(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面上に、膜中の酸素濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である第１の非晶質シリコン膜を形成し、
前記第１の非晶質シリコン膜上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の一部を除去することにより前記第１の非晶質シリコン膜の一部を露出させた後、前記絶縁膜および露出した前記第１の非晶質シリコン膜上に、膜中の酸素濃度が１×１０１８〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である第２の非晶質シリコン膜を形成し、
前記第２の非晶質シリコン膜にニッケルを添加して加熱することにより、前記第２の非晶質シリコン膜中に結晶核を発生させ、
前記結晶核を成長させることにより前記第１の非晶質シリコン膜および前記第２の非晶質シリコン膜をそれぞれ結晶化させ、第１の結晶質シリコン膜および第２の結晶質シリコン膜を形成し、
前記第２の結晶質シリコン膜に不純物を添加することにより、前記第１の結晶質シリコン膜の一部にも前記絶縁膜をマスクとして前記不純物を添加し、
加熱により前記第１の結晶質シリコン膜に含まれる前記ニッケルを、前記不純物が添加された領域に移動させ、
前記不純物が添加された領域を除去することを特徴とする結晶質シリコン膜の作製方法。
【請求項２】
絶縁表面上に、膜中の酸素濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である第１の非晶質シリコン膜を形成し、
前記第１の非晶質シリコン膜上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の一部を除去することにより前記第１の非晶質シリコン膜の一部を露出させた後、前記第１の非晶質シリコン膜を水素、窒素、アンモニアおよび希ガス元素から選ばれた一種または複数種を主成分とする気体をプラズマ化させた雰囲気中に曝し、
前記絶縁膜および露出した前記第１の非晶質シリコン膜上に、膜中の酸素濃度が１×１０１８〜１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である第２の非晶質シリコン膜を形成し、
前記第２の非晶質シリコン膜にニッケルを添加して加熱することにより、前記第２の非晶質シリコン膜中に結晶核を発生させ、
前記結晶核を成長させることにより前記第１の非晶質シリコン膜および前記第２の非晶質シリコン膜をそれぞれ結晶化させ、第１の結晶質シリコン膜および第２の結晶質シリコン膜を形成し、
前記第２の結晶質シリコン膜に不純物を添加することにより、前記第１の結晶質シリコン膜の一部にも前記絶縁膜をマスクとして前記不純物を添加し、
加熱により前記第１の結晶質シリコン膜に含まれる前記ニッケルを、前記不純物が添加された領域に移動させ、
前記不純物が添加された領域を除去することを特徴とする結晶質シリコン膜の作製方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第１の非晶質シリコン膜を減圧ＣＶＤ法により形成し、
前記第２の非晶質シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により形成することを特徴とする結晶質シリコン膜の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記不純物が添加された領域を除去された前記第１の結晶質シリコン膜は、膜中に含まれる前記ニッケルの濃度が２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする結晶質シリコン膜の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記不純物が添加された領域を除去された前記第１の結晶質シリコン膜は、反射電子回折パターン法で検出される｛１１１｝格子面のシリコン膜の表面となす角が５°以内である割合が６０％以上であることを特徴とする結晶質シリコン膜の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非晶質半導体膜を結晶化し、配向率の高い結晶質半導体膜を作製する方法に関する。さらに、上記結晶質半導体膜を用いて作製された薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタで構成された回路を有する半導体装置もその範疇に含めるものとする。
【０００２】
【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）を構成し、このＴＦＴで形成した大面積集積回路を有する半導体装置の開発が進んでいる。半導体装置の代表例として液晶表示装置や発光装置などが知られている。
【０００３】
ＴＦＴの活性層を形成する半導体薄膜として、これまで非晶質シリコン膜（典型的にはアモルファスシリコン膜）が多用されてきたが、より動作速度の速いＴＦＴの需要が高まり結晶質シリコン膜（典型的にはポリシリコン膜）が主流になりつつある。この結晶質シリコン膜を得る技術としては、非晶質シリコン膜を成膜した後、加熱処理またはレーザー光の照射によって結晶化させる方法がよく用いられている。
【０００４】
また、非晶質シリコン膜を成膜した後、非晶質シリコン膜の結晶化を助長させるための触媒元素（例えばニッケル）を導入し、加熱処理を行って結晶質シリコン膜を得る技術（特開平６−２３２０５９号、特開平７−３２１３３９号）が開示されている。この技術により得られる結晶構造（正確には結晶粒界の構造）は、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて整合性よく接合されるため、結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に起因するトラップ準位を非常に作りにくい構造を有する。つまり、実質的に結晶粒界が存在しない結晶質シリコン膜を形成することができる。
【０００５】
さらに上記結晶質シリコン膜を活性層に用いて形成したＴＦＴにおいては、特願２０００−３３２２４９号公報において、（１）スイッチング性能（オン／オフ動作切り換えの俊敏性）の指標となるサブスレッショルド係数が、Ｎチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型ＴＦＴともに小さい。（２）ＴＦＴの動作速度の指標となる電界効果移動度（μFE）が、Ｎチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型ＴＦＴともに大きい。（３）ＴＦＴの駆動電圧の指標となるしきい値電圧（Ｖth）が、Ｎチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型ＴＦＴともに小さい。といった優れた電気特性が得られている。
【０００６】
しかし、上記技術を実施する上で、非晶質シリコン膜に添加される結晶化を助長する金属元素は、最低限の必要量が添加されないと完全な結晶質シリコン膜が得られないという問題を有する一方で、過剰に添加されると結晶化後における除去が困難であり、結晶化を助長する金属元素を高濃度に存在する領域をエッチング等によって除去しても、完全に除去することができず、結晶質シリコン膜中に残留する結晶化を助長する金属元素がＴＦＴの特性を悪化させるといった相反する問題を有していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記課題を解決すべく本発明では、非晶質半導体膜の結晶化において、結晶化を助長する金属元素を従来よりも低濃度で添加した場合においても十分な結晶化が得られる方法を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明の結晶化方法により得られる結晶質半導体膜が、従来の結晶化方法により得られた結晶質半導体膜に比べて電気特性に優れたものとなることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者は、結晶化を促進するための非晶質半導体膜として、結晶核が発生しやすい（すなわち、核発生密度が高い）ことで知られている膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜を用い、結晶化により最終的にＴＦＴの活性層に用いられる結晶質半導体膜となる非晶質半導体膜には、結晶化の際に形成される結晶粒径が大きいことで知られている膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜を用いることを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明では、膜中の酸素濃度が１×１０18〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である非晶質半導体膜を膜中酸素濃度の高い膜とし、膜中の酸素濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3未満である非晶質半導体膜を膜中酸素濃度の低い膜として区別する。
【００１１】
