(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向にレーザービームを分割する光学系と、
前記分割したレーザービームを重ね合わせる光学系とを有し、
前記分割する光学系の前記一方向における両端は遮光され、
前記分割する光学系での前記レーザービームの断面形状の前記一方向の幅は、前記分割する光学系の遮光された両端を除いた前記一方向の幅よりも広いことを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項２】
一方向にレーザービームを分割するシリンドリカルレンズ群と、
前記分割したレーザービームを重ね合わせる光学系とを有し、
前記シリンドリカルレンズ群の両端のシリンドリカルレンズは遮光され、
前記シリンドリカルレンズ群での前記レーザービームの断面形状の前記一方向の幅は、前記シリンドリカルレンズ群の前記両端のシリンドリカルレンズを除いた前記一方向の幅よりも広いことを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記分割したレーザービームを重ね合わせる光学系により、前記分割したレーザービームを前記一方向に重ね合わせることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項４】
レーザービームをシリンドリカルレンズ群により一方向に分割し、
前記分割したレーザービームを光学系により重ね合わせ、
前記重ね合わせたレーザービームを半導体膜に照射し、
前記シリンドリカルレンズ群の両端のシリンドリカルレンズは遮光され、
前記シリンドリカルレンズ群での前記レーザービームの断面形状の前記一方向の幅は、前記シリンドリカルレンズ群の前記両端のシリンドリカルレンズを除いた前記一方向の幅よりも広いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記分割したレーザービームを重ね合わせる光学系により、前記分割したレーザービームを前記一方向に重ね合わせることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、大面積にレーザービームを高い均質性で照射することができる技術に関する。またその応用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非単結晶半導体膜（単結晶でない、非晶質半導体膜や多結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜およびこれらの結晶性が混合した半導体膜）に対し、レーザーアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が、広く研究されている。上記半導体膜には、珪素膜がよく用いられる。
【０００３】
ガラス基板は、従来よく使用されてきた石英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作成できる利点を持っている。これが上記研究が行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザーが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザーは基板の温度をあまり変えずに非単結晶半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。
【０００４】
レーザーアニールを施して形成された結晶性珪素膜は、高い移動度を有するため、この結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例えば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用のＴＦＴを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に利用されている。該結晶性珪素膜は多くの結晶粒からできているため、多結晶珪素膜、あるいは多結晶半導体膜と呼ばれる。
【０００５】
また、出力の大きい、エキシマレーザー等のパルスレーザービームを、被照射面において、一辺が数ｃｍ程度の長方形或いは正方形のスポットや、数百μｍ幅×数１０ｃｍの線状となるように光学系にて加工し、レーザービームを走査させて（レーザービームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて）、レーザーアニールを行う方法が、量産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用される。
【０００６】
特に、線状レーザービームを用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを用いた場合とは異なり、線状レーザーの線方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザーアニールを行うことができるため、高い量産性が得られる。線方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向であるからである。この高い量産性により、現在レーザーアニールには線状レーザービームを使用することが主流になりつつある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
線状、長方形或いは正方形に加工されたレーザービームを走査させて、非単結晶半導体膜に対してレーザーアニールを施すに際し、いくつかの問題が生じている。その中でも特に深刻な問題の１つはレーザービームの加工が均一に為されないことであった。そうしたレーザービームを用いると、基板全面に対し不均一なレーザーアニールが行われた。
【０００８】
図１は、非晶質珪素膜に対し、従来の光学系を用いて線状に加工したレーザービームを１ショット照射した状態を示す光学顕微鏡写真である。写真中央にレーザービームの照射痕が確認される。
【０００９】
図１の場合、波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーを紙面の左右方向に延長する線状のレーザービームとし、これを非晶質珪素膜に１ショット照射した場合である。
【００１０】
図１から、線状レーザービームの幅方向の端（エッジ）、特に紙面下側のエッジがギザギザとなっており、不規則なエネルギー分布を持つ線状レーザービームであることが確認される。
【００１１】
図２ａは、図１に示す不規則なエネルギー分布を持つ線状レーザービーム２０１を被膜２０９に照射した状態を模式的に示す図である。
【００１２】
図２ａに示すように、高いエネルギー密度を有する領域２０２が幅方向の中心付近に形成され、領域２０２に比べ低いエネルギー密度を有する領域２０３が幅方向の周辺部に形成されている。図２ａのＸ−Ｘ’とＹ−Ｙ’におけるエネルギー分布の断面形状を図２ｂ、ｃに夫々示す。
【００１３】
図２ａ乃至ｃから、線状レーザービーム２０１は、幅方向におけるエネルギー分布の断面形状が異なることが分かる。
【００１４】
図２ａの線状レーザービーム２０１を用いて、被膜をレーザーアニールしても、被膜を均一にレーザーアニールすることはできなかった。
【００１５】
本明細書で開示する発明は、レーザービームの一方向におけるエネルギー分布を一様にし、被膜を均一にレーザーアニールすることを課題とする。本明細書中でレーザービームとは、レーザービーム内の最大エネルギーの５％以上の領域を指す。
【００１６】
［発明に至る過程］
一般にレーザービームを線状に加工する場合、元が概略長方形状のレーザービームを適当な光学系に通して線状に加工する。前記概略長方形状のレーザービームはアスペクト比が２から５程度であるが、例えば、図３に示した光学系により、アスペクト比１００以上の線状レーザービームに変形される。その際、エネルギーのビーム内分布も同時に均質化されるように、上記光学系は設計されている。
【００１７】
図３に示す装置は、ビーム発生装置３０１からのレーザービーム（この時点では概略長方形状を有している）を３０２、３０３、３０４、３０６、３０８で示す光学系を介して、線状ビームとして照射する機能を有している。なお、３０５はスリット、３０７はミラーである。
【００１８】
３０２は、レーザービームを一方向、ここでは線方向に分割する役割を果たす光学レンズであり、シリンドリカルレンズ群（多シリンドリカルレンズとも称される）を用いている。この分割された多数のビームは、シリンドリカルレンズ３０６で線方向に関して重ね合わせ均一化する。
【００１９】
この構成は、レーザービーム内の強度分布を改善するために必要とされる。また、シリンドリカルレンズ群３０３も上述したシリンドリカルレンズ群３０２と同様に、レーザービームを他の方向、ここでは幅方向に分割し、シリンドリカルレンズ３０４、３０８によって、幅方向に関して重ね合わせ均一化する。
【００２０】
即ち、シリンドリカルレンズ群３０２とシリンドリカルレンズ３０６の組み合わせは、線状レーザービームの線方向における強度分布を改善する機能を有し、シリンドリカルレンズ群３０３とシリンドリカルレンズ３０４、３０８の組み合わせは、線状レーザービームの幅方向における強度分布を改善する機能を有している。
【００２１】
ここで、幅方向に関して、シリンドリカルレンズを３０４と３０８の２枚用いているのは、被照射面３０９における線状レーザービームの幅方向をより細くするためである。線状レーザービームの幅によっては、重ね合わせるための光学系を１つにすることもあり、また３つ以上とすることもある
【００２２】
レーザービーム内のエネルギー分布を均質化する役割を果たす光学系をビームホモジェナイザーと呼ぶ。図３に示した光学系もビームホモジェナイザーの１つである。元の概略長方形状のレーザービームをシリンドリカルレンズ群３０２、３０３で分割後、各々シリンドリカルレンズ３０６、３０４および３０８で整形し重ね合わせてエネルギー分布を均質化する。
【００２３】
理論上は、無限個のシリンドリカルレンズを有するシリンドリカルレンズ群を用いてレーザービームのエネルギー分布を均一化すれば、どのような断面形状のレーザービームが入射しても均一なレーザービームとすることが可能である。
【００２４】
しかしながら、産業上利用可能なシリンドリカルレンズ群は、精度やコスト等の事情により数個、多くても数十個のシリンドリカルレンズを組み合せている。このようなシリンドリカルレンズ群は、入射するレーザービームの断面形状と入射の状態によって、不規則なエネルギー分布を有するレーザービームに加工される。
【００２５】
従来では、あまり問題とされていなかったこの不均一が、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に代表される微小な素子を同一基板上に多数形成する被膜に対するレーザーアニールに用いた場合は、上記した数々の問題を引き起こすことを発明者は見出した。
【００２６】
図４ａ、ｂは、線状レーザービームに加工するビームホモジェナイザーにおいて、幅方向にレーザービームを分割するシリンドリカルレンズ群４０３とそこに入射するレーザービーム４０１の例である。
【００２７】
図４ａ、ｂに示すように、図３のビ−ム発生装置３０１から発射され、分割する光学系に入射するレーザービーム４０１、４０１’は、概略長方形状の断面形状を有している。
【００２８】
ビーム発生装置３０１から発射されるレーザービームは、完全な長方形で発射されるのが理想であるが、現実的には今の技術では不可能であり、概略長方形状の断面形状となる。
【００２９】
図４ａにおいて、一番上端のシリンドリカルレンズ４０３１と一番下端のシリンドリカルレンズ４０３６では、レーザービームがシリンドリカルレンズの全幅に入射していない。しかも、入射するビーム形状は不規則である。
【００３０】
一方、その間の４つのシリンドリカルレンズ４０３２〜５では、各々のレンズの全幅にレーザービームが入射している。
【００３１】
図５は、線状レーザービームを加工する光学系から、幅方向に関して加工する光学系の一部を抜き出した構成を示す図である。図５に示すように、シリンドリカルレンズ群５０３に対してレーザービーム５０１が図４ａで示すように入射すると、シリンドリカルレンズ５０３１および５０３６に、レーザービームの境界が直線ではなく、不規則な形状でレーザービームが入射する。
