JPH09232584A

JPH09232584A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH09232584A
Application number: JP4106396A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Saito; 尚史斉藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】多結晶シリコン薄膜を活性層とする半導体装
置の製造方法において、結晶粒界の極めて少ない大粒径
の結晶粒を有する多結晶シリコン薄膜を形成し、かつ、
この多結晶シリコン薄膜を活性層とする高電界効果移動
度を有し、かつオフ時のリーク電流の少ない半導体装置
を実現する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】絶縁性基板上に下地膜と、非晶質シリコ
ン薄膜と、窒化シリコン膜を順に堆積し、その後、非晶
質シリコン薄膜上に非晶質シリコン薄膜よりも比熱容量
の小さい材料を所定の間隔で選択的に配置し、絶縁性基
板の裏面側よりレーザー光を照射して結晶化を行い結晶
性半導体薄膜とする。その後所定の間隔で配置された比
熱容量の小さい材料間にあたる領域の窒化シリコン膜を
除去して結晶性半導体薄膜の表面を露出させた後、その
領域を膜厚方向に一部熱酸化することにより薄膜化を行
う。また、窒化膜によるマスクパターンは比熱容量の小
さい材料をマスクとした裏面露光により形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は結晶性半導体薄膜を
用いた半導体装置に関し、特にアクティブマトリクス型
液晶表示装置等に使用される多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄型で軽量、かつ低消費電力であ
る利点を有するディスプレイとしてアクティブマトリク
ス型液晶表示装置が注目を集めている。その中でも大面
積化、高解像度化及び低コスト化等の要求から、安価な
低融点ガラス基板上に液晶駆動素子としての多結晶シリ
コン薄膜を用いた薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称
する。）を形成する技術に大きな期待が寄せられてい
る。ＴＦＴの活性層となる半導体薄膜としての多結晶シ
リコン薄膜を低融点ガラス基板上に６００℃程度の低温
で作成する技術としては、低融点ガラス基板上に非晶質
シリコン薄膜を堆積した後に６００℃程度の温度で数時
間〜数十時間熱処理して結晶化させる固相成長法や、特
開平６−３４９９７号公報、特開平６−６９１２８号公
報あるいは特開平６−１４０３２１号公報に示されるよ
うに、レーザー光等を照射してその部分の非晶質シリコ
ン膜を瞬時に熔融させ、再結晶化させるレーザー結晶化
法等の方法が提案されている。

【０００３】多結晶化されたシリコン薄膜は、その後Ｔ
ＦＴの活性層となるように島状にパターニングされ、表
面処理を施された後、その上にゲート絶縁膜が形成され
る。低温でゲート絶縁膜を作成する方法としては、プラ
ズマ化学気相成長法（ＰＣＶＤ）、減圧化学気相成長法
（ＬＰＣＶＤ）、光化学気相成長法、低温で半導体薄膜
の表面に熱酸化膜を形成する方法等がある。上述の多結
晶化されたシリコン薄膜を島状にパターニングする素子
間分離法は、シリコン薄膜上の素子間分離領域にフォト
レジストを形成して、このフォトレジストをマスクとし
てシリコン薄膜をエッチングして分断するものであっ
た。しかし、シリコン薄膜をエッチングする際、下地膜
の一部も同時にエッチングされるため、結果としてシリ
コン薄膜の厚さ以上の段差が生じることになり、後の工
程でシリコン薄膜の上層に形成されるゲート配線等の断
線の原因となっていた。そこで特開平７−６６４２４号
公報に示されるようにシリコン薄膜を分断して素子間分
離を行わずに、素子領域以外のシリコン薄膜を熱的に酸
化することによって素子間分離を行うことが提案されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】高電界効果移動度を有
する多結晶シリコン薄膜を活性層に用いたＴＦＴを作製
する際の課題は、絶縁性基板の全面にわたって低温で、
かつ均一に大粒径の多結晶シリコン薄膜を形成すること
と、その後、その多結晶シリコン薄膜を活性層に用いて
製造されたＴＦＴのオフ時のリーク電流を低減すること
である。

【０００５】多結晶シリコン薄膜はある大きさの分布を
持ったシリコンの単結晶粒が集合したものであり、その
単結晶粒どうしが接する部分に結晶粒界が形成される。
多結晶シリコン薄膜の電気的特性は結晶粒径および結晶
粒界の格子欠陥密度によって左右される。従って半導体
装置を製造する場合は単結晶粒あるいは可能な限り結晶
粒界の少ない大粒径の結晶粒により半導体装置の活性層
を構成することが望ましい。特に活性層中に結晶粒界が
多数存在すると、この結晶粒界に沿ってリーク電流が流
れることになり、ＴＦＴの特性を著しく損なうことにな
る。

【０００６】多結晶シリコン薄膜形成方法としては、主
に固相成長法とレーザー結晶化法に大別される。固相成
長法は絶縁性基板上に堆積された非晶質シリコン薄膜を
６００℃程度の低温熱処理により多結晶化する方法であ
るが、その結晶化に数時間〜数十時間という長時間を要
するため製造工程におけるスループットが極めて悪い。
また、多結晶化された多結晶シリコン薄膜の電界効果移
動度が小さいという課題も有している。一方、レーザー
結晶化法は絶縁性基板上に堆積された非晶質シリコン薄
膜にレーザー光を照射し、非晶質シリコン薄膜を瞬時に
熔融、再結晶化させることにより多結晶化する方法であ
り、結晶化が短時間で行えるうえ、多結晶化された後の
多結晶シリコン薄膜は高電界効果移動度を有するという
特徴がある。そのため現在では多数の研究機関で実用化
に向けた活発な研究開発が行われている。

【０００７】上述のレーザー結晶化法では結晶化に使用
するレーザー光が図８（ｂ）に示すような強度分布を有
しており、この強度分布は照射されるレーザー光のビー
ムスポットの径あるいは幅が小さくなるとより顕著とな
る傾向にある。即ち基板上に下地膜２を介して積層した
非晶質シリコン薄膜３にレーザー光Ａ又はＢが照射され
たとき、レーザ光Ａ又はレーザ光Ｂが照射された領域の
非晶質シリコン薄膜３には図８（ｂ）に示す強度分布に
対応するように、レーザー光が照射された領域の中心部
Ｏが最も高温となり、周辺部に向かうに従い中心部に比
べて温度が低下するような温度分布が生じることにな
る。図８に点線Ｂで示すようにビームスポット径又は幅
が小さい場合の強度分布は、実線Ａで示したビームスポ
ット径又は幅が大きい場合より急峻である。そのためレ
ーザー光が照射された領域の非晶質シリコン薄膜中に不
均一な核発生が起き、その結晶核から不規則に結晶粒が
成長するため、結果的に大粒径の結晶粒や小粒径の結晶
粒が混在して成長することになり、基板全面にわたって
均一な結晶粒を得ることが困難であるという問題を有し
ている。そこで従来は非晶質シリコン薄膜の上部または
下部に部分的に金属膜を設け、レーザー光の照射による
温度分布を均一にする試みや、金属膜によりレーザー光
を遮光して金属膜のない部分の非晶質シリコン薄膜を結
晶化した後、金属膜を取り除き再度レーザー光を照射す
ることにより均一な結晶粒を得る方法、あるいは光学的
手法によりレーザー光の強度分布を均一にする方法等が
提案されている。

