(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の非晶質半導体膜に触媒元素を添加する工程と、
前記第１の非晶質半導体膜を加熱処理して結晶質半導体膜を形成する工程と、
前記結晶質半導体膜に、マスクを用いて周期表の１５族、１３族及び１８族に属する元素を添加する工程と、
前記結晶質半導体膜上に、周期表の１８族に属する元素を含む第２の非晶質半導体膜を成膜する工程と、
前記結晶質半導体膜を加熱処理して、前記触媒元素を前記第２の非晶質半導体膜にゲッタリングする工程と、
前記第２の非晶質半導体膜を除去する工程と、
前記結晶質半導体膜に、光源を制御してパルス状の光を照射し、前記結晶質半導体膜に残存する前記触媒元素を前記結晶質半導体膜のうち前記元素が添加された領域にゲッタリングする工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
第１の非晶質半導体膜に触媒元素を添加する工程と、
前記第１の非晶質半導体膜を加熱処理して結晶質半導体膜を形成する工程と、
前記結晶質半導体膜に、マスクを用いて周期表の１５族、１３族及び１８族に属する元素を添加する工程と、
前記結晶質半導体膜上にバリア層を形成する工程と、
前記バリア層上に、周期表の１８族に属する元素を含む第２の非晶質半導体膜を成膜する工程と、
前記結晶質半導体膜を加熱処理して、前記触媒元素を前記第２の非晶質半導体膜にゲッタリングする工程と、
前記第２の非晶質半導体膜及び前記バリア層を除去する工程と、
前記結晶質半導体膜に、光源を制御してパルス状の光を照射し、前記結晶質半導体膜に残存する前記触媒元素を前記結晶質半導体膜のうち前記元素が添加された領域にゲッタリングする工程と、を含む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又は請求項２において、
前記光の照射と同時に、窒素ガス、不活性ガスまたは液体を冷媒として用いた冷却を行う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された結晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）で形成された回路を有する半導体装置の作製方法に関する。特に本発明は、画素部とその周辺に設けられる駆動回路を同一基板上に設けた液晶表示装置および該液晶表示装置を表示部に用いた電気器具（電子機器ともいう）に関する。
【０００２】
【従来技術】
情報化社会の急速な発展に伴い、企業だけでなく個人にもパーソナルコンピュータ（ＰＣ）をはじめとする情報家電の普及が急速に進んできている。携帯用情報機器やＰＣのディスプレイの省スペース化といった面ではやくから有望視されているのが、液晶表示装置（液晶ディスプレイ）である。しかし、液晶表示装置の製造工程は複雑で歩留まりが低く、そのため製造コストが高いといった問題があった。
【０００３】
また近年、電界効果移動度の問題から基板（例えば、ガラス基板、石英基板、ステンレス鋼基板等）上に設けられた絶縁表面上に形成された非晶質半導体（例えば、シリコン）膜（以下、アモルファスシリコン膜という）を結晶化させて、多結晶状態になった多結晶半導体膜（以下、ポリシリコン膜または結晶性シリコン膜という）を用いた薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）の技術開発が急速に進んでいる。なかでも、結晶化のための加熱処理を低温（６００℃以下）で行って作成された多結晶シリコン膜は、低温ポリシリコン膜と称されている。
【０００４】
近年、ガラス基板等に上にＴＦＴを形成して半導体回路を構成することが研究されてきた。そのような半導体回路を用いる電気器具としてはアクティブマトリクス型液晶表示装置のような電気光学装置が代表的である。
【０００５】
アクティブマトリクス型液晶表示装置とは、同一基板上に画素マトリクス回路とドライバー回路とを設けたモノシリック型表示装置である。さらにメモリ回路やクロック発生回路等のロジック回路を内蔵したシステムオンパネルの開発も進められている。
【０００６】
このようなドライバー回路やロジック回路は高速動作を行う必要があるので、活性層として非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）を用いることは不適当である。そのため、現状では結晶性珪素膜（ポリシリコン膜）を活性層としたＴＦＴが主流になりつつある。
【０００７】
そして、ガラス基板のように石英基板に比較し耐熱性の低い基板上に、大面積に結晶性珪素膜を形成するためのプロセス、いわゆる低温プロセスに関して、研究・開発が盛んに行われている。
【０００８】
低温ポリシリコン膜を作成する方法としては、主にレーザーアニール法やイオンドープ法などが主に用いられている。良質な低温ポリシリコン膜を得る方法として、金属元素の結晶化を促進する触媒元素として用いる技術について、特開平７−１８３５４０号公報等で開示されている。金属元素としては、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉛（Ｐｂ）、スズ（Ｓｎ）などが用いられる。これらの触媒元素を溶液塗布法、スパッタ法、イオン注入法、蒸着法、プラズマ処理法などの方法により半導体（シリコン）膜に添加して、結晶化のための加熱処理を行う。しかし、これらの処理は低温で処理できるかわりに、処理時間が長いという問題があった。
【０００９】
本発明者らは、特開平７−１３０６５２号公報において、ガラス基板上に結晶性珪素膜を得るため技術を開示している。同公報記載の技術は、非晶質珪素膜に対して結晶化を助長する触媒元素を添加し、加熱処理を行い、非晶質珪素膜を結晶化するというものである。
【００１０】
この結晶化技術によって、非晶質珪素膜の結晶化温度を５０〜１００℃も引き下げることが可能になり、また結晶化に要する時間も１／５〜１／１０にまで短縮することが可能になった。その結果、耐熱性の低いガラス基板上にも、結晶化珪素膜を大面積に形成することが可能になった。このような、低温プロセスよって得られた結晶性珪素膜は、優れた結晶性を有することが実験的に確かめられている。
【００１１】
また、環境問題が深刻化し、全世界レベルで家電機器に関する省エネルギー化対策を取る必要が迫られている。そこで、液晶セルの量産のための製造工程の高効率化や製造コストの低減といった課題を解決するために、製造工程における基板の大型化が求められており、大型のガラス基板から複数のＴＦＴ基板をとるための技術開発が進められている。
【００１２】
なお、本明細書において、液晶セルとは画素ＴＦＴの形成された基板と対向基板との間に液晶が挟まれた状態の表示デバイスのことを指す。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、特開平７−１３０６５２号公報で、結晶化工程において非晶質半導体膜に結晶化を促進する作用を有する金属元素（以下、触媒元素という）を添加して加熱処理を行うことにより、結晶性の高い結晶質半導体膜を作製する方法を開示している。
【００１４】
しかし、上記公報記載の方法は、炉を用いた加熱処理であり、さらに加熱処理にかかる時間も〜１４時間とかなりの時間を費やして結晶質半導体膜を形成していた。
【００１５】
実際に半導体装置を大量に生産する製造工程において、処理時間の短縮化は重要な課題である。
【００１６】
また、製造工程の効率を向上させるための他の技術として、１枚の大型ガラス基板、例えば５５０mm×６５０mmの基板から複数の液晶セル、例えば６枚の１２．１型の液晶セルを製造する技術の確立も進められている。今後は、さらに大型のガラス基板からより多くの液晶セルを製造する技術および製造装置の導入が求められている。処理前の母材（ガラス基板）の大型化に伴い、製造工程で用いられる装置も当然大型化される必要があり、加熱処理を行うための炉は、設置面積の増大に関する問題や上記したような大型基板を処理するための大型の炉を均一にかつ十分に温めるだけのエネルギーが必要であり、そのエネルギーは膨大な消費電力となってしまうという課題があった。
【００１７】
そこで、製造の効率や生産性の向上の点を考慮すると加熱方法として、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）法が適していると考えられる。しかし、ＲＴＡ法は、半導体層中での不純物の拡散を抑制することを目的として、高温で短時間の加熱処理を行う方法であり、触媒元素を用いた結晶化工程やゲッタリング工程といった元素の拡散を必要とする半導体膜の加熱処理工程では、所望の効果を得る前に、ガラス基板が歪みを起こしてしまう可能性がある。例えば炉におけるゲッタリング工程において、８００℃で６０秒の処理をしただけで、ガラス基板は自重により湾曲変形してしまうことが確認されている。
【００１８】
本発明は、上記問題を解決して、大型基板を用いた量産を可能にするために、大型ガラス基板上に良好な結晶質半導体膜を効率よく作製する方法を提供することを課題とする。
【００１９】
また、６００℃を超える高温状態において加熱処理を行うと、触媒元素による酸化半導体膜の高速成長が起こり、形成された半導体素子の破壊が起きることが知られている。更に９００℃を超える高温状態において加熱処理を行うと触媒元素のない領域においても酸化半導体膜が高速に成長することが知られている。
【００２０】
そこで、本発明は、結晶化のための加熱処理を光源を制御して、パルス状の光を照射することにより、工程にかかる時間短縮を行うことを課題とする。
【００２１】
また、減圧雰囲気で結晶化のための加熱処理を行うことにより、膜中の水素を低減し、結晶性を向上させることを課題とする。また、減圧雰囲気で加熱処理を行うことにより、雰囲気中の酸素濃度を低減し、結晶化を助長する触媒元素の酸化物形成を抑制することを課題とする。また、真空下で結晶化のための加熱処理を行うことにより、結晶化を促進し、結晶時間の短縮を行うことを課題とする。また、真空下で結晶化のための加熱処理を行うことにより、膜中の水素を低減し、結晶性を向上させることを課題とする。また、真空下で加熱処理を行うことにより、雰囲気中の酸素濃度を低減し、結晶化を助長する触媒元素の酸化物形成を抑制することを課題とする。
【００２２】
また、他の課題として、低温プロセスでガラス基板上に良好な結晶質半導体膜を作製した後、半導体膜中に触媒元素が高濃度に残留していると、触媒元素が半導体膜（シリコン膜）中に深いエネルギー準位を形成してキャリアを捕獲し、再結合してしまうため、得られる結晶性シリコン膜を用いてＴＦＴを形成すると、ＴＦＴの電気特性や信頼性に悪影響を及ぼすことが予想される。
【００２３】
結晶質半導体膜中に残存した触媒元素が不規則に、特に結晶粒界に集中して偏析することが確認されており、この偏析が半導体膜の素子となる領域（特に、チャネル形成領域およびチャネル形成領域とソース領域またはドレイン領域との接合部）において存在していると、微弱な電流の逃げ道（リークパス）となり、オフ電流（ＴＦＴがオフ状態にある時の電流）の突発的な増加の原因になっていると考えられている。
