JP3942855B2 - 薄膜トランジスタの作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明はレーザー光を用いた半導体膜のアニール（以下、レーザーアニールという）の方法及びそれを行うためのレーザー装置（レーザーと該レーザーから出力されるレーザー光を被処理体まで導くための光学系を含む装置）に関する。また、前記レーザーアニールを工程に含んで作製された半導体装置及びその作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置やＥＬ表示装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）の開発が進められ、結晶質半導体膜として多結晶シリコン膜（ポリシリコン膜）を用いたＴＦＴが注目されている。特に、液晶表示装置（液晶ディスプレイ）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置（ＥＬディスプレイ）においては、画素をスイッチングする素子やその画素を制御するための駆動回路を形成する素子として用いられる。
【０００３】
ポリシリコン膜を得る手段としては、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を結晶化させてポリシリコン膜とする技術が一般的である。特に、最近ではレーザー光を用いてアモルファスシリコン膜を結晶化する方法が注目されている。本明細書中では、非晶質半導体膜をレーザー光で結晶化し、結晶質半導体膜を得る手段をレーザー結晶化という。
【０００４】
レーザー結晶化は、半導体膜の瞬間的な加熱が可能であり、ガラス基板やプラスチック基板等の耐熱性の低い基板上に形成された半導体膜のアニール手段として有効な技術である。また、従来の電熱炉を用いた加熱手段（以下、ファーネスアニールという）に比べて格段にスループットが高い。
【０００５】
レーザー光にも様々な種類があるが、一般的にはパルス発振型のエキシマレーザーを発振源とするレーザー光（以下、エキシマレーザー光という）を用いたレーザー結晶化が用いられている。エキシマレーザーは出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であるという利点を有し、さらにエキシマレーザー光はシリコン膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。
【０００６】
エキシマレーザー光を形成するには励起ガスとして、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）やＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）が用いられる。ところが、Ｋｒ（クリプトン）やＸｅ（キセノン）といったガスは非常に高価であり、ガス交換の頻度が高くなると製造コストの増加を招くという問題がある。
【０００７】
また、レーザー発振を行うレーザーチューブや発振過程で生成した不要な化合物を除去するためのガス精製器などの付属機器の交換が２〜３年に一度必要となる。これらの付属機器は高価なものが多く、やはり製造コストの増加を招くという問題がある。
【０００８】
以上のように、エキシマレーザー光を用いたレーザー装置は確かに高い性能を持っているが、メンテナンスに非常に手間がかかり、量産用レーザー装置としてはランニングコスト（ここでは稼働に伴い発生する費用を意味する）が高いという欠点も併せ持っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、従来に比較して結晶粒径の大きい結晶質半導体膜が得られ、且つ、ランニングコストの低いレーザー装置及びそれを用いたレーザーアニール方法を提供することを課題とする。また、そのようなレーザーアニール方法を用いて作製された半導体装置及びその作製方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、固体レーザー（結晶ロッドを共振キャビティとしたレーザー光を出力するレーザー）を発振源とするレーザー光を半導体膜の表面及び裏面に対して照射する点に特徴がある。
【００１１】
このとき、レーザー光は光学系により線状に加工して照射することが望ましい。なお、レーザー光を線状に加工するとは、被処理体にレーザー光が照射された際の照射面の形状が線状になるようにレーザー光を加工しておくことを意味する。即ち、レーザー光の断面形状を線状に加工することを意味する。また、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が１０以上（好ましくは１００〜１００００）のもの指す。
【００１２】
上記構成において、固体レーザーは一般的に知られているものを用いることができ、ＹＡＧレーザー（通常はＮｄ：ＹＡＧレーザーを指す）、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザー、Ｎｄ：ＹＡｌＯ3レーザー、ルビーレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、ガラスレーザーなどを用いることができる。特に、コヒーレント性やパルスエネルギーで優位なＹＡＧレーザーが好ましい。また、ＹＡＧレーザーには、連続発振式やパルス発振式があるが、本発明においては、大面積に照射できるパルス発振式のＹＡＧレーザーを用いることが望ましい。
【００１３】
但し、ＹＡＧレーザーの基本波（第１高調波）は１０６４ｎｍと波長が長いので、第２高調波（波長５３２ｎｍ）、第３高調波（波長３５５ｎｍ）、若しくは第４高調波（波長２６６ｎｍ）を用いるのが好ましい。
【００１４】
特に、ＹＡＧレーザーの第２高調波の波長は５３２ｎｍであり、非晶質半導体膜に照射した場合、最も非晶質半導体膜で反射しない波長範囲（５３０ｎｍ前後）内である。また、この波長範囲においては、非晶質半導体膜を透過するレーザー光が十分な光量であるため、反射体を用いて再度、裏面側から非晶質半導体膜に照射することにより効率よく照射できる。また、第２高調波のレーザーエネルギーは、（既存のパルス発振型ＹＡＧレーザ装置における）最大値で約１．５Ｊ／ｐｕｌｓｅと大きく、線状に加工した場合、長手方向の長さを飛躍的に長くすることができ、一括で大面積のレーザー光照射が可能となる。なお、これらの高調波は非線形結晶を用いて得ることができる。
【００１５】
基本波は非線形素子を含む波長変調器によって、第２高調波、第３高調波または第４高調波に変調することができる。各高調波の形成は公知の技術に従えば良い。また、本明細書中において、「固体レーザーを発振源とするレーザー光」には基本波だけでなく、途中で波長を変調した第２高調波、第３高調波及び第４高調波を含むものとする。
【００１６】
また、ＹＡＧレーザーで良く用いられるＱスイッチ法（Ｑ変調スイッチ方式）を用いても良い。これはレーザー共振器のＱ値を十分低くしておいた状態から、急激にＱ値を高めてやることにより非常にエネルギー値が高く急峻なパルスレーザーを出力する方法である。これは公知の技術である。
【００１７】
本願発明で用いる固体レーザーは、基本的には固体結晶、共振ミラー及び固体結晶を励起するための光源があればレーザー光を出力できるため、エキシマレーザーのようにメンテナンスの手間がかからない。即ち、ランニングコストがエキシマレーザーに比べて非常に低いため、半導体装置の製造コストを大幅に低減することが可能となる。また、メンテナンスの回数が減れば量産ラインの稼働率も高まるため製造工程のスループット全体が向上し、このことも半導体装置の製造コストの低減に大きく寄与する。さらに、固体レーザーの専有面積はエキシマレーザーに比べて小さいので、製造ラインの設計に有利である。
【００１８】
しかも、非晶質半導体膜の表面及び裏面に対してレーザー光を照射するという構成でレーザーアニールを行うことにより、従来（非晶質半導体膜の表面のみにレーザー光を照射した場合）に比べて結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ることが可能である。本出願人は非晶質半導体膜の表面及び裏面からレーザー光を照射することでシリコン膜の溶融と固化のサイクルが緩やかなものとなり、固化の過程で結晶成長に許容される時間が相対的に長くなると考えており、その結果として結晶粒径を大きくすることが可能になると考えている。
【００１９】
そして、結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ることにより、半導体装置の性能を大幅に向上させうる。例えば、ＴＦＴを例に挙げると、結晶粒径が大きくなることでチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができる。即ち、チャネル形成領域に結晶粒界が１本、好ましくは０本であるようなＴＦＴを作製することも可能となる。また、個々の結晶粒は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等もしくはそれ以上の高いモビリティ（電界効果移動度）を得ることも可能である。
【００２０】
さらに、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができるため、オン電流値（ＴＦＴがオン状態にある時に流れるドレイン電流値）、オフ電流値（ＴＦＴがオフ状態にある時に流れるドレイン電流値）、しきい値電圧、Ｓ値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
本願発明の実施形態の一つについて説明する。図１（Ａ）は本願発明のレーザーを含むレーザー装置の構成を示す図である。このレーザー装置は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１を発振源とするレーザー光（好ましくは第２高調波、第３高調波、または第４高調波）を線状に加工する光学系２０１、透光性基板を固定するステージ１０２を有し、ステージ１０２にはヒータ１０３とヒータコントローラー１０４が具備されて、基板を１００〜４５０℃まで加熱することができる。また、ステージ１０２上には反射体１０５が設けられ、その上に非晶質半導体膜が形成された基板１０６が設置される。
【００２２】
なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１から出力されたレーザー光を第２〜第４高調波のいずれかに変調する場合は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１の直後に非線形素子を含む波長変調器を設ければ良い。
【００２３】
次に、図１（Ａ）のような構成のレーザー装置において、基板１０６の保持方法を図１（Ｂ）を用いて説明する。ステージ１０２に保持された基板１０６は、反応室１０７に設置され、レーザー１０１を発振源とする線状のレーザー光が照射される。反応室内は図示されていない排気系またはガス系により減圧状態または不活性ガス雰囲気とすることができ、半導体膜を汚染させることなく１００〜４５０℃まで加熱することができる。
【００２４】
また、ステージ１０２はガイドレール１０８に沿って反応室内を移動することができ、基板の全面に線状のレーザー光を照射することができる。レーザー光は基板１０６の上面に設けられた図示されていない石英製の窓から入射する。また、図１（Ｂ）ではこの反応室１０７にトランスファー室１０９、中間室１１０、ロード・アンロード室１１１が接続され、それぞれの室は仕切弁１１２、１１３で分離されている。
【００２５】
ロード・アンロード室１１１には複数の基板を保持することが可能なカセット１１４が設置され、トランスファー室１０９に設けられた搬送ロボット１１５により基板が搬送される。基板１０６'は搬送中の基板を表す。このような構成とすることによりレーザーアニールを減圧下または不活性ガス雰囲気中で連続して処理することができる。
【００２６】
次に、レーザー光を線状にする光学系２０１の構成について図２を用いて説明する。図２（Ａ）は光学系２０１を側面から見た図であり、図２（Ｂ）は光学系２０１を上面から見た図である。
【００２７】
レーザー１０１を発振源とするレーザー光はシリンドリカルレンズアレイ２０２により縦方向に分割される。この分割されたレーザー光はシリンドリカルレンズ２０３によりさらに横方向に分割される。即ち、レーザー光はシリンドリカルレンズアレイ２０２、２０３によって最終的にはマトリクス状に分割されることになる。
【００２８】
そして、レーザー光はシリンドリカルレンズ２０４により一旦集光される。その際、シリンドリカルレンズ２０４の直後にシリンドリカルレンズ２０５を通る。その後、ミラー２０６で反射され、シリンドリカルレンズ２０７を通った後、照射面２０８に達する。
【００２９】
このとき、照射面２０８に投影されたレーザー光は線状の照射面を示す。即ち、シリンドリカルレンズ２０７を透過したレーザー光の断面形状は線状になっていることを意味する。この線状に加工されたレーザー光の幅方向（短い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ２０２、シリンドリカルレンズ２０４及びシリンドリカルレンズ２０７で行われる。また、上記レーザー光の長さ方向（長い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ２０３及びシリンドリカルレンズ２０５で行われる。
【００３０】
次に、基板上に形成された被処理膜の表面及び裏面からレーザー光を照射するための構成について図３を用いて説明する。図３に示したのは、図１における基板１０６と反射体１０５との位置関係を示す図である。
【００３１】
図３において、３０１は透光性基板であり、その表面（薄膜または素子が形成される側の面）には絶縁膜３０２、非晶質半導体膜（または微結晶半導体膜）３０３が形成されている。また、透光性基板３０１の下にはレーザー光を反射させるための反射体３０４が配置される。
【００３２】
透光性基板３０１はガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用いられる。また、絶縁膜３０２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用いれば良い。非晶質半導体膜３０３はアモルファスシリコン膜、アモルファスシリコンゲルマニウム膜などがありうる。
【００３３】
また、反射体３０４は表面（レーザー光の反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、金属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜としては如何なる材料を用いても良い。代表的には、アルミニウム、銀、タングステン、チタン、タンタルのいずれかの元素を含む金属膜を用いる。
【００３４】
また、反射体３０４を配置する代わりに、基板３０１の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のような金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させることも可能である。但し、その構成は半導体装置の作製過程で裏面に形成した金属膜が除去されないことが前提である。
【００３５】
そして、図２で説明した光学系２０１（図中ではシリンドリカルレンズ２０７のみを示す。）を経由して線状に加工されたレーザー光が、非晶質半導体膜３０３に照射される。
【００３６】
このとき、非晶質半導体膜３０３に照射されるレーザー光には、シリンドリカルレンズ２０７を通過して直接照射されるレーザー光３０５と、反射体３０４で一旦反射されて非晶質半導体膜３０３へ照射されるレーザー光３０６とがある。なお、本明細書中では、非晶質半導体膜の表面に照射されるレーザー光を第一次レーザー光と呼び、裏面に照射されるレーザー光を第二次レーザー光と呼ぶ。
【００３７】
シリンドリカルレンズ２０７を通過したレーザー光は、集光される過程で基板表面に対して４５〜９０°の入射角を持つ。そのため、第二次レーザー光３０６は非晶質半導体膜３０３の裏面側にも回り込んで照射される。また、反射体３０４の反射面に起伏部を設けてレーザー光を乱反射させることで、第二次レーザー光３０６をさらに効率良く得ることができる。
【００３８】
特に、ＹＡＧレーザーの第２高調波の波長は５３２ｎｍであり、非晶質半導体膜に照射した場合、最も非晶質半導体膜で反射しない波長範囲（５３０ｎｍ前後）内である。また、この波長範囲においては、非晶質半導体膜を透過するレーザー光が十分な光量であるため、反射体を用いて再度、裏面側から非晶質半導体膜に照射することにより効率よく照射できる。また、第２高調波のレーザーエネルギーは、（既存のＹＡＧレーザ装置における）最大値で約１．５Ｊ／ｐｕｌｓｅと大きく、線状に加工した場合、長手方向の長さを飛躍的に長くすることができ、一括で大面積のレーザー光照射が可能となる。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、固体レーザーを発振源とするレーザー光を線状に加工することが可能であり、且つ、そのレーザー光を第一次レーザー光及び第二次レーザー光に分光して、非晶質半導体膜の表面及び裏面に照射することが可能である。
【００４０】
〔実施形態２〕
本実施形態では実施形態１と異なる実施の形態について説明する。本実施形態では、実施形態１のような反射体を用いず、光学系の途中で分光した二系統のレーザー光を非晶質半導体膜の表面及び裏面から照射する例を示す。
【００４１】
図４（Ａ）は本実施形態のレーザーを含むレーザー装置の構成を示す図である。基本的な構成は実施形態１で説明した図１のレーザー装置と同様であるので異なる部分の符号を変えて説明する。
【００４２】
このレーザー装置は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１を発振源とするレーザー光（好ましくは第３高調波または第４高調波）を線状に加工し、且つ、二系統に分光する光学系４０１、透光性基板を固定する透光性のステージ４０２を有する。また、ステージ４０２上には基板４０３aが設置され、その上に非晶質半導体膜４０３bが形成されている。
【００４３】
なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１から出力されたレーザー光を第２〜第４高調波のいずれかに変調する場合は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１の直後に非線形素子を含む波長変調器を設ければ良い。
【００４４】
本実施形態の場合、ステージ４０２を透過したレーザー光を非晶質半導体膜４０３bに照射するため、ステージ４０２は透光性を有してなければならない。また、ステージ４０２側から照射されるレーザー光（第二次レーザー光）のエネルギーは基板を透過する時点で減衰すること予想されるため、できるだけステージ４０２での減衰を抑えておくことが望ましい。
【００４５】
また、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示したレーザー装置における基板４０３aの保持方法を説明する図面であるが、透光性ステージ４０２を用いること以外は図１（Ｂ）に示した構成と同一であるので説明は省略する。
【００４６】
次に、図４（Ａ）に示した光学系４０１の構成について図５を用いて説明する。図５（Ｂ）は光学系４０１を側面から見た図である。Ｎｄ：ＹＡＧレーザー５０１を発振源とするレーザー光（第３高調波または第４高調波）はシリンドリカルレンズアレイ５０２により縦方向に分割される。この分割されたレーザー光はシリンドリカルレンズ５０３によりさらに横方向に分割される。こうしてレーザー光はシリンドリカルレンズアレイ５０２、５０３によってマトリクス状に分割される。
【００４７】
そして、レーザー光はシリンドリカルレンズ５０４により一旦集光される。その際、シリンドリカルレンズ５０４の直後にシリンドリカルレンズ５０５を通る。ここまでは図２に示した光学系と同様である。
【００４８】
その後、レーザー光はハーフミラー５０６に入射し、ここでレーザー光は第一次レーザー光５０７と第二次レーザー光５０８とに分光される。そして、第一次レーザー光５０７はミラー５０９、５１０で反射され、シリンドリカルレンズ５１１を通った後、非晶質半導体膜４０３bの表面に達する。
【００４９】
また、ハーフミラー５０６で分光された第二次レーザー光５０８はミラー５１２、５１３、５１４で反射され、シリンドリカルレンズ５１５を通った後、基板４０３aを透過して非晶質半導体膜４０３bの裏面に達する。
【００５０】
このとき、実施形態１と同様に基板の照射面に投影されたレーザー光は線状の照射面を示す。また、この線状に加工されたレーザー光の幅方向（短い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ５０２、シリンドリカルレンズ５０４及びシリンドリカルレンズ５１５で行われる。また、上記レーザー光の長さ方向（長い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ５０３、シリンドリカルレンズ５０５及びシリンドリカルレンズ５０９で行われる。
【００５１】
以上のように、本実施形態によれば、固体レーザーを発振源とするレーザー光を線状に加工することが可能であり、且つ、そのレーザー光を光学系で第一次レーザー光及び第二次レーザー光に分光して、非晶質半導体膜の表面及び裏面に照射することが可能である。
【００５２】
〔実施形態３〕
本願発明の実施形態２と異なる実施形態について説明する。本実施形態では、光学系の途中で分光した二系統のレーザー光をそれぞれ第３高調波、第４高調波とし、非晶質半導体膜の表面を第４高調波で、裏面を第３高調波でレーザーアニールする例を示す。
