JPH10135148A

JPH10135148A - レーザー照射システム及びその応用方法

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Publication number: JPH10135148A
Application number: JP30595796A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kusumoto; 直人楠本; Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1998-05-22
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: JP3763908B2

Abstract

(57)【要約】【課題】線状のエキシマレーザーを用いた非晶質珪素
膜の結晶化に際して、得られる結晶性珪素膜の結晶性の
むらを改善する。【解決手段】スピンエッチャー３１８を備えた室３１
５において、非晶質珪素膜の表面に形成された酸化膜を
除去し、その後に非酸化性の雰囲気中において、レーザ
ー照射室３０４でのレーザー光の照射を行い、非晶質珪
素膜の結晶化を行う。こうすることで、結晶性の均一な
結晶性珪素膜を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
レーザー光の照射を行い各種処理を行うシステムに関す
る。またその応用方法に関する。例えば、半導体にレー
ザー光を照射することにより、各種アニールを行うシス
テム及びその応用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体薄膜にレーザー光を照射すること
により各種アニールを行う技術が知られている。例え
ば、ガラス基板上に薄膜トランジスタを作製する際に、
まず非晶質珪素膜（アモファスシリコン膜）をガラス基
板上にプラズマＣＶＤ法等で成膜し、それにパルス発振
型で紫外光領域の発振を行うエキシマレーザー光を照射
することにより、結晶性珪素膜を得る技術が知られてい
る。

【０００３】エキシマレーザーが利用されるのは、珪素
膜のアニールに適するような照射エネルギー密度が得ら
れるからである。また、紫外光領域を利用するのは、珪
素の結晶化や珪素膜中における不純物元素を活性化させ
るのに適する波長だからである。

【０００４】しかし、通常のレーザー光は数ｍｍ角程度
のスポット状のビーム形状であるので、数十ｃｍ角の大
きさを有するガラス基板を利用した際等に生産性が問題
となる。

【０００５】この問題を解決するために、レーザー光を
光学系により、長さ数十ｃｍの線状に加工し、この線状
のレーザービーム（線状レーザーと称する）を走査する
ことにより、大面積への対応を行う技術が知られてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記線状レーザーを用
いた方法により、薄膜トランジスタを作製じた場合、以
下のような問題が生じる。薄膜トランジスタを作製する
場合、それが単体で作製されるのではなく、集積化した
ものとして作製される。

【０００７】例えば、周辺駆動回路を一体化したアクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置に薄膜トランジスタを
利用する場合、周辺駆動回路を構成するシフトレジスタ
やバッファー回路、さらにアナログスイッチ回路といっ
た回路は、同じ回路パターンが繰り返されて配置される
ものとなる。

【０００８】このような構成を得るために線状のレーザ
ー光を利用すると、得られた液晶ディスプレイの表示に
細かい縞模様が観察される。この縞模様はその長手方向
が直交した２種類に分類される。即ち、縦縞及び横縞と
して観察される。

【０００９】なお、レーザー光の走査方向を９０°回転
させても、やはり縦縞及び横縞は観察される。

【００１０】本発明者らの知見によれば、上記の縦縞及
び横縞は、線状のレーザービームの長手方向における照
射エネルギー密度のバラツキ、及び走査方向におけるレ
ーザーエネルギー密度のバラツキに関係する。

【００１１】線状のレーザービームの長手方向における
照射エネルギー密度のバラツキは、発振器内部における
放電開始箇所のバラツキに起因して、発振器から出るレ
ーザー光の密度分布に偏りが生じ、それが光学系におい
て拡大される結果として生じる。

【００１２】上記線状のレーザービームの長手方向にお
ける照射エネルギー密度のバラツキは、レーザー発振器
内部における空間的な発振位置のバラツキによるものと
理解することができる。

【００１３】また、線状のレーザービームの走査方向お
ける照射エネルギー密度のバラツキは、発振器の安定
性、即ち発振毎における照射エネルギー密度のバラツキ
に起因する。

【００１４】これは、レーザー発振器の時間的な発振強
度のバラツキによるものと理解することができる。

【００１５】上記の時間的及び空間的なレーザー発振の
バラツキは、レーザー発振器の構造や発振方法に起因す
るものである。本明細書で開示する発明は、以下の事項
を前提とし、大面積へのアニール効果の不均一性を解決
することを課題とする。

【００１６】（１）パルス発振型のエキシマレーザーを
利用する。（２）光学系により成形した線状のレーザー光を利用す
る。（３）レーザー発振器からのレーザー光が上述したよう
なエネルギー密度のゆらぎを有している。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の一つは、半導体薄膜に対してレーザー光の照射を行う
レーザーシステムであって、レーザー光の照射を行う前
に半導体薄膜表面の不純物膜（特に酸化膜）を除去する
手段を有することを特徴とする。

