JPH1064842A - レーザー照射方法およびレーザー照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体膜に対するレーザーアニールの均一性
と再現性を高める。 【解決手段】 レーザーアニールに対して影響を与えう
る不確定因子を排除し、かつそのような因子のバラツキ
を精密に制御することでレーザーアニールの均一性およ
び再現性を高める。具体的には、各因子を規格値の±３
％以内に収める。これにより線状のレーザービームを用
いた大面積に対するアニール効果の面内均一性と再現性
を改善し、横縞模様のような画像乱れのない液晶表示装
置の作製を可能とする。

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、
レーザー光の照射により、半導体薄膜に対するアニール
（レーザーアニール）を行う方法に関する。レーザーア
ニールの目的としては、非晶質薄膜の結晶化、結晶性薄
膜の結晶性改善、導電性を付与する不純物元素の活性化
等が含まれる。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス基板上に半導体薄膜を成膜
し、この半導体薄膜を利用して薄膜トランジスタを構成
する技術が知られている。この技術は、アクティブマト
リクス型の液晶表示装置を構成するために必要とされて
いる。

【０００３】アクティブマトリクス型の液晶表示装置
は、マトリクス状に配置された画素電極のそれぞれに薄
膜トランジスタを配置し、この薄膜トランジスタでもっ
て、画素電極に出入りする電荷を制御する構成を有して
いる。

【０００４】このアクティブマトリクス型の液晶表示装
置を作製するには、マトリクス状に数十万以上の薄膜ト
ランジスタを集積化する必要がある。

【０００５】薄膜トランジスタとしては、高い特性が得
られる結晶性珪素膜を用いたものが好ましい。特に結晶
性珪素膜を用いた場合、周辺駆動回路も同一ガラス基板
上に薄膜トランジスタでもって構成することができる。
このような構成とすると、作製工程の簡略化、作製コス
トの低減、装置全体の小型化、といった有意性を得るこ
とができる。

【０００６】しかしながら、現在アクティブマトリクス
型の液晶表示装置において表示にムラが生じたり、縞模
様が出てしまうということが問題となっている。特に、
この縞模様はレーザーアニール工程を経て形成された液
晶表示装置において顕著に見られる現象であり、画像表
示の際に視覚的な外観を極めて害するものである。

【０００７】このような縞模様は点欠陥や線欠陥とは異
なり、液晶表示装置の駆動条件によって視覚的に確認出
来たり出来なかったりするものである。従って、本発明
者らは、例えば薄膜トランジスタの破壊や配線等の短絡
による永久的なものではなく、別の要因で発生する現象
であると考えた。

【０００８】そして、液晶表示装置を様々な角度から解
析した結果、薄膜トランジスタのオン電流（選択時に流
れる電流）のばらつきが縞模様の発生に大きく影響する
ことが判明した。

【０００９】例えば、アクティブマトリクス型液晶表示
装置において薄膜トランジスタが選択時にある時、活性
層のソース領域（データ線と接続）とドレイン領域（画
素電極と接続）との間にはオン電流が流れ、液晶に対し
てある電圧が印加された状態（充電状態）となる。

【００１０】従って、オン電流が極端に小さい場合には
画素電極に対する電荷の充電が不十分となる場合が生じ
てくる。このように充電が飽和状態とならない状態で
は、所望の階調表示が不可能となるため、そのような画
素領域が縞模様となって観測されることになる。

【００１１】また、薄膜トランジスタがオン状態からオ
フ状態（またはオフ状態からオン状態）に切り換わった
直後、画素電極に書き込まれた電圧が僅かに下がる現象
が見られる。この時変動した電圧はフィードスルー電圧
と呼ばれるものである。

【００１２】このフィードスルー電圧によっても画素電
極に充電された電荷量が変化するため、フィードスルー
電圧もまた、縞模様を顕在化させる要因となりうる。

【００１３】しかし、通常、このフィードスルー電圧は
それを補償するような電流（ここではフィードスルー補
償電流と呼ぶ）がソース／ドレイン間を流れて緩和され
る。このフィードスルー補償電流は薄膜トランジスタが
オン状態からオフ状態（またはその逆）に切り換わる僅
かな時間に流れる電流である。

【００１４】本発明者らは試作した薄膜トランジスタに
ついて解析を行った結果、オン電流が大きい程、このフ
ィードスルー補償電流も大きくなる、即ちフィードスル
ー電圧が緩和されやすくなることを確認した。

【００１５】以上の解析結果をまとめると、従来から問
題とされてきた液晶表示装置における縞模様は薄膜トラ
ンジスタのオン電流のばらつきに起因するものであり、
そのばらつきを解決することが縞模様を解決する最良の
策であることが判明した。

【００１６】さらに、本発明者らは上記充電不足による
縞模様の発生についてシミュレーションを行なった。シ
ミュレーションは約0.2pF の画素容量（液晶間の容量と
補助容量とを加えたもの）を99.6% 以上に充電するのに
必要な時間を求めて行った。

【００１７】なお、この結果の判定は、ＶＧＡの場合に
おいて帰線期間が５μｓであることから、マージンを考
えて２μｓで充電できるか否かを基準とした。

【００１８】その結果、しきい値が２Ｖ程度の薄膜トラ
ンジスタの場合、オン電流（ドレイン電圧Ｖｄ＝１４
Ｖ、ゲイト電圧Ｖｇ＝１０Ｖの時）は３μＡ以上が必要
であることを確認した。

【００１９】以上のような経過を経て、本発明者らは上
記オン電流に大きな影響を与える半導体層（この場合は
結晶性珪素膜）の結晶性を改善することが必要不可欠で
あるという結論に達することとなった。

【００２０】上記結晶性珪素膜は非晶質珪素膜を加熱処
理やレーザー光の照射または両者を併用させた手段によ
り結晶化させて得ることができる。特に、結晶化または
結晶性改善の手段としてレーザー光を用いる方法（以
下、レーザー結晶化とよぶ）は低温で結晶性の優れた結
晶性珪素膜を得られる点で有効である。

【００２１】この低温で結晶性珪素膜を得られるメリッ
トは、安価なガラス基板上に高性能な薄膜トランジスタ
を形成できる点であり、今後不可欠な結晶化手段となる
ことは間違いない。

【００２２】レーザー光を用いる方法においては、レー
ザー光としてパルス発振型のエキシマレーザーが多く用
いられている。エキシマレーザーとは所定の種類のガス
に対して高周波放電を行うことによって、ある特殊な励
起状態をつくり出し、紫外光領域の波長を有するレーザ
ー発振を行わせる方式である。

【００２３】しかしながら、レーザー光の照射により結
晶性珪素膜を形成する場合、非晶質珪素膜の形成からレ
ーザーアニール処理を終えるまでの工程間に含まれる諸
パラメータに影響されて、形成される結晶性珪素膜の結
晶性の再現性が必ずしも良くないことが問題となってい
る。

【００２４】工程間に含まれる諸パラメータとはレーザ
ー結晶化に対して影響を与えうる因子であり、結晶性を
左右する不確定因子である。これには非晶質珪素膜の膜
厚のような間接的なものと、レーザーの照射エネルギー
のような直接的なものとがある。

【００２５】例えばエキシマレーザーはパルス毎の発振
において照射エネルギーにばらつきが生じてしまうこと
が問題となっている。また、このようなレーザー照射エ
ネルギーのばらつきやレーザー光を重ね合わせた場合の
エネルギー分布のばらつきなどが結晶性の不均一性を招
くことが知られている。

【００２６】例えば、本発明者らが使用するレーザー装
置は線状にビーム加工したレーザー照射面を重ね合わせ
て処理を行うため、そのエネルギー分布の不均一性がそ
のままオン電流のばらつきとなり、横縞模様となって画
像表示領域に現れる。

【００２７】以上のように、縞模様は液晶表示装置を製
品化する上で致命的な問題点であり、早急な解決が求め
られる。しかしながら、その原因であるオン電流のばら
つきを全く招かない結晶性を有する結晶性珪素膜を現状
のレーザー装置で形成することは殆ど不可能に近い。

【００２８】このことは、レーザー結晶化による低温ポ
リシリコン技術を用いた液晶表示装置の発展にとって大
きな律速点となっているのである。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は、上記問題点を解決すべく均一性、再現性に優れた
レーザーアニールを実施する技術およびそのための装置
を提供することを課題とする。そして、その技術を応用
して縞模様の発生しない高画質な液晶表示装置を作製す
る技術を提供することを課題とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の構成は、絶縁表面を有する基体上に非晶質半導体薄膜
を成膜する第１の工程と、パルス発振型の線状のレーザ
ー光の照射および／または加熱処理を施すことにより前
記非晶質半導体薄膜を結晶性半導体薄膜へ変成せしめる
第２の工程と、前記結晶性半導体薄膜に対して一導電性
を付与する不純物元素を注入する第３の工程と、前記不
純物元素をレーザー光の照射および／または加熱処理に
より活性化せしめる第４の工程と、を少なくとも有する
半導体装置の作製過程において、前記第２および第４の
工程において前記レーザー光のレーザーエネルギーのピ
ーク値、半値幅およびスレッシュホールド幅がいずれも
基準値の概略±3%以内に分布していることを特徴とす
る。

【００３１】本発明者らは、従来の問題点を鑑みて、前
述のような非晶質珪素膜の膜厚のごとき不確定因子が多
数絡み合った結果、レーザー結晶化後にそれらが結晶性
の不均一性といった形で顕在化すると考えた。

【００３２】従って、本発明の主旨はレーザー結晶化工
程に直接的または間接的に影響を与える工程間の諸パラ
メータのばらつきを最低限に抑えることにある。また、
それらばらつきを抑えると共に、不確定因子を可能な限
り排除することにある。

【００３３】例えば、パルス発振型の線状のレーザー光
の照射による結晶性珪素膜の作製工程において、図１に
示すようなレーザー光の照射エネルギーのばらつき（照
射時間に対する照射エネルギーのばらつき）が観測され
る。

【００３４】図１に示すデータは、レーザー発振器から
発振されたパルス毎のレーザー光の出力（レーザーエネ
ルギーまたは照射エネルギー）のばらつき（照射経過時
間に対する照射エネルギーの変動）を示すものである。
また、光学系により適切なビーム形成を行った場合、こ
のばらつきは、そのままショット毎の被照射面における
照射エネルギー密度のばらつきに対応する。

