(57)【要約】【課題】半導体素子の製造方法において、半導体膜の結晶性が良く、半導体素子の電気特性が良く、光電流による電気特性の劣化が少なく、且つ生産性の高い半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】石英基板２１１上に遮光膜２１２を形成し、下地保護膜２１３を遮光膜２１２の膜厚以上の厚さに形成し、半導体膜２１４を形成し、光２１５を照射して半導体膜２１４を溶融結晶化する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の製造方法において、
基板上に遮光膜を形成する工程と、
前記基板および遮光膜上に絶縁膜を遮光膜の膜厚以上の厚さに形成する工程と、前記絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜に光を照射することにより前記半導体膜を溶融結晶化する工程と、前記半導体膜表面を熱酸化する工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体素子の製造方法において、
前記遮光膜はＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ及びＰｄのうちの少なくとも一つを含む金属シリサイドであることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体素子の製造方法において、
前記遮光膜の膜厚は１００ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の半導体素子の製造方法において、
前記絶縁膜は酸化珪素膜を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の半導体素子の製造方法において、
前記絶縁膜の膜厚は２００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の半導体素子の製造方法において、
前記光がパルスレーザー光である事を特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の半導体素子の製造方法において、
前記光の波長が２４０ｎｍ程度以上５５０ｎｍ程度以下である事を特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の半導体素子の製造方法において、
前記熱酸化工程の温度が８００℃以上１１００℃以下である事を特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れかに記載の方法により製造された半導体素子を画素の駆動素子として備える、電気光学装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電気光学装置を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、例えば薄膜半導体装置（ＴＦＴ）等の製造方法に関する。また、電気光学装置、電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英等の絶縁表面を有する基板上に半導体素子を形成する構成を利用したものとして、これらの半導体素子を画素の駆動に用いるアクティブ型液晶表示装置やイメージセンサー、ビデオプロジェクターに用いられるライトバルブ等が知られている。
一般に、ライトバルブに用いられる半導体素子は高温プロセスを用いて製造された多結晶薄膜半導体素子である。高温プロセスとは、ＬＳＩ技術を踏襲して熱酸化ゲート絶縁膜を採用するプロセスであり、１０００℃以上のプロセス温度に耐え得る高価な石英基板を使用するという難点はあるものの、再現性、安定性、量産性等に優れた特徴を有する技術である。
【０００３】
ライトバルブに用いられる薄膜半導体素子には投射光が入射されるが、この投射光が直接または間接的に薄膜半導体素子のチャネル形成領域となる半導体膜に入射されると、この領域において光電変換効果により光電流が発生してしまい、薄膜半導体素子の特性が劣化してしまう。そこでライトバルブに用いられる薄膜半導体素子では、この特性劣化を防ぐ為に、基板と半導体膜との間に特開平８―１７１１０１に示されるような遮光膜を形成し、半導体膜への投射光の入射を防いでいる。
【０００４】
一般的な高温プロセスでは、固相成長法（ＳＰＣ法）により結晶化された多結晶珪素半導体膜が用いられている。しかし、固相成長法によって結晶化された多結晶珪素膜には多くの欠陥が含まれている。この欠陥はキャリアを捕獲し、薄膜半導体素子の電気特性を低下させる原因となる。そこで、多結晶珪素膜中の欠陥を低減する手法の一つとして、特開平１１−２６１０７８に示されるようなエキシマレーザーアニール法による珪素膜の溶融結晶化が挙げられる。エキシマレーザーアニール法とは、一般的に低温プロセスによる多結晶薄膜半導体素子の製造に用いられるものであり、キセノン・塩素（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光（波長３０８ｎｍ）等を珪素膜に照射して、珪素膜を一度溶融させた後に冷却固化過程を経て結晶化させる方法である。エキシマレーザーアニール法によって得られる多結晶珪素膜は溶融・固化過程を経ている為、欠陥が少なく、結晶性が良い。このエキシマレーザーアニール法を高温プロセスによる多結晶薄膜半導体素子の製造方法に適用すれば、多結晶珪素膜の膜質が向上し、薄膜半導体素子の電気特性も向上する。