【００５３】
図６は本実施形態に用いるレーザー装置の光学系を側面から見た図である。Ｎｄ：ＹＡＧレーザー６０１を発振源とするレーザー光は、ハーフミラー６０２によって分光される。なお、図示しないがＮｄ：ＹＡＧレーザー６０１で出力された基本波の一部はハーフミラー６０２に到達する前に波長３５５ｎｍの第３高調波に変調されている。
【００５４】
まず、ハーフミラー６０２を透過したレーザー光（第二次レーザー光となる）は、シリンドリカルレンズアレイ６０３、６０４、シリンドリカルレンズ６０５、６０６、ミラー６０７、シリンドリカルレンズ６０８、基板６０９aを経由して、非晶質半導体膜６０９bの裏面に照射される。
【００５５】
なお、最終的に非晶質半導体膜６０９bに照射されるレーザー光は線状に加工されている。線状に加工される経過については図２の光学系の説明と同様であるので省略する。
【００５６】
また、ハーフミラー６０２で反射されたレーザー光（第一次レーザー光となる）は非線形素子を含む波長変調器６１０によって、波長２６６ｎｍの第４高調波に変調される。その後、ミラー６１１、シリンドリカルレンズアレイ６１２、６１３、シリンドリカルレンズ６１４、６１５、ミラー６１６、シリンドリカルレンズ６１７を経由して、非晶質半導体膜６０９bの表面に照射される。
【００５７】
なお、最終的に非晶質半導体膜６０９bに照射されるレーザー光は線状に加工されている。線状に加工される経過については図２の光学系の説明と同様であるので省略する。
【００５８】
以上のように、本実施形態では、非晶質半導体膜の表面に対して波長２６６ｎｍの第４高調波を照射し、非晶質半導体膜の裏面に対して波長３５５ｎｍの第３高調波を照射する点に特徴がある。なお、本実施形態のように、第３高調波及び第４高調波の断面形状を線状に加工しておくとレーザーアニールのスループットが向上するので好ましい。
【００５９】
基板６０９aがガラス基板である場合、波長２５０ｎｍ付近よりも波長の短い光は透過しなくなる。例えば、コーニング社の＃１７３７基板（１．１ｍｍ厚品）は約２４０ｎｍから透過し始め、３００ｎｍで約３８％、３５０ｎｍで約８５％、４００ｎｍで約９０％の光を透過する。即ち、基板６０９aがガラス基板の場合は第二次レーザー光として、波長３５０ｎｍ以上（好ましくは波長４００ｎｍ以上）のレーザー光を用いるのが好ましい。
【００６０】
従って、本実施形態のように固体レーザーとしてＮｄ：ＹＡＧレーザーを用い、非晶質半導体膜が形成された基板としてガラス基板を用いる場合、基板を透過しない第一次レーザー光を第４高調波とし、基板を透過する第二次レーザー光を第３高調波とすることが望ましい。
【００６１】
以上のように、基板の材質または非晶質半導体膜の膜質に応じて、非晶質半導体膜の表面に照射されるレーザー光（第一次レーザー光）と裏面に照射されるレーザー光（第二次レーザー光）の波長を異ならせることは有効である。
【００６２】
なお、本実施形態では、一つのレーザーを発振源とするレーザー光を分光して用いているが、異なる波長のレーザー光を出力する二つのレーザーを用いることも可能である。
【００６３】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の実施例を図７〜図９を用いて説明する。ここでは、画素部の画素ＴＦＴおよび保持容量と、画素部の周辺に設けられる駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとを同時に作製する方法について説明する。
【００６４】
図７（Ａ）において、基板７０１にはコーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板の他に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）など光学的異方性を有しないプラスチック基板を用いることができる。
【００６５】
そして、基板７０１のＴＦＴを形成する表面に、基板７０１からの不純物拡散を防ぐために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの下地膜７０２を形成する。本実施例ではプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜７０２ａを１０〜２００nm（好ましくは５０〜１００nm）、同様にＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂを５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。
【００６６】
酸化窒化シリコン膜は従来の平行平板型のプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。酸化窒化シリコン膜７０２ａは、ＳｉＨ4を１０SCCM、ＮＨ3を１００SCCM、Ｎ2Ｏを２０SCCMとして反応室に導入し、基板温度３２５℃、反応圧力４０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとする。一方、酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂは、ＳｉＨ4を５SCCM、Ｎ2Ｏを１２０SCCM、Ｈ2を１２５SCCMとして反応室に導入し、基板温度４００℃、反応圧力２０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとする。これらの膜は、基板温度を変化させ、反応ガスの切り替えのみで連続して形成することもできる。
【００６７】
また、酸化窒化シリコン膜７０２ａは基板を中心に考えて、その内部応力が引張り応力となるように形成する。酸化窒化シリコン膜７０２ｂも同様な方向に内部応力を持たせるが、酸化窒化シリコン膜７０２ａよりも絶対値で比較して小さい応力となるようにする。
【００６８】
次に、２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで非晶質半導体膜７０３を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法で非晶質シリコン膜を５５ｎｍの厚さに形成する。このとき、下地膜７０２と非晶質半導体膜７０３とは両者を連続形成することも可能である。例えば、前述のように酸化窒化シリコン膜７０２ａと酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂをプラズマＣＶＤ法で連続して成膜後、反応ガスをＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2からＳｉＨ4とＨ2或いはＳｉＨ4のみに切り替えれば、一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形成できる。その結果、酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂの表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。
【００６９】
そして、まず非晶質構造を有する半導体層７０３から、図７（Ｂ）で点線で示すように第１の形状を有する島状半導体層７０４〜７０８を形成する。図１０（Ａ）はこの状態における島状半導体層７０４、７０５の上面図であり、同様に図１１（Ａ）は島状半導体層７０８の上面図を示す。
【００７０】
図１０および図１１において、島状半導体層は長方形とし一辺が５０μｍ以下となるように形成するが、島状半導体層の形状は任意なものとすることが可能で、好ましくはその中心部から端部までの最小距離が５０μｍ以下となるような形態であればどのような多角形、或いは円形とすることもできる。
【００７１】
次に、このような島状半導体層７０４〜７０８に対して結晶化の工程を行う。結晶化の工程は、実施形態１〜３で説明したいずれの方法を用いることも可能であるが、本実施例では実施形態１の方法で島状半導体層７０４〜７０８にレーザーアニールを行う。こうして図７（Ｂ）の実線で示す結晶質シリコン膜から成る島状半導体層７０９〜７１３が形成される。
【００７２】
なお、本実施例では一つのＴＦＴに対応して一つの島状半導体層を形成する例を示しているが、島状半導体層の専有面積が大きくなる場合（一つのＴＦＴの大きさが大きくなる場合）には、複数の島状半導体層に分割し、複数のＴＦＴを直列に接続したものを一つのＴＦＴとして機能させることも可能である。
【００７３】
このとき、非晶質シリコン膜の結晶化に伴って膜が緻密化し、１〜１５％程度収縮する。そして、島状半導体層の端部には収縮により歪みが発生した領域７１４が形成される。また、このような結晶質シリコン膜から成る島状半導体層は、基板を中心に考えて引張り応力を有している。図１０（Ｂ）および図１１（Ｂ）は、それぞれこの状態の島状半導体層７０９、７１０および７１３の上面図を示す。同図中で点線で示す領域７０４、７０５、７０８は元々あった島状半導体層７０４、７０５、７０８の大きさを示す。
【００７４】
このような歪みが蓄積した領域７１４にかかってＴＦＴのゲート電極が形成されると、この部分は前述のように多数の欠陥準位があり、また結晶性も良好でないのでＴＦＴの特性を劣化させる原因となる。例えば、オフ電流値が増大したり、この領域に電流が集中して局部的に発熱したりする。
【００７５】
従って、図７（Ｃ）で示すように、このような歪みが蓄積した領域７１４が除去されるように第２の形状の島状半導体層７１５〜７１９を形成する。図中点線で示す７１４'は歪みが蓄積した領域７１４が存在していた領域であり、その領域より内側に第２の形状の島状半導体層７１５〜７１９を形成する状態を示している。この第２の形状の島状半導体層７１５〜７１９の形状は任意な形状のものとすれば良い。図１０（Ｃ）にはこの状態における島状半導体層７１５、７１４の上面図を示す。また、同様に図１１（Ｃ）には島状半導体層７１９の上面図を示す。
【００７６】
その後、この島状半導体層７１５〜７１９を覆って、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法により５０〜１００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜によるマスク層７２０を形成する。この状態で島状半導体層に対し、ＴＦＴのしきい値電圧（Ｖth）を制御する目的でｐ型を付与する不純物元素を１×１０16〜５×１０17atoms／cm3程度の濃度で島状半導体層の全面に添加しても良い。
【００７７】
半導体に対してｐ型を付与する不純物元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。その方法として、イオン注入法やイオンドープ法を用いることができるが、大面積基板を処理するにはイオンドープ法が適している。イオンドープ法ではジボラン（Ｂ2Ｈ6）をソースガスとして用いホウ素（Ｂ）を添加する。このような不純物元素の注入は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、特にｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるためには有効である。
【００７８】
駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体層７１６、７１８に選択的に添加する。そのため、あらかじめレジストマスク７２１ａ〜７２１ｅを形成する。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）を用いれば良く、ここではリン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法を用いる。
【００７９】
形成された不純物領域は低濃度ｎ型不純物領域７２２、７２３として、このリン（Ｐ）濃度は２×１０16〜５×１０19atoms／cm3の範囲とすれば良い。本明細書中では、ここで形成された不純物領域７２２、７２３に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ-）と表す。また、不純物領域７２４は、画素部の保持容量を形成するための半導体層であり、この領域にも同じ濃度でリン（Ｐ）が添加される（図７（Ｄ））。
【００８０】
次に、添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気中で５００〜６００℃で１〜４時間の熱処理や、レーザー活性化の方法により行うことができる。また、両者を併用して行っても良い。レーザー活性化の方法による場合、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査して、島状半導体層が形成された基板全面を処理する。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。この工程は、マスク層７２０を残して行っても良いし、除去してから行っても良い。
【００８１】
図７（Ｅ）において、ゲート絶縁膜７２５はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚を４０〜１５０ｎｍとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、１２０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜から形成すると良い。また、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を添加させて作製された酸化窒化シリコン膜は、膜中の固定電荷密度が低減されているのでこの用途に対して好ましい材料となる。勿論、ゲート絶縁膜７２５はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。いずれにしても、ゲート絶縁膜７２５は基板を中心に考え圧縮応力となるように形成する。
【００８２】
そして、図７（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜７２５上にゲート電極を形成するための耐熱性導電層を形成する。耐熱性導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あるいは三層といった複数の層から成る積層構造としても良い。このような耐熱性導電性材料を用い、例えば、導電性の窒化物金属膜から成る導電層（Ａ）７２６と金属膜から成る導電層（Ｂ）７２７とを積層した構造とすると良い。
【００８３】
導電層（Ｂ）７２７はタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜）で形成すれば良く、導電層（Ａ）７２６は窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒化モリブデン（ＭｏＮ）などで形成する。また、導電層（Ａ）７２６はタングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。
【００８４】
また、導電層（Ｂ）７２７は低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させることが好ましく、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。例えば、タングステン（Ｗ）は酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とすることで２０μΩｃｍ以下の比抵抗値を実現することができる。
【００８５】
導電層（Ａ）７２６は１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）７２７は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良い。Ｗをゲート電極とする場合には、Ｗをターゲットとしたスパッタ法で、アルゴン（Ａｒ）ガスと窒素（Ｎ2）ガスを導入して導電層（Ａ）７２６を窒化タングステン（ＷＮ）で５０nmの厚さに形成し、導電層（Ｂ）７２７をＷで２５０nmの厚さに形成する。その他の方法として、Ｗ膜は６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いて熱ＣＶＤ法で形成することもできる。
【００８６】
いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、純度９９．９９９９％のＷターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができる。
【００８７】
一方、導電層（Ａ）７２６にＴａＮ膜を、導電層（Ｂ）７２７にＴａ膜を用いる場合には、同様にスパッタ法で形成することが可能である。ＴａＮ膜はＴａをターゲットとしてスパッタガスにＡｒと窒素との混合ガスを用いて形成し、Ｔａ膜はスパッタガスにＡｒを用いる。また、これらのスパッタガス中に適量のＸｅやＫｒを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。α相のＴａ膜の抵抗率は２０μΩcm程度でありゲート電極に使用することができるが、β相のＴａ膜の抵抗率は１８０μΩcm程度でありゲート電極とするには不向きである。ＴａＮ膜はα相に近い結晶構造を持つので、この上にＴａ膜を形成すればα相のＴａ膜が容易に得られる。
【００８８】
なお、図示しないが、導電層（Ａ）７２６の下に２〜２０ｎｍ程度の厚さでリン（Ｐ）をドープしたシリコン膜を形成しておくことは有効である。これにより、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、導電層（Ａ）７２６または導電層（Ｂ）７２７が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜７２５に拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、導電層（Ｂ）７２７は抵抗率を１０〜５０μΩcmの範囲とすることが好ましい。
【００８９】
次に、フォトマスクを用い、フォトリソグラフィーの技術を使用してレジストマスク７２８ａ〜７２８ｆを形成し、導電層（Ａ）７２６と導電層（Ｂ）７２７とを一括でエッチングしてゲート電極７２９〜７３３と容量配線７３４を形成する。ゲート電極７２９〜７３３と容量配線７３４は、導電層（Ａ）から成る７２９ａ〜７３３ａと、導電層（Ｂ）から成る７２９ｂ〜７３３ｂとが一体として形成されている（図８（Ａ））。
【００９０】
また、この状態における島状半導体層７１５、７１６とゲート電極７２９、７３０との位置関係を図１０（Ｄ）に示す。同様に島状半導体層７１９とゲート電極７３３、容量配線７３４の関係を図１１（Ｄ）に示す。図１０（Ｄ）および図１１（Ｄ）において、ゲート絶縁膜７２５は省略する。
【００９１】
導電層（Ａ）および導電層（Ｂ）をエッチングする方法は実施者が適宣選択すれば良いが、前述のようにＷを主成分とする材料で形成されている場合には、高速でかつ精度良くエッチングを実施するために高密度プラズマを用いたドライエッチング法を適用することが望ましい。高密度プラズマを得る方法として、マイクロ波プラズマや誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）エッチング装置を用いると良い。
【００９２】
例えば、ＩＣＰエッチング装置を用いたＷのエッチング法は、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2の２種のガスを反応室に導入し、圧力０．５〜１．５Ｐａ（好ましくは１Ｐａ）とし、誘導結合部に２００〜１０００Ｗの高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力を印加する。この時、基板が置かれたステージには２０Ｗの高周波電力が印加され、自己バイアスで負電位に帯電することにより、正イオンが加速されて異方性のエッチングを行うことができる。ＩＣＰエッチング装置を使用することにより、Ｗなどの硬い金属膜も２〜５nm／秒のエッチング速度を得ることができる。また、残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増しオーバーエッチングをすると良い。しかし、この時に下地とのエッチングの選択比に注意する必要がある。例えば、Ｗ膜に対する酸化窒化シリコン膜（ゲート絶縁膜７２５）の選択比は２．５〜３であるので、このようなオーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチングされて実質的に薄くなる。
【００９３】
そして、画素ＴＦＴのｎチャネル型ＴＦＴにＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素添加の工程（ｎ--ドープ工程）を行う。ゲート電極７２９〜７３３をマスクとして自己整合的にｎ型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加すればよい。ｎ型を付与する不純物元素として添加するリン（Ｐ）の濃度は１×１０16〜５×１０19atoms／cm3の濃度範囲で添加する。このようにして、図８（Ｂ）に示すように島状半導体層に低濃度ｎ型不純物領域７３５〜７３９を形成する。
【００９４】
次に、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度ｎ型不純物領域の形成を行う（ｎ+ドープ工程）。まず、フォトマスクを用い、レジストのマスク７４０ａ〜７４０ｄを形成し、ｎ型を付与する不純物元素を添加して高濃度ｎ型不純物領域７４１〜７４６を形成する。ｎ型を付与する不純物元素にはリン（Ｐ）を用い、その濃度が１×１０20〜１×１０21atoms／cm3の濃度範囲となるようにフォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行う（図８（Ｃ））。
