JPH10270360A

JPH10270360A - 結晶性半導体膜の製造方法、およびアニール装置および薄膜トランジスタの製造方法および液晶表示装置用アクティブマトリクス基板

Info

Publication number: JPH10270360A
Application number: JP9074223A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Abe; 裕幸阿部
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: JP3346214B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基板として大型で汎用の安価なガラス基板な
どに半導体膜を形成したことで反りやうねりが生じても
基板全面に均一なアニールを施すことによって、半導体
膜の結晶化度にばらつきのない結晶性半導体膜を製造
し、かつ、それからＴＦＴを製造すること。【解決手段】ガラス基板２０にシリコン膜３０を形成
した後、エネルギー光Ｌ（レーザ光）をガラス基板２０
の表面に対して走査させる際に、その照射位置ＬＬに対
して先行する位置の反りやうねりなどの表面形状を計測
し、この計測結果に基づいてエネルギー光Ｌの合焦位置
Ｐをシリコン膜３０に合わせていく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板表面に形成し
た半導体膜にエネルギー光を照射してその結晶化処理、
あるいは結晶性を高めるための処理を行う結晶性半導体
膜の製造方法、それを用いた薄膜トランジスタ（以下、
ＴＦＴという。）の製造方法、この方法で製造したＴＦ
Ｔを用いた液晶表示装置用のアクティブマトリクス基
板、および前記の結晶性半導体膜の製造方法に用いるア
ニール装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置のアクティブマトリクス基
板では、基板に汎用の安価なガラス基板を用いることが
できるよう低温プロセスによってＴＦＴを製造すること
が望まれている。ここで、ＴＦＴのチャネル領域等を形
成するのに必要なシリコン膜のうち、アモルファスシリ
コン膜については低温プロセスによって成膜できるもの
の、アモルファスシリコンのままでは移動度が低いとい
う欠点がある。

【０００３】そこで、基板上に形成したアモルファスシ
リコン膜にレーザ光（エネルギー光）を照射して溶融結
晶化する方法（レーザアニール）が検討されている。こ
のようなレーザアニールを行うための装置では、そのス
テージを基準にレーザ光の合焦位置が設定されており、
ステージ上にガラス基板を載せればレーザ光が基板表面
のシリコン膜に自動的に合焦するように構成されてい
る。従って、ガラス基板を載せたステージを水平に移動
させれば、レーザ光はガラス基板上の半導体膜に対して
合焦したまま走査されていく。ここで、レーザ光のエネ
ルギー密度は、前記の合焦状態が維持されていることを
前提に、アモルファスシリコンが多結晶シリコンに転移
するのに十分なレベルに設定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
結晶性半導体膜の製造方法では、液晶表示装置のアクテ
ィブマトリクス基板を製造するために大型でしかも汎用
の安価なガラス基板を使用すると、それに形成したＴＦ
Ｔの特性が１枚の基板内でばらつくという問題点があ
る。すなわち、汎用の安価なガラス基板にシリコン膜の
形成すると、シリコン膜内の応力によってガラス基板に
反りやうねりが生じることが多々ある。しかもこの反り
やうねりはガラス基板が大型化するほど顕著であるた
め、いくらステージを基準にレーザ光の合焦位置を調整
しても、基板内には半導体膜に対してレーザ光が非合焦
状態で照射されてしまう箇所が必ず発生するからであ
る。たとえば、アクティブマトリクス基板を製造するの
に広く用いられているガラス基板は、厚さが１．１±
０．１ｍｍのもので、シリコン膜の成膜後に、反りが
０．２３ｍｍもあるので、１枚のガラス基板内でレーザ
光が非合焦状態で照射されてしまう場所が必ず発生し、
非合焦状態であった場所ではアニールが不十分で半導体
膜の結晶化が十分に進まない。また、アニールが強すぎ
て半導体膜にダメージを与えてしまう。それ故、１枚の
ガラス基板内でＴＦＴの特性に大きなばらつきが発生し
てしまうのである。このような問題点は急速熱処理とし
てランプアニールを行う場合も同様に発生するが、とり
わけレーザ光は焦点深度が±０．２ｍｍ程度と浅いの
で、上記の問題点が顕著である。

