JP4566503B2 - レーザー処理装置並びに半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板又は半導体膜などをレーザービームを用いて結晶化又はイオン注入後の活性化をするレーザー処理装置及び当該レーザー装置を用いた半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程における半導体ウエハ又は非単結晶半導体膜の結晶化や、イオン注入後の結晶性の回復のためにレーザーアニールが行われている。従来のレーザーアニール方法においては特開平２−１８１４１９号公報に開示されているように、被照射物の全面にレーザービームが均一照射される方法や、特開昭６２−１０４１１７号公報に開示のスポット状のビームを走査する方法や、或いは特開平８−１９５３５７号公報に開示のレーザー処理装置のように光学系にて線状にビームを加工して照射していた。
【０００３】
ここでいうレーザーアニールとは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表される気体レーザー発振装置、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザー発振装置であり、レーザービームの照射によって半導体の表面層を数十〜数百ナノ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【０００４】
例えば、先に上げた特開昭６２−１０４１１７号公報においては、レーザービームの走査速度をビームスポット径×５０００／秒以上として非晶質半導体膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結晶化する技術が開示されている。
【０００５】
レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【０００６】
近年におけるレーザーアニールの積極的な活用は、ガラス基板上への多結晶シリコン膜の形成にあり、このプロセスは液晶表示装置のスイッチング素子として用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製に応用されている。エキシマレーザーを使うと半導体膜が形成された領域しか熱的な影響を与えないため、安価なガラス基板を用いることが可能となり大面積ディスプレイへの応用が実現されている。
【０００７】
また、レーザーアニールによって結晶化した多結晶シリコン膜で作製されるＴＦＴは比較的高い周波数で駆動できるので、画素に設けるスイッチング素子のみでなく、駆動回路をガラス基板上に形成することも可能となっている。パターンのデザインルールは５〜２０μm程度であり、駆動回路及び画素部にそれぞれ１０6〜１０7個程度のＴＦＴがガラス基板上に作り込まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーアニールよるアモルファスシリコンの結晶化は、溶融−固化の過程を経て成されるが、詳細には結晶核の生成とその核からの結晶成長との段階に分けて考えられている。しかしながら、パルスレーザービームを用いたレーザーアニールは、結晶核の生成位置と生成密度を制御することができず、自然発生するままにまかせている。従って、結晶粒はガラス基板の面内で任意の位置に形成され、そのサイズも０．２〜０．５μm程度と小さなものしか得られていない。結晶粒界には多数の欠陥が生成され、それがＴＦＴの電界効果移動度を制限する要因であると考えられている。
【０００９】
しかし、上記特開昭６２−１０４１１７号公報に係る技術では、半導体膜を完全に溶融しないため、非溶融領域に形成されると言われる結晶核に起因する結晶成長が支配的となり、結晶の大粒径化を実現することができない。具体的には、ＴＦＴのチャネル領域を形成する半導体膜の全面に渡って、実質的に単結晶状の結晶を形成することはできない。
【００１０】
そもそも、連続発振レーザーを走査して溶融−固化させながら結晶化する方法は、ゾーンメルティング法に近い方法であると考えられる。半導体を溶融するためには高いエネルギー密度が必要であるが、連続発振レーザーで高出力化を実現するのは困難であり、装置が大型化してしまうという欠点がある。結局光学系でビームを小さく集光して半導体に照射することになるが、大面積基板の全面に渡って結晶化を成し遂げるには相当の処理時間を要することになる。
【００１１】
半導体膜を加熱することができるレーザービームは、紫外域〜赤外域に渡って広い範囲で存在するが、基板状に形成された半導体膜又は半導体領域を選択的に加熱するには、半導体の吸収係数との関係で紫外域〜可視光域の波長を有するレーザービームを適用するのが好ましい。しかしながら、固体レーザー発振装置から放射されるレーザービームはコヒーレント性が強く照射面において干渉が発生し、均一なレーザービームを照射することができない。
【００１２】
本発明は、上記問題点を鑑みなされたものであり、大面積基板の全面にわたって、ＴＦＴを形成する位置に合わせてレーザービームを照射して結晶化させ、スループット良く大粒径の結晶半導体膜を形成することができるレーザー処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような目的を達成するために、レーザービームを主走査方向に偏向させる第１可動ミラーと、主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、副走査方向に走査する長尺の第２可動ミラーとを備え、第２可動ミラーはその長尺方向の軸を中心とした回転角により、レーザービームを副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する手段を備えているレーザー処理装置である。
【００１４】
また、他の発明の構成は、レーザービームを第１主走査方向に偏向させる第１可動ミラーと、第１主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、第１副走査方向に走査する長尺の第２可動ミラーとを備えた第１のレーザービーム走査系と、レーザービームを第２主走査方向に偏向させる第３可動ミラーと、第２主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、第２副走査方向に走査する長尺の第４可動ミラーとを備えた第２のレーザービーム走査系と、第２可動ミラーはその長尺方向の軸を中心とした回転角により、レーザービームを第１副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する手段と第４可動ミラーはその長尺方向の軸を中心とした回転角により、レーザービームを第２副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する手段とを備えているレーザー処理装置である。
【００１５】
好適な形態として、第１及び第３可動ミラーはガルバノミラー又はポリゴンミラーを適用することができる。
【００１６】
また、レーザービームを供給するレーザー発振装置は、固体レーザー、気体レーザーが適用される。
【００１７】
上記発明の構成において、レーザービームを第１可動ミラーで主走査方向に走査し、第２可動ミラーで副走査方向に走査することにより、被処理物上において任意の位置にレーザービームを照射することが可能となる。また、このようなレーザービーム走査手段を複数設け、二軸方向からレーザービームを被形成面に照射することによりレーザー処理の時間を短縮することができる。
【００１８】
本発明のレーザー処理装置は、レーザー発振装置と、当該レーザー発振装置から出力されるレーザービームを主走査方向に偏向させる第１偏向手段とを含む光学系を一組として、これを複数個配置し、主走査方向に偏向された複数のレーザービームを受光して、副走査方向に走査する第２偏向手段とを備えたレーザー処理装置である。ここで、第２偏向手段はその一軸方向の軸を中心とした回転角により、複数のレーザービームを副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する機能を有している。
【００１９】
第１の偏向手段としては、回転角を任意に設定できる可動ミラーが適しており、代表的にはガルバノミラーを適用することができる。第２の偏向手段としては、複数のレーザービームを受光可能な程度の面積を有するもので長尺であり、その長尺方向の軸を中心として回転可能な可動ミラーが適している。この２つのミラーの回転角により、被処理物に照射されるレーザービームを主走査方向と副走査方向とにより、任意の位置に照射することができる。また、２つのミラーの角度を連続的に変化させることによりレーザービームを走査することが可能となる。
【００２０】
また、他の構成として、レーザー発振装置と、当該レーザー発振装置から出力されるレーザービームを第１主走査方向に偏向させる第１偏向手段とを含む光学系を一組として、これを一方向に複数個配置し、第１主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、第１副走査方向に走査する第２偏向手段と、レーザー発振装置と、当該レーザー発振装置から出力されるレーザービームを第２主走査方向に偏向させる第３偏向手段とを含む光学系を一組として、これを一方向に複数個配置し、第２主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、第２副走査方向に走査する第４偏向手段とを備えたレーザー処理装置である。ここで、第２及び第４偏向手段はその一軸方向の軸を中心とした回転角により、複数のレーザービームを副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する機能を有している。この構成により、被処理物に照射して且つ走査することが可能なレーザービームの本数を増やすことができ、レーザー処理に必要な時間を短縮することができる。
【００２１】
上記光学系の構成において走査速度が照射角にかかわらず一定となるように補正する手段として、ｆθレンズを設ける。レーザー発振装置には、気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置が適用され、特に連続発振可能なレーザー発振装置を適用する。連続発振の固体レーザー発振装置としては、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌ5Ｏ12などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使ったレーザー発振装置が適用される。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振する。非晶質半導体膜を結晶化させるためにはレーザービームを半導体膜で選択的に吸収させるために、可視域から紫外域の波長のレーザービームを適用し、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、アモルファスシリコンの結晶化に際して、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。その他に、アルゴンレーザー、クリプトンレーザー、エキシマレーザーなどの気体レーザー発振装置を適用することもできる。
【００２２】
固体レーザー発振装置から発せられ、放射されるレーザービームはコヒーレント性が強く照射面において干渉が発生してしまうので、これを打ち消す手段として、異なるレーザー発振装置から放射される複数のレーザービームを照射部において重ね合わせる構成とする。このような構成とすることにより、干渉を除去するばかりでなく、照射部における実質的なエネルギー密度を増加させることができる。また、他の手段として、異なるレーザー発振装置から放射される複数のレーザービームを、光学系の途中で同一の光軸に重ね合わせた構成としても良い。
【００２３】
上記干渉を除去する手段を設けたレーザー処理装置の構成としては、ｎ（ｎ＝自然数）個の光学系を有し、第ｎの光学系は、第ｎのレーザー発振装置と、第ｎのＹ軸方向にレーザービームを操作する偏向手段と、第ｎのＸ軸方向にレーザービームを走査する偏向手段と、第ｎのｆθレンズと、から成り、ｎ個の光学系により集光され偏向されたｎ本のレーザービームは、被処理物の概略同一位置に照射する構成をもって実現することができる。偏向手段としてはガルバノミラーを適用することができる。
【００２４】
上記レーザー処理装置の構成により、半導体膜を溶融させるのに十分なエネルギー密度のレーザービームを、照射部において干渉を生じさせることなく照射することができる。また、偏向手段によりレーザービームを走査することにより大面積基板の全面に渡って非晶質半導体膜の結晶化をすることができる。
【００２５】
また、レーザービームは被処理物の全面を走査して照射する必要はなく、場所を指定して特定領域のみ照射すれば済むが、本発明のレーザー処理装置の構成は、可動ミラーを複数組み合わせることによりそれを実現している。さらに、そのレーザービームを同一照射部に重ね合わせることにより干渉の影響を除去することができる。
【００２６】
一方、上記問題点を解決するための本発明の半導体装置の作製方法は、複数のレーザービームを主走査方向に偏向させる第１偏向手段と、副走査方向に走査する第２偏向手段とにより、前記複数のレーザービームを一方向に走査して、絶縁表面上に形成された非晶質構造を有する半導体膜を結晶化又は半導体膜の結晶性の回復をさせるものである。当該レーザービームを走査する方向は、ＴＦＴのチャネル長方向に合わせることで、チャネル長方向と交差する結晶粒界の発生確率を低減し、キャリアの移動度を向上させることができる。
【００２７】
他の構成として、複数の第１レーザービームを第１主走査方向に偏向させる第１偏向手段と、第１副走査方向に走査する第２偏向手段と、複数の第２レーザービームを第２主走査方向に偏向させる第３偏向手段と、第２副走査方向に走査する第４偏向手段とにより、前記複数のレーザービームを一方向に走査して、絶縁表面上に形成された非晶質半導体膜を結晶化又は結晶性の回復をさせるものである。
【００２８】
レーザービームは連続発振の固体レーザー発振装置から出力されるレーザービームであり、半導体膜を選択的に過熱するために、吸収係数が１０3cm-1以上である波長帯のレーザービームであることが望ましい。シリコン又はシリコンゲルマニウムなどの半導体にあっては、波長７００nm以下の波長帯（可視域〜紫外域）にあるレーザービームが望ましい。
【００２９】
レーザービームを照射する領域は、半導体膜の全面である必要はなく、レーザービームを断続的に照射して、非晶質半導体膜の選択された領域を結晶化又は結晶性の回復をさせれば良い。
【００３０】
上記構成により、大面積基板の全面にわたって、ＴＦＴを形成する位置に概略合わせてレーザービームを照射して結晶化させ、スループット良く大粒径の結晶質半導体膜を得ることができる。
【００３１】
尚、本発明でいう非晶質半導体膜とは、狭義の意味で、完全な非晶質構造を有するものだけではなく、微細な結晶粒子が含まれた状態、又はいわゆる微結晶半導体膜、局所的に結晶構造を含む半導体膜を含む。代表的には非晶質シリコン膜が適用され、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などを適用することもできる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
[実施の形態１]
図２３は本発明のレーザー処理装置の一例を示している。図示したレーザー処理装置は、連続発振又はパルス発振が可能な固体レーザー１１、レーザービームを集光するためのコリメータレンズ又はシリンドリカルレンズなどのレンズ１２、レーザービームの光路を変える固定ミラー１３、レーザービームを２次元方向に放射状にスキャンするガルバノミラー１４、ガルバノミラー１４からのレーザービームを受けて載置台１６の被照射面にレーザービームを向ける可動ミラー１５から成っている。ガルバノミラー１４の光軸と可動ミラー１５の光軸を交差させ、それぞれ図示するθ方向にミラーを回転させることにより、載置台１６上に置かれた基板１７の全面にわたってレーザービームを走査させることができる。
可動ミラー１５はｆθミラーとして、光路差を補正して被照射面におけるビーム形状を補正することもできる。
【００３４】
図２３はガルバノミラー１４と、可動ミラー１５により載置台１６上に置かれた基板１７の一軸方向にレーザービームを走査する方式である。図２４に示すように、より好ましい形態としては、図２３の構成に加えてハーフミラー１８、固定ミラー１９、ガルバノミラー２０、可能ミラー２１を加えて二軸方向（ＸとＹ方向）同時にレーザービームを走査しても良い。このような構成にすることにより処理時間を短縮することができる。尚、ガルバノミラー１４、２０はポリゴンミラーと置き換えても良い。
【００３５】
レーザーとして好ましいものは固体レーザーであり、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌ5Ｏ12などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使ったレーザーが適用される。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振する。非単結晶半導体膜の結晶化には、レーザービームを半導体膜で選択的に吸収させるために、当該発振波長の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、アモルファスシリコンの結晶化に際して、Ｎｄ:ＹＡＧレーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。
【００３６】
発振はパルス発振、連続発振のいずれの形態でも良いが、半導体膜の溶融状態を保って連続的に結晶成長させるためには、連続発振のモードを選択することが望ましい。
【００３７】
基板上にレーザーアニールにより結晶化させた半導体膜でＴＦＴを形成する場合、結晶の成長方向とキャリアの移動方向とを揃えると高い電界効果移動度を得ることができる。即ち、結晶成長方向とチャネル長方向とを一致させることで電界効果移動度を実質的に高くすることができる。