【００９５】
そして、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層７１５、７１７にソース領域およびドレイン領域とする高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９を形成する。ここでは、ゲート電極７２９、７３１をマスクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に高濃度ｐ型不純物領域を形成する。このとき、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜７１６、７１８、７１９は、フォトマスクを用いてレジストマスク７４７ａ〜７４７ｃを形成し全面を被覆しておく。
【００９６】
高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。この領域のボロン（Ｂ）濃度は３×１０20〜３×１０21atoms／cm3となるようにする（図８（Ｄ））。
【００９７】
この高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９には、前工程においてリン（Ｐ）が添加されていて、高濃度ｐ型不純物領域７４８ａ、７４９ａには１×１０20〜１×１０21atoms／cm3の濃度で、高濃度ｐ型不純物領域７４８ｂ、７４９ｂには１×１０16〜５×１０19atoms／cm3の濃度でリンが含まれるが、この工程で添加するボロン（Ｂ）の濃度を、含まれるリンの濃度の１．５から３倍とすることでｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として問題なく機能させることができる。
【００９８】
その後、図９（Ａ）に示すように、ゲート電極およびゲート絶縁膜上から保護絶縁膜７５０を形成する。保護絶縁膜は酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。いずれにしても保護絶縁膜７５０は無機絶縁物材料から形成する。保護絶縁膜７５０の膜厚は１００〜２００ｎｍとする。
【００９９】
ここで、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Orthosilicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。酸化窒化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化シリコン膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０MHz）電力密度０．１〜１．０W/cm2で形成することができる。また、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化シリコン膜を適用しても良い。窒化シリコン膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3から作製することが可能である。このような保護絶縁膜は、基板を中心に考えて圧縮応力となるように形成する。
【０１００】
その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程を行う。この工程は電熱炉を用いるファーネスアニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。ファーネスアニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うことが好ましく、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行う。また、基板７０１に耐熱温度が低いプラスチック基板を用いる場合にはレーザーアニール法を用いる（図９（Ｂ））。
【０１０１】
活性化の工程の後、さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により島状半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。また、基板７０１の耐熱性が許せば３００〜４５０℃の加熱処理により下地膜７０２の酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂ、保護絶縁膜７５０の酸化窒化シリコン膜の水素を拡散させて島状半導体層を水素化しても良い。
【０１０２】
活性化および水素化の工程が終了したら、有機絶縁物からなる層間絶縁膜７５１を１．０〜２．０μｍの平均厚を有して形成する。有機絶縁物としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用することができる。例えば、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用いる場合には、クリーンオーブンで３００℃で焼成して形成する。また、アクリルを用いる場合には、２液性のものを用い、主材と硬化剤を混合した後、スピナーを用いて基板全面に塗布した後、ホットプレートで８０℃で６０秒の予備加熱を行い、さらにクリーンオーブンで２５０℃で６０分焼成して形成することができる。
【０１０３】
層間絶縁膜を有機絶縁物で形成することにより、表面を良好に平坦化させることができる。また、有機絶縁物は一般に誘電率が低いので、寄生容量を低減するできる。しかし、吸湿性があり保護膜としての効果は弱いので、本実施例のように、保護絶縁膜７５０として形成した酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜などと組み合わせて用いることが好ましい。
【０１０４】
その後、フォトマスクを用い、所定のパターンのレジストマスクを形成し、それぞれの島状半導体膜に形成されたソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールの形成はドライエッチング法により行う。この場合、エッチングガスにＣＦ4、Ｏ2、Ｈｅの混合ガスを用い有機絶縁物から成る層間絶縁膜７５１をまずエッチングし、その後、続いてエッチングガスをＣＦ4、Ｏ2として保護絶縁膜７５０をエッチングする。さらに、島状半導体層との選択比を高めるために、エッチングガスをＣＨＦ3に切り替えてゲート絶縁膜７２５をエッチングすることにより、良好にコンタクトホールを形成することができる。
【０１０５】
そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成し、フォトマスクによりレジストマスクを形成し、エッチングによってソース配線７５２〜７５６とドレイン配線７５７〜７６１を形成する。ドレイン配線７６２は隣接する画素のドレイン配線を示す。ここで、ドレイン配線７６１は画素電極として機能するものである。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム（Ａｌ）を３００〜４００nmの厚さで形成して配線とする。
【０１０６】
図１０（Ｅ）はこの状態における島状半導体層７１５、７１６、ゲート電極７２９、７３０、ソース配線７５２、７５３およびドレイン配線７５７、７５８の上面図を示す。ソース配線７５２、７５３は図示されていない層間絶縁膜および保護絶縁膜に設けられたコンタクトホールによって、島状半導体層７１５、７１６とそれぞれ８３０、８３３で接続している。また、ドレイン配線７５７、７５８は８３１、８３２で島状半導体層７１５、７１６と接続している。
【０１０７】
同様に、図１１（Ｅ）では島状半導体層７１９、ゲート電極７３３、容量配線７３４、ソース配線７５６およびドレイン配線７６１の上面図を示し、ソース配線７５６はコンタクト部８３４で、ドレイン配線７６１はコンタクト部８３５でそれぞれ島状半導体層７１９と接続している。
【０１０８】
いずれにしても、第１の形状を有する島状半導体層の内側の領域に、歪みが残留している領域を除去して、第２の形状を有する島状半導体層を形成し、ＴＦＴを形成する。
【０１０９】
この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特性向上に対して好ましい結果が得られる。例えば、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られる。また、このような熱処理により保護絶縁膜７５０や、下地膜７０２にに存在する水素を島状半導体膜７１５〜７１９に拡散させ水素化をすることもできる。いずれにしても、島状半導体層７１５〜７１９中の欠陥密度を１０16/cm3以下とすることが望ましく、そのためには水素を5×１０18〜５×１０19atoms/cm3程度付与することが好ましい。（図９（Ｃ））。
【０１１０】
こうして同一の基板上に、駆動回路のＴＦＴと画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させることができる。駆動回路には第１のｐチャネル型ＴＦＴ８００、第１のｎチャネル型ＴＦＴ８０１、第２のｐチャネル型ＴＦＴ８０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ８０３、画素部には画素ＴＦＴ８０４、保持容量８０５が形成されている。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１１１】
駆動回路の第１のｐチャネル型ＴＦＴ８００には、島状半導体膜７１５にチャネル形成領域８０６、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域８０７ａ、８０７ｂ、ドレイン領域８０８ａ、８０８ｂを有したシングルドレインの構造を有している。
【０１１２】
第１のｎチャネル型ＴＦＴ８０１には、島状半導体膜７１６にチャネル形成領域８０９、ゲート電極７３０と重なるＬＤＤ領域８１０、ソース領域８１２、ドレイン領域８１１を有している。このＬＤＤ領域において、ゲート電極７３０と重なるＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとする。ｎチャネル型ＴＦＴにおけるＬＤＤ領域の長さをこのようにすることにより、ドレイン領域近傍に発生する高電界を緩和して、ホットキャリアの発生を防ぎ、ＴＦＴの劣化を防止することができる。
【０１１３】
駆動回路の第２のｐチャネル型ＴＦＴ８０２は同様に、島状半導体膜７１７にチャネル形成領域８１３、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域８１４ａ、８１４ｂ、ドレイン領域８１５ａ、８１５ｂを有したシングルドレインの構造を有している。
【０１１４】
第２のｎチャネル型ＴＦＴ８０３には、島状半導体膜７１８にチャネル形成領域８１６、ゲート電極７３２と一部が重なるＬＤＤ領域８１７、８１８、ソース領域８２０、ドレイン領域８１９が形成されている。このＴＦＴのゲート電極７３２と重なるＬＤＤ領域の長さも０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとする。また、ゲート電極と重ならないＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．５〜４．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとする。
【０１１５】
画素ＴＦＴ８０４には、島状半導体膜７１９にチャネル形成領域８２１、８２２、ＬＤＤ領域８２３〜８２５、ソースまたはドレイン領域８２６〜８２８を有している。ＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．５〜４．０μｍ、好ましくは１．５〜２．５μｍである。さらに、容量配線７３４と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素ＴＦＴ８０４のドレイン領域８２８に接続する半導体層８２９とから保持容量８０５が形成されている。図９（Ｃ）では画素ＴＦＴ８０４をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【０１１６】
図１２は画素部のほぼ一画素分を示す上面図である。図中に示すＡ−Ａ'断面が図９（Ｃ）に示す画素部の断面図に対応している。画素ＴＦＴ８０４のゲート電極７３３は、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の島状半導体層７１９と交差している。図示はしていないが、島状半導体層には、ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域が形成されている。また、８３４はソース配線７５６とソース領域８２６とのコンタクト部、８３５はドレイン配線７６１とドレイン領域８２８とのコンタクト部である。保持容量８０５は、画素ＴＦＴ８０４のドレイン領域８２８から延在する半導体層８２９がゲート絶縁膜を介して容量配線７３４と重なる領域で形成されている。
【０１１７】
以上のようにしてアクティブマトリクス基板が完成する。本実施例に従って作製されたアクティブマトリクス基板は、画素部および駆動回路の仕様に応じて適切な構造のＴＦＴを配置している。そのため、このアクティブマトリクス基板を用いた電気光学装置の動作性能と信頼性を向上させることを可能としている。
【０１１８】
なお、本実施例では画素ＴＦＴ８０４のドレイン配線７６１をそのまま画素電極として用いており、反射型液晶表示装置に対応した構造となっている。しかし、ドレイン配線７６１に電気的に接続されるように透明導電膜でなる画素電極を形成することで透過型液晶表示装置にも対応できる。
【０１１９】
また、本実施例は本願発明を用いた半導体装置の作製工程の一例であり、本実施例に示した材料や数値範囲に限定する必要はない。さらに、ＬＤＤ領域の配置なども実施者が適宜決定すれば良い。
【０１２０】
〔実施例２〕
実施例１では、非晶質半導体膜に対して実施形態１乃至実施形態３に示した方法でレーザーアニールを施して結晶化する例を示しているが、ある程度まで結晶化が進んだ段階の半導体膜に対してレーザーアニールを行うこともできる。
【０１２１】
即ち、ファーネスアニールにより非晶質半導体膜を結晶化させて得た結晶質半導体膜に、さらにレーザーアニールを施して結晶性を改善する場合においても本願発明のレーザーアニールは有効である。
【０１２２】
具体的には、特開平７−１６１６３４号公報、特開平７−３２１３３９号公報または特開平７−１３１０３４号公報等の出願におけるレーザー照射工程（レーザーアニール工程）に、実施形態１乃至実施形態３のレーザーアニール方法を用いることが可能である。
【０１２３】
なお、上記公報に本願発明を用いた後、形成された結晶質半導体膜を用いたＴＦＴを作製することができる。即ち、本実施例と実施例１とを組み合わせることが可能である。
【０１２４】
〔実施例３〕
本実施例では実施例１、２に従って作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。まず、図１３（Ａ）に示すように、図９（Ｃ）の状態のアクティブマトリクス基板にパターニングにより樹脂材料でなるスペーサ９０１a〜９０１fを形成する。なお、スペーサとして公知の球状シリカ等を散布して用いることもできる。
【０１２５】
本実施例では、樹脂材料でなるスペーサ９０１a〜９０１fとしてＪＳＲ社製のＮＮ７００を用い、スピナーで塗布した後、露光と現像処理によって所定のパターンに形成する。さらにクリーンオーブンなどで１５０〜２００℃で加熱して硬化させる。このようにして作製されるスペーサは露光と現像処理の条件によって形状を異ならせることができるが、好ましくは、柱状で頂部が平坦な形状となるようにすると、対向側の基板を合わせたときに液晶表示パネルとしての機械的な強度を確保することができる。
【０１２６】
また、形状は円錐状、角錐状など特別の限定はないが、例えば円錐状としたときに具体的には、高さＨを１．２〜５μｍとし、平均半径Ｌ１を５〜７μｍ、平均半径Ｌ１と底部の半径Ｌ２との比を１対１．５とする。このとき側面のテーパー角は±１５°以下とする。
【０１２７】
スペーサ９０１a〜９０１fの配置は任意に決定しても良いが、好ましくは、図１３（Ａ）で示すように、画素部においてはドレイン配線７６１（画素電極）のコンタクト部８３５と重ねてその部分を覆うように形成すると良い。コンタクト部８３５は平坦性が損なわれこの部分では液晶がうまく配向しなくなるので、コンタクト部８３５にスペーサ用の樹脂を充填することでディスクリネーションなどを防止することができる。
【０１２８】
その後、配向膜９０２を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂を用いる。配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにする。画素部に設けたスペーサ９０１a〜９０１fの端部からラビング方向に対してラビングされない領域が２μｍ以下となるようにすることが好ましい。また、ラビング処理では静電気の発生がしばしば問題となるが、駆動回路のＴＦＴ上において、少なくともソース配線およびドレイン配線上にもスペーサ９０１ａ〜９０１ｅを形成しておくと、ラビング工程におけるスペーサとしての本来の役割と、静電気からＴＦＴを保護する効果を得ることができる。
【０１２９】
対向基板９０３には、遮光膜９０４、透明導電膜でなる対向電極９０５および配向膜９０６を形成する。遮光膜９０４はＴｉ、Ｃｒ、Ａｌなどを１５０〜３００nmの厚さで形成する。そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール剤９０７で貼り合わせる。シール剤９０７にはフィラー９０８が混合されていて、このフィラー９０８とスペーサ９０１a〜９０１fによって均一な間隔を持って対向基板とアクティブマトリクス基板とが貼り合わせられる。
【０１３０】
その後、両基板の間に液晶材料９０９を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。例えば、ＴＮ液晶の他に、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答性を示す無しきい値反強誘電性混合液晶を用いることもできる。無しきい値反強誘電性混合液晶にはＶ字型の電気光学応答特性を示すものもある。詳細は「H.Furue et al.;Charakteristics and Drivng Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability,SID,1998」、「T.Yoshida et al.;A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time,841,SID97DIGEST,1997」、「S.Inui et al.;Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to displays,671-673,J.Mater.Chem.6(4),1996」、または米国特許第5,594,569号を参照すれば良い。
【０１３１】
このようにして図１３（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。図１３ではスペーサ９０１a〜９０１eを駆動回路のＴＦＴ上の少なくともソース配線およびドレイン配線上にに分割して形成したが、その他に、駆動回路の全面を覆って形成しても差し支えない。
【０１３２】
図１４はアクティブマトリクス基板の上面図を示し、画素部および駆動回路部とスペーサおよびシール剤の位置関係を示す上面図である。画素部１４００の周辺に駆動回路として走査信号駆動回路１４０１と画像信号駆動回路１４０２が設けられている。さらに、その他ＣＰＵやメモリなどの信号処理回路１４０３も付加されていても良い。
【０１３３】
そして、これらの駆動回路は接続配線１４１１によって外部入出力端子１４１０と接続されている。画素部１４００では走査信号駆動回路１４０１から延在するゲート配線群１４０４と画像信号駆動回路１４０２から延在するソース配線群１４０５がマトリクス状に交差して画素を形成し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦＴ８０４と保持容量８０５が設けられている。
【０１３４】
画素部において設けられるスペーサ１４０６は、図１３で示したスペーサ９０１fに対応するもので、すべての画素に対して設けても良いが、マトリクス状に配列した画素の数個から数十個おきに設けても良い。即ち、画素部を構成する画素の全数に対するスペーサの数の割合は２０〜１００％とすると良い。また、駆動回路部に設けるスペーサ１４０７〜１４０９はその全面を覆うように設けても良いし、図１３で示したように各ＴＦＴのソースおよびドレイン配線の位置にあわせて複数個に分割して設けても良い。
【０１３５】
シール剤９０７は、基板７０１上の画素部１４００および走査信号駆動回路１４０１、画像信号駆動回路１４０２、その他の信号処理回路１４０３の外側であって、外部入出力端子１４１０よりも内側に形成する。
【０１３６】
このようなアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を図１５の斜視図を用いて説明する。図１５においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板７０１上に形成された、画素部１４００と、走査信号駆動回路１４０１と、画像信号駆動回路１４０２とその他の信号処理回路１４０３とで構成される。