【０００８】しかしながらこれらの方法では均一な粒径
の結晶粒が得られる反面、レーザー光が照射された領域
における非晶質シリコン薄膜の温度分布がほぼ均等にな
るため非晶質シリコン薄膜中に多数の結晶核が発生して
しまい、それぞれの結晶粒の成長面がぶつかり合い結晶
成長がすぐに飽和してしまうため大粒径の結晶粒を得る
ことが困難である。また、レーザー結晶化法では非晶質
シリコン薄膜中の水素の爆発的な気化等によってレーザ
ー光を照射した非晶質シリコン薄膜の表面に凹凸が生じ
易く、これが絶縁膜との界面準位密度や、ＴＦＴの特性
の優劣を左右する大きな要因であった。

【０００９】従来はこのようにして得られた多結晶シリ
コン薄膜をエッチングにより分断するか、あるいは素子
領域以外を熱的に酸化させることで所定の島形状に加工
していた。しかしながら、上述の結晶化方法で得られた
多結晶シリコン薄膜を用いてＴＦＴを製造する限り、絶
縁性基板上に形成された多結晶シリコン薄膜のいずれの
領域を、いずれの素子間分離の方法により島状に加工し
たとしても、その多結晶シリコン薄膜は大粒径の結晶粒
によるものではなく、膜中には多数の結晶粒界を有して
いる。即ち、従来の素子間分離の方法では絶縁性基板上
に形成された多結晶シリコン薄膜の結晶性、結晶粒の大
小、結晶粒界の有無に関係なく所定の領域を素子領域と
して分離していた。従ってＴＦＴの活性層、特にチャネ
ル領域の結晶性や結晶粒界に関してはまったく考慮され
ておらず、そのためＴＦＴのオフ時のリーク電流を低減
させることが十分に行えないという課題を有していた。

【００１０】本発明は上述の課題を解決するもので、絶
縁性基板上に選択的に均一な大粒径の結晶粒を実現する
ことで、活性層、特にチャネル領域の結晶粒界が極めて
少ない低リーク電流、かつ高電界効果移動度を有する半
導体装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の特許請求の範囲
の請求項１記載の半導体装置の製造方法は、絶縁性表面
を有する基板の第１の表面上に非晶質半導体薄膜を堆積
する工程と、非晶質半導体薄膜上に窒化シリコン膜を堆
積する工程と、窒化シリコン膜を所定の形状に加工する
と共に非晶質半導体薄膜の表面を露出させる工程と、表
面が露出した非晶質半導体薄膜上に非晶質半導体薄膜よ
りも比熱容量の小さい材料を形成する工程と、絶縁性表
面を有する基板の第２の表面側からレーザー光を照射し
て非晶質半導体薄膜を結晶化させ、結晶性半導体薄膜と
する工程と、非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい
材料間を除去する工程と、非晶質半導体薄膜よりも比熱
容量の小さい材料が形成されていた領域を半導体素子の
素子間となるように加工する工程とを有し、そのことに
より上記の目的が達成される。

【００１２】また、特許請求の範囲の請求項２記載の半
導体装置の製造方法は、絶縁性表面を有する基板の第１
の表面上に非晶質半導体薄膜を堆積する工程と、非晶質
半導体薄膜上に窒化シリコン膜を堆積する工程と、窒化
シリコン膜を所定の形状に加工すると共に非晶質半導体
薄膜の表面を露出させる工程と、表面が露出した非晶質
半導体薄膜上に非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さ
い材料を形成する工程と、絶縁性表面を有する基板の第
２の表面側からレーザー光を照射して非晶質半導体薄膜
を結晶化させ、結晶性半導体薄膜とする工程と、非晶質
半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材料を除去して結晶
性半導体薄膜の表面を露出させ、その領域を膜厚方向に
全てを熱酸化させることにより半導体素子間を分離する
工程を有し、そのことにより上記の目的が達成される。

【００１３】また、特許請求の範囲の請求項３記載の半
導体装置の製造方法は、絶縁性表面を有する基板の第１
の表面上に非晶質半導体薄膜を堆積する工程と、非晶質
半導体薄膜上に窒化シリコン膜を堆積する工程と、窒化
シリコン膜を所定の形状に加工すると共に非晶質半導体
薄膜の表面を露出させる工程と、表面が露出した非晶質
半導体薄膜上に非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さ
い材料を形成する工程と、絶縁性表面を有する基板の第
２の表面側からレーザー光を照射して非晶質半導体薄膜
を結晶化させ、結晶性半導体薄膜とする工程と、非晶質
半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材料を除去して結晶
性半導体薄膜の表面を露出させ、その領域をエッチング
して除去することにより半導体素子間を分離する工程を
有し、そのことにより上記の目的が達成される。

【００１４】また、特許請求の範囲の請求項４記載の半
導体装置の製造方法は、請求項１乃至３記載の半導体装
置の製造方法において、非晶質半導体薄膜よりも比熱容
量の小さい材料は金属膜であり、その金属膜はＣｒ、Ｔ
ａ、Ｍｏ、ＷもしくはＷＳｉ_x、ＭｏＳｉ_x、ＴａＳｉ_x
から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とし、そ
のことにより上記の目的が達成される。

【００１５】また、特許請求の範囲の請求項５記載の半
導体装置の製造方法は、請求項１乃至３記載の半導体装
置の製造方法において、非晶質半導体薄膜よりも比熱容
量の小さい材料は金属膜であり、選択的化学気相成長法
を用いて形成されることを特徴とし、そのことにより上
記の目的が達成される。

【００１６】また、特許請求の範囲の請求項６記載の半
導体装置の製造方法は、請求項１乃至３記載の半導体装
置の製造方法において、半導体素子の素子間領域は非晶
質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材料に対して自己
整合的に形成されていることを特徴とし、そのことによ
り上記の目的が達成される。

【００１７】また、特許請求の範囲の請求項７記載の半
導体装置の製造方法は、請求項１乃至３記載の半導体装
置の製造方法において、非晶質半導体薄膜よりも比熱容
量の小さい材料を除去する工程は、選択的エッチングに
より行われることを特徴とし、そのことにより上記の目
的が達成される。

【００１８】また、特許請求の範囲の請求項８記載の半
導体装置の製造方法は、請求項１乃至３記載の半導体装
置の製造方法において、非晶質半導体薄膜よりも比熱容
量の小さい材料を除去する工程は、非晶質半導体薄膜よ
りも比熱容量の小さい材料をマスクとした裏面露光によ
り形成したフォトレジストをマスクとしてエッチングに
より行われることを特徴とし、そのことにより上記の目
的が達成される。

【００１９】また、特許請求の範囲の請求項９記載の半
導体装置の製造方法は、請求項３記載の半導体装置の製
造方法において、結晶性半導体薄膜を除去する工程は、
非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材料をマスク
とした裏面露光により形成したフォトレジストをマスク
としてエッチングにより行われることを特徴とし、その
ことにより上記の目的が達成される。

