(57)【要約】【課題】金属原子が内部に拡散、侵入せず、かつ、結晶化方位や粒径を制御することのできる結晶化シリコン層の製造方法、かかる方法を利用した半導体装置の製造方法、電気光学装置の製造方法、半導体装置、電気光学装置および投射型表示装置を提供すること。【解決手段】結晶化シリコン層を形成するにあたって、基板本体１０ｄ上に金属触媒層８および第１非結晶シリコン層４ｘを形成した後、熱処理を行ない、第１非結晶シリコン層４ｘと金属触媒層８との間での相互拡散により、第１非結晶シリコン層４ｘと金属触媒層８とを入れ替える。その際、第１非結晶シリコン層４ｘは、多結晶シリコン層４ｙに変化する。金属触媒層８を除去した後、開口部１５ａを備えた絶縁層１５、および第２非結晶シリコン層１ｘを形成した状態で熱処理を行ない、第２非結晶シリコン層１ｘを、開口部１５ａの底部で多結晶シリコン層４ｙと接している部分を起点にして結晶化させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属触媒層を形成する金属触媒層形成工程と、
前記金属触媒層上に第１非結晶シリコン層を形成する第１非結晶シリコン層形成工程と、
熱処理により前記第１非結晶シリコン層と前記金属触媒層とを相互拡散させて前記金属触媒層と前記第１非結晶シリコン層との位置を入れ替えるとともに、当該第１非結晶シリコン層を多結晶シリコン層に変化させる第１熱処理工程と、
前記金属触媒層を除去する金属触媒層除去工程と、
前記多結晶シリコン層上に開口部を備えた絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記開口部内および前記絶縁膜上に第２非結晶シリコン層を形成する第２非結晶シリコン層形成工程と、
熱処理により前記開口部の底部で前記第２非結晶シリコン層と前記多結晶シリコン層とが接している部分を起点にして当該第２非結晶シリコン層を結晶化させて結晶化シリコン層を得る第２熱処理工程と、
を有していることを特徴とする結晶化シリコン層の製造方法。
【請求項２】
前記金属触媒層は、アルミニウム層であることを特徴とする請求項１に記載の結晶化シリコン層の製造方法。
【請求項３】
前記開口部は、開口幅が１μｍ未満であることを特徴とする請求項２に記載の結晶化シリコン層の製造方法。
【請求項４】
前記金属触媒層形成工程の後、前記金属触媒層を酸化雰囲気と接触させずに前記第１非結晶シリコン層形成工程を行なうことを特徴とする請求項２または３に記載の結晶化シリコン層の製造方法。
【請求項５】
前記金属触媒層形成工程の後、前記金属触媒層を酸化雰囲気と接触させてから前記第１非結晶シリコン層形成工程を行なうことを特徴とする請求項２または３に記載の結晶化シリコン層の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の結晶化シリコン層の製造方法を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記結晶化シリコン層を用いて半導体素子を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体素子として、前記結晶化シリコン層を能動層とする電界効果型トランジスターを製造することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜の下層側に位置する前記多結晶シリコン層に電気的接続する配線を備え、
当該多結晶シリコン層をバックゲート電極あるいは容量電極として用いることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の半導体装置の製造方法を用いた電気光学装置の製造方法であって、
前記電界効果型トランジスターを、画素電極に対応して設けられた画素トランジスターとして形成して、電気光学装置用の素子基板を製造することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
【請求項１０】
多結晶シリコン層と、
該多結晶シリコン層の上層に形成され、当該多結晶シリコン層と重なる位置に開口部を備えた絶縁層と、
該絶縁層上に形成され、前記開口部の底部で前記多結晶シリコン層に接する結晶化シリコン層を備えた半導体素子と、
を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体素子は、前記結晶化シリコン層を能動層とする電界効果型トランジスターであることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置を素子基板として備えた電気光学装置であって、
前記電界効果型トランジスターを、画素電極に対応して設けられた画素トランジスターとして備えていることを特徴とする電気光学装置。
【請求項１３】
前記素子基板との間に液晶層を保持する対向基板を備えていることを特徴とする請求項１２に記載の電気光学装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電気光学装置と、該電気光学装置に光を供給する光源部と、前記電気光学装置によって光変調された光を投射する投射光学系と、を有していることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶化シリコン層の製造方法、半導体装置の製造方法、電気光学装置の製造方法、半導体装置、電気光学装置および投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶装置や有機エレクトロルミネッセンス装置等の電気光学装置は、各種表示装置として用いられている。また、電気光学装置のうち、液晶装置は、投射型表示装置のライトバルブとしても用いられている。このような電気光学装置に用いられている素子基板は、画素電極および画素電極に対応する画素トランジスターが形成された半導体装置として構成されている。
