JP2003142402A

JP2003142402A - 半導体装置の作製方法

Info

Publication number: JP2003142402A
Application number: JP2002232576A
Authority: JP
Inventors: Aiko Shiga; 愛子志賀; Hidekazu Miyairi; 秀和宮入; Koichiro Tanaka; 幸一郎田中
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2003-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】線状レーザ光を重ね合わせて半導体膜に照射
すると、半導体膜上に縞が発生してしまい、半導体膜の
特性に悪影響を与えてしまうという問題があった。【解決手段】酸素を含む雰囲気において非晶質半導体
膜に第１条件のレーザ光を照射を行って結晶化させた
後、第１条件のレーザ光照射工程で形成された酸化膜を
除去し、その後に不活性気体または真空雰囲気において
出力エネルギーが１５Ｊ以上のレーザ光照射装置を用い
て、レーザ光照射部のエネルギー分布が±３％以下であ
るあって、レーザ光の照射面積が３０cm²以上の第２条
件の面状のレーザ光の照射を行うことで結晶質半導体膜
表面の平坦性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を照射す
ることにより非晶質半導体膜を結晶化して、良好な結晶
質半導体膜を作製する方法に関する。また、このような
良好な結晶質半導体膜を用いて、動作性能および信頼性
の高い薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor:ＴＦ
Ｔ）を作製する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】アクティブマトリクス基板の画素部のスイ
ッチング素子として、またスイッチング素子を駆動する
駆動回路にＴＦＴがさかんに用いられている。近年は、
情報量が増え、選択時間が短くなる高解像度の表示装置
に十分にデータを書き込むことができるような高速動作
が要求されており、特に電界効果移動度の高い結晶質半
導体膜を用いたＴＦＴの開発がさかんになされている。

【０００３】結晶質半導体膜を形成する方法として、ガ
ラス基板上に形成された非晶質シリコン膜にレーザ光を
照射する方法としてなかでも、エキシマレーザのレーザ
光（以下、エキシマレーザ光という）を照射する結晶化
方法が一般的に用いられている。エキシマレーザ光は、
シリコンの吸収係数が大きく、さらに非晶質シリコン膜
のみを加熱してシリコン膜の結晶化を行い、ガラス基板
に熱的なダメージを与えることがないためである。

【０００４】従来では、結晶化させたり、結晶性を向上
させるため半導体膜にレーザー光による照射を行った場
合、半導体膜は表面から瞬時に溶融し、その後、基板へ
の熱伝導のため溶融した半導体膜は基板側から冷却し凝
固する。この凝固過程において再結晶化し、大粒径の結
晶構造を有する半導体膜となるが、いったん溶融させる
ため、体積膨張が生じて半導体表面にリッジと呼ばれる
凹凸が形成され、特にトップゲート型ＴＦＴの場合には
リッジのある表面がゲート絶縁膜との界面となるため、
素子特性が大きく左右されていた。

【０００５】より高い電気的特性をもつ半導体膜をより
安価で作製するためには、レーザアニールの技術が必要
不可欠となってきている。しかしながら、従来の線状の
レーザ光による結晶化では均一なエネルギーが膜全体に
与えられず、リッジに加えてレーザ光を照射した波状の
跡も残っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】現在、注目されている
問題は、レーザ光で良好な結晶質半導体膜を得ること、
またその結晶粒径を如何に大きくするかである。当然の
ことながら、一つの結晶粒（グレインともいう）が大き
くなれば、ＴＦＴの特にチャネル形成領域を横切る結晶
粒界の数が減る。そのため、電界効果移動度やしきい値
電圧といったＴＦＴの代表的な電気特性のばらつきを改
善することが可能となる。

【０００７】半導体膜の結晶化処理に、線状に集光され
たレーザ光が用いられる場合、線状に集光されたレーザ
光はレーザ光照射面のエネルギー分布を均一に保つこと
が難しいため、重ねあわせて照射をする（レーザ光を重
ね合わせる割合をオーバーラップ率という。）こと、具
体的には高いオーバーラップ率（９０〜９８％）を保ち
ながら重ね打ちをして半導体膜に照射することで、エネ
ルギー分布の均一性の問題を解決しているが、この重ね
打ち照射をして得られた結晶質半導体膜に縞が発生して
しまうことがあった。この縞は、半導体膜表面の凹凸
（リッジ）となって、素子特性に大きな影響を及ぼして
しまっていた。

【０００８】また、エキシマレーザのようなガスレーザ
を用い、レーザ光を線状に集光して処理をする場合、レ
ーザ発振部のガスの劣化に伴いガス交換を行う必要があ
るが、ガス交換処理直後に照射処理を行うと、エネルギ
ー分布の安定に問題があった。エネルギーが安定しない
状態でレーザ光照射処理を施すことで、やはり半導体膜
に縞が発生してしまうという問題があった。

【０００９】半導体膜に発生する縞は、結晶状態に悪影
響を与え、このような縞を有する半導体膜をそのままＴ
ＦＴの半導体層として用いると、ＴＦＴの特性がばらつ
き、ＴＦＴの信頼性が課題となってしまっていた。

【００１０】また、レーザ光照射処理の際、オーバーラ
ップ率が高ければ、それだけ１枚の基板へのレーザ光照
射処理の時間が長くなってしまい、生産性（スループッ
ト）が悪くなってしまうという問題があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、非晶質半導体
膜を結晶化するにあたって、酸素を含む雰囲気下で半導
体膜に第１条件のレーザ光の照射（エネルギー密度４０
０〜６００mJ/cm²）を行って結晶化させた後、第１条件
のレーザ光の照射で形成された酸化膜を除去し、その後
に酸素を含まない雰囲気（代表的には、不活性気体雰囲
気または真空雰囲気）において、レーザ光照射部の面積
が３０cm²以上であり、第１条件のレーザ光よりエネル
ギー密度が３０〜３００mJ/cm²高い第２条件のレーザ光
の照射を行うことで半導体膜の平坦性を向上させ、半導
体膜に縞が発生することを防いで平坦化することがで
き、さらに、オフ電流値を低減することができる。特
に、第２条件のレーザ光は、出力エネルギーが１５Ｊ以
上のレーザ光照射装置を用いて、レーザ光照射部におけ
るエネルギー分布が±３％以下であって、高いオーバー
ラップ率を保って照射する必要がない、例えば面状のレ
ーザ光を照射して半導体膜を平坦化することにより、縞
の発生を防ぎ、良好な結晶質半導体膜を形成することを
特徴としている。

【００１２】なお、ここで、第２条件のレーザ光は第１
条件のレーザ光よりエネルギー密度が３０〜３００mJ/c
m²高くするとしたが、この値は好ましい値であって、こ
の値に限定されるものではない。

【００１３】また、第２条件のレーザ光はレーザ光照射
部の面積が３０cm²以上としたが、この値は好ましい値
であって、この値に限定されるものではない。線状のレ
ーザ光よりも照射面積が広く、且つ照射部におけるエネ
ルギー分布が少ないものであればよく、例えば面状のレ
ーザ光などを用いれば良い。ここで面状のレーザ光とは
レーザ光照射部のアスペクト比が線状のレーザ光より小
さく、且つレーザ光照射部の面積が線状レーザ光よりも
大きいものをいう。

【００１４】また、第２条件のレーザ光は、レーザ光照
射部におけるエネルギー分布が±３％以下であるため、
照射部におけるエネルギー分布を均一に保つための重ね
打ち（高いオーバーラップ率を保っての照射）の必要が
ないため、１枚の基板にレーザ光を照射するための工程
にかかる時間を短くすること（スループットの向上）が
できる。

【００１５】例えば、面積が３０cm²以下の小型表示装
置（２インチ程度：携帯電話や携帯型情報機器の表示部
に用いる表示装置、プロジェクターに用いる表示装置
等）の作製工程において本発明を用いる場合、第１条件
のレーザ光を照射して得られた結晶質半導体膜表面の酸
化膜を除去した後、上記した出力エネルギーが１５Ｊ以
上のレーザ光照射装置を用いて、レーザ光照射部におけ
るエネルギー分布が±３％であって、レーザ光照射部の
面積が３０cm²以上である第２条件のレーザ光を照射す
れば、１回のレーザ光照射面積内で表示装置を形成する
ことが可能であるため、半導体膜に縞を発生させること
なく、大粒径化および平坦化された良好な半導体膜を用
いて、表示装置を実現することが可能である。

【００１６】また、本発明は、第１条件のレーザ光およ
び第２条件のレーザ光ともに、出力エネルギーが１５Ｊ
以上のレーザ光照射装置を用いて、レーザ光照射部にお
けるエネルギー分布が±３％であって、レーザ光の照射
部の面積が３０cm²以上のレーザを用いてもよい。これ
によって、高いオーバーラップ率を保って照射処理を行
う必要がないため、スループットを向上させることがで
きる。

【００１７】また、本発明はレーザの種類によるもので
はなく、大出力が得られれば、一般的に知られるエキシ
マレーザ（代表的にはＫｒＦレーザもしくはＸｅＣｌレ
ーザ）、固体レーザ（代表的にはＮｄ：ＹＡＧレーザも
しくはルビーレーザ）、ガスレーザ（代表的にはアルゴ
ンレーザもしくはヘリウム・ネオンレーザ）、金属蒸気
レーザ（代表的には銅蒸気レーザもしくはヘリウム・カ
ドミウムレーザ）または半導体レーザのいずれかを用い
ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１を用いて、非
晶質半導体膜に第１のレーザ光を照射して結晶化した
後、半導体膜表面に形成された酸化膜を除去し、さらに
３０cm²以上の面積を有する面状レーザ光を照射するこ
とにより結晶質半導体膜表面の凸部を平坦化する方法に
ついて説明する。

【００１９】まず、ガラス基板１０上に下地絶縁膜１
１、非晶質半導体膜１２を形成する。半導体膜として
は、シリコンもしくはＳｉ_xＧｅ_1-x（０＜ｘ＜１）を用
いることができる。本実施形態では、シリコン膜を用い
ることとする。次いで、レーザアニールの前処理とし
て、非晶質半導体膜をオゾン水により洗浄し、非晶質半
導体膜表面に酸化膜（図示せず）を形成する。

