(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、透明板上にエネルギービームを遮蔽する円形状パターンを繰り返したパターンが形成されたマスクを介して、前記エネルギービームを前記非晶質半導体薄膜に照射する照射工程とを備え、当該照射工程を複数回行い、各照射工程において用いるマスクの円形状パターンの大きさを前記照射工程の回数の増加とともに順次大きくするとともに当該円形状パターンの中心を合わせて前記各照射工程を行い、前記各照射工程ごとに前記非晶質半導体薄膜を溶融させて前記各円形状パターンに対応して再結晶化させることにより順次粒径を拡大させることを特徴とする多結晶半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
絶縁基板上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、透明板上にエネルギービームを遮蔽する矩形パターンを繰り返したパターンが形成されたマスクを介して、前記エネルギービームを前記非晶質半導体薄膜に照射する照射工程とを備え、当該照射工程を複数回行い、各照射工程において用いるマスクの矩形パターンの大きさを前記照射工程の回数の増加とともに順次大きくするとともに当該矩形パターンの中心を合わせて前記各照射工程を行い、前記各照射工程ごとに前記非晶質半導体薄膜を溶融させて前記各矩形パターンに対応して再結晶化させることにより順次粒径を拡大させることを特徴とする多結晶半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
絶縁基板上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、透明板上にエネルギービームを遮蔽するストライプ状パターンを繰り返したパターンが形成されたマスクを介して、前記エネルギービームを前記非晶質半導体薄膜に照射する照射工程と、前記エネルギービーム照射位置を移動させる移動工程とを具備し、前記マスクの前記パターンは複数領域に分割され、かつ当該複数領域のうち隣り合う領域間で当該領域に含まれる前記ストライプ状パターンの方向が互いに斜めに交差しており、前記移動工程では前記マスクの前記複数領域のピッチに対応したピッチで前記エネルギービーム照射位置を移動させ、前記照射工程及び前記移動工程を繰り返し、前記各照射工程ごとに前記非晶質半導体薄膜を溶融再結晶化させて、前記マスクで前記エネルギービームが遮蔽された領域の中心から結晶化を始めさせることにより順次結晶粒の幅を拡大させることを特徴とする多結晶半導体薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は液晶表示パネルなどに用いられる薄膜トランジスタ用多結晶半導体薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は薄型・軽量であり、低電圧駆動が可能で更にカラー化も容易である等の特徴を有し、近年、パーソナルコンピュータ、ワープロなどの表示装置として利用されている。中でも各画素毎に、スィッチング素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設けたいわゆるアクティブマトリックス型液晶表示装置は、多画素にしてもコントラスト、レスポンス等の劣化が少なく、更に、中間調表示も可能であることから、フルカラーテレビや、ＯＡ用の表示装置として現在最適な表示方式である。
【０００３】
このアクティブマトリックス型液晶表示装置は、２枚の平面ガラス基板（アレイ基板、対向基板）と、これら基板間に挟まれた液晶層とからなる基板構成をとっている。具体的には一方のガラス基板、即ち、対向基板上には、各画素に対応したカラーフィルター配列と、透明電極（対向電極）とが形成されており、他方のアレイ基板には、マトリックス状に配列された透明電極からなる画素電極と、各画素電極にそのソース電極が接続されたＴＦＴが設けられている。ＴＦＴのゲート電極は、Ｘ方向に設けられたアドレス線に接続され、ドレイン電極はアドレス線と直角方向に設けられたデータ線に接続されている。
