JP4926329B2 - 半導体装置およびその作製方法、電気器具 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体膜を活性層（チャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域を含めた半導体層）とする半導体素子を用いて形成された駆動回路を含む半導体装置およびその作製方法に関する。なお、半導体素子としてはトランジスタ、特に電界効果型トランジスタ、代表的にはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタや薄膜トランジスタ（Thin film transistor:ＴＦＴ）が挙げられる。また本発明は特に、信号供給を配線抵抗が問題になる大型（２０インチ以上）の表示装置およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
携帯電話、ノート型ＰＣ、など携帯型情報機器の軽量化、省電力化を実現するために、液晶表示装置の利点を生かしてその表示部に小型から中型の液晶表示装置が一般的に用いられるようになった。
【０００３】
さらに液晶表示装置の市場を大型のＴＶにまで拡大させる、一般家庭のＴＶをＣＲＴ（Cathode Ray Tube）から液晶表示装置にとってかえようとする動きがさかんになっている。しかし、そのためには、大型化と同時に高精細化、高輝度化も満たさなければならない。表示装置の大型化に伴い配線の数、長さ、配線抵抗率は増大する。配線抵抗の増大は、配線終端への信号伝達の遅れを生じさせるため、配線の低抵抗化技術は必須となる。
【０００４】
配線抵抗を下げる技術として、配線の線幅を広くする、配線の膜厚を厚くすることで配線抵抗を下げることができる。しかし、前者は線幅を広くした分開口率が減少してしまい、高輝度が得られなくなる。また、後者の方法では、段差が大きくなり、配線形成後に成膜する絶縁膜や電極用の金属膜を成膜する際に被覆性が低下し、歩留まりが悪くなってしまうという問題が生じる。
【０００５】
また、低抵抗配線材料としてアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）を用いる方法があるが、これらの金属材料は、耐食性や耐熱性が悪いといった欠点がある。加熱処理によってヒロックやウィスカー等の突起物が形成されたり、アルミニウム原子がチャネル形成領域へ拡散しＴＦＴの動作不良やＴＦＴ特性の低下を引き起こしたりという問題が生じていた。このように上記金属材料でＴＦＴのゲート電極を形成することは容易ではないが、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）ほど低抵抗な材料はなく、大画面の液晶表示装置を作製する上で問題となっていた。
【０００６】
以上のようにアクティブマトリクス型液晶表示装置のような複数の集積回路を有する半導体装置において、上記した問題は要求される性能が高まるほど顕在化している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した問題を鑑みてなされるものであり、半導体素子を用いた回路を有するアクティブマトリクス型液晶表示装置に代表される半導体装置において、製造工程における工程数を増やさずに、大型化、高精細化に伴う配線の低抵抗化を実現する技術を提供すること、 さらに、安価で大型のガラス基板を用いることができる低温（ガラス基板の歪点以下の温度）での半導体装置の作製方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ゲート電極を形成する導電膜に、第１層に、ゲート電極を形成するアルミニウムがチャネル形成領域へ浸みだし拡散するのを防ぐためにＷを主成分とする導電膜を用い、第２層としてＡｌを主成分とする低抵抗な材料膜を用い、第３層としてＴｉを主成分とする材料膜を用いており、これらの導電性材料が積層された構造のゲート電極を高速のエッチング処理が可能な装置を用いて作製することを特徴としている。
【０００９】
また、各種回路に配置されるＴＦＴをその回路の機能に応じたＴＦＴに作製することが求められる。例えば、高速動作が要求される駆動回路に設けられるＴＦＴは、動作速度を高めることと、それと同時に顕著な問題となるホットキャリア注入による劣化を抑制することに重点を置いた構造が望ましく、そのような構造としては、チャネル形成領域とドレイン領域との間に設けられるＬＤＤ領域において、ドレイン領域に近づくにつれて徐々に導電型制御用の不純物元素の濃度が高くなるような濃度勾配を持たせる構造が知られている。この構成は、ドレイン領域近傍の空乏層において、電界が集中するのを緩和する効果がより顕著となる。
【００１０】
上記した不純物元素の濃度勾配を有するＬＤＤ領域を形成するために、本発明では、イオン化した一導電型を付与する不純物元素を、電界で加速してゲート絶縁膜を通過させ半導体層に添加する方法を用いる。また、本発明では端部から内側に向かって徐々に厚さが増加するテーパ形状のゲート電極をエッチングにより形成しており、このテーパ形状部分を通って半導体層に添加される不純物元素もあると考えられる。本発明では、工程数を増やさず（マスク枚数を増やさず）に、ＴＦＴのチャネル長方向に渡って不純物元素の濃度が徐々に変化するＬＤＤ領域を形成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施形態では、抵抗の低い材料を用いて工程数を増やさずに、大型化、高画質化に対応可能な表示装置の作製方法を提供するための方法について検討した結果を図１、２を用いて説明する。
【００１２】
基板１００１上に、下地絶縁膜１００２および半導体層を形成１００３し、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法などにより膜厚が４０〜１５０nmのゲート絶縁膜１００４を形成した。そしてゲート絶縁膜１００４上に第１の導電膜１００５、第２の導電膜１００６および第３の導電膜１００７の３層の導電膜を形成し、マスク１００８を形成した（図１（Ａ））。
【００１３】
本発明は、ゲート電極を形成する導電膜に抵抗の低いＡｌ、Ｃｕから選ばれた元素またはＡｌ、Ｃｕを主成分とする合金材料もしくは化合物材料からなる導電膜と、耐熱性に優れたＷ、Ｍｏ、Ｔａ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もしくは化合物材料からなる導電膜と、コンタクト抵抗が低いＴｉまたはＴｉを主成分とする合金材料もしくは化合物材料からなる導電膜と、を積層して用いる。これら導電膜の積層のエッチング処理を繰り返して、マスク数を増やさずにゲート電極を形成し、さらに求められる性能を有するＴＦＴを得るために半導体層に不純物領域を形成するものである。
【００１４】
導電膜のエッチングにおいて、対象とする導電膜のエッチング速度、下地となる絶縁膜と導電膜との選択比など考慮すべき問題がある。選択比が小さいと、選択加工が困難になり、所望の形状のＴＦＴを形成することは難しくなる。
【００１５】
そこで最適な処理方法を得るために、本実施形態では石英基板上にゲート絶縁膜と同じ材料からなる絶縁膜／膜厚５０ｎｍのタングステン膜／膜厚５００ｎｍのアルミニウムとチタンの合金（Ａｌ−Ｔｉ）膜／膜厚３０ｎｍのチタン膜を順次積層した試料を用意してエッチング条件の実験を行った。なお、便宜上タングステン膜を第１の導電膜１００５、アルミニウムとチタンの合金（Ａｌ−Ｔｉ）膜を第２の導電膜１００６、チタン膜を第３の導電膜１００７とする。
【００１６】
まず、エッチング用ガスに、ＢＣｌ3、Ｃｌ2およびＯ2を用い、それぞれのガス流量比を６５／１０／５（SCCM）とし、１．２Ｐａの圧力でコイル型の電極に４５０Ｗ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３００Ｗ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してエッチングしている。続いて、エッチング用ガスに、ＣＦ4、Ｃｌ2およびＯ2を用い、それぞれのガス流量比を２５／２５／１０（SCCM）とし、１．０Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入しプラズマを生成して、基板側（試料ステージ）には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してエッチングを行う。以上の条件でエッチングを行った直後にＳＥＭで観察した写真図が図２である。このエッチング処理により第１の導電膜、第２の導電膜および第３の導電膜から、第１の電極１００９ａ、第２の電極１００９ｂおよび第３の電極１００９ｃが形成され、図２（Ａ）に示した導電膜の積層が第１の電極１００９ａ、第２の電極１００９ｂおよび第３の電極１００９ｃからなる第１の形状のゲート電極１００９と見なす。