【００２０】また、特許請求の範囲の請求項１０記載の
半導体装置の製造方法は、請求項３記載の半導体装置の
製造方法において、結晶性半導体薄膜を除去する工程
は、選択的エッチングにより行われることを特徴とし、
そのことにより上記の目的が達成される。

【００２１】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
絶縁性基板の第１の表面上に下地膜と、非晶質シリコン
薄膜を堆積し、その上に窒化シリコン膜を堆積し、この
窒化シリコン膜を半導体素子の活性層領域の形状に加工
する。その後、露出した非晶質シリコン薄膜上に非晶質
シリコン薄膜より比熱容量の小さい材料を所定の間隔で
配置して、絶縁性基板の裏面（第２の表面）側からレー
ザー光を照射して非晶質半導体薄膜を結晶化するように
した。そのため、非晶質シリコン薄膜より比熱容量の小
さい材料が配置されていない領域にのみ選択的に大粒径
の結晶粒を成長させることができる。その後、比熱容量
の小さい材料が形成されていた領域に対応する結晶性シ
リコン薄膜の表面を露出させ、膜厚方向に全て熱酸化す
るか、もしくはエッチングにより除去して素子間を分離
する。即ち、大粒径の結晶粒が成長した領域のみが熱酸
化、もしくはエッチングにより除去されずに残存するこ
とになる。その領域をＴＦＴの活性層として用いること
により、特にＴＦＴのチャネル領域における結晶粒界を
極めて少なくすることができ、ＴＦＴのオン電流を減少
させることなく、オフ時のリーク電流を効果的に低減す
ることができる。また、非晶質半導体薄膜より比熱容量
の小さい材料は選択的気相成長法により、表面が露出さ
れた非晶質半導体薄膜上にのみ形成されるため、非晶質
半導体薄膜より比熱容量の小さい材料のパターニングに
際してフォトリソ工程が必要ない。また、非晶質半導体
薄膜より比熱容量の小さい材料あるいは結晶性半導体薄
膜を除去する際、非晶質シリコン薄膜より比熱容量の小
さい材料をマスクとして裏面露光によりフォトレジスト
によるマスクを形成するか、あるいは選択的にエッチン
グを行うため、新たにそのためのフォトマスクを用いる
必要がない。更に、結晶性シリコン薄膜を熱酸化して素
子間を分離させた後、窒化シリコン膜によるマスクパタ
ーンを除去してシリコン薄膜の表面を露出させ、再度熱
酸化により結晶性シリコン薄膜の一部を酸化させること
により、酸化された膜は高品質の酸化シリコン膜とな
り、ＴＦＴの活性層と良好な界面状態を形成する。ＴＦ
Ｔの活性層は薄膜化され、ＴＦＴのオン電流を減少させ
ることなく、オフ時のリーク電流を効果的に低減するこ
とができる。

【００２２】以上のように本発明は高性能な半導体装
置、特に高い電界効果移動度を持つ高性能のＴＦＴを実
現し、このようなＴＦＴから構成される半導体装置ある
いは半導体回路を効率良く製造することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に基づ
いて説明する。図７（ａ）は本発明の半導体装置の製造
方法の主要部を示す断面図、図７（ｂ）は同平面図、図
７（ｃ）はＴＦＴの構造を示す断面図である。

【００２４】絶縁性基板１上に下地膜２、非晶質シリコ
ン薄膜３を順に堆積し、更にその上に非晶質シリコン薄
膜よりも比熱容量の小さい材料、例えば金属膜５を所定
の間隔で選択的に配置して、非晶質シリコン薄膜３に所
定の間隔でスリット状の露出部を設け、絶縁性基板の裏
面側からレーザー光６を照射して結晶化している。この
とき金属膜５が設けられていない露出部では結晶粒界１
９の極めて少ない良好な結晶粒が得られる。このように
して得られた結晶性シリコン薄膜の結晶粒界の極めて少
ない部分をＴＦＴの活性層、特にチャネル領域１５とし
て用いることにより、高性能、特にオフ時のリーク電流
が少ないＴＦＴを実現することが可能となる。

【００２５】発明者らが実験を行った結果、非晶質シリ
コン薄膜上あるいは非晶質シリコン薄膜上に金属膜を設
け、絶縁性基板の裏面側からレーザー光を照射した場合
と、金属膜を設けずに絶縁性基板の裏面側からレーザー
光を照射した場合では結晶化後の結晶性に違いがあるこ
とが判明した。図９はレーザー光が照射された非晶質シ
リコン薄膜の温度の時間的変化を示している。図９の曲
線ｂに示すようにレーザー光が照射された非晶質シリコ
ン薄膜は熔融温度以上に達して一旦、熔融された後、徐
々に冷却される間に結晶化が進行する。この冷却に要す
る時間が長い方がより大きな結晶粒が得られ、結晶性も
良好となる。しかし、曲線ａに示すように非晶質シリコ
ン薄膜上に金属膜が設けられている場合には、非晶質シ
リコン薄膜は熔融温度以上に達して一旦、融点以上に加
熱され熔融するが、熱が金属膜の方に流出あるいは吸収
されることにより一気に冷却されることになり、短時間
で結晶化が完了してしまう。そのため大きな結晶粒が得
られないのである。

【００２６】以上の結果から、発明者らは更に鋭意検討
を重ね、非晶質シリコン薄膜上に選択的に非晶質シリコ
ン薄膜よりも比熱容量の小さい材料を設けることで図１
０に示すようにレーザー光が照射された部分の非晶質シ
リコン薄膜に温度分布を生じさせることにより、単一核
からの結晶成長が可能となり、結晶粒界が極めて少ない
均一で大粒径の結晶粒を得ることができることを見出し
たものである。

【００２７】図１０（ａ）において、レーザー光の照射
されたスポットＳの中に比熱容量の小さい材料によるパ
ターンが存在しない部分Ｒでは照射されたレーザー光は
非晶質シリコン薄膜に吸収される。一方、比熱容量の小
さい材料によるパターンが存在する部分Ｔでは照射され
たレーザー光は一旦非晶質シリコン薄膜に吸収される
が、熱が金属膜の方に流出あるいは吸収されることによ
り一気に冷却されることになり、そのためレーザー光の
照射範囲内の非晶質シリコン薄膜の温度分布はレーザー
光の照射直後に高温領域と低温領域が交互に繰り返され
ることになる。このような温度分布を図１０（ｂ）に示
す。この結果、低温領域における非晶質シリコン薄膜は
短時間で結晶化が完了してしまう。一方、高温領域にお
ける非晶質シリコン薄膜は徐々に結晶化が進行して、結
晶成長距離が低温領域における非晶質シリコン薄膜の結
晶成長距離よりも長くなるため、結晶粒界の極めて少な
い大粒径の結晶粒を得ることができるのである。

【００２８】本発明において使用されるレーザーアニー
ル装置の概念図を図１１に示す。レーザー光は高周波
数、高エネルギーで出力する方が安定したレーザー光が
得られる。レーザー光の強度を発振周波数等で調整しよ
うとすると、レーザー発振器２０から出力されたレーザ
ー光は不安定なものとなる。そのため初に高周波数、高
エネルギーで出力しておき、アッテネーター２１と呼ば
れる光学フィルタでその強度が調整される。次にホモジ
ナイザー２２で所定のビーム形状に整形された後、プロ
セスチャンバー２３内のステージ２４の上の基板２５に
垂直に照射される。基板全体のアニール処理はステージ
を移動させながら行う。