【００２４】
そこで、触媒元素を用いた結晶化工程後、速やかに結晶質半導体膜に残留する触媒元素の濃度を低減させるためのゲッタリング工程も低温プロセスで行う方法を提供することを課題とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記したようにＲＴＡ装置を用いることによって加熱処理のスループットを向上させることが可能となる。また光源をパルス状に照射させることによって、ガラスに熱が伝わる前に処理温度を下げることができるので、ガラス基板上に成膜された半導体膜の加熱処理が可能となる。
【００２６】
さらに、パルス状に制御した光源の点灯による熱の伝達を温度センサーにより制御しており、この制御にあわせてガラス基板にガラス転移温度以上の熱が伝わらないような冷却手段を用いている。加熱および冷却を同時に行っているため、加熱処理中にガラス転移温度を超えない、もしくは超える時間を短くすることができる。また、この加熱処理を繰り返すことにより、半導体膜の結晶化を促進する触媒元素が半導体中を拡散する温度を保持している間も、ガラス基板を歪ませることなく、比較的短時間で効率よく半導体膜の結晶化および触媒元素をゲッタリングするための半導体膜の加熱処理を行うことができる。この方法を本明細書では、Plural Pulse Thermal Annealing（以下、ＰＰＴＡ）と呼ぶ。
【００２７】
ＰＰＴＡ（Plural Pulse Thermal Anneal）装置では、光源をパルス状に発光させて照射することにより、瞬間的に半導体膜だけを加熱してその熱がガラス基板に伝わる前に加熱を止めることができる急速加熱、急冷が可能な加熱方法であるため、ガラス基板が熱によって変形したりダメージを受けることはない。さらに、パルス状に制御した光源の点灯による熱の伝達を温度センサーにより制御しており、この制御にあわせてガラス基板にガラス転移温度以上の熱が伝わらないような冷却手段を用いている。また、この加熱処理を繰り返すことにより、半導体膜の結晶化を促進する触媒元素が半導体中を拡散する温度を保持している間も、ガラス基板を歪ませることなく、比較的短時間で効率よく半導体膜の結晶化および触媒元素をゲッタリングするための半導体膜の加熱処理を行うことができる。
【００２８】
なお、図２０にＰＰＴＡ（Plural Pulse Thermal Anneal）装置の一例を示す。図２０では、第１搬送室７５０の周りに第１熱処理室７５１、第２熱処理室７５２、第３熱処理室７５３がゲート７７２ｄ〜７７２ｆを介して接続されている。これらの熱処理室の構成は図１と同様である。冷媒はシリンダー７６６から流量制御手段７６７を介して各熱処理室に導入する構成となっている。処理室内を減圧にするための排気手段はターボ分子ポンプ７６８ａ〜７６８ｃとドライポンプ７６９ａ〜７６９ｃで構成されている。また、冷媒を循環させるためのサーキュレーター７７１ａ〜７７１ｃと、冷媒を精製するための精製器７７０a〜７７０ｃが備えられている。図示していないが、光源の点滅と冷媒の供給などはコンピュータにより制御するものとする。また、各処理室内には、光源７６２ａ〜ｃ、基板ステージ７６３ａ〜ｃが備えられている。
【００２９】
第２の搬送室７５４には搬送手段７６０が備えられ、第１の処理室７５０や表面処理室７５５、冷却室７５６への被処理基板の搬送を行う。表面処理室７５５にはスピナー７６４が備えられている。また冷却室７５６には基板ステージ７６５が備えられている。ロード室７５７及びアンロード室７５８の構成では搬送手段７６１により被処理基板の移動を行う。なお、７５９は処理基板の搬送手段である。
【００３０】
本発明は、上記したような加熱処理装置を用いる半導体装置の作製方法であって、絶縁表面上に形成された非晶質半導体膜に結晶化を助長する触媒元素を添加する第１の工程と、光源を制御して前記非晶質半導体膜にパルス状の光を照射して結晶化し、結晶質半導体膜を形成する第２の工程と、を含むことを特徴としている。
【００３１】
また、本発明は、上記したような加熱処理装置を用いる半導体装置の作製方法であって、絶縁表面上に形成された非晶質半導体膜に結晶化を促進する触媒元素を添加する第１の工程と、光源を制御して前記非晶質半導体膜にパルス状の光の照射をして結晶化し、結晶質半導体膜を形成する第２の工程と、を含み、前記光源の発光時間は、１〜６０秒である工程を含むことを特徴としている。
【００３２】
上記発明において、前記第２の工程の後、前記結晶質半導体膜にレーザ光を照射して結晶性を向上させる工程を含むことを特徴としている。
【００３３】
上記発明において、前記第２の工程は、処理室内が減圧の雰囲気であることを特徴としている。
【００３４】
上記発明において、前記第２の工程は、処理室内の酸素濃度が５ppm以下の雰囲気であることを特徴としている。
【００３５】
また、本発明は、上記したような加熱処理装置を用いる半導体装置の作製方法であって、非晶質半導体膜に触媒元素を添加し、加熱処理をして形成された結晶質半導体膜に、不純物元素を添加する第１の工程と、前記不純物元素が添加された結晶質半導体膜に、光源を制御して前記結晶質半導体膜にパルス状の光を照射する第２の工程と、を含み、前記光照射処理によって前記触媒元素のゲッタリングを行うことを特徴としている。
【００３６】
また、本発明は、上記したような加熱処理装置を用いる半導体装置の作製方法であって、非晶質半導体膜に触媒元素を添加し、加熱処理をして形成された結晶質半導体膜に不純物元素を添加する第１の工程と、前記不純物元素が添加された結晶質半導体膜に、光源を制御して前記結晶質半導体膜にパルス状の光を照射し、前記触媒元素をゲッタリングする第２の工程と、を含み、前記光源の発光時間は、１〜４０秒間である工程を含むことを特徴としている。
【００３７】
上記発明において、前記不純物元素は、周期表の１５族に属する元素であることを特徴としている。
【００３８】
上記発明において、前記不純物元素は、周期表の１５族に属する元素および周期表の１３族に属する元素であることを特徴としている。
【００３９】
上記発明において、前記不純物元素は、周期表の１８族に属する元素、周期表の１５族に属する元素および周期表の１３族に属する元素であることを特徴としている。
【００４０】
上記発明において、前記１３族に属する不純物元素の濃度は、前記１５族に属する不純物元素の濃度の１００分の１以上１００倍以下とすることを特徴としている。
【００４１】
また、本発明は、上記したような加熱処理装置を用いる半導体装置の作製方法であって、非晶質半導体膜に触媒元素を添加し、加熱処理をして形成された結晶質半導体膜上に非晶質半導体膜を成膜し、前記非晶質半導体膜に不純物元素を添加する第１の工程と、前記結晶質半導体膜に、光源を制御してパルス状の光を照射し、前記触媒元素をゲッタリングする第２の工程と、を含むことを特徴としている。
【００４２】
上記発明において、前記不純物元素は、周期表の１８族に属する元素であることを特徴としている。
【００４３】
上記発明において、前記不純物元素は、周期表の１８族に属する不純物元素、周期表の１５族に属する不純物元素および周期表の１３族に属する不純物元素であることを特徴としている。
【００４４】
上記発明において、前記第２の工程は、処理室内の排気を行い、圧力が２６．６Pa以下であることを特徴としている。
【００４５】
上記発明において、前記第２の工程は、処理室内、特に前記結晶質半導体膜近傍の酸素濃度が２ppm以下の雰囲気であることを特徴としている。
【００４６】
上記発明において、前記周期表の１５族に属する不純物元素は、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた元素であることを特徴としている。
【００４７】
上記発明において、前記周期表の１３族に属する不純物元素は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌから選ばれた元素であることを特徴としている。
【００４８】
上記発明において、前記周期表の１８族に属する不純物元素は、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選ばれた元素であることを特徴としている。
【００４９】
上記発明において、前記第２の工程は、ガラス歪点を超える温度の連続保持時間が２０秒以下であることを特徴としている。
【００５０】
上記発明において、前記第２の工程の前記光源の最高強度保持時間は、１〜５秒であることを特徴としている。
【００５１】
上記発明において、前記第２の工程は、窒素ガス、不活性ガスまたは液体を冷媒として用いた冷却が同時に行われていることを特徴としている。
【００５２】
上記発明において、前記第２の工程は、前記結晶質半導体膜近傍が窒素（Ｎ2）雰囲気、不活性気体雰囲気、または水素（Ｈ2）雰囲気、還元性気体雰囲気であることを特徴としている。
【００５３】
上記発明において、前記光源は、赤外光、または紫外光を発する光源であることを特徴としている。
【００５４】
上記発明において、前記光源は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、低圧水銀ランプを用いることを特徴としている。
【００５５】
上記発明において、前記光源は、基板の上側から、基板の下側からもしくは基板の下側および上側から照射されることを特徴としている。
【００５６】
上記発明において、前記触媒元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【００５７】
また、本発明は、上記したような加熱処理装置を用いる半導体装置の作製方法であって、絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成する第１の工程と、前記非晶質半導体膜表面に結晶化を促進する触媒元素を添加する第２の工程と、前記触媒元素が添加された非晶質半導体膜に光源を制御してパルス状の光を照射し、該非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第３の工程と、前記結晶質半導体膜に不純物元素を添加する第４の工程と、前記不純物元素が添加された結晶質半導体膜に光源を制御してパルス状の光を照射し、前記触媒元素をゲッタリングさせる第５の工程と、を含むことを特徴としている。
【００５８】
