JPH0963984A - レーザーアニール方法およびレーザーアニール装置 - Google Patents
レーザーアニール方法およびレーザーアニール装置Info
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- JPH0963984A JPH0963984A JP23330695A JP23330695A JPH0963984A JP H0963984 A JPH0963984 A JP H0963984A JP 23330695 A JP23330695 A JP 23330695A JP 23330695 A JP23330695 A JP 23330695A JP H0963984 A JPH0963984 A JP H0963984A
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- crystalline silicon
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アモルファスシリコン膜の加熱結晶化により
そりが生じたガラス基板に対し、均一なレーザー照射を
行い、ガラス基板上に形成される複数の結晶性シリコン
ＴＦＴにおいて、基板面内において均一なしきい値を有
せしめる。 【構成】 ガラス基板上に形成されたアモルファスシリ
コン膜を、加熱結晶化させて結晶性シリコン膜とする工
程と、前記ガラス基板をステージ上で平坦化して載置す
る工程と、前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザー
ビームを走査しながら照射してレーザーアニールを行う
工程と、を有することを特徴とするレーザーアニール方
法である。
そりが生じたガラス基板に対し、均一なレーザー照射を
行い、ガラス基板上に形成される複数の結晶性シリコン
ＴＦＴにおいて、基板面内において均一なしきい値を有
せしめる。 【構成】 ガラス基板上に形成されたアモルファスシリ
コン膜を、加熱結晶化させて結晶性シリコン膜とする工
程と、前記ガラス基板をステージ上で平坦化して載置す
る工程と、前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザー
ビームを走査しながら照射してレーザーアニールを行う
工程と、を有することを特徴とするレーザーアニール方
法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガラス基板上の結晶性シ
リコン膜に対するレーザーアニール方法および装置に関
する。本発明は、ガラス基板上に形成されたアモルファ
スシリコン膜を熱結晶化して得られる結晶性シリコン膜
に対する、レーザーアニール方法および装置に関する。
リコン膜に対するレーザーアニール方法および装置に関
する。本発明は、ガラス基板上に形成されたアモルファ
スシリコン膜を熱結晶化して得られる結晶性シリコン膜
に対する、レーザーアニール方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、絶縁基板上に、薄膜状の活性層
（活性領域ともいう）を有する絶縁ゲイト型の半導体装
置の研究がなされている。特に、薄膜状の絶縁ゲイト型
トランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が
熱心に研究されている。これらは、利用する半導体の材
料・結晶状態によって、アモルファスシリコン（非晶質
珪素）ＴＦＴや結晶性シリコン（結晶性珪素）ＴＦＴと
言うように区別されている。結晶性シリコンとは言って
も、単結晶ではない非単結晶のものである。したがっ
て、これらは非単結晶シリコンＴＦＴと総称される。
（活性領域ともいう）を有する絶縁ゲイト型の半導体装
置の研究がなされている。特に、薄膜状の絶縁ゲイト型
トランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が
熱心に研究されている。これらは、利用する半導体の材
料・結晶状態によって、アモルファスシリコン（非晶質
珪素）ＴＦＴや結晶性シリコン（結晶性珪素）ＴＦＴと
言うように区別されている。結晶性シリコンとは言って
も、単結晶ではない非単結晶のものである。したがっ
て、これらは非単結晶シリコンＴＦＴと総称される。
【０００３】一般にアモルファス状態の半導体の電界移
動度は小さく、したがって、高速動作が要求されるＴＦ
Ｔには利用できない。また、アモルファスシリコンで
は、Ｐ型の電界移動度は著しく小さいので、Ｐチャネル
型のＴＦＴ（ＰＭＯＳのＴＦＴ）を作製することが出来
ず、したがって、Ｎチャネル型ＴＦＴ（ＮＭＯＳのＴＦ
Ｔ）と組み合わせて、相補型のＭＯＳ回路（ＣＭＯＳ）
を形成することができない。一方、結晶性半導体は、ア
モルファス半導体よりも電界移動度が大きく、したがっ
て、高速動作が可能である。結晶性シリコンでは、ＮＭ
ＯＳのＴＦＴだけでなく、ＰＭＯＳのＴＦＴも同様に得
られるのでＣＭＯＳ回路を形成することが可能である。
動度は小さく、したがって、高速動作が要求されるＴＦ
Ｔには利用できない。また、アモルファスシリコンで
は、Ｐ型の電界移動度は著しく小さいので、Ｐチャネル
型のＴＦＴ（ＰＭＯＳのＴＦＴ）を作製することが出来
ず、したがって、Ｎチャネル型ＴＦＴ（ＮＭＯＳのＴＦ
Ｔ）と組み合わせて、相補型のＭＯＳ回路（ＣＭＯＳ）
を形成することができない。一方、結晶性半導体は、ア
モルファス半導体よりも電界移動度が大きく、したがっ
て、高速動作が可能である。結晶性シリコンでは、ＮＭ
ＯＳのＴＦＴだけでなく、ＰＭＯＳのＴＦＴも同様に得
られるのでＣＭＯＳ回路を形成することが可能である。
【０００４】非単結晶の結晶性シリコン膜は、気相成長
法によって得られたアモルファスシリコン膜を長時間適
切な温度（通常は６００℃以上）で熱アニールするか、
レーザー等の強光を照射すること（光アニール）によっ
て得られた。しかしながら、絶縁基板として安価で加工
性に富むガラス基板を用いる場合、熱アニールのみで電
界移動度の十分に高い（ＣＭＯＳ回路を形成することが
可能な程度に高い）結晶性シリコン膜を得ることは困難
を極めた。というのは、前述のようなガラス基板は一般
に歪み点温度が低く（６００℃程度）、移動度が十分に
高い結晶性シリコン膜を得るために必要な温度まで、基
板温度を高めることができないからである。
法によって得られたアモルファスシリコン膜を長時間適
切な温度（通常は６００℃以上）で熱アニールするか、
レーザー等の強光を照射すること（光アニール）によっ
て得られた。しかしながら、絶縁基板として安価で加工
性に富むガラス基板を用いる場合、熱アニールのみで電
界移動度の十分に高い（ＣＭＯＳ回路を形成することが
可能な程度に高い）結晶性シリコン膜を得ることは困難
を極めた。というのは、前述のようなガラス基板は一般
に歪み点温度が低く（６００℃程度）、移動度が十分に
高い結晶性シリコン膜を得るために必要な温度まで、基
板温度を高めることができないからである。
【０００５】一方、ガラス基板をベースにしたシリコン
膜の結晶化に光アニールを用いる場合、基板の温度をあ
まり高めることなく、シリコン膜にのみ高いエネルギー
を与えることが可能である。よって、ガラス基板をベー
スにしたシリコン膜の結晶化には、光アニールの技術が
非常に有効であると考えられる。今のところ、光アニー
ルの光源としては、エキシマレーザーのごとき大出力パ
ルスレーザーが最適視されている。このレーザーの最大
エネルギーはアルゴンイオン・レーザー等の連続発振レ
ーザーに比べ非常に大きく、したがって、数ｃｍ2 以上
の大きなスポットを用いて、より量産性を上げることが
できた。しかしながら、通常用いられる正方形もしくは
長方形の形状のビームでは、１枚の大きな面積の基板を
処理するには、ビームを上下左右に移動させる必要があ
り、量産性の面で依然として改善する余地があった。
膜の結晶化に光アニールを用いる場合、基板の温度をあ
まり高めることなく、シリコン膜にのみ高いエネルギー
を与えることが可能である。よって、ガラス基板をベー
スにしたシリコン膜の結晶化には、光アニールの技術が
非常に有効であると考えられる。今のところ、光アニー
ルの光源としては、エキシマレーザーのごとき大出力パ
ルスレーザーが最適視されている。このレーザーの最大
エネルギーはアルゴンイオン・レーザー等の連続発振レ
ーザーに比べ非常に大きく、したがって、数ｃｍ2 以上
の大きなスポットを用いて、より量産性を上げることが
できた。しかしながら、通常用いられる正方形もしくは
長方形の形状のビームでは、１枚の大きな面積の基板を
処理するには、ビームを上下左右に移動させる必要があ
り、量産性の面で依然として改善する余地があった。
【０００６】これに関しては、ビームを線状に変形し、
ビームの幅を処理すべき基板を越える長さとし、このビ
ームを基板に対して相対的に走査することによって、大
きく改善できた（ここでいう走査とは、線状レーザーを
すこしずつずらして重ねながら照射することを言う）。
詳細は特開平５ー１１２３５５号公報に記されている。
ビームの幅を処理すべき基板を越える長さとし、このビ
ームを基板に対して相対的に走査することによって、大
きく改善できた（ここでいう走査とは、線状レーザーを
すこしずつずらして重ねながら照射することを言う）。
詳細は特開平５ー１１２３５５号公報に記されている。
【０００７】光アニールの前に、熱アニールを行うこと
でさらに結晶性の高いシリコン膜を作成できる。熱アニ
ールによる方法に関しては、特開平６ー２４４１０４号
公報に記述されるように、ニッケル、鉄、コバルト、白
金、パラジュウム等の元素（以下、結晶化触媒元素、ま
たは、単に、触媒元素という）がアモルファスシリコン
の結晶化を促進する効果を利用することにより、通常の
場合よりも低温・短時間の熱アニールにより結晶性シリ
コン膜を得ることができる。
でさらに結晶性の高いシリコン膜を作成できる。熱アニ
ールによる方法に関しては、特開平６ー２４４１０４号
公報に記述されるように、ニッケル、鉄、コバルト、白
金、パラジュウム等の元素（以下、結晶化触媒元素、ま
たは、単に、触媒元素という）がアモルファスシリコン
の結晶化を促進する効果を利用することにより、通常の
場合よりも低温・短時間の熱アニールにより結晶性シリ
コン膜を得ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】熱アニールの後、光ア
ニールを行って形成された結晶性シリコン膜を用いて、
マトリクス状に並んだＴＦＴを形成し、それらのしきい
値電圧の基板面内における分布を調べた。図２に、従来
の方法によって形成された結晶性シリコン膜を用いたＴ
ＦＴのしきい値の基板面内における分布を示す。この分
布は、図２に示されたようなＵ字状の分布となる。図４
に、ガラス基板上のＴＦＴの配置を示す。図２のデータ
は、図４に示すように、１００ｍｍ□のコーニング７０
５９基板上の、４０×５０ｍｍの領域に、ＴＦＴを、４
００×３００個マトリクス状に配置し、基板の中央部分
における、端から端までの横一列・４００個のＴＦＴ
（図４中点線で囲んだ部分）の各々の場所と対応して横
軸としている。例えば、液晶ディスプレイの画素部分を
構成する画素マトリクスが図２のようなしきい値電圧の
分布を持っていると、表示状態が不均一となり、画像不
良の原因となる。
ニールを行って形成された結晶性シリコン膜を用いて、
マトリクス状に並んだＴＦＴを形成し、それらのしきい
値電圧の基板面内における分布を調べた。図２に、従来
の方法によって形成された結晶性シリコン膜を用いたＴ
ＦＴのしきい値の基板面内における分布を示す。この分
布は、図２に示されたようなＵ字状の分布となる。図４
に、ガラス基板上のＴＦＴの配置を示す。図２のデータ
は、図４に示すように、１００ｍｍ□のコーニング７０
５９基板上の、４０×５０ｍｍの領域に、ＴＦＴを、４
００×３００個マトリクス状に配置し、基板の中央部分
における、端から端までの横一列・４００個のＴＦＴ
（図４中点線で囲んだ部分）の各々の場所と対応して横
軸としている。例えば、液晶ディスプレイの画素部分を
構成する画素マトリクスが図２のようなしきい値電圧の
分布を持っていると、表示状態が不均一となり、画像不
良の原因となる。
【０００９】しきい値電圧が、基板面内においてこのよ
うなＵ字分布を示す原因を本出願人が追究した結果、該
Ｕ字分布の傾向が、レーザー照射直前の基板のそりと酷
似していることをつきとめた。また、この基板のそり
は、アモルファスシリコン膜成膜直後のガラス基板には
見られず、その後の熱処理工程（これにより膜が固相成
長を起こし、結晶化する）で、該熱処理終了後、基板を
