(57)【要約】【課題】  極めて不純物の少ない高品質なＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成する。【解決手段】  半導体層をレーザー光によって結晶化する工程に於いて、半導体層より反射したレーザー光を、レーザー光に対して透過する膜と吸収する膜によって吸収し、レーザー光のレーザー照射室内での乱反射を抑制することで、照射室構成部材である金属物質の発生を抑制する。【選択図】    図４
2005259818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体膜の結晶化方法において、
半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜に光を照射して前記半導体膜を結晶化する工程と、を含み、
前記半導体膜で反射した光を、その光路中に配置された吸収層に吸収させることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体膜の結晶化方法において、
前記半導体膜で反射した光を、その光路中に配置された透明部材を透過させた後、前記吸収層に吸収させることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体膜の形成方法において、
前記吸収層と前記透過部材とは互いに密着してなることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の半導体膜の結晶化方法において、前記透過部材は、酸化珪素であることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうちいずれかに記載の半導体膜の結晶化方法において、前記半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜に光を照射して前記半導体膜を結晶化する工程と、を大気に曝すことなく連続して行うことを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項６】
チャネル部の半導体膜が結晶化された薄膜トランジスタを製造する薄膜トランジスタの製造方法において、
請求項１乃至請求項５のうちいずれかに記載の半導体膜の結晶化方法によって前記チャネル部となる半導体膜を結晶化することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法によって製造された薄膜トランジスタを搭載した電気光学装置。
【請求項８】
請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法によって製造された薄膜トランジスタを搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体膜を結晶化する方法、その方法を用いた薄膜トランジスタの製造方法、及びその薄膜トランジスタを備える電気光学装置、及び電子機器に関し、特に、単結晶半導体基板上あるいは絶縁体上に、薄膜トランジスタを形成するのに好適な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の半導体薄膜は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や太陽電池に広く利用されている。とりわけｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴは、キャリア移動度が高い上、ガラス基板のような透明の絶縁基板上に作製できるという特徴を生かして、液晶表示装置、液晶プロジェクタや有機ＥＬ表示装置などのスイッチング素子、或いは液晶駆動用ドライバの回路素子として広く用いられている。
【０００３】
ガラス基板上に高性能なＴＦＴを作製する方法としては高温プロセスと呼ばれている製造方法がすでに実用化されている。ＴＦＴの製造プロセスの中でも、最高温度が１０００℃程度の高温を用いるプロセスを一般的に高温プロセスと呼んでいる。高温プロセスの特徴は、シリコンの固相成長により比較的良質の多結晶シリコンを成膜する事ができる点、シリコンの熱酸化により良質のゲート絶縁層を得ることができる点、及び清浄な多結晶シリコンとゲート絶縁層との界面を形成できる点である。高温プロセスではこれらの特徴により、高移動度でしかも信頼性の高い高性能ＴＦＴを安定的に製造することができる。しかし、高温プロセスでは固相成長によりＳｉ膜の結晶化をおこなうために、６００℃程度の温度で４８時間程度の長時間の熱処理を必要とする。これは大変長時間の工程であり、工程のスループットを上げるためには必然的に熱処理炉を多数必要とし、低コスト化が難しいという点が課題である。加えて、耐熱性の高い絶縁性基板として石英ガラスを使わざるを得ないため基板価格が高く、大面積化には向かないとされている。
【０００４】
