JP4974425B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザービームを用いたアニール工程を有する半導体装置の作製方法に関する。特に、非晶質半導体膜をレーザービームにより結晶化する工程を有する技術に関する。
【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、レーザーアニールにより結晶化させる技術が開発されている。レーザーアニールとは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術、又は基板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（結晶質半導体膜）の結晶性を向上させる技術を指している。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】
従来のレーザーアニール法の一例は特開平２−１８１４１９号公報に開示されているように、被照射物の全面にレーザービームが均一照射する方法や、特開昭６２−１０４１１７号公報に開示のスポット状のビームを走査する方法や、或いは特開平８−１９５３５７号公報に開示の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していた。
【０００４】
上記特開昭６２−１０４１１７号公報においては、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技術が開示されている。また、米国特許4,330,363号には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技術が開示されている。
【０００５】
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、レーザービームが照射されそのレーザービームのエネルギーを吸収する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、エキシマレーザーを用いたレーザーアニール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。
【０００６】
近年におけるレーザーアニールの積極的な活用は、ガラス基板上への多結晶珪素膜の形成にあり、このプロセスは液晶表示装置のスイッチング素子として用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製に応用されている。エキシマレーザーを使うと半導体膜が形成された領域しか熱的な影響を与えないため、安価なガラス基板を用いることが可能となっている。
【０００７】
レーザーアニールによって結晶化した多結晶珪素膜で作製されるＴＦＴは比較的高い周波数で駆動できるので、画素に設けるスイッチング素子のみでなく、駆動回路をガラス基板上に形成することも可能となっている。パターンのデザインルールは５〜２０μm程度であり、駆動回路及び画素部にそれぞれ１０6〜１０7個程度のＴＦＴがガラス基板上に作り込まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーアニールよる非晶質珪素膜の結晶化は、溶融−固化の過程を経て成されるが、詳細には結晶核の生成とその核からの結晶成長との段階に分けて考えられている。しかしながら、パルスレーザービームを用いたレーザーアニールは、結晶核の生成位置と生成密度を制御することができず、自然発生する結晶核を利用して結晶化を行っている。従って、結晶粒はガラス基板の面内で任意の位置に形成され、そのサイズも０．２〜０．５μm程度と小さなものしか得られていない。
【０００９】
通常、結晶粒界には多数の欠陥が生成されるので、それがＴＦＴの電界効果移動度を制限する要因であると考えられている。また、任意に発生する結晶核に依存することにより、結晶方位も無作為なものとなり、配向の揃った結晶質半導体を得ることができない。
【００１０】
非溶融領域に形成されると言われるパルスレーザーアニールでは、結晶核に起因する結晶成長が支配的となり、結晶の大粒径化を実現することができない。具体的には、ＴＦＴのチャネル領域に結晶粒界の存在しないような、素子レベルで見て実質的に単結晶と見なせる結晶を形成することはできない。結晶粒界に限らず、生成される欠陥又は転位は、結晶化に伴う緻密化により膜の体積が収縮することで発生する。
【００１１】
一方、連続発振レーザービームを走査して溶融−固化させながら結晶化する方法は、ゾーンメルティング法に近い方法であると考えられ、連続的な結晶成長により大粒径化が可能であると考えられている。しかし、最初に結晶化される種となる領域の結晶性により、得られる結晶の品質は依存してしまうことが問題である。具体的には、偶発的に発生する結晶核を期待して結晶成長が成されている。
【００１２】
連続発振レーザービームによる結晶化は連続的な結晶成長を可能にするが、パルスレーザービームより長い時間溶融状態を経るのでその間に外部から不純物が取り込まれる割合が増加する。それが結晶中で偏析することにより、不純物に起因する欠陥が形成され、結局結晶の品質は悪化してしまうことが問題となる。
【００１３】
本発明は、上記問題点を鑑みなされたものであり、結晶方位を制御して、配向の揃った結晶質半導体膜を形成すると共に、不純物の濃が低減された結晶質半導体膜を得る技術を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明の半導体装置の作製方法は、珪素の酸化物又は窒化物又はそれらの混合体、或いは、アルミニウムの酸化物又は窒化物又はそれらの混合体で形成される絶縁表面上に、非晶質半導体で成る第１半導体領域を形成し、第１半導体領域の一端部から他端部に向けて連続発振レーザービームを走査して、第１半導体領域を一旦溶融させて（１００）面の配向率が７０％以上である結晶質半導体を形成し、その後、ＴＦＴの活性層を形成するために第１半導体領域をエッチングして第２半導体領域を形成するものである。
【００１５】
第１半導体領域は、絶縁表面上に形成された非晶質半導体膜をエッチングして所定のパターンに形成したものが適用される。即ち、非晶質半導体で形成すれば良い。他の形態として、予め結晶化されているものを適用することも可能である。第１半導体領域の一端部の側面は、絶縁表面に対し概略垂直とする。具体的には９０±１０度の角度をもって形成する。写真蝕刻により第１半導体領域の内側領域に形成される第２半導体領域をもってＴＦＴの活性層を形成する。第２半導体領域のパターンは、ＴＦＴにおける電界効果移動度を向上させるために、レーザービームの走査方向とチャネル長方向とを概略一致させる。
【００１６】
レーザービームは、第１半導体領域の当該一端部から他端部に向けて、また、当該他端部から一端部に向けて、同じ領域を重畳するように連続発振レーザービームを走査して、当該第１半導体領域を結晶化させても良い。同じ領域を複数回照射することで、結晶化率を高めることができる。レーザービームの照射面における形状は、楕円形、長円形、矩形、四角形、線状形状、円形など特に限定されるものではないが、好適には楕円形又は長円形又は矩形とすることが望ましい。
【００１７】
また、ビームプロファイルが均一でない場合において、レーザービームを重畳させながらずらすことにより、半導体領域へ照射する実効エネルギーが平均化して結晶性を均質化する。一回のレーザービームの走査で第１半導体領域の全面を結晶化できない場合には、当該レーザービームを１０〜９０％の割合で重畳させて走査しても良い。
【００１８】
第１半導体領域の形状は矩形、多角形、四角形、円形など任意なものが適用できる。特定の結晶面を選択的に成長させるには、第１半導体領域の一端部を鋭角とするか又は突出部を設け、レーザービームをこの一端部から照射する。その理由は、生成する結晶核の数を減らし、一つの結晶核のみを優先的に成長させる為である。この領域をシード領域とも呼ぶ。シード領域は第１半導体領域に一端部におる領域であり、複数の結晶核が自然発生するのを防ぐために突出部の幅は１〜５μmとする。
【００１９】
ＭＯＳ(Metal-Oxide-Semiconductor)電界効果トランジスタにおいては、ゲート絶縁膜を形成する酸化膜界面の界面準位密度が最小となる｛１００｝面の結晶珪素が用いられている。ＴＦＴでも同様に｛１００｝面の結晶を選択することで電界効果移動度を向上させることが期待できる。本発明における｛１００｝面の結晶を選択的に成長させるための手段は、図７に示すように、基板１５０の絶縁表面に対し、第１半導体領域１５１の側面を概略垂直とする。具体的には９０±１０度、好ましくは９０±５度とする。それにより結晶成長に際し拘束力を与え、｛１００｝面の結晶成長を支配的とすることが可能となる。連続発振レーザービーム１５２の照射領域には溶融帯１５４が形成され、それが通過して固化した領域が結晶化して結晶質半導体１５３が形成される。
【００２０】
第１半導体領域は非晶質半導体で形成し、連続発振レーザービームにより結晶化させる。また、非晶質半導体を固相成長で結晶化させた結晶質半導体で形成しても良い。非晶質半導体膜としては、非晶質珪素膜、非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質炭化珪素膜などを適用することができる。この場合も連続発振レーザービームを照射して再結晶化することにより結晶方位の揃った大粒径の結晶を成長することができる。
【００２１】
連続発振レーザービームの照射による結晶化において、その雰囲気は空気中、酸化雰囲気中、還元雰囲気中、不活性気体中、減圧下のいずれも可能である。結晶の大粒径化を容易とするためには空気中又は酸化性雰囲気中など酸素含有雰囲気で行うことが望ましい。また、結晶化に伴う表面の凹凸化は、酸素含有雰囲気中での連続発振レーザービーム照射と、その後、半導体表面の酸化膜を除去して不活性雰囲気又は減圧下でのレーザービームの照射とを組み合わせて行う。この組み合わせにおいて、２回目のレーザービームの照射は半導体表面の平坦化を目的としたものである。
【００２２】
非晶質半導体膜が結晶化に伴って緻密化し膜は収縮する。これにより島状に分割形成されている第１半導体領域の外周部に歪み領域が形成される。この歪み領域には結晶欠陥が生成され、それがＴＦＴのオフ電流を増加させるなど好ましくない要因となっている。従って、ＴＦＴの活性層を形成する第２半導体領域は、第１半導体領域の端部に至らない内側に形成する。
【００２３】
第１半導体領域を結晶質半導体膜で形成する場合には、絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、珪素の結晶化温度を低温化させる触媒元素を添加した後、加熱処理により当該非晶質半導体膜を結晶化させて結晶質半導体膜を形成する。その後、結晶質半導体膜をエッチングして前記第１半導体領域を形成しても良い。
【００２４】
適用される触媒元素としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種又は複数種を用いる。また、非晶質半導体膜の厚さは１０nm乃至２００nmで形成する。非晶質珪素膜に当該金属元素を添加して加熱処理を施すことにより、珪素と当該金属元素との化合物（シリサイド化物）を形成し、それが拡散することにより結晶化が進行する。
【００２５】
触媒元素を用いた結晶化法において、非晶質半導体膜に特定元素が０．１〜５原子％程度の割合で添加されていても良い。特定元素としては、４配位の半金属又は半導体の内、珪素よりも原子半径の大きな元素であり、代表的にはゲルマニウムが適用される。非晶質珪素膜に添加したゲルマニウムは化合物（シリサイド化物）と反応せず、その周囲に存在することにより局所的な歪みを生じさせる。この歪みは核生成の臨界半径を大きくする方向に作用して、核生成密度を低減させると共に、結晶の配向を制限する効力を持つ。
【００２６】
結晶質半導体膜において、結晶化に用いた触媒元素、又は溶融状態を経ることにより外部から取り込まれた不純物を除去する手段として、ゲッタリング処理を適用することができる。歪み場を形成するゲッタリングサイト（不純物を偏析させる領域）は、リン又はアルゴン等の周期律１８族元素が添加された非晶質半導体又は結晶質半導体が適している。ゲッタリング処理により、上述の触媒元素、又は結晶化の過程で混入したその他の金属元素を除去することができ、不純物に起因する欠陥密度を低減することができる。
【００２７】
上記発明の構成において、絶縁表面を形成する基板は、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に代表される無アルカリガラス、石英、酸化珪素など絶縁膜が形成されたシリコンウエハーなどの半導体基板を適用することができる。
【００２８】
結晶化に用いるレーザービームを放射するレーザー発振装置には、気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置が適用され、特に連続発振可能なレーザー発振装置を適用する。連続発振の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が適用される。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。非晶質半導体膜を結晶化させるためにはレーザービームを半導体膜で選択的に吸収させるために、可視域から紫外域の波長のレーザービームを適用し、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、非晶質半導体膜の結晶化に際して、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。その他に、アルゴンレーザー、クリプトンレーザーなどの気体レーザー発振装置を適用することもできる。
【００２９】
いずれにしても、半導体膜の吸収係数との関係から、連続発振レーザービームの波長は、４００nm乃至７００nmであることが望ましい。それよりも長波長領域の光では、半導体の吸収係数が小さく、溶融させるためにパワー密度を高めると、基板まで熱的なダメージを受けてしまう。また、それよりも短波長領域の光では、半導体の表面で殆どが吸収され内部から加熱することが出来ないので、表面状態の影響を受けて無作為な結晶成長が支配的となってしまう。
【００３０】
固体レーザー発振装置から放射されるレーザービームはコヒーレント性が強く照射面において干渉が発生してしまうので、これを打ち消す手段として、異なるレーザー発振装置から放射される複数のレーザービームを照射部において重ね合わせる構成とする。このような構成とすることにより、干渉を除去するばかりでなく、照射部における実質的なエネルギー密度を増加させることができる。また、他の手段として、異なるレーザー発振装置から放射される複数のレーザービームを、光学系の途中で同一の光軸に重ね合わせた構成としても良い。
【００３１】
上記干渉を除去する手段を設けたレーザー処理装置の構成としては、ｎ（ｎ＝自然数）個の光学系を有し、第ｎの光学系は、第ｎのレーザー発振装置と、第ｎのＹ軸方向にレーザービームを操作する偏向手段と、第ｎのＸ軸方向にレーザービームを走査する偏向手段と、第ｎのｆθレンズと、から成り、ｎ個の光学系により集光され偏向されたｎ本のレーザービームは、被処理物の概略同一位置に照射する構成をもって実現することができる。偏向手段としてはガルバノミラーを適用することができる。
【００３２】
上記レーザー処理装置の構成により、半導体を溶融させるのに十分なエネルギー密度のレーザービームを、照射部において干渉を生じさせることなく照射することができ、偏向手段によりレーザービームの位置を制御して走査することにより、大面積基板であっても半導体領域が形成された特定領域のみを処理することができる。よって、結晶化工程におけるスループットを向上させることができる。
【００３３】
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。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の態様を明する。図１（Ａ）において示す斜視図は、基板１０１上にブロッキング層１０２、第１半導体領域１０３が形成されている状態を示している。ブロッキング層１０２は酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素などの絶縁体で形成され、それにより絶縁表面が形成される。半導体領域を形成する材料は、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が適用される。この中で最も適した材料は珪素である。第１半導体領域１０３の端部は、基板１０１或いはブロッキング層１０２により形成される絶縁表面に対し概略垂直となるように形成する。具体的には、９０±１０度、好ましくは９０±５度とする。
【００３５】
第１半導体領域１０３からは、点線で示す位置にＴＦＴの活性層１０４が形成される。活性層１０４形成領域は、半導体領域１０３の端部に至らない内側に形成する。尚、ここで活性層とは、ＴＦＴのチャネル形成領域と、ソース又はドレイン領域などのように価電子制御された不純物領域を含んでいう。
【００３６】
レーザービーム１０５は半導体領域１０３に対して一方向に走査して結晶化させる。又は、最初に走査した方向と平行にして往復走査しても良い。適用されるレーザービームは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から放射されるレーザービームの第２高調波であり、ドーパントにＮｄを使っている場合にはＹＶＯ4において５３２nmの波長が得られる。勿論、波長はこの値に限定されるものではなく、第１半導体領域を形成する材料の吸収係数を考慮して決めることになる。
【００３７】
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。可視光に対して透明なガラス基板上に３０〜２００nmの厚さをもって非晶質珪素膜で形成される第１半導体領域に対し波長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することができる。
【００３８】
具体的には、非晶質珪素膜で形成される第１半導体領域１０３の５３２nmに対する光に侵入長は概略１００nm〜１０００nmであり、膜厚３０nm〜２００nmで形成される第１半導体領域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。
【００３９】
