(57)【要約】【課題】非晶質の半導体薄膜に欠陥を生じさせることなく結晶化することが可能であると共に、工程の簡略化を図ることが可能な薄膜半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】水素を含有する非晶質の半導体薄膜５にレーザ光Ｌｈを照射することにより半導体薄膜５を結晶化するアニール工程を備えた薄膜半導体装置の製造方法において、アニール工程では、半導体薄膜５に対して所定速度ｖｔで照射位置を移動させながら半導体薄膜５にレーザ光を連続照射することにより、半導体薄膜５中において水素ガスを膨張させることなくレーザ光Ｌｈの照射部から余剰水素を除去する。【選択図】図１
2006100661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質の半導体薄膜にレーザ光を照射することにより当該半導体薄膜を結晶化するアニール工程を備えた薄膜半導体装置の製造方法において、
前記アニール工程では、前記半導体薄膜に対して所定速度で照射位置を移動させながら当該半導体薄膜にレーザ光を連続照射することにより、当該半導体薄膜中において水素イオンをガス化膨張させることなく当該レーザ光の照射部から余剰水素を除去する
ことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法において、
前記アニール工程では、前記レーザ光の照射位置の移動にともなって前記半導体薄膜中において前記余剰水素を移動させ、当該半導体薄膜中における当該レーザ光の照射終了端に当該余剰水素を析出させる
ことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法において、
前記アニール工程では、波長３５０ｎｍ〜４７０ｎｍのレーザ光を用いる
ことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法において、
前記アニール工程では、ＧａＮ系化合物の半導体レーザ発振器から発振される前記レーザ光を前記半導体薄膜に対して照射する
ことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法において、
前記アニール工程では、前記半導体薄膜の選択領域のみに前記レーザ光を連続照射する
ことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の薄膜半導体装置の製造方法において、
前記半導体薄膜は、前記選択領域を含む形状にパターン形成されている
ことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５記載の薄膜半導体装置の製造方法において、
前記アニール工程では、前記半導体薄膜に設定された複数の前記選択領域に対して前記レーザ光を同時に多点照射する
ことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法において、
前記アニール工程では、前記半導体薄膜に対する前記レーザ光の照射位置の移動速度を０．１ｍ／秒〜１０ｍ／秒に設定する
ことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法において、
前記アニール工程では、前記半導体薄膜に対して照射スポット径が１０μｍを越えない範囲の照射面積を有する前記レーザ光が照射される
ことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１記載の薄膜半導体装置の製造方法において、
前記半導体薄膜がプラスチック基板上に設けられている
ことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜半導体装置の製造方法に関し、特には半導体薄膜の結晶化のためのアニール工程を有する薄膜半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置のようなフラット型表示装置においては、複数画素のアクティブマトリックス表示を行うためのスイッチング素子として、薄膜トランジスタ（thin film transistor：ＴＦＴ）が用いられている。薄膜トランジスタには、多結晶シリコン（poly-Si）あるいは微結晶シリコン（μc-Si）など活性領域に用いたＴＦＴ（多結晶シリコンＴＦＴ）と、非晶質シリコン（アモルファスＳｉ）を活性領域に用いたＴＦＴ（非晶質シリコンＴＦＴ）とがある。このうち、多結晶シリコンＴＦＴは、非晶質シリコンＴＦＴと比較してキャリアの移動度が１０倍から１００倍程度大きいという特徴があり、スイッチング素子の構成材料として非常に優れた特性を有している。したがって、上述したフラット型表示装置において、表示画像の高精細化とともに、システムオンパネルと呼ばれる様なディスプレイ基板上に様々な機能や回路を持たせて高機能化を図るためには、スイッチング素子として多結晶シリコンＴＦＴを用いることが必須の技術となっている。
【０００３】
以上のような多結晶シリコンＴＦＴの製造技術として、おおむね６００℃以下の低温プロセスのみを用いる、いわゆる低温ポリシリコンプロセスが開発され、実用化されている。低温ポリシリコンプロセスを用いることにより、基板として石英、単結晶シリコンなどの高耐熱性ではあるが高価な基板を用いる必要がなくなり、抵コストで高精細なフラット型表示装置が実現されるのである。
【０００４】
ここで、低温ポリシリコンプロセスにおいては、先ず、熱分解ではなくプラズマ分解のＣＶＤ法によって半導体薄膜を成膜する。このようにして成膜された半導体薄膜には水素が含有されるため、次の工程では４５０℃以上の温度での数時間の加熱により、半導体薄膜中に含有された水素を放出する脱水素アニールを行う。その後、半導体薄膜の結晶化のためにエキシマレーザ光の照射による結晶化アニールを行う。この際、大型の基板に対しては、レーザ光の照射領域をずらしながらパルス照射することで、基板の全面において均一なエネルギーでのレーザ光の照射を行い結晶粒径の均一化を図っている（以上、下記特許文献１参照）。
【０００５】
以上のような低温ポリシリコンプロセスにおいては、レーザ光を用いた結晶化アニールを行う前に、脱水素アニールを行うことにより、結晶化アニールの際にレーザ光の照射によって膜中の水素がガス化して膜を破壊する現象(Hydrogen ablation：アブレーション)を起こすことを防止している。
【０００６】
またこの他にも、レーザ光の照射エネルギーを段階的に上げることで、脱水素アニールを兼ねた結晶化アニールを行う方法も報告されている。この場合、エキシマレーザ光を、１５０ｍＪ／ｃｍ2、３００ｍＪ／ｃｍ2、３７５ｍＪ／ｃｍ2の３段階の照射エネルギーでレーザ光を照射することで、水素の含有量をバックグラウンドのレベルにまで低下できたとしている（下記非特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４０５０６号公報（第２１段落参照）
【非特許文献１】P. Mei, et al; Appl. Phys. Lett.（米）１９９４年２月２８日、６４（９）p.1132〜p.1134
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、フラット型表示装置の製造においては、生産性向上のために、マザーガラスと呼ばれる大型基板に一気に素子を作りこんで作製するプロセスが用いられている。この場合大型のガラス基板は搬送が難しく、設備も大掛かりになってしまう問題点がある。このため、ガラス基板にかえて、取り扱いが容易なプラスチック基板を用いるプロセスが検討されている。特に、フレキシブルに屈曲するプラスチック基板を用いることで、ロール・ツー・ロールでのプロセスが可能となるため、設備費用の削減において大きなメリットが期待できる。