【０００３】
一方、電気光学装置の素子基板に限らず、各種の半導体装置において、半導体基板自身に電界効果型トランジスターを形成する場合を除いては基板上に結晶化シリコン層を形成する必要がある。この場合、多結晶シリコン膜では、膜内部に多数の結晶欠陥が存在することが指摘され、結晶粒が小さいため結晶粒界が多数存在することでキャリアのトラップ・粒界散乱が起こり、移動度が低いことが指摘されている（特許文献１、非特許文献１参照）。一方、ニッケル、鉄、コバルト、ルテニウム、イリジウム等の金属触媒を用いて結晶粒の大きな結晶化シリコン層を形成し、結晶粒を大きくすることにより、結晶欠陥を低減させる手法が提案されている（特許文献２、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０９５１６号公報
【特許文献２】特開２００３−３７０６２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Jpn.J.Appl.Phys.43(2004)3293−3296
【非特許文献２】Jpn.J.Appl.Phys.42(2003)1983−1987
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、金属触媒を利用した従来の方法では、結晶化シリコン層が金属層と直接、接しているため、結晶化シリコン層に金属原子が拡散、侵入しているおそれがあり、好ましくない等の問題点がある。また、金属触媒を利用した従来の方法では、結晶化方位や粒径を十分に制御できないという問題点もある。
【０００７】
ここに、本発明者は、従来とは全く異なる方法で金属触媒を利用して結晶化シリコン層を得ることを提案するものである。
【０００８】
すなわち、本発明の課題は、金属触媒を利用して、金属原子が内部に拡散、侵入せず、かつ、結晶化方位や粒径を制御することのできる結晶化シリコン層の製造方法、かかる方法を利用した半導体装置の製造方法、電気光学装置の製造方法、半導体装置、電気光学装置および投射型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る結晶化シリコン層の製造方法では、金属触媒層を形成する金属触媒層形成工程と、前記金属触媒層上に第１非結晶シリコン層を形成する第１非結晶シリコン層形成工程と、熱処理により前記第１非結晶シリコン層と前記金属触媒層とを相互拡散させて前記金属触媒層と前記第１非結晶シリコン層との位置を入れ替えるとともに、当該第１非結晶シリコン層を多結晶シリコン層に変化させる第１熱処理工程と、前記金属触媒層を除去する金属触媒層除去工程と、前記多結晶シリコン層上に開口部を備えた絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記開口部内および前記絶縁膜上に第２非結晶シリコン層を形成する第２非結晶シリコン層形成工程と、熱処理により前記開口部の底部で前記第２非結晶シリコン層と前記多結晶シリコン層とが接している部分を起点にして当該第２非結晶シリコン層を結晶化させて結晶化シリコン層を得る第２熱処理工程と、を有していることを特徴とする。
【００１０】
本発明において、金属触媒層形成工程において金属触媒層を形成した後、第１非結晶シリコン層形成工程において金属触媒層上に第１非結晶シリコン層を形成し、その後、第１熱処理工程において熱処理を行なうと、第１非結晶シリコン層と金属触媒層との間で相互拡散が起こる。その結果、金属触媒層と第１非結晶シリコン層との位置が入れ替わるとともに、第１非結晶シリコン層が多結晶シリコン層に変化する。従って、金属触媒層の下層に多結晶シリコン層が形成され、かかる多結晶シリコン層上に金属触媒層が位置することになる。従って、金属触媒層除去工程において金属触媒層を除去することができる。次に、絶縁層形成工程において多結晶シリコン層上に開口部を備えた絶縁層を形成し、第２非結晶シリコン層形成工程において開口部内および絶縁膜上に第２非結晶シリコン層を形成し、その後、第２熱処理工程で熱処理を行なうと、第２非結晶シリコン層は、開口部の底部で多結晶シリコン層と接している部分を起点にして結晶化し、結晶化シリコン層となる。従って、結晶化シリコン層は、金属触媒層と接することがないので、結晶化シリコン層内に金属触媒層の金属原子が侵入することがない。また、第２熱処理工程において、第２非結晶シリコン層は、開口部の底部で多結晶シリコン層と接している部分を起点にして結晶化するので、結晶化シリコン層の結晶化方位および結晶粒の数について、多結晶シリコン層において開口部の底部に位置する結晶粒の方位や数により制御することができる。
【００１１】
本発明において、前記金属触媒層は、アルミニウム層である構成を採用することができる。アルミニウムからなる金属触媒層であれば、第１熱処理工程での熱処理により、第１非結晶シリコン層と金属触媒層との間で相互拡散がスムーズに起こる。それ故、金属触媒層の下層に多結晶シリコン層を効率よく形成することができる。
【００１２】
本発明において、前記開口部は、開口幅が１μｍ未満であることが好ましい。このように構成すると、多結晶シリコン層において開口部の底部に位置する結晶粒の数が少ないので、その分、結晶粒の大きな結晶化シリコン層を得ることができる。
【００１３】
