JP2001053285A

JP2001053285A - 半導体装置及びその作製方法

Info

Publication number: JP2001053285A
Application number: JP2000142027A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Yasuyuki Arai; 康行荒井
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1999-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2001-02-23
Anticipated expiration: 2020-05-15
Also published as: JP4578618B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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、さらにその結晶質半導体膜を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を実現することを目的とする。【解決手段】基板１の主表面に密接して透光性と絶縁
性を有する熱伝導層２を設け、その熱伝導層上の選択さ
れた領域に、島状またはストライプ状に形成した第１の
絶縁層３を形成する。この上に第2の絶縁層４、半導体
膜５を積層させる。最初、半導体膜５は非晶質半導体膜
で形成され、レーザーアニールにより結晶化させる。第
１の絶縁層３は熱伝導層２への熱の流出速度を制御する
機能を有し、基板１上の温度分布の差を利用して第１の
絶縁層３上に単結晶半導体膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁表面を有する
基板上に形成する結晶構造を有する半導体膜及びその作
製方法、並びに該半導体膜を活性層に用いた半導体装置
及びその作製方法に関する。特に、結晶質半導体膜で活
性層を形成した薄膜トランジスタに関する。尚、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
とで機能しうる装置全般を指し、薄膜トランジスタを用
いて形成されるアクティブマトリクス型の液晶表示装置
に代表される電気光学装置、およびそのような電気光学
装置を部品として搭載した電子装置を範疇とする。

【０００２】

【従来の技術】ガラスなどの透光性を有する絶縁基板上
に非晶質半導体膜を形成し、レーザーアニール法や熱ア
ニール法などで結晶化させた結晶質半導体膜を活性層と
する薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor:以下、
ＴＦＴと記す）が開発されている。このＴＦＴを作製す
るために主として使用される基板は、バリウムホウケイ
酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板
である。このようなガラス基板は石英基板と比べ耐熱性
は劣るものの市販価格は安価であり、大面積基板を容易
に製造できる利点を有している。

【０００３】レーザーアニール法はガラス基板の温度を
あまり上昇させず、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギ
ーを与えて結晶化させることができる結晶化技術として
知られている。特に、短波長光で大出力が得られるエキ
シマレーザーはこの用途において最も適していると考え
られている。エキシマレーザーを用いたレーザーアニー
ル法は、レーザービームを被照射面においてスポット状
や線状となるように光学系で加工し、その加工されたレ
ーザー光で被照射面を走査すること（レーザー光の照射
位置を被照射面に対して相対的に移動させる）により行
う。例えば、線状レーザー光を用いたエキシマレーザー
アニール法は、その長手方向と直角な方向だけの走査で
被照射面全体をレーザーアニールすることができ、生産
性に優れることからＴＦＴを用いる液晶表示装置の製造
技術として主流となりつつある。

【０００４】レーザーアニール法は様々な半導体材料の
結晶化に適用できる。しかし、ＴＦＴの特性面から考慮
すると、結晶質シリコン膜を活性層に用いると高い移動
度を実現することが得ることができるので適していると
考えられている。その技術は一枚のガラス基板上に画素
部を形成する画素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
装置を実現させた。

【０００５】しかしながら、レーザーアニール法で作製
される結晶質シリコン膜は複数の結晶粒の集合であり、
結晶粒の位置と大きさがランダムであり、任意の位置に
意図的に結晶粒を形成することは出来なかった。そのた
め、結晶性が最も重要視されるＴＦＴのチャネル形成領
域を単一の結晶粒で形成することは殆ど不可能であっ
た。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
輸送特性が低下させる原因があった。そのことに起因し
て結晶性シリコン膜を活性層とするＴＦＴは、単結晶シ
リコン基板に作製されるＭＯＳトランジスタの特性と同
等なものは今日まで得られていない。

【０００６】このような問題点を解決する方法として、
結晶粒を大きくすると共に、その結晶粒の位置を制御し
て、チャネル形成領域から結晶粒界をなくすことは有効
な手段として考えられる。例えば、「"Location Contro
l of Large Grain FollowingExcimer-Laser Melting of
Si Thin-Films", R.Ishihara and A.Burtsev, Japanes
e Journal of Applied Physics vol.37, No.3B, pp1071
-1075,1998」には、シリコン膜の温度分布を３次元的に
制御して結晶の位置制御と大粒形化を実現する方法が開
示されている。その方法によれば、ガラス基板上に高融
点金属を成膜して、その上に部分的に膜厚の異なる酸化
シリコン膜を形成し、その表面に非晶質シリコン膜を形
成した基板の両面からエキシマレーザー光を照射するこ
とにより結晶粒径を数μｍに大きくできることが報告さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記Ishiharaらの方法
は、非晶質シリコン膜の下地材料の熱特性を局所的に変
化させて、基板への熱の流れを制御して温度勾配を持た
せることを特徴としている。しかしながら、そのために
ガラス基板上に高融点金属層／酸化シリコン層／半導体
膜の３層構造を形成することが必要とされている。この
半導体膜を活性層としてトップゲート型のＴＦＴを形成
することは構造的には可能であるが、半導体膜と高融点
金属層との間で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って
しまう。

【０００８】一方、高融点金属層がゲート電極を兼ねる
ことによって、ボトムゲート型または逆スタガ型のＴＦ
Ｔに対しては有効に適用できるものである。しかし、前
記３層構造において、半導体膜の厚さを除いても、高融
点金属層と酸化シリコン層の膜厚は、結晶化工程におい
て適した膜厚と、ＴＦＴ素子としての特性において適し
た膜厚ちは必ずしも一致しないので、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
ることはできない。

【０００９】また、透光性のない高融点金属層をガラス
基板の全面に形成すると、透過型の液晶表示装置を製作
することは不可能である。高融点金属層は熱伝導率が高
いという点では有用であるが、高融点金属材料として代
表的に使用されるクロム（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。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、形成された結晶性半導体膜に歪
みを与える力として作用することが憂慮される。

【００１０】本発明はこ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、さらにその結晶質半導体膜をＴ
ＦＴ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イメージセンサなどのさまざま
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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの手段を図１を用いて説明する。基板１の主表面に密
接して透光性と絶縁性を有する熱伝導層２を設け、その
熱伝導層上の選択された領域に、島状またはストライプ
状に形成した第１の絶縁層３を形成する。この上に第2
の絶縁層４、半導体膜５を積層させる。最初、半導体膜
５は非晶質構造を有する半導体膜（非晶質半導体膜）で
形成しておく。第１の絶縁層３及び第2の絶縁層４は熱
伝導層２への熱の流出速度を制御するための機能を持た
せるものである。第２の絶縁層４は省略することも可能
である。いずれにしても、非晶質半導体膜５は基板上の
第1の絶縁層３が設けられた領域と、それ以外の領域に
連続して形成する。

【００１２】非晶質構造を有する様に形成した半導体膜
５は、結晶化の工程により結晶質半導体膜となる。結晶
化の工程はレーザーアニール法で実施されるのが最も好
ましい。特に、波長４００nm以下のレーザー光を発する
エキシマレーザーを光源に使用すると、半導体膜を優先
的に加熱することができるので適している。エキシマレ
ーザーは、パルス発振型または連続発光型を用いること
ができる。半導体膜５に照射する光は、光学系にて線状
ビーム、スポット状ビーム、面状ビームなどとすること
が可能であり、その形状に限定されるものはない。具体
的なレーザーアニール条件は実施者が適宣決定するもの
とするが、本発明における結晶化の工程においては、概
略以下のように溶融状態から固相状態に変遷する反応を
行うものである。

【００１３】レーザーアニール法では、照射するレーザ
ー光（またはレーザービーム）の条件を最適なものとす
ることにより半導体膜を加熱溶融させ、結晶核の発生密
度とその結晶核からの結晶成長を制御しようとしてい
る。図１において破線で区別した領域Ａは熱伝導層２上
に第１の絶縁層３が設けられた領域である。領域Ｂは第
１の絶縁層３が設けられていいない周辺の領域を指して
いる。エキシマレーザーのパルス幅は数nsec〜数十nse
c、例えば３０nsecであるので、パルス発振周波数を３
０Hzとして照射すると、半導体膜はパルスレーザー光に
より瞬時に加熱され、その加熱時間よりも遥かに長い時
間冷却されることになる。レーザー光の照射により半導
体膜は溶融状態となるが、領域Ａでは領域Ｂと比較して
第１の絶縁層が形成されている分だけ体積が増えるため
温度上昇が低くなる。一方、レーザー光の照射が終わっ
た直後からは熱伝導層２を通して熱が拡散するので、領
域Ｂの方が急激に冷却が始まり固相状態へ変化するのに
対し、領域Ａでは相対的に緩やかに冷却される。

【００１４】結晶核は溶融状態から固相状態へ移る冷却
過程で生成形成されるものと推定されているが、その核
発生密度は、溶融状態の温度と冷却速度とに相関があ
り、高温から急冷されると核発生密度が高くなる傾向が
経験的知見として得られている。従って、溶融状態から
急激に冷却される領域Ｂでは結晶核の発生密度が領域Ａ
よりも高くなり、ランダムに結晶核が発生することによ
り複数の結晶粒が形成され、かつ領域Ａに生成される結
晶粒よりも粒形が相対的に小さくなる。一方、領域Ａで
はレーザー光の照射条件と、第１の絶縁層３および第２
の絶縁層４を最適なものとすることで、溶融状態の温度
とその冷却速度を制御することが可能となり、結晶核の
発生数を１個として、大粒形の結晶を成長させることが
できる。

【００１５】このような結晶化を可能とするレーザー
は、その他にＹＡＧレーザー、ＹＶＯ₄レーザー、ＹＬ
Ｆレーザーに代表される固体レーザーがある。これらの
固体レーザーはレーザーダイオード励起のものが好まし
く、その第２高調波（５３２nm）、第３高調波（３５
４．７nm）、第４高調波（２６６nm）を用る。照射条件
はパルス発振周波数１〜１０kHzが可能となり、レーザ
ーエネルギー密度を３００〜６００mJ/cm²(代表的には
３５０〜５００mJ/cm²)とする。そして幅１００〜１０
００μm、例えば４００μmで線状に集光したレーザー光
を基板全面に渡って照射する。この時の線状レーザー光
の重ね合わせ率（オーバーラップ率）は８０〜９８％と
する。

【００１６】結晶化の工程は、レーザーアニール法のみ
が適用されるものでなく、熱アニール法とレーザーアニ
ール法とを組み合わせても良い。例えば、最初熱アニー
ル法で非晶質半導体膜を結晶化させた後、さらにレーザ
ー光を照射して結晶質半導体膜を形成することも可能で
ある。熱アニール法には、触媒元素を用いる結晶化法を
応用しても良い。

【００１７】このような結晶化の工程において、基板の
主表面に密接して形成する熱伝導層２と第１の絶縁層３
および第２の絶縁層４に用いる材料とその膜厚は、熱伝
導の過渡的な現象を制御する目的で重要な選択項目とな
る。熱伝導層は、常温における熱伝導率が１０Ｗｍ^-1Ｋ
^-1以上である材料を用いることが必要となる。そのよう
な材料として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、
酸化窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化ホウ素、か
ら選ばれた一種または複数種を成分とする化合物を適用
することができる。或いは、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｍ（ＭはＡ
ｌまたは希土類元素から選ばれた少なくとも一種）から
なる化合物としても良い。

【００１８】一方、第１の絶縁層３および第２の絶縁層
４は、常温における熱伝導率が、１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1未満で
ある材料を用いる。そのような熱伝導率を有する材料で
あり、かつ、ガラス基板上に形成するＴＦＴの下地層と
して適しているものとして、酸化窒化シリコン膜を用い
ることが望ましい。勿論、その他に窒化シリコン膜や酸
化シリコン膜などを用いることも可能である。しかしな
がら、最も好ましい材料として、第１の絶縁膜３または
第２の絶縁膜４を、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ ₄、Ｎ₂Ｏ
から作製する酸化窒化シリコン膜で形成し、その組成を
含有酸素濃度が５５atomic％以上７０atomic％以下であ
り、かつ含有窒素濃度が１atomic％以上２０atomic％以
下とすると良い。

【００１９】第１の絶縁層３は、ガラス基板上において
ＴＦＴの活性層（チャネル形成領域、ソース領域、ドレ
イン領域、およびＬＤＤ領域が形成される半導体膜）の
配置に合わせて、同様に島状またはストライプ状に分割
して形成する。その大きさは、例えばＴＦＴの大きさに
合わせて０．３５×０．３５μm²（チャネル長×チャネ
ル幅）としたサブミクロンサイズとしても良いし、８×
８μm²、８×２００μm²または１２×４００μm²などと
することができる。少なくともＴＦＴのチャネル形成領
域の位置と大きさに合わせて第１の絶縁層３を形成する
ことにより、この上に形成される結晶質半導体膜の一つ
の結晶粒でチャネル形成領域を形成することが可能とな
る。即ち、実質的に単結晶膜でチャネル形成領域を形成
したものと同等な構造とすることができる。このとき、
第１の絶縁膜の端面における側壁の角度が、ガラス基板
の主表面に対して、１０度以上４０度未満で形成するこ
とが望ましい。