【００３２】
そのため、シリンドリカルレンズ５０３１および５０３６によって分割されたレーザービームは、レーザービームの不規則な形状を保持したままシリンドリカルレンズ５０４により被照射面５０９に重ね合わされる。よって、線方向において一様ではない、つまり幅方向におけるエネルギー分布の断面形状が線方向によって異なる線状レーザービームが形成される。
【００３３】
そして、例えば、図２ａに示すような高いエネルギー密度を有する領域２０２が幅方向の中心付近に形成され、領域２０２に比べ低いエネルギー密度を有する領域２０３が幅方向の周辺部に形成された線状レーザービームとなる。
【００３４】
また、図４ｂに示すようにレーザービーム４０1 ’が幅方向に分割するシリンドリカルレンズ群４０３’に入射すると、シリンドリカルレンズ４０３５’に不規則な形状のレーザービームが入射するため、同様に線状レーザービームの線方向において一様ではなくなる。
【００３５】
以上から発明者は、以下のことを見出した。レーザービームによる不均一なレーザーアニールの原因は、レーザービームを分割するシリンドリカルレンズ群の一部のシリンドリカルレンズに対して不規則な形状のレーザービームが入射することにある。これにより、線状レーザービームのエネルギー分布が不規則なものとなる。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つは、レーザー照射装置において、一方向にレーザービームを分割するレンズと、前記分割したレーザービームを重ね合わせる光学系とを有し、前記レンズに入射するレーザービームの形状は前記方向に垂直な境界を有することを特徴とする。
【００３７】
また、本発明の他の一つは、レーザー照射装置において、一方向にレーザービームを分割するレンズと、前記分割したレーザービームを重ね合わせる光学系とを有し、前記レンズの前に前記方向に垂直な境界をレーザービームに形成するスリットを設けたことを特徴とする。
【００３８】
また、本発明の他の一つは、レーザー照射装置において、一方向にレーザービームを分割するシリンドリカルレンズ群と、前記分割したレーザービームを重ね合わせる光学系とを有し、前記方向において、前記シリンドリカルレンズ群の幅よりもレーザービームの最大幅が広いことを特徴とする。
【００３９】
また、本発明の他の一つは、レーザー照射装置において、一方向にレーザービームを分割するシリンドリカルレンズ群と、前記分割したレーザービームを重ね合わせる光学系とを有し、前記シリンドリカルレンズ群のシリンドリカルレンズの一部を遮光していることを特徴とする。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一つを図６を用いて説明する。図６は、簡便のため、線状レーザービームを加工する装置の幅方向に関するホモジェナイザーのみを示している。
【００４１】
また、以下の説明では、発射時の断面形状が概略長方形状のレーザービームを例示しているが、本発明の特徴は加工されるレーザービームの断面形状であり、発射時にどのような断面形状を有していても用いることができる。但し、レーザービームのエネルギーを効率的に用いるためには、円状或いは楕円状のレーザービームに比べて長方形状のレーザービームが好ましい。
【００４２】
概略長方形状のレーザービーム６０１の周縁部をスリット６１０を用いて除去し、長方形のレーザービームとする。スリット６１０によって、レーザービームの境界は不規則な形状から直線に加工される。また、直線がシリンドリカルレンズ群６０３の分割する方向（幅方向）とは垂直な直線が得られるようにスリット６１０を配置する。
【００４３】
そして、この長方形のレーザービームを分割する光学系、ここではシリンドリカルレンズ群６０３に入射する。スリット６１０は、ガラス、石英製のすりガラス、セラミック、金属等が使用できるが、特にすりガラスによる遮光が好ましい。
なぜなら、石英はレーザによる変質がなく、半導体製造に有害な物質を発生しにくいからである。
【００４４】
本発明で利用できるレーザービームは、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、ＡｒＦ、ＫｒＣｌ等のエキシマレーザーに限定されるものではなく、Ａｒレーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー等の各種レーザービームを用いることができる。
【００４５】
この際、長方形のレーザービームの分割する方向と垂直な境界、つまり図６では長方形の長辺と、シリンドリカルレンズ群のシリンドリカルレンズ同士の境界とを平行にする。また、長方形の短辺と、図示していないが線方向に分割するシリンドリカルレンズ群のシリンドリカルレンズ同士の境界とを平行にする。
【００４６】
シリンドリカルレンズ群６０３に入射したレーザービームは、一方向に分割され、シリンドリカルレンズ６０４により被照射面６０９に重ね合わされ、高エネルギー密度領域２０２および低エネルギー密度領域２０３を形成するが、線方向に一様なレーザービームが得られる。
【００４７】
スリットにより境界が直線を有する長方形に加工されたレーザービームが、シリンドリカルレンズ群に入射する際に、長方形の長辺と、幅方向に分割するシリンドリカルレンズ群のシリンドリカルレンズ同士の境界あるいはシリンドリカルレンズ群の端辺とが一致し、長方形の短辺と、線方向に分割するシリンドリカルレンズ群のシリンドリカルレンズ同士の境界あるいはシリンドリカルレンズ群の端辺とが一致すると、一致しない場合に比べて加工された線状レーザービームのエネルギー密度の高い領域を広くすることができる。
【００４８】
そのため、大面積にレーザービームを加工（線状であれば線方向に長く）することが可能であり、生産性が向上する。なお、本段落でいうエネルギー密度の高い領域とは、レーザーアニールするために必要なエネルギー密度以上の領域を指す。
【００４９】
更に、線状レーザービームのエネルギー分布は該ビームの端を除いた領域でほぼ一様となる。そのため、より均一なレーザーアニールが可能となる。
【００５０】
一方、図６に示すようにスリットにより長方形に加工されたレーザービームが、シリンドリカルレンズ群に入射する際に、レーザービームの分割する方向に垂直な境界の少なくとも一方と、シリンドリカルレンズ群のシリンドリカルレンズ同士の境界あるいはシリンドリカルレンズ群の端辺とが一致していないと、複数のエネルギー密度を有する線状レーザービームが得られる。
【００５１】
また、他の実施の形態として、分割する光学系の分割する方向における幅よりも、入射するレーザービームの分割する方向における幅を広くすることが挙げられる。
【００５２】
図７にその一例を示す。図７において、シリンドリカルレンズ群７０３は、従来であれば不規則な形状のレーザービームが入射するシリンドリカルレンズ７０３１、７０３６を例えば石英製のすりガラスに置換することにより遮光して、分割する光学系（シリンドリカルレンズ７０３２〜７０３５）の分割する方向における幅よりもレーザービームの同方向における幅を広くすることにより、入射する概略長方形状のレーザービーム７０１に直線の境界を与えている。
【００５３】
図７には、簡便のため、レーザービームの幅方向に関するホモジェナイザーのみを示したが、線方向に関しても同様の構成の分割する光学系を用いることが好ましい。
【００５４】
より簡易な方法として、分割する光学系７０３自体の分割する方向における幅よりも、入射するレーザービーム７０１の分割する方向における幅を広くすることでも直線の境界とすることが可能である。
【００５５】
そして、分割されたレーザービームは、シリンドリカルレンズ７０４により被照射面７０９に重ね合わされる。このようにして加工されたレーザービームは、分割した方向のエネルギー分布を一様にすることができ、加えてエネルギー密度の高い領域を広くすることができる。
【００５６】
このように、概略長方形状のレーザービームの周縁部を除去することにより、長方形のレーザービームを形成するが、レーザービームのエネルギー損失を防ぐため、除去される部分はできるだけ少なくすることが好ましい。
【００５７】
また、できるだけレーザービームの中心付近にあるエネルギー密度の大きい部分が、分割する光学系に入射するように光学系を配置することが好ましい。
【００５８】
また、被照射面で複数のエネルギー密度を有するレーザービームは、分割するシリンドリカルレンズ群への入射の状態を制御することにより、様々な形状をとることができる。例えば、図９ａに示すように、エネルギー密度が異なる３つの領域を有し、真ん中の長方形状のエネルギー密度が最も高い凸型の形状、図９ｂに示すように、エネルギー密度が異なる３つの領域を有し、真ん中の長方形のエネルギー密度が最も低い凹型の形状、或いは図９ｃに示すように、エネルギー密度が異なる２つの領域を組み合せた形状のエネルギー分布等である。
【００５９】
図８は、本発明を用いたレーザー照射装置の一例である。ビーム発生装置８０１から照射された概略長方形状のレーザービームは、反射ミラー８０２を介して光学系８０３、８０８により線状に加工される。
【００６０】
反射ミラー８０７は、レーザービームの向きを被処理基板８０９の方向へと反射する。反射ミラー８０７は必ずしも必要ではないが、レーザー照射装置をコンパクトにするため設けた。反射ミラー８０７を設けない光学系の例は図２１に、反射ミラーの搬入位置を変えた光学系の例は図２２に示した。
【００６１】
そして、被処理基板８０９を保持した照射ステージ８０５は、線状レーザービームの幅方向に関して移動することができる。図８で示すレーザー照射装置では、照射ステージが移動する構造であるが、線状レーザービームが移動する構造も可能である。
【００６２】
しかしながら、線状レーザービームを移動させるとエネルギー分布が変化しやすくなり、不均一なレーザーアニールとなる虞がある。従って、照射ステージを移動させる方が好ましい。
【００６３】
光学系８０３は、レーザービームを線方向に加工する光学系と、幅方向に分割する光学系とを含む。また、光学系８０８は、幅方向に分割されたレーザービームを同一面で重ねあわせる役割を果たす。
【００６４】
反射ミラー８０２の役割を以下に記す。ビーム発生装置８０１から射出するレーザービームの方向は、レーザー照射装置のメンテナンスのたびに微妙に変化する。よって、直接レーザービームを光学系８０３に配設されているレンズに対して垂直で、且つ平行な光線として入射することは難しい。
【００６５】
そのため、反射ミラー８０２をビーム発生装置の射出口に配置し、反射ミラー８０２の角度を調節することによりレーザービームの方向を微調節できるようにした。その結果、光学系８０３にレーザービームをほぼ平行に入射させることができた。
【００６６】
以上に、線状レーザービームに加工するビームホモジェナイザーと、該ビームホモジェナイザーを用いたレーザー照射装置を示した。
【００６７】
更に、上記のビームホモジェナイザーは、線状だけではなくアスペクト比が１００以下の長方形状または正方形状にレーザービームを加工する際にも応用することができる。
【００６８】
このようなレーザー照射装置において、レーザービームを分割する光学系とビーム発生装置の間に図６で示すようなスリット６１０を配設し、概略長方形状のレーザービームの周縁部を除去し、境界が直線の長方形のレーザービームとする。
【００６９】
また、スリット６１０により全ての周縁部を除去し、長方形とする以外に、正方形とすることもできる。また、スリットにより周縁部の一部のみを除去することも可能である。その際に、後述するように、線状レーザービームに加工する場合では、少なくとも幅方向に分割する光学系への不規則な形状のレーザービームの入射は除去する必要がある。
【００７０】
また、分割する光学系に不規則な形状のレーザービームの入射を取り除く手段として、スリット６１０の代わりに、分割する光学系の分割する方向における幅よりも、入射するレーザービームの分割する方向における幅を広くする方法がある。その一例として、図７で示すようにシリンドリカルレンズ群の一部のシリンドリカルレンズを遮光する方法がある。
【００７１】
