(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板上に、第１薄膜を形成し、
前記第１薄膜上に、第１薄膜よりぬれ性の弱い第２薄膜により島パターンを形成し、
前記第１薄膜と前記第２薄膜上に、非晶質シリコン薄膜を堆積し、
第１方向へのレーザ走査により溶融した前記非晶質シリコン薄膜を、表面張力により凝集させ、前記第１方向と垂直な面の断面構造が円形または楕円形の一部の形状を持つ単結晶シリコン薄膜を形成し、
前記単結晶シリコン薄膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記単結晶シリコン薄膜上に前記ゲート絶縁膜を介し、前記第１方向とは垂直の方向の第２方向と平行にゲート電極を形成することにより、ソース・ドレイン方向が前記第１方向と一致する薄膜トランジスタを形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
前記第２薄膜を取り除いた後、前記単結晶シリコン薄膜上にゲート絶縁膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
絶縁性基板上に、異なるぬれ性を持つ第１薄膜と第２薄膜を第１方向と平行に交互に並べ配置し、
前記第１薄膜と前記第２薄膜上に非晶質シリコン薄膜を堆積し、
前記第１方向へのレーザ走査により溶融した前記非晶質シリコン薄膜を表面張力により凝集させ、前記第１方向と垂直な面の断面構造が円形または楕円形の一部の形状を持つ単結晶シリコン薄膜を形成し、
前記単結晶シリコン薄膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記単結晶シリコン薄膜上に前記ゲート絶縁膜を介し、前記第１方向とは垂直の方向の第２方向と平行にゲート電極を形成することにより、ソース・ドレイン方向が前記第１方向と一致する薄膜トランジスタを形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
絶縁性基板上に、非晶質シリコン薄膜を堆積し、
第１方向へのレーザ走査により溶融した前記非晶質シリコン薄膜を表面張力により凝集させ、前記第１方向と垂直な面の断面構造が円形または楕円形の一部の形状を持つ単結晶シリコン薄膜を形成し、
前記単結晶シリコン薄膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記単結晶シリコン薄膜上に前記ゲート絶縁膜を介し、前記第１方向とは垂直の方向である第２方向と平行にゲート電極を形成することにより、ソース・ドレイン方向が前記第１方向と一致する薄膜トランジスタを形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
絶縁性基板上に、シリコン酸化膜よりなる下地膜を堆積した後に、前記非晶質シリコン薄膜を堆積することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
請求項1〜５の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
前記単結晶シリコン薄膜の前記絶縁性基板と垂直方向の主な結晶方位が、＜１１０＞であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁性基板上に形成された半導体薄膜よりなる薄膜トランジスタ（以下TFTと記す）などの薄膜半導体装置と、その製造方法、及び画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子化された情報量の増加に伴って、その画像情報を処理、表示するための装置の開発が盛んに行われている。画像表示装置やイメージセンサの大型化、画素の高密度化（高精細化）が進むのに伴って、より高速な駆動に対応できるTFTが要求される。これらの要求を満たすためには、大型ガラス基板などの低コストな絶縁性基板上に、高品質なSi薄膜よりなるTFTを、低コストで形成できる技術の開発が不可欠である。