【００１７】
次いで、図２（Ａ）に示した第１の形状のゲート電極をマスクとして、自己整合的に一導電型を付与する不純物元素を添加した様子の概略図を図１（Ｂ）に示す。
【００１８】
第１の形状のゲート電極１００９は、端部にテーパ部を有しており、またゲート絶縁膜も表面からある程度エッチングされている。一導電型を付与する不純物元素は、ゲート絶縁膜を通してその下に形成された半導体層に添加される。また、一部の不純物元素は、テーパ形状が形成された第１の形状のゲート電極の端部およびその近傍を通してその下に形成された半導体層にも添加することができる。これにより、高濃度に不純物が添加された不純物領域（Ａ）１０１０が形成されるが、このとき、第１の電極１００９ａのテーパ形状部およびゲート絶縁膜を介して半導体層に不純物元素が添加され第１の形状のゲート電極と重なる領域の形成される可能性もあると考えられる。
【００１９】
次いで、エッチング用ガスに、ＢＣｌ3、Ｃｌ2およびＯ2を用い、それぞれのガス流量比を６５／１０／５（SCCM）とし、１．２Ｐａの圧力でコイル型の電極に４５０Ｗ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３００Ｗ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している。続いて、エッチング用ガスに、ＣＦ4、Ｃｌ2およびＯ2を用い、それぞれのガス流量比を２５／２５／１０（SCCM）とし、１．０Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入しプラズマを生成して、基板側（試料ステージ）には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してエッチングを行う。このエッチング処理により、第１の電極１００９ａ、第２の電極１００９ｂおよび第３の電極１００９ｃから第４の電極１０１１ａ、第５の電極１０１１ｂおよび第６の電極１０１１ｃが形成される。第４の電極１０１１ａ、第５の電極１０１１ｂおよび第６の電極１０１１ｃからなる積層を第２の形状のゲート電極１０１１と見なす。
【００２０】
次いで、第２の形状のゲート電極をマスクとして、自己整合的に一導電型を付与する不純物元素を添加した様子の概略図を図１（Ｃ）に示す。
【００２１】
第２のドーピング処理で一導電型を付与する不純物元素を添加する。このドーピング処理により、不純物領域（Ｂ）１０１２が形成される。なお、第１のドーピング処理で形成された不純物領域（Ａ）１０１０に重ねて不純物元素が添加されるが添加される濃度が低いため、その影響を無視することができる。新たに形成される不純物領域（Ｂ）１０１２は、第４の電極１０１１ａ、第５の電極１０１１ｂおよび第６の電極１０１１ｃをマスクとして形成されるが、このとき、第４の電極１０１３ａのテーパ形状部およびゲート絶縁膜を介して半導体層に不純物元素が添加され第２の形状のゲート電極と重なる領域の形成される可能性もあると考えられる。
【００２２】
以上のように、３層の導電膜を積層して減圧下でガスプラズマを用いるエッチング法によりエッチング条件を変えることで所望の形状のゲート電極を形成することができ、さらにゲート電極のテーパ部を通して不純物元素を添加することにより、半導体膜中に徐々に不純物元素濃度が変化するような領域を形成することができる。
【００２３】
なお、本発明の低抵抗の導電膜を積層させたゲート電極の形成に用いているＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法は、プラズマの制御が容易であり、処理基板の大面積化にも対応可能である。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
本実施例では、図３〜６を用いて、同一基板上に画素部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のＴＦＴ（ｐチャネル型ＴＦＴおよびｎチャネル型ＴＦＴ）を同時に作製する方法について詳細に説明する。
【００２５】
図３（Ａ）および図４（Ａ）において、基板１００はその材質に特段の限定はないが、好ましくは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、或いは石英などを用いることができる。基板１００の表面には、下地絶縁膜１０１として無機絶縁膜を１０〜２００nmの厚さで形成する。好適な下地絶縁膜の一例は、プラズマＣＶＤ法で作製される酸化窒化シリコン膜であり、ＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される第１酸化窒化シリコン膜を５０nmの厚さに形成し、ＳｉＨ4とＮ2Ｏから作製される第２酸化窒化シリコン膜を１００nmの厚さに形成したものを適用する。下地絶縁膜１０１はガラス基板に含まれるアルカリ金属がこの上層に形成する半導体膜中に拡散しないために設けるものであり、石英を基板とする場合には省略することも可能である。
【００２６】
下地絶縁膜１０１の上に形成する非晶質半導体膜１０２は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタ法で１０〜１００nmの厚さに形成する。良質な結晶を得るためには、非晶質半導体膜１０２に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を５×１０18/cm3以下、好ましくは、１×１０18/cm3以下に低減させておくと良い。さらに、非晶質半導体膜中の酸素濃度が高いと、結晶化工程で用いる触媒元素（特に、ニッケル）が放出されにくくなってしまうため、非晶質半導体膜１０２中の酸素濃度は５×１０18/cm3以下、好ましくは、１×１０18/cm3以下であることは良質な結晶質半導体膜を得るために重要である。これらの不純物は非晶質半導体の結晶化を妨害する要因となり、また結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理（電界研磨処理）やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のＣＶＤ装置を用いることが望ましい。
【００２７】
上記のように形成した非晶質半導体膜１０２を結晶化して結晶質半導体膜を形成する。結晶化の方法としては、公知のレーザアニール法や熱アニール法、またはＲＴＡ法を適応することができる。
【００２８】
なお、結晶化処理を行なう前に、半導体膜が含有する水素を放出させておくことが好ましく、４００〜５００℃で１時間程度の熱処理を行ない含有する水素量を前記半導体膜に含まれる全原子数の５％以下にしてから結晶化させると膜表面の荒れを防ぐことができるので良い。一般に、スパッタ法やＬＰＣＶＤ法により非晶質半導体膜を形成すると、プラズマＣＶＤ法により形成された非晶質半導体膜より含有する水素濃度が低い。また、プラズマＣＶＤ法によって形成された非晶質半導体膜でも、温度４００℃以上で形成されれば、水素濃度が低いことが知られている。
【００２９】
本実施例では、レーザアニール法を用いて非晶質半導体膜１０２の結晶化を行なう。レーザ結晶化法は、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザやＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ等を用いることができる。これらのレーザを用いる場合には、レーザ発振器から放射されたレーザ光を光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると効率が良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数３００Ｈｚとし、レーザエネルギー密度を１００〜８００mJ／cm2（代表的には２００〜７００mJ/cm2）とする。また、ＹＡＧレーザを用いる場合にはその第２高調波を用いパルス発振周波数１〜３００Ｈｚとし、レーザエネルギー密度を３００〜１０００mJ/cm2（代表的には３５０〜８００mJ/cm2）とすると良い。そして幅１００〜１０００μm、例えば４００μmで線状に集光したレーザ光を基板全面に渡って照射し、この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）を８０〜９８％として行ってもよい。
【００３０】
また、レーザ結晶化法は、大気中、窒素などの不活性ガスの雰囲気中、減圧雰囲気等にて行なうことができる。
【００３１】
続いてチャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域を含む半導体層を形成するために、結晶質シリコン膜をエッチングして半導体層１０３〜１０６を形成する。ｎチャネル型ＴＦＴのしきい値（Ｖｔｈ）を制御するためにｐ型を付与する不純物元素を添加してもよい。半導体に対してｐ型を付与する不純物元素には、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期表の第１３族元素が知られている。
【００３２】
次いで、分離された半導体層１０３〜１０６を覆うゲート絶縁膜１０７を形成する（図３（Ｂ）、図４（Ｂ））。ゲート絶縁膜１０７は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法で形成し、その厚さを４０〜１５０ｎｍとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。勿論、このゲート絶縁膜は、シリコンを含む絶縁膜を単層或いは積層構造として用いることができる。
【００３３】
ゲート絶縁膜１０７上には、膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜１０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜１０９と、膜厚２０〜１００ｎｍの第３の導電膜１１０とを積層形成する（図３（Ｃ）、図４（Ｃ））。本実施例では、ゲート絶縁膜１０７上に膜厚５０ｎｍのタングステン膜、膜厚５００ｎｍのアルミニウムとチタンの合金（Ａｌ−Ｔｉ）膜、膜厚３０ｎｍのチタン膜を順次積層したが、この材料に限定されることはい。
【００３４】
次に、図３（Ｂ）および図４（Ｂ）に示すように露光工程によりレジストからなるマスク１１０を形成し、ゲート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。エッチングにはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いると良い。なお、エッチング用ガスとしては、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＣＣｌ4などを代表とする塩素系ガスまたはＣＦ4、ＳＦ6、ＮＦ3などを代表とするフッ素系ガス、またはＯ2を適宜用いることができる。なお、用いるエッチング用ガスに限定はないが、ここではＢＣｌ3とＣｌ2とＯ2とを用いることが適している。それぞれのガス流量比を６５／１０／５（SCCM）とし、１．２Ｐａの圧力でコイル型の電極に４５０Ｗ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３００Ｗ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の導電膜の端部をテーパ形状とする。
【００３５】
この後、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。
【００３６】
この第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の導電膜及び第２の導電膜の端部がテーパ形状となる。このテーパ部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の電極、第２の電極および第３の電極から成る第１の形状のゲート電極１１２〜１１５（第１の電極１１２ａ〜１１５２ａ、第２の電極１１２ｂ〜１１５ｂおよび第３の電極１１２ｃ〜１１５ｃ）が形成される（図３（Ｄ）、図４（Ｄ））。ゲート絶縁膜の第１の形状のゲート電極１１２〜１１５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。
【００３７】
ここで、第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素（以下、ｎ型不純物元素という）を添加する。ここでは、第１の電極を形成したマスク１１１をそのまま残し、第１の形状のゲート電極をマスクとして、自己整合的にｎ型不純物元素をイオンドープ法で添加する。ｎ型不純物元素としては、周期表の１５族に属する元素、代表的にはリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）を用いる。ここでは、リンを用いる。このようなイオンドープ法により、第１の不純物領域１１６〜１１９には、ｎ型不純物元素を１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度で含むｎ型不純物領域が形成される。この領域をｎ型不純物領域（Ａ）とする。このとき、第１の電極のテーパ形状部およびゲート絶縁膜を介して半導体層に不純物元素が添加され第１の形状のゲート電極と重なる領域の形成される可能性もあると考えられる。
【００３８】
次に、レジストからなるマスク１１１を除去せずに第２のエッチング処理を行う。エッチング用ガスとしては、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＣＣｌ4などを代表とする塩素系ガスまたはＣＦ4、ＳＦ6、ＮＦ3などを代表とするフッ素系ガス、またはＯ2を適宜用いることができる。なお、用いるエッチング用ガスに限定はないが、ここではＢＣｌ3とＣｌ2とＯ2とを用いることが適している。それぞれのガス流量比を６５／１０／５（SCCM）とし、１．２Ｐａの圧力でコイル型の電極に４５０Ｗ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３００Ｗ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。
【００３９】
続いて、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約３０秒程度のエッチングを行う。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。
【００４０】
こうして、第１の電極、第２の電極および第３の電極をエッチングして、第４の電極、第５の電極および第６の電極からなる第２の形状のゲート電極１２０〜１２３（第４の電極１２０ａ〜１２３ａ、第５の電極１２０ｂ〜１２３ｂおよび第６の電極１２０ｃ〜１２３ｃ）を形成する。
【００４１】
次いで、第２のドーピング処理を行い、半導体層１０３〜１０６にｎ型不純物元素を添加する。この工程では、第２の形状のゲート電極１２０〜１２３をマスクとして用いｎ型不純物元素が１×１０17〜１×１０20/cm3の濃度で含まれるｎ型不純物領域１２４〜１２７を形成する。この領域をｎ型不純物領域（Ｂ）とする。このとき、第４の電極のテーパ形状部およびゲート絶縁膜を介して半導体層に不純物元素が添加され第２の形状のゲート電極と重なる領域の形成される可能性もあると考えられる。
【００４２】
続いて、後にｎチャネル型ＴＦＴとなる領域をマスク１２８、１２９で覆い、第３のドーピング処理を行い、半導体層１０４、１０６にｐ型を付与する不純物元素（以下、ｐ型不純物元素という）を添加する。第３のドーピング処理も第２の形状の導電層をマスクとして用い、自己整合的にｐ型不純物元素を添加する。この工程により、ｐ型不純物元素を２×１０20〜３×１０21/cm3の濃度で含むｐ型不純物領域１３０、１３１が形成される。
【００４３】
ここで、ｐ型不純物領域１３０、１３１を詳細にみると、ｎ型不純物元素を１×１０20〜１×１０21/cm3の濃度で含む１３０ａ、１３１ａ、ｎ型不純物元素を１×１０17〜１×１０20/cm3の濃度で含む１３０ｂ、１３１ｂが存在することがわかる。しかし、これらの不純物領域は、ｐ型不純物元素の濃度がｎ型不純物元素の濃度の１．５〜３倍になるように形成されているため、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域または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。
【００４４】
なお、不純物領域１３１は画素部において保持容量を形成する半導体層に形成されている。
【００４５】
以上までの工程でそれぞれの半導体層にｎ型またはｐ型の導電型を有する不純物領域が形成される。また、第２の形状の電極１２３は画素部において保持容量を形成する一方の電極となる。
【００４６】
