JP4314797B2

JP4314797B2 - 非晶質シリコンの結晶化方法

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Publication number: JP4314797B2
Application number: JP2002249261A
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Inventors: 敦福本; 浩一月原; 幸一田附
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Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2009-08-19
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば薄膜トランジスタなどの半導体装置に使用される多結晶シリコン薄膜や単結晶シリコン薄膜を製造する際に適用して好適な非結晶シリコンの結晶化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；以下、ＴＦＴと称する。）などの半導体素子を、低温プロセスで多結晶シリコン（Poly crystal Silicon；以下、ｐ−Ｓｉと称する。）薄膜を形成して、作製する技術が開発されている。
【０００３】
低温プロセスでｐ−Ｓｉ薄膜を形成するときには、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法などにより、ガラスなどの基板上に非晶質シリコン薄膜（Amorphous Silicon；以下、ａ−Ｓｉ薄膜と称する。）を形成した後に、当該ａ−Ｓｉ薄膜に対してレーザ光を照射してアニールを施すことによってｐ−Ｓｉ薄膜形成する。すなわち、低温プロセスでｐ−Ｓｉ薄膜を形成するときには、レーザ光が使用される。
【０００４】
当該レーザ光としては、例えばエキシマレーザからパルス発振された波長３０８ｎｍのレーザ光などが使用される。当該レーザ光を使用してａ−Ｓｉ薄膜をアニールすることにより、結晶粒径が約３００ｎｍであるｐ−Ｓｉ薄膜が形成される。
【０００５】
ｐ−Ｓｉ薄膜は、電子やホールの移動度が、結晶粒径などによって変化する。ｐ−Ｓｉ薄膜は、結晶粒径が大きくなるほど電子やホールの移動度が高くなり低抵抗となる。
【０００６】
すなわち、使用されているｐ−Ｓｉ薄膜の結晶粒径が大きい程ＴＦＴの電界効果移動度は高くなる。電解効果移動度が高いＴＦＴを使用して例えば画像表示装置を作製したときには、当該画像表示装置の小型化、低消費電力化、多機能化などを図ることが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、結晶粒径が大きいｐ−Ｓｉ薄膜を形成する方法として、ａ−Ｓｉに対して連続レーザ光を走査しながら照射することによって、ａ−Ｓｉをアニールする方法が報告されている（テクニカルダイジェストＡＭ−ＬＣＤ’０１）。ａ−Ｓｉに対して連続レーザ光を走査しながら照射すると、走査を開始した点から走査方向にラテラル成長した結晶が得られる。
【０００８】
しかしながら、以上説明した方法でａ−Ｓｉ薄膜をアニールしてｐ−Ｓｉ薄膜を作製すると、以下に説明する問題が生じる。
【０００９】
図１０（Ａ）に示すように、ａ−Ｓｉ薄膜１００に対してレーザ光の走査を開始するときに連続レーザ光を照射した領域１０１（以下、走査開始領域１００と称する。）においては、周辺領域１０１ａに与えられるエネルギーが、内部領域１０１ｂに与えられるエネルギーよりも小さい。
【００１０】