また、本発明は、上記したような加熱処理装置を用いる半導体装置の作製方法であって、絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成する第１の工程と、前記非晶質半導体膜表面に結晶化を促進する触媒元素を塗布し触媒元素含有領域を形成する第２の工程と、表面に前記触媒元素が塗布された非晶質半導体膜に光源を制御してパルス状の光を照射し、該非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第３の工程と、前記結晶質半導体膜に不純物元素を添加する第４の工程と、前記不純物元素が添加された結晶質半導体膜に光源を制御してパルス状の光を照射し、前記触媒元素をゲッタリングさせる第５の工程と、前記第５の工程において触媒元素をゲッタリングした結晶質半導体膜を所望の形状の半導体層に形成する第６の工程と、前記半導体層を覆うゲート絶縁膜を形成する第７の工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第８の工程と、前記半導体層にｎ型不純物元素を添加する第９の工程と、後のｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層にｐ型不純物元素を添加する第１０の工程と、光源を制御してパルス状の光を照射し、前記半導体層に添加された不純物元素を活性化する第１１の工程と、を含むことを特徴としている。
【００５９】
上記発明において、前記半導体層の結晶化工程および前記半導体層に添加された不純物元素の活性化工程は、ロータリーポンプおよびメカニカルブースターポンプにより排気を行い、酸素濃度を低減した減圧雰囲気下において行われることを特徴としている。
【００６０】
上記発明において、前記第４の工程で添加される前記不純物元素は、周期表の１５族に属する不純物元素であって、前記周期表の１５族に属する不純物元素は、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた元素であることを特徴としている。
【００６１】
上記発明において、前記第４の工程で添加される前記不純物元素は、周期表の１５族に属する元素および周期表の１３族に属する元素であって、前記周期表の１５族に属する元素は、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた元素であり、前記周期表の１３族に属する元素は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌから選ばれた元素であることを特徴としている。
【００６２】
上記発明において、前記第３の工程および前記第５の工程は、前記結晶質半導体膜近傍が窒素（Ｎ2）雰囲気、不活性気体雰囲気、または水素（Ｈ2）雰囲気、還元性気体雰囲気において行われることを特徴としている。
【００６３】
上記発明において、前記触媒元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【００６４】
以上のような装置を適用して半導体膜の結晶化処理および半導体膜中に存在する触媒元素の移動（ゲッタリング）処理を行うことにより、半導体膜の結晶化工程にかかる時間および半導体膜に添加された触媒元素のゲッタリング工程にかかる時間の短縮が可能になる。
【００６５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明で開示するＰＰＴＡ装置を用いた結晶化方法およびゲッタリング方法について、図１を用いて説明する。
【００６６】
まず、光を透過するガラス基板１０の絶縁表面上に下地絶縁膜１１を形成する。下地絶縁膜としては、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のいずれかの膜を用いればよく、またこれらの膜を積層してもよい。
【００６７】
次いで、下地絶縁膜１１上に非晶質半導体膜１２を形成する。本実施形態では、アモルファスシリコン膜を５５nm形成した。続いて、アモルファスシリコン膜１２の表面に結晶化を促進する触媒元素として公知の方法でニッケル（Ｎｉ）を塗布し、触媒元素含有層１３を形成する。
【００６８】
この基板を処理室１４に移動させ、加熱処理を行う。加熱処理は基板の下側に１１本および上側に１０本設置されたハロゲンランプ（赤外光）１５を１〜６０秒（好ましくは３０〜６０秒）、１〜１０回（好ましくは、２〜６回）点灯させる。図４（Ａ）は、加熱処理中の光源の強度、図４（Ｂ）の実線グラフは、シリコンウエハに埋め込まれた熱電対（図３の５０８ｂ）で測定した基板近傍の温度、図４（Ｂ）の破線グラフは基板中央部裏側から処理室外側の放射温度計（図３の５０８ａ）で測定した温度である。このグラフから、ハロゲンランプが供給する熱（シリコンウエハに埋め込まれた熱電対で測定）は７００〜１３００℃であると考えられる。本実施形態では、光源としてハロゲンランプを用いているが、その他、キセノンランプのように、紫外光ランプを光源として用いるのも好ましい。
【００６９】
なお、図３に示すように、本明細書において開示するＰＰＴＡ装置には冷却手段として、反応室内および反応室を冷却する手段が設けられており、光源をパルス状に制御して半導体膜に照射し、半導体膜を加熱処理するのと同時に、ガラス基板が歪まないように冷媒を用いて冷却をしている。反応室内の冷媒としては、窒素ガス、ヘリウムなどの不活性ガス、反応室そのものを冷却する冷媒としては、窒素ガス、ヘリウムなどの不活性ガスもしくは液体を用いればよい。本実施形態では、窒素ガスを２〜１０（slm）を流入している。
【００７０】
また、光源として用いるランプは、図４（Ｂ）のグラフで示すようにパルス状に温度を制御できれば、赤外光だけでなく、紫外光を発するランプや、一般的なハロゲン化金属ランプ、キセノンアークランプ、低圧水銀ランプのいずれを用いてもよい。
【００７１】
さらに、結晶化のための加熱処理はロータリーポンプやメカニカルブースターポンプなどを用いて排気を行い、酸素濃度を低減した減圧雰囲気において行えば、さらに効果的である。処理室内の圧力は、１．３３×１０4Ｐａ以下となるようにすればよい。または、２６．７Ｐａ〜１．３３×１０4Ｐａでもよい。さらに、１３．３Ｐａ以下でもよい。
【００７２】
ＰＰＴＡ装置により結晶化を行って得られた結晶質シリコン膜１６を光学顕微鏡で観察した様子を図５（Ａ）に示す。また、セコエッチング法で処理した半導体膜の粒界をＳＥＭにて観察した結果を図５（Ｂ）に示す。図５（Ａ）は光学顕微鏡の透過モードで観察しており、結晶質シリコンと非晶質シリコンの透過率の違いから、黒くなっている部分が非晶質シリコンの領域であると考えられる。非晶質シリコンのままであると思われる領域はほとんど見られない。ここで、結晶化の様子を観察するために、さらに画像処理を行って結晶化率を測定した。
【００７３】
光学顕微鏡により観察して撮影された写真を画像処理により２階調化する。グリーンにおいて非晶質シリコンと結晶質シリコンの分離ができるため、写真をグリーンの画像とし、この画像を２階調化して非晶質シリコン領域と結晶質シリコンの領域に分離し、画像処理ソフト（NIH-Image）を用いて計算した。この測定法によると、結晶化率は９９．８％であった。
【００７４】
次いで、ＰＰＴＡ装置を用いたゲッタリング処理について図１（Ｄ）、（Ｅ）および図２で説明する。ゲッタリング作用を有する周期表の１５族に属する不純物元素（代表的にはリン）を結晶質シリコン膜１６に添加するためにマスク絶縁膜１７を形成し、リン（Ｐ）を添加して、ゲッタリング領域１８を形成する。このゲッタリング領域１８には、１×１０20〜１×１０21atoms/cm3のリンが添加されている。なお、周期表の１５族に属する不純物元素としては、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた元素を用いればよい。
【００７５】
触媒元素は半導体膜全面に塗布されており、後のチャネル形成領域となる領域にも１×１０17〜１×１０19atoms/cm3の触媒元素が残存している。基板の下面および上面からランプ光をパルス状にして照射（以下、パルス状にして照射されるランプ光のことをパルス光とする）し、ゲッタリング領域１８に触媒元素をゲッタリングさせる。パルス光は、結晶化のための加熱処理と同様にハロゲンランプを用い、１２２０℃まで加熱して４０秒間その温度を保持する。次いで、３００〜４００℃まで冷却する。この処理を１回行っただけでもゲッタリングの効果を確認することができるが、さらに好ましくは２〜２０回の処理を行うとよい。この加熱処理により、半導体膜中の触媒元素を１×１０17atoms/cm3以下に低減することができる。加熱処理中は、ガラス基板に熱が伝わらないようにするために反応室内に冷媒として窒素ガス２〜１０（slm）を流入させている。なお、ゲッタリングのための加熱処理も、結晶化のための加熱処理と同様にロータリーポンプやメカニカルブースターポンプにより排気を行って雰囲気が大気圧以下の減圧雰囲気で行うと、ゲッタリングの効率がさらによくなる。
【００７６】
上記した加熱処理は、半導体膜にランプ光をパルス状に照射して結晶化やゲッタリングといった処理を施しているが、加熱がパルス的に行われる（例えば、光源自体を動かしたり、基板自体を動かしたりして半導体膜にパルス光を照射するのと同じ効果にする）のであれば、光源（ランプ）をパルス状に制御する必要はない。
【００７７】
ここで、本発明で用いられるＰＰＴＡ装置の一例を図３を用いて簡単に説明する。枚葉式で処理室５００は、石英で形成されている。処理室５００のまわりは冷却するために水冷式の冷却装置５０１が設けられている。光源５０２としては、棒状のハロゲンランプが基板の下側および上側に設けられ、実施形態では両側の光源が用いられている。ただし、光源の使用は片側のみでもよく、使用者が適宜決定すればよい。光源５０２は、光源制御装置５０３により制御されパルス光（例えば、０．５μｍ〜３μｍの波長を含む）として点灯する。
【００７８】
処理室５００には、冷媒供給源５０４から冷媒（ガス）５２０として窒素ガスが流量制御装置５０５を介して供給される。なお、温度検知器５０７に接続された温度センサー５０８ａ、５０８ｂによって測定された結果をもとに、制御手段５０６で冷媒の供給量を制御したり、光源の強度を制御したりする。処理室５００に供給された冷媒は、排気口５０９から外部に排出され処理室５００は常に清浄なガスで充填されるようになっている。
【００７９】
基板５１４は、ローダ／アンローダ室５１３で基板ホルダーに設置され、搬送室５１２の搬送手段５１１により処理室５００に搬送される。搬送室５１２と処理室５００との間には仕切り弁５１０が設けられている。また、ロータリーポンプ５１５、メカニカルブースターポンプ５１６で処理室５００の排気を行っている。
【００８０】
（実施形態２）
実施形態１に示した非晶質半導体の結晶化工程において、非晶質半導体膜の結晶化のための加熱処理を０．１Pa以下の真空雰囲気で行ってもよい。この場合はターボ分子ポンプなど高真空を実現できるポンプを使用して、処理室内を高真空にした後、光源を制御して加熱処理を行えばよい。
【００８１】
（実施形態３）
本実施形態では、ＰＰＴＡ装置を用いたゲッタリング方法の実施形態１とは異なる例について説明する。なお、異なるのは、ゲッタリング領域に添加する不純物元素であるため、説明には図１を用いる。
【００８２】
実施形態１にしたがって、光を透過するガラス基板１０の絶縁表面上に下地絶縁膜１１を形成する。次いで、下地絶縁膜１１上に非晶質半導体膜１２を形成する。本実施形態では、アモルファスシリコン膜を５５nm形成した（図１（Ａ））。
【００８３】
