(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を配置する一対のベルトコンベアを有し、
前記基板の移動方向に前記一対のベルトコンベアは並べられ、前記一対のベルトコンベアの一方のベルトコンベア上から他方のベルトコンベア上へ前記基板が移されるように、前記一対のベルトコンベアは設置され、
前記基板の表面側から第１レーザービームが照射され、同時に前記基板の裏面側から前記一対のベルトコンベアの間を通して第２レーザービームが照射されるレーザー照射装置であって、
前記第１レーザービームの被照射領域の形状及び前記第２レーザービームの被照射領域の形状は、線状、帯状または面状であり、
前記第１レーザービームの被照射領域と前記第２レーザービームの被照射領域は、互いに平行であり、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームの照射時に、前記一対のベルトコンベアを用いて、前記第１及び第２レーザービームの被照射領域における幅方向に前記基板を移動させることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項２】
基板を配置する一対のベルトコンベアを有し、
前記基板の移動方向に前記一対のベルトコンベアは並べられ、前記一対のベルトコンベアの一方のベルトコンベア上から他方のベルトコンベア上へ前記基板が移されるように、前記一対のベルトコンベアは設置され、
前記基板の表面側から第１レーザービームが照射され、同時に前記基板の裏面側から前記一対のベルトコンベアの間を通して第２レーザービームが照射されるレーザー照射装置であって、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームはエキシマレーザーであり、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームは、ハーフミラーによって分割されたものであり、
前記第１レーザービームの被照射領域の形状及び前記第２レーザービームの被照射領域の形状は、線状、帯状または面状であり、
前記第１レーザービームの被照射領域と前記第２レーザービームの被照射領域は、互いに平行であり、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームの照射時に、前記一対のベルトコンベアを用いて、前記第１及び第２レーザービームの被照射領域における幅方向に前記基板を移動させることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
第１レンチキュラーレンズで反射した前記第１レーザービームの被照射領域の幅は、第２レンチキュラーレンズで反射した前記第２レーザービームの被照射領域の幅以下であり、
前記第２レンチキュラーレンズを構成する複数の鏡面のそれぞれは、前記第１レンチキュラーレンズを構成する複数の鏡面のそれぞれより大きいことを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記基板の表面上には、非単結晶半導体膜が形成されていることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項５】
請求項４において、
第１シリンドリカルレンズを透過した前記第１レーザービームの被照射領域の幅は、第２シリンドリカルレンズを透過した前記第２レーザービームの被照射領域の幅以下であり、
前記第２シリンドリカルレンズの焦点距離は、前記第１シリンドリカルレンズの焦点距離より長く、
前記第２シリンドリカルレンズと前記非単結晶半導体膜との距離は、前記第１シリンドリカルレンズと前記非単結晶半導体膜との距離以上とすることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記基板及び前記一対のベルトコンベアが配置されるチャンバーを有し、
前記チャンバー内の雰囲気は、大気圧から１０−３Ｐａの範囲で調整可能であることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記基板及び前記一対のベルトコンベアが配置されるチャンバーを有し、
前記チャンバー内をＡｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅまたはこれらの混合気体からなる雰囲気にすることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームの照射時に、前記第１レーザービームの被照射領域に強光を照射する手段を有することを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記基板における前記第１レーザービームの被照射領域及び前記第２レーザービームの被照射領域を１０℃〜５００℃に加熱する手段を有することを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記第１レーザービームのエネルギーは、前記第２レーザービームのエネルギーと等しいかそれ以上であることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
前記第１レーザービームのエネルギーと、前記第２レーザービームのエネルギーとの比は１対１〜１０対１であることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項１２】
基板の移動方向に並べられた一対のベルトコンベアは、前記一対のベルトコンベアの一方のベルトコンベア上から他方のベルトコンベア上へ前記基板が移されるように、設置され、
前記一対のベルトコンベア上に前記基板を配置し、
前記基板の表面側から第１レーザービームを照射し、同時に前記基板の裏面側から前記一対のベルトコンベアの間を通して第２レーザービームを照射するレーザー照射方法であって、
前記第１レーザービームの被照射領域の形状と、前記第２レーザービームの被照射領域の形状を線状、帯状または面状とし、
前記第１レーザービームの被照射領域と前記第２レーザービームの被照射領域を互いに平行とし、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームの照射時に、前記一対のベルトコンベアを用いて、前記第１及び第２レーザービームの被照射領域における幅方向に前記基板を移動することを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１３】
基板の移動方向に並べられた一対のベルトコンベアは、前記一対のベルトコンベアの一方のベルトコンベア上から他方のベルトコンベア上へ前記基板が移されるように、設置され、
前記一対のベルトコンベア上に前記基板を配置し、
前記基板の表面側から第１レーザービームを照射し、同時に前記基板の裏面側から前記一対のベルトコンベアの間を通して第２レーザービームを照射するレーザー照射方法であって、
前記第１レーザービームの被照射領域の形状と、前記第２レーザービームの被照射領域の形状を線状、帯状または面状とし、
前記第１レーザービームの被照射領域と前記第２レーザービームの被照射領域を互いに平行とし、
前記第１レーザービームの被照射領域の幅を、前記第２レーザービームの被照射領域の幅以下とし、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームの照射時に、前記一対のベルトコンベアを用いて、前記第１及び第２レーザービームの被照射領域における幅方向に前記基板を移動することを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３において、
前記基板の表面上に非単結晶半導体膜が形成され、
前記第１レーザービームのエネルギーは、前記第２レーザービームのエネルギーと等しいかそれ以上であることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１５】
請求項１２または請求項１３において、
前記基板の表面上に非単結晶半導体膜が形成され、
前記第１レーザービームのエネルギーと、前記第２レーザービームのエネルギーとの比は１対１〜１０対１であることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１６】
請求項１２乃至請求項１５のいずれか一において、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービーム照射時に、前記基板を大気圧〜１０−３Ｐａの圧力である雰囲気に配置することを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１７】
請求項１２乃至請求項１６のいずれか一において、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービーム照射時に、前記基板をＡｒ、Ｈ２、Ｎ２、Ｈｅまたはこれらの混合気体からなる雰囲気に配置することを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１８】
請求項１２乃至請求項１７のいずれか一において、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームの照射時に、前記第１レーザービームの被照射領域に強光を照射することを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１９】
請求項１２乃至請求項１８のいずれか一において、
前記基板における前記第１レーザービームの被照射領域及び前記第２レーザービームの被照射領域を１０℃〜５００℃に加熱することを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項２０】
請求項１２乃至請求項１９のいずれか一において、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームは、ハーフミラーによって分割されたエキシマレーザーであることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項２１】
基板の移動方向に並べられた一対のベルトコンベアは、前記一対のベルトコンベアの一方のベルトコンベア上から他方のベルトコンベア上へ前記基板が移されるように、設置され、
前記一対のベルトコンベア上に非単結晶半導体膜が形成された前記基板を配置し、
前記基板の表面側から第１レーザービームを照射し、同時に前記基板の裏面側から前記一対のベルトコンベアの間を通して第２レーザービームを照射して結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜上にゲート電極を形成する半導体装置の作製方法であって、
前記第１レーザービームの被照射領域の形状と、前記第２レーザービームの被照射領域の形状を線状、帯状または面状とし、
前記第１レーザービームの被照射領域と前記第２レーザービームの被照射領域を互いに平行とし、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームの照射時に、前記一対のベルトコンベアを用いて、前記第１及び第２レーザービームの被照射領域における幅方向に前記基板を移動することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２２】
請求項２１において、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームは、ハーフミラーによって分割されたエキシマレーザーであり、
前記非単結晶半導体膜に半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入した後に、前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームを同時に照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２３】
