JP2003163165A

JP2003163165A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003163165A
Application number: JP2001363483A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Arao; 達也荒尾; Atsuo Isobe; 敦生磯部
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2003-06-06
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: JP3942878B2

Abstract

(57)【要約】【課題】非晶質シリコン膜に触媒元素の導入された場
所のみを確実に結晶化し、かつ工程を簡略化できる方法
を提供することにある。【解決手段】絶縁表面を有する基板上に非晶質シリコ
ン膜を形成し、上記非晶質シリコン膜に結晶化を促進す
る触媒元素を導入する工程と、レーザー光を照射して選
択的に上記非晶質シリコン膜を結晶化する工程と、非晶
質シリコン膜に導入された触媒元素を選択的に除去する
工程と、加熱処理を行いレーザー光を照射して選択的に
上記非晶質シリコン膜を結晶化した第１領域から上記基
板と平行に上記非晶質シリコン膜を結晶化させる工程
と、レーザー光を照射した場所以外で加熱処理を行った
ときに結晶化した結晶質シリコン膜の第２領域にＴＦＴ
の活性層を形成する工程を備えることを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非晶質構造を有する
半導体膜の結晶化工程を含む半導体装置の作製工程に関
し、特に本発明は、薄膜トランジスタ及び当該薄膜トラ
ンジスタを搭載するアクティブマトリックス型表示装置
に代表される電気光学装置、及びその電気光学装置を部
品として搭載した電気機器の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、絶縁表面を有する基板上に形成さ
れた半導体薄膜を用いて薄膜トランジスタ（以下、ＴＦ
Ｔという）を形成し、このＴＦＴで形成した大面積集積
回路を有する半導体装置の開発が進んでいる。

【０００３】半導体装置の代表例として、液晶モジュー
ルを備えた液晶表示装置、エレクトロルミネセンスモジ
ュール、および密着型イメージセンサ、三次元ＩＣ（集
積回路）等が知られている。

【０００４】液晶表示装置においては、高品位な画像を
得るために、画素電極をマトリクス上に配置して、画素
電極の各々に接続するスイッチング素子としてＴＦＴを
用いたアクティブマトリックス型液晶表示装置が注目を
集めている。

【０００５】液晶表示装置に搭載される液晶モジュール
には、画像表示を行う画素部や、ＣＭＯＳ回路を基本と
したシフトレジスタ回路、レベルシフタ回路、バッファ
回路、サンプリング回路などの画素部を制御するための
駆動回路が一枚の基板上に形成される。

【０００６】画素部は数十から数百万個の各画素にＴＦ
Ｔが配置され、そのＴＦＴのそれぞれには画素電極が接
続されている。液晶を挟んで対向基板側には対向電極が
設けられており、液晶を誘電体とした一種のコンデンサ
を形成している。そして、各画素に印可する電圧をスイ
ッチング機能により制御して、コンデンサへの電荷を制
御することで液晶を駆動し、透過光量を制御して画像を
表示する仕組みになっている。

【０００７】従来では非晶質シリコン膜を用いてＴＦＴ
が形成されてきたが、より高性能を求めるために結晶質
シリコン膜（ポリシリコン膜）を活性層にしたＴＦＴを
作製することが試みられている。このポリシリコンＴＦ
Ｔは、電界効果移動度が高いことから、いろいろな機能
を備えた回路を形成することも可能である。

【０００８】この結晶質シリコン膜をガラス基板上に形
成する技術として特開平８−７８３２９号公報記載の技
術が開示されている。同公報記載の技術は非晶質シリコ
ン膜に対して結晶化を助長する触媒元素（代表的にはニ
ッケル）を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加
領域を起点として広がる結晶質シリコン膜を形成するも
のであり、得られる結晶粒のサイズは非常に大きい。

【０００９】また、上記公報技術は、触媒元素を用いな
いで結晶化を行う場合と比べて触媒元素の作用により非
晶質シリコン膜の結晶化温度を５０〜１００℃程度下げ
ることが可能であり、結晶化に要する時間触媒元素を用
いないで結晶化を行う場合に比べ１／５〜１／１０に低
減することができ、生産性に置いても優れている。

