JPH06177033A - レ−ザアニ−ル方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明はアモルファスシリコン膜をレ−ザ
光によって再現性を備えて多結晶化するレ−ザアニ−ル
方法を提供することにある。 【構成】 基板８上に形成されたアモルファスシリコン
膜７をレ−ザ光によって多結晶化するレ−ザアニ−ル方
法において、上記アモルファスシリコン膜に連続発振さ
れる第１のレ−ザ光Ｌ1 を照射して結晶成長のシ−ドと
なる多結晶シ−ド層３１ａ、３１ｂを形成したのち、上
記アモルファスシリコン膜の上記多結晶シ−ド層に隣接
する部分を第２のレ−ザ光Ｌ2 で照射して多結晶化する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は基板上に形成されたア
モルファスシリコン膜を結晶化させるためのレ−ザアニ
−ル方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（ＬＣＤ）においては、製
造プロセスや主要部品の技術革新にともなって表示性能
が急速に向上している。とくに、表示画素にそれぞれス
イッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設
けた、ＴＦＴ−ＬＣＤでは高画質が得られるため、画面
の大型化や高精細化が進められている。とくに、画素数
の増加にともない上記ＴＦＴのキャリア（電子）移動度
を上げることで、高速動作させることが不可欠となって
きている。

【０００３】上記ＴＦＴは液晶基板上に形成するため、
単結晶シリコン基板に使用することができない。そこ
で、ガラス基板にアモルファスシリコンの状態で成膜す
る方法がとられている。液晶用のＴＦＴはプラズマＣＶ
Ｄ法または減圧ＣＶＤ法によって上記基板上にアモルフ
ァスシリコンを成膜して形成される。ＴＦＴにおいて、
キャリアの移動度を向上させるためにはその膜をアモル
ファスな状態から結晶化させる必要がある。

【０００４】アモルファスシリコンを結晶化させる方法
としては、固相成長法、レ−ザアニ−ル法、電子ビ−ム
蒸着法などがある。固相成長法では電気炉を用いてアモ
ルファスシリコンをアニ−ル処理して結晶化させる。こ
の方法は処理時間が長く、また高温プロセスとなるか
ら、基板に石英基板を使わなければならず、コスト高に
なってしまうということがある。

【０００５】ＴＦＴにおいて、高移動度が得られる結晶
化法としてレ−ザアニ−ルが検討されている。レ−ザ光
を用いてアニ−ルを行えば、固相成長法に比べて処理時
間の短縮や装置の小型化が計れるなどの利点を有する。
しかしながら、レ−ザアニ−ルにおいては、結晶化させ
る部分にレ−ザ光を照射したときに、その照射部位がレ
−ザ光によって瞬時に急激に加熱されるため、結晶化が
始まる部位や方向が一定しないということがある。つま
り、レ−ザアニ−ルによるアモルファスシリコン膜の結
晶化は再現性が低くなり、品質が一定しないということ
があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、レ−ザア
ニ−ルによるアモルファスシリコンの結晶化は、他の方
法に比べて種々の利点を有するものの、結晶化の再現性
が低いので、実用化しづらいということがあった。

【０００７】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、レ−ザ光によってアモル
ファスシリコン膜を結晶化する場合に、その結晶成長の
方向を制御できるようにしたレ−ザアニ−ル方法を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、基板上に形成されたアモルファスシリコ
ン膜をレ−ザ光によって多結晶化するレ−ザアニ−ル方
法において、上記アモルファスシリコン膜に連続発振さ
れる第１のレ−ザ光を照射して結晶成長のシ−ドとなる
多結晶シ−ド層を形成したのち、上記アモルファスシリ
コン膜の上記多結晶シ−ド層に隣接する部分を第２のレ
−ザ光で照射して多結晶化することを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、連続波レ−ザ光によって結
晶状態が均質な多結晶シ−ド層を形成したのち、この多
結晶シ−ド層を基準にしてその層に隣接する部分を結晶
化することで、結晶方向を一定にすることができる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図１はこの発明のレ−ザアニ−ルを行うため
に用いられる、レ−ザアニ−ル装置を示し、同図中１は
可視域の波長の第１のレ−ザ光Ｌ1 を連続して出力する
ことができる、たとえばアルゴンレ−ザなどの第１のレ
−ザ発振器である。この第１のレ−ザ発振器１から出力
された第１のレ−ザ光Ｌ1 は第１の反射ミラ−２で反射
し、アパ−チャ３でビ−ムの断面形状が成形されたの
ち、集光レンズ４で集束されて真空容器５内に入射す
る。この真空容器５には収容室６が形成され、この収容
室６内に、上記第１のレ−ザ光Ｌ1 によって後述するご
とく照射されるアモルファスシリコン膜７が形成された
液晶基板８が設置される。