続いて、アモルファスシリコン膜１２の表面に結晶化を促進する触媒元素として公知の方法でニッケル（Ｎｉ）を塗布し、触媒元素含有層１３を形成した後、処理室１４での加熱処理により前記アモルファスシリコン膜１２を結晶化させて、結晶性珪素膜１６を形成する。この加熱処理後にレーザ光を結晶性珪素膜１６に照射して結晶性を向上させてもよい（図１（Ｂ）、（Ｃ））。
【００８４】
以上のようにして形成された結晶質シリコン膜１６中に残存する触媒元素の濃度を低減する。ＰＰＴＡ装置を用いたゲッタリング処理について図１（Ｄ）、（Ｅ）および図２を用いて説明する。ゲッタリング作用を有する周期表の１５族に属する不純物元素（代表的にはリン）及び１３族に属する不純物元素を結晶質シリコン膜１６に添加するためにマスク絶縁膜１７を形成し、リン（Ｐ）及びボロン（Ｂ）を添加して、ゲッタリング領域１８を形成する。このゲッタリング領域１８には、１３族に属する不純物元素の濃度は、１５族に属する不純物元素の濃度の１００分の１以上１００倍以下となっている（この実施例では１×１０19〜１×１０21atoms/cm3のリン及び１×１０19〜１×１０21atoms/cm3のボロンを添加している）。添加方法としてはイオンドーピンク法やプラズマドーピング法等の気相法や、１３族元素及び／又は１５族元素を含有する層を固相法や、溶液を用いた液相法にて形成する方法を用いる。なお、周期表の１５族に属する不純物元素としては、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉから選ばれた元素を用いればよく、周期表の１３族に属する不純物元素としては、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌから選ばれた元素を用いればよい。
【００８５】
この基板を再び処理室１４に移動させて加熱処理を行う。加熱処理は基板の下側に１１本および上側に１０本設置されたハロゲンランプ（赤外光）１５を１〜１８０秒（好ましくは３０〜６０秒）、１〜３０回（好ましくは、２〜１０回）点灯させる。ガラス基板が大きく歪んだり反ったりしない温度で処理する。この実施例では放射温度計による基板裏面からの測定により、この時の基板温度が７００℃以下になるように制御し、ガラス歪み点である６６７℃以上の温度を連続保持するのを２０秒以内に押さえている。本実施形態では、光源としてハロゲンランプを用いているが、その他、キセノンランプのように、紫外光ランプを光源として用いるのも好ましい。
【００８６】
なお、図３に示すように、本明細書において開示するＰＰＴＡ装置には冷却手段として、反応室内および反応室を冷却する手段が設けられており、光源をパルス状に制御して半導体膜に照射し、半導体膜を加熱処理するのと同時に、ガラス基板が歪まないように冷媒を用いて冷却している。反応室内の冷媒としては、窒素ガス、ヘリウムなどの不活性ガス、反応室そのものを冷却する冷媒としては、窒素ガス、ヘリウムなどの不活性ガスもしくは液体、またはその両方を用いればよい。本実施形態では、窒素ガスを２〜１０（slm）を流入している。
【００８７】
また、光源として用いるランプは、パルス状に急峻に照度を制御できれば、赤外光だけでなく、紫外光を発するランプや、一般的なハロゲン化金属ランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、低圧水銀ランプのいずれを用いてもよい。
【００８８】
さらに処理室１４においては、ロータリーポンプやメカニカルブースターポンプにより排気を行って雰囲気が大気圧以下の減圧雰囲気で行うことによりゲッタリング効果を高めてある。本実施の形態では高い純度（窒素中に含まれるＣＨ4、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｏ及びＯ2の濃度が１ppb以下である）の窒素を５l／minで流して圧力を２．６７Pa以下に保ち、酸素濃度が５ppm以下（本実施形態では２ppm以下）の窒素雰囲気を作る。この窒素雰囲気中で４５０℃〜９５０℃、４〜２４時間の加熱処理工程を行う。なお、本実施形態においては、窒素雰囲気としたが、酸素濃度が５ppm以下にできれば雰囲気は、酸素を含まない気体、例えばヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）といった不活性気体でもよい。また、熱による分解で堆積したり、半導体膜と反応したりしないような気体、例えば水素（Ｈ2）でもよい。
【００８９】
触媒元素は半導体膜２１全面に塗布されており、後のチャネル形成領域となる領域にも１×１０17〜１×１０19atoms/cm3の触媒元素が残存している。基板の下面および上面からランプ光をパルス状にして照射（以下、パルス状にして照射されるランプ光のことをパルス光２０とする）し、ゲッタリング領域１８に触媒元素をゲッタリングさせる。パルス光２０はハロゲンランプを用いており、７００℃までランプ加熱して直後に６００℃（好ましくは４５０℃以下）の温度になるまで冷却する。この処理を１回行っただけでもゲッタリングの効果を確認することができるが、さらに好ましくは２〜３０回の処理を行うとよい。
【００９０】
この加熱処理により図１（Ｆ）に示すように、この加熱処理工程により結晶質シリコン膜中のニッケルが矢印の方向に移動し、リンのゲッタリング作用によって、ゲッタリング領域１８に捕獲される。即ち、結晶質シリコン膜中からニッケルが除去され、結晶質シリコン膜に含まれるニッケルの濃度は１×１０17 atoms/cm3以下、好ましくは１×１０16atoms/cm3以下にまで低減することができる。加熱処理中は、ガラス基板に熱が伝わらないようにするために反応室内に冷媒として窒素ガス２〜１０（slm）を流入させている。
【００９１】
上記した加熱処理は、半導体膜にランプ光をパルス状に照射して結晶化やゲッタリングといった処理を施しているが、加熱がパルス的に行われる（例えば、光源自体を動かしたり、基板自体を動かしたりして半導体膜にパルス光を照射するのと同じ効果にする）のであれば、光源（ランプ）をパルス状に制御する必要はない。このようにして得られた結晶質シリコン膜をパターニングして、後のＴＦＴの半導体層となる領域２２が得られる。
【００９２】
（実施形態４）
本実施形態では、ＰＰＴＡ装置を用いたゲッタリング方法の実施形態３とは異なる例について説明する。
【００９３】
実施形態１にしたがって、触媒元素を用いて結晶質半導体膜を形成する。なお、加熱処理により得られた結晶質半導体膜（結晶質シリコン膜）にレーザ光を照射して結晶性を向上させてもよい。
【００９４】
以上のようにして形成された結晶質シリコン膜は、結晶化を助長する触媒元素を用い、さらに結晶化のあとに、触媒元素をリンのゲッタリング作用により除去しており、結晶質シリコン膜中に残存する触媒元素の濃度を低減することにより、さらに良好な結晶質シリコン膜を得ることができる。
【００９５】
ここで、ＰＰＴＡ装置を用いたゲッタリング処理について説明する。ゲッタリング作用を有する周期表の１５族に属する不純物元素（代表的にはリン）、周期表の１３族に属する不純物元素（代表的にはボロン）および周期表の１８族に属する不純物元素（代表的にはアルゴン）を結晶質シリコン膜１６に添加するためにマスク絶縁膜１７を形成し、リン（Ｐ）及びアルゴン（Ａｒ）を添加して、ゲッタリング領域１８を形成する。このときリン（Ｐ）及びボロン（Ｂ）を添加して、ゲッタリング領域１８を形成しても良いが、この場合、このゲッタリング領域１８には、１３族に属する不純物元素の濃度は、１５族に属する不純物元素の濃度の１００分の１以上１００倍以下となっている（この実施例では１×１０19〜１×１０21atoms/cm3のリン及び１×１０19〜１×１０21atoms/cm3のボロンを添加している）。添加方法としてはイオンドーピンク法やプラズマドーピング法等の気相法や、１３族元素及び／又は１５族元素を含有する層を固相法や、溶液を用いた液相法にて形成する方法を用いる。またアルゴン（Ａｒ）についてはスパッタで半導体膜を堆積させるときに膜に混入させても良い。更に、ゲッタリング方法としては非晶質半導体膜を被ゲッタリング領域に隣接するように成膜しても良い。
なお、周期表の１８族に属する不純物元素としては、Ａｒの他に、Ｋｒ、Ｘｅ等を用いてもよい。
【００９６】
さらに、図１（ｃ）、（ｄ）で示すように触媒元素を添加し、加熱処理を行って結晶質シリコン膜１６を形成した後、図２１に示すように、結晶質シリコン膜１６上に、周期表の１８族に属する不純物元素を含む非晶質シリコン膜３１を形成して加熱処理をすることにより、この非晶質シリコン膜３１がゲッタリング領域１６として機能して、結晶質シリコン膜１６中に残留する触媒元素を移動させることができる。なお、ゲッタリング領域として機能する非晶質シリコン膜は、ゲッタリング工程後、エッチング等により除去するため、エッチング処理の際にエッチャントから結晶質シリコン膜を保護するためのバリア層３０を結晶質シリコン膜１６上に形成してから、非晶質シリコン膜３１を形成するとよい。なお、このバリア層３０は、オゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイド膜や硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理して形成されるケミカルオキサイド膜を用いればよい。これらの膜は、フッ酸処理により除去することができる。
【００９７】
この基板を再び処理室１４に移動させて加熱処理を行う。加熱処理は基板の下側に１１本および上側に１０本設置されたハロゲンランプ（赤外光）１５を１〜１８０秒（好ましくは３０〜６０秒）、１〜３０回（好ましくは、２〜１０回）点灯させる。ガラス基板が大きく歪んだり反ったりしない温度で処理する。この実施形態では放射温度計による基板裏面からの測定により、この時の基板温度が７００℃以下になるように制御し、ガラス歪み点である６６７℃以上の温度を連続保持するのを２０秒以内に押さえている。また、スループットの向上と消費電力の低減のために光照射を数分行い、６００℃から７００℃の温度を保持しても良い。本実施形態では、光源としてハロゲンランプを用いているが、その他、キセノンランプのように、紫外光ランプを光源として用いるのも好ましい。
【００９８】
なお、図３に示すように、本明細書において開示するＰＰＴＡ装置には冷却手段として、反応室内および反応室を冷却する手段が設けられており、光源をパルス状に制御して半導体膜に照射し、半導体膜を加熱処理するのと同時に、ガラス基板が歪まないように冷媒を用いて冷却している。反応室内の冷媒としては、窒素ガス、ヘリウムなどの不活性ガス、反応室そのものを冷却する冷媒としては、窒素ガス、ヘリウムなどの不活性ガスもしくは液体、またはその両方を用いればよい。本実施形態では、窒素ガスを２〜１０（slm）を流入している。
【００９９】
また、光源として用いるランプは、パルス状に急峻に照度を制御できれば、赤外光だけでなく、紫外光を発するランプや、一般的なハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、低圧水銀ランプなどのいずれを用いてもよい。