請求項２１において、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームは、ハーフミラーによって分割されたエキシマレーザーであり、
前記非単結晶半導体膜に半導体膜の結晶化を助長する金属元素を導入し、熱処理して結晶性半導体膜を形成した後に、前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームを同時に照射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】
本願発明は薄膜で構成された回路を有する半導体装置を作製するための装置に関する。例えば液晶表示装置に代表される電気光学装置、及び電気光学装置を部品として搭載した電気機器の構成を作成する装置に関する。なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、上記電気光学装置および電気機器も半導体装置である。
【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晶質半導体膜や結晶性半導体膜（単結晶でない、多結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜）、即ち非単結晶珪素膜に対し、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。これが上記研究の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上昇させずに非単結晶膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。
【０００４】
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。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盛んに利用されている。
【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、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上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（あるいは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、量産性が高く工業的に優れているため、好んで使用されている。
【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、線状レーザーの長手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照射を行うことができるため、量産性が高い。長手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パルス発振エキシマレーザービームを適当な光学系で加工した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】
パルス発振エキシマレーザービームを線状に加工し、例えば非単結晶珪素膜に対し、該線状レーザービームを走査させながら照射した場合、多結晶珪素膜が得られる。
【０００８】
得られた多結晶珪素膜を詳しく観察した結果、該多結晶珪素膜は、粒径が数百nm程度の単結晶でなる無数の結晶粒から構成されていることが知られている。これら結晶粒の粒界には多数の格子欠陥が存在し、これが半導体装置の特性を著しく損ねさせる原因となっている。
【０００９】
この問題を解決するには、粒径を大きくすればよい。そうすることで、格子欠陥密度を減らすことができるからである。
【００１０】
上記の問題を解決すべく、あらゆる条件下で非単結晶珪素膜にレーザーを照射したが、得られる多結晶珪素膜の平均粒径は５００nmよりも大きくならなかった。
【００１１】
例えば、窒素雰囲気でレーザー照射をした。あるいは、真空下でレーザー照射をした。あるいは、加熱した状態でレーザー照射をした。これらの方法を組み合わせ、条件を最適化する方法も試みた。しかし、いずれの方法も粒径を著しく大きくするものではなかった。
【００１２】
本発明の課題は、上述の問題点を解消し、結晶粒を５００nm以上、より好ましくは１μｍ以上に成長させるためのレーザー照射装置及びレーザー照射方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明人は、思考錯誤の末に、レーザーを使って、多結晶珪素膜の平均粒径を５００nm〜３μm、さらに条件を最適化することにより１〜３μmにする方法を発見した。以下に、その方法を以下に示す。
【００１４】
まず、大出力のエキシマレーザーを光源として用意する。これを適当な光学系を用いて、照射面にてエネルギーが均一になるようにする。用いた光学系は、図１に示した。これにより、長方形のビームが細長い線状ビームに変形され、それと同時にビーム内のエネルギーがより均一になった。
【００１５】
図１に線状レーザービーム形成用光学系の構成の１つの例を示す。この構成はきわめて一般的なものであり、あらゆる線状レーザービーム形成用光学系は、図１の構成に準じている。
【００１６】
まず、側面図について説明する。レーザー発振器１０１から出たビームはシリンドリカルレンズアレイ１０２により、縦方向に分割される。これらの分割されたビームは、シリンドリカルレンズ１０４により、いったん１つのビームにまとめられる。ミラー１０７で反射され、その後、シリンドリカルレンズ１０８により、照射面１０９にて再び１つのビームに集光される。これにより、線状レーザービームの幅方向のエネルギー均質化と幅方向の長さが決定される。
【００１７】
次に、上面図について説明する。レーザー発振器１０１から出たビームは、シリンドリカルレンズアレイ１０３により、横方向に分割される。その後、シリンドリカルレンズ１０４にて、ビームは照射面１０９にて１つに合成される。これにより、線状レーザービームの長さ方向のエネルギー均質化と長さが決定される。
【００１８】
図1の光学系を利用して、以下のような実験をした。
【００１９】
まず基板として、厚さ0.7mm、５インチ角のコーニング１７３７基板を用意した。基板にプラズマCVD装置を用いて、厚さ２００nmのSiO2膜（酸化珪素膜）を成膜し、SiO2膜表面に厚さ５０nmの非晶質珪素膜（以下、a-Si膜と表記する）を成膜した。
【００２０】
基板を、窒素気体、温度５００度の雰囲気に１時間さらして、膜中の水素濃度を減らした。これにより、膜の耐レーザー性が著しく向上した。
【００２１】
レーザー装置は、ラムダ社製のXeClエキシマレーザー（波長３０８nm、パルス幅３０ｎｓ）L３３０８を使用した。このレーザー装置はパルス発振レーザーを発し、５００mJ/パルスのエネルギーを出す能力を持っている。レーザービームは、図１に示した構成をもつ光学系により、１００mm×0.４mmの線状レーザービームに加工した。また、明細書中では、線状レーザービームの長辺方向は長手方向を指し、短辺方向は幅方向を指す。
【００２２】
a-Si膜を形成した基板に対し、線状レーザービームを表面側及び裏面側から同時に照射した。説明のため明細書中では、基板の表面はa-Si膜が成膜されている面を、裏面は反対側の面をさすこととする。
【００２３】
a-Si膜のエキシマレーザに対する吸収係数は非常に高い。実際、波長３０８ｎｍのエキシマレーザは、厚さ５０ｎｍのa-Si膜を透過できない。この事実から、エキシマレーザは、厚さ５０ｎｍのa-Si膜中で完全に熱に変換されることがわかる。（a-Si膜表面での反射光は除く。）理論的には、a-Si膜表面から深さ１０ｎｍ前後のところで、波長３０８ｎｍ光が１／eに減衰するとされている。
【００２４】
上記の理論から、以下のことが予想できる。すなわち、a-Si膜の表面からのみのレーザ照射によりa-Si膜の結晶化を行っていた従来方法をとると、厚さ５０ｎｍのa-Si膜中の深さ方向における温度分布は、a-Si膜表面から最も遠いところで一番低くなる。一方、本発明が示す方法のようにa-Si膜の表面側及び裏面側から同時にレーザ照射すると、厚さ５０ｎｍのa-Si膜中の深さ方向における温度分布は、従来例と比較してより一様となる。よって、a-Si膜がレーザにより溶融してから結晶の核のできるまでの時間は、従来方法と比較し、本発明の方法のほうがより長くなっている。この違いが結晶粒径の差になって現れたと考えている。
【００２５】
照射時のレーザービームの繰り返し周波数は３０Hz、基板の移動速度は、１mm/ｓ、レーザーのエネルギー密度は、基板の表面側及び裏面側からの線状ビームそれぞれ１９０mJ/cm2とした。エネルギー密度の最適値はレーザー装置の機種によっても変わるが、１００〜５００mJ/cm2を目安にすればいい。
【００２６】
厚さ0.7mmのコーニング１７３７基板は、波長３０８nmの光に対し、透過率が５０％程度ある。また、SiO2膜はほとんど１００％３０８nmの光を透過させる。厚さ５０ｎｍのa-Si膜は、３０８nmの波長をもつレーザー光をほぼ５０％吸収し、残りの５０％は反射する。
【００２７】
よって、a-Si膜には、基板の表面側からの線状ビームによって直接照射されるだけでなく、裏面側から照射される線状ビームも照射される。裏面側から照射される線状ビームのエネルギーは表面側から直接照射されるビームのエネルギーの半分程度に減衰することになる。
【００２８】
走査しながら、表面側及び裏面側から同時に線状レーザーを照射すると、a-Si膜は結晶化され多結晶珪素膜が得られる。得られた多結晶珪素膜をセコエッチした後、SEMで表面の観察をしたところ、平均粒径は１〜２μm程度であった。
【００２９】
比較のために、まず、同じエネルギー密度の線状ビームを基板の表面側からレーザー照射し、その後で、裏面側から線状ビームを照射した。得られた多結晶珪素膜を、セコエッチした後、SEMで表面の観察をしたところ、平均粒径が３００nm程度であった。
【００３０】
即ち、１μm以上の結晶粒の多結晶珪素膜を形成するには、レーザーを表面側及び裏面側から同時に照射することが非常に重要であり、片面づつレーザー光をa-Si膜に照射しても同様の効果は見られなかった。
【００３１】
本発明は、このような知見に基づいて発明されたものであり、
基板の表面側及び裏面側からレーザービームを同時に照射するレーザー照射装置であって、
前記基板を重力の向きと平行な方向に移動させる手段を有することを特徴とする。
【００３２】
また、他の構成は、
基板の表面側及び裏面側からレーザービームを同時に照射するレーザー照射装置であって、
前記表面側から照射される第１レーザービームの被照射領域の形状及び前記裏面側から照射される第２レーザービームの被照射領域の形状は、線状または帯状であり、
前記第１レーザービームの被照射領域と前記第２レーザービームの被照射領域は、互いに平行であり、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームの照射時に、前記被照射領域の幅方向に前記基板を移動する手段が設けられていることを特徴とする。
【００３３】
また、他の構成は、
レーザービームを基板の表面側及び裏面側から同時に照射するレーザー照射装置であって、
前記表面側から照射される第１レーザービームの被照射領域の形状及び前記裏面側から照射される第２レーザービームの被照射領域の形状は、線状または帯状であり、
前記第１レーザービームの被照射領域と前記第２レーザービームの被照射領域とは、互いに平行であり、
前記第１レーザービームの被照射領域の幅は、前記裏面側から照射される第２レーザービームの被照射領域の幅以下であり、
前記第１レーザービーム及び前記第２レーザービームの照射時に、前記被照射領域における幅方向に前記基板を移動する手段が設けられていることを特徴とする。
【００３４】