【００３８】
連続発振するレーザービームを非単結晶半導体膜に照射して結晶化させる場合には、固液界面が保持され、レーザービームの走査方向に連続的な結晶成長を行わせることが可能である。図２４において示すように、駆動回路一体型のアクティブマトリクス型液晶表示装置を形成するためのＴＦＴ基板（主としてＴＦＴが形成された基板）２２には、画素部２３の周辺に駆動回路部２４、２５が設けられる。図２４に示すのはそのようなレイアウトを考慮したレーザー処理装置の形態であり、二軸方向からレーザービームを入射する構成とすることにより、ガルバノミラー１４、２０及び可動ミラー１５、２１の組み合わせで、図２４中矢印で示すＸ方向及びＹ方向にレーザービームを同期又は非同期させて照射することが可能である。即ち、ＴＦＴのレイアウトに合わせて、場所を指定してレーザービームを照射することを可能としている。
【００３９】
次に、図２５を参照しては非単結晶半導体膜の結晶化と、形成された結晶半導体膜を用いてＴＦＴを形成する工程を説明する。図２５（１−Ｂ）は縦断面図であり、非単結晶半導体膜５３がガラス基板５１上に形成されている。非単結晶半導体膜５３の代表的な一例はアモルファスシリコン膜であり、その他にアモルファスシリコンゲルマニウム膜などを適用することができる。厚さは１０〜２００nmが適用可能であるが、レーザービームの波長及びエネルギー密度によりさらに厚くしても良い。また、ガラス基板５１と非単結晶半導体膜５３との間にはブロッキング層５２を設け、ガラス基板からアルカリ金属などの不純物が半導体膜中へ拡散しないための手段を施しておくことが望ましい。ブロッキング層５２としては、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などを適用する。
【００４０】
レーザービーム５０の照射によって結晶化が成され、結晶半導体膜５４を形成することができる。レーザービーム５０は図２５（１−Ａ）に示すように、想定されるＴＦＴの半導体領域５５の位置に合わせて走査するものである。ビーム形状は矩形、線形、楕円系など任意なものとすることができる。光学系にて集光したレーザービームは、中央部と端部で必ずしもエネルギー強度が一定ではないので、半導体領域５５がビームの端部にかからないようにすることが望ましい。
【００４１】
レーザービームの走査は一方向のみの走査でなく、往復走査をしても良い。その場合には１回の走査毎にレーザーエネルギー密度を変え、段階的に結晶成長をさせることも可能である。また、アモルファスシリコンを結晶化させる場合にしばしば必要となる水素出しの処理を兼ねることも可能であり、最初に低エネルギー密度で走査し、水素を放出した後、エネルギー密度を上げて２回目に走査で結晶化を完遂させても良い。
【００４２】
その後、図２５（２−Ａ）及び（２−Ｂ）に示すように、形成された結晶半導体膜をエッチングして、島状に分割された半導体領域５５を形成する。トップゲート型ＴＦＴの場合には、半導体領域５５上にゲート絶縁膜５６、ゲート電極５７、一導電型不純物領域５８を形成してＴＦＴを形成することができる。その後、必要に応じて配線や層間絶縁膜等を形成すれば良い。
【００４３】
このようなレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１０〜８０cm/secとすることによりそれを実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒径化を実現することができる。
【００４４】
本発明のレーザー処理装置は、このような状況において、基板の任意の位置を指定してレーザービーム照射して結晶化することを可能とするものであり、二軸方向からレーザービームを照射することにより、さらにスループットを向上させることができる。
【００４５】
[実施の形態２]
図１は本発明に係るレーザー処理装置であり、複数のレーザー発振装置を用いた構成の一例を示す。図１で示すレーザー処理装置は、複数のレーザービームを被処理物に同時に照射すると共に、当該レーザービームを走査することが可能なレーザー処理装置である。
【００４６】
図示したレーザー処理装置は、連続発振又はパルス発振が可能な固体レーザー発振装置１０１、レーザービームを集光するためのコリメータレンズ又はシリンドリカルレンズなどのレンズ１０２、レーザービームの光路を変える固定ミラー１０３、レーザービームを２次元方向に放射状にスキャンする第１可動ミラー１０４、レーザービームを走査した場合に走査速度が一定となるようにするｆθレンズ１０５が設けられている。ここでは便宜上、これらの構成をまとめて一つの光学系と見なす。図１で示すレーザー処理装置は、このような光学系が５系統配置されている構成を示している。勿論、光学系の数に限定はなく複数のレーザービームが供給される手段が備えられていれば良い。
【００４７】
さらに、複数の光学系から供給される複数のレーザービームを受けて、載置台１０７の被処理物１０８にレーザービームを偏向する第２可動ミラー１０６が備えられている。レーザービームを主走査方向と副走査方向とに走査するには、第１可動ミラー１０４と第２可動ミラー１０６の光軸を交差させる。このような構成により載置台１０７上に置かれた被処理物１０８の全面にわたってレーザービームを走査させることができる。尚、この構成における第１可動ミラー１０４と第２可動ミラー１０６とは偏向手段として用いられるものである。
【００４８】
被処理物に照射されたレーザービームは表面で反射して、再び光学系に入射することによりレーザー発振装置にダメージを与えることが問題となるので、レーザービームは所定の角度をもって被処理物に入射させることが望ましい。
【００４９】
尚、ここでは光学系にｆθレンズ１０５を設ける構成を示しているが、その代わりに第２可動ミラー１０６をｆθミラーとして、光路差を補正して被照射面におけるビーム形状を補正しても良い。
【００５０】
レーザー発振装置として好ましいものは固体レーザー発振装置であり、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌ5Ｏ12などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使ったレーザー発振装置が適用される。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振する。非単結晶半導体膜の結晶化には、レーザービームを半導体膜に選択的に吸収させるために、当該発振波長の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、非晶質シリコンの結晶化に際してＮｄ:ＹＡＧレーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。その他に、アルゴンレーザー、クリプトンレーザー、エキシマレーザーなどの気体レーザー発振装置を適用することもできる。発振はパルス発振、連続発振のいずれの形態でも良いが、半導体膜の溶融状態を保って連続的に結晶成長させるためには、連続発振のモードを選択することが望ましい。
【００５１】
基本波は非線形素子を含む波長変換器によって第２高調波、第３高調波、第４高調波に変調することができる。この波長変換器は前述の光学系の一部に組み入れるか、レーザー発振装置本体に組み入れれば良い。図１で示すレーザー発振装置１０１は、レーザー発振装置本体に波長変換器が組み入れられたものとする。
【００５２】
図２で示すレーザー処理装置の構成は、図１と同様に、連続発振又はパルス発振が可能なレーザー発振装置１０１、レーザービームを集光するためのコリメータレンズ又はシリンドリカルレンズなどのレンズ１０２、レーザービームの光路を変える固定ミラー１０３、レーザービームを２次元方向に放射状にスキャンする第１可動ミラー１０４が備えられた光学系が複数配置され、それに対応して長尺の第２可動ミラー１０６を複数個設けた構成を示している。このような構成としても同様に、載置台１０７上に置かれた被処理物１０８の全面にわたってレーザービームを走査させることができる。また、ｆθレンズ又はｆθミラーを備えた構成としても良い。
【００５３】
図３で示すレーザー処理装置の構成は、一組の光学系に対し複数のレーザー発振装置１０１を用いて複数のレーザービームを固定ミラー１１０とプリズム１１１とを用いて一つのレーザービームに合成した後、固定ミラー１０３に入射する構成となっている。異なるレーザー発振装置から放射される位相が異なるレーザービームを合成することにより、照射部において干渉によりエネルギー密度に分布が生じるのを抑えることができる。その他の構成は図１と同様であり、レンズ１０２、固定ミラー１０３、第１可動ミラー１０４、ｆθレンズ１０５、第２可動ミラー１０６が備えられ、載置台１０７上に被処理物１０８が置かれる構成となっている。
【００５４】
また、他のレーザー処理装置の形態として複数の光学系から供給される複数のレーザービームを異なる二つの方向から照射する構成を図４に示す。図４の構成では、レーザー発振装置１０１、レンズ１０２、固定ミラー１０３、第１可動ミラー１０４から成る第１光学系と、レーザー発振装置１０１、レンズ１０２、固定ミラー１５０、第１可動ミラー１５１から成る第２光学系とが配置され、第２可動ミラー１０６にて載置台１０７上の被処理物１０８に複数のレーザービームを照射する第１経路と、第２可動ミラー１５２にて載置台１０７上の被処理物１０８に複数のレーザービームを照射する第２経路とが設けられ、この両者を同時に操作することにより一層の処理時間の短縮を図ることができる。
【００５５】
基板上にレーザーアニールにより結晶化させた結晶質半導体膜でＴＦＴを形成する場合、結晶の成長方向とキャリアの移動方向とを揃えると高い電界効果移動度を得ることが可能となる。即ち、結晶成長方向とチャネル長方向とを一致させることで電界効果移動度を実質的に高くすることができる。連続発振するレーザービームを非単結晶半導体膜に照射して結晶化させる場合には固液界面が保持され、レーザービームの走査方向に連続的な結晶成長を行わせることが可能である。
【００５６】
ＴＦＴを用いるアクティブマトリクス型表示装置は、その機能的な区分から画素部と駆動回路部とに構成を分けて見ることができる。結晶質半導体膜を用いたＴＦＴではそれらを同一基板上に一体形成することが可能である。ここでは、これらが一体形成された基板をＴＦＴ基板と呼ぶが、生産工程では、大型のガラス基板（マザーガラスと呼ばれる）に複数のＴＦＴ基板を作り込み、工程の最終段階で分断する工法が実施されている。
【００５７】
図４において二点鎖線で囲まれた領域２００の詳細を図５に示す。図５で示すように、被処理物１０８（マザーガラス）に駆動回路一体型のアクティブマトリクス型表示装置を形成するためのＴＦＴ基板２０１では、画素部２０２の周辺に駆動回路部２０３、２０４が設けられている。図４で説明したように、二つの方向からレーザービームを照射する構成では、第１可動ミラー１０４と第２可動ミラー１０６、及び第１可動ミラー１５１と第２可動ミラー１５２との組み合わせにより図中で示すＸ方向及びＹ方向にレーザービームを同期又は非同期に照射することが可能であり、ＴＦＴのレイアウトに合わせて、場所を指定してレーザービームを照射することを可能としている。
【００５８】
上記レーザー処理装置の構成により、半導体を溶融させるのに十分なエネルギー密度のレーザービームを、照射部において干渉を生じさせることなく照射することができる。また、偏向手段によりレーザービームを走査することにより大面積基板の全面に渡って非晶質半導体膜の結晶化をすることができる。また、レーザービームは被処理物の全面を走査して照射する必要はなく、場所を指定して特定領域のみ照射すれば済むが、上記レーザー処理装置の構成は可動ミラーを複数組み合わせることによりそれを実現している。さらに、そのレーザービームを同一照射部に重ね合わせることにより干渉の影響を除去することができる。
【００５９】
[実施の形態３]
レーザービームを照射面において重ね合わせ、レーザー処理に必要なエネルギー密度を得て、光の干渉を除去することが可能な構成を図９と図１０を用いて説明する。図９はそのようなレーザー処理装置の構成を示す上面図であり、図１０はそれに対応する断面図であり、同じ構成を異なる角度から説明する図である。
図９と図１０においては説明の便宜上、共通の符号を用いる。
【００６０】
第１光学系４０１は、レーザー発振装置３０１ａ、レンズ群３０２ａ、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａ、ｆθレンズ３０５ａから成っている。ここで、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａが偏向手段として設けられたものである。
【００６１】
第２光学系４０２、第３光学系４０３も同様の構成であり、レーザービームは第１ガルバノミラーと第２ガルバノミラーの回転角により偏向方向が制御され、載置台３０６上の被処理物３０７に照射される。ビームはレンズ群３０２及び必要があればスリット等を設けることで任意の形状とすることができるが、概略数十μm〜数百μmの円形、楕円形、又は矩形とすれば良い。載置台３０６は固定とするが、レーザービームの走査と同期させることも可能であるので、ＸＹθ方向に移動可能としても良い。
【００６２】
そして、第１乃至第３の光学系により被処理物に照射されるレーザービームを重ね合わせることにより、レーザー処理に必要なエネルギー密度を得て、光の干渉を除去することが可能となる。異なるレーザー発振装置から放射されるレーザービームはそれぞれ位相が異なっているので、これらを重ね合わせることにより干渉を低減することができる。
【００６３】
尚、ここでは第１乃至第３光学系から放射される３本のレーザービームを重ね合わせる構成を示しているが、同様の効果はこの数に限定されず、複数本のレーザービームを重ね合わせることで目的は達せられる。
【００６４】
[実施の形態４]
本発明のレーザー処理装置は、非晶質半導体膜の結晶化、イオン注入領域の結晶性の回復及び価電子制御不純物の活性化に適用することができる。図１１は非晶質半導体膜の結晶化におけるレーザー処理工程を説明する図である。
【００６５】
図１１（Ａ）において、基板１００１上にブロッキング層１００２、非晶質半導体膜１００３が形成されている。レーザービームの照射部１００５は、ＴＦＴを形成するための半導体領域１００４が含まれる位置に合わせて照射すれば良い。照射部１００５は、半導体領域１００４よりも広い領域を走査して、半導体領域１００４の周辺部分まで含めて結晶化する。しかし、それは非晶質半導体膜１００３の全面を結晶化する必要はない。
【００６６】
非晶質半導体膜が結晶化することによって、含有する水素の放出や、原子の再配列による緻密化が起こり体積の収縮が発生する。従って、非晶質領域と結晶領域の界面では、格子連続性も確保されず、歪みが生じることになる。図１１（Ａ）の様に結晶化領域１００６の内側にＴＦＴの半導体領域１００４を含ませることは、この歪み領域を除去することでもある。
【００６７】
レーザー処理が済んだ後、図１１（Ｂ）で示すように、エッチングにより非晶質半導体膜１００３及び、結晶化領域１００６の不要な部分を除去して半導体領域１００４を形成する。その後、図１１（Ｃ）に示す如く、ゲート絶縁膜１００７及びゲート電極１００８を形成し、また、半導体領域にソース及びドレイン領域を形成し、必要な配線を設ければＴＦＴを形成することができる。
【００６８】
ＴＦＴを用いるアクティブマトリクス型表示装置は、その機能的な区分から画素部と駆動回路部とに構成を分けて見ることができる。結晶質半導体膜を用いたＴＦＴではそれらを同一基板上に一体形成することが可能である。図１２はＴＦＴ基板１２０１と、レーザービームの照射方向との関係を詳細に示すものである。ＴＦＴ基板１２０１には画素部１２０２、駆動回路部１２０３、１２０４が形成される領域を点線で示している。結晶化の段階では、全面に非単結晶半導体膜が形成されているが、ＴＦＴを形成するための半導体領域は基板端に形成されたアライメントマーカー等により特定することができる。
【００６９】
例えば、駆動回路部１２０３は走査線駆動回路を形成する領域であり、その部分拡大図１３０１にはＴＦＴの半導体領域１２５１、１２５２とレーザービーム１４０１ａ、１４０１ｂの走査方向を示している。半導体領域１２５１、１２５２の形状は任意なものを適用することができるが、いずれにしてもチャネル長方向とレーザービームの走査方向とを揃えている。即ち、半導体領域１２５１に対するレーザービーム１４０１ａの走査方向と、半導体領域１２５２に対するレーザービーム１４０１ｂの走査方向とは、同じ駆動回路部であっても異なっている。
【００７０】
また、駆動回路部１２０３と交差する方向に配設する駆動回路部１２０４はデータ線駆動回路を形成する領域であり、半導体領域１２５３、１２５４の配列と、レーザービーム１４０２ａ、１４０２ｂの走査方向を一致させる（拡大図１３０２）。また、画素部１２０２も同様であり、拡大図１３０３に示す如く半導体領域１２５５、１２５６の配列に対して、チャネル長方向に合わせてレーザービーム１４０３ａ、１４０３ｂを走査させる。拡大図１３０３で示す半導体領域１２５５、１２５６の配置は、画素の配置をデルタ配置とすることも可能である。
【００７１】
一方、図１３に示すようにＴＦＴ基板１２０１に形成する半導体領域の配列を、画素部１２０２、駆動回路部１２０３、１２０４の全てにおいて同一の方向に合わせる配置とすることもできる。図１３における拡大図１３０５の半導体領域１２５８とレーザービーム１４０５の走査方向、拡大図１３０４の半導体領域１２５７とレーザービーム１４０４の走査方向、拡大図１３０６における半導体領域１２５９とレーザービーム１４０６の走査方向は全て同一方向としている。この配列により、レーザービームは全て同一方向に走査すれば良いので、処理時間をより短縮することが可能である。
【００７２】
このようなレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１０〜８０cm/secとすることによりそれを実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒径化を実現することができる。
【００７３】
