特許 7203417 レーザアニール方法、レーザアニール装置、およびＴＦＴ基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-04

(45)【発行日】2023-01-13

(54)【発明の名称】レーザアニール方法、レーザアニール装置、およびＴＦＴ基板

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/20 20060101AFI20230105BHJP

   H01L 21/268 20060101ALI20230105BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20230105BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20230105BHJP

【ＦＩ】

H01L21/20

H01L21/268 J

H01L29/78 627G

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2019015656

(22)【出願日】2019-01-31

(65)【公開番号】P2020123693

(43)【公開日】2020-08-13

【審査請求日】2021-10-28

(73)【特許権者】

【識別番号】500171707

【氏名又は名称】株式会社ブイ・テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】110001520

【氏名又は名称】弁理士法人日誠国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】楊 映保

(72)【発明者】

【氏名】後藤 順

(72)【発明者】

【氏名】水村 通伸

(72)【発明者】

【氏名】塩飽 義大

【審査官】佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１６５４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２１８４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３４７６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１５６６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２６０７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０５３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０６３４７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／２６８

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板面に形成された非晶質シリコン膜に対して、レーザビームを一定方向に相対移動させ、前記非晶質シリコン膜をラテラル結晶成長させて結晶化シリコン膜を形成するレーザアニール方法であって、
第１レーザビームを照射して、前記非晶質シリコン膜を微結晶シリコン膜に変化させる第１レーザビーム照射と、
前記微結晶シリコン膜を起点として、第２レーザビームを前記一定方向に沿って移動させて、前記基板面に前記結晶化シリコン膜をラテラル結晶成長させる第２レーザビーム照射と、
を行い、
前記基板面に対して、前記一定方向に沿って前記微結晶シリコン膜と前記結晶化シリコン膜とを交互に形成する
レーザアニール方法。

【請求項2】

前記第１レーザビーム照射を、少なくとも前記微結晶シリコン膜を形成する領域で行い、前記第２レーザビーム照射を、前記一定方向へ移動させる途中において前記結晶化シリコン膜を形成する領域のみで行う
請求項１に記載のレーザアニール方法。

【請求項3】

前記第１レーザビーム照射を行って、前記非晶質シリコン膜に対して前記一定方向に沿って前記微結晶シリコン膜を連続して形成し、
前記第１レーザビーム照射で形成された前記微結晶シリコン膜を起点として、第２レーザビーム照射を前記一定方向に沿って間欠的に行う
請求項１に記載のレーザアニール方法。

【請求項4】

前記結晶化シリコン膜は、半導体素子を形成する領域を含む
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。

【請求項5】

前記第１レーザビームと前記第２レーザビームとは、パルス幅変調されている
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。

【請求項6】

前記第１レーザビームと前記第２レーザビームとは、変調周波数が異なる
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。

【請求項7】

前記第１レーザビームはパルスレーザ光であり、前記第２レーザビームは連続発振レーザ光である
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。

【請求項8】

前記結晶化シリコン膜の前記一定方向の長さは、５０μｍ以下である
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。

【請求項9】

基板面に形成された非晶質シリコン膜に対して、レーザビームを一定方向に相対移動させ、前記非晶質シリコン膜をラテラル結晶成長させて結晶化シリコン膜を形成するレーザアニール装置であって、
第１レーザビームを照射して、前記非晶質シリコン膜を微結晶シリコン膜に変化させる第１レーザビーム出射部と、
前記微結晶シリコン膜を起点として、第２レーザビームを前記一定方向に沿って移動させて、前記基板面に前記結晶化シリコン膜をラテラル結晶成長させる第２レーザビーム出射部と、
前記第１レーザビーム出射部と前記第２レーザビーム出射部とを、前記基板面に対して前記一定方向に沿って前記微結晶シリコン膜と前記結晶化シリコン膜とを交互に形成するように駆動させる制御部と、
を備える
レーザアニール装置。

【請求項10】

前記第１レーザビーム出射部が、少なくとも前記微結晶シリコン膜を形成する領域でオン状態となり、前記第２レーザビーム出射部が、前記一定方向へ移動させる途中において前記結晶化シリコン膜を形成する領域のみオン状態となる
請求項９に記載のレーザアニール装置。