従来、高品質なSi薄膜形成技術として、非晶質Si薄膜を結晶化する方法があり、その中でもレーザーによる結晶化技術が幅広く利用されてきた。例えば、エキシマレーザを用いて結晶化したSi薄膜は、平均粒径が0.1〜1.0μm程度の多結晶Si薄膜であり、MOS型TFTを形成した場合、TFTのチャネル領域内に必ず結晶粒界が存在するため、キャリアの移動度を低下し、性能を劣化させていた。また、もう一つの問題は溶融結晶化の際、液体Siと固体Siの間の体積膨張率の違いが、粒界に表面凹凸をもたらし、TFTの耐圧を劣化させることであった。これらの問題点から、Si結晶の大粒径化と表面平坦化の技術が強く要求されて来た。
TFTの性能を向上する方法の例として、結晶成長を特定の方向に長く成長させ、ソース、ドレインの配置方向（電流方向と等しい）を、この結晶粒の長手方向にほぼ一致させた装置が、例えば特開平11-121753号公報に開示されている。また、例えば特開2000-243970号公報の実施例に開示されている液晶表示装置では、TFTのソース、ドレインの配置方向が結晶粒の長手方向とほぼ一致しており、それぞれのTFTがアレイ基板の表面側から見て表示画素アレイ周辺部に縦横ブロック状（水平方向と垂直方向）に配置されていた。しかし、いずれのTFTも、チャネル領域が単結晶化されていないので、粒界に存在するトラップ準位の影響で、性能や信頼性が劣化し、特性バラツキが増加する問題があった。最近では、エキシマレーザよりビームの安定性が極端に高い、固体レーザ（YAGレーザなど）による結晶化技術が盛んになっている。しかし、レーザスキャン方向に矩形状の単結晶粒が形成されるが、その平均幅は0.5〜1.5μm程度であり、TFT活性領域内の粒界をなくすことは不可能であった。すなわち、これまでの公知例においては、いずれもTFTの活性領域に複数の粒界が存在し、しかも各々のTFTの活性領域における粒界数のバラツキが、TFTの特性バラツキをもたらす問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術の問題点からわかることは、従来技術である、レーザアニール法を用いた絶縁性基板上の高品質多結晶膜形成技術では、結晶粒径や面方位などが無秩序であり、しかも結晶粒の位置制御などが困難であるため、高性能なTFTの形成が困難であることである。従って、高性能であり、高信頼であり、低バラツキであるTFTを、低コストな製造方法で実現するためには、絶縁性基板上のTFTの少なくとも活性領域を、比較的簡便な方法で単結晶化する必要がある。
本発明で解決しようとする課題は、上記の問題点を解決するために、TFTなどの薄膜半導体装置を形成する領域において、半導体薄膜を必ず単結晶膜にできる結晶化技術を提供し、さらに、これらの方法を用いることによって、TFTの電界効果移動度などの性能の向上と、その均一性の向上を、同時に達成可能な薄膜半導体装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、様々な検討と実験を行った結果、従来と異なる物理現象を用いることによって、上記問題点を解決できるTFTなどの薄膜半導体装置と、その製造方法、及び該薄膜半導体装置を用いた画像表示装置を考案した。
第１の発明の特徴は、(1)絶縁性基板と、該絶縁性基板上に設けられ、孤立した単結晶薄膜の島領域を有する薄膜半導体装置にある。
(1)において、(2)前記単結晶薄膜の島領域の、基板と垂直な断面に、略円形、略楕円形、またはこれらの一部からなる断面を有することがさらなる特徴である。また、(1)において、(3)前記単結晶薄膜の島領域がストライプ状であり、該単結晶薄膜の島領域に、薄膜トランジスタの活性領域を形成することが好ましい。
(3)において、(4)前記薄膜トランジスタのソース・ドレイン方向が、前記ストライプ状単結晶薄膜の長手方向に略並行または略垂直に配置されていることが好ましい。尚、前記薄膜トランジスタの例としては電界効果型トランジスタが好適である。
また、(3)において、(5)前記薄膜トランジスタの活性領域内には、前記ストライプ状単結晶薄膜が少なくとも1本以上含まれていることが好ましい。
また、(3)において、(6)前記ストライプ状単結晶薄膜には、前記薄膜トランジスタの活性領域が少なくとも一つ以上形成されていることが好ましい。
また、(1)において、(7)前記絶縁性基板上に設けられた単結晶薄膜の島領域の、該基板と垂直方向の主な結晶方位が<110>、<100>または<111>であり、該基板に対して水平方向であり、かつ該単結晶薄膜の島領域の長手方向である結晶方位が、<110>、<100>または<111>であることが好ましい。