【００３５】即ち、ここでは照射エネルギーをそのまま
縦軸としているが、エネルギー密度に換算して表すこと
もできる。また、このレーザー出力はレーザーエネルギ
ーのピーク値（最大値）を示すものである。

【００３６】この図１において重要なのは、レーザー出
力のピーク値が640mJ を中心に概略±3%以内に分布して
いる、即ちある基準値（最適値）から±3%以内に分布し
ている事である。なお、発明者らが今回使用するレーザ
ー装置では、レーザー出力が640mJ の時、単位面積に照
射されるエネルギー密度は約250mJ/cm² である。

【００３７】本発明者らの研究結果より、上記範囲以上
のばらつきを有するようなレーザーアニールを行うとア
ニール効果にばらつきが出たり、面内における均一性が
悪化することが判っている。

【００３８】なお、レーザーアニールの均一性をより高
める必要がある場合は、多少調整の煩雑化やコスト高と
なる可能性があるが、レーザー出力の分布を±2 ％、好
ましくは±1.5 ％以内に抑えることが有効となる。

【００３９】従って、図１に示す様にパルス発振毎のレ
ーザー出力のばらつきを±3 ％、好ましくは±2 ％、さ
らに好ましくは±1.5 ％の範囲内に分布させることが半
導体膜のアニールに際しては好ましいものとなる。特に
線状のレーザー光によって大面積をアニールする場合に
は好ましい。

【００４０】また、上述した様なピーク値のばらつきを
抑えるだけでなく、他のレーザー結晶化工程に関わる諸
パラメータのばらつきを抑え、かつ、レーザー結晶化の
際に不確定因子を可能な限り排除することが前述のよう
な横縞模様をなくすためには必要となる。

【００４１】また他の発明の構成は、絶縁表面を有する
基体上の半導体薄膜に対してパルス発振型の線状のレー
ザー光を照射するレーザー照射装置であって、前記レー
ザー光を発振する手段と、前記レーザー光を発振する手
段に接続したガスプロセッサーと、前記レーザー光の一
部を検出してその検出結果を前記レーザー光を発振する
手段にフィードバックし、前記レーザー光の出力を制御
するコントロールユニットと、前記レーザー光を線状に
加工する光学系手段と、前記半導体薄膜を加熱する手段
と、を少なくとも有し、前記レーザー光のレーザーエネ
ルギーのピーク値、半値幅およびスレッシュホールド幅
がいずれも基準値の概略±3%以内に分布していることを
特徴とする。

【００４２】また他の発明の構成は、絶縁表面を有する
基体上の半導体薄膜に対してパルス発振型の線状のレー
ザー光を照射するレーザー照射装置であって、前記レー
ザー光を発振する手段と、前記レーザー光を発振する手
段に接続したガスプロセッサーと、前記レーザー光の一
部を検出してその検出結果を前記レーザー光を発振する
手段にフィードバックし、前記レーザー光の出力を制御
するコントロールユニットと、前記レーザー光を線状に
加工する光学系手段と、前記半導体薄膜を加熱する手段
と、前記半導体薄膜を加熱する手段以外に設けられた補
助加熱装置と、を少なくとも有し、前記レーザー光のレ
ーザーエネルギーのピーク値、半値幅およびスレッシュ
ホールド幅がいずれも基準値の概略±3%以内に分布して
いることを特徴とする。

【００４３】ここで、本発明に使用したレーザー装置の
概略を図７を用いて説明する。図７に示すレーザー装置
は、図１で示したような範囲にレーザーエネルギーを分
布させるために必要となる。

【００４４】図７において、レーザー照射室７０１は、
レーザー発振器７０２から照射され、光学系７０６によ
り断面形状が線状に加工されたパルスレーザービーム
を、ミラー７０７で反射させ、石英で構成された窓７０
８を介して被処理基体７０９に照射する機能を有してい
る。

【００４５】レーザー発振器７０２から発振されるレー
ザー光としてはＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎ
ｍ）、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）、
キセノンランプ励起のＮｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調
波（波長２６５ｎｍ）等の紫外光領域の波長を有するレ
ーザー光を用いることができる。

【００４６】そして、レーザー発振器７０２にはガスプ
ロセッサー７０３が接続されている。このガスプロセッ
サー７０３はレーザー発振器７０２内において生成され
たハロゲン化物（ＫｒＦエキシマレーザーならばフッ化
物、ＸｅＣｌエキシマレーザーならば塩化物）を除去す
るための励起ガス精製装置に相当する。

【００４７】また、上記レーザー発振器７０２と光学系
７０６との間にはハーフミラー７０４が設置され、そこ
でレーザー出力光の一部が取り出されコントロールユニ
ット７０５で検出される。コントロールユニット７０５
は、検出されたレーザーエネルギーの変動に対応してレ
ーザー発振器７０２の放電パワーを制御する。

【００４８】また、被処理基体７０９は、基体支持台７
１０上に設けられたステージ７１１上に配置され、基体
支持台７１０内に設置されたヒーターによって、所定の
温度（300 〜650 ℃）に保たれる。このステージ７１１
には熱電対７１２が配置され、その測定結果を直ちにフ
ィードバックしてヒーターを制御する構成となってい
る。

【００４９】さらに、雰囲気制御が可能なレーザー照射
室７０１は、減圧、排気手段として、真空排気ポンプ７
１３を有する。この真空排気ポンプ７１３はターボ分子
ポンプやクライオポンプといった高真空に対応できるも
のである。

【００５０】また、気体供給手段として、バルブを介し
てＯ₂ （酸素）ガスボンベに接続された気体供給管７１
４と、バルブを介してＨｅ（ヘリウム）ガスボンベに接
続された気体供給管７１５を有する。ここで使用される
ガスの純度は99.99999％（７Ｎ）以上が望まれる。

【００５１】上記構成のレーザー照射室７０１内におい
て基体支持台７１０は、移動機構７１６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に移動され、
被処理基体７０９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。

【００５２】ゲイトバルブ７１７は被処理基体７０９を
搬入または搬出するための出入り口であり、外部に設置
された基体搬送室へと連結されている。

【００５３】また、図７中の光学系７０６の内部でパル
スレーザービームが線状に加工される過程の概略を図８
を用いて以下に説明する。

【００５４】まず、レーザー発振器から発振されたレー
ザー光は光学レンズ８０１と８０２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成形される。

【００５５】そしてこのレーザー光は２つのホモジナイ
ザー８０３と８０４によってそのビーム内におけるエネ
ルギー密度の分布が補正される。

【００５６】ホモジナイザー８０３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。

【００５７】また、ホモジナイザー８０４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。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３５の光学パラメ
ータの設定は慎重に行なう必要がある。

【００５８】８０５と８０６と８０８で示されるのは、
レーザービームを線状に成形する役割を担う光学レンズ
であり、８０７はミラーである。

【００５９】本実施例に示す構成においては、ホモジナ
イザー８０４を１２個のシリンドリカルレンズ（幅５ｍ
ｍ）で構成し、入射するレーザー光をおよそ１０分割す
るものとしている。

【００６０】即ち、ホモジナイザーは、内側の１０個の
シリンドリカルレンズが主に利用されるように、レーザ
ー光に対して多少の余裕をもって配置されている。

【００６１】本実施例においては、最終的に照射される
線状のレーザー光の長手方向の長さは１２ｃｍである。

【００６２】以上の様な構成を採用すると、線状レーザ
ー光の長手方向におけるエネルギー密度のムラを是正す
ることができ、均一なアニールを半導体材料に対して与
えることができる。

【００６３】

【発明の実施の形態】パルス発振型のエキシマレーザー
を用いて、半導体膜に対するアニールを行うに際して、
レーザー結晶化工程に間接的または直接的に影響を与え
る諸パラメータのばらつき分布を限定する。この様にす
ることで、得られる結晶性珪素膜の均一性を高くするこ
とができる。また、その再現性を高くすることができ
る。

【００６４】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例は、本明細書に開示する発明を踏
まえて薄膜トランジスタを作製する場合の例を示す。図
２に本実施例に示す薄膜トランジスタの作製工程を示
す。

【００６５】なお、本実施例におけるレーザーアニール
工程の役割は、非晶質珪素膜の結晶化および活性層に注
入された不純物イオンの活性化を促進することにある。

【００６６】まず、２０１で示されるガラス基板上に下
地膜２０２として酸化珪素膜をスパッタ法またはプラズ
マＣＶＤ法により、2000Åの厚さに成膜する。特に、人
工石英ターゲットを用いたスパッタ法によると、後に形
成する結晶性珪素膜の個々の結晶粒径が大きくなり、結
晶性の良い活性層を形成することができる。

【００６７】次に非晶質珪素膜２０３をプラズマＣＶＤ
法または減圧熱ＣＶＤ法で成膜する。非晶質珪素膜２０
３の膜厚は100 〜2000Å（好ましくは100 〜1000Å、代
表的には、200 〜500 Å) であれば良く、基体面内にお
ける膜厚分布は±5%以内、好ましくは±2.5%以内とす
る。

【００６８】基体面内の膜厚を制御する手段について
は、ガス圧力や基体間距離など各種成膜条件の兼ね合い
で変化するので一概には言えない。しかし、例えば被処
理基体の端ではガス流の変化等の影響で膜厚分布が悪く
なることを考慮して、予め基体よりも大きいサセプター
を用意し、膜厚分布の良い領域のみに被成膜基体が納ま
るような構成とすると容易に均一性の高い非晶質珪素膜
を得ることができる。

【００６９】非晶質珪素膜の膜厚のばらつきは、そのま
ま結晶性珪素膜の結晶性のばらつきにも繋がるので好ま
しくない。従って、上記範囲内のばらつきに止めておけ
ば均一性の良い結晶性珪素膜を得ることができる。

【００７０】また、膜質の緻密さや後に得られる結晶性
珪素膜の結晶性を考えた場合、非晶質珪素膜２０３の成
膜手段として減圧熱ＣＶＤ法を用いることが好ましい。

【００７１】この場合、成膜ガスとしてはジシラン（Ｓ
ｉ₂ Ｈ₆ ）やトリシラン（Ｓｉ₃ Ｈ₈ ）等を用いればよ
い。また、成膜温度は420 〜500 ℃の温度範囲で行う。
本実施例では、ジシランを用いて450 ℃の成膜温度で50
0 Åの非晶質珪素膜を成膜する。なお、この成膜温度
（基体面内における温度）は膜質および膜厚の均一性を
高めるために±1 ℃以内とする。

