(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元又は２次元的に配置された複数個のマイクロレンズと、レーザ光の発生源と、この発生源からのレーザ光を前記マイクロレンズに導き前記マイクロレンズにより前記レーザ光をアモルファスシリコン膜に集光させる導光部と、各マイクロレンズ毎に配置された複数個のマスクと、を有し、前記マスクは、前記レーザ光を透過する複数個の透過領域と前記レーザ光を遮光する複数個の遮光領域とが、一の方向に、互い違いであって、透過領域及び遮光領域が夫々隣接しないように２次元的に配置されたものであり、
前記マスクを使用して前記アモルファスシリコン膜を溶融させる条件での前記レーザ光の照射と、その後の前記アモルファスシリコンは溶融させるがポリシリコン膜は溶融させない条件での前記マスクを使用しない前記レーザ光の照射とを行うものであることを特徴とする低温ポリシリコン膜の形成装置。
【請求項２】
前記透過領域及び遮光領域は矩形をなし、前記マスクは、これらの透過領域及び遮光領域が格子状に配置されたものであることを特徴とする請求項１に記載の低温ポリシリコン膜の形成装置。
【請求項３】
１次元又は２次元的に配置された複数個のマイクロレンズと、レーザ光の発生源と、この発生源からのレーザ光を前記マイクロレンズに導き前記マイクロレンズにより前記レーザ光をアモルファスシリコン膜に集光させる導光部と、各マイクロレンズ毎に配置された複数個のマスクと、を有し、前記マスクは、前記レーザ光を遮光する遮光領域の中に、前記レーザ光を透過するスポット状の複数個の透過領域が２次元的に点在するように配置されて形成されているものであり、
前記マスクを使用して前記アモルファスシリコン膜を溶融させる条件での前記レーザ光の照射と、その後の前記アモルファスシリコンは溶融させるがポリシリコン膜は溶融させない条件での前記マスクを使用しない前記レーザ光の照射とを行うものであることを特徴とする低温ポリシリコン膜の形成装置。
【請求項４】
１次元又は２次元的に配置された複数個のマイクロレンズと、レーザ光の発生源と、この発生源からのレーザ光を前記マイクロレンズに導き前記マイクロレンズにより前記レーザ光をアモルファスシリコン膜に集光させる導光部と、各マイクロレンズ毎に配置された複数個のマスクと、を有し、前記マスクは、前記レーザ光を透過する複数個の透過領域が２次元的に配置され各透過領域間が前記レーザ光を遮光する遮光領域により仕切られたものであり、
前記マスクを使用して前記アモルファスシリコン膜を溶融させる条件での前記レーザ光の照射と、その後の前記アモルファスシリコンは溶融させるがポリシリコン膜は溶融させない条件での前記マスクを使用しない前記レーザ光の照射とを行うものであることを特徴とする低温ポリシリコン膜の形成装置。
【請求項５】
１次元又は２次元的に配置された複数個のマイクロレンズと、レーザ光の発生源と、この発生源からのレーザ光を前記マイクロレンズに導き前記マイクロレンズにより前記レーザ光をアモルファスシリコン膜に集光させる導光部と、各マイクロレンズ毎に配置された複数個のマスクと、を有し、前記マスクは、前記レーザ光を透過する透過部材に対し、前記レーザ光を遮光するスポット状の複数個の遮光領域が２次元的に配置されるように支持されたものであり、
前記マスクを使用したレーザ光の照射により、前記透過部材における前記遮光領域が存在しない部分に対応するアモルファスシリコン膜の部分が、レーザ光の照射により加熱されて溶融し、前記遮光領域に対応するアモルファスシリコン膜の部分は、レーザ光の照射を受けずに、照射領域からの熱伝導により加熱されて、前記レーザ光の照射領域及び非照射領域が結晶化するものであることを特徴とする低温ポリシリコン膜の形成装置。
【請求項６】
前記マイクロレンズは、形成すべきトランジスタ毎に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の低温ポリシリコン膜の形成装置。
【請求項７】
前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の低温ポリシリコン膜の形成装置を使用し、先ず、前記マスクを介して前記マイクロレンズによりレーザ光をアモルファスシリコン膜に照射して照射部分をポリシリコン化する第１の工程と、次いで、前記マスクを使用しないで前記マイクロレンズによりレーザ光をポリシリコン膜を再溶融させない条件で照射する第２の工程とを有することを特徴とする低温ポリシリコン膜の形成方法。
【請求項８】
前記第１の工程と前記第２の工程とは、前記レーザ光源によるレーザ光の発光条件は同一であることを特徴とする請求項７に記載の低温ポリシリコン膜の形成方法。
【請求項９】
