JP2000182986A

JP2000182986A - レ―ザ―照射装置及びレ―ザ―照射方法／ビ―ムホモジェナイザ―／半導体装置及びその作製方法

Info

Publication number: JP2000182986A
Application number: JP11284834A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Tanaka; 幸一郎田中
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2000-06-30
Anticipated expiration: 2019-10-05
Also published as: JP4439630B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体膜の広い範囲の膜厚において、十分な
均質性と高い生産性をもってレーザーアニールする。【解決手段】線状のレーザービームをビーム幅方向に
走査しながら照射するレーザー照射装置であって、前記
レーザービームは、照射面において第１のビーム幅にお
いて第１のエネルギー密度を、第２のビーム幅において
第２のエネルギー密度を有し、前記第２のエネルギー密
度は前記第１のエネルギー密度より高いことを特徴とす
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、
線状のレーザービームを走査して照射する構成に関す
る。本明細書で開示する発明は、非単結晶半導体膜に線
状のレーザービームをそのビーム幅方向に走査しながら
照射してアニールする構成に関する。本明細書で開示す
る発明は、半導体装置とその作製に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上に形成され
た非単結晶半導体膜（非晶質、多結晶、微結晶等、単結
晶でない半導体膜）にアニールを施して、結晶化させた
り、結晶性を向上させて結晶性半導体膜（単結晶、多結
晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜）を得る技術
が、広く研究されている。上記半導体膜には、珪素膜が
よく用いられる。

【０００３】ガラス基板は、従来よく使用されてきた石
英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基
板を容易に作成できる利点を持っている。これが上記研
究が行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザ
ーが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからであ
る。レーザーは基板の温度をあまり変えずに半導体膜に
のみ高いエネルギーを与えることができる。

【０００４】珪素膜にレーザーアニールを施して形成さ
れた結晶性珪素膜は、高い移動度を有するため、この結
晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成
し、例えば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動
回路用のＴＦＴを作製する、モノリシック型の液晶電気
光学装置等に盛んに利用されている。該結晶性珪素膜は
多くの結晶粒からできているため、多結晶珪素膜、ある
いは多結晶半導体膜とも呼ばれる。

【０００５】また、出力の大きい、エキシマレーザー等
のパルスレーザービームを、被照射面において、数ｃｍ
角の四角いスポットや、数ミリ幅×数１０ｃｍの線状と
なるように光学系にて加工し、レーザービームを走査さ
せて（レーザービームの照射位置を被照射面に対し相対
的に移動させて）、レーザーアニールを行う方法が、量
産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用され
る。

【０００６】特に、線状レーザービームを用いると、前
後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを用
いた場合とは異なり、線状レーザーの線方向に直角な方
向だけの走査で被照射面全体にレーザー照射を行うこと
ができるため、高い量産性が得られる。線方向に直角な
方向に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向で
あるからである。この高い量産性により、現在レーザー
アニールにはエキシマレーザービームを適当な光学系で
加工した線状レーザービームを使用することが主流にな
りつつある。

【０００７】一般に線状レーザービームを形成する場
合、元が長方形状のビームを適当なレンズ群に通して線
状に加工する。前記長方形状のビームはアスペクト比が
２から５程度であるが、例えば、図２Ａ，Ｂに示したレ
ンズ群（これをビームホモジェナイザーと呼ぶ。）によ
り、アスペクト比１００以上の線状ビームに変形され
る。その際、エネルギーのビーム内分布も同時に均質化
されるように、上記レンズ群は設計されている。エネル
ギー分布を一様化する方法は、元の長方形のビームを分
割後、各々拡大し重ね合わせて均質化するものである。

【０００８】図２Ａ，Ｂに示す装置は、発振器２０１か
らのレーザー光（この状態では概略矩形形状を有してい
る）を２０２、２０３、２０４、２０５、２０７で示す
光学系を介して、線状ビームとして照射する機能を有し
ている。なお、２０６はミラーである。

【０００９】２０２はシリンドリカルレンズアレイと呼
ばれ、ビームを多数に分割する機能を有する。この分割
された多数のビームは、シリンドリカルレンズ２０５で
１つに合成される。

【００１０】この構成は、ビーム内の強度分布を均一に
するために必要とされる。また、シリンドリカルレンズ
アレイ２０３とシリンドリカルレンズ２０４との組み合
わせも上述したシリンドリカルレンズアレイ２０２とシ
リンドリカルレンズ２０５の組み合わせと同様な機能を
有する。

【００１１】即ち、シリンドリカルレンズアレイ２０２
とシリンドリカルレンズ２０５の組み合わせは、線状レ
ーザービームの長手方向におけるエネルギー（強度）分
布を均一にする機能を有し、シリンドリカルレンズアレ
イ２０３とシリンドリカルレンズ２０４の組み合わせ
は、線状レーザービームの幅方向におけるエネルギー
（強度）分布を均一にする機能を有している。ミラー２
０６を介して、シリンドリカルレンズ２０７を配置する
ことにより、より細い線状レーザービームを得ることが
できる。

【００１２】ビーム内のエネルギー分布を均質化する役
割を果たす光学系をビームホモジェナイザーと呼ぶ。図
２に示した光学系もビームホモジェナイザーの１つであ
る。エネルギー分布を一様化する方法は、元の長方形の
ビームを分割後、各々拡大し重ね合わせて均質化するも
のである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記線状に加工された
パルスレーザービームを走査させて、非単結晶半導体膜
に対してレーザーアニールを施すに際し、いくつかの問
題が生じている。それらの問題の１つは非単結晶半導体
膜の条件、例えば膜厚等、によっては、レーザーアニー
ルが膜面全体に一様に為されないことにあった。

【００１４】半導体膜を用いた半導体装置の作製におい
て、作製しようとする半導体素子や装置の性質に応じ
て、半導体膜の厚さを変化させることがある。例えば、
高い特性を得ようとすると薄い膜、例えば２５〜５５ｎ
ｍ程度のものが必要であった。あるいは、高い信頼性を
得ようとすると、厚い膜、例えば、５５ｎｍ〜１００ｎ
ｍ程度のものが要求された。よって、作ろうとする半導
体素子に要求される特性によって、半導体膜の膜厚を変
えることが行われる。

【００１５】例えば、膜厚が５０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲
の非単結晶半導体膜より、５０ｎｍ以下の非単結晶半導
体膜にレーザービームを照射した場合、ビームとビーム
の重なりの部分で縞ができてしまう現象が目立ち、これ
らの縞の一本一本で膜の半導体特性が著しく異なること
がある。（図１参照。）

【００１６】あるいは、６０ｎｍ以上の膜厚を持つ非単
結晶半導体膜を同様にレーザーアニールした場合でも、
ビームとビームの重なりの部分で縞ができてしまう現象
が起こることがある。

【００１７】例えばこの縞ができた結晶性半導体膜を使
用して半導体装置、例えば薄膜トランジスタを作製し、
かかる薄膜トランジスタを有する液晶ディスプレイを作
製した場合、この縞が画面の表示にそのまま出てしまう
不都合が生じた。この問題は、レーザーの照射対象であ
る非単結晶半導体膜の膜質の改良や、線状レーザーの走
査ピッチ（隣り合うパルスの間隔。）を細かくすること
で、改善されつつあるが、まだ十分ではない。本出願人
の実験によると、走査ピッチは線状レーザービームのビ
ーム巾の１０分の１前後が最も適当であった。

【００１８】本明細書で開示する発明は、非単結晶半導
体膜の広い範囲の膜厚において、十分な均質性と高い生
産性を持ってレーザーアニールする方法及びかかる方法
によって作製される結晶性半導体膜を用いた半導体装置
を提供するものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、本出願で開示する発明の一つは、線状のレーザー
ビームをビーム幅方向に走査しながら照射するレーザー
照射装置であって、照射面における前記レーザービーム
は、第１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、
第２のビーム幅において第２のエネルギー密度を有し、
第２のエネルギー密度は第１のエネルギー密度より高い
ことを特徴とするレーザー照射装置である。

