JP2005175380A - 半導体装置の製造方法、半導体装置および表示装置、半導体装置用基板及び表示装置用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体薄膜が結晶性の良い大粒径の結晶粒からなり、チャネル形成領域の結晶粒界の位置が制御されており、電気特性が良く、電気特性ばらつきの少ない半導体装置の製造方法、半導体装置および表示装置、半導体装置用基板及び表示装置用基板を提供する。
【解決手段】光透過性基板３０１表面の予め定められた領域に光透過性材料層３０３を形成する工程と、前記工程により形成された基板のいずれか一方の面に非単結晶半導体層３０５を形成する工程と、前記基板の非単結晶半導体層非形成面側からレーザー光５０を照射することにより前記非単結晶半導体層の照射領域を溶融結晶化して単結晶半導体層４０７を形成する工程と、前記単結晶半導体層を用いて半導体回路４０９を形成する工程とを具備し、前記半導体回路形成工程において露光装置光学系と基板の位置合わせに前記光透過性材料層で形成された位置合わせ用パターンを用いる。
【選択図】 図４Ａ

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、半導体装置および表示装置、半導体装置用基板及び表示装置用基板に係り、特に液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造に用いて好適な半導体装置の製造方法、半導体装置および表示装置、半導体装置用基板及び表示装置用基板に関する。

現在、画像表示装置として用いられているアクティブ型液晶表示装置および有機ＥＬ表示装置等においては各画素を個別に駆動するために、ガラス等の絶縁表面を有する基板上にＴＦＴが形成される。ＴＦＴに用いられる珪素膜は結晶性を有する多結晶珪素（poly-Si）膜と、非晶質珪素（a-Si）膜とに大別される。非晶質珪素膜は形成温度が低く、気相法で比較的容易に形成することが可能であり、量産性にも富むため、ＴＦＴに用いる半導体薄膜として一般的に用いられている。

しかしながら、非晶質珪素膜は導電率等の物性が結晶性珪素膜に比べて劣る（a-Siの移動度はpoly-Siに比べて２桁以上低い）という欠点がある。従って、今後ＴＦＴの動作速度を高速化するためには、結晶性珪素膜を用いたＴＦＴの製造方法を確立することが極めて重要である。

現状では、結晶性珪素膜としては形成の容易さから多結晶珪素（poly-Si）膜が用いられている。汎用ガラス基板を使用できる温度範囲にて多結晶珪素膜を形成する方法としては、例えば非特許文献１に記載されたエキシマレーザー結晶化技術（Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ；以下、ＥＬＡ法という）がある。ＥＬＡ法では、基板上に非単結晶半導体層例えば非晶質珪素膜を厚さ５０ｎｍ程度に成膜した後、この非晶質珪素膜にキセノン塩素（ＸｅＣｌ）エキシマレーザー光（波長３０８ｎｍ）を照射し、非晶質珪素膜を溶融結晶化させて多結晶珪素膜を得るという方法が一般的である（例えば非特許文献−１）。

しかしながら、上述の多結晶珪素膜を用いたＴＦＴのチャネル領域には、多結晶珪素膜の結晶粒界が存在するため、その電気特性が単結晶珪素膜を用いたＴＦＴに比べて著しく劣ることが分かっている。すなわち、多結晶珪素膜の結晶粒界に存在する欠陥がＴＦＴのしきい値電圧Ｖthのばらつきを著しく増大させるので、表示装置全体としては動作特性が大幅に低下してしまう。このため、ＴＦＴチャネル領域の単結晶化が要求されている。単結晶化手段としては、非単結晶半導体層への照射光路に位相シフトマスクを設けた光学系による方法がある（例えば非特許文献−２）。
日経マイクロデバイス別冊フラットパネルディスプレイ1999（日経ＢＰ社、1998年、pp.132-139） 表面科学２０００ｖｏｌ２１，Ｎｏ５，ｐ２７６−２８７

上述した従来のＥＬＡ法では大きさが１μｍ程度の結晶粒を得ることは可能であるが、結晶粒が形成される位置、すなわち結晶粒界の位置を高精度に制御することはできない。このため、従来のＥＬＡ法を用いて結晶化したＴＦＴのチャネル形成領域に結晶粒界が含まれるか含まれないかについては全く制御することが不能である。

しかしながら実際にはチャネル形成領域に結晶粒界を含むＴＦＴと結晶粒界を含まないＴＦＴとではＴＦＴのしきい値電圧Ｖthが大きく異なり、その結果、表示装置に含まれるＴＦＴ間の動作特性は大きくばらつく。このように１画面内に形成される画素のＴＦＴの動作特性にばらつきが発生することは、画質の劣化となって生じ、不良品となり、歩留まり低下となる。特に、高画質となるデジタル化の時代に対応した表示装置として適さない。

さらに、後者の位相シフトマスクを設けた光学系による方法は、大粒径の単結晶化を行うことができ最適な方法である。さらに、量産性の面から、単結晶化領域とＴＦＴの位置合わせを容易にしたいという要求がある。

本明細書で開示する発明は、上記の課題を解決するための手段を提供するものである。具体的には単結晶化領域とＴＦＴの位置合わせが容易であり、電気特性のばらつきが少ない半導体装置の製造方法、半導体装置および表示装置、半導体装置用基板及び表示装置用基板を提供することを目的とする。

（１）本発明の半導体装置の製造方法は、光透過性基板表面の予め定められた領域に光透過性材料層を形成する工程と、前記工程により形成された基板のいずれか一方の面に非単結晶半導体層を形成する工程と、前記基板の非単結晶半導体層非形成面側からレーザー光を照射することにより前記非単結晶半導体層の照射領域を溶融結晶化して単結晶半導体層を形成する工程と、前記単結晶半導体層を用いて半導体回路を形成する工程とを具備し、前記半導体回路形成工程において露光装置光学系と基板の位置合わせに前記光透過性材料層で形成された位置合わせ用パターンを用いることを特徴とする。

（２）前記（１）の方法においてレーザー光はホモジナイズされた照明光である。

（３）前記（１）の方法において光透過性基板はガラス、石英、プラスチックであり、レーザー光はホモジナイズされた照明光である。

（４）前記（１）乃至（３）のいずれか１の方法において、光透過性材料層は、光透過性絶縁体層又は前記光透過性基板と同一材料層である。

（５）前記（１）乃至（４）のいずれか１の方法において、光透過性材料層は、前記単結晶半導体層の予め定められた半導体回路形成領域と、露光装置光学系により予め定められているアライメントマーク位置に形成されている。

