JP4354165B2

JP4354165B2 - レーザ照射装置及びレーザ照射方法

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Publication number: JP4354165B2
Application number: JP2002276288A
Authority: JP
Inventors: 圭恵高野; 浩二大力
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP2004119400A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明はレーザ光を用いた半導体膜のアニール（結晶化や活性化を含む）の方法及びそれを行うためのレーザ照射装置（レーザと該レーザから出力されるレーザ光を被処理体まで導くための光学系を含む装置）に関する。また本発明はレーザ照射装置を用いた薄膜トランジスタの作製方法及び薄膜トランジスタ、更にそれを備えた液晶装置、ＥＬ表示装置その他の表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタを有する表示装置の研究がすすみ、ディスプレイの大型化が進んできた。それに伴いマザーガラスの大面積化が進み、大型基板上に形成された半導体膜に対して、レーザ光による結晶化や活性化（以下、レーザアニールという）が行われてきた。レーザアニールは、加熱炉と比較すると短時間で処理時間をすることができ、量産に適する方法である。
【０００３】
レーザアニールを行う場合には、被照射体（具体的には基板面）内でのレーザ照射強度の不均一性が生じることを防止するため、基板の状態を平滑（平坦）なものとする必要があった。しかし実際の基板、特に安価なガラス基板では、平滑性が乏しく、レーザ照射強度が不均一なものとなってしまった。
【０００４】
そのため従来のレーザ照射技術においては、レーザ照射装置のステージに被照射体を吸着し平滑な状態として、レーザを照射している（例えば、特許文献１参照）。また、処理室内の圧力差を利用して、基板をあえて変形させた状態で、レーザを照射し、レーザ照射強度の不均一を防止している（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−６３９８４号公報
【特許文献２】
特開平９−６３９８５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし実際は、レーザ照射装置の光学系により被照射体（具体的には基板）に垂直方向の収差（レンズなどを通る光線が正しく一点に集まらず、不完全な像ができること）を無視できない場合、被照射体の面内でレーザ照射強度の不均一が生じてしまい、均一なレーザ照射処理を行うことは難しかった。また、収差はレンズ等の配置やレンズの特性により異なるため、各光学系において考慮する必要があった。
【０００７】
そしてレーザ照射強度の不均一性により、被照射体である薄膜トランジスタ（以下、単にＴＦＴと表記する）の電気的特性にバラツキが生じてしまった。ＴＦＴのバラツキは、表示装置の画素部や駆動回路部で問題となり、強いては表示画面の表示ムラやスジを引き起こしてしまった。
【０００８】
そこで本発明は、光学系の収差が低減されるレーザ照射装置及びその方法を提供することを課題とする。また本発明は、収差の低減されるレーザ照射装置により作製されるＴＦＴ、更には該ＴＦＴを備えるEL表示装置、液晶表示装置その他の表示装置、特にアクティブマトリクス型表示装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を鑑み本発明は、被照射体（被照射物ともいう）を設置する台（以下、設置台という）を光学系の収差に合わせて変形させ、その台に基板を吸着することにより、基板側で光学系の収差を補正することを特徴とする。また、設置台はレーザ照射装置に設けられたステージ上に配置してもよいし、ステージ自体を収差に合わせて変形してもよい。
【００１０】
具体的な被照射体は基板上に形成された半導体膜であるが、半導体膜は基板に対して非常に薄い場合が多く、その厚みは無視することができるため、被照射体を基板として説明する。
【００１１】
まず本発明は、基板と焦点位置の関係を求める。求めた結果により、設置台を形成し、その上に基板を固定させる。その後、半導体膜の結晶化や活性化を代表とするレーザアニールを行う。設置台は、金属板、プラスチック板等から形成し、収差に基づいて形成された型を用いて作製すればよい。また、設置台は複数箇所に穴を設けるように作製し、複雑な形状を有する設置台と基板とを吸引して密着させ（吸引する手段を有する設置台を吸着板という）、基板表面全体にレーザ光を照射させる。このとき、基板とレーザとが相対的に移動して基板全面にレーザを照射させれば良く、基板に対するレーザの走査速度は１０〜１００ｃｍ／ｓとする。
【００１２】
また収差とは、レンズの種類や配置により異なるため、光学系ごとに測定し、吸着板等を形成することが望ましい。
【００１３】
光学系は少なくとも、レーザとレーザを偏向する手段を有している。またレーザ光の焦点がほぼ基板表面内となるように、好ましくは、偏向されたレーザが通過する凸レンズを有する。なお具体的なレーザを偏向する手段は、ガルバノミラー及びポリゴンミラーのいずれかであり、具体的な凸レンズはｆθレンズである。
【００１４】
また本発明は、求めた収差に対して基板を上下させながら、レーザ照射を行い、光学系の収差を補正することを特徴とする。具体的には、ステージに設けられた振動を与える手段により、周波数０．２〜２０Ｈｚの範囲で基板を上下に振動させればよい。このとき、基板とレーザとが相対的に移動して基板全面にレーザを照射させれば良く、基板に対するレーザの走査速度は１０〜１００ｃｍ／ｓとする。
【００１５】
以上のように本発明は、光学系の収差を基板側で補正することにより、レーザ照射強度の不均一さを低減することができる。このように形成されたＴＦＴはレーザ照射のムラがなくなり、ＴＦＴの電気的特性のバラツキを低減することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、収差を求める方法について、図６〜図８を用いて説明する。なお、レーザと、ガルバノミラーと、ｆθレンズを有する光学系で測定を行った。
