(57)【要約】【課題】膜厚が異なる複数の領域を有する非晶質シリコン膜から、電気的特性に優れた多結晶シリコン膜を形成する。【解決手段】絶縁基板上に形成され、膜厚が異なる複数の領域を有する非晶質シリコン膜に、前記非晶質シリコン膜の最も膜厚が薄い領域がアブレーションせず、かつ、前記非晶質シリコン膜の最も膜厚が厚い領域が完全溶融するエネルギーで、レーザビームを照射して、前記非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜にすることを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法を提供する。【選択図】  図１
2004253646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に形成され、膜厚が異なる複数の領域を有する非晶質シリコン膜に、前記非晶質シリコン膜の最も膜厚が薄い領域がアブレーションせず、かつ、前記非晶質シリコン膜の最も膜厚が厚い領域が完全溶融するエネルギーで、レーザビームを照射して、前記非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜にすることを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。
【請求項２】
絶縁基板上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、
前記非晶質シリコン膜をエッチングして、前記非晶質シリコン膜に、膜厚が薄い第１の領域と、膜厚が厚い第２の領域と、を形成する工程と、
前記非晶質シリコン膜に、前記第１の領域がアブレーションせず、かつ、前記第２の領域が完全溶融するエネルギーで、レーザビームを照射して、前記非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜にする工程と、を備えることを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。
【請求項３】
前記第１の領域の膜厚ｘが３０ｎｍ以上であり、前記第２の領域の膜厚ｙがｘｎｍ以上（ｘ＋６５）ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
【請求項４】
前記多結晶シリコン膜は、前記非晶質シリコン膜の完全溶融後、ラテラル成長により形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
【請求項５】
前記レーザビームはＸｅＣｌを用いたエキシマレーザビームであり、前記エネルギーは（２．４Ｙ＋２０）ｍＪ／ｃｍ２以上（２．４Ｘ＋１８０）ｍＪ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
【請求項６】
トランジスターと受光素子とを有する表示装置の製造方法であって、
絶縁基板上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、
前記非晶質シリコン膜をエッチングして、前記非晶質シリコン膜に、膜厚ｘ（４０≦ｘ≦６０）ｎｍの第１の領域と、膜厚ｙ（８０≦ｙ≦ｘ＋６５）ｎｍの第２の領域と、を形成する工程と、
前記非晶質シリコン膜に、前記第１の領域がアブレーションせず、かつ、前記第２の領域が完全溶融するエネルギーで、レーザビームを照射して、前記トランジスターの能動層が形成される前記第１の領域に対応する領域と、前記受光素子の受光層が形成される前記第２の領域に対応する領域と、を有する多結晶シリコン膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多結晶シリコン膜の製造方法、およびこの種の多結晶シリコン膜を有する表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高精細の液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａ）や、周辺回路を同一基板上に形成した駆動回路一体型ＴＦＴ−ＬＣＤなどで付加価値を高めた、高付加価値ＬＣＤの開発が盛んにおこなわれている。この高付加価値ＬＣＤとして、トランジスターと、受光素子（フォトダイオード）と、を有する一体型液晶表示装置が注目されている。この受光素子は、光電変換層をｐ型半導体層とｎ型半導体層とで挟んだ構造であり、光電変換層に照射された光を電気信号に変える素子である。この受光素子を有する一体型液晶表示装置では、液晶表示装置に、スキャナーやタッチパネルなどの付加的な機能を追加することが可能となる。
【０００３】
上記のようなトランジスターと受光素子とを有する一体型液晶表示装置の開発の鍵となる技術の１つが、トランジスターの能動層および受光素子の半導体層（光電変換層、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層）となる多結晶シリコン膜を、欠陥の少ない均一な結晶に形成する結晶化技術である。この多結晶シリコン膜の製造方法としては、レーザアニール法が多く用いられてきた。このレーザアニール法は、大面積基板を容易に再結晶化することができ、且つ、電界効果移動度の高い多結晶シリコン膜を容易に得ることができる。このレーザアニール法では、通常、ガラス基板上に非晶質シリコンを形成し、この非晶質シリコンにパルスレーザであるエキシマレーザをあて、非晶質シリコンの表面を部分溶融させ、非溶融非晶質シリコンとの界面付近に生じた結晶核を種として多結晶シリコンを成長させる。このような部分溶融を用いた方法として、通常はエキシマレーザアニール法と呼ばれる方法が用いられる。上記の高付加価値ＬＣＤの製造でも、この種のエキシマレーザアニール法により多結晶シリコン膜を形成する方法が盛んに研究されている。