（６）本発明の半導体装置は、前記（１）乃至（５）のいずれか１の方法によって製造された単結晶半導体層をチャネル領域とする薄膜トランジスタを有する半導体回路を構成してなる。

（７）本発明の表示装置は、前記（１）乃至（５）のいずれか１の方法によって製造された単結晶半導体層をチャネル領域とする薄膜トランジスタを画素駆動素子として用いる。

（８）本発明の半導体装置用基板は、光透過性基板表面に同一の光透過性材料で予め定められた領域に形成された光位相変調機構と露光装置光学系との位置合わせ用パターン（アライメントマーク）を具備することを特徴とする。

（９）前記（８）の半導体装置用基板において、光位相変調機構及び露光装置光学系との位置合わせ用パターンが共に光透過性材料の凹凸で形成されている。

（１０）本発明の表示装置用基板は、光透過性基板表面に同一の光透過性材料で予め定められた領域に形成された光位相変調機構と露光装置光学系との位置合わせ用パターン（アライメントマーク）を具備することを特徴とする。

（１１）前記（１０）の表示装置用基板において、光位相変調機構及び露光装置光学系との位置合わせ用パターンが共に光透過性材料の凹凸で形成されている。

本発明によれば、単結晶化領域とＴＦＴとの位置合わせが容易であり、電気特性のばらつきが少ない半導体装置の製造方法および半導体装置を得ることができる。

以下、本発明の種々の好ましい実施の形態について添付の図面を参照して説明する。図１は、光強度分布形成機構付基板１０４にレーザー光を照射したことにより非晶質半導体薄膜面が溶融し、凝固して結晶化し、この結晶化された単結晶基板に薄膜トランジスタを形成した状態を説明するための図である。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、点線１１５により関連付けされている。図１（ａ）は、図１（ｂ）の光透過性基板１０１側からレーザー光が入射されたとき、非単結晶半導体薄膜１０３に入射された光強度分布を示す図である。図１（ｂ）の段差１５に相当する位置が、図１（ａ）に示された逆ピーク状の光強度分布１０６の最小値となる。図１（ｂ）は、被処理体の実施形態を説明するための断面図である。

図１（ｃ）は、（ｂ）図の光透過性材料層１０２の左右に単結晶化領域１０７が形成され、光透過性材料層１０２上の単結晶化領域１０７に薄膜半導体装置（ＴＦＴ）が形成された状態を示す平面図である。

非単結晶半導体薄膜を結晶性の良い大粒径の単結晶とするためには、非晶質半導体薄膜を結晶化させる際に結晶化を非晶質半導体薄膜面と平行な方向に横方向成長させることが必要である。結晶を横方向成長させるためには、結晶化時に非単結晶半導体薄膜に横方向の温度勾配を形成することが必要である。横方向の温度勾配が形成された温度は、融点以上の温度が選択される。横方向の温度勾配を形成できれば、被照射領域が溶融し、照射が遮断された後、温度の低いところから漸次凝固が開始し、高いところへと成長することから横方向の結晶成長が起こり、大きな単結晶粒が得られる。

結晶化時に非単結晶半導体薄膜中への温度勾配の形成手段は、照射する光に強度勾配を形成することである。強い光を受けた部分は温度が高くなり、弱い光を受けた部分は強い光を受けた部分に比べると温度が低くなる現象を利用して温度勾配が非単結晶半導体薄膜に形成される。

この実施の形態では、非単結晶半導体薄膜の結晶化に必要な光エネルギーを有する強度勾配を形成する手段は、照射光の位相を光透過性基板上に設けた凹凸を利用して変調する方法である。すなわち、この実施の形態は、光透過性基板上の予め定められた領域に光透過性材料層を形成する工程（ａ）と、前記工程により形成された基板のいずれか一方の面に非単結晶半導体層を形成する工程（ｂ又はｂ′）と、前記基板の非単結晶半導体層非形成面側からレーザー光を照射することにより前記非単結晶半導体層の照射領域を溶融結晶化して単結晶半導体層を形成する工程（ｃ）と、前記単結晶半導体層を用いて半導体回路を形成する工程（ｄ）とを具備する。

具体的には照射光を位相変調するため、図１（ｂ）に示すように光強度分布形成機構付基板１０４を設けることである。光強度分布形成機構付基板１０４は、非単結晶半導体薄膜１０３を形成する前に光透過性基板１０１上の予め定められた領域に予め光強度分布形成手段として光透過性材料層１０２を形成したものである。光強度分布形成機構付基板１０４は、段差１５を有し、その厚さｄを結晶化に用いるエネルギー光に対して位相が例えば１８０°ずれるように設計すると最も効果的である。光透過性材料層１０２は、光透過性基板１０１と同一材料でもよいし、他の光透過性材料例えば絶縁材料でもよいし、半導体材料でも、金属材料でも光透過性を有し、位相差が１８０°を呈すればよい。光強度分布形成機構付基板１０４は、入射する照射光を損出することなく非単結晶半導体薄膜に横方向の温度勾配を形成する。温度勾配が形成された非単結晶半導体薄膜は、溶融し、照射光の遮断と同時に降温が開始される。低温度部から凝固が開始し、順次高温部に凝固部が移動し大粒径の結晶化が行われる。

光強度分布形成機構付基板１０４は、光透過性材料層１０２部分を通過した光５０ａと、光透過性材料層１０２部分を通過しなかった光５０ｂとで位相がずれることから図１（ａ）に示すように逆ピーク状の光強度分布１０６（ビームプロファイル）を形成する。この逆ピーク状の光強度分布１０６は、段差１５の部分で最小光強度値となり、上記段差１５から左右方向に順次光強度が大きくなり、入射エネルギー光５０の断面周縁方向に光強度が最大値となる。この逆ピーク状の光強度分布１０６は、非単結晶半導体薄膜１０３に入射する。逆ピーク状の光強度分布１０６を受光した非単結晶半導体薄膜１０３の領域は、溶融する。入射光が遮断されると、溶融した非単結晶半導体薄膜１０３の領域は、温度勾配の低温側から凝固が始まり、この凝固位置が温度勾配の高温側に移動することにより水平方向に結晶化が移動し、大粒径の単結晶が得られる。この結晶化領域は、図１（ｃ）に示されているように段差１５に相当する領域１０８で多結晶となり、領域１０８の左右は、単結晶化領域１０７が示されている。この方法を用いると、粒径が５μｍ程度の大きさの結晶粒が得られている。

