JP4387099B2 - 半導体装置の生産方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は結晶構造を有する半導体膜を用いて構成される半導体装置に係り、絶縁表面上に結晶成長させた結晶性半導体膜を用い、電界効果型トランジスタ、特に薄膜トランジスタやバイポーラトランジスタを用いた半導体装置に関する。また本発明は、半導体膜をレーザー光を用いて結晶化又はイオン注入後の活性化をする半導体装置の生産システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスなどの基板上に形成した非晶質半導体膜を、レーザー処理により結晶化させる技術が知られている。レーザー処理とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層や非晶質層を再結晶化する技術、絶縁表面上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術、又は結晶構造を有する半導体膜（結晶性半導体膜）の結晶性を向上させる技術等を指している。このようなレーザー処理に使われるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表される気体レーザーや、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザーが通常用いられている。
【０００３】
レーザービームを用いることの特徴は、輻射加熱又は伝導加熱を利用する加熱処理と比較して、レーザービームが照射されそのエネルギーを吸収した領域のみを選択的に加熱することができる点にある。例えば、波長４００nm以下の紫外光を発振するエキシマレーザー発振装置を用いたレーザー処理は半導体膜を選択的且つ局所的に加熱して、ガラス基板に殆ど熱的損傷を与えずに、半導体膜の結晶化や活性化処理を実現している。
【０００４】
レーザー処理は、例えば特許文献１で開示されているように、レーザービームの走査速度をビームスポット径×５０００／秒以上として高速走査により非晶質半導体膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結晶化するものや、例えば特許文献２に開示されているように、島状に形成された半導体領域に、引き延ばされたレーザービームを照射して実質に単結晶領域を形成するものがある。或いは特許文献３に開示されているように、レーザー処理装置のように光学系にて線状にビームを加工して照射する方法が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−１０４１１７号公報（第９２頁）
【特許文献２】
米国特許第4,330,363号明細書（Ｆｉｇ.４）
【特許文献３】
特開平８−１９５３５７号公報（第３−４頁、第１−５図）
【０００６】
さらに、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザーなど固体レーザー発振装置を用いた結晶化技術は、例えば特許文献４に開示されている。同公報では、当該固体レーザー発振装置から放射されるレーザービームの第２高調波を使うことにより、従来に比べ結晶粒径の大きい結晶性半導体膜が得られ、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）への適用が示されている。
【０００７】
【特許文献４】
特開２００１−１４４０２７号公報（第４頁）
【０００８】
また、このような固体レーザー発振装置を用いた結晶化技術における薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）への応用は、例えば非特許文献１でも報告されている。ここでは、ダイオード励起の固体連続発振レーザー（ＹＶＯ₄）の第２高調波を用いて、非晶質珪素膜を結晶化し、それを用いてＴＦＴを作製した結果が示されている。
【０００９】
【非特許文献１】
A. Hara, F. Takeuchi, M. Takei, K. Yoshino, K. Suga and N. Sasaki,"Ultra-high Performance Poly-Si TFTs on a Glass by a Stable Scanning CW Laser Lateral Crystallization", AMLCD '01 Tech. Dig.,2001,pp.227-230.
【００１０】
そもそも、ＴＦＴの特性を向上させるために、その活性層（ここではチャネル形成領域やソース及びドレイン領域を形成する半導体膜を指していう）の結晶性の向上が不可欠であると考えられてきた。
【００１１】
絶縁表面上に単結晶半導体膜を形成する試みは古くから成され、より積極的な試みとしてグラフォエピタキシー（graphoepitaxy）という技術が考案されている。グラフォエピタキシーは石英基板の表面に段差を形成し、この上に非晶質半導体膜又は多結晶半導体膜を形成してから、レーザービームやヒーターで加熱させ、石英基板上に形成された段差形状を核として、エピタキシャル的な成長層を形成するという技術である。この技術は例えば非特許文献２等に開示されている。
【００１２】
【非特許文献２】
J. Vac. Sci. Technol.,"Grapho-epitaxy of silicon on fused silica using surface micropatterns and laser crystallization", 16(6),1979,pp1640-1643.
【００１３】
また、例えば非特許文献３にも、グラフォエピタキシーと呼ばれる半導体膜の結晶化技術について開示されている。これは人為的に作られた非晶質基板表面のレリーフ格子（surface relief grating）の誘導によって半導体膜のエピ成長を試みるものであった。上記非特許文献３には、グラフォーエピタキシーの技術とは、絶縁膜の表面に段差を設け、該絶縁膜上に形成された半導体膜に加熱又はレーザー光の照射等の処理を施すことで、該半導体膜の結晶をエピタキシャル成長させることが開示されている。
【００１４】
【非特許文献３】
M. W. Geis, et al.,"CRYSTALLINE SILICON ON INSULATORS BY GRAPHOEPITAXY" Technical Digest of International Electron Devices Meeting, 1979, pp.210.
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、欠陥や結晶粒界が少なく、且つ、配向の揃った高品質の結晶性半導体膜、特に単結晶半導体膜を絶縁表面上に形成しようとするには、帯域溶融法などとして知られているように、半導体膜を高温に加熱して溶融状態としてから再結晶化する方法が主流であった。
【００１６】
公知のグラフォエピタキシー技術にあっては下地の段差を利用しているので、その段差に沿って結晶が成長し、形成された単結晶半導体膜の表面にその段差が残ることが問題であると考えられていた。また、歪み点が比較的低い大型のガラス基板上にグラフォエピタィシーを用いて単結晶半導体膜を形成することは出来なかった。
【００１７】
いずれにしても、結晶化によって起こる半導体の体積収縮、下地との熱応力や格子不整合などにより欠陥の少ない結晶性半導体膜を形成することは出来なかった。また、歪みが蓄積され、欠陥が生成される領域を決めて、それを素子形成領域以外に形成されるように位置制御をすることは出来なかった。以上のような理由により、張り合わせＳＯＩ(Silicon on Insulator)を省いては、絶縁表面上に形成された結晶性半導体膜をもって、単結晶基板に形成されるＭＯＳトランジスタと同等の品質を得ることはできなかった。
【００１８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、歪み点の低いガラス基板上に均一な結晶性半導体膜、特に好ましくは単結晶半導体膜を形成し、高速で電流駆動能力の高い半導体素子により構成される半導体装置を提供することを目的とする。
【００１９】
また近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴは、従来の非晶質半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能である。
【００２０】
ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすい。そのため、ガラス基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する場合において、半導体膜の結晶化にレーザーアニールを用いることは、ガラス基板の熱変形を避けるのに非常に有効である。
【００２１】
レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【００２２】
なお、ここでいうレーザーアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層を再結晶化する技術や、基板上に形成された半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表される気体レーザー発振装置、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザー発振装置であり、レーザー光の照射によって半導体の表面層を数十ナノ〜数十マイクロ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【００２３】
レーザーはその発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される。パルス発振のレーザーは出力エネルギーが比較的高いため、レーザービームの大きさを数ｃｍ²以上として量産性を上げることができる。特に、レーザービームの形状を光学系を用いて加工し、長さ１０ｃｍ以上の線状にすると、基板へのレーザー光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザーを用いるのが主流となりつつあった。
【００２４】
しかし近年では、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザーよりも連続発振のレーザーを用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出された。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるＴＦＴの移動度が高くなる。そのため、連続発振のレーザーはにわかに脚光を浴び始めている。
【００２５】
パルス発振と連続発振とに大別されるレーザーアニール法を用いて作製される結晶質半導体膜は、一般的に複数の結晶粒が集合して形成される。その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであり、結晶粒の位置や大きさを指定して結晶質半導体膜を形成する事は難しい。そのため前記結晶質半導体を島状にパターニングすることで形成された活性層中には、結晶粒の界面（粒界）が存在することがある。
【００２６】
結晶粒内と異なり、粒界には非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性を低下することが知られている。よって、ＴＦＴの活性層、特にチャネル形成領域中に粒界が存在すると、ＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、また粒界において電流が流れるためにオフ電流が増加したりと、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼす。また同じ特性が得られることを前提に作製された複数のＴＦＴにおいて、活性層中の粒界の有無によって特性がばらついたりする。
【００２７】
半導体膜にレーザー光を照射したときに、得られる結晶粒の位置と大きさがランダムになるのは、以下の理由による。レーザー光の照射によって完全溶融した液体半導体膜中に固相核生成が発生するまでには、ある程度の時間が掛かる。そして時間の経過と共に、完全溶融領域において無数の結晶核が発生し、該結晶核からそれぞれ結晶が成長すると考えられる。この結晶核の発生する位置は無作為であるため、不均一に結晶核が分布する。そして、互いの結晶粒がぶつかり合ったところで結晶成長が終了するため、結晶粒の位置と大きさは、ランダムなものとなる。
【００２８】
よって、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼすチャネル形成領域を、粒界の影響を排除して単一の結晶粒で形成することが理想的であるが、粒界の存在しない非晶質珪素膜をレーザーアニール法で形成するのは殆ど不可能であった。そのためレーザーアニール法を用いて結晶化された結晶質珪素膜を活性層とするＴＦＴで、単結晶シリコン基板に作製されるＭＯＳトランジスタの特性と同等なものは、今日まで得られていない。
【００２９】
本発明は上述した問題に鑑み、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぎ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができるレーザー結晶化法を用いた、半導体装置の生産システムの提供を課題とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明は、絶縁膜を複数積層させ、又は絶縁膜を蝕刻して形成された矩形又は帯状の段差形状を有する下地絶縁膜上に、非晶質半導体膜又は結晶性半導体膜を形成し、レーザービームの照射により結晶化させ、少なくとも下地絶縁膜の凹底部に形成された結晶性半導体膜を残存させ、その結晶性半導体膜にチャネル形成領域が配設されるようにＴＦＴを形成するものである。当該チャネル形成領域は、矩形又は帯状の段差形状の凹底部において長手方向に延在させて設けられたものである。
【００３１】
段差形状を有する下地絶縁膜は、窒化珪素、酸化珪素、窒酸化珪素又は酸化窒化珪素を用いて形成する。段差形状は、当該被膜をエッチングして形成しても良いし、複数の被膜を積層させて形成しても良い。尚、本発明において、窒酸化珪素は、含有する酸素濃度が２０atomic％以上３０atomic％以下、窒素濃度が２０atomic％以上３０atomic％以下、水素濃度が１０atomic％以上２０atomic％以下のものであるとして扱う。また、酸化窒化珪素は、含有する酸素濃度が５５atomic％以上６５atomic％以下、窒素濃度が１atomic％以上２０atomic％以下、水素濃度は０．１atomic％以上１０atomic％以下のものとして扱う。
【００３２】
矩形又は帯状の段差形状を形成する構成としては、基板全面に酸化珪素又は酸化窒化珪素からなる第１絶縁膜を形成し、その上に矩形又は帯状のパターンで窒化珪素又は窒酸化珪素からなる第２絶縁膜を形成する。或いは、窒化珪素、酸化珪素、窒酸化珪素、酸化窒化珪素から成る矩形又は帯状のパターンで形成された第１絶縁膜の上に、酸化窒化珪素膜で全面に形成される第２絶縁膜を形成する。
【００３３】
本来、窒化珪素膜は応力が大きいので、この上に結晶性半導体膜を形成すると応力の作用により歪みが形成され好ましくない。酸化珪素膜は内部応力が比較して小さいので、結晶性半導体膜と界面の密接性が良く、界面準位密度を小さくすることができる。酸化窒化珪素は酸化珪素の特性に窒化珪素に見られる不純物のブロッキング性を兼ね備えた性質を有し、内部応力も比較的小さく制御できるので半導体膜と接する下地絶縁膜として適している。
【００３４】
段差形状は基板面上のＴＦＴの配列に合わせて形成され、それは必ずしも規則的な周期パターンである必要はない。本発明において、下地絶縁膜に形成される段差形状は結晶化に伴う体積収縮における応力を局部的に集中させ、半導体素子の活性層、特にチャネル形成領域に応力歪みがかからないようにする目的において有効に作用する。
【００３５】
非晶質半導体膜の結晶化の過程においては、原子の再配列や含有水素の離脱により体積収縮が起こることが知られている。その割合は非晶質半導体膜の作製条件にもよるが、０．１〜１％程度であるとされている。その結果結晶質半導体膜には引張り応力が発生し、その大きさは約１×１０¹⁰dyn/cm²に及ぶこと推定されている。これは水素を含有する非晶質珪素膜等で顕著であり、結晶性半導体膜を再結晶化させる場合にも同様な現象が発生することが考慮される。結晶化に伴う応力は段差部に集中し、内部応力として蓄積されるか、或いはクラックとして確認することができる。
【００３６】
勿論、この歪みが蓄積された部分が一切適用できない訳ではなく、複数の矩形又は帯状の段差形状を有する下地絶縁膜上の、それぞれの凹底部に形成された結晶性半導体膜にチャネル形成領域が設けられ、当該チャネル形成領域は、帯状の段差形状の長手方向に延在し、当該結晶性半導体膜を連結し、かつ、連続的に形成された結晶性半導体膜にソース又はドレイン領域が形成が形成された構成としても良い。このような形態により、一つのＴＦＴに複数のチャネル形成領域が設けられたマルチチャネルＴＦＴが形成される。
【００３７】
或いは、並列に配置された複数の矩形状の半導体領域を直列に連接し、その両端に連接する一対の半導体領域が一体形成された結晶性半導体膜を有し、複数の矩形状の半導体領域は、絶縁膜を介して交差する電極によりチャネル形成領域が形成され、該チャネル長方向に沿って結晶が延在しているものである。
【００３８】
下地絶縁膜に形成された段差形状を利用した結晶化には線状に集光される連続発振レーザー発振装置を光源とするレーザービームを照射する。そのレーザービームは、強度分布が長手方向において均一なエネルギー密度分布を有していることが望ましい。短手方向には任意の分布で良く、例えば、ガウス分布等分布を持っていても良い。レーザー処理は、線状に集光される連続発振レーザービームの長手方向と交差する方向に走査して成されるが、この時、長手方向において均一な強度分布を有していることにより、走査方向と平行に延びる結晶成長を可能にしている。つまり、長手方向に不均一なエネルギー密度分布があると、温度勾配が生じ、それに依存して結晶粒界が延在する結晶が形成されてしまう。
【００３９】
連続発振レーザービームの光源は、矩形ビーム固体レーザー発振装置であり、代表的にはスラブレーザー発振装置を適用することができる。
【００４０】
レーザービームの照射により半導体膜はその光吸収係数を勘案してほぼ選択的に加熱される。レーザービームの照射により溶融した半導体は、固化の過程で結晶化するが、下地絶縁膜に段差形状があることにより熱容量が異なり、第１絶縁膜と第２絶縁膜とが重なる側端部が最も早く冷却し、そこから結晶成長を図ることができる。
【００４１】
チャネル形成領域が設けられる矩形状の半導体領域の結晶は、該チャネル長方向と平行な方向に延在するものであり、又は結晶方位が揃っているという特徴がある。
【００４２】
即ち、ＴＦＴのチャネル形成領域を形成する領域は、下地絶縁膜の凸上部に形成されるようにすることで、良質な結晶を選択的に使用することができる。或いは、段差部において最も歪みが集中する領域をチャネル形成領域から除外することができる。
【００４３】
このような構成とし、複数の矩形状の半導体領域を複数個並列に配設し、一対のソース及びドレイン領域間に設け、一つのトランジスタを形成することで、素子間の特性の分散を小さくすることができる。また、良質な結晶のみを使うことで、電界効果移動度を向上させることができる。
