(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法であって、
絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜に第１のエッチングを施すことで第１及び第２の突出した形状を有する第１半導体領域を形成し、
前記第１半導体領域の一端である前記第１の突出部から他端である前記第２の突出部に向けて第１のレーザービームを走査し、
前記第２の突出部から前記第１の突出部に向けて第２のレーザービームを走査して前記第１半導体領域を結晶化させ、
前記結晶化させた第１半導体領域に第２のエッチングを施して、前記薄膜トランジスタの活性層となる第２半導体領域を形成し、
前記第２半導体領域に前記第１及び第２のレーザービームの走査方向と、前記薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが概略一致するように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】
薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法であって、
絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜に第１のエッチングを施すことで第１及び第２の突出した形状を有する第１半導体領域を形成し、
前記第１半導体領域の一端である前記第１の突出部から他端である前記第２の突出部に向けて第１のレーザービームを走査し、
前記第２の突出部から前記第１の突出部に向けて第２のレーザービームを走査して前記第１半導体領域を結晶化させ、
前記第１半導体領域上に非単結晶半導体膜を形成し、
加熱処理により前記非単結晶半導体膜に金属元素を偏析させ、
前記結晶化させた第１半導体領域に第２のエッチングを施して、前記薄膜トランジスタの活性層となる第２半導体領域を形成し、
前記第２半導体領域に前記第１及び第２のレーザービームの走査方向と、前記薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが概略一致するように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】
薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法であって、
絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、
触媒元素を添加した後、加熱処理により前記非晶質半導体膜を結晶化させて結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜に第１のエッチングを施すことで第１及び第２の突出した形状を有する第１半導体領域を形成し、
前記第１半導体領域の一端である前記第１の突出部から他端である前記第２の突出部に向けて第１のレーザービームを走査し、
前記第２の突出部から前記第１の突出部に向けて第２のレーザービームを走査して前記第１半導体領域の結晶性を改質し、
前記結晶性を改質した第１半導体領域に第２のエッチングを施して、前記薄膜トランジスタの活性層となる第２半導体領域を形成し、
前記第２半導体領域に前記第１及び第２のレーザービームの走査方向と、前記薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが概略一致するように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３において、前記結晶質半導体膜を形成した後に、前記触媒元素を除去するゲッタリング処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法であって、
絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、
触媒元素を選択的に添加した後、加熱処理により前記非晶質半導体膜を、前記触媒元素が選択的に添加された領域から前記絶縁表面と平行な方向に結晶化させて結晶質半導体膜を形成し、
前記結晶質半導体膜に第１のエッチングを施すことで第１及び第２の突出した形状を有する第１半導体領域を形成し、
前記第１半導体領域において、結晶の成長方向と概略一致する前記第１の突出部から前記第２の突出部の方向に第１のレーザービームを走査し、
前記第２の突出部から前記第１の突出部に向けて第２のレーザービームを走査して前記第１半導体領域の結晶性を改質し、
前記結晶性を改質した第１半導体領域に第２のエッチングを施して、前記薄膜トランジスタの活性層となる第２半導体領域を形成し、
前記第２半導体領域に前記第１及び第２のレーザービームの走査方向と、前記薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが概略一致するように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６】
請求項５において、前記結晶質半導体膜を形成した後に、前記触媒元素を除去するゲッタリング処理を行う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、前記第１半導体領域に第２のエッチングを施す際に、前記第１半導体領域の歪み領域を除去するようにエッチングを施すことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法であって、
絶縁表面上に第１非晶質半導体膜を形成し、
触媒元素を添加した後、加熱処理により前記第１非晶質半導体膜を結晶化させて第１結晶質半導体膜を形成し、
前記第１結晶質半導体膜に第１のエッチングを施して、種結晶領域を形成し、
前記絶縁表面上に、前記種結晶領域に重なる第２非晶質半導体膜を形成し、
前記第２非晶質半導体膜に第２のエッチングを施すことで、前記種結晶領域と重なる第１及び第２の突出した形状を有する第１半導体領域を形成し、
前記第１半導体領域において、前記種結晶領域と重なる一端にある前記第１の突出部から他端にある前記第２の突出部に向けて第１のレーザービームを走査し、
前記第２の突出部から前記第１の突出部に向けて第２のレーザービームを走査して前記第１半導体領域を結晶化させ、
前記種結晶領域及び前記結晶化させた第１半導体領域に第３のエッチングを施して、前記薄膜トランジスタの活性層となる第２半導体領域を形成し、
前記第２半導体領域に前記第１及び第２のレーザービームの走査方向と、前記薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが概略一致するように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９】
薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法であって、
絶縁表面上に珪素と、当該珪素に対する濃度が０．１原子％以上５原子％以下であるゲルマニウムを含有する第１非晶質半導体膜を形成し、
触媒元素を添加した後、加熱処理により前記第１非晶質半導体膜を結晶化させて第１結晶質半導体膜を形成し、
前記第１結晶質半導体膜に第１のエッチングを施して、種結晶領域を形成し、
前記絶縁表面上に、前記種結晶領域に重なる第２非晶質半導体膜を形成し、
前記第２非晶質半導体膜に第２のエッチングを施すことで、前記種結晶領域と重なる第１及び第２の突出した形状を有する第１半導体領域を形成し、
前記第１半導体領域において、前記種領域と重なる一端にある前記第１の突出部から他端にある前記第２の突出部に向けて第１のレーザービームを走査し、
前記第２の突出部から前記第１の突出部に向けて第２のレーザービームを走査して前記第１半導体領域を結晶化させ、
前記種結晶領域及び前記結晶化させた第１半導体領域に第３のエッチングを施して、前記薄膜トランジスタの活性層となる第２半導体領域を形成し、
前記第２半導体領域に前記第１及び第２のレーザービームの走査方向と、前記薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが概略一致するように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１０】