【００２０】かかる装置において、第１のビーム幅と第
２のビーム幅は等しくしてもよい。

【００２１】かかる装置において、走査は、レーザービ
ームの第１のエネルギー密度を有する側から行ってもよ
い。

【００２２】また、走査は、レーザービームの第２のエ
ネルギー密度を有する側から行ってもよい。

【００２３】さらには、レーザービームは第１のエネル
ギー密度を有する側から走査した後、第２のエネルギー
密度を有する側から走査したり、逆に、第２のエネルギ
ー密度を有する側から走査した後、第１のエネルギー密
度を有する側から走査してもよい。

【００２４】また、前記第１のエネルギー密度と第２の
エネルギー密度の差は、第１のエネルギー密度の４％〜
３０％とするとより好ましい。

【００２５】また、レーザービームの照射は、He、Ar、
N₂のいずれかもしくはそれらの混合気体の雰囲気で行わ
れると好ましい。

【００２６】本出願で開示する発明の他の一つは、レー
ザービームを分割する役割を果たす光学レンズと、前記
分割されたレーザービームを合成する光学系とを有し、
前記光学レンズは、シリンドリカルレンズと半シリンド
リカルレンズとで構成されていることを特徴とするビー
ムホモジェナイザーである。

【００２７】かかるビームホモジェナイザーは、前記し
た第１のエネルギー密度と第２のエネルギー密度を有す
る線状のレーザービームを得ることができる。

【００２８】前記の半シリンドリカルレンズは、シリン
ドリカルレンズを長さ方向の断面形状が長方形になるよ
うに２つの合同な立体に分けた場合の一方の形状を有し
ている。

【００２９】前記の半シリンドリカルレンズは複数個あ
ってもよい。

【００３０】上記したレーザー照射装置において、レー
ザービームは周波数１００Ｈｚ以上のパルスレーザーで
あるとより好ましい。

【００３１】また、本明細書で開示する他の構成は、線
状のレーザービームをビーム幅方向に走査しながら照射
するレーザー照射方法であって、照射面における前記レ
ーザービームは、第１のビーム幅において第１のエネル
ギー密度と、第２のビーム幅において第２のエネルギー
密度を有し、第２のエネルギー密度は第１のエネルギー
密度より高いことを特徴とするレーザー照射方法であ
る。

【００３２】また、本出願で開示する発明の他の一つ
は、結晶性半導体膜を有する半導体装置であって、前記
結晶性半導体膜は、第１のビーム幅において第１のエネ
ルギー密度と、第２のビーム幅において前記第１のエネ
ルギー密度より高い第２のエネルギー密度を、照射面に
おいて有する線状レーザービームが、そのビーム幅方向
に走査しつつ照射されたものであることを特徴とする半
導体装置である。

【００３３】前記半導体装置は、前記結晶性半導体を活
性層とした薄膜トランジスタであることは好ましい。

【００３４】前記結晶性半導体膜の膜厚は、２５ｎｍ〜
７５ｎｍであることは好ましい。この範囲の膜厚は、第
１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２の
ビーム幅において前記第１のエネルギー密度より高い第
２のエネルギー密度を、照射面において有する線状レー
ザービームが、そのビーム幅方向に走査しつつ照射され
た際に、膜質の面内均質性が向上されている。

【００３５】本出願で開示する他の発明は、基板上の非
単結晶半導体膜に対し、線状のレーザービームをそのビ
ーム幅方向に走査しながら照射して結晶性半導体膜を得
る工程と、前記結晶性半導体膜を用いて半導体装置を作
製する工程とを有し、前記線状のレーザービームは、第
１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２の
ビーム幅において第２のエネルギー密度を照射面におい
て有し、第２のエネルギー密度は第１のエネルギー密度
より高いことを特徴とする半導体装置の作製方法であ
る。

【００３６】上記作製方法において、第１のビーム幅と
第２のビーム幅は等しいことは好ましい。

【００３７】上記作製方法において、走査は、レーザー
ビームの第１のエネルギー密度を有する側からしてもよ
い。

【００３８】上記作製方法において、走査は、レーザー
ビームの第２のエネルギー密度を有する側からしてもよ
い。

【００３９】上記作製方法において、前記非単結晶半導
体膜を第１のエネルギー密度を有する側から走査してア
ニールし結晶性半導体膜とした後、該結晶性半導体膜を
第２のエネルギー密度を有する側から走査してアニール
してもよい。

【００４０】上記作製方法において、前記非単結晶半導
体膜を第２のエネルギー密度を有する側から走査してア
ニールし結晶性半導体膜とした後、該結晶性半導体膜を
第１のエネルギー密度を有する側から走査してアニール
してもよい。

【００４１】上記作製方法において、前記第１のエネル
ギー密度と第２のエネルギー密度との差は、第１のエネ
ルギー密度の４％〜３０％であるとよい。

【００４２】上記作製方法において、照射は、He、Ar、
N₂のいずれかもしくはそれらの混合気体の雰囲気で行わ
れるとよい。

【００４３】上記作製方法において、照射はHe雰囲気で
行われることは好ましい。これにより、非単結晶半導体
膜上に酸化珪素膜等によるキャップ層等を設けずに直接
レーザー照射した場合の、アニール後の結晶性珪素膜の
膜質の面内均質性が高まり、またリッジといわれる、レ
ーザー照射後に結晶の粒界付近が盛り上がる現象も極め
て少なくなる。

【００４４】上記作製方法において、レーザービームは
周波数１００Ｈｚ以上のパルスレーザーであるとより好
ましい。かかる周波数とすることで走査速度を速めるこ
とができるので、処理速度を高めることができ、半導体
装置の生産性が向上する。

【００４５】図２に示した線状レーザービーム形成の為
の光学系（ビームホモジェナイザー）は、非常に均質性
の高い線状レーザービームを形成する。該線状レーザー
ビームのエネルギー分布を、線状レーザービームのビー
ム幅方向の断面でみると、その断面は図３に示す様に矩
形状の分布になる。

【００４６】本出願人は、このエネルギー分布を変化さ
せることにより、より均質なレーザーアニールができる
条件を探求した。探求の方法は、非単結晶半導体膜の直
前にレーザー用の減光フィルターを配置することでエネ
ルギーの分布を変えるようにした。該フィルターは、図
２に示した光学系の性質から非単結晶半導体膜直前（１
ｍｍ以内）に配置した。

【００４７】その結果、図２の光学系を用いた従来の方
法に比較して、珪素膜の厚さが４０ｎｍであっても均質
にレーザーアニールできた。

【００４８】このとき、前記の減光フィルターには透過
率９０％のものを使用した。また、このときフィルター
は線状レーザービームの幅方向に対して概略半分にかか
るように配置した

【００４９】前記エネルギー分布を図４に示した。図４
は、図３と同様に線状レーザービームの幅方向の断面の
エネルギー分布を示したものである。このエネルギー分
布で、従来のレーザー照射方法と同様の条件でレーザー
照射したところ、レーザー照射跡が従来と比較して目立
たなくなった。このとき、線状レーザーの走査の方向
は、エネルギーの低い方を前にして行った。すなわち、
図４のA の方向に線状ビームを走査することで珪素膜を
レーザーアニールした。

【００５０】図４に線状レーザービームの形状を特徴づ
ける２種類のエネルギー（E1、E2）とそれらの幅（ｗ
１、ｗ２）を定義した。ここで、E1＜E2とすると、1.04
≦E2/E1 ≦1.3 の範囲で、効果があった。また、ｗ１と
ｗ２の関係は、ｗ１≒ｗ２であるとよかった。

【００５１】さらに、本出願人は、該レーザービームが
厚い珪素膜（５５ｎｍ以上）に対してどのような効果を
もたらすかを調べた。その結果、厚さ６５ｎｍの珪素膜
に対して、薄い珪素膜を処理したときとは逆方向（図４
に示したB の方向）に走査しながらレーザーアニールを
行ったところ、レーザー照射跡が従来と比較して目立た
なくなった。