冷却する際に、シリコン膜がガラス基板よりも大きく収
縮をおこすために生じるそりであることが明らかとなっ
た。このそりは、基板成膜面からみて、凹に生じる。
うなＵ字分布を示す原因を本出願人が追究した結果、該
Ｕ字分布の傾向が、レーザー照射直前の基板のそりと酷
似していることをつきとめた。また、この基板のそり
は、アモルファスシリコン膜成膜直後のガラス基板には
見られず、その後の熱処理工程（これにより膜が固相成
長を起こし、結晶化する）で、該熱処理終了後、基板を
冷却する際に、シリコン膜がガラス基板よりも大きく収
縮をおこすために生じるそりであることが明らかとなっ
た。このそりは、基板成膜面からみて、凹に生じる。
【００１０】図３に、そりが生じたガラス基板上のシリ
コン膜に対してレーザーアニールを行う様子を示す。図
３にみられるように、このようなそりのある状態でレー
ザーアニールを行うと、レーザーの焦点が基板の場所々
々で異なるずれ方をする。このずれが、シリコン膜の結
晶性の度合いを基板面内において異ならしめ、その結
果、しきい値電圧が基板面内において特定の分布を示す
原因となっていると考えられる。なお、１００ｍｍ角で
ある該基板のレーザー照射直前のそりは基板中央部分と
端の部分とで５０μｍ程度の差であった。このそりの程
度は上記熱処理工程の温度、処理に要した時間、あるい
は基板の材質等に依存するが、だいたい２０〜２００μ
ｍの範囲に収まった。基板の大きさが５００ｍｍ角程度
になると、そのそりは１〜２ｍｍ程度となることもあ
る。
コン膜に対してレーザーアニールを行う様子を示す。図
３にみられるように、このようなそりのある状態でレー
ザーアニールを行うと、レーザーの焦点が基板の場所々
々で異なるずれ方をする。このずれが、シリコン膜の結
晶性の度合いを基板面内において異ならしめ、その結
果、しきい値電圧が基板面内において特定の分布を示す
原因となっていると考えられる。なお、１００ｍｍ角で
ある該基板のレーザー照射直前のそりは基板中央部分と
端の部分とで５０μｍ程度の差であった。このそりの程
度は上記熱処理工程の温度、処理に要した時間、あるい
は基板の材質等に依存するが、だいたい２０〜２００μ
ｍの範囲に収まった。基板の大きさが５００ｍｍ角程度
になると、そのそりは１〜２ｍｍ程度となることもあ
る。
【００１１】本発明は、そりを有するガラス基板上の被
照射面に対して均一なレーザー照射を行うことを目的と
する。
照射面に対して均一なレーザー照射を行うことを目的と
する。
【００１２】本発明は、ガラス基板上に形成される複数
の結晶性シリコンＴＦＴにおいて、基板面内において均
一なしきい値を有せしめることを目的とする。
の結晶性シリコンＴＦＴにおいて、基板面内において均
一なしきい値を有せしめることを目的とする。
【００１３】本発明は、線状レーザービームを用いたレ
ーザーアニールを、ガラス基板上のアモルファスシリコ
ン膜を熱結晶化して形成された結晶性シリコン膜に対し
て行うに際し、該結晶性シリコン膜に、基板面内におい
て均一な結晶性を有せしめ、また、該膜を用いて基板面
内において均一なしきい値電圧を有する複数の結晶性シ
リコンＴＦＴを作製する方法および装置を提供すること
を目的とする。
ーザーアニールを、ガラス基板上のアモルファスシリコ
ン膜を熱結晶化して形成された結晶性シリコン膜に対し
て行うに際し、該結晶性シリコン膜に、基板面内におい
て均一な結晶性を有せしめ、また、該膜を用いて基板面
内において均一なしきい値電圧を有する複数の結晶性シ
リコンＴＦＴを作製する方法および装置を提供すること
を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の構成の一つは、ガラス基板をステージ上で
平坦化して載置する工程と、前記ガラス基板上の被照射
面に対し、線状レーザービームを走査しながら照射して
レーザーアニールを行う工程と、を有することを特徴と
するレーザーアニール方法である。
に、本発明の構成の一つは、ガラス基板をステージ上で
平坦化して載置する工程と、前記ガラス基板上の被照射
面に対し、線状レーザービームを走査しながら照射して
レーザーアニールを行う工程と、を有することを特徴と
するレーザーアニール方法である。
【００１５】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板上
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板を
ステージ上で平坦化して載置する工程と、前記結晶性シ
リコン膜に対し、線状レーザービームを走査しながら照
射してレーザーアニールを行う工程と、を有することを
特徴とするレーザーアニール方法である。
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板を
ステージ上で平坦化して載置する工程と、前記結晶性シ
リコン膜に対し、線状レーザービームを走査しながら照
射してレーザーアニールを行う工程と、を有することを
特徴とするレーザーアニール方法である。
【００１６】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板上
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板下
面を、平坦面を構成するステージの前記平坦面上に、密
着させて、前記ガラス基板を載置する工程と、前記結晶
性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走査しなが
ら照射してレーザーアニールを行う工程と、を有するこ
とを特徴とするレーザーアニール方法である。
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板下
面を、平坦面を構成するステージの前記平坦面上に、密
着させて、前記ガラス基板を載置する工程と、前記結晶
性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走査しなが
ら照射してレーザーアニールを行う工程と、を有するこ
とを特徴とするレーザーアニール方法である。
【００１７】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板上
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板下
面を、平坦面を構成するステージの前記平坦面上に、真
空吸着により密着させて、前記ガラス基板を載置する工
程と、前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービー
ムを走査しながら照射してレーザーアニールを行う工程
と、を有することを特徴とするレーザーアニール方法で
ある。
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板下
面を、平坦面を構成するステージの前記平坦面上に、真
空吸着により密着させて、前記ガラス基板を載置する工
程と、前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービー
ムを走査しながら照射してレーザーアニールを行う工程
と、を有することを特徴とするレーザーアニール方法で
ある。
【００１８】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板上
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板上
面の周辺部を押圧して、前記ガラス基板下面を、平坦面
を構成するステージの前記平坦面上に密着させて、前記
ガラス基板を載置する工程と、前記結晶性シリコン膜に
対し、線状レーザービームを走査しながら照射してレー
ザーアニールを行う工程と、を有することを特徴とする
レーザーアニール方法である。
に形成されたアモルファスシリコン膜を、加熱結晶化さ
せて結晶性シリコン膜とする工程と、前記ガラス基板上
面の周辺部を押圧して、前記ガラス基板下面を、平坦面
を構成するステージの前記平坦面上に密着させて、前記
ガラス基板を載置する工程と、前記結晶性シリコン膜に
対し、線状レーザービームを走査しながら照射してレー
ザーアニールを行う工程と、を有することを特徴とする
レーザーアニール方法である。
【００１９】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板を
平坦化して載置する手段を有するステージと、前記ガラ
ス基板の被照射面に対し、線状レーザービームを走査し
ながら照射する手段と、を有することを特徴とするレー
ザーアニール装置である。
平坦化して載置する手段を有するステージと、前記ガラ
ス基板の被照射面に対し、線状レーザービームを走査し
ながら照射する手段と、を有することを特徴とするレー
ザーアニール装置である。
【００２０】本発明の他の構成の一つは、ガラス基板を
載置する平坦面、および前記ガラス基板の下面を、前記
平坦面に密着させる手段とを有するステージと、前記ガ
ラス基板の被照射面に対し、線状レーザービームを走査
しながら照射する手段と、を有することを特徴とするレ
ーザーアニール装置である。
載置する平坦面、および前記ガラス基板の下面を、前記
平坦面に密着させる手段とを有するステージと、前記ガ
ラス基板の被照射面に対し、線状レーザービームを走査
しながら照射する手段と、を有することを特徴とするレ
ーザーアニール装置である。
【００２１】本発明の他の構成の一つは、加熱により結
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を、平
坦化して載置する手段を有するステージと、前記ガラス
基板上の結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービーム
を走査しながら照射する手段と、を有することを特徴と
するレーザーアニール装置である。
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を、平
坦化して載置する手段を有するステージと、前記ガラス
基板上の結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービーム
を走査しながら照射する手段と、を有することを特徴と
するレーザーアニール装置である。
【００２２】本発明の他の構成の一つは、加熱により結
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を載置
する平坦面、および前記ガラス基板の下面を、前記平坦
面に密着させる手段とを有するステージと、前記結晶性
シリコン膜に対し、線状レーザービームを走査しながら
照射する手段と、を有することを特徴とするレーザーア
ニール装置である。
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を載置
する平坦面、および前記ガラス基板の下面を、前記平坦
面に密着させる手段とを有するステージと、前記結晶性
シリコン膜に対し、線状レーザービームを走査しながら
照射する手段と、を有することを特徴とするレーザーア
ニール装置である。
【００２３】本発明の他の構成の一つは、加熱により結
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を載置
する平坦面、および前記ガラス基板の下面を、前記平坦
面に真空吸着させる手段とを有するステージと、前記結
晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走査しな
がら照射する手段と、を有することを特徴とするレーザ
ーアニール装置である。
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を載置
する平坦面、および前記ガラス基板の下面を、前記平坦
面に真空吸着させる手段とを有するステージと、前記結
晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走査しな
がら照射する手段と、を有することを特徴とするレーザ
ーアニール装置である。
【００２４】本発明の他の構成の一つは、加熱により結
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を載置
する平坦面、および前記ガラス基板上面の周辺部を押圧
する手段とを有するステージと、前記結晶性シリコン膜
に対し、線状レーザービームを走査しながら照射する手
段と、を有することを特徴とするレーザーアニール装置
