JP2003218362A - 半導体装置および半導体装置の作製方法 - Google Patents
半導体装置および半導体装置の作製方法Info
- Publication number
- JP2003218362A JP2003218362A JP2002330011A JP2002330011A JP2003218362A JP 2003218362 A JP2003218362 A JP 2003218362A JP 2002330011 A JP2002330011 A JP 2002330011A JP 2002330011 A JP2002330011 A JP 2002330011A JP 2003218362 A JP2003218362 A JP 2003218362A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- film
- amorphous
- region
- crystalline
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 675
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 43
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 58
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 403
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 191
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 147
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 116
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 62
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 60
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 59
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 56
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 46
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 44
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 44
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 39
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 38
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 21
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 7
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005247 gettering Methods 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 67
- 230000005669 field effect Effects 0.000 abstract description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 315
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 105
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 50
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 30
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 27
- 239000002585 base Substances 0.000 description 22
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 10
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 9
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 description 9
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 7
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 7
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 7
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 7
- 229910005881 NiSi 2 Inorganic materials 0.000 description 6
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 5
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 3
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 description 3
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 3
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTYGNUPYSXKGJ-UHFFFAOYSA-N [Si+4].[Si+4].[Ni++] Chemical compound [Si+4].[Si+4].[Ni++] KMTYGNUPYSXKGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 2
- 229960001730 nitrous oxide Drugs 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910017073 AlLi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 KrF or XeCl Substances 0.000 description 1
- 229910007264 Si2H6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020286 SiOxNy Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- XMOKRCSXICGIDD-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O XMOKRCSXICGIDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000005407 aluminoborosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002524 electron diffraction data Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 description 1
- 229910000078 germane Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 150000002681 magnesium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 235000013842 nitrous oxide Nutrition 0.000 description 1
- AHLBNYSZXLDEJQ-FWEHEUNISA-N orlistat Chemical compound CCCCCCCCCCC[C@H](OC(=O)[C@H](CC(C)C)NC=O)C[C@@H]1OC(=O)[C@H]1CCCCCC AHLBNYSZXLDEJQ-FWEHEUNISA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- OFIYHXOOOISSDN-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegallium Chemical compound [Te]=[Ga] OFIYHXOOOISSDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/78606—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device
- H01L29/78618—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device characterised by the drain or the source properties, e.g. the doping structure, the composition, the sectional shape or the contact structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66742—Thin film unipolar transistors
- H01L29/6675—Amorphous silicon or polysilicon transistors
- H01L29/66757—Lateral single gate single channel transistors with non-inverted structure, i.e. the channel layer is formed before the gate
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電界効果移動度が高く、かつ特性のばらつき
の小さい薄膜トランジスタを提供する。 【解決手段】 ソース、ドレイン領域となる第１の結晶
質半導体層１７上に、所定の形状にパターニングされた
第２の非晶質半導体層を形成する。連続発振レーザー光
の照射領域２１をチャネル長方向に沿って走査しながら
照射することにより、第２の非晶質半導体層を結晶化し
て、第２の結晶質半導体層２２を形成する。第１の非晶
質半導体層１７はニッケルを選択的に添加して結晶化さ
れているため、｛１１１｝の配向率が高くなっている。
レーザー光を照射することにより、この｛１１１｝配向
した第１の非晶質半導体層結晶質１７を種として、第２
の非晶質半導体層が結晶成長するため、チャネル形成領
域となる領域２２ａもまた｛１１１｝配向が高く、かつ
結晶粒界の方向がチャネル長方向に平行になる。
の小さい薄膜トランジスタを提供する。 【解決手段】 ソース、ドレイン領域となる第１の結晶
質半導体層１７上に、所定の形状にパターニングされた
第２の非晶質半導体層を形成する。連続発振レーザー光
の照射領域２１をチャネル長方向に沿って走査しながら
照射することにより、第２の非晶質半導体層を結晶化し
て、第２の結晶質半導体層２２を形成する。第１の非晶
質半導体層１７はニッケルを選択的に添加して結晶化さ
れているため、｛１１１｝の配向率が高くなっている。
レーザー光を照射することにより、この｛１１１｝配向
した第１の非晶質半導体層結晶質１７を種として、第２
の非晶質半導体層が結晶成長するため、チャネル形成領
域となる領域２２ａもまた｛１１１｝配向が高く、かつ
結晶粒界の方向がチャネル長方向に平行になる。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は結晶構造を有する結
晶質半導体膜で活性層を形成した半導体装置及びその作
製方法に関する。特に、本発明は結晶質半導体膜で活性
領域を形成する薄膜トランジスタ、前記薄膜トランジス
タを用いた集積回路などの半導体装置、それらの半導体
装置の作製方法に関する。なお、本明細書において半導
体装置とは、半導体特性を利用して機能する装置全般の
ことをいい、例えば半導体集積回路、アクティブマトリ
クス型表示装置、半導体集積回路やアクティブマトリク
ス型表示装置などを搭載した電子機器などその他の電子
機器が含まれる。
晶質半導体膜で活性層を形成した半導体装置及びその作
製方法に関する。特に、本発明は結晶質半導体膜で活性
領域を形成する薄膜トランジスタ、前記薄膜トランジス
タを用いた集積回路などの半導体装置、それらの半導体
装置の作製方法に関する。なお、本明細書において半導
体装置とは、半導体特性を利用して機能する装置全般の
ことをいい、例えば半導体集積回路、アクティブマトリ
クス型表示装置、半導体集積回路やアクティブマトリク
ス型表示装置などを搭載した電子機器などその他の電子
機器が含まれる。
【０００２】
【従来の技術】フラットパネルディスプレイの１種であ
るアクティブマトリクス型ディスプレイの開発において
は、画素部の素子や、画素部を駆動する集積回路のトラ
ンジスタとして、結晶構造を有する結晶質半導体膜を活
性層に用いた薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記
す。）を作製する技術が開発され、同一のガラス基板や
石英基板上に、画素部と当該画素部の駆動に必要な駆動
回路などの集積回路を集積したモノシリック型ディスプ
レイが、実現されている。現在では、非晶質シリコン膜
を結晶化した多結晶シリコン膜を用いたＴＦＴで作製さ
れたアクティブマトリクス型液晶表示装置を搭載したノ
ートパソコンや携帯電話など、様々な商品が販売されて
いる。
るアクティブマトリクス型ディスプレイの開発において
は、画素部の素子や、画素部を駆動する集積回路のトラ
ンジスタとして、結晶構造を有する結晶質半導体膜を活
性層に用いた薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記
す。）を作製する技術が開発され、同一のガラス基板や
石英基板上に、画素部と当該画素部の駆動に必要な駆動
回路などの集積回路を集積したモノシリック型ディスプ
レイが、実現されている。現在では、非晶質シリコン膜
を結晶化した多結晶シリコン膜を用いたＴＦＴで作製さ
れたアクティブマトリクス型液晶表示装置を搭載したノ
ートパソコンや携帯電話など、様々な商品が販売されて
いる。
【０００３】モノシリック型のアクティブマトリクス型
ディスプレイのさらなる高画素化・高精細化を実現する
には、動作速度の速い、即ち高い電界効果移動度のＴＦ
Ｔが求められている。高い電界効果移動度とするために
は、非晶質シリコン膜を結晶化した結晶質シリコン膜を
用いてＴＦＴを作製する必要があり、このため、シリコ
ン膜など結晶化技術について鋭意研究がされている。結
晶化技術として、非晶質半導体膜を加熱炉やＲＴＡ装置
によりで加熱して固相成長させる方法、レーザー光の照
射により加熱して結晶化させる方法などが知られてい
る。
ディスプレイのさらなる高画素化・高精細化を実現する
には、動作速度の速い、即ち高い電界効果移動度のＴＦ
Ｔが求められている。高い電界効果移動度とするために
は、非晶質シリコン膜を結晶化した結晶質シリコン膜を
用いてＴＦＴを作製する必要があり、このため、シリコ
ン膜など結晶化技術について鋭意研究がされている。結
晶化技術として、非晶質半導体膜を加熱炉やＲＴＡ装置
によりで加熱して固相成長させる方法、レーザー光の照
射により加熱して結晶化させる方法などが知られてい
る。
【０００４】ＴＦＴの電界効果移動度を高くするには、
散乱されることなく、キャリアをチャネルでスムーズに
移動させればよいが、現在実用化されている結晶質シリ
コン膜を用いたＴＦＴでは、チャネルに多くの粒界があ
るため、シリコンウエハを用いたトランジスタほどＴＦ
Ｔの電界効果移動度を高くすることができない。
散乱されることなく、キャリアをチャネルでスムーズに
移動させればよいが、現在実用化されている結晶質シリ
コン膜を用いたＴＦＴでは、チャネルに多くの粒界があ
るため、シリコンウエハを用いたトランジスタほどＴＦ
Ｔの電界効果移動度を高くすることができない。
【０００５】そこで、ＴＦＴの電界効果移動度を単結晶
シリコンウエハのトランジスタに近づけるため、チャネ
ルの半導体の結晶粒を大きくすることが試みられてい
る。結晶粒を大きくすることで、ＴＦＴのチャネルでの
半導体の結晶粒界の数が少なくなるため、キャリアが結
晶粒界で散乱される確率を少なくすることができるから
である。
シリコンウエハのトランジスタに近づけるため、チャネ
ルの半導体の結晶粒を大きくすることが試みられてい
る。結晶粒を大きくすることで、ＴＦＴのチャネルでの
半導体の結晶粒界の数が少なくなるため、キャリアが結
晶粒界で散乱される確率を少なくすることができるから
である。
【０００６】また、半導体中のキャリアの流れ易さは、
結晶方位によっても異なることが知られているが、従来
の結晶化技術ではチャネルの内を流れるキャリアの方向
の結晶方位をそろえることは非常に困難である。上記の
ような従来の結晶化技術では、非晶質シリコン膜に偶発
的に発生した結晶核を種として結晶成長するため、結晶
粒界を全くなくすこともできないし、また結晶粒界の位
置や、結晶方位を制御することも非常に困難である。
結晶方位によっても異なることが知られているが、従来
の結晶化技術ではチャネルの内を流れるキャリアの方向
の結晶方位をそろえることは非常に困難である。上記の
ような従来の結晶化技術では、非晶質シリコン膜に偶発
的に発生した結晶核を種として結晶成長するため、結晶
粒界を全くなくすこともできないし、また結晶粒界の位
置や、結晶方位を制御することも非常に困難である。
【０００７】このように結晶粒界の位置や結晶方位をそ
ろえることができないということは、結晶化されたシリ
コン膜は場所ごとに結晶構造が違うということであり、
よって同じシリコン膜を用いてＴＦＴを作製しても、場
所ごとにＴＦＴの特性がばらつくという原因の１つとも
なる。
ろえることができないということは、結晶化されたシリ
コン膜は場所ごとに結晶構造が違うということであり、
よって同じシリコン膜を用いてＴＦＴを作製しても、場
所ごとにＴＦＴの特性がばらつくという原因の１つとも
なる。
【０００８】さらに、ＴＦＴには、電界効果移動度の
他、スイッチング素子として、しきい値電圧値が小さい
こと、サブスレッショルド値（Ｓ値）が小さいという特
性も求められている。これらの特性を良くするには、チ
ャネル部の半導体膜の膜厚を薄くすると良いことが知ら
れている。これは、チャネル部の半導体膜を薄くすると
膜厚方向（縦方向）への空乏層（チャネル）の広がりが
抑制されるため、Ｉ−Ｖ特性のサブスレッショルド領域
の特性が改善されるためである。
他、スイッチング素子として、しきい値電圧値が小さい
こと、サブスレッショルド値（Ｓ値）が小さいという特
性も求められている。これらの特性を良くするには、チ
ャネル部の半導体膜の膜厚を薄くすると良いことが知ら
れている。これは、チャネル部の半導体膜を薄くすると
膜厚方向（縦方向）への空乏層（チャネル）の広がりが
抑制されるため、Ｉ−Ｖ特性のサブスレッショルド領域
の特性が改善されるためである。
【０００９】多結晶シリコン膜を用いたＴＦＴの場合で
あれば、通常チャネル形成領域の膜厚は６０ｎｍ以下程
度までに薄くすることが望ましい。しかしながら、加熱
炉などを用いた固相成長による結晶化の場合、膜厚が薄
くなると、結晶粒径が大きくなりにくくなる。
あれば、通常チャネル形成領域の膜厚は６０ｎｍ以下程
度までに薄くすることが望ましい。しかしながら、加熱
炉などを用いた固相成長による結晶化の場合、膜厚が薄
くなると、結晶粒径が大きくなりにくくなる。
【００１０】また、ＹＡＧレーザーなどの連続発振レー
ザー光や、エキシマレーザーなどのパルス発振レーザー
光による結晶化の場合も、成長の場合と同様に、非晶質
シリコン膜の膜厚を薄くすることは難しい。それは、ア
ブレーションしやすくなり、最適なエネルギーのマージ
ンが狭くなるという新たな問題点が生ずるからであり、
連続発振レーザー光の場合では、６０ｎｍ以上、エキシ
マレーザーの場合では５０ｎｍ以上の厚さにしないと、
最適なエネルギーを設定することが難しくなり、また再
現性よく結晶化することも難しくなる。
ザー光や、エキシマレーザーなどのパルス発振レーザー
光による結晶化の場合も、成長の場合と同様に、非晶質
シリコン膜の膜厚を薄くすることは難しい。それは、ア
ブレーションしやすくなり、最適なエネルギーのマージ
ンが狭くなるという新たな問題点が生ずるからであり、
連続発振レーザー光の場合では、６０ｎｍ以上、エキシ
マレーザーの場合では５０ｎｍ以上の厚さにしないと、
最適なエネルギーを設定することが難しくなり、また再
現性よく結晶化することも難しくなる。
【００１１】また従来から、ＴＦＴのチャネル部の半導
体膜を薄くするには、熱酸化を用いる方法が知られてい
るが、この方法では、石英基板やシリコンウエハのよう
な耐熱性のある限定された基板しか用いることができな
い。
体膜を薄くするには、熱酸化を用いる方法が知られてい
るが、この方法では、石英基板やシリコンウエハのよう
な耐熱性のある限定された基板しか用いることができな
い。
【００１２】例えば、下記の特許文献１には、従来のエ
キシマレーザー光による結晶化のプロセスマージンが狭
いという問題点を解消するための非晶質シリコン膜の結
晶化方法が記載されている。
キシマレーザー光による結晶化のプロセスマージンが狭
いという問題点を解消するための非晶質シリコン膜の結
晶化方法が記載されている。
【００１３】特許文献１には、２本の帯状の非晶質シリ
コン膜を形成し、それをエキシマレーザーにより溶融再
結晶化し、２本の多結晶シリコン膜を形成する。その上
層に非晶質シリコン膜を形成する。そして固相成長法に
より、２本の帯状の多結晶シリコン膜を種結晶として、
上層の非晶質シリコン膜を結晶化させて、多結晶シリコ
ン膜を形成していることが記載されている。また、この
上層の多結晶シリコン膜は、下層の２本の帯状多結晶シ
リコン膜を種として結晶成長させることにより、結晶粒
の粒径を均一にし、かつ大きな粒径とすることできるこ
とが記載されている。
コン膜を形成し、それをエキシマレーザーにより溶融再
結晶化し、２本の多結晶シリコン膜を形成する。その上
層に非晶質シリコン膜を形成する。そして固相成長法に
より、２本の帯状の多結晶シリコン膜を種結晶として、
上層の非晶質シリコン膜を結晶化させて、多結晶シリコ
ン膜を形成していることが記載されている。また、この
上層の多結晶シリコン膜は、下層の２本の帯状多結晶シ
リコン膜を種として結晶成長させることにより、結晶粒
の粒径を均一にし、かつ大きな粒径とすることできるこ
とが記載されている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−１２７３０１公報（公報
５〜７頁、第１実施形態参照）
５〜７頁、第１実施形態参照）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
レーザーアニールによる結晶化や、電気炉を用いた固相
成長による非晶質シリコンの結晶化では、偶発的に発生
した結晶核からの結晶成長によるものであり、結晶核の
生成位置と生成密度を制御することができず、しかも、
結晶質半導体膜の面方位を制御することはされていな
い。
レーザーアニールによる結晶化や、電気炉を用いた固相
成長による非晶質シリコンの結晶化では、偶発的に発生
した結晶核からの結晶成長によるものであり、結晶核の
生成位置と生成密度を制御することができず、しかも、
結晶質半導体膜の面方位を制御することはされていな
い。
【００１６】例えば、上記の特許文献１には、結晶粒を
大粒径化し、その大きさを均一にすることは記載されて
いるが、結晶の面方位を制御することは記載されていな
い。
大粒径化し、その大きさを均一にすることは記載されて
いるが、結晶の面方位を制御することは記載されていな
い。
【００１７】本発明は、上記の問題点を解消し、電界効
果移動度が高く、スレッショルド特性がよい薄膜トラン
ジスタを提供し、また多数の薄膜トランジスタを特性の
ばらつきが小さくなるように作製することを目的とする
ものである。
果移動度が高く、スレッショルド特性がよい薄膜トラン
ジスタを提供し、また多数の薄膜トランジスタを特性の
ばらつきが小さくなるように作製することを目的とする
ものである。
【００１８】また、本発明は、チャネルとなる結晶質半
導体膜の結晶粒界の位置、及び結晶粒の結晶方位を制御
することにより、結晶粒界の方向がチャネル長方向に平
行になるように、かつ結晶成長する軸の方位が一様にな
るように結晶成長させることを可能にする方法を提供す
るものである。なおかつ、ガラス基板のような６００℃
程度の歪み点の基板が利用可能な方法であることを特徴
とする。
導体膜の結晶粒界の位置、及び結晶粒の結晶方位を制御
することにより、結晶粒界の方向がチャネル長方向に平
行になるように、かつ結晶成長する軸の方位が一様にな
るように結晶成長させることを可能にする方法を提供す
るものである。なおかつ、ガラス基板のような６００℃
程度の歪み点の基板が利用可能な方法であることを特徴
とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上述したように、従来の
電気炉やレーザー光を用いた非晶質シリコン膜の結晶化
は、偶発的に発生した結晶核からの結晶成長によるもの
であり、結晶核の生成位置と生成密度を制御することが
できず、しかも、結晶質半導体膜の結晶面の方位をそろ
えることや、結晶粒界の位置を制御することができな
い。上述の課題を解消するため、薄膜トランジスタをな
どの半導体素子のチャネル形成領域に用いられる結晶質
半導体層の新たな作製方法を提供する。
電気炉やレーザー光を用いた非晶質シリコン膜の結晶化
は、偶発的に発生した結晶核からの結晶成長によるもの
であり、結晶核の生成位置と生成密度を制御することが
できず、しかも、結晶質半導体膜の結晶面の方位をそろ
えることや、結晶粒界の位置を制御することができな
い。上述の課題を解消するため、薄膜トランジスタをな
どの半導体素子のチャネル形成領域に用いられる結晶質
半導体層の新たな作製方法を提供する。
【００２０】本発明にかかる半導体装置は、２つの第１
の結晶質半導体層と、前記２つの第１の結晶質半導体層
上に接して設けられた第２の結晶質半導体層とが積層さ
れた半導体を備えた薄膜トランジスタを有する半導体装
置であって、前記薄膜トランジスタのソース領域および
前記ドレイン領域は、それぞれ、前記第１の結晶質半導
体層と第２の結晶質半導体層とが積層した部分に設けら
れ、チャネル形成領域は前記第２の結晶質半導体層でな
り、前記第２の結晶質半導体層のチャネル形成領域は、
｛００１｝、｛１０１｝および｛１１１｝の結晶面のう
ち、｛１１１｝の割合が最も高いことを特徴とする。
の結晶質半導体層と、前記２つの第１の結晶質半導体層
上に接して設けられた第２の結晶質半導体層とが積層さ
れた半導体を備えた薄膜トランジスタを有する半導体装
置であって、前記薄膜トランジスタのソース領域および
前記ドレイン領域は、それぞれ、前記第１の結晶質半導
体層と第２の結晶質半導体層とが積層した部分に設けら
れ、チャネル形成領域は前記第２の結晶質半導体層でな
り、前記第２の結晶質半導体層のチャネル形成領域は、
｛００１｝、｛１０１｝および｛１１１｝の結晶面のう
ち、｛１１１｝の割合が最も高いことを特徴とする。
【００２１】また、本発明にかかる他の半導体装置は、
２つの第１の結晶質半導体層と、前記２つの第１の結晶
質半導体層上に接して設けられた第２の結晶質半導体層
とが積層された半導体層を備えた薄膜トランジスタを有
する半導体装置であって、前記薄膜トランジスタのソー
ス領域および前記ドレイン領域は、それぞれ、前記第１
の結晶質半導体層と第２の結晶質半導体層とが積層した
部分に設けられ、チャネル形成領域は前記第２の結晶質
半導体層でなり、前記第２の結晶質半導体層のチャネル
形成領域は、｛００１｝｛１０１｝および｛１１１｝の
結晶面のうち、｛１０１｝の割合が最も高いことを特徴
とする。
２つの第１の結晶質半導体層と、前記２つの第１の結晶
質半導体層上に接して設けられた第２の結晶質半導体層
とが積層された半導体層を備えた薄膜トランジスタを有
する半導体装置であって、前記薄膜トランジスタのソー
ス領域および前記ドレイン領域は、それぞれ、前記第１
の結晶質半導体層と第２の結晶質半導体層とが積層した
部分に設けられ、チャネル形成領域は前記第２の結晶質
半導体層でなり、前記第２の結晶質半導体層のチャネル
形成領域は、｛００１｝｛１０１｝および｛１１１｝の
結晶面のうち、｛１０１｝の割合が最も高いことを特徴
とする。
【００２２】半導体の結晶方位の分布は反射電子回折パ
ターン（ＥＢＳＰ：Electron Backscatter diffraction
Pattern）により求める。ＥＢＳＰは走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）に専用の検
出器を設け、一次電子の後方散乱から結晶方位を検出す
る手法である（以下、この手法を便宜上ＥＢＳＰ法と呼
ぶ。）。
ターン（ＥＢＳＰ：Electron Backscatter diffraction
Pattern）により求める。ＥＢＳＰは走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）に専用の検
出器を設け、一次電子の後方散乱から結晶方位を検出す
る手法である（以下、この手法を便宜上ＥＢＳＰ法と呼
ぶ。）。
【００２３】結晶構造を持った試料に電子線が入射する
と、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中で
ブラッグ回折による結晶方位に特有の線状パターン(一
般に菊地像と呼ばれる。)も合わせて観察される。ＥＢ
ＳＰ法は検出器スクリーンに映った菊地像を解析するこ
とにより試料の結晶方位を求めている。
と、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中で
ブラッグ回折による結晶方位に特有の線状パターン(一
般に菊地像と呼ばれる。)も合わせて観察される。ＥＢ
ＳＰ法は検出器スクリーンに映った菊地像を解析するこ
とにより試料の結晶方位を求めている。
【００２４】多結晶構造の試料は各結晶粒が異なった結
晶方位を持っている。試料の電子線が当たる位置を移動
させつつ方位解析を繰り返すこと(マッピング測定)で、
面状の試料について結晶方位または配向の情報を得るこ
とができる。入射電子線の太さは、走査型電子顕微鏡の
