(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンドリカルレンズを基本面にて切断した２つ以上のレンズを同一の向きに並べた構成であって、一方向にレーザービームを分割する役割を果たす光学レンズ。
【請求項２】
請求項１において、
前記シリンドリカルレンズは、平凸シリンドリカルレンズ、平凹シリンドリカルレンズ、凸メニスカスシリンドリカルレンズ、両凸シリンドリカルレンズ、両凹シリンドリカルレンズから選ばれた一種であることを特徴とする光学レンズ。
【請求項３】
一方向にレーザービームを分割する役割を果たす光学レンズと、分割された前記レーザービームを重ね合わせる光学系とを有し、
前記光学レンズは、シリンドリカルレンズを基本面にて切断した２つ以上のレンズを同一の向きに並べて構成されていることを特徴とするビームホモジェナイザー。
【請求項４】
請求項３において、前記光学系に組合せレンズ或いは非球面レンズを用いていることを特徴とするビームホモジェナイザー。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、
前記シリンドリカルレンズは、平凸シリンドリカルレンズ、平凹シリンドリカルレンズ、凸メニスカスシリンドリカルレンズ、両凸シリンドリカルレンズ、両凹シリンドリカルレンズから選ばれた一種であることを特徴とするビームホモジェナイザー。
【請求項６】
レーザービーム発生装置と、一方向にレーザービームを分割する役割を果たす光学レンズと、分割された前記レーザービームを重ね合わせる光学系と、移動可能な照射ステージとを有し、
前記光学レンズは、シリンドリカルレンズを基本面にて切断した２つ以上のレンズを同一の向きに並べて構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７】
請求項６において、前記光学系に組合せレンズ或いは非球面レンズを用いていることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、前記レーザービーム発生装置と、前記光学レンズとの間に、レーザービームを前記基本面と平行な方向に調節する反射ミラー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６乃至８のいずれか一項において、
前記シリンドリカルレンズは、平凸シリンドリカルレンズ、平凹シリンドリカルレンズ、凸メニスカスシリンドリカルレンズ、両凸シリンドリカルレンズ、両凹シリンドリカルレンズから選ばれた一種であることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項１０】
シリンドリカルレンズを基本面にて切断した２つ以上のレンズを同一の向きに並べた構成であって、一方向にレーザービームを分割する役割を果たす光学レンズを用いて、レーザービームを分割し、レーザービームのエネルギー分布のエッジの少なくとも一つを垂直に近い形状にし、
垂直に近い形状のエッジを前にして、前記レーザービームを走査させることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１１】
シリンドリカルレンズを基本面にて切断した２つ以上のレンズを同一の向きに並べた構成であって、一方向にレーザービームを分割する役割を果たす光学レンズを用いて、線状レーザービームを幅方向に分割し、線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布のエッジの少なくとも一方を垂直に近い形状にし、
垂直に近い形状のエッジを前にして、前記線状レーザービームを走査させることを特徴とするレーザー照射方法。
【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晶質半導体膜や非単結晶半導体膜（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）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。
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膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。
【０００３】
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。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。
【０００４】
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、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。
【０００５】
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照射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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記線状に加工されたパルス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つはレーザーアニールが膜全面に一様に為されないことにあった。線状レーザービームを使うと、ビームとビームの重なりの部分で縞ができてしまう現象が目立ち、これらの縞の一本一本で膜の半導体特性が著しく異なっていた。
【０００７】
図１に示すのは、この縞の状態である。この縞は、レーザーアニール後の珪素膜の表面を観察すると光の反射加減によって現れる。
【０００８】
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、これを紙面上から下方向に走査して照射した場合のものである。
【０００９】
図１に示すような縞状の模様が現れてしまう珪素膜を用いて、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイを作製した場合、この縞が画面にそのまま出てしまう不都合が生じた。
【００１０】
この問題は、レーザーの照射対象である非単結晶半導体膜の改良や、線状レーザーの走査ピッチ（隣り合う線状レーザービームの間隔。）を細かくすることで、改善されつつあるがまだ不十分である。
【００１１】
一般に線状レーザービームを形成する場合、元が長方形状のビームを適当な光学系に通して線状に加工する。前記長方形状の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２に示した光学系により、アスペクト比１００以上の線状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。
【００１２】
図２に示す装置は、レーザービーム発生装置２０１からのレーザービーム（この状態では概略矩形形状を有している）を２０２、２０３、２０４、２０６、２０８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、２０５はスリット、２０７はミラーである。
【００１３】
２０２は、レーザービームを一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２０６で重ね合わせ均一化される。
【００１４】
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２０３も上述したシリンドリカルレンズ群２０２と同様に、レーザービームを他の方向に分割し、シリンドリカルレンズ２０４、２０８によって、重ね合わせ均一化される。
【００１５】
即ち、シリンドリカルレンズ群２０２とシリンドリカルレンズ２０６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２０３とシリンドリカルレンズ２０４、２０８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。
【００１６】
ここで、幅方向に関して、シリンドリカルレンズを２０４と２０８の２枚用いているのは、被照射面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