【００４４】
尚、本発明でいう非晶質半導体膜とは、狭義の意味で完全な非晶質構造を有するものだけではなく、微細な結晶粒子が含まれた状態、又はいわゆる微結晶半導体膜、局所的に結晶構造を含む半導体膜を含む。代表的には非晶質シリコン膜が適用され、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などを適用することもできる。
【００４５】
また本発明者らは、半導体膜がレーザー光の照射により結晶化する過程において、半導体膜に生じる応力の向きが粒界の位置及び向きと密接に関係することを発見した。図１に、膜厚２００ｎｍの非晶質半導体膜に連続発振のレーザー光を、走査速度が５ｃｍ／ｓｅｃとなるように照射したときの、レーザー光の走査方向と垂直な方向におけるＴＥＭの断面像を示す。図１（Ａ）において、１０ａ、１０ｂ、１０ｃは結晶の粒界であり、走査方向と垂直な方向におけるその幅はランダムである。
【００４６】
図１（Ｂ）に、図１（Ａ）に示したＴＥＭの断面像を模式的に図示する。図１（Ｂ）に示すとおり、粒界１０ａと粒界１０ｂの間、粒界１０ｂと粒界１０ｃの間において、半導体膜に盛り上がりが見られる。本発明者らは、これは矢印に示す通り、粒界の近傍から結晶粒の中央部分に向かって基板と平行な方向に応力がかかっているためではないかと考えた。
【００４７】
そこで本発明者らは、意図的に該半導体膜に応力が集中的にかかる部分を形成することで、粒界が形成される位置を選択的に定めることができるのではないかと考えた。本発明では、基板上に凹凸を設けた絶縁膜を形成し、該絶縁膜上に半導体膜を形成することで、レーザー光による結晶化の際に、該半導体膜に応力が集中的にかかる部分を選択的に形成する。具体的には、該半導体膜にストライプ状（縞状、帯状）または矩形の凹凸を設ける。そして、該半導体膜に形成されたストライプの凹凸に沿って、または矩形の長軸か短軸の方向に沿って、連続発振のレーザー光を照射する。なおこのとき、連続発振のレーザー光を用いるのが最も好ましいが、パルス発振のレーザー光を用いても良い。なおレーザー光の走査方向に対して垂直な方向における凹部の断面は、矩形、三角形または台形であっても良い。
【００４８】
レーザー光の照射による結晶化の際、半導体膜の凹部のエッジ近傍または凸部のエッジ近傍において応力集中が起こり、粒界が選択的に形成される。そして半導体膜の凸部の中央付近または凹部の中央付近は、半導体膜の凹部のエッジ近傍または凸部のエッジ近傍と比べて応力が小さいため、比較的粒界が形成されにくい、または形成されても結晶粒が大きくなるので、より優れた結晶性を得ることができる。
【００４９】
本発明では、レーザー光による結晶化の後、半導体膜の凹部のエッジ近傍または凸部のエッジ近傍をパターニングにより除去し、凹部の中央付近の結晶性が優れている部分をＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【００５０】
なお、レーザー光のレーザービームのエッジの近傍は、中央付近に比べて一般的にエネルギー密度が低く、半導体膜の結晶性も劣る場合が多い。そのためレーザー光を走査する際に、後にＴＦＴのチャネル形成領域となる部分、より好ましくは半導体膜の凹部と、その軌跡のエッジとが重ならないようにする必要がある。
【００５１】
そこで本発明の生産システムでは、まず設計の段階で得られた、基板上面から見た絶縁膜または半導体膜の形状のデータ（パターン情報）を記憶手段に記憶する。そしてそのパターン情報と、レーザー光のレーザービームの走査方向と垂直な方向における幅とから、少なくともＴＦＴのチャネル形成領域となる部分と、レーザー光の軌跡のエッジとが重ならないように、レーザー光の走査経路を決定する。そして、マーカーを基準として基板の位置を合わせ、決定された走査経路にしたがってレーザー光を基板上の半導体膜に対して照射する。
【００５２】
上記構成により、基板全体にレーザー光を照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分にのみレーザー光を走査するようにすることができる。よって、不必要な部分にレーザー光を照射するための時間を省くことができ、よって、レーザー光照射にかかる時間を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向上させることができる。また不必要な部分にレーザー光を照射し、基板にダメージが与えられるのを防ぐことができる。
【００５３】
なお、マーカーは、基板を直接レーザー光等によりエッチングすることで形成しても良いし、凹凸を有する絶縁膜を形成する際に、同時に絶縁膜の一部にマーカーを形成するようにしても良い。また、実際に形成された絶縁膜または半導体膜の形状をＣＣＤ等の撮像素子を用いて読み取り、データとして第１の記憶手段に記憶し、第２の記憶手段に設計の段階で得られた絶縁膜または半導体膜のパターン情報を記憶し、第１の記憶手段に記憶されているデータと、第２の記憶手段に記憶されているパターン情報とを照合することで、基板の位置合わせを行うようにしても良い。
【００５４】
半導体膜の形状を読み取る場合、半導体膜自身が膜厚を有しているので、必ずしも半導体膜の形状と絶縁膜のマスクとは一致しない。よって半導体膜の膜厚を計算に入れてパターン情報との照合を行なうようにする。また必ずしもＣＣＤを用いて形状を把握するのではなく、例えばレーザーダイオードから発せられるレーザー光を絶縁膜または半導体膜に照射し、反射してきた光をモニターすることで、形状を把握するようにしても良い。
【００５５】
絶縁膜の一部にマーカーを形成したり、絶縁膜の形状をマーカーとして用いることで、マーカー用のマスクを１枚減らすことができ、なおかつ基板にレーザー光で形成するよりもよりも、正確な位置にマーカーを形成することができ、位置合わせの精度を向上させることができる。
【００５６】
なお、レーザー光のレーザービームにおけるエネルギー密度は、一般的には完全に均一ではなく、レーザービーム内の位置によりその高さが変わる。本発明では、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体に、一定のエネルギー密度のレーザー光を照射することが必要である。よって本発明では、レーザー光の走査により、均一なエネルギー密度を有する領域が、最低限チャネル形成領域となる部分、より好ましくは凹部の平らな面全体と完全に重なるような、エネルギー密度の分布を有するレーザービームを用いることが必要である。上記エネルギー密度の条件を満たすためには、レーザービームの形状を、矩形または線形等にすることが望ましいと考えられる。
【００５７】
さらにスリットを介し、レーザービームのうちエネルギー密度の低い部分を遮蔽するようにしても良い。スリットを用いることで、比較的均一なエネルギー密度のレーザー光を凹部の平らな面全体に照射することができ、結晶化を均一に行うことができる。またスリットを設けることで、絶縁膜または半導体膜のパターン情報によって部分的にレーザービームの幅を変えることができ、チャネル形成領域、さらにはＴＦＴの活性層のレイアウトにおける制約を小さくすることができる。なおレーザービームの幅とは、走査方向と垂直な方向におけるレーザービームの長さを意味する。
【００５８】
また複数のレーザー発振装置から発振されたレーザー光を合成することで得られた１つのレーザービームを、レーザー結晶化に用いても良い。上記構成により、各レーザー光のエネルギー密度の弱い部分を補い合うことができる。
【００５９】
また半導体膜を成膜した後、大気に曝さないように（例えば希ガス、窒素、酸素等の特定されたガス雰囲気または減圧雰囲気にする）レーザー光の照射を行い、半導体膜を結晶化させても良い。上記構成により、クリーンルーム内における分子レベルでの汚染物質、例えば空気の清浄度を高めるためのフィルター内に含まれるボロン等が、レーザー光による結晶化の際に半導体膜に混入するのを防ぐことができる。
【００６０】
なお、上記非特許文献２または非特許文献３に記載されているグラフォーエピタキシー（graphoepitaxy）と呼ばれる半導体膜の結晶化技術において、エピタキシャル成長に必要な温度は、少なくとも７００℃程度は必要であり、ガラス基板上においてエピタキシャル成長を行おうとすると、絶縁膜の凹部のエッジ近傍において半導体膜に粒界が形成されてしまう。本発明では、アイランドのマスクをレイアウトして、該アイランドとなる部分における結晶性を高められるように、絶縁膜の凹部の形状及びエッジの位置を、アイランドのレイアウトに合わせて設計する。具体的には凹部のエッジとアイランドとが重ならないように、凹部の形状、サイズ等を定める。そしてアイランドのレイアウトに合わせて設計された絶縁膜を用い、敢えてエッジ近傍に粒界が形成された半導体膜を形成する。そして該半導体膜の、エッジ近傍における粒界が多く存在する部分をパターニングにより除去し、結晶性の比較的優れている部分をアイランドとして用いる。よって本発明において開示する技術は、従来のグラフォーエピタキシーと、段差を設けた絶縁膜上に半導体膜を形成し、該段差を用いて半導体膜を結晶化させる点では一致しているが、従来のグラフォーエピタキシーには段差を用いて粒界の位置を制御し、アイランド内の粒界を少なくするという概念は含まれておらず、本発明とは似て非なるものである。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図２６において示す斜視図は、基板９１０１上に下地絶縁膜として第１絶縁膜９１０２と帯状にパターン形成された第２絶縁膜９１０３〜９１０６が形成された形態を示している。ここでは、第２絶縁膜により形成される凹底部が３本示されているが、勿論その数に限定されることはない。基板は市販の無アルカリガラス基板、石英基板、サファイア基板、単結晶又は多結晶半導体基板の表面を絶縁膜で被覆した基板、金属基板の表面を絶縁膜で被覆した基板を適用することができる。
【００６２】
帯状に形成される第２絶縁膜の幅Ｗ２は１〜１０μm、隣接する第２絶縁膜の間隔Ｗ１は０．５〜１０μm、厚さ０．０５〜０．５μmとすることが適している。この段差形状は規則的な周期パターンである必要はなく、ＴＦＴ等の半導体素子に合わせて任意に配置すれば良いものである。第２絶縁膜の長さＬもその長さに限定はなく、例えばＴＦＴのチャネル形成領域を形成することができる長さがあれば良い。
【００６３】
第１絶縁膜の材料は、酸化珪素又は酸化窒化珪素が適用される。酸化珪素はオルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Ortho Silicate：ＴＥＯＳ）とＯ₂とを混合しプラズマＣＶＤ法で形成することができる。酸化窒化珪素膜においては、含有する酸素濃度を５５atomic％以上６５atomic％以下、窒素濃度を１atomic％以上２０atomic％以下、水素濃度は０．１atomic％以上１０atomic％以下とし、密度が６×１０²²/cm³以上９×１０²²/cm³以下、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ₄ＨＦ₂）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）を１５．４％含む混合水溶液の２０℃におけるエッチングレートは１１０〜１３０nm/min（５００℃、１時間＋５５０℃、４時間の熱処理後では、９０〜１００nm/min）とする。尚、ここで定義したエッチングレートはエッチング溶液として、ＮＨ₄ＨＦ₂を７．１３％、ＮＨ₄Ｆを１５．４％を含む水溶液を用い、２０℃のときに得られる値である。このような酸化窒化珪素膜は、ＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏを原料として用い、プラズマＣＶＤ法で形成することができる。
【００６４】
第２絶縁膜の材料は、窒化珪素又は窒酸化珪素が適用される。窒酸化珪素膜においては、含有する酸素濃度が２０atomic％以上３０atomic％以下、窒素濃度が２０atomic％以上３０atomic％以下、水素濃度が１０atomic％以上２０atomic％以下とする。或いは、酸素に対する窒素の組成比を０．６以上１．５以下とする。また、密度が８×１０²²/cm³以上２×１０²³/cm³以下とし、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ₄ＨＦ₂）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）を１５．４％含む混合水溶液の２０℃におけるエッチングレートは６０〜７０nm/min（５００℃、１時間＋５５０℃、４時間の熱処理後では、４０〜５０nm/min）であるものを適用する。このような窒酸化珪素膜はＳｉＨ₄、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏを原料として用い、プラズマＣＶＤ法で形成することができる。
【００６５】
第２絶縁膜で形成される段差部の側壁の角度は５〜９０度の範囲で適宜設定すれば良い。またその断面形状において、矩形の凹凸形状のみでなく鋸刃状の凹凸形状としても良い。
【００６６】
図２７で示すように、この第１絶縁膜９１０２と第２絶縁膜９１０３〜９１０５から成る下地絶縁膜上に凸上部、凹底部、および段差部の側面を覆う非晶質半導体膜９１０６を５０〜２００nmの厚さに形成する。非晶質半導体膜は、珪素、珪素とゲルマニウムの化合物又は合金、珪素と炭素の化合物又は合金を適用することができる。この中で最も適した材料は珪素である。
【００６７】
そして、この非晶質半導体膜９１０６に連続発振レーザービーム９１０７を照射して結晶化を行う。適用されるレーザービームは、光学系にて線状に集光されたものであり、その強度分布が長手方向において均一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良く、光源として用いるレーザー発振装置は、矩形ビーム固体レーザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザー発振装置が適用される。或いは、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープしたロッドを用いた固体レーザー発振装置であり、特にＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。そして、図中に矢印で示すように、線状の長手方向に対し交差する方向に走査する。この時、下地絶縁膜に形成される帯状のパターンの長手方向と平行な方向に走査することが最も望ましい。尚、ここでいう線状とは、短手方向の長さに対し、長手方向の長さの比が１対１０以上のものを言う。
【００６８】
スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）等の結晶が使用される。スラブレーザーでは、この板状のレーザー媒質の中を、全反射を繰り返しながらジグザグ光路で進む。
【００６９】
また、連続発振レーザービームの波長は、非晶質半導体膜の光吸収係数を考慮して４００〜７００nmであることが望ましい。このような波長帯の光は、波長変換素子を用いて基本波の第２高調波、第３高調波を取り出すことで得られる。波長変換素子としてはＡＤＰ（リン酸二水素化アンモニウム）、Ｂａ₂ＮａＮｂ₅Ｏ₁₅（ニオブ酸バリウムナトリウム）、ＣｄＳｅ（セレンカドミウム）、ＫＤＰ（リン酸二水素カリウム）、ＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）、Ｓｅ、Ｔｅ、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＫＢ５などが適用される。特にＬＢＯを用いることが望ましい。代表的な一例は、Ｎｄ:ＹＶＯ₄レーザー発振装置（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。また、レーザーの発振モードはＴＥＭ₀₀モードであるシングルモードを適用する。
【００７０】
最も適した材料として選ばれる珪素の場合、吸収係数が１０³〜１０⁴cm^-1である領域はほぼ可視光域にある。ガラスなど可視光透過率の高い基板と、珪素により３０〜２００nmの厚さをもって形成される非晶質半導体膜を結晶化する場合、波長４００〜７００nmの可視光域の光を照射することで、当該半導体領域を選択的に加熱して、下地絶縁膜にダメージを与えずに結晶化を行うことができる。具体的には、非晶質珪素膜に対し、波長５３２nmの光の侵入長は概略１００nm〜１０００nmであり、膜厚３０nm〜２００nmで形成される非晶質半導体膜９１０６の内部まで十分達することができる。即ち、半導体膜の内側から加熱することが可能であり、レーザービームの照射領域における半導体膜のほぼ全体を均一に加熱することができる。
【００７１】
図３０はこの結晶化の過程を縦断面図により説明するものであり、図３０（Ａ）で示すように基板９１０１上に第１絶縁膜９１０２、第２絶縁膜９１０３〜９１０６、非晶質半導体膜９１０７が形成された後、図３０（Ｂ）で示すようにレーザービーム９１０７の照射により結晶化を行う。結晶化においては、第１絶縁膜９１０２と第２絶縁膜９１０３〜９１０６の側壁が接する境界部が最も早く冷却し固化が始まると考えられる。結晶化はそこを端として始まり、凸上部にかけて結晶成長する。凸上部では第１絶縁膜と第２絶縁膜とが積層されているので、他の領域と比較して熱容量が大きくなり冷却速度が遅くなり、大粒径の結晶成長を可能としている。段差部においては結晶成長方向に引っ張られ、また、その形状的な要因により歪みが集中して内部応力が蓄積される。
【００７２】
この様子は模式的に図３０（Ｃ）で示しているが、結晶性半導体膜９１０８において、段差部９５０３において歪みが蓄積され、ひいてはクラック等が形成されることがある。その一方で凹底部９５０２に形成される結晶は歪みが緩和された結晶性半導体膜が形成される。この凹底部に形成される結晶性半導体膜は実質的に単結晶又は単結晶領域が形成されたものと見なすことができる。
【００７３】
結晶化終了した後、図２８で示すようにエッチングにより結晶性半導体膜から成る活性層９１０９を形成する。活性層９１０９においてチャネル形成領域９１２０〜９１２２（概略点線で囲む領域）は下地絶縁膜の凹底部、即ち第２絶縁膜上に設けられる。凸上部から延びる結晶粒界や歪みが蓄積された段差部の領域を除去して、結晶がチャネル形成領域にかからないようにしている。
【００７４】
図２８で示す活性層９１０９は、並列に配置された複数の矩形状の半導体領域と、該矩形状の半導体領域を連接する一対の半導体領域が一体形成された形状と見ることができる。活性層における複数の矩形状の半導体領域のそれぞれにおいて、絶縁膜を介して交差する電極を設けることによりチャネル形成領域をそこに形成することができる。或いは、この活性層の形状は並列に配置された複数の矩形状の半導体領域を直列に連接し、その両端に連接する一対の半導体領域が一体形成された形状と見ることもできる。そして、複数の矩形状の半導体領域は、チャネル長方向と平行な方向に延在している。或いはチャネル形成領域において結晶方位が揃っているという特徴を有している。
【００７５】
その他の形態として、図２９で示すように、第２絶縁膜９１０３〜９１０６上に結晶性半導体膜９１１０〜９１１２を対応させて形成しても良い。ＴＦＴにおいては、ゲート電極の配置により、そこにチャネル形成領域９１２３〜９１２５を配設することができる。
【００７６】