レーザービームの照射方法は図１（Ａ）で示すように基板１０１に対して第１半導体領域１０３が形成された側からでも良いし、ガラス又は石英から成る基板が適用されている場合には基板１０１側から照射しても良い。また、レーザービームの照射面における形状は、楕円形、矩形など特に制限されるものはないが、好ましくは楕円形又は細長い矩形状とし、その短手方向にレーザービームを走査する。島状に分割形成された第１半導体領域１０３の一辺の長さよりも長いことが望ましいが、一回のレーザービームの走査で第１半導体領域の全面を結晶化できない場合には、当該レーザービームを１０〜９０％の割合で重畳させて走査しても良い。
【００４０】
非晶質半導体膜が結晶化することによって、含有する水素の放出や、原子の再配列による緻密化が起こり体積の収縮が発生する。従って、非晶質領域と結晶領域の界面では、格子連続性も確保されず、歪みが生じることになる。図１（Ａ）の様に第１半導体領域１０３の結晶化領域１０６の内側にＴＦＴの活性層１０４を形成することは、この歪み領域を除去することでもある。
【００４１】
図１（Ａ）で示す第１半導体領域１０３の特徴的な形状は、角部にシード領域１０７が設けられたものであり、この部分からレーザービームを照射することにより、単一の結晶方位をもった半導体領域を形成することができる。結晶成長は、シード領域１０７に最初に形成される結晶、又は予め形成されている結晶を基に発生する。このシード領域にある結晶を種結晶と呼ぶが、これは偶発的に形成される結晶であっても良いし、触媒元素又は特定の元素を添加して意図的に結晶方位が定められた結晶を適用しても良い。
【００４２】
触媒元素を用いた非晶質半導体膜の結晶化は、その作用により比較的高い配向率をもった結晶質半導体膜を得ることができる点で適している。適用される触媒元素としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種又は複数種を用いる。非晶質半導体膜の厚さは１０nm乃至２００nmで形成する。触媒元素を用いる場合において非晶質半導体膜に特定元素を添加しておいても良い。
【００４３】
また、特定元素として非晶質半導体膜にゲルマニウムを添加すると、配向率が高い結晶質半導体膜を得ることができる。このような作用を発現させるのに必要なゲルマニウムの濃度は、珪素に対し０．１原子％以上１０原子％以下、好ましくは１原子％以上５原子％以下とすれば良い。非晶質珪素膜に当該金属元素を添加して加熱処理を施すことにより、珪素と当該金属元素との化合物（シリサイド化物）を形成し、それが拡散することにより結晶化が進行する。非晶質珪素膜に添加したゲルマニウムはこの化合物と反応せず、その周囲に存在することにより局所的な歪みを生じさせる。この歪みは核生成の臨界半径を大きくする方向に作用して、核生成密度を低減させると共に、結晶の配向を制限する効力を持つ。
【００４４】
図２ではシード領域１０７から結晶が成長する過程を示すものであるが、第１半導体領域１０３の一端に設けられたシード領域１０７からレーザービーム１０５が照射され、半導体を溶融させながら他端に向かって走査することにより、その方向に従って結晶を成長させることができる。この時、シード領域１０７は鋭角とするか又は突出部を有する形状とし、生成する結晶核の数を減らし一つの結晶核のみを優先的に成長させると共に、連続発振レーザービーム（連続光）により定常的に溶融領域が保持されることにより連続した結晶を成長させることが可能となる。
【００４５】
また、｛１００｝面の結晶を選択的に成長させるために付加されるべき構成は、第１半導体領域１０３の側面を下地である絶縁表面に対し概略垂直となるようにする。具体的には９０±１０度、好ましくは９０±５度とする。それにより結晶成長に際し拘束力を与え、｛１００｝面の結晶成長を支配的とすることが可能となる。
【００４６】
シード領域における結晶の選択性をより高める形状としては、図３に示すようにシード領域１０７が第１半導体領域１０３から突出した形状としても良い。突出部の幅は１〜５μmとすることで、複数の結晶粒が自然発生するのを防ぐことができる。
【００４７】
また、図４で示す形態は、第１半導体領域１０３を形成する前の段階でシード領域１０７を形成する場合に適した形状であり、選択領域１１０はシード領域１０７から成長する結晶方位を一つに選択し、第１半導体領域１０３に連結するために設けられている。この場合におけるシード領域１０７は、第１半導体領域１０３とは別な層で形成された半導体で形成されるものであり、触媒元素を添加して結晶化された結晶質半導体膜、又は珪素にゲルマニウムが添加された非晶質半導体膜に触媒元素を添加して結晶化された結晶質半導体膜などが適用される。これらの結晶質半導体膜は配向率が高いので、これを利用すると再現性良く同一の結晶方位を有する結晶質半導体膜を形成することができる。
【００４８】
連続発振レーザービームの照射により第１半導体領域１０３の全体を結晶化した後、好ましくはゲッタリング処理を加えると良い。連続発振レーザービームの照射により半導体は溶融状態となるが、その時間はビームの走査速度にも依存する。凡そ１０〜１００cm/secの走査速度が適用されるが、外部環境から不純部が混入することを完全に防ぐことはできない。好ましくない不純物としては酸素、窒素、炭素などの大気成分もあるが、その他のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒなど装置の構成部材に起因する金属不純物がある。
【００４９】
ゲッタリングは、第１半導体領域に接して歪み場を形成する半導体膜を形成した後、加熱処理により不純部を偏析させる。歪み場を形成する半導体膜としては、リンを添加した非晶質半導体膜、アルゴンなど周期律１８族元素を添加した非晶質半導体膜などが適している。加熱温度は５００〜８００℃であり、ファーネスアニール炉、瞬間熱アニール（ＲＴＡ）法などを用いて行う。瞬間熱アニール法ではハロゲンランプなどのランプ光の輻射で加熱する方法の他に、加熱され高温の気体で加熱する方法を用いても良い。
【００５０】
その後、図１（Ｂ）で示すようにエッチングにより活性層１０８を形成する。その後、図１（Ｃ）に示す如く、ゲート絶縁膜１０８及びゲート電極１０９を形成し、また、半導体領域にソース及びドレイン領域を形成し、必要な配線を設ければＴＦＴを形成することができる。図１（Ｃ）と図１（Ａ）を対比して明らかなように、完成したＴＦＴにおけるチャネル長方向と、レーザービームの走査方向は同じ方向とする。
【００５１】
こうしたレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより、その走査方向に大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１〜２００cm/secとすることによりそれを実現することができる。例えば、出力１０Wの連続発振のＹＶＯ4レーザ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する。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。
【００５２】
パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒径化を実現することができる。レーザービームを走査する方向は一方向に限定されるものではなく、往復走査をしても良い。
【００５３】
結晶面の特定は、例えば、反射電子線回折パターン（ＥＢＳＰ：Electron Backscatter diffraction Pattern）により求めることができる。ＥＢＳＰは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscopy）に専用の検出器を設け、一次電子の後方散乱から結晶方位を分析する手法である（以下、この手法を便宜上ＥＢＳＰ法と呼ぶ）。ＥＰＳＰを用いた結晶半導体膜の評価は、"Microtexture Analysis of Location Controlled Large Si Grain Formed by Exciter-Laser Crystallization Method: R. Ishihara and P. F. A. Alkemade, AMLCD'99 Digest of Technical Papers 1999 Tokyo Japan, pp99-102"において紹介されている。
【００５４】
この測定方法は、結晶構造を持った試料に電子線が入射すると、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中でブラッグ回折による結晶方位に特有の線状パターン(一般に菊地像と呼ばれる)も合わせて観察される。ＥＢＳＰ法は検出器スクリーンに映った菊地像を解析することにより試料の結晶方位を求めている。試料の電子線の当たる位置を移動させつつ方位解析を繰り返す(マッピング測定)ことで、面状の試料について結晶方位または配向の情報を得ることができる。入射電子線の太さは、走査型電子顕微鏡の電子銃のタイプにより異なるが、ショットキー電界放射型の場合、１０〜２０nmの非常に細い電子線が照射される。マッピング測定では、測定点数が多いほど、また測定領域が広いほど、結晶配向のより平均化した情報を得ることができる。実際には、１００×１００μm2の領域で、１００００点（１μm間隔）〜４００００点（０．５μm間隔）の程度の測定を行っている。
【００５５】
マッピング測定により各結晶粒の結晶方位がすべて求まると、膜に対する結晶配向の状態を統計的に表示できる。逆極点図は多結晶体の優先配向を表示する際によく用いられるもので、試料のある特定の面(ここでは膜表面)が、どの格子面に一致しているかを集合的に表示したものである。
【００５６】
ＥＢＳＰ法により求められる配向率は、｛１００｝面の結晶が得られる割合を７０％以上とすることができる。
【００５７】
このような処理を可能とするレーザー処理装置の一例は、図５及び図６に示す構成である。このレーザー処理装置は、基板の任意の位置を指定してレーザービーム照射して結晶化することを可能とするものであり、複数の方向から複数のレーザービームを照射することにより、さらにスループットを向上させることができる。さらに、レーザービームを照射面において重ね合わせ、レーザー処理に必要なエネルギー密度と、光の干渉を除去することが可能な構成となっていることが特徴である。
【００５８】
図５はレーザー処理装置の構成を示す上面図であり、図６は図５に対応する断面図である。図５と図６においては説明の便宜上、共通の符号を用いて示している。
【００５９】
第１光学系４０１は、レーザー発振装置３０１ａ、レンズ群３０２ａ、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａ、ｆθレンズ３０５ａから成っている。ここで、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａが偏向手段として設けられたものである。
【００６０】
第２光学系４０２、第３光学系４０３も同様の構成であり、レーザービームは第１ガルバノミラーと第２ガルバノミラーの回転角のより偏向方向が制御され、載置台３０６上の被処理物３０７に照射される。ビーム径はレンズ群３０２及び必要があればスリット等を設けることで任意の形状とすることができるが、概略数十μm〜数百μmの円形、楕円形、又は矩形とすれば良い。載置台３０６は固定とするが、レーザービームの走査と同期させることも可能であるので、ＸＹθ方向に移動可能としても良い。
【００６１】
そして、第１乃至第３の光学系により被処理物に照射されるレーザービームを重ね合わせることにより、レーザー処理に必要なエネルギー密度と、光の干渉を除去することが可能となる。異なるレーザー発振装置から放射されるレーザービームはそれぞれ位相が異なっているので、これらを重ね合わせることにより干渉を低減することができる。
【００６２】
尚、ここでは第１乃至第３光学系から放射される３本のレーザービームを重ね合わせる構成を示しているが、同様の効果はこの数に限定されず、複数本のレーザービームを重ね合わせることで目的は達せられる。また、同様な効果が得られるものであれば、レーザー処理装置の構成は図５及び図６で示す構成に限定されるものはない。
【００６３】
また、レーザー処理装置の他の構成としては、図８で示す構成の装置も適用可能である。図８は、レーザー発振装置８０１、高変換ミラー８０２〜８０４、楕円ビーム形成用光学系８０５、載置台８０８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。楕円ビーム形成用光学系８０５の一例はシリンドリカルレンズ８０６と凸レンズ８０７との組み合わせであり、シリンドリカルレンズ８０６でビーム形状を楕円にして、凸レンズ８０７を設け集光している。こうして、レーザービームを楕円にすることで照射面積を広くして処理速度を向上させることができる。また、レーザービームの照射面直上又は近傍には、気体噴出手段８２０を設け、レーザービームが照射されている領域の雰囲気を制御している。気体の種類は酸化性気体、還元性気体、不活性気体など様々な気体を適用することが可能である。
【００６４】
また、この装置では、載置台８０８を移動手段８２１により二軸方向に動かすことにより基板８０９のレーザーアニールを可能としている。一方の方向への移動は基板の一辺の長さよりも長い距離を１〜２００cm/secの等速度で連続的に移動させることが可能であり、他方へは楕円ビームの長手方向と同程度の移動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８０１の発振と、載置台８０８は、マイクロプロセッサを搭載した制御手段８１０により同期して作動するようになっている。また、レーザービームの入射角を特定角度とすることにより、基板８０９で反射したレーザービーム（戻り光）が再び光学系に入射しない構成としている。
【００６５】
一方、図９は載置台８１４を固定としてレーザービームを走査する形態の一例であり、レーザー発振装置８０１、高変換ミラー８０２、８０３、楕円ビーム形成用光学系８１１、ＸＹスキャン可能な一対のガルバノミラー８１２、ｆθレンズ８１３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。楕円ビーム形成用光学系８０５の一例は凹レンズ及び凸レンズの組み合わせである。こうして、レーザービームを楕円にすることで照射面積を広くして処理速度を向上させることができる。ガルバノミラー回転角のより偏向方向が制御され、載置台８１４上の基板８０９の任意の位置にレーザービームを照射することができる。レーザー発振装置８０１の発振と、一対のガルバノミラー８１２は、マイクロプロセッサを搭載した制御手段８１０により同期して作動するようになっている。また、アイソレータ８１５は照射面で反射したレーザービーム（戻り光）がレーザー発振装置に再度入射して光学系を痛めないように配慮されている。気体噴出手段８２０を設け、レーザービームが照射されている領域の雰囲気を制御している。気体の種類は酸化性気体、還元性気体、不活性気体など様々な気体を適用することが可能である。
【００６６】
このような構成のレーザー処理装置を用い、図１を用いて説明したようにレーザービームの走査方向とＴＦＴにおけるチャネル長方向とを概略一致させることにより、結晶方位が単一配向となり、電界効果移動度を向上させることができる。また、結晶面が制御された種結晶が形成をシード領域を設けることにより、単一配向の活性層を形成することが可能となり、トップゲート型ＴＦＴにおいては、その上に形成するゲート絶縁膜の膜質がばらつくことが無くなり、しきい値電圧のバラツキを低減することも可能となる。勿論、本発明はボトムゲート型（又は逆スタガ型ともいう）のＴＦＴにも適用することができる。
【００６７】
【実施例】
以下、実施例により本発明に係る半導体装置の作製方法の具体例を図面を参照して詳細に示す。
【００６８】
[実施例１]
本実施例は、絶縁表面上に形成された非晶質珪素膜を写真蝕刻により所定のパターンにエッチングして第１半導体領域を形成し、それを連続発振レーザービームで結晶化させるものである。
【００６９】
図１０において、ガラス基板４０１上に１００nmの酸化窒化珪素膜でなるバリア層４０２が形成されている。その上にある第１半導体領域４０３は、厚さ１００nmのプラズマＣＶＤ法により形成された非晶質珪素膜である。尚、図１０（Ａ）は第１半導体領域４０３の上面図であり、図１０（Ｂ）は基板を含め断面構造を示す図である。この段階では具現化されないが、点線で示すように第１半導体領域４０３の端部に至らない内側にＴＦＴの活性層４０５ａ、４０５ｂが形成されるものである。
【００７０】
シード領域４０４は、第１半導体領域４０３の長手方向に一端に形成され、本実施例の場合、レーザービームの照射によってこの領域で発現する結晶方位が、第１半導体領域４０３の結晶方位とすることができる。
【００７１】
図１１は、連続発振レーザービームによる結晶化の段階を示す図である。レーザービーム４０６の照射面積は、第１半導体領域よりも小さくても良いが、その長手方向が第１半導体領域の短手方向と交差するようにして照射する。ビーム形状は矩形、線形、楕円系など任意なものとすることができるが、いずれにしても図１１で示すように照射して、結晶化が第１半導体領域４０３の一端から他端に成長するようにする。このようなレーザービームの照射は、図５〜図９で示す構成のレーザー処理装置が適用される。光学系にて集光したレーザービームは、中央部と端部で必ずしもエネルギー強度が一定ではないので、第１半導体領域４０３がビームの端部にかからないようにすることが望ましい。
【００７２】
こうして、レーザービーム４０６が照射された領域から結晶化が進み、結晶質半導体４０７を得ることができる。
【００７３】
その後、図１２（Ａ）（Ｂ）で示すように、結晶化された第１半導体領域４０３を写真蝕刻により活性層４０５ａ、４０５ｂとなる所定のパターンにエッチングする。トップゲート型ＴＦＴとするには、活性層４０５ａ、４０５ｂ上にゲート絶縁膜、ゲート電極、一導電型不純物領域を形成してＴＦＴを形成することができる。その後、必要に応じて配線や層間絶縁膜等を形成すれば良い。
【００７４】
ＴＦＴを用いるアクティブマトリクス型表示装置は、その機能的な区分から画素部と駆動回路部とに構成を分けて見ることができる。本実施例で形成される活性層を用いたＴＦＴではそれらを同一基板上に一体形成することが可能である。図１８はＴＦＴ基板１２０１と、レーザービームの照射方向との関係を詳細に示すものである。ＴＦＴ基板１２０１には画素部１２０２、駆動回路部１２０３、１２０４が形成される領域を点線で示している。第１半導体領域はそれぞれの領域に形成されており、この状態における活性層の形成方法を図１８中に挿入してある拡大図１３０４、１３０５、１３０６で示す。
【００７５】
例えば、駆動回路部１２０３は走査線駆動回路を形成する領域であり、その部分拡大図１３０５には活性層１２５８を形成する第１半導体領域１２５１が形成されている。第１半導体領域１２５１の配置は、矢印で示す方向に連続発振レーザービーム１４０５の走査を可能にしている。活性層１２５８の形状は任意なものを適用することができるが、いずれにしてもチャネル長方向とレーザービームの走査方向とを揃えている。