前記請求項５に記載の低温ポリシリコン膜の形成装置を使用し、前記マスクを介して、前記マイクロレンズによりレーザ光をアモルファスシリコン膜に照射し、前記遮光領域に対応するアモルファスシリコン膜の部分は、レーザ光の照射を受けず、照射領域からの熱伝導によって加熱される工程を有することを特徴とする低温ポリシリコン膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アモルファスシリコン膜（以下、ａ−Ｓｉ膜という）にレーザ光を照射してアニールすることにより、ａ−Ｓｉを多結晶シリコン（以下、ポリシリコンという）に結晶化させる低温ポリシリコン膜の形成装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆スタガ構造の薄膜トランジスタとしては、絶縁性基板上にＣｒ又はＡｌ等の金属層によりゲート電極を形成し、次いで、このゲート電極を含む基板上にゲート絶縁膜として例えばＳｉＮ膜を形成し、その後、全面に水素化アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈと記載する）膜を形成し、このａ−Ｓｉ：Ｈ膜をゲート電極上の所定領域にアイランド状にパターニングし、更に、金属層によりソース・ドレイン電極を形成したアモルファスシリコントランジスタがある。
【０００３】
しかしながら、このアモルファスシリコントランジスタは、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜をチャネル領域に使用しているので、チャネル領域における電荷の移動度が小さいという難点がある。このため、アモルファスシリコントランジスタは、例えば、液晶表示装置の画素部の画素トランジスタとしては使用可能であるが、高速の書き換えが要求される周辺駆動回路の駆動トランジスタとしては、チャネル領域の電荷移動度が小さすぎて、使用することが困難である。
【０００４】
一方、多結晶シリコン膜を直接基板上に形成しようとすると、ＬＰＣＶＤ（減圧化学気相成長）法により形成することになるが、これは１５００℃程度の高温プロセスになるため、液晶表示装置のようなガラス基板（軟化点が４００〜５００℃）上に多結晶シリコン膜を直接形成することはできない。
【０００５】
そこで、一旦、チャネル領域にａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成し、その後、このａ−Ｓｉ：Ｈ膜にＹＡＧエキシマレーザ等のレーザ光を照射してレーザアニールすることにより、極短時間での溶融凝固の相転移により、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜をポリシリコン膜に結晶化させる低温ポリシリコンプロセスが採用されるようになっている。これにより、ガラス基板上のチャネル領域を電荷移動度が高くトランジスタ動作の高速化が可能なポリシリコン膜により形成することが可能になる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−６３１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の低温ポリシリコン膜の形成方法は、レーザアニールにより形成されたポリシリコン膜の特性が局部的に変動するという問題点があり、これが実用化への障害となっている。このような低温ポリシリコン膜の特性の局部的変動は、液晶表示装置の画面の表示むらを生じさせる。
【０００８】
ａ−Ｓｉ膜の特性が局部的に変動する要因としては、結晶化したＳｉの結晶粒の大きさが局部的に変動し、ポリシリコン膜内の電気伝導度が結晶粒界の密度又は状態により変動し、ポリシリコン膜全体の電気伝導度が変動してしまうことにある。このため、例えば、ＹＡＧエキシマレーザ光の照射によるアニールにより形成されるポリシリコン膜の結晶粒の大きさを一定の範囲に制御することが、低温ポリシリコン膜の実用化には必要である。
【０００９】
この結晶粒径を制御する方法としては、エキシマレーザ光の照射条件、即ち、レーザのエネルギ、パルス幅、基板温度等を調整する方法がある。しかし、レーザ照射による極短時間での溶融凝固の場合は、結晶化速度が通常の結晶化速度よりも１０桁程度速く、このような極めて速い結晶化速度のために、粒径の制御が困難である。特に、粒径を上限値及び下限値を有する所定の範囲内に制御するためのレーザ光照射条件を決めることは、単に粒径を最大値以下に制御するためのレーザ光照射条件又は粒径を最小値以上に制御するためのレーザ光照射条件だけを決める場合に比して、困難である。特に、ａ−Ｓｉの膜厚又は膜のＳｉ密度等が変動すると、同一のアニール条件でも粒径が変化するため、アニールの条件設定には膜質の事前の確認が必要であり、アニール条件の設定作業が極めて煩雑である。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、結晶粒の大きさの変動が少なく、可及的に均一な結晶粒サイズの低温ポリシリコン膜を得ることができる低温ポリシリコン膜の形成装置及び方法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】
