(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に島状又は帯状に形成された非晶質半導体膜に対し連続波レーザを照射しながらレーザ照射域を毎秒２０ｃｍ乃至２０ｍで走査することにより前記非晶質半導体膜を多結晶半導体膜にする工程を有し、
前記非晶質半導体膜が内接する矩形の幅が３０μｍ以下であり、且つ、（１）パターンの先端形状が凸型であって、曲線で構成されるもの、（２）先端形状が凹型で直線で構成され、先端側に３つの角部をもち、それらのうちの両側の角部の角度がいずれも６８．２度以上のもの、（３）先端形状が凹型で曲線で構成されるもの、（４）先端部分が、直線で構成される直線部と、該直線部の両端から延びて曲線で構成される角部からなり、該先端部分の幅となる該直線部の長さが２０μｍであるもののいずれか１つの条件を満足する形状とし、且つ、前記非晶質半導体膜の後端形状を凸型とすることを特徴とする多結晶半導体膜の形成方法。
【請求項２】
基板上に島状又は帯状に形成された非晶質半導体膜に対し連続波レーザを照射しながらレーザ照射域を毎秒２０ｃｍ乃至２０ｍで走査することにより前記非晶質半導体膜を多結晶半導体膜にする工程を有し、
前記非晶質半導体膜が内接する矩形の幅が３０μｍよりも大きく、７０μｍ以下であり、且つ、（１）パターンの先端形状が凸型であって、先端部の曲率半径が８２．９μｍ以下のもの、（２）先端形状が凹型で直線で構成され、先端側に３つの角部をもち、それらのうちの両側の角部の角度がいずれも６８．２度以上のもの、（３）先端形状が凹型で曲線で構成されるもの、（４）先端部分の幅が２０μｍ以下であるもののいずれか１つの条件を満足する形状とし、且つ、前記非晶質半導体膜の後端形状を凸型とすることを特徴とする多結晶半導体膜の形成方法。
【請求項３】
基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、
間隔を置いて繰り返す複数の島状領域に前記非晶質半導体膜をパターニングする工程と、
前記非晶質半導体膜の島状領域に対して連続波レーザを毎秒２０ｃｍ乃至２０ｍで走査することにより、前記非晶質半導体膜を多結晶半導体膜にする工程と、
を有し、
前記島状領域の先端形状と後端形状が共に凸型であり、且つ、前記連続波レーザの走査方向の前記島状領域の先端から後端までの距離を長さとする前記島状領域が内接する矩形の幅が３０μm以下であり、且つ、隣り合う前記島状領域の前記矩形同士で互いに重複するものがあり、
前記島状領域の形状は、六角形、楕円形、及び平行四辺形のいずれか、又は、先端と後端が円弧又は楕円の弧で構成される形状であることを特徴とする多結晶半導体膜の形成方法。
【請求項４】
基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、
間隔を置いて繰り返す複数の島状領域に前記非晶質半導体膜をパターニングする工程と、
前記非晶質半導体膜の島状領域に対して連続波レーザを毎秒２０ｃｍ乃至２０ｍで走査することにより、前記非晶質半導体膜を多結晶半導体膜にする工程と、
を有し、
前記島状領域の先端形状と後端形状が共に凸型であり、且つ、前記連続波レーザの走査方向の前記島状領域の先端から後端までの距離を長さとする前記島状領域が内接する矩形の幅が３０μmよりも大きく、７０μｍ以下であり、且つ、隣り合う前記島状領域の前記矩形同士で互いに重複するものがあり、且つ（１）パターンの先端と後端が共に直線で構成されるもの、（２）パターンの先端と後端のいずれか一方の曲率半径が２４．５μm以下のもの、のいずれか一方の条件を満たし、
前記島状領域の形状は、六角形、楕円形、及び平行四辺形のいずれか、又は、先端と後端が円弧又は楕円の弧で構成される形状であることを特徴とする多結晶半導体膜の形成方法。
【請求項５】
隣接する前記島状領域同士の最小間隔が固定された条件下で、前記島状領域が最も密に配置されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の多結晶半導体膜の形成方法。
【請求項６】
前記最小間隔が２μm以上であることを特徴とする請求項５に記載の多結晶半導体膜の形成方法。
【請求項７】
前記多結晶半導体膜を形成後、該多結晶半導体膜を所定の形状にエッチングする工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の多結晶半導体膜の形成方法。
【請求項８】
前記多結晶半導体膜は、シリコン、又はシリコンとゲルマニウムとの合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の多結晶半導体膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置等の製造に使用される多結晶半導体膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄くて軽量であるとともに低電圧で駆動できて消費電力が少ないという長所があり、各種電子機器に広く使用されている。特に、画素毎にＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）が設けられたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置は、表示品質の点でもＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）に匹敵するほど優れているため、テレビやパーソナルコンピュータ等のディスプレイにも使用されている。
【０００３】
近年、液晶表示装置では、ＴＦＴの動作層にポリシリコン等の多結晶半導体が使用されるようになった。ポリシリコンは、アモルファスシリコンに比べてキャリヤ移動度が大きいため、素子の高速動作が可能であるとともに、素子サイズを小さくでき、液晶表示装置の高精細化が可能になる。また、データドライバ及びゲートドライバ等の駆動回路をＴＦＴで構成することが可能になるので、駆動回路を表示部と同一基板上に集積化することができる。これにより、工程数の削減及び部品数の減少が可能になり、液晶表示装置の製造コストが低減されるとともに、信頼性も向上する。