図３１は、結晶化に際し適用することのできるレーザー処理装置の構成の一例を示す。図３１はレーザー発振装置９３０１、シャッター９３０２、高変換ミラー９３０３〜９３０６、スリット９３０７、シリンドリカルレンズ９３０８、９３０９、載置台９３１１、載置台９３１１をＸ方向及びＹ方向に変位させる駆動手段９３１２、９３１３、当該駆動手段をコントロールする制御手段９３１４、予め記憶されたプログラムに基づいてレーザー発振装置９３０１や制御手段９３１４に信号を送る情報処理手段９３１５等から成っているレーザー処理装置の構成を正面図と側面図により示すものである。
【００７７】
シリンドリカルレンズ９３０８、９３０９により照射面の断面形状において線状に集光されるレーザービームは、載置台９３１１上の基板３２０表面に対し斜めに入射させる。これは、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において線状の集光面を形成することができる。シリンドリカルレンズ９３０８、９３０９は合成石英製とすれば、高い透過率が得られ、レンズの表面に施されるコーティングは、レーザービームの波長に対する透過率が９９％以上を実現するために適用される。勿論、照射面の断面形状は線状に限定されず、矩形状、楕円形又は長円形など任意な形状としても構わない。いずれにしても、短軸と長軸の比が、１対１０〜１対１００の範囲に含まれるものを指している。また、波長変換素子９３１０は基本波に対する高調波を得るために備えられている。
【００７８】
上述の如く、レーザー発振装置は矩形ビーム固体レーザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザー発振装置が適用される。或いは、ＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）等の結晶が使用される。その他にも、連続発振可能な気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置を適用することもできる。連続発振固体レーザー発振装置としてはＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使ったレーザー発振装置を適用する。発振波長の基本波はドープする材料によっても異なるが、１μmから２μmの波長で発振する。より高い出力を得る為には、ダイオード励起の固体レーザー発振装置が適用され、カスケード接続されていても良い。
【００７９】
また、載置台９３１１を駆動手段９３１２、９３１３により二軸方向に動かすことにより基板９３２０のレーザー処理を可能としている。一方の方向への移動は基板９３２０の一辺の長さよりも長い距離を１〜２００cm/sec、好ましくは５〜５０cm/secの等速度で連続的に移動させることが可能であり、他方へは線状ビームの長手方向と同程度の距離を不連続にステップ移動させることが可能となっている。レーザー発振装置９１０１の発振と、載置台９３１１は、マイクロプロセッサを搭載した情報処理手段９３１５により同期して作動するようになっている。
【００８０】
載置台９３１１は図中で示すＸ方向に直線運動をすることにより、固定された光学系から照射されるレーザービームで基板全面の処理を可能としている。位置検出手段９３１６は基板９３２０がレーザービームの照射位置にあることを検出して、その信号を情報処理手段９３１５に伝送し、情報処理手段９３１５によりレーザー発振装置９３０１の発振動作とのタイミングを同期させている。つまり、基板９３２０がレーザービームの照射位置にない時は、レーザーの発振を止め、その寿命を延長させている。
【００８１】
このような構成のレーザー照射装置により基板９３２０に照射されるレーザービームは、図中に示すＸ方向又はＹ方向に相対移動させることにより半導体膜の所望の領域または全面を処理することができる。
【００８２】
このように、非晶質半導体膜に連続発振レーザービームを照射する結晶化において、下地絶縁膜に段差形状を設けることにより、その部分に結晶化に伴う歪み又は応力を集中させることができ、活性層とする結晶性半導体にその歪み又は応力がかからないようにすることができる。歪み又は応力から開放された結晶性半導体膜にチャネル形成領域が配設されるようにＴＦＴを形成することにより、高速で電流駆動能力を向上させることが可能となり、素子の信頼性を向上させることも可能となる。
【００８３】
次に、図２を用いて、本発明で用いられるレーザー光の照射方法について説明する。
【００８４】
まず、図２（Ａ）に示すように基板１００上に絶縁膜１０１を形成する。絶縁膜１０１はストライプ状の凸部１０１ａを含んでいる。なおこの凹凸の形成の仕方については、後段において詳しく説明する。絶縁膜１０１は酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜等を用いることができる。なお、アルカリ金属などの不純物が後に形成される半導体膜内に取り込まれるのを防ぐことができ、後の処理温度に耐え得る絶縁性を有する膜で、なおかつ凹凸を形成することができるのであれば、これらの他の絶縁膜を用いても良い。また２つ以上の膜の積層構造であってもよい。
【００８５】
このとき、絶縁膜１０１と同時に、絶縁膜の一部を利用してマーカーを形成するようにしても良い。
【００８６】
基板１００は、後の工程の処理温度に耐えうる材質であれば良く、例えば石英基板、シリコン基板、バリウムホウケイ酸ガラスまたはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成した基板を用いることができる。また、処理温度に耐えうる程度に耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００８７】
次に、絶縁膜１０１を覆うように、半導体膜１０２を形成しする。半導体膜１０２は、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により成膜することができる。なお、半導体膜は非晶質半導体膜であっても良いし、微結晶半導体膜、結晶性半導体膜であっても良い。また珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いるようにしても良い。
【００８８】
このとき、絶縁膜１０１の凹凸に沿って、半導体膜１０２にも凹凸が現れる。なお、絶縁膜１０１の凸部１０１ａは、後に形成される半導体膜１０２の表面に凹凸が現れるように、半導体膜１０２の膜厚を考慮して形成する必要がある。
【００８９】
次に、図２（Ａ）に示すように、半導体膜１０２にレーザー光を照射し、結晶性が高められた半導体膜（ＬＣ後）１０３を形成する。レーザー光のエネルギー密度は、レーザービーム１０４のエッジの近傍において低くなっており、そのためエッジの近傍は結晶粒が小さく、結晶の粒界に沿って突起した部分（リッジ）が出現する。そのため、レーザー光のレーザービーム１０４の軌跡のエッジと、チャネル形成領域となる部分または半導体膜１０２の凸部１０１ａ間の凹部の平らな面とが重ならないようにする。
【００９０】
なおレーザー光の走査方向は、矢印に示すように、凸部１０１ａの方向と平行になるように定める。
【００９１】
本発明では公知のレーザーを用いることができる。レーザー光は連続発振であることが望ましいが、パルス発振であっても本発明の効果を得ることができると考えられる。レーザーは、気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ₄レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ₃レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ₂Ｏ₃レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶を使ったレーザーが適用される。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００９２】
またさらに、固体レーザーから発せられらた赤外レーザー光を非線形光学素子でグリーンレーザー光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザー光を用いることもできる。
【００９３】
なお、図２（Ａ）の、結晶化される前のＡ−Ａ’における断面図が図２（Ｂ）に相当し、結晶化された後のＢ−Ｂ’における断面図が図２（Ｃ）に相当する。レーザー光の照射によって結晶化された半導体膜（ＬＣ後）１０３では、凸部のエッジ近傍または凹部のエッジ近傍において応力集中が起こり、粒界１０５が生じやすくなる。図２（Ｄ）に、結晶化後の半導体膜１０３の凹部の拡大図を示す。矢印が内部応力の向きであり、半導体膜の凸部のエッジ近傍１０６及び凹部のエッジ近傍１０７において応力集中が起こり、粒界１０５が生じると考えられる。しかし、凹部１０１ａの上部の平坦な部分においては、凸部のエッジ近傍または凹部のエッジ近傍に比較して応力が小さいため、粒界ができにくい、またはできても比較的大きな結晶粒が得られる。
【００９４】
次に、図３（Ａ）に示すように、粒界が多く形成されていると考えられる凸部のエッジ近傍または凹部のエッジ近傍と、凸部とを除去するように、結晶化後の半導体膜１０３をパターニングし、結晶性の優れている凸部１０１ａ間に位置する凹部の上部に位置する平坦な部分を用い、島状の半導体膜（アイランド）１０８を形成する。
【００９５】
なお本実施例では、凸部のエッジ近傍または凹部のエッジ近傍と、凸部とを一部残す様に半導体膜１０３をパターニングすることで、図３（Ａ）に示すような、チャネル形成領域の部分のみ分離したスリット状の活性層として用いるアイランド１０８を形成した。アイランド１０８のＡ−Ａ’における断面図を図３（Ｂ）に、Ｂ−Ｂ’における断面図を図３（Ｃ）に示す。ソース領域またはドレイン領域となる部分はチャネル形成領域ほど半導体膜の結晶性によるＴＦＴの特性への影響が大きくない。そのため、結晶性が芳しくない凸部のエッジ近傍または凹部のエッジ近傍を残しておいても然程問題にはならない。
【００９６】
次に図４（Ａ）に示すように、少なくともアイランド１０８のチャネル形成領域となる部分を覆うように、ゲート絶縁膜１１０を形成する。なお図４（Ａ）では、ソース領域またはドレイン領域となる部分が露出しているが、ゲート絶縁膜１１０でアイランド１０８全体を覆うようにしても良い。
【００９７】
次に、導電性を有する膜を成膜し、パターニングすることで、ゲート電極１１１を形成する。なお、図４（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図を図４（Ｂ）に示す。ゲート電極１１１は全てのチャネル形成領域と重なっている。
【００９８】
上記作製工程によって、互いに分離した複数のチャネル形成領域を有するＴＦＴが完成する。このような構成にすることで、チャネル形成領域のチャネル幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、ＴＦＴを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【００９９】
各チャネル形成領域のチャネル幅をＷ_ST、各チャネル形成領域間の幅をＷ_SOとすると、Ｗ_STとＷ_SOとの比は設計者が適宜設定することができるが、より好ましくは、３Ｗ_ST≒Ｗ_SOとするのが望ましい。
【０１００】
次に、本発明の生産システムについて説明する。図５に本発明の生産システムのフローチャートを示す。まずアイランドのマスクを設計し、次に絶縁膜の形状をストライプ状または矩形状の凹凸を有するように設計する。このとき、該アイランドの１つまたは複数が絶縁膜の凹部の平らな面にレイアウトされるようにする。そして、アイランドをＴＦＴの活性層として用いる場合、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向と、絶縁膜のストライプの向きまたは矩形の長辺か短辺方向に揃えるようにすることが望ましいが、用途に応じて意図的に方向を揃えない様にしても良い。
【０１０１】
また、このとき絶縁膜の一部にマーカーが形成されるように、絶縁膜の形状を設計するようにしても良い。
【０１０２】
そして、設計された絶縁膜の形状に関する情報（パターン情報）を、レーザー照射装置が有するコンピューターに入力し、その記憶手段に記憶する。コンピューターでは、入力された絶縁膜のパターン情報と、レーザービームの走査方向に対して垂直な方向における幅とに基づき、レーザー光の走査経路を定める。このとき、レーザー光の軌跡のエッジと、絶縁膜の凹部の平らな面とが重ならないように、走査経路を定めることが重要である。なお、絶縁膜のパターン情報に加えて、アイランドのパターン情報をコンピュータの記憶手段に記憶させ、レーザー光の軌跡のエッジとアイランドまたはアイランドのチャネル形成領域とが重ならないように、走査経路を定めるようにしても良い。
【０１０３】
なお、スリットを設けてレーザービームの幅を制御する場合、コンピューターでは入力された絶縁膜のパターン情報に基づき、走査方向に対して垂直方向における、絶縁膜の凹部の幅を把握する。そして、絶縁膜の凹部の幅を考慮して、レーザー光の軌跡のエッジと、絶縁膜の凹部の平らな面とが重ならないように、走査方向に対して垂直方向におけるスリットの幅を設定する。
【０１０４】
一方基板上に、設計したパターン情報に従って絶縁膜を形成し、次に、該絶縁膜上に半導体膜を成膜する。そして、半導体膜を成膜した後、基板をレーザー照射装置のステージに設置し、基板の位置合わせを行なう。図５ではＣＣＤカメラを用いてマーカーを検出し、基板の位置合わせを行う。なおＣＣＤカメラとは、ＣＣＤ（電荷結合素子）を撮像素子として用いたカメラを意味する。
【０１０５】
なお、ステージに設置された基板上の絶縁膜または半導体膜のパターン情報をＣＣＤカメラ等により検出し、コンピュータにおいてＣＡＤによって設計された絶縁膜または半導体膜のパターン情報と、ＣＣＤカメラによって得られる、実際に基板上に形成された絶縁膜または半導体膜のパターン情報とを照らし合わせ、基板の位置合わせを行うようにしても良い。
【０１０６】
そして、定められた走査経路にしたがってレーザー光を照射し、半導体膜を結晶化する。
【０１０７】
次に、レーザー光を照射した後、レーザー光照射により結晶性が高められた半導体膜をパターニングし、アイランドを形成する。以下、アイランドからＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を成膜し、アイランドに不純物領域を形成する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
【０１０８】
次に、本発明において用いられるレーザー照射装置の構成について、図６を用いて説明する。１５１はレーザー発振装置である。図６では４つのレーザー発振装置を用いているが、レーザー照射装置が有するレーザー発振装置はこの数に限定されない。
【０１０９】
なお、レーザー発振装置１５１は、チラー１５２を用いてその温度を一定に保つようにしても良い。チラー１５２は必ずしも設ける必要はないが、レーザー発振装置１５１の温度を一定に保つことで、出力されるレーザー光のエネルギーが温度によってばらつくのを抑えることができる。
【０１１０】
また１５４は光学系であり、レーザー発振装置１５１から出力された光路を変更したり、そのレーザービームの形状を加工したりして、レーザー光を集光することができる。さらに、図６のレーザー照射装置では、光学系１５４によって、複数のレーザー発振装置１５１から出力されたレーザー光のレーザービームを互いに一部を重ね合わせることで、合成することができる。
【０１１１】
なお、レーザー光の進行方向を極短時間で変化させることができるＡＯ変調器１５３を、被処理物である基板１５６とレーザー発振装置１５１との間の光路に設けても良い。また、ＡＯ変調器の代わりに、アテニュエイター（光量調整フィルタ）を設けて、レーザー光のエネルギー密度を調整するようにしても良い。
【０１１２】
また、被処理物である基板１５６とレーザー発振装置１５１との間の光路に、レーザー発振装置１５１から出力されたレーザー光のエネルギー密度を測定する手段（エネルギー密度測定手段）１６５を設け、測定したエネルギー密度の経時変化をコンピューター１６０において監視するようにしても良い。この場合、レーザー光のエネルギー密度の減衰を補うように、レーザー発振装置１５１からの出力を高めるようにしても良い。
【０１１３】
合成されたレーザービームは、スリット１５５を介して被処理物である基板１５６に照射される。スリット１５５は、レーザー光を遮ることが可能であり、なおかつレーザー光によって変形または損傷しないような材質で形成するのが望ましい。そして、スリット１５５はスリットの幅が可変であり、該スリットの幅によってレーザービームの幅を変更することができる。
【０１１４】
なお、スリット１５５を介さない場合の、レーザー発振装置１５１から発振されるレーザー光の基板１５６におけるレーザービームの形状は、レーザーの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。
【０１１５】
基板１５６はステージ１５７上に載置されている。図６では、位置制御手段１５８、１５９が、被処理物におけるレーザービームの位置を制御する手段に相当しており、ステージ１５７の位置が、位置制御手段１５８、１５９によって制御されている。
【０１１６】
図６では、位置制御手段１５８がＸ方向におけるステージ１５７の位置の制御を行っており、位置制御手段１５９はＹ方向におけるステージ１５７の位置制御を行う。
【０１１７】
また図６のレーザー照射装置は、メモリ等の記憶手段及び中央演算処理装置を兼ね備えたコンピューター１６０を有している。コンピューター１６０は、レーザー発振装置１５１の発振を制御し、レーザー光の走査経路を定め、なおかつレーザー光のレーザービームが定められた走査経路にしたがって走査されるように、位置制御手段１５８、１５９を制御し、基板を所定の位置に移動させることができる。
【０１１８】
なお図６では、レーザービームの位置を、基板を移動させることで制御しているが、ガルバノミラー等の光学系を用いて移動させるようにしても良いし、その両方であってもよい。
【０１１９】
さらに図６では、コンピューター１６０によって、該スリット１５５の幅を制御し、マスクのパターン情報に従ってレーザービームの幅を変更することができる。なおスリットは必ずしも設ける必要はない。
【０１２０】
さらにレーザー照射装置は、被処理物の温度を調節する手段を備えていても良い。また、レーザー光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、ダンパーを設けて、反射光が不適切な箇所に照射されるのを防ぐようにしても良い。ダンパーは、反射光を吸収させる性質を有していることが望ましく、ダンパー内に冷却水を循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温度が上昇するのを防ぐようにしても良い。また、ステージ１５７に基板を加熱するための手段（基板加熱手段）を設けるようにしても良い。
【０１２１】
なお、マーカーをレーザーで形成する場合、マーカー用のレーザー発振装置を設けるようにしても良い。この場合、マーカー用のレーザー発振装置の発振を、コンピューター１６０において制御するようにしても良い。さらにマーカー用のレーザー発振装置を設ける場合、マーカー用のレーザー発振装置から出力されたレーザー光を集光するための光学系を別途設ける。なおマーカーを形成する際に用いるレーザーは、代表的にはＹＡＧレーザー、ＣＯ₂レーザー等が挙げられるが、無論この他のレーザーを用いて形成することは可能である。