次いで、ほぼ全面を覆う第１の層間絶縁膜１３２を形成する（図５（Ｃ）、図６（Ｃ））。この第１の層間絶縁膜１３２は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとしてシリコンと水素を含む絶縁膜で形成する。その好適な一例は、プラズマＣＶＤ法により形成される膜厚１５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜である。勿論、第１の層間絶縁膜１３２ａは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。
【００４７】
その後、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化はＹＡＧレーザの第２高調波（５３２nm）を用いこの光を半導体膜に照射する。レーザ光に限らずランプ光源を用いるＲＴＡ法でも同様であり、基板の両面または基板側からランプ光源の輻射により半導体膜を加熱する。
【００４８】
その後、プラズマＣＶＤ法で窒化シリコンから成る絶縁膜１３２ｂを５０〜１００nmの厚さに形成し、クリーンオーブンを用いて４１０℃の熱処理を行い、窒化シリコン膜から放出される水素で半導体膜の水素化を行う。
【００４９】
次いで、第１の層間絶縁膜１３２上に有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜１３３を形成する。次いで、各不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。その後、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどを用いて配線及び画素電極を形成する。例えば、膜厚５０〜２５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚３００〜５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜を用いる。こうして、配線１３４〜１４０、画素電極１４１が形成される（図５（Ｄ）、図６（Ｄ））。
【００５０】
以上の様にして、ｐチャネル型ＴＦＴ２０３、ｎチャネル型ＴＦＴ２０４を有する駆動回路２０１と、ｎチャネル型ＴＦＴ２０５、保持容量２０６とを有する画素部２０２を同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。なお、画素部２０２のＴＦＴはｐチャネル型ＴＦＴであっても良い。
【００５１】
駆動回路２０１のｐチャネル型ＴＦＴ２０３にはチャネル形成領域２１０、ｐ型不純物領域１３０ｂ、ソース領域またはドレイン領域として機能するｐ型不純物領域１３０ａを有している。ｎチャネル型ＴＦＴ２０４にはチャネル形成領域２１１、ＬＤＤ領域となるｎ型不純物領域（Ｂ）１２５、ソース領域またはドレイン領域として機能するｎ型不純物領域（Ａ）１１７を有している。このようなｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴによりシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成することができる。特に、駆動電圧が高いバッファ回路には、ホットキャリア効果による劣化を防ぐ目的から、ｎチャネル型ＴＦＴ２０４の構造が適している。
【００５２】
画素部２０２の画素ＴＦＴ２０５にはチャネル形成領域２１２、ＬＤＤ領域となるｎ型不純物領域（Ｂ）１２６、ソース領域またはドレイン領域として機能するｎ型不純物領域（Ａ）１１９を有している。また、保持容量２０６の一方の電極として機能する半導体層にはｐ型の不純物元素が添加された不純物領域１３１が形成されている。保持容量２０６は、絶縁膜（ゲート絶縁膜と同一膜）を誘電体として、第２の形状の電極１２３と、半導体層１０６とで形成されている。
【００５３】
本発明は、画素部及び駆動回路が要求する回路仕様に応じて各回路を形成するＴＦＴの構造を最適化し、半導体装置の動作性能及び信頼性を向上させることができる。具体的には、ｎチャネル型ＴＦＴは回路仕様に応じてＬＤＤ構造に変化をもたせている。上述のように、駆動回路のｎチャネル型ＴＦＴはゲート電極と一部が重なるＬＤＤ構造として、主にホットキャリア効果によるＴＦＴの劣化を防ぐ構造としている。また、画素部のｎチャネル型ＴＦＴはゲート電極と重ならないＬＤＤ構造として、主にオフ電流を低減することを重視した構造としている。本発明はこのような構造の異なるｎチャネル型ＴＦＴに加え、ｐチャネル型ＴＦＴを同一基板上に形成する技術を提供し、それを６枚のフォトマスクで作製可能にしている。また、画素電極を透明導電膜で形成すると、フォトマスクは１枚増えるものの、透過型の表示装置を形成することができる。
【００５４】
（実施例２）
ゲート電極を形成する導電膜の組み合わせの例として、実施例１で示した材料以外に、第１の導電膜としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、第１の導電膜をタングステン（Ｗ）膜またはモリブデン（Ｍｏ）膜で形成し、第２の導電膜をＣｕ膜、第３の導電膜をチタン（Ｔｉ）膜とする組み合わせ、第１の導電膜をタンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をアルミニウム（Ａｌ）とシリコン（Ｓｉ）の合金膜、第３の導電膜をチタン（Ｔｉ）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Ａｌ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Ａｌ膜、第３の導電膜を窒化チタン（ＴｉＮ）とする組み合わせとしてもよい。
【００５５】
本実施例は、実施例１に組み合わせて用いることができる。
【００５６】
（実施例３）
本実施例では、ゲート電極を形成する導電膜にＡｌまたはＡｌを主成分とする導電膜材料を用いた場合に、この導電膜材料の表面をプラズマにより処理することで表面を酸化して、Ａｌが半導体膜に拡散するのを防ぐ方法について説明する。
【００５７】
酸素または酸素を含む気体雰囲気中において、ＡｌまたはＡｌを主成分とする導電膜の表面をプラズマ処理し、表面を酸化してＡｌxＯ1-x膜を形成する。Ａｌの表面を酸化して改質することにより、アルミニウム元素が浸みだして半導体層に拡散するのを防止することができる。
【００５８】
本実施例は、実施例１、２と組み合わせて用いることができる。
【００５９】
（実施例４）
本実施例ではＴＦＴの半導体層を形成する工程について図７を用いて説明する。なお、本実施例の結晶化手段は特開平７−１３０６５２号公報の実施例１に記載された技術である。
【００６０】
まず、基板（本実施例ではガラス基板）４０１上に２００ｎｍ厚の窒化酸化シリコン膜でなる下地絶縁膜４０２と２００ｎｍ厚の非晶質半導体膜（本実施例では非晶質シリコン膜）４０３を形成する。この工程は下地絶縁膜と非晶質半導体膜を大気解放しないで連続的に形成しても構わない。
【００６１】
次に、重量換算で１０ｐｐｍの触媒元素（本実施例ではニッケル）を含む水溶液（酢酸ニッケル水溶液）をスピンコート法で塗布して、触媒元素含有層２４０４を非晶質半導体膜４０３の全面に形成する。ここで使用可能な触媒元素は、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素がある（図７（Ａ））。
【００６２】
また、本実施例ではスピンコート法でニッケルを添加する方法を用いたが、蒸着法やスパッタ法などにより触媒元素でなる薄膜（本実施例の場合はニッケル膜）を非晶質半導体膜上に形成する手段をとっても良い。
【００６３】
次に、結晶化の工程に先立って４００〜５００℃で１時間程度の熱処理工程を行い、水素を膜中から脱離させた後、５００〜６５０℃（好ましくは５５０〜５７０℃）で４〜１２時間（好ましくは４〜６時間）の熱処理を行う。本実施例では、５５０℃で４時間の熱処理を行い、結晶質半導体膜（本実施例では結晶質シリコン膜）４０５を形成する(図７（Ｂ）)。
【００６４】
なお、ここで実施例１と同様のレーザーアニール工程（第１の光アニール）を行って、結晶質半導体膜４０５の結晶性を改善しても良い。
【００６５】
次に、結晶化の工程で用いたニッケルを結晶質シリコン膜から除去するゲッタリング工程を行う。まず、結晶質半導体膜４０５の表面にマスク絶縁膜４０６を１５０ｎｍの厚さに形成し、パターニングにより開口部４０７を形成する。そして、露出した結晶質半導体膜に対して周期表の１５族に属する元素（本実施例ではリン）を添加する工程を行う。この工程により１×１０19〜１×１０20atoms/cm3の濃度でリンを含むゲッタリング領域４０８が形成される（図７（Ｃ））。
【００６６】
