(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に有機樹脂膜を形成した後、前記有機樹脂膜を島状にパターニングし、
前記島状の有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜を形成し、
前記無機絶縁膜に接して非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜が、前記無機絶縁膜を介して前記島状の有機樹脂膜の上方に存在する第一領域と、前記第一領域の両側に位置し、前記無機絶縁膜を介して前記島状の有機樹脂膜の上方に存在しない第二領域とを有するように、前記非晶質半導体膜をパターニングして島状の非晶質半導体膜を形成し、
前記島状の非晶質半導体膜にレーザー光を照射することによって、島状の結晶質半導体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２】
請求項１において、前記有機樹脂膜は感光性を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記無機絶縁膜と前記非晶質半導体膜は、大気にふれることなく連続して形成され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１乃至３のいずれか一項において、前記レーザー光は、前記基板の表面側である前記島状の非晶質半導体膜側から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】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記レーザー光は、前記基板の表面側である前記島状の非晶質半導体膜側および裏面側から同時に照射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、絶縁表面を有する基板上に形成する結晶性を有する半導体膜の作製方法、並びに前記半導体膜を活性層に用いた半導体装置の作製方法に関する。特に、結晶性を有する半導体、すなわち結晶質半導体で活性層を形成した薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）およびそれを用いた半導体装置に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置やＥＬ表示装置等の電気光学装置および電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁表面を有する透明性基板（以下、基板と記す）上に非晶質半導体膜を形成し、この非晶質半導体膜を結晶化させた結晶質半導体をＴＦＴの活性層に用いる技術が開発されている。絶縁表面を有する透光性基板には、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどが多くの場合用いられている。このような基板は石英ガラスに比べ耐熱性が劣るものの市販価格は安価であり、また大面積基板を容易に製造できる利点がある。また、ガラス基板の他にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）など光学的異方性を有しないプラスチックを基板として用いること注目されており、このような基板を用いれば、大面積、軽量かつ衝撃に強い製品を製造することが可能となる。
【０００３】
レーザーアニール法は基板の温度をあまり上昇させず、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギーを与えて結晶化させることができる結晶化技術として知られている。特に、波長４００ｎｍ以下の短波長光を発振するエキシマレーザーは、このレーザーアニール法の開発当初から用いられてきた代表的なレーザーである。近年ではその他に固体レーザーのＹＡＧレーザーを用いる技術も開発されている。これらのレーザーアニール法は、レーザービームを被照射面においてスポット状や線状となるように光学系で加工し、その加工されたレーザー光で基板上の被照射面を走査すること（レーザー光の照射位置を被照射面に対して相対的に移動させる）により行う。例えば、線状レーザー光を用いたエキシマレーザーアニール法は、その長手方向と直角な方向だけの走査で被照射面全体をレーザーアニールすることも可能であり、生産性に優れることからＴＦＴを用いる液晶表示装置の製造技術として主流となりつつある。その技術は一枚の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。
【０００４】
通常、基板に接するように下地膜を形成し、この下地膜に接するように非晶質半導体膜を形成し、結晶質半導体膜はこの非晶質半導体膜をレーザーアニールして作製される。この結晶質半導体膜は粒径０．１μｍ〜０．６μｍ程度の単結晶粒が集合したものであり、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであった。また、このようにして基板上に形成された結晶質半導体膜からＴＦＴを作製するために、結晶質半導体膜は島状のパターンに分離されるが、結晶粒の位置や大きさを指定して形成することはできなかった。そのため、ＴＦＴのチャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域を単一の結晶粒で形成することはほぼ不可能であった。
【０００５】
結晶粒内と比較して、結晶粒の界面（結晶粒界）には、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、電流輸送特性が低下することが知られている。特にチャネル形成領域の結晶性はトランジスタの電気特性に重大な影響を及ぼす。チャネル形成領域に多くの粒界を含むＴＦＴにおいては、単結晶シリコン基板に作製されるＭＯＳトランジスタの特性と同等なものは今日まで得られていない。
【０００６】
このような問題を解決するために、結晶粒を大きく成長させる試みがなされている。例えば、「H. Kuriyama, S. Kiyama, S. Noguchi, T. Kuwahara, S. Ishida, T. Noda, K. Sano, H. Iwata, H. Kawahara, M. Ousumi, S. Tsuda, S. Nakano, and Y. Kuwano : Jan. J. Appl. Phys., vol. 30, p3700-p3703, 1991」には、基板を４００℃〜５００℃に加熱しながら非晶質シリコン膜にレーザー光を照射するレーザーアニール法についての報告がある。ここでは、基板を加熱することで、シリコン膜の冷却速度が３分の１程度まで遅くなり、結晶粒の大粒形化ができることが示されている。
【０００７】
