JP2000357798A

JP2000357798A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000357798A
Application number: JP18312899A
Authority: JP
Inventors: Keizaburo Kuramasu; 敬三郎倉増; Atsushi Sasaki; 厚佐々木; Tetsuo Kawakita; 哲郎河北
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2000-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザアニールより形成した多結晶シリコン
薄膜の表面の凹凸と、特に凹凸部に発生する混入物の偏
析部の存在とによるトランジスター素子の性能の低下、
品質のバラツキ等を減少する。【解決手段】レーザアニール後の多結晶シリコン
薄膜の表面部の突起や混入物の偏析部を化学的、機械的
に削る。同じく、熱処理により結晶を成長させ、併せて表面
の混入物を除去しつつ凹凸部を平坦化する。

Description

【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
に関わり、特に液晶表示装置用の駆動回路に用いる薄膜
トランジスタ（素子）とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、薄膜半導体素子である薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）駆動による液晶表示装置はノート型パ
ソコンやカーナビゲーション等に広く用いられており、
今後更に小型軽量化と低コスト化が望まれている。そし
てこのため、画素部の駆動回路をも表示部そしてそのた
めの画素部の形成された基板に一体的に形成することが
可能な多結晶シリコン薄膜トランジスタの開発、その方
向での高性能化が追求されている。以下、従来の多結晶
シリコン薄膜トランジスタの製造方法について図面を参
照しながら説明する。

【０００３】図１は従来の方法により作製されたトップ
ゲートと呼ばれる型の薄膜トランジスタの断面構造図で
ある。本図において、１は、石英あるいはガラス等の透
明絶縁性基板である。なお、通常は価格の面からガラス
が使用される。２は、多結晶シリコン薄膜である。３
は、ゲート絶縁膜である。４は、ゲート電極である。５
は、層間絶縁膜である。６は、ソース電極膜である。７
は、ドレイン電極膜である。１３は、下地膜である。な
お、この下地膜は、基板材料の一部成分が多結晶シリコ
ン薄膜中に拡散するのを防止する目的で形成されるが、
基板材質や基板の処理方法によっては形成されない場合
もある。

【０００４】また実際には、製品としての液晶表示装置
の表示面やその周辺部に形成された駆動回路から定まる
配置に従って、このような画素部のスイッチや駆動回路
用の薄膜トランジスタが上下、左右方向に幾行、幾列に
もわたって配列されている。ただし、これはいわゆる周
知技術であり、また本発明の趣旨に直接の関係はないた
め、この様子のわざわざの図示は省略する。

【０００５】以下、いわゆる周知技術ではあるが、本発
明の趣旨に直接の関係があるので、この薄膜トランジス
タの製造方法について概略説明する。

【０００６】まず、ガラス等の透明絶縁性基板１上に下
地膜として二酸化ケイ素（硅素）薄膜１３をプラズマ化
学気相成長法（ＰＣＶＤ）あるいはスパッタリング等で
形成する。

【０００７】次に、この基板上全面や所定位置にアモル
ファス状の非晶質シリコン薄膜をＰＣＶＤ、化学気相成
長法（ＣＶＤ）あるいはスパッタリングにより形成す
る。

【０００８】次に、この形成された非晶質シリコン薄膜
にエキシマレーザを照射して非晶質のシリコン薄膜を一
旦溶融させ、シリコンの固化時の結晶化を利用して比較
的径の大きい粒子からなる多結晶シリコン薄膜２とする
（いわゆるレーザアニール）。

【０００９】次に、この多結晶シリコン薄膜を基板上の
トランジスタ（素子）の配列から定まる所定の形状に加
工する。すなわち、いわゆるパターニングをする。

【００１０】次に、このパターニングされた多結晶シリ
コン薄膜上にゲート絶縁膜３を常圧ＣＶＤ法、ＰＣＶＤ
法あるいはスパッタリング法等により形成し、更にその
上部所定位置にゲート電極４を形成する。

【００１１】次に、層間絶縁膜５を形成し、更に層間絶
縁膜の各トランジスタのソース電極及びドレイン電極が
形成される部分にコンタクトホールをエッチングにより
形成する。

【００１２】次いで、コンタクトホールを利用して各ト
ランジスタのソース電極６、ドレイン電極７を形成して
多結晶シリコン薄膜トランジスタを作製する。

【００１３】以上の他、必要に応じて基板等の洗浄、ソ
ース領域及びドレイン領域に素子としての機能発揮に必
要な物質としての不純物イオン、すなわち燐（Ｐ）や硼
素（Ｂ）等の不純物イオンの打ち込みやその後のダング
リングボンドの結合や余計な水素の追い出しのための熱
処理、更には素子としての機能発揮に必要な配線等がな
されるのは勿論である。ただし、これらについても、周
知技術であり、また本発明の趣旨に直接の関係がないの
で、その説明は省略する。

【００１４】次に、レーザアニールの照射条件について
説明する。

【００１５】薄膜半導体の素子としての特性を向上させ
るためには、結晶粒径が大きく、かつ粒径が均一な膜で
あることが必要である。さて、レーザアニールで結晶粒
径を大きくするには大きなエネルギーでの照射や同一個
所を多数回照射することが効果的であるが、そうすると
逆に粒径の均一性が失われ、薄膜半導体素子としての特
性のバラツキが大きくなったり、またガラス基板に熱が
伝わってガラスの変形やガラス成分の薄膜半導体内への
拡散が生じ、かえって半導体素子の機能が劣化する。な
お、念のため記載するならば、液晶表示装置に用いられ
るガラス基板の耐熱温度は６００℃である。

【００１６】このため、現状では、結晶粒径の大きさと
均一性及びガラス基板への熱による悪影響を折衷した条
件でレーザを照射して多結晶化を行っている。

【００１７】以上の他、シリコン膜厚等を考慮してレー
ザービームのエネルギー密度を最適なものとする等の工
夫もなされている。ただし、これらについても本発明の
趣旨に直接の関係はないので、その説明は省略する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、溶融再結晶化に際して、以下の問題が生じる。

【００１９】１）図２は、エキシマレーザアニールによ
る溶融再結晶化で形成された多結晶シリコン薄膜の断面
図であるが、本図に示すように、多結晶シリコン薄膜２
の表面、特に結晶粒界には、突起部１１が多数発生し、
更に、この表面部にトランジスタ素子としての機能発揮
に本来不必要な物質たる混入物（他の技術分野における
「不純物」）１２、例えば空気中の酸素、水分からの水
素、ＨＥＰＡフィルタから飛散したガラス片からの硼素
（Ｂ）等が多く取り込まれてしまう。

