JP2004111992A - 半導体膜の結晶化方法、およびアクティブマトリクス基板 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶融結晶化にこれまで検討されていなかった条件を考慮することにより、半導体膜表面を粗らすことなく、結晶化度をさらに高めることのできる半導体膜の結晶化方法、それを用いたＴＦＴの製造方法、この製造方法により製造したＴＦＴを用いたアクティブマトリクス基板、およびこの基板を用いた液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】 アモルファスのシリコン膜（半導体膜）に対して、初めからいきなり高いエネルギー密度のレーザ光を照射するのではなく、低いエネルギー密度から段階的にエネルギー密度を上げる。高いエネルギー密度での照射を終えた後は、段階的にエネルギー密度を下げる。
【選択図】図７

Description

　本発明は、半導体膜をアニールしてその結晶化を図るための半導体膜の結晶化方法、およびこの結晶化方法を用いた薄膜トランジスタの製造方法、この製造方法によって製造された薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス基板、およびこの基板を用いた液晶表示装置に関するものである。更に詳しくは、レーザ溶融結晶化法を利用した半導体膜の結晶化技術に関するものである。

液晶表示装置のアクティブマトリクス基板では、基板にガラス基板を用いることができるよう低温プロセスによって薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという。
）を製造することが望まれている。ここで、ＴＦＴのチャネル領域等を形成するのに必要なシリコン膜のうち、アモルファスシリコン膜については低温プロセスによって成膜できるものの、ＴＦＴの移動度が低いという欠点がある。

　そこで、基板上のアモルファスシリコン膜にレーザ光を照射して溶融結晶化するレーザ溶融結晶化法が検討されている。ここで、レーザ光のエネルギー密度はアモルファスシリコンが多結晶シリコンに転移するのに十分なレベルに設定された後、一定のエネルギー密度で照射される。

　しかしながら、従来のレーザ溶融結晶化法では、照射時間などが種々検討されているものの、シリコン膜の結晶化度と表面粗さ特性の双方の特性をこれ以上向上させることができないという問題点がある。すなわち、レーザ溶融結晶化法においては、図１に示すように、エネルギー密度Ｅを増加させていくと、「▲」および一点鎖線Ｌ１で示すＥc 以上でシリコン膜に溶融凝固が起きて多結晶化する。ここで、エネルギー密度Ｅを増加させるほど、その多結晶化が進むが、エネルギー密度Ｅが「□」および点線Ｌ２で示すＥa を越えるとシリコン膜は微結晶化し、移動度の低下と表面の粗れが起きてしまう。このような現象の詳細なメカニズムは解明されていないものの、これまで検討してきたレーザ溶融結晶化の条件検討では上記の微結晶化と表面の粗れの発生により、シリコン膜の結晶化度と表面粗さの双方の特性をこれ以上向上させるのが限界となっている。

　以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、レーザ溶融結晶化にこれまで検討されていなかった条件を考慮することにより、半導体膜表面を粗らすことなく、結晶化度をさらに高めることのできる半導体膜の結晶化方法、それを用いたＴＦＴの製造方法、この製造方法により製造したＴＦＴを用いたアクティブマトリクス基板、およびこの基板を用いた液晶表示装置を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明に係る半導体膜の結晶化方法では、基板上の半導体膜に対してパルス発振レーザ光を照射して前記半導体膜を結晶化するにあたって、前記半導体膜における前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度を、低密度から高密度にシフトさせながら前記パルス発振レーザ光を前記半導体膜に照射し、前記半導体膜において前記高密度のエネルギー密度までシフトした前記パルス発振レーザ光を、当該高密度状態のまま前記半導体膜に連続して複数回照射して前記半導体膜に前記パルス発振レーザ光を照射することを特徴とする。

　本発明では、基板上の半導体膜に対していきなり高密度のパルス発振レーザ光を照射するのではなく、半導体膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向をもつ条件でパルス発振レーザ光を照射する。このようにレーザ照射を行うと、従来のレーザ溶融結晶化では微結晶化が起きて移動度の低下や表面の粗れが起きてしまうような高密度のレーザ光を照射しても微結晶化が起きない。それ故、最終的に照射できるパルス発振レーザ光のエネルギー密度を高く設定できるので、結晶化度を向上させることができる。