である。
晶化された結晶性シリコン膜を有するガラス基板を載置
する平坦面、および前記ガラス基板上面の周辺部を押圧
する手段とを有するステージと、前記結晶性シリコン膜
に対し、線状レーザービームを走査しながら照射する手
段と、を有することを特徴とするレーザーアニール装置
である。
【００２５】また、本発明は、上記構成において、前記
結晶性シリコン膜は、少なくとも一部に、イオンドーピ
ング等により、不純物が添加されたものであってもよ
い。
結晶性シリコン膜は、少なくとも一部に、イオンドーピ
ング等により、不純物が添加されたものであってもよ
い。
【００２６】また、本発明は、上記構成において、線状
レーザービームの光源として、パルスレーザー、好まし
くはエキシマレーザーを用いるものである。
レーザービームの光源として、パルスレーザー、好まし
くはエキシマレーザーを用いるものである。
【００２７】本発明は、ガラス基板上に形成されたアモ
ルファスシリコン膜を熱結晶化して得られる、結晶性シ
リコン膜、あるいは該結晶性シリコン膜を、パターニン
グ、加工、整形したもの、あるいは、これらに不純物が
添加されたものに対して、線状レーザービームを走査し
てレーザーアニールを施すに際し、熱結晶化工程により
生じたガラス基板のそりを、ガラス基板を載置するステ
ージ上にて、強制的に平坦化した状態でレーザーアニー
ルを行うものである。
ルファスシリコン膜を熱結晶化して得られる、結晶性シ
リコン膜、あるいは該結晶性シリコン膜を、パターニン
グ、加工、整形したもの、あるいは、これらに不純物が
添加されたものに対して、線状レーザービームを走査し
てレーザーアニールを施すに際し、熱結晶化工程により
生じたガラス基板のそりを、ガラス基板を載置するステ
ージ上にて、強制的に平坦化した状態でレーザーアニー
ルを行うものである。
【００２８】本発明において、ガラス基板を平坦化する
とは、ガラス基板をステージ上に設置した状態におい
て、なんらかの外的な力をガラス基板に加えて、ガラス
基板の有するそりが小さくなるように、矯正することで
ある。ガラス基板の平坦化は、ガラス基板上の結晶性シ
リコン膜に対して、線状レーザービームを用いて均質に
アニールできる程度になされる。すなわち、レーザーア
ニール後において、結晶性シリコン膜が有する結晶性
が、要求されるレベルに均質化される範囲内となるよう
に、ガラス基板上の結晶性シリコン膜が有する面内高低
差が、減少されればよい。
とは、ガラス基板をステージ上に設置した状態におい
て、なんらかの外的な力をガラス基板に加えて、ガラス
基板の有するそりが小さくなるように、矯正することで
ある。ガラス基板の平坦化は、ガラス基板上の結晶性シ
リコン膜に対して、線状レーザービームを用いて均質に
アニールできる程度になされる。すなわち、レーザーア
ニール後において、結晶性シリコン膜が有する結晶性
が、要求されるレベルに均質化される範囲内となるよう
に、ガラス基板上の結晶性シリコン膜が有する面内高低
差が、減少されればよい。
【００２９】ガラス基板のそりを平坦に矯正するため
に、平坦面を有するステージの、該平坦面に、ガラス基
板を吸着させる、ガラス基板上の周辺部を押圧（加圧）
する等を行う。また、このような平坦化、矯正の手段
を、レーザーアニール装置のステージに付加する。
に、平坦面を有するステージの、該平坦面に、ガラス基
板を吸着させる、ガラス基板上の周辺部を押圧（加圧）
する等を行う。また、このような平坦化、矯正の手段
を、レーザーアニール装置のステージに付加する。
【００３０】このように、ガラス基板が平坦に載置され
ることで、ガラス基板自体がそりを有しているにもかか
わらず、線状レーザービームは、被照射面である結晶性
シリコン膜に対し、焦点がずれることなく均一に照射さ
れる。その結果、基板面内において均一、均質な結晶
性、移動度を有する結晶性シリコン膜を得ることができ
る。
ることで、ガラス基板自体がそりを有しているにもかか
わらず、線状レーザービームは、被照射面である結晶性
シリコン膜に対し、焦点がずれることなく均一に照射さ
れる。その結果、基板面内において均一、均質な結晶
性、移動度を有する結晶性シリコン膜を得ることができ
る。
【００３１】本発明により、熱結晶化後の、そりが生じ
たガラス基板上の結晶性シリコン膜に対し、ガラス基板
のそりが無視できる程度に矯正して、線状レーザービー
ムを照射することができる。したがって、被照射面にお
いて線状レーザービームの焦点がずれることを防ぎ、結
果として線状レーザービームを走査してレーザーアニー
ルを施しても、均一な結晶化を行わしめ、該膜を用いて
形成されたＴＦＴのしきい値電圧を、基板面内において
均一化できる。ガラス基板が大きくなるほど、そりの程
度も激しくなるため、本発明の効果は、ガラス基板が大
きくなるほど顕著となる。以下に実施例を示す。
たガラス基板上の結晶性シリコン膜に対し、ガラス基板
のそりが無視できる程度に矯正して、線状レーザービー
ムを照射することができる。したがって、被照射面にお
いて線状レーザービームの焦点がずれることを防ぎ、結
果として線状レーザービームを走査してレーザーアニー
ルを施しても、均一な結晶化を行わしめ、該膜を用いて
形成されたＴＦＴのしきい値電圧を、基板面内において
均一化できる。ガラス基板が大きくなるほど、そりの程
度も激しくなるため、本発明の効果は、ガラス基板が大
きくなるほど顕著となる。以下に実施例を示す。
【００３２】
〔実施例１〕
【００３３】図９に実施例の作製工程を示す。図９を用
いて本実施例を説明する。まず、ガラス基板（本実施例
では１００ｍｍ角のコーニング７０５９を用いる。他の
ガラス、例えば、コーニング１７３７、ＯＡ２、ＮＡ４
５等を用いてもよい。）１０１上に厚さ２０００Åの下
地酸化珪素膜１０２と、そのさらに上に厚さ５００Åの
アモルファスシリコン膜１０３をプラズマＣＶＤ法によ
り連続的に成膜した。そして、１０ｐｐｍの酢酸ニッケ
ル水溶液をシリコン表面に塗布し、スピンコート法によ
り酢酸ニッケル層を形成した。酢酸ニッケル水溶液には
界面活性剤を添加するとよりよかった。酢酸ニッケル層
は極めて薄いので、膜状となっているとは限らないが、
以後の工程に於ける問題はない。（図９（Ａ））
いて本実施例を説明する。まず、ガラス基板（本実施例
では１００ｍｍ角のコーニング７０５９を用いる。他の
ガラス、例えば、コーニング１７３７、ＯＡ２、ＮＡ４
５等を用いてもよい。）１０１上に厚さ２０００Åの下
地酸化珪素膜１０２と、そのさらに上に厚さ５００Åの
アモルファスシリコン膜１０３をプラズマＣＶＤ法によ
り連続的に成膜した。そして、１０ｐｐｍの酢酸ニッケ
ル水溶液をシリコン表面に塗布し、スピンコート法によ
り酢酸ニッケル層を形成した。酢酸ニッケル水溶液には
界面活性剤を添加するとよりよかった。酢酸ニッケル層
は極めて薄いので、膜状となっているとは限らないが、
以後の工程に於ける問題はない。（図９（Ａ））
【００３４】そして、５５０℃で４時間熱アニールする
ことにより、シリコン膜を結晶化させる。このとき、ニ
ッケルが結晶の核の役割を果たし、シリコン膜の結晶化
を促進させる。５５０℃、４時間という低温（コーニン
グ７０５９の歪み点温度以下）、短時間で処理できるの
はニッケルの機能による。詳細については特開平６ー２
４４１０４号公報に記されている。触媒元素の濃度は、
１×１０の15〜１×１０19原子／ｃｍ3 であると好まし
かった。１×１０19原子／ｃｍ3 以上の高濃度ではシリ
コンに金属的性質が表れて、半導体特性が消滅してしま
った。本実施例記載のシリコン膜中の触媒元素の濃度
は、膜中における最小値で１×１０17〜５×１０18原子
／ｃｍ3 であった。なお、これらの値は、２次イオン質
量分析法（ＳＩＭＳ）により分析、測定したシリコン膜
中の触媒元素の濃度の最小値である。このようにして、
結晶性シリコン膜が得られる。
ことにより、シリコン膜を結晶化させる。このとき、ニ
ッケルが結晶の核の役割を果たし、シリコン膜の結晶化
を促進させる。５５０℃、４時間という低温（コーニン
グ７０５９の歪み点温度以下）、短時間で処理できるの
はニッケルの機能による。詳細については特開平６ー２
４４１０４号公報に記されている。触媒元素の濃度は、
１×１０の15〜１×１０19原子／ｃｍ3 であると好まし
かった。１×１０19原子／ｃｍ3 以上の高濃度ではシリ
コンに金属的性質が表れて、半導体特性が消滅してしま
った。本実施例記載のシリコン膜中の触媒元素の濃度
は、膜中における最小値で１×１０17〜５×１０18原子
／ｃｍ3 であった。なお、これらの値は、２次イオン質
量分析法（ＳＩＭＳ）により分析、測定したシリコン膜
中の触媒元素の濃度の最小値である。このようにして、
結晶性シリコン膜が得られる。
【００３５】このとき、ガラス基板は、結晶性シリコン
膜が設けられている面側にそり、凹型になっている。こ
こでは、基板の中心部と周辺部とにおいて、約５０μｍ
程度の高低差を有している。そりの程度は、ガラス基板
の大きさや厚さ、種類により異なる。
膜が設けられている面側にそり、凹型になっている。こ
こでは、基板の中心部と周辺部とにおいて、約５０μｍ
程度の高低差を有している。そりの程度は、ガラス基板
の大きさや厚さ、種類により異なる。
【００３６】このようにして得られた結晶性シリコン膜
の結晶性をさらに高めるために、大出力パルスレーザー
であるエキシマレーザーを該膜に照射する。以下に本実
施例で用いるレーザーアニール装置について説明する。
図６には本実施例で使用するレーザーアニール装置の概
念図を示す。図６のレーザーアニール装置は、マルチチ
ャンバー方式であり、ローダー／アンローダー室から搬
入され、アライメント室にて位置決めされた基板を、ト
ランスファー室を介して、該トランスファー室に設けら
れた基板搬送用ロボットにより、各室に運び、基板毎に
連続して処理されるものである。基板は、初めに熱処理
室に搬入され、予備加熱等の熱処理の後、レーザーアニ
ール室にてレーザーアニールが施され、その後徐冷室に
運ばれて徐冷ののち、ローダー／アンローダー室へと移
動して、外に出される。
の結晶性をさらに高めるために、大出力パルスレーザー
であるエキシマレーザーを該膜に照射する。以下に本実
施例で用いるレーザーアニール装置について説明する。
図６には本実施例で使用するレーザーアニール装置の概
念図を示す。図６のレーザーアニール装置は、マルチチ
ャンバー方式であり、ローダー／アンローダー室から搬
入され、アライメント室にて位置決めされた基板を、ト
ランスファー室を介して、該トランスファー室に設けら
れた基板搬送用ロボットにより、各室に運び、基板毎に
連続して処理されるものである。基板は、初めに熱処理
室に搬入され、予備加熱等の熱処理の後、レーザーアニ
ール室にてレーザーアニールが施され、その後徐冷室に
運ばれて徐冷ののち、ローダー／アンローダー室へと移
動して、外に出される。
【００３７】このレーザーアニール装置は周囲に対する
密閉性を有しており、不純物による汚染を防いでいる。
また、レーザー照射時の雰囲気制御機能を有している。
また、基板を加熱する機能も有しており、レーザー照射
時の被照射物を所望の温度に保つことができる。また、
ここでは、大気圧でレーザー照射が行われる。もちろ
ん、真空、他の圧力で行うことも可能である。
密閉性を有しており、不純物による汚染を防いでいる。
また、レーザー照射時の雰囲気制御機能を有している。
また、基板を加熱する機能も有しており、レーザー照射
時の被照射物を所望の温度に保つことができる。また、
ここでは、大気圧でレーザー照射が行われる。もちろ
ん、真空、他の圧力で行うことも可能である。
【００３８】発振器として、ここではラムダフィジック
社製３０００−３０８を用いた。発振されるレーザー光
は、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パル
ス幅２６ｎｓ）である。勿論、他のエキシマレーザーさ
らには他の方式のレーザーを用いることもできる。ただ
し、パルス発振のレーザー光を用いる必要がある。
社製３０００−３０８を用いた。発振されるレーザー光
は、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パル
ス幅２６ｎｓ）である。勿論、他のエキシマレーザーさ
らには他の方式のレーザーを用いることもできる。ただ
し、パルス発振のレーザー光を用いる必要がある。
【００３９】発振されたレーザー光は、そのビーム形状
の変形のために、図７に示すような光学系に導入され
る。図７に光学系の例を示す。光学系に入射する直前の
レーザー光のビームは、３×２cm2 程度の長方形である
が、該光学系によって、長さ１０〜３０cm、幅0.01〜0.