【００１０】さらに、非晶質シリコン膜の一部に選択的
に触媒元素を導入して加熱することで他の部分を非晶質
シリコン膜の状態として残したまま、触媒元素が導入さ
れた領域のみを選択的に結晶化し、そして加熱時間を延
長することで、その導入領域から横方向（基板と平行方
向）に結晶成長を行わせる技術が特開平１０−２４７７
３５号公報に開示されている。この成長領域では成長方
向が揃った柱状結晶が集まっており、触媒元素が導入さ
れてランダムに結晶核の発生が起こった領域と比べると
結晶性が良好になっている。そのため、この横方向結晶
成長領域を活性層としてＴＦＴを形成することによって
高性能化を行うことができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、触媒元
素を導入した領域のみを選択的に結晶化するとき、加熱
温度が高温であるほど短時間で結晶化しやすくなるが、
触媒元素が導入されない非晶質シリコン部でも結晶質シ
リコンの結晶核が発生してしまうことがある。その結晶
核発生により、横方向に柱状結晶が成長するのを妨げる
原因になるだけでなく、その部分が活性層として用いら
れることにより特性を悪化させる原因にもなり、表示不
良をもたらすことになりうる。そのため、短時間化をす
るために加熱温度を必要以上に高くすることはできな
い。

【００１２】また、触媒元素を導入する部分としない部
分を分けるための工程が必要となる。例えば、導入しな
い部分の非晶質シリコン膜上に酸化シリコン膜などを形
成してマスクすることが上げられるが、この工程を行う
ためには酸化シリコン膜の成膜、触媒元素の添加を行う
ためのスリット状の開孔するための酸化シリコン膜のパ
ターニング、結晶化後の酸化シリコン膜除去など多数の
工程が必要となり、長い工程がかかることとなる。

【００１３】このような問題点を解決するために、本発
明は、非晶質シリコン膜に触媒元素の導入された場所の
みを確実に結晶化し、かつ工程を簡略化できる方法を提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の表示装置の製造方法は、絶縁表面を有する
基板上に非晶質シリコン膜を形成し、上記非晶質シリコ
ン膜に結晶化を促進する触媒元素を導入する工程と、レ
ーザー光を照射して選択的に上記非晶質シリコン膜を結
晶化する工程と、非晶質シリコン膜に導入された触媒元
素を選択的に除去する工程と、加熱処理を行いレーザー
光を照射して選択的に上記非晶質シリコン膜を結晶化し
た第１領域から上記基板と平行に上記非晶質シリコン膜
を結晶化させる工程と、レーザー光を照射した場所以外
で加熱処理を行ったときに結晶化した結晶質シリコン膜
の第２領域にＴＦＴの活性層を形成する工程を備えるこ
とを特徴としている。

【００１５】上記構成によれば、上記非晶質シリコン膜
に結晶化を促進する触媒元素を導入し、レーザー光を照
射して選択的に上記非晶質シリコン膜を結晶化すること
により、触媒元素は結晶化したシリコンに一部は固溶
し、一部はシリサイドを形成する。レーザー照射を使っ
て結晶化をしているため、未照射部分である第２領域は
完全な非晶質シリコン膜の状態が保たれる。

【００１６】レーザー照射を行うときは、後のパターニ
ング時のアライメント基準となるマーカーを形成してお
くことで正しい位置に活性層を形成することができる。
導入した触媒元素を除去するにあたり、非晶質シリコン
膜である第２領域は触媒元素が膜表面に付着している状
態であるため、容易に除去できる。しかし、結晶質シリ
コン膜である第１領域は膜中にニッケルが導入されて除
去することは困難である。そのため、触媒元素を選択的
に除去できる。

【００１７】第１領域から第２領域へ結晶化させる加熱
処理は触媒元素の導入されない第２領域において結晶質
シリコンの結晶核が発生しない温度より低い温度で行う
のが望ましい。

【００１８】非晶質シリコン膜の横方向への結晶成長に
おいては、上記触媒元素が結先端部に局在して非晶質シ
リコン膜の結晶化を促進している。したがって、隣接す
る第１領域の間隔が狭く、その間の第２領域が完全に結
晶質シリコンとなる場合は、第２領域で両側からの結晶
成長が衝突する領域が存在し触媒元素が偏析するため、
その場所へのＴＦＴの活性層のチャネル部形成は信頼性
や電気的安定性を阻害する可能性があり、特性の悪化か
ら考えて避けるのが望ましい。

【００１９】この工程は成膜、パターニング、エッチン
グなどの多数の工程を必要とせず、レーザー照射と触媒
元素の除去を行うだけで済むため、工程短縮をはかるこ
とができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。

【００２１】絶縁表面を有する基板上に非晶質半導体膜
を形成し、非晶質半導体膜に結晶化を促進する触媒元素
を導入する工程と、レーザー光を照射して選択的に非晶
質半導体膜を結晶化する工程と、非晶質半導体膜に導入
された触媒元素を選択的に除去する工程と、加熱処理を
行いレーザー照射して選択的に上記非晶質半導体膜を結
晶化した第１領域から上記基板と平行に上記非晶質半導
体膜を結晶化させる工程と、レーザー光を照射した場所
以外で加熱処理を行ったときに結晶化した結晶質半導体
膜の第２領域にＴＦＴの活性層を形成する工程を備える
ことを特徴としている。

