(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面上に半導体膜を形成し、
不活性気体または酸素を含む気体を噴射することにより前記半導体膜上で板を浮上させ、
前記板を介してレーザ光を照射することにより前記半導体膜をアニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
絶縁表面上に半導体膜を形成し、
酸素濃度が１０ｐｐｍ以下の不活性気体を噴射することにより前記半導体膜上で板を浮上させ、
前記板を介してレーザ光を照射することにより前記半導体膜をアニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記板はレーザ光を通過させる窓を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、前記板はレーザ光を通過させる開口部を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、前記板は、レーザ光の入射側にレーザ光を透過させる窓とレーザ光の射出側に開口部とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、前記半導体膜と前記板との距離は０．０１〜１ｍｍ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】
絶縁表面上に第１の半導体膜を形成し、
前記第１の半導体膜に酸素を含む雰囲気下で第１のレーザ光を照射して結晶構造を有する第２の半導体膜を形成し、
酸素濃度が１０ｐｐｍ以下の不活性気体を噴射することにより前記第２の半導体膜上で板を浮上させ、
前記板を介して第２のレーザ光を照射することにより前記第２の半導体膜をアニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項７において、前記板は前記第２のレーザ光を通過させる窓を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項７において、前記板は前記第２のレーザ光を通過させる開口部を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項７において、前記板は、前記第２のレーザ光の入射側にレーザ光を透過させる窓とレーザ光の射出側に開口部とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれか一において、前記第２のレーザ光のエネルギー密度は、前記第１のレーザ光のエネルギー密度より高いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
）
請求項７乃至請求項１１のいずれか一において、前記第２の半導体膜と前記板との距離は０．０１〜１ｍｍであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から射出されたレーザ光を集光する光学系と、
気体を噴射し、前記レーザ光が通過する開口部が設けられた板と、
基板を配置するステージと、
前記板から気体を噴射させ、前記ステージに配置する前記基板上で前記板を浮上させる手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１４】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から射出されたレーザ光を集光する光学系と、
気体を噴射し、前記レーザ光が通過する開口部と前記レーザ発振器が射出するレーザ光に対し透光性を有し、前記レーザ光が通過する窓とが設けられた板と、
基板を配置するステージと、
前記板から気体を噴射させ、前記ステージに配置する前記基板上で前記板を浮上させる手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４において、前記光学系は前記レーザ発振器から射出するレーザ光を基板を配置する面において線状に整形するものであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１６】
請求項１３乃至１５のいずれか一において、前記気体は不活性気体であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１７】
請求項１３乃至１５のいずれか一において、前記気体は酸素濃度が１０ｐｐｍ以下の不活性気体であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１８】
請求項１６または１７において、前記不活性気体は窒素、希ガス、水素またはそれらの混合気体であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１９】
請求項１３乃至１８のいずれか一において、前記レーザ光を前記基板に照射する際、前記板と前記基板との距離が０．０１〜１ｍｍであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２０】
請求項１３乃至１９のいずれか一において、前記気体の加熱手段を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２１】
請求項１３乃至２０のいずれか一において、前記レーザ発振器は、ＸｅＣｌエキシマレーザ光、または、ＫｒＦエキシマレーザ光、または、ＹＡＧレーザの基本波、または、ＹＡＧレーザの第二高調波、または、ＹＡＧレーザの第三高調波、を射出することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２２】
請求項１３乃至２１のいずれか一において、前記気体を噴射する開口部を通過したレーザ光のみが選択的に基板へ照射されることを特徴とするレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザまたはそれに準ずる強光により半導体膜をアニールする工程を含んで作製される半導体装置の作製方法に関する。前記半導体装置は、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、例えば、液晶表示装置に代表される電気光学装置、及び電気光学装置を部品として搭載した電気機器、発光装置等も半導体装置の範疇に入るものとする。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜に対しレーザアニールを行い、結晶化させたり結晶性を向上させたり半導体膜に添加されたドーパントを活性化させたりする技術が広く研究されている。上記半導体膜には珪素膜がよく用いられる。
【０００３】
上記絶縁基板にはガラス基板がよく用いられる。ガラス基板であれば、例えば６００×７２０×0.7 mmのサイズの大面積基板に加工することができる。ガラス基板以外には石英基板などが使用されるが、石英基板の大面積化は非常に困難である。このようにガラス基板を使う利点は大きいが、石英基板と比較してガラス基板の融点が低いことが問題である。半導体膜のアニールには比較的高温を要するため、アニールの際のガラス基板の変形が問題となっていた。本問題を解決するために考案されたのが、半導体膜のレーザアニールである。レーザは非常に強いエネルギーを短時間に発光することができるため、物体を非平衡に加熱することが可能である。よって、ガラス基板の温度をあまり上げずに、半導体膜の温度のみを上昇させることが可能となる。すなわち、ガラス基板に成膜された半導体膜のアニールには、レーザを用いるのが好ましい。
【０００４】
上記技術により得られた結晶性半導体膜は多くの結晶粒からできているため、多結晶半導体膜と呼ばれる。多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に高い移動度を有する。このため、多結晶半導体膜を利用すると、例えば、従来の非晶質半導体膜を使って作製した半導体装置では実現できなかったアクティブマトリクス型の液晶表示装置（一枚の基板上に、画素駆動用と駆動回路用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製した半導体装置）が作製できる。このように、多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に特性の高い半導体膜である。
【０００５】
一方、非晶質半導体膜の結晶化工程においては、比較的低温の熱処理で行える方法も考案された。前記方法の詳細は特開平7-183540号公報に記載されている。ここで、前記方法を簡単に説明する。まず、非晶質半導体膜にニッケルまたは、パラジウム、または鉛等の元素を微量に添加する。添加の方法は、プラズマ処理法や蒸着法、イオン注入法、スパッタ法、溶液塗布法等を利用すればよい。前記添加の後、非晶質半導体膜を例えば550℃の窒素雰囲気下で4時間加熱すると、多結晶半導体膜が得られる。結晶化に最適な加熱温度や加熱時間等は、前記元素の添加量や、非晶質半導体膜の状態による。以上、加熱による非晶質半導体膜の結晶化の方法の例を記した。
【０００６】
前述のように、レーザアニールによる結晶化は、基板の温度を余り上昇させずに、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることが出来るため、歪点の低いガラス基板には勿論、プラスティック基板等にも用いることが出来る。レーザアニールの工程は、半導体膜に添加されたドーパントを活性化させる工程にも用いられる。前記工程は熱アニールで行われることも多い。
【０００７】
また、現在の量産工程において、レーザアニールに用いられるレーザはエキシマレーザである。エキシマレーザは、パルス発振式のため出力も大きく、また半導体膜でよく用いられる珪素膜に対し吸収係数が非常に高いため、前記量産工程に用いられる。出力の大きいパルス発振式のレーザ光を照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ10ｃｍ以上の線状となるように光学系にて成形し、レーザ光を走査させて(あるいはレーザ光の照射位置を照射面に対し相対的に移動させて)、レーザアニールを行う方法が、生産性が高く工業的に優れているため、好んで使用されている。
【０００８】
特に、照射面においてレーザ光の形状が線状であるレーザ光（以下線状ビームと表記する）を用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザ光を用いた場合とは異なり、線状ビームの線方向に直角な方向だけの走査でより大面積にレーザ光を照射することができるため、生産性が高い。線方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率の良い走査方向であるからである。この高い生産性により、現在レーザアニールにはパルス発振式の大出力のレーザを適当な光学系で成形した線状ビームを使用することが主流になりつつある。線状ビームは特にサイズが６００×７２０×0.7mmのような大面積基板を使った量産工程において有効である。
【０００９】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明は、レーザによる半導体膜のアニールの際に半導体膜の表面に形成される凹凸を減少させ、同時に該凹凸の減少の技術にかかるコストを抑えることを課題とする。
【００１０】
半導体膜にレーザを照射することで、半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させることができるが、その際に半導体膜はレーザのエネルギーにより溶融し、再び固化する過程を経る。前記固化する過程で、半導体膜は無数の核を形成し、各々の核が主に半導体膜の膜面に平行な方向に成長して結晶粒を作る。これらの結晶粒の成長において、隣接する結晶粒が互いに衝突することにより、非常に高い凸部が半導体膜に形成される。特に酸素を含む雰囲気、例えば大気雰囲気においてレーザによる半導体膜のアニールが行われると、この凸部は非常に大きく成長し、半導体膜の厚さと同程度の高さに達することもある。このようにしてレーザが照射された半導体膜の表面に凹凸が形成されるのであるが、特にトップゲート型TFTを作製する場合には、凹凸のある表面がゲート絶縁膜との界面となるため、該凹凸は、素子特性のばらつきや、オフ電流値の上昇の原因となった。
【００１１】
前記凸部の成長は、レーザによる半導体膜のアニールの際の雰囲気から酸素を除けば著しく抑えられることが判っているため、よく本アニールは酸素のない雰囲気、例えば窒素雰囲気、あるいは真空にて行われる。このようにすることで半導体膜の凹凸を抑えることができるのであるが、レーザアニールの際の雰囲気を窒素雰囲気や真空とするためには、強固な真空チャンバーや真空排気装置、大量の窒素の供給が必要となり、装置の大型化およびコスト高につながる。本発明は、このようなコストを引き上げる元を削減する。即ち、本発明は、真空装置を使わずに、酸素のない雰囲気でレーザによる半導体膜のアニールを行って半導体膜表面を平坦化させる装置並びに半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、高価な真空装置を使わずに、レーザ照射されている半導体膜の極近傍の雰囲気のみを酸素の無い雰囲気、例えば窒素雰囲気や希ガス雰囲気や水素雰囲気等にすることを特徴とする。これらの半導体膜に対して反応性の低い気体を不活性気体と呼ぶこととする。水素は他の気体と比較して反応性が高いが、本明細書中では不活性気体の一種とみることとする。具体的には、レーザが半導体膜に照射されている部分に、酸素を含まない気体を供給することで、極局所的に酸素の少ない雰囲気を形成することを特徴とする。
【００１３】
具体的には、非常に強い気流を形成して、レーザ光が半導体膜に照射されている領域に酸素を含まない気体を吹き付けながらレーザアニールを行う。あるいは、半導体膜の極近傍に酸素を含まないガスを噴射できる平坦な板を設置し、前記板を介してレーザ光を半導体膜に照射する。すなわち、前記板はレーザ光に対して透明でなくてはならない。レーザ光が半導体膜に照射されている領域の近傍の酸素濃度を極力少なくするために、前記板を半導体膜に対してエア浮上させる構造を採るとよい。即ち、前記板から噴射されるガスにより前記板を浮上させる。このような構造とすれば前記板と半導体膜との距離を1mm以下とすることが可能である。
【００１４】
酸素のない雰囲気下でレーザアニールされた半導体膜を用い、例えばTFTを作製すると、酸素のある雰囲気下でレーザアニールされたものと比較し、ON電流値の特性等で劣ることがある。すなわち、酸素の無い雰囲気下でレーザアニールした場合、半導体膜の表面の凹凸を小さくする効果がある反面、半導体特性の低下が見られる場合がある。本問題を解決するために、レーザアニールを複数回行う方法が提案されている。
【００１５】
