(57)【要約】【課題】半導体膜の表面に優れた光閉じ込め効果を有する凹凸形状を形成して光電変換素子の感度を向上させる。【解決手段】多結晶半導体膜１０は、基板１上に形成されており、ラテラル結晶を含む。多結晶半導体膜の表面に自己組織化的に形成されたテクスチャ構造を有し、その表面の二乗平均粗さが４ｎｍ以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された多結晶半導体膜であって、
前記多結晶半導体膜はラテラル結晶を含み、
前記多結晶半導体膜の表面に二乗平均粗さが４ｎｍ以上のテクスチャ構造が自己組織化的に形成されていることを特徴とする多結晶半導体膜。
【請求項２】
前記表面凹凸の最小周期が０．８μｍ以上２μｍ以下である請求項１に記載の多結晶半導体膜。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の多結晶半導体膜を備えた光電変換素子。
【請求項４】
請求項３に記載の光電変換素子を備えた表示素子。
【請求項５】
基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
前記非単結晶半導体膜上に厚さ５ｎｍ以上のシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の表面にＣＷレーザ又は擬似ＣＷレーザを照射して前記非単結晶半導体膜を結晶化して、表面に二乗平均粗さが４ｎｍ以上のテクスチャ構造が自己組織化的に形成された多結晶半導体膜を形成する工程と
を備えることを特徴とする多結晶半導体膜の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法によって多結晶半導体膜を製造する工程を含む光電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多結晶半導体膜及びその製造方法に関する。より詳しくは、表面凹凸を備えた多結晶半導体膜及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルのアクティブマトリクス基板には、画素駆動素子としての薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）や、タッチセンサ機能等を実現させるための光電変換素子としての薄膜ダイオード（Thin Film Diode：ＴＦＤ）などが形成される。このような薄膜トランジスタや薄膜ダイオードは、一般に以下のようにして製造される。即ち、ガラス基板等の非導電性の異種基板上に、窒化ケイ素（ＳｉＮ）や二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）からなる下地層を介してアモルファスシリコン半導体膜を形成する。次いで、このアモルファスシリコン半導体膜を、エキシマレーザ等のレーザビームを照射することでアニールしてポリシリコン半導体膜に改質する。その後、ポリシリコン半導体膜をパターニングし、所定領域にｐ型不純物及びｎ型不純物をそれぞれイオンドーピングし、電極を形成する。
【０００３】
特許文献１には、アモルファスシリコン半導体膜の表面に、厚さ１．６ｎｍ〜２．３ｎｍのシリコン酸化膜からなるキャップ層を形成し、このキャップ層を介してアモルファスシリコン半導体膜に連続発振レーザを照射し走査することで、ポリシリコン半導体膜を形成することが記載されている。この方法によれば、大粒径のポリシリコンを形成することができるため、トランジスタの移動度を大きくできると同時に、ポリシリコン半導体膜の表面の凹凸を小さくすることができる。従って、ゲート絶縁膜の耐圧が向上した薄膜トランジスタを形成することができる。
【０００４】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、この手法を用いて光センサーとして機能する薄膜ダイオードを形成する場合には、光の吸収率が低く、高感度の光電変換素子が得られないことが明らかとなった。これは、ポリシリコン半導体膜の表面に形成される凹凸が小さいので、光の多重反射による光閉じ込め効果が小さく、光の吸収が少ないためであると考えられる。
【０００５】
