JPH09321311A - 薄膜半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体薄膜を結晶化する時レーザビームのエ
ネルギー分布を改善して均一な結晶を得る。 【解決手段】 絶縁基板１の表面に非晶質の半導体薄膜
２を形成する。この後レーザアニール工程を行ない閾値
ＥＣを超えたエネルギーを有するレーザビーム４を照射
して半導体薄膜２を溶融冷却し、非晶質から多結晶に転
換する。レーザアニール工程は絶縁基板１の縦方向に沿
って帯状に形成されたレーザビーム４のパルスを絶縁基
板１に間欠照射し、且つその照射領域を部分的に重ねな
がら絶縁基板１に対して相対的に横方向（Ｘ方向）に移
動する。この際レーザビーム４はＸ方向に沿ったエネル
ギー分布が中央の平坦部４１とその上端の傾斜部４２と
を有している。少なくとも閾値ＥＣを超えた範囲で傾斜
部４２を急峻化して照射領域のＸ方向後端部における溶
融温度を照射領域の内部と等しくなる様に調整する。こ
の為、帯状のスリット１５ａを介してレーザビーム４を
照射し閾値ＥＣを超えた範囲における傾斜部４２の幅を
３μｍ以内に制御している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は絶縁基板上に成膜さ
れた半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタが集積
的に形成された薄膜半導体装置の製造方法に関する。よ
り詳しくは、絶縁基板上に半導体薄膜を成膜した後その
結晶化を目的として行なわれるレーザビーム照射技術
（レーザアニール）に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜半導体装置の製造工程を低温プロセ
ス化する方法の一環として、レーザビームを用いたレー
ザアニールが開発されている。これは、絶縁基板上に成
膜された非晶質シリコンや多結晶シリコン等非単結晶性
の半導体薄膜にレーザビームを照射して局部的に加熱溶
融した後、その冷却過程で半導体薄膜を結晶化するもの
である。この結晶化した半導体薄膜を活性層（チャネル
領域）として薄膜トランジスタを集積形成する。結晶化
した半導体薄膜はキャリアの移動度が高くなる為薄膜ト
ランジスタを高性能化できる。図６に示す様に、このレ
ーザアニールでは絶縁基板１の縦方向（Ｙ方向）に沿っ
て帯状に形成されたレーザビーム４のパルスを絶縁基板
１に間欠照射する。この時同時に、その照射領域を部分
的に重ねながらレーザビーム４を絶縁基板１に対して相
対的に横方向（Ｘ方向）に移動させている。図示の例で
は、固定されたレーザビーム４の照射領域に対し絶縁基
板１を−Ｘ方向にステップ移動させている。この様に、
レーザビーム４をオーバーラップさせる事により半導体
薄膜の結晶化が比較的均一に行なわれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】薄膜半導体装置は例え
ばアクティブマトリクス型表示装置の駆動基板等に好適
であり、近年盛んに開発が進められている。表示装置に
応用する場合ガラス等からなる透明絶縁基板の大型化及
び低コスト化が強く要求されている。例えば図６に示し
た例では、絶縁基板１のＸ方向寸法は４００mm〜５００
mmに達し、Ｙ方向寸法は３００〜４００mmに達してい
る。この様な大型化及び低コスト化を満たす為上述した
レーザビームを利用する結晶化レーザアニールが注目を
集めている。レーザビーム照射により比較的低温で半導
体薄膜を結晶化できる為低融点ガラス等比較的低コスト
の透明絶縁基板を採用できる。又、帯状のレーザビーム
４を走査しオーバーラップ照射する事で比較的大面積の
半導体薄膜を非晶質から多結晶に効率良く転換できる。
現在、レーザビームの光源としてはエキシマレーザが広
く用いられている。しかしながら、このエキシマレーザ
は出力パワーの関係でレーザビームの断面積を極端に大
きくする事はできない。この為、レーザビームを帯状も
しくは矩形状に整形して、これをオーバーラップしなが
ら走査（スキャニング）する事により、大型ガラス等か
らなる透明絶縁基板の全面に照射している。しかしなが
ら、このスキャニング時にレーザビーム４のエネルギー
分布の影響により結晶の粒径等が不均一になる。これに
より表示装置等に集積形成された駆動用薄膜トランジス
タの動作特性がばらつく様になる為、均一な表示を行な
う事が困難であるという課題がある。

