(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜をエッチングして、マーカーと、輪郭の一部が複数個の山形の形状が連なった形状である第１の島状半導体層とを形成し、
前記マーカーを位置基準として、光強度のピーク位置から、強度が５０％になるまでの減衰領域巾が１０μｍ以下であるレーザー光を、前記第１の島状半導体層に選択的に照射して前記第１の島状半導体層を結晶化し、
結晶化された前記第１の島状半導体層の一部をエッチングして、トランジスタのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域となる第２の島状半導体層を形成し、
前記チャネル領域は、前記山形の形状の山頂領域と前記山頂領域に対向する端部の間の領域を含み、
前記レーザー光は、パルス発振の固体レーザー発振装置を光源として用いており、
前記レーザー光のビームスポットは、断面形状が線形状または矩形状であり、かつ、前記第１の島状半導体層の前記複数個の山形の形状の各々の山頂領域に同時に照射され、なおかつ、前記複数個の山形の形状の各々の山頂領域から前記山頂領域に対向する端部に向かって移動し、
前記ビームスポットの移動方向は、前記トランジスタのチャネル長方向に対して平行であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
基板上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜をエッチングして、マーカーと、輪郭の一部が鋸刃形状である第１の島状半導体層とを形成し、
前記マーカーを位置基準として、光強度のピーク位置から、強度が５０％になるまでの減衰領域巾が１０μｍ以下であるレーザー光を、前記第１の島状半導体層に選択的に照射して前記第１の島状半導体層を結晶化し、
結晶化された前記第１の島状半導体層の一部をエッチングして、トランジスタのチャネル領域、ソース領域およびドレイン領域となる第２の島状半導体層を形成し、
前記チャネル領域は、前記鋸刃形状の刃先領域と前記刃先領域に対向する端部の間の領域を含み、
前記レーザー光は、パルス発振の固体レーザー発振装置を光源として用いており、
前記レーザー光のビームスポットは、断面形状が線形状または矩形状であり、かつ、前記第１の島状半導体層の前記鋸刃形状の複数の刃先領域の各々に同時に照射され、なおかつ、前記鋸刃形状の複数の刃先領域の各々から前記刃先領域に対向する端部に向かって移動し、
前記ビームスポットの移動方向は、前記トランジスタのチャネル長方向に対して平行であ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又は請求項２において、
前記第２の島状半導体層を覆ってゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記固体レーザー発振装置は、ＹＡＧレーザー発振装置、ＹＶＯ４レーザー発振装置、ＹＬＦレーザー発振装置、ＹＡｌＯ３レーザー発振装置、ガラスレーザー発振装置、ルビーレーザー発振装置、Ｔｉ：サファイアレーザー発振装置、フォルステライトレーザー発振装置またはＮｄ：ＹＬＦレーザー発振装置から選ばれた一種または複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記固体レーザー発振装置は、半導体レーザー励起固体レーザー発振装置であ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のいずれか一項において、
前記レーザー光は、第２高調波、第３高調波または第４高調波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】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記レーザー光がパルス発振されるごとに、前記レーザー光のビームスポット位置は、０．３μｍ以上かつ５μｍ以下の距離を移動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１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記ビームスポットの短尺方向のエネルギー分布は、ガウシアン形状またはフラットトップ形状であ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１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記ビームスポットの短尺方向の長さは、５０μｍ以下であ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１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記ビームスポットの長尺方向の中心軸と、前記ビームスポットの移動方向との角度は、直角であ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１乃至請求項１０のいずれか一項において、
前記ビームスポットの移動方向は、前記トランジスタのソース領域とドレイン領域を結ぶ直線に対して、平行であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法に係り、特に薄膜トランジスタの活性層を形成する結晶質半導体膜を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor:以下、ＴＦＴと記す）の活性層の形成方法として、絶縁表面を有する基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザーアニール法や熱アニール法などで結晶化させる技術が開発されている。
【０００３】
レーザーアニール法はガラス基板の温度をあまり上昇させず、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギーを与えて結晶化させることができる結晶化技術として知られている。特に、波長４００nm以下の短波長光を発振するエキシマレーザーは、このレーザーアニール法の開発当初から用いられてきた代表的なレーザーである。レーザーアニール法は、レーザービームを被照射面においてスポット状や線状となるように光学系で加工し、その加工されたレーザー光で基板上の被照射面を走査すること（レーザー光の照射位置を被照射面に対して相対的に移動させる）により行う。
【０００４】
しかし、レーザーアニール法によって作製される結晶質半導体膜は複数の結晶粒が集合したもの（従来のエキシマレーザー結晶化法による結晶粒径は通常、０．１から０．５μm程度）であり、その結晶粒の位置と大きさはランダムであった。
【０００５】
ガラス基板上に作製されるＴＦＴは、素子分離のために結晶質半導体膜を島状のパターンに分離して形成しており、結晶粒の位置や大きさを指定して形成することはできなかった。そのため、結晶粒界の影響を排除して単結晶の半導体膜でチャネル形成領域を形成することはほとんど不可能であった。
【０００６】
結晶粒の界面（結晶粒界）は、結晶の並進対称性が崩れている領域であり、結晶欠陥などに起因して、キャリアの再結合中心や捕獲中心や結晶粒界におけるポテンシャル障壁の影響により、キャリアの電流輸送特性を低下させ、ＴＦＴにおいてはオフ電流を増加させる原因となることが知られている。
【０００７】
ところで、従来のエキシマレーザー結晶化法による結晶粒径と比較して、大粒径が形成できる、スーパーラテラル成長と呼ばれる技術が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００８】
【非特許文献１】
ジェームス・エス・イム（James S. Im），エイチ・ジェイ・キム（H.J. Kim） 、“オン・ザ・スーパー・ラテラル・グロース・フェノミノン・オブザーブド・イン・エキシマ・レーザーインドゥースド・クリスタライゼーション・オブ・シン・シリコン・フィルムズ（On the super lateral growth phenomenon observed in excimer laser- induced crystallization of thin Si films）”アプライド・フィジクス・レターズ（Appl.Phys.Lett.），第64巻，第17号，１９９６年４月２５日，p2303-2305