【００１８】他の発明の構成は、半導体薄膜に対してレ
ーザー光の照射を行うレーザーシステムであって、レー
ザー光の照射を行う前に半導体薄膜表面の不純物膜を除
去する手段と、レーザー光の照射時に半導体薄膜を冷却
する手段と、を有することを特徴とする。

【００１９】他の発明の構成は、半導体薄膜に対してレ
ーザー光の照射を行うレーザーシステムであって、レー
ザー光の照射を行う気密性を有するチャンバーと、半導
体薄膜表面の不純物膜を除去する手段を有する気密性を
有するチャンバーと、半導体薄膜を加熱する機能を有す
る気密性を有するチャンバーと、を有することを特徴と
する。

【００２０】他の発明の構成は、半導体薄膜に対してレ
ーザー光の照射を行うレーザーシステムであって、レー
ザー光の照射を行う気密性を有する第１のチャンバー
と、半導体薄膜表面の不純物膜を除去する手段を有する
気密性を有する第２のチャンバーと、半導体薄膜を加熱
する機能を有する気密性を有する第３のチャンバーと、
を有し、第１のチャンバーには、半導体薄膜を冷却する
機能を有し、前記各チャンバー間においては、気密性を
保って試料の搬送が行えることを特徴とする。

【００２１】他の発明に構成は、半導体薄膜に対してレ
ーザー光の照射を行うレーザーシステムであって、レー
ザー光の照射を行う気密性を有する第１のチャンバー
と、半導体薄膜表面の不純物膜を除去する手段を有する
気密性を有する第２のチャンバーと、半導体薄膜を加熱
する機能を有する気密性を有する第３のチャンバーと、
を有し、第１のチャンバーには、半導体薄膜を冷却する
機能を有し、前記各チャンバーは内部を非酸化性雰囲気
に保つ機能を有し、前記各チャンバー間においては、非
酸化性雰囲気を保って試料の搬送が行えることを特徴と
する。

【００２２】上記構成において、非酸化性雰囲気とし
て、不活性雰囲気または還元雰囲気または減圧雰囲気が
選択される。

【００２３】不活性雰囲気としては、窒素、アルゴン、
ヘリウム、キセノンから選ばれた一種または複数種類で
なる雰囲気を挙げることができる。

【００２４】還元雰囲気としては、水素及び／または一
酸化炭素雰囲気、または水素及び／または一酸化炭素雰
囲気を含有する雰囲気を挙げることができる。

【００２５】減圧雰囲気というのは、酸化が進行しない
程度に減圧状態なっている雰囲気、または高真空状態の
ことをいう。

【００２６】また、上記の各雰囲気を組み合わせる構成
としてもよい。例えば、雰囲気を一端不活性雰囲気に置
換し、それから減圧状態とすることにより、雰囲気中で
の酸化を極力抑制するような構成としてもよい。

【００２７】他の発明は、レーザー光の照射を行う前に
半導体薄膜表面の不純物膜を除去する手段を有するレー
ザー照射システムの応用方法であって、半導体薄膜表面
の不純物膜を除去した後に非酸化性雰囲気を保った状態
でレーザー光の照射を半導体薄膜表面に行うことを特徴
とする。

【００２８】他の発明の構成は、レーザー光の照射を行
う気密性を有する第１のチャンバーと、半導体薄膜表面
の不純物膜を除去する手段を有する気密性を有する第２
のチャンバーと、半導体薄膜を冷却する機能を有する気
密性を有する第３のチャンバーと、を有し、第１のチャ
ンバーには、半導体薄膜を冷却する機能を有し、前記各
チャンバー間においては、気密性を保って試料の搬送が
行えるレーザー照射システムの応用方法であって、半導
体薄膜表面の不純物膜を除去した後に非酸化性雰囲気の
気密性を保った状態で冷却された半導体薄膜に対してレ
ーザー光を照射することを特徴とする。

【００２９】なお、本明細書で開示する発明は、気相法
で成膜された非晶質珪素膜を結晶化させる技術のみでは
なく、結晶性珪素膜に対する不純物イオンの注入後のア
ニール技術にも利用することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】不純物膜を除去することにより、
レーザー照射後の膜質が安定するのは、非晶質珪素膜と
不純物膜との熱伝導率の違いに起因する。不純物膜と
は、酸化物、有機物、窒化物を少なくも一つ含む膜であ
る。特に酸化物（酸化珪素）は非晶質珪素膜の表面に形
成され易く、その影響が大きい。以下においては、主に
非晶質珪素膜の表面に形成される酸化膜について説明す
る。