次に、窒素雰囲気中で４５０〜６５０℃（好ましくは５００〜５５０℃）、４〜２４時間（好ましくは６〜１２時間）の熱処理工程を行う。この熱処理工程により結晶質半導体膜中のニッケルは矢印の方向に移動し、リンのゲッタリング作用によってゲッタリング領域４０８に捕獲される。即ち、結晶質半導体膜中からニッケルが除去されるため、結晶質半導体膜４０９に含まれるニッケル濃度は、１×１０17atms/cm3以下、好ましくは１×１０16atms/cm3以下にまで低減することができる（図７（Ｄ））。
【００６７】
以上のようにして形成された結晶質半導体膜４０９は、結晶化を助長する触媒元素（ここではニッケル）を用いることによって、非常に結晶性の良い結晶質半導体膜で形成されている。また、結晶化のあとは触媒元素をリンのゲッタリング作用により除去しており、結晶質半導体膜４０９中（但しゲッタリング領域以外）に残存する触媒元素の濃度は、１×１０17atms/cm3以下、好ましくは１×１０16atms/cm3以下である。
【００６８】
なお、本実施例の特徴は、触媒元素を用いて結晶化させた結晶質半導体膜を形成した後で、活性層として用いない領域にゲッタリング領域（高濃度に周期表の１５族に属する不純物元素を含む領域）を形成し、熱処理によって結晶化に用いた触媒元素をゲッタリングする点にある。
【００６９】
本実施例の構成は、実施例１、２に示した構成と組み合わせて用いることが可能である。
【００７０】
（実施例５）
本実施例ではＴＦＴの半導体層を形成する工程について図８を用いて説明する。具体的には特開平１０−２４７７３５号公報（米国出願番号０９／０３４，０４１号に対応）に記載された技術を用いる。
【００７１】
まず、基板（本実施例ではガラス基板）５０１上に２００ｎｍ厚の窒化酸化シリコン膜でなる下地絶縁膜５０２と２００ｎｍ厚の非晶質半導体膜（本実施例では非晶質シリコン膜）５０３を形成する。この工程は下地絶縁膜と非晶質半導体膜を大気解放しないで連続的に形成しても構わない。
【００７２】
次に、酸化シリコン膜でなるマスク絶縁膜５０４を２００ｎｍの厚さに形成し、開口部５０５を形成する。
【００７３】
次に、重量換算で１００ｐｐｍの触媒元素（本実施例ではニッケル）を含む水溶液（酢酸ニッケル水溶液）をスピンコート法で塗布して、触媒元素含有層５０６を形成する。この時、触媒元素含有層５０６は、開口部５０５が形成された領域において、選択的に非晶質半導体膜５０３に接触する。ここで使用可能な触媒元素は、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素がある（図８（Ａ））。
【００７４】
また、本実施例ではスピンコート法でニッケルを添加する方法を用いたが、蒸着法やスパッタ法などにより触媒元素でなる薄膜（本実施例の場合はニッケル膜）を非晶質半導体膜上に形成する手段をとっても良い。
【００７５】
次に、結晶化の工程に先立って４００〜５００℃で１時間程度の熱処理工程を行い、水素を膜中から脱離させた後、５００〜６５０℃（好ましくは５５０〜６００℃）で６〜１６時間（好ましくは８〜１４時間）の熱処理を行う。本実施例では、５７０℃で１４時間の熱処理を行う。その結果、開口部５０５を起点として概略基板と平行な方向（矢印で示した方向）に結晶化が進行し、巨視的な結晶成長方向が揃った結晶質半導体膜（本実施例では結晶質シリコン膜）５０７が形成される。(図８（Ｂ）)
【００７６】
次に、結晶化の工程で用いたニッケルを結晶質シリコン膜から除去するゲッタリング工程を行う。本実施例では、先ほど形成したマスク絶縁膜５０４をそのままマスクとして周期表の１５族に属する元素（本実施例ではリン）を添加する工程を行い、開口部５０５で露出した結晶質半導体膜に１×１０19〜１×１０20atoms/cm3の濃度でリンを含むゲッタリング領域５０８を形成する（図８（Ｃ））。
【００７７】
次に、窒素雰囲気中で４５０〜６５０℃（好ましくは５００〜５５０℃）、４〜２４時間（好ましくは６〜１２時間）の熱処理工程を行う。この熱処理工程により結晶質半導体膜中のニッケルは矢印の方向に移動し、リンのゲッタリング作用によってゲッタリング領域５０８に捕獲される。即ち、結晶質半導体膜中からニッケルが除去されるため、結晶質半導体膜５０９に含まれるニッケル濃度は、１×１０17atms/cm3以下、好ましくは１×１０16atms/cm3以下にまで低減することができる（図８（Ｄ））。
【００７８】
以上のようにして形成された結晶質半導体膜５０９は、結晶化を助長する触媒元素（ここではニッケル）を選択的に添加して結晶化することによって、非常に結晶性の良い結晶質半導体膜で形成されている。具体的には、棒状または柱状の結晶が、特定の方向性を持って並んだ結晶構造を有している。また、結晶化のあとは触媒元素をリンのゲッタリング作用により除去しており、結晶質半導体膜５０９中に残存する触媒元素の濃度は、１×１０17atms/cm3以下、好ましくは１×１０16atms/cm3以下である。
【００７９】
なお、本実施例の特徴は、触媒元素を用いて結晶化させた結晶質半導体膜を形成した後で、活性層として用いない領域にゲッタリング領域（高濃度に周期表の１５族に属する不純物元素を含む領域）を形成し、熱処理によって結晶化に用いた触媒元素をゲッタリングする点にある。
【００８０】
本実施例の構成は、実施例１、２に示した構成と組み合わせて用いることが可能である。
【００８１】
（実施例６）
本実施例では、図９を用いて、ＴＦＴの半導体層を形成する工程について説明する。非晶質半導体膜の全面に触媒作用のある金属元素を全面に添加して結晶化した後、希ガス元素（本実施形態においては、Ａｒ）を含む半導体膜を成膜し、この膜をゲッタリングサイトとして用いてゲッタリングを行う方法について説明する。
【００８２】
図９（Ａ）において、基板６００はその材質に特段の限定はないが、好ましくは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、或いは石英などを用いることができる。基板６００の表面には、下地絶縁膜６０１として無機絶縁膜を１０〜２００nmの厚さで形成する。好適な下地絶縁膜の一例は、プラズマＣＶＤ法で作製される酸化窒化シリコン膜であり、ＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される第１酸化窒化シリコン膜を５０nmの厚さに形成し、ＳｉＨ4とＮ2Ｏから作製される第２酸化窒化シリコン膜を１００nmの厚さに形成したものを適用する。下地絶縁膜６０１はガラス基板に含まれるアルカリ金属がこの上層に形成する半導体膜中に拡散しないために設けるものであり、石英を基板とする場合には省略することも可能である。
【００８３】
下地絶縁膜６０１の上に形成する非晶質半導体膜６０２は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタ法で１０〜１００nmの厚さに形成する。良質な結晶を得るためには、非晶質半導体膜６０２に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を５×１０18/cm3以下に低減させておくと良い。これらの不純物は非晶質半導体の結晶化を妨害する要因となり、また結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理（電界研磨処理）やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のＣＶＤ装置を用いることが望ましい。
【００８４】
その後、非晶質半導体膜６０２の表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素を添加する（図９（ｂ））。半導体膜の結晶化を促進する触媒作用のある金属元素としては鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）などであり、これらから選ばれた一種または複数種を用いることができる。代表的にはニッケルを用い、重量換算で１〜１００ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布して触媒含有層６０３を形成する。この場合、当該溶液の馴染みをよくするために、非晶質半導体膜６０２の表面処理として、オゾン含有水溶液で極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして清浄な表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液で処理して極薄い酸化膜を形成しておく。シリコンなど半導体膜の表面は本来疎水性なので、このように酸化膜を形成しておくことにより酢酸ニッケル塩溶液を均一に塗布することができる。
【００８５】
勿論、触媒含有層６０３はこのような方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などにより形成しても良い。また、触媒元素含有層６０３は非晶質半導体膜６０２を形成する前、即ち下地絶縁膜６０１上に形成しておいても良い。
