JP2008098551A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン膜にエネルギーを印加して第１ポリシリコン膜に改質した後、さらにレーザーアニールを行い、結晶粒径の大きい第２ポリシリコン膜に改質する方法が用いられている。この際レーザー光強度が少なすぎると残留する粒径が小さい第１ポリシリコンの影響が大きくなる。逆に大きすぎると種結晶が失われ第２ポリシリコンが微結晶化する。このようにレーザ光強度に対して膜質が敏感に変動するという課題がある。
【解決手段】島状の構造を持つシリコン膜の周辺部の膜厚を厚膜化する。その後第１のポリシリコン膜に改質した後、第１のポリシリコン膜中央部をレーザー光で溶融させ、周辺部の厚膜化した領域に残された第１のポリシリコンを種として再結晶化する。レーザー光強度を中央部が溶融し、厚膜部に種が残る範囲に設定することで再現性の高いレーザーアニール工程を有する半導体装置の製造方法が提供できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

トランジスタなどの半導体装置を形成する、ポリシリコン膜の結晶性を向上する手段として、エネルギー光としてレーザー光を照射しポリシリコン膜を改質するレーザーアニール法が採用されている。レーザーアニール法としては基板との界面近傍に位置するポリシリコン膜を種結晶として、種結晶以外のポリシリコン膜を溶融、再結晶化して粒径の大きいポリシリコン膜を形成する方法が知られている。

また、特許文献１に示されるようにシリコン膜にレーザー光をスポット状に照射することで種結晶を形成し、この種結晶を元に固相成長を行いポリシリコン膜を形成する方法が知られている。

また、特許文献２に示されるように第１層としてポリシリコン膜を形成し、第２層としてアモルファスシリコン膜を形成し、第１層のポリシリコン膜を種結晶として第２層のアモルファスシリコン膜の一部分をレーザーアニールしポリシリコン化する方法が知られている。

特開平２−１４０９１６号公報 特開平６−２１６０４４号公報

レーザーアニール法では、エネルギー光としてレーザー光を照射し、基板上に形成されたポリシリコン膜と基板との界面に位置するポリシリコン膜を種結晶として、種結晶以外のポリシリコン膜を溶融、再結晶化する。この製造方法では、膜厚方向に再結晶化される部分の厚さが厚いほど結晶粒径は大きくなる。初期のシリコン膜の膜厚が与えられたとき、膜厚方向に残される結晶部分の厚さが少なくなるほど結晶粒径は大きくなる。一方、結晶部分を残さず溶融してしまうと種結晶を失う。溶融して種結晶を失った状態で過冷却されると突発的で高密度の結晶核が生じ、微小粒径を有するポリシリコン（マイクロクリスタルシリコン）となる。つまり高い結晶性を有する結晶粒径が大きいポリシリコン膜を得るためには、結晶部分をできる限り薄く残すよう制御する必要があり、基板全面に均一でかつ結晶粒径の大きい多結晶膜を形成することは困難となる課題がある。

そこで、本発明はこのような課題を解決する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本明細書において、「上」とは基板の第１主面側から離れていく方向を指すものと定義する。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板に液体シリコンを塗布し前駆体膜を形成する工程と、前記前駆体膜を乾燥させ、中央部と、前記中央部を囲み、前記中央部より膜厚の大きい周辺部と、を含む乾燥膜を形成する工程と、前記乾燥膜に第１のエネルギーを印加し、前記中央部と、前記周辺部の第１の部分と、を第１の多結晶シリコン膜に変換する工程と、前記乾燥膜に第２のエネルギーを印加し、前記中央部と、前記周辺部のうち前記第１のエネルギーで前記第１の多結晶シリコン膜に変換されなかった第２の部分と、を溶融し、前記第２の部分を種に結晶粒を成長させ、前記中央部を第２の多結晶シリコン膜に変換する工程と、を含むことを特徴とする。

