JP2002353142A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非常に高性能で特性ばらつきの少ない半導体
装置およびその半導体装置を簡便で高歩留まりな製造プ
ロセスにより作製できる半導体装置の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 ガラス基板上に形成された結晶性を有す
るケイ素膜を活性領域として用いた半導体装置におい
て、活性領域１０９は、略一方向に沿って並んだライン
状の結晶粒群(結晶粒界ＧＢにより境界が示された領域)
により構成されており、かつ、そのライン状の結晶粒群
とそれに隣接するライン状の結晶粒群との間の面方位の
ずれは１０゜以内である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、非晶質ケイ素膜
を結晶化した結晶性ケイ素膜を活性領域として用いる半
導体装置およびその製造方法に関し、特に絶縁表面を有
する基板上に設けられた薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)を用
いたアクティブマトリクス型液晶表示装置,密着型イメ
ージセンサー,三次元ＩＣ等の半導体装置およびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大型で高解像度の液晶表示装置、
高速で高解像度の密着型イメージセンサー、三次元ＩＣ
(集積回路)等への実現に向けて、ガラス等の絶縁基板上
や絶縁膜上に高性能な素子を形成する試みがなされてい
る。これらの装置に用いられる素子には、薄膜状のケイ
素半導体を用いるのが一般的である。この薄膜状のケイ
素半導体としては、非晶質ケイ素半導体(ａ−Ｓi)から
なるものと結晶性を有するケイ素半導体からなるものの
２つに大別される。

【０００３】上記非晶質ケイ素半導体は、作製温度が低
く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産性
に富むため、最も一般的に用いられているが、導電性等
の物性が結晶性を有するケイ素半導体に比べて劣ってい
るため、より高速特性を得るには、結晶性を有するケイ
素半導体からなる半導体装置の作製方法の確立が強く求
められている。なお、結晶性を有するケイ素半導体とし
ては、多結晶ケイ素、微結晶ケイ素等が知られている。

【０００４】これら結晶性を有する薄膜状のケイ素半導
体を得る方法としては、 (１) 成膜時に結晶性を有する膜を直接成膜する方法 (２) 非晶質の半導体膜を成膜しておき、パルスレーザ
ー光のエネルギーにより結晶性を有する膜を形成する方
法 (３) 非晶質の半導体膜を成膜しておき、熱エネルギー
を加えることにより結晶性を有する膜を形成する方法 等が知られている。しかしながら、(１)の方法では、成
膜工程と同時に結晶化が進行するので、大粒径の結晶性
ケイ素を得るにはケイ素膜の厚膜化が不可欠であり、良
好な半導体物性を有する膜を基板上に全面にわたって均
一に成膜することが技術上困難である。

【０００５】また、(２)の方法では、溶融固化過程の結
晶化現象を利用するため、小粒径ながら粒界が良好に処
理され、比較的高品質な結晶性ケイ素膜が得られるが、
現在最も一般的に使用されているエキシマレーザーを例
にとると、未だ十分な安定性のものが得られておらず、
素子としての性能面でも十分ではない。

【０００６】また、(３)の方法は、(１),(２)の方法と
比較すると、基板内の均一性,安定性において有利であ
るが、６００℃で３０時間程の長時間にわたる加熱処理
が必要であり、処理時間が長く、スループットが低いと
いう問題がある。また、この(３)の方法では、結晶構造
が双晶構造となるため、1つの結晶粒は数μｍと比較的
大きいが、結晶粒内に多数の双晶欠陥を含み、上記(２)
の方法に比べて結晶性は劣る。

【０００７】これらの方法に対して、上記(３)の方法を
改善し、高品質な結晶性ケイ素膜を得る方法が最近注目
されている。この方法では、非晶質ケイ素膜の結晶化を
助長する触媒元素を利用することで、加熱温度の低温化
および処理時間の短縮、そして結晶性の向上を図ってい
る。具体的には、非晶質ケイ素膜の表面にニッケルやパ
ラジウム等の金属元素を微量に導入させ、しかる後に加
熱を行うものである。

【０００８】この低温結晶化のメカニズムは、まず金属
元素を核とした結晶核発生が早期に起こり、その後その
金属元素が触媒となって結晶成長を助長し、結晶化が急
激に進行することで理解される。そういった意味で以後
これらの金属元素を触媒元素と呼ぶ。これらの触媒元素
により結晶化が助長されて結晶成長した結晶性ケイ素膜
は、通常の固相成長法(上記(３)の方法)で結晶化した結
晶性ケイ素膜の1つの粒内が双晶構造であり、多数の結
晶欠陥を有しているのに対して、その粒内は何本もの柱
状結晶ネットワークで構成されており、それぞれの柱状
結晶内部はほぼ理想的な単結晶状態となっている。

【０００９】このような方法により得られた結晶性ケイ
素膜を用いて半導体装置を作製すると、従来よりは高性
能な半導体装置は得られるが、未だその性能は不十分で
ある。したがって、特開平７−１６１６３４号公報で
は、触媒元素を導入して固相結晶化した結晶性ケイ素膜
の結晶性をさらに高めるため、上記触媒元素による結晶
化工程の後に、さらにパルスレーザー光などの強光を照
射する工程を追加している。すなわち、この工程によ
り、触媒元素を用い加熱処理で結晶化された結晶性ケイ
素膜の結晶性をさらに高め、その結果、半導体装置の高
速化を図ろうとするものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記触媒元
素を用いて結晶化されたケイ素膜は、良好な結晶性を有
してはいるが、各結晶粒内には欠陥が多い。したがっ
て、高性能な半導体装置の活性領域に用いるケイ素膜と
しては、より結晶欠陥を低減させた高品質な結晶性ケイ
素膜が望まれる。結晶性をより高めるためには、触媒元
素を用いて結晶化した後に、さらに高温(８００〜１１
００℃)で酸化雰囲気で熱処理する第１の半導体装置の
製造方法と、特開平７−１６１６３４号公報のようにパ
ルスレーザー光を照射する第２の半導体装置の製造方法
とがある。前者の第１の半導体装置の製造方法では、い
わゆる高温プロセスになり、安価なガラス基板を使用す
ることはできない。

【００１１】このため、安価なガラス基板を用いること
を前提とすれば、後者の第２の半導体装置の製造方法を
用いることになる。触媒元素を導入して加熱することに
より結晶化された結晶性ケイ素膜は、幅８００〜１００
０Åの柱状結晶のネットワーク状態により、それぞれの
結晶粒が構成されている。個々の柱状結晶内部は単結晶
状態であるが、これらの柱状結晶の曲がりや分岐などに
より転位などの結晶欠陥が結晶粒内に多数存在する。パ
ルスレーザー光照射は、この良好な結晶性を有する柱状
結晶成分を元に、結晶粒内の欠陥を消滅させることを目
的とするが、現実には非常に難しい。

【００１２】実際に、触媒元素により結晶化された結晶
性ケイ素膜にパルスレーザー光照射すると、低いレーザ
ーパワーでは、ほとんど効果がなく、元の結晶状態をほ
ぼ維持するだけで大きくは改善されない状態となり、高
いレーザーパワーでは、元の結晶状態がリセットされ、
レーザーのみにより結晶化されたのと同様の状態にな
る。その中間状態を形成するのは難しく、レーザーパワ
ーのマージンがほとんどない。また、このような最適状
態のレーザーパワー範囲で結晶性ケイ素膜を作製した場
合においても、触媒元素による結晶化工程での結晶性を
引き継いだまま、上記工程で生じた元々の結晶欠陥を低
減することができる一方、レーザーによる再結晶化工程
による新たな結晶粒界がどうしても生じてしまう。この
パルスレーザー光照射によって引き起こされる結晶粒界
は、触媒元素により固相結晶化された状態で見られる結
晶粒界と比べて、半導体キャリアに対するトラップ密度
が非常に大きく、またそのエネルギーも深い。よって、
特開平７−１６１６３４号公報のような触媒元素による
固相結晶化の後にパルスレーザー光で再結晶化する方法
を用いて形成された半導体装置においては、元々の触媒
元素による固相結晶化時の結晶欠陥は低減される一方、
パルスレーザー光照射による再結晶化時に新たな結晶粒
界が生じるが、結果としては、固相結晶化時の欠陥消滅
効果の方がパルスレーザー光照射で生じる新たな結晶粒
界の影響を上回っているため、パルスレーザー光照射工
程を追加することで、トータル的に半導体装置の向上は
図れる。しかしながら、このような特開平７−１６１６
３４号公報で得られる方法では、未だ十分と言えるよう
な高速性能を有する半導体装置は得られず、より高い電
流駆動能力をもつ半導体装置を必要とされている。

【００１３】また、加えて、特開平７−１６１６３４号
公報の方法では、従来のパルスレーザー光照射による問
題点の1つであるばらつきの問題がどうしてもつきまと
う。触媒元素により固相結晶化した結晶性ケイ素膜の高
い均一性を引き継いで再結晶化するのであるから、従来
の非晶質ケイ素膜を直接レーザーによる結晶化する方法
に比べると、確かに格段に均一性は高い。しかしなが
ら、パルスレーザー光照射工程に伴う新たな結晶粒界の
発生は、ランダムに起こるため、その影響により半導体
装置の特性はばらつく方向に作用する。その結果、触媒
元素による固相結晶化のみで作製された半導体装置に比
べると、特性が不安定となり、特性ばらつきが大きくな
る。

【００１４】そこで、この発明の目的は、非常に高性能
で特性ばらつきの少ない半導体装置およびその半導体装
置を簡便で高歩留まりな製造プロセスにより作製できる
半導体装置の製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明の半導体装置は、絶縁表面を有する基板
上に形成された結晶性を有するケイ素膜を活性領域とし
て用いた半導体装置において、上記活性領域は、略一方
向に沿って並んだライン状の結晶粒群により構成されて
おり、かつ、そのライン状の結晶粒群は、隣接するライ
ン状の結晶粒群とほぼ同一な面方位であることを特徴と
している。

【００１６】上記構成の半導体装置によれば、上記活性
領域の略一方向に沿って並んだライン状の結晶粒群は、
隣接するライン状の結晶粒群とほぼ同一な面方位である
ので、問題となる結晶粒界の影響を小さく抑えることが
できると共に、その結晶粒界における半導体キャリアに
対するトラップ密度を低減し、そのトラップ準位のエネ
ルギーもより浅く抑えることができる。その結果、高い
電流駆動能力を有するだけでなく、非常に高性能で素子
間のばらつきが小さい安定した特性を有する半導体装置
を実現できる。

【００１７】従来、非晶質ケイ素膜に特殊な条件でパル
スレーザー光を照射して、略一方向に沿って並んだライ
ン状の結晶粒群を得るような方法は知られているが、こ
の場合は、隣接する結晶粒間の面方位には関連性はな
く、それぞれが単独である。その場合には、この発明に
比べてキャリアに対する結晶粒界のトラップ性は、非常
に大きく、ライン状の結晶粒群を越えてキャリアが移動
しなければならないような半導体素子があると、その特
性は著しく低下すると共に、素子間の特性のばらつきが
大きくなる。具体的に、このような従来知られている隣
接するライン状の結晶粒群の面方位に相関性がない場合
には、そのライン方向に対して、キャリアの移動方向が
平行または垂直となるようにＴＦＴを作製した場合、そ
の電界効果移動度の差は、実に５倍程度の大きな特性が
生じている。これに対して、この発明の半導体装置で
は、このような配置でＴＦＴを作製した場合、その電界
効果移動度で実際に差は見られるが、その差は１.５倍
から２倍程度であり、また、従来法に比べて全体的な電
界効果移動度の値が向上するため、従来法に比べて素子
の設計レイアウトに大きな制約を受けない。

【００１８】また、一実施形態の半導体装置は、上記ラ
イン状の結晶粒群とそれに隣接するライン状の結晶粒群
との間の面方位のずれは１０゜以内であることを特徴と
している。

【００１９】上記実施形態の半導体装置によれば、上記
ライン状の結晶粒群とそれに隣接するライン状の結晶粒
群との間の面方位のずれを１０゜以内とすることによっ
て、結晶粒界での連続性はほぼ保たれ、半導体キャリア
に対する結晶粒界におけるトラップ密度およびトラップ
準位のエネルギーを、半導体素子の特性を大きく低下さ
せることがない程度まで低減できる。

【００２０】また、第２の発明の半導体装置は、絶縁表
面を有する基板上に形成された結晶性を有するケイ素膜
を活性領域として用いた半導体装置において、上記活性
領域は、略一方向に沿って並んだライン状の結晶粒群に
より構成されており、かつ、そのライン状の結晶粒群と
隣接するライン状の結晶粒群との間の結晶粒界は、原子
レベルで連続的に格子がつながっていることを特徴とし
ている。

