(57)【要約】【課題】必要な回路パターンに応じて長尺結晶領域を高速に、複数同時に形成することのできる半導体膜処理方法を提供する。【解決手段】多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩを有して高速で移動する絶縁基板ＳＵＢ上にレーザＣＬを照射するレーザ光学系の途中に、レーザを絶縁基板ＳＵＢの走査方向Ｄに連続的に遮光するようなスリット状マスクＳＭＫを設置する。設置したスリット状マスクＳＭＫの遮光領域ＬＳＤではレーザが絶縁基板ＳＵＢに照射されないため、長尺結晶シリコン半導体領域ＲＳＩと多結晶シリコン半導体領域ＰＳＩとが複数個平行に形成される。長尺結晶シリコン半導体領域ＲＳＩには高移動度が要求される薄膜トランジスタ回路を作り込み、多結晶シリコン半導体領域ＰＳＩには高移動度を要しない薄膜トランジスタ回路を作り込む。【選択図】図１
2007157894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に非晶質シリコン半導体のアニールで得られた多結晶シリコン半導体膜を有する絶縁基板の当該多結晶シリコン半導体膜の選択された部分に連続発振レーザを照射して、前記選択された部分の前記多結晶シリコン半導体膜を長尺結晶シリコン半導体膜に改質する表示装置の製造方法であって、
前記連続発振レーザと前記絶縁基板との間にスリットマスクを設置し、前記絶縁基板と前記連続発振レーザとを相対移動させながら走査し、前記スリットマスクの透過部分を通して前記多結晶シリコン半導体膜の所要部分に前記連続発振レーザを照射し、当該所要部分の前記多結晶シリコン半導体膜を前記走査方向に成長させた長尺結晶シリコン半導体膜に改質することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置の製造方法において、
前記スリットマスクの透過部分は、前記絶縁基板と前記連続発振レーザの前記相対移動方向に平行で遮光部により区画された複数のスリット状の開口であり、前記長尺結晶シリコン半導体膜は前記多結晶シリコン半導体膜と交互に、かつ平行に形成されることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の表示装置の製造方法において、
前記絶縁基板は、アクティブ・マトリクス方式の表示装置を構成するアクティブ基板であり、前記所要部分が前記アクティブ基板の周辺に設ける駆動用回路領域であることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項４】
表面に多結晶シリコン半導体膜を有する絶縁基板の当該多結晶シリコン半導体膜の選択された部分に連続発振レーザを照射して、前記選択された部分の前記多結晶シリコン半導体膜を長尺結晶シリコン半導体膜に改質する表示装置の製造方法であって、
前記連続発振レーザと前記絶縁基板との間に位相シフトパターンを有する位相シフトマスクを設置し、前記絶縁基板と前記連続発振レーザを相対移動させながら走査し、前記位相シフトマスクを通して前記多結晶シリコン半導体膜に前記連続発振レーザを照射することにより、前記多結晶シリコン半導体膜の所要部分の前記多結晶シリコン半導体膜を前記走査方向に成長させた長尺結晶シリコン半導体膜に改質することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の表示装置の製造方法において、
前記位相シフトマスクの位相シフトパターンは、前記絶縁基板と前記連続発振レーザの前記相対移動方向に平行であり、前記長尺結晶シリコン半導体膜は前記多結晶シリコン半導体膜と交互に、かつ前記位相シフトマスクの前記位相シフトパターンと平行に形成されることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の表示装置の製造方法において、
前記絶縁基板は、アクティブ・マトリクス方式の表示装置を構成するアクティブ基板であり、前記所要部分が前記アクティブ基板の周辺に設ける駆動用回路領域であることを特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基板上に形成されたシリコン半導体膜の多結晶構造の所要部分をレーザ光で長尺結晶構造に改質する表示装置の製造方法に係り、当該改質された半導体膜で駆動回路等のアクティブ素子を形成するアクティブ・マトリクス方式の表示装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