【０００５】
図１から図３は高温プロセスにエキシマレーザーアニールを適用した従来の薄膜半導体素子の製造方法を示す工程図である。以下、この図を参照しつつ従来の薄膜半導体素子の製造方法を説明する。
【０００６】
基板上に形成された半導体膜を半導体素子の活性領域（半導体素子活性領域）として用いている薄膜半導体素子の製造方法において、基板として石英基板１１１を用い、該石英基板１１１上にスパッタリング法や化学気相堆積法（ＣＶＤ法）等により遮光膜としてＷ（タングステン）等の高融点金属の金属シリサイド膜１１２を形成する。該石英基板１１１及び遮光膜１１２上に下地保護膜として化学気相堆積法（ＣＶＤ法）により酸化珪素膜１１３を堆積する。該下地保護膜としての酸化珪素膜１１３上に低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）により非晶質珪素膜１１４を堆積する。次にキセノン・塩素（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光１１５を該非晶質珪素膜１１４に照射して、多結晶珪素膜１１４’を形成する。ここで、該多結晶珪素膜１１４’の結晶粒界部表面１１６は隆起している。次にフォト・リソグラフィー法により該多結晶珪素膜１１４’をパターニングする。該多結晶珪素膜１１４’を熱酸化し、ゲート絶縁膜としての酸化珪素膜１１８を形成する。次に該ゲート絶縁膜１１８上にゲート電極１１９を形成し、該多結晶珪素膜１１４’に不純物イオンの注入を行ってソース領域１１４ａ、ドレイン領域１１４ｃ及びチャネル形成領域１１４ｂを作成する。次に層間絶縁膜１２０を形成し、コンタクト・ホールを開口し、ソース・ドレイン取り出し電極１２１・１２２と配線を形成する。こうして多結晶薄膜半導体素子は完成する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１７１１０１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６１０７８号公報
【特許文献３】
特開平９−５１０９９号公報
【特許文献４】
特開平６−３４２９１２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
こうした従来の製造方法で製造された薄膜半導体素子においては、半導体膜の溶融結晶化を行うことが困難であるという課題があった。上述したように、ライトバルブに用いられる薄膜半導体素子には半導体膜の下に遮光膜が存在する。この遮光膜の存在が溶融結晶化時の半導体膜中温度分布に影響を与え、その結果半導体膜の結晶化を困難にしてしまうのである。遮光膜に用いられる金属シリサイド膜の熱伝導率は酸化珪素膜に比べて非常に高い。例えば、０℃における石英ガラスの熱伝導率は１．９Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であるが、珪素の熱伝導率は１６８Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であり、Ｗ（タングステン）の熱伝導率は１７７Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１である。よって、図１（ｂ）に示すように、遮光膜１１２上に存在する半導体膜１１４をレーザーアニールする場合、レーザーアニールによって上昇した半導体膜１１４の熱１１７が遮光膜１１２へと逃げて半導体膜１１４の温度が上がり難くなってしまう為、半導体膜１１４の結晶化が不十分になってしまう。したがって、遮光膜上の半導体膜をレーザーアニールによって結晶化する場合、遮光膜が無い場合に比べて高いエネルギー密度を持つレーザー光を照射しなければならない。また、装置の制約によって最適なエネルギー密度を持つレーザー光を照射することができず、半導体膜の結晶化が不十分になってしまうこともある。その結果、薄膜半導体素子の電気特性はあまり改善されない。更に、遮光膜の放熱の効果があるので、遮光膜内部直上の半導体膜と遮光膜周辺部直上の半導体膜では温度が異なり、半導体膜の結晶化が不均一になってしまう。
【０００９】
また、従来の製造方法で製造された薄膜半導体素子においては、高いエネルギー密度を持った光を半導体膜に照射する必要があったので、高価な高出力光照射装置を用いるか、光照射面積を狭めて高いエネルギー密度を確保しなければならなかった。その結果、生産性の低下や製造コストの上昇といった問題が生じていた。