レーザービームを走査する方向は一方向に限定されるものではなく、また、往復走査をしても良い。このようなレーザービームの走査は実施の形態１及び２で示す構成のレーザー処理装置で行うことが可能である。本発明のレーザー処理装置は、基板の任意の位置を指定してレーザービーム照射して結晶化することを可能とするものであり、二軸方向から複数のレーザービームを照射することにより、さらにスループットを向上させることができる。
【００７４】
【実施例】
[実施例１]
図４の構成に基づいた本発明のレーザー処理装置の詳細な構成を図６〜８を参照して説明する。尚、図６は本発明のレーザー処理装置の上面図であり、図７はそれに対応する断面図である。また、図８は制御信号の接続経路を説明する図であり、これらの図は相互に関連するものであるから、便宜上同じ符号を用いて説明する。
【００７５】
図６ではＸ方向及びＹ方向の二方向から複数のレーザービームが照射される構成となっている。Ｘ方向からは、レーザー発振装置５０１ａ〜５０１ｅから放射されるレーザービームが、レンズ群５０２、固定ミラー５０３、第１可動ミラー５０４、ｆθレンズ５０５、第２可動ミラー５０６により被処理物に照射される。レーザービームは第１可動ミラー５０４と第２可動ミラー５０６により偏向され被処理物の照射面を走査することができる。また、Ｙ方向からは、レーザー発振装置５０１ｆ〜５０１ｊから放射されるレーザービームが、レンズ群５０２、固定ミラー５０７、第１可動ミラー５０８、ｆθレンズ５０９、第２可動ミラー５１０により被処理物に照射される。
【００７６】
図７において側面図Ａと側面図Ｂで示すように、Ｘ方向から入射するレーザービームの経路と、Ｙ方向から入射するレーザービームの経路は段差をもって配置することにより、装置を小型化することができる。被処理物を保持する載置台はその下に配置され、いずれにしても被処理物に入射するレーザービームは特定の角度をもって入射する。被処理物に入射するレーザービームは一対の可動ミラーによって、特定の照射位置に照射することができるが、レーザービームの放射と第１可動ミラー５０４、５０８及び第２可動ミラー５０６、５１０の角度及び、被処理物を保持するカセット５１２から搬送手段５１１による被処理物の搬出入は、図８で示すように制御手段５２０によって集中的に制御する。
【００７７】
レーザービームの照射は、その目的により不活性雰囲気中、酸化性雰囲気中、還元性雰囲気中で行われる。被処理物は配置された処理室の雰囲気を制御する手段として、気体供給手段５１３が備えられている。また、処理室内部の気体を循環させるための気体循環手段５１４が備えられている。ここでは図示しなかったが、処理室内を減圧に制御する手段が備えられていても良い。
【００７８】
上記レーザー処理装置の構成によりレーザービームを走査することで、大面積基板の全面に渡って非晶質半導体膜の結晶化をすることができる。また、レーザービームは被処理物の全面を走査して照射するのではなく、場所を指定して特定領域のみ照射することが可能であり、上記レーザー処理装置の構成は可動ミラーを複数組み合わせることによりそれを実現している。さらに、そのレーザービームを同一照射部に重ね合わせることにより干渉の影響を除去することができる。
【００７９】
[実施例２]
図１４を参照しては非晶質半導体膜の結晶化と、形成された結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを形成する工程を説明する。図１４（１−Ｂ）は縦断面図であり、非単結晶半導体膜６０３がガラス基板６０１上に形成されている。非単結晶半導体膜６０３の代表的な一例は非晶質シリコン膜であり、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜などを適用することができる。厚さは１０〜２００nmが適用可能であるが、レーザービームの波長及びエネルギー密度によりさらに厚くしても良い。また、ガラス基板６０１と非単結晶半導体膜６０３との間にはブロッキング層６０２を設け、ガラス基板からアルカリ金属などの不純物が半導体膜中へ拡散しないための手段を施しておくことが望ましい。ブロッキング層６０２としては、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などを適用する。
【００８０】
レーザービーム６００の照射によって結晶化が成され、結晶半導体膜６０４を形成することができる。レーザービーム６００は図１４（１−Ａ）に示すように、想定されるＴＦＴの半導体領域６０５の位置に合わせて走査するものである。
ビーム形状は矩形、線形、楕円系など任意なものとすることができる。光学系にて集光したレーザービームは、中央部と端部で必ずしもエネルギー強度が一定ではないので、半導体領域６０５がビームの端部にかからないようにすることが望ましい。
【００８１】
レーザービームの走査は一方向のみの走査でなく、往復走査をしても良い。その場合には１回の走査毎にレーザーエネルギー密度を変え、段階的に結晶成長をさせることも可能である。また、非晶質シリコン膜を結晶化させる場合にしばしば必要となる水素出しの処理を兼ねることも可能であり、最初に低エネルギー密度で走査し、水素を放出した後、エネルギー密度を上げて２回目の走査で結晶化を完遂させても良い。
【００８２】
その後、図１４（２−Ａ）及び（２−Ｂ）に示すように、形成された結晶半導体膜をエッチングして、島状に分割された半導体領域６０５を形成する。トップゲート型ＴＦＴの場合には、半導体領域６０５上にゲート絶縁膜６０６、ゲート電極６０７、一導電型不純物領域６０８を形成してＴＦＴを形成することができる。その後、必要に応じて配線や層間絶縁膜等を形成すれば良い。
【００８３】
このようなレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１０〜８０cm/secとすることによりそれを実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒径化を実現することができる。
【００８４】
[実施例３]
実施例２で示すＴＦＴの作製方法は、ゲート電極が基板と半導体膜の間に配置されるボトムゲート型のＴＦＴの作製工程にも適用できる。図１５（Ａ）で示すように基板７０１上にＭｏ又はＣｒで形成されたゲート電極７０２が形成され、窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜を積層したゲート絶縁膜７０３が形成されている。その上に、非晶質シリコン膜７０４が形成されており、レーザービーム７００の照射により結晶質シリコン膜７０５を形成することができる。
【００８５】
図１５（Ｂ）はボトムゲート型ＴＦＴの他の形態であり、ゲート絶縁膜７０６の表面が平坦化された状態を示している。平坦化は化学的機械研磨により平坦化すれば良い。ボトムゲート型ＴＦＴの場合、ゲート電極が先に形成されることによりゲート絶縁膜の表面には段差が形成される。結晶成長においてこのような段差部は、結晶成長の基点、即ち結晶核となる確率が高く、一様な結晶成長を阻害する要因となる。従って、均質な結晶成長を成し遂げるためにはゲート絶縁膜の表面を平坦化しておくことが望ましいと考えられる。
【００８６】
結晶質シリコン膜７０５が形成された後は、半導体領域の形成、ソース及びドレイン領域の形成等、公知の方法に従えばボトムゲート型ＴＦＴを形成することができる。
【００８７】
[実施例４]
本発明のレーザー処理装置を用いてＣＭＯＳ型のＴＦＴを作製する一例について、図１６を参照して説明する。
【００８８】
図１６（Ａ）において、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス基板９０１上に、窒化酸化シリコンを用いてブロッキング層９０２を２００nmの厚さで形成する。その後、非晶質シリコン膜９０３をプラズマＣＶＤ法で１００nmの厚さに形成する。結晶化は、連続発振のレーザービーム９００を照射することにより行うが、当該レーザービーム９００の照射は非晶質シリコン膜９０３の全面に対して行う必要はない。
【００８９】
図１６（Ｂ）は島状に分割した活性層形成領域９０５、９０６の形態を示しているが、図１６（Ａ）と（Ｂ）を対比して分かるように、活性層形成領域は結晶化領域の内側に形成されるようにする。非晶質シリコン膜が結晶化することによって、含有する水素の放出や、原子の再配列による緻密化が起こり体積の収縮が発生する。従って、非晶質領域と結晶領域の界面では、格子連続性も確保されず、歪みが生じることになる。そこで、結晶化領域９０４の内側にＴＦＴの活性層形成領域９０５を形成することは、この歪み領域を除去することでもある。また、図１７（Ａ）はこの状態の上面図を示している。
【００９０】
尚、ここで活性層とは、ＴＦＴのチャネル形成領域及びソース又はドレイン領域などのように価電子制御された不純物領域を含む半導体領域を指していう。
【００９１】
さらに、ゲート絶縁膜９０７を８０nmの厚さで形成する。ゲート絶縁膜９０７はプラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を反応ガスとして酸化窒化シリコン膜で形成する。この活性層は、（１００）面の配向率が高いため、その上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができ、それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。
【００９２】
図１６（Ｃ）において、ゲート絶縁膜９０７上には、ゲート電極９０８、９０９を形成する。ゲート電極を形成する材料としては、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性材料又はこれらの合金を適用し、４００nmの厚さに形成する。
【００９３】
図１６（Ｄ）は不純物領域の形成であり、イオンドーピング法により、ｎチャネル型ＴＦＴに対するソース又はドレイン領域９１０、低濃度ドレイン（ＬＤＤ）領域９１１、及びｐチャネル型ＴＦＴに対するソース又はドレイン領域９１２を形成する。
【００９４】
イオンドーピングにより、不純物元素を注入した領域の結晶性が破壊され、非晶質化する。結晶性の回復と、不純物元素の活性化による低抵抗化を実現するために、レーザー処理を行う。レーザー処理は本発明のレーザー処理装置によって行うことができる。また、水素雰囲気（還元雰囲気）中でレーザー照射を行って水素化を兼ねておこなっても良い。
【００９５】
その後、図１６（Ｅ）に示すように窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜で層間絶縁膜９１４を形成する。次いで、各半導体層の不純物領域に達するコンタクトホールを形成し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａなどを用いて配線９１５、９１６を形成する。さらに、窒化シリコン膜でパッシベーション膜９１７を形成する。図１７（Ｂ）はこの状態の上面図を示している。
【００９６】
こうしてｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを形成することができる。
ここではそれぞれのＴＦＴを単体として示しているが、これらのＴＦＴを使ってＣＭＯＳ回路やＮＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路を形成することができる。本発明により形成される結晶質シリコン膜はチャネル長方向と平行に結晶成長が成されるので、実質的にキャリアが横切る結晶粒界が無くなり、高い電界効果移動度を得ることができる。こうして作製されるＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置や発光素子を用いた表示装置を作製するためのＴＦＴとして、また、ガラス基板上にメモリやマイクロプロセッサを形成するためのＴＦＴとして用いることができる。
【００９７】
[実施例５]
実施例４と同様に作製されるＴＦＴを用いてアクティブマトリクス駆動型の表示装置を実現するためのＴＦＴ基板（ＴＦＴが形成された基板）の構成例を図１８により説明する。図１８では、ｎチャネル型ＴＦＴ１８０１、ｐチャネル型ＴＦＴ１８０２、ｎチャネル型ＴＦＴ１８０３を有する駆動回路部１８０６と、画素ＴＦＴ１８０４、容量素子１８０５とを有する画素部１８０７が同一基板上に形成されている。
【００９８】
駆動回路部１８０６のｎチャネル型ＴＦＴ１８０１はチャネル形成領域８６２、ゲート電極８１０と一部が重なる第２不純物領域８６３とソース領域又はドレイン領域として機能する第１不純物領域８６４を有している。ｐチャネル型ＴＦＴ１８０２にはチャネル形成領域８６５、ゲート電極８１１と一部が重なる第４不純物領域８６６とソース領域又はドレイン領域として機能する第３不純物領域８６７を有している。ｎチャネル型ＴＦＴ１８０３にはチャネル形成領域８６８、ゲート電極８１２と一部が重なる第２不純物領域８６９とソース領域又はドレイン領域として機能する第１不純物領域８７０を有している。このようなｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴによりシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成することができる。
【００９９】
これらのチャネル形成領域や不純物領域が形成される活性層は、実施例２と同様にして形成されるものである。活性層はチャネル長方向に、基板と平行に結晶成長されることにより、キャリアが結晶粒界を横切る確率が非常に低減する。それにより、高い電界効果移動度を得ることができ、極めて優れた特性を得ることができる。
【０１００】
画素部１８０７の画素ＴＦＴ１８０４にはチャネル形成領域８７１、ゲート電極８１３の外側に形成され第２不純物領域８７２とソース領域又はドレイン領域として機能する第１不純物領域８７３を有している。また、容量素子１８０５の一方の電極として機能する半導体膜には硼素が添加された第３不純物領域８７６が形成されている。容量素子１８０５は、絶縁膜（ゲート絶縁膜と同一膜）を誘電体として、電極８１４と半導体膜８０６とで形成されている。上記第２不純物領域はいずれもＬＤＤ領域として機能するものであり、第１不純物領域よりも低い濃度で価電子制御用の不純物元素を含んでいる。尚、８５３〜８６０は各種配線であり、８６１は画素電極に相当するものである。
【０１０１】
これらのＴＦＴは、チャネル形成領域や不純物領域を形成する活性層の配向率が高く、平坦であるためその上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができる。それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。その結果、低電圧でＴＦＴを駆動することが可能であり、消費電力が低減する利点がある。また、表面が平坦化されている為、電界が凸部に集中しないことにより、特にドレイン端において発生するホットキャリア効果に起因する劣化を抑制することが可能となる。また、ソースとドレイン間を流れるキャリアの濃度分布はゲート絶縁膜との界面近傍において高くなるが、平滑化されているためキャリアが散乱されることなくスムーズに移動することができ、電界効果移動度を高めることができる。
【０１０２】
このようなＴＦＴ基板から液晶表示装置を作製するためには、共通電極が形成された対向基板を３〜８μm程度の間隔をもって設け、その間に配向膜、液晶層を形成すれば良い。これらは公知の技術を適用することができる。
【０１０３】
図１９は上記ＴＦＴ基板を用いるアクティブマトリクス基板の回路構成を示している。画素部１９０１のＴＦＴを駆動する駆動回路部はデータ線駆動回路１９０２、走査線駆動回路１９０３であり、必要に応じてシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などが配置されている。この場合、データ線駆動回路１９０２は映像信号を送り出すものであり、コントローラ１９０４からの映像信号と、タイミングジェネレータ１９０７からの走査線駆動回路用タイミング信号が入力される。走査線駆動回路１９０３にはタイミングジェネレータ１９０７からのデータ線駆動回路用タイミング信号が入力され、走査線に信号を出力する。マイクロプロセッサ１９０６はコントローラ１９０４の制御や、メモリ１９０５への映像信号などのデータの書き込み、外部インターフェース１９０８からの入出力、これらシステム全体の動作管理などを行う。
【０１０４】
これらの回路を構成するためのＴＦＴは本実施例で示すような構成のＴＦＴで形成することが可能である。ＴＦＴのチャネル形成領域を形成する活性層を実質的に単結晶と見なせる領域とすることにより、ＴＦＴの特性を向上させ、様々な機能回路をガラスなどの基板上に形成することができる。
【０１０５】
[実施例６]
ＴＦＴ基板を用いた他の実施例として、発光素子を用いた表示装置の一例を図面を参照して説明する。図２０は各画素毎にＴＦＴを配置して形成される表示装置の画素構造を断面図で示している。尚、図２０において示すｎチャネル型ＴＦＴ２１００、２１０２及びｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は実施例４と同様の構成であり、本実施例では詳細な説明は省略する。
【０１０６】
図２０（Ａ）は基板２００１上にブロッキング層２００２を介してｎチャネル型ＴＦＴ２１００とｐチャネル型ＴＦＴ２１０１が画素に形成された構成を示している。この場合、ｎチャネル型ＴＦＴ２１００はスイッチング用ＴＦＴであり、ｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は電流制御用ＴＦＴであり、そのドレイン側は発光素子２１０５の一方の電極と接続している。ｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は発光素子に流す電流を制御する動作を目的としている。勿論、一つの画素に設けるＴＦＴの数に限定はなく、表示装置の駆動方式に従い適切な回路構成とすることが可能である。
【０１０７】
図２０（Ａ）に示す発光素子２１０５は、陽極層２０１１、発光体を含む有機化合物層２０１２、陰極層２０１３から成り、その上にパッシベーション層２０１４が形成されている。有機化合物層は、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含んでいる。
【０１０８】