【００２０】次いで、第１条件のレーザ光の照射を行
う。第１条件のレーザには、エキシマレーザなどの気体
レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザなどの固体
レーザを用いればよい。また、エネルギー密度は、４０
０〜６００mJ/cm²、パルス幅は、２０〜３０nsとした。
このような第１条件のレーザ光を照射して非晶質半導体
膜の結晶化を行い、第１の結晶質半導体膜１３を形成す
る。非晶質半導体膜１２上に酸化膜がある状態または酸
化されやすい状態でレーザ光を照射すると、結晶化され
たときに、表面に凸部ができる。また、結晶質半導体膜
表面に凸部ができるようなレーザ光照射処理を行うと、
得られる結晶質半導体膜の特性がよくなることが知られ
ている。したがって、第１条件のレーザ光照射処理後の
第１の結晶質半導体膜１３表面には、凸部がある。な
お、酸化膜は、まだ第１の結晶質半導体膜１３上に残っ
ている。

【００２１】第１条件のレーザ光を照射した後、第１の
結晶質半導体膜１３表面に形成された酸化膜１４を除去
する。

【００２２】次いで、第２条件のレーザ光として大出力
（１５Ｊ以上）のレーザを複数台連結したレーザ光照射
装置を用いて、レーザ光照射部のエネルギー分布が±３
％以下、エネルギー密度が４３０〜７００mJ/cm²、（ビ
ーム照射面積が３０cm²以上）の面状のレーザ光を照射
する。エネルギー密度は、第１条件のレ−ザ光と同一、
または３０〜３００mJ/cm²程度高くなるようにする。な
お、ビームの面内エネルギー分布が±３％以下であるた
め、オーバーラップ率は、５０％以下とすることができ
る。

【００２３】第２条件のレーザ光を照射して第１の結晶
質半導体膜１３の表面を平坦化して第２の結晶質半導体
膜１５を形成する。なお、第２条件のレーザ光照射にお
いて、表面の形状以外は、第１の結晶質半導体膜１３と
第２の結晶質半導体膜１５とは、特性になんら変化は見
られない。

【００２４】また、第１条件のレーザ光に、第２条件の
レーザ光と同様に面状のレーザ光を用いて、所定のエネ
ルギー密度で照射処理を行ってもよい。このようにする
ことで、第１条件のレーザ光照射に掛かる時間を短縮さ
せることができる。

【００２５】このように凸部を有した第１の結晶質半導
体膜１３に、第２条件のレーザ光（面状のレーザ光）を
照射することにより、結晶質半導体膜の表面を平坦化す
ることができる。面状のレーザ光を用いることにより、
結晶質半導体膜に結晶化ムラ（横縞）の発生を抑えるこ
とができ、さらに、線状のレーザ光のようにオーバーラ
ップさせて照射させる必要がないため、スループットが
向上する。

【００２６】（実施形態２）まず、ガラス基板２０上に
下地絶縁膜２１を形成し、該下地絶縁膜２１上に非晶質
シリコン膜２２を形成する。続いて、下地絶縁膜２１上
に非晶質半導体膜２２として、非晶質シリコン膜を形成
する。非晶質シリコン膜２２は、プラズマＣＶＤ法、減
圧ＣＶＤ法あるいは、スパッタ法で１０〜１００ｎｍの
厚さで形成する。

【００２７】続いて、非晶質シリコン膜２２に、結晶化
を促進する触媒元素を添加する。触媒元素としては、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐ
ｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種を用いれ
ばよい。まず、非晶質シリコン膜２２の表面に、結晶化
を促進する触媒作用のある触媒元素（ここでは、ニッケ
ル）を重量換算で１〜１００ppm含む酢酸ニッケル塩溶
液をスピナーで塗布してニッケル含有層２３を形成する
（図２（Ａ））。塗布によるニッケル含有層２３の形成
方法以外の他の手段として、スパッタ法、蒸着法、また
はプラズマ処理により極薄い膜を形成する手段を用いて
もよい。また、ここでは、全面に塗布する例を示した
が、マスクを形成して選択的にニッケル含有層を形成し
てもよい。

【００２８】次いで、加熱処理を行い、非晶質シリコン
膜２２の結晶化を行う。この場合、結晶化は半導体の結
晶化を促進する触媒元素が接した半導体膜の部分でシリ
サイドが形成され、それを核として結晶化が進行する。
こうして、図２（Ｂ）に示す第１の結晶質半導体膜２４
が形成される。なお、第１の結晶質半導体膜２４に含ま
れる酸素濃度は、５×１０¹⁸/cm³以下とすることが望ま
しい。ここでは、脱水素化のための加熱処理（４５０
℃、１時間）の後、結晶化のための加熱処理（５５０℃
〜６５０℃で４〜２４時間）を行う。また、強光の照射
により結晶化を行うことも可能である。

【００２９】次いで、結晶化率（膜の全体積における結
晶成分の割合）を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修
するために、第１の結晶質半導体膜２４に対してレーザ
光（第１条件のレーザ光）を大気または酸素雰囲気で照
射する。第１条件のレーザ光を照射して得られた第２の
結晶質半導体膜２５の表面には、凹凸が形成されるとと
もに薄い酸化膜２６が形成される（図２（Ｃ））。この
第１条件のレーザ光には波長４００nm以下のエキシマレ
ーザ光や、ＹＡＧレーザの第２高調波、第３高調波を用
いる。また、エキシマレーザ光に代えて紫外光ランプか
ら発する光を用いてもよい。

【００３０】このようにして得られた第２の結晶質半導
体膜２５には、触媒元素（ここではニッケル）が残存し
ている。それは膜中において一様に分布していないにし
ろ、平均的な濃度とすれば、１×１０¹⁹/cm³を越える濃
度で残存している。勿論、このような状態でもＴＦＴを
はじめ各種半導体素子を形成することが可能であるが、
以降に示す方法で当該元素を除去する。

【００３１】まず、第２の結晶質半導体膜２５表面に、
オゾン含有水溶液（代表的にはオゾン水）で酸化膜（ケ
ミカルオキサイドと呼ばれる）を形成して合計１〜１０
ｎｍの酸化膜からなるバリア層２７を形成し、このバリ
ア層２７上に希ガス元素を含む半導体膜（ゲッタリング
領域ともいう）２８を形成する（図２（Ｄ））。なお、
ここでは、第１の結晶質半導体膜２４に対してレーザ光
を照射した場合に形成された酸化膜２５もバリア層の一
部と見なしている。このバリア層２７は、後の工程で半
導体膜（ゲッタリング領域）２８のみを選択的に除去す
る際にエッチングストッパーとして機能する。また、オ
ゾン含有水溶液に代えて、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸
化水素水を混合させた水溶液で処理しても同様にケミカ
ルオキサイドを形成することができる。また、他のバリ
ア層２７の形成方法としては、酸素雰囲気下の紫外線の
照射でオゾンを発生させて前記結晶構造を有する半導体
膜の表面を酸化して形成してもよい。また、他のバリア
層２７の形成方法としては、プラズマＣＶＤ法やスパッ
タ法や蒸着法などで１〜１０ｎｍ程度の酸化膜を堆積し
てバリア層としても良い。また、他のバリア層２７の形
成方法としては、クリーンオーブンを用い、２００〜３
５０℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成しても良い。な
お、バリア層２７は、上記方法のいずれか一の方法、ま
たはそれらの方法を組み合わせて形成されたものであれ
ば特に限定されないが、後のゲッタリングで第１の半導
体膜中のニッケルが第２の半導体膜に移動可能な膜質ま
たは膜厚とすることが必要である。

【００３２】次いで、希ガス元素を含む半導体膜２８を
スパッタ法にて形成し、ゲッタリングサイトを形成する
（図２（Ｄ））。なお、第２の結晶質半導体膜には希ガ
ス元素が添加されないようにスパッタ条件を適宜調節す
ることが望ましい。希ガス元素としてはヘリウム（Ｈ
ｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン
（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複
数種を用いる。中でも安価なガスであるアルゴン（Ａ
ｒ）が好ましい。ここでは希ガス元素を含む雰囲気でシ
リコンからなるターゲットを用い、ゲッタリング領域２
８を形成する。また、一導電型の不純物元素であるリン
を含むターゲットを用いてゲッタリング領域を形成した
場合、希ガス元素によるゲッタリングに加え、リンのク
ーロン力を利用してゲッタリングを行うこともできる。

【００３３】また、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素
濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、ゲッタ
リング領域２８に含まれる酸素濃度は、第２の結晶質半
導体膜２５に含まれる酸素濃度より高い濃度、例えば５
×１０¹⁸/cm³以上とすることが望ましい。

【００３４】次いで、加熱処理を行い、第２の結晶質半
導体膜２５中に残留する触媒元素（ニッケル）をゲッタ
リング領域２８に移動させ、濃度を低減、あるいは除去
するゲッタリングを行う（図２（Ｄ））。ゲッタリング
を行う加熱処理としては、強光を照射する処理または加
熱処理を行えばよい。ここでは、ニッケルが第２の結晶
質半導体膜２５中に偏析しないよう全てゲッタリング領
域２８に移動させ、第２の結晶質半導体膜２５に含まれ
るニッケルがほとんど存在しない、即ち膜中のニッケル
濃度が１×１０¹⁸/cm³以下、望ましくは１×１０¹⁷/cm³
以下になるように十分ゲッタリングする。

【００３５】なお、本明細書において、ゲッタリングと
は、被ゲッタリング領域（ここでは第１の半導体膜）に
ある触媒元素が熱エネルギーにより放出され、拡散によ
りゲッタリングサイトに移動することを指している。従
って、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温であ
るほど短時間でゲッタリングが進むことになる。

【００３６】また、加熱処理で行う場合は、窒素雰囲気
中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃
にて１４時間の加熱処理を行えばよい。また、加熱処理
に加えて強光を照射してもよい。

