(57)【要約】【課題】金属元素を用いて結晶化された半導体膜を有する半導体装置に対し、半導体膜の結晶欠陥を低減する技術、また、不純物金属元素を効果的に除去して結晶性の高い半導体膜を形成する技術を目的とする。【解決手段】透光性を有する基板上に非晶質半導体膜を形成し、金属元素を用いて該非晶質半導体膜を結晶化し、第１のレーザ光を基板表面から照射して結晶性半導体膜を部分的に溶融させ結晶化させた後、基板の裏面から結晶性半導体膜に第２のレーザ光を照射する。【選択図】図１
2004158845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する基板上に金属元素を用いて結晶性半導体膜を形成した後、前記結晶性半導体膜の表面側から第１のレーザ光を照射した後、前記基板側から第２のレーザ光を照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
透光性を有する基板上に金属元素を用いて結晶性半導体膜を形成した後、前記結晶性半導体膜の表面側から第１のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し結晶化した後、前記基板側から第２のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し再結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
透光性を有する基板上に金属元素を用いて結晶性半導体膜を形成した後、前記結晶性半導体膜の表面側から第１のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し結晶化した後、前記基板側から第２のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜の欠陥を低減することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
透光性を有する基板上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜に金属元素を添加し加熱して結晶性半導体膜を形成した後、前記結晶性半導体膜の表面に第１のレーザ光を照射した後、前記基板を透過する第２のレーザ光を照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
透光性を有する基板上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜に金属元素を添加し加熱して結晶性半導体膜を形成した後、前記結晶性半導体膜の表面に第１のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し結晶化した後、前記基板を透過する第２のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
透光性を有する基板上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜に金属元素を添加し加熱して結晶性半導体膜を形成した後、前記結晶性半導体膜の表面側から第１のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し結晶化した後、前記基板を透過する第２のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜の欠陥を低減することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、前記第１のレーザ光はパルス発振で波長域が可視から真空紫外であるレーザ光であり、かつ前記第２のレーザ光はパルス発振または連続発振で波長域が可視から真空紫外であるレーザ光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、前記第１のレーザ光は、気体レーザ、固体レーザ又は金属レーザから照射されるレーザ光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項８において、前記気体レーザは、エキシマレーザであり、前記固体レーザは、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、又はＴｉ：サファイヤレーザであり、前記金属レーザは、銅蒸気レーザ、または金蒸気レーザであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項８において、前記固体レーザから照射されるレーザ光は、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、又はＹＬＦレーザの第２高調波〜第４高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、前記第２のレーザ光は、気体、固体又は金属のレーザから照射されるレーザ光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項１1において、前記気体レーザは、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、又はＨｅ−Ｎｅレーザであり、前記固体レーザは、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、又はTi：サファイヤレーザであり、前記金属レーザは、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、または金蒸気レーザであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
請求項１１において、前記固体レーザから照射されるレーザ光は、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、又はＹＬＦレーザの第２高調波〜第４高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項９又は請求項１２において、前記エキシマレーザは、ＸｅＣｌレーザ，ＫｒＣｌレーザ，ＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ，又はＸｅＦレーザであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性を有する基板上に半導体膜を形成して成る半導体素子を備えた半導体装置の作製方法に関し、結晶構造を有する半導体膜、代表的にはシリコン膜を有する半導体装置の作製方法に適用し有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成し、このＴＦＴで形成した大面積集積回路を有する半導体装置の開発が進んでいる。
【０００３】
従来のＴＦＴの作製工程として、非晶質半導体膜に金属元素を添加して低温(６００度以下)且つ短時間(1〜１２時間)で、結晶構造を有する半導体膜を形成する方法（以下、金属元素を用いた固相成長法と示す。）がある。（特許文献１）。
【０００４】
また、金属元素を用いた固相成長法の後、レーザ光を照射して（以下、レーザアニール法と示す。）結晶構造を有する半導体膜を作製する方法もある。(特許文献２)。特許文献２の技術により、半導体膜の結晶性が向上し、該半導体膜を有する薄膜トランジスタの電気特性が向上している。
【特許文献１】特開平７−１３０６５２号公報(第５〜７頁、第６図)
【特許文献２】特開平７−１６１６３４号公報(第７〜８頁、第３図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術を用いて作製した結晶性半導体膜と、特許文献２の技術を用いて作製した結晶性半導体膜とでは、半導体膜中の金属元素の濃度が異なることが分かっている。
【０００６】