陽極を形成する材料は酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料を用い、陰極にはＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される仕事関数の低い材料を用いる。また、１〜２０nmの薄いフッ化リチウム層とＡｌ層との組み合わせ、薄いセシウム層とＡｌ層との組み合わせによって陰極を構成しても良い。陽極はｐチャネル型ＴＦＴ２１０１のドレイン側の配線２０１０と接続しており、陽極２０１１の端部を覆うように隔壁層２００３が形成されている。
【０１０９】
発光素子２１０５上にはパッシベーション膜２０１４が形成されている。パッシベーション層２０１４には窒化シリコン、酸窒化シリコン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）など酸素や水蒸気に対しバリア性の高い材料を用いて形成する。このような構成により発光素子の発する光は陽極側から放射される構成となる。
【０１１０】
一方、図２０（Ｂ）は基板２００１上にブロッキング層２００２を介してｎチャネル型ＴＦＴ２１００とｎチャネル型ＴＦＴ２１０２が画素に形成された構成を示している。この場合、ｎチャネル型ＴＦＴ２１００はスイッチング用ＴＦＴであり、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２は電流制御用ＴＦＴであり、そのドレイン側は発光素子２１０６の一方の電極と接続している。
【０１１１】
発光素子２１０６は、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側に接続する配線２０１５上に陽極層２０１６として酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料の膜を形成している。
【０１１２】
有機化合物層２０１８上に形成される陰極の構成は、１〜２nmの低仕事関数の材料で形成される第１陰極層２０１９と、陰極層２０１９上に形成され、陰極の低抵抗化を図るために設ける第２陰極層２０１７とで形成される。第１陰極層２０１９はセシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの他にＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される。第２陰極層２０１７は、１０〜２０nmのＡｌ、Ａｇなどの金属材料又は、１０〜１００nmの酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの透明導電膜で形成される。発光素子２１０６上にはパッシベーション膜２０２０が形成されている。このような構成により発光素子の発する光は陰極側から放射される構成となる。
【０１１３】
また、図２０（Ｂ）における発光素子２１０６の他の形態として、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側に接続する配線２０１５上に陰極材料としてセシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの他にＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物から成る陰極層２０１６、有機化合物層２０１８、１〜２nm程度の薄い第１陽極層２０１９、透明導電膜で形成される第２陽極層２０１７とした構成とすることもできる。第１陽極層はニッケル、白金、鉛などの仕事関数の高い材料を真空蒸着法で形成する。
【０１１４】
以上のようにしてアクティブマトリクス駆動の発光素子を用いた表示装置を作製することができる。これらのＴＦＴは、チャネル形成領域や不純物領域を形成する活性層の配向率が高く、平坦であるためその上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができる。それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。その結果、低電圧でＴＦＴを駆動することが可能であり、消費電力を低減する利点がある。この表示装置においては、発光素子に接続する電流制御用にＴＦＴに高い電流駆動能力が要求されるので、その用途に適している。また、ここでは示さないが、画素部の周辺に駆動回路部を設ける構成は、実施例５と同様にすれば良い。
【０１１５】
[実施例７]
本発明は様々な半導体装置に適用が可能である。このような半導体装置には、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ受像器、携帯電話、投影型表示装置等が挙げられる。それらの一例を図２１と図２２に示す。
【０１１６】
図２１(Ａ)は本発明を適用してテレビ受像器を完成させる一例であり、筐体３００１、支持台３００２、表示部３００３等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３００３に適用されている。
【０１１７】
図２１(Ｂ)は本発明を適用してビデオカメラを完成させた一例であり、本体３０１１、表示部３０１２、音声入力部３０１３、操作スイッチ３０１４、バッテリー３０１５、受像部３０１６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３０１２に適用されている。
【０１１８】
図２１(Ｃ)は本発明を適用してノート型のパーソナルコンピュータを完成させた一例であり、本体３０２１、筐体３０２２、表示部３０２３、キーボード３０２４等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３０２３に適用されている。
【０１１９】
図２１(Ｄ)は本発明を適用してＰＤＡ(Personal Digital Assistant)を完成させた一例であり、本体３０３１、スタイラス３０３２、表示部３０３３、操作ボタン３０３４、外部インターフェース３０３５等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３０３３に適用することができる。
【０１２０】
図２１(Ｅ)は本発明を適用して音響再生装置を完成させた一例であり、具体的には車載用のオーディオ装置であり、本体３０４１、表示部３０４２、操作スイッチ３０４３、３０４４等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３０４２に適用することができる。
【０１２１】
図２１(Ｆ)は本発明を適用してデジタルカメラを完成させた一例であり、本体３０５１、表示部(Ａ)３０５２、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部(Ｂ)３０５５、バッテリー３０５６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部(Ａ)３０５２および表示部(Ｂ)３０５５に適用することもできる。
【０１２２】
図２１(Ｇ)は本発明を適用して携帯電話を完成させた一例であり、本体３０６１、音声出力部３０６２、音声入力部３０６３、表示部３０６４、操作スイッチ３０６５、アンテナ３０６６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３０６４に適用することができる。
【０１２３】
図２２（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含む。図２２（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４等を含む。
【０１２４】
尚、図２２（Ｃ）は、図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は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２２（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。
【０１２５】
また、図２２（Ｄ）は、図２２（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、リフレクター２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。なお、図２２（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、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フィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１２６】
尚、ここで例示する電子装置はごく一例であり、これらの用途に限定するものではないことを付記する。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大面積基板の全面にわたって、ＴＦＴを形成する半導体領域の位置に合わせてレーザービームを照射して結晶化させ、スループット良く大粒径の結晶半導体膜を形成することができ、しかもＴＦＴの特性を向上させることができる。
【０１２８】
特に、本発明のレーザー処理装置の構成により、半導体を溶融させるのに十分なエネルギー密度のレーザービームを、照射部において干渉を生じさせることなく照射することができる。また、偏向手段によりレーザービームを走査することにより大面積基板の全面に渡って非晶質半導体膜の結晶化をすることができる。
或いは、偏向手段により、大面積基板上の指定された領域を選択的に結晶化することができる。さらに、偏向手段により複数のレーザービームを同一照射部に重ね合わせることにより干渉の影響を除去することができる。
【０１２９】
従って、本発明によれば、大面積基板の全面にわたって、ＴＦＴを形成する半導体領域の位置に合わせてレーザービームを照射して結晶化させ、スループット良く結晶質半導体膜を形成することができ、しかもＴＦＴの特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図２】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図３】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図４】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図５】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図６】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図７】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図８】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図９】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図１０】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図１１】 ＴＦＴ基板の構成とＴＦＴを構成する半導体領域の配置とレーザービームの走査方向の関係を説明する図。
【図１２】 ＴＦＴ基板の構成とＴＦＴを構成する半導体領域の配置とレーザービームの走査方向の関係を説明する図。
【図１３】 ＴＦＴ基板の構成とＴＦＴを構成する半導体領域の配置とレーザービームの走査方向の関係を説明する図。
【図１４】 半導体膜におけるレーザービームの走査方向とＴＦＴの作製工程を説明する図。
【図１５】 ボトムゲート型のＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図１６】 ＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図１７】 ＴＦＴの作製工程を説明する上面図。
【図１８】 ＴＦＴ基板の構成を示す断面図。
【図１９】 ＴＦＴ基板の回路構成の一例を示すブロック図。
【図２０】 発光素子を設けた半導体装置の画素の構成を示す断面図。
【図２１】 半導体装置の一例を示す図。
【図２２】 半導体装置の一例を示す図。
【図２３】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図２４】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図２５】 半導体膜におけるレーザービームの走査方向とＴＦＴの作製工程を説明する図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板又は半導体膜などをレーザービームを用いて結晶化又はイオン注入後の活性化をするレーザー処理装置及び当該レーザー装置を用いた半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程における半導体ウエハ又は非単結晶半導体膜の結晶化や、イオン注入後の結晶性の回復のためにレーザーアニールが行われている。従来のレーザーアニール方法においては特開平２−１８１４１９号公報に開示されているように、被照射物の全面にレーザービームが均一照射される方法や、特開昭６２−１０４１１７号公報に開示のスポット状のビームを走査する方法や、或いは特開平８−１９５３５７号公報に開示のレーザー処理装置のように光学系にて線状にビームを加工して照射していた。
【０００３】
ここでいうレーザーアニールとは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表される気体レーザー発振装置、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザー発振装置であり、レーザービームの照射によって半導体の表面層を数十〜数百ナノ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【０００４】
例えば、先に上げた特開昭６２−１０４１１７号公報においては、レーザービームの走査速度をビームスポット径×５０００／秒以上として非晶質半導体膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結晶化する技術が開示されている。
【０００５】
レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【０００６】
近年におけるレーザーアニールの積極的な活用は、ガラス基板上への多結晶シリコン膜の形成にあり、このプロセスは液晶表示装置のスイッチング素子として用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製に応用されている。エキシマレーザーを使うと半導体膜が形成された領域しか熱的な影響を与えないため、安価なガラス基板を用いることが可能となり大面積ディスプレイへの応用が実現されている。
【０００７】
また、レーザーアニールによって結晶化した多結晶シリコン膜で作製されるＴＦＴは比較的高い周波数で駆動できるので、画素に設けるスイッチング素子のみでなく、駆動回路をガラス基板上に形成することも可能となっている。パターンのデザインルールは５〜２０μm程度であり、駆動回路及び画素部にそれぞれ１０6〜１０7個程度のＴＦＴがガラス基板上に作り込まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーアニールよるアモルファスシリコンの結晶化は、溶融−固化の過程を経て成されるが、詳細には結晶核の生成とその核からの結晶成長との段階に分けて考えられている。しかしながら、パルスレーザービームを用いたレーザーアニールは、結晶核の生成位置と生成密度を制御することができず、自然発生するままにまかせている。従って、結晶粒はガラス基板の面内で任意の位置に形成され、そのサイズも０．２〜０．５μm程度と小さなものしか得られていない。結晶粒界には多数の欠陥が生成され、それがＴＦＴの電界効果移動度を制限する要因であると考えられている。
【０００９】
しかし、上記特開昭６２−１０４１１７号公報に係る技術では、半導体膜を完全に溶融しないため、非溶融領域に形成されると言われる結晶核に起因する結晶成長が支配的となり、結晶の大粒径化を実現することができない。具体的には、ＴＦＴのチャネル領域を形成する半導体膜の全面に渡って、実質的に単結晶状の結晶を形成することはできない。
【００１０】
そもそも、連続発振レーザーを走査して溶融−固化させながら結晶化する方法は、ゾーンメルティング法に近い方法であると考えられる。半導体を溶融するためには高いエネルギー密度が必要であるが、連続発振レーザーで高出力化を実現するのは困難であり、装置が大型化してしまうという欠点がある。結局光学系でビームを小さく集光して半導体に照射することになるが、大面積基板の全面に渡って結晶化を成し遂げるには相当の処理時間を要することになる。
【００１１】
半導体膜を加熱することができるレーザービームは、紫外域〜赤外域に渡って広い範囲で存在するが、基板状に形成された半導体膜又は半導体領域を選択的に加熱するには、半導体の吸収係数との関係で紫外域〜可視光域の波長を有するレーザービームを適用するのが好ましい。しかしながら、固体レーザー発振装置から放射されるレーザービームはコヒーレント性が強く照射面において干渉が発生し、均一なレーザービームを照射することができない。
【００１２】
本発明は、上記問題点を鑑みなされたものであり、大面積基板の全面にわたって、ＴＦＴを形成する位置に合わせてレーザービームを照射して結晶化させ、スループット良く大粒径の結晶半導体膜を形成することができるレーザー処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような目的を達成するために、レーザービームを主走査方向に偏向させる第１可動ミラーと、主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、副走査方向に走査する長尺の第２可動ミラーとを備え、第２可動ミラーはその長尺方向の軸を中心とした回転角により、レーザービームを副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する手段を備えているレーザー処理装置である。