第２の発明の特徴は、(8)絶縁性基板上に半導体薄膜を形成し、該半導体薄膜のパターニングを行う第1の工程と、表面張力が異なる複数の材料をパターニングして、該半導体薄膜の上部または下部に配置する第2の工程と、レーザのスキャン走査によって該半導体薄膜を溶融し、その表面張力による凝集現象を利用して、パターニングを行った位置に合うように位置制御を行い、前記絶縁性基板上に孤立した単結晶薄膜の島領域を形成する第3の工程と、該孤立した単結晶薄膜の島領域に、薄膜トランジスタの活性領域を形成する第4の工程とを有する薄膜半導体装置の製造方法にある。
(8)において、(9)前記単結晶薄膜の島領域の、基板と垂直な断面に、略円形、略楕円形、またはこれらの一部からなる断面を有することがさらなる特徴である。また、(8)において、(10)前記単結晶薄膜の島領域がストライプ状であり、該単結晶薄膜の島領域に、薄膜トランジスタの活性領域を形成することが好ましい。(10)において、(11)前記薄膜トランジスタのソース・ドレイン方向が、前記ストライプ状単結晶薄膜の長手方向に略並行または略垂直に配置されていることが好ましい。尚、前記薄膜トランジスタの例としては電界効果型トランジスタが好適である。
また、(10)において、(12)前記薄膜トランジスタの活性領域内には、前記ストライプ状単結晶薄膜が少なくとも1本以上含まれていることが好ましい。
また、(10)において、(13)前記ストライプ状単結晶薄膜には、前記薄膜トランジスタの活性領域が少なくとも一つ以上形成されていることが好ましい。
また、(8)において、(14)前記絶縁性基板上に設けられた単結晶薄膜の島領域の、該基板と垂直方向の主な結晶方位が<110>、<100>または<111>であり、該基板に対して水平方向であり、かつ該単結晶薄膜の島領域の長手方向である結晶方位が、<110>、<100>または<111>であることが好ましい。
【０００５】
第３の発明の特徴は、(15)画像表示部とその周辺領域からなる画像表示装置の、少なくとも該画像表示部の周辺領域に配置された、絶縁性基板と、該絶縁性基板上に設けられ、孤立した単結晶薄膜の島領域を有する薄膜半導体装置が、前記画像表示装置を駆動するためのバッファ回路、サンプリングスイッチ回路、プリチャージ回路、シフトレジスタ回路、デコーダ回路、クロック波形整形回路、デジタルアナログコンバータ回路、電源変換回路、レベルシフト回路、タイミング制御回路、増幅回路、メモリ、プロセッサ、ゲートアレイ、通信回路から選ばれる少なくとも1つの回路を含む画像表示装置にある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について、図面により詳細に説明する。また簡単のため以下はSiを例にとるが、すべてのＩＶ族(C、Si、Ge、Sn、Pbのいずれか、あるいはそれらの混晶)の薄膜についても、同様の発明の効果が得られる。
(実施の形態1)
絶縁性基板上に成膜した半導体薄膜における結晶化工程と結晶化後の単結晶Si薄膜の形状を図2〜3を用いて説明する。
図2(a)は本実施例に係わる断面図であり、絶縁性基板201上に、CVD（Chemical Vapor Deposition）法により、例えば膜厚が約100nm前後のSi酸化膜よりなる下地膜202と、膜厚が約50nm〜200nm前後の非晶質Si薄膜203を堆積した。この際、非晶質Si薄膜や下地のSi酸化膜の膜厚は、本実施例に限ったものではない。また、下地膜202の構成は、Si窒化膜や、Si酸化膜とSi窒化膜の積層膜などでも良い。その後、図2(b)と(c)に示したように、レーザ走査により非晶質Si膜203の結晶化を行い、単結晶Si薄膜204を形成した。図2(d)は、単結晶Si薄膜204のレーザ走査方向に垂直な面での断面形状を示す。この時、レーザ照射により非晶質Si膜203が溶融し、表面張力による凝集により、各々の結晶膜の断面構造が楕円形の一部からなる、複数本のストライプ状単結晶膜が形成された。本実施例では、レーザ走査は、固体レーザを用いて一定方向に走査したが、レーザの種類は特に制限はない。また、波長が異なるレーザの組合せ、例えば、まずエキシマレーザ走査等でSi薄膜203を多結晶化し、その後固体レーザによる走査を行うことによって、単結晶薄膜を形成することも可能である。