ａ−Ｓｉは、融点が約１４００℃であり、結晶成長が促進される温度が約１２００℃前後であり、結晶核が発生する温度が約１０００℃前後であることが知られており、ａ−Ｓｉ薄膜１００をアニールするときに使用されるレーザ光のエネルギーは、ａ−Ｓｉ薄膜１００が約１４００℃まで昇温するエネルギーに設定されている。したがって、周辺領域１０１ａには温度が約１０００℃となる領域が生じるために、例えば図１０（Ｂ）に示すように、結晶核１０１ａ_１〜１０１ａ_８が発生する。
【００１１】
結晶核１０１ａ_１〜１０１ａ_８が発生した状態で、図中矢印Ｓ方向に連続レーザ光を走査すると、内部領域１０１ｂに対して連続レーザ光の進行方向に発生した結晶核１０１ａ_１〜１０１ａ_４は、与えられるエネルギーが高い内部領域１０１ｂが走査されることによってアニールされて消失するが、他の結晶核１０１ａ_５〜１０１ａ_８は残存する。
【００１２】
したがって、連続レーザ光の走査を続けると、図１０（Ｃ）及び図１０（Ｄ）に示すように、結晶核１０１ａ_５〜１０１ａ_８から周囲のシリコンが溶融した領域へ向かって結晶が成長する。すなわち、以上説明した方法でａ−Ｓｉ薄膜をアニールすると、連続レーザ光の走査方向に沿って延びた複数の帯状の結晶が幅方向に並列したｐ−Ｓｉ薄膜が作製される。
【００１３】
当該ｐ−Ｓｉ薄膜を使用して半導体素子を作製すると、電気特性が不充分となる虞が生じる。
【００１４】
例えば当該ｐ−Ｓｉ薄膜を使用してＴＦＴを作製すると、各結晶の境界がＴＦＴにおける配線と交差する虞が生じる。各結晶の境界と配線とが交差したＴＦＴは、抵抗が大きく電気特性が不充分なものとなる。結晶核の発生位置を制御することが可能であれば、各結晶の境界をＴＦＴにおける配線と交差しない位置に作製することが可能となり、以上説明した方法によって作成したｐ−Ｓｉを使用して抵抗が小さく電気特性が良好であるＴＦＴを作製することが可能となる。
【００１５】
すなわち、結晶核の発生位置を制御することが可能であれば、以上説明した方法によって作成したｐ−Ｓｉを使用して電気特性が良好である半導体素子を作製することが可能となる。
【００１６】
しかしながら、結晶核の発生には、ａ−Ｓｉ薄膜に不純物が混入していることや周囲と微細構造が異なる領域が存在することなども関与する。したがって、結晶核の発生位置を制御することは困難とななる。
【００１７】
本発明は以上説明した従来の実情を鑑みて提案されたものであり、結晶粒径が大きいシリコン薄膜を得ることが可能である非晶質シリコン薄膜の結晶化方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
シリコンは、融点が約１４００℃であり、結晶成長が促進される温度が１２００℃前後であり、結晶核が発生する速度が１０００℃前後であることが知られている。また、シリコンは、非晶質であるときには融解前に１０００℃に達したときと融解後に１０００℃に冷却されたときとの両方の場合に結晶核が発生するが、結晶であるときには融解後に１０００℃に冷却されたときには結晶核が発生するものの融解前に１０００℃に達したときには結晶核が発生しないことが知られている。
【００１９】
本願発明者らは、上述した目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、シリコンの結晶にレーザ光を照射したときには、照射領域の周囲のエネルギーが低い領域においても結晶核が発生しないことに着目した。
【００２０】
すなわち、本発明に係る非晶質シリコンの結晶化方法は、連続してエネルギーを射出する連続レーザ光が基板上に形成された非晶質シリコンからなる薄膜の表面に照射されることによって、薄膜の表面に形成されるスポットの平面形状が薄膜の表面上で定義される第１の方向に平行な方向を長軸とする略楕円形状となるように連続レーザ光を照射することによって、連続レーザ光を照射した薄膜の表面の第１のレーザ照射領域の外縁部にシリコンからなる結晶核を形成する結晶核形成工程と、第１の方向と略垂直な、薄膜の表面上で定義される第２の方向に平行な方向に沿ってスポットを結晶核が存在する結晶核存在領域から移動させながら連続レーザ光を薄膜の表面に照射することによって