【請求項11】

前記第１レーザビーム出射部が、前記非晶質シリコン膜に対して前記一定方向に沿って連続してオン状態となり、前記第１レーザビームの照射を行って、前記微結晶シリコン膜を連続して形成し、
前記第１レーザビームの照射によって形成された前記微結晶シリコン膜を起点として、前記第２レーザビーム出射部が、前記一定方向に沿って間欠的にオン状態となり、前記第２レーザビームの照射を前記一定方向に沿って間欠的に行う
請求項９に記載のレーザアニール装置。

【請求項12】

前記結晶化シリコン膜は、半導体素子を形成する領域を含む
請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。

【請求項13】

前記第１レーザビームと前記第２レーザビームとは、パルス幅変調されている
請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。

【請求項14】

前記第１レーザビームと前記第２レーザビームとは、変調周波数が異なる
請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。

【請求項15】

前記第１レーザビームはパルス発振レーザ光であり、前記第２レーザビームは連続発振レーザ光である
請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。

【請求項16】

前記結晶化シリコン膜の前記一定方向の長さは、５０μｍ以下である
請求項９から請求項１５のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザアニール方法、レーザアニール装置、およびＴＦＴ基板に関する。

【背景技術】

【0002】

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）は、薄型ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）をアクティブ駆動するためのスイッチング素子として用いられている。薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）の半導体層の材料としては、非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ：amorphous Silicon）や、多結晶シリコン（p－Ｓｉ：polycrystalline Silicon）などが用いられている。

【0003】

非晶質シリコンは、電子の動き易さの指標である移動度（μ）が低い。このため、非晶質シリコンでは、さらに高密度・高精細化が進むＦＰＤで要求される高移動度には対応しきれない。そこで、ＦＰＤにおけるスイッチング素子としては、非晶質シリコンよりも移動度が大幅に高い多結晶シリコンでチャネル半導体層を形成することが好ましい。多結晶シリコン膜を形成する方法としては、エキシマレーザを使ったエキシマレーザアニール（ＥＬＡ:Excimer Laser Annealing）装置で、非晶質シリコン膜にレーザ光を照射し、非晶質シリコンを再結晶化させて多結晶シリコンを形成する方法がある。

【0004】

従来のレーザアニール方法としては、被照射領域において、エキシマレーザアニール（以下、ＥＬＡという）装置により発生させたエキシマレーザ光のパルスレーザビームを用いた技術が知られている（特許文献１参照）。

【0005】

このレーザアニール方法では、被処理領域を、パルスレーザビームを発生させる高エネルギー部により照射し、この高エネルギー部が通過した後、逐次的に、それよりも小さなエネルギーのレーザビームでなる低エネルギー部の照射を行う。このレーザアニール方法では、低エネルギー部の照射によって高エネルギー部によって生じた残存結晶化不良領域の結晶化を図っている。

【0006】

この他のレーザアニール方法としては、ＥＬＡ装置によるパルスレーザ光のレーザビームに対して、走査方向に沿ってエネルギー分布を持たせたものなどが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００２－３１３７２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記の特許文献１に開示されたレーザアニール方法では、エキシマレーザのパルス光照射によって形成される多結晶シリコンの結晶粒径が数１０～３５０ｎｍ程度である。この程度の結晶粒径では、さらに高い移動度を満足することができない。近年、ＦＰＤにおいては、その大型化、高解像度化、動画特性の高速化に伴って、スイッチング素子としてのＴＦＴにおいてチャネル半導体層の高移動度化が要望される。

【0009】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、半導体特性にばらつきが発生することを抑制しつつ、移動度の高い疑似単結晶シリコン膜などの結晶化シリコン膜の形成を実現できるレーザアニール方法、レーザアニール装置、およびＴＦＴ基板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】

【0010】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、基板面に形成された非晶質シリコン膜に対して、レーザビームを一定方向に相対移動させ、前記非晶質シリコン膜をラテラル結晶成長させて結晶化シリコン膜を形成するレーザアニール方法であって、第１レーザビームを照射して、前記非晶質シリコン膜を微結晶シリコン膜に変化させる第１レーザビーム照射と、前記微結晶シリコン膜を起点として、第２レーザビームを前記一定方向に沿って移動させて、前記基板面に前記結晶化シリコン膜をラテラル結晶成長させる第２レーザビーム照射と、を行い、前記基板面に対して、前記一定方向に沿って前記微結晶シリコン膜と前記結晶化シリコン膜とを交互に形成することを特徴とする。

【0011】

上記態様としては、前記第１レーザビーム照射を、少なくとも前記微結晶シリコン膜を形成する領域で行い、前記第２レーザビーム照射を、前記一定方向へ移動させる途中において前記結晶化シリコン膜を形成する領域のみで行うことが好ましい。