【００３１】厚さが１０００Å以下であるような非晶質
珪素膜は、膜中の不均一性が顕著に現れてしまう。当
然、そのような非晶質珪素膜上に形成された酸化膜にも
不均一性が現れる。このことは、酸化膜以外の場合のも
言えるが、酸化膜（自然酸化膜も含む）の場合が最もそ
の傾向が顕著になる。

【００３２】エキシマレーザー光には、そもそも時間的
及び空間的にゆらぎが存在する。レーザー光が非晶質珪
素膜に照射されると、そこから周囲に熱が瞬間的に伝導
するのであるが、その伝導状態は、レーザー自体の照射
エネルギー密度のバラツキと上記膜の不均一性を反映し
たものとなる。

【００３３】線状のレーザーを利用した場合、熱伝導に
より結晶化した端部にこの不均一性が現れる。当然この
端部は線状（筋状）なものとなる。エキシマレーザーを
利用した場合、パルス発振により、次々とレーザー光が
照射されるが、この時上記線状の領域は、レーザー発振
の不均一性と非晶質珪素膜と酸化膜の不均一性とを反映
したものとして現れる。

【００３４】換言すれば、レーザー発振の不均一性と非
晶質珪素膜と酸化膜の不均一性とが相乗して、さらに強
調されたものとして現れる。

【００３５】そして、これが縞模様状に結晶状態（膜
質）が変化してしまうものとして観察される。

【００３６】酸化珪素膜の熱伝導率は、非晶質珪素膜の
それに比較して、数パーセント以下である。従って、非
晶質珪素膜の表面に酸化膜が存在すると、上記の不均一
性がさらに助長されたものとなる。

【００３７】また、レーザー照射時の加熱も上記の不均
一性（熱伝導の不均一性）をさらに助長するものとな
る。

【００３８】また、膜厚が４００Å以下というように薄
くなる場合も上記の膜質の不均一性が顕在化する。

【００３９】

【実施例】

〔実施例１〕図１に本実施例で示すレーザーシステムの
上面から見た概要を示す。図において、３１０、３０
９、３０４、３１５、３０１が気密性を有するチャンバ
ーである。各チャンバーには、真空排気ポンプ、不活性
ガス導入系が配置されている。

【００４０】３１０で示されるチャンバーは、試料（基
板）をシステムに搬入するためのロード室である。３０
９が試料を加熱するための加熱室である。３０４は、線
状のレーザー光を試料に捜査しながら照射するためのチ
ャンバーである。３１５は、試料（非晶質珪素膜）の表
面の酸化膜を除去するためのチャンバーである。３０１
は、各チャンバーに対して共通に配置された試料の搬送
室である。

【００４１】以下に動作の一例を示す。ここでは、試料
としてガラス基板上に非晶質珪素膜が成膜されたものを
用いる例を示す。

【００４２】最初、全てのチャンバーは、一端高真空状
態に真空引きがされた後、さらに窒素によりパージされ
ている状態（常圧）とする。また全てのゲイトバルブ３
１１、３１８、３１３、３１４を閉鎖した状態とする。

【００４３】まず、試料は多数毎が収納されたカセット
３１３毎前室３１２に搬入される。カセット３１２の搬
入後、図示しない前室３１２の扉を閉鎖する。

【００４４】この状態において、ゲイトバルブ３１１を
開け、カセット３１３から試料を１枚（例えば３００で
示される）ロボットアーム３０２によって搬送室３０１
に取り出す。この際、搬入室３１０において基板の位置
合わせが行われる。

【００４５】ここでゲイトバルブ３１１を閉鎖し、つい
でゲイトバルブ３０８を開ける。そして加熱室３０９へ
の試料を移送する。加熱室３０９では、４００℃の温度
で３０分の加熱処理が行われ、非晶質珪素膜中の水素の
離脱が促進される。

【００４６】この加熱処理は、窒素雰囲気中で行い、膜
の表面に酸化膜が形成されないようにする。

【００４７】水素の離脱を行うのは、後の結晶化工程に
おいて、水素の密度が低い法が膜の結晶化がより促進さ
れ、高い結晶性が得られるからである。

【００４８】加熱室３０９には、ロボットアームにより
次々に試料が搬入され、同じタイミングでもって、外部
に搬出される。加熱室３０９外に搬出された試料は、ロ
ボットアーム３０２により、エッチング室３１５に搬入
される。この際、ゲイトバルブ３１４の開閉が行われ
る。

【００４９】エッチング室３１５では、試料がスピナー
３１６上に配置され、ノズル３１７から滴下されるエッ
チング液（ＢＨＦまたはＨＦ溶液）により、試料上に非
晶質珪素膜表面のエッチング（酸化膜の除去）が行われ
る。

