(57)【要約】【課題】  非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行うことが可能な多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供する。【解決手段】  片面に非晶質シリコン薄膜が形成された電気絶縁性基板を用意し、この非晶質シリコン薄膜上に所定パターンの開口部を有する透光性マスクを形成した後に該透光性マスクの開口部を介して非晶質シリコン薄膜に不純物をドーピングして不純物注入領域を形成し、その後、透光性マスクを残したまま非晶質シリコン薄膜にレーザアニールを施し、不純物注入領域にドーピングされている不純物を活性化して該不純物注入領域を不純物拡散領域にすると共に、非晶質シリコン薄膜のうちで透光性マスクにより覆われている領域を多結晶化することによって、解決した。【選択図】      なし         【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面上に非晶質シリコン薄膜が形成された電気絶縁性基板を用意する準備工程と、
前記非晶質シリコン薄膜上に所定パターンの開口部を有する透光性マスクを形成するマスク形成工程と、
前記透光性マスクの開口部を介して前記非晶質シリコン薄膜に不純物をドーピングして不純物注入領域を形成するドーピング工程と、
前記透光性マスクを残したまま前記非晶質シリコン薄膜にレーザアニールを施し、前記不純物注入領域にドーピングされている不純物を活性化して該不純物注入領域を不純物拡散領域にすると共に、前記非晶質シリコン薄膜のうちで前記透光性マスクにより覆われている領域を多結晶化するアニーリング工程と、
を含むことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項２】
片面上に非晶質シリコン薄膜が形成され、該非晶質シリコン薄膜上に光透過膜が形成された電気絶縁性基板を用意する準備工程と、
前記光透過膜を介して前記非晶質シリコン薄膜に所定のパターンで不純物をドーピングして不純物注入領域を形成するドーピング工程と、
前記光透過膜をパターニングして前記不純物注入領域の上方に開口部を形成するパターニング工程と、
前記パターニングされた光透過膜を残したまま前記非晶質シリコン薄膜にレーザアニールを施し、前記不純物注入領域にドーピングされている不純物を活性化して該不純物注入領域を不純物拡散領域にすると共に、前記非晶質シリコン薄膜のうちで前記光透過膜により覆われている領域を多結晶化するアニーリング工程と、
を含むことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項３】
少なくとも２つの不純物拡散領域を有する多結晶シリコン薄膜と、前記不純物拡散領域の１つに１つずつ対応して形成されて該対応する不純物拡散領域に導通する第１電極と、互いに近接する不純物拡散領域同士の平面視上の間の領域において前記多結晶シリコン薄膜に電気的に接続可能な第２電極とを備え、前記多結晶シリコン薄膜が電気絶縁性基板上に形成されている薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記多結晶シリコン薄膜を請求項１又は２に記載の方法によって形成することを特徴する薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記電気絶縁性基板上に前記多結晶シリコン薄膜を形成し、該多結晶シリコン薄膜上に前記第１電極及び前記第２電極を形成することを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記電気絶縁性基板上に前記第１電極を形成し、該第１電極の１つに１つの不純物拡散領域が接続された状態で前記多結晶シリコン薄膜を形成し、該多結晶シリコン薄膜上に前記第２電極を形成することを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記電気絶縁性基板上に前記第２電極を形成し、該第２電極を覆うようにして、かつ前記第２電極を介して２つの不純物拡散領域が平面視上対向するようにして前記多結晶シリコン薄膜を形成し、該多結晶シリコン薄膜上に前記第１電極を形成することを特徴する請求項３に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
電気絶縁性基板と、該電気絶縁性基板の片面に形成された多結晶シリコン薄膜とを有し、前記多結晶シリコン薄膜に不純物拡散領域が選択的に形成されているシリコン薄膜付き基板であって、
前記多結晶シリコン薄膜の結晶性が前記不純物拡散領域で低く、該不純物拡散領域以外の領域で高いことを特徴とするシリコン薄膜付き基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多結晶シリコン薄膜の製造方法、薄膜トランジスタの製造方法、及びシリコン薄膜付き基板に関し、更に詳しくは、不純物拡散領域を有する多結晶シリコン薄膜を電気絶縁性基板上に形成する多結晶シリコン薄膜の製造方法、この多結晶シリコン薄膜を利用した薄膜トランジスタの製造方法、及び不純物拡散領域を有する多結晶シリコン薄膜が電気絶縁性基板上に形成されているシリコン薄膜付き基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス等の電気絶縁性基板上に多結晶シリコン薄膜を形成し、この多結晶シリコン薄膜を利用して製造された薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下、「ＴＦＴ」と略記することがある。）は、絶縁性基板上に形成された非晶質シリコン薄膜を利用して製造されたＴＦＴに比べて電荷移動度が高い、動作電圧が低い等の利点を有している。そのため、多結晶シリコン薄膜を利用したＴＦＴ（以下、「多結晶シリコンＴＦＴ」と称することがある。）は、アクティブマトリクス駆動型の表示装置において個々の画素に付設されるスイッチング素子や、前記の表示装置においてディスプレイ基板上に形成される周辺回路を構成する回路素子等として利用されている。この多結晶シリコンＴＦＴは、今後さらに、その用途が拡大するものと期待されている。
【０００３】
多結晶シリコンＴＦＴを作製するためには、電気絶縁性基板上に多結晶シリコン薄膜を形成し、この多結晶シリコン薄膜膜に所望のパターンで不純物拡散領域を形成することが必要となる。不純物拡散領域は、ドナー又はアクセプタとなる不純物を多結晶シリコン薄膜に注入した後に、この不純物を活性化することによって形成される。
【０００４】
不純物の活性化は、例えば６００〜１０００℃程度の熱アニールによって行うことができるが、この場合には、石英ガラス基板等のように耐熱性が高い高価な電気絶縁性基板上に多結晶シリコン薄膜を形成することが必要となる。多成分ガラス基板や樹脂基板等のように耐熱性が低い安価な電気絶縁性基板上に多結晶シリコン薄膜を形成しようとする場合には、まず、減圧化学的気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）法、スパッタ法等によって電気絶縁性基板上に非晶質シリコン薄膜を成膜し、この非晶質シリコン薄膜にレーザアニールを施して多結晶化した後に不純物を注入し、その後、レーザアニールによって不純物を活性化するという方法がとられる。
【０００５】
レーザアニールでは、レーザ光が照射された領域のみが瞬間的に加熱されるので、たとえ電気絶縁性基板の耐熱が低くても、非晶質シリコン薄膜を多結晶シリコン薄膜にするに充分なエネルギー、あるいは、不純物を活性化するに充分なエネルギーを付与することができる。
【０００６】
レーザアニールによる非晶質シリコン薄膜の多結晶化と不純物の活性化とは、多くの場合、上述のように別々の工程とされるが、例えば特許文献１には、非晶質シリコン薄膜（アモルファスシリコン薄膜）に直接的にレーザ光を照射して、レーザアニールによる多結晶化と不純物の活性化とを同時に行い、これによって薄膜トランジスタを製造する方法が記載されている。非晶質シリコン薄膜の多結晶化と不純物の活性化とを同時に行うことにより、製造工程数を低減させることができる。