【００１０】
更に、多結晶珪素膜１１４’を熱酸化する際に、遮光膜までも酸化されてしまい、遮光膜の遮光性が低下するという問題が生じていた。
【００１１】
本明細書で開示する発明は、上記の問題を解決する手段を提供するものである。具体的には基板上に形成された半導体素子の製造方法において、半導体膜の結晶性が良く、半導体素子の電気特性が良く、光電流による電気特性の劣化が少なく、且つ生産性の高い半導体素子の製造方法を提供することをその目的とする。また、その半導体素子を用いた電気光学装置及び電子機器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の半導体素子の製造方法は、基板上に遮光膜を形成する工程と、前記基板および遮光膜上に絶縁膜を遮光膜の膜厚以上の厚さに形成する工程と、前記絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜に光を照射することにより前記半導体膜を溶融結晶化する工程と、前記半導体膜表面を熱酸化する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記の半導体素子の製造方法によれば、半導体膜の結晶化を十分に行うことができる。溶融結晶化時の半導体膜の熱は遮光膜へと逃げ易い。遮光膜の膜厚が厚ければ、遮光の効果は十分に得られるが、溶融結晶化時の半導体膜の熱はより遮光膜へと逃げ易くなり、半導体膜の結晶化が不十分になってしまう。ここで、絶縁膜を遮光膜の膜厚以上の厚さに形成しておけば、遮光膜が半導体膜の熱に与える影響を少なくすることができる。その結果、半導体膜の結晶化を十分に行うことができるのである。ここで、絶縁膜の膜厚は遮光膜の膜厚の２倍以上であればより好ましく、３倍以上、４倍以上であれば更に好ましい。
【００１４】
このように半導体膜の結晶化を十分に行うことができれば、多結晶半導体膜の結晶性が向上し、半導体膜中の欠陥が低減されるので、半導体素子の電気特性が向上するという効果を有する。
【００１５】
また、従来の製造方法では、溶融結晶化時の半導体膜の熱が遮光膜へと逃げ易いので、高いエネルギー密度を持った光を半導体膜に照射する必要があった。よって、高価な高出力光照射装置を用いるか、光照射面積を狭めて高いエネルギー密度を確保しなければならなかった。その結果、生産性の低下や製造コストの上昇といった問題が生じていた。しかし、上記製造方法によれば、遮光膜が半導体膜の熱に与える影響を少なくすることができるので、半導体膜に照射する光のエネルギー密度を低くすることができる。よって、光照射装置にかかる負担が減り、装置メンテナンス頻度も下がって、生産性が向上する。
【００１６】
更に、上記製造方法によれば、遮光膜と半導体膜の間の絶縁膜厚が十分に厚いので、熱酸化による遮光膜の劣化はほとんど無く、遮光膜は十分な遮光性を保つことができる。
【００１７】
以上の様に、上記製造方法によれば、半導体膜の結晶性が良く、半導体素子の電気特性が良く、光電流による電気特性の劣化が少なく、且つ生産性の高い半導体素子を製造できるという効果を有する。
【００１８】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記遮光膜はＴｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ及びＰｄのうちの少なくとも一つを含む金属シリサイドであることを特徴とする。
【００１９】
上記の半導体素子の製造方法によれば、上記の金属は融点が１５００℃以上の高融点金属であるので、１０００℃前後の高温プロセスにも十分耐えることができる。また、遮光膜を上記の金属シリサイドから構成すると、基板との熱的相性が良くなり、高温環境と常温環境とに置かれた場合でも、遮光膜と基板との間で、熱膨張率等の物理的性質の差に起因して発生する応力が緩和されるという効果を有する。
【００２０】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記遮光膜の膜厚は１００ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２１】
膜厚が１００ｎｍより薄いと遮光の効果が十分に得られない。また膜厚が３００ｎｍより厚いと半導体素子製造工程での高温環境と常温環境とにおける熱応力の発生が大きく、遮光膜に歪やクラックが発生してしまう。加えて、遮光膜を形成するための時間やコストの上昇を招くと共に、段差が大きくなってしまい、半導体素子の製造を困難にしてしまう。上記の半導体素子の製造方法によれば、遮光膜の膜厚が１００ｎｍ以上且つ３００ｎｍ以下であるので、上記のような問題は生じず、良好な遮光性を持った遮光膜を形成することができる。
【００２２】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記絶縁膜は酸化珪素膜であることを特徴とする。