【００３７】次いで、バリア層２７をエッチングストッ
パーとして、ゲッタリング領域２８のみをエッチングし
て選択的に除去した後、酸化膜からなるバリア層２７を
除去する。

【００３８】続いて、第２の結晶質半導体膜に出力エネ
ルギーが１５Ｊ以上のレーザ光照射装置を用いて、第２
条件のレーザ光照射として、レーザ光の照射部のエネル
ギー分布が±３％以下、エネルギー密度が４３０〜７０
０mJ/cm²、（ビーム照射面積が３０cm²以上）の面状の
レーザ光を照射する。なお、ビームの面内エネルギー分
布が±３％以下であるため、オーバーラップ率は、５０
％以下とすることができる。第２条件のレーザ光照射に
より、触媒元素をゲッタリングされた第２の結晶質半導
体膜２９の表面が平坦化され、第３の結晶質半導体膜３
０が形成される。

【００３９】第２条件のレーザ光として用いる面状のレ
ーザ光は、例えば、１５Ｊ以上の大出力のエキシマレー
ザを複数台連結して用いることにより形成してもよい
し、面状のレーザ光を照射することができるエキシマレ
ーザ（例えば、最大エネルギー１５Ｊ／ショット、２７
×６７ｍｍ面ビームのエキシマレーザ等）を１台用いて
も良い。１５Ｊ以上の大出力のエキシマレーザを複数台
連結する場合のレーザ光照射装置の概略図を図９に示
す。なお、本発明はレーザの種類によるものではなく、
大出力が得られれば、一般的に知られるエキシマレーザ
（代表的にはＫｒＦレーザもしくはＸｅＣｌレーザ）、
固体レーザ（代表的にはＮｄ：ＹＡＧレーザもしくはル
ビーレーザ）、ガスレーザ（代表的にはアルゴンレーザ
もしくはヘリウム・ネオンレーザ）、金属蒸気レーザ
（代表的には銅蒸気レーザもしくはヘリウム・カドミウ
ムレーザ）または半導体レーザのいずれかを用いること
ができる。

【００４０】第２条件のレーザ光は、第１条件のレーザ
光のエネルギー密度と同一、または３０〜３００mJ/cm²
高いものとする。なお、第１条件のレーザ光と第２条件
のレーザ光とでエネルギー密度が異なるが、第２条件の
レーザ光照射工程前後において、半導体（シリコン）膜
の結晶性はほとんど変化しない。また、粒径などの結晶
状態にも変化は見られず、平坦化のみが行われたと思わ
れる。

【００４１】なお、第２条件のレーザ光を照射し、第２
の結晶質半導体膜を平坦化した後に、非晶質半導体膜に
添加した触媒元素のゲッタリング処理を行ってもよい。

【００４２】また、第１条件のレーザ光を第２条件のレ
ーザ光と同様に面状のレーザ光を用いて、所定のエネル
ギー密度で照射処理を行ってもよい。

【００４３】以上のようにして、触媒元素を添加して形
成された第１の結晶質半導体膜に、第１条件のレーザ光
および第２条件のレーザ光を照射することにより、表面
が平坦化され、触媒元素の添加により大きな結晶粒径が
集合した良好な結晶質半導体膜を形成することができ
る。また、第２条件のレーザ光に、面状のレーザ光を用
いるため、結晶質半導体膜に結晶化ムラ（横縞）の発生
を抑えることができ、さらに、線状のレーザ光のように
オーバーラップさせて照射させる必要がないため、スル
ープットが向上する。

【００４４】

【実施例】（実施例１）本発明の実施例を図３〜６を用
いて説明する。ここでは、同一基板上に画素部における
スイッチング素子となるＴＦＴと、画素部周辺に駆動回
路のＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴおよびｐチャネル型Ｔ
ＦＴ）を作製する方法について説明する。

【００４５】まず、ガラス基板３００上に下地絶縁膜３
０１を形成し、該下地絶縁膜上に非晶質シリコン膜３０
２を形成する。下地絶縁膜３０１としては、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等の
絶縁膜をもちいればよい。代表的な一例として、ＳｉＨ
₄、ＮＨ₃、及びＮ₂Ｏを反応ガスとして成膜される第１
酸化窒化シリコン膜を５０〜１００ｎｍ、ＳｉＨ₄、お
よびＮ₂Ｏを反応ガスとして成膜される第２酸化窒化シ
リコン膜を１００〜１５０ｎｍの厚さに積層形成する２
層構造が用いられる。また、下地絶縁膜１０１の一層と
して膜厚１０ｎｍ以下の窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）、
或いは第２酸化窒化シリコン膜（ＳｉＮ_xＯ_y）膜（Ｘ≫
Ｙ）を用いることが好ましい。ゲッタリングの際、ニッ
ケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるた
め、半導体膜と接する下地絶縁膜を窒化シリコン膜とす
ることは極めて有効である。また、第１酸化窒化シリコ
ン膜、第２酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順
次積層した３層構造を用いてもよい。

【００４６】続いて、下地絶縁膜上に非晶質半導体膜と
して、非晶質シリコン膜３０２を形成する。非晶質シリ
コン膜３０２は、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法ある
いは、スパッタ法で１０〜１００ｎｍの厚さで形成す
る。後の結晶化の処理で良好な結晶質半導体膜を得るた
めに、非晶質シリコン膜中に含まれる酸素、窒素などの
不純物元素を５×１０¹⁸/cm³以下（二次イオン質量分析
法：ＳＩＭＳにて測定した原子濃度）としておくことが
好ましい。これらの不純物元素は、後の結晶化を妨害す
る要因となりうる。また、結晶化処理後においても、捕
獲中心再結合中心の密度を増加させる原因となる。その
ため、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応
室内の鏡面処理（電解研磨処理）やオイルフリーの真空
排気系を備えた超高真空対応のＣＶＤ装置を用いること
が望ましい。

【００４７】続いて、非晶質シリコン膜３０２に、結晶
化を促進する触媒元素を添加して触媒元素含有層３０３
を形成する。まず、非晶質シリコン膜３０２の表面に、
結晶化を促進する触媒元素（ここでは、ニッケル）を重
量換算で１〜１００ppm含む酢酸ニッケル塩溶液をスピ
ナーで塗布してニッケル含有層３０３を形成する（図３
（Ａ））。塗布によるニッケル含有層３０３の形成方法
以外の他の手段として、スパッタ法、蒸着法、またはプ
ラズマ処理により極薄い膜を形成する手段を用いてもよ
い。また、ここでは、全面に塗布する例を示したが、マ
スクを形成して選択的にニッケル含有層を形成してもよ
い。

【００４８】次いで、加熱処理を行い、結晶化を行う。
この場合、結晶化は半導体の結晶化を促進する触媒元素
が接した半導体膜の部分でシリサイドが形成され、それ
を核として結晶化が進行する。こうして、第１の結晶質
シリコン膜が形成される。なお、第１の結晶質半導体膜
に含まれる酸素濃度は、５×１０¹⁸/cm³以下とすること
が望ましい。ここでは、脱水素化のための加熱処理（４
５０℃、１時間）の後、結晶化のための加熱処理（５５
０℃〜６５０℃で４〜２４時間）を行う。また、強光の
照射により結晶化を行う場合は、赤外光、可視光、また
は紫外光のいずれか一またはそれらの組み合わせを用い
ることが可能であるが、代表的には、ハロゲンランプ、
メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボ
ンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水
銀ランプから射出された光を用いる。ランプ光源は、１
〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１
回〜１０回繰り返し、半導体膜が瞬間的に６００〜１０
００℃程度にまで加熱すればよい。なお、必要であれ
ば、強光を照射する前に非晶質構造を有する第１の結晶
質シリコン膜に含有する水素を放出させる加熱処理を行
ってもよい。また、加熱処理と強光の照射とを同時に行
って結晶化を行ってもよい。生産性を考慮すると、結晶
化は強光の照射により結晶化を行うことが望ましい。

【００４９】次いで、結晶化率（膜の全体積における結
晶成分の割合）を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修
するために、第１の結晶質半導体膜に対してレーザ光
（第１条件のレーザ光）を大気または酸素雰囲気で照射
する。第１条件のレーザ光のエネルギー密度は、４００
〜６００mJ/cm²とする。第１条件のレーザ光を照射して
形成された第２の結晶質シリコン膜３０４は、表面に凹
凸が形成されるとともに薄い酸化膜３０５が形成される
（図３（Ｂ））。この第１条件のレーザ光には波長４０
０nm以下のエキシマレーザ光や、ＹＡＧレーザの第２高
調波、第３高調波を用いる。また、エキシマレーザ光に
代えて紫外光ランプから発する光を用いてもよい。

【００５０】続いて、第２の結晶質シリコン膜３０４表
面に形成された酸化膜３０５を除去して、第２条件のレ
ーザ光を第２の結晶質シリコン膜３０４に照射する。第
２の結晶質シリコン膜３０４に第２条件のレーザ光照射
として、レーザ光照射部のエネルギー分布が±３％以
下、エネルギー密度が４３０〜７００mJ/cm²、レーザ光
照射部のビーム照射面積が３０cm²以上の面状のレーザ
光を照射し、表面が平坦化した第２の結晶質シリコン膜
３０６を形成する。なお、ビームの面内エネルギー分布
が±３％以下であるため、オーバーラップ率は、５０％
以下とすることができる。本実施例では、面状のレーザ
光は、１５Ｊ以上の大出力のエキシマレーザ（ＳＯＰＲ
Ａ社のＶＥＬ（Very Large Excimer Laser））を複数台
（１００ａ〜１００ｃ）連結して、光学系（１０１ａ〜
１０１ｄ）を用いて３倍の出力にして使用することによ
り大出力レーザを実現し、さらにフライアイレンズ（１
０２、１０３）を用いることにより、レーザ光照射部の
エネルギー分布が均一で、照射部１０８の面積を大きく
することを可能にしている。このようなレーザ光照射装
置の概略図を図８に示す。なお、本発明はレーザの種類
によるものではなく、大出力が得られれば、一般的に知
られるエキシマレーザ（代表的にはＫｒＦレーザもしく
はＸｅＣｌレーザ）、固体レーザ（代表的にはＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザもしくはルビーレーザ）、ガスレーザ（代表
的にはアルゴンレーザもしくはヘリウム・ネオンレー
ザ）、金属蒸気レーザ（代表的には銅蒸気レーザもしく
はヘリウム・カドミウムレーザ）または半導体レーザの
いずれかを用いることができる。