【００７６】
また、駆動回路部１２０３と交差する方向に延設する駆動回路部１２０４はデータ線駆動回路を形成する領域であり、第１半導体領域１２５０が形成されており、そこから形成される活性層１２５７と、レーザービーム１４０４の走査方向を一致させている（拡大図１３０４）。また、画素部１２０２も同様であり、拡大図１３０６に示す如く、第１半導体領域１２５２が形成されており、そこから形成される活性層１２５９と、レーザービーム１４０６の走査方向を一致させている。この配列により、レーザービームは全て同一方向に走査すれば良いので、処理時間をより短縮することが可能である。
【００７７】
このようなレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより単一配向でレーザービームの走査方向に結晶粒が延在する結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１〜２００cm/secとすることによりそれを実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒径化を実現することができる。
【００７８】
[実施例２]
実施例１のレーザービームの走査は一方向のみの走査でなく、往復走査をしても良い。図１３にその態様を示すが、その場合、シード領域４０４ａ、４０４ｂは第１半導体領域４０３の両端に設けても良い。往復走査する場合には１回の走査毎にレーザーエネルギー密度を変え、段階的に結晶成長をさせることも可能である。また、非晶質珪素膜を結晶化させる場合にしばしば必要となる水素出しの処理を兼ねることも可能であり、最初に低エネルギー密度で走査し、水素を放出した後、エネルギー密度を上げて２回目に走査で結晶化を完遂させても良い。このような作製方法によっても同様にレーザービームの走査方向に結晶粒が延在する結晶質半導体膜を得ることができる。
【００７９】
[実施例３]
本実施例は、絶縁表面上に形成された非晶質珪素膜を予め結晶化しておき、さらに連続発振レーザービームにより結晶の大粒径化を図るものである。
【００８０】
図１４（Ａ）に示すように、実施例１と同様にガラス基板５０１上にブロッキング層５０２、非晶質珪素膜５０３を形成する。その上にマスク絶縁膜５０４として１００nmの酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で形成し、開口部５０５を設ける。その後、触媒元素としてＮｉを添加するため、酢酸ニッケル塩が５ppmの水溶液をスピン塗布する。Ｎｉは開口部５０５で非晶珪素膜と接する。この開口部５０５を形成する位置は、後に形成される第１半導体領域のシード領域又はその外側に位置するように形成する。
【００８１】
その後、図１４（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を結晶化させる。結晶化は触媒元素の作用により、開口部５０５から基板表面と平行な方向に成長する。こうして形成された結晶質珪素膜５０７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。
【００８２】
加熱処理が終了したらマスク絶縁膜５０４をエッチング除去することにより図１４（Ｃ）で示すような結晶質珪素膜５０７を得ることができる。
【００８３】
その後、図１５で示すように結晶質珪素膜５０７を写真蝕刻により所定のパターンにエッチングして第１半導体領域５０８を形成する。ＴＦＴの活性層５１０ａ、５１０ｂが形成されるべき領域は第１半導体領域５０８の内側に位置し、図１５で示すように連続発振レーザービーム５０９は一方向に走査する。或いは往復走査する。
【００８４】
このようなレーザービームの照射により結晶質珪素膜は溶融し再結晶化する。この再結晶化に伴って、レーザービームの走査方向に結晶粒が延在する結晶成長が成される。この場合、予め結晶面が揃った結晶質珪素膜が形成されているので、異なる面の結晶の析出や転位の発生を防ぐことができる。以降は、実施例１と同様な処理により、ＴＦＴを形成することができる。
【００８５】
[実施例４]
実施例３と同様に、ガラス基板５０１、ブロッキング層５０２、非晶質珪素膜５０３を形成した後、図１６（Ａ）で示すように全面に触媒元素として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５０６を形成する。
【００８６】
その後、５８０℃、４時間の加熱処理により非晶質珪素膜５０３を結晶化させる。こうして図１６（Ｂ）で示すように、結晶質珪素膜５０７を得ることができる。この結晶質珪素膜５０７も同様に、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。以降は、実施例３と同様に処理すれば良い。
【００８７】
[実施例５]
実施例１で示す結晶化法の形態において、図１９（Ａ）、（Ｂ）で示すように第１半導体領域４０３にキャップ層４０８を設ける。キャップ層４０８は窒化珪素膜よりは酸化珪素膜で形成した方が良い。窒化珪素膜を適用した場合には、第１半導体領域との界面で応力が働き、その応力が強く働く点に結晶核が形成されてしまうからである。従って、キャップ層４０８はＴＥＯＳなど低温で堆積することができる酸化珪素膜が適している。このキャップ層４０８は不純物汚染を防ぐために有効であり、かつレーザービームの照射時に熱放出を抑える効果がある。キャップ層４０８はレーザービームの透過率も考慮しなければいけないので、膜厚は概略５０〜２００nm程度が適当である。キャップ層を設けることにより、高純度でより大粒径の結晶を得ることができる。
【００８８】
図１９は図１１で示す第１半導体領域４０３上にキャップ層４０８を設け、レーザービーム４０９を照射している状態を示している。レーザービーム４０９の照射により第１半導体領域４０３に溶融帯４１０が形成され、それがレーザービーム４０９の走査方向に移動する。溶融帯４１０が移動することにより連続的な結晶成長が成され、結晶質半導体４０７が形成される。結晶化後、キャップ層４０８は除去する。
【００８９】
結晶粒はレーザービームの走査方向に延び、５〜５０μm程度の粒径が得られる。ＴＦＴのチャネル形成領域のサイズはそれ以下とすることが可能であるので、一つの結晶粒の中にチャネル形成領域が設けられ、実質的に単結晶半導体膜でなるＴＦＴを形成することができる。
【００９０】
[実施例６]
実施例５で示すキャップ層の開口部を設け、露出した第１半導体領域に触媒元素を添加して、連続発振レーザービームによる結晶化を行っても良い。図２０（Ａ）、（Ｂ）はガラス基板６０１、ブロッキング層６０２、第１半導体領域６０３、開口部６０５が設けられたキャップ層６０４が形成された状態を示している。
【００９１】
開口部６０５には珪素の結晶化温度を低温化することができる触媒元素としてＮｉが添加され、シリサイド化した領域６０６が形成されている。Ｎｉは蒸着法、スパッタリング法などの堆積法、或いはＮｉ含有水溶液又はアルコール液を塗布して添加すれば良い。そして５５０℃、４時間の熱処理によりシリサイド化することができる。
【００９２】
図２１で示す如く、結晶化は連続発振レーザービーム６０７の照射は、開口部６０５の形成された部位から行い、当該レーザービームの照射部に生成される溶融帯６０９が通過した後に結晶質半導体が形成される。その際に、溶融帯のＮｉ濃度を一定に保つために、開口部６０５の幅は第１半導体領域６０３お幅と同程度にする。それにより、溶融帯のＮｉ原子の固溶度が保たれ、溶融帯から一定量の珪素原子が掃き出される。その結果、双晶などが発生しにくく実質的な単結晶を生成することができる。
【００９３】
[実施例７]
実施例３、実施例４、実施例６において、結晶質珪素膜５０７を形成した後、膜中に１０19/cm3以上の濃度で残存する触媒元素をゲッタリングにより除去する工程を加えても良い。
【００９４】
図１７で示すように、結晶質珪素膜５０７上に、薄い酸化珪素膜で成るバリア層５１１を形成し、その上にゲッタリングサイト５１２としてアルゴンが１×１０20/cm3〜１×１０21/cm3添加された非晶質珪素膜を形成する。
【００９５】
その後、ファーネスアニール炉による６００℃、１２時間の加熱処理、又はランプ光又は加熱された気体を加熱手段とするＲＴＡにより６５０〜８００℃、３０〜６０分の加熱処理により、触媒元素として添加されているＮｉをゲッタリングサイト５１２に偏析させることができる。この処理により、結晶質珪素膜５０７の触媒元素濃度は１０17/cm3以下とすることができる。
【００９６】
[実施例８]
実施例１乃至実施例７のいずれかに従い、連続発振レーザービームにより結晶化された第１半導体領域に対し、実施例５で説明したゲッタリング処理を行うことができる。ゲッタリングの方法は実施例５と同様に行えば良い。ゲッタリング処理を行うことで、結晶化に際して混入し偏析した金属不純物を除去することができる。
【００９７】
[実施例９]
本発明は、ゲート電極が基板と半導体膜の間に配置されるボトムゲート型のＴＦＴの作製工程にも適用できる。図２２（Ａ）、（Ｂ）で示すように基板２０１上にＭｏ又はＣｒで形成されたゲート電極２０２が形成され、窒化珪素膜及び酸化珪素膜を積層したゲート絶縁膜２０３が形成されている。その上に、非晶質珪素膜で形成された第１半導体領域２０４が形成されており、レーザービーム２１０の照射により溶融帯２１１が走査した後に結晶化領域２０５が形成される。
【００９８】
その後、図２３で示すように第１半導体領域を結晶化した後は、そこから第２半導体領域２０６を形成し、ソース及びドレイン領域２１８の形成、酸化珪素膜２１３、窒化珪素膜２１４によるパッシベーション膜、無機又は有機絶縁材料による平坦化膜２１５、配線２１６を形成してボトムゲート型ＴＦＴを形成することができる。本実施例における第１半導体領域の形成は、実施例１乃至実施例７を組み合わせて実施することができる。
【００９９】
[実施例１０]
本実施例では、実施例１乃至実施例７により作製される活性層を用いて、ＣＭＯＳ型のＴＦＴを作製する一例について、図２４を参照して説明する。
【０１００】
図２４（Ａ）はガラス基板７０１、ブロッキング層７０２が形成された上に活性層７０３ａ、７０３ｂ、ゲート絶縁膜７０４、ゲート電極７０５ａ、７０５ｂが形成された状態を示している。ゲート絶縁膜７０４はゲート絶縁膜９０７はプラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を反応ガスとして酸化窒化珪素膜で形成し、８０nmの厚さとする。第２半導体領域７０５ａ、７０５ｂは、結晶の配向率が高いため、その上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができ、それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。また、ゲート電極を形成する材料としては、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性材料又はこれらの合金を適用し、４００nmの厚さに形成する。Ａｌをゲート電極とし、その表面を陽極酸化により酸化膜を形成して安定化しても良い。
【０１０１】
図２４（Ｂ）は不純物領域の形成であり、イオンドーピング法により、ｎチャネル型ＴＦＴに対するソース又はドレイン領域７０６、ＬＤＤ領域７０７、及びｐチャネル型ＴＦＴに対するソース又はドレイン領域７０８を形成する。
【０１０２】
イオンドーピングにより、不純物元素を注入した領域は結晶性が破壊され、非晶質化する。結晶性の回復と、不純物元素の活性化による低抵抗化を実現するために、レーザービームの照射を行う。このレーザービームの照射による活性化は本発明のレーザー処理装置によって行うことができる。また、パルス発振のエキシマレーザービームを照射して活性化処理を行うこともできる。活性化処理は、水素雰囲気（還元雰囲気）中でレーザー照射を行って水素化を兼ねておこなっても良い。
【０１０３】
その後、図２４（Ｃ）に示すように窒化珪素膜又は酸化珪素膜で第１層間絶縁膜７１０を形成する。さらに第２層間絶縁膜７１１を有機樹脂材料、誘電率４以下の低誘電率材料を用いて形成する。有機樹脂材料としてはアクリル、ポリイミドなどを適用することができる。低誘電率材料としては、ＳｉＯＦ、poly-arylethers、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、フッ化ポリイミド、ａ−ＣＦなどを適用することができる。次いで、各半導体層の不純物領域に達するコンタクトホールを形成し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａなどを用いて配線７１２、７１３を形成する。さらに、窒化珪素膜でパッシベーション膜７１４を形成する。
【０１０４】
こうしてｎチャネル型ＴＦＴ７５０とｐチャネル型ＴＦＴ７６０を形成することができる。ここではそれぞれのＴＦＴを単体として示しているが、これらのＴＦＴを使ってＣＭＯＳ回路やＮＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路を形成することができる。本発明により形成される第２半導体領域はチャネル長方向と平行に結晶成長が成されるので、実質的にキャリアが横切る結晶粒界が無くなり、高い電界効果移動度を得ることができる。こうして作製されるＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置や発光素子を用いた表示装置を作製するためのＴＦＴとして、また、ガラス基板上にメモリやマイクロプロセッサを形成するためのＴＦＴとして用いることができる。
【０１０５】
[実施例１１]
実施例１０と同様に作製されるＴＦＴを用いてアクティブマトリクス駆動型の表示装置を実現するためのＴＦＴ基板（ＴＦＴが形成された基板）の構成例を図２５を参照して説明する。図２５では、ｎチャネル型ＴＦＴ８０１、ｐチャネル型ＴＦＴ８０２、ｎチャネル型ＴＦＴ８０３を有する駆動回路部８０６と、ｎチャネル型ＴＦＴ８０４、容量素子８０５とを有する画素部８０７が同一基板上に形成されている断面図を示している。また、図２６はその上面図を示し、Ｂ−Ｂ'に従う断面構造が図２５に相当する。ここでは図２５と図２６において便宜上同じ符号を付与している。
【０１０６】
駆動回路部８０６のｎチャネル型ＴＦＴ８０１は実施例１０において図２４（Ｃ）で説明したｎチャネル型ＴＦＴ７５０にゲート電極とオーバーラップするＬＤＤが設けられた構造であり、ホットキャリア効果による劣化を抑制する構造となっている。ｐチャネル型ＴＦＴ８０２は同様にｐチャネル型ＴＦＴ７６０と同様な形態であり、シングルドレイン構造となっている。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。また、ｎチャネル型ＴＦＴ８０３は図２４（Ｃ）で示すｎチャネル型ＴＦＴ７５０と同様にＬＤＤ構造であり、オフ電流を低減してサンプリング回路に適した構造を適用している。
【０１０７】
これらのＴＦＴにおけるチャネル形成領域やＬＤＤ領域などの不純物領域が形成される第２半導体領域は、実施例１乃至実施例８で示す方法を適宜組み合わせて形成される第２半導体領域をもって形成されるものである。第２半導体領域はチャネル長方向に向かって（或いは、基板と平行な方向であり、かつチャネル長方向に向かって）結晶成長されていることにより、キャリアが結晶粒界を横切る確率が非常に低減する。それにより、高い電界効果移動度を得ることができ、高い電流駆動能力と高速動作を可能にする。尚、８１４〜８１６は各ＴＦＴのソース又はドレインと接続する配線である。
【０１０８】
画素部８０７のｎチャネル型ＴＦＴ８０４は半導体領域８２０を活性層として形成され、ＬＤＤ構造のＴＦＴが直列接続された構造であり、一方は接続配線８１１を介してデータ線８１０に接続されている。他方は画素電極に接続されている。また、ゲート線８１２はゲート電極８２４と電気的に接続されている。また、容量素子８０５の一方の電極として機能する半導体領域８２１には硼素が添加されたが形成されている。容量素子８０５は、絶縁膜８２３（ゲート絶縁膜と同一膜）を誘電体として、電極８２２と半導体領域８２１とで形成されている。尚、半導体領域８２０、８２１は実施例１〜８により作製される第２半導体領域に相当するものである。
【０１０９】
これらのＴＦＴは、チャネル形成領域や不純物領域を形成する第２半導体領域の配向率が高く、平坦であるためその上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができる。それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。その結果、低電圧でＴＦＴを駆動することが可能であり、消費電力を低減する利点がある。また、表面が平坦化されている為、電界が凸部に集中しないことにより、特にドレイン端において発生するホットキャリア効果に起因する劣化を抑制することが可能となる。また、ソースとドレイン間を流れるキャリアの濃度分布はゲート絶縁膜との界面近傍において高くなるが、平滑化されているためキャリアが散乱されることなくスムーズに移動することができ、電界効果移動度を高めることができる。
【０１１０】
このようなＴＦＴ基板から液晶表示装置を作製するためには、共通電極が形成された対向基板を３〜８μm程度の間隔をもって設け、その間に配向膜、液晶層を形成すれば良い。これらは公知の技術を適用することができる。また、ここでは各ＴＦＴをトップゲート型の構造で示したが、実施例９で示すボトムゲート型ＴＦＴによりＴＦＴ基板を構成することもできる。
【０１１１】
図２７はそのようなアクティブマトリクス基板の回路構成を示している。画素部９０１のＴＦＴ９００を駆動する駆動回路部はデータ線駆動回路９０２、走査線駆動回路９０３であり、必要に応じてシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などが配置されている。この場合、走査線駆動回路９０２は映像信号を送り出すものであり、コントローラ９０４からの映像信号と、タイミングジェネレータ９０７からの走査線駆動回路用タイミング信号が入力される。データ線駆動回路９０３にはタイミングジェネレータ９０７からのデータ線駆動回路用タイミング信号が入力され、走査線に信号を出力する。マイクロプロセッサ９０６はコントローラ９０４の制御や、メモリ９０５への映像信号などのデータの書き込み、外部インターフェース９０８からの入出力、これらシステム全体の動作管理などを行う。
【０１１２】
これらの回路を構成するためのＴＦＴは本実施例で示すような構成のＴＦＴで形成することが可能である。ＴＦＴのチャネル形成領域を形成する第２半導体領域を実質的に単結晶と見なせる領域とすることにより、ＴＦＴの特性を向上させ、様々な機能回路をガラスなどの基板上に形成することができる。
【０１１３】
[実施例１２]