【０００９】
しかしながら、非特許文献１に示されるような低温ポリシリコンプロセスであっても、脱水素アニールのプロセスにおいては４５０℃以上の温度で数時間必要である。このため、このような低温ポリシリコンプロセスを適用したとしても、おおかたのプラスチック材料の耐熱温度を超えるため、プラスチック基板を用いたプロセスを実現することはできない。
【００１０】
また、非特許文献１に示されるプロセスにおいては、例示されているような３段階の照射エネルギーの調整では、半導体薄膜のアブレーションによる破壊が確認されている。したがって、このようなプロセスにおいてアニール処理の際のアブレーションを防止するには、さらに多段階に照射エネルギーを調整する必要があり、生産性を得ることができない。特に、アニール処理においては波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光を用いることが例示されているが、このような波長のレーザ光は半導体薄膜の表面層で急激に吸収される。このため、半導体薄膜のアブレーションを防止するには、さらに多段階で照射エネルギーを調整することは必須であり、現実的な生産性を確保することはできない。
【００１１】
そこで本発明は、非晶質の半導体薄膜を結晶化する工程を有する薄膜半導体装置の製造方法において、プロセス温度のさらなる低温下を図ることが可能であると共に、工程の簡略化を図ることが可能な薄膜半導体装置の製造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】
【００１２】
このような目的を達成するための本発明の薄膜半導体装置の製造方法は、水素を含有する非晶質の半導体薄膜にレーザ光を照射することにより当該半導体薄膜を結晶化するアニール工程を備えた薄膜半導体装置の製造方法であり、次のようにアニール工程を行うことを特徴としている。すなわち、アニール工程においては、半導体薄膜に対して所定速度で照射位置を移動させながらレーザ光を照射する。この際、レーザ光の照射は連続照射とする。これにより、半導体薄膜の結晶化と共に、当該半導体薄膜中において水素イオンをガス化膨張させることなく当該レーザ光の照射部から余剰水素を除去する。
【００１３】
このような製造方法によれば、半導体薄膜を結晶化するためのアニール工程で、半導体薄膜に対するレーザ光の照射位置を所定速度で移動させることにより、レーザ光の照射による半導体薄膜の発熱が基板にまで影響することを防止している。さらに、このアニール工程においては、半導体薄膜に対してレーザ光を連続照射しながら移動させる構成としている。これにより、レーザ光の照射部における余剰水素がレーザ光の移動に伴って移動する固液界面において固体側から液体側に拡散しながら半導体薄膜中を移動し続けることになるため、結晶化領域中から余剰水素が除去される。したがって、４５０℃以上の温度で数時間の脱水素アニール処理を、別工程で行う必要はない。
しかも、レーザ光の照射部からは余剰水素が除去されるものの、適量の水素が残存した状態となる。したがって、本アニール工程により、半導体薄膜における結晶化領域中の脱水素と水素化処理とが同時に行われる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明の薄膜半導体装置の製造方法によれば、レーザ光の照射による半導体薄膜の発熱が基板にまで影響することを防止しつつも、４５０℃以上の温度で数時間の脱水素アニール処理を別工程で行うことなく、半導体薄膜の結晶化のためのアニール工程において脱水素を同時に行うことが可能になる。これにより、結晶化した半導体薄膜を用いた高機能な薄膜半導体装置の基板として、さらに耐熱性の低い材料を用いることが可能になる。この結果、プラスチック基板を用いることが可能になり、例えばロール・ツー・ロールでの設備費用を抑えた量産プロセスを実現することができる。
また、上述した半導体薄膜の結晶化および脱水素と共に、水素化処理も同時に行われるため、結晶化した半導体薄膜を用いた薄膜半導体装置の製造プロセスの簡略化とこれにより生産性の向上を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、各実施形態においては、トップゲート型の多結晶シリコンＴＦＴを有する薄膜半導体装置を例示し、その製造方法から順に実施形態を説明する。
【００１６】
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の薄膜半導体装置の製造方法を示す断面工程図である。ここではこの図１に基づいて第１実施形態の製造方法を説明する。
【００１７】
先ず、図１（１）に示すように、薄膜半導体装置を形成する基板１を用意する。この基板１としては、非晶質基板のガラス、石英、サファイア基板、プラスチック基板、さらにはアルミニウムやステンレス等の金属基板等を用いる。そして、この基板１の一主面上に、当該基板１への熱伝導を防止するための絶縁性のバッファー層３を設ける。尚、基板１およびバッファー層３の詳細な構成については、別項目にて後述する。
【００１８】
次に、基板１の一主面側上に、バッファー層３を介して非晶質の半導体薄膜５を形成する。ここでは、成膜温度を低く抑えることが可能な成膜方法を採用することとし、例えば一般的なプラスチックの耐熱温度である２５０℃以下に成膜温度が抑えられる、ＰＥ−ＣＶＤ（plasma enhancement-chemical vapor deposition）法による非晶質シリコンからなる半導体薄膜５の形成を行う。
【００１９】
ＰＥ−ＣＶＤ法による半導体薄膜５の形成の一例を示す。
成膜ガスおよび流量：ＳｉＨ4（１０vol％）／Ｈ2＝５０ｓｃｃｍ、
成膜雰囲気内圧力  ：２００ｍＴｏｒｒ、
基板温度          ：１３０℃、
ＲＦパワー        ：２０Ｗ
成膜時間          ：６．５分
以上により、膜厚５０ｎｍの半導体薄膜５を成膜する。この半導体薄膜５は、多量の水素が含有されたいわゆる水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなる。
【００２０】
尚、半導体薄膜５の形成は、成膜温度を低く抑えられる方法であれば上述したＰＥ−ＣＶＤ法に限定されることはなく、塗布法によって行っても良い。この場合、ポリシラン化合物を溶媒に混ぜた混合物を、バッファー層３を介して基板１上に塗布成膜し、その後、乾燥、アニールを施すことにより半導体薄膜５を形成する。そして、先のＰＥ−ＣＶＤ法や、ここで示した塗布法などの成膜温度が低く抑えられた成膜方法では、いずれの場合にも成膜条件により多少の変動はあるが、０．５atoms％〜１５atoms％程度の水素を含有した水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなる半導体薄膜５が得られる。
【００２１】
以上のようにして半導体薄膜５を形成した後には、図１（２）に示すように、半導体薄膜５に設定した選択領域５ａにレーザ光Ｌｈを照射して結晶化するアニール工程を行う。
【００２２】
このアニール工程においては、半導体薄膜５に対するレーザ光Ｌｈの照射位置を、所定の移動速度ｖｔで移動させる。この際、レーザ光Ｌｈの照射は連続照射とする。これにより、レーザ光Ｌｈの照射部に結晶化領域Ａを形成する。またこれにより、半導体薄膜５中において水素イオンをガス化膨張させることなく、当該レーザ光Ｌｈの照射部、すなわち結晶化領域Ａから余剰水素を除去する。
【００２３】
