JP2003229432A - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴＦＴの配置に合わせた結晶粒の位置制御
と、結晶化工程の処理速度の向上を同時に解決すること
を目的とする。より特定すれば、人工的に制御したスー
パーラテラル成長による大粒結晶を連続的に形成させる
ことができ、レーザー結晶化工程における基板処理効率
を高めることができる半導体装置の作製方法を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 基板面内の半導体膜全体にレーザー照射
するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分が最低限
結晶化できるように、位置基準となるマーカーを形成す
る。レーザー結晶化にかかる時間を短縮化することがで
きるので基板の処理速度を向上させることができる。上
記構成を従来のＳＬＳ法に対して適用することにより、
従来のＳＬＳ法の基板処理効率が悪いという問題を解決
するための手段となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
を有する半導体装置の作製方法に係り、特に薄膜トラン
ジスタの活性層を形成する結晶質半導体膜を形成する技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜トランジスタ（Thin Film Transist
or:以下、ＴＦＴと記す）の活性層の形成方法として、
絶縁表面を有する基板上に非晶質半導体膜を形成し、レ
ーザーアニール法や熱アニール法などで結晶化させる技
術が開発されている。

【０００３】レーザーアニール法はガラス基板の温度を
あまり上昇させず、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギ
ーを与えて結晶化させることができる結晶化技術として
知られている。特に、波長４００nm以下の短波長光を発
振するエキシマレーザーは、このレーザーアニール法の
開発当初から用いられてきた代表的なレーザーである。
レーザーアニール法は、レーザービームを被照射面にお
いてスポット状や線状となるように光学系で加工し、そ
の加工されたレーザー光で基板上の被照射面を走査する
こと（レーザー光の照射位置を被照射面に対して相対的
に移動させる）により行う。

【０００４】しかし、レーザーアニール法によって作製
される結晶質半導体膜は複数の結晶粒が集合したもの
（従来のエキシマレーザー結晶化法による結晶粒径は通
常、０．１から０．５μm程度）であり、その結晶粒の
位置と大きさはランダムであった。

【０００５】ガラス基板上に作製されるＴＦＴは、素子
分離のために結晶質半導体膜を島状のパターンに分離し
て形成しており、結晶粒の位置や大きさを指定して形成
することはできなかった。そのため、結晶粒界の影響を
排除して単結晶の半導体膜でチャネル形成領域を形成す
ることはほとんど不可能であった。

【０００６】結晶粒の界面（結晶粒界）は、結晶の並進
対称性が崩れている領域であり、結晶欠陥などに起因し
て、キャリアの再結合中心や捕獲中心や結晶粒界におけ
るポテンシャル障壁の影響により、キャリアの電流輸送
特性を低下させ、ＴＦＴにおいてはオフ電流を増加させ
る原因となることが知られている。

【０００７】ところで、従来のエキシマレーザー結晶化
法による結晶粒径と比較して、大粒径が形成できる、ス
ーパーラテラル成長と呼ばれる技術が知られている。こ
の技術についての詳細は「“On the super lateral gro
wth phenomenon observed inexcimer laser- induced c
rystallization of thin Si films、James S. Im and
H.J. Kim 、Appl.Phys.Lett.64(17)、25 April 1996、p
p2303-2305”」に記されている。

【０００８】スーパーラテラル成長は、レーザー光の照
射によって半導体膜が完全溶融している部分と、固相半
導体領域が残存している部分とが形成され、固相半導体
領域を結晶核として結晶成長が始まる。完全溶融領域に
おいて核生成が発生するにはある程度時間が掛かるた
め、完全溶融領域において核生成が発生するまでの間
に、前記固相半導体領域を結晶核として前記半導体膜の
膜面に対する水平方向（以下、ラテラル方向と呼ぶ）に
結晶が成長する。そのため、結晶粒は膜厚の数十倍もの
長さに成長する。例えば、６０nmのシリコン膜厚に対し
て１μmから２μmの長さのラテラル結晶成長が起こる。
以下、この現象をスーパーラテラル成長と言う。

【０００９】上記スーパーラテラル成長の場合、比較的
大きな結晶粒が得られるが、スーパーラテラル成長が実
現するレーザー光のエネルギー強度領域は、通常のエキ
シマレーザー結晶化で使用する強度よりはるかに強い。
また、エネルギー強度領域の範囲も非常に狭く、結晶粒
の位置制御という観点からは大結晶粒の得られる位置に
ついて制御することができない。さらに、大結晶粒以外
の領域は無数の核生成が発生した微結晶領域、もしくは
非晶質領域であり、結晶の大きさは不均一であり、結晶
の表面荒れは非常に大きい。従って、半導体装置の作製
に一般的に用いられるのは、０．１μmから０．５μm程
度の結晶粒径が均一にできやすい照射条件である。

【００１０】また、「“Sequential lateral solidific
ation of thin silicon films on SiO2、Robert S. Spo
sili and James S. Im、Appl.Phys.Lett.69(19)、4 Nov
ember 1996、pp2864-2866”」によれば、James S. Imら
は、人工的に制御して、任意の場所にスーパーラテラル
成長を実現させることの出来るSequential Lateral Sol
idification method（以下、ＳＬＳ法と言う。）が公表
されている。このＳＬＳ法は、パルス発振のエキシマレ
ーザー光を、スリット状のマスクを介して、試料に照射
するものである。１ショット毎に、試料とレーザー光の
相対位置をスーパーラテラル成長による結晶長さ程度
（約０．７５μm）ずらして結晶化を行うことで、人工
的に制御したスーパーラテラル成長による結晶を連続的
に形成させる方法である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにＳＬＳ法
は、人工的に制御して任意の場所にスーパーラテラル成
長した結晶粒を作製することができる。しかしながら、
以下のような問題点がある。

【００１２】まず、第１点目の問題として、基板処理効
率（スループット）が悪いことが上げられる。先に説明
したように、ＳＬＳ法ではレーザー光ショットあたりの
結晶化距離は１μm程度である。そのため、試料表面に
おけるレーザー光のビームスポットと試料基板との相対
的な移動距離（送りピッチ）は、１μm以下にする必要
がある。パルス発振のエキシマレーザーを用いた、通常
のレーザー結晶化で使われる条件では、レーザー光ショ
ットあたりの送りピッチは、数１０μm以上であるが、
無論、そのような条件ではＳＬＳ法特有の結晶は作製で
きない。ＳＬＳ法では、パルス発振のＸｅＣｌエキシマ
レーザーを用いているが、パルス発振のＸｅＣｌエキシ
マレーザーは最大発振周波数が３００Ｈｚである。これ
では、レーザー光のスキャン方向に対して、１秒間で最
大３００μm程度の距離の結晶化領域ができるのみであ
る。この程度の処理速度では、基板サイズが大型化し、
例えば６００mm×７２０mmのような場合には従来のＳＬ
Ｓ法では基板１枚あたりの処理時間に膨大な時間が必要
となる。