【０００５】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
基板として大型で汎用の安価なガラス基板などに半導体
膜を形成したことで反りやうねりが生じても、基板全面
に均一なアニールを施すことによって、半導体膜の結晶
化度にばらつきのない結晶性半導体膜の製造方法、それ
を用いたＴＦＴの製造方法、この方法で製造したＴＦＴ
を用いた液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板、
および前記の結晶性半導体膜の製造方法に用いるアニー
ル装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、基板表面に半導体膜を形成する成膜工
程と、該半導体膜に対してエネルギー光を照射して結晶
性半導体膜を得るアニール工程とを有する結晶性半導体
膜の製造方法において、前記成膜工程を行った以降に、
前記基板の反りまたはうねりなどの表面形状を計測する
表面形状計測工程を行い、前記アニール工程では、前記
表面形状の計測結果に基づいて前記エネルギー光の合焦
位置を前記半導体膜に合わせていくことを特徴とする。

【０００７】本発明では、基板上の各領域毎にみれば、
アニール工程を行う際に、それ以前に計測された基板の
反りまたはうねりなどの計測結果に基づいてエネルギー
光の合焦位置が調整され半導体膜に常に合わせられる。
従って、大型で汎用の安価なガラス基板を用いたため、
半導体膜を形成した後、半導体膜の応力によって反りや
うねりが生じたとしても、エネルギー光は半導体膜に対
して常に合焦状態で照射される。このため、半導体膜は
均一にアニールされ、半導体膜の結晶化が全体で十分に
進む。それ故、このように構成した半導体膜を用いてＴ
ＦＴを製造すると、いずれのＴＦＴからも高いオン電流
が得られるとともに、このような電気特性にばらつきも
ない。

【０００８】本発明において、前記基板としてその種類
に限定はないが、大型で汎用の安価なガラス基板を用い
たときには反りやうねりが顕著であるので、本発明を適
用したときの効果が顕著である。

【０００９】また、エネルギー光についてもその種類に
限定はなく、急速熱処理用のランプ光を用いた場合でも
本発明を適用すれば半導体膜の結晶化度のばらつきを抑
えるとができる。但し、エネルギー光としてレーザ光を
使用したときには、その焦点深度が浅いので、本発明を
適用したときの効果が特に顕著である。このレーザ光と
してはラインビームを使用できる。

【００１０】本発明では、前記表面形状計測工程におい
て、前記成膜工程を終えた前記基板表面に対してレーザ
光を照射し、該レーザ光の戻り光に基づいて前記表面形
状の計測を行う。このような計測であれば非接触で行え
るので、前記成膜工程を終えた後に表面形状計測工程を
行うのに適している。

【００１１】本発明では、前記アニール工程において前
記エネルギー光を前記基板表面に対して相対的に走査さ
せていく際に該エネルギー光の照射位置に対して先行す
る位置の前記表面形状を計測していくことによって、同
一基板に対して前記表面形状計測工程と前記アニール工
程とを並行して行うことが好ましい。

【００１２】このような結晶性半導体膜の製造方法に用
いるアニール装置では、前記エネルギー光を出射する光
源部、および該光源部から出射されたエネルギー光を合
焦させる合焦光学系を備える光照射装置と、前記表面形
状の計測を行うための表面形状計測装置と、該表面形状
計測装置で計測した前記表面形状の計測結果に基づいて
前記光照射装置と前記基板との相対位置を調整していく
ことよって前記エネルギー光の合焦位置を前記半導体膜
に合わせていく合焦位置調整装置とを有することを特徴
とする。

【００１３】本発明に係る結晶性半導体膜の製造方法
は、この方法で得た結晶性半導体膜からＴＦＴを製造す
ることが好ましく、この方法で製造したＴＦＴは、大型
で汎用のガラス基板の使用が強く求められている液晶表
示装置用のアクティブマトリクス基板上で駆動回路や画
素スイッチング素子を構成するのに適している。

