JPH10256152A - 多結晶半導体膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザーアニールで多結晶半導体膜を製造す
る場合に、非晶質又は多結晶の半導体膜表面に数μｍ周
期の熱密度分布を実現し、その熱密度分布により界面に
おける残留核を数μｍ周期で制御し、数μｍオーダーの
大結晶粒からなる高特性の多結晶半導体膜を製造するこ
とである。 【解決手段】 ２つのレーザー光を前記半導体膜表面の
所定位置に所定の入射角度で照射して干渉させることに
より定在波を形成し、前記所定位置に該定在波と同周期
の熱密度分布を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子等に
用いられる多結晶半導体膜の製造方法に関し、特に、大
粒径の多結晶半導体膜の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子等に用いられる多結晶半導
体膜は、通常、所望の基板上に非晶質又は単結晶の半導
体膜を成長・堆積させた後に、加熱融解することで製造
される。多結晶半導体膜の半導体特性は、結晶粒が大き
いほど向上するため、基板が耐熱性の石英ガラスの場合
や、太陽電池のように基板のダメージが使用上問題とな
らないような場合には、その簡便さ等から、その基板上
に成長・堆積した非晶質半導体膜、例えばアモルファス
Ｓｉ膜（以下、「ａ−Ｓｉ膜」と記す。）を基板と共に
加熱し融解して多結晶化が行われることが多い。

【０００３】一方、液晶表示素子のＴＦＴ素子の場合に
は、ガラス基板上に多結晶Ｓｉが形成されるため、ガラ
スの変形や歪みを生じる長時間の高温アニールをするこ
とはできず、従って、上述したような基板と共に加熱融
解することは不可能である。そこで、一般には、ガラス
基板上に成長させたａ−Ｓｉのみを加熱溶解して多結晶
化することが可能なエキシマレーザーアニールが行われ
ている。エキシマレーザーアニールでは、数１０ｎ秒の
パルスレーザーをａ−Ｓｉ膜又は多結晶Ｓｉ膜の表面に
照射しこれらの膜のみを融解し、その後に液相成長によ
り再び多結晶化を進めることができる。

【０００４】しかしながら、エキシマレーザーによりａ
−Ｓｉ膜又は多結晶Ｓｉ膜を融解する際に、下地膜との
界面まで完全に融解し界面の結晶核が消失してしまった
場合には、その後の冷却時に融液が過冷却状態になり、
界面・液中から急激に核発生し微結晶化するという現象
が発生じてしまう。逆に融解が不十分な場合には、下地
膜との界面に多くの結晶核が残留することになるが、そ
の残留核を種（シード）として結晶成長が進行するた
め、結果的に残留核密度（Ｎ）に逆比例した粒径（ｄ∝
１／（πＮ^0.5 ））の多結晶が生成し、微細な結晶粒と
なってしまう。

【０００５】上式から、レーザービーム強度が残留核の
消失（完全融解）する強度（極限値Ｑｃ）に漸近するほ
ど、残留核の密度が低くなり結晶は大粒径化するが、レ
ーザービーム強度が極限値に達した瞬間に結晶核が消失
し冷却過程で過冷却状態になり微結晶化が起きることに
なる。このように、エキシマレーザーアニールはＱｃを
境にして結晶粒の大きさが急激に変化する不安定なプロ
セスである。

【０００６】従って、大結晶粒を成長させるためには、
残留核密度と核発生位置の制御が重要であり、これらの
制御のために、これまでに大別して４つ手法が提案され
ている。

【０００７】（１）下地膜との界面に予め結晶核を形成
しておく方法 （２）下地膜の界面形状や材質に不均一化することによ
り界面の結晶核を安定化する方法 （３）異種元素や化合物を下地膜との界面に添加し結晶
核発生を促進する方法 （４）レーザービームに強度分布を形成して、低強度部
分に残留核を形成する方法 これら４つの手法の中で、ＴＦＴ素子の特性への悪影響
やコスト面を考慮すると、上記（４）の手法が最も優れ
ており、このレーザービームに強度分布を形成する方法
としてはさらに次のような方法が考えられる。

