JP2001044133A

JP2001044133A - レーザ照射方法及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2001044133A
Application number: JP11218294A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Mitani; 康弘三谷; Katsumi Nomura; 克己野村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 1999-08-02
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】矩形状または線状のレーザ光を複数回走査し
た際に生じる、照射領域の長辺方向における隣接照射領
域との重なり部分の不均一性を抑える。【解決手段】絶縁性基板上に形成された半導体薄膜に
対して線状または矩形状に成形されたレーザ光を照射
し、半導体薄膜表面上での照射領域を一部重複するよう
に、一定方向に走査しつつ、間欠的に照射する際、レー
ザ光の長辺方向の端部において、エネルギー強度分布が
傾斜した勾配領域の幅を半導体薄膜によって形成される
複数の半導体装置を形成する予定の領域間に必要な最小
間隔以下にする。そのことにより、照射領域の長辺方向
に隣接する照射領域との重複領域におけるレーザ光のエ
ネルギー強度分布の勾配領域による影響を低減し、か
つ、その領域の面積を縮小する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は大面積の絶縁性基板
上に形成された半導体薄膜を用いて半導体装置を製造す
る方法に関し、特に大面積の絶縁性基板上に形成された
半導体薄膜に対してレーザ光を照射する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種の電子機器等にはＭＯＳ
型半導体装置が用いられてきた。その代表的ものとして
はＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ、絶縁ゲート型ト
ランジスタ等とも呼ばれる）がある。また、電子機器の
うち、特にアクティブマトリクス型液晶表示装置やイメ
ージセンサ等を駆動するための半導体素子として広く用
いられている薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと呼ぶ）
も、ＭＯＳトランジスタと構造上類似する部分を有する
ため、広義でのＭＯＳ型半導体装置に含めることができ
る。

【０００３】特に近年では、半導体素子の小型化、高速
化の要求が強まっており、ＴＦＴにおいては、非晶質シ
リコン薄膜を活性層に用いた非晶質シリコンＴＦＴに変
わって、より電界効果移動度の高い多結晶シリコン薄膜
を用いた多結晶シリコンＴＦＴが開発されている。

【０００４】上述の多結晶シリコンＴＦＴは、多結晶シ
リコン薄膜によって活性層を形成し、アクティブマトリ
クス型液晶表示装置の画素領域のスイッチング素子また
は周辺回路領域を構成する素子として用いられる。この
ような多結晶シリコンＴＦＴに用いられる多結晶シリコ
ン薄膜には、１００〜３００ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃまたは
それ以上の高い電界移動度が要求される。

【０００５】そこで現在では、非晶質シリコン薄膜にエ
キシマレーザ等の短波長パルスレーザを照射して加熱す
ることによって高品質の多結晶シリコン薄膜を形成す
る、所謂レーザアニール法の開発が盛んに行われてい
る。

【０００６】このレーザアニール法は、非晶質シリコン
薄膜に短波長パルスレーザを照射して局所的に加熱、溶
融させた後、その冷却過程で結晶化させ、多結晶シリコ
ン薄膜を得るものである。

【０００７】また、このレーザアニール法は、加熱によ
って多結晶シリコン薄膜を形成する以外にも、多結晶シ
リコンＴＦＴのコンタクト領域を形成する際に、コンタ
クト領域に不純物イオンを注入した後、その不純物イオ
ンを活性化させ、コンタクト領域の抵抗を下げる目的で
利用されている。

【０００８】上述のレーザアニール法におけるレーザ照
射方法としては、一般にスポット状のレーザ光を複数の
レンズ等を組合わせた光学系によって、何れかの方向に
長い矩形状に成形し、その矩形状レーザ光を走査方向に
沿って一部重複させながら間欠的に照射するようにして
いる。尚、矩形状レーザ光の短辺方向の長さに比べて長
辺方向の長さが著しく長い場合は、線状レーザ光と呼ん
でも差し支えない。

【０００９】このような矩形状レーザ光は、図９に示す
ように、その短辺方向及び長辺方向において、略台形状
のエネルギー強度分布を有しており、そのエネルギー強
度分布に幾分かの不均一性を有しているのが一般的であ
る。尚、エネルギー強度分布は可能な限り少ないことが
好ましいことは言うまでもない。

【００１０】そこで従来は、例えば特開平９−２７５０
８１号公報に示されるように、矩形状レーザ光の長辺方
向におけるエネルギー強度分布を均一にする方法が提案
され、また、特開平８−３４０１１８号公報には矩形状
レーザ光の短辺方向のエネルギー強度分布における勾配
領域の幅を制御する技術が提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、矩形
状または線状に成形されたレーザ光は、エネルギー強度
分布を有しており、特に端部にエネルギー強度分布に勾
配を持った領域を有している。

