JP3361670B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置、密着型イメージセンサー
および薄膜集積回路などに好適に利用でき、特に薄膜ト
ランジスタを用いた場合に有効である半導体装置および
その製造方法に関し、詳しくは、高分子材料からなる基
板上に設けられた結晶性ケイ素膜を活性領域とする半導
体装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年においては、上述した液晶表示装置
を高解像度とすべく、または上述した密着型イメージセ
ンサー等を高速で高解像度とすべく、ガラス等の絶縁性
基板上に、または絶縁膜上に、高性能な半導体素子を形
成する試みがなされている。一方、これらの分野におい
ては、製品の軽量化、生産性の向上、曲面加工のための
可撓性およびコスト削減等の要求がある。

【０００３】上記要求に応えるためには、高分子材料、
特にポリカーボネートやポリエステルフィルム等の汎用
プラスチックフィルムを基体として採用することが考え
られる。これらのプラスチックフィルムからなる基板
は、ガラス基板とは異なり、材料中にナトリウムやバリ
ウム等の金属やヒ素等の不純物が殆ど含有されていな
い。このため、不純物によるコンタミネーション等が発
生しないので、安定した特性の半導体装置を実現でき
る。さらに、これらのプラスチックフィルムからなる基
板は、フッ酸に対する耐性があるため、ガラス基板と比
較した場合、プロセス的にも大きなメリットがある。

【０００４】これらの半導体装置に用いられる半導体素
子としては薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等が挙げられ、
ＴＦＴの活性領域は薄膜状のケイ素半導体を用いるのが
一般的である。この薄膜状のケイ素半導体としては、非
晶質ケイ素（ａ−Ｓｉ）半導体からなるものと、結晶性
を有するケイ素半導体からなるものとの２つに大別され
る。

【０００５】前者の非晶質ケイ素半導体は、作製温度が
低く、気相法で比較的容易に作製することが可能で量産
性に富むため、最も一般的に用いられている。しかし、
非晶質ケイ素半導体では、導電性等の物性が、後者の結
晶性を有するケイ素半導体に比べて劣る。このため、今
後、より高速特性を得るためには、後者の結晶性を有す
るケイ素半導体からなる半導体装置の作製方法の確立が
強く求められていた。尚、結晶性を有するケイ素半導体
としては、多結晶性ケイ素、微結晶性ケイ素等が知られ
ている。

【０００６】プラスチック基板上に結晶性ケイ素膜を形
成する従来技術としては、特開平５−３１５３６１号公
報、特開平５−３１５３６２号公報および特開平５−３
２６４０２号公報がある。

【０００７】特開平５−３１５３６１号公報では、プラ
スチック基板上にａ−Ｓｉ膜を形成し、さらにその上に
ＳｉＯ₂膜やＴａ₂Ｏ₅膜などの酸化物絶縁膜を形成した
後、レーザー光を照射することによりａ−Ｓｉ膜の結晶
化を行っている。特開平５−３１５３６２号公報では、
ａ−Ｓｉ膜上に、熱伝導率（Ｋ）と結晶化のためのレー
ザ透過率（Ｔ）とが、Ｋ≧０．０３（ｃａｌ／ｃｍ・ｓ
・℃）およびＴ≧８０％の条件を満たすセラミック絶縁
材料からなる膜を形成し、その後、レーザーアニールに
よりａ−Ｓｉ膜の結晶化を行っている。また、特開平５
−３２６４０２号公報では、プラスチック基板上にセラ
ミックまたは多孔質材料からなる熱バリア層を設け、そ
の上にａ−Ｓｉ膜を形成すると共にそのａ−Ｓｉ膜にレ
ーザー光を照射して結晶化している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、プラス
チック基板には大きなメリットがあり、また、低い温度
で任意の形に成形することができるため、加工コストが
低く、重量も軽く、割れにくいという様々な長所を有し
ている。ところが、耐熱性が低いために、現状のところ
実用化まで至っていない。例えば、汎用プラスチックで
は２００℃以上の耐熱性（使用温度範囲）を備えていな
い。このため、半導体装置製造プロセスのさらなる低温
化が望まれる。また、プラスチックを加熱すると、オリ
ゴマーと称される低分子量物が放出されるが、このオリ
ゴマーはプラスチック上に形成される膜にピンホールを
開けたり、膜質を低下させたり、膜と基板との接着力を
低下させたりする。このオリゴマーの放出量は加熱温度
が高いほど大きくなるので、オリゴマーを低減するため
には、プロセス温度を低減することが最も効果的であ
る。

【０００９】上述の特開平５−３１５３６１号公報、特
開平５−３１５３６２号公報および特開平５−３２６４
０２号公報の技術は全て、ａ−Ｓｉ膜を結晶化する際の
レーザー照射時にａ−Ｓｉ膜の下層のプラスチック基板
に熱ダメージを与えないように工夫がなされたものであ
る。しかし、これらの技術は、実用化という点におい
て、いくつかの課題を残している。

【００１０】特開平５−３１５３６１号公報では、プラ
スチック基板上に直接ａ−Ｓｉ膜を成膜してレーザーア
ニールを行っている。その際、ａ−Ｓｉ膜上に絶縁膜を
設けると共に、ａ−Ｓｉ膜の厚みをレーザー光の吸収深
さ１０ｎｍ〜１００ｎｍの５倍以上とすることで、プラ
スチック基板の熱ダメージを防いでいる。しかし、本願
発明者らが行った実験によれば、厚さ２００ｎｍ以下の
ａ−Ｓｉ膜では表面が溶融するのとほぼ同時に下部まで
溶融領域が達するため、特開平５−３１５３６１号公報
に記載されているように、ａ−Ｓｉ膜表面のみを溶融さ
せて結晶化させることは非常に困難であった。なぜなら
ば、ａ−Ｓｉ膜の溶融深さはレーザー光の吸収深さだけ
ではなく、照射レーザーエネルギーやａ−Ｓｉ膜の熱伝
導、および固化過程で発生する潜熱等にも大きく関わっ
ているからである。この技術により下層のプラスチック
基板にダメージを与えないようにするためには、ａ−Ｓ
ｉ膜を少なくとも２００ｎｍ以上に厚膜化する必要があ
るが、半導体装置としてはリーク電流が大きな問題とな
る。また、上層に設けられる絶縁膜も、実際にはレーザ
ー光に対する反射防止膜としての役割しか果たしていな
い。よって、本願発明者らの実験によれば、この方法を
用いてプラスチック基板にダメージを与えることなくａ
−Ｓｉ膜を結晶化することは、事実上不可能であると考
えられる。