【００７２】通常、この成膜温度はヒーター等の加熱手
段により行なわれるが、被処理基体が大型化すると枚葉
式が主流となるため、その場合にはランプアニールによ
る加熱手段が温度分布の均一性をとるには有効である。

【００７３】ヒーターによる場合もランプアニールによ
る場合も基体を支持するステージ（サセプターを含む）
に熱電対を設置して、その測定結果をフィードバックし
て温度制御を行なえば良い。

【００７４】こうして、図２（Ａ）に示す状態が得られ
る。この状態が得られたら、非晶質珪素膜２０３に対し
てレーザー光の照射による結晶化工程を行なう。レーザ
ー結晶化工程は前述したような図７で示される構成を有
するレーザー装置を用いて行なう。

【００７５】なお、レーザー光としてはＸｅＣｌ、Ｋｒ
Ｆ、ＡｒＦ等を励起ガスとして用いたエキシマレーザー
やＮｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波等を利用すること
ができるが、本実施例ではＫｒＦエキシマレーザー（波
長248nm ）を使用する。なお、光学系や発振器に与える
負担をさらに小さくする必要がある場合、ＫｒＦエキシ
マレーザーより波長が長く、その光子エネルギーの弱い
ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長308nm ）が有効であ
る。

【００７６】まずレーザーアニールの処理雰囲気はヘリ
ウムを含有した雰囲気とする。ヘリウムは比熱が小さ
く、熱伝導度に優れる特徴を有する。この事は後に基体
温度を正確に制御するために極めて有効である。

【００７７】また、酸素を含んだ雰囲気でのレーザーア
ニールは、処理の際に自然酸化膜が形成されて珪素膜表
面を保護するため珪素膜表面の荒れを抑えることができ
る。この荒れを抑えることは薄膜トランジスタを完成し
た際に良好なＭＯＳ界面を形成する上で非常に有効であ
る。

【００７８】そこで、本実施例では酸素とヘリウムを
１：１の割合で気体供給管７１４、７１５から導入し、
酸素ガスとヘリウムガスを混合した雰囲気とし、1 〜76
0torrのガス圧力でレーザーアニールを行う。

【００７９】このような構成とすると、被処理基体の面
内温度分布を正確に制御し、かつ珪素膜表面の荒れを最
小限に抑えることが可能となる。

【００８０】また、この際導入する酸素ガスやヘリウム
ガスを７Ｎを超える純度を有するものとするとレーザー
照射の際に不純物が膜内に混入することを避ける意味で
好ましい。

【００８１】また、レーザー照射を行なっている間はレ
ーザー照射室７０１内のガス純度を確保するために雰囲
気ガスの循環を行なうと効果的である。例えば、常に新
しいガスを導入して古いガスを排気しても良いし、ガス
プロセッサー等を設置して常に雰囲気ガスの精製を行な
うようにしても良い。

【００８２】また、上記雰囲気を形成するに際して、予
めレーザー照射室７０１内のＣ（カーボン）元素やＮ
（窒素）元素を極力除去することが望ましい。Ｃ元素や
Ｎ元素等の化合物であるＮＨ₃ 、ＣＯ、ＣＯ₂ などは半
導体デバイスに悪影響を与える因子となりうるからであ
る。

【００８３】さらに、Ｃ元素やＮ元素は珪素膜表面にＳ
ｉＣ_X やＳｉＮ_X といった硬い被膜を形成する可能性も
あり、後にソース／ドレイン領域においてコンタクト不
良を引き起こすことが懸念される。

【００８４】上記理由により、まずレーザー照射室７０
１内を１０^-6torr以下の高真空に引いた後に酸素ガスと
ヘリウムガスを導入することが望ましい。このように予
めレーザー照射室７０１の内部を極力清浄な状態として
おくことで、Ｃ元素、Ｎ元素をその組成に含む不純物の
濃度を1ppm以下とすることができる。

【００８５】なお前述のように、本実施例で用いるレー
ザー装置は、レーザー照射室７０１の真空引きをターボ
分子ポンプやクライオポンプ等、高真空に対応した真空
排気ポンプ７１３で行うため、極めて清浄な真空状態を
形成することができる。

【００８６】次にレーザ─処理温度（基体温度）である
が、これは被処理基体７０９を保持するステージ７１１
ごと基体支持台７１０に内蔵されたヒーターにより300
〜650 ℃の温度範囲で制御する。

【００８７】本実施例では、基体温度を450 ℃±５℃以
内（好ましくは±2 ℃以内）とする。温度制御の際、こ
のような範囲内に納めることは結晶性の均一性を高める
ために重要である。また、本発明者らの研究では結晶性
そのものも向上することが確認されている。

【００８８】結晶性の均一性が高まるのは、基体温度を
上げておくとレーザー照射エネルギーにある程度の余裕
（マージン）を稼ぐことができるため、高出力状態で不
安定となるようなレーザー装置においては、レーザー照
射エネルギーのばらつきを抑制することができるからで
ある。

【００８９】なお、この温度制御はステージ７１１に設
置された熱電対７１２による測定結果をフィーバックし
つつ行なう。また、前述にようにヘリウムを含有した雰
囲気であるため基体温度の制御が容易になっている。

【００９０】ところで、レーザー光の照射エネルギー密
度は結晶性珪素膜の結晶性によって最適値が異なるた
め、本発明者らは予め実験的な条件出しを行なって最適
値を求めている。

【００９１】本実施例では、非晶質珪素膜２０３を結晶
化するために230mJ/cm² のエネルギー密度のレーザー光
を照射する。また、レーザー光の走査速度は 2.4ｍｍ／
ｓ、周波数は40Hzとしている。

【００９２】本実施例で用いるレーザー光はパルス発振
型の装置から発せられるものであり、複数パルスが重ね
合わされつつ被照射面（この場合は珪素膜表面）を走査
するものである。

【００９３】ここで１パルス毎のレーザーエネルギーの
分布について、図１１を用いて説明する。なお、図１１
は理想的な１パルスのレーザー波形のみを表し、他の波
形は省略している。また、横軸はパルス幅であり単位は
時間である。縦軸はレーザーエネルギー（密度で表して
も良い）であり単位は任意である。

【００９４】本発明では、このレーザーエネルギーを精
密に制御することが最も重要であり、この制御が得られ
る結晶性珪素膜の結晶性を直接的に左右する。

【００９５】レーザーエネルギーで精密に制御すべきパ
ラメータとしてはピーク値、半値幅、スレッシュホール
ド幅が挙げられる。これらのパラメータについて図１１
を用いて以下に説明する。

【００９６】まず、ピーク値Ｅmax は図１１に示す様に
レーザーエネルギーの最大値である。ただし、図１１は
理想的な波形で示してあるが、実際のピーク値は照射時
間内において大きくばらつくことが一般的な問題となっ
ている。そして、このピーク値のばらつきは被照射面に
照射されるエネルギー密度のばらつきとして結晶性に大
きな影響を与える。

【００９７】次に半値幅であるが、半値幅とはレーザー
エネルギーがピーク値Ｅmax の半分の値（1/2 Ｅmax で
表される）をとった時のパルス幅（単位は時間）に相当
する。換言すれば、１パルスのレーザーアニールを行っ
た際の平均パルス幅に相当する。従って、一般的には半
値幅をパルス幅として議論することが多い。

【００９８】次にスレッシュホールド幅とはレーザーエ
ネルギーがスレッシュホールド値（溶融しきい値とも呼
ばれ、ここではＥthで表される）をとった時のパルス幅
（単位は時間）に相当する。このスレッシュホールド幅
は半値幅の1/4 〜1/2 の値である。

【００９９】上記スレッシュホールド値（溶融しきい
値）とは、それ以上のレーザーエネルギーで被照射面
（この場合、珪素膜表面）を照射した時に被照射面の溶
融が開始するしきい値である。従って、スレッシュホー
ルド幅の範囲内では常に被照射面を溶融させるに足るエ
ネルギーを持つレーザー光が照射されることになる。

【０１００】本明細書では、図１１においてスレッシュ
ホールド幅の範囲内を珪素膜を溶融させる実効的なエネ
ルギー領域、即ち実効溶融領域と呼ぶこととする。従っ
て、本発明において、この実効溶融領域を精密に制御す
ることがレーザー結晶化工程のばらつきを抑制する最も
重要な要素である。

【０１０１】そこで、上記実効溶融領域を制御する上で
ピーク値Ｅmax 、半値幅、スレッシュホールド幅のばら
つきの制御が必要不可欠となる。そのため、本発明で提
案するようにピーク値Ｅmax 、半値幅およびスレッシュ
ホールド幅を±3%以内、好ましくは±1.5%以内に制御す
ることが重要となる。

【０１０２】本実施例においてピーク値Ｅmax のばらつ
きの制御は、図７に示されるレーザー発振器７０２から
発振されるレーザー光の一部をハーフミラー７０４によ
って取り出し、コントロールユニット７０５において検
出されるエネルギーに基づいて行なわれる。

【０１０３】また、前述のように基体温度を上げて結晶
化に必要なレーザーエネルギーにマージンを与えておく
ことは、ピーク値Ｅmax のばらつきを抑制する上で非常
に効果的である。

【０１０４】また、半値幅およびスレッシュホールド幅
の制御には図７の７０２で示されるレーザー発振器内に
おける励起ガス（Ｋｒ、ＦやＸｅ、Ｃｌ等）の純度が非
常に重要となる。これは、励起ガスの純度が落ちるとレ
ーザー光の発振自体がふらつくため、レーザーパルスの
立ち上がりに影響を及ぼすからである。

【０１０５】従って、通常、例えばＫｒ、Ｆといったガ
スをＮｅ等の不活性ガスで希釈してレーザー発振器７０
２内に導入するが、これらガスは７Ｎを超える純度を有
するものであることがレーザー光のふらつきをなくすた
めに望ましい。

【０１０６】また、純度の高い励起ガスを用いた場合に
おいても、長時間使用する間にハロゲン化物が生成さ
れ、これがレーザー発振器７０２内のガスの純度を落と
す原因となっている。

【０１０７】そこで、本実施例で用いるレーザー装置に
は、レーザー発振器７０２に対してガスプロセッサー７
０３を接続することで励起ガスの純度を保っている。ガ
スプロセッサー７０３はレーザー発振器７０２内の励起
ガスを循環させて、極低温の捕獲媒体を用いて上記ハロ
ゲン化物を捕獲除去する精製装置に相当する。