【０１２２】
またマーカーを用いた位置合わせのために、ＣＣＤカメラ１６３を１台、場合によっては数台設けるようにしても良い。なおＣＣＤカメラとは、ＣＣＤ（電荷結合素子）を撮像素子として用いたカメラを意味する。
【０１２３】
なお、マーカーを設けずに、ＣＣＤカメラ１６３によって絶縁膜または半導体膜のパターンを認識し、基板の位置合わせを行うようにしても良い。この場合、コンピューター１６０に入力されたマスクによる絶縁膜または半導体膜のパターン情報と、ＣＣＤカメラ１６３において収集された実際の絶縁膜または半導体膜のパターン情報とを照らし合わせて、基板の位置情報を把握することができる。この場合マーカーを別途設ける必要がない。
【０１２４】
また、基板に入射したレーザー光は該基板の表面で反射し、入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光となるが、該戻り光はレーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす。そのため、前記戻り光を取り除きレーザの発振を安定させるため、アイソレータを設置するようにしても良い。
【０１２５】
なお、図６では、レーザー発振装置を複数台設けたレーザー照射装置の構成について示したが、レーザー発振装置は１台であってもよい。図７にレーザー発振装置が１台の、レーザー照射装置の構成を示す。図７において、２０１はレーザー発振装置、２０２はチラーである。また２１５はエネルギー密度測定装置、２０３はＡＯ変調器、２０４は光学系、２０５はスリット、２１３はＣＣＤカメラである。基板２０６はステージ２０７上に設置し、ステージ２０７の位置はＸ方向位置制御手段２０８、Ｙ方向位置制御手段２０９によって制御されている。そして図６に示したものと同様に、コンピューター２１０によって、レーザー照射装置が有する各手段の動作が制御されており、図６と異なるのはレーザー発振装置が１つであることである。また光学系２０４は図６の場合と異なり、１つのレーザー光を集光する機能を有していれば良い。
【０１２６】
このように本発明では、レーザー光による結晶化の後、半導体膜の凹部のエッジ近傍または凸部のエッジ近傍をパターニングにより除去し、凹部の中央付近の結晶性が優れている部分をＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【０１２７】
また、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走査することで、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【０１２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１２９】
（実施例１）
本実施例は、段差形状を有する下地絶縁膜上で結晶性半導体膜を形成し、凸上部に形成された結晶性半導体膜にチャネル形成領域が配設されるＴＦＴを作製する一例を示す。
【０１３０】
図３２において、ガラス基板９６０１上に１００nmの酸化窒化珪素膜でなる第１絶縁膜９６０２を形成する。その上に窒化珪素膜を形成し、写真蝕刻により矩形状のパターンを有する第２絶縁膜９６０３〜９６０７を形成する。酸化窒化珪素膜及び窒化珪素膜はプラズマＣＶＤ法で形成する。
【０１３１】
そして、プラズマＣＶＤ法により非晶質珪素膜９６０８を１５０nmの厚さに形成した後、連続発振レーザービームを照射して結晶化させる。図３４はその上面図を示すものであり、Ａ−Ａ'線に対応する縦断面図が図３２（Ａ）に対応している。また、第２絶縁膜９６０３〜９６０７に重ねて一点差線で示す９６１１〜９６１３はＴＦＴの活性層が形成される位置を示している。
【０１３２】
長手方向に均一なエネルギー密度分布を有する線状レーザービーム９６０９を走査しながら照射することにより図３２（Ｂ）で示すように結晶性半導体膜９６１０が形成される。均一なエネルギー密度分布とは、完全に一定であるもの以外を排除することではなく、エネルギー密度分布において許容される範囲は±５％である。このようなレーザービームの照射は、図３１で示す構成のレーザー処理装置を適用することができる。光学系にて集光したレーザービームは、その強度分布が長手方向において均一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良い。結晶化はこの強度分布が長手方向において均一な領域で成されるようにし、これによりレーザービームの走査方向と平行な方向に結晶成長する効力を高めることができる。
【０１３３】
その後、第１絶縁膜９６０２上に結晶性半導体膜を残存させる形でエッチング処理を施し、活性層９６１１〜９６１３を形成する。図３５はこの段階における上面図を示している。
【０１３４】
図３２（Ｄ）で示すようにゲート絶縁膜９６１４を酸化珪素膜で、ゲート電極を形成する導電膜９６１５をタングステン又はタングステンを含有する合金で形成する。そして、写真蝕刻により図３２（Ｅ）に示すようにゲート電極９６１６、９６１７を形成する。
【０１３５】
さらに、ドーピング処理を行い各活性層にソース及びドレイン領域を形成し、パッシベーション膜９６１８及び平坦化膜９６１９を形成する。コンタクトホールを形成した後、平坦化膜９６１９上に形成される配線９６２０〜９６２３はアルミニウム、チタンなどを適宜組み合わせて形成する。こうしてシングルチャネルのｎチャネル型ＴＦＴ９６３０、ｐチャネル型ＴＦＴ９６３１、及びマルチチャネルのｎチャネル型ＴＦＴ９６３２が形成される。図３６はこの状態での上面図を示したものであり、同図に示すＡ−Ａ'線に対応する縦断面図が図３２（Ｆ）に対応している。ここでは、シングルチャネルのｎチャネル型ＴＦＴ９６３０、ｐチャネル型ＴＦＴ９６３１によりインバータ回路を構成した一例を示している。また、図３６で示すＢ−Ｂ'線に対応する縦断面図は図３３に示されている。
【０１３６】
尚、図３７は、シングルチャネルのｎチャネル型ＴＦＴ９６３０、ｐチャネル型ＴＦＴ９６３１、及びマルチチャネルのｎチャネル型ＴＦＴ９６３２の等価回路を示す。マルチチャネルのｎチャネル型ＴＦＴ９６３２は、ソース及びドレイン領域の間に複数のチャネルが並列して設けられ一つのトランジスタを形成している。このように、チャネル形成領域を並列に設けることにより、ソース及びドレイン領域の抵抗、及び／又は低濃度ドレイン領域の抵抗により帰還がかかり、各チャネル間に流れる電流を平準化することができる。このような構成のトランジスタにより、複数の素子間での特性のバラツキを小さくすることができる。
【０１３７】
（実施例２）
活性層の形成においては、実施例１で示すように非晶質半導体膜にレーザービームを照射して結晶化させても良いが、一旦、多結晶化した後、さらにレーザービームを照射してその結晶性を高めても良い。このような二段階の結晶化処理は、実施例１と比較して比較的歪みの少ない結晶性半導体膜を形成することを可能にする。
【０１３８】
図３８はその工程を示す縦断面図である。図３８（Ａ）において、ガラス基板９５０１上に１００nmの酸化窒化珪素膜でなる第１絶縁膜９５０２を形成する。その上に酸化珪素膜を形成し、写真蝕刻により矩形状のパターンを有する第２絶縁膜９５０３〜９５０６を形成する。そして、その上に非晶質珪素膜９５０７を１５０nmの厚さで形成する。
【０１３９】
非晶質半導体膜９５０７の全面に、珪素の結晶化温度を低温化させ、配向性を向上させることが可能な触媒元素としてＮｉを添加する。Ｎｉの添加法に限定はなく、スピン塗布法、蒸着法、スパッタ法などを適用するこができる。スピン塗布法による場合には酢酸ニッケル塩が５ppmの水溶液を塗布して触媒元素含有層５１０を形成する。勿論、触媒元素はＮｉに限定されるものではなく、他の公知の材料を用いても良い。
【０１４０】
その後、図３８（Ｂ）で示すように５８０℃、４時間の加熱処理により非晶質珪素膜９５０７を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜５１１を得ることができる。この結晶性珪素膜５１１は棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的にはある特定の方向性をもって成長しているため、結晶性が揃っている。また、特定方位の配向率が高いという特徴がある。
【０１４１】
図３８（Ｃ）で示すように、加熱処理により結晶化した結晶性半導体膜に対し、連続発振レーザービームを照射して結晶性を向上させる。長手方向に均一なエネルギー密度分布を有する線状レーザービーム９５０５を走査しながら照射することにより結晶性半導体膜５１１を溶融させ、再結晶化させる。また、結晶性半導体膜５１１において残存する非晶質領域もこの処理により結晶化させることができる。この再結晶化処理により大粒径化及び配向の制御が成される。また、結晶化の段階で、若干の体積収縮は発生し、その歪みは段差部に蓄積され、第２絶縁膜上の結晶性半導体膜には作用しない形で結晶性半導体膜５１２を形成することができる。
【０１４２】
以降は、実施例１と同様な処理によりＴＦＴを完成させることができる。
【０１４３】
（実施例３）
段差形状を有する下地絶縁膜の作製方法は、実施例１に従えば、図３９（Ａ）で示すようにガラス基板９７０１上に酸化窒化珪素膜で形成される第１絶縁膜９７０２、窒化珪素膜で形成される第２絶縁膜９７０３を積層形成した後、図３９（Ｂ）で示す様にマスク９７０４を形成して、第２絶縁膜９７０３を９７０５〜９７０８で示すパターンに形成する。エッチング方法の一例はウェットエッチングであり、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ₄ＨＦ₂）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）を１５．４％含む混合溶液で比較的選択性良くエッチングすることができる。
【０１４４】
この上に非晶質半導体膜を形成する段階では、下地絶縁膜との界面の汚染の影響を避けるため、プラズマＣＶＤ装置の中で酸化窒化珪素膜９７０９と非晶質半導体膜９７１０を大気開放することなく連続的に形成すると良い。このような処理方法により清浄な界面を形成することができ、結晶化に際して、界面不純物に起因するような制御されない結晶核の発生を防止することができる。
【０１４５】
以降は実施例１又は２と同様にしてＴＦＴを完成させることができる。
【０１４６】
（実施例４）
段差形状を有する下地絶縁膜の他の作製方法として、図４０（Ａ）に示すように、ガラス基板９７０１上に酸化珪素膜を形成した後、写真蝕刻により酸化珪素膜から成り、矩形又は帯状にパターン形成された絶縁膜９７１１〜９７１４による矩形又は帯状のパターンを形成する。
【０１４７】
その後、マスク９７１０を剥離した後、絶縁膜９７１１〜９７１４によるパターンを覆う形で酸化窒化珪素膜から成る第１絶縁膜９７１５を形成する。この第１絶縁膜上に非晶質半導体膜９７１６を形成する。第１絶縁膜として形成する酸化窒化珪素膜は、ガラス基板９７０１が含有するアルカリ金属等に対しブロッキング性があり、かつ、内部応力が比較的低いので、半導体膜と接する下地絶縁膜として適している。
【０１４８】
以降は実施例１〜３のいずれか一と同様な処理によりＴＦＴを完成させることができる。
【０１４９】
（実施例５）
本発明は様々な半導体装置に適用できるものであり、実施例１〜５に基づいて作製される表示パネルの形態を図４１と図４２を用いて説明する。
【０１５０】
図４１は基板９９０１には画素部９９０２、ゲート信号側駆動回路９９０１ａ、９９０１ｂ、データ信号側駆動回路９９０１ｃ、入出力端子部９９０８、配線又は配線群９９０４が備えられている。シールドパターン９９０５はゲート信号側駆動回路９９０１ａ、９９０１ｂ、データ信号側駆動回路９９０１ｃ及び当該駆動回路部と入力端子とを接続する配線又は配線群９９０４と一部が重なっていても良い。このようにすると、表示パネルの額縁領域（画素部の周辺領域）の面積を縮小させることができる。外部入力端子部には、ＦＰＣ９９０３が固着されている。
【０１５１】
実施例１〜５で示すＴＦＴは画素部９９０２のスイッチング素子として、さらにゲート信号側駆動回路９９０１ａ、９９０１ｂ、データ信号側駆動回路９９０１ｃを構成する能動素子として適用することができる。
【０１５２】
図４２は図４１で示す画素部９９０２の一画素の構成を示す一例であり、ＴＦＴ９８０１〜９８０３が備えられている。これらは、画素に備える発光素子や液晶素子を制御するそれぞれスイッチング用、リセット用、駆動用のＴＦＴである。
【０１５３】
これらのＴＦＴの活性層９８１２〜９８１４は、その下層に形成されている下地絶縁膜の凸上部に配置されており、活性層を形成する結晶性半導体膜は実施例１〜４に基づいて形成することができる。活性層９８１２〜９８１４の上層には、ゲート配線９８１５〜９８１７が形成され、パッシベーション膜及び平坦化膜を介してデータ線９８１８、電源線９８１９、その他各種配線９８２０、９８２１、及び画素電極９８２３が形成されている。
【０１５４】
このように、本発明は何ら影響を与えることなく表示パネルを完成させることができる。
【０１５５】
（実施例６）
本発明を用いて作製されるＴＦＴを搭載した半導体装置は、様々な適用が可能である。その一例は、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ受像器、携帯電話、投影型表示装置等が挙げられる。それらの一例を図４３、図４４に示す。
【０１５６】
図４３(Ａ)は本発明を適用してテレビ受像器を完成させる一例であり、筐体３００１、支持台３００２、表示部３００３等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３００３に適用され、本発明によりテレビ受像器を完成させることができる。
【０１５７】
図４３(Ｂ)は本発明を適用してビデオカメラを完成させた一例であり、本体３０１１、表示部３０１２、音声入力部３０１３、操作スイッチ３０１４、バッテリー３０１５、受像部３０１６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３０１２に適用され、本発明によりビデオカメラを完成させることができる。
【０１５８】
図４３(Ｃ)は本発明を適用してノート型のパーソナルコンピュータを完成させた一例であり、本体３０２１、筐体３０２２、表示部３０２３、キーボード３０２４等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３０２３に適用され、本発明によりパーソナルコンピュータを完成させることができる。
【０１５９】
図４３(Ｄ)は本発明を適用してＰＤＡ(Personal Digital Assistant)を完成させた一例であり、本体３０３１、スタイラス３０３２、表示部３０３３、操作ボタン３０３４、外部インターフェース３０３５等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３０３３に適用され、本発明によりＰＤＡを完成させることができる。
【０１６０】
図４３(Ｅ)は本発明を適用して音響再生装置を完成させた一例であり、具体的には車載用のオーディオ装置であり、本体３０４１、表示部３０４２、操作スイッチ３０４３、３０４４等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３０４２に適用され、本発明によりオーディオ装置を完成させることができる。
【０１６１】
図４３(Ｆ)は本発明を適用してデジタルカメラを完成させた一例であり、本体３０５１、表示部(Ａ)３０５２、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部(Ｂ)３０５５、バッテリー３０５６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部(Ａ)３０５２および表示部(Ｂ)３０５５に適用され、本発明によりデジタルカメラを完成させることができる。
【０１６２】
図４３(Ｇ)は本発明を適用して携帯電話を完成させた一例であり、本体３０６１、音声出力部３０６２、音声入力部３０６３、表示部３０６４、操作スイッチ３０６５、アンテナ３０６６等により構成されている。本発明により作製されるＴＦＴは表示部３０６４に適用され、本発明により携帯電話を完成させることができる。
【０１６３】
図４４（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含む。図４４（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４等を含む。
【０１６４】
尚、図４４（Ｃ）は、図４４（Ａ）及び図４４（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。投射装置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、プリズム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、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図４４（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１６５】
また、図４４（Ｄ）は、図４４（Ｃ）中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４４（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１６６】
尚、ここで示す装置はごく一例であり、これらの用途に限定するものではない。
【０１６７】
（実施例７）
本実施例では、凹凸を有する絶縁膜の形成の仕方について説明する。
【０１６８】
まず、図８（Ａ）に示すように、基板２５０上に第１の絶縁膜２５１を成膜する。第１の絶縁膜２５１は本実施例では酸化窒化珪素を用いるがこれに限定されず、第２の絶縁膜とエッチングにおける選択比が大きい絶縁膜であれば良い。本実施例では第１の絶縁膜２５１をＣＶＤ装置でＳｉＨ₄とＮ₂Ｏを用いて５０〜２００nmの厚さになるように形成した。なお第１の絶縁膜は単層であっても、複数の絶縁膜を積層した構造であってもよい。
【０１６９】
次に、図８（Ｂ）に示すように、第１の絶縁膜２５１に接するように第２の絶縁膜２５２を形成する。第２の絶縁膜２５２は後の工程においてパターニングし、凹凸を形成したときに、その後に成膜される半導体膜の表面に凹凸が現れる程度の膜厚にする必要がある。本実施例では第２の絶縁膜２５２として、プラズマＣＶＤ法を用いて３０ｎｍ〜３００ｎｍの酸化珪素を形成する。
【０１７０】
次に、図８（Ｃ）に示すようにマスク２５３を形成し、第２の絶縁膜２５２をエッチングする。なお本実施例では、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ₄ＨＦ₂）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）を１５．４％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）をエッチャントとし、２０℃においてウエットエッチングを行う。このエッチングにより、矩形状またはストライプ状の凸部２５４が形成される。本明細書では、第１の絶縁膜２５１と凸部２５３とを合わせて１つの絶縁膜とみなす。
【０１７１】
