(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性絶縁基板上又は絶縁基板上に、真性半導体よりなる半導体薄膜層と、
前記半導体薄膜層上に形成された絶縁体層と、
前記絶縁体層上に形成され、結晶化された半導体層と、
前記結晶化された半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極とを有し、
前記半導体薄膜層は、前記半導体薄膜層上に前記結晶化された半導体層を有する第１の領域と、前記半導体薄膜層上に前記結晶化された半導体層を有さない第２の領域とを有し、
前記第１の領域は、非晶質であり、
前記第２の領域は、結晶化されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
透光性絶縁基板上又は絶縁基板上に、真性半導体よりなる半導体薄膜層と、
前記半導体薄膜層上に形成された絶縁体層と、
前記絶縁体層上に形成され、結晶化された半導体層と、
前記結晶化された半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極とを有し、
前記半導体薄膜層は、前記半導体薄膜層上に前記結晶化された半導体層を有する第１の領域と、前記半導体薄膜層上に前記結晶化された半導体層を有さない第２の領域とを有し、
前記第１の領域は、非晶質であり、光吸収性を有し、
前記第２の領域は、結晶化され、透光性を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１の領域は、前記結晶化された半導体層を遮光することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
透光性絶縁基板上又は絶縁基板上に、真性半導体よりなる半導体薄膜層と、
前記半導体薄膜層上に形成された絶縁体層と、
前記絶縁体層上に形成された第１の結晶化された半導体層、及び前記第１の結晶化された半導体層上にゲート絶縁膜を介して第１のゲート電極を含むｎチャネル型薄膜トランジスタと、
前記絶縁体層上に形成された第２の結晶化された半導体層、及び前記第２の結晶化された半導体層上にゲート絶縁膜を介して第２のゲート電極を含むｐチャネル型薄膜トランジスタとを有し、
前記半導体薄膜層は、前記半導体薄膜層上に前記第１の結晶化された半導体層または前記第２の結晶化された半導体層のいずれかを有する第１の領域と、前記半導体薄膜層上に前記第１の結晶化された半導体層及び前記第２の結晶化された半導体層のいずれも有さない第２の領域とを有し、
前記第１の領域は、非晶質であり、
前記第２の領域は、結晶化されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
透光性絶縁基板上又は絶縁基板上に、真性半導体よりなる半導体薄膜層と、
前記半導体薄膜層上に形成された絶縁体層と、
前記絶縁体層上に形成された第１の結晶化された半導体層、及び前記第１の結晶化された半導体層上にゲート絶縁膜を介して第１のゲート電極を含むｎチャネル型薄膜トランジスタと、
前記絶縁体層上に形成された第２の結晶化された半導体層、及び前記第２の結晶化された半導体層上にゲート絶縁膜を介して第２のゲート電極を含むｐチャネル型薄膜トランジスタとを有し、
前記半導体薄膜層は、前記半導体薄膜層上に前記第１の結晶化された半導体層または前記第２の結晶化された半導体層のいずれかを有する第１の領域と、前記半導体薄膜層上に前記第１の結晶化された半導体層及び前記第２の結晶化された半導体層のいずれも有さない第２の領域とを有する半導体装置であって、
前記第１の領域は、非晶質であり、光吸収性を有し、
前記第２の領域は、結晶化され、透光性を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、
前記第１の領域は、前記第１の結晶化された半導体層及び前記第２の結晶化された半導体層を遮光することを特徴とする半導体装置。