【００５０】この際、非晶質珪素膜の表面の酸素は除去
され、弗素によってその表面がターミネイトされた状態
が得られる。

【００５１】酸化膜の除去後、図示しない別のノズルか
ら純水を噴射させ、試料の線状を行う。さらに図示しな
いノズルから窒素噴射を行い試料を乾燥させる。

【００５２】なお、３１８で示されるのはカップと呼ば
れる溶液が飛び散らないようにするための遮蔽物であ
る。

【００５３】次にゲイトバルブ３１４を開け、ロボット
アーム３０２により、試料を搬送室３０１に搬出する。
そしてゲイトバルブ３０３を閉め、さらにゲイトバルブ
３０３を開ける。そして試料をレーザー室３０４に搬入
する。試料の搬入後、ゲイトバルブ３０３は閉鎖する。

【００５４】レーザー室３０４では、１次元的に移動す
るステージ３０５に配置されたペルチャ素子を利用した
冷却手段を備えたステージ３０６は配置されている。そ
してステージ３０６上に置かれた試料に対して、線状の
レーザーが照射される。この際、ステージ３０５がレー
ル３０７に沿って移動することで、走査しながらのレー
ザー光の照射が行われる。

【００５５】また、レーザー光の照射の際、試料はステ
ージ３０６から冷却される。冷却温度は、室温〜−１０
℃程度とする。

【００５６】レーザー光の照射が終了したら、ゲイトバ
ルブ３０３を開け、試料をロボットアーム３０２によっ
て搬送室３０１に取り出し、さらにゲイトバルブ３０３
の閉鎖、ゲイトバルブ３１１を開けて、カセット３１３
にレーザー結晶化処理の終了した試料の搬入を行う。

【００５７】以上の工程を繰り返し行うことにより、カ
セット３１３に収納された全ての試料の結晶化を行う。

【００５８】〔実施例２〕本実施例では、酸化膜さらに
はその他不純物膜の除去を行う手段として、ドライエッ
チング方法を採用したシステムの場合を示す。

【００５９】図２の本実施例の概要を示す。図１と同じ
符号は、実施例１に示したものと同じである。図２に示
すシステムが図１と異なるのは、ゲイトバルブ４０１で
搬送室３０１と連結されたエッチングチャンバー４０２
には、電極４０４（平行平板電極の一方）上に配置され
た試料４０３に対して、ドライエッチングを行い、表面
の酸化膜を除去する構成とした点である。

【００６０】〔実施例３〕図３に非晶質珪素膜の表面に
形成されている酸化膜を除去した場合としない場合とに
おけるレーザー照射後の膜の見かけ上の屈折率とレーザ
ー照射時の照射エネルギー密度との関係を示す。

【００６１】屈折率は、エリプソメトリで計測し、エネ
ルギー照射密度は、照射されたレーザー光の一部を外部
に取り出し、それをディテクターで計測した値から求め
たものである。これらの計測値は、絶対的なものではな
く、相対的なものである。

【００６２】またレーザー光は、線状にビーム加工され
たＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を利用し
たものである。

【００６３】利用した試料は、プラズマＣＶＤ法で成膜
した厚さ５００Åの非晶質珪素膜を空気中において４
５０℃の温度で１時間加熱し、膜中の水素を離脱させた
ものを用いた。

【００６４】酸化膜は、上記水素出しの加熱処理中に形
成されたものである。また、その膜厚は数十Å程度であ
る。

【００６５】また、酸化膜の除去の方法は、バッファー
ドフッ酸によるウェットエッチングによるものである。

【００６６】屈折率が、その値が小さい程、膜表面の荒
れが大きく、またその結晶性が優れていることを示して
いる。

【００６７】なお、この膜表面荒れと結晶性との関係
は、一見矛盾しているようであるが、レーザー光の照射
によって得られた結晶性珪素膜においては、一般的に膜
表面の荒れが大きい方が膜の結晶性が高いというデータ
が得られている。

【００６８】図３から明らかなように、レーザー光の照
射エネルギー密度の変化に対しての屈折率の変化、即ち
レーザー光の照射エネルギー密度の変化に対しての結晶
性と表面の荒れの程度は、酸化膜を除去した試料の場合
の方が小さい。

【００６９】これは、酸化膜を除去した試料において
は、そうでない試料に比較して、照射エネルギー密度の
バラツキに対して、膜質の変化が小さいことを示してい
る。即ち、不可避に発生してしまうエネルギー密度のゆ
らぎに対して、得られる膜質（換言すればアニール効
果）の変化が小さいことを示している。

【００７０】図４に示すには、出発膜である非晶質珪素
膜の膜厚と、得られた結晶性珪素膜のラマン強度変動の
関係を示したものである。なお利用した試料の作製条件
は、図３に示すデータを得たものと同じである。

【００７１】図４から明らかなように、出発膜の膜厚が
４００Å以上であれば、得られる結晶性珪素膜のラマン
強度、即ち得られる結晶性珪素膜の結晶性はそれ程変動
しないことがわかる。