【００５２】図４に示した線状レーザービームは、膜厚
５０〜６０ｎｍの珪素膜に対しても、均質なレーザーア
ニールを行うことができた。照射時の走査の方向は図４
に示したA 、B いずれの方向も均質なアニールができ
た。

【００５３】かかる構成により、線状レーザービームで
均質にアニールできる非単結晶半導体膜の厚さの範囲が
飛躍的に拡がった。しかしながら、非単結晶半導体膜の
直前（１ｍｍ以内）にレーザー用のフィルターを配置す
ることは、簡易な構成で図４のエネルギー分布を実現で
きる反面、耐久性に問題があり、また装置の微調整を必
要とした。

【００５４】そこで本出願人は、図２の光学系のうち、
線状レーザービームのビーム幅におけるエネルギー分布
を均一にする機能を有する部分の構成を変えることで、
図４に示したエネルギー分布を得ることのできる光学系
を発明した。該光学系の一部を図５に示す。図５の光学
系は、図２に記載したシリンドリカルレンズアレイ２０
３を、シリンドリカルレンズアレイ５０１に置き換えた
ものである。

【００５５】図５では、ビーム長におけるエネルギー分
布を均一にする機能を有する部分等は、簡単のため省い
た。

【００５６】図５の光学系の特徴は、シリンドリカルレ
ンズアレイ５０１の構成にある。このシリンドリカルレ
ンズアレイにより、照射面には２段のエネルギー分布を
持つ線状レーザービームが形成される。シリンドリカル
レンズアレイ５０１の特徴は、通常の形状のシリンドリ
カルレンズと、幅方向（シリンドリカルレンズの主平面
に平行かつ稜線に垂直な方向）での断面が、通常の形状
のシリンドリカルレンズを光軸で半分に切った場合の一
方の形状を有するもの（本明細書では、これを半シリン
ドリカルレンズと呼ぶ。）とをアレイ状に組み合わせた
ことにある。

【００５７】シリンドリカルレンズアレイ５０１を立体
視したものを図６に記載した。通常の形状のシリンドリ
カルレンズは図６の６０２、６０３、６０４、６０５に
あたる。半シリンドリカルレンズ６０１、６０６の形状
は、幅方向（シリンドリカルレンズの主平面に平行かつ
稜線に垂直な方向）の断面が、通常の形状のシリンドリ
カルレンズを光軸で半分に切った場合の一方の形状を有
するものとした。その長さ方向の切断面は長方形で、２
つに分かれたレンズは互いに合同または概略合同になる
ような形状である。

【００５８】この結果、１つの通常のシリンドリカルレ
ンズを通過する光は、線状レーザービームの幅いっぱい
に拡がるが、半シリンドリカルレンズを通過する光は、
線状レーザービームの幅に対して、片側半分にしか拡が
らない。よって、図５記載の光学系は、図４に示したエ
ネルギー分布を持つ線状レーザービームを作ることがで
きる。

【００５９】シリンドリカルレンズアレイ５０１の形状
は、図７に示したように様々な形態がとれるが、この形
態は入射させるレーザービームのエネルギー分布により
最適化される。通常、図４記載の線状レーザービームの
エネルギー密度E1とE2の差は、E1の４〜３０％程度がよ
かった。そして、そのようなビームを形成するために
は、半シリンドリカルレンズを通過するレーザー光のエ
ネルギーを、レーザー光の全エネルギーの２〜１５％程
度にすればよかった。

【００６０】このような形状のシリンドリカルレンズア
レイ５０１の例は図７の７０１、７０２、７０３、７０
４に示した。また、７０５のような簡単な構成でも本発
明が示す効果がある。７０１は複数のシリンドリカルレ
ンズの両端に半シリンドリカルレンズを一つずつ配置し
た例である。７０２は、複数のシリンドリカルレンズの
間に一つの半シリンドリカルレンズが配置されたもの
を、複数配置したものである。７０３は複数のシリンド
リカルレンズの中央に複数の半シリンドリカルレンズを
配置したものである。７０４は複数のシリンドリカルレ
ンズの両端に複数の半シリンドリカルレンズを配置した
ものである。７０５は複数のシリンドリカルレンズの中
央に一つの半シリンドリカルレンズを配置したものであ
る。

【００６１】シリンドリカルレンズアレイにおいて、半
シリンドリカルレンズの数は１つでもよいが、複数個あ
るほうが、かかる均一性の向上には効果があり、さら
に、その数が偶数個であると、より好ましい。ただし、
半シリンドリカルレンズの向きはすべて同じ向きであ
る。すなわち、シリンドリカルレンズアレイの幅方向
（シリンドリカルレンズの主平面に平行かつ稜線に垂直
な方向）において、複数の半シリンドリカルレンズの断
面の形状は同じである。

【００６２】また、シリンドリカルレンズアレイ５０１
の構成は、シリンドリカルレンズアレイ５０１に入射す
るレーザービームのエネルギー分布が、線対称（例えば
ガウシアン分布）または線対称に近いものであった場
合、シリンドリカルレンズアレイにおける半シリンドリ
カルレンズの配置を、線対称なエネルギー分布の対称軸
に対し、対称の位置にすると、各エネルギー密度を有す
るビーム幅における、ビーム幅方向のエネルギー密度の
均一性が向上し、より均質なアニールができる。

【００６３】

【発明の実施の形態】以下に本明細書で開示する発明の
実施の形態を実施例にて説明する。

【００６４】

【実施例】〔実施例１〕ここでは、３５ｎｍの膜厚を持
つ非単結晶珪素膜を線状レーザービームでアニールする
方法を述べる。前述のとおり、３５ｎｍの膜厚は半導体
膜としては薄く、高特性の半導体素子を作製するのに適
している。

【００６５】まず、基板として１２７ｍｍ角のガラス基
板（コーニング１７３７）を用意した。この基板は６０
０℃までの温度であれば充分な耐久性があった。該ガラ
ス基板上に下地膜として酸化珪素膜を２００ｎｍ成膜し
た。さらに、その上に非晶質珪素膜を３５ｎｍの厚さに
成膜した。成膜は、共にプラズマＣＶＤ法にて行った。

【００６６】上記成膜済の基板を、４５０℃、１時間の
熱浴にさらした。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を
減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜が
レーザーエネルギーに対して耐えきれないので本工程を
いれた。該膜内の水素の密度は１０²⁰atoms/cm³オーダ
ーが適当であった。

【００６７】図８に、レーザー照射装置の例を示す。図
８は、レーザー照射装置の概観である。図８において、
レーザー照射装置は、レーザー発振装置２０１から照射
され、光学系８０１により光路が変更されたパルスレー
ザービームを、ミラー２０６で反射させ、シリンドリカ
ルレンズ２０７にて集光させつつ、被処理基板８０２に
照射される機能を有している。

【００６８】レーザー発振装置２０１は、ここでは、Ｘ
ｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を発振する
ものを用いた。他に、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２
４８ｎｍ）等を用いてもよい。また、連続発振エキシマ
レーザーを用いても良い。

【００６９】光学系８０１には、図２に示した光学系の
内シリンドリカルレンズアレイ２０３を本発明のシリン
ドリカルレンズアレイ７０１に置換したものを使用し
た。なお、シリンドリカルレンズアレイ２０２は凸レン
ズで構成されているが、凹レンズもしくは、凹凸混合で
構成しても本発明の本質になんら影響しない。

【００７０】シリンドリカルレンズアレイ７０１を使用
した理由は、該シリンドリカルレンズアレイ７０１に入
射するエキシマレーザービームがガウシアンで近似され
るエネルギー分布を持っていたためである。また、半シ
リンドリカルレンズが両端に位置するシリンドリカルレ
ンズアレイ７０１を選んだ理由は、図４で図示したエネ
ルギー密度E1とE2の差が、３５ｎｍの珪素膜を均一にレ
ーザー照射するための最適な値となるからである。