【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の領域は、水素の含有量が５原子％以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記第２の領域は、結晶成分が８０％以上あることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記第２の領域は、結晶化されていない成分が１０％以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記半導体薄膜層は、５０ｎｍ〜１μｍの厚さであることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、
前記絶縁体層は、前記半導体薄膜層より高い融点を有する材料からなることを特徴とする半導体装置。
【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、
前記半導体薄膜層は、モリブデン原子又はタングステン原子が０．１〜１０原子％添加されていることを特徴とする半導体装置。
【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、
前記透光性絶縁基板は、ガラス基板であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
透光性絶縁基板上又は絶縁基板上に、真性半導体よりなる半導体薄膜層と、前記半導体薄膜層上に形成された絶縁体層と、前記絶縁体層上に形成された結晶化された半導体層、及び前記結晶化された半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極をそれぞれ含む複数の薄膜トランジスタとを有し、
前記半導体薄膜層は、前記半導体薄膜層上に複数の前記結晶化された半導体層のいずれかを有する第１の領域と、前記半導体薄膜層上に複数の前記結晶化された半導体層のいずれも有さない第２の領域とを有し、
前記第１の領域は、非晶質であり、
前記第２の領域は、結晶化されていることを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記複数の薄膜トランジスタは画素部においてマトリクス配置されていることを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５において、
前記複数の薄膜トランジスタはそれぞれ画素電極に接続されていることを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項１７】
請求項１４乃至請求項１６のいずれか一項において、
前記第１の領域は、前記結晶化された半導体層を遮光することを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項１８】
透光性絶縁基板上又は絶縁基板上に、真性半導体よりなる半導体薄膜層と、
前記半導体薄膜層上に形成された絶縁体層と、
前記絶縁体層上に形成された第１の結晶化された半導体層、及び前記第１の結晶化された半導体層上にゲート絶縁膜を介して第１のゲート電極を含むｎチャネル型薄膜トランジスタと、
前記絶縁体層上に形成された第２の結晶化された半導体層、及び前記第２の結晶化された半導体層上にゲート絶縁膜を介して第２のゲート電極を含むｐチャネル型薄膜トランジスタとを有し、
前記半導体薄膜層は、前記半導体薄膜層上に前記第１の結晶化された半導体層または前記第２の結晶化された半導体層のいずれかを有する第１の領域と、前記半導体薄膜層上に前記第１の結晶化された半導体層及び前記第２の結晶化された半導体層のいずれも有さない第２の領域とを有し、
前記第１の領域は、非晶質であり、
前記第２の領域は、結晶化されていることを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記ｎチャネル型薄膜トランジスタ及び前記ｐチャネル型薄膜トランジスタは周辺駆動回路部に形成されていることを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項２０】
請求項１８または請求項１９において、
前記第１の領域は、前記第１の結晶化された半導体層及び前記第２の結晶化された半導体層を遮光することを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項２１】
請求項１４乃至請求項２０のいずれか一項において、
前記第１の領域は光吸収性を有し、