【０００９】
スーパーラテラル成長は、レーザー光の照射によって半導体膜が完全溶融している部分と、固相半導体領域が残存している部分とが形成され、固相半導体領域を結晶核として結晶成長が始まる。完全溶融領域において核生成が発生するにはある程度時間が掛かるため、完全溶融領域において核生成が発生するまでの間に、前記固相半導体領域を結晶核として前記半導体膜の膜面に対する水平方向（以下、ラテラル方向と呼ぶ）に結晶が成長する。そのため、結晶粒は膜厚の数十倍もの長さに成長する。例えば、６０nmのシリコン膜厚に対して１μmから２μmの長さのラテラル結晶成長が起こる。以下、この現象をスーパーラテラル成長と言う。
【００１０】
上記スーパーラテラル成長の場合、比較的大きな結晶粒が得られるが、スーパーラテラル成長が実現するレーザー光のエネルギー強度領域は、通常のエキシマレーザー結晶化で使用する強度よりはるかに強い。また、エネルギー強度領域の範囲も非常に狭く、結晶粒の位置制御という観点からは大結晶粒の得られる位置について制御することができない。さらに、大結晶粒以外の領域は無数の核生成が発生した微結晶領域、もしくは非晶質領域であり、結晶の大きさは不均一であり、結晶の表面荒れは非常に大きい。従って、半導体装置の作製に一般的に用いられるのは、０．１μmから０．５μm程度の結晶粒径が均一にできやすい照射条件である。
【００１１】
また、「“Sequential lateral solidification of thin silicon films on SiO2、Robert S. Sposili and James S. Im、Appl.Phys.Lett.69(19)、4 November 1996、pp2864-2866”」によれば、James S. Imらは、人工的に制御して、任意の場所にスーパーラテラル成長を実現させることの出来るSequential Lateral Solidification method（以下、ＳＬＳ法と言う）が公表されている。このＳＬＳ法は、パルス発振のエキシマレーザー光を、スリット状のマスクを介して、試料に照射するものである。１ショット毎に、試料とレーザー光の相対位置をスーパーラテラル成長による結晶長さ程度（約０．７５μm）ずらして結晶化を行うことで、人工的に制御したスーパーラテラル成長による結晶を連続的に形成させる方法である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにＳＬＳ法は、人工的に制御して任意の場所にスーパーラテラル成長した結晶粒を作製することができる。しかしながら、以下のような問題点がある。
【００１３】
まず、第１点目の問題として、基板処理効率（スループット）が悪いことが上げられる。先に説明したように、ＳＬＳ法ではレーザー光ショットあたりの結晶化距離は１μm程度である。そのため、試料表面におけるレーザー光のビームスポットと試料基板との相対的な移動距離（送りピッチ）は、１μm以下にする必要がある。パルス発振のエキシマレーザーを用いた通常のレーザー結晶化で使われる条件では、レーザー光ショットあたりの送りピッチは、数１０μm以上であるが、無論そのような条件ではＳＬＳ法特有の結晶は作製できない。ＳＬＳ法ではパルス発振のＸｅＣｌエキシマレーザーを用いているが、パルス発振のＸｅＣｌエキシマレーザーは最大発振周波数が３００ＨHzである。これではレーザー光のスキャン方向に対して、１秒間で最大３００μm程度の距離の結晶化領域ができるのみである。この程度の処理速度では、基板サイズが大型化し、例えば６００mm×７２０mmのような場合には従来のＳＬＳ法では基板１枚あたりの処理時間に膨大な時間が必要となる。
【００１４】
基板１枚あたりの処理時間がかかるというのは時間的及びコスト的な問題だけではない。実際には非晶質半導体膜を結晶化する場合に、その表面処理が重要であり、例えば、前処理として希フッ酸などで自然酸化膜を除去した後にレーザー照射する場合がある。基板面内において始めにレーザー照射する領域と比較して、最後にレーザー照射する領域では自然酸化膜が再成長してしまう可能性がある。この場合、できあがった結晶中に取り込まれる炭素、酸素、窒素元素量やホウ素などの汚染不純物量が基板面内で異なるという可能性があり、ひいては、トランジスタ特性の基板面内でのばらつき原因になる可能性がある。
【００１５】
第２点目の問題として、従来のＳＬＳ法では光学系が複雑になりやすいことがあげられる。基板表面におけるレーザー光の強度の形状をスリット状に加工するためのマスクを光学系に組み込む必要がある。通常、多結晶シリコン薄膜トランジスタに用いられる活性層シリコンの膜厚は数１０nm以上である。パルス発振エキシマレーザーを用いた場合、レーザー結晶化に必要なレーザーエネルギー密度は最低でも２００mJ/cm2（典型例として、５０nmの非晶質シリコン膜に対して、３０nsecのパルス幅のＸｅＣｌエキシマレーザーで４００mJ/cm2程度）である。ＳＬＳ法ではさらにやや強いエネルギー密度領域に最適なスーパーラテラル成長条件がある。このような強いレーザーエネルギー密度に、耐えうるスリット形状マスクの作製は困難である。メタルを材料とするマスクでは、強エネルギー密度のパルスレーザー光を照射することで、局所的に膜の温度が急激に上昇・冷却してしまい、長期間の使用によって、ピーリングや微細パターン形状が崩れたりすることが危惧される（レジスト露光するフォトリソグラフィーには、クロムなどがハードマスク材料が使用されるが、シリコン結晶化に必要なレーザーエネルギー密度とは比較にならないほど、弱いエネルギー密度で使用されるためピーリングや微細パターン形状が崩れたりする問題はない）。以上のように、従来のＳＬＳ法では、光学系が複雑になり、装置メンテナンスを困難とする要素が存在する。
【００１６】
本発明は上記問題点を解決することを目的とし、ＴＦＴの配置に合わせた結晶粒の位置制御と、結晶化工程の処理速度の向上を同時に解決することを目的とする。より特定すれば、本発明はスーパーラテラル成長による大粒結晶を連続的に形成させることができ、レーザー結晶化工程における基板処理効率を高めることができる半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【００１７】
更に、本発明はスーパーラテラル成長による大結晶粒を連続的に形成することができ、レーザー結晶化工程における基板処理効率を高めることができ、かつ、従来のＳＬＳ法のように基板表面におけるレーザー光の強度の形状をスリット状に加工するためのマスクを光学系に組み込む必要のない簡便なレーザー照射方法を用いた半導体装置の作製方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に適用するレーザー照射装置は、被処理物（基板および基板上に形成された薄膜）に対するレーザー光の照射位置を制御する第１の手段と、レーザー光を発振する第２の手段（レーザー発振装置）と、前記レーザー光を加工する第３の手段（光学系）と、前記第２の手段の発振を制御し、かつ、第３の手段によって加工されたレーザー光のビームスポットがフォトマスク形状のデータ（パターン情報）に従って定められる位置を覆うように前記第１の手段を制御する第４の手段とを有している。
【００１９】
被処理物に対するレーザー光の照射位置を制御する第１の手段として、２つの方法がある。一つの方法は、ステージコントローラによってステージを駆動することで、ステージ上に設置している被処理物の位置を変える方法である。もう一方は、基板位置を固定した状態でレーザー光学系を用いてレーザー光スポットの照射位置を移動させる方法である。本発明では、上記２つのいずれの方法であってもよく、また、上記２つの方法を組み合わせる方法であってもよい。
【００２０】
なお、フォトマスク形状のデータ（パターン情報）に従って定められる位置とは、半導体膜のうち、結晶化後に、フォトリソグラフィー技術によって、島状半導体層Ｂにパターニング加工することで得られ、トランジスタのチャネル領域、ソース領域、ドレイン領域となる部分である。
【００２１】