請求項８又は請求項９において、前記第１半導体領域を結晶化させた後に、前記触媒元素を除去するゲッタリング処理を行う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８乃至請求項１０のいずれか一項において、前記第１半導体領域に第３のエッチングを施す際に、前記第１半導体領域の歪み領域を除去するようにエッチングを施すことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、前記第１及び第２のレーザービームは、複数のレーザービームを照射面に重ね合わせて照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか一項において、前記第１及び第２のレーザービームは、連続発振レーザービームであって、その波長は、４００ｎｍ乃至７００ｎｍであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一において、前記第１のレーザービームを走査して、前記第１半導体領域の水素出しを行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか一において、前記第２のレーザービームのエネルギー密度は、前記第１のレーザービームのエネルギー密度よりも大きい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、レーザービームを用いた半導体装置の作製方法に関する。特に、非晶質半導体膜をレーザービームにより結晶化させる工程を有する半導体装置の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスなどの絶縁表面上に形成した非晶質半導体膜を、レーザーアニールにより結晶化させる技術が開発されている。レーザーアニールとは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術を指している。適用さ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、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザーであり、レーザービームの照射によって半導体をごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【０００３】
従来のレーザーアニール法の一例は特開平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ビームが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や、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していた。
【０００４】
上記特開昭６２−１０４１１７号公報においては、レーザービームの走査速度をビームスポット径×５０００／秒以上として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ビーム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。
【０００５】
レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【０００６】
近年におけるレーザーアニールの積極的な活用は、ガラス基板上への多結晶シリコン膜の形成にあり、このプロセスは液晶表示装置のスイッチング素子として用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製に応用されている。エキシマレーザーを使うと半導体膜が形成された領域しか熱的な影響を与えないため、安価なガラス基板を用いることが可能となり高精細ディスプレイの開発が進められている。
【０００７】
レーザーアニールによって結晶化した多結晶シリコン膜で作製されるＴＦＴは比較的高い周波数で駆動できるので、画素に設けるスイッチング素子のみでなく、駆動回路をガラス基板上に形成することも可能となっている。パターンのデザインルールは５〜２０μm程度であり、駆動回路及び画素部にそれぞれ１０6〜１０7個程度のＴＦＴがガラス基板上に作り込まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーアニールよるアモルファスシリコンの結晶化は、溶融−固化の過程を経て成されるが、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、パルスレーザービームを用いたレーザーアニールは、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に期待しているのが現状である。従って、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。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。
【０００９】
非溶融領域に形成されると言われるパルスレーザーアニールでは、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状の結晶を形成することはできない。
【００１０】
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。特に、体積収縮に伴う欠陥は、島状に分割した半導体膜において、その外周部に生成することが指摘されている。
【００１１】
一方、連続発振レーザービームを走査して溶融−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。
【００１２】
ところで、半導体膜を加熱することができるレーザービームの波長は、紫外域〜赤外域に渡って広い範囲で存在するが、基板上に形成された半導体膜又は半導体領域を選択的に加熱するには、半導体の吸収係数との関係で紫外域〜可視光域の波長を有するレーザービームを適用するのが好ましいと考えられる。ところが、可視光域においても比較的高い出力が得られる固体レーザーの光は、コヒーレント性が強く照射面において干渉が発生し、均一なレーザービームを照射することが困難である。
【００１３】
また、パルスレーザービームより長い時間溶融状態を持つ連続発振レーザービームの結晶化は、外部から不純物が結晶に取り込まれる割合が増加して、それが偏析することにより、たとえ結晶性が改善されたとしても、不純物に起因する欠陥が形成され、結局結晶の品質は悪化してしまう。
【００１４】
本発明は、上記問題点を鑑みなされたものであり、結晶方位を制御して、配向の揃った結晶質半導体膜を形成すると共に、不純物の濃が低減された結晶質半導体膜を得る技術を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明の半導体装置の作製方法は、珪素の酸化物又は窒化物又はそれらの混合体、或いは、アルミニウムの酸化物又は窒化物又はそれらの混合体で形成される絶縁表面上に、非晶質半導体で成る第１半導体領域を形成し、第１半導体領域の一端から他端に向けて連続発振レーザービームを走査して、第１半導体領域を一旦溶融させて結晶化し、その後、ＴＦＴの活性層を形成するために第１半導体領域をエッチングして第２半導体領域を形成するものである。エッチングで形成される第２半導体領域のパターンは、ＴＦＴにおける電界効果移動度を向上させるために、レーザービームの走査方向と薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とを概略一致させる。
【００１６】
第１半導体領域は、絶縁表面上に形成された非晶質半導体膜をエッチングして所定のパターンに形成したものが適用される。即ち、非晶質半導体で形成すれば良い。他の形態として、予め結晶化されているものであっても良い。
【００１７】
その場合における半導体装置の作製方法は、絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、触媒元素を添加した後、加熱処理により当該非晶質半導体膜を結晶化させて結晶質半導体膜を形成し、結晶質半導体膜をエッチングして第１半導体領域を形成し、第１半導体領域の一端から他端に向けて連続発振レーザービームを走査して、当該第１半導体領域を結晶性を改質し、その後、第１半導体領域をエッチングして、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が概略一致するように第２半導体領域を形成するものである。
【００１８】
或いは、絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、触媒元素を選択的に添加した後、加熱処理により当該非晶質半導体膜を、該触媒元素が選択的に添加された領域から絶縁表面と平行な方向に結晶化させて結晶質半導体膜を形成し、結晶質半導体膜をエッチングして第１半導体領域を形成し、第１半導体領域において、結晶の成長方向と概略一致する方向に連続発振レーザービームを走査して、当該第１半導体領域を結晶性を改質し、その後、第１半導体領域をエッチングして、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が概略一致するような第２半導体領域を形成するものである。
【００１９】
