JP2005347574A - 半導体の製造方法および半導体の膜厚測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 工程数を増加させることなく、半導体層の表面上に形成される絶縁膜の膜厚に応じた適切な条件で、半導体層へ不純物を導入して、半導体層の不純物濃度を正確に制御することができる半導体の製造方法および半導体の膜厚測定方法を提供する。
【解決手段】 まず、レーザ光Ｌ１の照射によって、基板の半導体層２４の非晶質半導体を結晶化させる。このとき、第１領域３１におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度は、非晶質半導体を結晶化させる第１照射エネルギ密度範囲に選ばれ、第２領域３２におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度は、第１照射エネルギ密度範囲よりも低い第２照射エネルギ密度範囲に選ばれる。この後、半導体層２４の表面上に、絶縁膜２５を形成し、この絶縁膜２５のうち、第２領域３２内の絶縁膜部分２５ｂの膜厚を光学的に測定する。そして、前記測定の結果に基づく条件で、絶縁膜２５を介して半導体層２４に不純物２７を導入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非晶質半導体が結晶化された半導体層の表面上に形成される絶縁膜の膜厚を測定する膜厚測定工程を含む半導体の製造方法および半導体の膜厚測定方法に関する。

液晶表示装置および半導体装置などの製造工程において、半導体層への不純物導入のためのイオンドーピング工程は、非常に重要な工程であり、このイオンドーピング工程でのイオンドーピング量の制御は、液晶表示装置および半導体装置などに含まれる半導体素子の電気的な特性を決定付ける重要な因子である。

図１１は、半導体層の表面上に形成される絶縁膜の膜厚と、前記絶縁膜を介して不純物が導入された半導体層の抵抗値との関係を示す図である。イオンドーピングは、半導体層の表面上に形成される絶縁膜を介して行われる。このように絶縁膜を介してイオンドーピングが行われるので、前記絶縁膜の膜厚によって、半導体層へのイオンドーピング量が大きく変化し、半導体層の電気的な特性が大きく変化する。たとえば半導体層の電気的な特性の１つである半導体層の抵抗値は、図１１に示すように、前記絶縁膜の膜厚に応じて大きく変化する。そのため、前記絶縁膜の膜厚の管理および制御が求められる。

測定対象となる絶縁膜の膜厚は、光学的な手法、たとえば光干渉を応用したエリプソメトリー法を用いて測定される。エリプソメトリー法のような光学的な手法を用いて膜厚を測定する場合、測定対象となる絶縁膜の下に位置する半導体層の表面に突起などの凹凸があると、その凹凸によって測定光が散乱されてしまい、膜厚を正確に測定することができない。

図１２は、非晶質シリコンが結晶化された半導体層１の表面部を拡大して示す断面図である。レーザアニール法を用いて多結晶シリコンを作成した場合、すなわち非晶質シリコンから成る半導体層１を有する基板にレーザ光を照射して、前記半導体層１の非晶質シリコンを結晶化させた場合、図１２に示すように、レーザ光の照射によって生成される結晶粒と結晶粒との境界である粒界に突起部２が形成される。

このように突起部２が形成されるので、エリプソメトリー法では、非晶質シリコンが結晶化された半導体層１の表面上に形成される絶縁膜の膜厚を正確に測定することができない。それ故、半導体層１へのイオンドーピング量を正確に制御することができないという問題が生じる。

従来の技術として、特許文献１には、絶縁膜のうち、半導体層が形成されていない領域上の絶縁膜部分の膜厚を測定する技術が記載されている。この従来の技術では、凹凸がない領域上の絶縁膜部分の膜厚を測定するので、凹凸による測定光の散乱を防ぎ、膜厚を正確に測定することができる。

特開平４−１０６９５０号公報

前記特許文献１に記載されている従来の技術では、測定対象となる膜と、その下に位置する膜とがいずれも絶縁膜であり、両者の光学的な性質を表す光学定数（屈折率および吸収係数）がほぼ同等の数値となる。エリプソメータを用いて測定する場合、測定対象となる膜と、その下に位置する膜との光学定数に差が無い場合、正確に測定できない恐れがある。

測定対象となる膜と、その下に位置する膜との光学定数の差を取るためには、測定対象となる膜の下に位置する膜として、半導体膜および金属膜などを別途、形成すればよいが、成膜工程、フォト工程、エッチング工程などの工程が必要となり、工程数が増加してしまうという問題がある。

したがって本発明の目的は、工程数を増加させることなく、半導体層の表面上に形成される絶縁膜の膜厚に応じた適切な条件で、半導体層へ不純物を導入して、半導体層の不純物濃度を正確に制御することができる半導体の製造方法および半導体の膜厚測定方法を提供することである。

本発明は、主として非晶質半導体から成る半導体層を有する基板にレーザ光を照射して、前記半導体層の非晶質半導体を結晶化させる結晶化工程であって、前記半導体層の表面のうちの所定の第１領域におけるレーザ光の照射エネルギ密度は、非晶質半導体を結晶化させる第１照射エネルギ密度範囲に選ばれ、前記半導体層の表面のうちの前記第１領域を除く残余の第２領域におけるレーザ光の照射エネルギ密度は、前記第１照射エネルギ密度範囲よりも低い第２照射エネルギ密度範囲に選ばれる結晶化工程と、
前記結晶化工程で非晶質半導体が結晶化された半導体層の前記第１および第２領域の表面上に、絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜形成工程で形成された絶縁膜のうち、前記第２領域内の絶縁膜部分の膜厚を光学的に測定する膜厚測定工程と、
前記膜厚測定工程での測定結果に基づく条件で、前記絶縁膜のうち前記第１領域内の絶縁膜部分を介して、前記半導体層のうち前記第１領域内の半導体層部分に不純物を導入する不純物導入工程とを含むことを特徴とする半導体の製造方法である。

また本発明は、前記第２照射エネルギ密度範囲は、非晶質半導体の結晶化によって生成される結晶粒が最大となる照射エネルギ密度の０％以上９０％以下であることを特徴とする。

また本発明は、前記第２領域は、前記膜厚測定工程で膜厚測定のために用いる測定光のスポットよりも大きいことを特徴とする。

また本発明は、前記結晶化工程では、前記第２領域に向かうレーザ光を減衰させ、または遮断することを特徴とする。

また本発明は、前記結晶化工程では、前記基板と、この基板に照射されるべきレーザ光が出射するレーザ光出射部とを、前記第２領域にはレーザ光が照射されないように、相対的に移動させることを特徴とする。

また本発明は、前記結晶化工程では、前記基板と、この基板に照射されるべきレーザ光が出射するレーザ光出射部とを、前記第２領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度が、前記第１領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度よりも高くなるように、相対的に移動させることを特徴とする。

また本発明は、前記第２領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度は、前記第１領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度の１．１倍以上１０倍以下に選ばれることを特徴とする。

また本発明は、前記不純物導入工程の後で、前記絶縁膜の表面上に導電膜を形成する導電膜形成工程と、
前記導電膜形成工程で形成された導電膜の一部を除去して、前記絶縁膜の表面上に電極を形成する電極形成工程であって、少なくとも前記絶縁膜のうち前記第２領域内の絶縁膜部分が露出されるように、前記導電膜を除去する電極形成工程と、
前記絶縁膜のうち、前記第２領域内の絶縁膜部分の膜厚を光学的に測定する電極形成後の膜厚測定工程と、
前記電極形成後の膜厚測定工程での測定結果に基づく条件で、前記絶縁膜のうち前記第１領域内の絶縁膜部分を介して、前記半導体層のうち前記第１領域内の半導体層部分に不純物を導入する電極形成後の不純物導入工程とをさらに含むことを特徴とする。

