JPH0851077A - 多結晶半導体の製造方法及び画像表示デバイスの製造方法及び多結晶半導体の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体薄膜にレーザ光を照射して多結晶半導
体を製造するにあたり、半導体薄膜に対する脱水素化処
理が簡単に行えると共に、結晶状態が均一で、キャリア
の移動度等の特性にも優れた膜荒れのない多結晶半導体
が短時間で簡単に製造できるようにする。 【構成】 半導体薄膜２にレーザ光を照射し、半導体薄
膜を結晶化させて多結晶半導体を製造するにあたり、レ
ーザ照射手段１０からのレーザ光の照射に先立って、レ
ーザ光の照射領域における半導体薄膜を前加熱手段２０
により加熱して脱水素化処理し、また必要に応じて、上
記のようにレーザ光が照射された領域における半導体薄
膜を後加熱手段３０によって後加熱させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、非晶質等の様々な半
導体薄膜を結晶化させて特性のよい多結晶半導体を得る
多結晶半導体の製造方法及び画像表示デバイスの製造方
法及びこの方法を実施するのに使用する製造装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶ディスプレイ、プラズマ
ディスプレイ或いはＥＬ等の画像表示デバイスや、密着
型イメージセンサの駆動素子用の半導体材料としては、
単結晶半導体の他に、ガラス等の基板上に半導体薄膜を
形成したものが用いられており、このように基板上に半
導体薄膜を形成するものは安価に製造でき且つ大面積化
が可能であるという特徴を有している。

【０００３】そして、従来においては、このような半導
体薄膜として、一般に非晶質シリコン等の非晶質半導体
で構成されたものが主として使用されていた。しかし、
半導体薄膜を非晶質半導体で構成したものおいては、一
般に半導体中におけるキャリアの移動度が遅いため、こ
のような半導体薄膜の応用分野が制限されていた。

【０００４】そこで、近年においては、上記のような非
晶質半導体に代えて多結晶シリコン等の多結晶半導体を
用いた半導体薄膜について研究が活発に行われるように
なった。すなわち、多結晶半導体で構成された半導体薄
膜は、非晶質半導体で構成されたものに比べて、キャリ
アの移動度が非常に早くなる。

【０００５】このため、多結晶半導体で構成された半導
体薄膜を用いた場合、例えば、従来においては、シリコ
ンウエハー上に作成された集積回路をワイヤーボンディ
ング等で周辺駆動回路に接続させていたのを、集積回路
と同一基板上に薄膜駆動回路として一体化させることが
でき、ワイヤーボンディング等の製造プロセスを省略さ
せてそのコストを削減させたり、このような駆動回路を
コンパクト化できる等の利点があった。

【０００６】そして、基板上に上記のような多結晶半導
体で構成された半導体薄膜を形成する方法としては、従
来より、ＣＶＤ法等によって直接基板上に多結晶半導体
膜を成膜する方法や、基板上に非晶質等の半導体薄膜を
形成した後、この半導体薄膜を６００℃程度の温度で数
十時間電気炉中でアニールさせて結晶を固相成長させる
方法や、基板上に形成された非晶質等の半導体薄膜に対
してレーザ光を照射し、これによりこの半導体薄膜を局
部的に溶融させて結晶化させるレーザアニール法等の方
法が使用されていた。

【０００７】ここで、ＣＶＤ法等によって直接多結晶半
導体膜を形成する場合や、非晶質等の半導体薄膜を電気
炉中でアニールさせて多結晶半導体を製造する場合に
は、いずれも一般に６００℃程度の温度で行うため、基
板にガラス板のような安価な基板を使用すると、基板が
熱収縮したりするため、基板に石英等の耐熱性に優れた
高価な基板を使用しなければならず、製造コストが高く
付くという問題があり、また上記のようにして多結晶半
導体を製造した場合、一般に特性のよい多結晶半導体を
得ることが困難であると共に、その製造に多くの時間が
かかって、生産性が悪い等の問題があった。

【０００８】一方、非晶質等の半導体薄膜に対してレー
ザ光を照射して多結晶半導体を製造するレーザアニール
法の場合、非晶質等の半導体の表面を極めて短時間で溶
融させて結晶化させることができ、基板への熱影響も少
なくなると共に、得られた多結晶半導体の結晶性も優
れ、更に大きな面積を持つ多結晶半導体の形成も容易に
行えるという利点があるため、近年においては、このよ
うなレーザアニール法による多結晶半導体の製造が多く
研究されるようになった。

【０００９】ここで、レーザアニール法によって多結晶
半導体を製造するにあたっては、一般に、図１に示すよ
うに、ガラス板等の絶縁性基板１上にプラズマＣＶＤ
法，熱ＣＶＤ法，スパッタ法等によって非晶質の半導体
薄膜２を形成した後、この非晶質の半導体薄膜２にレー
ザ装置３からエキシマレーザ等の短波長のパルスレーザ
光を照射し、非晶質の半導体薄膜２を溶融させて結晶化
させ、多結晶半導体を製造するようにしていた。

【００１０】しかし、上記のようにして絶縁性基板１上
に非晶質の半導体薄膜２を形成した場合、形成された非
晶質の半導体薄膜２中に水素が含まれていることが多
く、特に、プラズマＣＶＤ法により低温で形成した非晶
質の半導体薄膜２中には多くの水素が含まれており、こ
のように水素が含まれた非晶質の半導体薄膜２にレーザ
光を照射させて多結晶半導体を製造した場合、形成され
た多結晶半導体の膜に膜荒れが発生し、得られた多結晶
半導体の特性が低下するという問題があった。