【００１１】
本発明に係る第１の低温ポリシリコン膜の形成装置は、１次元又は２次元的に配置された複数個のマイクロレンズと、レーザ光の発生源と、この発生源からのレーザ光を前記マイクロレンズに導き前記マイクロレンズにより前記レーザ光をアモルファスシリコン膜に集光させる導光部と、各マイクロレンズ毎に配置された複数個のマスクと、を有し、前記マスクは、前記レーザ光を透過する複数個の透過領域と前記レーザ光を遮光する複数個の遮光領域とが、一の方向に、互い違いであって、透過領域及び遮光領域が夫々隣接しないように２次元的に配置されたものであり、
前記マスクを使用して前記アモルファスシリコン膜を溶融させる条件での前記レーザ光の照射と、その後の前記アモルファスシリコンは溶融させるがポリシリコン膜は溶融させない条件での前記マスクを使用しない前記レーザ光の照射とを行うものであることを特徴とする。
【００１２】
この低温ポリシリコン膜の形成装置において、例えば、前記透過領域及び遮光領域は矩形をなし、前記マスクは、これらの透過領域及び遮光領域が格子状に配置されたものである。
【００１３】
また、本発明に係る第２の低温ポリシリコン膜の形成装置は、１次元又は２次元的に配置された複数個のマイクロレンズと、レーザ光の発生源と、この発生源からのレーザ光を前記マイクロレンズに導き前記マイクロレンズにより前記レーザ光をアモルファスシリコン膜に集光させる導光部と、各マイクロレンズ毎に配置された複数個のマスクと、を有し、前記マスクは、前記レーザ光を遮光する遮光領域の中に、前記レーザ光を透過するスポット状の複数個の透過領域が２次元的に点在するように配置されて形成されているものであり、
前記マスクを使用して前記アモルファスシリコン膜を溶融させる条件での前記レーザ光の照射と、その後の前記アモルファスシリコンは溶融させるがポリシリコン膜は溶融させない条件での前記マスクを使用しない前記レーザ光の照射とを行うものであることを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明に係る第３の低温ポリシリコン膜の形成装置は、１次元又は２次元的に配置された複数個のマイクロレンズと、レーザ光の発生源と、この発生源からのレーザ光を前記マイクロレンズに導き前記マイクロレンズにより前記レーザ光をアモルファスシリコン膜に集光させる導光部と、各マイクロレンズ毎に配置された複数個のマスクと、を有し、前記マスクは、前記レーザ光を透過する複数個の透過領域が２次元的に配置され各透過領域間が前記レーザ光を遮光する遮光領域により仕切られたものであり、
前記マスクを使用して前記アモルファスシリコン膜を溶融させる条件での前記レーザ光の照射と、その後の前記アモルファスシリコンは溶融させるがポリシリコン膜は溶融させない条件での前記マスクを使用しない前記レーザ光の照射とを行うものであることを特徴とする。
【００１５】
更にまた、本発明に係る第４の低温ポリシリコン膜の形成装置は、１次元又は２次元的に配置された複数個のマイクロレンズと、レーザ光の発生源と、この発生源からのレーザ光を前記マイクロレンズに導き前記マイクロレンズにより前記レーザ光をアモルファスシリコン膜に集光させる導光部と、各マイクロレンズ毎に配置された複数個のマスクと、を有し、前記マスクは、前記レーザ光を透過する透過部材に対し、前記レーザ光を遮光するスポット状の複数個の遮光領域が２次元的に配置されるように支持されたものであり、
前記マスクを使用したレーザ光の照射により、前記透過部材における前記遮光領域が存在しない部分に対応するアモルファスシリコン膜の部分が、レーザ光の照射により加熱されて溶融し、前記遮光領域に対応するアモルファスシリコン膜の部分は、レーザ光の照射を受けずに、照射領域からの熱伝導により加熱されて、前記レーザ光の照射領域及び非照射領域が結晶化するものであることを特徴とする。
【００１６】
これらの第１乃至第４の低温ポリシリコン膜の形成装置において、例えば、前記マイクロレンズは、形成すべきトランジスタ毎に設けられている。
【００１７】