【００５１】第２条件のレーザ光は、第１条件のレーザ
光のエネルギー密度と同一、または３０〜３００mJ/cm²
高いものとする。なお、第１条件のレーザ光と第２条件
のレーザ光とでエネルギー密度が異なるが、第２条件の
レーザ光照射工程前後において、第１の結晶質半導体
（シリコン）膜と第２の結晶質シリコン膜との結晶性は
ほとんど変化しない。また、粒径などの結晶状態にも変
化は見られず、平坦化のみが行われたと思われる。

【００５２】また、本実施例では、第１条件のレーザ光
として線状に集光されたレーザ光を用いた例を示してい
るが、第２条件のレーザ光と同様に面状のレーザ光を用
いて、所定のエネルギー密度で照射処理を行ってもよ
い。

【００５３】エネルギー密度は、レーザの照射面積を変
動させることで所定の値に変動可能である。第１のフラ
イアイレンズ１０２と第２のフライアイレンズ１０３と
の距離ｄを変動させることにより、レーザの照射面積１
０８は可変である。なお、フライアイレンズは、縦横に
小レンズを張り合わせたレンズであるが、この小レンズ
の張り合わせ数が多いほど、レーザ光のエネルギー分布
のばらつきが平均化され、レーザ光照射部におけるエネ
ルギー分布を均一化しやすくなる。また、フライアイレ
ンズの小レンズの形状と照射ビームの形状は、相似の関
係になる。図９では、フライアイレンズは矩形となって
いるが、フライアイレンズの形状は、平行移動により平
面充填のできる任意の図形とすることができる。

【００５４】このようにして得られた第２の結晶質半導
体膜には、触媒元素（ここではニッケル）が残存してい
る。それは膜中において一様に分布していないにしろ、
平均的な濃度とすれば、１×１０¹⁹/cm³を越える濃度で
残存している。勿論、このような状態でもＴＦＴをはじ
め各種半導体素子を形成することが可能であるが、以降
に示す方法で当該元素を除去する。

【００５５】まず、第３の結晶質シリコン膜３０６表面
にオゾン含有水溶液（代表的にはオゾン水）で酸化膜
（ケミカルオキサイドと呼ばれる）を形成して合計１〜
１０ｎｍの酸化膜からなるバリア層３０７を形成し、こ
のバリア層３０７上に希ガス元素を含む半導体膜（ゲッ
タリング領域ともいう）３０８を形成する（図３
（Ｄ））。バリア層３０７は、後の工程でゲッタリング
領域３０８のみを選択的に除去する際にエッチングスト
ッパーとして機能する。また、オゾン含有水溶液に代え
て、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた
水溶液で処理しても同様にケミカルオキサイドを形成す
ることができる。また、他のバリア層３０７の形成方法
としては、酸素雰囲気下の紫外線の照射でオゾンを発生
させて前記結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化して
形成してもよい。また、他のバリア層３０７の形成方法
としては、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法や蒸着法など
で１〜１０ｎｍ程度の酸化膜を堆積してバリア層として
も良い。また、他のバリア層３０７の形成方法として
は、クリーンオーブンを用い、２００〜３５０℃程度に
加熱して薄い酸化膜を形成しても良い。なお、バリア層
３０７は、上記方法のいずれか一の方法、またはそれら
の方法を組み合わせて形成されたものであれば特に限定
されないが、後のゲッタリングで第３の結晶質シリコン
膜３０６中のニッケルが半導体膜（ゲッタリング領域）
３０８に移動可能な膜質または膜厚とすることが必要で
ある。

【００５６】ここでは、希ガス元素を含む半導体膜３０
８をスパッタ法にて形成し、ゲッタリングサイトを形成
する（図３（Ｄ））。なお、第３の結晶質シリコン膜３
０６には希ガス元素が添加されないようにスパッタ条件
を適宜調節することが望ましい。希ガス元素としてはヘ
リウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、
クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一
種または複数種を用いる。中でも安価なガスであるアル
ゴン（Ａｒ）が好ましい。ここでは希ガス元素を含む雰
囲気でシリコンからなるターゲットを用い、ゲッタリン
グ領域３０８を形成する。膜中に不活性気体である希ガ
ス元素イオンを含有させる意味は二つある。一つはダン
グリングボンドを形成し半導体膜に歪みを与えることで
あり、他の一つは半導体膜の格子間に歪みを与えること
である。半導体膜の格子間に歪みを与えるにはアルゴン
（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）など
シリコンより原子半径の大きな元素を用いた時に顕著に
得られる。また、膜中に希ガス元素を含有させることに
より、格子歪だけでなく、不対結合手も形成させてゲッ
タリング作用に寄与する。

【００５７】また、一導電型の不純物元素であるリンを
含むターゲットを用いてゲッタリング領域３０８を形成
した場合、希ガス元素によるゲッタリングに加え、リン
のクーロン力を利用してゲッタリングを行うことができ
る。

【００５８】また、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素
濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、ゲッタ
リング領域３０８に含まれる酸素濃度は、第３の結晶質
シリコン膜３０６に含まれる酸素濃度より高い濃度、例
えば５×１０¹⁸/cm³以上とすることが望ましい。

【００５９】次いで、加熱処理を行い、第３の結晶質半
導体膜３０６中における触媒元素（ニッケル）の濃度を
低減、あるいは除去するゲッタリングを行う（図３
（Ｄ））。ゲッタリングを行う加熱処理としては、強光
を照射する処理または加熱処理を行えばよい。このゲッ
タリングにより、図３（Ｄ）中の矢印の方向（即ち、基
板側から第２の半導体膜表面に向かう方向）に触媒元素
が移動し、バリア層３０７で覆われた第３の結晶質半導
体膜３０６に含まれる触媒元素の除去、または触媒元素
の濃度の低減が行われる。触媒元素がゲッタリングの際
に移動する距離は、少なくとも第３の結晶質半導体膜３
０６の厚さ程度の距離であればよく、比較的短時間でゲ
ッタリングを完遂することができる。ここでは、ニッケ
ルが第３の結晶質半導体膜３０６に偏析しないよう全て
ゲッタリング領域３０８に移動させ、第３の結晶質半導
体膜３０６に含まれるニッケルがほとんど存在しない、
即ち膜中のニッケル濃度が１×１０¹⁸/cm³以下、望まし
くは１×１０¹⁷/cm³以下になるように十分ゲッタリング
する。

【００６０】また、このゲッタリングの加熱処理の条件
によっては、ゲッタリングと同時に第３の結晶質半導体
膜の結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修す
る、即ち結晶性の改善を行うことができる。

【００６１】本明細書において、ゲッタリングとは、被
ゲッタリング領域（ここでは第３の結晶質半導体膜）に
ある触媒元素が熱エネルギーにより放出され、拡散によ
りゲッタリングサイトに移動することを指している。従
って、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温であ
るほど短時間でゲッタリングが進むことになる。

【００６２】また、このゲッタリングの加熱処理として
強光を照射する処理を用いる場合は、加熱用のランプ光
源を１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、そ
れを１〜１０回、好ましくは２〜６回繰り返す。ランプ
光源の発光強度は任意なものとするが、瞬間的には６０
０〜１０００℃、好ましくは７００〜７５０℃程度に半
導体膜が加熱されるようにする。

【００６３】また、加熱処理で行う場合は、窒素雰囲気
中で４５０〜８００℃、１〜２４時間、例えば５５０℃
にて１４時間の加熱処理を行えばよい。また、加熱処理
に加えて強光を照射してもよい。

【００６４】次いで、バリア層３０７をエッチングスト
ッパーとして、ゲッタリング領域３０８のみを選択的に
除去した後、酸化膜からなるバリア層３０７を除去す
る。第２の半導体膜のみを選択的にエッチングする方法
としては、ＣｌＦ₃によるプラズマを用いないドライエ
ッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニ
ウムハイドロオキサイド（化学式（ＣＨ₃） ₄ＮＯＨ）
を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチン
グで行うことができる。また、ゲッタリング領域３０８
を除去した後、バリア層の表面をＴＸＲＦでニッケル濃
度を測定したところ、ニッケルが高濃度で検出されるた
め、バリア層は除去することが望ましく、フッ酸を含む
エッチャントにより除去すれば良い。

【００６５】以上の工程により、触媒元素濃度が低減さ
れ、表面が平坦化された良好な結晶質シリコン膜が形成
される。

【００６６】次いで、得られた結晶質シリコン膜（ポリ
シリコン膜とも呼ばれる）の表面にオゾン水で薄い酸化
膜を形成した後、レジストからなるマスクを形成し、所
望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体
層３１０〜３１４を形成する。半導体層を形成した後、
レジストからなるマスクを除去する。

【００６７】また、半導体層を形成した後、ＴＦＴのし
きい値（Ｖth）を制御するためにｐ型あるいはｎ型を付
与する不純物元素を添加してもよい。なお、半導体に対
してｐ型を付与する不純物元素には、ボロン（Ｂ）、ア
ルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律第１
３族元素が知られている。なお、半導体に対してｎ型を
付与する不純物元素としては周期律１５族に属する元
素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）が知られ
ている。

【００６８】次いで、フッ酸を含むエッチャントで酸化
膜を除去すると同時にシリコン膜の表面を洗浄した後、
ゲート絶縁膜３０７となる珪素を主成分とする絶縁膜を
形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１
５ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２
％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成する。

【００６９】次いで、図４（Ａ）に示すように、ゲート
絶縁膜３１５上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜
３１６と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜３１
７と、膜厚２０〜１００ｎｍの第３の導電膜３１８を積
層形成する。本実施例では、ゲート絶縁膜３１５上に膜
厚５０ｎｍのタングステン膜、膜厚５００ｎｍのアルミ
ニウムとチタンの合金（Ａｌ−Ｔｉ）膜、膜厚３０ｎｍ
のチタン膜を順次積層した。