ＴＦＴ基板を用いた他の実施例として、発光素子を用いた半導体装置の一例を図面を参照して説明する。図２８は各画素毎にＴＦＴを配置して形成される表示装置の画素構造を上面図で示している。尚、図２８において示すｎチャネル型ＴＦＴ２１００、２１０２及びｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は実施例９と同様の構成であり、本実施例では詳細な説明は省略する。
【０１１４】
図２８（Ａ）は基板２００１上にブロッキング層２００２を介してｎチャネル型ＴＦＴ２１００とｐチャネル型ＴＦＴ２１０１が画素に形成された構成を示している。この場合、ｎチャネル型ＴＦＴ２１００はスイッチング用ＴＦＴであり、ｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は電流制御用ＴＦＴであり、そのドレイン側は発光素子２１０５の一方の電極と接続している。ｐチャネル型ＴＦＴ２１０２は発光素子に流す電流を制御する動作を目的としている。勿論、一つの画素に設けるＴＦＴの数に限定はなく、表示装置の駆動方式に従い適切な回路構成とすることが可能である。
【０１１５】
図２８（Ａ）に示す発光素子２１０５は、陽極層２０１１、発光体を含む有機化合物層２０１２、陰極層２０１３から成り、その上にパッシベーション層２０１４が形成されている。有機化合物層は、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含んでいる。
【０１１６】
陽極を形成する材料は酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料を用い、陰極にはＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される仕事関数の低い材料を用いる。また、１〜２０nmの薄いフッ化リチウム層とＡｌs層との組み合わせ、薄いセシウム層とＡｌ層との組み合わせによって陰極を構成しても良い。陽極はｐチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側の配線２０１０と接続しており、陽極２０１１の端部を覆うように隔壁層２００３が形成されている。
【０１１７】
発光素子２１０５上にはパッシベーション膜２０１４が形成されている。パッシベーション層２０１４には窒化珪素、酸窒化珪素、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）など酸素や水蒸気に対しバリア性の高い材料を用いて形成する。このような構成により発光素子の発する光は陽極側から放射される構成となる。
【０１１８】
一方、図２８（Ｂ）は基板２００１上にブロッキング層２００２を介してｎチャネル型ＴＦＴ２１００とｎチャネル型ＴＦＴ２１０２が画素に形成された構成を示している。この場合、ｎチャネル型ＴＦＴ２１００はスイッチング用ＴＦＴであり、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２は電流制御用ＴＦＴであり、そのドレイン側は発光素子２１０６の一方の電極と接続している。
【０１１９】
発光素子２１０６は、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側に接続する配線２０１５上に陽極材料として酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料の膜を形成している。
【０１２０】
陰極の構成は、１〜２nmの低仕事関数の材料で形成される第１陰極層２０１８と、陰極層２０１８上に形成され、陰極の低抵抗化を図るために設ける第２陰極層２０１９とで形成される。第１陰極層２０１８はセシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの他にＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される。第２陰極層２０１９は、１０〜２０nmのＡｌ、Ａｇなどの金属材料又は、１０〜１００nmの酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの透明導電膜で形成される。発光素子２１０６上にはパッシベーション膜２０２０が形成されている。このような構成により発光素子の発する光は陰極側から放射される構成となる。
【０１２１】
また、図２８（Ｂ）における発光素子２１０６の他の形態として、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側に接続する配線２０１５上に陰極材料としてセシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの他にＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物から成る陰極層２０１６、有機化合物層２０１７、１〜２nm程度の薄い第１陽極層２０１８、透明導電膜で形成される第２陽極層２０１９とした構成とすることもできる。第１陽極層はニッケル、白金、鉛などの仕事関数の高い材料を真空蒸着法で形成する。
【０１２２】
以上のようにしてアクティブマトリクス駆動の発光素子を用いた半導体装置を作製することができる。これらのＴＦＴは、チャネル形成領域や不純物領域を形成する第２半導体領域の配向率が高く、平坦であるためその上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができる。それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。その結果、低電圧でＴＦＴを駆動することが可能であり、消費電力を低減する利点がある。この表示装置においては、発光素子に接続する電流制御用にＴＦＴに高い電流駆動能力が要求されるので、その用途に適している。また、ここでは示さないが、画素部の周辺に駆動回路部を設ける構成は実施例１１と同様にすれば良い。また、ここでは各ＴＦＴをトップゲート型の構造で示したが、実施例９で示すボトムゲート型ＴＦＴにより発光素子を用いた半導体装置を構成することもできる。
【０１２３】
[実施例１３]
図２９（Ａ）で示すように基板４０１、ブロッキング層４０２、第１半導体領域４０３が形成された状態で、雰囲気を酸化性雰囲気として１回目のレーザービームの照射を行う。雰囲気の制御は基板全体を雰囲気制御された反応室に保持して行っても良いし、図２９（Ａ）で示すように、気体噴出手段４５０を連続発振レーザービーム４５２の照射面直上又は近傍に設け、そこから酸化性気体を噴出させて行っても可能である。レーザービームの照射面における形状は楕円形状とする。連続発振レーザービーム４５２の照射により溶融帯４１０が形成され、それが走査された後に結晶質半導体が形成される点は同様である。結晶化された第１半導体領域表面は、溶融結晶化に伴う凹凸や、レーザービームのエネルギー分布による凹凸が形成される。また、酸化性雰囲気により酸化膜４５１が形成されている。しかしながら、酸化性雰囲気中でレーザービームを照射して結晶化することにより、結晶の大粒径化を図ることができる。
【０１２４】
その後、図２９（Ｂ）で示すように酸化膜４５１は純水で希釈されたフッ酸又は緩衝フッ酸溶液でエッチングして除去する。
【０１２５】
次いで、雰囲気を不活性気体又は減圧下（非酸化性雰囲気）として２回目のレーザービームの照射を行う。不活性気体としては窒素又はアルゴンなどの希ガスが適用される。また、減圧下としては、１００１．３×１０4Pa〜０．１パPa程度とすれば良い。図２９（Ｃ）はその工程を示し、気体噴出手段４５０から窒素を噴出させ、レーザービーム照射面の雰囲気を置換している。この場合におけるレーザービーム４５３は同様に連続発振レーザービームでも良いし、波長４００nm以下のパルス発振するエキシマレーザービームを照射しても良い。この処理により、結晶化された第１半導体領域４０７の表面を平坦にすることができる。以降は実施例１と同様にして、図１２で示す如く第２半導体領域４０５を形成する。平坦化により、ＴＦＴを形成した場合において、電界の集中を緩和して信頼性を向上させることができる。
【０１２６】
[実施例１４]
図３０は本発明を用いて作製されるＴＦＴの一態様を示す図であり、基板３００１上に実施例１〜８に基づいて作製される第２半導体領域３００４を挟む形で第１ゲート電極３００２、第２ゲート電極３００７が形成されている構成を示している。ゲート絶縁膜３００３、３００６は酸化珪素、窒化珪素などを適宜組み合わせて形成する。その膜厚は誘電率を考慮して決められるものであるが２０〜２００nm程度とする。
【０１２７】
第２半導体領域３００４に形成される不純物領域３００５はソース又はドレイン領域を形成するものであり、濃度勾配を設けてＬＤＤ領域を形成しても良い。その他の、パッシベーション膜３００８、層間絶縁膜３００９、配線３０１０が形成されていても良い。
【０１２８】
それぞれのゲート電極に印加する電圧は、同じ電圧を印加しても良いし、一方を固定電位としても良い。同じ電圧を印加すると実質的にチャネル形成領域が２つできることになり、オン電流を増加させることができる。また、サブスレッショルド係数（Ｓ値）を０．２以下に小さくすることができる。また、一方を固定電位とした場合には、絶縁膜中の電荷を固定してしきい値電圧の変動を防止することができる。これは多数のＴＦＴを形成した場合において、素子間のバラツキを小さくする効果もある。このような効果は、本発明で得られる結晶質半導体を用いた場合においてより顕著にその効果を発揮することができる。
【０１２９】
[実施例１５]
実施例１〜１４により作製される半導体装置は様々な半導体装置に適用が可能である。このような半導体装置には、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２７〜図２９に示す。
【０１３０】
図３１(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基板は表示部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。
【０１３１】
図３０(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基板は表示部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。
【０１３２】
図３１(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基板は表示部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。
【０１３３】
図３１(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基板は表示部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。
【０１３４】
図３１(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基板は表示部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。
【０１３５】
図３１(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基板は表示部(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。
【０１３６】
図３１(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基板は表示部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。
【０１３７】
図３１（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３１（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。
【０１３８】
尚、図３２（Ｃ）は、図３２（Ａ）及び図３２（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３２（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。
【０１３９】
また、図３２（Ｄ）は、図３２（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３２（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。
【０１４０】
図３３は電子書籍であり、本体３１０１、表示部Ａ３１０２、表示部Ｂ３１０３、記憶媒体３１０４、操作スイッチ３１０５、アンテナ３１０６等により構成されている。表示部Ｂ３１０３は電子インクディスプレイを適用することも可能であり、本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部Ａ３１０２、表示部Ｂ３１０３の駆動回路及び画素部を形成することが可能であり、本発明により電子書籍を完成させることができる。
【０１４１】
尚、ここで例示する電子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ことを付記する。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１半導体領域の側面を概略垂直にして、その側端部より連続発振レーザービームの走査方向とＴＦＴにおけるチャネル長方向とを概略一致させることにより、｛１００｝面に配向した結晶質半導体膜を形成するこができる。このような結晶質半導体膜を用いることにより、電界効果移動度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体装置の作製方法の概念を説明する図。
【図２】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する図。
【図３】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する図。
【図４】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する図。
【図５】 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（上面図）。
【図６】 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（側面図）。
【図７】 本発明の結晶化方法の概念を説明する図。
【図８】 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９】 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１０】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１１】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１２】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１３】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１４】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１５】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１６】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１７】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１８】 ＴＦＴ基板の構成と、ＴＦＴを構成する半導体領域の配置とレーザービームの走査方向の関係を説明する図。
【図１９】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図２０】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図２１】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図２２】 ボトムゲート型のＴＦＴに対応する活性層の作製工程を説明する断面図。
【図２３】 ボトムゲート型のＴＦＴに対応する活性層の作製工程を説明する断面図。
【図２４】 ＣＭＯＳ構造のＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図２５】 ＴＦＴ基板の構成を示す断面図。
【図２６】 ＴＦＴ基板の構成を示す上面図。
【図２７】 ＴＦＴ基板の回路構成の一例を示すブロック図。
【図２８】 発光素子を設けた半導体装置の画素の構成を示す断面図。
【図２９】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図３０】 本発明により作製されるＴＦＴの一形態を示す図。
【図３１】 半導体装置の一例を示す図。
【図３２】 半導体装置の一例を示す図。
【図３３】 半導体装置の一例を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザービームを用いたアニール工程を有する半導体装置の作製方法に関する。特に、非晶質半導体膜をレーザービームにより結晶化する工程を有する技術に関する。
【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、レーザーアニールにより結晶化させる技術が開発されている。レーザーアニールとは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術、又は基板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（結晶質半導体膜）の結晶性を向上させる技術を指している。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】
従来のレーザーアニール法の一例は特開平２−１８１４１９号公報に開示されているように、被照射物の全面にレーザービームが均一照射する方法や、特開昭６２−１０４１１７号公報に開示のスポット状のビームを走査する方法や、或いは特開平８−１９５３５７号公報に開示の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していた。
【０００４】
