(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に膜厚２５ｎｍ〜８０ｎｍのアモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜を島状にパターニングして島状アモルファスシリコン層を形成し、
前記島状アモルファスシリコン層に波長３０８ｎｍのレーザー光を照射して前記島状アモルファスシリコン層を結晶化する半導体装置の作製方法であって、
前記結晶化は、１つのレーザーを発振源とした、前記島状アモルファスシリコン層の表面に照射される第１のレーザー光と、前記島状アモルファスシリコン層の裏面に照射される第２のレーザー光とが、同時に照射されることによって行われ、
前記第１のレーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ０）と、前記第２のレーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ０’）との間に、０．３＜Ｉ０’／Ｉ０＜０．７の関係があ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、
前記第２のレーザー光は、前記基板と前記アモルファスシリコン層の間に設けられた絶縁膜によって、減衰されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
基板上に膜厚２５ｎｍ〜８０ｎｍのアモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜を島状にパターニングして島状アモルファスシリコン層を形成し、
前記島状アモルファスシリコン層に波長３０８ｎｍのレーザー光を照射して前記島状アモルファスシリコン層を結晶化する半導体装置の作製方法であって、
前記結晶化は、１つのレーザーを発振源とした、前記島状アモルファスシリコン層の表面に照射される第１のレーザー光と、前記島状アモルファスシリコン層の裏面に照射される第２のレーザー光とが、同時に照射されることによって行われ、
前記第２のレーザー光は、前記島状アモルファスシリコン層の裏面側に設けられた反射体で反射されて前記島状アモルファスシリコン層の裏面に照射され、
前記第１のレーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ０）と、前記第２のレーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ０’）との間に、０．３＜Ｉ０’／Ｉ０＜０．７の関係があ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３において、
前記第２のレーザー光は、前記基板と前記アモルファスシリコン層の間に設けられた絶縁膜によって、減衰され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３または請求項４において、
前記第２のレーザー光は、前記基板と前記反射体との間に充填された気体によって、減衰され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３乃至請求項５のいずれか一において、
前記反射体は、Ａｌ、Ａｇ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａのいずれかの金属元素を含む金属膜を表面に形成した基板であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
基板上に膜厚２５ｎｍ〜８０ｎｍのアモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜を島状にパターニングして島状アモルファスシリコン層を形成し、
前記島状アモルファスシリコン層に波長３０８ｎｍのレーザー光を照射して前記島状アモルファスシリコン層を結晶化する半導体装置の作製方法であって、
前記結晶化は、１つのレーザーを発振源とし光学系によって分割された、前記島状アモルファスシリコン層の表面に照射される第１のレーザー光と、前記島状アモルファスシリコン層の裏面に照射される第２のレーザー光とが、同時に照射することによって行われ、
前記第１のレーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ０）と、前記第２のレーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ０’）との間に、０．３＜Ｉ０’／Ｉ０＜０．７の関係があることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記第２のレーザー光は、前記第２のレーザー光の光路に設けられた減光フィルターによって、減衰され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７または請求項８において、
前記第２のレーザー光は、前記基板と前記島状アモルファスシリコン層の間に設けられた絶縁膜によって、減衰され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】
本願発明はレーザー光を用いた半導体膜のアニール（以下、レーザーアニールという）の方法及びそれを行うためのレーザー装置（レーザーと該レーザーから出力されるレーザー光を被処理体まで導くための光学系を含む装置）に関する。さらに、そのようなレーザーアニール方法によって形成される半導体装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）の開発が進められ、結晶質半導体膜として多結晶シリコン膜（ポリシリコン膜）を用いたＴＦＴが注目されている。特に、液晶表示装置（液晶ディスプレイ）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置（ＥＬディスプレイ）においては、画素をスイッチングする素子やその画素を制御するための駆動回路を形成する素子として用いられる。
【０００３】
ポリシリコン膜を得る手段としては、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を結晶化させてポリシリコン膜とする技術が一般的である。特に、最近ではレーザー光を用いてアモルファスシリコン膜を結晶化する方法が注目されている。本明細書中では、非晶質半導体膜をレーザー光で結晶化し、結晶質半導体膜を得る手段をレーザー結晶化という。
【０００４】
レーザー結晶化は、半導体膜の瞬間的な加熱が可能であり、ガラス基板やプラスチック基板等の耐熱性の低い基板上に形成された半導体膜のアニール手段として有効な技術である。また、従来の電熱炉を用いた加熱手段（以下、ファーネスアニールという）に比べて格段にスループットが高い。
【０００５】
レーザー光にも様々な種類があるが、一般的にはパルス発振型のエキシマレーザーを発振源とするレーザー光（以下、エキシマレーザー光という）を用いたレーザー結晶化が用いられている。エキシマレーザーは出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であるという利点を有し、さらにエキシマレーザー光はシリコン膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。
【０００６】
現在、最も注目されている問題はレーザー光で結晶化された結晶質半導体膜の結晶粒径を如何に大きくするかである。当然のことながら、一つの結晶粒（グレインともいう）が大きくなれば、ＴＦＴの特にチャネル形成領域を横切る結晶粒界の数が減る。そのため、電界効果移動度やしきい値電圧といったＴＦＴの代表的な電気特性のばらつきを改善することが可能となる。
【０００７】
また、各結晶粒の内部は、比較的きれいな結晶性を維持しており、上述のＴＦＴの諸特性を向上させるためには、一つの結晶粒の内部に完全にチャネル形成領域が収まるようにしてＴＦＴを形成することが望ましい。
【０００８】
しかしながら、現在の技術では結晶粒径の十分に大きな結晶質半導体膜を得ることは困難であり、実験的に得られたという報告はあるものの、実用化レベルには達していないのが現状である。
【０００９】
実験的には「"High-Mobility Poly-Si Thin-Film Transistors Fabricated by a Novel Excimer Laser Crystallization Method", K.Shimizu, O.Sugiura and M.Matumura, IEEE Transactions on Electron Devices vol.40, No.1, pp112-117,1993」に示されるような結果が得られている。同文献は、基板上にＳｉ／ＳｉＯ2／ｎ+Ｓｉの３層構造を形成し、エキシマレーザー光をＳｉ側とｎ+Ｓｉ側の両方向から照射している。そして、このような構成により結晶粒径を大きくできる旨が示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、上記問題点を解決するための技術であり、結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得るためのレーザーアニール方法及びそのレーザーアニール方法に用いるレーザー装置を提供することを課題とする。また、そのようなレーザーアニール方法を用いた半導体装置及びその作製方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明の要旨は、非晶質半導体膜を結晶化するにあたって、レーザー光を非晶質半導体膜の表面（上に薄膜が重ねられていく面）及び裏面（表面とは反対側の面）に同時に照射し、且つ、その表面に照射されたレーザー光（以下、第一次レーザー光という）の実効エネルギー強度と裏面に照射されるレーザー光（以下、第二次レーザー光という）の実効エネルギー強度とを異なるものとする点にある。
【００１２】
即ち、第一次レーザー光の実効エネルギー強度を（Ｉ0）とし、第二次レーザー光の実効エネルギー強度を（Ｉ0'）とした時、実効エネルギー強度比（Ｉ0'／Ｉ0）に「０＜Ｉ0'／Ｉ0＜１」または「１＜Ｉ0'／Ｉ0」の関係が成り立つようにレーザー光を照射することを特徴とする。勿論、Ｉ0・Ｉ0'≠０である。
【００１３】
なお、本明細書中において、「実効エネルギー強度」とはレーザー光が非晶質半導体膜の表面または裏面に達した時に有するエネルギー強度であり、反射等によるエネルギー損失を考慮したエネルギー強度（ここでは、単位は密度：ｍＪ／ｃｍ2で表す）と定義する。測定することはできないが、レーザー光の経路に存在する媒質が判れば反射率や透過率の計算から求めることができる。
【００１４】
例えば、図６に示す構造に本願発明を実施した場合について、実効エネルギー強度の具体的な算出方法を説明する。図６において、６０１はアルミニウムでなる反射体、６０２はコーニング社＃１７３７基板（厚さ０．７ｍｍ）、６０３は２００ｎｍ厚の窒化酸化シリコン膜（以下、ＳｉＯＮ膜という）、６０４は５５ｎｍ厚のアモルファスシリコン膜である。このような試料に対して空気中で、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザー光を照射する場合を例にとる。
【００１５】
アモルファスシリコン膜６０４に到達する直前のレーザー光（波長３０８ｎｍ）のエネルギー強度を（Ｉa）とする。このとき、第一次レーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ0）は、アモルファスシリコン膜の表面におけるレーザー光の反射を考慮して、Ｉ0＝Ｉa（１−ＲSi）で表される。但し、ＲSiはレーザー光の反射率である。この場合、計算ではＩ0＝０．４５Ｉaとなる。
【００１６】
また、第二次レーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ0'）は、Ｉ0'＝ＩaＴ1737ＲAlＴ1737（１−ＲSiON-Si）で表される。但し、Ｔ1737は＃１７３７基板の透過率、ＲAlはアルミニウム表面での反射率、ＲSiON-SiはＳｉＯＮ膜中からアモルファスシリコン膜へ入射する際の反射率である。なお、空気中からＳｉＯＮ膜へ入射する際の反射率、ＳｉＯＮ膜中の透過率、ＳｉＯＮ膜中から＃１７３７基板へ入射する際の反射率及び＃１７３７基板中からＳｉＯＮ膜へ入射する際の反射率は、実験的に無視しうることが判明したので計算に含めなかった。この場合、計算ではＩ0'＝０．１３Ｉaとなる。
【００１７】
従って、図６の構造の場合、第一次レーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ0）は０．４５Ｉa、第二次レーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ0'）は０．１３Ｉaと求められる。即ち、実効エネルギー強度比（Ｉ0'／Ｉ0）は０．２９である。以上のようにして求められる実効エネルギー強度比が、０＜Ｉ0'／Ｉ0＜１を満たすという点が本願発明の特徴の一つである。