【０１３７】
画素部１４００には画素ＴＦＴ８０４と保持容量８０５が設けられ、画素部の周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。走査信号駆動回路１４０１と、画像信号駆動回路１４０２はそれぞれゲート配線７３３とソース配線７５６で画素ＴＦＴ８０４に接続している。また、フレキシブルプリントサーキット（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）１４１３が外部入力端子１４１０に接続していて画像信号などを入力するのに用いる。フレキシブルプリントサーキット１４１３は補強樹脂１４１２で接着強度を高めて固定されている。そして接続配線１４１１でそれぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板９０３には図示していないが、遮光膜や透明電極が設けられている。
【０１３８】
このような構成の液晶表示装置は、実施例１、２で示したアクティブマトリクス基板を用いて形成することができる。例えば、図９（Ｃ）の構造のアクティブマトリクス基板を用いれば反射型の液晶表示装置が得られ、実施例１で示したように画素電極として透明導電膜を用いたアクティブマトリクス基板を用いれば透過型の液晶表示装置を得ることができる。
【０１３９】
〔実施例４〕
実施例１〜実施例３では、本願発明を液晶表示装置に対して用いた例を示しているが、本願発明はＴＦＴを用いる半導体装置であれば如何なるものにも実施することが可能である。
【０１４０】
具体的には、アクティブマトリクス型のＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やアクティブマトリクス型のＥＣ（エレクトロクロミクス）表示装置を作製する場合に、半導体膜のレーザーアニール工程において本願発明を実施することが可能である。その際、実施形態１乃至実施形態３のいずれの構成を用いても良い。
【０１４１】
本願発明はレーザーアニール工程の部分の発明であるので、その他の部分は公知のＴＦＴ作製プロセスが適用できる。従って、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置やアクティブマトリクス型ＥＣ表示装置を作製する場合には、公知の技術に本願発明を適用すれば良い。勿論、図７〜９で説明した作製工程を参考にして作製することも可能である。
【０１４２】
〔実施例５〕
本願発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置やアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置などの電気光学装置を表示ディスプレイとして有する電子装置（電子機器ともいう）に対して実施することが可能である。電子装置としては、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、電子書籍など）、ナビゲーションシステムなどが上げられる。
【０１４３】
図１６（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、マイクロプロセッサやメモリーなどを備えた本体２００１、画像入力部２００２、表示部２００３、キーボード２００４で構成される。本願発明は表示装置２００３やその他の駆動回路の作製に際して実施することができる。
【０１４４】
図１６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６で構成される。本願発明は表示装置２１０２やその他の駆動回路の作製に際して実施することができる。
【０１４５】
図１６（Ｃ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２２０１、表示装置２２０２、アーム部２２０３から成っている。本願発明は表示部２２０２やその他図示されていない駆動回路の作製に際して実施することができる。。
【０１４６】
図１６（Ｄ）はテレビゲームまたはビデオゲームなどの電子遊技機器であり、ＣＰＵ等の電気回路２３０８、記録媒体２３０４などが搭載された本体２３０１、コントローラ２３０５、表示部２３０３、本体２３０１に組み込まれた表示部２３０２で構成される。表示部２３０３と本体２３０１に組み込まれた表示部２３０２とは、同じ情報を表示しても良いし、前者を主表示装置とし、後者を副表示装置として記録媒体２３０４の情報を表示したり、機器の動作状態を表示したり、或いはタッチセンサーの機能を付加して操作盤とすることもできる。また、本体２３０１とコントローラ２３０５と表示部２３０３とは、相互に信号を伝達するために有線通信としても良いし、センサ部２３０６、２３０７を設けて無線通信または光通信としても良い。本願発明は、表示部２３０２、２３０３の作製に際して実施することができる。また、表示部２３０３は従来のＣＲＴを用いることもできる。
【０１４７】
図１６（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体２４０１、表示部２４０２、スピーカー部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５で構成される。なお、記録媒体にはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）やコンパクトディスク（ＣＤ）などを用い、音楽プログラムの再生や映像表示、ビデオゲーム（またはテレビゲーム）やインターネットを介した情報表示などを行うことができる。本願発明は表示部２４０２やその他の駆動回路の作製に際して実施することができる。
【０１４８】
図１６（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）で構成される。本願発明は表示部２５０２やその他の駆動回路の作製に際して実施することができる。
【０１４９】
図１７（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、光源光学系および表示装置２６０１、スクリーン２６０２で構成される。本発明は表示装置やその他の駆動回路に適用することができる。図１７（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、光源光学系および表示装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４で構成される。本願発明は表示装置やその他の駆動回路の作製に際して実施することができる。
【０１５０】
なお、図１７（Ｃ）に、図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）における光源光学系および表示装置２６０１、２７０２の構造の一例を示す。光源光学系および表示装置２６０１、２７０２は光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、ビームスプリッター２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０は複数の光学レンズで構成される。
【０１５１】
図１７（Ｃ）では液晶表示装置２８０８を三つ使用する三板式の例を示したが、このような方式に限定されず、単板式の光学系で構成しても良い。また、図１７（Ｃ）中で矢印で示した光路には適宣光学レンズや偏光機能を有するフィルムや位相を調節するためのフィルムや、ＩＲフィルムなどを設けても良い。
【０１５２】
また、図１７（Ｄ）は図１７（Ｃ）における光源光学系２８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系２８０１はリフレクター２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。なお、図１７（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって図示した構成に限定されるものではない。
【０１５３】
また、ここでは図示しなかったが、本願発明はその他にも、ナビゲーションシステムやイメージセンサの読み取り回路などの作製に際して実施することもできる。このように本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子装置の作製に際して実施することができる。
【０１５４】
〔実施例６〕
実施例１では、パターニングを行った後、実施の形態１〜３の方法を用いた例を示したが、本実施例では、パターニングを行う前に実施の形態１の方法を用いてレーザー光を照射した例を図１８を用いて示す。
【０１５５】
まず、実施例１に従い、図７（Ａ）に示した状態を得る。
【０１５６】
次いで、半導体膜に対して結晶化の工程を行う。本実施例で用いる結晶化工程、即ち、図１８に示した半導体膜の表面及び裏面にレーザー光を照射する構成を以下に説明する。
【０１５７】
図１８において、１８０１は透光性基板であり、その表面には絶縁膜１８０２、非晶質半導体膜（または微結晶半導体膜）１８０３が形成されている。また、透光性基板１８０１の下にはレーザー光を反射させるための反射体１８０４が配置される。
【０１５８】
透光性基板１８０１はガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用いられる。この透光性基板１８０１自体で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することが可能である。また、絶縁膜１８０２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用いれば良く、この絶縁膜１８０２で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節しても良い。
【０１５９】
また、図１８の構成においては、第二次レーザー光は非晶質半導体膜１８０３を一度通過して、反射体１８０４で反射されたレーザー光である。従って、非晶質半導体膜１８０３で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することもできる。また、非晶質半導体膜１８０３はアモルファスシリコン膜の他に、アモルファスシリコンゲルマニウム膜などの化合物半導体膜も含む。
【０１６０】
また、反射体１８０４は表面（レーザー光の反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、金属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜としては如何なる材料を用いても良い。代表的には、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）のいずれかの元素を含む金属膜を用いる。例えば、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）を用いても良い。
【０１６１】
さらに、この反射体１８０４は透光性基板１８０１に接して設けても良いし、離して設けても良い。また、反射体１８０４を配置する代わりに、基板１８０１の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のような金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させることも可能である。いずれにしても、この反射体１８０４の反射率で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することができる。また、反射体１８０４を透光性基板１８０１と離して設置する場合、その隙間に充填する気体（ガス）で第二次レーザー光のエネルギー強度を制御することも可能である。
【０１６２】
そして、図２で説明した光学系２０１（図中ではシリンドリカルレンズ２０７のみを示す。）を経由して線状に加工されたレーザー光が、非晶質半導体膜１８０３に照射される。この線状に加工されたレーザー光の照射はレーザー光を走査することによって行われる。
【０１６３】
いずれにしても、シリンドリカルレンズ２０７を透過して非晶質半導体膜１８０３の表面に照射される第一次レーザー光１８０５と、非晶質半導体膜１８０３を通過し、反射体１８０４で一旦反射されて非晶質半導体膜１８０３の裏面に照射される第二次レーザー光１８０６との実効エネルギー強度比（Ｉ0'／Ｉ0）が、０＜Ｉ0'／Ｉ0＜１または１＜Ｉ0'／Ｉ0の関係を満たすことが重要である。このためには、反射体１８０４のレーザー光に対する反射率は２０〜８０％であることが好ましい。また、このとき、本実施形態でいくつか述べた第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させる手段を、複数組み合わせて所望の強度比としても良い。
【０１６４】
また、シリンドリカルレンズ２０７を通過したレーザー光は、集光される過程で基板表面に対して４５〜９０°の入射角を持つ。そのため、第二次レーザー光１８０６は非晶質半導体膜１８０３の裏面側にも回り込んで照射される。また、反射体１８０４の反射面に起伏部を設けてレーザー光を乱反射させることで、第二次レーザー光１８０６をさらに効率良く得ることができる。
【０１６５】
レーザー光としては、非晶質半導体膜１８０３に対する光の透過成分及び吸収成分を十分有する波長範囲（５３０ｎｍ前後）の波長を有するレーザー光であればよい。本実施例においては、ＹＡＧレーザーの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いて結晶化を行った。
【０１６６】
第２高調波を用いれば、照射した光の一部は非晶質半導体膜を透過し、反射体により非晶質半導体膜の裏面に照射することができるため、第二次レーザー光１８０６を効率良く得ることができる。
【０１６７】
次いで、得られた半導体膜にパターニングを施し、島状の半導体膜を得る。
【０１６８】
以降の工程は、実施例１に従えば、アクティブマトリクス基板が得られる。
【０１６９】
また、本実施例は実施例２とも組み合わせることができる。また、実施例３を用いれば、アクティブマトリクス型液晶表示装置が得られる。また、実施例４や実施例５に示した半導体装置にも本実施例を適用することができる。
【０１７０】
【発明の効果】
本願発明によれば、レーザーアニールの際にレーザー光を線状に加工してスループットを向上させるのに加えて、さらにメンテナンスの容易な固体レーザーを用いることで従来のエキシマレーザーを用いたレーザーアニールよりもスループットの向上が達成できる。延いてはＴＦＴやＴＦＴで形成された液晶表示装置等の半導体装置の製造コストを低減することができる。
【０１７１】
さらに、非晶質半導体膜の表面及び裏面に対してレーザー光を照射するという構成でレーザーアニールを行うことにより、従来（非晶質半導体膜の表面のみにレーザー光を照射した場合）に比べて結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ることが可能である。そして、結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ることにより、半導体装置の性能を大幅に向上させうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザー装置の構成を示す図。
【図２】 レーザー装置の光学系の構成を示す図。
【図３】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す図。
【図４】 レーザー装置の構成を示す図。
【図５】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す図。
【図６】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す図。
【図７】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図８】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図９】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図１０】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図１１】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図１２】 画素構造を示す図。
【図１３】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面構造を示す図。
【図１４】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の上面構造を示す図。
【図１５】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の斜視図。
【図１６】 電子装置の一例を示す図。
【図１７】 プロジェクターの一例を示す図。
【図１８】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す図。
【発明の属する技術分野】
本願発明はレーザー光を用いた半導体膜のアニール（以下、レーザーアニールという）の方法及びそれを行うためのレーザー装置（レーザーと該レーザーから出力されるレーザー光を被処理体まで導くための光学系を含む装置）に関する。また、前記レーザーアニールを工程に含んで作製された半導体装置及びその作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置やＥＬ表示装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）の開発が進められ、結晶質半導体膜として多結晶シリコン膜（ポリシリコン膜）を用いたＴＦＴが注目されている。特に、液晶表示装置（液晶ディスプレイ）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置（ＥＬディスプレイ）においては、画素をスイッチングする素子やその画素を制御するための駆動回路を形成する素子として用いられる。
【０００３】
ポリシリコン膜を得る手段としては、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を結晶化させてポリシリコン膜とする技術が一般的である。特に、最近ではレーザー光を用いてアモルファスシリコン膜を結晶化する方法が注目されている。本明細書中では、非晶質半導体膜をレーザー光で結晶化し、結晶質半導体膜を得る手段をレーザー結晶化という。
【０００４】
レーザー結晶化は、半導体膜の瞬間的な加熱が可能であり、ガラス基板やプラスチック基板等の耐熱性の低い基板上に形成された半導体膜のアニール手段として有効な技術である。また、従来の電熱炉を用いた加熱手段（以下、ファーネスアニールという）に比べて格段にスループットが高い。
【０００５】
レーザー光にも様々な種類があるが、一般的にはパルス発振型のエキシマレーザーを発振源とするレーザー光（以下、エキシマレーザー光という）を用いたレーザー結晶化が用いられている。エキシマレーザーは出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であるという利点を有し、さらにエキシマレーザー光はシリコン膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。
【０００６】
エキシマレーザー光を形成するには励起ガスとして、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）やＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）が用いられる。ところが、Ｋｒ（クリプトン）やＸｅ（キセノン）といったガスは非常に高価であり、ガス交換の頻度が高くなると製造コストの増加を招くという問題がある。
【０００７】
また、レーザー発振を行うレーザーチューブや発振過程で生成した不要な化合物を除去するためのガス精製器などの付属機器の交換が２〜３年に一度必要となる。これらの付属機器は高価なものが多く、やはり製造コストの増加を招くという問題がある。
【０００８】
以上のように、エキシマレーザー光を用いたレーザー装置は確かに高い性能を持っているが、メンテナンスに非常に手間がかかり、量産用レーザー装置としてはランニングコスト（ここでは稼働に伴い発生する費用を意味する）が高いという欠点も併せ持っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、従来に比較して結晶粒径の大きい結晶質半導体膜が得られ、且つ、ランニングコストの低いレーザー装置及びそれを用いたレーザーアニール方法を提供することを課題とする。また、そのようなレーザーアニール方法を用いて作製された半導体装置及びその作製方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、固体レーザー（結晶ロッドを共振キャビティとしたレーザー光を出力するレーザー）を発振源とするレーザー光を半導体膜の表面及び裏面に対して照射する点に特徴がある。
【００１１】
このとき、レーザー光は光学系により線状に加工して照射することが望ましい。なお、レーザー光を線状に加工するとは、被処理体にレーザー光が照射された際の照射面の形状が線状になるようにレーザー光を加工しておくことを意味する。即ち、レーザー光の断面形状を線状に加工することを意味する。また、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が１０以上（好ましくは１００〜１００００）のもの指す。