【００２１】上記構成の半導体装置によれば、上記活性
領域を構成するライン状の結晶粒群の結晶粒界は、ミク
ロ的な観点から、原子レベルで連続的に格子がつながる
ようにすることによって、結晶粒界でのキャリアのトラ
ップ密度およびエネルギー準位が最も小さくできる。し
たがって、高い電流駆動能力を有するだけでなく、非常
に高性能で素子間のばらつきが小さい安定した特性を有
する半導体装置を実現できる。

【００２２】また、第３の発明の半導体装置は、絶縁表
面を有する基板上に形成された結晶性を有するケイ素膜
を活性領域として用いた半導体装置において、上記活性
領域は、略一方向に沿って並んだライン状の結晶粒群に
より構成されており、かつ、そのライン状の結晶粒群と
隣接するライン状の結晶粒群との間の結晶粒界が小傾角
粒界であることを特徴としている。

【００２３】上記構成の半導体装置によれば、上記小傾
角粒界では、平面的に見て微妙に結晶方位のずれが小さ
な回転角で生じている状態を示しており、格子自体の並
びは結晶粒界では小さな角度で回転している(屈折して
いる)が、隣接する結晶粒の格子同士は結晶粒界で連続
的につながっているような状態である。このような場合
に結晶粒界でのキャリアのトラップ密度およびエネルギ
ー準位が最も小さくできる。したがって、半導体素子の
高速性能を最も高めると共に、素子間の特性ばらつきを
最小にできる。

【００２４】また、一実施形態の半導体装置は、上記第
３の発明の半導体装置において、上記ライン状の結晶粒
群と隣接するライン状の結晶粒群との間に形成される小
傾角の結晶粒界は、結晶粒間の平面的な方位の回転角が
１０゜以内の小傾角粒界であることを特徴としている。

【００２５】上記実施形態の半導体装置によれば、互い
に隣接するライン状の結晶粒群の間の小傾角粒界の回転
角を１０゜以内にすることによって、結晶粒界での格子
の連続性がほぼ保たれ、半導体キャリアに対する結晶粒
界におけるトラップ密度およびトラップ準位のエネルギ
ーを、半導体素子の特性を大きく低下させることがない
程度まで低減できる。

【００２６】また、一実施形態の半導体装置は、上記第
１〜第３の発明の半導体装置において、上記結晶粒界
は、セコエッチング法によりエッチングされる位置で示
され、結晶粒は、上記結晶粒界に囲まれた領域であるこ
とを特徴としている。

【００２７】また、一実施形態の半導体装置は、上記第
１〜第３の発明の半導体装置において、上記結晶粒群の
面方位および結晶粒界での結晶方位の傾角は、ＥＢＳＰ
(Electron Backscattered Diffraction Pattern)法によ
り定義される値であることを特徴としている。

【００２８】また、一実施形態の半導体装置は、上記第
１〜第３の発明の半導体装置において、上記半導体装置
における活性領域のキャリアの移動方向と上記ライン状
の結晶粒群のライン方向とが略平行であることを特徴と
している。

【００２９】上記ライン状の結晶粒群が隣接する結晶粒
界でのキャリアに対するトラップは、前述のように通常
の方法に比べ非常に小さいが、この結晶粒界でのキャリ
アに対する影響は皆無ではない。したがって、上記実施
形態の半導体装置によれば、特に高いキャリア移動度が
求められる素子に対しては、活性領域でのキャリアの移
動方向とライン状の結晶粒群のライン方向とが略平行と
なるよう構成することで、キャリアに対する粒界の影響
を極力排除することができる。

【００３０】また、一実施形態の半導体装置は、上記第
１〜第３の発明の半導体装置において、上記活性領域に
おける能動領域は、ニッケル元素を１×１０¹⁶〜５×１
０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含有していることを特
徴としている。

【００３１】この発明により得られる半導体装置は、隣
接するライン状の結晶粒群の面方位を制御するために、
非晶質ケイ素膜にその結晶化を促進する触媒元素を導入
しており、結果として、活性領域における能動領域(チ
ャネル領域)には、その触媒元素が含まれている。この
ときの触媒元素としてはニッケルが最も好ましく、面方
位を制御するのに最も適している。

【００３２】上記実施形態の半導体装置によれば、上記
活性領域における能動領域(チャネル領域)中に含まれて
いるニッケルの濃度が、１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ³であるとき、この発明の効果を最も引き出
すことができる。上記活性領域における能動領域のニッ
ケルの濃度が５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を越えるよ
うであれば、ニッケルシリサイドとして能動領域(チャ
ネル領域)中に偏在する領域が多数現れだし、半導体素
子の特性に悪影響を及ぼすようになる。これに対してニ
ッケルの濃度が５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下で
は、ニッケルは、ほとんどシリサイドとして析出され
ず、ケイ素膜中に固溶し、このような状態では、半導体
素子への悪影響は見られない。一方、活性領域の能動領
域中に残存するニッケルの濃度が１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ
／ｃｍ³よりも少ないと、ニッケルによる触媒効果が十
分に得られず、結晶粒の面方位に対する十分な制御が行
えない。例え、結晶化後の後の工程において、活性領域
のニッケル量を低減するような方法を用いたとしても、
触媒として十分に効果がある量のニッケルを導入して結
晶成長させた場合は、ニッケルの濃度を１×１０¹⁶ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ³以下まで低下させることはできない。

【００３３】また、第４の発明の半導体装置の製造方法
は、絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質ケイ素
膜に結晶化を促進する触媒元素を導入する工程と、上記
触媒元素を導入する工程の後に加熱処理により上記非晶
質ケイ素膜を結晶化させて結晶性ケイ素膜にする工程
と、上記結晶性ケイ素膜にレーザー光を照射しながら、
基板またはレーザー光を一方向に走査することにより、
先にレーザー光により再結晶化された領域の結晶性を反
映して順次再結晶化させる工程とを有することを特徴と
している。

【００３４】上記半導体装置の製造方法によれば、絶縁
表面を有する基板上に形成された非晶質ケイ素膜に、そ
の結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入し、加熱処
理を施して、上記非晶質ケイ素膜を結晶化させて結晶性
ケイ素膜にする。引き続いて、上記結晶性ケイ素膜にレ
ーザー光を照射しながら基板またはレーザー光を一方向
に走査することによって、先にレーザー光により再結晶
化された領域の結晶性を反映して順次再結晶化させる。
そして、上記レーザー光の照射により再結晶化させた領
域を用いて、半導体素子の能動領域(チャネル領域)を形
成すればよい。なお、上記結晶性ケイ素膜に照射するレ
ーザー光は、パルスレーザであってもよいし、連続発振
レーザ光であってもよい。

【００３５】上記レーザー光を照射する工程において基
板またはレーザー光を一方向に走査して、先のレーザー
光により再結晶化された領域の結晶性を反映して順次再
結晶化させることによって、走査方向に平行な方向に沿
ったライン状の結晶粒群を形成でき、結晶粒界もその結
晶粒群のライン方向に沿って並び、レーザー光照射によ
り生じる結晶粒界の位置を制御できる。すなわち、この
発明では、レーザー光照射工程において、触媒元素によ
る結晶化されたミクロ的に良好な結晶成分(柱状結晶成
分)を効率的に引き継ぎ、その結晶欠陥を効率的に低減
することができる上に、レーザー光照射工程での新たな
結晶粒界の生成を簡略に位置制御できる。したがって、
この第４の発明の半導体装置の製造方法では、レーザー
光照射工程で生じる新たな結晶粒界の影響を極力除いた
状態で、触媒元素による結晶化で得られるミクロ的に良
好な結晶状態と、固相成長結晶化法の特徴である結晶状
態の基板内での良好な均一性と、強光照射による溶融固
化結晶化での低い粒内欠陥密度とを、全て盛り込んだ状
態の非常に高品質な結晶性ケイ素膜が得られる。さら
に、この第４の発明の半導体装置の製造方法では、レー
ザー光照射工程で生じる結晶粒界を制御するので、特性
ばらつきを大きく低減でき、その結果、今までにない非
常に高性能で特に電流駆動能力の高くかつ特性ばらつき
の小さい半導体装置を実現することができる。

【００３６】また、第５の発明の半導体装置の製造方法
は、絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質ケイ素
膜に結晶化を促進する触媒元素を導入する工程と、上記
触媒元素を導入する工程の後に加熱処理により上記非晶
質ケイ素膜を結晶化させて結晶性ケイ素膜にする工程
と、上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射しな
がら、基板またはパルスレーザー光を一方向に走査する
ことにより、前段のパルスレーザー光により再結晶化さ
れた領域の結晶性を反映して順次再結晶化させる工程と
を有することを特徴としている。

【００３７】上記半導体装置の製造方法によれば、絶縁
表面を有する基板上に形成された非晶質ケイ素膜に、そ
の結晶化を促進する触媒元素を選択的に導入し、加熱処
理を施して、上記非晶質ケイ素膜を結晶化させて結晶性
ケイ素膜にする。引き続いて、上記結晶性ケイ素膜にパ
ルスレーザー光を照射しながら、パルス照射する毎に基
板またはパルスレーザー光を一方向に走査することによ
って、前段のパルスレーザー光により再結晶化された領
域の結晶性を反映して順次再結晶化させる。そして、上
記パルスレーザー光の照射により再結晶化させた領域を
用いて、半導体素子の能動領域(チャネル領域)を形成す
ればよい。

【００３８】上記触媒元素を導入して加熱処理により固
相結晶成長させた後、パルスレーザー光照射により再結
晶化する点では、特開平７−１６１６３４号公報と同様
であるが、上記特開平７−１６１６３４号公報の半導体
装置の製造方法では、パルスレーザー光で再結晶化する
ときに、その工程で生じる新たな結晶粒界がランダムに
生じる。これに対してこの発明の半導体装置の製造方法
では、このパルスレーザー光照射工程を基板またはパル
スレーザー光を一方向に走査することによって、前段の
パルスレーザー光により再結晶化された領域の結晶性を
反映して順次再結晶化させて、走査方向に平行な方向に
沿ったライン状の結晶粒群を形成でき、結晶粒界もその
結晶粒群のライン方向に沿って並び、パルスレーザー光
照射により生じる結晶粒界の位置を制御できる。すなわ
ち、この発明では、パルスレーザー光照射工程におい
て、触媒元素による結晶化されたミクロ的に良好な結晶
成分(柱状結晶成分)を効率的に引き継ぎ、その結晶欠陥
を効率的に低減することができる上に、特開平７−１６
１６３４号公報でトレードオフとなっていたパルスレー
ザー光照射工程での新たな結晶粒界の生成を簡略に位置
制御できる。したがって、この第５の発明の半導体装置
の製造方法では、パルスレーザー光照射工程で生じる新
たな結晶粒界の影響を極力除いた状態で、触媒元素によ
る結晶化で得られるミクロ的に良好な結晶状態と、固相
成長結晶化法の特徴である結晶状態の基板内での良好な
均一性と、強光照射による溶融固化結晶化での低い粒内
欠陥密度とを、全て盛り込んだ状態の非常に高品質な結
晶性ケイ素膜が得られる。さらに、この第５の発明の半
導体装置の製造方法では、パルスレーザー光照射工程で
生じる結晶粒界を制御するから、従来問題となったパル
スレーザー光照射に起因する特性ばらつきを大きく低減
できる。その結果、今までにない非常に高性能で特に電
流駆動能力の高くかつ特性ばらつきの小さい半導体装置
を実現することができる。

【００３９】また、第６の発明の半導体装置の製造方法
は、絶縁表面を有する基板上に形成された非晶質ケイ素
膜に結晶化を促進する触媒元素を導入する工程と、上記
触媒元素を導入する工程の後に加熱処理により上記非晶
質ケイ素膜を結晶化させて結晶性ケイ素膜にする工程
と、上記結晶性ケイ素膜に連続発振レーザー光を照射し
ながら、基板または連続発振レーザー光を一方向に走査
することにより、先にレーザー光により再結晶化された
領域の結晶性を反映して順次再結晶化させる工程とを有
することを特徴としている。

【００４０】上記半導体装置の製造方法によれば、この
発明の半導体装置を実現するための製造方法としては、
連続発振レーザー光も適用することもできる。上記連続
発振レーザー光を、触媒元素により結晶化された結晶性
ケイ素膜に照射し、連続して走査することにより、触媒
元素により結晶化された結晶性ケイ素膜の結晶性を反映
して、走査方向に結晶成長が行われ、一方向に結晶粒群
が並び、且つ、その隣接結晶粒間の面方位がほぼ同一で
ある半導体装置が実現できる。