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２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。エネルギー分布を一様化する方法は、元の長方形のレーザービームをシリンドリカルレンズ群２０２、２０３で分割後、各々シリンドリカルレンズ２０６、２０４および２０８で整形し重ね合わせて均質化するものである。
【００１７】
本明細書で開示する発明は、図１に示すようなレーザービームの照射による縞形成を改善し、膜全面に均一なレーザーアニールを行うことを課題とする。
【００１８】
なお、本明細書中でいうレンズとは、特別の記載がないものに関しては球面レンズを指す。
〔発明に至る過程〕
本発明人は、図２に示した光学系の配置を変化させることにより、分割されたレーザービームの照射面における重ねあわせの状態を調節し、線状レーザービームのエネルギー分布を変化させた。
【００１９】
そして、エネルギー分布を加工した線状レーザービームにて、半導体膜のアニールを繰り返し行うことにより、上記の縞形成の原因が、線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布と密接に関係していることを経験的に発見した。
【００２０】
図３ａは、従来の線状レーザービームを用いて、Ｘ1 〜Ｘ10の範囲をレーザーアニールする際の被照射面における幅方向のエネルギー分布を示すものである。図３乃至図５において、表の縦軸はレーザービームのエネルギー強度を横軸はレーザービームの幅方向を示す。
【００２１】
図３ａに示すように、従来のエネルギー分布３０１は、中心付近では均一で適当なエネルギーであるが、エッジ（エネルギー分布の端部特にＸ1 〜Ｘ2 、Ｘ9 〜Ｘ10を指す）の部分はガウス分布に類似した不均一な形状を示している。ここで、適当なエネルギーとは、被膜のレーザーアニールに必要なエネルギーであり、レーザーアニールの目的や被膜の膜質等によって設定される。
【００２２】
この不均一な領域とは、均一で適当なエネルギーを最大エネルギーとしたときに、最大エネルギーの９０％〜５％の領域（ボケ領域）であり、従来のエネルギー分布では１００μｍ以上存在していた。
【００２３】
そして、このエネルギー分布が不均一なエッジの部分によって、縞模様が形成されることを見出した。
【００２４】
線状レーザービームを走査する際に、次のレーザービームは図３ｂの３０２に示すように、幅方向にレーザービーム幅の１／１０〜１／２０、例えば１／１０程ずらした位置Ｘ2 〜Ｘ11に照射される。この走査幅を１／１０より大きくすると特に縞が目立った。この過程を繰り返していくことにより、被照射面はおよそ１０〜２０回のレーザービームの照射を受けレーザーアニールされる。
【００２５】
ここで、図３ａのＸ9 〜Ｘ10の部分に示すように、最初に不均一なエネルギー分布のレーザービームを照射された部分は、後に均一で適当なエネルギーのレーザービームが照射されても、やはり不均一にレーザーアニールされる。
【００２６】
本発明人は、更に実験を繰り返すことにより、最初の数回（レーザーのエネルギーによっても変化するが５回程度）のレーザー照射によってレーザーアニールの効果がほぼ決定されることを見出した。
【００２７】
つまり、最初に均一で適当なエネルギーのレーザー照射を同じ場所に数回照射することによって、均一なレーザーアニールが為される。その後、該場所に適当なエネルギー以下の不均一なエネルギー分布のレーザー照射をしても影響を受けにくかった。
【００２８】
また、前段の法則は、エキシマーレーザー等のパルスレーザーだけでなく、Ａｒレーザー、ＹＡＧレーザー等の連続レーザーにおいても成り立つ。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザービームを走査する際に、被照射面における該ビームのエネルギー分布が垂直に近いエッジを前にして走査することを特徴とする。
【００３０】
すなわち、図４ａに示すように、被照射面における幅方向のエネルギー分布４０１の一方のエッジＸ10が垂直に近い形状であるレーザービームを、より好ましくは、図５ａに示すように、被照射面における幅方向のエネルギー分布５０１の両方のエッジＸ1 、Ｘ10が垂直に近い形状であるレーザービームを用いる。
【００３１】
本明細書では、エネルギー分布のボケ領域が１００μｍ未満の時に、そのエッジは垂直に近い形状とみなす。ボケ領域は、５０μｍ以下が好ましい。
そして、図４ａに示すエネルギー分布を有する線状レーザービームを用いた場合であれば、図４ｂの４０２で示すように、次のレーザービームを必ず前のレーザー照射に対して紙面右側に走査する。この場合、被照射面を移動する構成のレーザー照射装置を用いるときは、被照射面は紙面左側に向かって移動することになる。
【００３２】
一方、図５ａに示すエネルギー分布を有する線状レーザービームを用いた場合は、両側のエッジが垂直に近い形状を有しているので、次のレーザービームは紙面左右どちらに走査してもよい。例えば、次のレーザービームを図５ｂの５０２または図５ｃの５０３で示す位置に照射する。
【００３３】
図５に示すエネルギー分布のレーザービームを用いると、膜全面に常に均一で適当なエネルギーのレーザービームが照射されるため、良好で均一なレーザーアニールを行うことができる。
【００３４】
また、図４に示すように、一方のエッジ（図４ａではＸ10側）が垂直に近い形状で、他方（図４ａではＸ1 〜Ｘ2 ）が不均一なエネルギー分布のレーザービームをエッジが垂直な方向（紙面右方向）に向かって走査することにより、図４のＸ9 〜Ｘ10において、まず図４ａに示すように均一で適当なエネルギーのレーザービームが照射される。
【００３５】
そして、次の図４ｂに示すレーザービーム照射においても同じく均一で適当なエネルギーのレーザービームが照射される。このようにレーザービーム照射を走査すると、Ｘ9 〜Ｘ10には、均一で適当なエネルギーのレーザービームが次々と７〜８回照射されるため、良好で均一なレーザーアニールが行われる。
【００３６】
ここで、走査を続けていくと、図４のＸ9 〜Ｘ10の部分にも不均一なエネルギー分布（図４ａのＸ1 〜Ｘ2 に示す部分) のレーザービームが照射されるが、不均一なエネルギー分布のエネルギーは適当なエネルギーより小さいため、最初の７〜８回の均一で適当なエネルギーのレーザービーム照射による良好で均一なレーザーアニールが保たれる。
【００３７】
つまり、エネルギー分布が垂直に近い形状のエッジを前にしてレーザービームを走査することにより、膜全面に良好で均一なレーザーアニールを施すことができる。
【００３８】
図４ａでは、最初のレーザービームによりエネルギー分布が不均一な領域（Ｘ1 〜Ｘ2 の領域）が存在するが、線状レーザービームを走査する際には、基板の端部の一方から他の一方に走査するため、最初にレーザービームを照射した基板の端部の一方だけにこの不均一な部分が形成される。基板の端部は通常半導体素子には利用しないため特に問題とはならない。
【００３９】
【発明の実施の形態】
従来のレーザービームにおいて、幅方向のエネルギー分布のエッジが不均一となる理由は、図２のシリンドリカルレンズ群２０３とシリンドリカルレンズ２０４、２０８の収差、特に球面収差によるものである。
【００４０】
球面収差により、レンズの入射瞳の高さに応じて透過・結像する光線の焦点距離が異なってしまう。図６に球面収差を説明した概略図を示す。図６は、紙面上方からレンズ６０１に、０〜４までの入射瞳の異なる平行レーザービームを入射した際の焦点距離の誤差を示す。
【００４１】
図６に示すように、球面収差はレンズ曲面の端部側、つまり数字の大きいレーザービームにおいて焦点距離の誤差が大きくなり、大きな収差を受けている。そして、中心付近の数字の小さいレーザービームでは誤差は小さく、収差をほとんど受けない。
【００４２】
また、シリンドリカルレンズに関しても、断面の形状は図６に示す形状と同じであるため、同様の球面収差が生じている。
【００４３】
図７に、線状レーザービームの幅方向に関するビームホモジェナイザーだけを抜き出した概略図を示す。ここで、シリンドリカルレンズ群７０３は、レーザービームを幅方向に関して分割する役割であり、シリンドリカルレンズ７０４および７０８は、分割されたレーザービームを重ね合わせ均一化する役割である。
【００４４】
従って、入射したレーザービームは、まずシリンドリカルレンズ群７０３による球面収差をうけ、更にシリンドリカルレンズ７０４による収差、７０８による収差をうける。
【００４５】
レーザービームを図５に示す形状のエネルギー分布に加工するには、理想的には、シリンドリカルレンズ群７０３、シリンドリカルレンズ７０４およびシリンドリカルレンズ７０８の収差を無くせばよい。