【０００４】
このように構成された液晶表示装置では、所定のタイミングでアドレス線、データ線にそれぞれアドレス信号、データ信号を印加することにより、各画素電極に表示に対応した電圧を選択的に印加することができる。液晶層の配向は、即ち、光透過率は、対向電極と画素電極の電位差で制御でき、これにより任意の表示が可能となる。詳細はＴ．Ｐ．Ｂｒｏｄｙらの文献（IEEE Trans. on Electron. Devices, Vol. ED-20, Nov., 1973, pp.995-1001 ）に述べられている。
【０００５】
従来ＴＦＴの半導体材料としては、非晶質Ｓｉや多結晶Ｓｉなどが用いられているが、特に多結晶Ｓｉを用いたアクティブマトリックス型の液晶表示装置では、ゲート線およびデータ線に駆動信号を印加する駆動回路を同一基板内に形成できるため、表示パネルの小型化や配線の接続の高い信頼性が得られるなどの利点がある。
【０００６】
図１４は従来の多結晶Ｓｉ薄膜を形成する方法を示すもので、ガラス基板１上の非晶質Ｓｉをエキシマレーザー９を用いて非晶質Ｓｉ薄膜をアニール処理し多結晶Ｓｉにする方法である。レーザービーム５は均一性を高めるため、ビームホモジナイザー８を経て、光学系７で細長い長尺形状ビーム４に変換され、Ｓｉ薄膜表面に照射される。非晶質Ｓｉ３はレーザーエネルギにより溶融化し、固化する過程で結晶化する。レーザーパルス幅は２０ー３０ナノ秒と短いため基板温度が上昇せずに結晶化できるためガラス基板１を用いることができる。ステージ６を送りピッチＳｐでスキャンしながらレーザーアニールすることにより基板全面に多結晶Ｓｉ薄膜２を得ることができる。
【０００７】
図１５（ａ）は基板１の平面図である。図１５（ｂ）はその一部の拡大図である。長尺ビーム４を照射された領域２では多結晶Ｓｉ薄膜が得られる。しかしＳｉ薄膜の溶融固化現象が極めて速いこと、多結晶Ｓｉの成長する初期核が基板内に無数に存在するため、得られる結晶粒は0.2-0.3 μｍ程度であった。このため、結晶粒１１の境界となる粒界が多数存在し、高いＴＦＴ特性を得ることが困難であった。このため、液晶表示装置の基板周辺に一体化形成される駆動回路を低移動度のＴＦＴで設計しなくてはならず、かつ、高速の表示信号を処理するためには複数の並列回路を用いるなど駆動回路領域の面積が大きくなるという問題があった。さらに、高速動作が困難なため、多結晶ＳｉＴＦＴ駆動回路の外側に特殊な結晶ＳｉＩＣが必要であった。さらに、粒界１２は欠陥を多数含んでいるため、ＴＦＴのＶthのバラツキ要因となり、高精度のアナログ回路を実現することが困難であり、ディジタル・アナログコンバータなど液晶表示装置をディジタル駆動するのに必要な回路を形成することができなかった。
【０００８】
ＴＦＴ特性の改善のためには結晶粒の大きな多結晶Ｓｉの製造方法が必要となるが、図１６は照射ビームの光路中５にマスク１３を置きＳｉ表面内で面内の温度勾配を作り大粒径化を行う方法である。マスク直下のＳｉ３表面ではビームの回り込みによりマスクエッジより１μｍ程度以下のＳｉ４２が溶融するがエネルギーが少ないため、領域４４に比べ温度が低く面内で局所的に大きな温度勾配が発生する。この場合、より温度の低い４３の部分から固化が始まりここを起点に結晶成長が起こる。従って、図１５の場合に比べより大きな粒径が得られるが、以下のような問題があり、実用的ではなかった。すなわち、局所的に温度勾配をつけるため結晶粒はせいぜい１ー２μｍ程度しか成長できないこと、また、マスクエッジと垂直の方向のみ粒径が大きく、平行な方向は依然として０．２−０．３μｍの小粒径である。さらに、基板をスキャンして粒径を拡大する場合、基板の送りピッチＳｐはマスク端が粒界を越えないようにする必要があり、０．５μｍ程度と小さかった。このピッチでたとえば３００×４００ｍｍ基板を前面処理すると、１５０ｍｍ長のビームを用いたとしても、３００Ｈｚのレーザー発振で、約９０分を要する。このため、大面積基板で全面処理する場合、多大な時間がかかり製造に適さないという問題があった。
【０００９】