【００２０】ところでこの場合、これらの混入物は、レ
ーザ照射による高温により非晶質シリコンが一旦溶融し
その後固化して多結晶化する際に、単に化学的、物理的
に不安定な表面に多く位置するようになるだけでなく、
固化に伴ってシリコン下部より上部の表面に偏析してく
る（内部より多く集まる）。特に、突起物は偏析が多い
と思われる。しかもそれらのため、化学的に不安定な状
態となっている。例えば酸素ならば、半導体のシリコン
と反応して二酸化ケイ素となっているのではなく、非常
に複雑そして不安定な結合状態となっている。なお、念
のため記載するならば、酸素は４族の硅素、炭素等とは
１対１（例えば、一酸化炭素や一酸化ケイ素）でも、２
対１（例えば炭素ガスや二酸化ケイ素）でも化合物を形
成する等一定の組成にならない。更に、溶融直後の固化
かつその表面という特殊な条件であるため、なおさら非
常に複雑な化合物となる。

【００２１】また、半導体薄膜の材料として、純シリコ
ンでなく融点が低下して結晶化し易い、高移動度を得ら
れる等種々の特徴があるため、シリコンに最大３０％の
ゲルマニウム、あるいは更に最大５％の炭素を混ぜた物
質を使用するようなことも目下検討され、開発されつつ
あるが、これらの場合には本来が混合物であるため、特
に表面は凹凸による不揃い、混入物のみならず本来の半
導体材料の偏析の傾向が増大する。

【００２２】さて、トップゲート型のトランジスタにお
いては、この表面部分はゲート絶縁膜と接する部分であ
る。このため、表面の突起によりその上部のゲート絶縁
膜の絶縁耐性に悪影響を及ぼす。また、上述の理由によ
り混入物の偏析は、ゲート絶縁膜との界面部を不安定と
する。そして、これらは共に素子としての薄膜トランジ
スタの性能や信頼性に悪影響を与える。また、半導体素
子としての性能等のバラツキの原因ともなりかねない。

【００２３】次に、Ｃ−ＭＯＳ構造を作るためＰＨ₃、
Ｂ₂Ｈ₆を用いてソース領域、チャネル領域にイオンド
ーピングを行い、更にその活性化のため熱処理を行う
が、突起があるとこれらの不純物イオンの注入の均一性
が損なわれる。そしてこれも定性的にＴＦＴの特性のば
らつきをもたらす。

【００２４】２）上述の折衷した照射条件では、多結晶
シリコンは薄膜半導体素子の能動領域としての特性の均
一性は確保できるが、電界効果移動度等の電気的特性は
単結晶シリコン半導体素子に比較して小さくなる。この
ため、必ずしも将来の液晶表示素子用として十分な回路
機能を得難い。

【００２５】従って、レーザアニール後の表面、特にゲ
ート電極部との界面に突起部がなく、混入物の偏析もな
い、あるいは表面が安定した状態の多結晶シリコン膜、
ひいては性能の優れた薄膜半導体素子の開発が望まれて
いた。

【００２６】また、基板上に多数形成された薄膜半導体
素子の均一性を確保しつつ、個々の素子の電界効果移動
度等の電気的特性の優れた薄膜半導体素子の開発が望ま
れていた。

【００２７】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明のうちの第１の発明群は、トップゲート型の
薄膜トランジスタ（素子）の製造に際して、基板上に形
成された非晶質半導体薄膜、特にシリコンやこれを主成
分とする薄膜にレーザ光を照射して多結晶化を行い多結
晶半導体薄膜を形成した後、この多結晶半導体薄膜を活
性な反応性ガスに晒して表面層をエッチング除去し、こ
れにより多結晶半導体薄膜の表面を平坦化し、併せて表
面の混入物の偏析した部分を除去するようにしている。
更に、反応性ガスの内容や反応性ガスによるエッチング
時の処理にも工夫を凝らしている。そしてこれにより高
移動度と高信頼性の薄膜半導体素子としている。

【００２８】また、第２の発明群は、基板上にトップゲ
ート型のトランジスタを形成するに際して非晶質半導体
薄膜、特にシリコンやこれを主成分とする薄膜を形成
し、これをレーザアニールにより多結晶化を行うのは第
１の発明群と共通する。しかしながら、本発明群では、
多結晶半導体薄膜の表面の平坦化、表面の混入物の偏析
した部分の除去に機械的若しくはこれに加えての化学的
な研磨という手段を採用するのに特徴がある。

【００２９】更に、機械的、化学的な研磨により平坦化
し、混入物を除去するため基板上に高硬度のセラミック
ス系薄膜を形成し、併せてこの薄膜を適切な半導体薄膜
形成や基板の強度維持にも使用するものとしている。

【００３０】またこのため、このセラミックス系薄膜の
材質や膜厚、更には工学的、機械的性質にも工夫を凝ら
している。そしてこれにより高移動度と高信頼性の薄膜
半導体素子としている。

【００３１】また、第３の発明群は、基板上に非晶質半
導体薄膜、特にシリコンやこれを主成分とする薄膜を形
成し、これをレーザアニールにより多結晶化を行うの
は、先の２つの発明群と共通する。しかしながら、本発
明群では表面の平坦化、更には多結晶半導体のより大き
な結晶への成長、そしてこれらに併せての表面に偏析し
た混入物の除去のために、５５０℃以上の高温下で熱処
理を伴い、この際の雰囲気ガスに工夫を凝らしている点
に特徴がある。

【００３２】なお、本発明群においても、トップゲート
型のトランジスタにおいて、多結晶シリコン薄膜の表面
部を平坦化し、混入物の偏析した突起をなくすこととな
り、これによりゲート絶縁膜との良好な界面が得られ、
ひいては高移動度と高信頼性の薄膜半導体素子を得るこ
とができるのは、先の２つの発明群と同様であるが、結
晶の成長を図るという面では、ボトムゲート型のトラン
ジスタへの応用も可能という点で多少異なる面もある。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態に
基づいて説明する。

【００３４】（第１の実施の形態）本実施の形態は第１
の発明群に関し、反応性ガスによる多結晶シリコン薄膜
表面の平坦化と混入物の偏析した部分の除去に関するも
のである。

【００３５】図３は、本発明の第１の実施の形態として
の薄膜トランジスタの製造方法により作製された薄膜ト
ランジスタの断面図である。また図４は、その主要な製
造工程における各状態での断面図である。

【００３６】両図において、図１、図２と同じ部分には
同一の符号を付してある。なおこのことは他の実施の形
態でも同じである。１は透明絶縁性基板であり、本実施
の形態ではコーニング社の１７３７ガラス基板を用い
た。２は、多結晶シリコン薄膜である。３は、ゲート絶
縁膜であり、本実施の形態ではＰＣＶＤ法により二酸化
ケイ素薄膜を形成した。４は、ゲート電極であり、本実
施の形態では耐熱性と耐蝕性に優れたタンタル製薄膜で
ある。５は、層間絶縁膜であり、本実施の形態では常圧
化学気相成長法により二酸化ケイ素薄膜を形成した。６
は、ソース電極であり、７は、ドレイン電極であり、本
実施の形態では、両電極はいずれも上部は電気抵抗の低
いアルミニウム、下部６１、７１は、シリコンとの接触
部でシリサイドを形成するため電気的接触性に優れるチ
タンの２層構成とし、製膜はスパッタリングによった。
１３は、下地膜であり、本実施の形態ではＰＣＶＤ法に
より二酸化ケイ素薄膜を作成した。１５は、非晶質シリ
コン薄膜であり、本実施の形態ではＰＣＶＤ法により製
膜した。