【００７２】図５に示すのは、レーザー光の照射時にお
ける温度（基板加熱温度）と得られた結晶性珪素膜のラ
マン強度との関係を示すものである。なお利用した試料
の作製条件は、図３に示すデータを得たものと同じであ
る。

【００７３】図５から明らかなように、加熱をする程、
得られる膜のラマン強度（結晶性を反映したものと解釈
される）の変動は大きくなる。特に、試料である非晶質
珪素膜の膜厚が３００Åの場合は、膜厚が５００Åの場
合に比較してこの傾向が極めて顕著になる。

【００７４】即ち、図５からは、レーザー光を照射する
対象となる非晶質珪素膜の膜厚は、３００Åより５００
Åの方が良く、また加熱は行わず２５℃（室温）でレー
ザー光の照射を行うことが良い、という結論が得られ
る。

【００７５】また、図９に非晶質珪素膜に対するレーザ
ー光の照射時における酸化膜の有無、さらに加熱の有無
における得られた結晶性珪素膜の表面を写した写真を示
す。

【００７６】図９（Ａ）は、酸化膜の除去を行わず、室
温でレーザー光を照射した場合に得られる結晶性珪素膜
の表面を写した写真である。この写真は、ランプからの
光を膜の表面に反射させて、膜質のムラが現れやすいよ
うにして、写真撮影を行ったものである。

【００７７】図９（Ｂ）は、酸化膜の除去を行い、４０
０℃の加熱状態でレーザー光を照射した場合に得られる
結晶性珪素膜の表面を写した写真である。

【００７８】図９（Ｃ）は、酸化膜の除去を行い、室温
でレーザー光を照射した場合に得られる結晶性珪素膜の
表面を写した写真である。

【００７９】（Ａ）〜（Ｃ）の写真を見れば判るよう
に、酸化膜の除去を行うことにより、縞状のムラ（これ
は結晶性の不均一性を反映したものと考えられる）が少
なくすることができる。さらにレーザー照射時に加熱を
行わないことで、縞状のムラをより少なくすることがで
きる。

【００８０】以上、図３〜図５及び図９に示すデータよ
り、レーザー光の照射エネルギー密度の変動に対しての
影響を抑制するたの対策して以下の事項が導かれる。

【００８１】（１）非晶質珪素膜表面の酸化膜を徹底し
て除去してから、レーザー光の照射を行う。（２）非晶質珪素膜表面の膜厚は、４００Å以上とす
る。また、紫外領域の光の吸収状態を考慮すると、その
膜厚の上限は１０００Å以下、好ましくは８００Å以下
とする。（３）レーザー光の照射時には、試料を加熱しない。さ
らには冷却する。

【００８２】上記の要素を少なくとも一つ満たすことに
より、照射エネルギー密度の変動に対して得られる膜質
の変化を小さいものとすることができる。

【００８３】上記（１）〜（３）の要素は、できるだけ
多くの満足することが好ましい。従って、できることな
ら上記（１）〜（３）に要素を全て満足することがより
好ましい。

【００８４】なお上記（２）に膜厚の条件を１０００Å
とするのは、それ以上の膜厚になると、レーザーの吸収
が膜表面付近に集中し、厚さ方向における結晶性の違い
が顕在化するからである。またレーザー光の照射による
結晶化をより効果的に行うには、その膜厚を８００Å以
下とすることがより好ましい。

【００８５】〔実施例４〕本実施例では、周辺駆動回路
一体型のアクティブマトリクス型の液晶表示装置の作製
工程を示す。

【００８６】図６に作製工程を示す。まずガラス基板
（または石英基板）５０１上に図示しない下地膜を成膜
する。ここでは、図示しない下地膜としてスパッタ法に
より、酸化珪素膜を３０００Åの厚さに成膜する。

【００８７】次にプラズマＣＶＤ法（または減圧熱ＣＶ
Ｄ法）により、非晶質珪素膜５０２を５００Åの厚さに
成膜する。こうして図６（Ａ）に示す状態を得る。

【００８８】次に実施例１または実施例２に示したシス
テムを利用してレーザー光の照射を行い、非晶質珪素膜
５０２を結晶化させ、結晶性珪素膜を得る。結晶性珪素
膜を得たら、それをパターニングすることにより、図６
（Ｂ）の５１、５２、５３で示される薄膜トランジスタ
の活性層を形成する。

【００８９】ここで、５１がＰＴＦＴの活性層であり、
５２がＮＴＦＴの活性層である。この２つのＴＦＴでも
って、周辺駆動回路を構成するＣＭＯＳが構成される。
また、５３が画素に配置されるＮＴＦＴの活性層であ
る。

