(57)【要約】【課題】製造工程を簡略化するとともに、電気的特性のばらつきを少なくした半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】絶縁膜１２の表面に結晶化を促進する金属粒子１３を密度が均一になるように散布する。微細孔１６の底部に露出した金属粒子１３は、その周囲の非結晶シリコン膜２０と反応し、微細孔１６の内部に多結晶シリコン２１を固相成長させる。次に、絶縁膜１４上の非晶質シリコン膜２０にレーザ光を照射することによって溶融させ、溶融したシリコンを、微細孔１６の開口部に表われた多結晶シリコン２１の結晶粒を種結晶として液相成長させることにより、微細孔１６を基点とする擬似単結晶シリコン膜２３を形成する。この擬似単結晶シリコン膜２３を活性層２８とするＴＦＴ１０を製造する。【選択図】図２
2012004411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁基板上に、半導体膜の結晶化を促進する金属を含む粒子を所定の密度で散布する工程と、
前記粒子を覆うように前記絶縁基板上に第１の絶縁膜を成膜する工程と、
前記第１の絶縁膜に微細孔を開孔する工程と、
前記微細孔の内部を含む前記第１の絶縁膜上に前記半導体膜を成膜する工程と、
前記微細孔の内部の半導体膜を固相成長させることにより前記微細孔の内部に多結晶半導体膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上の前記半導体膜を溶融させ、前記多結晶半導体膜の結晶粒を種結晶として液相成長させることにより擬似単結晶半導体膜を形成する工程と、
前記擬似単結晶半導体膜をパターニングして前記半導体装置の活性層を形成する工程とを含み、
前記所定の密度は、前記微細孔の底部に少なくとも１個の粒子が露出するような密度であることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記所定の密度は、前記微細孔の底部に少なくとも略１０個の粒子が露出するような密度であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記粒子に含まれる金属は、ニッケル、タングステン、金、白金、銅、クロムおよびアルミニウムからなる群より選ばれたいずれかの金属であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記粒子を散布する工程は、スピンコート法によって前記粒子を散布する工程を含むことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記多結晶半導体膜を形成する工程は、前記絶縁基板の裏面側から前記微細孔の内部の前記半導体膜を加熱する工程を含むことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁基板を加熱する工程は、４００〜５５０℃で加熱することを特徴とする、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体膜は、非晶質半導体膜または多結晶半導体膜であることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記微細孔のアスペクト比は２．７５よりも大きいことを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記微細孔の形状は円柱状であることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記擬似単結晶半導体膜を形成する工程は、前記第１の絶縁膜上の前記半導体膜の表面にレーザ光を照射する工程を含み、
前記レーザ光は、前記第１の絶縁膜上の前記半導体膜を完全に溶融させるとともに、前記微細孔の内部の前記多結晶半導体を溶融させないようなレーザ光であることを特徴する、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記絶縁基板上に前記粒子を散布する工程の前に、前記絶縁基板上に第２の絶縁膜を形成する工程をさらに含み、
前記微細孔を開孔する工程は、前記第２の絶縁膜に対する前記第１の絶縁膜の選択比が大きな条件で前記第１の絶縁膜をエッチングする工程を含むことを特徴とする、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする、半導体装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体装置を画素部のスイッチング素子とすることを特徴とする、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、半導体装置、および表示装置に関し、より詳しくは、液晶表示装置等の表示装置に好適な半導体装置の製造方法、半導体装置、および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アクティブマトリクス型の液晶表示装置、有機発光表示装置等の薄型表示装置が注目を集めている。これらの表示装置では、ソース配線から与えられる画像信号を画素電極に与えるスイッチング素子として、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下、「ＴＦＴ」という）が画素部ごとに設けられている。このようなＴＦＴの活性層は、従来、非晶質シリコンによって形成されていたが、非晶質シリコンの移動度は小さいのでＴＦＴの動作速度が遅かった。そこで、ＴＦＴの動作速度を速くするために、非晶質シリコンの代わりに、より結晶性の高いシリコンからなる活性層を有するＴＦＴが求められるようになってきた。