【0012】

上記態様としては、前記第１レーザビーム照射を行って、前記非晶質シリコン膜に対して前記一定方向に沿って微結晶シリコン膜を連続して形成し、前記第１レーザビーム照射で形成された前記微結晶シリコン膜を起点として、第２レーザビーム照射を前記一定方向に沿って間欠的に行うことが好ましい。

【0013】

上記態様としては、前記結晶化シリコン膜は、半導体素子を形成する領域を含むことが好ましい。

【0014】

上記態様としては、前記第１レーザビームと前記第２レーザビームとは、パルス幅変調されていることが好ましい。

【0015】

上記態様としては、前記第１レーザビームと前記第２レーザビームとは、変調周波数が異なることが好ましい。

【0016】

上記態様としては、前記第１レーザビームはパルスレーザ光であり、前記第２レーザビームは連続発振レーザ光であることが好ましい。

【0017】

上記態様としては、前記結晶化シリコン膜の前記一定方向の長さは、５０μｍ以下であることが好ましい。

【0018】

本発明の他の態様は、基板面に形成された非晶質シリコン膜に対して、レーザビームを一定方向に相対移動させ、前記非晶質シリコン膜をラテラル結晶成長させて結晶化シリコン膜を形成するレーザアニール装置であって、第１レーザビームを照射して、前記非晶質シリコン膜を微結晶シリコン膜に変化させる第１レーザビーム出射部と、前記微結晶シリコン膜を起点として、第２レーザビームを前記一定方向に沿って移動させて、前記基板面に前記結晶化シリコン膜をラテラル結晶成長させる第２レーザビーム出射部と、前記第１レーザビーム出射部と前記第２レーザビーム出射部とを、前記基板面に対して前記一定方向に沿って前記微結晶シリコン膜と前記結晶化シリコン膜とを交互に形成するように駆動させる制御部と、を備えることを特徴とする。

【0019】

上記態様としては、前記第１レーザビーム出射部が、少なくとも前記微結晶シリコン膜を形成する領域でオン状態となり、前記第２レーザビーム出射部が、前記一定方向へ移動させる途中において前記結晶化シリコン膜を形成する領域のみオン状態となることが好ましい。

【0020】

上記態様としては、前記第１レーザビーム出射部が、前記非晶質シリコン膜に対して前記一定方向に沿って連続してオン状態となり、前記第１レーザビームの照射を行って、前記微結晶シリコン膜を連続して形成し、前記第１レーザビームの照射によって形成された前記微結晶シリコン膜を起点として、前記第２レーザビーム出射部が、前記一定方向に沿って間欠的にオン状態となり、前記第２レーザビームの照射を前記一定方向に沿って間欠的に行うことが好ましい。

【0021】

上記態様としては、前記結晶化シリコン膜は、半導体素子を形成する領域を含むことが好ましい。

【0022】

上記態様としては、前記第１レーザビームと前記第２レーザビームとは、パルス幅変調されていることが好ましい。

【0023】

上記態様としては、前記第１レーザビームと前記第２レーザビームとは、変調周波数が異なることが好ましい。

【0024】

上記態様としては、前記第１レーザビームはパルス発振レーザ光であり、前記第２レーザビームは連続発振レーザ光であることが好ましい。

【0025】

上記態様としては、前記結晶化シリコン膜の前記一定方向の長さは、５０μｍ以下であることが好ましい。

【0026】

本発明の他の態様としては、ＴＦＴ基板であって、基板面に、種結晶膜の領域と、前記種結晶膜の領域に連続する結晶化シリコン膜の領域と、が一定方向に沿って交互に形成されていることを特徴とする。

【0027】

上記態様としては、前記結晶化シリコン膜の前記一定方向の長さは、５０μｍ以下であることが好ましい。

【0028】

上記態様としては、前記結晶化シリコン膜は、半導体素子を形成する領域を含むことが好ましい。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、半導体特性にばらつきが発生することを抑制しつつ、移動度の高い疑似単結晶シリコン膜などの結晶化シリコン膜の形成を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略構成図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いたレーザアニール方法におけるレーザアニール処理を開始する状態を示す平面説明図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における第１レーザビームと第２レーザビームのエネルギー密度を示す図であって、（Ａ）はレーザビームの幅方向の位置とエネルギー密度との関係を示す図、（Ｂ）はレーザビームの長さ方向（搬送方向Ｔ）の位置とエネルギー密度との関係を示す図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における第１レーザビームと第２レーザビームの照射タイミングおよび基板が移動状態か停止状態かを示す図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法によって、被処理基板に結晶化シリコン膜を形成してなる結晶化シリコン膜基板を示す平面説明図である。