上記何れの発明に関しても、基板はレーザー照射時に重力の向きに対し平行に配置されていると基板のたわみが生じにくいので、好ましい。
【００３５】
また、上記何れの発明に関しても、基板の非単結晶半導体膜が成膜されている側（基板の表面側）から基板を照射するレーザービームのエネルギーは、非単結晶半導体膜が成膜されていない側（基板の裏面側）から基板を照射するレーザービームのエネルギーより高いと、多結晶半導体膜の粒径を５００nm以上にすることができる。
【００３６】
上記何れの発明に関しても、基板の非単結晶半導体膜が成膜されている側（基板の表面側）から基板を照射するレーザービームのエネルギーと、非単結晶半導体膜が成膜されていない側（基板の裏面側）から基板を照射するレーザービームのエネルギーとの比は、１対１〜１０対１、好ましくは６対４〜８対２の間であると、多結晶半導体膜の粒径をさらに大きくすることができる。言いかえると、非単結晶半導体膜が成膜されていない側から基板を照射するレーザービームのエネルギーは、基板の非単結晶半導体膜が成膜されている側から基板を照射するレーザービームのエネルギーと同じ値またはその値の１／１０以上である。
【００３７】
上記何れのレーザー照射装置に、ロードアンロード室と、トランスファ室と、プレヒート室と、レーザー照射室と、徐冷室と、を少なくとも有していると、大量生産に使用できるので好ましい。
【００３８】
また、他の構成は、結晶粒径が５００ｎｍ〜３μｍの結晶性半導体膜を活性層に用いたことを特徴とする半導体装置である。
【００３９】
また、上記半導体装置の構成を得るための作製方法に関する構成は、
基板上にＴＦＴを設けた半導体装置の作製方法において、
前記基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
前記基板の表面側から照射される第１レーザービーム及び前記基板の裏面側から照射される第２レーザービームを同時に照射して結晶性半導体膜を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００４０】
また、他の構成は、
基板上にＴＦＴを設けた半導体装置の作製方法において、
前記基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
前記非単結晶半導体膜に半導体の結晶化を助長する金属元素を導入する工程と、前記基板の表面側から照射される第１レーザービーム及び前記基板の裏面側から照射される第２レーザービームを同時に照射して結晶性半導体膜を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００４１】
また、他の構成は、
基板上にＴＦＴを設けた半導体装置の作製方法において、
前記基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
前記非単結晶半導体膜に半導体の結晶化を助長する金属元素を導入する工程と、前記非単結晶半導体膜を熱処理して、結晶性半導体膜を形成する工程と、
前記結晶性半導体膜に前記基板の表面側から照射される第１レーザービーム及び前記基板の裏面側から照射される第２レーザービームを同時に照射する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００４２】
上記各半導体装置の作製方法の構成において、前記第１レーザービームのエネルギーは、前記第２レーザービームのエネルギーより高いことを特徴としている。
【００４３】
【発明の実施の形態】
まず、照射対象として、大面積の基板、６００×７２０mmの基板に対し、レーザー光を基板の表面側及び裏面側から同時にレーザー照射する例を示す。
【００４４】
図２に光学系を図示する。図２において図１と同じ符号は同じ部材を示す。図２の光学系は図１のシリンドリカルレンズ１０５以降の光路をハーフミラー２０１で２分割した構成になっている。
【００４５】
ハーフミラー２０１の透過率がたとえば５０％とすると、反射率も５０％となり、これで分割されたビームはエネルギーが等しくなる。分割されたビームのうち、ハーフミラー２０１で反射されたビームは、ミラー２０２、２０５で反射され、シリンドリカルレンズ２０７により照射面２０９に線状に集光される。他方ハーフミラー２０１を透過したビームはミラー２０３、２０４、２０６で反射されて、シリンドリカルレンズ２０８により照射面２０９に線状に集光される。
【００４６】
被照射面２０９に非単結晶半導体膜が形成された基板が配置される。基板の表面側及び裏面側から同時に線状のレーザービームが照射される。基板を矢印で示す方向に移動することで、基板全面にレーザービームが照射できる。
【００４７】
本発明では、線状ビームのエネルギーは、非単結晶半導体膜が形成されている側から基板に照射されるビームのエネルギーは、他面側から基板に照射されるビームのエネルギーと等しいかそれ以上とする。前者のエネルギーと、後者のエネルギーとの比が６：４〜８：２となるようにすると良い。
【００４８】
線状ビームのエネルギーを調節するには、図２の光学系ではハーフミラー２０１の透過率（反射率）を調節すればよい。
【００４９】
なお光学系保護のため、光学系の雰囲気を窒素等のレンズコーティング物質と反応しにくい気体としてもよい。そのために、光学系を光学系保護室２１０に封入してもよい。該光学系保護室２１０に出入射するレーザーの窓には、石英を用いた。また、基板２０９の汚染防止のため、チャンバー２１１を設けて、その中に基板２０９を入れた状態でレーザー照射を行ってもよい。
【００５０】
図３に、基板の保持手段及び移動手段を図示する。図３において、レーザービーム３００はシリンドリカルレンズ２０７、２０８を経て、基板３０３の表面側及び裏面側から同時に照射される。ステージ３０１は基板が載せられるようにざぐりが切ってある。また、基板３０３の裏面側からもレーザーが照射できるように、ステージは基板の端のみを支持し、他の部分は中空、つまりステージに基板の形状より少し小さい矩形の孔が設けられている。ステージ３０１は移動機構３０２により線状ビーム３０４の長手方向に対し、垂直な方向に等速で移動する。
【００５１】
レーザ光を基板の表面側及び裏面側から同時に照射するためには、基板の両面、少なくともレーザビームが照射されている場所にレーザビームを遮るものがないか、基板のステージがレーザ光に対して透明である必要があった。レーザ光にエキシマレーザを用いるとき、これは紫外光であるから、紫外光を透過させる材質で適当なものは、石英板であった。
【００５２】
ところが、石英板は大面積に加工することが非常に困難であった。また、図３のような基板の端だけを支持するようなステージでは、特に６００mm×７２０mmのような大面積基板の場合、基板の自重で基板にそりが生じるので、レーザビームのピントが狂い、均一なレーザ照射ができなかった。
【００５３】
よって、基板、特に大面積基板を支持するステージは、図６に記載したように基板７０３を立てた構成、すなわち基板を重力の向きに対して平行にすると、基板のそりを防止できる。基板７０３は適当な支持具７０１を用いて保持する。支持具７０１には真空チャックや、物理的に基板端を挟んで保持する等の手段を採用できる。図６では、基板の上下の二辺を保持しているが、より、安定に保持するためには、基板の四辺全てを支持具７０１で挟みこむような構成にすればよい。
【００５４】
図６に示すように、レーザ照射中に、ランプ７０５により基板７０３のレーザが照射されている箇所に強光を照射して加熱すると、より粒径の大きな多結晶珪素膜が得られる。
【００５５】
他の基板支持手段として、図７に示した構成をとってもよい。図７の構成では、円柱状のころ８０１上に、従来のように基板８０２を水平に配置する。この状態で、円柱状のころ８０１をすべて同一方向に回転させると、基板８０２が一方向に移動する。
【００５６】
レーザビームを円柱状のころの隙間から入射させる。これにより、基板全面に表面側及び裏面側からレーザ光を同時に照射することが可能となる。レーザ照射中にランプ８０４によって強光を基板８０２のレーザが照射されているところに当てるとより粒径の大きな多結晶珪素膜が得られた。図８に示すように、円柱状のころ８０１の代わりに、ベルトコンベアを２つ使用し、これらのベルトコンベアの間からレーザを入射させてもよい。
【００５７】
本発明のレーザー照射装置は、非単結晶珪素膜だけでなく、その他の非単結晶半導体膜にも適応でき、例えばゲルマニウムや、ダイアモンドの非単結晶半導体膜等にも適用できる。
【００５８】
また、本明細書中では、線状レーザビームについて主に記載したが、本発明で示す効果は、ビームのアスペクト比が１〜２桁程度のいわゆる面状ビームでも同様に得られる。例えば、面ビームで特に大面積ビームが得られるフランス・ソプラ社製のSAELCを使用し、a-Si膜の表面側及び裏面側から同時にレーザを照射すれば、１度に２０ｃｍ2程度の面積を結晶化することができる。
【００５９】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、非晶質珪素膜のレーザーアニールの例を示す。
【００６０】
基板は、厚さ０.７mmのコーニング１７３７を用いる。この基板は６００℃までの温度であれば充分な耐久性がある。この基板の片面に、プラズマCVD法によりSiO2膜を２００nm成膜する。さらに、その上から、a-Si膜を５５nm成膜する。成膜法は他の方法、たとえば、スパッタ法等を用いてもよい。
【００６１】
成膜済みの基板を窒素、５００度の雰囲気に１時間さらし、a-Si膜中の水素濃度を減少させる。これにより、a-Si膜の耐レーザー性を飛躍的に高めることができる。該膜内の水素濃度は１０20atoms/cm3オーダーが適当である。
【００６２】
次に、基板７０３を図６に示したチャンバー７０７の中に配置する。基板は重力の向きに対し平行に配置し、支持具７０１により基板の上辺、下辺を表面及び裏面から挟みこむことで、固定する。なお、図６において７０４はa-Si膜であり、SiO2膜は省略されている。
【００６３】
基板７０３は、移動機構７０２により紙面内において上下に移動される。また、移動機構７０９により、紙面に対し垂直方向に移動される。移動機構７０２、７０９により、基板全面に線状ビームを照射することができる。移動機構７０２、７０９はボールねじを使ったものや、リニアモータを使ったもの等を用いればよい。
【００６４】
レーザービームは、図１３に示した光学系により、長さ２７０mm、幅0.３mmの２本の線状ビームに加工される。図１３に示した光学系は、１つの例であり、本発明は本実施例の数値に限定されるものではない。それぞれのビームは石英窓７０６ａ、７０６ｂを経て、a-Si膜７０４に線状に結像する。上記のサイズは、結像したときのビームのサイズである。
【００６５】
以下に、図１３に記載した光学系の各レンズの具体的なサイズや焦点距離、位置関係をしめす。光学系の母材はすべて石英とする。
【００６６】
シリンドリカルアレイレンズ１４０１は焦点距離２００ｍｍ、幅１．８ｍｍ、長さ５０ｍｍ、中心厚２ｍｍ、であるシリンドリカルレンズ４本で構成されている。このレンズで、ビームを縦方向に分割する。
【００６７】
シリンドリカルレンズ１４０２は、焦点距離２００ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、中心厚５ｍｍ、である。このレンズで、上記縦方向に分割されたビームを、ある面にて一旦１つに集光する。前記面は光路の途中にあるので、再び光は分離する。
【００６８】
ミラー１４０３は、ハーフミラーで透過率５０％、反射率５０％のものである。これでビームを２つに分離する。ミラー１４０４、ミラー１４０５、ミラー１４０６、ミラー１４０７、ミラー１４０８は、ビームの光路を曲げる役割を果たす。シリンドリカルレンズ１４０９と１４１０とは同一形状で、焦点距離１７０ｍｍ、幅７０ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、中心厚１５ｍｍである。これらのレンズで、上記縦方向に分割されたビームを、照射面にて１つに合成する。また、石英窓７０６ａ、７０６ｂは、それぞれ厚さ１５ｍｍである。