【特許文献１】特許第３２１１３４０号公報（特許請求の範囲、第０００２〜０００３段、及び第０００９段参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非晶質シリコン薄膜の多結晶化に最適なレーザ光のエネルギー密度と不純物の活性化に最適なレーザ光のエネルギー密度とは異なる。このため、特許文献１に記載されている製造方法におけるように、非晶質シリコン薄膜に直接的にレーザ光を照射して多結晶化と不純物の活性化とを同時に行った場合には、多結晶化及び活性化のいずれかが最適条件から大きく外れることになる。
【０００８】
例えば、非晶質シリコン薄膜の多結晶化に最適なエネルギー密度のレーザ光によって不純物の活性化を行うと、注入されていた不純物が膜表面から再蒸発して周囲に付着することから、シリコン薄膜が不純物によって汚染されることになる。一方、不純物の活性化に最適なエネルギー密度のレーザ光によって非晶質シリコン薄膜の多結晶化を行うと、得られる多結晶シリコン薄膜の結晶性が低下し、結果として、この多結晶シリコン薄膜を利用した薄膜トランジスタの電気特性も低下する。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行うことが可能な多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第２の目的は、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行って薄膜トランジスタを得ることが可能な薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
【００１１】
そして、本発明の第３の目的は、電気的特性が良好な半導体素子を得易いシリコン薄膜付き基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記第１の目的を達成する本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法は、片面上に非晶質シリコン薄膜が形成された電気絶縁性基板を用意する準備工程と、前記非晶質シリコン薄膜上に所定パターンの開口部を有する透光性マスクを形成するマスク形成工程と、前記透光性マスクの開口部を介して前記非晶質シリコン薄膜に不純物をドーピングして不純物注入領域を形成するドーピング工程と、前記透光性マスクを残したまま前記非晶質シリコン薄膜にレーザアニールを施し、前記不純物注入領域にドーピングされている不純物を活性化して該不純物注入領域を不純物拡散領域にすると共に、前記非晶質シリコン薄膜のうちで前記透光性マスクにより覆われている領域を多結晶化するアニーリング工程と、を含むことを特徴とする（以下、この製造方法を「製造方法Ｉ」ということがある。）。
【００１３】
本発明の製造方法Ｉでは、上述のように、非晶質シリコン薄膜に不純物をドーピングする際に用いた透光性マスクを残したまま不純物の活性化及び非晶質シリコン薄膜の多結晶化をレーザアニールによって行う。このため、レーザアニールに用いるレーザ発振器の出力を一定にしたとしても、透光性マスクの膜厚を適宜選定しておくことにより、不純物注入領域には不純物の活性化に最適なエネルギー密度のレーザ光を照射し、他の領域には多結晶化に最適なエネルギー密度のレーザ光を照射することが可能になる。したがって、本発明の製造方法Ｉによれば、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行うことが可能になる。
【００１４】
上記第１の目的を達成する本発明の多結晶シリコン薄膜の他の製造方法は、片面上に非晶質シリコン薄膜が形成され、該非晶質シリコン薄膜上に光透過膜が形成された電気絶縁性基板を用意する準備工程と、前記光透過膜を介して前記非晶質シリコン薄膜に所定のパターンで不純物をドーピングして不純物注入領域を形成するドーピング工程と、前記光透過膜をパターニングして前記不純物注入領域の上方に開口部を形成するパターニング工程と、前記パターニングされた光透過膜を残したまま前記非晶質シリコン薄膜にレーザアニールを施し、前記不純物注入領域にドーピングされている不純物を活性化して該不純物注入領域を不純物拡散領域にすると共に、前記非晶質シリコン薄膜のうちで前記光透過膜により覆われている領域を多結晶化するアニーリング工程と、を含むことを特徴とする（以下、この製造方法を「製造方法II」ということがある。）。
【００１５】
本発明の製造方法IIでは、上述のように光透過膜を介して非晶質シリコン薄膜に所定のパターンで不純物をドーピングした後に前記の光透過膜をパターニングし、当該パターニングされた光透過膜を残したまま不純物の活性化及び非晶質シリコン薄膜の多結晶化をレーザアニールによって行う。したがって、本発明の製造方法IIによれば、上述した本発明の製造方法Ｉにおける理由と同じ理由から、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行うことが可能になる。
【００１６】
上記第２の目的を達成する本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、少なくとも２つの不純物拡散領域を有する多結晶シリコン薄膜と、前記不純物拡散領域の１つに１つずつ対応して形成されて該対応する不純物拡散領域に導通する第１電極と、互いに近接する不純物拡散領域同士の平面視上の間の領域において前記多結晶シリコン薄膜に電気的に接続可能な第２電極とを備え、前記多結晶シリコン薄膜が電気絶縁性基板上に形成されている薄膜トランジスタの製造方法であって、前記多結晶シリコン薄膜を上述した本発明の製造方法Ｉ又は製造方法IIによって形成することを特徴する（以下、この製造方法を「製造方法Ａ」ということがある。）。
【００１７】
既に説明したように、本発明の製造方法Ｉ及び製造方法IIでは、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行うことが可能である。したがって、これら本発明の製造方法Ｉ又は製造方法IIによって多結晶シリコン薄膜を形成する本発明の製造方法Ａによれば、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行って薄膜トランジスタを得ることが可能になる。
【００１８】
本発明の製造方法Ａにおいては、（１）前記電気絶縁性基板上に前記多結晶シリコン薄膜を形成し、該多結晶シリコン薄膜上に前記第１電極及び前記第２電極を形成する（以下、この製造方法を「製造方法Ｂ」ということがある。）こと、（２）前記電気絶縁性基板上に前記第１電極を形成し、該第１電極の１つに１つの不純物拡散領域が接続された状態で前記多結晶シリコン薄膜を形成し、該多結晶シリコン薄膜上に前記第２電極を形成する（以下、この製造方法を「製造方法Ｃ」ということがある。）こと、又は、（３）前記電気絶縁性基板上に前記第２電極を形成し、該第２電極を覆うようにして、かつ前記第２電極を介して２つの不純物拡散領域が平面視上対向するようにして前記多結晶シリコン薄膜を形成し、該多結晶シリコン薄膜上に前記第１電極を形成する（以下、この製造方法を「製造方法Ｄ」ということがある。）こと、が好ましい。
【００１９】
本発明の製造方法Ｂによればプレーナ型の薄膜トランジスタを得ることができ、本発明の製造方法Ｃによれば正スタガ型の薄膜トランジスタを得ることができる。そして、本発明の製造方法Ｄによれば、逆スタガ型の薄膜トランジスタを得ることができる。
【００２０】
前述した第３の目的を達成する本発明のシリコン薄膜付き基板は、電気絶縁性基板と、該電気絶縁性基板の片面に形成された多結晶シリコン薄膜とを有し、前記多結晶シリコン薄膜に不純物拡散領域が選択的に形成されているシリコン薄膜付き基板であって、前記多結晶シリコン薄膜の結晶性が前記不純物拡散領域で低く、該不純物拡散領域以外の領域で高いことを特徴とする。
【００２１】
本発明のシリコン薄膜付き基板は、例えば上述した本発明の製造方法Ｉ又は製造方法IIによって得ることができるものであり、これらの方法によれば、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行うことが可能であるので、電気的特性が良好な半導体素子、例えば薄膜トランジスタ、光電変換素子、薄膜ダイオード素子等を得易くなる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法によれば、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行うことが可能であり、本発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行って薄膜トランジスタを得ることが可能になる。また、本発明のシリコン薄膜付き基板によれば、電気的特性が良好な半導体素子を得易くなる。したがって、本発明によれば、薄膜トランジスタ等の半導体素子を利用した集積回路や電子機器の製造コストを低減することが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の製造方法Ｉ、製造方法II、薄膜トランジスタの製造方法、及びシリコン薄膜付き基板について、それぞれ詳述する。
