(57)【要約】【課題】  多結晶シリコン膜における表面凹凸の形成を抑制し、ＭＯＳ型半導体素子の動作速度を向上する。【解決手段】  シリコン膜（アモルファスシリコン膜）３上に光透過性の絶縁膜４を介してシリコン膜５を形成し、これらシリコン膜５及び絶縁膜４をキャップ膜としてＹＡＧレーザの高調波をシリコン膜３に照射し、多結晶化する。これをＭＯＳ型半導体素子のチャネルとして用いる。キャップ膜として用いた絶縁膜４をそのままゲート絶縁膜として用いてもよい。【選択図】  図１
2008243851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファスシリコン膜上に光透過性の絶縁膜を介してシリコン膜を形成し、これらシリコン膜及び絶縁膜を介してＹＡＧレーザの高調波を前記アモルファスシリコン膜に照射し、多結晶化することを特徴とする多結晶シリコン膜の形成方法。
【請求項２】
前記絶縁膜がＳｉＯ２膜であることを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン膜の形成方法。
【請求項３】
照射するＹＡＧレーザの高調波の波長が４００ｎｍ〜６００ｎｍであることを特徴とする請求項１または２記載の多結晶シリコン膜の形成方法。
【請求項４】
結晶シリコン膜を活性層とするＭＯＳ型半導体素子の製造方法であって、
アモルファスシリコン膜上に光透過性の絶縁膜を介してシリコン膜を形成し、これらシリコン膜及び絶縁膜を介してＹＡＧレーザの高調波を前記アモルファスシリコン膜に照射し、多結晶化することを特徴とするＭＯＳ型半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記多結晶化の後、前記シリコン膜及び絶縁膜を除去し、多結晶シリコン膜上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成することを特徴とする請求項４記載のＭＯＳ型半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記多結晶化の後、前記シリコン膜を除去し、前記絶縁膜をゲート絶縁膜として利用して、この上にゲート電極を形成することを特徴とする請求項４記載のＭＯＳ型半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン膜（ポリシリコン膜）の形成方法に関するものであり、さらには、これを応用したＭＯＳ型半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板上に作製された多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ポリシリコンＴＦＴ）は、結晶シリコンデバイスにおいてＳＯＩ構造と同様の構造を有することになるため、電気特性においてもＳＯＩデバイスと同様の特徴を有する。チャネル層（活性層）を薄膜化することにより、完全空乏型の動作をさせることが可能となり、オフ状態からオン状態への立ち上がり電圧差が非常に小さくなることもその一つである。
【０００３】
また、透光性基板（ガラス基板）を使用しているため、液晶ディスプレイ等の表示装置の駆動素子としての利用も可能であり、結晶半導体では不可能な応用が可能となっている。ポリシリコン膜を活性層とするポリシリコンＴＦＴを駆動素子とすることで、例えば携帯電話の表示部分等において、対角２インチ程度の領域に１／４ＶＧＡ程度の精細度の表示を行うことが可能になっている。
【０００４】
前述のポリシリコンＴＦＴの製造に際しては、多結晶シリコン膜の形成が不可欠であり、これまでエキシマレーザを用いてアモルファスシリコン膜を多結晶化すること（エキシマレーザアニール）が行われている（例えば、特許文献１等を参照）。
【０００５】