【００１８】
まず、連続発振のレーザ光源を加工（変形）して、ビーム長約４００μｍ、ビーム幅約２０μｍのレーザ光６０１を形成する。そして加工されたレーザ光を、図６に示すようにガルバノミラー６０２に入射させ、ガルバノミラーの角度を振ることにより、基板（例えば５インチ基板）６０４の表面を矢印６０５に示す方向に往復走査させ、更に基板を移動させることにより、基板全面にレーザを照射させる（以下、スキャンという）。このときガルバノミラーからの距離が基板中心部と基板端部とで異なるため、ｆθレンズ６０３を用いて、レーザ光の焦点がほぼ基板表面内となるように補正を行う。
【００１９】
スキャン後に基板の表面観察を行ったところ、図７に示すような明暗の同心円パターン、すなわち同心円状のムラが生じていることがわかる。この暗部は、結晶化が良好である部分、すなわち、ほぼ焦点位置が合っている部分である。
【００２０】
そしてレーザ光を照射するときの基板の高さを変化させて、すなわち基板を上下させて、図７と同様に基板をスキャンし、図７（ａ）〜（ｂ）の観察データを得る。それぞれの基板の高さは、（ａ）は５／６ｍｍ、（ｂ）は６／６ｍｍ、（ｃ）は７／６ｍｍである。
【００２１】
暗部に光学系の焦点が存在するとして、以上のデータを基に基づいて基板の任意の位置における焦点位置を求める。図８（Ａ）は、第１の方向（Ｘ軸方向）における基板の中心からの位置と焦点位置との関係をプロットし、便宜上４次関数で近似した結果である。なお、近似は適宜行えばよい。そして図８（Ａ）に示す光学系の収差は単調変化ではなく複雑であることがわかる。同様にして第１の方向と垂直な第２の方向（Ｙ軸方向）の収差を求める。
【００２２】
図８（Ａ）のような収差が生じた場合、焦点位置に基板表面が合うように基板側で収差を補正すればよい。
【００２３】
収差を補正する手段としては、基板を収差に合わせて変形すればよい。基板を変形する手段には様々な方法が考えられるが、例えば図８（Ｂ）に示すような設置台（吸着板）を収差に合わせて設計し、吸着することにより基板を変形させればよい。この吸着板は、図８（Ａ）の結果に基づく形状を有する型を用いて形成し、図８（Ｃ）、（Ｄ）に示すように吸着するための穴や溝（以下、開口部という）を複数箇所に設けるよう形成すればよい。また図８（Ｄ）のように、開口部は基板を下側へ吸引する箇所に多く設ける方が好ましい。もちろん基板を設置するステージ自体を収差に合わせて設計し、基板が変形するように設置しても構わない。特に、基板の変形はプラスチックのように変形が自由な基板に有効である。
【００２４】
このように吸着板に基板を固定した状態でスキャンを行う場合、スキャンスピードを１０〜１００ｃｍ／ｓ程度とすることが好ましい。
【００２５】
また収差を補正する手段の別の例として、図８（Ａ）の結果に基づいて基板を上下させてもよい。例えば、基板を配置するステージに上下に振動を与える手段（ステージを上下させる手段）を設け、収差に合わせて周波数０．２〜２０Ｈｚで基板を上下させればよい。
【００２６】
このように基板を上下に振動させながらスキャンを行う場合、スキャンスピードを１０〜１００ｃｍ／ｓ程度とすることが好ましい。
【００２７】
以上のように光学系での収差を基板側で補正することにより均一なレーザ照射を行うことができる。そして収差が補正されたレーザ照射方法により作製されるＴＦＴのバラツキを低減することが可能となる。
【００２８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、吸着板に基板を固定した状態でレーザを照射する例を、図１を用いて説明する。
【００２９】
図１（Ａ）に示すようにレーザ照射装置は、レーザ光源１００、ガルバノミラー又はポリゴンミラー１０１、ステージ１０５を有する。また本実施の形態ではｆθレンズ１０２を基板とガルバノミラー又はポリゴンミラーとの間に設置する。そして実施の形態１のように、図１の光学系における収差を求め、吸着板１０６を形成し、基板１０４を固定する。次いでステージ１０５上に吸着板１０６に固定された基板１０４を設置した状態で、線状に加工されたレーザ光を照射する。
【００３０】
また本発明のレーザ照射装置は、図１（Ｂ）に示すように処理雰囲気を制御してもよい。例えば、減圧状態、窒素雰囲気状態又は酸素雰囲気状態となるように制御された反応室２０１内に少なくともステージ、吸着板及び基板を配置し、反応室に設けられた窓２０２を介してレーザ光を照射すればよい。この場合、ミラー２０３等は反応室外又は反応室内のいずれかに設ければよい。更に、基板上から被照射体の表面（照射面）へ酸素を吹き付けながらレーザを照射してもよい。このようにレーザ照射の雰囲気を制御することにより、基板上に設けられた半導体膜の平坦性を向上することが可能となる。
【００３１】
また本発明のスキャン方法として、図２（Ａ）に示すようにレーザ光を第１方向及び第１の方向に垂直な第２方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）２０１に順に走査させて基板全面をスキャンしても、図２（Ｂ）に示すようにレーザ光を第１方向２０２へ走査しながら、基板を第２方向２０３へ走査させて基板全面をスキャンしても構わない。
【００３２】
このときレーザ光の照射面での形状１０３は、アスペクト比の大きい長方形もしくは長楕円形を有している。本発明では、アスペクト比が２以上(好ましくは１０〜１００)のものを指し、照射面における形状が矩形状であるレーザ光も含まれる。なお、レーザ光を線状とするのは、被照射体に対して、照射面において十分なアニールを行うためのエネルギー密度を確保するためである。そのため、被照射体に対して十分なアニールが行えるのであれば、矩形状や楕円状であっても、レーザ光の形状は問わない。
【００３３】
このとき、パルスレーザや連続発振レーザのレーザ光同士がオーバーラップ領域１０９を有するように走査することが好ましい。また、一定の面積に複数回、往復走査してレーザを照射してもよい。また、パルスレーザを使用する場合、あるショットの照射面積と、次のショットの照射面積とのオーバーラップ率は５０〜９８％とするとよい。更に、１ショットの面積に複数回のパルスレーザを照射してもよい。このようにレーザ照射の回数やオーバーラップ率を制御することにより、基板上に設けられた半導体膜の平坦性を向上することが可能となる。