【００７１】ガウシアンで近似されるエネルギー分布を
持っているビーム（ガウシアンビーム）の様にエネルギ
ー分布の中央がもっともエネルギーが強く、端にいくに
したがってエネルギーが減衰していくビームに対して
は、半シリンドリカルレンズを、シリンドリカルレンズ
アレイ５０１の中央に配置すると、エネルギー密度E1と
E2の差がもっとも大きくなり、両端に配置すると前記の
エネルギー差がもっとも小さくなった。

【００７２】上記の工程で作製した厚さ３５ｎｍの非晶
質珪素膜を均質にレーザーアニールするために必要なレ
ーザービームのエネルギーは、ここではE2= ３００ｍＪ
/ ｃｍ²、E1= ２８０ｍＪ/ ｃｍ²であった。

【００７３】これらの条件は、照射対象の半導体膜の特
性に依存する。

【００７４】被処理基板８０２は、台８０３上に配置さ
れた。そして、台８０３は、移動機構８０４によって、
線状レーザービームの線方向に対して直角方向（線状レ
ーザービームを含む平面を含む。）に真っ直ぐに移動さ
れ、被処理基板８０２上面に対しレーザービームを走査
しながら照射することを可能とする。

【００７５】図９に示す装置の説明をする。ロード／ア
ンロード室９０５に、被処理基板８０２が多数枚、例え
ば２０枚収納されたカセット９０３が配置される。ロボ
ットアーム９０４により、カセット９０３から一枚の基
板がアライメント室に移動される。

【００７６】アライメント室９０２には、被処理基板８
０２とロボットアーム９０４との位置関係を修正するた
めの、アライメント機構が配置されている。アライメン
ト室９０２は、ロード／アンロード室９０５と接続され
ている。

【００７７】基板は、ロボットアーム９０４によって基
板搬送室９０１に運ばれ、さらにロボットアーム９０４
によって、レーザー照射室９０６に移送される。図８に
おいて、被処理基板８０２上に照射される線状レーザー
ビームは、幅０．４ｍｍ×長さ１３５ｍｍとする。ま
た、ｗ１＝ｗ２＝０．２ｍｍとする。

【００７８】レーザー照射前に雰囲気をHeに置換する。
このとき真空ポンプ９０７で、基板雰囲気を希薄にした
のちに、ガスボンベ９０８からHeをレーザー照射室９０
６に導入した。雰囲気は１気圧とした。これは、空気中
からの膜の汚染を防ぐために行った。前記雰囲気は、
N₂、あるいは、Ar、でもよい。また、それらの混合気体
でもよい。また、レーザー照射装置がクリーンルームに
入っているのであれば、空気中での照射でもよい。ま
た、He雰囲気とすると、非単結晶半導体膜上に酸化珪素
膜などのキャップ層を設けず、本実施例のように、直接
レーザー照射して結晶化させた場合、アニール後の結晶
性珪素膜の膜質がより均質となり、また、リッジといわ
れる、レーザー照射後に結晶の粒界付近が盛り上がる現
象も極めて少なくなる。

【００７９】エネルギー密度E1から走査される（すなわ
ち非晶質珪素膜のある一点に注目したとき、最初にあた
るエネルギーがE1になるように）ように、台８０３を移
動機構８０４に沿って１. ２ｍｍ／ｓで一方向に移動さ
せながら行うことで、線状レーザービームを走査させ
た。レーザーの発振周波数は３０Ｈｚとし、珪素膜のあ
る一点に注目すると、計１０ショットのレーザービーム
が照射された。前記ショット数は５ショットから５０シ
ョットの範囲で適当に選ぶ。

【００８０】また、生産性を高めるために、エキシマレ
ーザーの発振周波数を１００Ｈｚ以上にしてもよかっ
た。このとき、前記ショット数を維持するため、移動機
構８０４は４ｍｍ／ｓ以上の速度で走査させる必要があ
った。

【００８１】レーザー照射の際、線状レーザービームの
走査方向は図４に示したA 、B いずれの方向でも効果が
あった。しかしながら非単結晶半導体膜の状態（水素の
含有量、厚さ等）の違いにより最適な方向は変わった。
例えば、厚さ４５ｎｍの珪素膜に対しては、先ず、A の
方向に１度走査した後に、B の方向にもう一度走査する
と、より均一なレーザー照射ができた。

【００８２】かかる工程により、膜質の面内均質性の優
れた結晶性珪素膜を得ることができた。レーザー照射終
了後、被処理基板８０２はロボットアーム９０４によっ
て基板搬送室９０２に引き戻される。被処理基板８０２
は、ロボットアーム９０４によって、ロード／アンロー
ド室９０５に移送され、カセット９０３に収納される。

【００８３】こうして、レーザーアニール工程が終了す
る。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、
多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。

【００８４】なお、本実施例において、線状レーザービ
ームをエネルギー密度E1の側からの走査のみを行った
が、かかる走査の後、エネルギー密度E2の側からの走査
を行うことで、より均一性が向上する場合がある。

【００８５】〔実施例２〕ここでは、６５ｎｍの膜厚を
持つ非単結晶珪素膜を線状レーザービームでアニールす
る方法を述べる。前述のとおり、６５ｎｍの膜厚は半導
体膜としては厚く、高信頼性の半導体素子を作製するの
に適している。

【００８６】まず、基板として１２７ｍｍ角のガラス基
板（コーニング１７３７）を用意した。この基板は６０
０℃までの温度であれば充分な耐久性があった。該ガラ
ス基板上に下地膜として酸化珪素膜を２００ｎｍ成膜し
た。さらに、その上に非晶質珪素膜を６５ｎｍの厚さに
成膜した。成膜は、共にプラズマＣＶＤ法にて行った。

【００８７】上記成膜済の基板を、５００℃、１時間の
熱浴にさらした。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を
減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜が
レーザーエネルギーに対して耐えきれないので本工程を
いれた。該膜内の水素の密度は１０²⁰atoms/cm³オーダ
ーが適当であった。

【００８８】図８に、本発明のレーザー照射装置を示
す。図８は、レーザー照射装置の概観である。

【００８９】図８において、レーザー照射装置は、レー
ザー発振装置２０１から照射され、光学系８０１により
光路が変更されたパルスレーザービームを、ミラー２０
６で反射させ、シリンドリカルレンズ２０７にて集光さ
せつつ、被処理基板８０２に照射される機能を有してい
る。

【００９０】レーザー発振装置２０１は、ここでは、Ｘ
ｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を発振する
ものを用いた。他に、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２
４８ｎｍ）等を用いてもよかった。

【００９１】光学系８０１には、図２に示した光学系の
内シリンドリカルレンズアレイ２０３を本発明のシリン
ドリカルレンズアレイ７０２に置換したものを使用し
た。なお、シリンドリカルレンズアレイ２０２は凸レン
ズで構成されているが、凹レンズもしくは、凹凸混合で
構成しても本発明の本質になんら影響しなかった。

【００９２】シリンドリカルレンズアレイ７０２を使用
した理由は、該シリンドリカルレンズアレイ７０２に入
射するエキシマレーザービームがガウシアンで近似され
るエネルギー分布を持っていたためである。また、半シ
リンドリカルレンズが端のシリンドリカルレンズと中心
のシリンドリカルレンズの間に位置するシリンドリカル
レンズアレイ７０２を選んだ理由は、図４で図示したエ
ネルギー密度E1とE2の差が、６５ｎｍの珪素膜を均一に
レーザー照射するための最適な値となるからである。

【００９３】ガウシアンビームの様に中央がもっともエ
ネルギーが強く、端にいくにしたがってエネルギーが減
衰していくビームに対しては、半シリンドリカルレンズ
を、シリンドリカルレンズアレイ５０１の中央に配置す
ると、エネルギー密度E1とE2の差がもっとも大きくな
り、両端に配置すると前記のエネルギー差がもっとも小
さくなった。

【００９４】上記で作成した厚さ６５ｎｍの非晶質珪素
膜を均質にレーザーアニールするために必要なレーザー
ビームのエネルギーは、ここではE2= ４５０ｍＪ/ ｃｍ
²、E1= ３８０ｍＪ/ ｃｍ²であった。

