JP2001144027A - レーザー装置及びレーザーアニール方法並びに半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶粒径の大きい結晶質半導体膜が得られ、
且つ、ランニングコストの低いレーザー装置及びレーザ
ーアニール方法を提供する。 【解決手段】 レーザーとしてメンテナンスが容易に耐
久性の高い固体レーザーを用い、さらに線状のレーザー
光としてスループットを上げることで製造コスト全体の
低減を図る。さらに、そのようなレーザー光を非晶質半
導体膜の表面及び裏面に照射することで結晶粒径の大き
い結晶質半導体膜を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明はレーザー光を用い
た半導体膜のアニール（以下、レーザーアニールとい
う）の方法及びそれを行うためのレーザー装置（レーザ
ーと該レーザーから出力されるレーザー光を被処理体ま
で導くための光学系を含む装置）に関する。また、前記
レーザーアニールを工程に含んで作製された半導体装置
及びその作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装
置には、液晶表示装置やＥＬ表示装置等の電気光学装置
及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれ
るものとする。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ
という）の開発が進められ、結晶質半導体膜として多結
晶シリコン膜（ポリシリコン膜）を用いたＴＦＴが注目
されている。特に、液晶表示装置（液晶ディスプレイ）
やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置（ＥＬデ
ィスプレイ）においては、画素をスイッチングする素子
やその画素を制御するための駆動回路を形成する素子と
して用いられる。

【０００３】ポリシリコン膜を得る手段としては、非晶
質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を結晶化させ
てポリシリコン膜とする技術が一般的である。特に、最
近ではレーザー光を用いてアモルファスシリコン膜を結
晶化する方法が注目されている。本明細書中では、非晶
質半導体膜をレーザー光で結晶化し、結晶質半導体膜を
得る手段をレーザー結晶化という。

【０００４】レーザー結晶化は、半導体膜の瞬間的な加
熱が可能であり、ガラス基板やプラスチック基板等の耐
熱性の低い基板上に形成された半導体膜のアニール手段
として有効な技術である。また、従来の電熱炉を用いた
加熱手段（以下、ファーネスアニールという）に比べて
格段にスループットが高い。

【０００５】レーザー光にも様々な種類があるが、一般
的にはパルス発振型のエキシマレーザーを発振源とする
レーザー光（以下、エキシマレーザー光という）を用い
たレーザー結晶化が用いられている。エキシマレーザー
は出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であ
るという利点を有し、さらにエキシマレーザー光はシリ
コン膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。

【０００６】エキシマレーザー光を形成するには励起ガ
スとして、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）やＸｅＣｌ（波長
３０８ｎｍ）が用いられる。ところが、Ｋｒ（クリプト
ン）やＸｅ（キセノン）といったガスは非常に高価であ
り、ガス交換の頻度が高くなると製造コストの増加を招
くという問題がある。

【０００７】また、レーザー発振を行うレーザーチュー
ブや発振過程で生成した不要な化合物を除去するための
ガス精製器などの付属機器の交換が２〜３年に一度必要
となる。これらの付属機器は高価なものが多く、やはり
製造コストの増加を招くという問題がある。

【０００８】以上のように、エキシマレーザー光を用い
たレーザー装置は確かに高い性能を持っているが、メン
テナンスに非常に手間がかかり、量産用レーザー装置と
してはランニングコスト（ここでは稼働に伴い発生する
費用を意味する）が高いという欠点も併せ持っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、従来に比
較して結晶粒径の大きい結晶質半導体膜が得られ、且
つ、ランニングコストの低いレーザー装置及びそれを用
いたレーザーアニール方法を提供することを課題とす
る。また、そのようなレーザーアニール方法を用いて作
製された半導体装置及びその作製方法を提供することを
課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願発明は、固体レーザ
ー（結晶ロッドを共振キャビティとしたレーザー光を出
力するレーザー）を発振源とするレーザー光を半導体膜
の表面及び裏面に対して照射する点に特徴がある。

【００１１】このとき、レーザー光は光学系により線状
に加工して照射することが望ましい。なお、レーザー光
を線状に加工するとは、被処理体にレーザー光が照射さ
れた際の照射面の形状が線状になるようにレーザー光を
加工しておくことを意味する。即ち、レーザー光の断面
形状を線状に加工することを意味する。また、ここでい
う「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているので
はなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円
形）を意味する。例えば、アスペクト比が１０以上（好
ましくは１００〜１００００）のもの指す。

【００１２】上記構成において、固体レーザーは一般的
に知られているものを用いることができ、ＹＡＧレーザ
ー（通常はＮｄ：ＹＡＧレーザーを指す）、Ｎｄ：ＹＶ
Ｏ₄レーザー、Ｎｄ：ＹＡｌＯ₃レーザー、ルビーレーザ
ー、Ｔｉ：サファイアレーザー、ガラスレーザーなどを
用いることができる。特に、コヒーレント性やパルスエ
ネルギーで優位なＹＡＧレーザーが好ましい。また、Ｙ
ＡＧレーザーには、連続発振式やパルス発振式がある
が、本発明においては、大面積に照射できるパルス発振
式のＹＡＧレーザーを用いることが望ましい。

【００１３】但し、ＹＡＧレーザーの基本波（第１高調
波）は１０６４ｎｍと波長が長いので、第２高調波（波
長５３２ｎｍ）、第３高調波（波長３５５ｎｍ）、若し
くは第４高調波（波長２６６ｎｍ）を用いるのが好まし
い。

【００１４】特に、ＹＡＧレーザーの第２高調波の波長
は５３２ｎｍであり、非晶質半導体膜に照射した場合、
最も非晶質半導体膜で反射しない波長範囲（５３０ｎｍ
前後）内である。また、この波長範囲においては、非晶
質半導体膜を透過するレーザー光が十分な光量であるた
め、反射体を用いて再度、裏面側から非晶質半導体膜に
照射することにより効率よく照射できる。また、第２高
調波のレーザーエネルギーは、（既存のパルス発振型Ｙ
ＡＧレーザ装置における）最大値で約１．５Ｊ／ｐｕｌ
ｓｅと大きく、線状に加工した場合、長手方向の長さを
飛躍的に長くすることができ、一括で大面積のレーザー
光照射が可能となる。なお、これらの高調波は非線形結
晶を用いて得ることができる。

【００１５】基本波は非線形素子を含む波長変調器によ
って、第２高調波、第３高調波または第４高調波に変調
することができる。各高調波の形成は公知の技術に従え
ば良い。また、本明細書中において、「固体レーザーを
発振源とするレーザー光」には基本波だけでなく、途中
で波長を変調した第２高調波、第３高調波及び第４高調
波を含むものとする。

【００１６】また、ＹＡＧレーザーで良く用いられるＱ
スイッチ法（Ｑ変調スイッチ方式）を用いても良い。こ
れはレーザー共振器のＱ値を十分低くしておいた状態か
ら、急激にＱ値を高めてやることにより非常にエネルギ
ー値が高く急峻なパルスレーザーを出力する方法であ
る。これは公知の技術である。

【００１７】本願発明で用いる固体レーザーは、基本的
には固体結晶、共振ミラー及び固体結晶を励起するため
の光源があればレーザー光を出力できるため、エキシマ
レーザーのようにメンテナンスの手間がかからない。即
ち、ランニングコストがエキシマレーザーに比べて非常
に低いため、半導体装置の製造コストを大幅に低減する
ことが可能となる。また、メンテナンスの回数が減れば
量産ラインの稼働率も高まるため製造工程のスループッ
ト全体が向上し、このことも半導体装置の製造コストの
低減に大きく寄与する。さらに、固体レーザーの専有面
積はエキシマレーザーに比べて小さいので、製造ライン
の設計に有利である。

【００１８】しかも、非晶質半導体膜の表面及び裏面に
対してレーザー光を照射するという構成でレーザーアニ
ールを行うことにより、従来（非晶質半導体膜の表面の
みにレーザー光を照射した場合）に比べて結晶粒径の大
きい結晶質半導体膜を得ることが可能である。本出願人
は非晶質半導体膜の表面及び裏面からレーザー光を照射
することでシリコン膜の溶融と固化のサイクルが緩やか
なものとなり、固化の過程で結晶成長に許容される時間
が相対的に長くなると考えており、その結果として結晶
粒径を大きくすることが可能になると考えている。

【００１９】そして、結晶粒径の大きい結晶質半導体膜
を得ることにより、半導体装置の性能を大幅に向上させ
うる。例えば、ＴＦＴを例に挙げると、結晶粒径が大き
くなることでチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の
本数を少なくすることができる。即ち、チャネル形成領
域に結晶粒界が１本、好ましくは０本であるようなＴＦ
Ｔを作製することも可能となる。また、個々の結晶粒は
実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単
結晶半導体を用いたトランジスタと同等もしくはそれ以
上の高いモビリティ（電界効果移動度）を得ることも可
能である。

【００２０】さらに、キャリアが結晶粒界を横切る回数
を極端に減らすことができるため、オン電流値（ＴＦＴ
がオン状態にある時に流れるドレイン電流値）、オフ電
流値（ＴＦＴがオフ状態にある時に流れるドレイン電流
値）、しきい値電圧、Ｓ値及び電界効果移動度のバラツ
キを低減することも可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】〔実施形態１〕本願発明の実施形
態の一つについて説明する。図１（Ａ）は本願発明のレ
ーザーを含むレーザー装置の構成を示す図である。この
レーザー装置は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザー１０１を発振源とするレーザー光（好ま
しくは第２高調波、第３高調波、または第４高調波）を
線状に加工する光学系２０１、透光性基板を固定するス
テージ１０２を有し、ステージ１０２にはヒータ１０３
とヒータコントローラー１０４が具備されて、基板を１
００〜４５０℃まで加熱することができる。また、ステ
ージ１０２上には反射体１０５が設けられ、その上に非
晶質半導体膜が形成された基板１０６が設置される。