本発明において、前記金属触媒層形成工程の後、前記金属触媒層を酸化雰囲気と接触させずに前記第１非結晶シリコン層形成工程を行なう構成を採用することができる。かかる構成によれば、金属触媒層の表面に酸化物が形成されないので、第１熱処理工程において第１非結晶シリコン層と金属触媒層との相互拡散が効率よく進行する。
【００１４】
本発明において、前記金属触媒層形成工程の後、前記金属触媒層を酸化雰囲気と接触させてから前記第１非結晶シリコン層形成工程を行なってもよい。かかる構成によれば、金属触媒層の表面に酸化膜が形成されるので、第１熱処理工程において第１非結晶シリコン層と金属触媒層との相互拡散の際、酸化膜が障壁となる。従って、多結晶シリコン層の成長開始点が少ないので、結晶粒の大きな多結晶シリコン層を形成することができる。
【００１５】
本発明を適用した結晶化シリコン層の製造方法は、半導体装置の製造方法に適用でき、この場合、前記結晶化シリコン層を用いて半導体素子を形成する。
【００１６】
本発明においては、前記半導体素子として、前記結晶化シリコン層を能動層とする電界効果型トランジスターを形成する構成を採用することができる。この場合、前記絶縁膜の下層側に位置する前記多結晶シリコン層に電気的接続する配線を備え、当該多結晶シリコン層をバックゲート電極あるいは容量電極として用いることができる。
【００１７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、電気光学装置の製造方法として利用でき、この場合、前記電界効果型トランジスターを、画素電極に対応して設けられた画素トランジスターとして形成して、電気光学装置用の素子基板を製造する。
【００１８】
本発明に係る方法で製造した半導体装置は、多結晶シリコン層と、該多結晶シリコン層の上層に形成され、当該多結晶シリコン層と重なる位置に開口部を備えた絶縁層と、該絶縁層上に形成され、前記開口部の底部で前記多結晶シリコン層に接する結晶化シリコン層を備えた半導体素子と、を有していることを特徴とする。
【００１９】
本発明においては、前記半導体素子として、前記結晶化シリコン層を能動層とする電界効果型トランジスターである構成を採用することができる。
【００２０】
本発明を適用した半導体装置を電気光学装置の素子基板として用いる場合、前記電界効果型トランジスターを、画素電極に対応して設けられた画素トランジスターとして備えていることになる。
【００２１】
本発明に係る電気光学装置は液晶装置として構成することができ、この場合、液晶装置は、前記素子基板との間に液晶層を保持する対向基板を備えている。
【００２２】
かかる液晶装置は、直視型の表示装置に用いることができるとともに、投射型表示装置のライトバルブとして用いることができる。この場合、投射型表示装置は、電気光学装置に光を供給する光源部と、前記電気光学装置によって光変調された光を投射する投射光学系と、を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を適用した半導体装置の説明図である。
【図２】本発明を適用した結晶化シリコン層および半導体装置の製造方法を示す説明図である。
【図３】本発明を適用した結晶化シリコン層および半導体装置の製造方法を示す説明図である。
【図４】本発明を適用した別の半導体装置の説明図である。
【図５】本発明を適用した電気光学装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】本発明を適用した電気光学装置の具体的構成を示す説明図である。
【図７】本発明を適用した電気光学装置の画素構成を示す説明図である。
【図８】本発明を適用した反射型の電気光学装置を用いた電子機器の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【００２５】
［半導体装置］
（半導体装置の構成）
図１は、本発明を適用した半導体装置の説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、半導体装置に形成した電界効果型トランジスターの平面図、および断面図である。
【００２６】
図１に示すように、本形態の半導体装置１０は、石英基板等からなる基板本体１０ｄ（基板）上に、シリコン酸化膜等からなる絶縁性の下地層１１、多結晶シリコン層４ｙと、絶縁層１５と、絶縁層１５上に形成された結晶化シリコン層１ａをこの順に備えている。
【００２７】
結晶化シリコン層１ａは、半導体素子としての電界効果型トランジスター３０の能動層として用いられている。より具体的には、電界効果型トランジスター３０は、結晶化シリコン層１ａの上層側にはゲート絶縁層２が形成されており、ゲート絶縁層２の上層にゲート電極３ｃが形成されている。結晶化シリコン層１ａは、ゲート電極３ｃにゲート絶縁層２を介して対向するチャネル領域１ｇを備えており、チャネル領域１ｇの両側には、ソース領域１ｂおよびドレイン領域１ｃを備えている。ゲート電極３ｃの上層側は層間絶縁膜７１が形成されており、層間絶縁膜７１の上層にはソース電極６ｃおよびドレイン電極６ｂが形成されている。ソース電極６ｃは、層間絶縁膜７１およびゲート絶縁層２を貫通するコンタクトホール７１ａを介してソース領域１ｂに電気的に接続し、ドレイン電極６ｂは、層間絶縁膜７１およびゲート絶縁層２を貫通するコンタクトホール７１ｂを介してドレイン領域１ｃに電気的に接続している。
【００２８】
ここで、絶縁層１５は、多結晶シリコン層４ｙと平面視で重なる位置に開口部１５ａを備えており、結晶化シリコン層１ａは、開口部１５ａの内部および絶縁層１５の上層に形成されている。
【００２９】
このように構成した半導体装置１０については、例えば、図５〜図７を参照して説明する画素電極等を設ければ、電気光学装置用の素子基板として構成することができ、かかる素子基板において、電界効果型トランジスター３０は、画素トランジスターや、駆動回路用トランジスターとして構成される。