【００１４】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を説明する。

【００１５】図１は、本発明に係る結晶性シリコン膜の
製造方法を説明するための説明図である。

【００１６】本発明を適用した結晶性半導体膜の製造方
法では、図１（Ａ）に示すように、成膜工程でガラス基
板２０の表面にアモルファスシリコンや結晶性の低いシ
リコン膜３０（半導体膜）を形成した後、このシリコン
膜３０に対してアニール工程においてエネルギー光Ｌと
してレーザ光を照射して結晶性の高いシリコン膜３０を
得る。この場合に、図１（Ａ）に示すように、ガラス基
板２０の表面が完全に平坦であれば、従来技術で説明し
たように、アニール装置のステージＳを基準にエネルギ
ー光Ｌの合焦位置Ｐを設定しておくだけで、ステージＳ
上のガラス基板２０の全面において合焦状態を維持でき
る。しかし、図１（Ｂ）に示すように、ガラス基板２０
に凸状の反りがあると、アニール装置のステージＳを基
準にエネルギー光Ｌの合焦位置Ｐを設定しておくだけで
はステージＳ上のガラス基板２０の全面において合焦状
態を維持できない。すなわち、図１（Ｂ）の領域Ａで
は、シリコン膜３０が合焦位置Ｐに対して遠点にあり、
この領域Ａに形成されているシリコン膜３０を十分にア
ニールできず、その結晶化度を高めることができない。
また、アニールが強すぎるとシリコン膜３０にダメージ
を与えてしまう。これに対して、図１（Ｂ）の領域Ｂで
は、合焦位置Ｐがガラス基板２０の表面（シリコン膜３
０）上にあり、この領域Ｂに形成されているシリコン膜
３０は適正な条件でアニールされ、十分に結晶化する。
一方、図１（Ｂ）の領域Ｃではシリコン膜３０が合焦位
置Ｐに対して近点にあるため、この領域Ｃに形成されて
いるシリコン膜３０を十分にアニールできず、その結晶
化度を高めることができない。また、アニールが強すぎ
てシリコン膜３０にダメージを与えてしまう。これらの
ことはガラス基板２０に凹状の反りがあった場合でも同
様である。

【００１７】しかるに本発明では、アニール工程を行う
以前に、ガラス基板２０表面の反りまたはうねりなどの
表面形状を計測する表面形状計測工程を行い、アニール
工程では、表面形状の計測結果に基づいてエネルギー光
Ｌの合焦位置Ｐをシリコン膜３０に合わせていく。

【００１８】本形態では、表面形状計測工程とアニール
工程とをそれぞれ全く別の工程として行うのではなく、
成膜工程の後に、表面形状計測工程とアニール工程とを
同一ガラス基板２０に対して同時並行的に行う。すなわ
ち、図１（Ｃ）に示すように、エネルギー光Ｌをガラス
基板２０の表面に対して相対的に走査させながらシリコ
ン膜３０へのエネルギー光Ｌの照射を行う際に、このエ
ネルギー光Ｌの照射位置ＬＬに対して先行する位置の反
りやうねりなどの表面形状を、後述するように表面形状
計測用レーザ光Ｍを用いて計測し、この計測結果に基づ
いて、エネルギー光Ｌの合焦位置Ｐをシリコン膜３０に
合わせていく。たとえば、図１（Ｃ）においてエネルギ
ー光Ｌの合焦位置Ｐの基準位置を一点鎖線ＰＬで表す
と、領域Ａではエネルギー光Ｌの光源側とステージＳと
の相対距離を狭めてエネルギー光Ｌの合焦位置Ｐをシリ
コン膜３０に合わせる。領域Ｂでは、エネルギー光Ｌの
光源側とステージＳとの相対距離は基準状態のままで
も、エネルギー光Ｌの合焦位置Ｐはシリコン膜３０に合
う。これに対して、領域Ｃでは、エネルギー光Ｌの光源
側とステージＳとの相対距離を広めてエネルギー光Ｌの
合焦位置Ｐをシリコン膜３０に合わせる。

【００１９】図２（Ａ）、（Ｂ）はいずれも、図１
（Ｃ）に示す工程を実施するのに使用可能なアニール装
置のブロック図である。

【００２０】図２（Ａ）に示すように、前記の結晶性シ
リコン膜３０の製造方法に用いるアニール装置５０で
は、エネルギー光Ｌを出射する光源部５１（矢印Ｑで示
す。）、および該光源部５１から出射されたエネルギー
光Ｌを合焦させる合焦光学系５２を備える光照射装置５
３と、ガラス基板２０の表面形状の計測を行うための表
面形状計測装置５５と、該表面形状計測装置５５で計測
した表面形状の計測結果に基づいてエネルギー光Ｌに対
するガラス基板２０の相対位置を調整していくことよっ
てエネルギー光Ｌの合焦位置Ｐをガラス基板２０の表面
に形成されているシリコン膜３０に合わせていく合焦位
置調整装置５８とを有することを特徴とする。

【００２１】光照射装置５３としては従来のレーザアニ
ール装置と基本的な構成が同一であり、光源部５１から
出射されたエネルギー光Ｌを、合焦光学系５２を介して
ステージＳの上に載せられているガラス基板２０の表面
に合焦させる。エネルギー光Ｌとしては、図２（Ａ）に
示すようにラインビームを用いる構成、またはスポット
ビームを用いる構成のいずれでもよいが、いずれの場合
でも、基板上での照射領域を相対移動させていく際には
照射領域が重なり合うように移動させることによって、
アニール後のシリコン膜３０に結晶化度の不連続性が生
じないようにする。エネルギー光Ｌをガラス基板２０上
で走査させていくには、エネルギー光Ｌの方を走査させ
る構成、またはガラス基板２０を載せたステージＳの方
を水平移動させる構成のいずれでもよいが、図２（Ａ）
にはステージＳの方を所定の速度でボールねじで水平移
動させるステージ送り機構５６（矢印Ｒで示してあ
る。）を用いたものを示してある。