【００１２】
上記構成において、固体レーザーは一般的に知られているものを用いることができ、ＹＡＧレーザー（通常はＮｄ：ＹＡＧレーザーを指す）、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザー、Ｎｄ：ＹＡｌＯ3レーザー、ルビーレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、ガラスレーザーなどを用いることができる。特に、コヒーレント性やパルスエネルギーで優位なＹＡＧレーザーが好ましい。また、ＹＡＧレーザーには、連続発振式やパルス発振式があるが、本発明においては、大面積に照射できるパルス発振式のＹＡＧレーザーを用いることが望ましい。
【００１３】
但し、ＹＡＧレーザーの基本波（第１高調波）は１０６４ｎｍと波長が長いので、第２高調波（波長５３２ｎｍ）、第３高調波（波長３５５ｎｍ）、若しくは第４高調波（波長２６６ｎｍ）を用いるのが好ましい。
【００１４】
特に、ＹＡＧレーザーの第２高調波の波長は５３２ｎｍであり、非晶質半導体膜に照射した場合、最も非晶質半導体膜で反射しない波長範囲（５３０ｎｍ前後）内である。また、この波長範囲においては、非晶質半導体膜を透過するレーザー光が十分な光量であるため、反射体を用いて再度、裏面側から非晶質半導体膜に照射することにより効率よく照射できる。また、第２高調波のレーザーエネルギーは、（既存のパルス発振型ＹＡＧレーザ装置における）最大値で約１．５Ｊ／ｐｕｌｓｅと大きく、線状に加工した場合、長手方向の長さを飛躍的に長くすることができ、一括で大面積のレーザー光照射が可能となる。なお、これらの高調波は非線形結晶を用いて得ることができる。
【００１５】
基本波は非線形素子を含む波長変調器によって、第２高調波、第３高調波または第４高調波に変調することができる。各高調波の形成は公知の技術に従えば良い。また、本明細書中において、「固体レーザーを発振源とするレーザー光」には基本波だけでなく、途中で波長を変調した第２高調波、第３高調波及び第４高調波を含むものとする。
【００１６】
また、ＹＡＧレーザーで良く用いられるＱスイッチ法（Ｑ変調スイッチ方式）を用いても良い。これはレーザー共振器のＱ値を十分低くしておいた状態から、急激にＱ値を高めてやることにより非常にエネルギー値が高く急峻なパルスレーザーを出力する方法である。これは公知の技術である。
【００１７】
本願発明で用いる固体レーザーは、基本的には固体結晶、共振ミラー及び固体結晶を励起するための光源があればレーザー光を出力できるため、エキシマレーザーのようにメンテナンスの手間がかからない。即ち、ランニングコストがエキシマレーザーに比べて非常に低いため、半導体装置の製造コストを大幅に低減することが可能となる。また、メンテナンスの回数が減れば量産ラインの稼働率も高まるため製造工程のスループット全体が向上し、このことも半導体装置の製造コストの低減に大きく寄与する。さらに、固体レーザーの専有面積はエキシマレーザーに比べて小さいので、製造ラインの設計に有利である。
【００１８】
しかも、非晶質半導体膜の表面及び裏面に対してレーザー光を照射するという構成でレーザーアニールを行うことにより、従来（非晶質半導体膜の表面のみにレーザー光を照射した場合）に比べて結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ることが可能である。本出願人は非晶質半導体膜の表面及び裏面からレーザー光を照射することでシリコン膜の溶融と固化のサイクルが緩やかなものとなり、固化の過程で結晶成長に許容される時間が相対的に長くなると考えており、その結果として結晶粒径を大きくすることが可能になると考えている。
【００１９】
そして、結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ることにより、半導体装置の性能を大幅に向上させうる。例えば、ＴＦＴを例に挙げると、結晶粒径が大きくなることでチャネル形成領域に含まれうる結晶粒界の本数を少なくすることができる。即ち、チャネル形成領域に結晶粒界が１本、好ましくは０本であるようなＴＦＴを作製することも可能となる。また、個々の結晶粒は実質的に単結晶と見なせる結晶性を有することから、単結晶半導体を用いたトランジスタと同等もしくはそれ以上の高いモビリティ（電界効果移動度）を得ることも可能である。
【００２０】
さらに、キャリアが結晶粒界を横切る回数を極端に減らすことができるため、オン電流値（ＴＦＴがオン状態にある時に流れるドレイン電流値）、オフ電流値（ＴＦＴがオフ状態にある時に流れるドレイン電流値）、しきい値電圧、Ｓ値及び電界効果移動度のバラツキを低減することも可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
本願発明の実施形態の一つについて説明する。図１（Ａ）は本願発明のレーザーを含むレーザー装置の構成を示す図である。このレーザー装置は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１を発振源とするレーザー光（好ましくは第２高調波、第３高調波、または第４高調波）を線状に加工する光学系２０１、透光性基板を固定するステージ１０２を有し、ステージ１０２にはヒータ１０３とヒータコントローラー１０４が具備されて、基板を１００〜４５０℃まで加熱することができる。また、ステージ１０２上には反射体１０５が設けられ、その上に非晶質半導体膜が形成された基板１０６が設置される。
【００２２】
なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１から出力されたレーザー光を第２〜第４高調波のいずれかに変調する場合は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１の直後に非線形素子を含む波長変調器を設ければ良い。
【００２３】
次に、図１（Ａ）のような構成のレーザー装置において、基板１０６の保持方法を図１（Ｂ）を用いて説明する。ステージ１０２に保持された基板１０６は、反応室１０７に設置され、レーザー１０１を発振源とする線状のレーザー光が照射される。反応室内は図示されていない排気系またはガス系により減圧状態または不活性ガス雰囲気とすることができ、半導体膜を汚染させることなく１００〜４５０℃まで加熱することができる。
【００２４】
また、ステージ１０２はガイドレール１０８に沿って反応室内を移動することができ、基板の全面に線状のレーザー光を照射することができる。レーザー光は基板１０６の上面に設けられた図示されていない石英製の窓から入射する。また、図１（Ｂ）ではこの反応室１０７にトランスファー室１０９、中間室１１０、ロード・アンロード室１１１が接続され、それぞれの室は仕切弁１１２、１１３で分離されている。
【００２５】
ロード・アンロード室１１１には複数の基板を保持することが可能なカセット１１４が設置され、トランスファー室１０９に設けられた搬送ロボット１１５により基板が搬送される。基板１０６'は搬送中の基板を表す。このような構成とすることによりレーザーアニールを減圧下または不活性ガス雰囲気中で連続して処理することができる。
【００２６】
次に、レーザー光を線状にする光学系２０１の構成について図２を用いて説明する。図２（Ａ）は光学系２０１を側面から見た図であり、図２（Ｂ）は光学系２０１を上面から見た図である。
【００２７】
レーザー１０１を発振源とするレーザー光はシリンドリカルレンズアレイ２０２により縦方向に分割される。この分割されたレーザー光はシリンドリカルレンズ２０３によりさらに横方向に分割される。即ち、レーザー光はシリンドリカルレンズアレイ２０２、２０３によって最終的にはマトリクス状に分割されることになる。
【００２８】
そして、レーザー光はシリンドリカルレンズ２０４により一旦集光される。その際、シリンドリカルレンズ２０４の直後にシリンドリカルレンズ２０５を通る。その後、ミラー２０６で反射され、シリンドリカルレンズ２０７を通った後、照射面２０８に達する。
【００２９】
このとき、照射面２０８に投影されたレーザー光は線状の照射面を示す。即ち、シリンドリカルレンズ２０７を透過したレーザー光の断面形状は線状になっていることを意味する。この線状に加工されたレーザー光の幅方向（短い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ２０２、シリンドリカルレンズ２０４及びシリンドリカルレンズ２０７で行われる。また、上記レーザー光の長さ方向（長い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ２０３及びシリンドリカルレンズ２０５で行われる。
【００３０】
次に、基板上に形成された被処理膜の表面及び裏面からレーザー光を照射するための構成について図３を用いて説明する。図３に示したのは、図１における基板１０６と反射体１０５との位置関係を示す図である。
【００３１】
図３において、３０１は透光性基板であり、その表面（薄膜または素子が形成される側の面）には絶縁膜３０２、非晶質半導体膜（または微結晶半導体膜）３０３が形成されている。また、透光性基板３０１の下にはレーザー光を反射させるための反射体３０４が配置される。
【００３２】
透光性基板３０１はガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用いられる。また、絶縁膜３０２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用いれば良い。非晶質半導体膜３０３はアモルファスシリコン膜、アモルファスシリコンゲルマニウム膜などがありうる。
【００３３】
また、反射体３０４は表面（レーザー光の反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、金属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜としては如何なる材料を用いても良い。代表的には、アルミニウム、銀、タングステン、チタン、タンタルのいずれかの元素を含む金属膜を用いる。
【００３４】
また、反射体３０４を配置する代わりに、基板３０１の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のような金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させることも可能である。但し、その構成は半導体装置の作製過程で裏面に形成した金属膜が除去されないことが前提である。
【００３５】
そして、図２で説明した光学系２０１（図中ではシリンドリカルレンズ２０７のみを示す。）を経由して線状に加工されたレーザー光が、非晶質半導体膜３０３に照射される。
【００３６】
このとき、非晶質半導体膜３０３に照射されるレーザー光には、シリンドリカルレンズ２０７を通過して直接照射されるレーザー光３０５と、反射体３０４で一旦反射されて非晶質半導体膜３０３へ照射されるレーザー光３０６とがある。なお、本明細書中では、非晶質半導体膜の表面に照射されるレーザー光を第一次レーザー光と呼び、裏面に照射されるレーザー光を第二次レーザー光と呼ぶ。
【００３７】
シリンドリカルレンズ２０７を通過したレーザー光は、集光される過程で基板表面に対して４５〜９０°の入射角を持つ。そのため、第二次レーザー光３０６は非晶質半導体膜３０３の裏面側にも回り込んで照射される。また、反射体３０４の反射面に起伏部を設けてレーザー光を乱反射させることで、第二次レーザー光３０６をさらに効率良く得ることができる。
【００３８】
特に、ＹＡＧレーザーの第２高調波の波長は５３２ｎｍであり、非晶質半導体膜に照射した場合、最も非晶質半導体膜で反射しない波長範囲（５３０ｎｍ前後）内である。また、この波長範囲においては、非晶質半導体膜を透過するレーザー光が十分な光量であるため、反射体を用いて再度、裏面側から非晶質半導体膜に照射することにより効率よく照射できる。また、第２高調波のレーザーエネルギーは、（既存のＹＡＧレーザ装置における）最大値で約１．５Ｊ／ｐｕｌｓｅと大きく、線状に加工した場合、長手方向の長さを飛躍的に長くすることができ、一括で大面積のレーザー光照射が可能となる。
【００３９】
以上のように、本実施形態によれば、固体レーザーを発振源とするレーザー光を線状に加工することが可能であり、且つ、そのレーザー光を第一次レーザー光及び第二次レーザー光に分光して、非晶質半導体膜の表面及び裏面に照射することが可能である。
【００４０】
〔実施形態２〕
本実施形態では実施形態１と異なる実施の形態について説明する。本実施形態では、実施形態１のような反射体を用いず、光学系の途中で分光した二系統のレーザー光を非晶質半導体膜の表面及び裏面から照射する例を示す。
【００４１】
図４（Ａ）は本実施形態のレーザーを含むレーザー装置の構成を示す図である。基本的な構成は実施形態１で説明した図１のレーザー装置と同様であるので異なる部分の符号を変えて説明する。
【００４２】
このレーザー装置は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１を発振源とするレーザー光（好ましくは第３高調波または第４高調波）を線状に加工し、且つ、二系統に分光する光学系４０１、透光性基板を固定する透光性のステージ４０２を有する。また、ステージ４０２上には基板４０３aが設置され、その上に非晶質半導体膜４０３bが形成されている。
【００４３】
なお、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１から出力されたレーザー光を第２〜第４高調波のいずれかに変調する場合は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー１０１の直後に非線形素子を含む波長変調器を設ければ良い。
【００４４】
本実施形態の場合、ステージ４０２を透過したレーザー光を非晶質半導体膜４０３bに照射するため、ステージ４０２は透光性を有してなければならない。また、ステージ４０２側から照射されるレーザー光（第二次レーザー光）のエネルギーは基板を透過する時点で減衰すること予想されるため、できるだけステージ４０２での減衰を抑えておくことが望ましい。
【００４５】
また、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示したレーザー装置における基板４０３aの保持方法を説明する図面であるが、透光性ステージ４０２を用いること以外は図１（Ｂ）に示した構成と同一であるので説明は省略する。
【００４６】
次に、図４（Ａ）に示した光学系４０１の構成について図５を用いて説明する。図５（Ｂ）は光学系４０１を側面から見た図である。Ｎｄ：ＹＡＧレーザー５０１を発振源とするレーザー光（第３高調波または第４高調波）はシリンドリカルレンズアレイ５０２により縦方向に分割される。この分割されたレーザー光はシリンドリカルレンズ５０３によりさらに横方向に分割される。こうしてレーザー光はシリンドリカルレンズアレイ５０２、５０３によってマトリクス状に分割される。
【００４７】
そして、レーザー光はシリンドリカルレンズ５０４により一旦集光される。その際、シリンドリカルレンズ５０４の直後にシリンドリカルレンズ５０５を通る。ここまでは図２に示した光学系と同様である。
【００４８】
その後、レーザー光はハーフミラー５０６に入射し、ここでレーザー光は第一次レーザー光５０７と第二次レーザー光５０８とに分光される。そして、第一次レーザー光５０７はミラー５０９、５１０で反射され、シリンドリカルレンズ５１１を通った後、非晶質半導体膜４０３bの表面に達する。
【００４９】
また、ハーフミラー５０６で分光された第二次レーザー光５０８はミラー５１２、５１３、５１４で反射され、シリンドリカルレンズ５１５を通った後、基板４０３aを透過して非晶質半導体膜４０３bの裏面に達する。
【００５０】
このとき、実施形態１と同様に基板の照射面に投影されたレーザー光は線状の照射面を示す。また、この線状に加工されたレーザー光の幅方向（短い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ５０２、シリンドリカルレンズ５０４及びシリンドリカルレンズ５１５で行われる。また、上記レーザー光の長さ方向（長い方向）の均質化は、シリンドリカルレンズアレイ５０３、シリンドリカルレンズ５０５及びシリンドリカルレンズ５０９で行われる。
【００５１】
以上のように、本実施形態によれば、固体レーザーを発振源とするレーザー光を線状に加工することが可能であり、且つ、そのレーザー光を光学系で第一次レーザー光及び第二次レーザー光に分光して、非晶質半導体膜の表面及び裏面に照射することが可能である。
【００５２】
〔実施形態３〕
本願発明の実施形態２と異なる実施形態について説明する。本実施形態では、光学系の途中で分光した二系統のレーザー光をそれぞれ第３高調波、第４高調波とし、非晶質半導体膜の表面を第４高調波で、裏面を第３高調波でレーザーアニールする例を示す。
【００５３】
図６は本実施形態に用いるレーザー装置の光学系を側面から見た図である。Ｎｄ：ＹＡＧレーザー６０１を発振源とするレーザー光は、ハーフミラー６０２によって分光される。なお、図示しないがＮｄ：ＹＡＧレーザー６０１で出力された基本波の一部はハーフミラー６０２に到達する前に波長３５５ｎｍの第３高調波に変調されている。
【００５４】
まず、ハーフミラー６０２を透過したレーザー光（第二次レーザー光となる）は、シリンドリカルレンズアレイ６０３、６０４、シリンドリカルレンズ６０５、６０６、ミラー６０７、シリンドリカルレンズ６０８、基板６０９aを経由して、非晶質半導体膜６０９bの裏面に照射される。
【００５５】
なお、最終的に非晶質半導体膜６０９bに照射されるレーザー光は線状に加工されている。線状に加工される経過については図２の光学系の説明と同様であるので省略する。
【００５６】
また、ハーフミラー６０２で反射されたレーザー光（第一次レーザー光となる）は非線形素子を含む波長変調器６１０によって、波長２６６ｎｍの第４高調波に変調される。その後、ミラー６１１、シリンドリカルレンズアレイ６１２、６１３、シリンドリカルレンズ６１４、６１５、ミラー６１６、シリンドリカルレンズ６１７を経由して、非晶質半導体膜６０９bの表面に照射される。
【００５７】
なお、最終的に非晶質半導体膜６０９bに照射されるレーザー光は線状に加工されている。線状に加工される経過については図２の光学系の説明と同様であるので省略する。
【００５８】
以上のように、本実施形態では、非晶質半導体膜の表面に対して波長２６６ｎｍの第４高調波を照射し、非晶質半導体膜の裏面に対して波長３５５ｎｍの第３高調波を照射する点に特徴がある。なお、本実施形態のように、第３高調波及び第４高調波の断面形状を線状に加工しておくとレーザーアニールのスループットが向上するので好ましい。
【００５９】
基板６０９aがガラス基板である場合、波長２５０ｎｍ付近よりも波長の短い光は透過しなくなる。例えば、コーニング社の＃１７３７基板（１．１ｍｍ厚品）は約２４０ｎｍから透過し始め、３００ｎｍで約３８％、３５０ｎｍで約８５％、４００ｎｍで約９０％の光を透過する。即ち、基板６０９aがガラス基板の場合は第二次レーザー光として、波長３５０ｎｍ以上（好ましくは波長４００ｎｍ以上）のレーザー光を用いるのが好ましい。
【００６０】
従って、本実施形態のように固体レーザーとしてＮｄ：ＹＡＧレーザーを用い、非晶質半導体膜が形成された基板としてガラス基板を用いる場合、基板を透過しない第一次レーザー光を第４高調波とし、基板を透過する第二次レーザー光を第３高調波とすることが望ましい。
【００６１】
以上のように、基板の材質または非晶質半導体膜の膜質に応じて、非晶質半導体膜の表面に照射されるレーザー光（第一次レーザー光）と裏面に照射されるレーザー光（第二次レーザー光）の波長を異ならせることは有効である。
【００６２】
なお、本実施形態では、一つのレーザーを発振源とするレーザー光を分光して用いているが、異なる波長のレーザー光を出力する二つのレーザーを用いることも可能である。
【００６３】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の実施例を図７〜図９を用いて説明する。ここでは、画素部の画素ＴＦＴおよび保持容量と、画素部の周辺に設けられる駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴとを同時に作製する方法について説明する。
【００６４】
図７（Ａ）において、基板７０１にはコーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板の他に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）など光学的異方性を有しないプラスチック基板を用いることができる。
【００６５】
そして、基板７０１のＴＦＴを形成する表面に、基板７０１からの不純物拡散を防ぐために、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの下地膜７０２を形成する。本実施例ではプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜７０２ａを１０〜２００nm（好ましくは５０〜１００nm）、同様にＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂを５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。
【００６６】