図１（ｃ）には、光透過性材料層１０２上の結晶化領域に半導体装置例えば薄膜トランジスタが形成された状態が示されている。光透過性材料層１０２上の結晶化領域は、段差１５の高さ分高くなっており、表面が凹凸状になっている。この段差１５が歩留まり、半導体回路特性、断線などの原因となる場合には、光透過性材料層１０２の無い低部に半導体回路素子を形成することが望ましい。勿論、必要に応じて図１（ｃ）に示すように高所に形成してもよい。

図示のように大粒径の単結晶化領域１０７に薄膜半導体装置例えば薄膜トランジスタのチャネル領域１１１を精度良く配置することにより、しきい値電圧Ｖthのばらつきが小さいＴＦＴを形成することができる。なお、符合１０９，１１０ａ，１１０ｂはゲート電極、ソース領域、ドレイン領域をそれぞれ示す。

本発明において、光強度分布形成機構形成工程（ａ）は、光透過性基板１０１上に光透過性材料層１０２を形成する工程（ａ１）と、該光透過性材料層１０２を所定の形状に加工する光透過性材料層１０２加工工程（ａ２）とを含む。また、光強度分布形成機構形成工程（ａ）は、光透過性基板１０１の表面を所定の形状に加工する光透過性基板表面加工工程（ａ３）を含むこともできる。この場合に、該光透過性材料層１０２は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸窒化珪素膜のような絶縁体膜とする。これを絶縁体膜とすることにより、デバイス作製後において従来の下地保護層と同じ役割を有するものとなるからである。

ここで、光透過性材料層１０２加工工程（ａ２）は、光透過性基板１０１上に金属膜を形成する工程と、金属膜を所定の形状に加工する工程と、光透過性材料層１０２形成後にエッチングにより金属膜と該金属膜上の光透過性膜のみを取り除くリフトオフプロセスとを含むことができる。この場合に、光透過性基板１０１上に金属膜の代わりにフォトレジスト膜を形成してもよい。パターンエッチング可能な材料として金属と同様にフォトレジストは好適な材料であり、またリフトオフプロセスにも適した材料であるからである。

また、光透過性材料層１０２加工工程（ａ２）は、光透過性材料層１０２にレーザー光を照射して該光透過性材料層１０２を加工するレーザー加工プロセスとしてもよい。ここで光透過性材料層１０２をレーザー加工する場合は、光透過性材料層１０２の除去対象部位において光エネルギーが熱エネルギーに変換されやすくするために、光透過性材料層１０２の表面に光吸収率の高い塗料を塗布するとよい。

光透過性基板表面加工工程（ａ３）は、光透過性基板１０１にレーザー光を照射して該光透過性基板１０１を加工するレーザー加工プロセスとしてもよい。光透過性基板１０１をレーザー加工する場合も同様に、光透過性基板１０１の除去対象部位において光エネルギーが熱エネルギーに変換されやすくするために、光透過性基板１０１の表面に光吸収率の高い塗料を塗布するとよい。

結晶化工程（ｃ）以降において光透過性基板１０１と露光装置の光学系との位置合わせに用いられる位置合わせ用パターンは、光透過性材料層１０２加工工程（ａ２）で光透過性薄膜に形成された凹凸とすることができる。また、結晶化工程（ｃ）以降において光透過性基板１０１と露光装置の光学系との位置合せに用いられる位置合わせ用パターンは、光透過性基板１０１表面加工工程で光透過性基板１０１に形成された凹凸とすることもできる。

結晶化工程（ｃ）において非単結晶半導体薄膜１０３の裏面側からエネルギー光を照射して半導体薄膜の溶融結晶化を行う。結晶化工程（ｃ）において照射されるエネルギー光は、パルス幅が数十ナノ秒から数百ナノ秒までのパルスレーザー光とすることが望ましい。このような結晶化用パルスレーザー光は、クリプトン弗素（ＫｒＦ）、キセノン塩素（ＸｅＣｌ）、キセノン弗素（ＸｅＦ）のうちのいずれか１のエキシマレーザー光を用いてもよいし、Ｑスイッチ発振する固体レーザー光を用いてもよいし、あるいはＱスイッチ発振するＮｄ：ＹＡＧレーザー光またはＮｄ：ＹＶＯ₄レーザー光を用いてもよい。

本明細書中において「Ｑスイッチ」とは、励起エネルギーをレーザー媒質内に蓄積して反転分布数を増加させている間は共振器Ｑ値を低く保ち、レーザー発振を抑えておき、反転分布が十分に高くなったときにＱ値を瞬時に高くして反転分布蓄積エネルギーを光子エネルギーに急速に変換し、高ピーク・短パルス光を発振させる機能を有するスイッチング素子のことをいう。具体的には連続レーザー（固体レーザー）をパルスレーザー（エキシマレーザーのようなガスレーザー）に変換するスイッチング素子のことをいう。また、本明細書中において「Ｑスイッチレーザー」とは、イオンポピュレーションの逆転が成立するまではＱ値を低くしておき、不安定が起こる直前に高い値に切り換えて発振されるレーザーのことをいう。Ｑ値を変える方式には、共振器を構成するミラーのうちの１枚を回転させる機械的Ｑスイッチ方式、あるいは音響光学素子による光偏光を利用する方式、あるいは電気光学素子による偏光状態変化を利用する方式のいずれの方式をも用いることができる。

なお、半導体装置用光透過性基板１０１上の光強度分布形成機構である光透過性材料層１０２において、凸部の屈折率をｎ、凸部の厚さをｄ、結晶化工程で照射する光の波長をλとし、Ｎを自然数としたときに、下式（１）の関係を満たす範囲に厚さｄが設定されることが好ましい。