電子銃のタイプにより異なるが、ショットキー電界放射
型の場合、スポット径が１０〜２０ｎｍの非常に細い電
子線が照射される。マッピング測定では、測定点数が多
いほど、また測定領域が広いほど、結晶配向のより平均
化した情報を得ることができる。実際には、１００×１
００μｍ2の領域で、１００００点（１μｍ間隔）〜４
００００点（０．５μｍ間隔）の程度の測定を行ってい
る。
晶方位を持っている。試料の電子線が当たる位置を移動
させつつ方位解析を繰り返すこと(マッピング測定)で、
面状の試料について結晶方位または配向の情報を得るこ
とができる。入射電子線の太さは、走査型電子顕微鏡の
電子銃のタイプにより異なるが、ショットキー電界放射
型の場合、スポット径が１０〜２０ｎｍの非常に細い電
子線が照射される。マッピング測定では、測定点数が多
いほど、また測定領域が広いほど、結晶配向のより平均
化した情報を得ることができる。実際には、１００×１
００μｍ2の領域で、１００００点（１μｍ間隔）〜４
００００点（０．５μｍ間隔）の程度の測定を行ってい
る。
【００２５】マッピング測定により各結晶粒の結晶方位
がすべて求まると、膜に対する結晶配向の状態を統計的
に知ることができる。図３５は、多結晶構造のシリコン
膜のＥＢＳＰ法により求められる標準三角形の一例を示
す。標準三角形は多結晶構造の試料の優先配向を表示す
る際によく用いられるもので、試料のある特定の面(こ
こでは膜表面)が、どの格子面に一致しているかを集合
的に表示したものである。
がすべて求まると、膜に対する結晶配向の状態を統計的
に知ることができる。図３５は、多結晶構造のシリコン
膜のＥＢＳＰ法により求められる標準三角形の一例を示
す。標準三角形は多結晶構造の試料の優先配向を表示す
る際によく用いられるもので、試料のある特定の面(こ
こでは膜表面)が、どの格子面に一致しているかを集合
的に表示したものである。
【００２６】図３５（Ａ）の扇形状の枠は一般に標準三
角形と呼ばれるもので、この中に立方晶系における全て
の指数が含まれている。またこの図３５中における長さ
は、結晶方位における角度に対応している。たとえば
｛００１｝と｛１０１｝の間は４５度、｛１０１｝と
｛１１１｝の間は３５．２６度、｛１１１｝と｛００
１｝の間は５４．７４度である。また、白抜きの点線は
｛１０１｝からのずれ角５度及び１０度の範囲を示して
いる。
角形と呼ばれるもので、この中に立方晶系における全て
の指数が含まれている。またこの図３５中における長さ
は、結晶方位における角度に対応している。たとえば
｛００１｝と｛１０１｝の間は４５度、｛１０１｝と
｛１１１｝の間は３５．２６度、｛１１１｝と｛００
１｝の間は５４．７４度である。また、白抜きの点線は
｛１０１｝からのずれ角５度及び１０度の範囲を示して
いる。
【００２７】図３５（Ａ）は、マッピングにおける全測
定点(この例では１１，６５５点)を標準三角形内にプロ
ットしたものである。｛１０１｝付近で点の密度が濃く
なっていることがわかる。図３５（Ｂ）は、このような
点の集中度を等高線表示したものである。図中の数値は
各結晶粒が完全に無秩序な配向だと仮定した場合、すな
わち標準三角形内に点を偏りなく分布させた場合に対す
る倍率を示しており無次元数である。
定点(この例では１１，６５５点)を標準三角形内にプロ
ットしたものである。｛１０１｝付近で点の密度が濃く
なっていることがわかる。図３５（Ｂ）は、このような
点の集中度を等高線表示したものである。図中の数値は
各結晶粒が完全に無秩序な配向だと仮定した場合、すな
わち標準三角形内に点を偏りなく分布させた場合に対す
る倍率を示しており無次元数である。
【００２８】特定の指数（ここでは｛１０１｝）に優先
配向していることがわかった場合、その指数近傍にどの
程度の結晶粒が集まっているか、その割合を数値化する
ことで、優先配向の度合いをよりイメージしやすくな
る。
配向していることがわかった場合、その指数近傍にどの
程度の結晶粒が集まっているか、その割合を数値化する
ことで、優先配向の度合いをよりイメージしやすくな
る。
【００２９】例えば図３５（Ａ）に例示した標準三角形
において、｛１０１｝からのはずれ角（許容値の角度）
を５度以内、１０度以内と適宜に決めて、（図中に白点
線で示す。）に存在する点数の全体に対する割合を配向
率として次式により求めることができる。
において、｛１０１｝からのはずれ角（許容値の角度）
を５度以内、１０度以内と適宜に決めて、（図中に白点
線で示す。）に存在する点数の全体に対する割合を配向
率として次式により求めることができる。
【００３０】｛１０１｝配向率＝｛１０１｝格子面と膜
表面とがなす角度が許容値以内の測定点の数÷測定点の
総数
表面とがなす角度が許容値以内の測定点の数÷測定点の
総数
【００３１】この割合は、次のように説明することもで
きる。図３５（Ａ）のような｛１０１｝付近に分布が集
中している実際の結晶質シリコン膜においては、各結晶
粒の＜１０１＞方位は基板に垂直な方向であるが、基板
に対する理想的な法線方向ではなく、各結晶粒の結晶軸
は法線の周りにやや揺らぎを持って並んでいると考えら
れる。この揺らぎの角度（法線からのずれ角）を許容値
として、例えば５度、１０度と設定して、それより、結
晶軸の法線方向からの揺らぎがこの許容値よりも小さい
ものを上記の式における右辺の分子として配向率を算出
するのが、上記の式の意味するところである。
きる。図３５（Ａ）のような｛１０１｝付近に分布が集
中している実際の結晶質シリコン膜においては、各結晶
粒の＜１０１＞方位は基板に垂直な方向であるが、基板
に対する理想的な法線方向ではなく、各結晶粒の結晶軸
は法線の周りにやや揺らぎを持って並んでいると考えら
れる。この揺らぎの角度（法線からのずれ角）を許容値
として、例えば５度、１０度と設定して、それより、結
晶軸の法線方向からの揺らぎがこの許容値よりも小さい
ものを上記の式における右辺の分子として配向率を算出
するのが、上記の式の意味するところである。
【００３２】例えば、ある結晶粒の＜１０１＞方位は、
許容角度が５度の範囲には含まれないが、許容角度が１
０度の範囲には含まれていることになる。後述のデータ
においては、上記のずれ角の許容値を５度と定め、それ
を満たす結晶粒の割合として、結晶の配向率を算出すれ
ばよい。
許容角度が５度の範囲には含まれないが、許容角度が１
０度の範囲には含まれていることになる。後述のデータ
においては、上記のずれ角の許容値を５度と定め、それ
を満たす結晶粒の割合として、結晶の配向率を算出すれ
ばよい。
【００３３】なお、本明細書中において、走査型電子顕
微鏡としては、日立サイエンスシステムズ社製のＳ−４
３００ＳＥ形走査電子顕微鏡を用い、専用の検出器に
は、ＴＳＬ社製の「0rientation Imaging Microscope」を
用いている。
微鏡としては、日立サイエンスシステムズ社製のＳ−４
３００ＳＥ形走査電子顕微鏡を用い、専用の検出器に
は、ＴＳＬ社製の「0rientation Imaging Microscope」を
用いている。
【００３４】本発明においては、チャネル形成領域とな
る半導体層を結晶化するために、下層に、結晶成長の種
となる第１の結晶質半導体膜を形成し、当該の結晶質半
導体膜の上に密着させて、上層に非晶質半導体膜を形成
する。さらに、上層の非晶質半導体膜に連続発振レーザ
ー光またはパルス発振レーザー光を基板に対して相対的
に移動しながら照射することにより、下層の結晶質半導
体を種にして、上層の非晶質半導体膜を結晶化させる。
得られた上層の結晶質半導体層を薄膜トランジスタやダ
イオードなどの半導体素子のチャネルとして用い、ま
た、下層の第１の結晶質半導体層と上層の第２の結晶質
半導体層が重なっている領域を、ソース領域、ドレイン
領域などの不純物領域に用いることを特徴とする。
る半導体層を結晶化するために、下層に、結晶成長の種
となる第１の結晶質半導体膜を形成し、当該の結晶質半
導体膜の上に密着させて、上層に非晶質半導体膜を形成
する。さらに、上層の非晶質半導体膜に連続発振レーザ
ー光またはパルス発振レーザー光を基板に対して相対的
に移動しながら照射することにより、下層の結晶質半導
体を種にして、上層の非晶質半導体膜を結晶化させる。
得られた上層の結晶質半導体層を薄膜トランジスタやダ
イオードなどの半導体素子のチャネルとして用い、ま
た、下層の第１の結晶質半導体層と上層の第２の結晶質
半導体層が重なっている領域を、ソース領域、ドレイン
領域などの不純物領域に用いることを特徴とする。
【００３５】本発明においては、結晶の種となる下層の
結晶質半導体膜の結晶方位をそろえ、結晶方位がそろっ
ている結晶面から上層の非晶質半導体層をキャリアの流
れる方向（チャネル長方向）に平行になるように結晶成
長（ラテラル成長）させることで、チャネル長方向につ
いて、結晶質半導体層の結晶方位を一様なものとし、ま
た結晶粒界の位置を制御する。
結晶質半導体膜の結晶方位をそろえ、結晶方位がそろっ
ている結晶面から上層の非晶質半導体層をキャリアの流
れる方向（チャネル長方向）に平行になるように結晶成
長（ラテラル成長）させることで、チャネル長方向につ
いて、結晶質半導体層の結晶方位を一様なものとし、ま
た結晶粒界の位置を制御する。
【００３６】このため、本発明の下層の第１結晶質半導
体層を形成する方法の１つは、基板の上に非晶質半導体
でなる第１の半導体膜を形成し、半導体の結晶化エネル
ギーを低下させる金属元素を前記第１の半導体膜に選択
的に添加し、加熱処理により、前記第１の半導体膜を結
晶化し、結晶化された前記第１の半導体膜を所定の形状
にパターニングして、第１の結晶質半導体層を形成する
ことを含む方法である。得られる第１の結晶質半導体層
は、｛００１｝｛１０１｝および｛１１１｝の結晶面の
うち、｛１１１｝の配向率が最も高くなっている。
体層を形成する方法の１つは、基板の上に非晶質半導体
でなる第１の半導体膜を形成し、半導体の結晶化エネル
ギーを低下させる金属元素を前記第１の半導体膜に選択
的に添加し、加熱処理により、前記第１の半導体膜を結
晶化し、結晶化された前記第１の半導体膜を所定の形状
にパターニングして、第１の結晶質半導体層を形成する
ことを含む方法である。得られる第１の結晶質半導体層
は、｛００１｝｛１０１｝および｛１１１｝の結晶面の
うち、｛１１１｝の配向率が最も高くなっている。
【００３７】上記第１の非晶質半導体膜として、シリコ
ン、シリコンとゲルマニウムの化合物（ＳｉxＧｅ
1-x（０＜ｘ＜１））、ゲルマニウムの単体でなる非晶
質ゲルマニウムが用いられる。
ン、シリコンとゲルマニウムの化合物（ＳｉxＧｅ
1-x（０＜ｘ＜１））、ゲルマニウムの単体でなる非晶
質ゲルマニウムが用いられる。
【００３８】前記金属元素は、シリコン（Ｓｉ）やゲル
マニウム（Ｇｅ）と反応して金属化合物を形成する金属
元素であって、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｔｉ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｒｈのいずれかの元素を用いること
ができる。
マニウム（Ｇｅ）と反応して金属化合物を形成する金属
元素であって、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｔｉ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｒｈのいずれかの元素を用いること
ができる。
【００３９】上記金属元素としては、Ｎｉが最も好適に
用いることができる。半導体がシリコンである場合を例
に取ると、ニッケルとシリコンが反応してできるニッケ
ルシリサイド（ＮｉＳｉ2）は蛍石型の結晶構造であ
り、ＮｉＳｉ2の格子定数は、他のシリサイドに対し
て、単結晶シリコンの格子定数に最も近いからと考えら
れる。
用いることができる。半導体がシリコンである場合を例
に取ると、ニッケルとシリコンが反応してできるニッケ
ルシリサイド（ＮｉＳｉ2）は蛍石型の結晶構造であ
り、ＮｉＳｉ2の格子定数は、他のシリサイドに対し
て、単結晶シリコンの格子定数に最も近いからと考えら
れる。
【００４０】前記金属元素を添加する方法は、金属元素
や金属元素の化合物を溶解させた溶液や、金属元素や金
属元素の化合物を含むペーストを塗布する方法や、スパ
ッタ法やＣＶＤ法により金属元素や金属元素の化合物を
非晶質半導体膜上に形成する方法や、プラズマドーピン
グやイオン注入法など金属元素のイオンを加速して半導
体膜に添加する方法や、金属元素を含むプラズマで非晶
質半導体膜を処理する方法などがあげられる。
や金属元素の化合物を溶解させた溶液や、金属元素や金
属元素の化合物を含むペーストを塗布する方法や、スパ
ッタ法やＣＶＤ法により金属元素や金属元素の化合物を
非晶質半導体膜上に形成する方法や、プラズマドーピン
グやイオン注入法など金属元素のイオンを加速して半導
体膜に添加する方法や、金属元素を含むプラズマで非晶
質半導体膜を処理する方法などがあげられる。
【００４１】ニッケルなどの金属元素が半導体と反応し
て、金属化合物（シリコンの場合ならシリサイド）を形
成するために要するエネルギーは、非晶質シリコン等の
半導体を結晶化させるためのエネルギーよりも低い。そ
のため、非晶質シリコン膜などを金属元素と反応させて
化合物を形成することで結晶化を行うことで、半導体膜
に自然核が発生するよりも低い温度（エネルギー）で結
晶化させることができる。
て、金属化合物（シリコンの場合ならシリサイド）を形
成するために要するエネルギーは、非晶質シリコン等の
半導体を結晶化させるためのエネルギーよりも低い。そ
のため、非晶質シリコン膜などを金属元素と反応させて
化合物を形成することで結晶化を行うことで、半導体膜
に自然核が発生するよりも低い温度（エネルギー）で結
晶化させることができる。
【００４２】上記の第１の結晶質半導体の結晶化方法に
おいては、第１の非晶質半導体膜の部分的に金属元素を
添加することにより、ある所定の結晶面に対する配向率
が高い結晶質半導体膜を形成する方法であるが、シリコ
ンを主成分としゲルマニウムを含む非晶質半導体を第１
の半導体膜として形成することで、金属元素を添加する
位置を特に制御しなくとも、｛００１｝｛１０１｝およ
び｛１１１｝の結晶面のうち、｛１０１｝の配向率が最
も高い結晶質半導体膜を形成することが可能になる。
おいては、第１の非晶質半導体膜の部分的に金属元素を
添加することにより、ある所定の結晶面に対する配向率
が高い結晶質半導体膜を形成する方法であるが、シリコ
ンを主成分としゲルマニウムを含む非晶質半導体を第１
の半導体膜として形成することで、金属元素を添加する
位置を特に制御しなくとも、｛００１｝｛１０１｝およ
び｛１１１｝の結晶面のうち、｛１０１｝の配向率が最
も高い結晶質半導体膜を形成することが可能になる。
【００４３】すなわち、本発明の下層の第１の結晶質半
導体層を形成する他の方法は、基板の上にゲルマニウム
を含むシリコンを主成分とする非晶質半導体膜でなる第
１の非晶質半導体膜を形成し、半導体の結晶化エネルギ
ーを低下させる金属元素を前記第１の非晶質半導体膜に
添加し、前記第１の非晶質半導体膜を加熱することによ
り、結晶化し、結晶化された第１の結晶質半導体膜を所
定の形状にパターニングして、結晶質半導体でなる第１
結晶質半導体層を形成することを含むものである。
導体層を形成する他の方法は、基板の上にゲルマニウム
を含むシリコンを主成分とする非晶質半導体膜でなる第
１の非晶質半導体膜を形成し、半導体の結晶化エネルギ
ーを低下させる金属元素を前記第１の非晶質半導体膜に
添加し、前記第１の非晶質半導体膜を加熱することによ
り、結晶化し、結晶化された第１の結晶質半導体膜を所
定の形状にパターニングして、結晶質半導体でなる第１
結晶質半導体層を形成することを含むものである。
【００４４】上記の第１の結晶質半導体層を形成する方
法において、用いられる金属元素、および金属元素の添
加方法、また非晶質半導体でなる第１の半導体を結晶化
する方法は、上述した｛１１１｝の配向率が最も高い結
晶質半導体層を形成する場合と同じにすることができ、
前記金属元素としては、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウ
ム（Ｇｅ）と反応して金属化合物を形成する金属元素で
あって、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｔｉ，
Ａｕ，Ｃｕ，Ｒｈのいずれかの元素を用いることができ
る。
法において、用いられる金属元素、および金属元素の添
加方法、また非晶質半導体でなる第１の半導体を結晶化
する方法は、上述した｛１１１｝の配向率が最も高い結
晶質半導体層を形成する場合と同じにすることができ、
前記金属元素としては、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウ
ム（Ｇｅ）と反応して金属化合物を形成する金属元素で
あって、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｔｉ，
Ａｕ，Ｃｕ，Ｒｈのいずれかの元素を用いることができ
る。
【００４５】前記金属元素を添加する方法は、金属元素
や金属元素の化合物を溶解させた溶液や、金属元素や金
属元素の化合物を含むペーストを塗布する方法や、スパ
ッタ法やＣＶＤ法により金属元素や金属元素の化合物を
非晶質半導体膜上に形成する方法や、プラズマドーピン
グやイオン注入法など金属元素のイオンを加速して半導
体膜に添加する方法や、金属元素を含むプラズマで非晶
質半導体膜を処理する方法などがあげられる。
や金属元素の化合物を溶解させた溶液や、金属元素や金
属元素の化合物を含むペーストを塗布する方法や、スパ
ッタ法やＣＶＤ法により金属元素や金属元素の化合物を
非晶質半導体膜上に形成する方法や、プラズマドーピン
グやイオン注入法など金属元素のイオンを加速して半導
体膜に添加する方法や、金属元素を含むプラズマで非晶
質半導体膜を処理する方法などがあげられる。
【００４６】上記の金属元素を用いた非晶質半導体膜を
結晶化のための加熱は、電気炉内での加熱処理や、赤外
光ランプによる熱放射を利用する方法など、非晶質半導
体膜を固相成長できる手段が選ばれる。
結晶化のための加熱は、電気炉内での加熱処理や、赤外
光ランプによる熱放射を利用する方法など、非晶質半導
体膜を固相成長できる手段が選ばれる。
【００４７】また、本発明においては、金属元素を用い
て第１の非晶質半導体膜を結晶化した場合には、結晶化
後、結晶化された第１の半導体膜から意図的に添加した
金属元素を除去するために、ゲッタリング処理を行って
もよい。
て第１の非晶質半導体膜を結晶化した場合には、結晶化
後、結晶化された第１の半導体膜から意図的に添加した
金属元素を除去するために、ゲッタリング処理を行って
もよい。
【００４８】ゲッタリングの方法には、結晶化された半
導体膜上にゲッタリングシンクとなる膜を形成し、加熱
処理を行って、ゲッタリングシンクに金属元素を吸い取
らせる方法があげられる。ゲッタリングシンクとなる膜
は、アルゴンを含んだ非晶質シリコン膜や、リンを含ん
だ非晶質シリコン膜などを用いることができる。
導体膜上にゲッタリングシンクとなる膜を形成し、加熱
処理を行って、ゲッタリングシンクに金属元素を吸い取
らせる方法があげられる。ゲッタリングシンクとなる膜
は、アルゴンを含んだ非晶質シリコン膜や、リンを含ん
だ非晶質シリコン膜などを用いることができる。
【００４９】これまで、種となる第１の半導体膜の結晶
化方法として、金属元素を添加して結晶化する方法を説
明したが、金属元素を添加しない結晶化方法を用いるこ
とができる。その結晶化方法の１つは、下層の非晶質半
導体を連続発振レーザー光により結晶化するものであ
り、その１つは、基板の上に非晶質半導体でなる第１の
半導体膜を形成し、連続発振レーザー光による照射領域
を前記基板に対して相対的に移動させながら、前記第１
の半導体膜に前記連続発振レーザー光を照射して、結晶
化させ、結晶化された前記第１の半導体膜を所定の形状
にパターニングし、結晶質半導体でなる第１の結晶質半
導体層を形成するという構成を有する。
化方法として、金属元素を添加して結晶化する方法を説
明したが、金属元素を添加しない結晶化方法を用いるこ
とができる。その結晶化方法の１つは、下層の非晶質半
導体を連続発振レーザー光により結晶化するものであ
り、その１つは、基板の上に非晶質半導体でなる第１の
半導体膜を形成し、連続発振レーザー光による照射領域
を前記基板に対して相対的に移動させながら、前記第１
の半導体膜に前記連続発振レーザー光を照射して、結晶
化させ、結晶化された前記第１の半導体膜を所定の形状
にパターニングし、結晶質半導体でなる第１の結晶質半
導体層を形成するという構成を有する。
【００５０】他の１つは、基板の上に非晶質半導体でな
る第１の半導体膜を形成し、非晶質半導体でなる前記第
１の半導体膜を所定の形状にパターニングして、第１の
非晶質半導体層を形成し、連続発振レーザー光による照
射領域を前記基板に対して相対的に移動させながら、前
記第１の非晶質半導体層に前記連続発振レーザー光を照
射して、結晶化させて、第１の結晶質半導体層を形成す
ることを有する方法である。
る第１の半導体膜を形成し、非晶質半導体でなる前記第
１の半導体膜を所定の形状にパターニングして、第１の
非晶質半導体層を形成し、連続発振レーザー光による照
射領域を前記基板に対して相対的に移動させながら、前
記第１の非晶質半導体層に前記連続発振レーザー光を照
射して、結晶化させて、第１の結晶質半導体層を形成す
ることを有する方法である。
【００５１】本発明では、第１の結晶質半導体層は所定
の形状にパターニングされるが、その形状は、特徴的に
は、上層の第２の非晶質半導体膜を結晶化するための種
結晶となると共に、薄膜トランジスタのソース領域や、
ドレイン領域のような、電極や配線との接続部としても
機能するようにパターニングされる。
の形状にパターニングされるが、その形状は、特徴的に
は、上層の第２の非晶質半導体膜を結晶化するための種
結晶となると共に、薄膜トランジスタのソース領域や、
ドレイン領域のような、電極や配線との接続部としても
機能するようにパターニングされる。
【００５２】そして、本発明では、上述したいずれかの
方法により形成された第１の結晶質半導体層上に、前記
第１の結晶質半導体層の上に接して、非晶質半導体でな
る第２の半導体膜を形成し、前記第１の結晶質半導体層
と重なる領域と重ならない領域とを含むように、前記第
２の半導体膜を所定の形状にパターニングして、第２の
非晶質半導体層を形成し、連続発振レーザー光を前記基
板に対して相対的に移動させながら、前記第２の非晶質
半導体層に照射して、前記第２の非晶質半導体層を結晶
化し、第２の結晶質半導体層を形成する半導体装置の作
製方法であって、前記第２の非晶質半導体層の結晶化に
おいて、前記第２の非晶質半導体層が前記第１の結晶質
半導体層と重なっている領域から、前記第１の結晶質半
導体層と重なっていない領域へと、前記連続発振レーザ
ー光の照射領域を移動させることを特徴とする。
方法により形成された第１の結晶質半導体層上に、前記
第１の結晶質半導体層の上に接して、非晶質半導体でな
る第２の半導体膜を形成し、前記第１の結晶質半導体層
と重なる領域と重ならない領域とを含むように、前記第
２の半導体膜を所定の形状にパターニングして、第２の
非晶質半導体層を形成し、連続発振レーザー光を前記基
板に対して相対的に移動させながら、前記第２の非晶質
半導体層に照射して、前記第２の非晶質半導体層を結晶
化し、第２の結晶質半導体層を形成する半導体装置の作
製方法であって、前記第２の非晶質半導体層の結晶化に
おいて、前記第２の非晶質半導体層が前記第１の結晶質
半導体層と重なっている領域から、前記第１の結晶質半
導体層と重なっていない領域へと、前記連続発振レーザ
ー光の照射領域を移動させることを特徴とする。
【００５３】また、本発明では、第２の非晶質半導体層
を結晶化するのに、連続発振レーザー光を照射する代り
に、パルス発振レーザー光を照射してもよい。この場合
はレーザー光の移動方法が異なり、前記第２の非晶質半
導体層の結晶化において、前記第２の非晶質半導体層が
前記第１の結晶質半導体層と重なっている領域と、前記
第１の結晶質半導体層と重なっていない領域との双方
が、前記パルス発振レーザー光の照射領域に含まれるよ
うに、前記パルス発振レーザー光を移動させる。
を結晶化するのに、連続発振レーザー光を照射する代り
に、パルス発振レーザー光を照射してもよい。この場合
はレーザー光の移動方法が異なり、前記第２の非晶質半
導体層の結晶化において、前記第２の非晶質半導体層が
前記第１の結晶質半導体層と重なっている領域と、前記
第１の結晶質半導体層と重なっていない領域との双方
が、前記パルス発振レーザー光の照射領域に含まれるよ
うに、前記パルス発振レーザー光を移動させる。
【００５４】上述したように照射領域を移動しながら連
続発振レーザー光またはパルス発振レーザー光を照射す
ることで、前記第１の結晶質半導体層を種として、第２
非晶質半導体層において被形成面（基板の平面）に対し
て水平方向に結晶成長が進行し、また、第１結晶質半導
体層の結晶面を複写するように進行する。したがって、
第１の結晶質半導体層の結晶方位がそろっている面から
結晶成長させることで、第２結晶質半導体層の第１結晶
質半導体層と重なっていない領域を一定方向に、かつ結
晶方位をそろえて結晶成長させることができる。
続発振レーザー光またはパルス発振レーザー光を照射す
ることで、前記第１の結晶質半導体層を種として、第２
非晶質半導体層において被形成面（基板の平面）に対し
て水平方向に結晶成長が進行し、また、第１結晶質半導
体層の結晶面を複写するように進行する。したがって、
第１の結晶質半導体層の結晶方位がそろっている面から
結晶成長させることで、第２結晶質半導体層の第１結晶
質半導体層と重なっていない領域を一定方向に、かつ結
晶方位をそろえて結晶成長させることができる。
【００５５】よって、上記結晶構造を有する第２結晶質
半導体層の第１結晶質半導体層と重なっていない領域を
半導体素子のチャネル形成領域とする場合には、この領
域の結晶成長方向がチャネル長方向（キャリアの移動方
向）と平行になるようにする。
半導体層の第１結晶質半導体層と重なっていない領域を
半導体素子のチャネル形成領域とする場合には、この領
域の結晶成長方向がチャネル長方向（キャリアの移動方
向）と平行になるようにする。
【００５６】本発明において、半導体の結晶構造が非晶
質であるとは、狭義の意味での非晶質構造を指すだけで
なく、部分的に微結晶を含む非晶質半導体をも含むもの
とする。
質であるとは、狭義の意味での非晶質構造を指すだけで
なく、部分的に微結晶を含む非晶質半導体をも含むもの
とする。
【００５７】本発明において、連続発振レーザー光は、
気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置から射出
されるレーザー光が選択できる。例えば、固体レーザー
発振装置としては、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌ
Ｏ3などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃ
ｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使ったレーザー発
振装置がある。このレーザー発振装置から射出される基
本波の波長は、結晶にドープされる元素によっても異な
るが、１μｍから２μｍの範囲の波長である。
気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置から射出
されるレーザー光が選択できる。例えば、固体レーザー
発振装置としては、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌ
Ｏ3などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃ
ｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使ったレーザー発
振装置がある。このレーザー発振装置から射出される基
本波の波長は、結晶にドープされる元素によっても異な
るが、１μｍから２μｍの範囲の波長である。
【００５８】また、気体レーザー発振装置としては、ア
ルゴンレーザー、クリプトンレーザーなどの気体レーザ
ー発振装置が選択できる。
ルゴンレーザー、クリプトンレーザーなどの気体レーザ
ー発振装置が選択できる。
【００５９】本発明においては、パルス発振レーザーに
は、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ等のハロゲン化物の気体
を用いたエキシマレーザー発振装置や、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅ
ｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープしたＹＡ
Ｇ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶を用いた固
体レーザー発振装置を用いることができる。エキシマレ
ーザー発振装置から射出されるレーザー光は、４００ｎ
ｍ〜２００ｎｍの波長域の紫外光であるが、固体レーザ
ー光の場合、結晶から励起される基本波の波長が１〜２
μｍ程度である。
は、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ等のハロゲン化物の気体
を用いたエキシマレーザー発振装置や、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅ
ｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープしたＹＡ
Ｇ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶を用いた固
体レーザー発振装置を用いることができる。エキシマレ
ーザー発振装置から射出されるレーザー光は、４００ｎ
ｍ〜２００ｎｍの波長域の紫外光であるが、固体レーザ
ー光の場合、結晶から励起される基本波の波長が１〜２
μｍ程度である。
【００６０】レーザー光のエネルギーが効率よく非晶質
半導体膜の結晶化に使われるために、結晶化させる非晶
質半導体膜に実際に照射される連続発振レーザー光の波
長は、非晶質半導体膜で効果的に吸収される波長、可視
域から紫外域の波長とするのが好ましい。したがって、
レーザー発振装置で励起される基本波が１μｍから２μ
ｍのレーザーの場合ならば、基本波の第２高調波〜第４
高調波を適用するのが好ましい。代表的には、非晶質珪
素膜の結晶化に際して、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー発振装置
（連続発振でもパルス発振でも）の場合、結晶から励起
される基本波の波長は１０６４ｎｍであるので、照射す
るレーザー光は第２高調波（５３２ｎｍ）を用いるとよ
い。
半導体膜の結晶化に使われるために、結晶化させる非晶
質半導体膜に実際に照射される連続発振レーザー光の波
長は、非晶質半導体膜で効果的に吸収される波長、可視
域から紫外域の波長とするのが好ましい。したがって、
レーザー発振装置で励起される基本波が１μｍから２μ
ｍのレーザーの場合ならば、基本波の第２高調波〜第４
