(57)【要約】【課題】  シリンドリカルレンズアレイを用いてレーザアニールを行う場合、個々のシリンドリカルレンズの曲率半径や面精度を全く同一にすることが不可能なため、シリンドリカルレンズアレイによって分割された個々のビームスポットを被照射面において完全に一致させて重ねることができない。結果、形成される矩形状ビームの端においてエネルギーが減衰する領域ができ、レーザ光強度分布は不均一なものになりうる。【解決手段】  本発明はシリンドリカルレンズアレイと光導波路を組み合わせ、シリンドリカルレンズアレイによって所定の方向にレーザ光を分割して合成した後、該所定の方向と同一方向に作用する光導波路に前記レーザ光を導入することでシリンドリカルレンズアレイの加工精度の低さによるレーザ光強度のばらつきを修正することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを所定の方向に分割して合成する光学系と、前記所定の方向において前記レーザビームの強度分布を均一化する光導波路とを有し、前記レーザビームは、前記光学系を通過した後に、前記光導波路に入射することを特徴とするビームホモジナイザ。
【請求項２】
請求項１において、前記レーザビームを前記所定の方向とは垂直の方向に分割して合成する光学系を有することを特徴とするビームホモジナイザ。
【請求項３】
請求項１において、前記光導波路は、向かい合う２つの反射面を有することを特徴とするビームホモジナイザ。
【請求項４】
請求項１において、前記光導波路は、向かい合う２つの反射面を２組有することを特徴とするビームホモジナイザ。
【請求項５】
レーザ発振器とビームホモジナイザを有するレーザ照射装置において、前記ビームホモジナイザはレーザビームを所定の方向に分割して合成する光学系と、前記所定の方向において前記レーザビームの強度分布を均一化する光導波路とを有し、前記レーザビームは、前記光学系を通過した後、前記光導波路に入射することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項６】
請求項５において、前記レーザビームを前記所定の方向とは垂直の方向に分割して合成する光学系を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項７】
請求項５において、前記光導波路は向かい合う２つの反射面を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項８】
請求項５において、前記光導波路は向かい合う２つの反射面を２組有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項９】
請求項５において、前記レーザ発振器はエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザのいずれかであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１０】
請求項５において、前記レーザ発振器はＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザのいずれかであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１１】
請求項５乃至１０のいずれか1項において、前記レーザ照射装置は、照射面をレーザビームに対し相対的に移動させる移動ステージを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１２】
請求項１１において、レーザ照射装置は、前記照射面を前記移動ステージに運搬する運搬装置を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１３】
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を照射面としてレーザアニールする工程とを有し、前記レーザアニールする工程においては、光学系により前記レーザビームを所定の方向に分割して合成した後、さらに前記所定の方向において光導波路を用いて前記レーザビームの強度分布を均一化し、前記レーザビームを前記非単結晶半導体膜に対して相対的に移動させながら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１４】
請求項１３において、前記レーザビームを、前記所定の方向とは垂直な方向に分割し合成する光学系を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
請求項１３において、前記光導波路は向かい合う２つの反射面を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項１３において、前記光導波路は向かい合う２つの反射面を２組有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６のいずれか1項において、前記レーザ発振器はエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザ、のいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１３乃至１６のいずれか1項において、前記レーザ発振器はＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザのいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
請求項１３乃至１８のいずれか１項において、照射面をレーザビームに対し相対的に移動させる移動ステージを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】
請求項１９において、前記照射面を前記移動ステージに運搬する運搬装置を用い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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射面におけるレーザビームの強度分布をある特定の領域で均一化するビームホモジナイザに関する。また、前記レーザビームを前記照射面に照射するレーザ照射装置に関する。さらには、前記レーザ照射装置を用いて形成した結晶性半導体膜を用いた半導体装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス基板上に成膜した非単結晶半導体膜にレーザビームを照射することで、結晶性半導体膜を作製する手法（以下この手法をレーザアニールと呼ぶ）が盛んに用いられている。なお、本明細書中において、結晶性半導体膜とは、結晶化領域が存在する半導体膜のことを言い、全面が結晶化している半導体膜も含む。
【０００３】
ガラス基板は、合成石英基板と比較し、安価で、大面積基板を容易に作製できる利点を持っている。一方で、ガラスは合成石英に比べ融点が低いという欠点を持っているが、ガラス基板上に形成した半導体膜に対して、レーザビームを用いてレーザアニールを行った場合、前記半導体膜の温度のみを高温にすることが可能であり、ガラス基板に殆ど熱的損傷を与えない。また、電熱炉を用いた加熱手段に比べて格段にスループットが高い。
【０００４】
レーザアニールによって作製した結晶性半導体膜は高い移動度を有するため、例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置を構成する駆動回路用のＴＦＴの活性層に前記結晶性半導体膜はさかんに利用されている。
【０００５】
前記レーザビームには、エキシマレーザから発振されたレーザビームが用いられることが多い。エキシマレーザは出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であるという利点を有し、さらにエキシマレーザから発振されるレーザビームは半導体膜としてよく用いられる珪素膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。そして、レーザビームの照射には、前記レーザビームを照射面における形状が矩形状となるように光学系にて整形し、レーザビームの照射位置を照射面に対し相対的に移動させて照射する方法は生産性が高く工業的に優れている。なお、本明細書中では、照射面における形状が矩形状であるレーザビームを矩形状ビームと呼ぶ。
【０００６】