【０１０８】以上のように、本実施例で使用する図７で
示すような構成のレーザー装置を用いることで、ピーク
値Ｅmax 、半値幅およびスレッシュホールド幅を±3%以
内、好ましくは±1.5%以内に制御することが可能とな
る。

【０１０９】このようなピーク値Ｅmax 、半値幅および
スレッシュホールド幅の精密な制御を行うことで、実効
溶融領域の精密な制御が可能となる。即ち、常に均一な
レーザーエネルギーで被照射面のレーザーアニールを行
うことができるため、結晶性にばらつきのない均一性に
優れた結晶性珪素膜を得ることが可能となる。

【０１１０】本実施例では、以上の様に精密な制御の施
されたレーザーアニールを珪素膜表面の任意の単位面積
内において100 〜5000nsec照射する。この時間は本発明
者らが実験から明らかにした、必要とする結晶性を得る
ための処理時間である。

【０１１１】ただし、本発明者らは実効溶融領域におい
てレーザーアニールが施された時のみを処理時間として
見なすため、スレッシュホールド幅の積算値を処理時間
として考える。従って、スレッシュホールド幅をｔn と
すると、処理時間との関係は数１のように表すことがで
きる。

【０１１２】

【数１】

【０１１３】即ち、実効溶融領域でレーザーアニールを
行っている時間の積算値が処理時間となる。例えば、本
実施例によるレーザーアニールは半値幅が30〜40nsecで
あり、スレッシュホールド幅( 実効溶融領域で照射して
いる時間) は10〜20nsecとなっている。

【０１１４】また、横幅0.9mm の線状レーザーを走査速
度2.4mm/s で重ね合わせつつ走査するため、単位面積あ
たり約１５回（上述に数１においてｍ＝１５となる）の
レーザーパルス照射を行うことになる。従って、本実施
例において実効溶融領域によるレーザー照射時間は150
〜300nsec となっている。

【０１１５】なお、レーザーパルスの周波数を上げた
り、走査速度を遅くすることで単位面積あたりの照射回
数を増やし、適宜実効溶融領域でのレーザー照射時間を
調節することが可能である。

【０１１６】以上の様にしてレーザーアニールを行うこ
とで、図２（Ｂ）に示すような結晶性珪素膜２０４を得
ることができる。この結晶性珪素膜２０４は、精密な制
御を施されたレーザーアニールにより形成されるもので
あるため、極めて均一性、再現性に優れている。

【０１１７】なお、均一性に優れるとは最終的にアクテ
ィブマトリクス型の電気光学装置を構成した場合に表示
ムラや縞模様が発生しないレベルまたはロット毎の特性
ばらつきが実用上問題とならないレベルとなっているこ
とを意味している。

【０１１８】また、結晶性珪素膜２０４の内部のＣ元素
やＮ元素はレーザーアニールを行う際に徹底的に排除さ
れているので、その界面付近濃度は２×１０¹⁹ｃｍ^-3以
下、バルク内濃度は５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下となってい
る。

【０１１９】この濃度はＳＩＭＳ分析（二次イオン質量
分析）の最小値でもって求められる値である。また、こ
こでいうバルクとは界面付近以外の膜の内部を指す。

【０１２０】次に得られた結晶性珪素膜２０４に対して
パターニングを行い、薄膜トランジスタの活性層となる
島状半導体層２０５を形成する。（図２（Ｃ））

【０１２１】なお、本実施例では、レーザーアニールを
行った後に活性層を形成する例を示すが、活性層を形成
した後にレーザー光の照射を行ってもよい。

【０１２２】この場合、微小な面積に対するアニールと
なるので、所定の効果を得るために必要とされるレーザ
ー光の出力を下げることができる。即ち、レーザー出力
のマージンに余裕を持たせることでばらつきを抑制する
ことができる。

【０１２３】活性層（島状半導体層）２０５を得たら、
活性層２０５を覆ってゲイト絶縁膜２０６として機能す
る酸化珪素膜を成膜する。ここではゲイト絶縁膜２０６
として、プラズマＣＶＤ法によって1000Å厚の酸化珪素
膜を成膜するが、窒化珪素膜やＳｉＯ_X Ｎ_Y で示される
酸化窒化珪素膜であっても良い。

【０１２４】次にゲイト電極を構成するための図示しな
いアルミニウム膜を3000Åの厚さに成膜する。このアル
ミニウム膜中には、後の工程においてヒロックやウィス
カーの発生を抑制する目的でスカンジウムを0.2 重量％
含有させる。

【０１２５】ヒロックやウィスカーは、加熱が行われる
工程において、アルミニウムの異常成長によって形成さ
れる針状あるいは刺状の突起物のことである。これら
は、電極や配線のショート（短絡）を招く原因となり好
ましくない。

【０１２６】また、ゲイト電極を構成する材料として、
他の導電性材料を用いることも可能である。

【０１２７】次に図示しないレジストマスクを配置し、
このマスクを用いて図示しないアルミニウム膜をパター
ニングする。こうして、ゲイト電極２０７を構成する基
となるパターンを形成する。ゲイト電極を構成するため
のパターンを形成したら、先の図示しないレジストマス
クを配置した状態で陽極酸化膜の形成を行なう。

【０１２８】ここでは、電解溶液として３％のショウ酸
を含んだ水溶液を用いる。この陽極酸化工程は、上記水
溶液中において、図示しないアルミニウム膜のパターン
を陽極とし、白金を陰極として電極間に電流を流して行
う。このようにすることにより、アルミニウム膜のパタ
ーンの露呈した表面に陽極酸化膜２０８を形成する。

【０１２９】この工程で形成される陽極酸化膜２０８
は、多孔質状（ポーラス状）を有している。またここで
は、図示しないレジストマスクが存在するためにパター
ンの側面に２０８で示されるようにこの多孔質状の陽極
酸化膜が形成される。

【０１３０】この多孔質状の陽極酸化膜２０８の膜厚
（成長距離）は、3000Åとする。この多孔質状の陽極酸
化膜の膜厚でもってオフセットゲイト領域を形成するこ
とができる。なお陽極酸化膜２０８の膜厚の制御は、陽
極酸化時間によって制御することができる。

【０１３１】次に図示しないレジストマスクを除去し、
再度の陽極酸化を行なう。この工程においては、３％の
酒石酸を含んだエチレングリコール溶液をアンモニアで
中和したものを電解溶液として用いる。

【０１３２】ここでは、多孔質状の陽極酸化膜２０８の
内部に電界溶液が侵入するので、２０９で示されるよう
にゲイト電極２０７に接する状態で緻密で強固な膜質を
有する陽極酸化膜２０９が形成される。

【０１３３】この工程で形成される陽極酸化膜２０９
は、陽極酸化時の印加電圧を調整することにより、その
厚さを制御することができる。ここでは、陽極酸化膜２
０９の膜厚は900 Å厚とする。

【０１３４】この緻密な膜質を有する陽極酸化膜２０９
の膜厚を厚くすると、その厚さの分で後にオフセットゲ
イト領域を形成を行うことができる。しかし、ここでは
その厚さが薄いので、オフセットゲイト領域の形成に際
する寄与は無視する。

【０１３５】こうして、図２（Ｃ）に示す状態を得る。
図２（Ｃ）に示す状態を得たら、ソース及びドレイン領
域を構成するための不純物イオンの注入を行なう。ここ
では、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを作製するため
にＰ（リン）イオンの注入を行なう。また、そのドーズ
量は１×１０¹⁵原子／ｃｍ² とする。

【０１３６】なお、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタを
作製する場合には、Ｂ（ボロン）イオンの注入を行う。

【０１３７】図２（Ｃ）の状態で不純物イオンの注入を
行なうと、２１０と２１１の領域に不純物イオンが注入
される。また２１２と２１３の領域には不純物イオンの
注入がされない。この２１２と２１３の領域は、ゲイト
電極２０７による電圧印加が行われないため、チャネル
形成領域として機能しないオフセットゲイト領域として
機能する。

【０１３８】また、２１４で示される領域がチャネル形
成領域として機能する領域となる。このようにして、図
２（Ｄ）に示す状態を得る。

【０１３９】上記不純物イオンの注入が終了したら、レ
ーザー光の照射を行い、不純物イオンの注入された領域
の活性化とイオンの衝撃によって損傷した領域のアニー
ル（以下、レーザー活性化と呼ぶ）を行う。

【０１４０】このレーザー活性化工程もレーザー結晶化
工程と同じ装置で同様の精密な制御を施すことで均一性
の高いアニール効果を得ることができる。ただし、レー
ザー照射の際の被処理基体の加熱温度はアルミニウム膜
でなるゲイト電極２０７の耐熱性を考慮して決定しなく
てはならない。

【０１４１】従って、本実施例では基体温度を200 ℃に
加熱してレーザー活性化工程を行なうこととする。勿
論、ゲイト電極２０７が他の耐熱性の高い材料であれ
ば、その耐熱性に応じて基体温度を上げることは可能で
ある。

【０１４２】また、活性層２０５の結晶性および不純物
イオンの注入量によってレーザー活性化におけるレーザ
ー照射条件も変化するため、予め実験的な条件出しを重
ねて最適値を求めておく必要がある。本実施例では、16
0mJ/cm² のエネルギー密度でレーザー照射を行なうこと
とする。

【０１４３】図２（Ｄ）に示す状態を得たら、層間絶縁
膜２１５として、窒化珪素膜や酸化珪素膜を成膜する。
層間絶縁膜２１５としては、窒化珪素膜と酸化珪素膜と
の積層膜を利用してもよい。また窒化珪素膜と樹脂膜と
の積層膜を利用してもよい。

【０１４４】層間絶縁膜２１５を成膜したら、コンタク
トホールの形成を行う。そして、ソース電極２１６とド
レイン電極２１７の形成を行なう。このようにして図２
（Ｅ）に示す薄膜トランジスタを完成させる。

【０１４５】以上の様にして作製された薄膜トランジス
タは、その心臓部である活性層の結晶性が極めて均一性
に優れたものであるため、安定した動作を実現する高性
能なものとなる。