【００３４】
以上のように本発明は、光学系の収差を基板側で補正することにより、レーザ照射強度の不均一さを低減することができる。
【００３５】
（実施の形態３）
本実施の形態では、被照射物を上下方向に移動させながらレーザを照射する例を、図３を用いて説明する。
【００３６】
図１と同様に図３に示すレーザ照射装置は、レーザ光源１００、ガルバノミラー又はポリゴンミラー１０１、ステージ１０５を有し、更にステージを上下させる手段２００が備えられている。また本実施の形態ではｆθレンズ１０２を基板とガルバノミラー又はポリゴンミラーとの間に設置する。そして実施の形態１のように、図３の光学系における収差を求め、それに基づいて、ステージを上下させる手段を制御する。その後、線状に加工されたレーザ光を、図２に示すような走査方法で基板に照射する。
【００３７】
また本発明のレーザ照射装置は、図３（Ｂ）に示すように処理雰囲気を制御してもよい。例えば、減圧状態、窒素雰囲気状態又は酸素雰囲気状態となるように制御された反応室２０１内に少なくともステージ、吸着板及び基板を配置し、反応室に設けられた窓２０２を介してレーザ光を照射すればよい。この場合、ミラー２０３等は反応室外又は反応室内のいずれかに設ければよい。更に、基板付近から照射面へ酸素を吹き付けながらレーザを照射してもよい。このようにレーザ照射の雰囲気を制御することにより、基板上に設けられた半導体膜の平坦性を向上することが可能となる。
【００３８】
以上のように本発明は、光学系の収差を基板側で補正することにより、レーザ照射強度の不均一さを低減することができる。
【００３９】
（実施の形態４）
本実施の形態では、絶縁表面上に形成されるＴＦＴの作製方法を、図４、図５を用いて説明する。なお、絶縁表面上には複数のＴＦＴを有しているが、ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴを有する駆動回路部とｎチャネル型ＴＦＴを有する画素部とを有する場合で説明する。
【００４０】
まず、図４（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板４０１上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜の積層からなる下地絶縁膜４０２を形成する。ここでは下地絶縁膜（下地膜）４０２として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜又は２層以上積層させた構造を用いても良い。下地絶縁膜の一層目４０２ａとしては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏ及びＨ₂を反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜を１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）形成する。ここでは、膜厚５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。次いで、下地絶縁膜のニ層目４０２ｂとしては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ₄及びＮ₂Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜を５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）の厚さに積層形成する。ここでは、膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。
【００４１】
次いで、下地膜４０２上に半導体膜を形成する。半導体膜は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、又はプラズマＣＶＤ法等）により成膜する。なお、半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコン又はシリコンゲルマニウム合金などで形成すると良い。その後、本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化処理（レーザ結晶化）を行う。また、ニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化の後、レーザを照射したり、熱結晶化法と合わせて結晶化を行ったりして、結晶化を促進させると好ましい。なお本実施の形態では、図１に示すように吸着板に基板４０１を吸引した状態で、レーザ照射を行う。もちろん実施の形態１乃至３のいずれに記載の方法を用いてレーザ照射を行ってもよい。
【００４２】
また、結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数３０Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜４００mJ/cm²(代表的には２００〜３００mJ/cm²)とする。また、ＹＡＧレーザを用いる場合にはその第２高調波を用いパルス発振周波数１〜１０ｋＨｚとし、レーザーエネルギー密度を３００〜６００mJ/cm²(代表的には３５０〜５００mJ/cm²)とすると良い。そして幅１００〜１０００μｍ、例えば４００μｍで線状に集光したレーザ光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザ光の重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９８％として行えばよい。
【００４３】