レーザ装置から発振されるレーザビームの強度分布は一般的にガウス分布であり、均一なレーザアニールを行うためには、照射面上においてレーザビームの強度分布を均一化する必要がある。近年、強度分布の均一化の手法として、シリンドリカルレンズアレイを用いて、レーザビームを所定の方向に分割し、分割されたそれぞれのレーザビームを同一面内において重ね合わせることによって強度分布を均一化する手法がとられることが多い。このようにして形成された矩形状ビームの長辺の長さを３００ｍｍ以上、その短辺の長さを１ｍｍ以下とすることで大型基板に成膜された半導体膜のレーザアニールをより効率的に行うことができるようになった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シリンドリカルレンズアレイを用いた場合、個々のシリンドリカルレンズの加工精度が問題となる。シリンドリカルレンズアレイはシリンドリカルレンズが複数個並んだものであるが、それぞれのシリンドリカルレンズの曲率半径や面精度を全く同一にすることは不可能である。よって、シリンドリカルレンズアレイにより分割された個々のビームスポットを照射面上において完全に一致させて重ねあわせることができないため、形成される矩形状ビームにおいて、強度分布が減衰する領域ができる。これは、半導体膜をレーザアニールする上で問題となり得る。このような不均一な強度分布を持つ矩形状ビームによりレーザアニールされた半導体膜を用いてＴＦＴを作製し、さらに液晶や有機ＥＬディスプレイを作製した場合、ディスプレイ上に縞や色むらが生じることがある。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するために、レーザビームの強度の均一性を向上させることを目的とし、特にシリンドリカルレンズアレイの加工精度の低さによるレーザ光強度のばらつきを修正することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、矩形状ビームを形成するために用いられるシリンドリカルレンズアレイと光導波路とを組み合わせて、レーザビームの強度分布がより均一な矩形状ビームを得られるようにすることを特徴としている。即ち、シリンドリカルレンズアレイにより、所定の方向にレーザビームを分割して合成した後、該所定の方向と同一方向に作用する光導波路に前記レーザビームを導入することで、シリンドリカルレンズアレイの加工精度の低さによるレーザビームの強度分布のばらつきを修正する。
【００１０】
前記光導波路において、向かい合う２つの反射面を対向させる場合、前記所定の方向は、形成する矩形状ビームの短辺方向と一致させる。光導波路を矩形状ビームの短辺方向に作用させる理由は以下の通りである。即ち、半導体膜のレーザアニールに用いられる矩形状ビームの短辺は非常に短く、１ｍｍ以下となるのが一般である。このように大変細い矩形状ビームの短辺方向におけるレーザビームの強度分布を均一にするためには、分割されたビームスポットを非常に高い精度で重ね合わせることが必要となる。このようなことを容易に可能にするのが光導波路であり、分割されたビームスポットを完全に同一箇所に重ね合わせることができる。
【００１１】
また、前記光導波路において向かい合う２つの反射面を短辺方向のみならず、長辺方向にも対向させることによって、矩形状ビームの短辺方向及び長辺方向に強度分布を均一にすることができる。
【００１２】
上記問題を解決するために、本発明が開示するビームホモジナイザは、レーザビームを所定の方向に分割して合成する光学系と、前記所定の方向において前記レーザビームの強度分布を均一化する光導波路とを有し、前記レーザビームは、前記光学系を通過した後に、前記光導波路に入射することを特徴とする。
【００１３】
本発明が開示するビームホモジナイザの他の構成において、前記レーザビームを前記所定の方向とは垂直な方向に分割して合成する光学系を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明が開示するビームホモジナイザの他の構成において、光導波路は向かい合う２つの反射面を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明が開示するビームホモジナイザの他の構成において、光導波路は向かい合う２つの反射面を２組有することを特徴とする。
【００１６】
本発明が開示するレーザ照射装置は、レーザ発振器とビームホモジナイザを有し、前記ビームホモジナイザはレーザビームを所定の方向に分割して合成する光学系と、前記所定の方向において前記レーザビームの強度分布を均一化する光導波路とを有し、前記レーザビームは、前記光学系を通過した後に、前記光導波路を入射することを特徴とする。
【００１７】
本発明が開示するレーザ照射装置の他の構成において、前記レーザビームを前記所定の方向とは垂直な方向に分割して合成する光学系を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明が開示するレーザ照射装置の他の構成において、光導波路は向かい合う２つの反射面を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明が開示するレーザ照射装置の他の構成において、光導波路は向かい合う２つの反射面を２組有することを特徴とする。
【００２０】
本発明が開示するレーザ照射装置の他の構成は、前記レーザ発振器はエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザのいずれかであることを特徴とする。
【００２１】
本発明が開示するレーザ照射装置の他の構成は、前記レーザ発振器はＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザのいずれかであることを特徴とする。
【００２２】
本発明が開示するレーザ照射装置の他の構成は、照射面をレーザビームに対して相対的に移動させる移動ステージを有することを特徴とする。
【００２３】
本発明が開示するレーザ照射装置の他の構成は、前記照射面を前記移動ステージに運搬する運搬装置を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明が開示する半導体装置の作製方法は、基板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を照射面としてレーザアニールする工程とを有し、前記レーザアニールする工程においては、光学系により前記レーザビームを所定の方向に分割して合成した後、さらに、前記所定の方向において光導波路を用いて前記レーザビームの強度分布を均一化し、前記レーザビームを前記非単結晶半導体膜に対して相対的に移動させながら半導体膜を照射することを特徴とする。
【００２５】
本発明が開示する半導体装置の作製方法の他の構成において、前記レーザビームを前記所定の方向とは垂直の方向に分割して合成する光学系を用いることを特徴とする。
【００２６】
本発明が開示する半導体装置の作製方法の他の構成において、光導波路は向かい合う２つの反射面を有することを特徴とする。
【００２７】
本発明が開示する半導体装置の作製方法の他の構成において、光導波路は向かい合う２つの反射面を２組有することを特徴とする。
【００２８】
本発明が開示する半導体装置の作製方法の他の構成において、前記レーザ発振器はエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザのいずれかであることを特徴とする。
【００２９】
本発明が開示する半導体装置の作製方法の他の構成において、前記レーザ発振器はＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザのいずれかであることを特徴とする。
【００３０】
本発明が開示する半導体装置の作製方法の他の構成において、照射面をレーザビームに対し相対的に移動させる移動ステージを用いることを特徴とする。
【００３１】
本発明が開示する半導体装置の作製方法の他の構成において、前記照射面を前記移動ステージに運搬する運搬装置を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、レーザビームを分割して合成する光学系を用いることで、分割されたそれぞれのレーザビームが異なる位置で焦点を結ぶため、その焦点において、強度分布が散逸化され、強度の高い部分を形成することがない。そして、前記光学系の位置を調節することで焦点を光導波路から遠くすることも可能なため、前記光導波路内に焦点が生じて光導波路にダメージを与える可能性は少ない。仮に、レーザビームの広がり角の変化などの原因によって前記光導波路内に焦点が生じたとしても、上記に従って、その焦点において前記レーザビームの強度分布が散逸化しているため、前記光導波路にダメージを与える可能性は少ない。光導波路に入射した前記レーザビームは、前記強度分布が散逸化したまま光導波路中を通過し、分割されたレーザビームを同一面内において重ね合わせることにより強度分布を均一化し、レーザビームが重ね合わされた位置である射出口においてレーザビームの強度分布が均一化される。前記レーザビームの強度分布が散逸化されることで、透過型光導波路を用いることができ、光伝導損失の低減が可能となる。