この方法では、幅方向に分割するシリンドリカルレンズ群と線方向に分割するシリンドリカルレンズ群の両方に適用することが好ましいが、線状レーザービームを形成する場合においては、少なくとも幅方向に分割するシリンドリカルレンズ群に対して適用する必要がある。
【００７２】
線状レーザービームにおいて、少なくとも幅方向に分割する光学系への不規則な形状のレーザービームの入射は除去しなければならない。その理由は、レーザーアニールを行う際に、線状レーザービームは線方向に直交する方向、つまり幅方向へ被照射基板を相対的に移動するため、幅方向のエネルギー分布の違いは、基板全面に対して不均一なレーザーアニールとなる。
【００７３】
一方、線方向に分割する光学系への不規則なビームの入射は線状レーザビームの中央部分のエネルギー分布にはあまり影響しないので、該中央部分のみを使えば、産業上利用することは可能である。
【００７４】
長方形状または正方形状のレーザービームを用いて被照射面を走査する場合において、長方形状または正方形状のレーザービームの一辺の長さ（長方形の場合であれば長辺の長さ）が、基板の短辺の長さよりも長ければ線状レーザービームと同様に一方向に一度走査するだけでレーザーアニールはすむ。
【００７５】
しかし、長方形状または正方形状のレーザービームの長辺方向の長さが、基板の短辺の長さよりも短い場合は、長方形状または正方形状のレーザービームを複数回走査する必要があり、照射ステージの移動機構も複雑になる。
【００７６】
被照射基板は、ガラス基板に限定されるものではなく、石英基板、セラミックス基板、半導体基板、プラスチック基板または有機樹脂基板等を用いることが可能である。特に高温に弱いガラス基板、プラスチック基板あるいは有機樹脂基板にレーザーアニールを用いるのは有効である。
【００７７】
本発明を用いたレーザービームの用途の一例は、非晶質、多結晶或いは微結晶等の結晶構造を有する被膜の結晶化若しくは結晶性の向上である。結晶性の向上とは、ラマン分光分析等により確認される被膜の結晶構造がより単結晶に近づくことであるが、本発明者は、ラマン分光分析の結果とは別にレーザーアニールにより被膜の電界効果移動度が増加することを見出しており、この電界効果移動度の増加も含めて結晶性の向上と称する。
【００７８】
さらに、被膜中に添加された不純物の活性化、イオン注入等による被膜の結晶構造の乱れを回復するためのレーザーアニール等に利用することができる。
【００７９】
このような、用途を前提とすると、特にシリコンを主成分とする被膜に本発明は効果的であるが、当然ながら、本発明の被照射被膜として特定の膜に限定されるものでない。
【００８０】
以下の実施例で示すのは、本発明の一例であり、本発明を実施例に限定するものではない。例えば、分割する光学系に半シリンドリカルレンズ群を用いて、球面収差の影響を緩和し、被照射面におけるエネルギー分布の端部が垂直な断面形状を有するレーザービームを加工する際に利用することも可能である。
【００８１】
【実施例】
〔実施例１〕
図１０は、非晶質珪素膜に対し、図８のレーザー照射装置を用いて線状に加工したレーザービームを１ショット照射した状態を示す光学顕微鏡写真である。写真中央にレーザービームの照射痕が確認される。
【００８２】
図１０は、波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーを紙面の左右方向に延長する幅５００μｍの線状のレーザービームとし、これを非晶質珪素膜に照射した場合のものである。
【００８３】
図１０において使用した線状レーザービームは、幅方向および線方向に分割する光学系として用いた石英製シリンドリカルレンズ群のシリンドリカルレンズの一部を石英製のすりガラスに置換した光学系を用いて加工した。そして、不規則な形状のレーザービームが分割する光学系に入射することを防止した。
【００８４】
図１０から、概略長方形状のレーザービームの周縁部を除去することにより、線状レーザービームの線方向のエネルギー分布が一様になっていることが確認される。
【００８５】
図１１は、図１０を模式的に示した図である。図１１で示すように、線状レーザービーム１１０１により形成される高エネルギー密度領域１１０２と低エネルギー密度領域１１０３の境界が直線であり、幅方向のエネルギー分布の断面形状がどこでも等しいことがわかる。なお、本実施例において、領域１１０３ができる原因は、レンズの加工精度や位置決めの精度にある。
【００８６】
しかし、図１および図２に比べて、高エネルギー密度領域１１０２が非常に広くなっているのでより均一なレーザアニールが可能である。
【００８７】
〔実施例２〕
本実施例では、多結晶珪素膜を作製する際に、レーザーアニールを使用する例である。まず、レーザー照射される膜の作製方法を示す。レーザー照射される膜は、本実施例では次の３種類の膜を示す。いずれの膜に対しても、本発明は効果的である。
【００８８】
まず、３種類いずれの膜も、基板として、１２７ｍｍ角のコーニング１７３７ガラス基板上に、基板からの不純物の拡散を防止するための下地膜として、窒化珪素膜をシランとアンモニアを原料ガスに用いたプラズマＣＶＤ法により２００ｎｍ以上の厚さに成膜し、熱処理を施し膜質を向上させた。
【００８９】
更に、第二の下地膜と非晶質珪素膜とをプラズマＣＶＤ法を用いて連続成膜（前の成膜後大気に曝すことなく次の成膜を行うこと) する。第二の下地膜として、酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）、窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）または窒化酸化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙ）を１０〜１００ｎｍ、本実施例では酸化珪素膜を５０ｎｍを形成した。非晶質珪素膜は１０〜１００ｎｍ、本実施例では５０ｎｍの厚さに成膜する。この膜を今後、出発膜と呼ぶ。
【００９０】
（膜Ａの作製手順）
出発膜を、４５０℃の熱浴に１時間さらす。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜がレーザーエネルギーに対して耐えきれないので本工程が必要とされる。
【００９１】
膜内の水素の密度は１０20原子／ｃｍ3オーダーが適当である。この脱水素化された非晶質珪素膜を非単結晶珪素膜Ａと呼ぶ。
【００９２】
（膜Ｂの作製手順）
１０ｐｐｍの酢酸ニッケル水溶液が、スピンコート法により、出発膜上に塗布され、酢酸ニッケル層が形成される。酢酸ニッケル水溶液には、界面活性剤を添加するとより好ましい。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、以後の工程において問題はない。
【００９３】
次に、上記のようにして各膜が積層された基板に、６００℃で４時間の熱アニールを施す。すると、非晶質珪素膜が結晶化し、結晶性珪素膜である非単結晶珪素膜Ｂが形成される。
【００９４】
このとき、触媒元素であるニッケルが結晶成長の核の役割を果たし、結晶化が促進される。６００℃、４時間という低温、短時間で結晶化を行うことができるのは、ニッケルの機能による。詳細については、特開平６−２４４１０４号に記載されている。
【００９５】
触媒元素の濃度は、１×１０15〜１０19原子／ｃｍ3であると好ましい。１０19原子／ｃｍ3以上の高濃度では、結晶性珪素膜に金属的性質が現れ、半導体としての特性が消滅する。本実施例において、結晶性珪素膜中の触媒元素の濃度は、１×１０17〜１０18原子／ｃｍ3である。これらの値は、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により分析、測定したものである。
【００９６】
（膜Ｃの作製手順）
出発膜の上からさらに酸化珪素膜を７０ｎｍの厚さに成膜する。成膜方法はプラズマＣＶＤ法を用いる。
【００９７】
次に該酸化珪素膜の一部をフォトリソパターニング工程によって完全に開孔する。
【００９８】
さらに、該開孔部に薄い酸化膜を形成するために酸素雰囲気中でＵＶ光を５分間照射する。この薄い酸化膜は、後に導入するニッケル水溶液に対する上記開孔部の濡れ性改善のために形成されるものである。
【００９９】
次に１００ｐｐｍの酢酸ニッケル水溶液が、スピンコート法により、該膜上に塗布され、酢酸ニッケルが上記開孔部分に入る。酢酸ニッケル水溶液には、界面活性剤を添加するとより好ましい。
【０１００】
次に、６００℃で８時間の熱アニールが施され、ニッケル導入部分から横方向に結晶が成長してゆく。このとき、ニッケルが果たす役割は膜Ｂと同様のものである。今回の条件では横成長量として４０μｍ程度が得られる。
【０１０１】
このようにして非晶質珪素膜が結晶化し、結晶性珪素膜である非単結晶珪素膜Ｃが形成される。その後、非単結晶珪素膜Ｃ上の酸化珪素膜をバッファーフッ酸を用い剥離除去する。
【０１０２】
このようにして得られる非単結晶珪素膜Ａ、Ｂ、Ｃに、エキシマレーザーを用いたレーザーアニールを行う。
【０１０３】
図８に、本実施例におけるレーザー照射装置を示す。図８は、レーザー照射装置の概観である。
【０１０４】
図８において、レーザービームは、ビーム発生装置８０１から照射され、反射ミラー８０２によりレーザービームの進行方向を調整後、光学系８０３、８０８により、断面形状が線状に加工される。反射ミラー８０７は、レーザービームを反射して、被処理基板８０９にレーザービームを照射する。反射ミラー８０２の間には、レーザービームの広がり角を抑え、かつ、ビームの大きさを調整できるビームエキスパンダーを挿入してもよい。
【０１０５】
そして、被処理基板８０９を保持している照射ステージ８０５は、線状レーザービームの幅方向に移動することができる。
【０１０６】
本実施例における光学系８０３は、分割する光学系の直前に図６で示すようにスリット６１０を設け、入射するレーザービームの周縁部を除去し長方形にしている。
【０１０７】
このような装置を用いて以下のようなレーザービームの加工を行った。
【０１０８】
ビーム発生装置８０１は、ここでは、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を発振するものを用いる。他に、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＣｌ（波長２２２ｎｍ）等のエキシマーレーザーを用いてもよいし、Ａｒレーザー、ＹＡＧレーザー等も用いることは可能である。。
【０１０９】
ビーム発生装置から射出されたレーザービームは、分割する光学系の直前ではおよそ１５ｍｍ×４５ｍｍの大きさとなっている。
【０１１０】
分割する光学系の直前に配置したスリットは１２ｍｍ×３５ｍｍであり、レーザービームの周縁部を除去し長方形とした。
【０１１１】
そして、長方形のレーザービームの分割する方向と垂直な端辺と、分割するシリンドリカルレンズ群のシリンドリカルレンズ同士の境界とを平行とした。
【０１１２】
線方向に分割するシリンドリカルレンズ群は、各シリンドリカルレンズの幅が５ｍｍの合成石英からなるシリンドリカルレンズを７段並列に並べたシリンドリカルレンズ群を用いた。
【０１１３】
また、幅方向に分割するシリンドリカルレンズ群は、各シリンドリカルレンズの幅が２ｍｍの合成石英からなるシリンドリカルレンズを６段並列に並べたシリンドリカルレンズ群を用いた。
【０１１４】
シリンドリカルレンズ群は、その中心が入射するレーザービームの中心と揃うように配置した。
【０１１５】
こうして分割されたレーザービームは、重ね合わせるための光学系を経て、被処理基板８０９上に幅０．１〜１ｍｍ、長さ１００〜３００ｍｍの大きさに加工される。本実施例では、幅０．４ｍｍ、長さ１３５ｍｍの大きさの線状レーザービームを得た。
【０１１６】
ここで、長方形のレーザービームの短辺と、シリンドリカルレンズ群の線方向の端部とを一致させた。また、長方形のレーザービームの長辺と、シリンドリカルレンズ群の幅方向の端部とを一致させた。このため、被照射面におけるレーザービームのエネルギー分布の断面形状が、長方形状のレーザービームを得ることができた。
【０１１７】
次に、図１２に示す装置の説明をする。ロード／アンロード室１２０５に、被処理基板８０９が多数枚、例えば２０枚収納されたカセット１２０３が配置される。ロボットアーム１２０４により、カセット１２０３から一枚の基板がアライメント室１２０２に移動される。