【０００４】
従来は、以下に示す方法によりポリシリコン膜を形成している。すなわち、まず、プラズマＣＶＤ法によりガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成する。その後、エキシマレーザから出力されるパルス状のレーザ光をアモルファスシリコン膜に照射しながら、レーザ照射域を一方向に移動（走査）する。そうすると、レーザ照射によりアモルファスシリコンが溶融し、レーザ照射域から外れた部分で結晶化してポリシリコンが生成される。このようにして、基板上にポリシリコン膜が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した方法で形成したポリシリコン膜では、シリコン結晶の粒径が比較的小さい。ポリシリコン膜のキャリア移動度はシリコン結晶の粒径に大きく関係し、結晶粒径が小さいとキャリア移動度も小さくなる。また、従来方法で形成したポリシリコン膜では、結晶粒径のばらつきも大きく、そのためトランジスタ特性のばらつきも大きくなってしまう。
【０００６】
本発明は、高速動作が可能であり、特性のばらつきが小さいＴＦＴを製造できる多結晶半導体膜の形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
非晶質半導体膜、例えばアモルファスシリコン膜に連続波レーザ（ＣＷレーザ）を照射しながらレーザ照射域を走査すると、エキシマレーザにより生成されたシリコン結晶よりも１０〜１００倍程度大きなシリコン結晶が生成される。しかし、液晶表示パネルの製造に使用されるようなサイズのガラス基板の全面にポリシリコン膜を形成しようとすると、膜の不安定要因（不純物及び張力等）のために剥れやその他の不具合が発生する。
【０００８】
基板の上にアモルファスシリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィ法によりアモルファスシリコン膜をエッチングして複数の島状又は帯状（リボン状）のアモルファスシリコン膜を形成し、各アモルファスシリコン膜にＣＷレーザを照射しながらレーザ照射域を走査すると、基板の温度上昇を回避しながら、粒径が大きいシリコン結晶からなるポリシリコン膜（多結晶半導体膜）を形成することができる。
【０００９】
しかしながら、本願発明者らの実験から、この方法で島状又は帯状にポリシリコン膜を形成しようとすると、シリコン膜のパターンが密の場合に剥れが発生しやすいことが判明した。実際にＴＦＴで表示装置の駆動回路を形成する場合には、ポリシリコン膜を密の状態で形成することが必要になる。
【００１０】
そこで、本願発明者らは、ＣＷレーザ照射前におけるアモルファスシリコン膜の形状を種々変えて、ポリシリコン膜の剥れの程度を調べた。その結果、アモルファスシリコン膜の形状により、剥れの程度が大きく変化することが判明した。本発明は、このような実験結果に基づいてなされたものである。
【００１１】
すなわち、本発明においては、ＣＷレーザ照射前における島状又は帯状のアモルファスシリコン膜の幅（アモルファス膜のパターンが内接する矩形の幅：以下、同じ）が３０μｍ以下の場合、（１）パターンの先端（レーザ照射時の先端：以下、同じ）形状が凸型であって、曲線で構成されるもの、（２）先端形状が凹型で直線で構成され、先端側に３つの角部をもち、それらのうちの両側の角部の角度がいずれも６８．２度以上のもの、（３）先端形状が凹型で曲線で構成されるもの、（４）先端部分が、直線で構成される直線部と、該直線部の両端から延びて曲線で構成される角部からなり、該先端部分の幅となる該直線部の長さが２０μｍであるもの、のいずれか１つの条件を満足する形状とする。
【００１２】
また、ＣＷレーザ照射前における島状又は帯状のアモルファスシリコン膜の幅が３０μｍよりも大きく、７０μｍ以下である場合、（１）パターンの先端形状が凸型であって、先端部の曲率半径が８２．９μｍ以下のもの、（２）先端形状が凹型で直線で構成され、先端側に３つの角部をもち、それらのうちの両側の角部の角度がいずれも６８．２度以上のもの、（３）先端形状が凹型で曲線で構成されるもの、（４）先端部分の幅が２０μｍ以下であるもの、のいずれか１つの条件を満足する形状とする。
【００１３】
これにより、ＣＷレーザ照射によるポリシリコン膜の剥れが抑制され、粒径が大きく且つ均一なシリコン結晶からなるポリシリコン膜を形成できる。従って、高速動作が可能で特性が均一な薄膜トランジスタを形成でき、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等の高性能化が可能になり、製造歩留まりも向上する。
【００１４】
ＣＷレーザ照射前におけるアモルファスシリコン膜の形状を上記のようにすることにより剥れが抑制される理由は明らかではないが、パターンの先端形状が凸型の場合は１点から結晶が成長するのに対し、矩形の場合は複数の点から結晶の成長が始まり、それらの成長した結晶が接触した部分に大きな応力が生じて、剥れが発生するものと考えられる。
【００１５】
また、上述のポリシリコンのパターンは、間隔を置いて繰り返すように複数配置されるのが好ましい。その場合、各パターンを必要に応じて密に配置するのが好ましいのであるが、密であるか否かは、そのパターンが内接する矩形を考え、隣り合うパターンにおいてその矩形が重なり合うか否かで判断され、重なり合う場合に密であると判断される。
【００１６】
更に、素子を高密度に形成する必要がある領域では、上述のパターンを最密に配置するのが好ましい。最密であるか否かの判断は、隣接するパターン同士の最小間隔ｄが固定された条件下においてパターンの種々の配置を考え、数ある配置の中で基板の一部領域内におけるパターンの占有面積が最も大きくなるか否かで行われ、それが最も大きくなる場合に最密であると判断される。
【００１７】
このように密にパターンを配置することで、パターン間の無駄な隙間が減少するので、素子形成に使用できる領域が増大し、素子を高密度に形成することができるようになる。