マトリクス配列された画素の駆動素子として薄膜トランジスタ等のアクティブ素子を用いたアクティブ・マトリクス方式の表示装置（アクティブ・マトリクス駆動方式の画像表示装置、ディスプレイ装置とも称する）が広く使用されている。この種の表示装置としては、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置が典型例として挙げることができる。これらの表示装置の多くは、半導体膜としてシリコン膜を用いて形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等をアクティブ素子として構成した多数の画素回路およびその駆動回路とを絶縁基板上に配置することで良質の画像を表示することができる。ここでは、上記アクティブ素子として、その典型例である薄膜トランジスタを例として説明する。
【０００３】
半導体膜としてこれまで一般的に用いられてきた非晶質シリコン半導体膜（以下、アモルファスシリコン半導体膜とも称する）を用いた薄膜トランジスタでは、そのキャリア（電子またはホール）移動度に代表される薄膜トランジスタの性能に限界があるために、高速、高機能が要求される回路を構成することは困難であった。より優れた画像品質を提供するのに必要な高移動度の薄膜トランジスタの実現にはアモルファスシリコン半導体膜をあらかじめポリシリコン膜（等方的結晶シリコン半導体膜、以下では多結晶シリコン膜とも称する）に改質し、この多結晶シリコン半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成するのが有効である。この改質のためにはエキシマレーザ光等のレーザ光を照射してアモルファスシリコン膜をアニールする手法（レーザアニーリング）が用いられている。
【０００４】
例えば、液晶表示装置では、薄膜トランジスタを形成する絶縁基板（アクティブ基板、薄膜トランジスタ基板などと称する）の中央の大部分の領域に画素をマトリクス配置した表示領域とし、この表示領域の周辺に駆動回路や表示に必要な他の回路を設ける駆動用回路領域を配置する。
【０００５】
駆動用回路領域に設ける薄膜トランジスタは表示領域の画素を構成する薄膜トランジスタよりも高移動度であることが要求される。エキシマレーザを用いたレーザアニーリングによる改質方法を図５で説明する。
【０００６】
図５は、一般的なエキシマパルスレーザ照射を走査することによるアモルファスシリコン膜の結晶化方法の説明図であり、図５（ａ）は照射される半導体層を形成した絶縁基板ＳＵＢの構成、図５（ｂ）はレーザの照射で改質される状態を示す。この絶縁基板ＳＵＢにはガラスやセラミックスが用いられる。
【０００７】
図５において、絶縁基板ＳＵＢ上に下地膜ＢＦＬ（ＳｉＯ/ＳｉＮ等）を介して堆積したプレカーサ膜としてのアモルファスシリコン膜ＡＳＩに幅が数ｎｍ乃至数１００ｎｍ程度の線状のエキシマレーザＥＬＡを照射し、矢印で示したように一方向（ｘ方向）に沿って１乃至数パルス毎に照射位置を移動する走査を行うことによりアモルファスシリコン膜ＡＳＩをアニールし、絶縁基板ＳＵＢ全体のアモルファスシリコン膜ＡＳＩをポリシリコン膜（多結晶シリコン膜）ＰＳＩに改質する。
【０００８】
この方法で改質したポリシリコン膜ＰＳＩは、画素回路等に適用される比較的低いキャリア移動度でよい薄膜トランジスタの形成に用いられる。しかし、駆動回路等の画素領域の周辺に配置される周辺回路領域には、特に、高精細、大画面化に伴ってさらに高いキャリア移動度の薄膜トランジスタが要求される。キャリア移動度を高くするには、薄膜トランジスタの活性層であるシリコン半導体を移動するキャリアがシリコン結晶の粒界を横切る数が少ないことが必要である。つまり、シリコン結晶が大きい半導体を得る必要がある。
【０００９】
このため、ポリシリコン膜をさらに単結晶に近づく大きな結晶に改質する擬似単結晶化技術が開発されている。図６と図７でこの擬似単結晶化の一例を説明する。なお、この擬似単結晶化では、その改質プロセスに依存する擬似単結晶化が長尺形状となることから、改質された擬似単結晶を帯状結晶あるいは長尺結晶シリコン半導体と称する。
【００１０】
図６は、整形ビームを照射して多結晶シリコン半導体膜を長尺結晶シリコン半導体膜に改質する工程を示す図である。ここでは、時間変調され、多結晶シリコン薄膜に一方向に細長いビーム形状に整形された連続発振レーザ光を当該ビーム形状の一方向と交差する方向に（一般的には直行する方向に）走査しながら照射した場合の、多結晶シリコン薄膜の挙動を説明する。
【００１１】