【００１４】
また、他の発明の構成は、レーザービームを第１主走査方向に偏向させる第１可動ミラーと、第１主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、第１副走査方向に走査する長尺の第２可動ミラーとを備えた第１のレーザービーム走査系と、レーザービームを第２主走査方向に偏向させる第３可動ミラーと、第２主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、第２副走査方向に走査する長尺の第４可動ミラーとを備えた第２のレーザービーム走査系と、第２可動ミラーはその長尺方向の軸を中心とした回転角により、レーザービームを第１副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する手段と第４可動ミラーはその長尺方向の軸を中心とした回転角により、レーザービームを第２副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する手段とを備えているレーザー処理装置である。
【００１５】
好適な形態として、第１及び第３可動ミラーはガルバノミラー又はポリゴンミラーを適用することができる。
【００１６】
また、レーザービームを供給するレーザー発振装置は、固体レーザー、気体レーザーが適用される。
【００１７】
上記発明の構成において、レーザービームを第１可動ミラーで主走査方向に走査し、第２可動ミラーで副走査方向に走査することにより、被処理物上において任意の位置にレーザービームを照射することが可能となる。また、このようなレーザービーム走査手段を複数設け、二軸方向からレーザービームを被形成面に照射することによりレーザー処理の時間を短縮することができる。
【００１８】
本発明のレーザー処理装置は、レーザー発振装置と、当該レーザー発振装置から出力されるレーザービームを主走査方向に偏向させる第１偏向手段とを含む光学系を一組として、これを複数個配置し、主走査方向に偏向された複数のレーザービームを受光して、副走査方向に走査する第２偏向手段とを備えたレーザー処理装置である。ここで、第２偏向手段はその一軸方向の軸を中心とした回転角により、複数のレーザービームを副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する機能を有している。
【００１９】
第１の偏向手段としては、回転角を任意に設定できる可動ミラーが適しており、代表的にはガルバノミラーを適用することができる。第２の偏向手段としては、複数のレーザービームを受光可能な程度の面積を有するもので長尺であり、その長尺方向の軸を中心として回転可能な可動ミラーが適している。この２つのミラーの回転角により、被処理物に照射されるレーザービームを主走査方向と副走査方向とにより、任意の位置に照射することができる。また、２つのミラーの角度を連続的に変化させることによりレーザービームを走査することが可能となる。
【００２０】
また、他の構成として、レーザー発振装置と、当該レーザー発振装置から出力されるレーザービームを第１主走査方向に偏向させる第１偏向手段とを含む光学系を一組として、これを一方向に複数個配置し、第１主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、第１副走査方向に走査する第２偏向手段と、レーザー発振装置と、当該レーザー発振装置から出力されるレーザービームを第２主走査方向に偏向させる第３偏向手段とを含む光学系を一組として、これを一方向に複数個配置し、第２主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、第２副走査方向に走査する第４偏向手段とを備えたレーザー処理装置である。ここで、第２及び第４偏向手段はその一軸方向の軸を中心とした回転角により、複数のレーザービームを副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する機能を有している。この構成により、被処理物に照射して且つ走査することが可能なレーザービームの本数を増やすことができ、レーザー処理に必要な時間を短縮することができる。
【００２１】
上記光学系の構成において走査速度が照射角にかかわらず一定となるように補正する手段として、ｆθレンズを設ける。レーザー発振装置には、気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置が適用され、特に連続発振可能なレーザー発振装置を適用する。連続発振の固体レーザー発振装置としては、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌ5Ｏ12などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使ったレーザー発振装置が適用される。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振する。非晶質半導体膜を結晶化させるためにはレーザービームを半導体膜で選択的に吸収させるために、可視域から紫外域の波長のレーザービームを適用し、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、アモルファスシリコンの結晶化に際して、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。その他に、アルゴンレーザー、クリプトンレーザー、エキシマレーザーなどの気体レーザー発振装置を適用することもできる。
【００２２】
固体レーザー発振装置から発せられ、放射されるレーザービームはコヒーレント性が強く照射面において干渉が発生してしまうので、これを打ち消す手段として、異なるレーザー発振装置から放射される複数のレーザービームを照射部において重ね合わせる構成とする。このような構成とすることにより、干渉を除去するばかりでなく、照射部における実質的なエネルギー密度を増加させることができる。また、他の手段として、異なるレーザー発振装置から放射される複数のレーザービームを、光学系の途中で同一の光軸に重ね合わせた構成としても良い。
【００２３】
上記干渉を除去する手段を設けたレーザー処理装置の構成としては、ｎ（ｎ＝自然数）個の光学系を有し、第ｎの光学系は、第ｎのレーザー発振装置と、第ｎのＹ軸方向にレーザービームを操作する偏向手段と、第ｎのＸ軸方向にレーザービームを走査する偏向手段と、第ｎのｆθレンズと、から成り、ｎ個の光学系により集光され偏向されたｎ本のレーザービームは、被処理物の概略同一位置に照射する構成をもって実現することができる。偏向手段としてはガルバノミラーを適用することができる。
【００２４】
上記レーザー処理装置の構成により、半導体膜を溶融させるのに十分なエネルギー密度のレーザービームを、照射部において干渉を生じさせることなく照射することができる。また、偏向手段によりレーザービームを走査することにより大面積基板の全面に渡って非晶質半導体膜の結晶化をすることができる。
【００２５】
また、レーザービームは被処理物の全面を走査して照射する必要はなく、場所を指定して特定領域のみ照射すれば済むが、本発明のレーザー処理装置の構成は、可動ミラーを複数組み合わせることによりそれを実現している。さらに、そのレーザービームを同一照射部に重ね合わせることにより干渉の影響を除去することができる。
【００２６】
一方、上記問題点を解決するための本発明の半導体装置の作製方法は、複数のレーザービームを主走査方向に偏向させる第１偏向手段と、副走査方向に走査する第２偏向手段とにより、前記複数のレーザービームを一方向に走査して、絶縁表面上に形成された非晶質構造を有する半導体膜を結晶化又は半導体膜の結晶性の回復をさせるものである。当該レーザービームを走査する方向は、ＴＦＴのチャネル長方向に合わせることで、チャネル長方向と交差する結晶粒界の発生確率を低減し、キャリアの移動度を向上させることができる。
【００２７】
他の構成として、複数の第１レーザービームを第１主走査方向に偏向させる第１偏向手段と、第１副走査方向に走査する第２偏向手段と、複数の第２レーザービームを第２主走査方向に偏向させる第３偏向手段と、第２副走査方向に走査する第４偏向手段とにより、前記複数のレーザービームを一方向に走査して、絶縁表面上に形成された非晶質半導体膜を結晶化又は結晶性の回復をさせるものである。
【００２８】
レーザービームは連続発振の固体レーザー発振装置から出力されるレーザービームであり、半導体膜を選択的に過熱するために、吸収係数が１０3cm-1以上である波長帯のレーザービームであることが望ましい。シリコン又はシリコンゲルマニウムなどの半導体にあっては、波長７００nm以下の波長帯（可視域〜紫外域）にあるレーザービームが望ましい。
【００２９】
レーザービームを照射する領域は、半導体膜の全面である必要はなく、レーザービームを断続的に照射して、非晶質半導体膜の選択された領域を結晶化又は結晶性の回復をさせれば良い。
【００３０】
上記構成により、大面積基板の全面にわたって、ＴＦＴを形成する位置に概略合わせてレーザービームを照射して結晶化させ、スループット良く大粒径の結晶質半導体膜を得ることができる。
【００３１】
尚、本発明でいう非晶質半導体膜とは、狭義の意味で、完全な非晶質構造を有するものだけではなく、微細な結晶粒子が含まれた状態、又はいわゆる微結晶半導体膜、局所的に結晶構造を含む半導体膜を含む。代表的には非晶質シリコン膜が適用され、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などを適用することもできる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
[実施の形態１]
図２３は本発明のレーザー処理装置の一例を示している。図示したレーザー処理装置は、連続発振又はパルス発振が可能な固体レーザー１１、レーザービームを集光するためのコリメータレンズ又はシリンドリカルレンズなどのレンズ１２、レーザービームの光路を変える固定ミラー１３、レーザービームを２次元方向に放射状にスキャンするガルバノミラー１４、ガルバノミラー１４からのレーザービームを受けて載置台１６の被照射面にレーザービームを向ける可動ミラー１５から成っている。ガルバノミラー１４の光軸と可動ミラー１５の光軸を交差させ、それぞれ図示するθ方向にミラーを回転させることにより、載置台１６上に置かれた基板１７の全面にわたってレーザービームを走査させることができる。
可動ミラー１５はｆθミラーとして、光路差を補正して被照射面におけるビーム形状を補正することもできる。
【００３４】
図２３はガルバノミラー１４と、可動ミラー１５により載置台１６上に置かれた基板１７の一軸方向にレーザービームを走査する方式である。図２４に示すように、より好ましい形態としては、図２３の構成に加えてハーフミラー１８、固定ミラー１９、ガルバノミラー２０、可能ミラー２１を加えて二軸方向（ＸとＹ方向）同時にレーザービームを走査しても良い。このような構成にすることにより処理時間を短縮することができる。尚、ガルバノミラー１４、２０はポリゴンミラーと置き換えても良い。
【００３５】
レーザーとして好ましいものは固体レーザーであり、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌ5Ｏ12などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使ったレーザーが適用される。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振する。非単結晶半導体膜の結晶化には、レーザービームを半導体膜で選択的に吸収させるために、当該発振波長の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、アモルファスシリコンの結晶化に際して、Ｎｄ:ＹＡＧレーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。
【００３６】
発振はパルス発振、連続発振のいずれの形態でも良いが、半導体膜の溶融状態を保って連続的に結晶成長させるためには、連続発振のモードを選択することが望ましい。
【００３７】
基板上にレーザーアニールにより結晶化させた半導体膜でＴＦＴを形成する場合、結晶の成長方向とキャリアの移動方向とを揃えると高い電界効果移動度を得ることができる。即ち、結晶成長方向とチャネル長方向とを一致させることで電界効果移動度を実質的に高くすることができる。
【００３８】
連続発振するレーザービームを非単結晶半導体膜に照射して結晶化させる場合には、固液界面が保持され、レーザービームの走査方向に連続的な結晶成長を行わせることが可能である。図２４において示すように、駆動回路一体型のアクティブマトリクス型液晶表示装置を形成するためのＴＦＴ基板（主としてＴＦＴが形成された基板）２２には、画素部２３の周辺に駆動回路部２４、２５が設けられる。図２４に示すのはそのようなレイアウトを考慮したレーザー処理装置の形態であり、二軸方向からレーザービームを入射する構成とすることにより、ガルバノミラー１４、２０及び可動ミラー１５、２１の組み合わせで、図２４中矢印で示すＸ方向及びＹ方向にレーザービームを同期又は非同期させて照射することが可能である。即ち、ＴＦＴのレイアウトに合わせて、場所を指定してレーザービームを照射することを可能としている。
【００３９】
次に、図２５を参照しては非単結晶半導体膜の結晶化と、形成された結晶半導体膜を用いてＴＦＴを形成する工程を説明する。図２５（１−Ｂ）は縦断面図であり、非単結晶半導体膜５３がガラス基板５１上に形成されている。非単結晶半導体膜５３の代表的な一例はアモルファスシリコン膜であり、その他にアモルファスシリコンゲルマニウム膜などを適用することができる。厚さは１０〜２００nmが適用可能であるが、レーザービームの波長及びエネルギー密度によりさらに厚くしても良い。また、ガラス基板５１と非単結晶半導体膜５３との間にはブロッキング層５２を設け、ガラス基板からアルカリ金属などの不純物が半導体膜中へ拡散しないための手段を施しておくことが望ましい。ブロッキング層５２としては、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などを適用する。
【００４０】
レーザービーム５０の照射によって結晶化が成され、結晶半導体膜５４を形成することができる。レーザービーム５０は図２５（１−Ａ）に示すように、想定されるＴＦＴの半導体領域５５の位置に合わせて走査するものである。ビーム形状は矩形、線形、楕円系など任意なものとすることができる。光学系にて集光したレーザービームは、中央部と端部で必ずしもエネルギー強度が一定ではないので、半導体領域５５がビームの端部にかからないようにすることが望ましい。
【００４１】
レーザービームの走査は一方向のみの走査でなく、往復走査をしても良い。その場合には１回の走査毎にレーザーエネルギー密度を変え、段階的に結晶成長をさせることも可能である。また、アモルファスシリコンを結晶化させる場合にしばしば必要となる水素出しの処理を兼ねることも可能であり、最初に低エネルギー密度で走査し、水素を放出した後、エネルギー密度を上げて２回目に走査で結晶化を完遂させても良い。
【００４２】
その後、図２５（２−Ａ）及び（２−Ｂ）に示すように、形成された結晶半導体膜をエッチングして、島状に分割された半導体領域５５を形成する。トップゲート型ＴＦＴの場合には、半導体領域５５上にゲート絶縁膜５６、ゲート電極５７、一導電型不純物領域５８を形成してＴＦＴを形成することができる。その後、必要に応じて配線や層間絶縁膜等を形成すれば良い。
【００４３】
このようなレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１０〜８０cm/secとすることによりそれを実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒径化を実現することができる。
【００４４】
本発明のレーザー処理装置は、このような状況において、基板の任意の位置を指定してレーザービーム照射して結晶化することを可能とするものであり、二軸方向からレーザービームを照射することにより、さらにスループットを向上させることができる。
【００４５】
[実施の形態２]
図１は本発明に係るレーザー処理装置であり、複数のレーザー発振装置を用いた構成の一例を示す。図１で示すレーザー処理装置は、複数のレーザービームを被処理物に同時に照射すると共に、当該レーザービームを走査することが可能なレーザー処理装置である。
【００４６】
図示したレーザー処理装置は、連続発振又はパルス発振が可能な固体レーザー発振装置１０１、レーザービームを集光するためのコリメータレンズ又はシリンドリカルレンズなどのレンズ１０２、レーザービームの光路を変える固定ミラー１０３、レーザービームを２次元方向に放射状にスキャンする第１可動ミラー１０４、レーザービームを走査した場合に走査速度が一定となるようにするｆθレンズ１０５が設けられている。ここでは便宜上、これらの構成をまとめて一つの光学系と見なす。図１で示すレーザー処理装置は、このような光学系が５系統配置されている構成を示している。勿論、光学系の数に限定はなく複数のレーザービームが供給される手段が備えられていれば良い。
【００４７】
さらに、複数の光学系から供給される複数のレーザービームを受けて、載置台１０７の被処理物１０８にレーザービームを偏向する第２可動ミラー１０６が備えられている。レーザービームを主走査方向と副走査方向とに走査するには、第１可動ミラー１０４と第２可動ミラー１０６の光軸を交差させる。このような構成により載置台１０７上に置かれた被処理物１０８の全面にわたってレーザービームを走査させることができる。尚、この構成における第１可動ミラー１０４と第２可動ミラー１０６とは偏向手段として用いられるものである。
【００４８】
被処理物に照射されたレーザービームは表面で反射して、再び光学系に入射することによりレーザー発振装置にダメージを与えることが問題となるので、レーザービームは所定の角度をもって被処理物に入射させることが望ましい。
【００４９】