【００４１】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記第５の発明の半導体装置の製造方法において、
上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射する工程
において、上記パルスレーザー光の走査ピッチは、上記
パルスレーザー光照射時に溶融する領域が、その領域に
隣接する非溶融領域の結晶性を反映して再結晶化できる
長さ以下であることを特徴としている。

【００４２】この発明において、触媒元素を導入して固
相結晶成長させた結晶性ケイ素膜に、パルスレーザー光
を照射しながら、パルス照射毎に基板またはパルスレー
ザー光を一方向に走査することにより、前段のパルスレ
ーザー光により結晶化された領域の結晶性を反映して順
次再結晶化させる工程が、キープロセスとなっている。
この工程は非常に重要で、条件によっては十分な効果が
得られない場合がある。特に、このときのパルスレーザ
ー光の走査ピッチは非常に重要なパラメーターである。
そこで、上記実施形態の半導体装置の製造方法によれ
ば、上記パルスレーザー光照射時に溶融する領域が、そ
の領域に隣接する非溶融領域の結晶性を反映して再結晶
化できる長さ以下にすることで、結晶粒は、その成長方
向に沿ってライン状となって形成される。一方、パルス
レーザー光の走査ピッチが上記長さを越える場合には、
通常のパルスレーザー光照射工程で見られるランダムな
結晶核による領域が形成され、そこでは通常のグレイン
状の結晶粒となる。

【００４３】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記パルスレーザー光の走査ピッチが０.１μｍ〜
１μｍであることを特徴としている。

【００４４】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、パルスレーザー光の走査ピッチを０.１μｍから
１μｍの範囲にすることによって、この発明の効果を十
分に得ることができる。上記パルスレーザー光照射時に
溶融する領域が、その領域に隣接する非溶融領域の結晶
性を反映して再結晶化できる長さは最大でも１μｍであ
ることがわかっている。よって、少なくとも１μｍ以下
でないと、前段のパルスレーザー光により結晶化された
領域の結晶性を反映して再結晶化できない領域(ランダ
ムな核発生領域)が生じることになる。しかしながら、
上記パルスレーザー光照射工程のスループット(時間当
たりの処理能力)を考えると、この走査ピッチは大きい
ほどよいのは当然で、０.１μｍ以上であれば、パルス
レーザー光照射条件に大きな制限なく、この発明の効果
を十分得ることができる値であり、これ以下にしても大
きなメリットはない。

【００４５】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射する
工程において、上記パルスレーザー光の結晶性ケイ素膜
表面に照射されるビーム形状は、略長尺矩形形状であ
り、その長尺方向に対して直角方向にパルス走査が行わ
れることを特徴としている。

【００４６】この発明では、パルスレーザー光のビーム
形状は、走査方向に対して大きな長さを必要とせず、走
査ピッチ以上であれば基本的によい。したがって、上記
実施形態の半導体装置の製造方法によれば、レーザー発
振器から出力されるパルスレーザー光のトータルパワー
には制限があるため、走査方向を極力短くして、走査方
向に対して直角方向の長さをその分できる限り大きくす
るような長尺矩形状のビーム形状とすることで、より広
範囲の面積を処理できるようになるため、この工程の処
理時間を大きく短縮することができる。

【００４７】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射する
工程において、上記パルスレーザー光の走査方向におけ
るビーム強度のプロファイルは、少なくとも走査方向に
対して後ろ側のビーム強度が一定強度から０まで急激に
低下する形状であることを特徴としている。

【００４８】上記パルスレーザー光の走査方向に対して
走査ピッチ以上の長さの照射長があると、その後ろ側の
ビーム強度のプロファイルが重要となる。なぜなら、走
査方向に対して、常にビーム照射の後ろ側で前段のパル
スレーザー光で結晶化された領域からの結晶成長が生じ
るからである。この領域のビーム強度のプロファイル
が、一般的なガウシアン形状(正規分布形状)のようにな
だらかに低下しているようなプロファイルであれば、前
段のパルスレーザー光で結晶化された領域から徐々にレ
ーザーエネルギーが上がっていく状態となるため、再結
晶化に求められるエネルギーが、この発明において最も
求められる前段のパルスレーザー光で結晶化された領域
近傍で得られない。よって、このようなプロファイルで
は、再結晶化に求められるよりも低いパワー領域が必ず
存在するため、前段のパルスレーザー光で結晶化された
領域の結晶性を引き継ぐことができず、この領域は結晶
性の悪い領域となって残り、この発明の十分な効果を得
ることができない。そこで、上記実施形態の半導体装置
の製造方法において、結晶性ケイ素膜にパルスレーザー
光を照射する工程におけるパルスレーザー光の走査方向
におけるビーム強度のプロファイルを、少なくとも走査
方向に対して後ろ側のビーム強度のプロファイルが一定
強度から０まで急激に強度が低下する形状にすることに
より、前段のパルスレーザー光により再結晶化された領
域の結晶性を反映した最適な再結晶化を行うことができ
る。

【００４９】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射する
工程において、上記パルスレーザー光の走査方向に対し
て、パルスレーザー光の少なくとも後ろ側の一部を機械
的にマスクするレーザー光照射装置を用いることを特徴
としている。

【００５０】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記パルスレーザー光の走査方向に対して、パル
スレーザー光の少なくとも後ろ側の一部を機械的にマス
クしたような構成のレーザー光照射装置を用いることに
よって、レーザー光照射装置の光学系を大幅に変更する
ことなく、また難しい調整も不要で、最適なビーム強度
のプロファイルが容易に実現できる。また、一実施形態
の半導体装置の製造方法は、上記結晶性ケイ素膜にパル
スレーザー光を照射する工程において、上記パルスレー
ザー光の走査方向におけるビーム強度のプロファイル
は、少なくとも上記結晶性ケイ素膜の再結晶化工程に必
要とする強度から連続的にゼロまで低下する範囲をマス
クしてその範囲の強度をゼロとすることを特徴としてい
る。

【００５１】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、パルスレーザー光の走査方向におけるビーム強度
のプロファイルにおいて、少なくとも上記結晶性ケイ素
膜の再結晶化工程に必要とする強度から連続的にゼロま
で低下する範囲をマスクしてその範囲の強度をゼロとす
ることによって、最適なビーム強度のプロファイルを容
易に得ることができる。

【００５２】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射する
工程において、上記基板またはパルスレーザー光を一方
向に走査することにより、前段のパルスレーザー光によ
り結晶化された領域の結晶性を反映して順次再結晶化さ
せるとき、少なくともパルスレーザー光照射前の結晶性
ケイ素膜の元の結晶状態が失われない範囲の強度のパル
スレーザ光で行われることを特徴としている。

【００５３】上記パルスレーザー光の強度が小さけれ
ば、ケイ素膜は十分に溶融されず、触媒元素による固相
結晶化後に存在する結晶欠陥を十分に改善することがで
きない。また、このときのパルスレーザー光の強度が大
きければ、触媒元素により得られた結晶性が完全に失わ
れ、すなわち、リセットされてしまい、全面的に従来の
レーザー結晶化で得られる結晶性ケイ素膜と同等になっ
てしまうため、性能が低下するだけでなく、本来レーザ
ー光による結晶化が有している不均一性の問題点が発生
する。すなわち、どちらにしても、このときのパルスレ
ーザー光の強度次第で、この発明の効果が十分に得られ
なくなってしまう。したがって、上記実施形態の半導体
装置の製造方法において、上記パルスレーザー光の強度
としては、触媒元素により結晶化された結晶性ケイ素膜
は膜全体にわたって溶融するが、少なくともパルスレー
ザー光照射前の結晶性ケイ素膜における元の結晶状態が
失われないような範囲の強度で行うことによって、この
発明の効果を十分に得ることができる。

【００５４】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記パルスレーザー光として、波長４００ｎｍ以下
のエキシマレーザー光を用い、上記結晶性ケイ素膜表面
に対するエネルギー密度が２００〜４５０ｍＪ／ｃｍ²
となる範囲内で照射することを特徴としている。

【００５５】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、波長４００ｎｍ以下のエキシマレーザー光を用い
ることによって、ケイ素膜に対する吸収係数が極めて高
く、ガラス基板に熱的ダメージを与えることなく、ケイ
素膜のみを瞬時に加熱することができる。また、エキシ
マレーザー光は発振出力が大きく、大面積基板を処理す
るのに適している。その中でも、特に波長３０８ｎｍの
ＸeＣｌエキシマレーザー光は出力が大きいため、基板
照射時のビームサイズを大きくでき、大面積基板に対応
しやすく、また出力も比較的安定しており、量産装置に
適用する上で最も望ましい。そして、上記パルスレーザ
ー光を用いて、ケイ素膜表面に対して、上記パルスレー
ザー光の表面エネルギー密度が２００〜４５０ｍＪ／ｃ
ｍ²となるようにして、照射工程を行うことが望まし
い。ここでパルスレーザー光の表面エネルギー密度が２
００ｍＪ／ｃｍ²より小さければ、結晶性ケイ素膜は十
分に溶融されず、触媒元素による固相結晶化後に存在す
る結晶欠陥を十分に改善することができない。また、４
５０ｍＪ／ｃｍ²よりも大きければ、結晶化領域におい
て触媒元素により得られた結晶性が完全に失われ、すな
わち、リセットされてしまい、全面的に従来のレーザー
結晶化で得られる結晶性ケイ素膜と同等になっていしま
い、性能が低下するだけでなく、本来レーザー光による
結晶化が有している不均一性の問題点が発生する。すな
わち、このエネルギー密度範囲は、前述の結晶性ケイ素
膜は膜全体にわたって溶融するが、少なくともパルスレ
ーザー光照射前の結晶性ケイ素膜における元の結晶状態
が失われないような範囲に相当する。

【００５６】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記第６の発明の半導体装置の製造方法において、
上記結晶性ケイ素膜に連続発振レーザー光を照射する工
程において、上記連続発振レーザー光により照射領域の
ケイ素膜が溶融され、その連続発振レーザー光の走査に
伴って固体／液体界面を移動させながら、順次再結晶化
が行われることを特徴としている。

【００５７】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記連続発振レーザー光を用いて照射領域のケイ
素膜を溶融し、その連続発振レーザー光の走査に伴って
固体／液体界面を移動させながら、順次再結晶化を行う
場合は、パルスレーザー光と異なり、レーザー光が照射
されている領域は、常に結晶性ケイ素膜が高温となり少
なくとも一部は溶融状態となる。したがって、連続発振
レーザー光の照射／非照射領域の境界が常に存在する。
この境界は固体／液体界面を形成し、レーザー光を走査
することで、その固体／液体界面を移動させることによ
って、結晶性ケイ素膜の再結晶化が行われる(図１２参
照)。このようにして連続発振レーザーを用いた場合に
は、パルスレーザー光と異なり、常に固体／液体界面を
維持し、その移動方向に沿って、結晶成長が行われる。
そして、このときのレーザーパワーと走査速度で、結晶
性を制御する。上記連続発振レーザー光の走査速度が速
すぎると、固液界面が固体領域の結晶性を十分引き継い
で結晶成長できない一方、走査速度が遅すぎると、結晶
性ケイ素膜が必要以上に加熱され、触媒元素により結晶
化された元の結晶性の情報がリセットされてしまう。し
たがって、レーザーパワーとの兼ね合いもあるが、走査
速度には最適値が存在する。

【００５８】この第６の発明により得られた結晶粒群
は、レーザー走査方向に沿って並んでいる。ここでの結
晶粒間の粒界は、セコエッチングにより顕在化される粒
界であり、結晶粒界が見られるにもかかわらず、隣接す
る結晶粒間の面方位は、ほぼ同一の面方位となっている
(図１３参照)。

【００５９】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記第６の発明の半導体装置の製造方法において、
上記連続発振レーザー光として固体レーザー光を用いる
ことを特徴としている。

【００６０】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記連続発振レーザー光として固体レーザー光を
用いることによって、高い安定性のレーザー光出力が得
られる。また、上記連続発振レーザー光の波長として
は、パルスレーザーとは異なり、６００ｎｍ以下であれ
ば十分使用可能である。

【００６１】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記第４〜第６の発明の半導体装置の製造方法にお
いて、上記結晶性ケイ素膜にレーザー光を照射する工程
において、上記レーザー光の走査方向に対して上記活性
領域に流れるキャリアの方向が略平行になるようにする
ことを特徴としている。