また、「R. Ishihara and A. Burtsev : AM-LCD '98., p153-156, 1998」では、基板と下地の酸化シリコンとの間に高融点金属膜を形成し、この高融点金属膜の上方に非晶質シリコン膜を形成し、エキシマレーザー光をその膜側と基板側の両側から照射するレーザーアニール法についての報告がある。膜側から照射されるレーザー光は、シリコン膜に吸収されて熱に変わる。一方、基板側から照射されるレーザー光は高融点金属膜に吸収されて熱に変わり、高融点金属膜を高温で加熱する。加熱された高融点金属膜とシリコン膜の間の酸化シリコン層が、熱の蓄積層として働くため、溶融しているシリコン膜の冷却速度を小さくすることができる。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。
【０００８】
さらに、「W. Yeh et al.: Jpn. J. Appl. Phys., vol. 38, pp.L110-L112, 1999」では、基板上に形成する下地膜である酸化シリコン膜を多孔質酸化シリコン膜にし、その上に形成する非晶質シリコン膜にレーザー光を照射するレーザーアニール法についての報告がある。多孔質酸化シリコン膜を下地膜に用いることにより、非晶質シリコン膜から基板への熱伝導を小さくすることができるため、非晶質シリコン膜の冷却速度を小さくすることができ、結晶粒の大粒形化を図る試みが報告されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱しながらレーザーアニールする方法は、基板にプラスチックのように耐熱性のないものを用いることはできない。そして、比較的安価なバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどを基板に利用する場合にも、耐熱性の問題から加熱温度は制限されてしまう。また、この方法によって得られる結晶粒径は０．３μｍ程度であり十分な大きさではない。
【００１０】
また、基板と下地膜との間に高融点金属膜を形成し、その上方に非晶質シリコン膜を形成してレーザーアニールする方法では、こ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を形成することは構造的には可能であるが、半導体膜と高融点金属膜との間に設けられた酸化シリコン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うると考えられる。しかし、前記３層構造において、半導体膜の厚さを除いたとしても、高融点金属膜と酸化シリコン層の膜厚は、結晶化工程において適した膜厚と、ＴＦＴ素子としての特性において適した膜厚とは必ずしも一致しないので、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はできない。
【００１１】
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製作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、形成された結晶性半導体膜に歪みを与える力として作用する可能性も大きい。
【００１２】
一方、ＴＦＴにおいて重要な特性パラメータであるしきい値電圧（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価電子制御の他に、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、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などのシリコンを構成元素として含む材料が適していた。従って、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。
【００１３】
そして、下地膜に多孔質酸化シリコン膜を用い、その上に非晶質シリコン膜を形成しレーザーアニールする法では、多孔質酸化シリコン膜が通常のＴＦＴの作製に用いられる酸化シリコン膜用のエッチャントであるフッ化水素（ＨＦ）系エッチャントに対するエッチングレートが高く、エッチングの制御が困難になることが予想される。
【００１４】
本発明はこ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、さらにその結晶質半導体膜を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。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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明人らは島状に形成した非晶質半導体膜をレーザーアニールして結晶化する際に、島状非晶質半導体膜が加熱溶融し冷却固化する過渡的な現象において、島状シリコン層の端から島状シリコン層の中央領域にかけて温度勾配をもたせることで、結晶核生成領域と結晶核生成速度および結晶粒成長方向を制御することにより、結晶粒の大粒径化を図った。
【００１６】
従来のレーザアニール法について図１０に示す。図１０はＴＦＴのチャネル形成領域における幅方向の断面図である。ただし、本明細書中で、ＴＦＴのソースとドレインを結ぶ方向をチャネル形成領域の長さ方向とし、前記チャネル形成領域の長さ方向に垂直な方向をチャネル形成領域の幅方向とする。図１０で示すように、基板２２０１上に酸化シリコンからなる無機絶縁膜２２０２を形成し、無機絶縁膜上に島状に非晶質シリコン層２２０３を設けた構造にレーザー光を照射すると、非晶質シリコン層はレーザー光を吸収することにより加熱溶融する。溶融シリコン層は、レーザ光照射終了後に、冷却固化することで結晶質シリコン層となる（図１０で示すこのような構成を以後構成１と記す）。構成１の場合、レーザー照射中および照射後にシリコン層と無機絶縁膜の界面から無機絶縁膜を経て基板に放出される熱量は、島状シリコン層の中央領域に比べて島状シリコン層の端の領域ほど大きくなる。従って、島状シリコン層の中央領域に比べて島状シリコン層の端の領域ほど温度は低くなる。すなわち、島状シリコン層の中央領域から島状シリコン層の端の領域に向かう方向に熱流ができるため、島状シリコン層の端で固相化が始まり、中央領域に向かって結晶粒が成長する。発明者らは、このような構造の島状シリコン層の端からの結晶粒成長距離は最大でも２μｍ程度にしかならないことを実験で確認している。
【００１７】
そのため、本発明人は、特願平１１−３０４７２２の明細書中で、図１１で示すような構成を述べている。図１１はチャネル形成領域における幅方向の断面図であり、基板上２３０１に所定の形状を有する有機樹脂膜２３０２を設け、無機絶縁膜２３０３、島状に非晶質半導体膜２３０４を形成し、レーザーアニールし、結晶粒の位置と大きさを制御した結晶質半導体膜を作製する方法を述べている（図１１で示すこのような構成を以後構成２と記す）。構成２では、有機樹脂膜のような低熱伝導率膜を非晶質半導体膜の下方に設けることで、レーザーアニールにより加熱・溶融した液相半導体膜から基板側への熱拡散速度を遅くできる。液相半導体膜が固相状態へ変化する過程において、下層への熱拡散を抑えることで、半導体膜の冷却速度を小さくし、粒径の大きな結晶を形成している。