酸化窒化シリコン膜は従来の平行平板型のプラズマＣＶＤ法を用いて形成する。酸化窒化シリコン膜７０２ａは、ＳｉＨ4を１０SCCM、ＮＨ3を１００SCCM、Ｎ2Ｏを２０SCCMとして反応室に導入し、基板温度３２５℃、反応圧力４０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとする。一方、酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂは、ＳｉＨ4を５SCCM、Ｎ2Ｏを１２０SCCM、Ｈ2を１２５SCCMとして反応室に導入し、基板温度４００℃、反応圧力２０Pa、放電電力密度０．４１W/cm2、放電周波数６０MHzとする。これらの膜は、基板温度を変化させ、反応ガスの切り替えのみで連続して形成することもできる。
【００６７】
また、酸化窒化シリコン膜７０２ａは基板を中心に考えて、その内部応力が引張り応力となるように形成する。酸化窒化シリコン膜７０２ｂも同様な方向に内部応力を持たせるが、酸化窒化シリコン膜７０２ａよりも絶対値で比較して小さい応力となるようにする。
【００６８】
次に、２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで非晶質半導体膜７０３を、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法で非晶質シリコン膜を５５ｎｍの厚さに形成する。このとき、下地膜７０２と非晶質半導体膜７０３とは両者を連続形成することも可能である。例えば、前述のように酸化窒化シリコン膜７０２ａと酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂをプラズマＣＶＤ法で連続して成膜後、反応ガスをＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2からＳｉＨ4とＨ2或いはＳｉＨ4のみに切り替えれば、一旦大気雰囲気に晒すことなく連続形成できる。その結果、酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂの表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。
【００６９】
そして、まず非晶質構造を有する半導体層７０３から、図７（Ｂ）で点線で示すように第１の形状を有する島状半導体層７０４〜７０８を形成する。図１０（Ａ）はこの状態における島状半導体層７０４、７０５の上面図であり、同様に図１１（Ａ）は島状半導体層７０８の上面図を示す。
【００７０】
図１０および図１１において、島状半導体層は長方形とし一辺が５０μｍ以下となるように形成するが、島状半導体層の形状は任意なものとすることが可能で、好ましくはその中心部から端部までの最小距離が５０μｍ以下となるような形態であればどのような多角形、或いは円形とすることもできる。
【００７１】
次に、このような島状半導体層７０４〜７０８に対して結晶化の工程を行う。結晶化の工程は、実施形態１〜３で説明したいずれの方法を用いることも可能であるが、本実施例では実施形態１の方法で島状半導体層７０４〜７０８にレーザーアニールを行う。こうして図７（Ｂ）の実線で示す結晶質シリコン膜から成る島状半導体層７０９〜７１３が形成される。
【００７２】
なお、本実施例では一つのＴＦＴに対応して一つの島状半導体層を形成する例を示しているが、島状半導体層の専有面積が大きくなる場合（一つのＴＦＴの大きさが大きくなる場合）には、複数の島状半導体層に分割し、複数のＴＦＴを直列に接続したものを一つのＴＦＴとして機能させることも可能である。
【００７３】
このとき、非晶質シリコン膜の結晶化に伴って膜が緻密化し、１〜１５％程度収縮する。そして、島状半導体層の端部には収縮により歪みが発生した領域７１４が形成される。また、このような結晶質シリコン膜から成る島状半導体層は、基板を中心に考えて引張り応力を有している。図１０（Ｂ）および図１１（Ｂ）は、それぞれこの状態の島状半導体層７０９、７１０および７１３の上面図を示す。同図中で点線で示す領域７０４、７０５、７０８は元々あった島状半導体層７０４、７０５、７０８の大きさを示す。
【００７４】
このような歪みが蓄積した領域７１４にかかってＴＦＴのゲート電極が形成されると、この部分は前述のように多数の欠陥準位があり、また結晶性も良好でないのでＴＦＴの特性を劣化させる原因となる。例えば、オフ電流値が増大したり、この領域に電流が集中して局部的に発熱したりする。
【００７５】
従って、図７（Ｃ）で示すように、このような歪みが蓄積した領域７１４が除去されるように第２の形状の島状半導体層７１５〜７１９を形成する。図中点線で示す７１４'は歪みが蓄積した領域７１４が存在していた領域であり、その領域より内側に第２の形状の島状半導体層７１５〜７１９を形成する状態を示している。この第２の形状の島状半導体層７１５〜７１９の形状は任意な形状のものとすれば良い。図１０（Ｃ）にはこの状態における島状半導体層７１５、７１４の上面図を示す。また、同様に図１１（Ｃ）には島状半導体層７１９の上面図を示す。
【００７６】
その後、この島状半導体層７１５〜７１９を覆って、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法により５０〜１００ｎｍの厚さの酸化シリコン膜によるマスク層７２０を形成する。この状態で島状半導体層に対し、ＴＦＴのしきい値電圧（Ｖth）を制御する目的でｐ型を付与する不純物元素を１×１０16〜５×１０17atoms／cm3程度の濃度で島状半導体層の全面に添加しても良い。
【００７７】
半導体に対してｐ型を付与する不純物元素には、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。その方法として、イオン注入法やイオンドープ法を用いることができるが、大面積基板を処理するにはイオンドープ法が適している。イオンドープ法ではジボラン（Ｂ2Ｈ6）をソースガスとして用いホウ素（Ｂ）を添加する。このような不純物元素の注入は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、特にｎチャネル型ＴＦＴのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるためには有効である。
【００７８】
駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴのＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素を島状半導体層７１６、７１８に選択的に添加する。そのため、あらかじめレジストマスク７２１ａ〜７２１ｅを形成する。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）を用いれば良く、ここではリン（Ｐ）を添加すべく、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法を用いる。
【００７９】
形成された不純物領域は低濃度ｎ型不純物領域７２２、７２３として、このリン（Ｐ）濃度は２×１０16〜５×１０19atoms／cm3の範囲とすれば良い。本明細書中では、ここで形成された不純物領域７２２、７２３に含まれるｎ型を付与する不純物元素の濃度を（ｎ-）と表す。また、不純物領域７２４は、画素部の保持容量を形成するための半導体層であり、この領域にも同じ濃度でリン（Ｐ）が添加される（図７（Ｄ））。
【００８０】
次に、添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気中で５００〜６００℃で１〜４時間の熱処理や、レーザー活性化の方法により行うことができる。また、両者を併用して行っても良い。レーザー活性化の方法による場合、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を用い、線状ビームを形成して、発振周波数５〜５０Ｈｚ、エネルギー密度１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2として線状ビームのオーバーラップ割合を８０〜９８％として走査して、島状半導体層が形成された基板全面を処理する。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。この工程は、マスク層７２０を残して行っても良いし、除去してから行っても良い。
【００８１】
図７（Ｅ）において、ゲート絶縁膜７２５はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚を４０〜１５０ｎｍとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。例えば、１２０ｎｍの厚さで酸化窒化シリコン膜から形成すると良い。また、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を添加させて作製された酸化窒化シリコン膜は、膜中の固定電荷密度が低減されているのでこの用途に対して好ましい材料となる。勿論、ゲート絶縁膜７２５はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。いずれにしても、ゲート絶縁膜７２５は基板を中心に考え圧縮応力となるように形成する。
【００８２】
そして、図７（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜７２５上にゲート電極を形成するための耐熱性導電層を形成する。耐熱性導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あるいは三層といった複数の層から成る積層構造としても良い。このような耐熱性導電性材料を用い、例えば、導電性の窒化物金属膜から成る導電層（Ａ）７２６と金属膜から成る導電層（Ｂ）７２７とを積層した構造とすると良い。
【００８３】
導電層（Ｂ）７２７はタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金膜、Ｍｏ−Ｔａ合金膜）で形成すれば良く、導電層（Ａ）７２６は窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、窒化モリブデン（ＭｏＮ）などで形成する。また、導電層（Ａ）７２６はタングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。
【００８４】
また、導電層（Ｂ）７２７は低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させることが好ましく、特に酸素濃度に関しては３０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。例えば、タングステン（Ｗ）は酸素濃度を３０ｐｐｍ以下とすることで２０μΩｃｍ以下の比抵抗値を実現することができる。
【００８５】
導電層（Ａ）７２６は１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）とし、導電層（Ｂ）７２７は２００〜４００ｎｍ（好ましくは２５０〜３５０ｎｍ）とすれば良い。Ｗをゲート電極とする場合には、Ｗをターゲットとしたスパッタ法で、アルゴン（Ａｒ）ガスと窒素（Ｎ2）ガスを導入して導電層（Ａ）７２６を窒化タングステン（ＷＮ）で５０nmの厚さに形成し、導電層（Ｂ）７２７をＷで２５０nmの厚さに形成する。その他の方法として、Ｗ膜は６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いて熱ＣＶＤ法で形成することもできる。
【００８６】
いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、純度９９．９９９９％のＷターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができる。
【００８７】
一方、導電層（Ａ）７２６にＴａＮ膜を、導電層（Ｂ）７２７にＴａ膜を用いる場合には、同様にスパッタ法で形成することが可能である。ＴａＮ膜はＴａをターゲットとしてスパッタガスにＡｒと窒素との混合ガスを用いて形成し、Ｔａ膜はスパッタガスにＡｒを用いる。また、これらのスパッタガス中に適量のＸｅやＫｒを加えておくと、形成する膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。α相のＴａ膜の抵抗率は２０μΩcm程度でありゲート電極に使用することができるが、β相のＴａ膜の抵抗率は１８０μΩcm程度でありゲート電極とするには不向きである。ＴａＮ膜はα相に近い結晶構造を持つので、この上にＴａ膜を形成すればα相のＴａ膜が容易に得られる。
【００８８】
なお、図示しないが、導電層（Ａ）７２６の下に２〜２０ｎｍ程度の厚さでリン（Ｐ）をドープしたシリコン膜を形成しておくことは有効である。これにより、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、導電層（Ａ）７２６または導電層（Ｂ）７２７が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜７２５に拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、導電層（Ｂ）７２７は抵抗率を１０〜５０μΩcmの範囲とすることが好ましい。
【００８９】
次に、フォトマスクを用い、フォトリソグラフィーの技術を使用してレジストマスク７２８ａ〜７２８ｆを形成し、導電層（Ａ）７２６と導電層（Ｂ）７２７とを一括でエッチングしてゲート電極７２９〜７３３と容量配線７３４を形成する。ゲート電極７２９〜７３３と容量配線７３４は、導電層（Ａ）から成る７２９ａ〜７３３ａと、導電層（Ｂ）から成る７２９ｂ〜７３３ｂとが一体として形成されている（図８（Ａ））。
【００９０】
また、この状態における島状半導体層７１５、７１６とゲート電極７２９、７３０との位置関係を図１０（Ｄ）に示す。同様に島状半導体層７１９とゲート電極７３３、容量配線７３４の関係を図１１（Ｄ）に示す。図１０（Ｄ）および図１１（Ｄ）において、ゲート絶縁膜７２５は省略する。
【００９１】
導電層（Ａ）および導電層（Ｂ）をエッチングする方法は実施者が適宣選択すれば良いが、前述のようにＷを主成分とする材料で形成されている場合には、高速でかつ精度良くエッチングを実施するために高密度プラズマを用いたドライエッチング法を適用することが望ましい。高密度プラズマを得る方法として、マイクロ波プラズマや誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）エッチング装置を用いると良い。
【００９２】
例えば、ＩＣＰエッチング装置を用いたＷのエッチング法は、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2の２種のガスを反応室に導入し、圧力０．５〜１．５Ｐａ（好ましくは１Ｐａ）とし、誘導結合部に２００〜１０００Ｗの高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力を印加する。この時、基板が置かれたステージには２０Ｗの高周波電力が印加され、自己バイアスで負電位に帯電することにより、正イオンが加速されて異方性のエッチングを行うことができる。ＩＣＰエッチング装置を使用することにより、Ｗなどの硬い金属膜も２〜５nm／秒のエッチング速度を得ることができる。また、残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増しオーバーエッチングをすると良い。しかし、この時に下地とのエッチングの選択比に注意する必要がある。例えば、Ｗ膜に対する酸化窒化シリコン膜（ゲート絶縁膜７２５）の選択比は２．５〜３であるので、このようなオーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチングされて実質的に薄くなる。
【００９３】
そして、画素ＴＦＴのｎチャネル型ＴＦＴにＬＤＤ領域を形成するために、ｎ型を付与する不純物元素添加の工程（ｎ--ドープ工程）を行う。ゲート電極７２９〜７３３をマスクとして自己整合的にｎ型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加すればよい。ｎ型を付与する不純物元素として添加するリン（Ｐ）の濃度は１×１０16〜５×１０19atoms／cm3の濃度範囲で添加する。このようにして、図８（Ｂ）に示すように島状半導体層に低濃度ｎ型不純物領域７３５〜７３９を形成する。
【００９４】
次に、ｎチャネル型ＴＦＴにおいて、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度ｎ型不純物領域の形成を行う（ｎ+ドープ工程）。まず、フォトマスクを用い、レジストのマスク７４０ａ〜７４０ｄを形成し、ｎ型を付与する不純物元素を添加して高濃度ｎ型不純物領域７４１〜７４６を形成する。ｎ型を付与する不純物元素にはリン（Ｐ）を用い、その濃度が１×１０20〜１×１０21atoms／cm3の濃度範囲となるようにフォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行う（図８（Ｃ））。
【００９５】
そして、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層７１５、７１７にソース領域およびドレイン領域とする高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９を形成する。ここでは、ゲート電極７２９、７３１をマスクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に高濃度ｐ型不純物領域を形成する。このとき、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体膜７１６、７１８、７１９は、フォトマスクを用いてレジストマスク７４７ａ〜７４７ｃを形成し全面を被覆しておく。
【００９６】
高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。この領域のボロン（Ｂ）濃度は３×１０20〜３×１０21atoms／cm3となるようにする（図８（Ｄ））。
【００９７】
この高濃度ｐ型不純物領域７４８、７４９には、前工程においてリン（Ｐ）が添加されていて、高濃度ｐ型不純物領域７４８ａ、７４９ａには１×１０20〜１×１０21atoms／cm3の濃度で、高濃度ｐ型不純物領域７４８ｂ、７４９ｂには１×１０16〜５×１０19atoms／cm3の濃度でリンが含まれるが、この工程で添加するボロン（Ｂ）の濃度を、含まれるリンの濃度の１．５から３倍とすることでｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として問題なく機能させることができる。
【００９８】
その後、図９（Ａ）に示すように、ゲート電極およびゲート絶縁膜上から保護絶縁膜７５０を形成する。保護絶縁膜は酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良い。いずれにしても保護絶縁膜７５０は無機絶縁物材料から形成する。保護絶縁膜７５０の膜厚は１００〜２００ｎｍとする。
【００９９】
ここで、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法で、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Orthosilicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cm2で放電させて形成することができる。酸化窒化シリコン膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化シリコン膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜で形成すれば良い。この場合の作製条件は反応圧力２０〜２００Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０MHz）電力密度０．１〜１．０W/cm2で形成することができる。また、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化シリコン膜を適用しても良い。窒化シリコン膜も同様にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3から作製することが可能である。このような保護絶縁膜は、基板を中心に考えて圧縮応力となるように形成する。
【０１００】
その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程を行う。この工程は電熱炉を用いるファーネスアニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。ファーネスアニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うことが好ましく、本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行う。また、基板７０１に耐熱温度が低いプラスチック基板を用いる場合にはレーザーアニール法を用いる（図９（Ｂ））。
【０１０１】
活性化の工程の後、さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により島状半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。また、基板７０１の耐熱性が許せば３００〜４５０℃の加熱処理により下地膜７０２の酸化窒化水素化シリコン膜７０２ｂ、保護絶縁膜７５０の酸化窒化シリコン膜の水素を拡散させて島状半導体層を水素化しても良い。
【０１０２】