【００２２】表面形状計測装置５５としては、成膜工程
を終えたガラス基板２０の表面の反りやうねりを計測し
ていくので、ガラス基板２０の表面に無接触で計測でき
るものを用いる。たとえば、ガラス基板２０の表面に対
して表面形状計測用レーザ光Ｍを照射し、該表面形状計
測用レーザ光Ｍの戻り光に基づいて表面形状の計測を行
うタイプの表面形状計測装置を用いる。この表面形状計
測装置５５としては、各種のものを使用でき、たとえ
ば、図３（Ａ）に示す株式会社キーエンス製のレーザフ
ォーカス変位計（商品名ＬＴシリーズ）などを使用でき
る。また、図３（Ｂ）に示すように、ＣＤ（コンパクト
ディスク）やＤＶＤ（デジタルビデオディスク）の再生
用光ピックアップのレンズ駆動装置に採用されている４
分割光検知器５５０を用い、この４分割光検知器上に届
くエネルギー光Ｌの戻り光のスポット形状ＳＰからガラ
ス基板２０表面の反りやうねりなどの表面形状を計測し
てもよい。この４分割光検知器５５０上に届く戻り光の
スポット形状ＳＰは、表面形状計測用レーザ光Ｍの焦点
位置Ｐがガラス基板２０の表面に合っておれば、真円形
状のスポットＳＰが得られるので、４分割光検知器から
の出力Ｉ₁〜出力Ｉ₄はそれぞれ等しい。これに対し
て、焦点位置Ｐがずれておれば、いずれの方向にずれて
いるかによって所定の方向に長軸を向けた楕円形状のス
ポットＳＰが得られるので、４分割光検知器５５０から
の出力に基づいて得られる信号レベル［（Ｉ₁＋Ｉ₃）
−（Ｉ₂＋Ｉ₄）］を求めれば、その値から合焦状態を
求めることができる。それ故、この原理を利用すれば、
表面形状計測用レーザ光Ｍの焦点位置をガラス基板２０
表面に合わせるのに必要なレンズ駆動電圧などから、ガ
ラス基板２０の表面の反りやうねりなどの表面形状を計
測することができる。

【００２３】再び図２（Ａ）において、合焦位置調整装
置５８は、表面形状計測装置５５での計測結果に基づい
て光源側に対するガラス基板２０の相対位置を調整して
エネルギー光Ｌの合焦位置Ｐをシリコン膜３０に合わせ
ていくので、本形態では、ガラス基板２０を載せたステ
ージＳをアクチュエータなどで上下動させる昇降装置５
７（矢印Ｔで示して合る。）と、該当する部分にエネル
ギー光Ｌを照射する際にはそれに先立って該当部分につ
いて計測しておいた表面形状の計測結果に基づいて昇降
装置５７を駆動制御する制御部５９とを用いてある。な
お、合焦位置調整装置５８において、表面形状計測装置
５５での計測結果に基づいてエネルギー光Ｌに対するガ
ラス基板２０の相対位置を調整する方法としては、図２
（Ｂ）に矢印Ｚで示すように、合焦光学系５２を駆動コ
イル（図示せず。）などで上下動させる構成を採用して
もよい。いずれの構成の場合でも、図２（Ａ）、（Ｂ）
に示すように、表面形状の計測位置Ｋとエネルギー光Ｌ
の照射位置ＬＬとが離れている場合には、表面形状の計
測結果をＲＡＭなどに一時記憶しておく。これに対し
て、表面形状の計測位置Ｋとエネルギー光Ｌの照射位置
ＬＬとが接近している場合には、ＲＡＭをワーキングメ
モリとして用いながら表面形状の計測結果をフィードバ
ックして前記のアクチュエータや駆動コイルをサーボ駆
動する。このようなフィードバック制御を行うにあたっ
て、レーザ発振の周波数は１００Ｈｚ位であるが、ガラ
ス基板２０にある反りやうねりの周期は極めて長いの
で、数Ｈｚ程度のフィードバック制御でよい。

