(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面上に第１の半導体膜を形成する工程と、
前記第１の半導体膜上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜をエッチングして、上面形状が多角形であり、かつ前記多角形の少なくとも１つの頂点の角度を６０度未満とする工程と、
前記第１の半導体膜及び前記第１の絶縁膜を覆って第２の半導体膜を形成する工程と、
前記第２の半導体膜と重なりかつ前記第１の絶縁膜と重ならない第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の半導体膜および前記第２の半導体膜にレーザビームを照射して結晶性半導体膜を形成する工程とを有し、
前記第１の絶縁膜が形成された領域と前記第２の絶縁膜が形成された領域とは隣接しており、
前記第２の絶縁膜の膜厚は前記レーザビームの反射率の低い膜厚であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
絶縁表面上に第１の半導体膜を形成する工程と、
前記第１の半導体膜上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜をエッチングして、上面形状が多角形であり、かつ前記多角形の少なくとも１つの頂点の角度を６０度未満とする工程と、
前記第１の半導体膜及び前記第１の絶縁膜を覆って第２の半導体膜を形成する工程と、
前記第２の半導体膜と重なりかつ前記第１の絶縁膜と重ならない第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の半導体膜および前記第２の半導体膜にレーザビームを照射して結晶性半導体膜を形成する工程と、
前記結晶性半導体膜をチャネル形成領域として用いて薄膜トランジスタを形成する工程とを有し、
前記第１の絶縁膜が形成された領域と前記第２の絶縁膜が形成された領域とは隣接しており、
前記第２の絶縁膜の膜厚は前記レーザビームの反射率の低い膜厚であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
基板上に下地絶縁膜を形成する工程と、
前記下地絶縁膜上に第１の半導体膜を形成する工程と、
前記第１の半導体膜上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜をエッチングして、上面形状が多角形であり、かつ前記多角形の少なくとも１つの頂点の角度を６０度未満とする工程と、
前記第１の半導体膜及び前記第１の絶縁膜を覆って第２の半導体膜を形成する工程と、
前記第２の半導体膜と重なりかつ前記第１の絶縁膜と重ならない第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の半導体膜および前記第２の半導体膜にレーザビームを照射して結晶性半導体膜を形成する工程とを有し、
前記第１の絶縁膜が形成された領域と前記第２の絶縁膜が形成された領域とは隣接しており、
前記第２の絶縁膜の膜厚は前記レーザビームの反射率の低い膜厚であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第１の絶縁膜の膜厚は、前記第２の絶縁膜の膜厚より薄い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又は請求項４のいずれか一において、
前記頂点と前記第２の絶縁膜の端面とが一致してい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のいずれか一において、
前記レーザビームを、前記第１の半導体膜及び前記第２の半導体膜の表面側から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７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記レーザビームを、前記第１の半導体膜及び前記第２の半導体膜の表面側及び裏面側から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８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記レーザビームは、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、またはＹＬＦレーザから射出されたレーザビームであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと言う）で構成された回路を有する半導体装置の作製方法に関する。例えば、液晶表示装置に代表される電気光学装置、及び電気光学装置を部品として搭載した電気機器の構成に関する。また、前記装置の作製方法に関する。なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能し得る装置全般を指し、上記電気光学装置及び電気機器もその範疇にあるとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜に対し、レーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が広く研究されている。上記非晶質半導体膜には珪素がよく用いられる。
【０００３】
ガラス基板は、従来よく使用されてきた合成石英ガラス基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作製できる利点を持っている。これが上記研究の行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザは基板の温度を余り上昇させずに、非晶質半導体膜のみに高いエネルギーを与えることが出来る。
【０００４】
結晶質半導体膜は多くの結晶粒から形成されているため、多結晶半導体膜とも呼ばれる。レーザアニールを施して形成された結晶質半導体膜は、高い移動度を有するため、この結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを形成し、例えば、１枚のガラス基板上に、画素部用と駆動回路用のＴＦＴを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に盛んに利用されている。
【０００５】
また、出力の大きい、エキシマレーザ等のパルスレーザビームを、被照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上の線状となるように光学系にて成形し、レーザビームを走査させて(あるいはレーザビームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて)、レーザアニールを行う方法が生産性が高く工業的に優れているため、広く用いられている。
【０００６】
特に、線状ビームを用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザビームを用いた場合とは異なり、線状ビームの長尺方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザ照射を行うことが出来るため、生産性が高い。長尺方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率の良い走査方向であるからである。この高い生産性により、現在レーザアニール法にはパルス発振のエキシマレーザのレーザビームを適当な光学系で成形した線状ビームを使用することが、ＴＦＴを用いる液晶表示装置の製造技術の主流になりつつある。その技術は１枚のガラス基板上に画素部を形成するＴＦＴ（画素ＴＦＴ）と、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴＦＴを形成したモノシリック型の液晶表示装置を可能とした。
【０００７】
しかし、レーザアニール法で作製される結晶質半導体膜は複数の結晶粒が集合して形成され、その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであった。ガラス基板上に作製されるＴＦＴは素子分離のために、前記結晶質半導体膜を島状のパターニングにより分離して形成している。その場合において、結晶粒の位置や大きさを指定して形成する事はできなかった。結晶粒内と比較して、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が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、結晶粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性を低下することが知られている。チャネル形成領域の半導体膜の結晶性は、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすが、結晶粒界の影響を排除して単結晶の半導体膜で前記チャネル形成領域を形成することはほとんど不可能であった。
【０００８】
このような問題を解決するために、レーザアニール法において、位置制御され、しかも大粒径の結晶粒を形成する様々な試みがなされている。ここではまず、半導体膜にレーザビームを照射した後の前記半導体膜の固化過程について説明する。
【０００９】
レーザビームの照射によって完全溶融した半導体膜中に結晶核が生成するまでにはある程度の時間が掛かり、完全溶融領域において均一（あるいは不均一）に無数の結晶核が生成し、結晶成長することで、完全溶融した前記半導体膜の固化過程は終了する。この場合に得られる結晶粒の位置と大きさはランダムなものとなる。
【００１０】
また、レーザビームの照射によって前記半導体膜が完全溶融することなく、固相半導体領域が部分的に残存している場合には、レーザビームの照射後、直ちに前記固相半導体領域から結晶成長が始まる。既に述べたように、完全溶融領域において結晶核が生成するにはある程度時間が掛かる。そのため、完全溶融領域において結晶核が生成するまでの間に、前記半導体膜の膜面に対する平行方向（以下、ラテラル方向と呼ぶ）に結晶成長の先端である固液界面（固相半導体領域と完全溶融領域との界面を指す。）が移動することで、結晶粒は膜厚の数十倍もの長さに成長する。このような成長は、完全溶融領域において均一（あるいは不均一）に無数の結晶核が生成し、結晶成長することで終了する。以下、この現象をスーパーラテラル成長と言う。
【００１１】
非晶質半導体膜や多結晶半導体膜においても、前記スーパーラテラル成長が実現するレーザビームのエネルギー領域は存在する。しかし、前記エネルギー領域は非常に狭く、また、大粒径の結晶粒の得られる位置については制御できなかった。さらに、大粒径の結晶粒以外の領域は結晶核が無数に生成した微結晶領域、もしくは非晶質領域であった。
【００１２】
以上に説明したように、半導体膜が完全溶融するレーザビームのエネルギー領域でラテラル方向の温度勾配を制御する（ラテラル方向への熱流を生じさせる）ことが出来れば、結晶粒の成長位置および成長方向を制御することが出来る。この方法を実現するために様々な試みがなされている。
【００１３】
例えば、「R.Ishihara and A.Burtsev: AM-LCD '98.,p153-p156,1998」では、基板と下地の酸化珪素膜との間に高融点金属膜を形成し、前記高融点金属膜の上方に非晶質珪素膜を形成し、エキシマレーザのレーザビームを基板の表面側（本明細書中では膜が形成されている面と定義する）と裏面側（本明細書中では膜が形成されている面と反対側の面と定義する）の両側から照射するレーザアニール法についての報告がある。基板の表面側から照射されるレーザビームは、珪素膜に吸収されて熱に変わる。一方、基板の裏面側から照射されるレーザビームは前記高融点金属膜に吸収されて熱に変わり、前記高融点金属膜を高温で加熱する。加熱された前記高融点金属膜と珪素膜の間の前記酸化珪素膜が、熱の蓄積層として働くため、溶融している珪素膜の冷却速度を遅くする事ができる。ここでは、高融点金属膜を任意の場所に形成することにより、任意の場所に最大で直径６．４μｍの結晶粒を得ることができることが報告されている。