図６（ａ）に示すように、細長い形状に集光したレーザ光Lを多結晶シリコン膜ＰＳＩ上に走査しながら、領域ＬＲＲに照射する。適切なパワー密度で照射した場合、レーザ照射領域ＬＲＲ以外の多結晶シリコン膜ＰＳＩはそのまま残るが、レーザ照射領域ＬＲＲ内の多結晶シリコン膜は溶融する。
【００１２】
その後、レーザ光Ｌが通過することにより急速に凝固・結晶化する。この時、図６（ｂ）に示すように、照射開始部で最初に溶融した領域のシリコンから冷却・凝固が始まるが、レーザ照射領域ＬＲＲに接している結晶粒たとえばＳＣが種結晶となって、レーザ光の走査方向に結晶成長する。しかし、その成長速度は結晶の方位によって異なるため、最終的には最も成長速度の早い結晶方位を持つ結晶粒だけが結晶成長を続ける。
【００１３】
即ち、図６（ｂ）に示すように、成長速度の遅い結晶方位をもつ結晶粒ＣＣ１は、周囲の成長速度の早い結晶方位をもつ結晶粒ＣＣ２、ＣＣ３の成長に抑えられ、結晶成長が止まる。また、成長速度が中程度の結晶方位を持つ結晶粒ＣＣ２は成長を続けるが、さらに成長速度の大きい結晶粒ＣＣ３、ＣＣ４の成長に抑えられ、やがて結晶成長が停止する。最終的には結晶成長速度の最も大きな結晶方位を持つ結晶粒ＣＣ３、ＣＣ４が成長を続ける。
【００１４】
この成長が１０〜５０ミクロン程度の長さに成長すると、やがて新たに成長を開始した結晶粒に抑えられたり、複数の結晶粒に分割されたりするため、結果的に幅が０．２〜２ミクロン、長さ５〜５０ミクロンの結晶粒が得られる。これら、最後まで結晶成長が続いた結晶粒ＣＣ３、ＣＣ４、ＣＣ５、ＣＣ６、ＣＣ７、ＣＣ８は、厳密な意味では独立した結晶粒であるが、ほとんど同じ結晶方位を有しており、溶融再結晶した部分はシリコン結晶が横方向成長し、帯状の結晶粒で構成される長尺のシリコン半導体膜となる。この長尺結晶シリコン半導体膜は実効的にほぼ単結晶（擬似単結晶）と見なすことができる。しかも、このレーザアニール後における表面の凹凸は１０ｎｍ以下であり、極めて平坦な表面状態をもつ。
【００１５】
レーザ光Ｌを上記したように微結晶シリコン半導体膜ＰＳＩに照射することにより、レーザ光Ｌを照射した領域ＬＲＲがアニールされ、特定の結晶方位を有する結晶粒のみが成長して、厳密な意味では多結晶状態であるが、ほぼ単結晶に近い性質を有する領域が形成されたことになる。なお、ＩＳＬ１、ＩＳＬ２は後述する薄膜トランジスタの活性領域となる部分を示す。
【００１６】
図７は、形成された長尺シリコン結晶で薄膜トランジスタを形成する工程を示す図である。図７（ａ）に示す様に、アニールの後で実施されるフォトエッチング工程により島状のシリコン薄膜領域ＩＳＬ１、ＩＳＬ２を形成し、所定領域に不純物拡散、ゲート絶縁膜形成などの工程を経て、図７（ｂ）に示す様にゲート電極ＧＴ、ソース電極ＳＤ１、ドレイン電極ＳＤ２を形成して薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が完成する。図７（ｂ）に示したように、長尺シリコン結晶粒の粒界方向（結晶の成長方向）をキャリア（ここでは電流）の流れる方向と一致させることで、電流は結晶粒界を横切ることがないため、実質的に単結晶と考えて良い。この時のシリコン膜の移動度として、４００ｃｍ2／Ｖｓ以上、典型的には４５０ｃｍ2／Ｖｓが得られる。
【００１７】
なお、長尺結晶シリコン半導体膜の結晶化と、長尺結晶シリコン半導体膜に薄膜トランジスタを作り込んだ表示装置に関する従来技術を開示したものとしては、特許文献１、特許文献２を挙げることができる。
【特許文献１】特開２００３−１６８６４５号公報
【特許文献４】特開２００４−５４１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記した長尺結晶シリコン半導体膜の成長では、結晶成長方向の移動度は高いが、その垂直方向はプレカーサ膜のエキシマレーザアニール（ＥＬＡ）領域よりも粒界が小さくなり、その移動度は低下する。そこで、長尺結晶を成長させる場所を分ける必要が出てくる。作り込む回路に合わせて複数の島状のシリコン薄膜領域の配置で周辺回路を構成する場合、一度に形成する面積が小さく、レーザ照射時間に長時間を要する。
【００１９】