【００９０】ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜５
０３をプラズマＣＶＤ法により、１０００Åの厚さに成
膜する。さらに図示しないアルミニウム膜をスパッタ法
により４０００Åの厚さに成膜し、それをパターニング
することにより、ゲイト電極５０４、５０５、５０６を
形成する。

【００９１】次に得られたゲイト電極のパターンを陽極
とした陽極酸化を行うことにより、陽極酸化膜５０７、
５０８、５０９を１０００Åの厚さに形成する。陽極酸
化膜は、ゲイト電極を電気的及び物理的に保護する機能
を有している。こうして図６（Ｂ）に示す状態を得る。

【００９２】ここでは、低抵抗を有するアルミニウムを
材料として、ゲイト電極を構成する例を示すが、他の導
電性材料を利用するのでもよい。

【００９３】次に図６（Ｂ）に示す状態において、導電
型を付与するための不純物元素のドーピングを行う。こ
こでは、まずＰＴＦＴを構成する活性層に対して、選択
的にＢ（ボロン）のドーピングをプラズマドーピング法
でもって行い、次にＮＴＦＴを構成する活性層に対し
て、選択的にＰ（リン）のドーピングをプラズマドーピ
ング法でもって行う。

【００９４】こうして、周辺駆動回路を構成するＰＴＦ
Ｔのソース領域５０７、チャネル領域５０８、ドレイン
領域５０９が自己整合的に形成される。また、周辺駆動
回路を構成するＮＴＦＴのソース領域５１２、チャネル
領域５１１、ドレイン領域５１０を自己整合的に形成さ
れる。また、画素マトリクスに配置されるＮＴＦＴのソ
ース領域５１３、チャネル領域５１４、ドレイン領域５
１５が自己整合的に形成される。こうして図６（Ｃ）に
示す状態を得る。

【００９５】なお、本実施例においては、陽極酸化膜５
０７、５０８、５０９が存在する関係で、その厚さの分
でオフセットゲイト領域がチャネルとソース／ドレイン
領域の間に形成される。しかし、その寸法は１０００Å
（実際はプラズマドーピング時における注入イオンの回
り込みにより、さらに小さくなると考えられる）程度で
あるので、ここではその存在は無視する。なお、陽極酸
化膜の膜厚を２０００Å程度以上といように厚くした場
合には、オフセットゲイト領域の効果が顕在化する。

【００９６】次に第１の層間絶縁膜として、２０００Å
厚の窒化珪素膜５１６とポリイミド樹脂でなる膜５１７
を積層する。ここでは、窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法
により成膜し、ポリイミド樹脂でなる膜をスピンコート
法でもって成膜する。

【００９７】そしてコンタクトホールの形成を行い、周
辺駆動回路のＰＴＦＴのソース電極５１８、ＮＴＦＴの
ソース電極５２０、両ＴＦＴに共通のドレイン電極５１
９を形成する。これで、ＰＴＦＴとＮＴＦＴとが相補型
に構成されたＣＭＯＳが得られる。

【００９８】さらに、画素マトリクスに配置されるＮＴ
ＦＴのソース電極５２１とドレイン電極５２２とを形成
する。ここで、ソース電極５２１は、ゲイト配線と共に
画素マトリクス領域において格子状に配置されたソース
配線から延在したものとして形成される。こうして図６
（Ｄ）に示す状態を得る。

【００９９】次に第２の層間絶縁膜として、ポリイミド
樹脂でなる絶縁膜５２３をスピンコート法でもって成膜
する。そしてコンタクトホールの形成を行い、ＩＴＯで
もって画素電極５２４を形成する。

【０１００】こうして図６（Ｅ）に示す周辺駆動回路と
アクティブマトクス回路とを同一ガラス基板上に集積化
したアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイを構成
する片方の基板が完成する。

【０１０１】なお、液晶ディスプレイを構成するには、
さらに配向膜の形成、配向処理等が必要とされる。

【０１０２】〔実施例５〕図７に図１や図２で示すレー
ザージステムに利用される光学系の概略を示す。図７に
おいて、発振器１０１から発振されたレーザー光は、レ
ンズ１０２とレンズ１０３で構成される光学系によっ
て、所定のビーム形状と所定のエネルギー密度の分布を
有したレーザー光にまず成形される。

【０１０３】そしてこのレーザー光は３つのホモジナイ
ザー１１、１２、１３によってそのビーム内エネルギー
密度の分布が補正される。

【０１０４】ホモジナイザー１１は、最終的に線状に成
形されるレーザービームの幅方向におけるビーム内エネ
ルギー密度の補正を行なう役割を担っている。しかし、
線状レーザービームの幅方向の寸法は、数ｍｍ程度であ
るので、このホモジナイザー６０４が果たす役割はそう
大きなものではない。