前記第２の領域は透光性を有していることを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項２２】
請求項１４乃至請求項２１のいずれか一項において、
前記半導体薄膜層は、モリブデン原子又はタングステン原子が０．１〜１０原子％添加されていることを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項２３】
請求項１４乃至請求項２２のいずれか一項において、
前記透光性絶縁基板は、ガラス基板であることを特徴とする液晶電気光学装置。
【請求項２４】
透光性絶縁基板上又は絶縁基板上に、非晶質の真性半導体よりなる半導体薄膜層を形成し、
前記半導体薄膜層上に絶縁体層を形成し、
前記絶縁体層上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層及び前記半導体薄膜層の前記島状の半導体層が形成されていない領域にレーザーを照射することにより結晶化し、
前記島状の半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記島状の半導体層上に前記ゲート絶縁膜を介してゲート電極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２５】
透光性絶縁基板上又は絶縁基板上に、非晶質の真性半導体よりなる半導体薄膜層を形成し、
前記半導体薄膜層上に絶縁体層を形成し、
前記絶縁体層上にｎチャネル型薄膜トランジスタとｐチャネル型薄膜トランジスタを作製する半導体装置の作製方法であり、
前記絶縁体層上に第１の島状の半導体層及び第２の島状の半導体層をそれぞれ形成し、
前記第１の島状の半導体層、前記第２の島状の半導体層並びに前記半導体薄膜層の前記第１の島状の半導体層及び前記第２の島状の半導体層のいずれも形成されていない領域にレーザーを照射することにより結晶化し、
前記第１の島状の半導体層上及び前記第２の島状の半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記第１の島状の半導体層上及び前記第２の島状の半導体層上に前記ゲート絶縁膜を介して第１のゲート電極及び第２のゲート電極をそれぞれ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２６】
請求項２４または請求項２５において、
前記非晶質の真性半導体よりなる半導体薄膜層は、水素の含有量が５原子％以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２７】
請求項２４乃至請求項２６のいずれか一項において、
前記絶縁体層は、前記非晶質の真性半導体よりなる半導体薄膜層より高い融点を有する材料からなることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２８】
請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項において、
前記透光性絶縁基板は、ガラス基板であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２９】
請求項２４乃至請求項２８のいずれか一項において、
前記非晶質の真性半導体よりなる半導体薄膜層はスパッタ方法により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３０】
請求項２４乃至請求項２９のいずれか一項において、
前記非晶質の真性半導体よりなる半導体薄膜層は、５０ｎｍ〜１μｍの厚さとすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３１】
請求項２４乃至請求項３０のいずれか一項において、