3 cm程度の細長いビーム（線状ビーム）に加工される。
本光学系を経たレーザー光のエネルギーは、最大で１０
００ｍＪ／ショットである。
の変形のために、図７に示すような光学系に導入され
る。図７に光学系の例を示す。光学系に入射する直前の
レーザー光のビームは、３×２cm2 程度の長方形である
が、該光学系によって、長さ１０〜３０cm、幅0.01〜0.
3 cm程度の細長いビーム（線状ビーム）に加工される。
本光学系を経たレーザー光のエネルギーは、最大で１０
００ｍＪ／ショットである。
【００４０】レーザー光をこのような細長いビームに加
工するのは、加工性を向上させるためである。即ち、線
状のビームが試料に照射されるとき、もし、ビームの長
さが試料の幅よりも長ければ、試料を１方向に移動させ
ることで、試料全体に対してレーザー光を照射すること
ができる。一方、ビームの長さが試料の幅よりも短い場
合でも、長方形のビームと比較すると加工の手間がかか
らない。しかし、この場合、ビームを、試料に対して相
対的に、上下左右に動かす必要性が生じる。
工するのは、加工性を向上させるためである。即ち、線
状のビームが試料に照射されるとき、もし、ビームの長
さが試料の幅よりも長ければ、試料を１方向に移動させ
ることで、試料全体に対してレーザー光を照射すること
ができる。一方、ビームの長さが試料の幅よりも短い場
合でも、長方形のビームと比較すると加工の手間がかか
らない。しかし、この場合、ビームを、試料に対して相
対的に、上下左右に動かす必要性が生じる。
【００４１】レーザー光が照射される基板（試料）のス
テージ（台）はコンピュータにより制御されており線状
レーザービームの線方向に対して直角方向（図７、ｈ方
向）に動くよう設計されている。さらに、該ビームの線
方向に対して動く機能をステージにつけておくと、ビー
ム長が試料に対して短い場合でも、試料全体に対するレ
ーザー加工が可能となる。
テージ（台）はコンピュータにより制御されており線状
レーザービームの線方向に対して直角方向（図７、ｈ方
向）に動くよう設計されている。さらに、該ビームの線
方向に対して動く機能をステージにつけておくと、ビー
ム長が試料に対して短い場合でも、試料全体に対するレ
ーザー加工が可能となる。
【００４２】レーザービームを線状レーザーに加工する
光学系の内部の光路（図７）の説明をする。レーザー光
源ａから発振され、光学系に入射したレーザー光は、ま
ず、フライアイレンズｂ、ｃを通過する。さらに、第１
のシリンドリカルレンズとして、シリンドリカル凸レン
ズｄ、線状化させるビームの線方向の均質性を良くする
ために設けられる第２のシリンドリカルレンズとして、
シリンドリカル凸レンズｅを通過し、ミラーｆを介し
て、シリンドリカルレンズｇによって集束され、試料に
照射される。光路長は、レーザー光源からミラーｇまで
の距離が、２０００ｍｍ、ミラーｆから被照射面までの
距離は、４４０ｍｍを有する。シリンドリカルレンズｇ
には、焦点距離が１００ｍｍの物を用いる。光学系は、
本発明に必要なビームに変形できればどの様なものでも
良い。
光学系の内部の光路（図７）の説明をする。レーザー光
源ａから発振され、光学系に入射したレーザー光は、ま
ず、フライアイレンズｂ、ｃを通過する。さらに、第１
のシリンドリカルレンズとして、シリンドリカル凸レン
ズｄ、線状化させるビームの線方向の均質性を良くする
ために設けられる第２のシリンドリカルレンズとして、
シリンドリカル凸レンズｅを通過し、ミラーｆを介し
て、シリンドリカルレンズｇによって集束され、試料に
照射される。光路長は、レーザー光源からミラーｇまで
の距離が、２０００ｍｍ、ミラーｆから被照射面までの
距離は、４４０ｍｍを有する。シリンドリカルレンズｇ
には、焦点距離が１００ｍｍの物を用いる。光学系は、
本発明に必要なビームに変形できればどの様なものでも
良い。
【００４３】なお光学系として、図７のようなものに限
らず、図８に示すような、レンズＢ、Ｃ（ビームエキス
パンダ）を具備するものを用いてもよい。
らず、図８に示すような、レンズＢ、Ｃ（ビームエキス
パンダ）を具備するものを用いてもよい。
【００４４】レーザービームは線状に整形され、被照射
部分でのビーム面積は１５０ｍｍ×０．４ｍｍとする
（ビームの線幅はエネルギーの最大値に対する半値
幅）。またレーザービームの線幅方向のエネルギー分布
は、一般的に使用される矩形を用いる。レーザービーム
の線幅方向のエネルギー分布の形を、周辺部（線幅の周
辺部）においてシャープにするには、レーザー光路の途
中にスリットをいれるとよい。例えば、図７において
は、シリンドリカルレンズｅの後が好ましく、例えば、
シリンドリカルレンズｅと、ミラーｆとの間、あるい
は、シリンドリカルレンズｇと被照射面の間等に、スリ
ットは設置される。
部分でのビーム面積は１５０ｍｍ×０．４ｍｍとする
（ビームの線幅はエネルギーの最大値に対する半値
幅）。またレーザービームの線幅方向のエネルギー分布
は、一般的に使用される矩形を用いる。レーザービーム
の線幅方向のエネルギー分布の形を、周辺部（線幅の周
辺部）においてシャープにするには、レーザー光路の途
中にスリットをいれるとよい。例えば、図７において
は、シリンドリカルレンズｅの後が好ましく、例えば、
シリンドリカルレンズｅと、ミラーｆとの間、あるい
は、シリンドリカルレンズｇと被照射面の間等に、スリ
ットは設置される。
【００４５】熱結晶化工程により、そりを生じたガラス
基板は、レーザーアニール装置のステージ（台）に、強
制的に平坦化されて固定される。ガラス基板のそりを修
正するために、線状レーザービーム照射時においてガラ
ス基板を載置する、平坦面を構成するステージに、ガラ
ス基板を平坦化して載置する手段を設ける。
基板は、レーザーアニール装置のステージ（台）に、強
制的に平坦化されて固定される。ガラス基板のそりを修
正するために、線状レーザービーム照射時においてガラ
ス基板を載置する、平坦面を構成するステージに、ガラ
ス基板を平坦化して載置する手段を設ける。
【００４６】図１０に、ステージの構成の例を示す。ガ
ラス基板をステージに平坦化して載置、固定させるため
の手段の例として、例えば、図１０（ａ）は、ステージ
２０１の上面に複数の吸引口２０２が設けられている。
吸引口２０２は穴であるが、吸引口２０２の無い箇所
は、平坦面を構成している。図１０（ｂ）は、ステージ
２１１の上面に、溝２１２が設けられている。この溝２
１２は、ステージ中心部の吸引口２１３に通じており、
溝２１２の無い箇所において、平坦面を構成している。
図１０（ｃ）は、ステージ２２１上面に、複数の突起２
２２が設けられ、これら突起２２２の上面、およびステ
ージの周辺部が、平坦面を構成している。また、吸引口
２２３から真空引きされる。図１０（ａ）〜（ｃ）に示
したものは、いずれも、吸引口から真空引きされ、ガラ
ス基板が平坦面上に真空吸着される。こうして、ガラス
基板はその下面がステージの平坦面に密着する。そし
て、このままの状態でレーザーアニールを行う。
ラス基板をステージに平坦化して載置、固定させるため
の手段の例として、例えば、図１０（ａ）は、ステージ
２０１の上面に複数の吸引口２０２が設けられている。
吸引口２０２は穴であるが、吸引口２０２の無い箇所
は、平坦面を構成している。図１０（ｂ）は、ステージ
２１１の上面に、溝２１２が設けられている。この溝２
１２は、ステージ中心部の吸引口２１３に通じており、
溝２１２の無い箇所において、平坦面を構成している。
図１０（ｃ）は、ステージ２２１上面に、複数の突起２
２２が設けられ、これら突起２２２の上面、およびステ
ージの周辺部が、平坦面を構成している。また、吸引口
２２３から真空引きされる。図１０（ａ）〜（ｃ）に示
したものは、いずれも、吸引口から真空引きされ、ガラ
ス基板が平坦面上に真空吸着される。こうして、ガラス
基板はその下面がステージの平坦面に密着する。そし
て、このままの状態でレーザーアニールを行う。
【００４７】ステージの上面の平坦面は、吸着に関与す
る部分を除いて平坦であるため、このような平坦な上面
に密着したガラス基板は、ステージの平坦面に従い、平
坦化される。この、真空吸着する方法は、ガラス基板の
設置、取外しが、極めて容易かつ短時間で済む。また、
ガラス基板表面上の、レーザービームの照射を妨げる障
害物等は皆無であるため、ガラス基板表面の全面に対
し、むらなくレーザー照射を行うことができる。
る部分を除いて平坦であるため、このような平坦な上面
に密着したガラス基板は、ステージの平坦面に従い、平
坦化される。この、真空吸着する方法は、ガラス基板の
設置、取外しが、極めて容易かつ短時間で済む。また、
ガラス基板表面上の、レーザービームの照射を妨げる障
害物等は皆無であるため、ガラス基板表面の全面に対
し、むらなくレーザー照射を行うことができる。
【００４８】ステージの平坦面における平坦性は、平坦
であるほど好ましいが、平坦面上に載置されるガラス基
板上の結晶性シリコン膜に対して、線状レーザービーム
を用いて、要求されるレベルの均質性を有するようにア
ニールできればよい。例えば、ガラス基板上の被照射面
の面内高低差が、少なくともレーザービームの焦点深度
以下となるような平坦面とする。
であるほど好ましいが、平坦面上に載置されるガラス基
板上の結晶性シリコン膜に対して、線状レーザービーム
を用いて、要求されるレベルの均質性を有するようにア
ニールできればよい。例えば、ガラス基板上の被照射面
の面内高低差が、少なくともレーザービームの焦点深度
以下となるような平坦面とする。
【００４９】ガラス基板をステージに密着させる方法
は、上述のような吸着による方法に限らず、ガラス基板
を平坦化し、かつレーザーアニールを行うことができる
ならばどんな方法を用いても構わない。他に、例えば、
図１０（ｄ）に示すように、ガラス基板１０１上面の周
辺部、あるいは端部を、おさえ２３２によってステージ
２３１の平坦面に機械的に押さえつけて押圧（加圧）
し、その状態でレーザーアニールを行ってもよい。この
場合、真空吸着よりも強い力でガラス基板を平坦化させ
ることが可能であるため、真空吸着では十分に平坦化で