【００６２】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、レーザー光の走査方向に対して、キャリアの流れ
る方向(チャネル方向)が略平行となるようにすることに
よって、半導体素子の活性領域でのキャリアの移動方向
とライン状の結晶粒群のライン方向とが略平行となるよ
う構成される。したがって、このような配置は、特に高
いキャリア移動度が求められる素子に対して有効であ
り、活性領域でのキャリアの移動方向とライン状の結晶
粒群のライン方向とが略平行となるため、キャリアに対
する粒界の影響を極力排除することができ、非常に高い
電流駆動能力をもつ素子が得られる。

【００６３】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記第４〜第６の発明の半導体装置の製造方法にお
いて、上記非晶質ケイ素膜の結晶化を促進する触媒元素
として、Ｎi、Ｃo、Ｆe、Ｐd、Ｐt、Ｃu、Ａuのうちの
少なくとも１種類の元素を用いることを特徴としてい
る。

【００６４】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、触媒元素の種類としては、Ｎi、Ｃo、Ｆe、Ｐd、
Ｐt、Ｃu、Ａuを利用することができる。これらから選
ばれた１種または複数種類の元素であれば、微量で結晶
化助長の効果があるが、それらの中でも、特にＮiを用
いた場合に最も顕著な効果を得ることができる。触媒元
素は単独では作用せず、ケイ素膜と結合しシリサイド化
することで結晶成長に作用する。そのときの結晶構造
が、非晶質ケイ素膜結晶化時に１種の鋳型のように作用
し、非晶質ケイ素膜の結晶化を促していると考えられ
る。Ｎiは２つのＳiとＮiＳi₂のシリサイドを形成す
る。ＮiＳi₂は螢石型の結晶構造を示し、その結晶構造
は、単結晶ケイ素のダイヤモンド構造と非常に類似した
ものである。しかも、ＮiＳi₂はその格子定数が５.４０
６Åであり、結晶シリコンのダイヤモンド構造での格子
定数５.４３０Åに非常に近い値をもつ。よって、ＮiＳ
i₂は、非晶質ケイ素膜を結晶化させるための鋳型として
は最高のものであり、実際に、得られる結晶性ケイ素膜
の結晶性およびその結晶化促進の触媒効果を見ても、触
媒元素としてＮiが最もよい。

【００６５】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記第４〜第６の発明の半導体装置の製造方法にお
いて、上記結晶性ケイ素膜にレーザー光を照射する工程
の後に、少なくとも上記活性領域の能動領域となる以外
の上記結晶性ケイ素膜の領域に５族Ｂから選ばれた元素
を導入する工程と、上記５族Ｂから選ばれた元素を導入
する工程の後に、加熱処理により上記５族Ｂから選ばれ
た元素が導入された領域に上記触媒元素を移動させて、
上記能動領域中の触媒元素量を低減する工程とを有する
ことを特徴としている。

【００６６】この発明では、まず非晶質ケイ素膜を触媒
元素により固相結晶化し、さらにレーザー光照射による
再結晶化を行う点を特徴とするが、これらの触媒元素は
金属類を主としており、このような元素が半導体中に多
量に存在していることは、これら半導体を用いた装置の
信頼性や電気的安定性を阻害するものであり、決して好
ましいことでない。特に、これらの触媒元素がシリサイ
ドとして存在していると、ＴＦＴにおいてオフ動作時の
リーク電流増大という大きな問題を引き起こす。この発
明では、触媒元素により固相結晶化された結晶性ケイ素
膜をベースに用いるため、どうしても半導体装置の活性
領域内に触媒元素が存在しており、これを如何にして低
減するかが大きな問題となる。

【００６７】これに対して、上記実施形態の半導体装置
の製造方法によれば、触媒元素を非晶質ケイ素膜の結晶
化処理に利用した後、上記ケイ素膜中に残存する触媒元
素の大部分を、半導体素子形成領域以外の領域に移動さ
せることで、この問題を解決している。具体的には、少
なくとも後に半導体素子の能動領域(チャネル領域)とな
る領域以外のケイ素膜の領域に、５族Ｂから選ばれた元
素を導入した後に加熱処理を行う工程を追加する。これ
により、結晶成長に使われた触媒元素は、上記５族Ｂか
ら選ばれた元素が導入された領域に移動し、結果として
半導体装置の能動領域(チャネル領域)中の触媒元素量を
大きく低減することができる。この半導体装置の製造方
法は、半導体特性に対して悪影響が大きいシリサイド状
態の触媒元素に、特に有効である。そして、５族Ｂ元素
を導入され触媒元素が集められた領域を除去して、最終
的な半導体素子領域を形成すれば、基板上には触媒元素
の高濃度領域は全く残らない。

【００６８】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記加熱処理によって上記５族Ｂから選ばれた元素
が導入された領域に上記触媒元素を移動させて、上記能
動領域中の触媒元素量を低減する工程において、上記触
媒元素の移動方向と上記レーザー光の走査方向とが略平
行であることを特徴としている。

【００６９】この発明では、レーザー光の走査方向に対
して略平行方向に沿って並んだライン状の結晶粒群が形
成されており、触媒元素の移動効率としては、結晶粒内
は高いが、結晶粒間にわたって、すなわち結晶粒界を横
切るような移動に対しては効率が悪い。したがって、上
記実施形態の半導体装置の製造方法において、上記５族
Ｂから選ばれた元素が導入された領域に、触媒元素を移
動させるときの移動方向を、結晶性ケイ素膜のライン状
の結晶粒群のライン方向に合わせることによって、結晶
粒界を横切ることなく触媒元素が結晶粒内を移動できる
ため、その移動効率が高まり、結果として、半導体素子
の能動領域(チャネル領域)における触媒元素の残留量も
大きく低減できる。

【００７０】また、一実施形態の半導体装置の製造方法
は、上記５族Ｂから選ばれた元素として、Ｐ、Ｎ、Ａ
s、Ｓb、Ｂiのうちの少なくとも１種類の元素を用いる
ことを特徴としている。

【００７１】上記実施形態の半導体装置の製造方法によ
れば、上記５族Ｂから選ばれた元素としては、Ｐ、Ｎ、
Ａs、Ｓb、Ｂiのうちの少なくとも１種類の元素を用い
ることができ、これらから選ばれた１種または複数種類
の元素であれば、上記触媒元素を効率的に移動させるこ
とができ、十分な効果が得られる。このメカニズムに関
しては、未だ詳しい知見は得られていないが、これらの
元素の中でも、最も効果が高いのはＰであることがわか
っている。

【００７２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の半導体装置およ
びその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明す
る。

【００７３】〔第１実施形態〕図１,図２はこの発明の
第１実施形態の半導体装置としてのＮチャネル型ＴＦＴ
の概要を示す平面図であり、図１,図２において同一構
成部には同一参照番号を付している。

【００７４】この第１実施形態では、ガラス基板上にＮ
チャネル型ＴＦＴを作製するときの工程において、この
発明を適用した場合について説明する。このＮチャネル
型ＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の
ドライバー回路や画素部分は勿論、薄膜集積回路を構成
する素子としても利用することができる。

【００７５】また、図４(A)〜図４(D)および図５(A)〜
図５(C)は、図１,図２に示すＴＦＴの製造方法を説明す
る工程断面図であり、図４(A)〜図４(D)および図５(A)
〜図５(C)の順に作製工程が順次進行する。

【００７６】まず、図４(A)に示すように、ガラス基板
１０１上に例えばスパッタリング法によって厚さ３００
〜５００ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜１０２を
形成する。この酸化ケイ素膜は、ガラス基板１０１から
の不純物の拡散を防ぐために設けている。次に、プラズ
マＣＶＤ(化学気相成長)法によって、厚さ２０〜６０ｎ
ｍ(例えば４０ｎｍ)の真性(Ｉ型)の非晶質ケイ素膜(ａ
−Ｓi膜)１０３を成膜する。このときの基板加熱温度は
４００℃以下であることが望ましく、この第１実施形態
では３００℃とした。

【００７７】次に、非晶質ケイ素膜１０３表面上にニッ
ケル１０４の微量添加を行う。このニッケル１０４の微
量添加は、ニッケルを溶かした溶液を非晶質ケイ素膜１
０３上に保持し、スピナーにより溶液をガラス基板１０
１上に均一に延ばして乾燥させることにより行う。第１
実施形態では、溶質としては酢酸ニッケルを用い、溶媒
としては水を用いて、溶液中のニッケル濃度を１０ｐｐ
ｍとした。このようにして添加された非晶質ケイ素膜１
０３表面上のニッケル濃度を全反射蛍光Ｘ線分析(ＴＲ
ＸＲＦ)法により測定すると、５×１０¹²ａｔｏｍｓ／
ｃｍ²程度であった。そして、これを不活性雰囲気下(例
えば窒素雰囲気下)で加熱処理を行う。この加熱処理で
は、昇温途中にまず非晶質ケイ素膜１０３中の水素離脱
処理を行い、その後さらに高温で非晶質ケイ素膜１０３
の結晶化を行う。具体的には、第１ステップの加熱処理
として４５０〜５２０℃で１〜２時間のアニール処理を
行い、第２ステップの加熱処理としては５２０〜５７０
℃で２〜８時間のアニール処理を行う。この第１実施形
態では、５００℃にて１時間の処理を行った後、５５０
℃で４時間の加熱処理を行った。この加熱処理におい
て、非晶質ケイ素膜１０３表面に添加されたニッケル１
０４のシリサイド化が起こり、それを核として非晶質ケ
イ素膜１０３の結晶化が進行し、結晶性ケイ素膜１０３
aが形成される。このときの結晶核の発生はランダムに
起こり、結晶性ケイ素膜１０３aにおける個々の結晶粒
の平均粒径は、３〜５μｍ程度であった。

【００７８】次に、図４(B)に示すように、パルスレー
ザー光１０５を照射することで結晶性ケイ素膜１０３a
を再結晶化させ、結晶性ケイ素膜１０３aを得る。この
ときのパルスレーザー光としては、ＸeＣ１エキシマレ
ーザー(波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ)を用い
た。このときのパルスレーザー光の照射条件は、照射時
に基板を２００〜４５０℃(例えば４００℃)に加熱し、
エネルギー密度２００〜４５０ｍＪ／ｃｍ²(例えば３５
０ｍＪ／ｃｍ²)で照射した。

【００７９】この発明では、このときのパルス走査ピッ
チ、ビーム形状およびビーム形状が重要なパラメーター
となるので、ここで詳しく説明する。第１実施形態で用
いたレーザー光照射装置の概略の構造を図１０に示して
いる。図１０に示すように、レーザー発振器５０１から
出たパルスレーザー光５０６は、ミラー５０２により曲
げられて、ホモジナイザー５０３へと導かれる。そし
て、このホモジナイザー５０３でパルスレーザー光５０
６は、長尺形状のパルスレーザー光５０７へと形成され
る。通常ならこのまま基板表面にパルスレーザー光照射
がなされるのであるが、この発明では、ガラス基板１０
１との間に遮蔽マスク板５０４を設けている。上記遮蔽
板５０４に照射されるパルスレーザー光５０７のサイズ
は、ホモジナイザー５０３を通ってガラス基板１０１直
上で、３００ｍｍ×０.２ｍｍの長尺形状となるように
成型されている。上記遮蔽板５０４によりパルスレーザ
ー光５０７の短辺方向の裾がカットされ、ガラス基板１
０１表面に実際に照射されるパルスレーザー光５０８の
形状は３００ｍｍ×０.０５ｍｍ(５０μｍ)となる。そ
して、上記遮蔽板５０４とガラス基板１０１との間隔は
数ｍｍ程度である。

【００８０】このときの短辺方向におけるビーム強度の
プロファイルの変化を図１１に示している。図１１にお
いて、横軸はパルスレーザー光の走査方向寸法ｘを表
し、縦軸はビームエネルギー(ビーム強度)を表してい
る。図１０に示すホモジナイザー５０３により長尺形状
に成型されたパルスレーザー光５０７は、ガウシアン形
状(図１１の上側に示す正規分布形状)となっている。こ
れを遮蔽板５０４に通すことにより、そのトップ付近の
エネルギーの高い領域のみを選択し、それ以外の裾引き
領域をカットしたようなトップハット状(図１１の下側
に示す)のビーム強度のプロファイルのパルスレーザー
光５０８が、ガラス基板１０１に照射される。