【０００４】一般に、エキシマレーザは約２００Ｗの出
力パワーを有している。図７に示す様に、レーザビーム
４を帯状に整形してパワーの集中化を図っている。図示
の例では帯状レーザビーム４の照射領域はＸ方向が０．
３mm（３００μｍ）程度であり、Ｙ方向の寸法が１５０
mm程度である。このレーザビーム４をＸ方向に走査しな
がら間欠的に照射する事で絶縁基板の全面に成膜された
半導体薄膜を結晶化できる。

【０００５】図８は帯状に整形されたレーザビーム４の
Ｘ方向（横方向）に沿ったエネルギー分布を模式的に表
わしている。このエネルギー分布は中央の平坦部４１と
その両側の傾斜部４２とを有しており全体として略台形
プロファイルとなっている。平坦部４１の幅は例えば３
００μｍであり、そのエネルギーレベルをＥＭで表わし
ている。一方、各傾斜部４２の幅は２０μｍ程度であ
る。この傾斜部４２はレーザビームを帯状に整形する光
学系の作用により必然的に生じるものである。レーザビ
ーム４は所定の閾値ＥＣを超えたエネルギー分布を有し
ており、これを照射する事により半導体薄膜を溶融冷却
し非晶質から多結晶に転換する。閾値ＥＣ以下のエネル
ギーでは半導体薄膜が溶融しない為結晶化は促進されな
い。

【０００６】図９はレーザビームをオーバーラップしな
がらスキャニング照射する状態を模式的に表わしたもの
である。従来、例えば９０％のオーバーラップでレーザ
ビームを繰り返し間欠照射している。レーザビームのＸ
方向幅が３００μｍである場合間欠照射の１ステップ当
たり移動量は３０μｍになる。従って、間欠照射を１０
回繰り返す事によりレーザビームがそのＸ方向幅分３０
０μｍだけ走査される事になる。図９の（Ａ）では１〜
10で示す１０回分の照射が１サイクルとなっており、次
ので表わす照射で前のサイクルから後のサイクルに抜
ける事になる。

【０００７】（Ｂ）は半導体薄膜２上における特定領域
４３をハッチングで示しており、そのＸ方向幅は３０μ
ｍである。この特定領域４３に着目すると、これには１
から10で示すレーザビームが１０回繰り返して照射され
る事になる。例えば９で示すレーザビームの場合、その
平坦部４１が特定領域４３に照射される。従って、この
特定領域４３には高いエネルギーレベルＥＭが加えられ
るので半導体薄膜２が加熱溶融した後冷却過程で結晶化
する。同様に最後の10で示すレーザビームの場合でも特
定領域４３にはエネルギー分布の平坦部４１が照射され
る為十分な溶融冷却が行なわれる。この様に、溶融冷却
を１０回繰り返す事により結晶粒径が拡大する。ところ
で次のサイクルに移行すると１で示すレーザビームの丁
度傾斜部４２が特定領域４３の一部に照射される。この
時、（Ａ）で示す閾値ＥＣより下の範囲の傾斜部の照射
を受けた特定領域４３の部分は溶融温度に達しない為先
の10で示すレーザビームにより結晶化された良好な状態
がそのまま維持できる。しかしながら、閾値ＥＣを超え
る範囲の傾斜部４２の照射を受けた特定領域４３の部分
は再び溶融する為先の良好な結晶状態が乱される。