【００３０】
（結晶化シリコン層１ａおよび半導体装置１０の製造方法）
図２および図３は、本発明を適用した結晶化シリコン層１ａおよび半導体装置１０の製造方法を示す説明図である。なお、図２（ａ）〜（ｅ）および図３は、結晶化シリコン層１ａおよび半導体装置１０の製造方法を示す工程断面図であり、図２（ｆ）、（ｇ）はパターニング後の結晶化シリコン層の平面形状を示す説明図である。
【００３１】
本形態では、まず、図２（ａ）に示すように、石英基板等からなる基板本体１０ｄの全面にＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜等からなる絶縁性の下地層１１を形成する。
【００３２】
次に、金属触媒層形成工程において、下地層１１上の全面にスパッタ法等により金属触媒層８を形成する。本形態では、金属触媒層８としてアルミニウム膜を形成する。
【００３３】
次に、第１非結晶シリコン層形成において、金属触媒層８上に全面にスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等により、アモルファスシリコン膜からなる第１非結晶シリコン層４ｘを形成する。かかる第１非結晶シリコン層４ｘの形成は、室温、あるいは最高でも２５０℃程度の温度条件下で行なう。
【００３４】
次に、第１熱処理工程において、窒素雰囲気中で４００℃から５００℃の温度条件で熱処理を行なう。その結果、第１非結晶シリコン層４ｘと金属触媒層８とが相互拡散して、図２（ｂ）に示すように、第１非結晶シリコン層４ｘと金属触媒層８との位置が入れ替わる。その際、第１非結晶シリコン層４ｘが結晶化し、金属触媒層８の下層側に多結晶シリコン層４ｙが形成された状態となる。
【００３５】
かかる第１熱処理工程において、金属触媒層形成工程の後、第１非結晶シリコン層形成工程の前に、金属触媒層８を酸化雰囲気と接触させなければ、金属触媒層８の表面には酸化膜が形成されないので、４００℃の温度で１０時間以内の熱処理で結晶化が可能である。かかる条件では、結晶粒径が数μｍの多結晶シリコン層４ｙを形成することができる。
【００３６】
これに対して、金属触媒層形成工程の後、第１非結晶シリコン層形成工程の前に、金属触媒層８を酸化雰囲気と接触させれば、金属触媒層８の表面に酸化膜が形成され、かかる酸化膜は障壁となる。従って、第１熱処理工程において、相互拡散が抑制される結果、温度条件を５００℃程度まで高めないと、１０時間以内では結晶化が完了しない。かかる条件では、多結晶シリコン層４ｙの成長開始点が少ないので、結晶粒径が数十μｍの多結晶シリコン層４ｙを形成することができ、金属触媒層８の表面に酸化膜が形成されない場合と比較して、結晶粒径を十倍程度、大きくすることができる。
【００３７】
また、金属触媒層８の膜厚と第１非結晶シリコン層４ｘの膜厚を１：１に設定すれば、多結晶シリコン層４ｙの形成が可能である。より具体的には、金属触媒層８の膜厚と第１非結晶シリコン層４ｘの膜厚との比は、例えば、５０ｎｍ：５０ｎｍから１００ｎｍ：１００ｎｍに設定すれば、多結晶シリコン層４ｙの形成が可能である。なお、シリコン原子を十分に金属触媒層８に供給するという観点からすれば、第１非結晶シリコン層４ｘの膜厚は、金属触媒層８の膜厚より大であることが好ましい。
【００３８】
また、第１非結晶シリコン層４ｘと金属触媒層８の膜厚が各々１００ｎｍ以上の場合、試料面内に対して垂直方向の結晶面は、（１００）面が優先配向した多結晶シリコン層４ｙが形成され、第１非結晶シリコン層４ｘの膜厚が５０ｎｍ以下の場合、（１１１）面が優先配向した多結晶シリコン層４ｙが形成される。
【００３９】
次に、金属触媒層除去工程において、図２（ｃ）に示すように、ドライエッチングあるいはウエットエッチングにより、金属触媒層８を除去した後、パターニング工程で、多結晶シリコン層４ｙを所定の形状、例えば、図２（ｆ）に示すように、略四角形の大面積領域４ｙ1から一方の帯状部分４ｙ2が延在する形状にパターニングする。
【００４０】
次に、絶縁層形成工程では、図２（ｄ）に示すように、多結晶シリコン層４ｙの上層に、多結晶シリコン層４ｙと重なる位置に開口部１５ａを備えたシリコン酸化膜等からなる絶縁層１５を形成する。より具体的には、シリコン酸化膜等からなる絶縁層１５を形成した後、エッチングマスクを形成した状態で絶縁層１５をエッチングし、開口部１５ａを形成する。本形態では、図２（ｇ）に示すように、多結晶シリコン層４ｙの帯状部分４ｙ2と重なる位置に開口部１５ａを形成する。
【００４１】
ここで、多結晶シリコン層４ｙの結晶粒は１μｍから１０μｍであることから、開口部１５ａの幅寸法は１μｍ未満であることが好ましい。かかるサイズに設定すれば、開口部１５ａの底部は、多結晶シリコン層４ｙの１つの結晶粒、あるいは少ない数の結晶粒と重なることになる。
【００４２】
次に、第２非結晶シリコン層形成工程では、図２（ｅ）に示すように、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等により、絶縁膜１５上の全面にアモルファスシリコン膜からなる第２非結晶シリコン層１ｘを形成する。その結果、第２非結晶シリコン層１ｘは、第２開口部１５ａの内部および絶縁膜１５上に一体に形成される。
【００４３】