【００６９】
シリンドリカルアレイレンズ１４１１と１４１２とは同一形状で、焦点距離２０ｍｍ、幅７ｍｍ、長さ５０ｍｍ、中心厚５ｍｍ、であるシリンドリカルレンズ７本で構成されている。このレンズで、ビームを横方向に分割する。（図１４参照。）
【００７０】
シリンドリカルレンズ１４１３と１４１４とは、焦点距離７７０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、中心厚５ｍｍ、である。このレンズで、上記横方向に分割されたビームを、照射面にて１つに合成する。（図１４参照。）
【００７１】
上述したレンズすべては、幅方向に曲率をもつ。また配置は図１３に従えばよい。
すなわち、シリンドリカルアレイレンズ１４０１とシリンドリカルレンズ１４０２との距離L1を４００ｍｍ、シリンドリカルレンズ１４０２とハーフミラー１４０３との距離L2は１００ｍｍとする。ハーフミラー１４０３はシリンドリカルレンズ１４０２の長さ方向に対し平行に配置され、シリンドリカルレンズ１４０２の幅方向に対し４５度に配置される。なお、該光学系で使用されるミラーはすべて、シリンドリカルレンズ１４０２の長さ方向に対し平行に配置される。
【００７２】
ミラー１４０４は、ハーフミラー１４０３と平行に配置され、ミラー１４０４とハーフミラー１４０３との間のレーザビームの光学的距離L3が４００ｍｍになるようにする。ミラー１４０５はハーフミラー１４０３と直角に配置され、ハーフミラー１４０３とミラー１４０５との間のレーザビームの光学的距離L4が２００ｍｍになるようにする。ミラー１４０６はミラー１４０５と平行に配置され、ミラー１４０５とミラー１４０６との間のレーザビームの光学的距離L5が４００ｍｍになるようにする。
【００７３】
ミラー１４０７はミラー１４０５と平行に配置され、ミラー１４０４とミラー１４０７との間のレーザビームの光学的距離が７０６ｍｍになるようにする。この間にはレンズ１４１１、１４１３が入っているので、これの材質（石英）と厚さを考慮すると、この間の距離L6は７０３ｍｍとすればよい。
【００７４】
ミラー１４０８はミラー１４０４と平行に配置され、ミラー１４０６とミラー１４０８との間のレーザビームの光学的距離が５０６ｍｍになるようにする。この間にはレンズ１４１２、１４１４が入っているので、これの材質（石英）と厚さを考慮すると、この間の距離L8は５０３ｍｍとすればよい。
【００７５】
また、シリンドリカルアレイレンズ１４１１（１４１２）とシリンドリカルレンズ１４１３（１４１４）間の光学的距離は、レーザビームが入射する方向に４０ｍｍとする。
【００７６】
シリンドリカルレンズ１４１３とシリンドリカルレンズ１４１４は、照射面７０４からそれぞれ、光学的距離が７７０ｍｍのところに配置する。このため、ミラー１４０８とシリンドリカルレンズ１４１４間の光学的距離L9を３７０mmとし、被照射面７０４と石英窓７０６ａ（７０６ｂ）との光学的距離L13、L14は１５６mmとし、石英窓７０６ａ、７０６ｂとシリンドリカルレンズ１４０９（１４１０）間の光学的距離L11、L12を２０mmとする。
【００７７】
ビームのサイズを変更したい場合は幾何光学に従って図２や図１３に示した各光学部材の焦点距離や、サイズを調節すればよい。
【００７８】
本実施例では、図１３のハーフミラー１４０３の透過率は５０％、反射率も５０％とする。ハーフミラーの透過率（または反射率）を変えることにより、２本の線状ビームのエネルギー比を変更することができる。
【００７９】
上記線状ビームの、該長手方向におけるエネルギー分布が±５％以内であるとa-Si膜に対し均質な結晶化を行える。好ましくは、±３％以内、より好ましくは、±１％以内にするとより均質な結晶化が行える。エネルギー分布を均一するためには、シリンドリカルレンズアレイ１４０１、１４１１、１４１２のシリンドリカルレンズの数を増やせばよい。
【００８０】
本明細書の実施例では、シリンドリカルレンズアレイ１４０１のシリンドリカルレンズの数を４本、シリンドリカルレンズアレイ１４１１、１４１２それぞれのシリンドリカルレンズの数を７本とした。これにより、上記線状ビームの、該長手方向におけるエネルギー分布を±５％以内に抑えることができる。
【００８１】
レーザー装置には、XeClのエキシマレーザーを用いる。最大エネルギーは、１０００ｍJ/パルスである。線状ビームの面積はそれぞれ0.８ｃｍ2であるから、得られる線状ビームの最大エネルギー密度は５００mJ/cm2以上となる。
【００８２】
このレーザー照射装置を使って、a-Si膜７０４を結晶化させる。ビーム長が２７０mmであるから、６００mm×７２０mmの基板に対し例えば、図５に示す道筋でレーザービームを走査させることで、基板のほぼ全面にレーザーを照射することができる。
【００８３】
本実施例の照射条件を以下に示す。
レーザーのエネルギー密度：線状ビーム２本ともに１９０mJ/cm2
レーザーの繰り返し周波数：４０Hz、
基板の移動速度：１mm/ｓ、
チャンバー７０７内の雰囲気：高真空（圧力１０-3Pa）
【００８４】
圧力の制御は真空ポンプ７０８で行う。真空ポンプは、ドライポンプとターボ分子ポンプを組み合わせて用いる。上記の条件は、レーザー装置のパルス幅やレーザー照射される膜の状態等に依存するので、実施者は、そのことを考慮にいれて諸条件を適宜決定しなければならない。
【００８５】
レーザー照射の雰囲気は、上記のような高真空ではなく、Ｈ2に置換してもよい。雰囲気の置換は、主に基板の汚染防止のために行う。ガスの供給は、ガスボンベ７１０を通して行う。前記雰囲気はＨ2、Ｈe、Ｎ2、またはＡｒでもよい。また、それらの混合気体でもよい。また、レーザー照射装置がクリーンルームに設置されているのであれば、雰囲気は空気でもよい。
【００８６】
レーザー照射中、レーザービームの他に、赤外線ランプ７０５により、赤外光をa-Si膜７０１のレーザーが照射されている個所に照射して、加熱すると、得られる多結晶珪素膜の粒径の均一性が向上する。
【００８７】
赤外線ランプ７０５により、基板温度を室温（１０度）から５００度程度までの範囲の何れかにする。前記いずれの温度域でも効果が得られるが、好ましくは、２００度〜４５０度の範囲に加熱すれば、より一様で大粒径の多結晶珪素膜が得られる。このとき、レーザーが照射されている場所の温度のばらつきは±２度が適当である。
【００８８】
本実施例では、図１３のハーフミラー１４０３の透過率を５０％としたが、該透過率は、２０％〜８０％の間で、実施者が最適化すればよい。これにより、基板の表面側から照射される線状ビームのエネルギーと、基板の裏面側から照射される線状ビームのエネルギーの比を、２：８〜８：２の間で調節することができる。より一様で大粒径の多結晶珪素膜を得るためには、基板の表面側から照射される線状ビームのエネルギーと、基板の裏面側から照射される線状ビームのエネルギーの比を、６：４〜８：２の間で調節するとよい。
【００８９】
また、レーザー装置にXeClエキシマレーザーを使用したが、他の大出力レーザーを利用してもよい。このとき、ガラス基板を透過するレーザー光を使用することは言うまでもない。また、基板として、コーニング１７３７の他に、コーニング７０５９等の他のガラス基板を用いることができる。
【００９０】
〔実施例２〕
本実施例では、多結晶珪素膜にレーザーを照射する例を示す。
【００９１】
基板は、厚さ０.７mmのコーニング１７３７を用いる。この基板は６００℃までの温度であれば充分な耐久性がある。この基板の片面に、プラズマCVD法によりSiO2膜を２００nm成膜する。さらに、その上から、a-Si膜を５５nm成膜する。成膜法は他の方法、たとえば、スパッタ法等を用いてもよい。
【００９２】
該a-Si膜に、濃度が１０ｐｐｍの酢酸ニッケル水溶液を塗布し、これを窒素雰囲気にて５５０℃の雰囲気に４時間さらし、非晶質珪素膜を結晶化させる。該塗布の方法は例えばスピンコート法を使うとよい。このように、ニッケルを添加した非晶質珪素膜は、低温短時間で結晶化する。これは、ニッケルが結晶成長の核の役割を果たし、結晶成長を促進させるのが原因と考えられている。
【００９３】
上記の方法で結晶化される多結晶珪素膜は、結晶化温度が低いため欠陥を多く含んでおり、半導体素子の材料としては不十分な場合がある。そこで、該多結晶珪素膜の結晶性を向上させるため、図６に示すレーザー照射装置によりレーザービームを該膜に照射する。
【００９４】
〔実施例３〕
本実施例では、発明実施の形態で示した光学系とは異なる光学系を用いた例を示す。図４を使って、その光学系を説明する。
【００９５】
図４の光学系は図２と同様に、基板の表面側及び裏面側からレーザーが照射されるようになっている。図２と同じ符号は同じ部材を示す。
【００９６】
レーザー発振器１０１から出射したレーザービームは、シリンドリカルレンズアレイ１０３により分割され、シリンドリカルレンズ１０５により照射面２０９に合成される。この構成の詳細は、図１の説明に記載した。これにより、照射面での線状レーザービームの長さ方向のエネルギーの均一化と、その長さが決定される。
【００９７】
一方、線状レーザーの幅方向のエネルギーの均一化は、反射面をもつ反射ミラー５０１、５０２によりなされる。同時に、線状レーザーの幅も該反射ミラー５０１、５０２により決定される。
【００９８】
該反射ミラー５０１、５０２を構成する複数の反射面は、それら各々の面に反射した光が同一面、この場合照射面２０９に集光するように設計されている。このようなレンズは、一般にレンチキュラーレンズと呼ばれている。これらの反射面の角度やサイズは、照射面で得たいビームサイズにより決定される。これは幾何光学が教えるところに従えばよい。
【００９９】
〔実施例４〕
本実施例では、基板を水平にした状態で、レーザー照射を行う例を示す。基板を横に設置する場合、基板を保持する必要がないのでこの方法が従来から使われていた。しかしながら、本発明では、基板の表面側及び裏面側からレーザーを照射しなければならないため、特別の工夫が必要である。
【０１００】
図７にレーザー照射用のステージを示す。円柱状のころ８０１を、平行に並べて、その上に基板８０２を配置する。円柱状のころ８０１は、互いに等速で回転することにより、基板８０２を紙面の左右の方向に動かす。８０３は基板８０２の表面に形成された非単結晶半導体膜である。
【０１０１】
レーザービームは、基板８０２の表面側及び裏面側から同時に照射される。表面側及び裏面側から照射ができるのは、円柱状のころ８０１をステージとして使用しているため、基板の裏側に、レーザーが通過できる隙間できるためである。
【０１０２】
更に、赤外線ランプ８０４が設けられており、レーザー照射中に赤外線光をレーザーが照射されている個所に当て、加熱できるようになっている。
【０１０３】
また、ころ８０１の代わりに、図８に示すように、ベルトコンベア９０１を２つ使用し、これらのベルトコンベア９０１の隙間からレーザーを入射させることもできる。図８において、図７と同じ符号は同じ部材を示す。
【０１０４】
図８では、レーザー照射中の雰囲気制御ができる構成を示した。チャンバー９０２には図示しない真空用のゲートが設けてあり、これを通して基板を出し入れすることが可能となっている。雰囲気を高真空にするために、真空ポンプ９０４がチャンバー９０２に接続されている。真空ポンプ９０４はドライポンプとターボ分子ポンプの２つを組み合わせて用いる。これらにより、真空度を１０-3Paまで下げることが可能となる。
【０１０５】
真空度を下げてレーザー照射を行うとそれだけ基板に対し汚染の少ないレーザー照射を行うことができる。また、同様の目的で、チャンバーの雰囲気を制御することで基板の汚染を防ぐことも可能である。
【０１０６】
レーザー照射の雰囲気は、上記のような高真空ではなく、Ｈ2やＨe、Ｎ2、Ａｒ、それら混合気体としてもよい。これら気体はガスボンベ９０５からチャンバー９０２に供給される。
【０１０７】
〔実施例５〕
上述した実施例のすべては、基板の表面側及び裏面側から形状大きさの等しいビームを照射する例であった。本実施例では、基板の表面側及び裏面側から照射されるビームの大きさが互いに異なる例を示す。
【０１０８】