特許文献１記載の発明は、レーザ光としてエキシマレーザを用いた薄膜製造方法に係るものであり、ガラス基板に形成された水素化アモルファスシリコン膜に、ガラス基板側と水素化アモルファスシリコン膜側の双方から、ガラス基板側と水素化アモルファスシリコン膜側のそれぞれに異なるタイミングでレーザ光を照射することにより、ガラス基板の温度を概ね５００℃以下に維持するように、レーザ光を照射してポリシリコンを形成することが開示されている。
【特許文献１】特開平１０−５５９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ポリシリコンＴＦＴがＳＯＩデバイスと決定的に異なる点は、チャネルであるシリコンが多結晶であることである。前述の通り、ポリシリコンをガラス基板上に作製するプロセスでは、ガラス基板上にＣＶＤ法等により非結晶シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を所定の厚さ（例えば５０ｎｍ）で成膜し、その後、エキシマレーザを用いて溶融再結晶化させるプロセスを用いている。
【０００７】
ここで、前述のようにエキシマレーザ等により結晶化した多結晶シリコン膜の表面には、溶融再結晶化の過程で生じた凹凸が存在する。多結晶シリコン膜は、結晶粒の集合体として構成され、各結晶粒の粒界が盛り上がり、前記凹凸が発生し易い。そして、前記多結晶シリコン膜における凹凸の発生は、この上に形成される絶縁膜の耐圧等を低下する要因となる。
【０００８】
例えば後工程で多結晶シリコン膜上にゲート絶縁膜やゲート電極を形成すると、チャネル−ゲート電極間のリーク電流を助長する。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）において、半導体素子と同様にスケーリング則にしたがって高速動作を目指すためには、ゲート絶縁膜にも薄膜化が要求されるが、前記凹凸が発生した場合、凸部近傍のゲート絶縁膜の実効的な膜厚がその周辺と比較して薄くなってしまうので、リーク電流が大きくなってしまう。特に、素子分離をＭＥＳＡ構造により行ったポリシリコンＴＦＴにおいては、チャネルとして機能する多結晶シリコン膜の周縁部にエッジ（角部）が存在し、前記凹凸の存在と相俟ってゲート絶縁膜の実効的な膜厚が極端に薄くなる等して、リークや特性不良を引き起こし易い。
【０００９】
本発明は、前述の従来の実情に鑑みて提案されたものであり、表面の凹凸の形成を抑制することが可能な多結晶シリコン膜の形成方法を提供することを目的とし、さらには、多結晶シリコン膜の表面凹凸に起因する性能劣化を引き起こすことがなく、例えば動作速度を大幅に向上することが可能なＭＯＳ型半導体素子の製造方法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】
前述の目的を達成するために、本発明の多結晶シリコン膜の形成方法は、アモルファスシリコン膜上に光透過性の絶縁膜を介してシリコン膜を形成し、これらシリコン膜及び絶縁膜を介してＹＡＧレーザの高調波を前記アモルファスシリコン膜に照射し、多結晶化することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のＭＯＳ型半導体素子の製造方法は、多結晶シリコン膜を活性層とするＭＯＳ型半導体素子の製造方法であって、アモルファスシリコン膜上に光透過性の絶縁膜を介してシリコン膜を形成し、これらシリコン膜及び絶縁膜を介してＹＡＧレーザの高調波を前記アモルファスシリコン膜に照射し、多結晶化することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、前記光透過性の絶縁膜及びこの上に形成されるシリコン膜を蓄熱性のキャップ膜として利用し、アモルファスシリコン膜の多結晶化を行う。すなわち、本発明においては、アモルファスシリコン膜を上側のシリコン膜と同時にアニールする。前記絶縁膜及びシリコン膜がキャップ膜として存在するので、形成される多結晶シリコン膜の表面の凹凸形成が抑えられる。
【００１３】
また、この時、上側のシリコン膜は、結晶化する際に潜熱を放出し、アモルファスシリコン膜の溶融時間を延長する。その結果、溶融したアモルファスシリコン膜の再結晶化が基板側からのみに限定され、格子不整合が生ずることがない。