また、本発明において、膜中酸素濃度の高い膜と、膜中酸素濃度の低い膜とを接して形成し、膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜に結晶化を助長する金属元素を添加することにより、はじめに膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜の結晶化を行う。なお、結晶化の際には、結晶化を助長する金属元素を添加した後で、加熱処理を行う。また、膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜は、膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜と接して形成されるため、膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜の結晶化とともに結晶化される。
【００１２】
さらに、本発明においては、膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜と、膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜とが完全に接して形成されるのではなく、一部において接する構造を有する。すなわち、はじめに膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜が形成された後、その一部を覆うように絶縁膜を形成する。次に絶縁膜および、これに覆われない膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜上に膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜を形成する。そして、先に説明したように膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜および膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜が結晶化される。
【００１３】
なお、ここで形成される絶縁膜は、膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜を結晶化して得られた結晶質半導体膜中に存在する金属元素を除去する際に、ゲッタリング領域を形成するための不純物添加時のマスクとしての機能を有する。さらに、結晶化及びゲッタリング終了後、金属元素が除去された結晶質半導体膜のみを残してエッチングする際のエッチングストッパーとしても機能を有する。
【００１４】
すなわち、結晶化が終了したところで、先に形成した絶縁膜をマスクとして、膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜上から不純物をドーピングする。これにより、膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜で形成された結晶性半導体膜の一部にも不純物を添加することができる。
【００１５】
不純物を添加した後で、加熱処理を行うことにより絶縁膜に覆われている結晶性半導体膜中に含まれている結晶化を助長する金属元素を不純物添加領域に移動させることができる。
【００１６】
その後、結晶化された結晶質半導体膜であって、不純物がドーピングされた領域のエッチングにおいては、絶縁膜および絶縁膜に覆われた結晶質半導体膜以外を選択的に除去することができ、さらに、絶縁膜をエッチングすることにより所望の結晶質半導体膜を得ることができる。
【００１７】
なお、本発明で開示する作製方法に関する発明は、絶縁表面上に膜中の酸素濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3未満である第１の非晶質半導体膜を形成し、前記第１の非晶質半導体膜上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜の一部を除去することにより前記第１の非晶質半導体膜の一部を露出させ、前記絶縁膜および露出した前記第１の非晶質半導体膜上に膜中の酸素濃度が１×１０18〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である第２の非晶質半導体膜を形成し、前記第２の非晶質半導体膜上に結晶化を助長する金属元素を添加して加熱することにより、前記第２の非晶質半導体膜中に結晶核を発生させ、前記結晶核を成長させることにより前記第１の非晶質半導体膜および前記第２の非晶質半導体膜をそれぞれ結晶化させ、第１の結晶質半導体膜および第２の結晶質半導体膜を形成し、前記第２の結晶質半導体膜上に不純物を添加することにより、前記第１の結晶質膜の一部にも前記絶縁膜をマスクとして前記不純物を添加し、前記不純物を添加した後で加熱により前記金属元素を不純物添加領域に移動させ、前記不純物添加領域を除去することにより前記第１の結晶質半導体膜に含まれる金属元素を除去することを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法である。
【００１８】
なお、上記構成において、膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜をプラズマＣＶＤ法により形成し、膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜を減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）法により形成することができる。
【００１９】
また、上記構成において、膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜を形成し、その一部を覆って絶縁膜を形成した後で、水素、窒素、アンモニアおよび希ガス元素から選ばれた一種または複数種を主成分とする気体をプラズマ化させた雰囲気に曝すことで、膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜の表面に形成された自然酸化膜を除去することは、膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜の結晶化をより促進させるために好ましい手段である。
【００２０】
さらに、上記各構成において、前記結晶化を助長する金属元素は、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、から選ばれた一種または複数種である。
【００２１】
以上に示す方法を用いることで、結晶質半導体膜を形成する上で膜特性に優れた膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜からなる結晶質半導体膜を形成することができると共に、結晶化においては、結晶性に優れた膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜を用いて結晶化を促進させることから、結晶化の際に添加される結晶化を助長する金属元素の濃度を低減させることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１を用いて説明する。
【００２３】
本発明では、絶縁表面を有する基板１００上に膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜（第１の非晶質半導体膜）１０１をＬＰＣＶＤ法により形成する。なお、成膜の際には、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＦ4もしくはＳｉＨ4とＨ2とＧｅＨ4から成る反応ガスを加えて反応室に導入し、必要であればＨｅで反応ガスを希釈して、４００〜５８０℃の温度で基板上に非晶質半導体膜を堆積させて形成する。これにより、膜中酸素濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3未満である第１の非晶質半導体膜１０１を形成することができる。具体的には、反応室において、温度を４６５℃とし、成膜圧力を０．５Ｔｏｒｒとして、反応ガス（Ｓｉ2Ｈ6：２５０ｓｃｃｍ）および希釈ガス（Ｈｅ：３００ｓｃｃｍ）を導入し、被成膜面を有する基板間隔が２５．４ｍｍとなるようにして成膜することにより、成膜速度が７ｎｍ／ｍｉｎであり、膜中酸素濃度が２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である非晶質半導体膜が得られた。なお、ここで示す条件は本発明の実施形態の一例であって、本発明を限定するものではない。従って、膜中の酸素濃度を１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3未満とすることが可能であれば、上記条件を変更したり、他の公知の方法を用いて実施することもできる。
【００２４】
なお、ここで用いる上記ガスは、堆積される非晶質半導体膜に取り込まれる酸素、窒素、炭素などの不純物元素の濃度を低減するために高純度に精製されたものを用いる。堆積される非晶質半導体膜の厚さは２０〜１００ｎｍの範囲とする。
【００２５】
また、基板材料としては、石英基板やガラス基板等を用いることができる。また、ここで形成される膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜は、膜中の酸素濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3未満である非晶質半導体膜である。
【００２６】