【００２２】なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１から出
力されたレーザー光を第２〜第４高調波のいずれかに変
調する場合は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１の直後に非
線形素子を含む波長変調器を設ければ良い。

【００２３】次に、図１（Ａ）のような構成のレーザー
装置において、基板１０６の保持方法を図１（Ｂ）を用
いて説明する。ステージ１０２に保持された基板１０６
は、反応室１０７に設置され、レーザー１０１を発振源
とする線状のレーザー光が照射される。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でき、半導体膜を汚染さ
せることなく１００〜４５０℃まで加熱することができ
る。

【００２４】また、ステージ１０２はガイドレール１０
８に沿って反応室内を移動することができ、基板の全面
に線状のレーザー光を照射することができる。レーザー
光は基板１０６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。また、図１（Ｂ）ではこの反応
室１０７にトランスファー室１０９、中間室１１０、ロ
ード・アンロード室１１１が接続され、それぞれの室は
仕切弁１１２、１１３で分離されている。

【００２５】ロード・アンロード室１１１には複数の基
板を保持することが可能なカセット１１４が設置され、
トランスファー室１０９に設けられた搬送ロボット１１
５により基板が搬送される。基板１０６'は搬送中の基
板を表す。この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。

【００２６】次に、レーザー光を線状にする光学系２０
１の構成について図２を用いて説明する。図２（Ａ）は
光学系２０１を側面から見た図であり、図２（Ｂ）は光
学系２０１を上面から見た図である。

【００２７】レーザー１０１を発振源とするレーザー光
はシリンドリカルレンズアレイ２０２により縦方向に分
割される。この分割されたレーザー光はシリンドリカル
レンズ２０３によりさらに横方向に分割される。即ち、
レーザー光はシリンドリカルレンズアレイ２０２、２０
３によって最終的にはマトリクス状に分割されることに
なる。

【００２８】そして、レーザー光はシリンドリカルレン
ズ２０４により一旦集光される。その際、シリンドリカ
ルレンズ２０４の直後にシリンドリカルレンズ２０５を
通る。その後、ミラー２０６で反射され、シリンドリカ
ルレンズ２０７を通った後、照射面２０８に達する。

【００２９】このとき、照射面２０８に投影されたレー
ザー光は線状の照射面を示す。即ち、シリンドリカルレ
ンズ２０７を透過したレーザー光の断面形状は線状にな
っていることを意味する。この線状に加工されたレーザ
ー光の幅方向（短い方向）の均質化は、シリンドリカル
レンズアレイ２０２、シリンドリカルレンズ２０４及び
シリンドリカルレンズ２０７で行われる。また、上記レ
ーザー光の長さ方向（長い方向）の均質化は、シリンド
リカルレンズアレイ２０３及びシリンドリカルレンズ２
０５で行われる。

【００３０】次に、基板上に形成された被処理膜の表面
及び裏面からレーザー光を照射するための構成について
図３を用いて説明する。図３に示したのは、図１におけ
る基板１０６と反射体１０５との位置関係を示す図であ
る。

【００３１】図３において、３０１は透光性基板であ
り、その表面（薄膜または素子が形成される側の面）に
は絶縁膜３０２、非晶質半導体膜（または微結晶半導体
膜）３０３が形成されている。また、透光性基板３０１
の下にはレーザー光を反射させるための反射体３０４が
配置される。

【００３２】透光性基板３０１はガラス基板、石英基
板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用い
られる。また、絶縁膜３０２は酸化シリコン膜や窒化酸
化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜
を用いれば良い。非晶質半導体膜３０３はアモルファス
シリコン膜、アモルファスシリコンゲルマニウム膜など
がありうる。

【００３３】また、反射体３０４は表面（レーザー光の
反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、金
属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜と
しては如何なる材料を用いても良い。代表的には、アル
ミニウム、銀、タングステン、チタン、タンタルのいず
れかの元素を含む金属膜を用いる。

【００３４】また、反射体３０４を配置する代わりに、
基板３０１の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のよ
うな金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させるこ
とも可能である。但し、その構成は半導体装置の作製過
程で裏面に形成した金属膜が除去されないことが前提で
ある。

【００３５】そして、図２で説明した光学系２０１（図
中ではシリンドリカルレンズ２０７のみを示す。）を経
由して線状に加工されたレーザー光が、非晶質半導体膜
３０３に照射される。

【００３６】このとき、非晶質半導体膜３０３に照射さ
れるレーザー光には、シリンドリカルレンズ２０７を通
過して直接照射されるレーザー光３０５と、反射体３０
４で一旦反射されて非晶質半導体膜３０３へ照射される
レーザー光３０６とがある。なお、本明細書中では、非
晶質半導体膜の表面に照射されるレーザー光を第一次レ
ーザー光と呼び、裏面に照射されるレーザー光を第二次
レーザー光と呼ぶ。

【００３７】シリンドリカルレンズ２０７を通過したレ
ーザー光は、集光される過程で基板表面に対して４５〜
９０°の入射角を持つ。そのため、第二次レーザー光３
０６は非晶質半導体膜３０３の裏面側にも回り込んで照
射される。また、反射体３０４の反射面に起伏部を設け
てレーザー光を乱反射させることで、第二次レーザー光
３０６をさらに効率良く得ることができる。

【００３８】特に、ＹＡＧレーザーの第２高調波の波長
は５３２ｎｍであり、非晶質半導体膜に照射した場合、
最も非晶質半導体膜で反射しない波長範囲（５３０ｎｍ
前後）内である。また、この波長範囲においては、非晶
質半導体膜を透過するレーザー光が十分な光量であるた
め、反射体を用いて再度、裏面側から非晶質半導体膜に
照射することにより効率よく照射できる。また、第２高
調波のレーザーエネルギーは、（既存のＹＡＧレーザ装
置における）最大値で約１．５Ｊ／ｐｕｌｓｅと大き
く、線状に加工した場合、長手方向の長さを飛躍的に長
くすることができ、一括で大面積のレーザー光照射が可
能となる。

【００３９】以上のように、本実施形態によれば、固体
レーザーを発振源とするレーザー光を線状に加工するこ
とが可能であり、且つ、そのレーザー光を第一次レーザ
ー光及び第二次レーザー光に分光して、非晶質半導体膜
の表面及び裏面に照射することが可能である。

【００４０】〔実施形態２〕本実施形態では実施形態１
と異なる実施の形態について説明する。本実施形態で
は、実施形態１のような反射体を用いず、光学系の途中
で分光した二系統のレーザー光を非晶質半導体膜の表面
及び裏面から照射する例を示す。

【００４１】図４（Ａ）は本実施形態のレーザーを含む
レーザー装置の構成を示す図である。基本的な構成は実
施形態１で説明した図１のレーザー装置と同様であるの
で異なる部分の符号を変えて説明する。

【００４２】このレーザー装置は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
ー１０１、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１を発振源とする
レーザー光（好ましくは第３高調波または第４高調波）
を線状に加工し、且つ、二系統に分光する光学系４０
１、透光性基板を固定する透光性のステージ４０２を有
する。また、ステージ４０２上には基板４０３aが設置
され、その上に非晶質半導体膜４０３bが形成されてい
る。

【００４３】なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１から出
力されたレーザー光を第２〜第４高調波のいずれかに変
調する場合は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１の直後に非
線形素子を含む波長変調器を設ければ良い。

【００４４】本実施形態の場合、ステージ４０２を透過
したレーザー光を非晶質半導体膜４０３bに照射するた
め、ステージ４０２は透光性を有してなければならな
い。また、ステージ４０２側から照射されるレーザー光
（第二次レーザー光）のエネルギーは基板を透過する時
点で減衰すること予想されるため、できるだけステージ
４０２での減衰を抑えておくことが望ましい。

【００４５】また、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示したレ
ーザー装置における基板４０３aの保持方法を説明する
図面であるが、透光性ステージ４０２を用いること以外
は図１（Ｂ）に示した構成と同一であるので説明は省略
する。

【００４６】次に、図４（Ａ）に示した光学系４０１の
構成について図５を用いて説明する。図５（Ｂ）は光学
系４０１を側面から見た図である。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
ー５０１を発振源とするレーザー光（第３高調波または
第４高調波）はシリンドリカルレンズアレイ５０２によ
り縦方向に分割される。この分割されたレーザー光はシ
リンドリカルレンズ５０３によりさらに横方向に分割さ
れる。こうしてレーザー光はシリンドリカルレンズアレ
イ５０２、５０３によってマトリクス状に分割される。

【００４７】そして、レーザー光はシリンドリカルレン
ズ５０４により一旦集光される。その際、シリンドリカ
ルレンズ５０４の直後にシリンドリカルレンズ５０５を
通る。ここまでは図２に示した光学系と同様である。

【００４８】その後、レーザー光はハーフミラー５０６
に入射し、ここでレーザー光は第一次レーザー光５０７
と第二次レーザー光５０８とに分光される。そして、第
一次レーザー光５０７はミラー５０９、５１０で反射さ
れ、シリンドリカルレンズ５１１を通った後、非晶質半
導体膜４０３bの表面に達する。