【００８１】そして、図１０に示すように、この状態
で、ガラス基板１０１(２０１)を矢印５０５の方向に移
動させることでガラス基板１０１に対してパルスレーザ
ー光の走査が行われる。このときのパルス間の移動距離
が走査ピッチとなり、実際にはガラス基板１０１の矢印
５０５の方向の移動速度により制御される。第１実施形
態では、図１０に示すように、ガラス基板１０１を矢印
５０５の方向に移動させることにより、パルスレーザー
光の走査を行ったが、ガラス基板１０１から見た場合の
パルスレーザー光の走査方向は矢印５０５の方向とは逆
方向になる。

【００８２】この方向が図３におけるＳである。図３に
おいて、走査ピッチ幅Ｐとしては、０.１〜１μｍ(例え
ば０.５μｍ)とした。走査方向に対するレーザービーム
の幅Ｌは、第１実施形態では５０μｍとしたので、ケイ
素膜１０３aの任意の一点において、計１００回のパル
スレーザー光照射が行われることになる。しかし、実際
には、各位置に対して最終回のパルスレーザー光が重要
であり、最終回のパルスレーザー光で前段パルスレーザ
ー光で結晶化された隣接領域の結晶性を反映して、パル
スレーザー光の走査方向に横方向に結晶成長が行われ
る。上記工程により、図１,図２に示すように、ニッケ
ルにより結晶成長した結晶性を引き継いで、横方向に、
パルスレーザー光照射により形成されたライン状の結晶
粒群が成長する。図１,図２において、ＧＢがそのライ
ン状の結晶粒群の結晶粒界を表している。この状態で、
ＥＢＳＰ法により２次元的に結晶面方位の観察を行う
と、それぞれのライン状の結晶粒群は、結晶粒界ＧＢを
挟んで面方位に相関関係が見られ、結晶粒界ＧＢでは１
０゜以内の小傾角粒界を形成している。なお、図３に示
す点線は、走査ピッチ幅を示すものであって、図１,図
２において点線で示された結晶粒界ＧＢではない。

【００８３】次に、図４(C)に示すように、結晶性ケイ
素膜１０３b上に酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜等の
絶縁性薄膜を堆積し、パターニングしてマスク１０６を
形成する。マスク１０６の形成は、第１実施形態では、
酸化ケイ素膜を用い、ＴＥＯＳ(Tetra Ethoxy Ortho Si
licate：テトラ・エトキシ・シラン)を原料とし、酸素
とともにＲＦプラズマＣＶＤ法で分解・堆積した。この
ときのマスクの厚さは、１００ｎｍ〜４００ｎｍである
ことが望ましく、この第１実施形態では、上記酸化ケイ
素膜の厚さを１５０ｎｍとした。

【００８４】次に、この状態で、図４(C)に示すよう
に、ガラス基板１０１上方よりリン１０７を全面にイオ
ンドーピングする。このときのリン１０７のドーピング
条件としては、加速電圧を５〜１０ｋＶとし、ドーズ量
を５×１０¹⁵〜１×１０¹⁶ｃｍ ^-2とした。この工程によ
り、結晶性ケイ素膜１０３bの露呈している領域にリン
が注入され、リンドープされた結晶性ケイ素領域１０３
cが形成される。一方、マスク１０６によって覆われて
いる領域の結晶性ケイ素膜１０３bには、リンはドーピ
ングされない。このときの状態をガラス基板１０１上方
より見ると、図１,図２のような状態となっている。図
１,図２では、後のＴＦＴ素子領域と、マスク１０６に
覆われた領域のケイ素膜１０３bとリンが注入された領
域１０３cとの関係を明確にするために、後のＴＦＴ活
性領域１０９を示している。後に形成されるＴＦＴ活性
領域１０９は、この段階では、図４(C)のマスク１０６
に完全に覆われた状態となっている。

【００８５】そして、この状態で、これを不活性雰囲気
下(例えば窒素雰囲気下)にて５８０〜６５０℃の温度で
数時間から数十時間の加熱処理を施す。この第１実施形
態では、６００℃にて１２時間の処理を行った。この加
熱処理において、領域１０３c中のリンが、結晶性ケイ
素膜１０３b中に拡散したニッケル１０４を矢印１０８
に示すように周囲の全方向に向かって引き寄せる。すな
わち、ニッケルに対するゲッタリングが行われるのであ
る。その結果、結晶性ケイ素膜１０３b領域におけるニ
ッケル濃度は大幅に低減される。このときのニッケル１
０４のゲッタリング方向１０８は、周囲に向かって四方
八方に行われるが、結晶性ケイ素膜１０３bが、ある一
方向に沿ったライン状の結晶粒群により構成されている
ので、その結晶粒の方向に対してゲッタリング効率が異
なる。すなわち、ニッケル１０４は結晶粒界ＧＢを越え
ては移動しにくく、結晶粒内を移動しやすいため、ライ
ン状の結晶粒群のそのライン方向に沿った方向のゲッタ
リング効率が高い。すなわち、図１,図２では実線の矢
印１０８の方向に主にゲッタリングされ、点線の矢印１
０８で示された方向にはほとんど移動しない。よって、
第１実施形態では、後のＴＦＴ活性領域１０９を取り囲
むようにニッケルのゲッタリング領域１０３cを設ける
ことで、ライン状の結晶粒群のライン方向に対してゲッ
タリング領域を必然的に形成できる上に、ゲッタリング
効率を最大限に高めることができる。このときのＴＦＴ
の配置としては、図１よりも図２の配置の方が、ゲッタ
リング領域１０３cと非ゲッタリング領域(後のチャネル
領域１１３)との間の距離を最低限にできるため、より
効果の高いゲッタリングが行える。

【００８６】このゲッタリング工程後の実際の結晶性ケ
イ素膜１０３b中のニッケル濃度を二次イオン質量分析
法(ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry)によ
り測定したところ５×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度に
まで低減されていた。ちなみに上記工程前の結晶性ケイ
素膜１０３bの膜中ニッケル濃度は５×１０¹⁷〜１×１
０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であった。

【００８７】次に、マスク１０６に用いた酸化ケイ素膜
をエッチング除去する。エッチャントとしては、十分に
下層のケイ素膜１０３と選択性のある１：１０のバッフ
ァードフッ酸(ＢＨＦ)を用い、ウェットエッチングによ
り行う。

【００８８】その後、図５(A)に示すように、不要な部
分のケイ素膜１０３を除去して素子間分離を行う。すな
わち、上記工程により、図１,図２に示すような配置
で、少なくとも結晶性ケイ素膜１０３bの領域を用い
て、後にＴＦＴの活性領域(ソース／ドレイン領域、チ
ャネル領域)となる島状の結晶性ケイ素膜１０９を形成
する。

【００８９】次に、上記活性領域となる結晶性ケイ素膜
１０９を覆うように厚さ２０〜１５０ｎｍ(ここでは１
００ｎｍ)の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜１１０として
成膜する。酸化ケイ素膜の形成には、ここではＴＥＯＳ
を原料とし、酸素とともに基板温度１５０〜６００℃
(好ましくは３００〜４５０℃)でＲＦプラズマＣＶＤ法
で分解・堆積した。または、ＴＥＯＳを原料としてオゾ
ンガスとともに減圧ＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法によっ
て、基板温度を３５０〜６００℃(好ましくは４００〜
５５０℃)として形成してもよい。成膜後、ゲート絶縁
膜自身のバルク特性および結晶性ケイ素膜／ゲート絶縁
膜の界面特性を向上するために、不活性ガス雰囲気下で
４００〜６００℃で１〜４時間のアニールを行う。

【００９０】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ４００〜８００ｎｍ(例えば６００ｎｍ)のアルミニ
ウムを成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニン
グして、ゲート電極１１１を形成する。さらに、このア
ルミニウムのゲート電極１１１の表面を陽極酸化して、
表面に陽極酸化膜１１２を形成する。この状態が図５
(B)に相当する。このときの陽極酸化は、酒石酸が１〜
５％含まれたエチレングリコール溶液中で行い、最初一
定電流で２２０Ｖまで電圧を上げ、その状態で１時間保
持して終了させる。こうして得られた陽極酸化膜１１２
の厚さは２００ｎｍである。なお、この陽極酸化膜１１
２は、後のイオンドーピング工程において、オフセット
ゲート領域を形成する厚さとなるので、オフセットゲー
ト領域の長さを上記陽極酸化工程で決めることができ
る。

【００９１】次に、イオンドーピング法によって、ゲー
ト電極１１１とその周囲の陽極酸化膜１１２をマスクと
して活性領域に不純物(リン)を注入する。ドーピングガ
スとしてフォスフィン(ＰＨ₃)を用い、加速電圧を６０
〜９０ｋＶ(例えば８０ｋＶ)、ドーズ量を１×１０¹⁵〜
８×１０¹⁵ｃｍ^-2(例えば２×１０¹⁵ｃｍ^-2)とする。こ
の工程により、不純物が注入された領域１１４,１１５
は、後にＴＦＴのソース／ドレイン領域となり、ゲート
電極１１１およびその周囲の陽極酸化膜１１２にマスク
されて不純物が注入されない領域１１３は、後にＴＦＴ
のチャネル領域となる。このときのＴＦＴの配置とし
て、図１に示すような配置で形成した場合、ＴＦＴ動作
に対してキャリアが流れる方向(１１４→１１５の方向)
とチャネル領域１１３を構成するライン状の結晶粒群の
ライン方向とが平行となるため、図２の配置のＴＦＴに
比べて、キャリアが結晶粒界ＧＢの影響を受けず、より
高い移動度を有するＴＦＴが得られる。

【００９２】その後、図５(B)に示すように、パルスレ
ーザー光１１６の照射によってアニールを行い、イオン
注入した不純物の活性化を行うと同時に、上記不純物導
入工程で結晶性が劣化した部分の結晶性を改善させる。
このとき、使用するレーザーとしてはＸeＣｌエキシマ
レーザー(波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ)を用
い、エネルギー密度１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ²(好まし
くは２００〜２５０ｍＪ／ｃｍ²)で照射を行う。こうし
て形成されたＮ型不純物(リン)領域であるソース領域１
１４,ドレイン領域１１５のシート抵抗は、２００〜８
００Ω／□であった。

【００９３】続いて、厚さ６００ｎｍ程度の酸化ケイ素
膜または窒化ケイ素膜を層間絶縁膜１２０として形成す
る。酸化ケイ素膜を用いる場合には、ＴＥＯＳを原料と
して、これと酸素とのプラズマＣＶＤ法またはオゾンと
の減圧ＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法によって形成すれ
ば、段差被覆性に優れた良好な層間絶縁膜が得られる。
また、モノシランＳiＨ₄とアンモニアＮＨ₃を原料ガス
としてプラズマＣＶＤ法で成膜された窒化ケイ素膜を用
いれば、活性領域／ゲート絶縁膜の界面に水素原子を供
給し、ＴＦＴ特性を劣化させる不対結合手を低減する効
果がある。

【００９４】次に、層間絶縁膜１２０にコンタクトホー
ル１２０aを形成して、金属材料、例えば窒化チタンと
アルミニウムの二層膜によって電極・配線１２１を形成
して、これによりＴＦＴ１２２を形成する。上記窒化チ
タン膜は、アルミニウムが半導体層に拡散するのを防止
する目的のバリア膜として設けられる。このＴＦＴ１２
２を液晶表示装置などの画素スイッチング用のＴＦＴと
して用いる場合には、一方のドレイン電極には、ＩＴＯ
など透明導電膜からなる画素電極を設ければよい。ま
た、このＴＦＴ１２２を薄膜集積回路などに用いる場合
には、ゲート電極１１１上にもコンタクトホールを形成
し、必要とする配線を施せばよい。

【００９５】そして、最後に、１気圧の水素雰囲気で３
５０℃、１時間のアニールを行い、図５(C)に示すＴＦ
Ｔ１２２を完成させる。さらに必要に応じて、ＴＦＴ１
２２を保護する目的で、ＴＦＴ１２２上に窒化ケイ素膜
などからなる保護膜を設けてもよい。