【００２９】（実施の形態１）次に本発明の製造方法の
詳細を説明する。図１（ａ）〜（ｆ）は本発明の製造方
法の詳細を示す断面図である。本発明の実施の形態では
絶縁性基板の例としてガラス基板を用いて説明する。プ
ロセス温度は石英基板であれば、１２００℃の高温プロ
セスにも耐えられるが、ガラス基板を用いる場合には、
歪点が低いため約６００℃程度の低温に制限される。よ
り大面積で、かつ安価な基板を用いようとする場合には
ガラス基板の方が有利である。

【００３０】図１（ａ）に示すように、まず初めにガラ
ス基板等の絶縁性基板１の第１の表面上に減圧ＣＶＤ
法、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法等により
下地膜２となる第１の絶縁膜としてＳｉＯ₂膜を形成す
る。引き続きその上に減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶ
Ｄ法等により非晶質シリコン薄膜３としてノンドープ非
晶質シリコン薄膜を１０〜１００ｎｍ、例えば約５０ｎ
ｍの膜厚で堆積させる。次に窒化シリコン膜（以下、Ｓ
ｉＮ_x膜と呼ぶ）４を例えば約３００ｎｍの膜厚で堆積
させる。下地膜２、非晶質シリコン薄膜３、ＳｉＮ_x膜
４の成膜をその都度、成膜装置から取り出すことなく、
同一装置内で連続して行っても良い。同一装置内で連続
して成膜すれば各膜の界面が外気に晒されることなく、
清浄な状態に保たれるため、半導体装置の特性を向上さ
せることができる。更に製造工程も短縮でき、スループ
ットも大幅に向上するという利点がある。

【００３１】その後、絶縁性基板をＣＶＤ装置のチャン
バーより取り出してＳｉＮ_x膜４を半導体素子の活性層
領域の形状になるように島状に加工する。この島状のＳ
ｉＮ_x膜４が形成された領域以外の領域は非晶質シリコ
ン薄膜３の表面が露出されることになる。この露出部は
半導体素子の素子間領域にあたる。本発明の場合は半導
体素子を形成する領域以外の領域を熱酸化して素子間を
分離する必要があるため、図６（ａ）に示すような素子
を形成する領域に対応するようにＳｉＮ_x膜４を島状に
残存させ、それ以外の領域を格子状に除去する必要があ
る。ＳｉＮ_x膜４のパターンの間隔は素子間の間隔と同
程度とした。この後の工程でゲート電極等をパターニン
グする際のアライメント誤差等を考慮してＳｉＮ_x膜４
のパターンの寸法は活性層の寸法よりもやや大きめに設
定する方が好ましい。本発明の実施の形態では長辺方向
を４０μｍ〜６０μｍ、例えば５０μｍ程度とし、短辺
方向を例えば１０μｍ程度とした。ＳｉＮ_x膜のパター
ンの寸法や間隔は液晶表示装置の画素電極をスイッチン
グするＴＦＴの形状、大きさによって適宜決定すればよ
く、図６（ｂ）に示すような形状であっても差し支えな
い。またＳｉＮ_x膜のパターンの寸法が１０μｍ〜２０
μｍあるいは１００μｍ〜１５０μｍであっても本発明
の効果を損なうものではない。単に結晶化を行う場合
は、図６に示すような形状で良い。ＳｉＮ_x膜のパター
ンは結晶粒界の位置を制御し易いストライプ状とするの
が好適ではあるが、島状であっても同様の効果を得るこ
とができる。

【００３２】次に図１（ｂ）に示すように非晶質シリコ
ン薄膜３が露出した領域にのみ非晶質シリコン薄膜より
も比熱容量の小さい材料、例えば金属膜５を形成する。
非晶質シリコン薄膜３が露出した領域にのみ金属膜５を
形成する方法としては、選択的化学気相成長法を用い
た。例えばコールドウォールタイプのチャンバー内に、
上述の非晶質シリコン薄膜の表面を露出させた絶縁性基
板を配置し、基板温度２５０℃〜３５０℃、ＷＦ₆およ
びＳｉＨ₄の流量３０／２４ｓｃｃｍ〜３０／１６ｓｃ
ｃｍ、圧力０．０１〜０．１２ｔｏｒｒとしてＷを成膜
させた。その結果、ＳｉＮ_x膜４上にはＷの成長が起こ
らず、非晶質シリコン薄膜３上にのみＷが３００ｎｍ／
ｍｉｍ〜５００ｎｍ／ｍｉｍの速度で成長した。このよ
うに高融点金属薄膜または高融点金属シリサイド薄膜を
選択的に非晶質シリコン薄膜３上に形成することができ
るので、製造工程を大幅に短縮することができる。金属
膜４は非晶質シリコン薄膜から熱を吸収する役割を持つ
ため、膜厚が極端に薄いと効果が少ない。そのため膜厚
は１００〜５００ｎｍ程度は必要であり、例えば本発明
の実施の形態では約３００ｎｍ堆積させ、金属膜として
は耐熱性のあるＣｒ、Ｔａ、Ｍｏ、ＷもしくはＷＳ
ｉ_x、ＭｏＳｉ_x、ＴａＳｉ_x等を用いることが好適であ
る。上述の工程において、第１の絶縁膜を形成する工程
と非晶質シリコン薄膜を形成する工程との間に熱処理等
の工程が追加されても全く問題ない。例えば絶縁性基板
上に下地膜となる第１の絶縁膜を形成した後、その絶縁
膜の緻密化や膜質を向上させるために熱処理等を施し、
その後非晶質シリコン薄膜３を形成しても良い。本発明
においては、成膜工程間に他の工程を追加しても本発明
の効果を損なうことはない。

【００３３】次に絶縁性基板の裏面（第２の表面）側か
らレーザー光６を照射して、非晶質シリコン薄膜３を結
晶化する。使用するレーザー光としてはＸｅＣｌエキシ
マレーザー（波長３０８ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ
ー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長
１９３ｎｍ）、ＸｅＦエキシマレーザー（波長３５３ｎ
ｍ）等を用いることができる。絶縁性基板が石英基板で
あれば基板によるレーザー光の吸収は僅かであるが、低
融点ガラス基板を用いる場合にはレーザー光の波長によ
っては基板によるレーザー光の吸収が起こるため、比較
的吸収が少ないＸｅＣｌエキシマレーザー、ＸｅＦエキ
シマレーザー等を用いることが望ましい。レーザー光の
照射条件はレーザー光を照射される膜の膜質、膜厚等に
より異なる。本発明の実施の形態では絶縁性基板や下地
膜によるレーザー光の吸収による損失を考慮してレーザ
ー光のエネルギー密度は２００〜４００ｍＪ／ｃｍ²、
例えば２５０ｍＪ／ｃｍ²程度とした。レーザー光照射
時に基板を２００〜３００℃、あるいは４００℃に加熱
しても良い。レーザー光の形状はレンズ等の光学系によ
り数ｍｍ角〜数ｃｍ角程度のスポット状のものや、長辺
が数ｃｍ〜十数ｃｍ程度、短辺が数ｍｍ程度の長尺状に
加工することができ、いずれのレーザー光も本発明の実
施の形態では用いることができる。本発明の実施の形態
のように絶縁性基板の裏面側からレーザー光を照射する
と、半導体薄膜の表面が粗面化したり凹凸が発生する等
の悪影響を回避する効果がある。

