(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面上に保温膜を形成し、
前記絶縁表面及び前記保温膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に反射膜を形成し、
前記反射膜のうち、前記保温膜上に形成された領域を除去し、
前記絶縁表面に対して前記半導体膜が形成されている側から前記半導体膜にレーザビームを照射して、結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜のうち、前記保温膜上に形成された領域を用いて薄膜トランジスタのチャネル形成領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
絶縁表面上に保温膜を形成し、
前記絶縁表面及び前記保温膜上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜を部分的にエッチングし、
前記絶縁表面及び前記第１の絶縁膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜上に反射膜を形成し、
前記反射膜のうち、前記保温膜上に形成された領域を除去し、
前記絶縁表面に対して前記半導体膜が形成されている側から前記半導体膜にレーザビームを照射して、結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜のうち、前記保温膜上に形成された領域を用いて薄膜トランジスタのチャネル形成領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
絶縁表面上に保温膜を形成し、
前記絶縁表面及び前記保温膜上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜を部分的にエッチングし、
前記絶縁表面及び前記第１の絶縁膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜上に反射膜を形成し、
前記反射膜のうち、前記保温膜上に形成された領域を除去し、
前記第２の絶縁膜のうち、前記反射膜と重ならない領域を除去し、
前記絶縁表面に対して前記半導体膜が形成されている側から前記半導体膜にレーザビームを照射して、結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜のうち、前記保温膜上に形成された領域を用いて薄膜トランジスタのチャネル形成領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項２または３において、前記第１の絶縁膜として、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、または酸化珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか一において、前記第２の絶縁膜として、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、または酸化珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一において、前記反射膜のうち、前記保温膜上に形成された領域を除去して、少なくとも１つの頂点の角度が６０度未満である頂点を有する多角形の上面形状を有する反射膜を形成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６のいずれか一において、前記保温膜として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ビニル基、フェニル基、またはＣＦ３基を含有する酸化珪素膜を形成す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６のいずれか一において、前記保温膜として、多孔質珪素膜、または多孔質酸化珪素膜を形成す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１乃至８のいずれか一において、前記反射膜として、金属膜を形成す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１乃至９のいずれか一において、前記絶縁表面と前記保温膜との間に、下地絶縁膜を形成す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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと言う）で構成された回路を有する半導体装置の作製方法に関する。例えば、液晶表示装置に代表される電気光学装置、及び電気光学装置を部品として搭載した電気機器の構成に関する。また、前記装置の作製方法に関する。なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能し得る装置全般を指し、上記電気光学装置及び電気機器もその範疇にあるとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜に対し、レーザアニール法により、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が広く研究されている。上記非晶質半導体膜には珪素がよく用いられる。
【０００３】
ガラス基板は、従来よく使用されてきた合成石英ガラス基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作製できる利点を持っている。これが上記研究の行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザは基板の温度を余り上昇させずに、非晶質半導体膜のみ高いエネルギーを与えることが出来る。
【０００４】
結晶質半導体は多くの結晶粒から形成されているため、多結晶半導体膜とも呼ばれる。また、半導体膜が有する結晶粒の粒径より大きい粒径の結晶粒を有する半導体膜を結晶質半導体膜とする。レーザアニール法により形成された結晶質半導体膜は、高い移動度を有するため、この結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを形成し、例えば、１枚のガラス基板上に、画素部用と駆動回路用のＴＦＴを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に盛んに利用されている。
【０００５】
また、出力の大きい、エキシマレーザ等のパルスレーザビームを、被照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上の線状となるように光学系にて加工し、レーザビームを走査させて(あるいはレーザビームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて)、レーザアニール法を行う方法が生産性が高く工業的に優れているため、広く用いられている。
【０００６】
特に、線状ビームを用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザビームを用いた場合とは異なり、線状ビームの長尺方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザビームを照射することが出来るため、生産性が高い。長尺方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率の良い走査方向であるからである。この高い生産性により、現在レーザアニール法にはパルス発振のエキシマレーザのレーザビームを適当な光学系で加工した線状ビームを使用することが、ＴＦＴを用いる液晶表示装置等の製造技術の主流になりつつある。その技術は１枚のガラス基板上に画素部を形成するＴＦＴ（画素ＴＦＴ）と、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを形成したモノシリック型の液晶表示装置を可能とした。
【０００７】
しかし、レーザアニール法で作製される結晶質半導体膜は複数の結晶粒が集合して形成され、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであった。ガラス基板上に作製されるＴＦＴは素子分離のために、前記結晶質半導体膜を島状のパターニングに分離して形成している。その場合において、結晶粒の位置や大きさを指定して形成する事はできなかった。結晶粒内と比較して、結晶粒の界面（結晶粒界）には非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、結晶粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性を低下することが知られている。チャネル形成領域の半導体膜の結晶性は、ＴＦＴの電気的特性に重大な影響を及ぼすが、結晶粒界の影響を排除して単結晶の半導体膜で前記チャネル形成領域を形成することはほとんど不可能であった。
【０００８】
このような問題を解決するために、レーザアニール法において、位置制御され、しかも大粒径の結晶粒を形成する様々な試みがなされている。ここではまず、半導体膜にレーザビームを照射した後の前記半導体膜の固化過程について説明する。
【０００９】
レーザビームの照射によって完全溶融した半導体膜中に結晶核が生成するまでにはある程度の時間が掛かり、完全溶融領域において均一（あるいは不均一）に無数の結晶核が生成し、結晶成長することで、完全溶融した前記半導体膜の固化過程は終了する。この場合に得られる結晶粒の位置と大きさはランダムなものとなる。
【００１０】
また、レーザビームの照射によって前記半導体膜が完全溶融することなく、固相半導体領域が部分的に残存している場合には、レーザビームの照射後、直ちに前記固相半導体領域から結晶成長が始まる。既に述べたように、完全溶融領域において結晶核が生成するにはある程度時間が掛かる。そのため、完全溶融領域において結晶核が生成するまでの間に、前記半導体膜の膜面に対する平行方向（以下、ラテラル方向と呼ぶ）に結晶成長の先端である固液界面（固相半導体領域と完全溶融領域との境界を指す。）が移動することで、結晶粒は膜厚の数十倍もの長さに成長する。このような成長は、完全溶融領域において均一（あるいは不均一）に無数の結晶核が生成し、結晶成長することで終了する。以下、この現象をスーパーラテラル成長と言う。
【００１１】
非晶質半導体膜や多結晶半導体膜においても、前記スーパーラテラル成長が実現するレーザビームのエネルギー領域は存在する。しかし、前記エネルギー領域は非常に狭く、また、大粒径の結晶粒の得られる位置については制御できなかった。さらに、大粒径の結晶粒以外の領域は結晶核が無数に生成した微結晶領域、もしくは非晶質領域であった。
【００１２】
以上に説明したように、半導体膜が完全溶融するレーザビームのエネルギー領域でラテラル方向の温度勾配を制御する（ラテラル方向への熱流を生じさせる）ことが出来れば、結晶粒の成長位置および成長方向を制御することが出来る。この方法を実現するために様々な試みがなされている。
【００１３】