【００１２】この勾配領域は、エネルギー強度がゼロ付
近から最適値まで徐々に変化しており、レーザ光が照射
された半導体薄膜におけるエネルギー強度の勾配領域に
該当する領域では、結晶粒径が小さかったり不均一であ
ったりする。このような領域が、例えばトランジスタの
チャネル部に含まれると、そのトランジスタの性能は低
下し、そうでないトランジスタとの間で特性にバラツキ
が生じてしまう。

【００１３】そこで従来は、例えば特開平８−３４０１
１８号公報に示されるように、矩形状レーザ光の短辺方
向のエネルギー強度分布における勾配部分の幅をできる
だけ小さくする試みがなされている。また、例えば特開
平９−２７５０８１号公報に示されるように、矩形状レ
ーザ光の長辺方向におけるエネルギー強度分布を均一に
する方法も提案されている。これによると矩形状レーザ
光の長辺方向に隣接配置される素子間の特性を均一化す
ることが容易に行えるようになる。

【００１４】このような従来の技術に示されたように、
レーザ光のエネルギー強度分布を均一化することは、良
好な結晶性半導体薄膜を得るために極めて重要な事項で
ある。しかしながら、昨今の研究開発により、走査方向
に沿って矩形状または線状に形成されたレーザ光の短辺
方向の幅に対してレーザ光が２〜１００回程度重複する
ように照射することにより、勾配部分の不均一性が大幅
に緩和されることが確認されている。また、長辺方向の
エネルギー強度分布もレーザ光が２〜１００回程度重複
するように照射されることにより、短辺方向と同様に均
一化される。尚、照射回数はレーザ光の短辺方向のエネ
ルギー強度分布の形状に依存し、特に端部の勾配を持っ
た幅に対して、均一な結晶性半導体薄膜を得るための最
適値がある。このように矩形または線状に形成されたレ
ーザ光の走査方向における均一性は、レーザ光の成形技
術、走査方法等によって飛躍的に改善されている。

【００１５】ところで、上述のレーザアニール法におい
て、矩形状または線状に成形されたレーザ光の照射面に
おける形状は短辺方向が０．５ｍｍ程度〜数ｍｍ程度、
長辺方向が数十ｍｍ程度〜３００ｍｍ程度である。従っ
て、このような矩形状または線状に成形されたレーザ光
を用いて被照射物である半導体薄膜が堆積された基板全
体を均一に加熱しようとする場合、基板の面積が著しく
小さい場合等を除き、レーザ光の照射面積は、基板の面
積よりもはるかに小さい。そのため、レーザ光の一部を
重複させながら一定方向に走査して基板全体を加熱する
必要がある。図１０はその際の様子を示したものであ
る。

【００１６】図１０に示すように、例えば大面積を有す
るアクティブマトリクス型液晶表示装置等を作製する際
には、走査方向に沿った１スキャンだけでは基板全体を
加熱することは不可能であり、走査方向に平行に、２〜
５スキャンする必要が生じる。この場合、長辺方向に隣
接する照射領域間に重複領域または一定の幅を有する非
照射領域を設けることになる。

【００１７】非照射領域は結晶性半導体薄膜が形成され
いないので、その領域にはトランジスタ等の素子を形成
することはできない。また、重複領域は長辺方向におけ
る勾配領域を重ね合わせたものであり、短辺方向と違い
重複照射されない。従って、その領域は至って不均一な
結晶性半導体薄膜が帯状に形成されている。そのため、
従来こうした領域はトランジスタ等の素子を形成する領
域としては利用されていない。

【００１８】この帯状領域は、これまでのように基板の
ある部分を局所的に加熱する場合には生じなかったもの
である。また、基板の面積が著しく小さく、レーザ光を
一度走査することで基板全体が加熱できる場合は、帯状
領域は基板の端に形成されるため、実質的に殆ど影響が
無く無視されていた。

【００１９】そのことは即ち、レーザアニール法は、元
来、面積が極めて小さい基板または基板上のごく一部分
の加熱を目的としたものであり、レーザ光を走査して広
範囲に加熱を行うこと、特にその際の長辺方向における
重複領域の存在に関して全く考慮されていなかったこと
に他ならないのである。

【００２０】現在実用化されているレーザ光において
は、エネルギー強度分布における短辺方向の勾配領域は
１０μｍ〜５００μｍ程度に制御されている。一方、長
辺方向の勾配領域は数ｍｍ〜１０ｍｍ程度と、短辺方向
に比べて大きくなっている。従って、現状では帯状の重
複領域が概ね数ｍｍ〜１０ｍｍ程度形成されることにな
る。このようなレーザ光を用いて基板に対して２〜５ス
キャンした場合は、基板の面積に対する帯状領域が占め
る割合が無視できない程になる。