【００３４】次に図１（ｃ）に示すようにフォトレジス
ト７を全面に塗布して所定の形状にパターン化する。本
実施の形態では絶縁性基板１のフォトレジスト７を塗布
した表面と反対側の表面、即ち絶縁性基板１の裏面側か
ら露光８を行う。金属膜５をマスクとして裏面露光を行
うことにより、フォトレジスト７はＳｉＮ_x膜４の表面
にパターン化されることになる。金属膜５をマスクとし
て自己整合的にフォトレジスト７をパターン化するた
め、この工程においてフォトマスクは必要ない。

【００３５】次に図１（ｄ）に示すように、フォトレジ
スト７によって被覆されたＳｉＮ_x膜４以外の金属膜５
をエッチングにより除去して結晶性シリコン薄膜９の表
面を露出させる。金属膜５は例えばＭｏを用いた場合は
Ｈ₂ＳＯ₄（硫酸）＋ＨＮＯ₃（硝酸）＋Ｈ₂Ｏ、混合比
１：１：３によるエッチング液あるいはＨＦ（フッ化水
素）＋ＨＮＯ₃（硝酸）＋ＣＨ₃ＣＯＯＨ（酢酸）、混合
比１：２０：３０によるエッチング液を用いて除去する
ことができる。

【００３６】次に図１（ｅ）に示すようにレジスト７を
剥離した後、基板を酸化雰囲気中に保持して露出した結
晶性シリコン薄膜９を厚さ方向に全て熱酸化させた。こ
れにより素子間の分離が行われ、ＴＦＴの活性層１１と
素子間を分離するＳｉＯ₂膜１０が形成される。本発明
の実施の形態では例えば１０％の水蒸気を含む１気圧、
６００℃の酸素雰囲気に３時間程度保持した。加熱時間
は加熱温度と結晶性シリコン薄膜９の膜厚によって決定
される。加熱時間を一定とすれば結晶性シリコン薄膜９
の膜厚が薄ければ短時間で熱酸化が完了し、膜厚が厚け
れば熱酸化に長時間を要することになる。加熱温度は用
いられる基板の材質や結晶性シリコン薄膜の膜質等を考
慮して５００〜６５０℃の範囲内で適宜決定すればよ
い。加熱温度を５００〜６５０℃の範囲とすると、通常
の半導体装置の活性層に用いられるシリコン薄膜であれ
ば、加熱時間は概ね３〜５時間程度が好ましい範囲であ
る。熱酸化された結晶性シリコン薄膜は初期の膜厚の
１．５〜２倍程度の膜厚のＳｉＯ₂膜となる。

【００３７】次に図１（ｆ）に示すようにＳｉＮ_x膜４
を除去し、続いてゲート絶縁膜となる第２の絶縁膜１２
およびゲート電極１３を形成する。ゲート電極には低抵
抗の配線材料であるＡｌ系の金属を用いることができ
る。耐熱性等を考慮してＡｌ−Ｔｉ等のＡｌ合金を用い
ることが望ましい。次に活性層１１にイオン注入法、レ
ーザードーピング法、あるいはプラズマドーピング法等
を用いてＮチャネルトランジスタを作成するときにはＰ
⁺、Ｐチャネルトランジスタを作成するときにはＢ⁺をド
ーピングしてソース領域およびドレイン領域１４を形成
する。ゲート電極１３の下方領域はチャネル領域１５と
なる。その後、レーザーアニール等の方法を用いて不純
物の活性化を行い、層間絶縁膜１６を積層する。層間絶
縁膜には段差被覆性のよい有機シランを材料としたプラ
ズマＣＶＤ法等によるＳｉＯ₂膜を数百ｎｍ〜数μｍ積
層するのが一般的である。また、他には窒化シリコン膜
を用いることもできる。次に層間絶縁膜１６及びゲート
絶縁膜１２にコンタクトホールを開口し、ソース電極お
よびドレイン電極１７を形成する。ソース及びドレイン
電極１７はゲート電極と同様にＡｌ系の金属で形成す
る。Ａｌ系の金属以外に高融点金属を用いても良い。高
融点金属はＡｌに比べて段差被覆性に優れている。

【００３８】以上、本発明の実施の形態において、素子
間を分離するＳｉＯ₂膜形成後のＴＦＴの製造方法はそ
の一例を示したものであり、ＴＦＴの製造方法はこれに
限定されるものでははない。

【００３９】（実施の形態２）図２（ａ）〜（ｅ）は本
発明の他の製造方法の詳細を示す断面図である。図２
（ａ）に示すように、まず初めにガラス基板等の絶縁性
基板１の第１の表面上に減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法またはスパッタリング法等により下地膜２となる第１
の絶縁膜としてＳｉＯ₂膜を形成する。引き続きその上
に減圧ＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等により非晶
質シリコン薄膜３としてノンドープ非晶質シリコン薄膜
を１０〜５０ｎｍ、例えば約４０ｎｍの膜厚で堆積させ
る。次にＳｉＮ_x膜６を例えば約３００ｎｍの膜厚で堆
積させる。下地膜２、非晶質シリコン薄膜３、ＳｉＮ_x
膜６の成膜をその都度、成膜装置から取り出すことな
く、同一装置内で連続して行っても良い。同一装置内で
連続して成膜すれば各膜の界面が外気に晒されることな
く、清浄な状態に保たれるため、半導体装置の特性を向
上させることができる。更に製造工程も短縮でき、スル
ープットも向上するという利点がある。

【００４０】その後、絶縁性基板をＣＶＤ装置のチャン
バーより取り出してＳｉＮ_x膜４を半導体素子の活性層
領域になるように島状に加工する。この島状のＳｉＮ_x
膜４が形成された領域以外の領域は非晶質シリコン薄膜
３の表面が露出されることになる。この露出部は半導体
素子の素子間領域にあたる。ＳｉＮ_x膜４の間隔または
寸法等は上述の発明の実施の形態１と同様で差し支えな
い。

【００４１】次に図２（ｂ）に示すように非晶質シリコ
ン薄膜３が露出した領域にのみ非晶質シリコン薄膜より
も比熱容量の小さい材料、例えば金属膜５を形成する。
非晶質シリコン薄膜３を露出した領域にのみ金属膜５を
形成する方法としては、選択的化学気相成長法を用い
た。成膜条件等は上述の発明の実施の形態１と同様であ
る。次に絶縁性基板の裏面（第２の表面）側からレーザ
ー光６を照射して、非晶質シリコン薄膜３を結晶化す
る。使用するレーザー光および照射条件は上述の発明の
実施の形態１と同様である。上述のように本発明の実施
の形態においても絶縁性基板の裏面側からレーザー光を
照射するため、半導体薄膜の表面が粗面化したり凹凸が
発生する等の悪影響を回避する効果がある。