【図6】図６は、本発明の他の実施の形態に係るレーザアニール方法を示し、（Ａ）は第１レーザビームの照射タイミングと基板が移動状態か停止状態かを示す図、（Ｂ）は第２レーザビームの照射タイミングと基板が移動状態か停止状態かを示す図である。

【図7】図７は、本発明の他の実施の形態に係るレーザアニール方法において、非晶質シリコン膜全体が微結晶シリコン膜に変化した被処理基板を示す平面図である。

【図8】図８は、本発明の他の実施の形態に係るレーザアニール方法を示し、（Ａ）は第１レーザビームの照射タイミングと基板が移動状態か停止状態かを示す図、（Ｂ）は第２レーザビームの照射タイミングと基板が移動状態か停止状態かを示す図である。

【図9】図９は、本発明の他の実施の形態に係るレーザアニール方法によって形成された結晶化シリコン膜基板を示す平面図である。

【図10】図１０は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いたレーザアニール方法により形成された非晶質シリコン膜（疑似単結晶シリコン膜）の結晶構造を示す説明図である。

【図11】図１１は、参考例を示し、種結晶膜（微結晶シリコン膜）を起点として所定距離以上の離れた位置で成長した結晶化シリコン膜の結晶構造を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法、レーザアニール装置、および結晶化シリコン膜基板の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものである。

【0032】

（レーザアニール装置）
以下、図１を用いて、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置１０の概略構成について説明する。図１に示すように、レーザアニール装置１０は、被処理基板１を搬送方向（移動方向）Ｔへ搬送する図示しない基板搬送手段と、レーザパルスビームでなる第１レーザビームＬＢ１を発振する第１レーザビーム出射部１１と、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）でなる第２レーザビームＬＢ２を発振する、例えば、半導体レーザなどの第２レーザビーム出射部１２と、反射鏡１３と、制御部１４と、を備える。制御部１４は、第１レーザビーム出射部１１および第２レーザビーム出射部１２におけるレーザビーム出射のオン・オフならびにタイミングの制御を行う。なお、図２に示すように、本実施の形態において用いる被処理基板１は、複数のパネル領域１ａを備える。

【0033】

ここで、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）とは、目的領域に対して連続してレーザ光を照射する所謂疑似連続発振も含む概念である。つまり、レーザ光がパルスレーザであっても、パルス間隔が加熱後のシリコン薄膜の冷却時間よりも短い（固まる前に次のパルスで照射する）疑似連続発振レーザであってもよい。

【0034】

図２に示すように、第１レーザビームＬＢ１および第２レーザビームＬＢ２は、搬送する被処理基板１におけるパネル領域１ａの幅方向に全体に亘るような細長い矩形状のビームスポットに成形されている。なお、幅方向とは、搬送方向Ｔに直交する方向である。第１レーザビームＬＢ１および第２レーザビームＬＢ２は、被処理基板１に対して搬送方向Ｔと反対の方向（一定方向）に相対的に移動する。

【0035】

図１に示すように、本実施の形態で用いる被処理基板１は、ガラス基板などの基板面に堆積された非晶質シリコン膜２を備えて構成されている。この被処理基板１は、本実施の形態に係るレーザアニール方法を適用することにより、図５に示すような結晶化シリコン膜基板１Ａや図９に示すような結晶化シリコン膜基板１Ｂとなる。被処理基板１におけるそれぞれのパネル領域１ａは、最終的に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などが作り込まれたＴＦＴ基板となる。

【0036】

第１レーザビームＬＢ１は、非晶質シリコン膜２を微結晶シリコン膜２Ａに変化させるエネルギー密度を有している。第２レーザビームＬＢ２は、非晶質シリコン膜２を結晶化シリコン膜としての疑似単結晶シリコン膜２Ｂに変化させるエネルギー密度を有している。

【0037】

図３の（Ａ）に示すように、第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２は、幅方向（長軸方法）の全体に亘るエネルギー密度は均一（エネルギー密度の分布±１％以内）に設定されている。