【００１４】
なお、本発明においては、ＹＡＧレーザの高調波を用いて前記アニールを行っている。ＹＡＧレーザの波長領域では、シリコンによる吸収が小さく、レーザ光の利用効率が悪いことが課題である。本発明では、アモルファスシリコン膜のみならず、その上に形成されたシリコン膜においても前記ＹＡＧレーザの高調波が利用され、アモルファスシリコン膜の溶融、再結晶化プロセスに利用される。したがって、効率の良いレーザアニールが実現される。また、多結晶化のためのレーザアニールにおいて、高出力短波長のエキシマレーザからＹＡＧレーザに置き換えることにより、装置コストが削減され、メンテナンス費用が低減される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の多結晶シリコン膜の形成方法によれば、装置コストやメンテナンス費用を削減することが可能なＹＡＧレーザを用いて、表面凹凸の少ない多結晶シリコン膜を効率的に形成することが可能である。また、本発明のＭＯＳ型半導体素子の製造方法によれば、多結晶シリコン膜の表面が平坦化されるため、ゲート絶縁膜を薄くすることが可能であり、例えば動作速度を大幅に向上することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した多結晶シリコン膜の形成方法、及びＭＯＳ型半導体素子の製造方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
（多結晶シリコン膜の形成）
本実施形態において、アモルファスシリコン膜を多結晶化し、多結晶シリコン膜を形成するには、図１に示すように、ガラス基板等の基板１上に下地絶縁膜２を介してシリコン膜３を形成し、さらに、その上に光透過性を有する絶縁膜４とシリコン膜５とを重ねて形成する。
【００１８】
前記シリコン膜３は、アモルファスシリコン膜であり、例えばプラズマＣＶＤ法や低圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法等により形成されるものである。形成直後のアモルファスシリコン膜中には、シリコン原子数に対して１０〜２０％程度の水素が含有されている。前記シリコン膜３の厚さは任意であるが、例えば５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。
【００１９】
前記シリコン膜３上には、キャップ膜として前記光透過性の絶縁膜４及びシリコン膜５を形成する。キャップ膜を形成してレーザアニールを行うことで、多結晶化して得られる多結晶シリコン膜の表面凹凸を低減し、平坦化することができる。
【００２０】
ここで、キャップ膜として光透過性の絶縁膜のみを形成することも考えられるが、光透過性の絶縁膜のみを形成した場合には、再結晶化時にこの絶縁膜へもシリコン膜３から熱が拡散するため、シリコン膜３の結晶化が基板側とキャップ膜側の上下双方から同時に起こってしまい、シリコン膜３の膜厚方向の中央付近で結晶成長が衝突することにより格子不整合が生ずるおそれがある。
【００２１】
一方、キャップ膜として光吸収性の高い膜を用いると、アニールに用いるレーザ光がシリコン膜３にまで到達しないという不都合が生ずる。したがって、最適なキャップ構造とするためには、キャップ膜の構成、及びアニールに用いるレーザ光の波長を最適化する必要がある。
【００２２】
本実施形態においては、これらの観点から、キャップ膜の構成として、前記光透過性の絶縁膜４と、その上に形成されるシリコン膜５の２層構造を採用している。
【００２３】