本発明に係る低温ポリシリコン膜の形成方法は、上述の第１乃至第３のいずれかの低温ポリシリコン膜の形成装置を使用し、先ず、前記マスクを介して前記マイクロレンズによりレーザ光をアモルファスシリコン膜に照射して照射部分をポリシリコン化する第１の工程と、次いで、前記マスクを使用しないで前記マイクロレンズによりレーザ光をポリシリコン膜を再溶融させない条件で照射する第２の工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
この低温ポリシリコン膜の形成方法において、例えば、前記第１の工程と前記第２の工程とは、前記レーザ光源によるレーザ光の発光条件は同一であるように構成することができる。
【００１９】
本発明に係る他の低温ポリシリコン膜の形成方法は、上述の第４の低温ポリシリコン膜の形成装置を使用し、前記マスクを介して、前記マイクロレンズによりレーザ光をアモルファスシリコン膜に照射し、前記遮光領域に対応するアモルファスシリコン膜の部分は、レーザ光の照射を受けず、照射領域からの熱伝導によって加熱される工程を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、第１の低温ポリシリコン膜の形成装置を使用した場合、第１の工程において、マスクの透過領域を透過したレーザ光のみがアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）に照射され、ａ−Ｓｉ膜においては、この透過領域に対応する部分のみがアニールされて溶融凝固し、ポリシリコンに結晶化される。このとき、ポリシリコン部分の結晶粒の大きさは、マスクの各透過領域に対応して規制されたものであり、透過領域を超えて大型化することはないため、結晶粒の大きさのバラツキは小さい。また、マスクの遮光領域に対応する部分は、アモルファスのままである。その後、第２工程においては、第１の工程で多結晶化した部分も含めてａ−Ｓｉ膜の全体にレーザ光を照射する。そうすると、ポリシリコンの部分は、融点が高いので、溶融せず、アモルファスのまま残存している部分（遮光領域に対応する部分）のみが溶融凝固して多結晶化する。この新たに多結晶化した部分も、結晶粒の大きさは、遮光領域の大きさ以上に大型化することはなく、結晶粒の大きさのバラツキは小さい。
【００２１】
本発明の第２の低温ポリシリコン膜の形成装置を使用した場合は、第１の工程において、マスクの透過領域のみを透過したレーザ光がａ−Ｓｉ膜に照射され、ａ−Ｓｉ膜においては、この透過領域に対応する部分のみがアニールされて溶融凝固し、ポリシリコンに結晶化される。これにより、ａ−Ｓｉ膜には、ポリシリコンの部分がスポット状に点在的に生成する。次に、第２工程において、全体にレーザ光が照射されると、このａ−Ｓｉ膜に存在する小さなポリシリコン部分が種となり、ａ−Ｓｉ膜の全体が多結晶化する。このとき、このポリシリコン膜は、スポット状に点在するように形成されたポリシリコン部分を種にして成長するので、結晶粒が粗大化することはなく、結晶粒の大きさが一定の狭い範囲に制御される。
【００２２】
本発明の第３の低温ポリシリコン膜の形成装置を使用した場合は、第１の低温ポリシリコン膜の形成装置を使用した場合と同様に、第１の工程において、マスクの透過領域を透過したレーザ光のみがアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）に照射され、ａ−Ｓｉ膜においては、この透過領域に対応する部分のみがアニールされて溶融凝固し、ポリシリコンに結晶化される。このとき、ポリシリコン部分の結晶粒の大きさは、マスクの各透過領域に対応して規制されたものであり、透過領域を超えて粗大化することはないため、結晶粒の大きさのバラツキは小さい。また、マスクの遮光領域に対応する部分は、アモルファスのままである。その後、第２工程においては、第１工程で多結晶化した部分も含めてａ−Ｓｉ膜の全体にレーザ光を照射する。そうすると、ポリシリコンの部分は、融点が高いので、溶融せず、アモルファスのまま残存している部分（遮光領域に対応する部分）のみが溶融凝固して多結晶化する。この新たに多結晶化した部分も、結晶粒の大きさは、遮光領域の大きさ以上に粗大化することはなく、結晶粒の大きさのバラツキは小さい。
【００２３】