【００４９】また、ハーフミラー５０６で分光された第
二次レーザー光５０８はミラー５１２、５１３、５１４
で反射され、シリンドリカルレンズ５１５を通った後、
基板４０３aを透過して非晶質半導体膜４０３bの裏面に
達する。

【００５０】このとき、実施形態１と同様に基板の照射
面に投影されたレーザー光は線状の照射面を示す。ま
た、この線状に加工されたレーザー光の幅方向（短い方
向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ５０２、
シリンドリカルレンズ５０４及びシリンドリカルレンズ
５１５で行われる。また、上記レーザー光の長さ方向
（長い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ
５０３、シリンドリカルレンズ５０５及びシリンドリカ
ルレンズ５０９で行われる。

【００５１】以上のように、本実施形態によれば、固体
レーザーを発振源とするレーザー光を線状に加工するこ
とが可能であり、且つ、そのレーザー光を光学系で第一
次レーザー光及び第二次レーザー光に分光して、非晶質
半導体膜の表面及び裏面に照射することが可能である。

【００５２】〔実施形態３〕本願発明の実施形態２と異
なる実施形態について説明する。本実施形態では、光学
系の途中で分光した二系統のレーザー光をそれぞれ第３
高調波、第４高調波とし、非晶質半導体膜の表面を第４
高調波で、裏面を第３高調波でレーザーアニールする例
を示す。

【００５３】図６は本実施形態に用いるレーザー装置の
光学系を側面から見た図である。Ｎｄ：ＹＡＧレーザー
６０１を発振源とするレーザー光は、ハーフミラー６０
２によって分光される。なお、図示しないがＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザー６０１で出力された基本波の一部はハーフミ
ラー６０２に到達する前に波長３５５ｎｍの第３高調波
に変調されている。

【００５４】まず、ハーフミラー６０２を透過したレー
ザー光（第二次レーザー光となる）は、シリンドリカル
レンズアレイ６０３、６０４、シリンドリカルレンズ６
０５、６０６、ミラー６０７、シリンドリカルレンズ６
０８、基板６０９aを経由して、非晶質半導体膜６０９b
の裏面に照射される。

【００５５】なお、最終的に非晶質半導体膜６０９bに
照射されるレーザー光は線状に加工されている。線状に
加工される経過については図２の光学系の説明と同様で
あるので省略する。

【００５６】また、ハーフミラー６０２で反射されたレ
ーザー光（第一次レーザー光となる）は非線形素子を含
む波長変調器６１０によって、波長２６６ｎｍの第４高
調波に変調される。その後、ミラー６１１、シリンドリ
カルレンズアレイ６１２、６１３、シリンドリカルレン
ズ６１４、６１５、ミラー６１６、シリンドリカルレン
ズ６１７を経由して、非晶質半導体膜６０９bの表面に
照射される。

【００５７】なお、最終的に非晶質半導体膜６０９bに
照射されるレーザー光は線状に加工されている。線状に
加工される経過については図２の光学系の説明と同様で
あるので省略する。

【００５８】以上のように、本実施形態では、非晶質半
導体膜の表面に対して波長２６６ｎｍの第４高調波を照
射し、非晶質半導体膜の裏面に対して波長３５５ｎｍの
第３高調波を照射する点に特徴がある。なお、本実施形
態のように、第３高調波及び第４高調波の断面形状を線
状に加工しておくとレーザーアニールのスループットが
向上するので好ましい。

【００５９】基板６０９aがガラス基板である場合、波
長２５０ｎｍ付近よりも波長の短い光は透過しなくな
る。例えば、コーニング社の＃１７３７基板（１．１ｍ
ｍ厚品）は約２４０ｎｍから透過し始め、３００ｎｍで
約３８％、３５０ｎｍで約８５％、４００ｎｍで約９０
％の光を透過する。即ち、基板６０９aがガラス基板の
場合は第二次レーザー光として、波長３５０ｎｍ以上
（好ましくは波長４００ｎｍ以上）のレーザー光を用い
るのが好ましい。

【００６０】従って、本実施形態のように固体レーザー
としてＮｄ：ＹＡＧレーザーを用い、非晶質半導体膜が
形成された基板としてガラス基板を用いる場合、基板を
透過しない第一次レーザー光を第４高調波とし、基板を
透過する第二次レーザー光を第３高調波とすることが望
ましい。

【００６１】以上のように、基板の材質または非晶質半
導体膜の膜質に応じて、非晶質半導体膜の表面に照射さ
れるレーザー光（第一次レーザー光）と裏面に照射され
るレーザー光（第二次レーザー光）の波長を異ならせる
ことは有効である。

【００６２】なお、本実施形態では、一つのレーザーを
発振源とするレーザー光を分光して用いているが、異な
る波長のレーザー光を出力する二つのレーザーを用いる
ことも可能である。

【００６３】

【実施例】〔実施例１〕本発明の実施例を図７〜図９を
用いて説明する。ここでは、画素部の画素ＴＦＴおよび
保持容量と、画素部の周辺に設けられる駆動回路のｎチ
ャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとを同時に作製す
る方法について説明する。

【００６４】図７（Ａ）において、基板７０１にはコー
ニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに
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
イ酸ガラスなどのガラス基板の他に、ポリエチレンテレ
フタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（Ｐ
ＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）など光学的
異方性を有しないプラスチック基板を用いることができ
る。

【００６５】そして、基板７０１のＴＦＴを形成する表
面に、基板７０１からの不純物拡散を防ぐために、酸化
シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜
などの下地膜７０２を形成する。本実施例ではプラズマ
ＣＶＤ法でＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏから作製される酸化
窒化シリコン膜７０２ａを１０〜２００nm（好ましくは
５０〜１００nm）、同様にＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製され
る酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂを５０〜２００ｎ
ｍ（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成す
る。

【００６６】酸化窒化シリコン膜は従来の平行平板型の
プラズマＣＶＤ法を用いて形成する。酸化窒化シリコン
膜７０２ａは、ＳｉＨ₄を１０SCCM、ＮＨ₃を１００SCC
M、Ｎ ₂Ｏを２０SCCMとして反応室に導入し、基板温度３
２５℃、反応圧力４０Pa、放電電力密度０．４１W/c
m²、放電周波数６０MHzとする。一方、酸化窒化水素化
シリコン膜７０２ｂは、ＳｉＨ₄を５SCCM、Ｎ₂Ｏを１２
０SCCM、Ｈ₂を１２５SCCMとして反応室に導入し、基板
温度４００℃、反応圧力２０Pa、放電電力密度０．４１
W/cm²、放電周波数６０MHzとする。これらの膜は、基板
温度を変化させ、反応ガスの切り替えのみで連続して形
成することもできる。

【００６７】また、酸化窒化シリコン膜７０２ａは基板
を中心に考えて、その内部応力が引張り応力となるよう
に形成する。酸化窒化シリコン膜７０２ｂも同様な方向
に内部応力を持たせるが、酸化窒化シリコン膜７０２ａ
よりも絶対値で比較して小さい応力となるようにする。

【００６８】次に、２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜
６０ｎｍ）の厚さで非晶質半導体膜７０３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。このとき、下地膜７０２と非晶質半
導体膜７０３とは両者を連続形成することも可能であ
る。例えば、前述のように酸化窒化シリコン膜７０２ａ
と酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂをプラズマＣＶＤ
法で連続して成膜後、反応ガスをＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂
からＳｉＨ₄とＨ₂或いはＳｉＨ₄のみに切り替えれば、
一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形成できる。その結
果、酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂ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。

【００６９】そして、まず非晶質構造を有する半導体層
７０３から、図７（Ｂ）で点線で示すように第１の形状
を有する島状半導体層７０４〜７０８を形成する。図１
０（Ａ）はこの状態における島状半導体層７０４、７０
５の上面図であり、同様に図１１（Ａ）は島状半導体層
７０８の上面図を示す。

【００７０】図１０および図１１において、島状半導体
層は長方形とし一辺が５０μｍ以下となるように形成す
るが、島状半導体層の形状は任意なものとすることが可
能で、好ましくはその中心部から端部までの最小距離が
５０μｍ以下となるような形態であればどのような多角
形、或いは円形とすることもできる。

【００７１】次に、このような島状半導体層７０４〜７
０８に対して結晶化の工程を行う。結晶化の工程は、実
施形態１〜３で説明したいずれの方法を用いることも可
能であるが、本実施例では実施形態１の方法で島状半導
体層７０４〜７０８にレーザーアニールを行う。こうし
て図７（Ｂ）の実線で示す結晶質シリコン膜から成る島
状半導体層７０９〜７１３が形成される。

【００７２】なお、本実施例では一つのＴＦＴに対応し
て一つの島状半導体層を形成する例を示しているが、島
状半導体層の専有面積が大きくなる場合（一つのＴＦＴ
の大きさが大きくなる場合）には、複数の島状半導体層
に分割し、複数のＴＦＴを直列に接続したものを一つの
ＴＦＴとして機能させることも可能である。

【００７３】このとき、非晶質シリコン膜の結晶化に伴
って膜が緻密化し、１〜１５％程度収縮する。そして、
島状半導体層の端部には収縮により歪みが発生した領域
７１４が形成される。また、このような結晶質シリコン
膜から成る島状半導体層は、基板を中心に考えて引張り
応力を有している。図１０（Ｂ）および図１１（Ｂ）
は、それぞれこの状態の島状半導体層７０９、７１０お
よび７１３の上面図を示す。同図中で点線で示す領域７
０４、７０５、７０８は元々あった島状半導体層７０
４、７０５、７０８の大きさを示す。