（４Ｎ−３）λ／４≦ｎｄ≦（４Ｎ−１）λ／４ …（１）
例えば、Ｎ＝１の場合にｎｄ値はλ／４以上３λ／４以下となり、Ｎ＝２の場合にｎｄ値は５λ／４以上７λ／４以下となる。屈折率ｎは既知であるので、これらのｎｄ値から凸部の厚さｄが一義的に求まる。

さらに、光透過性基板１０１には少なくとも２つの位置合わせ用パターン（アライメントマーク）が形成されていることが望ましい。位置合わせ用パターンの数は、３つでも４つでもよいが、最低２つあれば必要十分である。２箇所での位置検出結果に基づいてＸ，Ｙ，Ｚ，θ（Ｚ軸回りの回転軸）の各軸について光透過性基板１０１と露光装置の光学系とを高精度に位置合せすることができるからである。

光透過性基板としての大型ガラス基板１０１の上には、図２（ａ）に示すように例えば三段五列の合計１５個のパターン形成領域２０３が設けられている。パターン形成領域２０３の相互間には所定幅の分離領域２０５が設けられ、パターン形成後において分離領域２０５のところで切断してパターン形成領域２０３を互いに切り離すようになっている。

また、図２（ｂ）に示すように光強度分布形成機構を形成する工程において光強度分布形成機構用光透過性材料層１０２等と同時にアライメント用パターン２０２を形成しておくことにより、後工程との位置合せを高い精度で行うことができるようになっている。なお、図２（ｂ）の例ではパターン形成領域２０３の四隅近傍にアライメント用パターン２０２をそれぞれ形成したが、これのみに限られることなく位置合せのためには、少なくとも２つのアライメント用パターン２０２を設ければよい。

次に、図３を参照して本発明において半導体薄膜の結晶化に用いるレーザーアニール装置の実施形態を説明する。

レーザーアニール装置１０は、光源となるKrFエキシマレーザー装置１の出射光路にアッテネータ２と、結像光学系３２と、移動ステージ６とが設けられている。光源は、移動ステージ６の予め定められた位置に設置される非単結晶半導体層１０３を溶融するに充分なエネルギーを有する光強度を出力する。結像光学系３２は、光源からの被結晶化体を溶融するための照射光を被結晶化体に照射するための光学系で、ホモジナイザ３２ａ、マスク３２ｄ、テレセントリック型レンズ３２ｅなどからなる。

光源となるKrFエキシマレーザー装置１からは、波長248nmの長尺ビームのレーザー光５０が出射される。アッテネータ２は、入射されたレーザービームのエネルギー密度を調整するための光学部品である。レーザー光５０は、先ずアッテネータ２において誘電体の多層膜コーティングフィルタの角度を調節してレーザーフルエンスが光学的に変調される。次に結像光学系３２において２組（それぞれｘ方向とｙ方向）の小レンズ対からなるホモジナイザ３２ａによって発散ビームに分割される。ホモジナイザ３２ａは、入射したレーザービームを水平方向に広げ線状（例えば、線長さ２００ｍｍ）のレーザービームにし、さらに強度分布を均一にする装置である。なお、１ショットのパルス継続時間は３０ナノ秒である。分割されたビームの各中軸光線は、コンデンサレンズ３２ｂ（凸レンズ#1）によってマスク３２ｄの中心に集まる。

また、それぞれのビームは、僅かに発散型になっているために、マスク３２ｄの全面を照明する。分割された微小出射領域を出た全ての光線群が、それぞれマスク３２ｄ上の全ての点を照射するので、レーザー出射面上の光強度に面内揺らぎがあっても、マスク３２ｄの光強度は均一になる。

また、マスク３２ｄの同一箇所を通過した光線群は、透過性基板１０１面の一点に集まる。すなわち、マスク３２ｄの縮小像は、均一な光強度で光透過性基板１０１の表面上に作られる。

光透過性基板１０１表面の任意の点を照射する光線群は、光軸ａを通る中心光線を含めて分割された光線から作られる。ある光線と中心光線のなす角は、ホモジナイザ３２ａの幾何学的形状で決まる、マスク３２ｄでの当該光線と中心光線の作る角に、テレセントリック型レンズ３２ｅの倍率を掛けた値になる。

マスク３２ｄの各領域を通過する光線群の中心光線、すなわちホモジナイザ３２ａの中心部分のレンズ対を通ってきた発散光線群は、マスク３２ｄ面近傍の凸レンズ３２ｃによって平行光線になってから、テレセントリック型の縮小レンズ３２ｅを通って、移動ステージ６によって周辺支持された光強度分布形成機構付基板１０４に対して透過性基板１０１の側から垂直に照射する。この照射レーザー光５０は、所定の平均フルエンスの光強度を有するように調整されており、光強度分布形成機構である光透過性材料層１０２の段差１５のところで位相変調される。結晶化対象膜である非単結晶半導体層１０３に近接配置された光透過性材料層１０２は、所定の段差１５を形成し、段差１５のところで分割光線群にそれぞれ独立にフレネル回折を起こさせる。その結果、レーザー光５０は所定の逆ピークパターン型のビームプロファイル（光強度分布）を有するようになり、非晶質半導体薄膜１０３を局部的に溶融結晶化させ、結晶粒のラテラル成長を促進させる。

移動ステージ６はステージ移動機構９により被処理体をXYZの各方向に位置を調整できるようになっているので、照射領域をずらしてアニールを順次繰り返すことにより、大面積の非晶質半導体薄膜１０３を結晶化することが可能である。

（実施例１）
次に、図４Ａと図４Ｂを参照して本発明の実施例１について説明する。

まず、図４Ａ（ａ）に示すように基板３０１（例えば、ガラス、溶融石英など）上に化学気相成長法、スパッタ法、メッキ法などを用いて金属膜３０２（例えば、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉなど）を所望の厚さ堆積した。この金属膜３０２は、通常は次項で述べる光透過性膜３０３の厚さよりも厚く堆積する。

次いで、図４Ａ（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィ法により前記金属膜３０２をパターニングした。その後、化学気相成長法、スパッタ法などを用いて光透過性膜３０３（例えば、酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素など）を所望の厚さに形成した。その厚さdは、光透過性膜の有無による位相差の効果が有効となるように、該光透過性膜の屈折率をｎ、結晶化に用いる光の波長をλとしたときに、Ｎを自然数として上記の不等式（１）を満たす範囲内とした。

