(57)【要約】【課題】薄膜トランジスタのソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることを抑制することができるレーザーアニール装置、薄膜トランジスタ、レーザーアニール方法及びマスクを提供する。【解決手段】開口領域を有する開口部がスキャン方向に沿って列設された開口列を有するマスクを備え、開口部を介してレーザー光を基板に照射するレーザーアニール装置であって、第１の開口領域を有する第１の開口部と、第２の開口領域を有する第２の開口部とがスキャン方向と平行な方向に沿って隣り合っており、第２の開口領域が、第２の開口部での第１の開口領域に対応する領域からスキャン方向と直交する方向へ変位し、当該領域を間にして対向する二つの開口領域を含む第１の開口列を有する。【選択図】図５
2020021788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口領域を有する開口部がスキャン方向に沿って列設された開口列を有するマスクを備え、前記開口部を介してレーザー光を基板に照射するレーザーアニール装置であって、
第１の開口領域を有する第１の開口部と、第２の開口領域を有する第２の開口部とが前記スキャン方向と平行な方向に沿って隣り合っており、
前記第２の開口領域が、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域から前記スキャン方向と直交する方向へ変位し、前記領域を間にして対向する二つの開口領域を含む第１の開口列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２】
前記第２の開口領域は、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域の一部を含まないことを特徴とする請求項１に記載のレーザーアニール装置。
【請求項３】
前記第２の開口領域は、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域を含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザーアニール装置。
【請求項４】
前記第２の開口領域が、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域から前記スキャン方向と平行な方向へ変位し、前記領域を間にして対向する二つの開口領域を含む第２の開口列を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザーアニール装置。
【請求項５】
前記第１の開口列を間にして二つの前記第２の開口列が配置されていることを特徴とする請求項４に記載のレーザーアニール装置。
【請求項６】
前記二つの開口領域は、同等の大きさを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザーアニール装置。
【請求項７】
前記第１の開口領域及び第２の開口領域は、矩形状をなすことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザーアニール装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザーアニール装置によりアニール処理された活性層を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項９】
開口領域を有する開口部がスキャン方向に沿って列設された開口列を有するマスクであって、
第１の開口領域を有する第１の開口部と、第２の開口領域を有する第２の開口部とが前記スキャン方向と平行な方向に沿って隣り合っており、
前記第２の開口領域が、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域から前記スキャン方向と直交する方向へ変位し、前記領域を間にして対向する二つの開口領域を含む第１の開口列を有することを特徴とするマスク。
【請求項１０】
表面にアモルファス半導体膜が形成された基板を用意する工程Ａと、
前記アモルファス半導体膜の一部分に選択的にレーザー光を照射する工程Ｂとを包含し、
前記工程Ｂは、前記一部分内に、線対称に配置された２つの合同な細長い形状の溶融領域を同時に形成する工程を包含する、レーザーアニール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーアニール装置、薄膜トランジスタ、レーザーアニール方法及びマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイを構成するＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）としては、例えば、アモルファスシリコン（非晶質、a-Si）ＴＦＴ、低温ポリシリコン（多結晶、ｐ−Si）ＴＦＴなどがあるが、駆動回路など高速動作が求められる場合にはアモルファスシリコンの代わりに多結晶シリコンが用いられることが多くなってきている。
【０００３】
基板上の半導体膜領域の結晶化については、順次横方向結晶化（ＳＬＳ：Sequential Lateral Solidification）法によって、結晶粒界を基板面に対して平行な横方向に成長させるプロセスが知られている。従来のＳＬＳ法は、マスクの細条の開口を介してレーザー光をシリコン膜の所要の領域へ照射し、当該領域のシリコンを完全に溶融させ、その後溶融シリコンを再凝固させる。溶融シリコンの再凝固に際し、結晶粒界が、開口に対応する細条の照射領域の細幅の方向に成長する。次に、基板をシフトさせてレーザー光が照射される領域を繰り返しシフトすることにより、結晶粒界を基板のシフト方向（スキャン方向）に成長させることができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０００−５０５２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のＳＬＳ法では、結晶粒界の成長方向は、基板のスキャン方向に限定されていた。したがって、照射毎のレーザー光の強さがばらつくと、結晶化した半導体膜（結晶性半導体膜）の特性（例えば、電子の移動度など）が、照射領域毎にばらつくことがある。例えば、薄膜トランジスタのチャネル領域の長さ方向に沿って結晶粒界を成長させた場合、ソース−ドレイン間の電流値が、電流の方向（ソース−ドレイン間の電圧の極性）によって異なることがあった。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、薄膜トランジスタのソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることを抑制することができるレーザーアニール装置、該レーザーアニール装置によって製造された薄膜トランジスタ、レーザーアニール方法及び前記レーザーアニール装置を構成するマスクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置は、開口領域を有する開口部がスキャン方向に沿って列設された開口列を有するマスクを備え、前記開口部を介してレーザー光を基板に照射するレーザーアニール装置であって、第１の開口領域を有する第１の開口部と、第２の開口領域を有する第２の開口部とが前記スキャン方向と平行な方向に沿って隣り合っており、前記第２の開口領域が、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域から前記スキャン方向と直交する方向へ変位し、前記領域を間にして対向する二つの開口領域を含む第１の開口列を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタは、本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置によりアニール処理された活性層を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の実施の形態に係るマスクは、開口領域を有する開口部がスキャン方向に沿って列設された開口列を有するマスクであって、第１の開口領域を有する第１の開口部と、第２の開口領域を有する第２の開口部とが前記スキャン方向と平行な方向に沿って隣り合っており、前記第２の開口領域が、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域から前記スキャン方向と直交する方向へ変位し、前記領域を間にして対向する二つの開口領域を含む第１の開口列を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール方法は、表面にアモルファス半導体膜が形成された基板を用意する工程Ａと、前記アモルファス半導体膜の一部分に選択的にレーザー光を照射する工程Ｂとを包含し、前記工程Ｂは、前記一部分内に、線対称に配置された２つの合同な細長い形状の溶融領域を同時に形成する工程を包含する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、薄膜トランジスタのソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態のレーザーアニール装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本実施の形態のマスクの構成の一例を示す平面視の模式図である。