【００３７】以下、図４を参照しつつこの薄膜半導体素
子の製造方法を説明する。

【００３８】（ａ）透明絶縁性基板１上に下地膜１３を
形成し、更にその上に非晶質シリコン薄膜１５を形成す
る。

【００３９】（ｂ）非晶質シリコン薄膜１５をフォトリ
ソグラフィプロセスとドライエッチングプロセスを用い
て基板上の半導体素子の配列から定まる所定のパターン
に加工する。なおここにも、ウエットエッチングでな
く、ドライエッチングとしたのは、チャネル領域長さが
１μｍ〜１０μｍ程度の寸法の半導体素子の加工には、
現時点では精度が得られることや粒界の選択的エッチン
グがないこと等の面から後者が優れているからである。

【００４０】（ｃ）非晶質シリコン薄膜１５に、約０．
５Ｔｏｒｒの水素ガス雰囲気下で、例えばエキシマレー
ザとしてＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）を用いたレーザの
照射により、溶融、固化させること（いわゆるレーザア
ニール）により２０〜２００ｎｍ厚さ程度、液晶表示装
置の用途や使用する液晶のタイプ等により多少の相違は
あるもののより望ましくは３０〜１００ｎｍ厚さ程度の
多結晶シリコン薄膜２を形成する。その結果、多結晶シ
リコン薄膜の上部表面には多くの突起１１が生じ、また
表面、特に突起部には混入物１２が偏析する。なお、こ
の混入物のシリコン薄膜への混入は、先行する各種の処
理を可能な限り真空中で行う、基板を洗浄する等種々の
対策を施しても、現時点では完全に防止するのは困難で
ある。

【００４１】（ｄ）真空中において弗化炭素（ＣＦ₄）
と酸素（Ｏ₂）の混合ガスをマイクロ波プラズマエッチ
ング装置を用いてプラズマ励起し、多価に帯電した活性
種のみをこの多結晶シリコン薄膜表面に導く。そして、
多結晶シリコン薄膜表面の一部、特に突起部を活性な反
応性ガスによりエッチング除去して酸素、水素、硼素等
の混入物の多い領域と突起を小さくして表面の平滑化を
行う。

【００４２】なお、念のため記載するならば、表面の突
起部、そして特に混入物の偏析した部分は、そうでない
部分に比較して化学的に不安定な状態となっているた
め、エッチングに際して反応性ガスにより除去され易
い。特に、図２では示していないが、概念的には避雷針
のような、そしてゲート絶縁膜の絶縁耐性に大きな悪影
響を与えると思われる針状の突起ほどその体積に対する
表面積の比が大なため、この面からも反応除去され易
い。このため、いわば自然と多結晶シリコン薄膜の平面
化がなされることとなる。

【００４３】（ｅ）表面の再汚染防止のため、真空を保
持したまま別のチャンバーに基板を移し、多結晶シリコ
ン薄膜表面にＰＣＶＤ法により二酸化ケイ素薄膜をゲー
ト絶縁膜として形成する。

【００４４】この後、従来と同様の方法でゲート電極
４、層間絶縁膜５及びソース電極６、ドレイン電極７を
形成して図３に示すような構造の薄膜トランジスタを製
造する。

【００４５】この薄膜トランジスタと従来の方法で製造
した薄膜トランジスタの特性と比較した。その結果、従
来の方法で製造したものは移動度が約１２０ｃｍ²／Ｖ
・ｓであったのに対して、本実施の形態のものは、約２
００ｃｍ²／Ｖ・ｓと特性が大きく向上しているのが判
明した。

【００４６】また、ゲート電極に３０ＶのＤＣを印加し
てＴＦＴ特性の劣化を測定するＢＴ試験では、８５℃で
の加速試験の結果、通常保証条件（６０℃）で約２桁の
信頼性の向上が見られた。

【００４７】更に、ＴＦＴとしての絶縁耐性も向上し
た。

【００４８】これは、ゲート電極直下の多結晶シリコン
薄膜の表面の不純物が少なくかつ平滑になったこと、更
にゲート絶縁膜の形成をエッチング後真空を保持した状
態で形成したため、汚染物質に晒されることなく綺麗な
界面が得られたことによるものと判断される。

【００４９】また、シリコン膜表面に不純物がないた
め、ソース電極とドレイン電極の下部のチタンとシリコ
ンの反応によるシリサイドの形成も順調になされること
も、定性的に性能向上につながったと判断される。

【００５０】なお、本実施の形態では、多結晶化の前に
非晶質シリコン薄膜をパターン形成したが、多結晶化後
にパターン形成を行ってもよいのは言うまでもないこと
である。

【００５１】また、多結晶シリコン薄膜のエッチングで
は最初からプラズマ励起された活性種を用いたが、最初
はイオンの効果も付加した反応性イオンエッチングを用
い、その後プラズマ励起された活性種のみでのエッチン
グを行ってもよい。ただし、この際には、最終段階のエ
ッチングにおいては、イオン衝撃によりポリシリコン膜
へのダメージをなくすため、プラズマ励起により生成さ
れた活性種（ラジカル）のみを用いることが好ましい。

【００５２】また、活性種の生成は、紫外線照射等他の
手段であってもよいのは勿論である。

【００５３】更に、本実施の形態ではＣＦ₄とＯ₂ガス
の混合ガスでエッチングを行ったが、製造施設の環境条
件ひいては混入物の如何、更には半導体の材料がシリコ
ン・ゲルマニウム、シリコン・ゲルマニウム・炭素の場
合等、条件によっては他の組成比や種類のガスを用いて
もよいのは勿論である。

【００５４】更にまた将来の技術の発達のもと、多結晶
シリコン表面の突起部の除去にウエットエッチングが改
良されたり、他のエッチング手段が開発された場合に
は、それらの手段を用いて良いのも勿論である。

【００５５】（第２の実施の形態）本実施の形態も第１
の発明群に属する。本実施の形態は、樹脂膜を使用して
の多結晶シリコン薄膜の平坦化に関する。

【００５６】以下、図５を参照しつつ、本実施の形態の
薄膜トランジスタの製造方法を説明する。

【００５７】（ａ）先の第１の実施の形態と同様に、透
明絶縁性基板１上に下地膜１３を形成し、更にその上に
非晶質シリコン薄膜１５を形成する。

【００５８】（ｂ）同じく、非晶質シリコン薄膜１５に
エキシマレーザを照射して多結晶シリコン薄膜２を得
る。その結果、多結晶シリコン薄膜の表面には突起１１
や混入物の偏析１２が生じる。

【００５９】（ｃ）多結晶シリコン薄膜２上に、本質的
に平坦な膜が得られるスピンコーティング法によりポリ
メチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）の平坦化膜を形成
する。