更にまた、ＣＷレーザ照射前におけるアモルファスシリコン膜のパターンの後端形状を凸型とするとともに、ＣＷレーザを毎秒２０ｃｍ乃至２０ｍで走査することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、更に詳細に説明する。
【００１９】
（１）第１の実施の形態
本願発明者らは、プラズマＣＶＤ法によりガラス基板上に非晶質半導体膜としてアモルファスシリコン膜を約１００ｎｍの厚さに形成し、４５０℃の温度で２時間加熱する熱処理（水素出し処理）を施した後、フォトリソグラフィ法により図１〜図５に示すようなパターンにアモルファスシリコン膜を形成した。
【００２０】
その後、アモルファスシリコン膜にＣＷレーザを照射することにより、ポリシリコン膜（多結晶半導体膜）を形成した。ＣＷレーザには、半導体励起（ＬＤ励起）の固体レーザ（ＤＰＳＳレーザ）を使用した。固体レーザの波長は５３２ｎｍ、出力は１０Ｗである。また、ＣＷレーザの照射域のサイズは幅が２０〜４０μｍ、長さが４００μｍであり、レーザ照射域を、その幅方向（短軸方向）に走査した。走査方向は、図１〜図５に矢印で示す方向である。
【００２１】
各パターンについて２０００個当たりの剥れの発生数を調べた。その結果、パターンの幅及び先端形状により、剥れの発生数が大きく異なることが判明した。
【００２２】
以下、パターンの幅毎に、剥れの発生数を示す。
【００２３】
（幅３０μｍ）
ガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成し、このアモルファスシリコン膜をフォトリソグラフィ法によりエッチングして、幅（パターンが内接する矩形の短辺の長さ）が３０μｍ、長さが２００μｍの図１〜５に示すようなパターンを形成した。
【００２４】
Ａ１のパターンは先端部が凸型の形状（Ｖ字形）であり、図６に示すａの値が１５μｍ、ｂの値が１２μｍである。Ｂ１のパターンも先端部が凸型の形状（Ｖ字形）であり、図６に示すａの値が１５μｍ、ｂの値が３０μｍである。
【００２５】
Ｃ１のパターンは先端部が凸型の形状（半円）であり、図７に示す曲率半径ｒの値は１５μｍである。Ｄ１のパターンは先端部が凸型の形状（半楕円）であり、図８に示す短半径ａの値が１５μｍ、長半径ｂの値が５０μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）の値が４．５μｍである。
【００２６】
Ｅ１のパターンは先端部が凹の形状（Ｖ字形）であり、図９に示すａの値が１５μｍ、ｂの値が６μｍ、角度θが６８．２度である。Ｆ１のパターンも先端部が凹の形状（Ｖ字形）であり、図９に示すａの値が１５μｍ、ｂの値が１８μｍ、角度θが４０度である。
【００２７】
Ｇ１のパターンは先端部が凹の形状（円弧）であり、図１０に示す曲率半径ｒの値は１８μｍである。Ｈ１のパターンも先端部が凹の形状（半円）であり、その曲率半径ｒの値は１５μｍである。
【００２８】
Ｉ１のパターンは先端部が凸型の形状（斜め）であり、図１１に示すａの値が３０μｍ、ｂの値が１０μｍである。Ｋ１のパターンも先端部が凸型の形状（斜め）であり、図１１に示すａの値が３０μｍ、ｂの値が４０μｍである。
【００２９】
Ｊ１のパターンは先端部が凸型の形状（楕円の周に沿った曲線）であり、図１２に示す長半径ａの値は２６．５μｍ、短半径ｂの値は１７μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）は４１．３μｍである。Ｌ１のパターンも先端部が凸型の形状（楕円の周に沿った曲線）であり、図１３に示す短半径ａの値は２０μｍ、長半径ｂの値は４０μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）は１０μｍである。
【００３０】
Ｍ１のパターンも先端部が凸型の形状（半楕円）であり、図１４に示す長半径ａの値が１５μｍ、短半径ｂの値が５μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）は４５μｍである。
【００３１】
Ｎ１のパターンは先端部にレーザ照射域の長軸方向に平行な直線を有するパターンであり、図１５に示す角部の曲率半径ｒの値が５μｍ、直線部ａの値が２０μｍである。
【００３２】
Ｏ１のパターンは先端部が凸型の形状（菱形）である。Ｐ１のパターンも先端部が凸型の形状（楕円）である。
【００３３】
Ｑ１のパターンは略台形のパターンであるが、幅が３０μｍのときは先端部にレーザ照射域の長軸方向に平行な直線がなく、図１６に示すような形状となり、曲率半径ｒの値は５μｍである。
【００３４】
Ｒ１のパターンは、先端部が凸型の形状（略直角三角形のパターン）であり、図１７に示す先端部の曲率半径ｒの値は５μｍである。Ｖ１は幅が３０μｍ、長さが２００μｍの矩形のパターンである。
【００３５】
これらのパターンのアモルファスシリコン膜に対し、ＣＷレーザを照射してポリシリコン膜を形成した。そして、２０００個当たりの剥れの発生数を調べた。その結果を、下記表１に示す。表１において、剥れの数が１０以下の場合を良（○）、１１以上の場合を否（×）と評価したときの評価結果も併せて示した。
【００３６】
【表１】
0004662678.tif 000002
【００３７】
この表１から明らかなように、幅が３０μｍのパターンのときは、先端形状が凹型で直線で構成され、先端側に３つの角部をもち、それらのうちの両側の角部の角度θがいずれも４５度未満であるＦ１に５２８個の剥れが発生した。また、矩形であるＶ１のパターンでも１１個の剥れが発生した。
【００３８】
一方、パターンの先端形状が凸型であるＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｉ１，Ｊ１，Ｋ１，Ｌ１，Ｍ１，Ｏ１，Ｐ１，Ｑ１，Ｒ１、先端形状が凹型で直線で構成され、先端側に３つの角部をもち、それらのうちの両側の角部の角度がいずれも４５度以上であるＥ１、先端形状が凹型で曲線で構成されるＧ１，Ｈ１、及び先端部分の直線の長さが２５μｍ以下であるＮ１では、いずれも剥れの発生数は９個以下であった。