【００１１】そこで、従来においては、形成された多結
晶半導体における膜荒れを防止するため、絶縁性基板１
上に非晶質の半導体薄膜２を形成した後、これを電気炉
中において４５０〜５５０℃の温度で約１時間加熱して
脱水素化処理を行うようにしていた。しかし、このよう
にレーザ光の照射による半導体薄膜２の結晶化とは別に
脱水素化処理を行うと、この脱水素化処理に時間がかか
り、多結晶半導体の生産性が悪くなるという問題があっ
た。

【００１２】また、上記のように絶縁性基板１上に形成
された非晶質の半導体薄膜２にレーザ光を照射させて結
晶化させるにあたり、従来においては、図２に示すよう
に、均一光学系等を介して数ｍｍ角の矩形状に加工した
短波長のパルスレーザ光を非晶質の半導体薄膜２に対し
てある程度重複させながらＸ方向及びＹ方向にラスター
スキャンさせて照射し、これにより非晶質の半導体薄膜
２を結晶化させて、絶縁性基板１上に多結晶半導体を製
造するようにしていた。

【００１３】しかし、このように矩形状のレーザ光を重
複させながらＸ方向やＹ方向に順次移動させて照射し、
非晶質の半導体薄膜２の広い範囲を結晶化させるために
は、数多くのレーザ光の照射が必要となり、その走査に
時間がかかって生産性が悪くなり、またレーザ光が重複
して照射される部分も多くなり、レーザ光が重複して照
射された部分と他の部分とでは結晶状態が異なり、結晶
性に不均一が生じて多結晶半導体における特性が悪くな
る等の問題があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、非晶質等
の半導体薄膜に対してレーザ光を照射して多結晶半導体
を製造する場合における上記のような様々な問題を解決
することを課題とするものである。

【００１５】すなわち、この発明においては、非晶質等
の半導体薄膜に対してレーザ光を照射して多結晶半導体
を製造するにあたり、非晶質半導体等に対する脱水素化
処理が簡単に行えて膜荒れのない多結晶半導体が容易に
得られるようにすると共に、結晶状態が均一で、さらに
キャリアの移動度等の特性に優れた多結晶半導体を短時
間で簡単に製造できるようにし、更に、画像表示デバイ
スの特性向上を図ることを課題とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明における多結晶
半導体の製造方法においては、上記のような課題を解決
するため、レーザ光を半導体薄膜に照射し、半導体薄膜
を結晶化させて多結晶半導体を製造するにあたり、上記
レーザ光の照射に先立って、レーザ光の照射領域におけ
る半導体薄膜を加熱する前加熱手段を設けるようにした
のである。

【００１７】ここで、上記のように結晶化させる半導体
薄膜としては、例えば、非晶質，微結晶，特性の悪い多
結晶等の半導体薄膜を用いることができ、またこの半導
体薄膜に照射させるレーザ光としては、従来よりレーザ
アニールに一般に使用されている公知のレーザ光等を使
用することができ、例えば、Ｆ₂ ，ＡｒＦ，ＫｒＦ，Ｘ
ｅＣｌ，ＸｅＦ等のエキシマレーザ、銅蒸気レーザ、Ａ
ｒレーザ、ＹＡＧレーザの第二高調波や第三高調波等を
使用することができる。

【００１８】そして、上記のようなレーザ光を半導体薄
膜に照射させるにあたっては、レーザ光をビームエクス
パンダーによって線状に加工する等、レーザ光の照射領
域を所望の形状になるように加工して半導体薄膜に照射
させるようにし、また、このように所望形状になったレ
ーザ光を半導体薄膜に照射しながら走査させて、半導体
薄膜を結晶化させるようにする。

【００１９】また、このようにレーザ光を半導体薄膜に
照射させるのに先立って、レーザ光の照射領域における
半導体薄膜を前加熱手段によって加熱させるにあたって
は、前加熱手段として、半導体薄膜を線状に加熱するラ
ンプヒータを使用する等、レーザ光の照射領域に対応し
た形状で半導体薄膜を加熱するものを使用し、またこの
前加熱手段を上記レーザ光の照射に先立って、レーザ光
の走査方向と同方向に走査させるようにする。

【００２０】また、この発明における多結晶半導体の製
造方法においては、上記のようにレーザ光の照射に先立
って、レーザ光の照射領域における半導体薄膜を前加熱
手段により加熱し、このように前加熱された半導体薄膜
にレーザ光を照射させた後、さらに必要に応じてレーザ
光が照射された領域における半導体薄膜を後加熱手段に
よって後加熱させるようにした。

【００２１】ここで、上記の後加熱手段としては、前記
の前加熱手段と同様に、線状に加熱するランプヒータを
使用する等、レーザ光の照射領域に対応した形状で半導
体薄膜を加熱するものを使用することができ、またこの
後加熱手段を、前加熱手段の場合と同様に、レーザ光の
走査方向と同方向に走査させて、上記のようにレーザ光
が照射された領域における半導体薄膜を後加熱させるこ
とができる。そして、画像表示デバイス用に形成した半
導体薄膜を上記の方法によって多結晶化させるようにし
た。