【００１１】特開平５−３１５３６２号公報は、特開平
５−３１５３６１号公報と絶縁膜の材質が異なっている
以外は基本的に同一の技術であり、同様の問題点を有し
ている。よって、この方法を用いても、プラスチック基
板にダメージを与えることなくａ−Ｓｉ膜を結晶化する
ことは、事実上不可能であると考えられる。

【００１２】これらの技術に比べて、特開平５−３２６
４０２号公報に開示されている技術は、プラスチック基
板上に熱バリア層を設けて、その上に形成されたａ−Ｓ
ｉ膜をレーザーアニールで結晶化するものであり、その
効果は非常に大きい。この熱バリア層としては、Ａｌ₂
Ｏ₃−ＣｒＯ₃系、ＭｇＯ−ＮｉＯ系、ＳｉＯ₂等のセラ
ミックや（２ＭｇＯ₂・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）等の多
孔質材料が用いられている。しかし、これらの材料の多
くは金属元素を含んでいるため、半導体膜へのコンタミ
ネーション等の影響が無視できず、安定した特性の半導
体装置が得られない。また、メタルフリーであるプラス
チック基板を利用するメリットも薄くなる。

【００１３】また、上述の特開平５−３１５３６１号公
報、特開平５−３１５３６２号公報および特開平５−３
２６４０２号公報の技術全てに共通する大きな課題とし
て、ａ−Ｓｉ膜自体の問題がある。これらの技術におい
て、ａ−Ｓｉ膜の形成は、シラン（ＳｉＨ₄）ガスやジ
シラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）ガスを材料としてＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法または光ＣＶＤ法により行っている。これらの方
法によれば、室温でａ−Ｓｉ膜を形成することが可能で
あり、低温化の点では確かに有利である。しかし、これ
らの方法で作製されたａ−Ｓｉ膜は、材料ガスであるＳ
ｉＨ₄ガスやＳｉ₂Ｈ₆ガスを分解して低温で処理してい
るため、膜中濃度１×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上と
非常に高濃度な水素を膜中に含有している。ａ−Ｓｉ膜
を活性領域としてそのまま利用するａ−Ｓｉ・ＴＦＴ等
の場合には、その不対結合手（ダングリングボンド）を
終端化するため、ある程度の高濃度な水素含有量が必要
であるが、そのａ−Ｓｉ膜を結晶化して結晶性ケイ素膜
を活性領域として利用する場合には、以下のような問題
が生じてくる。

【００１４】即ち、多量の水素がａ−Ｓｉ膜中に存在し
ていると、後の結晶化工程において水素の突沸が発生し
て、ピンホール状にａ−Ｓｉ膜の膜剥がれが発生する。
図５に、水素突沸によるａ−Ｓｉ膜剥がれの典型例を示
す。これを防ぐため、ガラス基板上に形成される結晶性
ケイ素膜においては、プラズマＣＶＤ法でａ−Ｓｉ膜を
成膜した後、温度４００℃〜５００℃で数時間熱処理す
ることにより、ゆっくりと脱水素化を行い、その後で結
晶化処理を行っている。しかし、Ｓｉ−Ｈの結合エネル
ギーは概ね４００℃程度であるため、脱水素化には最低
４００℃の熱処理が必要であり、プラスチック基板を用
いた場合には、もちろん行うことができない。よって、
プラスチック基板を用いた場合、ａ−Ｓｉ膜の膜剥がれ
を起こさないように結晶化させようとすると、ａ−Ｓｉ
膜を結晶化させるのに必要なレーザーパワーを照射する
ことができず、得られる結晶性ケイ素膜の結晶性が劣悪
なものとなる。従って、従来の技術では、液晶表示用ア
クティブマトリクスや薄膜集積回路を構成するような高
性能な半導体素子を、プラスチック基板上に実現するこ
とは不可能であった。

【００１５】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、耐熱性の低いプラスチッ
ク基板にダメージを与えることなく、高品質な結晶性ケ
イ素膜を形成することができる半導体装置およびその製
造方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
高分子材料からなる基板上に、結晶性を有するケイ素膜
からなるチャネル領域が形成されたトップゲート型の半
導体装置であって、該チャネル領域は、基板上に、厚さ
３００ｎｍ以上の酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜によ
って構成された絶縁性ケイ素化合物膜を間に介して形成
されており、かつ、該チャネル領域は、基板全面を覆う
ように形成された非晶質ケイ素膜を、融点以上であっ
て、しかも、前記基板に熱的損傷を与えない２５０ｍＪ
／ｃｍ ² 以上のエネルギーの波長５００ｎｍ以下のレー
ザビーム照射により結晶成長させた結晶性ケイ素膜によ
って構成されており、該非晶質ケイ素膜中の水素濃度
が、水素の突沸による膜剥がれが生ぜず、良好な結晶性
を有する結晶性ケイ素膜を得るために、５×１０²⁰ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ³以下であり、そのことにより上記目的が
達成される。

【００１７】

【００１８】

【００１９】本発明の半導体装置の製造方法は、高分子
材料からなる基板上に、厚さ３００ｎｍ以上の絶縁性ケ
イ素化合物膜を形成する工程と、該絶縁性ケイ素化合物
膜上に、水素の突沸による膜剥がれが生ぜず、良好な結
晶性を有する結晶性ケイ素膜を得るために、膜中の水素
濃度が５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下である非晶質
ケイ素膜を、その全面を覆うように形成する工程と、基
板全面を覆った状態で形成された該非晶質ケイ素膜に、
波長５００ｎｍ以下のレーザー光を２５０ｍＪ／ｃｍ²
以上で照射して融点以上に加熱することにより結晶化し
て、結晶性ケイ素膜とする工程と、該結晶性ケイ素膜を
用いてトップゲート型の半導体装置のチャネル領域を形
成する工程とを含み、そのことにより上記目的が達成さ
れる。