【００９６】上記第１実施形態において作製したＴＦＴ
１２１は、図１の配置では、電界効果移動度が４５０ｃ
ｍ²／Ｖｓ程度、閥値電圧が１.０Ｖ程度と非常に高性能
であるにもかかわらず、基板内での特性ばらつきが、電
界効果移動度で±１０％程度、しきい値電圧で±０.２
Ｖ程度(基板として４００×３２０ｍｍのサイズを用
い、基板内３０点測定の結果)と非常に良好であった。
また、図２の配置で作製したＴＦＴにおいても、電界効
果移動度が３００ｃｍ²／Ｖｓ程度、閥値電圧が１.５Ｖ
程度と、従来の方法に比べて十分に高性能であり、基板
内での特性ばらつきも同様に小さく抑えることができ
る。さらに、図１,図２の配置のいずれのＴＦＴの場合
も、繰り返し測定やバイアスや温度ストレスによる耐久
性試験を行っても、ほとんど特性劣化は見られず、非常
に信頼性が高い。また、触媒元素が特に問題となるＴＦ
Ｔオフ領域でのリーク電流の増大およびばらつきは、異
常点がなく、触媒元素を用いない場合と同等の数ｐＡ程
度にまで低減でき、製造歩留まりを大きく向上すること
ができた。そして、第１実施形態に基づいて作製された
ＴＦＴを利用して、液晶表示用アクティブマトリクス基
板を実際に点灯評価したところ、従来法により作製した
ものに比べて表示むらが小さく、ＴＦＴリークによる画
素欠陥も極めて少なく、コントラスト比の高い高表示品
位の液晶パネルが得られた。

【００９７】〔第２実施形態〕図６(A),(B)はこの発明
の第２実施形態の半導体装置としてのＮチャネル型ＴＦ
ＴとＰチャネル型ＴＦＴの概要を示す平面図である。こ
の発明の第２実施形態では、アクティブマトリクス型の
液晶表示装置の周辺駆動回路や、一般の薄膜集積回路を
形成するＮチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴを相
補型に構成したＣＭＯＳ(コンプリメンタリ・メタル・
オキサイド・セミコンダクタ)構造の回路を石英ガラス
基板上に作製する工程について説明する。

【００９８】また、図８(A)〜図８(D)および図９(A)〜
図９(C)は、図６(A),(B)に示すＴＦＴの製造方法を示す
工程断面図であり、図８(A)〜図８(D)および図９(A)〜
図９(C)の順に工程が順次進行する。

【００９９】まず、図８(A)に示すように、ガラス基板
２０１上に例えばＣＶＤ法によって厚さ３００〜５００
ｎｍ程度の酸化ケイ素からなる下地膜２０２を形成す
る。次に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ２０〜６０
ｎｍ(例えば３０ｎｍ)の真性(Ｉ型)の非晶質ケイ素膜
(ａ−Ｓi膜)２０３を成膜する。このときの基板加熱温
度は４００℃以下であることが望ましく、この第２実施
形態では３００℃とした。また、装置としては平行平板
式のプラズマＣＶＤ装置を用い、モノシランＳiＨ₄ガス
と水素Ｈ₂ガスを材料ガスに用いる。そして、ＲＦパワ
ーのパワー密度を１０〜１００ｍＷ／ｃｍ²(例えば８０
ｍＷ／ｃｍ²)と低めに設定し、このときのデポレートは
５０ｎｍ／ｍｉｎ程度である。このようにして得られた
非晶質ケイ素膜２０３膜中の水素濃度は、１０〜１５ａ
ｔｏｍｉｃ％である。

【０１００】そして、上記非晶質ケイ素膜２０３の表面
上にニッケル２０４の微量添加を行う。このニッケル２
０４の微量添加は、ニッケルを溶かした溶液を非晶質ケ
イ素膜２０３上に保持し、スピナーにより溶液をガラス
基板２０１上に均一に延ばし乾燥させることにより行
う。この第２実施形態では、溶質としては酢酸ニッケル
を用い、溶媒としては水を用いて、溶液中のニッケル濃
度を５ｐｐｍとした。このようにして添加された非晶質
ケイ素膜２０３表面上のニッケル濃度を全反射蛍光Ｘ線
分析(ＴＲＸＲＦ)法により測定すると、３×１０¹²ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ²程度であった。

【０１０１】そして、これを不活性雰囲気下(例えば窒
素雰囲気下)で加熱処理を行う。この加熱処理において
は、昇温途中にまず非晶質ケイ素膜２０３中の水素離脱
処理を行い、その後さらに高温で非晶質ケイ素膜２０３
の結晶化を行った。具体的には、第１ステップの加熱処
理として４５０〜５２０℃で１〜２時間のアニール処理
を行い、第２ステップの加熱処理としては５２０〜５７
０℃で２〜８時間のアニール処理を行う。この第２実施
形態では、５００℃にて１時間の処理を行った後、５５
０℃で４時間の加熱処理を行った。この加熱処理におい
て、非晶質ケイ素膜２０３表面に存在するニッケル２０
４のシリサイド化が起こり、それを核として非晶質ケイ
素膜２０３の結晶化が進行する。このときの結晶核の発
生はランダムに起こり、得られる結晶性ケイ素膜２０３
aにおける個々の結晶粒の平均粒径は、５〜１０μｍ程
度であった。

【０１０２】次に、図８(B)に示すように、パルスレー
ザー光２０５を照射することで結晶性ケイ素膜２０３a
を再結晶化させ、結晶性ケイ素膜２０３bを得る。この
ときのパルスレーザー光としては、ＸeＣｌエキシマレ
ーザー(波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ)を用い
る。パルスレーザー光の照射条件は、照射時に基板を２
００〜４５０℃(例えば４００℃)に加熱し、エネルギー
密度２００〜４５０ｍＪ／ｃｍ²(例えば３５０ｍＪ／ｃ
ｍ²)で照射した。

【０１０３】この発明では、このときのパルス走査ピッ
チ、ビーム形状およびビーム形状が重要なパラメーター
となる。第１実施形態と同様に、第２実施形態において
も図１０に示す構造のレーザー光照射装置を用いる。す
なわち、従来のレーザー光照射装置とは異なり、ガラス
基板２０１上に遮蔽マスク板５０４が設けられ、遮蔽板
５０４に照射されるパルスレーザー光５０７は不必要な
ビーム端部が遮蔽される。その結果、ガラス基板２０１
に照射されるパルスレーザー光のサイズは、遮蔽板５０
４によりパルスレーザー光５０７の短辺方向の裾がカッ
トされ、３００ｍｍ×０.０５ｍｍ(５０μｍ)となる。
このときの短辺方向におけるビーム強度のプロファイル
は、図１１に示すように、遮蔽板５０４を通すことによ
り、そのトップ付近のエネルギーの高い領域のみが選択
され、それ以外の裾引き領域をカットしたようなトップ
ハット状(図１１の下側に示す)のビーム強度のプロファ
イル５０８となっている。

【０１０４】そして、図１０に示すように、この状態
で、ガラス基板２０１を矢印５０５の方向に移動させる
ことでガラス基板２０１に対してパルスレーザー光の走
査が行われる。このときのパルス間の移動距離が走査ピ
ッチとなり、ガラス基板２０１の矢印５０５の方向の移
動速度により制御される。この第２実施形態では、図１
０に示すように、ガラス基板２０１を矢印５０５の方向
に移動させることにより、パルスレーザー光の走査を行
ったが、ガラス基板２０１から見た場合のパルスレーザ
ー光の走査方向は矢印５０５の方向とは逆方向になる。

【０１０５】この方向が図７におけるＳである。走査ピ
ッチ幅Ｐとしては、０.１〜１μｍ(例えば０.５μｍ)と
した。走査方向に対するレーザービームの幅Ｌは、第２
実施形態では５０μｍとしたので、ケイ素膜２０３aの
任意の一点において、計１００回のパルスレーザー光照
射が行われることになる。しかし、実際には、各位置に
対して最終回のパルスレーザー光が重要であり、最終回
のパルスレーザー光で前段パルスレーザー光で結晶化さ
れた隣接領域の結晶性を反映して、レーザー走査方向に
横方向に結晶成長がなされる。上記工程により、図６
(A),(B)に示すように、ニッケルにより結晶成長した結
晶性を引き継いで、横方向に、パルスレーザー光照射に
より形成されたライン状の結晶粒群が成長する。図６
(A),(B)において、ＧＢがその結晶粒界を表している。
この状態で、ＥＢＳＰ法により２次元的に結晶面方位の
観察を行うと、それぞれのライン状の結晶粒群は、結晶
粒界ＧＢを挟んで面方位に相関関係が見られ、結晶粒界
ＧＢでは１０゜以内の小傾角粒界を形成している。な
お、図７に示す点線は、走査ピッチ幅を示すものであっ
て、図６(A),(B)において点線で示された結晶粒界ＧＢ
ではない。

【０１０６】その後、図８(C)に示すように、不要な部
分のケイ素膜２０３bを除去して素子間分離を行い、後
にＴＦＴの活性領域(ソース／ドレイン領域、チャネル
領域)となる島状の結晶性ケイ素膜２０９ｎ,２０９ｐを
形成する。

【０１０７】次に、上記活性領域となる結晶性ケイ素膜
２０９ｎ,２０９ｐを覆うように厚さ２０〜１５０ｎｍ
(ここでは１００ｎｍ)の酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜２
１０として成膜する。この酸化ケイ素膜の形成には、こ
こではＴＥＯＳを原料とし、酸素とともに基板温度１５
０〜６００℃(好ましくは３００〜４５０℃)でＲＦプラ
ズマＣＶＤ法で分解・堆積した。

【０１０８】引き続いて、図８(D)に示すように、スパ
ッタリング法によって高融点メタルを堆積し、これをパ
ターニング形成して、ゲート電極２１１ｎ,２１１ｐと
する。このときの高融点メタルとしては、タンタル(Ｔ
ａ)またはタングステン(Ｗ)が望ましい。この第２実施
形態では、窒素が微量に添加されたＴａと純Ｔａの二層
構造を用い、トータルの厚さが３００〜６００ｎｍ(例
えば４５０ｎｍ)とした。

【０１０９】次に、図８(D)に示すように、イオンドー
ピング法によって、活性領域２０９ｎ,２０９ｐに、ゲ
ート電極２１１ｎ,２１１ｐをマスクとして、リン２１
７を注入する。ドーピングガスとしてフォスフィン(Ｐ
Ｈ₃)を用い、ドーピング条件としては、加速電圧を６０
〜９０ｋＶ(例えば８０ｋＶ)とし、ドーズ量を２×１０
¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2(例えば５×１０¹⁵ｃｍ^-2)とし
た。この工程により、ゲート電極２１１ｎ,２１１ｐに
マスクされてリンが注入されない領域は、後にＴＦＴの
チャネル領域２１３ｎ,２１３ｐとなる。また、この工
程により、Ｎチャネル型ＴＦＴにおけるＮ型の不純物領
域２１４ｎ,２１５ｎが形成される。しかし、Ｐチャネ
ル型ＴＦＴにおいては、そのソース・ドレイン領域２１
４ｎ’,２１５ｎ’は、この段階では、リンがドーピン
グされた結果、Ｎ型の不純物領域となっている。

【０１１０】次に、図９(A)に示すように、フォトリソ
グラフィ工程により、Ｎチャネル型ＴＦＴとなる領域上
を完全に覆うように、フォトレジストにより、選択ドー
ピングのためのマスク２１９を形成する。そして、この
状態で、イオンドーピング法によって、Ｐチャネル型Ｔ
ＦＴにおいてのみ選択的に、活性領域２０９ｐにゲート
電極２１１ｐをマスクとしてホウ素２１８を注入する。
このとき、ドーピングガスとして、ジボラン(Ｂ₂Ｈ₆)を
用い、４０ｋＶ〜８０ｋＶ(例えば６５ｋＶ)の加速電圧
で、１×１０¹⁶〜５×１０¹⁶ｃｍ^-2(例えば２×１０¹⁶
ｃｍ^-2)の高ドーズ量にて、ドーピングを行う。この工
程において、後のＰチャネル型ＴＦＴのチャネル領域２
１３ｐは、ゲート電極２１１ｐにマスクされ、ホウ素は
注入されない。上記ゲート絶縁膜２１０越しにホウ素２
１８がドーピングされた領域２１４ｎ’,２１５ｎ’
は、この結果、先にドーピングされたＮ型不純物である
リンをキャンセルし、過剰なホウ素により反転してＰ型
の不純物領域２１４ｐ,２１５ｐが形成される(所謂カウ
ンタードーピング)。このようして、Ｎチャネル型ＴＦ
ＴとＰチャネル型ＴＦＴとをそれぞれ形成することがで
きる。

【０１１１】そして、選択ドーピングのためのマスクと
して用いたフォトレジストを除去した後、これを不活性
雰囲気下(例えば窒素雰囲気下)にて５００〜６００℃の
温度で数時間から数十時間の加熱処理を施す。この第２
実施形態では、５５０℃にて６時間の処理を行った。こ
の加熱処理により、ドライバー部のＴＦＴ活性領域中に
おいて、ソース領域２１４ｎ,２１４ｐおよびドレイン
領域２１５ｎ,２１５ｐにドーピングされているリンが
その領域に存在するニッケルをまずトラップする。