このため、多結晶ＳｉＴＦＴによる駆動回路内蔵型の液晶パネルは、投射型の液晶表示装置など、対角１〜３インチ程度の高速動作が必要でない小型液晶パネルに限られ、これ以上大型のものへの適用は困難であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来の多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法では、生産性を高めると大きな粒径が得られず、また粒径を大きくすると生産性が著しく低下するという問題があった。このため、大型高精細液晶表示装置を多結晶ＳｉＴＦＴで駆動回路を内蔵することは極めて困難であった。
【００１１】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その第１の目的とするところは、大きな粒径の多結晶Ｓｉ薄膜を高い生産性で製造できる多結晶半導体薄膜の製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本願発明は、絶縁基板上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、透明板上にエネルギービームを遮蔽する円形状パターンを繰り返したパターンが形成されたマスクを介して、前記エネルギービームを前記非晶質半導体薄膜に照射する照射工程とを備え、当該照射工程を複数回行い、各照射工程において用いるマスクの円形状パターンの大きさを前記照射工程の回数の増加とともに順次大きくするとともに当該円形状パターンの中心を合わせて前記各照射工程を行い、前記各照射工程ごとに前記非晶質半導体薄膜を溶融させて前記各円形状パターンに対応して再結晶化させることにより順次粒径を拡大させることを特徴とする多結晶半導体薄膜の製造方法を提供するものである。
【００１３】
また、本願発明は、絶縁基板上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、透明板上にエネルギービームを遮蔽する矩形パターンを繰り返したパターンが形成されたマスクを介して、前記エネルギービームを前記非晶質半導体薄膜に照射する照射工程とを備え、当該照射工程を複数回行い、各照射工程において用いるマスクの矩形パターンの大きさを前記照射工程の回数の増加とともに順次大きくするとともに当該矩形パターンの中心を合わせて前記各照射工程を行い、前記各照射工程ごとに前記非晶質半導体薄膜を溶融させて前記各矩形パターンに対応して再結晶化させることにより順次粒径を拡大させることを特徴とする多結晶半導体薄膜の製造方法を提供するものである。
【００１４】
また、本願発明は、絶縁基板上に非晶質半導体薄膜を形成する工程と、透明板上にエネルギービームを遮蔽するストライプ状パターンを繰り返したパターンが形成されたマスクを介して、前記エネルギービームを前記非晶質半導体薄膜に照射する照射工程と、前記エネルギービーム照射位置を移動させる移動工程とを具備し、前記マスクの前記パターンは複数領域に分割され、かつ当該複数領域のうち隣り合う領域間で当該領域に含まれる前記ストライプ状パターンの方向が互いに斜めに交差しており、前記移動工程では前記マスクの前記複数領域のピッチに対応したピッチで前記エネルギービーム照射位置を移動させ、前記照射工程及び前記移動工程を繰り返し、前記各照射工程ごとに前記非晶質半導体薄膜を溶融再結晶化させて、前記マスクで前記エネルギービームが遮蔽された領域の中心から結晶化を始めさせることにより順次結晶粒の幅を拡大させることを特徴とする多結晶半導体薄膜の製造方法を提供するものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、エキシマレーザーアニールにより多結晶Ｓｉ薄膜を形成する方法において、Ｓｉ薄膜を照射するレーザービームの光路中に、繰り返しパターンを形成したマスクを挿入し、マスクパターンイメージでＳｉ表面にレーザー照射を行うと同時に、レーザー照射と同期して基板を所定のピッチで送ることにより、高速でかつ大粒径を得るものである。マスクの繰り返しパターンピッチおよび基板の送りピッチは複数の組み合わせが可能で、それぞれ目的とするＴＦＴ特性に対応した多結晶の粒径サイズに応じて選択できる。
【００２８】