また、本発明において、レーザー光照射前に、半導体膜はフォトリソグラフィー技術によって、島状半導体膜Ａにパターニング加工すること、および、半導体膜の一部にマーカーを形成することが必要である。このマーカーは前記第４の手段を実現するために必要なものである。また、島状半導体層Ａは島状半導体層Ｂよりも一回り大きい。図４（Ａ）に、島状半導体層Ａの例として４３０を、これに対応する島状半導体層Ｂの例として、４４８を示す。図４（Ｂ）に、島状半導体層Ａの例として４４０を、これに対応する島状半導体層Ｂの例として、４４９を示す。つまり、最終的にトランジスタのチャネル領域、ソース領域、ドレイン領域となる島状半導体層Ｂは、前記島状半導体層Ａに含まれているという形態である。また、島状半導体層Ａは、その輪郭の少なくとも一部が、山形の形状が複数個連なっている形状、または、鋸刃形状をしていることが必要である。加えて、図４（Ａ）および図４（Ｃ）における角度θは３０°以上かつ１１０°以下にすることが好ましい。この形状を有する島状半導体層Ａを形成後、レーザー光を照射し、その後、トランジスタの活性層となる島状半導体層Ｂを形成することは、ＴＦＴの配置に合わせた結晶粒の位置制御をより確かなものとするために必要である。
【００２２】
この理由を、図２と図４を用いて説明する。図２（Ａ）に、島状半導体層Ａとして４０３を示す。島状半導体層４０３において始めにレーザー光のビームスポット４００ａがパルス照射されるのは、山形の形状の山頂領域または鋸刃形状の刃先端領域である。１ショット毎に、試料とレーザー光の相対位置がずれるので、次パルス照射時のレーザー光のビームスポットは４００ｂの位置になる。さらに、その次パルスでのレーザー光のビームスポットは４００ｃの位置になる。ここで、ラテラル結晶成長は、パルス間のピッチ幅が小さいほど連続的に成長しやすいのだが、島状半導体層Ａにおける山形の形状の山頂領域または鋸刃形状の刃先領域から、レーザー光スポットの基板に対する相対移動方向にかけて形成される結晶４１１は、ラテラル結晶成長がさらに連続的に繋がりやすいため、結晶粒界をより少なくすることが可能である。図２（Ｂ）は、レーザー光照射後、結晶性の異なる領域を区別して示したものであり、４２０（ａ）〜４２０（ｈ）の領域αは、結晶粒界が少なく、それ以外の領域β（図２（Ｂ）の斜線部）では相対的に結晶粒界の多い領域となる。
【００２３】
レーザー光照射後、結晶性の異なる領域を有する島状半導体層Ａに対して、島状半導体層Ｂをどのように形成するかを示したのが図４である。図４（Ａ）の島状半導体層Ａの４３０に対応する島状半導体層Ｂを図４（Ｂ）に示している。図４（Ｂ）の４３８〜４３３はＴＦＴのチャネル領域、４３１と４３２は不純物領域にすることを想定している。重要なことは、チャネル領域となる４３８〜４３３は、島状半導体層Ａにおける山形の形状の山頂領域または鋸刃形状の刃先領域から、レーザー光スポットの基板に対する相対移動方向にかけて形成される結晶領域に対応している。つまり、図２（Ｂ）の４２０（ａ）〜４２０（ｈ）領域αのみを選択的にチャネル領域にもちい、その他の領域β（図２（Ｂ）の斜線部）は、島状半導体層Ｂ形成時に除去する。ただし、不純物領域の結晶性はチャネル領域ほどの結晶性は要求されないので、領域βは不純物領域として残しておくことは可能である。同様に、図４（Ｃ）の島状半導体層Ａの４４０に対応する島状半導体層Ｂを図４（Ｄ）に示す。
【００２４】
また、島状半導体層の別の例として、図１２（Ａ）の９００、図１２（Ｃ）９０３の形状でもよい。これら島状半導体層Ａに対応する島状半導体層Ｂとして、図１２（Ｂ）や図１２（Ｄ）の形状が考えられる。
【００２５】
前記第１の手段から第４の手段を有するレーザー照射装置を用いて、島状半導体層Ａを結晶化する。このとき、第４の手段を用いて、絶縁表面に形成された半導体膜のうち、パターニング加工後に基板上に島状半導体層Ｂとして残される部分をフォトマスク形状のデータに従って把握する。そして、前記マーカーを位置基準として、前記島状半導体層Ａに選択的にレーザー光を照射して、結晶化領域を形成する。次に、島状半導体層Ａの一部をフォトリソグラフィー技術によってエッチングし、島状半導体層Ｂにパターニング加工する。この島状半導体層Ｂをトランジスタの活性層とする。
【００２６】
上述したように、本発明では、基板面内の半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分が最低限結晶化できるようにレーザー光を照射する。つまり、半導体膜を結晶化させた後、島状半導体層Ｂへのパターニング加工によって、除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができる。そのため、レーザー結晶化にかかる時間を短縮化することができ、かつ、基板の処理速度を向上させることができる。
【００２７】
以上までの構成を適用することにより、従来のＳＬＳ法の基板処理効率（スループット）が悪いという問題を解決し、かつ、ＴＦＴの配置に合わせた結晶粒の位置制御をより確かなものとするための手段となる。
【００２８】
さらに本発明により、レーザー結晶化にかかる時間を短縮化することができ、基板の処理速度を向上させることができる方法、かつ、ＴＦＴの配置に合わせた結晶粒の位置制御をより確かなものとする方法に加えて、従来のＳＬＳ法のように基板表面におけるレーザー光の強度の形状をスリット状に加工するためのマスクを光学系に組み込む必要のない簡便な方法が提供される。
【００２９】
スーパーラテラル成長をさせるためには、ラテラル結晶成長の方向（つまり、レーザー照射後に半導体膜の固液界面が移動する方向）におけるレーザー光の空間的なエネルギー分布を急激に変化させる必要がある。つまり、レーザー光の照射領域と非照射領域との間にある、光強度の減衰領域巾を極力なくす必要がある。良好なスーパーラテラル成長が可能である減衰領域巾を定義すると、光強度のピーク位置から、強度が５０％になるまでの減衰領域巾が１０μm以下である。
【００３０】
従来のＳＬＳ法では、エキシマレーザーを用いているため、通常の光学系だけでは、スーパーラテラル成長に必要な集光性を得ることができない。そのために、レーザー光を部分的に遮光するために、スリット状のマスクを用いる必要があったと考えられる。
【００３１】
前記レーザー光の光源は、パルス発振の固体レーザー発振装置の第２高調波（または第３高調波、第４高調波）を照射する装置とする。このレーザー構成ならば、通常の光学系レンズとして用いられるシリンドリカルレンズだけで、スーパーラテラル成長に最適な、レーザー光の空間的なビーム強度プロファイルにビームを集光することができる。
【００３２】
また、基板処理効率を高めるために、ＳＬＳ法に最適な、繰り返し周波数と送りピッチにすることが望ましく、以下にその条件について説明する。送りピッチとは、レーザー光の１パルス毎の基板ステージ移動距離のことである。ＳＬＳ法では１ショット毎のスーパーラテラル成長距離に限度があるため、前記送りピッチを大きくするだけでは、基板処理効率を高めることにならない。送りピッチを高くするならばレーザー光の繰り返し周波数もそれにあわせて高くする必要がある。従来のＳＬＳ法で使用されているＸｅＣｌエキシマレーザーは最大３００Ｈｚである。一方、パルス発振の固体レーザー発振装置は、繰り返し周波数を、最大で数ＭＨｚにすることができる。従って、パルス発振の固体レーザー発振装置を高繰り返し周波数（０．５ＫＨｚ以上）で照射することによって、従来のＳＬＳ法と比較して、大幅に処理能力を向上できる。繰り返し周波数の上限は、レーザー光ショット毎にスーパーラテラル成長に必要なエネルギー密度が確保できる範囲で決定すればよく、これはパルス発振固体レーザー発振装置本体の最大出力で決定される。（他の条件が同じならば、周波数を高くすると、レーザー光ショット毎のエネルギー密度は減少するため）
【００３３】
さらに、固体レーザー発振装置では、従来のフラッシュランプ励起ではなく、半導体レーザー励起固体レーザー発振装置にするほうが、レーザー光エネルギーの安定性が大きく改善するので望ましい。
【００３４】
次表に、ＳＬＳ法を前提にした、ＸｅＣｌガスレーザー照射装置とＮｄ：ＹＬＦ固体レーザー照射装置とを比較したものを示す。
【００３５】
【表１】
0004519400.tif 000002
【００３６】
以上の構成により、スーパーラテラル成長による大結晶粒を連続的に形成させることができ、かつ、レーザー結晶化工程における基板処理効率を高めることができ、かつ、ＴＦＴの配置に合わせた結晶粒の位置制御をより確かなものとすることができ、かつ、従来のＳＬＳ法のように基板表面におけるレーザー光の強度の形状をスリット状に加工するためのマスクを光学系に組み込む必要のない簡便なレーザー照射方法を用いた半導体装置の作製方法を提供することができる。