【０１００】
さらに処理室１４においては、ロータリーポンプやメカニカルブースターポンプにより排気を行って雰囲気が大気圧以下の減圧雰囲気で行うことによりゲッタリング効果を高めてある。本実施の形態では高い純度（窒素中に含まれるＣＨ4、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｏ及びＯ2の濃度が１ppb以下である）の窒素を５l／minで流して圧力を２６．７Pa以下に保ち、酸素濃度が５ppm以下（本実施形態では２ppm以下）の窒素雰囲気を作る。この窒素雰囲気中で４５０℃〜９５０℃、４〜２４時間の加熱処理工程を行う。なお、本実施形態においては、窒素雰囲気としたが、酸素濃度が５ppm以下にできれば雰囲気は、酸素を含まない気体、例えばヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）といった不活性気体でもよい。また、熱による分解で堆積したり、半導体膜と反応したりしないような気体、例えば水素（Ｈ2）でもよい。
【０１０１】
触媒元素は半導体膜全面に塗布されており、後のチャネル形成領域となる領域にも１×１０17〜１×１０19atoms/cm3の触媒元素が残存している。基板の下面および上面からランプ光をパルス状にして照射（以下、パルス状にして照射されるランプ光のことをパルス光とする）し、ゲッタリング領域１８に触媒元素をゲッタリングさせる。パルス光はハロゲンランプを用いており、７００℃までランプ加熱して直後に６００℃（好ましくは４５０℃以下）の温度になるまで冷却する。この処理を１回行っただけでもゲッタリングの効果を確認することができるが、さらに好ましくは２〜３０回の処理を行うとよい。また、スループットの向上と消費電力の低減のために光照射を数分行い、６００℃から７００℃の温度を保持しても良い。
【０１０２】
この加熱処理により図１（Ｆ）に示すように、この加熱処理工程において結晶質シリコン膜中のニッケルが矢印の方向に移動し、リンのゲッタリング作用によって、ゲッタリング領域１８に捕獲される。即ち、結晶質シリコン膜中からニッケルが除去され、結晶質シリコン膜に含まれるニッケルの濃度は１×１０17atoms/cm3以下、好ましくは１×１０16atoms/cm3以下にまで低減することができる。加熱処理中は、ガラス基板に熱が伝わらないようにするために反応室内に冷媒として窒素ガス２〜１０（slm）を流入させている。
【０１０３】
上記した加熱処理は、半導体膜にランプ光をパルス状に照射して結晶化やゲッタリングといった処理を施しているが、加熱がパルス的に行われる（例えば、光源自体を動かしたり、基板自体を動かしたりして半導体膜にパルス光を照射するのと同じ効果にする）のであれば、光源（ランプ）をパルス状に制御する必要はない。
【０１０４】
【実施例】
（実施例１）
本発明を用いてＴＦＴ基板を作製する方法の一例について本実施例で図６〜９を用いて説明する。
【０１０５】
まず本実施例では、光を透過するアルミノホウケイ酸ガラスまたはバリウムホウケイ酸ガラスなどからなるガラス基板または、比重が２．５g/cm3以下、熱膨張係数が３５．０×１０-7／℃以下のガラス基板を用いる。ガラス基板１００上に、下地絶縁膜１０１を形成する。下地絶縁膜１０１は、ＣＶＤ装置でＳｉＨ4とＮ2Ｏを用い、酸化窒化シリコン（ＳｉＮＯ）膜１０１ａを形成し、次いで、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜１０１ｂを同じチャンバーにて形成する。ＳｉＮＯ膜とＳｉＯＮ膜との積層の膜厚が５０〜２００nmの厚さになるように形成する。
【０１０６】
次いで、非晶質半導体膜としてアモルファスシリコン膜１０２を形成する。次いで、アモルファスシリコン膜１０２上にマスク絶縁膜（図示せず）を形成する。マスク絶縁膜を介してアモルファスシリコン膜１０２にｐ型を付与する不純物元素（以下、ｐ型不純物元素という）を添加する工程で用いられる。ｐ型不純物元素としては、代表的には１３族に属する元素、典型的にはボロンまたはガリウムを用いることができる。この工程（チャネルドープ工程という）はＴＦＴのしきい値電圧を制御するための工程である。なお、ここではジボラン（Ｂ2Ｈ6）を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法でボロンを添加する。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良い。
【０１０７】
次いで、アモルファスシリコン膜１０２の結晶化処理を行う。まず、アモルファスシリコン膜１０２の表面に重量換算で１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布して、触媒元素含有層１０３を形成する。塗布方法は、スピナーによる塗布、またはスパッタ法等公知の方法でよい（図６（Ａ））。続いて、図４（Ｂ）の実線グラフで示すように、加熱のために光源を制御してパルス状に照射を行うことにより（以下、光源を制御してパルス状に照射された光をパルス光という）１２２０℃（図３の５０８ｂで示す温度センサ−の測定）を４０秒保持したら５秒間パルス光１０４を切る作業を１サイクルとし、これを３回繰り返し、４パルス目は、１２２０℃（図３の５０８ｂで示す温度センサ−の測定）を６０秒間保持した。なお、パルス光１０４が最高強度を保持する時間は、１〜５秒程度である。本実施例ではパルス光の照射を４回にしているが、２〜１０回行ってよい。これにより結晶質シリコン膜１０５が形成される。なお、結晶化率をさらに高め、結晶粒内の欠陥を補修するために、結晶質シリコン膜１０５に対してレーザー照射を行ってもよい（図６（Ｂ））。また、結晶化処理の前に、アモルファスシリコン膜中に含まれる水素量を減らすための熱処理を行ってもよい。
【０１０８】
続いて、結晶質シリコン膜１０５から結晶化処理に用いた触媒元素をゲッタリングするために、ゲッタリング作用を有する周期表の１５族に属する不純物元素（代表的にはリン）を添加して、ゲッタリング領域１０７を形成する。マスク絶縁膜１７０を形成し、結晶質シリコン膜が露出した領域にリンを添加する。ゲッタリング領域１０７には、リンだけでなくボロンが添加されていてもよい。この後、パルス光１０６を照射する。照射するパルス光は１００〜２００℃／秒の速度で１２２０℃まで加熱し、４０秒間保持し、冷却温度は、５０〜１５０℃／秒として、３００〜４００℃まで冷却するというパルス光が適している。また、ガラス基板がガラス転移温度以上にならないように、冷媒として窒素ガスを２〜１０（slm）流入している。このようなパルス光を１回照射することで、触媒元素がゲッタリング領域１０７にゲッタリングされる。十分なゲッタリング効果を得るために、パルス光照射は２〜２０回行ってもよい。また、半導体膜の結晶化および触媒元素のゲッタリングのための加熱処理の工程は、ロータリーポンプやメカニカルブースターポンプにより排気を行って酸素濃度を低減した減圧雰囲気で行うことが好ましい（図６（Ｃ））。
【０１０９】
このようにして得られた良質の結晶質シリコン膜１０５を島状にパターニングして後のＴＦＴの活性層となる半導体層１０８〜１１２を形成する（図６（Ｄ））。次いで、島状の半導体層１０８〜１１２上に、ゲート絶縁膜１１３をプラズマＣＶＤ法にて厚さ５０〜１５０nmに形成する。次いで、ゲート電極を形成するための導電膜として、厚さ２０〜１００nmの導電膜（Ａ）１１４および厚さ１００〜４００nmの導電膜（Ｂ）１１５を形成する。本実施例では、導電膜（Ａ）１１４をＴａＮ、導電膜（Ｂ）１１５をＷとして形成したが、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料のいずれかで形成すればよい（図７（Ａ））。
【０１１０】
次いで、レジストからなるマスク１１６ａ〜１１６ｇを形成し、導電膜（Ａ）１１４および導電膜（Ｂ）１１５をエッチングして、導電膜（Ａ）および導電膜（Ｂ）の積層からなるゲート電極１１７〜１２０を形成する。エッチング方法に限定はないが、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いるとよい。エッチング用ガスにはＣＦ4とＣｌ2とを用いる。同一の工程で、保持容量の上部電極となる容量配線１２１、配線１２２、１２３が形成される。
【０１１１】
ゲート電極１１７〜１２０、配線１２１〜１２３が形成されたら、該ゲート電極をマスクとしてゲート絶縁膜１１３を介してイオンドープ法により半導体層１０８〜１１２にｎ型を付与する不純物元素（以下、ｎ型不純物元素という）を添加する。この工程により、不純物濃度が１×１０16〜１×１０18atoms/cm3のｎ型不純物領域１２４ａ〜１２４ｅが形成される（図７（Ｂ））。
【０１１２】
次いで、レジストからなるマスクをそのままに第２のエッチング処理を行い第２の形状のゲート電極および配線１２５〜１３１を形成する。続いて、第２の形状のゲート電極および配線１２５〜１３１をマスクにして、さらにｎ型不純物元素の添加を行う。これにより、後にソース領域またはドレイン領域になるｎ型不純物濃度が１×１０20〜１×１０21atoms/cm3のｎ型不純物領域（ｎ+）と、該ｎ型不純物領域（ｎ+）よりチャネル形成領域側に後に低濃度不純物領域（以下、ＬＤＤ領域という）となるｎ型不純物元素濃度が１×１０18〜１×１０19atoms/cm3のｎ型不純物領域（ｎ-）１３２ａ〜１３２ｅが形成される（図７（Ｃ））。
【０１１３】
そして、後のｎチャネル型ＴＦＴとなる領域にレジストからなるマスク１３３、１３４を形成し、ｐ型不純物元素を添加して、ｐ型不純物領域１３５ａ、１３５ｂを形成する。なお、ｐ型不純物領域１３５の不純物濃度は、先の工程において添加されているｎ型不純物濃度の最大値に対して１．５〜３倍の２×１０20〜２×１０21atoms/cm3となるようにすればよい（図８（Ａ））。
【０１１４】
次いで、後の駆動回路２０６のｎチャネル型ＴＦＴ２０１および第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０３をレジストからなるマスク１３６、１３７で覆ってエッチング処理を行い、後の駆動回路２０６の第１のｐチャネル型ＴＦＴ２０２、画素ＴＦＴ２０４および配線において、第３の形状のゲート電極と配線１３８〜１４２を形成した。
【０１１５】
次いで、半導体膜に添加された不純物元素の活性化のための加熱処理を行う。この加熱処理は、図３に示すＰＰＴＡ装置を用いてパルス光を複数回照射して活性化を行う。パルス光は基板裏面側（本明細書において、ＴＦＴが形成される面を基板表面とする）から照射する。この加熱処理により確実に不純物を活性化することができる。なお、本実施例では、基板裏面側からのみの照射の例を示しているが、基板表面および裏面の両側からバルス光を照射してもかまわない。
【０１１６】