きない程強く反った基板に対しても、容易に平坦化する
ことができる。もちろん、図１０（ｄ）に示すような方
法と、前述の吸着による方法とを併用しても構わない。
また、ステージの材質は、石英、金属、セラミックス等
が、耐熱性が高く、かつ平坦度を高く保てるため、好ま
しい。
は、上述のような吸着による方法に限らず、ガラス基板
を平坦化し、かつレーザーアニールを行うことができる
ならばどんな方法を用いても構わない。他に、例えば、
図１０（ｄ）に示すように、ガラス基板１０１上面の周
辺部、あるいは端部を、おさえ２３２によってステージ
２３１の平坦面に機械的に押さえつけて押圧（加圧）
し、その状態でレーザーアニールを行ってもよい。この
場合、真空吸着よりも強い力でガラス基板を平坦化させ
ることが可能であるため、真空吸着では十分に平坦化で
きない程強く反った基板に対しても、容易に平坦化する
ことができる。もちろん、図１０（ｄ）に示すような方
法と、前述の吸着による方法とを併用しても構わない。
また、ステージの材質は、石英、金属、セラミックス等
が、耐熱性が高く、かつ平坦度を高く保てるため、好ま
しい。
【００５０】ここでは、図１０（ａ）に示す構成を有す
るステージを用いる。図１０（ａ）に示す吸引口２０２
は、ここでは、直径約１ｍｍ程度を有し、１０ｍｍ間隔
で設けられている。当該ガラス基板１０１を、結晶性シ
リコン膜１０３が形成されている面を上にして、ステー
ジ２０１の平坦面上に置き、吸引口２０２から真空引き
し、ガラス基板をステージ上に密着させる。ステージ２
０１の平坦面に従い、ガラス基板も、ステージ平坦面の
面内高低差と同程度に平坦化される。
るステージを用いる。図１０（ａ）に示す吸引口２０２
は、ここでは、直径約１ｍｍ程度を有し、１０ｍｍ間隔
で設けられている。当該ガラス基板１０１を、結晶性シ
リコン膜１０３が形成されている面を上にして、ステー
ジ２０１の平坦面上に置き、吸引口２０２から真空引き
し、ガラス基板をステージ上に密着させる。ステージ２
０１の平坦面に従い、ガラス基板も、ステージ平坦面の
面内高低差と同程度に平坦化される。
【００５１】図１０（ａ）の構成に加え、ガラス基板を
単にステージ上に置くだけではなく、置いた後、基板上
面、特に周辺部上面に押圧を加えた状態で真空引きし、
ステージに密着させてもよい。例えば、図１０（ｄ）に
示す、おさえ２３２を設けて、これによりガラス基板１
０１周辺部上面を押圧させ、真空引きし、ガラス基板を
密着させた後、おさえを外し、その後レーザーアニール
を行ってもよい。
単にステージ上に置くだけではなく、置いた後、基板上
面、特に周辺部上面に押圧を加えた状態で真空引きし、
ステージに密着させてもよい。例えば、図１０（ｄ）に
示す、おさえ２３２を設けて、これによりガラス基板１
０１周辺部上面を押圧させ、真空引きし、ガラス基板を
密着させた後、おさえを外し、その後レーザーアニール
を行ってもよい。
【００５２】図１に、レーザー照射の工程を示す。ガラ
ス基板１０１上に形成されたアモルファスシリコン膜を
熱結晶化して結晶性シリコン膜１０３を得て、徐冷の後
に、当該ガラス基板１０１にはそりが生じる。図１
（ａ）に示すように、当該ガラス基板１０１はステージ
２０１上に載置される。図１（ｂ）に示すように、そり
を有するガラス基板１０１は、ステージ２０１１に設け
られたガラス基板を平坦化して載置する手段、ここでは
吸引口２０２により、そりが強制的に矯正されて、平坦
化して載置される。載置されたガラス基板は、面内高低
差が約５μｍ程度に平坦化される。
ス基板１０１上に形成されたアモルファスシリコン膜を
熱結晶化して結晶性シリコン膜１０３を得て、徐冷の後
に、当該ガラス基板１０１にはそりが生じる。図１
（ａ）に示すように、当該ガラス基板１０１はステージ
２０１上に載置される。図１（ｂ）に示すように、そり
を有するガラス基板１０１は、ステージ２０１１に設け
られたガラス基板を平坦化して載置する手段、ここでは
吸引口２０２により、そりが強制的に矯正されて、平坦
化して載置される。載置されたガラス基板は、面内高低
差が約５μｍ程度に平坦化される。
【００５３】そして、図１（ｃ）に示すように、この平
坦化されているガラス基板上の結晶性シリコン膜１０３
に対し、線状レーザービーム走査しながら照射する。こ
のように、ガラス基板が平坦に載置されることで、ガラ
ス基板自体がそり有しているにもかかわらず、線状レー
ザービームは、被照射面である結晶性シリコン膜に対
し、焦点がずれることなく均一に照射される。
坦化されているガラス基板上の結晶性シリコン膜１０３
に対し、線状レーザービーム走査しながら照射する。こ
のように、ガラス基板が平坦に載置されることで、ガラ
ス基板自体がそり有しているにもかかわらず、線状レー
ザービームは、被照射面である結晶性シリコン膜に対
し、焦点がずれることなく均一に照射される。
【００５４】レーザーのエネルギー密度は１００ｍＪ／
ｃｍ2 〜５００ｍＪ／ｃｍ2 の範囲で、例えば３７０ｍ
Ｊ／ｃｍ2 で、照射を行なう。この照射の前に、２２０
ｍＪ／ｃｍ2 程度のエネルギーで照射をしておく２段階
照射とすると、さらに結晶性が上がる。レーザー照射
は、線状レーザービームを被照射物すなわち結晶性シリ
コン膜に対し相対的にずらしながら照射を行う。線状レ
ーザーをずらしていく方向は線状レーザーと概略直角
（図７、ｈ方向）とする。このとき、被照射物の１点に
注目すると、２〜４０ショット、例えば３２ショットの
レーザー光が照射されるようにする。また、レーザー照
射時の基板温度は２００℃とする。（図９（Ｂ））
ｃｍ2 〜５００ｍＪ／ｃｍ2 の範囲で、例えば３７０ｍ
Ｊ／ｃｍ2 で、照射を行なう。この照射の前に、２２０
ｍＪ／ｃｍ2 程度のエネルギーで照射をしておく２段階
照射とすると、さらに結晶性が上がる。レーザー照射
は、線状レーザービームを被照射物すなわち結晶性シリ
コン膜に対し相対的にずらしながら照射を行う。線状レ
ーザーをずらしていく方向は線状レーザーと概略直角
（図７、ｈ方向）とする。このとき、被照射物の１点に
注目すると、２〜４０ショット、例えば３２ショットの
レーザー光が照射されるようにする。また、レーザー照
射時の基板温度は２００℃とする。（図９（Ｂ））
【００５５】このようにして、結晶性シリコン膜が作製
される。作製された結晶性シリコン膜は、基板面内にお
ける移動度のばらつきが、±１０％以内となり、十分に
均質な結晶性シリコン膜となる。一方、本実施例で示し
た平坦化工程を経ずにレーザーアニールした結晶性シリ
コン膜は、基板面内における移動度のばらつきが、±１
５〜４０％程度と、十分な均質性が得られない。
される。作製された結晶性シリコン膜は、基板面内にお
ける移動度のばらつきが、±１０％以内となり、十分に
均質な結晶性シリコン膜となる。一方、本実施例で示し
た平坦化工程を経ずにレーザーアニールした結晶性シリ
コン膜は、基板面内における移動度のばらつきが、±１
５〜４０％程度と、十分な均質性が得られない。
【００５６】このようにして作製した結晶性シリコン膜
を基に半導体装置を作成した。該半導体装置は上記結晶
性シリコン膜にマトリクス状に配置する。具体的には作
製面積４０×５０ｍｍ2 中に４００×３００個の薄膜ト
ランジスタを作製する。まず、シリコン膜をエッチング
して、島状シリコン領域１０５を形成した。次に、プラ
ズマＣＶＤ法によって厚さ１２００Åの酸化珪素膜１０
６をゲイト絶縁膜として堆積した。プラズマＣＶＤの原
料ガスとしては、ＴＥＯＳと酸素を用いた。成膜時の基
板温度は２５０〜３８０℃、例えば、３００℃とした。
を基に半導体装置を作成した。該半導体装置は上記結晶
性シリコン膜にマトリクス状に配置する。具体的には作
製面積４０×５０ｍｍ2 中に４００×３００個の薄膜ト
ランジスタを作製する。まず、シリコン膜をエッチング
して、島状シリコン領域１０５を形成した。次に、プラ
ズマＣＶＤ法によって厚さ１２００Åの酸化珪素膜１０
６をゲイト絶縁膜として堆積した。プラズマＣＶＤの原
料ガスとしては、ＴＥＯＳと酸素を用いた。成膜時の基
板温度は２５０〜３８０℃、例えば、３００℃とした。
【００５７】引き続いて、スパッタ法によって、厚さ３
０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミニウム
膜（０．１〜２％のシリコンを含む）を堆積した。そし
て、アルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極１０
７を形成した。（図９（Ｃ））
０００〜８０００Å、例えば６０００Åのアルミニウム
膜（０．１〜２％のシリコンを含む）を堆積した。そし
て、アルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極１０
７を形成した。（図９（Ｃ））
【００５８】次に、イオンドーピング法によって、シリ
コン領域にゲイト電極をマスクとして不純物（ボロン）
を注入した。ドーピングガスとして、水素で１〜１０％
に希釈されたジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）、例えば５％のもの
を用いた。加速電圧は６０〜９０ｋＶ、例えば６５ｋ
Ｖ、ドーズ量は２×１０15〜５×１０15原子／ｃｍ2 、
例えば、３×１０15原子／ｃｍ2 とした。イオンドーピ
ング時の基板温度は室温とした。この結果、Ｐ型の不純
物領域１０８（ソース）、１０９（ドレイン）が形成さ
れた。（図９（Ｄ））
コン領域にゲイト電極をマスクとして不純物（ボロン）
を注入した。ドーピングガスとして、水素で１〜１０％
に希釈されたジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）、例えば５％のもの
を用いた。加速電圧は６０〜９０ｋＶ、例えば６５ｋ
Ｖ、ドーズ量は２×１０15〜５×１０15原子／ｃｍ2 、
例えば、３×１０15原子／ｃｍ2 とした。イオンドーピ
ング時の基板温度は室温とした。この結果、Ｐ型の不純
物領域１０８（ソース）、１０９（ドレイン）が形成さ