【００２１】基板内により多くの有効領域を得るために
は、このような走査方向に平行な帯状の不均一な領域を
できる限り少なくする必要がある。例えば、アクティブ
マトリクス型液晶表示装置を製造する場合は、外部回路
とパネルとを電気的に接続するためのフレキシブル端子
領域、対向側基板を接着するための硬化樹脂シールの領
域、パネル毎の分断に必要な領域等を考慮すれば、隣接
するパネルとの間には最低１ｍｍ程度の領域を設ければ
よいが、基板上の帯状領域を回避するように配置する必
要があり、そのことにより、パネルサイズ、基板上での
パネルの取り数が大きく制限されている。

【００２２】本発明は、上述したような従来技術の問題
点に鑑みてなされたものであり、レーザ光の長辺方向に
おける重複領域による結晶性等の不均一領域を低減する
ことができるレーザ照射方法及び半導体装置の製造方法
を提供するものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に記載のレーザ照射方法は、絶縁性基板上
に形成された半導体薄膜に対してレーザ光を照射して、
該半導体薄膜を加熱処理するレーザ照射方法であって、
前記レーザ照射方法は、前記レーザ光を線状または矩形
状に成形し、該レーザ光による半導体薄膜表面上での照
射領域を一部重複するように、一定方向に走査しつつ間
欠的に照射してなり、前記照射の際に、前記レーザ光の
長辺方向の端部においてエネルギー強度分布が傾斜した
勾配領域を有するとともに、該勾配領域の幅を前記半導
体薄膜によって形成される複数の半導体装置を形成する
予定の領域間または半導体装置を構成する素子群間に必
要な最小間隔以下にすることを特徴としている。

【００２４】また、前記照射領域は、前記レーザ光の長
辺方向において隣接する照射領域の間で、前記勾配領域
が少なくとも一部重複する重複領域を有していることを
特徴としている。

【００２５】さらに。前記重複領域の幅を前記勾配領域
の幅の概ね１倍乃至２倍にすることを特徴としている。

【００２６】上述の課題を解決するために、本発明に記
載の半導体装置の製造方法は、前記絶縁性基板上に形成
された半導体薄膜に対してレーザ光を照射して加熱する
レーザ照射工程を有する半導体装置の作製方法におい
て、前記レーザ照射工程は、前記レーザ光が線状または
矩形状に成形され、該レーザ光の長辺方向の端部におけ
るエネルギー強度分布が傾斜した勾配領域の幅が、前記
半導体薄膜によって形成される複数の半導体装置を形成
する予定の領域間または半導体装置を構成する素子群間
に必要な最小間隔以下であるレーザ光を用いるととも
に、該レーザ光による該半導体薄膜表面上での照射領域
を一部重複するように、一定方向に走査しつつ間欠的に
照射するものであり、前記照射領域は、前記照射の際
に、前記レーザ光の長辺方向において隣接する照射領域
の間で、前記勾配領域が少なくとも一部重複する重複領
域を有し、該重複領域は、前記半導体薄膜が存在しない
領域またはレーザ照射による加熱処理後に前記半導体薄
膜によって形成される構造物が存在しない領域と一致す
るようにしたことを特徴としている。

【００２７】また、前記半導体装置は、同一基板上に表
示領域と駆動回路領域を形成したアクティブマトリクス
型液晶表示装置であり、前記重複領域を前記表示領域
と、前記駆動回路領域の間隙と一致させることを特徴と
している。

【００２８】以下、本発明の作用について詳述する。

【００２９】本発明のレーザ照射方法によれば、レーザ
光の長辺方向の端部におけるエネルギー強度の勾配領域
の幅を、半導体薄膜によって形成される複数の半導体装
置を形成する予定の領域間または半導体装置を構成する
素子群間に必要な最小間隔以下にすることにより、基板
上をレーザ光が走査した際に生じる半導体薄膜の結晶性
が不均一な帯状領域を減少させることができる。

【００３０】また、照射領域をレーザ光の長辺方向にお
いて、隣接する照射領域との間で、それぞれの勾配領域
を重ね合わせた重複領域を設けることにより、勾配領域
における半導体薄膜の結晶性を改善すると共に、結晶性
が不均一な帯状領域の幅を減少させることができる。

【００３１】また、重複領域の幅を勾配領域の幅の概ね
１倍乃至２倍にすることにより、重複領域における半導
体薄膜の結晶性のバラツキが最小となり、同時に結晶性
が不均一な帯状領域の幅を減少させることができる。従
って、基板上での有効面積が拡大し、また、帯状領域の
結晶性が要求される仕様を満足している場合は、帯状領
域の有無に関係なく、半導体装置を製造することができ
る。