【００２２】なお、上記のように半導体薄膜に対して前
加熱手段やレーザ光や後加熱手段を走査させる場合、前
加熱手段やレーザ光や後加熱手段を移動させて走査させ
る以外に、半導体薄膜の方を移動させて、前加熱手段や
レーザ光や後加熱手段を走査させることも可能である。

【００２３】また、この発明における画像表示デバイス
の製造装置おいては、上記のような製造方法を実施する
ため、レーザ光の照射領域が所望の形状になるように加
工して半導体薄膜に所望の形状になったレーザ光を照射
させるレーザ照射手段と、上記レーザ光の照射に先立っ
てレーザ光の照射領域に対応した形状で半導体薄膜を加
熱する前加熱手段とを設けるようにし、また必要に応じ
て、レーザ光が照射された領域の半導体薄膜を後加熱す
る後加熱手段を設けるようにしたのである。なお、後加
熱手段は、レーザー光照射位置の真下若しくは直後に位
置させるのが望ましい。

【００２４】

【作用】この発明においては、半導体薄膜にレーザ光を
照射し、半導体薄膜を結晶化させて多結晶半導体を製造
するにあたり、上記のように前加熱手段を設け、この前
加熱手段により、レーザ光の照射に先立って、レーザ光
の照射領域における半導体薄膜を加熱させるようにした
ため、この前加熱手段による加熱によって半導体薄膜が
脱水素化処理されるようになる。

【００２５】そして、このように脱水素化処理された半
導体薄膜の部分に続いてレーザ照射手段からレーザ光を
照射し、この半導体薄膜を結晶化させるようにしたた
め、従来のように半導体薄膜に対する脱水素化処理とレ
ーザ光の照射による結晶化処理とを別々に行う必要がな
く、多結晶半導体の製造が一連の操作で簡単に行えるよ
うになる。

【００２６】また、レーザ光の照射領域を所望の形状に
なるように加工するにあたって、ビームエクスパンダー
によってレーザ光を線状に加工し、このように線状にな
ったレーザ光を半導体薄膜に照射しながら走査させて、
線状になったレーザ光により半導体薄膜を順次結晶化さ
せるようにすると、数ｍｍ角の矩形状になったレーザ光
をある程度重複するようにしてＸ方向及びＹ方向にラス
タースキャンさせながら半導体薄膜に照射させて半導体
薄膜を結晶化させる従来のものに比べて、レーザ光の走
査が少なくて済み、半導体薄膜の結晶化が容易に行える
ようになる。また、レーザ光が重複して照射される部分
も従来のものに比べて少なくなり、結晶化された半導体
薄膜における結晶状態の不均一が減少し、特性のよい多
結晶半導体が得られるようになる。

【００２７】また、上記のようにレーザ光の照射に先立
って、レーザ光の照射領域における半導体薄膜を前加熱
手段により加熱し、このように前加熱された半導体薄膜
にレーザ光を照射させた後、さらにレーザ光が照射され
た領域における半導体薄膜を後加熱手段によって後加熱
させると、レーザ光が照射された領域における結晶の凝
固速度が遅くなり、形成される結晶の粒径が大きくなっ
て、キャリアの移動度等の特性がさらに優れた多結晶半
導体が得られるようになると共に、レーザ光が重複して
照射される部分における結晶状態もより均一化され、特
性のよい均一な多結晶半導体が得られるようになる。

【００２８】そして、画像表示デバイス用に形成した半
導体薄膜を上記のごとく多結晶化するときには、画素部
においては、そのスイッチングのための薄膜トランジス
タのサイズを小さくすることが可能になり、画素の開口
率を大幅に高めることができる。また、ドライバー部に
おいては、高い電界効果移動度を得ることができるた
め、当該ドライバー部を画素部と一体的に形成すること
ができ、画像表示デバイスの低コスト化とコンパクト化
とが図れる。

【００２９】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て具体的に説明する。

【００３０】（実施例１）この実施例においては、図３
に示すように、ガラス等の絶縁性基板１上に半導体薄膜
２として、プラズマＣＶＤ法により下記の表１に示す条
件で、膜厚が１００〜１０００Åの非晶質シリコン膜２
を形成した。ここで、このようにして形成した非晶質シ
リコン膜２には水素が約１０ａｔｏｍｉｃ％含有されて
いた。なお、非晶質シリコン膜２を形成する方法は、特
に上記のプラズマＣＶＤ法に限られず、熱ＣＶＤ法，ス
パッタ法等によって形成するようにしてもよい。

【００３１】

【表１】

【００３２】一方、上記のように形成された非晶質シリ
コン膜２に照射させるレーザ光として、この実施例にお
いては、波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを
用いるようにした。