【００１４】
また、コロンビア大のJames S. Im氏らは、任意の場所にスーパーラテラル成長を実現させることの出来るSequential Lateral Solidification method（以下、ＳＬＳ法と言う。）を示した。ＳＬＳ法は、１ショット毎にスリット状のマスクをスーパーラテラル成長が行なわれる距離程度（約０．７５μｍ）移動させて、結晶化を行うものである。
【００１５】
さらに、東工大の松村正清氏らは、第４７回応用物理学関係連合講演会において、位置制御された大粒径の結晶粒を形成する方法について発表している。その方法は、図５（Ｃ）に示すように、非晶質珪素膜中に上面形状が四角形で、かつ前記四角形の少なくとも１つの頂点の角度が６０度である絶縁層を埋め込み、さらに、前記非晶質珪素膜上に絶縁膜を形成する。レーザビームを照射する際には位相シフトマスク（図５（Ａ））を用いて、前記レーザビームのエネルギーに勾配を持たせる(図５（Ｂ）)。このようにして、前記非晶質珪素膜中に温度勾配を形成すれば、前記絶縁層の下方の非晶質珪素膜中に結晶核が生成されるので、位置制御された大粒径の結晶粒を形成するというものである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
R. Ishihara氏らの方法により形成された半導体膜を活性層としてトップゲート型のＴＦＴを作製することは構造的には可能である。しかしながら、半導体膜と高融点金属膜との間に設けられた酸化珪素膜により寄生容量が発生するので、消費電力が増加し、ＴＦＴの高速動作を実現することは困難となる。一方、高融点金属膜をゲート電極とすることにより、ボトムゲート型または逆スタガ型のＴＦＴに対しては有効に適用でき得ると考えられる。しかしながら、基板上に酸化珪素膜を形成し、前記酸化珪素膜上に高融点金属膜を形成し、前記高融点金属膜上に非晶質珪素膜を形成する構造において、非晶質珪素膜の膜厚を除いて考えたとしても、高融点金属膜と酸化珪素膜の膜厚は、結晶化工程において適した膜厚と、ＴＦＴ素子としての特性のおいて適した膜厚とは必ずしも一致しない。そのため、結晶化工程における最適設計と素子構造の最適設計とを両方同時に満足することができない。
【００１７】
また、透光性のない高融点金属膜をガラス基板の全面に形成すると、透過型の液晶表示装置を作製することは不可能になってしまう。高融点金属材料として使用されるクロム（Ｃｒ）膜やチタン（Ｔｉ）膜は内部応力が高いので、ガラス基板との密着性に問題が生じる可能性が高い。さらに、内部応力の影響はこの上層に形成する半導体膜へも及び、形成された結晶質半導体膜に歪みを与える力として作用する可能性が高い。
【００１８】
一方、ＴＦＴにおいて重要なパラメータである閾値電圧（以下、Ｖthと記す。）を所定の範囲内に制御するためには、チャネル形成領域の荷電子制御のほかに、活性層に密接して絶縁膜で形成する下地膜やゲート絶縁膜の荷電欠陥密度を低減させることや、その内部応力のバランスを考慮する必要がある。このような要求に対して、酸化珪素膜や酸化窒化珪素膜などの珪素を構成元素として含む材料が適していた。したがって、基板と下地膜との間に高融点金属膜を設けることは、そのバランスを崩してしまうことが懸念される。
【００１９】
また、ＳＬＳ法は、マスクと基板との相対的な位置決めの技術にミクロン単位の精密な制御が必要であり、通常のレーザ照射装置と比較して複雑な装置になってしまう。さらに、大面積領域を有する液晶ディスプレイに適用されるＴＦＴの作製に用いるにはスループットに問題がある。
【００２０】
さらに、松村氏らの発表による方法では、レーザビームのエネルギー勾配を作るための位相シフトマスクを用いる必要性がある。そのため、位相シフトマスクと埋め込み絶縁層との相対的な位置決めの技術にミクロン単位の精密な制御が必要であり、通常のレーザ照射装置と比較して複雑な装置になる。また、レーザビームを照射して半導体膜が溶融状態から冷却するとき、埋め込み絶縁層の上面形状は四角形であり、前記四角形の少なくとも１つの頂点の角度は６０度と広いため、前記頂点付近の下方に存在する前記半導体膜中で結晶核が多数生成される。そのため、成長する結晶粒同士が衝突し合い、大粒径の結晶粒の形成される確率が低いと言う問題点があった。
【００２１】
本発明はこれらのような問題点を解決するための技術であり、結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶質半導体膜を作製し、さらに前記結晶質半導体膜をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることにより、高速動作が可能なＴＦＴを実現する。さらにそのようなＴＦＴを透過型の液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス材料を用いた表示装置などのさまざまな半導体装置に適用できる技術を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
半導体膜上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜側からレーザビームを照射したときの反射率について説明する。ここでは、半導体膜として非晶質珪素膜を、絶縁膜として酸化珪素膜を、レーザビームの波長として３０８ｎｍおよび５３２ｎｍを例に挙げて説明するが、本発明において、半導体膜、絶縁膜およびレーザビームの波長は特にこれらに限定されるものではない。
【００２３】
図１（Ａ）に酸化珪素膜の膜厚をパラメータとし、前記酸化珪素膜にＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）を照射したときの反射率の変化を示す。前記酸化珪素膜の膜厚によって、前記酸化珪素膜に対するＸｅＣｌエキシマレーザの反射率は２６〜５６％の間を周期的に変化していることが分かる。
【００２４】
また、半導体膜上に部分的に絶縁層を形成し、前記半導体膜に対してレーザビームの実効的な照射強度を変化させたい場合は、前記半導体膜の反射率についても考慮する必要が生じる。
【００２５】
図１（Ｂ）に非晶質珪素膜の膜厚をパラメータとし、前記非晶質珪素膜にＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）を照射したときの反射率の変化を示す。前記非晶質珪素膜の膜厚が５ｎｍ程度までの反射率は、前記酸化珪素膜の膜厚を変化させて該酸化珪素膜にＸｅＣｌエキシマレーザを照射したときに得られる最も低い反射率（２６％）より低い。また、前記非晶質珪素膜の膜厚が５〜１２ｎｍの場合の反射率は、前記酸化珪素膜の膜厚を変化させて該酸化珪素膜にＸｅＣｌエキシマレーザを照射したときに得られる反射率と同じ範囲（２６〜５６％）となる。そのため、前記非晶質珪素膜に対してＸｅＣｌエキシマレーザの実効的な照射強度を変化させる場合には、前記非晶質珪素膜の膜厚に応じて前記酸化珪素膜の膜厚を選ぶ必要がある。前記非晶質珪素膜の膜厚が１２ｎｍより厚い場合の反射率は、前記酸化珪素膜の膜厚を変化させて該酸化珪素膜にＸｅＣｌエキシマレーザを照射したときに得られる最も高い反射率（５６％）と同程度か、５６％より高い反射率になる。
【００２６】
次に、波長５３２ｎｍのレーザビームを照射したときの反射率の変化を示す。図２（Ａ）に酸化珪素膜の膜厚をパラメータとし、前記酸化珪素膜にＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射したときの反射率の変化を示し、図２（Ｂ）に非晶質珪素膜の膜厚をパラメータとし、前記非晶質珪素膜にＹＡＧレーザの第２高調波を照射したときの反射率の変化を示す。表１に示すように、波長５３２ｎｍのレーザビームは、波長３０８ｎｍのレーザビームより非晶質珪素膜に対する減衰係数が低いため、酸化珪素膜に対して照射したときの反射率は前記酸化珪素膜の下方に存在する非晶質珪素膜の膜厚によって異なる。図２（Ａ）では非晶質珪素膜の膜厚を５８ｎｍとした。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
図２（Ａ）においては、図１（Ａ）と同様に、反射率が周期的に変化している。図２（Ｂ）においては、非晶質珪素膜の膜厚が厚くなるにつれて、反射率は周期的に変化しながら収束する傾向がある。また、図２（Ａ）および図２（Ｂ）から波長５３２ｎｍに対する酸化珪素膜の反射率は非晶質珪素膜の反射率と同程度かそれ以下であることがわかる。
【００２９】
つまり、半導体膜上に絶縁膜を形成する際、前記絶縁膜の膜厚をレーザビームの反射率の低い膜厚にすれば、前記レーザビームを照射したときに前記絶縁膜は反射防止効果および保熱効果を有するので、前記半導体膜の溶融状態を長く保つことが出来る。また、半導体膜上に部分的に絶縁層を形成する場合に、前記半導体膜に対してレーザビームの実効的な照射強度を変化させるときは、前記半導体膜および前記絶縁層の反射率を考慮した膜厚にする必要がある。さらに、レーザビームの波長によっても反射率は変化するので、前記レーザビームの波長に応じた膜厚にする必要がある。ここで、本明細書中における保熱効果について説明する。半導体膜上に絶縁膜を形成してレーザビームを照射したときに、前記絶縁膜に接する半導体膜の溶融時間は、前記絶縁膜が形成されていない半導体膜の溶融時間より長くなる。これは、前記絶縁膜が形成されていることにより、半導体膜における熱の流出速度が緩やかになるためである。そこで、本明細書中では熱の流出速度を緩やかにする効果を保熱効果とする。
【００３０】
また、半導体膜中に、上面形状が四角形であり、かつ前記四角形の少なくとも１つの頂点の角度が６０度である絶縁層（埋め込み絶縁層）が存在する構造を図５（Ｃ）で示した。しかしながら、前記頂点の角度が６０度と広いため、レーザビームを照射したときに前記頂点付近の下方に存在する半導体膜中では、結晶核が多数生成される。そのため、成長する結晶粒同士が衝突し合い、大粒径の結晶粒が形成される確率が低くなっていた。つまり、大粒径の結晶粒を形成するためには、前記埋め込み絶縁層を上面から見たときに少なくとも１つの頂点の角度が６０度未満であれば、その頂点の下方における結晶核の生成密度が低くなり、成長する結晶粒同士が衝突することを低減できる。
【００３１】
以上のことから、本発明において、半導体膜中の埋め込み絶縁層の上面形状は、少なくとも１つの頂点の角度が６０度未満である多角形であるとする。さらに、半導体膜上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜において前記埋め込み絶縁層と重なる領域をエッチングして絶縁層を形成し、該絶縁層をレーザビームを照射したときの反射防止効果および保熱効果として作用させて、位置制御された大粒径の結晶粒を有する結晶質半導体膜を形成することを目的とする。但し、レーザビームの照射は基板の表面側から、または、基板の表面側および裏面側の両側から行うものとする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図３〜４の断面図を用いて説明する。但し、図３（Ｂ）および図４（Ｄ）においては断面図と同時に上面図も記載した。
【００３３】
図３（Ａ）において基板１１には、合成石英ガラス基板、バリウムホウケイ酸ガラスアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラスと言ったガラス基板、またはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡｒ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）と言った透明フィルムを用いても良い。例えば、コーニング社製の７０５９ガラスや１７３７ガラスなどを好適に用いることが出来る。