次に、膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜の一部を覆って、絶縁膜１０２を形成する。なお、ここで形成される絶縁膜１０２としては、プラズマＣＶＤ法又はＬＰＣＶＤ法により形成される酸化珪素膜、窒化珪素膜、または酸化窒化珪素膜といった珪素を含む絶縁膜を用いることができる。また、成膜後にフォトリソグラフィーによるパターニングを行い、エッチングすることにより膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜の一部を覆う島状の絶縁膜１０３を形成する。
【００２７】
なお、この状態で水素、窒素、アンモニアおよび希ガス元素から選ばれた一種または複数種を主成分とする気体をプラズマ化させた雰囲気に曝すことで、膜中酸素濃度の低い第１の非晶質半導体膜１０１の表面に形成された自然酸化膜を除去してもよい。
【００２８】
次に、プラズマＣＶＤ法により膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜（第２の非晶質半導体膜）１０４を膜中酸素濃度の低い第１の非晶質半導体膜１０１の一部、および絶縁膜１０３上に形成する。なお、成膜の際には、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＦ4もしくはＳｉＨ4とＨ2とＧｅＨ4から成る反応ガスを加えて反応室に導入し、１〜２００ＭＨｚの高周波放電により分解し基板上に非晶質半導体膜を堆積させ形成する。以上により、膜中酸素濃度が１×１０18〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である第２の非晶質半導体膜１０４を形成することができる。具体的には、反応室において、上部ヒーターを３００℃、下部ヒーターを３６５℃とし、成膜圧力を０．２５Ｔｏｒｒとして、反応ガス（ＳｉＨ4：１００ｓｃｃｍ）を導入し、ＲＦ電力を１７０Ｗ（周波数：１０ＫＨｚ、パルス：デューティー比３０％）、Ｇａｐが２５ｍｍとなるようにして成膜することにより、成膜速度が５０ｎｍ／ｍｉｎであり、膜中酸素濃度が４×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である非晶質半導体膜が得られた。なお、ここで示す条件は本発明の実施形態の一例であって、本発明を限定するものではない。従って、膜中の酸素濃度を１×１０18〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3とすることが可能であれば、上記条件を変更したり、酸素または、酸素を成分に含むガス（Ｏ２、Ｎ2Ｏ等）を反応ガスと共に反応室中に少量導入してもよい。
【００２９】
なお、堆積される非晶質半導体膜の厚さは２０〜１００ｎｍの範囲とする。
【００３０】
次に、膜中酸素濃度の高い第２の非晶質半導体膜１０４上に結晶化を助長する金属元素１０５を添加する。金属元素１０５としては、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、等を用いることができる。なお、本実施の形態では重量換算で５ｐｐｍ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ことにより金属元素３０６を添加するが、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。
【００３１】
次いで、これらを加熱処理することにより結晶化させて結晶構造を有する結晶質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時間処理を行えばよい。なお、本実施例では、結晶化のための熱処理（５７０℃、２４時間）を行うことにより非晶質半導体膜（第１の非晶質半導体膜１０１、第２の非晶質半導体膜１０４）の結晶化を行う。
【００３２】
なお、結晶化を助長する金属元素１０５の添加方法としては、金属元素を含む溶液を塗布する方法でも良いし、スパッタ法やＣＶＤ法で薄い膜を形成する方法でも良い。また、第１の非晶質半導体膜１０１は、領域ｐ（１０６）において、金属元素が直接添加された第２の非晶質半導体膜１０４と接して形成されているため、結晶化させることができる。すなわち、結晶化により、第１の非晶質半導体膜１０１は、第１の結晶質半導体膜１０７となり、第２の非晶質半導体膜１０４は、第２の結晶質半導体膜１０８となる。
【００３３】
なお、本発明において、最終的に必要とされる結晶質半導体膜は、第１の結晶質半導体膜１０７である。そのため、結晶化の際に添加された結晶化を助長する金属元素１０５を結晶化後に除去するのが望ましい。そこで、本発明においては、第１の結晶質半導体膜１０７に存在する金属元素を除去するために不純物を添加してゲッタリングを行う。
【００３４】
具体的には、第２の結晶質半導体膜１０８上にリンまたは希ガス（代表的にはアルゴン）を添加する。なお、この時、絶縁膜１０３をマスクとして第１の結晶質半導体膜１０７の一部である領域ｑ（１０９）にもリンまたは希ガス（代表的にはアルゴン）が１×１０16〜５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度の濃度で添加される。ここで、熱処理を行うことにより第１の結晶質半導体膜１０７中に存在する金属元素（代表的にはＮｉ）が領域ｑ（１０９）に移動するため第１の結晶質半導体膜１０７中に存在する金属元素を除去することができる。
【００３５】
次に、絶縁膜１０３で覆われた部分の第１の結晶質半導体膜１０７を残し、結晶化された結晶質半導体膜をエッチングして除去する。さらに、絶縁膜１０３を除去することにより金属元素を含まない第３の結晶質半導体膜１１０を得ることができる。なお、ここで得られた第３の結晶質半導体膜１１０は、従来の結晶質半導体膜に比べて、結晶化に用いる金属元素を低濃度で行うことができるのでゲッタリング前に膜中に存在する金属元素量が少ないため、ゲッタリングによる金属元素の除去も従来の結晶化の場合よりも容易である。
【００３６】
なお、本発明の特徴は、２種類の非晶質半導体膜を用いて結晶化を行い、第１の非晶質半導体膜として膜中酸素濃度が低く、粒径の大きな結晶質半導体膜が得られる非晶質半導体膜を用い、第２の非晶質半導体膜として、膜中酸素濃度が高く結晶核の発生しやすい（核発生密度の高い）非晶質半導体膜を第１の非晶質半導体膜と接して形成することにより、第２の非晶質半導体膜を結晶化を促進させるために機能させ、第１の非晶質半導体膜を結晶化することを特徴とする。
【００３７】
なお、ここで、膜中酸素濃度の異なるシリコンを主成分とした非晶質半導体膜を結晶化した場合における結晶質半導体膜の様子を図２に示す。なお、図２（Ａ）には、膜中酸素濃度が３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の非晶質半導体膜を結晶化した際の結晶質半導体膜、図２（Ｂ）には、膜中酸素濃度が９×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の非晶質半導体膜を結晶化した結晶質半導体膜の光学顕微鏡写真を示す。なお、これにより膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜を結晶化して得られた膜は、膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜を結晶化した結晶質半導体膜に比べて結晶粒径が大きくなっている様子が確認される。なお、膜中に最も多く含まれる水素は、いずれの膜の場合も同濃度（５×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）含まれていた。
【００３８】
通常、結晶粒の界面（結晶粒界）には、非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心や結晶粒界におけるポテンシャル準位の影響により、キャリアの電流輸送特性が低下する原因があるため、チャネル形成領域に結晶粒界が存在すると、ＴＦＴの特性を制限することが知られており、これを解決する手段の一つとして結晶粒径を大きくする方法があることから本発明における結晶質半導体膜は、ＴＦＴ特性を向上させる上で非常に優れた膜であるということができる。
【００３９】
さらに、本発明は、結晶化の際に添加される結晶化を助長する金属元素が従来よりも低減されることを特徴としている。具体的には、ＬＰＣＶＤ法により成膜された非晶質半導体膜を結晶化する場合（従来法）には、１０ｐｐｍのＮｉ溶液の添加による結晶化で得られた結晶質半導体膜中に含まれるＮｉ濃度が５．５６×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であるのに対し、本発明の場合には、プラズマＣＶＤ法により成膜された非晶質半導体膜上に１０ｐｐｍのＮｉ溶液を添加して結晶化を促進させ、さらにＬＰＣＶＤ法により成膜された非晶質半導体膜を結晶化するため、得られた結晶質半導体膜中に含まれるＮｉ濃度は、２．６６×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であり、非常に低濃度（従来の半分程度）になるという結果が得られた。
【００４０】
さらに、本発明において得られたシリコンを主成分とする結晶質半導体膜の表面の結晶方位についてＥＢＳＰ（Electron BackScatter diffraction Pattern：反射電子線回折パターン）法による測定を行った。
【００４１】