【００４２】次に図２（ｃ）に示すように金属膜５を除
去して結晶性シリコン薄膜９を露出させる。例えば金属
膜５にＭｏを用いた場合はＨ₂ＳＯ₄（硫酸）＋ＨＮＯ₃
（硝酸）＋Ｈ₂Ｏ、混合比１：１：３によるエッチング
液あるいはＨＦ（フッ化水素）＋ＨＮＯ₃（硝酸）＋Ｃ
Ｈ₃ＣＯＯＨ（酢酸）、混合比１：２０：３０によるエ
ッチング液を用いて除去することができる。これらのエ
ッチング液ではＳｉＮ_x膜４は殆どエッチングされな
い。そのため金属膜５を除去するためのレジストマスク
を形成する必要がない。また結晶性シリコン薄膜９も上
記のエッチング液では殆どエッチングされないため、影
響がない。尚、上述のエッチング液は一例であり、本発
明はこれに限定されるものではない。Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、
Ｎｉ、Ｗ等を用いた場合も、金属膜に適したエッチング
液を用い、最適エッチング条件でエッチングを行えばＭ
ｏと同様の結果を得ることができる。

【００４３】次に図２（ｄ）に示すように基板を酸化雰
囲気中に保持して露出した結晶性シリコン薄膜９を厚さ
方向に全て酸化させた。これにより素子間の分離が行わ
れ、ＴＦＴの活性層１１と素子間を分離するＳｉＯ₂膜
１０が形成される。結晶性シリコン薄膜９を熱酸化させ
る条件等は上述の発明の実施の形態１と同様である。

【００４４】次に図２（ｅ）に示すようにＳｉＮ_x膜４
を除去する。ＳｉＮ_x膜４はＢＨＦ（緩衝フッ酸）によ
るエッチング液を用いて除去することができる。このエ
ッチング液では結晶性シリコン薄膜９は殆どエッチング
されない。そのためＳｉＮ_x膜４を除去するめたのレジ
ストマスクを形成する必要がない。続いてゲート絶縁膜
１２となるＳｉＯ₂膜およびその上にゲート電極１３を
形成する。以下の製造工程は上述の発明の実施の形態１
と同様である。本発明の実施の形態では金属膜５及びＳ
ｉＮ_x膜４の除去を選択エッチングで行うようにしたた
め、フォトレジストを使用する必要がなく、結晶性シリ
コン薄膜の表面を清浄に保つことができるという利点が
ある。

【００４５】（実施の形態３）図３（ａ）〜（ｅ）は本
発明の他の製造方法の詳細を示す断面図である。図３
（ａ）に示すように、まず初めにガラス基板等の絶縁性
基板１の第１の表面上に減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法またはスパッタリング法等により下地膜２となる第１
の絶縁膜としてＳｉＯ₂ 膜を形成する。引き続きその上
に減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法等により非晶質
シリコン薄膜３としてノンドープ非晶質シリコン薄膜を
５０〜１５０ｎｍ、例えば約１００ｎｍの膜厚で堆積さ
せる。次にＳｉＮ_x膜４を例えば約２００ｎｍの膜厚で
堆積させる。下地膜２、非晶質シリコン薄膜３、ＳｉＮ
_x膜４の成膜をその都度、成膜装置から取り出すことな
く、同一装置内で連続して行っても良い。同一装置内で
連続して成膜すれば各膜の界面が外気に晒されることな
く、清浄な状態に保たれるため、半導体装置の特性を向
上させることができる。更に製造工程も短縮でき、スル
ープットも向上するという利点がある。その後、絶縁性
基板をＣＶＤ装置のチャンバーより取り出してＳｉＮ_x
膜４を半導体素子の活性層領域になるように島状に加工
する。この島状のＳｉＮ_x膜４が形成された領域以外の
領域は非晶質シリコン薄膜３の表面が露出されることに
なる。この露出部は半導体素子の素子間領域にあたる。
ＳｉＮ_x膜４の間隔または寸法等は上述の発明の実施の
形態１と同様で差し支えない。

【００４６】次に図３（ｂ）に示すように非晶質シリコ
ン薄膜３が露出した領域にのみ非晶質シリコン薄膜より
も比熱容量の小さい材料、例えば金属膜５を形成する。
非晶質シリコン薄膜３が露出した領域にのみ金属膜５を
形成する方法としては、選択的化学気相成長法を用い
た。成膜条件等は上述の発明の実施の形態１と同様であ
る。次に絶縁性基板の裏面（第２の表面）側からレーザ
ー光６を照射して、非晶質シリコン薄膜３を結晶化す
る。使用するレーザー光および照射条件は上述の発明の
実施の形態１と同様である。上述のように本発明の実施
の形態においても絶縁性基板の裏面側からレーザー光を
照射するため、半導体薄膜の表面が粗面化したり凹凸が
発生する等の悪影響を回避する効果がある。

【００４７】次に図３（ｃ）に示すようにフォトレジス
ト７を全面に塗布して所定の形状にパターン化する。本
実施の形態では絶縁性基板１のフォトレジスト７を塗布
した表面と反対側の表面、即ち絶縁性基板１の裏面側か
ら露光８を行う。ネガレジストを用いて、金属膜５をマ
スクとして裏面露光を行うことにより、フォトレジスト
７はＳｉＮ_x膜４の表面にパターン化されることにな
る。金属膜５マスクとして自己整合的にフォトレジスト
７をパターン化するため、この工程においてフォトマス
クは必要ない。

【００４８】次に図３（ｄ）に示すように金属膜５をエ
ッチングにより除去して結晶性シリコン薄膜９の表面を
露出させる。金属膜４は例えばＭｏを用いた場合はＨ₂
ＳＯ₄（硫酸）＋ＨＮＯ₃（硝酸）＋Ｈ₂Ｏ、混合比１：
１：３によるエッチング液あるいはＨＦ（フッ化水素）
＋ＨＮＯ₃＋ＣＨ₃ＣＯＯＨ（酢酸）、混合比１：２０：
３０によるエッチング液を用いて除去することができ
る。続いてＳｉＮ_x膜４上に形成したフォトレジストを
マスクとして結晶性シリコン薄膜９をエッチングにより
除去する。結晶性シリコン薄膜９のエッチングには例え
ばＣＦ₄（四フッ化炭素）＋Ｏ₂ガスによるドライエッチ
ングを用いることができる。このエッチングガスではＳ
ｉＮ_x膜４は僅かしかエッチングされないので、ＳｉＮ_x
膜４に与える影響は極めて少ない。

【００４９】次に図３（ｅ）に示すようにフォトレジス
ト７を剥離した後、ＳｉＮ_x膜４を除去する。結果とし
て、島状の結晶性シリコン薄膜９が形成される。ＳｉＮ
_x膜４はＢＨＦ（緩衝フッ酸）によるエッチング液を用
いて除去することができる。このエッチング液では結晶
性シリコン薄膜９は殆どエッチングされない。そのため
ＳｉＮ_x膜４を除去するためのレジストマスクを形成す
る必要がない。続いてゲート絶縁膜１２となるＳｉＯ₂
膜及びその上にゲート電極１３を形成する。以下、上述
の発明の実施の形態１と同様の工程で製造することがで
きる。