本方法は、酸素を含む雰囲気下で半導体膜に第一のレーザ光の照射を行って結晶化させた後、第一のレーザ光の照射で形成された酸化膜を除去し、その後に酸素を含まない雰囲気下で第二のレーザ光の照射を行うことで半導体膜の表面の凹凸を小さく、すなわち半導体膜の表面を平坦化するものである。このような工程を経ることにより、ＴＦＴの電流値をほとんど劣化させることなく半導体膜の表面を平坦化することができる。これにより、上記諸問題、特にオフ電流値の上昇を抑制することができる。
【００１６】
上記、第二のレーザ光の照射におけるレーザのエネルギー密度は、第一のレーザ光の照射におけるレーザのエネルギー密度よりも、５〜１５％高くすると、照射前と比較して半導体膜の表面の平坦性が格段に向上する。例えば、照射前と比較して表面荒さが1/２以下、若しくは1/3以下にまで低下する。
【００１７】
第一のレーザ光の照射を行った後、酸化膜を除去し、さらに酸素濃度が１０ppm以下の雰囲気下において、第二のレーザ光を照射した半導体膜を用いてｎチャネル型TFTを作製し、そのオフ電流値（Vds＝１４V）における確率統計分布を○印でプロットしたものを図１４中に示す。また、比較のため、図１４中に第一のレーザ光の照射のみを行ったｎチャネル型TFTのオフ電流値の確率統計分布を●印でプロットしたものを示す。図１４の縦軸はパーセントで、５０％における横軸の値がオフ電流の平均値を示す。図の横軸はオフ電流値であり、それらの値のばらつきが大きければ、プロットの領域の横幅が広くなる。第一のレーザ光のみの照射を行ったｎチャネル型TFT（●印）よりも、第二のレーザ光を照射したｎチャネル型TFT（○印）のほうが、オフ電流値の平均値が低く、オフ電流値のばらつきも３〜２０pAと小さいことが図１４から判る。
【００１８】
また、ニッケルまたは、パラジウム、または鉛等の金属元素の微量に添加して非晶質構造を有する半導体膜を結晶化させるのにかかる時間を短縮する技術（特開平7-183540号公報に記載）を用いれば、例えば５５０℃の窒素雰囲気に４時間の加熱処理で特性の良好な結晶構造を有する半導体膜を得ることができる。この技術は、結晶化に必要とする加熱温度を低下させる効果ばかりでなく、結晶方位の配向性を単一方向に高めることが可能である。このような結晶構造を有する半導体膜を基にTFTを作製すると、電界効果移動度の向上のみでなく、サブスレッショルド係数（Ｓ値）が小さくなり、飛躍的に電気的特性を向上させることが可能となる。前記加熱処理のみでなくさらにレーザアニールを行うと、加熱処理またはレーザアニールのとちらかだけで結晶化を行う場合よりも半導体膜としての特性が向上する場合がある。このレーザアニールを上記第一のレーザ光の照射とし、該照射により形成された酸化膜を除去した後、さらに上記第二のレーザ光の照射を行うことも可能である。なお、高い特性を得るためには、加熱処理条件とレーザアニール条件を最適化する必要がある。
【００１９】
また、このようにして得られる結晶構造を有する半導体膜には、金属元素（ここではニッケルまたは、パラジウム、または鉛等）が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、１×１０19/cm3を超える濃度で残存している。勿論、このような状態でもＴＦＴをはじめ各種半導体素子を形成することが可能であるが、以下に示すゲッタリング技術を用いて前記金属元素を除去すると、オフ電流値のばらつきや、上昇を抑制できるので好ましい。
【００２０】
まず、結晶構造を有する半導体膜上にエッチングストッパーとなる酸化膜（バリア層）を形成し、希ガス元素を含む半導体膜（ゲッタリングサイト）を形成した後、ゲッタリングサイトに金属元素をゲッタリングし、前記希ガス元素を含む半導体膜を除去する。なお、希ガス元素はHe、Ne、Ar、Kr、Xeから選ばれた一種または複数種であり、これらの元素を半導体膜中に含有させることにより、ダングリングボンドや、格子歪みを形成してゲッタリングサイトを形成する。
【００２１】
このゲッタリング技術を適用する際においても、酸化膜を形成する前に第二のレーザ光を照射して半導体膜の平坦性を向上させることでゲッタリングの効果を増大させることができる。即ち、ゲッタリングを行う前に第二のレーザ光を照射して前記平坦化を行い、金属元素が偏析しやすい半導体膜表面の凸部を小さくすることは極めて有効である。本発明の構成の一つは、半導体膜のレーザ照射されている部分の極近傍の雰囲気を制御し、第一のレーザ光の照射の際には前記雰囲気を酸素を含む雰囲気とし、第二のレーザ光の照射の際には前記雰囲気を酸素を含まない雰囲気とすることで、半導体膜の表面の平坦化を行った後、ゲッタリングを行う工程を有する半導体装置の作製方法である。
【００２２】
或いは、ゲッタリング技術を適用し、酸化膜を除去した後、第二のレーザ光を照射して半導体膜の表面を平坦化してもよい。また、希ガス元素を含む半導体膜を形成する際に結晶構造を有する半導体膜に希ガス元素が添加された場合、第二のレーザ光の照射で膜中の希ガス元素の低減、または除去ができる。
【００２３】
本明細書で開示する発明の構成１は、
絶縁表面上に半導体膜を形成する第１工程と、
不活性気体を前記半導体膜に大気を混入させることなく吹き付けながらレーザ光を照射して半導体膜をアニールする第２の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２４】
上記発明において、前記不活性気体に含まれる酸素濃度が１０ppm以下であると、半導体膜の酸化をよく抑えることができ、レーザ光の照射により半導体膜の表面に形成される凹凸が小さくなるので好ましい。また、前記気体の流速を非常に早くすることで、半導体膜の表面に形成される凹凸を小さくすることができる。流速を早める手段には、エアナイフなどを用いるとよい。
【００２５】
他の発明の構成２は、
絶縁表面上に半導体膜を形成する第１工程と、
不活性気体または、酸素を含む気体を噴射し半導体膜上で浮上する板を介してレーザ光を照射して半導体膜をアニールする第２の工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００２６】
半導体膜上で板を浮上させることにより、板と半導体膜との間の距離をより狭くすることができるため、半導体膜の近傍を不活性気体のみとすることができる。レーザ照射を板を介して行うため、前記板には例えば、レーザ光を通過させる窓を設ける。或いは、前記板にはレーザ光を通過させる開口部を設ける。前記板には、レーザ光の入射側にレーザ光を透過させる窓を設け、レーザ光の出射側に開口部を設けると、板の浮力を高めることができるため気体の流量を抑えることができるので好ましい。本発明の構成は、不活性気体のみでなく、酸素を含んだ気体の噴射にも適応できる。また、不活性気体や酸素を含む気体のみでなく、他の気体の噴射にも適用できる。酸素を含んだ気体の噴射とレーザ光の照射を同時に行うことにより、半導体表面の酸化を促進させ、半導体膜の特性を向上させることができる。これにより、大気中で行うレーザ光の照射と比較して、半導体膜への酸素以外の不純物の混入を抑えることができる。
【００２７】
本発明の他の構成３は、
絶縁表面上に半導体膜を形成する第１工程と、
前記半導体膜にレーザ光を照射して結晶構造を有する半導体膜及び該膜上に酸化膜とを形成する第２工程と、
前記酸化膜を除去する第３工程と、
不活性気体を前記半導体膜に大気を混入させることなく吹き付けながらレーザ光を照射して前記半導体膜の表面を平坦化する第４工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。前記第４工程におけるレーザ光のエネルギー密度は、前記第２工程におけるレーザ光のエネルギー密度より高いとより平坦化の効果が上がるのでよい。また、前記第２工程におけるレーザ光の照射時の雰囲気は、大気または酸素と窒素との混合気体であると半導体膜の特性が向上するのでよい。
【００２８】
本発明の他の構成４は、
絶縁表面上に半導体膜を形成する第１工程と、
前記半導体膜にレーザ光を照射して結晶構造を有する半導体膜及び該膜上に酸化膜を形成する第２工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜の表面をオゾンを含む溶液で酸化する第３工程と、
前記酸化膜を除去する第４工程と、
不活性気体を前記半導体膜に大気を混入させることなく吹き付けながらレーザ光を照射して前記半導体膜の表面を平坦化する第５工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。前記第５工程におけるレーザ光のエネルギー密度は、前記第２工程におけるレーザ光のエネルギー密度より高いとより半導体膜を平坦化できるので好ましい。
【００２９】
本発明の他の構成５は、
絶縁表面上に半導体膜を形成する第１工程と、
前記半導体膜にレーザ光を照射して結晶構造を有する半導体膜及び該膜上に酸化膜とを形成する第２工程と、
前記酸化膜を除去する第３工程と、
不活性気体を前記半導体膜に大気を混入させることなく吹き付けながらレーザ光を照射して前記半導体膜の表面を平坦化する第４工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。前記第４工程におけるレーザ光のエネルギー密度は、前記第２工程におけるレーザ光のエネルギー密度より高いとより半導体膜を平坦化できるので好ましい。
【００３０】
上記の一連の発明において、前記不活性気体は、窒素または希ガスまたは水素またはそれらの混合気体であると半導体膜の平坦化がよく達成されるので好ましい。
【００３１】
上記の一連の発明において、前記不活性気体は５０℃以上に加熱されるとレーザのエネルギーの不足を補えるため、より大面積のレーザ光を得ることができる。
【００３２】
上記の一連の発明において、前記不活性気体は水素を0.1〜5％含んでいると酸素と化合するため、半導体膜表面の酸化をより抑えることができる。
【００３３】
上記の一連の発明において、前記レーザ光は前記半導体膜面上において線状のエネルギー分布を持つとレーザの照射が効率よく行えるため好ましい。
【００３４】
また、本発明の他の構成６は、
レーザ発振器と、
光学系と、
気体を噴射する開口部が設けられた板と、
基板を配置するステージと、
前記板から気体を噴射させ、前記ステージに配置する前記基板上で前記板を浮上させる手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置である。
【００３５】
また、本発明の他の構成７は、
レーザ発振器と、
光学系と、
気体を噴射する開口部と前記レーザ発振器が射出するレーザ光に対し透光性をもつ窓を設けた板と、
基板を配置するステージと、
前記板から気体を噴射させ、前記ステージに配置する前記基板上で前記板を浮上させる手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置である。
【００３６】
上記各レーザ照射装置の発明において、前記光学系は前記レーザ発振器から射出するレーザ光を基板を配置する面において線状に整形するものであると、レーザの処理の効率が高いので好ましい。
【００３７】
上記各レーザ照射装置の発明において、前記気体は不活性気体であると半導体膜の表面の酸化が抑えられるため、半導体膜表面に形成される凹凸が小さく抑えることができるので好ましい。このとき、前記気体は酸素濃度が１０ppm以下の不活性気体であるとより半導体膜の表面の酸化が防げるので好ましい。また、前記不活性気体は窒素または希ガスまたは水素またはそれらの混合気体であると、半導体膜への不純物の混入がより抑えられるので好ましい。
【００３８】
上記各レーザ照射装置の発明において、前記レーザ光を前記基板に照射する際、前記板と前記基板との距離が0.01〜1mmであると基板近傍の雰囲気がよく制御できるので好ましい。
【００３９】
上記各レーザ照射装置の発明において、前記気体の加熱手段があるとレーザエネルギーを補え、より大面積にレーザ光を広げることができるため、生産性が向上し好ましい。
【００４０】
上記各レーザ照射装置の発明において、前記気体を噴射する開口部を通過したレーザ光のみが選択的に基板へ照射されることを特徴としており、開口部はスリットとして機能している。
【００４１】
また、本発明者らは、以下に示す実験を行った。
【００４２】
（実験）
図２０に示す治具を用いて窒素ブローとレーザ光の照射とを同時に行う方法と、Ｎ2ガンで窒素ガスを吹き付けながらレーザ光を照射する方法とを比較する実験を行った。
【００４３】
まず、ガラス基板上にＰＣＶＤ法により非晶質半導体膜（アモルファスシリコン膜）を形成する。次いで、ニッケルを含む溶液を塗布した後、スピンコートを行う。次いで、電気炉を用いた熱処理（４５０℃、１時間の熱処理後に５５０℃、４時間）を行って結晶化させ、結晶構造を有する半導体膜（ポリシリコン膜）を得る。
【００４４】
この結晶構造を有する半導体膜に以下の条件でレーザ光の照射を行った。
【００４５】
（比較条件）大気でエキシマレーザ光を照射した後の表面写真（暗視野反射モード：５００倍、露出時間３．２min）が図２１（Ａ）である。図２１（Ａ）では、凹凸による小さな白点が多数観測でできる。
【００４６】
（条件１）結晶構造を有する半導体膜の表面に形成された薄い酸化膜（図示しない）を除去した後、図２０に示す治具を用いて窒素ブローとレーザ光の照射とを同時に行った。照射した後の表面写真（暗視野反射モード：５００倍、露出時間３．２min）が図２１（B）である。図２１（B）では、図２１（Ａ）に比べ小さな白点の数が低減していることから平坦性が向上していることが確認できる。
【００４７】
なお、図２０（A）は治具の上面図であり、図２０（B）は断面図である。図２０に示す治具は、図２（ａ）に示した図と原理はほぼ同じである。図２０に示す治具１２００は、金属からなる遮蔽板で構成されており、レーザー光が通過する窓（石英など）と、不活性ガス（窒素ガスなど）を治具内に導入する手段（管など）が設けられ、さらに不活性ガス（窒素ガスなど）を噴出させる開口部１２０２とを有している。ここでは２箇所から不活性ガスを治具内に導入する例を示す。
【００４８】
また、図２０に示す治具は、基板１２０５上に形成された半導体膜１２０６表面と２．５ｍｍの間隔を保って固定している。また、基板１２０５を移動させてレーザ光１２０３の走査を行っている。また、図２０（C）に示すように、治具は、窒素ガスが吹き出る穴（開口部）１２０２を通過してレーザ光１２０３が照射するようになっている。従って、図２０に示す治具は、窒素ガスとレーザ光とが両方同じ箇所（開口部１２０２）を通過するものとなる。また、開口部１２０２はスリットとなり、開口部１２０２以外の場所に照射されるレーザ光は遮蔽される。この治具を用いることによって、不活性気体を吹き付けながら、半導体膜を大気（特に酸素）にふれることなくレーザ光を照射して半導体膜の表面を平坦化することができる。
【００４９】
（条件２）結晶構造を有する半導体膜の表面に形成された薄い酸化膜（図示しない）を除去せずに、大気中でレーザ光（１回目）を照射した後、表面の酸化膜除去を行い、さらに図２０に示す治具を用いて窒素ブローとレーザ光（２回目）の照射とを同時に行った。照射した後の表面写真（暗視野反射モード：５００倍、露出時間３．２min）が図２１（C）である。図２１（C）では、大気でレーザ光の照射を行った後の半導体膜の表面状態を顕微鏡で観察したもの（図２１（A））や条件１のもの（図２１（B））に比べて、半導体膜の表面状態の荒れを少なくすることができ、平坦化させることが可能なことを確認できた。