一方、工程温度を下げ、安価な大面積ガラス基板上にｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴを作製するための技術が低温プロセスと呼ばれる技術である。ＴＦＴの製造プロセスの中でも、最高温度が概ね６００℃以下の温度環境下において比較的安価な耐熱性ガラス基板上にｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴを製造するプロセスは一般に低温プロセスと呼ばれている。低温プロセスでは、光を照射することによって結晶化を行っている。光の中でも、発振時間が極短時間のパルスレーザーを用いてシリコン膜の結晶化をおこなうレーザー結晶化技術が広く使われている。レーザー結晶化とは、基板上のシリコン薄膜に高出力のパルスレーザー光を照射することによって瞬時に溶融させ、これが凝固する過程で結晶化する性質を利用する技術である。最近ではガラス基板上のアモルファスシリコン膜にエキシマレーザービームを繰り返し照射しながらスキャンすることによって大面積のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を作製する技術が広く使われるようになった。また、ゲート絶縁層としてはプラズマＣＶＤを用いた成膜方法により二酸化珪素（ＳｉＯ2）膜が大面積基板上に成膜可能となった。これらの技術によって、現在では一辺が数十センチほどもある大型のガラス基板上にｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴが作製可能となっている。
【０００５】
しかし、この低温プロセスで問題となるのが、能動層となる半導体層（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）内部に導入されるハイドロカーボン等の不純物である。一般的に、レーザー結晶化技術を利用した低温ｐｏｌｙ−ｓｉ  ＴＦＴを製造する場合、アモルファスシリコン膜を形成し、装置から取り出すことによって、基板は大気に曝されることとなり、ハイドロカーボン等の不純物がアモルファスシリコン膜表面に付着する。レーザー結晶化を行う前には、一般的に希フッ酸等で自然酸化膜を除去し、それと同時にハイドロカーボンは除去できるが、自然酸化膜除去工程とレーザー照射装置への搬送もやはり大気中で行わなければならず、再びハイドロカーボンはアモルファスシリコン表面に付着することになる。これらの不純物は、半導体層内部で捕獲準位を形成し、移動度の低下、高閾値電圧の原因となり、特性に多大なる悪影響を及ぼす。このような問題を解決するために、半導体層の形成とレーザー結晶化を大気に曝すことなく行うことによって、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜中への不純物の混入を防ぐ方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この方法によって、半導体層中に混入するハイドロカーボン等の不純物は大幅に低減することができるが、大気に曝さなくとも半導体層中に不純物が混入することが本研究によって明らかとなった。図１および図２に、全反射蛍光Ｘ線によって分析した、シリコン表面上のＣａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉの表面濃度を示す。図１および図２のそれぞれの元素に示した横線は全反射蛍光Ｘ線の測定下限を示している。図１は、１０-2Ｐａ以下の高真空下で、レーザー照射室に基板を挿入し、２０分間照射室内に滞在した後、レーザーを照射することなく取り出したサンプルに対して測定した全反射蛍光Ｘ線結果である。図２は、上述と同様の真空下でレーザー照射室に基板を挿入し、レーザーを照射した後に測定した全反射蛍光Ｘ線の測定結果である。これより、レーザーを照射しない図１の試料では基板表面に不純物が付着しないにもかかわらず、レーザー照射を行った図２の試料では金属不純物が表面に付着しており、レーザー照射によって基板表面に不純物が付着することが分かる。また、レーザー照射室の材質として使用されているＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒが特に多量に付着することから、レーザー結晶化の際に、基板からの反射光がレーザー照射室内で反射を繰り返し、レーザー照射室の金属材質に照射され、照射室を構成している元素が真空中に放出したことが分かった。また、全反射蛍光Ｘ線ではシリコンのピークが非常に顕著に現れるため、シリコンに近接したピークを持つＡｌは測定することが出来なかったが、照射室の材質として最も多く使用されているため、Ａｌに関しても表面に付着していると考えられる。
【０００７】
これらの不純物は、ｐｏｌｙ−ｓｉ膜の表面に付着しているのみならず、ｐｏｌｙ−ｓｉ膜全体に同量の不純物が混入していることが考えられる。なぜならば、レーザー照射による結晶化はアモルファスシリコンを溶融、固化させることで結晶化が行われ、溶融したシリコンの拡散係数は極めて高く、シリコン表面に付着したこれらの不純物が均一に拡散してしまうからである。
【０００８】
これらの不純物は半導体層内部で捕獲準位を形成し、移動度の低下、高閾値電圧の原因となり、特性に多大なる悪影響を及ぼす。特にＦｅはＳｉ中で深い準位を形成する代表的な元素であり、ＯＦＦ電流の増大やＳ値の増大を招く。
【０００９】