また本発明は、非晶質半導体が部分的に結晶化された半導体層の表面上に形成されている絶縁膜の膜厚を測定する半導体の膜厚測定方法であって、
前記絶縁膜のうち、非晶質半導体が結晶化されていない半導体層部分上の絶縁膜部分の膜厚を光学的に測定することを特徴とする半導体の膜厚測定方法である。

本発明によれば、まず、結晶化工程で、レーザ光の照射によって、基板の半導体層の非晶質半導体を結晶化させる。この結晶化工程において、半導体層の表面のうち第１領域におけるレーザ光の照射エネルギ密度は、非晶質半導体を結晶化させる第１照射エネルギ密度範囲に選ばれ、半導体層の表面のうち第２領域におけるレーザ光の照射エネルギ密度は、第１照射エネルギ密度範囲よりも低い第２照射エネルギ密度範囲に選ばれる。

したがって結晶化工程を経て、半導体層のうち第１領域内の非晶質半導体は結晶化されるけれども、第２領域内の非晶質半導体は結晶化されない、あるいは第２領域内の非晶質半導体は、結晶化されるとしても、第１領域内の非晶質半導体のようには結晶化が進行しない。第１領域内の半導体層部分は、非晶質半導体が結晶化されるので、電気的な特性が高くなり、たとえば半導体素子のチャネル形成領域として好適に用いることができる。第２領域内の非晶質半導体は、第１領域内の非晶質半導体のようには結晶化されないので、半導体層の表面のうち第２領域には、非晶質半導体の結晶化に起因する凹凸が生じない。

前述の結晶化工程の後、絶縁膜形成工程で、半導体層の第１および第２領域の表面上に、絶縁膜を形成する。次に、膜厚測定工程で、絶縁膜のうち、第２領域内の絶縁膜部分の膜厚を光学的に測定する。

半導体層の表面のうち第２領域には凹凸が生じていないので、この第２領域では、膜厚測定工程で膜厚測定のために用いる測定光の散乱が少ない。しかも絶縁膜の下は半導体層であり、絶縁膜および半導体層の光学定数には差がある。したがって第２領域内の絶縁膜部分の膜厚は、確実かつ正確に測定することができる。

前記絶縁膜は、ほぼ均一な膜厚で、半導体層の表面上に形成される。半導体層の表面のうち第１領域には、非晶質半導体の結晶化に起因する凹凸が生じているので、この第１領域では、前記測定光は散乱してしまい、したがって第１領域内の絶縁膜部分の膜厚は直接、正確に測定することができない。これに対して、第２領域内の絶縁膜部分の膜厚は、前述のように、確実かつ正確に測定することができる。

これらの点を考慮して、不純物導入工程では、前述の膜厚測定工程での測定結果に基づく条件で、第１領域内の絶縁膜部分を介して、第１領域内の半導体層部分に不純物を導入する。したがって第１領域内の絶縁膜部分の膜厚に応じた適切な条件で、第１領域内の半導体層部分へ不純物を導入して、第１領域内の半導体層部分の不純物濃度を正確に制御することができる。このような半導体の製造方法を用いて、たとえば半導体素子を製造すると、製造される半導体素子の品質が安定し、歩留まりを向上させることができる。しかも本発明では、前記絶縁膜の膜厚の測定に用いる部分を基板に形成するための工程を別途、追加する必要がないので、工程数が増加しない。

また本発明によれば、第２照射エネルギ密度範囲は、非晶質半導体の結晶化によって生成される結晶粒が最大となる照射エネルギ密度の０％以上９０％以下である。換言すると、半導体層の表面のうち第２領域には、レーザ光を照射しない、あるいはレーザ光を照射するとしても、その第２領域におけるレーザ光の照射エネルギ密度が、前記結晶粒が最大となる照射エネルギ密度の９０％を超えないように、レーザ光を照射する。第２領域におけるレーザ光の照射エネルギ密度が、前記結晶粒が最大となる照射エネルギ密度の９０％を超えると、第２領域内の非晶質半導体が結晶化されて、第２領域に凹凸が生じ、これによって第２領域内の絶縁膜部分の膜厚を正確に測定することができなくなってしまう。

また本発明によれば、第２領域は、膜厚測定工程で用いる測定光のスポットよりも大きいので、第２領域に対する測定光のスポットの位置を調整することによって、測定光を第２領域内に照射することができる。換言すると、第２領域に対する測定光のスポットの位置を調整しても、測定光のスポットの一部が必ず第２領域からはみ出てしまうという不具合が防がれる。したがって第２領域内の絶縁膜部分の膜厚を、より確実かつ正確に測定することができる。

また本発明によれば、結晶化工程では、第２領域に向かうレーザ光を減衰させ、または遮断し、これによって、半導体層の表面のうち第２領域におけるレーザ光の照射エネルギ密度を、第２照射エネルギ密度範囲内にする。それ故、レーザ光を発生するレーザ装置の出力を、第１領域に向けてレーザ光を照射する場合と第２領域に向けてレーザ光を照射する場合とで、変化させる必要がない。したがって、レーザ装置の出力の制御を容易にすることができる。またレーザ装置の電気的な構成を簡単化することができる。

また本発明によれば、結晶化工程では、基板とレーザ光出射部とを、相対的に移動させながら、基板にレーザ光を照射する。このとき、第２領域にはレーザ光が照射されないように、基板とレーザ光出射部とを相対的に移動させる。これによって、半導体層の表面のうち第２領域におけるレーザ光の照射エネルギ密度を、第２照射エネルギ密度範囲内にする。それ故、第２領域に向かうレーザ光を減衰させ、または遮断するための構成が不要であり、したがって結晶化工程で用いる製造装置の構成を簡単化することができる。

また本発明によれば、結晶化工程では、基板とレーザ光出射部とを、相対的に移動させながら、基板にレーザ光を照射する。このとき、第２領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度が、第１領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度よりも高くなるように、基板とレーザ光出射部とを相対的に移動させる。これによって、半導体層の表面のうち第２領域におけるレーザ光の照射エネルギ密度を、第２照射エネルギ密度範囲内にする。それ故、第２領域に向かうレーザ光を減衰させ、または遮断するための構成が不要であり、したがって結晶化工程で用いる製造装置の構成を簡単化することができる。

また本発明によれば、第２領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度が、第１領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度の１．１倍以上１０倍以下に選ばれる。１．１倍未満では、第２領域内の非晶質半導体が結晶化されて、半導体層の表面のうち第２領域に凹凸が生じ、これによって第２領域内の絶縁膜部分の膜厚を正確に測定することができなくなってしまう。１０倍を超えるようにするのは、基板とレーザ光出射部とを相対的に移動させるための移動装置の構成上、困難である。

また本発明によれば、不純物導入工程の後、導電膜形成工程で、絶縁膜の表面上に導電膜を形成する。次に、電極形成工程で、導電膜の一部を除去して、絶縁膜の表面上に電極を形成する。この電極形成工程では、少なくとも絶縁膜のうち第２領域内の絶縁膜部分が露出されるように、導電膜を除去する。