　本発明では、基板上の半導体膜に対してパルス発振レーザ光を照射して前記半導体膜を結晶化するにあたって、前記半導体膜における前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度を、低密度から高密度にシフトさせながら前記パルス発振レーザ光を前記半導体膜に照射し、高密度状態のまま前記パルス発振レーザ光を前記半導体膜に複数回連続して照射した後、前記半導体膜における前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度を、高密度から低密度にシフトさせながら前記パルス発振レーザ光を前記半導体膜に照射して前記半導体膜に前記パルス発振レーザ光を照射することが好ましい。このようなレーザ照射条件を採用すると、微結晶化が起きた場合でも、低密度のレーザ照射により多結晶に回復するという利点がある。それ故、この場合には、多結晶への回復が可能な範囲であれば、前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度での照射時には前記半導体膜の完全溶融するエネルギー密度を越えてもよいといえる。

　本発明では、前記半導体膜からみて前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度を高密度で照射した後、さらに該高密度状態で前記パルス発振レーザ光を前記半導体膜に少なくとも１回以上照射することが好ましい。このようなレーザ照射条件を採用すると、レーザ照射時のエネルギー密度にばらつきがあっても、高密度のレーザ照射の繰り返しによって上記のばらつきが吸収されるので、結晶化度にばらつきのない半導体膜を得ることができる。

　本発明において、前記半導体膜に対する前記パルス発振レーザ光の照射領域を相対移動させていく際には、パルス毎の照射領域が重なり合うように移動させていくことが好ましい。このように構成すると、大面積の基板上に形成した半導体膜を結晶化する場合でも重ね合わせ部分での結晶化度や表面粗さの不連続性を低減できる。

　本発明では、前記半導体膜の膜厚を３０ｎｍから８０ｎｍまでの範囲とすることが好ましい。特に、ＴＦＴを製造する場合には少なくともチャネル領域を構成する半導体膜の膜厚を３０ｎｍから８０ｎｍまでの範囲とすることが好ましい。
同じエネルギー密度のレーザ照射を行った場合でも、膜厚が３０ｎｍ未満というように薄すぎると、多結晶化した半導体膜が非晶質に変わってしまうからである。また、半導体膜の膜厚が８０ｎｍを越えるほど厚すぎると、厚さ方向でシリコン膜の結晶粒径にばらつきが発生してしまうからである。

　本発明に係る半導体膜の結晶化方法では、基板上の半導体膜に対していきなり高密度のパルス発振レーザ光を照射するのではなく、半導体膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向を条件でパルス発振レーザ光を照射することに特徴を有する。従って、本発明では、従来のレーザ溶融結晶化では微結晶化が起きて移動度の低下や表面の粗れが起きてしまうような高密度のレーザ光を照射しても上記の微結晶化が起きない。それ故、最終的に照射できるパルス発振レーザ光のエネルギー密度を高く設定できるので、結晶化度を向上させることができる。

　このような半導体膜の結晶化方法は、それによって得た結晶性の半導体膜からＴＦＴを形成するのに利用でき、このようにして製造されたＴＦＴは、たとえば液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板上に製造される。

　図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

　本発明のいずれの形態でもアモルファスシリコン膜をレーザ溶融結晶化法により多結晶化させる。このレーザ溶融結晶化法では、図１に示すように、エネルギー密度Ｅを増加させていくと、「▲」および一点鎖線Ｌ１で示すＥc 以上でシリコン膜に溶融凝固が起きて多結晶化する。ここで、エネルギー密度Ｅを増加させるほど、その多結晶化が進むが、エネルギー密度Ｅが「□」および点線Ｌ２で示すＥa を越えるとシリコン膜は微結晶化し、移動度の低下と表面の粗れが起きてしまう。また、シリコン膜の膜厚が薄い場合には、エネルギー密度ＥがＥa を越えなくても、エネルギー密度Ｅが「○」および二点鎖線Ｌ３で示すＥｂを越えると、アモルファスシリコン膜となってしまう。なお、エネルギー密度Ｅが「□」および実線Ｌ４で示すＥｄを越えると、蒸発してしまう。

　従って、いずれの形態でもアモルファスシリコン膜をレーザ溶融結晶化法により多結晶化させる場合には、エネルギー密度ＥがＥc からＥa までの範囲内にあって、かつ、Ｅb 以下であることが必須条件である。すなわち、このようなエネルギー密度範囲内であれば、アモルファスシリコン膜を多結晶化することができる。ここで、エネルギー密度Ｅを増加させるほど、その多結晶化が進むので、上記のエネルギー密度範囲内で最大のエネルギー密度Ｅをもってシリコン膜のレーザ照射を行う。