【００２４】
＜製造方法Ｉ（第１形態）及びシリコン薄膜付き基板（第１形態）＞
本発明の製造方法Ｉでは、前述したように、準備工程、マスク形成工程、ドーピング工程、及びアニーリング工程を順次行って、多結晶シリコン薄膜を製造する。以下、図１（ａ）〜図１（ｄ）を参照しつつ、本発明の製造方法Ｉの一例を説明する。図１（ａ）〜図１（ｄ）は、それぞれ、本発明の製造方法Ｉでの各工程の一例を概略的に示す断面図である。
【００２５】
（１）準備工程；
図１（ａ）に示すように、準備工程では、片面１ａに非晶質シリコン薄膜３が形成された電気絶縁性基板１を用意する。電気絶縁性基板１としては、石英、単成分ガラス、多成分ガラス、樹脂等によって形成されたものを用いることができる。
【００２６】
どのような材質の電気絶縁性基板を用いるかは、製造しようとするシリコン薄膜の用途や製造コスト等を考慮して適宜選択可能であるが、後述するアニーリング工程で行われるレーザアニールの利点を活かすという観点からは、多成分ガラスや樹脂等によって形成された耐熱温度３００℃程度以下の安価な電気絶縁性基板を用いることが好ましい。また、多結晶シリコン薄膜を利用して薄膜トランジスタ等の半導体素子が形成された回路等を低コストの下に得るという観点からも、上記安価な電気絶縁性基板を用いることが好ましい。電気絶縁性基板１の形態は、製造しようとする多結晶シリコン薄膜の用途等に応じて、板状、シート状、フィルム状等、適宜選定可能である、本発明においては、電気絶縁性材料によって形成された板状物の他に、電気絶縁性材料によって形成されたシート状物やフィルム状物等も「電気絶縁性基板」と称するものとする。
【００２７】
非晶質シリコン薄膜３は、例えば、ＬＰＣＶＤ法やＰＥＣＶＤ法等の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、あるいは、真空蒸着法やスパッタ法等の物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）によって電気絶縁性基板１上に成膜することができる。あるいは、非晶質シリコン微粒子を含有した塗工液を用いて塗膜を形成し、この塗膜を不活性ガス雰囲気中、２００〜３００℃程度で加熱して硬化させることによっても得ることができる。
【００２８】
電気絶縁性基板１の耐熱温度が３００℃程度よりも低い場合には、ＬＰＣＶＤ法、ＰＥＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法等、成膜時の基板温度を低温にすることが可能な方法によって非晶質シリコン薄膜３を成膜することが好ましい。非晶質シリコン薄膜３の膜厚は、製造しようとする多結晶シリコン薄膜の用途等に応じて、１０〜１０００ｎｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。
【００２９】
なお、必要に応じて、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化膜によって膜厚１００〜３０００ｎｍ程度の基板保護膜を電気絶縁性基板１と非晶質シリコン薄膜３との間に設けることができる。この基板保護膜を設けることにより、例えば電気絶縁性基板１として多成分ガラスからなるガラス基板を用いた場合に、この多成分ガラス基板の成分が非晶質シリコン薄膜３へマイグレーションするのを防止することができると共に、非晶質シリコン薄膜３を多結晶化する際の熱エネルギーの拡散を防止することができる。
【００３０】
また、非晶質シリコン薄膜３が水素化非晶質シリコン薄膜である場合や、スパッタ法により成膜されたものである場合には、非晶質シリコン薄膜３に含まれる水素又は不活性ガス成分を放散させるための脱ガス処理を施すことが好ましい。この脱ガス処理は、例えば、非晶質シリコン薄膜３の結晶化エネルギーより低エネルギーのレーザ光を非晶質シリコン薄膜３に照射することによって行うことができる。
【００３１】
準備工程で用意する電気絶縁性基板１（片面に非晶質シリコン薄膜３が形成されているもの）は、自ら作製してもよいし、他で作製されたものを購入してもよい。非晶質シリコン薄膜３の表面に自然酸化膜が形成されていた場合には、フッ酸等で洗浄して自然酸化膜を除去してから、以下に説明するマスク形成工程に入ってもよい。
【００３２】
（２）マスク形成工程；
図１（ｂ）に示すように、マスク形成工程では、所定パターンの開口部７ａを有する透光性マスク７を非晶質シリコン薄膜３上に形成する。ここで、本発明でいう「透光性マスク」とは、後述するドーピング工程では開口部７ａ以外の領域７ｂにおいて不純物の透過を阻止することができ、後述するアニーリング工程では開口部７ａ以外の領域７ｂにおいてもレーザ光の透過を許容することができる薄膜を意味する。この透光性マスク７（領域７ｂ）における上記レーザ光の吸収率は１０％程度以下であることが好ましい。
【００３３】
このような透光性マスク７の材料（母材）としては、シリコン酸化物薄膜、シリコン窒化物薄膜、チタン酸化物薄膜等を用いることができる。領域７ｂでの透光性マスク７の膜厚は、後述するアニーリング工程で非晶質シリコン薄膜３の結晶化と不純物の活性化とを一工程で行ううえで重要なパラーメータであり、その材料の屈折率、比熱等に応じて適宜選定される。この膜厚については、アニーリング工程についての説明の中で詳述する。
【００３４】
透光性マスク７は、例えば、その母材となる所定膜厚の薄膜をＣＶＤ法又はＰＶＤ法により形成し、この薄膜上に所定形状のエッチングマスクを形成した後にエッチングを施し、その後にエッチングマスクを剥離することによって得ることができる。
【００３５】
（３）ドーピング工程；
図１（ｃ）に示すように、ドーピング工程では、上述した透光性マスク７の開口部７ａを介して非晶質シリコン薄膜３に不純物Ｄをドーピングして、非晶質シリコン薄膜３に少なくとも２つの不純物注入領域３ａ、３ａを形成する。図１（ｃ）においては、不純物Ｄの注入経路を実線の矢印で示している。
【００３６】
不純物Ｄのドーピングは、例えばイオン注入法やプラズマドーピング法等によって行うことができる。注入する不純物Ｄは、活性化したときにドナー又はアクセプタとして機能するものであればよい。活性化したときにドナーとして機能する不純物の具体例としてはリン（Ｐ）イオンやヒ素（Ａｓ）イオン等が挙げられ、アクセプタとして機能する不純物の具体例としてはホウ素（Ｂ）イオン等が挙げられる。不純物Ｄとして何を用いるかは、形成しようとする不純物拡散領域（後述）に求められる性能、あるいは製造しようとする多結晶シリコン薄膜の用途等に応じて適宜選択される。同様に、不純物Ｄのドーピング濃度も、形成しようとする不純物拡散領域（後述）に求められる性能、あるいは製造しようとする多結晶シリコン薄膜の用途等に応じて適宜選択される。
【００３７】
（４）アニーリング工程；
図１（ｄ）に示すように、アニーリング工程では、透光性マスク７を残したまま上述の非晶質シリコン薄膜３（図１（ｃ）参照）にレーザアニールを施し、不純物注入領域３ａ、３ａ（図１（ｃ）参照）それぞれにドーピングされている不純物Ｄ（図１（ｃ）参照）を活性化して各不純物注入領域３ａをそれぞれ不純物拡散領域５ａ、５ａにすると共に、非晶質シリコン薄膜３のうちで透光性マスク７（領域７ｂ）により覆われている各領域５ｂを多結晶化する。レーザアニールは、透光性マスク７上及び各不純物注入領域３ａ上でレーザ光ＬＢ（パルスレーザ光又は連続波レーザ光）を走査させることによって行うことができる。図１（ｄ）においては、レーザ光ＬＢを波線の矢印で表している。
【００３８】
レーザ光ＬＢの光源であるレーザ発振器の出力を一定にしたとしても、各不純物注入領域３ａには不純物Ｄの活性化に最適なエネルギー密度のレーザ光ＬＢが照射され、各領域５ｂには多結晶化に最適なエネルギー密度のレーザ光ＬＢが照射されることになるように、本形態では、透光性マスク７の膜厚が適切な値に選定されている。以下、透光性マスク７の膜厚の選定方法について、この透光性マスク７がシリコン酸化物により形成され、レーザ光ＬＢが波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ光である場合を例にとり、図１（ｃ）又は図１（ｄ）で用いた参照符号を適宜引用しつつ説明する。