【００１８】
また、第一次レーザー光の強度が第二次レーザー光の強度よりも小さい場合においても本願発明は成り立つ。即ち、実効エネルギー強度比が１＜Ｉ0'／Ｉ0を満たす場合においても本願発明が成り立つ。
【００１９】
第一次レーザー光と第二次レーザー光の実効エネルギー強度を異なるものとするためには、以下の方法が挙げられる。
１）基板の下に設けた反射体を用いて非晶質半導体膜の表面及び裏面にレーザー光を照射する際に、反射体の反射率を調節することで第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させ、相対的に第一次レーザー光の実効エネルギー強度よりも小さくする方法。
２）第一次レーザー光を途中で分割して第二次レーザー光を形成し、第一次レーザー光の実効エネルギー強度もしくは第二次レーザー光の実効エネルギー強度をフィルター（バリアブルアッテネータ等）で減衰させ、相対的に両者の実効エネルギー強度を異なるものとする方法。
３）非晶質半導体膜を形成する基板の材質によって、第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させ、相対的に第一次レーザー光の実効エネルギー強度よりも小さくする方法。
４）基板と非晶質半導体膜の間に絶縁膜を挟み、第二次レーザー光の実効エネルギー強度をその絶縁膜で減衰させ、相対的に第一次レーザー光の実効エネルギー強度よりも小さくする方法。
５）非晶質半導体膜の表面を絶縁膜で覆っておき、非晶質半導体膜の表面における第一次レーザー光の反射率を小さくすることで、第一次レーザー光の実効エネルギー強度を相対的に第二次レーザー光の実効エネルギー強度よりも大きくなるようにする方法。
６）非晶質半導体膜を絶縁膜で覆っておき、第一次レーザー光の実効エネルギーをその絶縁膜で減衰させ、相対的に第二次レーザー光の実効エネルギーよりも小さくなるようにする方法。
７）第一次レーザー光と第二次レーザー光をそれぞれ別のレーザーを発振源として形成し、両者の実効エネルギー強度を異なるものとする方法。
【００２０】
また、本願発明はレーザーの種類によるものではなく、一般的に知られるエキシマレーザー（代表的にはＫｒＦレーザーもしくはＸｅＣｌレーザー）、固体レーザー（代表的にはＮｄ：ＹＡＧレーザーもしくはルビーレーザー）、ガスレーザー（代表的にはアルゴンレーザーもしくはヘリウム・ネオンレーザー）、金属蒸気レーザー（代表的には銅蒸気レーザーもしくはヘリウム・カドミウムレーザー）または半導体レーザーを用いることができる。
【００２１】
なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーのように基本波（第１高調波：波長１０６４ｎｍ）の波長が長いレーザー光を用いる場合は、第２高調波、第３高調波もしくは第４高調波を用いるのが好ましい。これらの高調波は非線形結晶（非線形素子）を用いて得ることができる。また、公知のＱスイッチ方式を用いても良い。
【００２２】
〔発明に至るまでの経緯〕
ここで、本出願人が本願発明に想到した経緯について、実験結果に基づいて説明する。図７に示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）写真はレーザー結晶化により形成したポリシリコン膜にセコ・エッチングを施した後の写真である。セコ・エッチング技術に関する詳細は、「F.Secco d' Aragona:"Dislocation Etch for (100) Planes in Silicon".J.Electrochem.soc.Vol.119.No.7.pp.948-950(1972)」を参考にすれば良い。
【００２３】
どちらもコーニング社製＃１７３７基板（厚さ０．７ｍｍ）の上に酸化シリコン膜（厚さ２００ｎｍ）を介してアモルファスシリコン膜（厚さ５５ｎｍ）を形成し、エキシマレーザー光を照射して得ている。なお、この実験で用いたエキシマレーザー光は、励起ガスとしてＸｅＣｌガスを用いた波長３０８ｎｍのパルスレーザー光であり、パルス幅は３０ｎｓ、ショット数は２０ショット、エネルギー密度は３７０ｍＪ／ｃｍ2とした。
【００２４】
図７（Ａ）はアモルファスシリコン膜の表面のみにレーザー光を照射して得たポリシリコン膜（平均結晶粒径は約０．３μm）であり、図７（Ｂ）はアモルファスシリコン膜の表面及び裏面にレーザー光を照射して得たポリシリコン膜（平均結晶粒径は約１．５μm）である。これによればアモルファスシリコン膜の表面及び裏面にレーザー光を照射して得たポリシリコン膜の方が結晶粒径は約５倍も大きく、両面からの照射が非常に効果的であることが確認された。
【００２５】
なお、本明細書中において、平均結晶粒径の定義は特願平１０−０２０５６６号出願の明細書中における「結晶粒領域の平均径の定義」に準ずるものとする。
【００２６】
以上のように、非晶質半導体膜の表面及び裏面にレーザー光を照射することで結晶粒径を大きくできることが確認された。なお、従来例で示した文献中の実験は、結晶化させようとする半導体膜の裏面に直接レーザー光は照射されず、ｎ+Ｓｉの余熱を利用して蓄熱効果を狙っており、本出願人が行った実験とは全く構成が異なっている。
【００２７】
次に、本出願人は、ガラス基板の代わりに石英基板を用いて同様の実験（但し、レーザー光のエネルギー密度は２００ｍＪ／ｃｍ2とした。）を行った。その結果、図８に示すような結果（セコ・エッチング後のＳＥＭ写真）が得られた。
【００２８】
図８（Ａ）はアモルファスシリコン膜の表面のみにレーザー光を照射して得られたポリシリコン膜であり、図８（Ｂ）はアモルファスシリコン膜の表面及び裏面にレーザー光を照射して得られたポリシリコン膜である。これによれば基板として石英基板を用いた場合、平均結晶粒径はせいぜい０．４〜０．５μm程度であり、図７（Ｂ）に示したような大粒径化は確認できなかった。また、基板の片面から照射しても両面から照射しても結晶粒径に差は見られなかった。即ち、前述と同様に、非晶質半導体膜の表面及び裏面にレーザー光を照射したにも拘わらず、平均結晶粒径の増大という効果は確認されなかった。
【００２９】
そこで本出願人は、以上の実験結果について考察し、図７及び図８に示した実験の差は、ガラス基板の透過率（約５０％）と石英基板の透過率（約９３％）の差、即ち、非晶質半導体膜の裏面に照射されるレーザー光の実効エネルギー強度の差であると予想した。そして、確認のため以下のような実験を行った。
【００３０】
まず、本実験では図６に示した構造の試料を、基板６０２に石英基板を用い、反射体６０１に窒化チタン膜を用いて作製した。そして、この試料に対して図７（Ｂ）の写真を得たのと同一条件でＸｅＣｌエキシマレーザー光を照射し、得られたポリシリコン膜の平均結晶粒径をセコ・エッチング後のＳＥＭ写真にて確認した。この結果を図９に示す。
【００３１】
図９を見れば判るように、得られたポリシリコン膜の結晶粒は、図７（Ｂ）のポリシリコン膜とほぼ同じ様な状態で分布していることが確認された。また、図７（Ｂ）の写真を得た試料の場合、第一次レーザー光と第二次レーザー光の実効エネルギー強度比が０．２９であることは既に述べた。これは実質的にガラス基板で第二次レーザー光が減衰した結果である。これと同じように本実験の試料について実効エネルギー強度比を計算した結果、０．３３という値が得られた。これは実質的に反射体で第二次レーザー光が減衰した結果である。
【００３２】
また、図８（Ｂ）の試料（石英とアルミニウムでなる反射体の組み合わせ）と図９の試料（石英と窒化チタンでなる反射体の組み合わせ）は反射体表面の材質が異なる以外同一構造であり、異なる点は図９の試料では反射体表面の反射率が図８（Ｂ）の試料よりも小さい点のみである。
【００３３】
以上の結果を考察すると、非晶質半導体膜の表面及び裏面にレーザー光を照射して結晶化する場合、表面側のレーザー光（第一次レーザー光）の実効エネルギー強度よりも、裏面側のレーザー光（第二次レーザー光）の実効エネルギー強度が小さい場合において平均結晶粒径の増加が確認されることが判った。
【００３４】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
本願発明の実施形態の一つについて説明する。図１（Ａ）は本願発明のレーザー装置の構成を示す図である。このレーザー装置は、レーザー１０１、レーザー１０１を発振源とするレーザー光を線状に加工する光学系２０１、透光性基板を固定するステージ１０２を有し、ステージ１０２にはヒータ１０３とヒータコントローラー１０４が具備されて、基板を室温〜５５０℃の範囲の温度に保持することができる。また、ステージ１０２上には反射体１０５が設けられ、その上に非晶質半導体膜が形成された基板１０６が設置される。
【００３５】
次に、図１（Ａ）のような構成のレーザー装置において、基板１０６の保持方法を図１（Ｂ）を用いて説明する。ステージ１０２に保持された基板１０６は、反応室１０７に設置され、レーザー１０１を発振源とする線状のレーザー光が照射される。反応室内は図示されていない排気系またはガス系により減圧状態または不活性ガス雰囲気とすることができ、半導体膜を汚染させることなく１００〜４５０℃まで加熱することができる。
【００３６】
また、ステージ１０２はガイドレール１０８に沿って反応室内を移動することができ、基板の全面に線状のレーザー光を照射することができる。レーザー光は基板１０６の上面に設けられた図示されていない石英製の窓から入射する。また、図１（Ｂ）ではこの反応室１０７にトランスファー室１０９、中間室１１０、ロード・アンロード室１１１が接続され、それぞれの室は仕切弁１１２、１１３で分離されている。
【００３７】
ロード・アンロード室１１１には複数の基板を保持することが可能なカセット１１４が設置され、トランスファー室１０９に設けられた搬送ロボット１１５により基板が搬送される。基板１０６'は搬送中の基板を表す。このような構成とすることによりレーザーアニールを減圧下または不活性ガス雰囲気中で連続して処理することができる。
【００３８】
次に、レーザー光を線状にする光学系２０１の構成について図２を用いて説明する。図２（Ａ）は光学系２０１を側面から見た図であり、図２（Ｂ）は光学系２０１を上面から見た図である。
【００３９】
レーザー１０１を発振源とするレーザー光はシリンドリカルレンズアレイ２０２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２０３によりさらに横方向に分割される。即ち、レーザー光はシリンドリカルレンズアレイ２０２、２０３によって最終的にはマトリクス状に分割されることになる。
【００４０】
そして、レーザー光はシリンドリカルレンズ２０４により一旦集光される。その際、シリンドリカルレンズ２０４の直後にシリンドリカルレンズ２０５を通る。その後、ミラー２０６で反射され、シリンドリカルレンズ２０７を通った後、照射面２０８に達する。
【００４１】
このとき、照射面２０８に投影されたレーザー光は線状の照射面を示す。即ち、シリンドリカルレンズ２０７を透過したレーザー光の断面形状は線状になっていることを意味する。この線状に加工されたレーザー光の幅方向（短い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ２０２、シリンドリカルレンズ２０４及びシリンドリカルレンズ２０７で行われる。また、上記レーザー光の長さ方向（長い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ２０３及びシリンドリカルレンズ２０５で行われる。
【００４２】
次に、基板上に形成された被処理膜の表面及び裏面からレーザー光を照射するための構成について図３を用いて説明する。図３に示したのは、図１における基板１０６と反射体１０５との位置関係を示す図である。
【００４３】
図３において、３０１は透光性基板であり、その表面（薄膜または素子が形成される側の面）には絶縁膜３０２、非晶質半導体膜（または微結晶半導体膜）３０３が形成されている。また、透光性基板３０１の下にはレーザー光を反射させるための反射体３０４が配置される。
【００４４】
透光性基板３０１はガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用いられる。この透光性基板３０１自体で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することが可能である。また、絶縁膜３０２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用いれば良く、この絶縁膜３０２で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節しても良い。また、非晶質半導体膜３０３はアモルファスシリコン膜の他に、アモルファスシリコンゲルマニウム膜などの化合物半導体膜も含む。
【００４５】
