(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、
前記半導体膜をエッチングすることによって、一方に先の尖った複数の凸端部と、前記複数の凸端部の間に形成された凹部と、前記凸端部および凹部に対向する他方で一体となっている他方の端部とを有する第１形状の半導体領域を形成し、
連続発振レーザー光を前記複数の凸端部から前記他方の端部に向かって走査しながら前記第１形状の半導体領域に照射することによって、前記第１形状の半導体領域を結晶化又は結晶性を向上させ、
前記結晶化又は結晶性を向上させた第１形状の半導体領域が有する前記凹部から他方の端部に向かって延びる結晶領域の一部をエッチング除去することによって、前記第１形状が有する複数の凸端部から他方の端部に向かって延びる結晶領域で形成された複数の矩形状の半導体領域と、並列に配置された前記複数の矩形状の半導体領域の両端を連設する一対の半導体領域とが一体に形成された第２形状の半導体領域を形成し、
前記第２形状の半導体領域が有する前記複数の矩形状の半導体領域のそれぞれに複数のチャネル形成領域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２】
絶縁表面上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜をエッチングすることによって、一方に先の尖った複数の凸端部と、前記複数の凸端部の間に形成された凹部と、前記凸端部および凹部に対向する他方で一体となっている他方の端部とを有する第１形状の半導体領域を形成し、
照射面において線状に集光させた連続発振レーザー光を前記複数の凸端部から他方の端部に向かって走査しながら前記第１形状の半導体領域に照射することによって、前記第１形状の半導体領域を結晶化又は結晶性を向上させ、
前記結晶化又は結晶性を向上させた第１形状の半導体領域が有する前記凹部から他方の端部に向かって延びる結晶領域の一部をエッチング除去することによって、前記第１形状が有する複数の凸端部から他方の端部に向かって延びる結晶領域で形成された複数の矩形状の半導体領域と、並列に配置された前記複数の矩形状の半導体領域の両端を連設する一対の半導体領域とが一体に形成された第２形状の半導体領域を形成し、
前記第２形状の半導体領域が有する前記複数の矩形状の半導体領域のそれぞれに複数のチャネル形成領域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３】
絶縁表面上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜をエッチングすることによって、一方に先の尖った複数の凸端部と、前記複数の凸端部の間に形成された凹部と、前記凸端部および凹部に対向する他方で一体となっている他方の端部とを有する第１形状の半導体領域を形成し、
複数の連続発振レーザー光を照射面において線状に集光させ、前記線状に集光させた複数の連続発振レーザー光を前記複数の凸端部から他方の端部に向かって走査しながら前記第１形状の半導体領域に照射することによって、前記第１形状の半導体領域を結晶化又は結晶性を向上させ、
前記結晶化又は結晶性を向上させた第１形状の半導体領域が有する前記凹部から他方の端部に向かって延びる結晶領域の一部をエッチング除去することによって、前記第１形状が有する複数の凸端部から他方の端部に向かって延びる結晶領域で形成された複数の矩形状の半導体領域と、並列に配置された前記複数の矩形状の半導体領域の両端を連設する一対の半導体領域とが一体に形成された第２形状の半導体領域を形成し、
前記第２形状の半導体領域が有する前記複数の矩形状の半導体領域のそれぞれに複数のチャネル形成領域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２または請求項３において、前記線状に集光させた連続発振レーザー光は、強度分布が、長手方向において均一な分布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乃至請求項４のいずれか一項において、前記連続発振レーザー光の光源は、矩形ビーム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、前記連続発振レーザー光の光源は、スラブ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７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、前記複数のチャネル形成領域の隣接間隔は、前記複数のチャネル形成領域のそれぞれのチャネル幅方向の長さの２倍以上であ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、前記複数のチャネル形成領域のそれぞれの隣接間隔は、０．５〜１．０μm 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、前記複数のチャネル形成領域の両端に低濃度ドレイン領域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１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、前記複数の矩形状の半導体領域に絶縁膜を介して共通の電位が印加される電極を形成する工程を含む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、非晶質半導体膜にレーザー光を照射して結晶化させた結晶性半導体膜を用いた半導体装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスなどの基板上に形成した非晶質半導体膜を、レーザー処理により結晶化させる技術が知られている。レーザー処理とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層や非晶質層を再結晶化する技術、絶縁表面上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術、又は結晶構造を有する半導体膜（結晶性半導体膜）の結晶性を向上させる技術等を指している。そして、レーザー処理に使われるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表される気体レーザーや、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザーが通常用いられている。
【０００３】
レーザー光を用いることの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用する加熱処理と比較して、レーザー光が照射されそのレーザー光のエネルギーを吸収する領域のみを選択的に加熱することができる点にある。例えば、エキシマレーザー発振装置を用いたレーザー処理は半導体膜を選択的且つ局所的に加熱して、ガラス基板に殆ど熱的損傷を与えずに、半導体膜の結晶化や活性化処理を実現している。
【０００４】
レーザー処理の一例は、特開平２−１８１４１９号公報に開示されているように被照射物の全面にレーザー光を均一照射する方法や、特開昭６２−１０４１１７号公報に開示のスポット状のビームを走査する方法、或いは特開平８−１９５３５７号公報に開示のレーザー処理装置のように光学系にて線状にビームを加工して照射する方法が知られている。
【０００５】
上記特開昭６２−１０４１１７号公報においては、レーザー光の走査速度をビームスポット径×５０００／秒以上として高速走査により非晶質半導体膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結晶化する技術が開示されている。また、米国特許4,330,363号には島状に形成された半導体領域に、引き延ばされたレーザー光を照射して実質に単結晶領域を形成する技術が開示されている。
【０００６】
また、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザーなど固体レーザー発振装置を用いた結晶化技術は、特開２００１−１４４０２７号公報に開示されている。同公報では、当該固体レーザー発振装置から放射されるレーザー光の第２高調波を使うことにより、従来に比べ結晶粒径の大きい結晶性半導体膜が得られることが開示されている。
【０００７】
