーザのパワーと結晶化半導体膜の閾値電圧の関係を示す図である。
図示されているように、上記結晶化半導体膜の結晶化において、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を変えることにより、上記結晶化半導体膜に設けられたTFTの閾値電圧を自由に調整できる。特に、上記レーザビーム6を一定以下のパワー例えば、9W以下で照射する場合に形成される結晶の異方性が弱い結晶化半導体膜においては、上記単位時間当たりの照射量が減少するに伴い、上記TFTの閾値電圧は著しく上昇するが、上記レーザビーム6をハイパワーで照射する場合に形成される結晶の異方性が強い結晶化半導体膜においては、上記単位時間当たりの照射量が増加するに伴い、上記TFTの閾値電圧は少しずつ減少する。
上記構成によれば、ソースドライバを構成するTFTは、閾値電圧が低いとともに、高速駆動が可能である必要があるため、上記結晶の異方性が最も強い領域3は、ソースドライバを構成するTFT3aを設けるには最適な箇所となる。
上記表示装置用基板1は、図示しないマトリクス状に配置された多数の画素によって構成される表示部を有しており、上記各画素には、図示しない画素電極を制御するためのスイッチング素子としてTFT4aまたは/およびTFT4bが設けられている。
図1に図示されているように、上記表示装置用基板1は、上記結晶の異方性を有しない領域4・5において、上記結晶の配向が最もランダムな領域4には、表示部が設けられているとともに、当該表示部におけるスイッチング素子としてのTFT4a・4bが設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、一般的に上記表示装置用基板1の大部分の領域を占める表示部は、上記結晶の配向が最もランダムな領域4(結晶の異方性が最も弱い領域)に設けられている。上記結晶の配向が最もランダムな領域4は、その移動度は低いものの上記半導体チャネル長方向D1が形成される方向によって、移動度特性が変わらない結晶化半導体膜である。したがって、上記表示装置用基板1の大部分の領域を占める表示部において、TFT4a・4bの半導体チャネル長方向D1の配置を制限なく自由にすることができる。
また、上記表示部におけるスイッチング素子としてのTFTは、リーク電流を防止するため、閾値電圧が高い必要はあるが、高速駆動が可能である必要はない。
したがって、上記結晶の配向が最もランダムな領域4は、表示部において、スイッチング素子としてTFT4a・4bを設けるには最適な箇所となるので、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板1を実現することができる。
さらに、図1に図示されているように、上記表示装置用基板1は、3つの領域3・4・5からなり、上記3つの領域3・4・5のなかで、上記結晶の異方性が最も強い領域3には、ソースドライバを構成するTFT3aが設けられており、上記3つの領域3・4・5のなかで、上記結晶の配向が最もランダムな領域4には、表示部が設けられているとともに、当該表示部におけるスイッチング素子としてのTFT4a・4bが設けられており、上記3つ領域3・4・5の中で、残る領域5には、ゲートドライバを構成するTFT5a・5bが設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、上記結晶化半導体膜の複数の領域3・4・5は、ソースドライバ領域3、表示部領域4およびゲートドライバ領域5からなり、上記結晶の異方性が最も強い領域3には、閾値電圧が低く、移動度は高い、高速駆動能力が要求されるソースドライバ用のTFT3aが設けられており、上記結晶の配向が最もランダムな領域4には、閾値電圧が高いことが要求される表示部用のTFT4a・4bが設けられており、上記結晶の異方性が中間である領域5には、閾値電圧が中程度であることが要求されるゲートドライバ用のTFT5a・5bが設けられている。
すなわち、上記構成によれば、それぞれの特性が異なる上記結晶化半導体膜の複数の領域3・4・5において、それぞれの特性に最も適合したTFTを設けることができるため、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板1を実現することができる。
さらには、上記表示装置用基板1において、上記表示部におけるスイッチング素子としてのTFT4a・4bの閾値電圧は、上記ゲートドライバまたは、上記ソースドライバを構成するTFT3a・5a・5bの閾値電圧よりも大きいことが好ましい。