【００２０】このような現象を利用することにより、結
晶質半導体膜に存在する結晶粒の大粒形化を図ることが
できる。さらに、その結晶粒の位置をＴＦＴの活性層を
形成する位置に配置させることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】[実施形態１]本発明の実施形態を
図２を用いて説明する。図２（Ａ）において、基板５０
１にはバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸
ガラスなどの無アルカリガラス基板を用いる。例えば、
コーニング社の#７０５９ガラスや#１７３７ガラス基な
どを好適に用いることができる。このようなガラス基板
は、ガラス歪み点よりも１０〜２０℃程度低い温度であ
らかじめ熱処理しておくと後の工程において基板の収縮
による変形を低減できる。

【００２２】この基板５０１のＴＦＴを形成する表面
に、透光性でかつ絶縁性を有し、熱伝導性の優れる熱伝
導層５０２を形成する。熱伝導層５０２の厚さは５０〜
５００nmとし、熱伝導率は１０Wm^-1K^-1以上であること
が必要である。このような材料として、アルミニウムの
酸化物（酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）は可視光におい
て透光性を有し、熱伝導率が２０Wm^-1K^-1であり適して
いる。また、酸化アルミニウムは化学量論比に限定され
るものでなく、熱伝導率特性と内部応力などの特性を制
御するために、他の元素を添加しても良い。例えば、酸
化アルミニウムに窒素を含ませて、酸化窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ_xＯ_1-x：０．０２≦ｘ≦０．５）を用いても
良いし、アルミニウムの窒化物（ＡｌＮ_x）を用いるこ
とも可能である。また、シリコン（Ｓｉ）、酸素
（Ｏ）、窒素（Ｎ）とＭ（Ｍはアルミニウム（Ａｌ）ま
たは希土類元素から選ばれた少なくとも一種）を含む化
合物を用いることができる。例えば、ＡｌＳｉＯＮやＬ
ａＳｉＯＮなどを好適に用いることができる。その他
に、窒化ホウ素なども適用することができる。

【００２３】上記の酸化物、窒化物、および化合物はい
ずれもスパッタ法で形成することができる。これは所定
の組成のターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）や窒素な
どの不活性ガスを用いてスパッタすることにより形成す
る。また、熱伝導度が１０００Wm^-1K^-1に達する薄膜ダ
イアモンド層やＤＬＣ（Diamond Like Carbon）層を設
けても良い。

【００２４】この上に第１の絶縁層５０３を形成する。
第１の絶縁層の熱伝導率は１０Wm^-1K^-1未満である材料
を用いる。このような材料として、酸化シリコン膜や窒
化シリコン膜などを選択することができるが、好ましく
は酸化窒化シリコン膜で形成すると良い。酸化窒化シリ
コン膜は、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏを原料ガ
スとして作製する。この原料ガスにＯ₂を添加しても良
い。作製条件は限定されないが、この第１の絶縁膜とし
ての酸化窒化シリコン膜は膜厚を５０〜５００nmとし、
含有酸素濃度を５５atomic％以上７０atomic％以下と
し、かつ、含有窒素濃度を１atomic％以上２０atomic％
以下となるようにする。このような組成として酸化窒化
シリコン膜の内部応力が低減すると共に固定電荷密度が
減少する。

【００２５】第１の絶縁膜５０３は、図２（Ｂ）に示す
ようにエッチングして島状またはストライプ状に形成す
る。エッチングはフッ化水素（ＨＦ）やフッ化水素アン
モニウム（ＮＨ₄ＨＦ₂）を含む溶液で行う。島状に形成
した第１の絶縁膜５０４、５０５の大きさは適宣決定さ
れるものである。その大きさは用途によるものである
が、例えばＴＦＴの大きさに合わせて０．３５×０．３
５μm²（チャネル長×チャネル幅）としたサブミクロン
サイズとしても良いし、８×８μm²、８×２００μm²ま
たは１２×４００μm²などとすることができる。少なく
ともＴＦＴのチャネル形成領域の位置と大きさに合わせ
て第１の絶縁層５０４、５０５を形成することにより、
この上に形成される結晶質半導体膜の一つの結晶粒でチ
ャネル形成領域を形成することが可能となる。また、第
１の絶縁層５０４、５０５の端面における側壁の角度
は、ガラス基板５０１の主表面に対して、１０°以上４
０°未満となるようにテーパー状にエッチングしてこの
上に積層させる膜のステップカバレージを確保する。こ
のように作製した熱伝導層５０２と第1の絶縁膜５０
３、５０４を、本明細書では下地層と呼ぶ。

【００２６】次に、２５〜８０nm（好ましくは３０〜６
０nm）の厚さで非晶質構造を有する半導体膜５０６を、
プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成
する。本実施形態では、プラズマＣＶＤ法で非晶質シリ
コン膜を５５nmの厚さに形成した。非晶質構造を有する
半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜が
あり、非晶質シリコン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。

【００２７】そして、レーザーアニール法を使用して非
晶質半導体膜５０６を結晶化させる。結晶化の方法は、
その他にラピットサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適
用することもできる。ＲＴＡ法では、赤外線ランプ、ハ
ロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ
などを光源に用いる。結晶化の工程ではまず、非晶質半
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１時間程度の熱処理を行い含有
する水素量を５atomic％以下にしておく。

【００２８】結晶化をレーザーアニール法にて行う場合
には、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザ
ーやアルゴンレーザー、またはＹＡＧレーザーなどの固
体レーザーをその光源とする。図２２はこのようなレー
ザーアニール装置の構成を示す図である。レーザー光発
生装置２１０１にはエキシマレーザーやアルゴンレーザ
ーなどを適用する。レーザー光発生装置２１０１から発
せられたレーザービームはビームエキスパンダー２１０
２、２１０３によりレーザービームを一方向に広げ、ミ
ラー２１０４によって反射したレーザービームは、シリ
ンドリカルレンズアレイ２１０５で分割され、シリンド
リカルレンズ２１０６、２１０７によって、線幅１００
〜１０００μｍの線状ビームにして、試料面に照射領域
２１１０を形成するように照射する。基板２１０８はＸ
方向、Ｙ方向、θ方向に動作可能なステージ２１０９に
保持される。そして、照射領域２１１０に対し、ステー
ジ２１０９を動かすことにより、基板２１０８の全面に
渡ってレーザーアニールを施すことができる。このと
き、基板２１０８は大気雰囲気中に保持しても良いし、
図２３で示すような反応室を設け、減圧下または不活性
ガス雰囲気中に保持して結晶化を行っても良い。

【００２９】図２３は図２２で説明したレーザーアニー
ル装置の基板保持方法に関する一実施形態を説明する図
である。ステージ２１０９に保持された基板２１０８は
反応室２２０６に設置される。反応室内は図示されてい
ない排気系またはガス系により減圧状態または不活性ガ
ス雰囲気とすることが出来、ステージ２１０９はガイド
レール２２０７に沿って反応室内を移動することができ
る。レーザー光は基板２１０８の上面に設けられた図示
されていない石英製の窓から入射する。このような構成
にすると、ステージ２１０９に設けた加熱手段（図示せ
ず）によって基板２１０８を３００〜５００℃まで加熱
することが可能である。また、図２３ではこの反応室２
２０６にトランスファー室２２０１、中間室２２０２、
ロード・アンロード室２２０３が接続し、仕切弁２２０
８、２２０９で分離されている。ロード・アンロード室
２２０３には複数の基板を保持することが可能なカセッ
ト２２０４が設置され、トランスファー室２２０１に設
けられた搬送ロボット２２０５により基板が搬送され
る。基板２１０８'は搬送中の基板を表す。こうのうよ
うな構成とすることによりレーザーアニールを減圧下ま
たは不活性ガス雰囲気中で連続して処理することができ
る。

【００３０】レーザーアニール条件は実施者が適宣選択
するものであるが、例えば、エキシマレーザーのパルス
発振周波数３０Hzとし、レーザーエネルギー密度を１０
０〜５００mJ/cm²(代表的には３００〜４００mJ/cm²)と
する。そして線幅１００〜１０００μm、例えば線幅４
００μmの線状ビームを基板全面に渡って照射する。こ
の線幅は島状に形成した第1の絶縁膜よりも大きいの
で、１パルスの線状ビームの照射で第1の絶縁膜上の非
晶質シリコン層を結晶化させることもできる。または、
線状ビームを走査しながら複数回照射しても良い。この
時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）を
５０〜９８％として行うと良い。レーザービームの形状
は面状としても同様に処理することができる。

【００３１】エキシマレーザーのパルス発振周波数を３
０Hzとすると、そのパルス幅は数nsec（ナノ秒）〜数十
nsec、例えば３０nsec程度であるので、非晶質シリコン
膜にパルス状の線状レーザービームを照射すると、瞬時
に加熱され、加熱時間よりも遥かに長い時間冷却される
ことになる。この時、図２（Ｄ）に示すように第１の絶
縁膜が形成されている領域を領域Ａ、それ以外の領域を
領域Ｂとすると、領域Ａは第１の絶縁膜が形成されてい
る分体積が増えるため、領域Ｂと比べレーザービームの
照射による温度上昇が低くなる。一方、レーザービーム
の照射が終わった直後からは、熱伝導層５０２を通して
熱が拡散するので、領域Ｂの方が急激に冷却される。

【００３２】連続発光型のエキシマレーザーをレーザー
発生装置２１０１に使用する場合には、同様の光学系を
使用する。例えば、出力１０００Ｗの連続発光エキシマ
レーザーを使用すると、光学系にて４００μm×１２５m
mの線状ビームにして０．１〜１０m/secの走査速度で基
板全面をスキャンすれば良い。

【００３３】レーザーアニール法では、照射するレーザ
ービームの条件を最適なものとすることにより、結晶核
の発生密度と、その結晶核からの結晶成長を制御してい
る。領域Ａは加熱と冷却の温度変化が比較的おだやかな
ものとなるため、領域Ａにある半導体膜５０８はその中
心から結晶粒が成長し、第１の絶縁層５０４、５０５上
のほぼ全面に渡って単一の結晶粒を成長させることがで
きる。一方、領域Ｂは急激に冷却されることにより、領
域Ｂにある半導体膜５０７は小さな結晶粒しか成長しな
いので、複数の結晶粒が集合した構造となる。このよう
にして、結晶粒の位置を制御した結晶質半導体膜を形成
することができる。

【００３４】その後、形成された結晶質半導体膜の領域
Ａ上にフォトレジストパターンを形成し、ドライエッチ
ングによって領域Ｂの結晶質シリコン膜を選択的に除去
して、島状半導体層５０９、５１０を形成しても良い。
ドライエッチングにはＣＦ₄とＯ₂の混合ガスを用いる。
このようにして作製された島状半導体層５０９、５１０
には１０¹⁶〜１０¹⁸/cm³の欠陥準位が残留するため、水
素雰囲気中、または１〜３％の水素を含む窒素雰囲気
中、または、プラズマ化して生成された水素を含む雰囲
気中で３００〜４５０℃の温度で加熱処理して水素化の
工程を実施すると良い。この水素化の工程によって、
０．０１〜０．１atomic％程度の水素が島状半導体層５
０９、５１０に添加される。このようにして、島状半導
体層５０９、５１０は単一の結晶粒で形成され、実質的
に単結晶と同等であるため、この部分にＴＦＴなどの素
子を形成すると単結晶シリコン基板に形成されるＭＯＳ
トランジスタに匹敵する特性を得ることができる。

【００３５】[実施形態２]図３に示す実施形態は、実施
形態１と同様に基板５０１上に熱伝導層５０２を形成
し、第１の絶縁層５０４、５０５を形成する。その後、
熱伝導層および第１の絶縁層上に第２の絶縁層５１１を
形成する。第２の絶縁層は第１の絶縁層と同様に酸化窒
化シリコン膜で形成すると良い。第２の絶縁層５１１上
には実施形態１と同様な手順により、島状半導体層５０
９、５１０を形成する。

【００３６】第２の絶縁層５１１はその膜厚を変化させ
ることで、半導体膜から基板への熱が拡散する速度を制
御することができる。また、熱伝導層として用いる材料
の種類やその作製条件にもよるが、窒化アルミニウムな
どは内部応力が比較的大きいので、その影響で半導体膜
との界面で歪みが発生し、これが結晶化に悪影響を及ぼ
す場合もあるが、図３に示すように内部応力が小さい酸
化窒化シリコン膜を形成しておくと、そのような悪影響
を緩和させることができる。この場合、第２の絶縁層の
厚さは５〜１００nmとすれば良い。

【００３７】[実施形態３]ＴＦＴの活性層とする結晶質
半導体膜の作製方法は、レーザーアニール法のみに限定
されるものでなく、レーザーアニール法と熱アニール法
を併用しても良い。例えば、図２（Ｃ）の状態の非晶質
構造を有する半導体膜５０６（非晶質シリコン膜）が形
成された基板をファーネスアニール炉を用い６００〜６
７０℃で４〜１２時間程度加熱して結晶化させ、その後
実施形態１で説明したレーザーアニール法で処理しても
同様な効果が得られる。その他に熱アニール法による結
晶化は、特開平７−１３０６５２号公報で開示される触
媒元素を用いる結晶化法にも応用することができる。