図3は、本結晶化方法により形成した単結晶Si薄膜の特徴を示す図であり、図3(a)は走査型電子顕微鏡(SEM)の像、図3(b)は透過型電子顕微鏡(TEM)の明視野像(左)と暗視野(右)像を示している。図3(a)に示したように、絶縁性基板上にレーザ走査方向と同じ方向に延びた、ストライプ状の単結晶Ｓｉ薄膜204が形成されていることがわかる。これらストライプ状の単結晶Si膜は、図3(a)のインセットに示したように、長手方向と垂直な面での断面構造が、楕円形になっていることが特徴である。これは、レーザ走査によって溶融されたSiが、表面張力によって凝集し、さらにレーザの走査によって横方向に結晶が成長することにより、丸まった断面形状を持ったストライプ状単結晶Si膜が成長したためである。また、図3(b)に示したTEMの明視野像(左)により、結晶膜の内部には、従来の多結晶Si薄膜で見られる粒界は見られず、しかも暗視野像(右)により、結晶膜に粒界あるいは欠陥などが含まれない単結晶膜であることがわかる。即ち、本実施例で形成したSi薄膜は、基板上に形成されたストライプ状の単結晶Si薄膜であり、さらに、結晶膜の長手方向に垂直な面での断面構造は、円形又は楕円形の一部の形状を持っていることが特徴である。
(実施の形態2)
本実施の形態2では、上記実施の形態1で説明したレーザ走査による結晶化工程において、絶縁性基板上の特定な場所に、単結晶Si薄膜を形成した実施例、すなわち単結晶Si薄膜の位置制御のために、結晶化前の初期薄膜をパターニングした実施例と、溶融Siに対するぬれ性が異なる下地膜を利用して、位置制御を行いながら単結晶Si薄膜を形成した実施例を説明する。
図4は、非晶質Si薄膜203を様々な形状にパターニングしてから、レーザ照射により単結晶膜を形成した実施例を説明する図である。まず、図4(a)のように、絶縁性基板201の上に、下地膜202、非晶質Si膜203を形成し、図4(b)のように、レジスト塗布、ホトマスク露光、現像、エッチングプロセスによって、幅が約5μm前後の非晶質Si膜203のストライプ状領域を、10μmの間隔で前記絶縁性基板全面にわたって、周期的に形成した後に、レーザ走査により該非晶質Si膜203を結晶化する。この方法を用いると基板全領域に、同じ幅と長さを持つ単結晶Si膜を周期的に形成できる。
レーザ走査前の非晶質Si膜203のパターニングを行う別の実施例として、図4(c)のように、単結晶化する領域の両側に、非晶質Si膜の部分的な除去により、矩形の穴を掘ったり、図4(d)のように、TFTのソース・ドレイン領域の矩形状非晶質Si膜20６の膜厚が、チャネル領域の膜厚より厚くなるように形成し、さらにこのTFTチャネル領域の両側に矩形の穴を掘ったり、図4(e)のように、TFTのソース・ドレイン領域の幅が、チャネル領域の幅より広い形状を有する島領域のパターニングや、図4(f、g)のように、円形、正方形などの形状のパターニングを行ってから、結晶化を行うことによって、単結晶膜やその島領域の位置制御が可能となる。なお、上記図4(a)〜(g)で示したパターンの幅、間隔、長さ等は、様々に変えることが可能である。またパターニングする領域は、前記絶縁性基板の全領域でもよく、あるいは、高い性能のTFTを形成する特定の場所のみに、パターニングを行っても構わない。
図5には、溶融Siに対するぬれ性の違う膜を、Si膜の下地膜に利用することにより、単結晶膜の島領域の位置制御を行った、別の実施例を説明する図である。ぬれ性が異なる2種類の膜207、208を、図5(a)のように、非晶質Si薄膜203の下に配置してから、レーザ走査を行うことによって、図5(b)に示したように、Siに対するぬれ性が大きい膜207の上に、溶融Ｓｉが凝集して単結晶化され、単結晶Si膜の島領域204の位置を制御することが可能になる。本実施例では非晶質Si薄膜203の下に、ぬれ性の異なる膜を形成したが、別の方法としては、ぬれ性が強い膜207を非晶質Si膜の下に形成し、ぬれ性が弱い膜208を、パターニングした非晶質Si膜の島領域203の側面に、形成しても良い。また、非晶質Si薄膜203の上にぬれ性の異なる膜を配置しても構わない。また図5(c)に示したように、ぬれ性が強い膜207を基板上全面に形成し、その上にぬれ性が弱い膜208の島パターンを配置し、その上に非晶質Si膜203を全面に形成する。その後レーザ走査による結晶化を行うことにより、図5(d)に示したように、ぬれ性の弱いパターン208の間に、単結晶膜の島領域204を形成することができる。この単結晶膜の島領域204に、薄膜半導体装置を形成しても良いし、図5(e)のように、膜208を取り除いてから、薄膜半導体装置を形成しても構わない。