次に、第１の絶縁膜２５１と凸部２５３を覆うように半導体膜を形成する。本実施例では凸部の厚さが３０ｎｍ〜３００ｎｍであるので、半導体膜の膜厚を５０〜２００ｎｍとするのが望ましく、ここでは６０ｎｍとする。なお、半導体膜と絶縁膜との間に不純物が混入すると、半導体膜の結晶性に悪影響を与え、作製するＴＦＴの特性バラツキやしきい値電圧の変動を増大させる可能性があるため、絶縁膜と半導体膜とは連続して成膜するのが望ましい。そこで本実施例では、第１の絶縁膜２５１と凸部２５３とからなる絶縁膜を形成した後は、酸化珪素膜２５５を薄く該絶縁膜上に成膜し、その後大気にさらさないように連続して半導体膜２５６を成膜する。酸化珪素膜の厚さは設計者が適宜設定することができるが、本実施例では５ｎｍ〜３０ｎｍ程度とした。
【０１７２】
なお、第２の絶縁膜２５２をエッチングする際に、凸部をテーパー状にエッチングするようにしても良い。凸部をテーパー状にすることで、絶縁膜上に形成される半導体膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極などが凸部のエッジにおいて膜切れするのを防ぐことができる。
【０１７３】
次に、図８とは異なる絶縁膜の形成の仕方について説明する。まず図９（Ａ）に示すように基板２６０上に第１の絶縁膜を形成する。第１の絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで形成する。
【０１７４】
酸化珪素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。酸化窒化珪素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珪素膜、またはＳｉＨ₄、Ｎ₂Ｏから作製される酸化窒化珪素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珪素膜を適用しても良い。窒化珪素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。
【０１７５】
第１の絶縁膜は２０〜２００nm（好ましくは３０〜６０nm）の厚さに基板の全面に形成した後、図９（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーの技術を用いマスク２６２を形成する。そして、エッチングにより不要な部分を除去して、ストライプ状または矩形状の凸部２６３を形成する。第１の絶縁膜２６１に対してはフッ素系のガスを用いたドライエッチング法を用いても良いし、フッ素系の水溶液を用いたウエットエッチング法を用いても良い。後者の方法を選択する場合には、例えば、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ₄ＨＦ₂）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）を１５．４％含む混合溶液（ステラケミファ社製、商品名ＬＡＬ５００）でエッチングすると良い。
【０１７６】
次いで、凸部２６２及び基板２６０を覆うように、第２の絶縁膜２６４を形成する。この層は第１の絶縁膜２６１と同様に酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などで５０〜３００nm（好ましくは１００〜２００nm）の厚さに形成する。
【０１７７】
上記作製工程によって、凸部２６２及び第２の絶縁膜２６４からなる絶縁膜が形成される。なお、第２の絶縁膜２６４を形成した後、大気に曝さないように連続して半導体膜を成膜するようにすることで、半導体膜と絶縁膜の間に大気中の不純物が混入するのを防ぐことができる。
【０１７８】
（実施例８）
本実施例では、ストライプ状の絶縁膜上に形成された半導体膜を、レーザー光照射により結晶化した後、凹部の基板と平行な面上に、互いに分離されたアイランドを形成し、該アイランドを用いてＴＦＴを作製する例について説明する。
【０１７９】
図１０（Ａ）に、本実施例のＴＦＴの構造を示す。図１０（Ａ）では、基板１５０状にストライプ状の凸部１５１を有する絶縁膜１５２が形成されている。そして、凸部１５１間の凹部の上面に、互いに分離された複数のアイランド１５４が形成されている。そして、アイランド１５３に接するようにゲート絶縁膜１５４が形成されている。なお、ゲート絶縁膜１５４は、図１０（Ａ）ではアイランドの不純物領域となる部分を露出するように形成されているが、アイランド１５４全体を覆うように形成されていても良い。
【０１８０】
そして、ゲート絶縁膜１５４上に、複数の各アイランド１５３と重なるように複数のゲート電極１５５が形成されている。複数のゲート電極１５３は、回路構成によっては互いに接続されていても良い。
【０１８１】
なお、図１０（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図が図１０（Ｂ）に相当し、図１０（Ａ）のＢ−Ｂ’における断面図が図１０（Ｃ）に相当する。図１０（Ｃ）に示すように、各ゲート電極１５５は、ゲート絶縁膜１５４を間に挟んでアイランド１５３のチャネル形成領域１５６と重なっている。チャネル形成領域１５６は同じくアイランド１５３に含まれる２つの不純物領域１５７に挟まれている。
【０１８２】
本実施例は実施例１〜７と組み合わせて実施することが可能である。
【０１８３】
（実施例９）
本実施例では、絶縁膜の形状のバリエーションについて説明する。
【０１８４】
図１１（Ａ）に、本発明の絶縁膜の形状の、一実施例を示す。図１１（Ａ）では、基板１７０上に絶縁膜１７１が形成されており、該絶縁膜１７１は複数の凸部１７２が形成されている。各凸部１７２は上面から見た形状が矩形である。そして全ての凸部は、その矩形の長辺方向または短辺方向が、矢印で示したレーザー光の走査方向と平行である。
【０１８５】
また、各凸部１７２はレーザー光の走査方向における幅と、走査方向に対して垂直な方向における幅が、互いに全て同じになっているわけではない。所望のアイランドの形状に合わせて絶縁膜の形状を設計することが望ましい。
【０１８６】
図１１（Ｂ）に、本発明の絶縁膜の形状の、一実施例を示す。図１１（Ｂ）では、基板１８０上に絶縁膜１８１が形成されており、該絶縁膜１８１は上面から見てスリット状の開口部を有する矩形状の凸部１８２が形成されている。凸部１８２は、そのスリットの長辺方向または短辺方向が、矢印で示したレーザー光の走査方向と平行である。
【０１８７】
次に、図１１（Ｂ）に示したスリット状の開口部を有する絶縁膜を用いて形成された、ＴＦＴの構成の一例について説明する。
【０１８８】
図１２（Ａ）に本実施例のＴＦＴの上面図を示す。図１２（Ａ）に示すように、本実施例では内部にスリット状の開口部を有した矩形状の凸部１６０を有する絶縁膜を用いた。凸部１６０を覆うように半導体膜を成膜し、該スリット状の開口部の長軸方向に沿ってレーザー光を矢印に示す方向に走査し、該半導体膜を結晶化させる。そして、該半導体膜をパターニングし、凸部に囲まれた凹部の上面にチャネル形成領域が形成された、開口部を有するアイランド１６１を形成する。
【０１８９】
そして、該アイランド１６１に接するようにゲート絶縁膜１６２を形成する。なお、図１２（Ａ）のＡ−Ａ’における断面図を図１２（Ｂ）に、Ｂ−Ｂ’における断面図を図１２（Ｃ）に、Ｃ−Ｃ’における断面図を図１２（Ｄ）に示す。
【０１９０】
そしてゲート絶縁膜１６２上に導電性を有する膜を成膜し、該導電膜をパターニングすることでゲート電極１６３をが形成されている。なおゲート電極１６３は、ゲート絶縁膜１６２を間に挟んで、アイランド１６１のチャネル形成領域１６４と重なっており、チャネル形成領域１６４はアイランド１６１に含まれる２つの不純物領域１６５に挟まれている。
【０１９１】
そしてゲート電極１６３、アイランド１６１及びゲート絶縁膜１６２を覆うように、第１の層間絶縁膜１６６が形成されている。第１の層間絶縁膜１６６は無機絶縁膜からなり、アイランド１６１にアルカリ金属などのＴＦＴの特性に悪影響を与える物質が混入するのを防ぐ効果がある。
【０１９２】
そして、第１の層間絶縁膜１６６上に有機樹脂からなる第２の層間絶縁膜１６７が形成されている。そして第２の層間絶縁膜１６７、第１の層間絶縁膜１６６及びゲート絶縁膜１６２は、エッチングにより開口部が形成されており、該開口部を介して２つの不純物領域１６５と、ゲート電極１６３とにそれぞれ接続された配線１６８から１６９が第２の層間絶縁膜１６７上に形成されている。
【０１９３】
本実施例においては、チャネル形成領域１６４が複数形成されており、かつ複数のチャネル形成領域が互いに分離しているので、チャネル形成領域のチャネル幅を長くすることでオン電流を確保しつつ、ＴＦＴを駆動させることで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【０１９４】
本実施例では、実施例１〜８と組み合わせて実施することが可能である。
【０１９５】
（実施例１０）
本実施例では、本発明のレーザー結晶化法を用いた、アクティブマトリクス基板の作製方法について、図１３〜図１６を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１９６】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板６００を用いる。なお、基板６００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよい。
【０１９７】
次いで、基板６００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る絶縁膜を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により、１００〜３００nmの厚さで形成する。
【０１９８】
次に、この絶縁膜に膜厚の厚い部分と薄い部分を形成するために、本実施例では写真蝕刻（フォトリソグラフィー）技術によりレジストのマスク６９３を形成し、エッチング処理を施す。エッチング量によって段差が決まるが、本実施例では概ね５０〜１００nmとする。例えば、１５０nm酸化窒化シリコン膜を７５nmエッチングするには、フッ酸を含む溶液を用いたウエットエッチングを用いても良いし、ＣＦ₄を用いたドライエッチングなどを適用することができる。このよう、凸形状が形成された絶縁膜６０１を形成する。このとき凸領域のレーザー光の走査方向に対して垂直な方向における幅は、作製するＴＦＴの大きさを考慮して適宣決めれば良いが、結晶核の生成数を制御する目的においては２〜６μｍ程度の大きさ（直径若しくは対角線長さ）が好ましい（図１３（Ａ））。
【０１９９】
次いで、絶縁膜６０１上に、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで非晶質半導体膜６９２を形成する（図１３（Ｂ））。なお、本実施例では非晶質半導体膜を成膜しているが、微結晶半導体膜、結晶性半導体膜であっても良い。また、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を用いても良い。
【０２００】
次に、非晶質半導体膜６９２をレーザー結晶化法により結晶化させる。レーザー光の走査方向は、絶縁膜６０１におけるストライプ状の凸部のの延長方向に平行になるようにする。なお、絶縁膜６０１における凸部が、基板上から見たとき矩形である場合は、該矩形の長辺方向または短辺方向と平行になるように、レーザー光の走査方向を定める。具体的には、レーザー照射装置のコンピューターに入力されたマスクの情報に従って、選択的にレーザー光を照射する。もちろん、レーザー結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよい。なお本実施例では、スリットを用いてレーザービームの幅を、絶縁膜の走査方向に対して垂直な方向における幅に合わせて変える例を示すが、本発明はこれに限定されず、スリットは必ずしも用いる必要はない。
【０２０１】
非晶質半導体膜の結晶化に際し、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を用いることで、大粒径の結晶を得ることができる。代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ₄レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のＹＶＯ₄レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザー光を得る。また、共振器の中にＹＶＯ₄結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ²程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ²）が必要である。そして、１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
【０２０２】
なおレーザー照射は、パルス発振または連続発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ₄レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ₃レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ₂Ｏ₃レーザーなどが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。またスラブレーザーも用いることができる。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【０２０３】
上述したレーザー結晶化によって、結晶性が高められた結晶質半導体膜６９４が形成される（図１３（Ｃ））。結晶質半導体膜は、凸部のエッジ近傍または凹部のエッジ近傍において、粒界が発生しやすい。
【０２０４】
次に、結晶性が高められた結晶質半導体膜６９４を所望の形状にパターニングして、結晶化されたアイランド６０２〜６０６を形成する（図１３（Ｄ））。
【０２０５】
また、アイランド６０２〜６０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【０２０６】
次いで、アイランド６０２〜６０６を覆うゲート絶縁膜６０７を形成する。ゲート絶縁膜６０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素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。
【０２０７】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）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。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【０２０８】
次いで、ゲート絶縁膜６０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜６０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜６０９とを積層形成する（図１４（Ａ））。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜６０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜６０９を積層形成した。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ₆）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。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膜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。従って、本実施例では、高純度のＷ（純度９９．９９９９％）のターゲットを用いたスパッタ法で、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。
【０２０９】
なお、本実施例では、第１の導電膜６０８をＴａＮ、第２の導電膜６０９をＷとしたが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、第１の導電膜をタンタル（Ｔａ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化チタン（ＴｉＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＷとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＡｌ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＣｕ膜とする組み合わせとしてもよい。
【０２１０】
また、２層構造に限定されず、例えば、タングステン膜、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、タングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。
【０２１１】
なお、導電膜の材料によって、適宜最適なエッチングの方法や、エッチャントの種類を選択することが重要である。
【０２１２】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク６１０〜６１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。（図１４（Ｂ））本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂とを用い、それぞれのガス流量比を２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１５０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【０２１３】
この後、レジストからなるマスク６１０〜６１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂とを用い、それぞれのガス流量比を３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行った。基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ₄とＣｌ₂を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に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加させると良い。
【０２１４】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層６１７〜６２２（第１の導電層６１７ａ〜６２２ａと第２の導電層６１７ｂ〜６２２ｂ）を形成する。６１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層６１７〜６２２で覆われない領域は２０〜５０nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【０２１５】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。（図１４（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層６２８ｂ〜６３３ｂを形成する。一方、第１の導電層６１７ａ〜６２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層６２８〜６３３を形成する。