【００１８】
本明細書で開示する本発明の作製方法を図１に示す。図１はＴＦＴのチャネル形成領域の幅方向の断面図である。図１に示すように、透光性を有する基板１上に接して有機樹脂膜を形成した後、前記有機樹脂膜を所定の形状にパターニングし、前記有機樹脂膜２を覆う無機絶縁膜３を形成し、前記無機絶縁膜に接して非晶質半導体膜４を形成する。そして前記非晶質半導体膜３は前記無機絶縁膜を介して前記有機樹脂膜２の上方に存在している第一領域５ａを、前記有機樹脂膜２の上方に存在していない第二領域５ｂがはさむように連続して設ける。このとき、前記第二領域は前記第一領域の端から０．５μｍ〜５μｍの幅になるように島状非晶質半導体膜５を形成する。そして前記島状非晶質半導体膜にレーザー光を照射することによって、結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶質半導体膜７を作製している。
【００１９】
このように、無機絶縁膜を介して有機樹脂膜の上方に存在している第一領域、有機樹脂膜の上方に存在していない第二領域を設けることで、レーザーアニールして結晶化する過程において、第二領域の島状半導体膜の端から固相化が始まり、島状半導体膜の中央部分である第一領域に向かって結晶成長が起こる。第一領域は下方に有機樹脂が存在するために、下方に有機樹脂が存在しない第二領域と比較して、小さな冷却速度となる。結果として、島状半導体膜の端から島状半導体膜の中央領域にかけて大きな温度勾配を実現できる。
【００２０】
構成１、構成２および、本発明の構成の有効性を熱伝導解析シミレーションで比較した。ガラス基板上に形成した膜厚を、有機樹脂膜１００ｎｍ、酸化珪素膜１５０ｎｍ、非晶質シリコン膜５５ｎｍとし、これらの構造にエネルギー密度０．３Ｊ／ｃｍ２、パルス半値幅３０ｎｓのレーザー光を照射した場合の、半導体層の溶融・凝固過程の温度履歴を熱伝導解析シミレーションした。ただし、有機樹脂膜の熱伝導率の正確な値は不明であるため、本計算では酸化珪素膜の１／１０の熱伝導率であるとした。
【００２１】
図１２に、熱伝導解析シミレーション結果から導出した、半導体層と下地絶縁膜界面における固相化開始時間を、構成１、構成２および本発明の構成で比較している。図１２の横軸は、島状半導体端から内部に向かう方向の位置であり、縦軸は固相化開始時間である。
【００２２】
構成１の場合、島状シリコン層の端から１．５μm以内の領域では、温度勾配ができているが、さらに内側の領域では、温度は一定であることがわかる。温度勾配のない領域で形成される結晶粒の位置と大きさはランダムなものになる。島状シリコン層の端から１．５μm以内の領域では、温度勾配があるので、島状シリコン膜の端から固相化が始まり、島状シリコン膜の内側への方向性ある結晶成長する。ただし、結晶成長距離は、１．５μm以上にはならない。
【００２３】
構成２の場合、島状シリコン層の端から２．５μm以内の領域では、温度勾配ができているが、さらに内側の領域では、温度は一定である。構成２では、低熱伝導性の有機樹脂膜が存在するために、構成１と比較して、島状半導体膜の冷却速度は小さくなっている。そのため、島状半導体膜の端から内側領域に向かってより大きな温度勾配が実現できている。
【００２４】
本発明の構成の場合、島状シリコン層の端から４．５μm以内の領域で、温度勾配ができている。本発明の構成では、島状シリコン膜の端が最も早く冷却し易い効果と、島状シリコン膜内部で低熱伝導性の有機樹脂膜が存在するための冷却し難い効果とが、構成２と比較して、より有効に実現できる。つまり、構成２では、低熱伝導性の有機樹脂膜が島状シリコン膜の端部直下にも存在するため、島状シリコン膜の端が最も早く冷却し易い効果を抑制してしまう。一方、本発明の構成では、島状シリコン膜の端部直下には低熱伝導性の有機樹脂膜が存在しない。結果として、島状半導体膜の端から内側領域に向かっての広い範囲で温度勾配が形成できる（つまり固相化開始時間差をつけることができる）ため、結晶成長が島状シリコン内側領域にまでより効果的に伸張できることがわかった。
【００２５】
図１３に構成１、構成２および本発明の構成によって形成される結晶粒を比較し、チャネル形成領域の幅方向を断面とした鳥瞰図を示す。図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本発明の構成、構成１、構成２の場合である。
【００２６】
そこで、本発明の構成では、透光性を有する基板に接して所定の形状を有する有機樹脂膜と、前記有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜を有し、前記無機絶縁膜に接して前記無機絶縁膜を介して前記有機樹脂膜の上方に存在する結晶質半導体膜からなる第一領域を、前記有機樹脂膜の上方に存在しない結晶質半導体膜からなる第二領域によってはさむように連続して存在していることを特徴とする半導体装置である。
【００２７】
前記第二領域は、前記第一領域の端から０．５μｍ〜５μｍの幅になるように島状結晶質半導体膜が存在していることを特徴とする半導体装置である。
【００２８】
前記無機絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜から選ばれた単層膜、またはそれらの積層膜であり、その膜厚は５０ｎｍ〜５００ｎｍ（好ましくは１００ｎｍ〜３００ｎｍ）とする。
【００２９】
また、他の発明の構成として、前記基板と前記有機樹脂膜の間に下地絶縁膜を有している構成としてもよい。
【００３０】
また、前記有機樹脂膜は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂、ポリイミド系樹脂（フッ素添加ポリイミド）、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂、フッ素添加パラキシレン、フッ素添加パリレン、テフロン、フルオロポリアリルエーテル、ＰＦＣＢ、ポリシラザンから選ばれた単層膜、またはそれらの積層膜であって、その有機樹脂膜の熱伝導率は、１．０Ｗｍ-1Ｋ-1以下であることを特徴としている。
【００３１】
また、上記有機樹脂膜が、感光性を有していればパターニングを簡単に行うことができるため好ましい。
【００３２】
そこで、上記構造を実現するための発明の構成は、透光性を有する基板上に接して有機樹脂膜を形成した後、前記有機樹脂膜を所定の形状にパターニングし、前記所定の形状を有する有機樹脂膜を覆う無機絶縁膜を形成し、前記無機絶縁膜に接して非晶質半導体膜を形成する。そして前記非晶質半導体膜を前記無機絶縁膜を介して前記有機樹脂膜の上方に存在している第一領域が、前記有機樹脂膜の上方に存在していない第二領域によってはさむように連続して設け、前記島状非晶質半導体膜にレーザー光を照射することによって、島状結晶質半導体膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００３３】