【００２２】絶縁性表面を有する基板は、ガラス基板、
石英基板、サファイア基板等５００℃以上の耐熱性のあ
る基板であれば、他の基板であっても良い。

【００２３】非晶質半導体膜は減圧熱ＣＶＤ法、プラズ
マＣＶＤ法、スパッタ法等で得られる半導体材料、例え
ば、シリコンまたはシリコンを主成分とする合金を用い
ることが可能である。

【００２４】レーザー照射前に添加する触媒元素は触媒
元素を含む溶液を塗布する方法でも良いし、スパッタ法
やＣＶＤ法で薄い膜を形成する方法でもよい。

【００２５】レーザー光としてはパルス発振型または連
続発振型のエキシマレーザーやＹＡＧレーザーの第２高
調波または第３高調波、ＹＶＯ₄レーザーの第2高調波を
用いることができる。レーザー光の照射される領域の形
状は、線状であっても矩形であっても円形であってもよ
く、特定するものではない。

【００２６】レーザー光を照射するときに、後に活性層
パターンとなる位置を特定するため、マーカーを形成し
ておくことが望ましい。

【００２７】レーザー照射後の触媒元素の除去は触媒元
素をエッチングする方法は、ドライエッチング、ウエッ
トエッチングを用いることができる。例えば、希フッ酸
で洗浄することで表面上に存在している触媒元素を除去
できる。このときレーザー照射をした結晶質半導体膜中
に固溶した触媒元素やシリサイド化した触媒元素はほと
んど除去されない。

【００２８】第１領域から上記基板と平行に上記非晶質
半導体膜を結晶化させる工程は、例えば窒素雰囲気下等
の不活性雰囲気下において熱処理を行うが、半導体膜の
物性のばらつき要因になるため、触媒元素起因以外の結
晶質シリコンの核発生がしない程度の温度で行うことが
望ましい。

【００２９】触媒元素は結晶化後にゲッタリングを行い
結晶質半導体膜中から除去または触媒元素による電気的
影響が表れない程度に低減することが望ましい。ゲッタ
リングの手法としては、結晶質半導体の一部にリンまた
は希ガス（代表的にはアルゴン）などを添加してゲッタ
リングサイトを形成し熱処理を行って触媒元素を移動さ
せる方法、若しくはリンまたは希ガスなどを含有した非
晶質半導体、もしくは結晶質半導体を酸化膜を介して積
層し、ゲッタリングサイトとすることで、熱処理を行っ
て触媒元素を移動させる方法を用いればよい。

【００３０】活性層を配置はレーザー照射した第１領域
以外で結晶質シリコン膜が形成されている第２領域に行
う。ただし、隣接する第１領域の間隔が狭く、その間の
第２領域が完全に結晶質シリコンとなる場合は、第２領
域で両側からの結晶成長が衝突する領域が存在し触媒元
素が偏析するため、その場所への活性層のチャネル部の
形成は信頼性や電気的安定性を阻害する可能性があり、
特性の悪化から考えて避けるのが望ましい。

【００３１】

【実施例】［実施例１］本実施例では石英基板（厚さ
１．１ｍｍ）を用い、減圧熱ＣＶＤ法で得られる非晶質
半導体膜を用いてＴＦＴを作製する例を図１に示す。

【００３２】まず、減圧熱ＣＶＤ法で厚さ５０ｎｍの非
晶質シリコン膜１０１と厚さ５０ｎｍの酸化シリコン膜
１０２を石英基板１００に成膜する。（図４（Ａ））

【００３３】次いで、裏面側に形成された非晶質シリコ
ン膜および酸化シリコン膜を除去するためにレジスト膜
１０３を形成する。次いで、裏面側に形成された酸化シ
リコン膜をフッ酸を含む溶液で除去し、非晶質シリコン
膜をＳＦ₆とＨｅとの混合ガスを用いて除去する。（図
１（Ｂ））

【００３４】次いで、レジスト膜を除去し、酸化シリコ
ン膜１０２を除去し、基板を希フッ酸で洗浄した後、オ
ゾン水により非晶質シリコン膜の表面に酸化膜（図示し
ない）を形成する。次いで、ニッケルを含む溶液（５ｐ
ｐｍ）をスピンコートして薄い金属膜１０４を形成す
る。（図１（Ｃ））