【００２４】このように構成したアニール装置５０で
は、ガラス基板２０上の各領域からみれば、図１（Ｃ）
に示すように、アニール工程を行う以前に、ガラス基板
２０の反りまたはうねりなどの表面形状を計測する表面
形状計測工程が行われ、アニール工程では、表面形状の
計測結果に基づいてエネルギー光Ｌの合焦位置Ｐをシリ
コン膜３０に合わせていくことになる。それ故、大型で
汎用の安価なガラス基板２０を用いたため、それに反り
やうねりがあったとしても、エネルギー光Ｌはシリコン
膜３０に対して常に合焦状態で照射される。このため、
シリコン膜３０は均一にアニールされ、結晶化が全体で
十分に進む。特にエネルギー光Ｌとしてレーザ光を使用
した場合にはその焦点深度がかなり浅いので、合焦位置
Ｐのわずかなずれでもアニール結果に大きな影響を及ぼ
すが、本形態ではガラス基板２０の反りやうねりに起因
する合焦位置Ｐのわずかなずれでも解消できる。それ
故、このように構成したシリコン膜３０を用いてＴＦＴ
を製造すると、いずれのＴＦＴからも高いオン電流が得
られるなど、良好な電気特性が得られ、かつ、ばらつき
もない。

【００２５】［その他の実施の形態］上記の実施の形態
では、表面形状計測工程とアニール工程とを同一のガラ
ス基板２０に対して同時並行的に行ったが、それぞれ全
く別の工程として行ってもよい。すなわち、シリコン膜
３０の成膜工程の後に表面形状計測工程を行い、各ガラ
ス基板２０毎の表面計測データは何らかのメモリに記録
しておき、アニール工程ではそのデータを引き出しなが
ら、合焦位置の制御を行ってもよい。たとえば、各ガラ
ス基板２０に成膜工程を終えた後、表面形状計測工程で
得られた各ガラス基板２０毎の表面計測データをフロッ
ピィーディスクに記録しておき、それに記録されている
データに基づいて、図１（Ｃ）に示したように合焦位置
Ｐを調整しながらのアニールを行う。なお、表面形状計
測工程とアニール工程とをそれぞれ全く別の工程として
行う場合でも、シリコン膜３０の成膜工程の後に表面形
状計測工程を行う際に、接触方式の計測方法ではシリコ
ン膜３０を汚染、損傷するおそれがあるので、非接触方
式の計測方法を用いる。

【００２６】本発明において、ガラス基板２０表面にエ
ネルギー光Ｌを照射しながらアニールを行うという観点
からすれば、レーザ光ほど焦点深度が浅くはないが、急
速熱処理用のランプ光でアニールを行う場合に本発明を
適用してもよい。

【００２７】

【実施例】このようなシリコン膜３０の結晶化方法は、
それによって得た結晶性のシリコン膜３０からＴＦＴを
形成するのに利用でき、このようにして製造されたＴＦ
Ｔは、たとえば液晶表示装置用のアクティブマトリクス
基板上に製造される。そこで、本発明の実施例として、
液晶表示装置のアクティブマトリクス基板にＴＦＴを製
造する例を説明する。

【００２８】（アクティブマトリクス基板の構成）図４
（Ａ）は、液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の
構成を模式的に示す説明図である。

【００２９】この図において、液晶表示装置１は、その
アクティブマトリクス基板２上に、データ線３および走
査線４で区画形成された画素領域５を有し、そこには、
画素ＴＦＴ１０を介して画像信号が入力される液晶セル
の液晶容量６が構成されている。データ線３に対して
は、シフトレジスタ７１、レベルシフタ７２、ビデオラ
イン７３、アナログスイッチ７４を備えるデータドライ
バ部７が構成され、走査線４に対しては、シフトレジス
タ８１およびレベルシフタ８２を備える走査ドライバ部
８が構成されている。なお、画素領域５には、前段の走
査線４との間に保持容量５１が形成されることもある。

【００３０】データドライバ部７や走査ドライバ部８で
は、図４（Ｂ）に２段のインバータを例示するように、
Ｎ型のＴＦＴｎ１、ｎ２と、Ｐ型のＴＦＴｐ１、ｐ２と
によって構成されたＣＭＯＳ回路などが高密度に形成さ
れる。但し、アクティブマトリクス部９のＴＦＴ１０
と、データドライバ部７のＴＦＴｎ１、ｎ２やＰ型のＴ
ＦＴｐ１、ｐ２とは、基本的な構造が同じであり、同じ
工程中で製造される。