前記第二領域は前記第一領域の端から０．５μｍ〜５μｍの幅になるように島状結晶質半導体膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００３４】
また、上記作製方法において、無機絶縁膜と前記非晶質半導体膜は、大気にふれることなく連続して形成してもよい。
【００３５】
また、上記作製方法において、上記レーザー光は、前記基板の表面側から照射してもよいし、前記基板の表面側および裏面側から同時に照射してもよい。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、以下に説明する。
【００３７】
図１はチャネル形成領域における幅方向の断面図である。本発明は、図１で示すように、非晶質半導体膜４を前記無機絶縁膜３を介して前記有機樹脂膜２の上方に存在している第一領域５ａを前記有機樹脂膜２の上方に存在していない第二領域５ｂがはさむように連続して設けられ、前記第二領域は前記第一領域の端から０．５μｍ〜５μｍの幅になるように島状非晶質半導体膜５を形成し、前記島状非晶質半導体膜にレーザー光６を照射することによって、島状結晶質半導体膜７を形成することを特徴としている。
【００３８】
本発明のレーザーアニール法は、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、またはアルゴンレーザーをその光源とし、光学系にて線状または矩形状に島状に形成したレーザー光を半導体膜に対して島状半導体膜が形成された基板の表側（本明細書中では島状半導体膜が形成されている面と定義する）もしくは裏側（本明細書中では島状半導体膜が形成された面と反対側の面と定義する）から照射するか、基板の表側と裏側の両方から照射する。
【００３９】
レーザーアニール法では、照射するレーザー光（またはレーザービーム）の条件を最適なものとすることにより半導体膜を加熱溶融させ、結晶核の発生密度とその結晶核からの結晶成長を制御しようとしている。
【００４０】
そして、前記島状非晶質半導体膜５を結晶化し島状結晶質半導体膜７を形成する方法にレーザーアニール法を用いる。
本発明のレーザーアニール法は、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、またはアルゴンレーザーをその光源とし、光学系にて線状または矩形状に島状に形成したレーザー光を半導体膜に対して島状半導体膜が形成された基板の表側（本明細書中では島状半導体膜が形成されている面と定義する）もしくは裏側（本明細書中では島状半導体膜が形成された面と反対側の面と定義する）から照射するか、基板の表側と裏側の両方から照射する。
【００４１】
図２は本発明のレーザーアニール装置の光学系の基本的な構成の一例を説明する図である。レーザー発振器１１０１にはエキシマレーザーやＹＡＧレーザー、またはアルゴンレーザーなどを適用する。図２（Ａ）は光学系１１００を側面から見た図であり、レーザー発振器１１０１から出たレーザー光はシリンドリカルレンズアレイ１１０２により縦方向に分割される。この分割されたレーザー光はシリンドリカルレンズ１１０４により、一旦集光された後広がって、ミラー１１０７で反射され、その後、シリンドリカルレンズ１１０８により照射面１１０９で線状レーザー光となるようにする。これにより、線状レーザー光の幅方向のエネルギー分布の均一化を図ることができる。また、図２（Ｂ）は光学系１１００を上面から見た図であり、レーザー発振器１１０１から出たレーザー光はシリンドリカルレンズアレイ１１０３により横方向に分割される。その後、シリンドリカルレンズ１１０５により、レーザー光は照射面１１０９で一つに合成される。これにより、線状レーザー光の長手方向のエネルギー分布の均一化を図ることができる。
【００４２】
なお、レーザーアニール法では、特に、波長４００nm以下のレーザー光を発するエキシマレーザーを光源に使用すると、半導体膜を優先的に加熱することができるので適している。エキシマレーザーのパルス幅は数nsec〜数十nsec、例えば３０nsecであるので、パルス発振周波数を３０Ｈｚとして照射すると、半導体膜はパルスレーザー光により瞬時に加熱され、その加熱時間よりも遥かに長い時間冷却されることになる。レーザー光の照射が終わった直後からは無機絶縁膜を通して熱が拡散するので、第二領域の方が急激に冷却が始まり固相状態へ変化するのに対し、第一領域では有機樹脂膜の存在により第二領域と比較して半導体膜から基板への熱拡散が抑えられ、冷却速度が小さくなる。
【００４３】
有機樹脂膜２は、基板上においてＴＦＴの活性層（チャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領域、およびＬＤＤ領域が形成される半導体膜）の配置に合わせて形成する。
【００４４】
また、有機樹脂膜２としては、熱伝導率が１．０Ｗｍ-1Ｋ-1以下、好ましくは０．３Ｗｍ-1Ｋ-1以下であれば特に限定されない。この有機樹脂膜２の熱伝導率は、基板（石英ガラス：１．４Ｗｍ-1Ｋ-1）及び有機樹脂膜上に接するシリコンを含む無機絶縁膜（１〜２０Ｗｍ-1Ｋ-1）と比べて非常に低いため、十分に半導体膜から基板への熱拡散が抑えられる。
【００４５】
例えば、上記有機樹脂膜２として、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂、ポリイミド系樹脂（フッ素添加ポリイミド）、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂、フッ素添加パラキシレン、フッ素添加パリレン、テフロン、フルオロポリアリルエーテル、ＰＦＣＢ、ポリシラザン等が挙げられる。中でも、耐熱性が４５０℃程度と高く、耐プラズマ性を有し、且つ平坦性を有するＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂が本発明に最も好ましい。
【００４６】
また、有機樹脂膜２に無機絶縁膜３や非晶質半導体膜等を積層するため、表面が平坦となるスピンコート法により形成することが望ましく、パターニングされた有機樹脂膜の端部はテーパ−形状として、カバレッジを良好なものとすることが望ましい。また、スピンコート法で代表される塗布法を用いて有機樹脂膜を形成すれば、ＣＶＤ装置を用いた無機絶縁膜に比べコストが格段に低く、複雑な成膜プロセスを必要としないため有利である。また、パターン加工の面においても感光性の有機樹脂膜を用いれば、フォトレジストによるフォトリソグラフィを必要としないため工程を削減することができる。また、感光性の有機樹脂膜を用いない場合においても、無機絶縁膜のエッチングに比べ基板や下地絶縁膜とのエッチングレートが確保しやすく、制御性も高いため有利である。
【００４７】