【０００４】
上記の通常のエキシマレーザアニール法では、アニールされる非晶質シリコン膜の膜厚が均一であることが強く求められる。これは、アニールに最適なレーザエネルギーのエネルギー範囲が約５ｍＪ／ｃｍ２と狭く、しかもその最適なエネルギーの値が非晶質シリコンの膜厚によって異なるために、同一のレーザエネルギーで異なる膜厚の非晶質シリコンを同時に多結晶化することが極めて困難であるからである。このため、従来の受光素子を有する液晶表示装置では、トランジスターの能動層となる多結晶シリコンと、受光素子の半導体層となる多結晶シリコンと、の膜厚を同一にしていた。このような液晶表示装置は、例えば、特許文献１に記載されている（特開２００２−１７６１６２号公報の図１３、１５、１６等）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１７６１６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、トランジスターと受光素子とを有する一体型の表示装置を製造する場合に、トランジスターと受光素子の特性を共に優れたものにし、かつ、生産性および歩留まりが高い製造方法を得ることは極めて困難であった。
【０００７】
すなわち、トランジスターの能動層は、リーク電流を減少させるために、通常は膜厚を薄くして形成される。このため、トランジスターの特性を劣化させないためには、能動層の膜厚を５０ｎｍ程度の薄膜に保つ必要がある。これに対し、受光素子の受光効率を高くするためには、受光素子の光電変換層の膜厚をできるだけ厚くすることが望ましい。これは、光電変換層の膜厚を厚くすれば、入射される光に対する受光効率が向上するからである。ところが、上記のように、通常のエキシマレーザアニールでは、膜厚が薄い非晶質シリコンと、膜厚が厚い非晶質シリコンと、を同時に多結晶化することは極めて困難である。
【０００８】
このため、通常のエキシマレーザアニールで膜厚が薄い非晶質シリコンと膜厚が厚い非晶質シリコンとをアニールする場合は、照射エネルギーを変えてそれぞれ別々にアニールする必要がある。
【０００９】
しかし、このように別々にアニールすると、製造方法が極めて複雑になり、生産性が著しく低下する。逆に、生産性を高めるために受光素子の光電変換層とトランジスターの能動層とを同一のレーザアニール工程で多結晶化しようとする場合、例えば、受光素子の光電変換層の膜厚をトランジスターの能動層の膜厚にあわせて薄くすることが考えられるが、受光素子の光電変換層の膜厚を薄くすると、受光素子の受光効率が低下する。つまり、トランジスターの特性を劣化させずに生産性を高めようとすると、受光素子の特性を向上できない。
【００１０】
また、上記の受光素子の受光効率を高くしながら生産性を高めるために、受光素子の受光効率が十分高くなるような厚い膜厚の非晶質シリコン膜をレーザアニールにより多結晶化し、その後にトランジスターの能動層となる個所をドライエッチングにて薄膜化する方法も考えられる。しかし、この方法では、トランジスター部分の多結晶シリコン膜をドライエッチングする際、このトランジスター部分の多結晶シリコンの表面にプラズマによるダメージが入ってしまい、トランジスターの特性が劣化してしまう。このため、このような方法は、望ましくない。
【００１１】
また、上述の特許文献１の図１３（ｃ）や図１６には、トランジスターの特性を劣化させずに受光素子の特性を高くするために、受光素子の半導体層のうち、ｐ型半導体層２４２とｎ型半導体層１３８を薄膜の多結晶シリコン膜としながら、光電変換層２４８だけを厚膜の非晶質シリコン膜とする方法も記載されている。しかし、この方法では、製造方法が複雑になり、生産性や歩留まりが低下してしまう。
【００１２】
以上のように、従来は、受光素子とトランジスターを有する一体型表示装置の製造方法において、受光素子とトランジスターの特性が共に優れ、かつ生産性および歩留まりが高い製造方法を得ることは、極めて困難であると考えられていた。
【００１３】
本発明は、かかる課題の認識に基づくもので、その目的は、膜厚が異なる複数の領域を有する非晶質シリコン膜から、電気的特性に優れた多結晶シリコン膜を形成可能な多結晶シリコン膜の製造方法および表示装置の製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の多結晶シリコン膜の製造方法は、絶縁基板上に形成され、膜厚が異なる複数の領域を有する非晶質シリコン膜に、前記非晶質シリコン膜の最も膜厚が薄い領域がアブレーションせず、かつ、前記非晶質シリコン膜の最も膜厚が厚い領域が完全溶融するエネルギーで、レーザビームを照射して、前記非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜にすることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の多結晶シリコン膜の製造方法は、絶縁基板上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、前記非晶質シリコン膜をエッチングして、前記非晶質シリコン膜に、膜厚が薄い第１の領域と、膜厚が厚い第２の領域と、を形成する工程と、前記非晶質シリコン膜に、前記第１の領域がアブレーションせず、かつ、前記第２の領域が完全溶融するエネルギーで、レーザビームを照射して、前記非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜にする工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の表示装置の製造方法は、トランジスターと受光素子とを有する表示装置の製造方法であって、絶縁基板上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、前記非晶質シリコン膜をエッチングして、前記非晶質シリコン膜に、膜厚ｘ（４０≦ｘ≦６０）ｎｍの第１の領域と、膜厚ｙ（８０≦ｙ≦ｘ＋６５）ｎｍの第２の領域と、を形成する工程と、前記非晶質シリコン膜に、前記第１の領域がアブレーションせず、かつ、前記第２の領域が完全溶融するエネルギーで、レーザビームを照射して、前記トランジスターの能動層が形成される前記第１の領域に対応する領域と、前記受光素子の受光層が形成される前記第２の領域に対応する領域と、を有する多結晶シリコン膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照にしつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下、第１の実施の形態では、通常のエキシマレーザアニール成長法に代えて、ラテラル成長法を用いることで、膜厚が薄い領域の非晶質シリコン膜と、膜厚が厚い領域の非晶質シリコン膜と、を同一のレーザアニールにより多結晶シリコン膜にする方法について説明する。第２の実施の形態では、第１の実施の形態の方法を用いて、トランジスターと受光素子とを有する表示装置を製造する場合に、トランジスターの能動層が形成される薄い多結晶シリコン膜と、受光素子の半導体層が形成される厚い多結晶シリコン膜と、を優れた特性かつ高い生産性で形成する方法について説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の多結晶シリコン膜１１３が形成された半導体基板の断面構造を示す図である。ガラス基板１０１上には、不純物の拡散を防ぐため、ＳｉＮとＳｉＯ２からなるアンダーコート膜１０２が形成されている。このアンダーコート膜１０２の一部には、深さ５０ｎｍの凹部が形成されている。このアンダーコート膜１０２上には、多結晶シリコン膜１１３が形成されている。この多結晶シリコン膜１１３は、膜厚が５０ｎｍの第１の領域１１３Ａと、膜厚が１００ｎｍの第２の領域１１３Ｂと、を有する。この多結晶シリコン膜１１３の表面は、エッチングにより、平坦にされている。
【００１９】
図１の多結晶シリコン膜１１３の製造方法は、次のとおりである。
【００２０】
（１）まず、図２から分かるように、４００ｍｍ×５００ｍｍの大きさの無アルカリガラスからなる絶縁基板１０１上に、アンダーコート膜１０２を形成する。具体的には、プラズマＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍのＳｉＮ膜、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２膜、を順次形成した後、ＳｉＯ２膜の一部にドライエッチング法で深さ５０ｎｍの凹部を形成し、これにより、図２のアンダーコート膜１０２を形成する。その後、厚さ１００ｎｍの非晶質シリコンを成膜し、ドライエッチング法でこの非晶質シリコンの表面を平坦にエッチングし、図２の非晶質シリコン膜１０３を形成する。なお、このドライエッチングにより膜厚が薄い第１の領域１０３Ａにダメージが生じるが、このダメージが大きな問題とならないことは、第２の実施の形態で説明する。
（２）次に、５００℃で１時間のアニールを行い、非晶質シリコン膜１０３内の水素濃度を低減させる。その後、照射エネルギー２８０ｍＪ／ｃｍ２で、ＸｅＣｌを用いた波長３０８ｎｍのエキシマレーザを、０．５μｍピッチでスキャンさせながら照射し、レーザアニール工程を行う。このレーザアニール工程により、膜厚が薄い第１の領域１０３Ａと、膜厚が厚い第２の領域１０３Ｂと、を同一のレーザアニールにより多結晶シリコン膜１１３にする。ここで、照射エネルギー２８０Ｊ／ｃｍ２は、通常のエキシマレーザアニールにおける照射エネルギーよりも大きい値である。この照射エネルギーでは、非晶質シリコン膜１０３は、部分溶融ではなく、完全溶融する。このように完全溶融した非晶質シリコン膜１０３では、横方向成長により多結晶シリコンが形成される。この多結晶シリコンの横方向成長を利用した方法は、ラテラル成長と呼ばれる。
【００２１】
以上説明した多結晶シリコン膜１０３の製造方法の特徴の１つは、ラテラル成長を用いて、膜厚が薄い第１の領域１０３Ａと、膜厚が厚い第２の領域１０３Ｂと、を同一のレーザアニールにより多結晶シリコン膜１１３にした点である。これは、レーザの照射エネルギーを適切な範囲に設定することで実現される。