次に、図３に示す第２熱処理工程を窒素雰囲気中で行ない、多結晶シリコン層４ｙを核として第２非結晶シリコン層１ｘを固相成長結晶化させ、結晶化シリコン層１ｚを得る。より具体的には、開口部１５ａの底部で第２非結晶シリコン層１ｘと多結晶シリコン層４ｙとが接している部分を起点にして第２非結晶シリコン層１ｘを結晶化させて結晶化シリコン層１ｚを得る。かかる第２熱処理工程では、第２非結晶シリコン層１ｘ内部の固相結晶化による核発生がほとんど起こらない温度条件、例えば、５５０℃から６００℃程度の温度条件で２４時間以上の熱処理を行ない、第２非結晶シリコン層１ｘを結晶化させて結晶化シリコン層１ｚを得る。かかる第２熱処理工程では、図３（ａ）〜（ｄ）に示す過程を辿る。具体的には、まず、図３（ａ）に点線で示す円内に矢印で示すように、開口部１５ａの内部において、開口部１５ａの底部の側から第２非結晶シリコン層１ｘの結晶化が進む。次に、図３（ｂ）に点線で示す円内に矢印で示すように、開口部１５ａ内の第２非結晶シリコン層１ｘが結晶化した後は、図３（ｃ）に矢印で示すように、第２非結晶シリコン層１ｘの横方向に結晶化が進行し、図３（ｄ）に示すように、第２非結晶シリコン層１ｘ全体が結晶化シリコン層１ｚとなる。なお、結晶化の進行状況によっては、７００℃以上の温度条件でさらに熱処理を行い、欠陥を低減するための焼き締めを実施してよい。
【００４４】
このようにして第２熱処理工程を行なうと、結晶粒が数μｍから数十μｍの多結晶膜からなる結晶化シリコン層１ｚが得られ、かかる結晶化シリコン層１ｚは、多結晶シリコン層４ｙの結晶方位に倣って、（１００）面あるいは（１１１）面が優先配向した結晶化膜となる。また、開口部１５ａの底部が多結晶シリコン膜４ｙの結晶粒の１つに重なっている場合、単結晶シリコンの選択成長が起こるため、開口部１５ａの周辺から数１０μｍ角の範囲にわたって単結晶領域を備えた結晶化シリコン層１ｚを得ることができる。
【００４５】
しかる後には、結晶化シリコン層１ｚを、図１に示す結晶化シリコン層１ａの形状にパターニングした後、周知の半導体プロセスを利用して、図１を参照して説明したゲート絶縁膜２の形成やゲート電極３ｃの形成、不純物イオンの導入等を行なえば、電界効果型トランジスター３０を備えた半導体装置１０を製造することができる。また、図５〜図７を参照して後述する画素電極等を設ければ、電気光学装置用の素子基板として構成することができ、かかる素子基板において、電界効果型トランジスター３０は、画素トランジスターや、駆動回路用トランジスターとして構成される。
【００４６】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、金属触媒層形成工程において基板本体１０ｄ上に金属触媒層８を形成した後、第１非結晶シリコン層形成工程において金属触媒層８上に第１非結晶シリコン層４ｘを形成し、その後、第１熱処理工程において熱処理を行なうと、第１非結晶シリコン層４ｘと金属触媒層８との間で相互拡散が起こる。その結果、第１非結晶シリコン層４ｘと金属触媒層８との位置が入れ替わるとともに、第１非結晶シリコン層４ｘは、多結晶シリコン層４ｙに変化する。従って、金属触媒層８の下層に多結晶シリコン層４ｙが形成され、かかる多結晶シリコン層４ｙ上に金属触媒層８が位置することになる。従って、金属触媒層除去工程において金属触媒層８を除去することができる。次に、絶縁層形成工程において多結晶シリコン層４ｙ上に開口部１５ａを備えた絶縁層１５を形成し、第２非結晶シリコン層形成工程において開口部１５ａ内および絶縁膜１５上に第２非結晶シリコン層１ｘを形成し、その後、第２熱処理工程で熱処理を行なうと、第２非結晶シリコン層１ｘは、開口部１５ａの底部で多結晶シリコン層４ｙと接している部分を起点にして結晶化し、結晶化シリコン層１ｚとなる。従って、結晶化シリコン層１ｚは、金属触媒層８と接することがないので、結晶化シリコン層１ｚ内に金属触媒層８の金属原子が侵入することがない。また、第２熱処理工程において、第２非結晶シリコン層１ｘは、開口部１５ａの底部で多結晶シリコン層４ｙと接している部分を起点にして結晶化するので、結晶化シリコン層１ｚの結晶化方位および結晶粒の数については、多結晶シリコン層４ｙにおいて開口部１５ａの底部に位置する結晶粒の方位や数により制御することができる。
【００４７】
また、本形態において、金属触媒層８はアルミニウム層であり、アルミニウムは融点が低い。このため、第１熱処理工程での熱処理により、第１非結晶シリコン層４ｘと金属触媒層８との間で相互拡散がスムーズに起こる。それ故、金属触媒層８の下層に多結晶シリコン層４ｙを効率よく形成することができる。
【００４８】
また、絶縁膜１５に形成した開口部１５ａは、開口幅が１μｍ未満である。このため、多結晶シリコン層４ｙにおいて開口部１５ａの底部に位置する結晶粒の数が少ないので、その分、結晶粒の大きな結晶化シリコン層１ｚを得ることができる。
【００４９】
なお、半導体装置１０では、絶縁層１５の下層側に多結晶シリコン層４ｙが存在し、かかる多結晶シリコン層４ｙにはアルミニウムが侵入しており、透光性が低い。従って、多結晶シリコン層４ｙについては、基板本体１０ｄにおいて電界効果型トランジスター３０が形成されている側とは反対側から侵入する光を遮断する遮光層として利用してもよい。その場合、多結晶シリコン層４ｙの平面形状については、結晶化シリコン層１ａと重なる形状のパターニングすることが好ましい。
【００５０】
［半導体装置１０の変形例］
図４は、本発明を適用した別の半導体装置の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、半導体装置に形成した電界効果型トランジスターの平面図、および断面図である。なお、本形態の基本的な構成は、図１〜図３を参照して説明した形態と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００５１】