活性化処理後、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜からなる第１の層間絶縁膜１４３をプラズマＣＶＤ法により形成する。そして、第１の層間絶縁膜１４３中から水素を放出させ、半導体膜の水素化を行うための加熱処理をする。この加熱処理は、３５０〜４５０℃（好ましくは、４１０℃）でクリーンオーブンで行えばよい。または、公知のプラズマ化されることによって生じた水素を含む雰囲気中での水素化処理を行ってもよい（図８（Ｃ））。
【０１１７】
次いで、第２の層間絶縁膜１４４として、アクリルまたはポリイミドなどの有機絶縁材料を用いて平坦化を行う。そして、第１の層間絶縁膜１４３および第２の層間絶縁膜１４４に、後のＴＦＴの活性層となる半導体膜１０８〜１１２にまで達するコンタクトホールを形成し、そこに、厚さ１００〜２００nmのＴｉ膜、厚さ２５０〜３５０nmの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）、厚さ５０〜１５０nmのＴｉ膜を積層して、所望の形状にパターニングし、接続配線１４５〜１５２を形成して、それぞれのＴＦＴを電気的に接続する。
【０１１８】
また、画素部２０７においては、画素電極１５３を形成する。画素電極１５３は、画素ＴＦＴ２０４のドレイン領域１２４ｄおよび保持容量２０５の下部電極（不純物が添加された半導体膜）１３５ｃと電気的に接続される。
【０１１９】
ｎチャネル型ＴＦＴ２０１は、活性層にチャネル形成領域１６１、ソース領域およびドレイン領域１２４ａ、ＬＤＤ領域１３２ａを有する。
【０１２０】
第１のｐチャネル型ＴＦＴ２０２は、活性層にチャネル形成領域１６２、ソース領域およびドレイン領域１３５を有する。
【０１２１】
第２のｐチャネル型ＴＦＴ２０３は、活性層にチャネル形成領域１６３、ソース領域およびドレイン領域１３５ｂ、ＬＤＤ領域１３５ｅを有する。なお、ゲート電極１２７がＬＤＤ領域１３５ｅと重なる領域を有している。
【０１２２】
画素ＴＦＴ２０４は、活性層にチャネル形成領域１６４、ソース領域およびドレイン領域１２４ｄ、ＬＤＤ領域１３２ｄを有する。
【０１２３】
保持容量２０５は、下部電極（不純物元素が添加された半導体膜）１１２、誘電体（ゲート絶縁膜１１３から連続して形成された絶縁膜）および上部電極（ゲート電極を形成する導電膜（Ａ）および導電膜（Ｂ）の積層からなる）１２９を有する。
【０１２４】
以上、ｎチャネル型ＴＦＴ２０１およびｐチャネル型ＴＦＴ２０２からなるＣＭＯＳ構造２０８を含む駆動回路２０６と、画素ＴＦＴ２０４および保持容量２０５を含む画素部２０７からなるアクティブマトリクス基板が作製される（図９）。
【０１２５】
本実施例で開示するように本発明を用いると、ＰＰＴＡ装置により加熱処理を短時間で行うことができ、スループットが向上し、効率よく信頼性の高いＴＦＴを作製することができる。
【０１２６】
（実施例２）
ボトムゲート型のＴＦＴ基板も本発明で示した結晶化工程およびゲッタリング工程を適応することができる。図１０、１１を用いて説明する。
【０１２７】
基板５０上に、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等の絶縁膜を形成し（図示せず）、ゲート電極を形成するために導電膜を形成し、所望の形状にパターニングしてゲート電極５１を得る。導電膜には、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、ＣｒまたはＡｌから選ばれた元素またはいずれかの元素を主成分とする導電膜を用いればよい（図１０（Ａ））。
【０１２８】
次いで、ゲート絶縁膜５２を形成する。ゲート絶縁膜は、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の単層、もしくはいずれかの膜の積層構造にしてもよい。
【０１２９】
次いで、非晶質半導体膜としてアモルファスシリコン膜５３を熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、蒸着法またはスパッタリング法により１０〜１１５０nm厚に形成する。なお、ゲート絶縁膜５２とアモルファスシリコン膜５３とは、同じ成膜法で形成することが可能であるため、両者を連続形成してもよい。連続形成することで、一旦大気に曝すことがなくなり、表面の汚染を防ぐことができ、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することができる（図１０（Ｂ））。
【０１３０】
次いで、アモルファスシリコン膜の結晶化処理を行う。アモルファスシリコン膜に触媒元素を添加して触媒元素含有層５４を形成する。続いて、パルス状に制御された光源（バルス光５５）を用いて、アモルファスシリコン膜に照射して結晶質半導体膜（結晶質シリコン膜）５６を形成する。
【０１３１】
続いて、触媒元素をＴＦＴの半導体層となる領域から移動させる触媒元素のゲッタリング処理を行う。結晶質半導体膜５６上にマスク５７を形成し、半導体膜の選択された領域にゲッタリング作用を有する不純物元素を添加してゲッタリング領域５８を形成する。添加する不純物元素としては、周期表の１５族に属する不純物元素、周期表の１５族に属する不純物元素および周期表の１３族に属する不純物元素、または、周期表の１５族に属する不純物元素、周期表の１３族に属する不純物元素および周期表の１８族に属する不純物元素を添加すればよい。この後、パルス状に制御された光源（パルス光５９）を用いて、触媒元素をゲッタリング領域５８に移動させる（図１０（Ｄ））。
【０１３２】
次いで、保護絶縁膜６０を１００〜４００nm厚で形成する。続いて、レジストからなるマスク（図示せず）を用いて、後のｎチャネル型ＴＦＴ７０の活性層となる結晶性シリコン膜にｎ型を付与する不純物元素、後のｐチャネル型ＴＦＴ７１の活性層となる結晶性シリコン膜にｐ型不純物元素を添加して、ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域を形成する（図１１（Ａ））。
【０１３３】
次いで、結晶性シリコン膜に添加された不純物元素を活性化する処理を行う。活性化処理は、実施形態や実施例１で開示したパルス光を用いた加熱処理を行えばよい。続いて活性化処理後、公知のプラズマ化されることによって生じた水素を含む雰囲気中での水素化処理を行ってもよい。
【０１３４】
次いで、結晶性シリコン膜上の絶縁膜６０を除去し、結晶性シリコン膜を所望の形状の半導体層に形成した後、層間絶縁膜６１を形成する。層間絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等のシリコンを含む絶縁膜のいずれか、もしくはそれらの積層で厚さ５００〜１５００nmになるように形成する（図１１（Ｂ））。
【０１３５】
その後、それぞれのＴＦＴのソース領域またはドレイン領域７４に達するコンタクトホールを形成して、各ＴＦＴを電気的に接続するための配線６２を形成する。なお、７２は、低濃度に不純物元素が添加されたＬＤＤ領域、７３および７５はチャネル形成領域である（図１１（Ｃ））。
【０１３６】
以上のように、本発明はＴＦＴの形状に関わらず適応することができる。
【０１３７】
（実施例３）
実施例１に示したＴＦＴ作製工程において、非晶質半導体膜の結晶化工程を以下のように行ってもよい。
【０１３８】
まず、アモルファスシリコン膜１０２の表面に重量換算で１００ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布して、触媒元素含有層１０３を形成する。塗布方法は、スピナーによる塗布、またはスパッタ法等公知の方法でよい。続いて、ロータリーポンプ、メカニカルブースターポンプで真空引きを行い、高い純度（窒素中に含まれるＣＨ4)、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2、Ｈ2Ｏ及びＯ2の濃度が１ppb以下である）の窒素を２ l／minで流して圧力２６．７Paを保ち、窒素雰囲気を作る。この窒素雰囲気中で、１２２０℃で６０秒間１回のみ加熱した。なお、パルス光が最高強度を保持する時間は、１〜５秒程度である。これにより結晶質シリコン膜１０５が形成される。なお、結晶化率をさらに高め、結晶粒内の欠陥を補修するために、結晶質シリコン膜１０５に対してレーザー照射を行ってもよい。
また、結晶化処理の前に、アモルファスシリコン膜中に含まれる水素量を減らすための熱処理を行ってもよい。
【０１３９】
（実施例４）
本実施例では、実施例１〜３を適応して作製されたＴＦＴ基板からアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置を作製する工程を説明する。図１２は、ＴＦＴ基板と対向基板１８０とをシール材で貼り合わせた状態を示している。ＴＦＴ基板上には柱状のスペーサ１８３を形成する。柱状のスペーサ１８３は画素電極上に形成されるコンタクト部のくぼみに合わせて形成するとよい。柱状スペーサ１８３は用いる液晶材料にも依存するが、３〜１０μｍの高さで形成する。コンタクト部では、コンタクトホールに対応した凹部が形成されるので、この部分に合わせてスペーサを形成することにより液晶の配向の乱れを防ぐことができる。その後、配向膜１８２を形成し、ラビング処理を行う。対向基板１８０には透明導電膜１８４、配向膜１８１を形成する。その後、ＴＦＴ基板および対向基板１８０をシール材により貼り合わせて液晶を注入し、液晶層１８５を形成する。以上のようにして作製されるアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置を完成させることができる。
【０１４０】
（実施例５）
ＰＰＴＡ装置を用いてアクティブマトリクス基板を作製する他の方法について図１７、図１８を用いて説明する。なお、図１７および図１８は、画素部の画素ＴＦＴ３２０および保持容量３２１を形成する方法を図示している。
【０１４１】
基板３００表面に下地絶縁膜３０１を形成する。下地絶縁膜３０１としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜のいずれか、またはいずれかの膜の積層構造にすればよい。本実施例では、プラズマＣＶＤ法で、ＳｉＨ4およびＮ2Ｏを用いて酸化窒化シリコン膜を５０〜２００nmの厚さに形成する。
【０１４２】
次いで、Ｎｉの極薄い膜（以下、便宜上薄膜という）３０２を形成する。Ｎｉを含有する材料からなる電極を用いた平行平板型、あるいは陽光柱型プラズマＣＶＤ装置の成膜チャンバ内に下地絶縁膜３０１を成膜した基板３００を置いて、窒素、水素、あるいは不活性気体の雰囲気下においてプラズマを発生させる。本実施例においては、基板温度３００℃、圧力６．６５Pa、アルゴン１００（sccm）、ＲＦ電力５０Ｗという条件のプラズマ処理により、Ｎｉの量が１×１０10atoms/cm2〜１×１０13atoms/cm2のＮｉ薄膜３０２が形成される。Ｎｉ薄膜３０２は、後の半導体層を結晶化する工程において、結晶化を促進するための触媒元素として作用する（図１７（Ａ））。なお、本実施例では、Ｎｉ薄膜を形成したが、半導体膜の結晶化を促進する作用を有する元素（本明細書においては、触媒元素という）であればニッケル（Ｎｉ）以外でも、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種類の元素を含む薄膜を形成すればよい。