【００３５】次いで、楕円状レーザー光を基板の表面側
から所望の場所に照射する。（図1（Ｄ））レーザー光
の形状は円状でも線状でも良く、結晶化するパターンに
適した形に整形すればよい。ここでは連続発振型のＹＶ
Ｏ₄レーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を用いる。レ
ーザー光の照射条件は、エネルギー密度を０．１ｍＷ／
μｍ²〜１ｍＷ／μｍ²、スキャン速度を１０ｃｍ／ｓｅ
ｃ〜１００ｃｍ／ｓｅｃとすればよい。ここでは、レー
ザー光の照射条件はエネルギー密度を０．５ｍＷ／μｍ
²、スキャン速度を５０ｃｍ／ｓｅｃとする。このレー
ザー光により結晶核を発生させて、非晶質シリコン膜の
一部を結晶化する。こうして、結晶質シリコン膜１０５
となる。このとき結晶質シリコン膜には表面のＮｉが膜
中に拡散して結晶核となるシリサイドが形成されてい
る。

【００３６】次いで、シリコン膜の表面をフッ酸を含む
エッチャントで洗浄し、シリコン膜表面のニッケルを除
去する。このとき、レーザー照射されて結晶化したシリ
コン膜中に含まれるニッケルやニッケルシリサイドはほ
とんど除去されない。

【００３７】次いで、加熱処理で結晶化を行い、レーザ
ー照射されて結晶化したシリコン膜１０５から非晶質シ
リコン膜へ横方向に結晶化を行い、結晶質シリコン膜１
０６を形成する。（図１（Ｅ））ここでは４５０℃、１
時間の熱処理の後、５７０℃、１４時間の熱処理行う。

【００３８】次いで、得られた結晶質シリコン膜１０６
をパターニングして活性層１０７を形成する。（図１
（Ｆ））

【００３９】次いで、半導体層の表面をフッ酸を含むエ
ッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜１０８となるシ
リコンを主成分とする絶縁膜を形成する。

【００４０】次いで、ゲート絶縁膜表面を洗浄した後、
ゲート電極１０９を形成し、半導体にｎ型を付与する不
純物元素（Ｐ、Ａｓ等）、ここではリンを適宜添加し
て、ソース領域１１０及びドレイン領域１１１を形成す
る。添加した後、不純物元素を活性化するために加熱処
理、強光の照射、またはレーザー光の照射を行う。ま
た、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージ
やゲート絶縁膜と半導体層との界面へのプラズマダメー
ジを回復することができる。特に、室温〜３００℃の雰
囲気中において、表面または裏面からＹＡＧレーザーの
第２高調波を照射して不純物元素を活性化させることは
非常に有効である。ＹＡＧレーザーはメンテナンスが少
ないため好ましい活性化手段である。

【００４１】また、活性化の手段として熱処理とした場
合、活性化と同時にゲッタリングを行うことができる。
ここでのゲッタリングはソース領域またはドレイン領域
に添加したリンによるゲッタリングである。また、結晶
化の前に添加した結晶成長を助長させる金属元素は、結
晶化後にゲッタリングを行い結晶質半導体膜中から除去
または低減することが望ましい。

【００４２】以降の工程は、層間絶縁膜１１２を形成
し、水素化を行って、ソース領域、ドレイン領域に達す
るコンタクトホールを形成し、ソース電極１１３、ドレ
イン電極１１４を形成してＴＦＴを完成させる。（図１
（Ｇ））

【００４３】また、本発明は図４の構造に限定されず、
必要があればチャネル形成領域とドレイン領域（または
ソース領域）との間にＬＤＤ領域を有する低濃度ドレイ
ン構造としてもよい。この構造はチャネル形成領域と、
高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域また
はドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した
領域を設けたものであり、この領域をＬＤＤ領域と呼ん
でいる。さらにゲート絶縁膜を介してＬＤＤ領域をゲー
ト電極と重ねて配置させた、いわゆるＧＯＬＤ構造とし
てもよい。

【００４４】また、ここではｎチャネル型ＴＦＴを用い
て説明したが、ｎ型不純物元素に代えてｐ型不純物元素
を用いることによってｐチャネル型ＴＦＴを形成するこ
とができることは言うまでもない。

【００４５】また、ここではトップゲート型ＴＦＴを例
として説明したが、ＴＦＴ構造に関係なく本発明を適用
することが可能であり、例えばボトムゲート型（逆スタ
ガ型）ＴＦＴや順スタガ型ＴＦＴに適用することが可能
である。

【００４６】［実施例２］ここでは、画素部を有するア
クティブマトリクス基板を用いた液晶表示装置を作製す
る方法について図２〜図７を用いて説明する。

【００４７】ＴＦＴをスイッチング素子として用いるア
クティブマトリクス型液晶表示装置は、画素電極がマト
リクス状に配置された基板（アクティブマトリクス基
板）と、対向電極が形成された対向基板とを液晶層を介
して対向配置した構造となっている。両基板間はスペー
サ等を介して所定の間隔に制御され、画素部の外周部に
シール材を用いることで液晶層を封入している。