前記光透過性の絶縁膜４は、照射されるレーザ光を透過する必要があり、光透過性を有することでシリコン膜３にもアニール用のレーザ光が照射される。また、前記絶縁膜４は、必ずしも絶縁膜でなくても良いが、例えばそのままゲート絶縁膜等として利用する場合には、絶縁性を有する必要がある。また、シリコン膜３のアニール後、前記絶縁膜４を除去する場合には、前記絶縁膜４はシリコン膜３に対して選択エッチング可能であることが望ましい。さらに、前記絶縁膜４は、その下のシリコン膜３に不純物が入り込まないように、コンタミに対する阻止能を有することが好ましく、またアニール時の温度に耐え得る耐熱性を有する必要もある。これらを考慮すると、前記絶縁膜４の材質としては、シリコンの酸化膜（ＳｉＯ２膜）や窒化膜、酸窒化膜等が好適である。
【００２４】
一方、前記シリコン膜５は、前記絶縁膜４からの熱の拡散を防止し、逆に前記シリコン膜３へ熱を放出してアニールを促進する機能を有するものである。したがって、アニールに用いるレーザ光（後述のＹＡＧレーザの高調波）をある程度吸収して熱に変換し、さらには結晶化する際に潜熱を放出するシリコン膜とすることが好ましい。前記シリコン膜５を形成した状態でシリコン膜３のアニールを行うと、その上のシリコン膜５も結晶化する際に潜熱を放出し、シリコン膜３の溶融時間を延ばし、基板１側からのみの再結晶化に限定することが可能となる。なお、前記シリコン膜５は、ノンドープシリコン膜であってもよいし、何らかの不純物をドープしたシリコン膜であってもよい。
【００２５】
前記絶縁膜４とシリコン膜５の膜厚は、アニール時に要求される熱的条件に応じて設計すればよい。例えば絶縁膜４に関して言えば、あまり厚さが厚くなるとシリコン膜５の熱がシリコン膜３に伝わり難くなるため、できる限り薄くすることが好ましい。したがって、例えば１００ｎｍ以下とすることが好ましい。シリコン膜５は、あまり薄すぎるとレーザ光の吸収による発熱が不十分になり十分な熱を放出することができなくなり、逆にあまり厚すぎるとレーザ光の透過が不十分になりシリコン膜３自体の発熱が不十分になるおそれがある。したがって、前記シリコン膜５の膜厚は、例えばシリコン膜３の厚さや絶縁膜４の厚さ、投入するレーザのパワー等に応じて最適化することが好ましい。
【００２６】
前述の光透過性の絶縁膜４及びシリコン膜５をキャップ膜として形成した後、レーザ光を照射してアニール（多結晶化）を行う。照射するレーザ光としては、ＹＡＧレーザの高調波であり、波長４００ｎｍ〜６００ｎｍ（例えばＮｄ：ＹＡＧの５３２ｎｍ）のレーザ光を用いる。
【００２７】
これまでも、高出力であるＹＡＧレーザ高調波のシリコン膜再結晶化プロセスへの適用の可能性について、各方面で検討がされている。適用可能であれば、高出力短波長のエキシマレーザへ置き換えることにより、装置コストやメンテナンス費用の削減が可能になるものと期待される。しかしながら、ＹＡＧレーザ等の固体レーザの波長領域は、多結晶シリコンの吸収が小さく、例えば一般的な膜厚（５０ｎｍ程度）では投入エネルギーの２０％程度しか吸収がないため、レーザ光の利用効率が非常に悪いという課題がある。したがって、その利用を考えた場合、残りのエネルギーを積極的に利用できるような構造が不可欠である。
【００２８】
本実施形態においては、前記光透過性の絶縁膜４とシリコン膜５とをキャップ膜とする積層構造を採用し、その上で前記ＹＡＧレーザの高調波を用いているので、レーザ光がシリコン膜３のみならずシリコン膜５においても吸収され、シリコン膜３の溶融、再結晶化に利用される。
【００２９】
すなわち、シリコン膜３上に絶縁膜４及びシリコン膜５をキャップ膜として形成し、ＹＡＧレーザの高調波を照射すると、シリコン膜３及びシリコン膜５がレーザ光を吸収して発熱する。シリコン膜５の熱は、絶縁膜４を介してシリコン膜３に熱伝導し、その結果、シリコン膜３が溶融する。その後、シリコン膜３は結晶化するが、この時、シリコン膜５も結晶化する際に潜熱を放出し、シリコン膜３の溶融時間を延ばし、基板１側からのみの再結晶化に限定する。
【００３０】
前記積層構造を採用した場合、アニールにエキシマレーザを用いると、上側のシリコン膜５の表面近傍でエキシマレーザ光がほとんど全て吸収され、下にあるシリコン膜３にエキシマレーザ光が届かず、溶融再結晶化することはできない。前記積層構造の採用とＹＡＧレーザ高調波とを組み合わせることにより、前記シリコン膜３の効率的な溶融再結晶化を実現することが可能になる。