、結晶核を結晶成長させた結果、得られる複数の帯状の平面形状を有するシリコンからなる結晶を、連続レーザ光が照射された薄膜の表面上の第２のレーザ照射領域に形成する第１の結晶形成工程と、スポットの平面形状が薄膜の表面の第２の方向に平行な方向を長軸とする略楕円形状となるように、連続レーザ光を第２のレーザ照射領域内に存在する結晶のうち任意の結晶に対して照射するレーザ照射工程と、レーザ照射工程で連続レーザ光を第２のレーザ照射領域内に存在する結晶のうち任意の結晶に対して照射した状態で、レーザ照射工程で連続レーザ光が照射された結晶から第１の方向に平行な方向に沿ってスポットを移動させながら連続レーザ光を薄膜の表面に照射することによって、シリコンからなる結晶を連続レーザ光が照射された薄膜の表面の第３のレーザ照射領域に形成する第２の結晶形成工程と、レーザ光が薄膜の表面に照射されることによって薄膜の表面に形成されるスポットの位置を、第２のレーザ照射領域内で、かつ、スポットの一部と、第２の結晶形成工程で第３のレーザ照射領域に形成された結晶の一部とが重なり合うように調整した状態で、第１の方向に平行な方向に沿ってスポットを移動させながら連続レーザ光を薄膜の表面に照射することによって、非晶質シリコンに対してアニール処理を行って多結晶シリコンからなる結晶を薄膜の表面に形成する第３の結晶形成工程とを少なくとも含む。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した非晶質シリコン（Amorphous Silicon；以下、ａ−Ｓｉ薄膜と称する。）薄膜の結晶化方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
先ず、図１に示すように、例えばＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法によって、基板１上にａ−Ｓｉ薄膜２を形成する。
【００２３】
そして、ａ−Ｓｉ薄膜２に対してレーザ光を照射することによってアニールを施し、当該ａ−ＳＩ薄膜２を多結晶シリコン（Polycrystal Silicon；以下、ｐ−Ｓｉと称する。）とする。
【００２４】
ところで、シリコンは、融点が１４００℃であり、結晶成長が促進される温度が１２００℃前後であり、結晶核が発生し易い温度が１０００℃前後であることが知られている。また、ａ−Ｓｉは、融解前に１０００℃に達したときと融解後に１０００℃まで冷却したときとの両方の場合に結晶核が発生するが、ｐ−Ｓｉは、融解後に１０００℃まで冷却したときには結晶核が発生するものの、融解前に１０００℃に達したときには結晶核が発生しないことが知られている。
【００２５】
本発明を適用したａ−Ｓｉ薄膜２の結晶化方法においては、以上説明した原理を利用してａ−Ｓｉをアニールしている。
【００２６】
以下では、ａ−Ｓｉ薄膜２をアニールする方法について具体的に説明する。
【００２７】
まず、ａ−Ｓｉ薄膜２のアニールに使用するレーザアニール装置について説明する。
【００２８】
図２に示すように、レーザアニール装置１０は、レーザ光源１１と、レーザ光成形光学系１２と、ＸＹステージ１３とを備える。
【００２９】
レーザ光源１１は、レーザ光を連続発振する。レーザ光源１１としては、例えば、高調波発生による固体レーザ、クリプトンなどの気体レーザ、半導体レーザなどが挙げられる。
【００３０】
レーザ光成形光学系１２は、コリメータ、反射鏡、対物レンズなどにより構成されている。レーザ光成形光学系１２は、レーザ光源１１から発振された連続レーザ光を、スポットの形状が所定の楕円形状となるように成形し、ＸＹステージ１３上のａ−Ｓｉ薄膜２に対して照射する。
【００３１】