【００３４】
前記基板１１の上に下地絶縁膜１２を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。下地絶縁膜１２はここでは単層構造である例を示しているが、単層構造に限らず、２層以上の積層構造としてもよい。
【００３５】
前記下地絶縁膜１２上に、図３（Ａ）に示す第１の半導体膜１３を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の手段で１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。但し、前記第１の半導体膜１３としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、多結晶半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。
【００３６】
前記第１の半導体膜１３上に、第１の絶縁膜１４を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、熱処理等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。第１の絶縁膜１４の膜厚は、後工程で形成される第２の絶縁膜１８の膜厚と同じ膜厚か、薄い方が望ましい。このようにするのは、レーザビームを照射したときに、半導体膜中での温度勾配を生じやすくするためである。前記第１の絶縁膜１４を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングして、絶縁層１５を形成する。
【００３７】
前記絶縁層１５の上面形状は多角形であり、かつ前記多角形の少なくとも１つの頂点の角度が６０度未満であるとする。以下、角度が６０度未満である頂点を頂点Ａとする。前記頂点Ａの角度を６０度未満とするのは、レーザビームを照射したとき、前記頂点Ａ付近の下方に存在する半導体膜中での結晶核の生成密度を低くし、成長する結晶粒同士が衝突し合うのを防ぐためである。
【００３８】
前記エッチングにはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。前記ウエットエッチング法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングしても良い。
【００３９】
次に、第２の半導体膜１６をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の手段で１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。以下、第１の半導体膜１３および第２の半導体膜１６に挟まれた絶縁層１５を改めて埋め込み絶縁層１５と呼ぶことにする。
【００４０】
前記第２の半導体膜１６に沿って、第２の絶縁膜１７を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。前記第２の絶縁膜１７の膜厚は図１（Ａ）および図２（Ａ）に示したように、レーザアニールの際に用いるレーザビームの波長に対して反射率が低い膜厚にするのが望ましい。このようにすることで、前記第２の絶縁膜１７は反射防止膜および保熱効果用の膜として有効に作用する。
【００４１】
前記第２の絶縁膜１７を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングして、絶縁層１８を形成する。前記絶縁層１８は、前記第２の絶縁膜１７において前記埋め込み絶縁層と重なる領域のみをエッチングして形成しても良いし、図３（Ｄ）に示すように前記埋め込み絶縁層１５とは重ならず、かつ前記第２の半導体膜１６を介して前記頂点Ａと前記絶縁層１８の端面を一致させて形成しても良い。
【００４２】
図４（Ａ）は基板の表面側から、図４（Ｂ）は基板の表面側および裏面側の両側からレーザビームを照射する結晶化工程を説明する図である。本発明においては、いずれかの方法を用いることとする。レーザアニール法による結晶化は、まず半導体膜が含有する水素を放出させておくことが望ましく、４００〜５００℃で窒素雰囲気に１時間程度曝して、含有する水素量を５atom％以下にしておくと良い。これにより、膜の耐レーザ性が著しく向上する。
【００４３】
レーザアニール法において用いるレーザ発振器について説明する。エキシマレーザは大出力で、現状で３００Ｈｚ程度の高周波パルスを発振出来るため、良く用いられている。また、パルス発振のエキシマレーザだけでなく、連続発振のエキシマレーザや、Ａｒレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ＹＬＦレーザ等も用いることが出来る。また、レーザビームの照射は真空中、大気中、窒素雰囲気中などで行うことが出来る。さらに、レーザビームを照射する際に基板を５００度程度まで加熱しても良い。こうすることで半導体膜における熱の流出速度の低下が期待され、結晶粒の粒径を拡大することが出来る。
【００４４】
前述のいずれかのレーザ発振器を用い、また、いずれかの雰囲気中で、図４（Ａ）または図４（Ｂ）に示すいずれかの照射方法でレーザビームを照射し、前記第１の半導体膜１３および第２の半導体膜１７の結晶化を行う。
【００４５】
ここで、図４（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、埋め込み絶縁層１５の両端を境界とし、絶縁層１８を含む領域を領域Ａ、埋め込み絶縁層１５を含む領域を領域Ｂ、半導体膜の上部に絶縁層が存在しない領域を領域Ｃとする。
【００４６】
レーザビームが照射されることにより、第１の半導体膜１３および第２の半導体膜１６は溶融状態になる。ここで、レーザビームが照射された第１の半導体膜１３を１９ａで、レーザビームが照射された第２の半導体膜１６を１９ｂで示すこととする。前記第１の半導体膜１９ａは、前記第２の半導体膜１９ｂや埋め込み絶縁層１５等を介してレーザビームが照射されるため、直接レーザビームが照射される第２の半導体膜１９ｂに比べ、早く冷却する。そのため、まず前記第１の半導体膜１９ａ中に結晶核２０が生成する。（図４（Ｃ））
【００４７】
その中でも、半導体膜上に絶縁層１８が存在しない領域Ｃの第１の半導体膜１９ａおよび第２の半導体膜１９ｂが冷却され、結晶核２０が多数生成し、領域Ｃは微結晶領域となる。
【００４８】
また、領域Ｂの第１の半導体膜１９ａは埋め込み絶縁層１５と下地絶縁膜１２に挟まれており、前記埋め込み絶縁層１５と前記下地絶縁膜１２の保熱効果のため、冷却速度が遅くなる。しかし時間が経過するにしたがって、第１の半導体膜１９ａは冷却され、結晶核が生成する。このとき、領域Ｂの第１の半導体膜１９ａには、埋め込み絶縁層１５の形状に応じた結晶核２０の分布が生じる。特に、前記埋め込み絶縁層１５の頂点Ａの角度が６０度未満と狭いため、前記頂点Ａ付近の下方に存在する第１の半導体膜中１３では、結晶核２０の生成密度が低くなる。
【００４９】
一方、領域Ａの第１の半導体膜１９ａおよび第２の半導体膜１９ｂは、レーザビームの反射率の低く、かつ保熱効果を有する絶縁層１８および保熱効果を有する下地絶縁膜１２に挟まれているため、領域Ｃおよび領域Ｂより溶融状態が長く保たれる。そのため、領域Ａと領域Ｂにおいて温度勾配が生じ、温度の低い領域Ｂから温度の高い領域Ａへと結晶成長の先端である固液界面が移動する。このようにして、埋め込み絶縁層１５の頂点Ａ付近の下方に存在する第１の半導体膜中で生成した結晶核は領域Ａへと結晶成長し、領域Ａにおいて大粒径の結晶粒を得ることが出来る。
【００５０】
また、レーザビームの照射によって領域Ｂにおける第１の半導体膜１９ａが完全溶融することなく、固相半導体領域が部分的に残存している場合は、レーザビームの照射後、直ちに前記固相半導体領域から半導体層の内部に生じた温度勾配を利用して領域Ａに向かって結晶成長が進行する。そのため、やはり領域Ａにおいて大粒径の結晶粒を得ることが出来る。
【００５１】
レーザビームを照射して形成された前記結晶質半導体膜２１は、前記第１の半導体膜および前記第２の半導体膜よりも粒径の大きな結晶粒を有している。前記結晶質半導体膜は、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃の加熱処理、あるいは、プラズマによって生成された水素を含む雰囲気中で２００〜４５０℃の加熱処理によって、残留する欠陥を中和することができる。
【００５２】
このようにして作製された結晶質半導体膜２１において、図４（Ｄ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域２２をチャネル形成領域や活性領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【００５３】
【実施例】
［実施例１］
本発明の実施例について、図３〜４の断面図を用いて説明する。ただし、図３（Ｂ）および図４（Ｄ）において断面図と同時に上面図も記載した。
【００５４】
図３（Ａ）において基板１１には、合成石英ガラス基板、バリウムホウケイ酸ガラスアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラスと言ったガラス基板、またはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡｒ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）と言った透明フィルムを用いても良い。例えば、コーニング社製の７０５９ガラスや１７３７ガラスなどを好適に用いることが出来る。
【００５５】
前記基板１１の上に下地絶縁膜１２を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などを１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）形成する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。
【００５６】
前記下地絶縁膜１２上に、図３（Ａ）に示す第１の半導体膜１３を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の手段で１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。但し、前記第１の半導体膜１３としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、多結晶半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質珪素膜を成膜した。
【００５７】
前記第１の半導体膜１３上に、第１の絶縁膜１４を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などを１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）形成する。第１の絶縁膜１４の膜厚は、後工程で形成される第２の絶縁膜１８の膜厚と同じ膜厚か、薄い方が望ましい。このようにするのは、レーザビームを照射したときに、半導体膜中での温度勾配を生じやすくするためである。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。前記第１の絶縁膜１４を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングして、絶縁層１５を形成する。
【００５８】
