(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第１工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜に金属元素を添加する第２工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜を加熱処理して結晶構造を有する半導体膜を形成した後、前記結晶構造を有する半導体膜の表面に形成された酸化膜を除去する第３工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜に酸素または水分子を含む雰囲気下でレーザー光を照射することによって酸素を導入し、前記結晶構造を有する半導体膜中の酸素濃度を５×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３とする第４工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜の表面に形成された酸化膜を除去する第５工程と、
不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して前記結晶構造を有する半導体膜の表面を平坦化する第６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。
【請求項２】
絶縁表面上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第１工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜に金属元素を添加する第２工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜を加熱処理して結晶構造を有する半導体膜を形成する第３工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜に酸素または水分子を含む雰囲気下でレーザー光を照射することによって酸素を導入し、前記結晶構造を有する半導体膜中の酸素濃度を５×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３とする第４工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜の表面に形成された酸化膜を除去する第５工程と、
不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して前記結晶構造を有する半導体膜の表面を平坦化する第６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。
【請求項３】
絶縁表面上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第１工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜に金属元素を添加する第２工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜を加熱処理して結晶構造を有する半導体膜を形成した後、前記結晶構造を有する半導体膜の表面に形成された酸化膜を除去する第３工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜に酸素または水分子を含む雰囲気下でレーザー光を照射することによって酸素を導入し、前記結晶構造を有する半導体膜中の酸素濃度を５×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３とする第４工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜の表面に形成された酸化膜を除去する第５工程と、
不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して前記結晶構造を有する半導体膜の表面を平坦化する第６工程と、
前記金属元素をゲッタリングして前記結晶構造を有する半導体膜中の前記金属元素を除去または低減する第７工程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乃至請求項３のいずれか一において、
前記第１工程で形成される非晶質構造を有する半導体膜中の酸素濃度を５×１０１８／ｃｍ３未満と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乃至請求項４のいずれか一において、
前記第４工程で照射されるレーザー光のエネルギー密度は、前記第６工程で照射されるレーザー光のエネルギー密度よりも３０〜６０ｍＪ／ｃｍ２低い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、
前記金属元素は、珪素の結晶化を助長する金属元素であり、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕのうち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。
【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（以下、ＴＦＴという）で構成された回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置およびその様な電気光学装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【０００２】
なお、本明細書中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を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【０００３】
【従来の技術】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。
【０００４】
アクティブマトリクス型の液晶モジュールはその代表例として知られている。特に、結晶構造を有するシリコン膜（典型的にはポリシリコン膜）を活性層にしたＴＦＴ（以下、ポリシリコンＴＦＴと記す）は電界効果移動度が非晶質構造を有するシリコン（典型的にはアモルファスシリコン膜）よりも高いことから、最近では多用されている。
【０００５】
この結晶構造を有するシリコン膜を得る技術は、色々あるが、中でも、特開平8-78329号公報記載の技術は、非晶質シリコン膜に対して結晶化を助長する金属元素（代表的にはニッケル）を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がる結晶質シリコン膜を形成するものであり、他の技術と比較して得られる結晶粒のサイズは非常に大きく、電界効果移動度も高いため、いろいろな機能を備えた様々な回路を形成することも可能である。
【０００６】
例えば、上記公報の技術を用いれば、液晶表示装置に搭載される液晶モジュールには、機能ブロックごとに画像表示を行う画素部や、ＣＭＯＳ回路を基本としたシフトレジスタ回路、レベルシフタ回路、バッファ回路、サンプリング回路などの画素部を制御するための駆動回路が一枚の基板上に形成することができる。
【０００７】
また、上記公報技術は、金属元素を用いないで結晶化を行う場合と比べて金属元素の作用により非晶質シリコン膜の結晶化温度を５０〜１００℃程度下げることが可能であり、ガラス基板を用いても問題のないプロセスとすることができる。また、上記公報技術は、結晶化に要する時間も金属元素を用いないで結晶化を行う場合と比べ１／５〜１／１０に低減することができ、生産性においても優れたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の技術にさらなる新たな改良を加え、結晶構造を有する半導体膜の膜特性を向上する作製方法、並びにそのような半導体膜を活性層として用いた、電界効果移動度等のＴＦＴ特性に優れたＴＦＴ、およびその作製方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記諸問題を解決すべく、各種多方面から数多くの実験、検討を重ねたところ、結晶化の加熱処理を行う際には、結晶化を助長する金属元素が添加された非晶質構造を有する半導体膜中において、結晶化を阻害する酸素濃度を極力低減、具体的には５×１０18／ｃｍ3未満とすることが好ましく、加熱処理後に膜中に酸素を導入する処理を行うことによって、上記諸問題、特に電界効果移動度を向上させることができることを見い出し、本発明に至ったものである。
【００１０】
結晶構造を有する半導体膜中に酸素を導入する処理としては、オゾン水で前記結晶構造を有する半導体表面を酸化させた後、不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して、膜中の酸素濃度を５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3とすればよい。