【００３９】
不純物Ｄの活性化は、非晶質シリコン薄膜３の表面の一部分のみを溶融させることによって行うことができ、活性化に最適なレーザ光ＬＢのエネルギー密度は例えば１００ｍＪ／ｃｍ２ 程度である。一方、非晶質シリコン薄膜３を良好な電気特性が得られるように多結晶化するためには、この非晶質シリコン薄膜３の大部分を一旦溶融させことが必要であり、多結晶化に最適なレーザ光ＬＢのエネルギー密度は例えば１６０ｍＪ／ｃｍ２ 程度である。
【００４０】
不純物注入領域３ａの表面でのレーザ光ＬＢの反射率は、非晶質シリコン薄膜３でのレーザ光ＬＢの屈折率が約５．０と高いことから、約６０％となる。したがって、不純物注入領域３ａに照射されたレーザ光ＬＢのエネルギーの約４０％がこの不純物注入領域３ａに入射して、その加熱に寄与する。不純物Ｄの活性化に最適なエネルギー密度（例えば１００ｍＪ／ｃｍ２ 程度）のレーザ光ＬＢを不純物注入領域３ａに入射させるためには、不純物注入領域３ａの表面でのレーザ光ＬＢのエネルギー密度を例えば２５０ｍＪ／ｃｍ２ 程度にすることが必要である。
【００４１】
一方、透光性マスク７（領域７ｂ）に照射されたレーザ光ＬＢのエネルギーのうちで領域５ｂの加熱に寄与するエネルギーは、透光性マスク７（領域７ｂ）を透過して領域５ｂに入射するレーザ光ＬＢの光量、及び透光性マスク７での１照射スポットあたりの熱容量を考慮すれば求めることができる。そして、これらの光量及び熱容量は、それぞれ、透光性マスク７（領域７ｂ）の膜厚に大きく左右される。
【００４２】
透光性マスク７がシリコン酸化物によって形成されている場合、透光性マスク７でのレーザ光ＬＢの屈折率は１．４８程度であり、この値は非晶質シリコン薄膜３でのレーザ光ＬＢの屈折率よりも小さい。このため、その膜厚を適宜選定することによって、透光性マスク７（領域７ｂ）を反射防止膜としても機能させることができる。すなわち、透光性マスク７の膜厚を（２ｍ−１）λ／４ｎ（ｍ；正の整数、λ；レーザ光ＬＢの波長＝３０８ｎｍ、ｎ；透光性マスク７の屈折率）とすることにより反射による損失を最小にすることができ、この膜厚をλ／４ｎとすることにより、領域５ｂに入射するレーザ光ＬＢの光量を最大にすることができる。反射による損失は、透光性マスク７の膜厚が（２ｍ−１）λ／４ｎからずれるに従って増大し、この膜厚がｍλ／２ｎのときに最大になる。また、透光性マスク７での１照射スポットあたりの熱容量は、透光性マスク７の膜厚が厚くなるに従って増大する。
【００４３】
これらの光量及び熱容量を基に、透光性マスク７（領域７ｂ）に照射されたレーザ光ＬＢのエネルギーのうちで領域５ｂの加熱に寄与するエネルギーを算出することができ、結果として、領域５ｂに入射するレーザ光ＬＢのエネルギー密度が非晶質シリコン薄膜３の多結晶化に最適なエネルギー密度（例えば１６０ｍＪ／ｃｍ２ 程度）となる膜厚（透光性マスク７の膜厚）を求めることができる。不純物注入領域３ａの表面でのレーザ光ＬＢのエネルギー密度が例えば２５０ｍＪ／ｃｍ２ 程度であるときには、透光性マスク７（領域７ｂ）の膜厚を６０ｎｍ程度にすることによって、領域５ｂに入射するレーザ光ＬＢのエネルギー密度を非晶質シリコン薄膜３の多結晶化に最適なエネルギー密度（例えば１６０ｍＪ／ｃｍ２ 程度）にすることができる。
【００４４】
すなわち、透光性マスク７がシリコン酸化物によって形成され、レーザ光ＬＢが波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ光である場合には、レーザ光ＬＢの光源であるレーザ発振器の出力を一定にしたとしても、透光性マスク７（領域７ｂ）の膜厚を６０ｎｍ程度にすることにより、不純物Ｄの活性化と非晶質シリコン薄膜３の多結晶化（領域５ｂの多結晶化）とを各々の最適条件の下に一工程で行うことが可能である。透光性マスク７の材料やレーザ光ＬＢの種類を変更した場合でも、上記と同じ技術的思想の下に透光性マスク７の膜厚を適宜選定することにより、同様の技術的効果を得ることができる。
【００４５】
以上説明した準備工程、マスク形成工程、ドーピング工程、及びアニーリング工程を順次行うことにより、少なくとも２つの不純物拡散領域を有する多結晶シリコン薄膜が形成された電気絶縁性基板１０Ａ（図１（ｄ）参照）を得ることができる。
【００４６】
この電気絶縁性基板１０Ａは本発明のシリコン薄膜付き基板の一形態であり、当該電気絶縁性基板（以下、「シリコン薄膜付き基板１０Ａ」という。）における多結晶シリコン薄膜５の結晶性は、不純物拡散領域５ａで低く、不純物拡散領域５ａ以外の領域（透光性マスク７により覆われている領域５ｂ）で高い。多結晶シリコン薄膜の結晶性の高低は、例えば、ラマン散乱で５２０ｃｍ−１付近に現れるピークの半値幅に基づいて判断することができる。
【００４７】
本発明の製造方法Ｉで形成される多結晶シリコン薄膜における不純物拡散領域での上記ラマン散乱ピークの半値幅は、不純物濃度や多結晶シリコン薄膜の膜厚等に応じて変動するが、不純物拡散領域以外の領域での半値幅より０．５〜５．０ｃｍ−１程度大きな値となる。このことは、後述する本発明の製造方法IIで形成される多結晶シリコン薄膜にもあてはまる。
【００４８】
上述したシリコン薄膜付き基板１０Ａに形成されている多結晶シリコン薄膜５を利用すれば、良好な電気特性を有する半導体素子、例えば薄膜トランジスタを容易に形成することができる。なお、透光性マスク７は、アニーリング工程後にエッチング等の方法によって除去することも可能である。
【００４９】
＜製造方法Ｉ（第２形態）及びシリコン薄膜付き基板（第２形態）＞
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、それぞれ、本発明の製造方法Ｉでの各工程の他の例を概略的に示す断面図である。図２（ａ）が準備工程を示し、図２（ｂ）がマスク形成工程を示す。また、図２（ｃ）がドーピング工程を示し、図２（ｄ）がアニーリング工程を示す。
【００５０】
図２（ａ）に示すように、本形態の準備工程で用意する電気絶縁性基板１の片面１ａには、少なくとも２つの第１電極１２、１２が間隔をあけて形成され、互いに隣り合う２つの第１電極１２、１２の平面視上の間の領域を覆うようにして、かつ、隣り合う２つの第１電極１２、１２をそれぞれ部分的に覆うようにして、非晶質シリコン薄膜３が形成されている。
【００５１】
互いに近接する２つの第１電極１２、１２の一方は、ＭＯＳ型の薄膜トランジスタ（正スタガ型）におけるソース電極として利用されるものであり、他方はドレイン電極として利用されるものである。各第１電極１２は、例えばタンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等によって形成され、その膜厚は５０〜３００ｎｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。
【００５２】
本形態では、準備工程で用意する電気絶縁性基板１の片面に上述のようにして少なくとも２つの第１電極１２、１２、及び非晶質シリコン薄膜３が形成されている点を除き、前述した第１形態の製造方法Ｉと同様にして各工程が行われる。図２（ａ）〜図２（ｄ）に示した部材又は領域のうちで図１（ａ）〜図１（ｄ）を用いて既に説明したものについては、図１（ａ）〜図１（ｄ）で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
不純物注入領域３ａは、例えば非晶質シリコン薄膜３のうちで互いに近接する２つの第１電極１２、１２と平面視上重なる領域それぞれに形成される。したがって、不純物拡散領域５ａは、例えば多結晶シリコン薄膜５のうちで互いに近接する２つの第１電極１２、１２と平面視上重なる領域それぞれに形成される。
【００５４】
以上説明した準備工程、マスク形成工程、ドーピング工程、及びアニーリング工程を順次行うことにより、少なくとも２つの不純物拡散領域５ａを有する多結晶シリコン薄膜５が形成された電気絶縁性基板１０Ｂ（図２（ｄ）参照）を得ることができる。この電気絶縁性基板１０Ｂは、本発明のシリコン薄膜付き基板の他の一形態である。
【００５５】
＜製造方法Ｉ（第３形態）及びシリコン薄膜付き基板（第３形態）＞