本実施例では、基板の進行方向のビーム幅を基板の表面側及び裏面側で互いに異ならすことにより、より結晶粒径の大きい多結晶珪素膜を得る例を示す。
【０１０９】
このような構成のビームを実現する光学系を図９に示す。図９の光学系は図２の変形例であり、図９の光学系は、図２のシリンドリカルレンズ２０７、２０８をシリンドリカルレンズ１００１、１００２に置換したものである。なお、図９において図２と同じ符号は同じ部材を示す。また１００４は基板であり、１００３は基板表面に形成された非単結晶半導体膜である。
【０１１０】
シリンドリカルレンズ２０７と２０８は基板の表面側及び裏面側から同様のレーザービームを基板に照射するため、同様の形状をしている。すなわち、シリンドリカルレンズ２０７と２０８は、同じ焦点距離を持っている。
【０１１１】
これに対して、シリンドリカルレンズ１００１と１００２とは焦点距離が異なっている。図９では、基板の表面側及び裏面側からに照射されるビームの幅を、基板の表面側から（非単結晶珪素膜１００３側から）に照射されるビームの幅と比べて広くしたいのであれば、シリンドリカルレンズ１００２の焦点距離を、シリンドリカルレンズ１００１と比べて長くし、かつ非単結晶珪素膜１００３からシリンドリカルレンズ１００２までの距離を、非単結晶珪素膜１００３からシリンドリカルレンズ１００１までの距離以上にする。
【０１１２】
上記のような構成を実際に設計するときは、幾何光学が教えるところに従えば良い。具体的な例を、図１３を用いて説明すると、図１３のシリンドリカルレンズ１４１０の焦点距離を２００ｍｍとし、その位置を、図１３の例から、４３ｍｍレーザビームの入射側の方向にずらすと、シリンドリカルレンズ１４１０が照射面７０４に作る線状レーザビームの幅が０．４ｍｍとなる。シリンドリカルレンズ１４０９が作る線状レーザビームの幅は０．３ｍｍであるから、ビーム幅の異なるレーザビームができることになる。
【０１１３】
基板の裏面側からのビームの幅を、基板の表面側からのビームの幅以上とすることにより、得られる多結晶珪素膜の粒径がより大きくなる。なお、ここでいうビーム幅の方向とビームの基板に対する走査方向とは、互いに平行である。
【０１１４】
照射面でのビームの様子を図１２に示す。基板の表面側（非単結晶珪素膜１００３側）から入射するビーム1３０１のビーム幅は、基板１００４の裏面側から入射するビーム１３０２のビーム幅よりも狭くなっている。また、レーザーの基板に対する走査方向は、該ビーム幅と平行である。
【０１１５】
〔実施例６〕
本実施例では、基板の表面側及び裏面側から照射されるビームの大きさが互いに異なる他の例を示す。
【０１１６】
実施例３で示したレンチキュラーレンズを用いた構成で、実施例４で示したことと同様のことができる。図４ににおいて、レンチキュラーレンズ５０１と５０２は同一形状を持っている。しかし、本実施例のように、基板の表面側及び裏面側で異なるサイズのビームを照射しようとすると、図１０に記載したように、レンチキュラーレンズの形状を互いに異ならしめる必要が生じる。
【０１１７】
例えば、図１０に描いたように、基板の裏面側（基板１１０４の側）に照射されるビームの幅を、基板の表面側（非単結晶珪素膜１１０３）に照射されるビームの幅よりも広くしたいのであれば、レンチキュラーレンズ１１０２を構成する複数の鏡面それぞれを、レンチキュラーレンズ１１０１よりも大きくすればよい。
【０１１８】
上記のような構成を実際に設計するときは、幾何光学が教えるところに従えば良い。基板の裏面側からのビームの幅を、基板の表面側からのビームの幅以上とすることにより、得られる多結晶珪素膜の粒径がより大きくなる。なお、ここでいうビーム幅の方向とビームの基板に対する走査方向とは、互いに平行である。
【０１１９】
〔実施例７〕
本実施例では、大量生産用のレーザー照射装置の例を図１１に沿って示す。
【０１２０】
ロードアンロード室１２０１から、トランスファ室１２０４に設置された搬送用のロボットアーム１２０６を使って基板を運ぶ。まず、基板は、アライメント室１２０２で位置合わせがされた後、プレヒート室１２０３に運ばれる。ここで例えば赤外ランプヒータを使って基板の温度を所望の温度、例えば３００℃程度にあらかじめ加熱しておく。その後、ゲートバルブ１２０７、１２０８を通過し、レーザー照射室７０７に基板を固定する。このとき、図６に記載した基板保持具７０１で基板端を挟みこむことで基板を固定する。
【０１２１】
その後、ゲートバルブ１２０７と１２０８とを閉めて、レーザー照射室移動機構１２１１により互いに分離させる。レーザー照射室移動機構１２１１には、レーザー照射室を回転させる機構がついており、これにより基板を重力に対して立てることができる。該基板を立てた状態のまま、レーザー照射室移動機構１２１１により、基板をレーザービームの照射位置まで運ぶ。
【０１２２】
レーザービームは、レーザー発振器１０１を出射後、レーザー光学系１２１２を介し、照射面２０９にて２本の線状ビームに加工される。レーザービームは、石英窓７０６を介し、基板に照射される。レーザー光学系１２１２は、前述に示したものを使用すればよい。また、それに準ずる構成のものを使用してもよい。
【０１２３】
レーザー照射の前にレーザー照射室７０７の雰囲気を、真空ポンプ１２０９を使って高真空（１０-3Pa）程度に引く。または、真空ポンプ１２０９とガスボンベ１２１０を使って所望の雰囲気にする。該雰囲気は、前述したように、ArやH2、あるいはそれらの混合気体でもよい。
【０１２４】
その後、レーザーを照射しながら、移動機構７０２により基板を走査させることで、基板にレーザーを照射する。このとき、赤外線ランプ７０５をレーザーが照射されている部分に当ててもいい。
【０１２５】
レーザー照射後は、クーリング室１２０５に基板を運び、基板を徐冷したのち、アライメント室１２０２を経由してロードアンロード室１２０１に基板を帰す。これら一連の動作を繰り返すことで、多数の基板をレーザー処理できる。
【０１２６】
〔実施例８〕
本実施例を図１５〜図２１を用いて説明する。ここでは表示領域の画素ＴＦＴと、表示領域の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを同一基板上に作製する方法およびそれを用いた表示装置について、作製工程に従って詳細に説明する。但し、説明を簡単にするために、制御回路ではシフトレジスタ回路、バッファ回路などの基本回路であるＣＭＯＳ回路と、サンプリング回路を形成するｎチャネル型ＴＦＴとを図示することにする。
【０１２７】
図１５（Ａ）において、基板１５０１には低アルカリガラス基板や石英基板を用いることができる。本実施例では低アルカリガラス基板を用いた。この基板１５０１のＴＦＴを形成する表面には、基板１５０１からの不純物拡散を防ぐために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの下地膜１５０２を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を１００ｎｍ、同様にＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を２００ｎｍの厚さに積層形成する。
【０１２８】
次に、２０〜１５０ｎｍ（好ましくは３０〜８０ｎｍ）の厚さで非晶質構造を有する半導体膜１５０３ａを、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法で非晶質シリコン膜を５５ｎｍの厚さに形成した。非晶質構造を有する半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜があり、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。また、下地膜１５０２と非晶質シリコン膜１５０３ａ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。下地膜を形成した後、一旦大気雰囲気に晒さないことでその表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。（図１５（Ａ））
【０１２９】
そして、結晶化技術を使用して非晶質シリコン膜１５０３ａから結晶質シリコン膜１５０３ｂを形成する。本実施例では、本発明のレーザー装置を用い、上記実施例１に従ってレーザー結晶化を行った。結晶化の工程に先立って、非晶質シリコン膜の含有水素量にもよるが、４００〜５００℃で１時間程度の熱処理を行い、含有水素量を５atom％以下にしてから結晶化させることが望ましい。（図１５（Ｂ））
【０１３０】
そして、結晶質シリコン膜１５０３ｂを島状に分割して、島状半導体層１５０４〜１５０７を形成する。その後、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法により５０〜１００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜によるマスク層１５０８を形成する。（図１５（Ｃ））
【０１３１】
そしてレジストマスク１５０９を設け、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層１５０５〜１５０７の全面にしきい値電圧を制御する目的で１×１０16〜５×１０17atoms／cm3程度の濃度でｐ型を付与する不純物元素としてボロン（Ｂ）を添加した。ボロン（Ｂ）の添加はイオンドープ法で実施しても良いし、非晶質シリコン膜を成膜するときに同時に添加しておくこともできる。ここでのボロン（Ｂ）添加は必ずしも必要でないが、ボロン（Ｂ）を添加した半導体層１５１０〜１５１２はｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために形成することが好ましかった。（図１５（Ｄ））
【０１３２】
駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体層１５１０、１５１１に選択的に添加する。そのため、あらかじめレジストマスク１５１３〜１５１６を形成した。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）を用いれば良く、ここではリン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法を適用した。形成された不純物領域１５１７、１５１８のリン（Ｐ）濃度は２×１０16〜５×１０19atoms／cm3の範囲とすれば良い。本明細書中では、ここで形成された不純物領域１５１７〜１５１９に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ-）と表す。また、不純物領域１５１９は、画素マトリクス回路の保持容量を形成するための半導体層であり、この領域にも同じ濃度でリン（Ｐ）を添加した。（図１６（Ａ））
【０１３３】
次に、マスク層１０８をフッ酸などにより除去して、図１５（Ｄ）と図１６（Ａ）で添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気中で５００〜６００℃で１〜４時間の熱処理や、レーザー活性化の方法により行うことができる。また、両者を併用して行っても良い。また、上記実施例２に示したレーザー照射を行ってもよい。本実施例では、レーザー活性化の方法を用い、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査して、島状半導体層が形成された基板全面を処理した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。
【０１３４】
そして、ゲート絶縁膜１５２０をプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて１０〜１５０ｎｍの厚さでシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、１２０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜を形成する。ゲート絶縁膜には、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。（図１６（Ｂ））