また、反射体３０４は表面（レーザー光の反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、金属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜としては如何なる材料を用いても良い。代表的には、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）のいずれかの元素を含む金属膜を用いる。例えば、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）を用いても良い。
【００４６】
さらに、この反射体３０４は透光性基板３０１に接して設けても良いし、離して設けても良い。また、反射体３０４を配置する代わりに、基板３０１の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のような金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させることも可能である。いずれにしても、この反射体３０４の反射率で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することができる。また、反射体３０４を透光性基板３０１と離して設置する場合、その隙間に充填する気体（ガス）で第二次レーザー光のエネルギー強度を制御することも可能である。
【００４７】
そして、図２で説明した光学系２０１（図中ではシリンドリカルレンズ２０７のみを示す。）を経由して線状に加工されたレーザー光が、非晶質半導体膜３０３に照射される。この線状に加工されたレーザー光の照射はレーザー光を走査することによって行われる。
【００４８】
いずれにしても、シリンドリカルレンズ２０７を透過して非晶質半導体膜３０３の表面に照射される第一次レーザー光３０５と、反射体３０４で一旦反射されて非晶質半導体膜３０３の裏面に照射される第二次レーザー光３０６との実効エネルギー強度比（Ｉ0'／Ｉ0）が、０＜Ｉ0'／Ｉ0＜１または１＜Ｉ0'／Ｉ0の関係を満たすことが重要である。このためには、反射体３０４のレーザー光に対する反射率は２０〜８０％であることが好ましい。また、このとき、本実施形態でいくつか述べた第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させる手段を、複数組み合わせて所望の強度比としても良い。
【００４９】
また、シリンドリカルレンズ２０７を通過したレーザー光は、集光される過程で基板表面に対して４５〜９０°の入射角を持つ。そのため、第二次レーザー光３０６は非晶質半導体膜３０３の裏面側にも回り込んで照射される。また、反射体３０４の反射面に起伏部を設けてレーザー光を乱反射させることで、第二次レーザー光３０６をさらに効率良く得ることができる。
【００５０】
〔実施形態２〕
本実施形態ではの実施形態１と異なる実施の形態について説明する。本実施形態では、実施形態１のような反射体を用いず、光学系の途中で分光した二系統のレーザー光を非晶質半導体膜の表面及び裏面から照射する例を示す。
【００５１】
図４（Ａ）は本実施形態のレーザー装置の構成を示す図である。基本的な構成は実施形態１で説明した図１のレーザー装置と同様であるので異なる部分の符号を変えて説明する。
【００５２】
このレーザー装置は、レーザー１０１、レーザー１０１を発振源とするレーザー光を線状に加工し、且つ、二系統に分光する光学系４０１、透光性基板を固定する透光性のステージ４０２を有する。また、ステージ４０２上には基板４０３aが設置され、その上に非晶質半導体膜４０３bが形成されている。
【００５３】
本実施形態の場合、ステージ４０２を透過したレーザー光を非晶質半導体膜４０３bに照射するため、ステージ４０２は透光性を有してなければならない。また、ステージ４０２側から照射されるレーザー光（第二次レーザー光）はステージ４０２を透過するので、その実効エネルギー強度はステージ４０２を透過する際の減衰を考慮しなければならない。
【００５４】
また、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示したレーザー装置における基板４０３aの保持方法を説明する図面であるが、透光性ステージ４０２を用いること以外は図１（Ｂ）に示した構成と同一であるので説明は省略する。
【００５５】
次に、図４（Ａ）に示した光学系４０１の構成について図５を用いて説明する。図５（Ａ）は光学系４０１を側面から見た図である。レーザー５０１を発振源とするレーザー光はシリンドリカルレンズアレイ５０２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５０３によりさらに横方向に分割される。こうしてレーザー光はシリンドリカルレンズアレイ５０２、５０３によってマトリクス状に分割される。
【００５６】
そして、レーザー光はシリンドリカルレンズ５０４により一旦集光される。その際、シリンドリカルレンズ５０４の直後にシリンドリカルレンズ５０５を通る。ここまでは図２に示した光学系と同様である。
【００５７】
その後、レーザー光はハーフミラー５０６に入射し、ここでレーザー光は第一次レーザー光５０７と第二次レーザー光５０８とに分光される。そして、第一次レーザー光５０７はミラー５０９、５１０で反射され、シリンドリカルレンズ５１１を通った後、非晶質半導体膜４０３bの表面に達する。
【００５８】
また、ハーフミラー５０６で分光された第二次レーザー光５０８はミラー５１２、５１３、５１４で反射され、シリンドリカルレンズ５１５を通った後、基板４０３aを透過して非晶質半導体膜４０３bの裏面に達する。
【００５９】
このとき、実施形態１と同様に基板の照射面に投影されたレーザー光は線状の照射面を示す。また、この線状に加工されたレーザー光の幅方向（短い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ５０２、シリンドリカルレンズ５０４及びシリンドリカルレンズ５１５で行われる。また、上記レーザー光の長さ方向（長い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ５０３、シリンドリカルレンズ５０５及びシリンドリカルレンズ５０９で行われる。
【００６０】
いずれにしても、シリンドリカルレンズ５１１を透過して非晶質半導体膜４０３bの表面に照射される第一次レーザー光と、シリンドリカルレンズ５１５を透過して非晶質半導体膜４０３bの裏面に照射される第二次レーザー光との実効エネルギー強度比（Ｉ0'／Ｉ0）が、０＜Ｉ0'／Ｉ0＜１または１＜Ｉ0'／Ｉ0の関係を満たすことが重要である。
【００６１】
本実施形態では基板４０３aとしてガラス基板（ここで用いるレーザー光の透過率が約５０％の材料でなるもの）を用いることで、上述の関係式を満たすようにしている。勿論、基板以外にも基板４０３a上に設けた絶縁膜（図示せず）や、基板４０３aを設置するステージ（図示せず）の透過率や界面の反射率を調節して第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させても良い。
【００６２】
また、光学系４０１の第二次レーザー光の光路において、任意の場所に減光フィルターを設けて、第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させることも可能であるし、逆に光学系４０１の第一次レーザー光の光路において、任意の場所に減光フィルターを設けて、第一次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させることも可能である。
【００６３】
また、本実施形態でいくつか述べた第一次レーザー光もしくは第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させる手段を、複数組み合わせて所望の強度比としても良い。
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、実施形態１に示した構成でアモルファスシリコン膜の結晶化を行った例を示す。説明には図３を用いる。
【００６４】
本実施例では、基板３０１として１．１ｍｍ厚の石英基板、絶縁膜３０２として２００ｎｍ厚の窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯＮ膜）、非晶質半導体膜３０３としてアモルファスシリコン膜を用いた。このとき、ＳｉＯＮ膜３０２とアモルファスシリコン膜３０３はプラズマＣＶＤ法を用いて形成した。
【００６５】
本実施例では、まずＳｉＨ4を４SCCM、Ｎ2Ｏを４００SCCMとして反応室に導入し、成膜温度４００℃、反応圧力３０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとしてＳｉＯＮ膜３０２を形成した。次に、ＳｉＨ4を１００SCCMで反応室に導入し、成膜温度３００℃、反応圧力４５Pa、放電電力密度０．０３７W/cm2、放電周波数１３．５６MHzとしてアモルファスシリコン膜３０３を形成した。なお、実際にはアモルファスシリコン膜をパターニングして島状パターンとした。
【００６６】
次に、図１（Ｂ）に示したようなエキシマレーザー装置を用いてアモルファスシリコン膜３０３のレーザー結晶化を行った。このとき、図３の反射体３０４としては、シリコン基板上に窒化タングステン膜を形成したものを用いた。また、反射体３０４と石英基板３０１との間には１５０μmの隙間を空けた。
【００６７】
この状態で図３に示すようにエキシマレーザー光（第一次レーザー光３０５と第二次レーザー光３０６）をアモルファスシリコン膜３０３に対して室温、大気雰囲気中で照射した。エキシマレーザー光は図２に示した光学系により断面形状を線状（０．４ｍｍ×１６０ｍｍ）に加工し、基板の一端から他端まで走査した。また、走査速度は１ｍｍ／ｓとし、エネルギー密度（図６のＩaに想到するエネルギー強度）は３３６ｍＪ／ｃｍ2、パルス幅は３０ｎｓ、繰り返し周波数は３０Ｈｚ、重ね合わせ率は９０％とした。これにより一カ所に２０ショットのレーザー光を照射することができた。
【００６８】
なお、本実施例の構成でレーザー結晶化を行う場合、第一次レーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ0）は１５１．２ｍＪ／ｃｍ2であり、第二次レーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ0'）は７７．３ｍＪ／ｃｍ2であった。従って、実効エネルギー強度比（Ｉ0'／Ｉ0）は０．５１であった。
【００６９】
ここで本実施例に従って結晶化させたポリシリコン膜のＳＥＭ写真を図１０に示す。なお、図１０はセコ・エッチング後の状態である。このセコ・エッチングはフッ化水素酸溶液５０ｃｃと水２５ｃｃと１．１４ｇのクロム酸カリウム（二価）とを加えた室温のエッチャントを用いた。
【００７０】
その結果、図１０に示すように、島状パターンの中心付近に平均結晶粒径が０．５〜０．６μm程度の比較的大きな結晶粒が確認できた。島状パターンの端部には結晶粒径の小さな結晶粒が存在するが、レーザーエネルギー密度を変えることで形成される位置が変化する。実際に本実施例によって形成したポリシリコン膜をＴＦＴの活性層として用いる場合には、このような結晶粒径の小さな部分がチャネル形成領域に当たらないように設計すれば良い。
【００７１】
〔実施例２〕
本実施例では、実施形態１に示した構成でアモルファスシリコン膜の結晶化を行った例を示す。なお、本実施例で行ったレーザー結晶化は実施例１において反射体３０４の表面に形成する膜をタングステン膜に、レーザーエネルギー密度を３６９ｍＪ／ｃｍ2に変更しただけであるので、他の条件の詳細な説明は実施例１を参考にすれば良い。
【００７２】
本実施例に従って結晶化させたポリシリコン膜のＳＥＭ写真を図１１に示す。なお、実施例１と同様に図１１はセコ・エッチング後の状態である。セコ・エッチングの条件は実施例１を参考にすれば良い。
【００７３】
なお、本実施例の構成でレーザー結晶化を行う場合、第一次レーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ0）は１６６．１ｍＪ／ｃｍ2であり、第二次レーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ0'）は８８．６ｍＪ／ｃｍ2であった。従って、実効エネルギー強度比（Ｉ0'／Ｉ0）は０．５３であった。
【００７４】
その結果、図１１に示すように、島状パターン全体に平均結晶粒径が０．６〜０．７μm程度の比較的大きな結晶粒が確認できた。なお、図１１では図１０に見られたような島状パターンの端部の小さな結晶粒は顕著に見られなかった。しかしながら、レーザーエネルギー密度を変えることで顕著に見られる条件もあったため、レーザーエネルギー密度の最適化が必要である。また、結晶粒径の小さな部分があっても、実施例１と同様にＴＦＴのチャネル形成領域に当たらないように設計すれば問題はない。
【００７５】
〔実施例３〕
本実施例では、実施形態１に示した構成でアモルファスシリコン膜の結晶化を行った例を示す。なお、本実施例で行ったレーザー結晶化は実施例１において反射体３０４の表面に形成する膜を窒化チタン膜に、レーザーエネルギー密度を３８４ｍＪ／ｃｍ2に変更しただけであるので、他の条件の詳細な説明は実施例１を参考にすれば良い。