特に連続発振固体レーザー発振装置を用いた結晶化技術における薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）への応用は、「"Ultra-high Performance Poly-Si TFTs on a Glass by a Stable Scanning CW Laser Lateral Crystallization",A. Hara, F. Takeuchi, M. Takei, K. Yoshino, K. Suga and N. Sasaki, AMLCD '01 Tech. Dig.,2001,pp.227-230.」で報告されている。これは、ダイオード励起の固体連続発振レーザー（ＹＶＯ4）の第２高調波を用いて結晶化した多結晶珪素膜を用いてＴＦＴを作製する一例が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
連続発振レーザー光を照射して、絶縁表面上に形成した非晶質半導体膜を結晶化させると、ガラス基板上においても比較的大粒径の結晶を形成することが可能である。しかし、基板の全面を単一の結晶方位に配向させることはできなかった。特定の結晶粒については、同一の配向性を確認することができるが、結晶化領域におけるすべての結晶粒を揃えることはできなかった。
【０００９】
パルス発振又は連続発振の如何に係わらず、パルスレーザー光による非晶質半導体膜の結晶化の大部分は溶融−固化の過程を経て成長する。詳細には結晶核の生成とその核からの結晶成長との段階に分けて考えられている。しかしながら、従来の方法の殆どは、結晶核の生成位置と生成密度を制御することができず、自然発生する結晶核を利用して結晶化を行っていた。従って、特定の配向を持たせて結晶成長させることができない問題点があった。よって、結晶粒はガラス基板の面内で任意の位置に形成され、そのサイズも０．２〜０．５μm程度と小さなものしか得られていない。
【００１０】
通常、結晶粒界には多数の欠陥が生成されるので、それがＴＦＴの電界効果移動度を制限する要因であると考えられている。また、任意に発生する結晶核に依存することにより、結晶方位も無作為なものとなり、配向の揃った結晶性半導体を得ることができない。
【００１１】
パルス発振レーザー発振装置を用いたレーザー処理では、結晶核に起因する結晶成長が支配的となり、結晶の大粒径化を実現することができない。具体的には、ＴＦＴのチャネル形成領域に結晶粒界の存在しないような、素子レベルで見て実質的に単結晶と見なせる結晶を形成することはできない。結晶粒界に限らず、生成される欠陥又は転位は、結晶化に伴う緻密化により膜の体積が収縮することで発生する。
【００１２】
一方、連続発振レーザー光を走査して溶融−固化させながら結晶化する方法は、ゾーンメルティング法に近い方法であると考えられ、連続的な結晶成長により大粒径化が可能であると考えられている。しかし、最初に結晶化される種となる領域の結晶性により、得られる結晶の品質は依存してしまうことが問題である。具体的には、偶発的に発生する結晶核を期待して結晶成長が成されている。
【００１３】
以上のように従来のレーザー光を用いた結晶化法では、ＴＦＴ特性の分散（又はバラツキ）を大きく要因となり、それがＴＦＴを電子回路の構成要素とする様々な半導体装置の性能を抑制する原因となっている。
【００１４】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、非晶質半導体膜を結晶化して形成される結晶性半導体膜の結晶性を改善し、より高速に動作可能なＴＦＴを実現することを目的とする。
【００１５】
【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、絶縁表面上に島状に第１形状の半導体領域を形成し、その領域を連続発振レーザー光で結晶化させ、第１形状の半導体領域の内側部分を用いてＴＦＴ等の活性層とする第２形状の半導体領域を形成するものである。結晶性半導体膜を用いて作製される素子の特性の分散を小さくするためには、その素子の特性を決定付ける活性領域の結晶性を均質化する必要がある。そのために、本発明は、第１形状の半導体領域において結晶化に起点となる領域の形状に工夫を凝らしている。
【００１６】
具体的には、一辺に、先の尖った複数の凸端部を有する第１形状の半導体領域を形成し、その領域から連続発振レーザー光を照射することにより、当該レーザー光の走査方向に沿って第１形状の半導体領域を結晶化又は結晶性を向上させる。レーザー光は照射面において線状に集光される一つ又は複数の線状に集光される連続発振レーザー光を用いるのが好ましい。その後、第１形状の半導体領域をエッチングして、その内側に、チャネル形成領域とソース及びドレイン領域が形成される第２形状の半導体領域を形成する。この第２形状の半導体領域は、複数の凸端部から延びる結晶領域のそれぞれにチャネル形成領域が形成されるように短冊状の半導体領域が配置され、当該チャネル形成領域に隣接する半導体領域が除去されるように写真蝕刻技術を用いてエッチング処理を行う。
【００１７】
或いは、絶縁表面上に形成された半導体膜から、一辺に、先の尖った凸端部を有する半導体領域を複数個並列に配置された第１形状の半導体領域を形成し、その領域から連続発振レーザー光を照射することにより、当該レーザー光の走査歩行に沿って第１形状の半導体領域を結晶化又は結晶性を向上させると言うこともできる。
【００１８】
線状に集光される連続発振レーザー光は、強度分布が、長手方向において均一なエネルギー密度分布を有していることが望ましい。短手方向には任意の分布で良く、例えば、ガウス分布等分布を持っていても良い。レーザー処理は、線状に集光される連続発振レーザー光の長手方向と交差する方向に走査して成されるが、この時、長手方向において均一な強度分布を有していることにより、走査方向と平行に延びる結晶成長を可能にしている。つまり、長手方向に不均一なエネルギー密度分布があると、温度勾配が生じ、それに依存して結晶が延在する、乱れた結晶が形成されてしまう。
【００１９】
そのような連続発振レーザー光の光源は、矩形ビーム固体レーザー発振装置であり、代表的にはスラブレーザー発振装置を適用することができる。
【００２０】
また、第２形状の半導体領域における短冊状の半導体領域の隣接間隔は、当該半導体領域におけるチャネル幅方向の長さの２倍以上とするのが好ましく、結晶成長との兼ね合いから０．５〜１．０μmであることが望ましい。この短冊状の半導体領域には低濃度ドレイン領域や、絶縁膜を介して共通の電位が印加される電極を形成することによりチャネル形成領域を設ける。
【００２１】
このように第１形状の半導体領域を結晶化又は結晶性を向上させた後に形成される第２形状の半導体領域をもつＴＦＴは、並列に配置された複数の矩形状の半導体領域と、該矩形状の半導体領域を連接する一対の半導体領域が一体形成された結晶性半導体膜を有し、複数の矩形状の半導体領域は、絶縁膜を介して交差する電極によりチャネル形成領域が形成され、該チャネル長方向に沿って結晶が延在しているものである。
【００２２】
或いは、並列に配置された複数の矩形状の半導体領域を直列に連接し、その両端に連接する一対の半導体領域が一体形成された結晶性半導体膜を有し、複数の矩形状の半導体領域は、絶縁膜を介して交差する電極によりチャネル形成領域が形成され、該チャネル長方向に沿って結晶が延在しているものである。
【００２３】
チャネル形成領域が設けられる矩形状の半導体領域の結晶は、該チャネル長方向と平行な方向に延在するものであり、又は結晶方位が揃っているという特徴がある。また、複数の矩形状の半導体領域のそれぞれは、そのチャネル幅方向の長さに対し、２倍以上の間隔をもって配設されるものである。
【００２４】
即ち、第２形状の半導体領域において、ＴＦＴのチャネル形成領域を形成する領域は、一端部の領域における先の尖った複数の凸端部から延在する良質な結晶で形成されるように配設する。或いは、凹部から延びる結晶粒界や歪みが蓄積された結晶がチャネル形成領域にかからないように、その領域をエッチングして除去してしまう。
【００２５】
このような構成とし、複数の矩形状の半導体領域を複数個並列に配設し、一対のソース及びドレイン領域間に設け、一つのトランジスタを形成することで、素子間の特性の分散を小さくすることができる。また、良質な結晶のみを使うことで、電界効果移動度を向上させることができる。
【００２６】
尚、本発明でいう非晶質半導体膜とは、狭義の意味で、完全な非晶質構造を有するものだけではなく、微細な結晶粒子が含まれた状態、又はいわゆる微結晶半導体膜、局所的に結晶構造を含む半導体膜を含む。代表的には非晶質シリコン膜が適用され、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などを適用することもできる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の態様を明する。図１（Ａ）において示す斜視図は、基板１０１上にブロッキング層１０２、非晶質半導体膜１０３が形成された状態を示している。非晶質半導体膜は、珪素、珪素とゲルマニウムの化合物又は合金、珪素と炭素の化合物又は合金を適用することができる。この中で最も適した材料は珪素である。