前記非晶質の真性半導体よりなる半導体薄膜層に、モリブデン原子又はタングステン原子を０．１〜１０原子％添加す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】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体素子の製造過程で素子の重要部分である島状半導体層を高品質の多結晶とする薄膜の結晶化技術及び構成された素子の特性に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透光性絶縁基板上に形成した多結晶半導体層を能動素子とする多結晶薄膜トランジスタは、アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ（以下ＡＭＬＣＤと略す）を代表とする大面積におけるスイッチング素子や三次元構造の集積回路等の幅広い応用範囲を有することから高い関心を集め数多くの研究がなされている。
【０００３】
中でもＡＭＬＣＤの駆動素子として単結晶半導体回路をＴＡＢ（Tape Auto-mated bonding ）またはＣＯＧ（Chip On Glass ）技術によって構成する現在の技術から、ガラス基板上に直接多結晶もしくは単結晶半導体を形成し駆動素子を一体型とし、コストを抑えることに関心が集まっている。しかしながら多結晶半導体は最小単位に結晶構造を有し、非晶質半導体に比べ極めて高い移動度を持つが、粒界が存在するため単結晶と同等の移動度を得ることは難しく、駆動素子を可能とする移動度を得るには非晶質半導体層の高温（１０００℃程度）での固相成長、レーザー等を用いた溶融による液相成長を用いたプロセスが主であった。
【０００４】
しかしながら、高温固相成長の場合、ガラス基板の耐熱性の関係から高価な石英基板もしくは結晶化ガラスを用いるためコスト面に問題があった。
【０００５】
また、前記レーザーを用いた液相成長による多結晶半導体は、安価なガラスを使用でき、高品質であり、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）技術等に用いられるアルゴンレーザー等を用いた再結晶化半導体は限りなく単結晶に近いものを得ることができるが、小面積対応の技術であるため大面積であるＡＭＬＣＤの構成技術として使用することができない。
【０００６】
一方、エキシマレーザーを代表とするパルスレーザーでは大面積に応用が可能な技術として用いられ、図１に示す構造においてレーザー照射を行い、非晶質半導体層の多結晶化を行ってきた。また、同方法において基板加熱の併用及びレーザーエネルギー、パルス数、パルス幅、半導体層膜厚の最適化を行うことによって優れた多結晶半導体層が得られるようになった。
【０００７】
【従来技術の問題点】
しかし、同方法においても得られる結晶性に限度があり、より安定で高速に素子を駆動させるためには更に結晶性を向上し、移動度を高める必要があった。
【０００８】
すなわち、図１に示す従来のレーザー照射の構成においてはレーザー照射により島状半導体層３に吸収発熱した熱は絶縁体膜２、基板１へと迅速に拡散され、また、素子間分離に要した領域、すなわち島状半導体層３の存在しない領域においては当然レーザーの吸収はなく、基板へと通過してしまうため照射エネルギーが無駄になり、照射エネルギーに対する結晶化の効率が低かった。また、一方向（上部）からの加熱工程のため得られる結晶性は膜厚方向において結晶化の度合いが異なる部分が生じる等、トータルの結晶性は十分なものではなかった。そのため高い移動度も得られなかった。
【０００９】
また、エキシマレーザー等によって作製した多結晶半導体層は粒内欠陥が少なく高品質で単結晶半導体に近い物性をもつため、固相成長もしくは減圧ＣＶＤ等で直接作製する多結晶半導体層と異なり光感度を示す特性がある。このため、ＡＭＬＣＤのバックライト等の光が素子に照射されると電気伝導度が上がるため薄膜トランジスタの特性ではオフ電流が上がってしまい、スイッチング素子としての特性が劣化してしまうことがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高結晶化、高移動度化、及び光照射による特性変化の低減を特徴とする、多結晶半導体を用いた半導体装置の構造とその作製方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の主要な構成は、
透光性絶縁基板上もしくは絶縁基板上に、少なくとも半導体薄膜層と該層上の絶縁体層を有し、該絶縁体層上に結晶化した半導体層を有することを特徴とする半導体装置である。
【００１２】
また、本発明の他の主要な構成は、