上記特開昭６２−１０４１１７号公報においては、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技術が開示されている。また、米国特許4,330,363号には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技術が開示されている。
【０００５】
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、レーザービームが照射されそのレーザービームのエネルギーを吸収する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、エキシマレーザーを用いたレーザーアニール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。
【０００６】
近年におけるレーザーアニールの積極的な活用は、ガラス基板上への多結晶珪素膜の形成にあり、このプロセスは液晶表示装置のスイッチング素子として用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製に応用されている。エキシマレーザーを使うと半導体膜が形成された領域しか熱的な影響を与えないため、安価なガラス基板を用いることが可能となっている。
【０００７】
レーザーアニールによって結晶化した多結晶珪素膜で作製されるＴＦＴは比較的高い周波数で駆動できるので、画素に設けるスイッチング素子のみでなく、駆動回路をガラス基板上に形成することも可能となっている。パターンのデザインルールは５〜２０μm程度であり、駆動回路及び画素部にそれぞれ１０6〜１０7個程度のＴＦＴがガラス基板上に作り込まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーアニールよる非晶質珪素膜の結晶化は、溶融−固化の過程を経て成されるが、詳細には結晶核の生成とその核からの結晶成長との段階に分けて考えられている。しかしながら、パルスレーザービームを用いたレーザーアニールは、結晶核の生成位置と生成密度を制御することができず、自然発生する結晶核を利用して結晶化を行っている。従って、結晶粒はガラス基板の面内で任意の位置に形成され、そのサイズも０．２〜０．５μm程度と小さなものしか得られていない。
【０００９】
通常、結晶粒界には多数の欠陥が生成されるので、それがＴＦＴの電界効果移動度を制限する要因であると考えられている。また、任意に発生する結晶核に依存することにより、結晶方位も無作為なものとなり、配向の揃った結晶質半導体を得ることができない。
【００１０】
非溶融領域に形成されると言われるパルスレーザーアニールでは、結晶核に起因する結晶成長が支配的となり、結晶の大粒径化を実現することができない。具体的には、ＴＦＴのチャネル領域に結晶粒界の存在しないような、素子レベルで見て実質的に単結晶と見なせる結晶を形成することはできない。結晶粒界に限らず、生成される欠陥又は転位は、結晶化に伴う緻密化により膜の体積が収縮することで発生する。
【００１１】
一方、連続発振レーザービームを走査して溶融−固化させながら結晶化する方法は、ゾーンメルティング法に近い方法であると考えられ、連続的な結晶成長により大粒径化が可能であると考えられている。しかし、最初に結晶化される種となる領域の結晶性により、得られる結晶の品質は依存してしまうことが問題である。具体的には、偶発的に発生する結晶核を期待して結晶成長が成されている。
【００１２】
連続発振レーザービームによる結晶化は連続的な結晶成長を可能にするが、パルスレーザービームより長い時間溶融状態を経るのでその間に外部から不純物が取り込まれる割合が増加する。それが結晶中で偏析することにより、不純物に起因する欠陥が形成され、結局結晶の品質は悪化してしまうことが問題となる。
【００１３】
本発明は、上記問題点を鑑みなされたものであり、結晶方位を制御して、配向の揃った結晶質半導体膜を形成すると共に、不純物の濃が低減された結晶質半導体膜を得る技術を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明の半導体装置の作製方法は、珪素の酸化物又は窒化物又はそれらの混合体、或いは、アルミニウムの酸化物又は窒化物又はそれらの混合体で形成される絶縁表面上に、非晶質半導体で成る第１半導体領域を形成し、第１半導体領域の一端部から他端部に向けて連続発振レーザービームを走査して、第１半導体領域を一旦溶融させて（１００）面の配向率が７０％以上である結晶質半導体を形成し、その後、ＴＦＴの活性層を形成するために第１半導体領域をエッチングして第２半導体領域を形成するものである。
【００１５】
第１半導体領域は、絶縁表面上に形成された非晶質半導体膜をエッチングして所定のパターンに形成したものが適用される。即ち、非晶質半導体で形成すれば良い。他の形態として、予め結晶化されているものを適用することも可能である。第１半導体領域の一端部の側面は、絶縁表面に対し概略垂直とする。具体的には９０±１０度の角度をもって形成する。写真蝕刻により第１半導体領域の内側領域に形成される第２半導体領域をもってＴＦＴの活性層を形成する。第２半導体領域のパターンは、ＴＦＴにおける電界効果移動度を向上させるために、レーザービームの走査方向とチャネル長方向とを概略一致させる。
【００１６】
レーザービームは、第１半導体領域の当該一端部から他端部に向けて、また、当該他端部から一端部に向けて、同じ領域を重畳するように連続発振レーザービームを走査して、当該第１半導体領域を結晶化させても良い。同じ領域を複数回照射することで、結晶化率を高めることができる。レーザービームの照射面における形状は、楕円形、長円形、矩形、四角形、線状形状、円形など特に限定されるものではないが、好適には楕円形又は長円形又は矩形とすることが望ましい。
【００１７】
また、ビームプロファイルが均一でない場合において、レーザービームを重畳させながらずらすことにより、半導体領域へ照射する実効エネルギーが平均化して結晶性を均質化する。一回のレーザービームの走査で第１半導体領域の全面を結晶化できない場合には、当該レーザービームを１０〜９０％の割合で重畳させて走査しても良い。
【００１８】
第１半導体領域の形状は矩形、多角形、四角形、円形など任意なものが適用できる。特定の結晶面を選択的に成長させるには、第１半導体領域の一端部を鋭角とするか又は突出部を設け、レーザービームをこの一端部から照射する。その理由は、生成する結晶核の数を減らし、一つの結晶核のみを優先的に成長させる為である。この領域をシード領域とも呼ぶ。シード領域は第１半導体領域に一端部におる領域であり、複数の結晶核が自然発生するのを防ぐために突出部の幅は１〜５μmとする。
【００１９】
ＭＯＳ(Metal-Oxide-Semiconductor)電界効果トランジスタにおいては、ゲート絶縁膜を形成する酸化膜界面の界面準位密度が最小となる｛１００｝面の結晶珪素が用いられている。ＴＦＴでも同様に｛１００｝面の結晶を選択することで電界効果移動度を向上させることが期待できる。本発明における｛１００｝面の結晶を選択的に成長させるための手段は、図７に示すように、基板１５０の絶縁表面に対し、第１半導体領域１５１の側面を概略垂直とする。具体的には９０±１０度、好ましくは９０±５度とする。それにより結晶成長に際し拘束力を与え、｛１００｝面の結晶成長を支配的とすることが可能となる。連続発振レーザービーム１５２の照射領域には溶融帯１５４が形成され、それが通過して固化した領域が結晶化して結晶質半導体１５３が形成される。
【００２０】
第１半導体領域は非晶質半導体で形成し、連続発振レーザービームにより結晶化させる。また、非晶質半導体を固相成長で結晶化させた結晶質半導体で形成しても良い。非晶質半導体膜としては、非晶質珪素膜、非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質炭化珪素膜などを適用することができる。この場合も連続発振レーザービームを照射して再結晶化することにより結晶方位の揃った大粒径の結晶を成長することができる。
【００２１】
連続発振レーザービームの照射による結晶化において、その雰囲気は空気中、酸化雰囲気中、還元雰囲気中、不活性気体中、減圧下のいずれも可能である。結晶の大粒径化を容易とするためには空気中又は酸化性雰囲気中など酸素含有雰囲気で行うことが望ましい。また、結晶化に伴う表面の凹凸化は、酸素含有雰囲気中での連続発振レーザービーム照射と、その後、半導体表面の酸化膜を除去して不活性雰囲気又は減圧下でのレーザービームの照射とを組み合わせて行う。この組み合わせにおいて、２回目のレーザービームの照射は半導体表面の平坦化を目的としたものである。
【００２２】
非晶質半導体膜が結晶化に伴って緻密化し膜は収縮する。これにより島状に分割形成されている第１半導体領域の外周部に歪み領域が形成される。この歪み領域には結晶欠陥が生成され、それがＴＦＴのオフ電流を増加させるなど好ましくない要因となっている。従って、ＴＦＴの活性層を形成する第２半導体領域は、第１半導体領域の端部に至らない内側に形成する。
【００２３】
第１半導体領域を結晶質半導体膜で形成する場合には、絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、珪素の結晶化温度を低温化させる触媒元素を添加した後、加熱処理により当該非晶質半導体膜を結晶化させて結晶質半導体膜を形成する。その後、結晶質半導体膜をエッチングして前記第１半導体領域を形成しても良い。
【００２４】
適用される触媒元素としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種又は複数種を用いる。また、非晶質半導体膜の厚さは１０nm乃至２００nmで形成する。非晶質珪素膜に当該金属元素を添加して加熱処理を施すことにより、珪素と当該金属元素との化合物（シリサイド化物）を形成し、それが拡散することにより結晶化が進行する。
【００２５】
触媒元素を用いた結晶化法において、非晶質半導体膜に特定元素が０．１〜５原子％程度の割合で添加されていても良い。特定元素としては、４配位の半金属又は半導体の内、珪素よりも原子半径の大きな元素であり、代表的にはゲルマニウムが適用される。非晶質珪素膜に添加したゲルマニウムは化合物（シリサイド化物）と反応せず、その周囲に存在することにより局所的な歪みを生じさせる。この歪みは核生成の臨界半径を大きくする方向に作用して、核生成密度を低減させると共に、結晶の配向を制限する効力を持つ。
【００２６】
結晶質半導体膜において、結晶化に用いた触媒元素、又は溶融状態を経ることにより外部から取り込まれた不純物を除去する手段として、ゲッタリング処理を適用することができる。歪み場を形成するゲッタリングサイト（不純物を偏析させる領域）は、リン又はアルゴン等の周期律１８族元素が添加された非晶質半導体又は結晶質半導体が適している。ゲッタリング処理により、上述の触媒元素、又は結晶化の過程で混入したその他の金属元素を除去することができ、不純物に起因する欠陥密度を低減することができる。
【００２７】
上記発明の構成において、絶縁表面を形成する基板は、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に代表される無アルカリガラス、石英、酸化珪素など絶縁膜が形成されたシリコンウエハーなどの半導体基板を適用することができる。
【００２８】
結晶化に用いるレーザービームを放射するレーザー発振装置には、気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置が適用され、特に連続発振可能なレーザー発振装置を適用する。連続発振の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が適用される。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。非晶質半導体膜を結晶化させるためにはレーザービームを半導体膜で選択的に吸収させるために、可視域から紫外域の波長のレーザービームを適用し、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。代表的には、非晶質半導体膜の結晶化に際して、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。その他に、アルゴンレーザー、クリプトンレーザーなどの気体レーザー発振装置を適用することもできる。
【００２９】
いずれにしても、半導体膜の吸収係数との関係から、連続発振レーザービームの波長は、４００nm乃至７００nmであることが望ましい。それよりも長波長領域の光では、半導体の吸収係数が小さく、溶融させるためにパワー密度を高めると、基板まで熱的なダメージを受けてしまう。また、それよりも短波長領域の光では、半導体の表面で殆どが吸収され内部から加熱することが出来ないので、表面状態の影響を受けて無作為な結晶成長が支配的となってしまう。
【００３０】
固体レーザー発振装置から放射されるレーザービームはコヒーレント性が強く照射面において干渉が発生してしまうので、これを打ち消す手段として、異なるレーザー発振装置から放射される複数のレーザービームを照射部において重ね合わせる構成とする。このような構成とすることにより、干渉を除去するばかりでなく、照射部における実質的なエネルギー密度を増加させることができる。また、他の手段として、異なるレーザー発振装置から放射される複数のレーザービームを、光学系の途中で同一の光軸に重ね合わせた構成としても良い。
【００３１】
上記干渉を除去する手段を設けたレーザー処理装置の構成としては、ｎ（ｎ＝自然数）個の光学系を有し、第ｎの光学系は、第ｎのレーザー発振装置と、第ｎのＹ軸方向にレーザービームを操作する偏向手段と、第ｎのＸ軸方向にレーザービームを走査する偏向手段と、第ｎのｆθレンズと、から成り、ｎ個の光学系により集光され偏向されたｎ本のレーザービームは、被処理物の概略同一位置に照射する構成をもって実現することができる。偏向手段としてはガルバノミラーを適用することができる。
【００３２】
上記レーザー処理装置の構成により、半導体を溶融させるのに十分なエネルギー密度のレーザービームを、照射部において干渉を生じさせることなく照射することができ、偏向手段によりレーザービームの位置を制御して走査することにより、大面積基板であっても半導体領域が形成された特定領域のみを処理することができる。よって、結晶化工程におけるスループットを向上させることができる。
【００３３】
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。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の態様を明する。図１（Ａ）において示す斜視図は、基板１０１上にブロッキング層１０２、第１半導体領域１０３が形成されている状態を示している。ブロッキング層１０２は酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素などの絶縁体で形成され、それにより絶縁表面が形成される。半導体領域を形成する材料は、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が適用される。この中で最も適した材料は珪素である。第１半導体領域１０３の端部は、基板１０１或いはブロッキング層１０２により形成される絶縁表面に対し概略垂直となるように形成する。具体的には、９０±１０度、好ましくは９０±５度とする。
【００３５】
第１半導体領域１０３からは、点線で示す位置にＴＦＴの活性層１０４が形成される。活性層１０４形成領域は、半導体領域１０３の端部に至らない内側に形成する。尚、ここで活性層とは、ＴＦＴのチャネル形成領域と、ソース又はドレイン領域などのように価電子制御された不純物領域を含んでいう。
【００３６】
レーザービーム１０５は半導体領域１０３に対して一方向に走査して結晶化させる。又は、最初に走査した方向と平行にして往復走査しても良い。適用されるレーザービームは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から放射されるレーザービームの第２高調波であり、ドーパントにＮｄを使っている場合にはＹＶＯ4において５３２nmの波長が得られる。勿論、波長はこの値に限定されるものではなく、第１半導体領域を形成する材料の吸収係数を考慮して決めることになる。
【００３７】
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。可視光に対して透明なガラス基板上に３０〜２００nmの厚さをもって非晶質珪素膜で形成される第１半導体領域に対し波長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することができる。
【００３８】
具体的には、非晶質珪素膜で形成される第１半導体領域１０３の５３２nmに対する光に侵入長は概略１００nm〜１０００nmであり、膜厚３０nm〜２００nmで形成される第１半導体領域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。
【００３９】
レーザービームの照射方法は図１（Ａ）で示すように基板１０１に対して第１半導体領域１０３が形成された側からでも良いし、ガラス又は石英から成る基板が適用されている場合には基板１０１側から照射しても良い。また、レーザービームの照射面における形状は、楕円形、矩形など特に制限されるものはないが、好ましくは楕円形又は細長い矩形状とし、その短手方向にレーザービームを走査する。島状に分割形成された第１半導体領域１０３の一辺の長さよりも長いことが望ましいが、一回のレーザービームの走査で第１半導体領域の全面を結晶化できない場合には、当該レーザービームを１０〜９０％の割合で重畳させて走査しても良い。
【００４０】
非晶質半導体膜が結晶化することによって、含有する水素の放出や、原子の再配列による緻密化が起こり体積の収縮が発生する。従って、非晶質領域と結晶領域の界面では、格子連続性も確保されず、歪みが生じることになる。図１（Ａ）の様に第１半導体領域１０３の結晶化領域１０６の内側にＴＦＴの活性層１０４を形成することは、この歪み領域を除去することでもある。
【００４１】
図１（Ａ）で示す第１半導体領域１０３の特徴的な形状は、角部にシード領域１０７が設けられたものであり、この部分からレーザービームを照射することにより、単一の結晶方位をもった半導体領域を形成することができる。結晶成長は、シード領域１０７に最初に形成される結晶、又は予め形成されている結晶を基に発生する。このシード領域にある結晶を種結晶と呼ぶが、これは偶発的に形成される結晶であっても良いし、触媒元素又は特定の元素を添加して意図的に結晶方位が定められた結晶を適用しても良い。
【００４２】