その後図４（Ｂ）に示すように、結晶化された半導体膜を所望の形状にパターニングし、島状の半導体膜４０５を形成する。この半導体膜の厚さは２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで形成する。このとき必要に応じて、結晶化した半導体膜４０５にボロンを添加した（チャネルドープ）後にパターニングしてもよい。そして、例えば、熱酸化法や、プラズマＣＶＤ法により、半導体膜４０５上にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜４０６を４０〜１５０ｎｍで形成する。
本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により１１５ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成する。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層又は積層構造として用いても良い。
【００４４】
次いで、ゲート絶縁膜４０６上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜とを積層して形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁膜４０６上に膜厚５０ｎｍの窒化タンタル膜、膜厚３７０ｎｍのタングステン膜を順次積層して形成した。第１の導電膜及び第２の導電膜はＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。また、第１の導電膜及び第２の導電膜としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、２層構造に限定されず、例えば、膜厚５０ｎｍのタングステン膜、膜厚５００ｎｍのアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、膜厚３０ｎｍの窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、第１の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第２の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、第３の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また、単層構造であってもよい。
【００４５】
その後、以下に示す手順でパターニングを行って図４（Ｃ）に示す第１の導電膜４０７及び第２の導電膜４０８が積層した各ゲート電極及び各配線（図示しない）を形成する。まず、レジストからなるマスクを形成した後、第１のエッチング及び第２のエッチングを行う。第１のエッチングの条件は、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂とを用い、それぞれのガス流量比を２５／２５／１０ｓｃｃｍとし、１Paの圧力でコイル型の電極に７００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、基板側（試料ステージ）に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。このエッチング条件によりＷ膜のみをエッチングして端部を角度が１５〜４５°のテーパー形状とする。
【００４６】
この後、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチングを行う。第２のエッチングの条件は、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とを用い、それぞれのガス流量比を３０／３０ｓｃｃｍとし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、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。第２のエッチングの条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされ、第１の導電膜４０７及び第２の導電膜４０８とが積層したゲート電極が形成される。
【００４７】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第３のエッチングを行う。ここでは、第３のエッチングの条件は、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とを用い、それぞれのガス流量比を３０／３０ｓｃｃｍとし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ13.56MHz電力を投入し、基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ13.56MHz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。
【００４８】
この後、レジストからなるマスクを除去せずに第４のエッチングを行う。第４のエッチングの条件は、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂とを用い、それぞれのガス流量比を２０／２０／２０ｓｃｃｍとし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、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。この第３のエッチング及び第４のエッチングにより、Ｗ膜及びＴａＮ膜を異方性エッチングする。また、エッチングガスに酸素を含ませることにより、Ｗ膜とＴａＮ膜とのエッチング速度に差をつけ、Ｗ膜のエッチング速度をＴａＮ膜のエッチング速度よりも速くする。また、図示しないが、第１の導電層で覆われていないゲート絶縁膜はエッチングされ薄くなる。この段階で図４（Ｄ）に示すような、第１の導電層（ＴａＮ膜）４０７’を下層とし、第２の導電層（Ｗ膜）４０８’を上層とするゲート電極及び配線（図示しない）が形成される。