【００３３】そして、このレーザ光を上記の非晶質シリ
コン膜２に照射させるにあたり、この実施例において
は、このレーザ光の照射領域が所望の形状になるように
レーザ照射手段１０によって加工させるようにし、図４
の（Ａ）に示すように、レーザ装置１１から照射された
上記のレーザ光をビームホモジナイザー１２に導き、こ
のビームホモジナイザー１２によって上記のレーザ光の
強度を均一化させた後、このレーザ光をビームエクスパ
ンダ１３に導き、このビームエクスパンダ１３によって
上記のレーザ光を一方向に拡大させ、同図（Ｂ）に示す
ように、長手方向の長さが３０〜３６０ｍｍ、幅が０．
１〜３．０ｍｍになったトップハットの形状が線状にな
ったレーザ光を照射させるようにした。なお、照射させ
るビームの大きさは出射されるレーザ光の出力に依存
し、例えば、出射されるレーザ光の出力が４００ｍＪ／
ｃｍ² の場合には、照射させるビームの大きさを０．６
ｍｍ×６０ｍｍ或いは０．３ｍｍ×１２０ｍｍ等になる
ようにする。

【００３４】また、上記のようにレーザ照射手段１０か
ら非晶質シリコン膜２にレーザ光を照射するのに先立っ
て、レーザ光の照射領域における非晶質シリコン膜２を
加熱する前加熱手段２０として、この実施例において
は、上記のレーザ光の照射領域に対応して非晶質シリコ
ン膜２を線状に加熱するランプヒータ２０を用いるよう
にした。

【００３５】ここで、この実施例においては、図５及び
図６に示すように、非晶質シリコン膜２が形成された絶
縁性基板１に対して、上記のように線状になったレーザ
光を照射するレーザ照射手段１０を非晶質シリコン膜２
が形成された面側に配する一方、上記の線状のランプヒ
ータ２０を非晶質シリコン膜２が形成された面の反対側
において、上記の線状になったレーザ光と平行になるよ
うにして、上記のレーザ照射手段１０より走査方向下流
側の位置に配した。

【００３６】そして、この実施例においては、上記のよ
うに配されたレーザ照射手段１０及びランプヒータ２０
を同方向に走査させ、先ず、上記のランプヒータ２０に
よって絶縁性基板１に設けられた非晶質シリコン膜２を
線状に加熱して脱水素化処理を順々に行うと共に、この
ように脱水素化処理された部分における非晶質シリコン
膜２に上記のレーザ照射手段１０から線状になったレー
ザ光を走査方向に少し重複させながら順々に照射させ、
上記非晶質シリコン膜２を線状に順々に溶融させて結晶
化させるようにした。

【００３７】このようにすると、レーザ照射手段１０と
ランプヒータ２０を非晶質シリコン膜２に対して１方向
に１回走査させるだけで、非晶質シリコン膜２が順々に
脱水素化処理されると共に順々に結晶化されて多結晶シ
リコンが形成されるようになり、従来のように非晶質シ
リコン膜２に対する脱水素化処理を別個に行う必要がな
くなり、また、矩形状になったレーザ光をある程度重複
するようにしてＸ方向及びＹ方向にラスタースキャンさ
せながら非晶質シリコン膜２に照射させて結晶化させる
従来のものに比べて、レーザ光の走査が少なくて済み、
非晶質シリコン膜２の結晶化が容易に行えると共に、レ
ーザ光が重複して照射される部分も少なくなり、結晶化
された多結晶シリコン膜における結晶状態の不均一が減
少し、特性のよい多結晶シリコン膜が得られた。

【００３８】ここで、この実施例のものにおいては、上
記のようにランプヒータ２０によって非晶質シリコン膜
２を線状に加熱して脱水素化処理し、またこのように脱
水素化処理された非晶質シリコン膜２の部分にレーザ光
を照射させて結晶化させるにあたり、ランプヒータ２０
によって非晶質シリコン膜２の温度が４００〜６００℃
になるように加熱し、またこのように加熱されて脱水素
化処理された非晶質シリコン膜２に対して、エネルギー
密度が１００〜４００ｍＪ／ｃｍ²のレーザ光を照射さ
せるようにした。

【００３９】そして、上記のように非晶質シリコン膜２
の温度が４００〜６００℃になるように加熱すると、前
記のように非晶質シリコン膜２中に約１０ａｔｏｍｉｃ
％含まれていた水素が約０．５ａｔｏｍｉｃ％以下にな
り、このように脱水素化処理された非晶質シリコン膜２
にレーザ光を照射させて結晶化させると、膜荒れの少な
い多結晶シリコン膜が得られた。

【００４０】ここで、上記のように非晶質シリコン膜２
を脱水素化処理して非晶質シリコン膜２中の水素を約
０．５ａｔｏｍｉｃ％にしたものにレーザ光を照射させ
て結晶化させた場合に、その膜荒れが減少されることを
明らかにするため、上記のように脱水素化処理した非晶
質シリコン膜２と、脱水素化処理しなかった非晶質シリ
コン膜２に対して、それぞれエネルギー密度が１００〜
４００ｍＪ／ｃｍ²のレーザ光を照射させて結晶化さ
せ、結晶化された各膜における表面粗さ（Ｒａ）を測定
して各膜における膜荒れ状態を調べ、脱水素化処理した
ものにおける表面粗さの結果を□で、脱水素化処理しな
かったものにおける表面粗さの結果を○で、図７に示し
た。この結果、非晶質シリコン膜２を脱水素化処理した
ものは脱水素化処理しなかったものに比べて膜荒れが少
なくなっており、特に照射するレーザ光のエネルギー密
度が高くなるに連れてその差が顕著になっていた。