【００４８】以下にアクティブマトリクス基板の作製例
を示す。

【００４９】まず、絶縁表面を有する基板２０１上に導
電膜を形成し、パターニングを施すことにより走査線２
０２を形成する。（図２（Ａ））この走査線２０２は後
に形成される活性層を光から保護する遮光層としても機
能する。ここでは基板２０１として石英基板を用い、走
査線２０２としてポリシリコン膜（膜厚７５ｎｍ）とタ
ングステンシリサイド（Ｗ−Ｓｉ）膜（膜厚１５０ｎ
ｍ）の積層構造を用いる。

【００５０】次いで、走査線２０２を覆う絶縁膜２０３
ａ、２０３ｂを膜厚１００〜１０００ｎｍで形成する。
ここではプラズマＣＶＤ法を用いた膜厚１００ｎｍの酸
化シリコン膜と減圧熱ＣＶＤ法を用いた膜厚４８０ｎｍ
の酸化シリコン膜を積層させる。

【００５１】また、絶縁膜４０３ｂを形成した後、絶縁
膜表面を化学的及び機械的に研磨する処理（代表的には
ＣＭＰ技術）等）により平坦化してもよい。（図２
（Ｂ））例えば、絶縁膜表面の最大高さ（Ｒmax）が
０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下となるよう
にする。

【００５２】次いで、非晶質半導体膜を膜厚１０〜１０
０ｎｍで形成する。ここでは減圧熱ＣＶＤ法を用いて膜
厚５０ｎｍの非晶質シリコン膜を形成する。さらに非晶
質シリコン膜上に減圧熱ＣＶＤ法で膜厚５０ｎｍの酸化
シリコン膜を形成する。減圧熱ＣＶＤ法では基板の両面
に成膜されるため、基板表面側にレジスト膜を形成した
後、裏面側の酸化シリコン膜をフッ酸を含む溶液で除去
し、さらに裏面側の非晶質シリコン膜をＳＦ₆とＨｅの
混合ガスを用いて除去する。裏面側の膜を除去した後
は、レジスト膜を除去し、さらに酸化シリコン膜を除去
する。

【００５３】次いで、この非晶質半導体膜を結晶化させ
る。本実施例では、非晶質シリコン膜に対して結晶化を
助長する金属元素を全面に添加し、レーザー光を一部に
照射する。（図２（Ｃ１））ここではオゾンを含む溶液
で非晶質シリコン膜の表面に酸化膜を形成した後、結晶
化を助長する触媒元素としてニッケルを用い、ニッケル
を1ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ含有する溶液、ここでは５ｐ
ｐｍ含有する溶液を塗布した後、連続発振型のＹＶＯ₄
レーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）をエネルギー密度
０．１ｍＷ／μｍ²〜１．０ｍＷ／μｍ²、ここでは０．
５ｍＷ／μｍ²、スキャン速度１０ｃｍ／ｓｅｃ〜１０
０ｃｍ／ｓｅｃ、ここでは５０ｃｍ／ｓｅｃで照射す
る。このレーザー光により結晶核を発生させて、非晶質
シリコン膜の一部を結晶化する。こうして、結晶質シリ
コン膜２０５となる。このとき結晶質シリコン膜には表
面のニッケルが膜中に拡散して結晶核となるシリサイド
が形成されている

【００５４】レーザー照射のときに後の活性層パターン
形成における位置合わせのためアライメントマーカーを
形成しておく。

【００５５】次いで、シリコン膜の表面をフッ酸を含む
エッチャントで洗浄し、シリコン膜表面のニッケルを除
去する。このとき、レーザー照射されて結晶化したシリ
コン膜中に含まれるニッケルやニッケルシリサイドはほ
とんど除去されない。

【００５６】次いで、脱水素化のための熱処理として４
５０℃１時間を行い、結晶化のための熱処理を５３０℃
〜６００℃、ここでは５７０℃１４時間を行う。この加
熱処理によりレーザー照射部分の結晶質シリコン膜から
非晶質シリコン膜へ横方向（基板と水平方向）に結晶化
が進行し、結晶成長方向の揃った結晶質シリコン膜２０
４が得られる。なお、図２（Ｃ２）は画素上面図であ
り、点線Ａ−Ａ’で切断した断面図が図２（Ｃ１）に相
当する。