【００４９】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに、ゲート電極をマスクとして半導体膜に導電型を付与する不純物元素を添加する第１のドーピング処理を行う。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。ｎ型を付与する不純物元素として、典型的にはリン（Ｐ）又は砒素（Ａｓ）を用いる。自己整合的に第１の不純物領域４１０が形成される。第１の不純物領域には１×１０²⁰〜１×１０²¹/cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。
【００５０】
次いで、図４（Ｅ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴ及び画素部のｎチャネル型ＴＦＴの一部に新たなレジストからなるマスク４１２を設け、第２のドーピング処理を行う。第２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よい。本実施の形態では、イオンドープ法を用い、フォスフィン（ＰＨ₃）を水素で５％に希釈したガスを流量３０ｓｃｃｍとし、ドーズ量を１．５×１０¹⁴atoms/cm²とし、加速電圧を９０ｋｅＶとして行う。レジストからなるマスクと第１の導電層とがマスクとなり、第２のドーピング処理により、ゲート電極と重なる第２の不純物領域４１１が形成される。第２の不純物領域４１１には１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷/cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。
【００５１】
次いで図５（Ｈ）に示すように、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４１３を形成して第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を形成する半導体層を形成する半導体層にｐ型の導電型を付与する不純物元素（ボロンなど）が添加された不純物領域を形成する。また、ｎチャネル型ＴＦＴと同様にゲート電極と重なる第３の不純物領域と、ゲート電極と重ならない第４の不純物領域とが形成される。なお不純物領域は先の工程でリン（Ｐ）が添加された領域となっているが、ｐ型を付与する不純物元素の濃度がその１．５〜３倍添加されているため導電型はｐ型となっている。
【００５２】
以上までの工程で、それぞれの半導体層にｎ型又はｐ型の導電型を有する不純物領域が形成される。
【００５３】
不純物領域を形成した後、加熱炉又はレーザ光を用いて不純物元素の活性化を行う。本実施の形態では、図１又は図３に示すレーザ照射装置を用いてレーザ活性化を行う。特に、ＹＡＧレーザの第２高調波を照射して活性化させてもよく、ＹＡＧレーザはメンテナンスが少ないため好ましい活性化手段である。なおレーザ照射による活性化に変えて加熱処理又は強光の照射を行ってもよく、更にこれらの活性化手段を合わせて用いてもよい。例えば、室温〜３００℃の雰囲気中において、表面又は裏面からエキシマレーザーを用いて不純物元素を活性化させると好ましい。このとき、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。
【００５４】
次いで図５（Ｇ）に示すように、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコンなどの絶縁膜からなる第１のパッシベーション膜４１４を形成する。本実施の形態ではプラズマＣＶＤ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を１００ｎｍの厚さに形成する。その後、クリーンオーブンを用いて、３００〜５５０℃で１〜１２時間加熱し、半導体膜の水素化を行う。本実施の形態では、窒素雰囲気中で４１０℃、１時間加熱する。この工程は、第１のパッシベーション膜４１４に含まれる水素により、半導体層のダングリングボンドを終端することができる。また、水素化と共に上述の不純物領域の活性化処理を同時に行うこともできる。
【００５５】
その後図５（Ｈ）に示すように、第１のパッシベーション膜４１４上に有機絶縁物材料からなる層間絶縁膜４１５を形成する。有機絶縁物材料として、ポジ型感光性有機樹脂又はネガ型感光性有機樹脂を用いることができる。本実施の形態では層間絶縁膜として、厚さ１．０５μｍの感光性アクリル樹脂膜を形成する。その後、層間絶縁膜４１５上に窒化絶縁膜（代表的には、窒化珪素膜又は窒化酸化珪素膜）からなる第２のパッシベーション膜４１６を形成する。本実施の形態では第２のパッシベーション膜４１６に窒化珪素膜を用いる。成膜条件としては、高周波放電によるスパッタ法で、シリコンターゲットを用い、スパッタガスとして窒素気体を用いればよい。圧力は適宜設定すれば良いが、０．５〜１．０Ｐａ、放電電力は２．５〜３．５ＫＷ、成膜温度は室温（２５℃）〜２５０℃の範囲内であればよい。このように窒化絶縁膜からなる第２のパッシベーション膜を形成することにより、第１の層間絶縁膜から発生する脱ガスを抑制することができる。
【００５６】
その後図５（Ｉ）に示すように、層間絶縁膜４１５及び第２のパッシベーション膜４１６のパターニング及びエッチングを行い、曲率（なだらかな内壁）を有する第１の開口部を形成する。このように曲率を有する開口部を形成することは、後に形成する電極の被覆率（カバレッジ）がよくなるという効果がある。このときのエッチング処理は、ドライエッチング処理でもウエットエッチング処理でもよい。なお、本実施の形態では、ＣＦ₄とＯ₂とＨ₂との混合ガスを用いたドライエッチングにより第２のパッシベーション膜４１５及び第１の層間絶縁膜４１４をエッチングし開口部を形成する。次いで同一の処理装置において、ＣＨＦ₃とＡｒとの混合ガスを用いたドライエッチングにより第１のパッシベーション膜４１４及びゲート絶縁膜４０６をエッチングし開口部を形成する。
【００５７】