【００７０】第１〜第３の導電膜を形成する導電性材料
としてはＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれ
た元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしく
は化合物材料で形成する。また、第１〜第３の導電膜と
してリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコ
ン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。例えば、第
１の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを
用いてもよいし、第２の導電膜のアルミニウムとチタン
の合金（Ａｌ−Ｔｉ）膜に代えてアルミニウムとシリコ
ンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜を用いてもよいし、第３の導
電膜のチタン膜に代えて窒化チタン膜を用いてもよい。
また、３層構造に限定されず、例えば、窒化タンタル膜
とタングステン膜との２層構造であってもよい。

【００７１】次に、図４（Ｂ）に示すように光露光工程
によりレジストからなるマスク３１９〜３２４を形成
し、ゲート電極及び配線を形成するための第１のエッチ
ング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第
２のエッチング条件で行う。エッチングにはＩＣＰ（In
ductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッ
チング法を用いると良い。ＩＣＰエッチング法を用い、
エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、
基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度
等）を適宜調節することによって所望のテーパー形状に
膜をエッチングすることができる。なお、エッチング用
ガスとしては、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄、ＣＣｌ₄な
どを代表とする塩素系ガスまたはＣＦ₄、ＳＦ₆、ＮＦ₃
などを代表とするフッ素系ガス、またはＯ₂を適宜用い
ることができる。

【００７２】用いるエッチング用ガスに限定はないが、
ここではＢＣｌ₃とＣｌ₂とＯ₂とを用いることが適して
いる。それぞれのガス流量比を６５／１０／５（sccm）
とし、１．２Ｐａの圧力でコイル型の電極に４５０Ｗの
ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生
成して１１７秒のエッチングを行う。基板側（試料ステ
ージ）にも３００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を
投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。こ
の第１のエッチング条件によりＡｌ膜及びＴｉ膜をエッ
チングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。

【００７３】この後、第２のエッチング条件に変え、エ
ッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ ₂とを用い、それぞ
れのガス流量比を２５／２５／１０（sccm）とし、１Ｐ
ａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５
６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒
程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも
２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質
的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ₄とＣｌ₂を
混合した第２のエッチング条件ではＡｌ膜、Ｔｉ膜、及
びＷ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶
縁膜上に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加させる
と良い。

【００７４】この第１のエッチング処理では、レジスト
からなるマスクの形状を適したものとすることにより、
基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電
層、第２の導電層、及び第３の導電層の端部がテーパー
形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°とな
る。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電
層と第２の導電層と第３の導電層とから成る第１の形状
の導電層３２５〜３３０（第１の導電層３２５ａ〜３３
０ａと第２の導電層３２５ｂ〜３３０ｂと第３の導電層
３２５ｃ〜３３０ｃ）を形成する。３３１はゲート絶縁
膜であり、第１の形状の導電層３２５〜３３０で覆われ
ない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄くなっ
た領域が形成される。

【００７５】次に、レジストからなるマスク３１９〜３
２４を除去せずに図４（Ｃ）に示すように第２のエッチ
ング処理を行う。エッチング用ガスにＢＣｌ₃とＣｌ₂を
用い、それぞれのガス流量比を２０／６０（sc cm）と
し、１．２Ｐａの圧力でコイル型の電極に６００ＷのＲ
Ｆ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成
してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）には１
００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入する。こ
の第３のエッチング条件により第２導電層及び第３導電
層をエッチングする。こうして、上記第３のエッチング
条件によりチタンを微量に含むアルミニウム膜及びチタ
ン膜を異方性エッチングして第２の形状の導電層３３２
〜３３７（第１の導電層３３２ａ〜３３７ａと第２の導
電層３３２ｂ〜３３７ｂと第３の導電層３３２ｃ〜３３
７ｃ）を形成する。３３８はゲート絶縁膜であり、第２
の形状の導電層３３２〜３３７で覆われない領域は若干
エッチングされ薄くなった領域が形成される。

【００７６】そして、レジストからなるマスクを除去せ
ずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付
与する不純物元素を添加する。ドーピング処理はイオン
ドープ法、もしくはイオン注入法で行えば良い。イオン
ドープ法の条件はドーズ量を１．５×１０¹⁴atoms/cm²
とし、加速電圧を６０〜１００ｋｅＶとして行う。ｎ型
を付与する不純物元素として、典型的にはリン（Ｐ）ま
たは砒素（Ａｓ）を用いる。この場合、第２形状の導電
層３３２〜３３６がｎ型を付与する不純物元素に対する
マスクとなり、自己整合的に第１の不純物領域３３９〜
３４３が形成される。第１の不純物領域３３９〜３４３
には１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷/cm³の濃度範囲でｎ型を付
与する不純物元素を添加する。

【００７７】なお、本実施例ではレジストからなるマス
クを除去せずに第１のドーピング処理を行ったが、レジ
ストからなるマスクを除去した後、第１のドーピング処
理を行ってもよい。

【００７８】次いで、レジストからなるマスクを除去し
た後、図５（Ａ）に示すようにレジストからなるマスク
３４４、３４５を形成し第２のドーピング処理を行う。
マスク３４４は駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴの一つを
形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領
域を保護するマスクであり、マスク３４５は画素部のＴ
ＦＴを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周
辺の領域を保護するマスクである。

【００７９】第２のドーピング処理におけるイオンドー
プ法の条件はドーズ量を１．５×１０¹⁵atoms/cm²と
し、加速電圧を６０〜１００ｋｅＶとしてリン（Ｐ）を
ドーピングする。ここでは、第２形状の導電層３３２〜
３３６及びゲート絶縁膜３３８の膜厚の差を利用して各
半導体層に不純物領域を行う。勿論、マスク３４４、３
４５で覆われた領域にはリン（Ｐ）は添加されない。こ
うして、第２の不純物領域３４６〜３４８と第３の不純
物領域３４９〜３６２が形成される。第３の不純物領域
３４９〜３６２には１×１０²⁰〜１×１０²¹/cm³の濃度
範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加されている。ま
た、第２の不純物領域はゲート絶縁膜の膜厚差により第
３の不純物領域よりも低濃度に形成され、１×１０¹⁸〜
１×１０¹⁹/cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素
を添加されることになる。

【００８０】次いで、レジストからなるマスク３４４、
３４５を除去した後、新たにレジストからなるマスク３
６３〜３６５を形成して図５（Ｂ）に示すように第３の
ドーピング処理を行う。この第３のドーピング処理によ
り、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層にｐ型の導
電型を付与する不純物元素が添加された第４の不純物領
域３６８及び第５の不純物領域３６６、３６７を形成す
る。第４の不純物領域は第２形状の導電層と重なる領域
に形成されるものであり、１×１０¹⁸〜１×１０²⁰/cm³
の濃度範囲でｐ型を付与する不純物元素が添加されるよ
うにする。また、第５の不純物領域３６６、３６７には
１×１０²⁰〜１×１０²¹/cm³の濃度範囲でｐ型を付与す
る不純物元素が添加されるようにする。尚、第５の不純
物領域３４６には先の工程でリン（Ｐ）が添加された領
域であるが、ｐ型を付与する不純物元素の濃度がその
１．５〜３倍添加されていて導電型はｐ型となってい
る。

【００８１】なお、第５の不純物領域３６９、３７０及
び第４の不純物領域３７１は画素部において保持容量を
形成する半導体層に形成される。

【００８２】以上までの工程でそれぞれの半導体層にｎ
型またはｐ型の導電型を有する不純物領域が形成され
る。第２の形状の導電層３３２〜３３５はゲート電極と
なる。また、第２の形状の導電層３３６は画素部におい
て保持容量を形成する一方の電極となる。さらに、第２
の形状の導電層３３７は画素部においてソース配線を形
成する。

【００８３】次いで、ほぼ全面を覆う絶縁膜（図示しな
い）を形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法によ
り膜厚５０ｎｍの酸化シリコン膜を形成した。勿論、こ
の絶縁膜は酸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。

【００８４】次いで、それぞれの半導体層に添加された
不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工
程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法
（ＲＴＡ法）、或いはＹＡＧレーザまたはエキシマレー
ザを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処理、
或いはこれらの方法のうち、いずれかと組み合わせた方
法によって行う。ただし、本実施例では、第２の導電層
としてアルミニウムを主成分とする材料を用いているの
で、活性化工程において第２の導電層が耐え得る熱処理
条件とすることが重要である。

【００８５】上記活性化処理と同時に、結晶化の際に触
媒として使用したニッケルが高濃度のリンを含む第３の
不純物領域３４９、３６０、３６１、及び第５の不純物
領域３６７、３７０からゲッタリングされ、主にチャネ
ル形成領域となる半導体層中のニッケル濃度が低減され
る。その結果、チャネル形成領域を有するＴＦＴはオフ
電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移
動度が得られ、良好な特性を達成することができる。な
お、本実施例では半導体層を形成する段階で上記実施の
形態１に示した方法により１度目のゲッタリングが行わ
れているので、ここでのリンによるゲッタリングは２度
目のゲッタリングとなる。また、１度目のゲッタリング
で十分ゲッタリングができている場合には、特に２度目
のゲッタリングを行う必要はない。

【００８６】また、本実施例では、上記活性化の前に絶
縁膜を形成した例を示したが、上記活性化を行った後、
絶縁膜を形成する工程としてもよい。

【００８７】次いで、窒化シリコン膜からなる第１の層
間絶縁膜３７２を形成して加熱処理（３００〜５５０℃
で１〜１２時間の熱処理）を行い、半導体層を水素化す
る工程を行う（図５（Ｃ））。この工程は第１の層間絶
縁膜３７２に含まれる水素により半導体層のダングリン
グボンドを終端する工程である。酸化シリコン膜からな
る絶縁膜（図示しない）の存在に関係なく半導体層を水
素化することができる。ただし、本実施例では、第２の
導電層としてアルミニウムを主成分とする材料を用いて
いるので、水素化する工程において第２の導電層が耐え
得る熱処理条件とすることが重要である。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。