【０００３】
より結晶性の高いシリコン膜の成膜方法の１つとして、金属触媒横方向成長法（Metal Induced Lateral Crystallization：以下、「ＭＩＬＣ法」という）がある。ＭＩＬＣ法は、ニッケル（Ｎｉ）等の触媒金属とシリコンが反応して生成された金属シリサイドを結晶核として、シリコンの結晶化を促進する方法である。具体的には、結晶化させたい非晶質シリコン膜の表面に、触媒金属からなる粒子を散布し、６００℃以下の温度で加熱処理を施して、結晶粒径の大きな多結晶シリコン膜を形成する。
【０００４】
また、特許文献１には、単結晶またはこれに近い結晶性を有する結晶半導体膜を形成する方法が開示されている。具体的には、絶縁基板上に、結晶化促進膜、絶縁膜の順に形成し、絶縁膜に、結晶化促進膜の表面に到達する微細孔を開孔する。次に、微細孔の内部を含む絶縁膜の表面に半導体膜を形成し、半導体膜が形成された絶縁基板に加熱処理を施す。これにより、微細孔の内部の半導体膜を固相状態で結晶化させ、結晶成分含有半導体膜を形成する。次に、半導体膜の表面にレーザ光を照射して絶縁膜上の半導体膜を溶融させ、微細孔内の結晶成分含有半導体膜を種結晶として液相成長させることにより、微細孔を基点とする結晶半導体膜を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３４５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＭＩＬＣ法では、触媒となる金属粒子を非晶質シリコン膜上に散布するので、結晶核が形成される位置を制御することができない。このため、結晶核を種結晶とする多結晶シリコン膜の位置も制御することができない。このような多結晶シリコン膜にＴＦＴの活性層を形成した場合、チャネル領域における結晶粒界の位置および結晶方位を制御することができないので、ＴＦＴの移動度等の電気的特性のばらつきが大きくなるという問題がある。また、結晶化を促進するために散布した金属粒子は、加熱処理に多結晶シリコン膜に溶け込む。これにより、多結晶シリコン膜内の触媒金属の濃度が高くなり、ＴＦＴのオフ特性が悪くなるという問題もある。
【０００７】
また、特許文献１に記載された結晶半導体膜の製造方法では、絶縁基板上に成膜した結晶化促進膜を、他の配線の障害にならないようにパターニングする必要がある。この場合、結晶化促進膜を成膜してからパターニングするまでに多くの工程が必要になるので、ＴＦＴの製造工程が長くなり、製造コストが高くなるという問題がある。また、ＴＦＴを液晶表示装置のスイッチング素子として使用した場合、結晶化促進膜はバックライトユニットからの光を反射する遮光膜になり、画素部の開口率を低下させる。そこで、画素部の実質的な開口率を低下させないようにするため、ＴＦＴのレイアウトが制限されるという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、製造工程を簡略化するとともに、電気的特性のばらつきを少なくした半導体装置の製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、レイアウトの制限を受けにくい半導体装置を備えた表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、絶縁基板上に半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁基板上に、半導体膜の結晶化を促進する金属を含む粒子を所定の密度で散布する工程と、
前記粒子を覆うように前記絶縁基板上に第１の絶縁膜を成膜する工程と、
前記第１の絶縁膜に微細孔を開孔する工程と、
前記微細孔の内部を含む前記第１の絶縁膜上に前記半導体膜を成膜する工程と、
前記微細孔の内部の半導体膜を固相成長させることにより前記微細孔の内部に多結晶半導体膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上の前記半導体膜を溶融させ、前記多結晶半導体膜の結晶粒を種結晶として液相成長させることにより擬似単結晶半導体膜を形成する工程と、
前記擬似単結晶半導体膜をパターニングして前記半導体装置の活性層を形成する工程とを含み、
前記所定の密度は、前記微細孔の底部に少なくとも１個の粒子が露出するような密度であることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
前記所定の密度は、前記微細孔の底部に少なくとも略１０個の粒子が露出するような密度であることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記粒子に含まれる金属は、ニッケル、タングステン、金、白金、銅、クロムおよびアルミニウムからなる群より選ばれたいずれかの金属であることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、
前記粒子を散布する工程は、スピンコート法によって前記粒子を散布する工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、