【００７４】このような歪みが蓄積した領域７１４にか
かってＴＦＴのゲート電極が形成されると、この部分は
前述のように多数の欠陥準位があり、また結晶性も良好
でないのでＴＦＴの特性を劣化させる原因となる。例え
ば、オフ電流値が増大したり、この領域に電流が集中し
て局部的に発熱したりする。

【００７５】従って、図７（Ｃ）で示すように、このよ
うな歪みが蓄積した領域７１４が除去されるように第２
の形状の島状半導体層７１５〜７１９を形成する。図中
点線で示す７１４'は歪みが蓄積した領域７１４が存在
していた領域であり、その領域より内側に第２の形状の
島状半導体層７１５〜７１９を形成する状態を示してい
る。この第２の形状の島状半導体層７１５〜７１９の形
状は任意な形状のものとすれば良い。図１０（Ｃ）には
この状態における島状半導体層７１５、７１４の上面図
を示す。また、同様に図１１（Ｃ）には島状半導体層７
１９の上面図を示す。

【００７６】その後、この島状半導体層７１５〜７１９
を覆って、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法により５
０〜１００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜によるマスク層
７２０を形成する。この状態で島状半導体層に対し、Ｔ
ＦＴのしきい値電圧（Ｖth）を制御する目的でｐ型を付
与する不純物元素を１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷atoms／cm³
程度の濃度で島状半導体層の全面に添加しても良い。

【００７７】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。
その方法として、イオン注入法やイオンドープ法を用い
ることができるが、大面積基板を処理するにはイオンド
ープ法が適している。イオンドープ法ではジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）をソースガスとして用いホウ素（Ｂ）を添加す
る。このような不純物元素の注入は必ずしも必要でなく
省略しても差し支えないが、特に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は有効であ
る。

【００７８】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７１６、７１８に選択的に添加する。そのた
め、あらかじめレジストマスク７２１ａ〜７２１ｅを形
成する。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン
（Ｐ）や砒素（Ａｓ）を用いれば良く、ここではリン
（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ₃）を用いた
イオンドープ法を用いる。

【００７９】形成された不純物領域は低濃度ｎ型不純物
領域７２２、７２３として、このリン（Ｐ）濃度は２×
１０¹⁶〜５×１０¹⁹atoms／cm³の範囲とすれば良い。本
明細書中では、ここで形成された不純物領域７２２、７
２３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。また、不純物領域７２４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）が添加される（図７（Ｄ））。

【００８０】次に、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、窒素雰囲気中で５００〜６００
℃で１〜４時間の熱処理や、レーザー活性化の方法によ
り行うことができる。また、両者を併用して行っても良
い。レーザー活性化の方法による場合、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１０
０〜５００ｍＪ／ｃｍ ²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する。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。この工程は、マスク層７２０を残して行
っても良いし、除去してから行っても良い。

【００８１】図７（Ｅ）において、ゲート絶縁膜７２５
はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚を４
０〜１５０ｎｍとしてシリコンを含む絶縁膜で形成す
る。例えば、１２０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜か
ら形成すると良い。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この用途に対して好ましい
材料となる。勿論、ゲート絶縁膜７２５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。いずれにしても、ゲート絶縁膜７２５は基板を中心
に考え圧縮応力となるように形成する。

【００８２】そして、図７（Ｅ）に示すように、ゲート
絶縁膜７２５上にゲート電極を形成するための耐熱性導
電層を形成する。耐熱性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複数の層か
ら成る積層構造としても良い。このような耐熱性導電性
材料を用い、例えば、導電性の窒化物金属膜から成る導
電層（Ａ）７２６と金属膜から成る導電層（Ｂ）７２７
とを積層した構造とすると良い。

【００８３】導電層（Ｂ）７２７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）７２６は窒化タンタル（ＴａＮ）、窒
化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒
化モリブデン（ＭｏＮ）などで形成する。また、導電層
（Ａ）７２６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。

【００８４】また、導電層（Ｂ）７２７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ことが好まし
く、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすること
が好ましい。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２０μΩｃｍ以下の比抵抗
値を実現することができる。

【００８５】導電層（Ａ）７２６は１０〜５０ｎｍ（好
ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）７２７は
２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）
とすれば良い。Ｗをゲート電極とする場合には、Ｗをタ
ーゲットとしたスパッタ法で、アルゴン（Ａｒ）ガスと
窒素（Ｎ₂）ガスを導入して導電層（Ａ）７２６を窒化
タングステン（ＷＮ）で５０nmの厚さに形成し、導電層
（Ｂ）７２７をＷで２５０nmの厚さに形成する。その他
の方法として、Ｗ膜は６フッ化タングステン（ＷＦ₆）
を用いて熱ＣＶＤ法で形成することもできる。

【００８６】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２
０μΩｃｍ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
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。このことより、スパッタ法による場
合、純度９９．９９９９％のＷターゲットを用い、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９〜２０μ
Ωｃｍを実現することができる。

【００８７】一方、導電層（Ａ）７２６にＴａＮ膜を、
導電層（Ｂ）７２７にＴａ膜を用いる場合には、同様に
スパッタ法で形成することが可能である。ＴａＮ膜はＴ
ａをターゲットとしてスパッタガスにＡｒと窒素との混
合ガスを用いて形成し、Ｔａ膜はスパッタガスにＡｒを
用いる。また、これらのスパッタガス中に適量のＸｅ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る。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膜が容易に得られる。

【００８８】なお、図示しないが、導電層（Ａ）７２６
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）７２６または導電層
（Ｂ）７２７が微量に含有するアルカリ金属元素がゲー
ト絶縁膜７２５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）７２７は抵抗率を１０〜５０
μΩcmの範囲とすることが好ましい。

【００８９】次に、フォトマスクを用い、フォトリソグ
ラフィーの技術を使用してレジストマスク７２８ａ〜７
２８ｆを形成し、導電層（Ａ）７２６と導電層（Ｂ）７
２７とを一括でエッチングしてゲート電極７２９〜７３
３と容量配線７３４を形成する。ゲート電極７２９〜７
３３と容量配線７３４は、導電層（Ａ）から成る７２９
ａ〜７３３ａと、導電層（Ｂ）から成る７２９ｂ〜７３
３ｂとが一体として形成されている（図８（Ａ））。

【００９０】また、この状態における島状半導体層７１
５、７１６とゲート電極７２９、７３０との位置関係を
図１０（Ｄ）に示す。同様に島状半導体層７１９とゲー
ト電極７３３、容量配線７３４の関係を図１１（Ｄ）に
示す。図１０（Ｄ）および図１１（Ｄ）において、ゲー
ト絶縁膜７２５は省略する。

【００９１】導電層（Ａ）および導電層（Ｂ）をエッチ
ングする方法は実施者が適宣選択すれば良いが、前述の
ようにＷを主成分とする材料で形成されている場合に
は、高速でかつ精度良くエッチングを実施するために高
密度プラズマを用いたドライエッチング法を適用するこ
とが望ましい。高密度プラズマを得る方法として、マイ
クロ波プラズマや誘導結合プラズマ（Inductively Coup
led Plasma：ＩＣＰ）エッチング装置を用いると良い。

【００９２】例えば、ＩＣＰエッチング装置を用いたＷ
のエッチング法は、エッチングガスにＣＦ₄とＣｌ₂の２
種のガスを反応室に導入し、圧力０．５〜１．５Ｐａ
（好ましくは１Ｐａ）とし、誘導結合部に２００〜１０
００Ｗの高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力を印加する。
この時、基板が置かれたステージには２０Ｗの高周波電
力が印加され、自己バイアスで負電位に帯電することに
より、正イオンが加速されて異方性のエッチングを行う
ことができる。ＩＣＰエッチング装置を使用することに
より、Ｗなどの硬い金属膜も２〜５nm／秒のエッチング
速度を得ることができる。また、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
チング時間を増しオーバーエッチングをすると良い。し
かし、この時に下地とのエッチングの選択比に注意する
必要がある。例えば、Ｗ膜に対する酸化窒化シリコン膜
（ゲート絶縁膜７２５）の選択比は２．５〜３であるの
で、このようなオーバーエッチング処理により、酸化窒
化シリコン膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチン
グされて実質的に薄くなる。

【００９３】そして、画素ＴＦＴのｎチャネル型ＴＦＴ
にＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物
元素添加の工程（ｎ^--ドープ工程）を行う。ゲート電極
７２９〜７３３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すればよい。ｎ
型を付与する不純物元素として添加するリン（Ｐ）の濃
度は１×１０¹⁶〜５×１０¹⁹atoms／cm³の濃度範囲で添
加する。このようにして、図８（Ｂ）に示すように島状
半導体層に低濃度ｎ型不純物領域７３５〜７３９を形成
する。

【００９４】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高濃度ｎ型不
純物領域の形成を行う（ｎ⁺ドープ工程）。まず、フォ
トマスクを用い、レジストのマスク７４０ａ〜７４０ｄ
を形成し、ｎ型を付与する不純物元素を添加して高濃度
ｎ型不純物領域７４１〜７４６を形成する。ｎ型を付与
する不純物元素にはリン（Ｐ）を用い、その濃度が１×
１０²⁰〜１×１０²¹atoms／cm³の濃度範囲となるように
フォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法で行う
（図８（Ｃ））。