なお、ＥＢＳＰ法は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscopy）に専用の検出器を設け、一次電子の後方散乱から結晶方位を分析する手法である（以下、この手法を便宜上ＥＢＳＰ法と呼ぶ）。具体的には、結晶構造を持った試料に電子線が入射することにより、後方に非弾性散乱が起こり、その中には試料中でブラッグ回折による結晶方位に特有の線状パターン(一般に菊地像と呼ばれる)も合わせて観察されるので、この菊池像を解析することにより試料の結晶方位を求めるという手法である。
【００４２】
また、各結晶粒が異なった結晶方位を持っている多結晶構造の場合においては、試料に当てる電子線の位置を移動させつつ方位解析を繰り返す(マッピング測定)ことで、面状の試料について結晶方位または配向の情報を得ることができる。
【００４３】
マッピング測定により各結晶粒の結晶方位がすべて求まると、膜に対する結晶配向の状態を統計的に表示することができる。なお、多結晶構造を有する結晶体の配向分布を表示する図として逆極点図が多く用いられ、逆極点図からは、試料のある特定の面（例えば膜表面）が、どの格子面に優先配向しているかという情報を得ることができる。
【００４４】
マッピング測定および逆極点図により、各格子面の特定の指数（｛１００｝、｛１１０｝、｛１１１｝）において、その指数近傍にどの程度の結晶粒が集まっているか、その割合を数値化することで、各配向の存在比率をよりイメージしやすくなる。そこで、逆極点図において各格子面の特定の指数からのずれ角が５°の範囲（許容値）に存在する点数の全体に対するそれぞれの割合を各配向率として次式により求めて示すことができる。
【００４５】
【式１】
0004293412.tif 000002
【００４６】
そこで、従来の結晶化法により得られたシリコンを主成分とする結晶質半導体膜（サンプル１）、本発明の結晶化方法により得られたシリコンを主成分とする結晶質半導体膜であって結晶化の際に３ｐｐｍのＮｉ溶液を添加して得られた結晶質半導体膜（サンプル２）、本発明の結晶化方法により得られたシリコンを主成分とする結晶質半導体膜であって結晶化の際に３０ｐｐｍのＮｉ溶液を添加して得られた結晶質半導体膜（サンプル３）をそれぞれＥＢＳＰ法により測定し、式１により求めた各サンプルを構成する特定の指数（｛１００｝、｛１１０｝、｛１１１｝）における配向率（％）を表１に示す。
【００４７】
【表１】
0004293412.tif 000003
【００４８】
表１において、本発明の結晶化方法を用いて得られた結晶質半導体膜のうち３ｐｐｍのＮｉ溶液を添加して得られた結晶質半導体膜（サンプル２）は、｛１１１｝面における配向率が７４．４％であった。このことは、反射電子回折パターン法で検出される｛１１１｝格子面の前記結晶質半導体膜の表面となす角が、５°以内である割合が７４．４％であることを示している。また、このように高い配向率を示したサンプル２についての逆極点マップを図１６に示す。
【００４９】
なお、このように非常に高い配向率（具体的には６０％以上）が得られることにより、複数の結晶集合において、その配向が異なることにより生じる境界や、結晶集合のサイズの違いにより生じていたＴＦＴ特性に対する影響を低減させ、ＴＦＴ間のバラツキを低減させることが可能となる。
【００５０】
例えば、画素部に配置されるＴＦＴに電気特性のバラツキがあれば、各画素電極に印加する電圧のバラツキが生じ、そのため透過光量のバラツキも生じ、これが表示むらとなって観察者の目に映ることになる。現在の時点では、このバラツキは許容範囲内であり、問題ない程度であるが、今後、画素サイズの微細化がさらに進み、より高精細な画像が求められた場合、このバラツキが非常に重大な問題になってくると考えられる。さらに配線幅の微小化するとともにチャネル形成領域のサイズ（チャネル長、チャネル幅）が微小化するため、どうしても集合と集合との境界をチャネル形成領域に有するＴＦＴも形成され、そのＴＦＴ特性（移動度、Ｓ値、オン電流値、オフ電流値等）は境界のないチャネル形成領域を有するＴＦＴと比べて差が生じ、それが表示のバラツキを招くと考えられることから、本発明の作製方法を用いて作製された結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを作製することは非常に有効である。
【００５１】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００５２】
（実施例１）
本実施例では石英基板（厚さ１．１ｍｍ）を用い、本発明を用いて結晶化された結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを作製する方法について図３を用いて説明する。
【００５３】
なお、結晶質半導体膜の作製方法については、発明の実施の形態を参照すればよい。はじめに、本実施例では、結晶質半導体膜（発明の実施の形態で得られた第３の結晶質半導体膜１１０）上に新たに絶縁膜（酸化珪素膜）を形成し、熱処理を行うことにより結晶質半導体膜の上部を熱酸化させる。このような熱処理を行うことにより結晶内部の粒内欠陥を減少させることができるので、結晶質半導体膜の結晶性を向上させることができる。そして、絶縁膜および結晶質半導体膜の酸化した部分をエッチングすると共にパターニングを行い半導体層２０１を形成する。
【００５４】
次に、半導体層２０１の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜２０２となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。この表面洗浄とゲート絶縁膜の形成は、大気にふれさせずに連続的に行うことが望ましい（図３（Ａ））。
【００５５】
次に、ゲート絶縁膜２０２表面を洗浄した後、ゲート電極２０３を形成し（図３（Ｂ））、半導体にｎ型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）、ここではリンを適宜添加して、ソース領域２０４およびドレイン領域２０５を形成する（図３（Ｃ））。そして、不純物元素を添加した後、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザー光の照射を行う。このような処理を行うことにより、活性化と同時にゲート絶縁膜２０２へのプラズマダメージやゲート絶縁膜２０２と半導体層２０１との界面へのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜３００℃の雰囲気中において、表面または裏面からＹＡＧレーザーの第２高調波を照射して不純物元素を活性化させることは非常に有効である。ＹＡＧレーザーはメンテナンスが少ないため好ましい活性化手段である。
【００５６】
次に、層間絶縁膜２０６を形成し、水素化を行って、ソース領域、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース電極２０７、ドレイン電極２０８を形成してＴＦＴを完成させる（図３（Ｄ）（Ｅ））。
【００５７】
こうして得られたＴＦＴは、チャネル形成領域２０９を形成する結晶質半導体膜の結晶粒径が大きく、また結晶の配向率も非常に高いことから、膜中の均一性が高く、基板上に形成されたＴＦＴ間のバラツキが小さい。
【００５８】
なお、本発明は図３（Ｄ）の構造に限定されず、必要があればチャネル形成領域とドレイン領域（またはソース領域）との間にＬＤＤ領域を有する低濃度ドレイン（ＬＤＤ：Lightly Doped Drain）構造としてもよい。この構造はチャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域を設けたものであり、この領域をＬＤＤ領域と呼んでいる。さらにゲート絶縁膜を介してＬＤＤ領域をゲート電極と重ねて配置させた、いわゆるＧＯＬＤ（Gate-drain Overlapped LDD）構造としてもよい。
【００５９】
また、ここではｎチャネル型ＴＦＴを用いて説明したが、ｎ型不純物元素に代えてｐ型不純物元素を用いることによってｐチャネル型ＴＦＴを形成することもできる。
【００６０】
（実施例２）
本実施例では、実施の形態および実施例１と異なる方法を用いて非晶質半導体膜を結晶化する方法について図４を用いて説明する。
【００６１】
図４（Ａ）において、３００は、絶縁表面を有する基板であり、本実施例では、ガラス基板を用いる。また、３０１は下地絶縁膜であり、３０２は非晶質構造を有する第１の非晶質半導体膜である。さらに、第１の非晶質半導体膜３０２上には島状の絶縁膜３０３が形成されている。
【００６２】
まず、基板３００上にブロッキング層として酸化シリコン膜、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なる下地絶縁膜３０１を形成する。ここでは下地絶縁膜３０１として２層構造（膜厚５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜、膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜）を用いるが、単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。ただし、ブロッキング層を設ける必要がない場合には下地絶縁膜を形成しなくともよい。
【００６３】
次いで、ＬＰＣＶＤ法を用いて、下地絶縁膜上に非晶質構造を有する第１の非晶質半導体膜３０２を形成する。なお、ここで形成される膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜は、膜中の酸素濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3未満である非晶質半導体膜である。また、非晶質半導体膜の材料としては珪素（シリコン）または、珪素ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成することができる。