例えば、「Lateral Growth control in excimer laser crystallized polysilicon : Thin Solid Films 337 (1999),p137-p142」では、位置制御された結晶粒を形成する方法について述べている。まず、非晶質半導体膜上に金属膜（Ｃｒ単層、またはＣｒ膜上にＡｌ膜を形成した積層）を形成し、部分的にエッチングを行って、前記非晶質半導体膜上に金属膜のある領域とない領域を形成する。波長３０８ｎｍでのＣｒの反射率は約６０％であり、また、Ａｌの反射率は約９０％であるため、波長３０８ｎｍのレーザビームを照射すると、金属膜の下方の非晶質半導体領域は金属膜で覆われていない非晶質半導体領域に比べてレーザビームが照射されないことになる。つまり、金属膜の下方の非晶質半導体領域と、金属膜で覆われていない非晶質半導体領域とで温度勾配が生じる。そのため、金属膜の下方の非晶質半導体領域で生成した結晶核は、まだ溶融状態にある金属膜で覆われていない非晶質半導体領域へとラテラル成長し、１〜２μｍの結晶粒が形成されることが報告されている。
【００１４】
東工大の松村正清氏らは、第４７回応用物理学関係連合講演会において、位置制御された大粒径の結晶粒を形成する方法について発表している。ガラス基板上に有機ＳＯＧ膜を形成し、前記有機ＳＯＧ膜上に酸化珪素膜を形成し、前記酸化珪素膜上に非晶質珪素膜を形成し、前記非晶質珪素膜中には絶縁層（埋め込み絶縁層）を埋め込んでいる（図６（Ｃ））。前記埋め込み絶縁層は上面形状が四角形で、かつ前記四角形の少なくとも１つの頂点の角度を６０度にしている。
【００１５】
酸化珪素膜およびガラス基板はランダムにＳｉ−Ｏ結合のネットワークを形成しているので、ガラス基板上に酸化珪素膜を形成し、前記酸化珪素膜にレーザビームが照射されると、レーザビームの照射によるエネルギーのガラス基板への流出を容易なものとなる。しかし、炭素を含む官能基を含有する酸化珪素膜（本明細書中では炭素を含む官能基を含有する酸化珪素膜を官能基含有酸化珪素膜と定義する。）は、官能基で結合手が終端するので、Ｓｉ−Ｏ結合のネットワークの形成に関与しない。そのため、基板上に官能基含有酸化珪素膜を形成すると、前記官能基含有酸化珪素膜は熱の伝搬速度が低下し、保温効果を有する膜として有効に作用する。以下、本明細書中では熱の伝搬速度が酸化珪素膜およびガラス基板より遅いことを保温効果といい、保温効果を有する膜を保温膜と定義する。また、本明細書中において伝搬速度が速いとは、熱伝導率が高いことを意味し、伝搬速度が遅いとは熱伝導率が低いことを意味する。また、レーザビームを照射する際には、位相シフトマスク(図６（Ａ）)を用いて、レーザビームのエネルギーに勾配を持たせて(図６（Ｂ）)照射する。このようにして、位置制御された大粒径の結晶粒を形成すると言うものである。
【００１６】
「R.Ishihara and A.Burtsev : AM-LCD '98.,p153-p156,1998」では、基板と下地の酸化珪素膜との間に高融点金属膜を形成し、前記高融点金属膜の上方に非晶質珪素膜を形成し、エキシマレーザのレーザビームを基板の表面側（本明細書中では膜が形成されている面と定義する）と裏面側（本明細書中では膜が形成されている面と反対側の面と定義する）の両側から照射するレーザアニール法についての報告がある。基板の表面側から照射されるレーザビームは、珪素膜に吸収されて熱に変わる。一方、基板の裏面側から照射されるレーザビームは前記高融点金属膜に吸収されて熱に変わり、前記高融点金属膜を高温で加熱する。加熱された前記高融点金属膜と珪素膜の間の前記酸化珪素膜が、熱の蓄積層として働くため、溶融している珪素膜の冷却速度を遅くする事ができる。ここでは、高融点金属膜を任意の場所に形成することにより、任意の場所に最大で直径６．４μｍの結晶粒を得ることができることが報告されている。
【００１７】
また、コロンビア大のJames S. Im氏らは、任意の場所にスーパーラテラル成長を実現させることの出来るSequential Lateral Solidification method（以下、ＳＬＳ法と言う。）を示した。ＳＬＳ法は、１ショット毎にスリット状のマスクをスーパーラテラル成長が行なわれる距離程度（約０．７５μｍ）移動させて、結晶化を行うものである。
【００１８】
【本発明が解決しようとする課題】
非晶質半導体膜上に金属膜を部分的に形成し、レーザビームを照射して、結晶化を行う方法は、得られる結晶粒の粒径が１〜２μｍと小さいことと、結晶粒の形成される位置は制御できても、単結晶単位では形成する位置を制御することが出来なかった。また、非晶質半導体膜上に直接金属膜を形成しているため、非晶質半導体膜中へ金属元素が拡散し、前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体を用いてＴＦＴを作製すると、前記ＴＦＴの電気的特性を低下させる原因となる可能性があった。さらに、金属膜や非晶質半導体膜にクラックやピーリングを発生させる可能性があった。
【００１９】
松村氏らの発表による方法では、レーザビームのエネルギー勾配を作るための位相シフトマスクを用いる必要性がある。そのため、位相シフトマスクと埋め込み絶縁層との相対的な位置決めの技術にミクロン単位の精密な制御が必要であり、通常のレーザ照射装置と比較して複雑な装置になる。また、レーザビームを照射して半導体膜が溶融状態から冷却するとき、埋め込み絶縁層の上面形状は四角形であり、前記四角形の少なくとも１つの頂点の角度は６０度と広いため、前記頂点付近の下方に存在する前記半導体膜中で多数の結晶核が生成する。そのため、成長する結晶粒同士が衝突し合い、大粒径の結晶粒の形成される確率が低いと言う問題点があった。さらに、非晶質珪素膜中に絶縁層を埋め込むと言う複雑な構造をしており、ＴＦＴを作製した際、ＴＦＴの実際の機能とは関係のない前記絶縁層が残ってしまうと言う問題があった。
【００２０】
R. Ishihara氏らの方法により形成された半導体膜を活性層としてトップゲート型のＴＦＴを作製することは構造的には可能である。しかしながら、半導体膜と高融点金属膜との間に設けられた酸化珪素膜により寄生容量が発生するので、消費電力が増加し、ＴＦＴの高速動作を実現することは困難となる。一方、高融点金属膜をゲート電極とすることにより、ボトムゲート型または逆スタガ型のＴＦＴに対しては有効に適用でき得ると考えられる。しかし、基板上に酸化珪素膜を形成し、該酸化珪素膜上に高融点金属膜を形成し、該高融点金属膜上に非晶質珪素膜を形成する構造において、半導体膜の膜厚を除いたとしても、高融点金属膜と酸化珪素膜の膜厚は、結晶化工程において適した膜厚と、ＴＦＴ素子としての電気的特性のおいて適した膜厚とは必ずしも一致しない。そのため、結晶化工程における最適設計と素子構造の最適設計とを両方同時に満足することができない。
【００２１】
また、透光性のない高融点金属膜をガラス基板の全面に形成すると、透過型の液晶表示装置を作製することは不可能になってしまう。高融点金属材料として使用されるクロム（Ｃｒ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は内部応力が高いので、ガラス基板との密着性に問題が生じる可能性が高い。さらに、内部応力の影響はこの上層に形成する半導体膜へも及び、形成された結晶質半導体膜に歪みを与える力として作用する可能性が高い。
【００２２】
一方、ＴＦＴにおいて重要なパラメータである閾値電圧（以下、Ｖthと記す。）を所定の範囲内に制御するためには、チャネル形成領域の荷電子制御のほかに、活性層に密接して絶縁膜で形成する下地膜やゲート絶縁膜の荷電欠陥密度を低減させることや、その内部応力のバランスを考慮する必要がある。このような要求に対して、酸化珪素膜や酸化窒化珪素膜などの珪素を構成元素として含む材料が適していた。したがって、基板と下地膜との間に高融点金属膜を設けることは、そのバランスを崩してしまうことが懸念される。
【００２３】
また、ＳＬＳ法は、マスクと基板との相対的な位置決めの技術にミクロン単位の精密な制御が必要であり、通常のレーザ照射装置と比較して複雑な装置になってしまう。さらに、大面積領域を有する液晶表示装置に適用されるＴＦＴの作製に用いるにはスループットに問題がある。
【００２４】
本発明はこれらのような問題点を解決するための技術であり、結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶質半導体膜を作製し、さらに前記結晶質半導体膜をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることにより、高速動作が可能なＴＦＴを実現することを目的とする。さらにそのようなＴＦＴを透過型の液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス材料を用いた表示装置などのさまざまな半導体装置に適用できる技術を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザアニール法で作製される結晶質半導体膜の結晶粒の大粒径化を実現するために、半導体膜と基板との間に保温膜を形成してレーザビームの照射によって得られた熱の流出速度を低下させ、半導体膜の冷却過程を緩やかなものとし、かつ、半導体膜上に前記保温膜と重ならない領域に部分的に反射膜（本明細書中では反射率の高い膜を反射膜と定義する。）を形成して半導体膜中での温度勾配を作ることによって、位置制御された大粒径の結晶粒を得ることを特徴とする。結晶成長距離は成長時間（半導体膜が溶融してから固化するまでに要する時間）と成長速度（固液界面の移動速度）の積に比例するので、冷却速度が緩やかとなり成長時間が長くなることで大粒径化を実現し、かつ位置制御することができる。
【００２６】
保温膜はメチル（ＣＨ3）基、エチル（Ｃ2Ｈ5）基、プロピル（Ｃ3Ｈ7）基、ブチル（Ｃ4Ｈ9）基、ビニル（Ｃ2Ｈ3）基、フェニル（Ｃ6Ｈ5）基、ＣＦ3基のいずれかを含有する酸化珪素膜（官能基含有酸化珪素膜）で形成する。これらのうちいずれかの官能基を有する酸化珪素膜は、官能基で結合手が終端するので、Ｓｉ−Ｏ結合のネットワークの形成に関与しない。そのため、熱の伝搬速度が低下し、保温膜として有効に作用する。また、保温膜の他の形態として多孔質珪素膜や多孔質酸化珪素膜を用いることも有効である。多孔質珪素膜および多孔質酸化珪素は空孔のために熱の伝搬速度が低下するので、保温膜として利用できる。
【００２７】
前記保温膜に前記官能基含有酸化珪素膜を用いた場合、該官能基含有酸化珪素膜から不純物の拡散を防ぐため、前記官能基含有酸化珪素膜上に絶縁膜を形成するのが望ましい。また、保温膜として多孔質珪素膜または多孔質酸化珪素膜を用いた場合も、前記多孔質珪素膜または多孔質酸化珪素膜の表面の平坦性を保つため、やはり前記多孔質珪素膜上または多孔質酸化珪素膜上に絶縁膜を形成するのが望ましい。
【００２８】
続いて、半導体膜上に部分的に反射膜を形成して、半導体膜に対するレーザビームの実効的な照射強度を変化させる方法について説明する。レーザビームの実効的な照射強度の分布を作るためには、半導体膜上に部分的に反射膜を形成し、前記反射膜が形成されている側からレーザビームを照射すればよい。ここでは、反射膜として金属膜を、半導体膜として非晶質珪素膜を例に挙げて説明する。
【００２９】
図４に示すように、膜厚が５５ｎｍの非晶質珪素膜にレーザビームを照射すると、レーザビームの波長によって反射率が変化する。また、図５に示すように金属膜に対してレーザビームを照射した場合も、レーザビームの波長によって反射率は変化する。ここで、半導体膜上に部分的に反射膜を形成して、半導体膜に対するレーザビームの実効的な照射強度の分布を作るためには、反射膜に対する反射率と半導体膜に対する反射率とが少なくとも同程度か、反射膜に対する反射率の方が半導体膜に対する反射率より高くなるようにする。ただし、レーザビームの波長、半導体膜の種類および膜厚、反射膜の種類などによって反射率は異なるので、その都度、最適な条件は異なる。
【００３０】