【０２１６】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、アイランドにｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０¹³〜５×１０¹⁴ atoms/cm²とし、加速電圧を４０〜８０ｋＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０¹³atoms/cm²とし、加速電圧を６０ｋＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層６２８〜６３３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域６２３〜６２７が形成される。不純物領域６２３〜６２７には１×１０¹⁸〜１×１０²⁰/cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【０２１７】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク６３４ａ〜６３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０¹³〜１×１０¹⁵ atoms/cm²とし、加速電圧を６０〜１２０ｋＶとして行う。ドーピング処理は第２の導電層６２８ｂ〜６３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方のアイランドに不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行って図１５（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０¹⁵〜１×１０¹⁷ atoms/cm²とし、加速電圧を５０〜１００ｋＶとして行う。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域６３６、６４２、６４８には１×１０¹⁸〜５×１０¹⁹/cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域６３５、６３８、６４１、６４４、６４７には１×１０¹⁹〜５×１０²¹/cm³の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加される。
【０２１８】
もちろん、適当な加速電圧にすることで、第２のドーピング処理および第３のドーピング処理は１回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を形成することも可能である。
【０２１９】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行う。この第４のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となるアイランドに前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域６５３、６５４、６５９、６６０を形成する。第２の導電層６２８ａ〜６３２ａを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域６５３、６５４、６５９、６６０はジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンドープ法で形成する。（図１５（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成するアイランドはレジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域６５３と６５４、６５９と６６０にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０¹⁹〜５×１０²¹atoms/cm³となるようにドーピング処理することにより、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機能するために何ら問題は生じない。
【０２２０】
以上までの工程で、それぞれのアイランドに不純物領域が形成される。
【０２２１】
次いで、レジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜６６１を形成する。この第１の層間絶縁膜６６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜６６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素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。
【０２２２】
次いで、図１５（Ｃ）に示すように、活性化処理としてレーザー照射方法を用いる。レーザーアニール法を用いる場合、結晶化の際に用いたレーザーを使用することが可能である。活性化の場合は、移動速度は結晶化と同じにし、０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ²程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ²）のエネルギー密度が必要となる。また結晶化の際には連続発振のレーザーを用い、活性化の際にはパルス発振のレーザーを用いるようにしても良い。
【０２２３】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行っても良い。
【０２２４】
そして、加熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと水素化を行うことができる。この工程は第１の層間絶縁膜６６１に含まれる水素によりアイランド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）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜６５０℃で１〜１２時間の加熱処理を行っても良い。この場合は、第１の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。
【０２２５】
次いで、第１の層間絶縁膜６６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜６６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成した。次に、第２の層間絶縁膜６６２を形成した後、第２の層間絶縁膜６６２に接するように、第３の層間絶縁膜６７２を形成する。本実施例では第３の層間絶縁膜６７２として、窒化珪素膜を用いた。
【０２２６】
そして、駆動回路６８６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線６６４〜６６８を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。（図１６）
【０２２７】
また、画素部６８７においては、画素電極６７０、ゲート配線６６９、接続電極６６８を形成する。この接続電極６６８によりソース配線（６４３ａと６４３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線６６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極６７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域６９０と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能するアイランド６８５と電気的な接続が形成される。また本願では画素電極と接続電極とを同じ材料で形成しているが、画素電極６７０としてＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【０２２８】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６８１とｐチャネル型ＴＦＴ６８２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ６８３を有する駆動回路６８６と、画素ＴＦＴ６８４、保持容量６８５とを有する画素部６８７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【０２２９】
駆動回路６８６のｎチャネル型ＴＦＴ６８１はチャネル形成領域６３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層６２８ａと重なる低濃度不純物領域６３６（ＧＯＬＤ（Gate Overlapped LDD）領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域６５２を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ６８１と電極６６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ６８２にはチャネル形成領域６４０、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域６５３と、ｐ型を付与する不純物元素が導入された不純物領域６５４を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ６８３にはチャネル形成領域６４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層６３０ａと重なる低濃度不純物領域６４２（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域６５６を有している。
【０２３０】
画素部の画素ＴＦＴ６８４にはチャネル形成領域６４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域６４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域６５８を有している。また、保持容量６８５の一方の電極として機能するアイランドには、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量６８５は、絶縁膜６１６を誘電体として、電極（６３２ａと６３２ｂの積層）と、アイランドとで形成している。
【０２３１】
本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【０２３２】
なお本実施例では液晶表示装置に用いられるアクティブマトリクス基板の構成について説明したが、本実施例の作成工程を用いて発光装置を作製することもできる。発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴ等を実装した表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Electro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。
【０２３３】
なお本実施例で用いられる発光素子は、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層または電子輸送層等が、無機化合物単独で、または有機化合物に無機化合物が混合されている材料で形成されている形態をも取り得る。また、これらの層どうしが互いに一部混合していても良い。
【０２３４】
本実施例は、実施例１〜９と組み合わせて実施することが可能である。
【０２３５】
（実施例１１）
本実施例では、半導体膜の結晶化に際し、レーザー光の照射の工程と、触媒を用いて半導体膜を結晶化させる工程とを組み合わせた例について説明する。触媒元素を用いる場合、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報で開示された技術を用いることが望ましい。
【０２３６】
まず、図１７（Ａ）に示すように基板５００上に、凸部５０２を有する絶縁膜５０１を形成する。そして該絶縁膜５０１上に半導体膜５０３を形成する。
【０２３７】
次に触媒元素を用いて半導体膜５０３を結晶化させる（図１７（Ｂ））。例えば特開平７−１３０６５２号公報に開示されている技術を用いる場合、重量換算で１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を半導体膜５０３に塗布してニッケル含有層５０４を形成し、５００℃、１時間の脱水素工程の後、５００〜６５０℃で４〜１２時間、例えば５５０℃、８時間の熱処理を行い、結晶性が高められた半導体膜５０５を形成する。尚、使用可能な触媒元素は、ニッケル（Ｎｉ）の以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、といった元素を用いても良い。
【０２３８】
そして、レーザー光照射により、ＮｉＳＰＣにより結晶化された半導体膜５０５から、結晶性がさらに高められた半導体膜５０６が形成される。レーザー光照射により得られた半導体膜５０６は触媒元素を含んでおり、レーザー光照射後にその触媒元素を半導体膜５０６から除去する工程（ゲッタリング）を行う。ゲッタリングは特開平１０−１３５４６８号公報または特開平１０−１３５４６９号公報等に記載された技術を用いることができる。
【０２３９】
具体的には、レーザー照射後に得られる半導体膜５０６の一部にリンを添加した領域５０７を形成する。、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行う。すると半導体膜５０６のリンが添加された領域５０７がゲッタリングサイトとして働き、半導体膜５０６中に存在する触媒元素を、リンが添加された５０７領域に偏析させることができる（図１７（Ｄ））。
【０２４０】
その後、半導体膜５０６のリンが添加された５０７領域をパターニングにより除去することで、触媒元素の濃度を１×１０¹⁷atoms/cm³以下好ましくは１×１０¹⁶atoms/cm³程度にまで低減されたアイランド５０８を得ることができる（図１７（Ｅ））。
【０２４１】
なお、結晶化前の半導体膜に触媒元素を含む溶液を塗布した後に、ＳＰＣではなく、レーザー光の照射により結晶成長を行うようにしても良い。
【０２４２】
本実施例は実施例１〜１１と組み合わせて実施することが可能である。
【０２４３】
（実施例１２）
本実施例では、複数のレーザービームを重ね合わせることで合成される、レーザービームの形状について説明する。
【０２４４】
図１８（Ａ）に、複数のレーザー発振装置からそれぞれ発振されるレーザー光の、スリットを介さない場合の被処理物におけるレーザービームの形状の一例を示す。図１８（Ａ）に示したレーザービームは楕円形状を有している。なお本発明において、レーザー発振装置から発振されるレーザー光のレーザービームの形状は、楕円に限定されない。レーザービームの形状はレーザーの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。例えば、ラムダ社製のＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）Ｌ３３０８から射出されたレーザー光の形状は、１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）の矩形状である。また、ＹＡＧレーザーから射出されたレーザー光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。このようなレーザー光を光学系により、さらに成形することにより、所望の大きさのレーザー光をつくることもできる。
【０２４５】
図１８（Ｂ）に図１８（Ａ）に示したレーザービームの長軸Ｌ方向におけるレーザー光のエネルギー密度の分布を示す。図１８（Ａ）に示すレーザービームは、図１８（Ｂ）におけるエネルギー密度のピーク値の１／ｅ²のエネルギー密度を満たしている領域に相当する。レーザービームが楕円形状であるレーザー光のエネルギー密度の分布は、楕円の中心Ｏに向かうほど高くなっている。このように図１８（Ａ）に示したレーザービームは、中心軸方向におけるエネルギー密度がガウス分布に従っており、エネルギー密度が均一だと判断できる領域が狭くなる。
【０２４６】
次に、図１８（Ａ）に示したレーザービームを有するレーザー光を合成したときの、レーザービームの形状を、図１８（Ｃ）に示す。なお図１８（Ｃ）では４つのレーザー光のレーザービームを重ね合わせることで１つの線状のレーザービームを形成した場合について示しているが、重ね合わせるレーザービームの数はこれに限定されない。
【０２４７】
図１８（Ｃ）に示すように、各レーザー光のレーザービームは、各楕円の長軸が一致し、なおかつ互いにレーザービームの一部が重なることで合成され、１つのレーザービーム３６０が形成されている。なお以下、各楕円の中心Ｏを結ぶことで得られる直線をレーザービーム３６０の中心軸とする。
【０２４８】
図１８（Ｄ）に、図１８（Ｃ）に示した合成後のレーザービームの、中心軸ｙ方向におけるレーザー光のエネルギー密度の分布を示す。なお、図１８（Ｃ）に示すレーザービームは、図１８（Ｂ）におけるエネルギー密度のピーク値の１／ｅ²のエネルギー密度を満たしている領域に相当する。合成前の各レーザービームが重なり合っている部分において、エネルギー密度が加算される。例えば図示したように重なり合ったビームのエネルギー密度Ｌ１とＬ２を加算すると、ビームのエネルギー密度のピーク値Ｌ３とほぼ等しくなり、各楕円の中心Ｏの間においてエネルギー密度が平坦化される。
【０２４９】
なお、Ｌ１とＬ２を加算するとＬ３と等しくなるのが理想的だが、現実的には必ずしも等しい値にはならない。Ｌ１とＬ２を加算した値とＬ３との値のずれの許容範囲は、設計者が適宜設定することが可能である。
【０２５０】
レーザービームを単独で用いると、エネルギー密度の分布がガウス分布に従っているので、絶縁膜の平坦な部分に接している半導体膜またはアイランドとなる部分全体に均一なエネルギー密度のレーザー光を照射することが難しい。しかし、図１８（Ｄ）からわかるように、複数のレーザー光を重ね合わせてエネルギー密度の低い部分を互いに補い合うようにすることで、複数のレーザー光を重ね合わせないで単独で用いるよりも、エネルギー密度が均一な領域が拡大され、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる。
【０２５１】