【００３３】
また、強度分布が均一であるレーザビームを形成することが可能なため、レーザビームのパワーのマージンを広くとることができる。図７を用いてこれを説明する。図７（ａ）は、強度分布が不均一なレーザビームの形状を示している。一般的に、レーザビームのパワーは常に一定ではなく、多少変化することがある。このレーザビームを用いてレーザアニールを行うときに、パワーが多少強まった場合、このビーム形状の各頂上部分が、結晶化に適当なエネルギーの範囲を超え、過剰なエネルギーをもってしまうため、半導体膜を照射体としてレーザアニールを行った場合には、半導体膜が蒸発してしまう恐れがある。また、反対に、パワーが弱まった場合、ビーム形状において、もともとエネルギーの低い部分が、結晶化に適当なエネルギーを下回り、エネルギー不足によって、結晶化が行えない可能性もある。一方で、図７（ｂ）に示すように、強度分布が均一なレーザビームの場合、多少パワーが変化したとしても、結晶化に適当なエネルギーの範囲を超えることがなく、安定して均一に結晶化を行うことができる。従って、本発明によって形成される、強度分布が均一なレーザビームを用いてレーザアニールを行った場合、そのパワーのマージンを広くとることができる。
【００３４】
本発明が開示するホモジナイザを用いたレーザ照射装置によってレーザアニールを行えば、照射面において、レーザビームの強度分布が均一化できるために、基板面内の結晶性の均一性を向上させることができる。なお、本発明をＴＦＴの量産ラインに適用すれば、電気特性のバラツキが低減するため、信頼性を高めることができ、動作特性の高いＴＦＴを効率よく生産することができる。
【００３５】
以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性及び信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の作製工程において、マージンを拡大することができ、歩留まりが上がるため、半導体装置の製造コストの低減を実現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
まず始めに、本発明が開示するビームホモジナイザを用いてレーザビームの強度分布を均一化する方法を図１及び図２を用いて説明する。図１（ａ）の側面図において、レーザビームは矢印の方向に伝搬する。レーザビームを分割して合成する光学系としてシリンドリカルレンズアレイ１０１及び凸シリンドリカルレンズ１０２を用いる。光導波路１０３は向かい合う２つの反射面を有し、前記反射面間の空間は屈折率ｎ（ｎ＞１）の媒質で満たされている。したがって、前記光導波路１０３に入射したレーザビームは、光ファイバーと同様の原理により、レーザビームが臨界角以上の角度で入射することで前記レーザビームは全反射する。例えば、石英（屈折率１．５程度）でできている光導波路を空気中に配置することで光導波路と空気との界面において、全反射面を有する光導波路が実現可能となる。上記のような光導波路を用いた場合、レーザビームの透過率は全反射しない場合と比べて非常に高くなる。従って、より高効率にレーザ発振器からのレーザビームを照射面に伝搬することができる。また、光導波路としては、向かい合う２つの反射面を２組有しているものを用いてもよい。さらに、反射面間の空間が中空で、空気で満たされるものを用いても良い。
【００３７】
図１（ａ）の側面図において、レーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ１０１によって分割され、それぞれの分割された前記レーザビームは、凸シリンドリカルレンズ１０２によって集光され、光導波路１０３に入射する。このとき、前記分割されたレーザビームの焦点は一点に集まることなく、それぞれ異なる位置の焦点１０４を結ぶため、それぞれの焦点において、その強度分布は散逸化している。また、シリンドリカルレンズアレイ１０１及び凸シリンドリカルレンズ１０２の位置を動かすことによって、焦点１０４を光導波路から遠くに配置させることができる。よって、光導波路内に焦点を結ぶことがないため、安全に光導波路を利用することができる。さらに、レーザビームの広がり角がわずかに変化することで焦点を結ぶ位置が移動し、焦点１０４が光導波路１０３内に生じてしまったとしても、焦点は一点に集まることなく、またその焦点において前記レーザビームの強度分布が散逸化しているため、光導波路にダメージを与える可能性は少ない。こうして、安全に光導波路を使用し、かつ光導波路の射出口において、強度分布の均一化されたレーザビームを形成することができる。
【００３８】
一方、凸シリンドリカルレンズのみを用いてレーザビームを集光し、光導波路に入射した場合を図２に示す。図２において、レーザビームは矢印の方向に伝搬する。凸シリンドリカルレンズ２０１によって前記レーザビームは、光導波路２０２に入射する。光導波路２０２は、図１における光導波路１０３と同様に、屈折率ｎ（ｎ＞１）の媒質で満たされており空気の屈折率より高いため、光導波路２０２と空気の界面２０２ａ、２０２ｂでレーザビームはある臨界角以上で全反射され、光導波路２０２内を伝わる。前記光導波路２０２内において前記レーザビームは反射を繰り返し、前記光導波路２０２の射出口に重ね合わされることとなる。凸シリンドリカルレンズ２０１によって集光されたレーザビームは一点の焦点２０３に集まるため、その焦点２０３において、レーザビームの強度分布は高くなる。レーザビームの広がり角がわずかに変化し、焦点２０３が移動して図２に示すように光導波路２０２内に生じてしまうと、高出力のレーザビームを用いた場合、前記光導波路中に形成されたレーザビームの強度分布が高い箇所で、高電界の発生、さらにはプラズマ発生により、光導波路の破壊につながる。
【００３９】
上記の理由によって、本実施の形態では、シリンドリカルレンズアレイ及び凸シリンドリカルレンズを用い、焦点を分散させることでレーザビームの強度分布を散逸化し、光導波路にダメージを与えることなく、光導波路に入射させることが可能となる。なお、図１では一軸方向にのみレーザビームの強度分布を均一化することが可能であるため、実際にレーザビームを矩形状に整形するためには、図３で示すようにシリンドリカルレンズアレイ及び凸シリンドリカルレンズを９０度回転させた光学系を加えればよい。
【００４０】
次に、上記のホモジナイザを用いて長方形状ビームを形成する光学系を、図３を用いて説明する。
【００４１】
まず、図３（ａ）の側面図について説明する。図３（ａ）の側面図において、紙面に対して垂直な方向が長方形状ビームの長辺方向である。レーザ発振器３０１から射出されたレーザビームは矢印の方向に伝搬する。前記レーザビームはシリンドリカルレンズアレイ３０２によって長方形状ビームの短辺方向に分割された後、シリンドリカルレンズ３０４によって集光され、光導波路３０６に入射する。前記光導波路３０６は向かい合う２つの反射面を有しており、前記反射面は上記に従って、長方形状ビームの短辺方向に作用するように配置されている。
【００４２】
こうして光導波路３０６の射出口において短辺方向に強度分布の均一化されたレーザビームが形成される。そして、凸シリンドリカルレンズ３０７によって長方形状ビームの短辺方向に長さが決定され、照射面３０８に照射される。
【００４３】
次に図３（ｂ）の平面図について説明する。図３（ｂ）において、レーザ発振器３０１から射出されたレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ３０３によって長方形状ビームの長辺方向に分割された後、凸シリンドリカルレンズ３０５によって集光される。そして、長方形状ビームの長辺方向の長さが決定され、照射面３０８に照射される。こうして、長辺方向及び短辺方向に強度分布が均一化された長方形状ビームを照射面３０８上に形成することができる。
【００４４】
こうして、光導波路を安全に使用することができ、かつ長辺方向及び短辺方向に強度分布の均一な長方形状のレーザビームを形成することができる。このようなレーザビームを用いれば、照射体に均一なレーザアニールを行うことができる。例えば、照射体として半導体膜を用い形成してレーザアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて一様な結晶性を有する結晶性半導体膜を得たり、不純物の活性化を行うことができる。
【００４５】
なお、シリンドリカルレンズアレイのアレイ数を増やすことで、レーザビームの分割数が増加し、レーザビームの強度分布を散逸化する効果が増大する。
【実施例１】
【００４６】
本実施例では、実施の形態に記載した光導波路とは異なる光導波路を用いた例について図４を用いて説明する。
【００４７】