次いで、リフトオフプロセスを用いて露出した側壁をもつ金属膜３０２をエッチングすることにより、金属膜３０２及び金属膜３０２上の光透過性膜３０３を共に除去し、図４Ａ（ｃ）に示す段差１５を備えた光強度分布形成機構付基板３０４を形成した。

次いで、図４Ａ（ｄ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０４上に化学気相成長法、スパッタ法などを用いて非晶質半導体薄膜３０５（例えば、Si、Ge、SiGeなどの半導体または半導体化合物）を５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さに堆積した。

次いで、図４Ａ（ｅ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０４側から所定ビームプロファイルのレーザー光５０を平均フルエンス０．２〜１（J／ｃｍ²）で照射し、非晶質半導体薄膜３０５を溶融結晶化させた。

次いで、図４Ａ（ｆ）に示すように結晶化半導体薄膜４０７の上に光酸化法、化学気相成長法、スパッタ法などを用いてゲート絶縁膜４０８（酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素、アルミナ、五酸化タンタルなど）を堆積させた。その上にゲート電極用薄膜（高濃度リンドープポリシリコン、アルミニウム、タングステン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドなど）を堆積し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることによりゲート電極４０９を形成した。

次いで、図４Ｂ（ｇ）に示すようにゲート電極４０９をマスクとして結晶化半導体薄膜４０７の所定領域に不純物イオン５２の注入を行った。この後、３００℃〜５００℃の温度域で活性化アニール、フラッシュランプアニール、あるいはレーザーアニール処理等を行うことにより、図４Ｂ（ｈ）に示すようにソース領域５１１およびドレイン領域５１２を形成した。

次いで、図４Ｂ（ｉ）に示すように層間絶縁膜６１２（例えば、酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素など）を形成した。その後、層間絶縁膜６１２、ゲート絶縁膜４０８にコンタクトホールを形成し、スパッタ法、メタルＣＶＤ法、メッキ法等によりソース・ドレイン電極用薄膜を形成し、必要に応じてフォトリソグラフィ法を用いてソース電極６１３とドレイン電極６１４を形成し、図４Ｂ（ｊ）に示す薄膜トランジスタ１００を得た。

（実施例２）
次に、図５Ａと図５Ｂを参照して本発明の実施例２について説明する。

まず、図５Ａ（ａ）に示すように基板３０１（例えば、ガラス、溶融石英など）上にスピン塗布法等を用いて所定厚さのレジスト膜３２２を形成した。このレジスト膜３２２は、通常は次項で述べる光透過性膜３０３の厚さよりも厚く形成する。

次に図５Ａ（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィの手法を用いてレジスト膜３２２を所定の形状にパターニングした。その後、化学気相成長法、スパッタ法などを用いて光透過性膜３０３（例えば、酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素など）を所望の厚さに形成した。その厚さｄは、光透過性膜の有無による位相差の効果が有効となるように上式（１）を満たす範囲内とした。

次いで、リフトオフプロセスを用いてレジスト膜３２２を剥離することにより、レジスト膜３２２及びレジスト膜３２２上の光透過性膜３０３を取り除き、図５Ａ（ｃ）に示す段差１５を備えた光強度分布形成機構付基板３０４を形成した。

次いで、図５Ａ（ｄ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０４上に化学気相成長法、スパッタ法などを用いて非晶質半導体薄膜３０５（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅなど）を５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに堆積した。

次いで、図５Ａ（ｅ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０４側から所定ビームプロファイルのレーザー光５０を平均フルエンス０．２〜１（J／ｃｍ²）で照射し、非晶質半導体薄膜３０５を溶融結晶化させた。

次いで、図５Ａ（ｆ）に示すように結晶化半導体薄膜４０７上に光酸化法、化学気相成長法、スパッタ法などを用いてゲート絶縁膜４０８（酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素、アルミナ、五酸化タンタルなど）を堆積した。その上にゲート電極用薄膜（高濃度リンドープポリシリコン、アルミ、タングステン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドなど）を堆積し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることによりゲート電極４０９を形成した。

次いで、図５Ｂ（ｇ）に示すようにゲート電極４０９をマスクとして結晶化半導体薄膜４０７の所定領域に不純物イオン５２の注入を行った。この後、３００℃〜５００℃程度での活性化アニール、フラッシュランプアニール、レーザーアニール処理等を行うことにより、図５Ｂ（ｈ）に示すようにソース領域５１１とドレイン領域５１２をそれぞれ形成した。

次いで、図５Ｂ（ｉ）に示すようにＣＶＤ法などにより層間絶縁膜６１２（例えば、酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素など）を成膜した。その後、層間絶縁膜６１２とゲート絶縁膜４０８にコンタクトホールを形成し、スパッタ法、メタルＣＶＤ法、メッキ法等によりソース・ドレイン電極用薄膜を形成し、必要に応じてフォトリソグラフィ法を用いてソース電極６１３とドレイン電極６１４を形成し、図５Ｂ（ｊ）に示す薄膜トランジスタ２００を得た。

（実施例３）
次に、図６Ａと図６Ｂを参照して本発明の実施例３について説明する。

まず、図６Ａ（ａ）に示すように基板３０１（例えば、ガラス、溶融石英など）上に化学気相成長法、スパッタ法などを用いて所定厚さの光透過性膜３３２（例えば、酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素など）を形成した。その厚さｄは、上式（１）を満たす範囲内とした。

次いで、フォトリソグラフィ法やレーザーアブレーション法等を用いて光透過性膜３３２を所定の形状にパターニングした。このようにして図６Ａ（ｂ）に示す段差１５を備えた光強度分布形成機構付基板３０４を得た。

次いで、図６Ａ（ｃ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０４上に化学気相成長法、スパッタ法などを用いて非晶質半導体薄膜３０５（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅなど）を５０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚に堆積した。

次いで、図６Ａ（ｄ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０４側から所定ビームプロファイルのレーザー光５０を平均フルエンス０．２〜１（J／ｃｍ²）で照射し、非晶質半導体薄膜３０５を溶融結晶化させた。