図6には、絶縁性基板上に形成した単結晶Si薄膜島領域の、断面形状の特徴を示す図である。本実施例で形成した単結晶薄膜島領域の断面形状は、図6(a)で示したように、結晶断面の幅(W)、膜厚(H)、曲率半径(R)、基板との接触角度(θ)で定義できる。これらのパラメータは、絶縁性基板上の薄膜半導体の膜厚、パターニング手法、Si薄膜と下地膜とのぬれ性、Si薄膜の表面張力、レーザの種類と走査方法によって決まる。１例を示すと、非晶質Si膜の膜厚が50nmの試料を用いて、レーザ走査により単結晶化を行い、Wが約1.0μm前後、Hが約100nm前後、θが約30°前後、長さが約100μｍ前後の、ストライプ状単結晶薄膜を得た。なお、これらの値は、本実施例に限った値ではなく、非晶質Siの膜厚、レーザ照射のエネルギなどを様々に変更することにより、さらに大きな面積の単結晶薄膜の島領域を得ることも可能である。また、ぬれ性が異なる膜の材料、パターニング形状などを工夫することによって、図6(b)〜(d)に示したように様々な断面形状を持つ単結晶膜の島領域を、絶縁性基板上に形成できる。
図7には、本実施例で形成したストライプ状単結晶Si薄膜において、電子線回折法による分析の結果、得られた結晶面方位を説明する図(a)(上段)と、各々の結晶面に対する垂直方向の結晶方位をまとめた表(b)を示した。電子線回折法による結晶面方位決定の際、電子ビームの入射方向は基板に対して垂直方向である。また、最適な結晶面方位を得るためには、試料を電子ビームの入射方向に対して±5°以内に傾斜させる必要があるが、この角度内での傾斜は、結晶面方位の決定に影響を与えない。実際の分析結果では、基板に垂直な方向(V-方向)の結晶面方位は、全測定点の90％以上が<110>であり、それ以外は<100>や<111>等がランダムに存在した。即ち、本実施例で形成した単結晶薄膜の基板に垂直な方向での主配向が、<110>であることを示している。また、ストライプ状単結晶薄膜の断面の面方位を、電子線回折法で調べた結果、レーザ走査方向、すなわちストライプ形状の長手方向(L-方向)の面方位は、<100>が主配向であることが分かった。図7(b)には、V-方向の結晶方位に対するL-方向の結晶方位を示した(ここでL-方向とはレーザ走査方向を示している)。例えば、V-方向が<110>であれば、それに垂直なL-方向は<100>、もしくは<110>、もしくは<111>方向になる。
以上のように、レーザ走査による単結晶化前の、初期薄膜をパターニングする方法を用いることによって、特定な場所に単結晶Ｓｉ薄膜の島領域を形成することが可能となり、またより表面張力効果を高めることが可能となり、高品質な単結晶Si薄膜を形成することが可能となる。また本実施例では、非晶質Si薄膜にパターニングを行ったが、別の実施例として、非晶質Si薄膜をエキシマレーザなどで多結晶化し、その後、多結晶Si薄膜のパターニングを行い、その後、固体レーザなどを用いて単結晶化を行っても構わない。また、レーザ走査を行う前の初期Si薄膜として、絶縁性基板上に非晶質Si薄膜を成膜する代わりに、例えばCat−CVD（Catalytic CVD）と呼ばれる、触媒を利用した低温CVD法や、基板加熱CVD法などにより、多結晶Si薄膜を成膜しても構わない。さらには、これらのCVD法で成膜した多結晶Si薄膜をパターニングしてから、レーザ走査により単結晶化を行うことも可能である。
(実施の形態3)
本実施例は、上記実施の形態1と2で説明した製造方法で形成された単結晶膜204に、薄膜半導体装置を形成した例であり、その素子構造と製造方法を、図面で説明する。
図8(a)は、絶縁性基板上に形成した、ストライプ状の単結晶Si薄膜204であり、長手方向をA、その垂直方向をBとして、点線を引いて示した。図8(b)は、図8(a)に示したストライプ状単結晶Si薄膜に形成した、MOS型TFTの断面構造を説明する図であり、ソース・ドレイン方向が、長手方向(A方向)と一致している。左側の図は、Ａ部分の断面構造を示す。単結晶Si膜204の上に、ゲート絶縁膜301を形成し、ソース・ドレイン用コンタクトホール302および303と、電極304および305、ゲート電極306を形成した。また、ゲートの中心に引いた点線Cの部分の断面構造を、右側に示す。断面形状が楕円形の単結晶Si膜204に、TFTのチャネル領域が形成されていることが特徴である。