【０１４６】また、このようにして作製されたＮチャネ
ル型薄膜トランジスタは、ドレイン電圧Vd＝14V 、ゲイ
ト電圧Vg＝10V の駆動条件化下において、しきい値が1.
5V程度であり、オン電流が10〜15μA の良好な電気特性
を示すものであった。

【０１４７】〔実施例２〕本実施例では、実施例１にお
ける非晶質珪素膜の結晶化を加熱処理により行なう例を
示す。また、その際、結晶化を助長する金属元素を利用
する例を示す。勿論、金属元素を用いずに結晶化させる
のであっても構わない。

【０１４８】従って、本実施例ではレーザーアニールを
行なうことで加熱処理により形成した結晶珪素膜の結晶
性をさらに改善することを目的とする。

【０１４９】なお、結晶化方法以外の構成は実施例１と
同様であるので本実施例においては図３を用いて実施例
１と異なる点のみを記載する。

【０１５０】まず、３０１で示される基体上に下地膜３
０２として酸化珪素膜をスパッタ法またはプラズマＣＶ
Ｄ法により、2000Åの厚さに成膜する。

【０１５１】次に非晶質珪素膜３０３をプラズマＣＶＤ
法または減圧熱ＣＶＤ法で200 〜500 Åの厚さに成膜す
る。この非晶質珪素膜３０３は実施例１同様、膜厚の基
体面内におけるばらつき分布を±5%以内、好ましくは±
2.5%以内とする。

【０１５２】非晶質珪素膜３０３を成膜したら、酸素雰
囲気中においてＵＶ光を照射し、非晶質珪素膜３０３の
表面に極薄い酸化膜（図示せず）を形成する。この酸化
膜は、後に金属元素を導入する際の溶液塗布工程で溶液
の濡れ性を改善するためのものである。（図３（Ａ））

【０１５３】次に非晶質珪素膜３０３の結晶化を助長す
る金属元素の導入を行なう。この技術についての詳細
は、本発明者らによる特開平6-232059や同7-321339号公
報に記載されている。

【０１５４】本実施例では、この結晶化を助長する金属
元素としてＮｉ（ニッケル）を利用する。Ｎｉ以外に
は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ等を利用する
ことができる。

【０１５５】ここでは、ニッケル酢酸塩溶液を用いてＮ
ｉ元素の導入を行なう。具体的には、まず所定のＮｉ濃
度（ここでは１０ｐｐｍ（重量換算））に調整したニッ
ケル酢酸塩溶液を非晶質珪素膜３０３の表面に滴下す
る。こうしてニッケル酢酸塩溶液の水膜３０４が形成さ
れた状態とする。（図３（Ｂ））

【０１５６】次に図示しないスピンコーターを用いてス
ピンドライを行い、余分な溶液を吹き飛ばす。この溶液
塗布工程により非晶質珪素膜３０３上の図示しない酸化
膜上には極薄いニッケル層が形成された状態となる。

【０１５７】そして、この状態で不活性雰囲気または水
素を含有した不活性雰囲気において500 〜700 ℃、代表
的には600 ℃の温度で４時間の加熱処理を行なうことに
より結晶性珪素膜３０５を得る。（図３（Ｃ））

【０１５８】この時、加熱処理の温度は基体面内におい
て±5 ℃以内、好ましくは±2 ℃以内とすることが重要
である。なぜならば、この加熱処理による結晶化が結晶
性珪素膜の粒内の結晶性を決めることになるからであ
る。

【０１５９】この場合においても、実施例１同様、基体
を支持するサセプターに熱電対等の温度測定用素子を設
けて基体温度をモニタリングすることで精密な温度制御
を行なうことが必要である。

【０１６０】次に結晶性珪素膜３０５を得たら、結晶性
を改善するためのレーザー光の照射を行う。このレーザ
ーアニールは実施例１で説明したレーザー結晶化工程と
同様の精密な制御を施す必要がある。また、実施例１同
様に図７で示される構成を有するレーザー装置を用いて
行なう。

【０１６１】このレーザーアニール工程は結晶性珪素膜
に対して紫外光領域のレーザー照射を行い、結晶性珪素
膜を一旦溶融させた後、再結晶化させて結晶性の改善を
図るものである。

【０１６２】従って、結晶性珪素膜は非晶質珪素膜に比
べて紫外光領域の波長の光を吸収しにくいため、より大
きなエネルギーのレーザー光を照射する必要がある。こ
のレーザーエネルギーは、結晶性珪素膜の結晶性が良い
程大きな値とする必要があり、実験的な条件出しによっ
て決定される。なお、本実施例では260mJ/cm² のエネル
ギー密度でレーザー照射を行なうこととする。（図３
（Ｄ））

【０１６３】以上のようにして、レーザー照射により結
晶性を大幅に改善した結晶性珪素膜３０６を得ることが
できる。こうして得られた結晶性珪素膜３０６もまた、
実施例１同様に均一性と再現性に優れたものとなる。

【０１６４】〔実施例３〕本実施例では、実施例１（図
２参照）に示す薄膜トランジスタの作製工程を改良し、
ＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域を備えた薄膜トラ
ンジスタを作製する場合の例を示す。

【０１６５】まず、実施例１に示した作製工程に従っ
て、図２（Ｄ）に示す不純物の注入工程までを行う。

【０１６６】次に多孔質状の陽極酸化膜２０８を除去す
る。そして、再度の不純物イオンの注入を行う。この不
純物イオンの注入は、ソース領域２１０とドレイン領域
２１１を形成するために行った先の不純物イオンと同一
の不純物イオンを、そのドーズ量を下げて行う。

【０１６７】この結果、２１２と２１３で示される領域
に対してソース及びドレイン領域に比較して低濃度に不
純物イオン（例えばＰイオン）が注入される。こうして
２１２と２１３の領域に低濃度不純物領域が形成され
る。ここで、ドレイン領域２１１側の低濃度不純物領域
２１３が一般的にＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域
と称される領域なる。

【０１６８】各不純物注入領域を形成したら実施例１と
同様なレーザー活性化を施すのであるが、本発明者らの
研究により低濃度不純物領域（特にＬＤＤ領域）はレー
ザーエネルギーのばらつきの影響を反映しやすいことが
判っている。

【０１６９】従って、本発明を踏まえて精密な制御を施
したレーザーアニールを行なうことは均一性に優れた低
濃度不純物領域、延いては均一な電気特性を有する薄膜
トランジスタを作製する上で極めて有効な手段である。

【０１７０】この後、図２（Ｅ）に示す工程を経ること
によって、薄膜トランジスタを完成させる。

【０１７１】ＬＤＤ領域はオフセットゲイト領域と同じ
ような機能を有している。即ち、チャネル形成領域とド
レイン領域との間における強電界を緩和し、ＯＦＦ動作
時におけるリーク電流の値を減少させる機能を有してい
る。また、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタであれば、
ホットキャリアの発生を抑制し、ホットキャリアによる
劣化の問題を抑制する機能を有している。

【０１７２】〔実施例４〕本実施例は本発明を利用して
作製した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置を構成した例を示すもので
ある。画素領域に配置される画素ＴＦＴと周辺駆動回路
に配置される回路ＴＦＴの作製工程の概略を図４を用い
て説明する。

【０１７３】なお、作製工程間における諸パラメータの
ばらつき等に関する制御は実施例１と同様であるので、
本実施例では敢えて説明は行わない。本実施例では、実
施例１で説明した本発明の構成をふまえて回路ＴＦＴお
よび画素ＴＦＴの作製工程を示すこととする。

【０１７４】まず、コーニング７０５９等に代表される
ガラス基板４０１を用意する。勿論、石英基板や絶縁表
面を有した半導体材料を用いても構わない。次に、酸化
珪素膜でなる下地膜４０２を2000Åの厚さに成膜する。
下地膜４０２の成膜はスパッタ法やプラズマＣＶＤ法に
よれば良い。

【０１７５】その上に、図示しない100 〜1000Åの厚さ
の非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法に
より形成する。本実施例では、減圧熱ＣＶＤ法により50
0 Åの厚さに成膜する。

【０１７６】次に、図示しない非晶質珪素膜を適当な結
晶化方法により結晶化する。この結晶化は550 〜650
℃、1 〜24hrの加熱処理や、248 、265 、308nm の波長
を持つレーザー光の照射で行う。この時、両方法を併用
しても良いし、結晶化の際に結晶化を助長する元素( 例
えばＮｉ）を添加しても良い。

【０１７７】次に、前記非晶質珪素膜を結晶化して得ら
れた結晶性珪素膜をパターニングして、島状の半導体層
でなる活性層４０３、４０４を形成する。

【０１７８】その上に、1200Åの厚さのＳｉＯ_X Ｎ_Y で
示される酸化窒化珪素膜４０５をプラズマＣＶＤ法によ
り成膜する。この酸化窒化珪素膜４０５は後にゲイト絶
縁膜として機能する。なお、酸化珪素膜や窒化珪素膜を
用いても良い。

【０１７９】次に、0.2 重量％のスカンジウムを添加し
たアルミニウム膜４０６をＤＣスパッタ法により4000Å
の厚さに成膜する。スカンジウムの添加はアルミニウム
膜表面にヒロックやウィスカーが発生するのを抑制する
効果がある。このアルミニウム膜４０６は、後にゲイト
電極として機能する。

【０１８０】また、アルミニウム膜の代わりに他の金属
系材料、例えば、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ等を用いても
良いし、ポリシリコンやシリサイド系材料のような導電
性を有する膜を用いても構わない。

【０１８１】次に、電解溶液中でアルミニウム膜４０６
を陽極として陽極酸化を行う。電解溶液としては、３％
の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中
和して、ＰＨ＝６．９２に調整したものを使用する。ま
た、白金を陰極として化成電流５ｍＡ、到達電圧１０Ｖ
として処理する。

【０１８２】こうして形成される図示しない緻密な陽極
酸化膜は、後にフォトレジストとの密着性を高める効果
がある。また、電圧印加時間を制御することで膜厚を制
御することができる。（図４（Ａ））

【０１８３】こうして、図４（Ａ）の状態が得られた
ら、アルミニウム膜４０６をパターニングして、後のゲ
イト電極の原型を形成する。そして、２度目の陽極酸化
を行い、多孔質の陽極酸化膜４０７、４０８を形成す
る。（図４（Ｂ）） 電解溶液は３％のシュウ酸水溶液とし、白金を陰極とし
て化成電流２〜３ｍＡ、到達電圧８Ｖとして処理する。