【００２２】
すなわち、ラテラル成長は、照射エネルギーが、非晶質シリコン１０３を部分溶融させるエネルギー（ＰＭ：Ｐａｒｔｉａｌｙ  Ｍｅｌｔ）より大きく、非晶質シリコン１０３を溶発させるエネルギー（Ａｂ：Ａｂｒａｔｉｏｎ）未満のエネルギーの範囲で起こる。このエネルギーの範囲では、非晶質シリコン１０３は完全溶融する。もっとも、このレーザ照射エネルギーの範囲と、レーザが照射される非晶質シリコン膜１０３の厚さと、レーザの照射により生成される多結晶シリコン１１３の結晶粒径の大きさと、の関係は従来は十分に調べられていなかった。
【００２３】
そこで、本発明者は、この関係を実験により詳細に調べた。この結果、非晶質シリコン１０３の厚さ５０ｎｍの第１の領域１０３Ａでは、照射エネルギーが１８０ｍＪ／ｃｍ２以上３００ｍＪ／ｃｍ２以下の範囲で完全溶融した。そして、このエネルギー範囲で形成される多結晶シリコン１１３Ａは、結晶粒径がいずれも０．４μｍ以上と大きく、十分な特性が得られた。また、非晶質シリコン１０３の厚さ１００ｎｍの第２の領域１０３Ｂでは、照射エネルギーが２６０ｍＪ／ｃｍ２以上４２０ｍＪ／ｃｍ２以下の範囲で完全溶融した。そして、このエネルギー範囲で形成される多結晶シリコン１１３Ｂの結晶粒径はいずれも０．５μｍ以上と大きくなった。
【００２４】
この実験結果により、ラテラル成長を用いて、照射エネルギーを２６０ｍＪ／ｃｍ２以上３００ｍＪ／ｃｍ２以下にすれば、厚さ５０ｎｍの第１の領域１０３Ａと、厚さ１００ｎｍの第２の領域１０３Ｂと、を同時にレーザアニールができ、これにより形成される多結晶シリコン１１３の結晶粒径を十分に大きなものとできることが分かった。
【００２５】
このようにして、ラテラル成長を利用すれば、膜厚が５０ｎｍの第１の領域１０３Ａと、膜厚が１００ｎｍの第２の領域１０３Ｂと、を同一のレーザアニールにより、結晶粒径が十分に大きくて均一な多結晶シリコン膜１１３にできることが分かった。そして、これにより、生産性および歩留まりが高い多結晶シリコン膜１１３の製造方法を提供することができることが分かった。
【００２６】
次に、上記のレーザアニールにおける、レーザが照射される非晶質シリコン膜１０３の厚さと、レーザ照射エネルギーの範囲と、レーザの照射により生成される多結晶シリコン膜１１３の結晶粒径の大きさと、の関係についてさらに詳しく検討する。
【００２７】
図４は、レーザが照射される非晶質シリコン膜１０３の厚さを５０ｎｍ〜１５０ｎｍまで変えた時の、レーザ照射エネルギーの範囲と、多結晶シリコン膜１１３の結晶粒径と、の関係を示す図である。図中、ＰＭは上述のようにＰａｒｔｉａｌｌｙ  Ｍｅｌｔの略であり、レーザ照射で非晶質シリコン膜１０３が完全溶融していないことを意味する。また、ＡｂはＡｂｒａｔｉｏｎの略であり、レーザ照射により非晶質シリコン膜１０３が溶発することを意味する。
【００２８】
上述のように、ＰＭ以上、Ａｂ以下のエネルギー範囲で、シリコンはラテラル成長する。図４から分かるように、非晶質シリコン膜１０３の膜厚が５０ｎｍの場合には、非晶質シリコン膜１０３が完全溶融するレーザ照射エネルギーの範囲は、１８０ｍＪ／ｃｍ２以上３００ｍＪ／ｃｍ２以下である。また、非晶質シリコン膜１０３の膜厚が１００ｎｍの場合には、非晶質シリコン膜１０３が完全溶融するレーザ照射エネルギーの範囲は２６０ｍＪ／ｃｍ２以上４２０ｍＪ／ｃｍ２以下である。また、非晶質シリコン膜１０３の膜厚が１５０ｎｍの場合には、非晶質シリコン膜１０３が完全溶融するレーザ照射エネルギーの範囲は、３８０ｍＪ／ｃｍ２以上５２０ｍＪ／ｃｍ２以下である。
【００２９】
これにより、非晶質シリコン１０３の膜厚が５０ｎｍと１００ｎｍの組合せでは、照射エネルギーが２６０ｍＪ／ｃｍ２以上３００ｍＪ／ｃｍ２以下であれば、両者を同時に多結晶化できることが分かる。また、非晶質シリコン１０３の膜厚が１００ｎｍと１５０ｎｍの組合せでは、照射エネルギーが３８０ｍＪ／ｃｍ２以上４２０ｍＪ／ｃｍ２以下であれば、両者を同時に多結晶化できることが分かる。さらに、本発明者の実験の結果から、膜厚がｘ（３０≦ｘ）ｎｍと膜厚がｙ（ｘ＜ｙ≦ｘ＋６５）ｎｍ組合せで、概ね、（２．４Ｙ＋２０）ｍＪ／ｃｍ２以上（２．４Ｘ＋１８０）ｍＪ／ｃｍ２以下であれば、両者を同時に多結晶化できることが分かった。つまり、ラテラル成長を用いれば、非晶質シリコン１０３の薄い第１の領域１１３Ａと、厚い第２の領域１１３Ｂと、の厚さの差が６５ｎｍ以内であれば、これらを同一のレーザアニール工程で多結晶化できることが分かった。
【００３０】
以上説明した第１の実施の形態の多結晶シリコン膜１１３の製造方法は、次のように把握することができる。すなわち、絶縁基板１０１上に非晶質シリコン膜１０３を形成する工程と、非晶質シリコン膜１０３をエッチングして、非晶質シリコン膜１０３に、膜厚が薄い第１の領域１０３Ａと、膜厚が厚い第２の領域１０３Ｂと、を形成する工程と（図２）、非晶質シリコン膜１０３に、第１の領域の１０３Ａがアブレーションせず、かつ、第２の領域１０３Ｂが完全溶融するエネルギーで、レーザビームを照射して、多結晶シリコン膜１１３をラテラル成長させる工程と（図３）、を有するものとして把握することができる。
【００３１】
