JPH0951104A - 半導体作製方法および半導体装置の作製方法および液晶電気光学装置の作製方法 - Google Patents

半導体作製方法および半導体装置の作製方法および液晶電気光学装置の作製方法

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JPH0951104A JP22256395A JP22256395A JPH0951104A JP H0951104 A JPH0951104 A JP H0951104A JP 22256395 A JP22256395 A JP 22256395A JP 22256395 A JP22256395 A JP 22256395A JP H0951104 A JPH0951104 A JP H0951104A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラス基板上に形成される結晶性珪素膜であ
って、基板面内において均一な結晶性を有する結晶性珪
素膜を得、かつ基板を平坦にする。 【構成】 ガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜に対
して、線状レーザービームを走査しながら照射するに際
し、前記ガラス基板を、凸曲面を呈するように設置し、
加熱状態において、前記凸曲面に概略対応した逆Ｕ字型
の焦点分布を有する線状レーザービームを走査しながら
照射し、その後徐冷する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス基板上に設けら
れた非単結晶の結晶性珪素膜を用いて形成される薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）等の絶縁ゲイト型半導体装置その
他の半導体装置の作製に関わる工程で、均質性の高い結
晶性珪素膜を得ることを特徴とする半導体の作製方法に
関するものである。本発明は、ガラス基板上に形成され
る半導体装置の作製に特に有用である。
【０００２】
【従来の技術】最近、絶縁基板上に、薄膜状の活性層
（活性領域ともいう）を有する絶縁ゲイト型電界効果ト
ランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が熱
心に研究されている。これらは、利用する半導体の材料
・結晶状態によって、アモルファスシリコンＴＦＴや結
晶性シリコンＴＦＴと言うように区別されている。結晶
性シリコンとは言っても、単結晶ではない非単結晶のも
のである。したがって、これらは非単結晶シリコンＴＦ
Ｔと総称される。
【０００３】一般に、アモルファス状態の半導体の電界
移動度は小さく、したがって、高速動作が要求されるＴ
ＦＴには利用できない。また、アモルファスシリコンで
は、Ｐ型の電界移動度は著しく小さいので、Ｐチャネル
型のＴＦＴ（ＰＭＯＳのＴＦＴ）を作製することが出来
ず、したがって、Ｐチャネル型のＴＦＴとＮチャネル型
ＴＦＴ（ＮＭＯＳのＴＦＴ）と組み合わせて、相補型の
ＭＯＳ回路（ＣＭＯＳ）を形成することができない。一
方、結晶性半導体は、アモルファス半導体よりも電界移
動度が大きく、したがって、高速動作が可能である。結
晶性シリコンでは、ＮＭＯＳのＴＦＴだけでなく、ＰＭ
ＯＳのＴＦＴも同様に得られるのでＣＭＯＳ回路を形成
することが可能である。
【０００４】非単結晶の結晶性シリコン膜は、気相成長
法によって得られたアモルファスシリコン膜を長時間適
切な温度（通常は６００℃以上）で熱アニールするか、
レーザー等の強光を照射すること（光アニール）によっ
て得られた。しかしながら、絶縁基板として安価で加工
性に富むガラス基板を用いる場合、熱アニールのみで電
界移動度の十分に高い（ＣＭＯＳ回路を形成することが
可能な程度に高い）結晶性珪素膜を得ることは困難を極
めた。というのは、前述のようなガラス基板は一般に歪
み点温度が低く（６００℃程度）、移動度が十分に高い
結晶性珪素膜を得るために必要な温度まで、基板温度を
高めると、基板が歪んでしまうためである。
【０００５】一方、ガラス基板をベースにした珪素膜の
結晶化に光アニールを用いる場合、基板の温度をあまり
高めることなく、珪素膜にのみ高いエネルギーを与える
ことが可能である。よって、ガラス基板をベースにした
シリコン膜の結晶化には、光アニールの技術が非常に有
効である。現在のところ、光アニールの光源としては、
エキシマレーザーのごとき大出力パルスレーザーが最適
視されている。このレーザーの最大エネルギーはアルゴ
ンイオン・レーザー等の連続発振レーザーに比べ非常に
大きく、したがって、数ｃｍ2 以上の大きなスポットを
用いて、より量産性を上げることができた。しかしなが
ら、通常用いられる正方形もしくは長方形の形状のビー
ムでは、１枚の大きな面積の基板を処理するには、ビー
ムを上下左右に移動させる必要があり、量産性の面で依
然として改善する余地があった。
【０００６】これに関しては、ビームを線状に変形し、
ビームの幅を処理すべき基板を越える長さとし、このビ
ームを基板に対して相対的に走査することによって、大
きく改善できた（ここでいう走査とは、線状レーザーを
すこしずつずらして重ねながら照射することを言う）。
詳細は特開平５ー１１２３５５号公報に記されている。
【０００７】光アニールの前に、熱アニールを行うこと
でさらに結晶性の高い珪素膜を作成できる。熱アニール
による方法に関しては、特開平６ー２４４１０４号公報
に記述されるように、ニッケル、鉄、コバルト、白金、
パラジュウム等の元素（以下、結晶化触媒元素、また
は、単に、触媒元素という）がアモルファスシリコンの
結晶化を促進する効果を利用することにより、通常の場
合よりも低温・短時間の熱アニールにより結晶性珪素膜
を得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ガラス基板上に非晶質
の珪素膜を設け、該膜を熱アニールした後、線状レーザ
ービームによりレーザーアニールを施す従来の方法によ
り形成された、結晶性珪素膜を用いて、マトリクス状に
並んだＴＦＴを形成し、それらのしきい値電圧の基板面
内における分布を調べた。図２に、従来の方法によって
形成された結晶性珪素膜を用いたＴＦＴのしきい値の基
板面内における分布を示す。この分布は、図２に示され
たようなＵ字状の分布となる。図４に、ガラス基板上の
ＴＦＴの配置を示す。図２のデータは、図４に示すよう
に、１００ｍｍ□のコーニング７０５９基板上の、４０
×５０ｍｍの領域に、ＴＦＴを、４００×３００個マト
リクス状に配置し、基板の中央部分における、端から端
までの横一列・４００個のＴＦＴ（図４中点線で囲んだ
部分）の各々の場所と対応して横軸としている。例え
ば、液晶ディスプレイの画素部分を構成する画素マトリ
クスが図２のようなしきい値電圧の分布を持っている
と、表示ムラや画像不良の原因となる。
【０００９】しきい値電圧が、基板面内においてこのよ
うなＵ字分布を示す原因を本出願人が追究した結果、該
Ｕ字分布の傾向が、レーザー照射直前の基板のそりの状
態と酷似していることをつきとめた。また、この基板の
そりは、非晶質珪素膜成膜直後のガラス基板には見られ
ず、その後の熱処理工程（これにより膜が固相成長を起
こし、結晶化する。）で、該熱処理終了後、基板を冷却
する際に、珪素膜がガラス基板よりも高い収縮をおこす
ために生じるそりであることが明らかとなった。このそ
りは、基板成膜面からみて、凹型に生じる。図３に、そ
りが生じたガラス基板上の珪素膜に対してレーザーアニ