【００７６】
本実施例に従って結晶化させたポリシリコン膜のＳＥＭ写真を図１２に示す。なお、実施例１と同様に図１２はセコ・エッチング後の状態である。セコ・エッチングの条件は実施例１を参考にすれば良い。
【００７７】
なお、本実施例の構成でレーザー結晶化を行う場合、第一次レーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ0）は１７２．８ｍＪ／ｃｍ2であり、第二次レーザー光の実効エネルギー強度（Ｉ0'）は５７．６ｍＪ／ｃｍ2であった。従って、実効エネルギー強度比（Ｉ0'／Ｉ0）は０．３３であった。
【００７８】
その結果、図１２に示すように、島状パターン全体に平均結晶粒径が０．８〜１．０μm程度の大きな結晶粒が確認できた。この結晶粒は紙面に向かって横方向に長い形状であり、島状パターンの横方向の端部から結晶化が進行した可能性を示唆するものと思われる。この傾向は図１１においても若干確認される。
【００７９】
また、やはりレーザーエネルギー密度を変えることで顕著に見られる条件もあったため、レーザーエネルギー密度の最適化が必要である。また、結晶粒径の小さな部分があっても、実施例１と同様にＴＦＴのチャネル形成領域に当たらないように設計すれば問題はない。
【００８０】
〔実施例４〕
本実施例では、実施形態１または実施形態２の方法により、ＴＦＴの活性層となるポリシリコン膜を形成する例について説明する。説明には図１３を用いる。
【００８１】
まず、ガラス基板上に厚さ２００ｎｍの窒化酸化シリコン膜（図示せず）を形成し、その上に５０ｎｍ厚のアモルファスシリコン膜（図示せず）を形成する。次に、アモルファスシリコン膜をパターニングしてアモルファスシリコン膜でなる島状パターン１３０１a、１３０１bを形成する。（図１３（Ａ））
【００８２】
次に、島状パターン１３０１a、１３０１bを、実施形態１または実施形態２の方法によってレーザー結晶化する。レーザー結晶化によって得られたポリシリコン膜でなる島状パターン１３０２a、１３０２bは端部に結晶粒の小さな領域１３０３a、１３０３bを有することがある。また、島状パターン１３０２a、１３０２bの端部は結晶欠陥や格子歪みを多く含む領域でもある。（図１３（Ｂ））
【００８３】
なお、１３０４a、１３０４bで示された点線は、アモルファスシリコン膜でなる島状パターン１３０１a、１３０１bの跡であり、レーザー結晶化によって島状パターンが１〜１５％ほど縮小化することを意味する。この縮小化はシリコン膜の緻密化と気化によって起こると考えられるが詳細な明らかではない。
【００８４】
また、この島状パターン１３０１a、１３０１bの跡１３０４a、１３０４bは、下に形成された窒化酸化シリコン膜（図示せず）の段差となって残る。
【００８５】
次に、ポリシリコン膜でなる島状パターン１３０２a、１３０２bを再びパターニングして活性層１３０５a、１３０５bを形成する。なお、１３０６a、１３０６bで示された点線は結晶粒の小さな領域１３０３a、１３０３bの跡である。また、活性層１３０５a、１３０５bを形成することによって下に形成された窒化酸化シリコン膜（図示せず）には再び段差が形成される。
（図１３（Ｃ））
【００８６】
即ち、前工程で形成された島状パターン１３０１a、１３０１bの形状に沿って形成された第１の段差と、活性層１３０５a、１３０５bの形状に沿って形成された第２の段差とが、ガラス基板上の窒化酸化シリコン膜に形成されることになる。このように、まず第１の形状の半導体パターンを形成した後にレーザー結晶化し、第１の形状の半導体パターンをさらにパターニングして第２の形状の半導体パターンを形成する技術は特開平８−２２８００６号公報に開示されている。この技術を使うと上述のような二つの段差が残る。
【００８７】
次に、活性層１３０５a、１３０５bを覆って８０ｎｍ厚の窒化酸化シリコン膜でなるゲート絶縁膜を形成し、その上にゲート電極１３０７を形成する。ゲート電極１３０７は窒化タングステン膜とタングステン膜との積層構造で形成し、膜厚は３００ｎｍとする。（図１３（Ｄ））
【００８８】
ゲート電極１３０７を形成したら、ｎ型を付与する不純物元素の添加工程を行い、ソース領域１３０８a、ドレイン領域１３０９a、ＬＤＤ領域１３１０を形成する。さらに、選択的にｐ型を付与する不純物元素の添加工程を行い、ソース領域１３０８b、ドレイン領域１３０９bを形成する。また同時に、チャネル形成領域１３１１a、１３１１b（活性層のうち不純物元素が添加されなかった領域）が形成される。
【００８９】
次に、酸化シリコン膜でなる層間絶縁膜（図示せず）を１μmの厚さに形成した後、コンタクトホールを開けて、ソース配線１３１２a、１３１２b、ドレイン配線１３１３を形成する。これら配線はアルミニウム膜を主体とする低抵抗な導電膜で形成すれば良い。（図１３（Ｅ））
【００９０】
以上の工程によって、図１３（Ｅ）に示すような構造のｎチャネル型ＴＦＴ１３１４及びｐチャネル型ＴＦＴ１３１５を相補的に組み合わせたＣＭＯＳ回路１３１６が形成される。
【００９１】
なお、本実施例は本願発明をＴＦＴの活性層を形成する際に実施した一実施例であり、この作製工程に限定する必要はない。本願発明は、公知のあらゆるＴＦＴの作製工程に用いることができる。但し、活性層の下に遮光膜等を設ける場合、即ち、非晶質半導体膜の表面及び裏面を同時にレーザーアニールすることが不可能な場合を除く。
【００９２】
また、本実施例ではＣＭＯＳ回路を形成する例を示しているが、アクティブマトリクス型画像表示装置の画素部に設けられる画素ＴＦＴも、公知の技術を用いれば容易に作製することが可能である。
【００９３】
〔実施例５〕
本実施例では、実施形態１または実施形態２によって形成した結晶質半導体膜を、ＴＦＴの活性層として用いる場合の配置について説明する。
【００９４】
実施例１の条件でレーザーアニールを行って得たポリシリコン膜は、図１０に示すような状態で結晶粒が分布していることを既に示した。即ち、島状パターンの中心部に平均結晶粒径の大きな第１の領域が形成され、端部に第１の領域よりも平均結晶粒径の小さな第２の領域が形成される。なお、第２の領域の平均結晶粒径は第１の平均結晶粒径に比べて１／３以下である。このような場合、図１４（Ａ）に示すように端部の第２の領域を使わないように活性層の配置を設計する必要がある。
【００９５】
図１４（Ａ）において、１４０１は実施例１の条件で形成された島状パターンの模式図であり、実施例４の図１３で説明した島状パターン１３０２a、１３０２bに対応する。また、１４０２a、１４０２bは第２の領域であり、図１３の１３０３a、１３０３bで示される領域に対応する。また、１４０３は第１の領域（活性層として用いる領域）であり、１４０４で示される点線は図１３の活性層１３０５a、１３０５bが形成される部分に対応する。
【００９６】
また、図１４（Ｂ）のように、第１の領域１４０３及び第２の領域１４０２a、１４０２bに跨って活性層を配置することも可能である。
【００９７】
なお、実施例４でも述べたように、本実施例を実施すると島状パターン１４０１に対応する段差及び活性層１４０４（または１４０５）に対応する段差が、ポリシリコン膜の下地となる絶縁膜（または基板）に形成される。これは本実施例を実施した場合の特徴と言える。
【００９８】
また、図１４（Ｂ）の構成の場合、最終的に完成したＴＦＴの活性層は、少なくともチャネル形成領域が第１の領域で形成され、ソース領域またはドレイン領域の一部（または全部）が第２の領域で形成されていることが確認できる。これも本実施例を実施した場合の特徴と言える。
【００９９】
以上のようにして活性層１４０４または１４０５を形成したら、後は公知の手段を用いてＴＦＴを作製すれば良い。
【０１００】
図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）に共通な概念は、結晶粒径の大きな第１の領域に少なくともチャネル形成領域が形成されるように活性層を配置することである。チャネル形成領域に含まれる結晶粒界が１本、好ましくは０本となるように配置することが最も好ましい。そうすることでＴＦＴの電界効果移動度やしきい値電圧といった代表的な電気特性を改善することが可能である。
【０１０１】
〔実施例６〕
本実施例では具体的に画素部の画素ＴＦＴおよび保持容量と、画素部の周辺に設けられる駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとを同時に作製する方法について説明する。説明には図１５〜図１７を用いる。
【０１０２】
図１５（Ａ）において、基板７０１にはコーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表される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のガラス基板の他に、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基板を用いることができる。また、石英基板や結晶化ガラス基板を用いても良い。
【０１０３】
そして、基板７０１のＴＦＴを形成する表面に、基板７０１からの不純物拡散を防ぐために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの下地膜７０２を形成する。本実施例ではプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜７０２ａを１０〜２００nm（好ましくは５０〜１００nm）、同様にＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂを５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。
【０１０４】
酸化窒化シリコン膜は従来の平行平板型のプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。酸化窒化シリコン膜７０２ａは、ＳｉＨ4を１０SCCM、ＮＨ3を１００SCCM、Ｎ2Ｏを２０SCCMとして反応室に導入し、基板温度３２５℃、反応圧力４０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとする。一方、酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂは、ＳｉＨ4を５SCCM、Ｎ2Ｏを１２０SCCM、Ｈ2を１２５SCCMとして反応室に導入し、基板温度４００℃、反応圧力２０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとする。これらの膜は、基板温度を変化させ、反応ガスの切り替えのみで連続して形成することもできる。
【０１０５】
また、酸化窒化シリコン膜７０２ａは基板を中心に考えて、その内部応力が引張り応力となるように形成する。酸化窒化シリコン膜７０２ｂも同様な方向に内部応力を持たせるが、酸化窒化シリコン膜７０２ａよりも絶対値で比較して小さい応力となるようにする。
【０１０６】
次に、２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで非晶質半導体膜７０３を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法で非晶質シリコン膜を５５ｎｍの厚さに形成する。このとき、下地膜７０２と非晶質半導体膜７０３とは両者を連続形成することも可能である。例えば、前述のように酸化窒化シリコン膜７０２ａと酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂをプラズマＣＶＤ法で連続して成膜後、反応ガスをＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2からＳｉＨ4とＨ2或いはＳｉＨ4のみに切り替えれば、一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形成できる。その結果、酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂの表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。
【０１０７】
そして、まず非晶質構造を有する半導体層７０３から、図１５（Ｂ）で点線で示すように第１の形状を有する島状半導体層７０４〜７０８を形成する。図１８（Ａ）はこの状態における島状半導体層７０４、７０５の上面図であり、同様に図１９（Ａ）は島状半導体層７０８の上面図を示す。
【０１０８】
図１８および図１９において、島状半導体層は長方形とし一辺が５０μｍ以下となるように形成するが、島状半導体層の形状は任意なものとすることが可能で、好ましくはその中心部から端部までの最小距離が５０μｍ以下となるような形態であればどのような多角形、或いは円形とすることもできる。
【０１０９】