【００５０】（実施の形態４）図４（ａ）〜（ｅ）は本
発明の他の製造方法の詳細を示す断面図である。図４
（ａ）に示すように、まず初めにガラス基板等の絶縁性
基板１の第１の表面上に減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法またはスパッタリング法等により下地膜２となる第１
の絶縁膜としてＳｉＯ₂ 膜を形成する。引き続きその上
に減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法等により非晶質
シリコン薄膜３としてノンドープ非晶質シリコン薄膜を
５０〜１５０ｎｍ、例えば約１００ｎｍの膜厚で堆積さ
せる。次にＳｉＮ_x膜４を例えば約２００ｎｍの膜厚で
堆積させる。下地膜２、非晶質シリコン薄膜３、ＳｉＮ
_x膜４の成膜をその都度、成膜装置から取り出すことな
く、同一装置内で連続して行っても良い。同一装置内で
連続して成膜すれば各膜の界面が外気に晒されることな
く、清浄な状態に保たれるため、半導体装置の特性を向
上させることができる。更に製造工程も短縮でき、スル
ープットが大幅に向上するという利点がある。その後、
絶縁性基板をＣＶＤ装置のチャンバーより取り出してＳ
ｉＮ_x膜４を半導体素子の活性層領域になるように島状
に加工する。この島状のＳｉＮ_xが形成された領域以外
の領域は非晶質シリコン薄膜３の表面が露出されること
になる。この露出部は半導体素子の素子間領域にあた
る。ＳｉＮ_x膜４の間隔又は寸法等は上述の発明の実施
の形態１と同様で差し支えない。

【００５１】次に図４（ｂ）に示すように非晶質シリコ
ン薄膜３が露出した領域にのみ非晶質シリコン薄膜より
も比熱容量の小さい材料、例えば金属膜５を形成する。
非晶質シリコン薄膜３が露出した領域にのみ金属膜５を
形成する方法としては、選択的化学気相成長法を用い
た。成膜条件等は上述の発明の実施の形態１と同様であ
る。次に、絶縁性基板の裏面（第２の表面）側からレー
ザー光６を照射して、非晶質シリコン薄膜３を結晶化す
る。使用するレーザー光および照射条件は上述の発明の
実施の形態１と同様である。上述のように本発明の実施
の形態においても絶縁性基板の裏面側からレーザー光を
照射するため、半導体薄膜の表面が粗面化したり凹凸が
発生する等の悪影響を回避する効果がある。

【００５２】次に図４（ｃ）に示すように金属膜５を除
去して、結晶性シリコン薄膜９を露出させる。例えば、
金属膜５にＭｏを用いた場合はＨ₂ＳＯ₄（硫酸）＋ＨＮ
Ｏ_３（硝酸）＋Ｈ_２Ｏ、混合比１：１：３によるエッチ
ング液、あるいはＨＦ（フッ化水素）＋ＨＮＯ₃＋ＣＨ
３ＣＯＯＨ（酢酸）、混合比１：２０：３０によるエッ
チング液を用いて除去することができる。これらのエッ
チング液ではＳｉＮ_x膜４は殆どエッチングされない。
そのため、金属膜５を除去するためのレジストマスクを
形成する必要がない。また結晶性シリコン薄膜９も上記
のエッチング液では殆どエッチングされないため、影響
がない。尚、上述のエッチング液は一例を示したもので
あり、本発明はこれに限定されるものではない。Ｃｒ、
Ｔａ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｗ等を用いた場合も、金属膜に適し
たエッチング液を用い、最適エッチング条件でエッチン
グを行えば、Ｍｏと同様の結果を得ることができる。

【００５３】次に図４（ｄ）に示すように、結晶性シリ
コン薄膜をエッチングにより除去する。結晶性シリコン
薄膜９のエッチングには、例えばＣＦ₄（四フッ化炭
素）＋Ｏ₂ガスによるドライエッチングを用いることが
できる。このエッチングガスではＳｉＮｘ膜４は僅かし
かエッチングされない。そのため結晶性シリコン薄膜９
を除去するためのレジストマスクを形成する必要がな
い。

【００５４】次に図４（ｅ）に示すようにＳｉＮ_x膜４
を除去する。結果的に島状の結晶性シリコン薄膜９が形
成される。ＳｉＮ_x膜４はＢＨＦ（緩衝フッ酸）による
エッチング液を用いて除去することができる。このエッ
チング液では結晶性シリコン膜９は殆どエッチングされ
ない。そのため、ＳｉＮ_x膜４を除去するためのレジス
トマスクを形成する必要がない。続いてゲート絶縁膜１
２となるＳｉＯ2膜及びその上にゲート電極１３を形成
する。以下、上述の発明の実施の形態１と同様の工程で
製造することができる。

【００５５】（実施の形態５）図５（ａ）（ｂ）は本発
明の他の製造方法を示す断面図である。図５（ａ）に示
すように熱酸化による素子間分離を行い、ＳｉＮx膜４
を除去した後、再度酸化気中に保持して露出された結晶
性シリコン薄膜９の表面から膜厚方向に一部熱酸化させ
て熱酸化によるゲート絶縁膜１８を形成する。この際の
熱酸化条件は素子間分離を行う際の条件と同一とした。
但し、加熱時間を短時間とした。本発明の実施の形態で
は約１〜２時間程度、酸化雰囲気中に保持した。これに
より活性層１１の膜厚の２／３〜１／２程度が熱酸化さ
れ、活性層は薄膜化されることになる。本発明の実施の
形態では熱酸化によりゲート絶縁膜を形成するため高品
質のゲート絶縁膜を得ることができ、結晶性シリコン薄
膜とゲート絶縁膜の界面特性が良好なものとなる。また
活性層、特にチャネル領域が薄膜化されるため、ＴＦＴ
のオフ時のリーク電流が低減できる。

【００５６】次に図５（ｂ）に示すように、熱酸化によ
るゲート絶縁膜１８上にゲート電極１３を形成する。以
下、上述の発明の実施の形態１と同様の工程で半導体素
子を完成させる。

【００５７】本発明の実施の形態において、図５（ａ）
に至るまでの工程は、上述の発明の実施の形態１、２、
３または４に示した製造方法によって行われるため、説
明を省略した。尚、本発明の実施の形態における図５
（ａ）に至るまでの工程は、上述の発明の実施の形態１
または２に示した製造方法によるものである。