ールを行う様子を示す。図３にみられるように、このよ
うなそりのある状態でレーザーアニールを行うと、レー
ザーの焦点が基板の場所々々で異なるずれ方をする。こ
のずれが珪素膜の結晶性の度合いを基板面内において異
ならしめ、その結果、しきい値電圧が基板面内において
特定の分布を示す原因となっていると考えられる。
【００１０】なお、図２に示すデータを得た基板におい
て、該基板のレーザー照射直前のそりは、そった基板表
面の、Ｕ字の底の部分と端の部分とで５０μｍ程度の差
であった。このそりの程度は上記熱処理工程の温度、処
理に要した時間、あるいは基板の材質等に依存するが、
１００ｍｍ角の基板を使用した場合、だいたい２０〜２
００μｍの範囲であった。
【００１１】また、ガラス基板上の非晶質珪素膜の熱結
晶化後だけではなく、非晶質珪素膜に対し、加熱しなが
らレーザーアニールを施した場合においても、徐冷後、
基板が凹型にそりが生じた。
【００１２】本発明は、ガラス基板上に形成される結晶
性珪素膜であって、基板面内において均一な結晶性を有
する結晶性珪素膜を得る作製方法を提供することを目的
とする。また、本発明は、ガラス基板上に形成される複
数の結晶性シリコンＴＦＴであって、基板面内における
しきい値電圧が均一な結晶性シリコンＴＦＴを得る作製
方法を提供することを目的とする。特に、熱アニール
と、その後のレーザーアニール工程を有する、ガラス基
板上の珪素膜結晶化工程において、基板面内において均
一な結晶性を有せしめ、さらに、該膜を用いて、しきい
値電圧が基板面内において均一な結晶性シリコンＴＦＴ
を得る作製方法を提供することを目的とする。また、非
晶質珪素膜や結晶性珪素膜に対し、加熱しながらレーザ
ーアニールを施し、徐冷した後において、平坦な基板を
得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、半導体膜が設けられた非平坦の被照射面
に対して照射される線状レーザービームの、線方向の焦
点が、前記被照射面の断面形状に概略一致するように分
布していることを特徴とする半導体作製方法である。
【００１４】本発明の他の構成は、非平坦の被照射面上
に設けられた半導体膜に対して、線状レーザービームを
走査しながら照射するに際し、前記線状レーザービーム
の線方向の焦点は、前記被照射面の断面形状に概略一致
するように分布していることを特徴とする半導体作製方
法である。
【００１５】本発明の他の構成は、ガラス基板上に成膜
された非晶質珪素膜に対して、線状レーザービームを走
査しながら照射するに際し、前記ガラス基板を、凸曲面
を呈するように設置し、加熱状態において、前記凸曲面
に概略対応した逆Ｕ字型の焦点分布を有する線状レーザ
ービームを走査しながら照射し、その後徐冷することを
特徴とする半導体作製方法である。
【００１６】本発明の他の構成は、ガラス基板上に成膜
された非晶質珪素膜を加熱により結晶性珪素膜とし、該
結晶性珪素膜に対して、線状レーザービームを走査しな
がら照射するに際し、前記ガラス基板を、凸曲面を呈す
るように設置し、加熱状態において、前記凸曲面に概略
対応した逆Ｕ字型の焦点分布を有する線状レーザービー
ムを走査しながら照射し、その後徐冷することを特徴と
する半導体作製方法である。
【００１７】上記構成において、逆Ｕ字型の焦点分布を
有する線状レーザービームの走査しながらの照射は、走
査方向における前記凸曲面の高さの変動に対応して前記
ガラス基板の高さ、または前記線状レーザービームの焦
点の高さを変動させてもよい。
【００１８】本発明の他の構成は、ガラス基板上に成膜
された非晶質珪素膜に対して、線状レーザービームを走
査しながら照射するに際し、前記ガラス基板を、逆Ｕ字
型の凸曲面を呈するように設置し、加熱状態において、
前記逆Ｕ字型の凸曲面に概略対応した逆Ｕ字型の焦点分
布を有する線状レーザービームを走査しながら照射し、
その後徐冷することを特徴とする半導体作製方法であ
る。
【００１９】本発明の他の構成は、ガラス基板上に成膜
された非晶質珪素膜を加熱により結晶性珪素膜とし、該
結晶性珪素膜に対して、線状レーザービームを走査しな
がら照射するに際し、前記ガラス基板を、逆Ｕ字型の凸
曲面を呈するように設置し、加熱状態において、前記逆
Ｕ字型の凸曲面に概略対応した逆Ｕ字型の焦点分布を有
する線状レーザービームを走査しながら照射し、その後
徐冷することを特徴とする半導体作製方法である。
【００２０】上記構成において、前記ガラス基板は、例
えば、凸曲面、または逆Ｕ字型の凸曲面を有する台に、
前記ガラス基板の端部を押さえつけて設置してもよい。
【００２１】上記加熱状態は、前記ガラス基板を、室温
より高い温度から前記ガラス基板の歪み点温度の７０％
の温度（絶対零度を基準）の範囲の温度に保持すること
が好ましい。また、基板の加熱は、基板下に設置された
ヒータによりヘリウムガスを温め、さらに、加熱された
ヘリウムガスを基板の下で循環させることによって行う
ようにしてもよい。
【００２２】また、上記のいずれの構成においても、線
状レーザービームの線幅方向のエネルギー分布として、
レーザービームの最大エネルギーを１として、エネルギ
ーが０．９５であるところのビーム幅をＬ１、エネルギ
ーが０．７であるところのビーム幅を、Ｌ１＋Ｌ２（線
幅の一方）＋Ｌ３（線幅の他方）としたとき、不等式
０．５Ｌ１≦Ｌ２≦Ｌ１、０．５Ｌ１≦Ｌ３≦Ｌ１を共
に満たすものは、好ましい。とくに、線状レーザービー
ムが有する焦点深度は、±約４００μｍ以下程度である
ことが好ましい。
【００２３】
【作用】本発明は、非晶質の珪素膜が形成された平坦な
ガラス基板、または、非晶質珪素膜熱結晶化後の、被膜
形成面側に凹型にそったガラス基板を、凸曲面あるいは
逆Ｕ字型の凸曲面を有する台の上に、前記曲面に沿うよ
うに設置し、この状態を維持したまま、前記ガラス基板
の温度を、室温より高い温度から、該ガラス基板の歪み
点温度の７０％の温度（絶対零度を基準）の範囲の特定
の温度に保ちながら、前記ガラス基板が形成する曲面に
対応した焦点分布を持つ線状レーザービームを、前記ガ
ラス基板上の前記非晶質珪素膜、または結晶性珪素膜に
照射し、その後徐冷するものである。レーザー照射後の
徐冷の際、珪素膜はガラス基板よりも高い収縮を示し、
その結果、ガラス基板は、曲面型から平坦な状態とな
る。
【００２４】このようにすることで、ガラス基板上に均
質な結晶性を有する結晶性珪素膜を形成し、かつ基板を
平坦にすることができ、基板面内において均質な移動度
を有する結晶性珪素膜を得、均質な特性を有する薄膜ト
ランジスタや、該薄膜トランジスタを用いた、液晶電気
光学装置を実現できる。基板が平坦であるので、液晶電
気光学装置の作製を、精度よく容易に行うことが可能で
ある。
【００２５】台が有する凸曲面は、レーザー照射後の徐
冷によって、珪素膜を有するガラス基板が平坦になる程
度の形状に設定される。
【００２６】このような作製工程を実現するために、線
状レーザービームを用いてレーザーアニールを行う際
に、照射するレーザービームの焦点を、被照射面の形状
（線状レーザービームが照射される箇所の、該ビーム線
方向の断面形状）に合わせることで、曲面を有する被照
射面に対して、均質なレーザーアニールを行うものであ
る。
【００２７】図１に、逆Ｕ字型の焦点を有する線状レー
ザービームの例を示す。被照射面が、基板を一方向に湾
曲させた形状である、逆Ｕ字型の曲面を有しているので
あれば、図１に示すように、線方向において該曲面に対
応した逆Ｕ字型の焦点を有する線状レーザービームを、
被照射面にあわせて照射する。図１２に、レーザー照射