この製造方法によれば、周辺部に位置する種を用いて多結晶シリコンを横方向に再結晶させるため、中央部に結晶の粒径が大きい多結晶シリコンを形成することができる。結晶の粒径が大きいため、移動度が高く、また再結合中心の少ない多結晶シリコン膜を形成することができる。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、液体シリコンを用いて、基板の第１主面に前駆体膜を島状形状に形成する工程と、前記前駆体膜を乾燥させ、前記島状形状の中央部にトランジスタのチャネルとなる活性部を有し、同時に前記中央部を囲う周辺部に、前記中央部よりも膜厚の大きい厚膜部を有する乾燥膜を形成する工程と、第１のエネルギーを印加し、少なくとも前記乾燥膜の前記厚膜部の一部を多結晶体に変える第１の結晶化工程と、第２のエネルギーを印加し、前記多結晶体の少なくとも一部を残して前記島状形状を有する前記第１の結晶化工程を終えた前記乾燥膜を溶融し、少なくとも前記活性部を多結晶状に結晶成長させる第２の結晶化工程と、前記活性部を前記チャネルに用いた前記トランジスタを形成する工程と、を有することを特徴とする。

この製造方法によれば、第１の結晶化工程により種結晶となる多結晶体が厚膜部に形成される。種結晶となる多結晶体の一部を残して第１の結晶化工程を終えたシリコン膜を溶融後冷却して多結晶状に結晶成長させるため、種結晶を失った状態で過冷却された場合に発生する突発的で高密度の結晶核の発生に起因する微小粒径を有するポリシリコン（マイクロクリスタルシリコン）の発生が抑制される。種結晶を有する状態で多結晶状に結晶成長させるため、粒径が大きく移動度の高い活性部を有する多結晶シリコン膜を得ることができる。この活性部をチャネルに用いてトランジスタを形成することで相互コンダクタンスの大きなトランジスタが得られる製造方法を提供することができる。

また、上記半導体装置の製造方法において、前記第１のエネルギーは、波長４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長を含む光を用いた光照射アニール法、ランプアニール法、固相成長法、または炉アニール法のいずれかを用いて印加されることが望ましい。

この製造方法によれば、シリコン膜の厚膜部を多結晶に変換することができる。波長４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を用いる光照射アニール法を用いる場合にはこの光が厚膜部の基板側にまで到達するため、厚膜部全体を多結晶化することができる。また、ランプアニール法を用いる場合には、基板面内を加熱する個々のランプ強度を予め調整しておくことで基板面内での温度むらを抑えた状態で加熱することが可能となる。また、固相成長法および炉アニール法ではバッチ処理が可能であるため多数の基板を同時に結晶化することができ、基板一枚あたりの処理時間が短縮され高いスループットを得ることができる。

また、上記半導体装置の製造方法において、前記第２のエネルギーは、波長４００ｎｍ以下のレーザー光であることが望ましい。

この製造方法によれば、レーザー光はシリコン膜の表面で吸収され、熱エネルギーに変換される。この熱エネルギーによりシリコン膜は表面側から溶融し、膜厚が小さい領域が先に全面溶融する。そのため、活性部が溶融し、かつ厚膜部の基板側に位置する、種結晶となる多結晶体が残る条件が得られる。この条件を用いることで第２の結晶化工程に用いられるエネルギー量変動により発生する結晶粒径の変動が抑えられる多結晶シリコン膜を形成する方法を提供できる。

また、上記半導体装置の製造方法において、前記液体シリコンは、シクロペンタシランに紫外線を照射することで重合させて得られる液体を含むことが望ましい。

これによれば、液体シリコン中のシリコン化合物の分子量を増加させることができ、前駆体膜の沸点を高めることができる。

また、上記半導体装置の製造方法において、前記前駆体膜は、インクジェット法により前記液体シリコンを吐出して形成されることが望ましい。

この製造方法によれば、シリコン膜前駆体を形成すべき領域のみに液体シリコンを保持させることができる。また、インクジェット法は液体シリコンを高い再現性を持って供給することが可能であり、液体シリコンを固化して得られるシリコン膜の膜厚のばらつきを抑えることが可能となる。