【０１３５】
次に、ゲート電極を形成するために第１の導電層を成膜する。この第１の導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あるいは三層といった積層構造としても良い。本実施例では、導電性の窒化物金属膜から成る導電層（Ａ）１５２１と金属膜から成る導電層（Ｂ）１５２２とを積層させた。導電層（Ｂ）１５２２はタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜）で形成すれば良く、導電層（Ａ）１５２１は窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒化モリブデン（ＭｏＮ）で形成する。また、導電層（Ａ）１５２１は代替材料として、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。導電層（Ｂ）は低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させると良く、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすると良かった。例えば、タングステン（Ｗ）は酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とすることで２０μΩｃｍ以下の比抵抗値を実現することができた。
【０１３６】
導電層（Ａ）１５２１は１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）１５２２は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良い。本実施例では、導電層（Ａ）１５２１に３０ｎｍの厚さの窒化タンタル膜を、導電層（Ｂ）１５２２には３５０ｎｍのＴａ膜を用い、いずれもスパッタ法で形成した。このスパッタ法による成膜では、スパッタ用のガスのＡｒに適量のＸｅやＫｒを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。尚、図示しないが、導電層（Ａ）１５２１の下に２〜２０ｎｍ程度の厚さでリン（Ｐ）をドープしたシリコン膜を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向上と酸化防止を図ると同時に、導電層（Ａ）または導電層（Ｂ）が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜１５２０に拡散するのを防ぐことができる。（図１６（Ｃ））
【０１３７】
次に、レジストマスク１５２３〜１５２７を形成し、導電層（Ａ）１５２１と導電層（Ｂ）１５２２とを一括でエッチングしてゲート電極１５２８〜１５３１と容量配線１５３２を形成する。ゲート電極１５２８〜１５３１と容量配線１５３２は、導電層（Ａ）から成る１５２８ａ〜１５３２ａと、導電層（Ｂ）から成る１５２８ｂ〜１５３２ｂとが一体として形成されている。この時、駆動回路に形成するゲート電極１５２９、１５３０は不純物領域１５１７、１５１８の一部と、ゲート絶縁膜１５２０を介して重なるように形成する。（図１６（Ｄ））
【０１３８】
次いで、駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域を形成するために、ｐ型を付与する不純物元素を添加する工程を行う。ここでは、ゲート電極１５２８をマスクとして、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、ｎチャネル型ＴＦＴが形成される領域はレジストマスク１５３３で被覆しておく。そして、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で不純物領域１５３４を形成した。この領域のボロン（Ｂ）濃度は３×１０20〜３×１０21atoms／cm3となるようにする。本明細書中では、ここで形成された不純物領域１５３４に含まれるｐ型を付与する不純物元素の濃度を（ｐ+）と表す。（図１７（Ａ））
【０１３９】
次に、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域の形成を行った。レジストのマスク１５３５〜１５３７を形成し、ｎ型を付与する不純物元素が添加して不純物領域１５３８〜１５４２を形成した。これは、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行い、この領域のリン（Ｐ）濃度を１×１０20〜１×１０21atoms／cm3とした。本明細書中では、ここで形成された不純物領域１５３８〜１５４２に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ+）と表す。（図１７（Ｂ））
【０１４０】
不純物領域１５３８〜１５４２には、既に前工程で添加されたリン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）が含まれているが、それに比して十分に高い濃度でリン（Ｐ）が添加されるので、前工程で添加されたリン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）の影響は考えなくても良い。また、不純物領域１５３８に添加されたリン（Ｐ）濃度は図１７（Ａ）で添加されたボロン（Ｂ）濃度の１／２〜１／３なのでｐ型の導電性が確保され、ＴＦＴの特性に何ら影響を与えることはなかった。
【０１４１】
そして、画素マトリクス回路のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するためのｎ型を付与する不純物添加の工程を行った。ここではゲート電極１５３１をマスクとして自己整合的にｎ型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加した。添加するリン（Ｐ）の濃度は１×１０16〜５×１０18atoms／cm3であり、図１６（Ａ）および図１７（Ａ）と図１７（Ｂ）で添加する不純物元素の濃度よりも低濃度で添加することで、実質的には不純物領域１５４３、１５４４のみが形成される。本明細書中では、この不純物領域１５４３、１５４４に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ--）と表す。（図１７（Ｃ））
【０１４２】
その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化するために熱処理工程を行う。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。熱処理は酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜８００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行った。また、基板１５０１に石英基板のような耐熱性を有するものを使用した場合には、８００℃で１時間の熱処理としても良く、不純物元素の活性化と、該不純物元素が添加された不純物領域とチャネル形成領域との接合を良好に形成することができた。
【０１４３】
この熱処理において、ゲート電極１５２８〜１５３１と容量配線１５３２形成する金属膜１５２８ｂ〜１５３２ｂは、表面から５〜８０ｎｍの厚さで導電層（Ｃ）１５２８ｃ〜１５３２ｃが形成される。例えば、導電層（Ｂ）１５２８ｂ〜１５３２ｂがタングステン（Ｗ）の場合には窒化タングステン（ＷＮ）が形成され、タンタル（Ｔａ）の場合には窒化タンタル（ＴａＮ）を形成することができる。また、導電層（Ｃ）１５２８ｃ〜１５３２ｃは、窒素またはアンモニアなどを用いた窒素を含むプラズマ雰囲気にゲート電極１５２８〜１５３１を晒しても同様に形成すりことができる。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、島状半導体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。（図１７（Ｄ））
【０１４４】
活性化および水素化の工程が終了したら、ゲート配線とする第２の導電膜を形成する。この第２の導電膜は低抵抗材料であるアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）を主成分とする導電層（Ｄ）と、にチタン（Ｔｉ）やタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）から成る導電層（Ｅ）とで形成すると良い。本実施例では、チタン（Ｔｉ）を０．１〜２重量％含むアルミニウム（Ａｌ）膜を導電層（Ｄ）１５４５とし、チタン（Ｔｉ）膜を導電層（Ｅ）１５４６として形成した。導電層（Ｄ）１５４５は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良く、導電層（Ｅ）１５４６は５０〜２００（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）で形成すれば良い。（図１８（Ａ））
【０１４５】
そして、ゲート電極に接続するゲート配線を形成するために導電層（Ｅ）１５４６と導電層（Ｄ）１５４５とをエッチング処理して、ゲート配線１５４７、１５４８と容量配線１５４９を形成た。エッチング処理は最初にＳｉＣｌ4とＣｌ2とＢＣｌ3との混合ガスを用いたドライエッチング法で導電層（Ｅ）の表面から導電層（Ｄ）の途中まで除去し、その後リン酸系のエッチング溶液によるウエットエッチングで導電層（Ｄ）を除去することにより、下地との選択加工性を保ってゲート配線を形成することができた。（図１８（Ｂ））
【０１４６】
第１の層間絶縁膜１５５０は５００〜１５００ｎｍの厚さで酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜で形成され、その後、それぞれの島状半導体層に形成された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を形成し、ソース配線１５５１〜１５５４と、ドレイン配線１５５５〜１５５８を形成する。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。
【０１４７】
次に、パッシベーション膜１５５９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を５０〜５００ｎｍ（代表的には１００〜３００ｎｍ）の厚さで形成する。この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特性向上に対して好ましい結果が得られた。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１５９に開口部を形成しておいても良い。（図１８（Ｃ））
【０１４８】
その後、有機樹脂からなる第２の層間絶縁膜１５６０を１．０〜１．５μｍの厚さに形成する。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。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。そして、第２の層間絶縁膜１５６０にドレイン配線１５５８に達するコンタクトホールを形成し、画素電極１５６１、１５６２を形成する。画素電極は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用いれば良く、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。本実施例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１００ｎｍの厚さにスパッタ法で形成した。（図１９）