図４中、レーザビームは、矢印の方向に伝搬する。本実施例で用いる光導波路４０６は、向かい合う２つの反射面を有する。図３における光導波路３０６は向かい合う２つの反射面間の空間が屈折率ｎ（＞１）の媒質で満たされている一方で、図４における光導波路４０６は向かい合う２つの反射面間の空間は中空であり空気で満たされている。この点で両者は異なる。また、前記光導波路４０６の反射面は、長方形状ビームの短辺方向に作用するよう配置する。その理由は上記の通りである。図４（ａ）の側面図において、照射面３０８上に形成される長方形状ビームは、紙面に対して垂直な方向が長辺方向である。
【００４８】
図４（ａ）の側面図において、レーザ発振器４０１から射出されたレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ４０２によって長方形状ビームの短辺方向に分割される。分割された前記レーザビームは、凸シリンドリカルレンズ４０４によって集光され、前記光導波路４０６に入射する。この時、分割されたレーザビームはそれぞれ異なる点で焦点を結ぶため、それぞれの焦点において、前記レーザビームの強度分布は散逸化されている。このため、不測の事態により焦点位置が光学素子にふれたとしても、光学素子の破壊を防ぐことができる。そして、前記レーザビームは前記光導波路４０６中を伝搬し、前記光導波路４０６の射出口において長方形状ビームの短辺方向に強度分布が均一になった前記レーザビームは、凸シリンドリカルレンズ４０７によって、長方形状ビームの短辺方向の長さが決定され、照射面４０８に照射される。
【００４９】
次に、図４（ｂ）の平面図において、レーザ発振器４０１から射出されたレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ４０３によって長方形状ビームの長辺方向に分割される。分割された前記レーザビームは、凸シリンドリカルレンズ４０５によって集光される。そして、長方形状ビームの長辺方向の長さが決定され、照射面４０８に照射される。
【００５０】
こうして、照射面４０８において、長辺方向および短辺方向に強度分布が均一化された長方形状ビームが形成される。
【実施例２】
【００５１】
本実施例では、実施の形態に記載した光学系及び光導波路と異なる光学系および光導波路を用いた例について図５を用いて説明する。本実施例では、レンズアレイとしてフライアイレンズを用いる。フライアイレンズは、シリンドリカルレンズアレイとは異なり、レーザビームの進行方向に対し鉛直面内で縦・横に球面レンズが配列している。光導波路５０４は、向かい合う２つの反射面を２組有し、前記反射面間の空間は合成石英で満たされている。合成石英内部の屈折率は空気の屈折率よりと異なるため、レーザビームは光導波路５０４内で反射を繰り返す。また、この場合は、合成石英の屈折率が空気の屈折率より高いため、前記レーザビームはある臨界角以上において前記光導波路５０４内を全反射しながら射出口に至る。
【００５２】
図５中、レーザビームは、矢印の方向に伝搬する。図５において、レーザ発振器５０１から射出されたレーザビームは、フライアイレンズ５０２によって縦・横に分割された後、球面レンズ５０３によって集光される。シリンドリカルレンズでは一軸方向のみ集光することができるのに対し、凸球面レンズを用いた場合にはあらゆる方向に集光でき、この点において両者は異なる。この時、前記レーザビームはフライアイレンズ５０２によって分割されているため、前記分割されたレーザビームは、同じ位置ではなく、それぞれが異なる位置で焦点を結ぶ。よって、焦点において前記レーザビームの強度分布が散逸化されるため、強度の高い箇所を形成することがない。前記レーザビームは、次に前記光導波路５０４に入射するが、前記光導波路５０４は向かい合う２つの反射面を２組有しているため、前記光導波路５０４の射出口において、レーザビームの強度分布が均一化された正方形状のレーザビームに整形される。そして、前記光導波路５０４から射出されたレーザビームは、凸球面レンズ５０５によって、使用目的に合わせて大きさを整形され、照射面５０６に均一な強度で照射される。本実施例では、図８（ｂ）に示すように、前記レーザビームを、ガラス基板上に成膜した非単結晶半導体膜を照射面として、前記レーザビームを同位置に１０ショット照射し、次に、正方形ビームスポットの一辺の長さの分だけ縦方向または横方向にずらして同様に照射し、レーザアニールを行う。なお、ショット数は、実施者が作製するデバイスに基づいて最適化すればよい。
【００５３】
本発明によると、端部における強度分布が急峻である矩形状ビームを形成することが可能であり、本実施例においては、端部における強度分布が急峻である正方形状ビームを、照射面５０６上に形成することができる。図８（ａ）に、端部において強度分布の急峻でないレーザビームによってアニールされた基板の例と、図８（ｂ）に、端部において強度分布の急峻なレーザビームによってアニールされた基板の例を示す。図８（ａ）において、レーザビームの端部が急峻でないため、各ビームスポット内において均一にアニールされる領域は狭く、従って、利用可能な領域も狭くなる。一方で本実施例においては、図８（ｂ）に示すように、各々の正方形状ビームスポット内で利用可能な領域をより広くとることができるため、前記レーザアニールを行った基板上にＴＦＴを作製する場合、より多くのＴＦＴを作製することができる。さらに、拡大図に示すように、前記ビームスポットの隣り合う境界部分にも、ビームスポット内と同じ間隔をもってＴＦＴを作製することができる。従って、このような基板を用いて例えば液晶パネルを作製すると、ムラのないパネルを作製することができる。
【００５４】
なお、本実施例では正方形状ビームを形成したが、光導波路の縦方向または横方向の幅を変えることによって長方形状ビームを形成することができる。
【実施例３】
【００５５】
本実施例では、実施の形態に記載した光導波路とは異なる光導波路を用いた例について図６を用いて説明する。図６において、レンズアレイとしてシリンドリカルレンズアレイ６０２を用いる。光導波路６０６は向かい合う２つの反射面を２組有し、その空間は合成石英で満たされている。合成石英内部の屈折率は空気の屈折率よりも高く、光導波路６０６に入射したレーザビームは全反射を繰り返しながら射出口に至る。
【００５６】
図６において、レーザ発振器６０１から射出されたレーザビームは矢印の方向に伝搬する。まず、図６の（ａ）の側面図について説明する。図６（ａ）の側面図において、紙面に垂直な方向が、長方形状ビームの長辺方向である。前記レーザビームはシリンドリカルレンズアレイ６０２に入射し、長方形状ビームの短辺方向に分割される。その後凸シリンドリカルレンズ６０４によって集光される。このとき、前記レーザビームは、前記シリンドリカルレンズアレイ６０２によって分割されているため、それぞれ異なる位置で焦点を結ぶ。従って、それぞれの焦点において前記レーザビームの強度分布は散逸化し、強度の高い箇所を有する部分を形成することはない。前記レーザビームは、次に、光導波路６０６に入射する。前記光導波路６０６内で、前記レーザビームは、反射を繰り返し、前記光導波路６０６の射出口において、長方形状のレーザビームは短辺方向に強度分布が均一化される。その後、凸シリンドリカルレンズ６０７によって短辺方向に長さが決定され、照射面６０９に照射される。
【００５７】
次に、図６の（ｂ）の平面図について説明する。レーザ発振器６０１から射出されたレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ６０３において長方形状ビームの長辺方向に分割され、凸シリンドリカルレンズ６０５により集光され、光導波路６０６に入射する。この時、上記と同様に焦点が複数できるため、レーザビームの強度分布が散逸化し、強度の高い部分が形成されないため、安全に光導波路を使用することができる。さらに、前記光導波路６０６は向かい合う２つの反射面を２組有している為、短辺方向だけでなく、長辺方向にも強度分布を均一化することができる。こうして、前記光導波路６０６の射出口にて短辺方向及び長辺方向に強度分布が均一化された長方形状ビームを形成することができる。そして、凸シリンドリカルレンズ６０８によって長辺方向の長さを決定され、照射面６０９に照射される。
【００５８】
こうしてシリンドリカルレンズアレイ及び向かい合う２つの反射面を２組有する光導波路を用いて長辺方向及び短辺方向に強度分布の均一な長方形状のレーザビームを形成することが可能となる。本実施例では、シリンドリカルレンズアレイでレーザビームを分割することで、レーザビームの強度分布を散逸化することができるため、前記光導波路にダメージを与える可能性は少なくなり、より安全にレーザアニールを行うことができる。
【実施例４】
【００５９】
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いて結晶性半導体膜を作製し、半導体装置とするところまでを図９、図１０、及び図１１を参照しながら述べる。
【００６０】