【００４６】
収差を減らす手段として、以下の２つの方法がある。
１、複数枚のレンズからなる組合せレンズを用いる
２、非球面レンズを用いる
図８に組合せレンズの一例を示す。図８ａは、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を組合せたレンズである。図８ｂ乃至ｄは、組合せレンズの中でも対称型レンズと呼ばれ、より収差を減らすことが可能である。
【００４７】
図８ｂは、凸、凹、凸の構成からなるトリプレットタイプの対称型レンズである。図８ｃは、トリプレットタイプの後群一枚を接合レンズとしたもので、テッサータイプの対称型レンズである。図８ｄは、ガウスタイプの対称型レンズであり、図８中で最も収差を減らすことが可能である。
【００４８】
図８ａ乃至ｄは、シリンドリカルレンズの断面で示しているが、シリンドリカルレンズ群に応用するには、シリンドリカルレンズ群の夫々のシリンドリカルレンズを組合せレンズとすればよい。
【００４９】
図８ｅは、図８ａに示す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レンズを各シリンドリカルレンズに利用した組合せシリンドリカルレンズ群の一例である。
【００５０】
いずれかのレンズ一つに組合せレンズ或いは非球面レンズを用いるだけでも、従来のエネルギー分布に比べエッジの不均一は改善される。特にシリンドリカルレンズ７０８は、入射瞳に対して焦点距離が短いため収差が大きく、組合せレンズ或いは非球面レンズを用いると不均一の改善に著しい効果があった。
【００５１】
勿論、全てのレンズを組合せレンズ或いは非球面レンズとすると、エッジがより垂直に近くなる。
【００５２】
しかしながら、シリンドリカルレンズ群７０３に組合せレンズを用いるには、シリンドリカルレンズ群７０３は大変小さく、通常エキシマーレーザーのレーザー照射装置では、各シリンドリカルレンズのレンズ幅は数ｍｍ程度である。そのため、組合せるレンズも小さくなるため、組合せるレンズを精度よく研磨することは非常に難しく、コストも数倍になる。
【００５３】
また、シリンドリカルレンズ群７０３に非球面レンズを用いるには、上述したようにシリンドリカルレンズ群７０３が大変小さいため、加工が困難であり全てのシリンドリカルレンズを精度よく研磨することは非常に難しかった。
【００５４】
更に、大出力のエキシマーレーザーを用いる場合では、レーザービームのエネルギーが大きいため、レンズに高融点の材料（例えば石英等）を使用する必要がある。硬度の高い石英を各シリンドリカルレンズを均一に精度よく加工することはさらに困難であり、且つコストもさらに高くなり産業的ではなかった。
【００５５】
図４に示すエネルギー分布のレーザービームを形成する方法として、図９にその光学系を示す。図９は、線状レーザービームの幅方向に関するビームホモジェナイザーだけを抜き出した概略図である。
【００５６】
ここで、本明細書中で用いる用語を以下のように定義する。シリンドリカルレンズにおいて、入射光が屈折することなく透過される光路を基本線と呼び、該基本線の全てを含む平面を基本面と呼ぶ。
【００５７】
図９において、レーザービームを幅方向に分割する役割を果たす光学レンズ９０３は、シリンドリカルレンズ群の各シリンドリカルレンズを基本面で切断したレンズ（半シリンドリカルレンズと称する）から構成されている。そして、半シリンドリカルレンズを同一の向きに数段並べた構成である。この構成を半シリンドリカルレンズ群と称する。
【００５８】
光学レンズ９０３をこのような構成とすることにより、図９の太線で示す光路を経て基板９０９のエッジ９１０に照射されるレーザービームは、光学レンズ９０３において基本線を経ているため光学レンズ９０３の収差をほとんど受けることがない。
【００５９】
そのため、基板９０９の被照射面におけるエネルギー分布のエッジ９１０では、ボケ領域が約２５μｍと垂直に近いレーザービームを得ることができる。
【００６０】
図９の他方のエッジ９１１のエネルギー分布は、光学レンズ９０３において、大きな収差を受けているため不均一なエッジとなっている。
【００６１】
図１０に光学レンズ９０３の一例を示す。図１０ａは、平凸シリンドリカルレンズを基本面にて切断した半シリンドリカルレンズから構成される。図１０ｂは、平凹シリンドリカルレンズを基本面にて切断した半シリンドリカルレンズから構成される。
【００６２】
図１０ｃは、凸メニスカスシリンドリカルレンズを基本線にて切断した半シリンドリカルレンズを同一の向きに並べた構成である。また、図１０ｄは、両凸シリンドリカルレンズ、図１０ｅは、両凹シリンドリカルレンズの半シリンドリカルレンズを用いている。
【００６３】
図１０で示す半シリンドリカルレンズ群は、５つの半シリンドリカルレンズから構成されるが、半シリンドリカルレンズの数は少なくとも２つ以上あれば良い。各半シリンドリカルレンズの大きさ、入射レーザービームの大きさによって最適なレンズの数は異なるが、半シリンドリカルレンズを４つ以上とすればレーザービームが分割されエネルギー分布は十分均一となる。
【００６４】
また、最も好ましい構成としては、光学レンズ９０３にて分割されたレーザービームを重ねあわせ均一化する光学系９０４、９０８に、組合せレンズ或いは非球面レンズを用いて収差を減らすと、エッジ９１０におけるボケ領域を２５μｍ以下にした、更に垂直に近い形状のレーザービームを得ることができる。
【００６５】
ただし、装置の大きさやコスト等の問題から、入射瞳に対して焦点距離が短い光学系９０８のみ組合せレンズ或いは非球面レンズを用いて収差を減らした構成でも十分効果はあり好ましい。
【００６６】
幅方向のビームホモジェナイザーに、以上のような収差を減らした光学系を用いた線状レーザー照射装置を図１１に示す。図１１において、レーザービーム発生装置１１０１から照射されたレーザービームは、光学系１１０３、１１０８により線状に加工される。反射ミラー１１０７は、レーザービームの向きを被処理基板１１０９の方向へと反射する。反射ミラー１１０７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。
【００６７】
そして、被処理基板１１０９を保持した照射ステージ１１０５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１１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。
【００６８】
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。
【００６９】
線状レーザービームの走査方向は、エッジの一方のみが垂直なレーザービームを用いる場合は、図４ｂに示すように垂直なエッジを前とする方向だけに限定される。
【００７０】
光学系１１０３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１１０８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。
【００７１】
また、レーザー発生装置１１０１から射出するレーザービームの方向が、レーザー照射装置の調節のたびに微妙に変化するため、直接レーザービームを光学系１１０３にまっすぐに、すなわち基本面に平行な光線として入射することが難しかった。
【００７２】
そのため、図１１の反射ミラー１１０２をレーザー発生装置の射出口に配置して、反射ミラー１１０２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した。その結果、光学系１１０３にレーザービームをまっすぐに入射することができた。
【００７３】
反射ミラー１１０２を設けずに、レーザー発生装置１１０１の共振ミラーを微調節することにより、レーザービームの射出方向を調節することは可能であるが、この作業は煩雑であり実用的ではなかった。
【００７４】
以上に、少なくとも一方のエッジが垂直なエネルギー分布の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。
【００７５】
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以下の長方形または正方形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。そして、線状ではなく長方形または正方形にレーザービームを加工する際に、縦方向および横方向の両方に上記のビームホモジェナイザーを利用することにより、少なくとも隣り合う２辺のエッジが垂直に近い形状であるエネルギー分布のレーザービームを得ることも可能である。