【００２８】
この非晶質半導体膜１０３上にマスクパターンを形成して、図１（Ｂ）に示すように第１形状の半導体領域１０４を形成する。第１形状の半導体領域１０４からは、点線で示す位置にＴＦＴのチャネル形成領域やソース及びドレイン領域を形成する第２形状の半導体領域１０７（点線部分）が形成される。第２形状の半導体領域１０７の形成領域は、第１形状の半導体領域１０４の端部に至らない内側に形成する。
【００２９】
第１形状の半導体領域１０４の形状は任意なもので良いが、少なくともその一端部の領域１０５には、先の尖った複数の凸端部が設けられている。その角度は、９０°±３０°であることが好ましい。
【００３０】
連続発振レーザー光１０５は第１形状の半導体領域１０４の一端部の領域１０５から他端部に向かって（図中矢印の方向）一方向に走査して結晶化させる。又は、最初に走査した方向と逆方向に往復走査しても良い。適用されるレーザー光は、好ましくは、その強度分布が、長手方向において均一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良く、光源として用いるレーザー発振装置は、矩形ビーム固体レーザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザー発振装置が適用される。或いは、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。
【００３１】
スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）等の結晶が使用される。スラブレーザーでは、この板状のレーザー媒質の中を、全反射を繰り返しながらジグザグ光路で進む。
【００３２】
また、連続発振レーザー光の波長は、非晶質半導体膜の光吸収係数を考慮して４００〜７００nmであることが望ましい。このような波長帯の光は、波長変換素子を用いて基本波の第２高調波、第３高調波を取り出すことで得られる。波長変換素子としてはＡＤＰ（リン酸二水素化アンモニウム）、Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ15（ニオブ酸バリウムナトリウム）、ＣｄＳｅ（セレンカドミウム）、ＫＤＰ（リン酸二水素カリウム）、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、Ｓｅ、Ｔｅ、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＫＢ５などが適用される。特にＬＢＯを用いることが望ましい。代表的な一例は、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー発振装置（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。また、レーザーの発振モードはＴＥＭ00モードであるシングルモードを適用する。
【００３３】
最も適した材料として選ばれる珪素の場合、吸収係数が１０3〜１０4cm-1である領域はほぼ可視光域にある。ガラスなど可視光透過率の高い基板と、珪素により３０〜２００nmの厚さをもって形成される第１形状の半導体領域１０４を結晶化する場合、波長４００〜７００nmの可視光域の光を照射することで、当該半導体領域を選択的に加熱して、下地のブロッキング層１０２にダメージを与えずに結晶化を行うことができる。具体的には、非晶質珪素膜に対し、波長５３２nmの光の侵入長は概略１００nm〜１０００nmであり、膜厚３０nm〜２００nmで形成される第１形状の半導体領域１０４の内部まで十分達することができる。即ち、半導体膜の内側から加熱することが可能であり、レーザービームの照射領域における半導体膜のほぼ全体を均一に加熱することができる。
【００３４】
レーザービームの照射方法は図１（Ｂ）で示すように基板１０１に対して第１形状の半導体領域１０４が形成された側からでも良いし、ガラス又は石英から成る透光性の材料が基板１０１に適用されている場合には基板１０１側から照射しても良い。また、レーザー光の照射面における形状は、楕円形、矩形など特に制限されるものはないが、好ましくは、島状に分割形成された第１形状の半導体領域１０４の一辺の長さよりも長い線状とすることが望ましい。尚、ここでいう線状とは、短手方向の長さに対し、長手方向の長さの比が１対１０以上のものをもって言う。
【００３５】
図１（Ｂ）で示す第１形状の半導体領域１０４の特徴的な形状は、一端部の領域１０５に先の尖った複数の凸端部が設けられたものであり、この領域が結晶の種（シード）となる（以降、この領域をシード領域と呼ぶ）。そして、この部分から連続発振レーザー光を照射することにより、その走査方向に沿って平行に結晶を成長させることができる。結晶成長はシード領域に最初に形成される結晶を核としてその結晶が成長する。このシード領域にある結晶は種結晶とも呼ばれるが、これは偶発的に形成される結晶であっても良いし、触媒元素又は特定の元素を添加して意図的に結晶方位が定められた結晶を適用しても良い。いずれにしても、先の尖った形状により、結晶の核生成は制限を受け、核生成密度を低減させると共に結晶の配向を制限する効力を持つことにより、特定の方位を持った結晶を成長させることができる。
【００３６】
一方、凸部の間に形成される凹部から延びる結晶は、両端から成長する結晶が互いに干渉することにより、配向性が乱れ良質な結晶の成長を阻害する。つまり、複数の結晶核を基にする成長が同時に起こり、互いに干渉することにより、結晶粒界や歪みが蓄積された結晶が成長することになる。
【００３７】
その後、図１（Ｃ）で示すようにエッチングにより第２形状の半導体領域１０８を形成する。第２形状の半導体領域１０８において、ＴＦＴのチャネル形成領域を形成する領域は、一端部の領域１０５における先の尖った複数の凸端部、即ち、シード領域から延在する結晶で形成されるように配設する。或いは、凹部から延びる結晶粒界や歪みが蓄積された結晶がチャネル形成領域にかからないように、その領域をエッチングして除去してしまう。
【００３８】
従って、第２形状の半導体領域１０８は、並列に配置された複数の矩形状の半導体領域と、該矩形状の半導体領域を連接する一対の半導体領域が一体形成された形状と見ることができる。複数の矩形状の半導体領域のそれぞれにおいては、複数の矩形状の半導体領域は、絶縁膜を介して交差する電極を設けることによりチャネル形成領域をそこに形成することができる。或いは、この形状は、並列に配置された複数の矩形状の半導体領域を直列に連接し、その両端に連接する一対の半導体領域が一体形成された形状と見ることもできる。また、複数の矩形状の半導体領域のそれぞれは、そのチャネル幅方向の長さに対し、２倍以上の間隔をもって配設されている。そして、複数の矩形状の半導体領域は、該チャネル長方向と平行な方向に延在している、又は該チャネル形成領域において結晶方位が揃っているという特徴を有している。
【００３９】
図２は、第１形状の半導体領域の上面図を示している。結晶化は、第１形状の半導体領域２０１に形成された凸端部（シード領域）２０２が形成された一辺から、線状に集光された連続発振レーザー光２０３を一方向に走査することにより結晶成長又は結晶性の改質を行う。この時、レーザービームが連続発振されたものであり、定常的に溶融領域が保持されることにより連続した結晶を成長させることが可能となる。また、レーザー光の照射面における形状は、楕円形、矩形など特に制限されるものはないが、好ましくは、第１形状の半導体領域２０１の一辺の長さよりも長い線状とする。適用されるレーザー光は、好ましくはその強度分布が長手方向において±１０％以内の均一性を有するものを適用する。
【００４０】
結晶成長は凸端部（シード領域）２０２及びその間の凹部の両方から進むが、凸端部（シード領域）２０２からは先の尖った形状により、結晶の核生成は制限を受け、核生成密度を低減させると共に結晶の配向を制限する効力を持つことにより、特定の方位を持った結晶を成長させることができる。一方、凸部の間に形成される凹部から延びる結晶は、複数の結晶核を基にする成長が同時に起こり、互いに干渉することにより、結晶粒界や歪みが蓄積された結晶が成長することになる。
【００４１】
また、照射する連続発振レーザー光は、一本の線状レーザー光に限定されず、図３で示すように複数の連続発振レーザー光２０４を一部重複させて照射しても同様に結晶化を行うことができる。
【００４２】