また、有機樹脂膜２の膜厚は、１００ｎｍ〜５００ｎｍとすることが望ましい。この膜厚を調節することによって、結晶化工程における冷却速度を制御することができる。なお、１００ｎｍより薄い膜厚とした場合、平坦性が悪化してしまう。また、５００ｎｍより厚い膜厚とした場合、段差が大きすぎて積層膜を形成することが困難になってしまう。
【００４８】
また、シリコンを構成元素とする無機絶縁膜３としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、またはスパッタ法により酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜から選ばれた単層膜、または、それらの積層膜を適宜用いることができる。この無機絶縁膜は、基板及び有機樹脂膜からの不純物拡散を防ぐ役目と、積層される半導体膜との密着性を向上させる役目を果たしている。また、有機樹脂膜としてＢＣＢ樹脂を用いた場合、単膜での耐熱性は４５０℃程度であるが、これを酸化シリコン膜で覆った場合には５５０℃程度の加熱処理に耐えることができる。このように、無機絶縁膜は、有機樹脂膜を保護する役目を果たすとともに、有機樹脂膜の耐熱性を向上させる効果をも有している。
【００４９】
また、このシリコンを構成元素とする無機絶縁膜の膜厚は、５０ｎｍ〜５００ｎｍ（好ましくは１００ｎｍ〜３００ｎｍ）とする。この無機絶縁膜の膜厚が５００ｎｍより厚くなると、無機絶縁膜自体の熱容量が大きくなるために、低熱伝導率の有機樹脂が半導体膜から基板側への熱拡散を抑える効果が薄れる可能性が高い。また、無機絶縁膜の膜厚が５０ｎｍより薄くなるとカバレッジが悪くなり有機樹脂膜を覆いきれなくなる恐れがある。
【００５０】
また、シリコンを構成元素とする無機絶縁膜上に形成する非晶質半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜があり、非晶質シリコン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。また、非晶質半導体膜の成膜方法は、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いればよい。
【００５１】
図１を用い、本発明の作製方法における実施の形態の一例として島状の結晶質半導体膜の作製例を簡略に示す。
【００５２】
まず、基板１上に有機樹脂膜を形成し、パターニングを施して所望の形状の有機樹脂膜２を形成する。（図１（Ａ））
【００５３】
次いで、有機樹脂膜２を覆う無機絶縁膜３を形成する。続いて、無機絶縁膜３上に非晶質半導体膜４を形成する。（図１（Ｂ））また、ここで大気に触れさせずに無機絶縁膜３と非晶質半導体膜４とを連続成膜して不純物の混入を低減してもよい。
【００５４】
次いで、非晶質半導体膜をパターニングし、第一領域５ａおよび第二領域５ｂからなる島状の非晶質半導体膜５を完成する。（図１（Ｃ））
【００５５】
次いで、レーザー光６を照射して非晶質半導体膜の結晶化を行い結晶質半導体膜６を形成する。（図１（Ｄ））
【００５６】
以下、図１に示した工程により形成された島状の結晶質半導体膜をＴＦＴの活性層（チャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領域、およびＬＤＤ領域が形成される半導体膜）に用い、公知の方法に従ってＴＦＴを作製すれば、優れた電気特性を有する半導体装置が得られる。
【００５７】
また、図３はチャネル形成領域における幅方向の断面図であるが、図１３に示すように下地絶縁膜３００８を設けてもよい。この下地絶縁膜３００８は、基板３００１からの不純物拡散を防ぐとともに、基板３００１と有機樹脂膜３００２との密着性の向上を図ることができる。
【００５８】
なお本明細書中の「冷却速度」は、レーザー光による溶融後の半導体膜における冷却速度を指している。
【００５９】
また、図４はチャネル形成領域における幅方向の断面図であるが、図４に示すように、結晶化の工程は、通常のレーザーアニール法のみが適用されるものでなく、基板の表面側及び裏面側からレーザー光４００６を同時に照射してもよい。また、レーザー光は、パルス発振型または連続発光型を用いてもよい。また、レーザー光は、光学系にて線状ビーム、スポット状ビーム、面状ビームなどとすることが可能であり、その形状に限定されるものはない。
【００６０】
また、基板を加熱させながらレーザーアニ−ル法を行ってもよい。また、熱アニール法とレーザーアニール法とを組み合わせても良い。また、触媒元素を用いる結晶化法を応用しても良い。
【００６１】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【実施例】
［実施例１］
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５〜図７を用いて説明する。
【００６２】
まず、透光性を有する基板１００１上に有機樹脂膜（膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ）をスピンコート法等により塗布し、焼成することで形成する。本実施例では、有機樹脂膜としてベンゾシクロブテン膜（以下、ＢＣＢ膜と呼ぶ）をスピンコート法により塗布した後、焼成（３００℃、１時間）して２００ｎｍの膜厚を得た。なお、本実施例で用いたＢＣＢ膜の膜厚は、スピン回転数により膜厚を容易に制御することができる。また、透過型表示素子（液晶パネル等）に用いない場合には透光性を有する基板１００１が透明である必要はなく、この後のＣＶＤ装置を使用するプロセスに対して耐えうる耐熱性と耐プラズマ性を有するものであれば、有機樹脂膜はＢＣＢ膜に限定されないことは言うまでもない。
【００６３】
次いで、ＢＣＢ膜を公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングし、ドライエッチングにより島状の有機樹脂膜１００ａ〜１００ｆを形成する。本実施例では、Ｏ2とＣＦ4との混合ガスを用いてドライエッチングを行った。ただし、島状の有機樹脂膜の位置については、後の工程で形成する島状の結晶質シリコン膜に合わせて形成する。また、有機樹脂膜として感光性を有する材料を用いれば、レジストを用いることなくパターニングを行えるため、製造工程の短縮化ができる。
【００６４】
次いで、島状の有機樹脂膜を覆って公知の方法により膜厚５０ｎｍ〜５００ｎｍの無機絶縁膜１０１を形成する。無機絶縁膜としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いて酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜から選ばれた単層膜またはそれらの積層膜を用いることができる。ただし、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜を用いる場合は、内部応力のバランスを考慮することが必要である。この無機絶縁膜は基板からの不純物拡散を防ぐ目的と、後で形成される半導体膜との密着性の向上させる目的と、後でエッチングされる半導体膜との選択比を確保する目的とによって形成されている。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化シリコン膜を成膜した。