【００５０】
さらに、上記治具を用いたレーザ光の照射に対して、比較のため、Ｎ2ガンで窒素ガスを吹き付ける方法でレーザ光の照射を行った場合、窒素ガスを吹き付ける際、周囲の大気に含まれる酸素を巻き込んでしまい、半導体膜表面を平坦化させる効果は確認できなかった。
【００５１】
また、レーザ照射装置に図２０に示す治具を適用する際、具体的な一例を図２２に示す。図２２（Ａ）は下面図であり、図２２（Ｂ）は断面図である。図２２では１箇所から不活性ガスを治具内に導入する例を示す。
【００５２】
図２２において、レーザ発振器から出射されたレーザ光１３０３は、不活性ガスで充填された空間に配置された光学系１３０４に通過させて、集光またはレーザ光の照射形状を所望の形状（ここでは矩形もしくは線状）とし、基板１３０５上の半導体膜１３０６に照射する。光学系１３０４は、第１の遮蔽板１３０１ａで仕切られ、不活性気体で充填された空間に配置されている。第１の遮蔽板１３０１ａは、前記レーザ発振器が射出するレーザ光に対し透光性をもつ材料からなる窓１３００ａ、１３００ｂが設けられている。
【００５３】
また、基板１３０５を配置するステージ（図示しない）と、該ステージと前記光学系１３０４の間に第２の遮蔽板１３０１ｂを有しており、該第２の遮蔽板は、レーザ光１３０３が通過する開口部１３０２を有し、該開口部から不活性ガスを噴射させることができる。なお、図２２（Ｂ）に示す第２の遮蔽板１３０１ｂは、基板１３０５上に形成された半導体膜１３０６表面と２．５ｍｍの間隔を保って第１の遮蔽板１３０１ａと固定されている。また、基板１３０５を配置するステージを移動させてレーザ光１３０３の走査を行っている。図２２に示す機構を備えたレーザ照射装置を用いることによって、不活性気体を吹き付けながら、半導体膜を大気（特に酸素）にふれることなくレーザ光を照射して半導体膜の表面を平坦化することができる。
【００５４】
また、図２２に示した照射システムは、レーザ照射装置に図２０に示す治具を単に組み合わせたものではない。図２０に示す治具と窒素パージされた光学系とを単純に組み合わせた場合、通過させる窓（石英）は３つとなり、１つの窓を通過すると約１％のロスが発生することから、トータルで約３％のレーザエネルギーロスが発生する。一方、図２２に示した照射システムにおいては、通過させる窓（石英）が２つ（１３００ａ、１３００ｂ）となっており、トータルでのレーザエネルギーロスを約２％に抑えている。
【００５５】
また、本発明の他の構成８は、
レーザ発振器と、第１の遮蔽板と、該第１の遮蔽板で仕切られ、不活性気体で充填された空間に配置された光学系と、基板を配置するステージと、該ステージと前記光学系の間に第２の遮蔽板を有し、
前記第１の遮蔽板は、前記レーザ発振器が射出するレーザ光に対し透光性をもつ材料からなる窓を有し、
前記第２の遮蔽板は、レーザ光が通過する開口部を有し、該開口部から不活性ガスを噴射させることを特徴とするレーザ照射装置である。
【００５６】
上記構成において、前記第１の遮蔽板と前記第２の遮蔽板との間の空間に不活性気体ガスを導入する手段が設けられ、該手段で導入されたガスは、前記第２の遮蔽板の開口部のみから噴出されることを特徴としている。
【００５７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、以下に説明する。
【００５８】
本発明の１つは、絶縁表面上に半導体膜を形成するプロセスと、該半導体膜に第一のレーザ光を大気雰囲気または酸素を含む雰囲気で照射して結晶構造を有する半導体膜及び該膜上に酸化膜とを形成するプロセスと、該酸化膜を除去するプロセスと、第一のレーザ光より高いエネルギー密度、例えば５〜１５％高いエネルギー密度を有し、該半導体膜の平坦性を高める第二のレーザ光を前記半導体膜に照射しながら、第二のレーザ光が照射されている領域に酸素を含まない気体を吹き付けるプロセスとを有している。なお、第二のレーザ光を照射して半導体膜表面を平坦化するプロセスは、結晶構造を有する半導体膜を所望の形状にパターニングした後に行ってもよい。
【００５９】
以下に本発明を用いて作製される代表的なTFTの作製手順を図４〜図６を用いて示す。
【００６０】
（実施の形態１）
図４(A)中１００は、絶縁表面を有する基板、１０１はブロッキング層となる絶縁膜、１０２は非晶質構造を有する半導体膜である。
【００６１】
図４(A)において、基板１００はガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いてもよい。また、本工程の処理温度に耐える耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００６２】
まず、図４(A)に示すように基板１００上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜（SiOxNy）等の絶縁膜から成る下地絶縁膜１０１を形成する。代表的な一例は、下地絶縁膜１０１を２層構造とし、SiH4、HN3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第一酸化窒化シリコン膜を５０〜１００nm、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第二酸化窒化シリコン膜を１００〜１５０nmの厚さに積層形成する構造である。また、下地絶縁膜１０１の一層として膜厚１０nm以下の窒化シリコン膜（SiN膜）、或いは第二酸化窒化シリコン膜（SiOxNy膜（x≫y））を用いることが好ましい。ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、半導体膜と接する下地絶縁膜を窒化シリコン膜とすることは極めて有効である。また、第一酸化窒化シリコン膜、第二酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した３層構造としてもよい。
【００６３】
ついで、下地絶縁膜上に非晶質構造を有する第一の半導体膜１０２を形成する。第１の半導体膜１０２は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマCVD法や減圧CVD法、或いはスパッタ法で１０〜１００nmの厚さに形成する。後の結晶化で良質な結晶構造を有する半導体膜を得るためには、非晶質構造を有する第一の半導体膜１０２の膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を５×１０18/cm3（二次イオン質量分析法（SIMS）にて測定した原子濃度）以下にしておくとよい。これらの不純物は後の結晶化を妨害する要因となり、また、結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理（電界研磨処理）やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のCVD装置を用いることが望ましい。
【００６４】
次いで、非晶質構造を有する第一の半導体膜１０２を結晶化させる技術としてここでは特開平8-78329号公報記載の技術を用いて結晶化させる。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜とも呼ばれる）に対して結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで該金属元素を核として成長した無数の結晶粒からなる半導体膜を形成するものである。まず、非晶質構造を有する第一の半導体膜１０２に表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素（ここではニッケル）を重量換算で１〜１００ppm含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層１０３を形成する。（図４(B)）塗布によるニッケル含有層１０３の形成方法以外の他の手段として、スパッタ法、蒸着法、またはプラズマ処理により極薄い膜を形成する手段を用いてもよい。また、ここでは、全面に塗布する例を示したが、マスクを形成して選択的にニッケル含有層を形成してもよい。
【００６５】
次いで、加熱処理を行い、結晶化を行う。この場合、結晶化は半導体の結晶化を助長する金属元素が接した半導体膜の部分でシリサイドが形成され、それらを核として結晶化が進行する。こうして、図４(C)に示す結晶構造を有する第一の半導体膜１０４aが形成される。なお、結晶化後での第一の半導体膜１０４aの酸素濃度は、５×１０18/cm3以下とすることが望ましい。ここでは、脱水素化のための熱処理（４５０℃、１時間）の後、結晶化のための熱処理（５５０℃〜６５０℃で４〜２４時間）を行う。また、強光の照射により結晶化を行う場合は、赤外光、可視光、または紫外光のいずれか一またはそれらの混在するものを用いることが可能であるが、代表的には、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、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いる。ランプ光源は、１〜６０秒、好ましくは３０秒から６０秒点灯させ、それを１〜１０回繰り返し、半導体膜が瞬間的に６００℃〜１０００℃程度にまで加熱すればよい。なお、必要であれば、強光を照射する前に非晶質構造を有する第一の半導体膜１０４aに含有する水素を放出させる熱処理を行ってもよい。また、熱処理と強光の照射とを同時に行って結晶化を行ってもよい。生産性を考慮すると。結晶化は強光の照射により行うことが好ましい。
【００６６】
このようにして得られる第一の半導体膜１０４aには、金属元素（ここではニッケル）が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度では、１×１０19/cm3を超える濃度で残存している。勿論、このような状態でもTFTをはじめ各種半導体素子を形成することが可能であるが、以降に示す方法で当該元素を除去する。
【００６７】
次いで、結晶化率（膜の全体積における結晶成分の割合）を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、結晶構造を有する第１の半導体膜１０４ａに対してレーザ光（第１のレーザ光）を大気または酸素を含有する雰囲気で照射する。レーザ光（第１のレーザ光）を照射した場合、表面に凹凸が形成されるとともに薄い酸化膜１０５ａが形成される。（図４（Ｄ））このレーザ光（第１のレーザ光）には波長４００nm以下のエキシマレーザ光や、ＹＡＧレーザの第２高調波、第３高調波を用いる。また、エキシマレーザ光に代えて紫外光ランプから発する光を用いてもよい。
【００６８】
さらに、オゾン含有水溶液（代表的にはオゾン水）で酸化膜（ケミカルオキサイドと呼ばれる）を形成して合計１〜１０ｎｍの酸化膜からなるバリア層１０５ｂを形成し、このバリア層１０５ｂ上に希ガス元素を含む第２の半導体膜１０６を形成する。（図４（Ｅ））なお、ここでは、結晶構造を有する第１の半導体膜１０４ａに対してレーザ光を照射した場合に形成される酸化膜１０５ａもバリア層の一部と見なしている。このバリア層１０５ｂは、後の工程で第２の半導体膜１０６のみを選択的に除去する際にエッチングストッパーとして機能する。また、オゾン含有水溶液に代えて、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も同様にケミカルオキサイドを形成することができる。また、他のバリア層１０５ｂの形成方法としては、酸素雰囲気下の紫外線の照射でオゾンを発生させて前記結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化して形成してもよい。また、他のバリア層１０５ｂの形成方法としては、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法や蒸着法などで１〜１０ｎｍ程度の酸化膜を堆積してバリア層としても良い。また、他のバリア層１０５の形成方法としては、クリーンオーブンを用い、２００〜３５０℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成しても良い。なお、バリア層１０５ｂは、上記方法のいずれか一の方法、またはそれらの方法を組み合わせて形成されたものであれば特に限定されないが、後のゲッタリングで第１の半導体膜中のニッケルが第２の半導体膜に移動可能な膜質または膜厚とすることが必要である。
【００６９】
ここでは、希ガス元素を含む第２の半導体膜１０６をスパッタ法にて形成し、ゲッタリングサイトを形成する。（図４（Ｅ））なお、第１の半導体膜には希ガス元素が添加されないようにスパッタ条件を適宜調節することが望ましい。希ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。中でも安価なガスであるアルゴン（Ａｒ）が好ましい。ここでは希ガス元素を含む雰囲気でシリコンからなるターゲットを用い、第２の半導体膜を形成する。膜中に不活性気体である希ガス元素イオンを含有させる意味は二つある。一つはダングリングボンドを形成し半導体膜に歪みを与えることであり、他の一つは半導体膜の格子間に歪みを与えることである。半導体膜の格子間に歪みを与えるにはアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などシリコンより原子半径の大きな元素を用いた時に顕著に得られる。また、膜中に希ガス元素を含有させることにより、格子歪だけでなく、不対結合手も形成させてゲッタリング作用に寄与する。
【００７０】
また、一導電型の不純物元素であるリンを含むターゲットを用いて第２の半導体膜を形成した場合、希ガス元素によるゲッタリングに加え、リンのクーロン力を利用してゲッタリングを行うことができる。
【００７１】
また、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、第２の半導体膜１０６に含まれる酸素濃度は、第１の半導体膜に含まれる酸素濃度より高い濃度、例えば５×１０18／ｃｍ3以上とすることが望ましい。
【００７２】
次いで、加熱処理を行い、第１の半導体膜中における金属元素（ニッケル）の濃度を低減、あるいは除去するゲッタリングを行う。（図４（Ｆ））ゲッタリングを行う加熱処理としては、強光を照射する処理または熱処理を行えばよい。この処理により、図４（Ｆ）中の矢印の方向（即ち、基板側から第２の半導体膜表面に向かう方向）に金属元素が移動し、第１の半導体膜１０４ａに含まれる金属元素は、バリア層１０５を介して、第２の半導体膜１０６に移動する。この処理により第一の半導体膜中の金属元素の濃度は減少する。金属元素がゲッタリングの際に移動する距離は、少なくとも第１の半導体膜の厚さ程度の距離であればよく、比較的短時間でゲッタリングを完遂することができる。ここでは、ニッケルが第１の半導体膜１０４ａに偏析しない状態を達成すればよい。具体的には、第１の半導体膜１０４ａに含まれるニッケルがほとんど存在しない、即ち膜中のニッケル濃度が１×１０18／ｃｍ3以下、望ましくは１×１０17／ｃｍ3以下になるように十分ゲッタリングすればよい。