【００３８】図４（Ａ）で示すように、実施形態１と同
様にして、ガラス基板５０１上に熱伝導層５０２、第１
の絶縁層５０４、５０５を形成する。さらに、実施形態
２と同様に第２の絶縁層５１１を形成しても良いし、こ
の層は省略しても良い。そしてプラズマＣＶＤ法やスパ
ッタ法などで非晶質半導体膜５０６を２５〜８０nmの厚
さで形成する。例えば、非晶質シリコン膜を５５nmの厚
さで形成する。そして、重量換算で１０ppmの触媒元素
を含む水溶液をスピンコート法で塗布して触媒元素を含
有する層５１２を形成する。触媒元素にはニッケル（Ｎ
ｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム
（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）などであ
る。この触媒元素を含有する層５１１は、スピンコート
法の他にスパッタ法や真空蒸着法によって上記触媒元素
の層を１〜５nmの厚さに形成しても良い。

【００３９】第１の絶縁層５０４、５０５が選択的に形
成されることによって非晶質半導体膜５０６の表面に凹
凸が形成される。触媒元素を含む水溶液をスピンコート
法で塗布して触媒元素を含有する層５１２を形成した場
合、触媒元素を含有する層５１２の厚さは一様ではな
く、相対的に第１の絶縁層が形成されない凹の領域が厚
くなる。その結果、次の熱アニールの工程で半導体膜中
に拡散する触媒元素の濃度も多くなる。

【００４０】そして、図４（Ｂ）に示す結晶化の工程で
は、まず４００〜５００℃で１時間程度の熱処理を行
い、非晶質シリコン膜の含有水素量を５atomic％以下に
する。そして、ファーネスアニール炉を用い、窒素雰囲
気中において５５０〜６００℃で１〜８時間の熱アニー
ルを行う。以上の工程により結晶質シリコン膜を得るこ
とができる。しかし、ここまでの工程で熱アニールによ
って作製された結晶質半導体膜５１３は、透過型電子顕
微鏡などで微視的に観察すると複数の結晶粒から成り、
その結晶粒の大きさとその配置は一様ではなくランダム
なものである。また、ラマン分光法で観測すると局所的
に非晶質領域が残存していることが観察されることがあ
る。

【００４１】このような結晶質半導体膜５１３の結晶粒
を所定の位置に形成できるように制御し、また大粒形化
を目的として、レーザーアニール法をこの段階で実施す
ると有効である。レーザーアニール法では結晶質半導体
膜５１３を一旦溶融状態にしてから再結晶化させるた
め、上記目的を達成することができる。例えば、ＸｅＣ
ｌエキシマレーザー（波長３０８nm）を用い、光学系で
線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Hz、エネル
ギー密度１００〜５００mJ/cm²として線状ビームのオー
バーラップ率を８０〜９８％として照射する。この時、
図４（Ｃ）に示すように、第１の絶縁層５０４、５０５
が形成されている領域Ａとそれ以外の領域Ｂとでは、前
述のようにレーザービームの照射により加熱される最高
温度と、照射後の冷却速度がことなることにより、領域
Ａでは大きな結晶粒が成長しやすくなる一方で、領域Ｂ
は急激に冷却されることにより、小さな結晶粒しか成長
しない。このようにして、大粒形の位置を制御した結晶
質半導体膜を形成することができる。

【００４２】このようにして、第１の絶縁層上に形成さ
れた作製された結晶質半導体膜５１４は、その領域上で
ほぼ単一の結晶粒を形成させることができる。それ以外
の結晶質半導体膜５１５は相対的に小さく、大きさもラ
ンダム結晶粒が形成される領域である。しかし、この状
態で結晶質半導体膜５１４、５１５の表面に残存する触
媒元素の濃度は３×１０¹⁰〜２×１０¹¹atoms/cm²であ
る。

【００４３】そこで、特開平１０−２４７７３５号公報
で開示されているゲッタリングの工程を行っても良い。
このゲッタリングの工程により結晶質シリコン膜中の触
媒元素の濃度を１×１０¹⁷atoms/cm³以下、好ましくは
１×１０¹⁶atoms/cm³にまで低減させることができる。
まず、図４（Ｄ）に示すように、結晶質半導体膜５１
４、５１５の表面にマスク絶縁膜膜５１６を１５０nmの
厚さに形成し、パターニングにより開口部５１７を形成
し、結晶質シリコン膜を露出させる。そして、リンを添
加する工程を実施して、結晶質シリコン膜にリン含有領
域５１８を設ける。この状態で、図４（Ｅ）に示すよう
に、窒素雰囲気中で５００〜８００℃（好ましくは５０
０〜５５０℃）、５〜２４時間、例えば５２５℃、１２
時間の熱処理を行うと、リン含有領域５１８がゲッタリ
ングサイトとして働き、結晶質シリコン膜５１４、５１
５に残存している触媒元素をリン含有領域５１８に偏析
させることができる。そして、マスク絶縁膜膜５１６と
リン含有領域５１８を除去し、図４（Ｆ）に示すように
島状半導体層５１９、５２０を形成することにより、結
晶化の工程で使用した触媒元素の濃度を１×１０¹⁷atom
s/cm³以下にまで低減された結晶質シリコン膜を得るこ
とができる。

【００４４】このようにして、触媒元素を添加して熱ア
ニール法により作製した結晶質シリコン膜に対し、本発
明のレーザーアニール法による結晶化の工程を実施する
と、実施形態１において示したレーザーアニール法のみ
の結晶化の工程と比較して、さらに結晶粒の大きな結晶
質半導体膜を得ることがでる。しかし、作製された島状
半導体層５１９、５２０には１０¹⁶〜１０¹⁸/cm³の欠陥
準位が残留するため、水素雰囲気中、または１〜３％の
水素を含む窒素雰囲気中、または、プラズマ化して生成
された水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃の温度で
加熱処理して水素化の工程を実施することによって欠陥
密度を１０¹⁶/cm³以下にすることができる。この水素化
の工程によって、０．０１〜０．１atomic％程度の水素
が島状半導体層５１９、５２０に添加される。

【００４５】

【実施例】［実施例１］本実施例では、ｎチャネル型Ｔ
ＦＴとｐチャネル型ＴＦＴでなるＣＭＯＳ回路の作製工
程を図５と図６を用いて説明する。

【００４６】図５（Ａ）において、基板１０１にはコー
ニング社の#７０５９ガラスや#１７３７ガラス基板など
に代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウ
ケイ酸ガラスなどを用いる。そして、ガラス歪み点より
も１０〜２０℃程度低い温度であらかじめ熱処理してお
くと後の工程において基板の収縮による変形を低減でき
る。この基板１０１のＴＦＴを形成する表面に、透光性
と絶縁性を有する熱伝導層１０２を少なくとも１層形成
する。ここでは、酸化窒化アルミニウム（ＡｌＮ
_xＯ_1-x：０．０２≦ｘ≦０．５）を５０〜５００nmの厚
さで形成する。その他にＳｉ、Ｎ、Ｏ、Ｍ（ＭはＡｌ、
Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒから選ばれた
少なくとも１つの元素）、例えばＡｌＳｉＯＮ、ＬａＳ
ｉＯＮなどで形成しても良い。このような熱伝導層はス
パッタ法で形成することができる。所望の組成のターゲ
ットを用い、アルゴン（Ａｒ）や窒素などの不活性ガス
を用いてスパッタすることにより形成できる。また、熱
伝導度が１０００Wm^-1K^-1に達する薄膜ダイアモンド層
やＤＬＣ（Diamond Like Carbon）層を設けても良い。

【００４７】そして、この上にプラズマＣＶＤ法でＳｉ
Ｈ₄、Ｎ₂Ｏから作製する酸化窒化シリコン膜を５０〜５
００nmの厚さで形成し、フッ化水素（ＨＦ）やフッ化水
素アンモニウム（ＮＨ₄ＨＦ₂）を含む溶液で部分的にエ
ッチングして、島状に第１の絶縁膜１０３、１０４を形
成する。この第１の絶縁膜の含有酸素濃度は５５atomic
％以上７０atomic％以下とし、かつ、含有窒素濃度１at
omic％以上２０atomic％以下となるようにする。このよ
うな組成とすることにより、膜中の固定電荷密度を低減
させ、さらに膜を緻密化できる。

【００４８】島状に形成した第１の絶縁膜１０３、１０
４の大きさは、後の工程で活性層とすべく形成する島状
半導体層の大きさと同じかそれよりも若干大きく形成す
る。もしくは、ＴＦＴのチャネル形成領域の大きさと同
じか若干大きくする。島状半導体層の大きさは要求され
るＴＦＴの特性に応じて適宣決められるものであるが、
例えば、２０μm×８μm（チャネル長方向の長さ×チャ
ネル幅方向の長さ）としても良いし、２８μm×３０μ
m、４５μm×６３μmなど様々な大きさで形成される。
従って、第１の絶縁膜１０３、１０４の外寸は、それぞ
れの島状半導体層の大きさに合わせて、同じ大きさかそ
れよりも１〜２０％程度大きくする。また、第１の絶縁
膜１０３、１０４の端面における側壁の角度は、ガラス
基板の主表面に対して、１０度以上４０度未満となるよ
うにテーパーエッチングしてこの上に積層させる膜のス
テップかバレージを確保する。

【００４９】さらに、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、Ｎ₂
Ｏから作製する酸化窒化シリコン膜から成る第２の絶縁
層１０５を形成する。酸化窒化シリコン膜の組成は、含
有酸素濃度が５５atomic％以上６５atomic％以下であ
り、かつ、含有窒素濃度が１atomic％以上２０atomic％
以下として、内部応力を低減させておき、この上に形成
する半導体層に直接ストレスが及ばないようにする。第
２の絶縁膜は１０〜２００nm（好ましくは２０〜１００
nm）の厚さで形成する。第２の絶縁層は実施形態１で示
すように省略することもできる。

【００５０】次に、２５〜８０nm（好ましくは３０〜６
０nm）の厚さで非晶質構造を有する半導体層を、プラズ
マＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。
例えば、プラズマＣＶＤ法で非晶質シリコン膜を５５nm
の厚さに形成する。非晶質構造を有する半導体膜として
は、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜があり、非晶質シ
リコン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。また、下地層のうち第２の
絶縁層と非晶質半導体層とは両者を連続形成しても良
い。

【００５１】そして、実施形態１〜３に記載したいずれ
かの方法を選択し、結晶質半導体膜（ここでは結晶質シ
リコン膜）を形成し、エッチング処理をして島状半導体
層１０７、１０８ａを形成する。エッチング処理はドラ
イエッチング法で行い、ＣＦ ₄とＯ₂の混合ガスを用い
た。島状半導体層１０７、１０８ａはそれぞれ単一の結
晶粒から成るものであり、エッチングによりパターン形
成したものは実質的に単結晶とみなすことができた。そ
の後、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、またはスパッ
タ法により５０〜１００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜に
よるマスク層１０９を形成する。例えば、プラズマＣＶ
Ｄ法による場合、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraeth
yl Ortho silicate：ＴＥＯＳ）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、１００〜１５０nm代表的には１３０nmの厚さに形
成する。

【００５２】図７（Ａ）は図５（Ａ）における上面図を
示している。図７（Ａ）では、マスク層と第１および第
２の絶縁膜は省略して表している。島状半導体層１０
７、１０８ｂは、島状にパターン形成された第１の絶縁
膜１０３、１０４にそれぞれ重なるようにして設けられ
ている。図７（Ａ）において、Ａ−Ａ'断面が図５
（Ａ）における断面構造に対応している。

【００５３】そして図５（Ｂ）に示すように、フォトレ
ジストマスク１１０を設け、ｎチャネル型ＴＦＴを形成
する島状半導体層１０８ａにしきい値電圧を制御する目
的で１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷atoms／cm³程度の濃度でｐ
型を付与する不純物元素を添加する。半導体に対してｐ
型を付与する不純物元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミニ
ウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族
の元素が知られている。ここではイオンドープ法でジボ
ラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いホウ素（Ｂ）を添加した。ホウ素
（Ｂ）添加は必ずしも必要でなく省略しても差し支えな
いが、ホウ素（Ｂ）を添加した半導体層１０８ｂはｎチ
ャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収める
ために形成することができる。

【００５４】ｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成す
るために、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体層１
０８ｂに選択的に添加する。半導体に対してｎ型を付与
する不純物元素には、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アン
チモン（Ｓｂ）など周期律表第１５族の元素が知られて
いる。フォトレジストマスク１１１を形成し、ここでは
リン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ₃）を用
いたイオンドープ法を適用した。形成される不純物領域
１１２におけるリン（Ｐ）濃度は２×１０¹⁶〜５×１０
¹⁹atoms／cm³の範囲とする（図５（Ｃ））。本明細書中
では、不純物領域１１２に含まれるｎ型を付与する不純
物元素の濃度を（ｎ^-）と表す。

【００５５】次に、マスク層１０９を純水で希釈したフ
ッ酸などのエッチング液により除去した。そして、図５
（Ｂ）と（Ｃ）で島状半導体層１０８ｂに添加した不純
物元素を活性化させる工程を行う。活性化は窒素雰囲気
中において５００〜６００℃で１〜４時間の熱アニール
や、他の手法としてレーザーアニールなどの方法により
行うことができる。また、両方の方法を併用して行って
も良い。本実施例では、レーザー活性化の方法を用い、
エキシマレーザー光を用い、線状ビームを形成して、発
振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００
mJ/cm²として線状ビームのオーバーラップ率を８０〜９
８％として、島状半導体層が形成された基板全面を処理
した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事
項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。