【０１４３】
次いで、Ｎｉ薄膜３０２上にアモルファスシリコン膜を形成する。所望の形状にパターニングして、後のＴＦＴの活性層となる半導体層３０４および後の保持容量の下部電極となる半導体層３０５を形成する（図１７（Ｂ））。
【０１４４】
続いて、半導体層３０４、３０５上にマスク絶縁膜３０６を形成する。マスク絶縁膜としては、酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法で形成する。この後、マスク絶縁膜３０６を介して、半導体層にｐ型不純物元素（代表的には、ボロンまたはガリウム）を添加する。この工程（チャネルドープ工程という）は、ＴＦＴのしきい値電圧を制御するために行う。この工程により、半導体層には、１×１０15〜１×１０18atoms/cm3の濃度でｐ型不純物元素（本実施例では、ボロン）が添加される（図１７（Ｃ））。
【０１４５】
次いで、マスク絶縁膜３０６を除去し、ゲート絶縁膜３０７を形成する（図１７（Ｄ））。ゲート絶縁膜としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて形成する。続いて、ゲート電極を形成するために、導電膜（Ａ）３０８および導電膜（Ｂ）３０９を形成する。本実施例において、導電膜（Ａ）３０８は、窒化タンタル（ＴａＮ）であり、これを５０〜１００nmの厚さに形成する。導電膜（Ｂ）３０９は、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属を用い、１００〜３００nmの厚さに形成する。この導電膜（Ａ）および導電膜（Ｂ）をエッチングし、ゲート電極３１０、のちの保持容量の上部電極となる容量配線３１１を形成する。エッチング方法に限定はないが、好適には、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いるとよい。この時、エッチング用ガスには、ＣＦ4およびＣｌ2の混合ガスを用いる。
【０１４６】
ゲート電極および容量配線をマスクとして用いて、半導体層にｎ型不純物元素を添加して、ｎ型不純物元素が１×１０20〜１×１０21atoms/cm3の濃度含まれた後のＴＦＴの活性層のソース領域またはドレイン領域となるｎ型不純物領域３１２、ｎ型不純物元素が１×１０18〜１×１０19atoms/cm3の濃度含まれた後のＴＦＴ活性層のＬＤＤ領域となるｎ型不純物領域３１３、チャネル形成領域３１４が形成される。（図１７（Ｅ））
【０１４７】
次いで、後のｎチャネル型ＴＦＴとなる領域をマスクで覆い、後のｐチャネル型ＴＦＴとなる領域にｐ型不純物元素を添加する（図示せず）。なお、この工程でｐ型不純物元素が２×１０20〜３×１０21 atoms /cm3の濃度で添加されたｐ型不純物領域が形成される（図示せず）。なお、３１５、３１６は保持容量３２１の下部電極となる半導体層３０５に形成された不純物領域であり、３１７は不純物が添加されない領域である。
【０１４８】
続いて、ＰＰＴＡ装置で冷媒による冷却を行いながら、アモルファス状態の半導体層を結晶化する工程を行う。光源３１８をパルス状に制御し基板に照射する。シリコンウエハに埋め込まれた熱電対（図３の５０８ｂ）で測定したとき、８００〜１１００℃になるように光源を制御して、この温度を１〜３０秒保持し、このような照射を１〜５回行えばよい。半導体層上には、ゲート絶縁膜３０７、ゲート電極３１０、３１１が形成されているため半導体層から熱が逃げにくくなり、短時間で効率よく半導体層を結晶化することができる。なお、この工程において、ロータリーポンプやメカニカルブースターポンプにより排気を行って雰囲気中の酸素濃度を低減し、処理室内の圧力が０．００１〜２６．７Pa程度の減圧した窒素または不活性ガスの雰囲気中において、加熱処理を行うのが好ましい（図１８（Ａ））。
【０１４９】
次いで、ゲート電極上に第１層間絶縁膜３１９を形成する。第１層間絶縁膜としては、シリコンを含む窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜といった絶縁膜、またはそれらを組み合わせた積層膜を膜厚１００〜４００nm程度で形成すればよい。（図１８（Ｂ））
【０１５０】
続いて、ＰＰＴＡ装置を用いて、パルス状に制御された光源を複数回照射することで、半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。この工程において、結晶化の際に触媒元素として作用し、その後半導体層中に拡散しているＮｉ元素が、ゲッタリング作用を有する不純物元素（リン）が高濃度に添加された領域３１２に移動して（図１８（Ｃ）の矢印）、後の活性層のチャネル形成領域３１４となる領域の触媒元素（Ｎｉ）の濃度を１×１０17atoms/cm3以下（好ましくは、１×１０16atoms/cm3以下）に低減することができる。また、この工程において、ロータリーポンプやメカニカルブースターポンプにより排気を行って雰囲気中の酸素濃度を低減し、減圧した雰囲気中において、加熱処理を行うのが好ましい。
【０１５１】
以下、実施例１の水素化処理以降の工程に従って作製すれば、電気炉を用いることなく、短時間に効率よく半導体装置を作製することができる。
【０１５２】
（実施例６）
ＰＰＴＡ装置を用いて画素ＴＦＴ４１０、保持容量４１１を有するアクティブマトリクス基板を作製する他の方法について図１９を用いて説明する。
【０１５３】
本実施例は、導電膜（Ａ）３０８および導電膜（Ｂ）３０９を形成する工程までは、実施例５に従って作製すればよい。なお、同一の工程においては、同一の符号で示すこととする。
【０１５４】
導電膜（Ａ）３０８および導電膜（Ｂ）３０９を形成したら、ＰＰＴＡ装置で冷媒による冷却、パルス状に制御した光源を照射して非晶質状態の半導体層の結晶化を行う（図１９（Ａ））。シリコンウエハに埋め込まれた熱電対（図３の５０８ｂ）で測定して、８００〜１１００℃の熱を１〜３０秒保持するように光源を制御して、この照射を１〜５回繰り返す。
【０１５５】
本実施例で示すように半導体層上にゲート絶縁膜およびゲート電極が形成された状態で結晶化を行うと熱が逃げにくくなり、短時間でより効果的に半導体層の結晶化を行うことができる。なお、この工程において、ロータリーポンプやメカニカルブースターポンプにより排気を行って雰囲気中の酸素濃度を低減し、減圧した雰囲気中において、加熱処理を行うのが好ましい。
【０１５６】
次いで、導電膜（Ａ）３０８および導電膜（Ｂ）３０９を所望の形状にパターニングして、ゲート電極４０１および後の保持容量の上部電極となる容量配線４０２を形成する。ゲート電極および保持容量の形成方法に限定はないが、実施例１と同様に、ＩＰＣエッチング法を用いるとよい。
【０１５７】
ｎ型不純物元素、ｐ型不純物元素を実施例５の工程に従って添加し、不純物領域４０３、４０４、４０６、４０７および不純物元素が添加されない領域４０５、４０８を形成する（図１９（Ｂ））。続いて、シリコンを含む窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜といった絶縁膜、またはそれらを組み合わせた積層膜を膜厚１００〜４００nm成膜して、第１層間絶縁膜４０９を形成する（図１９（Ｃ））。
【０１５８】
次いで、ＰＰＴＡ装置による不純物元素の活性化のための加熱処理を行う。この活性化のための加熱処理の工程において、半導体層中の触媒元素をリンが高濃度に添加された領域４０３にゲッタリングすることができる（図１９（Ｄ））。
【０１５９】
本実施例を用いることで、電気炉を用いることなく、結晶性のよい半導体層を有する半導体装置を効率よく作製することができる。本実施例は、実施例３と組み合わせて、アクティブマトリクス型液晶表示装置を完成させることができる。
【０１６０】
（実施例７）
本実施例では実施例１により得られるＴＦＴ基板（アクティブマトリクス基板）を用いて、アクティブマトリクス駆動の発光装置を作製する工程を図１６で説明する。
【０１６１】
基板１６０１はガラス基板を用いる。このガラス基板１６０１上には駆動回路１６５０にｎチャネル型ＴＦＴ１６５２とｐチャネル型ＴＦＴ１６５３が形成され、画素部１６５１にスイッチング用ＴＦＴ１６５４、電流制御用ＴＦＴ１６５５が形成されている。これらのＴＦＴは、半導体層１６０３〜１６０６、ゲート絶縁膜とする第２絶縁膜１６０７、ゲート電極１６０８〜１６１１などを用いて形成されている。
【０１６２】
基板１６０１上に形成する第１絶縁膜１６０２は酸化窒化シリコン（ＳｉＯ xＮyで表される）、窒化シリコン膜などを５０〜２００ｎｍの厚さに形成して設ける。層間絶縁膜は窒化シリコン、酸化窒化シリコンなどで形成される無機絶縁膜１６１８と、アクリルまたはポリイミドなどで形成される有機絶縁膜１６１９とから成っている。
【０１６３】
駆動回路１６５０の回路構成は、ゲート信号側駆動回路とデータ信号側駆動回路とで異なるがここでは省略する。ｎチャネル型ＴＦＴ１６５２及びｐチャネル型ＴＦＴ１６５３には配線１６１２、１６１３が接続され、これらのＴＦＴを用いて、シフトレジスタやラッチ回路、バッファ回路などが形成される。
【０１６４】
画素部１６５１では、データ配線１６１４がスイッチング用ＴＦＴ１６５４のソース側に接続し、ドレイン側の配線１６１５は電流制御用ＴＦＴ１６５５のゲート電極１６１１と接続している。また、電流制御用ＴＦＴ１６５５のソース側は電源供給配線１６１７と接続し、ドレイン側の電極１６１６がＥＬ素子の陽極と接続するように配線されている。
【０１６５】
陽極、陰極及びその間にエレクトロルミネセンス（Electro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（以下、ＥＬ層と総称する）を有するＥＬ素子は画素部のＴＦＴ上に形成される。尚、有機化合物におけるミネセンスには一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）とがあり、その両者を含むものとする。
【０１６６】
ＥＬ素子は、配線を覆うようにアクリルやポリイミドなどの有機樹脂、好適には感光性の有機樹脂を用いてバンク１６２０、１６２１を形成した後に設ける。本実施例では、ＥＬ素子１６５６は、ＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）で形成される陽極１６２２、ＥＬ層１６２３、ＭｇＡｇやＬｉＦなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属などの材料を用いて形成される陰極１６２４とから成っている。バンク１６２０、１６２１は、陽極１６２２の端部を覆うように形成され、この部分で陰極と陽極とがショートすることを防ぐために設ける。
【０１６７】