【００２３】
上記の半導体素子の製造方法によれば、遮光膜に用いた金属シリサイドとの熱的相性が良くなり、高温環境と常温環境とに置かれた場合でも、遮光膜と絶縁膜との間で熱膨張率等の物理的性質の差に起因して発生する応力が緩和されるという効果を有する。また、珪素半導膜との界面準位密度が低くなり、半導体素子の電気特性が向上する。更に絶縁膜の製造が容易であり、製造コストが低くなるという利点もある。
【００２４】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記絶縁膜の膜厚は２００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２５】
絶縁膜の膜厚が２００ｎｍよりも薄いと、半導体膜への不純物混入が懸念される。絶縁膜の膜厚が１０００ｎｍよりも厚いと、遮光膜と半導体膜との間が広がり、遮光性が悪くなってしまう。更に絶縁膜を形成するための時間やコストの上昇を招く。上記の半導体素子の製造方法によれば、絶縁膜の膜厚が２００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下であるので、上記のような問題は生じない。
【００２６】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記光がパルスレーザー光である事を特徴とする。
【００２７】
上記の半導体素子の製造方法によれば、パルスレーザー光を用いることにより、半導体膜を容易に溶融させることができ、高純度で平滑な表面を有する多結晶半導体膜が得られる。対して、連続発振のレーザー光照射では半導体膜は数ミリ秒以上の長時間に渡って溶融状態にある。この為に気相から不純物が膜中へ混入し易くなり、また表面荒れが生じ易くなる。これに対して、一回のレーザー照射毎に基板を適当な距離だけ移動させることができるパルス発振では、活性半導体膜の溶融時間は数百マイクロ秒以下となる。よって、膜中へ不純物が混入し難く、表面も荒れ難いのである。
【００２８】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記光の波長が２４０ｎｍ程度以上５５０ｎｍ程度以下である事を特徴とする。
【００２９】
上記の半導体素子の製造方法によれば、この波長の光は半導体膜、特に珪素半導体膜に効率的に吸収されるので、半導体膜を容易に溶融させることができる。照射する光としては、クリプトン・フッ素（ＫｒＦ）エキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）、キセノン・塩素（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光（波長３０８ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光の第二高調波（波長５３２ｎｍ）等が、高エネルギーで、且つ安定しているので好ましい。ここで、波長３０８ｎｍ程度のレーザー光の場合、珪素膜への光の吸収係数は０．１ｎｍ−１以上であり、光のほとんどが珪素膜表面に吸収されるため、珪素膜下の遮光膜にレーザー光が照射されることはほとんど無い。一方、波長５３２ｎｍ程度のレーザー光の場合、非晶質珪素膜への光の吸収係数は約０．０１７ｎｍ−１であり、多結晶珪素膜への光の吸収係数は約０．００４ｎｍ−１であるので、光の一部は珪素膜を透過する。この透過光が遮光膜に照射されると、遮光膜の遮光性が劣化したり、半導体膜の結晶化が不均一になってしまうという問題が生じる。しかし本発明では半導体膜と遮光膜との間にある絶縁膜厚が十分に厚いので、上記のような問題は生じず、半導体膜は良好に結晶化され、遮光膜は遮光性を維持することができる。
【００３０】
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記熱酸化工程の温度が８００℃以上１１００℃以下である事を特徴とする。
【００３１】
上記の半導体素子の製造方法によれば、半導体膜と半導体膜表面にできる熱酸化膜との界面が良好に形成される。よって、この半導体膜をチャネル形成領域とし、熱酸化膜をゲート絶縁膜として半導体素子を製造すると、チャネル形成領域とゲート絶縁膜界面に存在する界面準位密度が非常に低くなり、キャリアが界面に捕獲されることなく移動できるので、高性能な半導体素子を製造することができる。ここで、熱酸化温度が高い方が高品質な酸化膜が形成されるが、高温にすると基板のそりが問題となる。逆に熱酸化温度が低ければ、基板のそりは問題にはならないが、酸化膜の品質が低下してしまう。よって、熱酸化温度は９００℃以上１０００℃以下であればより好ましい。
【００３２】
半導体膜の１具体例として非晶質珪素半導体膜を用いることができる。半導体膜の製造が容易であり、製造コストが低くなるからである。更には、広い波長範囲の光を吸収しやすいので、溶融結晶化しやすいという利点もある。
【００３３】