【００７３】
また、このゲッタリングの加熱処理の条件によっては、ゲッタリングと同時に第１の半導体膜の結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修する、即ち結晶性の改善を行うことができる。
【００７４】
本明細書において、ゲッタリングとは、被ゲッタリング領域（ここでは第１の半導体膜）にある金属元素が熱エネルギーにより放出され、拡散によりゲッタリングサイトに移動することを指している。
【００７５】
また、このゲッタリングの加熱処理として強光を照射する処理を用いる場合は、加熱用のランプ光源を１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１〜１０回、好ましくは２〜６回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、瞬間的には６００〜１０００℃、好ましくは７００〜７５０℃程度に半導体膜が加熱されるようにする。
【００７６】
また、熱処理で行う場合は、酸化を防ぐため窒素雰囲気中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃にて１４時間の熱処理を行えばよい。また、熱処理に加えて強光を照射してもよい。
【００７７】
次いで、バリア層１０５ｂをエッチングストッパーとして、１０６で示した第２の半導体膜のみを選択的に除去した後、酸化膜からなるバリア層１０５ｂを除去する。第２の半導体膜のみを選択的にエッチングする方法としては、ＣｌＦ3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式 （ＣＨ3）4ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことができる。また、第２の半導体膜を除去した後、バリア層の表面をＴＸＲＦでニッケル濃度を測定したところ、ニッケルが高濃度で検出されるため、バリア層は除去することが望ましく、フッ酸を含むエッチャントにより除去すれば良い。
【００７８】
次いで、結晶構造を有する第１の半導体膜に対してレーザ光（第２のレーザ光）を照射しながら、該半導体膜にレーザ光が照射されている領域に、酸素を含まない気体（例えば窒素、ヘリウム等）を吹き付ける。これにより、レーザ光の照射されている半導体膜の領域の近傍は酸素の少ない雰囲気とすることができる。気体の吹きつけの効果をより高めるために、レーザ光の照射されている半導体膜の直上に、気体を噴射する板１１６を配置し、該板１１６を半導体膜の上でエア浮上させるとよい。気体は気体供給管１１７を介して、板１１６に供給される。板１１６は、図示しない適当な支えを用いて保持させ、位置のずれを抑えるとよい。このとき、板１１６と半導体膜の間の距離は、0.01〜1mm程度とする。この距離は狭ければ狭いほどよい。該板をエア浮上させなくても該板が半導体膜の近くに設置されていれば同様な効果が期待できる。この場合は該板と基板が接触する可能性を無くすために１〜５mm程度の距離とするとよい。また、板１１６の大きさは、レーザ光が照射される領域（ここでは長方形状とする）の長辺と短辺の長さにそれぞれ４０mm程度加えられた程度あるとよい。
【００７９】
酸素濃度が低減された状態でレーザ光を半導体膜に照射すると適当なエネルギーで半導体膜の表面が平坦化することが実験から判っている。つまりレーザ光（第２のレーザ光）を例えば、酸素濃度が１０ppm以下の雰囲気下において、適当なエネルギーで照射した場合、第１のレーザ光の照射により形成された凹凸の高低差（Ｐ―Ｖ値:Peak to Valley、高さの最大値と最小値の差分）が低減、即ち、平坦化される。（図４（Ｇ））ここで、凹凸のＰ―Ｖ値は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により観察すればよい。具体的には、第１のレーザ光の照射により形成された凹凸のＰ―Ｖ値が１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度であった表面は、第２のレーザ光の照射により表面における凸凹のＰ―Ｖ値を５ｎｍ以下とすることができる。このレーザ光（第２のレーザ光）には波長４００nm以下のエキシマレーザ光や、ＹＡＧレーザの第２高調波、第３高調波を用いる。また、エキシマレーザ光に代えて紫外光ランプから発する光を用いてもよい。
【００８０】
本発明者らは、以下に示す実験を行った。
【００８１】
（実験１）
まず、ガラス基板上に下地絶縁膜（酸化窒化シリコン膜、膜厚１５０ｎｍ）を形成し、その上にプラズマＣＶＤ法により膜厚５４ｎｍの非晶質シリコン膜を形成した試料を用意した。次いで、ニッケルを重量換算で１０ｐｐｍ含む溶液を塗布した後、５００℃、１時間の熱処理を行った後、さらに５５０℃、４時間の熱処理を行って結晶化させて結晶構造を有するシリコン膜を形成した。次いで、希フッ酸で半導体膜の表面を洗浄した後、大気または酸素を含有する雰囲気で第１のレーザ光（エキシマレーザ）を照射する。ここでの第１のレーザ光におけるエネルギー密度は４７６ｍＪ／ｃｍ2とした。次いで、第１のレーザ光照射の際に形成された酸化膜を希フッ酸で除去した後、第２のレーザ光のエネルギー密度（４７６、５０７、５３７、５６７ｍＪ／ｃｍ2）の条件を振って窒素雰囲気でそれぞれ照射してＰ―Ｖ値を測定して比較を行った。
【００８２】
図１５に実験結果を示す。
【００８３】
図１５より、第２のレーザ光のエネルギー密度は、第１のレーザ光のエネルギー密度より大きくし、好ましくは３０〜６０ｍＪ／ｃｍ2（第一のレーザ光のエネルギー密度の５〜１５％程度）大きくする。ただし、第２のレーザ光のエネルギー密度が第１のレーザ光のエネルギー密度よりも９０ｍＪ／ｃｍ2以上大きいエネルギー密度だと、表面の粗さが増大し、さらに結晶性の低下、或いは微結晶化してしまい、特性が悪化する傾向が見られた。
【００８４】
なお、第２のレーザ光の照射は、第１のレーザ光のエネルギー密度よりも高いが、照射前後で結晶性はほとんど変化しない。また、粒径などの結晶状態もほとんど変化しない。即ち、この第２のレーザ光の照射では平坦化のみが行われていると推測できる。
【００８５】
結晶構造を有する半導体膜が第２のレーザ光の照射により平坦化されたメリットは非常に大きい。例えば、平坦性が向上したことによって、後に形成されるゲート絶縁膜を薄くすることが可能となり、ＴＦＴの移動度を向上させることができる。また、平坦性が向上したことによって、ＴＦＴを作製した場合、オフ電流を低減することができる。
【００８６】
次いで、平坦化された第１の半導体膜１０４ｂを公知のパターニング技術を用いて所望の形状の半導体層１０７を形成する。（図５（Ａ））また、レジストからなるマスクを形成する前に、オゾン水で表面に薄い酸化膜を形成することが望ましい。
【００８７】
次いで、半導体層の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜１０８となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。この表面洗浄とゲート絶縁膜の形成は、大気にふれさせずに連続的に行うことが望ましい。
【００８８】
次いで、ゲート絶縁膜１０８の表面を洗浄した後、ゲート電極１０９を形成する。次いで、半導体にｎ型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）、ここではリンを適宜添加して、ソース領域１１０及びドレイン領域１１１を形成する。その後、ゲート電極１０９を少しエッチングし、さらに、リンをソース領域１１０に添加した量よりも少なく添加し、低ドーズ領域１１８、１１９を形成してもよい。前記低ドーズ領域は、ＬＤＤ（ＬＤＤ：Lightly Doped Drain）領域と呼ばれる。この構造はチャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域を設けたものである。さらにゲート絶縁膜を介してＬＤＤ領域をゲート電極と重ねて配置させた、いわゆるＧＯＬＤ（Gate-drain Overlapped LDD）構造としてもよい。
【００８９】
添加した後、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザ光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜３００℃の雰囲気中において、表面または裏面からＹＡＧレーザの第２高調波を照射して不純物元素を活性化させることは非常に有効である。ＹＡＧレーザはメンテナンスが容易であるため好ましい活性化手段である。あるいは、本発明が開示するレーザ照射の工程を使って、半導体膜の酸化を抑えると半導体膜の表面の凹凸が抑えられるので好ましい。
【００９０】
以降の工程は、層間絶縁膜１１３を形成し、水素化を行って、ソース領域、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース電極１１４、ドレイン電極１１５を形成してＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）を完成させる。（図５（Ｂ））
【００９１】
こうして得られたＴＦＴのチャネル形成領域１１２に含まれる金属元素の濃度は１×１０17／ｃｍ3未満とすることができる。また、こうして得られたＴＦＴの半導体表面における平坦性は、上記本工程により飛躍的に向上されたため、オフ電流値が低減し、オフ電流値のバラツキも低減する。
【００９２】
本発明は図５（Ｂ）のＴＦＴ構造に限定されない。また、ここではｎチャネル型ＴＦＴを用いて説明したが、ｎ型不純物元素に代えてｐ型不純物元素を用いることによってｐチャネル型ＴＦＴを形成することができることは言うまでもない。
【００９３】
また、ここではトップゲート型ＴＦＴを例として説明したが、ＴＦＴ構造に関係なく本発明を適用することが可能であり、例えばボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴや順スタガ型ＴＦＴに適用することが可能である。
【００９４】
また、ここでは希ガスを含む半導体膜を利用したゲッタリングを例として説明したが、本発明により金属元素が偏析しやすいリッジを低減することができるため、ゲッタリング方法に関係なく本発明は効果的であり、例えばリンを選択的に添加してゲッタリングサイトを形成し、加熱処理を行うことによってゲッタリングを行う方法等に適用することが可能であり、実施の形態１と同様にゲッタリング効果が向上することは言うまでもない。
【００９５】
また、パターニング前に第２のレーザ光の照射を行わず、パターニングにより所望の形状の半導体層を形成した後に酸化膜を除去した後、酸素を含まない気体を吹き付けながら第２のレーザ光の照射を行って平坦化してもよい。
【００９６】
（実施の形態２）
ここでは、実施の形態１とは異なる工程順序で第２のレーザ光の照射を行う例を図６に示す。
【００９７】
まず、実施の形態１に従って、第１のレーザ光の照射を行う工程まで行う。なお、図６（Ａ）は図４（Ａ）に対応し、図６（Ｂ）は図４（Ｂ）に対応し、図６（Ｃ）は図４（Ｃ）に対応し、図６（Ｄ）は図４（Ｄ）に対応している。
【００９８】
また、図６中、２００は基板、２０１はブロッキング層となる絶縁膜、２０２は非晶質構造を有する半導体膜、２０３はニッケル含有層、２０４ａは結晶構造を有する半導体膜、２０５ａは酸化膜である。
【００９９】
次いで、第１のレーザ光の照射により形成された酸化膜２０５ａを除去する。（図６（Ｅ））
【０１００】
次いで、結晶構造を有する第１の半導体膜に対してレーザ光（第２のレーザ光）を照射しながら、該半導体膜にレーザ光が照射されている領域に、酸素を含まない気体（例えば窒素、ヘリウム等）を吹き付ける。これにより、レーザ光の照射されている半導体膜の領域の近傍は酸素の少ない雰囲気とすることができる。気体の吹きつけの効果をより高めるために、レーザ光の照射されている半導体膜の直上に、気体を噴射する板１１６を配置し、該板１１６を半導体膜の上でエア浮上させるとよい。気体は気体供給管１１７を介して、板１１６に供給される。板１１６は、図示しない適当な支えを用いて保持させ、位置のずれを抑えるとよい。このとき、板１１６と半導体膜の間の距離は、0.01〜1mm程度とする。この距離は狭ければ狭いほどよい。該板をエア浮上させなくても該板が半導体膜の近くに設置されていれば同様な効果が期待できる。また、板１１６の大きさは、レーザ光が照射される領域（ここでは長方形状とする）の長辺と短辺の長さにそれぞれ４０mm程度加えられた程度あるとよい。
【０１０１】
酸素濃度が低減された状態でレーザ光を半導体膜に照射すると適当なエネルギーで半導体膜の表面が平坦化することが実験から判っている。つまりレーザ光（第２のレーザ光）を例えば、酸素濃度が１０ppm以下の雰囲気下において、適当なエネルギーで照射した場合、第１のレーザ光の照射により形成された凹凸の高低差（Ｐ―Ｖ値:Peak to Valley、高さの最大値と最小値の差分）が低減、即ち、平坦化される。（図６（Ｆ））具体的には、第１のレーザ光の照射により形成された凹凸のＰ―Ｖ値が１０ｎｍ〜３０ｎｍであった表面は、第２のレーザ光の照射により表面における凸凹のＰ―Ｖ値を５ｎｍ以下とすることができる。このレーザ光（第２のレーザ光）には波長４００nm以下のエキシマレーザ光や、ＹＡＧレーザの第２高調波、第３高調波を用いる。また、エキシマレーザ光に代えて紫外光ランプから発する光を用いてもよい。なお、第２のレーザ光のエネルギー密度は、第１のレーザ光のエネルギー密度より大きくし、好ましくは３０〜６０ｍＪ／ｃｍ2（第一のレーザ光のエネルギー密度の５〜１５％程度）大きくする。ただし、第２のレーザ光のエネルギー密度が第１のレーザ光のエネルギー密度よりも９０ｍＪ／ｃｍ2以上大きいエネルギー密度だと、結晶性の低下、或いは微結晶化してしまい、特性が悪化する。
【０１０２】
なお、第２のレーザ光の照射は、第１のレーザ光のエネルギー密度よりも高いが、照射前後で結晶性はほとんど変化しない。また、粒径などの結晶状態もほとんど変化しない。即ち、この第２のレーザ光の照射では平坦化のみが行われていると推測できる。
【０１０３】
結晶構造を有する半導体膜が第２のレーザ光の照射により平坦化されたメリットは非常に大きい。例えば、後に行われるゲッタリングの際、リッジにニッケルが偏析しやすい。従って、ゲッタリングを行う前に第２のレーザ光の照射により予め表面を平坦化した後、ゲッタリングを行うとゲッタリングの効果が増大する。また、平坦性が向上したことによって、後に形成されるゲート絶縁膜を薄くすることが可能となり、ＴＦＴの移動度を向上させることができる。また、平坦性が向上したことによって、ＴＦＴを作製した場合、オフ電流を低減することができる。
【０１０４】
次いで、オゾン含有水溶液（代表的にはオゾン水）で酸化膜（ケミカルオキサイドと呼ばれる）を形成して１〜１０ｎｍの酸化膜からなるバリア層２０５ｂを形成し、このバリア層２０５ｂ上に希ガス元素を含む第２の半導体膜２０６を形成する。（図６（Ｇ））
【０１０５】