【図３】本実施の形態の開口部及びマイクロレンズの位置関係を示す模式図である。
【図４Ａ】本実施の形態のレーザーアニール装置による基板のスキャンの一例を示す模式図である。
【図４Ｂ】本実施の形態のレーザーアニール装置による基板のスキャンの一例を示す模式図である。
【図４Ｃ】本実施の形態のレーザーアニール装置による基板のスキャンの一例を示す模式図である。
【図５】本実施の形態のマスク部の開口部の第１実施例を示す模式図である。
【図６】図５に示すマスク部によりアニール処理されたアモルファスシリコン膜の結晶成長の様子の一例を示す模式図である。
【図７】本実施の形態のマスク部の開口部の第２実施例を示す模式図である。
【図８】本実施の形態のマスク部の開口部の第３実施例を示す模式図である。
【図９】図８に示すマスク部によりアニール処理されたアモルファスシリコン膜の結晶成長の様子の一例を示す模式図である。
【図１０】本実施の形態のマスク部の開口部の第４実施例を示す模式図である。
【図１１】図１０に示すマスク部によりアニール処理されたアモルファスシリコン膜の結晶成長の様子の一例を示す模式図である。
【図１２】本実施の形態のマスク部の開口部の第５実施例を示す模式図である。
【図１３】図１２に示すマスク部によりアニール処理されたアモルファスシリコン膜の結晶成長の様子の一例を示す模式図である。
【図１４】本実施の形態のレーザーアニール装置を用いたレーザーアニール方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態のレーザーアニール装置１００の構成の一例を示す模式図である。本実施の形態のレーザーアニール装置１００は、レーザー光を出射するレーザー光源７０、レーザー光源７０から出射されたレーザー光を平行ビームに成形するためのレンズ群を含む光学系６０、後述の開口部及びマイクロレンズがアレイ状に配置されたマスク部４０を有するマスク（遮光板）３０などを備える。光学系６０で成形された平行ビームは、マスク部４０が有する開口部及びマイクロレンズを介して基板１０の所要箇所に選択的に照射される。また、基板１０は不図示の駆動機構により一定の速度で搬送される。レーザー光源７０は、基板１０の照射位置が開口部に対応する位置に到達する時間間隔でレーザー光を照射する。なお、レーザーアニール装置１００は、基板１０を移動させる構成に代えて、基板１０を固定しておき、マスク３０等を移動させる構成であってもよい。以下では、基板１０を移動させる例について説明する。
【００１４】
図２は本実施の形態のマスク３０の構成の一例を示す平面視の模式図である。マスク３０には、矩形状のマスク部４０を形成してある。マスク部４０のスキャン方向（縦方向）の寸法をＷとし、スキャン方向と直交する方向（横方向）の寸法をＬとする。マスク部４０には、スキャン方向及びスキャン方向と直交する方向それぞれに等間隔でアレイ状にマイクロレンズ２１が設けられている。それぞれのマイクロレンズ２１の平面視での中心位置を所定位置として、後述の開口部を形成してある。
【００１５】
マスク部４０の縦方向の寸法Ｗは、例えば、約５ｍｍとすることができ、横方向の寸法Ｌは、約５０ｍｍとすることができるが、各寸法はこれらの数値に限定されない。マクロレンズ２１は、スキャン方向（縦方向）に２０個等間隔で並べてある。１個のマクロレンズ２１には、１個の開口部が対応するので、マスク３０は、スキャン方向（縦方向）に２０個等間隔で開口部を形成してある。図２において、２０個の開口部がスキャン方法に沿って列設されたものを開口列と称する。マスク３０は、スキャン方向と直交する方向に沿って並んだ複数の開口列を有する。
【００１６】
図３は本実施の形態の開口部５０及びマイクロレンズ２１の位置関係を示す模式図である。図３は正面視での開口部５０及びマイクロレンズ２１の位置関係を示すとともに、平面視で開口部５０の位置を当該開口部５０に対応するマイクロレンズ２１の位置を基準にして示す。なお、本実施の形態では、簡便のため、開口部５０の大きさと照射パターンの大きさとは同等に記載しているが、実際には、レーザー光がマイクロレンズ２１により集光されるので、開口部５０のサイズは照射パターンのサイズよりも大きい。図３に示すように、マスク部４０は、複数の開口部５０及びマイクロレンズ（レンズ）２１を有する。なお、マイクロレンズ２１は、開口部５０に対応して透明基板２０上に形成されており、透明基板２０とマスク３０とは一体的になっている。また、平面視が円形のマイクロレンズ２１の中心と矩形状の開口部５０の中心とが一致するように開口部５０を配置してある。また、マスク３０とマイクロレンズ２１の受光面とは、適長離隔して配置されている。マイクロレンズ２１の最大サイズ（平面視の円形の直径）は、例えば、１５０μｍ〜４００μｍ程度とすることができるが、これらの数値に限定されない。複数のマイクロレンズ２１の集合体をマイクロレンズアレイとも称する。なお、本明細書では、開口部５０を単に開口部とも称し、開口部は１又は複数の開口領域を有する。
【００１７】
前述の光学系６０で成形された平行ビームがマスク部４０の開口部５０に照射されると、開口部５０を通過したレーザー光は、マイクロレンズ２１で集光され、集光されたレーザー光が、複数の開口部５０（すなわち、マイクロレンズ２１）それぞれに対応して基板１０上の所要箇所に選択的に照射される。所要箇所は、典型的には、１つのＴＦＴが有する半導体層（「活性層」と呼ばれることもある。）となる領域である。図６等に示す様に、１つのＴＦＴが有する半導体層（活性層）は、チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を有する。
【００１８】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは本実施の形態のレーザーアニール装置１００による基板１０のスキャンの一例を示す模式図である。図４Ａは、マスク３０が所定位置にセットされた状態を示し、基板１０のスキャン方向の移動が開始される前の状態を示す。図４Ａに示す状態から、基板１０をスキャン方向に一定の速度で移動させる。レーザー光源７０は、基板１０の照射位置が開口部５０に対応する位置に到達する時間間隔でレーザー光を照射する。例えば、図２に例示した開口部５０の場合、基板１０の同じ個所には、２０回レーザー光が照射されることになる。図４Ｂは、基板１０を一定の速度で移動させて、スキャン方向の最終位置まで（距離Ｚだけ）移動した状態を示す。基板１０を図４Ｂに示す状態まで移動させることにより、図４Ｃに示すように、基板１０の照射領域Ｓの範囲内の所要箇所にレーザー光を選択的に照射することができる。図４Ｃに示す状態で、マスク３０をスキャン方向と直交する方向に距離Ｌだけ移動させ、図４Ａ及び図４Ｂに示す場合と同様に基板１０をスキャン方向に移動させることにより、照射領域Ｓを増やすことができる。なお、図４では、基板１０のサイズとマスク３０のサイズを同程度に図示しているが、実際は基板１０のサイズは、図４の場合よりも遥かに大きい。
【００１９】