ここで、半導体薄膜５に対するレーザ光Ｌｈの連続照射とは、レーザ光Ｌｈの移動に際して休止無く完全に連続である場合と共に、レーザ光Ｌｈの照射によって溶融した半導体薄膜５部分の凝固が完全に完了しない程度の休止が入る場合を含むこととする。このため、このような条件を満たせば、照射時間よりも短い休止時間が入る場合も連続照射に含まれ、一例として半導体薄膜５部分への１００ｎｓの照射時間に対して１０〜２０ｎｓ程度の休止が入る場合も連続照射に含むこととする。尚、照射時間に対する休止時間は、半導体薄膜の材質および膜厚、レーザ光Ｌｈのエネルギー密度、等によって適宜設計される。このような休止時間を入れることにより、レーザ光Ｌｈ照射による基板１への熱的影響を抑えることができる。尚、エキシマレーザ光は完全なパルス波であり、３００Ｈｚ程度のパルス波であれば、２５ｎｓの照射時間に対して３３００ｎｓ程度の休止が入ることになる。このため、エキシマレーザ光では、レーザ光Ｌｈの照射によって溶融した半導体薄膜５部分の凝固が完全した状態で次のパルス照射が行われることになるため、上述したいわゆる「連続照射」を行うことはできない。
【００２４】
また、半導体薄膜５に照射するレーザ光Ｌｈの波長は、半導体薄膜５の膜厚とその吸収係数に基づき、半導体薄膜５の表面層のみで吸収されずに深さ方向全域にわたって吸収される程度に、比較的吸収係数が小さくなる波長が選択される。すなわち、厚さ５０ｎｍの非晶質シリコンからなる半導体薄膜５を例にとると、波長３５０ｎｍ〜４７０ｎｍのレーザ光Ｌｈが好ましく用いられる。これにより、半導体薄膜５の表面層のみでレーザ光Ｌｈが吸収されて急激に昇温し、膜中に含まれる水素の膨張により半導体薄膜５が破壊されるアブレーションを防止する。
【００２５】
このような波長のレーザ光Ｌｈの発振源としては、例えばＧａＮ系の化合物半導体レーザ発振器、さらにはＹＡＧレーザ発振器が用いられる。
【００２６】
また、半導体薄膜５に対するレーザ光Ｌｈの照射位置の移動速度ｖｔは、レーザ光Ｌｈの照射によって加熱された半導体薄膜５の熱が基板１に影響を及ぼすことなく放熱されて半導体薄膜５が結晶化する程度に設定される。このため、半導体薄膜５の移動速度ｖｔは、レーザ光Ｌｈの照射エネルギーを考慮した値に設定され、例えば上述した例においてレーザ光のエネルギーが１Ｊ／ｃｍ2程度である場合、半導体薄膜５に対するレーザ光Ｌｈの照射位置の移動速度ｖｔを０．１ｍ／秒〜１０ｍ／秒に設定する。
【００２７】
尚、半導体薄膜５に対するレーザ光Ｌｈの照射位置の移動は相対的でよく、固定されたレーザ光Ｌｈの照射位置に対して半導体薄膜５が形成された基板１側を移動させても良いし、固定された基板１に対してレーザ光Ｌｈの照射位置を移動させても良い。また、基板１とレーザ光Ｌｈの照射位置との両方を移動させても良い。
【００２８】
そして、半導体薄膜５に対するレーザ光Ｌｈの照射スポット径は、溶融した半導体材料の冷却過程における核の生成確率から決められる。すなわち、レーザ光Ｌｈの照射によって溶融した半導体材料部分においては、レーザ光Ｌｈの照射位置の移動によって照射位置がずれた部分から順次冷却が開始される。そして、同時に冷却が開始された位置で、最も速く結晶の核が形成された部分から結晶が成長する。したがって、このときの核生成確率が１event／sec程度であれば、冷却開始部分においては単一の結晶が形成されることになり、より大きな結晶粒径の多結晶が得られることになる。
【００２９】
このため、上述した例においては、半導体薄膜５に対するレーザ光Ｌｈの照射スポット径を１０μｍを越えない範囲とすることで、核生成確率を１event／sec程度に抑えることが好ましい。尚、生産性を考慮すると、照射スポット径はできるだけ大きいことが好まし。このことからすれば、照射スポット径は１０μｍを越えない範囲でできるだけ大きい値に設定されることとし、生産性を考慮した現実的なスポット径の下限は、１ｎｍ程度となる。
【００３０】
また、照射スポット径が、各選択領域５ａにおける結晶化領域Ａの幅に達しない場合には、選択領域５ａに対して複数列のレーザ光Ｌｈ照射を行うこととする。
【００３１】
またさらに以上のようなレーザ光Ｌｈは、半導体薄膜５に対して連続照射されるが、これにより、レーザ光Ｌｈの照射部における余剰水素がレーザ光Ｌｈの移動に伴って発生し移動する固液界面において固体側から液体側に拡散しながら半導体薄膜５ａ中を移動し続け、結晶化領域Ａ中から余剰水素が除去されることになる。そして、結晶化領域Ａの端部に余剰水素ｂを析出させる。尚、余剰水素ｂはボイドの状態で析出する。
【００３２】
以上のような半導体薄膜５に対するレーザ光Ｌｈの照射は、半導体薄膜５において結晶化の必要がある選択領域５ａのみに対して選択的に行われることとする。これにより、選択領域５ａへのレーザ光Ｌｈの照射による半導体薄膜５の部分的な発熱がその周囲に放熱され、基板１に対して発熱の影響を及ぼすことを防止する。
【００３３】
ここで結晶化の必要がある領域（選択領域５ａ）とは、この半導体薄膜５を用いてトランジスタや抵抗さらには容量などの素子が形成される領域や、この半導体薄膜５を用いて配線が形成される領域であり、低抵抗化が必要な領域であることとする。
【００３４】
また以上のような半導体薄膜５に対するレーザ光Ｌｈの照射は、複数の選択領域５ａに対して同時に行う様にすることが好ましい。つまり、図２の平面図に示すように、基板１上に設定配列された複数の選択領域５ａに対してレーザ光Ｌｈを同時に多点照射することにより複数の結晶化領域Ａを同時に形成することが、生産性を考慮した場合には好ましい方法である。
【００３５】
このようなレーザ光Ｌｈの多点照射を実現するためには、レーザ光Ｌｈの発振源として半導体レーザ発振器が好適に用いられる。半導体レーザ発振器は、エキシマレーザやＹＡＧレーザなどの他のレーザ発振器と比較して非常に小型であるため、１つの装置内に複数配置が可能であり、かつ連続照射で定格４０ｍＷ以上、好ましくは６０ｍＷ以上の出力が可能である。尚、このような半導体レーザ発振器を用いたレーザ装置の構成は、別項目にて後述する。
【００３６】
そして以上のようなアニール工程により、図１（３）に示すように、半導体薄膜５の選択領域５ａを結晶化した結晶化領域Ａを形成すると共に、結晶化領域Ａ中の余剰水素を除去する脱水素を行う。またこのアニール工程では、レーザ光Ｌｈの照射位置の移動にともなって半導体薄膜５中において余剰水素を移動させ、半導体薄膜５中におけるレーザ光Ｌｈの照射終了端、すなわち結晶化領域Ａの端部に余剰水素ｂをボイドの状態で析出させる。
【００３７】
以上のようにレーザ光Ｌｈを所定速度で移動させた連続照射では、図３の平面図に示すように、結晶化領域Ａに半導体材料の結晶粒ａが形成される。すなわち、結晶化領域Ａにおいては、図中矢印で示すレーザ光Ｌｈの移動方向に凸となる三日月形の結晶粒ａが、レーザ光Ｌｈの移動方向に沿って配列される。尚、図３においては、レーザ光Ｌｈ照射の２列分を図示している。
【００３８】
ここで、ＰＥ−ＣＶＤ法で成膜した膜厚５０ｎｍの半導体薄膜５ａ（ａ−Ｓｉ：Ｈ）に対して、移動速度ｖｔ＝８．２ｍ／秒で１Ｊ／ｃｍ2相当のエネルギーでレーザ光Ｌｈを照射したところ、幅８００ｎｍ×移動方向長さ１００ｎｍ程度の三日月状の結晶粒ａが並んだ多結晶膜が得られることが確認された。またレーザ光の照射終了端には、半導体薄膜５ａの結晶領域Ａの端部に余剰水素ｂがボイド状に析出した欠陥が見られた。またレーザ光Ｌｈの照射開始端にもレーザ光の移動と反対方向に凝固が進んだ領域に部分的に同様の欠陥が見られた。
【００３９】
以上のようなアニール工程を終了した後、図１（４）に示すように、半導体薄膜５が形成された基板１の上部にゲート絶縁膜７を形成する。このゲート絶縁膜７は、酸化シリコンからなるもので良く、通常のＰＥ−ＣＶＤによる公知の方法で成膜可能であり、この他にも塗布型の絶縁層として公知のＳＯＧ等の成膜を行っても良い。