【００９５】そして、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島
状半導体層７１５、７１７にソース領域およびドレイン
領域とする高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９を形成
する。ここでは、ゲート電極７２９、７３１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
高濃度ｐ型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膜７１６、７１８、７
１９は、フォトマスクを用いてレジストマスク７４７ａ
〜７４７ｃを形成し全面を被覆しておく。

【００９６】高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９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３×１０²⁰〜３×１０²¹
atoms／cm³となるようにする（図８（Ｄ））。

【００９７】この高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９
には、前工程においてリン（Ｐ）が添加されていて、高
濃度ｐ型不純物領域７４８ａ、７４９ａには１×１０²⁰
〜１×１０²¹atoms／cm³の濃度で、高濃度ｐ型不純物領
域７４８ｂ、７４９ｂには１×１０¹⁶〜５×１０¹⁹atom
s／cm³の濃度でリンが含まれるが、この工程で添加する
ボロン（Ｂ）の濃度を、含まれるリンの濃度の１．５か
ら３倍とすることで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問題なく機能させることができ
る。

【００９８】その後、図９（Ａ）に示すように、ゲート
電極およびゲート絶縁膜上から保護絶縁膜７５０を形成
する。保護絶縁膜は酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン
膜、窒化シリコン膜、またはこれらを組み合わせた積層
膜で形成すれば良い。いずれにしても保護絶縁膜７５０
は無機絶縁物材料から形成する。保護絶縁膜７５０の膜
厚は１００〜２００ｎｍとする。

【００９９】ここで、酸化シリコン膜を用いる場合に
は、プラズマＣＶＤ法で、オルトケイ酸テトラエチル
（Tetraethyl Orthosilicate：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で放電させて形成することができる。酸化窒化シリ
コン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉ
Ｈ₄、Ｎ₂Ｏ、ＮＨ₃から作製される酸化窒化シリコン
膜、またはＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化シリ
コン膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧
力２０〜２００Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高
周波（６０MHz）電力密度０．１〜１．０W/cm²で形成す
ることができる。また、ＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂から作製
される酸化窒化水素化シリコン膜を適用しても良い。窒
化シリコン膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ₄、Ｎ
Ｈ₃から作製することが可能である。このような保護絶
縁膜は、基板を中心に考えて圧縮応力となるように形成
する。

【０１００】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行
う。この工程は電熱炉を用いるファーネスアニール法で
行う。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）を適用することができ
る。ファーネスアニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以
下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４０
０〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うこと
が好ましく、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を
行う。また、基板７０１に耐熱温度が低いプラスチック
基板を用いる場合にはレーザーアニール法を用いる（図
９（Ｂ））。

【０１０１】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
行う。この工程は熱的に励起された水素により島状半導
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。また、基板
７０１の耐熱性が許せば３００〜４５０℃の加熱処理に
より下地膜７０２の酸化窒化水素化シリコン膜７０２
ｂ、保護絶縁膜７５０の酸化窒化シリコン膜の水素を拡
散させて島状半導体層を水素化しても良い。

【０１０２】活性化および水素化の工程が終了したら、
有機絶縁物からなる層間絶縁膜７５１を１．０〜２．０
μｍの平均厚を有して形成する。有機絶縁物としては、
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。例えば、基板に塗布後、熱重合するタイプのポ
リイミドを用いる場合には、クリーンオーブンで３００
℃で焼成して形成する。また、アクリルを用いる場合に
は、２液性のものを用い、主材と硬化剤を混合した後、
スピナーを用いて基板全面に塗布した後、ホットプレー
トで８０℃で６０秒の予備加熱を行い、さらにクリーン
オーブンで２５０℃で６０分焼成して形成することがで
きる。

【０１０３】層間絶縁膜を有機絶縁物で形成することに
より、表面を良好に平坦化させることができる。また、
有機絶縁物は一般に誘電率が低いので、寄生容量を低減
するできる。しかし、吸湿性があり保護膜としての効果
は弱いので、本実施例のように、保護絶縁膜７５０とし
て形成した酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化
シリコン膜などと組み合わせて用いることが好ましい。

【０１０４】その後、フォトマスクを用い、所定のパタ
ーンのレジストマスクを形成し、それぞれの島状半導体
膜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する。コンタクトホールの形成
はドライエッチング法により行う。この場合、エッチン
グガスにＣＦ₄、Ｏ₂、Ｈｅの混合ガスを用い有機絶縁物
から成る層間絶縁膜７５１をまずエッチングし、その
後、続いてエッチングガスをＣＦ₄、Ｏ₂として保護絶縁
膜７５０をエッチングする。さらに、島状半導体層との
選択比を高めるために、エッチングガスをＣＨＦ₃に切
り替えてゲート絶縁膜７２５をエッチングすることによ
り、良好にコンタクトホールを形成することができる。

【０１０５】そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真
空蒸着法で形成し、フォトマスクによりレジストマスク
を形成し、エッチングによってソース配線７５２〜７５
６とドレイン配線７５７〜７６１を形成する。ドレイン
配線７６２は隣接する画素のドレイン配線を示す。ここ
で、ドレイン配線７６１は画素電極として機能するもの
である。図示していないが、本実施例ではこの電極を、
Ｔｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体層
のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコン
タクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム
（Ａｌ）を３００〜４００nmの厚さで形成して配線とす
る。

【０１０６】図１０（Ｅ）はこの状態における島状半導
体層７１５、７１６、ゲート電極７２９、７３０、ソー
ス配線７５２、７５３およびドレイン配線７５７、７５
８の上面図を示す。ソース配線７５２、７５３は図示さ
れていない層間絶縁膜および保護絶縁膜に設けられたコ
ンタクトホールによって、島状半導体層７１５、７１６
とそれぞれ８３０、８３３で接続している。また、ドレ
イン配線７５７、７５８は８３１、８３２で島状半導体
層７１５、７１６と接続している。

【０１０７】同様に、図１１（Ｅ）では島状半導体層７
１９、ゲート電極７３３、容量配線７３４、ソース配線
７５６およびドレイン配線７６１の上面図を示し、ソー
ス配線７５６はコンタクト部８３４で、ドレイン配線７
６１はコンタクト部８３５でそれぞれ島状半導体層７１
９と接続している。

【０１０８】いずれにしても、第１の形状を有する島状
半導体層の内側の領域に、歪みが残留している領域を除
去して、第２の形状を有する島状半導体層を形成し、Ｔ
ＦＴを形成する。

【０１０９】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。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る。また、この
ような熱処理により保護絶縁膜７５０や、下地膜７０２
にに存在する水素を島状半導体膜７１５〜７１９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７１５〜７１９中の欠陥密度を１０¹⁶/cm³以下
とすることが望ましく、そのためには水素を5×１０¹⁸
〜５×１０¹⁹atoms/cm³程度付与することが好ましい。
（図９（Ｃ））。

【０１１０】こうして同一の基板上に、駆動回路のＴＦ
Ｔと画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させるこ
とができる。駆動回路には第１のｐチャネル型ＴＦＴ８
００、第１のｎチャネル型ＴＦＴ８０１、第２のｐチャ
ネル型ＴＦＴ８０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ８０
３、画素部には画素ＴＦＴ８０４、保持容量８０５が形
成されている。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】駆動回路の第１のｐチャネル型ＴＦＴ８０
０には、島状半導体膜７１５にチャネル形成領域８０
６、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域８０７
ａ、８０７ｂ、ドレイン領域８０８ａ、８０８ｂを有し
たシングルドレインの構造を有している。

【０１１２】第１のｎチャネル型ＴＦＴ８０１には、島
状半導体膜７１６にチャネル形成領域８０９、ゲート電
極７３０と重なるＬＤＤ領域８１０、ソース領域８１
２、ドレイン領域８１１を有している。このＬＤＤ領域
において、ゲート電極７３０と重なるＬＤＤ領域のチャ
ネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは
１．０〜２．０μｍとする。ｎチャネル型ＴＦＴにおけ
るＬＤＤ領域の長さをこのようにすることにより、ドレ
イン領域近傍に発生する高電界を緩和して、ホットキャ
リアの発生を防ぎ、ＴＦＴの劣化を防止することができ
る。

【０１１３】駆動回路の第２のｐチャネル型ＴＦＴ８０
２は同様に、島状半導体膜７１７にチャネル形成領域８
１３、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域８１４
ａ、８１４ｂ、ドレイン領域８１５ａ、８１５ｂを有し
たシングルドレインの構造を有している。

【０１１４】第２のｎチャネル型ＴＦＴ８０３には、島
状半導体膜７１８にチャネル形成領域８１６、ゲート電
極７３２と一部が重なるＬＤＤ領域８１７、８１８、ソ
ース領域８２０、ドレイン領域８１９が形成されてい
る。このＴＦＴのゲート電極７３２と重なるＬＤＤ領域
の長さも０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．
０μｍとする。また、ゲート電極と重ならないＬＤＤ領
域のチャネル長方向の長さは０．５〜４．０μｍ、好ま
しくは１．０〜２．０μｍとする。

【０１１５】画素ＴＦＴ８０４には、島状半導体膜７１
９にチャネル形成領域８２１、８２２、ＬＤＤ領域８２
３〜８２５、ソースまたはドレイン領域８２６〜８２８
を有している。ＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは
０．５〜４．０μｍ、好ましくは１．５〜２．５μｍで
ある。さらに、容量配線７３４と、ゲート絶縁膜と同じ
材料から成る絶縁膜と、画素ＴＦＴ８０４のドレイン領
域８２８に接続する半導体層８２９とから保持容量８０
５が形成されている。図９（Ｃ）では画素ＴＦＴ８０４
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。