【００１３】基板１枚あたりの処理時間がかかるという
のは時間的・コスト的な問題だけではない。実際には、
非晶質半導体膜を結晶化する場合には、その表面処理が
重要であり、例えば、前処理として希フッ酸などで自然
酸化膜を除去した後に、レーザー照射する場合がある。
基板面内において、始めにレーザー照射する領域と比較
して、最後にレーザー照射する領域では自然酸化膜が再
成長してしまう可能性がある。この場合、できあがった
結晶中に取り込まれる、炭素、酸素、窒素元素量やホウ
素などの汚染不純物量が基板面内で異なるという可能性
があり、ひいては、トランジスタ特性の基板面内でのば
らつき原因になる可能性がある。

【００１４】第２点目の問題として、従来のＳＬＳ法で
は光学系が複雑になりやすいことがあげられる。基板表
面におけるレーザー光の強度の形状をスリット状に加工
するためのマスクを光学系に組み込む必要がある。通
常、多結晶シリコン薄膜トランジスタに用いられる活性
層シリコンの膜厚は数１０nm以上である。パルス発振エ
キシマレーザーを用いた場合、レーザー結晶化に必要な
レーザーエネルギー密度は最低でも２００mJ/cm²（典型
例として、５０nmの非晶質シリコン膜に対して、３０ns
ecのパルス幅のＸｅＣｌエキシマレーザーで４００mJ/c
m²程度）である。ＳＬＳ法ではさらにやや強いエネルギ
ー密度領域に最適なスーパーラテラル成長条件がある。
このような強いレーザーエネルギー密度に、耐えうるス
リット形状マスクの作製は困難である。メタルを材料と
するマスクでは、強エネルギー密度のパルスレーザー光
を照射することで、局所的に膜の温度が急激に上昇・冷
却してしまい、長期間の使用によって、ピーリングや微
細パターン形状が崩れたりすることが危惧される。（レ
ジスト露光するフォトリソグラフィーには、クロムなど
がハードマスク材料が使用されるが、シリコン結晶化に
必要なレーザーエネルギー密度とは比較にならないほ
ど、弱いエネルギー密度で使用されるためピーリングや
微細パターン形状が崩れたりする問題はない。）以上の
ように、従来のＳＬＳ法では、光学系が複雑になり、装
置メンテナンスを困難とする要素が存在する。

【００１５】更に、スーパーラテラル成長をさせるため
には、レーザー光の空間的なビーム強度プロファイルを
急激にする（レーザー光の照射領域と非照射領域との間
にある、光強度の減衰領域を極力なくす）必要がある。
従来のＳＬＳ法では、エキシマレーザーで通常用いられ
ている光学系だけでは、スーパーラテラル成長に必要な
集光性を得ることができないために、レーザー光を部分
的に遮光するスリット状のマスクを用いる必要があった
と考えられる。

【００１６】本発明は上記問題点を解決することを目的
とし、ＴＦＴの配置に合わせた結晶粒の位置制御と、結
晶化工程の処理速度の向上を同時に解決することを目的
とする。より特定すれば、本発明は、人工的に制御した
スーパーラテラル成長による大粒結晶を連続的に形成さ
せることができ、レーザー結晶化工程における基板処理
効率を高めることができる半導体装置の作製方法を提供
することを課題とする。

【００１７】更に、本発明は、人工的に制御したスーパ
ーラテラル成長による大結晶粒を連続的に形成すること
ができ、レーザー結晶化工程における基板処理効率を高
めることができ、かつ、従来のＳＬＳ法のように基板表
面におけるレーザー光の強度の形状をスリット状に加工
するためのマスクを光学系に組み込む必要のない簡便な
レーザー照射方法を用いた半導体装置の作製方法を提供
することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に適用するレーザ
ー照射装置は、被処理物に対するレーザー光の照射位置
を制御する第１の手段と、レーザー光を発振する第２の
手段（レーザー発振装置）と、前記レーザー光を加工す
る第３の手段（光学系）と、前記第２の手段の発振を制
御し、かつ、第３の手段によって加工されたレーザー光
のビームスポットがフォトマスク形状のデータ（パター
ン情報）に従って定められる位置を覆うように前記第１
の手段を制御する第４の手段とを有している。

【００１９】被処理物に対するレーザー光の照射位置を
制御する第１の手段として、２つの方法がある。一つの
方法は、ステージコントローラによってステージを駆動
することで、ステージ上に設置している被処理物（基
板）の位置を変える方法である。もう一方は、基板位置
を固定した状態でレーザー光学系を用いてレーザー光ス
ポットの照射位置を移動させる方法である。本発明で
は、上記２つのいずれの方法であってもよく、また、上
記２つの方法を組み合わせる方法であってもよい。

【００２０】なお、フォトマスク形状のデータ（パター
ン情報）に従って定められる位置とは、半導体膜のう
ち、結晶化後に、フォトリソグラフィー技術によって、
島状半導体層にパターニング加工することで得られ、ト
ランジスタのチャネル領域、ソース領域、ドレイン領域
となる部分である。

【００２１】上記第４の手段において、絶縁表面に形成
された半導体膜のうち、パターニング加工後に基板上に
島状半導体層として残される部分をフォトマスク形状の
データに従って把握する。

【００２２】次に、少なくとも、島状半導体層として残
される部分を含む領域を結晶化することができるように
第１のレーザー光の走査部分を定め、該走査部分にビー
ムスポットがあたるように第１の手段を制御して、半導
体膜を部分的に結晶化する。

【００２３】上述したように本発明では、基板面内の半
導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではな
く、少なくとも必要不可欠な部分が最低限結晶化できる
ようにレーザー光を走査する。つまり、半導体膜を結晶
化させた後、島状半導体層パターニング加工時によっ
て、除去される部分にレーザー光を照射する時間を省く
ことができるため、レーザー結晶化にかかる時間を短縮
化することができ、かつ、基板の処理速度を向上させる
ことができる。上記構成を従来のＳＬＳ法に対して適用
することにより、従来のＳＬＳ法の基板処理効率（スル
ープット）が悪いという問題を解決するための手段とな
る。

【００２４】さらに本発明により、レーザー結晶化にか
かる時間を短縮化することができ、かつ、基板の処理速
度を向上させることができる方法に加えて、従来のＳＬ
Ｓ法のように基板表面におけるレーザー光の強度の形状
をスリット状に加工するためのマスクを光学系に組み込
む必要のない簡便な方法が提供される。

【００２５】スーパーラテラル成長をさせるためには、
レーザー光の空間的なビーム強度プロファイルを急激に
する（レーザー光の照射領域と非照射領域との間にあ
る、光強度の減衰領域を極力なくす）必要がある。従来
のＳＬＳ法では、エキシマレーザーで用いられている通
常の光学系だけでは、スーパーラテラル成長に必要な集
光性を得ることができないために、レーザー光を部分的
に遮光するスリット状のマスクを用いる必要があったと
考えられる。前記レーザー光を照射する装置は、パルス
発振の固体レーザー発振装置の第２高調波（または第３
高調波、第４高調波）を照射する装置とする。固体レー
ザーは、エキシマレーザーと比較して射出されるレーザ
ー光の広がり角が小さいため、このレーザー構成なら
ば、通常の光学系レンズとして用いられるシリンドリカ
ルレンズだけで、スーパーラテラル成長に最適な、レー
ザー光の空間的なビーム強度プロファイルにビームを集
光することができる。