図４に示すように、本形態の半導体装置１０は、図１〜図３を参照して説明した形態と同様、石英基板等からなる基板本体１０ｄ上に、シリコン酸化膜等からなる絶縁性の下地層１１、多結晶シリコン層４ｙと、絶縁層１５と、絶縁層１５上に形成された結晶化シリコン層１ａをこの順に備えている。また、結晶化シリコン層１ａは、半導体素子としての電界効果型トランジスター３０の能動層として用いられており、絶縁層１５の下層側には、結晶化シリコン層１ａと重なる位置に多結晶シリコン層４ｙが存在している。また、多結晶シリコン層４ｙにはアルミニウムが侵入しており、導電性を有している。そこで、本形態では、多結晶シリコン層４ｙをバックゲート電極あるいは容量電極として用いる。
【００５２】
より具体的には、層間絶縁膜７１の上には配線６ｅが形成されており、かかる配線６ｅは、層間絶縁膜７１、ゲート絶縁層２、絶縁層１５を貫通するコンタクトホール７１ｅを介して多結晶シリコン層４ｙに電気的に接続している。従って、多結晶シリコン層４ｙについては、絶縁層１５をゲート絶縁層とするバックゲート電極として利用することができる。あるいは、多結晶シリコン層４ｙについては、ドレイン領域１ｃとの間に絶縁層１５を誘電体層として挟む容量素子の下電極（容量電極）として利用することができる。このような場合にも、多結晶シリコン層４ｙの平面形状や開口部１５ａの位置等については、使用する用途に応じて最適な形状や位置に設定することが好ましい。
【００５３】
［電気光学装置への適用例］
以下、図１〜図４を参照して説明した半導体装置１０を電気光学装置の素子基板として構成した例を説明する。従って、以下の説明では、図１〜図４を参照して説明した構成と共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００５４】
（全体構成）
図５は、本発明を適用した電気光学装置の電気的構成を示すブロック図である。図５に示すように、電気光学装置１００は、液晶パネル１００ｐを有しており、液晶パネル１００ｐは、その中央領域に複数の画素１００ａがマトリクス状に配列された画素領域１０ｂを備えている。かかる液晶パネル１００ｐにおいて、後述する素子基板としての半導体装置１０には、画素領域１０ｂの内側で複数本のデータ線６ａおよび複数本の走査線３ａが縦横に延びており、それらの交点に対応する位置に画素１００ａが構成されている。複数の画素１００ａの各々には、画素トランジスターとしての電界効果型トランジスター３０、および後述する画素電極９ａが形成されている。電界効果型トランジスター３０のソースにはデータ線６ａが電気的に接続され、電界効果型トランジスター３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続され、電界効果型トランジスター３０のドレインには、画素電極９ａが電気的に接続されている。
【００５５】
半導体装置１０（素子基板）において、画素領域１０ｂの外側領域には走査線駆動回路１０４およびデータ線駆動回路１０１が構成されている。データ線駆動回路１０１は各データ線６ａの一端に電気的に接続しており、画像処理回路から供給される画像信号を各データ線６ａに順次供給する。走査線駆動回路１０４は、各走査線３ａに電気的に接続しており、走査信号を各走査線３ａに順次供給する。
【００５６】
本形態では、走査線駆動回路１０４およびデータ線駆動回路１０１には、図１〜図４を参照して説明した電界効果型トランジスター３０によってＣＭＯＳ回路等が用いられている。かかる電界効果型トランジスター３０は、オン電流が高いため、高速動作が可能である等の利点がある。
【００５７】
各画素１００ａにおいて、画素電極９ａは、後述する対向基板に形成された共通電極と液晶を介して対向し、液晶容量５０ａを構成している。また、各画素１００ａには、液晶容量５０ａで保持される画像信号の変動を防ぐために、液晶容量５０ａと並列に保持容量６０が付加されている。本形態では、保持容量６０を構成するために、複数の画素１００ａに跨って走査線３ａと並行して延びた容量線３ｂが形成されている。
【００５８】
（液晶パネル１００ｐおよび半導体装置１０の構成）
図６は、本発明を適用した電気光学装置１００の具体的構成を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置１００の液晶パネル１００ｐを各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、およびそのＨ−Ｈ′断面図である。
【００５９】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、電気光学装置１００の液晶パネル１００ｐでは、半導体装置１０（素子基板）と対向基板２０とが所定の隙間を介してシール材１０７によって貼り合わされており、シール材１０７は対向基板２０の縁に沿うように配置されている。シール材１０７は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂等からなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。本形態において、半導体装置１０の基体は基板本体１０ｄであり、対向基板２０の基体は透光性基板２０ｄである。
【００６０】
半導体装置１０において、シール材１０７の外側領域では、半導体装置１０の一辺に沿ってデータ線駆動回路１０１および複数の端子１０２が形成されており、この一辺に隣接する他の辺に沿って走査線駆動回路１０４が形成されている。また、対向基板２０のコーナー部の少なくとも１箇所においては、半導体装置１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための上下導通材１０９が形成されている。