【００３７】
尚、本発明において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般（例えば、液晶表示パネルに代表される電子装置、およびその電子装置を部品として搭載した電気器具）を含んでいる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の態様について図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
図１に本発明のレーザー照射方法のブロック図を示す。図１において、被処理物１０７に対するパルスレーザー光の照射位置を制御する第１の手段として、２つの方法示している。一つの方法は、ステージコントローラ１０１によってステージ１０８を駆動することで、ステージ上に設置している被処理物１０７（基板）の位置を変える方法である。もう一方は、基板位置を固定した状態で光学系１０３を用いてレーザー光スポットの照射位置を移動させる方法である。本発明では、上記２つのいずれの方法であってもよく、また、上記２つの方法を組み合わせる方法であってもよい。
【００４０】
上記２つの方法は、いずれもレーザー光スポット位置の基板に対する相対位置を変化させることを意味し、これを便宜上「（レーザー光スポットを）走査する」として示す。
【００４１】
また、レーザー照射装置１００は、パルスレーザー光を発振する第２の手段に相当するパルスレーザー発振装置１０２を有している。パルスレーザー発振装置１０２は、処理の目的によって適宜変えることが可能である。本発明では、公知のレーザーを用いることができる。レーザーは、パルス発振の気体レーザー発振装置もしくは固体レーザー発振装置を用いることができるが、本実施形態ではパルス発振の固体レーザー発振装置を用いた場合について説明する。
【００４２】
パルス発振固体レーザー発振装置として、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、フォルステライトレーザー（Ｍｇ2ＳｉＯ4）。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なるが、１μm前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する第2高調波、第３高調波および第４高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００４３】
また、レーザー照射装置１００は、レーザー発振装置１０２から発振されるレーザー光の被処理物におけるビームスポットを加工することができる、第３の手段に相当する光学系１０３を有している。レーザー発振装置１０２から射出されたレーザー光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。このようなレーザー光を光学系により、さらに成形することにより、レーザー光の被処理物１０７の表面におけるビームスポットを所望の形状にすることができる。好適には、レーザー光の被処理物における断面形状を線形状または矩形状に成形し、その短尺方向のエネルギー分布がガウシアン形状またはフラットトップ形状にする。また、短尺方向の長さを５０μｍ以下とすることが好ましい。
【００４４】
さらに、レーザー照射装置１００は、第４の手段に相当するコンピューター１０４を有している。コンピューター１０４はレーザー発振装置１０２の発振を制御し、かつ、レーザー光のビームスポットがマスクパターンのデータに従って定められる位置を覆うように、第１の手段に相当するステージコントローラ１０１を制御することができる。
【００４５】
なお、このレーザー照射方法は、上記４つの手段の他に、被処理物の温度を調節する手段を備えていても良い。
【００４６】
図２（Ａ）は、レーザー光パルス毎に、基板とレーザー光スポットの相対位置をずらして（走査して）いく様子を示す。４００ａ、４００ｂ、４００ｃは基板上におけるビームスポットの拡大図である。４０３は島状半導体層Ａであり、その輪郭の少なくとも一部が、山形の形状が複数個連なっている形状、または、鋸刃形状をしていることが必要である。加えて、図２（Ａ）における角度θは３０°以上かつ１１０°以下にする。
【００４７】
図２（Ａ）の４００ａは、あるパルス照射時のレーザー光ビームスポット位置であり、４００ｂは次のパルス照射時のレーザー光ビームスポット位置であり、４００ｃはさらに次のパルス照射時のレーザー光ビームスポット位置を示す。本図に示すように、島状半導体層４０３において、山形の形状の山頂領域または鋸刃形状の刃先領域から、レーザー光照射され、図中のレーザー光スポット相対移動方向を示す矢印に向けて、レーザー光ビームスポット位置がパルス毎に移動していく。
【００４８】
また、４０１ａおよび４０１ｂはレーザー光の１パルス毎の基板ステージ移動距離（送りピッチ）を示している。この送りピッチは０．３μm以上かつ５μm以下、より好ましくは０．７μm以上３μm以下であることが必要である。
【００４９】
なお、結晶化後の半導体膜をＴＦＴの活性層として用いる場合、その走査方向がチャネル形成領域のキャリアが移動する方向と並行になるように定めるのが望ましい。
【００５０】
これについて、図４で示す。図４（Ａ）の４３０は、レーザー照射前に島状半導体層Ａとして形成している。図４（Ｂ）は図４（Ａ）の４３０を島状半導体層Ｂに形成した形状である。４３８〜４３３はチャネル領域であり、シングルゲートＴＦＴのチャネルを６つに分割した形状である。これらチャネル形成領域を挟んで不純物領域４３１、４３２が設けられている
本発明のレーザー発振装置を用いて半導体膜を結晶化させるとき、レーザー光の走査方向が矢印に示すように、チャネル形成領域のキャリアの移動する方向（チャネル長方向）と並行になるように、走査方向を定めるようにする。５２３はレーザー光のビームスポットを示しており、矢印の方向に走査する。
【００５１】
また、図４（Ｃ）の４４０は、レーザー照射前に島状半導体層Ａとして形成している。図４（Ｄ）は図４（Ｃ）の４４０を島状半導体層Ｂに形成した形状である。図４（Ｄ）では、チャネル形成領域が、ソース・ドレイン間に、直列に３つ設けられているトリプルゲートＴＦＴにする一例を示している。チャネル形成領域４４５を挟むように不純物領域４４１、４４３が設けられている。また、チャネル形成領域４４６を挟むように不純物領域４４３、４４４が設けられており、さらにチャネル形成領域４４７を挟むように不純物領域４４４、４４７が設けられている。そして、本発明のレーザー発振装置を用いて半導体膜を結晶化させるとき、レーザー光は図中に示す、矢印の方向に走査する。
【００５２】
ただし、アクティブマトリックスディスプレイに使われるＴＦＴは、画素部、信号線駆動回路部、走査線駆動回路部において、活性層チャネル形成領域のキャリアが移動する方向が異なることが、回路レイアウトの都合上よくある。このような場合にも、本発明は有効であることを図３を用いて説明する。
【００５３】
図３では、例えば、走査線駆動回路領域５１２とその他の領域とで、レーザー光の走査方向を変更させている場合について示す。まず、基板上に形成されているマーカーを位置基準として、図３（Ａ）に示すように、信号線駆動回路となる領域５１１と画素部となる領域５１０をレーザー照射する。
【００５４】
次に、図３（Ｂ）に示すように、基板ステージを９０°回転させて、基板上に形成されているマーカーを再度読み取り、この位置情報から、走査線駆動回路となる領域５１２をレーザー照射する。このようにすることで基板内のレーザー光スポットの相対的な移動方向を変化させて照射することが可能である。
【００５５】
また、レーザー照射処理中であっても、一時的にレーザー光を基板面に照射したくない場合もありえる。このような場合には、レーザー光を一時的に完全に遮蔽することができるＡＯ（音響光学）光変調素子を被処理物である基板とレーザー発振装置との間の光学系に設ければよい。
【００５６】
なお、レーザー光の照射位置を定めるためには、半導体膜に対するマスクの位置を定めるためのマーカーを、半導体膜に形成する必要がある。図６に、アクティブマトリクス型の半導体装置を作製するために成膜された半導体膜において、マーカーを形成する位置を示す。なお、図６（Ａ）は１つの基板から１つの半導体装置を作製する例を示しており、図６（Ｂ）は１つの基板から４つの半導体装置を作製する例を示している。
【００５７】