次に、開口部に金属膜を形成し、金属膜をエッチングしてソース電極及びドレイン電極、各配線（図示しない）を形成する。金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜を用いればよい。なお本実施の形態では、チタン膜／チタンーアルミニウム合金膜／チタン膜（Ｔｉ/Ａｌ−Ｓｉ/Ｔｉ）をそれぞれ１００／３５０／１００ｎｍに積層したのち、所望の形状にパターニング及びエッチングしてソース電極、ドレイン電極４１６及び各配線（図示しない）を形成する。
【００５８】
その後、電極（ＥＬ表示装置の場合は陽極又は陰極となり、液晶表示装置の場合は画素電極となる）を形成する。電極には、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂等の透明導電膜を用いたり、反射型の液晶表示装置の場合はＡｌ等の金属膜を用いたりすることができる。なお本実施の形態では、ＩＴＯを１１０ｎｍ成膜し、所望の形状にエッチングすることで電極４１７を形成する。
【００５９】
以上のような工程により、絶縁表面上にレーザ照射によるムラが低減されたＴＦＴを備えるアクティブマトリクス基板が完成する。
【００６０】
このように形成されたアクティブマトリクス基板は、液晶表示装置、ＥＬ表示装置その他の表示装置の駆動回路部や画素部に用いることができる。
【００６１】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明のレーザ処理装置を用いてレーザアニールを行ったＴＦＴと発光素子又は液晶素子とを備えた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、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）、ノート型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、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）、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。それら電子機器の具体例を図９に示す。
【００６２】
図９（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２００３に用いることができる。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用発光装置が含まれる。
【００６３】
図９（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２１０２に用いることができる。
【００６４】
図９（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２２０３に用いることができる。
【００６５】
図９（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２３０２に用いることができる。
【００６６】
図９（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【００６７】
図９（Ｆ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２６０２に用いることができる。
【００６８】
図９（Ｇ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明により形成されるＴＦＴを備えた発光素子又は液晶素子は表示部２７０３に用いることができる。なお、表示部２７０３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。
【００６９】
以上の様に、本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用いることが可能である。
【００７０】
（実施の形態６）
実施の形態５において示した電子機器には、発光素子又は液晶素子が封止された状態にあるパネルに、コントローラ、電源回路等を含むＩＣが実装された状態にあるモジュールが搭載されている。モジュールとパネルは、共に表示装置の一形態に相当する。本実施の形態では、モジュールの具体的な構成について説明する。
【００７１】
図１０（Ａ）に、コントローラ１００１及び電源回路１００２がパネル１０００に実装されたモジュールの外観図を示す。パネル１０００には、発光素子が各画素に設けられた画素部１００３と、前記画素部１００３が有する画素を選択する走査線駆動回路１００４と、選択された画素に信号を供給する信号線駆動回路１００５とが設けられている。
【００７２】
またプリント基板１００６にはコントローラ１００１、電源回路１００２が設けられており、コントローラ１００１又は電源回路１００２から出力された各種信号及び電源電圧は、ＦＰＣ１００７を介してパネル１０００の画素部１００３、走査線駆動回路１００４、信号線駆動回路１００５に供給される。
【００７３】
プリント基板１００６への電源電圧及び各種信号は、複数の入力端子が配置されたインターフェース（I/F）部１００８を介して供給される。
【００７４】
なお、本実施の形態ではパネル１０００にプリント基板１００６がＦＰＣを用いて実装されているが、必ずしもこの構成に限定されない。ＣＯＧ(Chip on Glass)方式を用い、コントローラ１００１、電源回路１００２をパネル１０００に直接実装させるようにしても良い。
【００７５】
また、プリント基板１００６において、引きまわしの配線間に形成される容量や配線自体が有する抵抗等によって、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりすることがある。そこで、プリント基板１００６にコンデンサ、バッファ等の各種素子を設けて、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりするのを防ぐようにしても良い。
【００７６】
図１０（Ｂ）に、プリント基板１００６の構成をブロック図で示す。インターフェース１００８に供給された各種信号と電源電圧は、コントローラ１００１と、電源電圧１００２に供給される。
【００７７】
