JP2004179356A - 半導体装置の作製方法及び半導体装置 - Google Patents
半導体装置の作製方法及び半導体装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004179356A JP2004179356A JP2002343258A JP2002343258A JP2004179356A JP 2004179356 A JP2004179356 A JP 2004179356A JP 2002343258 A JP2002343258 A JP 2002343258A JP 2002343258 A JP2002343258 A JP 2002343258A JP 2004179356 A JP2004179356 A JP 2004179356A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor film
- film
- laser
- semiconductor
- laser light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
【課題】本発明は、半導体膜の表面の状態や結晶性にむらが生じるのを抑え、ＴＦＴのオン電流、移動度、閾値のばらつきを抑えることができる半導体装置の作製方法と、該作製方法を用いて作製された半導体装置の提供を課題とする。
【解決手段】絶縁表面上に形成された半導体膜に、イオンドーピング法を用いて希ガスを添加し、希ガスの雰囲気下において、希ガスが添加された半導体膜にパルス発振のレーザ光を照射することを特徴とする。またレーザ光の照射の際に、希ガスが添加された半導体膜に超音波による振動を与えても良い。
【選択図】 図１
【解決手段】絶縁表面上に形成された半導体膜に、イオンドーピング法を用いて希ガスを添加し、希ガスの雰囲気下において、希ガスが添加された半導体膜にパルス発振のレーザ光を照射することを特徴とする。またレーザ光の照射の際に、希ガスが添加された半導体膜に超音波による振動を与えても良い。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて半導体膜を結晶化する工程を含む半導体装置の作製方法と、該作製方法を用いて作製された半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（多結晶ＴＦＴ）は、非晶質半導体膜を用いたＴＦＴに比べて移動度が２桁以上高く、半導体表示装置の画素部とその周辺の駆動回路を同一基板上に一体形成できるという利点を有している。
【０００３】
多結晶半導体膜は、レーザアニール法を用いることで、安価なガラス基板上に形成することができる。しかし発振器から出力されるレーザ光のエネルギーは、様々な要因によって少なくとも数％の揺らぎを有しており、この揺らぎによって半導体膜の結晶化を均一に行なうことが妨げられている。結晶化が均一に行なわれず、多結晶半導体膜の結晶性にばらつきが生じると、該多結晶半導体膜を活性層として用いるＴＦＴの特性、例えばオン電流、移動度等にばらつきが生じてしまう。
【０００４】
例えば、各画素に発光素子と、該発光素子への電流の供給を制御するＴＦＴとが各画素に設けられたアクティブマトリクス型の発光装置の場合、ＴＦＴのオン電流にばらつきが生じると、発光素子の輝度もそれに合わせてばらついてしまう。
【０００５】
また、大気中においてレーザ光を照射し結晶化を行なった場合、半導体膜の表面に多少なりとも荒れが生じる。この半導体膜の表面の荒れは、レーザ光のエネルギーの強度が強いほど顕著に現れる。そして表面の荒れが著しい領域ほど光が散乱して明るく見えるため、エネルギーの揺らぎに起因する数ミリ間隔の縞状の濃淡が視認される場合がある。
【０００６】
なお、半導体膜の表面状態がレーザ光照射時における雰囲気中の酸素と密接な関連性を有していることが、下記特許文献１に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１３８１８０号公報（第３−４頁）
【０００８】
上記特許文献１には、雰囲気中における酸素の含有量が多い程、レーザ光の照射により結晶化された半導体膜の表面の荒れが著しくなることが記載されており、さらにレーザ光の照射の際にＡｒを半導体膜に吹き付けることが記載されている。
【０００９】