次に、このような島状半導体層７０４〜７０８に対して結晶化の工程を行う。結晶化の工程は、実施形態１または２で説明したどちらの方法を用いることも可能であるが、本実施例では実施形態１の方法で島状半導体層７０４〜７０８にレーザーアニールを行う。こうして図１５（Ｂ）の実線で示す結晶質シリコン膜から成る島状半導体層７０９〜７１３が形成される。
【０１１０】
なお、本実施例では一つのＴＦＴに対応して一つの島状半導体層を形成する例を示しているが、島状半導体層の専有面積が大きくなる場合（一つのＴＦＴの大きさが大きくなる場合）には、複数の島状半導体層に分割し、複数のＴＦＴを直列に接続したものを一つのＴＦＴとして機能させることも可能である。
【０１１１】
このとき、非晶質シリコン膜の結晶化に伴って膜が緻密化し、１〜１５％程度収縮する。そして、島状半導体層の端部には結晶粒の小さな領域（平均結晶粒径の小さな領域）７１４が形成される。また、このような領域は収縮により歪みが発生している。図１８（Ｂ）および図１９（Ｂ）は、それぞれこの状態の島状半導体層７０９、７１０および７１３の上面図を示す。同図中で点線で示す領域７０４、７０５、７０８は元々あった島状半導体層７０４、７０５、７０８の大きさを示す。
【０１１２】
このように結晶粒が小さく、歪みが蓄積した領域がチャネル形成領域に含まれてしまうと、多数の欠陥準位によりＴＦＴの特性を劣化させる原因となる。例えば、オフ電流値が増大したり、この領域に電流が集中して局部的に発熱したりするため好ましくない。
【０１１３】
従って、図１５（Ｃ）で示すように、このような歪みが蓄積した領域７１４が除去されるように第２の形状の島状半導体層７１５〜７１９を形成する。なお、図中点線で示す７１４'は歪みが蓄積した領域７１４が存在していた領域であり、その領域より内側に第２の形状の島状半導体層７１５〜７１９を形成する状態を示している。この第２の形状の島状半導体層７１５〜７１９の形状は任意な形状のものとすれば良い。図１８（Ｃ）にはこの状態における島状半導体層７１５、７１６の上面図を示す。また、同様に図１９（Ｃ）には島状半導体層７１９の上面図を示す。
【０１１４】
その後、この島状半導体層７１５〜７１９を覆って、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法により５０〜１００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜によるマスク層７２０を形成する。この状態で島状半導体層に対し、ＴＦＴのしきい値電圧（Ｖth）を制御する目的でｐ型を付与する不純物元素を１×１０16〜５×１０17atoms／cm3程度の濃度で島状半導体層の全面に添加しても良い。
【０１１５】
半導体に対してｐ型を付与する不純物元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。その方法として、イオン注入法やイオンドープ法を用いることができるが、大面積基板を処理するにはイオンドープ法が適している。イオンドープ法ではジボラン（Ｂ2Ｈ6）をソースガスとして用いホウ素（Ｂ）を添加する。このような不純物元素の注入は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、特にｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるためには有効である。
【０１１６】
駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体層７１６、７１８に選択的に添加する。そのため、あらかじめレジストマスク７２１ａ〜７２１ｅを形成する。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）を用いれば良く、ここではリン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法を用いる。
【０１１７】
形成された不純物領域は低濃度ｎ型不純物領域７２２、７２３として、このリン（Ｐ）濃度は２×１０16〜５×１０19atoms／cm3の範囲とすれば良い。本明細書中では、ここで形成された不純物領域７２２、７２３に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ-）と表す。また、不純物領域７２４は、画素部の保持容量を形成するための半導体層であり、この領域にも同じ濃度でリン（Ｐ）が添加される（図１５（Ｄ））。
【０１１８】
次に、添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気中で５００〜６００℃で１〜４時間の熱処理や、レーザー活性化の方法により行うことができる。また、両者を併用して行っても良い。レーザー活性化の方法による場合、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査して、島状半導体層が形成された基板全面を処理する。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。この工程は、マスク層７２０を残して行っても良いし、除去してから行っても良い。
【０１１９】
図１５（Ｅ）において、ゲート絶縁膜７２５はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚を４０〜１５０ｎｍとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、１２０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜から形成すると良い。また、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を添加させて作製された酸化窒化シリコン膜は、膜中の固定電荷密度が低減されているのでこの用途に対して好ましい材料となる。勿論、ゲート絶縁膜７２５はこのような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。いずれにしても、ゲート絶縁膜７２５は基板を中心に考え圧縮応力となるように形成する。
【０１２０】
そして、図１５（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜７２５上にゲート電極を形成するための耐熱性導電層を形成する。耐熱性導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あるいは三層といった複数の層から成る積層構造としても良い。このような耐熱性導電性材料を用い、例えば、導電性の窒化物金属膜から成る導電層（Ａ）７２６と金属膜から成る導電層（Ｂ）７２７とを積層した構造とすると良い。
【０１２１】
導電層（Ｂ）７２７はタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜）で形成すれば良く、導電層（Ａ）７２６は窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒化モリブデン（ＭｏＮ）などで形成する。また、導電層（Ａ）７２６はタングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。
【０１２２】
また、導電層（Ｂ）７２７は低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させることが好ましく、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。例えば、タングステン（Ｗ）は酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とすることで２０μΩｃｍ以下の比抵抗値を実現することができる。
【０１２３】
導電層（Ａ）７２６は１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）７２７は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良い。Ｗをゲート電極とする場合には、Ｗをターゲットとしたスパッタ法で、アルゴン（Ａｒ）ガスと窒素（Ｎ2）ガスを導入して導電層（Ａ）７２６を窒化タングステン（ＷＮ）で５０nmの厚さに形成し、導電層（Ｂ）７２７をＷで２５０nmの厚さに形成する。その他の方法として、Ｗ膜は６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いて熱ＣＶＤ法で形成することもできる。
【０１２４】
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。このことより、スパッタ法による場合、純度９９．９９９９％のＷターゲットを用い、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。
【０１２５】
一方、導電層（Ａ）７２６にＴａＮ膜を、導電層（Ｂ）７２７にＴａ膜を用いる場合には、同様にスパッタ法で形成することが可能である。ＴａＮ膜はＴａをターゲットとしてスパッタガスにＡｒと窒素との混合ガスを用いて形成し、Ｔａ膜はスパッタガスにＡｒを用いる。また、これらのスパッタガス中に適量のＸｅやＫｒを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。α相のＴａ膜の抵抗率は２０μΩcm程度でありゲート電極に使用することができるが、β相のＴａ膜の抵抗率は１８０μΩcm程度でありゲート電極とするには不向きである。ＴａＮ膜はα相に近い結晶構造を持つので、この上にＴａ膜を形成すればα相のＴａ膜が容易に得られる。
【０１２６】
なお、図示しないが、導電層（Ａ）７２６の下に２〜２０ｎｍ程度の厚さでリン（Ｐ）をドープしたシリコン膜を形成しておくことは有効である。これにより、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、導電層（Ａ）７２６または導電層（Ｂ）７２７が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜７２５に拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、導電層（Ｂ）７２７は抵抗率を１０〜５０μΩcmの範囲とすることが好ましい。
【０１２７】
次に、フォトマスクを用い、フォトリソグラフィーの技術を使用してレジストマスク７２８ａ〜７２８ｆを形成し、導電層（Ａ）７２６と導電層（Ｂ）７２７とを一括でエッチングしてゲート電極７２９〜７３３と容量配線７３４を形成する。ゲート電極７２９〜７３３と容量配線７３４は、導電層（Ａ）から成る７２９ａ〜７３３ａと、導電層（Ｂ）から成る７２９ｂ〜７３３ｂとが一体として形成されている（図１６（Ａ））。
【０１２８】
また、この状態における島状半導体層７１５、７１６とゲート電極７２９、７３０との位置関係を図１８（Ｄ）に示す。同様に島状半導体層７１９とゲート電極７３３、容量配線７３４の関係を図１９（Ｄ）に示す。図１８（Ｄ）および図１９（Ｄ）において、ゲート絶縁膜７２５は省略する。
【０１２９】
導電層（Ａ）および導電層（Ｂ）をエッチングする方法は実施者が適宣選択すれば良いが、前述のようにＷを主成分とする材料で形成されている場合には、高速でかつ精度良くエッチングを実施するために高密度プラズマを用いたドライエッチング法を適用することが望ましい。高密度プラズマを得る方法として、マイクロ波プラズマや誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）エッチング装置を用いると良い。
【０１３０】
例えば、ＩＣＰエッチング装置を用いたＷのエッチング法は、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2の２種のガスを反応室に導入し、圧力０．５〜１．５Ｐａ（好ましくは１Ｐａ）とし、誘導結合部に２００〜１０００Ｗの高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力を印加する。この時、基板が置かれたステージには２０Ｗの高周波電力が印加され、自己バイアスで負電位に帯電することにより、正イオンが加速されて異方性のエッチングを行うことができる。ＩＣＰエッチング装置を使用することにより、Ｗなどの硬い金属膜も２〜５nm／秒のエッチング速度を得ることができる。また、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しオーバーエッチングをすると良い。しかし、この時に下地とのエッチングの選択比に注意する必要がある。例えば、Ｗ膜に対する酸化窒化シリコン膜（ゲート絶縁膜７２５）の選択比は２．５〜３であるので、このようなオーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチングされて実質的に薄くなる。
【０１３１】