半導体膜の他の具体例として、非晶質珪素半導体膜を固相成長法によって結晶化した多結晶珪素半導体膜を用いても良い。非晶質珪素半導体膜は、固相成長法によって結晶化され、大粒径の多結晶珪素半導体膜となる。よって、溶融結晶化後の多結晶半導体膜は大粒径で欠陥の少ない多結晶珪素半導体膜となり、半導体素子の電気特性は非常に優れたものとなる。
【００３４】
半導体膜の膜厚は薄い方が溶融結晶化し易い。そこで、半導体膜上に形成されるゲート絶縁膜を二層構造にすれば、半導体膜厚を薄くすることができる。半導体膜の表面を酸化させてゲート絶縁膜を形成すると、半導体膜厚が薄くなるので、その膜減りを考慮して半導体膜は厚く形成しておかなければならない。しかし、ゲート絶縁膜の形成を、半導体膜の表面を酸化させて第１絶縁膜を形成し、前記第１絶縁膜上に第２絶縁膜を堆積させるというようにすれば、第１絶縁膜は薄くすることができるので、半導体膜も薄くすることができる。また、第２絶縁膜を堆積させることによって、ゲート絶縁膜表面の隆起を抑えることができるので、ゲート絶縁膜の信頼性が向上する。
【００３５】
また、本発明は、上記の方法により製造された半導体素子を画素の駆動素子として備える電気光学装置に関する。上記の方法により製造された薄膜トランジスタ等の半導体素子を備えることにより、動作信頼性の高い液晶表示装置、有機ＥＬディスプレイ等の電気光学装置を提供することができる。
【００３６】
また、本発明は、上記の電気光学装置を備える電子機器に関する。上記の電気光学装置を備えることにより、動作信頼性の高い電子機器を提供することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図４から図６は、本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程図である。以下、この図を参照しつつ本発明の第１の実施例の半導体素子の製造方法を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に説明する。
【００３８】
（ａ）図４（ａ）の工程
基板上に形成された半導体膜を半導体素子の活性領域（半導体素子活性領域）として用いている薄膜半導体素子の製造方法において、基板として厚さ１．２ｍｍの石英基板２１１を用い、該石英基板２１１上にスパッタリング法や化学気相堆積法（ＣＶＤ法）等により遮光膜としてＷ（タングステン）等の高融点金属の金属シリサイド膜２１２を膜厚２００ｎｍ程度形成する。該石英基板２１１及び遮光膜２１２上に下地保護膜として化学気相堆積法（ＣＶＤ法）により酸化珪素膜２１３を膜厚８００ｎｍ程度堆積する。該下地保護膜としての酸化珪素膜２１３上に低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）により後に半導体素子活性領域と化す半導体膜として非晶質珪素膜２１４を膜厚８５ｎｍ程度堆積する。原料ガスにはモノシラン（ＳｉＨ４）を用い、堆積温度は５００℃程度、圧力は３０Ｐａ程度とする。このような条件で堆積することによって、均一性の良い非晶質珪素膜を堆積することができる。
【００３９】
（ｂ）図４（ｂ）の工程
後に半導体素子活性領域と化す半導体膜２１４に光としてパルスレーザー光２１５を照射することにより溶融結晶化して半導体膜２１４を欠陥の少ない結晶性の良い多結晶半導体膜２１４’とする。パルスレーザー光２１５としては、キセノン・塩素（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光（波長３０８ｎｍ）を用いる。ＸｅＣｌエキシマレーザー光の照射領域は長さ２００ｍｍで幅０．４ｍｍの長方形状で、ほぼ一定の強度分布を示す。ＸｅＣｌエキシマレーザー光の照射エネルギー密度が６７０ｍＪ・ｃｍ−２となると半導体膜としての非晶質珪素膜２１４は完全溶融してしまい、半導体膜は微結晶化してしまう。多結晶珪素膜の結晶粒径を大きくする為には、半導体膜が微結晶化する照射エネルギー密度よりも僅かに低い照射エネルギー密度でレーザー光を照射すれば良い。よって照射エネルギー密度は６５０ｍＪ・ｃｍ−２または６６０ｍＪ・ｃｍ−２とするのが良い。また、該半導体膜上の任意の一点は２０回から３０回のパルスレーザー照射を被る。ここではパルスレーザー光をキセノン・塩素（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光（波長３０８ｎｍ）としたが、パルスレーザー光としてクリプトン・フッ素（ＫｒＦ）エキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光の第２高調波（波長５３２ｎｍ）等を用いても溶融結晶化を良好に行うことができる。光２１５を照射して半導体膜２１４の溶融結晶化を行うと、多結晶珪素膜の結晶粒界部の表面が２１６の様に隆起する。ここで、遮光膜２１２の膜厚は２００ｎｍ程度で、酸化珪素膜２１３の膜厚は８００ｎｍ程度であるので、溶融結晶化時の半導体膜２１４の熱は遮光膜に逃げ難くなり、半導体膜２１４の結晶化を十分に行うことができる。