【０００８】（ａ）ビームの一部を遮光する方法 （ｂ）複数のビームの位置を僅かにずらして重ねること
により合成する方法 （ｃ）スリットなどの回折素子で干渉させる方法 しかしながら、上記（ａ）〜（ｃ）の方法は、パルスレ
ーザーアニール法における結晶核の制御方法としては不
十分なものであった。というのは、エキシマレーザーな
どの数１０ｎ秒のパルスレーザーにより融解された半導
体膜が冷却・固化する時間（固化時間）は、非常に短く
（１００ｎ秒程度）、その間に成長できる結晶の最大粒
径は数μｍが限界であるため、残留核の分布は数μｍ以
下で形成する必要がある。従って、レーザービームの光
強度分布もこれ以下の周期性を有することを要求され
る。ところが、上記（ａ）〜（ｃ）の方法で形成される
レーザービームの強度分布の周期性は光の波長（数１０
０ｎｍ）の千倍以上（数１００μｍ）となってしまい、
上記条件を満足することができないからである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のエキシマレーザーアニールによる多結晶半導体膜の製
造方法では、極限値の近傍におけるレーザービーム強度
の微妙な変動で、生成される結晶粒の大きさが大幅に変
化してしまい、安定して大結晶粒の多結晶半導体膜を供
給することができなかった。

【００１０】また、上記不具合を回避するために提案さ
れたレーザービームに強度分布を持たせる方法では、実
際に要求される強度分布を実現することができなかっ
た。

【００１１】本発明は、上記事情に鑑みて成されたもの
であり、その目的は、上述したレーザーアニールによる
多結晶半導体膜の製造方法において、非晶質又は多結晶
の半導体膜表面に数μｍ周期の光強度分布を実現するこ
とにより、下地膜との界面における残留核を数μｍ周期
で制御し、数μｍオーダーの大結晶粒からなる高特性の
多結晶半導体膜の製造方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の特徴は、予め与えられた非晶質半導
体膜又は第１の多結晶半導体膜を一旦融解し、その後再
び結晶化することにより結晶粒度の異なる第２の多結晶
半導体膜を形成する多結晶半導体膜の製造方法におい
て、２つのレーザー光を、前記非晶質半導体膜又は第１
の半導体膜表面の所定位置に定在波が形成するような入
射角度で照射し、前記所定位置に該定在波と同周期の熱
密度分布を発生させ前記融解を行うことである。

【００１３】本発明の第１の特徴では、前記２つのレー
ザー光を前記半導体表面で干渉させることにより前記定
在波を形成する。そして、その定在波の周期は、図１
（ｂ）に示すように、前記レーザー光の波長をλ、入射
角をθとすれば、λ／（２ｓｉｎθ）となる。従って、
一定のレーザー光の波長に対して、入射角を調整するこ
とにより、定在波の周期、すなわち半導体表面に形成さ
れる熱密度分布の周期を高精度に制御することが可能と
なる。

【００１４】ここで、ＴＦＴ−ＬＣＤ用ポリシリコンで
は、その粒径として１〜１０μｍとすることが望ましい
が、この粒径のポリシリコン膜を本発明の第１の特徴に
より製造するためには、前記入射角が、前記レーザー光
の波長が２３０〜２８０ｎｍである場合には０．７°以
上８．２°以下、前記レーザー光の波長が２８０〜４０
０ｎｍである場合には０．９°以上８．９°以下、前記
レーザー光の波長が４００〜８００ｎｍである場合には
１．５°以上１５°以下、前記レーザー光の波長が８０
０〜１２００ｎｍである場合には２．９°以上３０°以
下であることが望ましい。

【００１５】本発明の第２の特徴は、予め与えられた非
晶質半導体膜又は第１の多結晶半導体膜を一旦融解し、
その後再び結晶化することにより結晶粒度の異なる第２
の多結晶半導体膜を形成する多結晶半導体膜の製造方法
において、少なくとも１つのレーザー光を所定の入射角
及び偏光状態で前記非晶質半導体膜又は第１の多結晶半
導体膜表面の所定位置に照射して定在波を形成し、前記
所定位置に該定在波と同周期の熱密度分布を発生させる
ことである。