図６（Ａ）において５４０は基板上に成膜された半導体膜であり、破線５４１が画素部、破線５４２が信号線駆動回路、破線５４３が走査線駆動回路の形成される部分に相当する。５４４はマーカーが形成される部分（マーカー形成部）であり、半導体膜の４隅に位置するように設けられている。
【００５８】
なお図６（Ａ）ではマーカー形成部５４４を４つそれぞれ４隅に設けたが、本発明はこの構成に限定されない。半導体膜におけるレーザー光の走査部分と、半導体膜のパターニングのマスクとの位置合わせをすることができるのであれば、マーカー形成部の位置及びその数は上述した形態に限定されない。
【００５９】
図６（Ｂ）において５５０は基板上に成膜された半導体膜であり、破線５５１は後の工程において基板を分断するときのスクライブラインである。図６（Ｂ）では、スクライブライン５５１の沿って基板を分断することで、４つの半導体装置を作製することができる。なお分断により得られる半導体装置の数はこれに限定されない。
【００６０】
５５２はマーカーが形成される部分（マーカー形成部）であり、半導体膜の４隅に位置するように設けられている。なお図６（Ｂ）ではマーカー形成部５５２を４つそれぞれ４隅に設けたが、本発明はこの構成に限定されない。半導体膜におけるレーザー光の走査部分と、半導体膜のパターニングのマスクとの位置合わせをすることができるのであれば、マーカー形成部の位置及びその数は上述した形態に限定されない。
【００６１】
なおマーカーは、従来のフォトリソグラフィー技術によって、島状半導体膜Ａをパターニング形成する工程で同時に形成すればよい。
【００６２】
上記構成により、半導体膜を結晶化させた後、島状半導体膜Ｂ形成により除去される半導体膜領域にレーザー光を照射する時間を省くことができるので、レーザー光照射にかかる時間を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向上させることができ、さらに、ＴＦＴの配置に合わせた結晶粒の位置制御をより確かなものとすることができる。
【００６３】
【実施例】
（実施例１）
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および図５を用いて説明する。ここでは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。また、図７〜図１０と図５（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）、（Ｈ）はともに、ＴＦＴ作製工程の断面図であるが、図７〜図１０はＴＦＴをソース・ドレイン間を結ぶ直線を含む面で分断した場合の断面図（チャネル長方向の断面図）であり、図５（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）、（Ｈ）はＴＦＴをチャネル幅方向の断面図に相当する。
【００６４】
まず、本実施例では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６００を用いる。なお、基板６００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。
【００６５】
次いで、基板６００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６０１を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により形成する。本実施例では下地膜６０１として下地膜６０１ａ、６０１ｂの２層の下地膜を用いるが、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（図７（Ａ））。
【００６６】
次いで、下地膜６０１上に、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により２５〜１５０nm（好ましくは３０〜１２０nm）の厚さで非晶質半導体膜６９２を形成する（図７（Ａ））。なお、本実施例では非晶質半導体膜を成膜しているが、微結晶半導体膜、結晶性半導体膜であっても良い。また、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用いても良い。
【００６７】
次に、非晶質半導体膜６９２をパターニングし、フッ化ハロゲン、例えば、ＣｌＦ、ＣｌＦ3、ＢｒＦ、ＢｒＦ3、ＩＦ、ＩＦ3等を含む雰囲気で異方性ドライエッチング法によりエッチングすることで、図７（Ｂ）に示すように、島状半導体膜Ａとなる６９３ａ、６９３ｂ、６９３ｃ、６９３ｄ、６９３ｅを形成する。図５（Ａ）は、６９３ａの上面図であり、Ａ−Ａ‘における断面図が図５（Ｂ）に相当する。
【００６８】
次に、島状半導体膜Ａの６９３ａ、６９３ｂ、６９３ｃをレーザー結晶化法により結晶化させる。レーザー結晶化法は、本発明のレーザー照射方法を用いて行なう。具体的には、レーザー照射装置のコンピューターに入力されたマスクの情報に従って、島状半導体膜Ａの６９３ａ、６９３ｂ、６９３ｃに選択的にレーザー光を照射する。もちろん、レーザー結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（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）と組み合わせて行ってもよい。
【００６９】
本発明のレーザー照射方法では、パルス発振の気体レーザー発振装置もしくは固体レーザー発振装置を用いることができる。本実施例ではパルス発振のＮｄ：ＹＬＦレーザーを用いた場合について説明する。
【００７０】
図１１はレーザー結晶化処理装置を示したものである。図１１では、Ｎｄ：ＹＬＦレーザー発振装置１０１を用いて出力１．５W、繰り返し周波数１kHzの条件で使用する場合を例にする。レーザー光源１０１は共振器の中にＹＬＦ結晶と非線形光学素子を入れて、波長５２７nmの第２高調波を射出する方式であるとするが、無論、非線形光学素子が共振器の外側にある場合でもよい。さらに、このレーザー光源１０１は、ロッド形状が円筒形であり、レーザー光源１０１から射出直後のビームスポット形状は円状であるとするが、仮にロッド形状がスラブ型であり、射出直後のビームスポット形状は矩形状であっても、以下に示すように、光学系により、ビームスポットを所望の形状に成形できる。
【００７１】
このＮｄ：ＹＬＦレーザーはビームの拡がり角が３ミリラジアンであり、ビームサイズは射出口で直径２mm程度であるが、射出口から２０cm 離れた位置では直径１cm程度に広がってしまう。この位置に焦点距離ｆ＝６００mmの凸レンズ１０２を一枚入れると、ビームサイズは直径約１０mmの平行光になる。図１１の光学ミラー１０３〜１０５で反射されたレーザー光は、図１１のY方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１０６によりレーザー光を集光する。ここでＹ方向は、半導体膜面上におけるレーザー光のビームスポットの移動方向であり、ビームスポットの短尺方向となる。また、図１１のＸ方向は半導体膜面上におけるレーザー光のビームスポットの長尺方向になり、半導体膜面上におけるレーザー光のビームスポットの移動方向と直角をなす方向である。（光学ミラー１０３〜１０５は装置のレイアウト上、入れているものであり、本質的に必要とするわけではない。）以上の構成で、照射面となる半導体膜面上におけるビームスポットは１０mm×１０μmの線形状ビームになる。
【００７２】
ただし、照射面にて、線形状または矩形状のレーザー光に成形する方法はこの限りではない。図示しないが、光学ミラー１０３と凸シリンドリカルレンズ１０６の間に凹シリンドリカルレンズをいれて、ビームスポットの長尺方向を長くすることが可能である。また、その凹シリンドリカルレンズとレーザー光源１０１との間に、レーザー光を平行光とするためのビームコリメーターや、レーザー光を広げるためのビームエキスパンダーを入れることも可能である。また、ここでは出力１．５Wのレーザー光源でビームスポットは１０mm×１０μmの線形状ビームにする方法を示したが、さらに高出力のレーザー光源の場合には、短尺方向のビームスポットサイズは変えずに、長尺方向のサイズのみ長くすることが望ましい。（現在、出力２０Wで使用可能なＬＤ励起Ｎｄ：ＹＬＦレーザー発振装置が市販されている。）
【００７３】
