【手続補正書】
【提出日】平成16年9月17日(2004.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板上にシリコンを主成分とする非単結晶半導体薄膜を成膜したのち、前記非単結晶半導体薄膜を島状パターンに加工し、次いで、前記非単結晶半導体薄膜上に絶縁膜パターンを選択的に形成し、次いで、レーザ光を照射して、前記非単結晶半導体薄膜を前記絶縁膜パターンの端部から中央部に向かって結晶化する工程を有することを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項２】
上記絶縁膜パターンの線幅が、５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項３】
上記絶縁膜パターンの線幅が、薄膜トランジスタのチャネル長より最大４μｍ拡げた大きさであることを特徴とする請求項１記載の半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の半導体薄膜の結晶化方法による結晶化半導体薄膜を用いた半導体装置において、上記絶縁膜パターンの直下の結晶化領域を、能動領域として用いたことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
上記絶縁膜パターンの直下の結晶化領域の少なくとも一部を、薄膜トランジスタのチャネル領域として用いたことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
上記チャネル領域のチャネル長方向には、結晶粒が２個以下しか存在しないことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項３記載の半導体薄膜の結晶化方法による結晶化半導体薄膜を用いた半導体装置において、上記絶縁膜パターンの直下の結晶化領域の中央部のチャネル領域に隣接する結晶粒径が前記チャネル領域の結晶粒径より大きい領域を、電界緩和領域とすることを特徴とする半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照  
（１）本発明は、半導体薄膜の結晶化方法において、絶縁性基板１上にシリコンを主成分とする非単結晶半導体薄膜２を成膜したのち、非単結晶半導体薄膜２を島状パターンに加工し、次いで、非単結晶半導体薄膜２上に絶縁膜パターン３を選択的に形成し、次いで、レーザ光４を照射して、非単結晶半導体薄膜２を絶縁膜パターン３の端部から中央部に向かって結晶化する工程を有することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
この様に、非単結晶半導体薄膜２上に絶縁膜パターン３を選択的に形成したのちレーザ光４を照射して、非単結晶半導体薄膜２を図において矢印で示す様に絶縁膜パターン３の端部から中央部に向かって結晶化することによって、レーザ照射のみによって結晶粒径の大きな結晶化領域６を任意の位置に形成することができ、それによって、素子特性のバラツキを小さくすることができる。
またデバイスを形成するための島状パターンを絶縁膜パターン３を設ける前に形成することによって、熱の逃げが少なくなるのでより低エネルギーでの結晶化が可能になり、また、島状パターン毎の温度差が小さくなってより均一な結晶が得られやすくなり、さらに、レーザ光４のビームプロファイルの影響を受けにくくなる。
なお、絶縁膜パターン３を設けない領域においても結晶化が進み多結晶領域５が形成されるが、その結晶粒径は結晶化領域６より小さくなる。
また、「シリコンを主成分とする」とは、シリコン自体、或いは、シリコンにゲルマニウム等の元素を添加した半導体を意味し、また、「非単結晶」とはアモルファス、微結晶、及び、多結晶を意味する。
また、この場合のレーザ光の波長は、非単結晶半導体薄膜の禁制帯幅に応じて吸収波長となる波長とするものであり、通常は紫外線を用いる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
（３）また、本発明は、上記（１）において、絶縁膜パターン３の線幅が、薄膜トランジスタのチャネル長より最大４μｍ拡げた大きさであることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
（４）また、本発明は、上記（１）または（２）に記載の結晶化方法による結晶化半導体薄膜を用いた半導体装置において、絶縁膜パターン３の直下の結晶化領域６を能動領域として用いたことを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
（５）また、本発明は、上記（４）において、絶縁膜パターン３の直下の結晶化領域６の少なくとも一部を、薄膜トランジスタのチャネル領域として用いたことを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
（６）また、本発明は、上記（５）において、チャネル領域のチャネル長方向には、結晶粒が２個以下しか存在しないことを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
（７）また、本発明は、上記（３）に記載の結晶化方法による結晶化半導体薄膜を用いた半導体装置において、絶縁膜パターン３の直下の結晶化領域６の中央部のチャネル領域に隣接する領域の結晶粒径がチャネル領域の結晶粒径より大きい領域を電界緩和領域とすることを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の実施の形態を説明する前に本発明の前提となる参考例を、図２乃至図４参照して説明するが、まず、図２及び図３を参照して、参考例の製造工程を説明する。  なお、図２（ａ）乃至図３（ｃ）において、左側の図は要部上面図であり、また、右側の図はチャネル長方向に沿った要部断面図であり、また、図３（ｄ）は図３（ｃ）における破線で示す円内の拡大図である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
この様に、本発明の前提となる参考例においては、ＳｉＯ2 膜パターン１５を選択的に設けたのちレーザアニールを行っているので、結晶粒径が０．８〜１．０μｍ程度の結晶化シリコン領域１９をレーザアニールのみによって任意の位置に再現性良く形成することができ、また、ＳｉＯ2 膜パターン１５を設けた状態でレーザ照射を行っているので、表面平坦化の効果の期待でき、それによって、特性の揃ったＴＦＴからなるＴＦＴ基板を製造することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
次に、図５及び図６を参照して、本発明の第１の実施の形態の製造工程を説明するが、図５（ａ）乃至図６（ｃ）において、左側の図は要部上面図であり、また、右側の図はチャネル長方向に沿った要部断面図であり、また、図６（ｄ）は図６（ｃ）における破線で示す円内をＳｉＯ2 膜パターン１５を一部透視して示した拡大図である。
図５（ａ）参照  