また、他のバリア層２０５ｂの形成方法としては、酸素雰囲気下の紫外線の照射でオゾンを発生させて前記結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化して形成してもよい。また、他のバリア層２０５ｂの形成方法としては、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法や蒸着法などで１〜１０ｎｍ程度の酸化膜を堆積してバリア層としても良い。また、他のバリア層２０５ｂの形成方法としては、クリーンオーブンを用い、２００〜３５０℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成しても良い。なお、バリア層２０５ｂは上記方法のいずれか一の方法、またはそれらの方法を組み合わせて形成されたものであれば特に限定されないが、後のゲッタリングで第１の半導体膜中のニッケルが第２の半導体膜に移動可能な膜質または膜厚とすることが必要である。
【０１０６】
ここでは、希ガス元素を含む第２の半導体膜２０６をスパッタ法にて形成し、ゲッタリングサイトを形成する。希ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。中でも安価なガスであるアルゴン（Ａｒ）が好ましい。ここでは希ガス元素を含む雰囲気でシリコンからなるターゲットを用い、第２の半導体膜を形成する。膜中に不活性気体である希ガス元素イオンを含有させる意味は二つある。一つはダングリングボンドを形成し半導体膜に歪みを与えることであり、他の一つは半導体膜の格子間に歪みを与えることである。半導体膜の格子間に歪みを与えるにはアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）などシリコンより原子半径の大きな元素を用いた時に顕著に得られる。また、膜中に希ガス元素を含有させることにより、格子歪だけでなく、不対結合手も形成させてゲッタリング作用に寄与する。
【０１０７】
次いで、加熱処理を行い、第１の半導体膜中における金属元素（ニッケル）の濃度を低減、あるいは除去するゲッタリングを行う。（図６（Ｈ））前記加熱処理は、強光を照射する処理または熱処理とすればよい。この処理により、図６（Ｈ）中の矢印の方向（即ち、基板側から第２の半導体膜表面に向かう方向）に金属元素が移動し、第１の半導体膜２０４ｂに含まれる金属元素は、バリア層２０５ｂを介して、第２の半導体膜２０６に移動する。この処理により第一の半導体膜中の金属元素の濃度は減少する。金属元素がゲッタリングの際に移動する距離は、少なくとも第１の半導体膜の厚さ程度の距離であればよく、比較的短時間でゲッタリングを完遂することができる。ここでは、ニッケルが第１の半導体膜２０４ｂに偏析しない状態を達成すればよい。具体的には、第１の半導体膜２０４ｂに含まれるニッケルがほとんど存在しない、即ち膜中のニッケル濃度が１×１０18／ｃｍ3以下、望ましくは１×１０17／ｃｍ3以下になるように十分ゲッタリングすればよい。
【０１０８】
また、上記ゲッタリングの際、レーザ光の照射（第１のレーザ光及び第２のレーザ光）によるダメージを修復することが同時に行われる。
【０１０９】
次いで、バリア層２０５ｂをエッチングストッパーとして、２０６で示した第２の半導体膜のみを選択的に除去した後、バリア層２０５ｂを除去し、第１の半導体膜２０４ｂを公知のパターニング技術を用いて所望の形状の半導体層を形成する。
【０１１０】
以降の工程は、実施の形態１と同一の工程によりＴＦＴを完成させる。
【０１１１】
また、本実施の形態は実施の形態１と組み合わせることが可能である。また、他の公知のゲッタリング技術と組み合わせることが可能である。
【０１１２】
また、ゲッタリング前に第２のレーザ光の照射を行わず、所望の形状の半導体層を形成した後に酸化膜を除去した後、酸素を含まない気体を吹き付けながら第２のレーザ光の照射を行って平坦化してもよい。
【０１１３】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でさらに詳細な説明を行う。
【０１１４】
【実施例】
［実施例１］
本発明の実施例は、図１６を用いて説明する。ここでは、実施の形態に示した結晶化方法（ニッケルを用いた結晶化方法）とは異なる方法を用いた例を示す。具体的には、絶縁基板上に設けられた非晶質構造を有する半導体膜をレーザによりアニールする方法について詳細に説明する。
【０１１５】
まず、上記実施の形態で示した方法でガラス基板１１００上に下地絶縁膜１１０１を形成する。本実施例では、ガラス基板上に設ける下地絶縁膜１１０１として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。下地絶縁膜１１０１の一層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4、ＮＨ3、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第１酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を膜厚５０ｎｍで形成する。次いで、下地絶縁膜１１０１のニ層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される第２酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を膜厚１００ｎｍで形成する。
【０１１６】
次いで、下地絶縁膜１１０１上にプラズマＣＶＤ法を用いた非晶質シリコン膜１０２を５０ｎｍの膜厚で形成する。ここで、一般にプラズマＣＶＤ法にて成膜されたシリコン膜には水素が多く含まれることが多い。この水素量が多いと、シリコン膜のレーザに対する耐久性が極端に弱くなるため、ここでは脱水素化のための熱処理（窒素雰囲気５００℃、１時間）を行う。なお、ここでは炉を用いた熱処理を用いて脱水素化を行ったが、ランプアニール装置で脱水素化を行ってもよい。（図１６(A)）
【０１１７】
次いで、前記非晶質シリコン膜１１０２を結晶化させるためのレーザ光（ＸｅＣｌ：波長３０８ｎｍ）の照射を大気中で行う。レーザ光には波長４００nm以下のエキシマレーザ光や、ＹＡＧレーザの第２高調波、第３高調波を用いる。いずれにしても、繰り返し周波数１０〜１０００Hz程度のパルスレーザ光を用い、当該レーザ光を光学系にて、エネルギー密度が１００〜５００mJ/cm2の長方形状に集光し、９０〜９５％のオーバーラップ率をもって照射し、シリコン膜表面を走査させればよい。ここでは、繰り返し周波数３０Ｈｚ、エネルギー密度４７６mJ/cm2でレーザ光の照射を大気中で行なう。レーザ光を集光する光学系には例えば、図１に示したトリプレットシリンドリカルレンズ３０１を用い、線状に集光させると、レーザ処理の効率が高いので好ましい。トリプレットシリンドリカルレンズは、球面収差を抑えるために３枚のレンズで構成されるレンズである。本発明には、シングレットシリンドリカルレンズ（１枚構成のレンズ）、図３に示すダブレットシリンドリカルレンズ３１９などを用いてもよい。半導体膜面において、よりエネルギー分布の均一なビームを得るには、より球面収差の少ないレンズを用いた方がよいことは言うまでもない。本工程により、結晶構造を有するシリコン膜１１０２aが得られる。また、本工程は大気雰囲気で行われるため、酸化膜１１０５aが形成される。（図１６(B)）酸化膜１１０５aは第２のレーザ光の照射の前にフッ酸などのエッチャントにより除去する。（図１６(C)）
【０１１８】
次いで、酸化膜の除去されたシリコン膜１１０２bに第２のレーザ光を照射する工程の詳細を図１に沿って示す。まず、シリコン膜１１０２bが成膜された基板３０５（図１６の基板１１００に相当する。）をステージ３０６に配置する。そして、不活性気体を噴射する板３０４に気体供給管３０２から例えば窒素を供給し、窒素を噴射させる。板の保持機構３０７により保持された板３０４を半導体膜１０２の直上に配置し、板が噴射する窒素により、板３０４を半導体膜上で浮上させる。板の保持機構３０７は板３０４と完全に固着しているわけではなく、板３０４が浮上する余地が残してある。不活性気体には、希ガス等を用いてもよい。また、水素を使うことにより、酸素と半導体膜とが反応することを抑制することができる。
【０１１９】
板３０４が浮上した状態で、レーザ光を例えば、トリプレットシリンドリカルレンズ３０１により線状に集光させ、レーザ光に対し透光性を有する窓３０３を介してシリコン膜１１０２に照射し、ステージ３０６を図中矢印の方向、すなわち線状ビームの長さ方向に対して直角方向に動作させ、シリコン膜１１０２全体にレーザ光を照射する。窓３０３は、石英窓を用いるのがレーザ光の透過率が高いため好ましい。この工程により、レーザ光がまさに当たっているシリコン膜の近傍の雰囲気をほとんど窒素雰囲気とすることができる。これにより、シリコン膜の酸化が防げるので、シリコン膜の表面に生ずる凹凸が小さくなり好ましい。以上の工程を経て表面の凹凸が非常に小さい結晶性シリコン膜１１０２cを得ることができる。
【０１２０】
本工程は、先に示した第２のレーザ光の照射に用いると半導体特性が高く、しかもシリコン膜の表面に生ずる凹凸が小さいものができるので好ましいが、特に高い特性の半導体膜を必要としない場合には、第一のレーザ光の照射を省いて、第二のレーザ光の照射のみを行い、半導体膜表面に形成される凹凸を小さくしてもよい。前記凹凸の低減は、半導体装置の歩留まり向上につながる。本実施例では、非晶質シリコン膜にレーザ光を照射する例を示したが、先に示した金属元素によるシリコン膜の結晶化工程を経た結晶性シリコン膜に同様のレーザ光の照射を行ってもよい。
【０１２１】
［実施例２］
本実施例では、気体を噴射する板の構造の例を図２に沿って示す。
【０１２２】
図２ａ）に気体を噴射する板の一例を示す。不活性気体を気体供給管３０９から石英窓３１０とアルミ合金３１１で構成される板に供給し、アルミ合金の下部に設けられたスリット状の穴から前記不活性気体を噴射させる。この状態で、半導体膜３１２の直上に前記板を配置し、不活性気体の噴射の圧力により浮上させる。
図２には図示しないが、図１に示した保持機構３０７のような、板の位置を安定させるための保持機構を設ける必要がある。これにより、板を半導体膜１０２上で安定に浮上させることができる。図の例では、レーザ光を線状に集光させるため、トリプレットシリンドリカルレンズ３０８を用いている。これにより、半導体膜１０２にレーザ光を集光させ、より高いエネルギー密度を得ることができる。
【０１２３】
石英窓３１０はレーザ光を透光させるために設けた。アルミ合金の下部に設けられている穴は、不活性気体の噴射口の役割と、レーザ光を通す役割とを兼ねている。アルミ合金を用いたのは、板の軽量化が目的であるため、他の材料で構成しても構わない。
【０１２４】
次いで、図２b)に他の気体を噴射する板の例を示す。不活性気体、例えば窒素を気体供給管３０９からアルミ合金３１３で構成される板に供給し、アルミ合金の上下部に設けられたスリット状の穴から前記不活性気体を噴射させる。気体供給管は図中に示したように板の左右に設置されると、構成が左右対称になるため、より安定に気体を供給できるのでよい。この構成は、図２a)に示したものに用いてもよい。この状態で、半導体膜３１２の直上に前記板を配置し、窒素の噴射の圧力により浮上させる。板の上下にスリット上の穴が設けられているため、窒素は板の上下のスリットから噴射する。板の下方に噴射する窒素は板の浮上のために使われる。板の上方に噴射される窒素は、板の上方に設けられた光学素子、本実施例では、トリプレットシリンドリカルレンズ３０８に吹き付けられるためトリプレットシリンドリカルレンズへのゴミの付着を防ぐことができる。
【０１２５】
図２には図示しないが、図１に示した保持機構３０７のような、板の位置を安定させるための保持機構を設ける必要がある。これにより、板を半導体膜１０２上で安定に浮上させることができる。図の例では、レーザ光を線状に集光させるため、トリプレットシリンドリカルレンズ３０８を用いている。これにより、半導体膜１０２にレーザ光を集光させ、より高いエネルギー密度を得ることができる。
【０１２６】
図２b)の例では、板の上下にスリットを設けたため、両スリットの中にレーザ光を通せばよい。板にアルミ合金を用いたのは、軽量化が目的であるため、他の材料で構成しても構わない。
【０１２７】
［実施例３］
本実施例では、本発明を量産工程で実施する例を図３に沿って説明する。レーザ発振器３１４には、例えば、ラムダ社製4308Bを用いる。本レーザは、１パルス当たり６７０ｍＪのエネルギーを射出する能力を有しているため、適当な光学系により３００mm程度の長い線状ビームとすることができる。
【０１２８】
線状ビームを形成させるための光学系３１５の説明をする。光学系３１５は照射面においてエネルギー分布の均一な線状ビームを得るために、ホモジナイザの機構を有している。光学素子３１６は、シリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズを組み合わせることにより、線状ビームの短幅方向のエネルギー分布の均一化を行う。図のようにシリンドリカルレンズアレイを２つ用いて、線状ビームの短幅の長さを可変としてもよい。前記長さを変えるには、シリンドリカルレンズアレイの距離を変えればよい。また、光学素子３１７は同様にシリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズを組み合わせることにより、線状ビームの長幅方向のエネルギー分布の均一化を行う。前記光学素子３１７の上面図を図３に示す。図ではシリンドリカルレンズアレイが１つであるが、２つのシリンドリカルレンズを用いて線状ビームの長幅の長さを可変としてもよい。ミラー３１８は水平方向に進むレーザ光を鉛直方向に曲げる役割を果たす。これにより、線状ビームを水平面に形成できるため、照射の対象となる半導体膜を水平に設置することが可能となる。ダブレットシリンドリカルレンズ３１９により、線状ビームの短幅をさらに短くし、照射面においてより高いエネルギー密度が得られるようにしてもよい。これにより、より線状ビームの長さを長くすることができるため、大面積の基板にも効率よくレーザ光を照射できる。レーザを照射する半導体膜まわりの雰囲気と、光学系３１５の雰囲気とを分断するために光学系３１５を敷居で囲い、レーザ光を透過させる石英窓３２０設けてもよい。例えば、本実施例では、光学系３１５を窒素パージすることで光学系の劣化を抑制する。
【０１２９】
次いで、レーザ光を半導体膜に照射する工程を説明する。基板３２４は、図示しないロボットアーム等によりステージ３２５上に配置される。その後、窒素ボンベ３２６に接続される気体供給装置３２２より気体を噴射する板３２３に窒素が供給され、窒素が前記板から適当な流量で噴射される状態とする。次いで、前記板３２３を半導体膜直上に配置させ、窒素の噴射により半導体膜上で浮上させる。窒素気体は、加熱装置３２７により加熱するとレーザエネルギーの不足を補うことができる。この状態を維持させたまま、レーザ光を照射しながら、ステージ３２５を線状ビームの長幅方向に対し直角方向に移動させ、半導体膜にレーザ光を照射する。レーザ発振器３１４はコントローラ３２１により制御されており、発振するエネルギーや周波数などを入力させることができる。気体を噴射する板は、適当な動作機構と接続させ、基板３２４がステージ３２５に配置される前は、適当な場所に待機させると、基板と板との干渉の可能性が低くなるので好ましい。以上の一連の動作を繰り返すことにより、多数枚の半導体膜をレーザで処理することができる。