【００５６】ゲート絶縁膜１１３はプラズマＣＶＤ法ま
たはスパッタ法を用い、膜厚を４０〜１５０nmとしてシ
リコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、１２０nmの厚
さで、第１の絶縁膜と同じ酸化窒化シリコン膜で形成す
ると良い。また、ＳｉＨ₄とＮ₂ＯにＯ₂を添加させて作
製された酸化窒化シリコン膜は、膜中の固定電荷密度が
低減されているのでさらに良い。ゲート絶縁膜は、この
ような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他
のシリコン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（図５（Ｄ））。

【００５７】図５（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜上
にゲート電極を形成するために導電層を成膜する。この
導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あ
るいは三層といった積層構造とすることもできる。本実
施形態では、導電性の窒化物金属膜から成る導電層
（Ａ）１１４と金属膜から成る導電層（Ｂ）１１５とを
積層した構造とした。導電層（Ｂ）１１５はタンタル
（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タン
グステン（Ｗ）から選ばれた元素、または前記元素を主
成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜（代
表的にはＭｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜）で形成す
れば良く、導電層（Ａ）１１４は窒化タンタル（Ｔａ
Ｎ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）膜、窒化モリブデン（ＭｏＮ）などで形成する。ま
た、導電層（Ａ）１１４はタングステンシリサイド、チ
タンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良
い。導電層（Ｂ）１１５は低抵抗化を図るために含有す
る不純物濃度を低減させると良く、特に酸素濃度に関し
ては３０ppm以下とすると良かった。例えば、タングス
テン（Ｗ）は酸素濃度を３０ppm以下とすることで２０
μΩcm以下の比抵抗値を実現することができる。

【００５８】導電層（Ａ）１１４は１０〜５０nm（好ま
しくは２０〜３０nm）とし、導電層（Ｂ）１１５は２０
０〜４００nm（好ましくは２５０〜３５０nm）とすれば
良い。本実施例では、導電層（Ａ）１１４に３０nmの厚
さのＴａＮ膜を、導電層（Ｂ）１１５には３５０nmのＴ
ａ膜を用い、いずれもスパッタ法で形成した。ＴａＮ膜
はＴａをターゲットとしてスパッタガスにＡｒと窒素と
の混合ガスを用いて成膜した。ＴａはスパッタガスにＡ
ｒを用いた。また、これらのスパッタガス中に適量のＸ
ｅやＫｒを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和
して膜の剥離を防止することができる。α相のＴａ膜の
抵抗率は２０μΩcm程度でありゲート電極に使用するこ
とができるが、β相のＴａ膜の抵抗率は１８０μΩcm程
度でありゲート電極とするには不向きであった。ＴａＮ
膜はα相に近い結晶構造を持つので、この上にＴａ膜を
形成すればα相のＴａ膜が容易に得られた。尚、図示し
ないが、導電層（Ａ）１１４の下に２〜２０nm程度の厚
さでリン（Ｐ）をドープしたシリコン膜を形成しておく
ことは有効である。これにより、その上に形成される導
電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、導電層
（Ａ）または導電層（Ｂ）が微量に含有するアルカリ金
属元素がゲート絶縁膜１１３に拡散するのを防ぐことが
できる。いずれにしても、導電層（Ｂ）は抵抗率を１０
〜５００μΩcmの範囲ですることが好ましい。

【００５９】次に、所定のパターンのフォトレジストマ
スクを形成し、導電層（Ａ）１１４と導電層（Ｂ）１１
５とを一括でエッチングしてゲート電極１１６、１１７
を形成する。例えば、ドライエッチング法によりＣＦ₄
とＯ₂の混合ガス、またはＣｌ ₂を用いて１〜２０Paの反
応圧力で行うことができる。ゲート電極１１６、１１７
は、導電層（Ａ）から成る１１６ａ、１１７ａと、導電
層（Ｂ）から成る１１６ｂ、１１７ｂとが一体として形
成されている。この時、ｎチャネル型ＴＦＴに設けるの
ゲート電極１１７は不純物領域１１２の一部と、ゲート
絶縁膜１１３を介して重なるように形成する。また、ゲ
ート電極は導電層（Ｂ）のみで形成することも可能であ
る（図６（Ａ））。

【００６０】図７（Ｂ）は図６（Ａ）における上面図を
示している。図７（Ｂ）では、ゲート絶縁膜と第１およ
び第２の絶縁膜とは省略して表している。島状半導体層
１０７、１０８ｂ上にゲート絶縁膜を介して設けられる
ゲート電極１１６、１１７は、ゲート配線１２８に接続
する。図７（Ｂ）において、Ａ−Ａ'断面が図６（Ａ）
における断面構造に対応している。

【００６１】次いで、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島
状半導体層１０７にソース領域およびドレイン領域とす
る不純物領域１１９を形成する。ここでは、ゲート電極
１１６をマスクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加
し、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、ｎ
チャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層１０８ｂはフ
ォトレジストマスク１１８で被覆しておく。そして、不
純物領域１１９はジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンド
ープ法で形成する。この領域のボロン（Ｂ）濃度は３×
１０²⁰〜３×１０²¹atoms／cm³となるようにする（図６
（Ｂ））。本明細書中では、ここで形成された不純物領
域１３４に含まれるｐ型を付与する不純物元素の濃度を
（ｐ⁺）と表す。

【００６２】次に、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状
半導体層１０８ｂにソース領域またはドレイン領域を形
成する不純物領域１２１の形成を行った。ここでは、フ
ォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法で行い、
この領域のリン（Ｐ）濃度を１×１０²⁰〜１×１０²¹at
oms/cm³とした（図６（Ｃ））。本明細書中では、ここ
で形成された不純物領域１２１に含まれるｎ型を付与す
る不純物元素の濃度を（ｎ⁺）と表す。不純物領域１１
９にも同時にリン（Ｐ）が添加されるが、既に前の工程
で添加されたボロン（Ｂ）濃度と比較して不純物領域１
１７に添加されたリン（Ｐ）濃度はその１／２〜１／３
程度なのでｐ型の導電性が確保され、ＴＦＴの特性に何
ら影響を与えることはない。

【００６３】その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型
またはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程を熱
アニール法で行う。この工程はファーネスアニール炉を
用いれば良い。その他に、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）で行うことが
できる。アニール処理は酸素濃度が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℃で行うものであり、本
実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行った。また、
アニール処理の前に、５０〜２００nmの厚さの保護絶縁
層１２２を酸化窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などで
形成すると良い。酸化窒化シリコン膜は表１のいずれの
条件でも形成できるが、その他にも、ＳｉＨ₄を２７SCC
M、Ｎ₂Ｏを９００SCCMとして反応圧力１６０Pa、基板温
度３２５℃、放電電力密度０．１W/cm²で形成すると良
い（図６（Ｄ））。

【００６４】活性化の工程の後、さらに、３〜１００％
の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２
時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を
行った。この工程は熱的に励起された水素により島状半
導体層にある１０¹⁶〜１０¹⁸/cm³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。

【００６５】活性化および水素化の工程が終了したら、
保護絶縁層上にさらに酸化窒化シリコン膜または酸化シ
リコン膜を積層させ、層間絶縁層１２３を形成する。酸
化窒化シリコン膜は保護絶縁層１１９と同様にしてＳｉ
Ｈ₄を２７SCCM、Ｎ₂Ｏを９００SCCMとして反応圧力１６
０Pa、基板温度３２５℃とし、放電電力密度を０．１５
W/cm²として、５００〜１５００nm（好ましくは６００
〜８００nm）の厚さで形成する。そして、層間絶縁層１
２３および保護絶縁層１２２ＴＦＴのソース領域または
ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソー
ス配線１２４、１２５と、ドレイン配線１２６を形成す
る。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ
膜を１００nm、Ｔｉを含むアルミニウム膜３００nm、Ｔ
ｉ膜１５０nmをスパッタ法で連続して形成した３層構造
の積層膜とした。

【００６６】次に、パッシベーション膜１２７として、
窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を５０〜５０
０nm（代表的には１００〜３００nm）の厚さで形成す
る。さらに、この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特
性向上に対して好ましい結果が得られた。例えば、３〜
１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で
１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ
水素化法を用いても同様の効果が得られた。また、この
ような熱処理により層間絶縁層１２３および保護絶縁層
１２２に存在する水素を島状半導体層１０７、１０８ｂ
に拡散させ水素化をすることもできる。いずれにして
も、島状半導体層１０７、１０８ｂ中の欠陥密度を１０
¹⁶/cm³以下とすることが望ましく、そのために水素を
０．０１〜０．１atomic％程度付与すれば良かった。

【００６７】こうして図６（Ｅ）に示すように、基板１
０１上に、ｎチャネル型ＴＦＴ１５１とｐチャネル型Ｔ
ＦＴ１５０とを完成させることができた。ｐチャネル型
ＴＦＴ１５０には、島状半導体層１０７にチャネル形成
領域１５２、ソース領域１５３、ドレイン領域１５４を
有している。ｎチャネル型ＴＦＴ１５１には、島状半導
体層１０８にチャネル形成領域１５５、ゲート電極１１
７と重なるＬＤＤ領域１５６（以降、このようなＬＤＤ
領域をＬovと記す）、ソース領域１５７、ドレイン領域
１５８を有している。このＬov領域のチャネル長方向の
長さは、チャネル長３〜８μmに対して、０．５〜３．
０μm（好ましくは１．０〜１．５μm）とした。図２で
はそれぞれのＴＦＴをシングルゲート構造としたが、ダ
ブルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けた
マルチゲート構造としても差し支えない。

【００６８】図７（Ｃ）は図６（Ｅ）における上面図を
示している。ソース配線１２４、１２５は、図示してい
ない層間絶縁層１２３、保護絶縁層１２２に設けられた
コンタクトホールによって島状半導体層１０７、１０８
ｂと接触している。図７（Ｃ）において、Ａ−Ａ'断面
が図６（Ｅ）における断面構造に対応している。

【００６９】このようにして作製されたｐチャネル型Ｔ
ＦＴ１５０とｎチャネル型ＴＦＴ１５１とは、チャネル
形成領域が単一の結晶粒、即ち単結晶で形成されてい
る。その結果、ＴＦＴの動作時における電流輸送特性
は、粒界のポテンシャルやトラップの影響を受けること
がないので、単結晶シリコン基板に作製したＭＯＳトラ
ンジスタに匹敵する特性を得ることができる。また、こ
のようなＴＦＴを用いてシフトレジスタ回路、バッファ
回路、Ｄ／Ａコンバータ回路、レベルシフタ回路、マル
チプレクサ回路などを形成することができる。これらの
回路を適宣組み合わせることにより、液晶表示装置やＥ
Ｌ表示装置、および密着型イメージセンサなどガラス基
板上に作製される半導体装置を形成することができる。

【００７０】[実施例２]本実施例は図８を用い、実施例
１で作製したＴＦＴに対し、下地層を異なる形態で作製
するものについて説明する。図８で示すＴＦＴ断面構造
は、実施例１の作製手順に従って形成されるものであ
り、ここでは、実施例１との差異について示す。

【００７１】図８（Ａ）は、熱伝導層１０２、選択的に
形成された第１の絶縁層１０３、１０４上に、Ｓｉ
Ｈ₄、Ｎ₂Ｏ、ＮＨ₃からプラズマＣＶＤ法で作製した酸
化窒化シリコン膜から成る絶縁層１３３を設ける。この
酸化窒化シリコン膜は、含有酸素濃度が２０atomic％以
上３０atomic％以下であり、かつ、含有窒素濃度が２０
atomic％以上３０atomic％以下である酸化窒化シリコン
膜であり、酸素の含有量と窒素の含有量をほぼ同等とし
て形成する。その結果、窒化シリコン膜よりも内部応力
を低減させ、かつ、アルカリ金属元素のブロッキング性
をもたせることができる。さらにこの上に第２の絶縁層
５１１を形成する。第１の絶縁層１０３、１０４の厚さ
５０〜５００nmに対し、絶縁層１３３は５０〜２００nm
の厚さで形成する。第３の絶縁層は応力を緩和する作用
があり、その結果、ＴＦＴのしきい値電圧やS値の変動
を抑える効果がある。

【００７２】図８（Ｂ）は第１の絶縁層１３４、１３５
の大きさが島状半導体層１０７、１０８よりも相対的に
小さくしたものである。第１の絶縁層上における結晶粒
は大粒形化するが、このときチャネル形成領域１５２、
１５５をこの部分に位置させると、チャネル形成領域内
に結晶粒界を無くすことも可能である。

【００７３】図８（Ｃ）において、ガラス基板１３６の
ＴＦＴを形成する表面に溝が形成されている。溝の深さ
は５０〜５００nmとし、このような溝加工は所定のパタ
ーンでフォトレジストマスクをガラス基板表面に形成し
ておき、フッ化水素（ＨＦ）を含む水溶液でエッチング
することにより容易に形成できる。そして、溝が形成さ
れた表面に熱伝導層を形成する。熱伝導層１３７の厚さ
は５０〜５００nmとする。その上に第１の絶縁層を５０
０〜２０００nmの厚さで形成する。その後、ＣＭＰ（Ch
emical-Mechanical Polishing：化学的・機械的ポリッ
シング）法を用いて表面を平坦化する。例えば、深さ２
００nmの溝が形成されている表面に、熱伝導層１３７を
１００nmの厚さで形成し、第１の絶縁層を１０００nmの
厚さで形成する。その後、ＣＭＰ法を用いて平坦化する
ことにより、第１の絶縁層１３８の厚さは溝が形成され
ている部分で５００nm、溝が形成されていない部分で３
００nmとすることができる。第２の絶縁膜に用いる酸化
窒化シリコン膜に対するＣＭＰの研磨剤には、例えば、
塩化シリコンガスを熱分解して得られるフュームドシリ
カ粒子をＫＯＨ添加水溶液に分散したものを用いる。こ
のようにして平坦化された表面上に、実施形態１と同様
にしてＴＦＴを作製する。