一方、特許文献２には、アモルファスシリコン半導体膜を、ガウシアン分布の強度分布を有する連続発振レーザを照射し走査することで結晶化させると、得られるポリシリコン半導体膜の表面に、レーザビームの強度分布に応じた凹凸が形成されることが記載されている。さらに、この方法を用いて、ポリシリコン半導体膜の表面に二乗平均粗さが６０ｎｍ以上の凹凸を形成することにより、光閉じ込め効果が大きな薄膜半導体を得ることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１４２０２７号公報
【特許文献２】特開２００５−６４１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の実施例に記載されたアモルファスシリコン半導体膜の厚さは最も薄くても３００ｎｍである。本発明者らは、液晶パネルのアクティブマトリクス基板に形成される薄膜ダイオードの半導体膜として一般的である厚さ５０ｎｍのアモルファスシリコン半導体膜に対して特許文献２に記載された方法にしたがって連続発振レーザを照射し走査した。ところが、ポリシリコン半導体膜の表面に形成された凹凸は小さく、大きな光閉じ込め効果は得られず、高感度の光電変換素子を得ることはできなかった。また、レーザビームの強度分布をガウシアン分布から変化させると、パワーの高い部分で凝集が発生しやすくなり、結晶性も大きく変化してしまった。
【０００８】
本発明は、半導体膜の表面に優れた光閉じ込め効果を有する凹凸形状を形成して光電変換素子の感度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の多結晶半導体膜は、基板上に形成された多結晶半導体膜であって、前記多結晶半導体膜はラテラル結晶を含み、前記多結晶半導体膜の表面に二乗平均粗さが４ｎｍ以上のテクスチャ構造が自己組織化的に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の多結晶半導体膜の製造方法は、基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、前記非単結晶半導体膜上に厚さ５ｎｍ以上のシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜の表面にＣＷレーザ又は擬似ＣＷレーザを照射して前記非単結晶半導体膜を結晶化して、表面に二乗平均粗さが４ｎｍ以上のテクスチャ構造が自己組織化的に形成された多結晶半導体膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の多結晶半導体膜の表面に自己組織化的に形成された二乗平均粗さが４ｎｍ以上のテクスチャ構造は、優れた光閉じ込め効果を有するので、高感度の光電変換素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る多結晶半導体膜の概略構成を示した断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る光電変換素子の概略構成を示した断面図である。
【図３】図３は、図１に示した多結晶半導体膜を製造するための一工程を示した断面図である。
【図４】図４は、シリコン酸化膜の厚さを変えて作成した光電変換素子の光吸収率の波長依存性を示した図である。
【図５】図５は、光吸収率のシリコン酸化膜の厚さ依存性を示した図である。
【図６】図６は、多結晶半導体膜の表面の二乗平均粗さのシリコン酸化膜の厚さ依存性を示した図である。
【図７】図７は、光吸収率の、多結晶半導体膜の表面粗さ依存性を示した図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、順に厚さ３ｎｍ、７ｎｍ、１１ｎｍのシリコン酸化膜を形成して得られた多結晶半導体膜の表面のＡＦＭ像である。
【図９】図９は、シリコン酸化膜の厚さを変えたときの多結晶半導体膜の厚さ変化を測定した結果を示した図である。
【図１０】図１０は、共通する基板上に形成された、本発明の実施の形態２に係る光電変換素子と薄膜トランジスタとの概略構成を示した断面図である。
【図１１】図１１Ａ、図１１Ｂは、図１０に示した光電変換素子及び薄膜トランジスタを製造するための一工程を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を好適な実施の形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施の形態に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施の形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、特にことわらない限り、以下の各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る多結晶半導体膜の概略構成を示した断面図である。図示されているように、基板１上に、絶縁膜２を介して、多結晶半導体膜１０が形成されている。多結晶半導体膜１０は、ポリシリコン層１２と、シリコン酸化膜１３とを備える。ポリシリコン層１２は、後述するＣＬＣ（CW-Laser Lateral Crystallization）技術を用いて形成された層である。