半導体膜面上におけるレーザー光のビームスポットの相対位置を動かすために、基板ステージ１０１をＹ方向（ビームスポットの短尺方向）にスイープ駆動する。レーザーパルスの繰り返し周波数１kHzで、基板ステージのスィープ速度を３．０mm/秒とすると、レーザーパルスを１回照射するごとに、基板とビームスポットの相対位置はY方向に３μmずれて（送りピッチが３μm）いる。
【００７４】
上述したレーザー結晶化によって、図７（Ｃ）に示すように、結晶性が高められた島状半導体膜Ａの６９４ａ、６９４ｂ、６９４ｃ、６９４ｄ、６９４ｅが形成される。図５（Ｃ）は、６９４ａの上面図であり、Ａ−Ａ‘における断面図が図５（Ｄ）に相当する。
【００７５】
次に、島状半導体膜Ａの６９４ａ、６９４ｂ、６９４ｃ、６９４ｄ、６９４ｅを所望の形状にパターニングして、図７（Ｄ）に示すように、島状半導体膜Ｂの６０２〜６０６を形成する。図５（Ｅ）は、６０２の上面図であり、Ａ−Ａ‘における断面図が図５（Ｆ）に相当する。
【００７６】
島状半導体膜Ｂの６０２〜６０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。また、このしきい値制御のための不純物ドーピングは、レーザー結晶化前におこなってもよいし、ゲート絶縁膜成膜後におこなうことも可能である。
【００７７】
次いで、島状の半導体膜６０２〜６０６を覆うゲート絶縁膜６０７を形成する。ゲート絶縁膜６０７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。
【００７８】
次いで、ゲート絶縁膜６０７上に膜厚２０〜１００nmの第１の導電膜６０８と、膜厚１００〜４００nmの第２の導電膜６０９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６０８と、膜厚３７０nmのＷ膜からなる第２の導電膜６０９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する。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。
【００７９】
なお、本実施例では、第１の導電膜６０８をＴａＮ、第２の導電膜６０９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）で形成し、第２の導電膜をＷ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。
【００８０】
また、２層構造に限定されず、例えば、タングステン膜、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、タングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。
【００８１】
次に、フォトリソグラフィー法を用いてレジストからなるマスク６１０〜６１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。（図８（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う。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。
【００８２】
この後、レジストからなるマスク６１０〜６１５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。
【００８３】
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６１７〜６２２（第１の導電層６１７ａ〜６２２ａと第２の導電層６１７ｂ〜６２２ｂ）を形成する。６１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層６１７〜６２２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。
【００８４】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。（図８（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６２８ｂ〜６３３ｂを形成する。一方、第１の導電層６１７ａ〜６２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層６２８〜６３３を形成する。
【００８５】
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、島状の半導体膜に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６２８〜６３３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６２３〜６２７が形成される。不純物領域６２３〜６２７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。
【００８６】
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６３４ａ〜６３４ｃ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として行う。ドーピング処理は第２の導電層６２８ｂ〜６３２ｂ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島状の半導体膜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って図９（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６３６、６４２、６４８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６３５、６３８、６４１、６４４、６４７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。
【００８７】
次いで、レジストマスクを除去した後、新たにレジストマスク６５０ａ〜６５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行う。この第４のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる島状の半導体膜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６５３〜６５６、６５９、６６０を形成する。第２の導電層６２８ａ〜６３２ａ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６５３〜６５６、６５９、６６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。（図９（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状の半導体膜はレジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃ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６３８、６３９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。
【００８８】
以上までの工程で、それぞれの島状の半導体膜に不純物領域が形成される。次いで、活性化処理をおこなう。活性化処理は、公知のレーザー活性化、熱活性化またはＲＴＡ活性化のいずれでもよい。また、レーザー活性化処理工程の位置は、第１の層間絶縁膜を形成した後でも良い。
【００８９】
次いで、レジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜６６１を形成する。この第１の層間絶縁膜６６１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６６１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。
【００９０】