前記絶縁膜１５の上面形状は多角形であり、かつ前記多角形の少なくとも１つの頂点の角度が６０度未満であるとする。以下、角度が６０度未満の頂点を頂点Ａとする。前記頂点Ａの角度を６０度未満とするのは、レーザビームを照射したとき、前記頂点Ａ付近の下方に存在する半導体膜中での結晶核の生成密度を低くし、成長する結晶粒同士が衝突し合うのを防ぐためである。本実施例において前記絶縁層１５の上面形状は三角形とし、前記三角形は角度が３０度の頂点を有するものとする（図３（Ｂ））。
【００５９】
前記エッチングにはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。前記ウエットエッチング法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングしても良い。
【００６０】
次に、第２の半導体膜１６をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の手段で１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。本実施例ではプラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質珪素膜を成膜した。以下、第１の半導体膜１３および第２の半導体膜１６に挟まれた絶縁層１５を改めて埋め込み絶縁層１５と呼ぶことにする。
【００６１】
前記第２の半導体膜１６に沿って、第２の絶縁膜１７を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。前記第２の絶縁膜１７の膜厚は図１（Ａ）および図２（Ａ）に示したように、レーザアニールの際に用いるレーザビームの波長に対して反射率が低い膜厚にするのが望ましい。このようにすることで、前記第２の絶縁膜１７は反射防止膜および保熱効果用の膜として有効に作用する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。
【００６２】
前記第２の絶縁膜１７を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングして、絶縁層１８を形成する。前記絶縁層１８は、前記第２の絶縁膜１７において前記埋め込み絶縁層と重なる領域のみをエッチングして形成しても良いし、図３（Ｄ）に示すように前記埋め込み絶縁層１５とは重ならず、かつ前記第２の半導体膜１６を介して前記頂点Ａと前記絶縁層１８の端面を一致させて形成しても良い。
【００６３】
図４（Ａ）は基板の表面側から、図４（Ｂ）は基板の表面側および裏面側の両側からレーザビームを照射する結晶化工程を説明する図である。本発明においては、いずれかの方法を用いることとする。レーザアニール法による結晶化は、まず半導体膜が含有する水素を放出させておくことが望ましく、４００〜５００℃で窒素雰囲気に１時間程度曝して、含有する水素量を５atom％以下にしておくと良い。これにより、膜の耐レーザ性が著しく向上する。
【００６４】
レーザアニール法において用いるレーザ発振器について説明する。エキシマレーザは大出力で、現状で３００Ｈｚ程度の高周波パルスを発振出来るため、良く用いられている。また、パルス発振のエキシマレーザだけでなく、連続発振のエキシマレーザや、Ａｒレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、またはＹＬＦレーザ等も用いることが出来る。また、レーザビームの照射は真空中、大気中、窒素雰囲気中などで行うことが出来る。さらに、レーザビームを照射する際に基板を５００度程度まで加熱しても良い。こうすることで半導体膜における熱の流出速度の低下が期待され、結晶粒の粒径を拡大することが出来る。
【００６５】
本実施例においては、パルス発振のＸｅＣｌエキシマレーザを用い、基板の温度は室温とし、大気中で、図４（Ａ）に示す基板の表面側からレーザビームを照射して、前記第１の半導体膜１３および第２の半導体膜１６の結晶化を行った。
【００６６】
ここで、図４（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、埋め込み絶縁層１５の両端を境界とし、絶縁層１８を含む領域を領域Ａ、埋め込み絶縁層１５を含む領域を領域Ｂ、第１の半導体膜１３または第２の半導体膜１６の上方に絶縁層が存在しない領域を領域Ｃとする。
【００６７】
レーザビームが照射されることにより、第１の半導体膜１３および第２の半導体膜１６は溶融状態になる。ここで、レーザビームが照射された第１の半導体膜１３を１９ａで、レーザビームが照射された第２の半導体膜１６を１９ｂで示すこととする。前記第１の半導体膜１９ａは、前記第２の半導体膜１９ｂや埋め込み絶縁層１５等を介してレーザビームが照射されるため、直接レーザビームが照射される第２の半導体膜１９ｂに比べ、早く冷却する。そのため、まず前記第１の半導体膜１９ａ中に結晶核２０が生成する。（図４（Ｃ））
【００６８】
その中でも、半導体膜上に絶縁層１８が存在しない領域Ｃの第１の半導体膜１９ａおよび第２の半導体膜１９ｂが冷却され、結晶核２０が多数生成し、領域Ｃは微結晶領域となる。
【００６９】
また、領域Ｂの第１の半導体膜１９ａは埋め込み絶縁層１５と下地絶縁膜１２に挟まれており、前記埋め込み絶縁層１５と前記下地絶縁膜１２の保熱効果のため、冷却速度が遅くなる。しかし時間が経過するにしたがって、第１の半導体膜１９ａは冷却され、結晶核が生成する。このとき、領域Ｂの第１の半導体膜１９ａには、埋め込み絶縁層１５の形状に応じた結晶核２０の分布が生じる。特に、前記埋め込み絶縁層１５の頂点Ａの角度が６０度未満と狭いため、前記頂点Ａ付近の下方に存在する第１の半導体膜中１３では、結晶核２０の生成密度が低くなる。
【００７０】
一方、領域Ａの第１の半導体膜１９ａおよび第２の半導体膜１９ｂは、レーザビームの反射率の低く、かつ保熱効果を有する絶縁層１８および保熱効果を有する下地絶縁膜１２に挟まれているため、領域Ｃおよび領域Ｂより溶融状態が長く保たれる。そのため、領域Ａと領域Ｂにおいて温度勾配が生じ、温度の低い領域Ｂから温度の高い領域Ａへと結晶成長の先端である固液界面が移動する。このようにして、埋め込み絶縁層１５の頂点Ａ付近の下方に存在する第１の半導体膜中で生成した結晶核は領域Ａへと結晶成長し、領域Ａにおいて大粒径の結晶粒を得ることが出来る。
【００７１】
また、レーザビームの照射によって領域Ｂにおける第１の半導体膜１９ａが完全溶融することなく、固相半導体領域が部分的に残存している場合は、レーザビームの照射後、直ちに前記固相半導体領域から半導体層の内部に生じた温度勾配を利用して領域Ａに向かって結晶成長が進行する。そのため、やはり領域Ａにおいて大粒径の結晶粒を得ることが出来る。
【００７２】
レーザビームを照射して形成された前記結晶質半導体膜２１は、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃の加熱処理、あるいは、プラズマによって生成された水素を含む雰囲気中で２００〜４５０℃の加熱処理によって、残留する欠陥を中和することができる。
【００７３】
このようにして作製された結晶質半導体膜２１において、図４（Ｄ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域２２をチャネル形成領域や活性領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【００７４】
［実施例２］
ここでは、半導体膜を熱処理によって部分的に結晶化させたのち、レーザアニールを行う方法について図６〜７の断面図を用いて説明する。ただし、図６（Ｂ）および図７（Ｄ）においては断面図および上面図を記載した。
【００７５】
図６（Ａ）において基板３１には、合成石英ガラス基板、バリウムホウケイ酸ガラスアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラスと言ったガラス基板、またはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡｒ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）と言った透明フィルムを用いても良い。例えば、コーニング社製の７０５９ガラスや１７３７ガラスなどを好適に用いることが出来る。
【００７６】
前記基板３１の上に下地絶縁膜３２を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などを１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）形成する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。
【００７７】
前記下地絶縁膜３２上に、図６（Ａ）に示す第１の半導体膜３３を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の手段で１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。但し、前記第１の半導体膜３３としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、多結晶半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質珪素膜を成膜した。
【００７８】
前記第１の半導体膜３３上に、第１の絶縁膜３４を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などを１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）形成する。第１の絶縁膜３４の膜厚は、後工程で形成される第２の絶縁膜３９の膜厚と同じ膜厚か、薄い方が望ましい。このようにするのは、レーザビームを照射したときに、半導体膜中での温度勾配を生じやすくするためである。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。前記第１の絶縁膜３４を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングして、絶縁層３５を形成する。
【００７９】
前記絶縁層３５の上面形状は多角形であり、かつ前記多角形の少なくとも１つの頂点の角度が６０度未満であるとする。以下、角度が６０度未満の頂点を頂点Ａとする。前記頂点Ａの角度を６０度未満とするのは、レーザビームを照射したとき、前記頂点Ａ付近の下方に存在する半導体膜中での結晶核の生成密度を低くし、成長する結晶粒同士が衝突し合うのを防ぐためである。本実施例において前記絶縁膜３５の上面形状は三角形とし、前記三角形は角度が３０度の頂点を有するものとする（図６（Ｂ））。
【００８０】
前記エッチングにはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。前記ウエットエッチング法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングしても良い。
【００８１】
次に、第２の半導体膜３６をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の手段で１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。本実施例ではプラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質珪素膜を成膜した。以下、第１の半導体膜３３および第２の半導体膜３６に挟まれた絶縁層３５を改めて埋め込み絶縁層３５と呼ぶことにする。
【００８２】