【００６４】
次に、膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜の一部を覆って、絶縁膜を形成する。なお、ここで形成される絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、または酸化窒化珪素膜といった珪素を含む絶縁膜を用いることができる。また、成膜後にフォトリソグラフィーによるパターニングを行い、エッチングすることにより膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜の一部を覆う島状の絶縁膜３０３が形成される。
【００６５】
なお、この状態で水素、窒素、アンモニアおよび希ガス元素から選ばれた一種または複数種を主成分とする気体をプラズマ化させた雰囲気に曝すことで、膜中酸素濃度の低い第１の非晶質半導体膜３０２の表面に形成された自然酸化膜を除去してもよい。
【００６６】
次に、プラズマＣＶＤ法により膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜（第２の非晶質半導体膜）３０４を膜中酸素濃度の低い第１の非晶質半導体膜３０２の一部、および絶縁膜３０３上に形成し、膜中酸素濃度の高い第２の非晶質半導体膜３０４上に結晶化を助長する金属元素３０５を添加する。なお、本実施例では重量換算で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ことにより金属元素３０５を添加する（図４（Ｂ））。
【００６７】
次いで、これらを加熱処理することにより結晶化させて結晶構造を有する結晶質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時間処理を行えばよい。なお、本実施例では、結晶化のための熱処理（５５０℃、４時間）を行うことにより非晶質半導体膜（第１の非晶質半導体膜３０２、第２の非晶質半導体膜３０５）の結晶化を行う。
【００６８】
なお、結晶化を助長する金属元素３０５の添加方法としては、金属元素を含む溶液を塗布する方法でも良いし、スパッタ法やＣＶＤ法で薄い膜を形成する方法でも良い。すなわち、結晶化により、第１の非晶質半導体膜３０２は、第１の結晶質半導体膜３０７となり、第２の非晶質半導体膜３０５は、第２の結晶質半導体膜３０８となる（図４（Ｃ））。
【００６９】
次に第１の結晶質半導体膜３０７に存在する金属元素を除去するために不純物を添加してゲッタリングを行う。具体的には、第２の結晶質半導体膜３０８上にリンまたは希ガス（代表的にはアルゴン）を添加する。なお、この時、絶縁膜３０３をマスクとして第１の結晶質半導体膜３０７の一部である領域ｒ（３０９）にもリンまたは希ガス（代表的にはアルゴン）が１×１０16〜５×１０17ａｔｏｍｓ/ｃｍ3程度の濃度で添加される。ここで、熱処理を行うことにより第１の結晶質半導体膜３０７中に存在する金属元素（代表的にはＮｉ）３０５が領域ｒ（３０９）に移動するため第１の結晶質半導体膜３０７中に存在する金属元素を除去することができる。
【００７０】
次に、絶縁膜３０３で覆われた部分の第１の結晶質半導体膜３０７を残し、結晶化された結晶質半導体膜をエッチングして除去する。さらに、絶縁膜３０３を除去することにより金属元素を含まない結晶質半導体膜を得ることができる（図４（Ｄ））。
【００７１】
さらに本実施例では、得られた結晶質半導体膜の表面に存在する酸化膜を希フッ酸等で除去した後、結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためのレーザー光（ＸｅＣｌ：波長３０８ｎｍ）の照射を大気中、または酸素雰囲気中で行う。なお、ここで用いるレーザーとしては、連続発振またはパルス発振の固体レーザーまたは気体レーザーまたは金属レーザーが望ましい。なお、前記固体レーザーとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー等があり、前記気体レーザーとしては、連続発振または、パルス発振のエキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、ＣＯ2レーザー等があり、前記金属レーザーとしては、連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザー、銅蒸気レーザー、金蒸気レーザーが挙げられる。また、レーザー光を非線形光学素子によって第２高調波、第３高調波に変換して用いてもよい。なお、パルス発振のレーザーを用いる場合には、繰り返し周波数１０Hz〜１０KHz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１００〜１５００ｍＪ／ｃｍ2に集光し、５０〜９８％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。ここでは、繰り返し周波数３０Ｈｚ、エネルギー密度３９３ｍＪ／ｃｍ2でレーザー光の照射を大気中で行う。
【００７２】
また、連続発振のレーザーを用いる場合には、エネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは、０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、０．５〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザー光に対して相対的にステージを動かして照射すればよい。
【００７３】
以上により、結晶化率の高い第３の結晶質半導体膜３１０を得ることができる。
【００７４】
次に、第３の結晶質半導体膜３１０をパターニングすることにより半導体層３１１を形成する。
【００７５】
次いで、半導体層３１１の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜３１２となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。この表面洗浄とゲート絶縁膜３１２の形成は、大気にふれさせずに連続的に行うことが望ましい。
【００７６】
次いで、ゲート絶縁膜３１２の表面を洗浄した後、ゲート電極３１３を形成し、半導体にｎ型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）、ここではリンを適宜添加して、ソース領域３１４及びドレイン領域３１５を形成する。添加した後、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザー光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜３００℃の雰囲気中において、表面または裏面からＹＡＧレーザーの第２高調波を照射して不純物元素を活性化させることは非常に有効である。ＹＡＧレーザーはメンテナンスが少ないため好ましい活性化手段である。
【００７７】
また、活性化の手段として熱処理とした場合、活性化と同時にゲッタリングを行うことができる。ここでのゲッタリングはソース領域またはドレイン領域に添加したリンによるゲッタリングである。また、結晶化の前に添加した結晶成長を助長させる金属元素は、結晶化後にゲッタリングを行い結晶質半導体膜中から除去または低減することが望ましい。
【００７８】
以降の工程は、層間絶縁膜３１６を形成し、水素化を行って、ソース領域、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース電極３１７、ドレイン電極３１８を形成してＴＦＴを完成させる（図４（Ｆ））。
【００７９】
こうして得られたＴＦＴは、粒径が大きく、かつ高配向率を有する第３の結晶質半導体膜３１０を用いてチャネル形成領域３１７を形成していることから、均一性が高く、基板上に形成されたＴＦＴ間のバラツキを小さくすることができる。
【００８０】
（実施例３）
ここでは、画素部を有するアクティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置を作製する方法について図５〜図１０を用いて説明する。
【００８１】
ＴＦＴをスイッチング素子として用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置は、画素電極がマトリクス状に配置された基板（アクティブマトリクス基板）と、対向電極が形成された対向基板とを液晶層を介して対向配置した構造となっている。両基板間はスペーサ等を介して所定の間隔に制御され、画素部の外周部にシール材を用いることで液晶層を封入している。
【００８２】
以下にアクティブマトリクス基板の作製例を示す。
【００８３】
まず、絶縁表面を有する基板４０１上に導電膜を形成し、パターニングを施すことにより走査線４０２を形成する。この走査線４０２は後に形成される活性層を光から保護する遮光層としても機能する。ここでは基板４０１として石英基板を用い、走査線４０２としてポリシリコン膜（膜厚７５ｎｍ）とタングステンシリサイド（Ｗ−Ｓｉ）膜（膜厚１５０ｎｍ）の積層構造を用いる。また、ポリシリコン膜はタングステンシリサイドから基板への汚染を保護するものである。
【００８４】