また、上記半導体装置の製造方法において、前記前駆体膜を形成する工程の前に、プラズマ、熱、光のいずれか、あるいは組合せによりエネルギーが与えられた化学気相成長（ＣＶＤ）法、あるいはスパッタ法を用いて形成される酸化シリコン膜、またはプラズマ、熱、光のいずれか、あるいは組合せによりエネルギーが与えられたＣＶＤ法、あるいはスパッタ法を用いて形成される窒化シリコン膜、または酸化タンタル、酸化タングステン、または酸化クロムを少なくとも含む緩衝膜を前記基板上に形成する工程を含むことが望ましい。

この製造方法によれば、液体シリコンの乾燥後に、活性部と比べ、活性部の周辺部が厚膜化されたシリコン膜を形成することができる。

また、上記半導体装置の製造方法において、前記前駆体膜を形成する工程の前に、前記液体シリコンに対して撥液性または親液性を有するバンクを形成することが望ましい。

この製造方法によれば、撥液性のバンクを用いた場合には、バンクから離れた位置に厚膜化されたシリコン膜を形成することができる。また親液性のバンクを用いた場合には、バンク側面の位置に厚膜化されたシリコン膜を形成することができ、厚膜の位置を制御することが可能となる。

また、上記半導体装置の製造方法において、前記前駆体膜を形成する工程の前に、前記基板上の第１領域を囲む第２領域における前記液体シリコンに対する撥液性を、前記第１領域における前記液体シリコンに対する撥液性よりも大きくする工程を含み、前記前駆体膜が前記第１領域に形成されることが望ましい。

この製造方法によれば、バンク形成に伴う段差の発生を抑えて中央部にトランジスタのチャネルとなる活性部と、島状領域内で活性部を囲繞する位置に厚膜部を有するシリコン膜を形成することができる。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態について図面を用いて説明する。図１（Ａ）〜（Ｄ）、図２（Ｅ）〜（Ｈ）は撥液性のバンクを用いてトランジスタのチャネルを形成する活性部を含む島状領域の中央部と比べ、周辺部が厚膜化されたシリコン膜を形成した後、シリコン膜をポリシリコン膜に変換する工程を示す模式断面図である。

まず、工程１として図１（Ａ）に示すように、基板１１上に緩衝膜１２を形成する。緩衝膜１２は例えば窒化シリコン膜を用いることができる。この窒化シリコン膜は例えば、シランとアンモニアを材料ガスとして用い、基板１１の温度を２５０℃〜３００℃程度としてプラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ法）により形成することができる。ここで、緩衝膜１２の材質としてプラズマＣＶＤ法により形成される窒化シリコンに代えて、プラズマ、熱、光などによるエネルギーが与えられたＣＶＤ法による酸化シリコンを用いることができる。また、熱、光などによるエネルギーが与えられたＣＶＤ法による窒化シリコン膜を用いることができる。また、スパッタ法を用いて形成する酸化シリコンあるいは窒化シリコン用いることができる。また酸化タンタル、酸化タングステン、あるいは酸化クロムを含む膜を用いることができる。

なお、この場合にバンク膜１３ａ（図１（Ｂ）参照）と異なる物質を用いることでバンク１３（図１（Ｃ）参照）を形成する場合に行うエッチングで緩衝膜１２と選択比を得ることができるため好適である。また、金属酸化膜を用いる場合には、基板１１上に金属膜をスパッタ法を用いて形成した後、陽極酸化法や熱酸化法などを用いて金属酸化膜を形成しても良い。又、緩衝膜１２は必須の構成要素ではなく省略可能である。