ＸＹステージ１３は、ａ−Ｓｉ薄膜２が形成された基板１を載置するとともに、基板１を所定の方向へ移動させる。具体的に説明すると、ＸＹステージ１３は、Ｘステージ、Ｙステージ、吸着プレートなどを備えている。Ｘステージ及びＹステージは水平方向に移動するステージであり、ＸＹステージ１３は、ＸステージとＹステージとで基板１を互いに直交する方向へ移動させることによって、基板１を所定の方向へ移動させる。また、吸着プレートは、基板１を吸着して固定する。ＸＹステージ１３が基板１を所定の方向へ移動させることによって、レーザ光成形光学系１２から射出されたレーザ光は、ａ−Ｓｉ薄膜２の所定の位置に対して照射される。
【００３２】
レーザアニール装置１を利用したａ−Ｓｉ薄膜２のアニールは、以下に説明する方法によって行われる。
【００３３】
先ず、図３（Ａ）に示すように、連続レーザ光をａ−Ｓｉ薄膜２の一隅に照射する。連続レーザ光は、楕円形状のスポットの長軸方向が図中矢印Ｘに沿った方向となるように照射される。当該連続レーザ光が照射された領域２０においては、周辺領域２０ａのエネルギーが内部領域２０ｂのエネルギーよりも低い。
【００３４】
ａ−Ｓｉ薄膜２に対して照射される連続レーザ光のエネルギーは、ａ−Ｓｉ薄膜２が融点まで昇温するエネルギーに設定されている。すなわち、内部領域２０ｂよりもエネルギーが低い周辺領域２０ａには、温度が約１０００℃となり結晶核が発生し易い領域が生じるために、例えば図３（Ａ）に示すように、結晶核２０ａ_１〜２０ａ_８が発生する。
【００３５】
次に、レーザ光源１１から射出された連続レーザ光を、図中矢印Ｙ方向へ走査する。結晶核２０ａ_１〜２０ａ_８が発生している状態で、連続レーザ光を矢印Ｙ方向へ走査すると、内部領域２０ｂと比較して連続レーザ光の進行方向に発生した結晶核２０ａ_１〜２０ａ_４は、与えられるエネルギーが高い内部領域２０ｂが通過することによって消失するが、他の結晶核２０ａ_５〜２０ａ_８は残存する。
【００３６】
そして、連続レーザ光の走査を続けると、図３（Ｂ）に示すように、結晶核２０ａ_５〜２０ａ_８から周囲のシリコンが溶融している領域へ向かって結晶が成長する。すなわち、連続レーザ光の走査方向に沿って延びた複数の帯状の結晶２１_１〜２１_４が幅方向に並列して矢印Ｘ方向の一端に形成される。
【００３７】
次に、レーザ光を矢印Ｘ方向にラスタ走査する。ラスタ走査は、以下に説明する方法により行う。
【００３８】
先ず、結晶２１_１〜２１_４の中から１つを選択する。以下では、選択した結晶を走査開始結晶と称する。本実施の形態では、結晶２１_２を走査開始結晶とする。
【００３９】
次に、図４（Ａ）に示すように、走査開始結晶２１_２に対して連続レーザ光を楕円形状のスポットの長軸方向が図中矢印Ｙに沿った方向となるように照射する。なお、以下では、当該連続レーザ光の照射領域を第１の走査開始点３１と称する。結晶化したシリコンに対して連続レーザ光を照射しているために、第１の走査開始点３１においては、周辺領域３１ａに１０００℃となる領域が生じたときにも、結晶核が発生しない。
【００４０】
次に、連続レーザ光を、図４（Ｂ）に示すように、矢印Ｘ方向へ走査する。結晶核が発生していない状態で連続レーザ光を走査するので、結晶核から溶融している領域へ走査開始結晶２１_２が成長することによって複数の結晶が発生することがなくなり、１つの結晶３２が形成される。
【００４１】
なお、連続レーザ光は、図５に示すように、第１の走査開始点３１が走査開始結晶２１_２の内部となるように照射されることが好ましい。
【００４２】
次に、図６（Ａ）に示すように、走査開始結晶２１_２上に、第１の走査開始点３１に対して矢印Ｙ方向へ移動しており且つ第１の走査開始点３１と重畳するように、連続レーザ光を照射する。なお、以下では、当該連続レーザ光の照射領域を第２の走査開始点３３と称する。
【００４３】
次に、図６（Ｂ）に示すように、矢印Ｘ方向へ連続レーザ光を再度走査する。連続レーザ光を再度走査することにより、結晶３２における長軸方向の一方の境界３２ａは連続レーザ光が照射されるために融解し、結晶３２はアニールされた方向に結晶成長する。すなわち、再度矢印Ｘ方向へ連続レーザ光を走査することによって、結晶３２は成長して粒径が大きくなる。