そして、加熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと水素化を行うことができる。この工程は第１の層間絶縁膜６６１に含まれる水素により島状の半導体膜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島状の半導体膜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３００〜６５０℃で１〜１２時間の加熱処理を行っても良い。
【００９１】
次いで、第１の層間絶縁膜６６１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６６２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のものを用いる。
【００９２】
次に、第２の層間絶縁膜６６２を形成した後、第２の層間絶縁膜６６２に接するように、第３の層間絶縁膜６７２を形成する。
【００９３】
そして、駆動回路６８６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６６４〜６６８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５（Ｇ）は、図１０のnチャネル型ＴＦＴ６８１の上面図であり、Ａ−Ａ‘における断面図が図５（Ｈ）に相当する。
【００９４】
また、画素部６８７においては、画素電極６７０、ゲート配線６６９、接続電極６６８を形成する。この接続電極６６８によりソース配線（６４３ａと６４３ｂ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６６９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６７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域６４２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島状の半導体膜６５８と電気的な接続が形成される。また、画素電極６７１としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【００９５】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６８１とｐチャネル型ＴＦＴ６８２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ６８３を有する駆動回路６８６と、画素ＴＦＴ６８４、保持容量６８５とを有する画素部６８７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【００９６】
駆動回路６８６のｎチャネル型ＴＦＴ６８１はチャネル形成領域６３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層６２８ａと重なる低濃度不純物領域６３６（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６５２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６５１を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ６８１と電極６６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ６８２にはチャネル形成領域６４０、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６５４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６５３を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ６８３にはチャネル形成領域６４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層６３０ａと重なる低濃度不純物領域６４２（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６５６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６５５を有している。
【００９７】
画素部の画素ＴＦＴ６８４にはチャネル形成領域６４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域６４５（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６５８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６５７を有している。また、保持容量６８５の一方の電極として機能する島状の半導体膜には、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６８５は、絶縁膜６１６を誘電体として、電極（６３２ａと６３２ｂの積層）と、島状の半導体膜とで形成している。
【００９８】
本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【００９９】
（実施例２）
本実施例では、本発明のレーザー照射方法を用いたＴＦＴの作製方法について説明する。
【０１００】
まず、図１３（Ａ）に示すように、絶縁表面上に非晶質半導体膜を成膜し、該非晶質半導体膜をエッチングすることで、島状の半導体膜６００１、６００２を形成する。図１３（Ｇ）は、図１３（Ａ）の上面図であり、Ａ−Ａ‘における断面図が図１３（Ａ）に相当する。次に図１３（Ｂ）に示すように、島状の半導体膜６００１、６００２を覆うように非晶質半導体膜６００３を成膜する。成膜直前に希フッ酸洗浄によって表面酸化膜を除去後、直ちに成膜することが望ましい。図１３（Ｈ）は、図１３（Ｂ）の上面図であり、Ａ−Ａ‘における断面図が図１３（Ｂ）に相当する。
【０１０１】
次に、図１３（Ｃ）に示すように、非晶質半導体膜６００３をパターニング加工することで、島状の半導体膜６００１、６００２を覆った島状半導体膜Ａの６００４が形成される。図１３（Ｉ）は、図１３（Ｃ）の上面図であり、Ａ−Ａ‘における断面図が図１３（Ｃ）に相当する。次に、図１３（Ｄ）に示すように、島状半導体膜Ａの６００４に、選択的にレーザー光を照射して、結晶性を高める。図１３（Ｊ）は、図１３（Ｄ）の上面図であり、Ａ−Ａ‘における断面図が図１３（Ｄ）に相当する。
【０１０２】
次に、図１３（Ｅ）に示すように、結晶性が高められた島状半導体膜Ａの６００４をパターニングし、島状半導体膜Ｂとなる６００８を形成する。図１３（Ｋ）は、図１３（Ｅ）の上面図であり、Ａ−Ａ‘における断面図が図１３（Ｅ）に相当する。そして、図１３（Ｆ）に示すように、島状半導体膜Ｂの６００８を活性層とする、ＴＦＴを形成する。以下の具体的な作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的には島状半導体膜Ｂの６００８に接するようにゲート絶縁膜６００９を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にゲート電極６０１０を形成する工程と、アイランド６００８に不純物領域６０１１、６０１２とチャネル形成領域６０１３を形成する工程と、ゲート絶縁膜６００９、ゲート電極６０１０及びアイランド６００８を覆って層間絶縁膜６０１４を形成する工程と、不純物領域６０１１、６０１２に接続した配線６０１５、６０１６を層間絶縁膜６０１４上に形成する工程とが行われる。図１３（Ｌ）は、図１３（Ｆ）の上面図であり、Ａ−Ａ‘における断面図が図１３（Ｆ）に相当する。
【０１０３】
本実施例で作製するＴＦＴの特徴として、不純物領域６０１１、６０１２の半導体膜厚は、チャネル形成領域６０１３の半導体膜厚よりも厚くなっている。一般に、チャネル領域に最適な膜厚の場合、不純物領域のシート抵抗の低減には限界があり、また、不純物領域に最適な膜厚の場合、チャネル領域が厚いためにオフリーク電流の増加がみられる。それぞれの最適膜厚はＴＦＴ特性に対してトレードオフの関係にある。本実施例の方法では、個々に最適な膜厚構成にすることができ、良好なトランジスタ特性に好ましい。
【０１０４】
（実施例３）