図４はこうして結晶化された第１形状の半導体領域２０１について説明する上面図である。前述のように結晶は、凸端部（シード領域）２０２及びその間の凹部の両方から成長することになるが、良質の結晶化領域は凸端部（シード領域）２０２から成長する概略点線で囲んで示すＣ１〜Ｃ４である。凹部から成長する結晶粒界や歪みが蓄積された結晶領域は斜線で示すＢＣ１〜ＢＣ５の領域である。
【００４３】
第１形状の半導体領域２０１は、先の尖った凸端部を有する半導体領域２０１ａ〜２０１ｄを複数個並列に配置して一体化したものと見なすこともできる。第１形状の半導体領域２０１の幅をＷｓ、先の尖った凸端部を有する半導体領域２０１ａ〜２０１ｄのそれぞれの幅をＷｓｓ、良質の結晶化領域（Ｃ１〜Ｃ４）をＷｓｔ、凹部から成長する結晶粒界や歪みが蓄積された結晶領域をＷｂｃと定義すると、Ｗｓｓの１／２〜１／５、好ましくは１／３が意図的にＷｂｃだけ除去されてＷｓｔとなる。Ｗｓｔは一方向に結晶成長を延在させるという観点からは０．５〜１．０μmとすることが好ましい。
【００４４】
図５で示すように、この第１形状の半導体領域２０１をエッチングして形成される第２形状の半導体領域２０５は、良質な結晶Ｃ１〜Ｃ４で形成される複数の矩形状の半導体領域と、それに連接する一対の半導体領域が一体形成された形状と見ることができる。
図中点線で示すように、この第２形状の半導体領域２０５に絶縁膜（図示せず）を介してゲート電極２０６を設けることにより、良質な結晶Ｃ１〜Ｃ４をチャネル形成領域とすることができる。
【００４５】
また、図６は他の構成の一例であり、第１形状の半導体領域２０７から形成される第２形状の半導体領域２０８が、並列に配置された複数の矩形状の半導体領域を直列に連接し、その両端に連接する一対の半導体領域が一体形成された形状を有している。この場合にも、図中点線で示すように、この第２形状の半導体領域２０８に絶縁膜（図示せず）を介してゲート電極２０９を設けることにより、良質な結晶Ｃ１〜Ｃ４をチャネル形成領域とすることができ、該チャネル長方向に沿って結晶が延在した構成とすることができる。
【００４６】
図２３は好適な第１形状の半導体領域の形状に関する他の一例を示している。図２３（Ａ）で示す基本的な形態は、第１形状すなわち五角形の対向する二辺が鋸歯状である形状の半導体領域９０１はシード領域９０２が備えられ、その点から第１形状の半導体領域がＷ0の幅に広がり、距離ｔ0の地点でＷ1の幅に括れた形状となり、以降距離ｔ1毎に（必ずしも周期的でなくても良い）括れをもたせた形状となっている。
【００４７】
連続発振レーザー光９０３による結晶化は、シード領域９０２から始まるが、第１形状の半導体領域９０１の側壁部からも制御されない結晶化が起こる。図２３（Ａ）で示す形状は、制御されない側壁からの結晶成長を抑制する構造であり、括れを持たせることによりそれを実現するものである。第２形状の半導体領域は図中点線で囲む９０４に形成する。
【００４８】
図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）で示す第１形状の半導体領域９０１を並列的に連接した構造であり、これを持って第１形状の半導体領域９０５とすることができる。第２形状の半導体領域は図中点線で囲む９０６に形成する。このような第１形状の半導体領域９０５によって、同様に連続発振レーザー光を照射して結晶化を行うことができる。
【００４９】
本発明に適用することのできるレーザー処理装置の構成の一例を図７で示す。図７はレーザー発振装置３０１、シャッター３０２、高変換ミラー３０３〜３０６、スリット３０７、シリンドリカルレンズ３０８、３０９、載置台３１１、載置台３１１をＸ方向及びＹ方向に変位させる駆動手段３１２、３１３、当該駆動手段をコントロールする制御手段３１４、予め記憶されたプログラムに基づいてレーザー発振装置３０１や制御手段３１４に信号を送る情報処理手段３１５等から成っているレーザー処理装置の構成を正面図と側面図により示すものである。
【００５０】
シリンドリカルレンズ３０８、３０９により照射面の断面形状において線状に集光されるレーザー光は、載置台３１１上の基板３２０表面に対し斜めに入射させる。これは、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状の集光面を形成することができる。シリンドリカルレンズ３０８、３０９は合成石英製とすれば、高い透過率が得られ、レンズの表面に施されるコーティングは、レーザー光の波長に対する透過率が９９％以上を実現するために適用される。勿論、照射面の断面形状は線状に限定されず、矩形状、楕円又は超楕円など任意な形状としても構わない。いずれにしても、短軸と長軸の比が、１対１０〜１対１００の範囲に含まれるものを指している。また、波長変換素子３１０は基本波に対する高調波を得るために備えられている。
【００５１】
上述の如く、レーザー発振装置は矩形ビーム固体レーザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザー発振装置が適用される。或いは、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）等の結晶が使用される。その他にも、連続発振可能な気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置を適用することもできる。連続発振固体レーザー発振装置としてはＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使ったレーザー発振装置を適用する。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振する。より高い出力を得る為には、ダイオード励起の固体レーザー発振装置が適用され、カスケード接続されていても良い。
【００５２】
また、載置台３１１を駆動手段３１２、３１３により二軸方向に動かすことにより基板３２０のレーザー処理を可能としている。一方の方向への移動は基板３２０の一辺の長さよりも長い距離を１〜２００cm/sec、好ましくは５〜５０cm/secの等速度で連続的に移動させることが可能であり、他方へは楕円ビームの長手方向と同程度の距離を不連続にステップ移動させることが可能となっている。レーザー発振装置１０１の発振と、載置台３１１は、マイクロプロセッサを搭載した情報処理手段３１５により同期して作動するようになっている。
【００５３】
このような構成のレーザー照射装置により基板３２０に照射されるレーザー光は、図中に示すＸ方向又はＹ方向に相対移動させることにより半導体膜の所望の領域または全面を処理することができる。そして、図１を用いて説明したようにレーザービームの走査方向とＴＦＴにおけるチャネル長方向とを概略一致させることにより、結晶方位が単一配向となり、電界効果移動度を向上させることができる。そして、トップゲート型ＴＦＴにおいては、その上に形成するゲート絶縁膜の膜質がばらつくことが無くなり、しきい値電圧のバラツキを低減することも可能となる。勿論、本発明はボトムゲート型（又は逆スタガ型ともいう）のＴＦＴにも適用することができる。
【００５４】
【実施例】
以下、実施例により本発明に係る半導体装置の作製方法の具体例を図面を参照して詳細に示す。
【００５５】
[実施例１]
本実施例は、絶縁表面上に形成された非晶質珪素膜を写真蝕刻により所定のパターンにエッチングして第１形状の半導体領域を形成し、それを連続発振レーザービームで結晶化させるものである。
【００５６】
図８において、ガラス基板４０１上に１００nmの酸窒化珪素膜でなるバリア層４０２が形成されている。その上の第１形状の半導体領域４０３は、プラズマＣＶＤ法により形成された非晶質珪素膜であり、厚さ１００nmで形成されている。尚、図７において（Ａ）は第１形状の半導体領域４０３の上面図、（Ｂ）は基板を含め断面構造を示す図である。この段階では具現化されないが、点線で示すように第１形状の半導体領域４０３の端部に至らない内側にＴＦＴの活性層を形成する第２形状の半導体領域４０５ａ、４０５ｂが形成される。
【００５７】
この第１形状の半導体領域４０３の一端部には、先の尖った複数の凸端部が設けられた領域（シード領域）４０４が形成されている。この領域からレーザー光を照射することにより、そこで発現する結晶核が起点となり、連続的な結晶成長を成すことができる。
【００５８】
図９は、連続発振レーザー光による結晶化の段階を示す図である。レーザー光４０６の照射面積は、第１形状の半導体領域よりも小さくても良いが、その長手方向が第１形状の半導体領域４０３の短手方向と交差するように照射して、結晶化が第１形状の半導体領域４０３の一端から他端に向けて成長するようにする。このようなレーザービームの照射は、図７で示す構成のレーザー処理装置を適用することができる。光学系にて集光したレーザー光は、その強度分布が長手方向において均一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良い。結晶化は主に、この強度分布が長手方向において均一な領域で成されるようにし、これによりレーザー光の走査方向と平行な方向に結晶成長する効力を高めることができる。