本発明の第４の低温ポリシリコン膜の形成装置を使用した場合は、透過部材に支持された状態で、スポット状の複数個の遮光領域が２次元的に配置されているので、透過部材における遮光領域が存在しない部分を透過したレーザ光はアモルファスシリコン膜に照射されてこの部分を加熱し、溶融させる。しかし、この遮光領域に対応するアモルファスシリコン膜の部分は、レーザ光の照射を受けず、照射領域からの熱伝導によって加熱されるだけであるので、照射領域よりも温度が低い。このように、レーザ光の照射領域と非照射領域との間で温度差が生じるため、凝固時にこの非照射領域から結晶化が進行し、その後照射領域が結晶化していくので、結晶粒の粗大化が生じない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、第１乃至第３の低温ポリシリコン膜の形成装置を使用した場合は、マスクを使用したレーザ光の照射と、マスクを使用しないレーザ光の照射との２工程に分けて、被処理領域のａ−Ｓｉ膜を多結晶化するから、多結晶化の過程で、結晶粒が粗大化することが防止され、結晶粒径が一定の範囲に制御された低温ポリシリコン膜を得ることができる。また、第４の低温ポリシリコン膜の形成装置を使用した場合は、透過部材を透過したレーザ光により照射されたａ−Ｓｉ膜の部分は高温に加熱されて溶融し、スポット状の遮光領域によりレーザ光が照射されなかった部分は照射領域からの熱伝導により加熱されて溶融するものの、照射領域よりも低温となり、この低温の部分から結晶化して、結晶粒の粗大化が防止され、結晶粒径が一定の範囲に制御された低温ポリシリコン膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る低温ポリシリコン膜の形成装置を示す模式的斜視図である。
【図２】この第１実施形態において、その１個のマイクロレンズ及び対応するマスクを示す模式的拡大斜視図である。
【図３】マイクロレンズを使用したレーザ照射装置を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る低温ポリシリコン膜の形成装置を示す模式的斜視図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る低温ポリシリコン膜の形成装置のマスクを示す模式的斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明の第４実施形態に係る低温ポリシリコン膜の形成装置のマスクを示す断面図、（ｂ）はその平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る低温ポリシリコン膜の形成装置を示す模式的斜視図、図２は、その１個のマイクロレンズ及び対応するマスクを示す模式的拡大斜視図、図３は、マイクロレンズを使用したレーザ照射装置を示す図である。図３に示すレーザ照射装置は、逆スタガ構造の薄膜トランジスタのような半導体装置の製造工程において、例えば、そのチャネル領域形成予定領域のみにレーザ光を照射してアニールし、このチャネル領域形成予定領域を多結晶化して、ポリシリコン膜を形成するための装置である。このマイクロレンズを使用したレーザアニール装置は、光源１から出射されたレーザ光を、レンズ群２により平行ビームに整形し、多数のマイクロレンズ５からなるマイクロレンズアレイを介して被照射体６に照射する。レーザ光源１は、例えば、波長が３０８ｎｍ又は３５３ｎｍのレーザ光を例えば５０Ｈｚの繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。マイクロレンズアレイは、透明基板４に多数のマイクロレンズ５が配置されたものであり、レーザ光を被照射体６としての薄膜トランジスタ基板に設定された薄膜トランジスタ形成予定領域に集光させるものである。透明基板４は被照射体６に平行に配置され、マイクロレンズ５は、トランジスタ形成予定領域の配列ピッチの２以上の整数倍（例えば２）のピッチで配置されている。本実施形態の被照射体６は、例えば、薄膜トランジスタであり、そのａ−Ｓｉ膜のチャネル領域形成予定領域にレーザ光を照射して、ポリシリコンチャネル領域を形成する。
【００２７】
例えば、液晶表示装置の周辺回路として、画素の駆動トランジスタを形成する場合、ガラス基板上にＡｌ等の金属膜からなるゲート電極を、スパッタによりパターン形成する。そして、シラン及びＨ２ガスを原料ガスとし、２５０〜３００℃の低温プラズマＣＶＤ法により、全面にＳｉＮ膜からなるゲート絶縁膜を形成する。その後、ゲート絶縁膜上に、例えば、プラズマＣＶＤ法によりａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成する。このａ−Ｓｉ：Ｈ膜はシランとＨ２ガスを混合したガスを原料ガスとして成膜する。このａ−Ｓｉ：Ｈ膜のゲート電極上の領域をチャネル形成予定領域として、各チャネル領域に１個のマイクロレンズ５を配置して、このチャネル形成予定領域のみにレーザ光を照射してアニールし、このチャネル形成予定領域を多結晶化してポリシリコンチャネル領域を形成する。図３には図示していないが、チャネル形成予定領域のみにレーザ光を照射するための遮光部材がマイクロレンズ５の上方に配置されており、この遮光部材により、チャネル領域が画定される。なお、図３（ａ）及び図１には、マイクロレンズ５が１次元に配列されている状態しか示されていないが、これは、図示の簡略化のためであり、実際は、図３（ｂ）に平面図を示すように、マイクロレンズ５は２次元的に配列されている。但し、このマイクロレンズ５は多結晶化すべき領域の配置に合わせて１次元的に配列してもよい。