【００１１】
或いは、結晶構造を有する半導体膜中に酸素を導入する他の処理としては、酸素または水分子を含む雰囲気下でレーザー光を照射して、膜中の酸素濃度を５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3とすればよい。
【００１２】
或いは、酸素または水分子を含む雰囲気下で電気炉等を用いて酸化を行った後、不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して、膜中の酸素濃度を５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3とすればよい。
【００１３】
或いは、半導体膜中に５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3の濃度となるように酸素をイオンドーピング法またはイオン注入法により添加した後、不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して、膜中の酸素濃度を５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3とすればよい。
【００１４】
また、半導体膜にレーザー光による照射を行った場合、半導体膜は表面から瞬時に溶融し、その後、基板への熱伝導のため溶融した半導体膜は基板側から冷却し凝固する。この凝固過程において再結晶化し、大粒径の結晶構造を有する半導体膜となるが、いったん溶融させるため、体積膨張が生じて半導体表面にリッジと呼ばれる凹凸が形成され、特にトップゲート型ＴＦＴの場合にはリッジのある表面がゲート絶縁膜との界面となるため、素子特性が大きく左右されていた。
【００１５】
そこで、本発明は、上記工程に加え、上記レーザー光照射後、半導体膜表面の酸化膜を除去し、さらに不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して結晶構造を有する半導体膜の表面を平坦化することを特徴としている。
【００１６】
ただし、第１のレーザー光で非晶質構造を有する膜の結晶化を行い第２のレーザー光で平坦化を行う技術（特開２００１−６０５５１号公報）とは異なっており、本発明は結晶構造を有する半導体膜に第１のレーザー光を照射するものである。また、本発明は、結晶化を助長する金属元素を添加して結晶構造を有する半導体膜を形成するものであり、金属元素を添加することによってさらに平坦性を向上させている。
【００１７】
本明細書で開示する作製方法に関する発明の構成１は、
絶縁表面上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第１工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜に金属元素を添加する第２工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜を加熱処理して結晶構造を有する半導体膜を形成した後、表面の酸化膜を除去する第３工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜に酸素を導入し、膜中の酸素濃度を５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3とする第４工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜表面の酸化膜を除去する第５工程と、
不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して前記結晶構造を有する半導体膜の表面を平坦化する第６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。
【００１８】
また、非晶質構造を有する半導体膜を加熱処理する際、表面に酸化膜が形成されるが、除去せずに酸素を導入する処理を行ってもよく、他の作製方法に関する発明の構成２は、
絶縁表面上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第１工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜に金属元素を添加する第２工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜を加熱処理して結晶構造を有する半導体膜を形成する第３工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜に酸素を導入し、膜中の酸素濃度を５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3とする第４工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜表面の酸化膜を除去する第５工程と、
不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して前記結晶構造を有する半導体膜の表面を平坦化する第６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。
【００１９】
また、本発明において、結晶化させようとする非晶質構造を有する半導体膜上に結晶化を助長する金属元素（代表的にはＮｉ）を添加するが、結晶化を助長する金属元素は、結晶化した後にゲッタリング技術等で除去することが望ましく、他の作製方法に関する発明の構成３は、
絶縁表面上に非晶質構造を有する半導体膜を形成する第１工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜に金属元素を添加する第２工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜を加熱処理して結晶構造を有する半導体膜を形成した後、表面の酸化膜を除去する第３工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜に酸素を導入し、膜中の酸素濃度を５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3とする第４工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜表面の酸化膜を除去する第５工程と、
不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して前記結晶構造を有する半導体膜の表面を平坦化する第６工程と、
前記金属元素をゲッタリングして結晶構造を有する半導体膜中の前記金属元素を除去または低減する第７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。
【００２０】
また、上記各構成において、前記第６工程で行うレーザー光のエネルギー密度を４３０〜５６０ｍＪ／ｃｍ2とし、前記第４工程で行うレーザー光の照射は、前記第６工程でのレーザー光よりも３０〜６０ｍＪ／ｃｍ2低いエネルギー密度（４００〜５００ｍＪ／ｃｍ2）のレーザー光を照射することを特徴としている。
【００２１】
また、上記作製方法により得られる結晶構造を有する半導体膜も本発明に含まれる。本発明の結晶構造を有する半導体膜を含む半導体装置の構成は、
チャネル形成領域とドレイン領域とソース領域とを有する半導体層と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを備えたＴＦＴを具備した半導体装置において、
前記半導体層中には金属元素を１×１０16／ｃｍ3〜５×１０18／ｃｍ3の濃度で含み、且つ、前記半導体層の表面は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で得られる表面平均粗さ（Ｒａ値）が２ｎｍ以下であることを特徴とする半導体装置である。
【００２２】
なお、上記構成において、前記金属元素は、珪素の結晶化を助長する金属元素であり、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明の結晶構造を有する半導体膜において、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で優れた平坦性を示すデータが得られると同時に、膜表面状態も非常に独特のデータが得られる。結晶化を助長する金属元素を用いなかった場合、リッジ（微小な凸部が連続して連なっている部分）で囲まれた亀甲模様が形成されるが、結晶化を助長する金属元素を用いて結晶化を行った本発明の結晶構造を有する半導体膜の表面状態は、図３に示すように多方向に分岐しているリッジで分けられた平坦部及び凹部を含む領域が複数存在している不規則な網目模様が観察できる。このリッジで挟まれた領域（平坦部及び凹部）が、同じ結晶配向を有している結晶粒の集合（ドメインとも呼ぶ）にほぼ対応している。
【００２４】