ＥＬ層１６２３の上にはＥＬ素子の陰極１６２４が設けられる。陰極１６２４としては、仕事関数の小さいマグネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）若しくはカルシウム（Ｃａ）を含む材料を用いる。好ましくはＭｇＡｇ（ＭｇとＡｇをＭｇ：Ａｇ＝１０：１で混合した材料）でなる電極を用いれば良い。他にもＭｇＡｇＡｌ電極、ＬｉＡｌ電極、また、ＬｉＦＡｌ電極が挙げられる。
【０１６８】
ＥＬ層１６２３と陰極１６２４とでなる積層体は、各画素で個別に形成する必要があるが、ＥＬ層１６２３は水分に極めて弱いため、通常のフォトリソグラフィ技術を用いることができない。また、アルカリ金属を用いて作製される陰極１６２４は容易に酸化されてしまう。従って、メタルマスク等の物理的なマスク材を用い、真空蒸着法、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法等の気相法で選択的に形成することが好ましい。また、陰極１６２４上に外部の水分等から保護するための保護電極を積層しても良い。保護電極としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）若しくは銀（Ａｇ）を含む低抵抗な材料を用いることが好ましい。
【０１６９】
少ない消費電力で高い輝度を得るためには、ＥＬ層を形成する材料に三重項励起子（トリプレット）により発光する有機化合物（以下、トリプレット化合物という）を用いる。尚、シングレット化合物とは一重項励起のみを経由して発光する化合物を指し、トリプレット化合物とは三重項励起を経由して発光する化合物を指す。
【０１７０】
トリプレット化合物としては以下の論文に記載の有機化合物が代表的な材料として挙げられる。（１）T.Tsutsui, C.Adachi, S.Saito, Photochemical Processes in Organized Molecular Systems, ed.K.Honda, (Elsevier Sci.Pub., Tokyo,1991) p.437.（２）M.A.Baldo, D.F.O'Brien, Y.You, A.Shoustikov, S.Sibley, M.E.Thompson, S.R.Forrest, Nature 395 (1998) p.151.（３）M.A.Baldo, S.Lamansky, P.E.Burrrows, M.E.Thompson, S.R.Forrest, Appl.Phys.Lett.,75 (1999) p.4.（４）T.Tsutsui, M.-J.Yang, M.Yahiro, K.Nakamura, T.Watanabe, T.tsuji, Y.Fukuda, T.Wakimoto, S.Mayaguchi, Jpn.Appl.Phys., 38 (12B) (1999) L1502.
【０１７１】
上記トリプレット化合物は、シングレット化合物よりも発光効率が高く、同じ発光輝度を得るにも動作電圧（ＥＬ素子を発光させるに要する電圧）を低くすることが可能である。
【０１７２】
図１６ではスイッチング用ＴＦＴ１６５４をマルチゲート構造とし、電流制御用ＴＦＴ１６５５にはゲート電極とオーバーラップするＬＤＤを設けている。多結晶シリコンを用いたＴＦＴは、高い動作速度を示すが故にホットキャリア注入などの劣化も起こりやすい。そのため、図１６のように、画素内において機能に応じて構造の異なるＴＦＴ（オフ電流の十分に低いスイッチング用ＴＦＴと、ホットキャリア注入に強い電流制御用ＴＦＴ）を形成することは、高い信頼性を有し、且つ、良好な画像表示が可能な（動作性能の高い）表示装置を作製する上で非常に有効である。以上のようにして作製されるアクティブマトリクス駆動の発光装置を完成させることができる。
【０１７３】
（実施例８）
本願発明を実施して形成されたＣＭＯＳ回路や画素部はアクティブマトリクス型液晶表示装置として用いることができ、それら液晶表示装置を表示部に組み込んだ電気器具全てに本発明を実施できる。
【０１７４】
その様な電気器具としては、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）、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１３、図１４及び図１５に示す。
【０１７５】
図１３（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、画像入力部２００２、表示部２００３、キーボード２００４等を含む。
【０１７６】
図１３（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６等を含む。
【０１７７】
図１３（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２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示部２２０５等を含む。
【０１７８】
図１３（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示部２３０２、アーム部２３０３等を含む。
【０１７９】
図１３（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２４０１、表示部２４０２、スピーカ部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５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できる。
【０１８０】
図１３（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）等を含む。
【０１８１】
図１４（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含む。
【０１８２】
図１４（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４等を含む。
【０１８３】
なお、図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。投射装置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、プリズム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、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１４（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。
【０１８４】
また、図１４（Ｄ）は、図１４（Ｃ）中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１４（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。
【０１８５】
ただし、図１４に示したプロジェクターにおいては、透過型の液晶表示装置を用いた場合を示しており、反射型の液晶表示装置の適用例は図示していない。
【０１８６】
図１５（Ａ）は携帯電話であり、３００１は表示用パネル、３００２は操作用パネルである。表示用パネル３００１と操作用パネル３００２とは接続部３００３において接続されている。接続部３００３における、表示用パネル３００１の表示部３００４が設けられている面と操作用パネル３００２の操作キー３００６が設けられている面との角度θは、任意に変えることができる。
さらに、音声出力部３００５、操作キー３００６、電源スイッチ３００７、音声入力部３００８を有している。
【０１８７】
図１５（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体３１０１、表示部３１０２、３１０３、記憶媒体３１０４、操作スイッチ３１０５、アンテナ３１０６等を含む。
【０１８８】
図１５（Ｃ）はディスプレイであり、本体３２０１、支持台３２０２、表示部３２０３等を含む。
【０１８９】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。また、本実施例の電気器具は実施形態、実施例１〜６を組み合わせて実現することができる。
【０１９０】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、消費電力の大きな電気炉を用いなくても大型のガラス基板から複数のＴＦＴ基板を効率よく製造することができる。触媒元素を添加した後、ＰＰＴＡ装置による加熱処理により結晶粒径が大きい良好な結晶質半導体膜を得ることができる。さらに、得られた結晶質半導体膜に残留する触媒元素をＰＰＴＡ装置によりゲッタリングすることができる。
また、上記したようにＰＰＴＡ装置を用いて作製された良質な結晶質半導体膜をＴＦＴの活性層に用いることができるため、信頼性の高いＴＦＴおよび該ＴＦＴを用いた半導体装置を得ることができる。
【０１９１】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明で開示する加熱処理（結晶化、ゲッタリング）を説明する図。
【図２】  本発明で開示する加熱処理（ゲッタリング）を説明する図。
【図３】  本発明で用いる加熱処理装置の一例を示す図。
【図４】  光源の強度変化の測定結果を示す図、半導体膜及び基板の温度変化の測定結果を示す図。
【図５】  本発明を用いて作製された結晶質半導体膜を観察した結果を示す図。
【図６】  ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図７】  ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図８】  ＴＦＴの作製工程を示す図。
【図９】  本発明を用いて作製されたアクティブマトリクス基板を示す図。
【図１０】  発明の実施の一例を示す図。
【図１１】  発明の実施の一例を示す図。
【図１２】  発明の実施の一例を示す図。
【図１３】  電気器具の一例を示す図。
【図１４】  電気器具の一例を示す図。
【図１５】  電気器具の一例を示す図。
【図１６】  本発明を用いて作製された発光装置を示す図。
【図１７】  本発明の実施の一例を示す図。
【図１８】  本発明の実施の一例を示す図。
【図１９】  本発明の実施の一例を示す図。
【図２０】  本発明で用いる加熱処理装置の一例を示す図。
【図２１】  本発明の実施の一例を示す図。
【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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【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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