【００７６】
長方形または正方形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、線状レーザービームの走査方法と同様に、垂直なエッジを前に走査をすればよい。
【００７７】
この場合、長方形または正方形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長ければ線状レーザービームと同様に一方向に走査するだけでレーザーアニールはすむ。
【００７８】
しかし、長方形または正方形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、長方形または正方形のレーザービームを二方向に走査する必要があるため、均一にレーザーアニールするには、少なくとも隣り合う２辺のエッジが垂直なエネルギー分布のレーザービームを用いる必要がある。
【００７９】
従来のレーザービームの走査幅は、縞を目立たなくするため、レーザービーム幅の１／１０〜１／２０であったが、本発明のようなエッジが垂直に近い形状のレーザービームを用いることにより、走査幅を大きくすることができた。
【００８０】
つまり、図４に示すエネルギー分布を有するレーザービームを用いる場合であれば、不均一なエッジが前のレーザービームに重なる程度まで走査幅を大きくできる。但し、走査幅を１／５以上としたときは、一つの被照射面につきレーザービームを複数回ショットし、次のレーザービーム照射位置に移動する。
【００８１】
一方、図５に示すエネルギー分布を有するレーザービームを用いる場合であれば、理想的にはレーザービーム幅まで走査幅を大きくできる。この場合は、一つの被照射面に対して５〜２０回レーザービームをショットし、次のレーザービーム照射位置に移動する。
【００８２】
このため、レーザーアニール工程のスループットを大きく改善することが可能となった。特にアスペクト比の小さい長方形または正方形の形状のレーザービームを用いると格段の効果が得られる。
【００８３】
以下の実施例に、上記のレーザー照射装置を用いたレーザーアニールを具体例を挙げて述べる。
【００８４】
なお、実施例では、珪素膜のレーザーアニールについて記載するが、本発明のレーザーアニールは珪素膜に限定されるものではない。
【００８５】
【実施例】
〔実施例１〕
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、本明細書中で３種類である。いずれの膜に対しても、本発明は効果的である。
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、下地膜としての酸化珪素膜を２００ｎｍの厚さに、その上に非晶質珪素膜を５０ｎｍの厚さに共にプラズマＣＶＤ法にて成膜する。この膜を今後、出発膜と呼ぶ。
（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。
【００８６】
膜内の水素の密度は１０20atoms/cm3 オーダーが適当であある。この膜を非単結晶珪素膜Ａと呼ぶ。
（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。
【００８７】
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、非単結晶珪素膜である結晶性珪素膜Ｂが形成される。
【００８８】
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。
【００８９】
触媒元素の濃度は、１×１０15〜１０19原子／ｃｍ3 であると好ましい。１×１０19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、膜中における最小値で、１×１０17〜５×１０18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。
（膜Ｃの作製手順）
出発膜の上からさらに酸化珪素膜を７００Åの厚さに成膜する。成膜方法はプラズマＣＶＤ法を用いる。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
このようにして非晶質珪素膜が結晶化し、非単結晶珪素膜である結晶性珪素膜Ｃが形成される。その後、結晶性珪素膜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。
【００９４】
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。
【００９５】
図１１に、本実施例におけるレーザー照射装置を示す。図１１は、レーザー照射装置の概観である。
【００９６】
図１１において、レーザー照射装置は、レーザービーム発生装置１１０１から照射され、反射ミラー１１０２によりレーザーの進行方向を調整後、光学系１１０３、１１０８により、断面形状が線状に加工される。反射ミラー１１０７は、パルスレーザービームを反射して、被処理基板１１０９にレーザービームを照射する。反射ミラー１１０２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。
【００９７】
そして、被処理基板１１０９を保持している照射ステージ１１０５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。
【００９８】
本実施例における光学系１１０３、反射ミラー１１０７、およびシリンドリカルレンズ１１０８は図１２に示す構造である。
【００９９】
図１２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１２０２により線方向に分割され、図８ｅで示す組合せシリンドリカルレンズ群１２０３により幅方向に分割される。
【０１００】
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８ｅに示す構造を用いたが、図８ｂ乃至ｄを組合せシリンドリカルレンズ群とした構成でも、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よい。
【０１０１】
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１２０４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１２０５、シリンドリカルレンズ１２０６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１２０８によりレーザービームを幅方向に関して被処理基板１２０９に重ね合わせる。
【０１０２】
本実施例では、光学レンズ１２０４、１２０８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。
【０１０３】
また、スリット１２０５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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
レーザービーム発生装置１１０１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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
幅方向に分割する光学レンズは、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１２０３を本実施例では用いた。図１２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。
【０１０８】
上記のように光学レンズ１２０３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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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１２０４および光学レンズ１２０８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１２０４と１２０８の間の距離を調節することで変えることができる。