次に、工程２として図１（Ｂ）に示すように、バンク１３（図１（Ｃ）参照）を形成するためのバンク膜１３ａを形成する。バンク膜１３ａは例えばＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane）と酸素を材料ガスとして用いて形成する。この材料ガスを用いて基板１１の温度を２５０℃〜３００℃程度に保持してプラズマＣＶＤ法により形成される酸化シリコン膜をバンク膜１３ａに用いることができる。ここでバンク膜１３ａの材質としては、プラズマＣＶＤ法により形成される酸化シリコンに代えて、撥液性を有する材質であれば使用可能であり、例えばＣＶＤ法やスパッタ法を用いた酸化シリコンや、後述する工程３終了後に、撥液性を有するよう表面に改質処理を施した窒化シリコンを用いても良い。又、バンク膜１３ａの膜厚としては、例えば１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度の値を用いることができる。更にまた、スピンオンガラス（ＳＯＧ）で形成される絶縁膜やポリイミドなどの耐熱性の高い有機膜もバンク膜として使用可能であり、シリコン膜１４（図２（Ｅ）参照）の形成工程の途中または形成後に除去することを前提にすれば、比較的耐熱性の低いフォトレジストとして使用されるいくつかの有機膜もバンク膜として使用可能である。

次に、工程３として図１（Ｃ）に示すように公知のフォトリソグラフ工程を用いてバンク１３を形成する。

次に、工程４として図１（Ｄ）に示すように、基板１１上方のバンク１３で規定された部分に液体シリコン１４ａをインクジェット法を用いて滴下する。

次に、工程５として図２（Ｅ）に示すように、液体シリコン１４ａ（図１（Ｄ）参照）を乾燥させ、乾燥膜を形成する。乾燥膜としては、例えばシリコン膜１４を形成する。この場合、乾燥条件としては、２００℃程度から３００〜４５０℃程度にまで１時間程度で昇温し、当該温度で１時間程度の熱処理を行う条件を用いることができる。乾燥後、バンク１３から離れた位置に厚膜シリコン部１４ｂが形成される。また、活性部としてトランジスタのチャネルが形成されるシリコン膜１４の中央部の厚みは、５０ｎｍ程度となるよう液体シリコン１４ａの濃度や液滴量を制御することができる。

次に、工程６として図２（Ｆ）に示すように、５５０ｎｍ以下の波長を含む光を用いたランプアニールを行い、活性部となるシリコン膜１４をポリシリコン膜１５に改質する。そして同時に厚膜シリコン部１４ｂを厚膜ポリシリコン部１５ｂに改質する。この場合、ランプアニールに代えて、６００〜７００℃程度の温度を用いる固相成長法や、フラッシュアニールを用いて改質しても良い。

次に、工程７として図２（Ｇ）に示すように、４００ｎｍ以下の波長を有するＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いてレーザーアニールを行う。レーザー光により受けるエネルギー量は活性部となる領域のポリシリコン膜１５（図２（Ｆ）参照）を完全溶融し、かつ厚膜ポリシリコン部１５ｂ（図２（Ｆ）参照）の少なくとも一部分にポリシリコン領域を残す条件に設定し、例えば２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ²程度の値を用いることができる。ＸｅＣｌエキシマレーザーやＫｒＦレーザーは波長が短いため、厚膜ポリシリコン部１５ｂ（図２（Ｆ）参照）の表面で熱エネルギーに変換される。そのため厚膜ポリシリコン部１５ｂの基板１１側の領域の溶融は抑えられ、多結晶状態を保持する。この多結晶の領域を種結晶として基板１１に対し平行方向に結晶化が進行することでポリシリコン膜１５の結晶粒径が大型化され、ポリシリコン膜１６が形成される。