図６は、全反射蛍光Ｘ線分光（ＴＸＲＦ； Total Reflection X-ray Fluorescence Spectroscopy）によって、結晶性シリコン膜中のニッケル元素を除去した後のシリコン元素濃度に対するニッケル元素濃度の比を表したものである。試料Ａは、特許文献１の技術(金属元素を用いた固相成長法)により作製した結晶性シリコン膜、試料Ｂは、特許文献２の技術(金属元素を用いた固相成長法及びレーザアニール法)により作製した結晶性シリコン膜の測定結果を示す。図６から、特許文献２の技術で作製した結晶性シリコン膜（試料Ｂ）は、膜中のニッケル元素の濃度、即ち金属元素の濃度が低下していることから、該技術により低温且つ短時間の処理工程により、オフ電流を低下し、かつ低消費電力のＴＦＴを作製することを可能とした。
【０００７】
一方、本発明者らにより、特許文献２の技術を用いて作製した結晶性半導体膜、即ち非晶質半導体膜に金属元素を添加し加熱した後、レーザ光を照射して作製した結晶性半導体膜は、基板、又は基板からの不純物をブロッキングするための絶縁膜付近に、歪、すなわち結晶欠陥が生じていることが分かった。
【０００８】
図５（Ａ）は、エキシマレーザ光を照射して得た結晶性半導体膜の断面のＴＥＭ図である。一方、図５（Ｂ）は、この模式図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）において、領域＊１は結晶性半導体膜を、領域＊３はブロッキング膜である窒化酸化シリコン膜を、領域＊１の上層（図５(Ｂ)の領域＊４）は、保護膜である非晶質シリコン膜を、領域＊２及び、領域＊２ａは、それぞれ結晶性シリコン膜の欠陥部分を示している。
【０００９】
エキシマレーザ光を用いたレーザアニール法では、半導体膜、代表的にはシリコン膜全体が完全に溶融しないため、このような結晶欠陥が生じると考える。この欠陥部分を有する半導体膜をＴＦＴに用いた場合、ＴＦＴの電気特性に影響を及ぼす。すなわち、結晶欠陥などに起因する結晶粒界におけるポテンシャル準位の影響により、キャリアの移動が低下する原因となる。このため、半導体膜中の結晶欠陥を低減すれば、特許文献２の技術で作製したＴＦＴのオン電流の向上、移動度の向上、Ｓ値低減することができ、この結果ＴＦＴの電気特性をさらに改善することが可能と考える。
【００１０】
また、金属元素は、結晶質部分よりも非晶質部分において、固溶度が高いことが知られている。結晶欠陥部分は、結晶性が低いので、結晶欠陥部分において、金属元素が偏析しやすいと予想される。このことから、半導体膜の結晶欠陥を低減し、該欠陥部分に偏析する残留金属元素の濃度を低減することにより、同様にＴＦＴの電気特性を改善することができると考える。
【００１１】
本発明は、上記問題点を鑑みなされたものであり、半導体膜を有する半導体装置に対し、半導体膜の結晶欠陥を低減する技術、また、金属元素を効果的に除去して、結晶性の高い半導体膜を形成する技術、並びにそれを用いて高性能を実現する半導体素子（薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、光電変換素子、又は抵抗素子）を作製することを目的とする。さらには、優れた半導体膜を用いたＴＦＴを構成素子とする大面積集積回路を有する半導体装置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】
【００１２】
本発明の要旨は、透光性を有する基板上に非晶質半導体膜を形成し、該半導体膜に金属元素を添加し加熱した後、レーザ光を照射して結晶性半導体膜を有する薄膜素子を作製する工程において、第１のレーザ光を照射した側と反対側から、第２のレーザ光を照射するものである。なお、第１のレーザ光は、基板の表面側、すなわち半導体膜が形成されている側から照射するものであり、第２のレーザ光は基板の裏面側、すなわち、基板側から基板を介して半導体膜にレーザ光を照射するものである。
【００１３】
本発明の要旨は、透光性を有する基板上に非晶質半導体膜を形成し、該半導体膜に金属元素を添加し加熱した後、レーザ光を照射して結晶性半導体膜を有する薄膜素子を作製する工程において、第１のレーザ光を照射して半導体膜を部分的に溶融させ結晶化させた後、基板の裏面から、半導体膜に第２のレーザ光を照射するものである。
【００１４】
金属元素を用いた固相成長法及びレーザアニール法によって形成される結晶性半導体膜には、半導体膜とブロッキング膜の間、即ち基板側の半導体膜に結晶欠陥が形成される。第２のレーザ光を基板裏面より照射することにより、結晶欠部分域にダイレクトにレーザ光を照射することができる。このため、効率よく結晶欠陥部分にレーザ光を照射することができ、結晶欠陥の少ない結晶性半導体膜を形成することができる。
【００１５】
すなわち、欠陥を有する結晶性半導体膜に、基板の裏側から第２のレーザ光を照射することにより、欠陥を有する結晶性半導体膜の部分を溶融させた後、結晶化させるため、結晶欠陥を低減させることができる。
【００１６】
さらに、結晶欠陥部分に偏析した金属元素を効率よく除去することができ、従来の方法で作製していたＴＦＴにもまして、電気特性を向上させることができる。
【００１７】
本発明に用いる基板には、透光性を有するものであり、代表的には、ガラス基板、石英基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板が挙げられる。
【００１８】
本発明に用いる第１のレーザ光には、気体レーザ、固体レーザまたは金属レーザから照射されたパルス発振のレーザ光であって、波長域が可視から真空紫外であるレーザ光を用いる。気体レーザ、固体レーザまたは金属レーザから照射され、かつ波長域が可視から真空紫外であるパルス発振のレーザ光の代表例は、ＸｅＣｌ，ＫｒＣｌ，ＡｒＦ、ＫｒＦ，ＸｅＦなどのエキシマレーザから照射されるレーザ光、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザなど固体レーザの第２高調波〜第４高調波、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等の固体レーザから照射されるレーザ光、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等の金属レーザから照射されるレーザ光を用いる。また、第１のレーザ光は、当該レーザを光源とするレーザ光を光学系にて線状、楕円状、又は面状に集光して照射する。
【００１９】
本発明に用いる第２のレーザ光には、気体レーザ、固体のレーザ又は金属レーザから照射されたパルス発振又は連続発振のレーザ光であって、波長域が可視から真空紫外であるレーザ光を用いる。気体レーザ、固体レーザまたは金属レーザから照射され、かつ波長域が可視から真空紫外であるパルス発振のレーザ光又は連続発振のレーザ光の代表例は、パルス発振のＸｅＣｌ，ＫｒＣｌ，ＡｒＦ、ＫｒＦ，ＸｅＦなどのエキシマレーザから照射されるレーザ光、連続発振のＡｒレーザ、Ｋｒレーザなどの気体レーザから照射されるレーザ光、パルス発振又は連続発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザなど固体レーザの第２高調波〜第４高調波、或いはガラスレーザ（パルス）、ルビーレーザ（パルス）、アレキサンドライトレーザ、Ti：サファイヤレーザ等の固体レーザから照射される連続発振のレーザ光、ヘリウムカドミウムレーザから照射される連続発振のレーザ光、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等の金属レーザから照射されるパルス発振のレーザ光を用いる。また、第２のレーザ光は、当該レーザ発振器を光源とするレーザ光を光学系にて線状、楕円状、又は面状に集光して照射する。
【００２０】
なお、第２のレーザ光において、波長域が紫外〜真空紫外のレーザ光、代表的には、パルス発振のＸｅＣｌ，ＫｒＣｌ，ＡｒＦ、ＫｒＦ，ＸｅＦなどのエキシマレーザから照射されるレーザ光、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等の個体レーザから照射されるパルス発振のレーザ光、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等の金属レーザから照射されるパルス発振のレーザ光、またはパルス発振又は連続発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザなど固体レーザの第３高調波又は第４高調波は、透光性を有する基板を透過する過程でエネルギー密度が減衰するが、第１絶縁膜と結晶性半導体膜との界面で形成された欠陥を溶融させ、再結晶させるには十分なエネルギー密度を有している。