【0038】

図２および図３の（Ｂ）に示すように、第１レーザビームＬＢ１のビームスポットと第２レーザビームＬＢ２のビームスポットとは、搬送方向Ｔに所定の間隔Ｃを隔てて配置されている。なお、この間隔Ｃは、極短い間隔であるが、第１レーザビームＬＢ１および第２レーザビームＬＢ２の条件などに応じて適宜設定されている。

【0039】

本実施の形態においては、第１レーザビームＬＢ１が第２レーザビームＬＢ２に先行するように、第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２とを一定方向（搬送方向Ｔと反対の方向）に沿って移動（相対移動）させるように設定されている。本実施の形態では、図４に示すように、被処理基板１を移動している間は、第１レーザビームＬＢ１を連続的にオン状態としている。第２レーザビームＬＢ２は、被処理基板１を移動させる途中において疑似単結晶シリコン膜２Ｂを形成する領域のみでオン状態にする。

【0040】

そのため、図４に示すように、第２レーザビームＬＢ２は、制御部１４によって間欠的にオン状態となるように設定されている。換言すると、第２レーザビームＬＢ２は、間欠的にオフ状態となるように設定されている。なお、本実施の形態に係るレーザアニール装置１０では、図４に示したような駆動制御を行ったが、以下に説明するレーザアニール方法の各実施の形態を適用することができる。

【0041】

（レーザアニール方法）
以下、本実施の形態に係るレーザアニール方法について説明する。図１および図２に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール方法では、第１レーザビームＬＢ１のビームスポットを第２レーザビームＬＢ２のビームスポットに先行させ、非晶質シリコン膜２上を相対的に移動させる。なお、図４に示すように、第１レーザビームＬＢ１は、被処理基板１が移動される途中は継続してオン状態に設定する。

【0042】

また、本実施の形態に係るレーザアニール方法では、第２レーザビームＬＢ２は、移動途中において間欠的にオフ状態にするように設定する。このように、第２レーザビームＬＢ２をオフ状態にしている間は、非晶質シリコン膜２に対して、第１レーザビームＬＢ１のみが照射されている状態である。

【0043】

このように、このレーザアニール方法では、被処理基板１を移動している間において第１レーザビームＬＢ１をオン状態で維持し、第２レーザビームＬＢ２を間欠的にオフ状態にすることにより、図５に示すような微結晶シリコン膜２Ａと疑似単結晶シリコン膜２Ｂとが交互に配置された結晶分布を有するパネル領域１ａを備えた結晶化シリコン膜基板１Ａを作製できる。本実施の形態では、結晶化シリコン膜基板１Ａが複数のパネル領域１ａを備える構成であるが、単数のパネル領域１ａでなる結晶化シリコン膜基板１Ａであってもよい。

【0044】

なお、本実施の形態においては、第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２とが、パルス幅変調された構成であってもよい。また、本実施の形態では、第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２とが、変調周波数の異なる構成であってもよい。

【0045】

本実施の形態に係るレーザアニール方法では、第２レーザビームＬＢ２をオン状態にした後に第２レーザビームＬＢ２をオフ状態にするまでの、非晶質シリコン膜の上の距離は、例えば５０μｍ以下に設定されている。なお、この距離は、図５に示す微結晶シリコン膜２Ａ同士の間の距離であり、疑似単結晶シリコン膜２Ｂの長さ（成長方向の長さ）である。

【0046】

なお、この疑似単結晶シリコン膜２Ｂを形成する領域は、微結晶シリコン膜２Ａの結晶構造の影響を均一に受けてラテラル結晶成長しているため、半導体特性のばらつきが小さい。したがって、この疑似単結晶シリコン膜２Ｂは、移動度が高く、半導体特性にばらつきの少ない領域であるため、例えば、ＴＦＴなどの半導体素子の半導体層領域として適した領域である。なお、種結晶膜となる微結晶シリコン膜２Ａを形成した領域は、半導体素子の半導体層領域として用いないように設定されている。

【0047】

上述のように、本実施の形態に係るレーザアニール方法で形成した結晶化シリコン膜としての疑似単結晶シリコン膜２Ｂは、種結晶膜としての微結晶シリコン膜２Ａから第２レーザビームＬＢ２のビームスポットが進むにしたがってラテラル結晶成長を行う。特に、本実施の形態では、第２レーザビームＬＢ２を、移動途中で間欠的にオフ状態とすることにより、疑似単結晶シリコン膜２Ｂの成長方向の長さを短くしている。この結果、図１０に示すように、種結晶膜の粒界に起因してラテラル結晶成長する疑似単結晶シリコン膜２Ｂの結晶構造が種結晶膜としての微結晶シリコン膜２Ａの粒界の影響を等しく受けた結晶構造となる。このため、本実施の形態に係るレーザアニール方法で形成した疑似単結晶シリコン膜２Ｂでは、半導体特性にばらつきが発生することを抑制できる。