電極形成工程では、電極からはずれたところで、絶縁膜の表面部分も除去されてしまう。それ故、電極からはずれたところでは、電極形成後の絶縁膜の膜厚は、電極形成前の絶縁膜の膜厚よりも小さくなる。この点を考慮して、電極形成後の膜厚測定工程で再度、第２領域内の絶縁膜部分の膜厚を光学的に測定する。

電極からはずれたところでは、絶縁膜の表面部分は、ほぼ均一に除去される。第１領域内の絶縁膜部分の膜厚は直接、正確に測定することができない。これに対して、第２領域内の絶縁膜部分の膜厚は、確実かつ正確に測定することができる。

これらの点を考慮して、電極形成後の不純物導入工程では、前述の電極形成後の膜厚測定工程での測定結果に基づく条件で、第１領域内の絶縁膜部分を介して、第１領域内の半導体層部分に不純物を導入する。したがって第１領域内の絶縁膜部分の膜厚に応じた適切な条件で、第１領域内の半導体層部分へ不純物を導入して、第１領域内の半導体層部分の不純物濃度を正確に制御することができる。このような半導体の製造方法を用いて、たとえば半導体素子を製造すると、製造される半導体素子の品質が安定し、歩留まりを向上させることができる。しかも本発明では、前記絶縁膜の膜厚の測定に用いる部分を基板に形成するための工程を別途、追加する必要がないので、工程数が増加しない。

また本発明によれば、半導体層の表面上に形成されている絶縁膜の膜厚を測定するにあたって、絶縁膜のうち、非晶質半導体が結晶化されていない半導体層部分上の絶縁膜部分の膜厚を光学的に測定する。前記半導体層部分の表面には、非晶質半導体の結晶化に起因する凹凸が生じていないので、前記半導体層部分の表面では、膜厚測定のために用いる測定光の散乱が少ない。しかも絶縁膜の下は半導体層であり、絶縁膜および半導体層の光学定数には差がある。したがって前記半導体層部分上の絶縁膜部分の膜厚は、確実かつ正確に測定することができる。

前記絶縁膜は、ほぼ均一な膜厚で、半導体層の表面上に形成される。非晶質半導体が結晶化された半導体層部分の表面には、非晶質半導体の結晶化に起因する凹凸が生じているので、この表面では、前記測定光は散乱してしまい、したがってこの表面上の絶縁膜部分の膜厚は直接、正確に測定することができない。これに対して、非晶質半導体が結晶化されていない半導体層部分の表面上の絶縁膜部分の膜厚は、前述のように、確実かつ正確に測定することができる。しかも本発明では、前記絶縁膜の膜厚の測定に用いる部分を基板に形成するための工程を別途、追加する必要がないので、工程数が増加しない。

このような半導体の膜厚測定方法による測定結果は、たとえば、後の工程で用いる装置の稼動条件を決定するために、好適に用いることができる。また前記測定結果は、たとえば、前記絶縁膜を形成するための装置の装置状態を管理するために、好適に用いることができる。

図１は、本発明の実施の第１形態の半導体の製造方法における生成物２１ａ〜２１ｇを示す断面図であり、図１（１）はガラス基板２２にベースコート層２３が形成された第１生成物２１ａを示し、図１（２）は第１生成物２１ａに半導体層２４が形成された第２生成物２１ｂを示し、図１（３）は第２生成物２１ｂの半導体層２４にレーザ光Ｌ１が照射されて半導体層２４の非晶質半導体が結晶化された第３生成物２１ｃを示し、図１（４）は第３生成物２１ｃから半導体層２４の一部が除去された第４生成物２１ｄを示し、図１（５）は第４生成物２１ｄに絶縁膜２５が形成された第５生成物２１ｅを示し、図１（６）は第５生成物２１ｅにマスク２６が形成された第６生成物２１ｆを示し、図１（７）は第６生成物２１ｆの半導体層２４に不純物２７が導入された第７生成物２１ｇを示す。図２は、半導体の製造方法を説明するためのフローチャートである。

本実施の形態の半導体の製造方法は、半導体素子の製造に用いることができ、特に、多結晶シリコンから成る半導体層２４を有する半導体素子の製造に好適に用いることができる。本実施の形態においては、半導体素子の製造の一例として、液晶表示素子の製造を想定して説明する。

まず、ガラス基板２２を準備して、ステップａ１で、半導体の製造作業を開始する。次のステップａ２では、前記ガラス基板２２の表面上に、絶縁性の物質から成るベースコート層２３を形成して、ステップａ３に進む。このようにして、図１（１）に示す第１生成物２１ａを生成する。ベースコート層２３は、たとえばＳｉＮから成る。ベースコート層２３の厚みは、３０〜２００ｎｍに選ばれる。ベースコート層２３は、たとえば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition、略称ＣＶＤ）法によって形成される。

ステップａ３では、第１生成物２１ａの前記ベースコート層２３の表面上に、半導体物質から成る半導体層２４を形成して、ステップａ４に進む。このようにして、図１（２）に示す第２生成物２１ｂを生成する。半導体層２４は、非晶質部と晶質部とを含み、その大部分が非晶質部である。第２生成物２１ｂは、主として非晶質半導体から成る半導体層２４を有する基板に相当する。半導体層２４は、たとえば主として非晶質シリコンから成る。半導体層２４の厚みは、５０〜３００ｎｍに選ばれる。

半導体層２４は、たとえば化学気相成長法によって形成される。半導体層２４は、ベースコート層２３に形成されたときは、アモルファス状態である。非晶質半導体から成る半導体層２４は、結晶粒が小さく、また結晶粒と結晶粒との境界となる粒界が多数、存在するので、電界効果移動度などの電気的な特性が低い。

このような半導体層２４の電気的な特性を高くするために、結晶化工程であるステップａ４では、第２生成物２１ｂに対して、エキシマレーザを用いたアニール処理、いわゆるＥＬＡ（Exima Laser Aneal）処理を行う。結晶化工程では、第２生成物２１ｂの半導体層２４にレーザ光Ｌ１を照射して、前記半導体層２４の非晶質半導体を結晶化させ、ステップａ５に進む。このようにして、図１（３）に示す第３生成物２１ｃを生成する。レーザ光Ｌ１の照射にあたって、前記半導体層２４の表面は、少なくとも第１および第２領域３１，３２の２つの領域で分けられる。

結晶化工程において、半導体層２４の表面のうち第１領域３１におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度Ｍ１は、非晶質半導体を結晶化させる第１照射エネルギ密度範囲に選ばれ、半導体層２４の表面のうち第２領域３２におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度Ｍ２は、前記第１照射エネルギ密度範囲よりも低い第２照射エネルギ密度範囲に選ばれる。照射エネルギ密度は、単位面積あたりの照射エネルギである。

ステップａ５では、第３生成物２１ｃの半導体層２４の表面上にレジストを塗布して、レジスト膜を形成する。さらに、露光および現像によって、予め定める第１パターンを前記レジスト膜に転写して、ステップａ６に進む。ステップａ６では、前記予め定める第１パターンが転写されたレジスト膜をマスクとして、前記半導体層２４の一部をエッチングして除去する。さらに、アッシングによって、前記レジスト膜を除去して、ステップａ７に進む。このようにして、図１（４）に示す第４生成物２１ｄを生成する。