なお、計算によって求めた図１８（Ｃ）のＢ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度の分布を、図１９に示す。なお、図１９は、合成前のレーザービームの、ピーク値の１／ｅ²のエネルギー密度を満たしている領域を基準としている。合成前のレーザービームの短軸方向の長さを３７μm、長軸方向の長さを４１０μmとし、中心間の距離を１９２μmとしたときの、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度は、それぞれ図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）に示すような分布を有している。Ｂ−Ｂ’の方がＣ−Ｃ’よりも弱冠小さくなっているが、ほぼ同じ大きさとみなすことができ、合成前のレーザービームのピーク値の１／ｅ²のエネルギー密度を満たしている領域における、合成されたレーザービームの形状は、線状と言い表すことができる。
【０２５２】
図２０は、合成されたレーザービームのエネルギー分布を示す図である。３６１で示した領域はエネルギー密度が均一な領域であり、３６２で示した領域はエネルギー密度が低い領域である。図２０において、レーザービームの中心軸方向の長さをＷ_TBWとし、エネルギー密度が均一な領域３６１における中心軸方向の長さをＷ_maxとする。Ｗ_TBWがＷ_maxに比べて大きくなればなるほど、結晶化に用いることができるエネルギー密度が均一な領域３６１に対する、半導体膜の結晶化に用いることができないエネルギー密度が均一ではない領域３６２の割合が大きくなる。エネルギー密度が均一ではない領域３６２のみが照射された半導体膜は、微結晶が生成し結晶性が芳しくない。よって半導体膜のアイランドとなる領域と、領域３６２のみを重ねないように、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトを定める必要が生じ、領域３６１に対する領域３６２の比率が高くなるとその制約はさらに大きくなる。よってスリットを用いて、エネルギー密度が均一ではない領域３６２のみが絶縁膜の凹部上に形成された半導体膜に照射されるのを防ぐことは、走査経路及び絶縁膜の凹凸のレイアウトの際に生じる制約を小さくするのに有効である。
【０２５３】
本実施例は実施例１〜１１と組み合わせて実施することが可能である。
【０２５４】
（実施例１３）
本実施例では、本発明に用いられるレーザー照射装置の光学系と、各光学系とスリットとの位置関係について説明する。
【０２５５】
図２１は、レーザービームを４つ合成して１つのレーザービームにする場合の光学系を示している。図２１に示す光学系は、６つのシリンドリカルレンズ４１７〜４２２を有している。矢印の方向から入射した４つのレーザー光は、４つのシリンドリカルレンズ４１９〜４２２のそれぞれに入射する。そしてシリンドリカルレンズ４１９、４２１において成形された２つのレーザー光は、シリンドリカルレンズ４１７において再びそのレーザービームの形状が成形されて、スリット４２４を通って被処理物４２３に照射される。一方シリンドリカルレンズ４２０、４２２において成形された２つのレーザー光は、シリンドリカルレンズ４１８において再びそのレーザービームの形状が成形されて、スリット４２４を通って被処理物４２３に照射される。
【０２５６】
被処理物４２３における各レーザー光のレーザービームは、互いに一部重なることで合成されて１つのレーザービームを形成している。
【０２５７】
各レンズの焦点距離及び入射角は設計者が適宜設定することが可能であるが、被処理物４２３に最も近いシリンドリカルレンズ４１７、４１８の焦点距離は、シリンドリカルレンズ４１９〜４２２の焦点距離よりも小さくする。例えば、被処理物４２３に最も近いシリンドリカルレンズ４１７、４１８の焦点距離を２０ｍｍとし、シリンドリカルレンズ４１９〜４２２の焦点距離を１５０ｍｍとする。そしてシリンドリカルレンズ４１７、４１８から被処理物４００へのレーザー光の入射角は、本実施例では２５°とし、シリンドリカルレンズ４１９〜４２２からシリンドリカルレンズ４１７、４１８へのレーザー光の入射角を１０°とするように各レンズを設置する。なお、戻り光を防ぎ、また均一な照射を行なうために、レーザー光の基板への入射角度を０°より大きく、望ましくは５〜３０°に保つのが望ましい。
【０２５８】
図２１では、４つのレーザービームを合成する例について示しており、この場合４つのレーザー発振装置にそれぞれ対応するシリンドリカルレンズを４つと、該４つのシリンドリカルレンズに対応する２つのシリンドリカルレンズとを有している。合成するレーザービームの数はこれに限定されず、合成するレーザービームの数は２以上８以下であれば良い。ｎ（ｎ＝２、４、６、８）のレーザービームを合成する場合、ｎのレーザー発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応するｎ／２のシリンドリカルレンズとを有している。ｎ（ｎ＝３、５、７）のレーザービームを合成する場合、ｎのレーザー発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応する（ｎ＋１）／２のシリンドリカルレンズとを有している。
【０２５９】
そして、レーザービームを５つ以上重ね合わせるとき、光学系を配置する場所及び干渉等を考慮すると、５つ目以降のレーザー光は基板の反対側から照射するのが望ましく、その場合スリットを基板の反対側にも設ける必要がある。また、基板は透過性を有していることが必要である。
【０２６０】
なお、戻り光がもときた光路をたどって戻るのを防ぐために、基板に対する入射角は、０°より大きく９０°より小さくなるように保つようにするのが望ましい。
【０２６１】
また、均一なレーザー光の照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であって、かつ合成前の各ビームの形状をそれぞれ長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。この議論は合成前の個々のレーザー光について成り立つ必要がある。なお、レーザー光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をθとする。この入射角度θでレーザー光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザー光の照射を行うことができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。
【０２６２】
なお本発明に用いられるレーザー照射装置が有する光学系は、本実施例で示した構成に限定されない。
【０２６３】
本実施例は実施例１〜１２と組み合わせて実施することが可能である。
【０２６４】
（実施例１４）
楕円形状のレーザービームを有するレーザー光は、走査方向と垂直な方向におけるエネルギー密度の分布がガウス分布に従っているので、エネルギー密度の低い領域の全体に占める割合が、矩形または線形のレーザービームを有するレーザー光に比べて高い。そのため本発明では、レーザー光のレーザービームが、エネルギー密度の分布が比較的均一な矩形または線形であることが望ましい。
【０２６５】
矩形または線形のレーザービームを得られるガスレーザーとして代表的なのはエキシマレーザーであり、固体レーザーとして代表的なのはスラブレーザーである。本実施例では、スラブレーザーについて説明する。
【０２６６】
図２２（Ａ）にスラブ型のレーザー発振装置の構成を一例として示す。図２２（Ａ）に示すスラブ型のレーザー発振装置は、ロッド７５００と、反射ミラー７５０１と、出力ミラー７５０２と、シリンドリカルレンズ７５０３を有している。
【０２６７】
ロッド７５００に励起光を照射すると、ロッド７５００内のジグザグの光路をたどって、反射ミラー７５０１または出射ミラー７５０２側にレーザー光が出射する。反射ミラー７５０１側に出射したレーザー光は、反射されて再びロッド７５００内に入射し、出射ミラー７５０２側に出射する。ロッド７５００は板状のスラブ媒質を用いたスラブ式であり、出射段階で比較的長い矩形または線形のレーザービームを形成することができる。そして、出射したレーザー光はシリンドリカルレンズ７５０３において、そのレーザービームの形状がより細くなるよう加工され、レーザー発振装置から出射される。
【０２６８】
次に、スラブ型のレーザー発振装置の、図２２（Ａ）に示したものとは異なる構成を、図２２（Ｂ）に示す。図２２（Ｂ）では、図２２（Ａ）に示したレーザー発振装置に、シリンドリカルレンズ７５０４を追加したものであり、シリンドリカルレンズ７５０４によって、レーザービームの長さを制御することができる。
【０２６９】
なおコヒーレント長を１０ｃｍ以上、好ましくは１ｍ以上であると、レーザービームをより細くすることができる。
【０２７０】
また、ロッド７５００の温度が過剰に上昇するのを防ぐために、例えば冷却水を循環させるなど、温度の制御をする手段を設けるようにしても良い。
【０２７１】
図２２（Ｃ）に、シリンドリカルレンズの形状の、一実施例を示す。７５０９は本実施例のシリンドリカルレンズであり、ホルダー７５１０により固定されている。そしてシリンドリカルレンズ７５０９は、円柱面と矩形の平面とが互いに向き合った形状を有しており、円柱面の２本の母線と、向かい合った矩形の２本の辺とが互いに全て平行である。そして、円柱面の２つの母線と、平行な２つの辺とでそれぞれ形成される２つの面は、該矩形の平面と０°より大きく９０°よりも小さい角度で交わっている。このように平行な該２つの辺とでそれぞれ形成される２つの面は、該矩形の平面と９０°未満の角度で交わることで、９０°以上のときと比べて焦点距離を短くすることができ、よりレーザービームの形状を細くし、線形に近づけることができる。
【０２７２】
本実施例は、実施例１〜１３と組み合わせて実施することが可能である。
【０２７３】
（実施例１５）
本実施例では、レーザービームを重ね合わせたときの、各レーザービームの中心間の距離と、エネルギー密度との関係について説明する。
【０２７４】
図２３に、各レーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を実線で、合成されたレーザービームのエネルギー密度の分布を破線で示す。レーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の値は、一般的にガウス分布に従っている。
【０２７５】
合成前のレーザービームにおいて、ピーク値の１／ｅ²以上のエネルギー密度を満たしている中心軸方向の距離を１としたときの、各ピーク間の距離をＸとする。また、合成されたレーザービームにおいて、合成後のピーク値と、バレー値の平均値に対するピーク値の割増分をＹとする。シミュレーションで求めたＸとＹの関係を、図２４に示す。なお図２４では、Ｙを百分率で表した。
【０２７６】
図２４において、エネルギー差Ｙは以下の式１の近似式で表される。
【０２７７】
【式１】
Ｙ＝６０−２９３Ｘ＋３４０Ｘ²（Ｘは２つの解のうち大きい方とする）
【０２７８】
式１に従えば、例えばエネルギー差を５％程度にしたい場合、Ｘ≒０．５８４となるようにすれば良いということがわかる。なお、Ｙ＝０となるのが理想的だが、実際には実現することが難しく、エネルギー差Ｙの許容範囲を設計者が適宜設定する必要がある。Ｙ＝０となるのが理想的だが、それではビームスポットの長さが短くなるので、スループットとのバランスでＸを決定すると良い。
【０２７９】
次に、Ｙの許容範囲について説明する。図２５に、レーザービームが楕円形状を有している場合の、中心軸方向におけるビーム幅に対するＹＶＯ₄レーザーの出力（Ｗ）の分布を示す。斜線で示す領域は、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲であり、３．５〜６Ｗの範囲内に合成したレーザー光の出力エネルギーに納まっていれば良いことがわかる。
【０２８０】
合成後のビームスポットの出力エネルギーの最大値と最小値が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギー範囲にぎりぎりに入るとき、良好な結晶性が得られるエネルギー差Ｙが最大になる。よって図２５の場合は、エネルギー差Ｙが±２６．３％となり、上記範囲にエネルギー差Ｙが納まっていれば良好な結晶性が得られることがわかる。
【０２８１】
なお、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲は、どこまでを結晶性が良好だと判断するかによって変わり、また出力エネルギーの分布もレーザービームの形状によって変わってくるので、エネルギー差Ｙの許容範囲は必ずしも上記値に限定されない。設計者が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲を適宜定め、用いるレーザーの出力エネルギーの分布からエネルギー差Ｙの許容範囲を設定する必要がある。
【０２８２】
本実施例は、実施例１〜１４と組み合わせて実施することが可能である。
【０２８３】
（実施例１６）
本発明の半導体装置が有するマルチチャネルＴＦＴは、フラットな絶縁膜上において結晶化された半導体膜を用いて形成されるシングルチャネルＴＦＴ及びマルチチャネルＴＦＴよりも、Ｓ値、移動度、閾値などのばらつきが抑えられる。
【０２８４】
図４５（Ａ）に、本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、Ｓ値の度数分布を示す。本発明のマルチチャネルＴＦＴは、凹凸を有する絶縁膜上において、レーザー光の照射により結晶化された半導体膜を用いている。絶縁膜の凸部と凹部の幅はそれぞれ１．２５μm、１．５０μmであり、ＴＦＴのチャネル長は８μm、トータルのチャネル幅は１２μmである。
【０２８５】
また比較のために、図４５（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のシングルチャネルＴＦＴの、Ｓ値の度数分布を示す。ＴＦＴのチャネル長は８μm、チャネル幅は８μmである。また、図４５（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、Ｓ値の度数分布を示す。ＴＦＴのチャネル長は８μm、トータルのチャネル幅は１２μm、各チャネルの幅が２μｍ、チャネル間の間隔が２μｍである。
【０２８６】
図４５（Ｂ）では標準偏差がσ＝１５．８ｍＶ／ｄｅｃ．、図４５（Ｃ）では標準偏差がσ＝１９．９ｍＶ／ｄｅｃ．なのに対し、図４５（Ａ）では標準偏差がσ＝８．１ｍＶ／ｄｅｃ．となっており、先の２つに比べて小さい。よって図４５（Ａ）に示す本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴはＳ値のバラツキが抑えられていることがわかる。
【０２８７】
なお、図４５（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図４５（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図４５（Ｃ）のＴＦＴは図４５（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図４５（Ｂ）及び図４５（Ｃ）に比べて図４５（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｎチャネル型のＴＦＴは、Ｓ値が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２８８】
次に図４６（Ａ）に、本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４６（Ａ）のＴＦＴの構成は図４５（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図４６（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のシングルチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４６（Ｂ）のＴＦＴの構成は図４５（Ｂ）の場合と同じである。また、図４６（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４６（Ｃ）のＴＦＴの構成は図４５（Ｂ）の場合と同じである。
【０２８９】
図４６（Ｂ）では標準偏差がσ＝１２６ｍＶ、図４６（Ｃ）では標準偏差がσ＝１５３ｍＶなのに対し、図４６（Ａ）では標準偏差がσ＝８０ｍＶとなっており、先の２つに比べて小さい。よって図４６（Ａ）に示す本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴは閾値のバラツキが抑えられていることがわかる。
【０２９０】
なお、図４６（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図４６（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図４６（Ｃ）のＴＦＴは図４６（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図４６（Ｂ）及び図４６（Ｃ）に比べて図４６（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｎチャネル型のＴＦＴは、閾値が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２９１】
次に図４７（Ａ）に、本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４７（Ａ）のＴＦＴの構成は図４５（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図４７（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のシングルチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４７（Ｂ）のＴＦＴの構成は図４５（Ｂ）の場合と同じである。また、図４７（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｎ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４７（Ｃ）のＴＦＴの構成は図４５（Ｂ）の場合と同じである。
【０２９２】
図４７（Ｂ）では標準偏差がσ＝７．９％、図４７（Ｃ）では標準偏差がσ＝９．２％なのに対し、図４７（Ａ）では標準偏差がσ＝５．２％となっており、先の２つに比べて小さい。よって図４７（Ａ）に示す本発明のｎ型のマルチチャネルＴＦＴは移動度のバラツキが抑えられていることがわかる。なお図４７（Ａ）ではチャネル幅の設計値を用いて移動度を計算しているので、実際の移動度は２割程度低いと考えられる。
【０２９３】
図４７（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図４７（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図４７（Ｃ）のＴＦＴは図４７（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。
しかし、これらの条件を考慮に入れても図４７（Ｂ）及び図４７（Ｃ）に比べて図４７（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｎチャネル型のＴＦＴは、移動度が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２９４】