【００１５】
図２は、図１に示した多結晶半導体膜１０を用いた光電変換素子２０の概略構成を示した断面図である。図１に示した部材と同じ部材には同一の符号を付している。この光電変換素子２０はＰＩＮ型ラテラルフォトダイオードである。図２において、参照符号１０ｐはｐ型領域、参照符号１０ｎはｎ型領域、参照符号１０ｉはｐ型領域１０ｐとｎ型領域１０ｎとの間に形成された真性領域である。また、参照符号２１，２２は第１，第２絶縁層、参照符号２３ｐはｐ型領域１０ｐに接続された電極、参照符号２３ｎはｎ型領域１０ｎに接続された電極である。
【００１６】
次に、図１に示した多結晶半導体膜１０の製造方法の一例を説明する。
【００１７】
最初に、図３に示すように、基板１上に、絶縁膜２及び非単結晶半導体膜１１をこの順に形成する。
【００１８】
基板１としては、例えばガラス基板や石英基板を用いることができる。もちろん、これに限定されず、上記以外にも、プラスチック、シリコンウェハー、金属、セラミックなどからなる基板を用いることができるし、ガラス、金属などからなる膜上に、ポリイミドなどの樹脂膜を積層した基板を用いることもできる。
【００１９】
絶縁膜２は、基板１からの不純物拡散を防ぐために設けられる。絶縁膜２の材料としては、例えばＳｉＯ2 膜、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＮＯ膜を用いることができる。絶縁膜２は単層膜であっても良いし、２層以上の複合膜であっても良い。絶縁膜２は、例えばプラズマＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法などを用いて形成することができ、その厚さは１００〜６００ｎｍ程度が好ましい。
【００２０】
非単結晶半導体膜１１を構成する半導体としては、好ましくは非晶質シリコンを用いることができるが、これ以外の例えば多結晶シリコン、非晶質ゲルマニウム、多結晶ゲルマニウム、非晶質シリコン・ゲルマニウム、多結晶シリコン・ゲルマニウム、非晶質シリコン・カーバイド、および多結晶シリコン・カーバイドなどの半導体を用いることもできる。非単結晶半導体膜１１は、例えば、プラズマＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、またはスパッタ法などで形成することができるが、絶縁膜２と連続して同一方法（例えばプラズマＣＶＤ法）で形成することが好ましい。非単結晶半導体膜１１の厚さは、多結晶半導体膜１０の用途に応じて適宜変更できるが、例えば液晶パネルのアクティブ基板に形成される光電変換素子を形成する場合には３０ｎｍ〜２５０ｎｍが好ましく、例えば５０ｎｍ程度で形成することができる。
【００２１】
次いで、非単結晶半導体膜１１上に、キャップ層としてシリコン酸化膜１３を形成する。シリコン酸化膜１３の形成方法は特に制限はなく、例えばプラズマＣＶＤ法、スパッタ法などにより形成することができる。シリコン酸化膜１３の厚さについては後述する。
【００２２】
次いで、シリコン酸化膜１３の表面にＣＷ（Continuous Laser）レーザ（連続発振レーザ）又は擬似ＣＷレーザを照射し走査させる。レーザビームは、非単結晶半導体膜１１に吸収されやすい波長を有することが好ましく、非単結晶半導体膜１１としてシリコン半導体を用いる場合には２００ｎｍから７００ｎｍの領域の波長を有することが好ましい。使用できるレーザとしては、固体レーザ、気体レーザ、半導体レーザ等を挙げることができる。
【００２３】
固体レーザとしては、例えば、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、およびチタンサファイアレーザ等が挙げられる。
【００２４】