【００４１】なお、この実施例のものにおいては、非晶
質シリコン膜２が形成された絶縁性基板１に対し、レー
ザ照射手段１０を非晶質シリコン膜２が形成された面側
に、ランプヒータ２０を非晶質シリコン膜２が形成され
た面の反対側に配し、このレーザ照射手段１０及びラン
プヒータ２０を移動させて走査させるようにしたが、図
８に示すように、ランプヒータ２０をレーザ照射手段１
０と同様に非晶質シリコン膜２が設けられた面側に配
し、また同図に示すように、非晶質シリコン膜２が設け
られた絶縁性基板１の方を移動させて、レーザ照射手段
１０とランプヒータ２０とを非晶質シリコン膜２に対し
て走査させるようにしてもよい。

【００４２】（実施例２）この実施例のものにおいて
も、図９に示すように、上記実施例１の場合と同様に、
非晶質シリコン膜２が形成された絶縁性基板１に対し
て、レーザ照射手段１０とランプヒータ２０とを配し、
このレーザ照射手段１０とランプヒータ２０とを移動さ
せて走査させるようにしている。

【００４３】そして、この実施例のものにおいては、上
記のレーザ照射手段１０によってレーザ光が照射された
領域における非晶質シリコン膜２を後加熱する後加熱手
段３０として、同図に示すように、前記の前加熱手段２
０と同様に、線状で非晶質シリコン膜２を加熱するラン
プヒータ３０を用い、このランプヒータ３０を非晶質シ
リコン膜２が形成された面の反対側において、上記の線
状になったレーザ光と平行になるようにして、上記のレ
ーザ照射手段１０よりその走査方向上流側の位置に配し
た。

【００４４】そして、この実施例のものにおいては、上
記のように配されたレーザ照射手段１０及び各ランプヒ
ータ２０，３０をそれぞれ同方向に走査させ、先ず、前
加熱手段２０として用いたランプヒータ２０によって絶
縁性基板１に設けられた非晶質シリコン膜２を線状に加
熱して脱水素化処理を順々に行うと共に、このように脱
水素化処理された部分における非晶質シリコン膜２に、
レーザ照射手段１０から線状になったレーザ光を走査方
向に少し重複させながら順々に照射して上記非晶質シリ
コン膜２を線状に順々に溶融させ、さらにこのようにレ
ーザ光が照射された部分を、後加熱手段３０として用い
たランプヒータ３０により温度が２００〜６００℃にな
るようして線状に後加熱し、上記のように溶融された領
域における結晶の凝固速度を遅くして、徐々に結晶化さ
せるようにした。

【００４５】このようにレーザ光が照射された部分を後
加熱して結晶の凝固速度を遅くし、徐々に結晶化させる
ようにすると、上記実施例１の場合に加えて、形成され
る結晶の粒径が大きくなり、キャリアの移動度等の特性
がさらに優れた多結晶シリコン膜が得られると共に、レ
ーザ光が重複照射された部分における結晶状態の不均一
も是正され、上記のようにキャリアの移動度等の特性に
優れると共に均一な特性になった多結晶シリコン膜が得
られた。

【００４６】ここで、上記のようにレーザ光が照射され
た部分を後加熱した場合と、後加熱しなかった場合とに
おいて、得られた多結晶シリコン膜についてそれぞれレ
ーザ光が重複して照射された部分における結晶状態を調
べるため、公知のラマン分光法により半値幅［ｃｍ^-1］
を測定し、後加熱した場合における結果を○で、後加熱
しなかった場合における結果を□で、図１０に示した。
この結果、後加熱した場合には、後加熱しなかった場合
に比べて、上記の半値幅が小さくなっていると共に、こ
の半値幅の変動も少なくなっており、均一な結晶状態に
なった多結晶シリコン膜が得られた。

【００４７】また、上記のようにレーザ光が照射された
部分を後加熱して結晶化させた多結晶シリコン膜と、後
加熱せずに結晶化させた多結晶シリコン膜とを用いた各
薄膜トランジスタにおいて、レーザ光が重複して照射さ
れた部分における電界効果移動度を測定し、後加熱した
多結晶シリコン膜を用いた場合における結果を○で、後
加熱しなかった多結晶シリコン膜を用いた場合における
結果を□で、図１１に示した。この結果、後加熱した多
結晶シリコン膜を用いたものは、後加熱しなかった多結
晶シリコン膜を用いたものに比べて、電界効果移動度の
変動が少なくなっており、均一な特性をもつ多結晶シリ
コン膜が得られた。

【００４８】このように、レーザー照射に続いて、後加
熱処理を行い、結晶粒径を大きくする場合は、後加熱用
のヒーターの位置は、基板裏面側のレーザー照射位置の
真下もしくは、できるだけ直後が望ましい。また、加熱
温度については、ガラス基板に影響を与えない程度とす
る。具体的には、後加熱によって非晶質シリコン膜と基
板との界面の温度が１００℃から４５０℃程度となるの
が望ましく、そうなるようにヒーターの温度を調整す
る。このような温度であれば、レーザー照射によって溶
融したシリコンが凝固する際の速度を低減することがで
き、得られる結晶粒径を大きくすることができる。この
多結晶膜を用いることで、後加熱なしの場合と比較し
て、高速のＴＦＴ回路を形成することができる。

【００４９】なお、上記の各実施例においては、結晶化
させる半導体薄膜２に非晶質シリコンで形成されたもの
を用いたが、その他の非晶質半導体で構成されたもの
や、微結晶或は特性の悪い多結晶半導体で構成されたも
のを用いることも可能であり、また照射させるレーザ光
の種類や照射条件等を変更させることも可能である。