次に、本実施の形態のマスク３０のマスク部４０の詳細について説明する。図５は本実施の形態のマスク部４０の開口部の第１実施例を示す模式図である。図５に示すように、開口列Ａは、第１の開口列に相当し、スキャン方向と平行な方向に沿って４種類の開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄが列設されている。図５では、４種類の開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄがスキャン方向に沿って近接して配置されているように図示しているが、開口部のスキャン方向における位置を表すものではない。
開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれに対応する１つのマイクロレンズ２１の中心位置５４の近傍に設けられている。例えば、マイクロレンズ２１の直径が２５０μｍの場合、開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれマイクロレンズ２１の中心位置５４から半径１０μｍ〜２０μｍの範囲内に形成されている。開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄを形成する範囲は、マイクレンズ２１が半導体膜の表面に開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄの像を十分な精度で縮小投影できるように適宜設定され得る。また、半導体膜を溶融するために、レーザー光を照射する回数は、レーザー光の照射エネルギー密度に依存する。
例えば、図２に示したマイクロレンズアレイは、スキャン方向に沿って２０個（２０行）のマイクロレンズ２１が配列されている。この２０個のマイクロレンズ２１に対応して、４種類の開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄを配置する。例えば、スキャン方向の先頭（図２の最下行）から５行目までのマイクロレンズ２１に対応して開口部ａを配置し、６行目から１０行目までのマイクロレンズ２１に対応して開口部ｂを配置し、１１行目から１５行目までのマイクロレンズ２１に対応して開口部ｃを配置し、１６行目から２０行目までのマイクロレンズ２１に対応して開口部ｄを配置する。
上述のように４種類の開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄが配置されてマスク３０を用いて、２０行のマイクロレンズ２１を有するマイクロレンズアレイを１行ごとに、基板１０に対して相対的に移動させながら、半導体膜の各ＴＦＴの活性層となる領域に、レーザー光を２０回照射する。そうすると、１回目から５回目までは開口部ａに対応する領域にレーザー光が照射され、６回目から１０回目までは開口部ｂに対応する領域にレーザー光が照射され、１１回目から１５回目までは開口部ｃに対応する領域にレーザー光が照射され、１６回目から２０回目までは開口部ｄに対応する領域にレーザー光が照射される。すなわち、この例は、５回のレーザー光照射によってアモルファス半導体膜を溶融する場合である。
マイクロレンズアレイは２０行である必要はなく、４行であってもよいし、２０行超であってもよい。レーザー光の照射エネルギー密度、発振時間、マイクレンズの集光能力およびマイクロレンズと半導体膜との距離によって決まる縮小率等を考慮して適宜変更され得る。
なお、レーザー光照射によって結晶化した領域（多結晶領域）は、融点以上に加熱されないと、溶融（融解）しない。アモルファス半導体膜を溶融結晶化するための温度は、多結晶の融点よりも低く、アモルファス半導体膜を溶融結晶化するためのレーザー光の照射エネルギー密度、照射時間および照射回数は、半導体膜を多結晶の融点以上に加熱しないように設定される。
【００２０】
開口部ａを第１の開口部とすると、開口部ｂを第２の開口部とすることができる。同様に、開口部ｂを第１の開口部とすると、開口部ｃを第２の開口部とすることができる。開口部ｃと開口部ｄとの関係も開口部ａと開口部ｂとの関係と同様である。図５において、符号５４は、不図示のマイクロレンズ２１の中心位置を示すとともに、各開口部ａ〜ｄの中心位置を示す。スキャン方向と平行な方向に沿って隣り合う中心位置５４の間隔が、レーザー光照射間隔の間に基板１０が移動する距離となる。
【００２１】
図５に示すように、開口列Ａにおいて、開口部ａは開口領域５１ａを有し、開口部ｂは開口領域５１ｂを有し、開口部ｃは開口領域５１ｃを有し、開口部ｄは開口領域５１ｄを有している。開口領域５１ａ〜５１ｄは、矩形状をなす。なお、図５に示す各開口領域の形状は、便宜上、示すものであり、実際の開口領域は、図５に示す形状とは異なってもよい。
開口領域５１ａは、結晶化する領域（ここでは活性層となる領域）の中央に対応するように配置され、スキャン方向に沿って細長形状の矩形である。開口領域５１ａの幅（スキャン方向と直交する方向の寸法）は、例えば、数μｍとすることができる。ここで、細長形状の矩形とはアスペクト比（長辺／短辺）が３以上のものをいい、短辺の長さは、例えば、４μｍ以下である。短辺の長さが４μｍを超えると、結晶化の際にラテラル成長が溶融領域の中央まで達せず、溶融領域の中央で微結晶が発生するおそれがある。なお、各開口領域の形状は、矩形に限られず、例えば楕円であってもよく、この場合、アスペクト比は、長軸／短軸で定義され得る。開口領域は、矩形または楕円以外の形状を有してもよく、その場合でも、長軸および短軸に関して線対称の形状であることが好ましい。
【００２２】
開口列Ａにおいて、開口部ａを第１の開口部とし、開口部ｂを第２の開口部とすると、開口領域５１ａ（第１の開口領域）と開口領域５１ｂ（第２の開口領域）とは、スキャン方向と平行な方向に隣り合って並んでいる。開口部ａの中心位置５４が開口部ｂの中心位置５４と一致するように開口領域をずらして見ると、開口領域５１ｂは、開口領域５１ａと、開口部ｂ（第２の開口部）での開口領域５１ａに対応する領域５１３ｂからスキャン方向と直交する方向へ変位し、開口領域５１ａに対応する領域５１３ｂを間にして対向する二つの開口領域５１１ｂ、５１２ｂとを含む一つの開口領域となっている。すなわち、開口領域５１ｂは、実際には一つの開口領域であるが、当該一つの開口領域を、開口領域５１ａに対応する領域５１３ｂと、開口領域５１ａに対応する領域５１３ｂを間にして対向する二つの開口領域５１１ｂ、５１２ｂとの三つの開口領域を合わせたものと考えることができる。開口領域５１１ｂ、５１２ｂも細長形状の矩形である。
開口部ｂの開口領域５１ｂを介してレーザー光が照射される場合、開口部ａの開口領域５１ａを介してレーザー光が照射された領域に再度レーザー光が照射される。このとき、先のレーザー光照射によって結晶化された領域（多結晶半導体領域）に、レーザー光を再び照射しても、多結晶が溶融しない条件（レーザー光の照射エネルギー密度、照射時間および照射回数）でレーザー光を照射すれば、開口領域５１１ｂ、５１２ｂを介してレーザー光が照射された領域だけが溶融される。アモルファスシリコンを結晶化するための一般的なレーザー光の照射条件は、上記の条件を満足する。開口領域５１１ｃ、５１２ｃ、５１１ｄ、５１２ｄについても同様である。
このように、２回目以降にレーザー光を照射する領域が、先にレーザー光が照射され結晶化された領域を含んでも、先に結晶化された領域は溶融されないので、２回目以降にレーザー光を照射する領域の内で、アモルファス領域が細長い形状であれば、所定の方向に結晶粒界を有する多結晶半導体領域を形成することができる。したがって、図５における開口領域５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、開口領域５１ａの様に横に細長い形状を有していないが、それぞれ、一対の開口領域５１１ｂと５１２ｂ、一対の開口領域５１１ｃと５１２ｃ、一対の開口領域５１１ｄと５１２ｄに対応する領域を溶融結晶化させることができる。一対の開口領域５１１ｂと５１２ｂ、一対の開口領域５１１ｃと５１２ｃ、一対の開口領域５１１ｄと５１２ｄは、いずれも、開口領域５１ａをスキャン方向にシフトさせた領域５１３ｂ、５１３ｃ、５１３ｄを中心に線対称（対称軸はスキャン方向に平行）に配置された互いに合同な細長い矩形である。
上記の説明では、４つの開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄがスキャン方向に隣接して配列されるとして説明したが、図２を参照して上述した様に、開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ５つずつスキャン方向に沿って配列されてもよい。その場合でも、上述した様に、開口部ａと開口部ｂとが隣接する箇所、開口部ｂと開口部ｃとが隣接する箇所、開口部ｃと開口部ｄとが隣接する箇所は存在する。