【０１１６】図１２は画素部のほぼ一画素分を示す上面
図である。図中に示すＡ−Ａ'断面が図９（Ｃ）に示す
画素部の断面図に対応している。画素ＴＦＴ８０４のゲ
ート電極７３３は、図示されていないゲート絶縁膜を介
してその下の島状半導体層７１９と交差している。図示
はしていないが、島状半導体層には、ソース領域、ドレ
イン領域、ＬＤＤ領域が形成されている。また、８３４
はソース配線７５６とソース領域８２６とのコンタクト
部、８３５はドレイン配線７６１とドレイン領域８２８
とのコンタクト部である。保持容量８０５は、画素ＴＦ
Ｔ８０４のドレイン領域８２８から延在する半導体層８
２９がゲート絶縁膜を介して容量配線７３４と重なる領
域で形成されている。

【０１１７】以上のようにしてアクティブマトリクス基
板が完成する。本実施例に従って作製されたアクティブ
マトリクス基板は、画素部および駆動回路の仕様に応じ
て適切な構造のＴＦＴを配置している。そのため、この
アクティブマトリクス基板を用いた電気光学装置の動作
性能と信頼性を向上させることを可能としている。

【０１１８】なお、本実施例では画素ＴＦＴ８０４のド
レイン配線７６１をそのまま画素電極として用いてお
り、反射型液晶表示装置に対応した構造となっている。
しかし、ドレイン配線７６１に電気的に接続されるよう
に透明導電膜でなる画素電極を形成することで透過型液
晶表示装置にも対応できる。

【０１１９】また、本実施例は本願発明を用いた半導体
装置の作製工程の一例であり、本実施例に示した材料や
数値範囲に限定する必要はない。さらに、ＬＤＤ領域の
配置なども実施者が適宜決定すれば良い。

【０１２０】〔実施例２〕実施例１では、非晶質半導体
膜に対して実施形態１乃至実施形態３に示した方法でレ
ーザーアニールを施して結晶化する例を示しているが、
ある程度まで結晶化が進んだ段階の半導体膜に対してレ
ーザーアニールを行うこともできる。

【０１２１】即ち、ファーネスアニールにより非晶質半
導体膜を結晶化させて得た結晶質半導体膜に、さらにレ
ーザーアニールを施して結晶性を改善する場合において
も本願発明のレーザーアニールは有効である。

【０１２２】具体的には、特開平７−１６１６３４号公
報、特開平７−３２１３３９号公報または特開平７−１
３１０３４号公報等の出願におけるレーザー照射工程
（レーザーアニール工程）に、実施形態１乃至実施形態
３のレーザーアニール方法を用いることが可能である。

【０１２３】なお、上記公報に本願発明を用いた後、形
成された結晶質半導体膜を用いたＴＦＴを作製すること
ができる。即ち、本実施例と実施例１とを組み合わせる
ことが可能である。

【０１２４】〔実施例３〕本実施例では実施例１、２に
従って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。まず、図１３（Ａ）に示すように、図９（Ｃ）の状
態のアクティブマトリクス基板にパターニングにより樹
脂材料でなるスペーサ９０１a〜９０１fを形成する。な
お、スペーサとして公知の球状シリカ等を散布して用い
ることもできる。

【０１２５】本実施例では、樹脂材料でなるスペーサ９
０１a〜９０１fとしてＪＳＲ社製のＮＮ７００を用い、
スピナーで塗布した後、露光と現像処理によって所定の
パターンに形成する。さらにクリーンオーブンなどで１
５０〜２００℃で加熱して硬化させる。このようにして
作製されるスペーサは露光と現像処理の条件によって形
状を異ならせることができるが、好ましくは、柱状で頂
部が平坦な形状となるようにすると、対向側の基板を合
わせたときに液晶表示パネルとしての機械的な強度を確
保することができる。

【０１２６】また、形状は円錐状、角錐状など特別の限
定はないが、例えば円錐状としたときに具体的には、高
さＨを１．２〜５μｍとし、平均半径Ｌ１を５〜７μ
ｍ、平均半径Ｌ１と底部の半径Ｌ２との比を１対１．５
とする。このとき側面のテーパー角は±１５°以下とす
る。

【０１２７】スペーサ９０１a〜９０１fの配置は任意に
決定しても良いが、好ましくは、図１３（Ａ）で示すよ
うに、画素部においてはドレイン配線７６１（画素電
極）のコンタクト部８３５と重ねてその部分を覆うよう
に形成すると良い。コンタクト部８３５は平坦性が損な
われこの部分では液晶がうまく配向しなくなるので、コ
ンタクト部８３５にスペーサ用の樹脂を充填することで
ディスクリネーションなどを防止することができる。

【０１２８】その後、配向膜９０２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を用いる。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する。画素
部に設けたスペーサ９０１a〜９０１fの端部からラビン
グ方向に対してラビングされない領域が２μｍ以下とな
るようにすることが好ましい。また、ラビング処理では
静電気の発生がしばしば問題となるが、駆動回路のＴＦ
Ｔ上において、少なくともソース配線およびドレイン配
線上にもスペーサ９０１ａ〜９０１ｅを形成しておく
と、ラビング工程におけるスペーサとしての本来の役割
と、静電気からＴＦＴを保護する効果を得ることができ
る。

【０１２９】対向基板９０３には、遮光膜９０４、透明
導電膜でなる対向電極９０５および配向膜９０６を形成
する。遮光膜９０４はＴｉ、Ｃｒ、Ａｌなどを１５０〜
３００nmの厚さで形成する。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
シール剤９０７で貼り合わせる。シール剤９０７にはフ
ィラー９０８が混合されていて、このフィラー９０８と
スペーサ９０１a〜９０１fによって均一な間隔を持って
対向基板とアクティブマトリクス基板とが貼り合わせら
れる。

【０１３０】その後、両基板の間に液晶材料９０９を注
入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液
晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。例えば、Ｔ
Ｎ液晶の他に、電場に対して透過率が連続的に変化する
電気光学応答性を示す無しきい値反強誘電性混合液晶を
用いることもできる。無しきい値反強誘電性混合液晶に
はＶ字型の電気光学応答特性を示すものもある。詳細は
「H.Furue et al.;Charakteristics and Drivng Scheme
of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting
Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gr
ay-Scale Capability,SID,1998」、「T.Yoshida et a
l.;A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LC
D Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response
Time,841,SID97DIGEST,1997」、「S.Inui et al.;Thre
sholdless antiferroelectricity in liquid crystals
and its application to displays,671-673,J.Mater.Ch
em.6(4),1996」、または米国特許第5,594,569号を参照
すれば良い。

【０１３１】このようにして図１３（Ｂ）に示すアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置が完成する。図１３では
スペーサ９０１a〜９０１eを駆動回路のＴＦＴ上の少な
くともソース配線およびドレイン配線上にに分割して形
成したが、その他に、駆動回路の全面を覆って形成して
も差し支えない。

【０１３２】図１４はアクティブマトリクス基板の上面
図を示し、画素部および駆動回路部とスペーサおよびシ
ール剤の位置関係を示す上面図である。画素部１４００
の周辺に駆動回路として走査信号駆動回路１４０１と画
像信号駆動回路１４０２が設けられている。さらに、そ
の他ＣＰＵやメモリなどの信号処理回路１４０３も付加
されていても良い。

【０１３３】そして、これらの駆動回路は接続配線１４
１１によって外部入出力端子１４１０と接続されてい
る。画素部１４００では走査信号駆動回路１４０１から
延在するゲート配線群１４０４と画像信号駆動回路１４
０２から延在するソース配線群１４０５がマトリクス状
に交差して画素を形成し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦ
Ｔ８０４と保持容量８０５が設けられている。

【０１３４】画素部において設けられるスペーサ１４０
６は、図１３で示したスペーサ９０１fに対応するもの
で、すべての画素に対して設けても良いが、マトリクス
状に配列した画素の数個から数十個おきに設けても良
い。即ち、画素部を構成する画素の全数に対するスペー
サの数の割合は２０〜１００％とすると良い。また、駆
動回路部に設けるスペーサ１４０７〜１４０９はその全
面を覆うように設けても良いし、図１３で示したように
各ＴＦＴのソースおよびドレイン配線の位置にあわせて
複数個に分割して設けても良い。

【０１３５】シール剤９０７は、基板７０１上の画素部
１４００および走査信号駆動回路１４０１、画像信号駆
動回路１４０２、その他の信号処理回路１４０３の外側
であって、外部入出力端子１４１０よりも内側に形成す
る。

【０１３６】このようなアクティブマトリクス型液晶表
示装置の構成を図１５の斜視図を用いて説明する。図１
５においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板７
０１上に形成された、画素部１４００と、走査信号駆動
回路１４０１と、画像信号駆動回路１４０２とその他の
信号処理回路１４０３とで構成される。

【０１３７】画素部１４００には画素ＴＦＴ８０４と保
持容量８０５が設けられ、画素部の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１４０１と、画像信号駆動回路１４０２
はそれぞれゲート配線７３３とソース配線７５６で画素
ＴＦＴ８０４に接続している。また、フレキシブルプリ
ントサーキット（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）
１４１３が外部入力端子１４１０に接続していて画像信
号などを入力するのに用いる。フレキシブルプリントサ
ーキット１４１３は補強樹脂１４１２で接着強度を高め
て固定されている。そして接続配線１４１１でそれぞれ
の駆動回路に接続している。また、対向基板９０３には
図示していないが、遮光膜や透明電極が設けられてい
る。