次いで、図６Ａ（ｅ）に示すように結晶化半導体薄膜４０７の上に光酸化法、化学気相成長法、スパッタ法などを用いてゲート絶縁膜４０８（酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素、アルミナ、五酸化タンタルなど）を所定厚さに堆積した。その上にゲート電極用薄膜（高濃度リンドープポリシリコン、アルミ、タングステン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドなど）を堆積し、フォトリソグラフィの手法を用いてパターニングすることによりゲート電極４０９を形成した。

次いで、図６Ｂ（ｆ）に示すようにゲート電極４０９をマスクとして結晶化半導体薄膜４０７に不純物イオン５２を注入した。この後、３００℃〜５００℃の温度域で活性化アニール、フラッシュランプアニール、レーザーアニール処理等を行うことにより、図６Ｂ（ｇ）に示すようにソース領域５１１およびドレイン領域５１２を形成した。

次いで、図６Ｂ（ｈ）に示すように層間絶縁膜６１２（例えば、酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素など）を所定厚さに堆積した。その後、層間絶縁膜４０８およびゲート絶縁膜１６２にコンタクトホールを形成し、スパッタ法、メタルＣＶＤ法、メッキ法等によりソース・ドレイン電極用薄膜を形成し、必要に応じてフォトリソグラフィ法を用いてソース電極６１３とドレイン電極６１４を形成し、図６Ｂ（ｉ）に示す薄膜トランジスタ３００を得た。

（実施例４）
次に、図７Ａと図７Ｂを参照して本発明の実施例４について説明する。

まず、図７Ａ（ａ）に示すように基板３０１（例えば、ガラス、溶融石英など）の表面にレーザー光５０Ａを照射して基板表面を所定の形状にパターニングした。このときレーザー光５０Ａで加工する厚さｄは、光透過性膜の有無による位相差の効果が有効となるように、上式（１）を満たす範囲内とした。このようにして図７Ａ（ｂ）に示す段差１５Ａを備えた光強度分布形成機構付基板３０１Ａを得た。

次いで、図７Ａ（ｃ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０４の上に化学気相成長法、スパッタ法などを用いて非晶質半導体薄膜３０５（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅなど）を５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに堆積した。

次いで、図７Ａ（ｄ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０１Ａの側から所定ビームプロファイルのレーザー光５０を平均フルエンス０．２〜１（J／ｃｍ²）で照射し、非晶質半導体薄膜３０５を溶融結晶化させた。

次いで、図７Ａ（ｅ）に示すように結晶化半導体薄膜４０７の上に光酸化法、化学気相成長法、スパッタ法などを用いてゲート絶縁膜４０８（酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素、アルミナ、五酸化タンタルなど）を堆積した。その上にゲート電極薄膜（高濃度リンドープポリシリコン、アルミ、タングステン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドなど）を堆積し、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることによりゲート電極４０９を形成した。

次いで、図７Ｂ（ｆ）に示すようにゲート電極４０９をマスクとして不純物イオン５２を注入した。この後、３００℃〜５００℃の温度域で活性化アニール、フラッシュランプアニール、レーザーアニール処理等を行うことにより、図７Ｂ（ｇ）に示すソース領域５１１およびドレイン領域５１２をそれぞれ形成した。

次いで、図７Ｂ（ｈ）に示すように層間絶縁膜６１２（例えば、酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素など）を所定厚さに堆積した。その後、層間絶縁膜６１２およびゲート絶縁膜４０８にコンタクトホールを形成し、スパッタ法、メタルＣＶＤ法、メッキ法等によりソース・ドレイン電極用薄膜を形成し、必要に応じてフォトリソグラフィ法を用いてソース電極６１３およびドレイン電極６１４を形成し、図７Ｂ（ｉ）に示す薄膜トランジスタ４００を得た。

（実施例５）
次に、図８Ａと図８Ｂを参照して本発明の実施例５について説明する。

本実施例５では、先ず上記実施例１〜４で述べた方法を用いて段差１５Ａを備えた光強度分布形成機構付基板３０１Ａを形成した。次いで図８Ａ（ａ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０１Ａの段差１５Ａが形成されていない側の表面に化学気相成長法、スパッタ法などを用いて非晶質半導体薄膜３０５（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅなど）を５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに堆積した。

次いで図８Ａ（ｂ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０１Ａ側からレーザー光５０を平均フルエンス０．２〜１（J／ｃｍ²）で照射し、非晶質半導体薄膜３０５を溶融結晶化させた。

次いで図８Ａ（ｃ）に示すように結晶化半導体薄膜４０７上に光酸化法、化学気相成長法、スパッタ法などを用いてゲート絶縁膜４０８（酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素、アルミナ、五酸化タンタルなど）を堆積した。その上にゲート電極薄膜（高濃度リンドープポリシリコン、アルミ、タングステン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドなど）を堆積し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることによりゲート電極４０９を形成した。

次いで図８Ａ（ｄ）に示すようにゲート電極４０９をマスクとして不純物イオン５２の注入を行った。この後、３００℃〜５００℃程度での活性化アニール、フラッシュランプアニール、レーザーアニール処理等を行うことにより図８Ａ（ｅ）に示すようにソース領域５１１およびドレイン領域５１２をそれぞれ形成した。

次いで図８Ｂ（ｆ）に示すように層間絶縁膜６１２（例えば、酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素など）を所定厚さに形成した。その後、層間絶縁膜６１２およびゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成し、スパッタ法、メタルＣＶＤ法、メッキ法等によりソース・ドレイン電極用薄膜を形成し、必要に応じてフォトリソグラフィ法を用いてソース電極６１３およびドレイン電極６１４を形成し、図８Ｂ（ｇ）に示す薄膜トランジスタ５００を得た。

（実施例６）
次に、図９Ａと図９Ｂを参照して本発明の実施例６について説明する。

本実施例６では、先ず上記実施例１〜４で述べた方法を用いて両面に段差１５Ｂ１，１５Ｂ２を備えた光強度分布形成機構付基板３０１Ｂを形成した。図９Ａ（ａ）に示した例では段差１５Ｂ１，１５Ｂ２を基板３０１Ｂに対して対称に設けて位置を揃えているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、両面の段差１５Ｂ１，１５Ｂ２は基板に対して対称の位置に揃っていない非対称（非平行）としてもよい。また、本実施例では両面の段差１５Ｂ１，１５Ｂ２の厚さを同じにしているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、一方側の段差１５Ｂ１の厚さを他方側の段差１５Ｂ２の厚さと異ならせるようにしてもよい。但し、両段差１５Ｂ１，１５Ｂ２の厚さｄは、光透過性膜の有無による位相差の効果が有効となるようにそれぞれ上式（１）を満たす範囲内とする必要がある。