本発明の半導体膜は、図３に示すように、半導体膜表面において、不規則な網目模様を有し、凸部が連なって尾根状に延びているリッジは多方向に分岐し、該リッジで不規則に挟まれた平坦部及び凹部を含む領域における任意の２点間は、前記リッジにより阻まれない経路を少なくとも一つ有していることを特徴とする半導体膜である。なお、前記リッジは、複数回のレーザー光の照射により形成されている。
【００２５】
また、上記不規則な網目模様を有し、凸部が連なって尾根状に延びているリッジは、個々のドメイン境界とほぼ対応して同じ箇所に形成されている。個々のドメイン境界とリッジがほぼ対応していることは、同じ領域でＳＥＭ観察写真と反射電子回折パターン（ＥＢＳＰ：Electron Backscatter diffraction Pattern）による解析を用い、ユニークグレインマッピング（サンプルに電子ビームをスキャンし、各点における結晶配向を求めたのち、各測定点における結晶配向の隣接する点同士のずれが１５度未満の領域を区分する）と呼ばれる手法とによって確認することができる。即ち、リッジで不規則に挟まれた平坦部及び凹部を含む領域における任意の２点間は、前記リッジにより阻まれない経路を少なくとも一つ有しているということの他に、ドメイン境界に挟まれた領域における任意の２点間は、結晶配向の隣接する点同士のずれが１５度未満となっている経路を有しており、これらのことが電気特性、特に電界効果移動度の優れた半導体膜となっている原因ではないかと予想される。
【００２６】
また、上記表面状態及び結晶配向の特徴は、本発明、即ち、結晶化を助長する金属元素（代表的にはニッケル）を添加し、加熱処理を行って結晶化させ、さらに第１のレーザー光を照射した後、半導体膜表面の酸化膜を除去し、さらに不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して結晶構造を有する半導体膜の表面を平坦化して初めて見られる特徴的なものであり、他の手法では得られないものである。
【００２７】
また、上記半導体膜において、前記半導体膜中には金属元素を１×１０16／ｃｍ3〜５×１０18／ｃｍ3の濃度で含んでいる。また、上記半導体膜は平坦であり、表面平均粗さ（Ｒａ値）が２ｎｍ以下であることを特徴としている。
【００２８】
また、上記半導体膜を半導体装置の一部、例えばＴＦＴの活性層として用いることにより、優れた電気特性を有する半導体装置が得られる。
【００２９】
本発明の半導体装置の構成は、
チャネル形成領域とドレイン領域とソース領域とを有する半導体層と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを備えたＴＦＴを具備した半導体装置において、
前記半導体層の表面において、不規則な網目模様を有し、凸部が連なって尾根状に延びているリッジは多方向に分岐し、該リッジで不規則に挟まれた平坦部及び凹部を含む領域における任意の２点間は、前記リッジにより阻まれない経路を少なくとも一つ有していることを特徴とする半導体装置である。上記半導体層において、半導体層中には金属元素を１×１０16／ｃｍ3〜５×１０18／ｃｍ3の濃度で含んでいる。また、上記半導体層は平坦であり、表面平均粗さ（Ｒａ値）が２ｎｍ以下である。
【００３０】
従来の固相成長法で結晶化させた場合、結晶構造は双晶構造となり、結晶粒内に多数の双晶欠陥を含む半導体膜となるのに対し、本発明で得られる半導体膜には柱状の結晶粒の集合（ドメイン）が多数形成され、ある結晶粒の集合（ドメイン）における全ての結晶粒は同じ結晶配向を有していると考えられ、その結晶粒の集合（ドメイン）のサイズは約１μｍ以上、大きいものでは数十μｍの大きさを有している。
【００３１】
また、この一つのドメイン内においては、粒界に含まれる欠陥（シリコンの未結合手）の数が従来の固相成長法等で得られる結晶粒界に比べて非常に少なく、電気的障壁が小さい。即ち、この一つのドメイン内は近似的に単結晶に近く、ドメインの大きさが大きいほど膜特性が優れていると考えられる。
【００３２】
また、隣りあう結晶の集合（ドメイン）とは、配向が異なっており各集合間に境界（微小な凸部が連続して連なっている部分）を有している。同様にＳＥＭ観察によっても表面状態が観察できる。
【００３３】
なお、図３は、加熱処理によって結晶化を行った後、膜中に酸素を導入する工程として酸素を含む雰囲気でレーザー光を照射し、表面の酸化膜を除去した後、窒素雰囲気でレーザー光を照射して平坦化した後のＡＦＭ観察図である。一方、図２は、加熱処理によって結晶化を行った後、膜中に酸素を導入する工程として酸素を含む雰囲気でレーザー光を照射した後のＡＦＭ観察図であるが、ドメイン境界を観察することは困難である。これらのことから、表面の酸化膜を除去した後、不活性雰囲気または真空中でレーザー光を照射することによって個々のドメイン境界をＡＦＭやＳＥＭで確認することができる。ただし、不活性雰囲気または真空中でレーザー光を照射しても、膜表面が平坦となり個々のドメインを明確に観測できるようになること以外は、半導体膜およびその結晶状態にほとんど変化を与えない。即ち、本発明で得られるドメインの大きさは、不活性雰囲気または真空中でレーザー光を照射する前に行われる工程（非晶質構造を有する半導体膜の形成工程、結晶化の加熱処理、酸素の導入工程等）によって決定される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について説明する。
【００３５】
以下に、本発明における結晶構造を有する半導体膜の作製例を図１に示す。
【００３６】
まず、基板１０上に非晶質構造を有する半導体膜１１を形成する。（図１（Ａ））基板１０としては、ガラス基板や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、処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００３７】
なお、基板１０からの不純物の拡散を防止する必要があれば、下地絶縁膜を形成し、その上に非晶質構造を有する半導体膜膜を形成してもよい。下地絶縁膜としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜を形成すればよい。ただし、ガラス基板を用いる場合は、下地絶縁膜を形成することが好ましい。
【００３８】
また、非晶質構造を有する半導体膜１１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法で、１０〜１００nmの厚さに形成する。なお、成膜直後の非晶質構造を有する半導体膜１１に含まれる酸素濃度（ＳＩＭＳ測定による）は、１×１０18／ｃｍ3〜４×１０18／ｃｍ3、概ね３×１０18／ｃｍ3前後とすることが重要である。
【００３９】
次いで、非晶質構造を有する半導体膜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添加領域を起点として広がる結晶構造を有す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半導体膜の表面に、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１２を形成する。塗布によるニッケル含有層１２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１２を形成してもよい。（図１（Ｂ））
【００４０】
次いで、加熱処理を行い、結晶化を行う。（図１（Ｃ））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、それを核として結晶化が進行する。こうして、結晶構造を有する半導体膜１３が形成される。なお、この加熱処理による結晶化前後での半導体膜１３に含まれる酸素濃度は、ほとんど変化せず、５×１０18／ｃｍ3未満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組み合わせ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３０〜６０秒点灯させ、それを１回〜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半導体膜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、結晶化は短時間で行う強光の照射により結晶化を行うことが好ましい。
【００４１】
このようにして得られる結晶構造を有する半導体膜１３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、平均的な濃度とすれば、１×１０19/cm3を越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、公知のゲッタリング方法で当該元素を除去すればよい。
【００４２】
なお、図示しないが、半導体膜１３上には、上記加熱処理により薄い酸化膜（自然酸化膜を含む）が形成されている。
【００４３】
次いで、半導体膜表面の酸化膜を希フッ酸等で除去した後、膜中に酸素を導入する工程を行う。（図１（Ｄ））
【００４４】