【００４４】
以上説明した矢印Ｘ方向への連続レーザ光の走査を繰り返すことによって、レーザアニール装置１は、ａ−Ｓｉ薄膜２の全面に対して連続レーザ光を照射してアニールを行う。ａ−Ｓｉ薄膜２は、以上説明した方法でアニールされることによって、結晶粒径が大きいｐ−Ｓｉ薄膜又はｓ−Ｓｉ薄膜となる。なお、Ｘ方向への走査を繰り返すときには、走査開始点が全て同一の走査開始結晶に設けられることが好ましい。
【００４５】
なお、以上説明したａ−Ｓｉ薄膜２のアニール方法においては、結晶２１_１〜２１_４を、使用領域２ａの外部に形成することが好ましい。結晶２１_１〜２１_４を使用領域２ａの外部に形成することにより、使用領域２ａ内のシリコン薄膜は、結晶粒径が大きいために抵抗が低く、電子やホールの移動度が高いものとなる。
【００４６】
また、連続レーザ光のスポット形状は楕円形状に限られるものではない。円状、正方形状でも良い。しかし好ましくは、連続レーザ光の走査方向に直交した方向に長軸を持つ長方形状、あるは楕円状であることが望ましい。レーザ光のスポット形状を、連続レーザ光の走査方向に直交した方向に対して広がった形状（長方形状、楕円形状）とすることにより、レーザ光のエネルギーをａ−Ｓｉ薄膜に効率良く、均一に与えアニールすることが可能となる。さらに、図５からも理解できるように、帯状に形成された走査開始結晶２１の内部に走査開始点３１を設定しようとするとき、連続レーザ光の走査方向に直交した方向に対してスポットが広がった形状とすることにより、設定が容易となる。
【００４７】
また、連続レーザ光の走査は、以上説明したラスタ走査に限定されない。例えば、図７に示すように、連続レーザ光を矢印Ｘ方向に沿って往復走査しても良い。
【００４８】
連続レーザ光を矢印Ｘ方向に沿って往復走査するときには、先ず、連続レーザ光をａ−Ｓｉ薄膜２におけるＸ方向の一方の端部に沿って走査して幅方向に並列した複数の帯状の結晶４０_１〜４０_４を形成し、結晶４０_１〜４０_４のうち１つを第１の走査開始結晶とする。本実施の形態では、結晶４０_２を第１の走査開始結晶とする。
【００４９】
次に、連続レーザ光をＸ方向の他方の端部に沿って走査することで、幅方向に並列した複数の帯状の結晶４１_１〜４１_４を形成し、結晶４１_１〜４１_４のうち１つを第２の走査開始結晶を選択する。本実施の形態では、結晶４１_２を第２の走査開始結晶とする。
【００５０】
そして、連続レーザ光の照射領域が第１の走査開始結晶４０_２との第２の走査開始結晶４１_２との間を矢印Ｘ方向に沿って往復移動するように連続レーザ光を複数回走査することによって、ａ−Ｓｉ薄膜２をアニールする。
【００５１】
以上説明した方法によってａ−Ｓｉ薄膜２をアニールすることにより、ａ−Ｓｉ薄膜２のアニールを効率良く行うことが可能となる。
【００５２】
なお、走査開始結晶を、ａ−Ｓｉ薄膜２上に３つ以上形成しても良い。走査開始結晶を３つ以上形成したときには、連続レーザ光の走査を、３つ以上の走査開始結晶間に亘って行う。
【００５３】
また、走査開始結晶は、ａ−Ｓｉの端部に形成されなくても良く、例えば、ａ−Ｓｉの略中央部に形成されても良い。
【００５４】
また、例えば、最初にＹ方向に連続レーザ光を走査するスペースが不充分なことなどにより、充分な大きさの走査開始結晶を得ることが困難であるときには、以下に説明する方法によって走査開始結晶を形成しても良い。
【００５５】
すなわち、図８（Ａ）に示すように、最初にＹ方向の一端に沿って連続レーザ光を走査することによってＹ方向の一端に幅方向に並列した複数の帯状の結晶４５_１〜４５_４を形成した後に、図８（Ｂ）に示すように、４５_１〜４５_４のうち１つの結晶からＹ方向に連続レーザ光を走査して走査開始結晶４６を形成しても良い。そして、図８（Ｃ）に示すように、走査開始結晶４６から連続レーザ光の矢印Ｘ方向への走査を行い、結晶４７を形成する。図８（Ｂ）では、結晶４５_２から連続レーザ光を走査して走査開始結晶４６を形成している。