【０００８】（Ｃ）に示す様に、特定領域は閾値ＥＣを
超える傾斜部４２が照射される第１領域４３１と閾値Ｅ
Ｃを下回る傾斜部４２の部分が照射される第２領域４３
２と、１で示すレーザビームが全く照射されない第３領
域４３３とに別れる。第２領域４３２及び第３領域４３
３は１で示すレーザビームが照射されても溶融温度に達
しない為、前の10で示すレーザビームにより得られた良
好な結晶状態が保持される。これに対し、第１領域４３
１は閾値ＥＣを超えるエネルギーが照射される為溶融冷
却が起こり、先に得られた良好な結晶状態が乱される。
一般に、閾値ＥＣより上で突沸を起こさない範囲までを
考えると、エネルギーが高いほど大きな結晶粒径が得ら
れる。第２領域４３２及び第３領域４３３は10に示すレ
ーザビームの照射で高いエネルギーレベルＥＭが加えら
れ大きな結晶粒径が次の１で示すレーザビームの影響を
受ける事なくそのまま保存されるのに対し、第１領域４
３１はＥＣとＥＭの間の比較的低いエネルギーが１で示
すレーザビームの照射により加えられるので、先の大き
な結晶粒径が保存されず不十分な溶融冷却が生じる為結
晶粒径が小さくなる。この結果（Ｃ）に示す様に、半導
体薄膜２の表面は３０μｍのピッチで結晶粒径の比較的
大きな第２領域４３２及び第３領域４３３と結晶粒径の
比較的小さな第１領域４３１が交互に配列し混在する事
になるので、全体として半導体薄膜２の結晶の均一性が
損なわれる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為以下の手段を講じた。即ち、本発明によ
れば薄膜半導体装置は以下の工程により製造される。基
本的には先ず成膜工程を行ない、縦方向及び横方向に広
がる絶縁基板の表面に非晶質の半導体薄膜を形成する。
次にレーザアニール工程を行ない、閾値を超えたエネル
ギーを有するレーザビームを照射して該半導体薄膜を溶
融冷却し非晶質から多結晶に転換する。この後加工工程
を行ない、該半導体薄膜を活性層として薄膜トランジス
タを集積形成する。具体的には、前記レーザアニール工
程は、該絶縁基板の縦方向に沿って帯状に形成されたレ
ーザビームのパルスを該絶縁基板に間欠照射し且つその
照射領域を部分的に重ねながら絶縁基板に対して相対的
に横方向に移動する。特徴事項として、前記レーザビー
ムは横方向に沿ったエネルギー分布が中央の平坦部とそ
の両側の傾斜部とを有しており、少なくとも閾値を超え
た範囲で傾斜部を急峻化して照射領域の横方向後端部に
おける溶融温度又は溶融時間が実質的に照射領域の内部
と等しくさせる。例えば、前記レーザアニール工程は、
帯状のスリットを介してレーザビームを照射する事によ
りエネルギー分布の傾斜部を急峻化する。好ましくは、
前記レーザアニール工程は閾値を超えた範囲における傾
斜部の幅が３μｍ以内である。本発明の他の側面によれ
ば、照射領域の重なり部分を大きくして間欠照射の繰り
返し回数を増す事で閾値を上昇させ、閾値を超えた範囲
におけるエネルギー分布の傾斜部の幅を縮小化して照射
領域の横方向後端部における溶融温度又は溶融時間が実
質的に内部と等しくする。

【００１０】本発明によれば、帯状に形成されたレーザ
ビームは横方向に沿ったエネルギー分布が略台形プロフ
ァイルとなっている。少なくとも閾値を超えた範囲で台
形プロファイルの傾斜部を急峻化している。これによ
り、閾値を超えた範囲における傾斜部の幅が例えば３μ
ｍ以内（好ましくは１μｍ以内）に抑える事ができる。
この傾斜部の幅は極めて狭い為横方向の熱伝導により平
坦部と同程度まで瞬時に昇温する。換言すると、平坦部
と傾斜部との間にエネルギー差があるにも関わらずこれ
らの照射を受けた部位では瞬間的な熱伝導の為温度差は
実質的に生じない。即ち、照射領域の横方向後端部にお
ける溶融温度又は溶融時間が実質的に内部と等しくなる
為、エネルギー分布に傾斜部が含まれているにも関わら
ず結晶粒径は均一である。エネルギー分布の傾斜部を急
峻化させる代わりに間欠照射の繰り返し回数を増す事で
閾値を上昇させ、閾値を超えた範囲におけるエネルギー
分布の傾斜部の幅を縮小化できる。即ち、閾値を上昇さ
せる事は傾斜部を急峻化させる事と実際の作用では等価
になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の最良
な実施形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかる薄
膜半導体装置製造方法の主要部をなすレーザアニール工
程を示す模式図である。（Ａ）に示す様に、結晶化レー
ザアニールを行なう場合、ＸＹステージ１１が組み込ま
れたアニールチャンバ１２の中に低融点ガラス等からな
る絶縁基板１を投入する。この絶縁基板１の表面には予
め非単結晶性の半導体薄膜２が成膜されている。半導体
薄膜２としては例えばＰ−ＣＶＤ法により非晶質シリコ
ンが形成される。このチャンバ１２内で例えばＸｅＣｌ
エキシマレーザ光源３から放射されたレーザビーム４を
絶縁基板１に照射する。これにより非晶質シリコンは一
旦溶融し、冷却過程で結晶化が行なわれ多結晶シリコン
に転換する。これにより半導体薄膜２のキャリア移動度
が高くなり薄膜トランジスタの電気特性を改善できる。
なお、レーザビーム４の断面形状を帯状（ライン状）に
整形し且つエネルギー断面強度の均一性を保つ為、ビー
ム形成器５が挿入されている。ビーム形成器５を通過し
た帯状のレーザビーム４は反射鏡６で反射した後、マス
ク１５を介してチャンバ１２内に収納された絶縁基板１
に照射される。レーザビーム４のパルスを間欠照射する
際、これに同期してＸＹステージ１１を−Ｘ方向にステ
ップ移動する。これによりレーザビーム４の照射領域を
部分的に重ねながら絶縁基板１に対して相対的にレーザ
ビーム４をＸ方向（横方向）に移動する。