高調波を適用するのが好ましい。代表的には、非晶質珪
素膜の結晶化に際して、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー発振装置
（連続発振でもパルス発振でも）の場合、結晶から励起
される基本波の波長は１０６４ｎｍであるので、照射す
るレーザー光は第２高調波（５３２ｎｍ）を用いるとよ
い。
【００６１】なお、本明細書において、半導体の結晶化
以外にも連続発振レーザー光やパルス発振レーザー光を
照射する場合は、上記のレーザー装置が利用できる。
以外にも連続発振レーザー光やパルス発振レーザー光を
照射する場合は、上記のレーザー装置が利用できる。
【００６２】また、本発明において、連続発振レーザー
光またはパルス発振レーザー光による照射領域を基板に
対して移動するとは、基板を固定し、走査光学系により
レーザー光を移動させてレーザー光により走査するこ
と、またはレーザー光による照射領域を固定し、移動機
構を備えたステージによって基板を移動させることで、
レーザー光を走査させること、さらに、レーザー光の照
射領域と基板双方を移動させることも含む。
光またはパルス発振レーザー光による照射領域を基板に
対して移動するとは、基板を固定し、走査光学系により
レーザー光を移動させてレーザー光により走査するこ
と、またはレーザー光による照射領域を固定し、移動機
構を備えたステージによって基板を移動させることで、
レーザー光を走査させること、さらに、レーザー光の照
射領域と基板双方を移動させることも含む。
【００６３】また、本発明において、結晶化のエネルギ
ーを低下させる作用を有する金属元素を用いて、第１の
結晶質半導体層を形成する場合は、膜厚は５０ｎｍ〜１
００ｎｍ程度であればよい。これは膜厚が５０ｎｍより
も薄くなると、上記のような結晶成長が進行しにくくな
るからである。また、膜厚が１００ｎｍを超えると、膜
厚方向では結晶粒を１つにすることが難しく、また、結
晶化に必要な金属元素が多くなるからである。
ーを低下させる作用を有する金属元素を用いて、第１の
結晶質半導体層を形成する場合は、膜厚は５０ｎｍ〜１
００ｎｍ程度であればよい。これは膜厚が５０ｎｍより
も薄くなると、上記のような結晶成長が進行しにくくな
るからである。また、膜厚が１００ｎｍを超えると、膜
厚方向では結晶粒を１つにすることが難しく、また、結
晶化に必要な金属元素が多くなるからである。
【００６４】また、連続発振レーザー光を用いて第１の
結晶質半導体層を形成する場合は、３０ｎｍ〜４００ｎ
ｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜１５０ｎｍであればよ
い。
結晶質半導体層を形成する場合は、３０ｎｍ〜４００ｎ
ｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜１５０ｎｍであればよ
い。
【００６５】また、従来では、連続発振レーザー光を用
いて非晶質半導体膜を結晶化する場合は、照射エネルギ
ーのマージン等の問題のため、その膜厚を６０ｎｍより
も厚くする必要がある。本発明では、第２の非晶質半導
体膜を結晶化するために、連続発振レーザー光を用いる
が、第２の結晶質半導体層は第１の結晶質半導体層を種
として結晶成長させるので、結晶成長のための核生成位
置を制御することができるようになる。そのため、第２
の結晶質半導体層の厚さを６０ｎｍ以下、１０〜６０ｎ
ｍの範囲に薄くすることができ、さらに、１０〜４０ｎ
ｍの範囲がより好ましい。
いて非晶質半導体膜を結晶化する場合は、照射エネルギ
ーのマージン等の問題のため、その膜厚を６０ｎｍより
も厚くする必要がある。本発明では、第２の非晶質半導
体膜を結晶化するために、連続発振レーザー光を用いる
が、第２の結晶質半導体層は第１の結晶質半導体層を種
として結晶成長させるので、結晶成長のための核生成位
置を制御することができるようになる。そのため、第２
の結晶質半導体層の厚さを６０ｎｍ以下、１０〜６０ｎ
ｍの範囲に薄くすることができ、さらに、１０〜４０ｎ
ｍの範囲がより好ましい。
【００６６】また、パルス発振レーザー光を用いて結晶
化する場合も、従来では５０ｎｍよりも薄い非晶質半導
体膜を結晶化することは困難であったが、本発明の場合
は、上記の同様の理由で、第２の結晶質半導体層の厚さ
を５０ｎｍ以下、１０〜５０ｎｍの範囲に薄くすること
ができ、４０ｎｍ以下がより好ましい。
化する場合も、従来では５０ｎｍよりも薄い非晶質半導
体膜を結晶化することは困難であったが、本発明の場合
は、上記の同様の理由で、第２の結晶質半導体層の厚さ
を５０ｎｍ以下、１０〜５０ｎｍの範囲に薄くすること
ができ、４０ｎｍ以下がより好ましい。
【００６７】なお、第２の非晶質半導体層の厚さの下限
は、成膜手段に大きく依存し、ピンホールがないこと、
再現性の点などから、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上が好
ましい。
は、成膜手段に大きく依存し、ピンホールがないこと、
再現性の点などから、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上が好
ましい。
【００６８】
【発明の実施の形態】図１〜２５を用いて本発明の実施
形態を説明する。
形態を説明する。
【００６９】［実施形態１］本実施形態では、第１非晶
質半導体膜に結晶化を促進する金属元素を選択的に添加
することにより、第１結晶質半導体層を形成する方法の
一例を説明する。本実施形態では、ニッケル（Ｎｉ）を
用い、また金属元素の添加方法として、溶液を用いる方
法を説明する。
質半導体膜に結晶化を促進する金属元素を選択的に添加
することにより、第１結晶質半導体層を形成する方法の
一例を説明する。本実施形態では、ニッケル（Ｎｉ）を
用い、また金属元素の添加方法として、溶液を用いる方
法を説明する。
【００７０】 （図１参照）結晶質半導体層を形成する
ための基板１０を用意する。基板１０は、バリウムホウ
ケイ酸ガラス、またはアルニウムホウケイ酸ガラスなど
のガラスでなるものや、石英や、シリコンウエハなど、
半導体装置の用途や、温度などプロセス条件によって適
宜選択することができる。プロセス温度に耐え得れば、
耐熱性の高いプラスチック材料、例えばポリカーボネイ
ド、ポリイミド、アクリル材料でなる基板を用いること
もできる。また基板１０の形状は平面、曲面あるいは両
方を有するものであり、平板状、帯状、長尺のものな
ど、プロセスや製造装置によって適宜選択される。
ための基板１０を用意する。基板１０は、バリウムホウ
ケイ酸ガラス、またはアルニウムホウケイ酸ガラスなど
のガラスでなるものや、石英や、シリコンウエハなど、
半導体装置の用途や、温度などプロセス条件によって適
宜選択することができる。プロセス温度に耐え得れば、
耐熱性の高いプラスチック材料、例えばポリカーボネイ
ド、ポリイミド、アクリル材料でなる基板を用いること
もできる。また基板１０の形状は平面、曲面あるいは両
方を有するものであり、平板状、帯状、長尺のものな
ど、プロセスや製造装置によって適宜選択される。
【００７１】基板１０にガラスのような不純物を含むよ
うなガラス基板を用いる場合には、非晶質半導体でなる
第１の半導体膜１２を形成する前に、半導体膜が汚染さ
れるのを防ぐために、下地膜１１となる絶縁膜を形成す
る。この絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒
化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、ダイヤモンドライ
クカーボン膜などの単層又はこれらを適宜組み合わせた
多層膜を形成する。また、成膜方法は、スパッタリング
法、プラズマＣＶＤ法等公知の方法を採用できる。
うなガラス基板を用いる場合には、非晶質半導体でなる
第１の半導体膜１２を形成する前に、半導体膜が汚染さ
れるのを防ぐために、下地膜１１となる絶縁膜を形成す
る。この絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒
化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、ダイヤモンドライ
クカーボン膜などの単層又はこれらを適宜組み合わせた
多層膜を形成する。また、成膜方法は、スパッタリング
法、プラズマＣＶＤ法等公知の方法を採用できる。
【００７２】次に、下地膜１１に密着して、第１の非晶
質半導体膜１２を形成する。ここでは非晶質シリコン膜
を形成する。形成方法は、スパッタリング法、プラズマ
ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法などの公知の成膜方法を採用で
きる。
質半導体膜１２を形成する。ここでは非晶質シリコン膜
を形成する。形成方法は、スパッタリング法、プラズマ
ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法などの公知の成膜方法を採用で
きる。
【００７３】また、非晶質半導体でなる第１の非晶質半
導体膜１２の厚さは５０ｎｍ〜１００ｎｍとすることが
できる。第１の非晶質半導体膜１２は結晶化され、最終
的にＴＦＴのソース領域やドレイン領域を構成するた
め、あまり薄いと、ソース、ドレイン領域のシート抵抗
が高くなってしまうからである。また、後述するように
｛１１１｝の配向率を高くするために、膜が薄いと結晶
化のためのマージンが非常に狭くなるため、５０ｎｍ以
上とすることが望まれる。
導体膜１２の厚さは５０ｎｍ〜１００ｎｍとすることが
できる。第１の非晶質半導体膜１２は結晶化され、最終
的にＴＦＴのソース領域やドレイン領域を構成するた
め、あまり薄いと、ソース、ドレイン領域のシート抵抗
が高くなってしまうからである。また、後述するように
｛１１１｝の配向率を高くするために、膜が薄いと結晶
化のためのマージンが非常に狭くなるため、５０ｎｍ以
上とすることが望まれる。
【００７４】次に、マスク膜１３を形成する。このマス
ク膜１３は、半導体の結晶化エネルギーを低下させる金
属元素を第１の非晶質半導体膜１２に選択的に添加する
ためのものである。マスク膜１３としては、後に除去す
るため、第１非晶質半導体膜１２とエッチング選択性が
ある膜が好ましく、レジストや酸化シリコン、窒化シリ
コンなどの絶縁膜を用いることができる。
ク膜１３は、半導体の結晶化エネルギーを低下させる金
属元素を第１の非晶質半導体膜１２に選択的に添加する
ためのものである。マスク膜１３としては、後に除去す
るため、第１非晶質半導体膜１２とエッチング選択性が
ある膜が好ましく、レジストや酸化シリコン、窒化シリ
コンなどの絶縁膜を用いることができる。
【００７５】また、マスク膜１３には、溝状（スリット
状）の開口部１３ａが設けられており、この開口部１３
ａ通して金属元素を非晶質半導体膜１２に添加する。開
口部１３ａの溝の大きさは特に限定はないが、その幅は
１０〜４０μｍ、長手方向の長さは、回路配置にあわせ
て任意で設定すればよい。また開口部１３ａの形状は溝
状に限定されるものではなく、点状など任意に決めるこ
とができる。
状）の開口部１３ａが設けられており、この開口部１３
ａ通して金属元素を非晶質半導体膜１２に添加する。開
口部１３ａの溝の大きさは特に限定はないが、その幅は
１０〜４０μｍ、長手方向の長さは、回路配置にあわせ
て任意で設定すればよい。また開口部１３ａの形状は溝
状に限定されるものではなく、点状など任意に決めるこ
とができる。
【００７６】 （図２参照）次に、前記金属元素を添加
するため、スピナーを用いて、ニッケルを含む溶液を基
板全面に塗布して、ニッケル層１４を形成する。溶液と
しては、酢酸ニッケル、硝酸ニッケル等の金属塩を水や
エタノールに溶かした溶液を用いることができる。溶液
を塗布する方法は、添加する金属元素の濃度を溶液の濃
度を調節することで容易にできる点で有用である。
するため、スピナーを用いて、ニッケルを含む溶液を基
板全面に塗布して、ニッケル層１４を形成する。溶液と
しては、酢酸ニッケル、硝酸ニッケル等の金属塩を水や
エタノールに溶かした溶液を用いることができる。溶液
を塗布する方法は、添加する金属元素の濃度を溶液の濃
度を調節することで容易にできる点で有用である。
【００７７】スピナーを用いて溶液を塗布すると、スピ
ナーの回転により溶媒が乾燥し、溶液に溶けていたニッ
ケルが基板平面に全面に残り、ニッケル層１４を形成す
る。よって、ニッケル層１４の厚さは単原子層程度であ
り、しかも完全な膜ではないと考えられるが、ニッケル
原子が第１の非晶質半導体膜１２の表面に接触させるこ
とができれば、所期の効果が得られることがわかってい
る。
ナーの回転により溶媒が乾燥し、溶液に溶けていたニッ
ケルが基板平面に全面に残り、ニッケル層１４を形成す
る。よって、ニッケル層１４の厚さは単原子層程度であ
り、しかも完全な膜ではないと考えられるが、ニッケル
原子が第１の非晶質半導体膜１２の表面に接触させるこ
とができれば、所期の効果が得られることがわかってい
る。
【００７８】ただし、非晶質シリコンが水をはじいてし
まうため、水溶液を塗布する場合は均一に塗布できない
ので、マスク膜１３の開口部１３ａにおいて露出してい
る非晶質シリコンでなる第１の非晶質半導体膜１２の表
面に数ｎｍ程度のシリコンの酸化膜を形成して、表面の
塗れ性を改善するとよい。酸化膜が極薄ければ、ニッケ
ルなどの金属元素は酸化膜中を通過して介して、領域１
２ａにおいて第１の非晶質半導体膜１２に選択的に接触
させることができる。
まうため、水溶液を塗布する場合は均一に塗布できない
ので、マスク膜１３の開口部１３ａにおいて露出してい
る非晶質シリコンでなる第１の非晶質半導体膜１２の表
面に数ｎｍ程度のシリコンの酸化膜を形成して、表面の
塗れ性を改善するとよい。酸化膜が極薄ければ、ニッケ
ルなどの金属元素は酸化膜中を通過して介して、領域１
２ａにおいて第１の非晶質半導体膜１２に選択的に接触
させることができる。
【００７９】酸化膜の形成方法は、スループットやプロ
セス温度を考慮すると、オゾンや酸素のような酸化性雰
囲気でＵＶ光を照射する方法、第１の非晶質半導体膜１
２の領域１２ａの表面にオゾンを含む水溶液をスピナー
で塗布する方法など、短時間で、プロセス温度が低い方
法が適当である。
セス温度を考慮すると、オゾンや酸素のような酸化性雰
囲気でＵＶ光を照射する方法、第１の非晶質半導体膜１
２の領域１２ａの表面にオゾンを含む水溶液をスピナー
で塗布する方法など、短時間で、プロセス温度が低い方
法が適当である。
【００８０】 （図３参照）マスク膜１３が存在する状
態で、加熱処理して、第１の非晶質半導体膜１２を結晶
化し、第１の結晶質半導体膜１６を形成する。加熱処理
には、抵抗等を利用した加熱炉が用いられる。Ｎｉによ
り非晶質シリコン膜を結晶化する場合であれば、４００
〜７００℃、好ましくは５００〜６００℃の温度で、４
〜２４時間の加熱処理を行う。
態で、加熱処理して、第１の非晶質半導体膜１２を結晶
化し、第１の結晶質半導体膜１６を形成する。加熱処理
には、抵抗等を利用した加熱炉が用いられる。Ｎｉによ
り非晶質シリコン膜を結晶化する場合であれば、４００
〜７００℃、好ましくは５００〜６００℃の温度で、４
〜２４時間の加熱処理を行う。
【００８１】また、シリコンを主成分としゲルマニウム
を含む非晶質半導体、１原子％〜１０原子％程度のゲル
マニウムを含む非晶質シリコン膜を結晶化させる場合で
あれば、非晶質シリコン膜の場合よりも加熱温度を若干
高くする必要があり、５００〜７００℃の温度、好まし
くは５５０〜６００℃とする。
を含む非晶質半導体、１原子％〜１０原子％程度のゲル
マニウムを含む非晶質シリコン膜を結晶化させる場合で
あれば、非晶質シリコン膜の場合よりも加熱温度を若干
高くする必要があり、５００〜７００℃の温度、好まし
くは５５０〜６００℃とする。
【００８２】あるいは、アークランプやハロゲンランプ
などの高出力のランプを利用したＲＴＡ方式の加熱装置
において、加熱処理を行ってもよい。また、ＲＴＡ方式
の加熱装置において、アークランプやハロゲンランプに
よる加熱領域を線状にして、レーザー光の場合と同様に
加熱領域を、ニッケルが添加された領域１２ａから、結
晶成長させたい方向に基板に対して相対的に移動させて
結晶成長させる方法も採用できる。
などの高出力のランプを利用したＲＴＡ方式の加熱装置
において、加熱処理を行ってもよい。また、ＲＴＡ方式
の加熱装置において、アークランプやハロゲンランプに
よる加熱領域を線状にして、レーザー光の場合と同様に
加熱領域を、ニッケルが添加された領域１２ａから、結
晶成長させたい方向に基板に対して相対的に移動させて
結晶成長させる方法も採用できる。
【００８３】まず、結晶化は４００〜５００℃の加熱処
理により金属元素とシリコンが反応してシリサイドが形
成され、これが結晶核となりその後の結晶成長に寄与す
る。ニッケルシリサイド（以下、ＮｉＳｉ2と記する）
が形成される。ＮｉＳｉ2の構造はホタル石型構造であ
り、ダイアモンド型構造のシリコン格子間にニッケル原
子を配置した構造となっている。ＮｉＳｉ2からニッケ
ル原子が無くなるとシリコンの結晶が残ることになる。
数々の実験の結果から、ニッケル原子は非晶質シリコン
側に移動していくことが判明しており、この理由は非晶
質シリコン中の固溶度の方が結晶シリコン中のそれより
も高いためであると考えられる。
理により金属元素とシリコンが反応してシリサイドが形
成され、これが結晶核となりその後の結晶成長に寄与す
る。ニッケルシリサイド（以下、ＮｉＳｉ2と記する）
が形成される。ＮｉＳｉ2の構造はホタル石型構造であ
り、ダイアモンド型構造のシリコン格子間にニッケル原
子を配置した構造となっている。ＮｉＳｉ2からニッケ
ル原子が無くなるとシリコンの結晶が残ることになる。
数々の実験の結果から、ニッケル原子は非晶質シリコン
側に移動していくことが判明しており、この理由は非晶
質シリコン中の固溶度の方が結晶シリコン中のそれより
も高いためであると考えられる。
【００８４】よって、あたかもニッケルがニッケルシリ
サイド１４を形成しつつ、第１の結晶質半導体膜（非晶
質シリコン膜）１２中を移動して、結晶質シリコン１
６'が形成されるようなモデルをたてることができる。
サイド１４を形成しつつ、第１の結晶質半導体膜（非晶
質シリコン膜）１２中を移動して、結晶質シリコン１
６'が形成されるようなモデルをたてることができる。
【００８５】 （図４参照）以上のように、金属元素を
選択的に添加することよって、いわゆるラテラル成長に
より非晶質シリコンでなる第１の非晶質半導体膜１２が
結晶化され、結晶質シリコンでなる第１の結晶質半導体
膜１６が形成される。加熱処理後、マスク膜１３を除去
する。
選択的に添加することよって、いわゆるラテラル成長に
より非晶質シリコンでなる第１の非晶質半導体膜１２が
結晶化され、結晶質シリコンでなる第１の結晶質半導体
膜１６が形成される。加熱処理後、マスク膜１３を除去
する。
【００８６】結晶質シリコンでなる第１の結晶質半導体
膜１６は、上述のように金属元素を選択的に添加して結
晶化しているため、結晶粒の方位をそろえることがで
き、｛００１｝｛１０１｝および｛１１１｝の結晶面の
うち、｛１１１｝の割合が最も高い膜となることが、実
験でわかっている。別の言い方をすると、基板表面（第
１の結晶質半導体膜１６の表面）の法線方向の結晶軸が
＜１１１＞を示す結晶粒の割合が最も多い膜となってい
る、ということもできる。結晶の配向については、測定
データを用いて、実施形態２と共に後で説明する。
膜１６は、上述のように金属元素を選択的に添加して結
晶化しているため、結晶粒の方位をそろえることがで
き、｛００１｝｛１０１｝および｛１１１｝の結晶面の
うち、｛１１１｝の割合が最も高い膜となることが、実
験でわかっている。別の言い方をすると、基板表面（第
１の結晶質半導体膜１６の表面）の法線方向の結晶軸が
＜１１１＞を示す結晶粒の割合が最も多い膜となってい
る、ということもできる。結晶の配向については、測定
データを用いて、実施形態２と共に後で説明する。
【００８７】また、第１の非晶質半導体膜１２を結晶化
した後、連続発振レーザー光、パルス発振レーザー光ま
たは赤外光などを照射することで、第１の結晶質半導体
膜１６の結晶粒内にのこる結晶欠陥を少なくすることが
できる。
した後、連続発振レーザー光、パルス発振レーザー光ま
たは赤外光などを照射することで、第１の結晶質半導体
膜１６の結晶粒内にのこる結晶欠陥を少なくすることが
できる。
【００８８】 （図５参照）エッチングにより、第１の
結晶質半導体膜１６を所定の形状にパターニングして、
ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域となる１対の第
１の結晶質半導体層１７を形成する。ただし、結晶成長
の基点となった領域１２ａと結晶成長の終端の領域に
は、ニッケルが高濃度に含まれている。よって、このよ
うな領域は半導体素子に用いるのは好ましくないので、
第１の結晶質半導体層１７にはこれらの領域を含まない
ようにパターニングされる。
結晶質半導体膜１６を所定の形状にパターニングして、
ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域となる１対の第
１の結晶質半導体層１７を形成する。ただし、結晶成長
の基点となった領域１２ａと結晶成長の終端の領域に
は、ニッケルが高濃度に含まれている。よって、このよ
うな領域は半導体素子に用いるのは好ましくないので、
第１の結晶質半導体層１７にはこれらの領域を含まない
ようにパターニングされる。
【００８９】 （図６（ａ）参照）次に、第１の結晶質
半導体層１７に密着して、非晶質半導体でなる第２の非
晶質半導体膜１８を形成する。ここでは非晶質シリコン
膜を形成する。また、成膜方法は、スパッタリング法、
プラズマＣＶＤ法等の公知の方法を採用できる。
半導体層１７に密着して、非晶質半導体でなる第２の非
晶質半導体膜１８を形成する。ここでは非晶質シリコン
膜を形成する。また、成膜方法は、スパッタリング法、
プラズマＣＶＤ法等の公知の方法を採用できる。
【００９０】第２の非晶質半導体膜１８の厚さは、１０
ｎｍ〜６０ｎｍ、好ましくは２０ｎｍ〜４０ｎｍとす
る。第２の非晶質半導体膜は結晶化され、最終的に薄膜
トランジスタのチャネル形成領域となるため、第２の非
晶質半導体膜１８を６０ｎｍ以下に薄く形成すること
で、チャネル形成領域の厚さが薄くなり、オフ状態での
リーク電流値を抑える効果や、オン電流／オフ電流比を
高くする効果が期待できる。
ｎｍ〜６０ｎｍ、好ましくは２０ｎｍ〜４０ｎｍとす
る。第２の非晶質半導体膜は結晶化され、最終的に薄膜
トランジスタのチャネル形成領域となるため、第２の非
晶質半導体膜１８を６０ｎｍ以下に薄く形成すること
で、チャネル形成領域の厚さが薄くなり、オフ状態での
リーク電流値を抑える効果や、オン電流／オフ電流比を
高くする効果が期待できる。
【００９１】 （図６（ｂ）、図６（ｃ）参照）次に、
エッチングにより、ＴＦＴとなる領域を残して、第２の
非晶質半導体膜（非晶質シリコン）１８をパターニング
して、第２の非晶質半導体層１９を形成する。なお、２
つの第１の結晶質半導体層１７はそれぞれ、第２の非晶
質半導体層１９のパターンよりも大きく形成されていた
ため、このエッチングに用いられたマスクにより、第１
の結晶質半導体膜１７もパターニングされている。
エッチングにより、ＴＦＴとなる領域を残して、第２の
非晶質半導体膜（非晶質シリコン）１８をパターニング
して、第２の非晶質半導体層１９を形成する。なお、２
つの第１の結晶質半導体層１７はそれぞれ、第２の非晶
質半導体層１９のパターンよりも大きく形成されていた
ため、このエッチングに用いられたマスクにより、第１
の結晶質半導体膜１７もパターニングされている。
【００９２】図示のように、第２の非晶質半導体層１９
は、第１の結晶質半導体層１７と重なる領域を含むよう
にパターニングされる。第１の結晶質半導体層１７と重
なっていない領域１９ａがＴＦＴのチャネル形成領域と
なる領域である。図６（ｂ）は上面図であり、同図
（ｃ）は同図（ｂ）のｘ−ｘ'断面図である。
は、第１の結晶質半導体層１７と重なる領域を含むよう
にパターニングされる。第１の結晶質半導体層１７と重
なっていない領域１９ａがＴＦＴのチャネル形成領域と
なる領域である。図６（ｂ）は上面図であり、同図
（ｃ）は同図（ｂ）のｘ−ｘ'断面図である。
【００９３】（図７（ａ）〜（ｃ）参照）図７（ａ）に
示すように、連続発振レーザー光をその照射領域２１が
基板１０に対して、チャネル長方向に平行な方向に、第
１の結晶質半導体層１７と重なっている領域から、重な
っていない領域１９ａに向かって移動しながら照射す
る。上記のように照射領域２１を基板に対して相対的に
移動しつつ、連続レーザー光を第２の非晶質半導体層１
９全体に照射することにより、第２の非晶質半導体層１
９全体を結晶化して、第２の結晶質半導体層２２を形成
する。
示すように、連続発振レーザー光をその照射領域２１が
基板１０に対して、チャネル長方向に平行な方向に、第
１の結晶質半導体層１７と重なっている領域から、重な
っていない領域１９ａに向かって移動しながら照射す
る。上記のように照射領域２１を基板に対して相対的に
移動しつつ、連続レーザー光を第２の非晶質半導体層１
９全体に照射することにより、第２の非晶質半導体層１
９全体を結晶化して、第２の結晶質半導体層２２を形成
する。
【００９４】連続発振レーザー光による照射領域２１は
常時レーザーが照射されているので、照射領域では、第
２の非晶質半導体層１９は溶融されて、溶融部（液相）
−非溶融部（固相）の界面が形成される。よって、照射
領域２１を移動すると、この移動に伴って、液相−固相
の界面が移動し、先に溶融していた部分が冷却して凝固
していると考えられる。このような過程により第２の非
晶質半導体層１９が結晶化する。このため、第２の非晶
質半導体層１９は、溶融部分（照射領域２１に該当す
る）の移動方向に結晶成長することとなり、基板１０の
表面（第２の非晶質半導体層１９の表面）の水平方向に
長い形状の結晶粒を成長させることができる（いわゆる
ラテラル成長）。
常時レーザーが照射されているので、照射領域では、第
２の非晶質半導体層１９は溶融されて、溶融部（液相）
−非溶融部（固相）の界面が形成される。よって、照射
領域２１を移動すると、この移動に伴って、液相−固相
の界面が移動し、先に溶融していた部分が冷却して凝固
していると考えられる。このような過程により第２の非
晶質半導体層１９が結晶化する。このため、第２の非晶
質半導体層１９は、溶融部分（照射領域２１に該当す
る）の移動方向に結晶成長することとなり、基板１０の
表面（第２の非晶質半導体層１９の表面）の水平方向に
長い形状の結晶粒を成長させることができる（いわゆる
ラテラル成長）。
【００９５】チャネル長方向に沿って１回ほど照射領域
２１を移動することで、少なくとも１つの第２の結晶質
半導体層１９全体に連続発振レーザー光が照射されるよ
うにするために、図示のように連続発振レーザー光のビ
ーム（光束）を一方向に拡大して、長軸のビームとなる
ようにする。図７（ａ）ではビームの断面形状は四隅の
丸い矩形状のように図示されているが、長楕円形であっ
ても、線状であっても、矩形状であってもよい。
２１を移動することで、少なくとも１つの第２の結晶質
半導体層１９全体に連続発振レーザー光が照射されるよ
うにするために、図示のように連続発振レーザー光のビ
ーム（光束）を一方向に拡大して、長軸のビームとなる
ようにする。図７（ａ）ではビームの断面形状は四隅の
丸い矩形状のように図示されているが、長楕円形であっ
ても、線状であっても、矩形状であってもよい。
【００９６】また、連続発振レーザー光の照射は、白抜
きの矢印で示す移動方向に１回だけ移動しながら照射す
ることに限定されるわけではなく、チャネル長方向に沿
って往復したり、あるいは白抜きの矢印に示す１方向に
複数回移動させたりすることも含む。
きの矢印で示す移動方向に１回だけ移動しながら照射す
ることに限定されるわけではなく、チャネル長方向に沿
って往復したり、あるいは白抜きの矢印に示す１方向に
複数回移動させたりすることも含む。
【００９７】上述のように連続発振レーザー光による結
晶化は、半導体を溶融させて結晶成長させるため、得ら
れる結晶質半導体の結晶性は種となる結晶質半導体の結
晶性に依存する。
晶化は、半導体を溶融させて結晶成長させるため、得ら
れる結晶質半導体の結晶性は種となる結晶質半導体の結
晶性に依存する。
【００９８】よって、第２の結晶質半導体層２２の領域
（第１結晶質半導体層１７と重なっていない領域）２２
ａは、第１の結晶質半導体層１７を種として結晶成長す
るため、その結晶構造は第１の結晶質半導体層１７の結
晶構造を複写するように成長する。
（第１結晶質半導体層１７と重なっていない領域）２２
ａは、第１の結晶質半導体層１７を種として結晶成長す
るため、その結晶構造は第１の結晶質半導体層１７の結
晶構造を複写するように成長する。
【００９９】第１の結晶質半導体層１７の結晶は、｛１
１１｝に配向している割合が最も大きいため、第２の結
晶質半導体層２２の領域２２ａでの結晶構造もまた、
｛００１｝、｛１０１｝、｛１１１｝のうち、｛１１
１｝配向率が最も高くなり、結晶面が｛１１１｝に揃っ
たものとすることができる。
１１｝に配向している割合が最も大きいため、第２の結
晶質半導体層２２の領域２２ａでの結晶構造もまた、
｛００１｝、｛１０１｝、｛１１１｝のうち、｛１１
１｝配向率が最も高くなり、結晶面が｛１１１｝に揃っ
たものとすることができる。
【０１００】 （図７（ｄ）参照）図７（ｄ）は、第２
の結晶質半導体層２２における領域２２ａの、概略的な
斜視図である。本実施形態では、結晶化される第２の非
晶質半導体膜を６０ｎｍ以下、さらには４０ｎｍ以下と
薄くしても、チャネル形成領域となる領域２２ａのチャ
ネル長方向の長さよりも結晶粒の結晶成長距離を十分に
長することができるため、領域２２ａにおいて、結晶成
長方向であるチャネル長方向に平行な粒界ＧＢが存在す
るが、チャネル幅方向には存在しないようにすることを
特徴とする。
の結晶質半導体層２２における領域２２ａの、概略的な
斜視図である。本実施形態では、結晶化される第２の非
晶質半導体膜を６０ｎｍ以下、さらには４０ｎｍ以下と
薄くしても、チャネル形成領域となる領域２２ａのチャ
ネル長方向の長さよりも結晶粒の結晶成長距離を十分に
長することができるため、領域２２ａにおいて、結晶成
長方向であるチャネル長方向に平行な粒界ＧＢが存在す
るが、チャネル幅方向には存在しないようにすることを
特徴とする。
【０１０１】連続発振レーザー光による結晶化によっ
て、レーザー光の移動方向に、１つの結晶を１００μｍ
〜１５０μｍ程度の距離まで結晶成長させることができ
るが、結晶化される半導体膜の膜厚が薄くなると、その
結晶成長距離を長くすることが非常に難しくなることが
わかっている。
て、レーザー光の移動方向に、１つの結晶を１００μｍ
〜１５０μｍ程度の距離まで結晶成長させることができ
るが、結晶化される半導体膜の膜厚が薄くなると、その
結晶成長距離を長くすることが非常に難しくなることが
わかっている。
【０１０２】本実施形態の場合、６０ｎｍ以下と薄くし
ても、領域２２ａは第１の結晶質半導体層１７を種とし
て結晶成長させるため、その核生成位置を制御できるこ
と、あわせてＴＦＴのような素子であれば通常、領域２
２ａの大きさはチャネル長×チャネル幅程度の大きさで
あり、たかだか十数μｍ平方程度であることから、上記