膜中への酸素の導入方法としては、表面に酸化膜（図示しない）を形成した後、不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して、結晶構造を有する半導体膜１４ａ中の酸素濃度を５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3、好ましくは２×１０19／ｃｍ3より高い濃度とすればよい。代表的には、オゾン水を用いて表面に酸化膜を形成すればよい。また、他の酸化膜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半導体膜の表面を酸化して形成してもよい。また、他の酸化膜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も良い。
【００４５】
或いは、半導体膜中に酸素を導入する他の処理としては、酸素または水分子を含む雰囲気下でレーザー光を照射して、膜中の酸素濃度を５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3とすればよい。
【００４６】
或いは、半導体膜中に酸素を導入する他の処理としては、半導体膜中に５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3の濃度となるように酸素をイオンドーピング法またはイオン注入法により添加した後、不活性気体雰囲気または真空中でレーザー光を照射して、膜中の酸素濃度を５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3とすればよい。イオンドーピング法やイオン注入法を用いれば、膜中の酸素濃度を自由に設定でき、導入の際に半導体に与えるダメージは、後のレーザー光により修復すればよい。
【００４７】
非晶質構造を有する半導体膜を結晶化させる際には、酸素が膜中に極力含まれないようにすることが必要であるが、レーザーを照射する際には酸素は多いほうが良好の結晶が形成されやすく、ＴＦＴの活性層に用いた場合、電界効果移動度等のＴＦＴ電気特性も高い値を示す。
【００４８】
ここで、酸素を含む雰囲気下でレーザー光（４５２．５ｍＪ／ｃｍ2）を照射し、ＡＦＭで観察した図が図２である。ＡＦＭでは、４μｍ×４μｍの領域において、Ｒａが１０．４９ｎｍ、Ｒｍｓが１２．９７ｎｍ、Ｐ−Ｖ値が９１．３２ｎｍを示している。レーザー光の照射前の半導体膜の膜厚が約５０ｎｍであることを考えると、非常に大きな凹凸がレーザー光の照射によって形成されている。
【００４９】
また、ここでは酸素を導入する工程の前に表面の酸化膜を除去したが、除去せず、レーザー光の照射、或いは上記酸素を導入する工程を行ってもよい。
【００５０】
また、酸素を導入する工程の際にレーザー光を照射した場合、窒素雰囲気または真空中においても、微量な酸素によって薄い酸化膜（ここでは図示しない）が形成される。また、レーザー光を照射しない場合においても大気に触れれば自然酸化膜（ここでは図示しない）が形成される。
【００５１】
次いで、半導体膜表面の酸化膜（自然酸化膜を含む）を希フッ酸等で除去して結晶構造を有する半導体膜１４ｂを得る。（図１（Ｅ））
【００５２】
次いで、結晶構造を有する半導体膜１４ｂに対してレーザー光（４３０〜５６０ｍＪ／ｃｍ2）を窒素雰囲気または真空で照射する。（図１（Ｆ））前の工程である酸素の導入工程においてレーザー光を照射する場合、そのエネルギー密度は、図１（Ｆ）でのレーザー光よりも３０〜６０ｍＪ／ｃｍ2低いエネルギー密度（４００〜５００ｍＪ／ｃｍ2）とするとリッジが低減、即ち、平坦化される。平坦化された半導体膜表面におけるＲａは、２ｎｍ以下、Ｒｍｓは、２ｎｍ以下、凹凸のＰ―Ｖ値は５０ｎｍ以下とすることができる。
【００５３】
ここで、窒素雰囲気下でレーザー光（５０１ｍＪ／ｃｍ2）を照射し、ＡＦＭで観察した図が図３である。図３に示すＡＦＭでは、４μｍ×４μｍの領域において、Ｒａが２．１３７ｎｍ、Ｒｍｓが２．６１３ｎｍ、Ｐ−Ｖ値が２０．２３ｎｍであるデータを示している。
【００５４】
第１のレーザー光の照射後と、第２のレーザー光照射後の半導体膜における表面粗さ（Ｐ−Ｖ値、Ｒａ、Ｒｍｓ）をＡＦＭでそれぞれ測定した実験結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
0004024508.tif 000002
【００５６】
なお、表１は、５０μｍ×５０μｍの領域において、Ｒａが１．２９ｎｍ、Ｒｍｓが１．７３ｎｍ、Ｐ−Ｖ値が３６．４５ｎｍであるデータを示している。
【００５７】
こうして得られる結晶構造を有する半導体膜１５には柱状の結晶粒の集合（ドメイン）が多数形成され、ある結晶粒の集合（ドメイン）における全ての結晶粒は同じ結晶配向を有していると考えられ、その結晶粒の集合（ドメイン）のサイズは約１μｍ以上、大きいものでは数十μｍの大きさを有している。この結晶構造を有する半導体膜１５を活性層として用いた場合、電界効果移動度等のＴＦＴ特性に優れたＴＦＴが得られる。
【００５８】
なお、本明細書中において「活性層」とは、ＴＦＴにおいて少なくともチャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領域を備えている半導体層を指している。
【００５９】
また、比較のため、金属元素を添加せずに加熱処理を行い結晶化させた後、同様に第１のレーザー光の照射後と、第２のレーザー光照射後の半導体膜における表面粗さ（Ｐ−Ｖ値、Ｒａ、Ｒｍｓ）をＡＦＭでそれぞれ測定した実験結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
0004024508.tif 000003
【００６１】
表１、表２より、金属元素を添加して結晶化したほうが、レーザー光照射後における平坦性に優れていることが読み取れる。特に、第２のレーザー光照射後、Ｐ−Ｖ値においては２０．２３ｎｍ、Ｒａにおいては１．２９ｎｍ、Ｒｍｓにおいては１．７３ｎｍと非常に平坦になっている。なお、測定領域は、４μｍ×４μｍと５０μｍ×５０μｍでそれぞれ行った。ただし、表２の５０μｍ×５０μｍにおける第２のレーザー照射後のＰ−Ｖ値の値は異常であるため、ここでは信頼できる値と見なしていない。
【００６２】
また、特開２００１−６０５５１号公報には、第１のレーザー光で結晶化を行い、第２のレーザー光による照射で半導体膜を平坦化させることの記載はあるが、上記金属元素の添加による平坦性の向上に関する記載はなく、本発明は、全く新規なものである。
【００６３】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【００６４】
（実施例）
［実施例１］
本発明の実施例を図４〜図６を用いて説明する。ここでは、同一基板上に画素部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴ）を同時に作製する方法について詳細に説明する。
【００６５】
まず、基板１００上に下地絶縁膜１０１を形成し、上記実施の形態に従って結晶構造を有する半導体膜を得た後、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層１０２〜１０６を形成する。
【００６６】
基板１００としては、ガラス基板（＃１７３７）を用い、下地絶縁膜１０１としては、プラズマＣＶＤ法で成膜温度４００℃、原料ガスＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜１０１ａ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を５０nm（好ましくは１０〜２００nm）形成する。次いで、表面をオゾン水で洗浄した後、表面の酸化膜を希フッ酸（１／１００希釈）で除去する。次いでプラズマＣＶＤ法で成膜温度４００℃、原料ガスＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜１０１ｂ（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を１００ｎｍ（好ましくは５０〜２００nm）の厚さに積層形成し、さらに大気解放せずにプラズマＣＶＤ法で成膜温度３００℃、成膜ガスＳｉＨ4で非晶質構造を有する半導体膜（ここではアモルファスシリコン膜）を５４ｎｍの厚さ（好ましくは２５〜８０ｎｍ）で形成する。なお、非晶質構造を有する半導体膜中の酸素濃度は、１×１０18／ｃｍ3〜４×１０18／ｃｍ3とすることが望ましい。
【００６７】
本実施例では下地膜１０１を２層構造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造として形成しても良い。また、半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉXＧｅ1-X（Ｘ＝０．０００１〜０．０２））合金などを用い、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により形成すればよい。また、プラズマＣＶＤ装置は、枚葉式の装置でもよいし、バッチ式の装置でもよい。また、同一の成膜室で大気に触れることなく下地絶縁膜と半導体膜とを連続成膜してもよい。