【００９５】これらの条件は、照射対象の半導体膜の特
性に依存する。

【００９６】被処理基板８０２は、台８０３上に配置さ
れた。そして、台８０３は、移動機構８０４によって、
線状レーザービームの線方向に対して直角方向（線状レ
ーザービームを含む平面を含む。）に真っ直ぐに移動さ
れ、被処理基板８０２上面に対しレーザービームを走査
しながら照射することを可能とする。

【００９７】図９に示す装置の説明をする。ロード／ア
ンロード室９０５に、被処理基板８０２が多数枚、例え
ば２０枚収納されたカセット９０３が配置される。ロボ
ットアーム９０４により、カセット９０３から一枚の基
板がアライメント室に移動される。

【００９８】アライメント室９０２には、被処理基板８
０２とロボットアーム９０４との位置関係を修正するた
めの、アライメント機構が配置されている。アライメン
ト室９０２は、ロード／アンロード室９０５と接続され
ている。

【００９９】基板は、ロボットアーム９０４によって基
板搬送室９０１に運ばれ、さらにロボットアーム９０４
によって、レーザー照射室９０６に移送される。図８に
おいて、被処理基板８０２上に照射される線状レーザー
ビームは、幅０．４ｍｍ×長さ１３５ｍｍとする。ま
た、ｗ１＝ｗ２＝０．２ｍｍとする。

【０１００】レーザー照射前に雰囲気をHeに置換した。
これは、空気中からの膜の汚染を防ぐために行った。前
記雰囲気は、N₂、あるいは、Ar、でもよかった。また、
それらの混合気体でもよかった。また、レーザー照射装
置がクリーンルームに入っているのであれば、空気中で
の照射でもよかった。また、He雰囲気とすると、非単結
晶半導体膜上に酸化珪素膜などのキャップ層を設けず、
本実施例のように、直接レーザー照射して結晶化させた
場合、アニール後の結晶性珪素膜の膜質がより均質とな
り、また、リッジといわれる、レーザー照射後に結晶の
粒界付近が盛り上がる現象も極めて少なくなる。

【０１０１】エネルギー密度E2から走査される（すなわ
ち非晶質珪素膜のある一点に注目したとき、最初にあた
るエネルギーがE2になるように）ように、台８０３を
１. ２ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行うことで、
線状レーザービームを走査させた。レーザーの発振周波
数は３０Ｈｚとし、非晶質珪素膜のある一点に注目する
と、計１０ショットのレーザービームが照射された。前
記ショット数は５ショットから５０ショットの範囲で適
当に選ぶ。

【０１０２】レーザー照射終了後、被処理基板８０２は
ロボットアーム９０４によって基板搬送室９０２に引き
戻される。被処理基板８０２は、ロボットアーム９０４
によって、ロード／アンロード室９０５に移送され、カ
セット９０３に収納される。

【０１０３】かかる工程により、膜質の面内均質性の優
れた結晶性珪素膜を得ることができた。

【０１０４】こうして、レーザーアニール工程が終了す
る。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、
多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。

【０１０５】なお、本実施例において、線状レーザービ
ームをエネルギー密度E2からの走査（図４、Ｂの方向）
のみ行ったが、かかる走査の後、エネルギー密度E1から
の走査（図４、Ａの方向）を行うことで、より均質性が
向上する場合もある。

【０１０６】〔実施例３〕実施例１，２において、レー
ザーアニールされる非単結晶半導体膜として非晶質珪素
膜の例を示したが、非単結晶半導体膜として、非晶質珪
素膜を熱結晶化させた結晶性珪素膜を用いてもよい。

【０１０７】さらに、非晶質珪素膜を熱結晶化させる際
に、結晶性を促進する元素を非晶質珪素膜に添加して結
晶性を高めても良い。この場合、５５０℃、４時間程度
で十分な結晶化をさせることが出来る。結晶性を促進す
る元素としては、ニッケル、ゲルマニウム、鉄、パラジ
ウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金などである。

【０１０８】これらの結晶性を促進する元素を非晶質珪
素膜に添加するには、非晶質珪素膜の上面又は下面（非
晶質珪素膜の下地の上面）に、結晶性を促進する元素を
含む層を形成する。層は非晶質珪素膜の上面又は下面
の、全面に形成してもよいし、一部に形成してもよい。
層を非晶質珪素膜の上面又は下面の一部に形成した場
合、層と重ならない非晶質珪素膜の領域において、非晶
質珪素膜は横方向に結晶が成長する。

【０１０９】層の形成方法としては、結晶化を促進する
元素を含む（例えば１０ppm）水溶液をスピンコート法
などにより塗布する。他に、スパッタ法、真空蒸着法に
よって結晶性を促進する元素の層を、例えば１〜５nmの
厚さに形成してもよい。また、上記結晶性を促進する元
素を含む電極を用いて発生させたプラズマに非晶質珪素
膜の上面又は下面を曝す処理により、結晶性を促進する
元素の層を形成してもよい。

【０１１０】このような方法で作製された結晶性珪素膜
は、結晶化温度が低いため欠陥を多く含む場合があり、
より結晶性を向上させて半導体素子としての特性を高め
るために、レーザー照射を行うことは好ましい。

【０１１１】〔実施例４〕本実施例では、実施例１また
は実施例２または実施例３で得られた結晶性珪素膜を利
用してＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を作製する例を示
す。本実施例の工程を図１０に示す。

【０１１２】図１０において、ガラス等の基板１００１
上に下地膜として厚さ２００ｎｍの酸化珪素膜１００２
を設け、かかる基板上に厚さ５０ｎｍの結晶性珪素膜１
００３を形成する。前記結晶性珪素膜１００３は、本明
細書に示されるレーザーアニール方法によって作製され
たものを用いる。例えば実施例１または実施例２によっ
て得られるものを用いる。（図１０（Ａ））

【０１１３】結晶性珪素膜１００３をパターニングする
ことで、ＴＦＴの島状の活性層パターン１００４を形成
する。この活性層パターンには、チャネル形成領域と高
抵抗領域が形成される。（図１０（Ｂ））。

【０１１４】活性層を形成後、ゲイト絶縁膜１００５と
して酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により１５０nmの厚
さに成膜する。ゲイト絶縁膜１００５成膜以降の工程
は、ゲイト絶縁膜１００５を成膜した温度を越えないよ
うにする。このようにすることで、特にＳ値特性の優れ
たＴＦＴを作製できる。

【０１１５】次にＳｃを含んだAl膜をスパッタ法により
４００ nm の厚さに成膜する。そして、この膜をパター
ニングし、ゲイト電極を得る。またさらに、陽極酸化法
により、パターンの露呈したAl膜表面に陽極酸化膜１０
０７を２００nmの厚さで形成し、ゲイト電極１００６を
得てもよい。

【０１１６】この陽極酸化膜はゲイト電極の表面を電気
的及び物理的に保護する機能を有している。また、後の
工程において、チャネル領域に隣接してオフセット領域
と称される高抵抗領域を形成するために機能する。

【０１１７】次に、ゲイト電極１００６、及び、陽極酸
化膜を形成した場合には陽極酸化膜１００７をマスクと
して燐のドーピングを行う。

【０１１８】燐のドーピングを行うことで、ソース領域
１００８、チャネル形成領域１００９、ドレイン領域１
０１０、オフセット領域１０１１、１０１２が自己整合
的に形成される。リンのドーズ量は本実施例では、５×
１０¹⁴ions／ｃｍ²をイオンドーピング装置を用いて導
入した。

【０１１９】次にレーザーにより、燐を活性化させる。
レーザーは実施例１で示した方法で照射した。これによ
り、基板面内において均一な活性化を行うことができ
た。

【０１２０】レーザー照射前に雰囲気をHeに置換した。
これは、空気中からの膜の汚染を防ぐために行った。前
記雰囲気は、N₂、あるいは、Ar、でもよかった。また、
それらの混合気体でもよかった。また、レーザー照射装
置がクリーンルームに入っているのであれば、空気中で
の照射でもよかった。