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、それぞれ、本発明の製造方法Ｉでの各工程の更に他の例を概略的に示す断面図である。図３（ａ）が準備工程を示し、図３（ｂ）がマスク形成工程を示す。また、図３（ｃ）がドーピング工程を示し、図３（ｄ）がアニーリング工程を示す。
【００５６】
図３（ａ）に示すように、本形態の準備工程で用意する電気絶縁性基板１の片面１ａには、少なくとも１つの第２電極１４が形成され、この第２電極１４を覆うようにして電気絶縁膜１６が形成され、この電気絶縁膜１６上に非晶質シリコン薄膜３が形成されている。非晶質シリコン薄膜３は、平面視上、第２電極１４と重なっており、第２電極１４は非晶質シリコン薄膜３の中央部を平面視上横断している。
【００５７】
第２電極１４は、ＭＯＳ型の薄膜トランジスタ（逆スタガ型）におけるゲート電極として利用されるものであり、例えばタンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等によって形成される。第２電極１４の膜厚は、５０〜３００ｎｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。
【００５８】
電気絶縁膜１６は、ＭＯＳ型の薄膜トランジスタ（逆スタガ型）におけるゲート絶縁膜として利用されるものであり、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物等をＰＶＤ法やＣＶＤ法によって堆積させることにより形成される。電気絶縁膜１６の膜厚は、３０〜５００ｎｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。
【００５９】
本形態では、準備工程で用意する電気絶縁性基板１の片面に上述のようにして少なくとも１つの第２電極１４、電気絶縁膜１６、及び非晶質シリコン薄膜３が形成されている点を除き、前述した第１形態の製造方法Ｉと同様にして各工程が行われる。図３（ａ）〜図３（ｄ）に示した部材又は領域のうちで図１（ａ）〜図１（ｄ）を用いて既に説明したものについては、図１（ａ）〜図１（ｄ）で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
不純物注入領域３ａは、例えば、非晶質シリコン薄膜３のうちで第２電極１４と平面視上重なる領域の中央部を境にして、その両側に分かれて形成される。したがって、不純物拡散領域５ａは、例えば、多結晶シリコン薄膜５のうちで第２電極１４と平面視上重なる領域の中央部を境にして、その両側に分かれて形成される。
【００６１】
以上説明した準備工程、マスク形成工程、ドーピング工程、及びアニーリング工程を順次行うことにより、少なくとも２つの不純物拡散領域５ａを有する多結晶シリコン薄膜５が形成された電気絶縁性基板１０Ｃ（図３（ｄ）参照）を得ることができる。この電気絶縁性基板１０Ｃは、本発明のシリコン薄膜付き基板の更に他の一形態である。
【００６２】
＜製造方法II（第１形態）＞
本発明の製造方法IIでは、前述したように、準備工程、ドーピング工程、パターニング工程、及びアニーリング工程を順次行って、多結晶シリコン薄膜を製造する。以下、図４（ａ）〜図４（ｄ）を参照しつつ、本発明の製造方法IIの一例を説明する。図４（ａ）〜図４（ｄ）は、それぞれ、本発明の製造方法IIでの各工程の一例を概略的に示す断面図である。
【００６３】
（１）準備工程；
図４（ａ）に示すように、準備工程では、片面２１ａに非晶質シリコン薄膜２３が形成され、この非晶質シリコン薄膜２３上に光透過膜２７が形成された電気絶縁性基板２１を用意する。
【００６４】
電気絶縁性基板２１としては、前述した第１形態の製造方法Ｉで使用する電気絶縁性基板１（図１（ａ）参照）と同様のものを用いることができる。また、非晶質シリコン薄膜２３は、前述した第１形態の製造方法Ｉで使用する非晶質シリコン薄膜３（図１（ａ）参照）と同様にして形成することができる。
【００６５】
光透過膜２７は、後述するドーピング工程においては不純物の透過を許容することができ、後述するアニーリング工程においてはレーザ光の透過を許容するができる薄膜である。このような光透過膜２７は、ドーピング工程での不純物のドーピング方法に応じて、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、チタン酸化膜等により形成することができる。
【００６６】
光透過膜２７における上記レーザ光の吸収率は１０％程度以下であることが好ましい。また、光透過膜２７の膜厚は、後述するアニーリング工程で非晶質シリコン薄膜２３の多結晶化と不純物の活性化とを一工程で行ううえで重要なパラーメータであり、その材料の屈折率、比熱等に応じて、前述した第１形態の製造方法Ｉでの透光性マスク７（領域７ｂ）の膜厚の選定と同じ技術的思想の下に選定される。
【００６７】
（２）ドーピング工程；
ドーピング工程では、光透過膜２７を介して非晶質シリコン薄膜２３に所定のパターンで不純物Ｄをドーピングして、非晶質シリコン薄膜２３に少なくとも２つの不純物注入領域２３ａ、２３ａを形成する。図４（ｂ）においては、不純物Ｄの注入経路を実線の矢印で示している。
【００６８】
注入する不純物Ｄは、活性化したときにドナー又はアクセプタとして機能するものであればよい。前述した第１形態の製造方法Ｉにおけるのと同様に、不純物Ｄとして何を用いるかは、形成しようとする不純物拡散領域（後述）に求められる性能、あるいは製造しようとする多結晶シリコン薄膜の用途等に応じて適宜選択される。同様に、不純物Ｄのドーピング濃度も、形成しようとする不純物拡散領域（後述）に求められる性能、あるいは製造しようとする多結晶シリコン薄膜の用途等に応じて適宜選択される。
【００６９】
不純物Ｄのドーピングは、例えばイオン注入法やプラズマドーピング法等によって行うことができる。例えばイオン注入法によって不純物Ｄをドーピングする場合には、（１）ドーピングしようとするイオンのビーム形状を電磁場により所望形状に成形することによって、又は、（２）所定のパターンで開口部が形成されたフォトレジスト膜又は金属薄膜を光透過膜２７上に設け、この状態で不純物Ｄをドーピングすることによって、非晶質シリコン薄膜２３のうちの所望の領域に不純物Ｄをドーピングすることができる。
【００７０】
（３）パターニング工程；
パターニング工程では、光透過膜２７をパターニングして、各不純物注入領域２３ａの上方に開口部２７ａを形成する。以下、各開口部２７ａが形成された光透過膜２７を「光透過膜２７Ａ」といい、図４（ｃ）及び後掲の図４（ｄ）においても参照符号「２７Ａ」で示す。また、光透過膜２７Ａにおける各開口部２７ａ以外の領域を領域２７ｂという。上記のパターニングは、例えば光透過膜２７上に所定形状のエッチングマスクを形成した後にエッチングを施し、その後にエッチングマスクを剥離することによって行うことができる。
【００７１】
（４）アニーリング工程；
アニーリング工程では、光透過膜２７Ａを残したまま非晶質シリコン薄膜２３にレーザアニールを施し、各不純物注入領域２３ａにドーピングされている不純物Ｄを活性化して各不純物注入領域２３ａを不純物拡散領域２５ａにすると共に、非晶質シリコン薄膜２３のうちで光透過膜２７Ａ（領域２７ｂ）により覆われている領域２５ｂを多結晶化する。
【００７２】
既に説明したように、光透過膜２７Ａ（領域２７ｂ）の膜厚はパターニング前の光透過膜２７の段階で、前述した第１形態の製造方法Ｉでの透光性マスク７（領域７ｂ；図１（ｃ）及び図１（ｄ）参照）の膜厚の選定と同じ技術的思想の下に選定されている。したがって、本形態でのアニーリング工程は、第１形態の製造方法Ｉでのアニーリング工程と同様にして行うことができる。
【００７３】
以上説明した準備工程、ドーピング工程、パターニング工程、及びアニーリング工程を順次行うことにより、少なくとも２つの不純物拡散領域を有する多結晶シリコン薄膜が形成された電気絶縁性基板を得ることができる。この電気絶縁性基板は、本発明のシリコン薄膜付き基板の１つである。当該電気絶縁性基板（シリコン薄膜付き基板）に形成されている多結晶シリコン薄膜を利用すれば、良好な電気特性を有する半導体素子、例えば薄膜トランジスタを容易に形成することができる。
【００７４】