まず、ＴＦＴ基板となる透明なガラス基板１１上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、例えば、厚さが１５０ｎｍの下地ＳｉＯ2 膜１２、及び、厚さが１０〜２００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのアモルファスシリコン膜を順次堆積させたのち、所定形状のレジストパターン（図示せず）をマスクとして、アモルファスシリコン膜にＣｌ2 ＋ＢＣｌ3 をエッチングガスとしたドライ・エッチングを施すことによってアモルファスシリコン島状パターン２１を形成する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、上記の参考例と同様の作用効果が得られる以外に、アモルファスシリコン膜をパターニングしてアモルファスシリコン島状パターン２１を形成したのち、ＳｉＯ2 膜パターン１５を選択的に設けてレーザアニールを行っているので、熱の逃げが少なくなるのでより低エネルギーでの結晶化が可能になり、また、アモルファスシリコン島状パターン２１毎の温度差が小さくなってより均一な結晶が得られやすくなり、さらに、エキシマレーザ光１６のビームプロファイルの影響を受けにくくなる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
次に、図７乃至図９を参照して本発明の第２の実施の形態を説明するが、まず、図７及び図８を参照して、本発明の第２の実施の形態の製造工程を説明する。
なお、図７（ａ）乃至図８（ｃ）において、左側の図は要部上面図であり、また、右側の図はチャネル長方向に沿った要部断面図であり、また、図８（ｄ）は図８（ｃ）における破線で示す円内をゲート電極及びＳｉＯ2 膜パターンを一部透視して示した拡大図である。
図７（ａ）参照  
まず、上記の第１の実施の形態と同様に、ＴＦＴ基板となる透明なガラス基板１１上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、例えば、厚さが１５０ｎｍの下地ＳｉＯ2 膜１２、及び、厚さが１０〜２００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのアモルファスシリコン膜を順次堆積させたのち、所定形状のレジストパターン（図示せず）をマスクとして、アモルファスシリコン膜にＣｌ2 ＋ＢＣｌ3 をエッチングガスとしたドライ・エッチングを施すことによってアモルファスシリコン島状パターン２１を形成する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
この様に、本発明の第２の実施の形態においては、上記の第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる以外に、ＳｉＯ2 膜パターン２２の線幅ｗを、ｗ≦チャネル長＋２×２μｍとしているので、チャネル領域の両側を低抵抗のオフセット領域にすることができ、それによって、特性の不安定要因となるＬＤＤ領域形成のためのイオン注入工程が不要となるので、製造工程の簡略化とともに、素子特性の安定化が可能になる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
また、上記の第１の実施の形態の説明においては、チャネル領域の中央に結晶粒界が存在するが、ゲート電極を１μｍ以下にし、ゲート電極を設ける領域を選択することによってチャネル領域において、チャネル長方向に結晶粒界が存在しない様にしても良いものであり、それによって、ＴＦＴの特性をさらに高めることができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
また、上記の第２の実施の形態においては、アモルファスシリコン島状パターンを形成してからＳｉＯ2 膜パターンを形成しているが、上記の参考例と同様に、ＳｉＯ2 膜パターンを形成してレーザ照射したのち、島状パターンにパターニングしても良いものである。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
また、上記の第２の実施の形態においては、ＳｉＯ2 膜パターン２２をそのままゲート絶縁膜として用いているが、ＳｉＯ2 膜パターン２２を除去したのち、新たに、ＳｉＯ2 膜或いはＳｉＮ膜を堆積させてゲート絶縁膜としても良いものである。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
また、上記の第２の実施の形態においては、イオン注入を行わずにオフセット部としているが、ＬＤＤ領域形成のためのイオン注入を行っても良いものであり、被注入部分の結晶性が均一で、高品質であるために、注入後の抵抗値が安定する。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
本発明の前提となる参考例の途中までの製造工程の説明図である。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
本発明の前提となる参考例の図２以降の製造工程の説明図である。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
本発明の前提となる参考例によるシリコン薄膜のラマンシフトの説明図である。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
本発明の第１の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
本発明の第１の実施の形態の図５以降の製造工程の説明図である。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
本発明の第２の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
本発明の第２の実施の形態の図７以降の製造工程の説明図である。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
本発明の第２の実施の形態によるシリコン薄膜のラマンシフトの説明図である。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2000260709.tif 000001
【手続補正３０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2000260709.tif 000002
【手続補正３１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2000260709.tif 000003
【手続補正３２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2000260709.tif 000004
【手続補正３３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2000260709.tif 000005
【手続補正３４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2000260709.tif 000006
【手続補正３５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2000260709.tif 000007
【手続補正３６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2000260709.tif 000008