透光性絶縁基板上もしくは絶縁基板上に、少なくとも半導体薄膜層と該層上の絶縁体層を有し、該絶縁体層上に結晶化した半導体層を有し、前記半導体薄膜層は非晶質半導体よりなることを特徴とする半導体装置である。
【００１３】
また、本発明の他の主要な構成は、
透光性絶縁基板上もしくは絶縁基板上に、少なくとも半導体薄膜層と該層上の絶縁体層を有し、該絶縁体層上に結晶化した半導体層を有し、前記半導体薄膜層は、前記結晶化した半導体層の下部においては非晶質であり、それ以外の部分においては結晶化されていることを特徴とする半導体装置である。
【００１４】
また、本発明の他の主要な構成は、
透光性絶縁基板上に、少なくとも半導体薄膜層と該層上の絶縁体層を有し、該絶縁体層上に結晶化した半導体層を有し、前記半導体薄膜層は、前記結晶化した半導体層の下部においては光吸収性を有しており、それ以外の部分においては透光性を有していることを特徴とする半導体装置である。
【００１５】
また、本発明の他の主要な構成は、
透光性絶縁基板上もしくは絶縁基板上に、非晶質半導体よりなる半導体薄膜層と該層上に絶縁体層を少なくとも形成する工程と、該絶縁体層上に島状の半導体層を形成する工程と、前記島状の半導体層および該島状の半導体層が形成されていない領域に対しレーザー照射を行う工程とを少なくとも有することを特徴とする半導体装置作製方法である。
本発明は前記問題点を解決するために、透光性絶縁基板上または絶縁基板上に半導体薄膜層とその上に絶縁体層を少なくとも設けて、その上の島状半導体層へのレーザーの照射により起こるレーザー光吸収による発熱、溶融、熱拡散プロセスにおいて基板への熱拡散を極力抑え、畜熱することにより結晶性の向上をはかるものである。
【００１６】
また半導体装置を構成する結晶化した島状半導体層の基板側に非晶質の半導体薄膜層を存在させ、この半導体薄膜層に基板側からのバックライト等の入射光を吸収させて、光照射による電気伝導度の変動を防ぐものである。
【００１７】
本発明の基本的な構成を図２に示す。図２においては、透光性絶縁基板１０上にブロッキング層としての第一の絶縁体層１１、半導体薄膜層１２、第二の絶縁体層１３、レーザー照射により溶融結晶化する島状半導体層１４、の積層構造を示す。
【００１８】
図２に示す本発明構成においては、上方からレーザー照射を行うと、島状半導体層１４の存在しない領域に照射されたレーザー光は、第二の絶縁体層１３を透過して非晶質（アモルファス）構造の半導体薄膜層１２に吸収され発熱及び熱拡散が行われる。半導体薄膜層１２と第二の絶縁体層１３の熱伝導率は一般的に差が大きく、例えば半導体の珪素薄膜と絶縁体の酸化珪素薄膜の場合、珪素：酸化珪素＝８０：１と大きな差を有しているため、半導体薄膜層１２の島状半導体層１４を上部に有さない部分１５に吸収された熱は、半導体薄膜層１２の島状半導体層１４の下の部分１６へと二次元方向に拡散する。
【００１９】
同時に上方からのレーザー照射によりレーザー光のエネルギーを吸収、発熱した島状半導体層１４の熱拡散は基板１０方向へと進むが、第二の絶縁体層１３は熱伝導率が低いため熱の拡散速度は比較的遅い。しかもその下にある半導体薄膜層１２は前述した熱の二次元拡散により高温となっているため、レーザー照射のエネルギーは島状半導体層１４及び第二の絶縁体層１３に畜熱され、基板への熱の拡散が抑えられる。その結果、レーザー照射のエネルギーを効率的に用いて島状半導体層１４の結晶化を行うことができ、島状半導体層１４全体にわたって結晶性を著しく向上させることができる。この結晶化した多結晶半導体を用いて高移動度を有する薄膜トランジスタを形成することができる。
【００２０】
更に図２に示すように半導体薄膜層１２のうち、島状半導体層１４を上部に有さない部分１５は結晶化しているため光学バンドギャップ（光吸収端エネルギー）が小さくなり可視光に対して透光性を有する。したがって、本発明構成を有する薄膜トランジスタは透過型のＡＭＬＣＤ装置のスイッチング素子としても用いることができる。
【００２１】
また、半導体薄膜層１２のうち島状半導体層１４の下の部分１６は非晶質であり、光学バンドギャップが比較的大きいことから可視光の吸収が大きく、島状半導体層１４における基板１０側からの光に対する遮光マスクとなるため、バックライト照射等によって誘発される光による多結晶半導体の電気伝導度の変動を防いで薄膜トランジスタの特性劣化を極力抑えることができる。
【００２２】