そして、画素ＴＦＴのｎチャネル型ＴＦＴにＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素添加の工程（ｎ--ドープ工程）を行う。ゲート電極７２９〜７３３をマスクとして自己整合的にｎ型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加すればよい。ｎ型を付与する不純物元素として添加するリン（Ｐ）の濃度は１×１０16〜５×１０19atoms／cm3の濃度範囲で添加する。このようにして、図１６（Ｂ）に示すように島状半導体層に低濃度ｎ型不純物領域７３５〜７３９を形成する。
【０１３２】
次に、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度ｎ型不純物領域の形成を行う（ｎ+ドープ工程）。まず、フォトマスクを用い、レジストのマスク７４０ａ〜７４０ｄを形成し、ｎ型を付与する不純物元素を添加して高濃度ｎ型不純物領域７４１〜７４６を形成する。ｎ型を付与する不純物元素にはリン（Ｐ）を用い、その濃度が１×１０20〜１×１０21atoms／cm3の濃度範囲となるようにフォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行う（図１６（Ｃ））。
【０１３３】
そして、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層７１５、７１７にソース領域およびドレイン領域とする高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９を形成する。ここでは、ゲート電極７２９、７３１をマスクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に高濃度ｐ型不純物領域を形成する。このとき、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜７１６、７１８、７１９は、フォトマスクを用いてレジストマスク７４７ａ〜７４７ｃを形成し全面を被覆しておく。
【０１３４】
高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。この領域のボロン（Ｂ）濃度は３×１０20〜３×１０21atoms／cm3となるようにする（図１６（Ｄ））。
【０１３５】
この高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９には、前工程においてリン（Ｐ）が添加されていて、高濃度ｐ型不純物領域７４８ａ、７４９ａには１×１０20〜１×１０21atoms／cm3の濃度で、高濃度ｐ型不純物領域７４８ｂ、７４９ｂには１×１０16〜５×１０19atoms／cm3の濃度でリンが含まれるが、この工程で添加するボロン（Ｂ）の濃度を、含まれるリンの濃度の１．５から３倍とすることで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問題なく機能させることができる。
【０１３６】
その後、図１７（Ａ）に示すように、ゲート電極およびゲート絶縁膜上から保護絶縁膜７５０を形成する。保護絶縁膜は酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。いずれにしても保護絶縁膜７５０は無機絶縁物材料から形成する。保護絶縁膜７５０の膜厚は１００〜２００ｎｍとする。
【０１３７】
ここで、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl  Orthosilicate：ＴＥＯＳ）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。酸化窒化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化シリコン膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０MHz）電力密度０．１〜１．０W/cm2で形成することができる。また、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化シリコン膜を適用しても良い。窒化シリコン膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3から作製することが可能である。このような保護絶縁膜は、基板を中心に考えて圧縮応力となるように形成する。
【０１３８】
その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程を行う。この工程は電熱炉を用いるファーネスアニール法で行う。その他に、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。ファーネスアニール法では酸素濃度が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５００〜６００℃で行うことが好ましく、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行う。また、基板７０１に耐熱温度が低いプラスチック基板を用いる場合にはレーザーアニール法を用いる（図１７（Ｂ））。
【０１３９】
活性化の工程の後、さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により島状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。また、基板７０１の耐熱性が許せば３００〜４５０℃の加熱処理により下地膜７０２の酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂ、保護絶縁膜７５０の酸化窒化シリコン膜の水素をに拡散させて島状半導体層を水素化しても良い。
【０１４０】
活性化および水素化の工程が終了したら、有機絶縁物からなる層間絶縁膜７５１を１．０〜２．０μｍの平均厚を有して形成する。有機絶縁物としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用することができる。例えば、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用いる場合には、クリーンオーブンで３００℃で焼成して形成する。また、アクリルを用いる場合には、２液性のものを用い、主材と硬化剤を混合した後、スピナーを用いて基板全面に塗布した後、ホットプレートで８０℃で６０秒の予備加熱を行い、さらにクリーンオーブンで２５０℃で６０分焼成して形成することができる。
【０１４１】
層間絶縁膜を有機絶縁物で形成することにより、表面を良好に平坦化させることができる。また、有機絶縁物は一般に誘電率が低いので、寄生容量を低減するできる。しかし、吸湿性があり保護膜としての効果は弱いので、本実施例のように、保護絶縁膜７５０として形成した酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜などと組み合わせて用いることが好ましい。
【０１４２】
その後、フォトマスクを用い、所定のパターンのレジストマスクを形成し、それぞれの島状半導体膜に形成されたソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールの形成はドライエッチング法により行う。この場合、エッチングガスにＣＦ4、Ｏ2、Ｈｅの混合ガスを用い有機絶縁物から成る層間絶縁膜７５１をまずエッチングし、その後、続いてエッチングガスをＣＦ4、Ｏ2として保護絶縁膜７５０をエッチングする。さらに、島状半導体層との選択比を高めるために、エッチングガスをＣＨＦ3に切り替えてゲート絶縁膜７２５をエッチングすることにより、良好にコンタクトホールを形成することができる。
【０１４３】
そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成し、フォトマスクによりレジストマスクを形成し、エッチングによってソース配線７５２〜７５６とドレイン配線７５７〜７６１を形成する。ドレイン配線７６２は隣接する画素のドレイン配線を示す。ここで、ドレイン配線７６１は画素電極として機能するものである。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム（Ａｌ）を３００〜４００nmの厚さで形成して配線とする。
【０１４４】
図１８（Ｅ）はこの状態における島状半導体層７１５、７１６、ゲート電極７２９、７３０、ソース配線７５２、７５３およびドレイン配線７５７、７５８の上面図を示す。ソース配線７５２、７５３は図示されていない層間絶縁膜および保護絶縁膜に設けられたコンタクトホールによって、島状半導体層７１５、７１６とそれぞれ８３０、８３３で接続している。また、ドレイン配線７５７、７５８は８３１、８３２で島状半導体層７１５、７１６と接続している。
【０１４５】
同様に、図１９（Ｅ）では島状半導体層７１９、ゲート電極７３３、容量配線７３４、ソース配線７５６およびドレイン配線７６１の上面図を示し、ソース配線７５６はコンタクト部８３４で、ドレイン配線７６１はコンタクト部８３５でそれぞれ島状半導体層７１９と接続している。
【０１４６】
いずれにしても、第１の形状を有する島状半導体層の内側の領域に、歪みが残留している領域を除去して、第２の形状を有する島状半導体層を形成し、ＴＦＴを形成する。
【０１４７】
この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特性向上に対して好ましい結果が得られる。例えば、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られる。また、このような熱処理により保護絶縁膜７５０や、下地膜７０２にに存在する水素を島状半導体膜７１５〜７１９に拡散させ水素化をすることもできる。いずれにしても、島状半導体層７１５〜７１９中の欠陥密度を１０16/cm3以下とすることが望ましく、そのためには水素を5×１０18〜５×１０19atoms/cm3程度付与することが好ましい。（図１７（Ｃ））。
【０１４８】
こうして同一の基板上に、駆動回路のＴＦＴと画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させることができる。駆動回路には第１のｐチャネル型ＴＦＴ８００、第１のｎチャネル型ＴＦＴ８０１、第２のｐチャネル型ＴＦＴ８０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ８０３、画素部には画素ＴＦＴ８０４、保持容量８０５が形成されている。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１４９】
駆動回路の第１のｐチャネル型ＴＦＴ８００には、島状半導体膜７１５にチャネル形成領域８０６、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域８０７ａ、８０７ｂ、ドレイン領域８０８ａ、８０８ｂを有した構造となっている。
【０１５０】
第１のｎチャネル型ＴＦＴ８０１には、島状半導体膜７１６にチャネル形成領域８０９、ゲート電極７３０と重なるＬＤＤ領域８１０、ソース領域８１２、ドレイン領域８１１を有している。このＬＤＤ領域において、ゲート電極７３０と重なるＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとする。ｎチャネル型ＴＦＴにおけるＬＤＤ領域の長さをこのようにすることにより、ドレイン領域近傍に発生する高電界を緩和して、ホットキャリアの発生を防ぎ、ＴＦＴの劣化を防止することができる。
【０１５１】
駆動回路の第２のｐチャネル型ＴＦＴ８０２は同様に、島状半導体膜７１７にチャネル形成領域８１３、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域８１４ａ、８１４ｂ、ドレイン領域８１５ａ、８１５ｂを有したシングルドレインの構造を有している。
【０１５２】
第２のｎチャネル型ＴＦＴ８０３には、島状半導体膜７１８にチャネル形成領域８１６、ゲート電極７３２と一部が重なるＬＤＤ領域８１７、８１８、ソース領域８２０、ドレイン領域８１９が形成されている。このＴＦＴのゲート電極７３２と重なるＬＤＤ領域の長さも０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとする。また、ゲート電極と重ならないＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．５〜４．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとする。
【０１５３】
画素ＴＦＴ８０４には、島状半導体膜７１９にチャネル形成領域８２１、８２２、ＬＤＤ領域８２３〜８２５、ソースまたはドレイン領域８２６〜８２８を有している。ＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．５〜４．０μｍ、好ましくは１．５〜２．５μｍである。さらに、容量配線７３４と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素ＴＦＴ８０４のドレイン領域８２８に接続する半導体層８２９とから保持容量８０５が形成されている。図１７（Ｃ）では画素ＴＦＴ８０４をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【０１５４】