の例を示す。図１２示すように、逆Ｕ字型の焦点を有す
る線状レーザービームを、台上に載置されたガラス基板
の表面が呈する曲面にあわせて照射しながら、台を、レ
ーザービームの線幅方向に相対的に移動させることによ
り、前記曲面を有する被照射面に対し、基板面内におい
て均質なレーザーアニールを行うことができる。
【００２８】他方、被照射面が、単純なＵ字型ではな
く、面の中央が高く、周囲が低い凸型曲面を有している
場合、被照射面は、線状レーザービームの線方向のみで
なく、線幅方向すなわち移動方向においても高低差を有
している。図１３に、レーザー照射の例を示す。この場
合、図１３に示すように、逆Ｕ字型の焦点を有する線状
レーザービームを照射するに際し、ガラス基板を載置し
た台を水平方向の移動とともに、高さ方向にも変動さ
せ、被照射面の位置が、常にレーザービームの焦点位置
となるように制御する。あるいは、基板を載置した台の
高さは固定とし、レンズを調整してレーザービームの焦
点を制御してもよい。これらの制御は、あらかじめ分か
っている基板の厚さや凸曲面の形状等のデータに基づい
て行えばよい。あるいは、レーザー変位計等を用いて、
被照射面の高さを測定し、それに基づいて自動的に基板
の高さや焦点を変化させてもよい。
【００２９】凸曲面を形成したガラス基板にレーザーア
ニールを行う際に、線状レーザービームとして、線方向
における焦点が、逆Ｕ字型の分布を持つものを用いるた
めには、レーザー照射直前に通過するシリンドリカルレ
ンズに、線方向において焦点が異なるもの、例えば逆Ｕ
字型のものを用いる。図９に、線方向において、焦点が
異なるシリンドリカルレンズの例を示す。図９のシリン
ドリカルレンズは、焦点の異なる複数のシリンドリカル
レンズを組み合わせて構成されている。図１０に、線方
向において、焦点が異なるシリンドリカルレンズの他の
例を示す。図１０に示すような、図９記載の焦点の異な
る複数のシリンドリカルレンズをスムーズにつなげた構
成により、より緻密な焦点分布の形状を実現できる。こ
のようなシリンドリカルレンズは、照射する対象となる
表面形状に対応して、逆Ｕ字型のみならずさまざまな焦
点を有せしめることができる。
【００３０】上記構成に加え、レーザービームのエネル
ギー分布を次のようにしても有効である。図１５にレー
ザービームのエネルギー分布を示す。本発明において
は、レーザービームの焦点における、線幅方向のエネル
ギー分布を、図１５（ａ）に示す、従来の一般的な、矩
形のエネルギー分布のみではなく、図１５（ｂ）に示
す、台形状のエネルギー分布を用いてもよい。一般的に
使用されるレーザービームの線幅方向のエネルギー分布
は、図１５（ａ）に示す、矩形である。図１５におい
て、レーザービームのエネルギー分布は、レーザービー
ムの最大エネルギーを１として、エネルギーが０．９５
であるところのビーム幅をＬ１、エネルギーが０．７で
あるところのビーム幅を、Ｌ１＋Ｌ２（線幅の一方）＋
Ｌ３（線幅の他方）として示している。
【００３１】エネルギー分布が矩形のレーザービーム
は、上記の定義を用いれば、０．５Ｌ１＞Ｌ２（または
Ｌ３）である。ただし、図１５（ａ）においてはＬ２、
Ｌ３は極めて小さいため、図示していない。この、矩形
状のレーザービームは、被照射面におけるエネルギー密
度は高いが、焦点深度は±約２００μｍ以下であり、被
照射面が凹凸やうねりを有する場合において、前記した
台形状のエネルギー分布を有するレーザービームに比較
して、結晶性が不均一になりやすい。
【００３２】一方、図１５（ｂ）に示すエネルギー分布
は、線状レーザービームの線幅方向において、不等式
０．５Ｌ１≦Ｌ２≦Ｌ１、０．５Ｌ１≦Ｌ３≦Ｌ１を共
に満たすものである。この台形状のエネルギー分布を有
するレーザービームは、焦点深度を±４００μｍ以内程
度を有せしめることができ、エネルギー分布が矩形のレ
ーザービームに比較して、被照射面が凹凸やうねりを有
する場合において、結晶性を均質にし、また、結晶化に
十分なエネルギー密度をも与えうる。
【００３３】他方、Ｌ２（Ｌ３）＞Ｌ１として、台形〜
三角形状のエネルギー分布とすると、焦点深度は±４０
０μｍより大きくとれるが、焦点調整は困難となり、ま
たエネルギー密度が小さくなるため、珪素膜は結晶化が
不十分となりやすく、所望の移動度は得られないことが
ある。
【００３４】したがって、凸曲面、逆Ｕ字型の凸曲面に
対して、逆Ｕ字型の焦点を有する線状レーザービームの
照射する場合において、線幅方向のエネルギー分布を、
大きい焦点深度を有する、前述の不等式を満たす台形状
のエネルギー分布とすることにより、従来の矩形状のエ
ネルギー分布を有するレーザービームを用いた場合に比
較して、高い焦点深度を有せしめることができる。
【００３５】図１６に、線状レーザービームを台形状の
エネルギープロファイルをとしたときの、レーザー照射
の例を示す。図１６（ａ）に示すように、本発明で用い
る、逆Ｕ字型の焦点を有した線状のレーザービームに、
前記台形状のエネルギー分布を有せしめることによっ
て、基板のレーザービームに対する移動方向において、
被照射面が±４００μｍ以下（焦点深度以下）程度の高
低差の凹凸、うねり等を有しているのであれば、基板の
移動が水平方向のみであっても、珪素膜の十分かつ均質
な結晶化が可能となり、基板の高さ変動は不要とするこ
とができ、装置の簡略化、低コスト化を図ることができ
る。また、基板の高さの変動に加えて、台形状のエネル
ギー分布を有するレーザービームを用いれば、高さ方向
の焦点のマージンを従来より大きくすることができる。
【００３６】もちろん、線状レーザービームの線方向に
おける、被照射面の高低差に対する焦点のマージンも大
きくとれる。被照射面が明確な逆Ｕ字型ではなく凸曲面
である場合、被照射面の形状は、基板の移動方向におい
て一定ではないことがある。そのため、レーザービーム
の焦点が逆Ｕ字型を有していても、基板が水平方向に移
動する間に、被照射面に対して焦点があわなくなること
がある。これに対し、大きな焦点深度を有する台形状の
エネルギー分布を有するレーザービームを用いること
で、図１６（ｂ）に示すように、レーザービームの有す
る焦点に対し、焦点深度が大きい分だけマージンを得、
線方向に対する均質性をより高めることができる。
【００３７】また、このような台形状のエネルギー分布
を有する線状レーザービームを、基板に対して、レーザ
ービームの線幅方向（線方向に対し直角）に相対的に移
動し、ビームを重ねながら照射した際、レーザービーム
のエネルギー分布に勾配があるために、被照射面のある
一点に注目すると、最初に弱いレーザー光が照射され、
徐々に強いレーザー光が照射され、やがて徐々に弱いレ
ーザー光が照射され、照射が終了した、という状況とな
る。
【００３８】図１７に、台形状のエネルギー分布を有す
る線状レーザービームでレーザー照射をする様子を示
す。図１７において、レーザービーム照射の前半は、レ
ーザーエネルギーが徐々に上がっていき（Ａに注目）、
後半では徐々に下がっていく（Ｂに注目）。したがっ
て、前記した台形状のエネルギー分布を有する線状レー
ザービームを用いると、被照射領域に供給されるエネル
ギーの変化が、従来の矩形のエネルギー分布を有する線
状レーザービームを用いた場合に比較して、極めて緩や
かになる。これにより、従来、エネルギー密度の弱いレ
ーザー光を最初に照射し（予備照射）、次にエネルギー
密度の強いレーザー光ーを照射（本照射）して行われ
た、２段階照射と同等な状況を実現できる。結果とし
て、レーザー照射された非晶質珪素膜において、急激な