図8(c)は、上記図8(a)に示したストライプ状単結晶膜204の、長手方向と垂直な方向(B方向)に、ソース・ドレインを配置したTFTの断面構造を示す図面である。本実施例では、ストライプ状単結晶Si薄膜204の長手方向（A方向）に、ゲート電極306が延びるように配置したため、ゲート幅を広く取ることが可能となり、ＴＦＴの電流駆動能力を高めることができた。
また、図8(d)は、上記ストライプ状単結晶Si薄膜204を複数本用いて、チャネルを構成したTFTの例である。このTFTでは、ソース・ドレインのコンタクトホールを、それぞれのストライプ状単結晶Si薄膜に形成してもよいが、図に示すように、単結晶Si薄膜204と同一面に形成したＳｉ膜か、あるいは単結晶Si膜204の上下に、別層で形成したSi膜を矩形状に加工し、該矩形状Si膜320および321に、コンタクトホール302および303を設けることも可能である。こうすることで、コンタクトホール開口時のオーバエッチングによる、単結晶Si薄膜204の下地膜の削れを抑制でき、より安定してTFTを形成できた。また、ここではシングルゲートの場合を示したが、ゲート電極を複数本有するTFT構造を取ることも可能である。また、TFTの形成前に単結晶膜204をイソエッチ法を用いて加工することにより、円形あるいは楕円形の断面形状を変えてから、TFTを形成することも可能である。
図8(e)は、前記単結晶Si膜204に、複数のTFT310を形成した実施例を説明する図である。本実施例では、矩形状単結晶Si薄膜204の面積が、約5μｍ×20μｍ前後になるように形成し、最小加工寸法が約0.1μｍ前後の微細加工技術を用いて、TFTを形成した。TFTの配置、およびソース・ドレインの方向などは、必要に応じて様々な形に変更することが可能である。このようにして、単結晶Si薄膜よりなる複数のTFTなどの薄膜半導体装置を形成し、集積回路を実現することができた。
他の実施例として、例えば図4(d、e)に示したような形状にパターニングされた非晶質Si膜の島領域を、レーザ走査により単結晶化し、その単結晶Si薄膜の島領域に、ソース・ドレインおよびケートを設けて、TFTを形成することもできた。以上のように、単結晶Si薄膜よりなるTFTを、絶縁性基板上で比較的簡便な方法で実現することができた。これらのTFTは、高性能であり、高信頼性を有し、特性バラツキが少ないため、これらのTFTを用いて、例えば、従来単結晶Si基板上に形成されていた大規模集積回路を、完全絶縁膜基板である石英基板上に形成することができた。さらに、大面積で安価なガラス基板上に、回路を内蔵した画像表示装置を形成することができた。
なお、本実施例は、MOS型TFTを形成した例であるが、本発明により得られる膜が単結晶Si薄膜であるため、その特長を生かして、MOS型TFT以外にも、例えばバイポーラトランジスタやダイオードなど、別の構造の素子を形成できることは、いうまでもない。
(実施の形態4)
上記実施の形態1〜3に示された単結晶Si薄膜よりなる薄膜半導体装置、例えばMOS型TFTを、画像表示装置に用いた実施例を、図9の平面模式図により説明する。本実施例は、同一基板上に、液晶や有機ELから構成される画像表示装置と、それを駆動するためのドライバ回路、DAC回路、電源回路、論理回路、フレームメモリなどのシステムを搭載した、システムオンパネルである。これらの回路は、本発明を実施したTFTにより構成され、同一ガラス基板上でTFTを形成するため、製造プロセス温度を例えば500℃以下にした。
TFTの製造プロセスを説明すると、次の通りである。まず図9(a)に示すように、例えばガラスやプラスチックなどの、安価な大型絶縁性基板201上に、非晶質Si薄膜203を堆積し、例えば第1のレーザ工程であるエキシマレーザにより、基板全面を走査して、多結晶Si薄膜を形成した。次に、例えばドライバ回路、デジタルアナログコンバータ回路、電源回路、論理回路、フレームメモリなどの、表示画素アレイ部周辺の回路を形成する領域401で、必要に応じて多結晶Si薄膜のパターニングを行い、第2のレーザ工程である例えば固体レーザなどにより、再度レーザ走査を行い、本発明の方法で単結晶Si薄膜よりなるTFTを領域401に形成し、必要な回路を構成した。