次に図４８（Ａ）に、本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４８（Ａ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４５（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図４８（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のシングルチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４８（Ｂ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４５（Ｂ）の場合と同じである。また、図４８（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、閾値の度数分布を示す。図４８（Ｃ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４５（Ｂ）の場合と同じである。
【０２９５】
図４８（Ｂ）では標準偏差がσ＝２１８ｍＶ、図４８（Ｃ）では標準偏差がσ＝１４４ｍＶなのに対し、図４８（Ａ）では標準偏差がσ＝７７ｍＶとなっており、先の２つに比べて小さい。よって図４８（Ａ）に示す本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴは閾値のバラツキが抑えられていることがわかる。
【０２９６】
なお、図４８（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図４８（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図４８（Ｃ）のＴＦＴは図４８（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図４８（Ｂ）及び図４８（Ｃ）に比べて図４８（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｎチャネル型のＴＦＴは、閾値が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０２９７】
次に図４９（Ａ）に、本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４９（Ａ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４５（Ａ）の場合と同じである。また比較のために、図４９（Ｂ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のシングルチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４９（Ｂ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４５（Ｂ）の場合と同じである。また、図４９（Ｃ）に、フラットな絶縁膜上において結晶化されたｐ型のマルチチャネルＴＦＴの、移動度の度数分布を示す。図４９（Ｃ）のＴＦＴの構成は、極性が異なるだけで図４５（Ｂ）の場合と同じである。
【０２９８】
図４９（Ｂ）では標準偏差がσ＝７．６％、図４９（Ｃ）では標準偏差がσ＝５．９％なのに対し、図４９（Ａ）では標準偏差がσ＝４．６％となっており、先の２つに比べて小さい。よって図４９（Ａ）に示す本発明のｐ型のマルチチャネルＴＦＴは移動度のバラツキが抑えられていることがわかる。なお図４９（Ａ）ではチャネル幅の設計値を用いて移動度を計算しているので、実際の移動度は２割程度低いと考えられる。
【０２９９】
なお、図４９（Ｂ）のＴＦＴのチャネル幅は、図４９（Ａ）のＴＦＴのトータルのチャネル幅よりも短い。また図４９（Ｃ）のＴＦＴは図４９（Ａ）のＴＦＴよりも各チャネルの幅とチャネル間の間隔が長い。しかし、これらの条件を考慮に入れても図４９（Ｂ）及び図４９（Ｃ）に比べて図４９（Ａ）の標準偏差は著しく小さいと考えられ、よって、本発明のｐチャネル型のＴＦＴは、移動度が抑えられるという効果を有すると推測される。
【０３００】
図４５〜図４９に示したように、本発明のマルチチャネルＴＦＴは特性のバラツキが抑えられるという効果を有している。本発明のマルチチャネルＴＦＴは、フラットな絶縁膜上において結晶化を行なったシングルチャネルＴＦＴ及びマルチチャネルＴＦＴに比べて、各チャネルの結晶方位が回転しやすいので、種々の結晶方位を含んでいる。よって結晶方位に起因する特性のバラツキが平均化され易いのではないかと考えられる。
【０３０１】
（実施例１７）
本実施例では、矩形状またはストライプ形状のゲート電極上に絶縁膜を成膜することで、該絶縁膜の表面に凹凸を設ける場合の、本発明の構成について説明する。
【０３０２】
まず図５０（Ａ）に示すように、基板７０００上に導電膜を成膜した後パターニングすることで、矩形状の第１のゲート電極７００１、７００２を形成する。第１のゲート電極７００１、７００２の膜厚は４０〜１５０ｎｍ程度が望ましい。また第１のゲート電極７００１、７００２はストライプ形状であっても良い。
【０３０３】
次に第１のゲート電極７００１、７００２を覆うように基板７０００上に第１のゲート絶縁膜７００３を成膜する。第１のゲート絶縁膜７００３の膜厚は４０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度が望ましい。第１のゲート絶縁膜７００３の表面は、矩形状の第１のゲート電極７００１、７００２の存在によって、凹凸が形成される。この凹凸は、凸部の幅が１〜１０μｍ、凹部の幅が０．５〜１０μｍとするのが望ましく、該範囲に収まるように第１のゲート電極７００１、７００２のレイアウトを定める。
【０３０４】
次に、第１のゲート絶縁膜７００３上に、半導体膜７００４を成膜する（図５０（Ｂ））。半導体膜７００４の膜厚は６０ｎｍ〜２００ｎｍ程度が望ましい。
【０３０５】
次にレーザー光を半導体膜７００４に照射することで、図５０（Ｃ）に示すように、より結晶性が高められた多結晶半導体膜を形成する。多結晶半導体膜はレーザー光の照射によって溶融し、第１のゲート絶縁膜７００３の凹部に体積移動し、第１のゲート絶縁膜７００３の凸部が露出する。そして該多結晶半導体膜をパターニングし、島状の半導体膜７００５を形成する（図５０（Ｃ））。
【０３０６】
次に島状の半導体膜７００５を覆うように、第２のゲート絶縁膜７００６を成膜する（図５０（Ｄ））。そして第１のゲート絶縁膜７００３及び第２のゲート絶縁膜７００６を部分的にエッチングしてコンタクトホールを形成し、第１のゲート電極７００１、７００２の一部を露出させる。
【０３０７】
次に、第１のゲート電極７００１、７００２の露出した部分と、第２のゲート絶縁膜７００６とを覆うように導電膜を成膜し、パターニングすることで、コンタクトホールにおいて第１のゲート電極７００１、７００２に接続された第２のゲート電極７００７を形成することができる。
【０３０８】
そして、第２のゲート絶縁膜７００６を間に挟んで第２のゲート電極７００７と重なる部分にチャネル形成領域が形成されるように、島状の半導体膜７００５に導電性を付与する不純物をドーピングする。なお本実施例ではレジストからなるマスクを形成し、複数回にわたってドーピングを行なうことで、ソース／ドレイン領域として機能する第１の不純物領域７００８と、ＬＤＤ領域として機能する第２の不純物領域７００９を形成する（図５０（Ｅ））。
【０３０９】
図５０（Ｆ）は、図５０（Ｅ）に示した状態のＴＦＴの上面図であり、図５０（Ｆ）のＡ−Ａ’における断面図が図５０（Ｅ）に相当する。また図５０（Ｆ）のＢ−Ｂ’における断面図を図５０（Ｇ）に示す。
【０３１０】
図５０（Ｇ）に示す領域７０１０は、チャネル形成領域に相当する。チャネル形成領域７０１０は、第１のゲート電極７００１、７００２と、第１のゲート絶縁膜７００３を間に挟んで重なり合っている。またチャネル形成領域７０１０は、第２のゲート電極７００７と、第２のゲート絶縁膜７００６を間に挟んで重なり合っている。
【０３１１】
本実施例に示した構成を有するＴＦＴは、チャネル形成領域７０１０の上面近傍のみならず、両側面近傍にもチャネルが形成されるので、オン電流を高めることができる。
【０３１２】
なお図５０（Ｃ）では、第１のゲート絶縁膜７００３の凸部が露出しているが、成膜した半導体膜７００４の膜厚によっては第１のゲート絶縁膜７００３の凸部を島状の半導体膜７００５が覆っている場合もある。この場合、島状の半導体膜７００５を表面をエッチングし、第１のゲート絶縁膜７００３の凸部を露出させる工程を設けるようにする。
【０３１３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、段差形状を有する下地絶縁膜のパターンに従って、その凸上部に結晶性半導体膜を残存させ、それをＴＦＴの活性層とすることにより、良質な結晶を選択的に使用することができる。即ち、段差部に集中する歪み領域をチャネル形成領域から除外することができる。
【０３１４】
即ち、非晶質半導体膜に連続発振レーザービームを照射する結晶化において、下地絶縁膜に段差形状を設けることにより、その部分に結晶化に伴う歪み又は応力を集中させることができ、活性層とする結晶性半導体にその歪み又は応力がかからないようにすることができる。歪み又は応力から開放された結晶性半導体膜にチャネル形成領域が配設されるようにＴＦＴを形成することにより、高速で電流駆動能力を向上させることが可能となり、素子の信頼性を向上させることも可能となる。
【０３１５】
さらに、ＴＦＴの特性、具体的にはＳ値、移動度、閾値などのばらつきを抑えることができる。
【０３１６】
また本発明では、レーザー光による結晶化の後、半導体膜の凹部のエッジ近傍または凸部のエッジ近傍をパターニングにより除去し、凹部の中央付近の結晶性が優れている部分をＴＦＴの活性層として積極的に用いることで、ＴＦＴのチャネル形成領域に粒界が形成されるのを防ぐことができ、粒界によってＴＦＴの移動度が著しく低下したり、オン電流が低減したり、オフ電流が増加したりするのを防ぐことができる。なお、どこまでを凹部のエッジ近傍としてパターニングで除去するかは、設計者が適宜定めることができる。
【０３１７】
また、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走査する。上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【０３１８】
また、複数のレーザー光を重ね合わせてエネルギー密度の低い部分を互いに補い合うようにすることで、複数のレーザー光を重ね合わせないで単独で用いるよりも、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる。
【０３１９】
なお、絶縁膜に凹凸を形成するのではなく、エッチングにより基板自体に凹凸を設けることで、その上に形成される半導体膜に凹凸を設けて、応力集中が起こる部分を意図的に形成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 結晶化された半導体膜のＴＥＭの断面像と、断面図を模式的に示した図。
【図２】 半導体膜にレーザー光を照射している様子を示す図
【図３】 結晶化された半導体膜をパターニングすることで形成されたアイランドの図。
【図４】 図３に示したアイランドを用いて形成されたＴＦＴの構造を示す図。
【図５】 本発明の生産システムのフローチャートを示す図。
【図６】 レーザー照射装置の図。
【図７】 レーザー照射装置の図。
【図８】 凹凸を有する絶縁膜の作製方法を示す図。
【図９】 凹凸を有する絶縁膜の作製方法を示す図。
【図１０】 結晶化された半導体膜をパターニングすることで形成されたアイランドの図。
【図１１】 凹凸を有する絶縁膜の形状を示す図。
【図１２】 図１１（Ｂ）に示した絶縁膜を用いて形成されたＴＦＴの上面図及び断面図。
【図１３】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１４】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１５】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１６】 本発明を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１７】 半導体膜の結晶化の方法を示す図。
【図１８】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図１９】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図２０】 レーザービームのエネルギー密度の分布を示す図。
【図２１】 光学系の図。
【図２２】 光学系の図。
【図２３】 重ね合わせたレーザービームの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を示す図。
【図２４】 レーザービームの中心間の距離とエネルギー差の関係を示す図。
【図２５】 レーザービームの中心軸方向における出力エネルギーの分布を示す図。
【図２６】 本発明の半導体装置の構成とその作製方法について説明する斜視図。
【図２７】 本発明の半導体装置の構成とその作製方法について説明する斜視図。
【図２８】 本発明の半導体装置の構成とその作製方法について説明する斜視図。
【図２９】 本発明の半導体装置の構成とその作製方法について説明する斜視図。
【図３０】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する縦断面図。
【図３１】 本発明に適用するレーザー照射装置の一態様を示す配置図。
【図３２】 本発明の半導体装置の作製方法について説明する縦断面図。
【図３３】 本発明の半導体装置の作製方法について説明する縦断面図。
【図３４】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する上面図。
【図３５】 本発明の半導体装置の作製方法について説明する上面図。
【図３６】 本発明の半導体装置の作製方法について説明する上面図。
【図３７】 図３６に示すＴＦＴの上面図に対応する等価回路図。
【図３８】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する縦断面図。
【図３９】 本発明に係る下地絶縁膜と非晶質半導体膜の作製方法を説明する縦断面図。
【図４０】 本発明に係る下地絶縁膜と非晶質半導体膜の作製方法を説明する縦断面図
【図４１】 表示パネルの外観図。
【図４２】 表示パネルの画素部の構造を説明する上面図。
【図４３】 半導体装置の一例を示す図。
【図４４】 プロジェクターの一例を示す図。
【図４５】 Ｓ値の度数分布を示す図。
【図４６】 閾値の度数分布を示す図。
【図４７】 移動度の度数分布を示す図。
【図４８】 閾値の度数分布を示す図。
【図４９】 移動度の度数分布を示す図。
【図５０】 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。

Claims (8)

1. 線状に集光したレーザの照射位置を移動させる工程と、
   入力したパターン情報を第１の記憶手段に記憶させる工程と、
   前記パターン情報に従って、基板上に矩形又は帯状の凹凸を有する絶縁膜を形成する工程と、
   前記矩形又は帯状の凹凸を有する絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、
   前記形成された半導体膜のパターン情報を読み取らせる工程と、
   前記読み取ったパターン情報を第２の記憶手段に記憶させる工程と、
   前記第１の記憶手段に記憶させたパターン情報と、前記第２の記憶手段に記憶させたパターン情報と、前記形成された半導体膜の厚さとから得られた前記基板の位置情報を基準として、前記第１の記憶手段に記憶させたパターン情報または前記第２の記憶手段に記憶させたパターン情報から、前記半導体膜の凹部を含むように前記レーザの走査経路を定め、かつ前記レーザの照射位置を制御して前記走査経路に従い前記レーザを移動させることで、前記半導体膜を結晶化させる工程と、
   前記結晶化させた半導体膜をエッチングしてチャネル形成領域を前記矩形又は帯状の凹凸を有する絶縁膜の凹部上に有するアイランドを形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の生産方法。
2. 線状に集光したレーザの照射位置を移動させる工程と、
   入力したパターン情報を第１の記憶手段に記憶させる工程と、
   前記パターン情報に従って、基板上に矩形又は帯状の凹凸を複数有する絶縁膜を形成する工程と、
   前記矩形又は帯状の凹凸を複数有する絶縁膜上に半導体膜を形成する工程と、
   前記形成された半導体膜のパターン情報を読み取らせる工程と、
   前記読み取ったパターン情報を第２の記憶手段に記憶させる工程と、
   前記第１の記憶手段に記憶させたパターン情報と、前記第２の記憶手段に記憶させたパターン情報と、前記形成された半導体膜の厚さとから得られた前記基板の位置情報を基準として、前記第１の記憶手段に記憶させたパターン情報または前記第２の記憶手段に記憶させたパターン情報から、前記半導体膜の凹部を含むように前記レーザの走査経路を定め、かつ前記レーザの照射位置を制御して前記走査経路に従い前記レーザを移動させることで、前記半導体膜を結晶化させる工程と、
   前記結晶化させた半導体膜をエッチングして前記矩形又は帯状の凹凸を複数有する絶縁膜の複数の凹部上にまたがるようにアイランドを形成する工程とを有し、
   前記アイランドのチャネル形成領域は前記複数の各凹部上に設けられ、かつ互いに分離していることを特徴とする半導体装置の生産方法。
3. 請求項１または請求項２において、前記形成された半導体膜のパターン情報を読み取るために電荷結合素子を用いていることを特徴とする半導体装置の生産方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、レーザの走査が減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において行われることを特徴とする半導体装置の生産方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記レーザは、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ_４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ_３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザーまたはＹ_２Ｏ_３レーザーから選ばれた一種または複数種を用いて出力されていることを特徴とする半導体装置の生産方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記レーザは、スラブレーザーを用いて出力されていることを特徴とする半導体装置の生産方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、前記レーザは連続発振であることを特徴とする半導体装置の生産方法。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、前記レーザは第２高調波であることを特徴とする半導体装置の生産方法。

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