【００５９】
こうして、レーザー光４０６が照射された領域から結晶化が進み、固液界面を連続して移動させることにより結晶性半導体４０７を得ることができる。
【００６０】
その後、図９で示すように、結晶化された第１形状の半導体領域４０３を写真蝕刻して第２形状の半導体領域４０５ａ、４０５ｂを形成する。この形状は、想定されるチャネル形成領域において、シード領域４０４の凸部の延長線上にある結晶を残し、凹部の延長線上にある結晶を除去したものであり、一つのトランジスタに複数のチャネル形成領域が設けられる構成となっている。或いは、一対のソース及びドレイン間に複数のチャネル形成領域が設けられた構成と言える。トップゲート型ＴＦＴとするには、第２形状の半導体領域４０５ａ、４０５ｂ上にゲート絶縁膜、ゲート電極、一導電型不純物領域を形成してＴＦＴを形成することができる。その後、必要に応じて配線や層間絶縁膜等を形成すれば良い。
【００６１】
このような結晶化法において、連続発振のレーザー光を照射することにより単一方向に結晶粒が延在する結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザー光の走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を５〜１００cm/secとすることによりそれを実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒径化を実現することができる。
【００６２】
[実施例２]
実施例１のレーザービームの走査は一方向のみの走査でなく、往復走査をしても良い。図１１にその態様を示すが、その場合、シード領域４０４ａ、４０４ｂは第１形状の半導体領域４０３の両端に設けても良い。往復走査する場合には１回の走査毎にレーザーエネルギー密度を変え、段階的に結晶成長をさせることも可能である。また、非晶質珪素膜を結晶化させる場合にしばしば必要となる水素出しの処理を兼ねることも可能であり、最初に低エネルギー密度で走査し、水素を放出した後、エネルギー密度を上げて２回目に走査で結晶化を完遂させても良い。このような作製方法によっても同様にレーザービームの走査方向に結晶粒が延在する結晶性半導体膜を得ることができる。
【００６３】
[実施例３]
本実施例は、絶縁表面上に形成された非晶質珪素膜を予め結晶化しておき、さらに連続発振レーザービームにより結晶の大粒径化を図るものである。
【００６４】
図１２（Ａ）に示すように、実施例１と同様にガラス基板５０１上にブロッキング層５０２、非晶質珪素膜５０３を形成する。その上にマスク絶縁膜５０４として１００nmの酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で形成し、開口部５０５を設ける。その後、触媒元素としてＮｉを添加するため、酢酸ニッケル塩が５ppmの水溶液をスピン塗布する。Ｎｉは開口部５０５で非晶珪素膜と接する。この開口部５０５を形成する位置は、後に形成される第１形状の半導体領域のシード領域又はその外側に位置するように形成する。
【００６５】
その後、図１２（Ｂ）で示すように５８０℃、４時間の加熱処理により非晶質珪素膜を結晶化させる。結晶化は触媒元素の作用により、開口部５０５から基板表面と平行な方向に成長する。こうして形成された結晶性珪素膜５０７は棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的にはある特定の方向性をもって成長しているため、結晶性が揃っている。また、特定方位の配向率が高いという特徴がある。
【００６６】
加熱処理が終了したらマスク絶縁膜５０４をエッチング除去することにより図１２（Ｃ）で示すような結晶性珪素膜５０７を得ることができる。
【００６７】
その後、図１３で示すように結晶性珪素膜５０７を写真蝕刻により所定のパターンにエッチングして第１形状の半導体領域５０８を形成する。ＴＦＴの活性層とする第２形状の半導体領域５１０ａ、５１０ｂが形成されるべき領域は第１形状の半導体領域５０８の内側に位置し、図１３で示すように連続発振レーザー光５０９は一方向に走査する。或いは往復走査しても良い。
【００６８】
このようなレーザー光の照射により結晶性珪素膜は溶融し再結晶化する。この再結晶化に伴って、レーザービームの走査方向に結晶粒が延在する結晶成長が成される。この場合、予め結晶面が揃った結晶性珪素膜が形成されているので、異なる面の結晶の析出や転位の発生を防ぐことができる。以降は、実施例１と同様な処理によりＴＦＴを形成することができる。
【００６９】
[実施例４]
図１４（Ａ）に示すように、実施例３と同様にしてガラス基板５０１、ブロッキング層５０２、非晶質珪素膜５０３を形成した後、全面に触媒元素としてＮｉを添加する。Ｎｉの添加法に限定はなく、スピン塗布法、蒸着法、スパッタ法などを適用するこができる。スピン塗布法による場合には酢酸ニッケル塩が５ppmの水溶液を塗布して触媒元素含有層５０６を形成する。
【００７０】
その後、５８０℃、４時間の加熱処理により非晶質珪素膜５０３を結晶化させる。こうして図１４（Ｂ）で示すように、結晶性珪素膜５０７を得ることができる。この結晶性珪素膜５０７も同様に、棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的にはある特定の方向性をもって成長しているため、結晶性が揃っている。また、特定方位の配向率が高いという特徴がある。以降は、実施例３と同様に処理すれば良い。
【００７１】
【実施例５】
図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）に示すように、実施例３と同様にしてガラス基板５０１、ブロッキング層５０２、非晶質珪素膜を形成した後、第１形状の半導体領域５２０を形成する。そして、全面に触媒元素としてＮｉを添加する。Ｎｉの添加法に限定はなく、スピン塗布法、蒸着法、スパッタ法などを適用するこができる。スピン塗布法による場合には酢酸ニッケル塩が５ｐｐｍの水溶液を塗布して触媒元素含有層５２１を形成する。
【００７２】
その後、連続発振レーザー光を照射して結晶性珪素膜５２３を形成する。結晶化は触媒元素の作用により、配向性が高められ、また、照射する連続発振レーザー光の照射条件において、適用できる範囲が広がるという特徴がある。これは、触媒元素の作用によるものであり、核形成温度、或いは結晶化開始温度が低温化することに起因している。以降は、実施例３と同様に処理すれば良い。
【００７３】
【実施例６】
図１７（Ａ）に示すように、実施例３と同様にしてガラス基板５０１、ブロッキング層５０２、非晶質珪素膜を形成した後、第１形状の半導体領域５２０を形成する。そして、全面に触媒元素としてＮｉを添加する。Ｎｉの添加法に限定はなく、スピン塗布法、蒸着法、スパッタ法などを適用するこができる。スピン塗布法による場合には酢酸ニッケル塩が５ｐｐｍの水溶液を塗布して触媒元素含有層５２１を形成する。
【００７４】
その後、ファーネスアニール炉を用いて４５０〜６００℃で、１〜３０分の加熱処理を行う。又は、瞬間熱アニール（ＲＴＡ）炉を用いて５００〜７５０℃で、１０〜１２０秒の加熱処理を行い、非晶質半導体膜で形成されている第１形状の半導体領域５２０に結晶の核を形成する。こうして、図１７（Ｂ）に示すように触媒元素に起因する結晶核が内在する第１形状の結晶性半導体膜５２４が形成される。
【００７５】
そして、図１８に示すように連続発振レーザー光を照射して結晶化を行う。結晶化は予め形成された結晶核の作用により、配向性が高められ、また、照射する連続発振レーザー光の照射条件において、適用できる範囲が広がるという特徴がある。これは、触媒元素の作用によるものであり、核形成温度、或いは結晶化開始温度が低温化することに起因している。こうして連側発振レーザー光により結晶化した第１形状の半導体領域５２５が形成される。勿論、結晶化は第１形状の半導体領域５２４に形成されているシード領域５１９を利用して行い、ここを起点とした結晶成長により配向性を高めることができる。以降は、実施例３と同様に処理すれば良い。
【００７６】
[実施例７]
実施例３又は実施例４において、結晶性珪素膜５０７を形成した後、膜中に１０19/cm3以上の濃度で残存する触媒元素をゲッタリングにより除去する工程を加えても良い。
【００７７】
図１５で示すように、結晶性珪素膜５０７上に、薄い酸化珪素膜で成るバリア層５１１を形成し、その上にゲッタリングサイト５１２としてアルゴンが１×１０20/cm3〜１×１０21/cm3添加された非晶質珪素膜を形成する。