次に、走査線４０２を覆う絶縁膜４０３ａ、４０３ｂを膜厚１００〜１０００ｎｍ（代表的には３００〜６００ｎｍ）で形成する（図５（Ａ））。ここではプラズマＣＶＤ法を用いた膜厚１００ｎｍの酸化シリコン膜と減圧ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ法）を用いた膜厚４８０ｎｍの酸化シリコン膜を積層することにより形成する。
【００８５】
また、絶縁膜４０３ｂを形成した後、絶縁膜表面を化学的及び機械的に研磨する処理（代表的にはＣＭＰ技術）等）により平坦化してもよい。例えば、絶縁膜表面の最大高さ（Ｒmax）が０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下となるようにする。
【００８６】
次に、非晶質半導体膜を膜厚１０〜１００ｎｍで形成する。なお、ここで形成される非晶質半導体膜（アモルファスシリコン膜）は、ＬＰＣＶＤ法により形成され、本実施例においては、第１の非晶質半導体膜と呼ぶことにする。また、第１の非晶質半導体膜４０４は膜厚５３ｎｍとして形成する。なお、半導体膜の材料としては珪素または、珪素ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成することができる。
【００８７】
さらに、第１の非晶質半導体膜４０４を覆って絶縁膜４０５を形成する。本実施例では、膜厚５０ｎｍの酸化珪素膜を形成し、パターニングを行って所望の形状の絶縁膜４０５を形成する（図５（Ｂ））。なお、絶縁膜４０５を形成した後の画素上面図を図５（Ｂ２）に示す。図５（Ｂ２）において、点線Ａ−Ａ’で切断した断面図が図５（Ｂ１）に相当する。
【００８８】
次に、第１の非晶質半導体膜４０４の露出部分と絶縁膜４０５を覆って第２の非晶質半導体膜４０６を形成する。そして、第１の非晶質半導体膜４０４と第２の非晶質半導体膜４０６を結晶化する。本実施例では、非晶質シリコン膜に対して結晶化を助長する金属元素を全面に添加し、熱結晶化法により非晶質半導体膜を結晶化する。
【００８９】
なお、金属元素としては、Ｎｉ、Ｐｄまたは鉛等の金属元素があり、添加の方法は、プラズマ処理法や、蒸着法、イオン注入法、スパッタ法、溶液塗布法等を用いることができる本実施例では、酢酸ニッケル水溶液を（重量換算濃度３ｐｐｍ、体積１０ｍｌ）第２の非晶質半導体膜４０６表面にスピンコート法にて塗布する。
【００９０】
そして、熱処理を行って非晶質半導体膜の結晶化を行う。この熱処理はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。熱アニール法としては、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で、４〜２４時間程度行えばよい。また、熱アニール法の他の熱処理としてラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）やＧＲＴＡ法等を用いてもよい。本実施例では、熱処理（５７０℃、２４時間）を行い、結晶質珪素膜を形成する。
【００９１】
なお、本実施例においては、第２の非晶質半導体膜４０６上に結晶化を助長する金属元素が添加され加熱による結晶化を行っているが、第２の非晶質半導体膜４０６と第１の非晶質半導体膜４０４は、図５（Ｃ）の領域ａ（４０７）において、接して形成されているので、結晶化の際に第１の非晶質半導体膜４０４も結晶化されるため、第１の非晶質半導体膜４０４は、第１の結晶質半導体膜４０８となり、第２の非晶質半導体膜４０６は第２の結晶質半導体膜４１０となる。
【００９２】
この後、ＴＦＴの活性層となる第１の結晶質半導体膜４０８から金属元素（Ｎｉ）のゲッタリングを行う。そこで、図６（Ａ）に示すように、第２の結晶質半導体膜４１０上に燐（Ｐ）またはアルゴン（Ａｒ）といった不純物を添加する。なお、この時、先に形成された絶縁膜４０５がマスクとなるため第１の結晶質半導体膜４０８の一部であって、絶縁膜４０５に覆われていない領域ｂ（４０９）にも燐（Ｐ）またはアルゴン（Ａｒ）が添加され、ゲッタリングサイトを形成することができる。不純物を添加した後で、熱処理（窒素雰囲気下で６００℃、１２時間）を行うことにより、結晶質半導体膜中に存在する金属元素（Ｎｉ）をゲッタリングサイトに移動させることができる。
【００９３】
次に、不純物が添加された第１の結晶質半導体膜４０８の一部である領域ｂ（４０９）および第２の結晶質半導体膜４１０をエッチングにより除去する（図６（Ｂ））。さらに、絶縁膜４０５を除去することにより、膜中に存在する結晶化を促進する金属元素を結晶化直後よりも低減させた第１の結晶質半導体膜４１１を得ることができる。
【００９４】
なお、本実施例では、第１の結晶質半導体膜４１１上に新たに絶縁膜を形成し、熱処理を行うことにより第１の結晶質半導体膜４１１の上部を熱酸化させる。このような熱処理を行うことにより結晶内部の粒内欠陥を減少させることができるので、第１の結晶質半導体膜４１１の結晶性を向上させることができる。具体的には、減圧ＣＶＤ装置で２０ｎｍの酸化珪素膜を成膜した後、ファーネスアニール炉で熱処理を行う。この処理により、第１の結晶質半導体膜４１１の上部は酸化される。
【００９５】
そして、酸化珪素膜および第１の結晶質半導体膜４１１の酸化した部分をエッチングすると共にパターニングを行い、第１の結晶質半導体膜４１１の不要な部分を除去することにより、結晶性の向上した半導体層４１２が得られる（図６（Ｃ１））。なお、半導体層４１２を形成した後の画素上面図を図６（Ｃ２）に示す。図６（Ｃ２）において、点線Ａ−Ａ’で切断した断面図が図６（Ｃ１）に相当する。
【００９６】
次に、保持容量を形成するため、マスク４１３を形成して半導体層４１２の一部（保持容量とする領域）４１４にリンをドーピングする（図７（Ａ））。
【００９７】
次に、マスク４１３を除去し、半導体層４１２を覆う絶縁膜を形成した後、マスク４１５を形成して保持容量とする領域４１４上の絶縁膜を除去する（図７（Ｂ））。
【００９８】
次に、マスク４１５を除去し、新たに絶縁膜（ゲート絶縁膜）４１６ａを成膜する。ここで新たな絶縁膜を成膜することにより最終的なゲート絶縁膜の膜厚は８０ｎｍとなった。なお、保持容量とする領域上に他の領域より薄い絶縁膜４１６ｂを形成する（図７（Ｃ１））。ここでの画素上面図を図７（Ｃ２）に示す。図７（Ｃ２）において、点線Ｂ−Ｂ’で切断した断面図が図７（Ｃ１）に相当する。また、図７中の鎖線内で示した領域は、薄い絶縁膜４１６ｂが形成されている部分である。
【００９９】
次に、ＴＦＴのチャネル領域となる領域にｐ型またはｎ型の不純物元素を低濃度に添加するチャネルドープ工程を全面または選択的に行う。このチャネルドープ工程は、ＴＦＴしきい値電圧を制御するための工程である。なお、ここではジボラン（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でボロンを添加した。もちろん、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いてもよい。
【０１００】
次に、絶縁膜４１６ａ、及び絶縁膜４０３ａ、４０３ｂ上にマスク４１７を形成し、走査線４０２に達するコンタクトホールを形成する（図８（Ａ））。そして、コンタクトホールの形成後、マスクを除去する。
【０１０１】
次に、導電膜を形成し、パターニングを行ってゲート電極４１８および容量配線４１９を形成する。（図８（Ｂ））ここでは、リンがドープされたシリコン膜（膜厚１５０ｎｍ）とタングステンシリサイド（膜厚１５０ｎｍ）との積層構造を用いた。なお、保持容量は、絶縁膜４１６ｂを誘電体とし、容量配線４１９と半導体層４１２の一部とで構成されている。
【０１０２】
次に、ゲート電極４１８および容量配線４１９をマスクとして自己整合的にリンを低濃度に添加する（図８（Ｃ１））。ここでの画素上面図を図８（Ｃ２）に示す。図８（Ｃ２）において、点線Ｃ−Ｃ’で切断した断面図が図８（Ｃ１）に相当する。この低濃度に添加された領域のリンの濃度が、１×１０16〜５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、代表的には３×１０17〜３×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となるように調整する。
【０１０３】
さらに、マスク４２０を形成してリンを高濃度に添加し、ソース領域またはドレイン領域となる高濃度不純物領域４２１を形成する。（図９（Ａ））この高濃度不純物領域のリンの濃度が１×１０20〜１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（代表的には２×１０20〜５×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）となるように調整する。なお、半導体層４１２のうち、ゲート電極４１８と重なる領域はチャネル形成領域４２２となり、マスク４２０で覆われた領域は低濃度不純物領域４２３となりＬＤＤ領域として機能する。そして、不純物元素の添加後、マスク４２０を除去する。
【０１０４】
なお、ここでは図示しないが、画素と同一基板上に形成される駆動回路に用いるｐチャネル型ＴＦＴを形成するために、マスクでｎチャネル型ＴＦＴとなる領域を覆い、ボロンを添加してソース領域またはドレイン領域を形成する。
【０１０５】
次に、マスク４２０を除去した後、ゲート電極４１８および容量配線４１９を覆うパッシベーション膜４２４を形成する。このパッシベーション膜４２４は、ゲート電極４１８の酸化を防ぐとともに、後の平坦化の工程でエッチングストッパーとして機能する。ここでは、酸化シリコン膜を７０ｎｍの膜厚で形成した。次いで、半導体層４１２にそれぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型不純物元素を活性化するための熱処理工程を行う。ここでは９５０℃、３０分の加熱処理を行う。