【０１１８】
アライメント室１２０２には、被処理基板８０９とロボットアーム１２０４との位置関係を修正するための、アライメント機構が配置されている。
【０１１９】
基板は、ロボットアーム１２０４によって基板搬送室１２０１に運ばれ、さらにロボットアーム１２０４によって、レーザー照射室１２０６に移送される。
【０１２０】
図８において、被処理基板８０９上に照射される線状レーザービームは、幅０．４ｍｍ×長さ１３５ｍｍである。
【０１２１】
被照射面におけるレーザービームのエネルギー密度は、１００ｍＪ／ｃｍ2〜５００ｍＪ／ｃｍ2の範囲で、本実施例では３５０ｍＪ／ｃｍ2とする。照射ステージ８０５を１．２ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行うことで、線状レーザービームを走査させる。
【０１２２】
レーザーの発振周波数は３０Ｈｚとし、被照射物の一点に注目すると、１０ショットのレーザービームが照射される。前記ショット数は５ショットから５０ショットの範囲で適当に選ぶ。
【０１２３】
レーザー照射終了後、被処理基板８０９はロボットアーム１２０４によって基板搬送室１２０１に引き戻される。
【０１２４】
そして、被処理基板８０９は、ロボットアーム１２０４によって、ロード／アンロード室１２０５に移送され、カセット１２０３に収納される。
【０１２５】
こうして、レーザーアニール工程が終了する。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。
【０１２６】
図１２のレーザー照射システムにおいて、装置の小スペース化のためロード／アンロード室１２０５は一つのチャンバーで兼ねているが、生産性を上げるためアンロード室を別に設ける構成としてもよい。
【０１２７】
その場合、基板搬送室１２０１に第二のアライメント室を設け、第二のアライメント室に接続したアンロード室を設ける構成でも生産性は向上されるが、レーザー照射室１２０６に第二の基板搬送室を設け、レーザー照射終了後の被処理基板を第二の基板搬送室のロボットアームによって第二のアライメント室およびアンロード室に移送する構成であれば更に効果がある。
【０１２８】
本実施例は線状レーザービームを用いたが、線状から正方形状にいたるまでいずれのビーム形状を本発明に使用しても本発明が特徴とする効果がある。
【０１２９】
このレーザー照射装置を用いて、非単結晶珪素膜Ａ、Ｂ、Ｃをレーザーアニールした結果、非単結晶珪素膜Ａは、基板全面に均一なレーザー結晶化された多結晶珪素膜を得ることができた。
【０１３０】
また、非単結晶珪素膜Ｂ、Ｃは、基板全面の珪素膜の結晶性が向上し、レーザーアニール前に比べて高い電界効果移動度を有する多結晶珪素膜を得ることができた。
【０１３１】
本実施例によって得られた多結晶珪素膜を、液晶ディスプレイのスイッチング素子として機能するＴＦＴのソース、ドレイン、チャネル領域を含む半導体層として利用した場合、従来と比較してレーザーの加工あとが目立たないものができた。
【０１３２】
〔実施例３〕
本実施例においては、概略長方形状のレーザービームの周縁部を除去する方法として、分割する光学系であるシリンドリカルレンズ群の不規則な形状のレーザービームが入射するシリンドリカルレンズを遮光した。
【０１３３】
実施例２に示される方法を採ると、長方形のスリットの短辺と長辺とを、分割する各方向と平行に配置する必要があり、配置のずれによって、分割する光学系に不規則な形状のレーザービームの入射が起こる虞がある。しかしながら、本実施例では、分割する光学系の不規則な形状のレーザービームが入射するシリンドリカルレンズを遮光するため、上記の問題を解消することができる。
【０１３４】
本実施例では、実施例２のレーザー照射装置において、スリット６０１をはずし、シリンドリカルレンズ群の一部のシリンドリカルレンズを遮光した構成のレーザー照射装置を用いた。
【０１３５】
ビーム発生装置から射出されたレーザービームは、分割する光学系の直前ではおよそ１５ｍｍ×４５ｍｍの大きさとなっている。
【０１３６】
幅方向に分割するシリンドリカルレンズ群は、各シリンドリカルレンズの幅が２ｍｍの合成石英からなるシリンドリカルレンズを８段並列に並べたシリンドリカルレンズ群を用いた。そして、シリンドリカルレンズ群は、その中心が入射するレーザービームの中心と揃うように配置され、その両端のシリンドリカルレンズを石英製のすりガラスにより遮光して、入射するレーザービームの幅方向の周縁部を除去することができた。
【０１３７】
線方向に分割するシリンドリカルレンズ群は、各シリンドリカルレンズの幅が６ｍｍの合成石英からなるシリンドリカルレンズを９段並列に並べたシリンドリカルレンズ群を用いた。そして、シリンドリカルレンズ群は、その中心が入射するレーザービームの中心と揃うように配置され、その両端のシリンドリカルレンズを石英製のすりガラスにより遮光して、入射するレーザービームの線方向の周縁部を除去することができた。
【０１３８】
このようにして、本実施例ではその分割する方向に関して、分割する光学系の幅が入射するレーザービームの幅よりも短くすることにより、周縁部の除去を行った。
【０１３９】
本実施例では、シリンドリカルレンズ群の両端のシリンドリカルレンズを遮光する構成としたが、その分割する方向に関して、シリンドリカルレンズ群の幅が入射するレーザービームの幅よりも短いシリンドリカルレンズ群を使用してもよい。その際、シリンドリカルレンズ群の周囲には、入射しなかったレーザービームを遮光するため遮光板を設けることが好ましい。また、遮光板によってシリンドリカルレンズ群を支持してもよい。
【０１４０】
こうして分割されたレーザービームは、重ね合わせるための光学系を経て、被処理基板上に幅４００μｍ、長さ１３．５ｃｍの大きさに加工した。
【０１４１】
このレーザー照射装置を用いて、非単結晶珪素膜Ａ、Ｂ、Ｃをレーザーアニールした結果、非単結晶珪素膜Ａは、基板全面に均一なレーザー結晶化された多結晶珪素膜を得ることができた。
【０１４２】
また、非単結晶珪素膜Ｂ、Ｃは、基板全面の珪素膜の結晶性が向上し、レーザーアニール前に比べて高い電界効果移動度を有する多結晶珪素膜を得ることができた。
【０１４３】
本実施例によって得られた多結晶珪素膜を、液晶ディスプレイのスイッチング素子として機能するＴＦＴのソース、ドレイン、チャネル領域を含む半導体層として利用した場合、従来と比較してレーザーの加工あとが目立たないものができた。
【０１４４】
〔実施例４〕
本実施例では、レーザービームの幅よりも短いシリンドリカルレンズ群を用いて、レーザービームを分割し、不規則な形状のレーザービームが入射するシリンドリカルレンズをなくした。
【０１４５】
また、本実施例のレーザー照射装置は、幅方向のビームホモジナイザーの光学系に組合せシリンドリカルレンズ群を用いてレンズの収差を減らした構成を採っている。このような構成を採ることにより、線状レーザービームの被照射面における幅方向のエネルギー分布のボケ領域を２５μｍ以下としそのエッジを垂直に近くできる。ボケ領域とは、最大エネルギーの９０〜５％の領域をさす。
【０１４６】
図８に、本実施例におけるレーザー照射装置を示す。図８は、レーザー照射装置の概観である。
【０１４７】
図８において、レーザー照射装置は、レーザービーム発生装置８０１から照射され、反射ミラー８０２によりレーザーの進行方向を調整後、光学系８０３、８０８により、断面形状が線状に加工される。反射ミラー８０７は、パルスレーザービームを反射して、被処理基板８０９にレーザービームを照射する。反射ミラー８０２の間には、レーザービームの広がり角を抑え、かつ、ビームの大きさを調整できるビームエキスパンダーを挿入してもよい。
【０１４８】
そして、被処理基板８０９を保持している照射ステージ８０５は、線状レーザービームの幅方向に移動することができる。
【０１４９】
本実施例における光学系８０３、反射ミラー８０７、およびシリンドリカルレンズ８０８は図１３に示す構造である。
【０１５０】
図１３において、入射したレーザービームは、シリンドリカルレンズ群１４０２により線方向に分割され、凸メニスカスシリンドリカルレンズと平凸シリンドリカルレンズとの組合せシリンドリカルレンズ群１４０３により幅方向に分割される。
【０１５１】
本実施例では、幅方向にレーザービームを分割する光学レンズとして、図１３に示す構造を用いたが、他の組合せシリンドリカルレンズ群を用いても、非球面に加工して収差をほとんど無くしたシリンドリカルレンズ群を用いてもボケ領域を少なくすることが可能であり、エッジを垂直に近くすることができる。
【０１５２】
そして、トリプレットタイプの対称型レンズからなる光学レンズ１４０４により分割されたレーザービームを重ね合わせ均一化し、スリット１４０５、シリンドリカルレンズ１４０６を経て、テッサータイプの対称型レンズからなる光学レンズ１４０８によりレーザービームを幅方向に関して被処理基板１４０９に重ね合わせる。
【０１５３】
本実施例では、光学レンズ１４０４、１４０８に対称型レンズを用いたが、他の組合せレンズを用いても、非球面レンズとして収差をほとんどなくした構成としてもよい。
【０１５４】
また、スリット１４０５は、必ずしも必要ではなく、線状レーザービームの幅を細く調節するときに用いた。
【０１５５】
このような装置を用いて以下のようなレーザービームの加工を行った。
【０１５６】
レーザービーム発生装置１４０１は、ここでは、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を発振するものを用いた。他に、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＣｌ（波長２２２ｎｍ）等を用いてもよい。
【０１５７】
レーザー発生装置から射出されたレーザービームの幅方向の長さはおよそ１６ｍｍ程度であった。該レーザービームを幅方向に分割する光学レンズに入射させる。
【０１５８】
光学レンズ１４０３は、各レンズの幅が２ｍｍの合成石英からなるシリンドリカルレンズを７段並列に並べたシリンドリカルレンズ群に、同じく２ｍｍ幅の合成石英からなり、凸凸面を有するシリンドリカルレンズを７段並列に並べたシリンドリカルレンズ群を組合せた構成を用いた。図１３中では、光学レンズが４段しか記載していないが、これは図を簡略化したためである。
【０１５９】
上記のように光学レンズ１４０３は、入射するレーザービームの幅１６ｍｍよりも小さい１４ｍｍの幅しかなく、入射したレーザービームの端部は使用していない。
【０１６０】
入射したレーザービームの端部は不均一なエネルギーを有しており、均一性を高めるためにレーザービームの端部は使用しない方が好ましい。
【０１６１】
こうして幅方向に分割されたレーザービームは、光学レンズ１４０４および光学レンズ１４０８を経て、基板上に幅３００〜１０００μｍの幅に加工される。レーザービームの幅は、光学レンズ１４０４と１４０８の間の距離を調節することで変えることができる。
【０１６２】
こうして加工された線状レーザービームは、幅方向に関して、レンズの収差をほとんど受けないためエネルギー分布のエッジが垂直な線状レーザービームとなる。
【０１６３】
本実施例において、被処理基板８０９上に照射される線状レーザービームは、幅０．４ｍｍ×長さ１３５ｍｍである。
【０１６４】
被照射面におけるレーザービームのエネルギー密度は、１００ｍＪ／ｃｍ2〜５００ｍＪ／ｃｍ2の範囲で、本実施例では３５０ｍＪ／ｃｍ2とした。照射ステージ８０５を１．２ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行うことで、線状レーザービームを走査させた。
【０１６５】
レーザーの発振周波数は３０Ｈｚとし、被照射物の一点に注目すると、１０ショットのレーザービームが照射される。前記ショット数は５ショットから５０ショットの範囲で適当に選ぶ。
【０１６６】
こうして、レーザーアニール工程が終了する。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、多数の基板に対して、連続的に一枚ずつ処理できる。
【０１６７】
本実施例は線状レーザーを用いたが、線状から正方形状にいたるまでいずれのビーム形状を本発明に使用しても本発明が特徴とする効果がある。
【０１６８】