半導体膜の表面が荒れると、半導体膜と、該半導体膜に接して形成されるゲート絶縁膜との界面における界面準位密度が高くなり、閾値電圧がよりノーマリーオフ側へ変化する。よってレーザ光のエネルギーの揺らぎによって半導体膜の表面の状態にむらが生じると、後に形成されるゲート絶縁膜との界面における界面準位密度にばらつきが生じ、ＴＦＴの閾値がばらついてしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題に鑑み、半導体膜の表面の状態や結晶性にむらが生じるのを抑え、ＴＦＴのオン電流、移動度、閾値のばらつきを抑えることができる半導体装置の作製方法と、該作製方法を用いて作製された半導体装置の提供を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
レーザ光のエネルギー密度と半導体膜の結晶性との間には密接不可分な関係があると推測される。しかし本発明者らは、輝度のばらつきが視認されるほどの大きな結晶性のばらつきは、数％のエネルギー密度の揺らぎという原因のみでは説明がつかないと考えた。そこで、エネルギー密度の揺らぎによって生じるだろう、結晶性を左右する２次的な要因について考察した。
【００１２】
本発明者らは、大気中に存在する酸素または窒素の、レーザ光により溶融した半導体膜への混入に着目した。
【００１３】
図８（Ａ）に、空気中においてパルス発振のレーザ光を照射したときの、半導体膜９０００の断面図を示す。半導体膜９０００のレーザ光が照射された領域９００１は、完全に溶融し液相の状態にあるか、もしくは完全に溶融せずとも部分的に液相の状態にあると考えられる。そして溶融したシリコンは空気中の酸素または窒素と反応しやすいため、半導体膜９０００の表面には酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等の、極薄い絶縁膜９００３が形成される。
【００１４】
そして、図８（Ａ）に示した状態からレーザ光を走査したときの、半導体膜９０００の断面図を図８（Ｂ）に示す。パルス発振の場合、レーザ光の照射される領域は非連続的に移動する。そして半導体膜全面にレーザ光を走査する過程において、図８（Ｂ）に示すように、図８（Ａ）においてレーザ光が照射された領域９００１と、図８（Ｂ）においてレーザ光が照射される領域９００２が互いに一部重なる。
【００１５】
図８（Ｂ）では領域９００２がレーザ光の照射により溶融する。レーザ光の照射により瞬間的に溶融した半導体膜は、パルス発振では数十ｍ／ｓ、連続発振では数ｃｍ／ｓの比較的速い速度で再結晶化すると言われており、そのため不純物は熱平衡状態の溶解度以上に半導体膜中に溶解すると推測される。とすると、レーザ光の照射の際に半導体膜に接している絶縁膜中から、半導体膜に不純物が混入しやすいと考えられる。これは特に再結晶化の速度が速い、パルス発振のレーザ光の場合に著しい。
【００１６】
したがって、領域９００１の表面に形成された絶縁膜９００３は、領域９００２と重なる部分が溶融し、酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等の切片として領域９００２の内部に混入すると考えられる。よってパルス発振の場合において、絶縁膜９００３の膜厚はレーザ光のエネルギー密度に依存するので、エネルギー密度の揺らぎは、そのまま不純物濃度のばらつきにつながると予測される。
【００１７】
また、レーザ光の照射により瞬間的に溶融した半導体膜は、パルス発振では数十ｍ／ｓ、連続発振では数ｃｍ／ｓの比較的速い速度で再結晶化すると言われており、そのため空気中の不純物は熱平衡状態の溶解度以上に半導体膜中に溶解すると推測される。
【００１８】
そして、半導体膜の結晶化に用いられるレーザ光の照射時間は、走査速度にも依存するが、パルス発振だと数〜数十ナノ秒程度であるのに対し、連続発振だと数〜数十マイクロ秒程度と比較的長い。そのため連続発振の方がパルス発振よりも、半導体膜が溶融している時間が長いため、空気中の不純物が半導体膜により混入しやすいと考えられる。
【００１９】
そして半導体膜の温度が高いほど気体の溶解度も高まるので、より空気中の不純物が半導体膜中に溶解しやすくなる。よって連続発振の場合において、エネルギー密度の揺らぎにより、半導体膜に与えられる温度に高低差が生じると、半導体膜の不純物の濃度にばらつきが生じると推測される。
【００２０】
大気中から混入した酸素や窒素等の不純物は、溶融した半導体膜中における偏析係数が正であるので、再結晶化の際に粒界に偏析しやすい。この粒界偏析（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ）と呼ばれる現象は、固溶度の小さい不純物ほど起きやすい。偏析した酸素や窒素などの不純物は、シリコンと結合し、酸化珪素、窒化酸化珪素、窒化珪素などの絶縁物を形成しやすい。そして粒界に偏析した該絶縁物が、半導体膜中におけるキャリアの移動を妨げ、移動度低下の原因となる。