【００２１】
このような本発明の要旨に基づく本発明の半導体装置の作製方法は、以下に示す構成を包含することができる。
【００２２】
本発明は、透光性を有する基板上に金属元素を用いて結晶性半導体膜を形成した後、前記結晶性半導体膜の表面側から第１のレーザ光を照射した後、前記基板側から第２のレーザ光を照射することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２３】
また、本発明は、透光性を有する基板上に金属元素を用いて結晶性半導体膜を形成した後、前記結晶性半導体膜の表面側から第１のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し結晶化した後、前記基板側から第２のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し再結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２４】
また、本発明は、透光性を有する基板上に金属元素を用いて結晶性半導体膜を形成した後、前記結晶性半導体膜の表面側から第１のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し結晶化した後、前記基板側から第２のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜の欠陥を低減することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２５】
また、本発明は、透光性を有する基板上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜に金属元素を添加し加熱して結晶性半導体膜を形成した後、前記結晶性半導体膜の表面に第１のレーザ光を照射した後、前記基板を透過する第２のレーザ光を照射することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２６】
また、本発明は、透光性を有する基板上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜に金属元素を添加し加熱して結晶性半導体膜を形成した後、前記結晶性半導体膜の表面に第１のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し結晶化した後、前記基板を透過する第２のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し結晶化させることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２７】
また、本発明は、透光性を有する基板上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜に金属元素を添加し加熱して結晶性半導体膜を形成した後、前記半結晶性導体膜の表面側から第１のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜を溶融し結晶化した後、前記基板を透過する第２のレーザ光を照射して前記結晶性半導体膜の欠陥を低減することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２８】
前記第１のレーザ光はパルス発振で波長域が可視から真空紫外であるレーザ光であり、かつ前記第２のレーザ光はパルス発振または連続発振で波長域が可視から真空紫外であるレーザ光である。
【００２９】
また、前記第１のレーザ光は、気体レーザ、固体レーザ又は金属レーザから照射されるレーザ光であり、前記気体レーザは、エキシマレーザであり、前記固体レーザは、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、又はＴｉ：サファイヤレーザであり、前記金属レーザは、銅蒸気レーザ、または金蒸気レーザである。また、前記固体レーザから照射されるレーザ光としては、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、又はＹＬＦレーザの第２高調波〜第４高調波が挙げられる。
前記第２のレーザ光は、気体、固体又は金属のレーザから照射されるレーザ光である。前記気体レーザは、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、又はＨｅ−Ｎｅレーザであり、前記固体レーザは、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、又はTi：サファイヤレーザであり、前記金属レーザは、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、または金蒸気レーザである。また、前記固体レーザから照射されるレーザ光としては、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、又はＹＬＦレーザの第２高調波〜第４高調波が挙げられる。
【００３０】
なお、前記エキシマレーザは、ＸｅＣｌレーザ，ＫｒＣｌレーザ，ＡｒＦレーザ、ＫｒＦレーザ，又はＸｅＦレーザである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、金属元素を用いた固相成長法により形成した結晶性半導体膜の表面から第１のレーザ光、代表的には、気体レーザ、固体レーザまたは金属レーザから照射されたパルス発振のレーザ光であって、波長域が可視から真空紫外であるレーザ光を照射した後、半導体膜の裏面から第２のレーザ光、代表的には、気体レーザ、固体レーザまたは金属レーザから照射されたパルス発振のレーザ光または連続発振のレーザ光であって、波長域が可視から真空紫外であるレーザ光を照射することで、半導体膜中の欠陥及び金属元素濃度を低減することができる。
【００３２】
本発明により、結晶性半導体膜の欠陥を低減することができるため、半導体膜のＳ値が低減され、低電圧においても高速動作が可能なＴＦＴを作製することができる。また、残留金属元素を低減することができるため、オフ電流を低減することが可能であり、低消費電力のＴＦＴを作製することができる。すなわち、従来の技術で作製したＴＦＴの電気特性を更に改善することが可能である。
【００３３】
更に、本発明により作製したアクティブマトリクス基板を有する液晶モジュールまたはＥＬモジュールを電子機器の表示部に用いることにより高精細な表示が可能な電子機器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
上記本発明に係る結晶性半導体膜の作製方法を用いたＴＦＴの作製方法について、以下に図面を用いて詳細に説明する。
（第１実施形態）
透光性を有する基板上に形成した非晶質シリコン膜に、第１のレーザ光を照射して結晶性シリコン膜を形成した後、第２のレーザ光を基板の裏面から照射し、結晶性半導体膜を作製する形態について図１を用いて説明する。
【００３５】
まず、図１（Ａ）で示すように、ガラス基板１０１上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜又は酸窒化シリコン膜（ＳｉＯxＮy）等の絶縁膜からなる第１絶縁層１０２を形成する
次に、第１絶縁層１０２上に、３００度に加熱したプラズマＣＶＤ法で非晶質シリコン膜１０３を形成する。このときの膜厚は、２０〜６０nmである。この膜の厚さの上限はＴＦＴのチャネル形成領域において完全空乏型として動作させるための上限値であり、この膜厚の下限値はプロセス上の制約であり、結晶性シリコン膜のエッチング工程において選択加工する場合に必要な最小値として決めている。一方、部分空乏型として動作させるには、非晶質シリコン膜は６０nm以上の厚さ（好ましくは１００〜２００nm）で形成する。また、非晶質シリコン膜に換えて、非晶質シリコンゲルマニウム（Ｓｉ1-xＧｅx；ｘ＝０．００１〜０．０５）膜を適用しても良い。こののち、非晶質シリコン膜上に、金属元素を含む溶液、代表的には、ニッケル、コバルト、白金、パラジウム等非晶質シリコンの結晶化を促進させる金属元素を含む溶液１０４を塗布し、５００〜６５０度で１〜１２時間加熱して、結晶性シリコン膜を形成する。