【００３２】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、上述したレーザ光を用い、勾配領域が重なり合う
重複領域を半導体薄膜が存在しない領域または半導体薄
膜によって構造物が形成されない領域に一致させること
により、基板上に複数の半導体装置を極めて高密度に形
成することができる。即ち、本発明によれば、レーザ光
の長辺方向における勾配領域の幅が半導体装置を形成す
る予定の領域間または半導体装置を構成する素子群間に
必要な最小間隔以下であるため、勾配領域が重なり合う
重複領域を避けて半導体装置を配置することが極めて容
易となる。更に半導体装置を形成する予定の領域内を重
複領域が通過する場合であっても、半導体装置を構成す
る素子群間に重複領域を一致させることによって影響を
回避することができる。

【００３３】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、半導体装置としては同一基板上に表示領域と駆動
回路領域を形成したアクティブマトリクス型液晶表示装
置であり、重複領域を表示領域と駆動回路領域の間隙と
一致させることにより、基板上に複数の駆動回路一体型
アクティブマトリクス型液晶表示装置を極めて高密度に
形成することができる。即ち、本発明によれば、レーザ
光の長辺方向における勾配領域の幅が半導体装置を形成
する予定の領域間または半導体装置を構成する素子群間
に必要な最小間隔以下であるため、勾配領域が重なり合
う重複領域を避けて駆動回路一体型アクティブマトリク
ス型液晶表示装置を配置することが極めて容易となる。
更に駆動回路一体型アクティブマトリクス型液晶表示装
置を形成する予定の領域内を重複領域が通過する場合で
あっても、表示領域と駆動回路領域間に重複領域を一致
させることによって影響を回避することができる。

【００３４】例えば、勾配領域の幅が１ｍｍ以下であ
り、重複領域の幅が同じく１ｍｍ以下であれば、駆動回
路一体型アクティブマトリクス型液晶表示装置の表示領
域と駆動回路領域間に重複領域を一致させることが可能
である。

【００３５】以上のように本発明によれば、半導体薄膜
に対し、レーザ光を一部重複させながら照射し、半導体
薄膜の結晶化または活性化等の加熱処理を行う際に、そ
の均一性を向上させ、かつレーザ光の形状や走査方向に
影響されることなく、基板全体を有効に活用すると共
に、半導体装置等の配置や設計の自由度を飛躍的に向上
させることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザ照射方法及
びそれを用いた半導体装置の製造方法に係る好適な実施
形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、本実
施形態では、半導体装置及びそれを構成する半導体素子
として、ガラス基板等の上に形成されるアクティブマト
リクス型液晶表示装置及び多結晶シリコンＴＦＴを例示
して説明するが、これに限定されるものではない。

【００３７】（実施の形態１）図１は、本発明に用いる
ことができるレーザアニール装置の一例を示した概念図
である。図１によると、まずレーザ光１１はレーザ発振
機１によって発振される。レーザ発振機１で発振される
レーザ光は、主にＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８
ｎｍ、パルス幅２０〜５０ｎｓ）であるが、レーザ発振
機の種類によっては、他のエキシマレーザ（ＫｒＦ等）
や他の方式のレーザ光を発振させることが可能である。

【００３８】レーザ発振機１で発振されたレーザ光１１
は順に、エネルギー減衰装置２、全反射ミラー３、４、
５、レーザ整形装置６を通過することにより、初期は４
×３ｃｍ²程度の長方形のレーザ光の形状が、最終的に
基板１０上で長さ（長辺）５０ｍｍ程度〜３００ｍｍ程
度、幅（短辺）０．５ｍｍ程度〜２ｍｍ程度の細長い、
矩形状または線状のレーザ光に加工される。

【００３９】基板１０は、プロセスチャンバー８内のス
テージ９上に搬送され、石英窓７を通して、レーザ光に
より加熱される。

【００４０】また、ステージ９は駆動機構が設けられて
おり、基板のＸ軸（レーザ光の短辺方向）移動及びＹ軸
（レーザ光の長辺方向）移動が行えるようになってい
る。また、レーザ光整形装置６に駆動機構を設け、Ｙ軸
移動させるようにしてもよい。この場合はプロセスチャ
ンバー８の容積を小さくすることができる。また、ステ
ージ９には加熱機構を設けることができ、この場合、基
板１０を４００℃程度まで加熱することが可能となる。

【００４１】図示していないが、プロセスチャンバー８
には必要に応じて、チャンバー内を真空または不活性ガ
ス雰囲気に保持するためのゲートバルブ、真空ポンプ、
ガス供給ライン等が接続される。

【００４２】図２は、矩形状または線状のレーザ光の短
辺、長辺及び走査方向の関係を示したものである。図２
によると、レーザ光１１のＸ軸方向が短辺、Ｙ軸方向が
長辺となる。また、このときレーザ光１１はＺ軸方向よ
り照射される。

【００４３】レーザ光１１は、短辺の幅Ｗ１に対して照
射領域を一部重複させながら、２〜１００回程度照射さ
れる。即ち、短辺の幅Ｗ１の１／２〜１／１００のピッ
チでＸ軸方向に走査される。仮に基板の面積が大きく、
１列目の走査で基板全面を照射できない場合は、Ｙ軸方
向に照射領域を移動させ、長辺方向の照射領域を一部重
複させて２列目の走査を行う。なおかつ不足の場合は、
同様の手順で３列目、４列目と走査する列を順次増やせ
ばよい。