コントローラ１００１は、位相ロックドループ（PLL：Phase Locked Loop）１０１０と、制御信号生成部１０１１と、必要に応じてＡ／Ｄコンバータ１００９及びＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）１０１２、１０１３とを備えている。なお、必要に応じて備えるとは、入力される信号がアナログ信号又はデジタル信号の場合や、パネルの画素構成がアナログ信号又はデジタル信号のいずれかにより制御させる場合によって適宜設けるためである。なお、ＳＲＡＭの代わりに、ＳＤＲＡＭや、高速でデータの書き込みや読み出しが可能であるならばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）も用いることが可能である。
【００７８】
インターフェース１００８を介して供給されたビデオ信号は、Ａ／Ｄコンバータ１００９においてパラレル−シリアル変換され、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応するビデオ信号として制御信号生成部１０１１に入力される。また、インターフェース１００８を介して供給された各種信号をもとに、Ａ／Ｄコンバータ１００９においてＨｓｙｎｃ信号、Ｖｓｙｎｃ信号、クロック信号ＣＬＫ、交流電圧（AC Cont）が生成され、制御信号生成部１０１１に入力される
【００７９】
位相ロックドループ１０１０では、インターフェース１００８を介して供給される各種信号の周波数と、制御信号生成部１０１１の動作周波数の位相とを合わせる機能を有している。制御信号生成部１０１１の動作周波数は、インターフェース１００８を介して供給された各種信号の周波数と必ずしも同じではないが、互いに同期するように制御信号生成部８１１の動作周波数を位相ロックドループ１０１０において調整する。
【００８０】
制御信号生成部１０１１に入力された信号がビデオ信号の場合、一旦ＳＲＡＭ１０１２、１０１３に書き込まれ、保持される。制御信号生成部１０１１では、ＳＲＡＭ１０１２に保持されている全ビットのビデオ信号のうち、全画素に対応するビデオ信号を１ビット分づつ読み出し、パネル１０００の信号線駆動回路１００５に供給する。
【００８１】
また制御信号生成部１０１１では、各ビットの、発光素子が発光する期間に関する情報を、パネル１０００の走査線駆動回路１００４に供給する。
【００８２】
また電源回路１００２は所定の電源電圧を、パネル１０００の信号線駆動回路１００５、走査線駆動回路１００４及び画素部１００３に供給する。
【００８３】
次に電源回路１００２の詳しい構成について、図１１を用いて説明する。本実施の形態の電源回路１００２は、４つのスイッチングレギュレータコントロール１０６０を用いたスイッチングレギュレータ１０５４と、シリーズレギュレータ１０５５とからなる。
【００８４】
一般的にスイッチングレギュレータは、シリーズレギュレータに比べて小型、軽量であり、降圧だけでなく昇圧や正負反転することも可能である。一方シリーズレギュレータは、降圧のみに用いられるが、スイッチングレギュレータに比べて出力電圧の精度は良く、リプルやノイズはほとんど発生しない。本実施の形態の電源回路１００２では、両者を組み合わせて用いる。
【００８５】
図１１に示すスイッチングレギュレータ１０５４は、スイッチングレギュレータコントロール（ＳＷＲ）１０６０と、アテニュエイター（減衰器：ＡＴＴ）１０６１と、トランス（Ｔ）１０６２と、インダクター（Ｌ）１０６３と、基準電源（Ｖｒｅｆ）１０６４と、発振回路（ＯＳＣ）１０６５、ダイオード１０６６と、バイポーラトランジスタ１０６７と、可変抵抗１０６８と、容量１０６９とを有している。
【００８６】
スイッチングレギュレータ１０５４において外部のＬｉイオン電池（３．６Ｖ）等の電圧が変換されることで、陰極に与えられる電源電圧と、スイッチングレギュレータ１０５４に供給される電源電圧が生成される。
【００８７】
またシリーズレギュレータ１０５５は、バンドギャップ回路（ＢＧ）１０７０と、アンプ１０７１と、オペアンプ１０７２と、電流源１０７３と、可変抵抗１０７４と、バイポーラトランジスタ１０７５とを有し、スイッチングレギュレータ１０５４において生成された電源電圧が供給されている。
【００８８】
シリーズレギュレータ１０５５では、スイッチングレギュレータ１０５４において生成された電源電圧を用い、バンドギャップ回路１０７０において生成された一定の電圧に基づいて、各色の発光素子の陽極に電流を供給するための配線（電流供給線）に与える直流の電源電圧を生成する。
【００８９】
なお電流源１０７３は、ビデオ信号の電流が画素に書き込まれる駆動方式の場合に用いる。この場合、電流源１０７３において生成された電流は、パネル１０００の信号線駆動回路１００５に供給される。なお、ビデオ信号の電圧が画素に書き込まれる駆動方式の場合には、電流源１０７３は必ずしも設ける必要はない。
【００９０】
なお、スイッチングレギュレータ、ＯＳＣ、アンプ、オペアンプは、本発明の作製方法を用いて形成することが可能である。
【００９１】
【発明の効果】
本発明は、光学系の収差を基板側で補正することにより、レーザ照射強度の不均一さを低減することができる。このように形成されたＴＦＴはレーザ照射のムラがなくなり、ＴＦＴの電気的特性のバラツキを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ照射方法を示す図。
【図２】本発明のレーザ照射方法を示す図。
【図３】本発明のレーザ照射方法を示す図。
【図４】本発明のレーザ照射方法を用いた薄膜トランジスタの作製方法を示す図。
【図５】本発明のレーザ照射方法を用いた薄膜トランジスタの作製方法を示す図。
【図６】本発明のレーザ照射方法を示す図。
【図７】本発明により求めた照射ムラを示す図。
【図８】本発明の吸着板を示す図。
【図９】本発明の電子機器を示す図。
【図１０】本発明の電子機器を示す図。
【図１１】本発明の電源回路を示す図。

Claims

レーザと、前記レーザを偏向する手段と、前記偏向されたレーザが通過する凸レンズと、被照射物を設置する台とを有するレーザ照射装置において、
前記台の設置面は、前記被照射物に前記レーザを照射して求められた前記レーザを偏向する手段及び前記凸レンズによる収差に基づく形状を有することを特徴とするレーザ照射装置。