【０１０５】換言すれば、ホモジナイザー１１の光学パ
ラメータの設定や調整はそれ程微妙なものではない。

【０１０６】ホモジナイザー１２と１３は、最終的に線
状に成形されるレーザービームの長手方向におけるビー
ム内エネルギー密度の補正を行なう役割を担っている。

【０１０７】レーザービームは、長手方向に１０ｃｍ以
上も引き延ばされるので、このホモジナイザー１２と１
３の光学パラメータの設定は慎重に行なう必要がある。

【０１０８】ここでは、レーザービームの長手方向にお
ける照射エネルギー密度の分布をより均一化するために
１２と１３で示されるようにレーザービームの長手方向
における照射エネルギー密度の分布を制御するホモジナ
イザーを２つ配置する。

【０１０９】１０６と１０７と１０９で示されるレンズ
は、レーザービームを線状に成形する役割を担ってい
る。即ち、レンズ１０６と１０９とはレーザービームを
幅方向に狭めるために機能する。また、レンズ１０７は
２つのホモジナイザー１２及び１３と共同してレーザー
ビームを長手状に引き延ばすために機能する。

【０１１０】図７に示す構成においては、線状に成形さ
れたレーザービームの長手方向における照射エネルギー
密度の制御を１２及び１３の２つのホモジナイザーによ
って行っている。

【０１１１】このように２つのホモジナイザーを利用す
ることにより、線状のレーザー光の長手方向における照
射エネルギー密度の分布をより均一化することができ
る。そして、線状のレーザー光の照射によるアニール効
果を均一なものとすることができる。なおホモジナイザ
ーの数は必要に応じてさらに増やしてもよい。

【０１１２】また、それ程の均一性が要求されない線状
のレーザービームの幅方向においては一つのホモジナイ
ザーを配置し、必要とする均一性を得ている。

【０１１３】〔実施例６〕本実施例は、図７に示す光学
系と基本的に同じ構成を有するが、各種光学パラメータ
の設定が少し異なる構成の例である。

【０１１４】図８に本実施例の構成を示す。図８に示す
構成においては、ホモジナイザー１２と１３の位置関係
が図１に示す場合と異なっている。この場合、ホモジナ
イザー１２と１３の位置関係の変更に従って、各レンズ
の光学パラメーターのー設定も図７の場合とは変更する
必要がある。

【０１１５】図８に示す構成においても線状のレーザー
ビームの長手方向における照射エネルギー密度の均一化
をより計ることができる。

【０１１６】〔実施例７〕本実施例は、加熱室３０９で
の水素出しのための加熱を酸化性の雰囲気中（例えば、
空気雰囲気または酸素雰囲気）で行うものである。こう
すると、非晶質珪素膜の表面に数十Å程度の熱酸化膜が
自然酸化膜に重ねてさらに形成される。

【０１１７】しかし、この際、非晶質珪素膜の表面に付
着した有機物の除去が行われる。こうすることで、レー
ザー結晶化の際に有機物の影響により、結晶化が阻害さ
れたり、むらになってしまったりすることを抑制するこ
とができる。

【０１１８】なお、形成された熱酸化膜はエッチングで
除去すればよいので、何ら問題はない。

【０１１９】

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用すること
により、大面積へのアニール効果の不均一性を解決する
ことができる。即ち、レーザー発振器からのレーザー光
の照射エネルギー密度が時間的に、また位置的にゆらい
でも、その影響が非晶質珪素膜のアニール時に現れるこ
とを抑制することができる。そして、縞模様表示の無い
周辺駆動回路一体型のアクティブマトリクス型の液晶表
示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザー照射システムの概略を示す図。