なお、本発明の製造方法IIにおいても、前述した第２形態の製造方法Ｉにおけるのと同様に、少なくとも２つの第１電極と非晶質シリコン薄膜とが形成された電気絶縁性基板を用いて、少なくとも２つの不純物拡散領域を有する多結晶シリコン薄膜が形成された電気絶縁性基板（本発明のシリコン薄膜付き基板の他の１つ）を得ることができる。また、前述した第３形態の製造方法Ｉにおけるのと同様に、少なくとも１つの第２電極と非晶質シリコン薄膜とが形成された電気絶縁性基板を用いて、少なくとも２つの不純物拡散領域を有する多結晶シリコン薄膜が形成された電気絶縁性基板（本発明のシリコン薄膜付き基板の更に他の１つ）を得ることができる。
【００７５】
＜薄膜トランジスタの製造（第１形態）＞
本発明の薄膜トランジスタの製造方法では、上述した本発明の製造方法Ｉ又は製造方法IIによって電気絶縁性基板上に形成された多結晶シリコン薄膜を利用して、薄膜トランジスタを製造する。以下、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型の薄膜トランジスタを製造する場合を例にとり、図５（ａ）〜図５（ｅ）を参照しつつ、本発明の薄膜トランジスタの製造方法を詳述する。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、それぞれ、本発明の薄膜トランジスタの製造方法での各工程の一例を概略的に示す断面図である。
【００７６】
まず、図５（ａ）に示すように、片面５１ａに多結晶シリコン薄膜５５が形成された電気絶縁性基板５１を用意する。多結晶シリコン薄膜５５は、上述した本発明の製造方法Ｉ又は製造方法IIに従ってアニーリング工程まで行った後に透光性マスク又は光透過膜を剥離することによって得られる。この多結晶シリコン薄膜５５には、既に説明したように、少なくとも２つの不純物拡散領域５５ａが形成され、これらの周囲にはアンドープの多結晶シリコンからなる領域５５ｂが広がっている。なお、上記の透光性マスクの材質、又は上記の光透過膜の材質によっては、これをそのまま、後述する電気絶縁膜５８Ｐ（図５（ｄ）参照）として利用することも可能である。以下の説明は、多結晶シリコン薄膜５５の形成後に上記の透光性マスク又は光透過膜を剥離する場合を例にとり、行う。
【００７７】
次に、多結晶シリコン薄膜５５をパターニングして、１つの薄膜トランジスタに対応する領域をアイランド化する。このパターニングは、例えば、多結晶シリコン薄膜上に所定形状のエッチングマスクを形成した後にエッチングを施し、その後にエッチングマスクを剥離することによって行うことができる。
【００７８】
図５（ｂ）に示すように、多結晶シリコン薄膜５５をパターニングすることによってアイランド化された１つの領域５５Ｉには、２つの不純物拡散領域５５ａ、５５ａが含まれており、その周囲には上記の領域５５ｂが広がっている。
【００７９】
次いで、領域５５Ｉの表面に自然酸化膜が形成されている場合にはこの自然酸化膜をフッ酸等を用いて除去してから、図５（ｃ）に示すように、領域５５Ｉを覆うようにして電気絶縁膜５８を成膜する。この電気絶縁膜５８は、後述するゲート絶縁膜及び層間絶縁膜の材料として用いるものであるので、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物等をＰＶＤ法やＣＶＤ法によって堆積させることにより形成する。電気絶縁膜５８の膜厚は、３０〜５００ｎｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。
【００８０】
次に、電気絶縁膜５８をパターニングして、図５（ｄ）に示すように、各不純物拡散領域５５ａ上に開口部（コンタクトホール）５８ａを形成する。このパターニングは、例えば、電気絶縁膜５８上に所定形状のエッチングマスクを形成した後にエッチングを施し、その後にエッチングマスクを剥離することによって行うことができる。以下、パターニング後の電気絶縁膜５８を「電気絶縁膜５８Ｐ」といい、図５（ｄ）においても参照符号「５８Ｐ」を付してある。
【００８１】
電気絶縁膜５８Ｐでは、２つの開口部（コンタクトホール）５８ａの間の領域５８ｇがゲート絶縁膜として利用され（以下、この領域を「ゲート絶縁膜５８ｇ」という。）、その周囲の領域５８ｉが層間絶縁膜として利用される（以下、この領域を「層間絶縁膜５８ｉ」という。）。
【００８２】
次いで、ゲート絶縁膜５８ｇ及び層間絶縁膜５８ｉを覆うと共に各開口部（コンタクトホール）５８ａを埋める導電膜を例えばＰＶＤ法により成膜する。この導電膜は、ゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極の材料として利用されるものであり、例えばタンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等によって形成される。導電膜の膜厚は、５０〜３００ｎｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。
【００８３】
この後、上記の導電膜をパターニングして、図５（ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜５８ｇ上にゲート電極６０を形成すると共に、層間絶縁膜５８ｉ上に、一方の不純物拡散領域（以下、「ソース領域５５ｓ」という。）に接続されたソース電極６２と、他方の不純物拡散領域（以下、「ドレイン領域５５ｄ」という。）に接続されたドレイン電極電極６４とを形成する。
【００８４】
ゲート電極６０、ソース電極６２、及びドレイン電極６４まで設けることにより、電気絶縁性基板５１上にＭＯＳ型の薄膜トランジスタ７０（プレーナ型）が形成される。この薄膜トランジスタ７０においては、アイランド化された領域５５Ｉのうちでソース領域５５ｓとドレイン領域５５ｄとの間の領域５５ｂがチャネル領域として機能するので、図５（ｅ）においては、このチャネル領域に参照符号「５５ｃ」を付してある。
【００８５】
このようにして薄膜トランジスタ７０を製造する本形態の製造方法によれば、多結晶シリコン薄膜５５（図５（ａ）参照）を前述した第１形態の製造方法Ｉ又は製造方法IIにより形成するので、当該多結晶シリコン薄膜５５を得るにあたって、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行うことができる。結果として、良好な電気特性を有する薄膜トランジスタ７０を電気絶縁性基板５１上に形成し易くなる。
【００８６】
なお、必要に応じて、ゲート電極６０、ソース電極６２、及びドレイン電極６４の形成後に全体を水素プラズマ処理に付して、領域５５Ｉ中のダングリングボンドを水素により終端させてもよい。この水素プラズマ処理を行うことにより、電気特性が更に高い薄膜トランジスタを得ることができる。
【００８７】
＜薄膜トランジスタの製造（第２形態）＞
図６（ａ）〜図６（ｂ）は、それぞれ、本発明の薄膜トランジスタの製造方法によりＭＯＳ型の薄膜トランジスタを製造する際の各工程の他の例を概略的に示す断面図である。
【００８８】
本形態では、まず、前述した第２形態の製造方法Ｉにより、電気絶縁性基板上に多結晶シリコン薄膜を形成する。図２（ｄ）を用いて既に説明したように、上記の電気絶縁性基板の片面には少なくとも２つの第１電極が形成されている。多結晶シリコン薄膜は、１つの第１電極に１つの不純物拡散領域が接続された状態で電気絶縁性基板上に形成されており、対応する各第１電極をそれぞれ部分的に覆っている。本形態では、互いに近接する２つの第１電極と、これら２つの第１電極に対応する１つの多結晶シリコン薄膜が、１つの薄膜トランジスタに対応する。
【００８９】
次に、図６（ａ）に示すように、電気絶縁性基板８１、各第１電極９２、及び多結晶シリコン薄膜８５をそれぞれ覆うようにして、電気絶縁膜９５を成膜する。多結晶シリコン薄膜８５の表面に自然酸化膜が形成されている場合にはこの自然酸化膜をフッ酸等を用いて除去してから、電気絶縁膜９５を成膜する。電気絶縁膜９５はゲート絶縁膜として用いられるものであり、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物等をＰＶＤ法やＣＶＤ法によって堆積させることにより形成される。電気絶縁膜９５の膜厚は、３０〜５００ｎｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。なお、図６（ａ）に示した部材又は領域のうちで図２（ｄ）に示した部材又は領域と機能上共通するものについては、図２（ｄ）で用いた参照符号の数値部分に「８０」を加えた参照符号を付してその説明を省略する。
【００９０】