【００５０】更に、半導体薄膜２に照射させるレーザ光
の強度をさらに均一化させるために、図１２に示すよう
に、上記のビームエクスパンダ１３の次に、上記のレー
ザ光より長さ及び幅が小さい直線状になったスリット１
４ａが形成されたマスク１４を設け、このスリット１４
ａを通して上記のように拡大されたレーザ光の周辺部を
除去させるようにしたり、スリット１４ａを通過したレ
ーザ光を結像レンズ１５により結像させて半導体薄膜２
に照射させるようにすることも可能である。

【００５１】図１３は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ
Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の構造を示した断面図であっ
て、同図（ａ）はＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ
Ｄｒａｉｎ）構造のＴＦＴを、同図（ｂ）はセルフア
ライン構造のＴＦＴを、それぞれ示している。

【００５２】同図（ａ）に示したＬＤＤ構造のＴＦＴを
簡単に説明する。基板１０１上には下地絶縁膜１０２が
形成され、この下地絶縁膜１０２上には、アイランド状
に多結晶半導体薄膜１０３が形成される。この多結晶半
導体薄膜１０３は、出発膜である非晶質半導体膜を、前
述した本発明の方法によって多結晶化することにより得
ることができる。多結晶半導体膜１０３上には、ゲート
絶縁膜１０４を介してゲート電極１０５が形成される。
ゲート電極１０５の下方に位置する前記多結晶半導体膜
１０３はチャンネル領域となる。そして、このチャンネ
ル領域の両側には、それぞれｎ^- 型の低ドープ領域を介
して、ｎ⁺ 型のソース領域とドレイン領域とが形成され
る。ソース領域とドレイン領域には、コンタクトホール
を通じて電極１０６，１０６がそれぞれ接続される。

【００５３】同図（ｂ）に示したセルフアライン構造の
ＴＦＴを簡単に説明する。基板１０１上には下地絶縁膜
１０２が形成され、この下地絶縁膜１０２上には、アイ
ランド状に多結晶半導体薄膜１０３が形成される。この
多結晶半導体薄膜１０３は、出発膜である非晶質半導体
膜を、前述した本発明の方法によって多結晶化すること
により得ることができる。多結晶半導体膜１０３上に
は、ゲート絶縁膜１０４を介してゲート電極１０５が形
成される。ゲート電極１０５の下方に位置する前記多結
晶半導体膜１０３はチャンネル領域となる。このチャン
ネル領域は、ゲート電極１０５をマスクとして不純物を
ドーピングすることにより得られる。そして、前記ゲー
ト電極をマスクとした不純物ドーピングにより、前記チ
ャンネル領域の両側には、前記ＬＤＤ構造とは異なり、
ｎ^- 型の低ドープ領域を介さずにｎ⁺ 型のソース領域と
ドレイン領域とがセルフアラインで形成される。ソース
領域とドレイン領域には、コンタクトホールを通じて電
極１０６，１０６がそれぞれ接続される。

【００５４】ところで、アクティブマトリクス液晶パネ
ルは、図１４に示すように、画素部２０１とドライバー
部２０２とを備えて成り、これら両部分にそれぞれＴＦ
Ｔを用いることができるが、画素部２０１に用いるスイ
ッチング用のＴＦＴ２０１ａ…としては、オフ電流を低
減するために、図１３（ａ）に示したＬＤＤ構造が好適
であり、一方、ドライバー部２０２に用いるＴＦＴとし
ては、オフ電流に対する制限が少なく、むしろ電圧破壊
防止を図る観点から、同図（ｂ）に示したセルフアライ
ン構造が好適である。

【００５５】前記画素部２０１を構成することになる半
導体膜及びドライバー部２０２を構成することになる半
導体膜の両方を、本発明の方法を用いて、高品質且つ均
一な多結晶半導体膜とすることにより、以下のような利
点が得られる。即ち、画素部２０１においては、ＴＦＴ
サイズを小さくすることが可能になり、画素の開口率を
大幅に高めることができる。また、ドライバー部２０２
においては、高い電界効果移動度を得ることができるた
め、当該ドライバー部２０２を画素部２０１と一体的に
形成することができ、液晶パネルの低コスト化とコンパ
クト化とが図れる。別言すれば、画素部２０１において
は、書き込み電流の均一化のためにチャネルの多結晶半
導体の結晶性の均一化が要求され、ドライバー部２０２
においては、高速回路を実現するために結晶性の均一化
が要求されることになるが、本発明の方法により、これ
らの要求を全て満たすことが可能となる。

【００５６】一方、多結晶化の必要性は画素部２０１よ
りもドライバー部２０２のほうで大きく、画素部２０１
を構成することになる半導体膜は非晶質半導体膜のまま
とし、ドライバー部２０２のみに本発明の方法を用いた
多結晶半導体膜を用いるようにしてもよい。この場合に
は、ドライバー部２０２において、前記利点が得られる
とともに、画素部２０１が形成されることになる半導体
膜にレーザーを照射するエネルギーと時間を節約するこ
とができる。特に、シード状のレーザー光を用いる場合
には、極めて短時間にドライバー部２０２のみを選択的
に多結晶化させることができる。