気体レーザとしては、例えば、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、およびＫｒレーザ等が挙げられる。また、レーザ作用をする活性種としては、例えば、３価のイオン（Ｃｒ3+、Ｎｄ3+、Ｙｂ3+、Ｔｍ3+、Ｈｏ3+、Ｅｒ3+、およびＴｉ3+）を使用することができる。
【００２５】
その他に、半導体レーザ、ディスクレーザ、またはファイバーレーザを使用することも可能である。
【００２６】
レーザアニールに用いる場合、レーザの基本波の波長が７００ｎｍよりも長い場合は、レーザビームを非線形光学素子により高調波に変換することが望ましい。例えば、ＹＡＧレーザは、基本波として、波長１０６４ｎｍのレーザビームを出射することが知られている。このレーザビームのシリコン膜に対する吸収係数は非常に低く、このままでは半導体膜の１つである非晶質シリコン膜の結晶化を行なうことは困難である。
【００２７】
ところが、このレーザビームは、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＢＢＯ、またはＣＢＯ等の非線形光学素子を用いることにより、より短波長に変換することができる。高調波としては、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）、第５高調波（２１３ｎｍ）が挙げられる。これらの高調波は、非晶質シリコン膜に対して吸収係数が高いので、非晶質シリコン膜の結晶化に用いることができる。なお、レーザの発振方式は、連続発振型でもよいし、パルス発振型でもよいが、パルス発振型の場合には、レーザビーム（あるいはステージ）の走査方向に結晶が連続的に成長するように、周波数が数１０ＭＨｚ以上の高周波パルスで発振された、いわゆる擬似連続発振レーザビームを用いることが好ましい。
【００２８】
以下では本実施形態の一実施例として、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザの第二高調波（波長λ＝５３２ｎｍ）を使用する場合についてさらに詳しく説明する。
【００２９】
結晶化用レーザビームは、レーザパワーや、必要とするサイズに応じてビーム整形光学系および集光レンズにより整形する。
【００３０】
ビーム整形光学系は、ビームエキスパンダー、ホモジナイザ、回折光学素子、パウエルレンズ、およびｆθレンズ等の組み合わせにより、ビームを整形する。
【００３１】
集光レンズは、ビーム整形光学系を通過した結晶化用ビームを、被処理基板の面上に集光する。集光レンズとしては、例えばシリンドリカルレンズ等を用いることができる。シリンドリカルレンズを２枚組み合わせることによってビームを集光するとともに整形し、ビーム整形光学系を省略することも可能である。
【００３２】
ビーム整形光学系および集光レンズは、結晶化を行なうための光学系である改質光学系を構成している。これらの組み合わせにより、結晶化用ビームの形状を、線状、楕円状、または矩形状等の所望の形状に整形して、結晶化を行なう。
【００３３】
ビームは、好ましくは数１０μｍ〜数１０ｍｍ×数μｍ〜１００μｍ程度に整形され、一実施例では５００μｍ×２０μｍの線状に整形される。ビーム短軸方向を走査方向とする。
【００３４】
線走査速度は、毎秒１０ｃｍ〜２０ｍ程度が可能であるが、一実施例では一定で５０ｃｍ／ｓとする。また、一実施例では、レーザパワーは８Ｗとし、基板サイズは７３０×９２０ｍｍ2 とする。走査方法としては、基板位置を固定してレーザビームを走査してもよく、あるいはレーザビーム位置を一定として基板を乗せたステージを移動させてもよいが、一実施例ではステージを走査させる。レーザビームを照射しながらステージを走査することにより、非単結晶半導体膜１１は瞬間的に溶融し基板１の面と平行な方向に結晶化され、ポリシリコン層１２（図１参照）が形成される。このような結晶化の手法はＣＬＣ（CW-Laser Lateral Crystallization）技術と呼ばれ、これにより横方向成長して形成された、レーザの走査方向と基板面に平行でかつ走査方向に垂直な方向とで異方性のある結晶はラテラル結晶と呼ばれる。なお、レーザビームの照射条件（例えば、周波数、パワー密度、エネルギー密度、およびビームプロファイル等）は、材料の性質や厚さ、レーザビーム走査速度などを考慮してラテラル結晶が得られるように適宜調整する。
【００３５】
次に、図２に示した光電変換素子２０の製造方法の一例を説明する。
【００３６】