このような方法で、前記反射膜と半導体膜に対し実効的なエネルギーの照射強度の分布を作れば、反射膜の下方に存在する前記半導体膜ではレーザビームの照射強度が弱く、完全に溶融しなくなる。既に述べたように、固相半導体領域が部分的に残存している場合には、レーザビームの照射後、直ちに前記固相半導体領域から結晶成長が始まる。完全溶融領域において結晶核が生成するまでの間に、ラテラル方向に結晶成長の先端である固液界面が移動することで、結晶粒が成長するので、大粒径の結晶粒を形成することができる。また、反射膜の下方に存在する前記半導体膜が完全に溶融する場合でも、レーザビームの照射強度が上方に反射膜がない半導体膜に比べて弱いため、反射膜の下方に存在する前記半導体膜が他の領域の半導体膜に比べて早く冷却する。そのため、反射膜の下方に存在する前記半導体膜から結晶成長が始まり、他の領域の半導体膜へ結晶粒が成長する。ただし、半導体膜上に直接反射膜を形成すると、反射膜から半導体膜中へ不純物が拡散する可能性が高く、また、半導体膜や反射膜にクラックやピーリングが生じる可能性も高い。そのため、前記半導体膜と反射膜の間に絶縁膜を形成するのが望ましい。
【００３１】
また、反射膜の上面形状は多角形であり、かつ前記多角形は角度が６０度未満の頂点を有するものとする。このような形状にすると、レーザビームを照射したときに前記頂点の下方の半導体膜中での結晶核の生成密度が低くなり、成長する結晶粒同士が衝突し合うのを防ぐことが出来る。
【００３２】
さらに前記半導体膜と反射膜の間に形成した該絶縁膜を反射防止膜として機能させることも出来る。図３に、非晶質珪素膜（膜厚５５ｎｍ）上に酸化珪素膜を形成し、該酸化珪素膜の膜厚をパラメータとして、該酸化珪素膜側からレーザビームを照射したときの反射率の変化する例を示す。図３（Ａ）は波長３０８ｎｍのレーザビームを照射した例であり、図３（Ｂ）は波長５３２ｎｍのレーザビームを照射した例である。図３から、反射率は周期的に変化しており、反射率の低いときの膜厚にすれば、前記酸化珪素膜を反射防止膜として機能することがわかる。もちろん、絶縁膜は酸化珪素膜に限定されず、他の絶縁膜を反射防止膜として機能することが可能である。
【００３３】
さらに、レーザビームを照射する際に基板を５００度程度まで加熱しても良い。こうすることで半導体膜における熱の流出速度の低下が期待され、結晶粒の粒径を拡大することが出来る。
【００３４】
このように、保温膜を半導体膜と基板との間に介在させ、かつ半導体膜上で前記保温膜と重ならない位置に反射膜を形成してレーザアニール法により作製される結晶質半導体膜は、さまざまの半導体装置に適用できる。特に、ＴＦＴの活性層を形成するのに適している。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１〜２の断面図を用いて説明する。但し、図１（Ｄ）および図２（Ｃ）においては断面図と同時に上面図も記載した。
【００３６】
基板１１の上に下地絶縁膜１２を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。
【００３７】
前記下地絶縁膜１２上に保温膜１３をメチル（ＣＨ3）基、エチル（Ｃ2Ｈ5）基、プロピル（Ｃ3Ｈ7）基、ブチル（Ｃ4Ｈ9）基、ビニル（Ｃ2Ｈ3）基、フェニル（Ｃ6Ｈ5）基、ＣＦ3基のいずれかを含有する酸化珪素膜（官能基含有酸化珪素膜）、または、多孔質珪素膜や多孔質酸化珪素で形成する。
【００３８】
前記保温膜１３の熱伝導率は、石英基板の場合は１．４Ｗ／ｍ・ｋで、酸化珪素膜では１〜２Ｗ／ｍ・ｋであることから、１．０Ｗ／ｍ・ｋ以下、好ましくは０．３Ｗ／ｍ・ｋ以下であることが望ましい。
【００３９】
保温膜１３を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、保温膜１３における不要な部分をエッチングして保温膜１４を形成する。
【００４０】
続いて、前記保温膜１４を官能基含有酸化珪素膜で形成した場合、前記保温膜１４からの不純物が後工程で形成する半導体膜中に拡散するのを防ぐため、第１の絶縁膜１５を形成するのが望ましい。第１の絶縁膜１５として公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、または酸化珪素膜に代表される絶縁膜で形成する。また、前記保温膜１４を多孔質珪素膜または多孔質酸化珪素膜で形成した場合も、前記多孔質珪素膜または多孔質酸化珪素膜の表面には約１０11個／ｃｍ2の空孔があるため、前記保温膜１４の表面を平坦化するためにも、公知の手段により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで第１の絶縁膜１５を形成する。
【００４１】
フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、第１の絶縁膜１５における不要な部分をエッチングして、第１の絶縁膜１６を形成する。
【００４２】
次に、半導体膜１７をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の手段で１０〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。但し、前記半導体膜１７としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、多結晶半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。
【００４３】
前記半導体膜１７上に後工程で形成する反射膜からの不純物が前記半導体膜中に拡散するのを防ぐため、第２の絶縁膜１８を形成するのが望ましい。また、前記第２の絶縁膜１８を同時に反射防止膜としても機能させるのであれば、図３に示したように、レーザビームの波長に応じた反射率の低い膜厚にする必要がある。前記第２の絶縁膜１８として、公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。
【００４４】
前記第２の絶縁膜１８上に反射膜１９を形成する。前記反射膜１９として、金属膜を形成するなら、スパッタ法や蒸着法など公知の手段により１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。前記金属膜として、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記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、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【００４５】
前記反射膜１９を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングして、反射膜２０を形成する。前記反射膜２０の形状は特に限定しないが、上面形状は少なくとも１つの角度が６０度未満である頂点を有する多角形であるのが望ましい。以下、角度が６０度未満の頂点を頂点Ａとする。このような形状にすれば、レーザビームを照射し、半導体膜が冷却する過程において、前記頂点Ａ付近の下方に存在する半導体膜中での結晶核の生成密度を低くし、成長する結晶粒同士が衝突し合うのを防ぐことが出来るからである。
【００４６】
続いて、第２の絶縁膜１８を反射防止膜として機能させない場合は、前記反射膜と重なる領域以外の前記第２の絶縁膜をフォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、エッチングして第２の絶縁膜２１を形成する。
【００４７】
図２（Ａ）は基板の表面側からレーザビームを照射する結晶化工程を説明する図である。レーザアニール法による結晶化は、まず半導体膜が含有する水素を放出させておくことが望ましく、４００〜５００℃で窒素雰囲気に１時間程度曝して、含有する水素量を５atom％以下にしておくと良い。これにより、膜の耐レーザ性が著しく向上する。
【００４８】
レーザアニール法において用いるレーザ発振器について説明する。エキシマレーザは大出力で、現状で３００Ｈｚ程度の高周波パルスを発振出来るため、良く用いられている。また、パルス発振のエキシマレーザだけでなく、連続発振のエキシマレーザや、Ａｒレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ等も用いることが出来る。また、レーザビームの照射は真空中、大気中、窒素雰囲気中などで行うことが出来る。さらに、レーザビームを照射する際に基板を５００度程度まで加熱しても良い。こうすることで半導体膜における熱の流出速度の低下が期待され、結晶粒の粒径を拡大することが出来る。
【００４９】
前述のいずれかのレーザ発振器を用い、また、いずれかの雰囲気中で、基板の表面側からレーザビームを照射し、前記半導体膜の結晶化を行う。
【００５０】
ここで、図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、反射膜の両端を境界とし、保温膜１４を含む領域を領域Ａ、反射膜２０を含む領域を領域Ｂ、保温膜１４および反射膜２０を含まない領域を領域Ｃとする。
【００５１】
レーザビームが照射されることにより、半導体膜は溶融状態になる。しかし、領域Ｂの半導体膜は前記半導体膜上に反射膜が存在し、前記反射膜によってレーザビームが反射されるため、領域Ａおよび領域Ｃの半導体膜に比べて、領域Ｂの半導体膜はレーザビームの実効的な照射強度が低くなる。そのため、反射膜の下方には固相半導体領域２３が残存し、レーザビームの照射後、直ちに前記固相半導体領域２３から半導体膜の内部に生じた温度勾配を利用して結晶成長する。特に、頂点Ａ付近の固相半導体領域２３では、前記頂点Ａの角度が６０度未満と狭いため、結晶核２４の生成密度は低くなっており、さらに、領域Ａの半導体膜は保温膜１４の存在により溶融状態が長く続くため、前記結晶核２４は領域Ａに向かって結晶成長が進行する。このようにして、領域Ａの半導体膜において大粒径の結晶粒が形成される。また、領域Ｃでは半導体膜の下方に保温膜１４が存在しないため、領域Ａよりも冷却が早く、結晶核が生成し、結晶成長が起こる。このようにして、レーザビームを照射する前の半導体膜より、粒径の大きな結晶粒を有する結晶質半導体膜２５が形成される。
【００５２】
レーザビームを照射して形成された前記結晶質半導体膜２５は、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃の加熱処理、あるいは、プラズマによって生成された水素を含む雰囲気中で２００〜４５０℃の加熱処理によって、残留する欠陥を減少することができる。
【００５３】
反射膜をフォトリソグラフィー法等により除去した後、第２の絶縁膜（または第２の絶縁膜）をフォトリソグラフィー法等により除去する。
【００５４】
このようにして作製された結晶質半導体膜２５において、図２（Ｃ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域２６をチャネル形成領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【００５５】
【実施例】
［実施例１］
本発明の実施例について図１〜２の断面図を用いて説明する。但し、図１（Ｄ）および図２（Ｃ）においては断面図と同時に上面図も記載した。
【００５６】
図１（Ａ）において基板１１には、合成石英ガラス基板、バリウムホウケイ酸ガラスアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラスと言ったガラス基板、またはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡｒ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）と言った透明フィルムを用いても良い。例えば、コーニング社製の７０５９ガラスや１７３７ガラスなどを好適に用いることが出来る。