【０１２１】レーザービームのエネルギー密度は、E1=
１７０ｍＪ／ｃｍ²、 E2=２００ｍＪ／ｃｍ²程度とし
た。なお本工程における適当なエネルギー密度は、レー
ザーの種類や照射の方法、半導体膜の状態により異なる
ので、それに合わせて調整する。レーザーの照射によ
り、ソースドレイン領域のシート抵抗は１ＫΩ／□まで
下がった。（図１０（Ｃ））

【０１２２】レーザーで半導体膜を活性化する際、線状
レーザービームの走査方向は図４に示したA 、B いずれ
の方向でも効果があった。

【０１２３】次に、層間絶縁膜として、窒化珪素膜１０
１３をプラズマCVD 法によって２５ｎｍの厚さに成膜
し、更に酸化珪素膜１０１４を厚さ９００ｎｍで成膜す
る。

【０１２４】次に、コンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極１０１５、ドレイン電極１０１６を形成する。
（図１０（Ｄ））

【０１２５】こうして、Ｎチャネル型ＴＦＴが完成す
る。本実施例では燐をソース領域、ドレイン領域に導入
したのでＮチャネル型ＴＦＴが作製されたが、Ｐチャネ
ル型を作製するのであれば、燐に変えてボロンをドーピ
ングすればよい。

【０１２６】上記方法によって形成された結晶性半導体
膜を用いて作製されたＴＦＴを使って、例えば、アクテ
ィブマトリクス型液晶ディスプレイを作製した場合、従
来と比較してレーザーの加工あとである縞を目立たなく
する、あるいは除去することができた。これは、本発明
により個々のＴＦＴの特性のバラツキ、特に移動度のバ
ラツキが抑えられたことによる。

【０１２７】なお、実施例４では、ＴＦＴとしてトップ
ゲート型（コプレナ型）の例を示したが、他に、スタガ
型や、ボトムゲート型の逆スタガ、逆コプレナのＴＦＴ
にも、同様に実施できる。

【０１２８】〔実施例５〕本実施例では、本出願にて示
された半導体装置及びその作製方法を用いた液晶表示装
置の例を図１１に示す。画素ＴＦＴ（画素スイッチング
素子）の作製方法やセル組工程は公知の手段を用いれば
良いので詳細な説明は省略する。

【０１２９】図１１において８００は絶縁表面を有する
基板（ガラス基板又は酸化シリコン膜を設けたプラスチ
ック基板）、８０１は画素マトリクス回路、８０２は走
査線駆動回路、８０３は信号線駆動回路、８３０は対向
基板、８１０はＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキッ
ト）、８２０はロジック回路である。ロジック回路８２
０としては、Ｄ／Ａコンバータ、γ補正回路、信号分割
回路などの従来ＩＣで代用していた様な処理を行う回路
を形成することができる。勿論、基板上にＩＣチップを
設けて、ＩＣチップ上で信号処理を行うことも可能であ
る。

【０１３０】さらに、本実施例では液晶表示装置を例に
挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示
装置であればＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装
置やＥＣ（エレクトロクロミックス）表示装置に本願発
明を適用することも可能であることは言うまでもない。

【０１３１】また、作製できる液晶表示装置は透過型か
反射型かは問わない。この様に本願発明はあらゆるアク
ティブマトリクス型の電気光学装置（半導体装置）に対
して適用することが可能である。

【０１３２】なお、本実施例に示した半導体装置を作製
するにあたって、実施例１〜実施例４のどの構成を採用
しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いるこ
とが可能である。

【０１３３】〔実施例６〕本実施例では、本願発明を用
いて作製したＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装
置について説明する。

【０１３４】図１５（Ａ）は本願発明を用いて作製した
ＥＬ表示装置の上面図である。図１４（Ａ）において、
１０は基板、１１は画素部、１２はソース側駆動回路、
１３はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は
配線１４〜１６を経てＦＰＣ１７に至り、外部機器へと
接続される。

【０１３５】このとき少なくとも画素部、好ましくは駆
動回路及び画素部を囲むようにしてシーリング材（ハウ
ジング材ともいう）１８を設ける。なお、シーリング材
１８は素子部を囲めるような凹部を持つ金属板やガラス
板を用いても良いし、紫外線硬化樹脂を用いても良い。
シーリング材１８として素子部を囲めるような凹部を持
つ金属板を用いた場合、接着剤１９によって基板１０に
固着させ、基板１０との間に密閉空間を形成する。この
とき、ＥＬ素子は完全に前記密閉空間に封入された状態
となり、外気から完全に遮断される。

【０１３６】さらに、シーリング材１８と基板１０との
間の空隙２０には不活性ガス（アルゴン、ヘリウム、窒
素等）を充填しておいたり、酸化バリウム等の乾燥剤を
設けておくことが望ましい。これによりＥＬ素子の水分
等による劣化を抑制することが可能である。

【０１３７】また、図１５（Ｂ）は本実施例のＥＬ表示
装置の断面構造であり、基板１０、下地膜２１の上に駆
動回路用ＴＦＴ（但し、ここではｎチャネル型ＴＦＴと
ｐチャネル型ＴＦＴを組み合わせたＣＭＯＳ回路を図示
している。）２２及び画素部用ＴＦＴ２３（但し、ここ
ではＥＬ素子への電流を制御するＴＦＴだけ図示してい
る。）が形成されている。これらのＴＦＴは公知の構造
（トップゲート構造またはボトムゲート構造）を用いれ
ば良い。

【０１３８】本願発明は、駆動回路用ＴＦＴ２２の活性
層２４、画素部用ＴＦＴ２３の活性層２５となる半導体
層の形成に際して用いることができる。また、半導体層
の形成以外のプロセスについては公知の技術を用いれば
良い。

【０１３９】本願発明を用いて半導体層を形成し、それ
を活性層とする駆動回路用ＴＦＴ２２、画素部用ＴＦＴ
２３が完成したら、樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化
膜）２６の上に画素部用ＴＦＴ２３のドレインと電気的
に接続する透明導電膜でなる画素電極２７を形成する。
透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化
合物（ＩＴＯと呼ばれる）または酸化インジウムと酸化
亜鉛との化合物を用いることができる。そして、画素電
極２７を形成したら、絶縁膜２８を形成し、画素電極２
７上に開口部を形成する。

【０１４０】次に、ＥＬ層２９を形成する。ＥＬ層２９
は公知のＥＬ材料（正孔注入層、正孔輸送層、発光層、
電子輸送層または電子注入層）を自由に組み合わせて積
層構造または単層構造とすれば良い。どのような構造と
するかは公知の技術を用いれば良い。また、ＥＬ材料に
は低分子系材料と高分子系（ポリマー系）材料がある。
低分子系材料を用いる場合は蒸着法を用いるが、高分子
系材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法また
はインクジェット法等の簡易な方法を用いることが可能
である。

【０１４１】本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸
着法によりＥＬ層を形成する。シャドーマスクを用いて
画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層（赤色発光
層、緑色発光層及び青色発光層）を形成することで、カ
ラー表示が可能となる。その他にも、色変換層（ＣＣ
Ｍ）とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光
層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいず
れの方法を用いても良い。勿論、単色発光のＥＬ表示装
置とすることもできる。

【０１４２】ＥＬ層２９を形成したら、その上に陰極３
０を形成する。陰極３０とＥＬ層２９の界面に存在する
水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従っ
て、真空中でＥＬ層２９と陰極３０を連続成膜するか、
ＥＬ層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで
陰極３０を形成するといった工夫が必要である。本実施
例ではマルチチャンバー方式（クラスターツール方式）
の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とす
る。

【０１４３】なお、本実施例では陰極３０として、Ｌｉ
Ｆ（フッ化リチウム）膜とＡｌ（アルミニウム）膜の積
層構造を用いる。具体的にはＥＬ層２９上に蒸着法で１
ｎｍ厚のＬｉＦ（フッ化リチウム）膜を形成し、その上
に３００ｎｍ厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公
知の陰極材料であるＭｇＡｇ電極を用いても良い。そし
て陰極３０は３１で示される領域において配線１６に接
続される。配線１６は陰極３０に所定の電圧を与えるた
めの電源供給線であり、導電性ペースト材料３２を介し
てＦＰＣ１７に接続される。