尚、ここでは光学系にｆθレンズ１０５を設ける構成を示しているが、その代わりに第２可動ミラー１０６をｆθミラーとして、光路差を補正して被照射面におけるビーム形状を補正しても良い。
【００５０】
レーザー発振装置として好ましいものは固体レーザー発振装置であり、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌ5Ｏ12などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使ったレーザー発振装置が適用される。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振する。非単結晶半導体膜の結晶化には、レーザービームを半導体膜に選択的に吸収させるために、当該発振波長の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、非晶質シリコンの結晶化に際してＮｄ:ＹＡＧレーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。その他に、アルゴンレーザー、クリプトンレーザー、エキシマレーザーなどの気体レーザー発振装置を適用することもできる。発振はパルス発振、連続発振のいずれの形態でも良いが、半導体膜の溶融状態を保って連続的に結晶成長させるためには、連続発振のモードを選択することが望ましい。
【００５１】
基本波は非線形素子を含む波長変換器によって第２高調波、第３高調波、第４高調波に変調することができる。この波長変換器は前述の光学系の一部に組み入れるか、レーザー発振装置本体に組み入れれば良い。図１で示すレーザー発振装置１０１は、レーザー発振装置本体に波長変換器が組み入れられたものとする。
【００５２】
図２で示すレーザー処理装置の構成は、図１と同様に、連続発振又はパルス発振が可能なレーザー発振装置１０１、レーザービームを集光するためのコリメータレンズ又はシリンドリカルレンズなどのレンズ１０２、レーザービームの光路を変える固定ミラー１０３、レーザービームを２次元方向に放射状にスキャンする第１可動ミラー１０４が備えられた光学系が複数配置され、それに対応して長尺の第２可動ミラー１０６を複数個設けた構成を示している。このような構成としても同様に、載置台１０７上に置かれた被処理物１０８の全面にわたってレーザービームを走査させることができる。また、ｆθレンズ又はｆθミラーを備えた構成としても良い。
【００５３】
図３で示すレーザー処理装置の構成は、一組の光学系に対し複数のレーザー発振装置１０１を用いて複数のレーザービームを固定ミラー１１０とプリズム１１１とを用いて一つのレーザービームに合成した後、固定ミラー１０３に入射する構成となっている。異なるレーザー発振装置から放射される位相が異なるレーザービームを合成することにより、照射部において干渉によりエネルギー密度に分布が生じるのを抑えることができる。その他の構成は図１と同様であり、レンズ１０２、固定ミラー１０３、第１可動ミラー１０４、ｆθレンズ１０５、第２可動ミラー１０６が備えられ、載置台１０７上に被処理物１０８が置かれる構成となっている。
【００５４】
また、他のレーザー処理装置の形態として複数の光学系から供給される複数のレーザービームを異なる二つの方向から照射する構成を図４に示す。図４の構成では、レーザー発振装置１０１、レンズ１０２、固定ミラー１０３、第１可動ミラー１０４から成る第１光学系と、レーザー発振装置１０１、レンズ１０２、固定ミラー１５０、第１可動ミラー１５１から成る第２光学系とが配置され、第２可動ミラー１０６にて載置台１０７上の被処理物１０８に複数のレーザービームを照射する第１経路と、第２可動ミラー１５２にて載置台１０７上の被処理物１０８に複数のレーザービームを照射する第２経路とが設けられ、この両者を同時に操作することにより一層の処理時間の短縮を図ることができる。
【００５５】
基板上にレーザーアニールにより結晶化させた結晶質半導体膜でＴＦＴを形成する場合、結晶の成長方向とキャリアの移動方向とを揃えると高い電界効果移動度を得ることが可能となる。即ち、結晶成長方向とチャネル長方向とを一致させることで電界効果移動度を実質的に高くすることができる。連続発振するレーザービームを非単結晶半導体膜に照射して結晶化させる場合には固液界面が保持され、レーザービームの走査方向に連続的な結晶成長を行わせることが可能である。
【００５６】
ＴＦＴを用いるアクティブマトリクス型表示装置は、その機能的な区分から画素部と駆動回路部とに構成を分けて見ることができる。結晶質半導体膜を用いたＴＦＴではそれらを同一基板上に一体形成することが可能である。ここでは、これらが一体形成された基板をＴＦＴ基板と呼ぶが、生産工程では、大型のガラス基板（マザーガラスと呼ばれる）に複数のＴＦＴ基板を作り込み、工程の最終段階で分断する工法が実施されている。
【００５７】
図４において二点鎖線で囲まれた領域２００の詳細を図５に示す。図５で示すように、被処理物１０８（マザーガラス）に駆動回路一体型のアクティブマトリクス型表示装置を形成するためのＴＦＴ基板２０１では、画素部２０２の周辺に駆動回路部２０３、２０４が設けられている。図４で説明したように、二つの方向からレーザービームを照射する構成では、第１可動ミラー１０４と第２可動ミラー１０６、及び第１可動ミラー１５１と第２可動ミラー１５２との組み合わせにより図中で示すＸ方向及びＹ方向にレーザービームを同期又は非同期に照射することが可能であり、ＴＦＴのレイアウトに合わせて、場所を指定してレーザービームを照射することを可能としている。
【００５８】
上記レーザー処理装置の構成により、半導体を溶融させるのに十分なエネルギー密度のレーザービームを、照射部において干渉を生じさせることなく照射することができる。また、偏向手段によりレーザービームを走査することにより大面積基板の全面に渡って非晶質半導体膜の結晶化をすることができる。また、レーザービームは被処理物の全面を走査して照射する必要はなく、場所を指定して特定領域のみ照射すれば済むが、上記レーザー処理装置の構成は可動ミラーを複数組み合わせることによりそれを実現している。さらに、そのレーザービームを同一照射部に重ね合わせることにより干渉の影響を除去することができる。
【００５９】
[実施の形態３]
レーザービームを照射面において重ね合わせ、レーザー処理に必要なエネルギー密度を得て、光の干渉を除去することが可能な構成を図９と図１０を用いて説明する。図９はそのようなレーザー処理装置の構成を示す上面図であり、図１０はそれに対応する断面図であり、同じ構成を異なる角度から説明する図である。
図９と図１０においては説明の便宜上、共通の符号を用いる。
【００６０】
第１光学系４０１は、レーザー発振装置３０１ａ、レンズ群３０２ａ、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａ、ｆθレンズ３０５ａから成っている。ここで、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａが偏向手段として設けられたものである。
【００６１】
第２光学系４０２、第３光学系４０３も同様の構成であり、レーザービームは第１ガルバノミラーと第２ガルバノミラーの回転角により偏向方向が制御され、載置台３０６上の被処理物３０７に照射される。ビームはレンズ群３０２及び必要があればスリット等を設けることで任意の形状とすることができるが、概略数十μm〜数百μmの円形、楕円形、又は矩形とすれば良い。載置台３０６は固定とするが、レーザービームの走査と同期させることも可能であるので、ＸＹθ方向に移動可能としても良い。
【００６２】
そして、第１乃至第３の光学系により被処理物に照射されるレーザービームを重ね合わせることにより、レーザー処理に必要なエネルギー密度を得て、光の干渉を除去することが可能となる。異なるレーザー発振装置から放射されるレーザービームはそれぞれ位相が異なっているので、これらを重ね合わせることにより干渉を低減することができる。
【００６３】
尚、ここでは第１乃至第３光学系から放射される３本のレーザービームを重ね合わせる構成を示しているが、同様の効果はこの数に限定されず、複数本のレーザービームを重ね合わせることで目的は達せられる。
【００６４】
[実施の形態４]
本発明のレーザー処理装置は、非晶質半導体膜の結晶化、イオン注入領域の結晶性の回復及び価電子制御不純物の活性化に適用することができる。図１１は非晶質半導体膜の結晶化におけるレーザー処理工程を説明する図である。
【００６５】
図１１（Ａ）において、基板１００１上にブロッキング層１００２、非晶質半導体膜１００３が形成されている。レーザービームの照射部１００５は、ＴＦＴを形成するための半導体領域１００４が含まれる位置に合わせて照射すれば良い。照射部１００５は、半導体領域１００４よりも広い領域を走査して、半導体領域１００４の周辺部分まで含めて結晶化する。しかし、それは非晶質半導体膜１００３の全面を結晶化する必要はない。
【００６６】
非晶質半導体膜が結晶化することによって、含有する水素の放出や、原子の再配列による緻密化が起こり体積の収縮が発生する。従って、非晶質領域と結晶領域の界面では、格子連続性も確保されず、歪みが生じることになる。図１１（Ａ）の様に結晶化領域１００６の内側にＴＦＴの半導体領域１００４を含ませることは、この歪み領域を除去することでもある。
【００６７】
レーザー処理が済んだ後、図１１（Ｂ）で示すように、エッチングにより非晶質半導体膜１００３及び、結晶化領域１００６の不要な部分を除去して半導体領域１００４を形成する。その後、図１１（Ｃ）に示す如く、ゲート絶縁膜１００７及びゲート電極１００８を形成し、また、半導体領域にソース及びドレイン領域を形成し、必要な配線を設ければＴＦＴを形成することができる。
【００６８】
ＴＦＴを用いるアクティブマトリクス型表示装置は、その機能的な区分から画素部と駆動回路部とに構成を分けて見ることができる。結晶質半導体膜を用いたＴＦＴではそれらを同一基板上に一体形成することが可能である。図１２はＴＦＴ基板１２０１と、レーザービームの照射方向との関係を詳細に示すものである。ＴＦＴ基板１２０１には画素部１２０２、駆動回路部１２０３、１２０４が形成される領域を点線で示している。結晶化の段階では、全面に非単結晶半導体膜が形成されているが、ＴＦＴを形成するための半導体領域は基板端に形成されたアライメントマーカー等により特定することができる。
【００６９】
例えば、駆動回路部１２０３は走査線駆動回路を形成する領域であり、その部分拡大図１３０１にはＴＦＴの半導体領域１２５１、１２５２とレーザービーム１４０１ａ、１４０１ｂの走査方向を示している。半導体領域１２５１、１２５２の形状は任意なものを適用することができるが、いずれにしてもチャネル長方向とレーザービームの走査方向とを揃えている。即ち、半導体領域１２５１に対するレーザービーム１４０１ａの走査方向と、半導体領域１２５２に対するレーザービーム１４０１ｂの走査方向とは、同じ駆動回路部であっても異なっている。
【００７０】
また、駆動回路部１２０３と交差する方向に配設する駆動回路部１２０４はデータ線駆動回路を形成する領域であり、半導体領域１２５３、１２５４の配列と、レーザービーム１４０２ａ、１４０２ｂの走査方向を一致させる（拡大図１３０２）。また、画素部１２０２も同様であり、拡大図１３０３に示す如く半導体領域１２５５、１２５６の配列に対して、チャネル長方向に合わせてレーザービーム１４０３ａ、１４０３ｂを走査させる。拡大図１３０３で示す半導体領域１２５５、１２５６の配置は、画素の配置をデルタ配置とすることも可能である。
【００７１】
一方、図１３に示すようにＴＦＴ基板１２０１に形成する半導体領域の配列を、画素部１２０２、駆動回路部１２０３、１２０４の全てにおいて同一の方向に合わせる配置とすることもできる。図１３における拡大図１３０５の半導体領域１２５８とレーザービーム１４０５の走査方向、拡大図１３０４の半導体領域１２５７とレーザービーム１４０４の走査方向、拡大図１３０６における半導体領域１２５９とレーザービーム１４０６の走査方向は全て同一方向としている。この配列により、レーザービームは全て同一方向に走査すれば良いので、処理時間をより短縮することが可能である。
【００７２】
このようなレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１０〜８０cm/secとすることによりそれを実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒径化を実現することができる。
【００７３】
レーザービームを走査する方向は一方向に限定されるものではなく、また、往復走査をしても良い。このようなレーザービームの走査は実施の形態１及び２で示す構成のレーザー処理装置で行うことが可能である。本発明のレーザー処理装置は、基板の任意の位置を指定してレーザービーム照射して結晶化することを可能とするものであり、二軸方向から複数のレーザービームを照射することにより、さらにスループットを向上させることができる。
【００７４】
【実施例】
[実施例１]
図４の構成に基づいた本発明のレーザー処理装置の詳細な構成を図６〜８を参照して説明する。尚、図６は本発明のレーザー処理装置の上面図であり、図７はそれに対応する断面図である。また、図８は制御信号の接続経路を説明する図であり、これらの図は相互に関連するものであるから、便宜上同じ符号を用いて説明する。
【００７５】
図６ではＸ方向及びＹ方向の二方向から複数のレーザービームが照射される構成となっている。Ｘ方向からは、レーザー発振装置５０１ａ〜５０１ｅから放射されるレーザービームが、レンズ群５０２、固定ミラー５０３、第１可動ミラー５０４、ｆθレンズ５０５、第２可動ミラー５０６により被処理物に照射される。レーザービームは第１可動ミラー５０４と第２可動ミラー５０６により偏向され被処理物の照射面を走査することができる。また、Ｙ方向からは、レーザー発振装置５０１ｆ〜５０１ｊから放射されるレーザービームが、レンズ群５０２、固定ミラー５０７、第１可動ミラー５０８、ｆθレンズ５０９、第２可動ミラー５１０により被処理物に照射される。
【００７６】
図７において側面図Ａと側面図Ｂで示すように、Ｘ方向から入射するレーザービームの経路と、Ｙ方向から入射するレーザービームの経路は段差をもって配置することにより、装置を小型化することができる。被処理物を保持する載置台はその下に配置され、いずれにしても被処理物に入射するレーザービームは特定の角度をもって入射する。被処理物に入射するレーザービームは一対の可動ミラーによって、特定の照射位置に照射することができるが、レーザービームの放射と第１可動ミラー５０４、５０８及び第２可動ミラー５０６、５１０の角度及び、被処理物を保持するカセット５１２から搬送手段５１１による被処理物の搬出入は、図８で示すように制御手段５２０によって集中的に制御する。
【００７７】
レーザービームの照射は、その目的により不活性雰囲気中、酸化性雰囲気中、還元性雰囲気中で行われる。被処理物は配置された処理室の雰囲気を制御する手段として、気体供給手段５１３が備えられている。また、処理室内部の気体を循環させるための気体循環手段５１４が備えられている。ここでは図示しなかったが、処理室内を減圧に制御する手段が備えられていても良い。
【００７８】
上記レーザー処理装置の構成によりレーザービームを走査することで、大面積基板の全面に渡って非晶質半導体膜の結晶化をすることができる。また、レーザービームは被処理物の全面を走査して照射するのではなく、場所を指定して特定領域のみ照射することが可能であり、上記レーザー処理装置の構成は可動ミラーを複数組み合わせることによりそれを実現している。さらに、そのレーザービームを同一照射部に重ね合わせることにより干渉の影響を除去することができる。
【００７９】
[実施例２]
図１４を参照しては非晶質半導体膜の結晶化と、形成された結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを形成する工程を説明する。図１４（１−Ｂ）は縦断面図であり、非単結晶半導体膜６０３がガラス基板６０１上に形成されている。非単結晶半導体膜６０３の代表的な一例は非晶質シリコン膜であり、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜などを適用することができる。厚さは１０〜２００nmが適用可能であるが、レーザービームの波長及びエネルギー密度によりさらに厚くしても良い。また、ガラス基板６０１と非単結晶半導体膜６０３との間にはブロッキング層６０２を設け、ガラス基板からアルカリ金属などの不純物が半導体膜中へ拡散しないための手段を施しておくことが望ましい。ブロッキング層６０２としては、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などを適用する。
【００８０】
レーザービーム６００の照射によって結晶化が成され、結晶半導体膜６０４を形成することができる。レーザービーム６００は図１４（１−Ａ）に示すように、想定されるＴＦＴの半導体領域６０５の位置に合わせて走査するものである。
ビーム形状は矩形、線形、楕円系など任意なものとすることができる。光学系にて集光したレーザービームは、中央部と端部で必ずしもエネルギー強度が一定ではないので、半導体領域６０５がビームの端部にかからないようにすることが望ましい。
【００８１】
レーザービームの走査は一方向のみの走査でなく、往復走査をしても良い。その場合には１回の走査毎にレーザーエネルギー密度を変え、段階的に結晶成長をさせることも可能である。また、非晶質シリコン膜を結晶化させる場合にしばしば必要となる水素出しの処理を兼ねることも可能であり、最初に低エネルギー密度で走査し、水素を放出した後、エネルギー密度を上げて２回目の走査で結晶化を完遂させても良い。
【００８２】
その後、図１４（２−Ａ）及び（２−Ｂ）に示すように、形成された結晶半導体膜をエッチングして、島状に分割された半導体領域６０５を形成する。トップゲート型ＴＦＴの場合には、半導体領域６０５上にゲート絶縁膜６０６、ゲート電極６０７、一導電型不純物領域６０８を形成してＴＦＴを形成することができる。その後、必要に応じて配線や層間絶縁膜等を形成すれば良い。
【００８３】
このようなレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１０〜８０cm/secとすることによりそれを実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒径化を実現することができる。