【００５７】
前記基板１１の上に下地絶縁膜１２を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成する。
【００５８】
前記下地絶縁膜１２上に保温膜１３を官能基含有酸化珪素膜で形成する。保温膜１３をメチル（ＣＨ3）基、エチル（Ｃ2Ｈ5）基、プロピル（Ｃ3Ｈ7）基、ブチル（Ｃ4Ｈ9）基、ビニル（Ｃ2Ｈ3）基、フェニル（Ｃ6Ｈ5）基、ＣＦ3基のいずれかを含有する酸化珪素膜で形成する方法について説明する。作製方法は原料とする有機材料にも依存するが、気相法または液相法を用いる。保温膜１３の膜厚は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ（好ましくは、２００〜５００ｎｍ）とすることが望ましい。この膜厚を最適化することにより、レーザアニール工程における半導体膜の冷却速度を制御する。１００ｎｍより薄い場合には十分な保温効果を得ることができない。また、１０００ｎｍよりも厚いと、後工程で形成する半導体膜にクラック（亀裂）などがはいるので好ましくない。本実施例では膜厚５０ｎｍのメチル（ＣＨ3）基含有酸化珪素膜を形成する。
【００５９】
保温膜１３を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、保温膜１３における不要な部分をエッチングして、保温膜１４を形成する。前記エッチングにはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。前記ウエットエッチング法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングしても良い。
【００６０】
続いて、前記保温膜１４からの不純物が後工程で形成する半導体膜中に拡散するのを防ぐため、第１の絶縁膜１５を形成する。第１の絶縁膜１５として公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。
【００６１】
フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、第１の絶縁膜１５における不要な部分をエッチングして、第１の絶縁膜１６を形成する。前記エッチングにはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。前記ウエットエッチング法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングしても良い。
【００６２】
次に、半導体膜１７をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の手段で１０〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。但し、前記半導体膜１７としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、多結晶半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質珪素膜を成膜する。
【００６３】
前記半導体膜１７上に後工程で形成する反射膜からの不純物が前記半導体膜中に拡散するのを防ぐため、第２の絶縁膜１８を形成する。前記絶縁膜１８として、公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成する。
【００６４】
前記第２の絶縁膜１８上に反射膜１９を形成する。前記反射膜１９として、金属膜を形成するなら、スパッタ法や蒸着法など公知の手段により１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。前記金属膜として、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記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、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。本実施例では膜厚５０ｎｍのＣｒ膜を形成した。
【００６５】
前記反射膜１９を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングして、反射膜２０を形成する。反射膜２０の形状は特に限定しないが、上面形状は少なくとも１つの角度が６０度未満である頂点を有する多角形であるのが望ましい。以下、角度が６０度未満の頂点を頂点Ａとする。このような形状にすれば、レーザビームを照射し、半導体膜が冷却する過程において、前記頂点Ａ付近の下方に存在する半導体膜中での結晶核の生成密度を低くし、成長する結晶粒同士が衝突し合うのを防ぐことが出来るからである。
【００６６】
続いて、第２の絶縁膜１８において、反射膜と重なる領域以外の第２の絶縁膜をフォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、エッチングして第２の絶縁膜２１を形成する。
【００６７】
図２（Ａ）は基板の表面側からレーザビームを照射する結晶化工程を説明する図である。レーザアニール法による結晶化は、まず半導体膜が含有する水素を放出させておくことが望ましく、４００〜５００℃で窒素雰囲気に１時間程度曝して、含有する水素量を５ａｔｏｍ％以下にしておくと良い。これにより、膜の耐レーザ性が著しく向上する。
【００６８】
レーザアニール法において用いるレーザ発振器について説明する。エキシマレーザは大出力で、現状で３００Ｈｚ程度の高周波パルスを発振出来るため、良く用いられている。また、パルス発振のエキシマレーザだけでなく、連続発振のエキシマレーザや、Ａｒレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ等も用いることが出来る。また、レーザビームの照射は真空中、大気中、窒素雰囲気中などで行うことが出来る。さらに、レーザビームを照射する際に基板を５００度程度まで加熱しても良い。こうすることで半導体膜における熱の流出速度の低下が期待され、結晶粒の粒径を拡大することが出来る。
【００６９】
本実施例では、パルス発振のＸｅＣｌエキシマレーザ発振器を用い、また、大気中で、基板の表面側からレーザビームを照射し、前記半導体膜の結晶化を行う。
【００７０】
ここで、図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、反射膜の両端を境界とし、保温膜１４を含む領域を領域Ａ、反射膜２０を含む領域を領域Ｂ、保温膜１４および反射膜２０を含まない領域を領域Ｃとする。
【００７１】
レーザビームが照射されることにより、半導体膜は溶融状態になる。しかし、領域Ｂの半導体膜は前記半導体膜上に反射膜が存在し、前記反射膜によってレーザビームが反射されるため、領域Ａおよび領域Ｃの半導体膜に比べて、領域Ｂの半導体膜はレーザビームの実効的な照射強度が低くなる。そのため、反射膜の下方には固相半導体領域２３が残存し、レーザビームの照射後、直ちに前記固相半導体領域２３から半導体膜の内部に生じた温度勾配を利用して結晶成長する。特に、頂点Ａ付近の固相半導体領域２３では、前記頂点Ａの角度が６０度未満と狭いため、結晶核２４の生成密度は低くなっており、さらに、領域Ａの半導体膜は保温膜１４の存在により溶融状態が長く続くため、前記結晶核２４は領域Ａに向かって結晶成長が進行する。このようにして、領域Ａの半導体膜において大粒径の結晶粒が形成される。また、領域Ｃでは半導体膜の下方に保温膜１４が存在しないため、領域Ａよりも冷却が早く、結晶核が生成し、結晶成長が起こる。
【００７２】
レーザビームを照射して形成された前記結晶質半導体膜２５は、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃の加熱処理、あるいは、プラズマによって生成された水素を含む雰囲気中で２００〜４５０℃の加熱処理によって、残留する欠陥を減少することができる。
【００７３】
反射膜をフォトリソグラフィー法等により除去した後、第２の絶縁膜をフォトリソグラフィー法等により除去する。
【００７４】
このようにして作製された結晶質半導体膜２５において、図２（Ｃ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域２６をチャネル形成領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【００７５】
［実施例２］
本実施例は、実施例１と異なる作製方法の一例を示す。なお、本実施例は、実施例１とは保温膜１３の形成方法の工程が異なっているだけでその後の工程は実施例１と同一であるため省略する。
【００７６】
まず、実施例１と同様に基板を用意する。基板１１には、合成石英ガラス基板、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラスと言ったガラス基板、またはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡｒ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）と言った透明フィルムを用いても良い。例えば、コーニング社製の７０５９ガラスや１７３７ガラスなどを好適に用いることが出来る。
【００７７】
前記基板１１の上に下地絶縁膜１２を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成する。
【００７８】
前記下地絶縁膜１２上に保温膜１３をメチル（ＣＨ3）基、エチル（Ｃ2Ｈ5）基、プロピル（Ｃ3Ｈ7）基、ブチル（Ｃ4Ｈ9）基、ビニル（Ｃ2Ｈ3）基、フェニル（Ｃ6Ｈ5）基、ＣＦ3基のいずれかを含有する酸化珪素膜で形成する方法について説明する。その作製方法の一例は、ＴＥＯＳとＯ2とを混合し、反応圧力２０〜１００Ｐａ、基板温度２００〜３５０℃として、高周波（１３．５６MHz）、電力密度０．１〜０．５Ｗ／ｃｍ2でグロー放電を形成する。最適な作製条件は実際に使用する装置の特性にも依存するが、基板温度と電力密度を低下させて未分解のＣxＨy結合を残留させることにより官能基含有酸化珪素膜を形成することができる。本実施例では膜厚５０ｎｍのメチル基含有酸化珪素膜を形成する。
【００７９】
前記保温膜１３の熱伝導率は、石英基板の場合は１．４Ｗ／ｍ・ｋで、酸化珪素膜では１〜２Ｗ／ｍ・ｋであることから、１．０Ｗ／ｍ・ｋ以下、好ましくは０．３Ｗ／ｍ・ｋ以下であることが望ましい。
【００８０】
保温膜１３を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、保温膜１３における不要な部分をエッチングして、保温膜１４を形成する。前記エッチングにはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。前記ウエットエッチング法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングしても良い。
【００８１】
以降の工程は、実施例１に従えば、図２（Ｃ）で示す結晶質半導体膜を形成することができ、図２（Ｃ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域２６をチャネル形成領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【００８２】
［実施例３］
本実施例は、実施例１および実施例２と異なる作製方法の一例を示す。なお、本実施例は、実施例１とは保温膜１３の形成方法の工程が異なっているだけでその後の工程は実施例１と同一であるため省略する。