【００７４】図８（Ｄ）は、ｎチャネル型ＴＦＴ１５１
とｐチャネル型ＴＦＴ１５０とを、第１の絶縁層１４０
上に形成した一つの島状半導体層１４３に形成した例を
示す。それぞれのＴＦＴを作製する工程は同一であり、
使用するフォトマスクのレイアウトパターンを変更する
ことで、図８（Ｄ）の構造を完成させることができる。
実施例１における図６（Ｄ）と同様に、ｐチャネル型Ｔ
ＦＴ１５０には、チャネル形成領域１５２、ソース領域
１５３、ドレイン領域１５４を有している。ｎチャネル
型ＴＦＴ１５１には、チャネル形成領域１５５、ゲート
電極１５７と重なるＬＤＤ領域１５６、ソース領域１５
７、ドレイン領域１５８を有している。図６〜図８では
それぞれのＴＦＴをシングルゲート構造とする例を示し
たが、ゲート電極の構造はこの他にダブルゲート構造で
も良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造
としても差し支えない。このように２つのＴＦＴを近接
させることにより、ＴＦＴの特性バラツキを低減させる
ことが可能であり、また、集積度を向上させることがで
きる。

【００７５】[実施例３]本実施形態を図２７と図２８を
用い、実施例１とは異なる構造のｎチャネル型ＴＦＴと
ｐチャネル型ＴＦＴでなるＣＭＯＳ回路の作製工程を示
す。ここでの工程順および作製条件の許容される範囲は
実施例１に従う。

【００７６】図２７（Ａ）に示すように、実施例１と同
様に、ガラス基板１５０１上に第１の絶縁膜１５０２、
第２の絶縁膜１５０３〜１５０５、第３の絶縁膜１５０
６を形成する。パターン形成されている第２の絶縁膜の
サイズに限定はないが、後の工程で４５μm×６５μm
（チャネル長方向の長さ×チャネル幅方向の長さ）の島
状半導体層を形成するために、例えば、第２の絶縁膜１
５０４のサイズは５０μm×７０μmで形成する。そして
この上に非晶質シリコン膜１５０７ａを形成する。

【００７７】次に、図２７（Ｂ）に示すように実施形態
１で説明したレーザーアニール法を用いて結晶質シリコ
ン膜１５０７ｂを形成する。第２の絶縁膜上において、
結晶粒径は数μｍのサイズで成長するが、必ずしも単一
の結晶粒である必要はなく、複数の結晶粒が存在しても
構わない。

【００７８】そして、図２７（Ｃ）に示すように、第２
の絶縁膜１５０４上に第３の絶縁膜１５０６を介して４
５μｍ×６５μｍの島状半導体層１５０８を形成する。
そしてマスク層１５０９を形成する。図６（Ｄ）から図
７（Ｆ）で示す工程は、この島状半導体層１５０８を活
性層としてｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを
形成し、ＣＭＯＳ回路を形成する工程を説明するもので
ある。

【００７９】図２７（Ｄ）はチャネルドープの工程であ
り、レジストマスク１５１０を設け、ｎチャネル型ＴＦ
Ｔを形成する領域にイオンドープ法でボロン（Ｂ）を添
加する。図２７（Ｅ）では、レジストマスク１５１１を
設け、ｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域とするｎ^-不純
物領域１５１２を形成する。そして、図２７（Ｆ）で示
すように、マスク層１５０９を除去してレーザー活性化
の処理を行い、ゲート絶縁膜１５１３を形成する。

【００８０】図２８（Ａ）において、ゲート絶縁膜上に
導電層（Ａ）１５１４、導電層（Ｂ）１５１５をスパッ
タ法で形成する。これらの導電層の好ましい組み合わせ
は、導電層（Ａ）をＴａＮとし、導電層（Ｂ）をＴａと
する組み合わせ、または導電層（Ａ）をＷＮとし、導電
層（Ｂ）をＷで形成する組み合わせである。そして、図
２８（Ｂ）に示すようにゲート電極１５１６、１５１７
を形成する。ゲート電極１５１６、１５１７は、導電層
（Ａ）から成る１５１６ａ、１５１７ａと導電層（Ｂ）
から成る１５１６ｂ、１５１７ｂで構成される。

【００８１】そして、これらのゲート電極をマスクとし
て、イオンドープ法により不純物元素を添加して自己整
合的にソース領域およびドレイン領域を形成する。図２
８（Ｃ）はｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレ
イン領域を形成する工程であり、ｐ型を付与する不純物
元素をイオンドープ法で添加して、ｐ⁺不純物領域１５
１９を形成する。このとき、ｎチャネル型ＴＦＴが形成
される領域はレジストマスク１５１８で覆っておく。図
２８（Ｄ）はｎチャネル型ＴＦＴのソース領域およびド
レイン領域を形成する工程であり、ｎ型を付与する不純
物元素をイオンドープ法で添加して、ｎ⁺不純物領域１
５２１を形成する。不純物領域１５１９にも同時にリン
（Ｐ）が添加されるが、既に前の工程で添加されたボロ
ン（Ｂ）濃度と比較して不純物領域１５２０に添加され
たリン（Ｐ）濃度はその１／２〜１／３程度なのでｐ型
の導電性が確保され、ＴＦＴの特性に何ら影響を与える
ことはない。

【００８２】その後、図２８（Ｅ）に示すように保護絶
縁層１５２２を形成し、活性化工程および水素化工程を
実施する。活性化および水素化の工程が終了したら、保
護絶縁層上にさらに酸化窒化シリコン膜または酸化シリ
コン膜を積層させ、層間絶縁層１５２３を形成する。そ
して、層間絶縁層１５２３および保護絶縁層１５２２Ｔ
ＦＴのソース領域またはドレイン領域に達するコンタク
トホールを形成し、ソース配線１５２４、１５２５と、
ドレイン配線１５２６を形成する。次に、パッシベーシ
ョン膜１５２７として、窒化シリコン膜または酸化窒化
シリコン膜を５０〜５００nm（代表的には１００〜３０
０nm）の厚さで形成する。さらに、この状態で水素化処
理を行うとＴＦＴの特性向上に対して好ましい結果が得
られる。

【００８３】こうして基板１５０１上に、ｎチャネル型
ＴＦＴ１５５１とｐチャネル型ＴＦＴ１５５０とを完成
させることができる。ｐチャネル型ＴＦＴ１５５０には
チャネル形成領域１５５２、ソース領域１５５３、ドレ
イン領域１５５４を有している。ｎチャネル型ＴＦＴ１
５５１はチャネル形成領域１５５５、ゲート電極１５１
７と重なるＬＤＤ領域１５５６、ソース領域１５５７、
ドレイン領域１５５８を有している。図２８ではそれぞ
れのＴＦＴをシングルゲート構造としたが、ダブルゲー
ト構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲ
ート構造としても差し支えない。

【００８４】このようにして、一つの島状に形成された
第２の絶縁層１５０４上に島状半導体層１５０８を形成
し、その島状半導体層１５０８を用いて２つのＴＦＴを
形成することもできる。このように２つのＴＦＴを近接
させることにより、ＴＦＴの特性バラツキを低減させる
ことが可能であり、また、集積度を向上させることがで
きる。

【００８５】[実施例４]図９〜図１３を用い、画素部の
画素ＴＦＴと、画素部の周辺に設けられる駆動回路のＴ
ＦＴを同一基板上に作製する方法について工程に従って
詳細に説明する。但し、説明を簡単にするために、制御
回路ではシフトレジスタ回路、バッファ回路などの基本
回路であるＣＭＯＳ回路と、サンプリング回路を形成す
るｎチャネル型ＴＦＴとを図示することにする。

【００８６】図９（Ａ）において、基板２０１にはバリ
ウムホウケイ酸ガラス基板やアルミノホウケイ酸ガラス
基板を用いる。本実施例ではアルミノホウケイ酸ガラス
基板を用いた。この基板２０１のＴＦＴを形成する表面
に、熱伝導層２０２として、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）を５０nmの厚さで形成する。その上に島状に加工し
た酸化窒化シリコン膜から成る第１の絶縁層２０３〜２
０６を２００nmの厚さで形成する。さらにその上に酸化
窒化シリコン膜から成る第２の絶縁層２０７を１００nm
の厚さで形成した。このように、熱伝導層２０２と第１
の絶縁層２０３〜２０６、および第２の絶縁層２０７を
積層して下地層とした。

【００８７】次に、２５〜８０nm（好ましくは３０〜６
０nm）の厚さで非晶質構造を有する半導体層２０８ａ
を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で
形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法で非晶質シ
リコン膜を５５nmの厚さに形成した。非晶質構造を有す
る半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜
があり、非晶質シリコン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。また、第
２の絶縁膜２０７と非晶質シリコン層２０８ａとは同じ
成膜法で形成することが可能であるので、両者を連続形
成しても良い。第２の絶縁膜を形成した後、一旦大気雰
囲気に晒さないことでその表面の汚染を防ぐことが可能
となり、作製するＴＦＴの特性バラツキやしきい値電圧
の変動を低減させることができる。

【００８８】そして、非晶質シリコン層２０８ａから結
晶質シリコン膜２０８ｂを形成する。これは実施形態１
で示したように、本発明のレーザーアニール法を適用す
る。また、実施形態３で示した特開平７−１３０６５２
号公報で開示された技術に従って、熱アニール法とレー
ザーアニール法を組み合わせて結晶性シリコン膜２０８
ｂを形成しても良い。レーザーアニール法を用いる場合
には、例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８
nm）をレーザー光発生装置として、図２１で示したレー
ザーアニール装置を用い、光学系で線状ビームを形成し
て、発振周波数５〜５０Hz、エネルギー密度１００〜５
００mJ/cm²として線状ビームのオーバーラップ割合を８
０〜９８％として照射する。このようにして、結晶性シ
リコン膜２０８ｂを得る（図９（Ｂ））。

【００８９】そして、結晶質シリコン膜２０８ｂをエッ
チング処理して島状に分割し、島状半導体層２０９、２
１０ａ〜２１２ａを形成し活性層とする。その後、プラ
ズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、またはスパッタ法により
５０〜１００nmの厚さの酸化シリコン膜によるマスク層
２１３を形成する。例えば、減圧ＣＶＤ法でＳｉＨ₄と
Ｏ₂との混合ガスを用い、２６６Paにおいて４００℃に
加熱して酸化シリコン膜を形成する（図９（Ｃ））。

【００９０】チャネルドープ工程は、フォトレジストマ
スク２１４を設け、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状
半導体層２１０ａ〜２１２ａの全面にしきい値電圧を制
御する目的で１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷atoms/cm³程度の
濃度でｐ型を付与する不純物元素としてボロン（Ｂ）を
添加した。ボロン（Ｂ）の添加はイオンドープ法で実施
しても良いし、非晶質シリコン膜を成膜するときに同時
に添加しておくこともできる。ここでのボロン（Ｂ）添
加は必ずしも必要でないが、ボロン（Ｂ）を添加した半
導体層２１０ｂ〜２１２ｂはｎチャネル型ＴＦＴのしき
い値電圧を所定の範囲内に収めるために形成することが
好ましかった（図９（Ｄ））。

【００９１】駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領
域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素を島状
半導体層２１０ｂ、２１１ｂに選択的に添加する。あら
かじめフォトレジストマスク２１５〜２１８を形成し
た。ここではリン（Ｐ）を添加するために、フォスフィ
ン（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法を適用した。形成
された不純物領域（ｎ^-）２１９、２２０のリン（Ｐ）
濃度は１×１０¹⁷〜５×１０¹⁹atoms/cm³のとする（図
１０（Ａ））。また、不純物領域２２１は、画素部の保
持容量を形成するための半導体層であり、この領域にも
同じ濃度でリン（Ｐ）を添加した。

【００９２】次に、マスク層２１３をフッ酸などにより
除去して、図９（Ｄ）と図１０（Ａ）で添加した不純物
元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気
中において５００〜６００℃で１〜４時間の熱アニール
や、他の方法としてレーザーアニールの方法により行う
ことができる。また、両者を併用して行っても良い。本
実施例では、レーザー活性化の方法を用い、ＫｒＦエキ
シマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用い、線状ビーム
を形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度
１００〜５００ｍＪ／ｃｍ²として線状ビームのオーバ
ーラップ割合を８０〜９８％として走査して、島状半導
体層が形成された基板全面を処理した。尚、レーザー光
の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適
宣決定すれば良い。

【００９３】そして、ゲート絶縁膜２２２をプラズマＣ
ＶＤ法またはスパッタ法を用いて４０〜１５０nmの厚さ
でシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、Ｓｉ
Ｈ₄、Ｎ₂Ｏ、Ｏ₂を原料としてプラズマＣＶＤ法で作製
される酸化窒化シリコン膜で形成する。（図１０
（Ｂ））

【００９４】次に、ゲート電極を形成するために第１の
導電層を成膜する。本実施例では導電性の窒化物金属膜
から成る導電層（Ａ）２２３と金属膜から成る導電層
（Ｂ）２２４とを積層させた。ここでは、Ｔａをターゲ
ットとしたスパッタ法で導電層（Ｂ）２２４をタンタル
（Ｔａ）で２５０nmの厚さに形成し、導電層（Ａ）２２
３は窒化タンタル（ＴａＮ）で５０nmの厚さに形成した
（図１０（Ｃ））。