　本形態に係る半導体膜の結晶化方法では、たとえば、図２に示すように、基板（図示せず。）上に形成したアモルファスシリコン膜Ｓｉに対してパルス発振レーザ光のスポットＬＳをまず＋ｘ方向に走査した後、＋ｙ方向にわずかにシフトさせ、しかる後に、スポットＬＳを−ｘ方向に走査しながら、アモルファスシリコン膜Ｓｉ全面にスポットＬＳをあてていく。これを１サイクルとして、本形態ではアモルファスシリコン膜全面へのレーザ照射を繰り返す。なお、レーザ照射を真空雰囲気中又は不活性ガス雰囲気中で行う。

　このようにして基板上のシリコン膜Ｓｉに対してパルス発振レーザ光を照射してアモルファスシリコン膜Ｓｉの結晶化を行うにあたって、本形態では、基板上にＥＣＲ−ＣＶＤ法により約２００ｎｍのシリコン酸化膜（下地保護膜）を形成した後、その表面にＬＰ−ＣＶＤ法により約５０ｎｍのアモルファスシリコン膜を形成し、しかる後に、図３に示すように、シリコン膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度（たとえば、１６０ｍＪ／ｃｍ² ）から高密度（たとえば、３１０ｍＪ／ｃｍ² ）にシフトする傾向をもつ条件でシリコン膜にパルス発振レーザ光を照射する。すなわち、本形態では、シリコン膜に対していきなり、高密度のパルス発振レーザ光を照射するのではなく、シリコン膜のある一点からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度Ｅが低密度から高密度にシフトする傾向をもつ条件でパルス発振レーザ光を照射する。この場合にも、エネルギー密度が最も高い値Ｅ２は、上限値Ｅa を越えることはない。

　このようにレーザ照射を行うと、従来のレーザ溶融結晶化では微結晶化が起きて移動度の低下や表面の粗れが起きてしまうような高密度のレーザ光を照射しても上記の微結晶化が起きない。

　たとえば、エネルギー密度の最高値Ｅ２を変化させたときに、本形態のようにエネルギー密度Ｅを多段階で最高値Ｅ２にまで到達させた場合のシリコン膜の結晶化度を、図４に「・」および実線Ｌ１１で示す。また、従来のように、いきなり高密度のパルス発振レーザ光（エネルギー密度がＥ２）を照射したときのシリコン膜の結晶化度を図４に「○」および実線Ｌ１３で示す。ここで、図４の縦軸は、ラマンピークの半値幅であるから、その値が小さいほど、結晶化度が高いことを表す。これらの結果を比較してわかるように、本形態のレーザ溶融結晶化によれば、エネルギー密度Ｅの最高値Ｅ２を上限値Ｅa にかなり近い値まで設定してその結晶化度を高めることができる。これに対して、従来のレーザ溶融結晶化によれば、エネルギー密度Ｅの最高値Ｅ２を上限値Ｅa に近づけても結晶化度が高くならない。なお、ラマンピークの半値幅が上限値Ｅa 付近で跳ね上がっているのは、シリコン膜に微結晶化が起きているためである。

　同じく、エネルギー密度の最高値Ｅ２を変化させたときに、本形態のようにエネルギー密度Ｅを多段階で最高値Ｅ２にまで到達させた場合のシリコン膜表面の粗さを、図５に「・」および実線Ｌ２１で示す。また、従来のように、いきなり高密度のパルス発振レーザ光（エネルギー密度がＥ２）を照射したときのシリコン膜の結晶化度を図４に「○」および実線Ｌ２３で示す。ここで、図５の縦軸は、測定領域内の平均面における最大値と最小値の差であるから、その値が大きいほど、表面が粗れていることを表す。これらの結果を比較してわかるように、本形態のレーザ溶融結晶化によれば、エネルギー密度Ｅの最高値Ｅ２を上限値Ｅa にかなり近い値まで設定してその結晶化度を高めてもシリコン膜の表面が粗れない。これに対して、従来のレーザ溶融結晶化ではエネルギー密度Ｅの最高値Ｅ２を上限値Ｅa に近づけても結晶化度が高くならない割りには、シリコン膜の表面が粗れが激しい。