レーザー照射室内の不純物を低減する方法としては、レーザー照射中にエッチングを同時に行うことで、不純物を抑制する方法がある（例えば、特許文献２参照）。この手法では、三フッ化窒素（ＮＦ3）、六フッ化硫黄（ＳＦ6）、ＣＦ4、ＣｌＦ3等のガスを導入して１３．５６ＭＨｚの高周波を印加させることでエッチングを行っている。しかしながら、この手法では、エッチングガスとして使用しているＦやＣｌがｐｏｌｙ−ｓｉ膜中に混入することになる。また、エッチングによって照射室の部材を損ねる可能性もあり、それら損なわれた部材がｐｏｙ−ｓｉ膜に導入される可能性もある。さらに、レーザー照射装置にエッチング機構を具備する必要があり、装置コストが高くなるとともに、レーザー照射時のランニングコストも高くなることになる。
【００１０】
【特許文献１】特開平３−２８９１４０号公報
【特許文献２】特開平９−１１５８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで本発明は、上述の諸課題を鑑み、半導体層をレーザー光によって結晶化する際に、半導体層より反射した光による不純物の発生を抑制することで、極めて不純物の少ない高品質な多結晶薄膜を形成するものである。さらには、その薄膜を用いたｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴの特性向上を実現する薄膜トランジスタの製造方法を提案するものである。更にはこの方法を用いた高性能な電気光学装置及び電子機器を提供する技術を与えるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明の半導体膜の結晶化方法は、半導体膜を形成する工程と、半導体膜に光を照射して半導体膜を結晶化する工程と、を含み、半導体膜で反射した光を、その光路中に配置された吸収層に吸収させることを特徴とする。こうすることにより、半導体膜から反射した光が光照射室内で乱反射することを抑制することができ、光照射室の構成物質である金属材料等が照射室雰囲気内に放出することが防げる。従って、半導体膜中に不純物が混入することを防ぐことができる。
【００１３】
また、半導体膜で反射した光をその光路中に配置された透明部材を透過させた後、吸収層に吸収させると好ましく、吸収層と透過部材とは互いに密着してなると更に好ましい。なぜならば、吸収層から発生する不純物を、透過部材を介することで照射室雰囲気内に放出することを防ぐことができるからである。
【００１４】
なお、透過部材の具体例としては、例えば酸化珪素があげられる。これは、酸化珪素膜の構成材料が半導体膜と同一であるため、さらに不純物の発生を抑制できるからである。
【００１５】
また、半導体膜を形成する工程と、半導体膜に光を照射して半導体膜を結晶化する工程と、を大気に曝すことなく連続して行うとよい。
【００１６】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、チャネル部の半導体膜が結晶化された薄膜トランジスタを製造する薄膜トランジスタの製造方法において、上記記載の半導体膜の結晶化方法によってチャネル部となる半導体膜を結晶化することを特徴とする。
【００１７】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法により製造された薄膜トランジスタは、例えば、ＬＣＤや有機ＥＬ素子等の電気光学装置における表示画素の駆動素子や、メモリーや指紋センサー、更には演算機能を有する回路郡等に用いることができる。
【００１８】
また、本発明の薄膜トランジスタの製造方法により製造された薄膜トランジスタは、例えば、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、プロジェクタ、ファックス装置、デジタルカメラ、携帯型テレビ、携帯情報端末、電子手帳、多機能カードなどの電子機器に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図３に本発明の半導体薄膜
製造工程断面図を示す。
【００２０】
（１．半導体層の形成）
本願発明の実施のためには通常、基板（３００）の上に下地保護膜（３０１）を形成しその上に半導体薄膜（３０２）を形成するので、この一連の形成方法について説明する。
【００２１】
本発明を適応し得る基板（３００）としては金属等の導電性物質、シリコン・カーバイト（ＳｉＣ）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック材料、溶融石英やガラス等の透明または非透明絶縁性物質、シリコン、ゲルマニウムウェーハー等の半導体物質、並びにそれを加工したＬＳＩ基板等が可能である。半導体膜は基板上に直接、又は下地保護膜や下部電極等を介して堆積する。
【００２２】