【０１３８】このような構成の液晶表示装置は、実施例
１、２で示したアクティブマトリクス基板を用いて形成
することができる。例えば、図９（Ｃ）の構造のアクテ
ィブマトリクス基板を用いれば反射型の液晶表示装置が
得られ、実施例１で示したように画素電極として透明導
電膜を用いたアクティブマトリクス基板を用いれば透過
型の液晶表示装置を得ることができる。

【０１３９】〔実施例４〕実施例１〜実施例３では、本
願発明を液晶表示装置に対して用いた例を示している
が、本願発明はＴＦＴを用いる半導体装置であれば如何
なるものにも実施することが可能である。

【０１４０】具体的には、アクティブマトリクス型のＥ
Ｌ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やアクティブ
マトリクス型のＥＣ（エレクトロクロミクス）表示装置
を作製する場合に、半導体膜のレーザーアニール工程に
おいて本願発明を実施することが可能である。その際、
実施形態１乃至実施形態３のいずれの構成を用いても良
い。

【０１４１】本願発明はレーザーアニール工程の部分の
発明であるので、その他の部分は公知のＴＦＴ作製プロ
セスが適用できる。従って、アクティブマトリクス型Ｅ
Ｌ表示装置やアクティブマトリクス型ＥＣ表示装置を作
製する場合には、公知の技術に本願発明を適用すれば良
い。勿論、図７〜９で説明した作製工程を参考にして作
製することも可能である。

【０１４２】〔実施例５〕本願発明は、アクティブマト
リクス型液晶表示装置やアクティブマトリクス型ＥＬ表
示装置などの電気光学装置を表示ディスプレイとして有
する電子装置（電子機器ともいう）に対して実施するこ
とが可能である。電子装置としては、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。

【０１４３】図１６（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、表示部２００３、キー
ボード２００４で構成される。本願発明は表示装置２０
０３やその他の駆動回路の作製に際して実施することが
できる。

【０１４４】図１６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作
スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０
６で構成される。本願発明は表示装置２１０２やその他
の駆動回路の作製に際して実施することができる。

【０１４５】図１６（Ｃ）はゴーグル型ディスプレイで
あり、本体２２０１、表示装置２２０２、アーム部２２
０３から成っている。本願発明は表示部２２０２やその
他図示されていない駆動回路の作製に際して実施するこ
とができる。。

【０１４６】図１６（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等の電気回路
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、表示部２３０３、本体２
３０１に組み込まれた表示部２３０２で構成される。表
示部２３０３と本体２３０１に組み込まれた表示部２３
０２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
表示部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。本願発明は、
表示部２３０２、２３０３の作製に際して実施すること
ができる。また、表示部２３０３は従来のＣＲＴを用い
ることもできる。

【０１４７】図１６（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、表示部２４０２、スピーカー部２４
０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５で構成
される。なお、記録媒体にはＤＶＤ（Digital Versati
le 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。本願発明は表示部２４０２やそ
の他の駆動回路の作製に際して実施することができる。

【０１４８】図１６（Ｆ）はデジタルカメラであり、本
体２５０１、表示部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。
本願発明は表示部２５０２やその他の駆動回路の作製に
際して実施することができる。

【０１４９】図１７（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
駆動回路に適用することができる。図１７（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２
７０４で構成される。本願発明は表示装置やその他の駆
動回路の作製に際して実施することができる。

【０１５０】なお、図１７（Ｃ）に、図１７（Ａ）およ
び図１７（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。

【０１５１】図１７（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１７（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。

【０１５２】また、図１７（Ｄ）は図１７（Ｃ）におけ
る光源光学系２８０１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２８
１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１
４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成
される。なお、図１７（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。

【０１５３】また、ここでは図示しなかったが、本願発
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の作製に際して実施することも
できる。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装置の作製に際して実施するこ
とができる。

【０１５４】〔実施例６〕実施例１では、パターニング
を行った後、実施の形態１〜３の方法を用いた例を示し
たが、本実施例では、パターニングを行う前に実施の形
態１の方法を用いてレーザー光を照射した例を図１８を
用いて示す。

【０１５５】まず、実施例１に従い、図７（Ａ）に示し
た状態を得る。

【０１５６】次いで、半導体膜に対して結晶化の工程を
行う。本実施例で用いる結晶化工程、即ち、図１８に示
した半導体膜の表面及び裏面にレーザー光を照射する構
成を以下に説明する。

【０１５７】図１８において、１８０１は透光性基板で
あり、その表面には絶縁膜１８０２、非晶質半導体膜
（または微結晶半導体膜）１８０３が形成されている。
また、透光性基板１８０１の下にはレーザー光を反射さ
せるための反射体１８０４が配置される。

【０１５８】透光性基板１８０１はガラス基板、石英基
板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用い
られる。この透光性基板１８０１自体で第二次レーザー
光の実効エネルギー強度を調節することが可能である。
また、絶縁膜１８０２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリ
コン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用い
れば良く、この絶縁膜１８０２で第二次レーザー光の実
効エネルギー強度を調節しても良い。

【０１５９】また、図１８の構成においては、第二次レ
ーザー光は非晶質半導体膜１８０３を一度通過して、反
射体１８０４で反射されたレーザー光である。従って、
非晶質半導体膜１８０３で第二次レーザー光の実効エネ
ルギー強度を調節することもできる。また、非晶質半導
体膜１８０３はアモルファスシリコン膜の他に、アモル
ファスシリコンゲルマニウム膜などの化合物半導体膜も
含む。

【０１６０】また、反射体１８０４は表面（レーザー光
の反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、
金属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜
としては如何なる材料を用いても良い。代表的には、シ
リコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、
タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔ
ａ）のいずれかの元素を含む金属膜を用いる。例えば、
窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒
化タンタル（ＴａＮ）を用いても良い。

【０１６１】さらに、この反射体１８０４は透光性基板
１８０１に接して設けても良いし、離して設けても良
い。また、反射体１８０４を配置する代わりに、基板１
８０１の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のような
金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させることも
可能である。いずれにしても、この反射体１８０４の反
射率で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節す
ることができる。また、反射体１８０４を透光性基板１
８０１と離して設置する場合、その隙間に充填する気体
（ガス）で第二次レーザー光のエネルギー強度を制御す
ることも可能である。

【０１６２】そして、図２で説明した光学系２０１（図
中ではシリンドリカルレンズ２０７のみを示す。）を経
由して線状に加工されたレーザー光が、非晶質半導体膜
１８０３に照射される。この線状に加工されたレーザー
光の照射はレーザー光を走査することによって行われ
る。

【０１６３】いずれにしても、シリンドリカルレンズ２
０７を透過して非晶質半導体膜１８０３の表面に照射さ
れる第一次レーザー光１８０５と、非晶質半導体膜１８
０３を通過し、反射体１８０４で一旦反射されて非晶質
半導体膜１８０３の裏面に照射される第二次レーザー光
１８０６との実効エネルギー強度比（Ｉ₀'／Ｉ₀）が、
０＜Ｉ₀'／Ｉ₀＜１または１＜Ｉ₀'／Ｉ₀の関係を満たす
ことが重要である。このためには、反射体１８０４のレ
ーザー光に対する反射率は２０〜８０％であることが好
ましい。また、このとき、本実施形態でいくつか述べた
第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させる手
段を、複数組み合わせて所望の強度比としても良い。

【０１６４】また、シリンドリカルレンズ２０７を通過
したレーザー光は、集光される過程で基板表面に対して
４５〜９０°の入射角を持つ。そのため、第二次レーザ
ー光１８０６は非晶質半導体膜１８０３の裏面側にも回
り込んで照射される。また、反射体１８０４の反射面に
起伏部を設けてレーザー光を乱反射させることで、第二
次レーザー光１８０６をさらに効率良く得ることができ
る。

【０１６５】レーザー光としては、非晶質半導体膜１８
０３に対する光の透過成分及び吸収成分を十分有する波
長範囲（５３０ｎｍ前後）の波長を有するレーザー光で
あればよい。本実施例においては、ＹＡＧレーザーの第
２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いて結晶化を行った。

【０１６６】第２高調波を用いれば、照射した光の一部
は非晶質半導体膜を透過し、反射体により非晶質半導体
膜の裏面に照射することができるため、第二次レーザー
光１８０６を効率良く得ることができる。

【０１６７】次いで、得られた半導体膜にパターニング
を施し、島状の半導体膜を得る。

【０１６８】以降の工程は、実施例１に従えば、アクテ
ィブマトリクス基板が得られる。

【０１６９】また、本実施例は実施例２とも組み合わせ
ることができる。また、実施例３を用いれば、アクティ
ブマトリクス型液晶表示装置が得られる。また、実施例
４や実施例５に示した半導体装置にも本実施例を適用す
ることができる。

【０１７０】

【発明の効果】本願発明によれば、レーザーアニールの
際にレーザー光を線状に加工してスループットを向上さ
せるのに加えて、さらにメンテナンスの容易な固体レー
ザーを用いることで従来のエキシマレーザーを用いたレ
ーザーアニールよりもスループットの向上が達成でき
る。延いてはＴＦＴやＴＦＴで形成された液晶表示装置
等の半導体装置の製造コストを低減することができる。