次いで図９Ａ（ａ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０１Ｂのいずれか一方の面に化学気相成長法やスパッタ法などを用いて非晶質半導体薄膜３０５（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅなど）を５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに堆積した。

次いで図９Ａ（ｂ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０１Ｂ側からレーザー光５０を平均フルエンス０．２〜１（J／ｃｍ²）で照射し、非晶質半導体薄膜３０５を溶融結晶化させた。

次いで図９Ａ（ｃ）に示すように結晶化半導体薄膜４０７上に光酸化法、化学気相成長法、スパッタ法などを用いてゲート絶縁膜４０８（酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素、アルミナ、五酸化タンタルなど）を堆積した。その上にゲート電極薄膜（高濃度リンドープポリシリコン、アルミ、タングステン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドなど）を堆積し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることによりゲート電極４０９を形成した。

次いで図９Ａ（ｄ）に示すようにゲート電極４０９をマスクとして不純物イオン５２の注入を行った。この後、３００℃〜５００℃程度での活性化アニール、フラッシュランプアニール、レーザーアニール処理等を行うことにより図９Ａ（ｅ）に示すようにソース領域５１１およびドレイン領域５１２をそれぞれ形成した。

次いで図９Ｂ（ｆ）に示すように層間絶縁膜６１２（例えば、酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素など）を所定厚さ形成した。その後、層間絶縁膜６１２およびゲート絶縁膜４０８にコンタクトホールを形成し、スパッタ法、メタルＣＶＤ法、メッキ法等によりソース・ドレイン電極用薄膜を形成し、必要に応じてフォトリソグラフィ法を用いてソース電極６１３およびドレイン電極６１４をそれぞれ形成し、図９Ｂ（ｇ）に示す薄膜トランジスタ６００を得た。

（実施例７）
次に、図１０Ａと図１０Ｂを参照して本発明の実施例７について説明する。

本実施例７では、先ず上記実施例１〜４で述べた方法を用いて直交する向きの両面の段差１５Ｃ１，１５Ｃ２を備えた光強度分布形成機構付基板３０１Ｃを形成した。図１０Ａ（ａ）に示した例では両面の段差１５Ｃ１，１５Ｃ２を直交する向きとしたが、本発明はこれのみに限られるものではなく、両面段差の交差角度を他の角度に変えるようにしてもよい。また、本実施例では段差１５Ｃ１，１５Ｃ２の厚さを同じにしているが、本発明はこれのみに限られるものではなく、一方側の段差１５Ｃ１の厚さを他方側の段差１５Ｃ２の厚さと異ならせるようにしてもよい。但し、両段差１５Ｃ１，１５Ｃ２の厚さｄは、光透過性膜の有無による位相差の効果が有効となるようにそれぞれ上式（１）を満たす範囲内とする必要がある。

次いで図１０Ａ（ｂ）に示すように光強度分布形成機構付基板３０１Ｃのいずれか一方の面に化学気相成長法やスパッタ法などを用いて非晶質半導体薄膜３０５（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅなど）を５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さに堆積した。次いで光強度分布形成機構付基板３０１Ｃの側からレーザー光５０を平均フルエンス０．２〜１（J／ｃｍ²）で照射し、非晶質半導体薄膜３０５を溶融結晶化させた。

次いで図１０Ａ（ｃ）に示すように結晶化半導体薄膜４０７の上に光酸化法、化学気相成長法、スパッタ法などを用いてゲート絶縁膜４０８（酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素、アルミナ、五酸化タンタルなど）を堆積した。その上にゲート電極薄膜（高濃度リンドープポリシリコン、アルミ、タングステン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドなど）を堆積し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより図１０Ａ（ｃ）に示すゲート電極４０９を形成した。

次いで図１０Ａ（ｄ）に示すようにゲート電極４０９をマスクとして不純物イオン５２の注入を行った。この後、３００℃〜５００℃程度での活性化アニール、フラッシュランプアニール、レーザーアニール処理等を行うことにより図１０Ｂ（ｅ）に示すようにソース領域５１１およびドレイン領域５１２をそれぞれ形成した。

次いで図１０Ｂ（ｆ）に示すように層間絶縁膜６１２（例えば、酸化珪素、酸窒化珪素、窒化珪素など）を所定厚さ形成した。その後、層間絶縁膜６１２およびゲート絶縁膜４０８にコンタクトホールを形成し、スパッタ法、メタルＣＶＤ法、メッキ法等によりソース・ドレイン電極用薄膜を形成し、必要に応じてフォトリソグラフィ法を用いてソース電極６１３およびドレイン電極６１４を形成し、図１０Ｂ（ｇ）に示す薄膜トランジスタ７００を得た。

（実施例８）
次に、本発明の実施例８として表示装置について説明する。

図１１は上記の実施例１〜７の薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置の一例を示す内部透視斜視図である。表示装置１２０は一対の絶縁基板１２１，１２２と両者の間に保持された電気光学物質１２３とを備えたパネル構造を有する。電気光学物質１２３としては液晶材料が広く用いられている。下側の絶縁基板１２１には画素アレイ部１２４と駆動回路部とが集積形成されている。駆動回路部は垂直駆動回路１２５と水平駆動回路１２６とに分かれている。

また、絶縁基板１２１の周辺部上端には外部接続用の端子部１２７が形成されている。端子部１２７は配線１２８を介して垂直駆動回路１２５及び水平駆動回路１２６に接続している。画素アレイ部１２４には行状のゲート配線１２９と列状の信号配線１３０が形成されている。両配線の交差部には画素電極１３１とこれを駆動する薄膜トランジスタ１３２（TFT100,200,300,400,500,600,700のうちのいずれかがこれに該当）が形成されている。薄膜トランジスタ１３２のゲート電極４０９は対応するゲート配線１２９に接続され、ドレイン領域５１２は対応する画素電極１３１に接続され、ソース領域５１１は対応する信号配線１３０に接続されている。ゲート配線１２９は垂直駆動回路１２５に接続される一方、信号配線１３０は水平駆動回路１２６に接続されている。