前記多結晶半導体膜を形成する工程は、前記絶縁基板の裏面側から前記微細孔の内部の前記半導体膜を加熱する工程を含むことを特徴とする。
【００１４】
第６の発明は、第５の発明において、
前記絶縁基板を加熱する工程は、４００〜５５０℃で加熱することを特徴とする。
【００１５】
第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明において、
前記半導体膜は、非晶質半導体膜または多結晶半導体膜であることを特徴とする。
【００１６】
第８の発明は、第１から第７までのいずれかの発明において、
前記微細孔のアスペクト比は２．７５よりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
第９の発明は、第１から第８までのいずれかの発明において、
前記微細孔の形状は円柱状であることを特徴とする。
【００１８】
第１０の発明は、第１から第９までのいずれかの発明において、
前記擬似単結晶半導体膜を形成する工程は、前記第１の絶縁膜上の前記半導体膜の表面にレーザ光を照射する工程を含み、
前記レーザ光は、前記第１の絶縁膜上の前記半導体膜を完全に溶融させるとともに、前記微細孔の内部の前記多結晶半導体を溶融させないようなレーザ光であることを特徴する。
【００１９】
第１１の発明は、第１から第１０までのいずれかの発明において、
前記絶縁基板上に前記粒子を散布する工程の前に、前記絶縁基板上に第２の絶縁膜を形成する工程をさらに含み、
前記微細孔を開孔する工程は、前記第２の絶縁膜に対する前記第１の絶縁膜の選択比が大きな条件で前記第１の絶縁膜をエッチングする工程を含むことを特徴とする。
【００２０】
第１２の発明は、第１から第１１までのいずれかの発明に係る半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体装置である。
【００２１】
第１３の発明は、第１２の発明に係る半導体装置を画素部のスイッチング素子とすることを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００２２】
上記第１の発明によれば、擬似単結晶半導体膜は、微細孔を起点として放射状に拡がるように形成されるので、擬似単結晶半導体膜が形成される位置は、微細孔の位置によって決まり、散布された粒子の位置とは無関係に決まる。これにより、擬似単結晶半導体膜を形成する位置を制御することができる。また、擬似単結晶半導体膜を形成するためには、結晶化を促進する金属を含む粒子を絶縁基板上に散布すればよい。これにより、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。
【００２３】
上記第２の発明によれば、微細孔の底部に露出している粒子が１個ないし数個しかない場合、微細孔内に固相成長する多結晶半導体の結晶粒の結晶性が低くなる。このような結晶性が低い結晶粒を種結晶として結晶化しても、擬似単結晶半導体膜の結晶性を向上させることができない。しかし、微細孔の底部に少なくとも略１０個の粒子を露出させれば、微細孔内に固相成長させる多結晶半導体の結晶粒の結晶性を高くし、さらには擬似単結晶半導体膜の結晶性を高くすることができる。
【００２４】
上記第３の発明によれば、ニッケル、タングステン、金、白金、銅、クロム、アルミニウムは半導体膜の結晶化を促進させるので、加熱処理の温度を高くしなくても、微細孔内の半導体膜は微細孔内に露出した粒子と反応して固相成長しやすくなる。
【００２５】
上記第４の発明によれば、スピンコート法によって粒子を散布することにより、絶縁基板上の粒子の密度が所定の密度になるように、粒子を容易かつ簡便に散布することができる。
【００２６】
上記第５の発明によれば、絶縁基板の裏面側から半導体膜を加熱することにより、微細孔の内部の半導体膜を効率的に固相成長させて、特定の面方位を有する結晶粒を含む多結晶半導体を効率的に形成することができる。
【００２７】
上記第６の発明によれば、絶縁基板の加熱温度を４００〜５５０℃にすることにより、４００℃よりも低くしたときに生じる、微細孔の内部で固相成長する結晶性半導体の成長速度が遅くなることを防ぐことができる。また、５５０℃よりも高くし、絶縁基板として安価なガラス基板を用いたときに生じる、加熱による絶縁基板の軟化を防ぐことができる。
【００２８】
上記第７の発明によれば、半導体膜として非晶質半導体膜または多結晶半導体膜を用いれば、微細孔の内部で固相成長させたり、第１の絶縁膜上で液相成長させたりすることを容易に行なうことができる。
【００２９】
上記第８の発明によれば、微細孔のアスペクト比を２．７５よりも大きくすれば、結晶粒の特定の面が微細孔の上方を向くように、多結晶半導体を固相成長させて、微細孔の開口部に、特定の面を優先的に現われやすくすることができる。
【００３０】
上記第９の発明によれば、微細孔の形状を円柱状にすれば、特定の面を上方に向けた結晶粒のみを微細孔の開口部に到達させやすくすることができる。
【００３１】
上記第１０の発明によれば、レーザ光を照射することによって、微細孔の内部に固相成長させた多結晶半導体を溶解させずに、第１の絶縁膜上の半導体膜を完全に溶解させる。これにより、溶解した半導体は、微細孔内部の多結晶半導体に含まれる結晶粒を種結晶として液相成長し、擬似単結晶半導体膜を容易かつ確実に形成することができる。
【００３２】