このように、半導体薄膜層１２は、同一材料で様々な効果を有する。
まず、半導体薄膜層１２により、島状半導体層１４の下の遮光性部分と、他部の透光性部分とを構成することができる。
【００２３】
さらに、半導体薄膜層１２は、ガラスや酸化珪素膜等の絶縁体より高い熱伝導率を有するため、その上部に設けた薄膜トランジスタの動作時に発生する熱を均熱化して、発熱を抑えることができる。
【００２４】
また、半導体薄膜層１２を電気的に接地電位とすることで、静電気シールドをすることができ、薄膜トランジスタの破壊を防止できる。
【００２５】
ここで示すレーザーとは特に種類を限定するものではないが、照射対象の半導体層に対して光吸収係数が大となる波長のものを用いることが望ましく、連続、パルス等の発信様式は問うものではない。
【００２６】
なお、本発明において薄膜トランジスタのソース、ドレイン領域及び金属配線と第二の絶縁体層１３の連続構成によってキャパシターが形成されて薄膜トランジスタの特性に悪影響を及ぼしてしまわないために、半導体薄膜層１２は真性半導体を用いることが望ましい。また、この半導体薄膜層１２は特に膜厚を限定するものではないがレーザーの照射条件によっては膜厚方向全てが結晶化しない場合があり、透光性を損なうためＡＭＬＣＤのスイッチング素子として用いる場合においては、５０ｎｍ〜１μｍ、代表的には１００ｎｍ〜０．５μｍとするの望ましい。
【００２７】
また、半導体薄膜層１２の、レーザー照射が照射された領域は、結晶成分が８０％以上存在し、また結晶化していない部分は１０％以下であることが望ましい。
【００２８】
また、島状半導体層１４の下の部分１６は、水素の含有量が、５原子％以下であることが望ましい。
【００２９】
また、半導体薄膜層１２に、金属元素、例えばＭｏ（モリプデン）やＷ（タングステン）を０．１〜１０原子％程度添加してもよい。
【００３０】
さらに、半導体薄膜層１２に、Ｐ（リン）を０．１〜３原子％添加すると、レーザー結晶化の際に、第一の絶縁体層１１を構成する酸化珪素膜の表面をリンガラス化することができる。このリンガラス層は、透光性基板内にＮａ（ナトリウム）イオンが含まれる場合等に、Ｎａイオンの半導体装置側への侵入を防ぐブロッキング層としての機能を有する。
Ｐとともに、ＭｏやＷ等の金属元素を添加してもよい。
【００３１】
また絶縁体層１１、１３は酸化珪素、窒化珪素など、透光性を有し、かつ珪素などの半導体薄膜層を構成する材料より高い融点を有するものが望ましい。
以下に実施例を示す。
【００３２】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の構成を用いて多結晶薄膜トランジスタを作製した実施例を図３に従って示す。まず透光性絶縁基板１０には溶融石英基板を用い、洗浄後合成石英基板をターゲットに用いたＲＦスパッタリングによって第一の絶縁体層１１として圧力０．５Pa、基板温度２００℃、ＲＦパワー５００Ｗでスパッタガスに酸素を用い酸化珪素膜を１００nm成膜した。
【００３３】
次に半導体薄膜層１２をノンドープシリコン単結晶をターゲットに用いたＲＦスパッタリングによって圧力１．０Pa、基板温度３００℃、ＲＦパワー１ＫＷでスパッタガスにアルゴンのみを用い、水素フリーの状態で５００Å〜１μｍここでは１００nm成膜を行った。
この薄膜半導体層１２においては膜中に水素が存在するとレーザー照射時に水素が噴出し、上部に形成する絶縁体層１１を破壊することがある。これを防ぐためには、半導体薄膜層を構成する非晶質シリコンの水素の含有量が５原子％以下とすることが望ましい。また、アルゴンスパッタにより形成される水素を含まない非晶質シリコンは光学バンドギャップが大きく、光の吸収が大きいため本発明の構成に有効である。その後第一の絶縁体層と同様の手法を用い第二の絶縁体層１３として酸化珪素膜を１００nm成膜した。
【００３４】
次に島状半導体層１４を構成する半導体層としてノンドープシリコン単結晶をターゲットに用いたＲＦスパッタリングによって圧力１．０Pa、基板温度３００℃、ＲＦパワー１ＫＷでスパッタガスにアルゴン：水素が３：２の割合の雰囲気でスパッタし、水素化アモルファスシリコンを作製し、５００℃窒素雰囲気で２時間熱処理を行い水素出しを行った。
【００３５】