上記表示部におけるスイッチング素子としてのTFT4a・4bは、画素電極に印加された電圧を維持するため、リーク電流が小さいことが好ましく、よって閾値電圧は高いことが要求される。
上記構成によれば、上記表示部においてのTFT4a・4bのリーク電流を小さくすることができるので、周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板1を実現することができる。
また、図1に図示されているように、上記表示装置用基板1は、上記ソースドライバを構成するTFT3aが設けられている上記領域3、及び、上記ゲートドライバを構成するTFT5a・5bが設けられている上記領域5は、上記表示装置用基板1の端部に設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、上記ソースドライバに備えられたTFT3aと上記ゲートドライバに備えられたTFT5a・5bとは、上記表示装置用基板1において、端部に設けられている構成であるため、非表示領域は端部に、表示領域は中央部に設けることができ、デットスペースを最小化することのできる表示装置用基板1を実現することができる。
以下、図1および図6に基づいて、上記表示装置用基板1の製造方法について、さらに詳しく説明する。
本実施の形態においては、ソースドライバ領域3を高移動度のTFTで形成し、ゲートドライバ部5を中移動度のTFTで形成し、表示部4を低移動度のTFTで形成する構成を一例に挙げて説明を行う。
ソースドライバ領域3は、結晶がある特定方向に揃って成長することで生じる結晶の異方性が強く現れる程のレーザパワーで非晶質半導体膜の結晶化を行い、高移動度TFT用の結晶化半導体膜を形成する。ここで、上記結晶の異方性が強く現れる結晶化半導体膜上のTFT3aは、図1に図示されているように、そのTFT3aのソース領域Sからドレイン領域Dに向かう方向である半導体チャネル長方向D1によって特性が異なるため、ソースドライバ領域3のTFT3aの上記半導体チャネル長方向D1は、一定方向に揃えて配置されている。
また、ゲートドライバ領域5と表示部4は、上記結晶の配向がランダムである結晶の異方性が現れない程のレーザパワーで非晶質半導体膜の結晶化を行い、移動度は上記TFT3aに比べて劣るが、上記半導体チャネル長方向D1によって特性が変わらない結晶化半導体膜を形成することができる。そのため、ゲートドライバ領域5と表示部4のTFTは、上記半導体チャネル長方向D1を自由に配置することができる。
図6は、本発明の一実施の形態の液晶表示装置40に備えられた表示装置用基板1の概略構成とレーザビーム6の走査方向D3とを示す図である。
図6に示すレーザビーム6の走査方向D3で非晶質半導体膜の結晶化を行う場合、図中aでは、結晶がある特定方向に揃って成長することで生じる結晶の異方性が強く現れる程のレーザパワー、例えば13Wになるように減衰器8を調整しソースドライバ領域3を結晶化する。レーザビーム6の走査速度は、例えば400mm/secである。
また、ゲートドライバ部5を結晶化させる場合は、レーザビーム6の走査位置が図中c、eにきた時に、レーザパワーを、減衰器8を制御して例えば、9Wになるよう調整し、上記結晶の配向がランダムである結晶の異方性が現れない程のパワーにする。
同じように、表示部4を結晶化させる際には、レーザビーム6の走査位置が図中b、dにきた時に、レーザパワーを、減衰器8を制御して例えば、8Wに調整する。
上記のように、各回路ブロック3・4・5に適したパワーでレーザを照射することによって、高移動度が必要な回路ブロック3やTFTの特性に異方性がない回路ブロック4・5、TFTのしきい値が高く、リーク電流が少ない回路ブロック4など、各回路ブロックに適したTFTを形成することができる。
上記構成によれば、従来のように、上記半導体膜の結晶化を、レーザパワーがそれぞれ異なる複数のレーザビームを用いて、複数回に分けて行う必要がないため、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を有する結晶化半導体膜を備えた表示装置用基板1の製造方法を実現することができる。
さらに、上記構成によれば、移動度の優れたTFT3aを設ける必要がある領域3には、結晶の異方性が最も強い半導体膜を形成し、上記TFT3aの半導体チャネル長方向D1が、上記結晶の成長方向D2と略平行な方向になるようにTFT3aを設けているので、移動度の優れたTFT3aを実現することができる。
したがって、多様な特性が要求される周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる表示装置用基板1の製造方法を実現することができる。