【００７８】
その後、ファーネスアニール炉による６００℃、１２時間の加熱処理、又はランプアニール或いはガス加熱アニールによる６５０〜７５０℃、３０〜６０分の加熱処理により、触媒元素として添加されているＮｉをゲッタリングサイト５１２に偏析させることができる。この処理により、結晶性珪素膜５０７の触媒元素濃度は１０17/cm3以下とすることができる。
【００７９】
ゲッタリング処理が終了した後は、実施例３又は実施例４と同様にして工程を進めれば良い。尚、このようなゲッタリングは、第１形状の半導体領域を形成した後に同様な処理をしても良く、第２形状の半導体領域を形成した後に行っても効果的である。また、連続発振レーザー光の照射による結晶化処理の後に行っても良い。いずれにしても、結晶性が高められた状態でゲッタリングを行うことにより、よりＮｉなどの触媒元素をゲッタリングサイトに偏析させやすくなる。
【００８０】
[実施例８]
図１９は実施例１〜７に基づいて作製される第２形状の半導体領域４０５を用いてＴＦＴを形成する形態を示すものであり、ゲート電極との位置関係を説明するものである。図１９（Ａ）は第２形状の半導体領域４０５は並列に配置された複数の矩形状の半導体領域と、該矩形状の半導体領域を連接する一対の半導体領域が一体形成された形状であり、ゲート電極４１７は複数の矩形状の半導体領域と交差するように設けられる。図１９（Ｂ）はそのＡ−Ａ'線の沿った縦断面図であり、図１９（Ｃ）はＢ−Ｂ'線に沿った縦断面図である。
【００８１】
図１９で示すＴＦＴの特徴は、ゲート電極４１７が複数の矩形状の半導体領域の上面のみならず側面に回り込むことにより、電界効果が広い面積にわたり、チャネル幅が実質的に増加する。即ち、チャネル幅は図１９（Ｃ）で示すＣ１〜Ｃ３の半導体領域の幅ではなく、その厚さ方向の成分も考慮する必要がある。
【００８２】
図１９（Ｂ）で示すように、この第２形状の半導体領域４０５にはチャネル形成領域４２０、低濃度ドレイン領域４１８、ソース及びドレイン領域４１９が形成される。図２４はその等価回路を示し、ソース及びドレイン領域の間に複数のチャネルが並列して設けられ一つのトランジスタを形成している。このように、チャネル形成領域を並列に設けることにより、ソース及びドレイン領域の抵抗、及び／又は低濃度ドレイン領域の抵抗により帰還がかかり、各チャネル間に流れる電流を平準化することができる。このような構成のトランジスタにより、複数の素子間での特性の分散を小さくすることができる。
【００８３】
[実施例９]
本実施例では、実施例１乃至実施例８により作製される絶縁表面上の第２形状の半導体領域を用いて、ＣＭＯＳ型のＴＦＴを作製する一例について、図２０を参照して説明する。
【００８４】
図２０（Ａ）はガラス基板７０１、ブロッキング層７０２が形成された上に活性層とする第２形状の半導体領域７０３ａ、７０３ｂ、ゲート絶縁膜７０４、ゲート電極７０５ａ、７０５ｂが形成された状態を示している。ゲート絶縁膜９０７はプラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を反応ガスとして酸窒化珪素膜で形成し、８０nmの厚さとする。第２形状の半導体領域７０５ａ、７０５ｂは、結晶の配向率が高いため、その上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができ、そのためＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。また、ゲート電極を形成する材料としてはＡｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性材料又はこれらの合金を適用し、４００nmの厚さに形成する。Ａｌをゲート電極とし、その表面を陽極酸化により酸化膜を形成して安定化しても良い。
【００８５】
図２０（Ｂ）は不純物領域の形成であり、イオンドーピング法によりｎチャネル型ＴＦＴに対するソース又はドレイン領域７０６、低濃度ドレイン（ＬＤＤ）領域７０７、及びｐチャネル型ＴＦＴに対するソース又はドレイン領域７０８を形成する。
【００８６】
イオンドーピングにより、不純物元素を注入した領域は結晶性が破壊され、非晶質化する。結晶性の回復と、不純物元素の活性化による低抵抗化を実現するために、レーザー処理を行う。レーザー処理は本発明のレーザー処理装置によって行うことができる。また、水素雰囲気（還元雰囲気）中でレーザー照射を行って水素化を兼ねておこなっても良い。
【００８７】
その後、図２０（Ｃ）に示すように窒化珪素膜又は酸化珪素膜で層間絶縁膜７１０を形成する。さらに酸化珪素膜や有機樹脂膜、誘電率４以下の低誘電率材料を用いて層間絶縁膜７１１を形成する。有機樹脂材料としてはアクリル、ポリイミドなどを適用することができる。低誘電率材料としては、ＳｉＯＦ、poly-arylethers、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、フッ化ポリイミド、ａ−ＣＦなどを適用することができる。次いで、各半導体層の不純物領域に達するコンタクトホールを形成し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａなどを用いて配線７１３、７１４を形成する。
【００８８】
こうしてｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを形成することができる。ここではそれぞれのＴＦＴを単体として示しているが、これらのＴＦＴを使ってＣＭＯＳ回路やＮＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路を形成することができる。本発明により形成される活性層はチャネル長方向と平行に結晶成長が成されるので、実質的にキャリアが横切る結晶粒界が無くなり、高い電界効果移動度を得ることができる。こうして作製されるＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置や発光素子を用いた表示装置を作製するためのＴＦＴとして、また、ガラス基板上にメモリやマイクロプロセッサを形成するためのＴＦＴとして用いることができる。
【００８９】
[実施例１０]
図２１は発光素子を各画素に設けるアクティブマトリクス駆動方式の表示装置の構成を説明する一例である。実施例９により作製されるＴＦＴにより、画素部１３０２とその周辺部にある駆動回路部１３０１を形成することができる。図２２はその画素部における構成を示す上面図であり、図２１と同じ符号が付与されている。ＴＦＴのチャネル形成領域を形成する絶縁表面上に形成された第２形状の半導体領域は、実施例１乃至実施例８を適宜用いて形成される。
【００９０】
基板１１０１はガラス基板又は有機樹脂基板が採用される。有機樹脂材料はガラス材料と比較して軽量であり、発光装置自体の軽量化に有効に作用する。発光装置を作製する上で適用できるものとしては、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、アラミド等の有機樹脂材料を用いることができる。ガラス基板は無アルカリガラスと呼ばれる、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスを用いることが望ましい。ガラス基板の厚さは０．５〜１．１mmのものが採用されるが、軽量化を目的とすると厚さは薄くする必要がある。また、さらに軽量化を図るには比重が２．３７g/ccと小さいものを採用することが望ましい。
【００９１】
図２１では駆動回路部１３０１にｎチャネル型ＴＦＴ１３０３とｐチャネル型ＴＦＴ１３０４が形成され、画素部１３０２にはｎチャネル型ＴＦＴで形成される第１ＴＦＴ１３０５とｐチャネル型ＴＦＴで形成される第４ＴＦＴ１３０６が形成された構成を示している。そして、第４ＴＦＴ１３０６は発光素子１３０９と接続する構成となっている。
【００９２】
これらのＴＦＴは、窒化珪素又は酸窒化珪素から成るブロッキング層１１０２上に第２形状の半導体領域１１０３〜１１０６、ゲート絶縁膜１１０８、ゲート電極１１１０〜１１１３により構成されるものである。ゲート電極の上層には、水素を含有する窒化珪素又は酸窒化珪素からなる第１絶縁層１１１４が形成され、ブロッキング層１１０２と合わせて第２形状の半導体領域に水分や金属などの不純物が拡散して汚染されないようにする保護膜として機能している。
【００９３】