次に、工程８として、図２（Ｈ）に示すようにポリシリコン膜１６上にゲート絶縁膜１７、ゲート電極１８を形成し、ソース・ドレイン領域１９を形成することでトランジスタ２０を形成することができる。トランジスタ２０のチャネル部に結晶粒径が大きいポリシリコン膜１６を用いることができるためチャネルとなる領域の移動度が大きくなる。そのため、相互コンダクタンスが大きいトランジスタ２０を提供することが可能となる。
なお、本実施形態において、基板１１はガラスからなることが好ましいが、これに限られない。以下の実施形態についても同様である。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について図面を用いて説明する。図３（Ａ）〜（Ｄ）、図４（Ｅ）〜（Ｈ）は親液性のバンクを用いて、活性部となる島状領域の中央部と比べ、周辺部が厚膜化されたシリコン膜を形成した後、シリコン膜をポリシリコン膜に変換する工程を示す模式断面図である。

まず、工程１として図３（Ａ）に示すように、基板２１上に緩衝膜２２を形成する。緩衝膜２２は例えば、基板２１の温度を２５０℃〜３００℃程度に保持し、スパッタ法を用いて得られる酸化シリコン膜を用いることができる。ここで、緩衝膜２２の材質としてスパッタ法による酸化シリコンに代えて、プラズマ、熱、光などによるエネルギーが与えられたＣＶＤ法による酸化シリコンを用いることができる。また、プラズマ、熱、光などによるエネルギーが与えられたＣＶＤ法による窒化シリコン膜を用いることができる。また、スパッタ法を用いて形成する酸化シリコンを用いることができる。また酸化タンタル、酸化タングステン、あるいは酸化クロムを含む膜を用いることができる。

なお、この場合にバンク膜２３ａ（図３（Ｂ）参照）と異なる物質を用いることでバンク２３（図３（Ｃ）参照）を形成する場合に行うエッチング工程で選択比が得られる条件を用いることができるため好適である。又、金属酸化膜を用いる場合には、金属をスパッタ法を用いて基板２１上に形成した後、陽極酸化法を用いて金属酸化膜を形成しても良い。

次に、工程２として図３（Ｂ）に示すように、バンク２３（図３（Ｃ）参照）を形成するためのバンク膜２３ａを形成する。バンク膜２３ａは例えばシランとアンモニアを材料ガスとして用い、基板２１の温度を２５０℃〜３００℃程度に保持してプラズマＣＶＤ法により形成される窒化シリコン膜を用いることができる。バンク膜２３ａの材質としては、プラズマＣＶＤ法により形成される窒化シリコンに代えて、親液性を有する材質として例えばスパッタ法を用いた酸化シリコンや窒化シリコン、後述する工程３終了後に、親液性を有するよう表面に改質処理を施した酸化シリコンを用いても良い。バンク膜２３ａの膜厚としては、例えば１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度の値を用いることができる。更にまた、スピンオンガラス（ＳＯＧ）で形成される絶縁膜やポリイミドなどの耐熱性の高い有機膜もバンク膜として使用可能であり、シリコン膜２４（図４（Ｅ）参照）の形成工程の途中または形成後に除去することを前提にすれば、比較的耐熱性の低いフォトレジストとして使用されるいくつかの有機膜もバンク膜として使用可能である。

次に、工程３として図３（Ｃ）に示すように公知のフォトリソグラフ工程を用いてバンク２３を形成する。

次に、工程４として図３（Ｄ）に示すように、基板２１上方のバンク２３で規定された部分に液体シリコン２４ａをインクジェット法を用いて滴下する。

次に、工程５として図４（Ｅ）に示すように、液体シリコン２４ａ（図３（Ｄ）参照）を乾燥させ乾燥膜を形成する。乾燥膜としては、例えばシリコン膜２４を形成する。この場合、乾燥条件としては、２００℃程度から３００〜４５０℃程度にまで１時間程度で昇温し、当該温度で１時間程度の熱処理を行う条件を用いることができる。乾燥後、バンク２３と隣接する位置に厚膜シリコン部２４ｂが形成される。また、活性部としてトランジスタのチャネルが形成されるシリコン膜２４の中央部の厚みは、５０ｎｍ程度となるよう、液体シリコン２４ａ（図３（Ｄ）参照）の濃度や液滴量を制御することができる。