下地保護膜（３０１）としては酸化珪素膜（ＳｉＯX  ：０＜ｘ≦２）や窒化珪素膜（Ｓｉ3  Ｎx  ：０＜ｘ≦４）等の絶縁性物質が挙げられる。ＴＦＴなどの薄膜半導体装置を通常のガラス基板上に作成する場合の様な半導体膜への不純物制御が重要である時、ガラス基板中に含まれているナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）等の可動イオンが半導体膜中に混入しない様に下地保護膜を形成した後に半導体膜を堆積する事が好ましい。金属材料などの導電性材料を基板として用い、且つ半導体膜が金属基板と電気的に絶縁されていなければならない場合には、絶縁性を確保する為に当然下地保護膜は必要不可欠である。更に半導体基板やＬＳＩ素子上に半導体膜を形成する時にはトランジスタ間や配線間の層間絶縁膜が同時に下地保護膜でもある。
【００２３】
下地保護膜はまず基板を純水やアルコールなどの有機溶剤で洗浄した後、基板上に常圧化学気相堆積法（ＡＰＣＶＤ法）や低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）等のＣＶＤ法或いはスパッタ法等で形成する。下地保護膜として酸化珪素膜を用いる場合、常圧化学気相堆積法では基板温度を２５０℃程度から４５０℃程度としてモノシラン（ＳｉＨ4  ）や酸素を原料として堆積し得る。プラズマ化学気相堆積法やスパッタ法では基板温度は室温から４００℃程度である。下地保護膜の膜厚は基板からの不純物元素の拡散と混入を防ぐのに十分な厚さが必要で、その値は最小で１００ｎｍ程度以上である。ロット間や基板間のばらつきを考慮すると２００ｎｍ程度以上が好ましく、３００ｎｍ程度あれば保護膜としての機能を十分に果たし得る。下地保護膜がＩＣ素子間やこれらを結ぶ配線等の層間絶縁膜を兼ねる場合には、通常４００ｎｍから６００ｎｍ程度の膜厚となる。絶縁膜が余りにも厚くなると絶縁膜のストレスに起因するクラックが生ずる。その為最大膜厚は２μｍ程度が好ましい。生産性を考慮する必要が強い場合、絶縁膜厚は１μｍ程度が上限である。
【００２４】
次に半導体薄膜（３０２）について説明する。本発明が適用される半導体膜としてはシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の四族単体の半導体膜の他に、シリコン・ゲルマニウム（Ｓｉx  Ｇｅ1-x ：０＜ｘ＜１）やシリコン・カーバイド（Ｓｉx  Ｃ1-x ：０＜ｘ＜１）やゲルマニウム・カーバイド（Ｇｅx  Ｃ1-x ：０＜ｘ＜１）等の四族元素複合体の半導体膜、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）やインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）等の三族元素と五族元素との複合体化合物半導体膜、またはカドミウム・セレン（ＣｄＳｅ）等の二族元素と六族元素との複合体化合物半導体膜等がある。或いはシリコン・ゲルマニウム・ガリウム・ヒ素（Ｓｉx  Ｇｅy  Ｇａz  Ａｓz  ：ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）と云った更なる複合化合物半導体膜やこれらの半導体膜にリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのドナー元素を添加したＮ型半導体膜、或いはホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）等のアクセプター元素を添加したＰ型半導体膜に対しても本発明は適応可能である。これら半導体薄膜はＡＰＣＶＤ法やＬＰＣＶＤ法、ＰＥＣＶＤ法等のＣＶＤ法、或いはスパッタ法等や蒸着法等のＰＶＤ法で形成する。半導体膜としてシリコン膜を用いる場合、ＬＰＣＶＤ法では基板温度を４００℃程度から７００℃程度としてジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）などを原料として堆積し得る。ＰＥＣＶＤ法ではモノシラン（ＳｉＨ4）などを原料として基板温度が１００℃程度から５００℃程度で堆積可能である。スパッタ法を用いる時には基板温度は室温から４００℃程度である。この様に堆積された半導体膜の初期状態（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ状態）は非晶質や混晶質、微結晶質、或いは多結晶質等様々な状態があるが、本願発明において初期状態はいずれの状態であっても構わない。尚本願明細書中では非晶質の結晶化のみならず、多結晶質や微結晶質の再結晶化をも含めて総て結晶化と呼ぶ。半導体膜の膜厚はそれをＴＦＴに用いる時には２０ｎｍ程度から１００ｎｍ程度が適している。
【００２５】
（３．半導体薄膜のレーザー結晶化）
半導体層を形成した後、基板は大気に曝すことなくレーザー照射室に搬送され、半導体層に対してレーザー照射（３０３）を行い、半導体層を結晶化する（３０４）。大気に曝すことなく搬送することによって、大気中に多量に含まれるハイドロカーボン等の不純物が半導体薄膜上に付着し、レーザー結晶化時に半導体層中に拡散してしまうことを阻止することが可能となる。また、大気に曝さないことにより半導体薄膜上に自然酸化膜が形成されることがなく、エッチングの工程を省くことができ、大幅なスループットの向上が可能となる。
【００２６】