第１絶縁層１１１４上には、平坦化膜としてポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アクリル、ＢＣＢなど有機樹脂材料から選択される第２絶縁層１１１５が０．５〜１μmの厚さで形成されている。第２絶縁層１１１５は、スピン塗布法で当該有機化合物を塗布した後焼成によって形成する。有機絶縁体材料は吸湿性があり、水分を吸蔵する性質を持っている。その水分が再放出されると、この上層部に形成される発光素子の有機化合物に酸素を供給して発光素子を劣化させる原因となる。水分の吸蔵及び再放出を防ぐため、第２絶縁層１１１５の上に第３絶縁層１１１６を５０〜２００nmの厚さで形成する。第３絶縁層１１１６は下地との密着性及びバリア性の観点から緻密な膜とする必要があり、好ましくはスパッタリング法で形成される窒化珪素、酸窒化珪素、酸窒化アルミニウム、窒化アルミニウム等から選択される無機絶縁材料で形成する。
【００９４】
窒素のみをスパッタガスとして用い珪素をターゲットして用いてスパッタリング法により作製された窒化珪素膜においては、膜厚が１０〜１００nm、好ましくは２０〜４０nmあれば十分である。このスパッタリング技術は、単にターゲットの母材を希ガスイオンで飛散させるのではなく、ターゲット表面を窒化してそれを基板に付着させるという、所謂反応性スパッタリングに近い反応メカニズムを考えることができる。これにより、窒化珪素をターゲットとした時よりも、より緻密な窒化珪素膜を、しかも室温で形成できるという特徴がある。同様に、スパッタリング法で作製される酸窒化アルミニウム膜では、４０nm以上に厚さが必要である。
【００９５】
その後、コンタクトホールを形成し、配線１１１７〜１１２５を形成する。そして、特に画素領域において、コンタクトホールや配線による表面の凹凸を無くすために、第４絶縁層１１２８を有機樹脂材料で形成する。有機樹脂材料１１２８は吸湿性があるので、その上にスパッタリング法により窒化珪素膜で形成される第５絶縁層１１２９を形成する。第４絶縁層１１２８は画素部１３０２のみでなく、駆動回路部１３０１に渡って延在して形成され、配線１１１７〜１１２５を覆って形成することで層間絶縁膜としての機能も兼ね備えている。
【００９６】
発光素子１３０９は、第５絶縁層１１２９上に形成される。基板１１０１を通して発光する光を放射する構成の表示装置は、第５絶縁層１１２９上に陽極層１１２６としてＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）層を形成する。ＩＴＯには平坦化や低抵抗化を目的として酸化亜鉛又はガリウムが添加されていても良い。配線１１２３は画素部において、陽極層１１２６とコンタクトホールを介して電気的に接続している。
【００９７】
画素毎に形成された陽極層１１２６の端部とコンタクトホールによる凹凸はここで発光素子が短絡しないように保護絶縁膜１１３０を設ける。この保護絶縁膜１１３０は酸化珪素膜や窒化珪素膜、酸窒化珪素膜で形成することができる。保護絶縁膜１１３０は当該有機絶縁体材料を０．５〜２μmの厚さで全面に形成した後、陽極層１２６に合わせて開口部を形成する。
【００９８】
発光素子１３０９は陽極層１１２６と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む陰極層１１３２と、その間に形成される発光体を含む有機化合物層１１３１をもって形成される。発光体を含む有機化合物層１１３１は一層又は複数の層が積層されて形成されている。各層はその目的と機能により、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等と区別して呼ばれている。これらは、低分子系有機化合物材料、中分子系有機化合物材料、又は高分子系有機化合物材料のいずれか、或いは、両者を適宣組み合わせて形成することが可能である。また、電子輸送性材料と正孔輸送性材料を適宜混合させた混合層、又はそれぞれの接合界面に混合領域を形成した混合接合を形成しても良い。勿論、陽極と陰極とを反転させた画素構造としても良い。
【００９９】
陰極層１１３２は仕事関数の小さいアルカリ金属又はアルカリ土類金属により形成され、マグネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）若しくはカルシウム（Ｃａ）を含む材料を用いる。好ましくはＭｇＡｇ（ＭｇとＡｇをＭｇ：Ａｇ＝１０：１で混合した材料）でなる電極を用いれば良い。他にもＭｇＡｇＡｌ電極、ＬｉＡｌ電極、また、ＬｉＦＡｌ電極が挙げられる。又は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物とアルミニウムなどの低抵抗金属とを組み合わせて形成しても良い。陰極層１１３２は共通電極として複数の画素の渡って形成され、画素部１３０２の外側、或いは画素部１３０２と駆動回路部１３０１との間で配線１１２０に接続され、外部端子に導かれる。
【０１００】
さらに気密性を高めるために、その上層には、窒化珪素、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、酸窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどから選択される材料で第６絶縁層１１３３を形成しても良い。特に、ＤＬＣ膜は酸素、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等のガスバリア性が高いことが知られている。第５無機絶縁層は、陰極１３１を形成した後、大気解放しないで連続的に形成することが望ましい。第５無機絶縁層の下層には窒化珪素のバッファ層を設け密着性を向上させても良い。また、同様に図示されていないが、陽極層１１２６と発光体を含む有機化合物層１１３１との界面に０．５〜５nmでトンネル電流が流れる程度の厚さの無機絶縁層を形成しておいても良い。これは陽極表面の凹凸に起因する短絡の防止と、陰極に用いるアルカリ金属等が下層側に拡散するのを抑止する効果がある。
【０１０１】
図２１では第１ＴＦＴ１３０５をマルチゲート構造とし、且つ、低濃度ドレイン（ＬＤＤ）を設けオフ電流を低減させている。第４ＴＦＴ１３０６にはゲート電極とオーバーラップするＬＤＤを設けている。多結晶珪素を用いたＴＦＴは、高い動作速度を示すためホットキャリア効果による劣化が起こりやすい。そのため、図２１のように、画素内において機能に応じて構造の異なるＴＦＴ（オフ電流の十分に低いスイッチング用ＴＦＴと、ホットキャリア注入に強い電流制御用ＴＦＴ）を形成することは、高い信頼性を有し、且つ、良好な画像表示が可能な（動作性能の高い）表示装置を作製する上で非常に有効である。この画素部における上面図は図２２で示されている。図２２ではほぼ１画素分の構成を示し、第１ＴＦＴ１３０５、第２ＴＦＴ１３１１、第３ＴＦＴ１３１２、第４ＴＦＴ１３０６、容量部１３１２が設けられている。その等価回路図を図２４に示す。
【０１０２】
勿論、ここで示す画素の構成は一例であり、本発明を構成するための必須要件とはならない。
【０１０３】
駆動回路部１３０１の回路構成は、ゲート信号側駆動回路とデータ信号側駆動回路とで異なるがここでは省略する。ｎチャネル型ＴＦＴ１３０３及びｐチャネル型ＴＦＴ１３０４には配線１１１８、１１１９が接続され、これらのＴＦＴを用いて、シフトレジスタやラッチ回路、バッファ回路等が形成することが可能である。
【０１０４】
入力端子部１３０８はゲート電極と同一層で形成される配線又は第３絶縁層１１１６上に形成される配線で形成される。図２１ではゲート電極と同一層で形成する一例を示し、導電層１１０９と１１２７で形成されている。導電層１１２７は陽極層１１２６と同時に形成されるものであり、酸化物導電性材料で形成される。実際には表面に露出する部分をこの酸化物導電性材料で覆うことにより、酸化反応による表面抵抗の増大を防いでいる。
【０１０５】
この開口部及びその周辺には接着性の樹脂１１３４が充填され、封止板１１３４が固着される。封止板１１３５にはステンレス鋼やアルミニウムなどの金属を用いることができる。また、ガラス基板などを適用しても良い。接着性の樹脂１１３４と封止板１１３５で囲まれた内側には、酸化バリウムなどの乾燥剤を封入して、水分による劣化を防ぐこともできる。封止板の厚さは３０〜１２０μm程度の有機樹脂材料を使って可撓性を持たせても良い。その表面にはガスバリア層としてＤＬＣや窒化珪素など無機絶縁体から成る被膜を形成しておいても良い。シールパターンに用いられる材料の一例はエポキシ系接着剤であり、その側面部も無機絶縁体から成る被膜で覆うことによりその部分から浸透する水蒸気を防ぐことができる。
【０１０６】
接着性の樹脂１１３４としては、紫外線硬化型アクリル樹脂や、カチオン紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いることができる。
【０１０７】