絶縁膜形成工程であるステップａ７では、第４生成物２１ｄの表面上に、絶縁性の物質から成る絶縁膜２５を形成して、ステップａ８に進む。このようにして、図１（５）に示す第５生成物２１ｅを生成する。絶縁膜２５は、第４生成物２１ｄの半導体層２４、すなわち前記結晶化工程で非晶質半導体が結晶化された半導体層２４の前記第１および第２領域３１，３２の表面上に形成される。絶縁膜２５は、たとえば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）から成る。絶縁膜２５の厚みは、３０〜２００ｎｍに選ばれる。絶縁膜２５は、液晶表示素子におけるゲート絶縁膜２５となる。絶縁膜２５は、たとえば化学気相成長法によって形成される。

膜厚測定工程であるステップａ８では、第５生成物２１ｅの絶縁膜２５、すなわち前記絶縁膜形成工程で形成された絶縁膜２５のうち、前記第２領域３２内の絶縁膜部分２５ｂの膜厚を光学的に測定して、ステップａ９に進む。この膜厚測定工程では、光学的な干渉を利用したエリプソメトリー法によって、前記第２領域３２内の絶縁膜部分２５ｂの膜厚を測定する。ステップａ９では、前記ステップａ８での測定結果に基づいて、後述のステップａ１１で半導体層２４に不純物２７を導入するときの条件を決定して、ステップａ１０に進む。

ステップａ１０では、第５生成物２１ｅの絶縁膜２５の表面上にレジストを塗布して、レジスト膜を形成する。さらに、露光および現像によって、予め定める第２パターンを前記レジスト膜に転写して、ステップａ１１に進む。このようにして、図１（６）に示す第６生成物２１ｆを生成する。ステップａ１０と前記ステップａ９との順序は逆でもよい。

不純物導入工程であるステップａ１１では、前記予め定める第２パターンが転写されたレジスト膜をマスク２６として、第６生成物２１ｆの半導体層２４に不純物２７を導入して、ステップａ１２に進む。このようにして、図１（７）に示す第７生成物２１ｇを生成する。この不純物導入工程では、前記ステップａ９で決定した条件、すなわち前記膜厚測定工程での測定結果に基づく条件で、前記絶縁膜２５のうち前記第１領域３１内の絶縁膜部分２５ａを介して、前記半導体層２４のうち前記第１領域３１内の半導体層部分２４ａに不純物２７を導入する。

不純物導入工程は、いわゆるイオンドーピング工程であり、この不純物導入工程では、不純物２７としてボロンが、半導体層２４に導入される。この不純物導入工程では、前述のように半導体層２４の表面上に形成される絶縁膜２５の膜厚に応じて、ドーピング条件を最適化する。たとえば、半導体層２４の表面上に形成される絶縁膜２５の膜厚が、標準膜厚よりも小さければ、薄さに応じてドーピング量を少なくし、標準膜厚よりも大きければ、厚さに応じてドーピング量を増やすことができる。

このような不純物導入工程の後、ステップａ１２で、半導体の製造作業を終了する。この後、さらに第７生成物２１ｇに所定の処理を行うことによって、半導体素子が形成される。

図３は、第７生成物２１ｇの一部を拡大して示す正面図である。図４は、図３の切断面線Ｓ４ａ−Ｓ４ｂ−Ｓ４ｃ−Ｓ４ｄから見た第７生成物２１ｇの断面図である。第７生成物２１ｇは、液晶パネルの画素部、駆動回路部およびＴＥＧ部の各前駆体３３〜３５と、膜厚管理部３６とを有する。

画素部は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、略称ＴＦＴ）を含む。駆動回路部は、前記画素部のＴＦＴを駆動する。この駆動回路部は、画素部の外側に形成される。ＴＥＧ（Test Element Group）部は、前記画素部および駆動回路部のＴＦＴの電気的な特性を評価するために設けられる。このＴＥＧ部には、前記画素部および駆動回路部と同様の回路パターンが形成される。

膜厚管理部３６は、前記ステップａ８の膜厚測定工程で絶縁膜２５の膜厚を測定するために設けられる。膜厚管理部３６は、液晶パネル用素子を作成した後は廃棄してもよいので、ダイシングラインと呼ばれる領域３８、すなわち基板を裁断するための領域に設ける。したがって膜厚管理部３６を、ガラス基板２２上の領域のうち、ダイシングラインを除く残余の領域に設ける場合に比べて、ガラス基板２２上の領域を有効に利用することができる。

第１領域３１は、半導体層２４の表面のうち、画素部を形成するための半導体層部分の表面と、駆動回路部を形成するための半導体層部分の表面と、ＴＥＧ部を形成するための半導体層部分の表面とを含む。第２領域３２は、膜厚管理部を形成するための半導体層部分の表面を含む。第２領域３２は、第１領域３１を除く残余の領域の全部であってもよく、一部であってもよい。

第２領域３２は、前記ステップａ８の膜厚測定工程で膜厚測定のために用いる測定光のスポットよりも大きい。本実施の形態では、第２領域３２は、正方形に選ばれる。膜厚測定工程で用いるエリプソメータの測定光のビーム径は、２００μｍ程度である。したがって第２領域３２は、一辺の長さが２００μｍ以上、たとえば２５０μｍ以上５０００μｍ以下に選ばれる。第２領域３２は、必ずしも正方形に限定されるものではなく、たとえば円形および長方形であってもよい。

図５は、半導体層２４の表面におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度と、レーザ光Ｌ１の照射によって半導体層２４の表面に形成される突起部の高さとの関係を示す図である。この図５は、エリプソメトリー法によって測定した際の測定可能・不可の結果を示す。図５において、横軸は、半導体層２４の表面におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度を示し、縦軸は、レーザ光Ｌ１の照射によって半導体層２４の表面に形成される突起部の高さを示す。また白抜きの正方形は、測定可能であることを示し、黒塗りつぶしの正方形は、測定不可を示す。

エリプソメトリー法では、まず、測定対象の膜に対して測定を行い、データ曲線を得る。次に膜構造、膜厚および光学定数を仮定して計算を行い、その計算から得られる計算曲線とデータ曲線とが一致するように、仮定したパラメータを変化させる。両曲線が一致したときに仮定したパラメータ値が、測定対象の膜の特性と等しいとして、測定対象の膜の特性を決定する。このようなエリプソメトリー法において、測定不可とは、どのようなパラメータを代入しても計算曲線とデータ曲線とが一致しない場合、および計算曲線とデータ曲線とが一致した場合でも、仮定したパラメータ値が、たとえば膜厚値が負の数となるような異常値となる場合のことをいう。

半導体層２４の表面に形成される突起部は、半導体層２４の表面におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度が、非晶質半導体の結晶化によって生成される結晶粒が最大となる照射エネルギ密度に近づくほど、高くなる。このように半導体層２４の表面に形成される突起部が高くなると、この半導体層２４の表面上に形成される絶縁膜２５の膜厚を測定することができない。一例として述べると、非晶質シリコンの場合、前記結晶粒が最大となる照射エネルギ密度は、３８０ｍＪ／ｃｍ^２である。

図５に示す実験結果によれば、半導体層２４の表面におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度が、前記結晶粒の大きさが最大となる照射エネルギ密度の９０％以下であれば、半導体層２４の表面上に形成される絶縁膜２５の膜厚の測定が可能となることが確認できる。エリプソメトリー法による膜厚測定が可能であるか否かは、半導体層２４の表面に形成される突起の高さだけでなく、測定対象となる絶縁膜２５の膜厚にも関係することが確認されているが、前述のような条件で半導体層２４にレーザ光Ｌ１を照射した場合は、絶縁膜２５の膜厚に関係することなく、測定が可能となっている。