【００３９】
（幅５０μｍ）
ガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成し、このアモルファスシリコン膜をフォトリソグラフィ法によりエッチングして、幅（パターンが内接する矩形の幅）が５０μｍ、長さが２００μｍの図１〜図５に示すようなパターンを形成した。
【００４０】
Ａ１のパターンは先端部が凸型の形状（Ｖ字形）であり、図６に示すａの値が２５μｍ、ｂの値が２０μｍである。Ｂ１のパターンも先端部が凸型の形状（Ｖ字形）であり、図６に示すａの値が２５μｍ、ｂの値が５０μｍである。
【００４１】
Ｃ１のパターンは先端部が凸型の形状（半円）であり、図７に示す曲率半径ｒの値は２５μｍである。Ｄ１のパターンは先端部が凸型の形状（半楕円）であり、図８に示す短半径ａが２５μｍ、長半径ｂの値が５０μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）は１２．５μｍである。
【００４２】
Ｅ１のパターンは先端部が凹の形状（Ｖ字形）であり、図９に示すａの値が２５μｍ、ｂの値が１０μｍ、角度θが６８．２度である。Ｆ１のパターンも先端部が凹の形状（Ｖ字形）であり、図９に示すａの値が２５μｍ、ｂの値が３０μｍ、角度θが３９．８度である。
【００４３】
Ｇ１のパターンは先端部が凹の形状（円弧）であり、図１０に示す曲率半径ｒは４７μｍである。Ｈ１のパターンも先端部が凹の形状（半円）であり、その曲率半径ｒの値は２５μｍである。
【００４４】
Ｉ１のパターンは先端部が凸型の形状（斜め）であり、図１１に示すａの値が５０μｍ、ｂの値が１０μｍである。Ｋ１のパターンも先端部が凸型の形状（斜め）であり、図１１に示すａの値が５０μｍ、ｂの値が４０μｍである。
【００４５】
Ｊ１のパターンは先端部が凸型の形状（楕円の周に沿った曲線）であり、図１２に示す長半径ａの値は４７．５μｍ、短半径ｂの値は２７．５μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）の値は８２μｍである。Ｌ１のパターンも先端部が凸型の形状（楕円の周に沿った曲線）であり、図１３に示す短半径ａの値は３２．５μｍ、長半径ｂの値は４０μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）は２６．４μｍである。
【００４６】
Ｍ１のパターンも先端部が凸型の形状（半楕円）であり、図１４に示す長半径ａの値が２５μｍ、短半径ｂの値が５μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）は１２５μｍである。
【００４７】
Ｎ１のパターンは先端部にレーザ照射域の長軸方向に平行な直線を有するパターンであり、図１５に示す角部の曲率半径ｒの値が５μｍ、直線部ａの値が４０μｍである。
【００４８】
Ｏ１のパターンは先端部が凸型の形状（菱形）である。Ｐ１のパターンも先端部が凸型の形状（楕円）である。
【００４９】
Ｑ１のパターンは先端部にレーザ照射域の長軸方向に平行な直線を有する形状（略台形）であり、図１８に示す曲率半径ｒの値が５μｍ、直線部分の長さａの値が２０μｍである。
【００５０】
Ｒ１のパターンは、先端部が凸型の形状（略直角三角形）であり、図１７に示す先端部の曲率半径ｒの値は５μｍである。Ｖ１は幅が５０μｍ、長さが２００μｍの矩形のパターンである。
【００５１】
これらのパターンのアモルファスシリコン膜に対しＣＷレーザを照射してポリシリコン膜を形成した。そして、２０００個当たりの剥れの発生数を調べた。その結果を、下記表２に示す。表２において、剥れの数が１０以下の場合を良（○）、１１以上のものを否（×）と評価したときの評価も結果合わせて示した。
【００５２】
【表２】
0004662678.tif 000003
【００５３】
この表２から明らかなように、幅が５０μｍのパターンのときは、先端形状が凹型で直線で構成され、先端側に３つの角部をもち、それらのうちの両側の角部の角度θがいずれも４５度未満であるＦ１に４６７個の剥れが発生した。また、矩形であるＶ１のパターンでも、７８個の剥れが発生した。更に、先端形状が凸型であるものの、曲率半径が１００μｍよりも大きいＭ１では１７個の剥れが発生し、先端部の幅が２５μｍよりも大きいＮ１でも８９個の剥れが発生した。
【００５４】
一方、パターンの先端形状が凸型であって直線で構成されるＡ１，Ｂ１，Ｉ１，Ｋ１，Ｏ１、パターンの先端形状が凸型であって先端部の曲率半径が１００μｍ以下であるＣ１，Ｄ１，Ｊ１，Ｌ１，Ｐ１．Ｒ１、先端形状が凹型で直線で構成され、先端側に３つの角部をもち、それらのうちの両側の角部の角度がいずれも４５度以上であるＥ１、先端形状が凹型で曲線で構成されるＧ１，Ｈ１、先端部の直線の長さが２５μｍ以下であるＱ１では、いずれも剥れの発生数は５個以下であった。
【００５５】
（幅７０μｍ）
ガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成し、このアモルファスシリコン膜をフォトリソグラフィ法によりエッチングして、幅（パターンが内接する矩形の幅）が７０μｍ、長さが２００μｍの図１〜５に示すようなパターンを形成した。
【００５６】
Ａ１のパターンは先端部が凸型の形状（Ｖ字形）であり、図６に示すａの値が３５μｍ、ｂの値が２８μｍである。Ｂ１のパターンも先端部が凸型の形状（Ｖ字形）であり、図６に示すａの値が３５μｍ、ｂの値が７０μｍである。
【００５７】
Ｃ１のパターンは先端部が凸型の形状（半円）であり、図７に示す曲率半径ｒの値は３５μｍである。Ｄ１のパターンは先端部が凸型の形状（半楕円）であり、図８に示す短半径ａが３５μｍ、長半径ｂの値が５０μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）は２４．５μｍである。
【００５８】