図１に示した多結晶半導体膜１０を所定形状にパターニングした後、多結晶半導体膜１０上に、レジストにて所定パターンのマスクを形成してｐ型不純物（例えばボロン）及びｎ型不純物（例えばリン）をそれぞれイオンドーピングする。ｐ型不純物がドーピングされた領域はｐ型領域１０ｐとなり、ｎ型不純物がドーピングされた領域はｎ型領域１０ｎとなり、ｐ型不純物及びｎ型不純物のいずれもがドーピングされなかった領域は真性領域１０ｉとなる。次いで、第１絶縁層２１を例えば窒化ケイ素を用いて形成し、次いで、第２絶縁層２２を例えば酸化ケイ素を用いて形成する。その後、第１，第２絶縁膜２１，２２にコンタクトホールを形成して電極２３ｐ，２３ｎを形成する。
【００３７】
図３を用いて説明した多結晶半導体膜１０の製造方法は上述した特許文献１に記載された方法と概略同じである。ところが、本発明者らは、シリコン酸化膜１３の厚さを特許文献１に記載された範囲よりも厚くすると、特許文献１に記載されたのとは異なる表面性状を有し、二乗平均粗さが大きな多結晶半導体膜１０が形成されることを見出した。そして、このような表面を有する多結晶半導体膜１０を用いて図２に示す光電変換素子２０を形成したところ、光検出感度が向上することを見出した。これについて、以下に説明する。
【００３８】
図４は、シリコン酸化膜１３の厚さを３，５，７，９，１１ｎｍに変えて作成した多結晶半導体膜１０を用いて作製した光電変換素子２０の光吸収率の波長依存性を示したグラフである。図４より、シリコン酸化膜１３の厚さによって光吸収率が異なっていることが分かる。図４の多結晶半導体膜１０の形成方法は以下の通りである。ガラス基板上に、絶縁膜２として厚さ５０ｎｍのＳｉＮＯ膜及び厚さ４００ｎｍのＳｉＯ2膜、非単結晶半導体膜１１として厚さ５０ｎｍのアモルファスシリコン膜、シリコン酸化膜１３を順に、それぞれプラズマＣＶＤ法を用いて形成した。次いで、結晶化に先立って、５５０℃にて４時間の脱水素処理をおこなった。次いで、ＣＷレーザとして、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）を用いて、走査速度５０ｃｍ／ｓ、レーザパワー８Ｗで非単結晶半導体膜１１を結晶化させて多結晶半導体膜１０を形成した。図４の縦軸の「光吸収率」は分光測定機において反射率、透過率を測定し、以下の式を用いて求めた。即ち、入射光の強度を１００、反射率をＩｒ、透過率をＩｔ、吸収率をＩａとしたときに、
Ｉａ（％）＝１００−Ｉｒ−Ｉｔ
より光吸収率Ｉａを求めた。
【００３９】
図５は、光吸収率のシリコン酸化膜１３の厚さ依存性を示した図である。図５の縦軸の「光吸収率」は、図４の各厚さのシリコン酸化膜ごとに３５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲で光吸収率を積分して得た光吸収率を、シリコン酸化膜の厚さが３ｎｍのとき（比較例）の光吸収率を１として示した相対的な光吸収率である。シリコン酸化膜１３の厚さが５ｎｍ以上になると、光吸収率が向上することが分かる。
【００４０】
図６は、多結晶半導体膜１０の表面の二乗平均粗さ（ＲＭＳ）のシリコン酸化膜１３の厚さ依存性を示した図である。二乗平均粗さは、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡）を用いて測定した。シリコン酸化膜１３が厚くなると、二乗平均粗さが増大することが分かる。
【００４１】
図７は、図５及び図６を用いて作製した、光吸収率の、多結晶半導体膜１０の表面粗さ依存性を示した図である。縦軸の光吸収率は、シリコン酸化膜１３の厚さが３ｎｍのとき（比較例）の光吸収率を１として示した相対的な光吸収率である。図７から、効果的に光吸収させるためには、多結晶半導体膜１０の二乗平均粗さが４ｎｍ以上であることが必要であることがわかる。
【００４２】
図８Ａ〜図８Ｃは、図４〜図７の検討において作成した、シリコン酸化膜１３の厚さを３ｎｍ（比較例）、７ｎｍ、及び１１ｎｍとしたときに得られた多結晶半導体膜１０の表面のＡＦＭ像である。図８Ａ〜図８Ｃの縮尺は一致しており、図８Ａ〜図８Ｃの上下方向はＣＷレーザの走査方向である。厚さ３ｎｍのシリコン酸化膜１３を形成したときに得られる多結晶半導体膜１０の表面（図８Ａ）は実質的に平坦であるのに対して、厚さ７ｎｍ及び１１ｎｍのシリコン酸化膜１３を形成したときに得られる多結晶半導体膜１０の表面（図８Ｂ、図８Ｃ）には複雑な凹凸が形成されていることが分かる。
【００４３】
図９は、図４〜図７の検討において作成した、シリコン酸化膜１３の厚さを３ｎｍ（比較例）及び１１ｎｍとしたときに得られた多結晶半導体膜１０の厚さ（即ち、表面形状プロファイル）を、ＡＦＭを用いて、ＣＷレーザの走査方向と直角方向に走査して測定した結果を示した図である。