ＴＦＴの活性層として最終的に形成される第２半導体領域の結晶方位を予め決めるための適した方法は、第１半導体領域の結晶化の前に、予め第１半導体領域に接して種となるシード領域を形成しておく手法が適用される。
【００２０】
その場合における半導体装置の作製方法は、絶縁表面上に第１非晶質半導体膜を形成し、触媒元素を添加した後、加熱処理により当該非晶質半導体膜を結晶化させて第１結晶質半導体膜を形成し、第１結晶質半導体膜をエッチングして第１半導体領域を形成し、絶縁表面上に、第１半導体領域に重なる第２非晶質半導体膜を形成し、第２非晶質半導体膜をエッチングして、少なくとも一部が前記第１半導体領域と重なる第２半導体領域を形成し、第２半導体領域において、第１半導体領域と重なる一端から他端に向けて連続発振レーザービームを走査して当該第２半導体領域を結晶化させ、その後、第１半導体領域及び第２半導体領域をエッチングして、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が概略一致するように第３半導体領域を形成するものである。
【００２１】
或いは、他の構成として、絶縁表面上に珪素とゲルマニウムを含有する第１非晶質半導体膜を形成し、触媒元素を添加した後、加熱処理により当該非晶質半導体膜を結晶化させて第１結晶質半導体膜を形成し、第１結晶質半導体膜をエッチングして種結晶領域を形成し、絶縁表面上に種結晶領域に重なる第２非晶質半導体膜を形成し、第２非晶質半導体膜をエッチングして、少なくとも一部が種結晶領域と重なる第１半導体領域を形成し、第１半導体領域において、種結晶領域と重なる一端から他端に向けて連続発振レーザービームを走査して、当該第１半導体領域を結晶化させ、その後、種結晶領域及び第１半導体領域をエッチングして、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が概略一致するように第２半導体領域を形成するものである。
【００２２】
珪素とゲルマニウムを含有する非晶質半導体膜に触媒元素を添加して結晶化させることで、｛１０１｝面の配向率が高い結晶質半導体膜を得ることができる。このような作用を発現させるのに必要なゲルマニウムの濃度は、実験の結果珪素に対し、０．１原子％以上１０原子％以下、好ましくは１原子％以上５原子％以下とすれば良いことが分かっている。ゲルマニウムの濃度がこの上限値以上の濃度になると珪素とゲルマニウムの合金材料として発生する自然核（添加する金属元素との化合物によらず発生する核）の発生が顕著となり、得られる多結晶半導体膜の配向比率を高めることができない。また、下限値以下であると十分な歪を発生させることができず、やはり配向比率を高めることができない。そして、それをシード領域とすることにより、最終的に形成される第３半導体領域の配向率を高め、単一配向の結晶質半導体を得ることができる。
【００２３】
適用される触媒元素としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種又は複数種を用いる。また、非晶質半導体膜の厚さは１０nm乃至２００nmで形成する。非晶質珪素膜に当該金属元素を添加して加熱処理を施すことにより、珪素と当該金属元素との化合物（シリサイド化物）を形成し、それが拡散することにより結晶化が進行する。非晶質珪素膜に添加したゲルマニウムはこの化合物と反応せず、その周囲に存在することにより局所的な歪みを生じさせる。この歪みは核生成の臨界半径を大きくする方向に作用して、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。
【００２４】
結晶質半導体膜において、結晶化に用いた触媒元素、又は溶融状態を経ることにより外部から取り込まれた不純物を除去する手段として、ゲッタリング処理を適用することができる。歪み場を形成するゲッタリングサイト（不純物を偏析させる領域）は、リン又はアルゴン等の周期律１８族元素が添加された非晶質半導体又は結晶質半導体が適している。ゲッタリング処理により、上述の触媒元素、又は結晶化の過程で混入したその他の金属元素を除去することができ、不純物に起因する欠陥密度を低減することができる。
【００２５】
上記発明の構成において、絶縁表面を形成するための基板は、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に代表される無アルカリガラス、石英、シリコンウエハーなどの半導体基板を適用することができる。
【００２６】
結晶化に用いるレーザービームを放射するレーザー発振装置には、気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置が適用され、特に連続発振可能なレーザー発振装置を適用する。連続発振の固体レーザー発振装置としては、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レーザー発振装置が適用される。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。非晶質半導体膜を結晶化させるためにはレーザービームを半導体膜で選択的に吸収させるために、可視域から紫外域の波長のレーザービームを適用し、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、非晶質半導体膜の結晶化に際して、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。その他に、アルゴンレーザー、クリプトンレーザーなどの気体レーザー発振装置を適用することもできる。
【００２７】
いずれにしても、半導体膜の吸収係数との関係から、連続発振レーザービームの波長は、４００nm乃至７００nmであることが望ましい。それよりも長波長領域の光では、半導体の吸収係数が小さく、溶融させるためにパワー密度を高めると、基板まで熱的なダメージを受けてしまう。また、それよりも短波長領域の光では、半導体の表面で殆どが吸収され内部から加熱することが出来ないので、表面状態の影響を受けてランダムな結晶成長が支配的となってしまう。
【００２８】
固体レーザー発振装置から放射されるレーザービームはコヒーレント性が強く照射面において干渉が発生してしまうので、これを打ち消す手段として、異なるレーザー発振装置から放射される複数のレーザービームを照射部において重ね合わせる構成とする。このような構成とすることにより、干渉を除去するばかりでなく、照射部における実質的なエネルギー密度を増加させることができる。また、他の手段として、異なるレーザー発振装置から放射される複数のレーザービームを、光学系の途中で同一の光軸に重ね合わせた構成としても良い。
【００２９】
上記干渉を除去する手段を設けたレーザー処理装置の構成としては、ｎ（ｎ＝自然数）個の光学系を有し、第ｎの光学系は、第ｎのレーザー発振装置と、第ｎのＹ軸方向にレーザービームを操作する偏向手段と、第ｎのＸ軸方向にレーザービームを走査する偏向手段と、第ｎのｆθレンズと、から成り、ｎ個の光学系により集光され偏向されたｎ本のレーザービームは、被処理物の概略同一位置に照射する構成をもって実現することができる。偏向手段としてはガルバノミラーを適用することができる。
【００３０】
上記レーザー処理装置の構成により、半導体を溶融させるのに十分なエネルギー密度のレーザービームを、照射部において干渉を生じさせることなく照射することができ、偏向手段によりレーザービームの位置を制御して走査することにより、大面積基板であっても半導体領域が形成された特定領域のみを処理することができる。よって、結晶化工程におけるスループットを向上させることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
【発明の実施の形態】
[実施形態１]
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、第１半導体領域１０３が形成されている状態を示している。半導体領域を形成する材料は、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が適用される。この中で最も適した材料は珪素である。
【００３３】
第１半導体領域１０３からは、点線で示す位置にＴＦＴの活性層１０４が形成される。活性層１０４形成領域は、半導体領域１０３の端部に至らない内側に形成する。尚、ここで活性層とは、ＴＦＴのチャネル形成領域と、ソース又はドレイン領域などのように価電子制御された不純物領域を含んでいう。
【００３４】
レーザービーム１０５は半導体領域１０３に対して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平行にして往復走査しても良い。適用されるレーザービームは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レーザー発振装置から放射されるレーザービームの第２高調波であり、ドーパントにＮｄを使っている場合には５３２nmの波長が得られる。勿論、波長はこの値に限定されるものではなく、第１半導体領域を形成する材料の吸収係数を考慮して決めれば良い。