Ｅ１のパターンは先端部が凹の形状（Ｖ字形）であり、図９に示すａの値が３５μｍ、ｂの値が１４μｍ、角度θが６８．２度である。Ｆ１のパターンも先端部が凹の形状（Ｖ字形）であり、図９に示すａの値が３５μｍ、ｂの値が４２μｍ、角度θが３９．８度である。
【００５９】
Ｇ１のパターンは先端部が凹の形状（円弧）であり、図１０に示す曲率半径ｒは４０μｍである。Ｈ１のパターンも先端部が凹の形状（半円）であり、その曲率半径ｒの値は３５μｍである。
【００６０】
Ｉ１のパターンは先端部が凸型の形状（斜め）であり、図１１に示すａの値が７０μｍ、ｂの値が１０μｍである。Ｋ１のパターンも先端部が凸型の形状（斜め）であり、図１１に示すａの値が７０μｍ、ｂの値が５０μｍである。
【００６１】
Ｊ１のパターンは先端部が凸型の形状（楕円の周に沿った曲線）であり、図１２に示す長半径ａの値は５５μｍ、短半径ｂの値は３６．５μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）の値は８２．９μｍである。Ｌ１のパターンも先端部が凸型の形状（楕円の周に沿った曲線）であり、図１３に示す短半径ａの値は４４μｍ、長半径ｂの値は５０．５μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）は３８．３μｍである。
【００６２】
Ｍ１のパターンも先端部が凸型の形状（半楕円）であり、図１４に示す長半径ａの値が３５μｍ、短半径ｂの値が５μｍ、先端の曲率半径（ａ2 ／ｂ）は２４５μｍである。
【００６３】
Ｎ１のパターンは先端部にレーザ照射域の長軸方向に平行な直線を有するパターンであり、図１５に示すｒの値が５μｍ、直線部ａの値が６０μｍである。
【００６４】
Ｏ１のパターンは先端部が凸型の形状（菱形）である。Ｐ１のパターンも先端部が凸型の形状（楕円）である。
【００６５】
Ｑ１のパターンは先端部にレーザ照射域の長軸方向に平行な直線を有する形状（略台形）であり、図１８に示す角部の曲率半径ｒの値が５μｍ、直線部分の長さａの値が４０μｍである。
【００６６】
Ｒ１のパターンは、先端部が凸型の形状（略直角三角形）であり、図１７に示す先端部の曲率半径ｒの値は５μｍである。Ｖ１は幅が７０μｍ、長さが２００μｍの矩形のパターンである。
【００６７】
これらのパターンのアモルファスシリコン膜に対しＣＷレーザを照射してポリシリコン膜を形成した。そして、２０００個当たりの剥れの発生数を調べた。その結果を、下記表３に示す。表３において、剥れの数が１０以下の場合を良（○）、１１以上のものを否（×）と評価したときの評価も結果合わせて示した。
【００６８】
【表３】
0004662678.tif 000004
【００６９】
この表３から明らかなように、幅が７０μｍのパターンのときは、先端形状が凹型で直線で構成され、先端側に３つの角部をもち、それらのうちの両側の角部の角度θがいずれも４５度未満であるＦ１に４３５個の剥れが発生した。また、矩形であるＶ１のパターンでも、１１６個の剥れが発生した。更に、先端形状が凸型であるものの、先端部の曲率半径が１００μｍよりも大きいＭ１では３１個の剥れが発生し、先端部の幅が２５μｍよりも大きいＮ１，Ｑ１でもそれぞれ１１０個及び１０５個の剥れが発生した。
【００７０】
一方、パターンの先端形状が凸型であって直線で構成されるＡ１，Ｂ１，Ｉ１，Ｋ１，Ｏ１、パターンの先端形状が凸型であって先端部の曲率半径が１００μｍ以下であるＣ１，Ｄ１，Ｊ１，Ｌ１，Ｐ１．Ｒ１、先端形状が凹型で直線で構成され、先端側に３つの角部をもち、それらのうちの両側の角部の角度がいずれも４５度以上であるＥ１、先端形状が凹型で曲線で構成されるＧ１，Ｈ１では、いずれも剥れの発生数は９個以下であった。
【００７１】
図１９に、パターンの幅が３０μｍ、５０μｍ及び７０μｍのときの剥れの数を調べた結果を棒グラフにしてまとめて示す。
【００７２】
（パターン後端部の形状）
島状のアモルファスシリコン膜の後端部がレーザ照射域の長軸方向に平行な直線であると、ＣＷレーザを照射してポリシリコン膜を形成したときに、パターンの後端部にポリシリコンの盛り上がりが発生するという問題点がある。このような盛り上がりが発生すると、ポリシリコン膜をエッチングしたときにエッチング残りが発生し、断線等の不良を招く原因となる。
【００７３】
図２０はＣＷレーザを照射した後（エッチング前）のポリシリコン膜の顕微鏡写真を示す図、図２１は同じくそのポリシリコン膜をエッチングした後の顕微鏡写真を示す図である。これらの図２０，図２１から、パターンの後端部に盛り上がりが発生し、エッチング後でも盛り上がりを完全に除去できないことがわかる。
【００７４】
本願発明者らは、パターン後端部の盛り上がりを抑制するべく種々実験検討を行った結果、パターンの後端部を凸型の形状とすることにより、盛り上がりを小さくできることが判明した。例えば、図２２に示すように、終端を三角形状にしたり、図２３に示すように楕円形状とした場合は、盛り上がり部が点状となる。従って、エッチング後の残滓が少なく、断線を防止できる。
【００７５】
（２）第２の実施の形態
上述したポリシリコン膜の種々のパターンは、素子形成に使用し得る領域を広げるために、各パターンの間の無駄な隙間が小さくなるように、なるべく密に配置されるのが好ましい。そのように密に配置された種々のパターンを図２４〜図２６に示す。
【００７６】
図２４のＡ２は、間隔を置いて繰り返す複数の六角形のパターンを示す。
【００７７】
この六角形は、第１実施形態のＢ１のパターンの両端を共に凸型して得られたものであり、形状を表すパラメータは第１実施形態と同じである。
【００７８】
各六角形が密に配列されいているか否かを判定するには、例えば、六角形が内接する矩形（同図中、点線で表す）を考え、隣り合う六角形においてその矩形が重複するか否かで判断される。本実施形態のようにそれが重複する場合は、各六角形は密に配列されていると判断される。一方、第１実施形態では、どのパターン（Ａ１〜Ｖ１）においても上述の矩形が重複しないので、密ではないと判断される。
【００７９】