【００５８】

【発明の効果】以上、上述のように本発明の半導体装置
の製造方法によると、絶縁性基板上に非晶質シリコン薄
膜を堆積し、その上に非晶質シリコン薄膜を堆積し、そ
の上に窒化シリコン膜を堆積し、半導体素子の活性層領
域の形状に加工する。その後、露出した非晶質シリコン
薄膜上に非晶質シリコン薄膜より比熱容量の小さい材料
を所定の間隔で配置して、絶縁性基板の裏面側からレー
ザー光を照射して非晶質シリコン薄膜を結晶化するよう
にした。そのため、非晶質半導体薄膜より比熱容量の小
さい材料が形成されていない領域のみ選択的に大粒径の
結晶粒を成長させることができる。その後、比熱容量の
小さい材料が形成されていた領域に対応する結晶性シリ
コン薄膜の表面を露出させ、膜厚方向に全て熱酸化する
か、もしくはエッチングにより除去して素子間を分離す
る。即ち、大粒径の結晶粒が成長した領域のみが熱酸化
もしくはエッチングにより除去されずに残存することに
なる。その領域をＴＦＴの活性層として用いることによ
り、特にＴＦＴのチャネル領域における結晶粒界を極め
て少なくすることができ、ＴＦＴのオン電流を減少させ
ることなく、オフ時のリーク電流を効果的にして低減す
ることができる。また非晶質シリコン薄膜より比熱容量
の小さい材料は選択的気相成長法により、表面が露出さ
れた非晶質半導体薄膜上にのみ形成されるため、非晶質
半導体薄膜より比熱容量の小さい材料のパターニングに
際してフォトリソ工程の必要がない。また、非晶質半導
体薄膜より比熱容量の小さい材料あるいは結晶性半導体
薄膜を除去する際、非晶質シリコン薄膜より比熱容量の
小さい材料をマスクとして裏面露光によりフォトレジス
トによるマスクを形成するか、あるいは選択的にエッチ
ングを行うため、新たにそのためのフォトマスクを用い
る必要がない。更に、結晶性シリコン薄膜を熱酸化して
素子間を分離させた後、窒化シリコン膜によるマスクパ
ターンを除去して結晶性シリコン薄膜の表面を露出さ
せ、再度熱酸化により結晶性シリコン薄膜の一部を酸化
させることにより、酸化された膜は高品質の酸化シリコ
ン膜となり、ＴＦＴの活性層と良好な界面状態を形成す
る。ＴＦＴの活性層は薄膜化され、ＴＦＴのオン電流を
減少させることなく、オフ電流を効果的に低減すること
ができる。以上のように本発明は高性能な半導体装置、
特に高い電界効果移動度をもつ高性能のＴＦＴを実現
し、このようなＴＦＴから構成される半導体装置あるい
は半導体回路を効率よく製造することができる産業上有
益な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す断
面図である。

【図２】実施の形態２の半導体装置の製造工程を示す断
面図である。

【図３】実施の形態３の半導体装置の製造工程を示す断
面図である。

【図４】実施の形態４の半導体装置の製造工程を示す断
面図である。

【図５】実施の形態５の半導体装置の製造工程を示す断
面図である。

【図６】金属膜の形状の一例を示す図である。

【図７】本発明の半導体装置の製造方法の主要部を示す
説明図である。

【図８】レーザー光の強度分布を示す図である。

【図９】レーザー光照射における半導体薄膜の温度の時
間的変化を示す図である。

【図１０】本発明における半導体薄膜の温度分布を示す
図である。

【図１１】レーザーアニール装置の概念図である。

【符号の説明】

１絶縁性基板２下地膜３非晶質シリコン薄膜４ＳｉＮ_x膜５金属膜６レーザー光７フォトレジスト８露光９結晶性シリコン薄膜１０熱酸化によるＳｉＯ₂膜１１活性層１２ゲート電極１３ソース領域およびドレイン領域１４チャネル領域１５層間絶縁膜１６ソース電極およびドレイン電極１７ゲート絶縁膜１８表示部のＴＦＴ１９周辺駆動回路部のＴＦＴ２０結晶粒界２１レーザー発振器２２アッテネーター２３ホモジナイザー２４プロセスチャンバー２５ステージ２６基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性表面を有する基板の第１の表面上
に非晶質半導体薄膜を堆積する工程と、前記非晶質半導体薄膜上に窒化シリコン膜を堆積する工
程と、前記窒化シリコン膜を所定の形状に加工すると共に前記
非晶質半導体薄膜の表面を露出させる工程と、前記表面が露出した非晶質半導体薄膜上に非晶質半導体
薄膜よりも比熱容量の小さい材料を形成する工程と、前記絶縁性表面を有する基板の第２の表面側からレーザ
ー光を照射して前記非晶質半導体薄膜を結晶化させ、結
晶性半導体薄膜とする工程と、前記非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材料を除
去する工程と、前記非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材料で形
成されていた領域を半導体素子間となるように加工する
工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項２】絶縁性表面を有する基板の第１の表面上
に非晶質半導体薄膜を堆積する工程と、前記非晶質半導体薄膜上に窒化シリコン膜を堆積する工
程と、前記窒化シリコン膜を所定の形状に加工すると共に前記
非晶質半導体薄膜の表面を露出させる工程と、前記表面が露出した非晶質半導体薄膜上に非晶質半導体
薄膜よりも比熱容量の小さい材料を形成する工程と、前記絶縁性表面を有する基板の第２の表面側からレーザ
ー光を照射して前記非晶質半導体薄膜を結晶化させ、結
晶性半導体薄膜とする工程と、前記非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材料を除
去して結晶性半導体薄膜の表面を露出させ、その領域を
膜厚方向に全てを熱酸化させることにより半導体素子間
を分離する工程と、を有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項３】絶縁性表面を有する基板の第１の表面上
に非晶質半導体薄膜を堆積する工程と、前記非晶質半導体薄膜上に窒化シリコン膜を堆積する工
程と、前記窒化シリコン膜を所定の形状に加工すると共に前記
非晶質半導体薄膜の表面を露出させる工程と、前記表面が露出した非晶質半導体薄膜上に非晶質半導体
薄膜よりも比熱容量の小さい材料を形成する工程と、前記絶縁性表面を有する基板の第２の表面側からレーザ
ー光を照射して前記非晶質半導体薄膜を結晶化させ、結
晶性半導体薄膜とする工程と、前記非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材料を除
去して結晶性半導体薄膜の表面を露出させ、その領域を
エッチングして除去することにより半導体素子間を分離
する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製
造方法。
【請求項４】前記非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の
小さい材料は金属膜であり、その金属膜はＣｒ、Ｔａ、
Ｍｏ、ＷもしくはＷＳｉ_x、ＭｏＳｉ_x、ＴａＳｉ_xから
選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする請求項
１乃至３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の
小さい材料は金属膜であり、選択的化学気相成長法を用
いて形成されることを特徴とする請求項１乃至３記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記半導体素子の素子間領域は前記非晶
質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材料に対して自己
整合的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至
３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の
小さい材料を除去する工程は、選択的エッチングにより
行われることを特徴とする請求項１乃至３記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項８】前記非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の
小さい材料を除去する工程は、前記非晶質半導体薄膜よ
りも比熱容量の小さい材料をマスクとした裏面露光によ
り形成したフォトレジストをマスクとしてエッチングに
より行われることを特徴とする請求項１乃至３記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項９】前記結晶性半導体薄膜を除去する工程
は、前記非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材料
をマスクとした裏面露光により形成したフォトレジスト
をマスクとしてエッチングにより行われることを特徴と
する請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記結晶性半導体薄膜を除去する工程
は、選択的エッチングにより行われることを特徴とする
請求項３記載の半導体装置の製造方法。