本実施例では、触媒を用いて半導体膜を結晶化させる工程を含む場合の、実施例を示す。実施例１とは異なる点のみ示す。触媒元素を用いる場合、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報で開示された技術を用いることが望ましい。
【０１０５】
非晶質半導体膜を成膜後にＮｉを用いて固相結晶化させる。例えば特開平７−１３０６５２号公報に開示されている技術を用いる場合、重量換算で５〜１００ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピンコート法で非晶質半導体膜に塗布して、ニッケル含有層を形成し、５００℃、１時間の脱水素工程の後、５００〜６５０℃で４〜１２時間、例えば５５０℃、８時間の熱処理を行い結晶化する。尚、使用可能な触媒元素は、ニッケル（Ｎｉ）の以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、といった元素を用いても良い。
【０１０６】
また、酢酸ニッケル塩溶液を塗布する工程および熱処理工程は、島状半導体膜Ａをエッチング形成した後に、処理してもよい。
【０１０７】
ニッケル触媒元素を用いて固相結晶化させた膜は、柱状の結晶粒（グレイン）が集まった多結晶シリコン膜である。特徴として、そのグレイン間の粒界には対応粒界からなる領域が数多く存在することがわかっている。対応粒界は、通常の粒界とは異なり、粒界を挟む２つの結晶粒のそれぞれの結晶格子点のうち、ある一定の割合の格子点が両結晶粒で共通であるような特殊な方位関係にある粒界（連続性のよい粒界）である。一方で、従来の熱結晶化やレーザー結晶化のみで形成する多結晶では、粒界を挟む２つの結晶粒間の方位関係はランダムである。そのため、ニッケル触媒元素を用いて固相結晶化させた膜は、従来の熱結晶化やレーザー結晶化のみで形成する多結晶膜と比較して、電気的な障壁が小さい粒界から構成される多結晶シリコン膜であると考えている。
【０１０８】
そして、ニッケル触媒元素を用いて固相結晶化させた島状半導体膜Ａに対して、本発明のレーザー照射方法を適用することで、さらに結晶性の高められた半導体膜を得られることができる。つまり、ニッケル触媒元素を用いて固相結晶化させた時点で、すでに、グレイン間の粒界の連続性は、ある程度、形成されているが、さらに本発明のレーザー照射方法によって、グレイン内の点欠陥を消滅させることができる。
【０１０９】
ただし、レーザー光照射により得られた多結晶半導体膜は触媒元素を含んでおり、このままＴＦＴの活性層とすると、オフリーク電流を増大させる可能性がある。
【０１１０】
そのため、レーザー結晶化後にその触媒元素を結晶質半導体膜から除去する工程（ゲッタリング）を行う必要がある。ゲッタリングは特開平１０−１３５４６８号公報または特開平１０−１３５４６９号公報等に記載された技術を用いることができる。
【０１１１】
具体的には、レーザー照射後に得られる多結晶半導体膜の一部にリンを添加し、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行う。本発明に適用する場合には、島状半導体膜ＡのうちＴＦＴのチャネル領域以外の半導体領域に、選択的にリンを添加した後、熱処理するのがよい。例えば、図５（Ｃ）で示す島状半導体領域Ａの場合、４５２（ａ）〜（ｈ）を除く半導体領域に選択的にリンを添加する。
【０１１２】
すると多結晶半導体膜のリンが添加された領域は、ニッケルの固溶度が大きいため、ゲッタリングサイトとして働き、多結晶半導体膜中に存在するニッケルをリンが添加された領域に偏析させることができる。これにより、ＴＦＴのチャネル領域のニッケルの濃度を１×１０17atoms/cm3以下好ましくは１×１０16atoms/cm3程度にまで低減された島状の半導体膜を得ることができる。
【０１１３】
なお、本実施例は実施例１または実施例２と組み合わせて実施することが可能である。
【０１１４】
（実施例４）
本実施例では、本発明のレーザー照射方法を用いて形成されるＴＦＴの構造について説明する。
【０１１５】
図１４（Ａ）に示すＴＦＴは、チャネル形成領域７００１と、チャネル形成領域７００１を挟んでいる第１の不純物領域７００２と、第１の不純物領域７００２とチャネル形成領域７００１との間に形成された第２の不純物領域とを含む活性層を有している。そして該活性層に接しているゲート絶縁膜７００４と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極７００５とを有している。該ゲート電極の側面に接するように、サイドウォール７００６が形成されている。
【０１１６】
サイドウォール７００６はゲート絶縁膜７００４を間に介して第２の不純物領域７００３と重なっており、導電性を有していても絶縁性を有していても良い。サイドウォール７００６が導電性を有する場合、サイドウォール７００６を含めてゲート電極としても良い。
【０１１７】
図１４（Ｂ）に示すＴＦＴは、チャネル形成領域７１０１と、チャネル形成領域７１０１を挟んでいる第１の不純物領域７１０２と、第１の不純物領域７１０２とチャネル形成領域７１０１との間に形成された第２の不純物領域とを含む活性層を有している。そして該活性層に接しているゲート絶縁膜７１０４と、該ゲート絶縁膜上に積層された２層の導電膜７１０５、７１０６からなるゲート電極とを有している。該導電膜７１０５の上面及び導電膜７１０６の側面に接するように、サイドウォール７１０７が形成されている。
【０１１８】
サイドウォール７１０７は導電性を有していても絶縁性を有していても良い。サイドウォール７００６が導電性を有する場合、サイドウォール７００６を含めてゲート電極としても良い。
【０１１９】
図１４（Ｃ）に示すＴＦＴは、チャネル形成領域７２０１と、チャネル形成領域７２０１を挟んでいる第１の不純物領域７２０２と、第１の不純物領域７２０２とチャネル形成領域７２０１との間に形成された第２の不純物領域とを含む活性層を有している。そして該活性層に接しているゲート絶縁膜７２０４と、該ゲート絶縁膜上に導電膜７２０５と、該導電膜７２０５の上面と側面を覆っている導電膜７２０６と、該導電膜７２０６の側面に接するサイドウォール７２０７が形成されている。導電膜７２０５と、導電膜７２０６とはゲート電極として機能している。
【０１２０】
サイドウォール７２０７は導電性を有していても絶縁性を有していても良い。サイドウォール７００６が導電性を有する場合、サイドウォール７００６を含めてゲート電極としても良い。
【０１２１】
なお、本実施例は実施例１〜実施例３のいずれか一と組み合わせて実施することが可能である。
【０１２２】
【発明の効果】
スーパーラテラル成長による大結晶粒を連続的に形成させることができ、レーザー結晶化工程における基板処理効率を高めることができ、かつ、従来のＳＬＳ法のような特殊な光学系を必要としない簡便なレーザー照射方法を用いた半導体装置の作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に用いるレーザー照射装置の構成を示す図。
【図２】  島状半導体層Ａに対する、レーザー光スポットの走査方法を示す図。
【図３】  基板を回転させることで、基板内でのレーザー光スポットの相対的な移動方向を変化させて照射することを示す図。
【図４】  島状半導体層Ａと島状半導体層Ｂの形成位置との関係を示す図。
【図５】  島状半導体層Ａにおいて粒界の少ない領域のみをチャネル領域としたＴＦＴ作製方法を示す図。
【図６】  マーカー形成位置を示す図。
【図７】  アクティブマトリクス基板の作製方法を示す図。
【図８】  アクティブマトリクス基板の作製方法を示す図。
【図９】  アクティブマトリクス基板の作製方法を示す図。
【図１０】  アクティブマトリクス基板の作製方法を示す図。
【図１１】  実施例１で示すレーザー照射装置の光学系を示す図。
【図１２】  島状半導体層Ａと島状半導体層Ｂの形状例を示す図。
【図１３】  実施例２で示す本発明のレーザー照射方法を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１４】  実施例４で示す本発明のレーザー照射方法を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【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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