【０１３０】
［実施例４］
本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図７〜図１０を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１３１】
まず、本実施例ではコーニング社の＃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、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板４００を用いる。なお、基板４００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよい。
【０１３２】
次いで、基板４００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜４０１を形成する。本実施例では下地膜４０１として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。下地膜４０１の一層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4、ＮＨ3、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜４０１ａを１０〜２００nm（好ましくは５０〜１００nm）形成する。本実施例では、膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜４０１ａ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。次いで、下地膜４０１のニ層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4、及びＮ2Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜４０１ｂを５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。本実施例では、膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜４０１ｂ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を形成する。
【０１３３】
次いで、下地膜上に半導体層４０２〜４０６を形成する。半導体層４０２〜４０６は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、公知の結晶化法（レーザ結晶化法、ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）により結晶化させる。そして、得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体層４０２〜４０６を形成する。前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶質半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質珪素膜を成膜する。そして、ニッケルを含む溶液を非晶質珪素膜上に保持させ、この非晶質珪素膜に脱水素化（５００℃、１時間）を行なった後、熱結晶化（５５０℃、４時間）を行ない、レーザ光を照射して結晶質珪素膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理によって半導体層４０２〜４０６を形成する。
【０１３４】
また、レーザ結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合には、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザやＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等を用いることができる。これらのレーザを用いる場合には、レーザ発振器から放射されたレーザ光を光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数３００Ｈｚとし、レーザエネルギー密度を１００〜７００mJ/cm2(代表的には２００〜３００mJ/cm2)とする。また、ＹＡＧレーザを用いる場合にはその第２高調波を用いパルス発振周波数１〜３００Ｈｚとし、レーザエネルギー密度を３００〜１０００mJ/cm2(代表的には３５０〜５００mJ/cm2)とすると良い。そして幅１００〜１０００μｍ、例えば４００μｍで線状に集光したレーザ光を基板全面に渡って照射し、この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）を５０〜９８％として行なってもよい。
【０１３５】
また、非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を適用すればよい。連続発振のレーザを用いる場合には、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換する。また、共振器の中にＹＶＯ4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射すればよい。
【０１３６】
本実施例では、結晶化を助長する金属元素を用いて非晶質珪素膜の結晶化を行なったため、前記金属元素が結晶質珪素膜中に残留している。そのため、前記結晶質珪素膜上に５０〜１００ｎｍの非晶質珪素膜を形成し、加熱処理（ＲＴＡ法やファーネスアニール炉を用いた熱アニール等）を行なって、該非晶質珪素膜中に前記金属元素を拡散させ、前記非晶質珪素膜は加熱処理後にエッチングを行なって除去する。このようにすることで、前記結晶質珪素膜中の金属元素の含有量を低減または除去することができる。
【０１３７】
なお、本実施例ではシリコンの結晶化を助長する金属元素としてニッケルを用いた熱結晶化を行った後にパルス発振型のレーザー光を照射する技術を用いたが、ニッケルを添加することなく、連続発振のレーザー（ＹＶＯ4レーザーの第２高調波）でアモルファスシリコン膜を結晶化させてもよい。
【０１３８】
また、半導体層４０２〜４０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行なってもよい。
【０１３９】
次いで、半導体層４０２〜４０６を覆うゲート絶縁膜４０７を形成する。ゲート絶縁膜４０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０１４０】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【０１４１】
次いで、ゲート絶縁膜４０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜４０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜４０９とを積層形成する。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜４０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜４０９を積層形成した。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタした。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度のＷ（純度９９．９９９９％）のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができた。
【０１４２】
なお、本実施例では、第１の導電膜４０８をＴａＮ、第２の導電膜４０９をＷとしたが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、第１の導電膜をタンタル（Ｔａ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化チタン（ＴｉＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＡｌ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＣｕ膜とする組み合わせとしてもよい。
【０１４３】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク４１０〜４１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行なう。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行なう。（図７（Ｂ））本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２５／２５／１０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行った。ここでは、松下電器産業（株）製のＩＣＰを用いたドライエッチング装置（Model  Ｅ６４５−□ＩＣＰ）を用いた。基板側（試料ステージ）にも１５０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【０１４４】
この後、レジストからなるマスク４１０〜４１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０／３０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行った。基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【０１４５】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層４１７〜４２２（第１の導電層４１７ａ〜４２２ａと第２の導電層４１７ｂ〜４２２ｂ）を形成する。４１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層４１７〜４２２で覆われない領域は２０〜５０nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【０１４６】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行なう。（図７（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層４２８〜４３３を形成する。
【０１４７】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行なえば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０14/cm2とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行なう。本実施例ではドーズ量を１．５×１０13／cm2とし、加速電圧を６０ｋｅＶとして行なう。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層４２８〜４３３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域４２３〜４２７が形成される。不純物領域４２３〜４２７には１×１０18〜１×１０20/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【０１４８】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４３４ａ〜４３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行なう。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜１×１０15/cm2とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行なう。ドーピング処理は第２の導電層４２８ｂ〜４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行なって図８（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０15〜１×１０17/cm2とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとして行なう。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域４３６、４４２、４４８には１×１０18〜５×１０19/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域４３５、４４１、４４４、４４７には１×１０19〜５×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加される。
【０１４９】
もちろん、適当な加速電圧にすることで、第２のドーピング処理および第３のドーピング処理は１回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を形成することも可能である。
【０１５０】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行なう。この第４のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０を形成する。第２の導電層４２８ａ〜４３２ａを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。（図８（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域４３５、４３９にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０19〜５×１０21atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【０１５１】
以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域が形成される。
【０１５２】