また、上記表示装置用基板1の製造方法においては、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を上記レーザビーム6の強度を変えることにより調整することが好ましい。
上記構成によれば、上記レーザビーム6の走査中に、上記レーザビーム6の強度を変えることによって、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を変えることのできる構成である。したがって、比較的容易に、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を有する結晶化半導体膜を備えた表示装置用基板1の製造方法を実現することができる。
また、上記表示装置用基板1の製造方法においては、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を、上記レーザビーム6の走査速度を調整することで変えることが好ましい。
上記レーザビーム6の走査速度を調整するとは、上述した光学機構14または、上記搬送ステージ12のどちらか一方の移動速度を変えることを意味する。
上記構成によれば、上記レーザビーム6の走査中に、上記光学機構14または、上記搬送ステージ12の移動速度を変えることによって、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を変えることのできる構成である。したがって、比較的容易に、工程数の増加を伴うことなく、結晶の異方性が異なる複数の領域3・4・5を有する結晶化半導体膜を備えた表示装置用基板1の製造方法を実現することができる。
以下、上記結晶化半導体膜を形成するために、用いられる上記レーザビーム6(レーザ光)について詳しく説明する。
非晶質半導体膜の結晶化の際には各種のレーザビーム、電子ビームなどが使用可能であるが、本実施の形態においては、レーザ発振機から出射された、連続発振レーザビームを使用した。
レーザは、固体レーザ、半導体レーザ、または、気体レーザとに分類することができる。
上記固体レーザとしては、例えば、YAGレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、チタンサファイアレーザ等がある。
また、上記気体レーザとしては、例えば、エキシマレーザ、Arレーザ、Krレーザ等が挙げられる。また、レーザ作用をする活性種としては、例えば、3価のイオン(Cr3+、Nd3+、Yb3+、Tm3+、Ho3+、Er3+、Ti3+)を使用することができる。
その他に、半導体レーザやディスクレーザ、ファイバーレーザを使用することもできる。
なお、レーザの発振方式は、連続発振型でもよいし、パルス発振型でもよいが、パルス発振型の場合は、レーザビーム(あるいはステージ)走査方向に結晶が連続的に成長するように、周波数数10MHz以上の高周波パルス、いわゆる擬似連続発振レーザビームを用いる。レーザビームの照射条件、例えば、周波数、パワー密度、エネルギー密度、ビームプロファイル等は、材料の性質や厚さ、レーザビーム走査速度などを考慮して適宜調整する。
本実施の形態においては、上記非晶質半導体膜として、非晶質シリコン膜(a−Si膜)を用い、連続発振固体レーザ(CW固体レーザ)を利用して、図1に図示されているように、数mmの小径レーザビーム6を10μm程度オーバーラップさせながら一定ピッチで、一定走査方向に順次走査しながら、上記レーザビーム6の単位時間当たりの照射量を変えることで、上記表示装置用基板1上に、横方向成長された程度を示す結晶の異方性が異なる3つの領域3、4、5を有する結晶化半導体膜を形成した。
図7は、上記表示装置用基板1の上記表示部にスイッチング素子として設けられたTFT4aの製造プロセスを説明するための概略工程図である。
本実施形態においては、基板2として、透明なガラス基板を用いているが、これに限定されることはなく、上記基板2としては、上記ガラス基板以外にも、石英、プラスチック、シリコンウェハー、金属、セラミックなどからなるものを用いることができる。
先ず、図7(a)に示すように、上記基板2上に、膜厚100〜500nm(好ましくは150〜300nm)の絶縁膜16を形成する。絶縁膜16としては、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法又はスパッタ法によって形成されたシリコンを含む無機絶縁膜(例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜など)を用いることができる。また、絶縁膜16は複数の層が積層された構造であってもよい。上記基板2からの不純物イオンの拡散を効果的に抑制するという観点からは、絶縁膜16はシリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜等の窒素を含む無機絶縁膜であることが好ましい。