触媒元素を用いた非晶質半導体膜の結晶化は、その作用により比較的高い配向率をもった結晶質半導体膜を得ることができる点で適している。適用される触媒元素としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれた一種又は複数種を用いる。非晶質半導体膜の厚さは１０nm乃至２００nmで形成する。触媒元素を用いる場合において非晶質半導体膜に特定元素を添加しておいても良い。
【００４３】
また、特定元素として非晶質半導体膜にゲルマニウムを添加すると、配向率が高い結晶質半導体膜を得ることができる。このような作用を発現させるのに必要なゲルマニウムの濃度は、珪素に対し０．１原子％以上１０原子％以下、好ましくは１原子％以上５原子％以下とすれば良い。非晶質珪素膜に当該金属元素を添加して加熱処理を施すことにより、珪素と当該金属元素との化合物（シリサイド化物）を形成し、それが拡散することにより結晶化が進行する。非晶質珪素膜に添加したゲルマニウムはこの化合物と反応せず、その周囲に存在することにより局所的な歪みを生じさせる。この歪みは核生成の臨界半径を大きくする方向に作用して、核生成密度を低減させると共に、結晶の配向を制限する効力を持つ。
【００４４】
図２ではシード領域１０７から結晶が成長する過程を示すものであるが、第１半導体領域１０３の一端に設けられたシード領域１０７からレーザービーム１０５が照射され、半導体を溶融させながら他端に向かって走査することにより、その方向に従って結晶を成長させることができる。この時、シード領域１０７は鋭角とするか又は突出部を有する形状とし、生成する結晶核の数を減らし一つの結晶核のみを優先的に成長させると共に、連続発振レーザービーム（連続光）により定常的に溶融領域が保持されることにより連続した結晶を成長させることが可能となる。
【００４５】
また、｛１００｝面の結晶を選択的に成長させるために付加されるべき構成は、第１半導体領域１０３の側面を下地である絶縁表面に対し概略垂直となるようにする。具体的には９０±１０度、好ましくは９０±５度とする。それにより結晶成長に際し拘束力を与え、｛１００｝面の結晶成長を支配的とすることが可能となる。
【００４６】
シード領域における結晶の選択性をより高める形状としては、図３に示すようにシード領域１０７が第１半導体領域１０３から突出した形状としても良い。突出部の幅は１〜５μmとすることで、複数の結晶粒が自然発生するのを防ぐことができる。
【００４７】
また、図４で示す形態は、第１半導体領域１０３を形成する前の段階でシード領域１０７を形成する場合に適した形状であり、選択領域１１０はシード領域１０７から成長する結晶方位を一つに選択し、第１半導体領域１０３に連結するために設けられている。この場合におけるシード領域１０７は、第１半導体領域１０３とは別な層で形成された半導体で形成されるものであり、触媒元素を添加して結晶化された結晶質半導体膜、又は珪素にゲルマニウムが添加された非晶質半導体膜に触媒元素を添加して結晶化された結晶質半導体膜などが適用される。これらの結晶質半導体膜は配向率が高いので、これを利用すると再現性良く同一の結晶方位を有する結晶質半導体膜を形成することができる。
【００４８】
連続発振レーザービームの照射により第１半導体領域１０３の全体を結晶化した後、好ましくはゲッタリング処理を加えると良い。連続発振レーザービームの照射により半導体は溶融状態となるが、その時間はビームの走査速度にも依存する。凡そ１０〜１００cm/secの走査速度が適用されるが、外部環境から不純部が混入することを完全に防ぐことはできない。好ましくない不純物としては酸素、窒素、炭素などの大気成分もあるが、その他のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒなど装置の構成部材に起因する金属不純物がある。
【００４９】
ゲッタリングは、第１半導体領域に接して歪み場を形成する半導体膜を形成した後、加熱処理により不純部を偏析させる。歪み場を形成する半導体膜としては、リンを添加した非晶質半導体膜、アルゴンなど周期律１８族元素を添加した非晶質半導体膜などが適している。加熱温度は５００〜８００℃であり、ファーネスアニール炉、瞬間熱アニール（ＲＴＡ）法などを用いて行う。瞬間熱アニール法ではハロゲンランプなどのランプ光の輻射で加熱する方法の他に、加熱され高温の気体で加熱する方法を用いても良い。
【００５０】
その後、図１（Ｂ）で示すようにエッチングにより活性層１０８を形成する。その後、図１（Ｃ）に示す如く、ゲート絶縁膜１０８及びゲート電極１０９を形成し、また、半導体領域にソース及びドレイン領域を形成し、必要な配線を設ければＴＦＴを形成することができる。図１（Ｃ）と図１（Ａ）を対比して明らかなように、完成したＴＦＴにおけるチャネル長方向と、レーザービームの走査方向は同じ方向とする。
【００５１】
こうしたレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより、その走査方向に大粒径の結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１〜２００cm/secとすることによりそれを実現することができる。例えば、出力１０Wの連続発振のＹＶＯ4レーザ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する。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。
【００５２】
パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒径化を実現することができる。レーザービームを走査する方向は一方向に限定されるものではなく、往復走査をしても良い。
【００５３】
結晶面の特定は、例えば、反射電子線回折パターン（ＥＢＳＰ：Electron Backscatter diffraction Pattern）により求めることができる。ＥＢＳＰは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscopy）に専用の検出器を設け、一次電子の後方散乱から結晶方位を分析する手法である（以下、この手法を便宜上ＥＢＳＰ法と呼ぶ）。ＥＰＳＰを用いた結晶半導体膜の評価は、"Microtexture Analysis of Location Controlled Large Si Grain Formed by Exciter-Laser Crystallization Method: R. Ishihara and P. F. A. Alkemade, AMLCD'99 Digest of Technical Papers 1999 Tokyo Japan, pp99-102"において紹介されている。
【００５４】
この測定方法は、結晶構造を持った試料に電子線が入射すると、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中でブラッグ回折による結晶方位に特有の線状パターン(一般に菊地像と呼ばれる)も合わせて観察される。ＥＢＳＰ法は検出器スクリーンに映った菊地像を解析することにより試料の結晶方位を求めている。試料の電子線の当たる位置を移動させつつ方位解析を繰り返す(マッピング測定)ことで、面状の試料について結晶方位または配向の情報を得ることができる。入射電子線の太さは、走査型電子顕微鏡の電子銃のタイプにより異なるが、ショットキー電界放射型の場合、１０〜２０nmの非常に細い電子線が照射される。マッピング測定では、測定点数が多いほど、また測定領域が広いほど、結晶配向のより平均化した情報を得ることができる。実際には、１００×１００μm2の領域で、１００００点（１μm間隔）〜４００００点（０．５μm間隔）の程度の測定を行っている。
【００５５】
マッピング測定により各結晶粒の結晶方位がすべて求まると、膜に対する結晶配向の状態を統計的に表示できる。逆極点図は多結晶体の優先配向を表示する際によく用いられるもので、試料のある特定の面(ここでは膜表面)が、どの格子面に一致しているかを集合的に表示したものである。
【００５６】
ＥＢＳＰ法により求められる配向率は、｛１００｝面の結晶が得られる割合を７０％以上とすることができる。
【００５７】
このような処理を可能とするレーザー処理装置の一例は、図５及び図６に示す構成である。このレーザー処理装置は、基板の任意の位置を指定してレーザービーム照射して結晶化することを可能とするものであり、複数の方向から複数のレーザービームを照射することにより、さらにスループットを向上させることができる。さらに、レーザービームを照射面において重ね合わせ、レーザー処理に必要なエネルギー密度と、光の干渉を除去することが可能な構成となっていることが特徴である。
【００５８】
図５はレーザー処理装置の構成を示す上面図であり、図６は図５に対応する断面図である。図５と図６においては説明の便宜上、共通の符号を用いて示している。
【００５９】
第１光学系４０１は、レーザー発振装置３０１ａ、レンズ群３０２ａ、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａ、ｆθレンズ３０５ａから成っている。ここで、第１ガルバノミラー３０３ａ、第２ガルバノミラー３０４ａが偏向手段として設けられたものである。
【００６０】
第２光学系４０２、第３光学系４０３も同様の構成であり、レーザービームは第１ガルバノミラーと第２ガルバノミラーの回転角のより偏向方向が制御され、載置台３０６上の被処理物３０７に照射される。ビーム径はレンズ群３０２及び必要があればスリット等を設けることで任意の形状とすることができるが、概略数十μm〜数百μmの円形、楕円形、又は矩形とすれば良い。載置台３０６は固定とするが、レーザービームの走査と同期させることも可能であるので、ＸＹθ方向に移動可能としても良い。
【００６１】
そして、第１乃至第３の光学系により被処理物に照射されるレーザービームを重ね合わせることにより、レーザー処理に必要なエネルギー密度と、光の干渉を除去することが可能となる。異なるレーザー発振装置から放射されるレーザービームはそれぞれ位相が異なっているので、これらを重ね合わせることにより干渉を低減することができる。
【００６２】
尚、ここでは第１乃至第３光学系から放射される３本のレーザービームを重ね合わせる構成を示しているが、同様の効果はこの数に限定されず、複数本のレーザービームを重ね合わせることで目的は達せられる。また、同様な効果が得られるものであれば、レーザー処理装置の構成は図５及び図６で示す構成に限定されるものはない。
【００６３】
また、レーザー処理装置の他の構成としては、図８で示す構成の装置も適用可能である。図８は、レーザー発振装置８０１、高変換ミラー８０２〜８０４、楕円ビーム形成用光学系８０５、載置台８０８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。楕円ビーム形成用光学系８０５の一例はシリンドリカルレンズ８０６と凸レンズ８０７との組み合わせであり、シリンドリカルレンズ８０６でビーム形状を楕円にして、凸レンズ８０７を設け集光している。こうして、レーザービームを楕円にすることで照射面積を広くして処理速度を向上させることができる。また、レーザービームの照射面直上又は近傍には、気体噴出手段８２０を設け、レーザービームが照射されている領域の雰囲気を制御している。気体の種類は酸化性気体、還元性気体、不活性気体など様々な気体を適用することが可能である。
【００６４】
また、この装置では、載置台８０８を移動手段８２１により二軸方向に動かすことにより基板８０９のレーザーアニールを可能としている。一方の方向への移動は基板の一辺の長さよりも長い距離を１〜２００cm/secの等速度で連続的に移動させることが可能であり、他方へは楕円ビームの長手方向と同程度の移動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８０１の発振と、載置台８０８は、マイクロプロセッサを搭載した制御手段８１０により同期して作動するようになっている。また、レーザービームの入射角を特定角度とすることにより、基板８０９で反射したレーザービーム（戻り光）が再び光学系に入射しない構成としている。
【００６５】
一方、図９は載置台８１４を固定としてレーザービームを走査する形態の一例であり、レーザー発振装置８０１、高変換ミラー８０２、８０３、楕円ビーム形成用光学系８１１、ＸＹスキャン可能な一対のガルバノミラー８１２、ｆθレンズ８１３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。楕円ビーム形成用光学系８０５の一例は凹レンズ及び凸レンズの組み合わせである。こうして、レーザービームを楕円にすることで照射面積を広くして処理速度を向上させることができる。ガルバノミラー回転角のより偏向方向が制御され、載置台８１４上の基板８０９の任意の位置にレーザービームを照射することができる。レーザー発振装置８０１の発振と、一対のガルバノミラー８１２は、マイクロプロセッサを搭載した制御手段８１０により同期して作動するようになっている。また、アイソレータ８１５は照射面で反射したレーザービーム（戻り光）がレーザー発振装置に再度入射して光学系を痛めないように配慮されている。気体噴出手段８２０を設け、レーザービームが照射されている領域の雰囲気を制御している。気体の種類は酸化性気体、還元性気体、不活性気体など様々な気体を適用することが可能である。
【００６６】
このような構成のレーザー処理装置を用い、図１を用いて説明したようにレーザービームの走査方向とＴＦＴにおけるチャネル長方向とを概略一致させることにより、結晶方位が単一配向となり、電界効果移動度を向上させることができる。また、結晶面が制御された種結晶が形成をシード領域を設けることにより、単一配向の活性層を形成することが可能となり、トップゲート型ＴＦＴにおいては、その上に形成するゲート絶縁膜の膜質がばらつくことが無くなり、しきい値電圧のバラツキを低減することも可能となる。勿論、本発明はボトムゲート型（又は逆スタガ型ともいう）のＴＦＴにも適用することができる。
【００６７】
【実施例】
以下、実施例により本発明に係る半導体装置の作製方法の具体例を図面を参照して詳細に示す。
【００６８】
[実施例１]
本実施例は、絶縁表面上に形成された非晶質珪素膜を写真蝕刻により所定のパターンにエッチングして第１半導体領域を形成し、それを連続発振レーザービームで結晶化させるものである。
【００６９】
図１０において、ガラス基板４０１上に１００nmの酸化窒化珪素膜でなるバリア層４０２が形成されている。その上にある第１半導体領域４０３は、厚さ１００nmのプラズマＣＶＤ法により形成された非晶質珪素膜である。尚、図１０（Ａ）は第１半導体領域４０３の上面図であり、図１０（Ｂ）は基板を含め断面構造を示す図である。この段階では具現化されないが、点線で示すように第１半導体領域４０３の端部に至らない内側にＴＦＴの活性層４０５ａ、４０５ｂが形成されるものである。
【００７０】
シード領域４０４は、第１半導体領域４０３の長手方向に一端に形成され、本実施例の場合、レーザービームの照射によってこの領域で発現する結晶方位が、第１半導体領域４０３の結晶方位とすることができる。
【００７１】
図１１は、連続発振レーザービームによる結晶化の段階を示す図である。レーザービーム４０６の照射面積は、第１半導体領域よりも小さくても良いが、その長手方向が第１半導体領域の短手方向と交差するようにして照射する。ビーム形状は矩形、線形、楕円系など任意なものとすることができるが、いずれにしても図１１で示すように照射して、結晶化が第１半導体領域４０３の一端から他端に成長するようにする。このようなレーザービームの照射は、図５〜図９で示す構成のレーザー処理装置が適用される。光学系にて集光したレーザービームは、中央部と端部で必ずしもエネルギー強度が一定ではないので、第１半導体領域４０３がビームの端部にかからないようにすることが望ましい。
【００７２】
こうして、レーザービーム４０６が照射された領域から結晶化が進み、結晶質半導体４０７を得ることができる。
【００７３】
その後、図１２（Ａ）（Ｂ）で示すように、結晶化された第１半導体領域４０３を写真蝕刻により活性層４０５ａ、４０５ｂとなる所定のパターンにエッチングする。トップゲート型ＴＦＴとするには、活性層４０５ａ、４０５ｂ上にゲート絶縁膜、ゲート電極、一導電型不純物領域を形成してＴＦＴを形成することができる。その後、必要に応じて配線や層間絶縁膜等を形成すれば良い。
【００７４】
ＴＦＴを用いるアクティブマトリクス型表示装置は、その機能的な区分から画素部と駆動回路部とに構成を分けて見ることができる。本実施例で形成される活性層を用いたＴＦＴではそれらを同一基板上に一体形成することが可能である。図１８はＴＦＴ基板１２０１と、レーザービームの照射方向との関係を詳細に示すものである。ＴＦＴ基板１２０１には画素部１２０２、駆動回路部１２０３、１２０４が形成される領域を点線で示している。第１半導体領域はそれぞれの領域に形成されており、この状態における活性層の形成方法を図１８中に挿入してある拡大図１３０４、１３０５、１３０６で示す。
【００７５】
例えば、駆動回路部１２０３は走査線駆動回路を形成する領域であり、その部分拡大図１３０５には活性層１２５８を形成する第１半導体領域１２５１が形成されている。第１半導体領域１２５１の配置は、矢印で示す方向に連続発振レーザービーム１４０５の走査を可能にしている。活性層１２５８の形状は任意なものを適用することができるが、いずれにしてもチャネル長方向とレーザービームの走査方向とを揃えている。
【００７６】
また、駆動回路部１２０３と交差する方向に延設する駆動回路部１２０４はデータ線駆動回路を形成する領域であり、第１半導体領域１２５０が形成されており、そこから形成される活性層１２５７と、レーザービーム１４０４の走査方向を一致させている（拡大図１３０４）。また、画素部１２０２も同様であり、拡大図１３０６に示す如く、第１半導体領域１２５２が形成されており、そこから形成される活性層１２５９と、レーザービーム１４０６の走査方向を一致させている。この配列により、レーザービームは全て同一方向に走査すれば良いので、処理時間をより短縮することが可能である。
【００７７】
このようなレーザービームの照射方法において、連続発振のレーザービームを照射することにより単一配向でレーザービームの走査方向に結晶粒が延在する結晶成長を可能とする。勿論、それはレーザービームの走査速度やエネルギー密度等の詳細なパラメータを適宜設定する必要があるが、走査速度を１〜２００cm/secとすることによりそれを実現することができる。パルスレーザーを用いた溶融−固化を経た結晶成長速度は１m/secとも言われているが、それよりも遅い速度でレーザービームを走査して、徐冷することにより固液界面における連続的な結晶成長が可能となり、結晶の大粒径化を実現することができる。
【００７８】
[実施例２]