れた。（図９（Ｄ））
【００５９】そして、ドーピングされたボロンを活性化
するために、同じレーザーアニール装置を用いて、再び
レーザーアニールを行なった。このとき、同様にガラス
基板をステージに密着させ、平坦化する。レーザーのエ
ネルギー密度は１００〜３５０ｍＪ／ｃｍ2 、例えば、
２５０ｍＪ／ｃｍ2 とした。この照射の前に、１７０ｍ
Ｊ／ｃｍ2 程度のエネルギーで照射をしておくとさらに
結晶性が上がった。レーザー照射の方法は以下のように
する。すなわち、線状レーザービームを被照射物に対し
相対的にずらしながら照射を行う。線状レーザーをずら
していく方向は線状レーザーと概略直角とした。このと
き、被照射物の１点に注目すると、２〜２０ショットの
レーザー光が照射されるようにした。また、レーザー照
射時の基板温度は２００℃とした。その後、窒素雰囲気
中で２時間、３５０℃の熱アニールを行った。（図９
（Ｅ））
するために、同じレーザーアニール装置を用いて、再び
レーザーアニールを行なった。このとき、同様にガラス
基板をステージに密着させ、平坦化する。レーザーのエ
ネルギー密度は１００〜３５０ｍＪ／ｃｍ2 、例えば、
２５０ｍＪ／ｃｍ2 とした。この照射の前に、１７０ｍ
Ｊ／ｃｍ2 程度のエネルギーで照射をしておくとさらに
結晶性が上がった。レーザー照射の方法は以下のように
する。すなわち、線状レーザービームを被照射物に対し
相対的にずらしながら照射を行う。線状レーザーをずら
していく方向は線状レーザーと概略直角とした。このと
き、被照射物の１点に注目すると、２〜２０ショットの
レーザー光が照射されるようにした。また、レーザー照
射時の基板温度は２００℃とした。その後、窒素雰囲気
中で２時間、３５０℃の熱アニールを行った。（図９
（Ｅ））
【００６０】続いて、厚さ６０００Åの酸化珪素膜１１
０を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、これにコンタクトホールを開孔した。そして、金属
材料、例えば、チタンとアルミニウムの多層膜によって
ＴＦＴのソース、ドレインの電極・配線１１１、１１２
を形成した。最後に、１気圧の水素雰囲気で２００〜３
５０℃の熱アニールを行なった。（図９（Ｆ））
０を層間絶縁物としてプラズマＣＶＤ法によって形成
し、これにコンタクトホールを開孔した。そして、金属
材料、例えば、チタンとアルミニウムの多層膜によって
ＴＦＴのソース、ドレインの電極・配線１１１、１１２
を形成した。最後に、１気圧の水素雰囲気で２００〜３
５０℃の熱アニールを行なった。（図９（Ｆ））
【００６１】図５に、実施例によって形成された結晶性
シリコン膜を用いたＴＦＴのしきい値の基板面内におけ
る分布を示す。図５において、図５の横軸は図２と同
様、図４に示すＴＦＴの場所（図４において点線で囲っ
た部分）と対応している。図５に示すように、本実施例
において作製されＴＦＴは、基板面内において均一なし
きい値を有しており、従来例、すなわち、いずれのレー
ザー照射（アニール）の工程でも基板の吸着を行わずに
作製した、マトリクス状に並んだＴＦＴのしきい値電圧
の分布である図２と比較すると、明らかに図５の方が、
基板面内において、均一なしきい値電圧を有しているこ
とがわかる。
シリコン膜を用いたＴＦＴのしきい値の基板面内におけ
る分布を示す。図５において、図５の横軸は図２と同
様、図４に示すＴＦＴの場所（図４において点線で囲っ
た部分）と対応している。図５に示すように、本実施例
において作製されＴＦＴは、基板面内において均一なし
きい値を有しており、従来例、すなわち、いずれのレー
ザー照射（アニール）の工程でも基板の吸着を行わずに
作製した、マトリクス状に並んだＴＦＴのしきい値電圧
の分布である図２と比較すると、明らかに図５の方が、
基板面内において、均一なしきい値電圧を有しているこ
とがわかる。
【００６２】〔実施例２〕実施例２では、レーザーアニ
ール装置が、実施例１とは異なる光学系の配列およびス
テージの構成を用いた例を示す。実施例１と同様、図９
に従い、ガラス基板（本実施例では３００×３００ｍｍ
角、厚さ０. ７ｍｍのコーニング１７３７を用いる。無
論、その他のガラス基板を用いても良い。例えば、コー
ニング７０５９、OA2 、NA45等。）１０１上に厚さ２０
００Åの下地酸化珪素膜１０２と、そのさらに上に厚さ
５００Åのアモルファスシリコン膜１０３を プラズマ
ＣＶＤ法により連続的に成膜する。そして、１０ｐｐｍ
の酢酸ニッケル水溶液をシリコン表面に塗布し、スピン
コート法により酢酸ニッケル層を形成する。酢酸ニッケ
ル水溶液には界面活性剤を添加するとよりよかった。酢
酸ニッケル層は極めて薄いので、膜状となっているとは
限らないが、以後の工程に於ける問題はない。（図９
（Ａ））
ール装置が、実施例１とは異なる光学系の配列およびス
テージの構成を用いた例を示す。実施例１と同様、図９
に従い、ガラス基板（本実施例では３００×３００ｍｍ
角、厚さ０. ７ｍｍのコーニング１７３７を用いる。無
論、その他のガラス基板を用いても良い。例えば、コー
ニング７０５９、OA2 、NA45等。）１０１上に厚さ２０
００Åの下地酸化珪素膜１０２と、そのさらに上に厚さ
５００Åのアモルファスシリコン膜１０３を プラズマ
ＣＶＤ法により連続的に成膜する。そして、１０ｐｐｍ
の酢酸ニッケル水溶液をシリコン表面に塗布し、スピン
コート法により酢酸ニッケル層を形成する。酢酸ニッケ
ル水溶液には界面活性剤を添加するとよりよかった。酢
酸ニッケル層は極めて薄いので、膜状となっているとは
限らないが、以後の工程に於ける問題はない。（図９
（Ａ））
【００６３】そして、当該ガラス基板を５５０℃で４時
間熱アニールすることにより、シリコン膜を結晶化させ
る。このとき、ニッケルが結晶の核の役割を果たし、シ
リコン膜の結晶化を促進させる。なお、コーニング１７
３７基板の歪み点温度は６６７℃であり、上記５５０℃
のアニール温度は歪み点温度以下である。上記熱結晶化
後、該ガラス基板を徐冷すると、シリコン膜が収縮し、
基板には凹型のそりが生じる。
間熱アニールすることにより、シリコン膜を結晶化させ
る。このとき、ニッケルが結晶の核の役割を果たし、シ
リコン膜の結晶化を促進させる。なお、コーニング１７
３７基板の歪み点温度は６６７℃であり、上記５５０℃
のアニール温度は歪み点温度以下である。上記熱結晶化
後、該ガラス基板を徐冷すると、シリコン膜が収縮し、
基板には凹型のそりが生じる。
【００６４】５５０℃、４時間という低温（コーニング
１７３７の歪み点温度以下）、短時間で処理できるのは
ニッケルの機能による。詳細については特開平６ー２４
４１０４号公報に記されている。該公報では、熱アニー
ルの際の温度がガラス基板の歪み点温度を越えないよ
う、例えば５５０℃（歪み点温度以下）、４時間の熱ア
ニールを行うよう明記してあるが、この温度は熱結晶化
の際に、ガラス基板の著しい変形をさけるために定めた
ものである。
１７３７の歪み点温度以下）、短時間で処理できるのは
ニッケルの機能による。詳細については特開平６ー２４
４１０４号公報に記されている。該公報では、熱アニー
ルの際の温度がガラス基板の歪み点温度を越えないよ
う、例えば５５０℃（歪み点温度以下）、４時間の熱ア
ニールを行うよう明記してあるが、この温度は熱結晶化
の際に、ガラス基板の著しい変形をさけるために定めた
ものである。
【００６５】触媒元素の濃度は、１×１０15〜１０19原
子／ｃｍ3 であると好ましかった。１×１０19原子／ｃ
ｍ3 以上の高濃度ではシリコンに金属的性質が表れて、
半導体特性が消滅してしまった。本実施例記載のシリコ
ン膜中の触媒元素の濃度は、膜中における最小値で１×
１０19〜５×１０18原子／ｃｍ3 であった。なお、これ
らの値は、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により分
析、測定したシリコン膜中の触媒元素の濃度の最小値で
ある。このようにして、結晶性シリコン膜が得られる。
子／ｃｍ3 であると好ましかった。１×１０19原子／ｃ
ｍ3 以上の高濃度ではシリコンに金属的性質が表れて、
半導体特性が消滅してしまった。本実施例記載のシリコ
ン膜中の触媒元素の濃度は、膜中における最小値で１×
１０19〜５×１０18原子／ｃｍ3 であった。なお、これ
らの値は、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により分
析、測定したシリコン膜中の触媒元素の濃度の最小値で
ある。このようにして、結晶性シリコン膜が得られる。
【００６６】このとき、ガラス基板は、結晶性シリコン
膜が設けられている面側にそり、凹型になっている。こ
こでは、ガラス基板の中心部と周辺部とにおいて、約２
００μｍ程度の高低差を有している。そりの程度は、ガ
ラス基板の大きさや厚さ、種類により異なる。
膜が設けられている面側にそり、凹型になっている。こ
こでは、ガラス基板の中心部と周辺部とにおいて、約２
００μｍ程度の高低差を有している。そりの程度は、ガ
ラス基板の大きさや厚さ、種類により異なる。
【００６７】このようにして得られた結晶性シリコン膜
の結晶性をさらに高めるために、大出力パルスレーザー
であるエキシマレーザーを該膜に照射する。レーザーア
ニール装置は、実施例１と同様に、図６に示す構成を有
する。
の結晶性をさらに高めるために、大出力パルスレーザー
であるエキシマレーザーを該膜に照射する。レーザーア
ニール装置は、実施例１と同様に、図６に示す構成を有
する。
【００６８】発振器としてＬＵＭＮＩＣＳ社製ＥＸ７４
８を用いた。発振されるレーザー光は、ＫｒＦエキシマ
レーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２５ｎｓ）であ
る。勿論、他のエキシマレーザーさらには他の方式のレ
ーザーを用いることもできる。ただし、パルス発振のレ
ーザー光を用いる必要がある。
８を用いた。発振されるレーザー光は、ＫｒＦエキシマ
レーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２５ｎｓ）であ