【０１４４】３１に示された領域において陰極３０と配
線１６とを電気的に接続するために、層間絶縁膜２６及
び絶縁膜２８にコンタクトホールを形成する必要があ
る。これらは層間絶縁膜２６のエッチング時（画素電極
用コンタクトホールの形成時）や絶縁膜２８のエッチン
グ時（ＥＬ層形成前の開口部の形成時）に形成しておけ
ば良い。また、絶縁膜２８をエッチングする際に、層間
絶縁膜２６まで一括でエッチングしても良い。この場
合、層間絶縁膜２６と絶縁膜２８が同じ樹脂材料であれ
ば、コンタクトホールの形状を良好なものとすることが
できる。

【０１４５】また、配線１６はシーリング材１８と基板
１０との間を隙間（但し接着剤１９で塞がれている。）
を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。なお、ここ
では配線１６について説明したが、他の配線１４、１５
も同様にしてシーリング材１８の下を通ってＦＰＣ１７
に電気的に接続される。

【０１４６】以上のような構成でなるＥＬ表示装置にお
いて、本願発明を用いることができる。本願発明を用い
ることで、ＴＦＴの活性層となる半導体層の結晶性が均
質なものとなるため、ＴＦＴの電気特性のばらつきが低
減される。そのため、表示された画質を良好なものとす
ることができる。

【０１４７】〔実施例７〕本出願で開示した半導体装
置及びその作製方法は、従来のＩＣ技術全般に適用する
ことが可能である。即ち、現在市場に流通している全て
の半導体回路に適用できる。例えば、ワンチップ上に集
積化されたＲＩＳＣプロセッサ、ＡＳＩＣプロセッサ等
のマイクロプロセッサに適用しても良いし、液晶用ドラ
イバー回路（Ｄ／Ａコンバータ、γ補正回路、信号分割
回路等）に代表される信号処理回路や携帯機器（携帯電
話、ＰＨＳ、モバイルコンピュータ）用の高周波回路に
適用しても良い。

【０１４８】また、マイクロプロセッサ等の半導体回路
は様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能す
る。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュー
タ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙
げられる。また、車両（自動車や電車等）の制御用コン
ピュータなども挙げられる。本願発明はその様な半導体
装置に対しても適用可能である。

【０１４９】なお、本実施例に示した半導体装置を作製
するにあたって、実施例１〜実施例４のどの構成を採用
しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いるこ
とが可能である。

【０１５０】〔実施例８〕本願発明を実施して形成され
たＣＭＯＳ回路や画素マトリクス回路は様々な電気光学
装置（アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アク
ティブマトリクス型ＥＬディスプレイ、アクティブマト
リクス型ＥＣディスプレイ）に用いることができる。即
ち、それら電気光学装置を表示媒体として組み込んだ電
子機器全てに本願発明を実施できる。

【０１５１】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフ
ロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型
ディスプレイ）、カーナビゲーション、パーソナルコン
ピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯
電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一
例を図１２乃至図１４に示す。

【０１５２】図１２（Ａ）はパーソナルコンピュータで
あり、本体２００１、画像入力部２００２、表示装置２
００３、キーボード２００４で構成される。本願発明を
画像入力部２００２、表示装置２００３やその他の信号
制御回路に適用することができる。

【０１５３】図１２（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
２１０１、表示装置２１０２、音声入力部２１０３、操
作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１
０６で構成される。本願発明を表示装置２１０２、音声
入力部２１０３やその他の信号制御回路に適用すること
ができる。

【０１５４】図１２（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モ
ービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部
２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表
示装置２２０５で構成される。本願発明は表示装置２２
０５やその他の信号制御回路に適用できる。

【０１５５】図１２（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイで
あり、本体２３０１、表示装置２３０２、アーム部２３
０３で構成される。本発明は表示装置２３０２やその他
の信号制御回路に適用することができる。

【０１５６】図１２（Ｅ）はプログラムを記録した記録
媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであ
り、本体２４０１、表示装置２４０２、スピーカ部２４
０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５で構成
される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉ
ｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、ＣＤ等
を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネット
を行うことができる。本発明は表示装置２４０２やその
他の信号制御回路に適用することができる。

【０１５７】図１２（Ｆ）はデジタルカメラであり、本
体２５０１、表示装置２５０２、接眼部２５０３、操作
スイッチ２５０４、受像部（図示しない）で構成され
る。本願発明を表示装置２５０２やその他の信号制御回
路に適用することができる。

【０１５８】図１３（Ａ）は携帯電話であり、本体３０
０１，音声出力部３００３、音声入力部３００３、表示
装置３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００
６で構成される。

【０１５９】図１３（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であ
り、本体３１０１、表示装置３１０２、３１０３、記憶
媒体３１０４、操作スイッチ３１０５、アンテナ３１０
６で構成される。

【０１６０】図１４（Ａ）はフロント型プロジェクター
であり、表示装置２６０１、スクリーン２６０２で構成
される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適
用することができる。

【０１６１】図１４（Ｂ）はリア型プロジェクターであ
り、本体２７０１、表示装置２７０２、ミラー２７０
３、スクリーン２７０４で構成される。本発明は表示装
置やその他の信号制御回路に適用することができる。

【０１６２】なお、図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）及び
図１４（Ｂ）中における表示装置２６０１、２７０２の
構造の一例を示した図である。表示装置２６０１、２７
０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０
５〜２８０７、ダイクロイックミラー２８０３、２８０
４、光学レンズ２８０８、２８０９、２８１１、液晶表
示装置２８１０、投射光学系２８１２で構成される。投
射光学系２８１２は、投射レンズを備えた光学系で構成
される。本実施例は液晶表示装置２８１０を三つ使用す
る三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板
式であってもよい。また、図１３（Ｃ）中において矢印
で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能
を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィル
ム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。

【０１６３】また、図１３（Ｄ）は、図１３（Ｃ）中に
おける光源光学系２８０１の構造の一例を示した図であ
る。本実施例では、光源光学系２８０１は、光源２８１
３、２８１４、合成プリズム２８１５、コリメータレン
ズ２８１６、２８２０、レンズアレイ２８１７、２８１
８、偏光変換素子２８１９で構成される。なお、図１３
（Ｄ）に示した光源光学系は光源を２つ用いたが、光源
を３〜４つ、あるいはそれ以上用いてもよく、勿論、光
源を１つ用いてもよい。また、光源光学系に実施者が適
宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相
差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等を設けてもよ
い。

【０１６４】以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて
広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能で
ある。また、本実施例の電子機器は実施例１〜６のどの
ような組み合わせからなる構成を用いても実現すること
ができる。

【０１６５】

【発明の効果】本発明により、半導体膜に対する線状レ
ーザービームによるレーザーアニールにおいて、得られ
る結晶性半導体膜の面内均質性を向上させることができ
る。特にレーザーアニールによって得られる結晶性半導
体膜を高い面内均質性を有するものとできる、非単結晶
半導体膜の膜厚の範囲を広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】線状レーザーによりレーザー結晶化された珪
素膜の写真。