実施例１のレーザービームの走査は一方向のみの走査でなく、往復走査をしても良い。図１３にその態様を示すが、その場合、シード領域４０４ａ、４０４ｂは第１半導体領域４０３の両端に設けても良い。往復走査する場合には１回の走査毎にレーザーエネルギー密度を変え、段階的に結晶成長をさせることも可能である。また、非晶質珪素膜を結晶化させる場合にしばしば必要となる水素出しの処理を兼ねることも可能であり、最初に低エネルギー密度で走査し、水素を放出した後、エネルギー密度を上げて２回目に走査で結晶化を完遂させても良い。このような作製方法によっても同様にレーザービームの走査方向に結晶粒が延在する結晶質半導体膜を得ることができる。
【００７９】
[実施例３]
本実施例は、絶縁表面上に形成された非晶質珪素膜を予め結晶化しておき、さらに連続発振レーザービームにより結晶の大粒径化を図るものである。
【００８０】
図１４（Ａ）に示すように、実施例１と同様にガラス基板５０１上にブロッキング層５０２、非晶質珪素膜５０３を形成する。その上にマスク絶縁膜５０４として１００nmの酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で形成し、開口部５０５を設ける。その後、触媒元素としてＮｉを添加するため、酢酸ニッケル塩が５ppmの水溶液をスピン塗布する。Ｎｉは開口部５０５で非晶珪素膜と接する。この開口部５０５を形成する位置は、後に形成される第１半導体領域のシード領域又はその外側に位置するように形成する。
【００８１】
その後、図１４（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を結晶化させる。結晶化は触媒元素の作用により、開口部５０５から基板表面と平行な方向に成長する。こうして形成された結晶質珪素膜５０７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。
【００８２】
加熱処理が終了したらマスク絶縁膜５０４をエッチング除去することにより図１４（Ｃ）で示すような結晶質珪素膜５０７を得ることができる。
【００８３】
その後、図１５で示すように結晶質珪素膜５０７を写真蝕刻により所定のパターンにエッチングして第１半導体領域５０８を形成する。ＴＦＴの活性層５１０ａ、５１０ｂが形成されるべき領域は第１半導体領域５０８の内側に位置し、図１５で示すように連続発振レーザービーム５０９は一方向に走査する。或いは往復走査する。
【００８４】
このようなレーザービームの照射により結晶質珪素膜は溶融し再結晶化する。この再結晶化に伴って、レーザービームの走査方向に結晶粒が延在する結晶成長が成される。この場合、予め結晶面が揃った結晶質珪素膜が形成されているので、異なる面の結晶の析出や転位の発生を防ぐことができる。以降は、実施例１と同様な処理により、ＴＦＴを形成することができる。
【００８５】
[実施例４]
実施例３と同様に、ガラス基板５０１、ブロッキング層５０２、非晶質珪素膜５０３を形成した後、図１６（Ａ）で示すように全面に触媒元素として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５０６を形成する。
【００８６】
その後、５８０℃、４時間の加熱処理により非晶質珪素膜５０３を結晶化させる。こうして図１６（Ｂ）で示すように、結晶質珪素膜５０７を得ることができる。この結晶質珪素膜５０７も同様に、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。以降は、実施例３と同様に処理すれば良い。
【００８７】
[実施例５]
実施例１で示す結晶化法の形態において、図１９（Ａ）、（Ｂ）で示すように第１半導体領域４０３にキャップ層４０８を設ける。キャップ層４０８は窒化珪素膜よりは酸化珪素膜で形成した方が良い。窒化珪素膜を適用した場合には、第１半導体領域との界面で応力が働き、その応力が強く働く点に結晶核が形成されてしまうからである。従って、キャップ層４０８はＴＥＯＳなど低温で堆積することができる酸化珪素膜が適している。このキャップ層４０８は不純物汚染を防ぐために有効であり、かつレーザービームの照射時に熱放出を抑える効果がある。キャップ層４０８はレーザービームの透過率も考慮しなければいけないので、膜厚は概略５０〜２００nm程度が適当である。キャップ層を設けることにより、高純度でより大粒径の結晶を得ることができる。
【００８８】
図１９は図１１で示す第１半導体領域４０３上にキャップ層４０８を設け、レーザービーム４０９を照射している状態を示している。レーザービーム４０９の照射により第１半導体領域４０３に溶融帯４１０が形成され、それがレーザービーム４０９の走査方向に移動する。溶融帯４１０が移動することにより連続的な結晶成長が成され、結晶質半導体４０７が形成される。結晶化後、キャップ層４０８は除去する。
【００８９】
結晶粒はレーザービームの走査方向に延び、５〜５０μm程度の粒径が得られる。ＴＦＴのチャネル形成領域のサイズはそれ以下とすることが可能であるので、一つの結晶粒の中にチャネル形成領域が設けられ、実質的に単結晶半導体膜でなるＴＦＴを形成することができる。
【００９０】
[実施例６]
実施例５で示すキャップ層の開口部を設け、露出した第１半導体領域に触媒元素を添加して、連続発振レーザービームによる結晶化を行っても良い。図２０（Ａ）、（Ｂ）はガラス基板６０１、ブロッキング層６０２、第１半導体領域６０３、開口部６０５が設けられたキャップ層６０４が形成された状態を示している。
【００９１】
開口部６０５には珪素の結晶化温度を低温化することができる触媒元素としてＮｉが添加され、シリサイド化した領域６０６が形成されている。Ｎｉは蒸着法、スパッタリング法などの堆積法、或いはＮｉ含有水溶液又はアルコール液を塗布して添加すれば良い。そして５５０℃、４時間の熱処理によりシリサイド化することができる。
【００９２】
図２１で示す如く、結晶化は連続発振レーザービーム６０７の照射は、開口部６０５の形成された部位から行い、当該レーザービームの照射部に生成される溶融帯６０９が通過した後に結晶質半導体が形成される。その際に、溶融帯のＮｉ濃度を一定に保つために、開口部６０５の幅は第１半導体領域６０３お幅と同程度にする。それにより、溶融帯のＮｉ原子の固溶度が保たれ、溶融帯から一定量の珪素原子が掃き出される。その結果、双晶などが発生しにくく実質的な単結晶を生成することができる。
【００９３】
[実施例７]
実施例３、実施例４、実施例６において、結晶質珪素膜５０７を形成した後、膜中に１０19/cm3以上の濃度で残存する触媒元素をゲッタリングにより除去する工程を加えても良い。
【００９４】
図１７で示すように、結晶質珪素膜５０７上に、薄い酸化珪素膜で成るバリア層５１１を形成し、その上にゲッタリングサイト５１２としてアルゴンが１×１０20/cm3〜１×１０21/cm3添加された非晶質珪素膜を形成する。
【００９５】
その後、ファーネスアニール炉による６００℃、１２時間の加熱処理、又はランプ光又は加熱された気体を加熱手段とするＲＴＡにより６５０〜８００℃、３０〜６０分の加熱処理により、触媒元素として添加されているＮｉをゲッタリングサイト５１２に偏析させることができる。この処理により、結晶質珪素膜５０７の触媒元素濃度は１０17/cm3以下とすることができる。
【００９６】
[実施例８]
実施例１乃至実施例７のいずれかに従い、連続発振レーザービームにより結晶化された第１半導体領域に対し、実施例５で説明したゲッタリング処理を行うことができる。ゲッタリングの方法は実施例５と同様に行えば良い。ゲッタリング処理を行うことで、結晶化に際して混入し偏析した金属不純物を除去することができる。
【００９７】
[実施例９]
本発明は、ゲート電極が基板と半導体膜の間に配置されるボトムゲート型のＴＦＴの作製工程にも適用できる。図２２（Ａ）、（Ｂ）で示すように基板２０１上にＭｏ又はＣｒで形成されたゲート電極２０２が形成され、窒化珪素膜及び酸化珪素膜を積層したゲート絶縁膜２０３が形成されている。その上に、非晶質珪素膜で形成された第１半導体領域２０４が形成されており、レーザービーム２１０の照射により溶融帯２１１が走査した後に結晶化領域２０５が形成される。
【００９８】
その後、図２３で示すように第１半導体領域を結晶化した後は、そこから第２半導体領域２０６を形成し、ソース及びドレイン領域２１８の形成、酸化珪素膜２１３、窒化珪素膜２１４によるパッシベーション膜、無機又は有機絶縁材料による平坦化膜２１５、配線２１６を形成してボトムゲート型ＴＦＴを形成することができる。本実施例における第１半導体領域の形成は、実施例１乃至実施例７を組み合わせて実施することができる。
【００９９】
[実施例１０]
本実施例では、実施例１乃至実施例７により作製される活性層を用いて、ＣＭＯＳ型のＴＦＴを作製する一例について、図２４を参照して説明する。
【０１００】
図２４（Ａ）はガラス基板７０１、ブロッキング層７０２が形成された上に活性層７０３ａ、７０３ｂ、ゲート絶縁膜７０４、ゲート電極７０５ａ、７０５ｂが形成された状態を示している。ゲート絶縁膜７０４はゲート絶縁膜９０７はプラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＨ4とＮ2ＯにＯ2を反応ガスとして酸化窒化珪素膜で形成し、８０nmの厚さとする。第２半導体領域７０５ａ、７０５ｂは、結晶の配向率が高いため、その上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができ、それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。また、ゲート電極を形成する材料としては、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏなどの導電性材料又はこれらの合金を適用し、４００nmの厚さに形成する。Ａｌをゲート電極とし、その表面を陽極酸化により酸化膜を形成して安定化しても良い。
【０１０１】
図２４（Ｂ）は不純物領域の形成であり、イオンドーピング法により、ｎチャネル型ＴＦＴに対するソース又はドレイン領域７０６、ＬＤＤ領域７０７、及びｐチャネル型ＴＦＴに対するソース又はドレイン領域７０８を形成する。
【０１０２】
イオンドーピングにより、不純物元素を注入した領域は結晶性が破壊され、非晶質化する。結晶性の回復と、不純物元素の活性化による低抵抗化を実現するために、レーザービームの照射を行う。このレーザービームの照射による活性化は本発明のレーザー処理装置によって行うことができる。また、パルス発振のエキシマレーザービームを照射して活性化処理を行うこともできる。活性化処理は、水素雰囲気（還元雰囲気）中でレーザー照射を行って水素化を兼ねておこなっても良い。
【０１０３】
その後、図２４（Ｃ）に示すように窒化珪素膜又は酸化珪素膜で第１層間絶縁膜７１０を形成する。さらに第２層間絶縁膜７１１を有機樹脂材料、誘電率４以下の低誘電率材料を用いて形成する。有機樹脂材料としてはアクリル、ポリイミドなどを適用することができる。低誘電率材料としては、ＳｉＯＦ、poly-arylethers、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、フッ化ポリイミド、ａ−ＣＦなどを適用することができる。次いで、各半導体層の不純物領域に達するコンタクトホールを形成し、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａなどを用いて配線７１２、７１３を形成する。さらに、窒化珪素膜でパッシベーション膜７１４を形成する。
【０１０４】
こうしてｎチャネル型ＴＦＴ７５０とｐチャネル型ＴＦＴ７６０を形成することができる。ここではそれぞれのＴＦＴを単体として示しているが、これらのＴＦＴを使ってＣＭＯＳ回路やＮＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路を形成することができる。本発明により形成される第２半導体領域はチャネル長方向と平行に結晶成長が成されるので、実質的にキャリアが横切る結晶粒界が無くなり、高い電界効果移動度を得ることができる。こうして作製されるＴＦＴは、アクティブマトリクス型の液晶表示装置や発光素子を用いた表示装置を作製するためのＴＦＴとして、また、ガラス基板上にメモリやマイクロプロセッサを形成するためのＴＦＴとして用いることができる。
【０１０５】
[実施例１１]
実施例１０と同様に作製されるＴＦＴを用いてアクティブマトリクス駆動型の表示装置を実現するためのＴＦＴ基板（ＴＦＴが形成された基板）の構成例を図２５を参照して説明する。図２５では、ｎチャネル型ＴＦＴ８０１、ｐチャネル型ＴＦＴ８０２、ｎチャネル型ＴＦＴ８０３を有する駆動回路部８０６と、ｎチャネル型ＴＦＴ８０４、容量素子８０５とを有する画素部８０７が同一基板上に形成されている断面図を示している。また、図２６はその上面図を示し、Ｂ−Ｂ'に従う断面構造が図２５に相当する。ここでは図２５と図２６において便宜上同じ符号を付与している。
【０１０６】
駆動回路部８０６のｎチャネル型ＴＦＴ８０１は実施例１０において図２４（Ｃ）で説明したｎチャネル型ＴＦＴ７５０にゲート電極とオーバーラップするＬＤＤが設けられた構造であり、ホットキャリア効果による劣化を抑制する構造となっている。ｐチャネル型ＴＦＴ８０２は同様にｐチャネル型ＴＦＴ７６０と同様な形態であり、シングルドレイン構造となっている。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。また、ｎチャネル型ＴＦＴ８０３は図２４（Ｃ）で示すｎチャネル型ＴＦＴ７５０と同様にＬＤＤ構造であり、オフ電流を低減してサンプリング回路に適した構造を適用している。
【０１０７】
これらのＴＦＴにおけるチャネル形成領域やＬＤＤ領域などの不純物領域が形成される第２半導体領域は、実施例１乃至実施例８で示す方法を適宜組み合わせて形成される第２半導体領域をもって形成されるものである。第２半導体領域はチャネル長方向に向かって（或いは、基板と平行な方向であり、かつチャネル長方向に向かって）結晶成長されていることにより、キャリアが結晶粒界を横切る確率が非常に低減する。それにより、高い電界効果移動度を得ることができ、高い電流駆動能力と高速動作を可能にする。尚、８１４〜８１６は各ＴＦＴのソース又はドレインと接続する配線である。
【０１０８】
画素部８０７のｎチャネル型ＴＦＴ８０４は半導体領域８２０を活性層として形成され、ＬＤＤ構造のＴＦＴが直列接続された構造であり、一方は接続配線８１１を介してデータ線８１０に接続されている。他方は画素電極に接続されている。また、ゲート線８１２はゲート電極８２４と電気的に接続されている。また、容量素子８０５の一方の電極として機能する半導体領域８２１には硼素が添加されたが形成されている。容量素子８０５は、絶縁膜８２３（ゲート絶縁膜と同一膜）を誘電体として、電極８２２と半導体領域８２１とで形成されている。尚、半導体領域８２０、８２１は実施例１〜８により作製される第２半導体領域に相当するものである。
【０１０９】
これらのＴＦＴは、チャネル形成領域や不純物領域を形成する第２半導体領域の配向率が高く、平坦であるためその上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができる。それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。その結果、低電圧でＴＦＴを駆動することが可能であり、消費電力を低減する利点がある。また、表面が平坦化されている為、電界が凸部に集中しないことにより、特にドレイン端において発生するホットキャリア効果に起因する劣化を抑制することが可能となる。また、ソースとドレイン間を流れるキャリアの濃度分布はゲート絶縁膜との界面近傍において高くなるが、平滑化されているためキャリアが散乱されることなくスムーズに移動することができ、電界効果移動度を高めることができる。
【０１１０】
このようなＴＦＴ基板から液晶表示装置を作製するためには、共通電極が形成された対向基板を３〜８μm程度の間隔をもって設け、その間に配向膜、液晶層を形成すれば良い。これらは公知の技術を適用することができる。また、ここでは各ＴＦＴをトップゲート型の構造で示したが、実施例９で示すボトムゲート型ＴＦＴによりＴＦＴ基板を構成することもできる。
【０１１１】
図２７はそのようなアクティブマトリクス基板の回路構成を示している。画素部９０１のＴＦＴ９００を駆動する駆動回路部はデータ線駆動回路９０２、走査線駆動回路９０３であり、必要に応じてシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などが配置されている。この場合、走査線駆動回路９０２は映像信号を送り出すものであり、コントローラ９０４からの映像信号と、タイミングジェネレータ９０７からの走査線駆動回路用タイミング信号が入力される。データ線駆動回路９０３にはタイミングジェネレータ９０７からのデータ線駆動回路用タイミング信号が入力され、走査線に信号を出力する。マイクロプロセッサ９０６はコントローラ９０４の制御や、メモリ９０５への映像信号などのデータの書き込み、外部インターフェース９０８からの入出力、これらシステム全体の動作管理などを行う。
【０１１２】
これらの回路を構成するためのＴＦＴは本実施例で示すような構成のＴＦＴで形成することが可能である。ＴＦＴのチャネル形成領域を形成する第２半導体領域を実質的に単結晶と見なせる領域とすることにより、ＴＦＴの特性を向上させ、様々な機能回路をガラスなどの基板上に形成することができる。
【０１１３】
[実施例１２]
ＴＦＴ基板を用いた他の実施例として、発光素子を用いた半導体装置の一例を図面を参照して説明する。図２８は各画素毎にＴＦＴを配置して形成される表示装置の画素構造を上面図で示している。尚、図２８において示すｎチャネル型ＴＦＴ２１００、２１０２及びｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は実施例９と同様の構成であり、本実施例では詳細な説明は省略する。
【０１１４】
図２８（Ａ）は基板２００１上にブロッキング層２００２を介してｎチャネル型ＴＦＴ２１００とｐチャネル型ＴＦＴ２１０１が画素に形成された構成を示している。この場合、ｎチャネル型ＴＦＴ２１００はスイッチング用ＴＦＴであり、ｐチャネル型ＴＦＴ２１０１は電流制御用ＴＦＴであり、そのドレイン側は発光素子２１０５の一方の電極と接続している。ｐチャネル型ＴＦＴ２１０２は発光素子に流す電流を制御する動作を目的としている。勿論、一つの画素に設けるＴＦＴの数に限定はなく、表示装置の駆動方式に従い適切な回路構成とすることが可能である。
【０１１５】
図２８（Ａ）に示す発光素子２１０５は、陽極層２０１１、発光体を含む有機化合物層２０１２、陰極層２０１３から成り、その上にパッシベーション層２０１４が形成されている。有機化合物層は、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含んでいる。
【０１１６】