【００１６】本発明の第２の特徴では、前記レーザー光
の照射で前記半導体膜が一旦融解・再結晶化した後に形
成される表面荒れにさらに前記レーザー光が再び照射
し、この表面荒れで散乱された散乱光同士を干渉させる
ことにより、前記半導体膜表面に定在波を形成するので
ある。

【００１７】ここで、前記レーザー光の偏光状態は、反
射面に対して４５°以外の角度をなしていることが少な
くとも必要であり、平行（Ｐ偏光）又は垂直（Ｓ偏光）
となっていることがより望ましい。そして、平行又は垂
直となっている場合には、その定在波の周期は、前記レ
ーザー光の波長をλ、入射角をθとすれば、基本的には
偏光方向に垂直な方向にはλ／（１−ｓｉｎθ）とλ／
（１＋ｓｉｎθ）の周期の定在波が発生し、偏光方向に
平行な方向には、λ／ｃｏｓθ周期の定在波が発生す
る。特に、λ／（１±ｓｉｎθ）の周期の定在波は３５
°以下の垂直に近い条件で強く、一方、λ／ｃｏｓθの
周期の定在波は３５°以上の斜入射で、かつ、反射面へ
平行な偏光状態、すなわちＰ偏光で強くなる。従って、
一定のレーザー光の波長に対して、入射角を調整するこ
とにより、定在波の周期、すなわち半導体表面に形成さ
れる熱密度分布の周期を高精度に制御することが可能と
なる。

【００１８】なお、上記第１の特徴と同様に、１〜１０
μｍの粒径のポリシリコン膜を本発明の第２の特徴によ
り製造するためには、前記入射角が、前記レーザー光の
波長が２３０〜２８０ｎｍである場合には７６°以上８
８．６°以下、前記レーザー光の波長が２８０〜４００
ｎｍである場合には７２°以上８８．２°以下、前記レ
ーザー光の波長が４００〜８００ｎｍである場合には５
９°以上８７．１°以下、前記レーザー光の波長が８０
０〜１２００ｎｍである場合には０°以上８４．３°以
下であることが望ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。

【００２０】第１の実施の形態 図１は本発明の第１の実施の形態に係る多結晶半導体膜
の製造方法を説明するための図であり、（ａ）がレーザ
ー光と半導体基板との位置関係（光学配置）を示す図、
（ｂ）が（ａ）のＡ部分の拡大図である。図１（ａ）に
示すように、本実施の形態に係る多結晶半導体膜の製造
方法では、レーザー光１をビームスプリッター３ａで２
光束に分割し、該２光束を反射ミラー５ａ、５ｂを用い
て再び交差・干渉させることにより、波長オーダー（μ
ｍオーダー）の周期を持つ定在波を半導体膜９の表面に
形成する。例えばレーザー光１の波長がλである場合に
は、図１（ｂ）に示すように、半導体膜９の表面に形成
される定在波の周期はλ／（２ｓｉｎθ）となる（App
l. Phys. Lett. 57, 132(1990))。そして、その強度分
布により基板７上の半導体膜９の表面に上記定在波と同
周期の熱発生密度分布が形成される。定在波の谷部（節
部）に相当する熱発生密度の低い部分において核の融解
を安定化させることにより、残留核を波長オーダー（μ
ｍオーダー）で制御することが可能となる。それによ
り、大結晶粒を持つ多結晶半導体膜を製造することがで
きる。

【００２１】図２は、図１に示す２光束の半導体膜９に
対する入射角θと半導体膜９の表面に形成される定在波
の周期との関係を示す図である。図２から明らかなよう
に、入射角θが３０°以下ではレーザー光１の波長λ以
上の周期の定在波が、入射角θが３０°以上ではレーザ
ー光１の波長λ以下で半波長以上の定在波が形成される
ことが分かる。このように、本実施の形態によれば、入
射角θによって定在波の周期を制御することができる。
従って、干渉縞の周期をレーザー光１の波長の数倍程度
にするには、図２に示すように、入射角θを５〜２０°
の範囲に設定すれば良い。例えば、ＴＦＴ（thin film
transistor）−ＬＣＤ（liquid crystaldisplay）用多
結晶シリコン（ポリシリコン）では、その粒径として１
〜１０μｍとすることが望ましいが、この粒径のポリシ
リコン膜を本実施の形態の多結晶半導体膜の製造方法で
製造するためには、レーザー光１の波長と入射角θとの
関係は次の表１に示すようになる。