【００４０】
次に、半導体薄膜５に形成した結晶化領域Ａの中央部を横切る形状のゲート電極９を、ゲート絶縁膜７上に形成する。ここでは、先ず、スパッタ法または蒸着法により、例えばアルミニウムからなる電極材料層を成膜し、次にリソグラフィー法によってこの電極材料層上にレジストパターンを形成する。その後、このレジストパターンをマスクに用いて電極材料層をエッチングすることにより、ゲート電極９をパターン形成する。尚、ゲート電極９の形成は、このような手順に限定されることはなく、例えば金属微粒子を塗布して印刷する手法であっても良い。
【００４１】
その後、ゲート電極９をマスクに用いてゲート絶縁膜７をパターンエッチングし、ゲート電極９の両脇に結晶化領域Ａを露出させる。
【００４２】
次に、図４（５）に示すように、半導体薄膜５を、その結晶化領域Ａを残して所定形状にパターンエッチングする。この場合、図示したように、結晶化領域Ａの端部に析出させた余剰水素（ｂ）をエッチングによって除去しても良く、また余剰水素（ｂ）を結晶化領域Ａの端部に残しても良い。
【００４３】
次いで、図４（６）に示すように、結晶化領域Ａを含む形状にパターニングされた半導体薄膜５に、ゲート電極９をマスクとして自己整合的に不純物が導入されたソース・ドレイン１１を形成する。ここでは、イオンインプラ、プラズマドーピング等公知の手法を用いることができる。またこの他にも、市販の塗布型のドーパント溶液を用いて方法や、ＬＩＭＰＩＤ（Laser-induced Melting of Predeposited Impurity Doping）法を適用しても良い。
【００４４】
例えば、ＬＩＭＰＩＤ法を適用した不純物導入を行う場合には、先ず、不純物を含むドーピングガスのプラズマに半導体薄膜５を曝す。この際、例えばＰＥ−ＣＶＤ装置中にドーピングガスとしてＰＨ3（０．５vol％）／Ｈ2：２０ｓｃｃｍを流し、処理雰囲気内の圧力を４７５ｍＴｏｒｒ、基板温度を１５０℃、ＲＦパワーを２０Ｗに設定し、照射時間３分の処理を施す。これにより、ゲート電極９をマスクとして、半導体薄膜５の露出面上に選択的に不純物イオンを吸着させる。その後、このプラズマ処理が施された半導体薄膜５に対してレーザ光を照射することにより、半導体薄膜５中に不純物を導入してこれを活性化させる。尚、ここでのレーザ光の照射は、図１（２）および図１（３）を用いて説明したと同様に行うこととする。
【００４５】
これにより、ゲート電極９の両脇の半導体薄膜５（結晶化領域Ａ）に不純物が導入されたソース・ドレイン１１が自己整合的に形成される。そして、ゲート電極９の下方には結晶化領域Ａにおいて不純物が導入されない部分からなるチャネル部が形成される。これらのソース・ドレイン１１およびゲート電極９の下方のチャネル部は、半導体薄膜５の結晶化領域Ａからなる多結晶シリコンで構成されるため、以上によって多結晶シリコン薄膜を用いたトップゲート型の薄膜トランジスタＴＦＴ（すなわち多結晶シリコンＴＦＴ）が、薄膜半導体装置として形成される。
【００４６】
尚、図４（５）を用いて説明した半導体薄膜５のパターニング工程で、余剰水素（ｂ）を結晶化領域Ａの端部に残すようにした場合には、ソース・ドレイン１１の外側部分に余剰水素（ｂ）によるバブル状の欠陥が数多く存在している構造の薄膜トランジスタが形成されることになる。
【００４７】
また、上述した薄膜トランジスタＴＦＴの形成において、図４（５）を用いて説明した半導体薄膜５のパターニングは、図１（３）のアニール工程の後であれば、適宜選択されたタイミングで行って良い。
【００４８】
そして、このような薄膜トランジスタＴＦＴをスイッチング素子として用いた表示装置として、例えば液晶表示装置を作製する場合には、さらに以下の工程を行う。
【００４９】
先ず、図５（１）に示すように、薄膜トランジスタＴＦＴを覆う状態で、基板１上に層間絶縁膜２１を形成する。次に、この層間絶縁膜２１に薄膜トランジスタＴＦＴのソース・ドレイン１１に達する接続孔２１ａを形成する。そして、この接続孔２１ａを介してソース・ドレイン１１に接続された配線２３を、層間絶縁膜２１上に形成する。
【００５０】
次いで、配線２３を覆う状態で平坦化絶縁膜２５を形成し、配線２３に達する接続孔２５ａを平坦化絶縁膜２５に形成する。次に、この接続孔２５ａと配線２３を介してソース・ドレイン１１に接続された画素電極２７を、平坦化絶縁膜２５上に形成する。この画素電極２７は、液晶表示装置の表示タイプによって透明電極または反射電極として形成する。尚、図面は１画素の要部断面となっている。
【００５１】
その後、ここでの図示は省略したが、画素電極２７を覆う配向膜を平坦化絶縁膜上に形成し、駆動基板２９を完成させる。
【００５２】
その後、図５（２）に示すように、駆動基板２９に対向配置させる対向基板３１を用意する。この対向基板３１は、透明基板３３上に共通電極３５を設け、さらにここでの図示を省略した配向膜で共通電極３５を覆ってなる。尚、共通電極３５は透明電極からなることとする。
【００５３】
そして、駆動基板２９と対向基板３１とを、画素電極２７と共通電極３５とを向かい合わせた状態で、スペーサ３７を介して対向配置する。そして、スペーサ３７によって所定間隔に保たれた基板２９，３１間に液晶相ＬＣを充填封止し、液晶表示装置を完成させる。
【００５４】
尚、上記構成の駆動基板２９を用いて有機ＥＬ表示装置を作製する場合には、駆動基板２９に設けられた画素電極を陽極（または陰極）とし、この画素電極上に正孔注入層、発光層、電子輸送層などの必要機能を有する有機層を積層させ、さらに有機層上に共通電極を陰極（または陽極）として形成することとする。
【００５５】
以上のような製造方法によれば、図１（２）および（３）を用いて説明した半導体薄膜５を結晶化するためのアニール工程で、半導体薄膜５に対するレーザ光Ｌｈの照射位置を所定速度ｖｔで移動させることにより、レーザ光Ｌｈの照射による半導体薄膜５の発熱が基板１にまで影響することを防止している。したがって、アニール工程での基板に対する熱的影響を低く抑えることができる。
【００５６】
さらに、このアニール工程においては、半導体薄膜５に対してレーザ光Ｌｈを連続照射しながら移動させる構成としている。これにより、レーザ光の照射部における余剰水素がレーザ光の移動に伴って半導体薄膜中を移動し続けることになるため、結晶化領域中から余剰水素が除去される。したがって、４５０℃以上の温度で数時間の脱水素アニール処理を別工程で行う必要はなく、これによっても基板１に対する熱的影響を低く抑えることができる。
【００５７】
以上のように、製造プロセスにおいての基板１に対する熱的影響を低く抑えたことで、結晶化した半導体薄膜５を用いることで高機能化が達成される薄膜半導体装置の基板１として、さらに耐熱性の低い材料を用いることが可能になる。この結果、基板１としてプラスチック基板を用いることが可能になり、例えばロール・ツー・ロールでの設備費用を抑えた量産プロセスを実現することができる。尚、ロール・ツー・ロールプロセスでの製造を行う場合には、プラスチィックの基板１の厚さは１ｍｍ以下であることが望ましい。
【００５８】
しかも、上記のアニール工程では、レーザ光Ｌｈの照射部（すなわち結晶化領域Ａ）から余剰水素ｂが除去されるものの、結晶化領域Ａ内には適量の水素が残存した状態となる。したがって、本アニール工程により、半導体薄膜５における結晶化領域Ａ中の脱水素と水素化処理とを同時に行うことができる。このことから、高機能の膜半導体装置における製造プロセスの簡略化と、これによる生産性の向上を図ることが可能になる。
【００５９】
＜第２実施形態＞
図６は第２実施形態の薄膜半導体装置の製造方法を示す断面工程図である。ここではこの図６に基づいて第２実施形態の製造方法を説明する。
【００６０】