上述した構成によって、基板内で同時に多数箇所でマスクパターンに応じた結晶核を形成し、さらに粒径を拡大することも可能である。レーザービーム照射領域で同時に核発生と結晶化が制御できるため高い生産性を有し、かつ高性能なＴＦＴが得られ、高速動作可能な駆動回路が実現できる。さらに、欠陥の減少により、ＴＦＴのＶthも均一となり、動作電圧の低減や、高性能なアナログ回路、ディジタル・アナログコンバータなどが実現できる。このため、従来の小型液晶表示装置のみならず、大型・高精細液晶表示装置も実現でき、さらに低電力化、狭額縁化が実現できる。
【００２９】
【実施例】
（参考例１）図１は、多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法の参考例１を示す図である。図１においてステージ６上に、大きさ３００×４００ｍｍ、厚さ１．１ｍｍのガラス基板１を設置し、基板１上の厚さ５０ｎｍの非晶質Ｓｉ薄膜３にＸｅＣｌレーザービーム５をマスク１３を介して照射する。基板ステージ６は図中に示された方向にピッチＳｐで送られ、Ｓｉのアニール領域４は順次移動する。ここで、ビーム幅ＷELA は０．５ｍｍ、長さ（紙面の奥行方向）１００ｍｍである。基板の送りピッチは５０μｍであり、Ｓｉ薄膜はレーザー照射を１０回受ける。マスク１３は基板の上方向０．５ｍｍの位置に設置され、レーザービーム５とともに固定されている。ビームは基板端で折り返し別の非照射領域を照射する。レーザーは３００Ｈｚで発振しており、１照射毎に基板がピッチＳｐで送られるので、基板全面を処理する時間はわずか８０秒である。これに対して、図１４で説明した方法では、同一の基板を全面処理するのに約５０００秒を必要としたことから、本参考例が量産性に適していることが分かった。
【００３０】
図２はマスク１３のパターンを示すものであり、石英基板上にＣｒ膜でストライプ状のパターン２２が形成されている。パターン２２（ビーム不透過領域）の幅ＷB は１．５μｍ、透過領域２１の幅ＷL は１μｍである。レーザービーム５はストライプパターンと平行の方向で照射した。図２に得られた多結晶Ｓｉの粒径をマスクパターンとの関係で示してある。ストライプパターンの方向と垂直の方向に長さ１．２- １．３μｍ、平行の方向に０．３μｍの大きさの結晶粒が得られた。
【００３１】
このように大きな粒径がえられたのは、レーザービーム照射時にＳｉ薄膜面内で温度が不均一となり、溶融Ｓｉ層の温度の低い部分４３から結晶化が始まり、結晶が温度の高い領域４４に伸びたためであると解釈できる。図３に示すようにマスクでビームが遮蔽された領域の中心４３が最も温度が低く、この部分も溶融状態に成る程度のエネルギーを照射することにより固化を領域４３からはじめることができる。
【００３２】
ストライプパターンＷB の大きさはあまり大きいと中央部４３が溶融しないので３μｍ程度以下がよい。また、透過部ＷL の大きさは、広すぎると中央部で結晶化が独立に始まるので３μｍ程度以下がよい。レーザー照射回数は本参考例では１０回としたが、回数が多い程均一性を向上できるため、処理時間が許せる限り多いほうがよい。このほか、多数回照射した場合、マスク欠陥の影響を軽減する効果がある。
【００３３】
また、本参考例では基板直上にマスクを配置するいわゆるプロキシミティ方式で行ったが、マスクと基板間に投影光学系を挿入して行っても良い。この場合は、縮小投影も可能なため、微細パターンを用いる本参考例では制御性がさらに上がる。また、マスク欠陥などに対しても信頼性が向上する。図４は本参考例で作成した多結晶Ｓｉ薄膜を用いてＴＦＴを試作し、その移動度を評価したものである。ＴＦＴのチャンネル長は１０μｍ、幅は３μｍである。アニール時のレーザーマスクパターンとＴＦＴの電流の流れる方向で特性が異なる。図４中の４０は、図５に示す如くＴＦＴの電流方向が結晶粒の長手方向と平行の場合（１２ストライプパターンの方向は結晶の形状を示す）であり、４１は垂直にＴＦＴを配置した結果である。４２は比較のため、マスクを用いず従来法でレーザーアニールして多結晶Ｓｉを形成した場合である。マスクの透過領域はＷL の増大とともに特性が低下するが、これは、チャンネル中含まれる結晶粒が多くなること、マスクエッジ以外の結晶粒は０.3μｍ程と小さいためである。結晶粒の長手方向が電流路と成るように配置した場合は当然電流路に存在する粒界の数が少ないため特性がよくなるものと解釈される。いずれも、従来法よりはＴＦＴ特性が改善されている。しかし、本参考例では、ＴＦＴの電流路はストライプパターンと垂直の方向が望ましい。