【００２２】

【表１】 表１ レーザー光１の波長と入射角θとの関係 レーザー光１の波長 入射角θ ＫｒＦレーザー （２４８ｎｍ） ０．７°≦θ≦８．２° ＸｅＣｌレーザー（３０８ｎｍ） ０．９°≦θ≦８．９° Ａｒ⁺ レーザー （５１４．５ｎｍ） １．５°≦θ≦１５° ＹＡＧレーザー （１０６０ｎｍ） ２．９°≦θ≦３０° なお、上述した定在波により半導体膜９の表面に生じる
熱発生密度分布が残留核を形成するためには、定在波の
谷部（節部）の熱発生密度（Ｑ_Bottom）は、０以上、か
つ、半導体膜９が完全に融解するために必要な熱密度量
Ｑ_L 以下でなければならず、一方、定在波の山部（腹
部）の熱発生密度（Ｑ_Top ）は、Ｑ_L 以上、かつ、半導
体膜９がアブレーション（熱を吸収することにより膜の
温度が沸点を越え、蒸発してしまうこと）する熱密度量
Ｑ_AB以下でなければならない。すなわち、残留核が定在
波の谷部に安定に形成されるためには、 ０≦Ｑ_Bottom≦Ｑ_L ≦Ｑ_Top ≦Ｑ_AB……（１） を満足する必要がある。

【００２３】ここで、レーザー光１の平均出力（（Ｑ
_Top ＋Ｑ_Bottom）／２）をＱ_L に設定した場合、レーザ
ー光１の出力の変動率を±δ、定在波の谷部と山部の熱
発生密度の差をＱ_P-P （＝Ｑ_TOP −Ｑ_Bottom）とする
と、上記（１）式から、 Ｑ_P-P ≧２δＱ_L ……（２） の関係が導出される。この（２）式から、定在波の熱密
度分布の差Ｑ_P-P 、すなわち振幅は、ビーム出力変動以
上に設定する必要があることが分かる。但し、残留核の
存在を左右する因子としては、上記レーザー出力変動が
主因であるが、その他の因子として半導体膜の膜厚変
動、下地膜の熱伝動率変動などがある。従って、これら
の全変動以上に振幅を設定しなければならない。

【００２４】なお、本実施の形態は１つのレーザー光を
分割しているが、本発明はこれに限られるものではな
く、波長と位相が一致しているものであれば２つ以上の
レーザー光を組み合わせて用いても良い。

【００２５】第２の実施の形態 本実施の形態に係る多結晶半導体膜の製造方法は、上述
した第１の実施の形態のように２つのレーザー光を交差
・干渉させて半導体膜の表面に定在波を形成するのでは
なく、反射面に平行または垂直な直線偏光状態の１つの
レーザー光を半導体膜へ斜入射し、表面散乱光の干渉に
より半導体膜の表面に波長オーダー（μｍオーダー）の
周期を持つ定在波を形成するものである。そして、第１
の実施の形態と同様に、半導体膜に定在波と同周期の熱
発生密度分布を形成し、定在波の谷部（節部）に相当す
る熱発生密度の低い部分において、核の融解を安定化さ
せ、残留核を波長オーダー（μｍオーダー）で制御して
大結晶粒を持つ多結晶半導体膜の製造を可能とするもの
である。

【００２６】本実施の形態における定在波の形成におい
ては、レーザー光の照射で半導体膜が融解・再結晶化し
た後に形成される表面荒れが、光散乱（光分割）の起点
となる。この表面荒れは、基本的には固液状態での密度
変化に起因するもので、固化が横方向に進み結晶粒が成
長した場合の固化の終点（粒界部）に凹凸が形成される
現象として定性的に理解される。そして、この半導体膜
の荒れた表面にレーザー光を再び照射すると、この凹凸
部で散乱された散乱光同士が干渉し、膜表面に定在波を
形成するのである。従って、多重回照射では、この過程
を繰り返す中で最終的に特定の周期の凹凸パターンが半
導体膜表面に形成される（J.Sipe, J.F.Young, J.S.Per
ston, and H.M.van Driel, Phys. Rev. B27,1141,1155,
2001(1983)) 。