以上説明した第１の実施の形態では、非晶質シリコン膜１０３が、膜厚が異なる２つの領域１０３Ａ、１０３Ｂを有する場合について説明した。しかし、これを膜厚が異なる３以上の領域を有するものとすることもできる。例えば、第１の領域１０３Ａと第２の領域１０３Ｂとの中間の膜厚の第３の領域１０３Ｃをさらに備えていてもよい。この場合、絶縁基板１０１上に形成され、膜厚が異なる複数の領域１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃを有する非晶質シリコン膜１０３に、最も膜厚が薄い領域１０３Ａがアブレーションせず、かつ、最も膜厚が厚い領域１０３Ｂが完全溶融するエネルギーで、レーザビームを照射することにより、非晶質シリコン膜１０３を電気的特性に優れた多結晶シリコン膜１１３にすることができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、図５に示すように、薄い多結晶シリコン膜からなるトランジスターの能動層１２３と、厚い多結晶シリコン膜からなる受光素子の受光層（半導体層）１３３と、を有するアレイ基板を備えた表示装置の製造方法に関するものである。この製造方法では、第１の実施の形態と同様、ラテラル成長法を用いる。
【００３３】
図５は、本発明の第２の実施の形態の表示装置の一部を構成するアレイ基板を示す断面図である。図５のアレイ基板は、液晶表示装置に用いられるアレイ基板を示しており、ｎ型ＴＦＴと、受光素子と、を含んでいる。
【００３４】
まず、ｎ型ＴＦＴの部分では、ガラス基板１０１上に、不純物の拡散を防ぐため、厚さ５０ｎｍのＳｉＮと、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２と、からなるアンダーコート膜１０２が形成されている。このアンダーコート膜１０２上には、厚さ５０ｎｍの多結晶シリコン膜１２３が形成されている。この多結晶シリコン膜１２３は、高濃度のリンが注入されたｎ＋型のソース領域１２３Ａおよびドレイン領域１２３Ｅと、低濃度のリンが注入されたｎ型のＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）１２３Ｂ、１２３Ｄと、低濃度のボロンが注入されたｐ型のチャネル領域１２３Ｃと、を含む。
【００３５】
この多結晶シリコン膜１２３は、トランジスターの能動層となる。この多結晶シリコン膜１２３は、ゲート絶縁膜１０４により覆われており、このゲート絶縁膜１０４上には、金属等からなるゲート線１１５が形成されている。ゲート線１１５およびゲート絶縁膜１０４上には層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜１０６が形成され、このシリコン酸化膜１０６の一部には、ソース領域１２３Ａおよびドレイン領域１２３Ｅの一部を露呈させる開口が形成されている。そして、この開口を用いて、ソース領域１２３Ａおよびドレイン領域１２３Ｅにそれぞれ接続される金属等からなる信号線１１７Ａ、１１７Ｂが形成されている。
【００３６】
次に、受光素子部分では、ドライエッチング法によりアンダーコート膜１０２が表面から５０ｎｍエッチングされ、このエッチングされた領域に、厚さ１００ｎｍの多結晶シリコン膜１３３が形成されている。この多結晶シリコン膜１３３は、高濃度のボロンが注入されたｐ＋型のｐ型層１３３Ａと、光電変換層１３３Ｂと、低濃度のリンが注入されたｎ−型のｎ型層１３３Ｃと、高濃度のリンが注入されたｎ＋型のｎ型層１３３Ｄと、を含む。この多結晶シリコン膜１３３は、受光素子の半導体層となる。
【００３７】
この多結晶シリコン膜１３３は、ゲート絶縁膜１０４により覆われており、このゲート絶縁膜１０４上には、金属膜１２５が形成されている。金属膜１２５およびゲート絶縁膜１０４上には層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜１０６が形成され、このシリコン酸化膜１０６の一部にはｐ型層１３３Ａおよびｎ型層１３３Ｄの一部を露呈させる開口が形成されている。そして、この開口を用いて、ｐ型層１３３Ａおよびｎ型層１３３Ｄにそれぞれ接続される金属等からなる信号線１２７Ａ、１２７Ｂが形成されている。なお、図５では、理解を容易にするため、各層の倍率を変えて示している。
【００３８】
図５において、ソース領域１２３Ａ、ゲート電極１２５、ドレイン領域１２３Ｅ、によりｎ型ＴＦＴが構成される。このｎ型ＴＦＴの動作は、公知のｎ型ＴＦＴと同様である。また、図５の受光素子は、光電変換層１３３Ｂが図中下側からの光を受光して電気信号に変換し、この電気信号がｐ型層１３３Ａとｎ型層１３３Ｄとから取り出される。ここで、光電変換層１３３Ｂは、図中下側からの直接光に加え、図中下側から上側に向けて放射され金属膜１３５によって図中下側に反射された光も受光する。
【００３９】
図５の表示装置のアレイ基板の製造方法について簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００４０】
（１）まず、図２および図３に示すように、第１の実施の形態と同様の方法で、多結晶シリコン膜１１３を形成する。そして、この多結晶シリコン膜１１３に、低濃度のＢ（ボロン）を注入して、ｐ型とする。