【００８３】
まず、実施例１と同様に基板を用意する。基板１１には、合成石英ガラス基板、バリウムホウケイ酸ガラスアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラスと言ったガラス基板、またはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡｒ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）と言った透明フィルムを用いても良い。例えば、コーニング社製の７０５９ガラスや１７３７ガラスなどを好適に用いることが出来る。
【００８４】
前記基板１１の上に下地絶縁膜１２を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成する。
【００８５】
前記下地絶縁膜１２上に保温膜１３として、フェニル基含有の酸化珪素膜を形成する。その作製方法の一例は、フェニルトリクロロシラン（PhSiCl3）と水（H2O）の混合気体を６０〜１００℃に加熱した基板上に直接形成させる。本実施例では膜厚５０ｎｍのフェニル基含有酸化珪素膜を形成した。
【００８６】
前記保温膜１３の熱伝導率は、石英基板の場合は１．４Ｗ／ｍ・ｋで、酸化珪素膜では１〜２Ｗ／ｍ・ｋであることから、１．０Ｗ／ｍ・ｋ以下、好ましくは０．３Ｗ／ｍ・ｋ以下であることが望ましい。
【００８７】
保温膜１３を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、保温膜１３における不要な部分をエッチングして、保温膜１４を形成する。前記エッチングにはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。前記ウエットエッチング法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングしても良い。
【００８８】
以降の工程は、実施例１に従えば、図２（Ｃ）で示す結晶質半導体膜を形成することができ、図２（Ｃ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域２６をチャネル形成領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【００８９】
［実施例４］
本実施例は、実施例１乃至実施例３と異なる作製方法の一例を示す。なお、本実施例は、実施例１とは保温膜１３の形成方法の工程が異なっているだけでその後の工程は実施例１と同一であるため省略する。
【００９０】
まず、実施例１と同様に基板を用意する。基板１１には、合成石英ガラス基板、バリウムホウケイ酸ガラスアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラスと言ったガラス基板、またはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡｒ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）と言った透明フィルムを用いても良い。例えば、コーニング社製の７０５９ガラスや１７３７ガラスなどを好適に用いることが出来る。
【００９１】
前記基板１１の上に下地絶縁膜１２を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。
【００９２】
前記下地絶縁膜１２上に保温膜１３として、ＣＦ3基を含有する酸化珪素膜を形成する。その作製方法の一例は、ＣＦ3Ｓｉ(ＣＨ3)3とオゾン（Ｏ3）の混合気体を３００〜４００℃に加熱した基板上に堆積させることができる。本実施例では膜厚５０ｎｍのＣＦ3基を含有する酸化珪素膜を形成した。
【００９３】
前記保温膜１３の熱伝導率は、石英基板の場合は１．４Ｗ／ｍ・ｋで、酸化珪素膜では１〜２Ｗ／ｍ・ｋであることから、１．０Ｗ／ｍ・ｋ以下、好ましくは０．３Ｗ／ｍ・ｋ以下であることが望ましい。
【００９４】
保温膜１３を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、保温膜１３における不要な部分をエッチングして、保温膜１４を形成する。前記エッチングにはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。前記ウエットエッチング法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングしても良い。
【００９５】
以降の工程は、実施例１に従えば、図２（Ｃ）で示す結晶質半導体膜を形成することができ、図２（Ｃ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域２６をチャネル形成領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【００９６】
［実施例５］
本実施例は、実施例１乃至実施例４と異なる作製方法の一例を示す。なお、本実施例は、実施例１とは保温膜１３の形成方法の工程が異なっているだけでその後の工程は実施例１と同一であるため、省略する。
【００９７】
まず、実施例１と同様に基板を用意する。基板１１には、合成石英ガラス基板、バリウムホウケイ酸ガラスアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラスと言ったガラス基板、またはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡｒ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）と言った透明フィルムを用いても良い。例えば、コーニング社製の７０５９ガラスや１７３７ガラスなどを好適に用いることが出来る。
【００９８】
前記基板１１の上に下地絶縁膜１２を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。
【００９９】
前記下地絶縁膜１２上に保温膜１３として、多孔質珪素膜で形成する。多孔質珪素膜の作製方法の一例はＳＯＧ溶液にヨウ素液をスピンコートにより添加し、乾燥させてヨウ素を離脱させる。その後４００℃程度の熱処理を行って成膜することが出来る。本実施例では膜厚５０ｎｍの多孔質珪素膜を形成した。
【０１００】
前記保温膜１３の熱伝導率は、石英基板の場合は１．４Ｗ／ｍ・ｋで、酸化珪素膜では１〜２Ｗ／ｍ・ｋであることから、１．０Ｗ／ｍ・ｋ以下、好ましくは０．３Ｗ／ｍ・ｋ以下であることが望ましい。
【０１０１】
これらのうち、いずれかの方法で保温膜１３を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、保温膜１３における不要な部分をエッチングして、保温膜１４を形成する。前記エッチングにはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。前記ウエットエッチング法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングしても良い。
【０１０２】
続いて、前記保温膜１４を多孔質珪素膜で形成した場合、前記保温膜１４の表面には約１０11個／ｃｍ2の空孔があるため、前記保温膜の表面を平坦化するために、公知の手段により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで第１の絶縁膜１５を形成する。
【０１０３】
以降の工程は、実施例１に従えば、図２（Ｃ）で示す結晶質半導体膜を形成することができ、図２（Ｃ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域２６をチャネル形成領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【０１０４】
［実施例６］
本実施例は、実施例１乃至実施例５と異なる作製方法の一例を示す。なお、本実施例は、実施例１とは保温膜１３の形成方法の工程が異なっているだけでその後の工程は実施例１と同一であるため、省略する。
【０１０５】
まず、実施例１と同様に基板を用意する。基板１１には、合成石英ガラス基板、バリウムホウケイ酸ガラスアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラスと言ったガラス基板、またはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡｒ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）と言った透明フィルムを用いても良い。例えば、コーニング社製の７０５９ガラスや１７３７ガラスなどを好適に用いることが出来る。
【０１０６】
前記基板１１の上に下地絶縁膜１２を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。
【０１０７】
前記下地絶縁膜１２上に保温膜１３として、多孔質酸化珪素膜で形成する。多孔質酸化珪素膜はシリコン基板を陽極化成することによって容易に作製することができる。このシリコン基板はＣＺシリコン、ＦＺシリコンなどの半導体級に限定されず、太陽電池級（ＳＯＧグレード）のシリコン基板を用いても良い。また、ガラス基板や石英基板上に珪素膜を形成したもので代用することも可能である。陽極化成液はフッ酸（ＨＦ）とエタノールを１対１の割合で混合したものを用い、電流密度は１〜２００mA/cm2として行う。多孔質酸化珪素膜は１〜５μmで形成する。こうして基板に多孔質酸化珪素膜からなる保温膜１３を形成する。
【０１０８】
また、前記保温膜１３の熱伝導率は、石英基板の場合は１．４Ｗ／ｍ・ｋで、酸化珪素膜では１〜２Ｗ／ｍ・ｋであることから、１．０Ｗ／ｍ・ｋ以下、好ましくは０．３Ｗ／ｍ・ｋ以下であることが望ましい。
【０１０９】
これらのうち、いずれかの方法で保温膜１３を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、保温膜１３における不要な部分をエッチングして、保温膜１４を形成する。前記エッチングにはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。前記ウエットエッチング法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングしても良い。
【０１１０】
続いて、前記保温膜１４を多孔質酸化珪素膜で形成した場合、前記保温膜１４の表面には約１０11個／ｃｍ2の空孔があるため、前記保温膜１４の表面を平坦化するために、公知の手段により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで第１の絶縁膜１５を形成する。
【０１１１】
以降の工程は、実施例１に従えば、図２（Ｃ）で示す結晶質半導体膜を形成することができ、図２（Ｃ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域２６をチャネル形成領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【０１１２】
［実施例７］
本実施例は、実施例１乃至実施例６と異なる作製方法の一例を示す。なお、本実施例は、実施例１とは第２の絶縁膜１８の形成の工程が異なっているだけでその前の工程は実施例１と同一であるため省略する。
【０１１３】
実施例１にしたがって、図１（Ｃ）の半導体膜１７の形成まで行う。
【０１１４】