【００２７】なお、上記文献によれば、レーザー光の偏
光状態とその入射角によって半導体膜の表面に発生する
定在波の形態は多様に変化するが、基本的には偏光方向
に垂直な方向にはλ／（１−ｓｉｎθ）とλ／（１＋ｓ
ｉｎθ）の周期の定在波が発生し、偏光方向に平行な方
向には、λ／ｃｏｓθ周期の定在波が発生することが確
認されている。特に、λ／（１±ｓｉｎθ）の周期の定
在波は３５°以下の垂直に近い条件で強く、一方、λ／
ｃｏｓθの周期の定在波は３５°以上の斜入射で、か
つ、反射面へ平行な偏光状態、すなわちＰ偏光で強くな
ることが実験的・理論的に知られている。図３に半導体
膜に対する入射角θと半導体膜の表面に形成される上記
定在波の周期との関係を示す。同図が示すように、垂直
入射近傍で強いλ／（１±ｓｉｎθ）周期の定在波は、
レーザー光の波長より長い周期（λ／（１−ｓｉｎ
θ））とレーザー光の波長より短い周期（λ／（１＋ｓ
ｉｎθ））とが重複するが、Ｐ偏光の斜入射で強いλ／
ｃｏｓθの定在波はレーザー光の波長より長い単一周期
となる。定在波が均一であれば均一な結晶粒を形成する
ことができるので、λ／ｃｏｓθの単一周期の定在波を
形成するほうが好ましいと言える。

【００２８】ここで、第１の実施の形態と同様、粒径が
１〜１０μｍのＴＦＴ−ＬＣＤ用ポリシリコン膜を本実
施の形態の多結晶半導体膜の製造方法で製造するために
は、レーザー光の波長と入射角θとの関係は次の表２に
示すようになる。

【００２９】

【表２】 表２ レーザー光の波長と入射角θとの関係 レーザー光の波長 入射角θ ＫｒＦレーザー （２４８ｎｍ） ７６°≦θ≦８８．６° ＸｅＣｌレーザー（３０８ｎｍ） ７２°≦θ≦８８．２° Ａｒ⁺ レーザー （５１４．５ｎｍ） ５９°≦θ≦８７．１° ＹＡＧレーザー （１０６０ｎｍ） ０°≦θ≦８４．３° なお、形成される定在波の振幅は、入射レーザー光の偏
光度とその入射角、及び、半導体膜の光学定数と表面形
態、から決定される。そのうち、偏光度、入射角及び光
学定数は容易に決めることはできるが、表面形状に関し
てはレーザー照射を繰り返す中で変化・形成されるため
に困難である。また、表面形状の変化・形成に伴って、
形成される定在波の強度が増強していくことになる。従
って、定在波の振幅（強度）を見積もることは容易では
ない。そこで、偏光度が高いほど少ない照射回数で定常
的な表面形状を形成することができるので、強い定在波
を形成するためには高い偏光度が望ましいが、少なくと
も１０％以上の偏光度が必要であり、より好ましくは９
０％以上である。

【００３０】以上説明した第１の実施の形態、第２の実
施の形態においては、レーザー光としてエキシマレーザ
ー光単一ビームを用いることができるが、エキシマレー
ザー光はビーム形状の整形や均一性の高精度に制御して
いるため、入射角を制御することは非常に困難である。
このため、エキシマレーザー光以外に、その波長（２０
０〜４００ｎｍ）よりも長波長の第２のレーザー光を別
途設け、エキシマレーザー光の照射部に重複照射し、上
記第２のレーザー光の波長、偏光度及び入射角を制御す
ることにより任意の周期の定在波を半導体膜上に形成す
ることができる。

【００３１】

【実施例】上述した本発明の実施の形態の実施例につい
て説明する。

【００３２】（実施例１） 第１の実施の形態の第１の
実施例 図４は、本発明の第１の実施の形態の多結晶半導体膜の
製造方法を実施するレーザーアニール装置の光学配置を
示す図である。