【００６０】（ｄ）真空中において弗化炭素（ＣＦ₄）
約７５％と水素（Ｈ₂）約２５％の混合ガスを用いて反
応性イオンエッチングを行う。この場合、ＰＭＭＡと多
結晶シリコン薄膜とは、そのエッチング速度が同じであ
るため、多結晶シリコン薄膜の全面が露出するまでエッ
チングを行うと、ひとりでに多結晶シリコン薄膜の頂部
が削られ平滑な表面が得られる。また、同じく表面の混
入物の偏析部も除去される。

【００６１】（ｅ）平滑化した多結晶シリコン薄膜２を
フォトリソグラフィプロセスとエッチングプロセスによ
り所定のパターン形状に加工する。

【００６２】この後、従来の方法と同様にゲート絶縁膜
をＰＣＶＤ法により形成し、ゲート電極膜、層間絶縁膜
及びソース電極膜とドレイン電極膜を形成して先の実施
の形態と同じ構造の薄膜トランジスタを製作することと
なる。

【００６３】以上の方法で製造した薄膜トランジスタ
は、多結晶化シリコン薄膜の平滑化が良好であるため、
移動度が約２５０ｃｍ²・Ｖ／ｓ程度と、特性が更に大
きく向上するとともに、従来の方式の薄膜トランジスタ
と比較して約２００倍程度の信頼性の改善も見られた。

【００６４】なお、本実施の形態では、平坦化膜として
ＰＭＭＡを用いたが、何もこれに限定されるものではな
い。すなわち、例えばフォトレジストを用いても、エッ
チングガスを適正に選択すれば同様の効果が得られる。

【００６５】また、平坦化膜物質のエッチング速度も、
多結晶シリコン薄膜表面を平坦化するのが目的であるた
め、厳密に多結晶シリコンと同じあるいはほぼ同じ（±
５％、好ましくは±１％）である必要はなく、エッチン
グの停止に相応の配慮さえすれば、±２０％程度の相違
があっても良いのは勿論である。

【００６６】また、本実施の形態では、エッチングの対
象となるのは平滑かつ均一なＰＭＭＡ膜であり、多結晶
シリコンはエッチングの最終段階で除去されることとな
る。このため、ウエットエッチングであっても多結晶シ
リコンの粒界が選択的にエッチングされるということが
少なく、ひいてはエッチングの制御に多少の注意が必要
であるが、現在の技術でもウエットエッチングが可能で
ある。

【００６７】また、シリコン以外の半導体材料の場合で
も、このエッチング速度に応じての適正な平滑化膜材料
の選択がなされるのは勿論である。

【００６８】また、同じく多結晶シリコン薄膜の突起が
露出するまで反応性イオンでエッチングを行い、その後
プラズマ励起された活性種のみでエッチングを行った
が、時間の制約を考えなければ最初からプラズマ励起さ
れた活性種のみでのエッチングも可能である。ただし、
多結晶シリコン薄膜のエッチングの少なくとも最終段階
においては、プラズマ励起や紫外線の照射により生成さ
れた活性種（ラジカル）のみを用いることが好ましい。

【００６９】更に、平坦化用の物質の塗布も、粘性が低
い等物質の性質や種類によってはスピンコートによらず
他の方法、例えば単なる塗布でもよいのは勿論である。

【００７０】（第３の実施の形態）本実施の形態は第２
の発明群に関し、高硬度材料の薄膜を使用して多結晶シ
リコン薄膜を平坦化するものである。

【００７１】以下、図６及び図７を参照しながら、本実
施の形態の薄膜半導体の製造方法について説明する。

【００７２】図６は、本実施の形態の薄膜トランジスタ
素子の断面図である。図７は、この薄膜トランジスタの
製造工程の進展に伴う断面の変化の様子を示す図であ
る。

【００７３】両図において、８は、窒化ケイ素からなる
高硬度の薄膜である。

【００７４】以下、図７を参照しつつ本実施の形態の薄
膜半導体素子の製造方法を詳細に説明する。

【００７５】（ａ）表面に下地膜１３の形成された透明
絶縁性基板（コーニング社１７３７ガラス基板）１上全
面に窒化ケイ素膜を形成する。本実施の形態では高硬度
の薄膜８としての窒化ケイ素膜を、ＰＣＶＤ法によりＳ
ｉＨ₄、Ｎ₂及びＮＨ₃の混合ガスを用いて約３５０℃
の温度で、約０．１μｍの厚さに形成する。なお、この
膜の硬度はマイクロビッカース硬度で約２０００であ
り、多結晶シリコンの硬度は約８５０であった。

【００７６】（ｂ）基板上のトランジスタを形成するこ
ととなる領域については、その部分に形成されたこの高
硬度の薄膜８をフォトリソプロセスとドライエッチング
により除去する。符号１０で示される領域が、トランジ
スタが形成されることとなる領域である。

【００７７】（ｃ）高硬度の薄膜８が選択的に形成され
た透明絶縁性基板１上全面に非晶質シリコン薄膜を形成
し、この非晶質シリコン薄膜にレーザ光を照射して溶
融、固化させて多結晶化を行って多結晶シリコン薄膜２
を形成する。この際、レーザ光の照射に伴う溶融、固化
により、多結晶シリコン薄膜表面には多くの突起１１や
混入物の偏析部１２が発生することとなる。

【００７８】（ｄ）この多結晶シリコン薄膜を基板ご
と、いわゆるＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎ
ｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）にて研磨する。すなわ
ち、５〜１００ｎｍ粒径のコロイダルシリカ等を５〜１
０％純水に混入し、更にアンモニアをｐｈ１２程度にな
るように溶かした研磨液にて、シリカを機械的、化学的
に研磨するものである。

【００７９】さて、この研磨による平坦化であるが、窒
化ケイ素はその硬度が極めて大きいため、窒化ケイ素膜
が露出した時点で多結晶シリコン膜部も併せての研磨の
進行がほとんど停止する。その結果、多結晶シリコン薄
膜の厚さは窒化ケイ素膜厚とほぼ同じ、というよりも実
用上同じ厚さになる。ところで、この高硬度の窒化ケイ
素膜の厚さは、スパッタリングやプラズマ化学気相成長
法により高精度に形成可能である。このため、多結晶シ
リコン薄膜の研磨後の膜厚も高精度とすることが可能と
なる。またこのため、この窒化ケイ素膜の厚さも、通常
は２０〜２００ｎｍ、好ましくは３０〜１００ｎｍ程度
とされる。

【００８０】更に、近年半導体の材料としてシリコン中
に周期率表でその上下に位置する炭素、ゲルマニウムを
含有させることも試みられているが、この場合には、混
合物となるため半導体薄膜の表面に純シリコンの場合に
比較して大きな凹凸が生じることがあるが、この場合で
も最適な粒径、ｐｈ等に多少の考慮が必要であるもの
の、問題なく平坦化、かつ均質化することが可能とな
る。