更に、上述の各六角形は、単に密であるだけでなく、最密に配列されるのが好ましい。最密であるか否かの判断は、例えば、隣接する六角形同士の最小間隔ｄが固定された条件下において六角形の種々の配置を考え、数ある配置の中で基板の一部領域Ｄ内における六角形の占有面積が最も大きくなるか否かで行える。例えば、図２７では、最小間隔ｄはＡ２と同じであるが、一部領域Ｄにおける六角形の占有面積がＡ２より小であるので、最密であるとは言えない。今の場合、Ａ２の配置が最密となる。なお、一部領域Ｄの形状は任意であり、図示のような矩形に限定されない。
【００８０】
以下、上述の六角形と同様にして最密に配置された種々のパターンについて説明する。これらのパターンにおいても、上記と同様にして密や最密の判断が行われる。
【００８１】
Ｂ２は、第１実施形態のＤ１のパターンの両端を共に凸型の形状（半楕円）したものであり、形状を表すパラメータは第１実施形態と同じである。
【００８２】
Ｃ２は、第１実施形態のＰ１のパターン（楕円）を最密に配置したものである。
【００８３】
Ｄ２は、第１実施形態のＯ１のパターン（菱形）を最密に配置したものである。
【００８４】
Ｅ２及びＥ３は、第１実施形態のＫ１のパターンの両端を共に凸型の形状（斜め）にして平行四辺形としたものであり、形状を表すパラメータは第１実施形態と同じである。
【００８５】
Ｆ２及びＦ３は、第１実施形態のＫ１のパターンの両端を共に凸型の形状（斜め）にして台形としたものであり、形状を表すパラメータは第１実施形態と同じである。
【００８６】
これらのパターンは次のようにして形成される。
【００８７】
まず、ガラス基板上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜（又はＳｉＯ2膜とＳｉＮ膜との積層膜）を１５０〜４５０nmの厚さに形成し、その上に非晶質半導体薄膜、例えばアモルファスシリコン膜を２０〜２５０nmの厚さに形成して、そのアモルファスシリコン膜に対して４５０℃〜５５０℃の温度で約２時間程度加熱する熱処理（水素出し処理）を行い、フォトリソグラフィ法によりそのアモルファスシリコン膜を上述の各パターン（Ａ２〜Ｆ３）の如くパターニングする。
【００８８】
次いで、パターニングされたアモルファスシリコン膜に対してＣＷレーザを照射することにより、該アモルファスシリコン膜をポリシリコン膜にする。そのようなＣＷレーザとしては、例えばＡｒレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯレーザ等が挙げられる。レーザビームは、例えば４００μm×２０〜４０μmの線状（細長い矩形状）に整形され、その矩形の短軸方向に走査される。走査速度は、毎秒２０cm〜２０m程度である。通常、ＣＷレーザを照射することによりアモルファスシリコン膜を結晶化する場合は、アモルファスシリコン膜のパターンの縁に結晶粒径の小さな領域が形成されるので、そのような効果を望む場合は、ＣＷレーザの走査速度を速くすることが好ましい。
【００８９】
なお、ガラス基板の裏側から非晶質半導体薄膜にレーザを照射してもよく、更に、レーザ走査は１回のみではなく複数回行っても良い。本実施形態のようにパターンを高密度にする場合は、各回の照射領域が少しずつ重なるようにしてレーザを複数回走査し、全てのパターンを結晶化するのが望ましい。
【００９０】
このＣＷレーザの照射により、非晶質半導体薄膜が多結晶化されてポリシリコン膜となる。このポリシリコン膜中の結晶は、レーザの走査方向に沿った細長い流線形であり、その結晶粒径は５μm以上となり、これは従来例に係るエキシマレーザのパルス状照射により得られる結晶の１０〜１００倍の大きさである。
【００９１】
ところで、上述の如く、ポリシリコン膜のパターンは、なるべく密に配列されるのが好ましいのであるが、余り密にし過ぎるのも好ましくないことが調査の結果明らかとなった。その調査においては、上述のパターンＣ２（楕円）２３８０個について、パターンの間隔ｄと剥がれる割合（＝１００×（剥がれた数）／（全数））との関係が調べられた。
【００９２】
結果は下の表４の通りであって、それをグラフにすると図２８のようになる。
【００９３】
【表４】
0004662678.tif 000005
【００９４】
なお、他のパターンについても、これと略同じ傾向の結果が得られた。
【００９５】
表４及び図２８から明らかなように、間隔ｄが１μmの場合は、全てのパターンにおいて剥がれが観測された。一方、間隔ｄが３、４、５μmの場合は、剥がれの数は１〜３個と極僅かであった。間隔ｄが２μmのときは、剥がれの数が５２８個であるが、レーザの出力を落としたり、或いはパターンの長さを短くしたりすることにより、剥がれの数を更に減らすことが可能であると推測される。よって、パターンの剥がれを鑑みると、間隔ｄは２μm以上、好ましくは３μm以上が望ましい。間隔ｄをこのような値にすることで、歩留まりの悪化を防ぎながら、素子を高密度に形成できる。
【００９６】
なお、必要に応じ、必要な領域には上述のようにパターンを最密に並べるのが好ましいのであるが、必ずしも基板全面にわたってパターンを最密に配列する必要はない。
【００９７】
（ＴＦＴの製造方法）
以下、本発明をＴＦＴの製造方法に適用した例について、図２９〜図３１を参照して説明する。
【００９８】
まず、図２９（ａ）に示すように、ガラス基板１０上に、バッファ層としてＳｉＯ2 膜１１を約１５０〜４５０ｎｍの厚さに形成する。なお、ＳｉＯ2 膜１１に代えて、ＳｉＮ膜や、ＳｉＮ膜とＳｉＯ2 膜との積層膜を形成してもよい。そして、このＳｉＯ2 膜１１の上に、プラズマＣＶＤ法により厚さが２０〜２５０ｎｍのアモルファスシリコン膜１２を形成する。その後、水素出しの熱処理として、４５０〜５５０℃の温度で２時間加熱する。
【００９９】
次に、図２９（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、アモルファスシリコン膜１２を島状にパターニングする。このとき、アモルファスシリコン膜１２の形状は、上述したような剥れや盛り上がり部が発生しにくい形状にする。具体的には、例えば図３２（ａ）に示すような、レーザ走査方向に細長い六角形や、図３２（ｂ）に示すような楕円形にすればよい。