【００２０】

【００２１】前記非晶質ケイ素膜は、基板加熱温度１０
０℃以下の低温スパッタリング法または真空蒸着法によ
り形成するのが望ましい。

【００２２】前記絶縁性ケイ素膜は、ＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法、光ＣＶＤ法または基板加熱温度１００℃以下の
低温スパッタリング法により形成するのが望ましい。

【００２３】

【００２４】以下、本発明の作用について説明する。

【００２５】本願発明者らは、プラスチック基板上に、
液晶表示用アクティブマトリクスや薄膜集積回路を構成
するような高性能な半導体装置を形成することを目指し
て日々実験を続けた結果、プラスチック基板に熱ダメー
ジを与えることなく高品質な結晶性ケイ素膜を形成する
ためには、以下の２つの大きなポイントがあることを知
見した。

【００２６】（１）１つ目のポイントは、ａ−Ｓｉ膜中
の水素濃度を５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下とする
ことである。ａ−Ｓｉ膜中の水素濃度を５×１０²⁰ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ³以下とすることにより、ａ−Ｓｉ膜への
レーザー照射時に従来問題となっていた水素の突沸によ
るａ−Ｓｉ膜の膜剥がれが発生しない。よって、ａ−Ｓ
ｉ膜の結晶化のために十分なレーザーパワーを加えるこ
とが可能となる。

【００２７】このような水素濃度が低いａ−Ｓｉ膜を低
温で作製する方法としては、１００℃以下の低温スパッ
タリング法または真空蒸着法が特に有効である。これら
の方法は、ソース材料に水素を含んでおらず、低温で成
膜しても水素濃度を非常に低くすることができる。

【００２８】ａ−Ｓｉ膜の結晶化においては、エネルギ
ービーム全般を用いることができるが、レーザー光を用
いるのが望ましく、特に、波長５００ｎｍ以下のレーザ
ー光が望ましい。この波長域では、シリコンに十分な吸
収が生じるので、基板を損傷することなくシリコン膜の
みをアニールすることができる。

【００２９】（２）２つ目のポイントは、プラスチック
基板上に厚さ３００ｎｍ以上の絶縁性ケイ素化合物膜を
形成し、その上に結晶性ケイ素膜を形成することであ
る。ａ−Ｓｉ膜がレーザー照射により結晶化される際、
ａ−Ｓｉ膜はその融点である１２００℃程度以上にまで
加熱されるが、絶縁性ケイ素化合物膜の厚さが３００ｎ
ｍ以上であれば、良好な結晶性を持たせるために必要な
２５０ｍＪ／ｃｍ²以上のエネルギーのレーザーを照射
しても、プラスチック基板に熱的損傷は生じない。

【００３０】この絶縁性ケイ素化合物膜としては、酸化
ケイ素膜または窒化ケイ素膜であるのが望ましい。これ
らの膜は、半導体に多大な影響を与える金属元素を含ん
でいないからである。

【００３１】このような絶縁性ケイ素化合物膜をプラス
チック基板上に成膜する方法としては、ＥＣＲ（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃ
ｅ）プラズマＣＶＤ法、紫外光を用いた光ＣＶＤ法等の
低温ＣＶＤ法、または基板加熱温度１００℃以下の低温
スパッタリング法を用いるのが望ましい。これらの方法
では、基板温度が室温から１００℃までの範囲で成膜で
きるからである。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００３３】本発明においては、プラスチック基板上
に、膜中の水素濃度が５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以
下である非晶質ケイ素膜を形成し、これにエネルギービ
ームを照射して結晶化して、結晶性ケイ素膜とする。

【００３４】本願発明者らの実験によれば、ａ−Ｓｉ膜
の膜剥がれは、その膜中の水素濃度と照射されるレーザ
ーパワーとに相関がある。

【００３５】図１に、ａ−Ｓｉ膜の膜剥がれが発生する
境界値におけるａ−Ｓｉ膜中水素濃度とレーザー照射エ
ネルギーとの関係を示す。図１において、縦軸がａ−Ｓ
ｉ膜中水素濃度を示し、横軸が照射されたレーザーエネ
ルギーを示す。また、領域Ａが膜剥がれ発生領域であ
り、領域Ｂが膜剥がれが起こらなかった領域であり、曲
線が各々の境界線となっている。なお、本願発明者らの
他の実験によれば、ａ−Ｓｉ膜を十分に結晶化して良好
な結晶性を持たせるためには、２５０ｍＪ／ｃｍ²以上
のエネルギーのレーザー照射が必要であることが判明し
ている。

【００３６】以上のことによれば、ａ−Ｓｉ膜の膜中水
素濃度を５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下とすること
により、２５０ｍＪ／ｃｍ²以上のエネルギーのレーザ
ーを照射することが可能である。よって、水素の突沸に
よる膜剥がれが生じず、良好な結晶性を有する結晶性ケ
イ素膜を得ることができる。

【００３７】このような水素濃度が低いａ−Ｓｉ膜を低
温で作製する方法としては、１００℃以下の低温スパッ
タリング法または真空蒸着法が望ましい。これらの方法
はシリコン材料をソースとしたＰＶＤ法であり、一般的
なＣＶＤ法とは異なってソース材料に水素を含んでいな
い。よって、プラスチック基板にダメージを与えないよ
うな低温で成膜しても水素濃度を非常に低くすることが
できる。

【００３８】これらの方法で作製したａ−Ｓｉ膜にレー
ザー光を照射しても水素の突沸による膜剥がれが全く見
られなかった。特に、レーザーエネルギー４００ｍＪ／
ｃｍ²以上では、どのようなａ−Ｓｉ膜を用いても膜自
体が気化するために膜飛びが生じるが、このような高い
エネルギー域に至るまで水素突沸によるによる膜剥がれ
は見られなかった。

【００３９】また、本発明においては、プラスチック基
板上に厚さ３００ｎｍ以上の絶縁性ケイ素化合物膜を形
成し、その上に形成した非晶質ケイ素膜にエネルギービ
ームを照射して結晶化して、結晶性ケイ素膜とする。

【００４０】ａ−Ｓｉ膜がレーザー照射により結晶化さ
れる際、ａ−Ｓｉ膜はその融点である１２００℃程度以
上にまで加熱されるため、如何にプラスチック基板への
熱流入を防ぐかが大きなポイントとなる。この点に関
し、本願発明者らは、実験により、絶縁性ケイ素化合物
膜の厚さが３００ｎｍ以上であれば、良好な結晶性を得
るために必要なエネルギーのレーザーを照射しても、プ
ラスチック基板の熱的損傷を防げることを見い出した。