【００８１】また同時に、基板上での多結晶シリコン薄
膜のトランジスタ素子の配列から定まる所定のパターン
形成も完了することとなる。

【００８２】この後、基板を洗浄し、多結晶シリコン薄
膜上にゲート絶縁膜を形成した後、個々の半導体素子毎
にソース電極及びドレイン電極とのコンタクトホールを
エッチングにより作成し、ゲート電極、ソース電極及び
ドレイン電極を形成することで多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタを作成する。

【００８３】図６に示すように、以上の方法により製造
された薄膜トランジスタは、多結晶シリコン薄膜２の表
面が平坦であり、しかも混入物も除去されている。この
ため、その上に形成されているゲート絶縁膜との界面を
極めて良好な状態とすることができ、その結果、薄膜ト
ランジスタの性能が大きく向上することとなる。

【００８４】以上のようにして作製した本実施の形態の
多結晶シリコン薄膜トランジスタと従来の方法により作
製した多結晶シリコン薄膜トランジスタの特性を比較し
た。トランジスタのチャネル部の幅と長さＷ／Ｌ＝１２
／１２μｍ、Ｖｄ＝６Ｖの場合、従来方式では移動度が
１２０ｃｍ²／Ｖｓであった。一方、本実施の形態のト
ランジスタの場合には１９０ｃｍ²／Ｖｓであった。

【００８５】また、従来の多結晶シリコン薄膜トランジ
スタに比較して約１０倍程度劣化速度が遅く、信頼性に
優れているのが確認された。

【００８６】次に、多結晶シリコン薄膜２の膜厚が高硬
度の薄膜よりも厚くなるよう非晶質シリコン膜を厚く形
成してもよい。これにより、多結晶シリコン薄膜２の表
面に偏析した混入物を研磨により確実に除去することと
なる。更に、非晶質シリコン膜を多結晶化する際の膜厚
が大きいため、その分多結晶シリコン膜の結晶粒が大き
くなる。このため、移動度が更に高くなる。

【００８７】また、半導体の材料であるが、本実施の形
態では非晶質シリコン薄膜を用いたが、さらに高移動度
を実現する等のためにシリコン中に最大３０％ゲルマニ
ウムを含むシリコン・ゲルマニウム化合物薄膜を用いて
もよい。

【００８８】また、更にシリコン、ゲルマニウム中に最
大５％を含むシリコン・ゲルマニウム・炭素化合物薄膜
を用いてもよい。

【００８９】また、高硬度の薄膜として酸化窒化ケイ素
膜や酸化アルミニウム膜あるいは酸化チタン膜等を用い
てもよい。なお、これらの場合、本実施の形態と同様に
透明膜であるため、研磨後もこの絶縁膜を取り去る必要
がなく、工程の簡略化が実現される。更に、携帯型の機
器用の表示装置に使用する場合、半導体薄膜を形成する
ガラス基板はどうしても薄くなるが、半導体薄膜への
Ｐ、Ｂ等の不純物イオン注入後のダングリングボンドの
結合等の熱処理に際し、本来が高硬度のセラミックであ
るため、薄いガラス基板の熱による歪変形の防止に多少
とも寄与することとなる。

【００９０】また、研磨は高硬度物質膜や半導体の材料
によっては、ポリッシング等純機械的な方法であっても
よい。

【００９１】勿論、透明膜でなく金属薄膜や金属間化合
物薄膜や炭化物薄膜等の高硬度薄膜とし、研磨後エッチ
ング除去するようにしてもよい。

【００９２】勿論、反射型の表示装置の場合には、絶縁
性さえあるならば除去する必要がない。

【００９３】（第４の実施の形態）本実施の形態は、先
の第３の実施の形態と比較した場合、透明絶縁性基板１
上面の下地膜として二酸化ケイ素に換えて高硬度の物質
たる酸化アルミニウムの膜８１を形成したのが異なる。

【００９４】このため、図７の（ｄ）に相当する図８に
て明瞭に示すように、高硬度の物質の薄膜は、多結晶シ
リコン薄膜のない領域では、酸化アルミニウム膜８１と
窒化ケイ素膜８の２段となっている。

【００９５】これにより、不純物イオン注入後の熱処理
時において、６００℃を多少超える高温にしても、ガラ
ス基板の歪みの発生が防止される。このため、薄膜トラ
ンジスタの電界移動度が向上する。

【００９６】（第５の実施の形態）本発明は、第３の発
明群に関し、特別な雰囲気中での熱処理に関する。

【００９７】図９は、本実施の形態の製造方法により製
造された薄膜トランジスタの断面構成図である。また、
図１０は、その主要な作製工程における半製品としての
薄膜トランジスタの断面を示す図である。

【００９８】以下、図１０を参照しつつ本実施の形態の
製造方法について詳細に説明する。

【００９９】（ａ）透明絶縁性基板１上に下地膜１３を
形成し、更にその上に非晶質シリコン薄膜１５を形成す
る。

【０１００】（ｂ）非晶質シリコン薄膜１５にエキシマ
レーザ光を照射して多結晶化を行い多結晶シリコン薄膜
２を形成する。この多結晶化は、例えばエキシマレーザ
としてＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）を用いたレーザ光を
使用し、水素ガス若しくは窒素ガス又は真空中で行う。
その結果、多結晶シリコン薄膜には結晶粒界１６の表面
で盛り上がり１１０を示す構造が見られる。

【０１０１】（ｃ）この多結晶シリコン薄膜２を所定の
パターンにフォトリソとエッチングプロセスにより加工
する。

【０１０２】このような多結晶シリコン薄膜２を真空熱
処理炉に入れ、ガラス基板の耐変形性から定まる上限た
る６００℃で１時間の熱処理を行う。熱処理前後の多結
晶シリコン薄膜をラマン分光分析により評価した結果を
図１１に示す。本図において、１はレーザにより多結晶
化した直後の膜であり、２は熱処理を行った後の膜であ
る。

【０１０３】図からわかるように、熱処理によりピーク
強度が大きくなり、かつピーク位置が高波数側にシフト
している。これは、熱処理により単結晶シリコンのピー
ク位置である５２０ｃｍ^-1に近づいていることから膜全
体の熱ひずみが緩和されたこと及びピ−ク強度が大きく
なっていることから結晶成長が生じたことを示してお
り、本実施の形態の効果を確認できた。

【０１０４】図１０の（ｄ）にこのような結果を模式的
に示す。図１０の（ｃ）と比較した場合、結晶の成長に
伴い、粒界１６の数は減少し、かつ突起も小さくなって
いる。

【０１０５】（ｅ）この後、ゲート絶縁膜として二酸化
ケイ素薄膜３をＰＣＶＤ法により形成する。

【０１０６】以上のようにしてゲート絶縁膜を形成した
後、従来と同じ方法でゲート電極４、層間絶縁膜５及び
ソース電極６、ドレイン電極７を形成して、図９に示す
ような薄膜トランジスタを製造する。