【００８８】次いで、第１の層間絶縁膜３７２上に有機
絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜３７３を形成す
る。本実施例では膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形
成する。次いで、ソース配線３３７に達するコンタクト
ホールと各不純物領域に達するコンタクトホールを形成
する。本実施例では複数のエッチング処理を順次行う。
本実施例では第１の層間絶縁膜をエッチングストッパー
として第２の層間絶縁膜をエッチングした後、絶縁膜
（図示しない）をエッチングストッパーとして第１の層
間絶縁膜をエッチングしてから絶縁膜（図示しない）を
エッチングした。

【００８９】その後、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどを用い
て配線及び画素電極を形成する。これらの電極及び画素
電極の材料は、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、また
はそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いること
が望ましい。こうして、ソースまたはドレイン配線３７
４〜３７９、ゲート配線３８１、接続配線３８０、画素
電極３８２が形成される。

【００９０】以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ４０
１、ｐチャネル型ＴＦＴ４０２、ｎチャネル型ＴＦＴ４
０３を有する駆動回路４０６と、ｎチャネル型ＴＦＴ４
０４、保持容量４０５とを有する画素部４０７を同一基
板上に形成することができる（図６）。本明細書中では
このような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼
ぶ。

【００９１】駆動回路４０６のｎチャネル型ＴＦＴ４０
１（第２のｎチャネル型ＴＦＴ）はチャネル形成領域３
８３、ゲート電極を形成する第２の形状の導電層３３２
と一部が重なる第２の不純物領域３４６とソース領域ま
たはドレイン領域として機能する第３の不純物領域３４
９を有している。ｐチャネル型ＴＦＴ４０２にはチャネ
ル形成領域３８４、ゲート電極を形成する第２の形状の
導電層３３３と一部が重なる第４不純物領域３６８とソ
ース領域またはドレイン領域として機能する第４の不純
物領域３６６を有している。ｎチャネル型ＴＦＴ４０３
（第２のｎチャネル型ＴＦＴ）にはチャネル形成領域３
８５、ゲート電極を形成する第２の形状の導電層３３４
と一部が重なる第２の不純物領域３４７とソース領域ま
たはドレイン領域として機能する第３の不純物領域３６
０を有している。このようなｎチャネル型ＴＦＴ及びｐ
チャネル型ＴＦＴによりシフトレジスタ回路、バッファ
回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成するこ
とができる。特に、駆動電圧が高いバッファ回路には、
ホットキャリア効果による劣化を防ぐ目的から、ｎチャ
ネル型ＴＦＴ４０１または４０３の構造が適している。

【００９２】画素部４０７の画素ＴＦＴ４０４（第１の
ｎチャネル型ＴＦＴ）にはチャネル形成領域３８６、ゲ
ート電極を形成する第２の形状の導電層３３５の外側に
形成される第１の不純物領域３４２とソース領域または
ドレイン領域として機能する第３の不純物領域３６１を
有している。また、保持容量４０５の一方の電極として
機能する半導体層には第４の不純物領域３７１、第５の
不純物領域３６９が形成されている。保持容量４０５
は、絶縁膜（ゲート絶縁膜と同一膜）を誘電体として、
第２形状の電極３３６と、半導体層３１４とで形成され
ている。

【００９３】なお、画素部４０７の画素ＴＦＴにおいて
は、第２条件のレーザ光の照射により従来と比較して顕
著にオフ電流の低減、およびバラツキの低減が実現され
ている。

【００９４】また、画素電極を透明導電膜で形成する
と、フォトマスクは１枚増えるものの、透過型の表示装
置を形成することができる。

【００９５】（実施例２）本実施例では、実施例１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以下に説明す
る。説明には図７を用いる。

【００９６】まず、実施例１に従い、図６の状態のアク
ティブマトリクス基板を得た後、図６のアクティブマト
リクス基板上に配向膜を形成しラビング処理を行う。な
お、本実施例では配向膜を形成する前に、アクリル樹脂
膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板
間隔を保持するための柱状のスペーサを所望の位置に形
成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペー
サを基板全面に散布してもよい。

【００９７】次いで、対向基板を用意する。この対向基
板には、着色層、遮光層が各画素に対応して配置された
カラーフィルタが設けられている。また、駆動回路の部
分にも遮光層を設けた。このカラーフィルタと遮光層と
を覆う平坦化膜を設けた。次いで、平坦化膜上に透明導
電膜からなる対向電極を画素部に形成し、対向基板の全
面に配向膜を形成し、ラビング処理を施した。

【００９８】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材で貼り
合わせる。シール材にはフィラーが混入されていて、こ
のフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って
２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に
液晶材料を注入し、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。このようにしてアクティブマトリクス型液晶表示装
置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマト
リクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さ
らに、公知の技術を用いて偏光板等を適宜設けた。そし
て、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。

【００９９】こうして得られた液晶モジュールの構成を
図７の上面図を用いて説明する。

【０１００】アクティブマトリクス基板８０１の中央に
は、画素部８０４が配置されている。画素部８０４の上
側には、ソース信号線を駆動するためのソース信号線駆
動回路８０２が配置されている。画素部８０４の左右に
は、ゲート信号線を駆動するためのゲート信号線駆動回
路８０３が配置されている。本実施例に示した例では、
ゲート信号線駆動回路８０３は画素部に対して左右対称
配置としているが、これは片側のみの配置でも良く、液
晶モジュールの基板サイズ等を考慮して、設計者が適宜
選択すれば良い。ただし、回路の動作信頼性や駆動効率
等を考えると、図７に示した左右対称配置が望ましい。

【０１０１】各駆動回路への信号の入力は、フレキシブ
ルプリント基板（Flexible Print Circuit：ＦＰＣ）８
０５から行われる。ＦＰＣ８０５は、基板８０１の所定
の場所まで配置された配線に達するように、層間絶縁膜
および樹脂膜にコンタクトホールを開口し、接続電極８
０９を形成した後、異方性導電膜等を介して圧着され
る。本実施例においては、接続電極はＩＴＯを用いて形
成した。

【０１０２】駆動回路、画素部の周辺には、基板外周に
沿ってシール剤８０７が塗布され、あらかじめアクティ
ブマトリクス基板上に形成されたスペーサ８１０によっ
て一定のギャップ（基板８０１と対向基板８０６との間
隔）を保った状態で、対向基板８０６が貼り付けられ
る。その後、シール剤８０７が塗布されていない部分よ
り液晶素子が注入され、封止剤８０８によって密閉され
る。以上の工程により、液晶モジュールが完成する。

【０１０３】また、ここでは全ての駆動回路を基板上に
形成した例を示したが、駆動回路の一部に数個のＩＣを
用いてもよい。

【０１０４】（実施例３）本実施例は、本発明を用いて
半導体装置を作製する他の一例について、図８を用いて
説明する。

【０１０５】実施例１に従い、ガラス基板４０上に下地
絶縁膜４１、非晶質シリコン膜４２を形成する。

【０１０６】続いて、非晶質シリコン膜４２に触媒元素
を添加して、加熱処理し第１の結晶質半導体（シリコ
ン）膜４４を形成する。続いて、第１の結晶質シリコン
膜４４に第１条件のレーザ光の照射を行う。触媒元素と
しては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、
Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種または複数種
を用いればよい。なお、第１条件のレーザ光は、エネル
ギー密度は、４５０〜７００mJ/cm²とし、繰り返し周波
数１〜１０００Hz程度のレーザを用いて、大気中にて照
射処理をすればよい。なお本実施例では、第１条件のレ
ーザ光として、実施例１に示したようなレーザ光照射装
置を用いて、面状レーザ光をエネルギー密度６５０mJ/c
m²で大気中で照射を行なう。これにより、第２の結晶質
半導体（シリコン）膜４５を形成する。結晶化のために
照射するエネルギー密度より若干高めのエネルギー密度
のレーザ光が照射されて、第２の結晶質シリコン膜４５
は、微細な結晶粒が集合して形成されている。

【０１０７】もちろん、第１条件のレーザ光として線状
レーザ光を照射してもよい。

【０１０８】次いで、第２の結晶質シリコン膜４５に第
２条件のレーザ光を照射する。第２条件のレーザ光は、
第１条件のレーザ光のエネルギー密度より小さい４００
〜６５０mJ/cm²とし、繰り返し周波数１０〜１０００Hz
程度のレーザを用いればよい。ここでは、面状のレーザ
光を用いてエネルギー密度６００mJ/cm²で第２条件のレ
ーザ光の照射を大気中で行ない、第３の結晶質シリコン
膜４６を形成する。第３の結晶質シリコン膜４６表面に
は、凸部、酸化膜４７が形成されている。

【０１０９】もちろん、第２条件のレーザ光として線状
レーザ光を照射してもよい。

【０１１０】その後、第３の結晶質シリコン膜４６表面
に形成された酸化膜４７を除去し、第３条件のレーザ光
を第２の結晶質シリコン膜４６に照射して、表面が平坦
化された第４の結晶質シリコン膜４８を形成する。第３
条件のレーザ光は、出力が１５Ｊ以上のレーザ光照射装
置を用いて、レーザ光照射部のエネルギー分布が±３％
以下、レーザ光照射面積が３０cm²以上、エネルギー密
度が４３０〜７００mJ/cm²とし、繰り返し周波数１〜１
０００Hz程度のレーザを用いればよい。なお、エネルギ
ー分布が±３％以下であるため、オーバーラップ率が５
０％以下で照射すればよい。このようにして、第３の結
晶質半導体膜４６の表面が平坦化された第４の結晶質半
導体膜４８が形成される。なお、第３の結晶質半導体膜
４６と第４の結晶質半導体膜４８とは、表面の凹凸の有
無が異なるだけで、それ以外の半導体（シリコン）膜の
結晶性はほとんど変化しない。また、粒径などの結晶状
態にも変化は見られず、平坦化のみが行われたと思われ
る。