【００９５】次に、フォトレジストマスク２２５〜２２
９を形成し、導電層（Ａ）２２３と導電層（Ｂ）２２４
とを一括でエッチングしてゲート電極２３０〜２３３と
容量配線２３４を形成する。ゲート電極２３０〜２３３
と容量配線２３４は、導電層（Ａ）から成る２３０ａ〜
２３４ａと、導電層（Ｂ）から成る２３０ｂ〜２３４ｂ
とが一体として形成されている。この時、駆動回路に形
成するゲート電極２３１、２３２は不純物領域２１９、
２２０の一部と、ゲート絶縁膜２２２を介して重なるよ
うに形成する（図１０（Ｄ））。

【００９６】次いで、駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴの
ソース領域およびドレイン領域を形成するために、ｐ型
を付与する不純物元素を添加する工程を行う。ここで
は、ゲート電極２３０をマスクとして、自己整合的に不
純物領域を形成する。ｎチャネル型ＴＦＴが形成される
領域はフォトレジストマスク２３５で被覆しておく。そ
して、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法で不
純物領域（ｐ⁺）２３４を１×１０²¹atoms/cm³の濃度で
形成した（図１１（Ａ））。

【００９７】次に、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて、ソー
ス領域またはドレイン領域として機能する不純物領域の
形成を行った。レジストのマスク２３７〜２３９を形成
し、ｎ型を付与する不純物元素を添加して不純物領域２
４１〜２４４を形成した。これは、フォスフィン（ＰＨ
₃）を用いたイオンドープ法で行い、不純物領域（ｎ⁺）
２４１〜２４４の（Ｐ）濃度を５×１０²⁰atoms/cm³と
した（図１１（Ｂ））。不純物領域２４０には、既に前
工程で添加されたボロン（Ｂ）が含まれているが、それ
に比して１／２〜１／３の濃度でリン（Ｐ）が添加され
るので、添加されたリン（Ｐ）の影響は考えなくても良
く、ＴＦＴの特性に何ら影響を与えることはなかった。

【００９８】そして、画素部のｎチャネル型ＴＦＴのＬ
ＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物添加
の工程を行った。ここではゲート電極２３３をマスクと
して自己整合的にｎ型を付与する不純物元素をイオンド
ープ法で添加した。添加するリン（Ｐ）の濃度は５×１
０¹⁶atoms/cm³とし、図９（Ａ）および図１０（Ａ）と
図１０（Ｂ）で添加する不純物元素の濃度よりも低濃度
で添加することで、実質的には不純物領域（ｎ^--）２４
５、２４６のみが形成される（図１１（Ｃ））。

【００９９】その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型
またはｐ型を付与する不純物元素を活性化するために熱
処理工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用
いた熱アニール法、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）で行うことができ
る。ここではファーネスアニール法で活性化工程を行っ
た。熱処理は酸素濃度が１ppm以下、好ましくは０．１p
pm以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には
５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５５
０℃で４時間の熱処理を行った。

【０１００】この熱アニールにおいて、ゲート電極２３
０〜２３３と容量配線２３４形成するＴａ膜２３０ｂ〜
２３４ｂは、表面から５〜８０nmの厚さでＴａＮから成
る導電層（Ｃ）２３０ｃ〜２３４ｃが形成される。ま
た、その他に導電層（Ｂ）２３０ｂ〜２３４ｂがタング
ステン（Ｗ）の場合には窒化タングステン（ＷＮ）が形
成され、チタン（Ｔｉ）の場合には窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）を形成することができる。また、窒素またはアンモ
ニアなどを用いた窒素を含むプラズマ雰囲気にゲート電
極２３０〜２３４を晒しても同様に形成することができ
る。さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３
００〜４５０℃で１〜１２時間の熱アニールを行い、島
状半導体層を水素化する工程を行った。この工程は熱的
に励起された水素により島状半導体層にある１０¹⁶〜１
０¹⁸/cm³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。

【０１０１】結晶化の工程においてシリコンの結晶化を
助長する触媒元素を使用し、その後実施形態３で説明し
たゲッタリングの工程を行わない場合、島状半導体層中
には微量（１×１０¹⁷〜１×１０¹⁹atoms/cm³程度）の
触媒元素が残留する。勿論、そのような状態でもＴＦＴ
を完成させることが可能であるが、残留する触媒元素を
少なくともチャネル形成領域から除去する方がより好ま
しかった。この触媒元素を除去する手段の一つにリン
（Ｐ）によるゲッタリング作用を利用する手段があっ
た。ゲッタリングに必要なリン（Ｐ）の濃度は図１０
（Ｂ）で形成した不純物領域（ｎ⁺）と同程度であれば
良く、ここで実施される活性化工程の熱アニールによ
り、ｎチャネル型ＴＦＴおよびｐチャネル型ＴＦＴのチ
ャネル形成領域から触媒元素を不純物領域２４０〜２４
４に偏析させゲッタリングをすることができた。その結
果不純物領域２４０〜２４４には１×１０¹⁷〜１×１０
¹⁹atoms/cm ³程度の触媒元素が偏析する（図１１
（Ｄ））。

【０１０２】図１４（Ａ）および図１５（Ａ）は、図１
１（Ｄ）におけるＴＦＴの上面図であり、Ａ−Ａ'断面
およびＣ−Ｃ'断面は図１１（Ｄ）のＡ−Ａ'およびＣ−
Ｃ'に対応している。また、Ｂ−Ｂ'断面およびＤ−Ｄ'
断面は図１６（Ａ）および図１７（Ａ）の断面図に対応
している。図１４および図１５の上面図はゲート絶縁膜
を省略しているが、ここまでの工程で、第２の絶縁層２
０３、２０４、２０６上に形成された島状半導体層２０
９、２１０、２１２上にゲート電極２３０、２３１、２
３３と容量配線２３４が図に示すように形成される。

【０１０３】活性化および水素化の工程が終了したら、
ゲート配線とする第２の導電層を形成する。この第２の
導電層は低抵抗材料であるアルミニウム（Ａｌ）や銅
（Ｃｕ）を主成分とする導電層（Ｄ）で形成する。いず
れにしても、第２の導電層の抵抗率は０．１〜１０μΩ
cm程度とする。さらに、チタン（Ｔｉ）やタンタル（Ｔ
ａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）から成
る導電層（Ｅ）を積層形成すると良い。本実施例では、
チタン（Ｔｉ）を０．１〜２重量％含むアルミニウム
（Ａｌ）膜を導電層（Ｄ）２４７とし、チタン（Ｔｉ）
膜を導電層（Ｅ）２４８として形成した。導電層（Ｄ）
２４７は２００〜４００nm（好ましくは２５０〜３５０
nm）とすれば良く、導電層（Ｅ）２４８は５０〜２００
（好ましくは１００〜１５０nm）で形成すれば良い（図
１２（Ａ））。

【０１０４】そして、ゲート電極に接続するゲート配線
を形成するために導電層（Ｅ）２４８と導電層（Ｄ）２
４７とをエッチング処理して、ゲート配線２４９、２５
０と容量配線２５１を形成した。エッチング処理は最初
にＳｉＣｌ₄とＣｌ₂とＢＣｌ ₃との混合ガスを用いたド
ライエッチング法で導電層（Ｅ）の表面から導電層
（Ｄ）の途中まで除去し、その後リン酸系のエッチング
溶液によるウエットエッチングで導電層（Ｄ）を除去す
ることにより、下地との選択加工性を保ってゲート配線
を形成することができる。

【０１０５】図１４（Ｂ）および図１５（Ｂ）はこの状
態の上面図を示し、Ａ−Ａ'断面およびＣ−Ｃ'断面は図
１２（Ｂ）のＡ−Ａ'およびＣ−Ｃ'に対応している。ま
た、Ｂ−Ｂ'断面およびＤ−Ｄ'断面は図１６（Ｂ）およ
び図１７（Ｂ）のＢ−Ｂ'およびＤ−Ｄ'に対応してい
る。図１４（Ｂ）および図１５（Ｂ）において、ゲート
配線２４９、２５０の一部は、ゲート電極２３０、２３
１、２３３の一部と重なり電気的に接触している。この
様子はＢ−Ｂ'断面およびＤ−Ｄ'断面に対応した図１６
（Ｂ）および図１７（Ｂ）の断面構造図からも明らか
で、第１の導電層を形成する導電層（Ｃ）と第２の導電
層を形成する導電層（Ｄ）とが電気的に接触している。

【０１０６】第１の層間絶縁膜２５２は５００〜１５０
０nmの厚さで酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜
で形成する。本実施例では、ＳｉＨ₄を２７SCCM、Ｎ₂Ｏ
を９００SCCM、として反応圧力１６０Pa、基板温度３２
５℃で放電電力密度０．１５W/cm²で形成する。その
後、それぞれの島状半導体層に形成されたソース領域ま
たはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、
ソース配線２５３〜２５６と、ドレイン配線２５７〜２
６０を形成する。図示していないが、本実施例ではこの
電極を、Ｔｉ膜を１００nm、Ｔｉを含むアルミニウム膜
３００nm、Ｔｉ膜１５０nmをスパッタ法で連続して形成
した３層構造の積層膜とした。

【０１０７】次に、パッシベーション膜２６１として、
窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、または酸化窒化シリ
コン膜を５０〜５００nm（代表的には１００〜３００n
m）の厚さで形成する。この状態で水素化処理を行うと
ＴＦＴの特性向上に対して好ましい結果が得られた。例
えば、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜
４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるい
はプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られた。
また、このような熱処理により第１の層間絶縁膜２５２
に存在する水素を島状半導体層２０９、２１０ｂ〜２１
２ｂに拡散させ水素化をすることもできる。いずれにし
ても、島状半導体層１０７、１０８ｂ中の欠陥密度を１
０¹⁶/cm³以下とすることが望ましく、そのために水素を
０．０１〜０．１atomic％程度付与すれば良かった（図
１２（Ｃ））。なお、ここで後に画素電極とドレイン配
線を接続するためのコンタクトホールを形成する位置に
おいて、パッシベーション膜２６１に開口部を形成して
おいても良い。

【０１０８】図１４（Ｃ）および図１５（Ｃ）のはこの
状態の上面図を示し、Ａ−Ａ'断面およびＣ−Ｃ'断面は
図１２（Ｃ）のＡ−Ａ'およびＣ−Ｃ'に対応している。
また、Ｂ−Ｂ'断面およびＤ−Ｄ'断面は図１６（Ｃ）お
よび図１７（Ｃ）のＢ−Ｂ'およびＤ−Ｄ'に対応してい
る。図１４（Ｃ）と図１５（Ｃ）では第１の層間絶縁膜
を省略して示すが、島状半導体層２０９、２１０、２１
２の図示されていないソースおよびドレイン領域にソー
ス配線２５３、２５４、２５６とドレイン配線２５７、
２５８、２６０が第１の層間絶縁膜に形成されたコンタ
クトホールを介して接続している。

【０１０９】その後、有機樹脂からなる第２の層間絶縁
膜２６２を１．０〜１．５μmの厚さに形成する。有機
樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポ
リイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使
用することができる。ここでは、基板に塗布後、熱重合
するタイプのポリイミドを用い、３００℃で焼成して形
成する。そして、第２の層間絶縁膜２６２にドレイン配
線２６０に達するコンタクトホールを形成し、画素電極
２６３、２６４を形成する。画素電極は、透過型液晶表
示装置とする場合には透明導電膜を用いれば良く、反射
型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良
い。本実施例では透過型の液晶表示装置とするために、
酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）膜を１００nmの厚さに
スパッタ法で形成する（図１３）。

【０１１０】こうして同一基板上に、駆動回路のＴＦＴ
と画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させること
ができた。駆動回路にはｐチャネル型ＴＦＴ３０１、第
１のｎチャネル型ＴＦＴ３０２、第２のｎチャネル型Ｔ
ＦＴ３０３、画素部には画素ＴＦＴ３０４、保持容量３
０５が形成した。本明細書では便宜上このような基板を
アクティブマトリクス基板と呼ぶ。

【０１１１】駆動回路のｐチャネル型ＴＦＴ３０１に
は、島状半導体層２０９にチャネル形成領域３０６、ソ
ース領域３０７ａ、３０７ｂ、ドレイン領域３０８ａ，
３０８ｂを有している。第１のｎチャネル型ＴＦＴ３０
２には、島状半導体層２１０にチャネル形成領域３０
９、ゲート電極２３１と重なるＬＤＤ領域（Ｌov）３１
０、ソース領域３１１、ドレイン領域３１２を有してい
る。このＬov領域のチャネル長方向の長さは０．５〜
３．０μm、好ましくは１．０〜１．５μmとした。第２
のｎチャネル型ＴＦＴ３０３には、島状半導体層２１１
にチャネル形成領域３１３、Ｌov領域とＬoff領域（ゲ
ート電極と重ならないＬＤＤ領域であり、以降Ｌoff領
域と記す）とが形成され、このＬoff領域のチャネル長
方向の長さは０．３〜２．０μm、好ましくは０．５〜
１．５μmである。画素ＴＦＴ３０４には、島状半導体
層２１２にチャネル形成領域３１８、３１９、Ｌoff領
域３２０〜３２３、ソースまたはドレイン領域３２４〜
３２６を有している。Ｌoff領域のチャネル長方向の長
さは０．５〜３．０μm、好ましくは１．５〜２．５μm
である。さらに、容量配線２３４、２５１と、ゲート絶
縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素ＴＦＴ３０４の
ドレイン領域３２６に接続し、ｎ型を付与する不純物元
素が添加された半導体層３２７とから保持容量３０５が
形成されている。図１２では画素ＴＦＴ３０４をダブル
ゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、
複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差
し支えない。