次に、図7(b)に示すように、プラズマCVD法などによって非晶質半導体膜17を成膜する。上記非晶質半導体膜17の膜厚は20nmから100nm程度が好ましい。
次に、図7(c)に示すように、上記非晶質半導体膜17を、CW固体レーザ法等を用いて結晶化させることで結晶化半導体膜18を形成する。
ここで、上記CW固体レーザで上記非晶質半導体膜17を結晶化させる際、後に形成されるそれぞれの回路ブロックに適したパワーで照射されるように、レーザの走査最中に連続的にレーザの出力を調整しながら結晶化を行う。
その後、図7(d)に示すように、得られた結晶化半導体膜18をフォトリソ工程により所望の形状にパターニングすることで、膜厚20〜100nm(好ましくは30〜70nm)の上記結晶化半導体膜18を形成することができる。なお、上記結晶化半導体膜18の材質としては特に限定されないが、例えば、シリコン、シリコンゲルマニウム(SiGe)等を用いることができる。
次に、図7(e)に示すように、上記結晶化半導体膜18を覆うように膜厚30〜150nm(好ましくは50〜100nm)の絶縁膜19を形成する。また、この絶縁膜19も複数の層が積層された構造であってもよい。上記結晶化半導体膜18の材質をシリコンとした場合には、上記結晶化半導体膜18との界面における界面準位を低減するという観点からは、絶縁膜19はシリコン酸化膜であることが好ましい。なお、必要があれば、引き続いてTFT4aの閾値電圧を制御する目的で、上記絶縁膜19を介して、上記結晶化半導体膜18の全面に不純物をイオン注入法又はイオンドーピング法によりドーピング(チャネルドーピング)する。チャネルドーピングに使用される不純物の例としては、Nチャネル型TFTとする場合は、ホウ素(B)等のIII族元素を用いることができ、Pチャネル型TFTとする場合は、リン(P)等のV族元素を用いることができる。また、大面積基板を処理する場合の不純物の添加方法としては、イオンドーピング法が好適である。
続いて、図7(f)に示すように、導電膜をスパッタ法により形成した後、フォトリソ工程により導電膜を所望の形状にパターニングすることによって、膜厚100〜500nm(好ましくは150〜300nm)のゲート電極20を形成する。
次に、図7(g)に示すように、上記ゲート電極20をマスクとし、ボロン(B)、リン(P)等の不純物をイオン注入法または、イオンドーピング法によりドーピングを行い、上記結晶化半導体膜18に低濃度ソース領域18d、18b(18bは高濃度ソース領域となる)と低濃度ドレイン領域18e、18c(18cは高濃度ドレイン領域となる)とを形成する。なお、上記ゲート電極20によってマスクされた領域がチャネル領域18aとなる。さらに、上記ゲート電極20を覆うように膜厚20〜150nm(好ましくは30〜100nm)のキャップ膜21を形成した後、上記キャップ膜21をマスクとして上記結晶化半導体膜18に自己整合的にボロン(B)、リン(P)等の不純物をイオン注入法又はイオンドーピング法によりドーピングを行い、高濃度ソース領域18bと高濃度ドレイン領域18cとを形成する。その後、上記結晶化半導体膜18の活性化工程を経て、チャネル領域18aを除く領域に、ソース・ドレイン領域として機能する高濃度不純物領域18b、18cを形成する。また、上記結晶化半導体膜18の活性化工程としては、例えば、アニールオーブン等を用いて熱処理を行ってもよいし、エキシマレーザ等を照射してもよい。上記キャップ膜21としては特に限定されず、例えば、プラズマCVD法又はスパッタ法によって形成されたシリコンを含む絶縁膜(例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜など)を用いることができる。
さらには、図7(h)に示すように、スパッタ法やプラズマCVD法などを使用してシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜など、あるいはその積層からなる第1層間絶縁膜22を30nmから1500nm程度成膜する。