【００３１】アクティブマトリクス基板２としては、ア
クティブマトリクス部９だけがガラス基板上に構成され
たもの、アクティブマトリクス部９と同じガラス基板上
にデータドライバ部７が構成されたもの、アクティブマ
トリクス部９と同じガラス基板上に走査ドライバ部８が
構成されたもの、アクティブマトリクス部９と同じガラ
ス基板上にデータドライバ部７および走査ドライバ部８
の双方が構成されたものがある。また、ドライバ内蔵型
のアクティブマトリクス基板２であっても、データドラ
イバ部７に含まれるシフトレジスタ７１、レベルシフタ
７２、ビデオライン７３、アナログスイッチ７４等の全
てがアクティブマトリクス基板２上に構成された完全ド
ライバ内蔵タイプと、それらの一部がアクティブマトリ
クス基板２上に構成された部分ドライバ内蔵タイプとが
あるが、いずれに対しても本発明を適用できる。

【００３２】図５は、アクティブマトリクス基板の画素
領域の１つを拡大して示す平面図、図６（Ａ）は、図５
のＩ−Ｉ′線における断面図、図６（Ｂ）は、図５のII
−II′線における断面図である。なお、データドライバ
部７などのＴＦＴは基本的には同一の構造を有するの
で、その図示を省略する。

【００３３】これらの図において、いずれの画素領域５
でも、ＴＦＴ１０は、ガラス基板上において、データ線
３に対して層間絶縁膜１６のコンタクトホール１７を介
して電気的接続するソース領域１１、画素電極１９に対
して層間絶縁膜１６のコンタクトホール１８を介して電
気的接続するドレイン領域１２、ドレイン領域１２とソ
ース領域１１との間にチャネルを形成するためのチャネ
ル領域１３、およびチャネル領域１３に対してゲート絶
縁膜１４を介して対峙するゲート電極１５から構成され
ている。このゲート電極１５は、走査線４の一部として
構成されている。なお、ガラス基板の表面側には、シリ
コン酸化膜からなる下地保護膜２１が形成されている。

【００３４】（ＴＦＴの製造方法）図７を参照して、Ｔ
ＦＴの製造方法を説明する。図７は、図５のＩ−Ｉ′線
における断面に対応するＴＦＴの工程断面図である。

【００３５】本例では、ガラス基板として、３００ｍｍ
角の無アルカリガラス板を用いて以下の各工程を行な
う。

【００３６】（下地保護膜形成工程）図７（Ａ）におい
て、まず、ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ法により２５０℃〜３０
０℃の温度条件下で、ガラス基板の表面に下地保護膜２
１となる膜厚が２００ｎｍのシリコン酸化膜を形成す
る。シリコン酸化膜は、ＡＰＣＶＤ法でも形成でき、こ
の場合には、ガラス基板の温度を２５０℃から４５０℃
までの範囲に設定した状態で、モノシラン及び酸素を原
料ガスとしてシリコン酸化膜を形成する。

【００３７】（シリコン膜堆積工程）次に、下地保護膜
２１の表面に真性のシリコン膜３０（アモルファスシリ
コン膜）を５０ｎｍ程度堆積する。本例では、高真空型
ＬＰＣＶＤ装置を用いて、原料ガスであるジシランを２
００ＳＣＣＭ流しながら、４２５℃の堆積温度でアモル
ファスのシリコン膜３０を堆積する。なお、シリコン膜
３０の形成にあたっては、ＰＥＣＶＤ法やスパッタ法を
用いてもよく、これらの方法によれば、その成膜温度を
室温から３５０℃までの範囲に設定することができる。

【００３８】（レーザ溶融結晶化法によるアニール工
程）次に、図７（Ｂ）に示すように、アモルファスのシ
リコン膜３０にレーザ光を照射してシリコン膜３０を多
結晶シリコンに改質する。本例では、たとえば、キセノ
ン・クロライド（ＸｅＣｌ）のエキシマ・レーザ（波長
が３０８ｎｍ）を照射する。この工程において、レーザ
照射は、ガラス基板を室温（２５℃）とし、真空雰囲気
中または不活性ガス雰囲気中で行なう。

【００３９】ここでは、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して
説明したレーザアニール装置において、図１（Ｃ）を参
照して説明した方法でレーザアニールを行う。すなわ
ち、ガラス基板２０上の各領域からみれば、エネルギー
光Ｌ（レーザ光）が照射される前にガラス基板２０の反
りまたはうねりなどの表面形状が計測され、この計測結
果に基づいてエネルギー光Ｌの合焦位置Ｐは常にシリコ
ン膜３０に合わせられるので、シリコン膜３０は均一に
アニールされ、多結晶シリコン膜となる。なお、ガラス
基板２０の全面にシリコン膜３０が形成されるので、そ
の全面にレーザアニールを行ってもよいが、ＴＦＴや保
持容量の形成予定領域だけに選択的にレーザ照射を行
い、レーザアニール時間を短縮してもよい。