相変化の発生を防ぎ、表面の荒れや、内部応力の蓄積を
防いで、均一な結晶性を有せしめることができる。
【００３９】本発明において、レーザー照射時の加熱に
おいては、図１４に示すような方式で行うと効率よく加
熱できる。図１４に基板加熱方法の一例を示す。すなわ
ち、基板下にヒーターを設置し、該ヒーターでヘリウム
ガスを温め、さらに、加熱されたヘリウムガスを基板の
下で循環させることにより基板を所望の温度に保つこと
ができる。ここでヘリウムガスを使用するのは、熱伝導
率が大きいからである。
【００４０】本出願人は基板上に薄膜トランジスタを形
成するためのあらゆる工程の基板形状に対する影響を調
べたところ、珪素膜の結晶化のための加熱処理前後の基
板変形が最も顕著で、その後の工程では、目立った変形
はみられなかった。よって、熱結晶化後、または加熱レ
ーザー照射後に基板が極めて平坦な状態にあれば、全工
程終了後の基板も、かなり平坦な状態を保つことができ
る。
【００４１】したがって、本発明方法により、ガラス基
板上の珪素膜にレーザーアニールを施すことにより、結
晶性が基板面内において極めて均一で、かつ、平坦な結
晶性珪素膜を得ることができる。
【００４２】このようにして形成された結晶性珪素膜を
用いて、複数のＴＦＴを形成したところ、ＴＦＴのしき
い値電圧の分布を、基板面内において極めて均一なもの
とすることができる。この効果は、基板が大面積になれ
ばなるほど大きい。
【００４３】１００ｍｍ×１００ｍｍ程度の大きさで、
厚さが１ｍｍ程度の基板を使用する場合、台が有する凸
曲面は、該凸曲面上の前記ガラス基板が載置される領域
において、該領域の中央部分と、前記領域の端部の最も
低い部分との高低差が２０〜２００μｍ、例えば５０μ
ｍ程度である。
【００４４】５００ｍｍ×５００ｍｍ程度の大きさ（例
えば、３７０×４００ｍｍ２、４００×５００ｍｍ２、
５５０×６５０ｍｍ２、の大きさ。）で、厚さが０. ５
〜０. ７ｍｍ程度の基板を使用する場合、台が有する凸
曲面は、該凸曲面上の前記ガラス基板が載置される領域
において、該領域の中央部分と、前記領域の端部の最も
低い部分との高低差は、例えば、１〜２ｍｍ程度であ
る。
【００４５】また、本発明方法を用いて、画素用や駆動
用の結晶性シリコン薄膜トランジスタをガラス基板上に
設け、この基板を用いて液晶ディスプレイを形成する
と、本発明方法によりガラス基板を極めて良好に平坦化
することができるため、セル組が容易かつ確実に行える
といった利点もある。この場合、熱結晶化後のレーザー
照射による結晶化工程が無い場合でも、基板の平坦化と
いう本発明の効果は有効となる。
【００４６】本発明の場合、該ガラス基板の表面の粗
さ、うねりは、厚さ１．１ｍｍ、大きさ１００ｍｍ×１
００ｍｍの基板において、およそ１０μｍ以下で納める
ことができる。
【００４７】
【実施例】
〔実施例１〕本実施例では、ガラス基板上に形成された
非晶質珪素膜を熱結晶化した後、レーザーアニールを施
し、該膜を用いてＴＦＴを作製した例を示す。図１１に
実施例の作製工程を示す。まず、ガラス基板（ここでは
１００ｍｍ角、厚さ０．７ｍｍのコーニング１７３７を
用いる。他に、コーニング７０５９、ＯＡ２、ＮＡ４５
等を用いてもよい）１０１上に厚さ２０００Åの下地酸
化珪素膜１０２と、そのさらに上に厚さ５００Åのアモ
ルファスシリコン膜１０３をプラズマＣＶＤ法により連
続的に成膜した。そして、１０ｐｐｍの酢酸ニッケル水
溶液をシリコン表面に塗布し、スピンコート法により酢
酸ニッケル層を形成した。酢酸ニッケル水溶液には界面
活性剤を添加するとよりよかった。酢酸ニッケル層は極
めて薄いので、膜状となっているとは限らないが、以後
の工程に於ける問題はない。（図１１（Ａ））
【００４８】そして、当該ガラス基板を５５０℃で４時
間熱アニールすることにより、シリコン膜を結晶化させ
る。このとき、ニッケルが結晶の核の役割を果たし、シ
リコン膜の結晶化を促進させる。なお、コーニング１７
３７基板の歪み点温度は６６７℃であり、上記５５０℃
のアニール温度は歪み点温度以下である。上記熱結晶化
後、該ガラス基板を徐冷すると、珪素膜が収縮し、基板
には凹型のそりが生じる。
【００４９】５５０℃、４時間という低温（コーニング
１７３７の歪み点温度以下）、短時間で処理できるのは
ニッケルの機能による。詳細については特開平６ー２４
４１０４号公報に記されている。該公報では、熱アニー
ルの際の温度がガラス基板の歪み点温度を越えないよ
う、例えば５５０℃（歪み点温度以下）、４時間の熱ア
ニールを行うよう明記してあるが、この温度は熱結晶化
の際に、ガラス基板の著しい変形をさけるために定めた
ものである。
【００５０】触媒元素の濃度は、１×１０15〜１０19原
子／ｃｍ3 であると好ましかった。１×１０19原子／ｃ
ｍ3 以上の高濃度ではシリコンに金属的性質が表れて、
半導体特性が消滅してしまった。本実施例記載の珪素膜
中の触媒元素の濃度は、膜中における最小値で１×１０
17〜５×１０18原子／ｃｍ3 であった。なお、これらの
値は、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により分析、
測定した珪素膜中の触媒元素の濃度の最小値である。
【００５１】さて、上記熱結晶化工程後のガラス基板の
そりを修正する為、かつ、さらなる結晶化を行うために
図１２に示すような、逆Ｕ字型の凸曲面を有する台の上
に当該ガラス基板を乗せ、適当なおさえを用いてガラス
基板を前記台に密接させ、ガラス基板を逆Ｕ字型に湾曲
させる。
【００５２】この状態で、結晶性珪素膜の結晶性をさら
に高めるために、大出力パルスレーザーであるエキシマ
レーザーを該膜に照射する。まず本実施例で使用するレ
ーザーアニール装置について説明する。図６には本実施
例で使用するレーザーアニール装置の概念図を示す。図
６のレーザーアニール装置は、マルチチャンバー方式で
あり、ローダー／アンローダー室から搬入され、アライ
メント室にて位置決めされた基板を、トランスファー室
を介して、該トランスファー室に設けられた基板搬送用
ロボットにより、各室に運び、基板毎に連続して処理さ
れるものである。基板は、初めに熱処理室に搬入され、
予備加熱等の熱処理の後、レーザーアニール室にてレー
ザーアニールが施され、その後徐冷室に運ばれて徐冷の
のち、ローダー／アンローダー室へと移動される。な
お、該レーザーアニール装置のパルスごとのエネルギー
のバラツキは、３σで±３％以内におさまっている。こ
れよりもバラツキの大きいパルスレーザーを用いても構
わないが、焦点深度が狭まってしまう。なお、３σで±
１０％以上のものは、本実施例には適していない。
【００５３】発振器としてＬＵＭＮＩＣＳ社製ＥＸ７４
８を用いた。発振されるレーザー光は、ＫｒＦエキシマ
レーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２５ｎｓ）であ
る。勿論、他のエキシマレーザーさらには他の方式のレ
ーザーを用いることもできる。ただし、パルス発振のレ
ーザー光を用いる必要がある。このレーザーアニール装
置は周囲に対する密閉性を有しており、不純物による汚
染を防いでいる。また、レーザー照射時の雰囲気制御機
能を有している。また、基板を加熱する機能も有してお
り、レーザー照射時の被照射物を所望の温度に保つこと
ができる。
【００５４】発振されたレーザー光は、そのビーム形状
の変形のために、図７に示すような光学系に導入され
る。図７に光学系の例を示す。光学系に入射する直前の
レーザー光のビームは、３×２cm2 程度の長方形である
が、該光学系によって、長さ１０〜３０cm、幅0.01 〜
0.3 cm程度の細長いビーム（線状ビーム）に加工され
る。また、この光学系を通った後の線状レーザービーム
の焦点の分布は図１に示すような逆Ｕ字型形状となって
いる。また、線状レーザービームの線幅方向におけるエ
ネルギー密度分布は、図１５（ｂ）に示すような台形状
となっている。本光学系を経たレーザー光のエネルギー
は、最大で８００ｍＪ／ショットである。
【００５５】レーザー光をこのような細長いビームに加
工するのは、加工性を向上させるためである。即ち、線
状のビームが試料に照射されるとき、もし、ビームの長
さが試料の幅よりも長ければ、試料を１方向に移動させ
ることで、試料全体に対してレーザー光を照射すること
ができる。一方、ビームの長さが試料の幅よりも短い場
合でも、長方形のビームと比較すると加工の手間がかか
らない。しかし、この場合、ビームを、試料に対して相
対的に、前後左右に動かす必要性が生じる。
【００５６】レーザー光が照射される基板（試料）のス
テージ（台）はコンピュータにより制御されており線状
レーザービームの線方向に対して直角方向に動くよう設
計されている。さらに、該ビームの線方向に対して動く
機能をステージにつけておくと、ビーム幅が試料に対し
て短い場合でも、試料全体に対するレーザー加工が可能
となる。又、該ステージ（台）は、図１４に示す構造を
有しており、Ｈｅガスを用いて加熱し、レーザー光の照
射時に試料を所定の温度に保つことができる。
【００５７】レーザービームを線状レーザーに加工する
光学系の内部の光路（図７）の説明をする。該光学系に
入射したレーザー光は、シリンドリカル凹レンズＢ、シ
リンドリカル凸レンズＣ（レンズＢ、Ｃを総称してビー
ムエキスパンダと呼ぶ）、フライアイレンズＤ、Ｄ２を
通過する。さらに、第１のシリンドリカルレンズとし
て、シリンドリカル凸レンズＥ、線状化させるビームの
線方向の均質性を良くするために設けられる第２のシリ
ンドリカルレンズとして、シリンドリカル凸レンズＦを
通過し、ミラーＧを介して、シリンドリカルレンズＨに
よって集束され、被照射面に照射される。シリンドリカ
ルレンズＡ、Ｂ間が２３０ｍｍ、フライアイレンズＤ、
Ｄ２間が２３０ｍｍ、フライアイレンズＤとシリンドリ
カルレンズＥとの間が６５０ｍｍ、シリンドリカルレン
ズＦと被照射面との間が６５０ｍｍ（それぞれ各レンズ
の焦点距離の和）とした。もちろん、これらは、状況に
応じて変化させうる。シリンドリカルレンズＨには、焦
点距離が１２０ｍｍの物を用いる。シリンドリカルレン
ズＨは、例えば、図９、または、図１０に示すような構
造により、被照射面において、逆Ｕ字型の焦点を構成す
る。
【００５８】光学系は、本発明に必要なビームに変形で
きればどの様なものでも良い。例えば図８に示すよう
な、レンズＢ、Ｃを具備しないものを用いることも有効
である。
【００５９】レーザービームは線状に整形され、被照射
部分でのビーム面積は１２５ｍｍ×１ｍｍとする。ビー
ムの線幅は、レーザービームのエネルギー最高値の半値
幅としている。焦点におけるレーザービームのエネルギ
ー分布の形状を、レンズＨを上下（Ｊ方向）変化させる
ことで、台形状にする。照射面をレンズＨに対して相対
的に上下させる（Ｊ方向）ことによっても、照射面上
（焦点）でのレーザービームのエネルギー分布の形状
を、矩形に近いものから台形に近いものまで変形させる
ことができる。
【００６０】また線状レーザービームの線幅方向のエネ
ルギープロファイル（エネルギー分布）は、図１５
（ｂ）において、Ｌ１＝０．４ｍｍ、Ｌ２、Ｌ３＝０．
２５ｍｍと、台形状の分布を有しており、不等式０．５
Ｌ１≦Ｌ２≦Ｌ１、０．５Ｌ１≦Ｌ３≦Ｌ１を満たして
いる。このとき、焦点深度を±約４００ｍｍを有してい
る。
【００６１】レーザー照射の方法は、図１６（ａ）に示
すように、ガラス基板を載置した、凸曲面を有する台
を、水平方向（図７、Ｉ方向）にのみ移動させて、線状
レーザービームを被照射物に対し相対的にずらしながら
照射を行う。線状レーザーをずらしていく方向は線状レ
ーザービームと概略直角とし、ガラス基板表面に、レー
ザービームの逆Ｕ字型の焦点が常に有るようにする。被
照射面である基板は、台の形状に従って凸曲面を有して
おり、基板の移動方向においても、約３００μｍの高低
差を有する。図１３に示すように、この凸曲面の高低差
にあわせて、基板を載置した台の高さ（図７、Ｊ方向）
をも変動させて、レーザー照射を行ってもよい。
【００６２】この台形状分布のすその広がりの程度は、
レーザの光学系の最終レンズと照射面までの距離で変化
する。レーザー処理中、被照射物の凹凸により、レーザ
の光学系の最終レンズと照射面までの距離が変化する。
それに伴い、レーザービームの台形状分布のすその広が
りの程度が変化するが、その変化の範囲が、前記した不
等式の範囲に入っていれば均質なレーザー処理が可能と
なる。なお、ここでいうところの均質とは、レーザー照
射された該膜の基板面内における移動度のバラツキが、
±１０％以内に収まることを表す。
【００６３】試料は、ステージ上に載せられており、ス
テージを２ｍｍ／ｓ速度で移動させることによって、照
射が行われる。レーザー光の照射条件は、レーザー光の
エネルギー密度を１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2 、ここで
は３００ｍＪ／ｃｍ2 とし、パルス数を30パルス/sとす
る。なお、ここでいうエネルギー密度とは台形状に作ら
れたビームの上底部分（最大値を有する部分）の密度を
指す。
【００６４】上述のような条件でレーザー照射を行なう
と、試料のある一点に着目した場合、レーザー照射は１
５段階照射になる。これは、１回のビームの通過に0.5
秒かかるので、１回のビームの走査しながらの照射によ
って、一箇所には１５パルスの照射が行われるからであ
る。この場合、上記１５回の照射において、最初の数回
の照射は徐々にその照射エネルギー密度が大きくなって
いく照射であって、最後の数回が徐々にエネルギー密度
が小さくなっていく照射となる。
【００６５】この様子を図１７に模式的に示す。１５段
階の前半は徐々にレーザーエネルギーが上がっていき
（図１７のＡに注目）、後半では徐々にそれが下がって
いく（図１７のＢに注目）。このようなレーザー照射の
結果、従来の２段階照射と同様な、表面の荒れや内部応
力の蓄積の少ない良好な結晶性が、異なるエネルギー密
度の複数のレーザービームを用いることなく得ることが
できる。我々の実験によると３〜１００段階照射、好ま
しくは１０〜４０段階照射が最もよい結晶性のある珪素
膜が得られた。また、レーザー照射の基板温度は、室温
より高い温度からガラス基板の歪み点温度の７０％の温
度程度までの範囲、ここでは２００℃とした。（図１１
（Ｂ））
【００６６】上記処理の後、当該ガラス基板を徐冷して
いくと、基板に成膜された珪素膜が、ガラス基板よりも
高い収縮を起こすため、結果として、極めて平坦なガラ
ス基板を得ることができる。
【００６７】次に、作製した結晶性珪素膜を基にして半
導体装置として薄膜トランジスタを作製した。薄膜トラ
ンジスタは、基板上にマトリクス状に配置した。具体的
には作製面積４０×５０ｍｍ2 中に４００×３００個の
薄膜トランジスタを作製した。以下に、作製工程を示
す。
【００６８】まず、シリコン膜をエッチングして、島状
シリコン領域１０５を形成した。次に、プラズマＣＶＤ
法によって厚さ１２００Åの酸化珪素膜１０６をゲイト
絶縁膜として堆積した。プラズマＣＶＤの原料ガスとし