【００５７】尚、本実施例においては、液晶パネルにつ
いて説明したが、プラズマディスプレイ或いはＥＬ等の
他の画像表示デバイスの駆動素子に、本発明の方法で製
造した多結晶半導体を用いることもできる。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明において
は、半導体薄膜にレーザ光を照射し、半導体薄膜を結晶
化させて多結晶半導体を製造するにあたり、このレーザ
光の照射に先立って、レーザ光の照射領域における半導
体薄膜を前加熱手段により加熱させ、これによりレーザ
光の照射領域における半導体薄膜を脱水素化処理し、こ
のように脱水素化処理された半導体薄膜の部分に続いて
レーザ照射手段からレーザ光を照射し、この半導体薄膜
を結晶化させるようにしたため、従来のように半導体薄
膜に対する脱水素化処理とレーザ光の照射による結晶化
処理とを別々に行う必要がなく、半導体薄膜に対する脱
水素化処理と結晶化処理とが一連の操作で行えるように
なり、多結晶半導体を効率よく簡単に製造できるように
なった。

【００５９】また、この発明において、半導体薄膜に照
射させるレーザ光の照射領域を所望の形状になるように
加工するにあたり、レーザ光をビームエクスパンダーに
よって線状に加工し、このように線状になったレーザ光
を半導体薄膜に照射しながら走査させて、線状になった
レーザ光により半導体薄膜を順次結晶化させるようにす
ると、矩形状になったレーザ光をある程度重複するよう
にしてＸ方向及びＹ方向にラスタースキャンさせながら
半導体薄膜に照射させて半導体薄膜を結晶化させる従来
のものに比べて、レーザ光の走査が少なくて済み、多結
晶半導体の製造がより効率よく簡単に行えるようになる
と共に、レーザ光が重複して照射される部分も従来のも
のに比べて少なくなり、結晶化された半導体薄膜におけ
る結晶状態の不均一が減少し、ある程度均一で特性のよ
い多結晶半導体が得られるようになった。

【００６０】また、上記のようにレーザ光の照射に先立
って、レーザ光の照射領域における半導体薄膜を前加熱
手段により加熱し、このように前加熱された半導体薄膜
にレーザ光を照射させた後、さらにレーザ光が照射され
た領域における半導体薄膜を後加熱手段によって後加熱
させると、レーザ光が照射された領域における結晶の凝
固速度が遅くなり、形成される結晶の粒径が大きくなっ
て、キャリアの移動度等の特性がさらに優れた多結晶半
導体が得られると共に、レーザ光が重複して照射される
部分における結晶状態もより均一化され、より特性のよ
い均一な多結晶半導体が得られるようになった。

【００６１】そして、画像表示デバイス用に形成した半
導体薄膜を上記のごとく多結晶化するときには、画素部
においては、そのスイッチングのための薄膜トランジス
タのサイズを小さくすることが可能になり、画素の開口
率を大幅に高めることができる。また、ドライバー部に
おいては、高い電界効果移動度を得ることができるた
め、当該ドライバー部を画素部と一体的に形成すること
ができ、画像表示デバイスの低コスト化とコンパクト化
とが図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板上に形成された非晶質の半導体薄膜に対し
てレーザ光を照射させて多結晶半導体を製造する従来例
の概略側面図である。

【図２】矩形状のレーザ光をある程度重複させながらＸ
方向及びＹ方向にラスタースキャンさせて非晶質の半導
体薄膜に照射し、非晶質の半導体薄膜を結晶化させて多
結晶半導体を製造する従来例の概略平面図である。

【図３】この発明の実施例において、絶縁性基板上に非
晶質シリコン膜を形成した状態を示した概略側面図であ
る。

【図４】この発明の実施例において、直線状になったレ
ーザ光を照射させるのに使用したレーザ照射手段及びこ
のレーザ照射手段から照射されるレーザ光の平面形状を
示した図である。

【図５】この発明の実施例１において、絶縁性基板上に
形成された非晶質シリコン膜の面側にレーザ照射手段を
配する一方、反対の面側に前加熱手段としてランプヒー
タを配した状態を示した概略側面図である。

【図６】この発明の実施例１において、レーザ照射手段
とランプヒータとを走査させて絶縁性基板上に形成され
た非晶質シリコン膜を脱水素化処理すると共に結晶化さ
せて多結晶半導体を製造する状態を示した概略図であ
る。

【図７】この発明の実施例１において、絶縁性基板上に
形成された非晶質シリコン膜を脱水素化処理した場合と
脱水素化処理しなかった場合とで形成された多結晶シリ
コン膜の表面がどのように変化するかを示した説明図で
ある。

【図８】この発明の実施例１において、ランプヒータと
レーザ照射手段と同じ非晶質シリコン膜の面側に設ける
と共に、非晶質シリコン膜が形成された絶縁性基板を移
動させてレーザ照射手段とランプヒータを走査させる変
更例を示した図である。

【図９】この発明の実施例２において、レーザ照射手段
と前加熱手段としてのランプヒータの他に、後加熱手段
としてランプヒータを設け、レーザ照射手段と各ランプ
ヒータを走査させて多結晶半導体を製造する状態を示し
た概略図である。

【図１０】この発明の実施例２において、ランプヒータ
により後加熱した場合の多結晶シリコン膜と後加熱しな
かった場合の多結晶シリコン膜とにおいて、レーザ光が
重複して照射された部分における結晶状態の差を示した
図である。