【００５７】次いで、ＴＦＴの活性層とする領域からニ
ッケルをゲッタリングする。ＴＦＴの活性層とする領域
を酸化シリコン膜２０７で覆い、結晶質シリコン膜の一
部にアルゴン（代表的にはリン、希ガス）を添加し、ゲ
ッタリングサイト２０６とする。（図３（Ａ））その
後、窒素雰囲気下で熱処理を６００℃〜８００℃、ここ
では７００℃１２時間行い、ゲッタリングサイトのシリ
コン膜を除去する。活性層とする領域に残るニッケルが
ＴＦＴ特性に影響を与えないほど少ない場合は、このゲ
ッタリング処理を行わなくても良い。

【００５８】次いで、活性層の薄膜化を熱酸化により行
う。熱酸化を行う前に安定性のため減圧熱ＣＶＤ法によ
り酸化シリコン膜２０９を２０ｎｍで形成（図３
（Ｂ））し、酸素雰囲気に塩化水素を３％導入した混合
ガスにより９５０℃５０分加熱処理を行う。この熱酸化
処理により５０ｎｍの結晶質シリコン膜は３０ｎｍまで
薄膜化され、より緻密な結晶質シリコン膜となる。

【００５９】次いで、レーザー照射によって形成したア
ライメントマーカーで位置合わせをしてパターニングを
行い、結晶質シリコン膜の不要な部分を除去して活性層
２１０を形成する。（図３（Ｃ１））なお、活性層２１
０を形成した後の画素上面図を図３（Ｃ２）に示す。図
３（Ｃ２）において、点線Ｂ−Ｂ’で切断した断面図が
図３（Ｃ１）に相当する。

【００６０】次いで、減圧熱ＣＶＤ法によりゲート絶縁
膜の一部となる酸化シリコン膜２１１ａを３０ｎｍで形
成する。（図４（Ａ））その後、保持容量を形成するた
め、マスク２１２を形成して酸化シリコン膜２１１ａを
エッチングし、結晶質シリコン膜の一部（保持容量とす
る領域）２１３にリンをドーピングする。（図４
（Ｂ））

【００６１】次いで、マスク２１２を除去し、減圧熱Ｃ
ＶＤ法で酸化シリコン膜２１１ｂを５０ｎｍで形成す
る。（図４（Ｃ））この酸化シリコン膜は容量絶縁膜と
なる。また、図４（Ａ）に示した酸化シリコン膜２１１
ａと図４（Ｃ）に示した酸化シリコン膜２１１ｂの積層
膜がゲート絶縁膜となり、最終的には８０ｎｍとなる。
ここでの画素上面図を図４（Ｃ２）に示す。図４（Ｃ
２）において、点線Ｃ−Ｃ’で切断した断面図が図４
（Ｃ１）に相当する。また、図４中の1点鎖線内で示し
た領域は、薄い絶縁膜２１１ｂが形成されている部分で
ある。

【００６２】次いで、ＴＦＴのチャネル領域となる領域
にｐ型またはｎ型の不純物元素を低濃度に添加するチャ
ネルドープ工程を全面または選択的に行う。このチャネ
ルドープ工程は、ＴＦＴしきい値電圧を制御するための
工程である。なお、ここではジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を質量
分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法でボロン
を添加する。もちろん、質量分離を行うイオンインプラ
ンテーション法を用いてもよい。

【００６３】次いで、絶縁膜２１１ａ、及び２１１ｂ上
にマスク２１４を形成し、走査線２０２に達するコンタ
クトホールを形成する。（図５（Ａ））そして、コンタ
クトホールの形成後、マスクを除去する。

【００６４】次いで、導電膜を形成し、パターニングを
行ってゲート電極２１５および容量配線２１６を形成す
る。（図５（Ｂ））ここでは、リンがドープされた結晶
質シリコン膜（膜厚１５０ｎｍ）とタングステンシリサ
イド（膜厚１５０ｎｍ）との積層構造を用いた。なお、
保持容量は、絶縁膜２１１ｂを誘電体とし、容量配線２
１６と結晶質シリコン膜の一部２１３とで構成されてい
る。

【００６５】次いで、ゲート電極２１５および容量配線
２１６をマスクとして自己整合的にリンを低濃度に添加
する。（図５（Ｃ１））ここでの画素上面図を図５（Ｃ
２）に示す。図５（Ｃ２）において、点線Ｄ−Ｄ’で切
断した断面図が図５（Ｃ１）に相当する。この低濃度に
添加された領域のリンの濃度が、１×１０¹⁶〜５×１０
¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ（代表的には³３×１０¹⁷〜３×１
０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）となるように調整する。