【０１０７】この薄膜トランジスタの特性であるが、移
動度は約２２０ｃｍ²／Ｖ・ｓ、閾値電圧（Ｖｔｈ）は
２Ｖであった。一方、従来の方法で製造したものは、移
動度が１２０ｃｍ²／Ｖ・ｓ、Ｖｔｈが３Ｖであった。

【０１０８】また、信頼性について同一条件の比較で比
較したが、本発明のものは従来のものに対し約２桁の改
善が見られた。

【０１０９】これらは、主に多結晶シリコン薄膜の熱ひ
ずみの減少と結晶粒成長により粒界が少なくなり、半導
体としての膜質が向上したこと、その他半導体表面の粒
界部の盛り上がりも少なくなり、ゲート電極下面のゲー
トや絶縁膜との良好、均一な接触がなされたこと、不純
物の注入の均一性も良好となることによるものと考えら
れる。

【０１１０】なお、本実施の形態では６００℃、真空雰
囲気で１時間の熱処理を行ったが、水素を含む不活性ガ
ス雰囲気中で熱処理を行うと、表面の酸化物、特に不安
定な酸化物が還元され、より多結晶シリコンの膜質が改
善されるため、水素を含む不活性ガスの手配、準備、管
理等が必要とはなるが、そのようにするのがより好まし
い。

【０１１１】また、本実施の形態では多結晶シリコン薄
膜を所定のパターンに加工した後熱処理を行ったが、逆
に熱処理後に所定のパターンに加工してもよいのは勿論
である。

【０１１２】（第６の実施の形態）本実施の形態も、第
３の発明群に関する。

【０１１３】以下、本発明の第６の実施の形態としての
薄膜トランジスタの製造方法について説明する。

【０１１４】なお、本実施の形態は、先の第５の実施の
形態と基本はほぼ同じであるので、先の実施の形態の説
明に使用した図１０を流用して説明する。

【０１１５】（ａ）先の第５の実施の形態と同様に透明
絶縁性基板１に下地膜としてＰＣＶＤ法により二酸化ケ
イ素薄膜を形成後、その上面に非晶質シリコン薄膜を形
成する。

【０１１６】（ｂ）同じく、非晶質シリコン薄膜にエキ
シマレーザを照射して多結晶化を行う。

【０１１７】この際の照射等の条件であるが、多結晶シ
リコン薄膜の結晶粒径を大きくしつつ、その粒径のバラ
ツキや表面の凹凸を小さくするため、非晶質シリコン薄
膜の厚さやレーザ照射雰囲気等を考慮して最適なものと
する。

【０１１８】（ｃ）多結晶化シリコン薄膜を所定形状に
パターン加工した後、図１２に示すような高温加熱とプ
ラズマ生成可能な装置で熱処理を行う。

【０１１９】本図において、２０は石英製のベルジャ
（真空容器）である。２１は、プラズマ励起電源であ
り、本実施の形態では１３．５６ＭＨｚを用いた。２２
及び２３は、高周波電極板である。２４は、加熱用ヒー
タである。２５は、基板ホルダーである。２６は、メッ
シュ電極である。１は、多結晶膜の形成された透明な絶
縁性基板である。

【０１２０】この装置を用いて、５５０℃の温度で、下
部の２つの矢印で示すごとく水素が２０％、ＣＨＦ₃が
３％、Ａｒが７７％の組成のガスを流し、高周波電源に
よりプラズマを発生させ、５時間熱処理を行う。

【０１２１】（ｄ）この方式によるプラズマでは、基板
には殆ど電圧が励起されないため主として水素またはフ
ッ素のラジカル（原子状若しくは多価の原子）が基板に
衝突する。ところで、フッ素は多結晶シリコン薄膜表面
に存在する酸化膜をエッチング除去する効果があり、更
にこれに伴い、粒界に存在する酸化物や酸化膜をもエッ
チング除去する。また、熱拡散により粒界の上表面にで
てきた酸化物をも除去する。そしてそれらの結果、粒界
部では清浄なシリコン面が露出し、シリコン原子同士が
接触して結晶粒の成長が生じ、更にこの成長に伴って表
面の凹凸も小さくなり、これにより膜質の改善と表面形
状の改善が同時になされる。

【０１２２】（ｄ）に模式的に示す状態での多結晶シリ
コン薄膜のラマン分光分析による膜質を測定した結果を
図１１の３に示す。本図からわかるように、先の実施の
形態よりも更にピーク強度が大きくなり、またピーク位
置も単結晶シリコンのピーク位置である５２０ｃｍ^-1に
近づいている。そしてこれにより結晶性が充分に改善さ
れたことが認められる。

【０１２３】その後、他の実施の形態と同様に、ゲート
絶縁膜、ゲート電極膜、層間絶縁膜、ソース電極膜及び
ドレイン電極膜を形成して薄膜トランジスタを作製す
る。

【０１２４】以上のようにして作製した薄膜トランジス
タは、その移動度が約３００ｃｍ²／Ｖ・ｓ、Ｖｔｈ＝
１．３Ｖとなり、従来の方法で製造した薄膜トランジス
タに比較して特性が大きく改善された。

【０１２５】また、従来の方法で製造した薄膜トランジ
スタに比較して、信頼性も約２５０倍の改善が見られ
た。

【０１２６】本実施の形態では、外部励起型の電極構成
の高周波電源を用いたが、これはベルジャ内部において
よいのは勿論である。

【０１２７】また、エッチング装置と同様な対抗電極方
式で発生させたプラズマに多結晶シリコン形成透明絶縁
基板を晒してもよいのも勿論である。

【０１２８】また、加熱温度と加熱時間こそフッ素を含
むガスの場合と異なるものの、ガスとして水素または水
素ガスを含む不活性ガスのみを用いてもよいのも勿論で
ある。

【０１２９】また、プラズマも紫外線照射等他の手段で
発生させてもよいのも勿論である。

【０１３０】次に、本実施の形態と先の第５の実施の形
態では、第１から第４の実施の形態と異なり、結晶粒界
に存在する酸化物等を除去し、結晶の成長を促すという
面からはボトムゲート型のトランジスタにも採用可能で
あり、また結晶粒の成長に伴う移動度の向上という効果
も問題なく得られる。

【０１３１】更に、トップゲート型ほどではないが、信
頼性の向上も得られるのも勿論である。

【０１３２】参考のため、図９に示したトップゲート型
トランジスタに対応したボトムゲート型のトランジスタ
を図１３に示す。

【０１３３】以上、本発明をその幾つかの実施の形態に
基づいて説明してきたが、本発明は何もこれに限定され
ないのは勿論である。すなわち、例えば以下のようにし
ている。

【０１３４】１）液晶表示装置は、通常のワードプロセ
ッサーに用いられるバックライト付の光透過型でなく、
反射型やＧ．Ｈ．セルを使用した投写ディスプレイ型と
している。

