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JP3883592B2 - レーザ照射方法および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

レーザ照射方法および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 Download PDF

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Description

【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ＴＦＴ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ＴＦＴ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、ＰＭＯＳ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２０〜２００μｍ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±４００μｍ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５０μｍ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×１００ｍｍ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１７３７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２４４１０４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／ｃｍ3 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１×１０17〜５×１０18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ＥＸ７４８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０．５Ｌ１≦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１５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２５０〜３８０℃、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３０００〜８０００Å、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１０７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６５ｋＶ、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１００〜３５０ｍＪ／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１１０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２００〜３５０℃の熱アニールを行なった。（図１１（Ｆ））
【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３０００−３０８を用いた。発振されるレーザー光は、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅２６ｎｓｅｃ）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、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、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。
【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／ｃｍ2 〜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。

Claims (25)

  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、線方向の焦点分布が、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レーザー照射方法。
  2. 請求項１において、前記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レーザー照射方法。
  3. 請求項１または請求項２において、
    前記線状レーザービームのレーザー光は、パルスレーザーであることを特徴とするレーザー照射方法。
  4. 請求項３において、
    前記パルスレーザーのパルスごとのエネルギーのバラツキは、３σにおいて±１０％未満であることを特徴とするレーザー照射方法。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
    前記線状レーザービームのレーザー光の幅は０．０１ｃｍ〜０．３ｃｍであることを特徴とするレーザー照射方法。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の方法により作製された半導体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の作製方法。
  7. 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分布は、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。
  8. 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、
    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前記線状レーザービームを、前記ガラス基板を加熱状態において、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. 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、
    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前記線状レーザービームを、前記ガラス基板を加熱状態において、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。
  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、凸曲面を呈するように設置し、
    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前記線状レーザービームを、前 記ガラス基板を加熱状態において、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分布が被照射面と一致するように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。
  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、凸曲面を呈するように設置し、
    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前記線状レーザービームを、前記ガラス基板を加熱状態において、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分布が被照射面と一致するように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。
  12. 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、
    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前記線状レーザービームを、前記ガラス基板を加熱状態において、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分布が被照射面と一致するように前記線状レーザービームの焦点分布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。
  13. 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、
    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前記線状レーザービームを、前記ガラス基板を加熱状態において、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分布が被照射面と一致するように前記線状レーザービームの焦点分布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。
  14. 請求項８乃至請求項１３のいずれか一において、
    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。
  15. 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、
    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前記線状レーザービームを、前記ガラス基板を加熱状態において、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。
  16. 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、
    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前記線状レーザービームを、前記ガラス基板を加熱状態において、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。
  17. 請求項１５または請求項１６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。
  18. 請求項８乃至請求項１７のいずれか一において、
    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。
  19. 請求項８乃至請求項１８のいずれか一において、
    前記加熱状態における前記ガラス基板の加熱は、前記ガラス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前記ガラス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作製方法。
  20. 請求項７乃至請求項１９のいずれか一において、前記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作製方法。
  21. 請求項７乃至請求項２０のいずれか一において、
    前記線状レーザービームのレーザー光は、パルスレーザーであることを特徴とする半導体作製方法。
  22. 請求項２１において、
    前記パルスレーザーのパルスごとのエネルギーのバラツキは、３σにおいて±１０％未満であることを特徴とする半導体作製方法。
  23. 請求項７乃至請求項２２のいずれか一において、
    前記線状レーザービームのレーザー光の幅は０．０１ｃｍ〜０．３ｃｍであることを特徴とする半導体作製方法。
  24. 請求項７乃至請求項２３のいずれか一に記載の方法により作製された半導体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の作製方法。
  25. 請求項７乃至請求項２３のいずれか一に記載の方法により作製された半導体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液晶電気光学装置の作製方法。
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