この点を考慮して、第２領域３２におけるレーザ光の照射エネルギ密度は、第２照射エネルギ密度範囲、具体的には前記結晶粒が最大となる照射エネルギ密度の０％以上９０％以下に選ばれる。９０％を超えると、前述のように、第２領域３２内の非晶質半導体が結晶化されて、第２領域３２に凹凸が生じ、これによって第２領域３２内の絶縁膜部分の膜厚を正確に測定することができなくなってしまう。

これに対して、第１領域３１におけるレーザ光の照射エネルギ密度は、第１照射エネルギ密度範囲、具体的には前記結晶粒が最大となる照射エネルギ密度の９０％を超え、かつ１００％以下に選ばれる。９０％以下では、非晶質半導体の結晶化が十分に進行せず、したがって前記画素部、駆動回路部およびＴＥＧ部を形成するための半導体層部分の電気的な特性を十分に高くすることができない。１００％を超えると、結晶粒が大きく成長せず微細化し、前記前記画素部、駆動回路部およびＴＥＧ部を形成するための半導体層部分の電気的な特性が低下する。

レーザ装置の出力は、±数％ばらつく。照射エネルギ密度が、前記結晶粒が最大となる照射エネルギ密度の１００％を超えると、結晶粒が大きく成長せず微細化する。したがって本実施の形態では、第１領域３１におけるレーザ光の照射エネルギ密度が、前記結晶粒が最大となる照射エネルギ密度よりも、若干小さくなるように、設定される。

また図５に示す実験結果によれば、半導体層２４の表面に形成される突起部の高さが３０ｎｍ以下であれば、半導体層２４の表面上に形成される絶縁膜２５の膜厚の測定が可能となることが確認できる。したがって、第２領域３２におけるレーザ光の照射エネルギ密度は、半導体層２４の表面に形成される突起部の高さが３０ｎｍ以下となるように選ばれる。好ましくは、第２領域３２におけるレーザ光の照射エネルギ密度は、半導体層２４の表面に形成される突起部の高さが２０ｎｍ以下となるように選ばれる。

図６は、結晶化工程で用いるレーザアニール装置４１を簡略化して示す図である。レーザアニール装置４１は、レーザ光照射装置４２と、基板移動装置４３と、制御手段とを含む。

レーザ光照射装置４２は、レーザ発振器４５と、ホモジナイザ４６と、反射鏡４７と、シャッター４８と、シャッター駆動手段とを有する。レーザ発振器４５は、レーザ光Ｌ１を発生する。ホモジナイザ４６は、レーザ発振器４５からのレーザ光Ｌ１の強度分布を均一化する。反射鏡４７は、ホモジナイザ４６によって均一化されたレーザ光Ｌ１を、反射して偏向する。シャッター４８は、レーザ光Ｌ１を遮断する。シャッター４８は、作成すべき液晶パネルの種類および大きさに応じて、設置位置が変更できる構造となっていることが好ましい。シャッター駆動手段は、シャッター４８を、レーザ光Ｌ１を遮断する遮断位置と、レーザ光Ｌ１の光路から退避した退避位置とにわたって、変位させる。

基板移動装置４３は、基板を保持する保持部材５０と、この保持部材５０を予め定めるスライド方向に案内する搬送レール５１と、前記保持部材５０を搬送レール５１上で駆動させる駆動手段であるモータ５２とを有する。

制御手段は、モータ５２およびシャッター駆動手段とを関連して動作するように制御する。詳細に述べると、制御手段は、モータ５２を制御して、保持部材５０に保持される基板をスライド方向に移動させる。この移動に伴ってレーザ光Ｌ１が第１領域３１に向かう状態から第２領域３２に向かう状態に変化するときに、制御手段は、シャッター駆動手段を制御して、シャッター４８を退避位置から遮断位置に変位させる。また前記移動に伴ってレーザ光Ｌ１が第２領域３２に向かう状態から第１領域３１に向かう状態に変化するときに、制御手段は、シャッター駆動手段を制御して、シャッター４８を遮断位置から退避位置に変位させる。

このようなレーザアニール装置４１を用いれば、結晶化工程で、半導体層２４の第２領域３２に向かうレーザ光Ｌ１を遮断し、これによって、半導体層２４の第２領域３２におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度を、第２照射エネルギ密度範囲内にすることができる。それ故、レーザ光Ｌ１を発生するレーザ装置であるレーザ発振器４５の出力を、第１領域３１に向けてレーザ光Ｌ１を照射する場合と第２領域３２に向けてレーザ光Ｌ１を照射する場合とで、変化させる必要がない。したがって、レーザ装置であるレーザ発振器４５の出力の制御を容易にすることができる。またレーザ装置であるレーザ発振器４５の電気的な構成を簡単化することができる。

本実施の形態では、シャッター４８は、半導体層２４への照射を行う直前の位置に設置されているが、必ずしもこの位置に設置される必要はない。シャッター４８は、反射鏡４７の直前、直後などに配置されてもよく、レーザ発振器４５から半導体層２４までの間に設置されればよい。

このような本実施の形態によれば、まず、結晶化工程で、レーザ光Ｌ１の照射によって、基板の半導体層２４の非晶質半導体を結晶化させる。この結晶化工程において、半導体層２４の第１領域３１におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度は、非晶質半導体を結晶化させる第１照射エネルギ密度範囲に選ばれ、半導体層２４の第２領域３２におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度は、第１照射エネルギ密度範囲よりも低い第２照射エネルギ密度範囲に選ばれる。

したがって結晶化工程を経て、第１領域３１内の非晶質半導体は結晶化されるけれども、第２領域３２内の非晶質半導体は結晶化されない、あるいは第２領域３２内の非晶質半導体は、結晶化されるとしても、第１領域３１内の非晶質半導体のようには結晶化が進行しない。第１領域３１内の半導体層部分は、非晶質半導体が結晶化されるので、電気的な特性が高くなり、たとえば半導体素子のチャネル形成領域として好適に用いることができる。第２領域３２内の非晶質半導体は、第１領域３１内の非晶質半導体のようには結晶化されないので、第２領域３２には、非晶質半導体の結晶化に起因する凹凸が生じない。

前述の結晶化工程の後、絶縁膜形成工程で、半導体層２４の第１および第２領域３１，３２の表面上に、絶縁膜２５を形成する。次に、膜厚測定工程で、絶縁膜２５のうち、第２領域３２内の絶縁膜部分２５ｂの膜厚を光学的に測定する。

半導体層２４の第２領域３２には凹凸が生じていないので、この第２領域３２では、膜厚測定工程で膜厚測定のために用いる測定光の散乱が少ない。しかも絶縁膜２５の下は半導体層２４であり、絶縁膜２５および半導体層２４の光学定数には差がある。したがって第２領域３２内の絶縁膜部分の膜厚は、確実かつ正確に測定することができる。

前記絶縁膜２５は、ほぼ均一な膜厚で、半導体層２４の表面上に形成される。第１領域３１には、非晶質半導体の結晶化に起因する凹凸が生じているので、この第１領域３１では、前記測定光は散乱してしまい、したがって第１領域３１内の絶縁膜部分２５ａの膜厚は直接、正確に測定することができない。これに対して、第２領域３２内の絶縁膜部分２５ｂの膜厚は、前述のように、確実かつ正確に測定することができる。