【００５６】
ところで、以上説明したａ−Ｓｉ薄膜２の結晶化方法では、結晶化したシリコンに対してレーザ光を照射し、アニールを施すことが必須となる。したがって、本発明を適用したａ−Ｓｉ薄膜２の結晶化方法においては、使用されるレーザ光が、結晶化したシリコンに吸収される波長である必要がある。レーザ光の波長と結晶化したシリコンの消衰係数との関係は図９に示す通りである。すなわち、消衰係数は、波長４００ｎｍ付近まではレーザ光の波長が増大するに従って急激に減少し、波長４００ｎｍを越すと一旦はなだらかな減少に転ずるが、波長が５００ｎｍより長くなると消衰係数がほとんど０となってしまう。したがって、波長が５００ｎｍより長いレーザ光を結晶化したシリコンに対して照射したときには、レーザ光が当該シリコンに吸収されないため、結晶化したシリコンをアニールすることは不可能となる。
【００５７】
以上説明した理由により、本発明を適用したａ−Ｓｉ薄膜２の結晶化方法においては、波長が５００ｎｍ以下のレーザ光、好ましくは波長４００ｎｍ以下のレーザ光を使用する必要が生じる。
【００５８】
以上説明したように、本発明を適用したａ−Ｓｉ薄膜２の結晶化方法では、走査開始点３１において、周辺領域３１ａに結晶核が発生しない。そして、結晶核が発生しない状態で、連続レーザ光を照射することにより、走査開始結晶２１_２が連続レーザ光の走査方向にラテラル成長し、１つの結晶３２が形成される。すなわち、本発明を適用したａ−Ｓｉ薄膜２の結晶化方法では、１回の走査で１つの結晶を形成することが可能となる。
【００５９】
また、本発明を適用したａ−Ｓｉ薄膜２の結晶化方法では、前段の走査によって形成された結晶３２の境界３２ａ上に連続レーザ光を走査しながら照射することで、当該結晶が連続レーザ光の照射によって融解した領域へ成長する。すなわち、本発明を適用したａ−Ｓｉ薄膜２の結晶化方法によれば、連続レーザ光の走査を繰り返すことにより、先に形成されている結晶のサイズを大きくすることが可能となる。
【００６０】
したがって、本発明を適用したａ−Ｓｉ薄膜２の結晶化方法によれば、ａ−Ｓｉを結晶化して結晶粒径が大きいｐ−Ｓｉを得ることが可能となる。すなわち、本発明を適用したａ−Ｓｉ薄膜２の結晶化方法によれば、電子やホールの移動度が高く、電気特性が良好なシリコン薄膜を得ることが可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明に係る非晶質シリコンの結晶化方法では、レーザ光の走査の開始点において、周辺領域に結晶核が発生しない。そして、結晶核が発生しない状態で、連続してエネルギーを射出するレーザ光を照射することにより、結晶がレーザ光の走査方向にラテラル成長する。すなわち、本発明に係る非晶質シリコンの結晶化方法では、１回の走査で１つの結晶を形成することが可能となる。
【００６２】
したがって、本発明に係る非晶質シリコンの結晶化方法によれば、非晶質シリコンを結晶化して結晶粒径が大きい多結晶シリコンを得ることが可能となる。すなわち、本発明に係る非晶質シリコンの結晶化方法によれば、電子やホールの移動度が高く、電気特性が良好なシリコンを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板上に形成されたシリコン薄膜を示す斜視図である。
【図２】本発明を適用した非晶質シリコンの結晶化方法において使用されるアニール装置を示す模式図である。
【図３】最初にＹ方向にレーザ光を照射している状態を示す模式図である。
【図４】レーザ光をＸ方向に走査している状態を示す模式図である。
【図５】開始点のスポットが走査開始結晶の外部にはみ出している状態を示す模式図である。
【図６】レーザ光を再度Ｘ方向に走査している状態を示す模式図である。
【図７】レーザ光を往復走査してレーザアニールを行っている状態を示す模式図である。