【００３４】
（参考例２）以下の実施例は、参考例１と異なる部分を中心に説明することとし、同一部分は同一番号を付し、その詳しい説明を省略する。
【００３５】
図６は、多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法の参考例２を示す図である。本参考例ではレーザービームのマスク１３を２つの領域６１、６２に分け、領域６２ではパターンなし（全面透過）、領域６１にはストライプパターンを形成して置く。レーザービームの短尺方向の幅ＷELA が２つの領域を同時に照射するような配置でＳｉ薄膜にレーザー照射を行う。領域６１では参考例１と同様な結晶化が行えるが、領域６２では従来と同じ照射法となり、結晶粒の拡大は望めない。しかし、基板のスキャン方向を図中に示す方向（Ｓｐ→）とする事により、非晶質Ｓｉにはまず領域６２のビームが照射され、小さな粒径の結晶化が行われる。しかる後に、ストライプパターンにより、大きな粒径が得られる。ストライプパターンで粒径成長を行う場合、あらかじめＳｉ薄膜を多結晶化しておくことにより、安定に粒径拡大が行えるようになる。即ち、照射回数を少なくしても大きな粒径が得られる。これは、スキャンピッチを大きくできるため、処理時間の短縮が図れる。本参考例では、参考例１と同じパターンを領域６１を用いて、送りピッチを１００μｍ（ビーム幅５００μｍ、領域６１は３００μｍ、領域６２は２００μｍ）としても良好な結晶を得ることができた。同じ大きさの基板で処理時間は、４０秒であった。
【００３６】
このような処理は参考例１の場合で、あらかじめマスクなしで全面をレーザーアニールにより多結晶化して、しかる後マスク照射アニールを実施しても良い。本参考例では、１回の処理で多結晶化と粒径拡大結晶化が行える。その他の効果は参考例１と同様であった。
【００３７】
（実施例１）図７は、本発明による多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法の実施例１を示す図である。本実施例では、レーザービームのマスク１３をピッチＭｐの複数領域７０，７１，７２，７３，．．で構成する。領域７０はパターンなしの透過領域、領域７１、７２、．．はＷB ＝２μｍ、ＷL ＝２μｍのストライプパターンとし、領域７２は領域７１のストライプパターンを角度θ傾けたパターンとする。照射条件は、レーザー発振周波数３００Ｈｚ、ビーム幅８００μｍ×１００ｍｍ、基板送りピッチＳｐは１６０μｍとする。マスクのパターンピッチＭｐは１６０μｍで、ビーム幅を５分割した。最初の２領域は領域７０のパターンなし領域、そして、７１、７２（θ＝４５度）、７３のパターンが続く。照射と基板送りのタイミングは、５回照射した後基板を１６０μｍ送る。従って、Ｓｉ薄膜は、各パターンでそれぞれ５回照射され、５種類のパターン領域で照射されるため、総数２５回の照射となる。
【００３８】
この場合得られた多結晶Ｓｉの粒径状態を図８に示す。パターン７０では図に示していないが粒径０．３μｍの多結晶Ｓｉとなった。領域７１では長さ２μｍ、幅０．３μｍの粒径となった。パターン７２の領域では、スキャン方向と４５度の方向に長さ２μｍ、幅０．４５μｍの結晶粒となり、最後の領域７３ではスキャン方向に長さ２μｍ幅０．６μｍの結晶粒が得られた。３００×４００ｍｍ基板全面を処理するのに要した時間は１２５秒であった。
【００３９】
この粒径拡大は、図中に示すように、パターン７２ではパターン７１の粒径幅８２を結晶核として結晶が成長したためと考えられる。ここで、８１は領域７１での結晶粒の短手方向、８３は領域７３での結晶粒の短手方向である。
領域７２のパターンの傾きは、本実施例では４５度としたが、θが小さいほど結晶粒幅の拡大は大きくなるが、同時に粒幅の小さい結晶粒も発生する頻度が多くなるため、０〜６０度の範囲が望ましい。
【００４０】