【図１１】この発明の実施例２において、ランプヒータ
により後加熱した多結晶シリコン膜を用いた薄膜トラン
ジスタと、後加熱しなかった多結晶シリコン膜を用いた
薄膜トランジスタとにおいて、レーザ光が重複して照射
された部分における電界効果移動度の差を示した図であ
る。

【図１２】この発明の実施例において、直線状になった
レーザ光を照射させるのに使用するレーザ照射手段の変
更例を示した図である。

【図１３】同図（ａ）はＬＤＤ構造のＴＦＴを示した縦
断側面図であり、同図（ｂ）はセルフアライン構造のＴ
ＦＴを示した縦断側面図である。

【図１４】アクティブマトリクス液晶パネルの構造説明
図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 半導体薄膜（非晶質シリコン膜） １０ レーザ照射手段 １１ レーザ装置 １３ ビームエクスパンダー ２０ 前加熱手段（ランプヒータ） ３０ 後加熱手段（ランプヒータ）

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を半導体薄膜に照射させて、半
   導体薄膜を結晶化させる多結晶半導体の製造方法におい
   て、上記レーザ光の照射に先立って、レーザ光の照射領
   域における半導体薄膜を加熱する前加熱手段を設けたこ
   とを特徴とする多結晶半導体の製造方法。
2. 【請求項２】 レーザ光の照射領域を所望の形状になる
   ように加工し、所望形状になったレーザ光を半導体薄膜
   に照射させて、半導体薄膜を結晶化させる多結晶半導体
   の製造方法において、上記レーザ光の照射に先立って、
   レーザ光の照射領域における半導体薄膜を加熱する前加
   熱手段を設けたことを特徴とする多結晶半導体の製造方
   法。
3. 【請求項３】 レーザ光の照射領域を所望の形状になる
   ように加工し、所望形状になったレーザ光を半導体薄膜
   に照射させて、半導体薄膜を結晶化させる多結晶半導体
   の製造方法において、上記レーザ光の照射に先立って、
   レーザ光の照射領域に対応した形状で半導体薄膜を加熱
   する前加熱手段を設けたことを特徴とする多結晶半導体
   の製造方法。
4. 【請求項４】 レーザ光の照射領域を所望の形状になる
   ように加工し、所望形状になったレーザ光を半導体薄膜
   に照射しながら走査させて、半導体薄膜を結晶化させる
   多結晶半導体の製造方法において、上記レーザ光の照射
   に先立って、レーザ光の照射領域に対応した形状で半導
   体薄膜を加熱する前加熱手段を設けたことを特徴とする
   多結晶半導体の製造方法。
5. 【請求項５】 レーザ光の照射領域を所望の形状になる
   ように加工し、所望形状になったレーザ光を半導体薄膜
   に照射しながら走査させて、半導体薄膜を結晶化させる
   多結晶半導体の製造方法において、上記レーザ光の照射
   に先立って、レーザ光の照射領域に対応した形状で半導
   体薄膜を加熱する前加熱手段を設け、この前加熱手段を
   上記レーザ光の走査方向と同方向に走査させることを特
   徴とする多結晶半導体の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載した
   多結晶半導体の製造方法において、レーザ光の照射領域
   の形状が線状であることを特徴とする多結晶半導体の製
   造方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載した多結晶半導体の製造
   方法において、レーザ光をビームエクスパンダーによっ
   て線状になるように加工したことを特徴とする多結晶半
   導体の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項６又は請求項７に記載した多結晶
   半導体の製造方法において、レーザ光の照射領域に対応
   させて、半導体薄膜を線状に加熱する前加熱手段を用い
   たことを特徴とする多結晶半導体の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載した多結晶半導体の製造
   方法において、上記の前加熱手段としてランプヒータを
   用いたことを特徴とする多結晶半導体の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１項に記載し
    た多結晶半導体の製造方法において、レーザ光が照射さ
    れた領域の半導体薄膜を後加熱する後加熱手段を設けた
    ことを特徴とする多結晶半導体の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載した多結晶半導体の
    製造方法において、前記の後加熱手段をレーザー光照射
    位置の真下若しくは直後に位置させることを特徴とする
    多結晶半導体の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれか１項に記載
    した多結晶半導体の製造方法において、画像表示デバイ
    ス用に形成した半導体薄膜のうち少なくともドライバー
    部となる領域を多結晶化することを特徴とする画像表示
    デバイスの製造方法。
13. 【請求項１３】 レーザ光の照射領域が所望の形状にな
    るように加工して半導体薄膜に所望の形状になったレー
    ザ光を照射させるレーザ照射手段と、上記レーザ光の照
    射に先立ってレーザ光の照射領域に対応した形状で半導
    体薄膜を加熱する前加熱手段とを有することを特徴とす
    る多結晶半導体の製造装置。
14. 【請求項１４】 レーザ光の照射領域が所望の形状にな
    るように加工して半導体薄膜に所望の形状になったレー
    ザ光を照射させるレーザ照射手段と、上記レーザ光の照
    射に先立ってレーザ光の照射領域に対応した形状で半導
    体薄膜を加熱する前加熱手段と、レーザ光が照射された
    領域における半導体薄膜を後加熱する後加熱手段とを有
    することを特徴とする多結晶半導体の製造装置。