先ず、図６（１）に示すように、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様にして、基板１上にバッファー層３を形成する。そして、このバッファー層３上に半導体薄膜パターン５ａを形成する。ここでは、この半導体薄膜パターン５ａは、第１実施形態で説明した選択領域（５ａ）と同一形状であることとする。ただし、半導体薄膜パターン５ａは、第１実施形態で説明した選択領域（５ａ）を含む形状であれば良く、選択領域（５ａ）より大きくても良い。
【００６１】
このような半導体薄膜パターン５ａは、成膜温度を低く抑えられる方法で形成されれば良く、第１実施形態と同様にして成膜した半導体薄膜をパターンエッチングして形成しても良い。また、例えば、第１実施形態で説明した塗布法を応用し、必要部分のみに半導体薄膜パターン５ａを印刷形成しても良い。したがって、形成された半導体薄膜パターン５ａは、第１実施形態の半導体薄膜（５）と同様に、水素を含有した水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）で構成されることなる。
【００６２】
その後、図６（２）に示すように、半導体薄膜パターン５ａに対してレーザ光Ｌｈを照射して結晶化するアニール工程を行う。このアニール工程は、第１実施形態において図１（２）および図１（３）を用いて説明したと同様に行い、半導体薄膜パターン５ａを結晶化した結晶化領域Ａを形成すると共に、結晶化領域Ａ中の余剰水素を除去する脱水素を行う。尚、このアニール工程では、結晶化領域Ａの端部に余剰水素ｂをボイドの状態で析出させることも、第１実施形態と同様である。
【００６３】
またこのアニール工程も、第１実施形態のアニール工程と同様に、複数の結晶化領域Ａに対して同時に行う様にすることが好ましい。つまり、図７の平面図に示すように、基板１上に形成された複数の半導体薄膜パターン５ａに対して、レーザ光Ｌｈを同時に多点照射することにより複数の結晶化領域Ａを同時に形成することが、生産性を考慮した場合には好ましい方法である。
【００６４】
その後、図６（３）に示すように、半導体薄膜パターン５aが形成された基板１の上部にゲート絶縁膜７を介してゲート電極９を形成する。この工程は、第１実施形態において図１（４）を用いて説明したと同様に行って良い。尚、ゲート電極９は、半導体薄膜パターン５aにおける結晶化領域Ａの中央を横切るように形成されることとする。
【００６５】
次に、図６（４）に示すように、半導体薄膜パターン５ａの結晶化領域Ａに、ゲート電極９をマスクとして自己整合的に不純物が導入されたソース・ドレイン１１を形成する。この工程は、第１実施形態において図４（６）を用いて説明したと同様に行って良い。
【００６６】
これにより、第１実施形態と同様に、ゲート電極９の両脇の結晶化領域Ａに不純物が導入されたソース・ドレイン１１が自己整合的に形成され、ゲート電極９の下方には結晶化領域Ａにおいて不純物が導入されない部分からなるチャネル部が形成され、多結晶シリコン薄膜を用いたトップゲート型の薄膜トランジスタＴＦＴが形成される。
【００６７】
また、このような薄膜トランジスタＴＦＴをスイッチング素子として用いた表示装置として、例えば液晶表示装置を作製する場合には、第１実施形態で図５を用いて説明したと同様の工程を行う。
【００６８】
以上のような第２実施形態の製造方法であっても、図６（２）を用いて説明した半導体薄膜パターン５ａを結晶化するためのアニール工程を、第１実施形態のアニール工程と同様に行うことで、製造プロセスにおいての基板１に対する熱的影響を低く抑えることが可能になり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
尚、上述した第１実施形態および第２実施形態においては、トップゲート型の多結晶シリコンＴＦＴを有する薄膜半導体装置の製造に本発明を適用した実施の形態を説明した。しかしながら、本発明は非晶質の半導体薄膜を結晶化する工程を備えた薄膜半導体装置の製造に広く適用可能であり、この工程に上述したレーザ光照射によるアニール工程を適用することで、同様の効果を得ることができる。
【００７０】
＜基板＞
次に、以上の第１実施形態および第２実施形態で代表される本発明の薄膜半導体装置の製造方法に用いられる基板１の構成を説明する。
【００７１】
上述したように、本発明の薄膜半導体装置の製造方法では、アニール工程での基板に対する熱的影響が低く抑えられるため、基板として用いられる材料に対して特に高い耐熱性が求められることはない。このため、基板としては、非晶質基板のガラス、石英、サファイア基板、プラスチック基板、さらにはアルミニウムおよびステンレスのような金属基板等、多様な材質が用いられる。
【００７２】
このうち、金属基板を用いる場合には、金属基板における薄膜半導体装置の形成面に絶縁性のバッファー層を形成し、これを基板１とする。バッファー層３としては、珪素酸化物や、珪素窒化物、珪素炭化物の他、Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｈｆ等の酸化膜を用いても構わない。これらのバッファー層３の形成は、ＣＶＤ、スパッタ、および蒸着等の公知の真空成膜技術によって行うことができる。また、バッファー層としては、無機系ＳＯＧ膜や有機系ＳＯＧ等の層間絶縁膜等として通常使用される絶縁層を用いることもできる。さらに金属膜の陽極酸化で形成される誘電体膜や、ゾルゲル法やＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法等の公知の技術で成膜された膜であっても良い。
【００７３】
また、プラスチック基板を用いる場合には、上述した薄膜半導体装置の製造をロール・ツー・ロールプロセスで行うことが可能である。この場合、プラスチィックの基板１の厚さは１ｍｍ以下であることが望ましい。
【００７４】
プラスチック基板を構成する有機材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリエチレンナフタレートあるいはポリカーボネートなどのポリエステル類、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類、ポリフェニリンスルフィドなどのポリフェニリンスルフィド類、ポリアミド類、芳香族ポリアミド類、ポリエーテルケトン類またはポリイミド類、アクリル系樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）などの高分子材料を用いることができる。この中でも特に、ポリエチレンテレフタレート、アセテート、ポリフェニリンスルフィド、ポリカーボネート、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン），ポリスチレン，ナイロン，ポリプロピレン，ポリ塩化ビニル，アクリル系樹脂、ＰＭＭＡなどの汎用的なプラスチック基板を好適に用いることができる。
【００７５】
以上のようなプラスチック基板の厚さは薄い方が好ましく、例えば２００μｍ程度となっている。これにより薄膜半導体装置に柔軟性を付与すると共に、薄膜半導体装置の小型化および薄膜化を図るためである。
【００７６】
また、プラスチック基板を用いる場合には、薄膜半導体装置の形成面に有機系材料からなるコーティング層を介して、無機材料からなる絶縁性のバッファー層３を形成する。バッファー層３は、金属金属基板を用いた場合と同様に、珪素酸化物や、珪素窒化物、珪素炭化物の他、Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｈｆ等の酸化膜を用いても構わない。そして、コーティング層は、例えば、厚さが１０μｍ程度であり、基板本体であるプラスチック基板よりも熱膨張係数が小さな有機材料により構成されている。またこのコーティング層は、好ましくは、いわゆるハードコーティング材料といわれるような、比較的高温の２００℃まである程度の硬化を維持し、高い緻密性と大きい硬度を有する材料を用いて構成されることとする。