その後島状半導体層を形成するためにマスクを用いフォトリソ行程によって島状にレジストを形成し、ドライエッチングのＲＩＥモードにより第一の島状半導体層１４を形成した（図３（Ａ））。
【００３６】
以上の行程を施した後、真空チャンバーに基板を入れ結晶化の為に合成石英窓を通してレーザーを照射した。この際、チャンバーの真空度は１×１０-3Pa以下とし、基板はシースヒーターにより４５０℃に加熱した。また、レーザーにはパルスレーザーであるＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８nm）を用いた。レーザーパルスエネルギー密度には２００〜４００mJ/cm2で１〜１０パルスの照射を行った。島状半導体層１４はこのレーザー照射と、半導体薄膜層１２の島状半導体層１４を上に有しない部分１５へのレーザー照射による熱の、島状半導体層の下の部分１６への拡散により、極めて良好に結晶化した。またこのとき、領域１５は透光性となり、また領域１６は非晶質のままで、チャネル領域となる島状半導体層１４に対する遮光マスクとなった（図３（Ｂ））。
【００３７】
次にゲート絶縁膜となる絶縁膜としてスパッタ酸化珪素膜を第一、第二の絶縁体層と同様の方法で１１０nm成膜を行った。
そしてゲート電極となる半導体体層としてスパッタリングによる水素化アモルファスシリコンを島状半導体層１４と同様な手段で成膜し、水素出しの為５００℃窒素雰囲気で熱処理を行った。
【００３８】
次にゲート領域形成の為のマスクを用い、フォトリソ行程及びドライエッチングのＲＩＥモードによりゲート領域を形成するためのエッチングを行ってゲート領域（電極）１８を形成した。続いて弗化水素酸及び弗化アンモニウムの混液からなるエッチング液により絶縁膜をエッチングしゲート絶縁膜１７を形成し、自己整合的に島状半導体層にソース領域、ドレイン領域となる部分を露出した。
【００３９】
前行程の後、再び真空チャンバーに基板を入れ４５０℃に加熱し、高真空に保った後、ホスフィン（５％）と水素の混合ガスにより１００Paに保った。
次にＫｒＦエキシマレーザーを照射し、ソース、ドレイン及びゲート領域を低抵抗化した。この際のレーザーパルスエネルギー密度は３００〜３５０mJ/cm2で５０パルスの照射とした。また、得られた抵抗値はシート抵抗で１００〜２００Ω／□であった（図３（Ｃ））。
【００４０】
次に保護膜１９として酸化珪素膜をゲート絶縁膜と同様な方法で５００nm成膜した。
コンタクトホール形成のためのマスクを用い、フォトリソ行程及び弗酸系のエッチング液でコンタクトホールの開孔を行った。
【００４１】
コンタクトホール開孔後電子ビーム蒸着法によりアルミを８００nm成膜し、電極形成の為、マスクを用いてフォトリソ行程及び市販のアルミエッチング液によりウエットエッチングを行い、電極２０の形成を行った。
最後にアニール炉に基板を入れ３５０℃、水素雰囲気で３０分間熱処理を行い、水素化処理とした（図３（Ｄ））。
【００４２】
形成した薄膜トランジスタは移動度２６０cm2/Vsを有していた。また図３（Ｄ）に示す如く、バックライトとして冷陰極管により基板下部からの光照射を行ったところ、照射時、非照射時ともにオフ電流が１〜５×１０-12 Ａとほとんど変化せず、従来の構造の多結晶薄膜トランジスタにおいては光照射時には約５×１０-10 Ａ程度にまで増加していたオフ電流の上昇を抑えることができ、電気伝導度の変動を防ぐことができた。
【００４３】
〔実施例２〕
本実施例では、実施例１で作製した薄膜トランジスタを用いて、液晶電気光学装置を構成した例を示す。
図４に、本発明構成の薄膜トランジスタを用いた液晶電気光学装置の例を示す。
【００４４】
図４において、透光性基板１０上には、第一の絶縁体層１１、半導体薄膜層１２、第二の絶縁体層１３、画素電極２１を接続した薄膜トランジスタ３０、Ｐチャネル型薄膜トランジスタ３１、Ｎチャネル型薄膜トランジスタ３２が設けられている。
薄膜トランジスタ３０はマトリクス配置されて画素部分を構成し、Ｐチャネル型薄膜トランジスタ３１、Ｎチャネル型薄膜トランジスタ３２は、ＣＭＯＳ構成されて、周辺駆動回路を構成している。
【００４５】
薄膜トランジスタ３０は、レーザー照射工程により結晶化された島状半導体層１４を有し、島状半導体層１４を上部に有さない部分１５は、アモルファスシリコン膜である半導体薄膜層１２が、レーザー照射工程により結晶化された領域であり、透光性となっている。