　それ故、本形態によれば、最終的に照射できるパルス発振レーザ光のエネルギー密度を高く設定できるので、シリコン膜の表面を粗らすことなく、結晶化度を向上させることができる。また、シリコン膜中の欠陥密度を減らすこともできる。

　本発明において、シリコン膜に対するパルス発振レーザ光の照射領域を相対移動させていく際には、図２に示すように、パルス毎の照射領域（スポットＬＢ）が重なり合うように移動させていくことが好ましい。このように構成すると、大面積の基板上に形成したシリコン膜を結晶化させる場合でも、重ね合わせ部分での結晶化度や表面粗さの不連続性を低減できる。

　また、本形態ではシリコン膜の膜厚を約５０ｎｍとしたが、３０ｎｍから８０ｎｍまでの範囲とすれば安定した多結晶性のシリコン膜を確実に得ることができる。すなわち、図１に示すように、同じエネルギー密度のレーザ照射を行った場合でも、膜厚が３０ｎｍ未満というように薄すぎると、多結晶化したシリコン膜が非晶質（アモルファス）に変わってしまうからである。また、半導体膜の膜厚が８０ｎｍを越えるほど厚すぎると、厚さ方向でシリコン膜の結晶粒径にばらつきが発生してしまうからである。

　なお、図３に示す条件では、エネルギー密度Ｅが７段階で最高値Ｅ２にまで到達するように設定したが、エネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向をもつようにパルス発振レーザ光を照射するのであれば、そのステップ数には限定がなく、たとえばスループットを考慮して２段階で最高値Ｅ２にまで到達するように設定してもよい。

　本形態では、図６に示すように、シリコン膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が低密度から高密度にシフトする傾向をもつ条件でパルス発振レーザ光を照射した後、シリコン膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度から低密度にシフトする傾向をもつ条件でパルス発振レーザ光を照射している。このようなレーザ照射条件を採用すると、エネルギー密度の最高値Ｅ２を変化させたときのシリコン膜の結晶化度を、図４に「□」および実線Ｌ１２で示すように、上限値Ｅa を越えるような高密度のレーザ光を照射したときでも、後で行う低密度のレーザ照射によってシリコン膜の結晶性が回復し、しかもその結晶化度は著しく高い。

　また、本形態のレーザ照射条件を採用すると、エネルギー密度の最高値Ｅ２を変化させたときのシリコン膜表面の粗さを、図５に「□」および実線Ｌ２２で示すように、結晶化度が高い割りにはシリコン膜の表面が粗れが小さい。

　なお、本形態でも、パルス発振レーザ光の照射領域を相対移動させていく際には、図２に示すように、パルス毎の照射領域（スポットＬＢ）が重なり合うように移動させていくことが好ましい。このように構成すると、大面積の基板上に形成したシリコン膜を結晶化させる場合でも、重ね合わせ部分での結晶化度や表面粗さの不連続性を低減できる。また、シリコン膜の膜厚を３０ｎｍから８０ｎｍまでの範囲と設定して、安定した多結晶性のシリコン膜を得ることが好ましい。
さらにまた、エネルギー密度が低密度から高密度にシフトするようにパルス発振レーザ光を照射し、しかる後に、高密度から低密度にシフトするようにパルス発振レーザ光を照射するのであれば、そのステップ数には限定がなく、たとえば２段階で最高値Ｅ２にまで到達するように設定してもよい。

　上記の形態１、２のいずれにおいても、図７または図８に示すように、シリコン膜からみてパルス発振レーザ光のエネルギー密度が高密度となった後、この高密度状態でパルス発振レーザ光をシリコン膜に少なくとも１回以上照射することが好ましい。図７に示す照射条件は、実施の形態１に本形態を組み合わせた場合に相当し、図８に示す照射条件は、実施の形態２に本形態を組み合わせた場合に相当する。

　このようなレーザ照射条件を採用すると、レーザ照射時のエネルギー密度にばらつきがあっても、高密度のレーザ照射の繰り返しによって上記のばらつきが吸収されるので、結晶化度にばらつきのないシリコン膜を得ることができる。
このような半導体膜の結晶化方法は、それによって得た結晶性の半導体膜からＴＦＴを形成するのに利用でき、このようにして製造されたＴＦＴは、たとえば液晶表示装置用のアクティブマトリクス基板上に製造される。そこで、本発明の適用例として、液晶表示装置のアクティブマトリクス基板にＴＦＴを製造する例を説明する。
（アクティブマトリクス基板の構成）
図９（Ａ）は、液晶表示装置のアクティブマトリクス基板の構成を模式的に示す説明図である。