【０１１１】
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図５に示すようなレーザービームとなる。
【０１１２】
次に、図１３に示す装置の説明をする。ロード／アンロード室１３０５に、被処理基板１１０９が多数枚、例えば２０枚収納されたカセット１３０３が配置される。ロボットアーム１３０４により、カセット１３０３から一枚の基板がアライメント室１３０２に移動される。
【０１１３】
アライメント室１３０２には、被処理基板１１０９とロボットアーム１３０４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。アライメント室１３０２は、ロード／アンロード室１３０５と接続されている。
【０１１４】
基板は、ロボットアーム１３０４によって基板搬送室１３０１に運ばれ、さらにロボットアーム１３０４によって、レーザー照射室１３０６に移送される。
【０１１５】
図１１において、被処理基板１１０９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。
【０１１６】
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、例えば３５０ｍＪ／ｃｍ2 とする。照射ステージ１１０５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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
レーザー照射終了後、被処理基板１１０９はロボットアーム１３０４によって基板搬送室１３０１に引き戻される。
【０１１９】
そして、被処理基板１１０９は、ロボットアーム１３０４によって、ロード／アンロード室１３０５に移送され、カセット１３０３に収納される。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
本実施例では、光学レンズ１２０４、１２０８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。
【０１２５】
本実施例では、光学レンズ１２０４および１２０８に組合せレンズを用いて、収差を減らしたが、光学レンズ１２０８のみを組合せレンズとし、光学レンズ１２０４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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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を集積化して電子回路を構成することもできる。
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。
【０１２８】
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で構成され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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
〔実施例２〕
本実施例は、実施例１の光学系を変えて、エネルギー分布の一方のエッジが垂直に近いレーザービームを用いてレーザーアニールを行う。
【０１３１】
実施例１と同様に非単結晶珪素膜Ａ、Ｂ、Ｃを用意し、エキシマーレーザーを用いたレーザーアニールを行う。
【０１３２】
本実施例で使用するレーザー処理装置を図１１に示す。図１１において、光学系１１０３を除いて、他の構成は実施例１に準ずる。
【０１３３】
本実施例における光学系１１０３、反射ミラー１１０７、およびシリンドリカルレンズ１１０８は図１４に示す構造である。
【０１３４】
図１４において、シリンドリカルレンズ群１２０２によりレーザービームを線方向に分割し、図１０ａで示す半シリンドリカルレンズ群１４０３により幅方向に分割する。
【０１３５】
半シリンドリカルレンズ群１４０３は、レンズ幅が２ｍｍの合成石英からなる半シリンドリカルレンズを７段並列に並べた構成とした。図１４中では、半シリンドリカルレンズが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。
【０１３６】
本実施例では、幅方向に分割する光学レンズとして、図１０ａに示す半シリンドリカルレンズ群を用いたが、図１０ｂ乃至ｅに示すように他の構成の半シリンドリカルレンズ群を用いてもよい。
【０１３７】
本実施例において、入射レーザービームは、半シリンドリカルレンズ群１４０３の基本面と平行なレーザービームとした方がより効果がある。そのため、図１１の反射ミラー１１０２によって、レーザービームの方向を微調節する。
【０１３８】
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１２０４、スリット１２０５、シリンドリカルレンズ１２０６、テッサータイプの対称型レンズからなる光学レンズ１２０８によりレーザービームを線状に加工する。
【０１３９】
こうして線状に加工されたレーザービームは被処理基板１２０９に照射される。被処理基板のレーザービーム照射部において、エッジ１４１０は、半シリンドリカルレンズ群１４０３の基本面を経てエネルギー分布を均一化しているため、垂直に近いエネルギー分布を有している。
【０１４０】
一方、エッジ１４１１においては、収差の影響を大きく受けているため、不均一なエネルギー分布である。
【０１４１】
このように、一方のエッジ１４１０のみが垂直に近いエネルギー分布の線状レーザービームを走査する場合は、被処理基板を図１４の矢印で示す方向に移動させ、エッジ１４１０を前とする向きに走査をする。
【０１４２】
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する。レーザー照射条件は実施例１と同じ条件にて行った。
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
本実施例では、光学レンズ１２０４、１２０８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。
【０１４５】
また、光学レンズ１２０４および１２０８に組合せレンズを用いて、収差を減らしたが、光学レンズ１２０８のみを組合せレンズとし、光学レンズ１２０４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。
【０１４６】
〔実施例３〕
本実施例では、正方形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。
【０１４７】
正方形に加工するための光学系を図１５に示す。本実施例では、入射レーザービームの向きは、半シリンドリカルレンズ群１５０２および１５０３の基本面と平行であることが好ましい。
【０１４８】
入射レーザービームは、半シリンドリカルレンズ群１５０２によってＸ軸方向に分割され、半シリンドリカルレンズ群１５０３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。
【０１４９】
そして、分割されたレーザービームは、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１５０６によってＸ軸方向に関して重ね合わされ、同じく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１５０４によってＹ軸方向に関して重ね合わされる。
【０１５０】
このため、図１５上面図の太線で示す光路を経てエッジ１５１０に照射されるレーザービームは、半シリンドリカルレンズ群１５０２において基本線を経ているため収差をほとんど受けることがない。同様に断面図の太線で示す光路を経てエッジ１５１２に照射されるレーザービームは、半シリンドリカルレンズ群１５０３において基本線を経ているため収差をほとんど受けることがない。
【０１５１】
一方、エッジ１５１１および１５１３に照射されるレーザービームは、半シリンドリカルレンズ群１５０２，１５０３において、大きな収差を受けているため不均一なエネルギー分布を有する。
【０１５２】