【００６８】
次いで、非晶質構造を有する半導体膜の表面を洗浄した後、オゾン水で表面に約２ｎｍの極薄い酸化膜を形成する。
【００６９】
この後、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（チャネルドーピングとも呼ばれる）を行ってもよい。ドーピングを行う場合、例えば、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法を用い、ドーピング条件を加速電圧１５ｋＶ、ジボランを水素で１％に希釈したガス流量３０ｓｃｃｍ、ドーズ量２×１０12／ｃｍ2で非晶質シリコン膜にボロンを添加する。
【００７０】
次いで、重量換算で１０ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布する。塗布に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。
【００７１】
次いで、加熱処理を行い結晶化させて結晶構造を有する半導体膜を形成する。この加熱処理は、電気炉の熱処理または強光の照射を用いればよい。電気炉の熱処理で行う場合は、５００℃〜６５０℃で４〜２４時間で行えばよい。ここでは脱水素化のための熱処理（５００℃、１時間）の後、結晶化のための熱処理（５５０℃、４時間）を行って結晶構造を有するシリコン膜を得る。なお、ここでは炉を用いた熱処理を用いて結晶化を行ったが、ランプアニール装置で結晶化を行ってもよい。
【００７２】
次いで、結晶構造を有するシリコン膜表面の酸化膜を希フッ酸等で除去した後、膜中に酸素を導入する工程を行う。本実施例では、オゾン水で薄い酸化膜（膜厚１〜１０ｎｍ）を形成した後、窒素雰囲気でレーザー光（繰り返し周波数３０Ｈｚ、エネルギー密度４５２．５mJ/cm2でエキシマレーザー光）を照射する。この酸素を導入する工程によって、結晶構造を有する半導体膜中の酸素濃度を５×１０18／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3、好ましくは２×１０19／ｃｍ3より高い濃度とする。
【００７３】
なお、レーザー光には波長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ー光を用い、当該レーザー光を光学系にて１００〜５００mJ/cm2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。また、パルス発振のエキシマレーザー光に限定されず、連続発振のエキシマレーザー光を用いてもよい。
【００７４】
次いで、上記レーザー光の照射により形成された酸化膜を希フッ酸で除去した後、再度レーザー光の照射を窒素雰囲気、或いは真空中で行い、半導体膜表面を平坦化する。本実施例では、窒素雰囲気でレーザー光（繰り返し周波数３０Ｈｚ、エネルギー密度５０１mJ/cm2でエキシマレーザー光）を照射する。ＡＦＭで測定すると平坦化された半導体膜表面におけるＲａは、２ｎｍ以下、Ｒｍｓは、２ｎｍ以下、凹凸のＰ―Ｖ値は５０ｎｍ以下となる。
【００７５】
次いで、オゾン水で表面を１２０秒処理して合計１〜５ｎｍの酸化膜からなるバリア層を形成する。
【００７６】
次いで、バリア層上にスパッタ法にてゲッタリングサイトとなるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を膜厚１５０ｎｍで形成する。本実施例のスパッタ法による成膜条件は、成膜圧力を０．３Ｐａとし、ガス（Ａｒ）流量を５０（sccm）とし、成膜パワーを３ｋＷとし、基板温度を１５０℃とする。なお、上記条件での非晶質シリコン膜に含まれるアルゴン元素の原子濃度は、３×１０20／ｃｍ3〜６×１０20／ｃｍ3、酸素の原子濃度は１×１０19／ｃｍ3〜３×１０19／ｃｍ3である。その後、ランプアニール装置を用いて６５０℃、３分の熱処理を行いゲッタリングする。
【００７７】
次いで、バリア層をエッチングストッパーとして、ゲッタリングサイトであるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去する。なお、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、酸化膜からなるバリア層をゲッタリング後に除去することが望ましい。
【００７８】
また、ここでは、アルゴンを含む半導体膜をゲッタリングサイトとしてゲッタリングを行う例を示したが、アルゴンを含む半導体膜に代えて、リンまたはボロンを含む半導体膜を用いてもよい。また、他のゲッタリング方法を用いてもよく、リンまたはボロンを選択的にドーピングを行ってゲッタリングサイトを形成し、加熱処理を行ってゲッタリングを行ってもよいし、ハロゲンガス雰囲気中で加熱処理を行ってゲッタリングを行ってもよい。
【００７９】
次いで、得られた結晶構造を有するシリコン膜（ポリシリコン膜とも呼ばれる）の表面にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、レジストからなるマスクを形成し、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層１０２〜１０６を形成する。半導体層を形成した後、レジストからなるマスクを除去する。
【００８０】
次いで、フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時にシリコン膜の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜１０７となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１５ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成する。
【００８１】
次いで、図４（Ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜１０８ａと、膜厚１００〜５００ｎｍの第２の導電膜１０８ｂとを積層形成する。本実施例では、ゲート絶縁膜１０７上に膜厚５０ｎｍの窒化タンタル膜、膜厚３７０ｎｍのタングステン膜を順次積層する。
【００８２】
第１の導電膜及び第２の導電膜を形成する導電性材料としてはＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ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もしくは化合物材料で形成する。また、第１の導電膜及び第２の導電膜としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、２層構造に限定されず、例えば、膜厚５０ｎｍのタングステン膜、膜厚５００ｎｍのアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、膜厚３０ｎｍの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、第１の導電膜の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、第２の導電膜の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、第３の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また、単層構造であってもよい。
【００８３】
次に、図４（Ｂ）に示すように光露光工程によりレジストからなるマスク１１０〜１１５を形成し、ゲート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。エッチングにはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いると良い。ＩＣＰエッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節することによって所望のテーパー形状に膜をエッチングすることができる。なお、エッチング用ガスとしては、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＣＣｌ4などを代表とする塩素系ガスまたはＣＦ4、ＳＦ6、ＮＦ3などを代表とするフッ素系ガス、またはＯ2を適宜用いることができる。
【００８４】
本実施例では、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。第１のエッチング条件でのＷに対するエッチング速度は２００．３９ｎｍ／ｍｉｎ、ＴａＮに対するエッチング速度は８０．３２ｎｍ／ｍｉｎであり、ＴａＮに対するＷの選択比は約２．５である。また、この第１のエッチング条件によって、Ｗのテーパー角は、約２６°となる。この後、レジストからなるマスク１１０〜１１５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。第２のエッチング条件でのＷに対するエッチング速度は５８．９７ｎｍ／ｍｉｎ、ＴａＮに対するエッチング速度は６６．４３ｎｍ／ｍｉｎである。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。