【００４４】
図６、図８Ａ及び図９に示されているように、厚さ５０ｎｍのアモルファスシリコン膜上に、特許文献１に記載されたのと同程度の厚さ３ｎｍのシリコン酸化膜１３を形成してＣＷレーザを照射してアモルファスシリコンを結晶化させると、二乗平均粗さが２ｎｍ程度の平坦な表面を有する多結晶半導体膜１０が形成された。
【００４５】
ところが、シリコン酸化膜１３をこれより厚くすると多結晶半導体膜１０の表面に凹凸が形成され、例えばシリコン酸化膜１３の厚さが１１ｎｍの場合には、図６、図８Ｃ及び図９に示されているように、表面の凹凸周期が概略０．８〜２μｍ程度で、高低差が最大で６０ｎｍ程度、二乗平均粗さが１３ｎｍ程度の凹凸形状が形成された表面を有する多結晶半導体膜１０が形成された。
【００４６】
このように、非単結晶半導体膜１１の表面に厚さ５ｎｍ以上のシリコン酸化膜１３を形成した後、ＣＷレーザ又は疑似ＣＷレーザを照射し走査するという簡単な手法により、特許文献１に記載されたのとは明らかに異なる表面を有する多結晶半導体膜１０を形成することができる。本発明の多結晶半導体膜１０は、レーザプロファイルを変調させたり、複数回のスキャンをしなくても、複数の凹凸を１回のスキャンで形成することができる。特許文献２の手法では、レーザビームの走査の送りピッチや、レーザビームのビーム形状に対応して直線状又は格子状のパターンが形成されるが、本発明においては、表面凹凸は「自己組織化的に」形成されるため、膜厚やレーザビームのパワー等に応じたある程度の規則性を有するものの、ランダムな要素も含まれたテクスチャ構造を有している。
【００４７】
そして、本発明の多結晶半導体膜は、このような表面形状を有しているので、厚さ３ｎｍのシリコン酸化膜１３を形成して得た、平坦な表面を有する多結晶半導体膜と比較して、光閉じ込め効果が大きく、高い感度を持つ光電変換素子を形成することができる（図５、図７参照）。
【００４８】
なお、多結晶半導体膜１０の表面に凹凸があると、結晶粒等に異常があることが懸念されるが、ＥＢＳＰ（Electron Back Scattering Pattern：電子後方散乱パターン）によって確認したところ、ラテラル結晶が形成されていることが確認された。
【００４９】
本発明の多結晶半導体膜１０の表面凹凸の最小周期は０．８μｍ以上２μｍ以下であることが特長であり、これにより高い光閉じ込め効果が得られる。多結晶半導体膜１０の表面凹凸の最小周期は、多結晶半導体膜１０の厚みの変動の極大値から、この最近接の極小値を超えて隣接する極大値までの最小距離により定義される。
【００５０】
（実施の形態２）
図１０は、共通する基板１上に形成された、本発明の光電変換素子３０と薄膜トランジスタ４０との概略構成を示した断面図である。図１、図２に示した部材と同じ部材には同一の符号を付している。図面を簡単化するために単一の光電変換素子３０及び単一の薄膜トランジスタ４０のみが図示されているが、共通する基板１上に複数の光電変換素子３０及び複数の薄膜トランジスタ４０が形成されていても良い。また、図１０では、理解を容易にするために、同じ図面内に光電変換素子３０の断面図と薄膜トランジスタ４０の断面図とを図示しているが、これらの断面図が共通する単一の平面に沿った断面図である必要はない。
【００５１】
薄膜トランジスタ４０は、チャネル領域４１ｃ、ソース領域４１ａ、及びドレイン領域４１ｂを含む多結晶半導体膜４１と、多結晶半導体膜４１の上に設けられたゲート絶縁膜４７と、チャネル領域４１ｃの導電性を制御するゲート電極４５とを有する。ソース領域４１ａ及びドレイン領域４１ｂにはそれぞれ電極４３ａ，４３ｂが接続されている。
【００５２】
図１０に示された光電変換素子３０及び薄膜トランジスタ４０の製造方法を以下に説明する。
【００５３】
最初に、図１１Ａに示すように、基板１上に、絶縁膜２及び非単結晶半導体膜１１をこの順にそれぞれ一様に形成し、更に、非単結晶半導体膜１１上にシリコン酸化膜１３を形成する。ここで、光閉じ込め効果が要求される光電変換素子３０を形成する領域ではシリコン酸化膜１３を５ｎｍ以上に厚く形成し、表面の平坦性が要求される半導体膜４１を形成する領域ではシリコン酸化膜１３を５ｎｍ未満に薄く形成する。このように厚さが異なるシリコン酸化膜１３は以下のようにして形成することができる。例えば厚さ８ｎｍ程度のシリコン酸化膜をＣＶＤ法などで非単結晶半導体膜１１の全面に形成し、次いで、薄膜トランジスタ４０を形成する領域を含む領域のシリコン酸化膜をフォトリソグラフィー法を使用して除去し、次いで、全面に例えば厚さ３ｎｍ程度のシリコン酸化膜を形成する。かくして、図１１Ａに示すように、光電変換素子３０を形成する領域では厚い（上記の例では厚さ１１ｎｍの）シリコン酸化膜１３を形成することができ、薄膜トランジスタ４０を形成する領域では薄い（上記の例では厚さ３ｎｍの）シリコン酸化膜１３を形成することができる。