【００２１】
よって、上述したようにパルス発振と連続発振では、半導体膜への不純物の混入のメカニズムが異なっていると予測されるが、いずれの場合においても、エネルギー密度の揺らぎによって生じる不純物濃度のばらつきが、半導体膜の移動度のばらつきの原因となっていると考えられる。
【００２２】
そこで本発明者らは、レーザ光の照射による結晶化の前に半導体膜にＡｒをドーピングした後、Ａｒ雰囲気中で該半導体膜にレーザ光を照射して結晶性を高めるようにした。なお、ドーピングする元素はＡｒに限定されず、０族の元素（希ガス元素）であれば良い。またレーザ光を照射する際に必ずしもＡｒ雰囲気にする必要はなく、０族の気体または０族の気体に水素を添加した気体であれば良い。０族の元素は半導体膜中において中性であり、ドーパントととならないということと、シリコンに代表される半導体を構成する元素と化合物を形成しにくいという点で最も適している。特にＡｒは安価であるため、半導体装置の作製工程にかかるコストを抑えることができる。
【００２３】
そして、半導体膜にＡｒをドーピングしてからレーザ光を照射する工程までは、半導体膜を酸素が含まれる雰囲気中に曝さないように、例えばロードロック方式のチャンバー内において行なう。例えば半導体膜を成膜する工程を行なうチャンバーと、半導体膜にＡｒをドーピングする工程を行うチャンバーと、半導体膜にレーザ光を照射するチャンバーとを有するマルチチャンバー方式の製造装置を用いることで、半導体膜を大気に曝すことなく、一連の工程を順に行なうことができる。
【００２４】
一定体積の液体に溶ける気体の質量は、液体に接している気体の分圧に比例する。よって、半導体膜中に予めＡｒ等をドーピングしておき、なおかつＡｒ等の雰囲気中でレーザ光を照射することで、半導体膜中に大気中から酸素や窒素が入り込むのを効果的に防ぐことができる。またレーザ光照射の際に、半導体膜の表面に絶縁膜が形成されるのを防ぐことができ、該絶縁膜の切片が半導体膜中に入り込むのを防ぐことができる。
【００２５】
したがって、エネルギー密度の揺らぎによって生じる不純物濃度のばらつきを抑え、半導体膜の移動度のばらつきを抑えることができる。また該半導体膜を用いて形成されたＴＦＴにおいては、移動度に加えてオン電流のばらつきをも抑えることができる。
【００２６】
また、ＡｒなどのＳｉより原子半径が大きい希ガス元素をドーピングしておくことで、レーザ光により結晶化された半導体膜の配向性を高めることができる。
【００２７】
また上記特許文献１に記載されている通り、経験則により酸素が存在する雰囲気中においてレーザ光を照射すると、半導体膜の表面が荒れることが知られている。しかし本発明の構成によって、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる閾値のばらつきを抑えることができる。
【００２８】
なお本発明では、触媒元素を半導体膜に添加した後、レーザ光の照射を行ない結晶性を高めるようにしても良い。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１を用いて、本発明の半導体装置の作製方法について説明する。
【００３０】
まず図１（Ａ）に示すように、基板５００上に下地膜５０１を成膜する。基板５００には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、ＳＵＳ基板等を用いることができる。また、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
【００３１】
下地膜５０１は基板５００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化酸化珪素膜を１０〜４００ｎｍ（好ましくは５０〜３００ｎｍ）の膜厚になるように成膜する。
【００３２】
なお下地膜５０１は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。またガラス基板、ＳＵＳ基板またはプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がさして問題とならない場合は、必ずしも設ける必要はない。
【００３３】
次に下地膜上に半導体膜５０２を形成する。半導体膜５０２の膜厚は２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）とする。なお半導体膜５０２は、非晶質半導体であっても良いし、多結晶半導体であっても良い。また半導体は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムも用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。