上記第１１の発明によれば、絶縁基板に、半導体装置の電気的特性に悪影響を与えるナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンが含まれている場合、絶縁基板を第２の絶縁膜で覆うことによって、アルカリ金属イオンが絶縁基板から流出しないようにする。これにより、安価な絶縁基板を使用しても、電気的特性がアルカリ金属イオンの影響を受けにくくすることができるので、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００３３】
上記第１２の発明によれば、上記のような擬似単結晶半導体膜を活性層とする半導体装置では、活性層における結晶粒界の位置および結晶の面方位を制御することができるので、電気的特性のばらつきを抑制することができる。また、結晶化を促進する粒子は、微細孔の底部に露出した粒子のみである。このため、絶縁基板に散布された粒子のうち、微細孔の底部に露出した粒子しか多結晶半導体に溶け込まず、多結晶半導体から擬似単結晶半導体膜に拡散する金属の量はさらに少なくなる。これにより、擬似単結晶半導体膜内の金属の濃度が低くなり、半導体装置のオフ特性をより改善することができる。
【００３４】
上記第１２の発明によれば、活性層となる擬似単結晶半導体膜を形成するための触媒金属を、金属膜としてパターニングにより形成するのではなく、粒子として散布するので、表示装置の画素部の開口率を低下させることはない。このため、半導体装置を画素部のスイッチング素子として用いても、半導体装置の構成パターンを、触媒金属の金属膜の形状によって制限されることなく、自由にレイアウトすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＴＦＴの構成を示す平面図である。
【図２】図１に示すＴＦＴのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、図１および図２に示す半導体装置の各製造工程を示す工程断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図１および図２に示す半導体装置の各製造工程を示す工程断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、図１および図２に示す半導体装置の各製造工程を示す工程断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、図１および図２に示す半導体装置の各製造工程を示す工程断面図である。
【図７】図３（ｃ）に対応する製造工程を示す平面図である。
【図８】図４（ｃ）に示す製造工程に対応する平面図である。
【図９】図５（ａ）に示す製造工程に対応する平面図である。
【図１０】図５（ｂ）に示す製造工程に対応する平面図である。
【図１１】（ａ）は、第１の実施形態に係るＴＦＴ１０を備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルを示す図であり、（ｂ）は、図１１（ａ）に示す液晶パネルに含まれる画素部のパターン配置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
【００３７】
＜１．第１の実施形態＞
＜１．１  ＴＦＴの構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＴＦＴ１０の構成を示す平面図であり、図２は、図１に示すＴＦＴ１０のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図２に示すように、絶縁基板であるガラス基板１１上に、絶縁膜１２が形成されている。絶縁膜１２の表面に、後述する非晶質シリコン膜の結晶化を促進させる触媒として作用する、ニッケル等の触媒金属からなる金属粒子１３が均一な密度で散布されている。金属粒子１３が散布された絶縁膜１２の表面を覆うように、絶縁膜１４が形成されている。絶縁膜１４には、絶縁膜１２の表面に達する微細孔１６が開口されている。
【００３８】
図１に示すように、ＴＦＴ１０の活性層２８を形成するために用いられる擬似単結晶シリコン膜２３は、微細孔１６を基点とし、点線で囲まれた六角形の形状をしている。このように、擬似単結晶シリコン膜２３の形状が六角形になるのは以下の理由による。本来、擬似単結晶シリコン膜２３の形状は、微細孔１６を中心とする円形状になる。しかし、図１に示す擬似単結晶シリコン膜２３の周囲にも、それぞれ異なる微細孔（図示しない）を基点とする擬似単結晶シリコン膜２４が形成されている。擬似単結晶シリコン膜２３は、それらの擬似単結晶シリコン膜２４とぶつかり合うために、六角形の形状になる。そこで、以下の説明では、擬似単結晶シリコン膜２３の形状は六角形であるとして説明する。このような形状の擬似単結晶シリコン膜２３をパターニングすることにより、絶縁膜１４の表面に、ＴＦＴ１０の活性層２８が形成されている。本実施形態において、ＴＦＴ１０の活性層２８として使用可能なシリコン膜は、微細孔１６を中心とする半径約２μｍ程度の領域に含まれる擬似単結晶シリコン膜２３である。なお、本明細書において、擬似単結晶シリコン膜とは、シリコン膜内に結晶粒界がほとんどなく、面方位が揃う（シリコンの場合（１１１））ように制御された、単結晶に近い性質を有するシリコン膜をいう。
【００３９】