【００６１】
詳しくは後述するが、半導体装置１０には、アルミニウムやアルミニウム合金等といったアルミニウム系材料や、銀や銀合金等といった銀系材料からなる反射性の画素電極９ａがマトリクス状に形成されている。
【００６２】
対向基板２０には、シール材１０７の内側領域に遮光性材料からなる額縁１０８が形成され、その内側が画像表示領域１０ａとされている。対向基板２０には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜からなる透光性の共通電極２１が形成されている。
【００６３】
なお、画素領域１０ｂには、額縁１０８と平面的に重なる領域にダミーの画素が構成される場合があり、この場合、画素領域１０ｂのうち、ダミー画素を除いた領域が画像表示領域１０ａとして利用されることになる。
【００６４】
かかる反射型の電気光学装置１００では、図７（ｂ）に矢印Ｌで示すように、対向基板２０の側から入射した光を反射性の画素電極９ａで反射して再び、対向基板２０の側から出射する間に液晶層５０によって光変調される。なお、電気光学装置１００は、モバイルコンピューター、携帯電話機等といった電子機器のカラー表示装置として用いることができ、この場合、対向基板２０には、カラーフィルター（図示せず）や保護膜が形成される。また、対向基板２０の光入射側の面には、使用する液晶層５０の種類、すなわち、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モード、ＳＴＮ（スーパーＴＮ）モード等々の動作モードや、ノーマリホワイトモード／ノーマリブラックモードの違いに応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板等が所定の向きに配置される。さらに、電気光学装置１００は、後述する投射型表示装置（液晶プロジェクター）において、ＲＧＢ用のライトバルブとして用いることができる。この場合、ＲＧＢ用の各電気光学装置１００の各々には、ＲＧＢ色分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が投射光として各々入射されることになるので、カラーフィルターは形成されない。
【００６５】
（各画素の構成）
図７は、本発明を適用した電気光学装置１００の画素構成を示す説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した反射型の電気光学装置１００に用いた半導体装置１０において相隣接する画素の平面図、およびそのＡ１−Ａ１′線に相当する位置で電気光学装置１００を切断したときの断面図である。なお、図７（ａ）において、データ線６ａおよびドレイン電極６ｂは一点鎖線で示し、走査線３ａおよび容量線３ｂは実線で示し、結晶化シリコン層１ａ（半導体層）は短い点線、画素電極９ａについては二点鎖線で示してある。
【００６６】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体装置１０には、石英基板等からなる基板本体１０ｄの第１面１０ｘおよび第２面１０ｙのうち、対向基板２０側に位置する第１面１０ｘにシリコン酸化膜等からなる下地層１１が形成されているとともに、その上層側において、画素電極９ａと平面的に重なる位置にＮチャネル型の電界効果型トランジスター３０が形成されている。
【００６７】
電界効果型トランジスター３０は、図１〜図４を参照して説明した結晶化シリコン層１ａを能動層として備えている。このため、結晶化シリコン層１ａの下層側には絶縁層１５が形成され、かかる絶縁層１５の下層側には多結晶シリコン層４ｙが形成されている。また、絶縁層１５には、多結晶シリコン層４ｙと重なる位置に開口部１５ａが形成されており、開口部１５ａの内部にも結晶化シリコン層１ａが存在している。
【００６８】
結晶化シリコン層１ａにはチャネル領域１ｇ、ソース領域１ｂ、およびドレイン領域１ｃが形成されており、結晶化シリコン層１ａの表面側には、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜からなる透光性のゲート絶縁層２が形成されている。ゲート絶縁層２の表面には、金属膜やドープトシリコン膜からなるゲート電極３ｃ（走査線３ａ）が形成されている。結晶化シリコン層１ａにおけるドレイン領域１ｃからの延設部分１ｅには、ゲート絶縁層２を介して容量線３ｂが対向し、保持容量６０が形成されている。
【００６９】
電界効果型トランジスター３０の上層側には、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等からなる層間絶縁膜７１、およびシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等からなる層間絶縁膜７５が形成されている。層間絶縁膜７１の表面には、ソース電極６ｃ（データ線６ａ）およびドレイン電極６ｂが形成され、ソース電極６ｃ（データ線６ａ）は、層間絶縁膜７１に形成されたコンタクトホール７１ａを介してソース領域１ｂに電気的に接続し、ドレイン電極６ｂは、層間絶縁膜７１に形成されたコンタクトホール７１ｂを介してドレイン領域１ｃに電気的に接続している。
【００７０】
層間絶縁膜７５の表面には画素電極９ａが島状に形成されており、画素電極９ａは、層間絶縁膜７５に形成されたコンタクトホール７５ｂを介してドレイン電極６ｂに電気的に接続されている。かかる電気的な接続を行なうにあたって、本形態では、コンタクトホール７５ｂの内部は、プラグ８０と称せられる導電膜によって埋められ、画素電極９ａは、プラグ８０を介してドレイン電極６ｂに電気的に接続されている。かかる構成によれば、画素電極９ａの表面にコンタクトホール７５ｂに起因する凹凸が発生しないという利点がある。