のように領域２２ａにおいて、結晶成長方向に平行なチ
ャネル長方向に粒界ＧＢが存在するが、チャネル幅方向
には存在しないようにすることが容易になる。
ても、領域２２ａは第１の結晶質半導体層１７を種とし
て結晶成長させるため、その核生成位置を制御できるこ
と、あわせてＴＦＴのような素子であれば通常、領域２
２ａの大きさはチャネル長×チャネル幅程度の大きさで
あり、たかだか十数μｍ平方程度であることから、上記
のように領域２２ａにおいて、結晶成長方向に平行なチ
ャネル長方向に粒界ＧＢが存在するが、チャネル幅方向
には存在しないようにすることが容易になる。
【０１０３】また、第２の結晶質半導体層２２の領域２
２ａは膜厚方向には１つの結晶粒でなるため、領域２２
ａは、結晶粒界を少なくすることができると共に、上記
のように粒界ＧＢは結晶成長方向に平行なチャネル長方
向のみに形成されるようにできる。
２ａは膜厚方向には１つの結晶粒でなるため、領域２２
ａは、結晶粒界を少なくすることができると共に、上記
のように粒界ＧＢは結晶成長方向に平行なチャネル長方
向のみに形成されるようにできる。
【０１０４】このような結晶成長をさせるには、連続発
振レーザー光の出力、照射領域の移動速度、照射領域の
面積や移動方向の幅などを調節することで、連続発振レ
ーザー光により半導体に与えるエネルギー密度を最適化
することで実現することできる。また、連続発振レーザ
ー光を照射しているときに、基板を加熱したり、マイク
ロ波などを照射したりして、熱エネルギー、電磁エネル
ギーなどを半導体層に与えることで、結晶化のエネルギ
ーを低下させるようにしてもよい。
振レーザー光の出力、照射領域の移動速度、照射領域の
面積や移動方向の幅などを調節することで、連続発振レ
ーザー光により半導体に与えるエネルギー密度を最適化
することで実現することできる。また、連続発振レーザ
ー光を照射しているときに、基板を加熱したり、マイク
ロ波などを照射したりして、熱エネルギー、電磁エネル
ギーなどを半導体層に与えることで、結晶化のエネルギ
ーを低下させるようにしてもよい。
【０１０５】以上の工程にて、薄膜トランジスタの活性
層となる第１及び第２の結晶質半導体層が形成される。
以降は、公知のトップゲート型薄膜トランジスタの製造
方法にならって、薄膜トランジスタを形成することがで
きる。
層となる第１及び第２の結晶質半導体層が形成される。
以降は、公知のトップゲート型薄膜トランジスタの製造
方法にならって、薄膜トランジスタを形成することがで
きる。
【０１０６】 （図８（ａ）参照）例えば、第２の結晶
質半導体層２２上に、ゲート絶縁膜３０を形成し、ゲー
ト絶縁膜３０上にゲート電極３１を形成する。
質半導体層２２上に、ゲート絶縁膜３０を形成し、ゲー
ト絶縁膜３０上にゲート電極３１を形成する。
【０１０７】 （図８（ｂ）参照）ゲート電極３２をマ
スクにして、第１及び第２の結晶質半導体層１７、２２
に、不純物をドープする。薄膜トランジスタをＮチャネ
ル型にするならばＰ（リン）をドープし、Ｐチャネル型
にする場合にはＢ（ボロン）をドープする。その結果、
第１及び第２の結晶質半導体層１７、２２が積層してな
る活性層に、チャネル形成領域３２、ソース領域３３、
ドレイン領域３４およびが自己整合的に形成される。
スクにして、第１及び第２の結晶質半導体層１７、２２
に、不純物をドープする。薄膜トランジスタをＮチャネ
ル型にするならばＰ（リン）をドープし、Ｐチャネル型
にする場合にはＢ（ボロン）をドープする。その結果、
第１及び第２の結晶質半導体層１７、２２が積層してな
る活性層に、チャネル形成領域３２、ソース領域３３、
ドレイン領域３４およびが自己整合的に形成される。
【０１０８】 （図８（ｃ）参照）ゲート電極３２上に
層間絶縁膜３５を形成する。ソース領域３３、ドレイン
領域３４を電極または配線に接続させるために、層間絶
縁膜３５にコンタクトホールを形成し、ソース電極３
６、ドレイン電極３７を形成し、薄膜トランジスタが完
成する。
層間絶縁膜３５を形成する。ソース領域３３、ドレイン
領域３４を電極または配線に接続させるために、層間絶
縁膜３５にコンタクトホールを形成し、ソース電極３
６、ドレイン電極３７を形成し、薄膜トランジスタが完
成する。
【０１０９】ソース領域およびドレイン領域３３、３４
は、第１の結晶質半導体層１７と第２の結晶質半導体層
２２とが積層した部分に設けられている。チャネル形成
領域３２は、第２の結晶質半導体層２２が第１の結晶質
半導体層１７と重なっていない領域２２ａに設けられて
いる。前記の構成は、トップゲート型ＴＦＴおよび逆ス
タガーのようなボトムゲート型ＴＦＴを作製した場合も
共通である。
は、第１の結晶質半導体層１７と第２の結晶質半導体層
２２とが積層した部分に設けられている。チャネル形成
領域３２は、第２の結晶質半導体層２２が第１の結晶質
半導体層１７と重なっていない領域２２ａに設けられて
いる。前記の構成は、トップゲート型ＴＦＴおよび逆ス
タガーのようなボトムゲート型ＴＦＴを作製した場合も
共通である。
【０１１０】本実施形態の薄膜トランジスタにおいて、
チャネル形成領域３２を構成する第２の結晶質半導体層
２２は、結晶粒界がチャネル長方向に平行になり、キャ
リアの移動を妨げる粒界をなくすように形成されるた
め、薄膜トランジスタの電界効果移動度を大きくするこ
とができる。
チャネル形成領域３２を構成する第２の結晶質半導体層
２２は、結晶粒界がチャネル長方向に平行になり、キャ
リアの移動を妨げる粒界をなくすように形成されるた
め、薄膜トランジスタの電界効果移動度を大きくするこ
とができる。
【０１１１】また、多数の薄膜トランジスタを同一基板
上に作製しても、チャネル形成領域となる第２の結晶質
半導体層を｛１１１｝にそろえるようにしたため、素子
ごとの特性のばらつきを抑えることができる。
上に作製しても、チャネル形成領域となる第２の結晶質
半導体層を｛１１１｝にそろえるようにしたため、素子
ごとの特性のばらつきを抑えることができる。
【０１１２】また、１０〜４０ｎｍ程度の薄いチャネル
形成領域でも、上記のように結晶配向をそろえることが
できるため、電界効果移動度を大きくするだけでなく、
しきい値電圧値、サブスレッショルド特性も良好なもの
とすることができる。
形成領域でも、上記のように結晶配向をそろえることが
できるため、電界効果移動度を大きくするだけでなく、
しきい値電圧値、サブスレッショルド特性も良好なもの
とすることができる。
【０１１３】［実施形態２］実施形態１では、金属元素
を選択的に添加することにより、第１の結晶質半導体膜
の結晶配向を｛１１１｝に優先配向させたものである。
これに対して、本実施形態では、第１の非晶質半導体膜
として、ゲルマニウムを添加したシリコン膜を用いるこ
とで、｛１０１｝に優先配向した第１の結晶質半導体膜
を形成する方法を説明する。
を選択的に添加することにより、第１の結晶質半導体膜
の結晶配向を｛１１１｝に優先配向させたものである。
これに対して、本実施形態では、第１の非晶質半導体膜
として、ゲルマニウムを添加したシリコン膜を用いるこ
とで、｛１０１｝に優先配向した第１の結晶質半導体膜
を形成する方法を説明する。
【０１１４】 （図９参照）まず、実施形態１と同様
に、基板１０に下地膜１１を形成し、下地膜１１上に、
第１の非晶質半導体膜４３として、非晶質のゲルマニウ
ムを添加したシリコン膜を形成する。形成方法は、スパ
ッタリング法、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法などの
公知の成膜方法を採用できる。
に、基板１０に下地膜１１を形成し、下地膜１１上に、
第１の非晶質半導体膜４３として、非晶質のゲルマニウ
ムを添加したシリコン膜を形成する。形成方法は、スパ
ッタリング法、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法などの
公知の成膜方法を採用できる。
【０１１５】プラズマＣＶＤ法を適用する場合には、Ｓ
ｉＨ4とＧｅＨ4とからなる反応ガス、またはＳｉＨ
4と、Ｈ2で希釈したＧｅＨ4とでなる反応ガスを加えて
反応室に導入し、１〜２００ＭＨｚの高周波放電により
分解し基板上に非晶質半導体膜を堆積させる。反応ガス
は、ＳｉＨ4の代わりにＳｉ2Ｈ6またはＳｉＦ4を、Ｇｅ
Ｈ 4の代わりにＧｅＦ4を採用しても良い。減圧ＣＶＤ法
を用いる場合にも同じ反応ガスを用いることができ、Ｈ
ｅで反応ガスを希釈したものを用いることが好ましい。
また、４００〜５００℃の温度で形成するとよい。
ｉＨ4とＧｅＨ4とからなる反応ガス、またはＳｉＨ
4と、Ｈ2で希釈したＧｅＨ4とでなる反応ガスを加えて
反応室に導入し、１〜２００ＭＨｚの高周波放電により
分解し基板上に非晶質半導体膜を堆積させる。反応ガス
は、ＳｉＨ4の代わりにＳｉ2Ｈ6またはＳｉＦ4を、Ｇｅ
Ｈ 4の代わりにＧｅＦ4を採用しても良い。減圧ＣＶＤ法
を用いる場合にも同じ反応ガスを用いることができ、Ｈ
ｅで反応ガスを希釈したものを用いることが好ましい。
また、４００〜５００℃の温度で形成するとよい。
【０１１６】本実施形態において、第１の非晶質半導体
膜４２であるゲルマニウムを含むシリコンを主成分とす
る膜は、｛１０１｝の配向率を高くするために、そのゲ
ルマニウムの含有量を１原子％〜１０原子％、好ましく
は１〜５原子％の範囲とする。ゲルマニウムの含有量
は、ＣＶＤ法の場合であれば、例えば、反応ガスとして
用いられるＳｉＨ4とＧｅＨ4の流量比（分圧）で調節す
ることができる。また、スパッタ法を用いる場合は、タ
ーゲットに含まれるゲルマニウムの濃度や、反応ガスに
用いたゲルマニウムを含むＧｅＨ4の流量により調節す
ることができる。
膜４２であるゲルマニウムを含むシリコンを主成分とす
る膜は、｛１０１｝の配向率を高くするために、そのゲ
ルマニウムの含有量を１原子％〜１０原子％、好ましく
は１〜５原子％の範囲とする。ゲルマニウムの含有量
は、ＣＶＤ法の場合であれば、例えば、反応ガスとして
用いられるＳｉＨ4とＧｅＨ4の流量比（分圧）で調節す
ることができる。また、スパッタ法を用いる場合は、タ
ーゲットに含まれるゲルマニウムの濃度や、反応ガスに
用いたゲルマニウムを含むＧｅＨ4の流量により調節す
ることができる。
【０１１７】 （図１０参照）シリコンの結晶化エネル
ギーを低下させる金属元素を前記第１の非晶質半導体膜
４２の表面全体に添加して、第１の非晶質半導体膜４２
の表面に金属元素を含む層を形成する。ここでは、スピ
ナーを用いて酢酸ニッケル水溶液を塗布して、ニッケル
層４３を形成する。あるいは、第１の結晶質半導体膜４
２を形成する前に、下地膜１１の表面に、上記のように
ニッケル溶液を塗布してニッケル層４３を形成してか
ら、第１の非晶質半導体膜４２を形成してもよい。
ギーを低下させる金属元素を前記第１の非晶質半導体膜
４２の表面全体に添加して、第１の非晶質半導体膜４２
の表面に金属元素を含む層を形成する。ここでは、スピ
ナーを用いて酢酸ニッケル水溶液を塗布して、ニッケル
層４３を形成する。あるいは、第１の結晶質半導体膜４
２を形成する前に、下地膜１１の表面に、上記のように
ニッケル溶液を塗布してニッケル層４３を形成してか
ら、第１の非晶質半導体膜４２を形成してもよい。
【０１１８】 （図１１参照）前記金属元素を導入した
後、当該金属元素を利用して非晶質半導体膜を結晶化す
ることにより、｛１０１｝が優先的に配向している第１
の結晶質半導体膜４５を形成できる。結晶化は加熱炉を
用いた加熱処理、レーザー光または紫外線、赤外線など
の強光の照射によって行うことができる。
後、当該金属元素を利用して非晶質半導体膜を結晶化す
ることにより、｛１０１｝が優先的に配向している第１
の結晶質半導体膜４５を形成できる。結晶化は加熱炉を
用いた加熱処理、レーザー光または紫外線、赤外線など
の強光の照射によって行うことができる。
【０１１９】加熱処理は５００〜７００℃の範囲で行う
ことが可能であるが、温度の上限は使用する基板の耐熱
温度が一つの上限として考慮される。ガラス基板の場合
にはその歪み点以下が上限温度の一つの根拠となる。さ
らに、温度の上限としては、第１の非晶質半導体膜４２
に偶発的な自然核が発生しないような温度にすることも
考慮され、実施形態１において説明した金属元素とシリ
コンとの反応のみにより結晶成長が進行するような温度
とする。
ことが可能であるが、温度の上限は使用する基板の耐熱
温度が一つの上限として考慮される。ガラス基板の場合
にはその歪み点以下が上限温度の一つの根拠となる。さ
らに、温度の上限としては、第１の非晶質半導体膜４２
に偶発的な自然核が発生しないような温度にすることも
考慮され、実施形態１において説明した金属元素とシリ
コンとの反応のみにより結晶成長が進行するような温度
とする。
【０１２０】上記のように結晶化のために金属元素を添
加し、また非晶質シリコン膜にゲルマニウムを含ませる
ことで、｛１０１｝面の配向率が高い結晶質シリコン膜
が得られるメカニズムは、現段階で明確ではないが、以
下のような推測ができる。
加し、また非晶質シリコン膜にゲルマニウムを含ませる
ことで、｛１０１｝面の配向率が高い結晶質シリコン膜
が得られるメカニズムは、現段階で明確ではないが、以
下のような推測ができる。
【０１２１】実施形態１で説明したように、ニッケルを
用いて非晶質シリコン膜を結晶化する場合、４００〜６
００℃程度の加熱処理によりニッケルとシリコンが反応
してニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ2）が形成される。
このニッケルシリサイドが結晶核となりその後の結晶成
長に寄与するが、ＮｉＳｉ2と結晶シリコンの界面エネ
ルギーが最も小さくなるのは、[１１１]面とが接する場
合であるので、結晶質シリコン膜の表面と平行な面は
[１０１]面となり、この格子面が優先的に配向すると考
えられる。
用いて非晶質シリコン膜を結晶化する場合、４００〜６
００℃程度の加熱処理によりニッケルとシリコンが反応
してニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ2）が形成される。
このニッケルシリサイドが結晶核となりその後の結晶成
長に寄与するが、ＮｉＳｉ2と結晶シリコンの界面エネ
ルギーが最も小さくなるのは、[１１１]面とが接する場
合であるので、結晶質シリコン膜の表面と平行な面は
[１０１]面となり、この格子面が優先的に配向すると考
えられる。
【０１２２】しかしながら、結晶成長方向が基板表面に
対し平行な方向に、しかも柱状に成長する場合には、そ
の柱状結晶を軸とした回転方向には自由度があるため、
必ずしも｛１０１｝面が配向するとは限らず、実験で
は、実施形態１で示したように｛１１１｝が優先的に配
向する傾向が高かった。
対し平行な方向に、しかも柱状に成長する場合には、そ
の柱状結晶を軸とした回転方向には自由度があるため、
必ずしも｛１０１｝面が配向するとは限らず、実験で
は、実施形態１で示したように｛１１１｝が優先的に配
向する傾向が高かった。
【０１２３】本実施形態では、第１の結晶質半導体膜の
｛１０１｝格子面の配向を高めるために、柱状結晶の回
転方向に制約を与え、自由度を低減させるために、非晶
質シリコンにゲルマニウムを１原子％〜１０原子％程度
添加することとで、｛１０１｝への配向率を２０％以上
にするようにしたものである。
｛１０１｝格子面の配向を高めるために、柱状結晶の回
転方向に制約を与え、自由度を低減させるために、非晶
質シリコンにゲルマニウムを１原子％〜１０原子％程度
添加することとで、｛１０１｝への配向率を２０％以上
にするようにしたものである。
【０１２４】非晶質シリコンに１原子％〜１０原子％程
度のゲルマニウムを含有させると、結晶核の発生密度が
低下することがわかっている。これは、結晶核であるＮ
ｉＳｉ2が形成されるとき、シリコンとニッケルの原子
間距離とゲルマニウムとニッケルの原子間距離の違いに
より、ゲルマニウムが、ＮｉＳｉ2から排除されつつ上
述の結晶成長が起っているためであると推測される。
度のゲルマニウムを含有させると、結晶核の発生密度が
低下することがわかっている。これは、結晶核であるＮ
ｉＳｉ2が形成されるとき、シリコンとニッケルの原子
間距離とゲルマニウムとニッケルの原子間距離の違いに
より、ゲルマニウムが、ＮｉＳｉ2から排除されつつ上
述の結晶成長が起っているためであると推測される。
【０１２５】したがって、この推測に従えば、シリコン
膜に含まれるゲルマニウムは、シリコンの結晶の外側に
偏析するような状態で存在しており、このような状態の
ゲルマニウムがシリコン結晶について、基板の法線方向
の結晶軸の回転方向の自由度を低下させるために、結晶
質シリコン膜の表面と平行な面は｛１０１｝面となり、
この格子面が優先的に配向すると考えられる。
膜に含まれるゲルマニウムは、シリコンの結晶の外側に
偏析するような状態で存在しており、このような状態の
ゲルマニウムがシリコン結晶について、基板の法線方向
の結晶軸の回転方向の自由度を低下させるために、結晶
質シリコン膜の表面と平行な面は｛１０１｝面となり、
この格子面が優先的に配向すると考えられる。
【０１２６】 （図１２参照）｛１０１｝が優先して配
向した第１の結晶質半導体膜４５が形成される。以降の
工程は、実施形態１と同様に行えばよい。第１の結晶質
半導体膜４５を所定の形状にパターニングして、一対の
第１の結晶質半導体層４６を形成する。一対の第１の結
晶質半導体層４６は、それぞれ、ソース領域、ドレイン
領域を構成するものである。
向した第１の結晶質半導体膜４５が形成される。以降の
工程は、実施形態１と同様に行えばよい。第１の結晶質
半導体膜４５を所定の形状にパターニングして、一対の
第１の結晶質半導体層４６を形成する。一対の第１の結
晶質半導体層４６は、それぞれ、ソース領域、ドレイン
領域を構成するものである。
【０１２７】 （図１３参照）第１の結晶質半導体層４
６に接して非晶質シリコンの非晶質半導体膜を形成し、
実施形態１と同様に所定の形状にパターニングして、第
２の非晶質半導体層４７を形成する。なお、図１３
（ａ）は上面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のｘ−
ｘ'断面図である。
６に接して非晶質シリコンの非晶質半導体膜を形成し、
実施形態１と同様に所定の形状にパターニングして、第
２の非晶質半導体層４７を形成する。なお、図１３
（ａ）は上面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のｘ−
ｘ'断面図である。
【０１２８】 （図１４（ａ）、（ｂ）参照）実施形態
１と同様に、連続発振レーザー光をその照射領域２１が
基板１０に対して、チャネル長方向に平行に、第１の結
晶質半導体層４６と重なっている領域から、重なってい
ない領域４７ａに向かって移動することで、第２の非晶
質半導体層４７全体がレーザー光に照射されるようにし
て結晶化し、第２の結晶質半導体層４８を形成する。
１と同様に、連続発振レーザー光をその照射領域２１が
基板１０に対して、チャネル長方向に平行に、第１の結
晶質半導体層４６と重なっている領域から、重なってい
ない領域４７ａに向かって移動することで、第２の非晶
質半導体層４７全体がレーザー光に照射されるようにし
て結晶化し、第２の結晶質半導体層４８を形成する。
【０１２９】連続発振レーザー光の照射は１度のみに限
らず、複数照射する場合も含む。この場合は、連続発振
レーザー光をチャネル長方向に沿って往復するように移
動させたり、一方向に複数回移動させてもよい。
らず、複数照射する場合も含む。この場合は、連続発振
レーザー光をチャネル長方向に沿って往復するように移
動させたり、一方向に複数回移動させてもよい。
【０１３０】 （図１４（ｂ）、（ｃ）参照）よって、
第２の結晶質半導体層４８は、第１の結晶質半導体層４
６と重なっていない領域４８ａを含め、第１の結晶質半
導体層４６を種として結晶化されるため、第１の結晶質
半導体層４６の結晶構造を複写するように結晶成長さ
れ、｛００１｝｛１０１｝および｛１１１｝の結晶面の
うち、｛１０１｝の割合が最も高い結晶質半導体とする
ことができる。
第２の結晶質半導体層４８は、第１の結晶質半導体層４
６と重なっていない領域４８ａを含め、第１の結晶質半
導体層４６を種として結晶化されるため、第１の結晶質
半導体層４６の結晶構造を複写するように結晶成長さ
れ、｛００１｝｛１０１｝および｛１１１｝の結晶面の
うち、｛１０１｝の割合が最も高い結晶質半導体とする
ことができる。
【０１３１】 （図１４（ｄ）参照）図１４（ｄ）は、
第２の結晶質半導体層４８の領域（第１の結晶質半導体
層４６と重なっていない領域）４８ａの、概略的な斜視
拡大図である。実施形態１において説明したように、第
２の非晶質半導体層４７が６０ｎｍ以下、例えば１０〜
４０ｎｍと薄い場合でも、連続発振レーザー光による結
晶化された第２の結晶質半導体層４８において、少なく
ともチャネル形成領域となる領域４８ａにおいて、結晶
成長方向であるチャネル長方向に平行な粒界ＧＢが存在
するが、チャネル幅方向には存在しないようにすること
が可能である。
第２の結晶質半導体層４８の領域（第１の結晶質半導体
層４６と重なっていない領域）４８ａの、概略的な斜視
拡大図である。実施形態１において説明したように、第
２の非晶質半導体層４７が６０ｎｍ以下、例えば１０〜
４０ｎｍと薄い場合でも、連続発振レーザー光による結
晶化された第２の結晶質半導体層４８において、少なく
ともチャネル形成領域となる領域４８ａにおいて、結晶
成長方向であるチャネル長方向に平行な粒界ＧＢが存在
するが、チャネル幅方向には存在しないようにすること
が可能である。
【０１３２】以上の工程にて、薄膜トランジスタの活性
層となる第１及び第２の結晶質半導体層が形成される。
以降は、実施形態１で示したように公知のトップゲート
型薄膜トランジスタの製造方法にならって、薄膜トラン
ジスタを形成することができる。もちろん、第１及び第
２の結晶質半導体層を形成する前に、ゲート電極を形成
して、ボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製するこ
ともできる。
層となる第１及び第２の結晶質半導体層が形成される。
以降は、実施形態１で示したように公知のトップゲート
型薄膜トランジスタの製造方法にならって、薄膜トラン
ジスタを形成することができる。もちろん、第１及び第
２の結晶質半導体層を形成する前に、ゲート電極を形成
して、ボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製するこ
ともできる。
【０１３３】本実施形態の第１及び第２の結晶質半導体
層を活性層に用いた薄膜トランジスタは、実施形態１と
同様、チャネル形成領域を構成する第２の結晶質半導体
層は、結晶粒界がチャネル長方向に平行であり、キャリ
アの移動を妨げる粒界をなくすように形成されるため、
薄膜トランジスタの電界効果移動度を大きくすることが
できる。
層を活性層に用いた薄膜トランジスタは、実施形態１と
同様、チャネル形成領域を構成する第２の結晶質半導体
層は、結晶粒界がチャネル長方向に平行であり、キャリ
アの移動を妨げる粒界をなくすように形成されるため、
薄膜トランジスタの電界効果移動度を大きくすることが
できる。
【０１３４】また、本実施形態では、チャネル形成領域
となる第２の結晶質半導体層４８の結晶を｛１０１｝に
そろえるようにしたため、多数の薄膜トランジスタを同
一基板上に作製しても、素子ごとにチャネル形成領域の
結晶配向をそろえることができるため、素子ごとの特性
のばらつきを抑えることができる。
となる第２の結晶質半導体層４８の結晶を｛１０１｝に
そろえるようにしたため、多数の薄膜トランジスタを同
一基板上に作製しても、素子ごとにチャネル形成領域の
結晶配向をそろえることができるため、素子ごとの特性
のばらつきを抑えることができる。
【０１３５】特に、１０〜４０ｎｍ程度の薄いチャネル
形成領域を形成することで、しきい値電圧値、サブスレ
ッショルド特性も良好なものとするとともに、上記のよ
うに｛１０１｝に配向をそろえることで電界効果移動度
を大きくすることができる。
形成領域を形成することで、しきい値電圧値、サブスレ
ッショルド特性も良好なものとするとともに、上記のよ
うに｛１０１｝に配向をそろえることで電界効果移動度
を大きくすることができる。
【０１３６】また、本実施形態では、冒頭で示したよう
に、チャネル形成領域が｛１０１｝に優先的に配向して
いることに特徴がある。一般にＰチャネル型のＴＦＴ
は、ホールがキャリアとなるため電界効果移動度を高く
することは、Ｎチャネル型のＴＦＴよりも困難である
が、｛１０１｝結晶面がホールの移動度が最も高くなる
ことが知られており、本実施形態により、Ｐチャネル型
ＴＦＴの電界効果移動度をより高くできるという効果が
期待できる。
に、チャネル形成領域が｛１０１｝に優先的に配向して
いることに特徴がある。一般にＰチャネル型のＴＦＴ
は、ホールがキャリアとなるため電界効果移動度を高く
することは、Ｎチャネル型のＴＦＴよりも困難である
が、｛１０１｝結晶面がホールの移動度が最も高くなる
ことが知られており、本実施形態により、Ｐチャネル型
ＴＦＴの電界効果移動度をより高くできるという効果が
期待できる。
【０１３７】［第１の結晶質半導体膜の配向について］
ここでは、実施形態１及び２の方法で形成された第１の
結晶質半導体膜について、上記したＥＢＳＰ法により得
られた標準三角形用いて、その結晶の配向について述べ
る（図３６、３７参照）。すでに、標準三角形について
は図３５を用いて説明したが、図３５（Ｂ）は配向の分
布を等高線表示したものであるが、図３６、図３７も図
３５（Ｂ）と同様に等高線表示したものであるが、色
（濃淡）によって等高線を示したものである。
ここでは、実施形態１及び２の方法で形成された第１の
結晶質半導体膜について、上記したＥＢＳＰ法により得
られた標準三角形用いて、その結晶の配向について述べ
る（図３６、３７参照）。すでに、標準三角形について
は図３５を用いて説明したが、図３５（Ｂ）は配向の分
布を等高線表示したものであるが、図３６、図３７も図
３５（Ｂ）と同様に等高線表示したものであるが、色
（濃淡）によって等高線を示したものである。
【０１３８】標準三角形の濃度を示す数値は"times ran
dom"と呼ばれ、文字通り、ランダムな配向を仮定した場
合に対する倍数を示している。つまり、全測定点を標準
三角形の中に均等に分布させた場合の点密度を基準と
し、実際のデータの逆極点の密度が基準の何倍となって
いるかを示している。よって１より大きい数値であれ
ば、優先配向を持っていることになる。また、配向率の
割合は、全測定の点数に対する割合を示すものである。
dom"と呼ばれ、文字通り、ランダムな配向を仮定した場
合に対する倍数を示している。つまり、全測定点を標準
三角形の中に均等に分布させた場合の点密度を基準と
し、実際のデータの逆極点の密度が基準の何倍となって
いるかを示している。よって１より大きい数値であれ
ば、優先配向を持っていることになる。また、配向率の
割合は、全測定の点数に対する割合を示すものである。
【０１３９】（図３６）図３６（ａ）の標準三角形は、
実施形態１の結晶質半導体膜のものであり、図３６
（ｂ）の標準三角形は、実施形態２の結晶質半導体膜の
ものである。
実施形態１の結晶質半導体膜のものであり、図３６
（ｂ）の標準三角形は、実施形態２の結晶質半導体膜の
ものである。
【０１４０】図３６（ａ）の試料の作製方法は、ガラス
基板上に酸化珪素でなる下地膜を形成し、この下地膜上
に第１の非晶質半導体膜としてゲルマニウム（Ｇｅ）を
含まない非晶質シリコン膜を形成した。非晶質シリコン
膜はプラズマＣＶＤ装置で成膜され、反応ガスとしてＳ
ｉＨ4を用いた。ＳｉＨ4の流量は１００ｓｃｃｍとし
た。金属元素を選択的に添加するために、酸化珪素でな
るマスク膜を形成し、ニッケル濃度が１０ｐｐｍの酢酸
ニッケルの水溶液を選択的に塗布した。結晶化のための
加熱条件は、温度５７０℃、加熱時間１４時間である。
基板上に酸化珪素でなる下地膜を形成し、この下地膜上
に第１の非晶質半導体膜としてゲルマニウム（Ｇｅ）を
含まない非晶質シリコン膜を形成した。非晶質シリコン
膜はプラズマＣＶＤ装置で成膜され、反応ガスとしてＳ
ｉＨ4を用いた。ＳｉＨ4の流量は１００ｓｃｃｍとし
た。金属元素を選択的に添加するために、酸化珪素でな
るマスク膜を形成し、ニッケル濃度が１０ｐｐｍの酢酸
ニッケルの水溶液を選択的に塗布した。結晶化のための
加熱条件は、温度５７０℃、加熱時間１４時間である。
【０１４１】図３６（ａ）の標準三角形から、実施形態
１の試料は｛１１１｝が最も強く優先的に配向している
ことが容易に理解できる。
１の試料は｛１１１｝が最も強く優先的に配向している
ことが容易に理解できる。
【０１４２】図３６（ｂ）の試料の作製方法は、石英基
板上に第１の結晶質半導体膜として、ゲルマニウムを含
む非晶質シリコン膜をＣＶＤ装置により成膜した。反応
ガスとして、ＳｉＨ4と、Ｈ2で希釈したＧｅＨ4とを用
いた。反応ガスの流量は、ＳｉＨ4が１００ｓｃｃｍ、
Ｈ2で希釈したＧｅＨ4が１０ｓｃｃｍである。金属元素
を添加するために、ニッケル濃度が１０ｐｐｍの酢酸ニ
ッケルの水溶液を膜の表面の全面に塗布した。結晶化の
ために、温度５００℃で１時間加熱した後、さらに５８
０℃で４時間加熱した。
板上に第１の結晶質半導体膜として、ゲルマニウムを含
む非晶質シリコン膜をＣＶＤ装置により成膜した。反応
ガスとして、ＳｉＨ4と、Ｈ2で希釈したＧｅＨ4とを用
いた。反応ガスの流量は、ＳｉＨ4が１００ｓｃｃｍ、
Ｈ2で希釈したＧｅＨ4が１０ｓｃｃｍである。金属元素
を添加するために、ニッケル濃度が１０ｐｐｍの酢酸ニ
ッケルの水溶液を膜の表面の全面に塗布した。結晶化の
ために、温度５００℃で１時間加熱した後、さらに５８
０℃で４時間加熱した。
【０１４３】図３６（ｂ）の標準三角形から、実施形態
２の試料は｛１０１｝最も強く優先的に配向する傾向が
あることが容易に理解できる。また、図３６（ａ）と
（ｂ）のデータを対比することで、ゲルマニウムを添加
することにより、結晶性シリコン膜において｛１０１｝
配向が優先的に起ることが理解できる。図示の例では、
６０％もの高い配向率を示す。
２の試料は｛１０１｝最も強く優先的に配向する傾向が
あることが容易に理解できる。また、図３６（ａ）と
（ｂ）のデータを対比することで、ゲルマニウムを添加
することにより、結晶性シリコン膜において｛１０１｝
配向が優先的に起ることが理解できる。図示の例では、
６０％もの高い配向率を示す。
【０１４４】なお、図３６（ｂ）の試料は基板に石英を
用いているが、ガラス基板を用い、下地に酸化珪素膜が
形成された試料の場合は、ニッケル酢酸の水溶液のニッ
ケル濃度を０．１ｐｐｍとすることで、｛１０１｝配向
率が６０％以上にすることができる。
用いているが、ガラス基板を用い、下地に酸化珪素膜が
形成された試料の場合は、ニッケル酢酸の水溶液のニッ
ケル濃度を０．１ｐｐｍとすることで、｛１０１｝配向
率が６０％以上にすることができる。
【０１４５】実験により、非晶質シリコン膜に添加する
ニッケルの濃度によって、｛１０１｝の配向率が変化す
ることがわかっている。ガラス基板に下地膜を介してゲ
ルマニウムを含む非晶質シリコン膜を形成し、酢酸ニッ
ケル水溶液のニッケル濃度を変化させて、他の条件を同
じにして、｛１０１｝配向率（許容値の角度＝１０度）
の変化を調べた。ニッケル濃度が０．１ｐｐｍのとき約
６０％、１ｐｐｍのとき５０％程度、１０ｐｐｍのとき
３０％程度、３０ｐｐｍのとき２０％程度であった。す