【００３５】
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半導体領域を組み合わせる場合、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することができる。
【００３６】
具体的には、非晶質珪素膜で形成される第１半導体領域１０３の５３２nmに対する光に侵入長は概略１００nm〜１０００nmであり、膜厚３０nm〜２００nmで形成される第１半導体領域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。
【００３７】
レーザービームの照射方法は図１（Ａ）で示すように基板１０１に対して第１半導体領域１０３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基板が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、レーザービーム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半導体領域１０３の一辺の長さよりも長いことが望ましい。
【００３８】
非晶質半導体膜が結晶化することによって、含有する水素の放出や、原子の再配列による緻密化が起こり体積の収縮が発生する。従って、非晶質領域と結晶領域の界面では、格子連続性も確保されず、歪みが生じることになる。図１（Ａ）の様に第１半導体領域１０３の結晶化領域１０６の内側にＴＦＴの活性層１０４を形成することは、この歪み領域を除去することでもある。
【００３９】
図１（Ａ）で示す第１半導体領域１０３の特徴的な形状は、角部にシード領域１０７が設けられたものであり、この部分からレーザービームを照射することにより、単一の結晶方位をもった半導体領域を形成することができる。結晶成長は、シード領域１０７に最初に形成される結晶、又は予め形成されている結晶を基に発生する。このシード領域にある結晶を種結晶と呼ぶが、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。
【００４０】
触媒元素を用いた非晶質半導体膜の結晶化は、比較的高い配向率をもった結晶質半導体膜を得ることができる点で適している。適用される触媒元素としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種又は複数種を用いる。非晶質半導体膜の厚さは１０nm乃至２００nmで形成する。
【００４１】
また、特定元素として適したものはゲルマニウムであり、｛１０１｝面の配向率が高い結晶質半導体膜を得ることができる。このような作用を発現させるのに必要なゲルマニウムの濃度は、実験の結果珪素に対し、０．１原子％以上１０原子％以下、好ましくは１原子％以上５原子％以下とすれば良い。非晶質珪素膜に当該金属元素を添加して加熱処理を施すことにより、珪素と当該金属元素との化合物（シリサイド化物）を形成し、それが拡散することにより結晶化が進行する。非晶質珪素膜に添加したゲルマニウムはこの化合物と反応せず、その周囲に存在することにより局所的な歪みを生じさせる。この歪みは核生成の臨界半径を大きくする方向に作用して、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。
【００４２】
図２ではシード領域１０７から結晶が成長する過程を示すものであるが、第１半導体領域１０３の一端に設けられたシード領域１０７からレーザービーム１０５が照射され、半導体を溶融させながら他端に向かって走査することにより、その方向に従って結晶を成長させることができる。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。勿論、成長する結晶は、単一の結晶方位を持つことになる。シード領域１０７に発現する結晶は偶発的なものでも良いが、Ｎｉなどの触媒元素を添加することで｛１０１｝面の配向した結晶を得る確率が高くなる。また、ゲルマニウムを添加することで、その確率はさらに高まる。
【００４３】
シード領域における結晶の選択性をより高める形状としては、図３に示すようにシード領域１０７が第１半導体領域１０３から突出した形状としても良い。突出部の幅は１〜５μmとすることで、複数の結晶粒が自然発生するのを防ぐことができる。
【００４４】
また、図４で示す形態は、第１半導体領域１０３を形成する前の段階でシード領域１０７を形成する場合に適した形状であり、選択領域１１０はシード領域１０７から成長する結晶方位を一つに選択し、第１半導体領域１０３に連結するために設けられている。この場合におけるシード領域１０７は、第１半導体領域１０３とは別な層で形成された半導体で形成されるものであり、触媒元素を添加して結晶化された結晶質半導体膜、又は珪素にゲルマニウムが添加された非晶質半導体膜に触媒元素を添加して結晶化された結晶質半導体膜などが適用される。これらの結晶質半導体膜は配向率が高いので、これを利用すると再現性良く同一の結晶方位を有する結晶質半導体膜を形成することができる。
【００４５】
連続発振レーザービームの照射により第１半導体領域１０３の全体を結晶化した後、好ましくはゲッタリング処理を加えると良い。連続発振レーザービームの照射により半導体は溶融状態となるが、その時間はビームの走査速度にも依存する。凡そ１０〜１００cm/secの走査速度が適用されるが、外部環境から不純部が混入することを完全に防ぐことはできない。好ましくない不純物としては酸素、窒素、炭素などの大気成分もあるが、その他のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒなど装置の構成部材に起因する金属不純物がある。
【００４６】
ゲッタリングは、第１半導体領域に接して歪み場を形成する半導体膜を形成した後、加熱処理により不純部を偏析させる。歪み場を形成する半導体膜としては、リンを添加した非晶質半導体膜、アルゴンなど周期律１８族元素を添加した非晶質半導体膜などが適している。加熱温度は５００〜８００℃であり、ファーネスアニール炉、瞬間熱アニール（ＲＴＡ）炉などを用いて行う。この時、レーザービームを照射して反応を促進させても良い。
【００４７】
その後、図１（Ｂ）で示すようにエッチングにより活性層１０８を形成する。その後、図１（Ｃ）に示す如く、ゲート絶縁膜１０８及びゲート電極１０９を形成し、また、半導体領域にソース及びドレイン領域を形成し、必要な配線を設ければＴＦＴを形成することができる。図１（Ｃ）と図１（Ａ）を対比して明らかなように、完成したＴＦＴにおけるチャネル長方向と、レーザービームの走査方向は同じ方向とする。
【００４８】
こうしたレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより、その走査方向に大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービーム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１０〜１００cm/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。レーザービームを走査する方向は一方向に限定されるものではなく、往復走査をしても良い。
【００４９】
このような処理を可能とするレーザー処理装置の一例は、図５及び図６に示す構成である。このレーザー処理装置は、基板の任意の位置を指定してレーザービーム照射して結晶化することを可能とするものであり、複数の方向から複数のレーザービームを照射することにより、さらにスループットを向上させることができる。さらに、レーザービームを照射面において重ね合わせ、レーザー処理に必要なエネルギー密度と、光の干渉を除去することが可能な構成となっていることが特徴である。
【００５０】
図５はそのようなレーザー処理装置の構成を示す上面図であり、図６はそれに対応する断面図である。図５と図６においては説明の便宜上、共通の符号を用いる。
【００５１】
第１光学系４０１は、レーザー発振装置３０１ａ、レンズ群３０２ａ、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａ、ｆθレンズ３０５ａから成っている。ここで、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａが偏向手段として設けられたものである。
【００５２】