【００７１】
層間絶縁膜７５の表面とプラグ８０の表面は、連続した平坦面を形成しており、かかる平坦面上に反射性の画素電極９ａが形成されている。また、隣接する画素電極９ａの間において、画素電極９ａの厚さ寸法に相当する深さの溝状凹部は表面絶縁膜７８で埋められている。このため、画素電極９ａと表面絶縁膜７８とは連続した平坦面を形成しており、かかる平坦面上に、シリコン酸化膜等からなる下地保護膜１６０が形成されている。また、下地保護膜１６０の上層には、斜方蒸着されたシリコン酸化膜からなる配向膜１６が形成されている。
【００７２】
対向基板２０では、透光性基板２０ｄにおいて半導体装置１０と対向する面全体にＩＴＯ膜からなる共通電極２１が形成され、共通電極２１の表面には、シリコン酸化膜等からなる下地保護膜２６０が形成されている。また、下地保護膜２６０の上層には、斜方蒸着されたシリコン酸化膜からなる配向膜２６が形成されている。
【００７３】
このように構成した半導体装置１０と対向基板２０は、画素電極９ａと共通電極２１とが対面するように対向配置され、かつ、これらの基板間には、シール材１０７により囲まれた空間内に電気光学物質としての液晶層５０が封入されている。液晶層５０は、画素電極９ａからの電界が印加されていない状態で、半導体装置１０および対向基板２０に形成された配向膜１６、２６により所定の配向状態をとる。液晶層５０は、一種または数種のネマティック液晶を混合したもの等からなる。
【００７４】
［電子機器への搭載例］
本発明に係る反射型の電気光学装置１００は、図８（ａ）に示す投射型表示装置（液晶プロジェクター／電子機器）や、図８（ｂ）、（ｃ）に示す携帯用電子機器に用いることができる。
【００７５】
図８（ａ）に示す投射型表示装置１０００は、システム光軸Ｌに沿って光源部８１０、インテグレーターレンズ８２０および偏光変換素子８３０が配置された偏光照明装置８００を有している。また、投射型表示装置１０００は、システム光軸Ｌに沿って、偏光照明装置８００から出射されたＳ偏光光束をＳ偏光光束反射面８４１により反射させる偏光ビームスプリッター８４０と、偏光ビームスプリッター８４０のＳ偏光光束反射面８４１から反射された光のうち、青色光（Ｂ）の成分を分離するダイクロイックミラー８４２と、青色光が分離された後の光束のうち、赤色光（Ｒ）の成分を反射させて分離するダイクロイックミラー８４３とを有している。また、投射型表示装置１０００は、各色光が入射する３枚の電気光学装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂ（電気光学装置１００）を備えている。かかる投射型表示装置１０００は、赤色用、緑色用、青色用の３つの電気光学装置１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂにて変調された光をダイクロイックミラー８４２、８４３、および偏光ビームスプリッター８４０にて合成した後、この合成光を投射光学系８５０によってスクリーン８６０に投射する。
【００７６】
次に、図８（ｂ）に示す携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１、スクロールボタン３００２、並びに表示ユニットとしての電気光学装置１００〈直視型表示装置〉を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、電気光学装置１００に表示される画面がスクロールされる。図８（ｃ）に示す情報携帯端末４０００（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）は、複数の操作ボタン４００１、電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての電気光学装置１００を備えており、電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が電気光学装置１００に表示される。
【００７７】
また、本発明を適用した電気光学装置１００が搭載される電子機器としては、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すものの他、ヘッドマウンティトディスプレイ、デジタルスチルーカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型、モニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、銀行端末等の電子機器等が挙げられる。
【００７８】
さらに、電気光学装置１００を透過型に構成した場合も、透過型の投射型表示装置のライトバルブや、直視型の表示装置に本発明を適用した電気光学装置１００を用いることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１ａ、１ｚ・・結晶化シリコン層、４ｘ・・第１非結晶シリコン層、４ｙ・・多結晶シリコン層、８・・金属触媒層、１０・・半導体装置（素子基板）、１０ｄ・・基板本体（基板）、１１・・下地層、１５・・絶縁層、１５ａ・・開口部、３０・・電界効果型トランジスター、１００・・電気光学装置
【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011216759.tif 000009
【図７】
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