前記半導体膜１７上に後工程で形成する反射膜からの不純物が前記半導体膜中に拡散するのを防ぐため、第２の絶縁膜１８を形成する。また、前記第２の絶縁膜１８を同時に反射防止膜としても機能させるため、図３に示したように、レーザビームの波長に応じた最適な膜厚にする必要がある。前記第２の絶縁膜１８として、公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。本実施例ではプラズマＣＶＤ法により、酸化珪素膜を４５ｎｍ成膜する。
【０１１５】
前記第２の絶縁膜１８上に反射膜１９を形成する。前記反射膜１９として、金属膜を形成するなら、スパッタ法や蒸着法など公知の手段により１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。前記金属膜として、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記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、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。本実施例では膜厚５０ｎｍのＣｒ膜を形成する。
【０１１６】
前記反射膜１９を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングして、反射膜２０を形成する。反射膜２０の形状は特に限定しないが、上面形状は少なくとも１つの角度が６０度未満である頂点を有する多角形であるのが望ましい。さらに、前記頂点は前記第１の絶縁膜、前記半導体膜および前記第２の絶縁膜を介して前記保温膜の端面と一致するのが望ましい。以下、角度が６０度未満の頂点を頂点Ａとする。このような形状にすれば、レーザビームを照射し、半導体膜が冷却する過程において、前記頂点Ａ付近の下方に存在する半導体膜中での結晶核の生成密度を低くし、成長する結晶粒同士が衝突し合うのを防ぐことが出来るからである（図７（Ａ））。
【０１１７】
図７（Ｂ）は基板の表面側からレーザビームを照射する結晶化工程を説明する図である。レーザアニール法による結晶化は、まず半導体膜が含有する水素を放出させておくことが望ましく、４００〜５００℃で窒素雰囲気に１時間程度曝して、含有する水素量を５ａｔｏｍ％以下にしておくと良い。これにより、膜の耐レーザ性が著しく向上する。
【０１１８】
レーザアニール法において用いるレーザ発振器について説明する。エキシマレーザは大出力で、現状で３００Ｈｚ程度の高周波パルスを発振出来るため、良く用いられている。また、パルス発振のエキシマレーザだけでなく、連続発振のエキシマレーザや、Ａｒレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ等も用いることが出来る。また、レーザビームの照射は真空中、大気中、窒素雰囲気中などで行うことが出来る。さらに、レーザビームを照射する際に基板を５００度程度まで加熱しても良い。こうすることで半導体膜における熱の流出速度の低下が期待され、結晶粒の粒径を拡大することが出来る。
【０１１９】
前述のいずれかのレーザ発振器を用い、また、いずれかの雰囲気中で、基板の表面側からレーザビームを照射し、前記半導体膜の結晶化を行う。
【０１２０】
ここで、図８に示すように、反射膜の両端を境界とし、保温膜１４を含む領域を領域Ａ、反射膜２０を含む領域を領域Ｂ、反射膜１４および反射膜２０を含まない領域を領域Ｃとする。
【０１２１】
レーザビームが照射されることにより、半導体膜は溶融状態になる。しかし、領域Ｂの半導体膜は前記半導体膜上に反射膜が存在し、前記反射膜によってレーザビームが反射されるため、領域Ａおよび領域Ｃの半導体膜に比べて、領域Ｂの半導体膜はレーザビームの実効的な照射強度が低くなる。そのため、反射膜の下方には固相半導体領域３３が残存し、レーザビームの照射後、直ちに前記固相半導体領域３３から半導体膜の内部に生じた温度勾配を利用して結晶成長する。一方、領域Ａおよび領域Ｃは反射防止膜の効果により、レーザビームの実効的な照射強度が高くなる。特に、頂点Ａ付近の固相半導体領域３３では、前記頂点Ａの角度が６０度未満と狭いため、結晶核３４の生成密度は低くなっており、さらに、領域Ａの半導体膜は保温膜１４の存在により溶融状態が長く続くため、前記結晶核３４は領域Ａに向かって結晶成長が進行する。このようにして、領域Ａの半導体膜において大粒径の結晶粒が形成される。また、領域Ｃでは半導体膜の下方に保温膜１４が存在しないため、領域Ａよりも冷却が早く、結晶核が生成し、結晶成長が起こる。
【０１２２】
レーザビームを照射して形成された前記結晶質半導体膜３５は、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃の加熱処理、あるいは、プラズマによって生成された水素を含む雰囲気中で２００〜４５０℃の加熱処理によって、残留する欠陥を減少することができる。
【０１２３】
反射膜をフォトリソグラフィー法等により除去した後、第２の絶縁膜をフォトリソグラフィー法等により除去する。
【０１２４】
このようにして作製された結晶質半導体膜３５において、図８（Ｂ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域３６をチャネル形成領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【０１２５】
なお、本実施例は、実施例１乃至６のいずれか一と自由に組み合わせることができる。
【０１２６】
［実施例８］
ここでは、同一基板上に画素部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴ）を同時に作製する方法について詳細に図９〜図１２を用いて説明する。なお、本明細書では駆動回路と、画素ＴＦＴ及び保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１２７】
実施例１乃至７のいずれかの方法により、図９（Ａ）で示す結晶質半導体膜を得る。本実施例では、図９（Ａ）の断面と、図２（Ｃ）または図８（Ｂ）の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面を対応させてＴＦＴを作製する方法について説明するが、実施例１乃至７で結晶質半導体膜を形成する際に用いた断面と同じ断面を用いてＴＦＴを作製することもできる。なお、図９（Ａ）において、１０１ａ〜１０１ｆは保温膜であり、１０２ａ〜１０２ｆは保温膜からの不純物の拡散を防ぐための絶縁膜である。
【０１２８】
まず、前記結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体膜１０３ａ〜１０３ｆを形成する。本実施例では、前記結晶質半導体膜に対しフォトリソグラフィー法を用いたパターニング処理によって、半導体膜１０３ａ〜１０３ｆを形成する。
【０１２９】
また、半導体膜１０３ａ〜１０３ｆを形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【０１３０】
次いで、半導体膜１０３ａ〜１０３ｆを覆うゲート絶縁膜１０７を形成する。ゲート絶縁膜１０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成する。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０１３１】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【０１３２】
次いで、図９（Ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜１０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜１０９とを積層形成する。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜１０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜１０９を積層形成する。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成する。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度のＷ（純度９９．９９９９％）のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができる。
【０１３３】
なお、本実施例では、第１の導電膜１０８をＴａＮ、第２の導電膜１０９をＷとしているが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記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、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、第１の導電膜をタンタル（Ｔａ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化チタン（ＴｉＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＡｌ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＣｕ膜とする組み合わせとしてもよい。
【０１３４】
次に、フォトリソグラフィー法を用いてレジストからなるマスク１１０〜１１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。ここでは、松下電器産業（株）製のＩＣＰを用いたドライエッチング装置（Model  Ｅ６４５−□ＩＣＰ）を用いる。基板側（試料ステージ）にも１５０ＷのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【０１３５】
この後、レジストからなるマスク１１０〜１１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【０１３６】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層１１７〜１２２（第１の導電層１１７ａ〜１２２ａと第２の導電層１１７ｂ〜１２２ｂ）を形成する。１１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層１１７〜１２２で覆われない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【０１３７】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を添加する。（図９（Ｂ））ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、加速電圧を６０〜１００ｋｅＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、加速電圧を８０ｋｅＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層１１７〜１２１がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に高濃度不純物領域１２３〜１２７が形成される。高濃度不純物領域１２３〜１２７には１×１０20〜１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【０１３８】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層１２８ｂ〜１３３ｂを形成する。一方、第１の導電層１１７ａ〜１２２ａは、ほとんどエッチングされず、第１の導電層１２８ａ〜１３３ａを形成する。次いで、第２のドーピング処理を行って図９（Ｃ）の状態を得る。ドーピングは第２の導電層１２８ｂ〜１３３ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。こうして、第１の導電層と重なる不純物領域１３４〜１３８を形成する。この不純物領域へ添加されたリン（Ｐ）の濃度は、第１の導電層のテーパー部の膜厚に従って緩やかな濃度勾配を有している。なお、第１の導電層のテーパー部と重なる半導体層において、第１の導電層のテーパー部の端部から内側に向かって若干、不純物濃度が低くなっているものの、ほぼ同程度の濃度である。また、第１の不純物領域１２３〜１２７にも不純物元素が添加され、不純物領域１３９〜１４３を形成する。