また、島状半導体層１４の下の部分１６は、結晶化されておらずアモルスァスシリコン膜のままであり、遮光マスクとなっている。
画素電極２１は、ＩＴＯ（酸化インジューム・スズ）で構成されている。
【００４６】
また、周辺駆動回路を構成するＰチャネル型薄膜トランジスタ３１、Ｎチャネル型薄膜トランジスタ３２においても、島状半導体層２２、２３は結晶化され、島状半導体層２２、２３の下の部分２４は結晶化されておらず、遮光マスクとなっている。
【００４７】
他方、対向電極４１を設けた透光性基板４０を、ネマチック液晶４２を挟み、スペーサー（図示せず）を介して透光性基板１０と対向させて設けている。周囲はシール材４３により封止されている。
透光性基板１０、４０の内側表面には、ラビング処理された配向膜（図示せず）を設けており、また外側表面には、偏光板（図示せず）を設けている。
【００４８】
この液晶電気光学装置に、光源５０として冷陰極管を用いたバックライトを設け、光透過型の液晶ディスプレイ装置とした。
本発明構成の薄膜トランジスタを用いたため、周辺駆動回路部分においては、十分に結晶化されたチャネル領域を有する高速な薄膜トランジスタを得、駆動回路として十分な高速動作をさせることができた。
他方、画素部分においては、バックライトからの光照射によるオフ電流の上昇がほとんどなく、コントラスト比１００の液晶ディスプレイ装置として十分な性能を得た。
【００４９】
また、この液晶電気光学装置を用いて、光源５０として、メタルハライドランプ等を用いて投射型のプロジェクターを構成しても、極めて優れたものとすることができた。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べた、本発明の半導体装置の構造及び作製法を用いることによって素子間分離領域に照射されたレーザー光は非晶質の半導体薄膜層に吸収され、発熱に伴って結晶化されるとともに、熱伝導率の良い二次元方向へと熱が拡散し、島状半導体層から基板方向への熱拡散を抑える効果が認められ、従来の構造において結晶化に要したレーザーパルスエネルギー密度と同一のエネルギー密度の照射を行った場合、従来構造に比べ結晶性が著しく向上し、薄膜トランジスタのＯＮ電流の増加が認められ、移動度が増加した。
【００５１】
また、島状半導体層下部に設けられた半導体薄膜層における光吸収作用が充分に働き、基板側からの光照射による薄膜トランジスタのオフ電流の増加はほとんど見られなかった。また半導体薄膜のそれ以外の領域においては透光性を有し、透過型のＡＭＬＣＤ装置のスイッチング素子として使用することができた。
また、半導体薄膜層の高い熱伝導率により、薄膜トランジスタの発熱を抑えることができた。
また、静電気シールドを行うことができた。
また、本発明構成の薄膜トランジスタを用いて周辺駆動回路を構成して、十分な高速動作をさせることができた。
このように、本発明構成により極めて優れた液晶電気光学装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の半導体装置の構成を示す。
【図２】  本発明の半導体装置の構成を示す。
【図３】  実施例により作製した、本発明を用いた薄膜トランジスタの作製工程を示す。
【図４】  本発明構成の薄膜トランジスタを用いた液晶電気光学装置の例を示す。
【符号の説明】
１  透光性絶縁基板
２  絶縁体層
３  島状半導体層
１０  透光性絶縁基板
１１  第一の絶縁体層
１２  半導体薄膜層
１３  第二の絶縁体層
１４  島状半導体層
１５  半導体薄膜層の島状半導体層を上部に有さない部分
１６  半導体薄膜層の島状半導体層の下の部分
１７  ゲート絶縁膜
１８  ゲート電極
１９  保護膜
２０  電極
２１  画素電極
２２、２３  島状半導体層
２４  半導体薄膜層の島状半導体層の下の部分
３０  薄膜トランジスタ
３１  Ｐチャネル型薄膜トランジスタ
３２  Ｎチャネル型薄膜トランジスタ
４０  透光性基板
４１  対向電極
４２  ネマチック液晶
４３  シール材
５０  光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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