【００４４】図３は、矩形状または線状のレーザ光のＹ
軸方向のエネルギー強度分布を示したものである。図３
において、縦軸はエネルギー強度、横軸はＹ軸方向の長
さ（共に任意単位）を示している。

【００４５】図３によると、レーザ光のエネルギー強度
分布Ｅｇは略台形状であり、両端を除く殆どの領域は、
エネルギー強度のバラツキが概ね±３％以下の均一性を
保っている。そして、両端にはエネルギー強度が急激に
低下する勾配領域を有している。本発明は、この勾配領
域の幅Ｗｓを隣接する半導体装置間に必要な最小間隔以
下、概ね１ｍｍ以下にする。勾配領域の整形は、シリン
ドリカルレンズ等のレーザ整形用の光学系を備えたレー
ザ整形装置によって行われる。

【００４６】図４は、矩形状または線状のレーザ光の走
査方向と基板の関係を示したものである。図４による
と、基板４０に対してレーザ光１１がＸ軸方向に基板４
０の端部から反対側の端部まで走査され、１回目（１列
目）の走査４１が完了する。

【００４７】１回の走査で基板全体が照射できない場
合、２回目（２列目）の走査４２が行われる。この際、
照射領域をＹ軸方向に移動させ、幅Ｗｏｖだけ重複され
た状態で走査される。

【００４８】このように走査列数を増加させることによ
り、任意の面積の基板の加熱処理が行える。例えば、レ
ーザ光１１の長辺の長さが１００ｍｍの場合は、２列走
査を行うことで一辺が約２００ｍｍの基板、３列走査を
行うことで一辺が約３００ｍｍの基板を加熱処理するこ
とが可能となる。また、レーザ光１１の長辺の長さが１
５０ｍｍの場合は、２列走査を行うことで一辺が約３０
０ｍｍの基板、３列走査を行うことで一辺が約４５０ｍ
ｍの基板、また、レーザ光１１の長辺の長さが３００ｍ
ｍの場合は、２列走査を行うことで一辺が約６００ｍｍ
の基板の加熱処理が可能となる。

【００４９】図５は、走査方向に隣接するレーザ光のエ
ネルギー強度分布を示したものであり、図６は、図５で
示したレーザ光が照射された半導体薄膜の結晶性分布を
示したものである。尚、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
は、それぞれ図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応してい
る。

【００５０】図５において、縦軸はエネルギー強度、横
軸はＹ軸方向の距離（共に任意単位）を示している。ま
た、図６において、縦軸は結晶性、横軸はＹ軸方向の長
さ（共に任意単位）を示している。尚、結晶性を表す指
標としては、結晶粒の大きさ、結晶化率、半導体素子の
移動度等を利用することができる。

【００５１】また、図５及び図６において、距離Ｗｄ
は、図５における隣接するレーザ光のエネルギー強度分
布Ｅｇ１、Ｅｇ２における端部の勾配が始まる地点間の
距離を示している。

【００５２】図５（ａ）は、２つのレーザ光の端部が重
複していない場合を示している。この場合は、隣接する
レーザ光の距離Ｗｄはエネルギー強度分布Ｅｇ１及びＥ
ｇ２における勾配領域の幅Ｗｓを足し合わせた長さとな
る。この時の距離Ｗｄは、例えばレーザ光の勾配領域の
幅が１ｍｍの場合は２ｍｍ程度となる。また、この時は
レーザ光が重なりを有していないので、重複領域の幅Ｗ
ｏｖは０ｍｍとなる。

【００５３】図６（ａ）は、この時の結晶性を示してい
る。レーザ光の隣接部分の結晶性Ｃｒ１、Ｃｒ２の連続
性は距離Ｗｄ以下の距離で途切れ、結晶性が極めて不均
一な帯状領域が発生する。

【００５４】図５（ｂ）は、２つのレーザ光の端部が一
部重複している場合を示している。図５（ｂ）では重複
量を勾配領域の幅Ｗｓと概ね同一とした。この時の距離
Ｗｄは、例えばレーザ光の勾配領域の幅が１ｍｍの場合
は１ｍｍ程度となる。また、この時の重複領域の幅Ｗｏ
ｖは、勾配領域の底辺部分が完全に重なるため１ｍｍ程
度となる。

【００５５】図６（ｂ）は、この時の結晶性を示してい
る。レーザ光の隣接部分の結晶性Ｃｒ１、Ｃｒ２の連続
性は距離Ｗｄ以下の距離で保たれ、結晶性が不均一な帯
状領域は少なくなる。また、この距離Ｗｄの領域の結晶
性は、他の領域の平均値よりも若干低い値を示すが、概
ね−５％以下の範囲内で制御できる程度のものである。