【０１３５】２）反射型の場合、基板上画素の部分に別
途反射膜を形成する等手間がかかるものの、基板を耐熱
性に優れた金属や陶器の薄板とし、これにあわせて第５
及び第６の実施の形態における多結晶シリコン薄膜の熱
処理温度を７００℃〜８００℃に上げている。

【０１３６】３）基板を石英とし、多結晶シリコン薄膜
の熱処理温度を７００℃〜８００℃に上げている。

【０１３７】４）液晶表示装置そのものがゲーム機等に
使用されるものであり、このためその表示部や駆動回路
部は基板全面に形成されるのではない。ひいては、アモ
ルファスシリコン膜は基板の全面でなく、表示部や駆動
回路部になる領域の上に形成されている。

【０１３８】５）ガラス基板の下地絶縁膜は、ガラス中
のアルカリ金属のシリコン内への拡散の確実な防止等の
ため、単一膜でなく、二酸化ケイ素と窒化ケイ素の積層
構造としている。

【０１３９】６）多結晶シリコン薄膜の突起と結晶粒界
の盛り上がりの両方を除去するようにしている。

【０１４０】７）ソース電極、ドレイン電極の下部のチ
タン膜は図で示すものより厚くしている。あるいは、他
の金属を使用したりしている。更には、両電極をただ１
種の金属材料で形成している。

【０１４１】

【発明の効果】以上の説明でわかるように、本発明によ
れば、トップゲート型トランジスタにおいてアモルファ
スシリコン薄膜等にエキシマレーザを照射して多結晶化
を行う際に、シリコン薄膜表面に生じる突起や粒界の盛
り上がりや表面、特に突起部に偏析した混入物を除去す
ることにより、多結晶化したシリコン薄膜等のゲート絶
縁膜との界面を平滑かつ高純度の状態にする。このた
め、薄膜トランジスタの特性及び信頼性が大きく向上す
る。

【０１４２】また、同じくトップゲート型トランジスタ
において多結晶シリコン薄膜等の表面の突起や混入物の
偏析がなくなることにより、ゲート絶縁膜との界面部の
安定性、再現性が向上し、これによりトランジスタ素子
の特性が向上し、またそのばらつきも減少する。更に信
頼性も向上する。

【０１４３】また、特にトップゲート型のトランジスタ
において多結晶化を行ったシリコン等の薄膜を５５０℃
以上の温度で水素、水素を含む不活性ガス又は水素とフ
ッ素を含むガスのプラズマあるいはラジカル中で加熱す
ることにより表面の酸化物を除去し結晶粒の成長を促進
させ、その膜質を大きく向上させる。

【０１４４】これらのため、トランジスタ素子の特性が
向上し、またそのバラツキの低下が達成される。更に信
頼性も向上する。

【０１４５】また、トランジスタの絶縁耐性が向上する
ため、ゲート絶縁膜をそれだけ薄くすることが可能とな
り、ＴＦＴ特性の一層の向上につながる。

【０１４６】また、不純物イオンの注入も、表面の突
起、粒界の盛り上がりがない分均一になり、これまたト
ランジスタの特性の向上につながる。

【０１４７】また、ソース電極、ドレイン電極の下端と
半導体との電気的接触も良好となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の方法により製造された多結晶シリコン
薄膜トランジスタ素子の断面図である。

【図２】従来のレーザーアニール法により形成された
多結晶シリコン薄膜の表面上の突起や混入物の偏析を概
念的に示した図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の製造方法により
製造された多結晶シリコン薄膜トランジスタの断面図で
ある。

【図４】上記実施の形態における多結晶シリコン薄膜
トランジスタの製造の進展に伴い断面構造が変化してい
く様子を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態としての多結晶シ
リコン薄膜トランジスタの製造の進展に伴う断面構造の
変化を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態の製造方法にて製
造された多結晶シリコン薄膜トランジスタの断面図であ
る。

【図７】上記実施の形態における多結晶シリコン薄膜
トランジスタの製造の進展に伴い断面構造が変化してい
く様子を示す図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態の製造方法にて製
造された多結晶シリコン薄膜トランジスタの断面図であ
る。

【図９】本発明の第５の実施の形態の製造方法にて製
造された多結晶シリコン薄膜トランジスタの断面図であ
る。

【図１０】上記実施の形態における多結晶シリコン薄
膜トランジスタの製造の進展に伴い断面構造が変化して
いく様子を示す図である。

【図１１】本発明の第５及び第６の実施の形態におけ
る多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造の性能試験の
結果を示す図である。

【図１２】本発明の第６の実施の形態における多結晶
シリコン薄膜トランジスタの熱処理に使用する装置の図
である。

【図１３】上記第６の実施の形態の製造方法に準じて
製造したボトムゲート型薄膜トランジスタの断面構造図
である。

【符号の説明】

１透明絶縁性基板２多結晶シリコン薄膜３ゲート絶縁膜４ゲート電極膜５層間絶縁膜６ソース電極（膜）６１ソース電極下部のチタン７ドレイン電極（膜）７１ドレイン電極下部のチタン８高硬度の薄膜１０トランジスタの形成される領域１１多結晶シリコン薄膜の突起部１１０多結晶シリコン薄膜の結晶粒界の盛り上がり１２表面部の（偏析した）不純物１３下地膜１４平坦化膜１５非晶質シリコン薄膜１６多結晶シリコンの結晶粒界２０ベルジャ２１高周波励起電源２２高周波電極板２３高周波電極板２４ヒータ２５基板ホルダ２６メッシュ電極