このレーザー照射装置を用いて、非単結晶珪素膜Ａ、Ｂ、Ｃをレーザーアニールした結果、非単結晶珪素膜Ａは、基板全面に均一なレーザー結晶化された多結晶珪素膜を得ることができた。
【０１６９】
また、非単結晶珪素膜Ｂ、Ｃは、基板全面の珪素膜の結晶性がさらに促進され、高い移動度を有する多結晶珪素膜を得ることができた。
【０１７０】
しかも、光学レンズに組合せレンズを用いることにより、ＴＦＴの特性が周期的にばらつく縞現象を防止することが可能である。従来の光学系と比較した縞の防止は、本実施例で得られた珪素膜を画素スイッチング素子に用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置とした際に顕著に確認することができる。
【０１７１】
本実施例では、光学レンズ１４０４、１４０８に対称型レンズを用いたが、他の組合せレンズを用いても、非球面レンズとして収差をほとんどなくした構成としてもよい。
【０１７２】
本実施例では、光学レンズ１４０４および１４０８に組合せレンズを用いて、収差を減らしたが、光学レンズ１４０８のみを組合せレンズとし、光学レンズ１４０４にはシリンドリカルレンズ単体としても縞形成を緩和することが可能であった。
【０１７３】
上記レーザーアニールされた珪素膜を活性層とするＴＦＴを作製すると、Ｎチャネル型、Ｐチャネル型、いずれも作製できる。
【０１７４】
また、Ｎチャネル型とＰチャネル型とを組み合わせた構造も得ることが可能である。また、多数のＴＦＴを集積化して電気回路を構成することもできる。
【０１７５】
上記非単結晶珪素膜Ａ、Ｂ、Ｃは、平坦なガラス基板に設けられているが、非単結晶珪素膜Ａ、Ｂ、Ｃの被形成面が配線などにより凹凸形状であっても本レーザーアニールは有効である。
【０１７６】
本発明の光学系を介してレーザーアニールされた半導体膜を利用して、ＴＦＴを有する液晶ディスプレイを作製した場合、個々のＴＦＴ特性のバラツキの少ない高画質なものが得られる。
【０１７７】
以上のことは、他の実施例で示した光学系を介してレーザーアニールされた半導体膜についてもいえる。
【０１７８】
〔実施例５〕
本実施例では、１ｃｍ×１ｃｍの正方形状に加工したレーザービームを用いて、非単結晶珪素膜Ａ、Ｂ、Ｃをレーザーアニールする。
【０１７９】
正方形状に加工するための光学系を図１４に示す。入射レーザービーム１３０１の向きは、シリンドリカルレンズ群１３０２および１３０３に対して垂直であることが好ましい。
【０１８０】
入射レーザービーム１３０１は、シリンドリカルレンズ群１３０２によってＸ軸方向に分割され、シリンドリカルレンズ群１３０３によってＹ軸方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向は線状レーザービームで言う線方向と幅方向に対応している）に分割される。
【０１８１】
そして、分割されたレーザービームは、シリンドリカルレンズ１３０６によってＸ軸方向に関して被処理面１３０９で重ね合わされ、シリンドリカルレンズ１３０４によってＹ軸方向に関して被処理面１３０９で重ね合わされる。
【０１８２】
また、本実施例で使用するレーザー処理装置は、照射ステージがＸ軸方向およびＹ軸方向の２方向に移動する手段を有している。
【０１８３】
以上の光学系を用いて、レーザービームを被処理基板で１０×１０ｍｍの正方形状に加工し、非単結晶珪素膜Ａ、Ｂ、Ｃをレーザーアニールする。被照射面におけるレーザービームのエネルギー密度は３５０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【０１８４】
その結果、非単結晶珪素膜Ａは、基板全面をほぼ均一にレーザー結晶化された多結晶珪素膜を得ることができた。
【０１８５】
また、非単結晶珪素膜Ｂ、Ｃは、基板全面の珪素膜の結晶性が向上し、レーザーアニール前に比べて高い電界効果移動度を有する多結晶珪素膜を得ることができた。
【０１８６】
[実施例６]
本発明の実施例について図１５〜図１８を用いて説明する。ここでは、実施例１ないし３において得られた半導体膜を利用する液晶表示装置の画素部とその周辺に設けられる駆動回路を同時に作製する方法について説明する。但し、説明を簡単にするために、駆動回路に関しては、シフトレジスタ回路、バッファ回路等の基本回路であるＣＭＯＳ回路と、サンプリング回路を形成するｎチャネル型ＴＦＴとを図示することとする。
【０１８７】
図１５（Ａ）において、基板３１０１には、ガラス基板や石英基板を使用することが望ましい。その他にもシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを基板としても良い。耐熱性が許せばプラスチック基板を用いることも可能である。
【０１８８】
そして、基板３１０１のＴＦＴが形成される表面には、珪素（シリコン）を含む絶縁膜（本実施例中では酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜の総称を指す）からなる下地膜３１０２をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法で１００〜４００ｎｍの厚さに形成する。なお、本実施例中において窒化酸化シリコン膜とはＳｉＯxＮyで表される絶縁膜であり、珪素、酸素、窒素を所定の割合で含む絶縁膜を指す。
【０１８９】
本実施例では、下地膜３１０２として、窒化酸化シリコン膜を２５〜１００ｎｍ、ここでは５０ｎｍの厚さに、酸化シリコン膜を５０〜３００ｎｍ、ここでは１５０ｎｍの厚さとした２層構造で形成した。下地膜３１０１は基板からの不純物汚染を防ぐために設けられるものであり、石英基板を用いた場合には必ずしも設けなくても良い。
【０１９０】
次に下地膜３１０１の上に２０〜１００ｎｍの厚さの、非晶質構造を含む半導体膜（本実施例では非晶質シリコン膜（図示せず））を公知の成膜法で形成した。なお、非晶質構造を含む半導体膜としては、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜があり、さらに非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を含む化合物半導体膜も含まれる。
【０１９１】
そして、特開平７−１３０６５２号公報（ＵＳＰ５，６４３，８２６号に対応）に記載された技術に従って、結晶構造を含む半導体膜（本実施例では結晶質シリコン膜）３１０２を形成した。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜の結晶化に際して、結晶化を助長する触媒元素（ニッケル、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、パラジウム、鉄、銅から選ばれた一種または複数種の元素、代表的にはニッケル）を用いる結晶化手段である。
【０１９２】
具体的には、非晶質シリコン膜表面に触媒元素を保持させた状態で加熱処理を行い、非晶質シリコン膜を結晶質シリコン膜に変化させるものである。本実施例では同公報の実施例１に記載された技術を用いるが、実施例２に記載された技術を用いても良い。なお、結晶質シリコン膜には、いわゆる単結晶シリコン膜も多結晶シリコン膜も含まれるが、本実施例で形成される結晶質シリコン膜は結晶粒界を有するシリコン膜である。（図１５（Ａ））
【０１９３】
非晶質シリコン膜は含有水素量にもよるが、好ましくは４００〜５５０℃で数時間加熱して脱水素処理を行い、含有水素量を５atom％以下として、結晶化の工程を行うことが望ましい。また、非晶質シリコン膜をスパッタ法や蒸着法などの他の作製方法で形成しても良いが、膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物元素を十分低減させておくことが望ましい。
【０１９４】
ここでは、下地膜と非晶質シリコン膜とは、同じ成膜法で形成することが可能であるので両者を連続形成しても良い。下地膜を形成後、一旦大気雰囲気にさらされないようにすることで表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製されるＴＦＴの特性バラツキを低減させることができる。
【０１９５】
次に、実施例１ないし３に示す方法で結晶質シリコン膜３１０２に対してレーザーアニールを施して結晶性の改善された結晶質シリコン膜３１０３を形成する。レーザー光としては、パルス発振型または連続発振型のエキシマレーザー光が望ましいが、連続発振型のアルゴンレーザー光でも良い。（図１５（Ｂ））
【０１９６】
本実施例では、実施例２で示す光学系を用いてパルス発振型エキシマレーザー光を線状に加工してレーザーアニール工程を行った。レーザーアニール条件は、励起ガスとしてＸｅＣｌガスを用い、処理温度を室温、パルス発振周波数を３０Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を２５０〜５００mJ/cm2（代表的には３５０〜４００mJ/cm2）とした。
【０１９７】
上記条件で行われたレーザーアニール工程は、熱結晶化後に残存した非晶質領域を完全に結晶化すると共に、既に結晶化された結晶質領域の欠陥等を低減する効果を有する。そのため、本工程は光アニールにより半導体膜の結晶性を改善する工程、または半導体膜の結晶化を助長する工程と呼ぶこともできる。このような効果はレーザーアニールの条件を最適化することによっても得ることが可能である。本実施例中ではこのような条件を第１アニール条件と呼ぶことにする。
【０１９８】
次に、結晶質シリコン膜３１０３上に後の不純物添加時のために保護膜３１０４を形成した。保護膜３１０４は１００〜２００ｎｍ（好ましくは１３０〜１７０ｎｍ）の厚さの窒化酸化シリコン膜または酸化シリコン膜を用いた。この保護膜３１０４は不純物添加時に結晶質シリコン膜が直接プラズマに曝されないようにするためと、微妙な濃度制御を可能にするための意味がある。
【０１９９】
そして、その上にレジストマスク３１０５を形成し、保護膜３１０４を介してｐ型を付与する不純物元素（以下、ｐ型不純物元素という）を添加した。ｐ型不純物元素としては、代表的には１３族に属する元素、典型的にはボロンまたはガリウムを用いることができる。この工程（チャネルドープ工程という）はＴＦＴのしきい値電圧を制御するための工程である。なお、ここではジボラン（Ｂ2Ｈ6）を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法でボロンを添加した。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良い。
【０２００】
この工程により１×１０15〜１×１０18atoms/cm3（代表的には５×１０16〜５×１０17atoms/cm3）の濃度でｐ型不純物元素（本実施例ではボロン）を含む不純物領域３１０６を形成した。なお、本実施例中では少なくとも上記濃度範囲でｐ型不純物元素を含む不純物領域をｐ型不純物領域（ｂ）と定義する。（図１５（Ｃ））
【０２０１】
次に、レジストマスク３１０５を除去し、新たにレジストマスク３１０７〜３１１０を形成した。そして、ｎ型を付与する不純物元素（以下、ｎ型不純物元素という）を添加してｎ型を呈する不純物領域３１１１〜３１１３を形成した。なお、ｎ型不純物元素としては、代表的には１５族に属する元素、典型的にはリンまたは砒素を用いることができる。（図１５（Ｄ））
【０２０２】
この低濃度不純物領域３１１１〜３１１３は、後にＣＭＯＳ回路およびサンプリング回路のｎチャネル型ＴＦＴにおいて、ＬＤＤ領域として機能させるための不純物領域である。なお、ここで形成された不純物領域にはｎ型不純物元素が２×１０16〜５×１０19atoms/cm3（代表的には５×１０17〜５×１０18atoms/cm3）の濃度で含まれている。本実施例中では上記濃度範囲でｎ型不純物元素を含む不純物領域をｎ型不純物領域（ｂ）と定義する。
【０２０３】
なお、ここではフォスフィン（ＰＨ3）を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法でリンを１×１０18atoms/cm3の濃度で添加した。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良い。この工程では、保護膜３１０７を介して結晶質シリコン膜にリンを添加した。