【００８５】
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°とすればよい。
【００８６】
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１１７〜１２１（第１の導電層１１７ａ〜１２１ａと第２の導電層１１７ｂ〜１２１ｂ）を形成する。ゲート絶縁膜となる絶縁膜１０７は、１０〜２０nm程度エッチングされ、第１の形状の導電層１１７〜１２１で覆われない領域が薄くなったゲート絶縁膜１１６となる。
【００８７】
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。ここでは、エッチング用ガスにＳＦ6とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２４／１２／２４（ｓｃｃｍ）とし、１．３Paの圧力でコイル型の電極に７００W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２５秒行った。基板側（試料ステージ）にも１０W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。第２のエッチング処理でのＷに対するエッチング速度は２２７．３ｎｍ／ｍｉｎ、ＴａＮに対するエッチング速度は３２．１ｎｍ／ｍｉｎであり、ＴａＮに対するＷの選択比は７．１であり、絶縁膜１１６であるＳｉＯＮに対するエッチング速度は３３．７ｎｍ／ｍｉｎであり、ＳｉＯＮに対するＷの選択比は６．８３である。このようにエッチングガス用ガスにＳＦ6を用いた場合、絶縁膜１１６との選択比が高いので膜減りを抑えることができる。本実施例では絶縁膜１１６において約８ｎｍしか膜減りが起きない。
【００８８】
この第２のエッチング処理によりＷのテーパー角は７０°となった。この第２のエッチング処理により第２の導電層１２４ｂ〜１２９ｂを形成する。一方、第１の導電層は、ほとんどエッチングされず、第１の導電層１２４ａ〜１２９ａとなる。なお、第１の導電層１２４ａ〜１２９ａは、第１の導電層１１７ａ〜１２２ａとほぼ同一サイズである。実際には、第１の導電層の幅は、第２のエッチング処理前に比べて約０．３μｍ程度、即ち線幅全体で０．６μｍ程度後退する場合もあるがほとんどサイズに変化がない。
【００８９】
また、２層構造に代えて、膜厚５０ｎｍのタングステン膜、膜厚５００ｎｍのアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、膜厚３０ｎｍの窒化チタン膜を順次積層した３層構造とした場合、第１のエッチング処理の第１のエッチング条件としては、ＢＣｌ3とＣｌ2とＯ2とを原料ガスに用い、それぞれのガス流量比を６５／１０／５（ｓｃｃｍ）とし、基板側（試料ステージ）に３００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、１．２Ｐａの圧力でコイル型の電極に４５０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して１１７秒のエッチングを行えばよく、第１のエッチング処理の第２のエッチング条件としては、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、基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、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えばよく、第２のエッチング処理としてはＢＣｌ3とＣｌ2を用い、それぞれのガス流量比を２０／６０（sccm）とし、基板側（試料ステージ）には１００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、１．２Ｐａの圧力でコイル型の電極に６００Ｗ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えばよい。
【００９０】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、第１のドーピング処理を行って図４（Ｄ）の状態を得る。ドーピング処理はイオンドープ法、も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１．５×１０14atoms/cm2とし、加速電圧を６０〜１００ｋｅＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いる。この場合、第１の導電層及び第２の導電層１２４〜１２８がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第１の不純物領域１３０〜１３４が形成される。第１の不純物領域１３０〜１３４には１×１０16〜１×１０17/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。ここでは、第１の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をｎ--領域とも呼ぶ。
【００９１】
なお、本実施例ではレジストからなるマスクを除去した後、第１のドーピング処理を行ったが、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ってもよい。
【００９２】
次いで、図５（Ａ）に示すようにレジストからなるマスク１３５〜１３７を形成し第２のドーピング処理を行う。マスク１３５は駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域を保護するマスクであり、マスク１３６は駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴの一つを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域を保護するマスクであり、マスク１３７は画素部のＴＦＴを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域と保持容量となる領域とを保護するマスクである。
【００９３】
第２のドーピング処理におけるイオンドープ法の条件はドーズ量を１．５×１０15atoms/cm2とし、加速電圧を６０〜１００ｋｅＶとしてリン（Ｐ）をドーピングする。ここでは、第２の導電層１２４ｂ〜１２６ｂをマスクとして各半導体層に不純物領域が自己整合的に形成される。勿論、マスク１３５〜１３７で覆われた領域には添加されない。こうして、第２の不純物領域１３８〜１４０と、第３の不純物領域１４２が形成される。第２の不純物領域１３８〜１４０には１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加されている。ここでは、第２の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をｎ+領域とも呼ぶ。
【００９４】
また、第３の不純物領域は第１の導電層により第２の不純物領域よりも低濃度に形成され、１×１０18〜１×１０19/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加されることになる。なお、第３の不純物領域は、テーパー形状である第１の導電層の部分を通過させてドーピングを行うため、テーパ−部の端部に向かって不純物濃度が増加する濃度勾配を有している。ここでは、第３の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をｎ-領域とも呼ぶ。また、マスク１３６、１３７で覆われた領域は、第２のドーピング処理で不純物元素が添加されず、第１の不純物領域１４４、１４５となる。
【００９５】
次いで、レジストからなるマスク１３５〜１３７を除去した後、新たにレジストからなるマスク１４６〜１４８を形成して図５（Ｂ）に示すように第３のドーピング処理を行う。
【００９６】
駆動回路において、上記第３のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層および保持容量を形成する半導体層にｐ型の導電型を付与する不純物元素が添加された第４の不純物領域１４９、１５０及び第５の不純物領域１５１、１５２を形成する。
【００９７】
また、第４の不純物領域１４９、１５０には１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度範囲でｐ型を付与する不純物元素が添加されるようにする。尚、第４の不純物領域１４９、１５０には先の工程でリン（Ｐ）が添加された領域（ｎ--領域）であるが、ｐ型を付与する不純物元素の濃度がその１．５〜３倍添加されていて導電型はｐ型となっている。ここでは、第４の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をｐ+領域とも呼ぶ。