【００８４】
[実施例３]
実施例２で示すＴＦＴの作製方法は、ゲート電極が基板と半導体膜の間に配置されるボトムゲート型のＴＦＴの作製工程にも適用できる。図１５（Ａ）で示すように基板７０１上にＭｏ又はＣｒで形成されたゲート電極７０２が形成され、窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜を積層したゲート絶縁膜７０３が形成されている。その上に、非晶質シリコン膜７０４が形成されており、レーザービーム７００の照射により結晶質シリコン膜７０５を形成することができる。
【００８５】
図１５（Ｂ）はボトムゲート型ＴＦＴの他の形態であり、ゲート絶縁膜７０６の表面が平坦化された状態を示している。平坦化は化学的機械研磨により平坦化すれば良い。ボトムゲート型ＴＦＴの場合、ゲート電極が先に形成されることによりゲート絶縁膜の表面には段差が形成される。結晶成長においてこのような段差部は、結晶成長の基点、即ち結晶核となる確率が高く、一様な結晶成長を阻害する要因となる。従って、均質な結晶成長を成し遂げるためにはゲート絶縁膜の表面を平坦化しておくことが望ましいと考えられる。
【００８６】
結晶質シリコン膜７０５が形成された後は、半導体領域の形成、ソース及びドレイン領域の形成等、公知の方法に従えばボトムゲート型ＴＦＴを形成することができる。
【００８７】
[実施例４]
本発明のレーザー処理装置を用いてＣＭＯＳ型のＴＦＴを作製する一例について、図１６を参照して説明する。
【００８８】
図１６（Ａ）において、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス基板９０１上に、窒化酸化シリコンを用いてブロッキング層９０２を２００nmの厚さで形成する。その後、非晶質シリコン膜９０３をプラズマＣＶＤ法で１００nmの厚さに形成する。結晶化は、連続発振のレーザービーム９００を照射することにより行うが、当該レーザービーム９００の照射は非晶質シリコン膜９０３の全面に対して行う必要はない。
【００８９】
図１６（Ｂ）は島状に分割した活性層形成領域９０５、９０６の形態を示しているが、図１６（Ａ）と（Ｂ）を対比して分かるように、活性層形成領域は結晶化領域の内側に形成されるようにする。非晶質シリコン膜が結晶化することによって、含有する水素の放出や、原子の再配列による緻密化が起こり体積の収縮が発生する。従って、非晶質領域と結晶領域の界面では、格子連続性も確保されず、歪みが生じることになる。そこで、結晶化領域９０４の内側にＴＦＴの活性層形成領域９０５を形成することは、この歪み領域を除去することでもある。また、図１７（Ａ）はこの状態の上面図を示している。
【００９０】
尚、ここで活性層とは、ＴＦＴのチャネル形成領域及びソース又はドレイン領域などのように価電子制御された不純物領域を含む半導体領域を指していう。
【００９１】
さらに、ゲート絶縁膜９０７を８０nmの厚さで形成する。ゲート絶縁膜９０７はプラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を反応ガスとして酸化窒化シリコン膜で形成する。この活性層は、（１００）面の配向率が高いため、その上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができ、それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。
【００９２】
図１６（Ｃ）において、ゲート絶縁膜９０７上には、ゲート電極９０８、９０９を形成する。ゲート電極を形成する材料としては、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性材料又はこれらの合金を適用し、４００nmの厚さに形成する。
【００９３】
図１６（Ｄ）は不純物領域の形成であり、イオンドーピング法により、ｎチャネル型ＴＦＴに対するソース又はドレイン領域９１０、低濃度ドレイン（ＬＤＤ）領域９１１、及びｐチャネル型ＴＦＴに対するソース又はドレイン領域９１２を形成する。
【００９４】
イオンドーピングにより、不純物元素を注入した領域の結晶性が破壊され、非晶質化する。結晶性の回復と、不純物元素の活性化による低抵抗化を実現するために、レーザー処理を行う。レーザー処理は本発明のレーザー処理装置によって行うことができる。また、水素雰囲気（還元雰囲気）中でレーザー照射を行って水素化を兼ねておこなっても良い。
【００９５】
その後、図１６（Ｅ）に示すように窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜で層間絶縁膜９１４を形成する。次いで、各半導体層の不純物領域に達するコンタクトホールを形成し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａなどを用いて配線９１５、９１６を形成する。さらに、窒化シリコン膜でパッシベーション膜９１７を形成する。図１７（Ｂ）はこの状態の上面図を示している。
【００９６】
こうしてｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを形成することができる。
ここではそれぞれのＴＦＴを単体として示しているが、これらのＴＦＴを使ってＣＭＯＳ回路やＮＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路を形成することができる。本発明により形成される結晶質シリコン膜はチャネル長方向と平行に結晶成長が成されるので、実質的にキャリアが横切る結晶粒界が無くなり、高い電界効果移動度を得ることができる。こうして作製されるＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置や発光素子を用いた表示装置を作製するためのＴＦＴとして、また、ガラス基板上にメモリやマイクロプロセッサを形成するためのＴＦＴとして用いることができる。
【００９７】
[実施例５]
実施例４と同様に作製されるＴＦＴを用いてアクティブマトリクス駆動型の表示装置を実現するためのＴＦＴ基板（ＴＦＴが形成された基板）の構成例を図１８により説明する。図１８では、ｎチャネル型ＴＦＴ１８０１、ｐチャネル型ＴＦＴ１８０２、ｎチャネル型ＴＦＴ１８０３を有する駆動回路部１８０６と、画素ＴＦＴ１８０４、容量素子１８０５とを有する画素部１８０７が同一基板上に形成されている。
【００９８】
駆動回路部１８０６のｎチャネル型ＴＦＴ１８０１はチャネル形成領域８６２、ゲート電極８１０と一部が重なる第２不純物領域８６３とソース領域又はドレイン領域として機能する第１不純物領域８６４を有している。ｐチャネル型ＴＦＴ１８０２にはチャネル形成領域８６５、ゲート電極８１１と一部が重なる第４不純物領域８６６とソース領域又はドレイン領域として機能する第３不純物領域８６７を有している。ｎチャネル型ＴＦＴ１８０３にはチャネル形成領域８６８、ゲート電極８１２と一部が重なる第２不純物領域８６９とソース領域又はドレイン領域として機能する第１不純物領域８７０を有している。このようなｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴによりシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成することができる。
【００９９】
これらのチャネル形成領域や不純物領域が形成される活性層は、実施例２と同様にして形成されるものである。活性層はチャネル長方向に、基板と平行に結晶成長されることにより、キャリアが結晶粒界を横切る確率が非常に低減する。それにより、高い電界効果移動度を得ることができ、極めて優れた特性を得ることができる。
【０１００】
画素部１８０７の画素ＴＦＴ１８０４にはチャネル形成領域８７１、ゲート電極８１３の外側に形成され第２不純物領域８７２とソース領域又はドレイン領域として機能する第１不純物領域８７３を有している。また、容量素子１８０５の一方の電極として機能する半導体膜には硼素が添加された第３不純物領域８７６が形成されている。容量素子１８０５は、絶縁膜（ゲート絶縁膜と同一膜）を誘電体として、電極８１４と半導体膜８０６とで形成されている。上記第２不純物領域はいずれもＬＤＤ領域として機能するものであり、第１不純物領域よりも低い濃度で価電子制御用の不純物元素を含んでいる。尚、８５３〜８６０は各種配線であり、８６１は画素電極に相当するものである。
【０１０１】
これらのＴＦＴは、チャネル形成領域や不純物領域を形成する活性層の配向率が高く、平坦であるためその上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができる。それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。その結果、低電圧でＴＦＴを駆動することが可能であり、消費電力が低減する利点がある。また、表面が平坦化されている為、電界が凸部に集中しないことにより、特にドレイン端において発生するホットキャリア効果に起因する劣化を抑制することが可能となる。また、ソースとドレイン間を流れるキャリアの濃度分布はゲート絶縁膜との界面近傍において高くなるが、平滑化されているためキャリアが散乱されることなくスムーズに移動することができ、電界効果移動度を高めることができる。
【０１０２】
このようなＴＦＴ基板から液晶表示装置を作製するためには、共通電極が形成された対向基板を３〜８μm程度の間隔をもって設け、その間に配向膜、液晶層を形成すれば良い。これらは公知の技術を適用することができる。
【０１０３】
図１９は上記ＴＦＴ基板を用いるアクティブマトリクス基板の回路構成を示している。画素部１９０１のＴＦＴを駆動する駆動回路部はデータ線駆動回路１９０２、走査線駆動回路１９０３であり、必要に応じてシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などが配置されている。この場合、データ線駆動回路１９０２は映像信号を送り出すものであり、コントローラ１９０４からの映像信号と、タイミングジェネレータ１９０７からの走査線駆動回路用タイミング信号が入力される。走査線駆動回路１９０３にはタイミングジェネレータ１９０７からのデータ線駆動回路用タイミング信号が入力され、走査線に信号を出力する。マイクロプロセッサ１９０６はコントローラ１９０４の制御や、メモリ１９０５への映像信号などのデータの書き込み、外部インターフェース１９０８からの入出力、これらシステム全体の動作管理などを行う。
【０１０４】
これらの回路を構成するためのＴＦＴは本実施例で示すような構成のＴＦＴで形成することが可能である。ＴＦＴのチャネル形成領域を形成する活性層を実質的に単結晶と見なせる領域とすることにより、ＴＦＴの特性を向上させ、様々な機能回路をガラスなどの基板上に形成することができる。
【０１０５】
[実施例６]
ＴＦＴ基板を用いた他の実施例として、発光素子を用いた表示装置の一例を図面を参照して説明する。図２０は各画素毎にＴＦＴを配置して形成される表示装置の画素構造を断面図で示している。尚、図２０において示すｎチャネル型ＴＦＴ２１００、２１０２及びｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は実施例４と同様の構成であり、本実施例では詳細な説明は省略する。
【０１０６】
図２０（Ａ）は基板２００１上にブロッキング層２００２を介してｎチャネル型ＴＦＴ２１００とｐチャネル型ＴＦＴ２１０１が画素に形成された構成を示している。この場合、ｎチャネル型ＴＦＴ２１００はスイッチング用ＴＦＴであり、ｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は電流制御用ＴＦＴであり、そのドレイン側は発光素子２１０５の一方の電極と接続している。ｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は発光素子に流す電流を制御する動作を目的としている。勿論、一つの画素に設けるＴＦＴの数に限定はなく、表示装置の駆動方式に従い適切な回路構成とすることが可能である。
【０１０７】
図２０（Ａ）に示す発光素子２１０５は、陽極層２０１１、発光体を含む有機化合物層２０１２、陰極層２０１３から成り、その上にパッシベーション層２０１４が形成されている。有機化合物層は、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含んでいる。
【０１０８】
陽極を形成する材料は酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料を用い、陰極にはＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される仕事関数の低い材料を用いる。また、１〜２０nmの薄いフッ化リチウム層とＡｌ層との組み合わせ、薄いセシウム層とＡｌ層との組み合わせによって陰極を構成しても良い。陽極はｐチャネル型ＴＦＴ２１０１のドレイン側の配線２０１０と接続しており、陽極２０１１の端部を覆うように隔壁層２００３が形成されている。
【０１０９】
発光素子２１０５上にはパッシベーション膜２０１４が形成されている。パッシベーション層２０１４には窒化シリコン、酸窒化シリコン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）など酸素や水蒸気に対しバリア性の高い材料を用いて形成する。このような構成により発光素子の発する光は陽極側から放射される構成となる。
【０１１０】
一方、図２０（Ｂ）は基板２００１上にブロッキング層２００２を介してｎチャネル型ＴＦＴ２１００とｎチャネル型ＴＦＴ２１０２が画素に形成された構成を示している。この場合、ｎチャネル型ＴＦＴ２１００はスイッチング用ＴＦＴであり、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２は電流制御用ＴＦＴであり、そのドレイン側は発光素子２１０６の一方の電極と接続している。
【０１１１】
発光素子２１０６は、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側に接続する配線２０１５上に陽極層２０１６として酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料の膜を形成している。
【０１１２】
有機化合物層２０１８上に形成される陰極の構成は、１〜２nmの低仕事関数の材料で形成される第１陰極層２０１９と、陰極層２０１９上に形成され、陰極の低抵抗化を図るために設ける第２陰極層２０１７とで形成される。第１陰極層２０１９はセシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの他にＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される。第２陰極層２０１７は、１０〜２０nmのＡｌ、Ａｇなどの金属材料又は、１０〜１００nmの酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの透明導電膜で形成される。発光素子２１０６上にはパッシベーション膜２０２０が形成されている。このような構成により発光素子の発する光は陰極側から放射される構成となる。
【０１１３】
また、図２０（Ｂ）における発光素子２１０６の他の形態として、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側に接続する配線２０１５上に陰極材料としてセシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの他にＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物から成る陰極層２０１６、有機化合物層２０１８、１〜２nm程度の薄い第１陽極層２０１９、透明導電膜で形成される第２陽極層２０１７とした構成とすることもできる。第１陽極層はニッケル、白金、鉛などの仕事関数の高い材料を真空蒸着法で形成する。
【０１１４】
以上のようにしてアクティブマトリクス駆動の発光素子を用いた表示装置を作製することができる。これらのＴＦＴは、チャネル形成領域や不純物領域を形成する活性層の配向率が高く、平坦であるためその上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができる。それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。その結果、低電圧でＴＦＴを駆動することが可能であり、消費電力を低減する利点がある。この表示装置においては、発光素子に接続する電流制御用にＴＦＴに高い電流駆動能力が要求されるので、その用途に適している。また、ここでは示さないが、画素部の周辺に駆動回路部を設ける構成は、実施例５と同様にすれば良い。
【０１１５】
[実施例７]
本発明は様々な半導体装置に適用が可能である。このような半導体装置には、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ受像器、携帯電話、投影型表示装置等が挙げられる。それらの一例を図２１と図２２に示す。
【０１１６】
図２１(Ａ)は本発明を適用してテレビ受像器を完成させる一例であり、筐体３００１、支持台３００２、表示部３００３等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３００３に適用されている。
【０１１７】
図２１(Ｂ)は本発明を適用してビデオカメラを完成させた一例であり、本体３０１１、表示部３０１２、音声入力部３０１３、操作スイッチ３０１４、バッテリー３０１５、受像部３０１６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３０１２に適用されている。
【０１１８】
図２１(Ｃ)は本発明を適用してノート型のパーソナルコンピュータを完成させた一例であり、本体３０２１、筐体３０２２、表示部３０２３、キーボード３０２４等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３０２３に適用されている。