【0048】

図１１は、参考例としての疑似単結晶シリコン膜２Ｃを示す。この疑似単結晶シリコン膜２Ｃは、種結晶膜としての微結晶シリコン膜２Ａから比較的離れた位置までラテラル結晶成長させたものであり、種結晶膜の影響が小さくなり、単結晶が大きくなった部分や粒界が集まった部分などを含むため、この領域を半導体素子の半導体層領域として用いると、半導体特性にばらつきが発生する場合がある。

【0049】

上述のように、本実施の形態に係るレーザアニール方法、レーザアニール装置、および結晶化シリコン膜基板１Ａ，１Ｂによれば、結晶化シリコン膜基板１Ａ，１Ｂに作製する半導体素子における半導体特性にばらつきが発生することを抑制できる。

【0050】

［その他の実施の形態］
以上、実施の形態について説明したが、この実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

【0051】

例えば、上記の実施の形態に係るレーザアニール装置１０では、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を発振する連続発振レーザとして半導体レーザを例示して説明したが、これに限定されるものではなく、固体レーザ、気体レーザ、金属レーザなど連続発振レーザ光を発振する各種のレーザを用いることも可能である。また、上述したように、連続発振レーザとしては、パルス幅が溶融シリコンの冷却時間よりも長い、例えば、数百ｎｓ～１ｍｓ程度以上のパルス幅を有するレーザを含む、疑似連続発振レーザを用いることも本発明の適用範囲である。

【0052】

上記の実施の形態に係るレーザアニール装置１０では、被処理基板１を搬送方向Ｔへ移動させる構成としたが、被処理基板１を位置固定して第１レーザビームＬＢ１および第２レーザビームＬＢ２を移動させる構成としてもよい。

【0053】

上記の実施の形態に係るレーザアニール装置１０では、第１レーザビームＬＢ１および第２レーザビームＬＢ２のビームスポットを細長い矩形状に形成して幅を広く設定したが、幅の狭いビームスポットを有するレーザビームとしても勿論よい。

【0054】

上記の実施の形態に係るレーザアニール方法では、第１レーザビーム照射と第２レーザビーム照射とを同時並行的に行ったが、図６（Ａ）に示すような、第１レーザビームＬＢ１による第１レーザビーム照射だけを行った後に、図６（Ｂ）に示すような第２レーザビーム照射だけを行ってもよい。第１レーザビーム照射だけを行った場合には、図７に示すような微結晶シリコン膜２Ａが略全面に形成されたパネル領域１ａが形成される。その後、第２レーザビーム照射を行うことにより、図５に示すような結晶化シリコン膜基板１Ａを形成することが可能となる。

【0055】

本発明に係るレーザアニール方法では、図８の（Ａ）に示すように、パネル領域１ａ全体に対して、ビームスポットの幅の狭い第１レーザビームＬＢ１を照射した後、図８の（Ｂ）に示すように、第２レーザビーム照射を間欠的に行ってもよい。この場合、図９に示すように、疑似単結晶シリコン膜２Ｂと微結晶シリコン膜２Ａとの間にストライプ上に非晶質シリコン膜２が残るような基板構造となる。なお、上記の本実施の形態と同様に、図８の（Ａ）の第１レーザビーム照射と、（Ｂ）の第２レーザビーム照射と、を同時並行的に行っても勿論よい。

【符号の説明】

【0056】

Ｃ 間隔
ＬＢ１ 第１レーザビーム
ＬＢ２ 第２レーザビーム
Ｔ 搬送方向（一定方向）
１ 被処理基板
１Ａ，１Ｂ 結晶化シリコン膜基板
１ａ パネル領域
２ 非晶質シリコン膜
２Ａ 微結晶シリコン膜（種結晶膜）
２Ｂ 疑似単結晶シリコン膜（特性にばらつきの少ない結晶化シリコン膜）
２Ｃ 疑似単結晶シリコン膜（参考例）
１０ レーザアニール装置
１１ 第１レーザビーム出射部
１２ 第２レーザビーム出射部
１３ 反射鏡
１４ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】