次に、特開平７−１８３５４０号公報に記載されている方法により、前記第１の半導体膜および第２の半導体膜を部分的に結晶化させる。ここで、前記方法を簡単に説明する。まず、半導体膜にニッケルまたは、パラジウム、または鉛等の元素を微量に添加する。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、溶液塗布法等を利用すればよい。前記添加の後、例えば５５０℃の窒素雰囲気に４時間、半導体膜を置くと、特性の良好な結晶質半導体膜が得られる。結晶化に最適な加熱温度や加熱時間等は、前記元素の添加量や、非晶質半導体膜の状態による。本実施例では、溶液塗布法を適用し、溶液に酢酸ニッケル溶液を用いて、重量換算で濃度１０ｐｐｍのものを５ｍｌ、スピンコート法により膜上全面に塗布して、金属含有層３７を形成する。次に、基板に対し、温度５００℃の窒素雰囲気に１時間、更に連続的に、温度５５０℃の窒素雰囲気に４時間の加熱を行って、部分的に結晶化した第１の結晶質半導体膜３８を得る。
【００８３】
前記第１の結晶質半導体膜３８に沿って、第２の絶縁膜３９を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。前記第２の絶縁膜３９の膜厚は図１（Ａ）および図２（Ａ）に示したように、レーザアニールの際に用いるレーザビームの波長に対して反射率が低い膜厚にするのが望ましい。このようにすることで、前記第２の絶縁膜３９は反射防止膜および保熱効果用の膜として有効に作用する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。
【００８４】
前記第２の絶縁膜３９を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングして、絶縁層４０を形成する。前記絶縁層４０は、前記第２の絶縁膜３９において前記埋め込み絶縁層と重なる領域のみをエッチングして形成しても良いし、図７（Ａ）に示すように前記埋め込み絶縁層３５とは重ならず、かつ前記第１の結晶質半導体膜３８を介して前記頂点Ａと前記絶縁層４０の端面を一致させて形成しても良い。
【００８５】
レーザアニール法による結晶化は、まず半導体膜が含有する水素を放出させておくことが望ましく、４００〜５００℃で窒素雰囲気に１時間程度曝して、含有する水素量を５atom％以下にしておくと良い。これにより、膜の耐レーザ性が著しく向上する。
【００８６】
レーザアニール法において用いるレーザ発振器について説明する。エキシマレーザは大出力で、現状で３００Ｈｚ程度の高周波パルスを発振出来るため、良く用いられている。また、パルス発振のエキシマレーザだけでなく、連続発振のエキシマレーザや、Ａｒレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、またはＹＬＦレーザ等も用いることが出来る。また、レーザビームの照射は真空中、大気中、窒素雰囲気中などで行うことが出来る。さらに、レーザビームを照射する際に基板を５００度程度まで加熱しても良い。こうすることで半導体膜における熱の流出速度の低下が期待され、結晶粒の粒径を拡大することが出来る。
【００８７】
本実施例においては、パルス発振のＸｅＣｌエキシマレーザを用い、基板の温度は室温とし、大気中で、図７（Ｂ）に示す基板の表面側からレーザビームを照射して、前記第１の結晶質半導体膜３８の結晶化を行った。図示しないが、レーザビームは基板の表面側および裏面側の両面から照射してもよい。
【００８８】
ここで、図７（Ｃ）に示すように、埋め込み絶縁層３５の両端を境界とし、絶縁層４０を含む領域を領域Ａ、埋め込み絶縁層３５を含む領域を領域Ｂ、半導体膜の上部に絶縁層が存在しない領域を領域Ｃとする。
【００８９】
レーザビームが照射されることにより、第１の半導体膜３３および第２の半導体膜３６は溶融状態になる。ここで、レーザビームが照射された第１の半導体膜３３を４１ａで、レーザビームが照射された第２の半導体膜３６を４１ｂで示すこととする。前記第１の半導体膜４１ａは、前記第２の半導体膜４１ｂや埋め込み絶縁層３５等を介してレーザビームが照射されるため、直接レーザビームが照射される第２の半導体膜４１ｂに比べ、早く冷却する。そのため、まず前記第１の半導体膜４１ａ中に結晶核４２が生成する（図７（Ｃ））。
【００９０】
その中でも、半導体膜上に絶縁層４０が存在しない領域Ｃの第１の半導体膜４１ａおよび第２の半導体膜４１ｂが冷却され、結晶核４２が多数生成し、領域Ｃは微結晶領域となる。
【００９１】
また、領域Ｂの第１の半導体膜４１ａは埋め込み絶縁層３５と下地絶縁膜３２に挟まれており、前記埋め込み絶縁層３５と前記下地絶縁膜３２の保熱効果のため、冷却速度が遅くなる。しかし時間が経過するにしたがって、第１の半導体膜４１ａは冷却され、結晶核が生成する。このとき、領域Ｂの第１の半導体膜４１ａには、埋め込み絶縁層３５の形状に応じた結晶核４２の分布が生じる。特に、前記埋め込み絶縁層３５の頂点Ａの角度が６０度未満と狭いため、前記頂点Ａ付近の下方に存在する第１の半導体膜中３３では、結晶核４２の生成密度が低くなる。
【００９２】
一方、領域Ａの第１の半導体膜４１ａおよび第２の半導体膜４１ｂは、レーザビームの反射率の低く、かつ保熱効果を有する絶縁層４０および保熱効果を有する下地絶縁膜３２に挟まれているため、領域Ｃおよび領域Ｂより溶融状態が長く保たれる。そのため、領域Ａと領域Ｂにおいて温度勾配が生じ、温度の低い領域Ｂから温度の高い領域Ａへと結晶成長の先端である固液界面が移動する。このようにして、埋め込み絶縁層３５の頂点Ａ付近の下方に存在する第１の半導体膜４１ａ中で生成した結晶核は領域Ａへと結晶成長し、領域Ａにおいて大粒径の結晶粒を得ることが出来る。
【００９３】
また、レーザビームの照射によって領域Ｂにおける第１の半導体膜４１ａが完全溶融することなく、固相半導体領域が部分的に残存している場合は、レーザビームの照射後、直ちに前記固相半導体領域から半導体層の内部に生じた温度勾配を利用して領域Ａに向かって結晶成長が進行する。そのため、やはり領域Ａにおいて大粒径の結晶粒を得ることが出来る。
【００９４】
レーザビームを照射して形成された第２の結晶質半導体膜４３は、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃の加熱処理、あるいは、プラズマによって生成された水素を含む雰囲気中で２００〜４５０℃の加熱処理によって、残留する欠陥を中和することができる。
【００９５】
このようにして作製された結晶質半導体膜４３において、図７（Ｄ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域４４をチャネル形成領域や活性領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【００９６】
［実施例３］
本発明の実施例について、図８〜９の断面図を用いて説明する。ただし、図８（Ｂ）および図９（Ｃ）において断面図と同時に上面図も記載した。
【００９７】
図８（Ａ）において基板５１には、合成石英ガラス基板、バリウムホウケイ酸ガラスアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラスと言ったガラス基板、またはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡｒ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）と言った透明フィルムを用いても良い。例えば、コーニング社製の７０５９ガラスや１７３７ガラスなどを好適に用いることが出来る。
【００９８】
前記基板５１の上に下地絶縁膜５２を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などを１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）形成する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。
【００９９】
前記下地絶縁膜５２上に、図８（Ａ）に示す第１の半導体膜５３を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の手段で１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。但し、前記第１の半導体膜５３としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、多結晶半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質珪素膜を成膜した。
【０１００】
前記第１の半導体膜５３上に、第１の絶縁膜５４を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などを１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）形成する。第１の絶縁膜５４の膜厚は、後工程で形成される第２の絶縁膜５８の膜厚と同じ膜厚か、薄い方が望ましい。このようにするのは、レーザビームを照射したときに、半導体膜中での温度勾配を生じやすくするためである。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。前記第１の絶縁膜５４を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングして、絶縁層５５を形成する。
【０１０１】
前記絶縁層５５の上面形状は多角形であり、かつ前記多角形の少なくとも１つの頂点の角度が６０度未満であるとする。以下、角度が６０度未満の頂点を頂点Ａとする。前記頂点Ａの角度を６０度未満とするのは、レーザビームを照射したとき、前記頂点Ａ付近の下方に存在する半導体膜中での結晶核の生成密度を低くし、成長する結晶粒同士が衝突し合うのを防ぐためである。本実施例において前記絶縁層５５の上面形状は四角形とし、前記四角形は角度が４５度の頂点を２つ有するものとした。
【０１０２】
前記エッチングにはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。前記ウエットエッチング法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングしても良い。
【０１０３】
次に、第２の半導体膜５６をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の手段で１０〜２００ｎｍ（好ましくは１０〜１００ｎｍ）の厚さに形成する。本実施例ではプラズマＣＶＤ法を用い、５５ｎｍの非晶質珪素膜を成膜した。以下、第１の半導体膜５３および第２の半導体膜５６に挟まれた絶縁層５５を改めて埋め込み絶縁層５５と呼ぶことにする。
【０１０４】
前記第２の半導体膜５６に沿って、第２の絶縁膜５７を公知の手段（ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜などで形成する。前記第２の絶縁膜５７の膜厚は図１（Ａ）または図２（Ａ）に示したように、レーザアニールの際に用いるレーザビームの波長に対して反射率が低い膜厚にするのが望ましい。このようにすることで、前記第２の絶縁膜５７は反射防止膜および保熱効果用の膜として有効に作用する。本実施例では膜厚５０ｎｍの酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を形成した。
【０１０５】
前記第２の絶縁膜５７を形成した後、フォトリソグラフィーの技術を用いてレジストマスクを形成し、不要な部分をエッチングして、絶縁層５８を形成する。前記絶縁層５８は、前記第２の絶縁膜５７において前記埋め込み絶縁層と重なる領域をエッチングして形成しても良いし、図８（Ｄ）に示すように、前記埋め込み絶縁層５５と重ならず、かつ前記第２の半導体膜５６を介して前記埋め込み絶縁層５５の頂点Ａまたは頂点Ａ‘と前記絶縁層５８の端面を一致させて形成しても良い。
【０１０６】