本発明の目的は、必要な回路パターンに応じて長尺結晶領域を高速に、複数同時に形成することのできる表示装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を解決するための第一手段として、本発明は、多結晶シリコン半導体膜を有して高速で移動する絶縁基板上にレーザを照射するレーザ光学系の途中に、レーザを絶縁基板の走査方向に連続的に遮光するようなスリット状マスクを設置する。設置したスリット状マスクの遮光領域ではレーザが絶縁基板に照射されないため、長尺結晶シリコン半導体領域と多結晶シリコン半導体領域とが複数個平行に形成される。長尺結晶シリコン半導体領域には高移動度が要求される薄膜トランジスタ回路を作り込み、多結晶シリコン半導体領域には高移動度を要しない薄膜トランジスタ回路を作り込む。
【００２１】
上記の課題を解決するための第二手段として、本発明は、多結晶シリコン半導体膜を有して高速で移動する絶縁基板上にレーザを照射するレーザ光学系の途中に、スリット状位相シフトマスクを設置する。設置したスリット状位相シフトマスクのシフトパターンに沿って複数の平行な温度勾配が形成され、この温度勾配の方向にシリコン半導体膜が成長し、長尺結晶シリコン半導体領域と多結晶シリコン半導体領域とが複数個平行に形成される。長尺結晶シリコン半導体領域には高移動度が要求される薄膜トランジスタ回路を作り込み、多結晶シリコン半導体領域には高移動度を要しない薄膜トランジスタ回路を作り込む。
【００２２】
長尺結晶シリコン半導体の形成に本発明で用いるレーザは、パルス変調レーザあるいは擬似ＣＷレーザと称し、長尺結晶シリコン半導体膜の不連続な改質領域を作成する手法をＳＥＬＡＸ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ  Ｅｎｌａｒｇｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）と称する。
【００２３】
本発明による製造方法を用いて製作した表示装置では、その絶縁基板（アクティブ・マトリクス基板）の画素領域に有するシリコン膜はＣＶＤ法あるいはスパッタ法で形成された非晶質シリコン（アモルファスシリコン）膜をエキシマレーザの照射で改質した多結晶シリコン（ポリシリコン）膜であり、駆動回路領域に有するシリコン半導体膜は多結晶シリコン膜に固体レーザを用いたパルス変調レーザあるいは擬似ＣＷレーザの照射でさらに結晶構造が改質された略帯状結晶シリコン膜となる。
【００２４】
本発明の第一手段にかかる典型的な構成は、以下の通りである。すなわち、
（１）本発明は、表面に非晶質シリコン半導体のアニールで得られた多結晶シリコン半導体膜を有する絶縁基板の当該多結晶シリコン半導体膜の選択された部分に連続発振レーザを照射して、前記選択された部分の前記多結晶シリコン半導体膜を長尺結晶シリコン半導体膜に改質する半導体膜処理法を用いた表示装置の製造方法である。
【００２５】
この表示装置の製造方法において、本発明では、前記連続発振レーザと前記絶縁基板との間にスリットマスクを設置し、前記絶縁基板と前記連続発振レーザを相対移動させながら走査し、前記スリットマスクの透過部分を通して前記多結晶シリコン半導体膜の所要部分に前記連続発振レーザを照射し、当該所要部分の前記多結晶シリコン半導体膜を前記走査方向に成長させた長尺結晶シリコン半導体膜に改質することを特徴とする。
【００２６】
又、本発明の前記スリットマスクの透過部分は、前記絶縁基板と前記連続発振レーザの前記相対移動方向に平行で遮光部により区画された複数のスリット状の開口であり、前記長尺結晶シリコン半導体膜は前記多結晶シリコン半導体膜と交互に、かつ平行に形成されることを特徴とする。
【００２７】
又、本発明の前記絶縁基板は、アクティブ・マトリクス方式の表示装置を構成するアクティブ基板であり、前記所要部分が前記アクティブ基板の周辺に設ける駆動用回路領域であることを特徴とする。
【００２８】
本発明の第一手段にかかる典型的な構成は、表面に多結晶シリコン半導体膜を有する絶縁基板の当該多結晶シリコン半導体膜の選択された部分に連続発振レーザを照射して、前記選択された部分の前記多結晶シリコン半導体膜を長尺結晶シリコン半導体膜に改質する方法である。
【００２９】
この方法において、本発明では、前記連続発振レーザと前記絶縁基板との間に位相シフトパターンを有する位相シフトマスクを設置し、前記絶縁基板と前記連続発振レーザを相対移動させながら走査し、前記位相シフトマスクを通して前記多結晶シリコン半導体膜に前記連続発振レーザを照射することにより、前記多結晶シリコン半導体膜の所要部分の前記多結晶シリコン半導体膜を前記走査方向に成長させた長尺結晶シリコン半導体膜に改質する。
【００３０】
又、本発明の前記位相シフトマスクの位相シフトパターンは、前記絶縁基板と前記連続発振レーザの前記相対移動方向に平行であり、前記長尺結晶シリコン半導体膜は前記多結晶シリコン半導体膜と交互に、かつ前記位相シフトマスクの前記位相シフトパターンと平行に形成される。