【０１３９】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第３のエッチング処理を行う。この第３のエッチング処理では第１の導電層のテーパー部を部分的にエッチングして、半導体層と重なる領域を縮小するために行われる。第３のエッチングは、エッチングガスにＣＨＦ3を用い、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）を用いて行う。またＩＣＰ法を用いて行うこともできる。第３のエッチングにより、第１の導電層１４４〜１４９が形成される。この時、同時に絶縁膜１１６もエッチングされて、絶縁膜１５０、１５１が形成される。
【０１４０】
上記第３のエッチングによって、第１の導電層１４４〜１４８と重ならない不純物領域（ＬＤＤ領域）１３４ａ〜１３８ａが形成される。なお、不純物領域（ＧＯＬＤ領域）１３４ｂ〜１３８ｂは、第１の導電層１４４〜１４８と重なったままである。
【０１４１】
このようにすることで、本実施例は、第１の導電層１４４〜１４８と重なる不純物領域（ＧＯＬＤ領域）１３４ｂ〜１３８ｂにおける不純物濃度と、第１の導電層１４４〜１４８と重ならない不純物領域（ＬＤＤ領域）１３４ａ〜１３８ａにおける不純物濃度との差を小さくすることができ、信頼性を向上させることができる。
【０１４２】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク１５２〜１５４を形成して第３のドーピング処理を行う。この第３のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域１５５〜１６０を形成する。第１の導電層１２８ａ〜１３２ａを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域１５５〜１６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。この第３のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク１５２〜１５４で覆われている。第１のドーピング処理及び第２のドーピング処理によって、不純物領域１５５〜１６０にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を２×１０20〜２×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。本実施例では、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層の一部が露呈しているため、不純物元素（ボロン）を添加しやすい利点を有している。
【０１４３】
以上までの工程でそれぞれの半導体層に不純物領域が形成される。
【０１４４】
次いで、レジストからなるマスク１５２〜１５４を除去して第１の層間絶縁膜１６１を形成する。この第１の層間絶縁膜１６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜１６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０１４５】
次いで、図１０（Ｃ）に示すように、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。熱アニール法としては、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜５５０℃で行えばよく、本実施例では５５０℃、４時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。
【０１４６】
なお、本実施例では、上記活性化処理と同時に、結晶化の際に触媒として使用したニッケルが高濃度のリンを含む不純物領域１３９、１４１、１４２、１５５、１５８にゲッタリングされ、主にチャネル形成領域となる半導体層中のニッケル濃度が低減される。このようにして作製したチャネル形成領域を有するＴＦＴはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な電気的特性を達成することができる。
【０１４７】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜（珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜）を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【０１４８】
さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行う。本実施例では水素を約３％の含む窒素雰囲気中で４１０℃、１時間の熱処理を行った。この工程は層間絶縁膜に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。
【０１４９】
また、活性化処理としてレーザアニール法を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレーザやＹＡＧレーザ等のレーザビームを照射することが望ましい。
【０１５０】
次いで、第１の層間絶縁膜１６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜１６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が１０〜１０００ｃｐ、好ましくは４０〜２００ｃｐのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いた。また、第２の層間絶縁膜１６２として表面が平坦化する膜を用いてもよい。
【０１５１】
本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第２の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成する。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行うことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【０１５２】
そして、駆動回路において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線１６３〜１６７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。
【０１５３】
また、画素部においては、画素電極１７０、ゲート配線１６９、接続電極１６８を形成する。（図１１）この接続電極１６８によりソース配線（１３３ｂと１４９の積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線１６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極１７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層１５８と電気的な接続が形成される。また、画素電極１７０としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【０１５４】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ５０３を有する駆動回路５０６と、画素ＴＦＴ５０４、保持容量５０５とを有する画素部を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【０１５５】
駆動回路５０６のｎチャネル型ＴＦＴ５０１はチャネル形成領域１７１、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層１４４と重なる低濃度不純物領域１３４ｂ（ＧＯＬＤ領域）、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域１３４ａ（ＬＤＤ領域）とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域１３９を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ５０１と電極１６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ５０２にはチャネル形成領域１７２、ゲート電極と重なる不純物領域１５７、ゲート電極の外側に形成される不純物領域１５６、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域１５５を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ５０３にはチャネル形成領域１７３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層１４６と重なる低濃度不純物領域１３６ｂ（ＧＯＬＤ領域）、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域１３６ａ（ＬＤＤ領域）とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域１４１を有している。
【０１５６】
画素部の画素ＴＦＴ５０４にはチャネル形成領域１７４、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層１４７と重なる低濃度不純物領域１３７ｂ（ＧＯＬＤ領域）、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域１３７ａ（ＬＤＤ領域）とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域１４２を有している。また、保持容量５０５の一方の電極として機能する半導体層１５８〜１６０には、それぞれｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量５０５は、絶縁膜１５１を誘電体として、電極（１４８と１３２ｂの積層）と、半導体層１５８〜１６０とで形成している。
【０１５７】
また、本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【０１５８】
本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１２に示す。なお、図９〜図１１に対応する部分には同じ符号を用いている。図１２中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１１中の鎖線Ｂ−Ｂ’で切断した断面図に対応している。また、図１２中の鎖線Ｃ−Ｃ’は図１１中の鎖線Ｃ―Ｃ’で切断した断面図に対応している。