これらの点を考慮して、不純物導入工程では、前述の膜厚測定工程での測定結果に基づく条件で、第１領域３１内の絶縁膜部分２５ａを介して、第１領域３１内の半導体層部分２４ａに不純物２７を導入する。したがって第１領域３１内の絶縁膜部分２５ａの膜厚に応じた適切な条件で、第１領域３１内の半導体層部分２４ａへ不純物２７を導入して、第１領域３１内の半導体層部分２４ａの不純物濃度を正確に制御することができる。このような半導体の製造方法を用いて、液晶表示素子を製造すると、製造される液晶表示素子の品質が安定し、歩留まりを向上させることができる。しかも本実施の形態では、前記絶縁膜２５の膜厚の測定に用いる部分を基板に形成するための工程を別途、追加する必要がないので、工程数が増加しない。

また本実施の形態によれば、半導体層２４の第２領域３２は、膜厚測定工程で用いる測定光のスポットよりも大きいので、第２領域３２に対する測定光のスポットの位置を調整することによって、測定光を第２領域３２内に照射することができる。換言すると、第２領域３２に対する測定光のスポットの位置を調整しても、測定光のスポットの一部が必ず第２領域３２からはみ出てしまうという不具合が防がれる。したがって第２領域３２内の絶縁膜部分２５ｂの膜厚を、より確実かつ正確に測定することができる。

前記測定結果は、不純物導入工程で用いる装置の稼動条件を決定するために、好適に用いることができる。また前記測定結果は、前記絶縁膜２５を形成するための成膜装置の装置状態を管理するために、好適に用いることができる。たとえば、前記絶縁膜２５の膜厚を標準膜厚にすべく、直ちにフィードバックをかけて、成膜装置の条件を調整することができる。このような条件管理を行うことができるので、製造される液晶表示素子の品質が安定し、歩留まりを向上させることができる。

図７は、本発明の実施の第２形態の半導体の製造方法における結晶化工程で用いるマスク６１を示す斜視図である。本実施の形態の半導体の製造方法は、前述の第１形態の半導体の製造方法に類似するので、同様の点については説明を省略して、異なる点についてだけ説明する。

本実施の形態では、結晶化工程において、前述の第１形態のレーザアニール装置４１に類似するレーザアニール装置を用いる。本実施の形態のレーザアニール装置は、シャッター４８およびシャッター駆動手段に代えて、マスク６１を有する。このマスク６１は、第２生成物２１ｂの半導体層２４へのレーザ光Ｌ１の照射の際に、第２生成物２１ｂの直上に設置され、第２生成物２１ｂとともに移動される。結晶化工程では、前記マスク６１を介して、第２生成物２１ｂの半導体層２４にレーザ光Ｌ１を照射する。マスク６１は、液晶パネルの種類毎に用意される必要がある。

一例として述べると、マスク６１は、熱膨張率が小さく、かつレーザ光Ｌ１を遮断するアルミナなどのセラミクスから成る。このマスク６１は、レーザ光Ｌ１を透過させるべき位置に、図７に示すように開口６２が形成されている。

また他の例として述べると、マスク６１は、レーザ光Ｌ１を透過させるマスク基板に、レーザ光Ｌ１を減衰させ、または遮断する膜が形成されている。前記膜のレーザ光Ｌ１を透過させるべき位置には、開口が形成されている。このマスク６１は、前記膜がマスク基板に対して第２生成物２１ｂ側となるように、設置される。

このような本実施の形態によれば、前述の第１形態と同様の効果を達成することができる。また本実施の形態によれば、結晶化工程では、第２生成物２１ｂの直上に設置されるマスク６１を介して、第２生成物２１ｂの半導体層２４にレーザ光Ｌ１を照射する。この結晶化工程では、第２領域３２に向かうレーザ光Ｌ１を減衰させ、または遮断し、これによって、半導体層２４の第２領域３２におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度Ｍ２を、第２照射エネルギ密度範囲内にする。それ故、レーザ光Ｌ１を発生するレーザ装置であるレーザ発振器４５の出力を、第１領域３１に向けてレーザ光Ｌ１を照射する場合と第２領域３２に向けてレーザ光Ｌ１を照射する場合とで、変化させる必要がない。したがって、レーザ装置であるレーザ発振器４５の出力の制御を容易にすることができる。またレーザ装置であるレーザ発振器４５の電気的な構成を簡単化することができる。さらに本実施の形態によれば、レーザアニール装置には、シャッター４８などの可動部分が不要であり、レーザアニール装置の信頼性を向上させることができる。

図８は、本発明の実施の第３形態の半導体の製造方法における半導体層２４の第１および第２領域３１，３２を示す斜視図である。本実施の形態の半導体の製造方法は、前述の第１形態の半導体の製造方法に類似するので、同様の点については説明を省略して、異なる点についてだけ説明する。

本実施の形態では、結晶化工程において、第２生成物２１ｂと、この第２生成物２１ｂに照射されるべきレーザ光Ｌ１が出射するレーザ光出射部とを、前記第２領域３２にはレーザ光Ｌ１が照射されないように、相対的に移動させる。このような本実施の形態では、結晶化工程において、前述の第１形態のレーザアニール装置４１に類似するレーザアニール装置を用いる。本実施の形態のレーザアニール装置は、シャッター４８およびシャッター駆動手段がない。このレーザアニール装置の基板移動装置４３は、基板を保持する保持部材５０と、保持部材５０を直交するＸおよびＹ方向に移動させるＸＹステージとを含む。

本実施の形態では、第２生成物２１ｂの半導体層２４の表面全体に対して、１回の走査でレーザ光Ｌ１を照射するのではなく、複数回の走査でレーザ光Ｌ１を照射する。各走査においてレーザ光Ｌ１が照射される各照射領域の間隙に、直線状の非照射領域が設けられる。照射領域は第１領域３１に相当し、非照射領域は第２領域３２に相当する。

図８においては、厚み方向から見た第２生成物２１ｂの形状が矩形である場合を示す。この図８では、レーザ光Ｌ１を照射する際の第２生成物２１ｂの走査方向を、第２生成物２１ｂの長辺方向６５として、２回に分けて、第２生成物２１ｂにレーザ光Ｌ１を照射した状態を示しているが、これに限られない。たとえば、前記第２生成物２１ｂの走査方向を、第２生成物２１ｂの短辺方向６６としてもよい。また、３回以上に分けて、第２生成物２１ｂにレーザ光Ｌ１を照射してもよい。

このような本実施の形態によれば、結晶化工程では、第２生成物２１ｂとレーザ光出射部とを、相対的に移動させながら、第２生成物２１ｂにレーザ光Ｌ１を照射する。このとき、第２領域３２にはレーザ光Ｌ１が照射されないように、第２生成物２１ｂとレーザ光出射部とを相対的に移動させる。これによって、半導体層２４の第２領域３２におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度Ｍ２を、第２照射エネルギ密度範囲内にする。それ故、第２領域３２に向かうレーザ光Ｌ１を減衰させ、または遮断するための構成が不要であり、したがって結晶化工程で用いる製造装置であるレーザアニール装置の構成を簡単化することができる。

本発明の実施の第４形態の半導体の製造方法では、結晶化工程において、第２生成物２１ｂと、この第２生成物２１ｂに照射されるべきレーザ光Ｌ１が出射するレーザ光出射部とを、第２領域３２での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度が、第１領域３１での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度よりも高くなるように、相対的に移動させる。このとき、第２領域３２での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度は、第１領域３１での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度の１．１倍以上１０倍以下に選ばれる。