第２光学系４０２、第３光学系４０３も同様の構成であり、レーザービームは第１ガルバノミラーと第２ガルバノミラーの回転角のより偏向方向が制御され、載置台３０６上の被処理物３０７に照射される。ビーム径はレンズ群３０２及び必要があればスリット等を設けることで任意の形状とすることができるが、概略数十μm〜数百μmの円形、楕円形、又は矩形とすれば良い。載置台３０６は固定とするが、レーザービームの走査と同期させることも可能であるので、ＸＹθ方向に移動可能としても良い。
【００５３】
そして、第１乃至第３の光学系により被処理物に照射されるレーザービームを重ね合わせることにより、レーザー処理に必要なエネルギー密度と、光の干渉を除去することが可能となる。異なるレーザー発振装置から放射されるレーザービームはそれぞれ位相が異なっているので、これらを重ね合わせることにより干渉を低減することができる。
【００５４】
尚、ここでは第１乃至第３光学系から放射される３本のレーザービームを重ね合わせる構成を示しているが、同様の効果はこの数に限定されず、複数本のレーザービームを重ね合わせることで目的は達せられる。また、同様な効果が得られるものであれば、レーザー処理装置の構成は図５及び図６で示す構成に限定されるものはない。
【００５５】
また、レーザー処理装置の他の構成としては、図２３で示す構成の装置も適用可能である。図２３の構成は、レーザー発振装置２３０１、ビームエキスパンダー２３０２、ミラー２３０３、シリンドリカルレンズ２３０４、凸レンズ２３０５、載置台２３０５から成る装置である。光学系においては、ビームエキスパンダー２３０２によりレーザー発振装置２３０１から放射されるビーム径を広げ、シリンドリカルレンズ２３０４でビーム形状を楕円にしている。さらにレーザーアニールに必要なエネルギー密度を得るために凸レンズ２３０５を設け集光している。こうして、レーザービームを楕円にすることで、照射面積を広くできる。
【００５６】
また、この装置では、載置台２３０５を移動手段により一方向又は二方向に動かすことにより基板２３０６のレーザーアニールを可能としている。レーザービームの入射角を特定角度とすることにより、基板２３０６で反射したレーザービーム（戻り光）が再び光学系に入射しない構成としている。
【００５７】
このような構成のレーザー処理装置を用い、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。また、結晶面が制御された種結晶が形成をシード領域を設けることにより、単一配向の活性層を形成することが可能となり、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。
【００５８】
【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。
【００５９】
[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。
【００６０】
図７において、ガラス基板４０１上に１００nmの酸化窒化珪素膜でなるバリア層４０２が形成されている。その上にある第１半導体領域４０３は、厚さ１００nmのプラズマＣＶＤ法により形成された非晶質珪素膜である。尚、図７において（Ａ）は第１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半導体領域４０３の端部に至らない内側にＴＦＴの活性層４０５ａ、４０５ｂが形成されるものである。
【００６１】
シード領域４０４は、第１半導体領域４０３の長手方向に一端に形成され、本実施例の場合、レーザービームの照射によってこの領域で発現する結晶方位が、第１半導体領域４０３の結晶方位とすることができる。
【００６２】
図８は、連続発振レーザービームによる結晶化の段階を示す図である。レーザービーム４０６の照射面積は、第１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半導体領域の短手方向と交差するようにして照射する。ビーム形状は矩形、線形、楕円系など任意なものとすることができるが、いずれにしても図８で示すように照射して、結晶化が第１半導体領域４０３の一端から他端に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５と図６で示す構成のレーザー処理装置、又は図２３で示す構成のレーザー処理装置が適用される。光学系にて集光したレーザービームは、中央部と端部で必ずしもエネルギー強度が一定ではないので、第１半導体領域４０３がビームの端部にかからないようにすることが望ましい。
【００６３】
こうして、レーザービーム４０６が照射された領域から結晶化が進み、結晶質半導体４０７を得ることができる。
【００６４】
その後、図９（Ａ）（Ｂ）で示すように、結晶化された第１半導体領域４０３を写真蝕刻により活性層４０５ａ、４０５ｂとなる所定のパターンにエッチングする。トップゲート型ＴＦＴとするには、活性層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。
【００６５】
ＴＦＴを用いるアクティブマトリクス型表示装置は、その機能的な区分から画素部と駆動回路部とに構成を分けて見ることができる。本実施例で形成される活性層を用いたＴＦＴではそれらを同一基板上に一体形成することが可能である。図２５はＴＦＴ基板１２０１と、レーザービームの照射方向との関係を詳細に示すものである。ＴＦＴ基板１２０１には画素部１２０２、駆動回路部１２０３、１２０４が形成される領域を点線で示している。第１半導体領域はそれぞれの領域に形成されており、この状態における活性層の形成方法を図２５中にある拡大図１３０４、１３０５、１３０６で示す。
【００６６】
例えば、駆動回路部１２０３は走査線駆動回路を形成する領域であり、その部分拡大図１３０５には活性層１２５８を形成する第１半導体領域１２５１が形成されている。第１半導体領域１２５１の配置は、矢印で示す方向に連続発振レーザービーム１４０５の走査を可能にしている。活性層１２５８の形状は任意なものを適用することができるが、いずれにしてもチャネル長方向とレーザービームの走査方向とを揃えている。
【００６７】
また、駆動回路部１２０３と交差する方向に延設する駆動回路部１２０４はデータ線駆動回路を形成する領域であり、第１半導体領域１２５０が形成されており、そこから形成される活性層１２５７と、レーザービーム１４０４の走査方向を一致させている（拡大図１３０４）。また、画素部１２０２も同様であり、拡大図１３０６に示す如く、第１半導体領域１２５２が形成されており、そこから形成される活性層１２５９と、レーザービーム１４０６の走査方向を一致させている。この配列により、レーザービームは全て同一方向に走査すれば良いので、処理時間をより短縮することが可能である。
【００６８】
このようなレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより単一配向で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を可能とする。勿論、それはレーザービーム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１０〜１００cm/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。
【００６９】
[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１０にその態様を示すが、その場合、シード領域４０４ａ、４０４ｂは第１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質半導体膜を得ることができる。
【００７０】
[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。
【００７１】
図１１（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。
【００７２】
その後、図１１（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質珪素膜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。
【００７３】
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１１（Ｃ）で示すような結晶質珪素膜５０７を得ることができる。
【００７４】
その後、図１２で示すように結晶質珪素膜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半導体領域５０８を形成する。ＴＦＴの活性層５１０ａ、５１０ｂが形成されるべき領域は第１半導体領域５０８の内側に位置し、図１２で示すように連続発振レーザービーム５０９は一方向に走査する。或いは往復走査する。
【００７５】