まず、図９（Ａ）に示すように、基板１１００上に下地絶縁膜１１０１ａ、１１０１ｂを形成する。基板の材料としては、ガラス基板、石英基板、結晶性ガラスなどの絶縁性基板や、セラミック基板、ステンレス基板、金属基板（タンタル、タングステン、モリブデン等）、半導体基板、プラスチック基板（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン等）等を用いることができるが、少なくともプロセス中に発生する熱に耐えうる材料を使用する。本実施例においてはガラス基板を使用する。
【００６１】
下地絶縁膜１１０１ａ、１１０１ｂとしては酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などが使用でき、これら絶縁膜を単層又は２以上の複数層で形成する。これらはスパッタ法や減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等公知の方法を用いて形成する。本実施例では下地絶縁膜を２層の積層構造としているが、もちろん単層でも３層以上の複数層でも構わない。本実施例においては１層目の下地絶縁膜１１０１ａとして窒化酸化シリコン膜を５０ｎｍ、２層目の下地絶縁膜１１０１ｂとして酸化窒化シリコン膜を１００ｎｍで形成した。なお、窒化酸化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜はその窒素と酸素の割合が異なっていることを意味しており、前者の方がより窒素の含有量が高いことを示している。
【００６２】
次いで、非晶質半導体膜１１０２を形成する。非晶質半導体膜はシリコンまたはシリコンを主成分とする材料（例えばＳｉxＧｅ1-x等）で２５〜８０ｎｍの厚さに形成すればよい。作製方法としては、公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等が使用できる。本実施例では、アモルファスシリコンにより膜厚６６ｎｍに形成する。
【００６３】
続いて、アモルファスシリコンの結晶化を行う。本実施例においては、レーザアニールし結晶化を行う工程を説明する。
【００６４】
レーザアニールは、本発明のレーザ照射装置を用いる。レーザ発振装置としては、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ガラスレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザ等を用いればよい。
【００６５】
本発明のレーザ照射装置を用いて図９（Ｂ）に示すようにレーザアニールしアモルファスシリコンの結晶化を行う。より具体的には、実施例１乃至実施例３に記載されている方法で行えばよい。例えば、エネルギー密度２００ｍＪ／ｃｍ2〜１０００ｍＪ／ｃｍ2で、ショット数１０〜５０ｓｈｏｔｓで行えばよい。
【００６６】
次いで、図９（Ｃ）に示すように結晶性半導体膜をエッチングにより所望の形状の島状の結晶性半導体層１１０２ａ〜１１０２ｄとする。続いて、ゲート絶縁膜１１０３を形成する。膜厚は１１５ｎｍ程度とし、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法、スパッタ法などでシリコンを含む絶縁膜を形成すれば良い。本実施例では酸化シリコン膜を形成する。この場合、酸化シリコン膜はプラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃の条件下で、高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ2で放電させることで形成する。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後４００〜５００℃の加熱処理によりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【００６７】
本発明のレーザ照射装置を用いて半導体膜を結晶化することにより、ビームスポットの強度分布の不均一性に起因する結晶性の不均一性を抑制することができ、良好で均一な特性を持つ結晶質半導体を得ることができる。
【００６８】
次いで、ゲート絶縁膜上に第１の導電層として膜厚３０ｎｍの窒化タンタル（ＴａＮ）膜とその上に第２の導電層として膜厚３７０ｎｍのタングステン（Ｗ）膜を形成する。ＴａＮ膜、Ｗ膜共スパッタ法で形成すればよく、ＴａＮ膜はＴａのターゲットを用いて窒素雰囲気中で、Ｗ膜はＷのターゲットを用いて成膜すれば良い。ゲート電極として使用するには抵抗が低いことが要求され、特にＷ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下であることが望ましいため、Ｗのターゲットは高純度（９９．９９％）のターゲットを用いることが望ましく、成膜時の不純物混入にも注意をはらわなければならない。こうして形成されたＷ膜の抵抗率は９〜２０μΩｃｍとすることが可能である。
【００６９】
なお、本実施例では第１の導電層を膜厚３０ｎｍのＴａＮ、第２の導電層を膜厚３７０ｎｍのＷとしたが、これに限定されず、第１の導電層と第２の導電層は共にＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。さらに、その組み合わせも適宜選択すればよい。膜厚は第１の導電層が２０〜１００ｎｍ、第２の導電層が１００〜４００ｎｍの範囲で形成すれば良い。また、本実施例では、２層の積層構造としたが、１層としてもよいし、もしくは３層以上の積層構造としてもよい。
【００７０】
次に、前記導電層をエッチングして電極及び配線を形成するため、フォトリソグラフィーにより露光工程を経てレジストからなるマスク１２０１を形成する。第１のエッチング処理では第１のエッチング条件と第２のエッチング条件でエッチングを行う。レジストからなるマスク１２０１を用い、エッチングし、ゲート電極及び配線を形成する。エッチング条件は適宜選択すれば良い。
【００７１】
第１のエッチング処理では、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）エッチング法を使用した。第１のエッチング条件として、エッチング用ガスにＣＦ4、Ｃｌ2とＯ2を用い、それぞれのガス流量を２５／２５／１０（ｓｃｃｍ）とし、１．０Ｐａの圧力でコイル型電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１５０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。第１のエッチング条件でのＷ膜に対するエッチング速度は２００ｎｍ／ｍｉｎ、ＴａＮに対するエッチング速度は８０ｎｍ／ｍｉｎ、でありＴａＮに対するＷの選択比は約２．５である。また、この第１のエッチング条件によって、Ｗ膜のテーパー角度は約２６°となる。
【００７２】
続いて、第２のエッチング条件に移ってエッチングを行う。レジストからなるマスク１２０１を除去せず、のこしたまま、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2を用い、それぞれのガス流量を３０／３０（ｓｃｃｍ）、圧力１．０Ｐａでコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して約１５秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。
【００７３】
第２のエッチング条件でのＷに対するエッチング速度は５９ｎｍ／ｍｉｎ、ＴａＮに対するエッチング速度は６６ｎｍ／ｍｉｎである。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。この第１のエッチング処理において、電極に覆われていないゲート絶縁膜は２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度エッチングされる。
【００７４】
上記の第１のエッチング処理においては、基板側に印加されたバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部はテーパー状となる。
【００７５】
次いで、レジストからなるマスク１２０１を除去せずに第２のエッチング処理を行う。第２のエッチング処理では、エッチング用のガスにＳＦ6とＣｌ2とＯ2を用い、それぞれのガス流量を２４／１２／２４（ｓｃｃｍ）とし、１．３Ｐａの圧力でコイル型の電極に７００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを発生して２５秒程度エッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加した。このエッチング条件ではＷ膜が選択的にエッチングされ、第２の導電層を形成した。このとき第１の導電層はほとんどエッチングされない。第１、第２のエッチング処理によって図１０（Ａ）に示すように第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄ、第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄよりなるゲート電極が形成される。