【００３１】
又、本発明の前記絶縁基板は、アクティブ・マトリクス方式の表示装置を構成するアクティブ基板であり、前記所要部分が前記アクティブ基板の周辺に設ける駆動用回路領域であることを特徴とする。
【００３２】
なお、ここで言うパルス変調とは、パルスの幅あるいはパルスとパルスの間隔、もしくはこれら両者を変化させる変調方法を意味する。具体的には、ＣＷ（連続発振）レーザを，電気光学変調（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ：ＥＯ変調）することで、このような変調パルスを得ることができる。なお、画素領域をアモルファスシリコン膜のままとしたものにも本発明を適用できる。
【発明の効果】
【００３３】
従来では、等方的すなわち多結晶粒径シリコン半導体膜領域内に長尺結晶シリコン半導体膜の領域を個々に形成するため、長尺結晶シリコン半導体膜が必要な領域全部に長時間にわたってレーザ照射を行っていた。これに対し、本発明の第一手段では必要な回路パターンに応じて遮光ブラックマトリクスで区画された領域にスリット状のレーザ照射を行うものであるため、当該スリットの数を複数とすることにより一回の走査で複数の長尺結晶シリコン半導体膜領域を同時に形成でき、必要な長尺結晶シリコン半導体膜領域を高速で形成できる。
【００３４】
また、本発明の第二手段では、例えば画素領域の薄膜トランジスタを選択する走査回路の配列方向に平行な方向、及び垂直な方向の何れにも高移動度のシリコン半導体膜を形成できる。本発明の第二手段では位相シフトマスクを用いることで、前記基板の走査方向（レーザとの相対走査方向）だけでなく、それと垂直な方向にも位相シフトマスクに起因する温度勾配を形成でき、絶縁基板の当該走査方向の長範囲の帯状結晶成長に加えて、その垂直方向にも短範囲の帯状結晶成長を実現できる。
【００３５】
本発明によれば、絶縁基板上の特定の方向に高移動度のシリコン半導体膜領域とそれよりも移動度の低いシリコン半導体膜領域とを必要に応じて混在させて形成できるため、集積度の向上に資する。また、絶縁基板の相対走査方向に長い範囲で長尺結晶シリコン半導体膜を形成すると同時に、その垂直方向にも短領域の長尺結晶シリコン半導体膜を形成した周辺回路全域が同じ長尺結晶シリコン半導体膜とした絶縁基板を得ることもできる。
【００３６】
そして、本発明によりアクティブ・マトリクス基板を製作することで優れた画質の有機ＥＬ表示装置を安価に提供できる。さらに本発明では、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置にとどまることなく、同様の半導体構造を駆動回路に有する他の方式のアクティブ・マトリクス型画像表示装置、さらには半導体ウエハ上に作り込む各種の半導体装置にも適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。ここで説明する絶縁基板はアクティブ・マトリクス型の表示装置を構成する薄膜トランジスタ基板である。
【実施例１】
【００３８】
図１は、本発明の半導体膜処理方法の実施例１を説明するレーザ照射系と改質された前記基板の要部を説明する図である。図１の（a）はレーザ照射系を示し、薄膜トランジスタ基板としてのガラス基板ＳＵＢ１上に成膜した非晶質シリコン半導体膜の全面をアニールしてポリシリコン（多結晶シリコン）半導体膜ＰＳＩに改質する。このアニール法としてはエキシマレーザの照射による方法（エキシマレーザアニーリング：ＥＬＡ）が代表的である。
【００３９】
この多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩが被覆されたガラス基板ＳＵＢ１の周辺回路部分に選択的に連続発振レーザＣＬを照射する。連続発振レーザＣＬは、一方向（図１の紙面に向かって上下方向）に細長く成形されている。連続発振レーザＣＬの出力端にはスリットマスクＳＭＫが配される。スリットマスクＳＭＫは遮光部ＬＳＤを有し、この遮光部ＬＳＤで細長いレーザＣＬの長手方向が複数に区画されている。スリットマスクＳＭＫを通ったレーザはミラーＭＬで方向変更されてガラス基板ＳＵＢ１の周辺回路部分を照射する。ガラス基板ＳＵＢ１は可動ステージＭＳＧに載置されており、可動ステージＭＳＧを紙面に垂直な方向Ｄに移動させることでガラス基板ＳＵＢ１をレーザに対して走査させる。なお、ガラス基板ＳＵＢ１を移動させる代わりにレーザ側を移動させることもできる。