【００５６】図５（ｃ）は、２つのレーザ光の端部を更
に重複させた場合を示している。図５（ｃ）では図５
（ｂ）に比べ重複量を増やし、勾配が始まる地点までと
した。この時の距離Ｗｄは０ｍｍとなる。また、この時
の重複領域の幅Ｗｏｖは、勾配が始まる地点が重なるた
め２ｍｍ程度となる。

【００５７】図６（ｃ）は、この時の結晶性を示してい
る。レーザ光の隣接部分の結晶性Ｃｒ１、Ｃｒ２の連続
性は距離Ｗｄ地点で帯状の不均一な領域が発生する。ま
た、この距離Ｗｄの地点での結晶性は他の領域の平均値
よりも若干高い値を示すが、概ね＋５％以下の範囲内で
制御できる程度のものである。

【００５８】また、図５（ｃ）よりも更に重複量を増や
すと、図６（ｃ）で示した距離Ｗｄの部分に大きく結晶
性の異なる不均一な帯状領域が発生する。この領域は結
晶性のバラツキの許容範囲を逸脱するため、この領域を
実際に使用することは困難となる。

【００５９】以上のように、隣接するレーザ光が全く重
複されなければ、その領域の半導体薄膜は十分に結晶化
されず、結晶性は不連続となる。また、勾配領域を一定
量重複させるようにすれば、やや不均一性は残るもの
の、結晶性のバラツキの許容範囲を大きく逸脱すること
はない。

【００６０】本発明ではレーザ光の長辺方向におけるエ
ネルギー強度の勾配領域の幅を概ね１ｍｍ以下にし、隣
接するレーザ光間の距離を、概ね図５（ｂ）と図５
（ｃ）の範囲内、即ち、レーザ光の重複領域の幅を、勾
配領域の幅の１〜２倍程度とすることにより、走査方向
に平行な、帯状の不均一な領域の幅を極めて小さくする
ことが可能となる。

【００６１】尚、図示していないが、図５（ａ）と図５
（ｂ）の中間の状態、即ち、重複領域の幅が勾配領域の
幅の１倍未満の場合は、この領域の結晶性はバラツキの
許容範囲を逸脱するため、実際に使用することは困難と
なる。

【００６２】図７は、基板上にレイアウトされた半導体
装置を形成する予定の領域とレーザ光の関係を示したも
のである。図７に示すように、基板７０上にレイアウト
された半導体装置を形成する形成予定の領域７５に対し
て、１回目の走査７１と２回目の走査７２を重複領域７
３を設けて行うことが可能である。

【００６３】本発明では、重複領域の幅Ｗｏｖは概ね１
ｍｍ以下となるため、基板全体を有効に活用することが
できる。また、重複領域の幅Ｗｏｖが１ｍｍ以下という
サイズであるならば、半導体装置を形成する予定の領域
内であっても、最終的に半導体素子等を形成しない領域
に重複領域７３を配置することが可能である。

【００６４】また、図７では、半導体装置を形成する予
定の領域内に重複領域を配置した例も併せて示してい
る。図７では、半導体装置を形成する予定の領域内の素
子群形成領域７６間に重複領域７３を配置している。例
えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置であれば、
画素領域と周辺回路領域との隙間などに重複領域を配置
することができる。

【００６５】また、重複領域の結晶性の連続性が製造し
ようとする半導体装置の仕様を満たすのであれば、重複
領域の有無に関係なく半導体装置を形成する予定の領域
をレイアウトすることが可能である。

【００６６】図８は、本発明の製造方法を用いて製造さ
れた半導体装置を構成する半導体素子の一例としてのＴ
ＦＴの断面図を示したものである。

【００６７】以下、このＴＦＴの製造方法について簡単
に説明する。まずガラス等からなる基板９０上にスパッ
タ法によって下地膜９１を厚さ２０〜５００ｎｍ堆積し
た。下地膜９１としてはＳｉＯ₂膜やＳｉＮｘ膜等を用
いることができる。

【００６８】更に、その上にモノシランまたはジシラン
を原料として、プラズマＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法に
よって、非晶質シリコン薄膜を厚さ２０〜１５０ｎｍ堆
積する。

【００６９】尚、プラズマＣＶＤ法によって非晶質シリ
コン薄膜を堆積した場合等、非晶質シリコン薄膜中の水
素含有量が多い場合は、焼成炉等による脱水素アニール
が行われる場合もある。

【００７０】次いで、この非晶質シリコン薄膜にＸｅＣ
ｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅５０ｎ
ｓ）を照射し、結晶化を行い多結晶シリコン薄膜を形成
した。レーザ光のエネルギー密度は３００〜４００ｍＪ
／ｃｍ²、１０〜４０ショットとした。その後、多結晶
シリコン薄膜を所定の形状、例えば島状にパターニング
した。