【００４１】図２に、ａ−Ｓｉ膜の下に形成した絶縁性
ケイ素化合物膜の膜厚とレーザー結晶化時の基板ダメー
ジとの関係を示す。基板材料としてはポリカーボネート
を用い、その上に絶縁性ケイ素化合物膜／ａ−Ｓｉ膜を
堆積して、実際にレーザー光を照射後、基板の白濁およ
び反りを調べることにより熱的損傷の有無を確認した。
この実験は、絶縁性ケイ素化合物膜としては酸化ケイ素
膜と窒化ケイ素膜とを用い、各々の膜について行った
が、この図２には酸化ケイ素膜を用いた時のデータを示
している。図２において、縦軸が酸化ケイ素膜の膜厚、
横軸がａ−Ｓｉ膜に照射されたレーザーエネルギーを示
す。また、領域Ａがポリカーボネート基板に熱的損傷が
見られない領域であり、領域Ｂが基板に熱的損傷が確認
された領域であり、曲線が各々の境界線となっている。
また、上述したように、ａ−Ｓｉ膜を十分に結晶化して
良好な結晶性を持たせるためには、２５０ｍＪ／ｃｍ²
以上のエネルギーのレーザー照射が必要である。

【００４２】以上のことによれば、酸化ケイ素膜の膜厚
が３００ｎｍ以上あれば２５０ｍＪ／ｃｍ²のエネルギ
ーでレーザーを照射してもポリカーボネート基板に熱的
損傷が生じない。よって、プラスチック基板に熱的損傷
を与えることなく、良好な結晶性を有する結晶性ケイ素
膜を得ることができる。但し、ケイ素膜の結晶性をさら
に向上させるためにレーザーパワーを上昇させるために
は、それに応じて絶縁性ケイ素化合物膜を厚くすること
が必要である。また、窒化ケイ素膜についても、酸化ケ
イ素膜と同様な結果が得られた。

【００４３】この絶縁性ケイ素化合物膜としては、酸化
ケイ素膜または窒化ケイ素膜を用いるのが望ましい。こ
れらの膜は、半導体に多大な影響を与える金属元素を含
んでいないので、それらによるコンタミネーションが生
じず、安定した特性の信頼性に優れた半導体装置を製造
できる。特に、窒化ケイ素膜は、その融点が約１９００
℃でａ−Ｓｉ膜に比べて高く、ａ−Ｓｉ膜が溶融して液
状になった際の濡れ性も比較的良好であることから、レ
ーザー照射により結晶化されるａ−Ｓｉ膜の下に形成さ
れる絶縁膜としては非常に適している。

【００４４】このような絶縁性ケイ素化合物膜をプラス
チック基板上に成膜する方法としては、ＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ法、紫外光を用いた光ＣＶＤ法等の低温ＣＶＤ
法、または基板加熱温度１００℃以下の低温スパッタリ
ング法を用いるのが望ましい。これらの方法では、基板
温度が室温から１００℃までの範囲で成膜できるので、
プラスチック基板にダメージを与える事なく高品質な絶
縁性ケイ素化合物膜を得ることができる。

【００４５】上記膜中水素濃度を５×１０²⁰ａｔｏｍｓ
／ｃｍ³以下としたａ−Ｓｉ膜を、厚み３００ｎｍ以上
の絶縁性ケイ素化合物膜上に形成してエネルギービーム
を照射すると、上記両方の効果を同時に実現することが
できる。

【００４６】本発明において、ａ−Ｓｉ膜の結晶化のた
めにはエネルギービーム全般を用いることができるが、
レーザー光を用いるのが望ましく、特に、波長５００ｎ
ｍ以下のレーザー光を用いるのが望ましい。この波長域
では、シリコンに十分な吸収が生じるので、基板を損傷
することなくシリコン膜のみをアニールすることができ
る。尚、現在のところ使用されるレーザーとしては、パ
ルス発振レーザーである波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキ
シマレーザーや波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ
ー、または連続発振レーザーである波長４８８ｎｍのＡ
ｒガスレーザー等が挙げられる。

【００４７】プラスチック基板としては、ポリカーボネ
ート基板の他に、ポリエステルやアクリル等を材料とし
た基板を用いることができる。

【００４８】本発明の半導体装置は、液晶表示用のアク
ティブマトリクス型基板や密着型イメージセンサー、ド
ライバー内蔵型のサーマルヘッド、有機系ＥＬなどを発
光素子としたドライバー内蔵型の光書き込み素子や表示
素子、薄膜集積回路全般等に適用することができる。本
発明を適用することにより、これらの素子をプラスチッ
ク基板上に作製することが可能となり、軽量化、低コス
ト化および耐衝撃性の向上等が図れると共に、高速化、
高解像度化等の高性能化を実現することができる。さら
に、本発明はＭＯＳ型トランジスタに限らず、結晶性半
導体を素子材料としたバイポーラトランジスタや静電誘
導トランジスタを初めとして半導体プロセスおよび半導
体装置全般に幅広く応用することができる。

【００４９】以下、本発明のより具体的な実施形態につ
き図面を参照しつつ説明する。

【００５０】（実施形態１）この実施形態１では、ポリ
カーボネート基板上のＮチャンネル型ＴＦＴに本発明を
適用した場合について説明する。

【００５１】このＴＦＴは、アクティブマトリクス型液
晶表示装置のドライバー回路や画素のスイッチング素子
として用いることができる。また、液晶表示装置のみで
なく、所謂薄膜集積回路にも利用できることは言うまで
もない。

【００５２】図３（Ｅ）に、本実施形態１のＴＦＴの断
面図を示す。このＴＦＴは、絶縁性基板１０１の上に、
絶縁性ケイ素化合物膜として厚さ４００ｎｍの酸化ケイ
素膜１０２が設けられている。その上に、膜中の水素濃
度が２×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度のａ−Ｓｉ膜を
エネルギービーム照射により結晶化した結晶性ケイ素膜
１０３ｉが島状に形成されている。ＴＦＴの活性領域で
ある結晶性ケイ素膜１０３ｉは、チャネル領域１０８お
よびソース／ドレイン領域１０９、１１０からなり、そ
の上に、ゲート絶縁膜１０５を間に介してチャネル領域
１０８と対向するようにゲート電極１０６が形成されて
いる。ゲート電極１０６の表面を覆うように酸化物層１
０７が形成され、さらにその上に、層間絶縁膜１１２が
形成されている。層間絶縁膜１１２の上には、ＴＦＴの
電極・配線１１３、１１４が形成され、層間絶縁膜１１
２に形成されたコンタクトホール部においてソース／ド
レイン領域１０９、１１０と電気的に接続されている。