【０１１２】以上の様な構成は、画素ＴＦＴおよび駆動
回路が要求する仕様に応じて各回路を構成するＴＦＴの
構造を最適化し、半導体装置の動作性能と信頼性を向上
させることを可能としている。さらにゲート電極を耐熱
性を有する導電性材料で形成することによりＬＤＤ領域
やソース領域およびドレイン領域の活性化を容易とし、
ゲート配線低抵抗材料で形成することにより、配線抵抗
を十分低減できる。従って、表示領域（画面サイズ）が
４インチクラス以上の表示装置に適用することができ
る。そして、下地層を形成する第１の絶縁層２０３〜２
０６上で選択的に形成された単結晶構造を有する結晶質
シリコン膜を用いることにより、完成したＴＦＴにおい
てｎチャネル型ＴＦＴでは、Ｓ値を０．１０V/dec以上
０．３０V/dec以下、Ｖｔｈを０．５Ｖ以上２．５Ｖ以
下、電界効果移動度は３００cm²/V・sec以上を実現する
こともできる。また、ｐチャネル型ＴＦＴでは、Ｓ値を
０．１０V/dec以上０．３０V/dec以下、Ｖｔｈを−０．
５Ｖ以上−２．５Ｖ以下、電界効果移動度は２００cm²/
V・sec以上を実現することもできる。

【０１１３】[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、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説明する。図１９
に示すように、図１３の状態のアクティブマトリクス基
板に対し、配向膜６０１を形成する。通常液晶表示素子
の配向膜にはポリイミド樹脂が多く用いられている。対
向側の対向基板６０２には、遮光膜６０３、透明導電膜
６０４および配向膜６０５を形成した。配向膜を形成し
た後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレ
チルト角を持って配向するようにした。そして、画素部
と、ＣＭＯＳ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、公知のセル組み工程によってシール
材やスペーサ（共に図示せず）などを介して貼りあわせ
る。その後、両基板の間に液晶材料６０６を注入し、封
止剤（図示せず）によって完全に封止した。液晶材料に
は公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１
９に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成し
た。

【０１１４】次に、このアクティブマトリクス型液晶表
示装置の構成を、図２０の斜視図および図２１の上面図
を用いて説明する。尚、図２０と図２１は、図９〜図１
３と図１９の断面構造図と対応付けるため、共通の符号
を用いている。また、図２１で示すＥ―Ｅ’に沿った断
面構造は、図１３に示す画素マトリクス回路の断面図に
対応している。

【０１１５】図２０においてアクティブマトリクス基板
は、ガラス基板２０１上に形成された、画素部４０６
と、走査信号駆動回路４０４と、画像信号駆動回路４０
５で構成される。表示領域には画素ＴＦＴ３０４が設け
られ、周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本
として構成されている。走査信号駆動回路４０４と、画
像信号駆動回路４０５はそれぞれゲート配線２５０とソ
ース配線２５６で画素ＴＦＴ３０４に接続している。ま
た、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）７３１が外部入
出力端子７３４に接続され、入力配線４０２、４０３で
それぞれの駆動回路に接続している。

【０１１６】図２１は表示領域４０６のほぼ一画素分を
示す上面図である。ゲート配線２５０は、図示されてい
ないゲート絶縁膜を介してその下の半導体層２１２と交
差している。図示はしていないが、半導体層には、ソー
ス領域、ドレイン領域、ｎ^--領域でなるＬoff領域が形
成されている。また、２６５はソース配線２５６とソー
ス領域３２４とのコンタクト部、２６６はドレイン配線
２６０とドレイン領域３２６とのコンタクト部、２６７
はドレイン配線２６０と画素電極２６３のコンタクト部
である。保持容量３０５は、画素ＴＦＴ３０４のドレイ
ン領域３２６から延在する半導体層３２７とゲート絶縁
膜を介して容量配線２３４、２５１が重なる領域で形成
されている。

【０１１７】なお、本実施例のアクティブマトリクス型
液晶表示装置は、実施例４で説明した構造と照らし合わ
せて説明したが、実施例４の構成に限定されるものでな
く、実施形態１〜３で示した構成を実施例４に応用して
完成させたアクティブマトリクス基板を用いても良い。
いずれにしても、実施形態１で示した下地層を設けたア
クティブマトリクス基板であれば自由に組み合わせてア
クティブマトリクス型液晶表示装置を作製することがで
きる。

【０１１８】[実施例６]図１８は液晶表示装置の入出力
端子、表示領域、駆動回路の配置の一例を示す図であ
る。画素部４０６にはｍ本のゲート配線とｎ本のソース
配線がマトリクス状に交差している。例えば、画素密度
がＶＧＡの場合、４８０本のゲート配線と６４０本のソ
ース配線が形成され、ＸＧＡの場合には７６８本のゲー
ト配線と１０２４本のソース配線が形成される。表示領
域の画面サイズは、１３インチクラスの場合対角線の長
さは３４０mmとなり、１８インチクラスの場合には４６
０mmとなる。このような液晶表示装置を実現するには、
ゲート配線を実施例３で示したような低抵抗材料で形成
する必要がある。ゲート配線の時定数（抵抗×容量）が
大きくなると走査信号の応答速度が遅くなり、液晶を高
速で駆動できなくなる。例えば、ゲート配線を形成する
材料の比抵抗が１００μΩcmである場合には６インチク
ラスの画面サイズがほぼ限界となるが、３μΩcmである
場合には２７インチクラスの画面サイズまで対応でき
る。

【０１１９】表示領域４０６の周辺には走査信号駆動回
路４０４と画像信号駆動回路４０５が設けられている。
これらの駆動回路のゲート配線の長さも表示領域の画面
サイズの大型化と共に必然的に長くなるので、大画面を
実現するためには実施例４で示したようなアルミニウム
（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの低抵抗材料でゲート配線を
形成することが好ましい。また、本発明は入力端子４０
１から各駆動回路までを接続する入力配線４０２、４０
３をゲート配線と同じ材料で形成することができ、配線
抵抗の低抵抗化に寄与することができる。

【０１２０】一方、表示領域の画面サイズが０．９イン
チクラスの場合には、対角線の長さが２４mm程度とな
り、ＴＦＴをサブミクロンルールで作製すると周辺に設
ける駆動回路を含めても３０×３０mm²以内に収まる。
このような場合には、実施例４で示したような低抵抗材
料でゲート配線を形成することは必ずしも必要でなく、
ＴａやＷなどのゲート電極を形成する材料と同じ材料で
ゲート配線を形成することも可能である。

【０１２１】このような構成の液晶表示装置は、実施形
態１〜３で示した結晶化の方法を実施例４に応用して完
成させたアクティブマトリクス基板を用いて完成させる
ことができる。いずれにしても、実施形態１〜３で示し
た結晶化技術により完成したアクティブマトリクス基板
であれば自由に組み合わせてアクティブマトリクス型液
晶表示装置を作製することができる。

【０１２２】[実施例７]本実施例では、本発明をアクテ
ィブマトリクス型有機エレクトロルミネッセンス（有機
ＥＬ）材料を用いた表示装置（有機ＥＬ表示装置）に適
用した例を図２４で説明する。図２４（Ａ）はアクティ
ブマトリクス型有機ＥＬ表示装置の回路図を示す。この
有機ＥＬ表示装置は、基板上に設けられた表示領域１
１、Ｘ方向周辺駆動回路１２、Ｙ方向周辺駆動回路１３
から成る。この表示領域１１は、スイッチ用ＴＦＴ３３
０、保持容量３３２、電流制御用ＴＦＴ３３１、有機Ｅ
Ｌ素子３３３、Ｘ方向信号線１８ａ、１８ｂ、電源線１
９ａ、１９ｂ、Ｙ方向信号線２０ａ、２０ｂ、２０ｃな
どにより構成される。

【０１２３】図２４（Ｂ）はほぼ一画素分の上面図を示
している。スイッチ用ＴＦＴ３３０は図１３に示すｐチ
ャネル型ＴＦＴ３０１と同様にして形成し、電流制御用
ＴＦＴ３３１はｎチャネル型ＴＦＴ３０３と同様にして
形成すると良い。

【０１２４】ところで、ＴＦＴの上方に向かって光を発
光させる動作モードの有機ＥＬ表示装置の場合、画素電
極をＡｌなどの反射性の電極で形成することになる。こ
こでは、有機ＥＬ表示装置の画素領域の構成について示
したが、実施例１と同様に画素領域の周辺に駆動回路を
設けた周辺回路一体型のアクティブマトリクス型表示装
置とすることもできる。そして、図示しないがカラーフ
ィルターを設ければカラー表示をすることも可能であ
る。いずれにしても、実施形態１で示した下地層を設け
たアクティブマトリクス基板であれば自由に組み合わせ
てアクティブマトリクス型有機ＥＬ表示装置を作製する
ことができる。

【０１２５】[実施例８]本発明を実施して作製されたア
クティブマトリクス基板および液晶表示装置並びにＥＬ
型表示装置は様々な電気光学装置に用いることができ
る。そして、そのような電気光学装置を表示媒体として
組み込んだ電子機器全てに本発明を適用することがでで
きる。電子機器としては、パーソナルコンピュータ、デ
ジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯情報端末（モバイル
コンピュータ、携帯電話、電子書籍など）、ナビゲーシ
ョンシステムなどが上げられる。それらの一例を図２５
に示す。

【０１２６】図２５（Ａ）はパーソナルコンピュータで
あり、マイクロプロセッサやメモリーなどを備えた本体
２００１、画像入力部２００２、表示装置２００３、キ
ーボード２００４で構成される。本発明のレーザーアニ
ール法で作製される結晶質半導体膜を用いて作製される
ＴＦＴは、表示装置２００３やその他の信号処理回路を
形成することができる。

【０１２７】図２５（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
２１０１、表示装置２１０２、音声入力部２１０３、操
作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１
０６で構成される。本発明のレーザーアニール法で作製
される結晶質半導体膜を用いて作製されるＴＦＴは、表
示装置２１０２やその他の信号制御回路に適用すること
ができる。

【０１２８】図２５（Ｃ）は携帯情報端末であり、本体
２２０１、画像入力部２２０２、受像部２２０３、操作
スイッチ２２０４、表示装置２２０５で構成される。本
発明のレーザーアニール法で作製される結晶質半導体膜
を用いて作製されるＴＦＴは、表示装置２２０５やその
他の信号制御回路に適用することができる。

【０１２９】図２５（Ｄ）はテレビゲームまたはビデオ
ゲームなどの電子遊技機器であり、ＣＰＵ等の電子回路
２３０８、記録媒体２３０４などが搭載された本体２３
０１、コントローラ２３０５、表示装置２３０３、本体
２３０１に組み込まれた表示装置２３０２で構成され
る。表示装置２３０３と本体２３０１に組み込まれた表
示装置２３０２とは、同じ情報を表示しても良いし、前
者を主表示装置とし、後者を副表示装置として記録媒体
２３０４の情報を表示したり、機器の動作状態を表示し
たり、或いはタッチセンサーの機能を付加して操作盤と
することもできる。また、本体２３０１とコントローラ
２３０５と表示装置２３０３とは、相互に信号を伝達す
るために有線通信としても良いし、センサ部２３０６、
２３０７を設けて無線通信または光通信としても良い。
本発明のレーザーアニール法で作製される結晶質半導体
膜を用いて作製されるＴＦＴは、表示装置２３０２、２
３０３に適用することができる。表示装置２３０３は従
来のＣＲＴを用いることもできる。

【０１３０】図２５（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２４０１、表示装置２４０２、スピーカー部２
４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５で構
成される。尚、記録媒体にはＤＶＤ（Digital Versatil
e Disc）やコンパクトディスク（ＣＤ）などを用い、音
楽プログラムの再生や映像表示、ビデオゲーム（または
テレビゲーム）やインターネットを介した情報表示など
を行うことができる。本発明のレーザーアニール法で作
製される結晶質半導体膜を用いて作製されるＴＦＴは、
表示装置２４０２やその他の信号制御回路に好適に利用
することができる。

【０１３１】図２５（Ｆ）はデジタルカメラであり、本
体２５０１、表示装置２５０２、接眼部２５０３、操作
スイッチ２５０４、受像部（図示しない）で構成され
る。本発明のレーザーアニール法で作製される結晶質半
導体膜を用いて作製されるＴＦＴは、表示装置２５０２
やその他の信号制御回路に適用することができる。

【０１３２】図２６（Ａ）はフロント型プロジェクター
であり、光源光学系および表示装置２６０１、スクリー
ン２６０２で構成される。本発明は表示装置やその他の
信号制御回路に適用することができる。図２６（Ｂ）は
リア型プロジェクターであり、本体２７０１、光源光学
系および表示装置２７０２、ミラー２７０３、スクリー
ン２７０４で構成される。本発明のレーザーアニール法
で作製される結晶質半導体膜を用いて作製されるＴＦＴ
は、表示装置やその他の信号制御回路に適用することが
できる。