換言すると、結晶化工程において、第２生成物２１ｂと、この第２生成物２１ｂに照射されるべきレーザ光Ｌ１が出射するレーザ光出射部とを、第１領域３１での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度が第２領域３２での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度よりも低くなるように、相対的に移動させる。このとき、第１領域３１での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度は、第２領域３２での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度の０．１倍以上０．９倍以下に選ばれる。

このような本実施の形態では、膜厚管理部３６が、画素部、駆動回路部およびＴＥＧ部の前駆体３３〜３５に対して、走査方向にずれていることが望ましい。すなわち第２領域３２が第１領域３１に対して走査方向にずれていることが望ましい。

このような本実施の形態によれば、結晶化工程では、第２生成物２１ｂとレーザ光出射部とを、相対的に移動させながら、第２生成物２１ｂにレーザ光Ｌ１を照射する。このとき、第２領域３２での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度が、第１領域３１での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度よりも高くなるように、第２生成物２１ｂとレーザ光出射部とを相対的に移動させる。これによって、半導体層２４の第２領域３２におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度を、第２照射エネルギ密度範囲内にする。それ故、第２領域３２に向かうレーザ光Ｌ１を減衰させ、または遮断するための構成が不要であり、したがって結晶化工程で用いる製造装置であるレーザアニール装置の構成を簡単化することができる。

また本実施の形態によれば、第２領域３２での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度が、第１領域３１での第２生成物２１ｂに対するレーザ光出射部の相対速度の１．１倍以上１０倍以下に選ばれる。１．１倍未満では、第２領域３２内の非晶質半導体が結晶化されて、第２領域３２に凹凸が生じ、これによって第２領域３２内の絶縁膜部分の膜厚を正確に測定することができなくなってしまう。１０倍を超えるようにするのは、第２生成物２１ｂとレーザ光出射部とを相対的に移動させるための移動装置である基板移動装置４３の構成上、困難である。

また本発明の実施の第５形態の半導体の製造方法では、結晶化工程において、レーザ光Ｌ１の照射は、１秒当たり数十回、パルス状に打ち込むというように行われている。本実施の形態では、半導体層２４の第２領域３２へのレーザ光Ｌ１の打ち込み回数を減らす。これによって、半導体層２４の第２領域３２におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度Ｍ２を、第２照射エネルギ密度範囲内にする。それ故、第２領域３２に向かうレーザ光Ｌ１を減衰させ、または遮断するための構成が不要であり、したがって結晶化工程で用いる製造装置であるレーザアニール装置の構成を簡単化することができる。

このような本実施の形態では、膜厚管理部が、画素部、駆動回路部およびＴＥＧ部に対して、走査方向にずれていることが望ましい。すなわち第２領域３２が第１領域３１に対して走査方向にずれていることが望ましい。

また本発明の実施の第６形態の半導体の製造方法では、第２領域３２への複数回のレーザ光Ｌ１の照射のうち、全ての回または一部の回に、前述の第１形態に示すシャッター４８または減光フィルターを利用して、第２領域３２におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度Ｍ２を小さくしてもよい。

前述の実施の各形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において変更することができる。たとえばレーザアニール装置は、レーザ光照射装置４２に対して基板移動装置４３の保持部材５０が移動されるが、保持部材５０を固定して、レーザ光照射装置４２のレーザ光出射部が保持部材５０に対して移動されてもよい。また半導体層２４は、非晶質部だけから成っていてもよい。

図９は、本発明の実施の第７形態の半導体の製造方法における生成物を示す断面図であり、図９（１）は第７生成物２１ｇを示し、図９（２）は第７生成物２１ｇの絶縁膜２５に導電膜７０が形成された第８生成物２１ｈを示し、図９（３）は第８生成物２１ｈから導電膜７０の一部が除去された第９生成物２１ｉを示す。図１０は、半導体の製造方法を説明するためのフローチャートである。本実施の形態の半導体の製造方法は、前述の第１形態の半導体の製造方法に類似するので、同様の部分の説明は省略して、異なる部分だけを説明する。

ステップｂ１で、半導体の製造作業を開始する。この後、前述の図２のステップａ２〜ａ１１を実行して、ステップｂ２に進む。導電膜形成工程であるステップｂ２では、第７生成物２１ｇの絶縁膜２５の表面上に導電膜７０を形成して、ステップｂ３に進む。このようにして、図９（２）に示す第８生成物２１ｈを生成する。導電膜７０は、ゲートメタル層とも呼ばれる。導電膜７０は、たとえばタングステンから成る。導電膜７０の厚みは、３００〜６００ｎｍに選ばれる。導電膜７０は、液晶表示素子におけるゲート電極７０ａとなる。導電膜７０は、たとえばスパッタ蒸着法によって形成される。

ステップｂ３では、第８生成物２１ｈの導電膜７０の表面上にレジストを塗布して、レジスト膜を形成する。さらに、露光および現像によって、予め定める第３パターンを前記レジスト膜に転写して、ステップｂ４に進む。

電極形成工程であるステップｂ４では、前記予め定める第３パターンが転写されたレジスト膜をマスクとして、前記導電膜７０の一部をエッチングして除去して、前記絶縁膜２５の表面上にゲート電極７０ａを形成する。さらに、アッシングによって、前記レジスト膜を除去して、ステップｂ５に進む。このようにして、図９（３）に示す第９生成物２１ｉを生成する。電極形成工程では、少なくとも前記絶縁膜２５のうち前記第２領域３２内の絶縁膜部分２５ｂが露出されるように、前記導電膜７０を除去する。

電極形成後の膜厚測定工程であるステップｂ５では、第９生成物２１ｉの絶縁膜２５のうち、前記第２領域３２内の絶縁膜部分の膜厚を光学的に測定して、ステップｂ６に進む。この電極形成後の膜厚測定工程では、前述のステップａ８と同様にエリプソメトリー法によって、前記第２領域３２内の絶縁膜部分２５ｂの膜厚を測定する。ステップｂ６では、前記ステップｂ５での測定結果に基づいて、後述のステップｂ８で半導体層２４に不純物を導入するときの条件を決定して、ステップｂ７に進む。

ステップｂ７では、第９生成物２１ｉの表面上にレジストを塗布して、レジスト膜を形成する。さらに、露光および現像によって、予め定める第４パターンを前記レジスト膜に転写して、ステップｂ８に進む。ステップｂ７と前記ステップｂ６との順序は逆でもよい。

電極形成後の不純物導入工程であるステップｂ８では、前記予め定める第４パターンが転写されたレジスト膜をマスクとして、半導体層２４に不純物を導入して、ステップｂ９に進む。この電極形成後の不純物導入工程では、前記ステップｂ６で決定した条件、すなわち前記電極形成後の膜厚測定工程での測定結果に基づく条件で、前記絶縁膜２５のうち前記第１領域３１内の絶縁膜部分２５ａを介して、前記半導体層２４のうち前記第１領域３１内の半導体層部分２４ａに不純物を導入する。

電極形成後の不純物導入工程は、いわゆるイオンドーピング工程であり、この電極形成後の不純物導入工程では、不純物としてボロンおよびリンが、半導体層２４に導入される。この電極形成後の不純物導入工程では、前述のように半導体層２４の表面上に形成される絶縁膜２５の膜厚に応じて、ドーピング条件を最適化する。たとえば、半導体層２４の表面上に形成される絶縁膜２５の膜厚が、標準膜厚よりも小さければ、薄さに応じてドーピング量を少なくし、標準膜厚よりも大きければ、厚さに応じてドーピング量を増やすことができる。このような電極形成後の不純物導入工程の後、ステップａ１２で、半導体の製造作業を終了する。