活性化および水素化の工程が終了したら、有機絶縁物からなる層間絶縁膜７５１を１．０〜２．０μｍの平均厚を有して形成する。有機絶縁物としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用することができる。例えば、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用いる場合には、クリーンオーブンで３００℃で焼成して形成する。また、アクリルを用いる場合には、２液性のものを用い、主材と硬化剤を混合した後、スピナーを用いて基板全面に塗布した後、ホットプレートで８０℃で６０秒の予備加熱を行い、さらにクリーンオーブンで２５０℃で６０分焼成して形成することができる。
【０１０３】
層間絶縁膜を有機絶縁物で形成することにより、表面を良好に平坦化させることができる。また、有機絶縁物は一般に誘電率が低いので、寄生容量を低減するできる。しかし、吸湿性があり保護膜としての効果は弱いので、本実施例のように、保護絶縁膜７５０として形成した酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜などと組み合わせて用いることが好ましい。
【０１０４】
その後、フォトマスクを用い、所定のパターンのレジストマスクを形成し、それぞれの島状半導体膜に形成されたソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールの形成はドライエッチング法により行う。この場合、エッチングガスにＣＦ4、Ｏ2、Ｈｅの混合ガスを用い有機絶縁物から成る層間絶縁膜７５１をまずエッチングし、その後、続いてエッチングガスをＣＦ4、Ｏ2として保護絶縁膜７５０をエッチングする。さらに、島状半導体層との選択比を高めるために、エッチングガスをＣＨＦ3に切り替えてゲート絶縁膜７２５をエッチングすることにより、良好にコンタクトホールを形成することができる。
【０１０５】
そして、導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成し、フォトマスクによりレジストマスクを形成し、エッチングによってソース配線７５２〜７５６とドレイン配線７５７〜７６１を形成する。ドレイン配線７６２は隣接する画素のドレイン配線を示す。ここで、ドレイン配線７６１は画素電極として機能するものである。図示していないが、本実施例ではこの電極を、Ｔｉ膜を５０〜１５０nmの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム（Ａｌ）を３００〜４００nmの厚さで形成して配線とする。
【０１０６】
図１０（Ｅ）はこの状態における島状半導体層７１５、７１６、ゲート電極７２９、７３０、ソース配線７５２、７５３およびドレイン配線７５７、７５８の上面図を示す。ソース配線７５２、７５３は図示されていない層間絶縁膜および保護絶縁膜に設けられたコンタクトホールによって、島状半導体層７１５、７１６とそれぞれ８３０、８３３で接続している。また、ドレイン配線７５７、７５８は８３１、８３２で島状半導体層７１５、７１６と接続している。
【０１０７】
同様に、図１１（Ｅ）では島状半導体層７１９、ゲート電極７３３、容量配線７３４、ソース配線７５６およびドレイン配線７６１の上面図を示し、ソース配線７５６はコンタクト部８３４で、ドレイン配線７６１はコンタクト部８３５でそれぞれ島状半導体層７１９と接続している。
【０１０８】
いずれにしても、第１の形状を有する島状半導体層の内側の領域に、歪みが残留している領域を除去して、第２の形状を有する島状半導体層を形成し、ＴＦＴを形成する。
【０１０９】
この状態で水素化処理を行うとＴＦＴの特性向上に対して好ましい結果が得られる。例えば、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行うと良く、あるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られる。また、このような熱処理により保護絶縁膜７５０や、下地膜７０２にに存在する水素を島状半導体膜７１５〜７１９に拡散させ水素化をすることもできる。いずれにしても、島状半導体層７１５〜７１９中の欠陥密度を１０16/cm3以下とすることが望ましく、そのためには水素を5×１０18〜５×１０19atoms/cm3程度付与することが好ましい。（図９（Ｃ））。
【０１１０】
こうして同一の基板上に、駆動回路のＴＦＴと画素部の画素ＴＦＴとを有した基板を完成させることができる。駆動回路には第１のｐチャネル型ＴＦＴ８００、第１のｎチャネル型ＴＦＴ８０１、第２のｐチャネル型ＴＦＴ８０２、第２のｎチャネル型ＴＦＴ８０３、画素部には画素ＴＦＴ８０４、保持容量８０５が形成されている。本明細書では便宜上このような基板をアクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１１１】
駆動回路の第１のｐチャネル型ＴＦＴ８００には、島状半導体膜７１５にチャネル形成領域８０６、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域８０７ａ、８０７ｂ、ドレイン領域８０８ａ、８０８ｂを有したシングルドレインの構造を有している。
【０１１２】
第１のｎチャネル型ＴＦＴ８０１には、島状半導体膜７１６にチャネル形成領域８０９、ゲート電極７３０と重なるＬＤＤ領域８１０、ソース領域８１２、ドレイン領域８１１を有している。このＬＤＤ領域において、ゲート電極７３０と重なるＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとする。ｎチャネル型ＴＦＴにおけるＬＤＤ領域の長さをこのようにすることにより、ドレイン領域近傍に発生する高電界を緩和して、ホットキャリアの発生を防ぎ、ＴＦＴの劣化を防止することができる。
【０１１３】
駆動回路の第２のｐチャネル型ＴＦＴ８０２は同様に、島状半導体膜７１７にチャネル形成領域８１３、高濃度ｐ型不純物領域から成るソース領域８１４ａ、８１４ｂ、ドレイン領域８１５ａ、８１５ｂを有したシングルドレインの構造を有している。
【０１１４】
第２のｎチャネル型ＴＦＴ８０３には、島状半導体膜７１８にチャネル形成領域８１６、ゲート電極７３２と一部が重なるＬＤＤ領域８１７、８１８、ソース領域８２０、ドレイン領域８１９が形成されている。このＴＦＴのゲート電極７３２と重なるＬＤＤ領域の長さも０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとする。また、ゲート電極と重ならないＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．５〜４．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとする。
【０１１５】
画素ＴＦＴ８０４には、島状半導体膜７１９にチャネル形成領域８２１、８２２、ＬＤＤ領域８２３〜８２５、ソースまたはドレイン領域８２６〜８２８を有している。ＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは０．５〜４．０μｍ、好ましくは１．５〜２．５μｍである。さらに、容量配線７３４と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素ＴＦＴ８０４のドレイン領域８２８に接続する半導体層８２９とから保持容量８０５が形成されている。図９（Ｃ）では画素ＴＦＴ８０４をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【０１１６】
図１２は画素部のほぼ一画素分を示す上面図である。図中に示すＡ−Ａ'断面が図９（Ｃ）に示す画素部の断面図に対応している。画素ＴＦＴ８０４のゲート電極７３３は、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の島状半導体層７１９と交差している。図示はしていないが、島状半導体層には、ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域が形成されている。また、８３４はソース配線７５６とソース領域８２６とのコンタクト部、８３５はドレイン配線７６１とドレイン領域８２８とのコンタクト部である。保持容量８０５は、画素ＴＦＴ８０４のドレイン領域８２８から延在する半導体層８２９がゲート絶縁膜を介して容量配線７３４と重なる領域で形成されている。
【０１１７】
以上のようにしてアクティブマトリクス基板が完成する。本実施例に従って作製されたアクティブマトリクス基板は、画素部および駆動回路の仕様に応じて適切な構造のＴＦＴを配置している。そのため、このアクティブマトリクス基板を用いた電気光学装置の動作性能と信頼性を向上させることを可能としている。
【０１１８】
なお、本実施例では画素ＴＦＴ８０４のドレイン配線７６１をそのまま画素電極として用いており、反射型液晶表示装置に対応した構造となっている。しかし、ドレイン配線７６１に電気的に接続されるように透明導電膜でなる画素電極を形成することで透過型液晶表示装置にも対応できる。
【０１１９】
また、本実施例は本願発明を用いた半導体装置の作製工程の一例であり、本実施例に示した材料や数値範囲に限定する必要はない。さらに、ＬＤＤ領域の配置なども実施者が適宜決定すれば良い。
【０１２０】
〔実施例２〕
実施例１では、非晶質半導体膜に対して実施形態１乃至実施形態３に示した方法でレーザーアニールを施して結晶化する例を示しているが、ある程度まで結晶化が進んだ段階の半導体膜に対してレーザーアニールを行うこともできる。
【０１２１】
即ち、ファーネスアニールにより非晶質半導体膜を結晶化させて得た結晶質半導体膜に、さらにレーザーアニールを施して結晶性を改善する場合においても本願発明のレーザーアニールは有効である。
【０１２２】
具体的には、特開平７−１６１６３４号公報、特開平７−３２１３３９号公報または特開平７−１３１０３４号公報等の出願におけるレーザー照射工程（レーザーアニール工程）に、実施形態１乃至実施形態３のレーザーアニール方法を用いることが可能である。
【０１２３】
なお、上記公報に本願発明を用いた後、形成された結晶質半導体膜を用いたＴＦＴを作製することができる。即ち、本実施例と実施例１とを組み合わせることが可能である。
【０１２４】
〔実施例３〕
本実施例では実施例１、２に従って作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を説明する。まず、図１３（Ａ）に示すように、図９（Ｃ）の状態のアクティブマトリクス基板にパターニングにより樹脂材料でなるスペーサ９０１a〜９０１fを形成する。なお、スペーサとして公知の球状シリカ等を散布して用いることもできる。
【０１２５】
本実施例では、樹脂材料でなるスペーサ９０１a〜９０１fとしてＪＳＲ社製のＮＮ７００を用い、スピナーで塗布した後、露光と現像処理によって所定のパターンに形成する。さらにクリーンオーブンなどで１５０〜２００℃で加熱して硬化させる。このようにして作製されるスペーサは露光と現像処理の条件によって形状を異ならせることができるが、好ましくは、柱状で頂部が平坦な形状となるようにすると、対向側の基板を合わせたときに液晶表示パネルとしての機械的な強度を確保することができる。
【０１２６】
また、形状は円錐状、角錐状など特別の限定はないが、例えば円錐状としたときに具体的には、高さＨを１．２〜５μｍとし、平均半径Ｌ１を５〜７μｍ、平均半径Ｌ１と底部の半径Ｌ２との比を１対１．５とする。このとき側面のテーパー角は±１５°以下とする。
【０１２７】
スペーサ９０１a〜９０１fの配置は任意に決定しても良いが、好ましくは、図１３（Ａ）で示すように、画素部においてはドレイン配線７６１（画素電極）のコンタクト部８３５と重ねてその部分を覆うように形成すると良い。コンタクト部８３５は平坦性が損なわれこの部分では液晶がうまく配向しなくなるので、コンタクト部８３５にスペーサ用の樹脂を充填することでディスクリネーションなどを防止することができる。
【０１２８】
その後、配向膜９０２を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂を用いる。配向膜を形成した後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにする。画素部に設けたスペーサ９０１a〜９０１fの端部からラビング方向に対してラビングされない領域が２μｍ以下となるようにすることが好ましい。また、ラビング処理では静電気の発生がしばしば問題となるが、駆動回路のＴＦＴ上において、少なくともソース配線およびドレイン配線上にもスペーサ９０１ａ〜９０１ｅを形成しておくと、ラビング工程におけるスペーサとしての本来の役割と、静電気からＴＦＴを保護する効果を得ることができる。
【０１２９】
対向基板９０３には、遮光膜９０４、透明導電膜でなる対向電極９０５および配向膜９０６を形成する。遮光膜９０４はＴｉ、Ｃｒ、Ａｌなどを１５０〜３００nmの厚さで形成する。そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール剤９０７で貼り合わせる。シール剤９０７にはフィラー９０８が混合されていて、このフィラー９０８とスペーサ９０１a〜９０１fによって均一な間隔を持って対向基板とアクティブマトリクス基板とが貼り合わせられる。
【０１３０】
その後、両基板の間に液晶材料９０９を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。例えば、ＴＮ液晶の他に、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答性を示す無しきい値反強誘電性混合液晶を用いることもできる。無しきい値反強誘電性混合液晶にはＶ字型の電気光学応答特性を示すものもある。詳細は「H.Furue et al.;Charakteristics and Drivng Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability,SID,1998」、「T.Yoshida et al.;A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time,841,SID97DIGEST,1997」、「S.Inui et al.;Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to displays,671-673,J.Mater.Chem.6(4),1996」、または米国特許第5,594,569号を参照すれば良い。
【０１３１】
このようにして図１３（Ｂ）に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。図１３ではスペーサ９０１a〜９０１eを駆動回路のＴＦＴ上の少なくともソース配線およびドレイン配線上にに分割して形成したが、その他に、駆動回路の全面を覆って形成しても差し支えない。
【０１３２】
図１４はアクティブマトリクス基板の上面図を示し、画素部および駆動回路部とスペーサおよびシール剤の位置関係を示す上面図である。画素部１４００の周辺に駆動回路として走査信号駆動回路１４０１と画像信号駆動回路１４０２が設けられている。さらに、その他ＣＰＵやメモリなどの信号処理回路１４０３も付加されていても良い。
【０１３３】
そして、これらの駆動回路は接続配線１４１１によって外部入出力端子１４１０と接続されている。画素部１４００では走査信号駆動回路１４０１から延在するゲート配線群１４０４と画像信号駆動回路１４０２から延在するソース配線群１４０５がマトリクス状に交差して画素を形成し、各画素にはそれぞれ画素ＴＦＴ８０４と保持容量８０５が設けられている。
【０１３４】
画素部において設けられるスペーサ１４０６は、図１３で示したスペーサ９０１fに対応するもので、すべての画素に対して設けても良いが、マトリクス状に配列した画素の数個から数十個おきに設けても良い。即ち、画素部を構成する画素の全数に対するスペーサの数の割合は２０〜１００％とすると良い。また、駆動回路部に設けるスペーサ１４０７〜１４０９はその全面を覆うように設けても良いし、図１３で示したように各ＴＦＴのソースおよびドレイン配線の位置にあわせて複数個に分割して設けても良い。
【０１３５】
シール剤９０７は、基板７０１上の画素部１４００および走査信号駆動回路１４０１、画像信号駆動回路１４０２、その他の信号処理回路１４０３の外側であって、外部入出力端子１４１０よりも内側に形成する。
【０１３６】
このようなアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を図１５の斜視図を用いて説明する。図１５においてアクティブマトリクス基板は、ガラス基板７０１上に形成された、画素部１４００と、走査信号駆動回路１４０１と、画像信号駆動回路１４０２とその他の信号処理回路１４０３とで構成される。
【０１３７】
画素部１４００には画素ＴＦＴ８０４と保持容量８０５が設けられ、画素部の周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として構成されている。走査信号駆動回路１４０１と、画像信号駆動回路１４０２はそれぞれゲート配線７３３とソース配線７５６で画素ＴＦＴ８０４に接続している。また、フレキシブルプリントサーキット（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）１４１３が外部入力端子１４１０に接続していて画像信号などを入力するのに用いる。フレキシブルプリントサーキット１４１３は補強樹脂１４１２で接着強度を高めて固定されている。そして接続配線１４１１でそれぞれの駆動回路に接続している。また、対向基板９０３には図示していないが、遮光膜や透明電極が設けられている。
【０１３８】
このような構成の液晶表示装置は、実施例１、２で示したアクティブマトリクス基板を用いて形成することができる。例えば、図９（Ｃ）の構造のアクティブマトリクス基板を用いれば反射型の液晶表示装置が得られ、実施例１で示したように画素電極として透明導電膜を用いたアクティブマトリクス基板を用いれば透過型の液晶表示装置を得ることができる。
【０１３９】
〔実施例４〕
実施例１〜実施例３では、本願発明を液晶表示装置に対して用いた例を示しているが、本願発明はＴＦＴを用いる半導体装置であれば如何なるものにも実施することが可能である。
【０１４０】
具体的には、アクティブマトリクス型のＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やアクティブマトリクス型のＥＣ（エレクトロクロミクス）表示装置を作製する場合に、半導体膜のレーザーアニール工程において本願発明を実施することが可能である。その際、実施形態１乃至実施形態３のいずれの構成を用いても良い。
【０１４１】
本願発明はレーザーアニール工程の部分の発明であるので、その他の部分は公知のＴＦＴ作製プロセスが適用できる。従って、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置やアクティブマトリクス型ＥＣ表示装置を作製する場合には、公知の技術に本願発明を適用すれば良い。勿論、図７〜９で説明した作製工程を参考にして作製することも可能である。
【０１４２】
〔実施例５〕
本願発明は、アクティブマトリクス型液晶表示装置やアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置などの電気光学装置を表示ディスプレイとして有する電子装置（電子機器ともいう）に対して実施することが可能である。電子装置としては、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、電子書籍など）、ナビゲーションシステムなどが上げられる。
【０１４３】
図１６（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、マイクロプロセッサやメモリーなどを備えた本体２００１、画像入力部２００２、表示部２００３、キーボード２００４で構成される。本願発明は表示装置２００３やその他の駆動回路の作製に際して実施することができる。
【０１４４】
図１６（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６で構成される。本願発明は表示装置２１０２やその他の駆動回路の作製に際して実施することができる。
【０１４５】
図１６（Ｃ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２２０１、表示装置２２０２、アーム部２２０３から成っている。本願発明は表示部２２０２やその他図示されていない駆動回路の作製に際して実施することができる。。
【０１４６】
図１６（Ｄ）はテレビゲームまたはビデオゲームなどの電子遊技機器であり、ＣＰＵ等の電気回路２３０８、記録媒体２３０４などが搭載された本体２３０１、コントローラ２３０５、表示部２３０３、本体２３０１に組み込まれた表示部２３０２で構成される。表示部２３０３と本体２３０１に組み込まれた表示部２３０２とは、同じ情報を表示しても良いし、前者を主表示装置とし、後者を副表示装置として記録媒体２３０４の情報を表示したり、機器の動作状態を表示したり、或いはタッチセンサーの機能を付加して操作盤とすることもできる。また、本体２３０１とコントローラ２３０５と表示部２３０３とは、相互に信号を伝達するために有線通信としても良いし、センサ部２３０６、２３０７を設けて無線通信または光通信としても良い。本願発明は、表示部２３０２、２３０３の作製に際して実施することができる。また、表示部２３０３は従来のＣＲＴを用いることもできる。
【０１４７】