【０１８４】この時陽極酸化は基体に対して平行な方向
に進行する。また、電圧印加時間を制御することで多孔
質の陽極酸化膜４０７、４０８の長さを制御できる。

【０１８５】さらに、専用の剥離液でフォトレジストを
除去した後、３度目の陽極酸化を行う。この時、電解溶
液は３％の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニ
ア水で中和して、ＰＨ＝６．９２に調整したものを使用
する。そして、白金を陰極として化成電流５〜６ｍＡ、
到達電圧１００Ｖとして処理する。

【０１８６】この際形成される陽極酸化膜４０９、４１
０は、非常に緻密、かつ、強固である。そのため、ド−
ピング工程などの後工程で生じるダメージからゲイト電
極４１１、４１２を保護する効果を持つ。また、強固な
陽極酸化膜４０９、４１０はエッチングされにくいた
め、コンタクトホールを形成する際にエッチング時間が
長くなる問題がある。そのため、1000Å以下の厚さにす
るのが望ましい。

【０１８７】次に、図４（Ｂ）に示す状態で、イオンド
ーピング法により活性層４０３、４０４に不純物を注入
する。例えば、Ｎチャネル型ＴＦＴを作製するならば不
純物としてＰ（リン）を、Ｐチャネル型ＴＦＴを作製す
るならば不純物としてＢ（ボロン）を用いれば良い。

【０１８８】このイオン注入によって回路ＴＦＴのソー
ス／ドレイン領域４１３、４１４および画素ＴＦＴのソ
ース／ドレイン領域４１５、４１６が自己整合的に形成
される。

【０１８９】次に、多孔質の陽極酸化膜４０７、４０８
を除去して再度イオン注入を行う。この時のドーズ量は
前回のイオン注入よりも低いドーズ量で行う。

【０１９０】このイオン注入によって回路ＴＦＴの低濃
度不純物領域４１７、４１８、チャネル形成領域４２１
および画素ＴＦＴの低濃度不純物領域４１９、４２０、
チャネル形成領域４２２が自己整合的に形成される。

【０１９１】図４（Ｃ）に示す状態が得られたら、次に
ＫｒＦエキシマレ−ザ−光の照射及び熱アニ−ルを行
う。本実施例では、レ−ザ−光のエネルギ−密度は160
〜170mJ/cm² とし、熱アニ−ルは300 〜450 ℃１hrで行
う。この工程により、イオンド−ピング工程で損傷を受
けた活性層４０３、４０４の結晶性を改善することがで
きる。

【０１９２】次に、第１の層間絶縁膜４２３として窒化
珪素膜（酸化珪素膜でもよい）をプラズマＣＶＤ法によ
り3000〜5000Åの厚さに成膜する。この層間絶縁膜４２
３は多層構造としても差し支えない。（図４（Ｄ））

【０１９３】第１の層間絶縁膜４２３を成膜したら、回
路ＴＦＴのソース領域４１３、ゲイト電極４１１、ドレ
イン領域４１４および画素ＴＦＴのソース領域４１５上
の層間絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成
する。

【０１９４】そして、アルミニウムを主成分とする材料
とチタンとの積層膜で回路ＴＦＴのソース電極４２４、
ゲイト電極４２５、ドレイン電極４２６および画素ＴＦ
Ｔのソース電極４２７を形成する。

【０１９５】次に、第２の層間絶縁膜４２８として窒化
珪素膜（酸化珪素膜でもよい）をプラズマＣＶＤ法によ
り3000〜5000Åの厚さに成膜する。この層間絶縁膜４２
８は多層構造としても差し支えない。（図４（Ｅ））

【０１９６】第２の層間絶縁膜４２８を成膜したら、画
素ＴＦＴのドレイン領域４１６上の層間絶縁膜をエッチ
ングしてコンタクトホールを形成し、透明導電性膜でな
る画素電極４２９を形成する。このようにして、図４
（Ｅ）に示すような回路ＴＦＴおよび画素ＴＦＴが形成
される。

【０１９７】以上で説明した回路ＴＦＴおよび画素ＴＦ
Ｔを配置したアクティブマトリクス型液晶表示装置の概
略図を図５に示す。図５において５０１はガラス基板、
５０２は水平走査回路、５０３は垂直走査回路である。

【０１９８】画像信号は外部から入力端子５０４を通し
て取り込まれ、水平・垂直走査回路５０２、５０３によ
り制御される画素ＴＦＴをスイッチング素子として画素
電極に送られる。そして、画素電極と対向基板との間に
挟み込まれた液晶の電気光学特性を変化させて画素領域
５０４に画像表示を行う。なお、５０６は対向基板へ所
定の電圧を印加するためのコモン電極である。

【０１９９】従って、前述の図４で示したような回路Ｔ
ＦＴは、Ｎチャネル型とＰチャネル型とを相補型に組み
合わせたＣＭＯＳ構造として水平・垂直走査回路５０
２、５０３を構成することができる。

【０２００】また、画素ＴＦＴは画素領域５０４の拡大
図５０７に示す様に、マトリクス状に交差したゲイト配
線およびソース配線の各交点に配置し、画素電極に出入
りする電荷量を制御するスイッチング素子とすることが
できる。

【０２０１】以上の構成でなる図５で示す装置は、概略
上記説明したような動作で画像表示を行うものであり、
周辺回路の動作周波数は３ＭＨｚ以上、表示部のコント
ラスト比は１００以上を示すコンパクトで高性能なパネ
ルである。

【０２０２】本実施例で示すアクティブマトリクス型液
晶表示装置は、回路ＴＦＴおよび画素ＴＦＴの活性層が
極めて均一性および再現性に優れた結晶性を有するもの
であるため、全ての薄膜トランジスタの特性が均一であ
る。

【０２０３】特に、画素ＴＦＴの特性が均一であること
は画像表示の際に横縞模様が発生しなくなるため、工業
上、非常に有益な効果を生むことになる。

【０２０４】〔実施例５〕実施例１〜実施例４では、プ
レーナ型薄膜トランジスタを作製する例を示したが本発
明により構成される活性層は、プレーナ型に限らずあら
ゆるタイプの薄膜トランジスタに応用することが可能で
ある。

【０２０５】本実施例では、その一例として逆スタガ型
薄膜トランジスタを構成した例を説明する。このような
逆スタガ型薄膜トランジスタは特開平5-275452、または
特開平7-99317 号公報に記載された技術により形成する
ことができる。従って、本実施例の詳細な条件、被膜の
厚さ等は上記公報を参考にすると良い。

【０２０６】また、敢えて説明は行わないがレーザーア
ニールに影響を与える因子に対しては実施例１同様の制
御を行うこととする。

【０２０７】まず、図６（Ａ）において６０１は絶縁表
面を有する基体である。その上には導電性材料でなるゲ
イト電極６０２が形成される。このゲイト電極６０２は
後の珪素膜の結晶化を考慮して耐熱性に優れた材料であ
ることが望ましい。

【０２０８】また、耐圧を高めるために公知の技術であ
る陽極酸化法によりゲイト電極６０２の表面および側面
に陽極酸化膜を形成してもよい。さらに、この陽極酸化
法により形成した陽極酸化膜を利用してＬＤＤ領域また
はＨＲＤ領域を設ける構成としても良い。この技術に関
しては本発明者らによる特開平7-169974号公報に記載さ
れている。

【０２０９】次に、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪
素膜６０３をプラズマＣＶＤ法により形成し、その上に
図示しない非晶質珪素膜を減圧熱ＣＶＤ法により形成す
る。この図示しない非晶質珪素膜は実施例１で示した手
段により結晶化され、活性層を構成する結晶性珪素膜６
０４となる。（図６（Ａ））

【０２１０】次に、結晶性珪素膜６０４が得られたらパ
ターニングを行い、活性層６０５を構成する島状半導体
層を形成する。

【０２１１】次に、活性層６０５を覆って図示しない窒
化珪素膜を成膜する。そして、窒化珪素膜上に図示しな
いレジストマスクを設け、裏面露光法によりパターニン
グして選択的に窒化珪素膜をエッチング除去する。

【０２１２】こうして形成された窒化珪素膜でなる島状
パターン６０６は後のイオン注入工程においてマスク材
として機能することになる。

【０２１３】こうして図６（Ｂ）の状態が得られる。こ
の状態が得られたら、一導電性を付与する不純物を露出
した活性層６０５に対して注入する。この工程は公知の
イオン注入法によればよい。イオン注入後はレーザーア
ニール等により不純物イオンの活性化を行う。このレー
ザーアニールも本発明を踏まえて行うことは言うまでも
ない。

【０２１４】こうして、活性層にはソース領域６０７、
ドレイン領域６０８が形成される。また、島状パターン
６０６によってイオン注入されなかった領域はチャネル
形成領域６０９となる。（図６（Ｃ））

【０２１５】図６（Ｃ）の状態が得られたら、層間絶縁
膜として酸化珪素膜６１０をプラズマＣＶＤ法により形
成する。そして、ソース領域６０７およびドレイン領域
６０８に達するコンタクトホールを形成する。

【０２１６】そして、導電性材料でなるソース電極６１
１およびドレイン電極６１２を形成して、図６（Ｄ）に
示すような逆スタガ型薄膜トランジスタが完成する。

【０２１７】以上の様に、逆スタガ型薄膜トランジスタ
に対しても本発明は十分応用することができる。逆スタ
ガ型薄膜トランジスタは活性層の下方にゲイト電極６０
２が配置されているため、不純物イオンの活性化等にレ
ーザーアニールを用いる場合、ゲイト電極６０２に遮蔽
されることなく活性層全域に渡って均一な処理を行うこ
とができるという利点を持つ。

【０２１８】また、その構造上に理由から基体６０１か
らの汚染等に強く、信頼性の高いトランジスタを構成で
きる利点がある。

【０２１９】〔実施例６〕実施例１〜実施例５で説明し
たような薄膜トランジスタにおけるゲイト電極およびゲ
イト線の材料は、何もアルミニウム膜のみに限ったもの
ではない。

【０２２０】ゲイト電極としては、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、
Ｃｒ、Ｗ等の他の導電性材料を用いても構わない。ま
た、一導電性を付与した結晶性珪素膜をゲイト電極とす
ることも可能である。

【０２２１】特に、結晶性珪素膜をゲイト電極とした場
合、活性層と同等の耐熱性を有するため、製造工程にお
ける加熱処理の温度範囲のマージンが上がる点で有利で
ある。