図９（Ａ）は基板の表面側からレーザビームを照射する結晶化工程を説明する図である。本発明においては、いずれかの方法を用いることとする。レーザアニール法による結晶化は、まず半導体膜が含有する水素を放出させておくことが望ましく、４００〜５００℃で窒素雰囲気に１時間程度曝して、含有する水素量を５atom％以下にしておくと良い。これにより、膜の耐レーザ性が著しく向上する。
【０１０７】
レーザアニール法において用いるレーザ発振器について説明する。エキシマレーザは大出力で、現状で３００Ｈｚ程度の高周波パルスを発振出来るため、良く用いられている。また、パルス発振のエキシマレーザだけでなく、連続発振のエキシマレーザや、Ａｒレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、またはＹＬＦレーザ等も用いることが出来る。また、レーザビームの照射は真空中、大気中、窒素雰囲気中などで行うことが出来る。さらに、レーザビームを照射する際に基板を５００度程度まで加熱しても良い。こうすることで半導体膜における熱の流出速度の低下が期待され、結晶粒の粒径を拡大することが出来る。
【０１０８】
本実施例においては、パルス発振のＸｅＣｌエキシマレーザを用い、基板の温度は室温とし、大気中で、図９（Ａ）に示す基板の表面側からレーザビームを照射して、前記第１の半導体膜５３および第２の半導体膜５６の結晶化を行った。
【０１０９】
ここで、図９（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、埋め込み絶縁層５５の両端を境界とし、絶縁層５８を含む領域を領域Ａおよび領域Ａ’、埋め込み絶縁層５５を含む領域を領域Ｂとする。
【０１１０】
レーザビームが照射されることにより、第１の半導体膜５３および第２の半導体膜５６は溶融状態になる。ここで、レーザビームが照射された第１の半導体膜５３を５９ａで、レーザビームが照射された第２の半導体膜５６を５９ｂで示すこととする。前記第１の半導体膜５９ａは、前記第２の半導体膜５９ｂや埋め込み絶縁層５５等を介してレーザビームが照射されるため、直接レーザビームが照射される第２の半導体膜５９ｂに比べ、早く冷却する。そのため、まず前記第１の半導体膜５９ａ中に結晶核６０が生成する（図９（Ｃ））。
【０１１１】
また、領域Ｂの第１の半導体膜５９ａは埋め込み絶縁層５５と下地絶縁膜５２に挟まれており、前記埋め込み絶縁層５５と前記下地絶縁膜５２の保熱効果のため、冷却速度が遅くなる。しかし時間が経過するにしたがって、第１の半導体膜５９ａは冷却され、結晶核が生成する。このとき、領域Ｂの第１の半導体膜５９ａには、埋め込み絶縁層５５の形状に応じた結晶核６０の分布が生じる。特に、前記埋め込み絶縁層５５の頂点Ａおよび頂点Ａ’の角度が６０度未満と狭いため、前記頂点Ａおよび頂点Ａ’付近の下方に存在する第１の半導体膜中５３では、結晶核６０の生成密度が低くなる。
【０１１２】
一方、領域Ａおよび領域Ａ’の第１の半導体膜５９ａおよび第２の半導体膜５９ｂは、レーザビームの反射率の低く、かつ保熱効果を有する絶縁層５８および保熱効果を有する下地絶縁膜５２に挟まれているため、領域Ｂより溶融状態が長く保たれる。そのため、領域Ａおよび領域Ｂ、または領域Ａ’および領域Ｂにおいて温度勾配が生じ、温度の低い領域Ｂから温度の高い領域Ａまたは領域Ａ’へと結晶成長の先端である固液界面が移動する。このようにして、埋め込み絶縁層５５の頂点Ａ付近の下方に存在する第１の半導体膜５９ａ中で生成した結晶核は領域Ａへと結晶成長し、領域Ａにおいて大粒径の結晶粒を得ることが出来る。同様に、埋め込み絶縁層５５の頂点Ａ’付近の下方に存在する第１の半導体膜５９ａ中で生成した結晶核は領域Ａ’へと結晶成長し、領域Ａ’において大粒径の結晶粒を得ることが出来る。
【０１１３】
また、レーザビームの照射によって領域Ｂにおける第１の半導体膜５９ａが完全溶融することなく、固相半導体領域が部分的に残存している場合は、レーザビームの照射後、直ちに前記固相半導体領域から半導体層の内部に生じた温度勾配を利用して領域Ａまたは領域Ａ’に向かって結晶成長が進行する。そのため、やはり領域Ａおよび領域Ａ’において大粒径の結晶粒を得ることが出来る。
【０１１４】
レーザビームを照射して形成された前記結晶質半導体膜６１は、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃の加熱処理、あるいは、プラズマによって生成された水素を含む雰囲気中で２００〜４５０℃の加熱処理によって、残留する欠陥を中和することができる。
【０１１５】
このようにして作製された結晶質半導体膜６１において、図９（Ｃ）の上面図に示すように、大粒径の結晶粒が形成された領域６２Ａおよび６２Ａ’をチャネル形成領域や活性領域として、ＴＦＴを作製することにより、前記ＴＦＴの電気的特性を向上させることが出来る。
【０１１６】
［実施例４］
ここでは、同一基板上に画素部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴ）を同時に作製する方法について詳細に図１０〜図１３を用いて説明する。本明細書では駆動回路と、画素ＴＦＴ及び保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１１７】
実施例１、実施例２または実施例３のいずれかの方法により、図１０（Ａ）で示す結晶質半導体膜を得る。本実施例では、図１０（Ａ）の断面と、図４（Ｄ）、図７（Ｄ）または図９（Ｃ）の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面を対応させてＴＦＴを作製する方法について説明するが、実施例１、実施例２または実施例３で結晶質半導体膜を形成する際に用いた断面と同じ断面を用いてＴＦＴを作製することもできる。
【０１１８】
まず、前記結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして形成する。本実施例では、前記結晶質半導体膜に対しフォトリソグラフィー法を用いたパターニング処理によって、半導体層４０２〜４０６を形成した。
【０１１９】
また、半導体層４０２〜４０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【０１２０】
次いで、半導体層４０２〜４０６を覆うゲート絶縁膜４０７を形成する。ゲート絶縁膜として、既に半導体膜上に形成した絶縁膜を利用しても良い。前記絶縁膜の膜厚がゲート絶縁膜としての所望の膜厚であるときはそのまま利用し、所望の膜厚より厚い場合はエッチングにより膜厚を薄くする。また、所望の膜厚より薄い場合はエッチングを行ない、所望の膜厚であるゲート絶縁膜４０７を形成する。ゲート絶縁膜４０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、既に形成した絶縁層（符号１８または４０または４８）をエッチングし、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成した。もちろん、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０１２１】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【０１２２】
次いで、図１０（Ａ）に示すように、ゲート絶縁膜４０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜４０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜４０９とを積層形成する。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜４０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜４０９を積層形成した。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタした。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度のＷ（純度９９．９９９９％）のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができた。
【０１２３】
なお、本実施例では、第１の導電膜４０８をＴａＮ、第２の導電膜４０９をＷとしたが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、第１の導電膜４０８をタンタル（Ｔａ）膜で形成し、第２の導電膜４０９をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜４０８を窒化チタン（ＴｉＮ）膜で形成し、第２の導電膜４０９をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜４０８を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜４０９をＡｌ膜とする組み合わせ、第１の導電膜４０８を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜４０９をＣｕ膜とする組み合わせとしてもよい。
【０１２４】
次に、フォトリソグラフィー法を用いてレジストからなるマスク４１０〜４１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２５／２５／１０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行った。ここでは、松下電器産業（株）製のＩＣＰを用いたドライエッチング装置（Model  Ｅ６４５−□ＩＣＰ）を用いた。基板側（試料ステージ）にも１５０ＷのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。第１のエッチング条件でのＷに対するエッチング速度は２００．３９ｎｍ／ｍｉｎ、ＴａＮに対するエッチング速度は８０．３２ｎｍ／ｍｉｎであり、ＴａＮに対するＷの選択比は約２．５である。また、この第１のエッチング条件によって、Ｗのテーパー角は、約２６°となる。
【０１２５】
この後、レジストからなるマスク４１０〜４１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０／３０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行った。基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【０１２６】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層４１７〜４２２（第１の導電層４１７ａ〜４２２ａと第２の導電層４１７ｂ〜４２２ｂ）を形成する。４１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層４１７〜４２２で覆われない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【０１２７】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を添加する（図１０（Ｂ））。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、加速電圧を６０〜１００ｋｅＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、加速電圧を８０ｋｅＶとして行った。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いた。この場合、導電層４１７〜４２１がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に高濃度不純物領域４２３〜４２７が形成される。高濃度不純物領域４２３〜４２７には１×１０20〜１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【０１２８】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第１の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第２の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の導電層４２８ａ〜４３３ａを形成する。次いで、第２のドーピング処理を行って図１０（Ｃ）の状態を得る。ドーピングは第２の導電層４１７ａ〜４２２ａを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。こうして、第１の導電層と重なる不純物領域４３４〜４３８を形成する。この不純物領域へ添加されたリン（Ｐ）の濃度は、第１の導電層のテーパー部の膜厚に従って緩やかな濃度勾配を有している。なお、第１の導電層のテーパー部と重なる半導体層において、第１の導電層のテーパー部の端部から内側に向かって若干、不純物濃度が低くなっているものの、ほぼ同程度の濃度である。また、不純物領域４２３〜４２７にも不純物元素が添加され、不純物領域４３９〜４４３を形成する。