ここでレーザー光（３０３）について説明する。レーザー光は半導体薄膜（３０２）表面で強く吸収され、その直下の絶縁膜（３０１）や基板（３００）にはほとんど吸収されないことが望まれる。従ってこのレーザー光としては紫外域またはその近傍の波長を持つエキシマレーザー、アルゴンイオンレーザー、ＹＡＧレーザー高調波等が好ましい。また、半導体薄膜を高温に加熱すると同時に基板へのダメージを防ぐためには大出力でしかも極短時間のパルス発振であることが必要となる。従って、上記レーザー光の中でも特にキセノン・クロライド（ＸｅＣｌ）レーザー（波長３０８ｎｍ）やクリプトンフロライド（ＫｒＦ）レーザー（波長２４８ｎｍ）等のエキシマレーザーが最も適している。
【００２７】
半導体薄膜に照射されたレーザーは、全てが半導体薄膜に吸収されるわけではなく、およそ５０％近くは反射される。この反射光は照射室の構成材料であるＡｌやＦｅ等の金属部材に照射され、照射室内で乱反射を繰り返す。これによって、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ等の構成部材は雰囲気内に放出される。このように放出されたＣｒ、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属不純物は、半導体薄膜に付着し、レーザー照射による半導体層の溶融化によって、半導体層全体に不純物が混入することになる。
【００２８】
次に、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属不純物の発生を抑制する方法を詳細に図４を用いて説明する。本発明ではレーザー光に対して透過する膜（４０４）と吸収する膜（４０５）を、半導体薄膜（４０２）からの反射光が照射される位置に設置することで、金属不純物の発生を抑制している。半導体薄膜より反射したレーザー光（４０３）はまず、レーザー光を透過させる膜（４０４）を通過し、吸収膜（４０５）によって吸収される。これによって反射光は照射室内を乱反射することがなく、金属不純物の発生を防ぐことができる。また、吸収する膜（４０５）より発生する不純物は、透過する膜（４０４）によって照射室とは隔離されているために、照射室内に放出されることはない。レーザー光の透過膜（４０４）としては、レーザー光をほぼ完全に透過させ、透過膜材質がなんらかの原因で照射室内に放出したとしても半導体層内を汚染しない材質であることが望まれる。従って、透過膜（４０４）としては石英ガラス（ＳｉＯ2）が最適である。また、吸収膜（４０５）としては、一般的にレーザー保護メガネに使用されている樹脂材料が適している。このような二層構造の膜（以下二層膜と呼ぶ）でチャンバー全体をコーティングすることが、金属不純物の混入を防ぐ上では最良の処置であるが、装置コストが高くなる。そこで、半導体薄膜より反射される位置にのみ設置することが、装置コストを抑え、金属不純物を抑制する上では好ましい。このような場合には、図４に示すように、この二層膜を反射光に対して垂直に設置することが最適である。
【００２９】
次にこれらのレーザー光の照射方法について図５にそって述べる。レーザーパルスの強度半値幅は１０ｎｓ程度から５００ｎｓ程度の極短時間である。レーザー照射は基板（５００）を室温（２５℃）程度から４００℃程度の間とし、背景真空度が１０-4Ｔｏｒｒ程度から１０-9Ｔｏｒｒ程度の真空中にて行う。レーザー照射の一回の照射面積は対角５ｍｍ□程度から６０ｍｍ□程度の正方形または長方形状である。レーザー照射の一回の照射で例えば８ｍｍ□の正方形面積が結晶化できるビームを用いた場合について説明する。１カ所に１発のレーザー照射（５０１）をおこなった後、基板とレーザーとの位置を相対的に水平方向にわずかにずらす（５０３）。この後再び１発のレーザー照射（５０２）をおこなう。このショットアンドスキャンを連続的に繰り返していく事によって大面積の基板にも対応できる。更に具体的には、各照射毎に照射領域を１％程度から９９％程度ずらして行く（例えば５０％：先の例では４ｍｍ）。最初に水平方向（Ｘ方向）に走査した後、次に垂直方向（Ｙ方向）に適当量（５０４）ずらせて、再び水平方向に所定量（５０３）ずつずらせて走査し、以後この走査を繰り返して基板全面に第一回目のレーザー照射を行う。この第一回目のレーザー照射エネルギー密度は５０ｍＪ／ｃｍ2程度から６００ｍＪ／ｃｍ2程度の間が好ましい。第一回目のレーザー照射が終了した後、必要に応じて第二回目のレーザー照射を全面に施す。第二回目のレーザー照射を行う場合、そのエネルギー密度は一回目より高い値が好ましく、１００ｍＪ／ｃｍ2程度から１０００ｍＪ／ｃｍ2程度の間としても良い。走査方法は第一回目のレーザー照射と同じで正方形状の照射領域をＹ方向とＸ方向に適当量ずらせて走査する。更に必要に応じてエネルギー密度をより高くした第三回目或いは第四回目のレーザー照射を行う事も可能で有る。こうした多段階レーザー照射法を用いるとレーザー照射領域端部に起因するばらつきを完全に消失させる事が可能になる。多段階レーザー照射の各回目の照射に限らず通常の一段階照射でも、レーザー照射は総て半導体膜に損傷が入らぬエネルギー密度で行う。これ以外にも図６に示すように、照射領域形状を幅１００μｍ程度以上で長さが数１０ｃｍ以上のライン状（６０１）とし、このライン状レーザー光を走査して結晶化を進めても良い。この場合各照射毎のビームの幅方向の重なりはビーム幅の５％程度から９５％程度とする。ビーム幅が１００μｍでビーム毎の重なり量が９０％で有れば、一回の照射毎にビームは１０μｍ進むので同一点は１０回のレーザー照射を受ける事となる。通常半導体膜を基板全体で均一に結晶化させるには少なくとも５回程度以上のレーザー照射が望まれるので、照射毎のビームの重なり量は８０％程度以上が求められる。高い結晶性の多結晶膜を確実に得るには同一点が１０回程度から３０回程度の照射が行われる様に重なり量を９０％程度から９７％程度へと調整するのが好ましい。ラインビームを用いることによって１方向のスキャニングで広い面積の結晶化ができるので、前述の正方形ビームに比べてスループットを高められるというメリットが得られる。