【００７７】
このようなコーティング材料としては、光学的もしくは熱的なプロセスにより変形して生じる３次元縮重合によって結合している、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、あるいはこれらを含む高分子材料が挙げられる。
【００７８】
このうち、アクリル樹脂を含むコーティング材料としては、アクリル樹脂系の高分子材料もしくはアクリル系樹脂と他の樹脂を含むような複合高分子系プラスチック材料が挙げられる。このようなコーティング材料として、例えば、各種の多官能性アクリレート化合物、例えばエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノール−Ａジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリストール等や、或いは2,2-ビス（４´−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパンまたはそのアルキレングリコールエーテルとイソシアナートアルキル（メタ）アクリレートとを反応させることによって製造する二官能性アクリレート化合物等などが好適に使われる。このとき共重合させられるコモノマーの種類は用途分野により異なり、共重合可能なモノマーはすべて使用できる。
【００７９】
これらのコーティング材料は通常、約１００〜１０００の分子量をもち単一の不飽和または二、三もしくはそれ以上の多不飽和部位を有するモノマーからなる。コーティング材料の組成は、９９〜１００重量パーセントが反応性成分と固体材料から成っているとよく、９９．９〜１００重量パーセントが反応性成分および固体材料から成っていると更によく、１００重量パーセントが反応性成分および固体材料から成っていると最もよい。固体材料としてはポリマー性物質やコロイダルシリカのような非揮発性の固体材料がある。適切なポリマー材料としてはセルロースアセテートブチレートがある。
【００８０】
また、これらのコーティング材料としては、紫外線に露出されると１００％が固形分に変換できるものが好ましい。これらの材料には、光照射による、コーティング材料の硬化を可能にするために必要な量の光開始剤を含有させてある。なお、レゾルシノールモノベンゾエートのような潜在性紫外線遮断材を一定量含有していてもよい。
【００８１】
一方、エポキシ樹脂を含むコーティング材料としては、有機ケイ素化合物およびその加水分解物のエポキシシランと総称される物質ならびに、その加水分解物からなるものが挙げられる。このようなコーティング材料として、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリアセトキシシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシエトキシシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリアセトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジエトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシエトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジアセトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジメトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジエトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジメトキシエトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジアセトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジエトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシエトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジアセトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジメトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジエトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジメトキシエトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジアセトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルジエトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルジメトキシエトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルジアセトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジエトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジエトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジメトキシエトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルジアセトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシジメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルエトキシジメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシエトキシジメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシジメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシジメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシジメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシジメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルアセトキシジメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシジエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルエトキシジエチルシラン、γ−グリシドキシ���ロピルメトキシエトキシジエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシジエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシジエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシジエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシジエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルアセトキシジエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシジイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルエトキシジイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシエトキシジイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシジイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシジイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシジイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシジイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルアセトキシジイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシエトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシメトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシエトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシアセトキシメチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシアセトキシメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシエトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシメトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシエトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシアセトキシエチルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシアセトキシエチルシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシエトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシメトキシイソプロピルシラン、γ−グリシドキシプロピルアセトキシエトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシエトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルメトキシアセトキシイソプロピルシラン、β−（３、４−エポキシシクロヘキシル）エチルエトキシアセトキシイソプロピルシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、α−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシメチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシメチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリフェノキシシラン、α−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、α−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、β−���リシドキシブチルトリメトキシシラン、β−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシブチルトリエトキシシラン、（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチルトリメトキシシラン、（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチルトリエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリプロポキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリプトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリフェノキシシラン、γ−（３，４−エポキシシクロヘキシル）プロピルトリメトキシシラン、γ−（３，４−エポキシシクロヘキシル）プロピルトリエトキシシラン、δ−（３，４−エポキシシクロヘキシル）ブチルトリメトキシシラン、δ−（３，４−エポキシシクロヘキシル）ブチルトリエトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジエトキシシラン、α−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、α−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、β−グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、β−グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、α−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、α−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、β−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジブトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジフェノキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルエチルジプロポキシシラン、γ−グリシドキシプロピルビニルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルビニルジエトキシシラン等が挙げられる。
【００８２】
以上例示したこれらのコーティング材料は、１種で使用してもよいが、目的に応じて２種以上を混合して使用してもよい。これらコーティング材料は、他のシラン化合物と混合して使用することも可能である。例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、アメノメチルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、フエニルトリメトキシシラン、フエニルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３、３、３−トリフルオロプロピルトリメトキシシランなどの各種トリアルコキシシラン、トリアシロキシシランあるいはトリアルコキシアルコキシシラン化合物、ジメチルジメトキシシラン、ジフエニルジメトキシシラン、メチルフエニルジメトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシランなどのジアルコキシシラン化合物、メチルシリケート、エチルシリケート、イソプロピルシリケート、ｎ−プロピルシリケート、ｎ−ブチルシリケート、ｔ−ブチルシリケート、ｓｅｃ−ブチルシリケートなど４官能のシラン化合物などが挙げられる。