次いで、レジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜４６１を形成する。この第１の層間絶縁膜４６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜４６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０１５３】
次いで、図８（Ｃ）に示すように、加熱処理を行なって、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行なう。この加熱処理はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行なう。熱アニール法としては、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜５５０℃で行えばよく、本実施例では５５０℃、４時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。
【０１５４】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に加熱処理を行なっても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜（珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜）を形成した後で活性化処理を行なうことが好ましい。
【０１５５】
そして、加熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行なうと水素化を行なうことができる。この工程は第１の層間絶縁膜４６１に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。第１の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。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）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃で１〜１２時間の加熱処理を行っても良い。
【０１５６】
また、活性化処理としてレーザアニール法を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレーザやＹＡＧレーザ等のレーザ光を照射することが望ましい。
【０１５７】
次いで、第１の層間絶縁膜４６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜４６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が１０〜１０００ｃｐ、好ましくは４０〜２００ｃｐのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いる。
【０１５８】
本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第２の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行なうことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【０１５９】
また、第２の層間絶縁膜４６２として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【０１６０】
そして、駆動回路５０６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線４６３〜４６７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。（図９）
【０１６１】
また、画素部５０７においては、画素電極４７０、ゲート配線４６９、接続電極４６８を形成する。この接続電極４６８によりソース配線（４４３ａと４４３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線４６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域４４２と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層４５８と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７１としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【０１６２】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ５０３を有する駆動回路５０６と、画素ＴＦＴ５０４、保持容量５０５とを有する画素部５０７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【０１６３】
駆動回路５０６のｎチャネル型ＴＦＴ５０１はチャネル形成領域４３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４２８ａと重なる低濃度不純物領域４３６（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５２とを有している。このｎチャネル型ＴＦＴ５０１と電極４６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ５０２にはチャネル形成領域４４０、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５４と、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が導入された不純物領域４５３を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ５０３にはチャネル形成領域４４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４３０ａと重なる低濃度不純物領域４４２（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５６と、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が導入された不純物領域４５５を有している。
【０１６４】
画素部の画素ＴＦＴ５０４にはチャネル形成領域４４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域４４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５８とを有している。また、保持容量５０５の一方の電極として機能する半導体層には、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量５０５は、絶縁膜４１６を誘電体として、電極（４３２ａと４３２ｂの積層）と、半導体層とで形成している。
【０１６５】
本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【０１６６】
また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１０に示す。なお、図７〜図１０に対応する部分には同じ符号を用いている。図９中の鎖線Ａ−Ａ’は図１０中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図９中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１０中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【０１６７】
なお、本実施例は実施例１乃至３のいずれか一と自由に組み合わせることが可能である。
【０１６８】
［実施例５］
本実施例では、実施例４で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図１１を用いる。
【０１６９】
まず、実施例４に従い、図９の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図９のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極４７０上に配向膜５６７を形成しラビング処理を行なう。なお、本実施例では配向膜５６７を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ５７２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０１７０】
次いで、対向基板５６９を用意する。次いで、対向基板５６９上に着色層５７０、５７１、平坦化膜５７３を形成する。赤色の着色層５７０と青色の着色層５７１とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【０１７１】
本実施例では、実施例４に示す基板を用いている。従って、実施例４の画素部の上面図を示す図１０では、少なくともゲート配線４６９と画素電極４７０の間隙と、ゲート配線４６９と接続電極４６８の間隙と、接続電極４６８と画素電極４７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【０１７２】
このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。
【０１７３】
次いで、平坦化膜５７３上に透明導電膜からなる対向電極５７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜５７４を形成し、ラビング処理を施した。
【０１７４】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材５６８で貼り合わせる。シール材５６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料５７５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５７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１１に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０１７５】
以上のようにして作製される液晶表示パネルは各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１７６】
なお、本実施例は実施例１乃至４と自由に組み合わせることが可能である。
【０１７７】
[実施例６]
本実施例では、本発明を用いて発光装置を作製した例について説明する。本明細書において、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＩＣを実装した表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Electro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、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）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【０１７８】
図１２は本実施例の発光装置の断面図である。図１２において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図９のｎチャネル型ＴＦＴ５０３を用いて形成される。したがって、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０３の説明を参照すれば良い。
【０１７９】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【０１８０】
基板７００上に設けられた駆動回路は図９のＣＭＯＳ回路を用いて形成される。従って、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１８１】
また、配線７０１、７０３はＣＭＯＳ回路のソース配線、７０２はドレイン配線として機能する。また、配線７０４はソース配線とスイッチングＴＦＴのソース領域とを電気的に接続する配線として機能し、配線７０５はドレイン配線７０９とスイッチングＴＦＴのドレイン領域とを電気的に接続する配線として機能する。
【０１８２】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図９のｐチャネル型ＴＦＴ５０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１８３】
また、配線７０６は電流制御ＴＦＴのソース配線（電流供給線に相当する）であり、７０７は電流制御ＴＦＴの画素電極７１１上に重ねることで画素電極７１１と電気的に接続する電極である。
【０１８４】
なお、７１１は、透明導電膜からなる画素電極（発光素子の陽極）である。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極７１１は、上記配線を形成する前に平坦な層間絶縁膜７１０上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる平坦化膜７１０を用いてＴＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成される発光層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、発光層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【０１８５】
配線７０１〜７０７を形成後、図１２に示すようにバンク７１２を形成する。バンク７１２は１００〜４００ｎｍの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。
【０１８６】
なお、バンク７１２は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が必要である。本実施例ではバンク７１２の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒子を添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は１×１０6〜１×１０12Ωｍ（好ましくは１×１０8〜１×１０10Ωｍ）となるようにカーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すれば良い。