【００３６】
次に、図１（Ｂ）に示すように、基板を１５０の方向に移動して、結晶性シリコン膜１０５に、第１のレーザ光１０６を照射して結晶性シリコン膜１０５の結晶性を高める。結晶性が高められた結晶性シリコン膜１０７は、結晶性シリコン膜と第１絶縁膜との界面で欠陥が生じているので、第２のレーザ光１０８を基板の裏面から照射し、欠陥を低減した結晶性シリコン膜１０９を形成する。
【００３７】
第１のレーザ光には、気体レーザ、固体レーザまたは金属レーザから照射されたパルス発振のレーザ光であって、波長域が可視から真空紫外であるレーザ光を用いる。気体レーザ、固体レーザまたは金属レーザから照射され、かつ波長域が可視から真空紫外であるパルス発振のレーザ光の代表例は、ＸｅＣｌ，ＫｒＣｌ，ＡｒＦ、ＫｒＦ，ＸｅＦなどのエキシマレーザから照射されるレーザ光、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザなど固体レーザの第２高調波〜第４高調波、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ等の固体レーザから照射されるレーザ光、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等の金属レーザから照射されるレーザ光を用いる。また、第１のレーザ光は、当該レーザを光源とするレーザ光を光学系にて線状、楕円状、又は面状に集光して照射する。本実施の形態では、基板を１５０の方向に移動して、レーザ光を照射しているが、基板を固定して１５０と反対方向へレーザ光を移動してもよい。
【００３８】
第２のレーザ光には、気体レーザ、固体レーザ又は金属レーザから照射されたパルス発振又は連続発振のレーザ光であって、波長域が可視から真空紫外であるレーザ光を用いる。気体レーザ、固体レーザまたは金属レーザから照射され、かつ波長域が可視から真空紫外であるパルス発振のレーザ光又は連続発振のレーザ光の代表例は、パルス発振のＸｅＣｌ，ＫｒＣｌ，ＡｒＦ、ＫｒＦ，ＸｅＦなどのエキシマレーザから照射されるレーザ光、連続発振のＡｒレーザ、Ｋｒレーザなどの気体レーザから照射されるレーザ光、パルス発振又は連続発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザなど固体レーザの第２高調波〜第４高調波、或いはガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti：サファイヤレーザ等の固体レーザから照射されるレーザ光、ヘリウムカドミウムレーザから照射される連続発振のレーザ光、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等の金属レーザから照射されるパルス発振のレーザ光を用いる。また、第２のレーザ光は、当該レーザ発振器を光源とするレーザ光を光学系にて線状、楕円状、又は面状に集光して照射する。
【００３９】
なお、第２のレーザ光において、波長域が紫外〜真空紫外のレーザ光、代表的には、パルス発振のＸｅＣｌ，ＫｒＣｌ，ＡｒＦ、ＫｒＦ，ＸｅＦなどのエキシマレーザから照射されるレーザ光、或いはパルス発振又は連続発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザなど固体レーザの第３高調波又は第４高調波は、透光性を有する基板を透過する過程でエネルギー密度が減衰するが、第１絶縁膜と結晶性半導体膜との界面で形成された欠陥を溶融させ、再結晶させるには十分なエネルギー密度を有している。
【００４０】
このときの第１のレーザ光及び第２のレーザ光のレーザ光照射位置を図１（Ｃ）に示す。本実施の形態では、第１のレーザ光の照射位置１２１と第２のレーザ光の照射位置１２２とが重なっていないが、レーザ光のエネルギー密度により、第１のレーザ光が照射されている部分において欠陥が生じている領域に対しては、第２のレーザ光を第１のレーザ光に重ねて照射してもよい。
【００４１】
次に、本実施の形態に用いるレーザアニール装置を図２に用いて説明する。移動台２０１に設置した基板２０２に、第１のレーザ発振器２０３を発振源とする第１のレーザ光２０４を照射する。なお、第１のレーザ光２０４は、第１の光学系２０５にて線状、楕円状、又は面状に集光されたものである。また、図２では、第１ミラー２０６を用いて基板に第１のレーザ光を照射しているが、この第１のミラーを用いなくともよい。
【００４２】
基板を移動方向２５０に移動し、第２のレーザ発振器２０７を発振源とする第２のレーザ光２０８を基板に照射する。第２のレーザ光２０８は、第２の光学系２０９にて線状、楕円状、又は面状に集光されたものである。なお、図２では、第２ミラー２１０を用いて基板にレーザ光を照射しているが、この第２のミラーを用いなくともよい。
【００４３】
また、移動台は、第１のレーザ光の照射位置から第２のレーザ光の照射位置の方向２５０に対して垂直な方向２５１、２５２へ移動することにより、基板２０２の全面または所望の領域を効率良くアニールすることができる。
【００４４】
さらに、移動台２０１は、裏面から照射される第２のレーザ光の高い透過率を得るために、例えばＢＫ７や石英など、透光性を有する部材を用いることが好ましい。
【００４５】
次に、図１（Ｄ）に示すように、結晶性シリコン膜中に含まれる金属元素などの不純物を除去するためゲッタリングを行う。結晶化の工程で意図的に添加した金属元素を１×１０17/cm3以下（ＳＩＭＳ(二次イオン分析法)測定限界以下）の濃度にまで低減する。結晶性シリコン膜１０９上にバリア層１１０を介在させて、ゲッタリング用の非晶質シリコン膜１１１を形成してゲッタリングサイトとする。バリア層には、酸化珪素を用いる。ゲッタリング用の非晶質シリコン膜１１１には、リンやボロンなどの不純物元素、又はＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガス元素、酸素、窒素などを１×１０20/cm3以上含ませて金属元素の固溶度を高める。この後、加熱処理を行って、金属元素をゲッタリング用の非晶質シリコン膜へ移動させる。加熱処理には、ランプを光源とするＲＴＡ、又は加熱された気体を用いるＲＴＡ（ガスＲＴＡ）で加熱処理を行う。或いは、ファーネスアニール炉を用いて熱処理を行う。この熱処理により金属元素が、ゲッタリング用の非晶質シリコン膜側に偏析して、結果的に結晶性シリコン膜の高純度化をすることができる。熱処理後、ゲッタリング用の非晶質シリコン膜はＮＦ3やＣＦ4を用いたドライエッチング、ＣｌＦ3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式 （ＣＨ3）4ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチング等でゲッタリング用の非晶質シリコン膜を除去する。さらに、バリア層をフッ酸でエッチング除去することにより、金属元素濃度及び結晶欠陥を低減した結晶性シリコン膜１１２を形成する。
【００４６】
なお、ゲッタリング工程は上記の手法に限定させるものではなく、公知の手法を用いることができる。
【００４７】
こののち、公知の方法により結晶性シリコン膜を用いて、半導体素子（薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、光電変換素子、又は抵抗素子等）を作製する。
【００４８】
図６は、実施の形態１の工程により形成した結晶性シリコン膜中のニッケルとシリコンの濃度比を全反射蛍光Ｘ線分光（ＴＸＲＦ； Total Reflection X-ray Fluorescence Spectroscopy）で測定した結果である。Ａ（白丸印（○））は、金属元素を用いた固相成長のみで形成された結晶性シリコン膜のゲッタリング後のニッケルとシリコンの濃度比を示す。
【００４９】
Ｂ（黒丸印（●））は、金属元素を用いた固相成長で形成した結晶性シリコン膜に第１のレーザ光であるＸｅＣｌエキシマレーザ光（レーザ光の照射エネルギー：４８５mJ／cm2）のみを照射した結晶性シリコン膜の、ゲッタリング後のニッケルとシリコンの濃度比を示す。
【００５０】