　この図において、液晶表示装置１は、そのアクティブマトリクス基板２上に、信号線３および走査線４で区画形成された画素領域５を有し、そこには、画素用のＴＦＴ１０を介して画像信号が入力される液晶セルの液晶容量６が構成されている。信号線３に対しては、シフトレジスタ７１、レベルシフタ７２、ビデオライン７３、アナログスイッチ７４を備えるデータドライバ部７が構成され、走査線４に対しては、シフトレジスタ８１およびレベルシフタ８２を備える走査ドライバ部８が構成されている。なお、画素領域５には、前段の走査線４との間に保持容量５１が形成されることもある。

　データドライバ部７や走査ドライバ部８では、図９（Ｂ）に２段のインバータを例示するように、Ｎ型のＴＦＴｎ１、ｎ２と、Ｐ型のＴＦＴｐ１、ｐ２とによって構成されたＣＭＯＳ回路などが高密度に形成される。但し、アクティブマトリクス部９のＴＦＴ１０と、データドライバ部７のＴＦＴｎ１、ｎ２やＰ型のＴＦＴｐ１、ｐ２とは、基本的な構造が同じであり、同じ工程中で製造される。

　アクティブマトリクス基板２としては、アクティブマトリクス部９だけが基板上に構成されたもの、アクティブマトリクス部９と同じ基板上にデータドライバ部７が構成されたもの、アクティブマトリクス部９と同じ基板上に走査ドライバ部８が構成されたもの、アクティブマトリクス部９と同じ基板上にデータドライバ部７および走査ドライバ部８の双方が構成されたものがある。また、ドライバ内蔵型のアクティブマトリクス基板２であっても、データドライバ部７に含まれるシフトレジスタ７１、レベルシフタ７２、ビデオライン７３、アナログスイッチ７４等の全てがアクティブマトリクス基板２上に構成された完全ドライバ内蔵タイプと、それらの一部がアクティブマトリクス基板２上に構成された部分ドライバ内蔵タイプとがあるが、いずれに対しても本発明を適用できる。

　図１０は、アクティブマトリクス基板の画素領域の１つを拡大して示す平面図、図１１（Ａ）は、図１０のＩ−Ｉ′線における断面図、図１２（Ｂ）は、図１０のII−II′線における断面図である。なお、データドライバ部７などにおけるＴＦＴは基本的には同一の構造を有するので、その図示を省略する。

　これらの図において、いずれの画素領域５でも、ＴＦＴ１０は、基板２０上において、データ線３に対して層間絶縁膜１６のコンタクトホール１７を介して電気的接続するソース領域１１、画素電極１９に対して層間絶縁膜１６のコンタクトホール１８を介して電気的接続するドレイン領域１２、ドレイン領域１２とソース領域１１との間にチャネルを形成するためのチャネル領域１３、およびチャネル領域１３に対してゲート絶縁膜１４を介して対峙するゲート電極１５から構成されている。このゲート電極１５は、走査線４の一部として構成されている。
なお、基板２０の表面側には、シリコン酸化膜からなる下地保護膜２１が形成されている。

　（ＴＦＴの製造方法）
　図１２を参照して、ＴＦＴの製造方法を説明する。図１２は、図１０のＩ−Ｉ′線における断面に対応するＴＦＴの工程断面図である。

　本例では、基板として、２３５ｍｍ角の無アルカリガラス板を用いて以下の各工程を行なう。

　（下地保護膜形成工程）
図１２（Ａ）において、まず、ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ法により２５０℃〜３００℃の温度条件下で、基板２０の表面に下地保護膜２１となる膜厚が２００ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜は、ＡＰＣＶＤ法でも形成でき、この場合には、基板２０の温度を２５０℃から４５０℃までの範囲に設定した状態で、モノシラン及び酸素を原料ガスとしてシリコン酸化膜を形成する。