【００２８】
而して、本実施形態においては、図１及び図２並びに図３（ａ）に示すように、各マイクロレンズ５の上方に、各マイクロレンズ５毎に１個のマスク３が設けられている。このマスク３は、例えば、全体で矩形をなし、更に微小な矩形の格子状の領域に区画されている。この区画は、レーザ光を遮光する遮光領域３１と、レーザ光を透過する透過領域３２とが、遮光領域３１と透過領域３２とが隣接しないように、格子状に配列されたものである。このマスク３を介してレーザ光をマイクロレンズ５により被照射体６に照射することにより、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜には、そのチャネル領域形成予定領域７に対応してレーザ光の照射領域が形成される。この予定領域７におけるレーザ光の照射パターンは、マスク３の透過領域３２のパターンに対応するものである。
【００２９】
次に、上述のごとく構成された形成装置を使用した低温ポリシリコン膜の形成方法について説明する。先ず、第１工程において、マスク３を使用して、レーザ光を被照射体６に照射する。レーザ光の平行ビームは、マスク３を透過した後、各マイクロレンズ５により集光されて、被照射体６のａ−Ｓｉ：Ｈ膜におけるチャネル形成予定領域７に照射される。このとき、レーザ光は、マスク３の遮光領域３１においては遮光され、透過領域３２を透過した部分のみが、予定領域７に照射され、マスク３と同様の格子状パターンにレーザ光の照射領域が形成される。そして、この予定領域７において、レーザ光が照射された部分のみが溶融凝固して結晶化し、この部分がポリシリコンに相変態する。このポリシリコン部分は、マスク３の透過領域３２がマイクロレンズ５により縮小投影された部分であり、この縮小投影された部分にしかレーザ光が照射されないので、多結晶化したポリシリコンの結晶粒は、この縮小投影された部分を越えて粗大化することはない。このため、ポリシリコン部分は、透過領域３２が縮小投影された領域の大きさに規制されてその結晶粒の大きさが規制され、一定の狭い結晶粒径範囲に、その結晶粒の大きさが制御される。
【００３０】
次いで、第２工程においては、マスク３を取り外し、その後、レーザ光を被照射体６に照射することにより、各チャネル領域形成予定領域７毎に、その予定領域７の全体にレーザ光を照射する。そうすると、ポリシリコンの部分は、アモルファスシリコンの部分よりも融点が高いので、第１工程において多結晶化した部分が再溶融することはない。そして、第１工程において、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜におけるマスク３の遮光領域３１に対応する部分がアモルファスのまま残存しているので、このアモルファスの部分が、第２工程におけるレーザ照射により、溶融凝固して多結晶化する。この第２工程において多結晶化する部分は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜における遮光領域３１が縮小投影された部分であるので、この第２工程において多結晶化したポリシリコン部分は、遮光領域３１が縮小投影された部分を超えて結晶粒が粗大化することはない。従って、この第２工程において形成されたポリシリコン部分も、遮光領域３１が縮小投影された領域の大きさに規制されて、その結晶粒の大きさが一定の狭い範囲に制御される。
【００３１】
このようにして、チャネル形成予定領域７においては、結晶粒の大きさが一定の狭い範囲に制御されたポリシリコン膜が形成される。従って、このポリシリコン膜をチャネル領域とするトランジスタは、高速動作が可能であると共に、ポリシリコンチャネル領域の結晶粒が均一なので、トランジスタ特性が安定した半導体装置を得ることができる。
【００３２】
なお、この第１実施形態において、マスク３の遮光領域３１及び透過領域３２はその形
状が矩形に限るものではなく、円形等種々の形状にすることができる。また、上記実施形
態においては、第２工程にて、チャネル領域を画定する遮光領域以外のマスクを使用しな
いものであったが、第２工程においても、マスクを使用し、第１工程において、遮光領域
であった部分を透過領域とし、透過領域であった部分を遮光領域として、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜
において第１工程でアモルファスのまま残存した部分のみにレーザ光を照射してこの部分