【０２０４】
次に、保護膜３１０４を除去し、再び実施例１ないし３に示す方法でレーザービームの照射工程を行う。本実施例では、実施例２で示す光学系を用いてレーザーアニールを行った。レーザービームとしては、パルス発振型または連続発振型のエキシマレーザー光が望ましいが、連続発振型のアルゴンレーザー光でも良い。但し、添加された不純物元素の活性化が目的であるので、結晶質シリコン膜が溶融しない程度のエネルギーで照射することが好ましい。また、保護膜３１０４をつけたままレーザーアニール工程を行うことも可能である。（図１５（Ｅ））
【０２０５】
本実施例では、パルス発振型エキシマレーザー光を線状に加工してレーザーアニール工程を行った。レーザーアニール条件は、励起ガスとしてＫｒＦガスを用い、処理温度を室温、パルス発振周波数を３０Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜３００mJ/cm2（代表的には１５０〜２５０mJ/cm2）とした。
【０２０６】
上記条件で行われたレーザーアニール工程は、添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化すると共に、不純物元素の添加時に非晶質化した半導体膜を再結晶化する効果を有する。なお、上記条件は半導体膜を溶融させることなく原子配列の整合性をとり、且つ、不純物元素を活性化することが好ましい。また、本工程はレーザーアニールによりｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程、半導体膜を再結晶化する工程、またはそれらを同時に行う工程と呼ぶこともできる。本実施例中ではこのような条件を第２アニール条件と呼ぶことにする。
【０２０７】
この工程によりｎ型不純物領域（ｂ）３１１１〜３１１３の境界部、即ち、ｎ型不純物領域（ｂ）の周囲に存在する真性な領域（ｐ型不純物領域（ｂ）も実質的に真性とみなす）との接合部が明確になる。このことは、後にＴＦＴが完成した時点において、ＬＤＤ領域とチャネル形成領域とが非常に良好な接合部を形成しうることを意味する。
【０２０８】
なお、このレーザービームによる不純物元素の活性化に際して、熱処理による活性化を併用しても構わない。熱処理による活性化を行う場合は、基板の耐熱性を考慮して４５０〜５５０℃程度の熱処理を行えば良い。
【０２０９】
次に、結晶質シリコン膜の不要な部分を除去して、島状の半導体膜（以下、活性層という）３１１４〜３１１７を形成した。（図１５（Ｆ））
【０２１０】
次に、活性層３１１４〜３１１７を覆ってゲート絶縁膜３１１８を形成した。ゲート絶縁膜３１１８は、１０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍの厚さに形成すれば良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法でＮ2ＯとＳｉＨ4を原料とした窒化酸化シリコン膜を１１５ｎｍの厚さに形成した。（図１６（Ａ））
【０２１１】
次に、ゲート配線となる導電膜を形成した。なお、ゲート配線は単層の導電膜で形成しても良いが、必要に応じて二層、三層といった積層膜とすることが好ましい。本実施例では、第１導電膜３１１９と第２導電膜３１２０とでなる積層膜を形成した。（図１６（Ｂ））
【０２１２】
ここで第１導電膜３１１９、第２導電膜３１２０としては、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする導電膜（代表的には窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、窒化チタン膜）、または前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金、Ｍｏ−Ｔａ合金）を用いることができる。
【０２１３】
なお、第１導電膜３１１９は１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、第２導電膜３１２０は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良い。本実施例では、第１導電膜３１１９として、５０ｎｍ厚の窒化タングステン（ＷＮ）膜を、第２導電膜３１２０として、３５０ｎｍ厚のタングステン膜を用いた。
【０２１４】
なお、図示しないが、第１導電膜３１１９の下にシリコン膜を２〜２０ｎｍ程度の厚さで形成しておくことは有効である。これによりその上に形成される導電膜の密着性の向上と、酸化防止を図ることができる。
【０２１５】
次に、第１導電膜３１１９と第２導電膜３１２０とを一括でエッチングして４００ｎｍ厚のゲート配線３１２１〜３１２４を形成した。この時、駆動回路に形成されるゲート配線３１２２、３１２３はｎ型不純物領域（ｂ）３１１１〜３１１３の一部とゲート絶縁膜を介して重なるように形成した。この重なった部分が後にＬov領域となる。なお、ゲート配線３１２４は断面では二つに見えるが、実際は連続的に繋がった一つのパターンから形成されている。（図１６（Ｃ））
【０２１６】
次に、ゲート配線３１２１〜３１２４をマスクとして自己整合的にｎ型不純物元素（本実施例ではリン）を添加した。こうして形成された不純物領域３１２５〜３３１３０には前記ｎ型不純物領域（ｂ）の１／２〜１／１０（代表的には１／３〜１／４）の濃度（但し、前述のチャネルドープ工程で添加されたボロン濃度よりも５〜１０倍高い濃度、代表的には１×１０16〜５×１０18atoms/cm3、典型的には３×１０17〜３×１０18atoms/cm3、）でリンが添加されるように調節した。なお、本実施例中では上記濃度範囲でｎ型不純物元素を含む不純物領域をｎ型不純物領域（ｃ）と定義する。（図１６（Ｄ））
【０２１７】
なお、この工程ではゲート配線で隠された部分を除いて全てのｎ型不純物領域（ｂ）にも１×１０16〜５×１０18atoms/cm3の濃度でリンが添加されているが、非常に低濃度であるためｎ型不純物領域（ｂ）としての機能には影響を与えない。また、ｎ型不純物領域（ｂ）３１２７〜３１３０には既にチャネルドープ工程で１×１０15〜１×１０18atoms/cm3の濃度のボロンが添加されているが、この工程ではｐ型不純物領域（ｂ）に含まれるボロンの５〜１０倍の濃度でリンが添加されるので、この場合もボロンはｎ型不純物領域（ｂ）の機能には影響を与えないと考えて良い。
【０２１８】
但し、厳密にはｎ型不純物領域（ｂ）３１１１〜３１１３のうちゲート配線に重なった部分のリン濃度が２×１０16〜５×１０19atoms/cm3のままであるのに対し、ゲート配線に重ならない部分はそれに１×１０16〜５×１０18atoms/cm3の濃度のリンが加わっており、若干高い濃度でリンを含むことになる。
【０２１９】
次に、ゲート配線３１２１〜３１２４をマスクとして自己整合的にゲート絶縁膜３１１８をエッチングした。エッチングはドライエッチング法を用い、エッチングガスとしてはＣＨＦ3ガスを用いた。但し、エッチングガスはこれに限定する必要はない。こうしてゲート配線下にゲート絶縁膜３１３１〜３１３４が形成された。（図１６（Ｅ））
【０２２０】
このように活性層を露呈させることによって、次に不純物元素の添加工程を行う際に加速電圧を低くすることができる。そのため、また必要なドーズ量が少なくて済むのでスループットが向上する。勿論、ゲート絶縁膜をエッチングしないで残し、スルードーピングによって不純物領域を形成しても良い。
【０２２１】
次に、ゲート配線を覆う形でレジストマスク３１３５〜３１３８を形成し、ｎ型不純物元素（本実施例ではリン）を添加して高濃度にリンを含む不純物領域３１３９〜３１４７を形成した。ここでも、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法（勿論、イオンインプランテーション法でも良い）で行い、この領域のリンの濃度は１×１０20〜１×１０21atoms/cm3（代表的には２×１０20〜５×１０21atoms/cm3）とした。（図１６（Ｆ））
【０２２２】
なお、本実施例中では上記濃度範囲でｎ型不純物元素を含む不純物領域をｎ型不純物領域（ａ）と定義する。また、不純物領域３１３９〜３１４７が形成された領域には既に前工程で添加されたリンまたはボロンが含まれるが、十分に高い濃度でリンが添加されることになるので、前工程で添加されたリンまたはボロンの影響は考えなくて良い。従って、本実施例中では不純物領域３１３９〜３１４７はｎ型不純物領域（ａ）と言い換えても構わない。
【０２２３】
次に、レジストマスク３１３５〜３１３９を除去し、新たにレジストマスク３１４８を形成した。そして、ｐ型不純物元素（本実施例ではボロン）を添加し、高濃度にボロンを含む不純物領域３１４９、３１５０を形成した。ここではジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法（勿論、イオンインプランテーション法でも良い）により３×１０20〜３×１０21atoms/cm3（代表的には５×１０20〜１×１０21atoms/cm3）濃度でボロンを添加した。なお、本実施例中では上記濃度範囲でｐ型不純物元素を含む不純物領域をｐ型不純物領域（ａ）と定義する。（図１７（Ａ））
【０２２４】
なお、不純物領域３１４９、３１５０の一部（前述のｎ型不純物領域（ａ）３１３９、３１４０）には既に１×１０20〜１×１０21atoms/cm3の濃度でリンが添加されているが、ここで添加されるボロンはその少なくとも３倍以上の濃度で添加される。そのため、予め形成されていたｎ型の不純物領域は完全にＰ型に反転し、Ｐ型の不純物領域として機能する。従って、本実施例中では不純物領域３１４９、３１５０をｐ型不純物領域（ａ）と言い換えても構わない。
【０２２５】
次に、レジストマスク３１４８を除去した後、第１層間絶縁膜３１５１を形成した。第１層間絶縁膜３１５１としては、珪素を含む絶縁膜、具体的には窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜またはそれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。また、膜厚は１００〜４００ｎｍとすれば良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3を原料ガスとし、２００ｎｍ厚の窒化酸化シリコン膜（但し窒素濃度が２５〜５０atomic%）を用いた。
【０２２６】
その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型不純物元素を活性化するために熱処理工程を行った。この工程はファーネスアニール法、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）で行うことができる。ここではファーネスアニール法で活性化工程を行ったが、実施例１ないし３に示すレーザーアニールを用いても有効である。加熱処理は、窒素雰囲気中において３００〜６５０℃、好ましくは４００〜５５０℃、ここでは５５０℃、４時間の熱処理を行った。（図１７（Ｂ））
【０２２７】
この時、本実施例において非晶質シリコン膜の結晶化に用いた触媒元素（本実施例ではニッケル）が、矢印で示す方向に移動して、前述の図１６（Ｆ）の工程で形成された高濃度にリンを含む領域に捕獲（ゲッタリング）された。これはリンによる金属元素のゲッタリング効果に起因する現象であり、この結果、後のチャネル形成領域３１５２〜３１５６は前記触媒元素の濃度が１×１０17atoms/cm3以下（好ましくは１×１０16atoms/cm3以下）となった。
【０２２８】
また逆に、触媒元素のゲッタリングサイトとなった領域（図１６（Ｆ）の工程で不純物領域３１３９〜３１４７が形成された領域）は高濃度に触媒元素が偏析して５×１０18atoms/cm3以上（代表的には１×１０19〜５×１０20atoms/cm3）濃度で存在するようになった。
【０２２９】
さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、活性層を水素化する工程を行った。この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。
【０２３０】