ては、ＴＥＯＳと酸素を用いた。成膜時の基板温度は２
５０〜３８０℃、例えば、３００℃とした。（図１１
（Ｃ））
【００６９】引き続いて、スパッタ法によって、厚さ３
０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミニウム
膜（０. １〜２％のシリコンを含む）を堆積した。そし
て、アルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極１０
７を形成した。（図１１（Ｃ））
【００７０】次に、イオンドーピング法によって、シリ
コン領域にゲイト電極をマスクとして不純物（ボロン）
を注入した。ドーピングガスとして、水素で１〜１０％
に希釈されたジボラン（Ｂ2 Ｈ2 ）、例えば５％のもの
を用いた。加速電圧は６０〜９０ｋＶ、例えば６５ｋ
Ｖ、ドーズ量は２×１０15〜５×１０15原子／ｃｍ2、
例えば、３×１０15原子／ｃｍ2 とした。イオンドー
ピング時の基板温度は室温とした。この結果、Ｐ型の不
純物領域１０８（ソース）、１０９（ドレイン）が形成
された。（図１１（Ｄ））
【００７１】そして、ドーピングされたボロンを活性化
するために、ＫｒＦエキシマレーザーを用いて光アニー
ルを行なった。レーザーのエネルギー密度は１００〜３
５０ｍＪ／ｃｍ2 、例えば、２５０ｍＪ／ｃｍ2 とし
た。この照射の前に、１７０ｍＪ／ｃｍ2 程度のエネル
ギーで照射をしておくとさらに結晶性が上がった。レー
ザー照射の方法は以下のようにする。すなわち、線状レ
ーザービームを被照射物に対し相対的にずらしながら照
射を行う。線状レーザーをずらしていく方向は線状レー
ザーと概略直角とした。このとき、被照射物の１点に注
目すると、２〜２０ショットのレーザー光が照射される
ようにした。また、レーザー照射時の基板温度は２００
℃とした。その後、窒素雰囲気中で２時間、４５０℃の
熱アニールを行った。（図１１（Ｅ））
【００７２】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜１１
０を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、これにコンタクトホールを開孔した。そして、金属
材料、例えば、チタンとアルミニウムの多層膜によって
ＴＦＴのソース、ドレインの電極・配線１１１、１１２
を形成した。最後に、１気圧の水素雰囲気で２００〜３
５０℃の熱アニールを行なった。（図１１（Ｆ））
【００７３】図５に、実施例によって形成された結晶性
珪素膜を用いたＴＦＴのしきい値の基板面内における分
布を示す。図５において、図５の横軸は、図２の場合と
同様、図４に示すＴＦＴの場所（図４において点線で囲
った部分）と対応している。図５に示すように、本実施
例において作製されたＴＦＴは、基板面内において均一
なしきい値を有しており、従来例である図２と比較する
と、明らかに図５の方が、基板面内において、均一なし
きい値電圧を有していることがわかる。
【００７４】本実施例の場合、被照射物は、凸曲面を有
し、高低差（凹凸）が約３００μmを有しているのに対
し、基板の移動は、水平方向のみであるが、レーザービ
ームは焦点深度を約±４００μｍを有していたため、結
晶化された被膜の、基板面内における移動度のバラツキ
は、±８％程度であり、均質なレーザー処理ができる。
他方、線状レーザービームの線幅方向のエネルギー分布
を、図１５（ｂ）において、Ｌ１＝０．５ｍｍ、Ｌ２、
Ｌ３＝０．２ｍｍすなわち０．５Ｌ１＞Ｌ２（Ｌ３）
と、やや矩形に近い台形状の分布を有するものとし、同
様な被照射物（珪素膜）にレーザーアニールを施したと
ころ、移動度のバラツキは、±１５％であった。また、
線状レーザービームの線幅方向のエネルギー分布を、図
１５（ｂ）において、Ｌ１＝０．２ｍｍ、Ｌ２、Ｌ３＝
０．３ｍｍと（Ｌ１＞Ｌ２（Ｌ３））、やや三角形に近
い台形状の分布を有するものとし、同様な被照射物（珪
素膜）にレーザーアニールを施したところ、移動度のバ
ラツキは、±約８％程度であったものの、結晶性珪素膜
として極めて低い移動度となってしまった。
【００７５】〔実施例２〕本実施例では、ガラス基板上
に形成された非晶質珪素膜を、レーザーアニールにより
結晶化し、該膜を用いてＴＦＴを作製した例を示す。実
施例１と同様に、図１１を用いて実施例の作製工程を示
す。まず、ガラス基板（ここでは１００ｍｍ角、厚さ
０．７ｍｍのコーニング１７３７を用いる。他に、コー
ニング７０５９、ＯＡ２、ＮＡ４５等を用いてもよい）
１０１上に厚さ２０００Åの下地酸化珪素膜１０２と、
そのさらに上に厚さ５００Åのアモルファスシリコン膜
１０３をプラズマＣＶＤ法により連続的に成膜した。
【００７６】さて、上記ガラス基板に成膜された珪素膜
の結晶化の為、かつ、結晶化の際の基板変形を抑えるた
めに以下の工程を経る。図１４に示すような、逆Ｕ字型
の凸曲面を有する台の上に当該ガラス基板を乗せ、適当
なおさえを用いてガラス基板を前記台に密接させる。さ
らに、室温より高い温度からガラス基板の歪み点温度の
７０％の温度程度までの範囲での、適当な熱、ここでは
２００℃を加える。加熱の方法は、図１４に示すよう
に、ヘリウムも用いた方式で行うと効率よく加熱でき
る。
【００７７】この状態で、珪素膜に結晶性を持たせるた
めに、大出力パルスレーザーであるエキシマレーザーを
該膜に照射してレーザーアニールを行う。実施例１と同
じく、図６に示すレーザーアニール装置を用いた。本実
施例では、発振器として、ラムダフィジック社製３００
０−３０８を用いた。発振されるレーザー光は、ＸｅＣ
ｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅２６ｎ
ｓｅｃ）である。発振されたレーザー光は、そのビーム
形状の変形のために、図８に示すような光学系に導入さ
れる。図８に光学系の例を示す。光学系に入射する直前
のレーザー光のビームは、３×２cm2 程度の長方形であ
るが、該光学系によって、長さ１０〜３０cm、幅0.01
〜0.3 cm程度の細長いビーム（線状ビーム）に加工され
る。また、この光学系を通った後の線状レーザービーム
の、線幅方向におけるエネルギー密度分布は、図１５
（ａ）に示すような矩形状となっている。
【００７８】また、この光学系を通った後の線状レーザ
ービームの、線方向の焦点の分布は図１に示すような逆
Ｕ字型形状となっている。本光学系を経たレーザー光の
エネルギーは、最大で１０００ｍＪ／ショットである。
【００７９】レーザービームを線状レーザーに加工する
光学系の内部の光路（図８）の説明をする。レーザー光
源ａから発振され、光学系に、入射したレーザー光は、
まず、フライアイレンズｂ、ｃを通過する。さらに、第
１のシリンドリカルレンズとして、シリンドリカル凸レ
ンズｄ、線状化させるビームの線方向の均質性を良くす
るために設けられる第２のシリンドリカルレンズとし
て、シリンドリカル凸レンズｅを通過し、ミラーｆを介
して、シリンドリカルレンズｇによって集束され、試料
に照射される。光路長は、レーザー光源からミラーｇま
での距離が、２０００ｍｍ、ミラーｆから被照射面まで
の距離は、４４０ｍｍを有する。シリンドリカルレンズ
ｇには、焦点距離が約１００ｍｍの物を用いる。レーザ
ービームは線状に整形され、被照射部分でのビーム面積
は、３００ｍｍ×０．４ｍｍとする（ビームの線幅は、
照射エネルギー分布において、半値幅とする）。
【００８０】レーザー照射の方法は以下のようにする。
すなわち、図１２に示すように、線状レーザービームを