【０１１２】そして、図９(B)に示すように、チャネル
領域２１３ｎ,２１３ｐ中に存在しているニッケルを矢
印２０８に示す方向に、すなわち隣接するソース領域２
１４ｎ,２１４ｐおよびドレイン領域２１５ｎ,２１５ｐ
へと移動させる。その結果、チャネル領域２１３ｎ,２
１３ｐ中のニッケル濃度は大幅に低減する。このときの
ＴＦＴの配置は、図６(A),(B)となるようにした。すな
わち、再結晶化のときのレーザー走査方向Ｓ(図７に示
す)とニッケルの移動方向２０８とが略平行となるよう
に設定した。このような配置とすることにより、チャネ
ル領域２１３ｎ,２１３ｐ内のライン状の結晶粒群の方
向とニッケルの移動方向が同方向となり、ソース・ドレ
イン領域へのニッケルの移動が、結晶粒界ＧＢを越える
ことなく行われる。その結果、ニッケルの移動効率が向
上し、チャネル内での残留量が大幅に低減できる。この
ときのチャネル領域２１３ｎ,２１３ｐ中のニッケル濃
度を二次イオン質量分析法(ＳＩＭＳ)により測定したと
ころ１〜３×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度にまで低減
されていた。ちなみに上記工程前の結晶性ケイ素膜中の
ニッケル濃度は５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であ
った。

【０１１３】また、この加熱処理により、ソース領域２
１４ｎ,２１４ｐ、ドレイン領域２１５ｎ,２１５ｐの活
性化も同時に行われる。上記工程により得られたＮ型不
純物領域２１４ｎ,２１５ｎのシート抵抗値は、０.５〜
１ｋΩ／□であり、Ｐ型不純物領域２１４ｐ,２１５ｐ
のシート抵抗値は、２〜３ｋΩ／□であった。さらに
は、ゲート絶縁膜２１０の焼成処理も同時に行われ、ゲ
ート絶縁膜自身のバルク特性および結晶性ケイ素膜／ゲ
ート絶縁膜の界面特性の向上が図れる。

【０１１４】続いて、図９(C)に示すように、厚さ９０
０ｎｍの酸化ケイ素膜を層間絶縁膜２２０としてプラズ
マＣＶＤ法によって形成し、これにコンタクトホール２
２０aを形成して、金属材料、例えば窒化チタンとアル
ミニウムの二層膜によって電極・配線２２１を形成す
る。そして、最後に、１気圧の水素雰囲気下で３５０
℃、１時間のアニールを行い、Ｎチャネル型ＴＦＴ２２
３とＰチャネル型ＴＦＴ２２４とを完成させる。さらに
必要に応じて、ＴＦＴ２２３,２２４を保護する目的
で、ＴＦＴ２２３,２２４上に窒化ケイ素膜などからな
る保護膜を設けてもよい。

【０１１５】上記第２実施形態において作製したＣＭＯ
Ｓ構造回路において、それぞれのＴＦＴの電界効果移動
度はＮチャネル型ＴＦＴで４００〜４５０ｃｍ²／Ｖ
ｓ、Ｐチャネル型ＴＦＴで１５０〜２００ｃｍ²／Ｖｓ
と高く、しきい値電圧はＮチャネル型ＴＦＴで１.０Ｖ
程度、Ｐチャネル型ＴＦＴで−１.５Ｖ程度と非常に良
好な特性を示している。また、従来触媒元素を用いたと
きに問題となっていた特性ばらつきを、電界効果移動度
で±１０％程度、しきい値電圧で±０.２Ｖ程度(基板と
して４００×３２０ｍｍのサイズを用い、基板内３０点
測定の結果)に抑えることができ、また、繰り返し測定
やバイアスや温度ストレスによる耐久性試験を行って
も、ほとんど特性劣化は見られず、従来のものと比べて
非常に信頼性の高安定した回路特性を示した。

【０１１６】〔第３実施形態〕図１２はこの発明の第３
実施形態の半導体装置の製造方法を用いた連続発振レー
ザーでの再結晶化工程を示す図である。

【０１１７】まず、第１および第２実施形態と同様に、
図１２に示すように、ガラス基板３０１上に、膜厚３０
０〜５００ｎｍ程度の酸化ケイ素(ＳiＯ₂)からなる下地
膜３０２を形成する。この下地膜３０２は、ガラス基板
３０１からの不純物の拡散を防ぐために設けられ、より
その効果を高めるために窒化ケイ素膜との２層構造とし
て形成してもよい。

【０１１８】続けて、上記下地膜３０２上に、膜厚２０
〜６０ｎｍの真性(Ｉ型)の非晶質ケイ素膜(ａ−Ｓｉ膜)
を成膜する。

【０１１９】続いて、ａ−Ｓｉ膜に触媒元素を添加し、
加熱処理を行う。このａ−Ｓｉ膜に対して、重量換算で
例えば１０ｐｐｍの触媒元素(この第３実施形態ではニ
ッケル)を含む水溶液(酢酸ニッケル水溶液)をスピンコ
ート法で塗布して、触媒元素含有層を形成する。このと
き、添加する触媒元素の量は極微量であり、ａ−Ｓｉ膜
の表面上の触媒元素濃度は、全反射蛍光Ｘ線分析(ＴＲ
ＸＲＦ)法により、管理される。この第３実施形態で
は、７×１０¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ²程度である。

【０１２０】なお、この第３実施形態では、スピンコー
ト法でニッケルを添加する方法を用いたが、蒸着法やス
パッタ法などにより触媒元素からなる薄膜(第３実施形
態の場合はニッケル膜)をａ−Ｓｉ膜上に形成する手段
をとってもよい。

【０１２１】そして、上記触媒元素が添加された基板を
不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気にて加熱処理を行
う。この加熱処理は、５５０〜６００℃で３０分〜４時
間のアニール処理を行うことが好ましい。この第３実施
形態では、一例として５８０℃にて１時間の加熱処理を
行った。この加熱処理において、ａ−Ｓｉ膜表面に添加
されたニッケルがａ−Ｓｉ膜中に拡散すると共に、シリ
サイド化が起こり、それを核としてａ−Ｓｉ膜の結晶化
が進行する。その結果、ａ−Ｓｉ膜は結晶化され、結晶
性ケイ素膜となる。なお、ここでは炉を用いた加熱処理
により結晶化を行ったが、ランプ等を熱源として用いる
ＲＴＡ(Rapid Thermal Annealing；瞬間アニール)装置
で結晶化を行ってもよい。

【０１２２】続いて、加熱処理により得られた結晶性ケ
イ素膜に連続発振レーザー光を照射し、連続的に走査す
ることで、この結晶性ケイ素膜をレーザーの走査方向に
沿って結晶化させる。このときの連続発振レーザー光と
しては、ダイオード励起の連続発振ＹＡＧレーザーを用
いた。この連続発振レーザー光の波長としては５３２ｎ
ｍであり、そのときのパワー変動は１％以下であった。
また、連続発振ＹＡＧレーザーの出力としては１０Ｗ
で、基板に対して５０〜２００ｃｍ／ｓｅｃ、例えば１
００ｃｍ／ｓｅｃの走査速度で、連続発振レーザー光を
走査した。これにより、図１３に示すように、結晶性ケ
イ素膜は溶融し、レーザー光照射領域３０３と非照射領
域３０４との境界において固液界面３０５が生じ、その
固液界面３０５が、連続発振レーザー光の走査に伴って
移動することで、元の結晶性ケイ素膜の結晶性を反映し
て一方向に沿った結晶粒群が成長する。このようにして
得られた結晶粒群は、図１３に示すように、レーザー走
査方向４０３に沿って並んでいる。ここでのライン状結
晶粒４０２間の粒界は、セコエッチングにより顕在化さ
れる粒界であり、結晶粒界４０１が見られるにもかかわ
らず、隣接するライン状結晶粒４０２間の面方位は、ほ
ぼ同一の面方位となっている。

【０１２３】その後、結晶性ケイ素膜の不要な部分を除
去して素子間分離を行い、後にＴＦＴの活性領域(ソー
ス／ドレイン領域、チャネル領域)となる島状の結晶性
ケイ素膜を形成した後、第１実施形態および第２実施形
態に示した方法と類似の方法を用いて、ＴＦＴを完成さ
せる。

【０１２４】このように連続発振レーザーを用いて結晶
性ケイ素膜を横方向(レーザー走査方向)に再結晶化を行
った場合には、パルスレーザーによる再結晶化と比べ
て、より高いＴＦＴ特性が得られる。具体的には、Ｎチ
ャネル型ＴＦＴで６００ｃｍ２／Ｖｓ以上の電界効果移
動度が得られた。

【０１２５】以上、この発明に基づく第１〜第３実施形
態につき具体的に説明したが、この発明は上述の第１〜
第３実施形態に限定されるものではなく、この発明の技
術的思想に基づく各種の変形が可能である。

【０１２６】例えば、上記第１〜第３実施形態において
は、ニッケルを導入する方法として、非晶質ケイ素膜表
面にニッケル塩を溶かした水溶液を塗布する方法を採用
したが、非晶質ケイ素膜の形成前に、下地膜１０２,２
０２または３０２の表面にニッケルを導入し、上層の非
晶質ケイ素膜を結晶化することもできる。すなわち、非
晶質ケイ素膜の結晶化を促進する触媒元素は、非晶質ケ
イ素膜の上側から導入し表面より結晶成長させても、ま
た下側から導入して裏側より結晶成長させてもよい。ま
た、ニッケルの導入方法としても、その他、様々な手法
を用いることができる。例えば、ニッケル塩を溶かせる
溶媒として、ＳＯＧ(スピンオングラス)材料を溶媒とし
てＳiＯ₂膜より拡散させる方法もあるし、イオンドーピ
ング法により直接導入する方法や、制御は難しいが蒸着
法やメッキ法により極薄膜を形成する方法なども利用で
きる。さらに、結晶化を助長する不純物金属元素として
は、ニッケル以外にコバルト、鉄、パラジウム、白金、
銅、金を用いても同様の効果が得られる。また、ニッケ
ル等の触媒元素をゲッタリングするための５族Ｂ元素と
しては、リン以外に窒素、ヒ素、アンチモン、ビスマス
を利用してもよい。

【０１２７】また、触媒元素により一部結晶化させたケ
イ素膜を、強光照射によりさらに結晶化させる手段とし
て、波長３０８ｎｍのＸeＣ１エキシマレーザーを用い
たが、その他、波長２４８ｎｍのＫrＦエキシマレーザ
ーや波長１９８ｎｍのＡrＦエキシマレーザーも同様に
有効であるし、波長は可視領域となるが、ＹＡＧレーザ
ーでも処理が可能である。また、上記結晶性ケイ素膜に
照射するレーザー光は、第１,第２実施形態に用いたパ
ルスレーザであってもよいし、第３実施形態に用いた連
続発振レーザ光であってもよい。

【０１２８】さらに、この発明の応用としては、液晶表
示用のアクティブマトリクス型基板以外に、例えば、密
着型イメージセンサー、ドライバー内蔵型のサーマルヘ
ッド、有機系ＥＬ等を発光素子としたドライバー内蔵型
の光書き込み素子や表示素子、三次元ＩＣ等が考えられ
る。この発明を用いることで、これらの素子の高速、高
解像度化等の高性能化が実現される。さらに、この発明
は、上記第１,第２実施形態で説明したＭＯＳ(メタル・
オキサイド・セミコンダクタ)型トランジスタに限ら
ず、結晶性半導体を素子材としたバイポーラトランジス
タや静電誘導トランジスタをはじめとして幅広く半導体
プロセス全般に応用することができる。

【０１２９】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体装置およびその製造方法によれば、非常に高性能で
ばらつきの少ない安定した特性の半導体装置を実現で
き、さらに、集積度の高い高性能な半導体装置が簡便な
製造プロセスにより実現することができる。また、その
製造工程において良品率を大きく向上でき、商品の低コ
スト化が図れる。特に液晶表示装置においては、アクテ
ィブマトリクス基板に要求される画素スイッチングＴＦ
Ｔのスイッチング特性の向上、周辺駆動回路部を構成す
るＴＦＴに要求される高性能化・高集積化を同時に満足
し、同一基板上にアクティブマトリクス部と周辺駆動回
路部を構成するドライバモノリシック型アクティブマト
リクス基板を実現でき、モジュールのコンパクト化、高
性能化、低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明の第１実施形態の半導体装置
の製造方法の概要を示す平面図である。