【００３０】
ここで、レーザー照射による半導体薄膜に捕獲準位が形成されることについて説明する。レーザー照射により半導体薄膜は溶融・結晶化するので、シリコン膜の温度は１４００℃以上に上昇し、その後基板への熱拡散により１０10Ｋ／ｓ程度のレートで急冷される。すなわち、レーザーを照射してからせいぜい１００ｎｓで溶融および結晶成長が完了するのである。これから容易に推察できるように、結晶粒界の形成時間が極端に短時間であるためシリコン原子同士が良好な結合を形成できず、結晶粒界ではダングリングボンドが大量に発生するという結果になる。これらダングリングボンドが捕獲準位を形成する。結果として、レーザー結晶化のような高速の結晶成長では結晶粒界に１０18ｃｍ-3以上の捕獲準位が発生する。
【００３１】
（４．半導体薄膜のプラズマ処理）
ダングリングボンドによる捕獲準位を低減するために、レーザー結晶化後、水素プラズマ処理もしくは酸素プラズマ処理（３０５）を行うことは有効である。また、これらのプラズマ処理をレーザー照射後大気に曝すことなく行うことは、ハイドロカーボン等の不純物の混入を抑制する上で極めて有効である。またプラズマ処理を行う前に希フッ酸で自然酸化膜を除去する工程を省くことができるため、タクトタイムの短縮にもつながる。
【００３２】
ここで、プラズマ処理について説明する。プラズマ処理室にマスフローコントローラを経て水素もしくは酸素を導入し、平行平板ＲＦ電極により基板全面にプラズマ放電を行う。プラズマ処理時の基板温度は２００℃から４００℃が望ましい。
【００３３】
水素プラズマ処理においては、活性な水素原子、イオンやラジカルが捕獲準位の原因であるダングリングボンドと容易に結合する。これによりダングリングボンドは電気的に不活性化し、実効的に捕獲準位を低減することが可能である。しかし、水素プラズマ処理は捕獲準位を不活性化すると同時に、シリコン結合を切断しダングリングボンド（すなわち捕獲準位）を発生するという性質を持っている。シリコン結合を切断する現象は、ＲＦ電力が高いほど顕著に現れるため、ＲＦ電力は、０．０５Ｗ／ｃｍ程度の低い電力で放電させることが好ましい。また、水素は短時間で容易にｐｏｌｙ−ｓｉ膜中に拡散し、ダングリングボンドと結合する。そのため、処理時間は、１５秒から１分程度が好ましい。
【００３４】
酸素プラズマ処理においては、上記のようなシリコン結合を切断する現象は見られず、より効果的にダングリングボンドと結合することが分かっている。酸素は水素に比べ、ｐｏｌｙ−ｓｉ膜中への拡散係数が非常に低いため、処理時間は、水素プラズマ処理に比べ長時間を要し、５分から２０分程度が好ましい。
【００３５】
（５．以降の工程）
プラズマ処理を行った後、ＴＦＴ素子同士を電気的に絶縁するために素子分離工程を行う。ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜上にフォトリソグラフィーによりパターンを形成した後、ドライエッチングによりｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をエッチングする。ここではエッチング後のエッジの形状が庇状にならないよう注意する必要がある。
【００３６】
次にゲート絶縁膜（３０６）を、プラズマＣＶＤを用いて形成する。放電の形態としては平行平板型ＲＦ放電、ＩＣＰ放電、ＥＣＲ放電などがあり、電源としてはＲＦ電源やＶＨＦ、ＵＨＦ電源、マイクロ波源を用いることができる。
【００３７】
引き続いてゲート電極（３０７）となる薄膜をＰＶＤ法或いはＣＶＤ法などで堆積する。この材質は電気抵抗が低く、３５０℃程度の熱工程に対して安定である事が望まれ、例えばタンタル、タングステン、クロム等の高融点金属がふさわしい。また、イオン・ドーピングによってソース、ドレインを形成する場合、水素のチャネリングを防止するためにこのゲート電極の膜厚がおよそ７００ｎｍ程度必要になる。前記高融点金属の中で７００ｎｍもの膜厚で成膜しても膜ストレスによるクラックが生じない材料となると、タンタルが最もふさわしい。ゲート電極となる薄膜に対して堆積後パターニングを行い、引き続いて半導体膜に不純物イオン注入を行ってソース・ドレイン領域（３０８）を形成する。この時ゲート電極がイオン注入のマスクとなっているので、チャンネルはゲート電極下のみに形成される自己整合構造となる。不純物イオン注入は質量非分離型イオン注入装置を用いて注入不純物元素の水素化物と水素を注入するイオン・ドーピング法と、質量分離型イオン注入装置を用いて所望の不純物元素のみを注入するイオン打ち込み法の二種類が適応され得る。イオン・ドーピング法の原料ガスとしては水素中に希釈された濃度０．１％程度から１０％程度のホスフィン（ＰＨ3）やジボラン（Ｂ2Ｈ6）等の注入不純物元素の水素化物を用いる。ＣＭＯＳ  ＴＦＴを作成する時はポリイミド樹脂等の適当なマスク材を用いてＮＭＯＳ又はＰＭＯＳの一方を交互にマスクで覆い、上述の方法にてそれぞれのイオン注入を行う。