（実施例２）図９は、本発明による多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法の実施例２を示す図である。本実施例ではレーザービームマスク１３をピッチＭｐの複数ブロックに分割してある。領域９０はパターンなし、領域９１は直径Ｃ１の円パターンが基板スキャン方向にピッチdp1 で、その垂直方向にピッチdp2 で配置されている。領域９２、９３、．．．では配置ピッチは領域９１同じであるが円パターンの直径がそれぞれ、Ｃ２、Ｃ３、．．．となっている。マスクは５対１の縮小露光で基板Ｓｉ面に照射されるように配置されている。本実施例では、照射面（Ｓｉ表面）の寸法で換算すると、Ｍｐは５００μｍ、dp1,dp2 は１０μｍ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，．．．の直径はそれぞれ、１μｍ、２μｍ、３μｍ、．．．となり、最終パターンは領域９７に示すようなパターンである。照射面でのレーザービームの大きさは、長さ２０ｍｍ，幅７ｍｍである。レーザー照射条件は、発振周波数３００ＨＺ、基板送りピッチは５００μｍで、基板送りは照射５回後に行う。また、基板送りと同時に、核領域の円パターンの中心が一致する様位置合わせを行う。精度は±０．３μｍで行った。
【００４１】
図１０は各領域の照射後の多結晶Ｓｉの粒径状態を示す平面図である。領域９０は図示されていないが、大きさ０．３μｍの粒径となっている。領域９１では直径１．５μｍの大きな粒径１０１がマスクパターンに対応して形成され、それ以外は、大きさ０．３μｍの小さな粒径の結晶１００がランダムに形成される。領域９２では、領域９１で形成された大きな粒径の結晶粒１０２がさらに拡大し直径２．５μｍに成長し、それ以外の領域は小さな粒径お結晶粒１００が存在する。領域９３では大きな粒径１０３が形成される。このように、順次粒径が拡大し、最終の領域９９では長さ１０μｍの正方形に近い結晶粒１０９が１０μｍピッチで形成される。
【００４２】
３００×４００ｍｍ基板を処理するのに要する時間は２００秒であった。本実施例では、パターンの縮小照射を行っているが、等倍パターンでプロキシミティ照射を行っても良い。ただし、パターンの精度が落ちること、欠陥などによる、初期核形成が良好に行われない場合もあるため、領域９１は複数ブロック設けたほうがよい。本方式では、パターンの高精度合わせが必要となるが、任意の大きさの結晶粒を形成する事が可能となる。また、パターンは円形状に限らず、矩形でもよい。照射回数および、各領域のパターンの大きさはレーザー出力の安定性、結晶粒の均一性などから決めれば良く本実施例に限定されるものではない。
【００４３】
（参考例３）図１１は、多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法の参考例３を示す図である。
【００４４】
本参考例で用いるマスク１３のパターンを遮光領域幅ＷB ，透過光領域ＷL のストライプパターンである（図１１（ａ））。参考例では、ＷB を５μｍ、ＷLを１μｍとした。本参考例では、レーザービームの３回照射ごとに基板のピッチSp1 を０．５μｍずつ送る。レーザービーム幅ＷELA は長さ１００ｍｍ、幅５００μｍであり、レーザービーム幅に対応した長さにわたって前記ストライプパターンが繰り返されている。基板の送り長さがパターンＷB 、即ち５μｍを越えた場合は、基板をレーザービーム幅５００μｍ送る（Ｓp2）。なお、基板はあらかじめ従来の方法で小さな結晶粒を形成しておくことが望ましい。本参考例では、基板（３００×４００ｍｍ）前面を処理するのに要する時間は２４０秒であった。
【００４５】
図１１（ａ）のマスクによって得られた結晶粒の平面図を図１１（ｂ）に示す。長さ７μｍ、幅０．３μｍの結晶粒１１が得られた。なお、本参考例では、図１１（ｃ）に示すごとくＴＦＴ１１２のチャンネル方向（電流の流れる方向）を基板送りの方向とする事により、これと垂直方向に配置されたＴＦＴに比べ２倍の移動度２５０（ｃｍ２／Ｊｓ）を得た。この際のＴＦＴのチャネル長は５μｍ、幅は３μｍとした。
【００４６】