【００６５】
次いで、無機絶縁膜上に非晶質半導体膜１０２を形成する。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５５ｎｍの非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を形成した。（図５（Ａ））また、非晶質構造を含む半導体膜であれば非晶質シリコン膜に限定されず、例えば微結晶半導体膜、非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を含む化合物半導体膜を用いてもよい。また、無機絶縁膜と非晶質半導体膜とを大気に触れさせずに連続成膜を行ってもよい。そして、非晶質半導体膜２０８の不要な部分をエッチング除去して１０３ａ〜１０３ｅを形成する。（図５（Ｂ））
【００６６】
次いで、非晶質半導体膜の結晶化をレーザーアニ−ル法により行う。レーザービームとしては幅１００〜１０００μｍの線状ビームを用い、図５（Ｂ）に示すように基板表面側から照射する。本実施例では、パルス発振型のエキシマレーザーを光源とするレーザー照射装置を用いた。
【００６７】
このレーザー光の結晶化工程において、パルス状のレーザー光が照射されると、島状半導体膜は瞬時に加熱され溶融状態となる。この後、第二領域においては溶融状態のシリコン膜の下面から無機絶縁膜を通じ、基板へと順次に熱が伝導し、溶融状態のシリコン膜は島状シリコン膜の端から冷却されていく。
【００６８】
一方、第一領域においては、溶融状態のシリコン膜の下面から無機絶縁膜を通じ、有機樹脂膜、基板へと順次に熱が伝導することで、溶融状態のシリコン膜は徐々に冷却されていく。
【００６９】
以上のようにして非晶質半導体膜が無機絶縁膜を介して有機樹脂膜の上方に存在している第一領域と非晶質半導体膜が有機樹脂膜の上方に存在していない第二領域を設けることにより、レーザー照射後の島状半導体膜の温度分布を大きくし、格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径が大きい島状の結晶質シリコン膜１０４ａ〜１０４ｅを所望の位置に得ることができた。この島状の結晶質半導体膜をＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得ることができる。
【００７０】
また、半導体層１０４ａ〜１０４ｅ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。
【００７１】
次いで、半導体層１０４ａ〜１０４ｅ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としてシリコン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の厚さで酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコン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。
【００７２】
また、酸化シリコン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シリコン膜は、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。
【００７３】
次いで、図５（Ｃ）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を積層形成した。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した。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。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た。
【００７４】
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としたが、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シリコン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。
【００７５】
次に、フォトリソグラフィ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った。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）を用いた。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。
【００７６】
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った。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。
【００７７】
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。
【００７８】
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６（Ａ））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として行った。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）を用いた。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。
【００７９】
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６（Ｂ）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。
【００８０】
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。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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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２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。
【００８４】
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。