さらに、300℃〜550℃で30分から12時間程度の熱処理を行うことにより、水素化を行う。これは上記第1層間絶縁膜22に含まれる水素により、上記結晶化半導体膜18のダングリングボンドなどの欠陥を終端するための工程である。水素プラズマや、水素が3〜100%含まれる雰囲気中で300〜450℃で熱処理を行うことによっても、水素化をすることができる。その後に、上記第1層間絶縁膜22に、上記結晶化半導体膜18の高濃度ソース領域18b及び高濃度ドレイン領域18cに通じるコンタクトホールを形成した後、スパッタ法などにより、基板の上側全面に金属膜23を形成する。金属膜23としては、例えば、Ti100nm、Al350nm、Ti100nmの積層膜を形成し、感光性レジストを使用して、上記金属膜23の上に、所望のソースおよびドレイン電極用のレジストパターンを形成する。次に、レジストパターンをマスクにして上記金属膜23をエッチングすることにより、ソース電極およびドレイン電極を形成する。その後、レジストパターンを除去する。なお、本発明の一実施の形態においては、金属膜23をTi/Al/Tiの積層としているが、特に限定はされず、低抵抗金属であるTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndなどから選ばれた元素、あるいは前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で、必要に応じて積層構造として形成しても良い。
次いで、図7(i)に示すように、第二の層間絶縁膜24として、透明絶縁膜である、シリコン酸化膜や感光性アクリル樹脂等を使用する。本実施の形態においては、感光性アクリル樹脂を使用し、コンタクトホールのパターンを形成した。
最後に、透明な画素電極25としては、ITO、IZOなどの透明導電膜をスパッタ法などで例えば100nm程度形成し、感光性レジストを使用して、所望のパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして、透明導電膜をエッチングすることにより、パターニングを行う。
図8は、本発明の一実施の形態の液晶表示装置40の概略構成を示す断面図である。
上記液晶表示装置40は、上記表示装置用基板1を備えたものである。
図8に示すように、液晶表示装置40は、上記表示装置用基板1と、これに対向する対向電極を備えるカラーフィルタ基板26とを備え、これらの基板の間に液晶層27がシール材によって封入された構成を有する液晶表示パネルを備えている。
さらに、上記表示装置用基板1とカラーフィルタ基板26とには偏向板28が備えられている。
また、液晶表示パネルの背面(上記表示装置用基板1側)には、バックライト30が配置されており、バックライト30は、上記液晶表示パネルへ向かって光を照射するようになっている。
さらには、上記バックライト30の出射面側には、光学シート29を設けることができる。上記光学シート29は、例えば、拡散板と複合機能光学シートとから構成されており、上記複合機能光学シートは、拡散、屈折、集光および偏光を含む各種光学的機能から選択された複数の光学的機能を備えている。
上記光学シート29は、液晶表示装置の価格や性能によって適宜組み合わせて使用することが好ましい。
上記液晶表示装置40は、周辺駆動回路を最適にモノリシック化することのできる上記表示装置用基板1を備えることにより、より表示品質を向上させることができる表示装置を実現することができる。
本実施の形態においては、表示装置として液晶表示装置40を例に挙げて説明をしたが、上記表示装置用基板1を備えている表示装置であれば例えば、有機EL表示装置などであってもよい。
本発明は上記した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、液晶表示装置、有機EL表示装置などのアクティブマトリクス型表示装置に適用することができる。
本発明の一実施の形態の液晶表示装置に備えられた表示装置用基板の概略構成を示す平面図である。 本発明の一実施の形態の液晶表示装置に備えられた表示装置用基板の製作に用いられるレーザアニーリング装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態の液晶表示装置に備えられた表示装置用基板に設けられた結晶化半導体膜を示す図であり、(a)および(b)は、上記結晶化半導体膜における結晶の異方性の強い領域を示す図であり、(c)および(d)は、上記結晶化半導体膜における結晶の異方性の弱い領域を示す図である。 本発明の一実施の形態の液晶表示装置に備えられた表示装置用基板に設けられた結晶化半導体膜において、レーザのパワーと結晶化半導体膜の移動度の関係を示す図である。 