【図２】レーザー照射システムの概略を示す図。

【図３】非晶質珪素膜表面の酸化膜がレーザー結晶化
時に与える影響を示す図。

【図４】レーザーアニール後のラマン強度と非晶質珪
素膜の膜厚の関係を示す図。

【図５】レーザー照射時の試料の温度とラマン強度と
の関係を示す図。

【図６】周辺駆動回路一体型のアクティブマトリクス
型の液晶表示装置のＴＦＴ部分の作製工程を示す図。

【図７】光学系の概略を示す図。

【図８】光学系の概略を示す図。

【図９】レーザー照射後の結晶性珪素薄膜の表面の状
態を示す写真。

【符号の説明】

３００試料３０１搬送室３０２ロボットアーム３０３ゲイトバルブ３０４レーザー照射室３０５移動ステージ３０６ステージ（冷却手段付き）３０７レール３０８ゲイトバルブ３０９加熱室３１０搬入室３１１ゲイトバルブ３１２前室３１３試料を収納したカセット３１４ゲイトバルブ３１５エッチング室３１６スピナー３１７ノズル３１８カップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体薄膜に対してレーザー光の照射を行
うレーザーシステムであって、レーザー光の照射を行う前に半導体薄膜表面の不純物膜
を除去する手段を有することを特徴とするレーザー照射
システム。
【請求項２】半導体薄膜に対してレーザー光の照射を行
うレーザーシステムであって、レーザー光の照射を行う前に半導体薄膜表面の不純物膜
を除去する手段と、レーザー光の照射時に半導体薄膜を冷却する手段と、を有することを特徴とするレーザー照射システム。
【請求項３】半導体薄膜に対してレーザー光の照射を行
うレーザーシステムであって、レーザー光の照射を行う気密性を有するチャンバーと、半導体薄膜表面の不純物膜を除去する手段を有する気密
性を有するチャンバーと、半導体薄膜を加熱する機能を有する気密性を有するチャ
ンバーと、を有することを特徴とするレーザー照射システム。
【請求項４】半導体薄膜に対してレーザー光の照射を行
うレーザーシステムであって、レーザー光の照射を行う気密性を有する第１のチャンバ
ーと、半導体薄膜表面の不純物膜を除去する手段を有する気密
性を有する第２のチャンバーと、半導体薄膜を加熱する機能を有する気密性を有する第３
のチャンバーと、を有し、第１のチャンバーには、半導体薄膜を冷却する機能を有
し、前記各チャンバー間においては、気密性を保って試料の
搬送が行えることを特徴とするレーザー照射システム。
【請求項５】半導体薄膜に対してレーザー光の照射を行
うレーザーシステムであって、レーザー光の照射を行う気密性を有する第１のチャンバ
ーと、半導体薄膜表面の不純物膜を除去する手段を有する気密
性を有する第２のチャンバーと、半導体薄膜を加熱する機能を有する気密性を有する第３
のチャンバーと、を有し、第１のチャンバーには、半導体薄膜を冷却する機能を有
し、前記各チャンバーは内部を非酸化性雰囲気に保つ機能を
有し、前記各チャンバー間においては、非酸化性雰囲気を保っ
て試料の搬送が行えることを特徴とするレーザー照射シ
ステム。
【請求項６】請求項１乃至請求項５において、レーザーは、線状にビーム加工された紫外領域の波長を
有するエキシマレーザーであることを特徴とするレーザ
ー照射システム。
【請求項７】請求項１乃至請求項５において、不純物膜の除去をウエットエッチング法またはドライエ
ッチング法で行うことを特徴とするレーザー照射システ
ム。
【請求項８】請求項１乃至請求項５において、不純物膜は、酸化物、有機物、窒化物から選ばれた少な
くとも一種類を含むことを特徴とするレーザー照射シス
テム。
【請求項９】請求項５において、非酸化性雰囲気として、不活性雰囲気または還元雰囲気
または減圧雰囲気が選択されることを特徴とするレーザ
ー照射システム。
【請求項１０】レーザー光の照射を行う前に半導体薄膜
表面の不純物膜を除去する手段を有するレーザー照射シ
ステムの応用方法であって、半導体薄膜表面の不純物膜を除去した後に非酸化性雰囲
気を保った状態でレーザー光の照射を半導体薄膜表面に
行うことを特徴とするレーザー照射システムの応用方
法。
【請求項１１】レーザー光の照射を行う気密性を有する
第１のチャンバーと、半導体薄膜表面の不純物膜を除去する手段を有する気密
性を有する第２のチャンバーと、半導体薄膜を冷却する機能を有する気密性を有する第３
のチャンバーと、を有し、第１のチャンバーには、半導体薄膜を冷却する機能を有
し、前記各チャンバー間においては、気密性を保って試料の
搬送が行えるレーザー照射システムの応用方法であっ
て、半導体薄膜表面の不純物膜を除去した後に非酸化性雰囲
気の気密性を保った状態で冷却された半導体薄膜に対し
てレーザー光を照射することを特徴とするレーザー照射
システムの応用方法。
【請求項１２】請求項１０または請求項１１において、半導体薄膜は厚さが４００Å〜１０００Åの非晶質珪素
膜であることを特徴とするレーザー照射システムの応用
方法。
【請求項１３】請求項１０または請求項１１において、非酸化性雰囲気として、不活性雰囲気または還元雰囲気
または減圧雰囲気が選択されることを特徴とするレーザ
ー照射システムの応用方法。
【請求項１４】請求項１０乃至請求項１１において、レーザーは、線状にビーム加工された紫外領域の波長を
有するエキシマレーザーであることを特徴とするレーザ
ー照射システムの応用方法。
【請求項１５】請求項１０または請求項１１において、半導体薄膜は厚さが４００Å〜１０００Åであり、不純
物イオンのドーピングが行われた膜であることを特徴と
するレーザー照射システムの応用方法。