【００５３】このＴＦＴは、図３（Ａ）→（Ｅ）の作製
工程に従って、以下のようにして作製することができ
る。

【００５４】まず、図３（Ａ）に示すように、ポリカー
ボネート基板１０１表面を１％程度の低濃度フッ酸によ
り洗浄し、スパッタリング法により、厚さ４００ｎｍの
酸化ケイ素膜１０２を形成する。この時の成膜条件は、
基板温度を室温とし、石英ターゲットをソースとして、
Ａｒ／Ｏ₂混合ガス雰囲気下で成膜を行った。

【００５５】次に、同じくスパッタリング法により、厚
さ２０〜１００ｎｍ、例えば３０ｎｍのａ−Ｓｉ膜１０
３を形成する。この時の成膜条件は、基板温度を室温と
し、シリコンターゲットをソースとして、Ａｒガス雰囲
気下で成膜を行った。また、酸化ケイ素膜１０２と非晶
質ケイ素膜１０３とは、同一の装置内で真空を破らずに
連続して成膜した。ａ−Ｓｉ膜１０３の膜厚は、厚けれ
ばレーザー照射時の熱容量が増加して基板に与える熱的
ダメージも増えるので、薄い方が好ましい。従って、ａ
−Ｓｉ膜の膜厚は、プロセスマージンおよびＴＦＴ特性
が良好な範囲内で最小の値に設定すれば良い。この方法
により作製したａ−Ｓｉ膜１０３の膜中水素濃度を２次
イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で測定した結果、２×１
０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であった。

【００５６】続いて、図３（Ａ）に示すように、基板上
方からレーザー光１０４を照射することにより、ａ−Ｓ
ｉ膜１０３を結晶化する。この時のレーザー光１０４と
しては、波長５００ｎｍ以下のレーザーであるＸｅＣｌ
エキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓ
ｅｃ）を用いた。レーザー光の照射条件は、照射時に基
板温度を室温状態とし、エネルギー密度２５０〜３５０
ｍＪ／ｃｍ²、例えば２７０ｍＪ／ｃｍ²で、１カ所に付
き２０ショット照射した。これにより、ａ−Ｓｉ膜１０
３は、その融点以上に加熱され、溶融して固化する過程
において良好な結晶性を有する結晶性ケイ素膜となる。
この際、ポリカーボネート基板１０１への熱流入は、ａ
−Ｓｉ膜１０３の下に形成された厚み４００ｎｍの酸化
ケイ素膜１０２によりシャットアウトされ、または緩和
されているので、ポリカーボネート基板１０１に熱的ダ
メージは見られなかった。

【００５７】その後、図３（Ｂ）に示すように、結晶性
ケイ素膜の不要な部分を除去して素子間分離を行い、後
にＴＦＴの活性領域（チャネル領域１０８、ソース／ド
レイン領域１０９、１１０）となる島状の結晶性ケイ素
膜１０３ｉを形成する。

【００５８】次に、図３（Ｃ）に示すように、活性領域
となる結晶性ケイ素膜１０３ｉを覆うように厚さ２０〜
１５０ｎｍ、例えば１００ｎｍの酸化ケイ素膜をゲート
絶縁膜１０５として成膜する。本実施形態では、スパッ
タリング法によりゲート絶縁膜１０５を成膜した。この
時の成膜条件は、基板温度を室温〜１００℃、例えば８
０℃とし、酸化ケイ素をターゲットとして用いて、Ａｒ
／Ｏ₂ガス＝０〜０．５、例えば０．１以下の雰囲気下
で成膜を行った。

【００５９】続いて、スパッタリング法により、厚さ４
００〜８００ｎｍ、例えば６００ｎｍのアルミニウムを
成膜し、これをパターニングしてゲート電極１０６を形
成する。

【００６０】さらに、ゲート電極１０６の表面を陽極酸
化して表面に酸化物層１０７を形成する。ここでは、陽
極酸化を酒石酸が１〜５％含まれたエチレングリコール
溶液中で行い、最初は一定電流で２２０Ｖまで電圧を上
げ、その状態で１時間保持して終了させることにより、
厚さ２００ｎｍの酸化物層１０７を形成した。尚、この
酸化物層１０７の厚さは、後のイオンドーピング工程に
おいて、オフセットゲート領域の長さとなるので、オフ
セットゲート領域の長さをこの陽極酸化工程で決定する
ことができる。

【００６１】次に、図３（Ｄ）に示すように、ゲート電
極１０６とその周囲の酸化物層１０７とに覆われた領域
以外のゲート絶縁膜１０５を除去した後、イオンドーピ
ング法により、ゲート電極１０６およびその表面を覆う
酸化物層１０７をマスクとして、活性領域に不純物（リ
ン）を注入する。ドーピングガスとしてはフォスフィン
（ＰＨ₃）を用い、加速電圧は２〜１５ｋＶ、例えば７
ｋＶ、ドーズ量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例え
ば２×１０¹⁵ｃｍ^-2とする。これにより、不純物が注入
された領域１０９と１１０は後にＴＦＴのソース／ドレ
イン領域となり、ゲート電極１０６および酸化物層１０
７にマスクされて不純物が注入されない領域１０８は、
後にＴＦＴのチャネル領域となる。

【００６２】続いて、レーザー光１１１を照射してアニ
ールを行い、イオン注入した不純物の活性化を行う。こ
の時のレーザー光１１１としては、ＸｅＣｌエキシマレ
ーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用
いた。レーザー光の照射条件は、エネルギー密度１５０
〜３５０ｍＪ／ｃｍ²、好ましくは２００〜２５０ｍＪ
／ｃｍ²で、１カ所に付き４ショット照射した。このよ
うにして形成されたＮ型不純物（リン）領域１０９、１
１０のシート抵抗は、２００〜８００Ω／□であった。

