(57)【要約】【課題】レーザ照射によってポリシリコン膜を形成するときに凝集が発生することを防止する。【解決手段】レーザ光源からのレーザは、ハーフミラー１０２，反射ミラー１０４，ハーフミラー１０６を介し、ビーム整形用モジュール１０８に供給される。また、ハーフミラー１０２で反射されたレーザは、調整フィルタ１１０、光学的遅延モジュール１１２，反射ミラー１１４，ハーフミラー１０６を介し、ビーム整形用モジュール１０８に供給される。調整フィルタ１１０、光学的遅延モジュール１１２によって、ハーフミラー１０６で反射されたレーザの振幅、遅延を制御することで、ビーム整形用モジュール１０８に供給するレーザにおいて、複数の強度のそろったピークが得られる。【選択図】図１
2007005412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
このアモルファスシリコン膜にレーザを照射して、ポリシリコン膜を形成する工程と、
を含み、
前記ポリシリコン膜を形成する工程では、
レーザ光源からのレーザを複数の異なる光路長の経路に分岐し、その後分岐した複数の経路からのレーザを合成して時間的にずれた複数のピークを有するレーザをアモルファスシリコン膜に照射するとともに、少なくとも一方の経路にはその経路のレーザの振幅を調整する調整フィルタを配置し、そこを通過するレーザのピーク振幅を調整して、他経路のレーザとのピーク振幅をそろえ、
振幅がそろえられた複数のピークを有するレーザをアモルファスシリコン膜に照射することを特徴とするポリシリコン膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のポリシリコン膜の形成方法において、
前記アモルファスシリコン膜に照射するレーザの複数のピークは、最大のものに対する差が１０％以下のものが少なくとも１つ存在することを特徴とするポリシリコン膜の形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のポリシリコン膜の形成方法において、
前記アモルファスシリコン膜に照射するレーザの複数のピークは、最大のものが最初に位置することを特徴とするポリシリコン膜の形成方法。
【請求項４】
基板上に形成されたアモルファスシリコン膜にレーザを照射して、ポリシリコン膜を形成するポリシリコン膜形成装置であって、
レーザ光源からのレーザを複数の異なる光路長の経路に分岐し、その後分岐した複数の経路からのレーザを合成して時間的にずれた複数のピークを有するレーザをアモルファスシリコン膜に照射するとともに、
少なくとも一方の経路にはその経路のレーザの振幅を調整する調整フィルタを配置し、そこを通過するレーザのピーク振幅を調整して、他経路のレーザとのピーク振幅をそろえ、
振幅がそろえられた複数のピークを有するレーザをアモルファスシリコン膜に照射することを特徴とするポリシリコン膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタに利用するポリシリコン膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フラットパネルの代表的なものとして液晶表示装置があり、画素に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を配置して表示を画素毎に制御するアクティブタイプが主流となっている。このアクティブタイプでは、画素毎にＴＦＴを形成する必要があり、ガラスなどの基板上に半導体膜を形成し、これをＴＦＴの能動層として利用する。なお、有機ＥＬ表示装置なども同様のアクティブタイプのものが利用されている。
【０００３】
ここで、基板上に形成された半導体膜はアモルファスシリコンであり、電子移動度が小さい。そこで、アモルファスシリコンにレーザを照射（レーザアニール）することで、ポリシリコンを形成して、高速動作を可能とする低温ポリシリコンを利用するものも増えてきている。
【０００４】
ここで、レーザ照射によるポリシリコン化は、通常のパルスレーザを順次移動しながらアモルファスシリコン膜に照射することによって行われる。そして、このレーザ照射において、１パルスの照射幅を伸ばし、シリコンの凝固時間を長くすることが、得られるポリシリコンの結晶粒子径を大きくし、電子移動度を大きくするために効果的であるといわれている。
【０００５】
特許文献１では、レーザパルスを複数の経路に分割して遅延させ、これを再合成する。これによって、レーザパルスのパルス幅を５０ｎｓｅｃ以上として、電子移動度が高く高速動作が可能なトランジスタを得ることができる。また、特許文献２では、特許文献２と同様に、レーザを複数に分割して遅延させた後再合成することの他、２つのレーザ光源からのレーザを合成することも示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８-１４８４２３号公報
【特許文献２】特開２００３−１０９９１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、上述のように、複数のレーザを合成してレーザ照射時間を延長することによって、結晶性を改善して電子移動度を向上することができる。