このようなレーザービームの照射により結晶質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質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。
【００７６】
[実施例４]
実施例３と同様に、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（図１３（Ａ））。
【００７７】
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１３（Ｂ）で示すように、結晶質珪素膜５０７を得ることができる。この結晶質珪素膜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。
【００７８】
[実施例５]
実施例３又は実施例４において、結晶質珪素膜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。
【００７９】
図１４で示すように、結晶質珪素膜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。
【００８０】
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、結晶質珪素膜５０７の触媒元素濃度は１０17/cm3以下とすることができる。
【００８１】
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。
【００８２】
[実施例６]
シード領域に予め結晶方位の定まった結晶質半導体膜を形成しておくことで、第１半導体領域に結晶方位を揃えることができる。まず、図１５（Ａ）示すように、ガラス基板６０１上にブロッキング層６０２を形成し、その上に非晶質珪素膜６０３を形成する。非晶質珪素膜６０３は結晶化してシード領域を形成する目的においてはあまり厚くする必要はなく、３０〜１００nm程度の厚さで形成する。その後、触媒元素含有層６０４を形成する。この形成方法は、実施例３又は実施例４と同様にして行えば良い。
【００８３】
その後、加熱処理により結晶質化して結晶質珪素膜６０５を得る。この段階で実施例５と同様にしてゲッタリング処理を行っても良い。この結晶質珪素膜６０５を写真蝕刻により所定のパターンにエッチングして、図１５（Ｃ）に示すようにシード領域に位置する種結晶６０６を形成する。そして、ガラス基板６０１の全面に非晶質半珪素膜６０７を１５０nmの厚さで形成する。
【００８４】
非晶質珪素膜６０７は写真蝕刻により所定のパターンにエッチングして第１半導体領域６０８を形成する。第１半導体領域６０７に端部にはシード領域６０９が形成されるが、この領域には種結晶６０６が重ねて設けられている。点線で示す活性層６１０ａ、６１０ｂを形成する領域は第１半導体領域６０８の内側に配置されるようにする。
【００８５】
その後、図１７で示すように第１半導体領域の一端から他端に向けて連続発振レーザービーム６１１を走査して結晶化させる。連続発振レーザービーム６１１がシード領域６０９から走査されることにより、形成される結晶化領域６１２は種結晶６０６と同じ結晶方位をもって形成されるものとすることができる。
【００８６】
その後、図１８に示すように、結晶化された第１半導体領域６０８を写真蝕刻により活性層６１２ａ、６１２ｂが形成されるべき所定のパターンにエッチングする。トップゲート型ＴＦＴとするには、活性層６１２ａ、６１２ｂ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。
【００８７】
[実施例７]
実施例６において、種結晶６０６をゲルマニウムを含有する結晶質珪素膜で形成することもできる。これは、図１５（Ａ）において、非晶質珪素膜に変わって、０．１乃至１０原子％、好ましくは１原子％〜５原子％の割合でゲルマニウムを含有する非晶質珪素膜を形成することで、その他は同様にして行えば良い。
【００８８】
ゲルマニウムを含有する結晶質珪素膜を用いることの利点は配向率の高さにあり、｛１０１｝面の配向率を４０〜９０％に高めることができる。このような結晶質珪素膜で種結晶を形成することで、第１半導体領域、即ち活性層の配向配向率を高めることができる。
【００８９】
[実施例８]
本発明は、ゲート電極が基板と半導体膜の間に配置されるボトムゲート型のＴＦＴの作製工程にも適用できる。図２４（Ａ）（Ｂ）で示すように基板２０１上にＭｏ又はＣｒで形成されたゲート電極２０２が形成され、窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜を積層したゲート絶縁膜２０３が形成されている。その上に、非晶質珪素膜で形成された第１半導体領域２０４が形成されており、レーザービーム２１０の照射により結晶化領域２０５が形成される。
【００９０】
第１半導体領域を結晶化した後は、そこから活性層２０６を形成し、ソース及びドレイン領域の形成等、公知の方法に従えばボトムゲート型ＴＦＴを形成することができる。本実施例における第１半導体領域の形成は、実施例１乃至実施例８のいずれの方法を組み合わせることができる。
【００９１】
[実施例９]
実施例１乃至実施例８のいずれかに従い、連続発振レーザービームにより結晶化された第１半導体領域に対し、実施例５で説明したゲッタリング処理を行うことができる。ゲッタリングの方法は実施例５と同様に行えば良い。ゲッタリング処理を行うことで、結晶化に際して混入し偏析した金属不純物を除去することができる。
【００９２】
[実施例１０]
本実施例では、実施例１乃至実施例７により作製される活性層を用いて、ＣＭＯＳ型のＴＦＴを作製する一例について、図１９を参照して説明する。
【００９３】
図１９（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７０４はゲート絶縁膜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化窒化珪素膜で形成し、８０nmの厚さとする。活性層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、それ故に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。
【００９４】
図１９（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、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。
【００９５】
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。
【００９６】
その後、図１９（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。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７１２、７１３を形成する。さらに、窒化シリコン膜でパッシベーション膜７１１を形成する。
【００９７】
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。
【００９８】
[実施例１１]
実施例１０と同様に作製されるＴＦＴを用いてアクティブマトリクス駆動型の表示装置を実現するためのＴＦＴ基板（ＴＦＴが形成された基板）の構成例を図２０により説明する。図２０では、ｎチャネル型ＴＦＴ８０１、ｐチャネル型ＴＦＴ８０２、ｎチャネル型ＴＦＴ８０３を有する駆動回路部８０６と、ｎチャネル型ＴＦＴ８０４、容量素子８０５とを有する画素部８０７が同一基板上に形成されている。
【００９９】
駆動回路部８０６のｎチャネル型ＴＦＴ８０１はチャネル形成領域８６２、ゲート電極８１０と一部が重なる第２不純物領域８６３とソース領域又はドレイン領域として機能する第１不純物領域８６４を有している。ｐチャネル型ＴＦＴ１８０２にはチャネル形成領域８６５、ゲート電極８１１と一部が重なる第４不純物領域８６６とソース領域又はドレイン領域として機能する第３不純物領域８６７を有している。ｎチャネル型ＴＦＴ８０３にはチャネル形成領域８６８、ゲート電極８１２と一部が重なる第２不純物領域８６９とソース領域又はドレイン領域として機能する第１不純物領域８７０を有している。このようなｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴにより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することができる。
【０１００】
これらのチャネル形成領や不純物領域が形成される活性層は、実施例１乃至実施例７と同様にして形成されるものである。活性層はチャネル長方向に、基板と平行に結晶成長されることにより、キャリアが結晶粒界を横切る確率が非常に低減する。それにより、高い電界効果移動度を得ることができ、極めて優れた特性を得ることができる。
【０１０１】