【００６６】次いで、マスク２２０を形成してリンを高
濃度に添加し、ソース領域またはドレイン領域となる高
濃度不純物領域２１８を形成する。（図６（Ａ））この
高濃度不純物領域のリンの濃度が１×１０²⁰〜１×１０
²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ（代表的には³２×１０²⁰〜５×１
０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）となるように調整する。な
お、活性層２１０のうち、ゲート電極２１５と重なる領
域はチャネル形成領域２１９となり、マスク２２０で覆
われた領域は低濃度不純物領域２１７となりＬＤＤ領域
として機能する。そして、不純物元素の添加後、マスク
２２０を除去する。

【００６７】次いで、ここでは図示しないが、画素と同
一基板上に形成される駆動回路に用いるｐチャネル型Ｔ
ＦＴを形成するために、マスクでｎチャネル型ＴＦＴと
なる領域を覆い、ボロンを添加してソース領域またはド
レイン領域を形成する。

【００６８】次いで、マスク２２０を除去した後、ゲー
ト電極２１５および容量配線２１６を覆うパッシベーシ
ョン膜２２１を形成する。このパッシベーション膜は、
ゲート電極の酸化を防ぐとともに、後の平坦化の工程で
エッチングストッパーとして機能する。ここでは、酸化
シリコン膜を７０ｎｍの膜厚で形成した。その後、活性
層にそれぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型不純物
元素を活性化するための熱処理工程を５００℃〜１０５
０℃、ここでは９５０℃３０分の加熱処理を行う。

【００６９】次いで、有機樹脂材料またはシリコン材料
からなる層間絶縁膜２２２を形成する。ここでは膜厚１
μｍの酸化窒化シリコン膜を用い、エッチバックを行っ
て平坦化を行った。次いで、活性層に達するコンタクト
ホールを形成した後、電極２２３及びソース配線２２４
を形成する。本実施例では電極２２３及びソース配線２
２４を、チタン膜を６０ｎｍ、窒化チタン膜を４０ｎ
ｍ、チタンを含むアルミニウム膜を３００ｎｍ、タング
ステン膜１００ｎｍをスパッタ法で連続して形成した４
層構造の積層膜とした。（図６（Ｂ１））なお、図６
（Ｂ２）において点線Ｅ−Ｅ’で切断した断面図が図６
（Ｂ１）に相当する。

【００７０】次いで、水素化処理をおこなった後、層間
絶縁膜２２５を形成する。（図７（Ａ１））ここではア
クリル樹脂１μｍを成膜する。次いで、層間絶縁膜２２
５上に遮光性を有する導電膜を成膜して、パターニング
を行って遮光層２２６を形成する。ここでは、チタンを
含むアルミニウムを１００ｎｍ形成し、アクリル樹脂５
００ｎｍからなる層間絶縁膜２２７を成膜する。次い
で、電極２２３に達するコンタクトホール形成し、１０
０ｎｍの透明導電膜、ここでは酸化インジウム・スズ
（ＩＴＯ）膜を成膜した後、パターニングして画素電極
２２８、２２９を形成する。図７（Ａ２）において、点
線Ｆ−Ｆ’で切断した断面図が図７（Ａ１）に相当す
る。

【００７１】こうして画素部には、表示領域の面積（画
素サイズ２６μｍ×２６μｍのとき開口率７６．５％）
を確保しつつ、ｎチャネル型ＴＦＴでなる画素ＴＦＴが
形成され、十分な保持容量（４０ｆＦ）を得ることがで
きる。

【００７２】なお、図７で示した画素部はあくまで一例
に過ぎず、特に上記構成に限定されないことはいうまで
もない。

【００７３】なお、本実施例は一例であって本実施例の
工程に限定されないことはいうまでもない。例えば、各
導電膜としては、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、
モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃ
ｒ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれた元素、または前記
元素を組み合わせた合金膜（代表的には、Ｍｏ−Ｗ合
金、Ｍｏ−Ｔａ合金）を用いることができる。また、各
絶縁膜としては、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜や酸
化窒化シリコン膜や有機樹脂材料（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）膜を用いることができる。

【００７４】また、本実施例では、画素電極に透明導電
膜を用いて透過型表示装置用のアクティブマトリクス基
板を作製する例を示したが、画素電極に反射性を有する
材料膜を用いて反射型表示装置用のアクティブマトリク
ス基板を作製してもよい。

【００７５】［実施例３］本実施例では、実施例３のア
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８を用いる。

【００７６】まず、上記実施例２に従い、図７の状態の
アクティブマトリクス基板を得た後、図７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
置に形成する。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。

【００７７】次いで、対向基板を用意する。この対向基
板には、遮光層が各画素に対応して設けられている。ま
た、駆動回路の部分にも遮光層を設けた。この遮光層の
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。