次に、工程６として図４（Ｆ）に示すように、５５０ｎｍ以下の波長を含む光を用いたランプアニールを行い、活性部となるシリコン膜２４をポリシリコン膜２５に改質する。そして同時に厚膜シリコン部２４ｂを厚膜ポリシリコン部２５ｂに改質する。この場合、ランプアニールに代えて、６００〜７００℃程度の温度を用いる固相成長法や、フラッシュアニールを用いて改質しても良い。

次に、工程７として図４（Ｇ）に示すように、４００ｎｍ以下の波長を有するＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いてレーザーアニールを行う。レーザー光により受けるエネルギー量は活性部となる領域のポリシリコン膜２５（図４（Ｆ）参照）を完全溶融し、かつ厚膜ポリシリコン部２５ｂ（図４（Ｆ）参照）の少なくとも一部分にポリシリコン領域を残す条件に設定し、例えば２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ²程度の値を用いることができる。ＸｅＣｌエキシマレーザーやＫｒＦレーザーは波長が短いため、厚膜ポリシリコン部２５ｂの表面で熱エネルギーに変換される。そのため厚膜ポリシリコン部２５ｂの基板２１側の領域の溶融は抑えられ、多結晶状態を保持する。この多結晶の領域を種結晶として基板２１に対し平行方向に結晶化が進行することでポリシリコン膜２５の結晶粒径が大型化され、ポリシリコン膜２６が形成される。

次に、工程８として図４（Ｈ）に示すように、ポリシリコン膜２６上にゲート絶縁膜２７、ゲート電極２８を形成し、ソース・ドレイン領域２９を形成することでトランジスタ３０を形成することができる。トランジスタ３０のチャネル部に結晶粒径が大きいポリシリコン膜２６を用いることができるためチャネルとなる領域の移動度が大きくなる。そのため、相互コンダクタンスが大きいトランジスタ３０を提供することが可能となる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について図面を用いて説明する。図５（Ａ）〜（Ｄ）、図６（Ｅ）〜（Ｇ）は撥液性のＳＡＭｓ（自己組織化単分子層）を用いて活性部となる島状領域の中央部と比べ、周辺部が厚膜化されたシリコン膜を形成した後、シリコン膜をポリシリコン膜に変換する工程を示す模式断面図である。

まず、工程１として図５（Ａ）に示すように、基板３１上に緩衝膜３２を形成する。緩衝膜３２は例えばシランとアンモニアを材料ガスとして用い、基板３１の温度を２５０℃〜３００℃程度に保持してプラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ法）により形成される窒化シリコン膜を用いることができる。ここで、緩衝膜３２の材質としてプラズマＣＶＤ法により形成される窒化シリコンに代えて、ＣＶＤ法による酸化シリコン、ＣＶＤ法による窒化シリコン、プラズマＣＶＤ法による酸化シリコン、スパッタ法を用いて形成する酸化シリコン、スパッタ法を用いて形成する窒化シリコン、酸化タンタル、酸化タングステン、または酸化クロムより少なくともなる膜を用いることができる。又、緩衝膜３２は必須の構成要素ではなく省略可能である。

次に、工程２として図５（Ｂ）に示すようにコンタクトプリント法を用いて島状領域３３の周辺が撥液性ＳＡＭｓ３４で囲われるようパターンを形成する。撥液性ＳＡＭｓ３４を形成するための物質としては、例えばフッ化アルキルシランを用いることができる。また、撥液性ＳＡＭｓ３４の形成後、島状領域３３の内側に親液性を有する親液性ＳＡＭｓを形成しても良い。親液性ＳＡＭｓを形成するための物質としては、例えばアミノアルキルシランを用いることができる。ここで、撥液性ＳＡＭｓ３４を形成する工程と親液性ＳＡＭｓの形成順序を逆にしても良い。また、親液性自己組織化単分子膜のみを形成しても良い。