レーザと、ガルバノミラー及びポリゴンミラーのいずれか一と、ｆθレンズと、被照射物を設置する台とを有するレーザ照射装置において、
前記台の設置面は、前記被照射物に前記レーザを照射して求められた前記ガルバノミラー及びポリゴンミラーのいずれか一並びに前記ｆθレンズによる収差に基づく形状を有することを特徴とするレーザ照射装置。
請求項１又は２において、前記被照射物は前記台に設けられた開口部を通して吸引されて固定されることを特徴とするレーザ照射装置。
レーザと、前記レーザを偏向する手段と、前記偏向されたレーザが通過する凸レンズと、被照射物を設置する台とを有するレーザ照射装置において、
前記台を、前記被照射物に前記レーザを照射して求められた前記レーザを偏向する手段及び前記凸レンズによる収差に基づき上下させることを特徴とするレーザ照射装置。
レーザと、ガルバノミラー及びポリゴンミラーのいずれか一と、ｆθレンズと、被照射物を設置する台とを有するレーザ照射装置において、
前記台を、前記被照射物に前記レーザを照射して求められた前記ガルバノミラー及びポリゴンミラーのいずれか一並びに前記ｆθレンズによる収差に基づき上下させることを特徴とするレーザ照射装置。
請求項１乃至５のいずれか一において、雰囲気が制御される反応室に前記被照射物が設置されることを特徴とするレーザ照射装置。
レーザと、前記レーザを偏向する手段及び前記偏向されたレーザが通過する凸レンズを有する光学系と、を用いたレーザ照射方法において、
被照射物に前記レーザを照射し、前記光学系による収差を求め、前記求めた収差に基づいて被照射物を変形させ、
前記変形された被照射物に前記レーザを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
レーザと、前記レーザを偏向する手段及び前記偏向されたレーザが通過する凸レンズを有する光学系と、を用いたレーザ照射方法において、
被照射物に前記レーザを照射し、前記レーザを偏向する手段及び前記凸レンズによる収差を求め、前記求めた収差に基づいて被照射物を変形させ、
前記変形された被照射物に前記レーザを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
レーザと、ガルバノミラー及びポリゴンミラーのいずれか一並びにｆθレンズを有する光学系と、を用いたレーザ照射方法において、
被照射物に前記レーザを照射し、前記ガルバノミラー及び前記ポリゴンミラーのいずれか一並びに前記ｆθレンズによる収差を求め、前記求めた収差に基づいて被照射物を変形させ、
前記変形された被照射物に前記レーザを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
レーザと、前記レーザを偏向する手段及び前記偏向されたレーザが通過する凸レンズを有する光学系と、を用いたレーザ照射方法において、
被照射物に前記レーザを照射し、前記レーザを偏向する手段及び前記凸レンズによる収差を求め、前記求めた収差に基づく形状を有する台に、被照射物を設置し、
前記設置された被照射物に前記レーザを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
レーザと、ガルバノミラー及びポリゴンミラーのいずれか一並びにｆθレンズを有する光学系と、を用いたレーザ照射方法において、
被照射物に前記レーザを照射し、前記ガルバノミラー及び前記ポリゴンミラーのいずれか一並びに前記ｆθレンズによる収差を求め、前記求めた収差に基づく形状を有する台に、被照射物を設置し、
前記設置された被照射物に前記レーザを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１０又は１１おいて、前記被照射物は前記台に設けられた開口部を通して吸引されて固定されていることを特徴とするレーザ照射方法。
レーザと、前記レーザを偏向する手段及び前記偏向されたレーザが通過する凸レンズを有する光学系と、を用いたレーザ照射方法において、
被照射物に前記レーザを照射し、前記光学系よる収差を求め、前記求めた収差に基づいて上下に移動する台に、被照射物を設置し、
前記台を上下に移動させながら前記被照射物に前記レーザを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
レーザと、前記レーザを偏向する手段及び前記偏向されたレーザが通過する凸レンズを有する光学系と、を用いたレーザ照射方法において、
被照射物に前記レーザを照射し、前記レーザを偏向する手段及び前記凸レンズによる収差を求め、前記求めた収差に基づいて上下に移動する台に、被照射物を設置し、
前記台を上下に移動させながら前記被照射物に前記レーザを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
レーザと、ガルバノミラー及びポリゴンミラーのいずれか一並びにｆθレンズを有する光学系と、を用いたレーザ照射方法において、
被照射物に前記レーザを照射し、前記ガルバノミラー及び前記ポリゴンミラーのいずれか一並びに前記ｆθレンズによる収差を求め、前記求めた収差に基づいて上下に移動する台に被照射物を設置し、
前記台を上下に移動させながら前記被照射物に前記レーザを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１３乃至１５のいずれか一において、０．２〜２０Ｈｚの周波数で前記台を上下させることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項７乃至１６のいずれか一において、前記レーザを第１の方向及び前記第１の方向に垂直な第２の方向に走査させることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項７乃至１６のいずれか一において、前記レーザを第１の方向に走査させ、且つ前記被照射物を前記第１の方向に垂直な第２の方向に移動させることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項７乃至１８のいずれか一において、前記被照射物は基板上に形成された半導体膜であることを特徴とするレーザ照射方法。