（２）次に、図６に示すように、プラズマＣＶＤ法により、ゲート絶縁膜１０４を形成する。そして、このゲート絶縁膜１０４上に、ＭｏやＴａ等の高融点金属あるいはドープした多結晶シリコンを成長してパターニングし、ゲート電極１１５を形成する。その後、従来と同様の方法で、イオンドーピング法によりｐ型ドーパントのボロンを高濃度に打ち込み，受光素子のｐ＋型のｐ型層１３３Ａを形成する。続いて、ｎ型ドーパントのＰ（リン）を低濃度に打ち込み、ｎ型ＴＦＴのＬＤＤ領域１２３Ｂ、１２３Ｄと、受光素子のｎ型層１３３Ｃと、を形成する。さらにｎ型ドーパントのＰ（リン）を高濃度に打ち込み、ｎ型ＴＦＴのソース領域１２３Ａ、ドレイン領域１２３Ｅおよび受光素子のｎ型層１３３Ｄを形成する。イオンドーピング終了後、炉の中で５００℃、１時間のアニールを行い、不純物の活性化を行う。
（３）次に、ゲート電極１１５およびゲート絶縁膜１０４上に、ＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１０６を形成し、コンタクトホールを形成した後、Ａｌからなる電極１１７Ａ、１１７Ｂ、１２７Ａ、１２７Ｂをスパッターにより形成し、パターニングを行って、図５のアレイ基板が形成される。
【００４１】
以上の方法で形成した図５のアレイ基板では、トランジスターの能動層１２３を５０ｎｍと薄くしたので、トランジスターのリーク電流を減少させ、高い特性のトランジスターを提供することができる。
【００４２】
また、図５のアレイ基板では、受光素子の受光層１３３を１００ｎｍと厚くしたので、受光素子の受光効率を高くし、高い特性の受光素子を提供することができる。
【００４３】
また、図５のアレイ基板の製造方法では、受光素子の半導体層１３３と、トランジスターの能動層１２３と、を同一のレーザアニール工程で形成したので、アニールの時間を短くして、生産性および歩留まりが高い製造方法を提供することができる。
【００４４】
また、図５のアレイ基板の製造方法では、基板１０１上に１回の結晶成長により非晶質シリコン膜１０３を形成し、その後この非晶質シリコン膜１０３の一部をドライエッチングして、非晶質シリコン膜１０３に、膜厚５０ｎｍの第１の領域１０３Ａと、膜厚１００ｎｍの第２の領域１０３Ｂと、を形成している。この方法は、膜厚５０ｎｍの第１の領域１０３Ａと膜厚１００ｎｍの第２の領域１０３Ｂとを別々に結晶成長する方法に比べ、結晶成長回数が少なくマスクの形成も不要であり、はるかに容易である。従って、この観点からも、生産性および歩留まりが高い製造方法を提供することができる。
【００４５】
もっとも、従来は、上記のように非晶質シリコン膜１０３をドライエッチングして膜厚が薄い第１の領域１０３Ａを形成する方法は行われていなかった。これは、ドライエッチンにより、膜厚が薄い第１の領域１０３Ａにプラズマダメージが発生してしまうからである。そして、これにより、膜厚が薄い第１の領域１０３Ａの特性が劣化し、トランジスター部分の多結晶シリコン膜１２３の特性が劣化して、トランジスターの特性が劣化してしまうと考えられていたからである。
【００４６】
しかしながら、本発明者の実験によれば、図５のアレイ基板では、従来と同様の高い特性のトランジスターが得られた。この理由について、本発明者は、非晶質シリコンをレーザアニール前にエッチングして薄膜化した場合、薄膜化された非晶質シリコン膜１０３Ａに生じたプラズマダメージは、レーザアニールの溶融再結晶化の際にキャンセルされ、レーザアニール後の多結晶シリコン１１３Ａにはプラズマダメージが残らないからだと考えている。
【００４７】
次に、以上説明した図５のアレイ基板のトランジスターおよび受光素子の特性を、他の方法で形成したトランジスターおよび受光素子と比較しつつ、具体的に説明する。
【００４８】
図７、図８は４種類の方法で形成したアレイ基板のトランジスターの特性（図７）および受光素子の特性（図８）を示す図である。この４種類の方法では、いずれも、製造方法を簡略化するために、トランジスターの能動層と受光素子の半導体層を同一のレーザアニール工程で形成している。このレーザアニールには、Ｔｙｐｅ１とＴｙｐｅ２ではラテラル成長法を、Ｔｙｐｅ３とＴｙｐｅ４では通常のエキシマレーザアニール成長法を用いている。
【００４９】
まず、Ｔｙｐｅ１は、第２の実施の形態（図５）のアレイ基板である。このアレイ基板の製造方法では、非晶質シリコン膜１０３の一部をドライエッチングにより薄膜化した後、ラテラル成長法を用いたレーザアニールにより、膜厚が薄い第１の領域の非晶質シリコン層１１３Ａと厚膜が厚い第２の領域の非晶質シリコン膜１１３Ｂとを同時にレーザアニールしている（図３）。
【００５０】
次に、Ｔｙｐｅ２は、第２の実施の形態の変形例として把握できるアレイ基板であり、図９（ａ）にその断面構造を示している。図９（ａ）のアレイ基板の形成方法は、まず、絶縁基板２０１／アンダーコート層２０２上に、厚さ１００ｎｍの非晶質シリコン層２０３を形成してから、図９（ｂ）に示すように、トランジスター部分に対応する非晶質シリコン層の第１の領域２０３Ａを５０ｎｍにエッチングする。次に、図９（ｃ）に示すように、ラテラル成長法を用いたレーザアニールにより、多結晶シリコン層２１３を形成する。その後、Ｔｙｐｅ１の素子と同様にして、図９（ａ）のアレイ基板が完成する。
【００５１】
このアレイ基板の製造方法では、Ｔｙｐｅ１と同様に、非晶質シリコン膜２０３の一部をドライエッチングにより薄膜化した後、ラテラル成長法を用いたレーザアニールにより、非晶質シリコン層１１３の膜厚が薄い第１の領域１１３Ａと厚膜が厚い第２の領域１１３Ｂとを同時にレーザアニールしている（図９（ｃ））。