Ｃ（四角印（□））、Ｄ（菱形印（◆））、Ｅ（三角印（▲））、Ｆ（逆三角印（▼））は、それぞれ金属元素を用いた固相成長により形成した結晶性シリコン膜に、第１のレーザ光であるＸｅＣｌエキシマレーザ光（第１のレーザ光の照射エネルギー：４８５mJ／cm2）を照射した後、裏面より第２のレーザ光であるＹＡＧレーザ光（Ｃの第２のレーザ光の照射エネルギー：１００mJ／cm2、Ｄの第２のレーザ光の照射エネルギー：１２５mJ／cm2、Ｅの第２のレーザ光の照射エネルギー：１５０mJ／cm2、Ｆの第２のレーザ光の照射エネルギー：２００mJ／cm2）を照射して形成した結晶性シリコン膜の、ゲッタリング後のニッケルとシリコンの濃度比を示す。
【００５１】
第１のレーザ及び裏面からの第２のレーザ光の照射により形成された結晶性シリコン膜（図１１の四角印（□）、菱形印（◆）、三角印（▲）、逆三角印（▼））のほうが、Ｎｉ／Ｓｉ比のバラツキが低下しており、かつゲッタリング効率が向上していることが分かる。
【００５２】
次に、実施の形態１の工程により作製したＴＦＴのＳ値を図７に示す。図７（Ａ）は、ｎチャネル型ＴＦＴのＳ値を、図７(Ｂ)は、ｐチャネル型ＴＦＴのＳ値をそれぞれ示している。丸印（●）のプロットは、基板表面から第１のレーザ光であるＸｅＣｌエキシマレーザ（エネルギ密度４８５mJ/cm2）光のみを照射して形成した結晶性シリコン膜を有するＴＦＴのＳ値を示している。一方、四角印（□）のプロットは、基板表面から、第１のレーザ光であるＸｅＣｌエキシマレーザ光（エネルギ密度４８５mJ/cm2）を照射した後、第２のレーザ光であるＹＡＧレーザ光（エネルギ密度１５０mJ/cm2）を基板裏面から照射して形成した結晶性シリコン膜を有するＴＦＴのＳ値である。ｎチャネルＴＦＴ及びｐチャネルＴＦＴともに、Ｓ値が低減していることから、結晶性シリコン膜中の欠陥が減少して、結晶性が高まっていることが分かる。
【００５３】
このように、本発明により、金属元素を添加して形成した結晶性シリコン膜を用いて、欠陥が少なく、結晶性シリコン膜中の残留金属元素濃度も少ない結晶性シリコン膜を作製することができる。該結晶性シリコン膜を活性層に用いたＴＦＴは、従来技術で作製したＴＦＴより、更にオフ電流を低減させることができ、消費電力を抑えることができる。また、Ｓ値が低いので低電圧で高速動作が可能である。
（第２実施形態）
本実施の形態では、基板の表面全面に第１のレーザ光を照射した後、基板の裏面全面に第２のレーザ光を照射する工程を、図３を用いて示す。
【００５４】
図３（Ａ）に示すように、第１の実施の形態と同様にして、透光性を有する基板３０１上に結晶性シリコン膜３０２を形成し、３５０の方向に基板を移動しながら第１のレーザ光３０３を基板全面に照射して、結晶性シリコン膜３０４を形成する。なお、第１のレーザ光を照射した領域は、一部において欠陥が形成されている結晶性シリコン膜３０４である。
【００５５】
次に、図３（Ｂ）に示すように、３５１の方向に基板を移動しながら基板の裏面から第２のレーザ光３０５を照射して、欠陥を低減した結晶性シリコン膜３０６を形成する。なお、図３（Ｂ）は、第１のレーザ光を照射した後基板を裏返しして、第１のレーザ光と同じ側から第２のレーザ光を照射しているが、基板を裏返しせず、第１のレーザ光と反対側から第２のレーザ光を照射してもよい。
【００５６】
こののち、公知の方法により結晶性シリコン膜を、所望の形状にエッチングした後、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース領域、ドレイン領域、チャネル形成領域を形成してＴＦＴを作製する。
【００５７】
このように、本発明により、欠陥が少ない結晶性シリコン膜を活性層として有するＴＦＴを作製することができる。すなわち、立ち上がり時間が短く、高速動作が可能なＴＦＴを作製することが可能である。
【実施例１】
【００５８】
本発明の実施例を図１及び図４を用いて説明する。ここでは、本発明を用いて基板上にＴＦＴを作製する方法について詳細に説明する。
【００５９】
図１（Ａ）に示すように、透光性を有するガラス基板１０１上に、第１絶縁膜１０２を形成する。第１絶縁膜は、単層でも積層でもよい。本実施例では、ＳｉＨ4、ＮＨ3、及びＮ2Ｏを反応ガスとしてプラズマＣＶＤにより４００度の基板加熱温度で成膜され窒素含有量が酸素含有量よりも多い又は同程度の第１酸窒化シリコン膜と、ＳｉＨ4、及びＮ2Ｏを反応ガスとしてプラズマＣＶＤにより４００度の基板加熱温度で成膜され酸素含有量が窒素含有量よりも多い第２酸窒化シリコン膜を積層形成する。
次に、第１絶縁層１０２上に、３００度に加熱したプラズマＣＶＤ法で非晶質シリコン膜１０３を形成する。このときの膜厚は、２０〜６０nmである。次に、オゾン水により非晶質シリコン膜の表面に酸化膜（図示しない）を形成する。次いで、非晶質シリコン膜上に、非晶質シリコン膜の結晶化を促進させるためにニッケルを含む溶液（５ｐｐｍ）をスピンコートして薄い金属元素膜１０４を形成し、５００度で１時間加熱して水素だしを行った後、５００度で４時間加熱し、結晶性シリコン膜を形成する。
【００６０】
次に、図１（Ｂ）に示すように、結晶性シリコン膜１０５に第１のレーザ光１０６を照射して、結晶性シリコン膜の結晶性を向上させる。このときの、第１のレーザ光は、パルス発振周波数30Hz、レーザエネルギー密度が３００〜５００mJ／cm2のエキシマレーザ光を用いることができる。本実施例では、４８５mJ／cm2のエキシマレーザ光を用いる。このとき、エキシマレーザー光を光学系にて線状に集光して照射する。
【００６１】
次に、基板裏面から第２のレーザ光１０８を照射し、第１絶縁膜と結晶性シリコン膜との界面に形成された欠陥を有する結晶性シリコン膜１０７の欠陥を低減し、結晶性の高い結晶性シリコン膜１０９を形成する。このときの第２のレーザ光は、パルス発振周波数３０Ｈｚ、レーザエネルギー密度が１００〜２００mJ／cm2のＹＡＧレーザ光を用いることができる。本実施例では、１５０ｍＪ／cm2のＹＡＧレーザ光を、光学系にて線状に集光して照射する。
【００６２】
なお、レーザ光を照射したときの結晶性シリコン膜の溶融時間は１００nsec程度なので、第２のレーザ光と第１のレーザ光との照射間隔を１００nsec以上とする。このようにすることで、第1のレーザ光の照射により形成された欠陥を第2のレーザ光を照射することで低減することができる。
【００６３】
次に、図１（Ｄ）に示すように、結晶性シリコン膜中に含まれる金属元素などの不純物を除去するためゲッタリングを行う。結晶化の工程で意図的に添加した金属元素を１×１０17/cm3以下（ＳＩＭＳ(二次イオン分析法)測定限界以下）の濃度にまで低減する。結晶性シリコン膜１０９上にバリア層１１０を介在させて、ゲッタリング用の非晶質シリコン膜１１１を形成してゲッタリングサイトとする。バリア層１１０には、酸化珪素を用いる。ゲッタリング用の非晶質シリコン膜１１１には、Ａｒを１×１０20/cm3以上含ませて金属元素の固溶度を高めた非晶質シリコン膜を用いる。この後、ファーネスアニール炉を用いて５５０度にて４時間の熱処理を行う。この熱処理により金属元素が、ゲッタリング用の非晶質シリコン膜側に偏析して、結果的に結晶性シリコン膜の高純度化をすることができる。熱処理後、ヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式 （ＣＨ3）4ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで、ゲッタリング用の非晶質シリコン膜を除去する。さらに、バリア層をフッ酸でエッチング除去する。
【００６４】
こうして、図１（Ｅ）に示すように結晶性シリコン膜１１２を形成する。パルスレーザー光を照射した場合には、表面の平坦性が損なわれる場合がある。表面に形成された多数の凸状部をなくして平滑性を高めるため、オゾン水含有水溶液による酸化処理と、フッ酸含有水溶液による酸化膜除去処理を１回、好ましくは複数回繰り返す。このとき、結晶性シリコン膜の表面の凹凸形状の最大値を１０nm以下好ましくは５nm以下にする。
【００６５】
こののち、図４に示すように、所望の形状に結晶性シリコン膜をエッチングし、活性層４１３を形成する。次に、活性層４１３の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜４１４となるシリコンを主成分とする絶縁膜を形成する。
【００６６】