（参考例４）図１２は、本発明による多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法の参考例４を示す図である。
【００４７】
本参考例のマスクパターン１３は図１２（ａ）に示すように、レーザー光の透過するストライプパターンをジグザグ状に形成したものである。光の透過する領域の幅Ｗｌは３μｍ、不透過領域幅は１０μｍ、ジグザグのピッチＹは６μｍ、また、パターンの基板スキャン方向となす角度θ1 、θ2 はともに４５度とした。レーザービームの大きさは長さ１００ｍｍ，幅ＷELA ５００μｍで、マスクパターンはビーム幅と同じ５００μｍにわたって繰り返し形成されている。レーザー照射方法は、３回照射した後、基板ピッチＳp1を０．８μｍでスキャンする方法で、基板のトータル送り距離が（Ｗｂ＋Ｙ）となるまで繰り返す。本参考例では、Ｓｐ１による送りが（１０＋６）＝１６μｍまで繰り返す。即ち、送り回数は２０回である。この間の照射回数は２０×３＝６０照射である。しかる後、マスクパターン幅５００μｍの基板送り（Ｓｐ２）を行い、同様な照射を繰り返す。レーザー発振は３００Ｈｚであり、３００×４００ｍｍ基板の全面処理に要する時間は、１６０秒であった。
【００４８】
本参考例で得られる結晶粒の形状を示したのが図１２（ｂ）〜（ｄ）である。図１２（ｂ）は最初の照射で得られる結晶粒の形状を示すもので、ジグザグの頂点では約２μｍの角の取れた矩形状の粒径１２３ａが得られ、他はマスクパターンに沿って長さ２μｍ幅０．３μｍの細長い粒径１２２が得られる。この状態で最初の基板送りを行いレーザー照射した場合は、図１２(b) の１２３ｂに示す位置まで各結晶粒が成長するが、頂点の粒径は１２２の位置の結晶核から成長を続け、かつ矩形に近い形状で成長する。図１２（ｃ）はさらに結晶が成長した状態を示すが、１２２からスタート結晶成長により大きな粒径に変化する。最終状態を示したのが図１２（ｄ）であり、幅（ｄ）１３μｍ、長さＹ（６μｍ）のクの字型の粒径が得られる。本参考例ではθを４５度としたが、これに限定されるものではない。ただし、０および９０度に近づくにつれ、スキャンＳｐ１のトータル送り距離が長くなる。このため、実用的にはθは２０〜７０度の範囲が望ましい。
【００４９】
（参考例５）図１３は、多結晶Ｓｉ薄膜の形成方法の参考例５を示す図である。本参考例では、照射レーザービームのマスクとして、Ｓｉ薄膜表面に形成した酸化膜を用いている。図１３（ａ）に示すように、ガラス基板上の膜厚５０ｎｍの非晶質Ｓｉ薄膜上に膜厚１００ｎｍの酸化膜を成膜する。しかるのち、酸化膜１３２を幅Ｗａ、酸化膜パターンスペース１３１を幅Ｗｓでパターニング・加工する。酸化膜自体はエキシマレーザー光（本実施例ではＸｅＣｌレーザー）を透過する。本参考例では、Ｓｉ薄膜に吸収されたエネルギーの熱放散状態が酸化膜パターンの有無により異なり、酸化膜で覆われた領域のＳｉ薄膜の熱伝導が高いため、より温度の低下が速くなることを利用してＳｉ薄膜平面内での温度勾配を実現している（図１３（ｂ））。
【００５０】
この参考例では、酸化膜幅Ｗａを１．５μｍ、酸化膜パターンのスペースを１μｍとし、３００×４００ｍｍ基板全面に形成した。レーザービームは、長さ２００ｍｍ，幅ＷELA ３００μｍである。レーザーは３００Ｈｚで発振させ、各レーザー照射ごとに基板をピッチＳｐで送る。Ｓｐは１５μｍである。基板前面を処理するのに要した時間は１３０秒である。
【００５１】
この時得られた粒径状態を図１３（ｃ）に示すが、粒径は基板のスキャン方向に１〜１．５μｍ、粒径幅０．３μｍであった。酸化膜１３１はレーザーアニール処理後にエッチング除去すればよい。粒径の均一性を確保するためには、実施例１と同じく、Ｗａ，Ｗｓは３μｍ以下にするのが望ましいが、ＴＦＴのチャンネル領域の一部でも大きな粒径の結晶が存在することにより、ＴＦＴ特性を改善できるので１０μｍ程度以下のＷａ，Ｗｓであれば効果が認められる。特に、酸化膜はレーザー光を透過するため、酸化膜下のＳｉも溶融結晶化させることができ、酸化膜幅Ｗｓを特に微細にする必要はない。ただし、ＴＦＴのチャンネル方向はストライプパターンと垂直の方向に設置する事が望ましい。ＴＦＴのチャンネル方向は一般的に、基板の長手方向に平行もしくは垂直に形成され、かつ一方向に設定することは実用状は困難である。この場合は、ストライプパターンの方向を基板の長手方向から角度θ傾けておけば、いずれの方向に配置されたＴＦＴでも均等な特性が得られる。θとしては、実用上３０〜６０度の範囲であればＴＦＴの方向による特性の異方性の問題はない。