　（半導体膜堆積工程）
次に、下地保護膜２１の表面に真性のシリコン膜３０（半導体膜）を５０ｎｍ程度堆積する。本例では、高真空型ＬＰＣＶＤ装置を用いて、原料ガスであるジシランを２００ＳＣＣＭ流しながら、４２５℃の堆積温度でアモルファスのシリコン膜３０を堆積する。この高真空型ＬＰＣＶＤ装置では、反応室の内部に基板を配置し、反応室内の温度を、まず２５０℃に保持する。この状態で、ターボ分子ポンプの運転を開始し、定常回転に達した後、反応室内の温度を約１時間かけて、２５０℃から４２５℃の堆積温度にまで昇温する。この昇温を開始してから最初の１０分間は、反応室にガスを全く導入せず、真空中で昇温を行ない、しかる後、純度が９９．９９９９％以上の窒素ガスを２５０ＳＣＣＭ流し続ける。堆積温度に到達した後、原料ガスであるジシランを２００ＳＣＣＭ流すとともに、純度が９９．９９９９％以上の希釈用ヘリウムを１０００ＳＣＣＭ流す。

　なお、シリコン膜３０の形成にあたっては、ＰＥＣＶＤ法やスパッタ法を用いてもよく、これらの方法によれば、その成膜温度を室温から３５０℃までの範囲に設定することができる。

　（レーザ溶融結晶化法によるアニール工程）
次に、図１２（Ｂ）に示すように、アモルファスのシリコン膜３０にレーザ光を照射してシリコン膜３０を多結晶シリコンに改質する。本例では、たとえば、キセノン・クロライド（ＸｅＣｌ）のエキシマ・レーザ（波長が３０８ｎｍ）を照射する。この工程において、レーザ照射は、基板２０を室温（２５℃）とし、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で行なう。

　このアニール工程を行うにあたっては、前述した実施の形態１ないし３のいずれをも適用できる。ここで、基板２０の全面に下地保護膜２１およびシリコン膜３０が形成された状態にあり、その全面にレーザアニールを行ってもよいが、ＴＦＴの形成予定領域だけに選択的にレーザ照射を行い、レーザアニール時間を短縮してもよい。

　（シリコン膜のパターニング工程）
次に、図１２（Ｃ）に示すように、アニール工程を行なったシリコン膜３０を、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行い、島状のシリコン膜３１とする。

　（ゲート絶縁膜の形成工程）
次に、図１２（Ｄ）に示すように、ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ法により２５０℃〜３００℃の温度条件下で、シリコン膜３１に対してシリコン酸化膜からなるゲート酸化膜１４を形成する。

　（ゲート電極形成工程）
次に、ゲート酸化膜１４の表面側に膜厚が６００ｎｍのタンタル薄膜をスパッタ法により形成した後、それをフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、ゲート電極１５を形成する。本例では、タンタル薄膜を形成する際に、基板温度を１８０℃に設定し、スパッタガスとして窒素ガスを６．７％含むアルゴンガスを用いる。このように形成したタンタル薄膜は、結晶構造がα構造であり、その比抵抗が小さい。

　（不純物導入工程）
次に、バケット型質量非分離型のイオン注入装置（イオンドーピング装置）を用いて、ゲート電極１５をマスクとしてシリコン膜３１に不純物イオンを打ち込む。その結果、ゲート電極１５に対してセルフアライン的にソース領域１１およびドレイン領域１２が形成される。このとき、シリコン膜３１のうち、不純物イオンが打ち込まれなかった部分がチャネル領域１３となる。

　なお、Ｐチャネル型のＴＦＴを形成する場合には、原料ガスとして水素ガスで濃度が５％となるように希釈したジボランを用いる。また、Ｎチャネル型のＴＦＴを形成する場合には、水素ガスを原料ガスとして、濃度が５％となるように希釈したホスフィンを用いる。

　（層間絶縁膜の形成工程）
次に、図１２（Ｅ）に示すように、ＰＥＣＶＤ法により２５０℃〜３００℃の温度条件下で、層間絶縁膜１６としての膜厚が５０ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。このときの原料ガスは、ＴＥＯＳと酸素とである。基板温度は、２５０℃〜３００℃である。
（活性化工程）
次に、酸素雰囲気下で３００℃、１時間の熱処理を行ない、注入したリンイオンの活性化と、層間絶縁膜１６の改質とを行なう。

　（配線工程）
次に、層間絶縁膜１６にコンタクトホール１７、１８を形成する。しかる後に、コンタクトホール１７、１８を介して、ソース電極（データ線３）をソース領域１１に電気的に接続し、ドレイン電極（画素電極１９）をドレイン領域１２に電気的に接続し、ＴＦＴ１０を形成する。