【０１４９】
こうして同一基板上に、駆動回路のＴＦＴと表示領域の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させることができた。駆動回路にはｐチャネル型ＴＦＴ１６０１、第１のｎチャネル型ＴＦＴ１６０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ１６０３、表示領域には画素ＴＦＴ１６０４、保持容量１６０５が形成した。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１５０】
尚、図２０は表示領域のほぼ一画素分を示す上面図である。図２０で示すＡ―Ａ’に沿った断面構造は、図１９に示す表示領域の断面図に対応している。また、図２０は、図１５〜図１９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。ゲート配線１５４８は、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の半導体層１５０７と交差している。図示はしていないが、半導体層には、ソース領域、ドレイン領域、ｎ--領域でなるＬoff領域が形成されている。また、１５６３はソース配線１５５４とソース領域１６２４とのコンタクト部、１５６４はドレイン配線１５５８とドレイン領域１６２６とのコンタクト部、１５６５はドレイン配線１５５８と画素電極１５６１のコンタクト部である。保持容量１６０５は、画素ＴＦＴ１６０４のドレイン領域１６２６から延在する半導体層１６２７とゲート絶縁膜を介して容量配線１５３２、１５４９が重なる領域で形成されている。
【０１５１】
また、駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴ１６０１には、島状半導体層１５０４にチャネル形成領域１６０６、ソース領域１６０７ａ、１６０７ｂ、ドレイン領域１６０８ａ，１６０８ｂを有している。第１のｎチャネル型ＴＦＴ１６０２には、島状半導体層１５０５にチャネル形成領域１６０９、ゲート電極１５２９と重なるＬＤＤ領域１６１０（以降、このようなＬＤＤ領域をＬovと記す）、ソース領域１６１１、ドレイン領域１６１２を有している。このＬov領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜１．５μｍとした。第２のｎチャネル型ＴＦＴ１６０３には、島状半導体層１５０６にチャネル形成領域１６１３、ＬＤＤ領域１６１４，１６１５、ソース領域１６１６、ドレイン領域１６１７を有している。このＬＤＤ領域はＬov領域とゲート電極１５３０と重ならないＬＤＤ領域（以降、このようなＬＤＤ領域をＬoffと記す）とが形成され、このＬoff領域のチャネル長方向の長さは０．３〜２．０μｍ、好ましくは０．５〜１．５μｍである。画素ＴＦＴ１６０４には、島状半導体層１５０７にチャネル形成領域１６１８、１６１９、Ｌoff領域１６２０〜１６２３、ソースまたはドレイン領域１６２４〜１６２６を有している。Ｌoff領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．５〜２．５μｍである。さらに、容量配線１５３２、１５４９と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素ＴＦＴ１６０４のドレイン領域１６２６に接続し、ｎ型を付与する不純物元素が添加された半導体層１６２７とから保持容量１６０５が形成されている。また、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、特願平９−２７３４４４号出願または特願平１０−２５４０９７号出願に記載された構造の保持容量を用いることもできる。
【０１５２】
図１９では画素ＴＦＴ１６０４をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【０１５３】
そして、上記アクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。図２１に示すように、上記方法で作製した図１９の状態のアクティブマトリクス基板に対し、配向膜１７０１を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂が多く用いられている。対向側の対向基板１７０２には、遮光膜１７０３、透明導電膜１７０４および配向膜１７０５を形成した。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、画素マトリクス回路と、ＣＭＯＳ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（図示せず）や柱状スペーサ１７０７などを介して貼りあわせる。その後、両基板の間に液晶材料１７０６を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止した。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図２１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。
【０１５４】
以上の様に、画素ＴＦＴおよび駆動回路が要求する仕様に応じて、各回路を構成するＴＦＴの構造が最適化されたアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製することができた。
【０１５５】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例１〜実施例１７のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。
【０１５６】
〔実施例９〕
本実施例では実施例８における結晶化工程に代えて、他の結晶化方法を用いた例を以下に図２２を用いて示す。
【０１５７】
まず、実施例８に従って、図２２（Ａ）の状態を得る。なお、図２２（Ａ）は図１５（Ａ）に相当する。
【０１５８】
次いで、結晶化を助長する金属元素（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）を用いて結晶化を行う。具体的には、非晶質シリコン膜表面に金属元素を保持させた状態でレーザー結晶化を行い、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。本実施例ではニッケル元素を含む水溶液（酢酸ニッケル水溶液）をスピンコート法で塗布して、金属元素含有層１８０１を非晶質半導体膜１５０３ａの全面に形成する。（図２２（Ｂ））また、本実施例ではスピンコート法でニッケルを添加する方法を用いたが、蒸着法やスパッタ法などにより金属元素でなる薄膜（本実施例の場合はニッケル膜）を非晶質半導体膜上に形成する手段をとっても良い。
【０１５９】
次いで、実施例１に記載された本発明のレーザー照射方法を用いて結晶質シリコン膜１８０２を形成した。（図２２（Ｃ））
【０１６０】
以降の工程は、実施例８に示した図１５（Ｃ）以降の工程に従えば、図２１に示す構造が得られる。
【０１６１】
なお、本実施例のように島状半導体層が、非晶質シリコン膜から金属元素を用いる結晶化の方法で作製された場合、島状半導体層中には微量の金属元素が残留した。勿論、そのような状態でもＴＦＴを完成させることが可能であるが、残留する金属元素を少なくともチャネル形成領域から除去する方がより好ましかった。この金属元素を除去する手段の一つにリン（Ｐ）によるゲッタリング作用を利用する手段があった。リン（Ｐ）を選択的に添加して加熱させてゲッタリングさせる工程を追加して行ってもよいが、このような工程を加えなくとも、ゲッタリングに必要なリン（Ｐ）の濃度は図１７（Ｂ）で形成した不純物領域（ｎ+）と同程度であり、図１７（Ｄ）に示す活性化工程の熱処理により、ｎチャネル型ＴＦＴおよびｐチャネル型ＴＦＴのチャネル形成領域から金属元素をゲッタリングすることができた。
【０１６２】
また、金属元素を除去する手段は他にもあり、特に限定されない。例えば、島状半導体層を形成した後、酸素雰囲気中に対して３〜１０体積％の塩化水素を含ませた雰囲気中において、金属元素が残留した結晶質半導体膜に温度が８００〜１１５０℃（好ましくは９００〜１０００℃）、処理時間が１０分〜４時間（好ましくは３０分〜１時間）である熱処理を行う。この工程により結晶質半導体膜中のニッケルは揮発性の塩化化合物（塩化ニッケル）となって処理雰囲気中に離脱する。即ち、ハロゲン元素のゲッタリング作用によってニッケルを除去することが可能となる。
【０１６３】
また、金属元素を除去する手段を複数用いてもよい。また、島状半導体層を形成する前にゲッタリングを行ってもよい。
【０１６４】
〔実施例１０〕
本実施例では実施例８における結晶化工程に代えて、他の結晶化方法を用いた例を以下に図２３を用いて示す。
【０１６５】
まず、実施例８に従って、図２３（Ａ）の状態を得る。なお、図２３（Ａ）は図１５（Ａ）に相当する。
【０１６６】
次いで、金属元素（本実施例ではニッケル）を含む水溶液（酢酸ニッケル水溶液）をスピンコート法で塗布して、金属元素含有層１９０２を非晶質半導体膜１５０３ａの全面に形成する。（図２３（Ｂ））ここで使用可能な金属元素は、ニッケル（Ｎｉ）以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、といった元素がある。
【０１６７】
また、本実施例ではスピンコート法でニッケルを添加する方法を用いたが、蒸着法やスパッタ法などにより金属元素でなる薄膜（本実施例の場合はニッケル膜）を非晶質半導体膜上に形成する手段をとっても良い。また、本実施例では金属元素含有層１９０２を非晶質半導体膜１５０３ａの全面に形成した例を示したが、マスクを形成して選択的に金属元素含有層を形成する工程としてもよい。
【０１６８】
次いで、５００〜６５０℃（好ましくは５５０〜６００℃）で６〜１６時間（好ましくは８〜１４時間）の熱処理を行う。その結果、結晶化が進行し、結晶質半導体膜（本実施例では結晶質シリコン膜）１９０２が形成される。（図２３（Ｃ））なお、選択的に金属元素含有層を形成した場合においては、マスクの開口部を起点として概略基板と平行な方向（矢印で示した方向）に結晶化が進行し、巨視的な結晶成長方向が揃った結晶質シリコン膜が形成される。
【０１６９】
上記の方法で結晶化される結晶質シリコン膜は、結晶化温度が低いため欠陥を多く含んでおり、半導体素子の材料としては不十分な場合がある。そこで、結晶質シリコン膜の結晶性を向上させるため、実施例２に示したレーザー照射方法を用いて、レーザービームを該膜に照射して良好な結晶性を有する結晶質シリコン膜１９０３を形成した。（図２３（Ｄ））
【０１７０】
以降の工程は、実施例８に示した図１５（Ｃ）以降の工程に従えば、図２１に示す構造が得られる。
【０１７１】
なお、実施例９と同様に、残留する金属元素を少なくともチャネル形成領域から除去する方がより好ましかった。よって、実施例８に示した方法を用いてゲッタリングを行うことが望ましい。
【０１７２】
〔実施例１１〕
実施例８に示したアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を、図２４の斜視図を用いて説明する。尚、図２４は、図１５〜図２０と対応付けるため、共通の符号を用いている。
【０１７３】
図２４においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板１５０１上に形成された、表示領域１７０６と、走査信号駆動回路１７０４と、画像信号駆動回路１７０５で構成される。表示領域には画素ＴＦＴ１６０４が設けられ、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１７０４と、画像信号駆動回路１７０５はそれぞれゲート配線１５３１とソース配線１５５４で画素ＴＦＴ１６０４に接続している。また、ＦＰＣ７１が外部入力端子７４に接続され、入力配線７５、７６でそれぞれの駆動回路に接続している。なお、１７０２は対向基板である。