【００１１】上記真空容器５はＸＹテ−ブル９の上面に
載置固定されていて、上記収容室６は合成石英などのウ
インド１０がパッキング１１を介して気密に設けられて
いる。上記第１のレ−ザ光Ｌ1 は上記ウインド１０を透
過して上記液晶基板８を照射できるようになっている。

【００１２】上記収容室６には、その内部を減圧する、
図示しない真空ポンプが接続される排気路１２が形成さ
れている。上記真空容器５には、その内部の基板８を所
定温度に加熱保持するヒ−タ１３が設けられている。こ
のヒ−タ１３には駆動部１４が接続され、この駆動部１
４は制御装置１５からの駆動信号によって上記ヒ−タ１
３を駆動制御、つまり上記基板８の温度を制御する。

【００１３】上記液晶基板８に形成されたアモルファス
シリコン膜７は上記第１のレ−ザ光Ｌ1 によって照射さ
れたのち、後述するように第２のレ−ザ光Ｌ2 によって
照射される。この第２のレ−ザ光Ｌ2 としては、紫外域
の波長であるとともに、スポット径を大きくするために
パルス発振されるレ−ザ光、たとえばエキシマレ−ザな
どの第２のレ−ザ発振器１６から発振されるレ−ザ光が
用いられる。

【００１４】上記第２のレ−ザ発振器１６から出力され
た第２のレ−ザ光Ｌ2 は、第２の反射ミラ−１７で反射
し、そのビ−ム断面内の強度分布を均一化させる、たと
えばカライドスコ−プなどのビ−ムホモジナイザ１８を
通過して上記収容室７内に入射するようになっている。

【００１５】上記制御装置１５は、上記第１のレ−ザ発
振器１、第２のレ−ザ発振器１６および上記ＸＹテ−ブ
ル６をＸＹ方向に駆動する駆動源１８の作動を制御す
る。さらに、上記収容室６の上方にはＣＣＤカメラ２０
が配設されている。このＣＣＤカメラ２０は上記収容室
６内の液晶基板８を撮像し、その観察像をモニタ２１に
表示するようになっている。

【００１６】つぎに、上記構成のレ−ザアニ−ル装置を
用いて液晶基板８のアモルファスシリコン膜７をアニ−
リングする手順について説明する。図２は上記液晶基板
８の一部を拡大したもので、この液晶基板８は厚さが0.
6 〜１mm程度であり、その上面にはアモルファスシリコ
ン膜７が2000オングストロ−ム（Ａ）程度の厚さで形成
されている。

【００１７】上記アモルファスシリコン膜７を多結晶化
するには、まず、制御装置１５によって駆動源１８を作
動させ、ＸＹテ−ブル９を駆動して第１のレ−ザ発振器
１から連続発振される第１のレ−ザ光Ｌ1 が上記アモル
ファスシリコン膜７の所定の位置を照射するよう上記液
晶基板８を位置決めする。

【００１８】上記液晶基板８を位置決めしたならば、第
１のレ−ザ発振器１を作動させ、第１のレ−ザ光Ｌ1 に
よってアモルファスシリコン膜７を照射するとともに、
上記駆動源１８によってＸＹテ−ブル６を所定方向、た
とえば図２に示すＸ方向に駆動して上記アモルファスシ
リコン膜７をＸ方向に沿って照射する。

【００１９】それによって、上記アモルファスシリコン
膜７は、上記第１のレ−ザ光Ｌ1 の照射幅に応じて多結
晶化される。つまり、アモルファスシリコン膜７には、
幅寸法が第１のレ−ザ光Ｌ1 のスポット径に応じて小さ
な第１の多結晶シ−ド層３１ａが厚さ方向全長にわたっ
て形成される。

【００２０】上記第１のレ−ザ光Ｌ1 は可視域の波長の
連続波である。つまり、比較的波長の長い光であるとと
もに、連続波であることで、アモルファスシリコン膜７
を均一に加熱する。したがって、上記第１のレ−ザ光Ｌ
1 によって形成された第１の多結晶シ−ド層３１ａの結
晶を均一に成長させることができる。

【００２１】ついで、上記ＸＹテ−ブル６をＹ方向に所
定距離移動させたのち、再びＸ方向に駆動して、上記第
１の多結晶シ−ド膜３１ａと平行な第２の多結晶シ−ド
層３１ｂを形成する。上記第１の多結晶シ−ド層３１ａ
と第２の多結晶シ−ド層３１ｂとの間隔を図２に示すよ
うにｄとする。この間隔ｄは、ビ−ムホモジナイザ１８
によって強度分布が均一化される第２のレ−ザ光Ｌ2 の
スポット径Ｄよりも僅かに小さく設定されている。

【００２２】このように、第１の多結晶シ−ド膜３１ａ
と第２の多結晶シ−ド層３１ｂとを所定の間隔ｄで形成
したならば、ＸＹテ−ブル６をＹ方向に駆動し、第２の
レ−ザ光Ｌ2 のスポットの中心を、上記第１の多結晶シ
−ド層３１ａと第２の多結晶シ−ド層３１ｂとの中心に
一致させる。