【００５４】
次いで、シリコン酸化膜１３の表面にＣＷレーザ又は擬似ＣＷレーザを照射し走査させて、非単結晶半導体膜１１を結晶化させてポリシリコン層１２を形成する。その結果、図１１Ｂに示すように、厚いシリコン酸化膜１３が形成された領域の表面には、実施の形態１で説明したように、二乗平均粗さが４ｎｍ以上で、自己組織化的に形成されたテクスチャ構造を有する凹凸が形成される。一方、薄いシリコン酸化膜１３が形成された領域の表面は、実質的に平坦である。
【００５５】
その後、ポリシリコン層１２及びシリコン酸化膜１３を含む多結晶半導体膜１０のうち、不要な領域の多結晶半導体膜をフォトリソグラフィー法により除去して素子分離する。次いで、全面に例えば酸化ケイ素からなるゲート絶縁膜４７を形成し、ゲート電極４５を形成する。次いで、所定領域のみにｐ型不純物（例えばボロン）及びｎ型不純物（例えばリン）をそれぞれイオンドーピングする。次いで、第１，第２絶縁層２１，２２を順に形成する。その後、第１，第２絶縁膜２１，２２にコンタクトホールを形成して電極２３ｐ，２３ｎ，４３ａ，４３ｂを形成する。かくして、図１０に示された光電変換素子３０及び薄膜トランジスタ４０が得られる。
【００５６】
このように、同一の基板１上において、シリコン酸化膜１３の厚さを部分的に変えるという簡単な方法により、多結晶半導体膜１０の表面の凹凸の大きさを部分的に変えることができる。従って、基板１上に形成しようとする半導体素子の種類に応じて多結晶半導体膜の表面の凹凸を制御して、所望の特性を有する半導体素子を形成することができる。
【００５７】
本実施の形態２では、同一基板１上に、光電変換素子３０及び薄膜トランジスタ４０を形成している。光電変換素子３０は、実施の形態１で説明した表面凹凸が形成された多結晶半導体膜１０を備えるので、光閉じ込め効果が大きく、高感度である。一方、薄膜トランジスタ４０の多結晶半導体膜４１の表面は平坦であるので、例えばゲート耐圧特性が低下することがなく、信頼性を確保できる。
【００５８】
本実施の形態２は、例えば表示素子を構成する基板に応用することができる。表示素子としては、液晶パネル、ＥＬパネル等を例示することができる。
【００５９】
液晶パネルのアクティブマトリクス基板に利用する場合、薄膜トランジスタ４０は、マトリクス状に配置された多数の絵素電極の各々を駆動するための能動素子であっても良い。あるいは、格子状に形成されたデータ信号線及びゲート信号線に所定の信号を印加する駆動回路を構成するトランジスタであっても良い。また、光電変換素子３０は、多数の絵素電極が形成された画素領域内にマトリクス状に配置されて、入射する光の変化を感知してタッチセンサ機能を実現させるための光電変換素子であっても良い。あるいは、画素領域外に配置されて、周囲の明るさを検出するアンビエントセンサとして機能する光電変換素子であっても良い。なお、図１０において、基板１の下側に配置されるバックライト装置（図示せず）からの光が光電変換素子３０に直接入射するのを防止するために、基板１と絶縁膜２との間に、多結晶半導体膜１０と対向する領域に、遮光膜を形成しても良い。
【００６０】
本実施の形態２は、表示素子以外の、光センサ機能を備えた各種機器に利用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の利用分野は特に制限はないが、例えば光感度に優れたフォトダイオードとして好ましく利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  基板
２  絶縁膜
１０  多結晶半導体膜
１１  非単結晶半導体膜
１２  ポリシリコン層
１３  シリコン酸化膜
２０，３０  光電変換素子
４０  薄膜トランジスタ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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