【０１２９】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第３のエッチング処理を行う（図１１（Ａ））。この第３のエッチング処理では第１の導電層のテーパー部を部分的にエッチングして、半導体層と重なる領域を縮小するために行われる。第３のエッチングは、エッチングガスにＣＨＦ3を用い、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）を用いて行う。第３のエッチングにより、第１の導電層４４４〜４４９が形成される。この時、同時に絶縁膜４１６もエッチングされて、絶縁膜４５０ａ〜４５０ｄ、４５１が形成される。
【０１３０】
上記第３のエッチングによって、第１の導電層４４４〜４４８と重ならない不純物領域（ＬＤＤ領域）４３４ａ〜４３８ａが形成される。なお、不純物領域（ＧＯＬＤ領域）４３４ｂ〜４３８ｂは、第１の導電層４４４〜４４８と重なったままである。
【０１３１】
このようにすることで、本実施例は、第１の導電層４４４〜４４８と重なる不純物領域（ＧＯＬＤ領域）４３４ｂ〜４３８ｂにおける不純物濃度と、第１の導電層４４４〜４４８と重ならない不純物領域（ＬＤＤ領域）４３４ａ〜４３８ａにおける不純物濃度との差を小さくすることができ、信頼性を向上させることができる。
【０１３２】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４５２〜４５４を形成して第３のドーピング処理を行う。この第３のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域４５５〜４６０を形成する。第２の導電層４２８ａ〜４３２ａを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域４５５〜４６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する（図１１（Ｂ））この第３のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５２〜４５４で覆われている。第１のドーピング処理及び第２のドーピング処理によって、不純物領域４５５〜４６０にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を２×１０20〜２×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。本実施例では、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層の一部が露呈しているため、不純物元素（ボロン）を添加しやすい利点を有している。
【０１３３】
以上までの工程でそれぞれの半導体層に不純物領域が形成される。
【０１３４】
次いで、レジストからなるマスク４５２〜４５４を除去して第１の層間絶縁膜４６１を形成する。この第１の層間絶縁膜４６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。もちろん、第１の層間絶縁膜４６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０１３５】
次いで、図１１（Ｃ）に示すように、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程は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５００〜５５０℃で行えばよく、本実施例では５５０℃、４時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。
【０１３６】
なお、実施例２において得られた結晶質半導体膜を用いた場合、上記活性化処理と同時に、結晶化の際に触媒として使用したニッケルが高濃度のリンを含む不純物領域４３９、４４１、４４２、４５５、４５８にゲッタリングされ、主にチャネル形成領域となる半導体層中のニッケル濃度が低減される。このようにして作製したチャネル形成領域を有するＴＦＴはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な特性を達成することができる。
【０１３７】
また、第１の層間絶縁膜４６１を形成する前に活性化処理を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜（珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜）を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【０１３８】
さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行う。本実施例では水素を約３％の含む窒素雰囲気中で４１０℃、１時間の熱処理を行った。この工程は第１の層間絶縁膜４６１に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。
【０１３９】
また、活性化処理としてレーザアニール法を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレーザやＹＡＧレーザ等のレーザビームを照射することが望ましい。
【０１４０】
次いで、第１の層間絶縁膜４６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜４６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が１０〜１０００ｃｐ、好ましくは４０〜２００ｃｐのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いた。
【０１４１】
本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第２の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行うことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【０１４２】
また、第２の層間絶縁膜４６２として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【０１４３】
そして、駆動回路５０６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線４６３〜４６７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。
【０１４４】
また、画素部５０７においては、画素電極４７０、ゲート配線４６９、接続電極４６８を形成する。（図１２）この接続電極４６８によりソース配線（４４３ｂと４４９の積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線４６９は、画素ＴＦＴ５０４のゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０は、画素ＴＦＴ５０４のドレイン領域４４２と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層４５８と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７１としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【０１４５】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ５０３を有する駆動回路５０６と、画素ＴＦＴ５０４、保持容量５０５とを有する画素部５０７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【０１４６】
駆動回路５０６のｎチャネル型ＴＦＴ５０１はチャネル形成領域４７１、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４４４と重なる低濃度不純物領域４３４ｂ（ＧＯＬＤ領域）、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域４３４ａ（ＬＤＤ領域）とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４３９を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ５０１と電極４６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ５０２にはチャネル形成領域４７２、ゲート電極と重なる不純物領域４５７、ゲート電極の外側に形成される不純物領域４５８、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５５を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ５０３にはチャネル形成領域４７３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４４６と重なる低濃度不純物領域４３６ｂ（ＧＯＬＤ領域）、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域４３７ａ（ＬＤＤ領域）とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４４１を有している。
【０１４７】
画素部の画素ＴＦＴ５０４にはチャネル形成領域４７４、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４４７と重なる低濃度不純物領域４３７ｂ（ＧＯＬＤ領域）、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域４３７ａ（ＬＤＤ領域）とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４４３を有している。また、保持容量５０５の一方の電極として機能する半導体層４５８〜４６０には、それぞれｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量５０５は、絶縁膜４５１を誘電体として、電極（４４８と４３２ｂの積層）と、半導体層４５８〜４６０とで形成している。
【０１４８】