前記の結晶化工程は、基板全面をエキシマレーザにより結晶化し、周辺回路領域401のみ、再度レーザ走査により単結晶化したが、別の方法でも可能である。例えば、非晶質Si薄膜を堆積後、全面レーザ走査により単結晶化し、周辺回路領域だけでなく、表示画素アレイ部にも単結晶Si薄膜よりなるTFTを形成して、画素TFTや、画素メモリなどの画素内蔵回路を形成することも可能である。またレーザ走査工程を極力省略するため、例えば低温CVD法により全面に多結晶Si薄膜を堆積した後、周辺回路領域のTFTを形成する場所のみ、選択的にレーザ走査することによって、単結晶Si薄膜よりなるTFTを形成してもよい。
図9(b)は、上記製造プロセスで形成されたTFTを用いたシステムオンパネルの、装置構成を示す平面模式図である。画像表示部410の周辺には、単結晶Si薄膜よりなる高性能TFTを設け、フレームメモリと映像信号駆動系回路411、垂直走査系回路412、論理回路413、インタフェース回路414、電源回路415、DAC回路416などの周辺回路を構成し、配線417により、これらの周辺回路と画素回路を接続し、システムオンパネルを構成した。本発明の実施により、高画質、低消費電力、高信頼、薄型、軽量のシステムオンパネルが可能となった。
(実施の形態5)
本実施例は、上記実施例4で示したシステムオンパネルを適用した電子機器であり、図10にその形態を示す。例えば、薄型大画面TV、PC用のモニタ、携帯電話、携帯情報端末（PDA）などの、様々な電子機器に適用可能であり、しかも、従来LSIの実装により構成していた周辺回路を、本発明のTFTにより同一基板上に内蔵することによって、高画質、低消費電力、高信頼、薄型、軽量といった特長に併せて、低コスト化が可能になる。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、単結晶Si薄膜よりなるTFTなどの薄膜半導体装置を、低温で絶縁性基板上に形成可能となり、システムを搭載した画像表示装置（システムオンパネル）や完全絶縁性基板上集積回路の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表図であり、絶縁性基板上に形成された単結晶半導体薄膜と、その上に形成されたTFTの形態を示す図。
【図２】絶縁性基板上に単結晶半導体薄膜を形成する工程図。
【図３】絶縁性基板上に形成された単結晶Si薄膜の形状と結晶性を示す図。
【図４】絶縁性基板上に単結晶半導体薄膜を形成する工程図。
【図５】絶縁性基板上に単結晶半導体薄膜を形成する工程図。
【図６】絶縁性基板上に形成された単結晶半導体薄膜の断面図。
【図７】絶縁性基板上に形成された単結晶Si薄膜の結晶面方位を示す図。
【図８】絶縁性基板上に形成された単結晶半導体薄膜を用いた、薄膜半導体装置を示す図。
【図９】薄膜半導体装置を用いた画像表示装置の構成を示す平面模式図。
【図１０】本発明の画像表示装置を適用した電子機器を示す図。
【符号の説明】
101...絶縁性基板、102...下地膜、103...単結晶半導体薄膜、104...絶縁膜、105...ソース電極、106...ゲート電極、107...ドレイン電極、201... 絶縁性基板、202... 下地膜、203...非晶質Si薄膜、204...単結晶Si薄膜、205...非晶質Si薄膜に設けた溝、206...ソース・ドレイン電極、207...ぬれ性が強い下地膜、208...ぬれ性が弱い下地膜、301...ゲート絶縁膜、302...ソース側コンタクトホール、303...ドレイン側コンタクトホール、304...ソース電極、305...ドレイン電極、306...ゲート電極、307...層間絶縁膜、310...TFT、320...矩形状Si島領域、321...矩形状Si島領域、401...画像表示部周辺回路領域、410...画像表示領域、411...フレームメモリと映像信号系駆動回路、412...垂直走査系回路、413...論理回路、414...インタフェース回路、415...電源回路、416...DAC回路、417...配線。
【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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