画素部８０７の画素ＴＦＴ８０４にはチャネル形成領域８７１、ゲート電極８１３の外側に形成される第２不純物領域８７２とソース領域又はドレイン領域として機能する第１不純物領域８７３を有している。また、容量素子８０５の一方の電極として機能する半導体膜には硼素が添加された第３不純物領域８７６が形成されている。容量素子８０５は、絶縁膜（ゲート絶縁膜と同一膜）を誘電体として、電極８１４と半導体膜８０６とで形成されている。尚、８５３〜８６０は各種配線であり、８６１は画素電極に相当するものである。
【０１０２】
これらのＴＦＴは、チャネル形成領域や不純物領域を形成する活性層の配向率が高く、平坦である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る。それ故に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。その結果、低電圧でＴＦＴを駆動することが可能であり、消費電力を低減する利点がある。また、表面が平坦化されている為、電界が凸部に集中しないことにより、特にドレイン端において発生するホットキャリア効果に起因する劣化を抑制することが可能となる。また、ソース・ドレイン間を流れるキャリアの濃度分布はゲート絶縁膜との界面近傍において高くなるが、平滑化されているためキャリアが散乱されることなくスムーズに移動することができ、電界効果移動度を高めることができる。
【０１０３】
このようなＴＦＴ基板から液晶表示装置を作製するためには、共通電極が形成された対向基板を３〜８μm程度の間隔をもって設け、その間に配向膜、液晶層を形成すれば良い。これらは公知の技術を適用することができる。
【０１０４】
図２１はそのようなアクティブマトリクス基板の回路構成を示している。画素部９０１のＴＦＴ９００を駆動する駆動回路部はデータ線駆動回路９０２、走査線駆動回路９０３であり、必要に応じてシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などが配置されている。この場合、走査線駆動回路９０２は映像信号を送り出すものであり、コントローラ９０４からの映像信号と、タイミングジェネレータ９０７からの走査線駆動回路用タイミング信号が入力される。データ線駆動回路９０３にはタイミングジェネレータ９０７からのデータ線駆動回路用タイミング信号が入力され、走査線に信号を出力する。マイクロプロセッサ９０６はコントローラ９０４の制御や、メモリ９０５への映像信号などのデータの書き込み、外部インターフェース９０８からの入出力、これらシステム全体の動作管理などを行う。
【０１０５】
これらの回路を構成するためのＴＦＴは本実施例で示すような構成のＴＦＴで形成することが可能である。ＴＦＴのチャネル形成領域を形成する活性層を実質的に単結晶と見なせる領域とすることにより、ＴＦＴの特性を向上させ、様々な機能回路をガラスなどの基板上に形成することができる。
【０１０６】
[実施例１２]
ＴＦＴ基板を用いた他の実施例として、発光素子を用いた表示装置の一例を図面を参照して説明する。図２２は各画素毎にＴＦＴを配置して形成される表示装置の画素構造を上面図で示している。尚、図２２において示すｎチャネル型ＴＦＴ２１００、２１０２及びｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は実施例１０と同様の構成であり、本実施例では詳細な説明は省略する。
【０１０７】
図２２（Ａ）は基板２００１上にブロッキング層２００２を介してｎチャネル型ＴＦＴ２１００とｐチャネル型ＴＦＴ２１０１が画素に形成された構成を示している。この場合、ｎチャネル型ＴＦＴ２１００はスイッチング用ＴＦＴであり、ｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は電流制御用ＴＦＴであり、そのドレイン側は発光素子２１０５の一方の電極と接続している。ｐチャネル型ＴＦＴ２１０２は発光素子に流す電流を制御する動作を目的としている。勿論、一つの画素に設けるＴＦＴの数に限定はなく、表示装置の駆動方式に従い適切な回路構成とすることが可能である。
【０１０８】
図２２（Ａ）に示す発光素子２１０５は、陽極層２０１１、発光体を含む有機化合物層２０１２、陰極層２０１３から成り、その上にパッシベーション層２０１４が形成されている。有機化合物層は、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含んでいる。
【０１０９】
陽極を形成する材料は酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料を用い、陰極にはＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される仕事関数の低い材料を用いる。また、１〜２０nmの薄いフッ化リチウム層とＡｌs層との組み合わせ、薄いセシウム層とＡｌ層との組み合わせによって陰極を構成しても良い。陽極はｐチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側の配線２０１０と接続しており、陽極２０１１の端部を覆うように隔壁層２００３が形成されている。
【０１１０】
発光素子２１０５上にはパッシベーション膜２０１４が形成されている。パッシベーション層２０１４には窒化珪素、酸窒化珪素、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）など酸素や水蒸気に対しバリア性の高い材料を用いて形成する。このような構成により発光素子の発する光は陽極側から放射される構成となる。
【０１１１】
一方、図２２（Ｂ）は基板２００１上にブロッキング層２００２を介してｎチャネル型ＴＦＴ２１００とｎチャネル型ＴＦＴ２１０２が画素に形成された構成を示している。この場合、ｎチャネル型ＴＦＴ２１００はスイッチング用ＴＦＴであり、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２は電流制御用ＴＦＴであり、そのドレイン側は発光素子２１０６の一方の電極と接続している。
【０１１２】
発光素子２１０６は、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側に接続する配線２０１５上に陽極材料として酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料の膜を形成している。
【０１１３】
陰極の構成は、１〜２nmの低仕事関数の材料で形成される第１陰極層２０１８と、陰極層２０１８上に形成され、陰極の低抵抗化を図るために設ける第２陰極層２０１９とで形成される。第１陰極層２０１８はセシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの他にＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される。第２陰極層２０１９は、１０〜２０nmのＡｌ、Ａｇなどの金属材料又は、１０〜１００nmの酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの透明導電膜で形成される。発光素子２１０６上にはパッシベーション膜２０２０が形成されている。このような構成により発光素子の発する光は陰極側から放射される構成となる。
【０１１４】
また、図２２（Ｂ）における発光素子２１０６の他の形態として、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側に接続する配線２０１５上に陰極材料としてセシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの他にＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物から成る陰極層２０１６、有機化合物層２０１７、１〜２nm程度の薄い第１陽極層２０１８、透明導電膜で形成される第２陽極層２０１９とした構成とすることもできる。第１陽極層はニッケル、白金、鉛などの仕事関数の高い材料を真空蒸着法で形成する。
【０１１５】
以上のようにしてアクティブマトリクス駆動の発光素子を用いた表示装置を作製することができる。これらのＴＦＴは、チャネル形成領域や不純物領域を形成する活性層の配向率が高く、平坦である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る。それ故に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。その結果、低電圧でＴＦＴを駆動することが可能であり、消費電力を低減する利点がある。この表示装置においては、発光素子に接続する電流制御用にＴＦＴに高い電流駆動能力が要求されるので、その用途に適している。また、ここでは示さないが、画素部の周辺に駆動回路部を設ける構成は、実施例１０と同様にすれば良い。