【００１２】（Ｂ）に示す様に、レーザビーム４はＸ方
向に沿ったエネルギー分布が中央の平坦部４１とその両
側の傾斜部４２とを有しており略台形プロファイルとな
っている。平坦部４１のエネルギーレベルはＥＭで表わ
されている。特徴事項として、少なくとも閾値ＥＣを超
えた範囲で傾斜部４２を急峻化して照射領域のＸ方向後
端部における溶融温度が実質的に内部と等しくなる様に
制御する。具体的には、マスク１５に形成された帯状の
スリット１５ａを介してレーザビーム４を照射する事に
よりエネルギー分布の傾斜部４２を急峻化している。こ
の様にすると、閾値ＥＣを超えた範囲における傾斜部４
２の幅を３μｍ以内（好ましくは１μｍ以内）に調整す
る事が可能である。この為には、マスク１５を可能な限
り絶縁基板１の表面に接近させる必要がある。例えば、
スリット１５ａのＸ方向に沿った開口幅が３００μｍの
場合、マスク１５と絶縁基板１の表面との間隙寸法を数
μｍ程度まで接近させると良い。なお、マスク１５を用
いてエネルギー分布の傾斜部を急峻化させた場合、閾値
ＥＣを超える範囲はもちろんこれを下回る範囲も略垂直
に近くまで急峻化される。但し、本発明はこれに限られ
るものではなく閾値ＥＣを下回る範囲については半導体
薄膜２の結晶化に影響を及ぼす事がないので点線に示す
様に大きなスロープとなっても良い。

【００１３】図２はレーザビームの間欠照射とこれによ
って生じる半導体薄膜の結晶状態を示す模式図である。
なお、理解を容易にする為図９と対応する部分には対応
する参照番号を付してある。図１に示したマスク１５の
スリット１５ａのＸ方向幅を３００μｍに設定した場合
を説明する。照射領域のオーバーラップを９０％に設定
すると、（Ａ）に示す様に１から10の１０回の間欠照射
で１サイクルが終了し、次のサイクルに移行する。間欠
照射のステップ幅は３０μｍである。本発明の特徴事項
として、エネルギー分布の傾斜部４２は急峻化されてお
り、閾値ＥＣを超える範囲で傾斜部４２のＸ方向幅が３
μｍ以内である。

【００１４】（Ｂ）は、半導体薄膜２の特定領域４３を
ハッチングで表わしている。この特定領域４３のＸ方向
幅は３０μｍである。この特定領域４３に対して１から
10で示す１０発のレーザビームが重ねて照射される。例
えば９で示すレーザビームではその平坦部４１が特定領
域４３に照射され、10で示すレーザビームもその平坦部
が特定領域４３に照射される。この平坦部のエネルギー
レベルＥＭは閾値ＥＣより十分に高い為大きな結晶粒径
が得られる。この様にして１から10で示す１サイクルの
繰り返しレーザビーム照射が終了すると、再び１で示す
次のレーザビームの照射サイクルに入る。このレーザビ
ームは１１発目に相当するので特定領域４３から抜ける
事になる。しかしながら、その後端側傾斜部４２が一部
特定領域４３にかかっている。