【００６３】その後、図３（Ｅ）に示すように、厚さ６
００ｎｍ程度の酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜を層間
絶縁膜１１２として形成する。本実施形態では、光ＣＶ
Ｄ法により酸化ケイ素膜を形成した。成膜条件は、基板
温度７５℃、チャンバー内圧力１．００Ｔｏｒｒの減圧
下で、紫外光によりＳｉＨ₄ガスとＮ₂Ｏガスとを分解さ
せて、成膜を行った。また、ＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスと
を原料ガスとして同様に光分解させることにより成膜さ
れた窒化ケイ素膜を用いると、活性領域／ゲート絶縁膜
の界面に水素原子を供給して、ＴＦＴ特性を劣化させる
不対結合手を低減する効果がある。

【００６４】次に、層間絶縁膜１１２にコンタクトホー
ルを形成して、金属材料、例えば窒化チタンとアルミニ
ウムとの二層膜を形成することにより、ＴＦＴの電極・
配線１１３、１１４を形成する。このように窒化チタン
膜を形成すると、これをバリア膜としてアルミニウムが
半導体層に拡散するのを防止することができる。

【００６５】最後に、水素プラズマ雰囲気下、基板温度
１００℃で３０分程度のアニールを行って、図３（Ｅ）
に示すＴＦＴを完成させる。

【００６６】本実施形態１のＴＦＴを、画素電極のスイ
ッチング素子として用いる場合には、電極１１３、１１
４の一方をＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄ
ｅ）等の透明導電膜からなる画素電極に接続し、他方の
電極から信号を入力する。また、このＴＦＴを薄膜集積
回路に用いる場合には、ゲート電極１０６上にもコンタ
クトホールを形成し、必要とする配線を施せばよい。

【００６７】このようにして作製したＮ型ＴＦＴは、電
界効果移動度４０〜５０ｃｍ²／Ｖｓ、閾値電圧２〜３
Ｖという良好な特性を示した。また、ポリカーボネート
基板に熱的ダメージも生じず、結晶性ケイ素膜の膜剥が
れも見られなかった。

【００６８】（実施形態２）この実施形態２では、ポリ
カーボネート基板上にＮチャンネル型ＴＦＴとＰチャン
ネル型ＴＦＴとを相補型に構成したＣＭＯＳ構造回路に
本発明を適用した場合ついて説明する。このＣＭＯＳ構
造回路は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の周辺
駆動回路や一般の薄膜集積回路に用いることができる。

【００６９】図４（Ｅ）に、本実施形態２のＣＭＯＳ構
造回路の断面図を示す。

【００７０】このＣＭＯＳ構造回路は、絶縁性基板２０
１の上に、絶縁性ケイ素化合物膜として厚さ４５０ｎｍ
の窒化ケイ素膜２０２が設けられている。その上に、膜
中の水素濃度が２×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度のａ
−Ｓｉ膜をエネルギービーム照射により結晶化した結晶
性ケイ素膜２０３ｎ、２０３ｐが島状に形成されてい
る。Ｎ型ＴＦＴの活性領域である結晶性ケイ素膜２０３
ｎは、チャネル領域２０８ｎおよびソース／ドレイン領
域２０９ｎ、２１０ｎからなり、その上に、ゲート絶縁
膜２０５を間に介してチャネル領域２０８ｎと対向する
ようにゲート電極２０６ｎが形成されている。Ｐ型ＴＦ
Ｔの活性領域である結晶性ケイ素膜２０３ｐは、チャネ
ル領域２０８ｐおよびソース／ドレイン領域２０９ｐ、
３２０ｐからなり、その上に、ゲート絶縁膜３０５を間
に介してチャネル領域２０８ｐと対向するようにゲート
電極２０６ｐが形成されている。その上に層間絶縁膜２
１２が形成され、その上にはＴＦＴの電極配線２１３、
２１４、２１５が形成されて、層間絶縁膜２１２に形成
されたコンタクトホール部においてソース／ドレイン領
域２０９ｎ、２１０ｎ、２０９ｐ、２１０ｐと電気的に
接続されている。

【００７１】このＣＭＯＳ構造回路は、図４（Ａ）→
（Ｅ）の作製工程に従って、以下のようにして作製する
ことができる。

【００７２】まず、図４（Ａ）に示すように、ポリカー
ボネート基板２０１表面を１％程度の低濃度フッ酸によ
り洗浄し、スパッタリング法により、厚さ４５０ｎｍの
窒化ケイ素膜２０２を形成する。この時の成膜条件は、
基板温度を室温とし、シリコンターゲットをソースとし
て、窒素ガス雰囲気下で反応性スパッタリングを行っ
た。この方法により成膜された窒化ケイ素膜は、一般の
低温ＣＶＤ法により成膜された場合よりも良好な組成を
示し、ほぼ理想比であるＳｉ₃Ｎ₄が得られる。また、膜
中の水素濃度も低温ＣＶＤ法に比べて極めて小さいもの
となる。

【００７３】次に、同じくスパッタリング法により、厚
さ２０〜１００ｎｍ、例えば５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜２０
３を形成する。この時の成膜条件は、基板温度を室温と
し、シリコンターゲットをソースとして、Ａｒガス雰囲
気下で成膜を行った。また、酸化ケイ素膜２０２と非晶
質ケイ素膜２０３とは、同一の装置内で連続して成膜し
た。

【００７４】続いて、図４（Ａ）に示すように、基板上
方からレーザー光２０４を照射することにより、ａ−Ｓ
ｉ膜２０３を結晶化する。この時のレーザー光２０４と
しては、実施形態１と同様に、波長５００ｎｍ以下のレ
ーザーであるＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎ
ｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用いた。レーザー光の照
射条件は、照射時に基板温度を室温状態とし、エネルギ
ー密度２５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ²、例えば３００ｍＪ
／ｃｍ²で、１カ所に付き２０ショット照射した。これ
により、ａ−Ｓｉ膜２０３は、その融点以上に加熱さ
れ、溶融して固化する過程において良好な結晶性を有す
る結晶性ケイ素膜となる。この際、ポリカーボネート基
板２０１への熱流入は、ａ−Ｓｉ膜２０３の下に形成さ
れた厚み４５０ｎｍの窒化ケイ素膜２０２によりシャッ
トアウトされ、または緩和されているので、ポリカーボ
ネート基板２０１に熱的ダメージは見られなかった。