このような本実施の形態によれば、不純物導入工程の後、導電膜形成工程で、絶縁膜２５の表面上に導電膜７０を形成する。次に、電極形成工程で、導電膜７０の一部を除去して、絶縁膜２５の表面上にゲート電極７０ａを形成する。この電極形成工程では、少なくとも第２領域３２内の絶縁膜部分２５ｂが露出されるように、導電膜７０を除去する。

電極形成工程では、ゲート電極７０ａからはずれたところで、絶縁膜２５の表面部分も除去されてしまう。それ故、ゲート電極７０ａからはずれたところでは、電極形成後の絶縁膜２５の膜厚は、電極形成前の絶縁膜２５の膜厚よりも小さくなる。この点を考慮して、電極形成後の膜厚測定工程で再度、第２領域３２内の絶縁膜部分２５ｂの膜厚を光学的に測定する。

ゲート電極７０ａからはずれたところでは、絶縁膜２５の表面部分は、ほぼ均一に除去される。第１領域３１内の絶縁膜部分２５ａの膜厚は直接、正確に測定することができない。これに対して、第２領域３２内の絶縁膜部分２５ｂの膜厚は、確実かつ正確に測定することができる。

これらの点を考慮して、電極形成後の不純物導入工程では、前述の電極形成後の膜厚測定工程での測定結果に基づく条件で、第１領域３１内の絶縁膜部分２５ａを介して、第１領域３１内の半導体層部分２４ａに不純物を導入する。したがって第１領域３１内の絶縁膜部分２５ａの膜厚に応じた適切な条件で、第１領域３１内の半導体層部分２４ａへ不純物を導入して、第１領域３１内の半導体層部分２４ａの不純物濃度を正確に制御することができる。また前記測定結果は、導電膜７０の一部をエッチングして除去するエッチング装置の装置状態を管理するために、好適に用いることができる。たとえば、前記電極形成工程後の絶縁膜２５の膜厚を標準膜厚にすべく、直ちにフィードバックをかけて、エッチング装置の条件を調整することができる。このような半導体の製造方法を用いて、液晶表示素子を製造すると、製造される液晶表示素子の品質が安定し、歩留まりを向上させることができる。しかも本実施の形態では、前記絶縁膜２５の膜厚の測定に用いる部分を基板に形成するための工程を別途、追加する必要がないので、工程数が増加しない。

本発明の実施の第１形態の半導体の製造方法における生成物２１ａ〜２１ｇを示す断面図である。 半導体の製造方法を説明するためのフローチャートである。 第７生成物２１ｇの一部を拡大して示す正面図である。 図３の切断面線Ｓ４ａ−Ｓ４ｂ−Ｓ４ｃ−Ｓ４ｄから見た第７生成物２１ｇの断面図である。 半導体層２４の表面におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギ密度と、レーザ光Ｌ１の照射によって半導体層２４の表面に形成される突起部の高さとの関係を示す図である。 結晶化工程で用いるレーザアニール装置４１を簡略化して示す図である。 本発明の実施の第２形態の半導体の製造方法における結晶化工程で用いるマスク６１を示す斜視図である。 本発明の実施の第３形態の半導体の製造方法における半導体層２４の第１および第２領域３１，３２を示す斜視図である。 本発明の実施の第７形態の半導体の製造方法における生成物を示す断面図である。 結晶化工程で用いるレーザアニール装置４１を簡略化して示す図である。 半導体層の表面上に形成される絶縁膜の膜厚と、前記絶縁膜を介して不純物が導入された半導体層の抵抗値との関係を示す図である。 非晶質シリコンが結晶化された半導体層１の表面部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

２２ ガラス基板
２３ ベースコート層
２４ 半導体層
２５ 絶縁膜
２６ 不純物
３１ 第１領域
３２ 第２領域
７０ 導電膜
７０ａ ゲート電極

Claims (9)

1. 主として非晶質半導体から成る半導体層を有する基板にレーザ光を照射して、前記半導体層の非晶質半導体を結晶化させる結晶化工程であって、前記半導体層の表面のうちの所定の第１領域におけるレーザ光の照射エネルギ密度は、非晶質半導体を結晶化させる第１照射エネルギ密度範囲に選ばれ、前記半導体層の表面のうちの前記第１領域を除く残余の第２領域におけるレーザ光の照射エネルギ密度は、前記第１照射エネルギ密度範囲よりも低い第２照射エネルギ密度範囲に選ばれる結晶化工程と、
   前記結晶化工程で非晶質半導体が結晶化された半導体層の前記第１および第２領域の表面上に、絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
   前記絶縁膜形成工程で形成された絶縁膜のうち、前記第２領域内の絶縁膜部分の膜厚を光学的に測定する膜厚測定工程と、
   前記膜厚測定工程での測定結果に基づく条件で、前記絶縁膜のうち前記第１領域内の絶縁膜部分を介して、前記半導体層のうち前記第１領域内の半導体層部分に不純物を導入する不純物導入工程とを含むことを特徴とする半導体の製造方法。
2. 前記第２照射エネルギ密度範囲は、非晶質半導体の結晶化によって生成される結晶粒が最大となる照射エネルギ密度の０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体の製造方法。
3. 前記第２領域は、前記膜厚測定工程で膜厚測定のために用いる測定光のスポットよりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の半導体の製造方法。
4. 前記結晶化工程では、前記第２領域に向かうレーザ光を減衰させ、または遮断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体の製造方法。
5. 前記結晶化工程では、前記基板と、この基板に照射されるべきレーザ光が出射するレーザ光出射部とを、前記第２領域にはレーザ光が照射されないように、相対的に移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体の製造方法。
6. 前記結晶化工程では、前記基板と、この基板に照射されるべきレーザ光が出射するレーザ光出射部とを、前記第２領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度が、前記第１領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度よりも高くなるように、相対的に移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体の製造方法。
7. 前記第２領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度は、前記第１領域での基板に対するレーザ光出射部の相対速度の１．１倍以上１０倍以下に選ばれることを特徴とする請求項６記載の半導体の製造方法。
8. 前記不純物導入工程の後で、前記絶縁膜の表面上に導電膜を形成する導電膜形成工程と、
   前記導電膜形成工程で形成された導電膜の一部を除去して、前記絶縁膜の表面上に電極を形成する電極形成工程であって、少なくとも前記絶縁膜のうち前記第２領域内の絶縁膜部分が露出されるように、前記導電膜を除去する電極形成工程と、
   前記絶縁膜のうち、前記第２領域内の絶縁膜部分の膜厚を光学的に測定する電極形成後の膜厚測定工程と、
   前記電極形成後の膜厚測定工程での測定結果に基づく条件で、前記絶縁膜のうち前記第１領域内の絶縁膜部分を介して、前記半導体層のうち前記第１領域内の半導体層部分に不純物を導入する電極形成後の不純物導入工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体の製造方法。
9. 非晶質半導体が部分的に結晶化された半導体層の表面上に形成されている絶縁膜の膜厚を測定する半導体の膜厚測定方法であって、
   前記絶縁膜のうち、非晶質半導体が結晶化されていない半導体層部分上の絶縁膜部分の膜厚を光学的に測定することを特徴とする半導体の膜厚測定方法。

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