【００３１】
以上により、シリコン膜３を多結晶化することができるが、本実施形態においては、シリコン膜３上にキャップ膜（絶縁膜４及びシリコン膜５）を形成してアニールを行っているので、多結晶化されたシリコン膜３の表面凹凸の形成を抑制し平坦化することができるので、例えばこの上にゲート絶縁膜等を形成する場合に、その厚さを薄くすることができ、動作速度を大幅に向上することが可能である。また、固体レーザ（ＹＡＧレーザ）での溶融再結晶化が可能であるので、装置コストやメンテナンスコスト等を大幅に削減することが可能である。
【００３２】
（ＭＯＳ型半導体素子の製造例１）
前述の多結晶シリコン膜の形成方法は、ＭＯＳ型半導体素子（例えばポリシリコンＴＦＴ）の製造に応用することが可能である。以下、前記多結晶シリコン膜の形成方法を応用したポリシリコンＴＦＴの製造方法の一例について説明する。
【００３３】
ポリシリコンＴＦＴを製造するには、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１上に下地絶縁膜２、シリコン膜３、光透過性の絶縁膜４、シリコン膜５を積層形成し、ＹＡＧレーザ（例えばＮｄ：ＹＡＧ）の高調波（例えば波長５３２ｎｍ）を照射する。これによりシリコン膜３が溶融再結晶化され、多結晶シリコン膜となる。
【００３４】
この多結晶化されたシリコン膜３をチャネルとしてポリシリコンＴＦＴを作製するが、本実施形態では、前記シリコン膜３の多結晶化の後、図２（ｂ）に示すように、キャップ膜として利用したシリコン膜５及び光透過性の絶縁膜４をエッチングにより除去する。次いで、図２（ｃ）に示すように、シリコン膜３を各ポリシリコンＴＦＴに対応して分離（チャネル加工）する。前記チャネル加工においては、フォトリソ技術及びエッチングによりシリコン膜３を所定の形状にパターニングする。
【００３５】
その後は、通常のポリシリコンＴＦＴの製造方法にしたがって、ゲート電極や信号線等を形成する。すなわち、前記チャネル加工の後、図２（ｄ）に示すように、前記シリコン膜３を覆ってＳｉＯ２等からなるゲート絶縁膜６を形成する。ゲート絶縁膜６の形成の後、図２（ｅ）に示すようにゲート電極７を形成し、さらにシリコン膜３に不純物注入を行ってソース領域３Ａ、ドレイン領域３Ｂを形成する。
【００３６】
次いで、図２（ｆ）に示すように層間絶縁膜８を形成し、図２（ｇ）に示すように、その上に信号線等の金属配線層９を形成し、これをシリコン膜３のソース領域３Ａ及びドレイン領域３Ｂと接続する。前記金属配線層９とシリコン膜３の接続は、層間絶縁膜８にコンタクトホール１０を形成することで行う。
【００３７】
以上によりポリシリコンＴＦＴを作製することが可能であるが、本実施形態においては、先の多結晶シリコン膜の形成方法を応用してチャネルとなるシリコン膜３を多結晶化しているので、多結晶化されたシリコン膜３の表面が平坦化され、ゲート絶縁膜６を薄くすることが可能である。したがって、チャネルの移動度が高くならなくとも、動作周波数の向上が達成でき、作製されるポリシリコンＴＦＴの動作速度を大幅に向上することが可能である。
【００３８】
また、前記シリコン膜３の表面平坦化により、ゲート絶縁膜６のリーク電流を小さくすることができるが、例えば液晶ディスプレイにおいては、ゲート絶縁膜６を補助容量の誘電体膜・シリコン膜３を補助容量の下部電極としているため、ゲート絶縁膜６のリークが小さくなることにより補助容量のリークも減り、この問題を原因とする点欠陥を大幅に減少させることができる。
【００３９】
（ＭＯＳ型半導体素子の製造例２）
本実施形態も前述の多結晶シリコン膜の形成方法を応用したポリシリコンＴＦＴの製造方法の一例であるが、本実施形態においては、キャップ膜として形成した絶縁膜をそのままゲート絶縁膜として利用した点に特徴を有する。
【００４０】
本実施形態のポリシリコンＴＦＴの製造方法では、図３（ａ）に示すように、ガラス基板１上に下地絶縁膜２、シリコン膜３、光透過性の絶縁膜４、シリコン膜５を積層形成し、ＹＡＧレーザ（例えばＮｄ：ＹＡＧ）の高調波（例えば波長５３２ｎｍ）を照射してシリコン膜３を溶融再結晶化する。