次に、電気絶縁膜９５を覆うようにして、例えばＰＶＤ法により導電膜を成膜する。この導電膜は、ゲート電極の材料として利用されるものであり、例えばタンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等によって形成される。領域８５ｂの上方での導電膜の膜厚は、５０〜３００ｎｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。この後、上記の導電膜をパターニングして、図６（ｂ）に示すように、領域８５ｂ上に電気絶縁膜９５を介してゲート電極９８を形成する。図示の例では、ゲート電極９８と各不純物拡散領域８５ａとが、平面視上、部分的に重なっている。
【００９１】
このゲート電極９８まで設けることにより、電気絶縁性基板８１上にＭＯＳ型の薄膜トランジスタ１００（正スタガ型）が形成される。薄膜トランジスタ１００においては、２つの第１電極９２、９２の一方がソース電極（以下、「ソース電極９２ｓ」といい、図６（ｂ）においても参照符号「９２ｓ」で示す。）として利用され、２つの第１電極９２、９２の他方がドレイン電極（以下、「ドレイン電極９２ｄ」といい、図６（ｂ）においても参照符号「９２ｄ」で示す。）として利用される。また、ソース電極９２ｓに接続している不純物拡散領域８５ａがソース領域（以下、「ソース領域８５ｓ」といい、図６（ｂ）においても参照符号「８５ｓ」で示す。）として機能し、ドレイン電極９２ｄに接続している不純物拡散領域８５ａがドレイン領域（以下、「ドレイン領域８５ｄ」といい、図６（ｂ）においても参照符号「８５ｄ」で示す。）として機能する。ソース領域８５ｓとドレイン領域８５ｄとの間の領域８５ｂは、チャネル領域として機能する。図６（ｂ）においては、このチャネル領域に参照符号「８５ｃ」を付してある。
【００９２】
このようにして薄膜トランジスタ１００を製造する本形態の製造方法によっても、多結晶シリコン薄膜８５を前述した第２形態の製造方法Ｉにより形成するので、当該多結晶シリコン薄膜８５を得るにあたって、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行うことができる。結果として、良好な電気特性を有する薄膜トランジスタ１００を電気絶縁性基板８１上に形成し易くなる。
【００９３】
＜薄膜トランジスタの製造（第３形態）＞
図７（ａ）〜図７（ｂ）は、それぞれ、本発明の薄膜トランジスタの製造方法によりＭＯＳ型の薄膜トランジスタを製造する際の各工程の更に他の例を概略的に示す断面図である。
【００９４】
本形態では、まず、前述した第３形態の製造方法Ｉにより、電気絶縁性基板上に多結晶シリコン薄膜を形成する。図３（ｄ）を用いて既に説明したように、上記の電気絶縁性基板の片面には少なくとも１つの第２電極が形成され、この第２電極を覆うようにして電気絶縁膜が形成され、この電気絶縁膜上に多結晶シリコン薄膜が形成されている。
【００９５】
次に、図７（ａ）に示すように、上記の多結晶シリコン薄膜１１５及び電気絶縁膜１２６をそれぞれ覆うようにして、層間絶縁膜１２８を成膜する。多結晶シリコン薄膜１１５の表面に自然酸化膜が形成されている場合にはこの自然酸化膜をフッ酸等を用いて除去してから、層間絶縁膜１２８を成膜する。層間絶縁膜１２８は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物等をＰＶＤ法やＣＶＤ法によって堆積させることにより形成され、その膜厚は５０〜３００ｎｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。なお、図７（ａ）に示した部材又は領域のうちで図３（ｄ）に示した部材又は領域と機能上共通するものについては、図３（ｄ）で用いた参照符号の数値部分に「１１０」を加えた参照符号を付してその説明を省略する。
【００９６】
次に、層間絶縁膜１２８をパターニングして、各不純物拡散領域１１５ａの上方に開口部（コンタクトホール）を１つずつ形成する。また、パターニング後の層間絶縁膜を覆うと共に各開口部（コンタクトホール）を埋める導電膜を例えばＰＶＤ法により成膜する。この導電膜は、ソース電極及びドレイン電極の材料として利用されるものであり、例えばタンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等によって形成される。導電膜の膜厚は、５０〜３００ｎｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。
【００９７】
この後、上記の導電膜をパターニングして、図７（ｂ）に示すように、パターニング後の層間絶縁膜１２８Ｐ上にゲート電極１３０及びドレイン電極１３２を形成する。ソース電極１３０は、１つの開口部（コンタクトホール）を埋めて一方の不純物拡散領域１１５ａ（以下、「ソース領域１１５ｓ」といい、図７（ｂ）においても参照符号「１１５ｓ」で示す。）に接続しており、ドレイン電極１３２は、他の１つの開口部（コンタクトホール）を埋めて他方の不純物拡散領域１１５ａ（以下、「ドレイン領域１１５ｄ」といい、図７（ｂ）においても参照符号「１１５ｄ」で示す。）に接続している。ソース領域１１５ｓとドレイン領域１１５ｄとの間の領域１１５ｂは、チャネル領域として機能する。図７（ｂ）においては、このチャネル領域に参照符号「１１５ｃ」を付してある。ソース電極１３０及びドレイン電極１３２まで設けることにより、電気絶縁性基板１１１上にＭＯＳ型の薄膜トランジスタ１４０（逆スタガ型）が形成される。
【００９８】
このようにして薄膜トランジスタ１４０を製造する本形態の製造方法によっても、多結晶シリコン薄膜１１５を前述した第３形態の製造方法Ｉにより形成するので、当該多結晶シリコン薄膜１１５を得るにあたって、非晶質シリコン薄膜に注入された不純物の活性化と非晶質シリコン薄膜の多結晶化とを各々の最適条件の下に一工程で行うことができる。結果として、良好な電気特性を有する薄膜トランジスタ１４０を電気絶縁性基板１１１上に形成し易くなる。
【００９９】
＜変形例＞
本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法は、薄膜トランジスタに利用される多結晶シリコン薄膜を製造する以外に、光電変換素子や薄膜ダイオード素子等に利用される多結晶シリコン薄膜を製造するための方法としても利用可能である。
【０１００】
また、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、ＭＯＳ型の薄膜トランジスタを製造する以外にも、相補型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）型の薄膜トランジスタ、接合型の薄膜トランジスタ等を製造するための方法としても利用可能である。
【実施例】
【０１０１】
＜実施例１（多結晶シリコン薄膜の製造）＞
（準備工程）；
コーニング社製のガラス基板（＃１７３７基板）上に基板保護膜となる膜厚３００ｎｍのシリコン酸化物膜をＬＰＣＶＤ法により形成した後、その上にＰＥＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍの非晶質シリコン薄膜を形成して、片面に非晶質シリコン薄膜が形成された電気絶縁性基板を得た。測定光の波長が３０８ｎｍであるとき、この非晶質シリコン薄膜の屈折率は５．０７である。
【０１０２】
（マスク形成工程）；
上記の非晶質シリコン薄膜上に膜厚６０ｎｍのマスク用シリコン酸化物膜をＬＰＣＶＤ法により形成し、その上にフォトレジストを用いて所定形状のエッチングマスクを形成してから、マスク用シリコン酸化物膜をフッ酸を用いたエッチングによりパターニングした。これにより、上記のマスク用シリコン酸化物膜は２つの開口部を有する透光性マスクとなった。
【０１０３】
この透光性マスクにおける一方の開口部は、後述する薄膜トランジスタでのソース領域に対応する位置に形成されており、他方の開口部は、後述する薄膜トランジスタでのドレイン領域に対応する位置に形成されている。なお、測定光の波長が３０８ｎｍであるとき、この透光性マスクの屈折率は１．４８である。
【０１０４】
（ドーピング工程）；
上記の透光性マスクに形成されている開口部を介して、イオン注入法により、非晶質シリコン薄膜にリン（Ｐ）イオンをドーピングした。このとき、リン（Ｐ）イオンの加速エネルギーは１０ｋｅＶとし、ドーピング濃度は２×１０１５／ｃｍ２ とした。このドーピングにより、非晶質シリコン薄膜には２つの不純物注入領域が形成された。