をアニールすることとしてもよい。また、この場合に、第２工程における透過領域を、第
１工程における遮光領域よりも小さくして、第１工程のレーザ光照射領域と、第２工程の
レーザ光照射領域との間に間隙を設けてもよい。これにより、第２工程において、アモル
ファス領域が多結晶化するときに、第１工程で既に多結晶化しているポリシリコン部分を
起点として結晶成長が生じないようにすることができる。これにより、第１工程のポリシ
リコンの結晶粒形態に影響を受けることなく、第２工程において、ポリシリコンを成長さ
せることができる。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。この実施形態は、マスク８の構成のみが第１実施形態と異なる。このマスク８は、その全面が遮光領域となっており、この遮光領域の中に、例えば、円形の透過領域８３が、点在するように形成されている。このマスク８においても、例えば矩形の複数の領域８１，８２を想定することができる。即ち、マスク８において、複数の領域８１，８２を概念し、マスク８は、これらの各領域８１，８２について１個の透過領域８３が配置されたものとする。従って、このマスク８を使用して、マイクロレンズ５により被照射体６にレーザ光を照射すると、被照射体６のチャネル領域形成予定領域７においては、レーザ光の照射部がスポット状に等間隔で配置されたものとなる。
【００３４】
次に、この第２実施形態の形成装置を使用した低温ポリシリコン膜の形成方法について説明する。先ず、第１工程において、マスク８を使用して、マイクロレンズ５により、被照射体６のチャネル領域形成予定領域７にレーザ光を照射する。そうすると、予定領域７においては、レーザ光がスポット状に照射された領域が等間隔で点在する照射パターンが得られる。このレーザ光がスポット状に照射された領域は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜が溶融凝固して多結晶化したポリシリコンとなる。
【００３５】
次いで、マスク８を取り外して、予定領域７の全体にレーザ光を照射する。そうすると、第１工程にて多結晶化したスポット状の領域を種として、結晶化が生じ、予定領域７の全体がポリシリコン膜になる。この場合に、得られたポリシリコン膜は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜におけるマスク８が縮小投影された領域において、各領域８１，８２の縮小投影領域毎に、透過領域８３に対応する部分の既に多結晶化した部分を種として結晶化したものである。従って、その結晶粒の大きさは、少なくとも領域８１，８２の縮小投影領域を超えて粗大化することはなく、得られたポリシコン膜は、結晶粒の大きさが一定の狭い範囲に制御されたものとなる。よって、この第２実施形態の形成装置を使用しても、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００３６】
なお、本実施形態においても、第２工程においては、予定領域７の全体にレーザ光を照射する。これは、一旦再結晶した領域は、融点が上昇するために、再度レーザ光を照射されても溶融することがなく、多結晶のまま存在するからである。
【００３７】
以上の各実施形態において、レーザ光の発光条件、即ちａ−Ｓｉ：Ｈ膜を加熱する条件は、第１工程と第２工程とで同一とすることができる。また、第１実施形態のマスク３の遮光領域３１及び透過領域３２の大きさ、並びに、第２実施形態のマスク８の透過領域８３の間隔（即ち、概念的な領域８１，８２の大きさ）は、被照射体６に縮小投影された領域において、例えば、１辺長で１μｍ程度にすればよい。これにより、ポリシリコン膜の結晶粒の大きさは、１μｍ以下に揃う。薄膜トランジスタの大きさが１辺長で１０数μｍ〜数十μｍ程度であるので、チャネルポリシリコン領域の結晶粒の大きさが１μｍ以下であれば、十分に安定したトランジスタ特性を得ることができる。上述のごとく、第２実施形態の領域８１，８２の大きさも、被照射体６に縮小投影された領域において、１辺長で１μｍ程度にすることができる。この場合に、マスク８の透過領域８３の大きさは、被照射体６に縮小投影されたときの大きさで、例えば、直径が０．１μｍ程度とすることができる。
【００３８】
次に、図５を参照して本発明の第３実施形態について説明する。図５のマスク９は、レーザ光を遮光する材料により形成された遮光部材９１に対し、複数個の矩形の孔を相互間に一定間隔をおいてくりぬいた形状を有し、この複数個の矩形の孔からなる複数個の透過領域９２が２次元的に配置され、これらの透過領域９２が遮光部材９１からなる遮光領域に囲まれてこの遮光領域により仕切られたものとなっている。