なわち、添加するニッケルが少ないほど｛１０１｝配向
率が高くなる傾向があることがわかる。
ニッケルの濃度によって、｛１０１｝の配向率が変化す
ることがわかっている。ガラス基板に下地膜を介してゲ
ルマニウムを含む非晶質シリコン膜を形成し、酢酸ニッ
ケル水溶液のニッケル濃度を変化させて、他の条件を同
じにして、｛１０１｝配向率（許容値の角度＝１０度）
の変化を調べた。ニッケル濃度が０．１ｐｐｍのとき約
６０％、１ｐｐｍのとき５０％程度、１０ｐｐｍのとき
３０％程度、３０ｐｐｍのとき２０％程度であった。す
なわち、添加するニッケルが少ないほど｛１０１｝配向
率が高くなる傾向があることがわかる。
【０１４６】さらに、実験により、実施形態２の例にお
いて、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜の｛１０
１｝の配向率は、ゲルマニウムの濃度に依存することも
わかっている。
いて、ゲルマニウムを含む結晶質シリコン膜の｛１０
１｝の配向率は、ゲルマニウムの濃度に依存することも
わかっている。
【０１４７】ガラス基板に下地膜を介してゲルマニウム
を含む非晶質シリコン膜を形成し、酢酸ニッケル水溶液
のニッケル濃度が１０ｐｐｍとし、非晶質シリコン膜を
形成する際の、Ｈ2で希釈したＧｅＨ4の流量を変化さ
せ、他の条件を同じにして、｛１０１｝配向率の変化を
調べた。その結果、Ｈ2で希釈したＧｅＨ4の流量が、５
ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、１５ｓｃｃｍである場合、そ
れぞれの｛１０１｝配向率（許容値の角度＝１０度）
は、２０％程度、３０％程度、２０％程度である。
を含む非晶質シリコン膜を形成し、酢酸ニッケル水溶液
のニッケル濃度が１０ｐｐｍとし、非晶質シリコン膜を
形成する際の、Ｈ2で希釈したＧｅＨ4の流量を変化さ
せ、他の条件を同じにして、｛１０１｝配向率の変化を
調べた。その結果、Ｈ2で希釈したＧｅＨ4の流量が、５
ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、１５ｓｃｃｍである場合、そ
れぞれの｛１０１｝配向率（許容値の角度＝１０度）
は、２０％程度、３０％程度、２０％程度である。
【０１４８】また、上記の条件で成膜されたシリコン膜
中のゲルマニウムの濃度は、ＳＩＭＳによる測定では、
流量が５ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、１５ｓｃｃｍの場
合、１．５原子％、３．５原子％、１１．０原子％であ
った。
中のゲルマニウムの濃度は、ＳＩＭＳによる測定では、
流量が５ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、１５ｓｃｃｍの場
合、１．５原子％、３．５原子％、１１．０原子％であ
った。
【０１４９】よって、添加されるニッケルの量や、用い
る基板の種類にもよるが、許容値の角度が１０度以内の
場合に｛１０１｝配向を２０％以上とするには、シリコ
ン膜中のゲルマニウムの濃度は１原子％以上１０原子％
以下とすることが好ましい。
る基板の種類にもよるが、許容値の角度が１０度以内の
場合に｛１０１｝配向を２０％以上とするには、シリコ
ン膜中のゲルマニウムの濃度は１原子％以上１０原子％
以下とすることが好ましい。
【０１５０】図３６（ｃ）は、参考例１の結晶質シリコ
ン膜についての標準三角形である。図３６（ａ）に示さ
れる実施形態１の試料は、酢酸ニッケル溶液を選択的に
塗布して結晶化されたものであるのに対して、参考例１
では、酢酸ニッケル溶液を非晶質シリコン膜の表面全面
に塗布して、結晶化したものである。
ン膜についての標準三角形である。図３６（ａ）に示さ
れる実施形態１の試料は、酢酸ニッケル溶液を選択的に
塗布して結晶化されたものであるのに対して、参考例１
では、酢酸ニッケル溶液を非晶質シリコン膜の表面全面
に塗布して、結晶化したものである。
【０１５１】参考例１の試料も、ニッケルを添加して結
晶化された結晶質シリコン膜であるため、｛１１１｝に
配向する傾向があることがわかる。しかしながら、図３
６（ａ）と（ｃ）の標準三角形を対比するとわかるよう
に、参考例１では｛１１１｝の配向率が１４％と、実施
形態１の試料が約４９％であることと比較すると、低い
値となっている。よって、金属元素を添加し、かつ、そ
の添加箇所を選択的にしてラテラル成長させることで、
｛１１１｝配向率を高くする効果があることがわかる。
晶化された結晶質シリコン膜であるため、｛１１１｝に
配向する傾向があることがわかる。しかしながら、図３
６（ａ）と（ｃ）の標準三角形を対比するとわかるよう
に、参考例１では｛１１１｝の配向率が１４％と、実施
形態１の試料が約４９％であることと比較すると、低い
値となっている。よって、金属元素を添加し、かつ、そ
の添加箇所を選択的にしてラテラル成長させることで、
｛１１１｝配向率を高くする効果があることがわかる。
【０１５２】 （図３７参照）また、図３７は、参考例
２の結晶質シリコン膜についての標準三角形で、いわゆ
るポリシリコンと呼ばれる多結晶シリコン膜のものであ
る。石英基板上の非晶質シリコン膜を６００℃、２０時
間加熱した試料である。
２の結晶質シリコン膜についての標準三角形で、いわゆ
るポリシリコンと呼ばれる多結晶シリコン膜のものであ
る。石英基板上の非晶質シリコン膜を６００℃、２０時
間加熱した試料である。
【０１５３】参考例２の多結晶シリコン膜は、｛１１
１｝、｛１０１｝、｛００１｝のいずれかに優先的に配
向しているものではなく、結晶性に異方性がなく、ラン
ダムな配向になっていることがわかる。
１｝、｛１０１｝、｛００１｝のいずれかに優先的に配
向しているものではなく、結晶性に異方性がなく、ラン
ダムな配向になっていることがわかる。
【０１５４】したがって、図３６（ａ）、（ｂ）と図３
７を対比することで、金属元素を添加すること、またゲ
ルマニウムを非晶質シリコン膜に含ませることで、結晶
化されたシリコン膜の結晶面にある特定の面方位に優先
配向させるという効果があるということがわかる。
７を対比することで、金属元素を添加すること、またゲ
ルマニウムを非晶質シリコン膜に含ませることで、結晶
化されたシリコン膜の結晶面にある特定の面方位に優先
配向させるという効果があるということがわかる。
【０１５５】［実施形態３］本実施形態では、連続発振
レーザーを照射して下層の第１の結晶質半導体層を形成
し、連続発振レーザー光を照射することにより、第１の
結晶質半導体層を種として上層の第２の非晶質半導体層
を結晶化する例を説明する。
レーザーを照射して下層の第１の結晶質半導体層を形成
し、連続発振レーザー光を照射することにより、第１の
結晶質半導体層を種として上層の第２の非晶質半導体層
を結晶化する例を説明する。
【０１５６】 （図１５参照）まず、実施形態１と同様
に、基板１０に下地膜１１を形成し、下地膜１１上に、
第１の非晶質半導体膜として、非晶質シリコン膜５２を
形成する。形成方法は、スパッタリング法、プラズマＣ
ＶＤ法、減圧ＣＶＤ法などの公知の成膜方法を採用でき
る。
に、基板１０に下地膜１１を形成し、下地膜１１上に、
第１の非晶質半導体膜として、非晶質シリコン膜５２を
形成する。形成方法は、スパッタリング法、プラズマＣ
ＶＤ法、減圧ＣＶＤ法などの公知の成膜方法を採用でき
る。
【０１５７】 （図１６参照）次に、連続発振レーザー
光を照射して、第１の非晶質半導体膜５２を結晶化させ
る。連続発振レーザー光による照射領域２１を基板１０
に対して相対的に矢印の方向に移動しながら、レーザー
光を照射する。図１６において、第１の非晶質半導体膜
５２の一点鎖線で示す領域５２ａは、薄膜トランジスタ
が形成される素子領域であって、後述する第２の結晶質
半導体層の外形を示す。
光を照射して、第１の非晶質半導体膜５２を結晶化させ
る。連続発振レーザー光による照射領域２１を基板１０
に対して相対的に矢印の方向に移動しながら、レーザー
光を照射する。図１６において、第１の非晶質半導体膜
５２の一点鎖線で示す領域５２ａは、薄膜トランジスタ
が形成される素子領域であって、後述する第２の結晶質
半導体層の外形を示す。
【０１５８】上述したように、連続発振レーザー光の照
射領域２１の移動に伴って結晶成長するので、基板の平
面に水平方向（横方向）に長い粒径の結晶粒を成長させ
ることができる。また、連続発振レーザー光を用いた場
合、実施形態１や２のように、特定の面方位に配向はし
ないが、照射領域２１の移動方向について、＜１００＞
軸が成長しやすいという傾向があるということがわかっ
ている。
射領域２１の移動に伴って結晶成長するので、基板の平
面に水平方向（横方向）に長い粒径の結晶粒を成長させ
ることができる。また、連続発振レーザー光を用いた場
合、実施形態１や２のように、特定の面方位に配向はし
ないが、照射領域２１の移動方向について、＜１００＞
軸が成長しやすいという傾向があるということがわかっ
ている。
【０１５９】なお、本実施形態の場合も同様、レーザー
光の照射は、一方向に１回ほど、照射領域２１を移動す
ることで、少なくとも領域５２ａ全体が照射されるよう
に、図示のように連続発振レーザー光１４のビーム（光
束）を一方向に拡大して、長軸のビームとなるようにす
る。図１６ではビームの形状は長楕円形であるが、線状
であっても、矩形状であっても、四隅の丸い矩形状であ
ってもよい。
光の照射は、一方向に１回ほど、照射領域２１を移動す
ることで、少なくとも領域５２ａ全体が照射されるよう
に、図示のように連続発振レーザー光１４のビーム（光
束）を一方向に拡大して、長軸のビームとなるようにす
る。図１６ではビームの形状は長楕円形であるが、線状
であっても、矩形状であっても、四隅の丸い矩形状であ
ってもよい。
【０１６０】また、本発明においては、連続発振レーザ
ー光の照射は矢印の移動方向に１回だけ移動しながら照
射することに限定されるわけではない。矢印に示す１方
向に沿って往復したり、あるいは矢印に示す１方向に複
数回移動させたりすることも含む。
ー光の照射は矢印の移動方向に１回だけ移動しながら照
射することに限定されるわけではない。矢印に示す１方
向に沿って往復したり、あるいは矢印に示す１方向に複
数回移動させたりすることも含む。
【０１６１】 （図１７参照）また、第１の非晶質半導
体膜５２全面を結晶化する必要はなく、少なくとも、第
１の結晶質半導体層となる領域５２ａを結晶化させて、
結晶質半導体５３とすることができればよい。
体膜５２全面を結晶化する必要はなく、少なくとも、第
１の結晶質半導体層となる領域５２ａを結晶化させて、
結晶質半導体５３とすることができればよい。
【０１６２】 （図１８参照）連続発振レーザー光によ
る結晶化を行ったら、エッチングにより結晶化された領
域５３を所定の形状にパターニングして、結晶質シリコ
ンでなる２つの第１の結晶質半導体層５４を形成する。
これらの第１の結晶質半導体層５４は、薄膜トランジス
タのチャネル形成領域を結晶化させるための種結晶であ
り、かつ薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域
となる層でもある。
る結晶化を行ったら、エッチングにより結晶化された領
域５３を所定の形状にパターニングして、結晶質シリコ
ンでなる２つの第１の結晶質半導体層５４を形成する。
これらの第１の結晶質半導体層５４は、薄膜トランジス
タのチャネル形成領域を結晶化させるための種結晶であ
り、かつ薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域
となる層でもある。
【０１６３】上述したような基板の表面に水平方向な結
晶成長、いわゆるラテラル成長をさせたため、第１の結
晶質半導体層５４の結晶構造は、膜厚方向には結晶粒が
１つであり、こられの結晶粒は連続発振レーザー光の移
動方向に長い形状となっている。
晶成長、いわゆるラテラル成長をさせたため、第１の結
晶質半導体層５４の結晶構造は、膜厚方向には結晶粒が
１つであり、こられの結晶粒は連続発振レーザー光の移
動方向に長い形状となっている。
【０１６４】結晶化される第１の非晶質半導体膜５２の
厚さは３０ｎｍ以上とする。これは最終的に素子となる
第１結晶質半導体層はソース領域やドレイン領域を構成
する部分であり、ここでの電極、配線とのコンタクト抵
抗が高くならないようにするため、ある程度の膜厚が必
要だからである。より好ましくは、非晶質半導体膜５２
の厚さは１００ｎｍ以上とする。これは、結晶化する際
に連続発振レーザー光の照射条件のマージンを広くする
ためであり、また、ある程度厚くすることにより、レー
ザー光の走査方向に＜１００＞軸がそろいやすいためで
もある。
厚さは３０ｎｍ以上とする。これは最終的に素子となる
第１結晶質半導体層はソース領域やドレイン領域を構成
する部分であり、ここでの電極、配線とのコンタクト抵
抗が高くならないようにするため、ある程度の膜厚が必
要だからである。より好ましくは、非晶質半導体膜５２
の厚さは１００ｎｍ以上とする。これは、結晶化する際
に連続発振レーザー光の照射条件のマージンを広くする
ためであり、また、ある程度厚くすることにより、レー
ザー光の走査方向に＜１００＞軸がそろいやすいためで
もある。
【０１６５】また、第１の非晶質半導体膜５２の膜厚の
上限は、連続発振レーザー光の照射領域において膜全部
が溶融するような厚さになるように、４００ｎｍ以下、
好ましくは１５０ｎｍ以下とする。
上限は、連続発振レーザー光の照射領域において膜全部
が溶融するような厚さになるように、４００ｎｍ以下、
好ましくは１５０ｎｍ以下とする。
【０１６６】 （図１９（ａ）、（ｂ）参照）次に、第
１の結晶質半導体層５４に密着して、非晶質半導体でな
る第２の非晶質半導体膜を形成する。ここでは非晶質シ
リコン膜を形成する。そして、第２の非晶質半導体膜を
所定の形状にパターニングして、実施形態１と同様に、
第２の非晶質半導体層５５を形成する。第２の非晶質半
導体層５５の第１の結晶質半導体層５４と重なっていな
い領域５５ａは、チャネル形成領域となる領域である。
１の結晶質半導体層５４に密着して、非晶質半導体でな
る第２の非晶質半導体膜を形成する。ここでは非晶質シ
リコン膜を形成する。そして、第２の非晶質半導体膜を
所定の形状にパターニングして、実施形態１と同様に、
第２の非晶質半導体層５５を形成する。第２の非晶質半
導体層５５の第１の結晶質半導体層５４と重なっていな
い領域５５ａは、チャネル形成領域となる領域である。
【０１６７】第２の非晶質半導体膜５５の厚さは、実施
形態１、２と同様に、６０ｎｍ以下の１０ｎｍ〜６０ｎ
ｍ範囲、好ましくは２０ｎｍ〜４０ｎｍとする。第２の
非晶質半導体膜は結晶化され、最終的に薄膜トランジス
タのチャネル形成領域を構成する膜である。第２の非晶
質半導体膜５５の膜厚を１０ｎｍ〜６０ｎｍ程度に薄く
形成することで、チャネル形成領域の厚さが薄くなり、
オフ状態でのリーク電流値を抑える効果や、オン電流／
オフ電流比を高くする効果がえられる。
形態１、２と同様に、６０ｎｍ以下の１０ｎｍ〜６０ｎ
ｍ範囲、好ましくは２０ｎｍ〜４０ｎｍとする。第２の
非晶質半導体膜は結晶化され、最終的に薄膜トランジス
タのチャネル形成領域を構成する膜である。第２の非晶
質半導体膜５５の膜厚を１０ｎｍ〜６０ｎｍ程度に薄く
形成することで、チャネル形成領域の厚さが薄くなり、
オフ状態でのリーク電流値を抑える効果や、オン電流／
オフ電流比を高くする効果がえられる。
【０１６８】 （図２０参照）そして、第１の非晶質半
導体膜５２を結晶化した場合と同様に、連続発振レーザ
ー光による照射領域２１を基板１０に対して相対的に、
チャネル長方向に沿って移動しながら照射することによ
り、第２の非晶質半導体層５５全体を結晶化し、第２の
結晶質半導体層５６を形成する。
導体膜５２を結晶化した場合と同様に、連続発振レーザ
ー光による照射領域２１を基板１０に対して相対的に、
チャネル長方向に沿って移動しながら照射することによ
り、第２の非晶質半導体層５５全体を結晶化し、第２の
結晶質半導体層５６を形成する。
【０１６９】第２の結晶質半導体層５６において、第１
の結晶質半導体層５４と重なっていない領域５６ａに薄
膜トランジスタのチャネル形成領域が設けられる。本実
施形態においても、連続発振レーザー光を用いて、第２
の結晶質半導体層５６を形成しているので、領域５６ａ
の粒界は結晶成長方向に平行なチャネル長方向のみに存
在し、チャネル幅方向の結晶粒界が存在しないようにで
きる。
の結晶質半導体層５４と重なっていない領域５６ａに薄
膜トランジスタのチャネル形成領域が設けられる。本実
施形態においても、連続発振レーザー光を用いて、第２
の結晶質半導体層５６を形成しているので、領域５６ａ
の粒界は結晶成長方向に平行なチャネル長方向のみに存
在し、チャネル幅方向の結晶粒界が存在しないようにで
きる。
【０１７０】 （図２１参照）図２１を用いて、第２の
非晶質半導体層５４の結晶化について説明する。実施形
態１、２と同様、連続発振レーザー光をその照射領域２
１が基板１０に対して、チャネル長方向に平行な方向
に、第１の結晶質半導体層５４と重なっている領域か
ら、重なっていない領域５５ａに向かって移動しながら
照射する。
非晶質半導体層５４の結晶化について説明する。実施形
態１、２と同様、連続発振レーザー光をその照射領域２
１が基板１０に対して、チャネル長方向に平行な方向
に、第１の結晶質半導体層５４と重なっている領域か
ら、重なっていない領域５５ａに向かって移動しながら
照射する。
【０１７１】本実施形態の第１の結晶質半導体層５４
は、実施形態１や２と異なり、面方位はランダムである
が、結晶成長方向に＜１００＞軸が現れやすいことわか
っている。この点に着目して、本実施形態では、連続発
振レーザー光を用いて第２の非晶質半導体層をラテラル
成長させる際に、第１の結晶質半導体層の結晶性に異方
性を持つ側面５４ａが、チャネル形成領域となる領域５
６ａの結晶成長に寄与できるように配置することで、こ
の領域５６ａにおいて結晶軸を＜１００＞となるよう
に、すなわち結晶面を｛１００｝にそろえるようにした
ものである。そこで、第１及び第２の非晶質半導体膜を
結晶化する際に、連続発振レーザー光の照射領域の移動
方向をチャネル長方向にあわせている。
は、実施形態１や２と異なり、面方位はランダムである
が、結晶成長方向に＜１００＞軸が現れやすいことわか
っている。この点に着目して、本実施形態では、連続発
振レーザー光を用いて第２の非晶質半導体層をラテラル
成長させる際に、第１の結晶質半導体層の結晶性に異方
性を持つ側面５４ａが、チャネル形成領域となる領域５
６ａの結晶成長に寄与できるように配置することで、こ
の領域５６ａにおいて結晶軸を＜１００＞となるよう
に、すなわち結晶面を｛１００｝にそろえるようにした
ものである。そこで、第１及び第２の非晶質半導体膜を
結晶化する際に、連続発振レーザー光の照射領域の移動
方向をチャネル長方向にあわせている。
【０１７２】上記のように、本実施形態では、第１の結
晶質半導体層の側面５４ａの面方位により、第２の結晶
質半導体層の領域５６ａの結晶面の方位を決定づけるよ
うにしているので、第１の結晶質半導体層５４の厚さを
１００ｎｍ以上として、第２の非晶質半導体層を結晶化
させる際に、第１の結晶質半導体層の側面５４ａから優
先的な結晶成長が起りやすくするとよい。
晶質半導体層の側面５４ａの面方位により、第２の結晶
質半導体層の領域５６ａの結晶面の方位を決定づけるよ
うにしているので、第１の結晶質半導体層５４の厚さを
１００ｎｍ以上として、第２の非晶質半導体層を結晶化
させる際に、第１の結晶質半導体層の側面５４ａから優
先的な結晶成長が起りやすくするとよい。
【０１７３】以上の工程にて、薄膜トランジスタの活性
層となる第１及び第２の結晶質半導体層５４、５６が形
成される。以下は、公知のトップゲート型薄膜トランジ
スタの製造方法にならって、例えば、実施形態１で説明
したように、薄膜トランジスタを形成すればよい。もち
ろん、ゲート電極を先に形成して、第１及び第２の結晶
質半導体層を形成することで、ボトムゲート型薄膜トラ
ンジスタを形成できることはいうまでもない。
層となる第１及び第２の結晶質半導体層５４、５６が形
成される。以下は、公知のトップゲート型薄膜トランジ
スタの製造方法にならって、例えば、実施形態１で説明
したように、薄膜トランジスタを形成すればよい。もち
ろん、ゲート電極を先に形成して、第１及び第２の結晶
質半導体層を形成することで、ボトムゲート型薄膜トラ
ンジスタを形成できることはいうまでもない。
【０１７４】［実施形態４］実施形態３では、第１の結
晶質半導体層の形成は、非晶質半導体でなる第１の非晶
質半導体膜５２の所定の領域を結晶化し、しかる後エッ
チングによりパターニングする方法をとった。
晶質半導体層の形成は、非晶質半導体でなる第１の非晶
質半導体膜５２の所定の領域を結晶化し、しかる後エッ
チングによりパターニングする方法をとった。
【０１７５】この形成方法に対して、エッチングによ
り、第１の非晶質半導体膜５２を予め所定の形状にパタ
ーニングし、その後、実施形態３と同様に一定の方向に
移動しながら連続発振レーザー光を照射して結晶化する
ことで、第１の結晶質半導体層を形成することも可能で
ある。
り、第１の非晶質半導体膜５２を予め所定の形状にパタ
ーニングし、その後、実施形態３と同様に一定の方向に
移動しながら連続発振レーザー光を照射して結晶化する
ことで、第１の結晶質半導体層を形成することも可能で
ある。
【０１７６】［実施形態５］上記の実施形態では、第１
の結晶質半導体層の形状を立方体としたが、本発明で
は、第１の結晶質半導体層を種として第２の非晶質半導
体層を結晶化することができれば、第１の結晶質半導体
層の形状は立方体に限定されるものではない。本実施形
態では、第１の結晶質半導体層の形状の変形例を示す。
の結晶質半導体層の形状を立方体としたが、本発明で
は、第１の結晶質半導体層を種として第２の非晶質半導
体層を結晶化することができれば、第１の結晶質半導体
層の形状は立方体に限定されるものではない。本実施形
態では、第１の結晶質半導体層の形状の変形例を示す。
【０１７７】 （図２２（ａ）参照）まず、実施形態１
や２で説明したように、基板１０に下地膜１１を介して
第１の結晶質半導体層６１を形成する。なお、下地膜１
１の一点鎖線で示す領域１１ａは、後に形成される第２
の結晶質半導体層の輪郭を示す。本実施形態も、上記の
実施形態同様、第１の結晶質半導体層６１を第２の結晶
質半導体層からはみ出すように広くしている。
や２で説明したように、基板１０に下地膜１１を介して
第１の結晶質半導体層６１を形成する。なお、下地膜１
１の一点鎖線で示す領域１１ａは、後に形成される第２
の結晶質半導体層の輪郭を示す。本実施形態も、上記の
実施形態同様、第１の結晶質半導体層６１を第２の結晶
質半導体層からはみ出すように広くしている。
【０１７８】 （図２２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）参照）
次に、第１の結晶質半導体層６１に密着して、基板１０
全面に、第２の非晶質半導体膜として、非晶質シリコン
膜を成膜する。公知の方法で、レジストでなるマスクを
形成し、このマスクを用いて、第２の非晶質半導体膜を
所定の形状にエッチングし、第２の非晶質半導体層６２
を形成すると共に、第１の結晶質半導体層６１もエッチ
ングされる。
次に、第１の結晶質半導体層６１に密着して、基板１０
全面に、第２の非晶質半導体膜として、非晶質シリコン
膜を成膜する。公知の方法で、レジストでなるマスクを
形成し、このマスクを用いて、第２の非晶質半導体膜を
所定の形状にエッチングし、第２の非晶質半導体層６２
を形成すると共に、第１の結晶質半導体層６１もエッチ
ングされる。
【０１７９】図２２（ｃ）は図２２（ｂ）の線ｘ−ｘ'
による断面図であり、図２２（ｄ）は第１の結晶質半導
体層６１'の上面図である。以下、実施形態１乃至３で
説明したように、連続発振レーザー光を用いて第２の非
晶質半導体層６２を結晶化し、第２の結晶質半導体層を
形成する。得られた第１及び第２の結晶質半導体層が積
層した半導体層に、チャネル形成領域、ソース領域及び
ドレイン領域などを形成し、薄膜トランジスタを作製す
ることができる。
による断面図であり、図２２（ｄ）は第１の結晶質半導
体層６１'の上面図である。以下、実施形態１乃至３で
説明したように、連続発振レーザー光を用いて第２の非
晶質半導体層６２を結晶化し、第２の結晶質半導体層を
形成する。得られた第１及び第２の結晶質半導体層が積
層した半導体層に、チャネル形成領域、ソース領域及び
ドレイン領域などを形成し、薄膜トランジスタを作製す
ることができる。
【０１８０】一般に、薄膜トランジスタの半導体層は、
ソース領域やドレイン領域よりもチャネル形成領域の幅
が狭い。そこで、本実施形態のように、種となる結晶面
の幅をチャネル幅にあわせて細くしておくことに特徴が
ある。このように第１の結晶質半導体層６１'を成形す
ることで、チャネル形成領域において、チャネル長方向
に沿わないような結晶成長を抑制される効果が期待さ
れ、チャネル形成領域での結晶方位を揃えることが、よ
り再現性よくできる。
ソース領域やドレイン領域よりもチャネル形成領域の幅
が狭い。そこで、本実施形態のように、種となる結晶面
の幅をチャネル幅にあわせて細くしておくことに特徴が
ある。このように第１の結晶質半導体層６１'を成形す
ることで、チャネル形成領域において、チャネル長方向
に沿わないような結晶成長を抑制される効果が期待さ
れ、チャネル形成領域での結晶方位を揃えることが、よ
り再現性よくできる。
【０１８１】（図２３参照）次に、第１の結晶質半導体
層において、第２の非晶質半導体層と接する側面に凹凸
を設ける一例を図２３に示す。図２３において図２２と
同じ符号は同じ構成要素を示している。図２３（ａ）
は、図２２（ｂ）に対応し、第１の結晶質半導体層６３
と第２の結晶質半導体層６４が形成された状態を示す。
層において、第２の非晶質半導体層と接する側面に凹凸
を設ける一例を図２３に示す。図２３において図２２と
同じ符号は同じ構成要素を示している。図２３（ａ）
は、図２２（ｂ）に対応し、第１の結晶質半導体層６３
と第２の結晶質半導体層６４が形成された状態を示す。
【０１８２】図２３（ｂ）は第１の結晶質半導体層６３
の上面図である。図示のように、第１の結晶質半導体層
６３の側面６３ａに鋸波状の凹凸が形成されている。こ
の凹凸を形成することで、第１の結晶質半導体層６３の
側面からの結晶成長が優位に起ることが期待できるた
め、実施形態３や４の場合に特に有効である。
の上面図である。図示のように、第１の結晶質半導体層
６３の側面６３ａに鋸波状の凹凸が形成されている。こ
の凹凸を形成することで、第１の結晶質半導体層６３の
側面からの結晶成長が優位に起ることが期待できるた
め、実施形態３や４の場合に特に有効である。
【０１８３】なお側面の形状は図２３に図示する形状に
限ることなく、三角波や矩形波、正弦波、円弧などの形
状の凹凸を付すこともできる。
限ることなく、三角波や矩形波、正弦波、円弧などの形
状の凹凸を付すこともできる。
【０１８４】［実施形態６］上記の実施形態１乃至３で
は、上層の第２の結晶質半導体層を形成するために、連
続発振レーザー光を用いる例を説明したが、本発明にお
いては、連続発振レーザーの代りに、パルス発振レーザ
ー光を用いることもできる。本実施形態では、パルス発
振レーザー光を用いる方法を説明する。
は、上層の第２の結晶質半導体層を形成するために、連
続発振レーザー光を用いる例を説明したが、本発明にお
いては、連続発振レーザーの代りに、パルス発振レーザ
ー光を用いることもできる。本実施形態では、パルス発
振レーザー光を用いる方法を説明する。
【０１８５】 （図２４（ａ）参照）ここでは、実施形
態１で説明したプロセスを例にして、本実施形態を説明
する。実施形態１と同様に、図６までの工程を行う。即
ち、下地膜１１を介して、基板１０に１対の第１の結晶
質半導体層７１を形成し、これら第１の結晶質半導体層
７１上に接して、第２の非晶質半導体層７２を形成す
る。第２の結晶質半導体層の領域７２ａは薄膜トランジ
スタのチャネル形成領域となる領域である。
態１で説明したプロセスを例にして、本実施形態を説明
する。実施形態１と同様に、図６までの工程を行う。即
ち、下地膜１１を介して、基板１０に１対の第１の結晶
質半導体層７１を形成し、これら第１の結晶質半導体層
７１上に接して、第２の非晶質半導体層７２を形成す
る。第２の結晶質半導体層の領域７２ａは薄膜トランジ
スタのチャネル形成領域となる領域である。
【０１８６】そして、パルス発振レーザー光の照射領域
７３を基板１０に対して一定の方向に、相対的に移動さ
せることで、第２の非晶質半導体層７２全体にパルス発
振レーザー光を照射して、第２の結晶質半導体層７４を
形成する。第２の結晶質半導体層７４の領域７４ａは第
２の非晶質半導体層７２の領域７２ａに対応する。
７３を基板１０に対して一定の方向に、相対的に移動さ
せることで、第２の非晶質半導体層７２全体にパルス発
振レーザー光を照射して、第２の結晶質半導体層７４を
形成する。第２の結晶質半導体層７４の領域７４ａは第
２の非晶質半導体層７２の領域７２ａに対応する。
【０１８７】 （図２４（ｂ）、（ｃ）参照）パルス発
振レーザー光の照射領域７３を基板１０基板の表面に平
行であって、かつチャネル長方向と直交する方向に移動
しながら、パルス発振レーザー光を照射する。照射領域
７３には、第２の非晶質半導体層７２の第１の結晶質半
導体層７１と重なっている領域と、重なっていない領域
７２ａが共に含まれるようにする。
振レーザー光の照射領域７３を基板１０基板の表面に平
行であって、かつチャネル長方向と直交する方向に移動
しながら、パルス発振レーザー光を照射する。照射領域
７３には、第２の非晶質半導体層７２の第１の結晶質半
導体層７１と重なっている領域と、重なっていない領域
７２ａが共に含まれるようにする。
【０１８８】これはパルス発振レーザー光では、照射時
間が数ｎ秒〜数十ｎ秒程度と、連続発振レーザー光と比
較して非常に短いため、連続発振レーザー光のように固
相−液相界面を移動させながら照射することができない
ためである。そこで、本実施形態では、パルス発振レー
ザー光によって溶融される領域である照射領域７３に、
常に結晶成長の種となる第１結晶質半導体層７１が含ま
れるようにしている。
間が数ｎ秒〜数十ｎ秒程度と、連続発振レーザー光と比
較して非常に短いため、連続発振レーザー光のように固
相−液相界面を移動させながら照射することができない
ためである。そこで、本実施形態では、パルス発振レー
ザー光によって溶融される領域である照射領域７３に、
常に結晶成長の種となる第１結晶質半導体層７１が含ま
れるようにしている。
【０１８９】上述したようにパルス発振レーザー光を移
動しながら照射することで、照射領域７３において、常
に第１の結晶質半導体層７１のみから結晶成長させるこ
とができ、結晶成長方向をチャネル長方向に平行にする
ことができる。すなわち、核生成位置と、結晶成長方向
を制御することで、第２の非晶質半導体層７２を第１の
結晶質半導体層７１の結晶構造を複写するように、ラテ
ラル成長させることができる。
動しながら照射することで、照射領域７３において、常
に第１の結晶質半導体層７１のみから結晶成長させるこ
とができ、結晶成長方向をチャネル長方向に平行にする
ことができる。すなわち、核生成位置と、結晶成長方向
を制御することで、第２の非晶質半導体層７２を第１の
結晶質半導体層７１の結晶構造を複写するように、ラテ