図１および図２に示すように、活性層２８の両端部には、ｎ型不純物がドープされたドレイン領域２８ａおよびソース領域２８ｂがそれぞれ形成され、ドレイン領域２８ａとソース領域２８ｂとに挟まれた領域にチャネル領域２８ｃが形成されている。ドレイン領域２８ａおよびソース領域２８ｂの幅は、後述するコンタクトホールを形成しやすくするために、チャネル領域２８ｃの幅よりも広くなっている。また、チャネル領域２８ｃの中央付近には、擬似単結晶シリコン膜２３が成長するときの基点となり、擬似単結晶シリコン膜２３を形成するときの種結晶となる結晶粒を含む多結晶シリコン２１が埋め込まれた微細孔１６が残されている。
【００４０】
活性層２８を含むガラス基板１１の全体を覆うように、ゲート絶縁膜３０が形成されている。チャネル領域２８ｃの上方のゲート絶縁膜３０の表面に、活性層２８と直交する方向にゲート電極３１が形成されている。ゲート電極３１を含むガラス基板１１の全体を覆うように層間絶縁膜３２が形成されている。層間絶縁膜３２の表面には、コンタクトホールを介して、ドレイン領域２８ａおよびソース電極２８ｂとそれぞれ電気的に接続されたドレイン電極４０ａおよびソース電極４０ｂが形成されている。さらに、ドレイン電極４０ａおよびソース電極４０ｂを含むガラス基板１１の全体を覆うように、保護膜４１が形成されている。なお、ＴＦＴ１０はｎチャネル型であるとしたが、ｐチャネル型であってもよい。
【００４１】
＜１．２  ＴＦＴの製造方法＞
図３〜図６は、図１および図２に示すＴＦＴ１０の各製造工程を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、ガラス基板１１を覆う下地膜として絶縁膜１２を形成する。絶縁膜１２は、例えば膜厚１００ｎｍの窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜であり、プラズマＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法、減圧ＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法等により成膜される。なお、絶縁膜１２は、ＴＦＴ１０の電気的特性に悪影響を与えるナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンがガラス基板１１から流出しないようにしている。したがって、絶縁基板に、アルカリ金属イオンの含有量が非常に少ない石英基板を使用する場合には、絶縁膜１２を形成しなくてもよい。
【００４２】
スピンコート法を用いて、触媒金属からなる金属粒子１３を絶縁膜１２の表面に散布する。金属粒子１３を散布することにより、後述するように、加熱温度を高くしなくても、金属粒子１３と接する非晶質シリコン膜３０を固相成長させて多結晶シリコンを形成しやすくすることができる。金属粒子１３は、ニッケル、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）のうちいずれかの金属からなる。金属粒子の好ましい粒径は１０〜３０ｎｍである。スピンコート法を用いて散布することにより、金属粒子１３を絶縁膜１２上に、均一な密度でかつ簡便に散布することができる。なお、絶縁膜１２上に散布された金属粒子１３の密度については後述する。また、金属粒子１３のかわりに、上記金属の酸化物、窒化物、またはシリサイドからなる粒子を散布してもよい。金属粒子１３の代わりに、シリサイドからなる粒子を散布してもよい理由について説明する。例えば、ニッケルシリサイド（Ｎｉ2Ｓｉ）からなる粒子の場合、ニッケル原子とシリコン原子との原子間距離は、シリコン原子同士の原子間距離とほぼ同じである。これにより、ニッケルシリサイドからなる粒子は、擬似的なシリコンの結晶核として振る舞うと考えられるからである。
【００４３】
図３（ｂ）に示すように、金属粒子１３が散布された絶縁膜１２を覆うように、絶縁膜１４を形成する。絶縁膜１４は、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法等により成膜された、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜である。絶縁膜１４の膜厚は６００〜９００ｎｍであることが好ましいが、後述する微細孔１６の孔径との関係で決まるので、その詳細については後述する。次に、絶縁膜１４の表面に、フォトリソグラフィ法を用いて、開口部を有するレジストパターン１５を形成し、レジストパターン１５をマスクとして、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）法により絶縁膜１４をエッチングする。これにより、絶縁膜１４には、絶縁膜１２の表面に達する微細孔１６が開孔される。微細孔１６の開孔は、選択比（絶縁膜１４のエッチング速度／絶縁膜１２のエッチング速度）が大きくなるようなエッチング条件で行なうことが好ましい。このように、選択比が大きな条件で絶縁膜１４をエッチングするのは、微細孔１６の底部を平面にして、結晶性の高い結晶粒を含む多結晶シリコン２１を微細孔１６の表面（開口部）まで成長させるためである。
【００４４】
図３（ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法等により、絶縁膜１４に形成された微細孔１６の内部および絶縁膜１４の表面に非晶質シリコン膜２０を成膜する。非晶質シリコン膜２０の好ましい膜厚は５０〜２００ｎｍであり、本実施形態では例えば１００ｎｍとする。図７は、図３（ｃ）に対応する製造工程を示す平面図である。図７に示すように、非晶質シリコン膜２０は、微細孔１６の内部を含む、ガラス基板１１の全面を覆うように形成されている。