【００５２】
次に、Ｔｙｐｅ３は、通常のエキシマレーザアニール成長法を用いてＴｙｐｅ２と同じ構造になるようにして得られたアレイ基板であり、図１０（ａ）にその断面構造を示している。図１０（ａ）のアレイ基板の形成方法は、まず、絶縁基板３０１／アンダーコート層３０２上に、図１０（ｂ）に示すように、厚さ１００ｎｍの非晶質シリコン層３０３を形成する。次に、図１０（ｃ）に示すように、通常のエキシマレーザアニール成長法を用いたレーザアニールにより、多結晶シリコン膜３１３を形成する。次に、トランジスター部分の多結晶シリコン膜３１３を膜厚が５０ｎｍになるまでドライエッチングする。その後は、Ｔｙｐｅ１のアレイ基板と同様にして、図１０（ａ）のアレイ基板が完成する。
【００５３】
この方法は、Ｔｙｐｅ１およびＴｙｐｅ２のアレイ基板と異なり、レーザアニールの後に多結晶シリコン膜３１３のドライエッチングを行っているのが特徴である。
【００５４】
次に、Ｔｙｐｅ４は、従来のアレイ基板であり、図１１（ａ）にその断面構造を示している。図１１（ａ）のアレイ基板の形成方法は、まず、絶縁基板３０１／アンダーコート層４０２上に、図１１（ｂ）に示すように、厚さ５０ｎｍの非晶質シリコン層４０３を形成する。そして、図１１（ｃ）に示すように、通常のエキシマレーザアニール成長法を用いたレーザアニールにより、多結晶シリコン膜４１３を形成する。その後、Ｔｙｐｅ１のアレイ基板と同様にして、図１１（ａ）のアレイ基板が完成する。このアレイ基板では、受光素子の半導体層４３３をトランジスターの能動層４２３と同様に５０ｎｍと薄くしている。
【００５５】
上記のＴｙｐｅ１〜Ｔｔｐｅ４のアレイ基板のトランジスターおよび受光素子の特性を図７および図８により比較する。図７は、Ｔｙｐｅ１〜Ｔｙｐｅ４のアレイ基板のトランジスターの特性を示す図である。図７では、移動度およびしきい値を示している。移動度が高く、また、しきい値が小さいほど、トランジスターの特性が高い。また、図８は、Ｔｙｐｅ１〜Ｔｙｐｅ４のアレイ基板の受光素子の特性を示す図である。図８では、受光素子に５０００ルクスの光を当てた時に発生した光電流を示す。光電流が大きいほど、受光素子の特性が高い。
【００５６】
まず、ラテラル成長法によるレーザアニールを用いたＴｙｐｅ１およびＴｙｐｅ２では、トランジスターの特性（図７）は、従来のアレイ基板（Ｔｙｐｅ４）と同様に、良くなる。これは、前述のように、レーザアニール前に非晶質シリコンの第１の領域１０３Ａ、２０３Ａのドライエッチングを行った場合には、レーザアニールの際に非晶質シリコンの第１の領域１０３Ａ、２０３Ａのプラズマダメージがキャンセルされ、レーザアニール後の多結晶シリコン１１３Ａ、２１３Ａにプラズマダメージが残らないからだと解析される。
【００５７】
また、Ｔｙｐｅ１およびＴｙｐｅ２では、従来のアレイ基板（Ｔｙｐｅ４）と比べ、受光素子の特性（図８）が良くなる。これは、従来のアレイ基板の受光素子の多結晶シリコン膜４３３（図１１）が５０ｎｍと薄いのに対し、Ｔｙｐｅ１およびＴｙｐｅ２のアレイ基板の受光素子の多結晶シリコン膜１３３、２３３（図５、図９）が１００ｎｍと厚いからである。このように、Ｔｙｐｅ１およびＴｙｐｅ２のアレイ基板では、トランジスターと受光素子との特性を共に良くすることができる。
【００５８】
これに対し、通常のエキシマレーザ成長法によるレーザアニールを用いたＴｙｐｅ３およびＴｙｐｅ４では、Ｔｙｐｅ３のようにトランジスターの特性（図７）が低下してしまうか、または、Ｔｙｐｅ４のように受光素子の特性（図８）が低下してしまい、受光素子とトランジスターの特性を共に良くすることはできない。Ｔｙｐｅ３のトランジスター（図１０）が、Ｔｙｐｅ２（図９）と構造が同様であるにもかかわらず特性が悪い理由は、Ｔｙｐｅ２と異なり、レーザアニール後にドライエッチングによりトランジスターの能動層３２３を形成したため、ドライエッチング時のプラズマによりより生じた多結晶シリコン膜３１３のダメージ（表面のトラップ準位）が、トランジスターの能動層３２３に残ってしまうからであると解析される。また、Ｔｙｐｅ４の受光素子の特性が悪いのは、受光素子の多結晶シリコン膜４３３の膜厚が薄いからである。
【００５９】
以上の図７、図８の結果から、Ｔｙｐｅ１およびＴｙｐｅ２のアレイ基板では、トランジスターの特性を従来（Ｔｙｐｅ４）と同程度にし、かつ、受光素子の特性を従来よりも良くすることができる。また、さらに詳しく見れば、上記のＴｙｐｅ２に比べ、Ｔｙｐｅ１の方が、若干特性が良い。これは、Ｔｙｐｅ１ではレーザアニール終了時に表面が平坦となる（図３）のに対し、Ｔｙｐｅ２ではレーザアニール終了時に表面に段差ができ（図７（ｂ））、レーザアニール終了後の工程が、Ｔｙｐｅ２に比べてＴｙｐｅ１の方が簡単になるからであるためと考えられる。
【００６０】
以上の結果により、アレイ基板およびその製造方法として、Ｔｙｐｅ１またはＴｙｐｅ２、好ましくはＴｙｐｅ１が良いことが分かる。
【００６１】
このように、第２の実施の形態のアレイ基板（Ｔｙｐｅ１、図５）では、トランジスターおよび受光素子の特性を良くすることができる。すなわち、同一工程で形成された多結晶シリコン膜１２３、１３３により、電気的特性に優れたトランジスタと、光効率に優れた受光素子と、を形成できるため、製造工程を簡略化でき、生産性に優れ、歩留まりの高いアレイ基板が得られる。