【００１５】（Ｃ）は特定領域４３内における結晶状態
を表わしている。第１領域４３１には次のサイクルにお
ける１で示したレーザビームの閾値ＥＣを超える傾斜部
４２の範囲が照射される。従って、第１領域４３１では
溶融冷却が生じる。しかしながら、そのＸ方向幅は約３
μｍ以内でありその右側に位置する第４領域４３４から
の熱伝導により十分な熱エネルギーの供給を受ける為後
端側の第１領域４３１と内部の第４領域４３４との間で
殆ど温度差が生じない。即ち、第４領域４３４には１で
示すレーザビームの平坦部４１が照射される為十分な熱
量が加えられる。これに隣接する第３領域４３１の幅は
３μｍ以内で極めて狭く熱伝導により瞬時に第４領域４
３４と同程度まで昇温する。従って第１領域４３１にお
ける溶融冷却過程は第４領域４３４における溶融冷却過
程と略同一であり均一な結晶粒径が得られる。なお、閾
値ＥＣ以下のエネルギーが供給される第２領域４３２及
びエネルギーが全く供給されない第３領域４３３は、10
で示す最後のレーザビームの照射により結晶化された状
態がそのまま保存される。従って、半導体薄膜２は略全
面に渡って均一な結晶粒径が得られる。

【００１６】図３は本発明にかかるレーザアニールの他
の実施形態を示す模式図である。理解を容易にする為図
９と対応する部分には対応する参照番号を付してある。
本実施形態では照射量域の重なり部分を大きくして間欠
照射の繰り返し回数を増す事で閾値を最初のＥＣ１から
最後のＥＣ２まで上昇させ、閾値ＥＣ２を超えた範囲に
おけるエネルギー分布の傾斜部の幅を例えば１μｍ以内
まで縮小化して照射領域の横方向後端部における溶融温
度が実質的に内部と等しくなる様にしている。具体的に
は（Ａ）で示す様に、照射領域の重なり部分を大きくし
て９５％オーバーラップとしている。図９に示した従来
例が９０％オーバーラップで間欠照射のステップ幅が３
０μｍであるのに対し、本実施形態では９５％オーバー
ラップとなる為間欠照射のステップ幅は１５μｍとな
る。この間欠照射を１から20で示す様に２０回繰り返す
事によりレーザビームのＸ方向幅３００μｍ分だけ照射
する事ができ１サイクルが完了する。即ち、図９に示し
た従来例に比し１サイクル当たり間欠照射の繰り返し回
数が１０回から２０回に増えている。この様に照射を繰
り返すと結晶粒径がこれにつれて大きく成長する。この
結果最初の閾値レベルＥＣ１が１サイクルの終了時点で
はＥＣ２まで上昇する。即ち、結晶粒径が成長するにつ
れ溶融温度が上方シフトするので閾値ＥＣが高くなる。

【００１７】（Ｂ）は半導体薄膜２に設定された特定領
域４３をハッチングで示している。この特定領域４３の
Ｘ方向幅は１５μｍであり、これに１から20で示す２０
発のレーザビームが重ねて照射される。次のサイクルの
１で示すレーザビームはこの特定領域４３を抜け隣接す
る次の特定領域に移行する。しかしながら、１で示すレ
ーザビームの後端側傾斜部４２はこの特定領域４３にか
かっている。即ち、特定領域４３は１サイクルのレーザ
ビーム照射が完了したにも関わらず次のサイクルの１で
示す１発目のレーザビームの後端側傾斜部４２が照射さ
れる事になる。