次いで、ゲート絶縁膜表面を洗浄した後、ゲート電極４１５を形成する。本実施例では、ゲート電極は積層構造をしており、ゲート絶縁膜に接する第１導電膜４１５ａ及び該第１導電膜に接する第２導電膜４１５ｂからなる。第１導電膜は窒化タンタル膜からなり、第２の導電膜は、タングステン膜からなる。ただし、ゲート電極の材料は、これに限られるものではなく、いずれもタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）から選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、銀―銅―パラジウム合金（ＡｇＰｄＣｕ合金）を用いてもよい。さらに、本実施例では、ゲート電極を積層構造としたが、これに限られるものではなく単層構造でも多層構造でもよい。なお、第１導電膜及び第２導電膜の作製工程に関しては、特開２００１−３４５４５３号公報に開示された工程を適応すればよい。
【００６７】
次に、半導体にｎ型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）、ここではリンを適宜添加して、ソース領域４１６、ドレイン領域４１７、及びＬＤＤ領域４１８〜４２１を形成する。なお、ＬＤＤ領域の形成工程に関しては、特開２００１−３４５４５３号公報に開示された工程を適応すればよい。
【００６８】
次に、ゲート電極及びゲート絶縁膜上に第２絶縁膜４２２を形成した後、添加した不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザ光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体膜との界面へのプラズマダメージを回復することができる。
【００６９】
次に、第１の層間絶縁膜４２３を形成し、水素化を行って、ソース領域、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース電極４２４、ドレイン電極４２５を形成してＴＦＴを完成させる。本実施例において、ソース電極４２４及びドレイン電極４２５は、膜厚１００ｎｍのチタン膜、膜厚３５０ｎｍの合金膜（代表的には、アルミニウムとシリコンとの合金膜）及び膜厚１００ｎｍのチタン膜との積層膜をエッチングして形成する。なお、配線の材料としては、Ｔｉ、ＡｌとＳｉとの合金に限らず、他の低抵抗材料を用いても良い。
【００７０】
本実施例では、チャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域（ＬＤＤ）４１８〜４２１を設けたものであり、かつ、ゲート絶縁膜を介してＬＤＤ領域をゲート電極と重ねて配置させた領域４１９、４２０も有している。
【００７１】
なお、本発明は図４(Ｅ)の構造に限定されず、ＬＤＤ領域を有さずチャネル形成領域、ドレイン領域及びソース領域からなる半導体膜としてもよい。
【００７２】
また、ここではｎチャネル型ＴＦＴを用いて説明したが、ｎ型不純物元素に代えてｐ型不純物元素を用いることによってｐチャネル型ＴＦＴを形成することができることは言うまでもない。
【実施例２】
【００７３】
ここでは、駆動回路領域及び画素領域を有する液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板を作製する方法について図８を用いて説明する。
【００７４】
実施例１の工程を用いて、同一基板上に駆動回路領域５５０及び画素領域５５１においてＴＦＴを形成する。なお、駆動回路領域５５０は、ｐチャネル型ＴＦＴ５０１及びｎチャネル型ＴＦＴ５０２からなり、画素領域５５１は、ｎチャネル型ＴＦＴ５０３、５０４からなる。
【００７５】
実施例１の工程に沿ってソース電極５０５、５０７、５０９、５１１及びドレイン電極５０６、５０８、５１０、５１２を形成した後、第２の層間絶縁膜５１７を形成する。こののち、第２の層間絶縁膜をエッチングして画素領域のｎチャネル型ＴＦＴのドレイン電極に接続可能なコンタクトホールを開孔する。この後、導電膜を形成して、ドレイン電極に接続する画素電極５１３、５１４を形成する。
【００７６】
なお、画素電極材料は、反射型の液晶表示装置に用いるアクティブマトリクス基板を作製する場合は、画素電極として光反射率の高い金属膜、代表的にはアルミニウムまたは銀を主成分とする膜、またはそれらの積層膜等を用いればよい。また、透過型の液晶表示装置に用いるアクティブマトリクス基板を作製する場合は、透光性を有する導電膜、代表的には、ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いればよい。
【００７７】
以上により、液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板を作製することができる。
【００７８】
なお、本実施例の結晶性半導体膜の形成方法には、実施の形態１に記載された方法を適応したが、これに限られるものではなく、実施の形態２に記載された方法を適応することもできる。
【００７９】
本発明を用いて作製したアクティブマトリクス基板を液晶表示装置に適応することで、欠陥が少ない結晶性シリコン膜を活性層として有する液晶表示装置を作製することができる。すなわち、低電圧で高速動作が可能な液晶表示装置を作製することが可能である。
【００８０】
また、結晶性シリコン膜中の不純物金属元素濃度の低下を促進させることができる。すなわち、オフ電流を低減させることができ、消費電力を抑えた液晶表示装置を作製することができる。
【実施例３】
【００８１】
ここでは、駆動回路領域及び画素領域を有するＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置用のアクティブマトリクス基板を作製する方法について図９を用いて説明する。
【００８２】
以下にアクティブマトリクス基板の作製例を示す。
【００８３】
実施例１の工程を用いて、同一基板上に駆動回路領域６５０及び画素領域６５１においてＴＦＴを形成する。なお、駆動回路領域６５０は、ｎチャネル型ＴＦＴ６４０及びｐチャネル型ＴＦＴ６４１からなる。一方、画素領域６５１は、ひとつの画素においてスイッチング機能を有するｎチャネル型ＴＦＴ６４３及び電流制御に用いられるｐチャネル型ＴＦＴ６４２を有する。
【００８４】
第２絶縁膜６１１上に形成する第１の層間絶縁膜６１２には、無機絶縁膜又は有機材料樹脂を用いることができる。なお、有機樹脂を用いる場合は、感光性樹脂及び非感光性樹脂を用いることができる。感光性有機樹脂を用いた場合、フォトリソフラフィ工程による露光処理を行い、感光性有機樹脂をエッチングすると曲率を有する第１の開口部を形成することができる。このように曲率を有する開口部を形成することは、後に形成する電極の被覆率（カバレッジ）が高くなるという効果がある。本実施例では、第１の層間絶縁膜に、厚さ１．０５μｍの感光性アクリル樹脂膜を形成する。この後、第１の層間絶縁膜のパターニング及びエッチングを行い、なだらかな内壁を有する第１の開口部を形成する。
【００８５】
なお、ポジ型の感光性樹脂は茶色に着色しているため、第１の層間絶縁膜６１２にポジ型の感光性有機樹脂を用いる場合、エッチング後に感光性有機樹脂の脱色処理を行う必要がある。
【００８６】
次に、第１の開口部及び第１の層間絶縁膜６１２を覆うように窒化絶縁膜（代表的には、窒化珪素膜又は窒化酸化珪素膜）からなる第３絶縁膜６１３を形成する。本実施例では、第３の層間絶縁膜に窒化珪素膜を用いる。窒化絶縁膜からなる第３絶縁膜を形成することにより、第１の層間絶縁膜から発生する脱ガスを抑制することができる。
【００８７】
次に、フォトリソグラフィ工程による露光処理を行った後、第３絶縁膜６１３、第２絶縁膜６１１、及びゲート絶縁膜６１０を順次エッチングし、第２の開口部を形成する。このときの、エッチング処理は、ドライエッチング処理でもウエットエッチング処理でもよい。本実施例では、ドライエッチングにより第２の開口部を形成する。
【００８８】
次に、第２の開口部を形成した後、第３絶縁膜上及び第２の開口部に金属膜を形成し、フォトリソグラフィー工程による露光の後、金属膜をエッチングしてソース電極及びドレイン電極６１５〜６２１を形成する。金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜を用いる。本実施例では、チタン膜／アルミニウムーシリコン合金膜／チタン膜（Ｔｉ/Ａｌ−Ｓｉ/Ｔｉ）をそれぞれ１００／３５０／１００ｎｍに積層したのち、所望の形状にパターニング及びエッチングしてソース電極ドレイン電極６１５〜６２１を形成する。