【図２】 図２は上記半導体装置の製造方法の概要を示
す平面図である。

【図３】 図３はパルスレーザー光の走査方向を示す図
である。

【図４】 図４(A)〜(D)は上記半導体装置の製造方法の
作製工程を示す工程断面図である。

【図５】 図５(A)〜(C)は図４(D)に続く半導体装置の
製造方法の作製工程を示す工程断面図である。

【図６】 図６はこの発明の第２実施形態の半導体装置
の製造方法の概要を示す平面図である。

【図７】 図７はパルスレーザー光の走査方向を示す図
である。

【図８】 図８(A)〜(D)は上記半導体装置の製造方法の
作製工程を示す工程断面図である。

【図９】 図９(A)〜(C)は図８(D)に続く半導体装置の
製造方法の作製工程を示す工程断面図である。

【図１０】 図１０は上記半導体装置の製造方法に用い
られるレーザー光照射装置の概念図である。

【図１１】 図１１は上記レーザー光照射装置のパルス
レーザー光のビーム強度のプロファイルである。

【図１２】 図１２はこの発明の第３実施形態の半導体
装置の製造方法を用いた連続発振レーザーでの再結晶化
工程を示す図である。

【図１３】 図１３は上記連続発振レーザーでの再結晶
化によるライン状結晶粒の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０１,２０１,３０１…ガラス基板、 １０２,２０２,３０２…下地膜、 １０３,２０３…非晶質ケイ素膜、 １０３a,２０３a…結晶性ケイ素膜、 １０３b,２０３b…結晶性ケイ素膜、 １０３c…ゲッタリング領域、 １０４,２０４…ニッケル、 １０５,２０５…パルスレーザー光、 １０６…マスク膜、 １０７…リン、 １０８,２０８…ニッケルの移動(ゲッタリング)方向、 １０９,２０９…ＴＦＴ活性領域(素子領域)、 １１０,２１０…ゲート絶縁膜、 １１１,２１１…ゲート電極、 １１２…陽極酸化層、 １１３,２１３…チャネル領域、 １１４,２１４…ソース領域、 １１５,２１５…ドレイン領域、 １１６…パルスレーザー光、 １２０,２２０…層間絶縁膜、 １２１,２２１…電極・配線、 １２２…Ｎチャネル型ＴＦＴ、 ２１７…リン、 ２１８…ホウ素、 ２１９…マスク、 ２２３…Ｎチャネル型ＴＦＴ、 ２２４…Ｐチャネル型ＴＦＴ、 ３０３…レーザー光照射領域、 ３０４…非照射領域、 ３０５…固液界面、 ４０１…結晶粒界、 ４０２…ライン状結晶粒、 ４０３…レーザー走査方向。

───────────────────────────────────────────────────── 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 ６２７Ｚ Ｆターム(参考） 2H092 JA24 JA28 MA30 NA21 PA01 5F048 AB07 AB10 AC04 BA10 BA16 BB05 BB09 BC16 BD04 BF11 5F052 AA02 AA11 AA24 BA02 BA07 BA12 BB04 BB07 DA02 DB03 EA15 EA16 FA06 FA19 HA06 JA01 5F110 AA01 AA07 AA17 AA30 BB02 BB04 BB10 BB11 CC02 DD02 DD13 DD14 DD17 EE01 EE03 EE04 EE14 EE34 EE44 FF02 FF29 FF30 FF32 FF36 GG02 GG13 GG17 GG25 GG35 HJ01 HJ12 HJ23 HL01 HL03 HL07 HL11 HM14 NN03 NN04 NN23 NN24 NN35 NN72 PP01 PP02 PP03 PP04 PP05 PP06 PP10 PP13 PP23 PP24 PP29 PP34 PP35 QQ24 QQ28

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁表面を有する基板上に形成された結
   晶性を有するケイ素膜を活性領域として用いた半導体装
   置において、 上記活性領域は、略一方向に沿って並んだライン状の結
   晶粒群により構成されており、かつ、そのライン状の結
   晶粒群は、隣接するライン状の結晶粒群とほぼ同一な面
   方位であることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置において、 上記ライン状の結晶粒群とそれに隣接するライン状の結
   晶粒群との間の面方位のずれは１０゜以内であることを
   特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 絶縁表面を有する基板上に形成された結
   晶性を有するケイ素膜を活性領域として用いた半導体装
   置において、 上記活性領域は、略一方向に沿って並んだライン状の結
   晶粒群により構成されており、かつ、そのライン状の結
   晶粒群と隣接するライン状の結晶粒群との間の結晶粒界
   は、原子レベルで連続的に格子がつながっていることを
   特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】 絶縁表面を有する基板上に形成された結
   晶性を有するケイ素膜を活性領域として用いた半導体装
   置において、 上記活性領域は、略一方向に沿って並んだライン状の結
   晶粒群により構成されており、かつ、そのライン状の結
   晶粒群と隣接するライン状の結晶粒群との間の結晶粒界
   が小傾角粒界であることを特徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の半導体装置において、 上記ライン状の結晶粒群と隣接するライン状の結晶粒群
   との間に形成される小傾角の結晶粒界は、結晶粒間の平
   面的な方位の回転角が１０゜以内の小傾角粒界であるこ
   とを特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか1つに記載の
   半導体装置において、 上記結晶粒界は、セコエッチング法によりエッチングさ
   れる位置で示され、結晶粒は、上記結晶粒界に囲まれた
   領域であることを特徴とする半導体装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至５のいずれか1つに記載の
   半導体装置において、 上記結晶粒群の面方位および結晶粒界での結晶方位の傾
   角は、ＥＢＳＰ法により定義される値であることを特徴
   とする半導体装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の
   半導体装置において、 上記半導体装置における活性領域のキャリアの移動方向
   と上記ライン状の結晶粒群のライン方向とが略平行であ
   ることを特徴とする半導体装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか1つに記載の
   半導体装置において、 上記活性領域における能動領域は、ニッケル元素を１×
   １０¹⁶〜５×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度で含有し
   ていることを特徴とする半導体装置。
10. 【請求項１０】 絶縁表面を有する基板上に形成された
    非晶質ケイ素膜に結晶化を促進する触媒元素を導入する
    工程と、 上記触媒元素を導入する工程の後に加熱処理により上記
    非晶質ケイ素膜を結晶化させて結晶性ケイ素膜にする工
    程と、 上記結晶性ケイ素膜にレーザー光を照射しながら、基板
    またはレーザー光を一方向に走査することにより、先に
    レーザー光により再結晶化された領域の結晶性を反映し
    て順次再結晶化させる工程とを有することを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 絶縁表面を有する基板上に形成された
    非晶質ケイ素膜に結晶化を促進する触媒元素を導入する
    工程と、 上記触媒元素を導入する工程の後に加熱処理により上記
    非晶質ケイ素膜を結晶化させて結晶性ケイ素膜にする工
    程と、 上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射しなが
    ら、基板またはパルスレーザー光を一方向に走査するこ
    とにより、前段のパルスレーザー光により再結晶化され
    た領域の結晶性を反映して順次再結晶化させる工程とを
    有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 絶縁表面を有する基板上に形成された
    非晶質ケイ素膜に結晶化を促進する触媒元素を導入する
    工程と、 上記触媒元素を導入する工程の後に加熱処理により上記
    非晶質ケイ素膜を結晶化させて結晶性ケイ素膜にする工
    程と、 上記結晶性ケイ素膜に連続発振レーザー光を照射しなが
    ら、基板または連続発振レーザー光を一方向に走査する
    ことにより、先に連続発振レーザー光により再結晶化さ
    れた領域の結晶性を反映して順次再結晶化させる工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１１に記載の半導体装置の製造
    方法において、 上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射する工程
    において、 上記パルスレーザー光の走査ピッチは、上記パルスレー
    ザー光照射時に溶融する領域が、その領域に隣接する非
    溶融領域の結晶性を反映して再結晶化できる長さ以下で
    あることを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の半導体装置の製造
    方法において、 上記パルスレーザー光の走査ピッチが０.１μｍ〜１μ
    ｍであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１１乃至１４のいずれか1つに
    記載の半導体装置の製造方法において、 上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射する工程
    において、 上記パルスレーザー光の結晶性ケイ素膜表面に照射され
    るビーム形状は、略長尺矩形形状であり、その長尺方向
    に対して直角方向にパルス走査が行われることを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１１乃至１５のいずれか1つに
    記載の半導体装置の製造方法において、 上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射する工程
    において、上記パルスレーザー光の走査方向におけるビ
    ーム強度のプロファイルは、少なくとも走査方向に対し
    て後ろ側のビーム強度が一定強度から０まで急激に低下
    する形状であることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
17. 【請求項１７】 請求項１６に記載の半導体装置の製造
    方法において、 上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射する工程
    において、上記パルスレーザー光の走査方向に対して、
    パルスレーザー光の少なくとも後ろ側の一部を機械的に
    マスクするレーザー光照射装置を用いることを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の半導体装置の製造
    方法において、 上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射する工程
    において、上記パルスレーザー光の走査方向におけるビ
    ーム強度のプロファイルは、少なくとも上記結晶性ケイ
    素膜の再結晶化工程に必要とする強度から連続的にゼロ
    まで低下する範囲をマスクしてその範囲の強度をゼロと
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項１１乃至１８のいずれか1つに
    記載の半導体装置の製造方法において、 上記結晶性ケイ素膜にパルスレーザー光を照射する工程
    において、上記基板またはパルスレーザー光を一方向に
    走査することにより、前段のパルスレーザー光により結
    晶化された領域の結晶性を反映して順次再結晶化させる
    とき、少なくともパルスレーザー光照射前の結晶性ケイ
    素膜の元の結晶状態が失われない範囲の強度のパルスレ
    ーザ光で行われることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
20. 【請求項２０】 請求項１９に記載の半導体装置の製造
    方法において、 上記パルスレーザー光として、波長４００ｎｍ以下のエ
    キシマレーザー光を用い、上記結晶性ケイ素膜表面に対
    するエネルギー密度が２００〜４５０ｍＪ／ｃｍ²とな
    る範囲内で照射することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
21. 【請求項２１】 請求項１２に記載の半導体装置の製造
    方法において、 上記結晶性ケイ素膜に連続発振レーザー光を照射する工
    程において、上記連続発振レーザー光により照射領域の
    ケイ素膜が溶融され、その連続発振レーザー光の走査に
    伴って固体／液体界面を移動させながら、順次再結晶化
    が行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
22. 【請求項２２】 請求項１２に記載の半導体装置の製造
    方法において、 上記連続発振レーザー光として固体レーザー光を用いる
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
23. 【請求項２３】 請求項１０乃至１２のいずれか1つに
    記載の半導体装置の製造方法において、 上記結晶性ケイ素膜にレーザー光を照射する工程におい
    て、上記レーザー光の走査方向に対して上記活性領域に
    流れるキャリアの方向が略平行になるようにすることを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
24. 【請求項２４】 請求項１０乃至１２のいずれか1つに
    記載の半導体装置の製造方法において、 上記非晶質ケイ素膜の結晶化を促進する触媒元素とし
    て、Ｎi、Ｃo、Ｆe、Ｐd、Ｐt、Ｃu、Ａuのうちの少な
    くとも１種類の元素を用いることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
25. 【請求項２５】 請求項１０乃至１２のいずれか1つに
    記載の半導体装置の製造方法において、 上記結晶性ケイ素膜にレーザー光を照射する工程の後
    に、少なくとも上記活性領域の能動領域となる以外の上
    記結晶性ケイ素膜の領域に５族Ｂから選ばれた元素を導
    入する工程と、 上記５族Ｂから選ばれた元素を導入する工程の後に、加
    熱処理により上記５族Ｂから選ばれた元素が導入された
    領域に上記触媒元素を移動させて、上記能動領域中の触
    媒元素量を低減する工程とを有することを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
26. 【請求項２６】 請求項２５に記載の半導体装置の製造
    方法において、 上記加熱処理によって上記５族Ｂから選ばれた元素が導
    入された領域に上記触媒元素を移動させて、上記能動領
    域中の触媒元素量を低減する工程において、上記触媒元
    素の移動方向と上記レーザー光の走査方向とが略平行で
    あることを特徴とする半導体装置の製造方法。
27. 【請求項２７】 請求項２５または２６に記載の半導体
    装置の製造方法において、 上記５族Ｂから選ばれた元素として、Ｐ、Ｎ、Ａs、Ｓ
    b、Ｂiのうちの少なくとも１種類の元素を用いることを
    特徴とする半導体装置の製造方法。