【０１１６】
[実施例１３]
本発明は様々な半導体装置に適用が可能である。このような半導体装置には、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２６と図２７に示す。
【０１１７】
図２６(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基板は表示部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。
【０１１８】
図２６(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基板は表示部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。
【０１１９】
図２６(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基板は表示部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。
【０１２０】
図２６(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、外部インターフェイス３０３５等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部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。
【０１２１】
図２６(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基板は表示部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。
【０１２２】
図２６(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基板は表示部(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。
【０１２３】
図２６(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基板は表示部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。
【０１２４】
図２７（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２２（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。
【０１２５】
尚、図２７（Ｃ）は、図２７（Ａ）及び図２７（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２７（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。
【０１２６】
また、図２７（Ｄ）は、図２７（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２７（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。
【０１２７】
図２８は電子書籍であり、本体３１０１、表示部Ａ３１０２、表示部Ｂ３１０３、記憶媒体３１０４、操作スイッチ３１０５、アンテナ３１０６等により構成されている。表示部Ｂ３１０３は電子インクディスプレイを適用することも可能であり、本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部Ａ３１０２、表示部Ｂ３１０３の駆動回路及び画素部を形成することが可能であり、本発明により電子書籍を完成させることができる。
【０１２８】
尚、ここで例示する電子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。
【０１２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１半導体領域を形成し、連続発振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。また、結晶面が制御された種結晶が形成をシード領域を設けることにより、単一配向の活性層を形成することが可能となり、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】  本発明に適用するレーザー照射装置の一態様を示す配置図。
【図６】  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７】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図８】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図９】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１０】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１１】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１２】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１３】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１４】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１５】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１６】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１７】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１８】  本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１９】  ＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図２０】  ＴＦＴ基板の構成を示す断面図。
【図２１】  ＴＦＴ基板の回路構成の一例を示すブロック図。
【図２２】  発光素子を設けた半導体装置の画素の構成を示す断面図。
【図２３】  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２４】  ボトムゲート型のＴＦＴに対応する活性層の作製工程を説明する断面図。
【図２５】  ＴＦＴ基板の構成と、ＴＦＴを構成する半導体領域の配置とレーザービームの走査方向の関係を説明する図。
【図２６】  半導体装置の一例を示す図。
【図２７】  半導体装置の一例を示す図。
【図２８】  半導体装置の一例を示す図。
【図１】
0004209606.tif 000002
【図２】
0004209606.tif 000003
【図３】
0004209606.tif 000004
【図４】
0004209606.tif 000005
【図５】
0004209606.tif 000006
【図６】
0004209606.tif 000007
【図７】
0004209606.tif 000008
【図８】
0004209606.tif 000009
【図９】
0004209606.tif 000010
【図１０】
0004209606.tif 000011
【図１１】
0004209606.tif 000012
【図１２】
0004209606.tif 000013
【図１３】
0004209606.tif 000014
【図１４】
0004209606.tif 000015
【図１５】
0004209606.tif 000016
【図１６】
0004209606.tif 000017
【図１７】
0004209606.tif 000018
【図１８】
0004209606.tif 000019
【図１９】
0004209606.tif 000020
【図２０】
0004209606.tif 000021
【図２１】
0004209606.tif 000022
【図２２】
0004209606.tif 000023
【図２３】
0004209606.tif 000024
【図２４】
0004209606.tif 000025
【図２５】
0004209606.tif 000026
【図２６】
0004209606.tif 000027
【図２７】
0004209606.tif 000028
【図２８】
0004209606.tif 000029