【０１０５】
（アニーリング工程）；
エネルギー密度が２５０ｍＪ／ｃｍ２ のＸｅＣｌエキシマパルスレーザ光を用いて、上記の透光性マスクを非晶質シリコン薄膜上に残したまま、この非晶質シリコン薄膜全体にレーザアニールを施した。このとき、不純物注入領域へはレーザ光の照射により約１００ｍＪ／ｃｍ２ のエネルギーが理論上付与され、不純物注入領域以外の領域には約１６０ｍＪ／ｃｍ２ のエネルギーが理論上付与された。
【０１０６】
このレーザアニールにより、非晶質シリコン薄膜に形成されていた各不純物注入領域中の不純物（リン）が活性されて当該不純物注入領域の各々が不純物拡散領域になり、また、不純物注入領域以外の領域が多結晶化されて、２つの不純物拡散領域を有する多結晶シリコン薄膜が得られた。
【０１０７】
＜実施例２（多結晶シリコン薄膜の製造）＞
（準備工程）；
実施例１と同じ条件の下にガラス基板上に基板保護膜（シリコン酸化物膜）及び非晶質シリコン薄膜を形成し、この非晶質シリコン薄膜上に実施例１のマスク形成工程でのマスク用シリコン酸化物膜の成膜と同様にしてシリコン酸化物膜からなる光透過膜を成膜して、非晶質シリコン薄膜上に前記の光透過膜が形成された電気絶縁性基板を得た。
【０１０８】
（ドーピング工程）；
まず、準備工程で形成した光透過膜上に膜厚１００ｎｍのクロム膜をスパッタ法により成膜し、このクロム膜上にフォトレジストを用いて所定形状のエッチングマスクを形成した後に、当該クロム膜をクロム用エッチング液（硝酸セリウム第２アンモン）によりパターニングして、クロムからなる所定形状のイオン注入マスクを形成した。
【０１０９】
次に、上記のイオン注入マスクを用いつつ、加速電圧９０ｋｅＶ、注入量２×１０１５ｃｍ−２の下に光透過膜を介して非晶質シリコン薄膜にリン（Ｐ）イオンをドーピングして、この非晶質シリコン薄膜に不純物注入領域を形成した。
【０１１０】
（パターニング工程）；
リン（Ｐ）イオンのドーピング後、上記のイオン注入マスクをエッチングマスクとして用いて光透過膜（シリコン酸化物膜）をフッ酸によりパターニングした。このパターニングにより、光透過膜のうちで上記の不純物注入領域上に位置する領域には、開口部が形成された。
【０１１１】
（アニーリング工程）；
クロム用エッチング液を用いて上記のイオン注入マスク（エッチングマスク）を除去し、パターニング後の光透過膜は残したまま、実施例１でのアニーリング工程と同じ条件の下に非晶質シリコン薄膜にレーザアニーを施して、不純物注入領域にドーピングされている不純物を活性化して当該不純物注入領域を不純物拡散領域にすると共に、非晶質シリコン薄膜のうちで光透過膜（パターニングの光透過膜）により覆われている領域を多結晶化した。これにより、多結晶シリコン薄膜が得られた。
【０１１２】
＜実施例３（薄膜トランジスタの製造）＞
まず、実施例１と同じ条件の下に多結晶シリコン薄膜を形成し、この多結晶シリコン薄膜上に膜厚１００ｎｍのシリコン酸化物膜をＬＰＣＶＤ法により形成し、その上にフォトレジストを用いて所定形状のエッチングマスクを形成してからこのシリコン酸化物膜をフッ酸を用いたエッチングによりパターニングした。これにより、上記のシリコン酸化物膜には２つの開口部（コンタクトホール）が形成された。一方の開口部（コンタクトホール）は、多結晶シリコン薄膜中の１つの不純物拡散領域上にあり、他方の開口部（コンタクトホール）は、多結晶シリコン薄膜中の他の１つの不純物拡散領域上にある。このシリコン酸化物膜においては、２つの開口部（コンタクトホール）の間の領域がゲート絶縁膜として利用され、他の領域が層間絶縁膜として利用される。
【０１１３】
次に、パターニング後のシリコン酸化物膜を覆うと共に各開口部（コンタクトホール）を埋める膜厚２００ｎｍのアルミニウム膜をＰＶＤ法により成膜し、このアルミニウム膜をパターニングして、ゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極を形成した。ゲート電極は、上記のシリコン酸化物膜においてゲート絶縁膜として利用される領域上に設けられている。ソース電極は、一方の端部が多結晶シリコン薄膜における一方の不純物拡散領域に接続された状態で、上記のシリコン酸化物膜において層間絶縁膜として利用される領域上に設けられている。そして、ドレイン電極は、一方の端部が多結晶シリコン薄膜における他方の不純物拡散領域に接続された状態で、上記のシリコン酸化物膜において層間絶縁膜として利用される領域上に設けられている。
【０１１４】
このようにしてゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極まで設けることにより、電気絶縁性基板上にＭＯＳ型の薄膜トランジスタ（プレーナ型）が形成された。この薄膜トランジスタのトランスファー特性の立ち上がり曲線からその電界効果移動度を計算することによって電気特性を評価したところ、良好な結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｄ）は、それぞれ、本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法での各工程の一例を概略的に示す断面図であり、図１（ｄ）は、本発明のシリコン薄膜付き基板の一形態を概略的に示す断面図でもある。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｄ）は、それぞれ、本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法での各工程の他の例を概略的に示す断面図であり、図２（ｄ）は、本発明のシリコン薄膜付き基板の他の一形態を概略的に示す断面図でもある。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、それぞれ、本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法での各工程の更に他の例を概略的に示す断面図であり、図３（ｄ）は、本発明のシリコン薄膜付き基板の更に他の一形態を概略的に示す断面図でもある。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｄ）は、それぞれ、本発明の多結晶シリコン薄膜の製造方法での各工程の更に他の例を概略的に示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｅ）は、それぞれ、本発明の薄膜トランジスタの製造方法での各工程の一例を概略的に示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｂ）は、それぞれ、本発明の薄膜トランジスタの製造方法での各工程の他の例を概略的に示す断面図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｂ）は、それぞれ、本発明の薄膜トランジスタの製造方法での各工程の更に他の例を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１、２１  電気絶縁性基板
３、２３  非晶質シリコン薄膜
３ａ、２３ａ  不純物注入領域
５  多結晶シリコン薄膜
５ａ、２５ａ  不純物拡散領域
５ｂ  透光性マスクにより覆われている領域
７  透光性マスク
７ａ、２７ａ  開口部
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  不純物拡散領域を有する多結晶シリコン薄膜が形成された電気絶縁性基板（シリコン薄膜付き基板）
１２  第１電極
１４  第２電極
２５ｂ  光透過膜により覆われている領域
２７  光透過膜
２７Ａ  パターニングされた光透過膜
５１  電気絶縁性基板
５５  不純物拡散領域を有する多結晶シリコン膜
５５ａ、８５ａ  不純物拡散領域
５５ｓ、８５ｓ  不純物拡散領域（ソース領域）
５５ｄ、８５ｄ  不純物拡散領域（ドレイン領域）
６０、９８、１２４  第２電極（ゲート電極）
６２、９２ｓ、１３０  第１電極（ソース電極）
６４、９２ｄ、１３２  第１電極（ドレイン電極）
７０、１００、１４０  薄膜トランジスタ
Ｄ  不純物
ＬＢ  レーザ光
【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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