【０１１９】
図２１(Ｄ)は本発明を適用してＰＤＡ(Personal Digital Assistant)を完成させた一例であり、本体３０３１、スタイラス３０３２、表示部３０３３、操作ボタン３０３４、外部インターフェース３０３５等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３０３３に適用することができる。
【０１２０】
図２１(Ｅ)は本発明を適用して音響再生装置を完成させた一例であり、具体的には車載用のオーディオ装置であり、本体３０４１、表示部３０４２、操作スイッチ３０４３、３０４４等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３０４２に適用することができる。
【０１２１】
図２１(Ｆ)は本発明を適用してデジタルカメラを完成させた一例であり、本体３０５１、表示部(Ａ)３０５２、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部(Ｂ)３０５５、バッテリー３０５６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部(Ａ)３０５２および表示部(Ｂ)３０５５に適用することもできる。
【０１２２】
図２１(Ｇ)は本発明を適用して携帯電話を完成させた一例であり、本体３０６１、音声出力部３０６２、音声入力部３０６３、表示部３０６４、操作スイッチ３０６５、アンテナ３０６６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部３０６４に適用することができる。
【０１２３】
図２２（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含む。図２２（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４等を含む。
【０１２４】
尚、図２２（Ｃ）は、図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は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２２（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。
【０１２５】
また、図２２（Ｄ）は、図２２（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、リフレクター２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。なお、図２２（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、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フィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１２６】
尚、ここで例示する電子装置はごく一例であり、これらの用途に限定するものではないことを付記する。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大面積基板の全面にわたって、ＴＦＴを形成する半導体領域の位置に合わせてレーザービームを照射して結晶化させ、スループット良く大粒径の結晶半導体膜を形成することができ、しかもＴＦＴの特性を向上させることができる。
【０１２８】
特に、本発明のレーザー処理装置の構成により、半導体を溶融させるのに十分なエネルギー密度のレーザービームを、照射部において干渉を生じさせることなく照射することができる。また、偏向手段によりレーザービームを走査することにより大面積基板の全面に渡って非晶質半導体膜の結晶化をすることができる。
或いは、偏向手段により、大面積基板上の指定された領域を選択的に結晶化することができる。さらに、偏向手段により複数のレーザービームを同一照射部に重ね合わせることにより干渉の影響を除去することができる。
【０１２９】
従って、本発明によれば、大面積基板の全面にわたって、ＴＦＴを形成する半導体領域の位置に合わせてレーザービームを照射して結晶化させ、スループット良く結晶質半導体膜を形成することができ、しかもＴＦＴの特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図２】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図３】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図４】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図５】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図６】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図７】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図８】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図９】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図１０】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図１１】 ＴＦＴ基板の構成とＴＦＴを構成する半導体領域の配置とレーザービームの走査方向の関係を説明する図。
【図１２】 ＴＦＴ基板の構成とＴＦＴを構成する半導体領域の配置とレーザービームの走査方向の関係を説明する図。
【図１３】 ＴＦＴ基板の構成とＴＦＴを構成する半導体領域の配置とレーザービームの走査方向の関係を説明する図。
【図１４】 半導体膜におけるレーザービームの走査方向とＴＦＴの作製工程を説明する図。
【図１５】 ボトムゲート型のＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図１６】 ＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図１７】 ＴＦＴの作製工程を説明する上面図。
【図１８】 ＴＦＴ基板の構成を示す断面図。
【図１９】 ＴＦＴ基板の回路構成の一例を示すブロック図。
【図２０】 発光素子を設けた半導体装置の画素の構成を示す断面図。
【図２１】 半導体装置の一例を示す図。
【図２２】 半導体装置の一例を示す図。
【図２３】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図２４】 本発明のレーザー処理装置の一態様を示す配置図。
【図２５】 半導体膜におけるレーザービームの走査方向とＴＦＴの作製工程を説明する図。
Claims (18)
- レーザー発振装置と、当該レーザー発振装置から出力されるレーザービームを主走査方向に偏向させる第１偏向手段と、から成る一組の光学系を複数個有し、
前記主走査方向に偏向された複数のレーザービームを受光して、副走査方向に走査する第２偏向手段とを備え、
前記第２偏向手段はその一軸方向の軸を中心とした回転角により、前記複数のレーザービームを前記副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する機能を有していることを特徴とするレーザー処理装置。 - レーザー発振装置と、当該レーザー発振装置から出力されるレーザービームを主走査方向に偏向させる第１可動ミラーと、から成る一組の光学系を複数個有し、
前記主走査方向に偏向された複数のレーザービームを受光して、副走査方向に走査する長尺の第２可動ミラーとを備え、
前記第２可動ミラーはその長尺方向の軸を中心とした回転角により、前記複数のレーザービームを前記副走査方向に走査して、載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する機能を有していることを特徴とするレーザー処理装置。 - 第１レーザー発振装置と、前記第１レーザー発振装置から出力されるレーザービームを第１主走査方向に偏向させる第１偏向手段と、から成る一組の第１光学系を複数個有し、
前記第１主走査方向に偏向された複数のレーザービームを受光して、第１副走査方向に走査する第２偏向手段と、
第２レーザー発振装置と、前記第２レーザー発振装置から出力されるレーザービームを第２主走査方向に偏向させる第３偏向手段と、から成る一組の第２光学系を複数個有し、
前記第２主走査方向に偏向された複数のレーザービームを受光して、第２副走査方向に走査する第４偏向手段と、を備え、
前記第２及び第４偏向手段は、一軸方向を中心とした回転角により、複数のレーザービームを前記第１又は第２副走査方向に走査して、載置台上の被処理物載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する機能を有していることを特徴とするレーザー処理装置。 - 第１レーザー発振装置と、前記第１レーザー発振装置から出力されるレーザービームを第１主走査方向に偏向させる第１可動ミラーと、から成る一組の第１光学系を複数個有し、
前記第１主走査方向に偏向された複数のレーザービームを受光して、第１副走査方向に走査する長尺の第２偏向ミラーと、
第２レーザー発振装置と、前記第２レーザー発振装置から出力されるレーザービームを第２主走査方向に偏向させる第３偏向ミラーと、から成る一組の第２光学系を複数個有し、
前記第２主走査方向に偏向された複数のレーザービームを受光して、第２副走査方向に走査する長尺の第４偏向ミラーと、を備え、
前記第２及び第４偏向ミラーは、一軸方向を中心とした回転角により、複数のレーザービームを前記第１又は第２副走査方向に走査して、載置台上の被処理物載置台上の被処理物に当該レーザービームを照射する機能を有していることを特徴とするレーザー処理装置。 - 請求項１または請求項２において、
前記光学系に、ｆθレンズが備えられていることを特徴とするレーザー処理装置。 - 請求項１または請求項２において、
前記レーザー発振装置は、連続発振の固体レーザー発振装置であることを特徴とするレーザー処理装置。 - 請求項１または請求項２において、
前記レーザー発振装置は、波長７００ｎｍ以下のレーザービームを連続的に出力するレーザー発振装置であることを特徴とするレーザー処理装置。 - 請求項１または請求項２において、
前記レーザー発振装置から出力される前記レーザービームは、複数のレーザー発振装置から出力されたレーザービームを同一の光軸に重ね合わせたものであることを特徴とするレーザー処理装置。 - 複数のレーザービームをそれぞれ主走査方向に偏向させる複数の第１偏向手段と、
前記主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ副走査方向に走査する第２偏向手段と、により、前記複数のレーザービームを前記副走査方向に走査して、
絶縁表面上に形成された非晶質構造を有する半導体膜に前記レーザービームを照射し、前記半導体膜を結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 複数のレーザービームをそれぞれ主走査方向に偏向させる複数の第１偏向手段と、
前記主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ副走査方向に走査する第２偏向手段と、により、前記複数のレーザービームを、絶縁表面上に形成された非晶質構造を有する半導体膜に照射しながら前記副走査方向に走査して、前記半導体膜を結晶化させ、
前記副走査方向と、薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが一致するように半導体領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 複数の第１レーザービームをそれぞれ第１主走査方向に偏向させる複数の第１偏向手段と、
前記第１主走査方向に偏向された第１レーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ第１副走査方向に走査する第２偏向手段と、
複数の第２レーザービームをそれぞれ第２主走査方向に偏向させる複数の第３偏向手段と、
前記第２主走査方向に偏向された第２レーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ第２副走査方向に走査する第４偏向手段とにより、
前記第１レーザービームを前記第１副走査方向に走査し、前記第２レーザービームを前記第２副走査方向に走査して、絶縁表面上に形成された非晶質構造を有する半導体膜に前記レーザービームを照射し、前記半導体膜を結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 複数の第１レーザービームをそれぞれ第１主走査方向に偏向させる複数の第１偏向手段と、
前記第１主走査方向に偏向された第１レーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ第１副走査方向に走査する第２偏向手段と、
複数の第２レーザービームをそれぞれ第２主走査方向に偏向させる複数の第３偏向手段と、
前記第２主走査方向に偏向された第２レーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ第２副走査方向に走査する第４偏向手段とにより、
前記第１または第２レーザービームを各々絶縁表面上に形成された非晶質構造を有する半導体膜に照射しながら、前記第１レーザービームを前記第１副走査方向に走査し、前記第２レーザービームを前記第２副走査方向に走査して、前記半導体膜を結晶化させ、
前記第１副走査方向及び前記第２副走査方向と、薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とがそれぞれ一致するように半導体領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 複数のレーザービームをそれぞれ主走査方向に偏向させる複数の第１偏向手段と、
前記主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ副走査方向に走査する第２偏向手段とにより、
前記複数のレーザービームを前記副走査方向に走査して、
非単結晶半導体のイオンが注入された領域に前記レーザービームを照射し、前記領域の結晶性を回復することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 複数のレーザービームをそれぞれ主走査方向に偏向させる複数の第１偏向手段と、
前記主走査方向に偏向されたレーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ副走査方向に走査する第２偏向手段とにより、
前記複数のレーザービームを絶縁表面上に形成された非単結晶半導体膜に照射しながら前記副走査方向に走査して、前記非単結晶半導体膜のイオンが注入された領域の結晶性を回復させ、
前記副走査方向と、薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが一致するように半導体領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 複数の第１レーザービームをそれぞれ第１主走査方向に偏向させる複数の第１偏向手段と、
前記第１主走査方向に偏向された第１レーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ第１副走査方向に走査する第２偏向手段と、
複数の第２レーザービームをそれぞれ第２主走査方向に偏向させる複数の第３偏向手段と、
前記第２主走査方向に偏向された第２レーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ第２副走査方向に走査する第４偏向手段とにより、
前記第１レーザービームを前記第１副走査方向に走査し、前記第２レーザービームを前記第２副走査方向に走査して、非単結晶半導体のイオンが注入された領域に前記レーザービームを照射し、前記領域の結晶性を回復することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 複数の第１レーザービームをそれぞれ第１主走査方向に偏向させる複数の第１偏向手段と、
前記第１主走査方向に偏向された第１レーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ第１副走査方向に走査する第２偏向手段と、
複数の第２レーザービームをそれぞれ第２主走査方向に偏向させる複数の第３偏向手段と、
前記第２主走査方向に偏向された第２レーザービームを受光して、一軸方向の軸を中心とした回転角によりそれぞれ第２副走査方向に走査する第４偏向手段とにより、
前記第１または第２レーザービームを絶縁表面上に形成された非単結晶半導体膜に照射しながら前記第１レーザービームを前記第１副走査方向に走査し、前記第２レーザービームを前記第２副走査方向に走査して、前記非単結晶半導体膜のイオンが注入された領域の結晶性を回復させ、
前記第１副走査方向及び前記第２副走査方向と、薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とがそれぞれ一致するように半導体領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項９または１０において、
前記レーザービームが連続発振の固体レーザー発振装置から出力されるレーザービームであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項９または１０において、
前記レーザービームが波長４００ｎｍ以上の連続発振レーザービームであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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