る。勿論、他のエキシマレーザーさらには他の方式のレ
ーザーを用いることもできる。ただし、パルス発振のレ
ーザー光を用いる必要がある。
【００６９】発振されたレーザー光は、そのビーム形状
の変形のために、図８に示すような光学系に導入され
る。図８に光学系の例を示す。光学系に入射する直前の
レーザー光のビームは、３×２cm2 程度の長方形である
が、該光学系によって、長さ１０〜３０cm、幅0.01〜0.
3 cm程度の細長いビーム（線状ビーム）に加工される。
本光学系を経たレーザー光のエネルギーは、最大で８０
０ｍＪ／ショットである。
の変形のために、図８に示すような光学系に導入され
る。図８に光学系の例を示す。光学系に入射する直前の
レーザー光のビームは、３×２cm2 程度の長方形である
が、該光学系によって、長さ１０〜３０cm、幅0.01〜0.
3 cm程度の細長いビーム（線状ビーム）に加工される。
本光学系を経たレーザー光のエネルギーは、最大で８０
０ｍＪ／ショットである。
【００７０】レーザー光をこのような細長いビームに加
工するのは、加工性を向上させるためである。即ち、線
状のビームが試料に照射されるとき、もし、ビームの長
さが試料の幅よりも長ければ、試料を１方向に移動させ
ることで、試料全体に対してレーザー光を照射すること
ができる。一方、ビームの長さが試料の幅よりも短い場
合でも、長方形のビームと比較すると加工の手間がかか
らない。しかし、この場合、ビームを、試料に対して相
対的に、前後左右に動かす必要性が生じる。
工するのは、加工性を向上させるためである。即ち、線
状のビームが試料に照射されるとき、もし、ビームの長
さが試料の幅よりも長ければ、試料を１方向に移動させ
ることで、試料全体に対してレーザー光を照射すること
ができる。一方、ビームの長さが試料の幅よりも短い場
合でも、長方形のビームと比較すると加工の手間がかか
らない。しかし、この場合、ビームを、試料に対して相
対的に、前後左右に動かす必要性が生じる。
【００７１】レーザー光が照射される基板（試料）のス
テージ（台）はコンピュータにより制御されており線状
レーザービームの線方向に対して直角（図８、Ｉ方向）
に動くように設計されている。さらに、該ビームの線方
向に対して動く機能をステージにつけておくと、ビーム
の長さが試料に対して短い場合でも、試料全体に対する
レーザー加工が可能となる。
テージ（台）はコンピュータにより制御されており線状
レーザービームの線方向に対して直角（図８、Ｉ方向）
に動くように設計されている。さらに、該ビームの線方
向に対して動く機能をステージにつけておくと、ビーム
の長さが試料に対して短い場合でも、試料全体に対する
レーザー加工が可能となる。
【００７２】レーザービームを線状レーザーに加工する
光学系の内部の光路（図８）の説明をする。該光学系に
入射したレーザー光は、シリンドリカル凹レンズＢ、シ
リンドリカル凸レンズＣ（レンズＢ、Ｃを総称してビー
ムエキスパンダと呼ぶ）、フライアイレンズＤ、Ｄ２を
通過する。さらに、第１のシリンドリカルレンズとし
て、シリンドリカル凸レンズＥ、線状化させるビームの
線方向の均質性を良くするために設けられる第２のシリ
ンドリカルレンズとして、シリンドリカル凸レンズＦを
通過し、ミラーＧを介して、シリンドリカルレンズＨに
よって集束され、被照射面に照射される。レーザー光源
とシリンドリカルレンズＢ間が２３０ｍｍ、フライアイ
レンズＤ、Ｄ２間が２３０ｍｍ、フライアイレンズＤと
シリンドリカルレンズＥとの間が６５０ｍｍ、シリンド
リカルレンズＦと被照射面との間が６５０ｍｍ（それぞ
れ各レンズの焦点距離の和）とした。もちろん、これら
は、状況に応じて変化させうる。シリンドリカルレンズ
Ｈには、焦点距離が１２０ｍｍの物を用いる。
光学系の内部の光路（図８）の説明をする。該光学系に
入射したレーザー光は、シリンドリカル凹レンズＢ、シ
リンドリカル凸レンズＣ（レンズＢ、Ｃを総称してビー
ムエキスパンダと呼ぶ）、フライアイレンズＤ、Ｄ２を
通過する。さらに、第１のシリンドリカルレンズとし
て、シリンドリカル凸レンズＥ、線状化させるビームの
線方向の均質性を良くするために設けられる第２のシリ
ンドリカルレンズとして、シリンドリカル凸レンズＦを
通過し、ミラーＧを介して、シリンドリカルレンズＨに
よって集束され、被照射面に照射される。レーザー光源
とシリンドリカルレンズＢ間が２３０ｍｍ、フライアイ
レンズＤ、Ｄ２間が２３０ｍｍ、フライアイレンズＤと
シリンドリカルレンズＥとの間が６５０ｍｍ、シリンド
リカルレンズＦと被照射面との間が６５０ｍｍ（それぞ
れ各レンズの焦点距離の和）とした。もちろん、これら
は、状況に応じて変化させうる。シリンドリカルレンズ
Ｈには、焦点距離が１２０ｍｍの物を用いる。
【００７３】レーザービームの線幅方向のエネルギー分
布の形を、周辺部（線幅の周辺部）においてシャープに
するには、レーザー光路の途中にスリットをいれるとよ
い。例えば、図８においては、シリンドリカルレンズＥ
の後が好ましく、例えば、シリンドリカルレンズＦと、
ミラーＧとの間、あるいは、シリンドリカルレンズＨと
被照射面の間等に、スリットは設置される。光学系は、
本発明に必要なビームに変形できればどの様なものでも
良い。
布の形を、周辺部（線幅の周辺部）においてシャープに
するには、レーザー光路の途中にスリットをいれるとよ
い。例えば、図８においては、シリンドリカルレンズＥ
の後が好ましく、例えば、シリンドリカルレンズＦと、
ミラーＧとの間、あるいは、シリンドリカルレンズＨと
被照射面の間等に、スリットは設置される。光学系は、
本発明に必要なビームに変形できればどの様なものでも
良い。
【００７４】レーザービームは線状に整形され、被照射
部分でのビーム面積は３００ｍｍ×１ｍｍとする。ビー
ムの線幅は、レーザービームのエネルギー最高値の半値
幅としている。
部分でのビーム面積は３００ｍｍ×１ｍｍとする。ビー
ムの線幅は、レーザービームのエネルギー最高値の半値
幅としている。
【００７５】熱結晶化工程により、凹型にそりを生じた
ガラス基板は、レーザーアニール装置のステージ（台）
に、強制的に平坦化されて固定される。ここでは、図１
０（ｄ）に示す構成を有するステージを用いる。図１０
（ｄ）において、ここでは、おさえ２３２は、セラミッ
クにより構成されている。他に金属、石英等でもよい。
耐熱性が高く、熱膨張しにくい材質が望ましい。おさえ
２３２は、ガラス基板１０１が搬送されて、ステージ２
３１上に載置されると、自動的にガラス基板１０１の上
面周辺部を押圧して押さえ、ガラス基板１０１をステー
ジに密着させて固定する。ガラス基板１０１は、ステー
ジ２３１の平坦面に従って平坦化され、固定される。平
坦化されたガラス基板は、面内高低差が約１０μｍとな
る。
ガラス基板は、レーザーアニール装置のステージ（台）
に、強制的に平坦化されて固定される。ここでは、図１
０（ｄ）に示す構成を有するステージを用いる。図１０
（ｄ）において、ここでは、おさえ２３２は、セラミッ
クにより構成されている。他に金属、石英等でもよい。
耐熱性が高く、熱膨張しにくい材質が望ましい。おさえ
２３２は、ガラス基板１０１が搬送されて、ステージ２
３１上に載置されると、自動的にガラス基板１０１の上
面周辺部を押圧して押さえ、ガラス基板１０１をステー
ジに密着させて固定する。ガラス基板１０１は、ステー
ジ２３１の平坦面に従って平坦化され、固定される。平
坦化されたガラス基板は、面内高低差が約１０μｍとな
る。
【００７６】このようにして、ステージ（台）上に設置
されたガラス基板に対し、レーザー照射を行う。レーザ
ー照射は、線状レーザービームを被照射物すなわち結晶
性シリコン膜に対し相対的にずらしながら照射を行う。
線状レーザーをずらしていく方向は線状レーザーと概略
直角（図８、Ｉ方向）とする。このとき、被照射物の１
点に注目すると、２〜２０ショット、例えば１５ショッ
トのレーザー光が照射されるようにする。レーザーのエ
ネルギー密度は１００ｍＪ／ｃｍ2 〜５００ｍＪ／ｃｍ
2 の範囲で、例えば３７０ｍＪ／ｃｍ2 で、照射を行な
う。この照射の前に、２２０ｍＪ／ｃｍ2 程度のエネル
ギーで照射をしておく２段階照射とすると、さらに結晶
性が上がる。また、レーザー照射時の基板温度は２００
℃とする。（図９（Ｂ））
されたガラス基板に対し、レーザー照射を行う。レーザ
ー照射は、線状レーザービームを被照射物すなわち結晶
性シリコン膜に対し相対的にずらしながら照射を行う。
線状レーザーをずらしていく方向は線状レーザーと概略
直角（図８、Ｉ方向）とする。このとき、被照射物の１
点に注目すると、２〜２０ショット、例えば１５ショッ
トのレーザー光が照射されるようにする。レーザーのエ
ネルギー密度は１００ｍＪ／ｃｍ2 〜５００ｍＪ／ｃｍ
2 の範囲で、例えば３７０ｍＪ／ｃｍ2 で、照射を行な
う。この照射の前に、２２０ｍＪ／ｃｍ2 程度のエネル
ギーで照射をしておく２段階照射とすると、さらに結晶
性が上がる。また、レーザー照射時の基板温度は２００
℃とする。（図９（Ｂ））
【００７７】また雰囲気制御はここでは特に行わず、大
気中で照射を行う。真空、アルゴン・ヘリウム等の不活
性ガス、水素、窒素等の雰囲気で行なってもよい。（図
９（Ｂ））
気中で照射を行う。真空、アルゴン・ヘリウム等の不活
性ガス、水素、窒素等の雰囲気で行なってもよい。（図
９（Ｂ））
【００７８】このようにして、基板面内において均一な
結晶性を有する結晶性シリコン膜が得られる。該結晶性
シリコン膜を用いて、この後、実施例１と同様にして、
薄膜トランジスタが作製される。このようにして、得ら
れたＴＦＴのしきい値電圧は、ガラス基板の平坦化を行
わずに作製したＴＦＴと比較して、しきい値電圧の分布
が、基板面内において極めて均一化された。
結晶性を有する結晶性シリコン膜が得られる。該結晶性
シリコン膜を用いて、この後、実施例１と同様にして、
薄膜トランジスタが作製される。このようにして、得ら
れたＴＦＴのしきい値電圧は、ガラス基板の平坦化を行
わずに作製したＴＦＴと比較して、しきい値電圧の分布