フロントページの続き (72)発明者河北哲郎大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H092 GA29 JA25 JA26 JA34 JA37 JA41 JA46 KA04 KA05 MA05 MA07 MA09 MA19 MA29 MA30 NA19 NA24 PA01 QA08 RA05 5F110 AA01 AA08 AA18 CC02 CC08 DD03 DD13 DD14 DD17 DD24 FF02 FF30 GG01 GG02 GG13 GG24 GG25 GG28 GG29 GG45 HL03 HL05 HL11 HL23 NN23 NN35 NN62 NN65 PP03 PP04 PP38 QQ04 QQ19 QQ30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された非晶質半導体薄膜に
レーザ光を照射して多結晶半導体薄膜とするレーザーア
ニールステップと、上記多結晶半導体薄膜を活性な反応性流体中に晒してそ
の表面層をエッチング除去し、併せて平坦化する平坦エ
ッチングステップと、前記平坦エッチングステップの前若しくは後になされる
多結晶半導体薄膜をパターン化するパターン化ステップ
とを有していることを特徴とするトップゲート型薄膜ト
ランジスタの製造方法。
【請求項２】前記平坦エッチングステップは、反応性流体として反応性ガスを用いる平坦ドライエッチ
ングステップであることを特徴とする請求項１記載のト
ップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】前記平坦ドライエッチングステップは、少なくともその最終段階において、プラズマ励起若しく
は紫外線照射により生成された活性種（ラジカル）のみ
を反応性ガスとして用いる終末活性種使用平坦エッチン
グステップであることを特徴とする請求項２記載のトッ
プゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】基板上に形成された非晶質半導体薄膜に
レーザ光を照射して多結晶半導体薄膜とするレーザーア
ニールステップと、上記多結晶半導体薄膜上に、エッチングガスによる除去
速度が多結晶シリコンと同じであるが別物質の薄膜を形
成して、基板上多結晶シリコン薄膜形成部分の表面を平
坦化する平坦用別物質薄膜形成ステップと、上記別物質薄膜を上記多結晶半導体薄膜の全面が露出す
るまで活性な反応性流体中に晒してエッチングを行って
除去してしまうことにより、上記多結晶半導体薄膜の表
面を平坦化する平坦エッチングステップと、上記表面の平坦化の前若しくは平坦化のなされた多結晶
半導体薄膜を所定のパターン形状に加工するパターン化
ステップとを有していることを特徴とするトップゲート
型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】前記平坦エッチングステップは、反応性流体として反応性ガスを用いる平坦ドライエッチ
ングステップであることを特徴とする請求項４記載のト
ップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】前記平坦ドライエッチングステップは、少なくともその最終段階において、反応性ガスとしてプ
ラズマ励起若しくは紫外線照射により生成された活性種
（ラジカル）のみを用いる終末活性種使用平坦エッチン
グステップであることを特徴とする請求項５記載のトッ
プゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】前記レーザアニールステップに先立つ基
板上への非晶質半導体薄膜の形成に際して、非晶質半導体の材料として、シリコン、シリコン・ゲル
マニウム若しくはシリコン・ゲルマニウム・炭素を選定
するシリコン系半導体材料選定ステップを有しているこ
とを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５若しくは請求項６記載のトップゲート型薄
膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】基板上薄膜半導体素子が形成されない領
域に半導体よりも高硬度の物質の薄膜を形成する高硬度
薄膜形成ステップと、上記高硬度の物質の薄膜の形成された部分を含めて基板
上に非晶質半導体薄膜を形成する非晶質半導体薄膜形成
ステップと、上記形成された非晶質半導体薄膜をレーザ光を照射して
多結晶半導体薄膜とするレーザーアニールステップと、上記高硬度の物質の薄膜の表面が露出するまで上記多結
晶半導体薄膜の形成された基板面をその平面性を維持し
つつ研磨する研磨ステップとを有していることを特徴と
するトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】前記非晶質半導体薄膜形成ステップは、非晶質半導体薄膜を高硬度の物質の薄膜よりも厚く形成
する相対厚非晶質半導体薄膜形成ステップであることを
特徴とする請求項８記載のトップゲート型薄膜トランジ
スタの製造方法。
【請求項１０】前記高硬度薄膜形成ステップは、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化アルミニウム若しく
は酸化チタンの薄膜を形成する特定物質薄膜形成ステッ
プであることを特徴とする請求項８若しくは請求項９記
載のトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】前記高硬度薄膜形成ステップは、高硬度の物質の薄膜の厚さを０．１μｍ以下とする０．
１μｍ以下膜形成ステップであることを特徴とする請求
項８若しくは請求項９記載のトップゲート型薄膜トラン
ジスタの製造方法。
【請求項１２】前記高硬度薄膜形成ステップは、高硬度の薄膜の厚さを０．１μｍ以下とする０．１μｍ
以下膜形成ステップであることを特徴とする請求項１０
記載のトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】前記非晶質半導体薄膜形成ステップ
は、形成する非晶質半導体薄膜の材料が、シリコン、シリコ
ン・ゲルマニウム若しくはシリコン・ゲルマニウム・炭
素であるシリコン系薄膜形成ステップであることを特徴
とする請求項８若しくは請求項９記載のトップゲート型
薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】前記非晶質半導体薄膜形成ステップ
は、形成する非晶質半導体薄膜の材料が、シリコン、シリコ
ン・ゲルマニウム若しくはシリコン・ゲルマニウム・炭
素であるシリコン系薄膜形成ステップであることを特徴
とする請求項１０記載のトップゲート型薄膜トランジス
タの製造方法。
【請求項１５】前記非晶質半導体薄膜形成ステップ
は、形成する非晶質半導体薄膜の材料が、シリコン、シリコ
ン・ゲルマニウム若しくはシリコン・ゲルマニウム・炭
素であるシリコン系薄膜形成ステップであることを特徴
とする請求項１１記載のトップゲート型薄膜トランジス
タの製造方法。
【請求項１６】前記非晶質半導体薄膜形成ステップ
は、形成する非晶質半導体薄膜の材料が、シリコン、シリコ
ン・ゲルマニウム若しくはシリコン・ゲルマニウム・炭
素であるシリコン系薄膜形成ステップであることを特徴
とする請求項１２記載のトップゲート型薄膜トランジス
タの製造方法。
【請求項１７】基板上に形成された非晶質半導体薄膜
にレーザ光を照射して多結晶半導体薄膜とするレーザー
アニールステップと、上記多結晶半導体薄膜を５５０℃以上の温度で熱処理を
行う熱処理ステップと、上記熱処理の前若しくは熱処理の終了した多結晶半導体
薄膜を所定の形状に加工するパターニングステップとを
有してい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１８】前記熱処理ステップは、水素ガスを含む不活性ガス雰囲気中で行う水素含有雰囲
気中熱処理ステップであることを特徴とする請求項１７
記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１９】前記熱処理ステップは、水素若しくは水素を含む不活性ガスのプラズマ雰囲気
中、水素及びフッ素を含むガスのプラズマ雰囲気中、水
素の活性励起種（ラジカル）を含むガス雰囲気中若しく
は水素及びフッ素の活性励起種（ラジカル）を含むガス
雰囲気中で熱処理を行う特定雰囲気中熱処理ステップで
あることを特徴とする請求項１７記載の薄膜トランジス
タの製造方法。
【請求項２０】前記レーザアニールステップに先立つ
基板上への非晶質半導体薄膜の形成に際して、非晶質半導体の材料として、シリコン、シリコン・ゲル
マニウム若しくはシリコン・ゲルマニウム・炭素を選定
するシリコン系半導体材料選定ステップを有しているこ
とを特徴とする請求項１７、請求項１８若しくは請求項
１９記載の薄膜トランジスタの方法。
【請求項２１】上記製造する薄膜トランジスタは、トップゲート型であることを特徴とする請求項１７、請
求項１８若しくは請求項１９記載の薄膜トランジスタの
方法。
【請求項２２】上記製造する薄膜トランジスタは、トップゲート型であることを特徴とする請求項２０記載
の薄膜トランジスタの方法。
【請求項２３】基板上、多結晶半導体薄膜の形成され
ていない領域若しくはこれに加えて多結晶半導体薄膜の
基板側に、高硬度物質薄膜を有していることを特徴とす
るトップゲート型薄膜トランジスタ。
【請求項２４】前記高硬度物質薄膜は、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化アルミニウム若しく
は酸化チタンの薄膜であることを特徴とする請求項範囲
２３記載のトップゲート型薄膜トランジスタ。