【０１１１】なお、この後、結晶化のために非晶質シリ
コン膜４２に添加された触媒元素を第４の結晶質シリコ
ン膜からゲッタリング領域に移動させて、第４の結晶質
シリコン膜４８中に含まれる触媒元素の濃度を低減させ
る。この工程は、実施形態２、または実施例１に従えば
よい。

【０１１２】以上のようにして得られた良好な結晶質半
導体膜は、島状に分離された半導体層を形成し、以下、
実施例１の工程に従ってＴＦＴの作製工程を行えばよ
い。

【０１１３】本実施例では、非晶質シリコン膜に触媒元
素を添加して加熱処理して結晶質シリコン膜を形成した
後、第１条件のレーザ光を照射しているが、非晶質シリ
コン膜に第１条件のレーザ光、第２条件のレーザ光を照
射し、酸化膜を除去したのち、第３条件のレーザ光を照
射してもよい。

【０１１４】本実施例は、実施形態１、実施例１、２と
組み合わせて実施することができる。

【０１１５】（実施例４）本実施例では、ＥＬ（Electr
o Luminescence）素子を備えた発光表示装置を作製する
例を図１０、１１に示す。

【０１１６】図１０（Ａ）は、ＥＬモジュールを示す上
面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）をＡ−Ａ’で切断し
た断面図である。絶縁表面を有する基板９００（例え
ば、ガラス基板、結晶化ガラス基板、もしくはプラスチ
ック基板等）に、画素部９０２、ソース側駆動回路９０
１、及びゲート側駆動回路９０３を形成する。これらの
画素部や駆動回路は、上記実施例に従えば得ることがで
きる。また、９１８はシール材、９１９はＤＬＣ膜であ
り、画素部および駆動回路部はシール材９１８で覆わ
れ、そのシール材は保護膜９１９で覆われている。さら
に、接着材を用いてカバー材９２０で封止されている。
熱や外力などによる変形に耐えるためカバー材９２０は
基板９００と同じ材質のもの、例えばガラス基板を用い
ることが望ましく、サンドブラスト法などにより図１０
に示す凹部形状（深さ３〜１０μｍ）に加工する。さら
に加工して乾燥剤９２１が設置できる凹部（深さ５０〜
２００μｍ）を形成することが望ましい。また、多面取
りでＥＬモジュールを製造する場合、基板とカバー材と
を貼り合わせた後、ＣＯ2レーザー等を用いて端面が一
致するように分断してもよい。

【０１１７】なお、９０８はソース側駆動回路９０１及
びゲート側駆動回路９０３に入力される信号を伝送する
ための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキ
シブルプリントサーキット）９０９からビデオ信号やク
ロック信号を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示
されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（Ｐ
ＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における
発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣ
もしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとす
る。

【０１１８】次に、断面構造について図１０（Ｂ）を用
いて説明する。基板９００上に絶縁膜９１０が設けら
れ、絶縁膜９１０の上方には画素部９０２、ゲート側駆
動回路９０３が形成されており、画素部９０２は電流制
御用ＴＦＴ９１１とそのドレインに電気的に接続された
画素電極９１２を含む複数の画素により形成される。ま
た、ゲート側駆動回路９０３はｎチャネル型ＴＦＴ９１
３とｐチャネル型ＴＦＴ７１４とを組み合わせたＣＭＯ
Ｓ回路を用いて形成される。

【０１１９】これらのＴＦＴ（９１１、９１３、９１４
を含む）は、上記実施例に従って作製すればよい。

【０１２０】画素電極９１２は発光素子（ＥＬ素子）の
陽極として機能する。また、画素電極９１２の両端には
バンク９１５が形成され、画素電極９１２上にはＥＬ層
９１６および発光素子の陰極９１７が形成される。

【０１２１】ＥＬ層９１６としては、発光層、電荷輸送
層または電荷注入層を自由に組み合わせてＥＬ層（発光
及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を
形成すれば良い。例えば、低分子系有機ＥＬ材料や高分
子系有機ＥＬ材料を用いればよい。また、ＥＬ層として
一重項励起により発光（蛍光）する発光材料（シングレ
ット化合物）からなる薄膜、または三重項励起により発
光（リン光）する発光材料（トリプレット化合物）から
なる薄膜を用いることができる。また、電荷輸送層や電
荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可
能である。これらの有機ＥＬ材料や無機材料は公知の材
料を用いることができる。

【０１２２】陰極９１７は全画素に共通の配線としても
機能し、接続配線９０８を経由してＦＰＣ９０９に電気
的に接続されている。さらに、画素部９０２及びゲート
側駆動回路９０３に含まれる素子は全て陰極９１７、シ
ール材９１８、及び保護膜９１９で覆われている。

【０１２３】なお、シール材９１８としては、できるだ
け可視光に対して透明もしくは半透明な材料を用いるの
が好ましい。また、シール材９１８はできるだけ水分や
酸素を透過しない材料であることが望ましい。

【０１２４】また、シール材９１８を用いて発光素子を
完全に覆った後、少なくとも図９に示すようにＤＬＣ膜
等からなる保護膜９１９をシール材９１８の表面（露呈
面）に設けることが好ましい。また、基板の裏面を含む
全面に保護膜を設けてもよい。ここで、外部入力端子
（ＦＰＣ）が設けられる部分に保護膜が成膜されないよ
うに注意することが必要である。マスクを用いて保護膜
が成膜されないようにしてもよいし、ＣＶＤ装置でマス
キングテープとして用いるテープを用いて外部入力端子
部分を覆うことで保護膜が成膜されないようにしてもよ
い。

【０１２５】以上のような構造で発光素子をシール材９
１８及び保護膜で封入することにより、発光素子を外部
から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素等
のＥＬ層の酸化による劣化を促す物質が侵入することを
防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得
ることができる。

【０１２６】また、画素電極を陰極とし、ＥＬ層と陽極
を積層して図１０とは逆方向に発光する構成としてもよ
い。図１０にその一例を示す。なお、上面図は同一であ
るので省略する。

【０１２７】図１１に示した断面構造について以下に説
明する。基板１０００としては、ガラス基板や石英基板
の他にも、半導体基板または金属基板も使用することが
できる。基板１０００上に絶縁膜１０１０が設けられ、
絶縁膜１０１０の上方には画素部１００２、ゲート側駆
動回路１００３が形成されており、画素部１００２は電
流制御用ＴＦＴ１０１１とそのドレインに電気的に接続
された画素電極１０１２を含む複数の画素により形成さ
れる。また、ゲート側駆動回路１００３はｎチャネル型
ＴＦＴ１０１３とｐチャネル型ＴＦＴ１０１４とを組み
合わせたＣＭＯＳ回路を用いて形成される。

【０１２８】画素電極１０１２は発光素子の陰極として
機能する。また、画素電極１０１２の両端にはバンク１
０１５が形成され、画素電極１０１２上にはＥＬ層１０
１６および発光素子の陽極１０１７が形成される。

【０１２９】陽極１０１７は全画素に共通の配線として
も機能し、接続配線１００８を経由してＦＰＣ１００９
に電気的に接続されている。さらに、画素部１００２及
びゲート側駆動回路１００３に含まれる素子は全て陽極
１０１７、シール材１０１８、及びＤＬＣ等からなる保
護膜１０１９で覆われている。また、カバー材１０２１
と基板１０００とを接着剤で貼り合わせた。また、カバ
ー材には凹部を設け、乾燥剤１０２１を設置する。

【０１３０】なお、シール材１０１８としては、できる
だけ可視光に対して透明もしくは半透明な材料を用いる
のが好ましい。また、シール材１０１８はできるだけ水
分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。

【０１３１】また、図１１では、画素電極を陰極とし、
ＥＬ層と陽極を積層したため、発光方向は図１０に示す
矢印の方向となっている。

【０１３２】なお、本実施例は実施例１、３と組み合わ
せて実施することが可能である。

【０１３３】（実施例５）本発明を実施して形成された
ＣＭＯＳ回路や画素部はアクティブマトリクス型液晶デ
ィスプレイ（液晶表示装置）に用いることができる。即
ち、それら液晶表示装置を表示部に組み込んだ電気器具
全てに本発明を実施できる。

【０１３４】その様な電気器具としては、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフ
ロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型
ディスプレイ）、パーソナルコンピュータ、携帯情報端
末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍
等）などが挙げられる。それらの一例を図１２、図１３
及び図１４に示す。

【０１３５】図１２（Ａ）はパーソナルコンピュータで
あり、本体２００１、画像入力部２００２、表示部２０
０３、キーボード２００４等を含む。

【０１３６】図１２（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等を含む。

【０１３７】図１２（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モ
ービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部
２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表
示部２２０５等を含む。

【０１３８】図１２（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイで
あり、本体２３０１、表示部２３０２、アーム部２３０
３等を含む。本発明は、特に小型の表示装置に対して有
利であり、ゴーグル型ディスプレイの表示部に用いる表
示装置に対して有利である。

【０１３９】図１２（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、スピーカ部２４０
３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５等を含
む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄ
ｉｇiｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、ＣＤ
等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネッ
トを行うことができる。

【０１４０】図１２（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）等を含む。

【０１４１】図１３（Ａ）はフロント型プロジェクター
であり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含
む。

【０１４２】図１３（Ｂ）はリア型プロジェクターであ
り、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０
３、スクリーン２７０４等を含む。

【０１４３】なお、図１３（Ｃ）は、図１３（Ａ）及び
図１３（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の
構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７
０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０
４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズ
ム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０
９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８
１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施
例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単
板式であってもよい。また、図１３（Ｃ）中において矢
印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機
能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィル
ム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。

【０１４４】また、図１３（Ｄ）は、図１３（Ｃ）中に
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２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２
８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で
構成される。なお、図１３（Ｄ）に示した光源光学系は
一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に
実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィル
ムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光
学系を設けてもよい。

【０１４５】ただし、図１３に示したプロジェクターに
おいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示して
おり、反射型の液晶表示装置の適用例は図示していな
い。