【００２６】また、基板処理効率を高めるために、ＳＬ
Ｓ法に最適な、繰り返し周波数と送りピッチにすること
が望ましく、以下にその条件について説明する。送りピ
ッチとは、レーザー光の１パルス毎の基板ステージ移動
距離のことである。ＳＬＳ法では１ショット毎のスーパ
ーラテラル成長距離に限度があるため、前記送りピッチ
を高くするだけでは、基板処理効率を高めることになら
ない。送りピッチを高くするならばレーザー光の繰り返
し周波数もそれにあわせて高くする必要がある。従来の
ＳＬＳ法で使用されているＸｅＣｌエキシマレーザーは
最大３００Hzである。一方、請求項４で示したこれらパ
ルス発振の固体レーザー発振装置は、繰り返し周波数
を、最大で数MHzにすることができる。従って、パルス
発振の固体レーザー発振装置を高繰り返し周波数で照射
することによって、従来のＳＬＳ法と比較して、大幅に
処理能力を向上できる。繰り返し周波数の上限は、レー
ザー光ショット毎にスーパーラテラル成長に必要なエネ
ルギー密度が確保できる範囲で決定すればよく、これは
パルス発振固体レーザー発振装置本体の最大出力で決定
される。（他の条件が同じならば、周波数を高くする
と、レーザー光ショット毎のエネルギー密度は減少する
ため）

【００２７】さらに、固体レーザー発振装置では、従来
のフラッシュランプ励起ではなく、半導体レーザー励起
固体レーザー発振装置にするほうが、レーザー光エネル
ギーの安定性が大きく改善するので望ましい。

【００２８】以上の構成により、人工的に制御したスー
パーラテラル成長による大結晶粒を連続的に形成させる
ことができ、かつ、レーザー結晶化工程における基板処
理効率を高めることができ、かつ、従来のＳＬＳ法のよ
うに基板表面におけるレーザー光の強度の形状をスリッ
ト状に加工するためのマスクを光学系に組み込む必要の
ない簡便なレーザー照射方法を用いた半導体装置の作製
方法を提供することができる。

【００２９】尚、本発明において半導体装置とは、半導
体特性を利用することで機能しうる装置全般（例えば、
液晶表示パネルに代表される電子装置、およびその電子
装置を部品として搭載した電気器具）を含んでいる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の態様につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００３１】図１に本発明のレーザー照射方法のブロッ
ク図を示す。図１において、被処理物１０７に対するパ
ルスレーザー光の照射位置を制御する第１の手段とし
て、２つの方法示している。一つの方法は、ステージコ
ントローラ１０１によってステージ１０８を駆動するこ
とで、ステージ上に設置している被処理物１０７（基
板）の位置を変える方法である。もう一方は、基板位置
を固定した状態で光学系１０３を用いてレーザー光スポ
ットの照射位置を移動させる方法である。本発明では、
上記２つのいずれの方法であってもよく、また、上記２
つの方法を組み合わせる方法であってもよい。

【００３２】上記２つの方法は、いずれもレーザー光ス
ポット位置の基板に対する相対位置を変化させることを
意味し、これを便宜上「（レーザー光スポットを）走査
する」として示す。

【００３３】また、レーザー照射装置１００は、パルス
レーザー光を発振する第２の手段に相当するパルスレー
ザー発振装置１０２を有している。パルスレーザー発振
装置１０２は、処理の目的によって適宜変えることが可
能である。本発明では、公知のレーザーを用いることが
できる。レーザーは、パルス発振の気体レーザー発振装
置もしくは固体レーザー発振装置を用いることができる
が、パルス発振の気体レーザを使用した場合、コンピュ
ータ１０４を使用したフォトマスク形状のデータパター
ンによる制御のみ適用され、その他の構成は通常のＳＬ
Ｓ法に準ずることとなる。本実施形態ではパルス発振の
固体レーザー発振装置を用いた場合について説明する。

【００３４】パルス発振固体レーザーとして、ＹＡＧレ
ーザー、ＹＶＯ₄レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ₃
レーザー、ガラスレーザー、アレキサンドライドレーザ
ー、サファイアレーザー、フォルステライトレーザー
（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）等にＣｒ³⁺、Ｃｒ⁴⁺、Ｎｄ³⁺、Ｅ
ｒ³⁺、Ｃｅ³⁺、Ｃｏ²⁺、Ｔｉ³⁺、Ｙｂ³⁺又は、Ｖ³⁺を不
純物としてドープした結晶をレーザー媒質として用いる
レーザーが使用できる。当該レーザーの基本波はドーピ
ングする材料によって異なるが、１μm前後の基本波を
有するレーザー光が得られる。基本波に対する第2高調
波、第３高調波および第４高調波は、非線形光学素子を
用いることで得ることができる。

【００３５】また、レーザー照射装置１００は、レーザ
ー発振装置１０２から発振されるレーザー光の被処理物
におけるビームスポットを加工することができる、第３
の手段に相当する光学系１０３を有している。レーザー
発振装置１０２から射出されたレーザー光の形状は、ロ
ッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれ
ば矩形状となる。このようなレーザー光を光学系によ
り、さらに成形することにより、レーザー光の被処理物
１０７の表面におけるビームスポットを所望の形状にす
ることができる。

【００３６】さらに、レーザー照射装置１００は、第４
の手段に相当するコンピュータ１０４を有している。コ
ンピュータ１０４はレーザー発振装置１０２の発振を制
御し、かつ、レーザー光のビームスポットがマスクパタ
ーンのデータに従って定められる位置を覆うように、第
１の手段に相当するステージコントローラ１０１を制御
することができる。

【００３７】なお、このレーザー照射方法は、上記４つ
の手段の他に、被処理物の温度を調節する手段を備えて
いても良い。

【００３８】図２（Ａ）および（Ｂ）を用いて、アクテ
ィブマトリクス型の半導体装置を作製するために成膜さ
れた半導体膜５００におけるレーザー光の走査方法につ
いて説明する。図２（Ａ）では、破線５０１が画素部、
破線５０２が信号線駆動回路、破線５０３が走査線駆動
回路の形成される部分に相当する。

【００３９】図２（Ｂ）は、レーザー光パルス毎に、基
板とレーザー光スポットの相対位置をずらして（走査し
て）いく様子を示している。ビームスポット５０７ａ、
５０７ｂ、５０７ｃの拡大図を示す。

【００４０】図２（Ｂ）の５０７ａは、あるパルス照射
時のレーザー光ビームスポット位置であり、５０７ｂは
次のパルス照射時のレーザー光ビームスポット位置であ
り、５０７ｃはさらに次のパルス照射時のレーザー光ビ
ームスポット位置を示す。また、５０９ａおよび５０９
ｂはレーザー光の１パルス毎の基板ステージ移動距離
（送りピッチ）を示している。この送りピッチは０．３
μm以上かつ５μm以下、より好ましくは０．７μm以上
３μm以下であることが必要である。