【００３８】
また、不純物の効率的な活性化法としてエキシマレーザーなどを照射するレーザー活性化がある。これは絶縁膜を通してレーザー照射することによりソース、ドレイン部のドープｐｏｌｙ−Ｓｉを溶融・固化させ、不純物を活性化させる方法である。
【００３９】
次に層間絶縁膜（３０９）を形成し、ソース・ドレイン上にコンタクトホールを開孔し、ソース・ドレイン取り出し電極（３１０）と配線をＰＶＤ法やＣＶＤ法などで形成して薄膜トランジスタが完成する。
【実施例１】
【００４０】
本発明の実施例を図３にそって説明する。本発明で用いられる基板及び下地保護膜に関しては前述の説明に準ずるが、ここでは基板の一例として３００ｍｍ×３００ｍｍの正方形状汎用無アルカリガラス（３００）を用いる。まず基板（３００）上に絶縁性物質である下地保護膜（３０１）を形成する。本例では基板温度を４３０℃として平行平板プラズマＣＶＤ法にて、酸化珪素膜を、５００ｎｍ程度堆積する。次に後に薄膜トランジスタの能動層となる真性シリコン膜等の半導体膜（３０２）を堆積する。半導体膜の厚みは５０ｎｍ程度で有る。本例では下地保護膜（３０１）堆積と連続して平行平板プラズマＣＶＤ法にて同一チャンバー内で堆積した。まず真空引きとＡｒ封入を二回繰り返し、チャンバー内をＡｒにて置換し、下地膜で使用したＯ2等のガスをチャンバー内より排出する。次に原料ガスで有るシラン（ＳｉＨ4  ）を１００ｓｃｃｍ流し、４３０℃の堆積温度で６０秒間、非晶質シリコン膜（３０２）を堆積する。次に加熱室に基板を真空中にて搬送し、４９０℃で１０分間基板加熱を行う。これによって半導体膜中の水素含有量が１ａｔｍ．％程度となり、レーザー結晶化が可能となる。
【００４１】
次に加熱チャンバー内より基板を取り出し、真空中にてレーザー照射室に搬送する。引き続き、レーザー光（３０３）を照射することで半導体膜の結晶化をおこなう（３０４）。本例ではキセノン・クロライド（ＸｅＣｌ）のエキシマレーザー（波長：３０８ｎｍ）を照射する。レーザーパルスの強度半値幅（時間に対する半値幅）は２５ｎｓである。レーザー照射面積は長さ１５０ｍｍ×幅０．４ｍｍのライン状で、照射面でのエネルギー密度は４２０ｍＪ／ｃｍ2とした。このレーザー光を９６．２５％ずつ重ねつつ（つまり照射するごとに１５μｍづつ）相対的にずらしながら照射を繰り返す（図６参照）。こうして一辺３００ｍｍの基板全体のアモルファスシリコンを結晶化する。
【００４２】
このレーザー照射によって基板より反射したレーザー光は、石英ガラスと樹脂膜の二層膜によって吸収され、レーザー光の乱反射を抑制し、金属不純物の発生を抑えた（図４参照）。
【００４３】
次に基板をプラズマ処理室にセットし、この室内に酸素ガスを導入する。本例では９９．９９９％酸素ガスをマスフローコントローラから導入し、ガス流量は１０００ｓｃｃｍとした。チャンバー内圧力は１ｔｏｒｒになるように調整した。チャンバー内のガス圧力が安定したらＲＦ放電（３０５）を開始し、レーザー結晶化ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜中の捕獲準位の終端をおこなった。基板温度は３５０℃とし、投入したＲＦパワーは０．１５Ｗ／ｃｍ2とした。発生させた活性種により、６００秒の処理時間でｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の捕獲準位を十分低い密度にまで不活性化した。
【００４４】
次にｐｏｌｙ−ｓｉ膜を素子分離するためにエッチングを行った。
【００４５】
次にゲート絶縁膜（３０６）を形成する。チャンバー内にシランガスと酸素ガスを流量比１：６で導入し、チャンバー圧力を２×１０-3（Ｔｏｒｒ）に調節する。チャンバー内のガス圧力が安定したらＥＣＲ放電を開始し、絶縁膜の成膜を開始する。投入したマイクロ波パワーは１ｋＷで、マイクロ波は磁力線に平行に導入窓から導入した。導入窓から１４ｃｍの位置にＥＣＲポイントがある。成膜は１００（ｎｍ/ｍｉｎ.）の成膜速度でおこなった。これにより、ゲート絶縁膜（３０６）を１００ｎｍ形成した。
【００４６】