被照射物に対し相対的にずらしながら照射を行う。線状
レーザーをずらしていく方向（基板の移動方向）は線状
レーザーと概略直角（図８、ｈ方向）とする。また、レ
ーザーの焦点の逆Ｕ字状の分布を、ガラス基板表面の曲
面に常にあっている状態でレーザー照射を行う。基板
は、明確な逆Ｕ字型に湾曲しており、湾曲方向（レーザ
ービームの方向）に比較すると、基板の移動方向におい
ては、高低差は極めて小さい。
【００８１】レーザーのエネルギー密度は、１００ｍＪ
／ｃｍ2 〜５００ｍＪ／ｃｍ2 の範囲で、例えば、３７
０ｍＪ／ｃｍ2 で照射を行う。この照射の前に、２２０
ｍＪ／ｃｍ2 程度のエネルギーで照射をしておくとさら
に結晶性があがる。このとき、被照射面の一点に注目す
ると、２〜２０ショットのレーザー光が照射されるよう
にした。またレーザー照射時の基板温度は、室温より高
い温度からガラス基板の歪み点温度の７０％の温度程度
の範囲、ここでは２００℃とした。（図１１（Ｂ））
【００８２】上記処理の後、当該ガラス基板を徐冷して
いくと、基板に成膜された珪素膜が、ガラス基板よりも
高い収縮を起こすため、結果として、極めて平坦なガラ
ス基板を得ることができる。
【００８３】その後、実施例１と同様にしてＴＦＴを作
製した。このようにして、得られたＴＦＴのしきい値電
圧は、実施例１と同じく、ガラス基板の平坦化を行わず
に作製したＴＦＴと比較して、しきい値電圧の分布が、
基板面内において極めて均一化された。
【００８４】〔実施例３〕本実施例では、実施例２と同
様に、ガラス基板上に形成された非晶質珪素膜を、レー
ザーアニールにより結晶化し、該膜を用いてＴＦＴを作
製した例を示す。本実施例では、凸表面を有する台の上
にガラス基板を載置した例を示す。実施例１と同様に、
図１１を用いて実施例の作製工程を示す。まず、ガラス
基板（ここでは１００ｍｍ角、厚さ０．７ｍｍのコーニ
ング１７３７を用いる。他に、コーニング７０５９、Ｏ
Ａ２、ＮＡ４５等を用いてもよい）１０１上に厚さ２０
００Åの下地酸化珪素膜１０２と、そのさらに上に厚さ
５００Åのアモルファスシリコン膜１０３をプラズマＣ
ＶＤ法により連続的に成膜した。
【００８５】さて、上記ガラス基板に成膜された珪素膜
の結晶化の為、かつ、結晶化の際の基板変形を抑えるた
めに以下の工程を経る。凸曲面を有する台の上に当該ガ
ラス基板を乗せ、適当なおさえを用いてガラス基板を前
記台に密接させる。さらに、室温より高い温度からガラ
ス基板の歪み点温度の７０％の温度程度までの範囲で
の、適当な熱、ここでは２００℃を加える。加熱の方法
は、図１４に示すように、ヘリウムも用いた方式で行う
と効率よく加熱できる。
【００８６】この状態で、珪素膜に結晶性を持たせるた
めに、大出力パルスレーザーであるエキシマレーザーを
該膜に照射してレーザーアニールを行う。実施例１と同
じく、図６に示すレーザーアニール装置を用いた。ま
た、発振器、光学系、レーザービームの形状、焦点は、
実施例２と同じである。線状レーザービームの、線幅方
向におけるエネルギー密度分布は、図１５（ａ）に示す
ような矩形状となっている。
【００８７】レーザー照射の方法は以下のようにする。
すなわち、図１３に示すように、まず線状レーザービー
ムを被照射物に対し相対的にずらしながら照射を行う。
線状レーザービームをずらしていく方向（基板の移動方
向）は線状レーザーと概略直角とする（図８、ｈ方
向）。また、ガラス基板は基板移動方向にも高低差を有
しているが、線幅方向におけるエネルギー密度分布が矩
形であるため、焦点深度が大きくとれないので、該高低
差に、レーザービームの逆Ｕ字状の焦点があうように、
図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板を載置した台
を高さ方向（図８、ｉ方向）に変動させる。レーザーの
エネルギー密度は、実施例２と同じく１００ｍＪ／ｃｍ
2 〜５００ｍＪ／ｃｍ2 の範囲で、例えば、３７０ｍＪ
／ｃｍ2 で照射を行う。この照射の前に、２２０ｍＪ／
ｃｍ2 程度のエネルギーで照射をしておくとさらに結晶
性があがる。このとき、被照射物の１点に注目すると、
２〜２０ショットのレーザー光が照射されるようにし
た。またレーザー照射時の基板温度は、室温より高い温
度からガラス基板の歪み点温度の７０％の温度程度の範
囲、ここでは２００℃とした。（図１１（Ｂ））
【００８８】上記処理の後、当該ガラス基板を徐冷して
いくと、基板に成膜された珪素膜が、ガラス基板よりも
高い収縮を起こすため、結果として、極めて平坦なガラ
ス基板を得ることができる。
【００８９】その後、実施例１と同様にしてＴＦＴを作
製した。このようにして、得られたＴＦＴのしきい値電
圧は、実施例１と同じく、ガラス基板の平坦化を行わず
に作製したＴＦＴと比較して、しきい値電圧の分布が、
基板面内において極めて均一化された。
【００９０】
【発明の効果】本発明により、結晶性珪素膜が形成され
るガラス基板を平坦にし、レーザー照射工程後において
も、基板面内において均一、かつ高い結晶性を有する結
晶性珪素膜を得ることできる。またこの結晶性珪素膜を
用いて、基板面内におけるしきい値電圧が均一な、結晶
性シリコンＴＦＴを作製することができる。本発明はガ
ラス基板上に多数のＴＦＴを作製する際、ガラス基板の
面積が大きい場合に、特に有効である。また、当該ガラ
ス基板を用いて液晶ディスプレイを形成する際に、基板
が平坦なのでセル組が容易かつ確実に行うことができ
る。このように、本発明は工業上有益な物であると思わ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 逆Ｕ字型の焦点を有する線状レーザービーム
の例を示す図。
【図２】 従来の方法によって形成された結晶性珪素膜
を用いたＴＦＴのしきい値の基板面内における分布を示
す図。
【図３】 そりが生じたガラス基板上の珪素膜に対して
レーザーアニールを行う様子を示す図。
【図４】 ガラス基板上のＴＦＴの配置を示す図。
【図５】 実施例によって形成された結晶性珪素膜を用
いたＴＦＴのしきい値の基板面内における分布を示す
図。
【図６】 実施例で使用するレーザーアニール装置の概
念図を示す図。
【図７】 光学系の例を示す図。
【図８】 光学系の例を示す図。
【図９】 線方向において焦点が異なるシリンドリカル
レンズの例を示す図。
【図１０】 線方向において焦点が異なるシリンドリカ
ルレンズの他の例を示す図。
【図１１】 実施例の作製工程を示す図。
【図１２】 レーザー照射の例を示す図。
【図１３】 レーザー照射の例を示す図。
【図１４】 基板加熱方法の一例を示す図。
【図１５】 レーザービームのエネルギー分布を示す
図。
【図１６】 線状レーザービームを台形状のエネルギー
プロファイルをとしたときの、レーザー照射の例を示す
図。
【図１７】 台形状のエネルギー分布を有する線状レー
ザービームでレーザー照射をする様子を示す図。
【符号の簡単な説明】
１０１ ガラス基板 １０２ 酸化珪素膜 １０３ アモルファスシリコン膜 １０５ 島状シリコン領域 １０６ ゲイト絶縁膜 １０７ ゲイト電極 １０８ ソース領域 １０９ ドレイン領域 １１０ 層間絶縁膜 １１１ ソース電極、配線 １１２ ドレイン電極、配線

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体膜が設けられた非平坦の被照射面に
    対して照射される線状レーザービームの、線方向の焦点
    が、前記被照射面の断面形状に概略一致するように分布
    していることを特徴とする半導体作製方法。