【０２２２】例えば、逆スタガ構造において活性層を構
成する結晶性珪素膜を形成するもしくはその結晶性を改
善する際に、ゲイト電極の耐熱性が高いことはゲイト電
極材料の拡散等の恐れがなく好ましい。

【０２２３】〔実施例７〕実施例１〜実施例６で説明し
たような薄膜トランジスタは絶縁体表面のみでなく、導
電性被膜や半導体デバイス上に形成された層間絶縁膜の
上に形成する構成であってもよい。

【０２２４】例えば、シリコン基板上に形成されたＩＣ
のような集積化回路の上に本発明を利用した薄膜トラン
ジスタを形成する三次元構造を有する集積化回路を構成
することも可能である。

【０２２５】このような三次元構造を有する集積化回路
は、半導体デバイスを立体的に構築するため、占有面積
を小さく抑えつつ大規模な集積化回路を構成できる利点
がある。このことは、今後進められるデバイスサイズの
微細化の中でますます重要性を増すことであろう。

【０２２６】〔実施例８〕本実施例では、レーザー照射
の際に、レーザー光を走査する直前の領域と直後の領域
に対して補助加熱を行なう例を示す。

【０２２７】図９に示すのは、図７に示したレーザー装
置の一部に視点を絞った概略図である。従って、図７に
示す構成と異なる点以外の符号は図７と同様のものを用
いることとする。

【０２２８】まず、光学系により線状に加工されたレー
ザー照射光９０１は基板に対して概略垂直な方向に入射
して、縁表面を有する基体９０２上に成膜された非晶質
珪素膜９０３に照射される。

【０２２９】そして、レーザー光９０１の照射はステー
ジ７１１を９０４で示される方向に移動させながら行う
ことで非晶質珪素膜９０３の全面に対して行なわれる。
この方法は、生産性を高くすることができ、極めて有用
な方法である。

【０２３０】実施例１と異なる点は、本実施例ではレー
ザー光９０１の照射が行われる領域（線状の領域を有す
る）の直前の領域（この領域も線状あるいは長方形を有
する）と直後の領域（この領域も線状あるいは長方形を
有する）が、補助加熱装置９０５、９０６によって加熱
される点である。

【０２３１】補助加熱装置９０５、９０６は、電源９０
７から供給される電流によってジュール加熱が行われる
ことによって発熱する。また、補助加熱装置９０５、９
０６は可能な限り、レーザー光９０１が照射される領域
領域に隣接して配置することが必要である。

【０２３２】補助加熱装置９０５、９０６には、非晶質
珪素膜９０３を所定の温度に加熱するように電流を流
す。この温度は、できる限り高い温度とする必要がある
が、基体９０２の耐熱性を考慮する必要がある。本発明
者らの知見によれば、例えばガラス基板を用いる場合、
その歪点以下の温度で可能な限り高い温度とするのが望
ましい。

【０２３３】また、この際、補助加熱装置９０５、９０
６によって非晶質珪素膜９０３を加熱する温度は、ステ
ージ下部に設けられている基体支持台７１０に内蔵され
たヒーターの加熱温度よりも50〜100 ℃高い温度とす
る。

【０２３４】また、この際、補助加熱装置９０５、９０
６にも熱電対等を設置して精密な温度制御を行い、温度
分布を基準値の±3 ℃( 好ましくは1 ℃) 以内とする。
この温度制御は珪素膜が結晶化する過程において大きな
影響を与えるため、慎重に行なう必要がある。

【０２３５】レーザー光９０１が照射されるとレーザー
光９０１の照射された領域の非晶質珪素膜９０３は瞬間
的に溶融されるが、当該領域の周辺領域も補助装置９０
５、９０６によって加熱されているため、レーザー光９
０１が照射されてから固化するまでの時間を伸ばすこと
ができる。

【０２３６】従って、レーザー光９０１の照射がゆっく
りと走査されながら行われることで急激な相変化がなく
なるので、膜内における応力が緩和され、基体面内にお
いて均一性の高い結晶性珪素膜を得ることが可能とな
る。

【０２３７】〔実施例９〕本実施例は、実施例８に示し
た構成における補助加熱装置９０５、９０６を赤外光の
ランプ加熱による手段とした例を示す。図１０に本実施
例に示すレーザー光の照射装置の概要を示す。なお、基
本的な構成は図９と同様であるので同じ符号を用いるこ
ととする。

【０２３８】本実施例では、レーザー光９０１が走査さ
れながら照射される領域の前後には、ハロゲンランプ１
１、１２からの赤外光が照射される。赤外光はガラス基
板には吸収されにくく、珪素膜には吸収され易いので、
珪素膜（この場合は非晶質珪素膜９０３）を選択的に加
熱することができる。

【０２３９】この赤外光ランプを用いた加熱は、基体９
０２が耐熱性の比較的低いガラス基板であっても、非晶
質珪素膜９０３のみを１０００℃程度の温度（表面温
度）に加熱することが可能である。

【０２４０】しかし、熱膨張の関係でガラス基板からの
剥離やクラックの発生が存在するので、適性な加熱条件
は実験的に得る必要がある。一般的には、赤外光ランプ
１１、１２からの加熱は、非晶質珪素膜９０３の表面温
度が700 〜900 ℃程度となるようにして行う。

【０２４１】本実施例に示すような構成としても、実施
例７同様、急激な相変化がなくなるので、膜内における
応力が緩和され、基体面内において均一性の高い結晶性
珪素膜を得ることが可能となる。

【０２４２】〔実施例１０〕本実施例では、実施例１に
おいてレーザー照射の際に被処理基体７０９を加熱する
手段としてランプアニールを用いる例を示す。

【０２４３】即ち、図７において７１０で示される基体
支持台の内部にヒーターではなく強光を発する光源を配
置し、その強光により被処理基体７０９の加熱を行なう
構成とする。

【０２４４】上記光源としては、赤外光や紫外光を発す
るランプ光源を用いれば良い。このようなランプ照射に
よる加熱は昇温・降温速度が速く、均一性の高いアニー
ル効果を得られる点で有効な加熱手段である。

【０２４５】また、昇温・降温速度が速いことはスルー
プットを大幅に向上させることを意味しており、生産性
の面からも非常に有効である。

【０２４６】ただし、例えば赤外光ランプによる照射を
行なう場合、ステージ７１１としてＳｉＣ被膜やＳｉ被
膜で被覆したガラスまたは石英基板など、赤外光を吸収
しやすいような工夫を施したものを用いることが必要で
ある。

【０２４７】また、当然ステージ７１１には熱電対等を
設置して基体温度のモニタリングし、測定結果をフィー
ドバックしてランプ光源から発する強光の強度を制御す
る構成とすることは言うまでもない。

【０２４８】以上のように、基体温度を制御性と均一性
に優れたランプアニールによって制御する構成とする
と、より均一性および再現性に優れたレーザーアニール
を行なうことが可能である。

【０２４９】〔実施例１１〕本実施例では図７に示すレ
ーザー照射装置の光学系の構成例を示す。説明には図１
２を用いる。図１２において、発振器（図示せず）から
発振されたレーザー光は、ホモジナイザー２１に入射す
る。ホモジナイザー２１は、最終的に線状に形成される
レーザービームの幅方向における照射エネルギー密度の
分布を補正する機能を有している。

【０２５０】２２と２３で示されるのは、最終的に線状
に形成される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補正する機能を有しているホモジ
ナイザーである。また、２４で示されるホモジナイザー
はホモジナイザー２１と同様の機能を有している。

【０２５１】２１、２２、２３、２４で示されるホモジ
ナイザーによって、照射エネルギー密度の分布を制御さ
れたレーザー光は、２５、２６、２７で示されるレンズ
でなるレンズ系に入射する。このレンズ系においては、
まずレンズ２５において、線状のレーザー光の長手方向
へのビーム形成が行われる。即ち、レンズ２５において
レーザー光の拡大が行われる。

【０２５２】またレンズ２６、２７において、線状のレ
ーザー光の幅方向におけるビーム形成が行われる。即
ち、レーザー光の収束が行われる。なお、２８で示され
るのはレーザー光の進行方向を変えるためのミラーであ
る。

【０２５３】そしてミラー２８で進行方向を変えられた
レーザー光はレンズ２９へと入射する。レンズ２９もま
た線状のレーザー光の幅方向におけるビーム形成を行う
ために設けられている。レンズ２９を透過したレーザー
光は、線状のレーザー光となって、被照射面３０に照射
される。

【０２５４】被照射面３０は、例えば非晶質珪素膜の表
面や、結晶性の助長が行われる結晶性珪素膜の表面に相
当する。本実施例に示す構成においてもレーザー光のパ
ルス毎における照射エネルギー密度のばらつきを図１で
示すような範囲内に納めることが重要となる。

【０２５５】〔実施例１２〕本実施例は、線状のレーザ
ー光のビームの長手方向における照射エネルギー密度の
均一性を高めた構成に関する。図１３に本実施例におけ
るレーザー照射装置の光学系の概要を示す。

【０２５６】図１３に示す装置は、図８に示す光学系を
さらに改良したものである。具体的にはビーム形状の異
方性に対応させて、ホミジナイザの配置数を異ならせた
ことに特徴がある。なお、図１３において図８と同じ符
号を付してある箇所の説明は図８と同一である。

【０２５７】即ち、照射エネルギー密度の均一性がより
求められる線状のレーザー光の長手方向においては、８
０４と３１とで示される２つのホモジナイザーが配置さ
れている。それに対して、照射エネルギー密度のそれほ
どの均一性が必要とされない線状レーザー光の幅方向に
おける照射エネルギー密度を補正するホモジナイザーは
８０３で示されるように１つしか配置されていない。

【０２５８】一般に線状のレーザー光は、その長手方向
における照射エネルギーの密度分布が問題となる。一方
で線状のレーザー光の幅方向における密度分布は、その
幅が数ｍｍ程度と圧縮されるのでそれ程大きな問題とは
ならない。

【０２５９】従って、本実施例に示すように線状のレー
ザー光の長手方向における照射エネルギー密度を補正す
るホモジナイザーの数を増やし、その方向における照射
エネルギー密度の分布をより均一化することは有用なも
のとなる。