【図８】走査開始結晶を大きくする方法を説明するための模式図である。
【図９】結晶シリコンに照射されるレーザ光の波長と消衰係数との関係を示す図である。
【図１０】従来のレーザ光の走査方法を示す模式図である。
【符号の説明】
２ａ−Ｓｉ薄膜、２１_２走査開始結晶、３１第１の走査開始点、３２結晶

Claims

連続してエネルギーを射出する連続レーザ光が基板上に形成された非晶質シリコンからなる薄膜の表面に照射されることによって、上記薄膜の表面に形成されるスポットの平面形状が上記薄膜の表面上で定義される第１の方向に平行な方向を長軸とする略楕円形状となるように上記連続レーザ光を照射することによって、上記連続レーザ光を照射した上記薄膜の表面の第１のレーザ照射領域の外縁部にシリコンからなる結晶核を形成する結晶核形成工程と、
第１の方向と略垂直な、上記薄膜の表面上で定義される第２の方向に平行な方向に沿って上記スポットを上記結晶核が存在する結晶核存在領域から移動させながら上記連続レーザ光を上記薄膜の表面に照射することによって、上記結晶核を結晶成長させた結果、得られる複数の帯状の平面形状を有するシリコンからなる結晶を、上記連続レーザ光が照射された上記薄膜の表面上の第２のレーザ照射領域に形成する第１の結晶形成工程と、
上記スポットの平面形状が上記薄膜の表面の上記第２の方向に平行な方向を長軸とする略楕円形状となるように、上記連続レーザ光を上記第２のレーザ照射領域内に存在する結晶のうち任意の結晶に対して照射するレーザ照射工程と、
上記レーザ照射工程で上記連続レーザ光を上記第２のレーザ照射領域内に存在する結晶のうち任意の結晶に対して照射した状態で、上記レーザ照射工程で連続レーザ光が照射された結晶から上記第１の方向に平行な方向に沿って上記スポットを移動させながら上記連続レーザ光を上記薄膜の表面に照射することによって、シリコンからなる結晶を上記連続レーザ光が照射された上記薄膜の表面の第３のレーザ照射領域に形成する第２の結晶形成工程と、
上記レーザ光が上記薄膜の表面に照射されることによって上記薄膜の表面に形成されるスポットの位置を、上記第２のレーザ照射領域内で、かつ、上記スポットの一部と、上記第２の結晶形成工程で第３のレーザ照射領域に形成された結晶の一部とが重なり合うように調整した状態で、上記第１の方向に平行な方向に沿って上記スポットを移動させながら上記連続レーザ光を上記薄膜の表面に照射することによって、非晶質シリコンに対してアニール処理を行って多結晶シリコンからなる結晶を上記薄膜の表面に形成する第３の結晶形成工程と
を少なくとも含む非晶質シリコンの結晶化方法。
上記第２の結晶形成工程では、上記第２のレーザ照射領域内に存在する結晶の複数の異なる位置から上記スポットを上記第１の方向と平行な方向に沿って移動させながら上記連続レーザ光を上記薄膜の表面上に照射することによって、シリコンからなる結晶を上記連続レーザ光が照射された上記薄膜の表面上の複数の領域からなる第３のレーザ照射領域に形成し、
上記第３の結晶形成工程では、上記レーザ光が上記薄膜の表面に照射されることによって上記薄膜の表面に形成されるスポットの一部と、上記第２の結晶形成工程で上記各第３のレーザ照射領域に形成された結晶の一部とが重なり合うようにスポットの位置を調整した状態で、上記第１の方向に平行な方向に沿って上記スポットを移動させながら上記連続レーザ光を上記薄膜の表面上に照射することによって、非晶質シリコンに対してアニール処理を行って多結晶シリコンからなる結晶を上記薄膜の表面上に形成する請求項１記載の非晶質シリコンの結晶化方法。
上記連続レーザ光は、レーザ光を連続発振するレーザ光源から発振されている請求項１記載の非晶質シリコンの結晶化方法。
上記連続レーザ光は、波長が５００ｎｍ以下とされている請求項１記載の非晶質シリコンの結晶化方法。
上記連続レーザ光は、波長が４００ｎｍ以下とされている請求項１記載の非晶質シリコンの結晶化方法。