【００４１】また、レーザー光は、一般的にビームスポ
ットのエッジの部分におけるエネルギー密度が他の部分
よりも低くなっており、被処理物への処理が均一に行え
ない場合がある。よって、レーザー光のビームスポット
５０７ａ長尺方向のエッジ部分と、結晶化後に半導体膜
をパターニングすることで得られる島状半導体膜に相当
する部分５０６とが重なることのないように、レーザー
光を照射することが望ましい。例えば、線状のビームス
ポットを走査する場合には、図２（Ｂ）に示す５０８の
領域は、前記島状半導体膜に相当する部分５０６には照
射されないようにする。

【００４２】図２（Ｂ）の方法で、図２（Ａ）のよう
に、画素部、信号線駆動回路、走査線駆動回路の形成さ
れる部分をレーザー光を走査する。

【００４３】なお、図２（Ａ）では画素部５０１、信号
線駆動回路５０２、走査線駆動回路５０３の全てにおい
てレーザー光の走査方向が同一であるが、本発明はこの
構成に限定されない。

【００４４】図３に、走査線駆動回路５０３領域とその
他の領域とで、レーザー光の走査方向を変更させている
場合について示す。この場合、走査線駆動回路５０３に
おいてはレーザー光をＹ方向に走査し、画素部５０１と
信号線駆動回路５０２においてはレーザー光がＹ方向と
直角をなすＸ方向に走査する。

【００４５】なお、結晶化後の半導体膜をＴＦＴの活性
層として用いる場合、その走査方向がチャネル形成領域
のキャリアが移動する方向と並行になるように定めるの
が望ましい。これについて図４（Ａ）と図４（Ｂ）で示
す。

【００４６】図４（Ａ）ではチャネル形成領域が１つ設
けられているシングルゲートＴＦＴの活性層の一例を示
しており、チャネル形成領域５２０を挟むようにソース
領域またはドレイン領域となる不純物領域５２１、５２
２が設けられている。本発明のレーザー発振装置を用い
て半導体膜を結晶化させるとき、レーザー光の走査方向
が矢印に示すように、チャネル形成領域のキャリアの移
動する方向（チャネル長方向）と並行になるように、走
査方向を定めるようにする。５２３はレーザー光のビー
ムスポットを示しており、矢印の方向に走査する。

【００４７】また、図４（Ｂ）では、チャネル形成領域
が３つ設けられているトリプルゲートＴＦＴの活性層の
一例を示しており、チャネル形成領域５３０を挟むよう
に不純物領域５３３、５３４が設けられている。また、
チャネル形成領域５３１を挟むように不純物領域５３
４、５３５が設けられており、さらにチャネル形成領域
５３２を挟むように不純物領域５３５、５３６が設けら
れている。そして、本発明のレーザー発振装置を用いて
半導体膜を結晶化させるとき、レーザー光は矢印の方向
に走査する。

【００４８】なお、レーザー光の走査部分を定めるため
には、半導体膜に対するマスクの位置を定めるためのマ
ーカーを、半導体膜に形成する必要がある。図５に、ア
クティブマトリクス型の半導体装置を作製するために成
膜された半導体膜において、マーカーを形成する位置を
示す。なお、図５（Ａ）は１つの基板から１つの半導体
装置を作製する例を示しており、図５（Ｂ）は１つの基
板から４つの半導体装置を作製する例を示している。

【００４９】図５（Ａ）において５４０は基板上に成膜
された半導体膜であり、破線５４１が画素部、破線５４
２が信号線駆動回路、破線５４３が走査線駆動回路の形
成される部分に相当する。５４４はマーカーが形成され
る部分（マーカー形成部）であり、半導体膜の４隅に位
置するように設けられている。

【００５０】なお図５（Ａ）ではマーカー形成部５４４
を４つそれぞれ４隅に設けたが、本発明はこの構成に限
定されない。半導体膜におけるレーザー光の走査部分
と、半導体膜のパターニングのマスクとの位置合わせを
することができるのであれば、マーカー形成部の位置及
びその数は上述した形態に限定されない。

【００５１】図５（Ｂ）において５５０は基板上に成膜
された半導体膜であり、破線５５１は後の工程において
基板を分断するときのスクライブラインである。図５
（Ｂ）では、スクライブライン５５１の沿って基板を分
断することで、４つの半導体装置を作製することができ
る。なお分断により得られる半導体装置の数はこれに限
定されない。

【００５２】５５２はマーカーが形成される部分（マー
カー形成部）であり、半導体膜の４隅に位置するように
設けられている。なお図５（Ｂ）ではマーカー形成部５
５２を４つそれぞれ４隅に設けたが、本発明はこの構成
に限定されない。半導体膜におけるレーザー光の走査部
分と、半導体膜のパターニングのマスクとの位置合わせ
をすることができるのであれば、マーカー形成部の位置
及びその数は上述した形態に限定されない。

【００５３】なおマーカーはレーザーを用いて形成する
のが最も簡便である。マーカーを形成する際に用いるレ
ーザーは、代表的にはＹＡＧレーザー、ＣＯ₂レーザー
等が挙げられるが、無論この他のレーザーを用いて形成
することは可能である。これらレーザー光を、あらかじ
めマーカー形状に加工したメタルマスクやガラスマスク
越しに半導体膜に照射することで、マーカーを形成する
ことができる。また、レーザー光スポット径を１０μm
以下に集光したものをスキャンさせながら照射すること
でマーカーを形成することもできる。

【００５４】上記構成により、半導体膜を結晶化させた
後、島状半導体膜形成により除去される半導体膜領域に
レーザー光を照射する時間を省くことができるので、レ
ーザー光照射にかかる時間を短縮化することができ、な
おかつ基板の処理速度を向上させることができる。

【００５５】

【実施例】（実施例１）本実施例ではアクティブマトリ
クス基板の作製方法について図６〜図９を用いて説明す
る。ここではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦ
Ｔ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成され
た基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。

【００５６】まず、本実施例で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６００を用いる。なお、基板６００として
は、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレ
ス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。
また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプ
ラスチック基板を用いてもよい。

【００５７】次いで、基板６００上に酸化珪素膜、窒化
珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地
膜６０１を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法等）により形成する。本実施例では下地
膜６０１として下地膜６０１ａ、６０１ｂの２層の下地
膜を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層
させた構造を用いても良い（図６（Ａ））。

【００５８】次いで、下地膜６０１上に、公知の手段
（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）に
より２５〜１５０nm（好ましくは３０〜１２０nm）の厚
さで非晶質半導体膜６９２を形成する（図６（Ａ））。
なお、本実施例では非晶質半導体膜を成膜しているが、
微結晶半導体膜、結晶性半導体膜であっても良い。ま
た、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有す
る化合物半導体膜を用いても良い。

【００５９】次に、非晶質半導体膜６９２をレーザー結
晶化法により結晶化させる。レーザー結晶化は、本発明
のレーザー照射方法を用いて行なう。具体的には、レー
ザー発振装置のコンピュータに入力されたマスクの情報
に従って、指定した領域の非晶質半導体膜のみ選択的に
レーザー光を照射する。もちろん、レーザー結晶化法だ
けでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスア
ニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元
素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよ
い。

【００６０】本発明のレーザー照射方法では、公知のレ
ーザー光源のうち、パルス発振の気体レーザー発振装置
もしくは固体レーザー発振装置を用いることができる
が、パルス発振の気体レーザーを使用した場合、コンピ
ュータを使用したフォトマスク形状のデータパターンに
よる制御のみ適用され、その他の構成は通常のＳＬＳ法
に準ずることとなる。本実施例ではパルス発振のＮｄ：
ＹＬＦレーザーを用いた場合について説明する。

【００６１】図１０はレーザー結晶化処理装置を示した
ものである。図１０では、Ｎｄ：ＹＬＦレーザー発振装
置１０１を用いて出力１．５W、繰り返し周波数１kHzの
条件で使用する場合を例にする。レーザー光源１０１は
共振器の中にＹＬＦ結晶と非線形光学素子を入れて、波
長５２７nmの第２高調波を射出する方式であるとする
が、無論、非線形光学素子が共振器の外側にある場合で
もよい。さらに、このレーザー光源１０１は、ロッド形
状が円筒形であり、レーザー光源１０１から射出直後の
ビームスポット形状は円状であるとするが、仮にロッド
形状がスラブ型であり、射出直後のビームスポット形状
は矩形状であっても、以下に示すように、光学系によ
り、ビームスポットを所望の形状に成形できる。

【００６２】このＮｄ：ＹＬＦレーザーはビームの拡が
り角が３ミリラジアンであり、ビームサイズは射出口で
直径２mm程度であるが、射出口から２０ｃｍ離れた位置
では直径１ｃｍ程度に広がってしまう。この位置に焦点
距離ｆ＝６００mmの凸レンズ１０２を一枚入れると、ビ
ームサイズは直径約１０mmの平行光になる。図１０の光
学ミラー１０３〜１０５で反射されたレーザー光は、図
１０のY方向に曲率を有する凸シリンドリカルレンズ１
０６によりレーザー光を集光する。ここでＹ方向は、半
導体膜面上におけるレーザー光のビームスポットの移動
方向であり、ビームスポットの短尺方向となる。また、
図１０のＸ方向は半導体膜面上におけるレーザー光のビ
ームスポットの長尺方向になり、半導体膜面上における
レーザー光のビームスポットの移動方向と直角をなす方
向である。（光学ミラー１０３〜１０５は装置のレイア
ウト上、入れているものであり、本質的に必要とするわ
けではない。）以上の構成で、照射面となる半導体膜面
上におけるビームスポットは１０mm×１０μmの線状形
ビームになる。

【００６３】ただし、照射面にて、矩形状または楕円形
状または線形状のレーザー光に成形する方法はこの限り
ではない。図示しないが、光学ミラー１０３と凸シリン
ドリカルレンズ１０６の間に凹シリンドリカルレンズを
いれて、ビームスポットの長尺方向を長くすることが可
能である。また、その凹シリンドリカルレンズとレーザ
ー光源１０１との間に、レーザー光を平行光とするため
のビームコリメーターや、レーザー光を広げるためのビ
ームエキスパンダーを入れることも可能である。また、
ここでは出力１．５Wのレーザー光源でビームスポット
は１０mm×１０μmの線状形ビームにする方法を示した
が、さらに高出力のレーザー光源の場合には、短尺方向
のビームスポットサイズは変えずに、長尺方向のサイズ
のみ長くすることが望ましい。（現在、出力２０Wで使
用可能なＬＤ励起Ｎｄ：ＹＬＦレーザー発振装置が市販
されている。）

【００６４】半導体膜面上におけるレーザー光のビーム
スポットの相対位置を動かすために、基板ステージ１０
１をＹ方向（ビームスポットの短尺方向）にスイープす
る。レーザーパルスの繰り返し周波数１kHzで、基板ス
テージのスィープ速度を３．０mm/秒とすると、レーザ
ーパルスを１回照射するごとに、基板とビームスポット
の相対位置はY方向に３μmずれて（送りピッチが３μ
m）いる。

【００６５】図１１（Ａ）は、本実施例のレーザー照射
方法で結晶化したシリコン膜を、セコ・エッチング（Se
cco Etching）によって結晶粒界を顕在化させた後のＳ
ＥＭ観察像である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の結
晶大きさおよび結晶粒界をわかりやすく図示したもので
ある。これから、レーザー光のビームスポットの走査し
たＹ方向に、スーパーラテラル成長した結晶が連続的に
形成されていることがわかる。なお、レーザビームスポ
ットの走査方向と垂直方向に粒界が周期的に存在してい
るが、この周期は、ちょうどレーザーパルスを１回照射
するごとの送りピッチである３μmに対応していること
がわかる。

【００６６】上述したレーザー結晶化方法によって、非
晶質半導体膜のうち、人工的に制御したスーパーラテラ
ル成長による大結晶粒を連続的に形成させた領域６９
３、６９４、６９５が形成される（図６（Ｂ））。

【００６７】次に、半導体膜を所望の形状にパターニン
グして、結晶化された領域６９３、６９４、６９５から
島状の半導体膜６０２〜６０６を形成する（図６
（Ｃ））。

【００６８】島状の半導体膜６０２〜６０６を形成した
後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元
素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
また、このしきい値制御のための不純物ドーピングは、
レーザー結晶化前におこなってもよいし、ゲート絶縁膜
成膜後におこなってもよい。

【００６９】次いで、島状の半導体膜６０２〜６０６を
覆うゲート絶縁膜６０７を形成する。ゲート絶縁膜６０
７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを
４０〜１５０nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本
実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０nmの厚さで
酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ
＝７％、Ｈ＝２％）で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は
酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含
む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。

【００７０】また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラ
ズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Ortho Silicat
e）とＯ₂とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００
〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度
０．５〜０．８W/cm²で放電させて形成することができ
る。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４
００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として
良好な特性を得ることができる。

【００７１】次いで、ゲート絶縁膜６０７上に膜厚２０
〜１００nmの第１の導電膜６０８と、膜厚１００〜４０
０nmの第２の導電膜６０９とを積層形成する。本実施例
では、膜厚３０nmのＴａＮ膜からなる第１の導電膜６０
８と、膜厚３７０nmのＷ膜からなる第２の導電膜６０９
を積層形成した。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａ
のターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタす
る。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法
で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ₆）
を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれに
してもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図
る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にする
ことが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵
抗率化を図ることができるが、Ｗ膜中に酸素などの不純
物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。
従って、本実施例では、高純度のＷ（純度９９．９９９
９％）のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜
時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮し
てＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩcmを
実現することができる。

【００７２】なお、本実施例では、第１の導電膜６０８
をＴａＮ、第２の導電膜６０９をＷとしたが、特に限定
されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、
Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分
とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。
また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素
膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰ
ｄＣｕ合金を用いてもよい。また、第１の導電膜をタン
タル（Ｔａ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組
み合わせ、第１の導電膜を窒化チタン（ＴｉＮ）膜で形
成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導
電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜
をＷとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル
（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＡｌ膜とする組
み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で
形成し、第２の導電膜をＣｕ膜とする組み合わせとして
もよい。

【００７３】また、２層構造に限定されず、例えば、タ
ングステン膜、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−
Ｓｉ）膜、窒化チタン膜を順次積層した３層構造として
もよい。また、３層構造とする場合、タングステンに代
えて窒化タングステンを用いてもよいし、アルミニウム
とシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウ
ムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、
窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。

【００７４】なお、導電膜の材料によって、適宜最適な
エッチングの方法や、エッチャントの種類を選択するこ
とが重要である。

【００７５】次に、フォトリソグラフィー法を用いてレ
ジストからなるマスク６１０〜６１５を形成し、電極及
び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。
第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条
件で行う。（図７（Ｂ））本実施例では第１のエッチン
グ条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：
誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング
用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂とを用い、それぞれのガス
流量比を２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧
力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力
を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板
側（試料ステージ）にも１５０WのＲＦ（13.56MHz）電
力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加す
る。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチング
して第１の導電層の端部をテーパー形状とする。

【００７６】この後、レジストからなるマスク６１０〜
６１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッ
チング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とを用い、それぞれのガス
流量比を３０：３０(sccm)とし、１Paの圧力でコイル型
の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプ
ラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行った。
基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）
電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加す
る。ＣＦ₄とＣｌ₂を混合した第２のエッチング条件では
Ｗ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。な
お、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングす
るためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間
を増加させると良い。

【００７７】上記第１のエッチング処理では、レジスト
からなるマスクの形状を適したものとすることにより、
基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電
層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。この
テーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第
１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層
から成る第１の形状の導電層６１７〜６２２（第１の導
電層６１７ａ〜６２２ａと第２の導電層６１７ｂ〜６２
２ｂ）を形成する。６１６はゲート絶縁膜であり、第１
の形状の導電層６１７〜６２２で覆われない領域は２０
〜５０nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成され
る。

【００７８】次いで、レジストからなるマスクを除去せ
ずに第２のエッチング処理を行う。（図７（Ｃ））ここ
では、エッチングガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂とを用い、
Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチ
ング処理により第２の導電層６２８ｂ〜６３３ｂを形成
する。一方、第１の導電層６１７ａ〜６２２ａは、ほと
んどエッチングされず、第２の形状の導電層６２８〜６
３３を形成する。

【００７９】そして、レジストからなるマスクを除去せ
ずに第１のドーピング処理を行い、島状の半導体膜にｎ
型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピン
グ処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行え
ば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０¹³
〜５×１０¹⁴atoms/cm²とし、加速電圧を４０〜８０ｋ
Ｖとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０¹³
atams/cm²とし、加速電圧を６０kVとして行う。ｎ型を
付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的
にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここで
はリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層６２８〜６３
３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、
自己整合的に不純物領域６２３〜６２７が形成される。
不純物領域６２３〜６２７には１×１０¹⁸〜１×１０²⁰
atoms/cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添
加する。

【００８０】レジストからなるマスクを除去した後、新
たにレジストからなるマスク６３４ａ〜６３４ｃを形成
して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２の
ドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ
量を１×１０¹³〜１×１０¹⁵atoms/cm²とし、加速電圧
を６０〜１２０kVとして行う。ドーピング処理は第２の
導電層６２８ｂ〜６３２ｂを不純物元素に対するマスク
として用い、第１の導電層のテーパー部の下方の島状の
半導体膜に不純物元素が添加されるようにドーピングす
る。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げ
て第３のドーピング処理を行って図８（Ａ）の状態を得
る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０¹⁵〜１
×１０¹⁷atoms/cm²とし、加速電圧を５０〜１００kVと
して行う。第２のドーピング処理および第３のドーピン
グ処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域
６３６、６４２、６４８には１×１０¹⁸〜５×１０¹⁹at
oms/cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加
され、高濃度不純物領域６３５、６４１、６４４、６４
７には１×１０¹⁹〜５×１０²¹atoms/cm³の濃度範囲で
ｎ型を付与する不純物元素を添加される。

【００８１】もちろん、適当な加速電圧にすることで、
第２のドーピング処理および第３のドーピング処理は１
回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度
不純物領域を形成することも可能である。

【００８２】次いで、レジストマスクを除去した後、新
たにレジストマスク６５０ａ〜６５０ｃを形成して第４
のドーピング処理を行う。この第４のドーピング処理に
より、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる島状の半導体
膜に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素
が添加された不純物領域６５３、６５４、６５９、６６
０を形成する。第２の導電層６２９ａ、６３２ａを不純
物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純
物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。
本実施例では、不純物領域６５３、６５４、６５９、６
６０はジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法で形
成する。（図８（Ｂ））この第４のドーピング処理の際
には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状の半導体膜は
レジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃで覆われて
いる。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領
域６４７、６４８にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加
されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与
する不純物元素の濃度を１×１０¹⁹〜５×１０²¹atoms/
cm³となるようにドーピング処理することにより、ｐチ
ャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として
機能するために何ら問題は生じない。

【００８３】以上までの工程で、それぞれの島状の半導
体膜に不純物領域が形成される。次いで、レジストから
なるマスク６５０ａ〜６５０ｃを除去し、活性化処理を
おこなう。活性化処理は、公知のレーザー活性化、熱活
性化またはRTA活性化のいずれでもよい。また、レーザ
ー活性化処理工程の位置は、第１の層間絶縁膜を形成し
た後でも良い。

【００８４】次いで、第１の層間絶縁膜６６１を形成す
る。この第１の層間絶縁膜６６１としては、プラズマＣ
ＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００
nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、
プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０nmの酸化窒化珪素膜
を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜６６１は酸化窒化
珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜
を単層または積層構造として用いても良い。

【００８５】そして、加熱処理（３００〜５５０℃で１
〜１２時間の熱処理）を行うと水素化を行うことができ
る。この工程は第１の層間絶縁膜６６１に含まれる水素
により島状の半導体膜のダングリングボンドを終端する
工程である。第１の層間絶縁膜の存在に関係なく島状の
半導体膜を水素化することができる。水素化の他の手段
として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水
素を用いる）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で
３００〜６５０℃で１〜１２時間の加熱処理を行っても
良い。

【００８６】次いで、第１の層間絶縁膜６６１上に無機
絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶
縁膜６６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μm
のアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が１０〜１０００
ｃｐ、好ましくは４０〜２００ｃｐのものを用い、表面
に凸凹が形成されるものを用いる。

【００８７】本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面
に凸凹が形成される第２の層間絶縁膜を形成することに
よって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電
極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電
極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸
部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行うこ
とができるため、工程数の増加なく形成することができ
る。なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領
域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う
絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面
に凸凹が形成される。

【００８８】また、第２の層間絶縁膜６６２として表面
が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極
を形成した後、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。

【００８９】次に、第２の層間絶縁膜６６２を形成した
後、第２の層間絶縁膜６６２に接するように、第３の層
間絶縁膜６７２を形成する。

【００９０】そして、駆動回路６８６において、各不純
物領域とそれぞれ電気的に接続する配線６６３〜６６７
を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０nmのＴｉ
膜と、膜厚５００nmの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）
との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二
層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層
構造にしてもよい。また、配線の材料としては、Ａｌと
Ｔｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形
成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングし
て配線を形成してもよい。（図９）

【００９１】また、画素部６８７においては、画素電極
６７０、ゲート配線６６９、接続電極６６８を形成す
る。この接続電極６６８によりソース配線（６４３ａと
６４３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成
される。また、ゲート配線６６９は、画素ＴＦＴのゲー
ト電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極６
７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域と電気的な接続が形
成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機
能する島状の半導体膜６５９と電気的な接続が形成され
る。また、画素電極６７０としては、ＡｌまたはＡｇを
主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優
れた材料を用いることが望ましい。

【００９２】以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６８
１とｐチャネル型ＴＦＴ６８２からなるＣＭＯＳ回路、
及びｎチャネル型ＴＦＴ６８３を有する駆動回路６８６
と、画素ＴＦＴ６８４、保持容量６８５とを有する画素
部６８７を同一基板上に形成することができる。こうし
て、アクティブマトリクス基板が完成する。

【００９３】駆動回路６８６のｎチャネル型ＴＦＴ６８
１はチャネル形成領域６３７、ゲート電極の一部を構成
する第１の導電層６２８ａと重なる低濃度不純物領域６
３６（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域
として機能する高濃度不純物領域６５２とを有してい
る。このｎチャネル型ＴＦＴ６８１と電極６６６で接続
してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ６８２
にチャネル形成領域６４０、ソース領域またはドレイン
領域として機能する高濃度不純物領域６５U4と、ｎ型を
付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が
導入された不純物領域６５３を有している。また、ｎチ
ャネル型ＴＦＴ６８３にはチャネル形成領域６４４、ゲ
ート電極の一部を構成する第１の導電層６３０ａと重な
る低濃度不純物領域６４２（ＧＯＬＤ領域）、ソース領
域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域
６５６を有している。

【００９４】画素部の画素ＴＦＴ６８４にはチャネル形
成領域６４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不
純物領域６４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレ
イン領域として機能する高濃度不純物領域６５８と、ｎ
型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元
素が導入された不純物領域６５７を有している。また、
保持容量６８５の一方の電極として機能する島状の半導
体膜には、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与
する不純物元素が添加されている。保持容量６８５は、
絶縁膜６１６を誘電体として、電極（６３２ａと６３２
ｂの積層）と、島状の半導体膜とで形成している。

【００９５】本実施例の画素構造は、ブラックマトリク
スを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるよ
うに、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置
形成する。

【００９６】（実施例２）本実施例では、触媒を用いて
半導体膜を結晶化させる工程を含む場合の、実施例を示
す。実施例１とは異なる点のみ示す。触媒元素を用いる
場合、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８
３２９号公報で開示された技術を用いることが望まし
い。

【００９７】非晶質半導体膜を成膜後にＮｉを用いて固
相結晶化させる。例えば特開平７−１３０６５２号公報
に開示されている技術を用いる場合、重量換算で１０ｐ
ｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を非晶質半導
体膜に塗布してニッケル含有層を形成し、５００℃、１
時間の脱水素工程の後、５００〜６５０℃で４〜１２時
間、例えば５５０℃、８時間の熱処理を行い結晶化す
る。尚、使用可能な触媒元素は、ニッケル（Ｎｉ）の以
外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウ
ム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、といっ
た元素を用いても良い。

【００９８】そして本発明のレーザー照射方法を用い
て、ＮｉＳＰＣにより結晶化された半導体膜の結晶性を
さらに高める。レーザー光照射により得られた多結晶半
導体膜は触媒元素を含んでおり、レーザー結晶化後にそ
の触媒元素を結晶質半導体膜から除去する工程（ゲッタ
リング）を行う。ゲッタリングは特開平１０−１３５４
６８号公報または特開平１０−１３５４６９号公報等に
記載された技術を用いることができる。

【００９９】具体的には、レーザー照射後に得られる多
結晶半導体膜の一部にリンを添加し、窒素雰囲気中で５
５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２
時間の熱処理を行う。すると多結晶半導体膜のリンが添
加された領域がゲッタリングサイトとして働き、多結晶
半導体膜中に存在するリンをリンが添加された領域に偏
析させることができる。その後、多結晶半導体膜のリン
が添加された領域をパターニングにより除去すること
で、触媒元素の濃度を１×１０¹⁷atoms/cm³以下好まし
くは１×１０¹⁶atoms/cm³程度にまで低減された島状の
半導体膜を得ることができる。

【０１００】（実施例３）本実施例では、マーカー形成
部４２３に設けられたマーカーの一例を示す。本実施例
は、実施例１または実施例２と組み合わせて実施するこ
とが可能である。

【０１０１】図１２（Ａ）に本実施例のマーカーの上面
図を示す。４２１、４２２は半導体膜に形成された基準
となるマーカー（以下、基準マーカーと呼ぶ）であり、
それぞれ形状が矩形である。基準マーカー４２１は、全
てその矩形の長辺が水平方向に配置されており、各基準
マーカー４２１は一定の間隔を保って垂直方向に配置さ
れている。基準マーカー４２２は全てその矩形の長辺が
垂直方向に配置されており、各基準マーカー４２２は一
定の間隔を保って水平方向に配置されている。

【０１０２】基準マーカー４２１はマスクの垂直方向の
位置を定める基準となり、基準マーカー４２２はマスク
の水平方向の位置を定める基準となっている。４２４、
４２５は半導体膜のパターニング用マスクのマーカーで
あり、それぞれ形状が矩形である。マーカー４２４はそ
の矩形の長辺が水平方向に配置されるように、なおかつ
マーカー４２５はその矩形の長辺が垂直方向に配置され
るように、半導体パターニング用のマスクの位置を定め
る。そして、マーカー４２４が定められた２つの隣り合
う基準マーカー４２１の丁度真中に位置するように、な
おかつマーカー４２５が定められた２つの隣り合う基準
マーカー４２２の丁度真中に位置するように、半導体パ
ターニング用のマスクの位置を定める。

【０１０３】図１２（Ｂ）に半導体膜に形成された基準
マーカーの斜視図を示す。基板４３１に成膜された半導
体膜４３０の一部は、レーザーによって矩形状に削られ
ており、該削られた部分が基準マーカー４２１、４２２
として機能する。

【０１０４】なお本実施例に示したマーカーはほんの一
例であり、本発明のマーカーはこれに限定されない。本
発明で用いるマーカーは、半導体膜をレーザー光で結晶
化させる前に形成することができ、なおかつレーザー光
の照射による結晶化の後にでも用いることができるもの
であれば良い。

【０１０５】（実施例４）本実施例では、結晶化後の半
導体膜をＴＦＴの活性層として用いた場合、チャネル形
成領域のキャリアが移動する方向（チャネル長方向）に
対するレーザー光のビームスポットが走査した方向（レ
ーザー走査方向）が、ＴＦＴ特性に及ぼす影響について
データを用いて説明する。

【０１０６】レーザー走査方向を定めるためには、半導
体膜に対するマスクの位置を定めるためのマーカーを、
図５のように半導体膜に形成する。なお図５（Ａ）では
マーカー形成部５４４を４つそれぞれ４隅に設けたが、
本発明はこの構成に限定されない。半導体膜におけるレ
ーザー光の走査部分と、半導体膜のパターニングのマス
クとの位置合わせをすることができるのであれば、マー
カー形成部の位置及びその数は上述した形態に限定され
ない。

【０１０７】図１３（Ａ）（Ｂ）はチャネル長方向に対
して、レーザー走査方向を平行方向、及び垂直方向に走
査して結晶化を行った場合のそれぞれのＴＦＴ特性であ
る。また、それぞれの図から算出した移動度とサブスレ
ショルド係数（Ｓ値）については表１に示す。 /cm²

【表１】

【０１０８】移動度、Ｓ値共に明らかに異方性が見られ
た。移動度については平行走査で２４０．４cm²/Vs、垂
直走査で２１３．８cm²/Vsと平行走査の方が高く、Ｓ値
については平行走査が０．２１９V/dec.、垂直走査が
０．２６２V/dec.であり、平行走査の方が低かった。半
導体特性としては移動度は高く、Ｓ値が低い方が望まし
いため、チャネル形成領域のキャリア移動方向に対する
レーザー光の走査方向は平行であるほうがよい、という
結果がでた。

【０１０９】図１１にも示したように、ＳＬＳ法により
結晶化を行うと、レーザー光のビームスポットが走査し
た方向にスーパーラテラル成長した結晶が連続的に形成
される。その際、キャリアの散乱源となるグレインバイ
ンダリー（ＧＢ）が、レーザー光が走査した方向と平行
に入る。そのため、キャリア移動方向とレーザー光の走
査方向を垂直とすると、ＧＢとキャリア移動方向が垂直
となるためＴＦＴの特性が悪くなってしまうと考えられ
る。

【０１１０】

【発明の効果】人工的に制御したスーパーラテラル成長
による大結晶粒を連続的に形成させることができ、レー
ザー結晶化工程における基板処理効率を高めることがで
き、かつ、従来のＳＬＳ法のような特殊な光学系を必要
としない簡便なレーザー照射方法を用いた半導体装置の
作製方法を提供することができる。

【０１１１】また、マーカーを使用することで、チャネ
ル形成領域のキャリアが移動する方向とレーザー光のス
ポットが移動する方向を合わせることができるので、特
性の良いＴＦＴを作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に用いるレーザー照射装置の構成を示
す図である。

【図２】 被処理物に対してパルス毎にレーザー光スポ
ットが移動することを示す図。

【図３】 基板内でレーザー光スポットの相対的な移動
方向を変化させて照射することを示す図。

【図４】 ＴＦＴ活性層に対してレーザー光スポットの
相対的な移動方向を示す図。

【図５】 マーカー形成位置を示す図。

【図６】 アクティブマトリクス基板の作製方法を示す
図。

【図７】 アクティブマトリクス基板の作製方法を示す
図。

【図８】 アクティブマトリクス基板の作製方法を示す
図。

【図９】 アクティブマトリクス基板の作製方法を示す
図。

【図１０】 実施例１で示すレーザー照射装置の光学系
を示す図。

【図１１】 レーザー結晶化後の表面ＳＥＭ像と結晶粒
界の様子を示す図。

【図１２】 マーカーの構造を示す図。

【図１３】 レーザーの走査方向によるＴＦＴ特性を示
す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲ひろ▼木 正明 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 田中 幸一郎 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 志賀 愛子 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 秋葉 麻衣 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 (72)発明者 笠原 健司 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 Ｆターム(参考） 5F052 AA02 AA17 AA24 BA07 BA15 BB02 BB03 BB05 BB07 CA10 DA02 DA03 DB02 DB03 DB07 EA12 EA15 EA16 FA06 FA19 JA01 JA04 5F110 AA01 BB02 BB04 CC02 DD01 DD02 DD03 DD05 DD13 DD14 DD15 DD17 EE01 EE02 EE03 EE04 EE05 EE06 EE09 EE14 EE15 EE23 EE28 EE44 EE45 FF02 FF04 FF09 FF28 FF30 FF36 GG01 GG02 GG13 GG24 GG25 GG32 GG43 GG45 GG47 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL01 HL02 HL03 HL04 HL06 HL11 HL12 HM15 NN03 NN04 NN22 NN27 NN34 NN35 NN73 PP02 PP03 PP04 PP05 PP06 PP24 PP29 PP31 PP34 QQ04 QQ11 QQ23 QQ24 QQ25 QQ28

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁表面上に薄膜トランジスタが設けられ
   た半導体装置の作製方法であって、前記絶縁表面上に非
   晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜にマーカー
   を形成し、前記薄膜トランジスタの配置情報に基づい
   て、前記マーカーを基準とし、前記薄膜トランジスタの
   活性層を形成する領域に選択的にレーザー光を照射して
   結晶化し、前記レーザー光はパルス発振のレーザー光で
   あり、前記非晶質半導体膜上の前記レーザ光の移動する
   方向は、前記薄膜トランジスタのチャネル形成領域にお
   いてキャリアが移動する方向と平行であり、前記レーザ
   ー光の照射により前記非晶質半導体膜が厚さ全体にわた
   って溶融すること、を特徴とする半導体装置の作製方
   法。
2. 【請求項２】絶縁表面上に薄膜トランジスタが設けられ
   た半導体装置の作製方法であって、前記絶縁表面上に非
   晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜にマーカー
   を形成し、前記薄膜トランジスタの配置情報に基づい
   て、前記マーカーを基準とし、前記薄膜トランジスタの
   チャネル形成領域において、キャリアが移動する方向と
   平行である方向にレーザー光のスポットの移動する方向
   を決定し、前記薄膜トランジスタの配置情報に基づい
   て、前記マーカーを基準とし、前記薄膜トランジスタの
   活性層を形成する領域に選択的にレーザー光を照射して
   結晶化し、前記レーザー光はパルス発振のレーザー光で
   あり、前記レーザー光の照射により前記非晶質半導体膜
   が厚さ全体にわたって溶融すること、を特徴とする半導
   体装置の作製方法。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記レ
   ーザー光は、固体レーザー発振装置をレーザー発振装置
   とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 【請求項４】請求項１または請求項２において、前記レ
   ーザー光はＹＡＧレーザー発振装置、ＹＶＯ₄レーザー
   発振装置、ＹＬＦレーザー発振装置、ＹＡｌＯ₃レーザ
   ー発振装置、ガラスレーザー発振装置、ルビーレーザー
   発振装置、アレキサンドライドレーザー発振装置、サフ
   ァイアレーザー発振装置、またはフォルステライトレー
   ザー発振装置から選ばれた一種または複数種をレーザー
   発振装置とすること、を特徴とする半導体装置の作製方
   法。
5. 【請求項５】請求項３または請求項４において前記レー
   ザー発振装置は半導体レーザーにより励起を行うレーザ
   ー発振装置である半導体装置の作製方法。
6. 【請求項６】請求項３または請求項４において前記レー
   ザー光は、第２高調波、第３高調波または第４高調波で
   あること、を特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれか一におい
   て、前記レーザービームはシリンドリカルレンズによっ
   て前記非晶質半導体膜上に集光されること、を特徴とす
   る半導体装置の作製方法。
8. 【請求項８】請求項１または請求項２において、前記レ
   ーザー光が１パルス発振するごとに、前記非晶質半導体
   膜面上における前記レーザー光のスポット位置が、０．
   ３μm以上５μm以下の一定の距離を相対的に移動してゆ
   くこと、を特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 【請求項９】請求項８において、前記非晶質半導体膜上
   の前記スポットの相対的な移動方向は前記スポットの長
   尺方向に対して直角であることを特徴とする半導体装置
   の作製方法。