【００１８】（Ｃ）は上述した特定領域４３における結
晶状態を模式的に表わしている。特定領域４３は第１領
域４３１と第２領域４３２に別れている。第１領域４３
１には１で示すレーザビームの閾値ＥＣ２を超える傾斜
部４２が照射される。一方第２領域４３２には同じく１
で示すレーザビームの閾値ＥＣ２を下回る範囲の傾斜部
４２が照射される。この結果第１領域４３１には結晶の
溶融冷却が生じる一方第２領域４３２には溶融冷却は生
ぜず、前のサイクルで形成された大粒径の結晶がそのま
ま保存される。第１領域４３１のＸ方向幅は例えば１μ
ｍ以内であり、これと隣接する第４領域４３４から瞬時
に大量の熱の供給を受ける。従って、１で示すレーザビ
ームの平坦部４１が照射される第４領域４３４と略等し
い温度まで第１領域４３１は昇温する。従って、第１領
域４３１における溶融温度は略第４領域４３４における
溶融温度と等しくなり、同等な品質の結晶が得られる。
換言すると、第１領域４３１の存在は略無視する事が可
能であり、半導体薄膜２の全面に渡って均一な結晶状態
が得られる。図２の（Ａ）と図３の（Ａ）を比較すれば
明らかな様に、先の実施形態では傾斜部を急峻化して閾
値ＥＣを超える傾斜部の範囲のＸ方向幅を縮小化してい
るのに対し、本実施形態では間欠照射の繰り返し回数を
増やす事で閾値ＥＣを上昇させこれにより閾値を上回る
傾斜部のＸ方向幅を縮小化している。何れの実施形態
も、結晶の溶融冷却に影響を与える閾値レベル以上の傾
斜部の範囲を狭める点で共通している。

【００１９】図４は、本発明に従って製造された薄膜半
導体装置の一例を示す模式的な断面図である。絶縁基板
５１の表面には半導体薄膜５２が所定の形状にパタニン
グされており素子領域を形成する。この半導体薄膜５２
は本発明に従ってレーザアニールされたものである。こ
の為半導体薄膜５２は均一な多結晶構造を有し薄膜トラ
ンジスタの活性層として優れた特性を備えている。半導
体薄膜５２には不純物が高濃度に拡散されたソース領域
Ｓとドレイン領域Ｄとが形成されており両者の間にチャ
ネル領域Ｃｈが設けられる。チャネル領域Ｃｈの上方に
はゲート酸化膜５３及びゲート窒化膜５４を介してゲー
ト電極Ｇが形成されており、薄膜トランジスタを構成す
る。この薄膜トランジスタは移動度μや閾値Ｖｔｈ等の
点で特性が向上している。この薄膜トランジスタは第１
層間絶縁膜５５により被覆されている。この第１層間絶
縁膜５５に設けられた第１コンタクトホールを介して信
号ライン５６がソース領域Ｓに電気接続されている。第
１層間絶縁膜５５の上にはさらに第２層間絶縁膜５７が
成膜される。この第２層間絶縁膜５７の上にはＩＴＯ等
の透明導電膜からなる画素電極５８がパタニング形成さ
れており、第２コンタクトホールを介して薄膜トランジ
スタのドレイン領域Ｄに電気接続されている。かかる構
成を有する薄膜半導体装置は例えばアクティブマトリク
ス型表示装置の駆動基板として応用される。

【００２０】最後に図５を参照して、本発明に従って製
造されたアクティブマトリクス型表示装置の一例を簡潔
に説明する。本表示装置は駆動基板１０１と対向基板１
０２と両者の間に保持された電気光学物質１０３とを備
えたパネル構造を有する。電気光学物質１０３としては
液晶材料等が広く用いられている。駆動基板１０１は大
面積化が可能であり且つ比較的低コストのガラス等を用
いる事ができる。駆動基板１０１には画素アレイ部１０
４と駆動回路部とが集積形成されており、モノリシック
構造を採用できる。即ち、画素アレイ部１０４に加え周
辺の駆動回路部を一体的に内蔵する事ができる。駆動回
路部は垂直駆動回路１０５と水平駆動回路１０６とに別
れている。又、駆動基板１０１の周辺部上端には外部接
続用の端子部１０７が形成されている。端子部１０７は
配線１０８を介して垂直駆動回路１０５及び水平駆動回
路１０６に接続している。一方、対向基板１０２の内表
面には対向電極（図示せず）が全面的に形成されてい
る。画素アレイ部１０４には行状のゲートライン１０９
と列状の信号ライン１１０が形成されている。ゲートラ
イン１０９は垂直駆動回路１０５に接続し、信号ライン
１１０は水平駆動回路１０６に接続する。両ラインの交
差部には画素電極１１１とこれを駆動する薄膜トランジ
スタ１１２が集積形成されている。又、垂直駆動回路１
０５及び水平駆動回路１０６にも薄膜トランジスタが集
積形成されている。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、レ
ーザビームは横方向に沿ったエネルギー分布が中央の平
坦部とその両側の傾斜部とを有しており、特徴事項とし
て少なくとも閾値を超えた範囲で傾斜部を急峻化して照
射領域の横方向後端部における溶融温度が実質的に内部
と等しくなる様に調整している。あるいは、照射領域の
重なり部分を大きくして間欠照射の繰り返し回数を増す
事で閾値を上昇させ、閾値を超えた範囲におけるエネル
ギー分布の傾斜部の幅を縮小化して照射領域の横方向後
端部における溶融温度が実質的に内部と等しくなる様に
調整している。かかる調整により、半導体薄膜の結晶化
を均一化可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる薄膜半導体装置製造方法を示す
説明図である。

【図２】レーザビームの間欠照射を示す模式図である。

【図３】同じくレーザビームの間欠照射を示す模式図で
ある。

【図４】本発明に従って製造された薄膜半導体装置の一
例を示す断面図である。

【図５】図４に示した薄膜半導体装置を駆動基板として
組み立てたアクティブマトリクス型表示装置の一例を示
す斜視図である。

【図６】従来のレーザアニールを示す模式図である。

【図７】従来のレーザビームの形状を示す模式図であ
る。

【図８】従来のレーザビームのエネルギー分布を示すグ
ラフである。

【図９】従来のレーザビームの間欠照射を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１…絶縁基板、２…半導体薄膜、３…エキシマレーザ光
源、４…レーザビーム、５…ビーム形成器、６…反射
鏡、１１…ＸＹステージ、１２…チャンバ、１５…マス
ク、１５ａ…スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/12 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１２

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦方向及び横方向に広がる絶縁基板の表
   面に非晶質の半導体薄膜を形成する成膜工程と、閾値を
   超えたエネルギーを有するレーザビームを照射して該半
   導体薄膜を溶融冷却し非晶質から多結晶に転換するレー
   ザアニール工程と、該半導体薄膜を活性層として薄膜ト
   ランジスタを集積形成する加工工程とを行なう薄膜半導
   体装置の製造方法であって、 前記レーザアニール工程は、該絶縁基板の縦方向に沿っ
   て帯状に形成されたレーザビームのパルスを該絶縁基板
   に間欠照射し且つその照射領域を部分的に重ねながら絶
   縁基板に対して相対的に横方向に移動する工程であり、 前記レーザビームは横方向に沿ったエネルギー分布が中
   央の平坦部とその両側の傾斜部とを有しており、少なく
   とも閾値を超えた範囲で傾斜部を急峻化して照射領域の
   横方向後端部における溶融温度又は溶融時間が実質的に
   照射領域の内部と等しくなる様にした事を特徴とする薄
   膜半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記レーザアニール工程は、帯状のスリ
   ットを介してレーザビームを照射してエネルギー分布の
   傾斜部を急峻化する事を特徴とする請求項１記載の薄膜
   半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記レーザアニール工程は、閾値を超え
   た範囲における傾斜部の幅が３μｍ以内である事を特徴
   とする請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 縦方向及び横方向に広がる絶縁基板の表
   面に非晶質の半導体薄膜を形成する成膜工程と、閾値を
   超えたエネルギーを有するレーザビームを照射して該半
   導体薄膜を溶融冷却し非晶質から多結晶に転換するレー
   ザアニール工程と、該半導体薄膜を活性層として薄膜ト
   ランジスタを集積形成する加工工程とを行なう薄膜半導
   体装置の製造方法であって、 前記レーザアニール工程は、該絶縁基板の縦方向に沿っ
   て帯状に形成されたレーザビームのパルスを該絶縁基板
   に繰り返し間欠照射し且つその照射領域を部分的に重ね
   ながら絶縁基板に対して相対的に横方向に移動する工程
   であり、 前記レーザビームは横方向に沿ったエネルギー分布が中
   央の平坦部とその両側の傾斜部とを有しており、照射領
   域の重なり部分を大きくして間欠照射の繰り返し回数を
   増す事で閾値を上昇させ、閾値を超えた範囲におけるエ
   ネルギー分布の傾斜部の幅を縮小化して照射領域の横方
   向後端部における溶融温度又は溶融時間が実質的に照射
   領域の内部と等しくなる様にした事を特徴とする薄膜半
   導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記レーザアニール工程は、閾値を超え
   た範囲における傾斜部の幅が繰り返し照射の最後の段階
   で１μｍ以内となる様に繰り返し回数を設定する事を特
   徴とする請求項４記載の薄膜半導体装置の製造方法。