【００４５】
図３（ｄ）に示すように、非晶質シリコン膜２０が形成されたガラス基板１１を、その裏面側（図３（ｄ）の下側）から、４００〜５５０℃の温度で、２〜３時間程度の加熱処理を施す。その結果、微細孔１６の内部の非晶質シリコン膜２０は、金属粒子１３であるニッケル粒子とともに化合物（ニッケルシリサイド）を形成する。ニッケルシリサイドを結晶核として、微細孔１６の底部に、非晶質シリコン膜２０が結晶化された複数の結晶粒が形成される。結晶粒は、加熱処理によって溶融することなく微細孔１６の開口部に向かって固相成長し、微細孔１６内に複数の結晶粒からなる多結晶シリコン２１が形成される。なお、ガラス基板１１の裏面側から加熱処理を施すのは、微細孔の内部の半導体膜を効率的に固相成長させて、特定の面方位を有する結晶粒を含む多結晶半導体を効率的に形成することができるからである。また、ガラス基板１１の加熱温度を４００℃よりも高くするのは、固相成長の速度を速くして、多結晶シリコンの形成時間を短縮するためである。一方、加熱温度を５５０℃よりも低くするのは、ソーダ石灰ガラス等の安価なガラス基板を用いた場合でも、加熱によるガラス基板の軟化を防ぐためである。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、非晶質シリコン膜２０の表面にレーザ光を照射する。このとき、微細孔１６の内部で固相成長した多結晶シリコン２１の結晶粒をほとんど溶融させずに、絶縁膜１４の表面に形成された非晶質シリコン膜２０を完全に溶融させるようなレーザ光を照射する。具体的には、ＸｅＣｌパルスエキシマレーザから出力される、波長３０８ｎｍ、エネルギー密度０．６〜１．５Ｊ／ｃｍ2、パルス幅２０〜５０ｎｓのレーザ光を非晶質シリコン膜２０の表面に照射する。波長３０８ｎｍのレーザ光に対する非晶質シリコンの吸収係数が大きいので、レーザ光は非晶質シリコン膜２０の表面でほとんど吸収される。このため、非晶質シリコン膜２０を効率よく溶融させることができる。
【００４７】
図４（ｂ）に示すように、絶縁膜１４の表面の溶融したシリコンは、微細孔１６の開口部に表われた結晶粒の（１１１）面を種結晶として、微細孔１６から絶縁膜１４の表面に沿って放射状に液相成長し、擬似単結晶シリコン膜が成長する。このように、微細孔１６の内部で固相成長した多結晶シリコン２１の結晶粒をほとんど溶融させずに、絶縁膜１４の表面に形成された非晶質シリコン膜２０を完全に溶融させることにより、擬似単結晶シリコン膜２３を容易かつ確実に形成することができる。そして、図４（ｃ）に示すように、絶縁膜１４の表面に、微細孔１６を基点とする擬似単結晶シリコン膜２３が形成される。図８は、図４（ｃ）に示す製造工程に対応する平面図である。図８に示すように、擬似単結晶シリコン膜２３は、微細孔１６を略中心として六角形の形状に拡がり、擬似単結晶シリコン膜２３の周囲には、微細孔１６に隣接する微細孔（図示しない）を基点とする擬似単結晶シリコン膜２４が形成されている。したがって、擬似単結晶シリコン膜２３は、周囲の擬似単結晶シリコン膜２４とぶつかり合い、六角形の形状になる。このような方法で形成された擬似単結晶シリコン膜２３は、結晶粒界をほとんど含まず、また面方位も（１１１）となるように制御されている。
【００４８】
図５（ａ）に示すように、擬似単結晶シリコン膜２３の表面にレジストパターン２５を形成する。図９は、図５（ａ）に示す製造工程に対応する平面図である。擬似単結晶シリコン膜２３のうち、微細孔１６（図示しない）から半径２μｍ程度の領域に含まれる擬似単結晶シリコン膜２３は、結晶性の高いシリコン膜である。そこで、図９に示すように、この領域内の擬似単結晶シリコン膜２３を用いて活性層２８を形成するように、レジストパターン２５を形成する。
【００４９】
図５（ｂ）に示すように、レジストパターン２５をマスクとして擬似単結晶シリコン膜２３をエッチングする。これにより、レジストパターン２５に覆われていない擬似単結晶シリコン膜２３および擬似単結晶シリコン膜２３の周囲に形成された擬似単結晶シリコン膜２４が除去され、活性層２８が形成される。図１０は、図５（ｂ）に示す製造工程に対応する平面図である。図１０に示すように、微細孔１６を基点とした擬似単結晶シリコン層２３からなる活性層２８が形成される。次に、プラズマＣＶＤ法等により、活性層２８を含むガラス基板１１の全体を覆うように、ゲート絶縁膜３０となる酸化シリコン膜を成膜する。ゲート絶縁膜３０の表面に、スパッタリング法によって、タンタル、アルミニウム等からなる金属膜（図示しない）を成膜する。
【００５０】
図５（ｃ）に示すように、金属膜の表面に、フォトグラフィ法を用いてレジストパターン（図示しない）を形成し、レジストパターンをマスクとして金属膜をエッチングし、ゲート電極３１を形成する。レジストパターンの剥離後に、ゲート電極３１をマスクとして、イオン注入法またはイオンドーピング法により、リン（Ｐ）等のｎ型不純物イオンを活性層２８にドーピングする。次に、温度２５０〜４００℃で加熱処理を施して、ドーピングしたｎ型不純物イオンを活性化する。これにより、活性層２８に、ドレイン領域２８ａとソース領域２８ｂが形成される。なお、ｎ型不純物を活性化するために、レーザ光を照射してもよい。また、ｐチャネル型ＴＦＴを製造する場合には、ｎ型不純物イオンの代わりに、ボロン（Ｂ）等のｐ型不純物イオンを活性層２８にドーピングする。
【００５１】