【００８３】
以上、いわゆるハードコーティング材料といわれるような、３次元的な縮重合による結合により高い緻密性と高い高度をもつようなアクリル系樹脂の高分子材料、またはアクリル系樹脂と他の樹脂を含むような複合高分子系プラスチック材料や、有機ケイ素化合物およびその加水分解物のエポキシ系樹脂ならびに、その加水分解物からなるハードコーティング材料は無数に存在し、前述の材料群が一例に過ぎないことはいうまでもない。
【００８４】
有機高分子層（コーティング層）の形成方法としては、上述したアクリル樹脂、エポキシ樹脂、あるいはこれらを含む高分子材料に、必要に応じてフィラー、水あるいは有機溶媒を混合し、これをペイントシェーカー、サンドミル、パールミル、ボールミル、アトライター、ロールミル、高速インペラー分散機、ジェットミル、高速衝撃ミル、超音波分散機等によって分散し、コーティング材料とする。このときにハードコート材とプラスチック基板の密着性が悪い場合は、接着層を介して形成されていることが望ましい。接着層はプラスチックフィルム製造時に同時に表面に形成することもあるし、後から塗布することもある。
【００８５】
次に、このコーティング材料を、スピンコーティング法、エアドクターコーティング法、ブレードコーティング法、ナイフコーティング法、リバースコーティング法、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング法、スプレーコーティング法、スロットオリフィスコーティング法、カレンダーコーティング法、電着コーティング法、ディップコーティング法、ダイコーティング法等のコーティング法や、フレキソ印刷法等の凸版印刷法、ダイレクトグラビア印刷法やオフセットグラビア印刷法等の凹版印刷法、オフセット印刷法等の平板印刷法、スクリーン印刷法等の孔版印刷法などの印刷手法を用いて、片面または両面上に単層もしくは多層に分けて塗付する。なお、コーティング材料が溶媒を含んでいる場合は、塗付後に熱乾燥を行う。
【００８６】
次に必要に応じて、ポリシラザン系化合物を含む溶液又はシロキサン系化合物を含む溶液で、ＣＨ3基の含有量を0~50wt％以下、好ましくは0~30wt％の材料を、スピンコーティング法、エアドクターコーティング法、ブレードコーティング法、ナイフコーティング法、リバースコーティング法、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング法、スプレーコーティング法、スロットオリフィスコーティング法、カレンダーコーティング法、電着コーティング法、ディップコーティング法、ダイコーティング法等のコーティング法や、フレキソ印刷法等の凸版印刷法、ダイレクトグラビア印刷法やオフセットグラビア印刷法等の凹版印刷法、オフセット印刷法等の平板印刷法、スクリーン印刷法等の孔版印刷法などの印刷手法を用いて塗付させ、乾燥、熱処理又は紫外線照射等を行うことにより、無機系（一部有機成分を含む）のバッファー層を形成する。熱処理は必要に応じて、水蒸気雰囲気中で行うこともある。無機系（一部有機成分を含む）のバッファー層はハードコート材と合わせて強固な熱的バッファー層を形成し、基板表面側からの比較的高温での熱処理に対して熱的に強いフィルムとなりレーザ結晶化プロセス上非常に有利である。
【００８７】
＜レーザ装置＞
次に、以上の第１実施形態および第２実施形態で代表される本発明の薄膜半導体装置の製造方法に用いられるレーザ装置の概略構成の一例を、レーザ光の光路に沿って説明する。
【００８８】
先ず、このレーザ装置は、複数のＧａＮ半導体レーザ発振器（以下単に発振器と記す）を備えている。そして、これらの発振器から発振された複数のレーザ光は、それぞれ別に設けられた、コリメートレンズ、ビーム成形用のアナモリフィックプリズム、走査ユニットをこの順に通過する。そして、各走査ユニットに入射した各レーザ光は、それぞれの対物レンズを通して基板１上の各選択領域に集光される。
【００８９】
このうち、走査ユニットの構造としては、例えば、ポリゴンミラー方式、ガルバノミラー方式、ＡＯＤ方式、ＭＥＭＳ方式などが考えられ、ｆレンズを通した組み合わせで基板１上へレーザ光を集光させながら、レーザ光を走査させることができる。
【００９０】
またこの走査ユニットには、ハーフミラーを用いることで、アニール処理に用いるレーザ光と同じ光路に、半導体薄膜（a-Si:H）での吸収がほとんどない波長８３０ｎｍのレーザ光を導入し、ＡＦセンサーにこのレーザ光を取り込みフォーカスサーボを可能する。また同じく必要に応じてＣＣＤで照射部分の光を取り込み、照射部分のアライメントが出来る機構を取り付けることとする。
【００９１】
走査ユニットの設置密度を上げるためには、走査ユニット部分のみを切りはなしてアナモリフィックプリズムを通過後に光ファイバーに導入し、ファイバー出口でコリメートレンズを通過させてから走査ユニットに入れることで、走査ユニットとＡＦサーボの機構だけを分離可能となるので、一つのユニットでのプロセスエリアを縮小でき生産性の向上を図ることができる。
【００９２】
ここで、対物レンズの実効的なＮａを例えば０．６として設計した定格６０ｍＷのＧａＮを用いたレーザ装置において、さらに実質的な光学効率が０．５の場合、平均で１７．７ｍＷ/ｃｍ2のエネルギー密度が可能となる。したがって、レーザ光の走査速度を８．２ｍ／Ｓ程度まで上げられるとすると、半導体薄膜の一点を通過するレーザ光の通過時間（すなわち照射時間）は約１００ｎｓとなり、最大１．７７Ｊ／ｃｍ2相当のエネルギーを照射可能であることがわかる。
【００９３】
尚、ＰＥ−ＣＶＤ法で成膜した膜厚５０ｎｍの半導体薄膜（ａ−Ｓｉ；Ｈ）に対して、この装置で１Ｊ／ｃｍ2相当のエネルギーを投入したところ、幅８００ｎｍ×移動方向長さ１００ｎｍ程度の三日月上の結晶粒が並んだ多結晶膜が得られることが確認された。またレーザ光の照射終了端には、半導体材料の凝固後に余剰水素ガスがボイド状に析出した欠陥が見られた。またレーザ光の照射開始端にもレーザ光の移動と反対方向に凝固が進んだ領域に部分的に同様の欠陥が見られた。以上は、第１実施形態でも述べた通りである。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図２】アニール工程における多点照射を示す平面図である。
【図３】アニール工程で得られる結晶粒を説明する平面図である。
【図４】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図５】第１実施形態に引き続き行われる表示装置の製造を示す断面工程図である。
【図６】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図７】アニール工程における多点照射を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１…基板、５…半導体薄膜、５ａ…選択領域（半導体薄膜パターン）、ｂ…余剰水素、Ｌｈ…レーザ光、ｖｔ…移動速度
【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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