【０１７１】さらに、非晶質半導体膜の表面及び裏面に
対してレーザー光を照射するという構成でレーザーアニ
ールを行うことにより、従来（非晶質半導体膜の表面の
みにレーザー光を照射した場合）に比べて結晶粒径の大
きい結晶質半導体膜を得ることが可能である。そして、
結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ることにより、半
導体装置の性能を大幅に向上させうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 レーザー装置の構成を示す図。

【図２】 レーザー装置の光学系の構成を示す図。

【図３】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す
図。

【図４】 レーザー装置の構成を示す図。

【図５】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す
図。

【図６】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す
図。

【図７】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す図。

【図８】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す図。

【図９】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す図。

【図１０】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す図。

【図１１】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示
す図。

【図１２】 画素構造を示す図。

【図１３】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断
面構造を示す図。

【図１４】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の上
面構造を示す図。

【図１５】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の斜
視図。

【図１６】 電子装置の一例を示す図。

【図１７】 プロジェクターの一例を示す図。

【図１８】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す
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） Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｇ (72)発明者 笠原 健司 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 河崎 律子 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 Ｆターム(参考） 2H092 GA59 HA28 JA25 JA33 JA35 JA36 JB07 JB33 JB36 JB51 JB69 KA05 KA10 KA12 KA18 KB04 KB24 KB25 MA05 MA08 MA27 MA30 MA35 MA41 NA27 PA06 5F052 AA02 BA07 BB02 BB07 CA04 CA10 DA02 DB03 DB07 JA01 JA04 5F072 AB02 JJ08 KK05 KK12 QQ02 RR05 YY08 5F110 AA30 BB04 CC02 DD02 DD13 DD14 DD15 DD17 EE04 EE05 EE06 EE14 EE28 EE44 FF02 FF04 FF28 FF30 GG02 GG25 GG32 GG43 GG45 HJ01 HJ04 HJ11 HJ23 HL03 HL04 HM15 NN02 NN03 NN22 NN23 NN24 NN33 NN72 PP01 PP03 PP04 PP06 PP07 PP11 PP29 PP35 QQ09 QQ21 QQ25

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体レーザーと、 前記固体レーザーを発振源とするレーザー光の断面形状
   を線状に加工する光学系と、 前記レーザー光を被処理体の表面及び裏面に照射する処
   理室と、 を有することを特徴とするレーザー装置。
2. 【請求項２】固体レーザーと、 前記固体レーザーを発振源とするレーザー光の断面形状
   を線状に加工する光学系と、 前記レーザー光を被処理体の表面及び裏面に照射する処
   理室と、 を有し、 前記被処理体の裏面側には、レーザー光を前記被処理体
   の裏面に入射させる反射体が設けられていることを特徴
   とするレーザー装置。
3. 【請求項３】固体レーザーと、 前記固体レーザーを発振源とするレーザー光の断面形状
   を線状に加工し、該レーザー光を被処理体の表面及び裏
   面に導く光学系と、 を有することを特徴とするレーザー装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか一つにお
   いて、前記固体レーザーを発振源とするレーザー光を高
   調波にする手段を有することを特徴とするレーザー装
   置。
5. 【請求項５】請求項１乃至請求項３のいずれか一つにお
   いて、前記固体レーザーを発振源とするレーザー光を第
   ２高調波にする手段を有することを特徴とするレーザー
   装置。
6. 【請求項６】固体レーザーと、 前記固体レーザーを発振源とするレーザー光を第３高調
   波及び第４高調波に分割する手段と、 前記第４高調波を被処理体の表面に導く光学系及び前記
   第３高調波を前記被処理体の裏面に導く光学系と、 を有することを特徴とするレーザー装置。
7. 【請求項７】請求項６において、前記第３高調波及び第
   ４高調波の断面形状を線状に加工する光学系を有するこ
   とを特徴とするレーザー装置。
8. 【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか一つにお
   いて、前記固体レーザーとはＮｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎ
   ｄ：ＹＶＯ₄レーザーもしくはＮｄ：ＹＡｌＯ₃レーザー
   であることを特徴とするレーザー装置。
9. 【請求項９】固体レーザーを発振源とするレーザー光を
   形成する段階と、 前記レーザー光の断面形状を線状に加工する段階と、 前記断面形状が線状に加工されたレーザー光を被処理体
   の表面及び裏面に照射する段階と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。
10. 【請求項１０】固体レーザーを発振源とするレーザー光
    を形成する段階と、 前記レーザー光の断面形状を線状に加工する段階と、 前記断面形状が線状に加工されたレーザー光を被処理体
    の表面に照射すると同時に、該断面形状が線状に加工さ
    れたレーザー光を前記被処理体の裏面側に設けられた反
    射体で反射させて前記被処理体の裏面に照射する段階
    と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。
11. 【請求項１１】固体レーザーを発振源とするレーザー光
    を形成する段階と、 前記レーザー光の断面形状を線状に加工する段階と、 前記レーザー光もしくは前記断面形状が線状に加工され
    たレーザー光を第一次レーザー光及び第二次レーザー光
    に分割する段階と、 前記第一次レーザー光を前記被処理体の表面に照射し、
    前記第二次レーザー光を前記被処理体の裏面に照射する
    段階と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。
12. 【請求項１２】請求項９乃至請求項１１のいずれか一つ
    において、前記固体レーザーを発振源とするレーザー光
    を形成する段階の後、該レーザー光を高調波にする段階
    を有することを特徴とするレーザーアニール方法。
13. 【請求項１３】請求項９乃至請求項１１のいずれか一つ
    において、前記固体レーザーを発振源とするレーザー光
    を形成する段階の後、該レーザー光を第２高調波にする
    段階を有することを特徴とするレーザーアニール方法。
14. 【請求項１４】固体レーザーを発振源とするレーザー光
    を形成する段階と、 前記レーザー光を第３高調波及び第４高調波とに変調す
    る段階と、 前記第３高調波と前記第４高調波とに分割する段階と、 前記第４高調波を前記被処理体の表面に照射し、前記第
    ３高調波を前記被処理体の裏面に照射する段階と、 を有することを特徴とするレーザーアニール方法。
15. 【請求項１５】請求項１４において、前記第３高調波及
    び第４高調波の断面形状を線状に加工する段階を有する
    ことを特徴とするレーザーアニール方法。
16. 【請求項１６】請求項９乃至請求項１５のいずれか一つ
    において、前記固体レーザーとしてＮｄ：ＹＡＧレーザ
    ー、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザーもしくはＮｄ：ＹＡｌＯ₃レ
    ーザーを用いることを特徴とするレーザーアニール方
    法。
17. 【請求項１７】請求項９乃至請求項１６のいずれか一つ
    において、前記被処理体とは非晶質半導体膜若しくは微
    結晶半導体膜であることを特徴とするレーザーアニール
    方法。
18. 【請求項１８】基板上に半導体膜を形成する工程と、 固体レーザーを発振源とする断面形状が線状のレーザー
    光を前記半導体膜の表面及び裏面に照射する工程と、 前記レーザー光が照射された半導体膜を活性層とするＴ
    ＦＴ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。
19. 【請求項１９】基板上に半導体膜を形成する工程と、 前記半導体膜をパターニングして島状半導体膜を形成す
    る工程と、 固体レーザーを発振源とする断面形状が線状のレーザー
    光を、前記島状半導体膜の表面及び裏面に照射する工程
    と、 前記レーザー光が照射された島状半導体膜を活性層とす
    るＴＦＴ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。
20. 【請求項２０】基板上に半導体膜を形成する工程と、 固体レーザーを発振源とする断面形状が線状のレーザー
    光を、前記半導体膜の表面及び裏面に照射する工程と、 前記レーザー光が照射された半導体膜をパターニングし
    て島状半導体膜を形成する工程と、 前記島状半導体膜を活性層とするＴＦＴ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。
21. 【請求項２１】請求項１８又は請求項２０において、前
    記半導体膜は非晶質半導体膜もしくは微結晶半導体膜で
    あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
22. 【請求項２２】請求項１８又は請求項２１において、前
    記レーザー光は第２高調波、第３高調波、もしくは第４
    高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
23. 【請求項２３】基板上に半導体膜を形成する工程と、 固体レーザーを発振源とする第４高調波を前記半導体膜
    の表面に照射し、前記固体レーザーを発振源とする第３
    高調波を前記半導体膜の裏面に照射する工程と、 前記第３高調波及び第４高調波が照射された半導体膜を
    活性層とするＴＦＴ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。
24. 【請求項２４】基板上に半導体膜を形成する工程と、 前記半導体膜をパターニングして島状半導体膜を形成す
    る工程と、 固体レーザーを発振源とする第４高調波を前記島状半導
    体膜の表面に照射し、前記固体レーザーを発振源とする
    第３高調波を前記島状半導体膜の裏面に照射する工程
    と、 前記第３高調波及び第４高調波が照射された島状半導体
    膜を活性層とするＴＦＴ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。
25. 【請求項２５】請求項２３又は請求項２４において、前
    記半導体膜は非晶質半導体膜もしくは微結晶半導体膜で
    あることを特徴とする半導体装置の作製方法。
26. 【請求項２６】請求項１８乃至請求項２５のいずれか一
    つにおいて、前記固体レーザーとしてＮｄ：ＹＡＧレー
    ザー、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザーもしくはＮｄ：ＹＡｌＯ₃
    レーザーを用いることを特徴とする半導体装置の作製方
    法。