本発明の一実施の形態の液晶表示装置に備えられた表示装置用基板に設けられた結晶化半導体膜において、レーザのパワーと結晶化半導体膜の閾値電圧の関係を示す図である。 本発明の一実施の形態の表示装置用基板の概略構成とレーザビームのレーザ走査方向とを示す図である。 本発明の一実施の形態の液晶表示装置に備えられた表示装置用基板の表示部にスイッチング素子として設けられたTFTの製造プロセスを説明するための概略工程図である。 本発明の一実施の形態の液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。 従来技術において、連続発振レーザビームを複数回走査して、表示装置の画素領域および駆動回路形成領域を結晶化する模様を示す概略図である。 従来技術において、高品質な多結晶半導体薄膜と低品質な多結晶半導体薄膜とを同時に得る方法を示す概念図である。
符号の説明
1 表示装置用基板
2 基板
3 ソースドライバ領域(最も結晶の異方性の強い領域)
3a ソースドライバ領域のTFT
4 表示部(最も結晶の異方性が弱い領域)
4a、4b 表示部のTFT
5 ゲートドライバ領域(結晶の異方性が中間程度の領域)
5a、5b ゲートドライバ領域のTFT
6 レーザビーム
7 CW固体レーザ発振機
8 減衰器
12 搬送ステージ
14 光学機構
15 レーザアニーリング装置
17 非晶質半導体膜(半導体膜)
18 結晶化半導体膜
30 液晶表示装置
S TFTのソース領域
D TFTのドレイン領域
D1 半導体チャネル長方向
D2 結晶の成長方向
D3 レーザビームの走査方向

Claims (21)

  1. 連続発振レーザビーム又は擬似連続発振レーザビームを走査して半導体膜をレーザアニーリングすることによる、結晶の異方性の異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜の製造方法において、
    上記レーザビームを走査している最中に、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を上記複数の領域に応じた照射量に連続して変えることにより、結晶の異方性の異なる複数の領域からなる結晶化半導体膜を形成することを特徴とする結晶化半導体膜の製造方法。
  2. 上記レーザビームの走査を、1回のみ行うことを特徴とする請求項1に記載の結晶化半導体膜の製造方法。
  3. 上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記レーザビームの強度を調整することで変えることを特徴とする請求項1または2に記載の結晶化半導体膜の製造方法。
  4. 上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記レーザビームの走査速度を調整することで変えることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の結晶化半導体膜の製造方法。
  5. 上記レーザビームを走査している最中に、上記照射量を2度以上変えることにより、3個以上の上記領域を設けることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の結晶化半導体膜の製造方法。
  6. 基板と、
    上記基板に設けられた半導体膜を、連続発振レーザビーム又は擬似連続発振レーザビームを一定の走査方向に走査しながら、レーザアニーリングすることにより形成された、結晶の異方性の異なる複数の領域を有する結晶化半導体膜と、
    上記結晶化半導体膜に設けられたトランジスタとを備える表示装置用基板の製造方法において、
    上記レーザビームを走査している最中に、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を上記複数の領域に応じた照射量に連続して変えることにより、結晶の異方性が異なる複数の領域を上記結晶化半導体膜に形成する工程と、
    上記複数の領域のうち、上記結晶の異方性の強い領域に、上記トランジスタのソース領域からドレイン領域に向かう方向である半導体チャネル長方向が、上記レーザビームの走査方向と略平行な方向である結晶の成長方向と略平行になるようにトランジスタを形成する工程とを含むことを特徴とする表示装置用基板の製造方法。
  7. 上記複数の領域のうち、上記結晶の異方性の強い領域以外の領域には、上記半導体チャネル長方向が互いに異なるトランジスタを形成する工程を含むことを特徴とする請求項6に記載の表示装置用基板の製造方法。