【００７５】その後、図４（Ｂ）に示すように、結晶性
ケイ素膜の不要な部分を除去して素子間分離を行い、後
にＴＦＴの活性領域（チャネル領域２０８ｎ、２０８
ｐ、ソース／ドレイン領域２０９ｎ、２１０ｎ、２０９
ｐ、２１０ｐ）となる島状の結晶性ケイ素膜２０３ｎ、
２０３ｐを形成する。

【００７６】次に、図４（Ｃ）に示すように、Ｎチャン
ネル型ＴＦＴの活性領域となる結晶性ケイ素膜２０３ｎ
およびＰチャンネル型ＴＦＴの活性領域となる結晶性ケ
イ素膜２０３ｐを覆うように厚さ１００ｎｍの酸化ケイ
素膜をゲート絶縁膜２０５として成膜する。本実施形態
では、光ＣＶＤ法により酸化ケイ素膜を形成した。成膜
条件は、基板温度７５℃、チャンバー内圧力１．００Ｔ
ｏｒｒの減圧下で、紫外線ランプによりＳｉＨ₄ガスと
Ｎ₂Ｏガスとを分解させて、成膜を行った。

【００７７】続いて、スパッタリング法により、室温で
厚さ４００〜８００ｎｍ、例えば５００ｎｍのアルミニ
ウム膜（０．１〜２％のシリコンを含む）を成膜し、こ
れをパターニングしてゲート電極２０６ｎ、２０６ｐを
形成する。

【００７８】次に、図４（Ｄ）に示すように、ゲート電
極２０６ｎ、２０６ｐをマスクとしてゲート絶縁膜２０
５を除去した後、イオンドーピング法により、活性領域
２０３ｎ、２０３ｐに不純物（リンおよびホウ素）を注
入する。ドーピングガスとしてはフォスフィン（Ｐ
Ｈ₃）およびジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用い、前者の場合は
加速電圧を２〜１５ｋＶ、例えば７ｋＶとし、後者の場
合は加速電圧を２〜１０ｋＶ、例えば５ｋＶとし、ドー
ズ量は１×１０¹⁵〜８×１０¹⁵ｃｍ^-2、例えばリンを２
×１０¹⁵ｃｍ^-2、ホウ素を５×１０¹⁵ｃｍ^-2とする。こ
れにより、ゲート電極２０６ｎ、２０６ｐにマスクされ
て不純物が注入されない領域２０８ｎ、２０８ｐは、後
にＮチャンネル型ＴＦＴおよびＰチャンネル型ＴＦＴの
チャネル領域となる。また、ドーピングに際しては、ド
ーピングが不要な領域をフォトレジストで覆うことによ
り、各々の元素を選択的にドーピングする。これによ
り、Ｎ型不純物領域２０９ｎ、２１０ｎと、Ｐ型不純物
領域２０９ｐ、２１０ｐとが形成され、Ｎチャンネル型
ＴＦＴ（ＮＴＦＴ）およびＰチャンネル型ＴＦＴ（ＰＴ
ＦＴ）を形成することができる。

【００７９】続いて、レーザー光２１１を照射してアニ
ールを行い、イオン注入した不純物の活性化を行う。こ
の時のレーザー光１１１としては、ＸｅＣｌエキシマレ
ーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓｅｃ）を用
いた。レーザー光の照射条件は、エネルギー密度２８０
ｍＪ／ｃｍ²で、１カ所に付き４ショット照射した。

【００８０】その後、図４（Ｅ）に示すように、厚さ６
００ｎｍ程度の酸化ケイ素膜を層間絶縁膜２１２として
形成する。本実施形態では、光ＣＶＤ法によりＳｉＨ₄
ガスとＮ₂Ｏガスとを分解させて、酸化ケイ素膜の成膜
を行った。

【００８１】次に、層間絶縁膜２１２にコンタクトホー
ルを形成して、金属材料、例えば窒化チタンとアルミニ
ウムの二層膜を形成することにより、ＴＦＴの電極・配
線２１３、２１４、２１５を形成する。

【００８２】最後に、水素プラズマ雰囲気下、１００
℃、３０分のアニールを行って、図４（Ｅ）に示すＴＦ
Ｔを完成させる。

【００８３】このようにして作製したＣＭＯＳ構造回路
において、電界効果移動度はＮチャンネル型ＴＦＴで５
０〜７０ｃｍ²／Ｖｓ、Ｐチャンネル型ＴＦＴで３０〜
４０ｃｍ²／Ｖｓと高く、閾値電圧はＮチャンネル型Ｔ
ＦＴで２〜３Ｖ、Ｐチャンネル型ＴＦＴで−５〜−６Ｖ
と良好な特性を示した。また、ポリカーボネート基板に
熱的ダメージも生じず、結晶性ケイ素膜の膜剥がれも見
られなかった。

【００８４】（実施形態３）この実施形態３では、絶縁
性ケイ素化合物膜１０２として酸化ケイ素膜を光ＣＶＤ
法で作製し、ａ−Ｓｉ膜１０３を真空蒸着法により作製
した場合について説明する。

【００８５】まず、ポリカーボネート基板１０１表面を
１％程度の低濃度フッ酸により洗浄し、光ＣＶＤ法によ
り、たとえば厚さ４００ｎｍの酸化ケイ素膜１０２を形
成する。この工程で使用した装置は、ＵＳ；ＴＹＳＴＡ
Ｒ製の型式ＰＶＤ１０００と称される強力紫外線ランプ
を利用した光ＣＶＤ装置であり、基板温度７５℃で耐圧
に優れた高品質な酸化ケイ素膜が得られる。ソースガス
としてはＳｉＨ₄ガスとＮ₂Ｏガスとを用い、チャンバー
内圧力１．００Ｔｏｒｒの減圧下で反応を行った。この
時の成膜レートは１２０オングストローム／ｍｉｎ．で
あった。

【００８６】次に、真空蒸着法により、厚さ２０〜１０
０ｎｍ、例えば３０ｎｍのａ−Ｓｉ膜１０３を形成す
る。基板温度は室温とし、蒸着ソースとして高純度シリ
コンタブレットを用いて、抵抗加熱方式で真空蒸着を行
った。本実施形態では装置の都合上、抵抗加熱方式で処
理を行ったが、実際にはＥＢ（電子ビーム）蒸着法によ
り行う方が効率の上からは望ましい。この方法によりこ
の方法により作製したａ−Ｓｉ膜１０３の膜中水素濃度
を２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）で測定した結果、
５×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度であった。