図１５においては、光学レンズ１５０４、１５０６に組合せレンズを用いたが、非球面レンズを用いて収差を減らしてもよい。また、光学レンズ１５０４、１５０６をシリンドリカルレンズ単体としても従来に比べエッジは垂直に近い形状のエネルギー分布を得られる。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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の正方形に加工し、図１６に示す走査方法でレーザーアニールを行う。
【０１５５】
図１６ａで被処理基板１６０９に対して、正方形のレーザービームを１６０１で示す位置から矢印で示すようにＸ軸方向に走査する。図１６中の１５１０乃至１５１３は、図１５におけるレーザービームのエッジを示している。
【０１５６】
図１６ａの矢印で示すＸ軸方向へのレーザーアニールが完了すると、次のレーザー照射は、１６０１からエッジが垂直な１５１２を前とするＹ軸方向に移動した図１６ｂの１６０２で示す位置から矢印で示すようにＸ軸方向に走査する。
【０１５７】
このように走査することにより、垂直に近い形状のエネルギー分布を有するエッジ１５１０を前とする方向に走査をしているため、レーザーアニールされた領域１６０３はほぼ均一にレーザーアニールされている。
【０１５８】
そして、１６０２からＸ軸方向に走査する際に、１６０２の不均一なエッジ１５１３は、１６０３の領域と重なってレーザービームが走査されるため、不均一なエネルギー分布のエッジ１５１３による不均一なレーザーアニールを防止することができる。
【０１５９】
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する。レーザー照射条件は照射ステージの移動条件は、実施例１と同じ条件にて行った。
【０１６０】
本実施例における照射ステージの移動条件は、一被照射面にレーザービームを５〜２０ショット、本実施例では１０ショット照射する。そして、被照射面をＸ軸方向に９ｍｍ移動して、次のレーザービーム照射を行う。
【０１６１】
また、一つのＸ軸方向へのレーザーアニールを終了したら、Ｙ軸方向に９ｍｍ移動してＸ軸方向へのレーザーアニールを繰り返す。この条件で図１６に示す走査方法でレーザーアニールを行った。
【０１６２】
本実施例では、９ｍｍ間隔で移動したが、実施例１に示すように１．２ｍｍ／ｓの速度でＸ軸方向に走査する方法でもよい。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
〔実施例４〕
本実施例では、上記実施例１または実施例２により得られた多結晶珪素膜を利用してＴＦＴを作製する例を示す。
【０１６６】
上記の多結晶珪素膜をパターニングすることで、ＴＦＴの活性層パターンを形成する。この活性層パターンには、チャネル形成領域高抵抗領域が形成される。活性層を形成後、ゲイト絶縁膜として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により１００nmの厚さに成膜する。
【０１６７】
次にチタン膜をスパッタ法により４００ nm の厚さに成膜する。そして、このチタン膜をパターニングすることにより、ゲイト電極を得る。さらに、陽極酸化法により、チタン膜パターンの露呈した表面に陽極酸化膜を２００nmの厚さで形成する。
【０１６８】
この陽極酸化膜はゲイト電極の表面を電気的および物理的に保護する機能を有している。また、後の工程において、チャネル領域に隣接してオフセット領域と称される高抵抗領域を形成するために機能する。
【０１６９】
次に、ゲイト電極、およびその周囲の陽極酸化膜をマスクとして燐のドーピングを行う。この燐は、ソース、ドレイン領域を決定する為のドーパントとしての役割をになう。
【０１７０】
燐のドーピングを行うことで、ソース、ドレイン領域が自己整合的に形成される。リンのドーズ量は本実施例では、５×１０14ions／ｃｍ2 のドーズをイオンドーピング装置を用いて導入した。次にレーザーにより、燐を活性化させる。レーザーは実施例１で示した方法で照射した。レーザービームのエネルギー密度は、２００ｍＪ／ｃｍ2 程度とした。なお、本工程における適当なエネルギー密度は、レーザーの種類や照射の方法、半導体膜の状態により異なるので、それに合わせて調整する。レーザーの照射により、ソースドレイン領域のシート抵抗は１ＫΩ／□まで下がった。
【０１７１】
次に、層間絶縁膜として、窒化珪素膜をプラズマCVD法によって１５０nmの厚さに成膜し、更にアクリル樹脂膜を成膜する。アクリル樹脂膜の膜厚は、最少の部分で７００nmとなるようにする。ここで樹脂膜を用いるのは、表面を平坦化する為である。
【０１７２】
アクリル以外には、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、エポキシ等の材料を用いることができる。この樹脂膜は多層膜として構成しても良い。
次に、コンタクトホールの形成を行い、ソース電極、ドレイン電極を形成する。こうして、Ｎチャネル型ＴＦＴが完成する。本実施例では燐をソースドレイン領域に導入したのでＮチャネル型ＴＦＴが作製されたが、Ｐチャネル型を作製するのであれば、燐に変えてボロンをドーピングすればよい。
【０１７３】
本発明を利用して作製されたＴＦＴを使って、例えば、液晶ディスプレイを作製した場合、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。
【０１７４】
［実施例５］
本発明の実施例について図１７〜図１９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。
【０１７５】
図１７（Ａ）において、基板３１００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。
【０１７６】
そして、基板３１００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３１０１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。
【０１７７】
本実施例では、下地膜３１０１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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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１７（Ａ））
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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１７（Ｂ））
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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１７（Ｃ））
【０１８９】
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１７（Ｄ））
【０１９０】
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。
【０１９１】
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３１０４を介して結晶質シリコン膜にリンを添加した。
【０１９２】
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１７（Ｅ））
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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１７（Ｆ））
【０１９８】
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１８（Ａ））
【０１９９】
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１８（Ｂ））
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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１８（Ｃ））
【０２０４】
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３１２５〜３１３０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１８（Ｄ））