図２０は画素部のほぼ一画素分を示す上面図である。図中に示すＡ−Ａ'断面が図１７（Ｃ）に示す画素部の断面図に対応している。画素ＴＦＴ８０４のゲート電極７３３は、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の島状半導体層７１９と交差している。図示はしていないが、島状半導体層には、ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域が形成されている。また、８３４はソース配線７５６とソース領域８２６とのコンタクト部、８３５はドレイン配線７６１とドレイン領域８２８とのコンタクト部である。保持容量８０５は、画素ＴＦＴ８０４のドレイン領域８２８から延在する半導体層８２９がゲート絶縁膜を介して容量配線７３４と重なる領域で形成されている。
【０１５５】
以上のようにしてアクティブマトリクス基板が完成する。本実施例に従って作製されたアクティブマトリクス基板は、画素部および駆動回路の仕様に応じて適切な構造のＴＦＴを配置している。そのため、このアクティブマトリクス基板を用いた電気光学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。
【０１５６】
なお、本実施例では画素ＴＦＴ８０４のドレイン配線７６１をそのまま画素電極として用いており、反射型液晶表示装置に対応した構造となっている。しかし、ドレイン配線７６１に電気的に接続されるように透明導電膜でなる画素電極を形成することで透過型液晶表示装置にも対応できる。
【０１５７】
また、本実施例は本願発明を用いた半導体装置の作製工程の一例であり、本実施例に示した材料や数値範囲に限定する必要はない。さらに、ＬＤＤ領域の配置なども実施者が適宜決定すれば良い。
【０１５８】
〔実施例７〕
本実施例では実施例６に従って作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。まず、図２１（Ａ）に示すように、図１７（Ｃ）の状態のアクティブマトリクス基板にパターニングにより樹脂材料でなるスペーサ９０１a〜９０１fを形成する。なお、スペーサとして公知の球状シリカ等を散布して用いることもできる。
【０１５９】
本実施例では、樹脂材料でなるスペーサ９０１a〜９０１fとしてＪＳＲ社製のＮＮ７００を用い、スピナーで塗布した後、露光と現像処理によって所定のパターンに形成する。さらにクリーンオーブンなどで１５０〜２００℃で加熱して硬化させる。このようにして作製されるスペーサは露光と現像処理の条件によって形状を異ならせることができるが、好ましくは、柱状で頂部が平坦な形状となるようにすると、対向側の基板を合わせたときに液晶表示パネルとしての機械的な強度を確保することができる。
【０１６０】
また、形状は円錐状、角錐状など特別の限定はないが、例えば円錐状としたときに具体的には、高さＨを１．２〜５μｍとし、平均半径Ｌ１を５〜７μｍ、平均半径Ｌ１と底部の半径Ｌ２との比を１対１．５とする。このとき側面のテーパー角は±１５°以下とする。
【０１６１】
スペーサ９０１a〜９０１fの配置は任意に決定しても良いが、好ましくは、図２１（Ａ）で示すように、画素部においてはドレイン配線７６１（画素電極）のコンタクト部８３５と重ねてその部分を覆うように形成すると良い。コンタクト部８３５は平坦性が損なわれこの部分では液晶がうまく配向しなくなるので、コンタクト部８３５にスペーサ用の樹脂を充填することでディスクリネーションなどを防止することができる。
【０１６２】
その後、配向膜９０２を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂を用いる。配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにする。画素部に設けたスペーサ９０１a〜９０１fの端部からラビング方向に対してラビングされない領域が２μｍ以下となるようにすることが好ましい。また、ラビング処理では静電気の発生がしばしば問題となるが、駆動回路のＴＦＴ上において、少なくともソース配線およびドレイン配線上にもスペーサ９０１ａ〜９０１ｅを形成しておくと、ラビング工程におけるスペーサとしての本来の役割と、静電気からＴＦＴを保護する効果を得ることができる。
【０１６３】
対向基板９０３には、遮光膜９０４、透明導電膜でなる対向電極９０５および配向膜９０６を形成する。遮光膜９０４はＴｉ、Ｃｒ、Ａｌなどを１５０〜３００nmの厚さで形成する。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剤９０７で貼り合わせる。シール剤９０７にはフィラー９０８が混合されていて、このフィラー９０８とスペーサ９０１a〜９０１fによって均一な間隔を持って対向基板とアクティブマトリクス基板とが貼り合わせられる。
【０１６４】
その後、両基板の間に液晶材料９０９を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。例えば、ＴＮ液晶の他に、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答性を示す無しきい値反強誘電性混合液晶を用いることもできる。無しきい値反強誘電性混合液晶にはＶ字型の電気光学応答特性を示すものもある。詳細は「H.Furue et al.;Charakteristics and Drivng Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability,SID,1998」、「T.Yoshida et al.;A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time,841,SID97DIGEST,1997」、「S.Inui et al.;Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to displays,671-673,J.Mater.Chem.6(4),1996」、または米国特許第5,594,569号を参照すれば良い。
【０１６５】
このようにして図２１（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。図２１ではスペーサ９０１a〜９０１eを駆動回路のＴＦＴ上の少なくともソース配線およびドレイン配線上にに分割して形成したが、その他に、駆動回路の全面を覆って形成しても差し支えない。
【０１６６】
図２２はアクティブマトリクス基板の上面図を示し、画素部および駆動回路部とスペーサおよびシール剤の位置関係を示す上面図である。画素部１５００の周辺に駆動回路として走査信号駆動回路１５０１と画像信号駆動回路１５０２が設けられている。さらに、その他ＣＰＵやメモリなどの信号処理回路１５０３も付加されていても良い。
【０１６７】
そして、これらの駆動回路は接続配線１５１１によって外部入出力端子１５１０と接続されている。画素部１５００では走査信号駆動回路１５０１から延在するゲート配線群１５０４と画像信号駆動回路１５０２から延在するソース配線群１５０５がマトリクス状に交差して画素を形成し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦＴ８０４と保持容量８０５が設けられている。
【０１６８】
画素部において設けられるスペーサ１５０６は、図２１で示したスペーサ９０１fに対応するもので、すべての画素に対して設けても良いが、マトリクス状に配列した画素の数個から数十個おきに設けても良い。即ち、画素部を構成する画素の全数に対するスペーサの数の割合は２０〜１００％とすると良い。また、駆動回路部に設けるスペーサ１５０７〜１５０９はその全面を覆うように設けても良いし、図２１で示したように各ＴＦＴのソースおよびドレイン配線の位置にあわせて複数個に分割して設けても良い。
【０１６９】
シール剤９０７は、基板７０１上の画素部１５００および走査信号制御回路１５０１、画像信号制御回路１５０２、その他の信号処理回路１５０３の外側であって、外部入出力端子１５１０よりも内側に形成する。
【０１７０】
このようなアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を図２３の斜視図を用いて説明する。図２３においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板７０１上に形成された、画素部１５００と、走査信号駆動回路１５０１と、画像信号駆動回路１５０２とその他の信号処理回路１５０３とで構成される。
【０１７１】
画素部１５００には画素ＴＦＴ８０４と保持容量８０５が設けられ、画素部の周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。走査信号駆動回路１５０１と、画像信号駆動回路１５０２はそれぞれゲート配線７３３とソース配線７５６で画素ＴＦＴ８０４に接続している。また、フレキシブルプリントサーキット（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）１５１３が外部入力端子１５１０に接続していて画像信号などを入力するのに用いる。フレキシブルプリントサーキット１５１３は補強樹脂１５１２で接着強度を高めて固定されている。そして接続配線１５１１でそれぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板９０３には図示していないが、遮光膜や透明電極が設けられている。
【０１７２】
このような構成の液晶表示装置は、実施例６で示したアクティブマトリクス基板を用いて形成することができる。例えば、図１７（Ｃ）の構造のアクティブマトリクス基板を用いれば反射型の液晶表示装置が得られ、実施例６で述べたように画素電極として透明導電膜を用いたアクティブマトリクス基板を用いれば透過型の液晶表示装置を得ることができる。
【０１７３】
〔実施例８〕
実施例１では、非晶質半導体膜に対して実施形態１または実施形態２に示した方法でレーザーアニールを施して結晶化する例を示しているが、ある程度まで結晶化が進んだ段階の半導体膜に対してレーザーアニールを行うこともできる。
【０１７４】
即ち、ファーネスアニールにより非晶質半導体膜を結晶化させて得た結晶質半導体膜に、さらにレーザーアニールを施して結晶性を改善する場合においても本願発明のレーザーアニールは有効である。
【０１７５】
具体的には、特開平７−１６１６３４号公報、特開平７−３２１３３９号公報または特開平７−１３１０３４号公報等の出願におけるレーザー照射工程（レーザーアニール工程）に、実施形態１乃至実施形態３のレーザーアニール方法を用いることが可能である。
【０１７６】
なお、上記公報に本願発明を用いた後、形成された結晶質半導体膜を用いたＴＦＴを作製することができる。即ち、本実施例と実施例４乃至実施例７とを組み合わせることが可能である。
【０１７７】
〔実施例９〕
実施例１〜実施例３では、本願発明を液晶表示装置に対して用いた例を示しているが、本願発明はＴＦＴを用いる半導体装置であれば如何なるものにも実施することが可能である。
【０１７８】
具体的には、アクティブマトリクス型のＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やアクティブマトリクス型のＥＣ（エレクトロクロミクス）表示装置を作製する場合に、半導体膜のレーザーアニール工程において本願発明を実施することが可能である。その際、実施形態１または２のどちらの構成を用いても良い。
【０１７９】
さらに、ＩＣやＬＳＩに使われるＳＲＡＭの負荷トランジスタを形成する際に本願発明を実施することもできるし、ＩＣやＬＳＩの上に三次元構造でＴＦＴを形成する場合においても本願発明は有効である。
【０１８０】
本願発明はレーザーアニール工程の部分の発明であるので、その他の部分は公知のＴＦＴ作製プロセスが適用できる。従って、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置やアクティブマトリクス型ＥＣ表示装置を作製する場合には、公知の技術に本願発明を適用すれば良い。勿論、図１５〜１７で説明した作製工程を参考にして作製することも可能である。
【０１８１】
〔実施例１０〕
本願発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置やアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置などの電気光学装置を表示ディスプレイとして有する電子装置（電子機器ともいう）に対して実施することが可能である。電子装置としては、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、電子書籍など）、ナビゲーションシステムなどが上げられる。
【０１８２】