【０１００】
次に、図２９（ｃ）に示すように、ＣＷレーザにより、レーザ光をアモルファスシリコン膜１２に照射しながら、レーザ照射域を一方向に連続的に走査する。ＣＷレーザとしては半導体励起（ＬＤ励起）の固体レーザ（ＤＰＳＳレーザ）を使用する。レーザ波長は５３２ｎｍ、出力は１０Ｗである。レーザービームは、例えば４００μｍ×２０〜４０μｍの線状（細長い矩形状）に成形し、短軸方向に走査する。走査速度は、毎秒２０ｃｍである。
【０１０１】
なお、ガラス基板１０の裏側からアモルファスシリコン膜１２にレーザを照射してもよい。また、レーザ走査は複数回行ってもよい。その場合は、エネルギーを順次高くすることが好ましい。
【０１０２】
このＣＷレーザ照射により、アモルファスシリコン膜中のシリコンが多結晶化して、ポリシリコン膜が得られる。このポリシリコン膜中のシリコン結晶は、従来のエキシマレーザによるパルス状の照射により得られるシリコン結晶の１０〜１００倍の大きさであり、レーザ走査方向に細長い流線形の結晶となり、結晶粒径を５μｍ以上とすることができる。
【０１０３】
その後、図３０（ａ）に示すように、島状のシリコン膜を、所望のＴＦＴの形状（例えば、図３３に平面図を示す形状）にパターニングする。このとき、シリコン膜１３中の結晶の長軸方向が電流の流れる方向となるようにすることが好ましい。
【０１０４】
次に、図３０（ｂ）に示すように、基板１０の上側全面に、ゲート酸化膜となるＳｉＯ2 膜１４を、約２００ｎｍ又はそれ以下の厚さに形成し、このＳｉＯ2 膜１４でポリシリコン膜１３を覆う。その後、ＳｉＯ2 膜１４の上に、導電膜１５（例えばアルミニウム膜）を３００ｎｍの厚さに形成する。そして、フォトレジストを使用して、導電膜１５の上に、所望のゲート電極形状のレジストパターン１６を形成する。
【０１０５】
次に、図３０（ｃ）に示すように、レジストパターン１６をマスクにして導電膜１５をエッチングすることにより、ゲート電極１７を形成する。その後、レジストパターン１６を除去する。
【０１０６】
次に、図３１（ａ）に示すように、ゲート電極１７をマスクとしてＳｉＯ2 膜１４をパターニングし、ゲート電極１７の下以外の部分のＳｉＯ2 膜１４を除去する。その後、ゲート電極１７をマスクとしてポリシリコン膜１３に、例えばｎ型不純物としてＰ（リン）を、加速エネルギーが１０〜２０ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０15ｃｍ-2程度の条件でイオンドープし、ソース・ドレイン領域１３ａを形成する。更に、エキシマレーザでソース・ドレイン領域１３ａを照射して、ソース・ドレイン領域１３ａの不純物を活性化させる。
【０１０７】
次に、図３１（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法により、基板１０の上側全面に、層間絶縁膜として、ＳｉＮ膜１８を約２００〜９００ｎｍの厚さに形成する。なお、ＳｉＮ膜１８に代えて、ＳｉＯ2 膜や、ＳｉＯ2 膜とＳｉＮ膜との積層膜を層間絶縁膜として形成してもよい。
【０１０８】
次いで、層間絶縁膜１８に、ソース・ドレイン領域１３ａに通じるコンタクトホールを形成した後、スパッタ法により、基板１０の上側全面に金属膜を形成する。その後、フォトリソグラフィ法により金属膜をパターニングして、図３１（ｃ）に示すように、ソース・ドレイン電極１９を形成する。このようにして、ＴＦＴが完成する。
【０１０９】
本実施の形態によれば、アモルファスシリコン膜を、レーザ走査方向の先端側及び後端側が凸型の形状にパターニングした後、ＣＷレーザを照射してアモルファスシリコン膜からポリシリコン膜を形成するので、粒径が大きく均一なシリコン結晶からなるポリシリコン膜を形成することができ、このレーザ照射工程でのポリシリコン膜の剥れを防止することができる。これにより、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置に使用するＴＦＴのより一層の高速動作が可能になり、歩留まり及び信頼性も向上する。
【０１１０】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えは、上記では多結晶半導体膜としてポリシリコンを使用したが、これに代えて、シリコンとゲルマニウムの合金からなる膜を使用してもよい。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アモルファスシリコン膜等の非晶質半導体膜を所定の形状にパターニングした後、ＣＷレーザを照射してポリシリコン膜等の多結晶半導体膜を形成するので、ポリシリコン膜の剥れが抑制され、粒径が大きく且つ粒径が均一なシリコン結晶からなるポリシリコン膜が得られる。これにより、高速動作が可能であり、特性のばらつきが小さいＴＦＴを歩留まりよく製造することができる。更に、ポリシリコン膜のパターンを密に配置することで、素子を高密度に形成できるようにもなる。従って、本発明は、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等の性能の向上、及び歩留まりの向上に大きな貢献をなす。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン形状を示す平面図（その１）である。
【図２】図２は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン形状を示す平面図（その２）である。
【図３】図３は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン形状を示す平面図（その３）である。
【図４】図４は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン形状を示す平面図（その４）である。
【図５】図５は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン形状を示す平面図（その５）である。