【００４０】
（ｃ）図５（ｃ）の工程
次にフォト・リソグラフィー法により該半導体膜２１４’をパターニングする。
【００４１】
（ｄ）図５（ｄ）の工程
次に半導体膜２１４’の熱酸化を行う。基板を温度８００℃の熱処理炉内に挿入した後、熱処理炉内に窒素と僅かの酸素を流して熱処理炉内の雰囲気を窒素中の酸素が１０ｐｐｍから１％程度である雰囲気とし、熱処理炉の温度を毎分４℃から２０℃程度のレートで上昇させ、熱処理炉内の温度を１０００℃とする。昇温レートが４℃程度と低ければ温度制御性が良くなるが、昇温に長時間を要する為、生産性が低下する。一方昇温レートが２０℃と高ければ温度制御性が悪くなるが、昇温時間は短くなる為、生産性は向上する。上記の温度上昇行程を窒素１００％雰囲気で行うと半導体膜に穴が開いてしまうという問題がある。上記の様に窒素中の酸素が１０ｐｐｍ程度の雰囲気にすると、半導体膜上に極薄酸化膜が形成されるので半導体膜に穴が開くことを防ぐ事ができる。ここで酸素濃度を１％程度以上と高くしすぎると酸化膜厚が厚くなってしまう。この酸化膜は低温で形成されるので膜質が悪く、ゲート絶縁膜となった場合に薄膜半導体素子の特性や信頼性の低下の原因となる。よって、上記の温度上昇行程においては酸素濃度を１０ｐｐｍから１％程度と充分低くしておいて、半導体膜に穴が開くことを防ぎ、且つ膜質の悪いゲート絶縁膜を必要以上に成長させないようにする必要がある。温度が上昇した後、熱処理炉内の雰囲気を窒素中の酸素が２％以上または酸素１００％とし、半導体膜としての多結晶珪素膜２１４’を酸化することによってゲート絶縁膜としての酸化珪素膜２１８を膜厚９０ｎｍ程度形成する。この時、該半導体膜２１４’の膜厚は４０ｎｍ程度となる。
【００４２】
（ｅ）図６（ｅ）の工程
該ゲート絶縁膜２１８上にゲート電極２１９を形成する。ゲート電極は、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）とホスフィン（ＰＨ３）を用い、温度５５０℃程度、圧力１２０Ｐａ程度で低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）によって堆積したリン（Ｐ）を含んだ導電性多結晶珪素半導体膜を用いる。ゲート電極２１９形成後、該多結晶珪素膜２１４’に不純物イオンの注入を行ってソース領域２１４ａ、ドレイン領域２１４ｃ及びチャネル形成領域２１４ｂを作成する。不純物イオンとしては、Ｎ型薄膜半導体素子の場合はＢイオンまたはＢＦ２イオンを注入し、Ｐ型薄膜半導体素子の場合はＰイオンを注入する。
【００４３】
（ｆ）図６（ｆ）の工程
次に層間絶縁膜２２０を形成し、コンタクト・ホールを開口し、ソース・ドレイン取り出し電極２２１・２２２と配線を形成する。こうして半導体素子は完成する。
【００４４】
以上説明したように、本第１の実施例によれば、半導体膜の結晶性が良く、半導体素子の電気特性が良く、光電流による電気特性の劣化が少なく、且つ生産性の高い半導体素子を製造することができる。
【００４５】
（実施例２）
実施例１の工程（ａ）において、該非晶質珪素膜２１４の堆積条件として、堆積圧力を１００Ｐａ程度とする。このように堆積圧力を高くすることによって非晶質珪素膜中における結晶核発生を抑制することができる。該非晶質珪素膜２１４を堆積した後、固相成長法によって該非晶質珪素膜２１４の結晶化を行う。該非晶質珪素膜２１４には結晶核が少ないので、固相成長を行う事によって該非晶質珪素膜２１４が大粒径の多結晶珪素膜となり、薄膜半導体素子の電気特性は優れたものとなる。固相成長は、窒素雰囲気で温度が６００℃から６４０℃となっている熱処理炉内に基板を挿入し、６時間から２４時間の熱処理を行う。温度が低ければ多結晶珪素膜の結晶粒径は大きくなるが、処理時間が長くなるため、生産性が悪くなる。一方、温度が高ければ多結晶珪素膜の結晶粒径は温度を低くした場合に比べて小さくなるが、処理時間が短くなるため、生産性は向上する。こうして該半導体膜２１４は非晶質珪素膜から大粒径の多結晶珪素膜となる。
【００４６】
実施例１の工程（ｂ）において、ＸｅＣｌエキシマレーザー光の照射エネルギー密度を６６０ｍＪ・ｃｍ−２または６７０ｍＪ・ｃｍ−２とする。これは、半導体膜２１４が既に固相成長によって多結晶珪素膜となっており、６８０ｍＪ・ｃｍ−２で半導体膜２１４が完全溶融するからである。
【００４７】
上記以外は実施例１と同様として、半導体素子は完成する。
【００４８】
以上説明したように、本第２の実施例によれば、半導体膜の結晶性が良く、半導体膜の結晶粒径が大きく、半導体素子の電気特性が良く、光電流による電気特性の劣化が少なく、且つ生産性の高い半導体素子を製造することができる。
【００４９】
（実施例３）