  2. 【請求項２】非平坦の被照射面上に設けられた半導体膜
    に対して、線状レーザービームを走査しながら照射する
    に際し、 前記線状レーザービームの線方向の焦点は、前記被照射
    面の断面形状に概略一致するように分布していることを
    特徴とする半導体作製方法。
  3. 【請求項３】ガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜に
    対して、線状レーザービームを走査しながら照射するに
    際し、 前記ガラス基板を、凸曲面を呈するように設置し、 加熱状態において、前記凸曲面に概略対応した逆Ｕ字型
    の焦点分布を有する線状レーザービームを走査しながら
    照射し、 その後徐冷することを特徴とする半導体作製方法。
  4. 【請求項４】ガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜を
    加熱により結晶性珪素膜とし、該結晶性珪素膜に対し
    て、線状レーザービームを走査しながら照射するに際
    し、 前記ガラス基板を、凸曲面を呈するように設置し、 加熱状態において、前記凸曲面に概略対応した逆Ｕ字型
    の焦点分布を有する線状レーザービームを走査しながら
    照射し、 その後徐冷することを特徴とする半導体作製方法。
  5. 【請求項５】ガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜に
    対して、線状レーザービームを走査しながら照射するに
    際し、 前記ガラス基板を、凸曲面を呈するように設置し、 加熱状態において、前記凸曲面に概略対応した逆Ｕ字型
    の焦点分布を有する線状レーザービームを、走査方向に
    おける前記凸曲面の高さの変動に対応して前記ガラス基
    板の高さを変動させて、走査しながら照射し、 その後徐冷することを特徴とする半導体作製方法。
  6. 【請求項６】ガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜を
    加熱により結晶性珪素膜とし、該結晶性珪素膜に対し
    て、線状レーザービームを走査しながら照射するに際
    し、 前記ガラス基板を、凸曲面を呈するように設置し、 加熱状態において、前記凸曲面に概略対応した逆Ｕ字型
    の焦点分布を有する線状レーザービームを、走査方向に
    おける前記凸曲面の高さの変動に対応して前記ガラス基
    板の高さを変動させて、走査しながら照射し、 その後徐冷することを特徴とする半導体作製方法。
  7. 【請求項７】ガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜に
    対して、線状レーザービームを走査しながら照射するに
    際し、 前記ガラス基板を、凸曲面を呈するように設置し、 加熱状態において、前記凸曲面に概略対応した逆Ｕ字型
    の焦点分布を有する線状レーザービームを、走査方向に
    おける前記凸曲面の高さの変動に対応して前記線状レー
    ザービームの焦点の高さを変動させて、走査しながら照
    射し、 その後徐冷することを特徴とする半導体作製方法。
  8. 【請求項８】ガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜を
    加熱により結晶性珪素膜とし、該結晶性珪素膜に対し
    て、線状レーザービームを走査しながら照射するに際
    し、 前記ガラス基板を、凸曲面を呈するように設置し、 加熱状態において、前記凸曲面に概略対応した逆Ｕ字型
    の焦点分布を有する線状レーザービームを、走査方向に
    おける前記凸曲面の高さの変動に対応して前記線状レー
    ザービームの焦点の高さを変動させて、走査しながら照
    射し、 その後徐冷することを特徴とする半導体作製方法。
  9. 【請求項９】請求項３〜８のいずれかにおいて、前記ガ
    ラス基板は、凸曲面を有する台に、前記ガラス基板の端
    部を押さえつけて設置されることを特徴とする半導体作
    製方法。
  10. 【請求項１０】ガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜
    に対して、線状レーザービームを走査しながら照射する
    に際し、 前記ガラス基板を、逆Ｕ字型の凸曲面を呈するように設
    置し、 加熱状態において、前記逆Ｕ字型の凸曲面に概略対応し
    た逆Ｕ字型の焦点分布を有する線状レーザービームを走
    査しながら照射し、 その後徐冷することを特徴とする半導体作製方法。
  11. 【請求項１１】ガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜
    を加熱により結晶性珪素膜とし、該結晶性珪素膜に対し
    て、線状レーザービームを走査しながら照射するに際
    し、 前記ガラス基板を、逆Ｕ字型の凸曲面を呈するように設
    置し、 加熱状態において、前記逆Ｕ字型の凸曲面に概略対応し
    た逆Ｕ字型の焦点分布を有する線状レーザービームを走
    査しながら照射し、 その後徐冷することを特徴とする半導体作製方法。
  12. 【請求項１２】請求項１０〜１１のいずれかにおいて、
    前記ガラス基板は、逆Ｕ字型の凸曲面を有する台に、前
    記ガラス基板の端部押さえつけて設置されることを特徴
    とする半導体作製方法。
  13. 【請求項１３】請求項３〜１２のいずれかにおいて、前
    記加熱状態は、前記ガラス基板を、室温より高い温度か
    ら前記ガラス基板の歪み点温度の７０％の温度（絶対零
    度を基準）の範囲の温度に保持するものであることを特
    徴とする半導体作製方法。
  14. 【請求項１４】請求項１３において、基板の加熱は、基
    板下に設置されたヒータによりヘリウムガスを温め、さ
    らに、加熱されたヘリウムガスを基板の下で循環させる
    ことによって行われることを特徴とする半導体装置作製
    方法。
  15. 【請求項１５】請求項１〜１４のいずれかにおいて、線
    状レーザービームの線幅方向のエネルギー分布として、
    レーザービームの最大エネルギーを１として、エネルギ
    ーが０．９５であるところのビーム幅をＬ１、エネルギ
    ーが０．７であるところのビーム幅を、Ｌ１＋Ｌ２（線
    幅の一方）＋Ｌ３（線幅の他方）としたとき、不等式
    ０．５Ｌ１≦Ｌ２≦Ｌ１、０．５Ｌ１≦Ｌ３≦Ｌ１を共
    に満たすものであることを特徴とする半導体装置作製方
    法。
  16. 【請求項１６】請求項１５において、線状レーザービー
    ムが有する焦点深度は、±約４００μｍ以下程度である
    ことを特徴すとる半導体装置作製方法。
  17. 【請求項１７】請求項３〜１６のいずれかの方法により
    形成された珪素膜を用いて、薄膜トランジスタを形成す
    ることを特徴とする半導体装置作製方法。
  18. 【請求項１８】請求項３〜１６のいずれかの方法により
    形成された珪素膜を用いて、薄膜トランジスタを形成
    し、該薄膜トランジスタが形成されたガラス基板を用い
    て、液晶ディスプレイを形成することを特徴とする液晶
    電気光学装置の作製方法。
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