【０００８】
一方、レーザ照射により形成したポリシリコン膜には、その結晶性にバラツキが大きくなるという問題があり、これが歩留まり悪化の大きな原因となっている。この結晶性のバラツキ発生は、レーザ照射におけるエネルギー密度にバラツキが生じることが原因と考えられている。そこで、エネルギー密度が一定なるように制御することが重要であるが、照射エネルギーを正確に一定に制御することは難しい。特に、レーザ照射に用いるビームは、ライン状のものが用いられ、ビームまたは照射される基板を移動して、全面にレーザ照射を行う。このようなシステムでは、レーザ出力のバラツキを極力抑えるだけでなく、移動を非常に正確に制御しなければ、照射エネルギーを一定することは非常に困難である。
【０００９】
また、上述のように、レーザの照射時間を延長する方法によって、結晶性の改善は期待できるが、単にレーザ照射時間を延長するだけでは、結晶性のバラツキについてはさほど変化がなく、歩留まり改善を図ることはできなかった。
【００１０】
本発明は、ポリシリコン膜における結晶性のバラツキを小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るポリシリコン膜の形成方法は、基板上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、このアモルファスシリコン膜にレーザを照射して、ポリシリコン膜を形成する工程と、を含み、前記ポリシリコン膜を形成する工程では、レーザ光源からのレーザを複数の異なる光路長の経路に分岐し、その後分岐した複数の経路からのレーザを合成して時間的にずれた複数のピークを有するレーザをアモルファスシリコン膜に照射するとともに、少なくとも一方の経路にはその経路のレーザの振幅を調整する調整フィルタを配置し、そこを通過するレーザのピーク振幅を調整して、他経路のレーザとのピーク振幅をそろえ、振幅がそろえられた複数のピークを有するレーザをアモルファスシリコン膜に照射することを特徴とする。
【００１２】
また、前記アモルファスシリコン膜に照射するレーザの複数のピークは、最大のものに対する差が１０％以下のものが少なくとも１つ存在することが好適である。
【００１３】
また、前記アモルファスシリコン膜に照射するレーザの複数のピークは、最大のものが最初に位置することが好適である。
【００１４】
また、本発明に係るポリシリコン膜の形成装置は、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜にレーザを照射して、ポリシリコン膜を形成するポリシリコン膜形成装置であって、レーザ光源からのレーザを複数の異なる光路長の経路に分岐し、その後分岐した複数の経路からのレーザを合成して時間的にずれた複数のピークを有するレーザをアモルファスシリコン膜に照射するとともに、少なくとも一方の経路にはその経路のレーザの振幅を調整する調整フィルタを配置し、そこを通過するレーザのピーク振幅を調整して、他経路のレーザとのピーク振幅をそろえ、振幅がそろえられた複数のピークを有するレーザをアモルファスシリコン膜に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明によれば、アモルファスシリコン膜に照射する複数のピークを有するレーザにおけるピークの大きさをそろえる。これによって、得られたポリシリコン膜における結晶性のバラツキを小さくすることができる。また、結晶性のバラツキが小さくなるため、許容できる移動、レーザ出力、ライン状のレーザの品質などについての条件（レーザ照射条件）の範囲が広くなり（マージンが拡大され）、製造が容易になるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、実施形態に係るポリシリコン膜の形成システムの構成を示す図である。レーザ光源１００は、例えばエキシマレーザを発生する。レーザ光源１００からのレーザは、ハーフミラー１０２に入射し、直線方向の透過光経路と、９０°角度が変更された方向の反射光経路の２つの経路に分割される。透過光は、反射ミラー１０４によって９０°角度が変更され、ハーフミラー１０６を透過する。
【００１８】
ハーフミラー１０２によって、９０°角度が変更された反射光は、調整フィルタ１１０に入射する。この調整フィルタ１１０は、入射してくるレーザのピーク強度を所定量だけ減衰し、ピーク強度を調整する。この調整フィルタ１１０は、レーザ光を減衰すればよいため、各種の光学的フィルタが利用できる。
【００１９】
調整フィルタ１１０でピーク強度が調整されたレーザは、光学的遅延モジュール１１２に入射され、ここで所定量だけ遅延される。例えば、光路長が６ｍ程度で２０ｓｅｃ、１２ｍ程度で４０ｎｓｅｃの遅延ができる。この光学的遅延モジュール１１２は、反射により光路長を長くするものでも、高屈折率の物質を用いるものでもよい。
【００２０】
光学的遅延モジュール１１２からの射出光は、反射ミラー１１４によって、ハーフミラー１０６に入射される。このハーフミラー１０６は、反射ミラー１１４からの入射レーザを９０°角度を変更して反射し、上述した反射ミラー１０４からのレーザと合成されて、ビーム整形用モジュール１０８に入射する。