図６（ａ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により、ゲート電極３１を含むガラス基板１１上に、層間絶縁膜３２を成膜する。層間絶縁膜３２は、例えば窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を積層した積層膜であってもよく、または酸化シリコン膜、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜のみからなる単層膜であってもよい。次に、フォトリソグラフィ法により形成したレジストパターン（図示しない）をマスクとして、層間絶縁膜３２およびゲート絶縁膜３０をエッチングし、ドレイン領域２８ａおよびソース領域２８ｂに達するコンタクトホール３５ａ、３５ｂをそれぞれ開孔する。
【００５２】
コンタクトホール３５ａ、３５ｂ内を含む層間絶縁膜３２の表面に、スパッタリング法等により、アルミニウム、タンタル等からなる金属膜（図示しない）を成膜する。金属膜をパターニングし、コンタクトホール３５ａを介してドレイン領域２８ａと電気的に接続されたドレイン電極４０ａ、および、コンタクトホール３５ｂを介してソース領域２８ｂと電気的に接続されたソース電極４０ｂをそれぞれ形成する。さらに、ドレイン電極４０ａおよびソース電極４０ｂを含むガラス基板１１の全体を覆うように保護膜（図示しない）を形成する。このようにして、絶縁膜１４上に、微細孔１６を基点として液相成長させた擬似単結晶シリコン膜２３を活性層２８とするＴＦＴ１０が形成される。
【００５３】
＜１．３  金属粒子の密度、微細孔の大きさ＞
絶縁膜１２上に散布する金属粒子１３の密度について説明する。微細孔１６内に多結晶シリコンを固相成長させるためには、微細孔１６の底部に少なくとも１個の金属粒子１３を露出させればよい。しかし、微細孔１６の底部に露出している金属粒子１３が１個ないし数個しかない場合、微細孔１６内に固相成長する多結晶シリコン２１の結晶粒の結晶性が低くなる。このような結晶性が低い結晶粒を種結晶として擬似単結晶シリコン膜２３を液相成長させても、擬似単結晶シリコン膜２３の結晶性が低くなってしまう。
【００５４】
そこで、微細孔１６内に結晶性の高い結晶粒を含む多結晶シリコン２１を形成するためには、微細孔１６の底部に少なくとも略１０個程度の金属粒子１３を露出させるようにすることが好ましい。一方、微細孔１６の底部に露出させる金属粒子１３の個数を数十個より多くしても、結晶粒の結晶性はほとんど向上しなくなり、むしろ結晶性の向上に寄与しない金属粒子１３の個数分だけ擬似単結晶シリコン膜２３の製造コストが高くなる。これらのことから、微細孔１６の底部にある金属粒子１３の好ましい個数は、略１０個から数十個程度である。なお、本明細書において「略１０個」とは、４捨５入すれば１０個になるような個数をいう。
【００５５】
特開２００４−１３４５３３号公報に開示されているように、微細孔１６の開口部に特定の面を上方に向けた結晶粒のみが到達するようにするためには、微細孔１６の形状を円柱状にし、その直径を、１個の結晶粒の大きさと同程度かそれよりも少し小さくする必要がある。また、微細孔１６の開口部に現われる多結晶シリコン２１の結晶粒の面方位は、微細孔１６の直径に対する深さ（絶縁膜１４の膜厚）の比（以下、「アスペクト比」という）によって決まる。特開２００４−１３４５３３号公報によれば、アスペクト比を２．７５よりも大きくすれば、微細孔１６内には、結晶粒の（１１１）面が微細孔１６の上方に向くように、多結晶シリコン２１が固相成長し、微細孔１６の開口部に、結晶粒の（１１１）面が優先的に現われる。そこで、本実施形態では、アスペクト比が２．７５よりも大きくなるように、微細孔１６の深さすなわち絶縁膜１４の膜厚を例えば８００ｎｍとした場合、微細孔１６の直径を１００〜２００ｎｍとすることが好ましく、本実施形態では例えば１５０ｎｍとする。なお、微細孔１６の形状を円柱状にする代わりに、円柱とほぼ等しい断面積を有する四角柱等の角柱状であってもよい。
【００５６】
＜１．４  効果＞
本実施形態によれば、擬似単結晶シリコン膜２３は、微細孔１６の表面の多結晶シリコン２１の結晶粒を種結晶として液相成長により形成されたシリコン膜であるので、微細孔１６を基点として放射状に拡がったシリコン膜になる。擬似単結晶シリコン膜２３が形成される位置は、微細孔１６の位置によって決まり、散布された金属粒子１３の位置とは無関係に決まるので、擬似単結晶シリコン膜２３が形成される位置を制御することができる。このような擬似単結晶シリコン膜２３を活性層２８とするＴＦＴ１０を製造すれば、チャネル領域２８ｃにおける結晶粒界の位置および結晶の面方位を制御することができるので、移動度等の電気的特性のばらつきを抑制したＴＦＴ１０を製造することができる。
【００５７】
また、非晶質シリコン膜２０の結晶化を促進するための触媒金属となる金属粒子１３は、微細孔１６の底部に露出した金属粒子１３のみである。したがって、絶縁膜１２上に散布された金属粒子１３のうち、微細孔１６の底部に露出した金属粒子１３しか多結晶シリコン２１に溶け込まない。多結晶シリコン２１から擬似単結晶シリコン膜２３に拡散する触媒金属の量はさらに少なくなる。これにより、擬似単結晶シリコン膜２３内の触媒金属の濃度が低くなり、ＴＦＴ１０のオフ特性をより改善することができる。
【００５８】