【００８５】
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としてシリコン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の酸化窒化シリコン膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜１６１は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコン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。
【００８６】
次いで、図７（Ｂ）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、レーザーアニール法、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。
【００８７】
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、良好な特性を達成することができる。
【００８８】
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（シリコン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。
【００８９】
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。
【００９０】
また、活性化処理としてレーザーアニール法を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレーザーやＹＡＧレーザー等のレーザービームを照射することが望ましい。
【００９１】
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。
【００９２】
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した。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。
【００９３】
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。
【００９４】
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７（Ｃ））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。
【００９５】
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。
【００９６】
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１５８、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１４１を有している。
【００９７】
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１４３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４５１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。
【００９８】
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。
【００９９】
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８に示す。なお、図５〜図７に対応する部分には同じ符号を用いている。図７中の鎖線Ａ−Ａ’は図８中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図７中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図８中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。従って、表示領域（画面サイズ）が４インチクラス以上の表示装置に適用することができる。そして、非晶質半導体膜が無機絶縁膜を介して有機樹脂膜の上方に存在している第一領域と非晶質半導体膜が有機樹脂膜の上方に存在していない第二領域を設けることにより、レーザー照射後の島状半導体膜水平方向の温度勾配形成領域を長くすることができ、その結果として、格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径が大きい島状の結晶質シリコン膜１０４ａ〜１０４ｅを用いることにより、完成したＴＦＴにおいて非常に優れた特性を実現することができる。
【０１０２】
［実施例２］
本実施例では、基板と有機樹脂膜との間に下地絶縁膜を設けた例を図３に示す。
【０１０３】
まず、ガラス基板３００１上に公知の方法により膜厚５０ｎｍ〜４００ｎｍの下地絶縁膜３００８を形成する。下地絶縁膜３００８としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタ法等の公知の方法を用いて酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜から選ばれた単層膜またはそれらの積層膜を用いることができる。ただし、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜を用いる場合は、内部応力のバランスを考慮することが必要である。この下地絶縁膜３００８は基板からの不純物拡散を防ぐ目的によって形成されている。本実施例ではＰＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍの酸化シリコン膜を成膜した。
【０１０４】
次いで、下地絶縁膜３００８上に有機樹脂膜（膜厚１００ｎｍ〜５００ｎｍ）をスピンコート法等により塗布し、焼成することで形成する。本実施例では、有機樹脂膜としてベンゾシクロブテン膜（以下、ＢＣＢ膜と呼ぶ）をスピンコート法により塗布した後、焼成（３００℃、１時間）して２００ｎｍの膜厚を得た。また、透過型表示素子（液晶パネル等）に用いない場合には透光性を有する基板３００１が透明である必要はなく、この後のＣＶＤ装置を使用するプロセスに対して耐えうる耐熱性と耐プラズマ性を有するものであれば、有機樹脂膜はＢＣＢ膜に限定されないことは言うまでもない。
【０１０５】
次いで、実施例１に従いＢＣＢ膜を公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングし、ドライエッチングにより島状の有機樹脂膜３００２を形成する。ここで、下地絶縁膜３００８はガラス基板表面をドライエッチングから保護している。
【０１０６】