【００７１】次いで、これらの島状領域を覆って、スパ
ッタ法やＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜を５０〜２００ｎｍ
形成し、これをゲート絶縁膜９２とした。その後、２０
０ｎｍ〜５μｍのアルミニウム膜をスパッタ法によって
形成して、これをパターニングし、各島状領域にゲート
電極９３を形成した。

【００７２】その後、ゲート電極９３をマスクとして自
己整合的にイオンドーピング法によって各ＴＦＴの島状
多結晶シリコン薄膜中に、不純物イオンを注入した。こ
の際、Ｐ型ＴＦＴの場合には、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）、Ｎ
型ＴＦＴの場合には、フォスフィン（ＰＨ₃）をドーピ
ングガスとして用いた。

【００７３】次いで、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３
０８ｎｍ、パルス幅５０ｎｓ）を照射して、前記不純物
領域の導入によって、結晶性の劣化した部分の結晶性を
改善するための活性化を行った。この結果、Ｎ型または
Ｐ型のコンタクト領域９４及びチャネル領域９５が形成
される。

【００７４】次いで、全面に第１の層間絶縁膜９６とし
て、スパッタ法やＣＶＤ法によってＳｉＯ₂膜を厚さ３
００〜１０００ｎｍ形成した。ＴＥＯＳを原料とするプ
ラズマＣＶＤ法ではステップカバレッジの良好なＳｉＯ
₂膜が得られる。

【００７５】その後、層間絶縁膜９６のコンタクト領域
９４に相当する部分にコンタクトホールを開口し、ソー
ス電極９７、ドレイン電極９８を形成した。これらの電
極としては、シート抵抗の低い、クロムや窒化チタンを
下地とするアルミニウムとの多層電極であってもよい。

【００７６】次いで、全面に第２の層間絶縁膜９９とし
て、スパッタ法やＣＶＤ法によってＳｉＮｘ膜を厚さ３
００〜１０００ｎｍ形成した。ＴＥＯＳを原料とするプ
ラズマＣＶＤ法ではステップカバレッジの良好なＳｉＮ
ｘ膜が得られる。

【００７７】そして、大気圧の水素中で３００〜５００
℃、１〜４時間アニールして、シリコン膜のダングリン
グボンドを減らした。

【００７８】このようにしてＴＦＴを完成させた。この
ＴＦＴを液晶表示装置等に用いる場合は、その後、第２
の層間絶縁膜９９のドレイン電極９８に相当する部分に
コンタクトホールを開口し、画素電極として、スパッタ
法によって、ＩＴＯ膜を５０〜２００ｎｍ形成する。

【００７９】本発明は、上述したような製造工程によ
り、レーザ光による加熱を行う結晶化及び活性化の際に
用いられ、効果を奏する。

【００８０】尚、上述の製造工程は一例であり、これに
限定されるものではない。また、本発明はレーザ照射工
程以外の他の製造工程に何ら制約を受けるものではない
ことは言うまでもない。

【００８１】

【発明の効果】上述したように、本発明は、レーザ照射
を行ったことによって生じる半導体薄膜における不均一
領域を減少させ、基板上での半導体装置の設計、配置の
自由度を向上させることができるレーザ照射方法及びそ
れを用いた半導体装置の製造方法を提供するものであ
る。

【００８２】このような本発明によれば、レーザ光の長
辺方向の端部における勾配領域の幅をレーザ光が照射さ
れる半導体薄膜によって形成される複数の半導体装置を
形成する予定の領域間に必要な最小間隔以下、例えば１
ｍｍ以下にし、この勾配領域を隣接する照射領域におけ
る勾配領域と重ね合わせ、半導体薄膜に対して照射を行
うことにより、半導体薄膜における結晶性等が不均一と
なる帯状領域の幅を縮小することができる。

【００８３】そのことにより、従来は半導体装置等を形
成することのなかった部分の利用が可能となり、基板全
体が最大限に活用されることになる。従って、レーザ光
の長辺方向の長さ、形状、走査方向等に左右されること
なく、基板上での半導体装置等の配置を容易、かつ効率
的に行うことができる。例えば、アクティブマトリクス
型液晶表示装置等に適用すれば、基板当たりのパネルの
生産数（取れ数）を多くすることができ、生産性が大幅
に向上する。

【００８４】以上のように本発明は、レーザアニール法
によって、大面積基板を効率的に加熱処理することを実
現するものであり、今後の情報化社会に欠かすことので
きない半導体装置、とりわけ駆動回路一体型画像表示装
置の生産性を大きく向上させることができると共に、そ
れを搭載した携帯機器等の性能や付加価値の向上に大き
な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザアニール装置の概念を示す
図である。