【００７６】
そして、レジストからなるマスク１２０１を除去せず、図１０（Ｂ）に示すように第１のドーピング処理を行う。これにより、結晶性半導体層にＮ型を付与する不純物が低濃度に添加される。第１のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量が１×１０13〜５×１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2、加速電圧が４０〜８０ｋＶで行えばよい。本実施例では加速電圧を５０ｋＶとして行った。Ｎ型を付与する不純物元素としては１５族に属する元素を用いることができ、代表的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）が用いられる。本実施例ではリン（Ｐ）を使用した。その際、第１の導電層をマスクとして、自己整合的に低濃度の不純物が添加されている第１の不純物領域（Ｎ--領域）１１１１ａ〜１１１４ａを形成した。
【００７７】
続き、レジストからなるマスク１２０１を除去する。そして新たにレジストからなるマスク１２０２を形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で、図１０（Ｃ）に示すように第２のドーピング処理を行う。第２のドーピング処理もＮ型を付与する不純物を添加する。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜３×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2、加速電圧を６０〜１２０ｋＶとすれば良い。本実施例ではドーズ量を３．０×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とし、加速電圧を６５ｋＶとして行った。第２のドーピング処理は第２の導電層を不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層の下方に位置する半導体層にも不純物元素が添加されるようにドーピングを行う。
【００７８】
第２のドーピングを行うと、結晶性半導体層の第１の導電層と重なっている部分のうち、第２の導電層に重なっていない部分もしくはマスクに覆われていない部分に、第２の不純物領域（Ｎ-領域、Ｌｏｖ領域）１１１１ｂ、１１１４ｂが形成される。第２の不純物領域には１×１０18〜５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲でＮ型を付与する不純物が添加される。また、結晶性半導体膜のうち、第１形状の導電層にもマスクにも覆われておらず、露出している部分（第３の不純物領域：Ｎ+領域）１１１１ｃ、１１１３ｃ、１１１４ｃには１×１０19〜５×１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3の範囲で高濃度にＮ型を付与する不純物が添加される。また、半導体層にはＮ+領域が存在するが、一部マスク１２０２のみに覆われている部分がある。この部分のＮ型を付与する不純物の濃度は、第１のドーピング処理で添加された不純物濃度のままであるので、引き続き第１の不純物領域（Ｎ--領域）と呼ぶことにする。
【００７９】
なお、本実施例では２回のドーピング処理により各不純物領域を形成したが、これに限定されることは無く、適宜条件を設定して、一回もしくは複数回のドーピングによって所望の不純物濃度を有する不純物領域を形成すれば良い。
【００８０】
次いで、レジストからなるマスク１２０２を除去した後、新たにレジストからなるマスク１２０３を形成し、図１０（Ｄ）に示すように第３のドーピング処理を行う。第３のドーピング処理により、Ｐチャネル型ＴＦＴとなる半導体層に前記第１の導電型及び前記第２の導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された第４の不純物領域（Ｐ+領域）１１１２ｄ、１１１４ｄ及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）１１１２ｅ、１１１４ｅが形成される。
【００８１】
第３のドーピング処理では、レジストからなるマスク１２０３に覆われておらず、更に第１の導電層とも重なっていない部分に、第４の不純物領域（Ｐ+領域）１１１３ｄ、１１１４ｄが形成され、レジストからなるマスク１２０３に覆われておらず、且つ第１の導電層と重なっており、第２の導電層と重なっていない部分に第５の不純物領域（Ｐ-領域）１１１３ｅ、１１１４ｅが形成される。Ｐ型を付与する不純物元素としては、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。
【００８２】
本実施例では、第４の不純物領域１１１３ｄ、１１１４ｄ及び第５の不純物領域１１１３ｅ、１１１４ｅを形成するＰ型の不純物元素としてはホウ素（Ｂ）を選択し、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成した。イオンドープ法の条件としては、ドーズ量を１×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2とし、加速電圧を８０ｋＶとした。
【００８３】
なお、第３のドーピング処理の際には、Ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク１２０２に覆われている。
【００８４】
ここで、第１及び第２のドーピング処理によって、第４の不純物領域（Ｐ+領域）１１１３ｄ、１１１４ｄ及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）不純物領域１１１３ｅ、１１１４ｅにはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されている。しかし、第４の不純物領域（Ｐ+領域）１１１３ｄ、１１１４ｄ及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）不純物領域１１１３ｅ、１１１４ｅのいずれの領域においても、第３のドーピング処理によって、Ｐ型を付与する不純物元素の濃度が１×１０19〜５×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となるようにドーピング処理される。そのため、第４の不純物領域（Ｐ+領域）１１１３ｄ、１１１４ｄ及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）１１１３ｅ、１１１４ｅは、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域として問題無く機能する。
【００８５】
なお、本実施例では、第３のドーピング一回で、第４の不純物領域（Ｐ+領域）１１１３ｄ、１１１４ｄ及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）１１１３ｅ、１１１４ｅを形成したが、これに限定はされない。ドーピング処理の条件によって適宜複数回のドーピング処理により第４の不純物領域（Ｐ+領域）１１１３ｄ、１１１４ｄ及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）１１１３ｅ、１１１４ｅを形成してもよい。
【００８６】
これらのドーピング処理によって、第１の不純物領域（Ｎ--領域）１１１１ａ〜１１１４ｄ、第２の不純物領域（Ｎ-領域、Ｌｏｖ領域）１１１１ｂ、１１１４ｂ、第３の不純物領域（Ｎ+領域）１１１１ｃ、１１１３ｃ、１１１４ｃ、第４の不純物領域（Ｐ+領域）１１１３ｄ、１１１４ｄ、及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）１１１３ｅ、１１１４ｅが形成される。
【００８７】