このように、ＴＦＴと発光素子を組み合わせて画素部を形成し、表示装置を完成させることができる。このような表示装置はＴＦＴを用いて駆動回路を同一基板上に形成することもできる。図２１で示すように、ＴＦＴの主要構成要素である半導体膜、ゲート絶縁膜及びゲート電極を、その下層側及び上層側を窒化珪素又は酸窒化珪素から成るブロッキング層と保護膜により囲むことにより、アルカリ金属や有機物の汚染を防ぐ構造を有している。一方発光素子はアルカリ金属を一部に含み、窒化珪素又は酸窒化珪素又はＤＬＣ膜から成る保護膜と、窒化珪素又は炭素を主成分とする絶縁膜から成るガスバリア層とで囲まれ、外部から酸素や水分が浸入することを防ぐ構造を有している。
【０１０８】
[実施例１１]
本発明を用いて作製されるＴＦＴを搭載した半導体装置は、様々な適用が可能である。その一例は、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ受像器、携帯電話、投影型表示装置等が挙げられる。それらの一例を図２５、図２６に示す。
【０１０９】
図２５(Ａ)は本発明を適用してテレビ受像器を完成させる一例であり、筐体３００１、支持台３００２、表示部３００３等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３００３に適用され、本発明によりテレビ受像器を完成させることができる。
【０１１０】
図２５(Ｂ)は本発明を適用してビデオカメラを完成させた一例であり、本体３０１１、表示部３０１２、音声入力部３０１３、操作スイッチ３０１４、バッテリー３０１５、受像部３０１６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３０１２に適用され、本発明によりビデオカメラを完成させることができる。
【０１１１】
図２５(Ｃ)は本発明を適用してノート型のパーソナルコンピュータを完成させた一例であり、本体３０２１、筐体３０２２、表示部３０２３、キーボード３０２４等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３０２３に適用され、本発明によりパーソナルコンピュータを完成させることができる。
【０１１２】
図２５(Ｄ)は本発明を適用してＰＤＡ(Personal Digital Assistant)を完成させた一例であり、本体３０３１、スタイラス３０３２、表示部３０３３、操作ボタン３０３４、外部インターフェース３０３５等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３０３３に適用され、本発明によりＰＤＡを完成させることができる。
【０１１３】
図２５(Ｅ)は本発明を適用して音響再生装置を完成させた一例であり、具体的には車載用のオーディオ装置であり、本体３０４１、表示部３０４２、操作スイッチ３０４３、３０４４等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３０４２に適用され、本発明によりオーディオ装置を完成させることができる。
【０１１４】
図２５(Ｆ)は本発明を適用してデジタルカメラを完成させた一例であり、本体３０５１、表示部(Ａ)３０５２、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部(Ｂ)３０５５、バッテリー３０５６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部(Ａ)３０５２および表示部(Ｂ)３０５５に適用され、本発明によりデジタルカメラを完成させることができる。
【０１１５】
図２５(Ｇ)は本発明を適用して携帯電話を完成させた一例であり、本体３０６１、音声出力部３０６２、音声入力部３０６３、表示部３０６４、操作スイッチ３０６５、アンテナ３０６６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３０６４に適用され、本発明により携帯電話を完成させることができる。
【０１１６】
図２６（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。図２６（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。
【０１１７】
尚、図２６（Ｃ）は、図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図２６（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。
【０１１８】
また、図２６（Ｄ）は、図２６（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２６（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。
【０１１９】
尚、ここで示す装置はごく一例であり、これらの用途に限定するものではないことを付記する。
【０１２０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、一辺に、先の尖った凸端部を有する半導体領域を複数個並列に配置された第１形状の半導体領域を用いて連続発振レーザー光を照射して結晶化させることにより、結晶成長はシード領域に最初に形成される結晶を核としてその結晶が成長し、結晶の核生成は制限を受け、核生成密度を低減させると共に結晶の配向を制限する効力を持たせることにより、特定の方位を持った結晶を成長させることができる。そして、複数の凸端部から延在する結晶で形成されるように配設して、凹部から延びる結晶粒界や歪みが蓄積された結晶を除去することにより、良質の結晶のみでＴＦＴを形成することができる。
【０１２１】
このような構成とし、複数の矩形状の半導体領域を複数個並列に配設し、一対のソース及びドレイン領域間に設け、一つのトランジスタを形成することで、素子間の特性の分散を小さくすることができる。また、良質な結晶のみを使うことで、電界効果移動度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の半導体装置の作製方法の概念を説明する図。
【図２】  本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する図。
【図３】  本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する図。
【図４】  本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する図。
【図５】  本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する図。
【図６】  本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する図。
【図７】  本発明に適用するレーザー照射装置の一態様を示す配置図。
【図８】  本発明に係る結晶化法を説明する上面及び断面図。
【図９】  本発明に係る結晶化法を説明する上面及び断面図。
【図１０】  本発明に係る結晶化法を説明する上面及び断面図。
【図１１】  本発明に係る結晶化法を説明する上面及び断面図。
【図１２】  本発明に係る結晶化法を説明する断面図。
【図１３】  本発明に係る結晶化法を説明する上面及び断面図。
【図１４】  本発明に係る結晶化法を説明する断面図。
【図１５】  本発明に係る結晶化法を説明する断面図。
【図１６】  本発明に係る結晶化法を説明する上面及び断面図。
【図１７】  本発明に係る結晶化法を説明する断面図。
【図１８】  本発明に係る結晶化法を説明する上面及び断面図。
【図１９】  本発明に係る結晶化法で形成された結晶性半導体膜を用いたＴＦＴの構造を説明する上面及び断面図。
【図２０】  本発明に係る結晶化法で形成された結晶性半導体膜を用いたＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図２１】  本発明により作製されるＴＦＴを用いた表示装置の画素構造を示す面図。
【図２２】  本発明により作製されるＴＦＴを用いた表示装置の画素構造を示す上面図。
【図２３】  本発明に係る結晶化法を説明するものであり、第１形状の半導体領域と結晶成長の関連を説明する図である。
【図２４】  本発明により作製されるＴＦＴの等価回路図。
【図２５】  半導体装置の一例を示す図。
【図２６】  プロジェクターの一例を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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