【００４１】
次に、図３（ｂ）に示すように、キャップ膜のうちシリコン膜５のみをエッチング除去し、絶縁膜４はそのままゲート絶縁膜として残しておく。キャップ膜として利用した絶縁膜４は、シリコン膜３のレーザアニールの際に加熱されることになるので、低温形成した膜であってもアニール効果により膜特性を向上することができる。
【００４２】
続いて、図３（ｃ）に示すように、前記シリコン膜３及び絶縁膜４をチャネル加工し、図３（ｄ）に示すように、ゲート電極７を形成し、シリコン膜３に不純物注入を行ってソース領域３Ａ、ドレイン領域３Ｂを形成する。
【００４３】
さらに、図３（ｅ）に示すように層間絶縁膜８を形成し、図３（ｆ）に示すように、その上に信号線等の金属配線層９を形成し、これをシリコン膜３のソース領域３Ａ及びドレイン領域３Ｂと接続する。前記金属配線層９とシリコン膜３の接続は、層間絶縁膜８にコンタクトホール１０を形成することで行う。
【００４４】
本実施形態においては、ゲート絶縁膜の形成工程を省略することができ、工数を削減することが可能である。また、先の製造例１と同様、シリコン膜３の表面平坦化によりゲート絶縁膜（絶縁膜４）の薄膜化及びリーク電流の抑制を図ることができ、動作速度を向上し点欠陥を減少することができる。
【実施例】
【００４５】
次に、本発明の具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。
【００４６】
＜表面凹凸に関する検討＞
先の実施形態において説明した通り、多結晶化するシリコン膜（膜厚５０ｎｍ）上に光透過性の絶縁膜（ＳｉＯ２膜：膜厚５０ｎｍ）及びシリコン膜（膜厚５０ｎｍ）をキャップ膜として形成し、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの高調波（波長５３２ｎｍ）を照射して溶融再結晶化した。得られた多結晶シリコン膜（実施例１）について、表面凹凸（Ｒｍｓ）を測定した。結果を図４に示す。なお、図４には、キャップ膜を形成することなくＸｅＣｌエキシマレーザを照射して溶融再結晶化した多結晶シリコン膜（比較例１）についての測定結果も併せて示す。
【００４７】
図４から明らかなように、本発明を適用して多結晶化した多結晶シリコン膜（実施例１）において、エキシマレーザで多結晶化した従来例に比べて大幅に表面平坦性が改善されている。
【００４８】
＜キャップ膜（シリコン膜）の膜厚依存性＞
多結晶化するシリコン膜（膜厚５０ｎｍ）上に光透過性の絶縁膜（ＳｉＯ２膜：膜厚５０ｎｍ）及びシリコン膜をキャップ膜（ｃａｐ−Ｓｉ膜）として形成し、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの高調波（波長５３２ｎｍ）を照射して溶融再結晶化した。シリコン膜の膜厚を変えて溶融再結晶化を行い、得られた多結晶シリコン膜の表面凹凸（Ｒｍｓ）及び電界効果移動度について、シリコン膜の膜厚依存性を調べた。結果を図５に示す。
【００４９】
多結晶シリコン膜の表面平坦性に関して言えば、ｃａｐ−Ｓｉ膜の厚さが厚いほど良好な結果となっている。ただし、ｃａｐ−Ｓｉ膜の厚さが厚くなりすぎると、得られる多結晶シリコン膜において、電界効果移動度の低下が見られる。したがって、本実験例の場合、ｃａｐ−Ｓｉ膜の膜厚は５０ｎｍ〜１５０ｎｍとすることが好ましいことになる。
【００５０】
＜ポリシリコンＴＦＴの特性＞
先の実施形態において説明した通り、多結晶化するシリコン膜（膜厚５０ｎｍ）上に光透過性の絶縁膜（ＳｉＯ２膜：膜厚５０ｎｍ）及びシリコン膜（膜厚５０ｎｍ）をキャップ膜として形成し、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの高調波（波長５３２ｎｍ）を照射して溶融再結晶化した。得られた多結晶シリコン膜をチャネルとし、絶縁膜をそのままゲート絶縁膜として利用してポリシリコンＴＦＴ（実施例２）を作製した。作製したポリシリコンＴＦＴにおけるゲート長Ｌは２μｍ、ゲート幅Ｗは３μｍである。また、比較のため、ＸｅＣｌエキシマレーザを照射して溶融再結晶化した多結晶シリコン膜をチャネルとし、この上に別途ゲート絶縁膜を形成してポリシリコンＴＦＴ（比較例２）を作製した。