【００３９】
次に、この第３実施形態の形成装置を使用した低温ポリシリコン膜の形成方法について説明する。先ず、第１工程において、マスク９を使用して、マイクロレンズ５により、被照射体６のチャネル領域形成予定領域にレーザ光を照射する。そうすると、第１の実施形態と同様に、マスク９の透過領域９２を透過したレーザ光のみがアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）に照射される。ａ−Ｓｉ膜においては、この透過領域に対応する部分のみがアニールされて溶融凝固し、ポリシリコンに結晶化される。このとき、ポリシリコン部分の結晶粒の大きさは、マスクの各透過領域９２に対応して規制されたものであり、少なくとも１個の結晶粒は１個の透過領域９２を超えて粗大化することはない。このため、結晶粒の大きさのバラツキは小さい。また、マスクの遮光領域（遮光部材９１）に対応する部分は、アモルファスのままである。
【００４０】
次いで、マスク９を取り外して、チャネル形成予定領域の全体にレーザ光を照射する。そうすると、第１工程にて多結晶化したスポット状の領域を種として、結晶化が生じ、予定領域の全体がポリシリコン膜になる。この場合に、得られたポリシリコン膜は、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜におけるマスク９が縮小投影された領域において、各透過領域９２の縮小投影領域毎に、透過領域９２に対応する部分の既に多結晶化した部分を種として結晶化したものである。従って、その結晶粒の大きさは、少なくとも透過領域９２の縮小投影領域を超えて粗大化することはなく、得られたポリシコン膜は、結晶粒の大きさが一定の狭い範囲に制御されたものとなる。よって、この第３実施形態の形成装置を使用しても、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００４１】
なお、本実施形態においても、第２工程においては、予定領域の全体にレーザ光を照射する。これは、一旦再結晶した領域は、融点が上昇するために、再度レーザ光を照射されても溶融することがなく、多結晶のまま存在するからである。
【００４２】
次に、図６（ａ），（ｂ）を参照して本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の低温ポリシリコン形成装置においては、マスク１０がレーザ光を透過する板状の透過部材１１の下面に、レーザ光を遮光するスポット状の遮光領域１２が、一定間隔で２次元的に配置されている。この遮光領域１２は、レーザ光を遮光する微小な円柱状の遮光部材を透過部材１１の下面に接合して取り付けたものである。このように、本実施形態では、透過部材１１に支持された状態で、スポット状の複数個の遮光領域１２が２次元的に配置されている
【００４３】
次に、この第４実施形態の形成装置を使用した低温ポリシリコン膜の形成方法について説明する。本実施形態は、レーザ光の照射工程は、単一工程である。マスク１０を介して、レーザ光をａ−Ｓｉ膜に照射すると、透過部材１１における遮光領域１２が存在しない部分を透過したレーザ光はａ−Ｓｉ膜に照射されてこの部分を加熱し、溶融させる。しかし、この遮光領域１２に対応するａ−Ｓｉ膜の部分は、レーザ光の照射を受けず、照射領域からの熱伝導によって加熱されるだけであるので、照射領域よりも温度が低い。このように、レーザ光の照射領域と非照射領域との間で温度差が生じるため、凝固時にこの非照射領域から結晶化が進行し、その後照射領域が結晶化していくので、結晶粒の粗大化が生じない。即ち、図６（ｂ）に細線で区分けした領域に対応して、各遮光領域１２に対応する部分から結晶化が進行するので、得られたポリシリコン膜は、この細線で区分けした領域を超えて結晶粒が粗大化することはなく、結晶粒径がそろったポリシリコン膜を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、安定したトランジスタ特性の半導体装置の製造に有益である。
【符号の説明】
【００４５】
１：レーザ光源
３、８、９、１０：マスク
５：マイクロレンズ
６：被照射体
７：チャネル領域形成予定領域
１１：透過部材
１２：遮光領域
３１：遮光領域
３２：透過領域
８１，８２：領域
８３：透過領域
９１：遮光部材
９２：透過領域
【図１】
0005534402.tif 000002
【図２】
0005534402.tif 000003
【図３】
0005534402.tif 000004
【図４】
0005534402.tif 000005
【図５】
0005534402.tif 000006
【図６】
0005534402.tif 000007