【００９８】
また、第５の不純物領域１５１、１５２は第２の導電層１２５ａのテーパー部と重なる領域に形成されるものであり、１×１０18〜１×１０20/cm3の濃度範囲でｐ型を付与する不純物元素が添加されるようにする。ここでは、第５の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をｐ-領域とも呼ぶ。
【００９９】
以上までの工程でそれぞれの半導体層にｎ型またはｐ型の導電型を有する不純物領域が形成される。導電層１２４〜１２７はＴＦＴのゲート電極となる。また、導電層１２８は画素部において保持容量を形成する一方の電極となる。さらに、導電層１２９は画素部においてソース配線を形成する。
【０１００】
次いで、ほぼ全面を覆う絶縁膜（図示しない）を形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍの酸化シリコン膜を形成した。勿論、この絶縁膜は酸化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコン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。
【０１０１】
次いで、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）、或いはＹＡＧレーザーまたはエキシマレーザーを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処理、或いはこれらの方法のうち、いずれかと組み合わせた方法によって行う。
【０１０２】
また、本実施例では、上記活性化の前に絶縁膜を形成した例を示したが、上記活性化を行った後、絶縁膜を形成する工程としてもよい。
【０１０３】
次いで、窒化シリコン膜からなる第１の層間絶縁膜１５３を形成して熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行い、半導体層を水素化する工程を行う。（図５（Ｃ））この工程は第１の層間絶縁膜１５３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。酸化シリコン膜からなる絶縁膜（図示しない）の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。ただし、本実施例では、第２の導電層としてアルミニウムを主成分とする材料を用いているので、水素化する工程において第２の導電層が耐え得る熱処理条件とすることが重要である。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）を行っても良い。
【０１０４】
次いで、第１の層間絶縁膜１５３上に有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜１５４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する。次いで、ソース配線１２９に達するコンタクトホールと、導電層１２７、１２８に達するコンタクトホールと、各不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。本実施例では複数のエッチング処理を順次行う。本実施例では第１の層間絶縁膜をエッチングストッパーとして第２の層間絶縁膜をエッチングした後、絶縁膜（図示しない）をエッチングストッパーとして第１の層間絶縁膜をエッチングしてから絶縁膜（図示しない）をエッチングした。
【０１０５】
その後、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどを用いて配線及び画素電極を形成する。これらの電極及び画素電極の材料は、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。こうして、ソース電極またはドレイン電極１５５〜１６０、ゲート配線１６２、接続配線１６１、画素電極１６３が形成される。
【０１０６】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ２０１、ｐチャネル型ＴＦＴ２０２、ｎチャネル型ＴＦＴ２０３を有する駆動回路２０６と、ｎチャネル型ＴＦＴからなる画素ＴＦＴ２０４、保持容量２０５とを有する画素部２０７を同一基板上に形成することができる。（図６）本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１０７】
画素部２０７において、画素ＴＦＴ２０４（ｎチャネル型ＴＦＴ）にはチャネル形成領域１６７、ゲート電極を形成する導電層１２７の外側に形成される第１の不純物領域（ｎ--領域）１４５とソース領域として機能する第２の不純物領域（ｎ+領域）１４０を有している。また、保持容量２０５の一方の電極として機能する半導体層には第４の不純物領域１５０、第５の不純物領域１５２が形成されている。なお、保持容量２０５の一方の電極として機能する半導体層の表面は平坦とする、具体的には、ＡＦＭにより得られるＲａを２ｎｍ以下、Ｒｍｓを２ｎｍ以下、Ｐ―Ｖ値を５０ｎｍ以下とすることによって、リーク電流の低減及び信頼性の向上を図ることができる。保持容量２０５は、絶縁膜（ゲート絶縁膜と同一膜）１１６を誘電体として、第２の電極１２８と、半導体層１５０、１５２、１６８とで形成されている。
【０１０８】
また、駆動回路２０６において、ｎチャネル型ＴＦＴ２０１（第１のｎチャネル型ＴＦＴ）はチャネル形成領域１６４、ゲート電極を形成する導電層１２４の一部と絶縁膜を介して重なる第３の不純物領域（ｎ-領域）１４２とソース領域またはドレイン領域として機能する第２の不純物領域（ｎ+領域）１３８を有している。
【０１０９】
また、駆動回路２０６において、ｐチャネル型ＴＦＴ２０２にはチャネル形成領域１６５、ゲート電極を形成する導電層１２５の一部と絶縁膜を介して重なる第５不純物領域（ｐ-領域）１５１とソース領域またはドレイン領域として機能する第４の不純物領域（ｐ+領域）１４９を有している。
【０１１０】
また、駆動回路２０６において、ｎチャネル型ＴＦＴ２０３（第２のｎチャネル型ＴＦＴ）にはチャネル形成領域１６６、ゲート電極を形成する導電層１２６の外側に第１の不純物領域（ｎ--領域）１４４とソース領域またはドレイン領域として機能する第２の不純物領域（ｎ+領域）１３９を有している。
【０１１１】
これらのＴＦＴ２０１〜２０３を適宜組み合わせてシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成し、駆動回路２０６を形成すればよい。例えば、ＣＭＯＳ回路を形成する場合には、ｎチャネル型ＴＦＴ２０１とｐチャネル型ＴＦＴ２０２を相補的に接続して形成すればよい。
【０１１２】
特に、駆動電圧が高いバッファ回路には、ホットキャリア効果による劣化を防ぐ目的から、ｎチャネル型ＴＦＴ２０３の構造が適している。
【０１１３】
また、信頼性が最優先とされる回路には、ＧＯＬＤ構造であるｎチャネル型ＴＦＴ２０１の構造が適している。
【０１１４】
また、本実施例では反射型の表示装置を形成するためのアクティブマトリクス基板を作製する例を示したが、画素電極を透明導電膜で形成すると、フォトマスクは１枚増えるものの、透過型の表示装置を形成することができる。
【０１１５】
なお、本明細書中において「電極」とは、「配線」の一部であり、他の配線との電気的接続を行う箇所、または半導体層と交差する箇所を指す。従って、説明の便宜上、「配線」と「電極」とを使い分けるが、「電極」という文言に「配線」は常に含められているものとする。
【０１１６】
［実施例２］
本実施例では、実施例１で作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス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７を用いる。
【０１１７】
まず、実施例１に従い、図６の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図６のアクティブマトリクス基板上に配向膜を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜を形成する前に、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。
【０１１８】
次いで、対向基板を用意する。この対向基板には、着色層、遮光層が各画素に対応して配置されたカラーフィルタが設けられている。また、駆動回路の部分にも遮光層を設けた。このカラーフィルタと遮光層とを覆う平坦化膜を設けた。次いで、平坦化膜上に透明導電膜からなる対向電極を画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜を形成し、ラビング処理を施した。
【０１１９】