【０１８７】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１２では一画素しか図示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ3）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ3にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【０１８８】
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機発光材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせて発光層（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機発光材料を発光層として用いる例を示したが、高分子系有機発光材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機発光材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【０１８９】
次に、発光層７１３の上には導電膜からなる陰極７１４が設けられる。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のＭｇＡｇ膜（マグネシウムと銀との合金膜）を用いても良い。陰極材料としては、周期表の１族もしくは２族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【０１９０】
この陰極７１４まで形成された時点で発光素子７１５が完成する。なお、ここでいう発光素子７１５は、画素電極（陽極）７１１、発光層７１３及び陰極７１４で形成されたダイオードを指す。
【０１９１】
発光素子７１５を完全に覆うようにしてパッシベーション膜７１６を設けることは有効である。パッシベーション膜７１６としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。
【０１９２】
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層７１３の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層７１３の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層７１３が酸化するといった問題を防止できる。
【０１９３】
さらに、パッシベーション膜７１６上に封止材７１７を設け、カバー材７１８を貼り合わせる。封止材７１７としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材７１８はガラス基板や石英基板やプラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）の両面に炭素膜（好ましくはダイヤモンドライクカーボン膜）を形成したものを用いる。
【０１９４】
こうして図１２に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク７１２を形成した後、パッシベーション膜７１６を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式（またはインライン方式）の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材７１８を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
【０１９５】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ６０１、６０２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０４が形成される。
【０１９６】
さらに、図１２を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いｎチャネル型ＴＦＴを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
【０１９７】
また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に従えば、その他にも信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。
【０１９８】
さらに、発光素子を保護するための封止（または封入）工程まで行った後の本実施例の発光装置について図１３を用いて説明する。なお、必要に応じて図１２で用いた符号を引用する。
【０１９９】
図１３（Ａ）は、発光素子の封止までを行った状態を示す上面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）をＣ−Ｃ’で切断した断面図である。点線で示された８０１はソース側駆動回路、８０６は画素部、８０７はゲート側駆動回路である。また、９０１はカバー材、９０２は第１シール材、９０３は第２シール材であり、第１シール材９０２で囲まれた内側には封止材９０７が設けられる。
【０２００】
なお、９０４はソース側駆動回路８０１及びゲート側駆動回路８０７に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）９０５からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【０２０１】
次に、断面構造について図１３（Ｂ）を用いて説明する。基板７００の上方には画素部８０６、ゲート側駆動回路８０７が形成されており、画素部８０６は電流制御ＴＦＴ６０４とそのドレインに電気的に接続された画素電極７１０を含む複数の画素により形成される。また、ゲート側駆動回路８０７はｎチャネル型ＴＦＴ６０１とｐチャネル型ＴＦＴ６０２とを組み合わせたＣＭＯＳ回路（図１５参照）を用いて形成される。
【０２０２】
画素電極７１１は発光素子７１５の陽極として機能する。また、画素電極７１１の両端にはバンク７１２が形成され、画素電極７１１上には発光層７１３および発光素子の陰極７１４が形成される。
【０２０３】
陰極７１４は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線９０４を経由してＦＰＣ９０５に電気的に接続されている。さらに、画素部８０６及びゲート側駆動回路８０７に含まれる素子は全て陰極７１４およびパッシベーション膜７１６で覆われている。
【０２０４】
また、第１シール材９０２によりカバー材９０１が貼り合わされている。なお、カバー材９０１と発光素子との間隔を確保するために樹脂膜からなるスペーサを設けても良い。そして、第１シール材９０２の内側には封止材９０７が充填されている。なお、第１シール材９０２、封止材９０７としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第１シール材９０２はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。さらに、封止材９０７の内部に吸湿効果をもつ物質や酸化防止効果をもつ物質を含有させても良い。
【０２０５】
発光素子を覆うようにして設けられた封止材９０７はカバー材９０１を接着するための接着剤としても機能する。また、本実施例ではカバー材９０１を構成するプラスチック基板の材料としてＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリルを用いることができる。
【０２０６】
また、封止材９０７を用いてカバー材９０１を接着した後、封止材９０７の側面（露呈面）を覆うように第２シール材９０３を設ける。第２シール材９０３は第１シール材９０２と同じ材料を用いることができる。
【０２０７】
以上のような構造で発光素子を封止材９０７に封入することにより、発光素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素等の発光層の酸化による劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置が得られる。
【０２０８】
［実施例７］
本発明を実施して形成された駆動回路や画素部は様々なモジュール（アクティブマトリクス型液晶モジュール、アクティブマトリクス型ＥＬモジュール、アクティブマトリクス型ＥＣモジュール）に用いることができる。即ち、それらを表示部に組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。
【０２０９】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、プロジェクタ、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図１７〜図１９に示す。
【０２１０】
図１７（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。本発明を表示部２００３に適用することができる。
【０２１１】
図１７（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。本発明を表示部２１０２に適用することができる。
【０２１２】
図１７（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。本発明は表示部２２０５に適用できる。
【０２１３】
図１７（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。本発明は表示部２３０２に適用することができる。
【０２１４】
図１７（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。本発明は表示部２４０２に適用することができる。
【０２１５】
図１７（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。本発明を表示部２５０２に適用することができる。
【０２１６】
図１８（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。本発明は投射装置２６０１の一部を構成する液晶モジュール２８０８に適用することができる。
【０２１７】
図１８（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。本発明は投射装置２７０２の一部を構成する液晶モジュール２８０８に適用することができる。
【０２１８】
なお、図１８（Ｃ）は、図１８（Ａ）及び図１８（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、液晶モジュール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１８（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。
【０２１９】
また、図１８（Ｄ）は、図１８（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１８（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。
【０２２０】
ただし、図１８に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及びＥＬモジュールでの適用例は図示していない。
【０２２１】
図１９（Ａ）は携帯電話であり、本体２９０１、音声出力部２９０２、音声入力部２９０３、表示部２９０４、操作スイッチ２９０５、アンテナ２９０６、画像入力部（ＣＣＤ、イメージセンサ等）２９０７等を含む。本発明を表示部２９０４に適用することができる。
【０２２２】
図１９（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体３００１、表示部３００２、３００３、記憶媒体３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００６等を含む。本発明は表示部３００２、３００３に適用することができる。
【０２２３】
図１９（Ｃ）はディスプレイであり、本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３等を含む。本発明は表示部３１０３に適用することができる。
【０２２４】
ちなみに図１９（Ｃ）に示すディスプレイは中小型または大型のもの、例えば５〜２０インチの画面サイズのものである。また、このようなサイズの表示部を形成するためには、基板の一辺が１ｍのものを用い、多面取りを行って量産することが好ましい。
【０２２５】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器の作製方法に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜６のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【０２２６】
【発明の効果】
本発明により、レーザによる半導体膜のアニールの際に、半導体膜の平坦化に必要な雰囲気制御を安価な構成で行うことができる。また、本発明により半導体膜の平坦性を格段に向上させ、特にＴＦＴのオフ電流値を低減することができるとともに、バラツキも抑制することができる。従って、そのようなＴＦＴを用いた半導体装置の動作特性を向上させ、かつ、低消費電力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    実施例１を説明する図。
【図２】    実施例２を説明する図。
【図３】    実施例３を説明する図。
【図４】    実施の形態１を説明する図。
【図５】    実施の形態１を説明する図。
【図６】    実施の形態２を説明する図。
【図７】    TFTの作製工程の例を説明する断面図。
【図８】    TFTの作製工程の例を説明する断面図。
【図９】    TFTの作製工程の例を説明する断面図。
【図１０】  TFTの作製工程の例を説明する上面図。
【図１１】  液晶表示装置の断面図の一例を示す図。
【図１２】  ＥＬモジュールの断面を示す図。
【図１３】  ＥＬモジュールの上面および断面を示す図。
【図１４】  オフ電流値（Ｖｄｓ＝１４Ｖ）における確率統計分布図。
【図１５】  第２のレーザ光のエネルギー密度とＰ―Ｖ値との関係を示す図。
【図１６】  実施例１を説明する図。
【図１７】  半導体装置の例を示す図。
【図１８】  半導体装置の例を示す図。
【図１９】  半導体装置の例を示す図。
【図２０】  治具の例を示す図。
【図２１】  実験結果を示す写真図。
【図２２】  レーザー照射装置の例を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【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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