【０１３３】なお、図２６（Ｃ）に、図２６（Ａ）およ
び図２６（Ｂ）における光源光学系および表示装置２６
０１、２７０２の構造の一例を示す。光源光学系および
表示装置２６０１、２７０２は光源光学系２８０１、ミ
ラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミ
ラー２８０３、ビームスプリッター２８０７、液晶表示
装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０
で構成される。投射光学系２８１０は複数の光学レンズ
で構成される。図２６（Ｃ）では液晶表示装置２８０８
を三つ使用する三板式の例を示したが、このような方式
に限定されず、単板式の光学系で構成しても良い。ま
た、図２６（Ｃ）中で矢印で示した光路には適宣光学レ
ンズや偏光機能を有するフィルムや位相を調節するため
のフィルムや、ＩＲフィルムなどを設けても良い。ま
た、図２６（Ｄ）は図２６（Ｃ）における光源光学系２
８０１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２８０１はリフレクター２８１１、光源２８
１２、レンズアレイ２８１３、２８１４、偏光変換素子
２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。尚、図２
６（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって図示した構
成に限定されるものではない。

【０１３４】また、ここでは図示しなかったが、本発明
はその他にも、ナビゲーションシステムやイメージセン
サの読み取り回路などに適用することも可能である。こ
のように本願発明の適用範囲はきわめて広く、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形態１〜３の結晶化技術を用
い、実施例１〜７のどのような組み合わせから成る構成
を用いても実現することができる。

【０１３５】

【発明の効果】本発明の結晶化の技術を用いることによ
り、結晶粒の位置とその大きさを制御した結晶質半導体
膜を作製することができる。このような結晶質半導体膜
の結晶粒の位置をＴＦＴのチャネル形成領域に合わせて
形成することにより、単一の結晶粒で少なくとも該チャ
ネル形成領域を形成することが可能となり、実質的に単
結晶半導体膜で作製したＴＦＴと同等の特性を得ること
ができる。

【０１３６】また、熱伝導層を透光性と絶縁性を有する
材料で形成することにより、トップゲート型のＴＦＴに
おいてバックチャネル側の寄生容量を無くすことが可能
となり、透過型の液晶表示装置をはじめとして、ＥＬ型
表示装置やイメージセンサなどのさまざまな半導体装置
に適用することにより、該半導体装置の高性能化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を説明する図。

【図２】本発明による結晶質半導体膜の作製工程を示
す断面図。

【図３】本発明による結晶質半導体膜を示す断面図。

【図４】本発明による結晶質半導体膜の作製工程を示
す断面図。

【図５】ＴＦＴの作製工程を示す断面図。

【図６】ＴＦＴの作製工程を示す断面図。

【図７】ＴＦＴの作製工程を示す上面図。

【図８】下地層の構成を説明する断面図。

【図９】画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を
示す断面図。

【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、駆動回路のＴＦＴの断面図。

【図１４】駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す上面
図。

【図１５】画素ＴＦＴの作製工程を示す上面図。

【図１６】駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面
図。

【図１７】画素ＴＦＴの作製工程を示す断面図。

【図１８】液晶表示装置の入出力端子、配線、回路配
置を説明する上面図。

【図１９】液晶表示装置の構造を示す断面図。

【図２０】液晶表示装置の構造を示す斜視図。

【図２１】画素部の画素を示す上面図。

【図２２】レーザーアニール装置の構成を示す図。

【図２３】レーザーアニール装置の反応室の構成を示
す図。

【図２４】アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の構
成を示す図。

【図２５】半導体装置の一例を示す図。

【図２６】投影型液晶表示装置の構成を示す図。

【図２７】ＴＦＴの作製工程を示す断面図。

【図２８】ＴＦＴの作製工程を示す断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７ＥＦターム(参考） 2H092 GA59 HA01 JA25 JB42 KA04 MA30 5C094 AA51 AA60 BA03 BA27 BA43 CA19 DA09 EA04 HA05 HA08 HA10 5F052 AA02 DA02 DB03 EA12 EA15 JA01 5F110 AA01 AA09 AA30 BB02 BB04 BB10 CC02 DD02 DD07 DD12 DD13 DD14 DD15 DD17 DD21 EE01 EE04 EE05 EE06 EE08 EE11 EE14 EE15 EE27 EE28 EE36 EE44 FF02 FF03 FF04 FF09 FF28 FF30 FF32 GG01 GG02 GG04 GG13 GG16 GG25 GG28 GG32 GG34 GG43 GG45 GG51 HJ01 HJ04 HJ12 HJ23 HL03 HL04 HL07 HL12 HL23 HM12 HM14 HM15 NN01 NN02 NN03 NN04 NN22 NN23 NN24 NN27 NN35 NN36 NN72 NN73 NN78 PP01 PP02 PP03 PP04 PP05 PP06 PP10 PP13 PP23 PP24 PP29 PP34 PP35 QQ09 QQ11 QQ24 QQ25 QQ28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板の主表面に密接して形成された
熱伝導率が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1以上であり透光性を有する熱
伝導層と、前記熱伝導層上の所定の位置に所定の形状で
設けられた熱伝導率が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1未満の第１の絶縁
層と、前記第１の絶縁層上に選択的に形成され、水素が
添加された単一の結晶粒から成る半導体膜とを有するこ
とを特徴とする半導体装置。
【請求項２】ガラス基板の主表面に密接して形成された
熱伝導率が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1以上であり透光性を有する熱
伝導層と、前記熱伝導層上に島状に形成された熱伝導率
が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1未満の第１の絶縁層と、前記第１の絶
縁層上に選択的に形成され、水素が添加された単一の結
晶粒から成る半導体膜とを有することを特徴とする半導
体装置。
【請求項３】ガラス基板上にＴＦＴを設けた半導体装置
において、前記ガラス基板の主表面に密接して形成され
た熱伝導率が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1以上であり透光性を有する
熱伝導層と、前記熱伝導層上の所定の位置に所定の形状
で設けられた熱伝導率が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1未満の第１の絶
縁層と、前記第１の絶縁層上に選択的に形成された水素
が添加された単一の結晶粒から成る半導体膜とを有し、
前記ＴＦＴのチャネル形成領域は、前記水素が添加され
た単一の結晶粒から成る半導体膜に形成されていること
を特徴とする半導体装置。
【請求項４】ガラス基板上にＴＦＴを設けた半導体装置
において、前記ガラス基板の主表面に密接して形成され
た熱伝導率が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1以上であり透光性を有する
熱伝導層と、前記熱伝導層上に島状に形成された熱伝導
率が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1未満の第１の絶縁層と、前記第１の
絶縁層上に選択的に形成された水素が添加された単一の
結晶粒から成る半導体膜とを有し、前記ＴＦＴのチャネ
ル形成領域は、前記水素が添加された単一の結晶粒から
成る半導体膜に形成されていることを特徴とする半導体
装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４において、前記熱伝
導層と前記第１の絶縁層との上に第２の絶縁層が形成さ
れ、前記第１の絶縁層上において水素が添加された単一
の結晶粒から成る半導体膜は該第２の絶縁層上に密接し
て形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか一項にお
いて、前記熱伝導層は、酸化アルミニウム、窒化アルミ
ニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化ホ
ウ素、から選ばれた一種または複数種を成分とすること
を特徴とする半導体装置。
【請求項７】請求項１乃至請求項５のいずれか一項にお
いて、前記熱伝導層は、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｍ（ＭはＡｌま
たは希土類元素から選ばれた少なくとも一種）を含む化
合物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５のいずれか一項にお
いて、前記第１の絶縁層または前記第２の絶縁層は、含
有酸素濃度が５５atomic％以上７０atomic％以下であ
り、かつ、含有窒素濃度が１atomic％以上２０atomic％
以下である酸化窒化シリコン膜で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５のいずれか一項にお
いて、前記第１の絶縁層の端面における側壁の角度が、
前記基板の主表面に対して、１０度以上４０度未満であ
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５のいずれか一項に
おいて、前記半導体装置は、エレクトロルミネッセンス
材料を用いた表示装置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、前記半導体装置は、パーソナルコンピュー
タ、ビデオカメラ、携帯型情報端末、デジタルカメラ、
デジタルビデオディスクプレーヤー、電子遊技機器、プ
ロジェクターから選ばれたいずれか一つであることを特
徴とする半導体装置。
【請求項１２】ガラス基板の主表面に密接して熱伝導率
が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1以上であり透光性と絶縁性を有する熱
伝導層を形成する工程と、前記熱伝導層上の所定の位置
に所定の形状で設けられた熱伝導率が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1未
満の第１の絶縁層を形成する工程と、前記熱伝導層上と
前記第１の絶縁層上に非晶質半導体膜を形成する工程
と、前記非晶質半導体膜を結晶化させ、前記第１の絶縁
層上に選択的に単一の結晶粒から成る半導体膜を形成す
る工程と、前記単一の結晶粒から成る半導体膜を水素化
して、水素が添加された単一の結晶粒から成る半導体膜
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置
の作製方法。
【請求項１３】ガラス基板の主表面に密接して熱伝導率
が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1以上であり透光性と絶縁性を有する熱
伝導層を形成する工程と、前記熱伝導層上の所定の位置
に所定の形状で設けられた熱伝導率が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1未
満の第１の絶縁層を形成する工程と、前記熱伝導層上と
前記第１の絶縁層上に非晶質半導体膜を形成する工程
と、前記非晶質半導体膜を結晶化させ、前記熱伝導層上
において複数の結晶粒を有し、かつ、前記第１の絶縁層
上において単一の結晶粒から成る半導体膜を形成する工
程と、前記半導体膜を水素化して、前記第１の絶縁層上
において単一の結晶粒から成る水素が添加された半導体
膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装
置の作製方法。
【請求項１４】ガラス基板上にＴＦＴを設けた半導体装
置の作製方法において、前記ガラス基板の主表面に密接
して熱伝導率が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1以上であり透光性と絶縁
性を有する熱伝導層を形成する工程と、前記熱伝導層上
の所定の位置に所定の形状で設けられた熱伝導率が１０
Ｗｍ^-1Ｋ^-1未満の第１の絶縁層を形成する工程と、前記
熱伝導層上と前記第１の絶縁層上に非晶質半導体膜を形
成する工程と、前記非晶質半導体膜を結晶化させ、前記
第１の絶縁層上に選択的に単一の結晶粒から成る半導体
膜を形成する工程と、前記単一の結晶粒から成る半導体
膜を水素化して、水素が添加された単一の結晶粒から成
る半導体膜を形成する工程とを有し、前記ＴＦＴのチャ
ネル形成領域は、前記水素が添加された単一の結晶粒か
ら成る半導体膜に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１５】ガラス基板上にＴＦＴを設けた半導体装
置の作製方法において、前記ガラス基板の主表面に密接
して熱伝導率が１０Ｗｍ^-1Ｋ^-1以上であり透光性と絶縁
性を有する熱伝導層を形成する工程と、前記熱伝導層上
の所定の位置に所定の形状で設けられ熱伝導率が１０Ｗ
ｍ^-1Ｋ^-1未満の第１の絶縁層を形成する工程と、前記熱
伝導層上と前記第１の絶縁層上に非晶質半導体膜を形成
する工程と、前記非晶質半導体膜を結晶化させ、前記熱
伝導層上において複数の結晶粒から成り、かつ、前記第
１の絶縁層上において単一の結晶粒から成る半導体膜を
形成する工程と、前記半導体膜を水素化して、前記第１
の絶縁層上において単一の結晶粒から成る水素が添加さ
れた半導体膜を形成する工程とを有し、前記ＴＦＴのチ
ャネル形成領域は、前記第１の絶縁層上において単一の
結晶粒から成る水素が添加された半導体膜に形成するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】請求項１２乃至請求項１５のいずれか一
項において、前記熱伝導層と前記第１の絶縁層との上に
第２の絶縁層を形成する工程を有し、少なくとも前記第
１の絶縁層上において単一の結晶粒から成る水素が添加
された半導体膜は該第２の絶縁層に密接して形成するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】請求項１２乃至請求項１５のいずれか一
項において、前記結晶化が、レーザー光の照射により行
うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】請求項１２乃至請求項１５のいずれか一
項において、前記熱伝導層は、酸化アルミニウム、窒化
アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化シリコン、
窒化ホウ素、から選ばれた一種または複数種を成分とす
る材料で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１９】請求項１２乃至請求項１５のいずれか一
項において、前記熱伝導層は、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｍ（Ｍは
Ａｌまたは希土類元素から選ばれた少なくとも一種）を
含む化合物材料で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２０】請求項１２乃至請求項１５のいずれか一
項において、前記第１の絶縁層または前記第２の絶縁層
は、含有酸素濃度が５５atomic％以上７０atomic％以下
であり、かつ、含有窒素濃度が１atomic％以上２０atom
ic％以下である酸化窒化シリコン膜で形成することを特
徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２１】請求項１２乃至請求項２０のいずれか一
項において前記半導体装置は、エレクトロルミネッセン
ス材料を用いた表示装置であることを特徴とする半導体
装置の作製方法。
【請求項２２】請求項１２乃至請求項２０のいずれか一
項において前記半導体装置は、パーソナルコンピュー
タ、ビデオカメラ、携帯型情報端末、デジタルカメラ、
デジタルビデオディスクプレーヤー、電子遊技機器、プ
ロジェクターから選ばれたいずれか一つの半導体装置で
あることを特徴とする半導体装置の作製方法。