ラル成長させることができる。
【０１９０】（図２４（ｃ）、（ｄ）参照）また、第２
の結晶質半導体層７４の領域７４ａは１対の第１の結晶
質半導体層７１のそれぞれから結晶成長するため、結晶
成長方向に平行であるチャネル長方向に形成される複数
の粒界ＧＢ１と、チャネル幅方向は、異なる第１の結晶
質半導体層７１を種に成長した粒界同士がぶつかって形
成されるの１つの結晶粒界ＧＢ２が形成される。また、
領域７４ａは膜厚方向には１つの結晶粒でなる。
の結晶質半導体層７４の領域７４ａは１対の第１の結晶
質半導体層７１のそれぞれから結晶成長するため、結晶
成長方向に平行であるチャネル長方向に形成される複数
の粒界ＧＢ１と、チャネル幅方向は、異なる第１の結晶
質半導体層７１を種に成長した粒界同士がぶつかって形
成されるの１つの結晶粒界ＧＢ２が形成される。また、
領域７４ａは膜厚方向には１つの結晶粒でなる。
【０１９１】このように結晶成長をさせるには、パルス
発振レーザー光の出力、照射領域の移動速度、照射領域
の面積や移動方向の幅などを調節することで、与えるエ
ネルギー密度を最適化することで実現できる。また、パ
ルス発振レーザー光を照射しているときに、基板を加熱
したり、マイクロ波などを照射したりして、熱エネルギ
ー、電磁エネルギーなどを半導体層に与えることで、結
晶化のエネルギーを低下させるようにしてもよい。
発振レーザー光の出力、照射領域の移動速度、照射領域
の面積や移動方向の幅などを調節することで、与えるエ
ネルギー密度を最適化することで実現できる。また、パ
ルス発振レーザー光を照射しているときに、基板を加熱
したり、マイクロ波などを照射したりして、熱エネルギ
ー、電磁エネルギーなどを半導体層に与えることで、結
晶化のエネルギーを低下させるようにしてもよい。
【０１９２】以上の工程を経て、薄膜トランジスタの活
性層となる第１及び第２の結晶質半導体層が形成され
る。以降は、公知の製造方法にならって、薄膜トランジ
スタを形成することができる。
性層となる第１及び第２の結晶質半導体層が形成され
る。以降は、公知の製造方法にならって、薄膜トランジ
スタを形成することができる。
【０１９３】なお、チャネル幅方向に平行な粒界ＧＢ２
のような粒界は、後述する実施形態７のように回路構成
を工夫することにより、チャネル形成領域に含まれない
ようにすることができる。
のような粒界は、後述する実施形態７のように回路構成
を工夫することにより、チャネル形成領域に含まれない
ようにすることができる。
【０１９４】［実施形態７］実施形態６の場合、パルス
発振レーザー光による結晶化のため、第２の結晶質半導
体層にチャネル幅方向の粒界ＧＢ２ができてしまう。し
かしながら、この粒界がチャネル形成領域に含まれない
ように素子設計をすることで、この粒界の影響を無くす
ことができる。
発振レーザー光による結晶化のため、第２の結晶質半導
体層にチャネル幅方向の粒界ＧＢ２ができてしまう。し
かしながら、この粒界がチャネル形成領域に含まれない
ように素子設計をすることで、この粒界の影響を無くす
ことができる。
【０１９５】 （図２５（ａ）参照）例えば、ソース領
域８５、ドレイン領域８６を構成している第1結晶質半
導体層を左右非対称に設けることで、チャネル形成領域
８４に第２の結晶質半導体層の粒界ＧＢ２を含ませない
ようにすることができる。図２５（ａ）において、１０
は基板、１１は下地膜、８２はゲート絶縁膜、８３はゲ
ート電極、８７は層間絶縁膜、８８はソース電極、８９
はドレイン電極である。
域８５、ドレイン領域８６を構成している第1結晶質半
導体層を左右非対称に設けることで、チャネル形成領域
８４に第２の結晶質半導体層の粒界ＧＢ２を含ませない
ようにすることができる。図２５（ａ）において、１０
は基板、１１は下地膜、８２はゲート絶縁膜、８３はゲ
ート電極、８７は層間絶縁膜、８８はソース電極、８９
はドレイン電極である。
【０１９６】 （図２５（ｂ）参照）また薄膜トランジ
スタの１つのチャネル形成領域を２つ以上にわけたマル
チチャネル構造とすることで、チャネル長を稼ぐと共
に、粒界ＧＢ２を避けるように形成することができる。
スタの１つのチャネル形成領域を２つ以上にわけたマル
チチャネル構造とすることで、チャネル長を稼ぐと共
に、粒界ＧＢ２を避けるように形成することができる。
【０１９７】図２５（ｂ）において、１０は基板、１１
は下地膜、９２はゲート絶縁膜、９３ａ、９３ｂはゲー
ト電極、９４ａ、９４ｂはチャネル形成領域、９５は第
１、第２の結晶質半導体層でなるソース領域、９６は同
様にドレイン領域である。領域９１は２つのチャネル形
成領域９４ａ、９４ｂを接続する不純物領域であり、こ
こに粒界ＧＢ２が含まれるように素子設計を行えばよ
い。９７は層間絶縁膜、９８はソース電極、９９はドレ
イン電極である。
は下地膜、９２はゲート絶縁膜、９３ａ、９３ｂはゲー
ト電極、９４ａ、９４ｂはチャネル形成領域、９５は第
１、第２の結晶質半導体層でなるソース領域、９６は同
様にドレイン領域である。領域９１は２つのチャネル形
成領域９４ａ、９４ｂを接続する不純物領域であり、こ
こに粒界ＧＢ２が含まれるように素子設計を行えばよ
い。９７は層間絶縁膜、９８はソース電極、９９はドレ
イン電極である。
【０１９８】以上の実施形態１〜７は適宜に組み合わせ
ることが可能である。例えば、実施形態３において示し
た、第１の結晶質半導体層、第２の非晶質半導体層の形
成方法を他の実施形態に適用することである。また、薄
膜トランジスタはトップゲート型に限定されるものでは
なく、本発明をボトムゲート型、代表的には逆スタガー
型の薄膜トランジスタに適用することが可能である。
ることが可能である。例えば、実施形態３において示し
た、第１の結晶質半導体層、第２の非晶質半導体層の形
成方法を他の実施形態に適用することである。また、薄
膜トランジスタはトップゲート型に限定されるものでは
なく、本発明をボトムゲート型、代表的には逆スタガー
型の薄膜トランジスタに適用することが可能である。
【０１９９】［実施形態８］本発明の半導体装置は、薄
膜トランジスタのような半導体素子に限定されるもので
ない。薄膜トランジスタなど、本発明の第１及び第２の
結晶質半導体層を用いた素子でなる集積回路を用いた半
導体装置全般を含む。例えば、アクティブマトリクス型
液晶パネルや、アクティブマトリクス型エレクロトルミ
ネッセンスパネルが薄膜トランジスタを利用した半導体
装置の代表的な例である。
膜トランジスタのような半導体素子に限定されるもので
ない。薄膜トランジスタなど、本発明の第１及び第２の
結晶質半導体層を用いた素子でなる集積回路を用いた半
導体装置全般を含む。例えば、アクティブマトリクス型
液晶パネルや、アクティブマトリクス型エレクロトルミ
ネッセンスパネルが薄膜トランジスタを利用した半導体
装置の代表的な例である。
【０２００】さらに、本発明の半導体装置はこれらアク
ティブマトリクス型表示装置を搭載した電子機器をも含
むものであり、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ：Pers
onalDigital Assistance）、ノートパソコン、パソコン
用ディスプレイ、テレビなどをあげることができる。
ティブマトリクス型表示装置を搭載した電子機器をも含
むものであり、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ：Pers
onalDigital Assistance）、ノートパソコン、パソコン
用ディスプレイ、テレビなどをあげることができる。
【０２０１】
【実施例】図２６〜図３４を用いて、本発明の実施例を
説明する。
説明する。
【０２０２】［実施例１］（図２６〜図３１）
本実施例は、同一基板上に画素部と駆動回路とを備えた
アクティブマトリクス型液晶パネルに本発明を実施した
例を説明する。
アクティブマトリクス型液晶パネルに本発明を実施した
例を説明する。
【０２０３】 （図２６参照）図２６は、アクティブマ
トリクス型液晶パネルの概略図である。液晶パネルは、
液晶を挟んで２枚の基板１００と１０１の周囲がシール
材により封止されている。基板１００は、一般にＴＦＴ
（薄膜トランジスタ）アレイ基板と呼ばれる基板であ
る。基板１００には、ＴＦＴをスイッチング素子に備え
た画素部、ＴＦＴなどで構成された集積回路であるゲー
ト線駆動回路１０４とソース線駆動回路１０５が設けら
れている。さらに、ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線
板：Flexible Printed Circuit）１０６を貼り付ける外
部入力端子１０７、駆動回路１０４と１０５の入力部と
外部接続端子１０７を接続する配線１０８などが設けら
れている。
トリクス型液晶パネルの概略図である。液晶パネルは、
液晶を挟んで２枚の基板１００と１０１の周囲がシール
材により封止されている。基板１００は、一般にＴＦＴ
（薄膜トランジスタ）アレイ基板と呼ばれる基板であ
る。基板１００には、ＴＦＴをスイッチング素子に備え
た画素部、ＴＦＴなどで構成された集積回路であるゲー
ト線駆動回路１０４とソース線駆動回路１０５が設けら
れている。さらに、ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線
板：Flexible Printed Circuit）１０６を貼り付ける外
部入力端子１０７、駆動回路１０４と１０５の入力部と
外部接続端子１０７を接続する配線１０８などが設けら
れている。
【０２０４】他方の基板１０１は一般に対向基板と呼ば
れる基板である。基板１０１には、画素部１０３と対向
するように対向電極（図示せず）が設けられ、対向電極
上に液晶を配向させるための配向膜が必要に応じて設け
られる。カラーのパネルであれば、画素部１０３に対向
する部分にカラーフィルタが設けられている。
れる基板である。基板１０１には、画素部１０３と対向
するように対向電極（図示せず）が設けられ、対向電極
上に液晶を配向させるための配向膜が必要に応じて設け
られる。カラーのパネルであれば、画素部１０３に対向
する部分にカラーフィルタが設けられている。
【０２０５】 （図２７、図２８参照）図２７は画素の
等価回路である。図２８は基板１００の画素部の上面図
である。画素は、ゲート線駆動回路１０４から信号が伝
送されるゲート線１１０とソース線駆動回路１０５から
信号が伝送されるソース線１１１が交差して設けられて
いる。この交差部に薄膜トランジスタ１１２、液晶素子
１１３、コンデンサ１１４が設けられている。液晶素子
１１３は画素ＴＦＴ１１２に接続されている画素電極１
１５、対向基板１０１に設けられている対向電極（図示
せず）を電極に、液晶を誘電体とするコンデンサとなっ
ている。コンデンサ１１４は液晶素子１１３の容量を補
充するための素子である。
等価回路である。図２８は基板１００の画素部の上面図
である。画素は、ゲート線駆動回路１０４から信号が伝
送されるゲート線１１０とソース線駆動回路１０５から
信号が伝送されるソース線１１１が交差して設けられて
いる。この交差部に薄膜トランジスタ１１２、液晶素子
１１３、コンデンサ１１４が設けられている。液晶素子
１１３は画素ＴＦＴ１１２に接続されている画素電極１
１５、対向基板１０１に設けられている対向電極（図示
せず）を電極に、液晶を誘電体とするコンデンサとなっ
ている。コンデンサ１１４は液晶素子１１３の容量を補
充するための素子である。
【０２０６】以下、図２９〜図３１を用いて、基板１０
０の製造方法を説明する。なお、駆動回路１０４、１０
５については、説明の都合により、回路の基本となるＣ
ＭＯＳ型の薄膜トランジスタの製造プロセスで代表させ
る。また図２９〜図３１において、上側は駆動回路（Ｃ
ＭＯＳ型ＴＦＴ）の断面図であり、下側は画素部の断面
図であり、図２８のＸ−Ｘ'に沿った線による断面図で
ある。
０の製造方法を説明する。なお、駆動回路１０４、１０
５については、説明の都合により、回路の基本となるＣ
ＭＯＳ型の薄膜トランジスタの製造プロセスで代表させ
る。また図２９〜図３１において、上側は駆動回路（Ｃ
ＭＯＳ型ＴＦＴ）の断面図であり、下側は画素部の断面
図であり、図２８のＸ−Ｘ'に沿った線による断面図で
ある。
【０２０７】 （図２９（ａ）参照）コーニング社の＃
１７３７ガラスを基板１２０として用意する。基板１２
０には、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホ
ウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板や、石英基板
を用いてもよい。
１７３７ガラスを基板１２０として用意する。基板１２
０には、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホ
ウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板や、石英基板
を用いてもよい。
【０２０８】下地膜１２１として、プラズマＣＶＤ装置
においてシラン（ＳｉＨ4）、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を
原料ガスとして、窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯx Ｎy ）
を厚さ１００ｎｍ成膜する。下地膜１２１の厚さは２０
〜２００ｎｍ程度である。
においてシラン（ＳｉＨ4）、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を
原料ガスとして、窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯx Ｎy ）
を厚さ１００ｎｍ成膜する。下地膜１２１の厚さは２０
〜２００ｎｍ程度である。
【０２０９】下地膜１２１に密着して、非晶質のゲルマ
ニウムを含むシリコンを主成分とする膜（以下、ＳｉＧ
ｅx膜と記す。）をプラズマＣＶＤ装置において形成す
る。原料ガスには、シラン（ＳｉＨ4）と、水素ガス
（Ｈ2）で１０％に希釈したゲルマン（ＧｅＨ4）とを用
いる。流量は、ＳｉＨ4が９０ｓｃｃｍ、Ｈ2で希釈され
たＧｅＨ4は１０ｓｃｃｍとする。高周波電力は０．３
５Ｗ／ｃｍ2（２７ＭＨｚ）であるが、繰り返し周波数
５ｋＨｚ（デューティ比２０％）のパルス放電に変調し
て平行平板型のプラズマＣＶＤ装置の陰極に給電する。
また、非晶質のＳｉＧｅx膜の厚さは、５５ｎｍとす
る。
ニウムを含むシリコンを主成分とする膜（以下、ＳｉＧ
ｅx膜と記す。）をプラズマＣＶＤ装置において形成す
る。原料ガスには、シラン（ＳｉＨ4）と、水素ガス
（Ｈ2）で１０％に希釈したゲルマン（ＧｅＨ4）とを用
いる。流量は、ＳｉＨ4が９０ｓｃｃｍ、Ｈ2で希釈され
たＧｅＨ4は１０ｓｃｃｍとする。高周波電力は０．３
５Ｗ／ｃｍ2（２７ＭＨｚ）であるが、繰り返し周波数
５ｋＨｚ（デューティ比２０％）のパルス放電に変調し
て平行平板型のプラズマＣＶＤ装置の陰極に給電する。
また、非晶質のＳｉＧｅx膜の厚さは、５５ｎｍとす
る。
【０２１０】非晶質のＳｉＧｅx膜の表面全面に、スピ
ナーを用いて１０ｐｐｍ濃度のニッケル酢酸溶液を塗布
し、加熱炉において加熱処理をして結晶化する。まず、
５００℃、１時間の加熱処理をし、５８０℃で４時間加
熱して、結晶化し、｛１０１｝の配向比率が２０％以上
の結晶質ＳｉＧｅx膜を形成する。
ナーを用いて１０ｐｐｍ濃度のニッケル酢酸溶液を塗布
し、加熱炉において加熱処理をして結晶化する。まず、
５００℃、１時間の加熱処理をし、５８０℃で４時間加
熱して、結晶化し、｛１０１｝の配向比率が２０％以上
の結晶質ＳｉＧｅx膜を形成する。
【０２１１】 （図２９（ｂ）参照）フォトリソグラフ
ィ法によりレジストマスクを形成し、このマスクを用い
て結晶質ＳｉＧｅx膜をエッチングして、所望の形状の
第１結晶質半導体層１２３〜１２９を形成する。
ィ法によりレジストマスクを形成し、このマスクを用い
て結晶質ＳｉＧｅx膜をエッチングして、所望の形状の
第１結晶質半導体層１２３〜１２９を形成する。
【０２１２】ＣＭＯＳＴＦＴの第１結晶質半導体層１２
３、１２４はＰチャネル型ＴＦＴ（以下、ＰｃｈＴＦＴ
という）のソース領域、ドレイン領域となる層である。
第１結晶質半導体層１２５、１２６はＮチャネル型ＴＦ
Ｔ（以下、ＮｃｈＴＦＴという）のソース領域、ドレイ
ン領域となる層である。
３、１２４はＰチャネル型ＴＦＴ（以下、ＰｃｈＴＦＴ
という）のソース領域、ドレイン領域となる層である。
第１結晶質半導体層１２５、１２６はＮチャネル型ＴＦ
Ｔ（以下、ＮｃｈＴＦＴという）のソース領域、ドレイ
ン領域となる層である。
【０２１３】 （図２８参照）画素部においては、第１
結晶質半導体層１２７、１２８は画素ＴＦＴ（ＮｃｈＴ
ＦＴ）のソース領域、ドレイン領域となる層である。第
１結晶質半導体層１２９はコンデンサ１１４を形成する
層であって、画素電極１１５との接続部となる層であ
る。
結晶質半導体層１２７、１２８は画素ＴＦＴ（ＮｃｈＴ
ＦＴ）のソース領域、ドレイン領域となる層である。第
１結晶質半導体層１２９はコンデンサ１１４を形成する
層であって、画素電極１１５との接続部となる層であ
る。
【０２１４】 （図２９（ｃ）参照）次に、第１結晶質
半導体層１２３〜１２９に密着して、プラズマＣＶＤ装
置においてシラン（ＳｉＨ4）を原料ガスにして非晶質
シリコン膜を厚さ２５０ｎｍ成膜する。フォトリソグラ
フィ法によりレジストマスクを形成し、このマスクを用
いて非晶質シリコン膜をエッチングして、所望の形状の
第２非晶質半導体層１３１〜１３４を形成する。
半導体層１２３〜１２９に密着して、プラズマＣＶＤ装
置においてシラン（ＳｉＨ4）を原料ガスにして非晶質
シリコン膜を厚さ２５０ｎｍ成膜する。フォトリソグラ
フィ法によりレジストマスクを形成し、このマスクを用
いて非晶質シリコン膜をエッチングして、所望の形状の
第２非晶質半導体層１３１〜１３４を形成する。
【０２１５】 （図３０（ａ）参照）チャネル長方向に
沿って走査しながら、第２非晶質半導体層１３１〜１３
４に対して連続発振レーザー光を照射して、結晶化し、
第２結晶質半導体層１３５〜１３８を形成する。
沿って走査しながら、第２非晶質半導体層１３１〜１３
４に対して連続発振レーザー光を照射して、結晶化し、
第２結晶質半導体層１３５〜１３８を形成する。
【０２１６】連続発振レーザー光による結晶化は、連続
発振レーザー装置として、ＮｄがドープされたＹＶＯ4
結晶を用いた固体レーザーを用いる。また照射するレー
ザー光は基本波の第２高調波（５３２ｎｍ）の光であ
る。ビームの形状（断面形状）は、光学系により長軸２
００μｍ、短軸２０μｍの長楕円状に拡大されている。
レーザー光の出力は３〜６Ｗ（ここでは５Ｗとする）と
し、基板の移動速度を５〜１００ｃｍ／ｓｅｃ（ここで
は５０ｃｍ／ｓｅｃとする）とし、レーザー光の照射雰
囲気を大気雰囲気とする。また、連続発振レーザー光の
照射は、ビームの短軸方向に照射領域が移動するよう
に、レーザー光を固定し基板を移動しながら行う。ま
た、移動方向がＣＭＯＳＴＦＴ、画素ＴＦＴ１１２のチ
ャネル長方向になるようにする。
発振レーザー装置として、ＮｄがドープされたＹＶＯ4
結晶を用いた固体レーザーを用いる。また照射するレー
ザー光は基本波の第２高調波（５３２ｎｍ）の光であ
る。ビームの形状（断面形状）は、光学系により長軸２
００μｍ、短軸２０μｍの長楕円状に拡大されている。
レーザー光の出力は３〜６Ｗ（ここでは５Ｗとする）と
し、基板の移動速度を５〜１００ｃｍ／ｓｅｃ（ここで
は５０ｃｍ／ｓｅｃとする）とし、レーザー光の照射雰
囲気を大気雰囲気とする。また、連続発振レーザー光の
照射は、ビームの短軸方向に照射領域が移動するよう
に、レーザー光を固定し基板を移動しながら行う。ま
た、移動方向がＣＭＯＳＴＦＴ、画素ＴＦＴ１１２のチ
ャネル長方向になるようにする。
【０２１７】以上の条件による結晶化により、第２結晶
質半導体層は、チャネル形成領域が設けられる部分の結
晶粒界をチャネル長方向に平行とし、チャネル幅方向の
結晶粒界ができないようにする。
質半導体層は、チャネル形成領域が設けられる部分の結
晶粒界をチャネル長方向に平行とし、チャネル幅方向の
結晶粒界ができないようにする。
【０２１８】なお、第２非晶質半導体層を結晶化する前
に、ＴＦＴのしきい値電圧を制御することを目的とし
て、予めシリコン膜中にボロンやガリウムをドープして
もよい。ドープするタイミングは、非晶質シリコン膜を
成膜しながら行うこともでき、また成膜後に、イオンド
ーピング装置によってドープすることもできる。ドープ
されたボロンやガリウムは第２非晶質半導体層を結晶化
のために照射された連続発振レーザー光により活性化さ
れる。
に、ＴＦＴのしきい値電圧を制御することを目的とし
て、予めシリコン膜中にボロンやガリウムをドープして
もよい。ドープするタイミングは、非晶質シリコン膜を
成膜しながら行うこともでき、また成膜後に、イオンド
ーピング装置によってドープすることもできる。ドープ
されたボロンやガリウムは第２非晶質半導体層を結晶化
のために照射された連続発振レーザー光により活性化さ
れる。
【０２１９】 （図３０（ｂ）参照）次に、第２結晶質
半導体層１３５〜１３８に密着して絶縁膜１３９を形成
する。絶縁膜１３９はＴＦＴのゲート絶縁膜、コンデン
サの誘電体として機能する。ここでは、絶縁膜１３９と
して、プラズマＣＶＤ装置において、シラン（Ｓｉ
Ｈ 4）、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を原料ガスとして、窒化
酸化シリコン膜（ＳｉＯxＮy）を厚さ１１０ｎｍに成膜
する。
半導体層１３５〜１３８に密着して絶縁膜１３９を形成
する。絶縁膜１３９はＴＦＴのゲート絶縁膜、コンデン
サの誘電体として機能する。ここでは、絶縁膜１３９と
して、プラズマＣＶＤ装置において、シラン（Ｓｉ
Ｈ 4）、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を原料ガスとして、窒化
酸化シリコン膜（ＳｉＯxＮy）を厚さ１１０ｎｍに成膜
する。
【０２２０】次に、絶縁膜１３９に密着して導電膜を形
成し、フォトリソグラフィ法によりレジストによるマス
クを形成し、このマスクを利用して、ＣＭＯＳＴＦＴの
ゲート電極１４０、画素部のゲート線１１１及び電極１
４１を形成する。図２８に示すように、この電極１４１
は、画素ＴＦＴのゲート電極であり、かつ当該画素の次
行に設けられるコンデンサの電極でもある。ここでは、
導電膜として、スパッタリング装置においてタングステ
ン膜（Ｗ膜）を厚さ３００ｎｍ成膜する。ＩＣＰ（Indu
ctively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチ
ング装置において、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2の
混合ガスにより、タングステン膜をエッチングして、ゲ
ート線１１１及び電極１４１を形成する。
成し、フォトリソグラフィ法によりレジストによるマス
クを形成し、このマスクを利用して、ＣＭＯＳＴＦＴの
ゲート電極１４０、画素部のゲート線１１１及び電極１
４１を形成する。図２８に示すように、この電極１４１
は、画素ＴＦＴのゲート電極であり、かつ当該画素の次
行に設けられるコンデンサの電極でもある。ここでは、
導電膜として、スパッタリング装置においてタングステ
ン膜（Ｗ膜）を厚さ３００ｎｍ成膜する。ＩＣＰ（Indu
ctively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチ
ング装置において、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2の
混合ガスにより、タングステン膜をエッチングして、ゲ
ート線１１１及び電極１４１を形成する。
【０２２１】 （図３０（ｃ）参照）次に、プラズマド
ーピング装置において、ドーピングを行い、Ｎ型および
Ｐ型の不純物領域を形成する。駆動回路のＰｃｈＴＦＴ
の第１結晶質半導体層１２３、１２４および第２結晶質
半導体層１３５にＰ型の不純物としてボロンをドープし
て、Ｐ型の導電性を示すＰ+領域１４２、１４３を形成
する。また、駆動回路のＮｃｈＴＦＴ及び、画素ＴＦ
Ｔ、コンデンサの第１結晶質半導体層１２５〜１２９、
第２結晶質半導体層１３６〜１３８にＮ型の不純物とし
てリンをドープして、Ｎ型の導電性を示すＮ+領域１４
４〜１５０およびＮ-領域１５１〜１５６を形成する。
なおＮ-領域はＮ+領域よりも燐の濃度を低くして、抵抗
を高くした領域である。
ーピング装置において、ドーピングを行い、Ｎ型および
Ｐ型の不純物領域を形成する。駆動回路のＰｃｈＴＦＴ
の第１結晶質半導体層１２３、１２４および第２結晶質
半導体層１３５にＰ型の不純物としてボロンをドープし
て、Ｐ型の導電性を示すＰ+領域１４２、１４３を形成
する。また、駆動回路のＮｃｈＴＦＴ及び、画素ＴＦ
Ｔ、コンデンサの第１結晶質半導体層１２５〜１２９、
第２結晶質半導体層１３６〜１３８にＮ型の不純物とし
てリンをドープして、Ｎ型の導電性を示すＮ+領域１４
４〜１５０およびＮ-領域１５１〜１５６を形成する。
なおＮ-領域はＮ+領域よりも燐の濃度を低くして、抵抗
を高くした領域である。
【０２２２】Ｐ+領域１４２、１４３はゲート電極１４
０をマスクに自己整合的に形成される。またＮ+領域１
４４〜１４８はレジストマスクを用いて非自己整合的に
形成され、Ｎ+領域１４９、１５０は電極１４１を用い
て自己整合的に形成され、Ｎ-領域１５１〜１５６は電
極１４０と１４１を用いて自己整合的に形成される。ま
た、これらの不純物領域を形成することで、チャネル形
成領域１５８〜１６１が画定される。
０をマスクに自己整合的に形成される。またＮ+領域１
４４〜１４８はレジストマスクを用いて非自己整合的に
形成され、Ｎ+領域１４９、１５０は電極１４１を用い
て自己整合的に形成され、Ｎ-領域１５１〜１５６は電
極１４０と１４１を用いて自己整合的に形成される。ま
た、これらの不純物領域を形成することで、チャネル形
成領域１５８〜１６１が画定される。
【０２２３】この工程で、コンデンサ１１４が完成す
る。コンデンサ１１４は、電極１４１と、電極１４１の
電界によりチャネル形成領域１６１に誘起されるチャネ
ルとを電極対に、絶縁膜１３９を誘電体とする構成をと
る。
る。コンデンサ１１４は、電極１４１と、電極１４１の
電界によりチャネル形成領域１６１に誘起されるチャネ
ルとを電極対に、絶縁膜１３９を誘電体とする構成をと
る。
【０２２４】 （図３１（ａ）参照）次に、基板全面に
絶縁膜１６３を形成する。この絶縁膜は、１層目の層間
絶縁膜であり、かつ不純物領域を活性化するための熱処
理時に、ゲート線１１０等が酸化されることを防ぐため
の保護膜である。ここでは絶縁膜１６３として、酸化窒
化シリコン膜をプラズマＣＶＤ装置において、厚さ５０
ｎｍ成膜した。この酸化窒化シリコン膜はＯの組成（濃
度）がＮの組成（濃度）よりも多くなるようにする。
絶縁膜１６３を形成する。この絶縁膜は、１層目の層間
絶縁膜であり、かつ不純物領域を活性化するための熱処
理時に、ゲート線１１０等が酸化されることを防ぐため
の保護膜である。ここでは絶縁膜１６３として、酸化窒
化シリコン膜をプラズマＣＶＤ装置において、厚さ５０
ｎｍ成膜した。この酸化窒化シリコン膜はＯの組成（濃
度）がＮの組成（濃度）よりも多くなるようにする。
【０２２５】次に、加熱処理装置において窒素雰囲気、
５５０℃で熱処理することで、先にドープされたリン、
ボロンを活性化する。そして、基板全面に絶縁膜１６４
を形成する。この絶縁膜は２層目の層間絶縁膜であり、
ここでは酸化窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ装置にお
いて厚さ１００ｎｍ成膜する。
５５０℃で熱処理することで、先にドープされたリン、
ボロンを活性化する。そして、基板全面に絶縁膜１６４
を形成する。この絶縁膜は２層目の層間絶縁膜であり、
ここでは酸化窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ装置にお
いて厚さ１００ｎｍ成膜する。
【０２２６】 （図３１（ｂ）参照）基板表面を平坦化
するため、平坦化膜１６５を形成する。平坦化膜１６５
としては、無機材料としては、プラズマＣＶＤ法でＴＥ
ＯＳ（Tetraethyl Ortho silicate）を原料ガスに用い
て成膜される酸化シリコン膜や、塗布法で形成されるＳ
ＯＧ，ＰＳＧ，ＢＳＧを用いることができる。また、有
機樹脂材料としては、塗布法で形成されるポリイミド、
アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシクロロブテン）が適用でき
る。ＣＶＤ法よりも塗布法で成膜できる膜のほうが、平
坦性がより高くできる。あるいは絶縁膜を形成した後、
ＣＭＰ法により膜表面を研磨して、より平坦性を高める
こともできる。ここでは平坦化膜１６５として、塗布法
にてアクリル樹脂をゲート電極１４１上で厚さが１μｍ
になるように形成する。次に、絶縁膜１６３、１６４、
平坦化膜１６５の所定の位置（図２８参照）に、コンタ
クトホールを開口する。
するため、平坦化膜１６５を形成する。平坦化膜１６５
としては、無機材料としては、プラズマＣＶＤ法でＴＥ
ＯＳ（Tetraethyl Ortho silicate）を原料ガスに用い
て成膜される酸化シリコン膜や、塗布法で形成されるＳ
ＯＧ，ＰＳＧ，ＢＳＧを用いることができる。また、有
機樹脂材料としては、塗布法で形成されるポリイミド、
アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシクロロブテン）が適用でき
る。ＣＶＤ法よりも塗布法で成膜できる膜のほうが、平
坦性がより高くできる。あるいは絶縁膜を形成した後、
ＣＭＰ法により膜表面を研磨して、より平坦性を高める
こともできる。ここでは平坦化膜１６５として、塗布法
にてアクリル樹脂をゲート電極１４１上で厚さが１μｍ
になるように形成する。次に、絶縁膜１６３、１６４、
平坦化膜１６５の所定の位置（図２８参照）に、コンタ
クトホールを開口する。
【０２２７】画素電極１１５を反射型の電極とするた
め、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｇを主成分とする
膜、チタン（Ｔｉ）、それらの積層膜等、反射性の優れ
た材料でなる導電膜を成膜する。ここではアルミニウム
膜をスパッタ法で成膜する。フォトリソグラフィ法によ
りレジストマスクを形成し、このマスクを用いてこのア
ルミニウム膜をエッチングして、ＮｃｈＴＦＴとＰｃｈ
ＴＦＴを接続するための電極１６７、ＣＭＯＳＴＦＴの
入力部／出力部となる配線１６８と１６９、画素部のゲ
ート信号線１１０、画素電極１１５、画素ＴＦＴ１１２
とソース信号線１１１とを接続するための電極１７０が
形成される（図２８参照）。断面図には図示されていな
いが、図２８に示すように電極１４１はコンタクトホー
ルを介してゲート信号線１１０に接続されている。公知
のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して
表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱さ
せることによって白色度を増加させることが好ましい。
め、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｇを主成分とする