活性化工程を終えたら、第１層間絶縁膜３１５１の上に５００ｎｍ〜１．５μm厚の第２層間絶縁膜３１５７を形成した。本実施例では第２層間絶縁膜３１５７として８００ｎｍ厚の酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により形成した。こうして第１層間絶縁膜（窒化酸化シリコン膜）３１５１と第２層間絶縁膜（酸化シリコン膜）３１５７との積層膜でなる１μm厚の層間絶縁膜を形成した。
【０２３１】
なお、第２層間絶縁膜３１５７として、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等の有機樹脂膜を用いることも可能である。
【０２３２】
その後、それぞれのＴＦＴのソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールが形成され、ソース配線３１５８〜３１６１と、ドレイン配線３１６２〜３１６５を形成した。なお、図示されていないがＣＭＯＳ回路を形成するためにドレイン配線３１６２、３１６３は同一配線として接続されている。また、図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の積層膜とした。
【０２３３】
次に、パッシベーション膜３１６６として、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜で５０〜５００ｎｍ（代表的には２００〜３００ｎｍ）の厚さで形成した。この時、本実施例では膜の形成に先立ってＨ2、ＮＨ3等水素を含むガスを用いてプラズマ処理を行い、成膜後に熱処理を行った。この前処理により励起された水素が第１、第２層間絶縁膜中に供給される。、この状態で熱処理を行うことで、パッシベーション膜３１６６の膜質を改善するとともに、第１、第２層間絶縁膜中に添加された水素が下層側に拡散するため、効果的に活性層を水素化することができた。
【０２３４】
また、パッシベーション膜３１６６を形成した後に、さらに水素化工程を行っても良い。例えば、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られた。なお、ここで後に画素電極とドレイン配線を接続するためのコンタクトホールを形成する位置において、パッシベーション膜３１６６に開口部を形成しておいても良い。
【０２３５】
その後、有機樹脂からなる第３層間絶縁膜３１６７を約１μmの厚さに形成した。有機樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用することができる。有機樹脂膜を用いることの利点は、成膜方法が簡単である点や、比誘電率が低いので、寄生容量を低減できる点、平坦性に優れる点などが上げられる。なお上述した以外の有機樹脂膜や有機系SiO化合物などを用いることもできる。ここでは、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用い、３００℃で焼成して形成した。
【０２３６】
次に、画素部となる領域において、第３層間絶縁膜３１６７上に遮蔽膜３１６８を形成した。なお、本実施例中では光と電磁波を遮るという意味で遮蔽膜という文言を用いる。
【０２３７】
遮蔽膜３１６８はアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）から選ばれた元素でなる膜またはいずれかの元素を主成分とする膜で１００〜３００ｎｍの厚さに形成した。本実施例では1wt%のチタンを含有させたアルミニウム膜を１２５ｎｍの厚さに形成した。
【０２３８】
なお、第３層間絶縁膜３１６７上に酸化シリコン膜等の絶縁膜を５〜５０ｎｍ形成しておくと、この上に形成する遮蔽膜の密着性を高めることができた。また、有機樹脂で形成した第３層間絶縁膜３１６７の表面にＣＦ4ガスを用いたプラズマ処理を施すと、表面改質により膜上に形成する遮蔽膜の密着性を向上させることができた。
【０２３９】
また、このチタンを含有させたアルミニウム膜を用いて、遮蔽膜だけでなく他の接続配線を形成することも可能である。例えば、駆動回路内で回路間をつなぐ接続配線を形成できる。但し、その場合は遮蔽膜または接続配線を形成する材料を成膜する前に、予め第３層間絶縁膜にコンタクトホールを形成しておく必要がある。
【０２４０】
次に、遮蔽膜３１６８の表面に陽極酸化法またはプラズマ酸化法（本実施例では陽極酸化法）により２０〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜５０ｎｍ）の厚さの酸化物３１６９を形成した。本実施例では遮蔽膜３１６８としてアルミニウムを主成分とする膜を用いたため、陽極酸化物３１６９として酸化アルミニウム膜（アルミナ膜）が形成された。
【０２４１】
この陽極酸化処理に際して、まず十分にアルカリイオン濃度の小さい酒石酸エチレングリコール溶液を作製した。これは１５％の酒石酸アンモニウム水溶液とエチレングリコールとを２：８で混合した溶液であり、これにアンモニア水を加え、ｐＨが７±０．５となるように調節した。そして、この溶液中に陰極となる白金電極を設け、遮蔽膜３１６４が形成されている基板を溶液に浸し、遮蔽膜３１６８を陽極として、一定（数ｍＡ〜数十ｍＡ）の直流電流を流した。
【０２４２】
溶液中の陰極と陽極との間の電圧は陽極酸化物の成長に従い時間と共に変化するが、定電流のまま１００Ｖ／ｍｉｎの昇圧レートで電圧を上昇させて、到達電圧４５Ｖに達したところで陽極酸化処理を終了させた。このようにして遮蔽膜３１６８の表面には厚さ約５０ｎｍの陽極酸化物３１６９を形成することができた。また、その結果、遮蔽膜３１６８の膜厚は９０ｎｍとなった。なお、ここで示した陽極酸化法に係わる数値は一例にすぎず、作製する素子の大きさ等によって当然最適値は変化しうるものである。
【０２４３】
また、ここでは陽極酸化法を用いて遮蔽膜表面のみに絶縁膜を設ける構成としたが、絶縁膜をプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法またはスパッタ法などの気相法によって形成しても良い。その場合も膜厚は２０〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜５０ｎｍ）とすることが好ましい。また、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、ＤＬＣ（Diamond  like  carbon）膜または有機樹脂膜を用いても良い。さらに、これらを組み合わせた積層膜を用いても良い。
【０２４４】
次に、第３層間絶縁膜３１６７、パッシベーション膜３１６６にドレイン配線３１６５に達するコンタクトホールを形成し、画素電極３１７０を形成した。なお、画素電極３１７１、３１７２はそれぞれ隣接する別の画素の画素電極である。画素電極３１７０〜３１７２は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用い、反射型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。ここでは透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜を１１０ｎｍの厚さにスパッタ法で形成した。
【０２４５】
また、この時、画素電極３１７０と遮蔽膜３１６８とが陽極酸化物３１６９を介して重なり、保持容量（キャパシタンス・ストレージ）３１７３を形成した。なお、この場合、遮蔽膜３１６８をフローティング状態（電気的に孤立した状態）か固定電位、好ましくはコモン電位（データとして送られる画像信号の中間電位）に設定しておくことが望ましい。
【０２４６】
こうして同一基板上に、駆動回路と画素部とを有したアクティブマトリクス基板が完成した。なお、図１７（Ｃ）においては、駆動回路にはｐチャネル型ＴＦＴ３３０１、ｎチャネル型ＴＦＴ３３０２、３３０３が形成され、画素部にはｎチャネル型ＴＦＴでなる画素ＴＦＴ３３０４が形成された。
【０２４７】
駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴ３３０１には、チャネル形成領域３２０１、ソース領域３２０２、ドレイン領域３２０３がそれぞれｐ型不純物領域（ａ）で形成された。但し、実際にはソース領域またはドレイン領域の一部に１×１０20〜１×１０21atoms/cm3の濃度でリンを含む領域が存在する。また、その領域には図１７（Ｂ）の工程でゲッタリングされた触媒元素が５×１０18atoms/cm3以上（代表的には１×１０19〜５×１０20atoms/cm3）濃度で存在する。
【０２４８】
また、ｎチャネル型ＴＦＴ３３０２には、チャネル形成領域３２０４、ソース領域３２０５、ドレイン領域３２０６、そしてチャネル形成領域の片側（ドレイン領域側）に、ゲート絶縁膜を介してゲート配線と重なった領域（本実施例中ではこのような領域をＬov領域という。なお、ovはoverlapの意味で付した。）３２０７が形成された。この時、Ｌov領域３２０７は２×１０16〜５×１０19atoms/cm3の濃度でリンを含み、且つ、ゲート配線と全部重なるように形成された。
【０２４９】
また、ｎチャネル型ＴＦＴ２３０３には、チャネル形成領域２２０８、ソース領域２２０９、ドレイン領域２２１０、そしてチャネル形成領域の両側にＬＤＤ領域２２１１、２２１２が形成された。なお、この構造ではＬＤＤ領域２２１１、２２１２の一部がゲート配線と重なるように配置されたために、ゲート絶縁膜を介してゲート配線と重なった領域（Ｌov領域）とゲート配線と重ならない領域（本実施例中ではこのような領域をＬoff領域という。なお、offはoffsetの意味で付した。）が実現されている。
【０２５０】
ここで図１９に示す断面図は図１７（Ｃ）に示したｎチャネル型ＴＦＴ３３０３を図１７（Ｂ）の工程まで作製した状態を示す拡大図である。ここに示すように、ＬＤＤ領域３２１１はさらにＬov領域３２１１a、Ｌoff領域３２１１bに区別できる。また、前述のＬov領域３２１１aには２×１０16〜５×１０19atoms/cm3の濃度でリンが含まれるが、Ｌoff領域３２１１bはその１〜２倍（代表的には１．２〜１．５倍）の濃度でリンが含まれる。
【０２５１】
また、画素ＴＦＴ３３０４には、チャネル形成領域３２１３、３２１４、ソース領域３２１５、ドレイン領域３２１６、Ｌoff領域３２１７〜３２２０、Ｌoff領域３２１８、３２１９に接したｎ型不純物領域（ａ）３２２１が形成された。この時、ソース領域３２１５、ドレイン領域３２１６はそれぞれｎ型不純物領域（ａ）で形成され、Ｌoff領域３２１７〜３２２０はｎ型不純物領域（ｃ）で形成された。
【０２５２】
本実施例では、画素部および駆動回路が要求する回路仕様に応じて各回路を形成するＴＦＴの構造を最適化し、半導体装置の動作性能および信頼性を向上させることができた。具体的には、ｎチャネル型ＴＦＴは回路仕様に応じてＬＤＤ領域の配置を異ならせ、Ｌov領域またはＬoff領域を使い分けることによって、同一基板上に高速動作またはホットキャリア対策を重視したＴＦＴ構造と低オフ電流動作を重視したＴＦＴ構造とを実現した。
【０２５３】
例えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置の場合、ｎチャネル型ＴＦＴ３３０２は高速動作を重視するシフトレジスタ回路、分周波回路、信号分割回路、レベルシフタ回路、バッファ回路などの駆動回路に適している。即ち、チャネル形成領域の片側（ドレイン領域側）のみにＬov領域を配置することで、できるだけ抵抗成分を低減させつつホットキャリア対策を重視した構造となっている。これは上記回路群の場合、ソース領域とドレイン領域の機能が変わらず、キャリア（電子）の移動する方向が一定だからである。但し、必要に応じてチャネル形成領域の両側にＬov領域を配置することもできる。
【０２５４】
また、ｎチャネル型ＴＦＴ３３０３はホットキャリア対策と低オフ電流動作の双方を重視するサンプリング回路（サンプルホールド回路）に適している。即ち、Ｌov領域を配置することでホットキャリア対策とし、さらにＬoff領域を配置することで低オフ電流動作を実現した。また、サンプリング回路はソース領域とドレイン領域の機能が反転してキャリアの移動方向が１８０°変わるため、ゲート配線を中心に線対称となるような構造としなければならない。なお、場合によってはＬov領域のみとすることもありうる。