【００８６】
非晶質半導体膜６０２と触媒元素含有層６０３とを接触した状態を保持したまま結晶化のための加熱処理を行う。加熱処理の方法としては、電熱炉を用いるファーネスアニール法や、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどを用いた瞬間熱アニール（Rapid Thermal Annealing）法（以下、ＲＴＡ法と記す）を採用する。生産性を考慮すると、ＲＴＡ法を採用することが好ましいと考えられる。
【００８７】
ＲＴＡ法で行う場合には、加熱用のランプ光源を１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１〜１０回、好ましくは２〜６回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には６００〜１０００℃、好ましくは６５０〜７５０℃程度にまで加熱されるようにする。このような高温になったとしても、半導体膜が瞬間的に加熱されるのみであり、基板６００はそれ自身が歪んで変形することはない。こうして、非晶質半導体膜を結晶化させ、図９（ｃ）に示す結晶質半導体膜６０４を得ることができるが、このような処理で結晶化できるのは触媒元素含有層を設けることによりはじめて達成できるものである。
【００８８】
その他の方法としてファーネスアニール法を用いる場合には、加熱処理に先立ち、５００℃にて１時間程度の加熱処理を行い、非晶質半導体膜６０２が含有する水素を放出させておく。そして、電熱炉を用いて窒素雰囲気中にて５５０〜６００℃、好ましくは５８０℃で４時間の加熱処理を行い非晶質半導体膜１０２を結晶化させる。こうして、図９（ｂ）に示す結晶質半導体膜６０４を形成する。
【００８９】
さらに結晶化率（膜の全体積における結晶成分の割合）を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためには、図９（ｃ）で示すように結晶質半導体膜６０４に対してレーザ光を照射することも有効である。レーザには波長４００nm以下のエキシマレーザ光や、ＹＡＧレーザの第２高調波、第３高調波を用いる。いずれにしても、繰り返し周波数１０〜１０００Hz程度のパルスレーザー光を用い、当該レーザ光を光学系にて１００〜４００mJ/cm2に集光し、９０〜９５％のオーバーラップ率をもって結晶質半導体膜６０４に対するレーザ処理を行っても良い。
【００９０】
このようにして得られる結晶質半導体膜６０５には、触媒元素（ここではニッケル）が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、１×１０19/cm3を越える濃度で残存している。勿論、このような状態でもＴＦＴをはじめ各種半導体素子を形成することが可能であるが、以降に示す方法でゲッタリングにより当該元素を除去する。
【００９１】
まず、図９（ｄ）に示すように結晶質半導体膜６０５の表面に薄い層６０６を形成する。本明細書において、結晶質半導体膜６０５上に設けた薄い層６０６は、後にゲッタリングサイトを除去する際に、第１の半導体膜６０５がエッチングされないように設けた層で、バリア層６０６ということにする。
【００９２】
バリア層６０６の厚さは１〜１０nm程度とし、簡便にはオゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイドをバリア層としても良い。また、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理しても同様にケミカルオキサイドを形成することができる。他の方法としては、酸化雰囲気中でのプラズマ処理や、酸素含有雰囲気中での紫外線照射によりオゾンを発生させて酸化処理を行っても良い。また、クリーンオーブンを用い、２００〜３５０℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成しバリア層としても良い。或いは、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などで１〜５ｎｍ程度の酸化膜を堆積してバリア層としても良い。いずれにしても、ゲッタリング工程時に、触媒元素がゲッタリングサイト側に移動できて、ゲッタリングサイトの除去工程時には、エッチング液がしみこまない（結晶性半導体膜６０５をエッチング液から保護する）膜、例えば、オゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイド膜、酸化シリコン膜（ＳｉＯx）、または多孔質膜を用いればよい。
【００９３】
次いで、バリア層６０６上にスパッタ法でゲッタリングサイト６０７として、膜中に希ガス元素を１×１０20/cm3以上の濃度で含む第２の半導体膜（代表的には、非晶質シリコン膜）を２５〜２５０nmの厚さで形成する。後に除去されるゲッタリングサイト６０７は結晶質半導体膜６０５とエッチングの選択比を大きくするため、密度の低い膜を形成することが好ましい。
【００９４】
なお、ゲッタリングサイト６０７は、ガス（Ａｒ）流量を５０（sccm）、成膜パワーを３ｋＷ、基板温度を１５０℃、成膜圧力を０．２〜１．０Ｐａとして成膜すると、希ガス元素を１×１０19/cm3〜１×１０22/cm3、好ましくは、１×１０20/cm3〜１×１０21/cm3、より好ましくは５×１０20/cm3の濃度で含み、ゲッタリング効果が得られる半導体膜をスパッタ法で成膜することができる。
【００９５】
なお、希ガス元素は半導体膜中でそれ自体は不活性であるため、結晶質半導体膜１０５に悪影響を及ぼすことはない。また、希ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。本発明はゲッタリングサイトを形成するためにこれら希ガス元素をイオンソースとして用いること、またこれら元素が含まれた半導体膜を形成し、この膜をゲッタリングサイトとすることに特徴を有する。
【００９６】
ゲッタリングを確実に成し遂げるにはその後加熱処理をすることが必要となる。加熱処理はファーネスアニール法やＲＴＡ法で行う。ファーネスアニール法で行う場合には、窒素雰囲気中にて４５０〜６００℃で０．５〜１２時間の加熱処理を行う。また、ＲＴＡ法を用いる場合には、加熱用のランプ光源を１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１〜１０回、好ましくは２〜６回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には６００〜１０００℃、好ましくは７００〜７５０℃程度にまで加熱されるようにする。
【００９７】
ゲッタリングは、被ゲッタリング領域（捕獲サイト）にある触媒元素が熱エネルギーにより放出され、拡散によりゲッタリングサイトに移動する。従って、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温であるほど短時間でゲッタリングが進むことになる。本発明において、触媒元素がゲッタリングの際に移動する距離は図９（ｄ）において矢印で示すように、半導体膜の厚さ程度の距離であり、比較的短時間でゲッタリングを完遂することができる。
【００９８】
なお、この加熱処理によっても１×１０19/cm3〜１×１０21/cm3、好ましくは１×１０20/cm3〜１×１０21/cm3、より好ましくは５×１０20/cm3の濃度で希ガス元素を含む半導体膜６０７は結晶化することはない。これは、希ガス元素が上記処理温度の範囲においても再放出されず膜中に残存して、半導体膜の結晶化を阻害するためであると考えられる。
【００９９】
ゲッタリング工程終了後、非晶質半導体６０７を選択的にエッチングして除去する。エッチングの方法としては、ＣｌＦ3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式 （ＣＨ3）4ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことができる。この時バリア層６０６はエッチングストッパーとして機能する。また、バリア層６０６はその後フッ酸により除去すれば良い。
【０１００】
こうして図９（ｅ）に示すように触媒元素の濃度が１×１０17/cm3以下にまで低減された結晶質半導体膜６０８を得ることができる。
【０１０１】
本実施例は、実施例１、２と組み合わせて用いることができる。
【０１０２】
（実施例７）
本実施例ではＴＦＴの半導体層を形成する工程について図１０を用いて説明する。非晶質半導体膜の全面に触媒作用のある金属元素を全面に添加し結晶化すると共にゲッタリングを同時に行う方法である。
【０１０３】