【００７８】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。

【００７９】こうして得られた液晶モジュールの構成を
図８の上面図を用いて説明する。

【００８０】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８に示した左右対称配置が望ましい。

【００８１】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（ＦＰＣ）８０５から行われる。ＦＰＣ
８０５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８０９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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】［実施例４］本発明を実施して形成された
ＴＦＴは様々なモジュール（アクティブマトリクス型液
晶モジュール、アクティブマトリクス型ＥＬモジュー
ル、アクティブマトリクス型ＥＣモジュール）に用いる
ことができる。即ち、それらを表示部に組み込んだ電子
機器全てに本発明を実施できる。

【００８５】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ（ゴ
ーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、プロジ
ェクター、カーステレオ、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９に示
す。

【００８６】図９（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。本発明は投射装置２６０１の一部を構成する液晶モ
ジュール２８０８に適用することができる。

【００８７】図９（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。本発明は投射装置２
７０２の一部を構成する液晶モジュール２８０８に適用
することができる。

【００８８】なお、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）及び図９
（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、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、プリズム２
８０７、液晶モジュール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、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９（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、Ｉ
Ｒフィルム等の光学系を設けてもよい。

【００８９】また、図９（Ｄ）は、図９（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２
８１１、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９（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。

【００９０】ただし、図９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、反射型の電気光学装置での適用例は図示していな
い。

【００９１】以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広
く、あらゆる分野の電子機器の作製方法に適用すること
が可能である。また、本実施例の電子機器は実施の形
態、または実施例１乃至６のうち、いずれか一つとどの
ような組み合わせからなる構成を用いても実現すること
ができる。

【００９２】

【発明の効果】本発明により、活性層は触媒元素による
結晶質シリコン膜のみで形成され、ばらつきの少ない半
導体装置を得ることができる。また、本発明により、従
来よりも結晶化工程を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作製工程を示す図。

【図２】本発明のアクティブマトリクス型表示装置
の作製工程を示す図。

【図３】本発明のアクティブマトリクス型表示装置
の作製工程を示す図。

【図４】本発明のアクティブマトリクス型表示装置
の作製工程を示す図。

【図５】本発明のアクティブマトリクス型表示装置
の作製工程を示す図。

【図６】本発明のアクティブマトリクス型表示装置
の作製工程を示す図。

【図７】本発明のアクティブマトリクス型表示装置
の作製工程を示す図。

【図８】液晶モジュールを示す図。

【図９】電子機器を示す図。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面上に非晶質構造を有する半導体膜
を形成する第１工程と、前記非晶質構造を有する半導体
膜に触媒元素を添加する第２工程と、前記非晶質構造を
有する半導体膜の一部となる第１領域にレーザー光を照
射する第３工程と、前記半導体膜に添加された触媒元素
を除去する第４の工程と、前記非晶質構造を有する半導
体膜を加熱して、第１領域から基板と平行に固相成長し
た結晶構造を有する半導体膜となる第２領域を形成する
第５工程とを有する半導体装置の作製方法。
【請求項２】絶縁表面上に非晶質構造を有する半導体膜
を形成する第１工程と、前記非晶質構造を有する半導体
膜に触媒元素を添加する第２工程と、前記非晶質構造を
有する半導体膜の一部となる第１領域にレーザー光を照
射する第３工程と、前記半導体膜に添加された触媒元素
を除去する第４の工程と、前記非晶質構造を有する半導
体膜を加熱して、第１領域から基板と平行に固相成長し
た結晶構造を有する半導体膜となる第２領域を形成する
第５工程と、薄膜トランジスタのチャネル形成領域は前
記第２領域に形成される第６工程とを有する半導体装置
の作製方法。
【請求項３】絶縁表面上に非晶質構造を有する半導体膜
を形成する第１工程と、前記非晶質構造を有する半導体
膜に触媒元素を添加する第２工程と、前記非晶質構造を
有する半導体膜の一部に光を照射する第３工程と、前記
半導体膜に添加された触媒元素を除去する第４の工程
と、前記非晶質構造を有する半導体膜を加熱して、第１
領域から基板と平行に固相成長した結晶構造を有する半
導体膜となる第２領域を形成する第５工程と、薄膜トラ
ンジスタのチャネル部分は第２領域で且つ隣接する第１
領域から成長した結晶性半導体膜の境界部を避けて形成
される第６工程とを有する半導体装置の作製方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一において、前
記半導体膜はシリコン膜またはシリコン膜を主成分とす
る膜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４のいずれか一において、前
記レーザー光はエキシマレーザー発振装置、ＹＡＧレー
ザー発振装置、またはＹＶＯ₄レーザー発振装置を光源
とする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５のいずれか一において、前
記光を照射された半導体膜の膜中に前記触媒元素を残存
させることを特徴とする半導体装置の作製方法。