次に、工程３として図５（Ｃ）に示すように、島状領域３３の内側に液体シリコン３６ａをインクジェット法を用いて滴下する。

次に、工程４として図５（Ｄ）に示すように、液体シリコン３６ａを乾燥させ乾燥膜を形成する。乾燥膜としては、例えばシリコン膜３６を形成する。乾燥条件としては、２００℃程度から３００〜４５０℃程度にまで１時間程度で昇温し、当該温度で１時間程度の熱処理を行う条件を用いることができる。

乾燥後、活性部としてトランジスタのチャネルが形成されるシリコン膜３６の活性部となる中央部の厚みは、例えば５０ｎｍ程度となるよう液体シリコン３６ａの濃度や液適量を制御することができる。同時に、島状領域３３の内側にはこの活性部を囲うよう厚膜シリコン部３６ｂが形成される。

次に、工程５として図６（Ｅ）に示すように、５５０ｎｍ以下の波長を含む光を用いたランプアニールを行い、シリコン膜３６をポリシリコン膜３７に改質する。そして同時に厚膜シリコン部３６ｂを厚膜ポリシリコン部３７ｂに改質する。この場合、ランプアニールに代えて、６００〜７００℃程度の温度を用いる固相成長法や、４５０ｎｍ以上の波長を有する光照射アニールや、フラッシュアニールを用いて改質しても良い。

次に、工程６として図６（Ｆ）に示すように、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いてレーザーアニールを行う。レーザー光により受けるエネルギー量はポリシリコン膜３７の中央部を溶融し、且つ厚膜ポリシリコン部３７ｂ（図６（Ｅ）参照）の少なくとも一部分にポリシリコン領域を残す条件に設定し、例えば２５０〜４５０ｍＪ／ｃｍ²程度の値を用いることができる。ＸｅＣｌエキシマレーザーやＫｒＦレーザーは波長が短いため、厚膜ポリシリコン部３７ｂの表面で熱エネルギーに変換される。そのため厚膜ポリシリコン部３７ｂの基板３１側の領域の溶融は抑えられ、多結晶状態を保持する。この多結晶の領域を種結晶として横方向に結晶化を行うことでポリシリコン膜３７の結晶粒径が大型化され、ポリシリコン膜３８が形成される。

次に、工程７として図６（Ｇ）に示すように、ポリシリコン膜３８上にゲート絶縁膜３９、ゲート電極４０を形成し、ソース・ドレイン領域４１を形成することでトランジスタ４２を形成することができる。トランジスタ４２のチャネル部に結晶粒径が大きいポリシリコン膜３８を用いることができるためチャネルとなる領域の移動度が大きくなる。そのため、相互コンダクタンスが大きいトランジスタ４２を提供することが可能となる。

（Ａ）〜（Ｄ）は撥液性のバンクを用いて周辺部が厚膜化されたポリシリコン膜を形成する工程を示す模式断面図。 （Ｅ）〜（Ｈ）は撥液性のバンクを用いて周辺部が厚膜化されたポリシリコン膜を形成する工程を示す模式断面図。 （Ａ）〜（Ｄ）は親液性のバンクを用いて周辺部が厚膜化されたポリシリコン膜を形成する工程を示す模式断面図。 （Ｅ）〜（Ｈ）は親液性のバンクを用いて周辺部が厚膜化されたポリシリコン膜を形成する工程を示す模式断面図。 （Ａ）〜（Ｄ）はＳＡＭｓを用いて周辺部が厚膜化されたポリシリコン膜を形成する工程を示す模式断面図。 （Ｅ）〜（Ｇ）はＳＡＭｓを用いて周辺部が厚膜化されたポリシリコン膜を形成する工程を示す模式断面図。