陽極を形成する材料は酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料を用い、陰極にはＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される仕事関数の低い材料を用いる。また、１〜２０nmの薄いフッ化リチウム層とＡｌs層との組み合わせ、薄いセシウム層とＡｌ層との組み合わせによって陰極を構成しても良い。陽極はｐチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側の配線２０１０と接続しており、陽極２０１１の端部を覆うように隔壁層２００３が形成されている。
【０１１７】
発光素子２１０５上にはパッシベーション膜２０１４が形成されている。パッシベーション層２０１４には窒化珪素、酸窒化珪素、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）など酸素や水蒸気に対しバリア性の高い材料を用いて形成する。このような構成により発光素子の発する光は陽極側から放射される構成となる。
【０１１８】
一方、図２８（Ｂ）は基板２００１上にブロッキング層２００２を介してｎチャネル型ＴＦＴ２１００とｎチャネル型ＴＦＴ２１０２が画素に形成された構成を示している。この場合、ｎチャネル型ＴＦＴ２１００はスイッチング用ＴＦＴであり、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２は電流制御用ＴＦＴであり、そのドレイン側は発光素子２１０６の一方の電極と接続している。
【０１１９】
発光素子２１０６は、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側に接続する配線２０１５上に陽極材料として酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの仕事関数の高い材料の膜を形成している。
【０１２０】
陰極の構成は、１〜２nmの低仕事関数の材料で形成される第１陰極層２０１８と、陰極層２０１８上に形成され、陰極の低抵抗化を図るために設ける第２陰極層２０１９とで形成される。第１陰極層２０１８はセシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの他にＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物で形成される。第２陰極層２０１９は、１０〜２０nmのＡｌ、Ａｇなどの金属材料又は、１０〜１００nmの酸化インジウムや酸化スズ、酸化亜鉛などの透明導電膜で形成される。発光素子２１０６上にはパッシベーション膜２０２０が形成されている。このような構成により発光素子の発する光は陰極側から放射される構成となる。
【０１２１】
また、図２８（Ｂ）における発光素子２１０６の他の形態として、ｎチャネル型ＴＦＴ２１０２のドレイン側に接続する配線２０１５上に陰極材料としてセシウム、セシウムと銀の合金、フッ化リチウムの他にＭｇＡｇ、ＡｌＭｇ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉＡｇなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属、代表的にはマグネシウム化合物から成る陰極層２０１６、有機化合物層２０１７、１〜２nm程度の薄い第１陽極層２０１８、透明導電膜で形成される第２陽極層２０１９とした構成とすることもできる。第１陽極層はニッケル、白金、鉛などの仕事関数の高い材料を真空蒸着法で形成する。
【０１２２】
以上のようにしてアクティブマトリクス駆動の発光素子を用いた半導体装置を作製することができる。これらのＴＦＴは、チャネル形成領域や不純物領域を形成する第２半導体領域の配向率が高く、平坦であるためその上に形成するゲート絶縁膜の膜質のバラツキを少なくすることができる。それ故にＴＦＴのしきい値電圧のバラツキを小さくすることができる。その結果、低電圧でＴＦＴを駆動することが可能であり、消費電力を低減する利点がある。この表示装置においては、発光素子に接続する電流制御用にＴＦＴに高い電流駆動能力が要求されるので、その用途に適している。また、ここでは示さないが、画素部の周辺に駆動回路部を設ける構成は実施例１１と同様にすれば良い。また、ここでは各ＴＦＴをトップゲート型の構造で示したが、実施例９で示すボトムゲート型ＴＦＴにより発光素子を用いた半導体装置を構成することもできる。
【０１２３】
[実施例１３]
図２９（Ａ）で示すように基板４０１、ブロッキング層４０２、第１半導体領域４０３が形成された状態で、雰囲気を酸化性雰囲気として１回目のレーザービームの照射を行う。雰囲気の制御は基板全体を雰囲気制御された反応室に保持して行っても良いし、図２９（Ａ）で示すように、気体噴出手段４５０を連続発振レーザービーム４５２の照射面直上又は近傍に設け、そこから酸化性気体を噴出させて行っても可能である。レーザービームの照射面における形状は楕円形状とする。連続発振レーザービーム４５２の照射により溶融帯４１０が形成され、それが走査された後に結晶質半導体が形成される点は同様である。結晶化された第１半導体領域表面は、溶融結晶化に伴う凹凸や、レーザービームのエネルギー分布による凹凸が形成される。また、酸化性雰囲気により酸化膜４５１が形成されている。しかしながら、酸化性雰囲気中でレーザービームを照射して結晶化することにより、結晶の大粒径化を図ることができる。
【０１２４】
その後、図２９（Ｂ）で示すように酸化膜４５１は純水で希釈されたフッ酸又は緩衝フッ酸溶液でエッチングして除去する。
【０１２５】
次いで、雰囲気を不活性気体又は減圧下（非酸化性雰囲気）として２回目のレーザービームの照射を行う。不活性気体としては窒素又はアルゴンなどの希ガスが適用される。また、減圧下としては、１００１．３×１０4Pa〜０．１パPa程度とすれば良い。図２９（Ｃ）はその工程を示し、気体噴出手段４５０から窒素を噴出させ、レーザービーム照射面の雰囲気を置換している。この場合におけるレーザービーム４５３は同様に連続発振レーザービームでも良いし、波長４００nm以下のパルス発振するエキシマレーザービームを照射しても良い。この処理により、結晶化された第１半導体領域４０７の表面を平坦にすることができる。以降は実施例１と同様にして、図１２で示す如く第２半導体領域４０５を形成する。平坦化により、ＴＦＴを形成した場合において、電界の集中を緩和して信頼性を向上させることができる。
【０１２６】
[実施例１４]
図３０は本発明を用いて作製されるＴＦＴの一態様を示す図であり、基板３００１上に実施例１〜８に基づいて作製される第２半導体領域３００４を挟む形で第１ゲート電極３００２、第２ゲート電極３００７が形成されている構成を示している。ゲート絶縁膜３００３、３００６は酸化珪素、窒化珪素などを適宜組み合わせて形成する。その膜厚は誘電率を考慮して決められるものであるが２０〜２００nm程度とする。
【０１２７】
第２半導体領域３００４に形成される不純物領域３００５はソース又はドレイン領域を形成するものであり、濃度勾配を設けてＬＤＤ領域を形成しても良い。その他の、パッシベーション膜３００８、層間絶縁膜３００９、配線３０１０が形成されていても良い。
【０１２８】
それぞれのゲート電極に印加する電圧は、同じ電圧を印加しても良いし、一方を固定電位としても良い。同じ電圧を印加すると実質的にチャネル形成領域が２つできることになり、オン電流を増加させることができる。また、サブスレッショルド係数（Ｓ値）を０．２以下に小さくすることができる。また、一方を固定電位とした場合には、絶縁膜中の電荷を固定してしきい値電圧の変動を防止することができる。これは多数のＴＦＴを形成した場合において、素子間のバラツキを小さくする効果もある。このような効果は、本発明で得られる結晶質半導体を用いた場合においてより顕著にその効果を発揮することができる。
【０１２９】
[実施例１５]
実施例１〜１４により作製される半導体装置は様々な半導体装置に適用が可能である。このような半導体装置には、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２７〜図２９に示す。
【０１３０】
図３１(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基板は表示部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。
【０１３１】
図３０(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基板は表示部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。
【０１３２】
図３１(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基板は表示部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。
【０１３３】
図３１(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基板は表示部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。
【０１３４】
図３１(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基板は表示部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。
【０１３５】
図３１(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基板は表示部(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。
【０１３６】
図３１(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基板は表示部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。
【０１３７】
図３１（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３１（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。
【０１３８】
尚、図３２（Ｃ）は、図３２（Ａ）及び図３２（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３２（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。
【０１３９】
また、図３２（Ｄ）は、図３２（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３２（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。
【０１４０】
図３３は電子書籍であり、本体３１０１、表示部Ａ３１０２、表示部Ｂ３１０３、記憶媒体３１０４、操作スイッチ３１０５、アンテナ３１０６等により構成されている。表示部Ｂ３１０３は電子インクディスプレイを適用することも可能であり、本発明により作製されるＴＦＴ基板は表示部Ａ３１０２、表示部Ｂ３１０３の駆動回路及び画素部を形成することが可能であり、本発明により電子書籍を完成させることができる。
【０１４１】
尚、ここで例示する電子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ことを付記する。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１半導体領域の側面を概略垂直にして、その側端部より連続発振レーザービームの走査方向とＴＦＴにおけるチャネル長方向とを概略一致させることにより、｛１００｝面に配向した結晶質半導体膜を形成するこができる。このような結晶質半導体膜を用いることにより、電界効果移動度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体装置の作製方法の概念を説明する図。
【図２】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する図。
【図３】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する図。
【図４】 本発明に係る結晶化工程の詳細を説明する図。
【図５】 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（上面図）。
【図６】 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（側面図）。
【図７】 本発明の結晶化方法の概念を説明する図。
【図８】 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９】 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１０】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１１】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１２】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１３】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１４】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１５】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１６】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１７】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図１８】 ＴＦＴ基板の構成と、ＴＦＴを構成する半導体領域の配置とレーザービームの走査方向の関係を説明する図。
【図１９】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図２０】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図２１】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図２２】 ボトムゲート型のＴＦＴに対応する活性層の作製工程を説明する断面図。
【図２３】 ボトムゲート型のＴＦＴに対応する活性層の作製工程を説明する断面図。
【図２４】 ＣＭＯＳ構造のＴＦＴの作製工程を説明する断面図。
【図２５】 ＴＦＴ基板の構成を示す断面図。
【図２６】 ＴＦＴ基板の構成を示す上面図。
【図２７】 ＴＦＴ基板の回路構成の一例を示すブロック図。
【図２８】 発光素子を設けた半導体装置の画素の構成を示す断面図。
【図２９】 本発明に係る結晶化工程の一実施例を説明する図。
【図３０】 本発明により作製されるＴＦＴの一形態を示す図。
【図３１】 半導体装置の一例を示す図。
【図３２】 半導体装置の一例を示す図。
【図３３】 半導体装置の一例を示す図。
Claims (6)
- 薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法において、
絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜に第１のエッチングを施して、一端に第１突出部、及び他端に第２突出部を有する第１半導体領域を形成し、
前記第１半導体領域上にキャップ層を形成し、
前記第１半導体領域の前記第１突出部から前記第２突出部に向けて第１の連続発振レーザービームを走査し、前記第２突出部から前記第１突出部に向けて第２の連続発振レーザービームを走査して、前記第１半導体領域を結晶化させ、
前記キャップ層を除去し、
前記結晶化させた第１半導体領域に第２のエッチングを施して、前記薄膜トランジスタの活性層となる第２半導体領域を形成し、
前記第２の連続発振レーザービームの走査方向と、前記薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが概略一致するように、前記第２半導体領域にチャネル形成領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法において、
絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜に第１のエッチングを施して、一端に第１突出部、及び他端に第２突出部を有する第１半導体領域を形成し、
前記第１半導体領域上に、開口部を有するキャップ層を形成し、
前記キャップ層の開口部において露出した前記第１半導体領域に触媒元素を添加し、
前記第１半導体領域の前記第１突出部から前記第２突出部に向けて第１の連続発振レーザービームを走査し、前記第２突出部から前記第１突出部に向けて第２の連続発振レーザービームを走査して、前記第１半導体領域を結晶化させ、
前記キャップ層を除去し、
前記結晶化させた第１半導体領域に第２のエッチングを施して、前記薄膜トランジスタの活性層となる第２半導体領域を形成し、
前記第２の連続発振レーザービームの走査方向と、前記薄膜トランジスタにおけるチャネル長方向とが概略一致するように、前記第２半導体領域にチャネル形成領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１又は請求項２において、
前記第１の連続発振レーザービームを走査して、前記第１半導体領域の水素出しを行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記第２の連続発振レーザービームのエネルギー密度は、前記第１の連続発振レーザービームのエネルギー密度よりも高いことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記第１の連続発振レーザービームの走査、又は前記第２の連続発振レーザービームの走査において、複数のレーザービームを照射面に重ね合わせて照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記第１の連続発振レーザービームの波長、又は前記第２の連続発振レーザービームの波長は、４００ｎｍ乃至７００ｎｍであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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