【００２３】その状態で、第２のレ−ザ発振器１６を作
動させて第２のレ−ザ光Ｌ2 を発振させるとともに、Ｘ
Ｙテ−ブル６をＸ方向に駆動する。それによって、液晶
基板８に形成されたアモルファスシリコン膜７の第１の
多結晶シ−ド層３１ａと第２の多結晶シ−ド層３１ｂと
の間の部分Ａは、強度分布が均一で、ビ−ム形状が四角
形に成形された上記第２のレ−ザ光Ｌ2 によって照射加
熱される。

【００２４】上記第２のレ−ザ光Ｌ2 のスポット径を
Ｄ、第１の多結晶シ−ド層３１ａと第２の多結晶シ−ド
層３１ｂとの間隔をｄとすると、Ｄ＞ｄに設定されてい
る。したがって、第２のレ−ザ光Ｌ2 は上記アモルファ
スシリコン膜７の上記部分Ａだけでなく、幅方向両端部
が上記第１の多結晶シ−ド層３１ａと第２の多結晶シ−
ド層３１ｂとに重なる状態で照射する。つまり、上記第
２のレ−ザ光Ｌ2 により、上記部分Ａの幅方向全体を照
射加熱できる。

【００２５】それによって、上記アモルファスシリコン
膜７の第１の多結晶シ−ド層３１ａと第２の多結晶シ−
ド層３１ｂとの間の部分Ａが多結晶化されることにな
る。その際、上記第１のシ−ド層３１ａと第２のシ−ド
層３１ｂとが予め多結晶化されているから、上記部分Ａ
の多結晶化はこれらシ−ド層を種にして成長する。

【００２６】つまり、第１、第２のシ−ド層３１ａ、３
１ｂを予め形成しておくことにより、上記部分Ａの多結
晶化は、図２に矢印Ｂで示すように、各シ−ド層に隣接
する部分から上記部分Ａの幅方向中心に向かって結晶が
成長して行われる。したがって、結晶成長の方向性が再
現性を有して一定となるから、液晶表示装置のＴＦＴに
おけるキャリアの移動度に再現性を持たせることができ
る。

【００２７】上記第２のレ−ザ光Ｌ2 は、パルス発振で
あるからそのスポット径Ｄを大きくすることが可能であ
り、また波長は紫外域で短いから、アモルファスシリコ
ン膜７を透過しずらい。そのため、第２のレ−ザ光Ｌ2
は、上記液晶基板８を必要以上に加熱することなく、ア
モルファスシリコン膜７を多結晶化することができる。

【００２８】なお、上記一実施例ではアモルファスシリ
コン膜に２本の多結晶シ−ド層を所定の間隔で形成し、
これらシ−ド層の間の部分をアニ−ルしたが、アモルフ
ァスシリコン膜には１本の多結晶シ−ド層を形成し、そ
のシ−ド層に隣接する部分を第２のレ−ザ光で照射して
アニ−ルしても、上記多結晶シ−ド層に隣接する部分か
ら結晶を成長させることができる。つまり、最初に形成
されるシ−ド層が１本であっても、結晶を上記シ−ド層
を種にして所定方向に成長させることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、アモルフ
ァスシリコン膜に連続発振される第１のレ−ザ光を照射
して結晶成長のシ−ドとなる多結晶シ−ド層を形成した
のち、上記アモルファスシリコン膜の上記多結晶シ−ド
層に隣接する部分を第２のレ−ザ光で照射して多結晶化
するようにした。

【００３０】そのため、アモルファスシリコン膜には多
結晶シ−ド層を種にしてそれに隣接する部分を第２のレ
−ザ光によって多結晶化することができるから、多結晶
化における結晶の成長方向を一定にすることができる。
つまり、レ−ザアニ−ルにおいて、アモルファスシリコ
ン膜の多結晶化に再現性をもたせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のレ−ザアニ−ル装置の構
成図。

【図２】同じく液晶基板の一部分の拡大斜視図。

【符号の説明】

７…アモルファスシリコン膜、８…基板、３１ａ、３１
ｂ…第１、第２の多結晶シ−ド層、Ｌ1 …第１のレ−ザ
光、Ｌ2 …第２のレ−ザ光。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成されたアモルファスシリコ
   ン膜をレ−ザ光によって多結晶化するレ−ザアニ−ル方
   法において、上記アモルファスシリコン膜に連続発振さ
   れる第１のレ−ザ光を照射して結晶成長のシ−ドとなる
   多結晶シ−ド層を形成したのち、上記アモルファスシリ
   コン膜の上記多結晶シ−ド層に隣接する部分を第２のレ
   −ザ光で照射して多結晶化することを特徴とするレ−ザ
   アニ−ル方法。