【００４０】（シリコン膜のパターニング工程）次に、
図７（Ｃ）に示すように、アニール工程で多結晶化した
シリコン膜３０に対して、フォトリソグラフィ技術を用
いてパターニングを行い、島状のシリコン膜３１とす
る。

【００４１】（ゲート絶縁膜の形成工程）次に、図７
（Ｄ）に示すように、ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ法により２５
０℃〜３００℃の温度条件下で、シリコン膜３１に対し
てシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜１４を形成す
る。

【００４２】（ゲート電極形成工程）次に、ゲート酸化
膜１４の表面側に膜厚が６００ｎｍのタンタル薄膜をス
パッタ法により形成した後、それをフォトリソグラフィ
技術を用いてパターニングし、ゲート電極１５を形成す
る。本例では、タンタル薄膜を形成する際に、ガラス基
板温度を１８０℃に設定し、スパッタガスとして窒素ガ
スを６．７％含むアルゴンガスを用いる。このように形
成したタンタル薄膜は、結晶構造がα構造であり、その
比抵抗が小さい。

【００４３】（不純物導入工程）次に、バケット型質量
非分離型のイオン注入装置（イオンドーピング装置）を
用いて、ゲート電極１５をマスクとしてシリコン膜３１
に不純物イオンを打ち込む。その結果、ゲート電極１５
に対してセルフアライン的にソース領域１１およびドレ
イン領域１２が形成される。このとき、シリコン膜３１
のうち、不純物イオンが打ち込まれなかった部分がチャ
ネル領域１３となる。このとき、Ｐチャネル型のＴＦＴ
を形成する領域をレジストマスクで覆っておく。

【００４４】逆に、Ｐチャネル型のＴＦＴを形成する場
合には、原料ガスとして水素ガスで濃度が５％となるよ
うに希釈したジボランを用いるが、その際にはＮチャネ
ル型のＴＦＴを形成する領域をレジストマスクで覆って
おく。

【００４５】（層間絶縁膜の形成工程）次に、図７
（Ｅ）に示すように、ＰＥＣＶＤ法により２５０℃〜３
００℃の温度条件下で、層間絶縁膜１６としての膜厚が
５０ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。このときの原料
ガスは、ＴＥＯＳと酸素とである。ガラス基板温度は、
２５０℃〜３００℃である。

【００４６】（活性化工程）次に、酸素雰囲気下で３０
０℃、１時間の熱処理を行ない、注入したリンイオンの
活性化と、層間絶縁膜１６の改質とを行なう。

【００４７】（配線工程）次に、層間絶縁膜１６にコン
タクトホール１７、１８を形成する。しかる後に、図６
（Ａ）に示すように、コンタクトホール１７、１８を介
して、ソース電極（データ線３）をソース領域１１に電
気的に接続し、ドレイン電極（画素電極１９）をドレイ
ン領域１２に電気的に接続し、ＴＦＴ１０を形成する。

【００４８】（実施例の主な効果）このように構成した
液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板２では、ア
ニール工程において、ガラス基板２０の反りやうねりの
影響を受けることなく、シリコン膜３０に対して均一な
アニールが施してあるので、ガラス基板２０内でシリコ
ン膜３０には結晶度のばらつきがない。それ故、動作速
度が高くて、しかも動作速度にばらつきのないＴＦＴ１
０を製造するので、このアクティブマトリクス基板２を
用いれば、液晶表示装置で高品位の表示を行うことがで
きる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る結晶
性半導体膜の製造方法によれば、ガラス基板上の各領域
からみれば、アニール工程を行う以前に、ガラス基板の
反りまたはうねりなどの表面形状を計測する表面形状計
測工程が行われ、アニール工程では、表面形状の計測結
果に基づいてエネルギー光の合焦位置が半導体膜に合わ
せられていく。それ故、大型で汎用の安価なガラス基板
を用いたため、それに反りやうねりがあったとしても、
エネルギー光はシリコン膜に対して常に合焦状態で照射
される。それ故、半導体膜は均一にアニールされ、その
結晶化が全体としてスムーズに進む。特にエネルギー光
としてレーザ光を使用した場合にはその焦点深度が浅い
ので、合焦位置のわずかなずれでもアニール結果に大き
な影響を及ぼすが、本発明によれば、ガラス基板の反り
やうねりに起因する合焦位置のわずかなずれでも解消で
きる。よって、このように構成したシリコン膜を用いて
ＴＦＴを製造すると、いずれのＴＦＴからも高いオン電
流が得られるなど良好な電気特性が得られ、かつ、ばら
つきもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る結晶性シリコン膜の製造方法の特
徴を説明するための説明図である。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）はいずれも、図１（Ｃ）に示す
工程を実施するのに使用されるアニール装置のブロック
図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図２に示すアニー
ル装置において基板の反りやうねりなどの表面形状を計
測するための表面形状計測装置の説明図である。