図１６（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体２４０１、表示部２４０２、スピーカー部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５で構成される。なお、記録媒体にはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）やコンパクトディスク（ＣＤ）などを用い、音楽プログラムの再生や映像表示、ビデオゲーム（またはテレビゲーム）やインターネットを介した情報表示などを行うことができる。本願発明は表示部２４０２やその他の駆動回路の作製に際して実施することができる。
【０１４８】
図１６（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）で構成される。本願発明は表示部２５０２やその他の駆動回路の作製に際して実施することができる。
【０１４９】
図１７（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、光源光学系および表示装置２６０１、スクリーン２６０２で構成される。本発明は表示装置やその他の駆動回路に適用することができる。図１７（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、光源光学系および表示装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４で構成される。本願発明は表示装置やその他の駆動回路の作製に際して実施することができる。
【０１５０】
なお、図１７（Ｃ）に、図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）における光源光学系および表示装置２６０１、２７０２の構造の一例を示す。光源光学系および表示装置２６０１、２７０２は光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、ビームスプリッター２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８１０は複数の光学レンズで構成される。
【０１５１】
図１７（Ｃ）では液晶表示装置２８０８を三つ使用する三板式の例を示したが、このような方式に限定されず、単板式の光学系で構成しても良い。また、図１７（Ｃ）中で矢印で示した光路には適宣光学レンズや偏光機能を有するフィルムや位相を調節するためのフィルムや、ＩＲフィルムなどを設けても良い。
【０１５２】
また、図１７（Ｄ）は図１７（Ｃ）における光源光学系２８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系２８０１はリフレクター２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で構成される。なお、図１７（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって図示した構成に限定されるものではない。
【０１５３】
また、ここでは図示しなかったが、本願発明はその他にも、ナビゲーションシステムやイメージセンサの読み取り回路などの作製に際して実施することもできる。このように本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子装置の作製に際して実施することができる。
【０１５４】
〔実施例６〕
実施例１では、パターニングを行った後、実施の形態１〜３の方法を用いた例を示したが、本実施例では、パターニングを行う前に実施の形態１の方法を用いてレーザー光を照射した例を図１８を用いて示す。
【０１５５】
まず、実施例１に従い、図７（Ａ）に示した状態を得る。
【０１５６】
次いで、半導体膜に対して結晶化の工程を行う。本実施例で用いる結晶化工程、即ち、図１８に示した半導体膜の表面及び裏面にレーザー光を照射する構成を以下に説明する。
【０１５７】
図１８において、１８０１は透光性基板であり、その表面には絶縁膜１８０２、非晶質半導体膜（または微結晶半導体膜）１８０３が形成されている。また、透光性基板１８０１の下にはレーザー光を反射させるための反射体１８０４が配置される。
【０１５８】
透光性基板１８０１はガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板若しくはプラスチック基板が用いられる。この透光性基板１８０１自体で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することが可能である。また、絶縁膜１８０２は酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）などの珪素を含む絶縁膜を用いれば良く、この絶縁膜１８０２で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節しても良い。
【０１５９】
また、図１８の構成においては、第二次レーザー光は非晶質半導体膜１８０３を一度通過して、反射体１８０４で反射されたレーザー光である。従って、非晶質半導体膜１８０３で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することもできる。また、非晶質半導体膜１８０３はアモルファスシリコン膜の他に、アモルファスシリコンゲルマニウム膜などの化合物半導体膜も含む。
【０１６０】
また、反射体１８０４は表面（レーザー光の反射面）に金属膜を形成した基板であっても良いし、金属元素でなる基板であっても良い。この場合、金属膜としては如何なる材料を用いても良い。代表的には、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）のいずれかの元素を含む金属膜を用いる。例えば、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）を用いても良い。
【０１６１】
さらに、この反射体１８０４は透光性基板１８０１に接して設けても良いし、離して設けても良い。また、反射体１８０４を配置する代わりに、基板１８０１の裏面（表面の反対側の面）に直接上述のような金属膜を形成し、そこでレーザー光を反射させることも可能である。いずれにしても、この反射体１８０４の反射率で第二次レーザー光の実効エネルギー強度を調節することができる。また、反射体１８０４を透光性基板１８０１と離して設置する場合、その隙間に充填する気体（ガス）で第二次レーザー光のエネルギー強度を制御することも可能である。
【０１６２】
そして、図２で説明した光学系２０１（図中ではシリンドリカルレンズ２０７のみを示す。）を経由して線状に加工されたレーザー光が、非晶質半導体膜１８０３に照射される。この線状に加工されたレーザー光の照射はレーザー光を走査することによって行われる。
【０１６３】
いずれにしても、シリンドリカルレンズ２０７を透過して非晶質半導体膜１８０３の表面に照射される第一次レーザー光１８０５と、非晶質半導体膜１８０３を通過し、反射体１８０４で一旦反射されて非晶質半導体膜１８０３の裏面に照射される第二次レーザー光１８０６との実効エネルギー強度比（Ｉ0'／Ｉ0）が、０＜Ｉ0'／Ｉ0＜１または１＜Ｉ0'／Ｉ0の関係を満たすことが重要である。このためには、反射体１８０４のレーザー光に対する反射率は２０〜８０％であることが好ましい。また、このとき、本実施形態でいくつか述べた第二次レーザー光の実効エネルギー強度を減衰させる手段を、複数組み合わせて所望の強度比としても良い。
【０１６４】
また、シリンドリカルレンズ２０７を通過したレーザー光は、集光される過程で基板表面に対して４５〜９０°の入射角を持つ。そのため、第二次レーザー光１８０６は非晶質半導体膜１８０３の裏面側にも回り込んで照射される。また、反射体１８０４の反射面に起伏部を設けてレーザー光を乱反射させることで、第二次レーザー光１８０６をさらに効率良く得ることができる。
【０１６５】
レーザー光としては、非晶質半導体膜１８０３に対する光の透過成分及び吸収成分を十分有する波長範囲（５３０ｎｍ前後）の波長を有するレーザー光であればよい。本実施例においては、ＹＡＧレーザーの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いて結晶化を行った。
【０１６６】
第２高調波を用いれば、照射した光の一部は非晶質半導体膜を透過し、反射体により非晶質半導体膜の裏面に照射することができるため、第二次レーザー光１８０６を効率良く得ることができる。
【０１６７】
次いで、得られた半導体膜にパターニングを施し、島状の半導体膜を得る。
【０１６８】
以降の工程は、実施例１に従えば、アクティブマトリクス基板が得られる。
【０１６９】
また、本実施例は実施例２とも組み合わせることができる。また、実施例３を用いれば、アクティブマトリクス型液晶表示装置が得られる。また、実施例４や実施例５に示した半導体装置にも本実施例を適用することができる。
【０１７０】
【発明の効果】
本願発明によれば、レーザーアニールの際にレーザー光を線状に加工してスループットを向上させるのに加えて、さらにメンテナンスの容易な固体レーザーを用いることで従来のエキシマレーザーを用いたレーザーアニールよりもスループットの向上が達成できる。延いてはＴＦＴやＴＦＴで形成された液晶表示装置等の半導体装置の製造コストを低減することができる。
【０１７１】
さらに、非晶質半導体膜の表面及び裏面に対してレーザー光を照射するという構成でレーザーアニールを行うことにより、従来（非晶質半導体膜の表面のみにレーザー光を照射した場合）に比べて結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ることが可能である。そして、結晶粒径の大きい結晶質半導体膜を得ることにより、半導体装置の性能を大幅に向上させうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザー装置の構成を示す図。
【図２】 レーザー装置の光学系の構成を示す図。
【図３】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す図。
【図４】 レーザー装置の構成を示す図。
【図５】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す図。
【図６】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す図。
【図７】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図８】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図９】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図１０】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図１１】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図１２】 画素構造を示す図。
【図１３】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面構造を示す図。
【図１４】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の上面構造を示す図。
【図１５】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の斜視図。
【図１６】 電子装置の一例を示す図。
【図１７】 プロジェクターの一例を示す図。
【図１８】 本願発明のレーザーアニールの方法を示す図。
Claims (29)
- 透光性基板上に形成された半導体膜の表面に固体レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体によって反射された前記固体レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 透光性基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜の表面に固体レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体によって反射された前記固体レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１または請求項２において、前記半導体膜の表面に固体レーザーを発振源とするレーザー光を照射する前に、前記半導体膜を島状にパターニングすることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 透光性基板上に形成された半導体膜の表面に第１のレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体により反射された第２のレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成し、
前記第１及び第２のレーザー光は、固体レーザーから連続発振されたレーザー光であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記固体レーザーを発振源とするレーザー光は、アスペクト比が１０以上の長方形のレーザー光であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 透光性基板上に形成された半導体膜の表面にＹＶＯ４レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体によって反射された前記ＹＶＯ４レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 透光性基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜の表面にＹＶＯ４レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体によって反射された前記ＹＶＯ４レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項６または請求項７において、前記半導体膜の表面にＹＶＯ４レーザーを発振源とするレーザー光を照射する前に、前記半導体膜を島状にパターニングすることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 透光性基板上に形成された半導体膜の表面に第１のレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体により反射された第２のレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成し、
前記第１及び第２のレーザー光は、ＹＶＯ４レーザーから連続発振されたレーザー光であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項６乃至請求項９のいずれか一において、前記ＹＶＯ４レーザーを発振源とするレーザー光は、アスペクト比が１０以上の長方形のレーザー光であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 透光性基板上に形成された半導体膜の表面にＹＡＧレーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体によって反射された前記ＹＡＧレーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 透光性基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜の表面にＹＡＧレーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体によって反射された前記ＹＡＧレーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１１または請求項１２において、前記半導体膜の表面にＹＡＧレーザーを発振源とするレーザー光を照射する前に、前記半導体膜を島状にパターニングすることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 透光性基板上に形成された半導体膜の表面に第１のレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体により反射された第２のレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成し、
前記第１及び第２のレーザー光は、ＹＡＧレーザーから連続発振されたレーザー光であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１１乃至請求項１４のいずれか一において、前記ＹＡＧレーザーを発振源とするレーザー光は、アスペクト比が１０以上の長方形のレーザー光であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 透光性基板上に形成された半導体膜の表面にＹＡｌＯ３レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体によって反射された前記ＹＡｌＯ３レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 透光性基板上に下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜の表面にＹＡｌＯ３レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体によって反射された前記ＹＡｌＯ３レーザーを発振源とするレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１６または請求項１７において、前記半導体膜の表面にＹＡｌＯ３レーザーを発振源とするレーザー光を照射する前に、前記半導体膜を島状にパターニングすることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 透光性基板上に形成された半導体膜の表面に第１のレーザー光を照射し、
前記半導体膜の裏面に、前記透光性基板の下に配置された反射体により反射された第２のレーザー光を照射し、
前記半導体膜を用いてソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む活性層を形成し、
前記第１及び第２のレーザー光は、ＹＡｌＯ３レーザーから連続発振されたレーザー光であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 - 請求項１６乃至請求項１９のいずれか一において、前記ＹＡｌＯ３レーザーを発振源とするレーザー光は、アスペクト比が１０以上の長方形のレーザー光であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 請求項２、７、１２、１７のいずれか一において、前記半導体膜は、前記下地膜上に大気雰囲気に晒すことなく連続して形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 請求項４、９、１４、１９のいずれか一において、前記半導体膜の表面に第１のレーザー光を照射する前に、前記半導体膜を島状にパターニングすることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 請求項１乃至請求項２２のいずれか一において、前記活性層はＬＤＤ領域を含み、前記ＬＤＤ領域の一部にゲート電極が重なるように形成されるとともに、前記ゲート電極と重なるＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは、０．５〜３μｍであり、かつ、前記ゲート電極と重ならないＬＤＤ領域のチャネル長方向の長さは、０．５〜４μｍであることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 請求項１乃至請求項２３のいずれか一において、前記反射体の反射面には起伏部が設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 請求項１乃至請求項２４のいずれか一において、前記チャネル形成領域に含まれる結晶粒界の数は、１本以下であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 請求項１乃至請求項２５のいずれか一において、前記透光性基板は、ガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板、またはプラスチック基板であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 請求項１乃至請求項２６のいずれか一において、前記半導体膜の厚さは、２５〜８０ｎｍであることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 請求項１乃至請求項２７のいずれか一において、前記半導体膜は、非晶質であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
- 請求項１乃至請求項２８のいずれか一において、前記半導体膜は、珪素膜であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
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