以降の工程は、実施例１に従い島状の有機樹脂膜３００２を覆って公知の方法により無機絶縁膜３００３、及び非晶質半導体膜を形成した後、そして、非晶質半導体膜の不要な部分をエッチング除去して島状の非晶質半導体膜３００５ａを形成する。次いで、非晶質半導体膜の結晶化をレーザーアニ−ル法により行う。以上のようにして非晶質半導体膜が無機絶縁膜を介して有機樹脂膜の上方に存在している第一領域と非晶質半導体膜が有機樹脂膜の上方に存在していない第二領域を設けることにより、レーザー照射後の島状半導体膜水平方向の温度勾配形成領域を長くすることができ、その結果として、格子欠陥密度が非常に小さく、結晶粒径が大きい島状の結晶質シリコン膜を所望の位置に得ることができた。この島状の結晶質半導体膜をＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得ることができる。
【０１０７】
また、本実施例は実施例１と適宜組み合わせることが可能である。
【０１０８】
［実施例３］
本実施例では、実施例１とは異なるレーザー照射方法による結晶化を行った例を図４に示す。なお、実施例１とは、レーザー照射方法以外は同一であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０９】
実施例１に従い、基板４００１上に島状の有機樹脂膜４００２を形成する。次いで、実施例１と同様にして島状の有機樹脂膜４２を覆う無機絶縁膜４００３を形成し、無機絶縁膜４００３上に非晶質半導体膜を形成する。ただし、本実施例において、基板４００１、及び島状の有機樹脂膜４００２は透光性を有することが必要である。
【０１１０】
次いで、図４に示すように基板の表面側及び裏面側からレーザー光を同時に照射する。以上の工程により、結晶粒径の大きな結晶質シリコン膜を所望の位置に得た。この結晶質半導体膜をＴＦＴの活性層に用いた場合、優れた特性を得ることができる。
【０１１１】
また、本実施例は、実施例１または実施例２と適宜、自由に組み合わせることが可能である。
[実施例４]
本実施例では、実施例１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９を用いる。
【０１１２】
まず、実施例１に従い、図７（ｃ）の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図７（ｃ）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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
本実施例では、実施例１に示す基板を用いている。従って、実施例１の画素部の上面図を示す図８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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。なお、本実施例は反射型であるので実施例１よりも基板間隔は半分程度となる。このようにして図１５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。
【０１１８】
以上のようにして作製される液晶表示パネルは各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１１９】
なお、本実施例のアクティブマトリクス型液晶表示装置は、実施例１で説明した構造と照らし合わせて説明したが、実施例１の構成に限定されるものでなく、実施の形態で示した構成を実施例１に応用して完成させたアクティブマトリクス基板を用いても良い。いずれにしても、実施の形態で示した有機樹脂膜を設けたアクティブマトリクス基板であれば自由に組み合わせてアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製することができる。
【０１２０】
[実施例５]
本願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ディスプレイ、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願発明を実施出来る。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。本願発明を表示部３５０２やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。本願発明を音声出力部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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
以上の様に、本願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１〜４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
【０１３７】
【発明の効果】
本発明の結晶化の技術を用いることにより、結晶粒径が大きい島状の結晶質シリコン膜を所望の位置に得ることができる。また、この結晶粒径の大きな領域は非常に格子欠陥密度が小さく、該領域をＴＦＴのチャネル形成領域として用いた場合、優れた電気特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の構成を説明する図。
【図２】    本発明のレーザーアニール装置の光学系の基本的な構成の例。
【図３】    本発明の構成を説明する図。
【図４】    本発明の構成を説明する図。
【図５】    アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図。
【図６】    アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図。
【図７】    アクティブマトリクス基板の作製工程を示す断面図。
【図８】  アクティブマトリクス基板の作製工程を示す上面図。
【図９】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面構造図。
【図１０】  従来の構成（構成１）を説明する図。
【図１１】  特願平１１−３０４７２２の構成（構成２）を説明する図。
【図１２】  熱伝導解析シミレーション結果から求めた、固相化開始時間の島状シリコン層の端からの距離依存性。
【図１３】  構成１、構成２および本発明の構成によって形成される結晶粒の比較図。
【図１４】  電子機器の一例を示す図。
【図１５】  電子機器の一例を示す図。
【図１６】  電子機器の一例を示す図。
【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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