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で貼り合わせる。シール材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。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにしてアクティブマトリクス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、公知の技術を用いて偏光板等を適宜設けた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０１２０】
こうして得られた液晶モジュールの構成を図７の上面図を用いて説明する。
【０１２１】
アクティブマトリクス基板３０１の中央には、画素部３０４が配置されている。画素部３０４の上側には、ソース信号線を駆動するためのソース信号線駆動回路３０２が配置されている。画素部３０４の左右には、ゲート信号線を駆動するためのゲート信号線駆動回路３０３が配置されている。本実施例に示した例では、ゲート信号線駆動回路３０３は画素部に対して左右対称配置としているが、これは片側のみの配置でも良く、液晶モジュールの基板サイズ等を考慮して、設計者が適宜選択すれば良い。ただし、回路の動作信頼性や駆動効率等を考えると、図７に示した左右対称配置が望ましい。
【０１２２】
各駆動回路への信号の入力は、フレキシブルプリント基板（Flexible Print Circuit：ＦＰＣ）３０５から行われる。ＦＰＣ３０５は、基板３０１の所定の場所まで配置された配線に達するように、層間絶縁膜および樹脂膜にコンタクトホールを開口し、接続電極３０９を形成した後、異方性導電膜等を介して圧着される。本実施例においては、接続電極はＩＴＯを用いて形成した。
【０１２３】
駆動回路、画素部の周辺には、基板外周に沿ってシール剤３０７が塗布され、あらかじめアクティブマトリクス基板上に形成されたスペーサ３１０によって一定のギャップ（基板３０１と対向基板３０６との間隔）を保った状態で、対向基板３０６が貼り付けられる。その後、シール剤３０７が塗布されていない部分より液晶素子が注入され、封止剤３０８によって密閉される。以上の工程により、液晶モジュールが完成する。
【０１２４】
また、ここでは全ての駆動回路を基板上に形成した例を示したが、駆動回路の一部に数個のＩＣを用いてもよい。
【０１２５】
［実施例３］
実施例１では画素電極が反射性を有する金属材料で形成された反射型の表示装置の例を示したが、本実施例では画素電極を透光性を有する導電膜で形成した透過型の表示装置の例を示す。
【０１２６】
層間絶縁膜を形成する工程までは実施例１と同じであるので、ここでは省略する。実施例１に従って層間絶縁膜を形成した後、透光性を有する導電膜からなる画素電極６０１を形成する。透光性を有する導電膜としては、ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いればよい。
【０１２７】
その後、層間絶縁膜６００にコンタクトホールを形成する。次いで、画素電極と重なる接続電極６０２を形成する。この接続電極６０２は、コンタクトホールを通じてドレイン領域と接続されている。また、この接続電極と同時に他のＴＦＴのソース電極またはドレイン電極も形成する。
【０１２８】
また、ここでは全ての駆動回路を基板上に形成した例を示したが、駆動回路の一部に数個のＩＣを用いてもよい。
【０１２９】
以上のようにしてアクティブマトリクス基板が形成される。このアクティブマトリクス基板を用い、実施例２に従って液晶モジュールを作製し、バックライト６０４、導光板６０５を設け、カバー６０６で覆えば、図８にその断面図の一部を示したようなアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。なお、カバーと液晶モジュールは接着剤や有機樹脂を用いて貼り合わせる。また、基板と対向基板を貼り合わせる際、枠で囲んで有機樹脂を枠と基板との間に充填して接着してもよい。また、透過型であるので偏光板６０３は、アクティブマトリクス基板と対向基板の両方に貼り付ける。
【０１３０】
［実施例４］
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ＥＣモジュール）を完成させることができる。即ち、それらを組み込んだ電子機器全てを完成させることができる。
【０１３１】
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９〜図１１に示す。
【０１３２】
図９（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。
【０１３３】
図９（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。
【０１３４】
図９（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。
【０１３５】
図９（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。
【０１３６】
図９（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。
【０１３７】
図９（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。
【０１３８】
図１０（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。実施例３を投射装置２６０１の一部を構成する液晶モジュール２８０８に適用し、装置全体を完成させることができる。
【０１３９】
図１０（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。実施例３を投射装置２７０２の一部を構成する液晶モジュール２８０８に適用し、装置全体を完成させることができる。
【０１４０】
なお、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）及び図１０（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１０（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。
【０１４１】
また、図１０（Ｄ）は、図１０（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１０（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。
【０１４２】
ただし、図１０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での適用例は図示していない。
【０１４３】
図１１（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。
【０１４４】
図１１（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。
【０１４５】
図１１（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。
【０１４６】
ちなみに図１１（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。
【０１４７】
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１〜３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。
【０１４８】
【発明の効果】
本発明により、結晶構造を有する半導体膜１５には柱状の結晶粒の集合（ドメイン）が多数形成され、ある結晶粒の集合（ドメイン）における全ての結晶粒は同じ結晶配向を有していると考えられ、その結晶粒の集合（ドメイン）のサイズは約１μｍ以上、大きいものでは数十μｍの大きさを有している。この結晶構造を有する半導体膜を活性層として用いた場合、電界効果移動度等のＴＦＴ特性に優れたＴＦＴが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の作製工程を示す図。
【図２】    ＡＦＭによる観察図。
【図３】    ＡＦＭによる観察図。
【図４】    アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図５】    アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図６】    アクティブマトリクス基板を示す図。
【図７】    ＡＭ−ＬＣＤの外観を示す図。（実施例２）
【図８】    液晶表示装置の断面図の一例を示す図である。（実施例３）
【図９】    電子機器の一例を示す図。（実施例４）
【図１０】  電子機器の一例を示す図。（実施例４）
【図１１】  電子機器の一例を示す図。（実施例４）
【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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