まず、図１０（Ａ）に示すように、下地絶縁膜７０１上に触媒元素含有層７０２を形成する。これは、触媒元素を含む水溶液またはアルコール液をスピナーで塗布しても良いし、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などにより形成しても良い。
【０１０４】
その後、図１０（Ｂ）に示すように非晶質半導体膜７０３を、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタ法で１０〜１００nmの厚さに形成する。さらにバリア層７０４を形成する。これらの形成方法は実施形態１と同様にする。
【０１０５】
次いで、プラズマＣＶＤ法で希ガス元素を１×１０19/cm3〜１×１０22/cm3、好ましくは、１×１０20〜１×１０21/cm3、より好ましくは５×１０20/cm3の濃度含んだ半導体膜７０５を２５〜２５０nmの厚さで形成する。代表的には非晶質シリコン膜を選択する。この半導体膜７０５は、後に除去するので、密度の低い膜としておくことが望ましい。
【０１０６】
そして、加熱処理を行う。加熱処理の方法としては、電熱炉を用いるファーネスアニール法や、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどを用いたＲＴＡ法で行う。
【０１０７】
加熱処理により、触媒元素が非晶質構造を有する半導体膜７０３に染みだし、結晶化させるながら半導体膜７０５に向かって（図１０（Ｂ）の矢印の方向）拡散する。これにより１回の加熱処理で結晶化とゲッタリングが同時に行われる。
【０１０８】
その後、半導体膜７０５を選択的にエッチングして除去する。エッチングの方法としては、ＣｌＦ3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（化学式 （ＣＨ3）4ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことができる。この時バリア層７０４はエッチングストッパーとして機能する。また、バリア層７０４はその後フッ酸により除去すれば良い。
【０１０９】
こうして図１０（Ｄ）に示すように触媒元素の濃度が１×１０17/cm3以下にまで減じられた結晶構造を有する半導体膜（第１の半導体膜）７０６を得ることができる。この結晶質半導体膜７０６の結晶性を高めるために、レーザ光を照射しても良い。
【０１１０】
こうして図１０（Ｄ）に示すように触媒元素の濃度が１×１０17/cm3以下にまで低減された結晶質半導体膜７０８を得ることができる。
本実施例は、実施例１、２と組み合わせて用いることができる。
【０１１１】
（実施例８）
本実施例では、実施例１で得られたアクティブマトリクス基板から、液晶モジュールを作製する工程を以下に説明する。
【０１１２】
アクティブマトリクス基板上に配向膜を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサを所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０１１３】
次いで、対向基板を用意する。この対向基板には、着色層、遮光層が各画素に対応して配置されたカラーフィルタが設けられている。また、駆動回路の部分にも遮光層を設けた。このカラーフィルタと遮光層とを覆う平坦化膜を設けた。次いで、平坦化膜上に透明導電膜からなる対向電極を画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜を形成し、ラビング処理を施した。
【０１１４】
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材で貼り合わせる。シール材にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料を注入し、封止剤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。このようにして液晶モジュールが完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、公知の技術を用いて偏光板等を適宜設けた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０１１５】
こうして得られた液晶モジュールの構成を図１１の上面図を用いて説明する。
【０１１６】
図１１で示す上面図は、画素部、駆動回路、ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板：Flexible Printed Circuit）３１１を貼り付ける外部入力端子３０９、外部入力端子と各回路の入力部までを接続する配線３１０などが形成されたアクティブマトリクス基板と、カラーフィルタなどが設けられた対向基板３００とがシール材３０７を介して貼り合わされている。
【０１１７】
ゲート配線側駆動回路３０１ａと重なるように対向基板側に遮光層２０３ａが設けられ、ソース配線側駆動回路３０１ｂと重なるように対向基板側に遮光層８０３ｂが形成されている。また、画素部３０５上の対向基板側に設けられたカラーフィルタ３０２は遮光層と、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色の着色層とが各画素に対応して設けられている。実際に表示する際には、赤色（Ｒ）の着色層、緑色（Ｇ）の着色層、青色（Ｂ）の着色層の３色でカラー表示を形成するが、これら各色の着色層の配列は任意なものとする。
【０１１８】
ここでは、カラー化を図るためにカラーフィルタ３０２を対向基板に設けているが特に限定されず、アクティブマトリクス基板を作製する際、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタを形成してもよい。
【０１１９】
また、カラーフィルタにおいて隣り合う画素の間には遮光層が設けられており、表示領域以外の箇所を遮光している。また、ここでは、駆動回路を覆う領域にも遮光層３０３ａ、３０３ｂを設けているが、駆動回路を覆う領域は、後に液晶表示装置を電子機器の表示部として組み込む際、カバーで覆うため、特に遮光層を設けない構成としてもよい。また、アクティブマトリクス基板を作製する際、アクティブマトリクス基板に遮光層を形成してもよい。
【０１２０】
また、上記遮光層を設けずに、対向基板と対向電極の間に、カラーフィルタを構成する着色層を複数層重ねた積層で遮光するように適宜配置し、表示領域以外の箇所（各画素電極の間隙）や、駆動回路を遮光してもよい。
【０１２１】
また、外部入力端子にはベースフィルムと配線から成るＦＰＣ３１１が異方性導電性樹脂で貼り合わされている。さらに補強板で機械的強度を高めている。なお、外部入力端子部のＡ−Ａ’で切断した様子を図１１（Ｂ）で示す。
【０１２２】
以上のようにして、本発明のように低抵抗の導電膜であるＡｌまたはＡｌを主成分とする導電膜と、ＷまたはＷを主成分とする導電膜と、ＴｉまたはＴｉを主成分とする導電膜とを積層してゲート電極を形成することにより、大型の表示装置を形成しても配線抵抗が高くなって信号遅延等の問題が生じることがない。このように、本発明のゲート電極を含んで作製される液晶モジュールは各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１２３】
（実施例９）
本発明を実施して形成されたＣＭＯＳ回路や画素部はアクティブマトリクス型液晶ディスプレイ（液晶表示装置）に用いることができる。即ち、それら液晶表示装置を表示部に組み込んだ電気器具全てに本発明を実施できる。
【０１２４】
その様な電気器具としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図１２、図１３及び図１４に示す。
【０１２５】
図１２（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、画像入力部２００２、表示部２００３、キーボード２００４等を含む。
【０１２６】
図１２（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等を含む。
【０１２７】
図１２（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示部２２０５等を含む。
【０１２８】
図１２（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示部２３０２、アーム部２３０３等を含む。
【０１２９】
図１２（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、スピーカ部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。