膜、チタン（Ｔｉ）、それらの積層膜等、反射性の優れ
た材料でなる導電膜を成膜する。ここではアルミニウム
膜をスパッタ法で成膜する。フォトリソグラフィ法によ
りレジストマスクを形成し、このマスクを用いてこのア
ルミニウム膜をエッチングして、ＮｃｈＴＦＴとＰｃｈ
ＴＦＴを接続するための電極１６７、ＣＭＯＳＴＦＴの
入力部／出力部となる配線１６８と１６９、画素部のゲ
ート信号線１１０、画素電極１１５、画素ＴＦＴ１１２
とソース信号線１１１とを接続するための電極１７０が
形成される（図２８参照）。断面図には図示されていな
いが、図２８に示すように電極１４１はコンタクトホー
ルを介してゲート信号線１１０に接続されている。公知
のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して
表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱さ
せることによって白色度を増加させることが好ましい。
【０２２８】以上の工程で、画素ＴＦＴ及びコンデンサ
１１４を含む画素部とＣＭＯＳＴＦＴを含む駆動回路１
０４、１０５を同一基板上に作製したＴＦＴアレイ基板
が完成する。
１１４を含む画素部とＣＭＯＳＴＦＴを含む駆動回路１
０４、１０５を同一基板上に作製したＴＦＴアレイ基板
が完成する。
【０２２９】次いで、対向基板を用意し、後は公知のセ
ル組工程を経て液晶パネルを完成する。 なお、本実施
例では、実施形態２で説明した方法に基づいてＴＦＴな
どを作製したが、もちろん他の実施形態の方法を採用し
てもよい。
ル組工程を経て液晶パネルを完成する。 なお、本実施
例では、実施形態２で説明した方法に基づいてＴＦＴな
どを作製したが、もちろん他の実施形態の方法を採用し
てもよい。
【０２３０】［実施例２］（図３２、図３３）
本実施例では、同一基板上に画素部と駆動回路とを備え
たアクティブマトリクス型エレクトロルミネッセンス
（ＥＬ）パネルに、本発明を実施した例を説明する。
たアクティブマトリクス型エレクトロルミネッセンス
（ＥＬ）パネルに、本発明を実施した例を説明する。
【０２３１】アクティブマトリクス型ＥＬパネルのＴＦ
Ｔアレイ基板は、液晶パネルと同様画素部と、画素部の
ゲート線に信号を伝送するためのゲート線駆動回路、ソ
ース線に信号を伝送するためのソース線駆動回路がＴＦ
Ｔを用いた集積回路にて構成されている。
Ｔアレイ基板は、液晶パネルと同様画素部と、画素部の
ゲート線に信号を伝送するためのゲート線駆動回路、ソ
ース線に信号を伝送するためのソース線駆動回路がＴＦ
Ｔを用いた集積回路にて構成されている。
【０２３２】 （図３２参照）図３２は画素の基本的な
等価回路図の一例である。ゲート線２０１、ソース線２
０２の交差部にスイッチング用ＴＦＴ２０４、電流制御
用ＴＦＴ２０５、ＥＬ素子２０６、コンデンサ２０７が
設けられている。さらに、ＥＬ素子２０６に電流を供給
するための電源供給線２０３が設けられている。本発明
の結晶質半導体層は、駆動回路及び画素部のＴＦＴに適
用される。
等価回路図の一例である。ゲート線２０１、ソース線２
０２の交差部にスイッチング用ＴＦＴ２０４、電流制御
用ＴＦＴ２０５、ＥＬ素子２０６、コンデンサ２０７が
設けられている。さらに、ＥＬ素子２０６に電流を供給
するための電源供給線２０３が設けられている。本発明
の結晶質半導体層は、駆動回路及び画素部のＴＦＴに適
用される。
【０２３３】ＥＬ素子２０６は発光素子であるダイオー
ド素子であり、電流制御用ＴＦＴ２０５を介して、電源
供給線から電流が供給され、発光する。スイッチング用
ＴＦＴ２０４は電流制御用ＴＦＴ２０５がオン状態とな
るタイミングを制御するためのものである。
ド素子であり、電流制御用ＴＦＴ２０５を介して、電源
供給線から電流が供給され、発光する。スイッチング用
ＴＦＴ２０４は電流制御用ＴＦＴ２０５がオン状態とな
るタイミングを制御するためのものである。
【０２３４】図３３は画素部の断面図であり、（ａ）は
ＥＬ素子から発した光がＴＦＴ基板を通して下側から放
射する下方出射型の画素であり、（ｂ）はＥＬ素子から
の光がＴＦＴ基板を通らずに、上方から放射する上方出
射型の画素である。
ＥＬ素子から発した光がＴＦＴ基板を通して下側から放
射する下方出射型の画素であり、（ｂ）はＥＬ素子から
の光がＴＦＴ基板を通らずに、上方から放射する上方出
射型の画素である。
【０２３５】 （図３３（ａ）参照）基板２１０上に下
地膜２１１を介してＮｃｈＴＦＴでなるスイッチングＴ
ＦＴ２０４とＰｃｈＴＦＴでなる電流制御用ＴＦＴ２０
５が設けられている。電流制御用ＴＦＴ２０５はドレイ
ンがＥＬ素子２０６の陽極層２１６に接続している。
地膜２１１を介してＮｃｈＴＦＴでなるスイッチングＴ
ＦＴ２０４とＰｃｈＴＦＴでなる電流制御用ＴＦＴ２０
５が設けられている。電流制御用ＴＦＴ２０５はドレイ
ンがＥＬ素子２０６の陽極層２１６に接続している。
【０２３６】スイッチングＴＦＴ２０４と電流制御用Ｔ
ＦＴ２０５の構成、及び絶縁膜２１２上に設けられたゲ
ート電極２２０、２２１、ソース配線２０２と、層間絶
縁物２１３、２１４上に設けられた電極２２２〜２２４
との接続構造は、実施例１と同様である。図示されてい
ないが、実施例１と同様にコンデンサ２０７が設けられ
ている。
ＦＴ２０５の構成、及び絶縁膜２１２上に設けられたゲ
ート電極２２０、２２１、ソース配線２０２と、層間絶
縁物２１３、２１４上に設けられた電極２２２〜２２４
との接続構造は、実施例１と同様である。図示されてい
ないが、実施例１と同様にコンデンサ２０７が設けられ
ている。
【０２３７】ＥＬ素子２０６は、陽極層２１６、発光体
を含む有機化合物層２１７、陰極層２１８からなり、そ
の上にパッシベーション層２１９が形成されている。陽
極層２１６の端部を覆うように隔壁層２１５が形成され
ている。
を含む有機化合物層２１７、陰極層２１８からなり、そ
の上にパッシベーション層２１９が形成されている。陽
極層２１６の端部を覆うように隔壁層２１５が形成され
ている。
【０２３８】陽極層２１６を形成する材料は酸化インジ
ウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料を
用い、陰極にはＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌ
ｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はア
ルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成
される仕事関数の低い材料を用いる。
ウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料を
用い、陰極にはＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌ
ｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はア
ルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成
される仕事関数の低い材料を用いる。
【０２３９】有機化合物層２１７は、発光層、正孔注入
層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれ
る。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一
重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三
重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）が
あり、これらの一方あるいは両方の発光を含んでいる。
層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれ
る。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一
重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三
重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）が
あり、これらの一方あるいは両方の発光を含んでいる。
【０２４０】パッシベーション層２１９としては、窒化
珪素、酸窒化珪素、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬ
Ｃ）など酸素や水蒸気に対しバリア性の高い材料の膜を
形成する。このような構成によりＥＬ素子２０６の発す
る光は陽極層２１６側から放射される構成となる。
珪素、酸窒化珪素、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬ
Ｃ）など酸素や水蒸気に対しバリア性の高い材料の膜を
形成する。このような構成によりＥＬ素子２０６の発す
る光は陽極層２１６側から放射される構成となる。
【０２４１】 （図３３（ｂ）参照）一方、図３３
（ｂ）の画素部も（ａ）と同様であり、異なる点は電流
制御用ＴＦＴ２０５がＮｃｈＴＦＴであること、ＥＬ素
子２０６の陰極と陽極が入れ替わっていることである。
電流制御用ＴＦＴ２０５の電極２２４に接続される電極
２３０が陰極であり、２３１が陽極層である。
（ｂ）の画素部も（ａ）と同様であり、異なる点は電流
制御用ＴＦＴ２０５がＮｃｈＴＦＴであること、ＥＬ素
子２０６の陰極と陽極が入れ替わっていることである。
電流制御用ＴＦＴ２０５の電極２２４に接続される電極
２３０が陰極であり、２３１が陽極層である。
【０２４２】以上のようにしてアクティブマトリクス型
ＥＬパネルを作製することができる。なお、画素部の回
路は図３２に示す回路に限定されるものではなく、駆動
方法により様々な回路が設計できるが、いずれの場合も
画素部のＴＦＴを本発明の結晶質半導体層で形成するこ
とにより、画素毎に輝度のばらつきが小さいパネルが製
造できる。
ＥＬパネルを作製することができる。なお、画素部の回
路は図３２に示す回路に限定されるものではなく、駆動
方法により様々な回路が設計できるが、いずれの場合も
画素部のＴＦＴを本発明の結晶質半導体層で形成するこ
とにより、画素毎に輝度のばらつきが小さいパネルが製
造できる。
【０２４３】［実施例３］（図３４参照）
実施例１で説明した非自発光型表示装置である液晶パネ
ルや、自発光型表示装置であるＥＬパネルは表示部とし
て、様々な電子機器に搭載することができる。
ルや、自発光型表示装置であるＥＬパネルは表示部とし
て、様々な電子機器に搭載することができる。
【０２４４】例えば、ビデオカメラ、デジタルカメラ、
ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレ
イ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオ
ーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナル
コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコ
ンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍
等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはDigi
tal Versatile Disc（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、
その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙
げられる。それら電子機器の具体例を図３４に示す。
ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレ
イ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオ
ーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナル
コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコ
ンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍
等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはDigi
tal Versatile Disc（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、
その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙
げられる。それら電子機器の具体例を図３４に示す。
【０２４５】 （図３４（Ａ）参照）図３４（Ａ）は表
示装置であり、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示
用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。筐体１
００１、支持台１００２、表示部１００３、スピーカー
部１００４、ビデオ入力端子１００５等を備えている。
表示部１００３として、実施例の直視型の液晶パネルや
ＥＬパネルが搭載される。また、表示部１００３をスク
リーンとして、光学系により液晶パネルやＥＬパネルに
表示された映像を投写する投写型表示装置とするのも可
能である。
示装置であり、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示
用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。筐体１
００１、支持台１００２、表示部１００３、スピーカー
部１００４、ビデオ入力端子１００５等を備えている。
表示部１００３として、実施例の直視型の液晶パネルや
ＥＬパネルが搭載される。また、表示部１００３をスク
リーンとして、光学系により液晶パネルやＥＬパネルに
表示された映像を投写する投写型表示装置とするのも可
能である。
【０２４６】なお、現状では、エレクトロルミネッセン
ス材料の輝度が小さいため、投写型に適用可能なものは
液晶パネルであるが、将来、輝度の高いエレクトロルミ
ネッセンス材料が開発されれば、本発明のＴＦＴアレイ
基板を用いた投写型のエレクトロルミネッセンス表示装
置が実用化可能になる。
ス材料の輝度が小さいため、投写型に適用可能なものは
液晶パネルであるが、将来、輝度の高いエレクトロルミ
ネッセンス材料が開発されれば、本発明のＴＦＴアレイ
基板を用いた投写型のエレクトロルミネッセンス表示装
置が実用化可能になる。
【０２４７】 （図３４（Ｂ）参照）図３４（Ｂ）はデ
ジタルスチルカメラであり、本体１１０１、表示部１１
０２、受像部１１０３、操作キー１１０４、外部接続ポ
ート１１０５、シャッター１１０６等を含む。実施例の
液晶パネルやＥＬパネルが、表示部１１０２として搭載
されている。また、デジタルスチルカメラとしては、静
止が記録、再生機能のみではなく、動画像記録、再生機
能を併せ持つものも含まれる。
ジタルスチルカメラであり、本体１１０１、表示部１１
０２、受像部１１０３、操作キー１１０４、外部接続ポ
ート１１０５、シャッター１１０６等を含む。実施例の
液晶パネルやＥＬパネルが、表示部１１０２として搭載
されている。また、デジタルスチルカメラとしては、静
止が記録、再生機能のみではなく、動画像記録、再生機
能を併せ持つものも含まれる。
【０２４８】 （図３４（Ｃ）参照）図３４（Ｃ）はノ
ート型パーソナルコンピュータであり、本体１２０１、
筐体１２０２、表示部１２０３、キーボード１２０４、
外部接続ポート１２０５、ポインティングマウス１２０
６等を含む。実施例の液晶パネルやＥＬパネルが、表示
部１２０３として搭載されている。
ート型パーソナルコンピュータであり、本体１２０１、
筐体１２０２、表示部１２０３、キーボード１２０４、
外部接続ポート１２０５、ポインティングマウス１２０
６等を含む。実施例の液晶パネルやＥＬパネルが、表示
部１２０３として搭載されている。
【０２４９】 （図３４（Ｄ）参照）図３４（Ｄ）はＰ
ＤＡであり、本体１３０１、表示部１３０２、スイッチ
１３０３、操作キー１３０４、赤外線ポート１３０５等
を含む。実施例の液晶パネルやＥＬパネルが、表示部１
３０２として搭載されている。
ＤＡであり、本体１３０１、表示部１３０２、スイッチ
１３０３、操作キー１３０４、赤外線ポート１３０５等
を含む。実施例の液晶パネルやＥＬパネルが、表示部１
３０２として搭載されている。
【０２５０】 （図３４（Ｅ）参照）図３４（Ｅ）は記
録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶ
Ｄ再生装置を想定している）であり、本体１４０１、筐
体１４０２、表示部１４０３、表示部１４０４、記録媒
体（ＤＶＤ等）再生部１４０５、操作キー１４０６、ス
ピーカー部１４０７等を含む。表示部１４０３は主とし
て、記録媒体に記録された画像情報を表示するものであ
る。表示部１４０４は、記録媒体に記録された画像情報
のタイトルや、操作方法などの主として文字・記号情報
を表示するものである。実施例の液晶パネルやＥＬパネ
ルが、表示部１４０３、１４０４として搭載されてい
る。
録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶ
Ｄ再生装置を想定している）であり、本体１４０１、筐
体１４０２、表示部１４０３、表示部１４０４、記録媒
体（ＤＶＤ等）再生部１４０５、操作キー１４０６、ス
ピーカー部１４０７等を含む。表示部１４０３は主とし
て、記録媒体に記録された画像情報を表示するものであ
る。表示部１４０４は、記録媒体に記録された画像情報
のタイトルや、操作方法などの主として文字・記号情報
を表示するものである。実施例の液晶パネルやＥＬパネ
ルが、表示部１４０３、１４０４として搭載されてい
る。
【０２５１】 （図３４（Ｆ）参照）図３４（Ｆ）はゴ
ーグル型ディスプレイであり、本体１５０１、表示部１
５０２、アーム部１５０３を含む。実施例の液晶パネル
やＥＬパネルが、表示部１５０２に用いられている。図
示の表示装置は眼鏡型のフェイスマウント型の表示装置
であるが、ヘッドマウント型のディスプレイにも適用可
能であることは明らかである。
ーグル型ディスプレイであり、本体１５０１、表示部１
５０２、アーム部１５０３を含む。実施例の液晶パネル
やＥＬパネルが、表示部１５０２に用いられている。図
示の表示装置は眼鏡型のフェイスマウント型の表示装置
であるが、ヘッドマウント型のディスプレイにも適用可
能であることは明らかである。
【０２５２】また、表示部１５０２の方式には、パネル
サイズ対角１インチ未満の液晶パネルやＥＬパネルを直
視するタイプや、本体１５０１に光学系を内蔵し、この
ような微細なパネルに表示される映像を光学系により投
射する投写型の２つの方式があげられる。
サイズ対角１インチ未満の液晶パネルやＥＬパネルを直
視するタイプや、本体１５０１に光学系を内蔵し、この
ような微細なパネルに表示される映像を光学系により投
射する投写型の２つの方式があげられる。
【０２５３】 （図３４（Ｇ）参照）図３４（Ｇ）はビ
デオカメラであり、本体１６０１、表示部１６０２、筐
体１６０３、外部接続ポート１６０４、リモコン受信部
１６０５、受像部１６０６、バッテリー１６０７、音声
入力部１６０８、操作キー１６０９、接眼部１６１０等
を含む。実施例の液晶パネルやＥＬパネルが、表示部１
６０２として搭載されている。
デオカメラであり、本体１６０１、表示部１６０２、筐
体１６０３、外部接続ポート１６０４、リモコン受信部
１６０５、受像部１６０６、バッテリー１６０７、音声
入力部１６０８、操作キー１６０９、接眼部１６１０等
を含む。実施例の液晶パネルやＥＬパネルが、表示部１
６０２として搭載されている。
【０２５４】 （図３４（Ｈ）参照）図３４（Ｈ）は携
帯電話であり、本体１７０１、筐体１７０２、表示部１
７０３、音声入力部１７０４、音声出力部１７０５、操
作キー１７０６、外部接続ポート１７０７、アンテナ１
７０８等を含む。実施例の液晶パネルやＥＬパネルが、
表示部１７０３として搭載されている。
帯電話であり、本体１７０１、筐体１７０２、表示部１
７０３、音声入力部１７０４、音声出力部１７０５、操
作キー１７０６、外部接続ポート１７０７、アンテナ１
７０８等を含む。実施例の液晶パネルやＥＬパネルが、
表示部１７０３として搭載されている。
【０２５５】以上の様に、本発明のＴＦＴでなるアクテ
ィブマトリクス型表示パネルの適用範囲は極めて広く、
あらゆる分野の電子機器に用いることが可能であり、図
３４はごく一例を図示したにすぎないものであり、その
用途を限定するものではないことを付記する。
ィブマトリクス型表示パネルの適用範囲は極めて広く、
あらゆる分野の電子機器に用いることが可能であり、図
３４はごく一例を図示したにすぎないものであり、その
用途を限定するものではないことを付記する。
【０２５６】
【発明の効果】本発明は、薄膜トランジスタやダイオー
ドなどの半導体素子のチャネルとなる結晶質半導体層
は、その下層の結晶質半導体層を種として、基板水平方
向結晶成長（横成長させる）させるため、チャネル形成
領域において半導体の結晶粒の粒界はチャネル長方向に
平行に制御することができる。さらに、この種となる下
層の結晶質半導体層の結晶方位をそろえるようにしたた
め、チャネル形成領域において、チャネル長方向につい
て半導体の結晶粒の結晶方位を揃えることができる。
ドなどの半導体素子のチャネルとなる結晶質半導体層
は、その下層の結晶質半導体層を種として、基板水平方
向結晶成長（横成長させる）させるため、チャネル形成
領域において半導体の結晶粒の粒界はチャネル長方向に
平行に制御することができる。さらに、この種となる下
層の結晶質半導体層の結晶方位をそろえるようにしたた
め、チャネル形成領域において、チャネル長方向につい
て半導体の結晶粒の結晶方位を揃えることができる。
【０２５７】したがって、上記のようにチャネル形成領
域の結晶粒の粒界の位置、及び結晶粒の結晶方位を制御
することができるようになるため、高い電界効果移動度
の薄膜トランジスタを素子ごとの特性のばらつきを抑え
て集積化した回路を作製することが可能になる。
域の結晶粒の粒界の位置、及び結晶粒の結晶方位を制御
することができるようになるため、高い電界効果移動度
の薄膜トランジスタを素子ごとの特性のばらつきを抑え
て集積化した回路を作製することが可能になる。
【０２５８】また、上層の非晶質半導体層の膜厚を６０
ｎｍ以下、さらには４０ｎｍ以下と薄くしても、種とな
る下層の結晶質半導体層があるため、上層の非晶質半導
体層を上述のように結晶粒界の位置及び結晶方位を揃え
て結晶成長させることができる。よって、例えば、この
ような結晶化技術を薄膜トランジスタの製造技術に適用
すれば、チャネル形成領域となる半導体層を薄く、かつ
上記のような優れた結晶性を有する物とすることができ
るため、オフ状態での電流のリークを小さくでき、かつ
オン電流／オフ電流比を高くすることができる。
ｎｍ以下、さらには４０ｎｍ以下と薄くしても、種とな
る下層の結晶質半導体層があるため、上層の非晶質半導
体層を上述のように結晶粒界の位置及び結晶方位を揃え
て結晶成長させることができる。よって、例えば、この
ような結晶化技術を薄膜トランジスタの製造技術に適用
すれば、チャネル形成領域となる半導体層を薄く、かつ
上記のような優れた結晶性を有する物とすることができ
るため、オフ状態での電流のリークを小さくでき、かつ
オン電流／オフ電流比を高くすることができる。
【０２５９】また、本発明の結晶化方法は、ガラス基板
を使用できるプロセス温度である。したがって、従来の
ように熱酸化を利用した薄膜化をせずとも、チャネル形
成領域の厚さを６０ｎｍ以下、さらには４０ｎｍ以下と
薄く設けることを可能にする。
を使用できるプロセス温度である。したがって、従来の
ように熱酸化を利用した薄膜化をせずとも、チャネル形
成領域の厚さを６０ｎｍ以下、さらには４０ｎｍ以下と
薄く設けることを可能にする。
【０２６０】また、上記したように、チャネル形成領域
となる半導体層を６０ｎｍ以下、さらには４０ｎｍ以下
と薄くしても、配線もしくは電極とコンタクト部分に下
層の第１結晶質半導体層及び上層の第２結晶質半導体層
という２層の半導体層を設け、下層の結晶質半導体層の
膜厚を調節することで、コンタクト抵抗が高くなること
を避けることができる。
となる半導体層を６０ｎｍ以下、さらには４０ｎｍ以下
と薄くしても、配線もしくは電極とコンタクト部分に下
層の第１結晶質半導体層及び上層の第２結晶質半導体層
という２層の半導体層を設け、下層の結晶質半導体層の
膜厚を調節することで、コンタクト抵抗が高くなること
を避けることができる。
【図１】 第１の結晶質半導体層を形成する方法を示す
斜視図である（実施形態１）。
斜視図である（実施形態１）。
【図２】 図１の続きを示す図であり、第１の結晶質半
導体膜を形成する方法を示す図である（実施形態１）。
導体膜を形成する方法を示す図である（実施形態１）。
【図３】 図２の続きを示す図であり、第１の結晶質半
導体膜を形成する方法を示す図である（実施形態１）。
導体膜を形成する方法を示す図である（実施形態１）。
【図４】 図３の続きを示す図であり、第１の結晶質半
導体膜を形成する方法を示す図である（実施形態１）。
導体膜を形成する方法を示す図である（実施形態１）。
【図５】 図４の続きを示す図であり、第１の結晶質半
導体層を形成する方法を示す図である（実施形態１）。
導体層を形成する方法を示す図である（実施形態１）。
【図６】 図５の続きを示す図であり、第２の非晶質半
導体層を形成する方法を示す図である（実施形態１）。
導体層を形成する方法を示す図である（実施形態１）。
【図７】 図６の続きを示す図であり、連続発振レーザ
ー光による結晶化により第２の結晶質半導体層を形成す
る方法を示す（実施形態１）。
ー光による結晶化により第２の結晶質半導体層を形成す
る方法を示す（実施形態１）。
【図８】 図７の続きを示す図であり、薄膜トランジス
タの作製行程を示す。（実施形態１）
タの作製行程を示す。（実施形態１）
【図９】 第１の結晶質半導体膜を形成する方法を示す
斜視図である（実施形態２）。
斜視図である（実施形態２）。
【図１０】 図９の続きを示す図であり、第１の結晶質
半導体膜を形成する方法を示す図である（実施形態
２）。
半導体膜を形成する方法を示す図である（実施形態
２）。
【図１１】 図１０の続きを示す図であり、第１の結晶
質半導体膜を形成する方法を示す図である（実施形態
２）。
質半導体膜を形成する方法を示す図である（実施形態
２）。
【図１２】 図１１の続きを示す図であり、第１の結晶
質半導体層を形成する方法を示す図である。（実施形態
２）
質半導体層を形成する方法を示す図である。（実施形態
２）
【図１３】 図１２の続きを示す図であり、第２の非晶
質半導体層を形成する方法を示す図である（実施形態
２）。
質半導体層を形成する方法を示す図である（実施形態
２）。
【図１４】 図１３の続きを示す図であり、連続発振レ
ーザー光による結晶化により第２の結晶質半導体層を形
成する方法を示す（実施形態２）。
ーザー光による結晶化により第２の結晶質半導体層を形
成する方法を示す（実施形態２）。
【図１５】 第１の結晶質半導体膜を形成する方法を示
す斜視図である（実施形態２）。
す斜視図である（実施形態２）。
【図１６】 図９の続きを示す図であり、第１の結晶質
半導体層を形成する方法を示す図である（実施形態
３）。
半導体層を形成する方法を示す図である（実施形態
３）。
【図１７】 図１０の続きを示す図であり、第１の結晶
質半導体層を形成する方法を示す図である（実施形態
３）。
質半導体層を形成する方法を示す図である（実施形態
３）。
【図１８】 図１１の続きを示す図であり、第１の結晶
質半導体層を形成する方法を示す図である。（実施形態
３）
質半導体層を形成する方法を示す図である。（実施形態
３）
【図１９】 図１８の続きを示す図であり、第２の結晶
質半導体層を形成する方法を示す図である（実施形態
３）。
質半導体層を形成する方法を示す図である（実施形態
３）。
【図２０】 図１９の続きを示す図であり、第２の結晶
質半導体層を形成する方法を示す図である（実施形態
３）。
質半導体層を形成する方法を示す図である（実施形態
３）。
【図２１】 図２０の斜視図に対応し、連続発振レーザ
ー光により、第２の結晶質半導体層を形成する方法を示
す図である（実施形態３）。
ー光により、第２の結晶質半導体層を形成する方法を示
す図である（実施形態３）。
【図２２】 第１の結晶質半導体層を形成する方法を示
す図である（実施形態５）。
す図である（実施形態５）。
【図２３】 第１の結晶質半導体層を形成する方法を示
す図である（実施形態５）。
す図である（実施形態５）。
【図２４】 パルス発振レーザー光による結晶化により
第２結晶質半導体層を形成する方法を示す図である。
（実施形態６）
第２結晶質半導体層を形成する方法を示す図である。
（実施形態６）
【図２５】 薄膜トランジスタの断面図である。（実施
形態７）
形態７）
【図２６】 アクティブマトリクス型液晶パネルの構成
を示す概略図である。（実施例１）
を示す概略図である。（実施例１）
【図２７】 アクティブマトリクス型液晶パネルの画素
部の等価回路図である。（実施例１）
部の等価回路図である。（実施例１）
【図２８】 アクティブマトリクス型液晶パネルの画素
部の上面図である。（実施例１）
部の上面図である。（実施例１）
【図２９】 アクティブマトリクス型液晶パネルのＴＦ
Ｔアレイ基板の作製方法を示す断面図である。（実施例
１）
Ｔアレイ基板の作製方法を示す断面図である。（実施例
１）
【図３０】 図２９の続きを示す図であり、アクティブ
マトリクス型液晶パネルのＴＦＴアレイ基板の作製方法
を示す断面図である。（実施例１）
マトリクス型液晶パネルのＴＦＴアレイ基板の作製方法
を示す断面図である。（実施例１）
【図３１】 図３０続きを示す図であり、アクティブマ
トリクス型液晶パネルのＴＦＴアレイ基板の作製方法を
示す断面図である。（実施例１）
トリクス型液晶パネルのＴＦＴアレイ基板の作製方法を
示す断面図である。（実施例１）
【図３２】 エレクトロルミネッセンスを用いた表示装
置の画素部の等価回路図である。（実施例２）
置の画素部の等価回路図である。（実施例２）
【図３３】 同画素部の断面図である。（実施例２）
【図３４】 本発明が適用される電子機器の例示を示す
図である。（実施例３）
図である。（実施例３）
【図３５】 ＥＢＳＰデータから得られる標準三角形の
説明
説明
【図３６】 実施形態１、実施形態２及び参考例１の第
１の結晶質半導体層についての標準三角形である。
１の結晶質半導体層についての標準三角形である。
【図３７】 参考例２の第１の結晶質半導体層について
の標準三角形である。
の標準三角形である。
１０ 基板
１１ 下地膜
１２ 第１の非晶質半導体膜（非晶質シリコン
膜） １７ 第１の結晶質半導体層（結晶質シリコン
層） ２２ 第２の結晶質半導体層（結晶質シリコン
層）