このように、本発明の実施形態において、マスクは、結晶化する領域（例えば活性領域）を中心に線対称に配置された互いに合同な細長い形状の一対の開口領域を有しており、それによって、各開口領域に対応する半導体膜の領域にレーザー光が選択的に照射され、溶融される。すなわち、半導体膜の、開口領域に対応する領域（すなわち、開口領域が縮小投影された領域）が溶融される。開口領域に対応する、半導体膜にレーザー光が照射され、溶融された領域を「溶融領域」ということがある。溶融領域は、開口領域と相似形状となる。線対称に配置された合同な細長い形状の一対の開口領域を介してレーザー光を照射することによって、同時に、同じ照射条件で、線対称に配置された２つの合同な細長い形状の溶融領域が形成される。その結果、例えば活性層の中心に対して線対称な結晶構造（結晶粒界の大きさ、結晶粒界が成長する方向を含む。）を有する活性層を形成することができる。
【００２３】
次に、結晶粒界について説明する。アモルファスシリコン（非晶質、a-Si）膜にレーザー光を照射すると、アモルファスシリコン膜は熱溶融される。熱溶融されたアモルファスシリコンは、レーザー光の照射領域境界から内側に向かって固化しながら結晶成長が進行する。半導体膜の結晶化された領域は、原子の配列の向きが異なる領域（結晶粒とも称する）が多数集まった構造（多結晶構造）を有し、結晶粒の境界を結晶粒界という。レーザー光の照射領域が、細幅の矩形状の場合、対向する境界から幅方向に沿って内側に向かって成長する結晶がお互いに近づき、結晶粒界の方向が概ね幅方向となる。なお、個々の結晶粒界の方向には、ばらつきがあるので、本明細書では、結晶粒界の方向とは、結晶化された領域に含まれる複数の結晶粒界の平均的な方向であり、複数の結晶粒が全体として概ねどの方向に向いているかを示す。
【００２４】
図６は図５に示すマスク部４０によりアニール処理されたアモルファスシリコン膜の結晶成長の様子の一例を示す模式図である。上述のレーザー光照射による結晶化をアニール処理と呼ぶ。
図６では、チャネル領域、及びチャネル領域の両側のソース電極直下の領域（ソース領域）及びドレイン電極直下の領域（ドレイン領域）を示す。符号１１はアモルファスシリコン膜を示し、符号１２ａ〜１２ｄはポリシリコン膜を示す。また、符号１３は結晶粒界を示す。図６では、レーザー光の照射領域であるアモルファスシリコン膜での結晶の成長の様子を模式的に示し、左から右に向かって、レーザー光の照射回数（１回目から４回目）に応じた結晶の成長の状態を示す。なお、ここで、１回目は、開口部ａを介してレーザー光を称した場合、２回目は、開口部ｂを介してレーザー光を照射した場合、３回目は、開口部ｃを介してレーザー光を照射した場合、４回目は、開口部ｄを介してレーザー光を照射した場合を表しており、開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄのそれぞれを介して、例えば５回ずつレーザー光を照射した場合には、それぞれ５回目の照射後の結晶粒界の状態を模式的に示している。
【００２５】
図６における、１回目の状態は、図５に示す開口部ａを介してレーザー光を照射した場合の照射領域での結晶成長を示す。開口領域５１ａは、スキャン方向と平行な方向（横方向とも称する）に沿って細長の矩形状をなし、スキャン方向と直交する方向（縦方向とも称する）に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、開口領域５１ａに対応する照射領域の横方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１２ａとなる。この場合、結晶粒界１３の方向は縦方向となる。
【００２６】
２回目の状態は、図５に示す開口部ｂを介してレーザー光を照射した場合の照射領域での結晶成長を示す。開口領域５１ｂは、開口領域５１ａに対応する領域５１３ｂからスキャン方向と直交する方向へ変位し、開口領域５１ａに対応する領域５１３ｂを間にして対向する二つの開口領域５１１ｂ、５１２ｂを含む。当該二つの開口領域５１１ｂ、５１２ｂは、横方向に沿って細長の矩形状をなし、縦方向に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、開口領域５１ｂに対応する照射領域の横方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１２ｂとなる。この場合も、結晶粒界１３の方向は縦方向となる。
【００２７】
また、３回目の状態は、図５に示す開口部ｃを介してレーザー光を照射した場合の照射領域での結晶成長を示す。開口領域５１ｃは、開口領域５１ｂに対応する領域５１３ｃからスキャン方向と直交する方向へ変位し、開口領域５１ｂに対応する領域５１３ｃを間にして対向する二つの開口領域５１１ｃ、５１２ｃを含む。当該二つの開口領域５１１ｃ、５１２ｃは、横方向に沿って細長の矩形状をなし、縦方向に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、開口領域５１ｃに対応する照射領域の横方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１２ｃとなる。この場合も、結晶粒界１３の方向は縦方向となる。
【００２８】
同様に、４回目の状態は、図５に示す開口部ｄを介してレーザー光を照射した場合の照射領域での結晶成長を示す。開口領域５１ｄは、開口領域５１ｃに対応する領域５１３ｄからスキャン方向と直交する方向へ変位し、開口領域５１ｃに対応する領域５１３ｄを間にして対向する二つの開口領域５１１ｄ、５１２ｄを含む。当該二つの開口領域５１１ｄ、５１２ｄは、横方向に沿って細長の矩形状をなし、縦方向に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、開口領域５１ｄに対応する照射領域の横方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１２ｄとなる。この場合も、結晶粒界１３の方向は縦方向となる。
【００２９】
上述のように、開口領域５１ａを介して半導体膜にレーザー光が照射され、レーザー光が照射された領域での結晶粒界がスキャン方向と直交する方向に成長したとする。次のレーザー光照射のタイミングでは、開口領域５１ｂを介してレーザー光が照射される。この場合、開口領域５１ｂは、開口領域５１ａに対応する領域５１３ｂからスキャン方向と直交する方向へ変位し、開口領域５１ａに対応する領域５１３ｂを間にして対向する二つの開口領域５１１ｂ、５１２ｂを含む。そして、当該二つの開口領域５１１ｂ、５１２ｂを介して同時にレーザー光が照射されるので、当該二つの開口領域５１１ｂ、５１２ｂに対応する照射領域のレーザー光の照射量には、ばらつきがない（ばらつきがあっても許容範囲内となる）。
【００３０】
従って、二つの開口領域５１１ｂ、５１２ｂに対応する半導体膜の照射領域においては、結晶粒界は、スキャン方向と直交する方向に成長する。スキャン方向と平行な方向を左右方向とし、スキャン方向と直交する方向を上下方向とすると、結晶粒界は、中心位置（例えば、符号５４で示す位置）から離れる方向に向かって上下方向に成長する。
【００３１】
これにより、所要の中心領域（例えば、チャネル領域の長さ方向の中心位置に対応する領域）に対して結晶粒界を上下対称に成長させるとともに、結晶化された半導体膜（結晶性半導体膜）の特性（例えば、電子の移動度）を、中心領域に対して上下均一とすることができるので、ソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることを抑制することができる。
また、チャネル領域では、結晶粒界の方向がチャネル領域の長さ方向であるため、電子が結晶粒界で散乱される度合いが小さく、薄膜トランジスタのオン電流を大きくすることができる。
【００３２】
図７は本実施の形態のマスク部４０の開口部の第２実施例を示す模式図である。第２実施例では、図７に示すように、開口列Ａにおいて、開口領域１５１ｂは、開口部ｂでの開口領域１５１ａに対応する領域の一部を含まない。すなわち、開口領域１５１ｂは、開口領域１５１ａに対応する領域の一部を間にして二つの開口領域に分かれている。開口領域１５１ｃ、１５１ｄについても、同様に二つの開口領域に分かれている。
【００３３】
これにより、開口部ｂの開口領域１５１ｂを介してレーザー光が照射される場合、二つの開口領域１５１ｂの間の領域に対応する結晶性半導体膜にはレーザー光を照射しないようにすることができる。この場合、先のレーザー光照射によって結晶化された領域の一部に重なるように次のレーザー光照射を行うことで、先のレーザー光照射で生じた結晶を連続的に成長させることができる。開口領域１５１ｃ、１５１ｄについても同様である。
【００３４】
なお、図７に示すマスク部４０によりアニール処理されたアモルファスシリコン膜の結晶成長の様子は、図６の場合と同様である。
【００３５】
図８は本実施の形態のマスク部４０の開口部の第３実施例を示す模式図である。前述の第２実施例では、図７に示すように、スキャン方向に向かって、各開口部の開口領域が、スキャン方向と直交する方向に沿って中心位置から離れるように配置した構成であった。第３実施例では、図８に示すように、スキャン方向に向かって、各開口部の開口領域が、スキャン方向と直交する方向に沿って中心位置へ向かうように配置されている。
【００３６】
図８では、開口部ｄを第１の開口部とすると、開口部ｃを第２の開口部とすることができる。同様に、開口部ｃを第１の開口部とすると、開口部ｂを第２の開口部とすることができる。開口部ｂと開口部ａとの関係も開口部ｃと開口部ｂとの関係と同様である。
【００３７】
開口列Ａにおいて、開口部ｄは開口領域２５１ｄを有し、開口部ｃは開口領域２５１ｃを有し、開口部ｂは開口領域２５１ｂを有し、開口部ａは開口領域２５１ａを有している。開口領域２５１ａ〜２５１ｄは、矩形状をなす。
【００３８】
図８の第３実施例では、図７の第２実施例と異なり、スキャン方向と逆向きの方向に向かって各開口部の開口領域を見ると、開口部ｃにおいて、開口領域２５１ｃは、開口部ｃでの開口領域２５１ｄに対応する領域からスキャン方向と直交する方向へ変位し、開口領域２５１ｄに対応する領域を間にして対向する二つの開口領域を含む。また、開口部ｂにおいて、開口領域２５１ｂは、開口部ｂでの開口領域２５１ｃに対応する領域からスキャン方向と直交する方向へ変位し、開口領域２５１ｃに対応する領域を間にして対向する二つの開口領域を含む。また、開口部ａにおいて、開口領域２５１ａは、開口部ａでの開口領域２５１ｂに対応する領域からスキャン方向と直交する方向へ変位し、開口領域２５１ｂに対応する領域を間にして対向する二つの開口領域を含む。
【００３９】
図９は図８に示すマスク部４０によりアニール処理されたアモルファスシリコン膜の結晶成長の様子の一例を示す模式図である。図９では、チャネル領域、及びチャネル領域の両側のソース電極直下の領域及びドレイン電極直下の領域を示す。符号１１はアモルファスシリコン膜を示し、符号１２ａ〜１２ｄはポリシリコン膜を示す。また、符号１３は結晶粒界を示す。図９では、レーザー光の照射領域であるアモルファスシリコン膜での結晶の成長の様子を模式的に示し、左から右に向かって、レーザー光の照射回数（１回目から４回目）に応じた結晶の成長の状態を示す。ここでも、１回目は、開口部ａを介してレーザー光を称した場合、２回目は、開口部ｂを介してレーザー光を照射した場合、３回目は、開口部ｃを介してレーザー光を照射した場合、４回目は、開口部ｄを介してレーザー光を照射した場合を表しており、開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄのそれぞれを介して、例えば５回ずつレーザー光を照射した場合には、それぞれ５回目の照射後の結晶粒界の状態を模式的に示している。
【００４０】
図９における、１回目の状態は、図８に示す開口部ａを介してレーザー光を照射した場合の照射領域での結晶成長を示す。開口領域２５１ａは、スキャン方向と平行な方向（横方向とも称する）に沿って細長の矩形状をなし、スキャン方向と直交する方向（縦方向とも称する）に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、二つの開口領域２５１ａそれぞれに対応する照射領域の横方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１２ａとなる。この場合、結晶粒界１３の方向は縦方向となる。
【００４１】
２回目の状態は、図８に示す開口部ｂを介してレーザー光を照射した場合の照射領域での結晶成長を示す。二つの開口領域２５１ｂ、２５１ｂは、横方向に沿って細長の矩形状をなし、縦方向に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、開口領域２５１ｂに対応する照射領域の横方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１２ｂとなる。この場合も、結晶粒界１３の方向は縦方向となる。
【００４２】
また、３回目の状態は、図８に示す開口部ｃを介してレーザー光を照射した場合の照射領域での結晶成長を示す。二つの開口領域２５１ｃ、２５１ｃは、横方向に沿って細長の矩形状をなし、縦方向に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、開口領域２５１ｃに対応する照射領域の横方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１２ｃとなる。この場合も、結晶粒界１３の方向は縦方向となる。
【００４３】
同様に、４回目の状態は、図８に示す開口部ｄを介してレーザー光を照射した場合の照射領域での結晶成長を示す。開口領域２５１ｄは、横方向に沿って細長の矩形状をなし、縦方向に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、開口領域２５１ｄに対応する照射領域の横方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１２ｄとなる。この場合も、結晶粒界１３の方向は縦方向となる。
【００４４】
上述のように、１回目の状態では、二つの開口領域２５１ａ、２５１ａを介して同時にレーザー光が照射されるので、当該二つの開口領域２５１ａ、２５１ａに対応する照射領域のレーザー光の照射量には、ばらつきがない（ばらつきがあっても許容範囲内となる）。開口領域２５１ｂ、２５１ｃについても同様である。
【００４５】
従って、例えば、２回目の状態では、二つの開口領域２５１ｂ、２５１ｂに対応する半導体膜の照射領域においては、結晶粒界は、スキャン方向と直交する方向に成長する。スキャン方向と平行な方向を左右方向とし、スキャン方向と直交する方向を上下方向とすると、結晶粒界は、中心位置（例えば、符号５４で示す位置）に向かって上下方向に成長する。
【００４６】
これにより、所要の中心領域（例えば、チャネル領域の長さ方向の中心位置に対応する領域）に対して結晶粒界を上下対称に成長させるとともに、結晶化された半導体膜（結晶性半導体膜）の特性（例えば、電子の移動度）を、中心領域に対して上下均一とすることができるので、ソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることを抑制することができる。
【００４７】
図１０は本実施の形態のマスク部４０の開口部の第４実施例を示す模式図である。図１０に示すように、開口列Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれスキャン方向に沿って開口部ａ、ｂ、ｃ、ｄが列設されている。開口列Ａは、第１の開口列に相当し、開口列Ｂ及びＣは、第２の開口列に相当する。また、開口部ａを第１の開口部とすると、開口部ｂを第２の開口部とすることができる。開口部ｂと開口部ｃとの関係、及び開口部ｃと開口部ｄとの関係も開口部ａと開口部ｂとの関係と同様である。図１０において、符号５４は、不図示のマイクロレンズ２１の中心位置を示すとともに、各開口部ａ〜ｄの中心位置を示す。
【００４８】
図１０に示すように、開口列Ａにおいて、開口部ａは開口領域３５１ａで構成され、開口部ｂは開口領域３５１ｂ有し、開口部ｃは開口領域３５１ｃ有し、開口部ｄは開口領域３５１ｄ有している。また、開口列Ｂにおいて、開口部ａは開口領域３５２ａ有し、開口部ｂは開口領域３５２ｂ有し、開口部ｃは開口領域３５２ｃ有し、開口部ｄは開口領域３５２ｄ有している。同様に、開口列Ｃにおいて、開口部ａは開口領域３５３ａ有し、開口部ｂは開口領域３５３ｂ有し、開口部ｃは開口領域３５３ｃ有し、開口部ｄは開口領域３５３ｄ有している。開口部ｂ〜ｄは、二つの開口領域有している。各列において、開口部ａは、一つの開口領域のみを有し、開口部ｂ〜ｄは、二つの開口領域のみを有している。各列において、開口部ｂ〜ｄが有する二つの開口領域は、開口部ａの開口領域を中心に線対称な位置に配置されている。
【００４９】
開口列Ｂ及び開口列Ｃの各開口領域は、矩形状をなす。より具体的には、開口領域３５２ａ〜３５２ｄ、３５３ａ〜３５３ｄは、スキャン方向と直交する方向に沿って細長形状をなす。また、開口列Ａの各開口領域も、矩形状をなす。より具体的には、開口領域３５１ａ〜３５１ｄは、スキャン方向に沿って細長形状をなす。なお、図１０に示す各開口領域の形状は、便宜上、示すものであり、実際の開口領域は、図１０に示す形状とは異なる。開口領域３５２ａ〜３５２ｄ、３５３ａ〜３５３ｄの幅（スキャン方向の寸法）は、例えば、数μｍとすることができる。また、開口領域３５１ａ〜３５１ｄの幅（スキャン方向と直交する方向の寸法）は、例えば、数μｍとすることができる。
【００５０】
開口列Ｂにおいて、開口部ａを第１の開口部とし、開口部ｂを第２の開口部とする。開口部ａの中心位置５４が開口部ｂの中心位置５４と一致するように開口領域をずらして見ると、開口領域３５２ｂは、開口部ｂでの開口領域３５２ａに対応する領域からスキャン方向と平行な方向へ変位し、開口領域３５２ａに対応する領域を間にして対向する二つの開口領域を含む。
【００５１】
同様に、開口列Ｂにおいて、開口部ｂを第１の開口部とし、開口部ｃを第２の開口部とする。開口部ｂの中心位置５４が開口部ｃの中心位置５４と一致するように開口領域をずらして見ると、開口領域３５２ｃは、開口部ｃでの開口領域３５２ｂに対応する領域からスキャン方向と平行な方向へ変位し、開口領域３５２ｂに対応する領域を間にして対向する二つの開口領域を含む。開口部ｃと開口部ｄとの関係も同様である。また、開口列Ｃも開口列Ｂと同様である。なお、開口列Ａは、図７の開口列Ａと同様の構造であるので、説明は省略する。
【００５２】
図１１は図１０に示すマスク部４０によりアニール処理されたアモルファスシリコン膜の結晶成長の様子の一例を示す模式図である。図１１における、１回目の状態は、図１０に示す開口部ａを介してレーザー光を照射した場合の照射領域での結晶成長を示す。開口領域３５１ａは、スキャン方向と平行な方向（横方向とも称する）に沿って細長の矩形状をなし、スキャン方向と直交する方向（縦方向とも称する）に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、開口領域３５１ａに対応する照射領域の横方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１２ａとなる。この場合、結晶粒界１３の方向は縦方向となる。
【００５３】
また、開口領域３５２ａは、縦方向に沿って細長の矩形状をなし、横方向に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、開口領域３５２ａに対応する照射領域の縦方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１４ａとなる。この場合、結晶粒界１３の方向は横方向となる。開口領域３５３ａについても開口領域３５２ａの場合と同様であり、開口領域３５３ａに対応する照射領域の縦方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１４ａとなる。この場合、結晶粒界１３の方向は横方向となる。
【００５４】
２回目の状態は、図１０に示す開口部ｂを介してレーザー光を照射した場合の照射領域での結晶成長を示す。開口領域３５１ｂは、開口領域３５１ａに対応する領域を間にして縦方向に離隔した二つの開口領域であり、横方向に沿って細長の矩形状をなし、縦方向に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、開口領域３５１ｂに対応する照射領域の横方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１２ｂとなる。この場合、結晶粒界１３の方向は縦方向となる。
【００５５】
また、開口領域３５２ｂは、開口領域３５２ａに対応する領域を間にして横方向に離隔した二つの開口領域であり、縦方向に沿って細長の矩形状をなし、横方向に沿った幅の寸法は小さいので、熱溶融されたアモルファスシリコン膜１１は、開口領域３５２ｂに対応する照射領域の縦方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１４ｂとなる。この場合、結晶粒界１３の方向は横方向となる。開口領域３５３ｂについても開口領域３５２ｂの場合と同様であり、開口領域３５３ｂに対応する照射領域の縦方向の対向する境界から内側に向かって固化してポリシリコン膜１４ｂとなる。この場合、結晶粒界１３の方向は横方向となる。
【００５６】
図１１に示すように、さらに、３回目、４回目とレーザー光の照射を繰り返すことにより、図１１の４回目の図に示すように、チャネル領域での結晶粒界の方向がチャネル領域の長さ方向に平行（すなわち、スキャン方向と直交する方向）となり、ドレイン電極直下の領域及びソース電極直下の領域での結晶粒界の方向は、チャネル領域の長さ方向に直交する方向（すなわち、スキャン方向）となる。
【００５７】
また、例えば、開口部ｂにおいて、二つの開口領域３５２ｂ、３５２ｂを介して同時にレーザー光が照射されるので、当該二つの開口領域３５２ｂ、３５２ｂに対応する照射領域のレーザー光の照射量には、ばらつきがない（ばらつきがあっても許容範囲内となる）。開口部ｂの二つの開口領域３５３ｂについても同様である。また、開口部ｃの二つの開口領域３５２ｃ、３５２ｃ、及び二つの開口領域３５３ｃ、３５３ｃについても同様であり、開口部ｄの二つの開口領域３５２ｄ、３５２ｄ、及び二つの開口領域３５３ｄ、３５３ｄについても同様である。
【００５８】
これにより、所要の中心領域（例えば、ドレイン電極及びソース電極それぞれの中心位置に対応する領域）に対して結晶粒界を左右対称に成長させるとともに、結晶化された半導体膜（結晶性半導体膜）の特性（例えば、電子の移動度）を、中心領域に対して左右均一とすることができるので、ソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることを一層抑制することができる。
【００５９】
上述のように、開口列Ａを間にして二つの開口列Ｂ及びＣを配置する。開口列Ａによって薄膜トランジスタのチャネル領域を結晶化させ、二つの開口列Ｂ及びＣによって、それぞれ薄膜トランジスタのドレイン電極直下の領域及びソース電極直下の領域を結晶化させることができる。この場合、チャネル領域の中心から長さ方向に沿って、ドレイン電極に向かう向きと、ソース電極に向かう向きとで特性（例えば、電子の移動度）が均一になるようにすることができる。また、ドレイン電極直下の領域の中心から幅方向（チャネルの長さ方向に直交する方向）に沿って、ドレイン電極の両側端それぞれに向かう向きで特性（例えば、電子の移動度）が均一になるようにすることができる。ソース電極直下の領域もドレイン電極直下の領域と同様である。これにより、ソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることを一層抑制することができる。
また、チャネル領域では、結晶粒界の方向がチャネル領域の長さ方向であるため、電子が結晶粒界で散乱される度合いが小さく、薄膜トランジスタのオン電流を大きくすることができる。ソース電極及びドレイン電極の直下の領域では、結晶粒界の方向は、例えば、チャネル領域の長さ方向に対して直交する方向となるので、電子の結晶粒界を通過する頻度を多くすることができ、薄膜トランジスタのオフ電流を抑制することができる。
【００６０】
図１２は本実施の形態のマスク部４０の開口部の第５実施例を示す模式図である。図１２に示すように、開口列Ｂの開口領域４５２ａ〜４５２ｄは、同じ寸法の細長形状をなし、ドレイン電極直下の領域の大きさと同等の縦横寸法を有する。また、開口列Ｃの開口領域４５３ａ〜４５３ｄは、同じ寸法の細長形状をなし、ソース電極直下の領域の大きさと同等の縦横寸法を有する。開口列Ａは、図５に示す開口列Ａと同様の構造をなすので、説明は省略する。
【００６１】
図１３は図１２に示すマスク部４０によりアニール処理されたアモルファスシリコン膜の結晶成長の様子の一例を示す模式図である。図１３に示すように、ドレイン電極直下の領域及びソース電極直下の領域は、繰り返しレーザー光が照射されるので（図１２の例では、便宜上４回）、結晶粒界１５の方向は、厚み方向（図の手前から奥に向かう方向、すなわち、ゲート電極に向かう方向）の多結晶領域が形成される。開口領域４５２ａ〜４５２ｄの寸法が大きいため結晶化の際に溶融領域の中央部分までラテラル成長が達せず、溶融領域の大半の部分において微結晶が形成されることによる。ドレイン電極直下の領域及びソース電極直下の領域の結晶粒界の方向を、ドレイン電極及びソース電極に対して垂直方向となるので、電子が結晶粒界で散乱される度合いが小さく、薄膜トランジスタのオン電流を大きくすることができる。なお、チャネル領域での結晶粒界の様子は、図６の場合と同様であるので、説明は省略する。このとき、レーザー光の照射条件（レーザー光の照射エネルギー密度、照射時間および照射回数）は、開口部ａ〜ｄに対して適宜選んでやることでこれを実現することができる。すなわち、開口部ａ〜ｄに対するレーザー光の照射条件は同じでなくてもよい。
【００６２】
次に、本実施の形態のレーザーアニール装置１００を用いたレーザーアニール方法について説明する。図１４は本実施の形態のレーザーアニール装置１００を用いたレーザーアニール方法の一例を示すフローチャートである。以下、簡便のため、レーザーアニール装置１００を装置１００と称する。装置１００は、マスク３０を所定位置にセットし（Ｓ１１）、レーザー光を照射する（Ｓ１２）。装置１００は、基板１０をスキャン方向に一定の速度で移動させる（Ｓ１３）。レーザー光源７０は、基板１０の照射位置がマスク３０の開口部５０に対応する位置に到達する時間間隔でレーザー光を照射する。
【００６３】
装置１００は、スキャン方向の最終位置まで基板１０を移動したか否かを判定し（Ｓ１４）、最終位置まで基板１０を移動していない場合（Ｓ１４でＮＯ）、ステップＳ１２以降の処理を繰り返す。スキャン方向の最終位置まで基板１０を移動した場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、装置１００は、基板１０の所定エリアのレーザー光照射が完了したか否かを判定する（Ｓ１５）。
【００６４】
基板１０の所定エリアのレーザー光照射が完了していない場合（Ｓ１５でＮＯ）、装置１００は、マスク３０をスキャン方向と直交する方向に所定距離（マスク３０の横方向の寸法Ｌ）だけ移動し（Ｓ１６）、ステップＳ１２以降の処理を繰り返す。基板１０の所定エリアのレーザー光照射が完了した場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、装置１００は、処理を終了する。なお、図１４の例では、基板１０をスキャン方向へ移動（搬送）させる構成であったが、これに限定されるものではなく、基板１０を固定しておき、マスク３０（光学系６０を含めてもよい）をスキャン方向に移動させるようにしてもよい。
【００６５】
本実施の形態のマスク３０を用いて部分レーザーアニールを行うことにより、フォト、エッチング工程を増やすことなく、薄膜トランジスタのチャネル領域、ソース領域、ドレイン領域での結晶粒の成長方向（結晶粒界の方向）を、任意の所要の方向することができる。そして、結晶粒界を、所定の位置（例えば、チャネル領域、ソース領域、ドレイン領域の中心位置）から対称に成長させることができるので、ソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることを抑制することができる。
【００６６】
上述の実施の形態では、開口部５０の各開口領域の形状は矩形状であったが、開口領域の形状は矩形状に限定されるものではなく、例えば、楕円状であってもよい。また、矩形状の開口領域の四隅に円形状又は矩形状の切り欠きを設けてもよい。これにより、開口領域の四隅近傍のレーザー光の照射量を若干増やすことができ、レーザー光が照射される領域の形状を矩形状にすることができる。
【００６７】
本実施の形態は、シリコン半導体を用いたＴＦＴだけでなく、酸化物半導体を用いたＴＦＴにも適用して、１サイクルのスキャンで部分的に電子移動度が異なるアニール処理を行うことができる。
【００６８】
本実施の形態に係るレーザーアニール装置は、開口領域を有する開口部がスキャン方向に沿って列設された開口列を有するマスクを備え、前記開口部を介してレーザー光を基板に照射するレーザーアニール装置であって、第１の開口領域を有する第１の開口部と、第２の開口領域を有する第２の開口部とが前記スキャン方向と平行な方向に沿って隣り合っており、前記第２の開口領域が、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域から前記スキャン方向と直交する方向へ変位し、前記領域を間にして対向する二つの開口領域を含む第１の開口列を有することを特徴とする。
【００６９】
本実施の形態に係るレーザーアニール方法は、表面にアモルファス半導体膜が形成された基板を用意する工程Ａと、前記アモルファス半導体膜の一部分に選択的にレーザー光を照射する工程Ｂとを包含し、前記工程Ｂは、前記一部分内に、線対称に配置された２つの合同な細長い形状の溶融領域を同時に形成する工程を包含することを特徴とする。
【００７０】
本実施の形態に係るマスクは、開口領域を有する開口部がスキャン方向に沿って列設された開口列を有するマスクであって、第１の開口領域を有する第１の開口部と、第２の開口領域を有する第２の開口部とが前記スキャン方向と平行な方向に沿って隣り合っており、前記第２の開口領域が、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域から前記スキャン方向と直交する方向へ変位し、前記領域を間にして対向する二つの開口領域を含む第１の開口列を有することを特徴とする。
【００７１】
開口部は、１又は複数の開口領域有している。開口列は、スキャン方向に沿って列設された複数の開口部を有する。一つの開口列に、例えば、Ｎ個の開口部が並んでいるとすると、半導体膜が形成された基板をスキャン方向にシフトすることにより、半導体膜の所要領域には、Ｎ回のレーザー光が繰り返し照射されることになる。マスクは、複数の開口列を有していてもよい。
【００７２】
第１の開口領域を有する第１の開口部と、第２の開口領域を有する第２の開口部とがスキャン方向と平行な方向に沿って隣り合っている。
【００７３】
すなわち、第１の開口部の第１の開口領域ａと、第２の開口部の第２の開口領域ｂとは、スキャン方向と平行な方向に隣り合って並んでいる。第２の開口部での第１の開口領域ａに対応する領域をａ′とすると、第１の開口列は、第２の開口部において、第２の開口領域ｂが、領域ａ′からスキャン方向と直交する方向へ変位し、当該領域ａ′を間にして対向する二つの開口領域を含む。
【００７４】
第１の開口領域ａを介して半導体膜にレーザー光が照射され、レーザー光が照射された領域での結晶粒界がスキャン方向と直交する方向に成長したとする。次のレーザー光照射のタイミングでは、第２の開口領域ｂを介してレーザー光が照射される。この場合、第２の開口領域ｂは、領域ａ′からスキャン方向と直交する方向へ変位し、当該領域ａ′を間にして対向する二つの開口領域を含む。そして、当該二つの開口領域を介して同時にレーザー光が照射されるので、当該二つの開口領域に対応する照射領域のレーザー光の照射量には、ばらつきがない。第２の開口領域ｂの当該二つの開口領域に対応する半導体膜の照射領域においては、結晶粒界は、領域ａ′からスキャン方向と直交し、例えば、１８０°異なる方向に成長する。スキャン方向と平行な方向を左右方向とし、スキャン方向と直交する方向を上下方向とすると、結晶粒界は、領域ａ′から上下方向に成長する。
【００７５】
これにより、所要の中心領域に対して結晶粒界を上下対称に成長させるとともに、結晶化された半導体膜（結晶性半導体膜）の特性（例えば、電子の移動度）を、中心領域に対して上下均一とすることができるので、ソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることを抑制することができる。
【００７６】
本実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記第２の開口領域は、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域の一部を含まないことを特徴とする。
【００７７】
第２の開口領域ｂは、第２の開口部での第１の開口領域ａに対応する領域ａ′の一部を含まない。これにより、第２の開口部を介してレーザー光が照射される場合、領域ａ′に対応する結晶性半導体膜にはレーザー光を照射しないようにすることができ、結晶性半導体膜の所要の特性を容易に実現することができる。
【００７８】
本実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記第２の開口領域は、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域を含むことを特徴とする。
【００７９】
第２の開口領域ｂは、第２の開口部での第１の開口領域ａに対応する領域ａ′を含む。これにより、第２の開口部を介してレーザー光が照射される場合、領域ａ′に対応する結晶性半導体膜にもレーザー光を照射することができ、結晶性半導体膜の所要の特性を容易に実現することができる。
【００８０】
本実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記第２の開口領域が、前記第２の開口部での前記第１の開口領域に対応する領域から前記スキャン方向と平行な方向へ変位し、前記領域を間にして対向する二つの開口領域を含む第２の開口列を有することを特徴とする。
【００８１】
第１の開口部の開口領域ａと、第２の開口部の第２の開口領域ｂとは、スキャン方向と平行な方向に隣り合って並んでいる。第２の開口部での第１の開口領域ａに対応する領域をａ′とすると、第２の開口列は、第２の開口部において、第２の開口領域ｂが、領域ａ′からスキャン方向と平行な方向へ変位し、領域ａ′を間にして対向する二つの開口領域を含む。
【００８２】
第１の開口領域ａを介して半導体膜にレーザー光が照射され、レーザー光が照射された領域での結晶粒界がスキャン方向と平行な方向に成長したとする。次のレーザー光照射のタイミングでは、第２の開口領域ｂを介してレーザー光が照射される。この場合、第２の開口領域ｂは、領域ａ′からスキャン方向と平行な方向へ変位し、当該領域ａ′を間にして対向する二つの開口領域を含む。そして、当該二つの開口領域を介して同時にレーザー光が照射されるので、当該二つの開口領域に対応する照射領域のレーザー光の照射量には、ばらつきがない。第２の開口領域ｂの当該二つの開口領域に対応する半導体膜の照射領域においては、結晶粒界は、領域ａ′からスキャン方向と平行であって、例えば、１８０°異なる方向に成長する。スキャン方向と平行な方向を左右方向とし、スキャン方向と直交する方向を上下方向とすると、結晶粒界は、領域ａ′から左右方向に成長する。
【００８３】
これにより、所要の中心領域に対して結晶粒界を左右対称に成長させるとともに、結晶化された半導体膜（結晶性半導体膜）の特性（例えば、電子の移動度）を、中心領域に対して左右均一とすることができるので、ソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることを抑制することができる。また、同一基板上で、結晶粒界が異なる構造の作成が可能となる。例えば、結晶粒界を異なる複数の方向に成長させることができる。
【００８４】
本実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記第１の開口列を間にして二つの前記第２の開口列が配置されていることを特徴とする。
【００８５】
第１の開口列を間にして二つの第２の開口列を配置する。第１の開口列によって薄膜トランジスタのチャネル領域を結晶化させ、二つの第２の開口列によって薄膜トランジスタのドレイン電極直下の領域及びソース電極直下の領域を結晶化させることができる。この場合、チャネル領域の中心から長さ方向に沿って、ドレイン電極に向かう向きと、ソース電極に向かう向きとで特性（例えば、電子の移動度）が均一になるようにすることができる。また、ドレイン電極直下の領域の中心から幅方向（チャネルの長さ方向に直交する方向）に沿って、ドレイン電極の両側端それぞれに向かう向きで特性（例えば、電子の移動度）が均一になるようにすることができる。ソース電極直下の領域もドレイン電極直下の領域と同様である。これにより、ソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることを抑制することができる。
【００８６】
本実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記二つの開口領域は、同等の大きさを有することを特徴とする。
【００８７】
二つの開口領域は同等の大きさを有する。これにより、中心領域に対して対称であって、薄膜トランジスタの特性が同等となる照射領域の大きさを同等とすることができる。
【００８８】
本実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記第１の開口領域及び第２の開口領域は、矩形状をなすことを特徴とする。
【００８９】
第１の開口領域ａ及び第２の開口領域ｂは、矩形状をなす。例えば、第１の開口列では、第１の開口領域ａ及び第２の開口領域ｂを、スキャン方向と平行な方向に沿って細長形状とすることができ、第２の開口列では、第１の開口領域ａ及び第２の開口領域ｂを、スキャン方向と直交する方向に沿って細長形状とすることができる。これにより、結晶粒界の方向を所要の方向にすることができる。
【００９０】
本実施の形態に係る薄膜トランジスタは、本実施の形態に係るレーザーアニール装置によりアニール処理された活性層を有することを特徴とする。
【００９１】
ソース−ドレイン間の電流値が電流の方向によって異なることが抑制された薄膜トランジスタを実現することができる。
【００９２】
また、上述の各実施例において記載されている構成は、お互いに組み合わせることが可能であり、組み合わせをすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１０  基板
１１  アモルファスシリコン膜
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  ポリシリコン膜
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  ポリシリコン膜
１３、１５  結晶粒界
２１  マイクロレンズ
３０  マスク
４０  マスク部
５０  開口部
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ  開口領域
５４  中心位置
１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄ  開口領域
２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ、２５１ｄ  開口領域
３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃ、３５１ｄ  開口領域
３５２ａ、３５２ｂ、３５２ｃ、３５２ｄ  開口領域
３５３ａ、３５３ｂ、３５３ｃ、３５３ｄ  開口領域
４５１ａ、４５１ｂ、４５１ｃ、４５１ｄ  開口領域
４５２ａ、４５２ｂ、４５２ｃ、４５２ｄ  開口領域
４５３ａ、４５３ｂ、４５３ｃ、４５３ｄ  開口領域
【図１】
2020021788.tif 000003
【図２】
2020021788.tif 000004
【図３】
2020021788.tif 000005
【図４Ａ】
2020021788.tif 000006
【図４Ｂ】
2020021788.tif 000007
【図４Ｃ】
2020021788.tif 000008
【図５】
2020021788.tif 000009
【図６】
2020021788.tif 000010
【図７】
2020021788.tif 000011
【図８】
2020021788.tif 000012
【図９】
2020021788.tif 000013
【図１０】
2020021788.tif 000014
【図１１】
2020021788.tif 000015
【図１２】
2020021788.tif 000016
【図１３】
2020021788.tif 000017
【図１４】
2020021788.tif 000018