【０１５９】
また、本実施例で示す工程に従えば、アクティブマトリクス基板の作製において、半導体膜を形成してから配線及び電極を形成するまでに必要なフォトマスクの数を５枚とすることができる。その結果、工程を短縮し、製造コストの低減及び歩留まりの向上に寄与することができる。
【０１６０】
以上の様な構成は、画素ＴＦＴおよび駆動回路が要求する仕様に応じて各回路を構成するＴＦＴの構造を最適化し、半導体装置の動作性能と信頼性を向上させることを可能としている。さらにゲート電極を耐熱性を有する導電性材料で形成することによりＬＤＤ領域やソース領域およびドレイン領域の活性化を容易とし、ゲート配線低抵抗材料で形成することにより、配線抵抗を十分低減できる。
【０１６１】
なお、本実施例は実施例１乃至７のいずれか一と自由に組み合わせることが可能である。
【０１６２】
［実施例９］
本実施例では、実施例８で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図１３を用いる。
【０１６３】
まず、実施例８に従い、図１１の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１１のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極１７０上に配向膜１７１を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜１７１を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ（図示しない）を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０１６４】
次いで、対向基板１７１を用意する。次いで、対向基板１７１上に着色層１７２、１７３、平坦化膜１７４を形成する。赤色の着色層１７２と青色の着色層１７３とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【０１６５】
本実施例では、実施例８に示す基板を用いている。従って、実施例８の画素部の上面図を示す図１２では、少なくともゲート配線１６９と画素電極１７０の間隙と、ゲート配線１６９と接続電極１６８の間隙と、接続電極１６８と画素電極１７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【０１６６】
このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。
【０１６７】
次いで、平坦化膜１７４上に透明導電膜からなる対向電極１７５を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜１７６を形成し、ラビング処理を施した。
【０１６８】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材１７７で貼り合わせる。シール材１７７にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料１７８を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料１７８には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１３に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０１６９】
以上のようにして作製される液晶表示装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１７０】
なお、本実施例は実施例１乃至８のいずれか一と自由に組み合わせることが可能である。
【０１７１】
［実施例１０］
本発明を実施して形成されたＣＭＯＳ回路や画素部は様々な電気光学装置（アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型ＥＣディスプレイ、アクティブマトリクス型ＥＬディスプレイ）に用いることが出来る。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ電子機器全てに本発明を実施出来る。
【０１７２】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図１４、図１５及び図１６に示す。
【０１７３】
図１４（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明を画像入力部３００２、表示部３００３やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１７４】
図１４（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明を表示部３１０２やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１７５】
図１４（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明は表示部３２０５やその他の信号制御回路に適用出来る。
【０１７６】
図１４（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。本発明は表示部３３０２やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１７７】
図１４（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことが出来る。本発明は表示部３４０２やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１７８】
図１４（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明を表示部３５０２やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１７９】
図１５（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明は投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１８０】
図１５（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明は投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１８１】
なお、図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０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１５（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。
【０１８２】
また、図１５（Ｄ）は、図１５（Ｃ）中における光源光学系３８０１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３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１５（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。
【０１８３】
ただし、図１５に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置での適用例は図示していない。
【０１８４】
図１６（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明を音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１８５】
図１６（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明は表示部４００２、４００３やその他の信号回路に適用することが出来る。
【０１８６】
図１６（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。本発明は表示部４１０３に適用することが出来る。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０１８７】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜９のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することが出来る。
【０１８８】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）従来のＴＦＴの作製プロセスに適合した、簡単な構造である。
（ｂ）スリットなどの位置決めのために、レーザ照射装置に特別なミクロン単位での精密な位置決め技術は不要であり、通常のレーザ照射装置をそのまま利用できる。
（ｃ）半導体膜中にＴＦＴの機能とは関係のない物質を残すことなく、デバイスの作製を行うことが出来る。
（ｄ）以上の利点を満たした上で、位置制御した大粒径の結晶粒を作製できる方法であり、このような結晶粒を有する結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを作製すれば、その電気的特性は大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が開示する大粒径で位置制御された結晶粒を形成する方法の例を示す図。
【図２】  本発明が開示する大粒径で位置制御された結晶粒を形成する方法の例を示す図。
【図３】  （Ａ）酸化珪素膜の膜厚をパラメータとし、波長３０８ｎｍのレーザビームを照射したときの酸化珪素膜に対する反射率を示す図。
(Ｂ）酸化珪素膜の膜厚をパラメータとし、波長５３２ｎｍのレーザビームを照射したときの酸化珪素膜に対する反射率を示す図。
【図４】  非晶質珪素膜５５ｎｍにおける波長と反射率の関係を示す図。
【図５】  金属における波長と反射率の関係を示す図。
【図６】  （Ａ）位相シフトマスクの例を示す図。
（Ｂ）位相シフトマスクを経たレーザビームの強度分布を示す図。
（Ｃ）従来の大粒径で位置制御された結晶粒を形成する例を示す図。
【図７】  本発明が開示する大粒径で位置制御された結晶粒を形成する方法の例を示す図。
【図８】  本発明が開示する大粒径で位置制御された結晶粒を形成する方法の例を示す図。
【図９】    画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１０】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１１】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１２】  画素ＴＦＴの構成を示す上面図。
【図１３】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図１４】  半導体装置の例を示す図。
【図１５】  半導体装置の例を示す図。
【図１６】  半導体装置の例を示す図。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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