【図２】本発明に係るレーザ光の短辺、長辺及び走査方
向の関係を示す図である。

【図３】本発明に係るレーザ光の長辺方向のエネルギー
強度分布を示す図である。

【図４】本発明に係るレーザ光の走査方向と基板の関係
を示す図である。

【図５】本発明に係るレーザ光と隣接する他の列のレー
ザ光との境界領域におけるエネルギー強度分布を示す図
である。

【図６】本発明に係るレーザ光と隣接する他の列のレー
ザ光との境界領域における結晶化分布を示す図である。

【図７】本発明に係るレーザ光による照射領域と、素子
群形成予定領域の配置を示す図である。

【図８】本発明の製造方法によるＴＦＴの一例を示す断
面図である。

【図９】従来の技術を示す図である。

【図１０】従来の技術を示す図である。

【符号の説明】

１レーザ発振機２エネルギー減衰装置３、４、５全反射ミラー６レーザ整形装置７石英窓８プロセスチャンバー９ステージ１０、４０、７０、９０基板１１レーザ光Ｗ１レーザ光の短辺の幅Ｗ２レーザ光の長辺の幅Ｅｇ、Ｅｇ１、Ｅｇ２レーザ光のＹ軸方向のエネ
ルギー強度分布Ｗｓ勾配領域の幅４１、７１１回目（１列目）の走査４２、７２２回目（２列面）の走査４３、７３重複領域４４、７４帯状領域Ｗｏｖ重複領域の幅Ｗｄ距離Ｃｒ１、Ｃｒ２レーザ光のＹ軸方向の結晶性７５半導体装置形成予定領域７６素子群形成領域９１下地膜９２ゲート絶縁膜９３ゲート電極９４コンタクト領域９５チャネル領域９６第１の層間絶縁膜９７ソース電極９８ドレイン電極９９第２の層間絶縁膜

フロントページの続きＦターム(参考） 2H092 JA24 KA05 KA10 MA05 MA07 MA27 MA29 MA30 NA25 NA29 PA07 5F052 AA02 AA17 BA07 BB07 DA02 DB02 DB03 FA01 JA01 JA10 5F110 AA18 BB01 CC02 DD02 DD13 DD14 DD24 EE03 EE44 FF02 FF28 FF29 GG02 GG13 GG24 GG25 GG45 GG47 HJ01 HJ12 HJ23 HL03 HL04 HL11 HM18 NN03 NN04 NN23 NN24 NN34 NN35 NN40 PP03 PP04 PP06 PP35 QQ11 QQ19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上に形成された半導体薄膜に
対してレーザ光を照射して、該半導体薄膜を加熱処理す
るレーザ照射方法であって、前記レーザ照射方法は、前記レーザ光を線状または矩形
状に成形し、該レーザ光による半導体薄膜表面上での照
射領域を一部重複するように、一定方向に走査しつつ間
欠的に照射してなり、前記照射の際に、前記レーザ光の長辺方向の端部におい
てエネルギー強度分布が傾斜した勾配領域を有するとと
もに、該勾配領域の幅を前記半導体薄膜によって形成さ
れる複数の半導体装置を形成する予定の領域間または半
導体装置を構成する素子群間に必要な最小間隔以下にす
ることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項２】前記照射領域は、前記レーザ光の長辺方
向において隣接する照射領域の間で、前記勾配領域が少
なくとも一部重複する重複領域を有していることを特徴
とする請求項１に記載のレーザ照射方法。
【請求項３】前記重複領域の幅を前記勾配領域の幅の
概ね１倍乃至２倍にすることを特徴とする請求項２に記
載のレーザ照射方法。
【請求項４】前記絶縁性基板上に形成された半導体薄
膜に対してレーザ光を照射して加熱するレーザ照射工程
を有する半導体装置の作製方法において、前記レーザ照射工程は、前記レーザ光が線状または矩形
状に成形され、該レーザ光の長辺方向の端部におけるエ
ネルギー強度分布が傾斜した勾配領域の幅が、前記半導
体薄膜によって形成される複数の半導体装置を形成する
予定の領域間または半導体装置を構成する素子群間に必
要な最小間隔以下であるレーザ光を用いるとともに、該
レーザ光による該半導体薄膜表面上での照射領域を一部
重複するように、一定方向に走査しつつ間欠的に照射す
るものであり、前記照射領域は、前記照射の際に、前記レーザ光の長辺
方向において隣接する照射領域の間で、前記勾配領域が
少なくとも一部重複する重複領域を有し、該重複領域
は、前記半導体薄膜が存在しない領域またはレーザ照射
による加熱処理後に前記半導体薄膜によって形成される
構造物が存在しない領域と一致するようにしたことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記半導体装置は、同一基板上に表示領
域と駆動回路領域を形成したアクティブマトリクス型液
晶表示装置であり、前記重複領域を前記表示領域と、前
記駆動回路領域の間隙と一致させることを特徴とする請
求項４に記載の半導体装置の製造方法。