図２４（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、マイクロプロセッサやメモリーなどを備えた本体２００１、画像入力部２００２、表示装置２００３、キーボード２００４で構成される。本願発明は表示装置２００３やその他の信号処理回路の作製に際して実施することができる。
【０１８３】
図２４（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示装置２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６で構成される。本願発明は表示装置２１０２やその他の信号制御回路の作製に際して実施することができる。
【０１８４】
図２４（Ｂ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２２０１、表示装置２２０２、アーム部２２０３から成っている。本願発明は表示装置２２０２やその他図示されていない信号制御回路の作製に際して実施することができる。。
【０１８５】
図２４（Ｄ）はテレビゲームまたはビデオゲームなどの電子遊技機器であり、ＣＰＵ等の電気回路２３０８、記録媒体２３０４などが搭載された本体２３０１、コントローラ２３０５、表示装置２３０３、本体２３０１に組み込まれた表示装置２３０２で構成される。表示装置２３０３と本体２３０１に組み込まれた表示装置２３０２とは、同じ情報を表示しても良いし、前者を主表示装置とし、後者を副表示装置として記録媒体２３０４の情報を表示したり、機器の動作状態を表示したり、或いはタッチセンサーの機能を付加して操作盤とすることもできる。また、本体２３０１とコントローラ２３０５と表示装置２３０３とは、相互に信号を伝達するために有線通信としても良いし、センサ部２３０６、２３０７を設けて無線通信または光通信としても良い。本願発明は、表示装置２３０２、２３０３の作製に際して実施することができる。また、表示装置２３０３は従来のＣＲＴを用いることもできる。
【０１８６】
図２４（Ｄ）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２４０１、表示装置２４０２、スピーカー部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５で構成される。なお、記録媒体にはＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）やコンパクトディスク（ＣＤ）などを用い、音楽プログラムの再生や映像表示、ビデオゲーム（またはテレビゲーム）やインターネットを介した情報表示などを行うことができる。本願発明は表示装置２４０２やその他の信号制御回路の作製に際して実施することができる。
【０１８７】
図２４（Ｅ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示装置２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）で構成される。本願発明は表示装置２５０２やその他の信号制御回路の作製に際して実施することができる。
【０１８８】
図２５（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、光源光学系および表示装置２６０１、スクリーン２６０２で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。図２５（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、光源光学系および表示装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４で構成される。本願発明は表示装置やその他の信号制御回路の作製に際して実施することができる。
【０１８９】
なお、図２５（Ｃ）に、図２５（Ａ）および図２５（Ｂ）における光源光学系および表示装置２６０１、２７０２の構造の一例を示す。光源光学系および表示装置２６０１、２７０２は光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、ビームスプリッター２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０は複数の光学レンズで構成される。
【０１９０】
図２５（Ｃ）では液晶表示装置２８０８を三つ使用する三板式の例を示したが、このような方式に限定されず、単板式の光学系で構成しても良い。また、図２５（Ｃ）中で矢印で示した光路には適宣光学レンズや偏光機能を有するフィルムや位相を調節するためのフィルムや、ＩＲフィルムなどを設けても良い。
【０１９１】
また、図２５（Ｄ）は図２５（Ｃ）における光源光学系２８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系２８０１はリフレクター２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。なお、図２５（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって図示した構成に限定されるものではない。
【０１９２】
また、ここでは図示しなかったが、本願発明はその他にも、ナビゲーションシステムやイメージセンサの読み取り回路などの作製に際して実施することもできる。。このように本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子装置の作製に際して実施することができる。
【０１９３】
〔実施例１１〕
本実施例では、図２６（Ａ）、（Ｂ）に示した構造に対して、実施例１に示した条件でレーザー光を照射した場合について説明する。
【０１９４】
図２６（Ａ）の構造において、１６０１は１．１ｍｍ厚の石英基板、１６０２は２００ｎｍ厚の窒化酸化シリコン膜、１６０３は５５ｎｍ厚のアモルファスシリコン膜である。このように、図２６（Ａ）の構造では通常のレーザー結晶化を行った。
【０１９５】
また、図２６（Ｂ）の構造において、１６０４は表面（反射面）が窒化タンタル膜でなる反射体、１６０５は１．１ｍｍ厚の石英基板、１６０６は２００ｎｍ厚の窒化酸化シリコン膜、１６０７は５５ｎｍ厚のアモルファスシリコン膜である。このように、図２６（Ｂ）の構造では本願発明を実施してレーザー結晶化を行った。
【０１９６】
その結果得られたポリシリコン膜のＴＥＭ（Transmission Electron Microscopy）写真を図２７（Ａ）、（Ｂ）に示す。図２７（Ａ）は、図２６（Ａ）の構造でアモルファスシリコン膜１６０３を結晶化して得たポリシリコン膜のＴＥＭ写真であり、図２７（Ｂ）は、図２６（Ｂ）の構造でアモルファスシリコン膜１６０７を結晶化して得たポリシリコン膜のＴＥＭ写真である。
【０１９７】
図２７（Ａ）と図２７（Ｂ）とを比較すると、本願発明を実施した図２７（Ｂ）のポリシリコン膜の方が明らかに結晶粒径が大きいことを確認できる。以上のように、本願発明を実施することで結晶質半導体膜の平均結晶粒径を拡大することができることがＴＥＭ写真からも確かめられた。
【０１９８】
〔実施例１２〕
本出願人の実験によれば、実効エネルギー強度比（Ｉ0'／Ｉ0）が０＜Ｉ0'／Ｉ0＜１または１＜Ｉ0'／Ｉ0の関係を満たす場合において、特に平均結晶粒径の拡大が顕著な条件が存在した。
【０１９９】
本実施例では、図６に示した構造において基板（全て１．１ｍｍ厚）または反射体（厳密には反射体の反射面）の材質を様々に変えて行った実験について説明する。まず、実験に用いた試料（Ａ）〜（Ｈ）における基板及び反射体とその時の実効エネルギー強度比を表１に示す。
【０２００】
【表１】
0004776746.tif 000002
【０２０１】
なお、表１において、＃１７３７はコーニング社製ガラス基板の商品名であり、ＡＮ１００は旭ガラス社製ガラス基板の商品名である。
【０２０２】
このように実効エネルギー強度比が０．０７〜１．０の範囲で作製された試料に対して実施例１〜３と同様の条件でＸｅＣｌエキシマレーザー光を照射し、その結果得られたポリシリコン膜をＳＥＭ写真にて観察した。
【０２０３】
その結果、実効エネルギー強度比が０．２９、０．３３、０．５３または０．６７では平均結晶粒径が１μm程度となることが確認され、実効エネルギー強度比が１．０、０．１６、０．１１、０．０７の場合においては、平均結晶粒径が０．３μm程度であることが確認された。即ち、第一次レーザー光と第二次レーザー光とで実効エネルギー強度が２０％以上違う条件において、平均結晶粒径の拡大が顕著に起こると考えられる。従って、以上の結果は、実効エネルギー強度比がＩ0'／Ｉ0＝０．２〜０．９（好ましくは０．３〜０．７）である時に最適な結晶化条件が存在することを示唆していると考えられる。
【０２０４】
【発明の効果】
本願発明に示したように、非晶質半導体膜をレーザー結晶化する際に、レーザー光を非晶質半導体膜の表面及び裏面を同時に照射し、且つ、裏面側に照射される実効エネルギー強度と表面側に照射される実効エネルギー強度とを異なるものとすることにより、従来に比べて平均結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ることが可能となる。
【０２０５】
そして、結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ることにより、ＴＦＴ又はＴＦＴで形成されたアクティブマトリクス型表示装置に代表される半導体装置の性能を大幅に向上させうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    レーザー装置の構成を示す図。
【図２】    レーザー装置の光学系の構成を示す図。
【図３】    レーザーアニールの方法を示す図。
【図４】    レーザー装置の構成を示す図。
【図５】    レーザー装置の光学系の構成を示す図。
【図６】    第一次レーザー光と第二次レーザー光を説明するための図。
【図７】    ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すＳＥＭ写真。
【図８】    ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すＳＥＭ写真。
【図９】    ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すＳＥＭ写真。
【図１０】  ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すＳＥＭ写真。
【図１１】  ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すＳＥＭ写真。
【図１２】  ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すＳＥＭ写真。
【図１３】  ＴＦＴを用いたＣＭＯＳ回路の作製工程を示す図。
【図１４】  活性層の配置の例を示す図。
【図１５】  アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図１６】  アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図１７】  アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図１８】  アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図１９】  アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図２０】  画素構造を示す図。
【図２１】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面構造を示す図。
【図２２】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の上面構造を示す図。
【図２３】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の斜視図。
【図２４】  電子装置の一例を示す図。
【図２５】  プロジェクターの一例を示す図。
【図２６】  試料構造を示す図。
【図２７】  ポリシリコン膜の結晶粒の様子を示すＴＥＭ写真。
【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】
0004776746.tif 000009
【図８】
0004776746.tif 000010
【図９】
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【図１０】
0004776746.tif 000012
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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