次いで、レジストからなるマスク１２０３を除去して図１１（Ａ）に示すように、第１のパッシベーション膜１１２０を形成する。この第１のパッシベーション膜としてはシリコンを含む絶縁膜を１００〜２００ｎｍの厚さに形成する。成膜法としてはプラズマＣＶＤ法や、スパッタ法を用いればよい。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。酸化窒化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化シリコン膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０ＭＨｚ）電力密度０．１〜１．０Ｗ／ｃｍ2である。また、第１のパッシベーション膜としてＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化シリコン膜を適用しても良い。もちろん、第１のパッシベーション膜１１２０は、本実施例のような酸化窒化シリコン膜の単層構造に限定されるものではなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層構造、もしくは積層構造として用いても良い。
【００８８】
その後、本発明のレーザ照射装置を用いてレーザアニール法を行い、半導体層の結晶性の回復、半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。例えば、エネルギー密度１００ｍＪ／ｃｍ2〜１０００ｍＪ／ｃｍ2で、ショット数１０〜５０ｓｈｏｔｓで行えばよい。なお、レーザアニール法の他に、熱処理法、又はラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。
【００８９】
また、第１のパッシベーション膜１１２０を形成した後で熱処理を行うことで、活性化処理と同時に半導体層の水素化も行うことができる。水素化は、第１のパッシベーション膜に含まれる水素によって、半導体層のダングリングボンドを終端するものである。
【００９０】
また、第１のパッシベーション膜１１２０を形成する前に加熱処理を行ってもよい。但し、第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄ及び第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄを構成する材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線などを保護するため、第１のパッシベーション膜１１２０を形成した後で熱処理を行うことが望ましい。さらに、第１のパッシベーション膜１１２０を形成する前に加熱処理する場合、第１のパッシベーション膜がないため、当然パッシベーション膜に含まれる水素を利用しての水素化は行うことができない。
【００９１】
この場合は、プラズマにより励起された水素を用いる手段（プラズマ水素化）を用いての水素化や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中において、３００〜４５０℃で１〜１２時間の加熱処理による水素化を用いれば良い。
【００９２】
次いで、第１のパッシベーション膜１１２０上に、第１の層間絶縁膜１１２１を形成する。第１の層間絶縁膜としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜としては、ＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）法により塗布された酸化シリコン膜などを用いることができ、有機絶縁膜としてはポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリルまたはポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂等の膜を用いることができる。また、アクリル膜と酸化窒化シリコン膜の積層構造を用いても良い。
【００９３】
また、層間絶縁膜は、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む材料で形成することができる。さらには、層間絶縁膜は置換基にフッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有する材料で形成することができる。これらの材料の代表例としては、シロキサン系ポリマーが挙げられる。
【００９４】
シロキサン系ポリマーは、その構造により、例えば、シリカガラス、アルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化シルセスキオキサンポリマー、水素化アルキルシルセスキオキサンポリマーなどに分類することができる。
【００９５】
また、Ｓｉ−Ｎ結合を有するポリマー（ポリシラザン）を含む材料で層間絶縁膜を形成してもよい。
【００９６】
上記の材料を用いることで、膜厚を薄くしても十分な絶縁性および平坦性を有する層間絶縁膜を得ることができる。また、上記の材料は耐熱性が高いため、多層配線におけるリフロー処理にも耐えうる層間絶縁膜を得ることができる。さらに、吸湿性が低いため、脱水量の少ない層間絶縁膜を形成することができる。
【００９７】
本実施例では、膜厚１．６μｍの非感光性アクリル膜を形成した。第１の層間絶縁膜によって、基板上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化することができる。とくに、第１の層間絶縁膜は平坦化の意味合いが強いので、平坦化されやすい材質の絶縁膜を用いることが好ましい。
【００９８】
その後、第１の層間絶縁膜上に窒化酸化シリコン膜等からなる第２のパッシベーション膜（図示せず）を形成する。膜厚は１０〜２００ｎｍ程度で形成すれば良く、第２のパッシベーション膜によって第１の層間絶縁膜へ水分が出入りすることを抑制することができる。第２のパッシベーション膜には、他にも窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜やカーボンナイトライド（ＣＮ）膜も同様に使用できる。
【００９９】
またＲＦスパッタ法を用いて成膜された膜は緻密性が高く、バリア性に優れている。ＲＦスパッタの条件は、例えば酸化窒化珪素膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、Ｎ2、Ａｒ、Ｎ2Ｏをガスの流量比が３１：５：４となるように流し、圧力０．４Ｐａ、電力３０００Ｗとして成膜する。また、例えば窒化珪素膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、チャンバー内のＮ2、Ａｒをガスの流量比が１：１となるように流し、圧力０．８Ｐａ、電力３０００Ｗ、成膜温度を２１５℃として成膜する。本実施例では、ＲＦスパッタ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を７０ｎｍの膜厚で形成した。
【０１００】
次いで、エッチングにより第２のパッシベーション膜、第１の層間絶縁膜及び第１のパッシベーション膜をエッチングし、第３の不純物領域及び第４の不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。
【０１０１】
続いて、図１１（Ｂ）に示すように、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線１１２２〜１１２８を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉ）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、２層構造に限らず、単層構造でも良いし、３層以上の積層構造にしても良い。また、配線材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えばＴａＮ膜上にＡｌ膜やＣｕ膜を形成し、更にＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成しても良い。
【実施例５】
【０１０２】
実施例１〜３に示したレーザ照射装置を用いて作製した半導体装置（特に表示装置（液晶表示装置、ＥＬ表示装置等））は様々な電子機器に適用することができる。半導体装置を適用することができる電子機器の例として、テレビジョン装置、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図１２に示す。
【０１０３】
図１２（Ａ）はテレビジョン装置であり、筐体１３００１、支持台１３００２、表示部１３００３、スピーカー部１３００４、ビデオ入力端子１３００５等を含む。実施例１〜３に示したレーザ照射装置は表示部１３００３などの加工に用いることができ、テレビジョン装置を完成することができる。表示部１３００３は、ＥＬディスプレイや、液晶ディスプレイなどを用いることができる。なお、テレビジョン装置は、コンピュータ用、テレビ放送受信用、広告表示用などの全てのテレビジョン装置が含まれる。
【０１０４】
図１２（Ｂ）はデジタルカメラであり、本体１３１０１、表示部１３１０２、受像部１３１０３、操作キー１３１０４、外部接続ポート１３１０５、シャッター１３１０６等を含む。実施例１乃至実施例３に示したレーザ照射装置は表示部１３１０２などの加工に用いることができ、デジタルカメラを完成することができる。