【００３３】この装置においては、エキシマレーザー光
１１をガラス基板７上のシリコン膜９の表面に垂直に照
射する。一方、エキシマレーザー光１１より長波長
（λ）の第２のレーザー光１３をビームスプリッター３
ｂを用いて２光束に分割し、それぞれのビームを反射ミ
ラー５ｃ、５ｄ、５ｅを用いてシリコン膜９のエキシマ
レーザー照射部上に入射角θで照射し、２光束を干渉さ
せ定在波をシリコン膜上に形成する。そして、エキシマ
レーザー光１１による加熱と第２のレーザー光１３が形
成する定在波による加熱とがシリコン膜９のレーザー照
射部にλ／（２ｓｉｎθ）の周期の温度分布を形成す
る。この際に、この温度分布の低温部をシリコンの融点
（１４１５℃）以下、温度分布の高温部をシリコンの融
点以上となるようにエキシマレーザー光１１と第２のレ
ーザー光１３それぞれの出力を設定すれば、定在波の低
温部のみに選択的に残留核を形成することができる。そ
して、この残留核をその後の結晶成長の核とすることに
より、大粒径の結晶を形成することができる。なお、ガ
ラス基板７全体をレーザー照射ごとにレーザー光のビー
ム幅以下のステップで移動させれば、シリコン膜９全体
を再結晶することができる。

【００３４】（実施例２） 第１の実施の形態の第２の
実施例 図５は、本発明の第１の実施の形態の多結晶半導体膜の
製造方法を実施するレーザーアニール装置の他の光学配
置を示す図である。

【００３５】この装置においては、エキシマレーザー光
１１をガラス基板７上のシリコン膜９の表面に垂直に照
射する。一方、エキシマレーザー光１１より長波長
（λ）の第２のレーザー光１３をビームスプリッター３
ｃを用いて２光束に分割し、それぞれのビームを反射ミ
ラー５ｆ、５ｇを用いてシリコン膜９のエキシマレーザ
ー光照射部上にガラス基板７の裏面から入射角θで照射
し、２光束を干渉させ定在波をシリコン膜９上に形成す
る。このようにガラス基板７の裏面から第２のレーザー
光１３を入射するのは、加熱によりシリコン膜９から飛
び出すシリコン粒が反射ミラー５ｆ、５ｇ等の光学系に
衝突するのを防止するためである。そして、上記実施例
１と同様に、エキシマレーザー光１１による加熱と第２
のレーザー光１３が形成する定在波による加熱とがシリ
コン膜９のレーザー照射部にλ／２ｓｉｎθの周期の温
度分布を形成する。この際に、この温度分布の低温部を
シリコンの融点（１４１５℃）以下、温度分布の高温部
をシリコンの融点以上となるようにエキシマレーザー光
１１と第２のレーザー光１３それぞれの出力を設定すれ
ば、定在波の低温部のみに選択的に残留核を形成するこ
とができる。そして、この残留核をその後の結晶成長の
核とすることにより、大粒径の結晶を形成することがで
きる。なお、ガラス基板７全体をレーザー照射ごとにレ
ーザー光のビーム幅以下のステップで移動させれば、シ
リコン膜９全体を再結晶することができる。

【００３６】（実施例３） 第２の実施の形態の実施例 図６は、本発明の第２の実施の形態の多結晶半導体膜の
製造方法を実施するレーザー照射装置の光学配置を示す
図であり、（ａ）がその正面図、（ｂ）がその上面図で
ある。

【００３７】この装置においては、エキシマレーザー光
１１をガラス基板７上のシリコン膜９の表面に垂直に照
射する。一方、エキシマレーザー光１１より長波長
（λ）でかつ直線偏光である第２のレーザー光１５をＰ
偏光状態でシリコン膜９のエキシマレーザー光１１の照
射部に入射角θで照射する。エキシマレーザー光１１を
多重回照射し、シリコン膜９の融解・再結晶化を繰り返
すうちに、第２のレーザー光１５の入射角θが０°≦θ
≦３５°の場合には、偏光方向と垂直な方位に１／（１
＋ｓｉｎθ）と１／（１＋ｓｉｎθ）の周期の凹凸が、
また３５°≦θの場合には、偏光方向に平行な方位に１
／ｃｏｓθの周期の凹凸が、それぞれ強くシリコン膜９
の表面に形成され、それにより、同周期の定在波が形成
される。そして、この定在波により同周期の熱発生密度
分布が形成される。この定在波の谷部には残留核が形成
され、その残留核を結晶成長の核として再結晶化し、大
粒径のポリシリコン膜を形成することができる。