引き続いてゲート電極（３０７）となる薄膜をＰＶＤ法やＣＶＤ法などで堆積する。通常はゲート電極とゲート配線は同一材料にて同一工程で作られるため、この材質は電気抵抗が低く、３５０℃程度の熱工程に対して安定であることが望まれる。本例では膜厚が６００ｎｍのタンタル薄膜をスパッタ法により形成する。タンタル薄膜を形成する際の基板温度は１８０℃であり、スパッタガスとして窒素ガスを６．７％含むアルゴンガスを用いる。このように形成したタンタル薄膜は結晶構造がα構造となっており、その比抵抗はおよそ４０μΩｃｍである。ゲート電極となる薄膜に対し堆積後パターニングを行い、引き続いて半導体膜に不純物イオン注入を行ってソース・ドレイン領域（３０８）およびチャンネル領域を形成する。この時ゲート電極がイオン注入のマスクとなっているため、チャンネルはゲート電極下のみに形成される自己整合構造となる。イオン・ドーピング法の原料ガスとしては水素中に希釈された濃度０．１％程度から１０％程度のホスフィン（ＰＨ3）やジボラン（Ｂ2Ｈ6）等の注入不純物元素の水素化物を用いる。本例ではＮＭＯＳ形成を目指し、イオン・ドーピング装置を用いて、水素中に希釈された濃度５％のホスフィン（ＰＨ3）を加速電圧１００ｋｅＶで注入する。ＰＨ3+やＨ2+イオンを含む全イオン注入量は１×１０16ｃｍ-2である。
【００４７】
次に層間絶縁膜（３０９）を堆積し、ソース・ドレイン上にコンタクトホールを開孔し、ソース・ドレイン取り出し電極（３１０）と配線をＰＶＤ法やスパッタ法などで形成して薄膜トランジスタが完成する。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の製造方法により得られた薄膜トランジスタは電気光学装置を備える各種の電子機器に適用可能である。図７および図８に電気光学装置を適用可能な電子機器の例を挙げる。図７は携帯電話への適用例であり、携帯電話（７００）は、アンテナ部（７０１）、音声出力部（７０２）、音声入力部（７０３）、操作部（７０４）、及び本発明の電気光学装置（１０）を備えている。このように本発明の電気光学装置（１０）を携帯電話（７００）の表示部として利用可能である。図８はビデオカメラへの適用例であり、ビデオカメラ（８００）は、受像部（８０１）、操作部（８０２）、及び本発明の電気光学装置（１０）を備えている。このように本発明の電気光学装置は、ファインダや表示部として利用可能である。このほかにも携帯型パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型プロジェクター、フロント型プロジェクタへの適用が可能である。このように本発明の電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００４９】
上記例に限らず本発明の電気光学装置（１０）は、アクティブマトリクス型の電気光学装置を適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。例えば、この他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ、などにも活用することができる。
【００５０】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法を用いることによって極めて不純物含有量の少ない高品質なｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の形成が可能となる。これにより、極めて特性の高いＴＦＴが製造可能となる。結果として、多機能な電気光学装置及び電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】高真空下で、レーザー照射室に基板を２０分間照射室内に滞在した後、レーザーを照射することなく取り出したサンプルに対して全反射蛍光Ｘ線を用いて、表面に付着した不純物を分析した結果を示す線図。
【図２】高真空下において、レーザー照射室で基板にレーザーを照射したサンプルに対して全反射蛍光Ｘ線を用いて、表面に付着した不純物を分析した結果を示す線図。
【図３】本発明の薄膜トランジスタの製造方法を示した工程断面図。
【図４】半導体膜より反射したレーザー光を、二層膜によって吸収することを模式的に示す図。
【図５】レーザー結晶化時のレーザービーム照射方法を模式的に示す図。
【図６】レーザー結晶化時のレーザービーム照射方法を模式的に示す図。
【図７】本発明の電気光学装置を備える電子機器の例を示す図。
【図８】本発明の電気光学装置を備える電子機器の例を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
３００  基板
３０１  下地保護膜
３０２  半導体膜
３０３  レーザー光
３０４  結晶化した半導体膜
３０５  プラズマ
３０６  ゲート絶縁膜
３０７  ゲート電極
３０８  ソース及びドレイン領域
３０９  層間絶縁膜
３１０  ソース及びドレイン電極
４００  基板
４０１  下地保護膜
４０２  半導体膜
４０３  レーザー光
４０４  レーザー光を透過する膜
４０５  レーザー光を吸収する膜
５００  基板
５０１  レーザー照射領域
５０３  Ｘ方向
５０４  Ｙ方向
６００  基板
６０１  ライン上レーザー
７００  携帯電話
７０１  アンテナ
７０２  音声出力部
７０３  音声入力部
７０４  操作部
８００  ビデオカメラ
８０１  受像部
８０２  操作部
１０  本発明の半導体薄膜を用いて作製したＴＦＴを利用した電気光学装置
【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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