【０１０５】
図１２（Ｃ）はコンピュータであり、本体１３２０１、筐体１３２０２、表示部１３２０３、キーボード１３２０４、外部接続ポート１３２０５、ポインティングマウス１３２０６等を含む。実施例１乃至実施例３に示したレーザ照射装置は表示部１３２０３などの加工に用いることができ、コンピュータを完成することができる。
【０１０６】
図１２（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体１３３０１、表示部１３３０２、スイッチ１３３０３、操作キー１３３０４、赤外線ポート１３３０５等を含む。実施例１乃至実施例３に示したレーザ照射装置は表示部１３３０２などの加工に用いることができ、モバイルコンピュータを完成することができる。。
【０１０７】
図１２（Ｅ）は記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体１３４０１、筐体１３４０２、表示部Ａ１３４０３、表示部Ｂ１３４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部１３４０５、操作キー１３４０６、スピーカー部１３４０７等を含む。表示部Ａ１３４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ１３４０４は主として文字情報を表示するが、実施例１乃至実施例３に示したレーザ照射装置は表示部Ａ１３４０３及び表示部Ｂ１３４０４などの加工に用いることができ、画像再生装置を完成することができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置にはゲーム機器なども含まれる。
【０１０８】
図１２（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体１３５０１、表示部１３５０２、アーム部１３５０３を含む。実施例１〜３に示したレーザ照射装置は表示部１３５０２などの加工に用いることができ、ゴーグル型ディスプレイを完成することができる。
【０１０９】
図１２（Ｇ）はビデオカメラであり、本体１３６０１、表示部１３６０２、筐体１３６０３、外部接続ポート１３６０４、リモコン受信部１３６０５、受像部１３６０６、バッテリー１３６０７、音声入力部１３６０８、操作キー１３６０９、接眼部１３６１０等を含む。実施例１〜３に示したレーザ照射装置は表示部１３６０２などの加工に用いることができ、ビデオカメラを完成することができる。
【０１１０】
図１２（Ｈ）は携帯電話であり、本体１３７０１、筐体１３７０２、表示部１３７０３、音声入力部１３７０４、音声出力部１３７０５、操作キー１３７０６、外部接続ポート１３７０７、アンテナ１３７０８等を含む。実施例１〜３に示したレーザ照射装置は表示部１３７０３などの加工に用いることができ、携帯電話を完成することができる。なお、表示部１３７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。
【０１１１】
特にこれらの電子機器の表示部に用いられる表示装置には画素の駆動のために薄膜トランジスタを有しており、その薄膜トランジスタに用いられている半導体膜の結晶化に実施例１乃至実施例３に示したレーザ照射装置を用いることができる。さらに電子機器の表示部に用いられている表示装置がＥＬ表示装置のように高詳細、高特性を求める場合には、実施例１乃至実施例３に示したレーザ照射装置を用いて半導体膜の結晶化を行うことで、より表示むらの発生を低減させた表示部を有する電子機器を作製することができる。
【０１１２】
以上の様に、本発明のレーザ照射装置で作製した半導体装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の実施の形態を示す。
【図２】本発明の実施の形態を示す。
【図３】本発明の実施の形態を示す。
【図４】本発明の実施例１を示す。
【図５】本発明の実施例２を示す。
【図６】本発明の実施例３を示す。
【図７】発明の効果を示す。
【図８】本発明の実施例２を示す。
【図９】本発明の実施例４を示す。
【図１０】本発明の実施例４を示す。
【図１１】本発明の実施例４を示す。
【図１２】本発明の実施例５を示す。
【符号の説明】
【０１１４】
１０１  シリンドリカルレンズアレイ
１０２  凸シリンドリカルレンズ
１０３  光導波路
１０４  焦点
２０１  凸シリンドリカルレンズ
２０２  光導波路
２０２ａ  界面
２０２ｂ  界面
２０３  焦点
３０１  レーザ発振器
３０２  シリンドリカルレンズアレイ
３０３  シリンドリカルレンズアレイ
３０４  シリンドリカルレンズ
３０５  凸シリンドリカルレンズ
３０６  光導波路
３０７  凸シリンドリカルレンズ
３０８  照射面
４０１  レーザ発振器
４０２  シリンドリカルレンズアレイ
４０３  シリンドリカルレンズアレイ
４０４  凸シリンドリカルレンズ
４０５  凸シリンドリカルレンズ
４０６  光導波路
４０７  凸シリンドリカルレンズ
４０８  照射面
５０１  レーザ発振器
５０２  フライアイレンズ
５０３  球面レンズ
５０４  光導波路
５０５  球面レンズ
５０６  照射面
６０１  レーザ発振器
６０２  シリンドリカルレンズアレイ
６０３  シリンドリカルレンズアレイ
６０４  凸シリンドリカルレンズ
６０５  凸シリンドリカルレンズ
６０６  光導波路
６０７  凸シリンドリカルレンズ
６０８  凸シリンドリカルレンズ
６０９  照射面
１１００  基板
１１０１ａ  下地絶縁膜
１１０１ｂ  下地絶縁膜
１１０２  非晶質半導体膜
１１０２ａ  島状の結晶性半導体膜
１１０２ｂ  島状の結晶性半導体膜
１１０２ｃ  島状の結晶性半導体膜
１１０２ｄ  島状の結晶性半導体膜
１１０３  ゲート絶縁膜
１１０４ａ  第１の導電層
１１０４ｂ  第１の導電層
１１０４ｃ  第１の導電層
１１０４ｄ  第１の導電層
１１０５ａ  第２の導電層
１１０５ｂ  第２の導電層
１１０５ｃ  第２の導電層
１１０５ｄ  第２の導電層
１１１１ａ〜１１１４ｄ  第１の不純物領域（Ｎ--領域）
１１１１ｂ、１１１４ｂ  第２の不純物領域（Ｎ-領域、Ｌｏｖ領域）
１１１１ｃ、１１１３ｃ、１１１４ｃ  第３の不純物領域（Ｎ+領域）
１１１２ｄ、１１１４ｄ  第４の不純物領域（Ｐ+領域）
１１１２ｅ、１１１４ｅ  第５の不純物領域（Ｐ-領域）
１１２０  第１のパッシベーション膜
１１２１  第１の層間絶縁膜
１１２２  配線
１１２３  配線
１１２４  配線
１１２５  配線
１１２６  配線
１１２７  配線
１１２８  配線
１１２９  配線
１３００１  筐体
１３００２  支持台
１３００３  表示部
１３００４  スピーカー部
１３００５  ビデオ入力端子
１３１０１  本体
１３１０２  表示部
１３１０３  受像部
１３１０４  操作キー
１３１０５  外部接続ポート
１３１０６  シャッター
１３２０１  本体
１３２０２  筐体
１３２０３  表示部
１３２０４  キーボード
１３２０５  外部接続ポート
１３２０６  ポインティングマウス
１３３０１  本体
１３３０２  表示部
１３３０３  スイッチ
１３３０４  操作キー
１３３０５  赤外線ポート
１３４０１  本体
１３４０２  筐体
１３４０３  表示部Ａ
１３４０４  表示部Ｂ
１３４０５  記録媒体読込部
１３４０６  操作キー
１３４０７  スピーカー部
１３５０１  本体
１３５０２  表示部
１３５０３  アーム部
１３６０１  本体
１３６０２  表示部
１３６０３  筐体
１３６０４  外部接続ポート
１３６０５  リモコン受信部
１３６０６  受像部
１３６０７  バッテリー
１３６０８  音声入力部
１３６０９  操作キー
１３７０１  本体
１３７０２  筐体
１３７０３  表示部
１３７０４  音声入力部
１３７０５  音声出力部
１３７０６  操作キー
１３７０７  外部接続ポート
１３７０８  アンテナ
【図１】
2005072565.tif 000003
【図２】
2005072565.tif 000004
【図３】
2005072565.tif 000005
【図４】
2005072565.tif 000006
【図５】
2005072565.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005072565.tif 000009
【図８】
2005072565.tif 000010
【図９】
2005072565.tif 000011
【図１０】
2005072565.tif 000012
【図１１】
2005072565.tif 000013
【図１２】
2005072565.tif 000014