【０１０６】
そして、有機樹脂材料またはシリコン材料からなる層間絶縁膜４２５を形成する。ここでは膜厚１μｍの酸化窒化珪素膜を用い、エッチバックを行って平坦化を行った。次に、半導体層４１２に達するコンタクトホールを形成した後、電極４２６及びソース配線４２７を形成する。本実施例では電極４２６及びソース配線４２７を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜を３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の積層膜とする（図９（Ｂ１））。なお、図９（Ｂ２）において点線Ｄ−Ｄ’で切断した断面図が図９（Ｂ１）に相当する。
【０１０７】
そして、水素化処理を行った後、酸化窒化珪素膜（膜厚５００ｎｍ）とＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）（膜厚１μｍ）と（膜厚３００ｎｍ）との積層からなる層間絶縁膜４２８を形成する（図１０（Ａ１））。次に、層間絶縁膜４２８上に遮光性を有する導電膜（膜厚１００ｎｍ）を成膜し、パターニングを行って遮光層４２９を形成する。さらに、膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜からなる層間絶縁膜４３０を形成する。
【０１０８】
次に、電極４２６に達するコンタクトホール形成する。そして、１００ｎｍの透明導電膜（ここでは酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜）を形成した後、パターニングして画素電極４３１、４３２を形成する。図１０（Ａ２）において、点線Ｅ−Ｅ’で切断した断面図が図１０（Ａ１）に相当する。
【０１０９】
こうして画素部には、表示領域（画素サイズ２６μｍ×２６μｍ）の面積（開口率７６．５％）を確保しつつ、ｎチャネル型ＴＦＴでなる画素ＴＦＴが形成され、十分な保持容量（５１．５ｆＦ）を得ることができる。
【０１１０】
なお、本実施例は一例であって本実施例の工程に限定されないことはいうまでもない。例えば、各導電膜としては、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれた元素、または前記元素を組み合わせた合金膜（代表的には、Ｍｏ―Ｗ合金、Ｍｏ―Ｔａ合金）を用いることができる。また、各絶縁膜としては、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜や有機樹脂（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ等）膜を用いることができる。
【０１１１】
また、こうして得られたＴＦＴの特性は、良好な電気特性値を示した。なお、図１１には、ｐチャネル型ＴＦＴの電界効果移動度に関する特性を示し、図１２には、ｎチャネル型ＴＦＴの電界効果移動度に関する特性を示す。なお、図１１、図１２において、グラフの横軸に移動度をとり、縦軸には累積度数分布を示している。また、いずれの場合も従来の結晶化方法（従来法）により得られた結晶質半導体膜を活性層に用いたＴＦＴ（チャネル形成領域の長さ（Ｌ）／チャネル形成領域の幅（Ｗ）＝５０μｍ／５０μｍ）と本発明の結晶化方法（本発明）により得られた結晶質半導体膜を活性層に用いたＴＦＴ（Ｌ／Ｗ＝５０μｍ／５０μｍ）との比較を行っている。
【０１１２】
なお、図１１、図１２のいずれの場合においても、本発明を用いて形成されたＴＦＴに関するグラフの分布は、従来法を用いて形成されたＴＦＴに比べてその傾きが大きくなっていると共に、高い移動度において分布している。このことから、本発明を用いて形成されたＴＦＴは、ｐチャネル型ＴＦＴ、およびｎチャネル型ＴＦＴのいずれの場合においても従来法を用いて形成されたＴＦＴよりもバラツキが小さく、かつ移動度が高いという優れた特性を有することが確認された。
【０１１３】
（実施例４）
本実施例では、実施例３の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１３を用いる。
【０１１４】
まず、実施例３に従い、図１３の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１３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する。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。
【０１１５】
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る。そして、このカラーフィルタと遮光層とを覆う平坦化膜を設ける。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、ラビング処理を施す。
【０１１６】
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後、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつける。
【０１１７】
このようにして得られた液晶モジュールの構成を図１３の上面図を用いて説明する。
【０１１８】
アクティブマトリクス基板１３０１の中央には、画素部１３０４が配置されている。画素部１３０４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１３０２が配置されている。また、画素部１３０４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１３０３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１３０３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１３に示した左右対称配置が望ましい。
【０１１９】
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）１３０５から行われる。ＦＰＣ１３０５は、基板１３０１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（図示せず）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を用いて形成する。
【０１２０】
駆動回路、画素部の周辺には、基板外周に沿ってシール剤１３０７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（図示せず）によって一定のギャップ（基板１３０１と対向基板１３０６との間隔）を保った状態で、対向基板１３０６が貼り付けられる。その後、シール剤１３０７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１３０８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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
（実施例５）
本実施例では、本発明の作製方法を用いて作製された結晶質半導体膜を活性層に用いて形成されたＴＦＴを画素部（スイッチング用ＴＦＴ、電流制御用ＴＦＴ）および駆動回路部（ソース側駆動回路、ゲート側駆動回路）に含むアクティブマトリクス型の発光装置について図１６を用いて説明する。
【０１２３】
図１４（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された１４０１はソース側駆動回路、１４０２は画素部、１４０３はゲート側駆動回路である。また、１４０４は封止基板、１４０５はシール剤であり、シール剤１４０５で囲まれた内側は、空間１４０７になっている。
【０１２４】
なお、１４０８はソース側駆動回路１４０１及びゲート側駆動回路１４０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）１４０９からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。
【０１２５】
次に、断面構造について図１４（Ｂ）を用いて説明する。基板１４１０上には駆動回路及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路としてソース側駆動回路１４０１と画素部１４０２が示されている。
【０１２６】
なお、ソース側駆動回路１４０１はｎチャネル型ＴＦＴ１４１３とｐチャネル型ＴＦＴ１４１４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。
【０１２７】
また、画素部１４０２は、ソース側駆動回路からの映像信号が入力されるスイッチング用ＴＦＴ１４１１と、スイッチング用ＴＦＴ１４１１と接続され、かつ発光素子の輝度を制御する機能を有する電流制御用ＴＦＴ１４１２と、電流制御用ＴＦＴ１４１１のドレインに電気的に接続された第１の電極（陽極）１４１３を含む複数の画素により形成される。
【０１２８】
また、第１の電極（陽極）１４１３の両端には絶縁層１４１４が形成され、第１の電極（陽極）１４１３上には有機化合物層１４１５が形成される。さらに、有機化合物層１４１５上には第２の電極（陰極）１４１６が形成される。これにより、第１の電極（陽極）１４１３、有機化合物層１４１５、及び第２の電極（陰極）１４１６からなる発光素子１４１８が形成される。