【００８９】
その後、陽極として機能する第１の画素電極６２２を形成した後、第２の層間絶縁膜６２３を形成し、第３の開口部を形成する。第２の層間絶縁膜６２３には、無機絶縁膜又は有機材料樹脂を用いることができる。本実施例では、第２の層間絶縁膜に、感光性アクリル樹脂膜を用い、パターニング及びウエットエッチングを行い、なだらかな内壁を有する第３の開口部を形成する。
【００９０】
その後、第４の絶縁膜を形成してもよい。この場合、第４の絶縁膜をエッチングして、第１の画素電極を露出するように第４の開口部を形成する。第２の層間絶縁膜に有機材料樹脂を用いた場合、第４の絶縁膜は、該有機材料樹脂から発生するガスや基板全体から発生する水分をブロッキングする効果があるため、第４の絶縁膜を形成することにより、発光物質を含む層の劣化を抑制することができる。
【００９１】
第１の画素電極６２２及び第２の層間絶縁膜６２３の上には発光物質を含む層６２４、陰極として機能する第２電極６２５及びパッシベーション膜（図示せず）を設ける。第１電極６２２、発光物質を含む層６２４、第２電極６２５が重畳する部位が実質的に発光素子（ＥＬ素子）となる。
【００９２】
この発光物質を含む層６２４の構成は公知の構成を用いることができる。第１電極６２２と第２電極６２５との間に配設する発光物質を含む層には、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれ、これらの層が積層された形態又はこれらの層を形成する材料の一部又は全部が混合された形態をとることができる。基本的にＥＬ素子は、陽極／発光層／陰極が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極／正孔注入層／発光層／陰極や、陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／陰極等の順に積層した構造を有していても良い。
【００９３】
発光層は典型的には有機化合物を用いて形成されている。代表的には、その分子数から区分された低分子系有機化合物、中分子系有機化合物、高分子系有機化合物から選ばれた一種又は複数種の層を有する。また、電子注入輸送性又は正孔注入輸送性を有する無機化合物から形成される電子注入輸送層又は正孔注入輸送層を組み合わせて形成しても良い。なお、中分子とは、昇華性や溶解性を有しない有機化合物の凝集体（好ましくは、重合度１０以下）又は連鎖する分子の長さが５μm以下（好ましくは５０ｎｍ以下）の有機化合物のことをいう。
【００９４】
発光層の主体となる発光材料を以下にまとめる。低分子系有機化合物としては、トリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体やビス（ベンゾキノリラト）ベリリウム錯体等の金属錯体をはじめとし、フェニルアントラセン誘導体、テトラアリールジアミン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体等が適用可能である。また、これらの材料をホストとし、クマリン誘導体、ＤＣＭ、キナクリドン、ルブレン等をドーパントとして添加することで、量子効率を上げ、高輝度化、高効率化を図ることができる。
【００９５】
高分子系有機化合物としては、ポリパラフェニレンビニレン系、ポリパラフェニレン系、ポリチオフェン系、ポリフルオレン系等があり、ポリ（パラフェニレンビニレン）(poly(p-phenylene vinylene))：（ＰＰＶ）、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレンビニレン）(poly(2,5-dialkoxy-1,4-phenylene vinylene))：（ＲＯ−ＰＰＶ）、ポリ（２−（２'−エチル−ヘキソキシ）−５−メトキシ−１，４−フェニレンビニレン）(poly[2-(2'-ethylhexoxy)-5-methoxy-1,4-phenylene vinylene])：（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（２−（ジアルコキシフェニル）−１,４−フェニレンビニレン）(poly[2-(dialkoxyphenyl)-1,4-phenylene vinylene])：（ＲＯＰｈ−ＰＰＶ）、ポリパラフェニレン（poly[p-phenylene]）：（ＰＰＰ）、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレン）(poly(2,5-dialkoxy-1,4-phenylene))：（ＲＯ−ＰＰＰ）、ポリ（２，５−ジヘキソキシ−１，４−フェニレン）(poly(2,5-dihexoxy-1,4-phenylene))、ポリチオフェン（polythiophene）：（ＰＴ）、ポリ（３−アルキルチオフェン）(poly(3-alkylthiophene))：（ＰＡＴ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）(poly(3-hexylthiophene))：（ＰＨＴ）、ポリ（３−シクロヘキシルチオフェン）(poly(3-cyclohexylthiophene))：（ＰＣＨＴ）、ポリ（３−シクロヘキシル−４−メチルチオフェン）(poly(3-cyclohexyl-4-methylthiophene))：（ＰＣＨＭＴ）、ポリ（３，４−ジシクロヘキシルチオフェン）(poly(3,4-dicyclohexylthiophene))：（ＰＤＣＨＴ）、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−チオフェン］(poly[3-(4octylphenyl)-thiophene])：（ＰＯＰＴ）、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−２，２ビチオフェン］(poly[3-(4-octylphenyl)-2,2-bithiophene])：（ＰＴＯＰＴ）、ポリフルオレン（polyfluorene）：（ＰＦ）、ポリ（９，９−ジアルキルフルオレン）(poly(9,9-dialkylfluorene)：（ＰＤＡＦ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）(poly(9,9-dioctylfluorene)：（ＰＤＯＦ）等が挙げられる。
【００９６】
電子注入輸送層又は正孔注入輸送層として用いることができる無機化合物には、ダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ）、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣＮ、及びこれらの酸化物又は窒化物の他、これらにＰ、Ｂ、Ｎ等が適宜ドーピングされたものがある。また、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の、酸化物、窒化物又はフッ化物をも、用いることができる。さらには、当該金属とＺｎ、Ｓｎ、Ｖ、Ｒｕ、Ｓｍ、またはＩｎとの化合物もしくは合金であっても良い。
【００９７】
また、これらの各層を混合した混合接合構造を形成しても良い。
【００９８】
なお、ＥＬ素子の発光は、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）とがある。本発明に係るＥＬ素子は、いずれか一方の発光を用いていても良く、又は両方の発光を用いていても良い。
【００９９】