【００４０】
投入するレーザパワーによって多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩが加熱され、溶融する。ガラス基板ＳＵＢ１との相対的な高速走査により、走査方向に対して横方向に温度勾配が形成される走査条件となるようにレーザパワーとガラス基板ＳＵＢ１の走査速度を設定することにより、溶融したシリコン半導体膜が再結晶する際に走査方向に結晶が成長して当該走査方向に長尺なシリコン半導体結晶粒が得られる。
【００４１】
図１の（b）に示されたように、長尺なシリコン半導体結晶粒はレーザ走査方向ＬＤに長手方向を有し、スリットマスクＳＭＫの遮光部ＬＳＤで遮光された部分が多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩのままとなっている。長尺なシリコン半導体結晶粒は、擬似的単結晶と見なすことができ、ここでは長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩとして図示されている。長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩと多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩとはレーザ走査方向ＬＤと直交する方向ＳＤに平行に複数配列されている。
【００４２】
このように、実施例１では、レーザを一方向に細長いビーム（走査方向に幅広のレーザ）に整形し、その光路上にスリットマスクを設置することによって一回の走査のレーザ照射で複数の長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩと多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩとを平行に形成される。
【００４３】
表示装置の薄膜トランジスタ基板における画素領域の周辺に配置される駆動回路を含む周辺回路において、高いキャリア移動度を要求される薄膜トランジスタの活性層をこの長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩの長手方向に設定することで高速のスイッチング回路の構築が可能となる。また、多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩには、長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩの長手方向と直交する方向に薄膜トランジスタの活性層を配置することができる。
【００４４】
長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩの長手方向のキャリア移動度は３００〜５００ｃｍ2/Ｖｓで多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩのそれより高く、長手方向と直交する方向のキャリア移動度は、結晶粒界が狭くなるために多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩよりもキャリア移動度は低くなる場合がある。実施例１では、長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩと多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩとのキャリア移動度に応じて、薄膜トランジスタの活性層の向きを適宜選択して最適な回路設計を可能とする。スリットマスクの遮光部の幅、数は周辺回路の構成に応じて任意である。
【実施例２】
【００４５】
図２は、本発明の半導体膜処理方法の実施例２を説明するレーザ照射系と改質された前記基板の要部を説明する図である。図２の（a）はレーザ照射系を示し、実施例１と同様に、薄膜トランジスタ基板としてのガラス基板ＳＵＢ１上に成膜した非晶質シリコン半導体膜の全面をアニールして多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩに改質してある。
【００４６】