実施例１の工程（ａ）において、非晶質珪素膜の原料ガスにジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用い、堆積温度を４２５℃程度と低温化する。このように堆積温度を低くすることによって非晶質珪素膜中における結晶核発生を抑制することができる。次に、実施例２と同様にして、半導体膜２１４の固相成長を行い、半導体膜２１４を大粒径の多結晶珪素膜とする。更に、実施例２と同様にして、半導体膜２１４にＸｅＣｌエキシマレーザー光を照射する。
【００５０】
上記以外は実施例１と同様として、半導体素子は完成する。
【００５１】
以上説明したように、本第三の実施例によれば、半導体膜の結晶性が良く、半導体膜の結晶粒径が大きく、半導体素子の電気特性が良く、光電流による電気特性の劣化が少なく、且つ生産性の高い半導体素子を製造することができる。
【００５２】
（実施例４）
図７（ａ）を参照して、実施例１の工程（ａ）と同様にして、非晶質珪素膜３１４を膜厚５５ｎｍ程度と薄く堆積する。
【００５３】
次に、実施例１の工程（ｂ）と同様にして、半導体膜３１４にＸｅＣｌエキシマレーザー光を照射する。半導体膜３１４は膜厚５５ｎｍと薄いので、半導体膜が十分に結晶化する為のレーザーエネルギー密度は低くなる。半導体膜３１４が完全溶融、微結晶化してしまうＸｅＣｌエキシマレーザー光の照射エネルギー密度は４２０ｍＪ・ｃｍ−２となる。よって照射エネルギー密度は４００ｍＪ・ｃｍ−２または４１０ｍＪ・ｃｍ−２とするのが良い。このように、照射エネルギー密度が低くなるので、光照射装置への負担も少なくなり、製造コストも低減できる。また、低出力の光照射装置でも半導体膜を十分に結晶化できる。
【００５４】
次に、実施例１の工程（ｃ）と同様にして半導体膜３１４’をパターニングする。
【００５５】
実施例１の工程（ｄ）と同様の方法を用いて、半導体膜としての多結晶珪素膜３１４’を酸化することによって第一ゲート絶縁膜としての酸化珪素膜３１７を膜厚３０ｎｍ程度と薄く形成する。この時、該半導体膜３１４’の膜厚は４０ｎｍ程度となる。更に、該第１ゲート絶縁膜としての酸化珪素膜３１７上に化学気相堆積法（ＣＶＤ法）によって第２ゲート絶縁膜としての酸化珪素膜３１８を膜厚５０ｎｍ程度堆積する。該第２ゲート絶縁膜の形成には低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）を用い、原料ガスはモノシラン（ＳｉＨ４）と一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、堆積温度は８００℃から８５０℃程度、圧力は８０Ｐａ程度とする。半導体膜３１４’表面の隆起３１６は第１ゲート絶縁膜３１７表面にも残る。これは第１ゲート絶縁膜３１７が半導体膜３１４’を熱酸化して形成したものであるからである。しかし、第２ゲート絶縁膜３１８はＣＶＤ法によって堆積するので、第２ゲート絶縁膜３１８の表面はある程度平坦化される。よって、ゲート絶縁膜の信頼性が向上する。
【００５６】
次に実施例１の工程（ｅ）と同様にして第２ゲート絶縁膜３１８上にゲート電極を形成する。
【００５７】
上記以外は実施例１と同様として、半導体素子は完成する。
【００５８】
以上説明したように、本第４の実施例によれば、半導体膜の結晶性が良く、半導体素子の電気特性が良く、ゲート絶縁膜の信頼性が高く、光電流による電気特性の劣化が少なく、且つ生産性の高い半導体素子を製造することができる。
【００５９】
（応用例）
本発明の製造方法により得られた半導体素子は、液晶表示装置のスイッチング素子である薄膜トランジスタとして、或いはエレクトロルミネセンスディスプレイの駆動素子である薄膜トランジスタとして利用することができる。図８はアクティブマトリクス方式で駆動する電気光学装置１０の画素領域の回路構成図であり、各画素は、電界発光効果により発光可能な発光層ＯＬＥＤ、それを駆動するための電流を記憶する保持容量Ｃ、本発明の製造方法で製造される半導体素子である薄膜トランジスタＴ１及びＴ２を備えて構成されている。走査線ドライバ２０からは、選択信号線Ｖｓｅｌが各画素に供給されている。データ線ドライバ３０からは、信号線Ｖｓｉｇ及び電源線Ｖｄｄが各画素に供給されている。選択信号線Ｖｓｅｌと信号線Ｖｓｉｇを制御することにより、各画素に対する電流プログラムが行われ、発光部ＯＬＥＤによる発光が制御される。
【００６０】
本発明の製造方法により得られた薄膜トランジスタ等の半導体素子は電気光学装置を備える各種の電子機器に適用可能である。図９に電気光学装置を適用可能な電子機器の例を挙げる。
【００６１】
同図（ａ）は携帯電話への適用例であり、携帯電話９３０は、アンテナ部９３１、音声出力部９３２、音声入力部９３３、操作部９３４、及び本発明の電気光学装置１０を備えている。このように本発明の電気光学装置１０を携帯電話９３０の表示部として利用可能である。
【００６２】
同図（ｂ）はビデオカメラへの適用例であり、ビデオカメラ９４０は、受像部９４１、操作部９４２、音声入力部９４３、及び本発明の電気光学装置１０を備えている。このように本発明の電気光学装置は、ファインダーや表示部として利用可能である。
【００６３】