【００６２】
以上説明した第２の実施の形態のアレイ基板（Ｔｙｐｅ１、図５）のトランジスターでは、能動層１２３、２２３の厚さを５０ｎｍとしたが、これが４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であれば、良好な特性が得られる。また、このアレイ基板の受光素子では、半導体層１３３、２３３の厚さを１００ｎｍとしたが、これを８０ｎｍ以上とすれば、良好な特性が得られる。ただし、この半導体層１３３、２３３と、能動層１２３、２２３と、の厚さの差が６５ｎｍよりも大きくなると、第１の実施の形態で説明したように、両層を同時にレーザアニールすることが困難になってしまう。また、図９に示したＴｙｐｅ２のアレイ基板でも、同様の厚さで、良好な特性が得られる。
【００６３】
以上から、良好な特性が得られる上記のＴｙｐｅ１およびＴｙｐｅ２のアレイ基板を用いた表示装置の製造方法は、次のように把握することができる。すなわち、トランジスターと受光素子とを有する表示装置の製造方法であって、絶縁基板１０１、２０１上に非晶質シリコン膜１０３、２０３を形成する工程と、非晶質シリコン膜１０３、２０３をエッチングして、この非晶質シリコン膜１０３、２０３に、膜厚ｘ（４０≦ｘ≦６０）ｎｍの第１の領域１０３Ａ、２０３Ａと、膜厚ｙ（８０≦ｙ≦ｘ＋６５）ｎｍの第２の領域１０３Ｂ、２０３Ｂと、を形成する工程と、非晶質シリコン膜１０３、２０３に、第１の領域の非晶質シリコン膜１０３Ａ、２０３Ａがアブレーションせず、かつ、第２の領域の非晶質シリコン膜１０３Ｂ、２０３Ｂが完全溶融するエネルギーで、レーザビームを照射して、第１の領域の非晶質シリコン膜１０３Ａ、２０３Ａを前記トランジスターの能動層１２３、２２３となる第１の領域の多結晶シリコン膜１１３Ａ、２１３Ａにし、第２の領域の非晶質シリコン膜１０３Ｂ、２０３Ｂを受光素子の受光層となる第２の領域の多結晶シリコン膜１１３Ｂ、２１３Ｂにする工程と、を備えるものとして把握することができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、膜厚が異なる複数の領域を有する非晶質シリコン膜に対して、非晶質シリコン膜の最も膜厚が薄い領域がアブレーションせず、かつ、最も膜厚が厚い領域が完全溶融するエネルギーのレーザビームを照射するようにしたので、ラテラル成長により、膜厚が異なる複数の領域を有する非晶質シリコン膜から電気的特性に優れた多結晶シリコン膜を形成することができる。特に、このような製法で形成された多結晶シリコン膜を用いて、電気的特性に優れたトランジスターと、光効率に優れた受光素子とを形成できるため、製造工程を簡略化でき、生産性に優れ、歩留まりの高い表示装置の製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の多結晶シリコン膜を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の多結晶シリコン膜の製造方法を示す図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の多結晶シリコン膜の製造方法を示す図で、図２に続く図。
【図４】レーザが照射される非晶質シリコン膜の厚さを５０ｎｍ〜１５０ｎｍまで変えた時の、レーザ照射エネルギーの範囲と、多結晶シリコン膜の結晶粒径と、の関係を示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の表示装置のアレイ基板を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の表示装置のアレイ基板の製造方法を示す断面図。
【図７】４種類の方法で形成したアレイ基板のトランジスターの特性を示す図。
【図８】４種類の方法で形成したアレイ基板の受光素子の特性を示す図である。
【図９】比較例Ｔｙｐｅ２のアレイ基板およびその製造方法を示す断面図。
【図１０】比較例Ｔｙｐｅ３のアレイ基板およびその製造方法を示す断面図。
【図１１】比較例Ｔｙｐｅ４のアレイ基板およびその製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
１０１  絶縁基板
１０３  非晶質シリコン膜
１０３Ａ  第１の非晶質シリコン膜
１０３Ｂ  第２の非晶質シリコン膜
１１３  多結晶シリコン膜
１１３Ａ  第１の多結晶シリコン膜
１１３Ｂ  第２の多結晶シリコン膜
１２３  トランジスターの能動層
１３３  受光素子の半導体層
【図１】
2004253646.tif 000003
【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】
2004253646.tif 000008
【図７】
2004253646.tif 000009
【図８】
2004253646.tif 000010
【図９】
2004253646.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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