【０１３０】
図１２（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）等を含む。
【０１３１】
図１３（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。
【０１３２】
図１３（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。
【０１３３】
なお、図１３（Ｃ）は、図１３（Ａ）及び図１３（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１３（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。
【０１３４】
また、図１３（Ｄ）は、図１３（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１３（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。
【０１３５】
ただし、図１３に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の液晶表示装置の適用例は図示していない。
【０１３６】
図１４（Ａ）は携帯電話であり、３００１は表示用パネル、３００２は操作用パネルである。表示用パネル３００１と操作用パネル３００２とは接続部３００３において接続されている。接続部３００３における、表示用パネル３００１の表示部３００４が設けられている面と操作用パネル３００２の操作キー３００６が設けられている面との角度θは、任意に変えることができる。
さらに、音声出力部３００５、操作キー３００６、電源スイッチ３００７、音声入力部３００８を有している。
【０１３７】
図１４（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体３００１、表示部３００２、３００３、記憶媒体３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００６等を含む。
【０１３８】
図１４（Ｃ）はディスプレイであり、本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３等を含む。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０１３９】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。また、本実施例の電気器具は実施例１〜８を組み合わせた構成を用いても実現することができる。
【０１４０】
【発明の効果】
本発明が開示する低抵抗の材料を用いた配線の作製技術により、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、画素部の面積が大きくなり大画面化しても、配線抵抗が抑えられているため、信号遅延等の問題が生じることなく良好な表示を実現することができる。
【０１４１】
画素部のソース配線の抵抗を大幅に低下させることができるため、例えば、対角４０インチや対角５０インチの大画面液晶表示装置を作製する技術としても本発明は対応しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態を示す図。
【図２】 積層された導電膜をエッチングした様子を観察したＳＥＭ写真。
【図３】 本発明の実施の一例を示す図。
【図４】 本発明の実施の一例を示す図。
【図５】 本発明の実施の一例を示す図。
【図６】 本発明の実施の一例を示す図。
【図７】 本発明の実施の一例を示す図。
【図８】 本発明の実施の一例を示す図。
【図９】 本発明の実施の一例を示す図。
【図１０】 本発明の実施の一例を示す図。
【図１１】 本発明の実施の一例を示す図。
【図１２】 電気器具の例を示す図。
【図１３】 電気器具の例を示す図。
【図１４】 電気器具の例を示す図。

Claims (6)

  1. 半導体層、ゲート絶縁膜、及びゲート電極を有するトランジスタを有し、
    前記ゲート電極は、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極が順に積層された構造を有し、
    前記第１の電極には、タングステン、モリブデン、又はタンタルが用いられており、
    前記第２の電極には、アルミニウムが用いられており、
    前記第３の電極には、チタンが用いられており、
    前記第２の電極の表面には、プラズマ処理により酸化アルミニウムが形成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 画素部、駆動回路部、及び外部入力端子部を有し、
    前記画素部及び駆動回路部は、半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び前記半導体層のソース領域又はドレイン領域と電気的に接続された配線を有するトランジスタを有し、
    前記ゲート電極は、第１の電極、第２の電極、及び第３の電極が順に積層された構造を有し、
    前記第１の電極には、タングステン、モリブデン、又はタンタルが用いられており、
    前記第２の電極には、アルミニウムが用いられており、
    前記第３の電極には、チタンが用いられており、
    前記第２の電極の表面には、プラズマ処理により酸化アルミニウムが形成されており、
    前記配線には、アルミニウム、チタン、モリブデン、又はタングステンが用いられており、
    前記外部入力端子部には、前記ゲート絶縁膜を形成する絶縁膜上に設けられた前記ゲート電極と同じ積層構造を用いた導電膜と、前記導電膜を覆うように設けられた前記配線と同じ材料を用いた導電膜とが設けられていることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項２において、
    前記ゲート電極、及び前記ゲート電極と同じ積層構造を用いた導電膜の端部は、テーパ形状を有することを特徴とする半導体装置。
  4. 半導体層、ゲート絶縁膜、及びゲート電極を有するトランジスタを有する半導体装置の作製方法であって、
    前記ゲート電極の形成工程は、
    タングステン、モリブデン、又はタンタルを用いて第１の導電膜を形成する工程と、
    前記第１の導電膜上に、アルミニウムを用いて第２の導電膜を形成する工程と、
    前記第２の導電膜の表面をプラズマ処理して、酸化アルミニウムを形成する工程と、
    前記第２の導電膜上に、チタンを用いて第３の導電膜を形成する工程と、
    前記第１の導電膜、前記第２の導電膜、及び前記第３の導電膜をエッチングして、前記ゲート電極を形成する工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  5. 画素部、駆動回路部、及び外部入力端子部を有し、
    前記画素部及び駆動回路部に、半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極、及び前記半導体層のソース領域又はドレイン領域に電気的に接続された配線を有するトランジスタが設けられ、
    前記外部入力端子部に、前記ゲート絶縁膜を形成する絶縁膜上に設けられた前記ゲート電極を形成する導電膜と、前記ゲート電極を形成する導電膜を覆うように設けられた前記配線と同じ材料を用いた導電膜とが設けられる半導体装置の作製方法であって、
    前記ゲート電極、及び、前記ゲート電極を形成する導電膜の形成工程は、
    タングステン、モリブデン、又はタンタルを用いて第１の導電膜を形成する工程と、
    前記第２の導電膜上に、アルミニウムを用いて第２の導電膜を形成する工程と、
    前記第２の導電膜の表面をプラズマ処理して、酸化アルミニウムを形成する工程と、
    前記第２の導電膜上に、チタンを用いて第３の導電膜を形成する工程と、
    前記第１の導電膜、前記第２の導電膜、及び前記第３の導電膜をエッチングして、前記ゲート電極、及び、前記ゲート電極を形成する導電膜を形成する工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  6. 請求項４又は請求項５において、
    前記エッチングを行う工程では、前記第１の導電膜、前記第２の導電膜、及び前記第３の導電膜の端部をテーパ形状にすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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