第２電極６２５としては、金属成分とアルカリ金属又はアルカリ土類金属、若しくはその両者を含む成分とからなる多成分の合金若しくは化合物を用いる。金属成分としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｖ、Ｐｄ等が挙げられる。一方、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の具体例としては、Ｌｉ（リチウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）、Ｃｓ（セシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）等が挙げられる。その他、これら以外にもＹｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｔｍ（ツリウム）等を適用しても良い。第２電極は、上記金属成分にアルカリ金属又はアルカリ土類金属のうち仕事関数が３ｅＶ以下のものを０．０１〜１０重量％含ませた合金若しくは化合物とする。陰極として機能させる目的において、第２電極の厚さは適宜設定すれば良いが、概ね０．０１〜１μmの範囲内として、電子ビーム蒸着法で形成すれば良い。
【０１００】
また、パッシベーション膜（図示しない）としては、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、ダイヤモンドライクカーボン膜その他の水分や酸素に高いブロッキング性を示す絶縁膜を用いることができる。
【０１０１】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６４０とｐチャネル型ＴＦＴ６４１からなる駆動回路６５０、ｐチャネル型ＴＦＴからなる電流制御用ＴＦＴ６４２、ｎチャネル型ＴＦＴからなるスイッチングＴＦＴ６４３を有する画素領域６５１とを同一基板上に形成するＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置用のアクティブマトリクス基板を得ることができる。
【０１０２】
なお、本実施例の結晶性シリコン膜の形成方法には、実施の形態１に記載された方法を適応したが、これに限られるものではなく、実施の形態２に記載された方法を適応することもできる。
【０１０３】
このように、本発明を用いて作製したアクティブマトリクス基板をＥＬ表示装置に適応することで、欠陥が少ない結晶性シリコン膜を活性層として有するＥＬ表示装置を作製することができる。すなわち低電圧で高速動作が可能なＥＬ表示装置を作製することが可能である。
【実施例４】
【０１０４】
本実施例は、実施例１において、結晶性シリコン膜の作製方法の一実施例を図１０を用いて説明する。
【０１０５】
図１０（Ａ）に示すように、実施例１と同様にガラス基板７１１上にブロッキング層作用を示す第１絶縁膜７１２、非晶質珪素膜７１３を形成する。その上にマスク絶縁膜７１４として１００nmの酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で形成し、開口部７１５を設ける。その後、非晶質シリコン膜の結晶化を促進させるための金属元素、本実施例ではニッケル元素を添加するため、５ppmの酢酸ニッケル塩の水溶液７１６をスピン塗布する。ニッケル元素は開口部７１５で非晶珪素膜と接する。
【０１０６】
その後、図１０（Ｂ）で示すように５００度１時間の加熱処理により水素だしを行った後、５８０度、４時間の加熱処理により非晶質珪素膜を結晶化させる。結晶化は金属元素の作用により、開口部７１５から基板表面と平行な方向に成長する。こうして形成された結晶性シリコン膜７１７は棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的にはある特定の方向性をもって成長しているため、結晶の成長方向が揃っている。また、特定方位の配向率が高いという特徴がある。
【０１０７】
加熱処理が終了したらマスク絶縁膜７１４をエッチング除去することにより図１０（Ｃ）で示すような結晶性珪素膜７１７を得ることができる。その後、基板の表面から、第１のレーザ光、代表的にはパルス発振のエキシマレーザ光を照射した後、基板の裏側から第２のレーザ光、代表的にはパルス発振のＹＡＧレーザ光を照射することで、結晶の成長方向がそろっており、かつ欠陥の少ない結晶性シリコン膜を形成することができる。また、本実施例により作製した結晶性シリコン膜を実施例１乃至実施例３に適用することができる。
【実施例５】
【０１０８】
本発明を実施して形成されたＴＦＴ及びアクティブマトリクス基板は、様々なモジュール（アクティブマトリクス型液晶モジュール、アクティブマトリクス型ＥＬモジュール）に用いることができる。即ち、それらを表示部に組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。
【０１０９】
その一例は、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ受像器、携帯電話、プロジェクター等が挙げられる。これらの一例として、アクティブマトリクス型液晶モジュールを表示部に組み込んだプロジェクターを図１１に示す。
図１１（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含む。
【０１１０】
図１１（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４等を含む。
【０１１１】
なお、図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１１（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１１２】
また、図１１（Ｄ）は、図１１（Ｃ）中における光源光学系２８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系２８０１は、リフレクター２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。なお、図１１（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１１３】
なお、図１１に示したプロジェクターにおいては、透過型のアクティブマトリクス型液晶モジュールを用いた場合を示しており、反射型のアクティブマトリクス型液晶モジュールでの適用例は図示していないが、反射型のアクティブマトリクス型液晶モジュールを適応することもできる。
【０１１４】
従来のプロジェクターにおいて、金属元素を用いて結晶化された結晶性シリコン層を有するＴＦＴを用いた場合、金属元素のゲッタリングが不充分なことでオフ電流を抑制できないことが原因の一つと考えられる、輝点（画素ＴＦＴのスイッチングがスムーズに行なわれず、光りつづける画素）が生じるという問題があった。この輝点により、表示ムラが生じていたが、実施例２で示したアクティブマトリクス型液晶モジュールを、本実施例で示したようなプロジェクターに適応することにより、輝点を低減することが可能となる。このことにより、高精細な表示が可能なプロジェクターを作製することができる。さらに、本発明により、結晶性シリコン膜の欠陥が低減されたＴＦＴを有するアクティブマトリクス型液晶モジュールを作製することが可能なため、高速動作が可能なプロジェクターを作製することができる。
【０１１５】
尚、ここで示す装置はごく一例であり、これらの用途に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の結晶性シリコン膜の作製方法を示す図。
【図２】本発明のレーザ照射装置を示す図。
【図３】本発明のレーザ照射方法を示す図。
【図４】本発明により作製した半導体装置を示す図。
【図５】本発明により作製した結晶性シリコン膜の断面を示す図。
【図６】本発明により形成された結晶性シリコン膜中のニッケル濃度を示す図。
【図７】本発明により形成された結晶性シリコン膜のＳ値を示す図。
【図８】本発明の液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板の概略図を示す図。
【図９】本発明の発光装置用のアクティブマトリクス基板の概略図を示す図。
【図１０】本発明の結晶性シリコン膜の作製工程を示す図。
【図１１】本発明を用いて作製する電子機器の例を示す図。
【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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【図５】
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