同図（ｃ）は携帯型パーソナルコンピュータへの適用例であり、コンピュータ９５０は、カメラ部９５１、操作部９５２、及び本発明の電気光学装置１０を備えている。このように本発明の電気光学装置は、表示部として利用可能である。
【００６４】
同図（ｄ）はヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、ヘッドマウントディスプレイ９６０は、バンド９６１、光学系収納部９６２及び本発明の電気光学装置１０を備えている。このように本発明の電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００６５】
同図（ｅ）はリア型プロジェクターへの適用例であり、プロジェクター９７０は、筐体９７１に、光源９７２、合成光学系９７３、ミラー９７４、ミラー９７５、スクリーン９７６、及び本発明の電気光学装置１０を備えている。このように本発明の電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００６６】
同図（ｆ）はフロント型プロジェクターへの適用例であり、プロジェクター９８０は、筐体９８２に光学系９８１及び本発明の電気光学装置１０を備え、画像をスクリーン９８３に表示可能になっている。このように本発明の電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００６７】
上記例に限らず本発明の電気光学装置１０は、アクティブマトリクス型の表示装置を適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。例えば、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダー、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、半導体膜の結晶性が良く、半導体素子の電気特性が良く、光電流による電気特性の劣化が少なく、且つ生産性の高い半導体素子を製造することができる。本発明の半導体素子の製造方法によると、高性能な半導体素子を容易に且つ安定的に製造する事ができる。従って本発明の半導体素子の製造方法をアクティブ・マトリックス液晶表示装置に適用した場合には、大型で高品質な液晶表示装置を容易に且つ安定的に製造することができる。更に他の電子回路の製造に適用した場合にも高品質な電子回路を容易に且つ安定的に製造することができる。更に他の電子回路の製造に適用した場合にも高品質な電子回路を容易に且つ安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図２】従来の半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図３】従来の半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の実施例による半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の実施例４による半導体素子の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明の実施例による電気光学装置の画素領域の回路構成図である。
【図９】本発明の実施例による電子機器の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１１１、２１１、３１１…石英基板
１１２、２１２、３１２…遮光膜
１１３、２１３、３１３…下地保護膜
１１４、２１４、３１４…半導体膜
１１４’、２１４’、３１４’…多結晶半導体膜
１１４ａ、２１４ａ…ソース領域
１１４ｂ、２１４ｂ…チャネル形成領域
１１４ｃ、２１４ｃ…ドレイン領域
１１５、２１５…光（キセノン・塩素エキシマレーザー光）
１１６、２１６、３１６…半導体膜表面の隆起
１１７…半導体膜の熱
１１８、２１８…ゲート絶縁膜
３１７…第１ゲート絶縁膜
３１８…第２ゲート絶縁膜
１１９、２１９…ゲート電極
１２０、２２０…層間絶縁膜
１２１、２２１…ソース電極
１２２、２２２…ドレイン電極
１０…電気光学装置
２０…走査線ドライバ
３０…データ線ドライバ
９３０…携帯電話
９３１…アンテナ部
９３２…音声出力部
９３３…音声入力部
９３４…操作部
９４０…ビデオカメラ
９４１…受像部
９４２…操作部
９４３…音声入力部
９５０…コンピュータ
９５１…カメラ部
９５２…操作部
９６０…ヘッドマウントディスプレイ
９６１…バンド
９６２…光学系収納部
９７０…リア型プロジェクターへ
９７１…筐体
９７２…光源
９７３…合成光学系
９７４…ミラー
９７５…ミラー
９７６…スクリーン
９８０…フロント型プロジェクター
９８１…光学系
９８２…筐体
９８３…スクリーン
【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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