【図６】図６は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その１）である。
【図７】図７は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その２）である。
【図８】図８、第１の実施の形態に係るはアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その３）である。
【図９】図９は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その４）である。
【図１０】図１０は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その５）である。
【図１１】図１１は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その６）である。
【図１２】図１２は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その７）である。
【図１３】図１３は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その８）である。
【図１４】図１４は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その９）である。
【図１５】図１５は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その１０）である。
【図１６】図１６は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その１１）である。
【図１７】図１７は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その１２）である。
【図１８】図１８は、第１の実施の形態に係るアモルファスシリコン膜のパターン先端部の形状及び寸法を示す図（その１３）である。
【図１９】図１９は、第１の実施の形態に係るパターンの形状毎の剥れの発生数を示す図である。
【図２０】図２０は、第１の実施の形態において、ＣＷレーザを照射した後（エッチング前）のポリシリコン膜の顕微鏡写真を示す図である。
【図２１】図２１は同じくそのポリシリコン膜をエッチングした後の顕微鏡写真を示す図である。
【図２２】図２２は、第１の実施の形態において、パターンの後端部を凸型の形状とした例を示す図である。
【図２３】図２３は、第１の実施の形態において、パターンの後端部を凸型の形状とした他の例を示す図である。
【図２４】図２４は、第２の実施の形態に係るポリシリコン膜のパターンの配置を示す平面図（その１）である。
【図２５】図２５は、第２の実施の形態に係るポリシリコン膜のパターンの配置を示す平面図（その２）である。
【図２６】図２６は、第２の実施の形態に係るポリシリコン膜のパターンの配置を示す平面図（その３）である。
【図２７】図２７は、ポリシリコン膜のパターンの配置が最密でない例を示す平面図である。
【図２８】図２８は、第２の実施の形態において、パターンの間隔ｄとパターンが剥がれる割合との関係について示すグラフである。
【図２９】図２９は本発明をＴＦＴの製造方法に適用した例を示す断面図（その１）である。
【図３０】図３０は本発明をＴＦＴの製造方法に適用した例を示す断面図（その２）である。
【図３１】図３１は本発明をＴＦＴの製造方法に適用した例を示す断面図（その３）である。
【図３２】図３２（ａ），（ｂ）はいずれもＴＦＴ製造時のアモルファスシリコン膜のパターンの例を示す平面図である。
【図３３】図３３はポリシリコン膜の形状の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１０…ガラス基板、
１１，１４…ＳｉＯ2 膜、
１２…アモルファスシリコン膜、
１３…ポリシリコン膜、
１３ａ，１３ｂ…ソース・ドレイン領域、
１５…導電膜、
１６…レジストパターン、
１７…ゲート電極、
１８…ＳｉＮ膜、
１９…ソース・ドレイン電極。
【図１】
0004662678.tif 000006
【図２】
0004662678.tif 000007
【図３】
0004662678.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004662678.tif 000011
【図７】
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【図８】
0004662678.tif 000013
【図９】
0004662678.tif 000014
【図１０】
0004662678.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
0004662678.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
0004662678.tif 000019
【図１５】
0004662678.tif 000020
【図１６】
0004662678.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
0004662678.tif 000023
【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】
0004662678.tif 000031
【図２７】
0004662678.tif 000032
【図２８】
0004662678.tif 000033
【図２９】
0004662678.tif 000034
【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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