また、結晶核となる化合物を微細孔１６の底部に生成するためには、金属粒子１３を絶縁膜１２上に散布するだけでよい。このため、ガラス基板１１上に成膜された触媒金属膜を、手間のかかるフォトリソグラフィ法を用いてパターニングする必要がなく、ＴＦＴ１０の製造工程を簡略化することができる。これにより、ＴＦＴ１０の製造コストを低減することができる。
【００５９】
＜１．５  変形例＞
本実施形態では、非晶質シリコン膜２０にレーザ光を照射して完全に溶融させたシリコンを液相成長させることにより、擬似単結晶シリコン膜２３を形成した。しかし、非晶質シリコン膜２０の代わりに、多結晶シリコン膜を微細孔１６の内部を含む絶縁膜１４上に成膜し、絶縁膜１４上の多結晶シリコン膜を完全に溶融させて液相成長させることにより、擬似単結晶シリコン膜を形成してもよい。
【００６０】
本実施形態では、非晶質半導体膜および擬似単結晶半導体膜として、非晶質シリコン膜２０および擬似単結晶シリコン膜２３を例に挙げて説明した。しかし、これに限定されず、非晶質半導体膜および擬似単結晶半導体膜として、例えば非晶質シリコンゲルマニウム膜および擬似単結晶シリコンゲルマニウム膜等の半導体膜を用いることにより、同様の効果を得ることができる。
【００６１】
本実施形態では、半導体装置として、ＴＦＴ１０を例に挙げて説明した。しかし、これに限定されず、フォトダイオード等の電子デバイスにも同様に適用することができる。
【００６２】
＜２．第２の実施形態＞
図１１（ａ）は、第１の実施形態に係るＴＦＴ１０を備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネル５０を示す図である。液晶パネル５０は、対向して配置された２枚のガラス基板と、それらによって挟持された液晶層とを含む、フルモノリシック型のパネルである。図１１（ａ）では、２枚のガラス基板のうち、複数の画素部がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板５１のみを記載し、カラーフィルタ（Color Filter）等が形成されたＣＦ基板および液晶層の記載を省略する。
【００６３】
図１１（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板５１には、複数の画素部６０を含む表示部５４が形成されている。各画素部６０には、スイッチング素子として機能するＴＦＴ１０と、ＴＦＴ１０に接続された画素容量６１とが形成されている。表示部５４の外側の額縁部には、ゲートドライバ５２と、ソースドライバ５３が設けられている。ゲートドライバ５２は、ＴＦＴ１０をオン／オフさせるタイミングを制御する制御信号をゲート配線ＧＬに出力し、ソースドライバ５３は、画素部６０に画像を表示する画像信号や画像信号の出力タイミングを制御する制御信号をソース配線ＳＬに出力する。
【００６４】
ゲート配線ＧＬを順に活性化して、活性化されたゲート配線ＧＬに接続されたＴＦＴ１０をオン状態にすることにより、ソース配線ＳＬに与えられた画像信号はＴＦＴ１０を介して画素電極に与えられる。画素電極は、ＣＦ基板に形成された共通電極（図示しない）とともに画素容量６１を形成し、与えられた画像信号を保持する。この結果、ＴＦＴ基板５１の下面に設けられたバックライトユニット（図示しない）から発せられたバックライト光が、画像信号に応じて画素部６０を透過し、画像が表示部５４に表示される。
【００６５】
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す液晶パネル５０に含まれる画素部６０のパターン配置を示す平面図である。図１１（ｂ）に示すように、画素部６０には、ゲート配線ＧＬとソース配線ＳＬとの交点の近傍にＴＦＴ１０が配置されている。ＴＦＴ１０のソース領域２８ｂはコンタクトホール３５ｂを介してソース配線ＳＬに接続されており、ドレイン領域２８ａはコンタクトホール３５ａを介して画素電極６２に接続されている。ドレイン領域２８ａとソース領域２８ｂに挟まれた領域はチャネル領域２８ｃとなり、チャネル領域２８ｃのほぼ中央には、多結晶シリコン膜が埋め込まれた微細孔１６がある。また、チャネル領域２８ｃの上方には、活性層２８と交差するようにゲート電極３１が形成されている。
【００６６】
このようなＴＦＴ１０において、活性層２８となる擬似単結晶シリコン膜２３を形成するための触媒金属を、金属膜としてパターニングにより形成するのではなく、金属粒子１３として散布するので、画素部６０の開口率を低下させることはない。このため、ＴＦＴ１０を構成するパターンを、触媒金属の金属膜の形状によって制限されることなく、自由にレイアウトすることができる。
【００６７】
第１の実施形態に係るＴＦＴ１０を適用可能な表示装置として、液晶表示装置を例に挙げて説明した。しかし、ＴＦＴ１０を、有機発光表示装置、プラズマ表示装置等の表示装置にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１１…ガラス基板
１２…（第２の）絶縁膜
１３…金属粒子
１４…（第１の）絶縁膜
１６…微細孔
２０…非晶質シリコン膜
２１…多結晶シリコン
２３…擬似単結晶シリコン膜
２８…活性層
５０…液晶表示装置
５４…表示部
６０…画素部
【図１】
2012004411.tif 000003
【図２】
2012004411.tif 000004
【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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