この多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩが被覆されたガラス基板ＳＵＢ１の周辺回路部分に選択的に連続発振レーザＣＬを照射する。連続発振レーザＣＬは、一方向（図１の紙面に向かって上下方向）に細長く成形されている。連続発振レーザＣＬの出力端には位相シフトマスクＰＭＫが配される。位相シフトマスクＰＭＫを通ったレーザはミラーＭＬで方向変更されてガラス基板ＳＵＢ１の周辺回路部分を照射する。ガラス基板ＳＵＢ１は可動ステージＭＳＧに載置されており、可動ステージＭＳＧを紙面に垂直な方向Ｄに高速で移動させることでガラス基板ＳＵＢ１をレーザに対して走査させる。なお、ガラス基板ＳＵＢ１を移動させる代わりにレーザ側を移動させることもできる。
【００４７】
実施例２では、実施例１におけるスリットマスクに代えて位相シフトマスクＰＭＫを用いることで、レーザが多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩに照射される際に位相の反転されたレーザ光が走査方向に交互に照射される。これにより、位相シフトマスクのパターンＳＦＰに沿った温度勾配が形成されて溶融部分と非溶融部分が生じる。溶融部分のシリコンは再結晶する時に、その温度勾配の方向にシリコン結晶が成長する。このとき、レーザパワーとガラス基板ＳＵＢ１の走査速度を設定する。その結果、走査方向に長尺なシリコン半導体結晶粒が得られる。
【００４８】
図２の（b）に示されたように、溶融部分の長尺なシリコン半導体結晶粒はレーザ走査方向ＬＤに長手方向を有し、位相シフトマスクＰＭＫの位相シフトマスクのパターンＳＦＰで溶融する温度に至らなかった部分が多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩのままとなっている。長尺なシリコン半導体結晶粒は、擬似的単結晶と見なすことができ、ここでは長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩとして図示されている。長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩと多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩとはレーザ走査方向ＬＤと直交する方向ＳＤに平行に複数配列されている。長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩと多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩの間隔は位相シフトマスクＰＭＫのパターンＳＦＰの間隔で決まる。
【００４９】
図３は、位相シフトマスクの構成例と基板上でのシリコン結晶の成長原理の説明図である。図３において、位相シフトマスクＰＭＫは、石英基板上に、例えばレーザの波長が３０８ｎｍに対して位相が略１８０度シフトする凹凸ストライプ状のパターンＳＦＰを３μｍピッチで形成してなる。このパターンＳＦＰはレーザの長軸方向と略直交する方向に長手方向を有する。
【００５０】
この位相シフトマスクＰＭＫを通過したレーザの強度分布ＩＰは図中に三角のグラフで示したようになる。このような強度分布のレーザを多結晶シリコン膜ＰＳＩに照射することで、溶融したシリコンが再結晶する際に、走査方向と直交する方向ＣＧＤに結晶が成長しながら走査方向に擬似単結晶が形成される。走査方向と直交する方向ＣＧＤでの結晶はレーザ強度の低い方から高い方に成長する。そして、レーザ強度のピーク位置に突起ＰＪＮが形成される。
【００５１】
このように、実施例２では、レーザを一方向に細長いビーム（走査方向に幅広のレーザ）に整形し、その光路上に位相シフトマスクを設置することによって一回の走査のレーザ照射で複数の長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩと多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩとを平行に形成される。
【００５２】
表示装置の薄膜トランジスタ基板における画素領域の周辺に配置される駆動回路を含む周辺回路において、高いキャリア移動度を要求される薄膜トランジスタの活性層をこの長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩの長手方向に設定することで高速のスイッチング回路の構築が可能となる。また、多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩには、長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩの長手方向と直交する方向に薄膜トランジスタの活性層を配置することができる。