符号の説明

１１…基板、１２…緩衝膜、１３…バンク、１３ａ…バンク膜、１４…シリコン膜、１４ａ…液体シリコン、１４ｂ…厚膜シリコン部、１５…ポリシリコン膜、１５ｂ…厚膜ポリシリコン部、１６…ポリシリコン膜、１７…ゲート絶縁膜、１８…ゲート電極、１９…ソース・ドレイン領域、２０…トランジスタ、２１…基板、２２…緩衝膜、２３…バンク、２３ａ…バンク膜、２４…シリコン膜、２４ａ…液体シリコン、２４ｂ…厚膜シリコン部、２５…ポリシリコン膜、２５ｂ…厚膜ポリシリコン部、２６…ポリシリコン膜、２７…ゲート絶縁膜、２８…ゲート電極、２９…ソース・ドレイン領域、３０…トランジスタ、３１…基板、３２…緩衝膜、３３…島状領域、３４…撥液性ＳＡＭｓ、３６…シリコン膜、３６ａ…液体シリコン、３６ｂ…厚膜シリコン部、３７…ポリシリコン膜、３７ｂ…厚膜ポリシリコン部、３８…ポリシリコン膜、３９…ゲート絶縁膜、４０…ゲート電極、４１…ソース・ドレイン領域、４２…トランジスタ。

Claims (9)

1. 基板に液体シリコンを塗布し前駆体膜を形成する工程と、
   前記前駆体膜を乾燥させ、中央部と、前記中央部を囲み、前記中央部より膜厚の大きい周辺部と、を含む乾燥膜を形成する工程と、
   前記乾燥膜に第１のエネルギーを印加し、前記中央部と、前記周辺部の第１の部分と、を第１の多結晶シリコン膜に変換する工程と、
   前記乾燥膜に第２のエネルギーを印加し、前記中央部と、前記周辺部のうち前記第１のエネルギーで前記第１の多結晶シリコン膜に変換されなかった第２の部分と、を溶融し、前記第２の部分を種に結晶粒を成長させ、前記中央部を第２の多結晶シリコン膜に変換する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 液体シリコンを用いて、基板の第１主面に前駆体膜を島状形状に形成する工程と、
   前記前駆体膜を乾燥させ、前記島状形状の中央部にトランジスタのチャネルとなる活性部を有し、同時に前記中央部を囲う周辺部に、前記中央部よりも膜厚の大きい厚膜部を有する乾燥膜を形成する工程と、
   第１のエネルギーを印加し、少なくとも前記乾燥膜の前記厚膜部の一部を多結晶体に変える第１の結晶化工程と、
   第２のエネルギーを印加し、前記多結晶体の少なくとも一部を残して前記島状形状を有する前記第１の結晶化工程を終えた前記乾燥膜を溶融し、少なくとも前記活性部を多結晶状に結晶成長させる第２の結晶化工程と、
   前記活性部を前記チャネルに用いた前記トランジスタを形成する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 前記第１のエネルギーは、波長４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長を含む光を用いた光照射アニール法、ランプアニール法、固相成長法、または炉アニール法のいずれかを用いて印加されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第２のエネルギーは、波長４００ｎｍ以下のレーザー光であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記液体シリコンは、シクロペンタシランに紫外線を照射することで重合させて得られる液体を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記前駆体膜は、インクジェット法により前記液体シリコンを吐出して形成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記前駆体膜を形成する工程の前に、プラズマ、熱、光のいずれか、あるいは組合せによりエネルギーが与えられた化学気相成長（ＣＶＤ）法、あるいはスパッタ法を用いて形成される酸化シリコン膜、またはプラズマ、熱、光のいずれか、あるいは組合せによりエネルギーが与えられたＣＶＤ法、あるいはスパッタ法を用いて形成される窒化シリコン膜、または酸化タンタル、酸化タングステン、または酸化クロムを少なくとも含む緩衝膜を前記基板上に形成する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記前駆体膜を形成する工程の前に、前記液体シリコンに対して撥液性または親液性を有するバンクを形成することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記前駆体膜を形成する工程の前に、前記基板上の第１領域を囲む第２領域における前記液体シリコンに対する撥液性を、前記第１領域における前記液体シリコンに対する撥液性よりも大きくする工程を含み、前記前駆体膜が前記第１領域に形成されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

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