膜） １７ 第１の結晶質半導体層（結晶質シリコン
層） ２２ 第２の結晶質半導体層（結晶質シリコン
層）
─────────────────────────────────────────────────────
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 ６１６Ｕ
６２７Ｚ
Ｆターム(参考） 2H092 GA29 GA59 JA25 JA26 JA28
JA33 JA46 JB66 KA02 KA04
KA05 KA10 KA16 KA18 KA19
KB24 KB25 MA05 MA06 MA07
MA08 MA10 MA13 MA17 MA20
MA27 MA29 MA30 MA41 NA21
NA24 PA01 PA06 RA05
5F052 AA02 AA17 AA24 BA07 BB01
BB02 BB03 BB07 DA02 DA03
DB02 DB03 DB07 EA12 EA16
FA06 FA22 GB04 JA01 JA04
5F110 AA01 AA06 BB02 BB04 CC02
CC08 DD01 DD02 DD03 DD05
DD07 DD12 DD13 DD14 DD15
DD17 EE04 EE28 EE44 FF04
FF30 GG01 GG02 GG03 GG13
GG17 GG19 GG22 GG23 GG25
GG32 GG43 GG45 GG47 GG51
HJ01 HJ23 HK09 HK14 HK25
HK33 HK35 HK37 HL02 HL03
HL04 HL06 HL11 HM02 HM07
HM12 NN03 NN04 NN22 NN23
NN25 NN26 NN27 NN35 NN36
NN71 NN72 PP02 PP03 PP04
PP05 PP06 PP07 PP10 PP24
PP34 QQ01 QQ04 QQ11 QQ19
QQ28
Claims (25)
- 【請求項１】２つの第１の結晶質半導体層と、前記２つ
の第１の結晶質半導体層の上に接して設けられた第２の
結晶質半導体層とが積層された半導体を備えた薄膜トラ
ンジスタを有する半導体装置であって、 前記薄膜トランジスタのソース領域およびドレイン領域
は、それぞれ、前記第１結晶質半導体層と第２の結晶質
半導体層とが積層した部分に設けられ、 前記薄膜トランジスタのチャネル形成領域は、前記第２
の結晶質半導体層が前記第１の結晶質半導体層と重なら
ない部分に設けられており、前記チャネル形成領域は、
｛００１｝｛１０１｝および｛１１１｝の結晶面のう
ち、｛１１１｝の割合が最も高いことを特徴とする半導
体装置。 - 【請求項２】２つの第１の結晶質半導体層と、前記２つ
の第１の結晶質半導体層の上に接して設けられた第２の
結晶質半導体層とが積層された半導体を備えた薄膜トラ
ンジスタを有する半導体装置であって、 前記薄膜トランジスタのソース領域およびドレイン領域
は、それぞれ、前記第１の結晶質半導体層と第２の結晶
質半導体層とが積層した部分に設けられ、 前記薄膜トランジスタのチャネル形成領域は、前記第２
の結晶質半導体層が前記第１の結晶質半導体層と重なら
ない部分に設けられており、 前記チャネル形成領域は、｛００１｝｛１０１｝および
｛１１１｝の結晶面のうち、｛１０１｝の割合が最も高
いことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】請求項１又は２において、前記第２の結晶
質半導体層のチャネル形成領域の結晶面の割合は、反射
電子線回折パターンにより測定されることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項において、
前記第２の結晶質半導体層の厚さは１０〜６０ｎｍであ
ることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項において、
前記第２の結晶質半導体層は、チャネル形成領域におい
て結晶粒界がチャネル長方向と平行になっていることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項６】請求項５に記載の半導体装置は、アクティ
ブマトリクス型表示パネル、ビデオカメラ、デジタルカ
メラ、ゴーグル型ディスプレイ、ヘッドマウント型ディ
スプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置、パ
ーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末、携
帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍のいずれかであ
ることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項７】基板の上に非晶質半導体でなる第１の半導
体膜を形成し、 半導体の結晶化エネルギーを低下させる金属元素を前記
第１の半導体膜に選択的に添加し、 加熱処理により、前記第１の半導体膜を結晶化し、 結晶化された前記第１の半導体膜を所定の形状にパター
ニングして、第１の結晶質半導体層を形成し、 前記第１の結晶質半導体層の上に接して、非晶質半導体
でなる第２の半導体膜を形成し、 前記第１の結晶質半導体層と重なる領域と重ならない領
域とを含むように、前記第２の半導体膜を所定の形状に
パターニングして、第２の非晶質半導体層を形成し、 連続発振レーザー光を前記基板に対して相対的に移動さ
せながら、前記第２の非晶質半導体層に照射して、前記
第２の非晶質半導体層を結晶化し、第２の結晶質半導体
層を形成することを有する半導体装置の作製方法におい
て、 前記第２の非晶質半導体層の結晶化において、前記第２
の非晶質半導体層が前記第１の結晶質半導体層と重なっ
ている領域から、前記第１の結晶質半導体層と重なって
いない領域へと、前記連続発振レーザー光の照射領域を
移動させることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項８】基板の上に非晶質半導体でなる第１の半導
体膜を形成し、 半導体の結晶化エネルギーを低下させる金属元素を前記
第１の半導体膜に添加し、 加熱処理により、前記第１の半導体膜を結晶化し、 結晶化された前記第１の半導体膜を所定の形状にパター
ニングして、第１の結晶質半導体層を形成し、 前記第１の結晶質半導体層の上に接して、非晶質半導体
でなる第２の半導体膜を形成し、 前記第１の結晶質半導体層と重なる領域と重ならない領
域とを含むように、前記第２の半導体膜を所定の形状に
パターニングして、第２の非晶質半導体層を形成し、 連続発振レーザー光を前記基板に対して相対的に移動さ
せながら、前記第２の非晶質半導体層に照射して、前記
第２の非晶質半導体層を結晶化し、第２の結晶質半導体
層を形成することを有する半導体装置の作製方法におい
て、 前記第１の半導体膜は、ゲルマニウムを含むシリコンを
主成分とする膜でなり、 前記第２の非晶質半導体層の結晶化において、前記第２
の非晶質半導体層が前記第１の結晶質半導体層と重なっ
ている領域から、前記第１の結晶質半導体層と重なって
いない領域へと、前記連続発振レーザー光の照射領域を
移動させることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項９】請求項７又は８において、前記第２の非晶
質半導体層の膜厚は、１０〜６０ｎｍであることを特徴
とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項１０】請求項７乃至９のいずれか１項におい
て、 前記連続発振レーザー光は、波長が４００ｎｍ乃至７０
０ｎｍのレーザー光である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乃至９のいずれか１項におい
て、 前記連続発振レーザー光は、固体レーザー発振装置で励
起されるレーザー光の高調波であることを特徴とする半
導体装置の作製方法。 - 【請求項１２】基板の上に非晶質半導体でなる第１の半
導体膜を形成し、 半導体の結晶化エネルギーを低下させる金属元素を前記
第１の半導体膜に選択的に添加し、 加熱処理により、前記第１の半導体膜を結晶化し、 結晶化された前記第１の半導体膜を所定の形状にパター
ニングして、第１の結晶質半導体層を形成し、 前記第１の結晶質半導体層の上に接して、非晶質半導体
でなる第２の半導体膜を形成し、 前記第１の結晶質半導体層と重なる領域と重ならない領
域とを含むように、前記第２の半導体膜を所定の形状に
パターニングして、第２の非晶質半導体層を形成し、 パルス発振レーザー光を前記基板に対して相対的に移動
させながら、前記第２の非晶質半導体層に照射して、前
記第２の非晶質半導体層を結晶化し、第２の結晶質半導
体層を形成することを有する半導体装置の作製方法にお
いて、 前記第２の非晶質半導体層の結晶化において、前記第２
の非晶質半導体層が前記第１の結晶質半導体層と重なっ
ている領域と、前記第１の結晶質半導体層と重なってい
ない領域との双方が、前記パルス発振レーザー光の照射
領域に含まれるように、前記パルス発振レーザー光を移
動させることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項１３】基板の上に非晶質半導体でなる第１の半
導体膜を形成し、 半導体の結晶化エネルギーを低下させる金属元素を前記
第１の半導体膜に選択的に添加し、 加熱処理により、前記第１の半導体膜を結晶化し、 結晶化された前記第１の半導体膜を所定の形状にパター
ニングして、第１の結晶質半導体層を形成し、 前記第１の結晶質半導体層の上に接して、非晶質半導体
でなる第２の半導体膜を形成し、前記第１の結晶質半導
体層と重なる領域と重ならない領域とを含むように、前
記第２の半導体膜を所定の形状にパターニングして、第
２の非晶質半導体層を形成し、 パルス発振レーザー光を前記基板に対して相対的に移動
させながら、前記第２の非晶質半導体層に照射して、前
記第２の非晶質半導体層を結晶化し、第２の結晶質半導
体層を形成することを有する半導体装置の作製方法にお
いて、 前記第１の半導体膜は、ゲルマニウムを含むシリコンを
主成分とする膜でなり前記第２の非晶質半導体層の結晶
化において、前記第２の非晶質半導体層が前記第１の結
晶質半導体層と重なっている領域と、前記第１の結晶質
半導体層と重なっていない領域との双方が、前記パルス
発振レーザー光の照射領域に含まれるように、前記パル
ス発振レーザー光を移動させることを特徴とする半導体
装置の作製方法。 - 【請求項１４】請求項１２又は１３において、前記第２
の非晶質半導体層の膜厚は、１０〜６０ｎｍであること
を特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項１５】請求項７または１２において、前記第１
の半導体膜は、シリコン膜、ゲルマニウム膜、またはシ
リコンゲルマニウム（ＳｉxＧｅ1-x ０＜ｘ＜１）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１６】請求項８または１３において、前記第１
の半導体膜は、ゲルマニウムの含有量が１原子％〜１０
原子％のシリコンを主成分とする半導体膜であることを
特徴する半導体装置の作製方法。 - 【請求項１７】請求項７乃至１６のいずれか１項におい
て、 前記金属元素は、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｒｈのいずれかの元素であることを特徴
する半導体装置の作製方法。 - 【請求項１８】請求項７乃至１７のいずれか１項におい
て、 結晶化された前記第１の半導体膜から前記金属元素を除
去するゲッタリング処理を行うことを有することを特徴
する半導体装置の作製方法。 - 【請求項１９】請求項７乃至１８のいずれか１項におい
て、 結晶化された前記第１の半導体膜に、連続発振レーザー
光又はパルス発振レーザー光を照射することを特徴とす
る半導体装置の作製方法。 - 【請求項２０】基板の上に非晶質半導体でなる第１の半
導体膜を形成し、 連続発振レーザー光による照射領域を前記基板に対して
相対的に移動させながら、前記第１の半導体膜に前記連
続発振レーザー光を照射し、結晶化させ、 結晶化された前記第１の半導体膜を所定の形状にパター
ニングして、結晶質半導体でなる第１の結晶質半導体層
を形成し、 前記第１の結晶質半導体層の上に接して、非晶質半導体
でなる第２の半導体膜を形成し、 前記第１の結晶質半導体層と重なる領域と重ならない領
域とを含むように、前記第２の半導体膜を所定の形状に
パターニングして、第２の非晶質半導体層を形成し、 連続発振レーザー光を前記基板に対して相対的に移動さ
せながら、前記第２の非晶質半導体層に照射して、前記
第２の非晶質半導体層を結晶化し、第２の結晶質半導体
層を形成することを有する半導体装置の作製方法におい
て、 前記第２の非晶質半導体層の結晶化において、前記第２
の非晶質半導体層が前記第１の結晶質半導体層と重なっ
ている領域から、前記第１の結晶質半導体層と重なって
いない領域へと、前記連続発振レーザー光の照射領域を
移動させること特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項２１】基板の上に非晶質半導体でなる第１の半
導体膜を形成し、 非晶質半導体でなる前記第１の半導体膜を所定の形状に
パターニングして、第１の非晶質半導体層を形成し、 連続発振レーザー光による照射領域を前記基板に対して
相対的に移動させながら、前記第１の非晶質半導体層に
前記連続発振レーザー光を照射し、結晶化させて、第１
の結晶質半導体層を形成し、 前記第１の結晶質半導体層の上に接して、非晶質半導体
でなる第２の半導体膜を形成し、 前記第１の結晶質半導体層と重なる領域と重ならない領
域とを含むように、前記第２の半導体膜を所定の形状に
パターニングして、第２の非晶質半導体層を形成し、 連続発振レーザー光を前記基板に対して相対的に移動さ
せながら、前記第２の非晶質半導体層に照射して、前記
第２の非晶質半導体層を結晶化し、第２の結晶質半導体
層を形成することを有する半導体装置の作製方法におい
て、 前記第２の非晶質半導体層の結晶化において、前記第２
の非晶質半導体層が前記第１の結晶質半導体層と重なっ
ている領域から、前記第１の結晶質半導体層と重なって
いない領域へと、前記連続発振レーザー光の照射領域を
移動させること特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項２２】請求項２０又は２１において、前記第１
の半導体膜は、シリコン膜、ゲルマニウム膜、またはシ
リコンゲルマニウム（ＳｉxＧｅ1-x ０＜ｘ＜１）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２３】請求項２０乃至２２のいずれか１項にお
いて、 前記連続発振レーザー光は、波長が４００ｎｍ乃至７０
０ｎｍのレーザー光であることを特徴とする半導体装置
の作製方法。 - 【請求項２４】請求項２０乃至２２のいずれか１項にお
いて、 前記連続発振レーザー光は、固体レーザー発振装置で励
起されるレーザー光の高調波であることを特徴とする半
導体装置の作製方法。 - 【請求項２５】請求項７乃至２４に記載の半導体装置
は、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディス
プレイ、ヘッドマウント型ディスプレイ、ナビゲーショ
ンシステム、音響再生装置、パーソナルコンピュータ、
ゲーム機器、携帯情報端末、携帯電話、携帯型ゲーム機
または電子書籍のいずれかであることを特徴とする半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002330011A JP4369109B2 (ja) | 2001-11-14 | 2002-11-13 | 半導体装置の作製方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-349308 | 2001-11-14 | ||
| JP2001349308 | 2001-11-14 | ||
| JP2002330011A JP4369109B2 (ja) | 2001-11-14 | 2002-11-13 | 半導体装置の作製方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003218362A true JP2003218362A (ja) | 2003-07-31 |
| JP2003218362A5 JP2003218362A5 (ja) | 2005-12-22 |
| JP4369109B2 JP4369109B2 (ja) | 2009-11-18 |
Family
ID=27667219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002330011A Expired - Fee Related JP4369109B2 (ja) | 2001-11-14 | 2002-11-13 | 半導体装置の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4369109B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008252076A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-10-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| JP2008270779A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-11-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| JP2009049058A (ja) * | 2007-08-14 | 2009-03-05 | Hitachi Displays Ltd | 半導体装置および表示装置 |
| US7569886B2 (en) | 2007-03-08 | 2009-08-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacture method thereof |
| US7709368B2 (en) | 2007-03-26 | 2010-05-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US7763981B2 (en) | 2007-03-26 | 2010-07-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2010206154A (ja) * | 2009-02-09 | 2010-09-16 | Hitachi Displays Ltd | 表示装置 |
| JP2011124441A (ja) * | 2009-12-11 | 2011-06-23 | Utec:Kk | 結晶化膜の製造方法及び結晶化装置 |
| US8048784B2 (en) | 2007-10-17 | 2011-11-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of manufacturing semiconductor devices including a doped silicon layer |
| JP2014179465A (ja) * | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Toshiba Corp | 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 |
| WO2015151534A1 (ja) * | 2014-03-31 | 2015-10-08 | 株式会社 東芝 | トランジスタ、および、トランジスタの製造方法 |
| US9653292B2 (en) | 2014-07-04 | 2017-05-16 | Samsung Display Co., Ltd. | Method of manufacturing thin film transistor substrate, method of manufacturing display apparatus, thin film transistor substrate, and display apparatus |
| JP2022141892A (ja) * | 2015-01-26 | 2022-09-29 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
-
2002
- 2002-11-13 JP JP2002330011A patent/JP4369109B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101380639B1 (ko) | 2007-03-02 | 2014-04-04 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치의 제작 방법 |
| JP2008252076A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-10-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US7569886B2 (en) | 2007-03-08 | 2009-08-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacture method thereof |
| US7745269B2 (en) | 2007-03-08 | 2010-06-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacture method thereof |
| US10032919B2 (en) | 2007-03-23 | 2018-07-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP2008270779A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-11-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US9177811B2 (en) | 2007-03-23 | 2015-11-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| US10541337B2 (en) | 2007-03-23 | 2020-01-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| US7763981B2 (en) | 2007-03-26 | 2010-07-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US7969012B2 (en) | 2007-03-26 | 2011-06-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US7709368B2 (en) | 2007-03-26 | 2010-05-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US8581413B2 (en) | 2007-03-26 | 2013-11-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US8624400B2 (en) | 2007-03-26 | 2014-01-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2009049058A (ja) * | 2007-08-14 | 2009-03-05 | Hitachi Displays Ltd | 半導体装置および表示装置 |
| US8048784B2 (en) | 2007-10-17 | 2011-11-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of manufacturing semiconductor devices including a doped silicon layer |
| JP2010206154A (ja) * | 2009-02-09 | 2010-09-16 | Hitachi Displays Ltd | 表示装置 |
| JP2011124441A (ja) * | 2009-12-11 | 2011-06-23 | Utec:Kk | 結晶化膜の製造方法及び結晶化装置 |
| US9123749B2 (en) | 2013-03-14 | 2015-09-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same |
| JP2014179465A (ja) * | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Toshiba Corp | 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 |
| WO2015151534A1 (ja) * | 2014-03-31 | 2015-10-08 | 株式会社 東芝 | トランジスタ、および、トランジスタの製造方法 |
| US9653292B2 (en) | 2014-07-04 | 2017-05-16 | Samsung Display Co., Ltd. | Method of manufacturing thin film transistor substrate, method of manufacturing display apparatus, thin film transistor substrate, and display apparatus |
| JP2022141892A (ja) * | 2015-01-26 | 2022-09-29 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
| JP7471349B2 (ja) | 2015-01-26 | 2024-04-19 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4369109B2 (ja) | 2009-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7834356B2 (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
| US7977680B2 (en) | Semiconductor device having thin film transistors on a metal substrate | |
| US10103270B2 (en) | Semiconductor device | |
| US7122409B2 (en) | Semiconductor device and a method of manufacturing the same | |
| US7442592B2 (en) | Manufacturing a semiconductor device | |
| US7384832B2 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
| US6492659B1 (en) | Semiconductor device having single crystal grains with hydrogen and tapered gate insulation layer | |
| JP5364282B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| US7358165B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2003031498A (ja) | 半導体装置およびその作製方法 | |
| JP4369109B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP2003031587A (ja) | 半導体装置およびその作製方法 | |
| JP4900756B2 (ja) | 半導体装置の製造方法、電気光学装置、集積回路、および電子機器 | |
| US7902002B2 (en) | Semiconductor device | |
| US6911359B2 (en) | Method for manufacturing a semiconductor device, semiconductor device, display device, and electronic device | |
| JP2003086507A (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP2005064487A (ja) | 半導体装置及びその作製方法 | |
| JP4712156B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP4357811B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051103 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051103 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060301 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090707 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090717 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090806 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090825 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090827 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120904 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120904 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120904 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130904 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |