JP2003234477A - 半導体装置及びその作製方法 - Google Patents
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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
- H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
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- H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
- H01L27/1259—Multistep manufacturing methods
- H01L27/127—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement
- H01L27/1274—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement using crystallisation of amorphous semiconductor or recrystallisation of crystalline semiconductor
- H01L27/1281—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or patterning of the active layer specially adapted to the circuit arrangement using crystallisation of amorphous semiconductor or recrystallisation of crystalline semiconductor by using structural features to control crystal growth, e.g. placement of grain filters
Abstract
(57)【要約】
【課題】 チャネル形成領域において結晶粒界が存在し
ない結晶性半導体膜を形成し、高速動作が可能で電流駆
動能力の高く、且つ複数の素子間においてばらつきの小
さい半導体装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 基板上に直線状のストライプパターンで
延在する凹凸部を形成し、島状に分割された結晶性半導
体膜の配置に合わせてそれと交差する絶縁膜の凸部を除
去し、該絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、絶縁膜の
凹部に半導体膜を溶融して流し込み結晶化させ、絶縁膜
の凸部に残存する結晶性半導体膜を除去した後、凹部に
形成された結晶性半導体膜から島状に分割された結晶性
半導体膜を形成し、チャネル形成領域を形成する部位に
おいて絶縁膜の凸部を除去して該結晶性半導体膜の側面
部を露出させ、該結晶性半導体膜の側面部及び上面部に
接するゲート絶縁膜とゲート電極を形成する。
ない結晶性半導体膜を形成し、高速動作が可能で電流駆
動能力の高く、且つ複数の素子間においてばらつきの小
さい半導体装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 基板上に直線状のストライプパターンで
延在する凹凸部を形成し、島状に分割された結晶性半導
体膜の配置に合わせてそれと交差する絶縁膜の凸部を除
去し、該絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、絶縁膜の
凹部に半導体膜を溶融して流し込み結晶化させ、絶縁膜
の凸部に残存する結晶性半導体膜を除去した後、凹部に
形成された結晶性半導体膜から島状に分割された結晶性
半導体膜を形成し、チャネル形成領域を形成する部位に
おいて絶縁膜の凸部を除去して該結晶性半導体膜の側面
部を露出させ、該結晶性半導体膜の側面部及び上面部に
接するゲート絶縁膜とゲート電極を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶構造を有する
半導体膜を用いて形成される半導体装置及びその作製方
法に係り、特に絶縁表面上に形成された結晶性半導体膜
でチャネル形成領域を形成する電界効果型トランジスタ
を含む半導体装置及びその作製方法に関する。
半導体膜を用いて形成される半導体装置及びその作製方
法に係り、特に絶縁表面上に形成された結晶性半導体膜
でチャネル形成領域を形成する電界効果型トランジスタ
を含む半導体装置及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラスなどによる絶縁基板上に非晶質珪
素膜を形成し、それを結晶化させてトランジスタなどの
半導体素子を形成する技術が開発されている。特に、レ
ーザー光を照射して非晶質珪素膜を結晶化させる技術は
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造技術に応用されてい
る。結晶構造を有する半導体膜（結晶性半導体膜）を用
いて作製されるトランジスタは、液晶表示装置に代表さ
れる平面型表示装置（フラットパネルディスプレイ）に
応用されている。
素膜を形成し、それを結晶化させてトランジスタなどの
半導体素子を形成する技術が開発されている。特に、レ
ーザー光を照射して非晶質珪素膜を結晶化させる技術は
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造技術に応用されてい
る。結晶構造を有する半導体膜（結晶性半導体膜）を用
いて作製されるトランジスタは、液晶表示装置に代表さ
れる平面型表示装置（フラットパネルディスプレイ）に
応用されている。
【０００３】半導体製造プロセスにおけるレーザー光の
応用は、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層や
非晶質層を再結晶化する技術、絶縁表面上に形成された
非晶質半導体膜を結晶化させる技術に展開されている。
適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代
表される気体レーザーや、ＹＡＧレーザーに代表される
固体レーザーが通常用いられている。
応用は、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層や
非晶質層を再結晶化する技術、絶縁表面上に形成された
非晶質半導体膜を結晶化させる技術に展開されている。
適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代
表される気体レーザーや、ＹＡＧレーザーに代表される
固体レーザーが通常用いられている。
【０００４】レーザー光の照射による非晶質半導体膜の
結晶化の一例は、特開昭６２−１０４１１７号公報で開
示されているように、レーザー光の走査速度をビームス
ポット径×５０００／秒以上として高速走査により非晶
質半導体膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結
晶化するもの、米国特許4,330,363号には島状に形成さ
れた半導体膜に、引き延ばされたレーザー光を照射して
実質に単結晶領域を形成する技術が開示されている。或
いは特開平８−１９５３５７号公報に開示のレーザー処
理装置のように光学系にて線状にビームを加工して照射
する方法が知られている。
結晶化の一例は、特開昭６２−１０４１１７号公報で開
示されているように、レーザー光の走査速度をビームス
ポット径×５０００／秒以上として高速走査により非晶
質半導体膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結
晶化するもの、米国特許4,330,363号には島状に形成さ
れた半導体膜に、引き延ばされたレーザー光を照射して
実質に単結晶領域を形成する技術が開示されている。或
いは特開平８−１９５３５７号公報に開示のレーザー処
理装置のように光学系にて線状にビームを加工して照射
する方法が知られている。
【０００５】さらに、特開２００１−１４４０２７号公
報に開示されているようにＮｄ：ＹＶＯ4レーザーなど
固体レーザー発振装置を用いて、その第２高調波である
レーザー光を非晶質半導体膜に照射して、従来に比べ結
晶粒径の大きい結晶性半導体膜を形成し、トランジスタ
を作製する技術が開示されている。
報に開示されているようにＮｄ：ＹＶＯ4レーザーなど
固体レーザー発振装置を用いて、その第２高調波である
レーザー光を非晶質半導体膜に照射して、従来に比べ結
晶粒径の大きい結晶性半導体膜を形成し、トランジスタ
を作製する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平坦な
表面上に形成された非晶質半導体膜にレーザー光を照射
して結晶化させると結晶は多結晶となり、結晶粒界など
の欠陥が任意に形成されて配向の揃った結晶を得ること
はできなかった。
表面上に形成された非晶質半導体膜にレーザー光を照射
して結晶化させると結晶は多結晶となり、結晶粒界など
の欠陥が任意に形成されて配向の揃った結晶を得ること
はできなかった。
【０００７】結晶粒界には結晶欠陥が含まれ、それがキ
ャリアトラップとなって電子又は正孔の移動度が低下す
る要因となっている。また、結晶化に伴って起こる半導
体膜の体積収縮や下地との熱応力や格子不整合などによ
り、歪みや結晶欠陥の存在しない半導体膜を形成するこ
とは出来なかった。従って、張り合わせＳＯＩ(Silicon
on Insulator)など特殊な方法を省いては、絶縁表面上
に形成され、結晶化又は再結晶化された結晶性半導体膜
をもって、単結晶基板に形成されるＭＯＳトランジスタ
と同等の品質を得ることはできなかった。
ャリアトラップとなって電子又は正孔の移動度が低下す
る要因となっている。また、結晶化に伴って起こる半導
体膜の体積収縮や下地との熱応力や格子不整合などによ
り、歪みや結晶欠陥の存在しない半導体膜を形成するこ
とは出来なかった。従って、張り合わせＳＯＩ(Silicon
on Insulator)など特殊な方法を省いては、絶縁表面上
に形成され、結晶化又は再結晶化された結晶性半導体膜
をもって、単結晶基板に形成されるＭＯＳトランジスタ
と同等の品質を得ることはできなかった。
【０００８】前述の平面型表示装置などは、ガラス基板
上に半導体膜を形成してトランジスタを作り込むもので
あるが、任意に形成される結晶粒界を避けるようにトラ
ンジスタを配置することは殆ど不可能であった。つま
り、トランジスタのチャネル形成領域の結晶性を厳密に
制御し、意図せずに含まれてしまう結晶粒界や結晶欠陥
を排除することはできなかった。結局、トランジスタの
電気特性が劣るばかりでなく、個々の素子特性がばらつ
く要因となっていた。
上に半導体膜を形成してトランジスタを作り込むもので
あるが、任意に形成される結晶粒界を避けるようにトラ
ンジスタを配置することは殆ど不可能であった。つま
り、トランジスタのチャネル形成領域の結晶性を厳密に
制御し、意図せずに含まれてしまう結晶粒界や結晶欠陥
を排除することはできなかった。結局、トランジスタの
電気特性が劣るばかりでなく、個々の素子特性がばらつ
く要因となっていた。
【０００９】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、絶縁表面上に、少なくともチャネル形成領域にお
いて結晶粒界が存在しない結晶性半導体膜を形成し、高
速動作が可能で電流駆動能力の高く、且つ複数の素子間
においてばらつきの小さい半導体素子又は半導体素子群
により構成される半導体装置を提供することを目的とす
る。
あり、絶縁表面上に、少なくともチャネル形成領域にお
いて結晶粒界が存在しない結晶性半導体膜を形成し、高
速動作が可能で電流駆動能力の高く、且つ複数の素子間
においてばらつきの小さい半導体素子又は半導体素子群
により構成される半導体装置を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、絶縁表面を有する基板上に直線状のスト
ライプパターンで延在する凹凸部が設けられた絶縁膜を
形成し、トランジスタなど半導体素子の構成部材である
島状に分割された結晶性半導体膜の配置に合わせて、そ
れと交差する絶縁膜の凸部を除去した後、該絶縁膜上に
非晶質半導体膜を形成し、絶縁膜の凹部に半導体膜を溶
融して流し込み結晶化させた結晶性半導体膜を形成し、
絶縁膜の凸部に残存する結晶性半導体膜を除去した後、
不要な領域をエッチング除去して凹部に形成された結晶
性半導体膜から島状に分割された結晶性半導体膜を形成
し、少なくともチャネル形成領域を形成する部位におい
て絶縁膜の凸部を除去して該結晶性半導体膜の側面部を
露出させ、該結晶性半導体膜の側面部及び上面部に接す
るゲート絶縁膜とゲート電極を形成することを特徴とす
るものである。
めに本発明は、絶縁表面を有する基板上に直線状のスト
ライプパターンで延在する凹凸部が設けられた絶縁膜を
形成し、トランジスタなど半導体素子の構成部材である
島状に分割された結晶性半導体膜の配置に合わせて、そ
れと交差する絶縁膜の凸部を除去した後、該絶縁膜上に
非晶質半導体膜を形成し、絶縁膜の凹部に半導体膜を溶
融して流し込み結晶化させた結晶性半導体膜を形成し、
絶縁膜の凸部に残存する結晶性半導体膜を除去した後、
不要な領域をエッチング除去して凹部に形成された結晶
性半導体膜から島状に分割された結晶性半導体膜を形成
し、少なくともチャネル形成領域を形成する部位におい
て絶縁膜の凸部を除去して該結晶性半導体膜の側面部を
露出させ、該結晶性半導体膜の側面部及び上面部に接す
るゲート絶縁膜とゲート電極を形成することを特徴とす
るものである。
【００１１】凹部は絶縁基板の表面を直接エッチング処
理して形成しても良いし、酸化珪素、窒化珪素、又は酸
窒化珪素膜などを用い、それをエッチング処理して凹部
を形成しても良い。凹部は半導体素子、特にトランジス
タのチャネル形成領域を含む島状の半導体膜の配置に合
わせて形成し、少なくともチャネル形成領域に合致する
ように形成されていることが望ましい。また、凹部はチ
ャネル長方向に延在して設けられている。凹部の幅（チ
ャネル形成領域とする場合におけるチャネル幅方向）が
０．０１μm以上２μm以下、好ましくは０．１〜１μm
で形成し、その深さは、０．０１μm以上３μm以下、好
ましくは０．１μm以上２μm以下で形成する。
理して形成しても良いし、酸化珪素、窒化珪素、又は酸
窒化珪素膜などを用い、それをエッチング処理して凹部
を形成しても良い。凹部は半導体素子、特にトランジス
タのチャネル形成領域を含む島状の半導体膜の配置に合
わせて形成し、少なくともチャネル形成領域に合致する
ように形成されていることが望ましい。また、凹部はチ
ャネル長方向に延在して設けられている。凹部の幅（チ
ャネル形成領域とする場合におけるチャネル幅方向）が
０．０１μm以上２μm以下、好ましくは０．１〜１μm
で形成し、その深さは、０．０１μm以上３μm以下、好
ましくは０．１μm以上２μm以下で形成する。
【００１２】最初の段階において絶縁膜上及び凹部にか
けて形成する半導体膜はプラズマＣＶＤ法、スパッタリ
ング法、減圧ＣＶＤ法で形成される非晶質半導体膜又は
多結晶半導体膜、或いは、固相成長により形成された多
結晶半導体膜などが適用される。尚、本発明でいう非晶
質半導体膜とは、狭義の意味で完全な非晶質構造を有す
るものだけではなく、微細な結晶粒子が含まれた状態、
又はいわゆる微結晶半導体膜、局所的に結晶構造を含む
半導体膜を含む。代表的には非晶質シリコン膜が適用さ
れ、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シ
リコンカーバイト膜などを適用することもできる。ま
た、多結晶半導体膜は、これら非晶質半導体膜を公知の
方法で結晶化させたものである。
けて形成する半導体膜はプラズマＣＶＤ法、スパッタリ
ング法、減圧ＣＶＤ法で形成される非晶質半導体膜又は
多結晶半導体膜、或いは、固相成長により形成された多
結晶半導体膜などが適用される。尚、本発明でいう非晶
質半導体膜とは、狭義の意味で完全な非晶質構造を有す
るものだけではなく、微細な結晶粒子が含まれた状態、
又はいわゆる微結晶半導体膜、局所的に結晶構造を含む
半導体膜を含む。代表的には非晶質シリコン膜が適用さ
れ、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シ
リコンカーバイト膜などを適用することもできる。ま
た、多結晶半導体膜は、これら非晶質半導体膜を公知の
方法で結晶化させたものである。
【００１３】結晶性半導体膜を溶融して結晶化させる手
段としては、気体レーザー発振装置、固体レーザー発振
装置を光源とするパルス発振又は連続発振レーザー光を
適用する。照射するレーザー光は光学系にて線状に集光
されたものであり、その強度分布が長手方向において均
一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良く、
光源として用いるレーザー発振装置は、矩形ビーム固体
レーザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブ
レーザー発振装置が適用される。或いは、Ｎｄ、Ｔｍ、
Ｈｏをドープしたロッドを用いた固体レーザー発振装置
であり、特にＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3など
の結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固
体レーザー発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせた
ものでも良い。スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎ
ｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、
Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウ
ム・ガーネット）などの結晶が使用される。スラブレー
ザーでは、この板状のレーザー媒質の中を、全反射を繰
り返しながらジグザグ光路で進む。
段としては、気体レーザー発振装置、固体レーザー発振
装置を光源とするパルス発振又は連続発振レーザー光を
適用する。照射するレーザー光は光学系にて線状に集光
されたものであり、その強度分布が長手方向において均
一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良く、
光源として用いるレーザー発振装置は、矩形ビーム固体
レーザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブ
レーザー発振装置が適用される。或いは、Ｎｄ、Ｔｍ、
Ｈｏをドープしたロッドを用いた固体レーザー発振装置
であり、特にＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3など
の結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固
体レーザー発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせた
ものでも良い。スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎ
ｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、
Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウ
ム・ガーネット）などの結晶が使用される。スラブレー
ザーでは、この板状のレーザー媒質の中を、全反射を繰
り返しながらジグザグ光路で進む。
【００１４】また、それに準ずる強光を照射しても良
い。例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水
銀灯、メタルハライドランプ、エキシマランプから放射
される光を反射鏡やレンズなどにより集光したエネルギ
ー密度の高い光であっても良い。
い。例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水
銀灯、メタルハライドランプ、エキシマランプから放射
される光を反射鏡やレンズなどにより集光したエネルギ
ー密度の高い光であっても良い。
【００１５】線状に集光され長手方向に拡張されたレー
ザー光又は強光は結晶性半導体膜に照射し、且つレーザ
ー光の照射位置と結晶性半導体膜が形成された基板とを
相対的に動かして、レーザー光が一部又は全面を走査す
ることにより結晶性半導体膜を溶融させ、その状態を経
て結晶化又は再結晶化を行う。レーザー光の走査方向
は、絶縁膜に形成され直線状のストライプパターンで延
在する凹部の長手方向又はトランジスタのチャネル長方
向に沿って行う。これによりレーザー光の走査方向に沿
って結晶が成長し、結晶粒界がチャネル長方向と交差す
ることを防ぐことができる。
ザー光又は強光は結晶性半導体膜に照射し、且つレーザ
ー光の照射位置と結晶性半導体膜が形成された基板とを
相対的に動かして、レーザー光が一部又は全面を走査す
ることにより結晶性半導体膜を溶融させ、その状態を経
て結晶化又は再結晶化を行う。レーザー光の走査方向
は、絶縁膜に形成され直線状のストライプパターンで延
在する凹部の長手方向又はトランジスタのチャネル長方
向に沿って行う。これによりレーザー光の走査方向に沿
って結晶が成長し、結晶粒界がチャネル長方向と交差す
ることを防ぐことができる。
【００１６】上記の如く作製される本発明の半導体装置
は、絶縁表面上に形成され、一対の一導電型不純物領域
の間に連接して、絶縁表面上に直線状のストライプパタ
ーンで形成された凹部と平行な方向に結晶粒界が形成さ
れることなく複数の結晶方位を含む結晶性半導体膜が備
えられている。
は、絶縁表面上に形成され、一対の一導電型不純物領域
の間に連接して、絶縁表面上に直線状のストライプパタ
ーンで形成された凹部と平行な方向に結晶粒界が形成さ
れることなく複数の結晶方位を含む結晶性半導体膜が備
えられている。
【００１７】また他の構成は、絶縁表面上に形成され、
一対の一導電型不純物領域の間に連接して、絶縁表面上
に形成された絶縁表面上に直線状のストライプパターン
で形成された凹部と平行な方向に結晶粒界が形成される
ことなく複数の結晶方位を含む結晶性半導体膜と、当該
結晶性半導体膜と絶縁層を介して重畳する導電層によ
り、当該結晶性半導体膜にチャネル形成領域が形成され
る構成を有し、チャネル形成領域における結晶性半導体
膜はチャネル幅方向が０．０１μm以上２μm以下であ
り、厚さが０．０１μm以上３μm以下であることを特徴
としている。チャネル形成領域の特徴的な一形態は、当
該結晶性半導体膜の側面部及び上面部を被覆するゲート
絶縁膜を介して重畳するゲート電極により、当該結晶性
半導体膜の側面部及び上面部にチャネル形成領域が形成
される構成である。このようなチャネル形成領域は、一
対の一導電型不純物領域の間に一つ又は複数個並列に備
えられているものである。
一対の一導電型不純物領域の間に連接して、絶縁表面上
に形成された絶縁表面上に直線状のストライプパターン
で形成された凹部と平行な方向に結晶粒界が形成される
ことなく複数の結晶方位を含む結晶性半導体膜と、当該
結晶性半導体膜と絶縁層を介して重畳する導電層によ
り、当該結晶性半導体膜にチャネル形成領域が形成され
る構成を有し、チャネル形成領域における結晶性半導体
膜はチャネル幅方向が０．０１μm以上２μm以下であ
り、厚さが０．０１μm以上３μm以下であることを特徴
としている。チャネル形成領域の特徴的な一形態は、当
該結晶性半導体膜の側面部及び上面部を被覆するゲート
絶縁膜を介して重畳するゲート電極により、当該結晶性
半導体膜の側面部及び上面部にチャネル形成領域が形成
される構成である。このようなチャネル形成領域は、一
対の一導電型不純物領域の間に一つ又は複数個並列に備
えられているものである。
【００１８】また他の構成として、結晶性半導体膜は、
ガラス又は石英基板上に、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ
から選ばれた一種又は複数種を含む金属層上に設けら
れ、金属層と結晶性半導体膜との間には絶縁層が介在し
て設けられていても良い。或いは、ガラス又は石英基板
上にＷ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒから選ばれた一種又は
複数種を含む金属層と、当該金属層上に、窒化アルミニ
ウム又は酸窒化アルミニウムから成る絶縁層が設けら
れ、その上に結晶性半導体膜が設けられた構成としても
良い。ここで形成される金属層は、チャネル形成領域に
入射する光を遮る遮光膜として機能させることもできる
し、特定の電位を付与して固定電荷又は空乏層の広がり
を制御することもできる。また、ジュール熱を放散させ
る放熱板としての機能を付与することもできる。
ガラス又は石英基板上に、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ
から選ばれた一種又は複数種を含む金属層上に設けら
れ、金属層と結晶性半導体膜との間には絶縁層が介在し
て設けられていても良い。或いは、ガラス又は石英基板
上にＷ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒから選ばれた一種又は
複数種を含む金属層と、当該金属層上に、窒化アルミニ
ウム又は酸窒化アルミニウムから成る絶縁層が設けら
れ、その上に結晶性半導体膜が設けられた構成としても
良い。ここで形成される金属層は、チャネル形成領域に
入射する光を遮る遮光膜として機能させることもできる
し、特定の電位を付与して固定電荷又は空乏層の広がり
を制御することもできる。また、ジュール熱を放散させ
る放熱板としての機能を付与することもできる。
【００１９】凹部の深さを半導体膜の厚さと同程度かそ
れ以上とすることにより、レーザー光又は強光の照射に
より溶融した半導体が表面張力により凹部に凝集して固
化する。その結果、絶縁膜の凸部にある半導体膜の厚さ
は薄くなり、そこに応力歪みを集中させることができ
る。また凹部の側面は結晶方位をある程度規定する効力
を持つ。凹部の側面の角度は基板表面に対して５〜１２
０度、好ましくは８０〜１００度で形成する。レーザー
光をチャネル長方向と平行な方向に走査することによ
り、その方向に延在する凹部に沿って、＜１１０＞方位
又は＜１００＞方位を優先配向として成長させることが
できる。
れ以上とすることにより、レーザー光又は強光の照射に
より溶融した半導体が表面張力により凹部に凝集して固
化する。その結果、絶縁膜の凸部にある半導体膜の厚さ
は薄くなり、そこに応力歪みを集中させることができ
る。また凹部の側面は結晶方位をある程度規定する効力
を持つ。凹部の側面の角度は基板表面に対して５〜１２
０度、好ましくは８０〜１００度で形成する。レーザー
光をチャネル長方向と平行な方向に走査することによ
り、その方向に延在する凹部に沿って、＜１１０＞方位
又は＜１００＞方位を優先配向として成長させることが
できる。
【００２０】半導体膜を溶融状態として、表面張力によ
り絶縁表面上に形成した凹部に凝集させ、凹部の底部と
側面部の概略交点から結晶成長させることにより結晶化
に伴い発生する歪みを凹部以外の領域に集中させること
ができる。即ち、凹部に充填されるように形成した結晶
性半導体膜は歪みから開放することができる。そして、
絶縁膜上に残存し、結晶粒界、結晶欠陥を含む結晶性半
導体膜はエッチングにより除去してしまう。
り絶縁表面上に形成した凹部に凝集させ、凹部の底部と
側面部の概略交点から結晶成長させることにより結晶化
に伴い発生する歪みを凹部以外の領域に集中させること
ができる。即ち、凹部に充填されるように形成した結晶
性半導体膜は歪みから開放することができる。そして、
絶縁膜上に残存し、結晶粒界、結晶欠陥を含む結晶性半
導体膜はエッチングにより除去してしまう。
【００２１】上記本発明によって、トランジスタなどの
半導体素子、特にそのチャネル形成領域の場所を指定し
て、結晶粒界が存在しない結晶性半導体膜を形成するこ
とが可能となる。これにより不用意に介在する結晶粒界
や結晶欠陥により特性がばらつく要因を無くすことがで
き、特性ばらつきの小さいトランジスタ又はトランジス
タ素子群を形成することができる。
半導体素子、特にそのチャネル形成領域の場所を指定し
て、結晶粒界が存在しない結晶性半導体膜を形成するこ
とが可能となる。これにより不用意に介在する結晶粒界
や結晶欠陥により特性がばらつく要因を無くすことがで
き、特性ばらつきの小さいトランジスタ又はトランジス
タ素子群を形成することができる。
【００２２】また、当該結晶性半導体膜の側面部と上面
部に重畳してゲート絶縁膜及びゲート電極を形成するこ
とにより、チャネル形成領域の面積が拡大し、オン電流
を増加することができる。さらに、三方からゲート電圧
を印加することにより、ゲート絶縁膜に注入されるキャ
リア、特にホットキャリアを少なくすることができ、ト
ランジスタの信頼性を向上させることもできる。
部に重畳してゲート絶縁膜及びゲート電極を形成するこ
とにより、チャネル形成領域の面積が拡大し、オン電流
を増加することができる。さらに、三方からゲート電圧
を印加することにより、ゲート絶縁膜に注入されるキャ
リア、特にホットキャリアを少なくすることができ、ト
ランジスタの信頼性を向上させることもできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】[実施の形態１]以下、図面を参照
して本発明の実施の態様について説明する。図１におい
て示す斜視図は、基板１０１上に第１絶縁膜１０２と直
線状のストライプパターン形成された第２絶縁膜１０３
〜１０５が形成された形態を示している。図１では第２
絶縁膜による直線状のストライプパターンが３本示され
ているが、勿論その数に限定されることはない。
して本発明の実施の態様について説明する。図１におい
て示す斜視図は、基板１０１上に第１絶縁膜１０２と直
線状のストライプパターン形成された第２絶縁膜１０３
〜１０５が形成された形態を示している。図１では第２
絶縁膜による直線状のストライプパターンが３本示され
ているが、勿論その数に限定されることはない。
【００２４】基板は市販の無アルカリガラス基板、石英
基板、サファイア基板、単結晶又は多結晶半導体基板の
表面を絶縁膜で被覆した基板、金属基板の表面を絶縁膜
で被覆した基板を適用することができる。サブミクロン
のデザインルールで直線状のストライプパターンを形成
するには、基板表面の凹凸、基板のうねり又はねじれを
露光装置（特にステッパ）の焦点深度以下にしておく必
要がある。具体的には、基板のうねり又はねじれが、１
回の露光光照射領域内において１μm以下、好ましくは
０．５μm以下とすることが望ましい。
基板、サファイア基板、単結晶又は多結晶半導体基板の
表面を絶縁膜で被覆した基板、金属基板の表面を絶縁膜
で被覆した基板を適用することができる。サブミクロン
のデザインルールで直線状のストライプパターンを形成
するには、基板表面の凹凸、基板のうねり又はねじれを
露光装置（特にステッパ）の焦点深度以下にしておく必
要がある。具体的には、基板のうねり又はねじれが、１
回の露光光照射領域内において１μm以下、好ましくは
０．５μm以下とすることが望ましい。
【００２５】直線状のストライプパターンに形成される
第２絶縁膜の幅Ｗ１は０．１〜１０μm（好ましくは
０．５〜１μm）隣接する第２絶縁膜の間隔Ｗ２は０．
０１〜２μm（好ましくは０．１〜１μm）であり、第２
絶縁膜の厚さｄは０．０１〜３μm（好ましくは０．１
〜２μm）である。また、段差形状は規則的な周期パタ
ーンである必要はなく、島状の半導体膜の幅に合わせて
所定の間隔で配置させても良い。その長さＬも限定はな
く、例えばトランジスタのチャネル形成領域を形成する
ことができる程度の長さがあれば良い。
第２絶縁膜の幅Ｗ１は０．１〜１０μm（好ましくは
０．５〜１μm）隣接する第２絶縁膜の間隔Ｗ２は０．
０１〜２μm（好ましくは０．１〜１μm）であり、第２
絶縁膜の厚さｄは０．０１〜３μm（好ましくは０．１
〜２μm）である。また、段差形状は規則的な周期パタ
ーンである必要はなく、島状の半導体膜の幅に合わせて
所定の間隔で配置させても良い。その長さＬも限定はな
く、例えばトランジスタのチャネル形成領域を形成する
ことができる程度の長さがあれば良い。
【００２６】第１絶縁膜は、窒化珪素、窒素含有量が酸
素含有量よりも大きな酸窒化珪素、窒化アルミニウム、
又は酸窒化アルミニウムから選ばれた材料で、３０〜３
００nmの厚さで形成する。酸化珪素又は酸窒化珪素で１
０〜３０００nm、好ましくは１００〜２０００nmの厚さ
で所定の形状で凹部が形成された第２絶縁膜を形成す
る。酸化珪素はオルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl
Ortho Silicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合しプラズマ
ＣＶＤ法で形成することができる。窒酸化珪素膜はＳｉ
Ｈ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ又は、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを原料として
用いプラズマＣＶＤ法で形成することができる。
素含有量よりも大きな酸窒化珪素、窒化アルミニウム、
又は酸窒化アルミニウムから選ばれた材料で、３０〜３
００nmの厚さで形成する。酸化珪素又は酸窒化珪素で１
０〜３０００nm、好ましくは１００〜２０００nmの厚さ
で所定の形状で凹部が形成された第２絶縁膜を形成す
る。酸化珪素はオルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl
Ortho Silicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合しプラズマ
ＣＶＤ法で形成することができる。窒酸化珪素膜はＳｉ
Ｈ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ又は、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを原料として
用いプラズマＣＶＤ法で形成することができる。
【００２７】図１で示すように、直線状のストライプパ
ターンを二層の絶縁膜で形成する場合には、エッチング
加工において第１絶縁膜と第２絶縁膜との間に選択比を
もたせる必要がある。実際には、第１絶縁膜よりも第２
絶縁膜のエッチング速度が相対的に早くなるように材料
及び成膜条件を適宜調整することが望ましい。エッチン
グの方法としては、緩衝フッ酸を用いたエッチング、又
はＣＨＦ3を用いたドライエッチングにより行う。そし
て、第２絶縁膜で形成される凹部の側面部の角度は５〜
１２０度、好ましくは８０〜１００度の範囲で適宜設定
すれば良い。
ターンを二層の絶縁膜で形成する場合には、エッチング
加工において第１絶縁膜と第２絶縁膜との間に選択比を
もたせる必要がある。実際には、第１絶縁膜よりも第２
絶縁膜のエッチング速度が相対的に早くなるように材料
及び成膜条件を適宜調整することが望ましい。エッチン
グの方法としては、緩衝フッ酸を用いたエッチング、又
はＣＨＦ3を用いたドライエッチングにより行う。そし
て、第２絶縁膜で形成される凹部の側面部の角度は５〜
１２０度、好ましくは８０〜１００度の範囲で適宜設定
すれば良い。
【００２８】図２で示すように、この第１絶縁膜１０２
と第２絶縁膜１０３〜１０５から成る表面上および凹部
を覆う非晶質半導体膜１０６を０．０１〜３μm（好ま
しくは０．１〜１μm）の厚さに形成する。即ち第２絶
縁膜で形成される凹部の深さと同程度かそれ以上の厚さ
で形成することが望ましい。非晶質半導体膜は珪素、珪
素とゲルマニウムの化合物又は合金、珪素と炭素の化合
物又は合金を適用することができる。非晶質半導体膜は
図示するように、下地の第１絶縁膜と第２絶縁膜とで形
成される凹凸構造を覆うように形成する。また、第１絶
縁膜及び第２絶縁膜の表面に付着した硼素などの化学汚
染の影響を排除し、しかもその絶縁表面と非晶質半導体
膜が直接に接しないように、非晶質半導体膜の下層側に
第３絶縁膜として酸窒化珪素膜を同一の成膜装置内で大
気に触れさせることなく連続的に成膜すると良い。
と第２絶縁膜１０３〜１０５から成る表面上および凹部
を覆う非晶質半導体膜１０６を０．０１〜３μm（好ま
しくは０．１〜１μm）の厚さに形成する。即ち第２絶
縁膜で形成される凹部の深さと同程度かそれ以上の厚さ
で形成することが望ましい。非晶質半導体膜は珪素、珪
素とゲルマニウムの化合物又は合金、珪素と炭素の化合
物又は合金を適用することができる。非晶質半導体膜は
図示するように、下地の第１絶縁膜と第２絶縁膜とで形
成される凹凸構造を覆うように形成する。また、第１絶
縁膜及び第２絶縁膜の表面に付着した硼素などの化学汚
染の影響を排除し、しかもその絶縁表面と非晶質半導体
膜が直接に接しないように、非晶質半導体膜の下層側に
第３絶縁膜として酸窒化珪素膜を同一の成膜装置内で大
気に触れさせることなく連続的に成膜すると良い。
【００２９】そして、この非晶質半導体膜１０６を瞬間
的に溶融させ結晶化させる。この結晶化はレーザー光又
はランプ光源からの放射光を光学系にて半導体膜が溶融
する程度のエネルギー密度に集光して照射する。この工
程においては、特に連続発振レーザー発振装置を光源と
するレーザー光を適用することが好ましい。適用される
レーザー光は光学系にて線状に集光及び長手方向に拡張
されたものであり、その強度分布が長手方向において均
一な領域を有し、短手方向に分布を持たせておくことが
望ましい。
的に溶融させ結晶化させる。この結晶化はレーザー光又
はランプ光源からの放射光を光学系にて半導体膜が溶融
する程度のエネルギー密度に集光して照射する。この工
程においては、特に連続発振レーザー発振装置を光源と
するレーザー光を適用することが好ましい。適用される
レーザー光は光学系にて線状に集光及び長手方向に拡張
されたものであり、その強度分布が長手方向において均
一な領域を有し、短手方向に分布を持たせておくことが
望ましい。
【００３０】レーザー発振装置は、矩形ビーム固体レー
ザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレー
ザー発振装置が適用される。スラブ材料としては、Ｎ
ｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・
ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカン
ジウム・ガリウム・ガーネット）などの結晶が使用され
る。スラブレーザーでは、この板状のレーザー媒質の中
を、全反射を繰り返しながらジグザグ光路で進む。或い
は、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープしたロッドを用いた固体
レーザー発振装置であり、特にＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬ
Ｆ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープ
した結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構造増
幅器を組み合わせたものでも良い。そして、図中に矢印
で示すように、線状の長手方向に対し交差する方向に走
査する。尚、ここでいう線状とは、短手方向の長さに対
し、長手方向の長さの比が１対１０以上のものをもって
言う。
ザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレー
ザー発振装置が適用される。スラブ材料としては、Ｎ
ｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・
ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカン
ジウム・ガリウム・ガーネット）などの結晶が使用され
る。スラブレーザーでは、この板状のレーザー媒質の中
を、全反射を繰り返しながらジグザグ光路で進む。或い
は、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープしたロッドを用いた固体
レーザー発振装置であり、特にＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬ
Ｆ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープ
した結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構造増
幅器を組み合わせたものでも良い。そして、図中に矢印
で示すように、線状の長手方向に対し交差する方向に走
査する。尚、ここでいう線状とは、短手方向の長さに対
し、長手方向の長さの比が１対１０以上のものをもって
言う。
【００３１】また、連続発振レーザー光の波長は、非晶
質半導体膜の光吸収係数を考慮して４００〜７００nmで
あることが望ましい。このような波長帯の光は、波長変
換素子を用いて基本波の第２高調波、第３高調波を取り
出すことで得られる。波長変換素子としてはＡＤＰ（リ
ン酸二水素化アンモニウム）、Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ15（ニ
オブ酸バリウムナトリウム）、ＣｄＳｅ（セレンカドミ
ウム）、ＫＤＰ（リン酸二水素カリウム）、ＬｉＮｂＯ
3（ニオブ酸リチウム）、Ｓｅ、Ｔｅ、ＬＢＯ、ＢＢ
Ｏ、ＫＢ５などが適用される。特にＬＢＯを用いること
が望ましい。代表的な一例は、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー発
振装置（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）
を用いる。また、レーザーの発振モードはＴＥＭ00モー
ドであるシングルモードを適用する。
質半導体膜の光吸収係数を考慮して４００〜７００nmで
あることが望ましい。このような波長帯の光は、波長変
換素子を用いて基本波の第２高調波、第３高調波を取り
出すことで得られる。波長変換素子としてはＡＤＰ（リ
ン酸二水素化アンモニウム）、Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ15（ニ
オブ酸バリウムナトリウム）、ＣｄＳｅ（セレンカドミ
ウム）、ＫＤＰ（リン酸二水素カリウム）、ＬｉＮｂＯ
3（ニオブ酸リチウム）、Ｓｅ、Ｔｅ、ＬＢＯ、ＢＢ
Ｏ、ＫＢ５などが適用される。特にＬＢＯを用いること
が望ましい。代表的な一例は、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー発
振装置（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）
を用いる。また、レーザーの発振モードはＴＥＭ00モー
ドであるシングルモードを適用する。
【００３２】最も適した材料として選ばれる珪素の場
合、吸収係数が１０3〜１０4cm-1である領域はほぼ可視
光域にある。ガラスなど可視光透過率の高い基板と、珪
素により３０〜２００nmの厚さをもって形成される非晶
質半導体膜を結晶化する場合、波長４００〜７００nmの
可視光域の光を照射することで、当該半導体膜を選択的
に加熱して、下地絶縁膜にダメージを与えずに結晶化を
行うことができる。具体的には、非晶質珪素膜に対し、
波長５３２nmの光の侵入長は概略１００nm〜１０００nm
であり、膜厚３０nm〜２００nmで形成される非晶質半導
体膜１０６の内部まで十分達することができる。即ち、
半導体膜の内側から加熱することが可能であり、レーザ
ー光の照射領域における半導体膜のほぼ全体を均一に加
熱することができる。
合、吸収係数が１０3〜１０4cm-1である領域はほぼ可視
光域にある。ガラスなど可視光透過率の高い基板と、珪
素により３０〜２００nmの厚さをもって形成される非晶
質半導体膜を結晶化する場合、波長４００〜７００nmの
可視光域の光を照射することで、当該半導体膜を選択的
に加熱して、下地絶縁膜にダメージを与えずに結晶化を
行うことができる。具体的には、非晶質珪素膜に対し、
波長５３２nmの光の侵入長は概略１００nm〜１０００nm
であり、膜厚３０nm〜２００nmで形成される非晶質半導
体膜１０６の内部まで十分達することができる。即ち、
半導体膜の内側から加熱することが可能であり、レーザ
ー光の照射領域における半導体膜のほぼ全体を均一に加
熱することができる。
【００３３】レーザー光は直線状のストライプパターン
が延在する方向と平行な方向に走査し、溶融した半導体
は表面張力が働いて凹部に流れ込み凝固する。凝固した
状態では図３で示すように表面がほぼ平坦になる。さら
に結晶の成長端や結晶粒界は第２絶縁膜上（凸部上）に
形成される（図中ハッチングで示す領域１１０）。こう
して結晶性半導体膜１０７が形成される。
が延在する方向と平行な方向に走査し、溶融した半導体
は表面張力が働いて凹部に流れ込み凝固する。凝固した
状態では図３で示すように表面がほぼ平坦になる。さら
に結晶の成長端や結晶粒界は第２絶縁膜上（凸部上）に
形成される（図中ハッチングで示す領域１１０）。こう
して結晶性半導体膜１０７が形成される。
【００３４】その後、好ましくは５００〜６００℃の加
熱処理を行い、結晶性半導体膜に蓄積された歪みを除去
すると良い。この歪みは、結晶化によって起こる半導体
の体積収縮、下地との熱応力や格子不整合などにより発
生するものである。この加熱処理は、通常の熱処理装置
を用いて行えば良いが、例えばガス加熱方式の瞬間熱ア
ニール（ＲＴＡ）法を用いて１〜１０分の処理を行えば
良い。尚、この工程は本発明において必須な要件ではな
く、適宜選択して行えば良いものである。
熱処理を行い、結晶性半導体膜に蓄積された歪みを除去
すると良い。この歪みは、結晶化によって起こる半導体
の体積収縮、下地との熱応力や格子不整合などにより発
生するものである。この加熱処理は、通常の熱処理装置
を用いて行えば良いが、例えばガス加熱方式の瞬間熱ア
ニール（ＲＴＡ）法を用いて１〜１０分の処理を行えば
良い。尚、この工程は本発明において必須な要件ではな
く、適宜選択して行えば良いものである。
【００３５】その後図４で示すように、結晶性半導体膜
１０７の表面をエッチングして凹部に埋め込まれている
結晶性半導体膜１０８、１０９を選択的に抽出する。こ
の時、成長端や結晶粒界が集中する領域１１０をエッチ
ング除去することにより良質な半導体領域のみ残すこと
ができる。
１０７の表面をエッチングして凹部に埋め込まれている
結晶性半導体膜１０８、１０９を選択的に抽出する。こ
の時、成長端や結晶粒界が集中する領域１１０をエッチ
ング除去することにより良質な半導体領域のみ残すこと
ができる。
【００３６】抽出された結晶性半導体膜１０８、１０９
は、複数の結晶方位を有し結晶粒界が形成されていない
という特徴を有している。そして、この島状の半導体領
域１０８、１０９の、特に凹部にある結晶性半導体を使
ってチャネル形成領域が位置せしめるようにゲート絶縁
膜及びゲート電極を形成する。このような各段階を経て
トランジスタを完成させることができる。
は、複数の結晶方位を有し結晶粒界が形成されていない
という特徴を有している。そして、この島状の半導体領
域１０８、１０９の、特に凹部にある結晶性半導体を使
ってチャネル形成領域が位置せしめるようにゲート絶縁
膜及びゲート電極を形成する。このような各段階を経て
トランジスタを完成させることができる。
【００３７】図５は本発明者による実験結果から得られ
た結晶化の知見を概念図として示すものである。図５
（Ａ）〜（Ｅ）は第１絶縁膜及び第２絶縁膜により形成
される凹部の深さ及び間隔と結晶成長の関係を模式的に
説明している。
た結晶化の知見を概念図として示すものである。図５
（Ａ）〜（Ｅ）は第１絶縁膜及び第２絶縁膜により形成
される凹部の深さ及び間隔と結晶成長の関係を模式的に
説明している。
【００３８】尚、図５で示す長さに関する符号に関し、
ｔ01：第２絶縁膜上（凸部）の非晶質半導体膜の厚さ、
ｔ02：凹部の非晶質半導体膜の厚さ、ｔ11：第２絶縁膜
上（凸部）の結晶性半導体膜の厚さ、ｔ12：凹部の結晶
性半導体膜の厚さ、ｄ：第２絶縁膜の厚さ（凹部の深
さ）、Ｗ1：第２絶縁膜の幅、Ｗ2：凹部の幅である。
ｔ01：第２絶縁膜上（凸部）の非晶質半導体膜の厚さ、
ｔ02：凹部の非晶質半導体膜の厚さ、ｔ11：第２絶縁膜
上（凸部）の結晶性半導体膜の厚さ、ｔ12：凹部の結晶
性半導体膜の厚さ、ｄ：第２絶縁膜の厚さ（凹部の深
さ）、Ｗ1：第２絶縁膜の幅、Ｗ2：凹部の幅である。
【００３９】図５（Ａ）は、ｄ＜ｔ02、Ｗ1,Ｗ2が１μm
と同程度かそれより小さい場合であり、凹部の溝の深さ
が非晶質半導体膜２０４よりも小さい場合には、溶融結
晶化の過程を経ても凹部が浅いので結晶性半導体膜２０
５の表面が十分平坦化されることはない。即ち、結晶性
半導体膜２０５の表面状態は下地の凹凸形状が反映され
た状態となる。
と同程度かそれより小さい場合であり、凹部の溝の深さ
が非晶質半導体膜２０４よりも小さい場合には、溶融結
晶化の過程を経ても凹部が浅いので結晶性半導体膜２０
５の表面が十分平坦化されることはない。即ち、結晶性
半導体膜２０５の表面状態は下地の凹凸形状が反映され
た状態となる。
【００４０】図５（Ｂ）は、ｄ≧ｔ02、Ｗ1,Ｗ2が１μm
と同程度かそれより小さい場合であり、凹部の溝の深さ
が非晶質半導体膜２０３とほぼ等しいかそれより大きい
場合には、表面張力が働いて凹部に集まる。それにより
固化した状態では、図５（Ｂ）で示すように表面がほぼ
平坦になる。この場合、ｔ11＜ｔ12となり、第２絶縁膜
２０２上の膜厚が薄い部分２２０に応力が集中しここに
歪みが蓄積され、結晶粒界が形成されることになる。
と同程度かそれより小さい場合であり、凹部の溝の深さ
が非晶質半導体膜２０３とほぼ等しいかそれより大きい
場合には、表面張力が働いて凹部に集まる。それにより
固化した状態では、図５（Ｂ）で示すように表面がほぼ
平坦になる。この場合、ｔ11＜ｔ12となり、第２絶縁膜
２０２上の膜厚が薄い部分２２０に応力が集中しここに
歪みが蓄積され、結晶粒界が形成されることになる。
【００４１】図３１で示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写
真はその一例を示し、１７０nmの段差を設け、０．５μ
mの凸部の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に１５０nmの
非晶質珪素膜を形成して結晶化した結果を示している。
結晶性半導体膜の表面は結晶粒界を顕在化させるために
セコ液（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝２：１に添加剤としてＫ2Ｃｒ 2
Ｏ7を用いて調合した薬液）でエッチングしてある。こ
の写真から明らかなように、結晶粒界は、段差形状の凸
部に集中していることが分かる。
真はその一例を示し、１７０nmの段差を設け、０．５μ
mの凸部の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に１５０nmの
非晶質珪素膜を形成して結晶化した結果を示している。
結晶性半導体膜の表面は結晶粒界を顕在化させるために
セコ液（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝２：１に添加剤としてＫ2Ｃｒ 2
Ｏ7を用いて調合した薬液）でエッチングしてある。こ
の写真から明らかなように、結晶粒界は、段差形状の凸
部に集中していることが分かる。
【００４２】図３２は凹部に形成される結晶性半導体膜
の配向性を反射電子回折パターン（ＥＢＳＰ：Electron
Backscatter diffraction Pattern）により求めた結果
を示している。ＥＢＳＰは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：
Scanning Electron Microscopy）に専用の検出器を設
け、電子ビームを結晶面に照射してその菊池線からの結
晶方位同定をコンピューターで画像認識させることによ
って、そのミクロな結晶性を表面配向のみならず、結晶
の全方向に関して測定するものである（以下、この手法
を便宜上ＥＢＳＰ法と呼ぶ）。
の配向性を反射電子回折パターン（ＥＢＳＰ：Electron
Backscatter diffraction Pattern）により求めた結果
を示している。ＥＢＳＰは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：
Scanning Electron Microscopy）に専用の検出器を設
け、電子ビームを結晶面に照射してその菊池線からの結
晶方位同定をコンピューターで画像認識させることによ
って、そのミクロな結晶性を表面配向のみならず、結晶
の全方向に関して測定するものである（以下、この手法
を便宜上ＥＢＳＰ法と呼ぶ）。
【００４３】図３２のデータは、凹部においては線状に
集光されたレーザー光の走査方向と平行な方向に結晶が
成長していることを示している。成長の面方位は＜１１
０＞方位が優勢であるが、＜１００＞方位の成長も存在
している。
集光されたレーザー光の走査方向と平行な方向に結晶が
成長していることを示している。成長の面方位は＜１１
０＞方位が優勢であるが、＜１００＞方位の成長も存在
している。
【００４４】図５（Ｃ）は、ｄ＞＞ｔ02、Ｗ1,Ｗ2が１
μmと同程度かそれより小さい場合であり、この場合は
結晶性半導体膜２０４が凹部を充填するように形成さ
れ、第２絶縁膜２０３上には殆ど残存しないようにする
ことも可能である。
μmと同程度かそれより小さい場合であり、この場合は
結晶性半導体膜２０４が凹部を充填するように形成さ
れ、第２絶縁膜２０３上には殆ど残存しないようにする
ことも可能である。
【００４５】図５（Ｄ）は、ｄ≧ｔ02、Ｗ1,Ｗ2が１μm
同程度か若干大きい場合であり、凹部の幅が広がると結
晶性半導体膜２０５が凹部を充填し、平坦化の効果はあ
るが、凹部の中央付近には結晶粒界が発生する。また、
第２絶縁膜上にも同様に応力が集中しここに歪みが蓄積
され、結晶粒界が形成される。これは、間隔が広がるこ
とで応力緩和の効果が低減するためであると推定してい
る。
同程度か若干大きい場合であり、凹部の幅が広がると結
晶性半導体膜２０５が凹部を充填し、平坦化の効果はあ
るが、凹部の中央付近には結晶粒界が発生する。また、
第２絶縁膜上にも同様に応力が集中しここに歪みが蓄積
され、結晶粒界が形成される。これは、間隔が広がるこ
とで応力緩和の効果が低減するためであると推定してい
る。
【００４６】図５（Ｅ）は、ｄ≧ｔ02、Ｗ1,Ｗ2が１μm
よりも大きい場合であり、図５（Ｄ）の状態がさらに顕
在化してくる。
よりも大きい場合であり、図５（Ｄ）の状態がさらに顕
在化してくる。
【００４７】図３３で示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写
真はその一例を示し、１７０nmの段差を設け、１．８μ
mの凸部の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に１５０nmの
非晶質珪素膜を形成して結晶化した結果を示している。
結晶性半導体膜の表面は結晶粒界を顕在化させるために
セコ液でエッチングしてある。図３１との比較において
明らかなように、結晶粒界は、段差形状の凸部のもでな
く、凹部にも広がっていることが分かる。従ってこのよ
うな構造では、結晶粒界のない結晶性半導体膜を選択的
に取り出すことはできない。
真はその一例を示し、１７０nmの段差を設け、１．８μ
mの凸部の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に１５０nmの
非晶質珪素膜を形成して結晶化した結果を示している。
結晶性半導体膜の表面は結晶粒界を顕在化させるために
セコ液でエッチングしてある。図３１との比較において
明らかなように、結晶粒界は、段差形状の凸部のもでな
く、凹部にも広がっていることが分かる。従ってこのよ
うな構造では、結晶粒界のない結晶性半導体膜を選択的
に取り出すことはできない。
【００４８】以上、図５を用いて説明したように、半導
体素子を形成する場合、特にトランジスタにおけるチャ
ネル形成領域をこのような半導体膜で形成する場合に
は、図５（Ｂ）の形態が最も適していると考えられる。
また、ここでは結晶性半導体膜を形成する下地の凹凸形
状は、第１絶縁膜と第２絶縁膜で形成する一例を示した
が、ここで示す形態に限定されず同様な形状を有するも
のであれば代替することができる。例えば、石英基板の
表面をエッチング処理して直接凹部を形成し、凹凸形状
を設けても良い。
体素子を形成する場合、特にトランジスタにおけるチャ
ネル形成領域をこのような半導体膜で形成する場合に
は、図５（Ｂ）の形態が最も適していると考えられる。
また、ここでは結晶性半導体膜を形成する下地の凹凸形
状は、第１絶縁膜と第２絶縁膜で形成する一例を示した
が、ここで示す形態に限定されず同様な形状を有するも
のであれば代替することができる。例えば、石英基板の
表面をエッチング処理して直接凹部を形成し、凹凸形状
を設けても良い。
【００４９】図６は、結晶化に際し適用することのでき
るレーザー処理装置の構成の一例を示す。図６はレーザ
ー発振装置４０１ａ、４０１ｂ、シャッター４０２、高
変換ミラー４０３〜４０６、シリンドリカルレンズ４０
８、４０９、スリット４０７、載置台４１１、載置台４
１１をＸ方向及びＹ方向に変位させる駆動手段４１２、
４１３、当該駆動手段をコントロールする制御手段４１
４、予め記憶されたプログラムに基づいてレーザー発振
装置４０１や制御手段４１４に信号を送る情報処理手段
４１５などから成っているレーザー処理装置の構成を正
面図と側面図により示すものである。
るレーザー処理装置の構成の一例を示す。図６はレーザ
ー発振装置４０１ａ、４０１ｂ、シャッター４０２、高
変換ミラー４０３〜４０６、シリンドリカルレンズ４０
８、４０９、スリット４０７、載置台４１１、載置台４
１１をＸ方向及びＹ方向に変位させる駆動手段４１２、
４１３、当該駆動手段をコントロールする制御手段４１
４、予め記憶されたプログラムに基づいてレーザー発振
装置４０１や制御手段４１４に信号を送る情報処理手段
４１５などから成っているレーザー処理装置の構成を正
面図と側面図により示すものである。
【００５０】レーザー発振装置は矩形ビーム固体レーザ
ー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザ
ー発振装置が適用される。或いは、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、
ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをド
ープした結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構
造増幅器を組み合わせたものでも良い。スラブ材料とし
ては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガ
リウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム
・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）などの結晶が
使用される。その他にも、連続発振可能な気体レーザー
発振装置、固体レーザー発振装置を適用することもでき
る。連続発振固体レーザー発振装置としてはＹＡＧ、Ｙ
ＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅ
ｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶
を使ったレーザー発振装置を適用する。発振波長の基本
波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２
μmの波長で発振する。５W以上のより高い出力を得る為
には、ダイオード励起の固体レーザー発振装置をカスケ
ード接続しても良い。
ー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザ
ー発振装置が適用される。或いは、ＹＡＧ、ＹＶＯ4、
ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをド
ープした結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構
造増幅器を組み合わせたものでも良い。スラブ材料とし
ては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガ
リウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム
・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）などの結晶が
使用される。その他にも、連続発振可能な気体レーザー
発振装置、固体レーザー発振装置を適用することもでき
る。連続発振固体レーザー発振装置としてはＹＡＧ、Ｙ
ＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅ
ｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶
を使ったレーザー発振装置を適用する。発振波長の基本
波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２
μmの波長で発振する。５W以上のより高い出力を得る為
には、ダイオード励起の固体レーザー発振装置をカスケ
ード接続しても良い。
【００５１】このようなレーザー発振装置から出力され
る円形状又は矩形状のレーザー光は、シリンドリカルレ
ンズ４０８、４０９により照射面の断面形状において線
状に集光される。また、照射面での干渉を防ぐため、高
変換ミラーを適宜調節して１０〜８０度の角度を持って
斜め方向から入射する構成となっている。シリンドリカ
ルレンズ４０８、４０９は合成石英製とすれば高い透過
率が得られ、レンズの表面に施されるコーティングは、
レーザー光の波長に対する透過率が９９％以上を実現す
るために適用される。勿論、照射面の断面形状は線状に
限定されず、矩形状、楕円形又は長円形など任意な形状
としても構わない。いずれにしても短軸と長軸の比が、
１対１０〜１対１００の範囲に含まれるものを指してい
る。また、波長変換素子４１０は基本波に対する高調波
を得るために備えられている。
る円形状又は矩形状のレーザー光は、シリンドリカルレ
ンズ４０８、４０９により照射面の断面形状において線
状に集光される。また、照射面での干渉を防ぐため、高
変換ミラーを適宜調節して１０〜８０度の角度を持って
斜め方向から入射する構成となっている。シリンドリカ
ルレンズ４０８、４０９は合成石英製とすれば高い透過
率が得られ、レンズの表面に施されるコーティングは、
レーザー光の波長に対する透過率が９９％以上を実現す
るために適用される。勿論、照射面の断面形状は線状に
限定されず、矩形状、楕円形又は長円形など任意な形状
としても構わない。いずれにしても短軸と長軸の比が、
１対１０〜１対１００の範囲に含まれるものを指してい
る。また、波長変換素子４１０は基本波に対する高調波
を得るために備えられている。
【００５２】また、載置台４１１を駆動手段４１２、４
１３により二軸方向に動かすことにより基板４２０のレ
ーザー処理を可能としている。一方の方向への移動は基
板４２０の一辺の長さよりも長い距離を１〜２００cm/s
ec、好ましくは５〜５０cm/secの等速度で連続的に移動
させることが可能であり、他方へは線状ビームの長手方
向と同程度の距離を不連続にステップ移動させることが
可能となっている。レーザー発振装置４０１ａ、４０１
ｂの発振と、載置台４１１は、マイクロプロセッサを搭
載した情報処理手段４１５により同期して作動するよう
になっている。
１３により二軸方向に動かすことにより基板４２０のレ
ーザー処理を可能としている。一方の方向への移動は基
板４２０の一辺の長さよりも長い距離を１〜２００cm/s
ec、好ましくは５〜５０cm/secの等速度で連続的に移動
させることが可能であり、他方へは線状ビームの長手方
向と同程度の距離を不連続にステップ移動させることが
可能となっている。レーザー発振装置４０１ａ、４０１
ｂの発振と、載置台４１１は、マイクロプロセッサを搭
載した情報処理手段４１５により同期して作動するよう
になっている。
【００５３】載置台４１１は図中で示すＸ方向に直線運
動をすることにより、固定された光学系から照射される
レーザー光で基板全面の処理を可能としている。位置検
出手段４１６は基板４２０がレーザー光の照射位置にあ
ることを検出して、その信号を情報処理手段４１５に伝
送し、情報処理手段４１５によりレーザー発振装置４０
１ａ、４０１ｂの発振動作とのタイミングを同期させて
いる。つまり、基板４２０がレーザー光の照射位置にな
い時は、レーザーの発振を止めその寿命を延長させてい
る。
動をすることにより、固定された光学系から照射される
レーザー光で基板全面の処理を可能としている。位置検
出手段４１６は基板４２０がレーザー光の照射位置にあ
ることを検出して、その信号を情報処理手段４１５に伝
送し、情報処理手段４１５によりレーザー発振装置４０
１ａ、４０１ｂの発振動作とのタイミングを同期させて
いる。つまり、基板４２０がレーザー光の照射位置にな
い時は、レーザーの発振を止めその寿命を延長させてい
る。
【００５４】このような構成のレーザー照射装置により
基板４２０に照射されるレーザー光は、図中に示すＸ方
向又はＹ方向に相対移動させることにより半導体膜の所
望の領域または全面を処理することができる。
基板４２０に照射されるレーザー光は、図中に示すＸ方
向又はＹ方向に相対移動させることにより半導体膜の所
望の領域または全面を処理することができる。
【００５５】以上のように、絶縁膜により凹凸形状を有
する直線状のストライプパターンを形成し、その上に非
晶質半導体膜を堆積し、レーザー光の照射により溶融状
態を経て結晶化させることにより凹部に半導体を流し込
み凝固させ、凹部以外の領域に結晶化に伴う歪み又は応
力を集中させることができ、結晶粒界など結晶性の悪い
領域を選択的に形成することが可能となる。
する直線状のストライプパターンを形成し、その上に非
晶質半導体膜を堆積し、レーザー光の照射により溶融状
態を経て結晶化させることにより凹部に半導体を流し込
み凝固させ、凹部以外の領域に結晶化に伴う歪み又は応
力を集中させることができ、結晶粒界など結晶性の悪い
領域を選択的に形成することが可能となる。
【００５６】即ち、凹部に複数の結晶方位を有し結晶粒
界が形成されることなく、直線状のストライプパターン
が延在する方向と平行な方向に延在する複数の結晶粒が
集合した結晶性半導体膜を残存させることができる。こ
のような結晶性半導体膜でチャネル形成領域が配設され
るようにトランジスタを形成することにより、高速で電
流駆動能力を向上させることが可能となり、素子の信頼
性を向上させることも可能となる。
界が形成されることなく、直線状のストライプパターン
が延在する方向と平行な方向に延在する複数の結晶粒が
集合した結晶性半導体膜を残存させることができる。こ
のような結晶性半導体膜でチャネル形成領域が配設され
るようにトランジスタを形成することにより、高速で電
流駆動能力を向上させることが可能となり、素子の信頼
性を向上させることも可能となる。
【００５７】[実施の形態２]本発明の結晶性半導体膜の
形成において、実施の形態１で示すように非晶質半導体
膜にレーザー光を照射して結晶化させる方法の他に、固
相成長により結晶化した後さらにレーザー光を照射して
溶融再結晶化しても良い。
形成において、実施の形態１で示すように非晶質半導体
膜にレーザー光を照射して結晶化させる方法の他に、固
相成長により結晶化した後さらにレーザー光を照射して
溶融再結晶化しても良い。
【００５８】例えば、図２において非晶質半導体膜１０
６を形成した後、当該非晶質半導体膜（例えば非晶質珪
素膜）の結晶化温度を低温化させ配向性を向上させるな
ど、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素としてＮ
ｉを添加する。Ｎｉの添加法に限定はなく、スピン塗布
法、蒸着法、スパッタ法などを適用するこができる。ス
ピン塗布法による場合には酢酸ニッケル塩が５ppmの水
溶液を塗布して金属元素含有層を形成する。勿論、触媒
元素はＮｉに限定されるものではなく、他の公知の材料
を用いても良い。
６を形成した後、当該非晶質半導体膜（例えば非晶質珪
素膜）の結晶化温度を低温化させ配向性を向上させるな
ど、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素としてＮ
ｉを添加する。Ｎｉの添加法に限定はなく、スピン塗布
法、蒸着法、スパッタ法などを適用するこができる。ス
ピン塗布法による場合には酢酸ニッケル塩が５ppmの水
溶液を塗布して金属元素含有層を形成する。勿論、触媒
元素はＮｉに限定されるものではなく、他の公知の材料
を用いても良い。
【００５９】その後、５８０℃にて４時間の加熱処理に
より非晶質半導体膜１０６を結晶化させる。この結晶化
した半導体膜に対し、レーザー光又はそれと同等な強光
を照射して溶融させ再結晶化する。こうして、図３と同
様に表面がほぼ平坦化された結晶性半導体膜１０７を得
ることができる。この結晶性半導体膜１０７も同様に成
長端や結晶粒界１１０が形成された領域が形成される。
より非晶質半導体膜１０６を結晶化させる。この結晶化
した半導体膜に対し、レーザー光又はそれと同等な強光
を照射して溶融させ再結晶化する。こうして、図３と同
様に表面がほぼ平坦化された結晶性半導体膜１０７を得
ることができる。この結晶性半導体膜１０７も同様に成
長端や結晶粒界１１０が形成された領域が形成される。
【００６０】レーザー光の被照射体として結晶化した半
導体膜を用いる利点は半導体膜の光吸収係数の変動率に
あり、結晶化した半導体膜にレーザー光を照射して溶融
させたとしても光吸収係数は殆ど変動しない。よって、
レーザー照射条件のマージンを広くとることができる。
導体膜を用いる利点は半導体膜の光吸収係数の変動率に
あり、結晶化した半導体膜にレーザー光を照射して溶融
させたとしても光吸収係数は殆ど変動しない。よって、
レーザー照射条件のマージンを広くとることができる。
【００６１】こうして形成された結晶性半導体膜には金
属元素が残存するが、ゲッタリング処理により取り除く
ことができる。この技術の詳細については、特願２００
１−０１９３６７号出願（又は特願２００２−０２０８
０１号出願）を参照されたい。また、このゲッタリング
処理に伴う加熱処理は、結晶性半導体膜の歪みを緩和す
るという効果も合わせ持っている。
属元素が残存するが、ゲッタリング処理により取り除く
ことができる。この技術の詳細については、特願２００
１−０１９３６７号出願（又は特願２００２−０２０８
０１号出願）を参照されたい。また、このゲッタリング
処理に伴う加熱処理は、結晶性半導体膜の歪みを緩和す
るという効果も合わせ持っている。
【００６２】その後、実施の形態１と同様に凹部の結晶
性半導体膜を抽出する。抽出された結晶性半導体膜は、
複数の結晶方位を有し結晶粒界が形成されていないとい
う特徴を有している。そして、この島状の半導体領域
の、特に凹部にある結晶性半導体を使ってチャネル形成
領域が位置せしめるようにゲート絶縁膜及びゲート電極
を形成する。このような各段階を経てトランジスタを完
成させることができる。
性半導体膜を抽出する。抽出された結晶性半導体膜は、
複数の結晶方位を有し結晶粒界が形成されていないとい
う特徴を有している。そして、この島状の半導体領域
の、特に凹部にある結晶性半導体を使ってチャネル形成
領域が位置せしめるようにゲート絶縁膜及びゲート電極
を形成する。このような各段階を経てトランジスタを完
成させることができる。
【００６３】[実施の形態３]次に、本実施の形態におい
て凹部を有する下地絶縁膜上に結晶性珪素膜を形成し、
その凹部に充填された充填領域にチャネル形成領域が配
設されるトランジスタを作製する一形態を図面を用いて
説明する。尚、本実施の形態の係る各図面において、
（Ａ）は上面図、（Ｂ）以降はそれに対応する各部位の
縦断面図を示す。
て凹部を有する下地絶縁膜上に結晶性珪素膜を形成し、
その凹部に充填された充填領域にチャネル形成領域が配
設されるトランジスタを作製する一形態を図面を用いて
説明する。尚、本実施の形態の係る各図面において、
（Ａ）は上面図、（Ｂ）以降はそれに対応する各部位の
縦断面図を示す。
【００６４】図７において、ガラス基板３０１上に３０
〜３００nmの窒化珪素、窒素含有量が酸素含有量よりも
大きな酸窒化珪素、窒化アルミニウム、又は酸窒化アル
ミニウムでなる第１絶縁膜３０２を形成する。その上に
凹凸形状を有する直線状のストライプパターンを、酸化
珪素膜又は酸窒化珪素膜から成る第２絶縁膜３０３で形
成する。酸化珪素膜はプラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳとＯ
2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度４００℃と
し、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．６W/cm2で放
電させ１０〜３０００nm、好ましくは１００〜２０００
nmの厚さに堆積し、その後エッチングにより凹部３０４
を形成する。凹部の幅は、特にチャネル形成領域が配置
される場所において、０．０１〜２μm、好ましくは
０．１〜１μmで形成する。
〜３００nmの窒化珪素、窒素含有量が酸素含有量よりも
大きな酸窒化珪素、窒化アルミニウム、又は酸窒化アル
ミニウムでなる第１絶縁膜３０２を形成する。その上に
凹凸形状を有する直線状のストライプパターンを、酸化
珪素膜又は酸窒化珪素膜から成る第２絶縁膜３０３で形
成する。酸化珪素膜はプラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳとＯ
2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度４００℃と
し、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．６W/cm2で放
電させ１０〜３０００nm、好ましくは１００〜２０００
nmの厚さに堆積し、その後エッチングにより凹部３０４
を形成する。凹部の幅は、特にチャネル形成領域が配置
される場所において、０．０１〜２μm、好ましくは
０．１〜１μmで形成する。
【００６５】次いで、図８に示すようにトランジスタを
構成する島状の半導体膜の配置と形状に合わせて、それ
と交差する領域にある第２絶縁膜３０３をエッチングに
より除去する。また、この第２絶縁膜のパターンは図７
で説明した段階で作り込んでも良い。
構成する島状の半導体膜の配置と形状に合わせて、それ
と交差する領域にある第２絶縁膜３０３をエッチングに
より除去する。また、この第２絶縁膜のパターンは図７
で説明した段階で作り込んでも良い。
【００６６】その後、図９で示すように第１絶縁膜３０
２及び第２絶縁膜３０３上に酸化膜又は酸窒化珪素膜か
ら成る第３絶縁膜３０５と非晶質珪素膜３０６を同一の
プラズマＣＶＤ装置を用い大気に触れさせることなく連
続的に成膜する。非晶質珪素膜３０５は珪素を主成分に
含む半導体膜で形成し、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4を
原料気体として用い形成する。この段階では、図示する
ように凹部３０４の底面及び側面を被覆して平坦でない
表面形状が形成される。
２及び第２絶縁膜３０３上に酸化膜又は酸窒化珪素膜か
ら成る第３絶縁膜３０５と非晶質珪素膜３０６を同一の
プラズマＣＶＤ装置を用い大気に触れさせることなく連
続的に成膜する。非晶質珪素膜３０５は珪素を主成分に
含む半導体膜で形成し、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4を
原料気体として用い形成する。この段階では、図示する
ように凹部３０４の底面及び側面を被覆して平坦でない
表面形状が形成される。
【００６７】結晶化は連続発振レーザー光を照射して行
う。図１０はその結晶化後の状態を示している。結晶化
の条件は連続発振モードのＹＶＯ4レーザー発振器を用
い、その第２高調波（波長５３２nm）の出力５〜１０W
を、光学系にて短手方向に対する長手方向の比が１０以
上である線状レーザー光に集光し、且つ長手方向に均一
なエネルギー密度分布を有するように集光し、１０〜２
００cm/secの速度で走査して結晶化させる。均一なエネ
ルギー密度分布とは、完全に一定であるもの以外を排除
することではなく、エネルギー密度分布において許容さ
れる範囲は±１０％である。このようなレーザー光の照
射は図６で示す構成のレーザー処理装置を適用すること
ができる。
う。図１０はその結晶化後の状態を示している。結晶化
の条件は連続発振モードのＹＶＯ4レーザー発振器を用
い、その第２高調波（波長５３２nm）の出力５〜１０W
を、光学系にて短手方向に対する長手方向の比が１０以
上である線状レーザー光に集光し、且つ長手方向に均一
なエネルギー密度分布を有するように集光し、１０〜２
００cm/secの速度で走査して結晶化させる。均一なエネ
ルギー密度分布とは、完全に一定であるもの以外を排除
することではなく、エネルギー密度分布において許容さ
れる範囲は±１０％である。このようなレーザー光の照
射は図６で示す構成のレーザー処理装置を適用すること
ができる。
【００６８】線状に集光されたレーザー光３６０の走査
方向と凹部の配置との関係は図１７に示されている。線
状に集光されたレーザー光３６０の強度分布はその強度
分布が長手方向において均一な領域を有していることが
望ましい。これは加熱される半導体の温度が照射領域の
温度を一定にすることが目的である。線状に集光された
レーザー光の長手方向（走査方向と交差する方向）に温
度分布が生じると、結晶の成長方向をレーザー光の走査
方向に限定することができなくなるためである。直線状
のストライプパターンは図示のように線状に集光された
レーザー光３６０の走査方向と合わせて配列させておく
ことで、結晶の成長方向と、全てのトランジスタのチャ
ネル長方向とを合わせることができる。これによりトラ
ンジスタの素子間の特性ばらつきを小さくすることがで
きる。また、直線状のストライプパターンで直線状に延
在するのパターンで一部又は全部を共通化しているた
め、レーザー照射条件のマージンを広げることができ
る。従って、珪素膜がアブレーションにより飛散してし
まうのを防止できる。
方向と凹部の配置との関係は図１７に示されている。線
状に集光されたレーザー光３６０の強度分布はその強度
分布が長手方向において均一な領域を有していることが
望ましい。これは加熱される半導体の温度が照射領域の
温度を一定にすることが目的である。線状に集光された
レーザー光の長手方向（走査方向と交差する方向）に温
度分布が生じると、結晶の成長方向をレーザー光の走査
方向に限定することができなくなるためである。直線状
のストライプパターンは図示のように線状に集光された
レーザー光３６０の走査方向と合わせて配列させておく
ことで、結晶の成長方向と、全てのトランジスタのチャ
ネル長方向とを合わせることができる。これによりトラ
ンジスタの素子間の特性ばらつきを小さくすることがで
きる。また、直線状のストライプパターンで直線状に延
在するのパターンで一部又は全部を共通化しているた
め、レーザー照射条件のマージンを広げることができ
る。従って、珪素膜がアブレーションにより飛散してし
まうのを防止できる。
【００６９】また、線状に集光されたレーザー光による
結晶化は、１回の走査（即ち、一方向）のみで完了させ
ても良いし、より結晶性を高めるためには往復走査して
も良い。さらに、レーザー光による結晶化した後、フッ
酸などによる酸化物除去、或いは、アンモニア過酸化水
素水処理などアルカリ溶液により珪素膜の表面を処理
し、エッチング速度の速い品質の悪い部分を選択的に除
去して、再度同様の結晶化処理を行っても良い。このよ
うにして、結晶性を高めることができる。
結晶化は、１回の走査（即ち、一方向）のみで完了させ
ても良いし、より結晶性を高めるためには往復走査して
も良い。さらに、レーザー光による結晶化した後、フッ
酸などによる酸化物除去、或いは、アンモニア過酸化水
素水処理などアルカリ溶液により珪素膜の表面を処理
し、エッチング速度の速い品質の悪い部分を選択的に除
去して、再度同様の結晶化処理を行っても良い。このよ
うにして、結晶性を高めることができる。
【００７０】この条件でレーザー光を照射することによ
り、非晶質半導体膜は瞬間的に溶融し結晶化させる。実
質的には溶融帯が移動しながら結晶化が進行する。溶融
した珪素は表面張力が働いて凹部に凝集し固化する。こ
れにより、図１０に示すように凹部３０４を充填する形
態で表面が平坦な結晶性半導体膜３０７が形成される。
り、非晶質半導体膜は瞬間的に溶融し結晶化させる。実
質的には溶融帯が移動しながら結晶化が進行する。溶融
した珪素は表面張力が働いて凹部に凝集し固化する。こ
れにより、図１０に示すように凹部３０４を充填する形
態で表面が平坦な結晶性半導体膜３０７が形成される。
【００７１】その後図１１に示すように、少なくとも凹
部３０４に結晶性半導体膜３０７が残存するようにエッ
チング処理を行いう。このエッチング処理により、第３
絶縁膜３０５上にある結晶性半導体膜は除去され、凹部
の形状に合わせて結晶性半導体膜から成る結晶性半導体
膜３０７が得られる。結晶性半導体膜はフッ素系のガス
と酸素とをエッチングガスとして用いることにより下地
の酸化膜と選択性をもってエッチングすることができ
る。例えば、エッチングガスとして、ＣＦ4とＯ2の混合
ガスが適用される。
部３０４に結晶性半導体膜３０７が残存するようにエッ
チング処理を行いう。このエッチング処理により、第３
絶縁膜３０５上にある結晶性半導体膜は除去され、凹部
の形状に合わせて結晶性半導体膜から成る結晶性半導体
膜３０７が得られる。結晶性半導体膜はフッ素系のガス
と酸素とをエッチングガスとして用いることにより下地
の酸化膜と選択性をもってエッチングすることができ
る。例えば、エッチングガスとして、ＣＦ4とＯ2の混合
ガスが適用される。
【００７２】さらに、図１１に示す結晶性半導体膜３０
７から、図１２に示す島状の半導体膜３０８〜３１０を
形成する。この島状の半導体膜３０８は、実施の形態１
で示したように、複数の結晶方位を有し、結晶粒界が形
成されていないという特徴を有している。尚、図１２
は、この島状の半導体膜３０８〜３１０の形状を限定的
に示すものではなく、実施の形態１で述べた如く、所定
のデザインルールに従う範囲内において、特に限定され
るものではない。例えば、図８の島状の半導体膜の形状
は、複数個の短冊状の結晶性半導体膜は一対の矩形の結
晶性半導体膜と連接した形態を有しており、後述するよ
うに、複数個の短冊状の結晶性半導体膜にトランジスタ
のチャネル形成領域が配置される形態となっている。
７から、図１２に示す島状の半導体膜３０８〜３１０を
形成する。この島状の半導体膜３０８は、実施の形態１
で示したように、複数の結晶方位を有し、結晶粒界が形
成されていないという特徴を有している。尚、図１２
は、この島状の半導体膜３０８〜３１０の形状を限定的
に示すものではなく、実施の形態１で述べた如く、所定
のデザインルールに従う範囲内において、特に限定され
るものではない。例えば、図８の島状の半導体膜の形状
は、複数個の短冊状の結晶性半導体膜は一対の矩形の結
晶性半導体膜と連接した形態を有しており、後述するよ
うに、複数個の短冊状の結晶性半導体膜にトランジスタ
のチャネル形成領域が配置される形態となっている。
【００７３】この後、図１３で示すように、島状の半導
体膜３０８〜３１０のチャネル形成領域が配置される周
辺の第２絶縁膜をエッチング処理により除去して凹部３
１１を形成する。このエッチング処理は緩衝フッ酸のよ
る薬液処理、又はＣＨＦ3を用いたドライエッチングな
どで行うことができる。この凹部３１１を形成すること
で、図１３（Ｂ）に示すように、その領域の配置する島
状の半導体膜３０８〜３１０の側面部及び上面部が露出
し、底面には第３絶縁膜３０５が残り第１絶縁膜３０２
と接している。他の部位には第２絶縁膜が残存して、島
状の半導体膜３０８〜３１０と接している。
体膜３０８〜３１０のチャネル形成領域が配置される周
辺の第２絶縁膜をエッチング処理により除去して凹部３
１１を形成する。このエッチング処理は緩衝フッ酸のよ
る薬液処理、又はＣＨＦ3を用いたドライエッチングな
どで行うことができる。この凹部３１１を形成すること
で、図１３（Ｂ）に示すように、その領域の配置する島
状の半導体膜３０８〜３１０の側面部及び上面部が露出
し、底面には第３絶縁膜３０５が残り第１絶縁膜３０２
と接している。他の部位には第２絶縁膜が残存して、島
状の半導体膜３０８〜３１０と接している。
【００７４】この工程においてエッチングの深さは図１
８（Ａ）で示すように第１絶縁膜までエッチングして凹
部３１１を形成しても良い。このような形態とすること
で、後述するように、この部分にゲートを形成する場
合、島状の半導体膜３０８〜３０９の側面部の全面をチ
ャネル形成領域とすることができる。また、図１８
（Ｂ）で示すように、第２絶縁膜の途中でエッチングを
止めても良い。いずれにしてもエッチングの深さを調節
することにより島状の半導体膜３０８〜３０９のチャネ
ル形成領域の深さを調節することができる。即ち、結晶
化領域を選択することができる。
８（Ａ）で示すように第１絶縁膜までエッチングして凹
部３１１を形成しても良い。このような形態とすること
で、後述するように、この部分にゲートを形成する場
合、島状の半導体膜３０８〜３０９の側面部の全面をチ
ャネル形成領域とすることができる。また、図１８
（Ｂ）で示すように、第２絶縁膜の途中でエッチングを
止めても良い。いずれにしてもエッチングの深さを調節
することにより島状の半導体膜３０８〜３０９のチャネ
ル形成領域の深さを調節することができる。即ち、結晶
化領域を選択することができる。
【００７５】図１４は、島状の半導体膜３０８の上面及
び側面を覆いゲート絶縁膜として用いる第４絶縁膜３１
２、ゲート電極として用いる導電膜３１３、３１４を形
成する。第４絶縁膜３１２は、３０〜２００nmの酸化珪
素膜又は酸窒化珪素膜を形成する。また、導電膜３１３
〜３１４はタングステン又はタングステンを含有する合
金や、アルミニウム又はアルミニウム合金などで形成す
る。
び側面を覆いゲート絶縁膜として用いる第４絶縁膜３１
２、ゲート電極として用いる導電膜３１３、３１４を形
成する。第４絶縁膜３１２は、３０〜２００nmの酸化珪
素膜又は酸窒化珪素膜を形成する。また、導電膜３１３
〜３１４はタングステン又はタングステンを含有する合
金や、アルミニウム又はアルミニウム合金などで形成す
る。
【００７６】図１５では、島状の半導体膜３０８〜３１
０に一導電型の不純物領域３１５〜３１７を形成する段
階を示している。ここでは、便宜的にｎ型不純物領域３
１５、３１７、ｐ型不純物領域３１６を設けるものとす
る。これらの不純物領域はゲート電極として用いる導電
膜３１３、３１４をマスクとして自己整合的に形成して
も良いし、フォトレジストなどでマスキングして形成し
ても良い。不純物領域３１３〜３１７はソース及びドレ
イン領域を形成し、必要に応じて低濃度ドレイン領域を
適宜設けることもできる。
０に一導電型の不純物領域３１５〜３１７を形成する段
階を示している。ここでは、便宜的にｎ型不純物領域３
１５、３１７、ｐ型不純物領域３１６を設けるものとす
る。これらの不純物領域はゲート電極として用いる導電
膜３１３、３１４をマスクとして自己整合的に形成して
も良いし、フォトレジストなどでマスキングして形成し
ても良い。不純物領域３１３〜３１７はソース及びドレ
イン領域を形成し、必要に応じて低濃度ドレイン領域を
適宜設けることもできる。
【００７７】この不純物領域３１５〜３１７は不純物イ
オンを電界で加速して、半導体膜に注入するイオン注入
法又はイオンドーピング法などが適用される。この場合
において、注入するイオン種の質量分離の有無は本発明
を適用する上で本質的な問題とはならない。しかしなが
ら、島状に半導体膜３０８〜３１０の側面部にも効率良
く不純物イオンを注入するためには、イオンの注入方向
に対して基板を斜めに配置し、且つ回転させながら注入
を行う斜めドーピングを行うことが望ましい。
オンを電界で加速して、半導体膜に注入するイオン注入
法又はイオンドーピング法などが適用される。この場合
において、注入するイオン種の質量分離の有無は本発明
を適用する上で本質的な問題とはならない。しかしなが
ら、島状に半導体膜３０８〜３１０の側面部にも効率良
く不純物イオンを注入するためには、イオンの注入方向
に対して基板を斜めに配置し、且つ回転させながら注入
を行う斜めドーピングを行うことが望ましい。
【００７８】島状の半導体膜において、ゲート電極を形
成する導電層３１３、３１４と重畳する領域はチャネル
形成領域３１８となる。このチャネル形成領域３１８の
部位における詳細は図１９に示されている。チャネル形
成領域３１８においては島状の半導体膜の側面部及び上
面部にゲート絶縁膜として機能する第４絶縁膜３１２を
介してゲート電極として機能する導電層３１３が配設さ
れている。よって、電位の印加により形成されるチャネ
ル３１９は半導体膜の側面部と上面部に渡って形成され
る。これにより空乏化領域を増やすことができ、トラン
ジスタの電流駆動能力を向上させることができる。
成する導電層３１３、３１４と重畳する領域はチャネル
形成領域３１８となる。このチャネル形成領域３１８の
部位における詳細は図１９に示されている。チャネル形
成領域３１８においては島状の半導体膜の側面部及び上
面部にゲート絶縁膜として機能する第４絶縁膜３１２を
介してゲート電極として機能する導電層３１３が配設さ
れている。よって、電位の印加により形成されるチャネ
ル３１９は半導体膜の側面部と上面部に渡って形成され
る。これにより空乏化領域を増やすことができ、トラン
ジスタの電流駆動能力を向上させることができる。
【００７９】そして、図１６に示すように５０〜１００
nm程度の水素を含有する窒化珪素膜又は酸窒化珪素膜に
よる第５絶縁膜３２０を形成する。この状態で４００〜
４５０℃に熱処理をすることにより窒化珪素膜又は酸窒
化珪素膜が含有する水素が放出され島状の半導体膜に対
する水素化を行うことができる。酸化珪素膜などで形成
する第６絶縁膜３２１を形成し、ソース及びドレイン領
域を形成する不純物領域３１３と接触する配線３２２〜
３２６を形成する。
nm程度の水素を含有する窒化珪素膜又は酸窒化珪素膜に
よる第５絶縁膜３２０を形成する。この状態で４００〜
４５０℃に熱処理をすることにより窒化珪素膜又は酸窒
化珪素膜が含有する水素が放出され島状の半導体膜に対
する水素化を行うことができる。酸化珪素膜などで形成
する第６絶縁膜３２１を形成し、ソース及びドレイン領
域を形成する不純物領域３１３と接触する配線３２２〜
３２６を形成する。
【００８０】こうしてｎチャネル型トランジスタ及びｐ
チャネル型トランジスタを形成することができる。図１
６は複数のチャネル形成領域が並列に配設され、一対の
不純物領域と連接して設けられたマルチチャネル型のト
ランジスタを示している。また、ｎチャネル型マルチチ
ャネルトランジスタ３２７と、ｐチャネル型マルチチャ
ネルトランジスタ３２８とでＣＭＯＳ構造の基本回路で
あるインバータ回路を構成する一例を示している。この
構成において並列に配設するチャネル形成領域の数に限
定はなく、必要に応じて複数個配設すれば良い。例え
ば、ｎチャネル型トランジスタ３２９のようにシングル
チャネルとしても良い。
チャネル型トランジスタを形成することができる。図１
６は複数のチャネル形成領域が並列に配設され、一対の
不純物領域と連接して設けられたマルチチャネル型のト
ランジスタを示している。また、ｎチャネル型マルチチ
ャネルトランジスタ３２７と、ｐチャネル型マルチチャ
ネルトランジスタ３２８とでＣＭＯＳ構造の基本回路で
あるインバータ回路を構成する一例を示している。この
構成において並列に配設するチャネル形成領域の数に限
定はなく、必要に応じて複数個配設すれば良い。例え
ば、ｎチャネル型トランジスタ３２９のようにシングル
チャネルとしても良い。
【００８１】[実施の形態４]実施の形態３において、ト
ランジスタはシングルドレイン構造で示されているが、
低濃度ドレイン（ＬＤＤ）を設けても良い。図２０はＬ
ＤＤ構造を持ったｎチャネル型マルチチャネルトランジ
スタの一例を示している。
ランジスタはシングルドレイン構造で示されているが、
低濃度ドレイン（ＬＤＤ）を設けても良い。図２０はＬ
ＤＤ構造を持ったｎチャネル型マルチチャネルトランジ
スタの一例を示している。
【００８２】図２０（Ａ）で示すトランジスタの構造は
ゲート電極を窒化チタン又は窒化タンタルなど窒化物金
属３３０ａとタングステン又はタングステン合金など高
融点金属３３０ｂで形成する一例であり、ゲート電極３
５０ｂの側面にスペーサ３３１を設けている。スペーサ
３３１は酸化珪素などの絶縁体で形成しても良いし、導
電性を持たせるためにｎ型の多結晶珪素で形成しても良
く、異方性ドライエッチングにより形成する。ＬＤＤ領
域３３２はこのスペーサを形成する前に形成することに
より、ゲート電極３３０ｂに対し自己整合的に形成する
ことができる。スペーサを導電性材料で形成した場合に
は、ＬＤＤ領域が実質的にゲート電極と重畳するゲート
・オーバーラップＬＤＤ(Gate-Overlapped LDD)構造と
することができる。
ゲート電極を窒化チタン又は窒化タンタルなど窒化物金
属３３０ａとタングステン又はタングステン合金など高
融点金属３３０ｂで形成する一例であり、ゲート電極３
５０ｂの側面にスペーサ３３１を設けている。スペーサ
３３１は酸化珪素などの絶縁体で形成しても良いし、導
電性を持たせるためにｎ型の多結晶珪素で形成しても良
く、異方性ドライエッチングにより形成する。ＬＤＤ領
域３３２はこのスペーサを形成する前に形成することに
より、ゲート電極３３０ｂに対し自己整合的に形成する
ことができる。スペーサを導電性材料で形成した場合に
は、ＬＤＤ領域が実質的にゲート電極と重畳するゲート
・オーバーラップＬＤＤ(Gate-Overlapped LDD)構造と
することができる。
【００８３】一方、図２０（Ｂ）はゲート電極３５０ａ
を設けない構造であり、この場合はＬＤＤ構造となる。
を設けない構造であり、この場合はＬＤＤ構造となる。
【００８４】図２０（Ｃ）は、ｎ型不純物領域３１５に
隣接してＬＤＤ領域を形成するｎ型不純物領域３３４が
形成されている。ゲート電極３３３は二層構造であり、
ｎ型不純物領域３２２及びＬＤＤ領域を形成するｎ型不
純物領域３３４は自己整合的に形成することができる。
このようなゲート電極と不純物領域、及びその作製方法
の詳細については、特願２０００−１２８５２６号出願
又は特願２００１−０１１０８５号出願を参照された
い。
隣接してＬＤＤ領域を形成するｎ型不純物領域３３４が
形成されている。ゲート電極３３３は二層構造であり、
ｎ型不純物領域３２２及びＬＤＤ領域を形成するｎ型不
純物領域３３４は自己整合的に形成することができる。
このようなゲート電極と不純物領域、及びその作製方法
の詳細については、特願２０００−１２８５２６号出願
又は特願２００１−０１１０８５号出願を参照された
い。
【００８５】いずれにしても、このようなゲート構造に
より自己整合的にＬＤＤ領域を形成する構造は、特にデ
ザインルールを微細化する場合において有効である。こ
こでは単極性のトランジスタ構造を示したが、実施の形
態４と同様にＣＭＯＳ構造を形成することもできる。
より自己整合的にＬＤＤ領域を形成する構造は、特にデ
ザインルールを微細化する場合において有効である。こ
こでは単極性のトランジスタ構造を示したが、実施の形
態４と同様にＣＭＯＳ構造を形成することもできる。
【００８６】尚、本実施の形態においてゲート電極及び
ＬＤＤ領域の構成以外は、実施の形態３と同じであり詳
細な説明は省略する。
ＬＤＤ領域の構成以外は、実施の形態３と同じであり詳
細な説明は省略する。
【００８７】[実施の形態５]本発明は様々な半導体装置
に適用できるものであり、実施の形態１乃至４に基づい
て作製される表示パネルの形態を説明する。
に適用できるものであり、実施の形態１乃至４に基づい
て作製される表示パネルの形態を説明する。
【００８８】図２１は基板９００には画素部９０２、ゲ
ート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側
駆動回路９０１ｃ、入出力端子部９０８、配線又は配線
群９１７が備えられている。シールパターン９４０はゲ
ート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側
駆動回路９０１ｃ及び当該駆動回路部と入力端子とを接
続する配線又は配線群９１７と一部が重なっていても良
い。このようにすると、表示パネルの額縁領域（画素部
の周辺領域）の面積を縮小させることができる。外部入
力端子部には、ＦＰＣ９３６が固着されている。
ート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側
駆動回路９０１ｃ、入出力端子部９０８、配線又は配線
群９１７が備えられている。シールパターン９４０はゲ
ート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側
駆動回路９０１ｃ及び当該駆動回路部と入力端子とを接
続する配線又は配線群９１７と一部が重なっていても良
い。このようにすると、表示パネルの額縁領域（画素部
の周辺領域）の面積を縮小させることができる。外部入
力端子部には、ＦＰＣ９３６が固着されている。
【００８９】さらに、本発明のトランジスタを用いて各
種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッ
サ、メディアプロセッサ／ＤＳＰ(Digital Signal Proc
essor)、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩ、アンプな
どが形成されたチップ９５０が実装されていても良い。
これらの機能回路は、画素部９０２、ゲート信号側駆動
回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１
ｃとは異なるデザインルールで形成されるものであり、
具体的には１μm以下のデザインルールが適用される。
トランジスタのゲート構造としては、図２０（Ａ）
（Ｂ）などが適している。また、実装の方法に限定はな
くＣＯＧ方式などが適用されている。
種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッ
サ、メディアプロセッサ／ＤＳＰ(Digital Signal Proc
essor)、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩ、アンプな
どが形成されたチップ９５０が実装されていても良い。
これらの機能回路は、画素部９０２、ゲート信号側駆動
回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１
ｃとは異なるデザインルールで形成されるものであり、
具体的には１μm以下のデザインルールが適用される。
トランジスタのゲート構造としては、図２０（Ａ）
（Ｂ）などが適している。また、実装の方法に限定はな
くＣＯＧ方式などが適用されている。
【００９０】例えば、実施の形態３乃至４で示すトラン
ジスタは画素部９０２のスイッチング素子として、さら
にゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信
号側駆動回路９０１ｃを構成する能動素子として適用す
ることができる。
ジスタは画素部９０２のスイッチング素子として、さら
にゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信
号側駆動回路９０１ｃを構成する能動素子として適用す
ることができる。
【００９１】図２７はは画素部９０２の一画素の構成を
示す一例であり、トランジスタ５０１〜８０３が備えら
れている。これらは、画素に備える発光素子や液晶素子
を制御するそれぞれスイッチング用、リセット用、駆動
用のトランジスタである。これらのトランジスタの作製
工程は図２２乃至図２７により示されている。尚、工程
の詳細は実施の形態３と同様であり詳細な説明は省略す
る。
示す一例であり、トランジスタ５０１〜８０３が備えら
れている。これらは、画素に備える発光素子や液晶素子
を制御するそれぞれスイッチング用、リセット用、駆動
用のトランジスタである。これらのトランジスタの作製
工程は図２２乃至図２７により示されている。尚、工程
の詳細は実施の形態３と同様であり詳細な説明は省略す
る。
【００９２】図２２は第１絶縁膜５０２と直線状のスト
ライプパターンを形成する第２絶縁膜５０３を形成した
状態を示している。この第２絶縁膜により凹部５０４が
形成されている。図中点線で囲む領域は、チャネル形成
領域を含む島状の半導体膜が形成される領域を示してい
る。
ライプパターンを形成する第２絶縁膜５０３を形成した
状態を示している。この第２絶縁膜により凹部５０４が
形成されている。図中点線で囲む領域は、チャネル形成
領域を含む島状の半導体膜が形成される領域を示してい
る。
【００９３】図２３では、この上に非晶質半導体膜５０
５を堆積し、それに線状に集光されたレーザー光５０６
を照射して結晶性半導体膜５０７を形成する段階を示し
ている。
５を堆積し、それに線状に集光されたレーザー光５０６
を照射して結晶性半導体膜５０７を形成する段階を示し
ている。
【００９４】図２４は第２絶縁膜５０３上にある結晶性
半導体膜をエッチングにより選択的に除去し、凹部を充
填する形で結晶性半導体膜５０８が形成された状態を示
している。さらに、図２５はこの結晶性半導体膜５０８
をエッチングして、島状の半導体膜５０９、５１０が形
成された状態を示している。
半導体膜をエッチングにより選択的に除去し、凹部を充
填する形で結晶性半導体膜５０８が形成された状態を示
している。さらに、図２５はこの結晶性半導体膜５０８
をエッチングして、島状の半導体膜５０９、５１０が形
成された状態を示している。
【００９５】そして、図２６で示すように、第２絶縁膜
をエッチングして凹部５１１〜５１３を形成し島状の半
導体膜５０９、５１０の側面部を部分的に露出させる。
さらに、ゲート絶縁膜（図示せず）及びゲート電極（又
はゲート配線）５１４〜５１６を形成する。凹部５１１
〜５１３は島状の半導体膜５０９、５１０がゲート電極
（又はゲート配線）５１４〜５１６と交差する位置に合
わせて形成されるものである。これにより、実施の形態
３と同様なゲート構造を得ることができる。また、ゲー
ト構造の詳細に関しては、実施の形態４で示す構造を採
用しても良い。
をエッチングして凹部５１１〜５１３を形成し島状の半
導体膜５０９、５１０の側面部を部分的に露出させる。
さらに、ゲート絶縁膜（図示せず）及びゲート電極（又
はゲート配線）５１４〜５１６を形成する。凹部５１１
〜５１３は島状の半導体膜５０９、５１０がゲート電極
（又はゲート配線）５１４〜５１６と交差する位置に合
わせて形成されるものである。これにより、実施の形態
３と同様なゲート構造を得ることができる。また、ゲー
ト構造の詳細に関しては、実施の形態４で示す構造を採
用しても良い。
【００９６】その後、ｎ型又はｐ型の不純物領域を形成
し、絶縁膜を介して各種配線５１８〜５２０及び画素電
極５１７を形成することにより、図２７で示す画素構造
を得ることができる。
し、絶縁膜を介して各種配線５１８〜５２０及び画素電
極５１７を形成することにより、図２７で示す画素構造
を得ることができる。
【００９７】図２８（Ａ）は図２７におけるＡ−Ａ'線
に対応する縦断面図を示している。さらに図２８（Ｂ）
に示すように画素電極５１７を用いて液晶表示装置や有
機発光装置を完成させることができる。
に対応する縦断面図を示している。さらに図２８（Ｂ）
に示すように画素電極５１７を用いて液晶表示装置や有
機発光装置を完成させることができる。
【００９８】図２８（Ｂ）は有機発光素子３３からの発
光が基板側とは反対側に放射する形態（上方放射型）を
示している。配線５２０と接続する有機発光素子３３の
一方の電極である陰極を画素電極５１７で形成する。有
機化合物層２７は陰極側から電子注入輸送層、発光層、
正孔注入輸送層の順で形成する。その上層側に形成され
る陽極２９との間には薄い透光性の金属層２８が設けら
れている。陽極２９は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）な
ど透光性導電膜を抵抗加熱蒸着法で形成する。この金属
層２８は陽極２９を形成するに当たり、有機化合物層２
７にダメージが及び素子特性が悪化するのを防いでい
る。その後形成する保護膜２４、パッシベーション膜２
５はを形成する。
光が基板側とは反対側に放射する形態（上方放射型）を
示している。配線５２０と接続する有機発光素子３３の
一方の電極である陰極を画素電極５１７で形成する。有
機化合物層２７は陰極側から電子注入輸送層、発光層、
正孔注入輸送層の順で形成する。その上層側に形成され
る陽極２９との間には薄い透光性の金属層２８が設けら
れている。陽極２９は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）な
ど透光性導電膜を抵抗加熱蒸着法で形成する。この金属
層２８は陽極２９を形成するに当たり、有機化合物層２
７にダメージが及び素子特性が悪化するのを防いでい
る。その後形成する保護膜２４、パッシベーション膜２
５はを形成する。
【００９９】有機化合物層２１を低分子有機化合物で形
成する場合には、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）と芳香
族アミン系材料であるＭＴＤＡＴＡ及びα−ＮＰＤで形
成される正孔注入輸送層、トリス−８−キノリノラトア
ルミニウム錯体（Ａｌｑ3）で形成される電子注入層兼
発光層を積層させて形成することができる。Ａｌｑ3は
一重項励起状態からの発光（蛍光）を可能としている。
成する場合には、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）と芳香
族アミン系材料であるＭＴＤＡＴＡ及びα−ＮＰＤで形
成される正孔注入輸送層、トリス−８−キノリノラトア
ルミニウム錯体（Ａｌｑ3）で形成される電子注入層兼
発光層を積層させて形成することができる。Ａｌｑ3は
一重項励起状態からの発光（蛍光）を可能としている。
【０１００】輝度を高めるには三重項励起状態からの発
光（燐光）を利用することが好ましい。この場合には、
有機化合物層２１としてフタロシアニン系材料であるＣ
ｕＰｃと芳香族アミン系材料であるα−ＮＰＤで形成さ
れる正孔注入輸送層上に、カルバゾール系のＣＢＰ＋Ｉ
ｒ（ｐｐｙ）3を用いて発光層を形成し、さらにバソキ
ュプロイン(ＢＣＰ)を用いて正孔ブロック層、Ａｌｑ3
による電子注入輸送層を積層させた構造とすることもで
きる。
光（燐光）を利用することが好ましい。この場合には、
有機化合物層２１としてフタロシアニン系材料であるＣ
ｕＰｃと芳香族アミン系材料であるα−ＮＰＤで形成さ
れる正孔注入輸送層上に、カルバゾール系のＣＢＰ＋Ｉ
ｒ（ｐｐｙ）3を用いて発光層を形成し、さらにバソキ
ュプロイン(ＢＣＰ)を用いて正孔ブロック層、Ａｌｑ3
による電子注入輸送層を積層させた構造とすることもで
きる。
【０１０１】上記二つの構造は低分子系有機化合物を用
いた例であるが、高分子系有機化合物と低分子系有機化
合物を組み合わせた有機発光素子を実現することもでき
る。例えば、有機化合物層２１として陽極側から、高分
子系有機化合物のポリチオフェン誘導体(ＰＥＤＯＴ)に
より正孔注入輸送層、α−ＮＰＤによる正孔注入輸送
層、ＣＢＰ＋Ｉｒ（ｐｐｙ）3による発光層、ＢＣＰに
よる正孔ブロック層、Ａｌｑ3による電子注入輸送層を
積層させても良い。正孔注入層をＰＥＤＯＴに変えるこ
とにより、正孔注入特性が改善され、発光効率を向上さ
せることができる。
いた例であるが、高分子系有機化合物と低分子系有機化
合物を組み合わせた有機発光素子を実現することもでき
る。例えば、有機化合物層２１として陽極側から、高分
子系有機化合物のポリチオフェン誘導体(ＰＥＤＯＴ)に
より正孔注入輸送層、α−ＮＰＤによる正孔注入輸送
層、ＣＢＰ＋Ｉｒ（ｐｐｙ）3による発光層、ＢＣＰに
よる正孔ブロック層、Ａｌｑ3による電子注入輸送層を
積層させても良い。正孔注入層をＰＥＤＯＴに変えるこ
とにより、正孔注入特性が改善され、発光効率を向上さ
せることができる。
【０１０２】いずれにしても、三重項励起状態かからの
発光（燐光）は、一重項励起状態からの発光（蛍光）よ
りも発光効率が高く、同じ発光輝度を得るにも動作電圧
（有機発光素子を発光させるに要する電圧）を低くする
ことが可能である。
発光（燐光）は、一重項励起状態からの発光（蛍光）よ
りも発光効率が高く、同じ発光輝度を得るにも動作電圧
（有機発光素子を発光させるに要する電圧）を低くする
ことが可能である。
【０１０３】このように本発明を用いて有機発光素子を
用いた表示パネルを作製することができる。また、陽極
と陰極の配置を反転させれば、発光が基板側に放射する
形態（下方放射型）とすることもできる。さらに、ここ
では例示しなかったが、液晶の電気光学特性を利用した
表示パネルを作製することもできる。
用いた表示パネルを作製することができる。また、陽極
と陰極の配置を反転させれば、発光が基板側に放射する
形態（下方放射型）とすることもできる。さらに、ここ
では例示しなかったが、液晶の電気光学特性を利用した
表示パネルを作製することもできる。
【０１０４】[実施の形態６]実施の形態３で図１９を用
いて説明したように、本発明のトランジスタは島状の半
導体膜の側壁部と上辺部にチャネル形成領域を形成する
ことができる。さらに、下層側に導電層を設けることに
よりボディバイアスを印加することが可能となる。トラ
ンジスタの作製方法は実施の形態３に従うものである
が、その差異について図２９を用いて説明する。
いて説明したように、本発明のトランジスタは島状の半
導体膜の側壁部と上辺部にチャネル形成領域を形成する
ことができる。さらに、下層側に導電層を設けることに
よりボディバイアスを印加することが可能となる。トラ
ンジスタの作製方法は実施の形態３に従うものである
が、その差異について図２９を用いて説明する。
【０１０５】図２９（Ａ）において、基板上には第１絶
縁膜８０２として窒化珪素膜を形成し、その上にタング
ステン膜８０３をスパッタリング法にて形成する。特に
窒化珪素膜は高周波スパッタリング法で形成すると緻密
な膜を形成することが可能である。第２絶縁膜８０３は
酸化珪素膜で形成する。酸化珪素膜はエッチングにより
図示するように凹部を形成するが、下地のタングステン
膜との選択比は３０程度あるので容易に加工できる。
縁膜８０２として窒化珪素膜を形成し、その上にタング
ステン膜８０３をスパッタリング法にて形成する。特に
窒化珪素膜は高周波スパッタリング法で形成すると緻密
な膜を形成することが可能である。第２絶縁膜８０３は
酸化珪素膜で形成する。酸化珪素膜はエッチングにより
図示するように凹部を形成するが、下地のタングステン
膜との選択比は３０程度あるので容易に加工できる。
【０１０６】この上に、第３絶縁膜８０５として酸窒化
珪素膜と非晶質珪素膜８０５を連続して形成し、溶融結
晶化し、さらに表層部をエッチングすることで図２９
（Ｂ）で示すように結晶性珪素膜８０７を形成する。そ
の後、図２９（Ｃ）に示すようにゲート絶縁膜８０８、
ゲート電極８０９を形成する。タングステン膜８０３上
にはゲート絶縁膜８０８が形成されるので、ゲート電極
８０９と短絡することはない。
珪素膜と非晶質珪素膜８０５を連続して形成し、溶融結
晶化し、さらに表層部をエッチングすることで図２９
（Ｂ）で示すように結晶性珪素膜８０７を形成する。そ
の後、図２９（Ｃ）に示すようにゲート絶縁膜８０８、
ゲート電極８０９を形成する。タングステン膜８０３上
にはゲート絶縁膜８０８が形成されるので、ゲート電極
８０９と短絡することはない。
【０１０７】このような形態において、タングステン膜
８０３を接地電位に固定すると、トランジスタのしきい
値電圧のばらつきを小さくすることができる。また、ゲ
ート電極８０９と同電位を印加して駆動すると、オン電
流を増加させることができる。
８０３を接地電位に固定すると、トランジスタのしきい
値電圧のばらつきを小さくすることができる。また、ゲ
ート電極８０９と同電位を印加して駆動すると、オン電
流を増加させることができる。
【０１０８】また、放熱効果を高めるためには、図３０
で示すようにタングステン膜８０３の上層に、窒化アル
ミニウム又は酸窒化アルミニウムを形成すると良い。こ
こに窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウムを設ける
その他の理由は、エッチング加工の選択比を確保するこ
とにある。即ち、ＣＨＦ3などフッ素系のエッチングガ
スで第２絶縁膜である酸化珪素を除去して、且つ下地の
金属膜を露出させないためには、窒化珪素は適しておら
ず、窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウムが適して
いる。
で示すようにタングステン膜８０３の上層に、窒化アル
ミニウム又は酸窒化アルミニウムを形成すると良い。こ
こに窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウムを設ける
その他の理由は、エッチング加工の選択比を確保するこ
とにある。即ち、ＣＨＦ3などフッ素系のエッチングガ
スで第２絶縁膜である酸化珪素を除去して、且つ下地の
金属膜を露出させないためには、窒化珪素は適しておら
ず、窒化アルミニウム又は酸窒化アルミニウムが適して
いる。
【０１０９】このようなトランジスタの構成は、実施の
形態３〜５と組み合わせて適用することができる。
形態３〜５と組み合わせて適用することができる。
【０１１０】[実施の形態７]本発明を用いて様々な装置
を完成させることができる。その一例は、携帯情報端末
(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話など)、ビ
デオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュー
タ、テレビ受像器、携帯電話、投影型表示装置などが挙
げられる。それらの一例を図３４に示す。
を完成させることができる。その一例は、携帯情報端末
(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話など)、ビ
デオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュー
タ、テレビ受像器、携帯電話、投影型表示装置などが挙
げられる。それらの一例を図３４に示す。
【０１１１】図３４(Ａ)は本発明を適用してテレビ受像
器を完成させる一例であり、筐体３００１、支持台３０
０２、表示部３００３などにより構成されている。本発
明により作製されるトランジスタは表示部３００３の他
に、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロ
セッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩな
ど様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことがで
き、本発明によりテレビ受像器を完成させることができ
る。
器を完成させる一例であり、筐体３００１、支持台３０
０２、表示部３００３などにより構成されている。本発
明により作製されるトランジスタは表示部３００３の他
に、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロ
セッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩな
ど様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことがで
き、本発明によりテレビ受像器を完成させることができ
る。
【０１１２】図３４(Ｂ)は本発明を適用してビデオカメ
ラを完成させた一例であり、本体３０１１、表示部３０
１２、音声入力部３０１３、操作スイッチ３０１４、バ
ッテリー３０１５、受像部３０１６などにより構成され
ている。本発明により作製されるトランジスタは表示部
３０１２の他に、各種論理回路、高周波回路、メモリ、
マイクロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィク
ス用ＬＳＩなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み
込むことができ、本発明によりビデオカメラを完成させ
ることができる。
ラを完成させた一例であり、本体３０１１、表示部３０
１２、音声入力部３０１３、操作スイッチ３０１４、バ
ッテリー３０１５、受像部３０１６などにより構成され
ている。本発明により作製されるトランジスタは表示部
３０１２の他に、各種論理回路、高周波回路、メモリ、
マイクロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィク
ス用ＬＳＩなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み
込むことができ、本発明によりビデオカメラを完成させ
ることができる。
【０１１３】図３４(Ｃ)は本発明を適用してノート型の
パーソナルコンピュータを完成させた一例であり、本体
３０２１、筐体３０２２、表示部３０２３、キーボード
３０２４などにより構成されている。本発明により作製
されるトランジスタは表示部３０２３の他、各種論理回
路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディ
アプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩなど
様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことがで
き、本発明によりパーソナルコンピュータを完成させる
ことができる。
パーソナルコンピュータを完成させた一例であり、本体
３０２１、筐体３０２２、表示部３０２３、キーボード
３０２４などにより構成されている。本発明により作製
されるトランジスタは表示部３０２３の他、各種論理回
路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディ
アプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩなど
様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことがで
き、本発明によりパーソナルコンピュータを完成させる
ことができる。
【０１１４】図３４(Ｄ)は本発明を適用してＰＤＡ(Per
sonal Digital Assistant)を完成させた一例であり、本
体３０３１、スタイラス３０３２、表示部３０３３、操
作ボタン３０３４、外部インターフェース３０３５など
により構成されている。本発明により作製されるトラン
ジスタは表示部３０３３の他、各種論理回路、高周波回
路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディアプロセッ
サ、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩなど様々な集積
回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明に
よりＰＤＡを完成させることができる。
sonal Digital Assistant)を完成させた一例であり、本
体３０３１、スタイラス３０３２、表示部３０３３、操
作ボタン３０３４、外部インターフェース３０３５など
により構成されている。本発明により作製されるトラン
ジスタは表示部３０３３の他、各種論理回路、高周波回
路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディアプロセッ
サ、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩなど様々な集積
回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明に
よりＰＤＡを完成させることができる。
【０１１５】図３４(Ｅ)は本発明を適用して音響再生装
置を完成させた一例であり、具体的には車載用のオーデ
ィオ装置であり、本体３０４１、表示部３０４２、操作
スイッチ３０４３、３０４４などにより構成されてい
る。本発明により作製されるトランジスタは表示部３０
４２の他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイク
ロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用Ｌ
ＳＩ、増幅回路など様々な集積回路がガラス上に形成し
組み込むことができ、本発明によりオーディオ装置を完
成させることができる。
置を完成させた一例であり、具体的には車載用のオーデ
ィオ装置であり、本体３０４１、表示部３０４２、操作
スイッチ３０４３、３０４４などにより構成されてい
る。本発明により作製されるトランジスタは表示部３０
４２の他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイク
ロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用Ｌ
ＳＩ、増幅回路など様々な集積回路がガラス上に形成し
組み込むことができ、本発明によりオーディオ装置を完
成させることができる。
【０１１６】図３４(Ｆ)は本発明を適用してデジタルカ
メラを完成させた一例であり、本体３０５１、表示部
(Ａ)３０５２、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５
４、表示部(Ｂ)３０５５、バッテリー３０５６などによ
り構成されている。本発明により作製されるトランジス
タは表示部(Ａ)３０５２および表示部(Ｂ)３０５５の
他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロ
セッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩ、
暗号ＬＳＩなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み
込むことができ、本発明によりデジタルカメラを完成さ
せることができる。
メラを完成させた一例であり、本体３０５１、表示部
(Ａ)３０５２、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５
４、表示部(Ｂ)３０５５、バッテリー３０５６などによ
り構成されている。本発明により作製されるトランジス
タは表示部(Ａ)３０５２および表示部(Ｂ)３０５５の
他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロ
セッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩ、
暗号ＬＳＩなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み
込むことができ、本発明によりデジタルカメラを完成さ
せることができる。
【０１１７】図３４(Ｇ)は本発明を適用して携帯電話を
完成させた一例であり、本体３０６１、音声出力部３０
６２、音声入力部３０６３、表示部３０６４、操作スイ
ッチ３０６５、アンテナ３０６６などにより構成されて
いる。本発明により作製されるトランジスタは表示部３
０６４の他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイ
クロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用
ＬＳＩ、暗号ＬＳＩ、携帯電話用ＬＳＩなど様々な集積
回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明に
より携帯電話を完成させることができる。
完成させた一例であり、本体３０６１、音声出力部３０
６２、音声入力部３０６３、表示部３０６４、操作スイ
ッチ３０６５、アンテナ３０６６などにより構成されて
いる。本発明により作製されるトランジスタは表示部３
０６４の他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイ
クロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用
ＬＳＩ、暗号ＬＳＩ、携帯電話用ＬＳＩなど様々な集積
回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明に
より携帯電話を完成させることができる。
【０１１８】尚、ここで示す装置はごく一例であり、こ
れらの用途に限定するものではない。
れらの用途に限定するものではない。
【０１１９】
【発明の効果】以上説明したように、絶縁膜により凹凸
形状を有する直線状のストライプパターンを形成し、そ
の上に非晶質半導体膜を堆積し、レーザー光の照射によ
り溶融状態を経て結晶化させることにより凹部に半導体
を流し込み凝固させ、凹部以外の領域に結晶化に伴う歪
み又は応力を集中させることができ、結晶粒界など結晶
性の悪い領域を選択的に形成することが可能となる。
形状を有する直線状のストライプパターンを形成し、そ
の上に非晶質半導体膜を堆積し、レーザー光の照射によ
り溶融状態を経て結晶化させることにより凹部に半導体
を流し込み凝固させ、凹部以外の領域に結晶化に伴う歪
み又は応力を集中させることができ、結晶粒界など結晶
性の悪い領域を選択的に形成することが可能となる。
【０１２０】そして、トランジスタなどの半導体素子、
特にチャネル形成領域の場所を指定して、結晶粒界が存
在しない結晶性半導体膜を形成することができる。これ
により不用意に介在する結晶粒界や結晶欠陥により特性
がばらつく要因を無くすことができ、特性ばらつきの小
さいトランジスタ又はトランジスタ素子群を形成するこ
とができる。
特にチャネル形成領域の場所を指定して、結晶粒界が存
在しない結晶性半導体膜を形成することができる。これ
により不用意に介在する結晶粒界や結晶欠陥により特性
がばらつく要因を無くすことができ、特性ばらつきの小
さいトランジスタ又はトランジスタ素子群を形成するこ
とができる。
【０１２１】さらに、当該結晶性半導体膜の側面部と上
面部に重畳してゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する
ことにより、チャネル形成領域の面積が拡大し、オン電
流を増加することができる。さらに、三方からゲート電
圧を印加することにより、ゲート絶縁膜に注入されるキ
ャリア、特にホットキャリアを少なくすることができ、
トランジスタの信頼性を向上させることもできる。
面部に重畳してゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する
ことにより、チャネル形成領域の面積が拡大し、オン電
流を増加することができる。さらに、三方からゲート電
圧を印加することにより、ゲート絶縁膜に注入されるキ
ャリア、特にホットキャリアを少なくすることができ、
トランジスタの信頼性を向上させることもできる。
【図１】 本発明の結晶化方法を説明する斜視図であ
り、絶縁膜で凹部を形成する段階を示す。
り、絶縁膜で凹部を形成する段階を示す。
【図２】 本発明の結晶化方法を説明する斜視図であ
り、凹部を形成した絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成す
る段階を示す。
り、凹部を形成した絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成す
る段階を示す。
【図３】 本発明で結晶化方法を説明する斜視図であ
り、凹部を形成した絶縁膜上に結晶性半導体膜を形成し
た段階を示す。
り、凹部を形成した絶縁膜上に結晶性半導体膜を形成し
た段階を示す。
【図４】 本発明の結晶化方法を説明する斜視図であ
り、凹部に結晶性半導体膜を残存せしめた段階を示す。
り、凹部に結晶性半導体膜を残存せしめた段階を示す。
【図５】 結晶化における開口部の形状と結晶性半導体
膜の形態との関係の詳細を説明する縦断面図。
膜の形態との関係の詳細を説明する縦断面図。
【図６】 本発明に適用するレーザー照射装置の一態様
を示す配置図。
を示す配置図。
【図７】 本発明により作製されるトランジスタの作製
工程を説明する上面図及び縦断面図。
工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図８】 本発明により作製されるトランジスタの作製
工程を説明する上面図及び縦断面図。
工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図９】 本発明により作製されるトランジスタの作製
工程を説明する上面図及び縦断面図。
工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１０】 本発明により作製されるトランジスタの作
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１１】 本発明により作製されるトランジスタの作
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１２】 本発明により作製されるトランジスタの作
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１３】 本発明により作製されるトランジスタの作
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１４】 本発明により作製されるトランジスタの作
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１５】 本発明により作製されるトランジスタの作
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１６】 本発明により作製されるトランジスタの作
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１７】 本発明における線状に集光されたレーザー
光とその走査方向を説明する図。
光とその走査方向を説明する図。
【図１８】 本発明により作製されるトランジスタの作
製工程を説明する縦断面図。
製工程を説明する縦断面図。
【図１９】 本発明により作製されるトランジスタのチ
ャネル形成領域の詳細を説明する縦断面図。
ャネル形成領域の詳細を説明する縦断面図。
【図２０】 本発明により作製されるトランジスタにお
いて適用することができるゲート構造の一例を示す縦断
面図。
いて適用することができるゲート構造の一例を示す縦断
面図。
【図２１】 本発明を用いて作製される半導体装置の外
観図の一例。
観図の一例。
【図２２】 図２１で示す半導体装置の画素部の作製工
程を説明する上面図。
程を説明する上面図。
【図２３】 図２１で示す半導体装置の画素部の作製工
程を説明する上面図。
程を説明する上面図。
【図２４】 図２１で示す半導体装置の画素部の作製工
程を説明する上面図。
程を説明する上面図。
【図２５】 図２１で示す半導体装置の画素部の作製工
程を説明する上面図。
程を説明する上面図。
【図２６】 図２１で示す半導体装置の画素部の作製工
程を説明する上面図。
程を説明する上面図。
【図２７】 図１６で示す半導体装置の画素部の構造を
説明する上面図。
説明する上面図。
【図２８】 図２１に対応する画素部の構造を説明する
縦断面図。
縦断面図。
【図２９】 下地に金属膜を設け、本発明により作製さ
れるトランジスタのチャネル形成領域の詳細を説明する
縦断面図。
れるトランジスタのチャネル形成領域の詳細を説明する
縦断面図。
【図３０】 下地に金属膜を設け、本発明により作製さ
れるトランジスタのチャネル形成領域の詳細を説明する
縦断面図。
れるトランジスタのチャネル形成領域の詳細を説明する
縦断面図。
【図３１】 １７０nmの段差を設け、０．５μmの凸部
の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に１５０nmの非晶質珪
素膜を形成して結晶化したときの表面状態を表す走査電
子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（セコエッチ後）。
の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に１５０nmの非晶質珪
素膜を形成して結晶化したときの表面状態を表す走査電
子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（セコエッチ後）。
【図３２】 １７０nmの段差を設け、１．８μmの凸部
の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に１５０nmの非晶質珪
素膜を形成して結晶化したときの表面状態を表す走査電
子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（セコエッチ後）。
の幅と間隔を設けた下地絶縁膜上に１５０nmの非晶質珪
素膜を形成して結晶化したときの表面状態を表す走査電
子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（セコエッチ後）。
【図３３】 凹部に形成された結晶の配向を示すＥＢＳ
Ｐマッピングデータ。
Ｐマッピングデータ。
【図３４】 半導体装置の一例を示す図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２０
６１７Ｎ
(72)発明者 須沢 英臣
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） 2H092 JA25 JA29 JA33 JA34 JA35
JA36 KA04 KA05 KA12 MA08
MA28
5F052 AA02 AA17 AA24 BA01 BA07
BA18 BB02 BB07 DA01 DA02
DA03 DA10 DB02 DB03 DB07
EA11 EA12 EA16 FA13 FA17
JA01 JA03 JA04
5F110 AA01 BB02 BB04 CC02 DD01
DD02 DD03 DD04 DD05 DD12
DD14 DD15 DD17 DD21 DD22
EE01 EE03 EE04 EE06 EE14
EE23 EE30 EE32 FF02 FF04
GG01 GG02 GG13 GG22 GG25
GG30 GG43 GG45 GG47 HJ12
HJ13 HJ14 HM15 NN02 NN22
NN24 NN43 NN44 NN46 NN72
PP01 PP02 PP03 PP04 PP06
PP24 PP34 PP38 QQ09 QQ11
QQ23 QQ28
Claims (12)
- 【請求項１】一対の一導電型不純物領域の間に連接し
て、絶縁表面上に直線状のストライプパターンで形成さ
れた凹部と平行な方向に結晶粒界が形成されることなく
複数の結晶方位を含む結晶性半導体膜を有することを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項２】一対の一導電型不純物領域の間に連接し
て、絶縁表面上に直線状のストライプパターンで形成さ
れた凹部と平行な方向に結晶粒界が存在することなく複
数の結晶方位を含む結晶性半導体膜と、前記結晶性半導
体膜と絶縁層を介して重畳する導電層により、前記結晶
性半導体膜にチャネル形成領域が形成される構成を有
し、チャネル形成領域における前記結晶性半導体膜はチ
ャネル幅方向が０．０１μm以上２μm以下、好ましくは
０．１μm以上１μm以下であり、厚さが０．０１μm以
上３μm以下であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】一対の一導電型不純物領域の間に連接し
て、絶縁表面上に直線状のストライプパターンで形成さ
れた凹部と平行な方向に結晶粒界が存在することなく複
数の結晶方位を含む結晶性半導体膜と、前記結晶性半導
体膜の側面部及び上面部を被覆するゲート絶縁膜を介し
て重畳するゲート電極により、前記結晶性半導体膜の側
面部及び上面部にチャネル形成領域が形成される構成を
有し、チャネル形成領域における前記結晶性半導体膜は
チャネル幅方向が０．０１μm以上２μm以下、好ましく
は０．１μm以上１μm以下であり、厚さが０．０１μm
以上３μm以下であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４】側面を絶縁膜が接する一対の一導電型不純
物領域の間に連接して、絶縁表面上に直線状のストライ
プパターンで形成された凹部と平行な方向に結晶粒界が
存在することなく複数の結晶方位を含む結晶性半導体膜
と、前記結晶性半導体膜の側面部及び上面部を被覆する
ゲート絶縁膜を介して重畳するゲート電極により、前記
結晶性半導体膜の側面部及び上面部にチャネル形成領域
が形成される構成を有し、チャネル形成領域における前
記結晶性半導体膜はチャネル幅方向が０．０１μm以上
２μm以下、好ましくは０．１μm以上１μm以下であ
り、厚さが０．０１μm以上３μm以下であり、前記一対
の一導電型不純物領域の間に一つ又は複数個備えられて
いることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項５】ガラス又は石英基板上に、Ｗ、Ｍｏ、Ｔ
ｉ、Ｔａ、Ｃｒから選ばれた一種又は複数種を含む金属
層が設けられ、前記金属層上に、側面を絶縁膜が接する
一対の一導電型不純物領域の間に連接して形成され、前
記金属層上に形成された直線状のストライプパターンで
形成された凹部と平行な方向に結晶粒界が存在すること
なく複数の結晶方位を含む結晶性半導体膜と、前記結晶
性半導体膜の側面部及び上面部を被覆するゲート絶縁膜
を介して重畳するゲート電極により、前記結晶性半導体
膜の上面部にチャネル形成領域が形成される構成を有
し、前記金属層と前記結晶性半導体膜との間には絶縁層
が介在して設けられ、チャネル形成領域における前記結
晶性半導体膜はチャネル幅方向が０．０１μm以上２μm
以下、好ましくは０．１μm以上１μm以下であり、厚さ
が０．０１μm以上３μm以下であり、前記一対の一導電
型不純物領域の間に一つ又は複数個備えられていること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項６】ガラス又は石英基板上にＷ、Ｍｏ、Ｔｉ、
Ｔａ、Ｃｒから選ばれた一種又は複数種を含む金属層
と、当該金属層上に、窒化アルミニウム又は酸窒化アル
ミニウムから成る絶縁層が設けられ、前記絶縁層上に、
側面を絶縁膜が接する一対の一導電型不純物領域の間に
連接して、前記絶縁層上に形成された直線状のストライ
プパターンで形成された凹部と平行な方向に結晶粒界が
存在することなく複数の結晶方位を含む結晶性半導体膜
と、前記結晶性半導体膜の側面部及び上面部を被覆する
ゲート絶縁膜を介して重畳するゲート電極により、前記
結晶性半導体膜の上面部にチャネル形成領域が形成され
る構成を有し、チャネル形成領域における前記結晶性半
導体膜はチャネル幅方向が０．０１μm以上２μm以下、
好ましくは０．１μm以上１μm以下であり、厚さが０．
０１μm以上３μm以下であり、前記一対の一導電型不純
物領域の間に一つ又は複数個備えられていることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項７】請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記結晶性半導体膜は、絶縁表面上に直線状のストライ
プパターンで形成された凹部と平行な方向に、＜１１０
＞方位が優先配向として成長していることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項８】島状に分割された結晶性半導体膜を有する
半導体装置の作製方法であって、絶縁表面を有する基板
上に直線状のストライプパターンで延在する凹凸部が設
けられた絶縁膜を形成し、前記島状に分割された結晶性
半導体膜の配置に合わせて、それと交差する前記絶縁膜
の凸部を除去した後、前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を
形成し、前記絶縁膜の凹部に溶融した半導体を流し込む
ように前記非晶質半導体膜を溶融して結晶化させて結晶
性半導体膜を形成し、前記絶縁膜の凸部に残存する結晶
性半導体膜を除去した後凹部に形成された結晶性半導体
膜から、前記島状に分割された結晶性半導体膜を形成
し、少なくともチャネル形成領域を形成する部位におい
て前記絶縁膜の凸部を除去して該結晶性半導体膜の側面
部を露出させ、該結晶性半導体膜の側面部及び上面部に
接するゲート絶縁膜とゲート電極を形成することを特徴
とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項９】島状に分割された結晶性半導体膜を有する
半導体装置の作製方法であって、絶縁表面を有する基板
上に直線状のストライプパターンで延在する凹凸部が設
けられた絶縁膜を形成し、前記島状に分割された結晶性
半導体膜の配置に合わせて、それと交差する前記絶縁膜
の凸部を除去した後、前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を
形成し、レーザー光の照射により、前記絶縁膜の凹部に
溶融した半導体を流し込むように前記非晶質半導体膜を
溶融して結晶化させて結晶性半導体膜を形成し、前記絶
縁膜の凸部に残存する結晶性半導体膜を除去した後凹部
に形成された結晶性半導体膜から、前記島状に分割され
た結晶性半導体膜を形成し、少なくともチャネル形成領
域を形成する部位において前記絶縁膜の凸部を除去して
該結晶性半導体膜の側面部を露出させ、該結晶性半導体
膜の側面部及び上面部に接するゲート絶縁膜とゲート電
極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項１０】島状に分割された結晶性半導体膜を有す
る半導体装置の作製方法であって、絶縁表面を有する基
板上に直線状のストライプパターンで延在する凹凸部が
設けられた絶縁膜を形成し、前記島状に分割された結晶
性半導体膜の配置に合わせて、それと交差する前記絶縁
膜の凸部を除去した後、前記絶縁膜上に非晶質半導体膜
を形成し、レーザー光を照射し、且つ前記チャネル長方
向と平行な方向に走査して、前記絶縁膜の凹部に溶融し
た半導体を流し込むように前記非晶質半導体膜を溶融し
て結晶化させて結晶性半導体膜を形成し、前記絶縁膜の
凸部に残存する結晶性半導体膜を除去した後凹部に形成
された結晶性半導体膜から、前記島状に分割された結晶
性半導体膜を形成し、少なくともチャネル形成領域を形
成する部位において前記絶縁膜の凸部を除去して該結晶
性半導体膜の側面部を露出させ、該結晶性半導体膜の側
面部及び上面部に接するゲート絶縁膜とゲート電極を形
成す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８乃至１０のいずれか一項におい
て、前記凹部の幅は０．０１μm以上２μm以下であり、
深さが０．０１μm以上３μm以下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】請求項８乃至１０のいずれか一項におい
て、前記レーザー光は連続発振型のレーザー発振装置を
光源として照射することを特徴とする半導体装置の作製
方法。
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