【００５２】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。例えば、長尺レーザービームである必然性はなく、矩形ビームを用いても良い。なお、実施例では記載していないが、照射雰囲気は真空でも窒素あるいは空気雰囲気でもよい。また、ガラス基板は加熱する必要性はないが、基板加熱を行うことにより結晶化の時間を長くする事ができ結晶粒の大きさを改善するのに有効である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、大きな結晶粒の多結晶Ｓｉ薄膜を生産性を向上しつつ形成することができる。このため、ＴＦＴの特性向上および均一化が実現でき、駆動回路一体型の液晶表示装置に応用した場合は、より高速な駆動回路を比較的少ない並列数で実現でき、額縁領域のより小さな装置を実現できる。さらに、ＴＦＴのしきい値電圧のバラツキも減り、小さな値を実現できるため、駆動電圧の低減化が可能となり、より消費電力の小さな液晶表示装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の参考例１を示す図。
【図２】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の参考例１を示す図。
【図３】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の参考例１を示す図。
【図４】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の参考例１を示す図。
【図５】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の参考例２を示す図。
【図６】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の参考例２を示す図。
【図７】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の実施例１を示す図。
【図８】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の実施例１を示す図。
【図９】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の実施例２を示す図。
【図１０】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の実施例２を示す図。
【図１１】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の参考例３を示す図。
【図１２】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の参考例４を示す図。
【図１３】  本発明による多結晶Ｓｉ薄膜形成方法の参考例５を示す図。
【図１４】  従来の多結晶Ｓｉ薄膜形成方法を示す図。
【図１５】  従来の多結晶Ｓｉ薄膜形成方法を示す図。
【図１６】  従来の多結晶Ｓｉ薄膜形成方法を示す図。
【符号の説明】
１．ガラス基板、２．多結晶Ｓｉ薄膜、  ３．非晶質Ｓｉ薄膜、  ４．レーザービーム照射面、  ５、レーザービーム、  ６．基板ステージ、  ７．光学形、８．ビームホモジナイザー、  ９．エキシマレーザー、１１．結晶粒、  １２．粒界、  １３、マスク、３５．３６．多結晶ＳｉＴＦＴ、  ３１．多結晶Ｓｉパターン、  ３２．ゲート電極、  ３３．ソース電極、  ３４．ドレイン電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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