【０２０５】
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）３１１１〜３１１３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、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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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１８（Ｅ））
【０２０８】
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。
【０２０９】
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１８（Ｆ））
【０２１０】
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。
【０２１１】
次に、レジストマスク３１３５〜３１３８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１９（Ａ））
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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１９（Ｂ））
【０２１５】
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１８（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。
【０２１６】
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１８（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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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３１２５ｎｍの厚さに形成した。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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３１６８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。
【０２３０】
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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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。
【０２３４】
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１９（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。
【０２３５】
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１９（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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
また、ｎチャネル型ＴＦＴ３３０３には、チャネル形成領域３２０８、ソース領域３２０９、ドレイン領域３２１０、そしてチャネル形成領域の両側にＬＤＤ領域３２１１、３２１２が形成された。なお、この構造ではＬＤＤ領域３２１１、３２１２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。
【０２３８】
ここで図２０に示す断面図は図１９（Ｃ）に示したｎチャネル型ＴＦＴ３３０３を図１９（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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
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ＴＦＴ３３０３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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
図２１に示すように、図１９（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（対向電極）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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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２２の斜視図を用いて説明する。尚、図２２は、図１７〜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。アクティブマトリクス基板は、ガラス基板３１００上に形成され、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。３１６１は画素電極、３１６４は保持容量、３６０８は対向基板である。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。
【０２５１】
〔実施例６〕
効果  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。
【０２５２】
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２２及び図２３に示す。
【０２５３】
図２２（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。
【０２５４】
図２２（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。
【０２５５】
図２２（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。
【０２５６】
図２２（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。
【０２５７】
図２２（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（Ｄｉｇｉｔａｌ  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。
【０２５８】
図２２（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。
【０２５９】
図２３（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。
【０２６０】
図２３（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。
【０２６１】
なお、図２３（Ｃ）は、図２３（Ａ）及び図２３（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、２８０５〜２８０７、ダイクロイックミラー２８０３、２８０４、光学レンズ２８０８、２８０９、２８１１、液晶表示装置２８１０、投射光学系２８１２で構成される。投射光学系２８１２は、投射レンズを備えた光学系で構成される。本実施例は液晶表示装置２８１０を三つ使用する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２３（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。
【０２６２】