【０２６０】

【発明の効果】本明細書で開示する発明を実施すること
で、パルス発振型の線状のレーザー光を用いた大面積の
半導体薄膜に対するアニールの効果をより均一で再現性
の高いものとすることができる。

【０２６１】例えば、アクティブマトリクス型の表示装
置の作製においてエキシマレーザーによるレーザーアニ
ールの効果のばらつきによる問題を解決することができ
る。即ち、画像表示の際に問題となっていた縞模様を改
善し、高画質な液晶表示装置を作製することが可能とな
る。

【０２６２】また、本明細書で開示する発明は、アクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置のみではなく、アクテ
ィブマトリクス型を有するＥＬ型の表示装置やその他フ
ラットパネルディスプレイに利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 レーザー照射エネルギー密度のパルス毎の
ばらつきを示す図。

【図２】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図３】 結晶性珪素膜の形成工程を示す図。

【図４】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図５】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の概
略を示す図。

【図６】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図７】 レーザー照射室の概略を示す図。

【図８】 レーザー装置の光学系の概略を示す図。

【図９】 レーザー装置の一部の概略を示す図。

【図１０】 レーザー装置の一部の概略を示す図。

【図１１】 レーザーエネルギーとパルス幅の関係を示
す図。

【図１２】 レーザー装置の光学系の概略を示す図。

【図１３】 レーザー装置の光学系の概略を示す図。

【符号の説明】

２０１ ガラス基板 ２０２ 下地膜 ２０３ 非晶質珪素膜 ２０４ 結晶性珪素膜 ２０５ 活性層 ２０６ ゲイト絶縁膜 ２０７ ゲイト電極 ２０８ 多孔質状の陽極酸化膜 ２０９ 緻密な陽極酸化膜 ２１０ ソース領域 ２１１ ドレイン領域 ２１２、２１３ 低濃度不純物領域 ２１４ チャネル形成領域 ２１５ 層間絶縁膜 ２１６ ソース電極 ２１７ ドレイン電極 ５０１ ガラス基板 ５０２ 水平走査回路 ５０３ 垂直走査回路 ５０４ 入力端子 ５０５ 画素領域 ５０６ コモン電極 ７０１ レーザー照射室 ７０２ レーザー発振器 ７０３ ガスプロセッサー ７０４ ハーフミラー ７０５ コントロールユニット ７０６ 光学系 ７０７ ミラー ７０８ 石英窓 ７０９ 被処理基体 ７１０ 基体支持台 ７１１ ステージ ７１２ 熱電対 ７１３ 真空排気ポンプ ７１４、７１５ 気体供給管 ７１６ 移動機構 ７１７ ゲイトバルブ ８０１、８０２ 光学レンズ ８０３、８０４ ホモジナイザー ８０５、８０６ 光学レンズ ８０７ ミラー ８０８ 光学レンズ ９０５、９０６ 補助加熱装置 ９０７ 電源 １１、１２ ランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/336 (72)発明者 中嶋 節男 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 寺本 聡 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 福永 健司 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 宮本 忠芳 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 芳之内 淳 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス発振型の線状のレーザー光を照射す
   ることにより半導体膜のアニールを行う方法であって、 前記レーザー光のパルス毎の照射エネルギーが概略±３
   ％以内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２】請求項１において、パルス毎の照射エネル
   ギーが概略±２％以内に分布していることを特徴とする
   レーザー照射方法。
3. 【請求項３】請求項１において、レーザー光の照射によ
   り半導体膜を結晶化させることまたは半導体膜の結晶性
   を助長させることを特徴とするレーザー照射方法。
4. 【請求項４】パルス発振型の線状のレーザー光を照射す
   ることにより半導体膜のアニールを行う方法であって、 前記レーザー光の照射経過時間に対する照射エネルギー
   の変動は概略±３％以内に分布していることを特徴とす
   るレーザー照射方法。
5. 【請求項５】請求項４において、レーザー光の照射経過
   時間に対する照射エネルギーの変動は概略±２％以内に
   分布していることを特徴とするレーザー照射方法。
6. 【請求項６】パルス発振型のレーザー光を線状にビーム
   加工して走査しながら照射する装置であって、 前記レーザー光のパルス発振毎の照射エネルギーは概略
   ±３％以内に分布していることを特徴とするレーザー照
   射装置。
7. 【請求項７】請求項６において、レーザー光のパルス発
   振毎の照射エネルギーは概略±２％以内に分布している
   ことを特徴とするレーザー照射装置。
8. 【請求項８】パルス発振型のレーザー光を線状にビーム
   加工して走査しながら照射する装置であって、 前記レーザー光の照射経過時間に対する照射エネルギー
   の変動が概略±３％以内に分布していることを特徴とす
   るレーザー照射装置。
9. 【請求項９】請求項８において、レーザー光の照射経過
   時間に対する照射エネルギーの変動が概略±２％以内に
   分布していることを特徴とするレーザー照射装置。
10. 【請求項１０】絶縁表面を有する基体上に非晶質半導体
    薄膜を成膜する第１の工程と、 パルス発振型の線状のレーザー光の照射および／または
    加熱処理を施すことにより前記非晶質半導体薄膜を結晶
    性半導体薄膜へ変成せしめる第２の工程と、 前記結晶性半導体薄膜に対して一導電性を付与する不純
    物元素を注入する第３の工程と、 前記不純物元素をレーザー光の照射および／または加熱
    処理により活性化せしめる第４の工程と、 を少なくとも有する半導体装置の作製過程において、 前記第２および第４の工程において前記レーザー光のレ
    ーザーエネルギーのピーク値、半値幅およびスレッシュ
    ホールド幅がいずれも基準値の概略±3%以内に分布して
    いることを特徴とするレーザー照射方法。
11. 【請求項１１】請求項１０において、半導体薄膜とは珪
    素膜であることを特徴とするレーザー照射方法。
12. 【請求項１２】請求項１０において、レーザーエネルギ
    ーのピーク値、半値幅およびスレッシュホールド幅がい
    ずれも基準値の概略±1.5%以内に分布していることを特
    徴とするレーザー照射方法。
13. 【請求項１３】請求項１０において、非晶質珪素膜の基
    体面内における膜厚が基準値の概略±5%以内に分布して
    いることを特徴とするレーザー照射方法。
14. 【請求項１４】請求項１０において、非晶質珪素膜は減
    圧熱ＣＶＤ法により成膜され、その成膜温度の分布は基
    体面内において基準値の概略±１℃以内であることを特
    徴とするレーザー照射方法。
15. 【請求項１５】請求項１０において、レーザー光の照射
    はヘリウムを含有した雰囲気にて行われ、 前記雰囲気中に存在するＣ元素およびＮ元素をその組成
    内に含む不純物の濃度は1ppm以下であることを特徴とす
    るレーザー照射方法。
16. 【請求項１６】請求項１０において、レーザー光の照射
    を行う際の基体面内の温度分布は基準値の概略±5 ℃以
    内であることを特徴とするレーザー照射方法。
17. 【請求項１７】請求項１０において、レーザー光の照射
    を行う際に前記レーザー光を照射する直前および直後の
    領域に対して補助的な加熱を施し、 前記領域内の温度分布は基準値の概略±3 ℃以内である
    ことを特徴とするレーザー照射方法。
18. 【請求項１８】請求項１０において、第２および第４の
    工程における加熱処理は基体面内の温度分布が基準値の
    概略±5 ℃以内であることを特徴とするレーザー照射方
    法。
19. 【請求項１９】請求項１０において、結晶性珪素膜の界
    面付近におけるＣ元素およびＮ元素の濃度は２×１０¹⁹
    ｃｍ^-3以下であり、 前記結晶性珪素膜のバルク内におけるＣ元素およびＮ元
    素の濃度は５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であることを特徴とす
    るレーザー照射方法。
20. 【請求項２０】請求項１０において、レーザー光の照射
    はその照射時間内において被照射面の単位面積あたりに
    対して複数回断続的に行われ、 前記照射時間は前記レーザー光の前記スレッシュホール
    ド幅の積算でもって表されることを特徴とするレーザー
    照射方法。
21. 【請求項２１】絶縁表面を有する基体上の半導体薄膜に
    対してパルス発振型の線状のレーザー光を照射するレー
    ザー照射装置であって、 前記レーザー光を発振する手段と、 前記レーザー光を発振する手段に接続したガスプロセッ
    サーと、 前記レーザー光の一部を検出してその検出結果を前記レ
    ーザー光を発振する手段にフィードバックし、前記レー
    ザー光の出力を制御するコントロールユニットと、 前記レーザー光を線状に加工する光学系手段と、 前記半導体薄膜を加熱する手段と、 を少なくとも有し、 前記レーザー光のレーザーエネルギーのピーク値、半値
    幅およびスレッシュホールド幅がいずれも基準値の概略
    ±3%以内に分布していることを特徴とするレーザー照射
    装置。
22. 【請求項２２】絶縁表面を有する基体上の半導体薄膜に
    対してパルス発振型の線状のレーザー光を照射するレー
    ザー照射装置であって、 前記レーザー光を発振する手段と、 前記レーザー光を発振する手段に接続したガスプロセッ
    サーと、 前記レーザー光の一部を検出してその検出結果を前記レ
    ーザー光を発振する手段にフィードバックし、前記レー
    ザー光の出力を制御するコントロールユニットと、 前記レーザー光を線状に加工する光学系手段と、 前記半導体薄膜を加熱する手段と、 前記半導体薄膜を加熱する手段以外に設けられた補助加
    熱装置と、 を少なくとも有し、 前記レーザー光のレーザーエネルギーのピーク値、半値
    幅およびスレッシュホールド幅がいずれも基準値の概略
    ±3%以内に分布していることを特徴とするレーザー照射
    装置。
23. 【請求項２３】請求項２１または請求項２２において、
    半導体薄膜とは珪素膜であることを特徴とするレーザー
    照射装置。
24. 【請求項２４】請求項２１または請求項２２において、
    半導体薄膜を加熱する手段とはヒーター加熱またはラン
    プ照射加熱によるものであり、 前記手段における加熱処理は前記基体面内の温度分布が
    基準値の概略±5 ℃以内であることを特徴とするレーザ
    ー照射装置。
25. 【請求項２５】請求項２１または請求項２２において、
    補助加熱装置とはヒーターまたはランプ光源であり、 前記補助加熱手段による加熱処理は被処理面内の温度分
    布が基準値の概略±3℃以内であることを特徴とするレ
    ーザー照射装置。