【００５３】
長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩの長手方向のキャリア移動度は３００〜５００ｃｍ2/Ｖｓで多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩのそれより高く、長手方向と直交する方向のキャリア移動度は、結晶粒界が狭くなるために多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩよりもキャリア移動度は低くなる場合がある。実施例１では、長尺結晶シリコン半導体膜ＲＳＩと多結晶シリコン半導体膜ＰＳＩとのキャリア移動度に応じて、薄膜トランジスタの活性層の向きを適宜選択して最適な回路設計を可能とする。位相シフトマスクの位相シフトパターンの幅、数は周辺回路の構成に応じて任意である。
【００５４】
通常の長尺結晶シリコン半導体膜の結晶粒径は走査方向に５〜１０μｍ程度、走査方向に直交する方向には０．３μｍ程度である。実施例２では、移動ステージＭＳＧの移動方向（レーザとの相対走査方向）には５〜１０μｍ程度であるが、走査方向に直交する方向には１．０μｍ程度であり、エキシマレーザアニーリングによる結晶以上の粒径形成が可能である。
【００５５】
位相シフトマスクでは、平均化するとガラス基板に投入されるレーザパワーが低下するため、位相シフトマスクの適用領域は走査方向と直交する方向ＳＤに結晶粒を広げたい領域のみに限定し、走査方向ＬＤに結晶粒を成長させたい場合には、そのままレーザ照射をするのがよい。
【００５６】
なお、レーザパワーが十分に大きい場合、位相シフトマスクによるパワー低下分を相殺できるため、レーザを照射する全領域に位相シフトマスクを適用すればよい。
【００５７】
図４は、表示装置を構成するアクティブ・マトリクス基板上の回路配置例の説明図である。アクティブ・マトリクス基板のガラス基板ＳＵＢ1の大部分は画素領域すなわち表示領域ＤＰＡであり、この表示領域ＤＰＡの周辺にデータ駆動回路ＤＤＡやスキャン駆動回路ＧＤＡ、その他の回路ＡＣＡが配置される。これらの回路を周辺回路と称する。
【００５８】
周辺回路のうち、特にデータ駆動回路ＤＤＡを構成する回路では、その回路を構成する薄膜トランジスタに高いキャリア移動度が要求されるものがある。また、このデータ駆動回路ＤＤＡの中には、それほど高いキャリア移動度が必要とされない薄膜トランジスタを用いなくてもよい回路もある。これらの回路を構成する薄膜トランジスタを前記の各実施例で説明されたシリコン結晶半導体膜にレイアウトして作り込むことで、実装効率がよく、高精細で、高速の薄膜トランジスタ基板を製作できる。
【００５９】
この薄膜トランジスタ基板を用いて液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等のアクティブ・マトリクス表示装置を構成することにより、回路面積が縮小でき、画素領域の回りの面積を狭くすることで、狭額縁で広い表示画面を持つ表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の半導体膜処理方法の実施例１を説明するレーザ照射系と改質された前記基板の要部を説明する図である。
【図２】本発明の半導体膜処理方法の実施例２を説明するレーザ照射系と改質された前記基板の要部を説明する図である。
【図３】位相シフトマスクの構成例と基板上でのシリコン結晶の成長原理の説明図である。
【図４】表示装置を構成するアクティブ・マトリクス基板上の回路配置例の説明図である。
【図５】一般的なエキシマパルスレーザ照射を走査することによるアモルファスシリコン膜の結晶化方法の説明図である。
【図６】整形ビームを照射して多結晶シリコン半導体膜を長尺結晶シリコン半導体膜に改質する工程を示す図である。
【図７】形成された長尺シリコン結晶で薄膜トランジスタを形成する工程を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
ＳＵＢ１・・・ガラス基板、ＰＳＩ・・・多結晶シリコン半導体膜、ＣＬ・・・連続発振レーザ、ＳＭＫ・・・スリットマスク、ＬＳＤ・・・遮光部、ＭＬ・・・ミラー、ＭＳＧ・・・可動ステージ、ＲＳＩ・・・長尺結晶シリコン半導体膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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