【００３８】なお、照射される２つのレーザー光の合計
出力はシリコン膜９が完全融解する出力未満に設定し、
かつ、第２のレーザー光１５の出力は、偏光度をＦ％
（Ｆ≧１０）とした場合には全レーザー出力の１０００
／Ｆ％以上としなければならない。というのは、全レー
ザー出力に対して１０％以上の偏光度を有する必要があ
るからである。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体膜を高エネルギーパルスレーザー照射により融解
・結晶化して多結晶半導体膜を製造する処理において、
融解時に界面に存在する残留核の分布をミクロンオーダ
ーで制御し、その分布の安定化を図ることができる。そ
れにより、大粒径の多結晶半導体膜を安定して製造する
ことが可能となり、従って、多結晶半導体膜の結晶性及
びそれを用いたＴＦＴの素子特性が向上するという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る多結晶半導体
膜の製造方法を説明するための図であり、（ａ）がレー
ザー光と半導体基板との位置関係（光学配置）を示す
図、（ｂ）が（ａ）のＡ部分の拡大図である。

【図２】図１に示す２光束の半導体膜９に対する入射角
θと半導体膜９の表面に形成される定在波の周期との関
係を示す図である。

【図３】半導体膜に対する入射角θと半導体膜の表面に
形成される上記定在波の周期との関係を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の多結晶半導体膜の
製造方法を実施するレーザーアニール装置の光学配置を
示す図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態の多結晶半導体膜の
製造方法を実施するレーザーアニール装置の他の光学配
置を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の多結晶半導体膜の
製造方法を実施するレーザー照射装置の光学配置を示す
図であり、（ａ）がその正面図、（ｂ）がその上面図で
ある。

【符号の説明】

１ レーザー光 ３ａ、３ｂ、３ｃ ビームスプリッター ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ 反射ミラ
ー ７ ガラス基板 ９ 半導体膜（シリコン膜） １１ エキシマレーザー光 １３、１５ 第２のレーザ光 １７ 第２のレーザ光照射部 １９ エキシマレーザー光照射部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 合瀬 路博 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 竹野 史郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 三橋 浩 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会 社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 松浦 由紀 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会 社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 川久 慶人 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式会 社東芝生産技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め与えられた非晶質半導体膜又は第１
   の多結晶半導体膜を一旦融解し、その後再び結晶化する
   ことにより結晶粒度の異なる第２の多結晶半導体膜を形
   成する多結晶半導体膜の製造方法において、 ２つのレーザー光を、前記非晶質半導体膜又は第１の多
   結晶半導体膜表面の所定位置に定在波が形成するような
   入射角度で照射し、前記所定位置に該定在波と同周期の
   熱密度分布を発生させ前記融解を行うことを特徴とする
   多結晶半導体膜の製造方法。
2. 【請求項２】 前記熱密度分布の周期が１〜１０μｍと
   なるように前記入射角を設定することを特徴とする請求
   項１記載の多結晶半導体膜の製造方法。
3. 【請求項３】 予め与えられた非晶質半導体膜又は第１
   の多結晶半導体膜を一旦融解し、その後再び結晶化する
   ことにより結晶粒度の異なる第２の多結晶半導体膜を形
   成する多結晶半導体膜の製造方法において、 少なくとも１つのレーザー光を所定の入射角及び偏光状
   態で前記非晶質半導体膜又は第１の多結晶半導体膜表面
   の所定位置に照射して定在波を形成し、前記所定位置に
   該定在波と同周期の熱密度分布を発生させることを特徴
   とする多結晶半導体膜の製造方法。
4. 【請求項４】 前記熱密度分布の周期が１〜１０μｍと
   なるように前記入射角を設定することを特徴とする請求
   項３記載の多結晶半導体膜の製造方法。