画素電極１３１をスイッチング駆動する薄膜トランジスタ１３２及び垂直駆動回路１２５と水平駆動回路１２６に含まれる薄膜トランジスタは、本発明に従ってそれぞれ作製されたものであり、従来に比較して移動度が高くなっている。従って、駆動回路ばかりでなく更に高性能な処理回路を集積形成することも可能である。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

上記実施形態では、光透過性材料層１０２上の非単結晶半導体層１０３を単結晶化した領域に半導体回路を形成した例について説明したが、光透過性材料層１０２の無い光透過性基板１０１上の非単結晶半導体層１０３を単結晶化した領域に半導体回路を形成してもよい。また、半導体回路は、段差１５が存在しても断線、電気特性などに支障が無ければ光透過性材料層１０２の有無に関係なく全単結晶化領域に形成してもよい。

本発明の方法によれば、半導体薄膜が結晶性の良い大粒径の結晶粒から成り、チャネル形成領域の結晶粒界の位置が制御されており、電気特性が良く、電気特性ばらつきの少ない薄膜半導体装置を製造できる。

また、本発明の方法によれば、安価なガラス板やプラスチック板を基板に使用することが可能となる低温プロセスを用いて高性能な薄膜半導体装置を容易に且つ安定的に製造できる。

よって、本発明の方法をアクティブマトリクス液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置に適用した場合には、高品質な表示装置を容易に且つ安定的に製造することが可能である。

本発明は、安価なガラス板やプラスチック板の使用が可能となる低温プロセスを用いて高性能な薄膜トランジスタを容易かつ安定的に製造できる。よって、本発明をアクティブマトリクス液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置に適用すると、高品質な表示装置を容易に且つ安定的に製造することが可能である。

（ａ）は本発明の概念を説明するためのビームプロファイル図、（ｂ）は結晶化対象となる半導体薄膜と光強度分布形成機構を模式的に示す断面図、（ｃ）は結晶化対象となる半導体薄膜と薄膜半導体装置を模式的に示す平面図。 （ａ）は基板上に形成された複数の結晶化対象領域を模式的に示す平面図、（ｂ）は基板上に形成された結晶化対象領域の一単位を模式的に示す拡大平面図。 本発明の薄膜形成装置を模式的に示すブロック断面図。 （ａ）〜（ｆ）は本発明の第１の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ｇ）〜（ｊ）は本発明の第１の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ａ）〜（ｆ）は本発明の第２の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ｇ）〜（ｊ）は本発明の第２の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ｆ）〜（ｉ）は本発明の第３の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の第４の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ｆ）〜（ｉ）は本発明の第４の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の第５の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ｆ）〜（ｇ）は本発明の第５の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の第６の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ｆ）〜（ｇ）は本発明の第６の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の第７の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 （ｅ）〜（ｇ）は本発明の第７の実施例による薄膜半導体装置の製造方法を示す工程図。 本発明の表示装置を示す内部透視斜視図。

符号の説明

１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００…薄膜トランジスタ
１０１，３０１，３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃ…基板
１０２，３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃ，３０３，３３２…光強度分布形成機構（光透過性材料層）
１０４，３０４，３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃ…光強度分布形成機構付基板
１５，１５Ａ，１５Ｂ１，１５Ｂ２，１５Ｃ１，１５Ｃ２…段差
１０３…半導体薄膜
５０ａ…光強度分布形成機構を通過する光
５０ｂ…光強度分布形成機構を通過しない光
１０６…光強度分布
１０７…大粒径結晶領域
１０８…微結晶化領域
１０９，４０９…ゲート電極
１１０ａ，５１１…ソース領域
１１０ｂ，５１２…ドレイン領域
１１１…チャネル領域
２０２…後工程アライメント用パターン
２０３…パターン形成領域
２０５…分離領域
３０２…金属膜
３０３…光透過性膜
３０５…非晶質半導体薄膜
５０，５０Ａ…レーザー光
５２…イオン（注入イオン流）
３２２…レジスト膜
４０７…結晶化半導体薄膜
４０８…ゲート絶縁膜
４０９…ゲート電極
６１２…層間絶縁膜
６１３…ソース電極
６１４…ドレイン電極

Claims (11)

1. 光透過性基板表面の予め定められた領域に光透過性材料層を形成する工程と、前記工程により形成された基板のいずれか一方の面に非単結晶半導体層を形成する工程と、前記基板の非単結晶半導体層非形成面側からレーザー光を照射することにより前記非単結晶半導体層の照射領域を溶融結晶化して単結晶半導体層を形成する工程と、前記単結晶半導体層を用いて半導体回路を形成する工程とを具備し、前記半導体回路形成工程において露光装置光学系と基板の位置合わせに前記光透過性材料層で形成された位置合わせ用パターンを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記レーザー光はホモジナイズされた照明光であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記光透過性基板はガラス、石英、プラスチックであり、前記レーザー光はホモジナイズされた照明光であることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記光透過性材料層は、光透過性絶縁体層又は前記光透過性基板と同一材料層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の方法。
5. 前記光透過性材料層は、前記単結晶半導体層の予め定められた半導体回路形成領域と、露光装置光学系により予め定められているアライメントマーク位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法によって製造された単結晶半導体層をチャネル領域とする薄膜トランジスタを有する半導体回路を構成してなることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法によって製造された単結晶半導体層をチャネル領域とする薄膜トランジスタを画素駆動素子として用いることを特徴とする表示装置。
8. 光透過性基板表面に同一の光透過性材料で予め定められた領域に形成された光位相変調機構と露光装置光学系との位置合わせ用パターン（アライメントマーク）を具備することを特徴とする半導体装置用基板。
9. 前記光位相変調機構及び露光装置光学系との位置合わせ用パターンが共に光透過性材料の凹凸で形成されていることを特徴とする請求項８記載の半導体装置用基板。
10. 光透過性基板表面に同一の光透過性材料で予め定められた領域に形成された光位相変調機構と露光装置光学系との位置合わせ用パターン（アライメントマーク）を具備することを特徴とする表示装置用基板。
11. 前記光位相変調機構及び露光装置光学系との位置合わせ用パターンが共に光透過性材料の凹凸で形成されていることを特徴とする請求項１０記載の表示装置用基板。

Images