が、基板面内において極めて均一化された。
【００７９】
【発明の効果】本発明により、そりを有するガラス基板
上の被照射面に対して均一なレーザー照射を行うことが
できる。本発明により、ＴＦＴ作製過程に於いて、レー
ザーアニールの工程を導入しても、基板面内におけるし
きい値電圧が均一な、複数のＴＦＴを作製することが可
能となる。特に、本発明は大面積のガラス基板上に多数
のＴＦＴを作製する場合に有効である。このように、本
発明は工業上有益な物であると思われる。
上の被照射面に対して均一なレーザー照射を行うことが
できる。本発明により、ＴＦＴ作製過程に於いて、レー
ザーアニールの工程を導入しても、基板面内におけるし
きい値電圧が均一な、複数のＴＦＴを作製することが可
能となる。特に、本発明は大面積のガラス基板上に多数
のＴＦＴを作製する場合に有効である。このように、本
発明は工業上有益な物であると思われる。
【図１】 レーザー照射の工程を示す図。
【図２】 従来の方法によって形成された結晶性シリコ
ン膜を用いたＴＦＴのしきい値の基板面内における分布
を示す図。
ン膜を用いたＴＦＴのしきい値の基板面内における分布
を示す図。
【図３】 そりが生じたガラス基板上のシリコン膜に対
してレーザーアニールを行う様子を示す図。
してレーザーアニールを行う様子を示す図。
【図４】 ガラス基板上のＴＦＴの配置を示す図。
【図５】 実施例によって形成された結晶性シリコン膜
を用いたＴＦＴのしきい値の基板面内における分布を示
す図。
を用いたＴＦＴのしきい値の基板面内における分布を示
す図。
【図６】 本実施例で使用するレーザーアニール装置の
概念図を示す図。
概念図を示す図。
【図７】 光学系の例を示す図。
【図８】 光学系の例を示す図。
【図９】 実施例の作製工程を示す図。
【図１０】 ステージの構成の例を示す。
【符号の説明】 １０１ ガラス基板 １０２ 酸化珪素膜 １０３ アモルファスシリコン膜 １０５ 島状シリコン領域 １０６ ゲイト絶縁膜 １０７ ゲイト電極 １０８ ソース領域 １０９ ドレイン領域 １１０ 層間絶縁膜 １１１ ソース電極、配線 １１２ ドレイン電極、配線 ２０１ ステージ ２０２ 吸引口 ２１１ ステージ ２１２ 溝 ２１３ 吸引口 ２２１ ステージ ２２２ 突起 ２２３ 吸引口 ２３１ ステージ ２３２ おさえ
Claims (17)
- 【請求項１】被照射面を有するガラス基板をステージ上
で平坦化して載置する工程と、 前記ガラス基板上の被照射面に対し、線状レーザービー
ムを走査しながら照射してレーザーアニールを行う工程
と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。 - 【請求項２】ガラス基板上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を、加熱結晶化させて結晶性シリコン膜とする
工程と、 前記ガラス基板をステージ上で平坦化して載置する工程
と、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射してレーザーアニールを行う工程と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。 - 【請求項３】ガラス基板上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を、加熱結晶化させて結晶性シリコン膜とする
工程と、 前記ガラス基板下面を、平坦面を構成するステージの前
記平坦面上に、密着させて、前記ガラス基板を載置する
工程と、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射してレーザーアニールを行う工程と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。 - 【請求項４】ガラス基板上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を、加熱結晶化させて結晶性シリコン膜とする
工程と、 前記ガラス基板下面を、平坦面を構成するステージの前
記平坦面上に、真空吸着により密着させて、前記ガラス
基板を載置する工程と、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射してレーザーアニールを行う工程と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。 - 【請求項５】ガラス基板上に形成されたアモルファスシ
リコン膜を、加熱結晶化させて結晶性シリコン膜とする
工程と、 前記ガラス基板上面の周辺部を押圧して、前記ガラス基
板下面を、平坦面を構成するステージの前記平坦面上に
密着させて、前記ガラス基板を載置する工程と、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射してレーザーアニールを行う工程と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、前記結
晶性シリコン膜は、少なくとも一部に不純物が添加され
たものであることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれかにおいて、前記線
状レーザービームは、パルスレーザーを光源とするもの
であることを特徴とするレーザーアニール方法。 - 【請求項８】請求項７において、パルスレーザーは、エ
キシマレーザーであることを特徴とするレーザーアニー
ル方法。 - 【請求項９】ガラス基板を平坦化して載置する手段を有
するステージと、 前記ガラス基板の被照射面に対し、線状レーザービーム
を走査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。 - 【請求項１０】ガラス基板を載置する平坦面、および前
記ガラス基板の下面を、前記平坦面に密着させる手段と
を有するステージと、 前記ガラス基板の被照射面に対し、線状レーザービーム
を走査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。 - 【請求項１１】加熱により結晶化された結晶性シリコン
膜を有するガラス基板を、平坦化して載置する手段を有
するステージと、 前記ガラス基板上の結晶性シリコン膜に対し、線状レー
ザービームを走査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。 - 【請求項１２】加熱により結晶化された結晶性シリコン
膜を有するガラス基板を載置する平坦面、および前記ガ
ラス基板の下面を、前記平坦面に密着させる手段とを有
するステージと、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。 - 【請求項１３】加熱により結晶化された結晶性シリコン
膜を有するガラス基板を載置する平坦面、および前記ガ
ラス基板の下面を、前記平坦面に真空吸着させる手段と
を有するステージと、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。 - 【請求項１４】加熱により結晶化された結晶性シリコン
膜を有するガラス基板を載置する平坦面、および前記ガ
ラス基板上面の周辺部を押圧する手段とを有するステー
ジと、 前記結晶性シリコン膜に対し、線状レーザービームを走
査しながら照射する手段と、 を有することを特徴とするレーザーアニール装置。 - 【請求項１５】請求項１１〜１４において、前記結晶性
シリコン膜は、少なくとも一部に不純物が添加されたも
のであることを特徴とするレーザーアニール装置。 - 【請求項１６】請求項９〜１５のいずれかにおいて、前
記線状レーザービームは、パルスレーザーを光源とする
ものであることを特徴とするレーザーアニール装置。 - 【請求項１７】請求項１６において、パルスレーザー
は、エキシマレーザーであることを特徴とするレーザー
アニール方法。
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|---|---|---|---|
| JP23330695A JP3886554B2 (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | レーザーアニール方法 |
| US08/683,722 US5907770A (en) | 1995-07-19 | 1996-07-18 | Method for producing semiconductor device |
| KR1019960028934A KR100303111B1 (ko) | 1995-07-19 | 1996-07-18 | 반도체 장치 제조 방법 및 제조 장치 |
| US09/304,523 US6902616B1 (en) | 1995-07-19 | 1999-05-04 | Method and apparatus for producing semiconductor device |
| US11/124,053 US7513949B2 (en) | 1995-07-19 | 2005-05-09 | Method and apparatus for producing semiconductor device |
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| JP23330695A JP3886554B2 (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | レーザーアニール方法 |
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|---|---|
| JPH0963984A true JPH0963984A (ja) | 1997-03-07 |
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