また、図２３（Ｄ）は、図２３（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、光源２８１３、２８１４、合成プリズム２８１５、コリメータレンズ２８１６、２８２０、レンズアレイ２８１７、２８１８、偏光変換素子２８１９で構成される。なお、図２３（Ｄ）に示した光源光学系は光源を２つ用いたが、光源を３〜４つ、あるいはそれ以上用いてもよく、勿論、光源を１つ用いてもよい。また、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フィルム等を設けてもよい。
【０２６３】
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１〜５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。効果また、単板式にも使用できる。
【０２６４】
【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。
【０２６５】
そして、本発明を利用して作製されたＴＦＴを使って、例えば、液晶ディスプレイを作製した場合、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】線状レーザービームによりレーザー結晶化された珪素膜の写真
【図２】従来例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３】従来例の光学系が形成する線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布図
【図４】本発明の光学系が形成する線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布図
【図５】本発明の光学系が形成する線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布図
【図６】球面収差の説明図
【図７】従来例における線状レーザービームを幅方向に加工する光学系と光路図
【図８】複数からなるレンズの組合せレンズの例を示した図
【図９】本発明における線状レーザービームを幅方向に加工する光学系と光路図
【図１０】半シリンドリカルレンズ群の例を示した図
【図１１】実施例におけるレーザーアニール装置の概略図。
【図１２】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１３】本発明におけるレーザー照射システムを示す図。
【図１４】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１５】本発明における正方形のレーザーを形成する光学系と光路図。
【図１６】本発明における正方形のレーザーを走査する方法の説明図。
【図１７】画素回路と制御回路の作製工程を示す図。
【図１８】画素回路と制御回路の作製工程を示す図。
【図１９】画素回路と制御回路の作製工程を示す図。
【図２０】ｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ構造を示す図。
【図２１】アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面構造図。
【図２２】アクティブマトリクス型液晶表示装置の斜視図。
【図２３】電子機器の概略図
【図２４】電子機器の概略図
【符号の説明】
２０１  レーザービーム発生装置
２０２  レーザービーム分割のためのシリンドリカルレンズ群
２０３  レーザービーム分割のためのシリンドリカルレンズ群
２０４  レーザービーム重ね合わせのためのシリンドリカルレンズ
２０５  スリット
２０６  レーザービーム重ね合わせのためのシリンドリカルレンズ
２０７  ミラー
２０８  レーザービーム重ね合わせのためのシリンドリカルレンズ
３０１  従来の線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布
３０２  従来の線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布
４０１  本発明の線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布
４０２  本発明の線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布
５０１  本発明の線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布
５０２  本発明の線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布
５０３  本発明の線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布
６０１  レンズ
７０３  レーザービームを幅方向に分割するシリンドリカルレンズ群
７０４  レーザービーム重ね合わせのためのシリンドリカルレンズ
７０８  線状ビームを集光するためのシリンドリカルレンズ
９０３  レーザービームを幅方向に分割するシリンドリカルレンズ群
９０４  レーザービーム重ね合わせのためのシリンドリカルレンズ
９０８  レーザービーム重ね合わせのためのシリンドリカルレンズ
９０９  被処理基板
９１０  線状レーザービームの幅方向のエッジ
９１１  線状レーザービームの幅方向のエッジ
１１０１  レーザービーム発生装置
１１０２  光学系に入射するレーザービームの方向を調整する反射ミラー
１１０３  光学系
１１０５  照射ステージ
１１０７  反射ミラー
１１０８  光学系
１１０９  被処理基板
１２０２  レーザービーム分割のためのシリンドリカルレンズ群
１２０３  レーザービーム分割のための組合せシリンドリカルレンズ群
１２０４  レーザービーム重ね合わせのための光学レンズ
１２０５  スリット
１２０６  レーザービーム重ね合わせのためのシリンドリカルレンズ
１２０８  レーザービーム重ね合わせのためのシリンドリカルレンズ
１２０９  被処理基板
１３０１  基板搬送室
１３０２  アライメント室
１３０３  カセット
１３０４  ロボットアーム
１３０５  ロード／アンロード室
１３０６  レーザー照射室
１４０３  レーザービーム分割のための半シリンドリカルレンズ群
１４１０  線状レーザービームの幅方向のエッジ
１４１１  線状レーザービームの幅方向のエッジ
１５０２  レーザービーム分割のための半シリンドリカルレンズ群
１５０３  レーザービーム分割のための半シリンドリカルレンズ群
１５０４  レーザービーム重ね合わせのための光学レンズ
１５０６  レーザービーム重ね合わせのためのシリンドリカルレンズ
１５１０  レーザービームのＸ軸方向のエッジ
１５１１  レーザービームのＸ軸方向のエッジ
１５１２  レーザービームのＹ軸方向のエッジ
１５１３  レーザービームのＹ軸方向のエッジ
１６０１  レーザービーム照射位置
１６０２  レーザービーム照射位置
１６０３  レーザーアニールされた領域
１６０９  被処理基板
【図１】
0004454720.tif 000002
【図２】
0004454720.tif 000003
【図３】
0004454720.tif 000004
【図４】
0004454720.tif 000005
【図５】
0004454720.tif 000006
【図６】
0004454720.tif 000007
【図７】
0004454720.tif 000008
【図８】
0004454720.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004454720.tif 000011
【図１１】
0004454720.tif 000012
【図１２】
0004454720.tif 000013
【図１３】
0004454720.tif 000014
【図１４】
0004454720.tif 000015
【図１５】
0004454720.tif 000016
【図１６】
0004454720.tif 000017
【図１７】
0004454720.tif 000018
【図１８】
0004454720.tif 000019
【図１９】
0004454720.tif 000020
【図２０】
0004454720.tif 000021
【図２１】
0004454720.tif 000022
【図２２】
0004454720.tif 000023
【図２３】
0004454720.tif 000024
【図２４】
0004454720.tif 000025