また、本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【０１４９】
本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１３に示す。なお、図１０〜図１２に対応する部分には同じ符号を用いている。図１２中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１３中の鎖線Ｂ−Ｂ’で切断した断面図に対応している。また、図１２中の鎖線Ｃ−Ｃ’は図１３中の鎖線Ｃ―Ｃ’で切断した断面図に対応している。
【０１５０】
また、本実施例で示す工程に従えば、アクティブマトリクス基板の作製に必要なフォトマスクの数を５枚とすることができる。その結果、工程を短縮し、製造コストの低減及び歩留まりの向上に寄与することができる。
【０１５１】
［実施例５］
本実施例では、実施例４で作製したアクティブマトリクス基板から、反射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１４を用いる。
【０１５２】
まず、実施例４に従い、図１１（ｃ）の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１１（ｃ）のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極４７０上に配向膜４７１を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜４７１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（図示しない）を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０１５３】
次いで、対向基板４８１を用意する。次いで、対向基板４８１上に着色層４７２、４７３、平坦化膜４７４を形成する。赤色の着色層４７２と青色の着色層４７３とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【０１５４】
本実施例では、実施例４に示す基板を用いている。従って、実施例４の画素部の上面図を示す図１３では、少なくともゲート配線４６９と画素電極４７０の間隙と、ゲート配線４６９と接続電極４６８の間隙と、接続電極４６８と画素電極４７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【０１５５】
このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。
【０１５６】
次いで、平坦化膜４７４上に透明導電膜からなる対向電極４７５を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜４７６を形成し、ラビング処理を施した。
【０１５７】
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４７７で貼り合わせる。シール材４７７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４７８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４７８には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１４に示す反射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、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０１５８】
以上のようにして作製される液晶表示パネルは各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１５９】
［実施例６］
本発明を実施して形成されたＣＭＯＳ回路や画素部は様々な電気光学装置（アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アクティブマトリクス型ＥＣディスプレイ、アクティブマトリクス型ＥＬディスプレイ）に用いることが出来る。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ電子機器全てに本発明を実施出来る。
【０１６０】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図１５、図１６及び図１７に示す。
【０１６１】
図１５（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明を画像入力部３００２、表示部３００３やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１６２】
図１５（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明を表示部３１０２やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１６３】
図１５（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明は表示部３２０５やその他の信号制御回路に適用出来る。
【０１６４】
図１５（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。本発明は表示部３３０２やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１６５】
図１５（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことが出来る。本発明は表示部３４０２やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１６６】
図１５（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明を表示部３５０２やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１６７】
図１６（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明は投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１６８】
図１６（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明は投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１６９】
なお、図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０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１６（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。
【０１７０】
また、図１６（Ｄ）は、図１６（Ｃ）中における光源光学系３８０１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３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１６（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。
【０１７１】
ただし、図１６に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置での適用例は図示していない。
【０１７２】
図１７（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明を音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４やその他の信号制御回路に適用することが出来る。
【０１７３】
図１７（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明は表示部４００２、４００３やその他の信号回路に適用することが出来る。
【０１７４】
図１７（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。本発明は表示部４１０３に適用することが出来る。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０１７５】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜５のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することが出来る
【０１７６】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）従来のＴＦＴの作製プロセスに適合した、簡単な構造である。
（ｂ）スリットなどの位置決めのために、レーザ照射装置に特別なミクロン単位での精密な位置決め技術は不要であり、通常のレーザ照射装置をそのまま利用できる。
（ｃ）反射防止効果および保熱効果として用いた絶縁層をそのままゲート絶縁膜として利用することもできる。
（ｄ）以上の利点を満たした上で、位置制御した単結晶を作製できる方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）酸化珪素膜の膜厚をパラメータとし、波長３０８ｎｍのレーザビームを照射したときの酸化珪素膜に対する反射率を示す図。
（Ｂ）非晶質半導体膜の膜厚をパラメータとし、波長３０８ｎｍのレーザビームを照射したときの非晶質珪素膜に対する反射率を示す図。
【図２】  （Ａ）酸化珪素膜の膜厚をパラメータとし、波長５３２ｎｍのレーザビームを照射したときの酸化珪素膜に対する反射率を示す図。
（Ｂ）非晶質半導体膜の膜厚をパラメータとし、波長５３２ｎｍのレーザビームを照射したときの非晶質珪素膜に対する反射率を示す図。
【図３】  本発明が開示する大粒径で位置制御された結晶粒を形成する方法の例を示す図。
【図４】  本発明が開示する大粒径で位置制御された結晶粒を形成する方法の例を示す図。
【図５】  （Ａ）位相シフトマスクの例を示す図。
（Ｂ）位相シフトマスクを経たレーザビームの強度分布を示す図。
（Ｃ）従来の大粒径で位置制御された結晶粒を形成する例を示す図。
【図６】  本発明が開示する大粒径で位置制御された結晶粒を形成する方法の例を示す図。
【図７】  本発明が開示する大粒径で位置制御された結晶粒を形成する方法の例を示す図。
【図８】  本発明が開示する大粒径で位置制御された結晶粒を形成する方法の例を示す図。
【図９】  本発明が開示する大粒径で位置制御された結晶粒を形成する方法の例を示す図。
【図１０】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１１】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１２】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１３】  画素ＴＦＴの構成を示す断面図。
【図１４】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図１５】  半導体装置の例を示す図。
【図１６】  半導体装置の例を示す図。
【図１７】  半導体装置の例を示す図。
【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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