【図２】従来の線状レーザービームを形成する光学
系。

【図３】線状レーザービームの幅方向の断面のエネル
ギー分布を示す図。

【図４】線状レーザービームの幅方向の断面のエネル
ギー分布を示す図。

【図５】線状レーザービーム形成の為の光学系の一部
を示す図。

【図６】シリンドリカルレンズアレイの例を示す立体
図。

【図７】シリンドリカルレンズアレイの例を示す図。

【図８】実施例におけるレーザー照射装置を示す図。

【図９】実施例におけるレーザー照射装置の上面図。

【図１０】実施例の工程を示す図。

【図１１】半導体装置（液晶表示装置）の構成を示す
図。

【図１２】半導体装置（電子機器）の例を示す図。

【図１３】半導体装置（電子機器）の例を示す図。

【図１４】半導体装置（電子機器）の例を示す図。

【図１５】実施例のＥＬ表示装置の例を示す図。

【符号の説明】

２０１レーザー発振装置２０２レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ
アレイ２０３レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ
アレイ２０４レーザー光を集光するためのシリンドリカルレ
ンズ２０５レーザー光を集光するためのシリンドリカルレ
ンズ２０６ミラー２０７線状ビームを集光するためのシリンドリカルレ
ンズ５０１シリンドリカルレンズアレイ６０１半シリンドリカルレンズ６０２シリンドリカルレンズ６０３シリンドリカルレンズ６０４シリンドリカルレンズ６０５シリンドリカルレンズ６０６半シリンドリカルレンズ７０１シリンドリカルレンズアレイ７０２シリンドリカルレンズアレイ７０３シリンドリカルレンズアレイ７０４シリンドリカルレンズアレイ７０５シリンドリカルレンズアレイ８０１光学系８０２基板８０３台８０４移動機構９０１基板搬送室９０２アライメント室９０３カセット９０４ロボットアーム９０５ロード／アンロード室９０６レーザー照射室９０７排気機構９０８ガスボンベ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】線状のレーザービームをビーム幅方向に
走査しながら照射するレーザー照射装置であって、前記レーザービームは、照射面において第１のビーム幅
において第１のエネルギー密度を、第２のビーム幅にお
いて第２のエネルギー密度を有し、前記第２のエネルギー密度は前記第１のエネルギー密度
より高いことを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項２】請求項１において、第１のビーム幅と第
２のビーム幅は等しいことを特徴とするレーザー照射装
置。
【請求項３】請求項１又は請求項２において、走査
は、レーザービームの第１のエネルギー密度を有する側
からすることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項４】請求項１又は請求項２において、走査
は、レーザービームの第２のエネルギー密度を有する側
からすることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項５】請求項１又は請求項２において、レーザ
ービームは第１のエネルギー密度を有する側から走査し
た後、第２のエネルギー密度を有する側から走査するこ
とを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項６】請求項１又は請求項２において、レーザ
ービームは第２のエネルギー密度を有する側から走査し
た後、第１のエネルギー密度を有する側から走査するこ
とを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれか１項
において、第１のエネルギー密度と第２のエネルギー密
度との差は、第１のエネルギー密度の４％〜３０％であ
ることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれか１項
において、照射は、He、Ar、N₂のいずれかもしくはそれ
らの混合気体の雰囲気で行われることを特徴とするレー
ザー照射装置。
【請求項９】レーザービームを分割する役割を果たす
光学レンズと、前記光学レンズによって分割されたレー
ザービームを合成する光学系とを有し、前記光学レンズは、シリンドリカルレンズと半シリンド
リカルレンズとを有することを特徴とするビームホモジ
ェナイザー。
【請求項１０】請求項９において、半シリンドリカル
レンズは、シリンドリカルレンズを長さ方向の断面形状
が長方形になるように２つの合同な立体に分けた一方の
形状を有していることを特徴とするビームホモジェナイ
ザー。
【請求項１１】請求項９又は１０記載の光学レンズを
構成する半シリンドリカルレンズは複数個あることを特
徴とするビームホモジェナイザー。
【請求項１２】請求項９ないし請求項１１のいずれか
１項に記載のビームホモジェナイザーを有するレーザー
照射装置。
【請求項１３】請求項１ないし請求項８のいずれか１
項または、請求項１２記載のレーザー照射装置におい
て、レーザービームは周波数１００Ｈｚ以上のパルスレ
ーザーであることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項１４】線状のレーザービームをビーム幅方向
に走査しながら照射するレーザー照射方法であって、照射面における前記レーザービームは、第１のビーム幅
において第１のエネルギー密度を、第２のビーム幅にお
いて第２のエネルギー密度を有し、第２のエネルギー密度は第１のエネルギー密度より高い
ことを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１５】請求項１４において、第１のビーム幅
と第２のビーム幅は等しいことを特徴とするレーザー照
射方法。
【請求項１６】請求項１４又は請求項１５において、
走査は、レーザービームの第１のエネルギー密度を有す
る側からすることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１７】請求項１４又は請求項１５において、
走査は、レーザービームの第２のエネルギー密度を有す
る側からすることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１８】請求項１４又は請求項１５において、
レーザービームは第１のエネルギー密度を有する側から
走査した後、第２のエネルギー密度を有する側から走査
することを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１９】請求項１４又は請求項１５において、
レーザービームは第２のエネルギー密度を有する側から
走査した後、第１のエネルギー密度を有する側から走査
することを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項２０】請求項１４ないし請求項１９のいずれ
か１項において、第１のエネルギー密度と第２のエネル
ギー密度との差は、第１のエネルギー密度の４％〜３０
％であることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項２１】請求項１４ないし請求項１９のいずれ
か１項において、照射は、He、Ar、N₂のいずれかもしく
はそれらの混合気体の雰囲気で行われることを特徴とす
るレーザー照射方法。
【請求項２２】結晶性半導体膜を有する半導体装置で
あって、前記結晶性半導体膜は、第１のビーム幅において第１の
エネルギー密度と、第２のビーム幅において前記第１の
エネルギー密度より高い第２のエネルギー密度を、照射
面において有する線状レーザービームが、そのビーム幅
方向に走査しつつ照射されたものであることを特徴とす
る半導体装置。
【請求項２３】請求項２２において、半導体装置は、
前記結晶性半導体を活性層とした薄膜トランジスタであ
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項２４】請求項２３において、前記結晶性半導
体膜の膜厚は、２５ｎｍ〜７５ｎｍであることを特徴と
する半導体装置。
【請求項２５】基板上の非単結晶半導体膜に対し、線
状のレーザービームをそのビーム幅方向に走査しながら
照射して結晶性半導体膜を得る工程と、前記結晶性半導体膜を用いて半導体装置を作製する工程
とを有し、前記線状のレーザービームは、第１のビーム幅において
第１のエネルギー密度と、第２のビーム幅において第２
のエネルギー密度を照射面において有し、第２のエネルギー密度は第１のエネルギー密度より高い
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２６】請求項２５において、第１のビーム幅
と第２のビーム幅は等しいことを特徴とする半導体装置
の作製方法。
【請求項２７】請求項２５又は請求項２６において、
走査は、レーザービームの第１のエネルギー密度を有す
る側からすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２８】請求項２５又は請求項２６において、
走査は、レーザービームの第２のエネルギー密度を有す
る側からすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２９】請求項２５又は請求項２６において、
前記非単結晶半導体膜を第１のエネルギー密度を有する
側から走査してアニールし結晶性半導体膜とした後、該
結晶性半導体膜を第２のエネルギー密度を有する側から
走査してアニールすることを特徴とする半導体装置の作
製方法。
【請求項３０】請求項２５又は請求項２６において、
前記非単結晶半導体膜を第２のエネルギー密度を有する
側から走査してアニールし結晶性半導体膜とした後、該
結晶性半導体膜を第１のエネルギー密度を有する側から
走査してアニールすることを特徴とする半導体装置の作
製方法。
【請求項３１】請求項２５ないし請求項３０のいずれ
か１項において、前記第１のエネルギー密度と第２のエ
ネルギー密度との差は、第１のエネルギー密度の４％〜
３０％であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３２】請求項２５ないし請求項３１のいずれ
か１項において、照射は、He、Ar、N₂、空気のいずれか
もしくはそれらの混合気体の雰囲気で行われることを特
徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３３】請求項２５ないし請求項３１のいずれ
か１項において、照射は、He雰囲気で行われることを特
徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３４】請求項２５ないし請求項３２のいずれ
か１項において、レーザービームは周波数１００Ｈｚ以
上のパルスレーザーであることを特徴とする半導体装置
の作製方法。
【請求項３５】請求項２５ないし請求項３４のいずれ
か１項において、非単結晶半導体膜は非晶質珪素膜に結
晶化を促進する元素を添加して結晶化された結晶性珪素
膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。