  8. 上記レーザビームの走査を、1回のみ行うことを特徴とする請求項6または7に記載の表示装置用基板の製造方法。
  9. 上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記レーザビームの強度を調整することで変えることを特徴とする請求項6から8の何れか1項に記載の表示装置用基板の製造方法。
  10. 上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記レーザビームの走査速度を調整することで変えることを特徴とする請求項6から9の何れか1項に記載の表示装置用基板の製造方法。
  11. 連続発振レーザ発振機又は擬似連続発振レーザ発振機と、
    基板を乗せるための搬送ステージと、
    上記搬送ステージ上に乗せられた基板にレーザビームを照射するための光学機構とを備えた、基板上に形成されている半導体膜のレーザアニーリング装置において、
    上記搬送ステージ及び光学機構のうちの少なくとも一方は、上記半導体膜に結晶の異方性が異なる複数の領域を形成可能なように、レーザビームを照射する際、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を、上記複数の領域に応じた照射量となるように変えることができるように設けられていることを特徴とするレーザアニーリング装置。
  12. 上記光学機構は、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を変えるための減衰器を備えていることを特徴とする請求項11に記載のレーザアニーリング装置。
  13. 上記光学機構及び上記搬送ステージのうちの少なくとも一方は、上記レーザビームの単位時間当たりの照射量を変えるために、
    上記光学機構又は上記搬送ステージの移動速度を変えることが可能に設けられていることを特徴とする請求項11または12に記載のレーザアニーリング装置。
  14. 基板と、
    上記基板に設けられた結晶化半導体膜と、
    上記結晶化半導体膜に設けられたトランジスタとを備えた表示装置用基板において、
    上記結晶化半導体膜は、結晶がある一定方向に成長することで生じる結晶の異方性が異なる複数の領域を有し、
    上記結晶の異方性の強い領域に設けられた上記トランジスタでは、そのトランジスタのソース領域からドレイン領域に向かう方向である半導体チャネル長方向が、上記結晶の成長方向と略平行な方向であることを特徴とする表示装置用基板。
  15. 上記複数の領域のうち、上記結晶の異方性の強い領域以外の領域には、上記半導体チャネル長方向が互いに異なるトランジスタが設けられていることを特徴とする請求項14に記載の表示装置用基板。
  16. 上記結晶の異方性が強い領域には、ソースドライバを構成するトランジスタが設けられていることを特徴とする請求項14または15に記載の表示装置用基板。
  17. 上記結晶の異方性が弱い領域には、表示部が設けられているとともに、当該表示部におけるスイッチング素子としてのトランジスタが設けられていることを特徴とする請求項14から16の何れか1項に記載の表示装置用基板。
  18. 上記結晶化半導体膜は、3つの領域からなり、
    上記3つの領域のなかで、上記結晶の異方性が最も強い領域には、ソースドライバを構成するトランジスタが設けられており、
    上記3つの領域のなかで、上記結晶の異方性が最も弱い領域には、表示部が設けられているとともに、当該表示部におけるスイッチング素子としてのトランジスタが設けられており、
    上記3つの領域のなかで、残る領域には、ゲートドライバを構成するトランジスタが設けられていることを特徴とする請求項14に記載の表示装置用基板。
  19. 上記表示部におけるスイッチング素子としてのトランジスタの閾値電圧は、上記ゲートドライバを構成するトランジスタの閾値電圧および上記ソースドライバを構成するトランジスタの閾値電圧よりも大きいことを特徴とする請求項18に記載の表示装置用基板。
  20. 上記ソースドライバを構成するトランジスタが設けられている上記領域、及び、上記ゲートドライバを構成するトランジスタが設けられている上記領域は、上記基板の端部に設けられていることを特徴とする請求項18または19に記載の表示装置用基板。
  21. 請求項14から20の何れか1項に記載の表示装置用基板を備えていることを特徴とする表示装置。
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