【０１４６】図１４（Ａ）は携帯電話であり、３００１
は表示用パネル、３００２は操作用パネルである。表示
用パネル３００１と操作用パネル３００２とは接続部３
００３において接続されている。接続部３００３におけ
る、表示用パネル３００１の表示部３００４が設けられ
ている面と操作用パネル３００２の操作キー３００６が
設けられている面との角度θは、任意に変えることがで
きる。さらに、音声出力部３００５、操作キー３００
６、電源スイッチ３００７、音声入力部３００８を有し
ている。本発明は、特に、小型の表示装置に有利であ
り、携帯電話の表示部に用いる表示装置に対して有利で
ある。

【０１４７】図１４（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であ
り、本体３１０１、表示部３１０２、３１０３、記憶媒
体３１０４、操作スイッチ３１０５、アンテナ３１０６
等を含む。

【０１４８】図１４（Ｃ）はディスプレイであり、本体
３２０１、支持台３２０２、表示部３２０３等を含む。

【０１４９】以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広
く、あらゆる分野の電気器具に適用することが可能であ
る。また、本実施例の電気器具は実施形態１、２、実施
例１〜３のいずれかを組み合わせて実現することができ
る。

【０１５０】（発明の効果）

【０１５１】本発明により、結晶質半導体膜の平坦性を
向上させることができる。また、レーザ光照射処理の際
に、エネルギー分布が均一（±３％以下）になった面状
のレーザ光を用いているため、結晶質半導体膜に結晶化
ムラ（横縞）の発生を抑えることができ、さらに、線状
のレーザ光のように高いオーバーラップ率を保って照射
する必要がないため、スループットが向上する。

【０１５２】また、触媒元素を添加して結晶化された半
導体膜に、第１条件のレーザ光および第２条件のレーザ
光を照射することにより、表面が平坦化され、触媒元素
の添加により大きな結晶粒径が集合した良好な結晶質半
導体膜を形成することができる。また、このような結晶
質半導体膜を用いてＴＦＴを作製することにより、良好
な特性を示す半導体装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す図。

【図２】本発明の実施の形態を示す図。

【図３】本発明の実施の一例を示す図。

【図４】本発明の実施の一例を示す図。

【図５】本発明の実施の一例を示す図。

【図６】本発明の実施の一例を示す図。

【図７】本発明の実施の一例を示す図。

【図８】本発明の実施の一例を示す図。

【図９】本発明に用いるレーザ光照射装置の簡略図。

【図１０】ＥＬモジュールの上面および断面を示す
図。

【図１１】ＥＬモジュールの断面を示す図。

【図１２】電気器具の一例を示す図。

【図１３】電気器具の一例を示す図。

【図１４】電気器具の一例を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７ＡＦターム(参考） 2H092 GA48 GA50 GA59 GA60 JA25 JB63 JB69 KA05 KA10 KA12 KA13 KA18 KA19 MA04 MA05 MA08 MA10 MA14 MA15 MA17 MA22 MA27 MA29 MA30 MA41 NA21 NA22 NA24 PA02 PA03 PA07 PA08 PA09 PA10 PA11 RA05 5F052 AA02 AA17 AA24 BA02 BA04 BA07 BA11 BA14 BB02 BB07 CA07 CA08 DA01 DA02 DA03 DB02 DB03 DB07 EA12 EA16 FA06 FA19 JA01 5F110 AA01 AA08 AA30 BB02 BB04 CC02 DD02 DD13 DD14 DD15 DD17 EE01 EE02 EE03 EE04 EE06 EE09 EE14 EE15 EE23 FF04 FF30 FF35 GG01 GG02 GG13 GG25 GG32 GG33 GG34 GG43 GG45 GG47 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL02 HL03 HL04 HM15 NN03 NN23 NN24 NN27 NN35 NN73 PP02 PP03 PP06 PP10 PP13 PP29 PP31 PP34 PP35 PP38 QQ11 QQ19 QQ21 QQ25 QQ28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に非晶質半導体膜を形成する第
１の工程と、酸素を含む雰囲気において、前記非晶質半導体膜に第１
条件のレーザ光を照射して結晶質半導体膜を形成する第
２の工程と、前記結晶質半導体膜の表面に形成された酸化膜を除去す
る第３の工程と、前記第３の工程の後、前記結晶質半導体膜に出力エネル
ギーが１５Ｊ以上のレーザ光照射装置を用いて、レーザ
光照射部のエネルギー分布が±３％以下である第２条件
の面状のレーザ光を照射して前記結晶質半導体膜の表面
を平坦化する第４の工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】絶縁基板上に非晶質半導体膜を形成する第
１の工程と、酸素を含む雰囲気において、前記非晶質半導体膜に第１
条件のレーザ光を照射して結晶質半導体膜を形成する第
２の工程と、前記結晶質半導体膜の表面に形成された酸化膜を除去す
る第３の工程と、前記第３の工程の後、前記結晶質半導体膜に出力エネル
ギーが１５Ｊ以上のレーザ光照射装置を用いて、レーザ
光照射部のエネルギー分布が±３％以下であって、レー
ザ光の照射面積が３０cm²以上の第２条件のレーザ光を
照射して前記結晶質半導体膜の表面を平坦化する第４の
工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】絶縁基板上に非晶質半導体膜を形成する第
１の工程と、前記非晶質半導体膜に触媒元素を塗布した後、加熱処理
して第１の結晶質半導体膜を形成する第２の工程と、酸素を含む雰囲気において、前記第１の結晶質半導体膜
に第１条件のレーザ光を照射して第２の結晶質半導体膜
を形成する第３の工程と、前記第２の結晶質半導体膜表面に形成された酸化膜を除
去する第４の工程と、不活性気体雰囲気または真空中において、前記第２の結
晶質半導体膜に出力エネルギーが１５Ｊ以上のレーザ光
照射装置を用いて、レーザ光照射部のエネルギー分布が
±３％以下であって、レーザ光の照射面積が３０cm²以
上の第２条件のレーザ光を照射して前記第２の結晶質半
導体膜の表面を平坦化し、第３の結晶質半導体膜を形成
する第５の工程と、前記第５の工程の後、前記第３の結晶質半導体膜の表面
に酸化膜からなるバリア層を形成する第６の工程と、前記バリア層上に希ガスを含む半導体膜を形成する第７
の工程と、前記第７の工程の後、加熱処理を行い前記第３の結晶質
半導体膜から前記半導体膜に触媒元素を移動させる第８
の工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】請求項１乃至請求項３において、前記第１
条件のレーザ光のエネルギー密度は、前記第２のレーザ
光のエネルギー密度と同一であることを特徴とする半導
体装置の作製方法。
【請求項５】請求項１乃至請求項３において、前記第１
条件のレーザ光のエネルギー密度は、前記第２条件のエ
ネルギー密度より３０〜３００mJ/cm²高いことを特徴と
する半導体装置の作製方法。
【請求項６】請求項１乃至請求項３において、前記第１
条件のレーザ光および前記第２条件のレーザ光は、出力
エネルギーが１５Ｊ以上のレーザ光照射装置を用いて、
レーザ光照射部のエネルギー分布が±３％以下であっ
て、レーザ光の照射面積が３０cm²以上のレーザ光で照
射されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】絶縁基板上に非晶質半導体膜を形成する第
１の工程と、酸素を含む雰囲気において、前記非晶質半導体膜に第１
条件のレーザ光を照射して第１の結晶質半導体膜を形成
する第２の工程と、酸素を含む雰囲気において、前記第１の結晶質半導体膜
に第２条件のレーザ光を照射して第２の結晶質半導体膜
を形成する第３の工程と、前記第２の結晶質半導体膜上に形成された酸化膜を除去
し、不活性雰囲気または真空雰囲気において、前記第２
の結晶質半導体膜に出力エネルギーが１５Ｊ以上のレー
ザ光照射装置を用いて、レーザ光照射部のエネルギー分
布が±３％以下であって、レーザ光の照射面積が３０cm
²以上の第３条件のレーザ光を照射する第４の工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】請求項７において、前記第１の結晶質半導
体膜の結晶粒径は、前記第２の結晶質半導体膜の結晶粒
径より小さいことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】絶縁基板上に非晶質半導体膜を形成する第
１の工程と、前記非晶質半導体膜に触媒元素を添加し、加熱処理して
第１の結晶質半導体膜を形成する第２の工程と、酸素を含む雰囲気において、前記第１の結晶質半導体膜
に第１条件のレーザ光を照射して第２の結晶質半導体膜
を形成する第３の工程と、酸素を含む雰囲気において、前記第２の結晶質半導体膜
に第２条件のレーザ光を照射して第３の結晶質半導体膜
を形成する第４の工程と、前記第３の結晶質半導体膜上に形成された酸化膜を除去
し、不活性雰囲気または真空雰囲気において、前記第３
の結晶質半導体膜に出力エネルギーが１５Ｊ以上のレー
ザ光照射装置を用いて、レーザ光照射部のエネルギー分
布が±３％以下であって、レーザ光の照射面積が３０cm
²以上の第３条件のレーザ光を照射して第４の結晶質半
導体を形成する第５の工程と、前記第４の結晶質半導体膜上に酸化膜からなるバリア層
を形成する第６の工程と、前記バリア層上に、希ガスを含む半導体膜を形成する第
７の工程と、前記第６の工程の後、加熱処理して前記第４の結晶質半
導体膜中に含まれる触媒元素を前記半導体膜に移動させ
る第８の工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】請求項９において、前記第２の結晶質半
導体膜の結晶粒径は、前記第３の結晶質半導体膜の結晶
粒径より小さいことを特徴とする半導体装置の作製方
法。
【請求項１１】請求項７または請求項９において、前記
第１条件のレーザ光のエネルギー密度は、前記第２条件
のレーザ光のエネルギー密度より２０〜５０mJ/cm²高い
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】請求項７または請求項９において、前記
第２条件のレーザ光および前記第３のレーザ光は、出力
エネルギーが１５Ｊ以上のレーザ光照射装置を用いて、
レーザ光照射部のエネルギー分布が±３％以下であっ
て、レーザ光の照射面積が３０cm ²以上のレーザ光であ
ることを特徴とする半導体装置の作製方法。