【０１２９】
さらに、第２の電極（陰極）１４１６上に補助配線１４１７が形成される。補助配線１４１７は、接続配線１４１７と電気的に接続されており、ＦＰＣ１４０９を介して外部電源と電気的に接続されている。
【０１３０】
また、基板１４１０上に形成された発光素子１４１８を封止するためにシール剤１４０５により封止基板１４０４を貼り合わせる。なお、封止基板１４０４と発光素子１４１８との間隔を確保するために樹脂膜からなるスペーサを設けても良い。そして、シール剤１４０５の内側の空間１４０７には窒素等の不活性気体が充填されている。なお、シール剤１４０５としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール剤１４０５はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。さらに、空間１４０７の内部に酸素や水を吸収する効果をもつ物質を含有させても良い。
【０１３１】
また、本実施の形態では封止基板１４０４を構成する材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。また、シール剤１４０５を用いて封止基板１４０４を接着した後、さらに側面（露呈面）を覆うようにシール剤で封止することも可能である。
【０１３２】
以上のようにして発光素子を空間１４０７に封入することにより、発光素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素といった有機化合物層の劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得ることができる。
【０１３３】
なお、本実施の形態の構成は、実施例１または実施例２において作製されたＴＦＴを用いて実施することが可能である。
【０１３４】
（実施例６）
本発明を用いて形成されたＴＦＴ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発光モジュール、アクティブマトリクス型ＥＣモジュール）に用いることができる。すなわち、それらを表示部に組み込むことにより電気器具を完成させることができる。
【０１３５】
そのような電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。特に、斜め方向から画面を見る機会が多い携帯情報端末は、視野角の広さが重要視されるため、発光素子を有する発光装置を用いることが好ましい。それら電気器具の具体例を図１５に示す。
【０１３６】
図１５（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明により作製したＴＦＴを用いたモジュールをその表示部２００３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０１３７】
図１５（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明により作製したＴＦＴを用いたモジュールをその表示部２１０２に用いることにより作製される。
【０１３８】
図１５（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明により作製したＴＦＴを用いたモジュールをその表示部２２０３に用いることにより作製される。
【０１３９】
図１５（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明により作製したＴＦＴを用いたモジュールをその表示部２３０２に用いることにより作製される。
【０１４０】
図１５（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明により作製したＴＦＴを用いたモジュールをこれら表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【０１４１】
図１５（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明により作製したＴＦＴを用いたモジュールをその表示部２５０２に用いることにより作製される。
【０１４２】
図１５（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明により作製したＴＦＴを用いたモジュールをその表示部２６０２に用いることにより作製される。
【０１４３】
ここで図１５（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明により作製したＴＦＴを用いたモジュールをその表示部２７０３に用いることにより作製される。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【０１４４】
なお、将来的に有機材料の発光輝度が高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズ等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
【０１４５】
以上の様に、本発明の作製方法を用いて作製されたＴＦＴを用いたモジュールの適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具を作製することが可能である。また、本実施例における電気器具は実施例１〜実施例５のいずれかを自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０１４６】
【発明の効果】
本発明の非晶質半導体膜の結晶化において、膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜と膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜を接して形成し、膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜に結晶化を促進するための金属元素を添加して結晶化を行うことにより、結晶核が発生しやすいという特徴を活かして結晶化を促進させ、さらに、膜中酸素濃度の高い非晶質半導体膜と接して形成される膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜を結晶化させることにより、従来の結晶化法に比べて金属元素の添加量を低減させることができる。さらに、金属元素の添加量を低減させたにも拘わらず膜中酸素濃度の低い非晶質半導体膜からなる結晶質半導体膜を得ることができるため結晶粒径が大きい膜を得ることができる。また、この結晶質半導体膜は非常に結晶配向率の高い結晶質半導体膜であった。
【０１４７】
さらに、このような、結晶質半導体膜を活性層に用いて薄膜トランジスタを形成することにより、電気的な特性に優れた薄膜トランジスタ、およびこれらの薄膜トランジスタで構成された回路を有する半導体装置を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の結晶化の工程を説明する図。
【図２】    結晶化された結晶質シリコン膜表面の観察写真図。
【図３】    ＴＦＴの作製工程を説明する図。
【図４】    ＴＦＴの作製工程を説明する図。
【図５】    アクティブマトリクス型の液晶表示装置の作製工程を説明する図。
【図６】    アクティブマトリクス型の液晶表示装置の作製工程を説明する図。
【図７】    アクティブマトリクス型の液晶表示装置の作製工程を説明する図。
【図８】    アクティブマトリクス型の液晶表示装置の作製工程を説明する図。
【図９】    アクティブマトリクス型の液晶表示装置の作製工程を説明する図。
【図１０】  アクティブマトリクス型の液晶表示装置の作製工程を説明する図。
【図１１】  ｐチャネル型ＴＦＴ（Ｌ／Ｗ＝５０／５０）の電界効果移動度を示すグラフ。
【図１２】  ｎチャネル型ＴＦＴ（Ｌ／Ｗ＝５０／５０）の電界効果移動度を示すグラフ。
【図１３】  液晶表示装置の外観を説明する図。
【図１４】  発光装置の外観を説明する図。
【図１５】  電気器具の一例を示す図。
【図１６】  ＥＢＳＰ法により測定された逆極点図を示す図。
【符号の説明】
１００  基板
１０１  第１の非晶質半導体膜
１０２、１０３  絶縁膜
１０４  第２の非晶質半導体膜
１０５  金属元素
１０７  第１の結晶質半導体膜
１０８  第２の結晶質半導体膜
１１０  第３の結晶質半導体膜
【図１】
0004293412.tif 000004
【図２】
0004293412.tif 000005
【図３】
0004293412.tif 000006
【図４】
0004293412.tif 000007
【図５】
0004293412.tif 000008
【図６】
0004293412.tif 000009
【図７】
0004293412.tif 000010
【図８】
0004293412.tif 000011
【図９】
0004293412.tif 000012
【図１０】
0004293412.tif 000013
【図１１】
0004293412.tif 000014
【図１２】
0004293412.tif 000015
【図１３】
0004293412.tif 000016
【図１４】
0004293412.tif 000017
【図１５】
0004293412.tif 000018
【図１６】
0004293412.tif 000019