【図４】（Ａ）は、本発明の実施例に係る液晶表示装置
のアクティブマトリクス基板を模式的に示す説明図、
（Ｂ）は、その駆動回路に用いたＣＭＯＳ回路の説明図
である。

【図５】アクティブマトリクス基板上の画素領域を拡大
して示す平面図である。

【図６】（Ａ）は、図５のＩ−Ｉ′線における断面図、
（Ｂ）は、図５のII−II′線における断面図である。

【図７】本発明の実施例において、図５のＩ−Ｉ′線に
おける断面に対応するＴＦＴの工程断面図である。

【符号の説明】

１・・・液晶表示装置２・・・アクティブマトリクス基板３・・・データ線４・・・走査線５・・・画素領域１０・・・ＴＦＴ１１・・・ソース領域１２・・・ドレイン領域１３・・・チャネル形成領域１４・・・ゲート絶縁膜１５・・・ゲート電極３０・・・シリコン膜（シリコン膜３０）３１・・・島状のシリコン膜（シリコン膜３０）５０・・・アニール装置５１光源部５２合焦光学系５３光照射装置５５表面形状計測装置５８合焦位置調整装置Ｋ・・・表面形状の計測位置Ｌ・・・エネルギー光Ｍ表面計測用のレーザ光Ｐ・・・エネルギー光の焦点位置ＬＬ・・・エネルギー光の照射領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面に半導体膜を形成する成膜工程
と、該半導体膜に対してエネルギー光を照射して結晶性
半導体膜を得るアニール工程とを有する結晶性半導体膜
の製造方法において、前記成膜工程を行った以降に、前記基板の反りまたはう
ねりなどの表面形状を計測する表面形状計測工程を行
い、前記アニール工程では、前記表面形状の計測結果に
基づいて前記エネルギー光の合焦位置を前記半導体膜に
合わせていくことを特徴とする結晶性半導体膜の製造方
法。
【請求項２】請求項１において、前記基板はガラス基
板であることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項３】請求項１または２において、前記エネル
ギー光はレーザ光であることを特徴とする結晶性半導体
膜の製造方法。
【請求項４】請求項３において、前記レーザ光はライ
ンビームであることを特徴とする結晶性半導体膜の製造
方法。
【請求項５】請求項１または２において、前記エネル
ギー光は急速熱処理用のランプ光であることを特徴とす
る結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記表面形状計測工程では、前記成膜工程を終えた前記
基板表面に対してレーザ光を照射し、該レーザ光の戻り
光に基づいて前記表面形状の計測を行うことを特徴とす
る結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項７】請求項６において、前記アニール工程で
は、エネルギー光を前記基板表面に対して走査させてい
く際に該エネルギー光の照射位置に対して先行する位置
の前記表面形状を計測していくことによって、同一基板
に対して前記表面形状計測工程と前記アニール工程とを
並行して進めていくことを特徴とする結晶性半導体膜の
製造方法。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに規定する
結晶性半導体膜の製造方法によって得た結晶性半導体膜
から薄膜トランジスタを形成することを特徴とする薄膜
トランジスタの製造方法。
【請求項９】請求項８に規定する薄膜トランジスタの
製造方法によって製造した薄膜トランジスタを用いたこ
とを特徴とする液晶表示装置用アクティブマトリクス基
板。
【請求項１０】請求項７に規定する結晶性半導体膜の
製造方法に用いるアニール装置であって、エネルギー光
を出射する光源部、および該光源部から出射されたエネ
ルギー光を合焦させる合焦光学系を備える光照射装置
と、前記表面形状の計測を行うための表面形状計測装置
と、該表面形状計測装置で計測した前記表面形状の計測
結果に基づいてエネルギー光に対する前記基板の相対位
置を調整してエネルギー光の合焦位置を前記半導体膜に
合わせる合焦位置調整装置とを有することを特徴とする
アニール装置。