【００５１】
これらポリシリコンＴＦＴについて、それぞれ立ち上がり特性（ｓ−ｆａｃｔｏｒ）を測定した。結果を図６に示す。実施例２においては、チャネルの表面平坦性に優れ、加熱されたＳｉＯ２膜をゲート絶縁膜に用いているので、立ち上がり特性の大幅な向上が見られた。
【００５２】
次に、シリコン膜（膜厚５０ｎｍ）上に光透過性の絶縁膜（ＳｉＯ２膜：膜厚５０ｎｍ）及びシリコン膜（膜厚５０ｎｍ）をキャップ膜として形成し、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの高調波（波長５３２ｎｍ）を照射して溶融再結晶化した。キャップ膜であるシリコン膜及びＳｉＯ２膜をエッチング除去した後、厚さ６０ｎｍのゲート絶縁膜（ＳｉＯ２膜）を形成し、ポリシリコンＴＦＴ（実施例３）を作製した。同様にシリコン膜を溶融再結晶化した後、キャップ膜として利用したＳｉＯ２膜（膜厚４０ｎｍ）をそのままゲート絶縁膜とし、ポリシリコンＴＦＴ（実施例４）を作製した。さらに、比較のため、キャップ膜を形成することなくＸｅＣｌエキシマレーザを照射してシリコン膜の溶融再結晶化を行い、厚さ８０ｎｍのゲート絶縁膜（ＳｉＯ２膜）を形成し、ポリシリコンＴＦＴ（比較例３）を作製した。
【００５３】
これらポリシリコンＴＦＴのゲート絶縁膜におけるリーク電流（Ｖｇ＝３Ｖ及び５Ｖ）を測定した。結果を表１に示す。なお、作製したポリシリコンＴＦＴのゲート長Ｌは３μｍ、ゲート幅Ｗは６μｍである。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
表１から明らかな通り、本発明を適用することにより、リーク電流が改善されている。例えば、キャップ膜として利用したＳｉＯ２膜（膜厚４０ｎｍ）をそのままゲート絶縁膜とした実施例４においては、比較例３と比べてゲート絶縁膜の厚さが１／２であるにも関わらず、同程度以上にリーク電流が小さな値となっている。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明を適用した多結晶シリコン膜の形成方法を模式的に示す断面図である。
【図２】製造例１における製造プロセスを工程順に示す概略断面図であり、（ａ）はシリコン膜の溶融再結晶化工程、（ｂ）はキャップ膜（絶縁膜及びシリコン膜）除去工程、（ｃ）はチャネル加工工程、（ｄ）はゲート絶縁膜形成工程、（ｅ）はゲート電極形成工程、（ｆ）は層間絶縁膜形成工程、（ｇ）は金属配線層形成工程をそれぞれ示す。
【図３】製造例２における製造プロセスを工程順に示す概略断面図であり、（ａ）はシリコン膜の溶融再結晶化工程、（ｂ）はキャップ膜（シリコン膜）除去工程、（ｃ）はチャネル加工工程、（ｄ）はゲート電極形成工程、（ｅ）は層間絶縁膜形成工程、（ｆ）は金属配線層形成工程をそれぞれ示す。
【図４】本発明を適用して形成した多結晶シリコン膜の表面凹凸（Ｒｍｓ）の測定結果を従来例の多結晶シリコン膜と比較して示す特性図である。
【図５】表面凹凸（Ｒｍｓ）及び電界効果移動度のｃａｐ−Ｓｉ膜の膜厚依存性を示す特性図である。
【図６】本発明を適用して作製されたポリシリコンＴＦＴの立ち上がり特性を従来例と比較して示す特性図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  基板、２  下地絶縁膜、３  シリコン膜、４  光透過性の絶縁膜、５  シリコン膜、６  ゲート絶縁膜、７  ゲート電極、８  層間絶縁膜、９  金属配線層、１０  コンタクトホール
【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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