【００８７】続いて、図３（Ａ）に示すように、基板上
方からレーザー光１０４を照射することにより、ａ−Ｓ
ｉ膜１０３を結晶化する。この時のレーザー光１０４と
しては、波長５００ｎｍ以下のレーザーであるＸｅＣｌ
エキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓ
ｅｃ）を用いた。レーザー光の照射条件は、照射時に基
板温度を室温状態とし、エネルギー密度２５０〜３５０
ｍＪ／ｃｍ²、例えば２７０ｍＪ／ｃｍ²で、１カ所に付
き２０ショット照射した。これにより、ａ−Ｓｉ膜１０
３は、その融点以上に加熱され、溶融して固化する過程
において良好な結晶性を有する結晶性ケイ素膜となる。
この際、ポリカーボネート基板１０１への熱流入は、ａ
−Ｓｉ膜１０３の下に形成された厚み４００ｎｍの酸化
ケイ素膜１０２によりシャットアウトされ、または緩和
されているので、ポリカーボネート基板１０１に熱的ダ
メージは見られなかった。

【００８８】その後、実施形態１と同様にしてＴＦＴを
完成させる。このようにして作製したＮ型ＴＦＴは、実
施形態１とほぼ同様な性能が得られた。

【００８９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ａ−Ｓｉ膜の結晶化の際にプラスチック基板
が熱的ダメージを受けるのを防ぐことができ、また、ａ
−Ｓｉ膜の膜剥がれを防ぐことができる。よって、プラ
スチック基板上に良好な結晶性のケイ素膜を作製するこ
とができ、熱安価で軽量で耐衝撃性に優れたプラスチッ
ク基板を用いて、高性能な半導体装置を製造することが
可能となる。これにより、軽量で高性能な液晶表示装置
やイメージセンサー等を低価格で提供することができ
る。

【００９０】特に、本発明を液晶表示装置に適用した場
合には、アクティブマトリクス基板の画素スイッチング
用ＴＦＴに要求されるスイッチング特性の向上、および
周辺駆動回路部を構成するＴＦＴに要求される高性能化
・高集積化を満足することができる。従って、同一基板
上にアクティブマトリクス部と周辺駆動回路部とを形成
するドライバモノリシック型アクティブマトリクス基板
を実現することができ、モジュールのコンパクト化、高
性能化および低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａ−Ｓｉ膜の膜剥がれが発生する境界値におけ
るａ−Ｓｉ膜中水素濃度とレーザー照射エネルギーとの
関係を示すグラフである。

【図２】ａ−Ｓｉ膜の下に形成した絶縁性ケイ素化合物
膜の膜厚とレーザー結晶化時の基板ダメージとの関係を
示すグラフである。

【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は実施形態１のＴＦＴの製造工
程を示す断面図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は実施形態２のＣＭＯＳ構造回
路の製造工程を示す断面図であ

【図５】水素突沸によるａ−Ｓｉ膜剥がれの典型例を示
す模式図である。

【符号の説明】

１０１、２０１ プラスチック基板 １０２、２０２ 絶縁性ケイ素化合物膜 １０３、２０３ ａ−Ｓｉ膜 １０３ｉ、２０３ｎ、２０３ｐ 結晶性ケイ素膜 １０４、２０４、１１１、２１１ レーザー光 １０５、２０５ ゲート絶縁膜 １０６、２０６ｎ、２０６ｐ ゲート電極 １０７ 陽極酸化層 １０８、２０８ｎ、２０８ｐ チャネル領域 １０９、１１０、２０９ｎ、２０９ｐ、２１０ｎ、２１
０ｐ ソース／ドレイン領域 １１２、２１２ 層間絶縁膜 １１３、１１４、２１３、２１４、２１５ 電極・配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−163401（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−47791（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−38110（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−226040（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−332134（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 21/20

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子材料からなる基板上に、結晶性を
   有するケイ素膜からなるチャネル領域が形成されたトッ
   プゲート型の半導体装置であって、 該チャネル領域は、基板上に、厚さ３００ｎｍ以上の酸
   化ケイ素膜または窒化ケイ素膜によって構成された絶縁
   性ケイ素化合物膜を間に介して形成されており、かつ、
   該チャネル領域は、基板全面を覆うように形成された非
   晶質ケイ素膜を、融点以上であって、しかも、前記基板
   に熱的損傷を与えない２５０ｍＪ／ｃｍ ² 以上のエネル
   ギーの波長５００ｎｍ以下のレーザビーム照射により結
   晶成長させた結晶性ケイ素膜によって構成されており、
   該非晶質ケイ素膜中の水素濃度が、水素の突沸による膜
   剥がれが生ぜず、良好な結晶性を有する結晶性ケイ素膜
   を得るために、５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下であ
   る、半導体装置。
2. 【請求項２】 高分子材料からなる基板上に、厚さ３０
   ０ｎｍ以上の絶縁性ケイ素化合物膜を形成する工程と、 該絶縁性ケイ素化合物膜上に、水素の突沸による膜剥が
   れが生ぜず、良好な結晶性を有する結晶性ケイ素膜を得
   るために、膜中の水素濃度が５×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃ
   ｍ³以下である非晶質ケイ素膜を、その全面を覆うよう
   に形成する工程と、 基板全面を覆った状態で形成された該非晶質ケイ素膜
   に、波長５００ｎｍ以下のレーザー光を２５０ｍＪ／ｃ
   ｍ²以上で照射して融点以上に加熱することにより結晶
   化して、結晶性ケイ素膜とする工程と、 該結晶性ケイ素膜を用いてトップゲート型の半導体装置
   のチャネル領域を形成する工程とを含む半導体装置の製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記非晶質ケイ素膜は、基板加熱温度１
   ００℃以下の低温スパッタリング法または真空蒸着法に
   より形成する請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記絶縁性ケイ素膜は、ＥＣＲプラズマ
   ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法または基板加熱温度１００℃以下
   の低温スパッタリング法により形成する請求項２に記載
   の半導体装置の製造方法。