【００２１】
そして、このビーム整形用モジュール１０８において、例えばライン状のレーザに整形され、これが基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に照射される。この例では、基板側を所定量ずつ移動しながら、ビーム整形用モジュール１０８からのレーザを順次照射して、所定面積の基板上のアモルファスシリコン膜全体に所定量のレーザを照射する。
【００２２】
ここで、図１のシステムにおいて、ハーフミラー１０２を透過する経路を光路Ａとし、ハーフミラー１０２によって反射される経路を光路Ｂとする。この場合に、光路Ａによって得られるレーザのプロファイルは、図２の最上段に示すように２つのピークからなる。これはレーザ光源１００から出力されるレーザのプロファイルそのままである。
【００２３】
一方、図２の中段に示すように、光路Ｂから得られるレーザは、調整フィルタ１１０、光学的遅延モジュール１１２によって、減衰量（出力）および遅延量を調整することができる。従って、図２の最下段に示すように、合成後のレーザにおいて、複数のピークの高さをそろえることが可能となる。なお、経路を３以上に設定する方が、合成後のレーザのプロファイルを所望のものとできるが、それだけシステムが複雑になる。
【００２４】
図３には、照射レーザの各種のプロファイルを示している。（ｉ）は、レーザ光源からのレーザをそのまま利用した場合である。（ｉｉ）は、レーザ光源からのレーザと遅延レーザを合成したものである。（ｉｉｉ），（ｉｖ）は、レーザ光源からのレーザを遅延するとともに、遅延レーザについて遅延量および減衰量を調整し、ピーク高さをそろえたものである。
【００２５】
このような（ｉ）〜（ｉｖ）のレーザを照射して、アモルファスシリコン膜の多結晶化を行ったところ、(ｉｉｉ）(ｉｖ)の処理において、プロセスマージンが広がり、ポリシリコン膜の均一度を高めることができ、歩留まりを大幅に改善できることが確認された。
【００２６】
また、各種の実験によれば、最大のピークに対し、差が１０％以下のピークがもう１つ存在することで、歩留まりのかなりの改善が図れ、その数が３以上となることで、さらに改善された。また、差が２０％以上のピークはいくら存在しても、歩留まりの改善に効果はなかった。さらに、１つのピークの幅は２０〜３０ｎｓｅｃあれば十分であり、それ以上長い必要はない。また、最も高いピークは最初に位置する方が、好適であることがわかっている。
【００２７】
ここで、レーザアニールにおけるポリシリコン膜形成における結晶化マージン、すなわち適正なポリシリコン膜を形成するためのプロセスマージンについて説明する。
【００２８】
図４（ａ）には、エキシマレーザによるレーザアニールによるポリシリコン形成の状態が示してある。照射エネルギー密度を上昇していくと、形成される結晶粒径は徐々に上昇するが、照射エネルギー密度所定値を超えると結晶粒径は急激に小さくなる。これは、照射エネルギー密度の増大によって、大結晶化が促進されるが、結晶粒径がおよそ１μｍを超えるエネルギーの照射により、シリコンの溶融が始まり、微結晶が生成されるからである。
【００２９】
ここで、ライン状のパルスレーザを用い、レーザ光源と被照射体である基板を相対的に移動しながら、レーザ照射を行う場合のレーザ照射エネルギーに対する結晶粒子径は、図４（ｂ）で示すようになる。ここで、図４（ｂ）で破線で示したのは、ライン状ビームの品質、レーザ出力変動などに基づき生じたレーザ照射ムラに応じて照射エネルギーが比較的大きくなってしまう領域であり、この領域では全体としてのレーザ照射エネルギーが低い条件（平均的には０．５μｍ程度の結晶が生成されるような条件）においてもすでに微結晶化が進み、粒子径が小さくなってしまう。従って、粒子径を所定以上に維持するために必要なレーザ照射エネルギーのマージンはあまり大きくない。
【００３０】
一方、本実施形態においては、一度に照射する複数の照射パルスのエネルギーレベルをそろえており、これによって、図４（ｃ）に示すように、全体としてのレーザ照射エネルギーに対し、微結晶が生成されるエネルギーレベルが高くなる。従って、適正な結晶粒子径を得るために、必要なレーザ照射エネルギーについてのマージンを広げ、ポリシリコン膜の形成を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態に係るシステムの構成を示す図である。
【図２】レーザのプロファイルを示す図である。
【図３】レーザのピーク強度を示す図である。
【図４】プロセスマージンについて説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００  レーザ光源、１０２，１０６  ハーフミラー、１０４，１１４  反射ミラー、１０８  ビーム整形用モジュール、１１０  調整フィルタ、１１２  光学的遅延モジュール。
【図１】
2007005412.tif 000003
【図２】
2007005412.tif 000004
【図３】
2007005412.tif 000005
【図４】
2007005412.tif 000006