　（実施例の主な効果）
以上説明したように、本例のアクティブマトリクス基板の製造方法では、アニール工程におい、レーザ照射時のエネルギー密度を多段階に上昇させる方法を用いたので、結晶性がよくて、かつ、表面に粗れのない多結晶シリコン膜を得ることができる。それ故、動作速度の高いＴＦＴを製造することができる。なお、レーザアニール工程は、アモルファスのシリコン膜をパターニングした後に行ってもよい。

レーザ溶融結晶化におけるエネルギー密度とシリコンの変化との関係を示す説明図である。 レーザ溶融結晶化におけるレーザスポットの走査条件を模式的に示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係るレーザ溶融結晶化条件を示す説明図である。 レーザ溶融結晶化におけるエネルギー密度と結晶化度の関係を示すグラフである。 レーザ溶融結晶化におけるエネルギー密度と表面粗さの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係るレーザ溶融結晶化条件を示す説明図である。 本発明の実施の形態３に係るレーザ溶融結晶化条件を示す説明図である。 本発明の実施の形態３に係る別のレーザ溶融結晶化条件を示す説明図である。 （Ａ）は、本発明の実施例に係る液晶表示装置のアクティブマトリクス基板を模式的に示す説明図、（Ｂ）は、その駆動回路に用いたＣＭＯＳ回路の説明図である。 アクティブマトリクス基板上の画素領域を拡大して示す平面図である。 （Ａ）は、図１０のＩ−Ｉ′線における断面図、（Ｂ）は、図１０のII−II′線における断面図である。 本発明の実施例において、図１０のＩ−Ｉ′線における断面に対応するＴＦＴの工程断面図である。

符号の説明

１・・・液晶表示装置
２・・・アクティブマトリクス基板
３・・・信号線
４・・・走査線
５・・・画素領域
６・・・液晶容量
９・・・アクティブマトリクス部
１０・・・ＴＦＴ
１１・・・ソース領域
１２・・・ドレイン領域
１３・・・チャネル形成領域
１４・・・ゲート絶縁膜
１５・・・ゲート電極
３０、Ｓｉ・・・シリコン膜（半導体膜）
３１・・・島状のシリコン膜（半導体膜）
ＬＳ・・・レーザ光のスポット

Claims (8)

1. 　基板上の半導体膜に対してパルス発振レーザ光を照射して前記半導体膜を結晶化するにあたって、
   　前記半導体膜における前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度を、低密度から高密度にシフトさせながら前記パルス発振レーザ光を前記半導体膜に照射し、
   　前記半導体膜において前記高密度のエネルギー密度までシフトした前記パルス発振レーザ光を、当該高密度状態のまま前記半導体膜に連続して複数回照射して前記半導体膜に前記パルス発振レーザ光を照射することを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
2. 　基板上の半導体膜に対してパルス発振レーザ光を照射して前記半導体膜を結晶化するにあたって、
   　前記半導体膜における前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度を、低密度から高密度にシフトさせながら前記パルス発振レーザ光を前記半導体膜に照射し、
   　高密度状態のまま前記パルス発振レーザ光を前記半導体膜に複数回連続して照射した後、前記半導体膜における前記パルス発振レーザ光のエネルギー密度を、高密度から低密度にシフトさせながら前記パルス発振レーザ光を前記半導体膜に照射して前記半導体膜に前記パルス発振レーザ光を照射することを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
3. 　請求項１または２おいて、前記半導体膜に対する前記パルス発振レーザ光の照射領域を相対移動させていく際には、パルス毎の照射領域が重なり合うように移動させていくことを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
4. 　請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記半導体膜の膜厚を３０ｎｍから８０ｎｍまでの範囲とすることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
5. 　請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記半導体膜の薄膜トランジスタ形成予定領域に対して選択的に、前記パルス発振レーザ光を照射することを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
6. 　請求項１ないし５のいずれかに規定する半導体膜の結晶化方法によって得た結晶性の半導体膜から薄膜トランジスタを形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
7. 　請求項６に規定する薄膜トランジスタの製造方法によって製造した薄膜トランジスタを備えていることを特徴とするアクティブマトリクス基板。
8. 　請求項７に規定するアクティブマトリクス基板を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
   

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