【０１７４】
〔実施例１２〕
本発明はアクティブマトリクス型ＥＬディスプレイに適用することも可能である。その例を図２５に示す。
【０１７５】
図２５はアクティブマトリクス型ＥＬディスプレイの回路図である。８１は表示領域を表しており、その周辺にはＸ方向駆動回路８２、Ｙ方向駆動回路８３が設けられている。また、表示領域８１の各画素は、スイッチ用ＴＦＴ８４、保持容量８５、電流制御用ＴＦＴ８６、有機ＥＬ素子８７を有し、スイッチ用ＴＦＴ８４にＸ方向信号線８８a（または８８b）、Ｙ方向信号線８９a（または８９b、８９c）が接続される。また、電流制御用ＴＦＴ８６には、電源線９０a、９０bが接続される。
【０１７６】
本実施例のアクティブマトリクス型ＥＬディスプレイでは、Ｘ方向駆動回路８２、Ｙ方向駆動回路８３に用いられるＴＦＴを実施例８に示した図１９のｐチャネル型ＴＦＴ１６０１、ｎチャネル型ＴＦＴ１６０２または１６０３を組み合わせて形成する。また、スイッチ用ＴＦＴ８４や電流制御用ＴＦＴ８６のＴＦＴを図１９のｎチャネル型ＴＦＴ１６０４で形成する。
【０１７７】
〔実施例１３〕
本願発明は従来のＩＣ技術全般に適用することが可能である。即ち、現在市場に流通している全ての半導体回路に適用できる。例えば、ワンチップ上に集積化されたＲＩＳＣプロセッサ、ＡＳＩＣプロセッサ等のマイクロプロセッサに適用しても良いし、液晶用ドライバー回路（Ｄ／Ａコンバータ、γ補正回路、信号分割回路等）に代表される信号処理回路や携帯機器（携帯電話、ＰＨＳ、モバイルコンピュータ）用の高周波回路に適用しても良い。
【０１７８】
また、マイクロプロセッサ等の半導体回路は様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能する。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュータ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙げられる。また、車両（自動車や電車等）の制御用コンピュータなども挙げられる。本願発明はその様な半導体装置に対しても適用可能である。
【０１７９】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例８〜実施例１２のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。
【０１８０】
〔実施例１４〕
本発明を実施して形成されたＴＦＴは様々な電気光学装置に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部として組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。
【０１８１】
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、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、ウエアラブルディスプレイ、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２６に示す。
【０１８２】
図２６（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、表示部２００３、キーボード２００４で構成される。本願発明を画像入力部２００２、表示部２００３やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１８３】
図２６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部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。本願発明を表示部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。
【０１８４】
図２６（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、表示部２２０５で構成される。本願発明は表示部２２０５やその他の信号制御回路に適用できる。
【０１８５】
図２６（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示部２３０２、アーム部２３０３で構成される。本発明は表示部２３０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１８６】
図２６（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、表示部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。本発明は表示部２４０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１８７】
図２６（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示部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。本願発明を表示部２５０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１８８】
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８〜１３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。
【０１８９】
［実施例１５］
本発明を実施して形成されたＴＦＴは様々な電気光学装置に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部として組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。
【０１９０】
その様な電子機器としては、プロジェクター（リア型またはフロント型）などが挙げられる。それらの一例を図２７に示す。
【０１９１】
図２７（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２で構成される。本発明は投射装置の一部を構成する液晶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。
【０１９２】
図２７（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４で構成される。本発明は投射装置の一部を構成する液晶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。
【０１９３】
なお、図２７（Ｃ）は、図２７（Ａ）及び図２７（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。投射装置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２７（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。
【０１９４】
また、図２７（Ｄ）は、図２７（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２７（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。
【０１９５】
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８〜１１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。
【０１９６】
【発明の効果】
本発明のレーザー照射装置、および照射方法によって、５００nm以上、１〜３μｍ程度の平均粒径の結晶性半導体膜を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  線状レーザービームを形成する光学系。
【図２】  レーザー照射装置。
【図３】  基板移動手段を示す図。
【図４】  レーザー照射装置の光学系を示す図。
【図５】  レーザービームの走査方法を示す図。
【図６】  レーザー照射装置を示す図。
【図７】  レーザー照射装置を示す図。
【図８】  レーザー照射装置を示す図。
【図９】  レーザー照射装置の光学系を示す図。
【図１０】  レーザー照射装置の光学系を示す図。
【図１１】  レーザー照射装置を示す図。
【図１２】  被照射面での線状ビームの断面を示す図。
【図１３】  レーザー照射装置の光学系を示す図。
【図１４】  光学系の部分的な構成を示す図。
【図１５】  本願発明の作製工程一例を示す図。
【図１６】  本願発明の作製工程一例を示す図。
【図１７】  本願発明の作製工程一例を示す図。
【図１８】  本願発明の作製工程一例を示す図。
【図１９】  本願発明の作製工程一例を示す図。
【図２０】  画素の上面図を示す図。
【図２１】  液晶表示装置の断面構造を示す図。
【図２２】  本願発明の作製工程一例を示す図。
【図２３】  本願発明の作製工程一例を示す図。
【図２４】  ＡＭ−ＬＣＤの外観を示す図である。
【図２５】  アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構成を示す図。
【図２６】  電子機器の一例を示す図。
【図２７】  電子機器の一例を示す図。
【符号の説明】
１０１  レーザー発振器
１０２、１０３  レーザー光を分割するシリンドリカルレンズアレイ
１０４、１０５  レーザー光を集光するためのシリンドリカルレンズ
１０７  反射ミラー
１０８  レーザー光を集光するためのシリンドリカルレンズ
１０９  照射面
２０１  ハーフミラー
２０２、２０３、２０４、２０５、２０６  ミラー
２０７、２０８  レーザー光を集光するためのシリンドリカルレンズ
２０９  照射面
３０１  ステージ
３０２  移動機構
３０３  基板
３０４  線状ビーム
５０１、５０２  レンチキュラーレンズ
６０１  線状ビーム
６０２  サイズが６００×７２０mmの基板
７０１  支持具
７０２  移動機構
７０３  基板
７０４  a-Si膜
７０５  赤外線ランプ
７０６  石英窓
７０７  レーザー照射室
７０８  真空ポンプ
７０９  移動機構
７１０  ガスボンベ
８０１  円柱状のころ
８０２  基板
８０３  a-Si膜
８０４  赤外線ランプ
９０１  ベルトコンベア
９０２  チャンバー
９０３  石英窓
９０４  真空ポンプ
９０５  ガスボンベ
１００１、１００２  シリンドリカルレンズ
１００３  非単結晶珪素膜
１００４  基板
１１０１、１１０２  レンチキュラーレンズ
１１０３  非単結晶珪素膜
１１０４  基板
１２０１  ロードアンロード室
１２０２  アライメント室
１２０３  プレヒート室
１２０４  トランスファ室
１２０５  クーリング室
１２０６  ロボットアーム
１２０７、１２０８  ゲートバルブ
１２０９  真空ポンプ
１２１０  ガスボンベ
１２１１  レーザー照射室移動機構
１２１２  レーザー光学系
１３０１  非単結晶珪素膜側から入射するビーム
１３０２  基板側から入射するビーム
１４０１  シリンドリカルアレイレンズ
１４０２  シリンドリカルレンズ
１４０３  ハーフミラー
１４０４、１４０５、１４０６、１４０７、１４０８  ミラー
１４０９、１４１０  シリンドリカルレンズ
１４１１、１４１２  シリンドリカルアレイレンズ
１４１３、１４１４  シリンドリカルレンズ
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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