【０２５５】
また、ｎチャネル型ＴＦＴ３３０４は低オフ電流動作を重視した画素部、サンプリング回路（サンプルホールド回路）に適している。即ち、オフ電流値を増加させる要因となりうるＬov領域を配置せず、Ｌoff領域のみを配置することで低オフ電流動作を実現している。また、駆動回路のＬＤＤ領域よりも低い濃度のＬＤＤ領域をＬoff領域として用いることで、多少オン電流値が低下しても徹底的にオフ電流値を低減する対策を打っている。さらに、ｎ型不純物領域（ａ）３２２１はオフ電流値を低減する上で非常に有効であることが確認されている。
【０２５６】
また、チャネル長３〜７μｍに対してｎチャネル型ＴＦＴ３３０２のＬov領域３２０７の長さ（幅）は０．５〜３．０μｍ、代表的には１．０〜１．５μｍとすれば良い。また、ｎチャネル型ＴＦＴ２３０３のＬov領域３２１１a、３２１２aの長さ（幅）は０．５〜３．０μｍ、代表的には１．０〜１．５μｍ、Ｌoff領域３２１１b、３２１２bの長さ（幅）は１．０〜３．５μｍ、代表的には１．５〜２．０μｍとすれば良い。また、画素ＴＦＴ３３０４に設けられるＬoff領域３２１７〜３２２０の長さ（幅）は０．５〜３．５μｍ、代表的には２．０〜２．５μｍとすれば良い。
【０２５７】
さらに、ｐチャネル型ＴＦＴ３３０１は自己整合（セルフアライン）的に形成され、ｎチャネル型ＴＦＴ３３０２〜３３０４は非自己整合（ノンセルフアライン）的に形成されている点も本発明の特徴の一つである。
【０２５８】
また、本実施例では保持容量の誘電体として比誘電率が７〜９と高いアルミナ膜を用いたことで、必要な容量を形成するための面積を少なくすることを可能とした。さらに、本実施例のように画素ＴＦＴ上に形成される遮蔽膜を保持容量の一方の電極とすることで、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画像表示部の開口率を向上させることができた。
【０２５９】
なお、本発明は本実施例に示した保持容量の構造に限定される必要はない。例えば、本出願人による特願平９−３１６５６７号出願や特願平１０−２５４０９７号出願に記載された保持容量の構造を用いることもできる。
【０２６０】
図１８に示すように、図１７（Ｃ）の状態の基板に対し、配向膜３４０１を形成した。本実施例では配向膜としてポリイミド膜を用いた。また、対向基板３４０２には、透明導電膜３４０３と、配向膜３４０４とを形成した。なお、対向基板には必要に応じてカラーフィルターや遮蔽膜を形成しても良い。
【０２６１】
次に、配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにした。そして、画素部と、駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とを、公知のセル組み工程によってシール材やスペーサ（共に図示せず）などを介して貼りあわせた。その後、両基板の間に液晶３４０５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止した。液晶には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１８に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成した。
【０２６２】
次に、このアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を、図２０の斜視図を用いて説明する。尚、図２０は、図１５〜図１７の断面構造図と対応付けるため、共通の符号を用いている。アクティブマトリクス基板は、ガラス基板３１０１上に形成）れた、画素部３６０１と、走査（ゲート）信号駆動回路３６０２と、画像（ソース）信号駆動回路３６０３で構成される。画素部の画素ＴＦＴ３３０４はｎチャネル型ＴＦＴであり、周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。走査信号駆動回路３６０２と、画像信号駆動回路３６０３はそれぞれゲート配線３１２４とソース配線３１５２で画素部３６０１に接続されている。また、ＦＰＣ３６０４が接続された外部入出力端子３６０５から駆動回路の入出力端子までの接続配線３６０６、３６０７が設けられている。
【０２６３】
〔実施例７〕
本願発明を実施して形成されたＣＭＯＳ回路や画素マトリクス回路は様々な電気光学装置（アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アクティブマトリクス型ＥＬディスプレイ、アクティブマトリクス型ＥＣディスプレイ）に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示媒体として組み込んだ電子機器全てに本願発明を実施できる。
【０２６４】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図２３及び図２４に示す。
【０２６５】
図２３（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、画像入力部２００２、表示装置２００３、キーボード２００４で構成される。本願発明を画像入力部２００２、表示装置２００３やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２６６】
図２３（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示装置２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６で構成される。本願発明を表示装置２１０２、音声入力部２１０３やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２６７】
図２３（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示装置２２０５で構成される。本願発明は表示装置２２０５やその他の信号制御回路に適用できる。
【０２６８】
図２３（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示装置２３０２、アーム部２３０３で構成される。本発明は表示装置２３０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２６９】
図２３（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体２４０１、表示装置２４０２、スピーカ部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５で構成される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示装置２４０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２７０】
図２３（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示装置２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）で構成される。本願発明を表示装置２５０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２７１】
図２４（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、表示装置２６０１、スクリーン２６０２で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２７２】
図２４（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、表示装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０２７３】
なお、図２４（Ｃ）は、図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）中における表示装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。表示装置２６０１、２７０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図２４（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０２７４】
また、図２４（Ｄ）は、図２４（Ｃ）中における光源光学系２８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系２８０１は、リフレクター２８１１、光源２８１２、２８１３、２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。なお、図２４（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０２７５】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜７のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【０２７６】
【発明の効果】
本発明により、被処理基板全面に均一なレーザーアニールを施すことが可能となった。その結果、基板面内における半導体装置の特性を均一にすることができた。また、被形成面でのレーザービームの面積を広くすることができ、生産性を向上することができた。
【０２７７】
そして、本発明を利用して作製されたＴＦＴを使って、例えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製した場合、従来と比較してレーザーの加工あとが目立たないものができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の線状レーザービームを照射された珪素膜の写真。
【図２】  図１を模式的に示した図。
【図３】  従来における線状レーザービームを形成する光学系と光路図。
【図４】  従来の分割する光学系に入射するレーザービームを示す図。
【図５】  従来における線状レーザービームを形成する光学系と光路図。
【図６】  本発明における線状レーザービームを形成する光学系と光路図。
【図７】  本発明における線状レーザービームを形成する光学系と光路図。
【図８】  レーザー照射装置の概略図。
【図９】  線状レーザービームのエネルギー分布の幅方向の断面図。
【図１０】  本発明の線状レーザービームを照射された珪素膜の写真。
【図１１】  図１０を模式的に示した図。
【図１２】  本発明におけるレーザー照射システムを示す図。
【図１３】  本発明における線状レーザーを形成する光学系と光路図。
【図１４】  正方形状のレーザービームに加工する光学系と光路図。
【図１５】  画素回路と制御回路の作製工程を示す図。
【図１６】  画素回路と制御回路の作製工程を示す図。
【図１７】  画素回路と制御回路の作製工程を示す図。
【図１８】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面構造図。
【図１９】  ｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ構造を示す図。
【図２０】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の斜視図。
【図２１】  反射ミラーを設けない光学系を示す図
【図２２】  反射ミラーの搬入位置を変えた光学系を示す図
【図２３】  電子機器への応用例を示す図。
【図２４】  プロジェクターへの応用例を示す図。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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