【００３４】
次に、０族元素をイオンドープ法により半導体膜５０２に添加する。本実施の形態では０族の元素としてＡｒを用いた例について説明する。ドーピングする０族の元素として、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等が代表的に挙げられる。０族の元素のドーピングは、半導体膜に導電性を付与するＰやＢのドーピングと同様に、プラズマ化し、多孔電極で加速してドーピングすることができる。そしてＰやＢと異なり法律上の規制がないので、ドーピングするガスを水素で希釈しなくとも良く、スループットは高い。例えばＡｒの場合、半導体膜中の濃度が５×１０１８〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、望ましくは１×１０１８〜５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度となるように添加する。また加速電圧は、半導体膜５０２の厚さ方向におけるＡｒの濃度分布を左右する。よって、膜の表面に向かうほど濃度が高くなるようにするか、膜の基板に近くなるほど濃度が高くなるようにするか、または膜全体の濃度が均一になるようにするかによって、加速電圧を適宜定めるようにする。本実施の形態では加速電圧を３０ｋＶとして行なう。
【００３５】
なお、０族元素に水素を添加したガスの雰囲気下で、レーザ光の照射を行なうようにしても良い。この場合、水素の分圧を１〜３％とする。
【００３６】
次に図１（Ｂ）に示すように、半導体膜５０２を本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化する。レーザは、パルス発振または連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レーザとして、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザなどが挙げられる。固体レーザとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザが適用される。当該レーザの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザ光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００３７】
またさらに、固体レーザから発せられらた赤外レーザ光を非線形光学素子でグリーンレーザ光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザ光を用いることもできる。
【００３８】
本実施の形態ではパルス発振のＹＡＧレーザを用いる。例えばＹＡＧレーザを用いる場合、半導体膜に吸収されやすい第２高調波の波長を用いる。そして発振周波数３０〜３００ｋＨｚ、エネルギー密度を３００〜６００ｍＪ／ｃｍ２（代表的には３５０〜５００ｍＪ／ｃｍ２）とし、任意のポイントに数ショットずつ照射できるように走査速度を設定すると良い。
【００３９】
またレーザ光の照射は、レーザ光の照射はロードロック方式のチャンバー内において、０族のガスが９９．９９％以上、望ましくは９９．９９９９％以上の雰囲気下において行なう。本実施の形態では０族の気体としてＡｒを用いる。
【００４０】
なお、ドーピングする０族元素とレーザ光を照射する際に用いる０族元素とは、必ずしも同じである必要はない。
【００４１】
上述した半導体膜５０２へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜５０３が形成される。
【００４２】
次に、図１（Ｃ）に示すように半導体膜５０３をパターニングし、島状の半導体膜５０７〜５０９が形成され、該島状の半導体膜５０７〜５０９を用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子が形成される。
【００４３】
上述したように本発明では、半導体膜中に予めＡｒ等をドーピングしておき、なおかつＡｒ等の雰囲気中でレーザ光を照射することで、半導体膜中に酸素や窒素が入り込むのを効果的に防ぐことができる。したがって、エネルギー密度の揺らぎによって生じる不純物濃度のばらつきを抑え、半導体膜の移動度のばらつきを抑えることができる。また該半導体膜を用いて形成されたＴＦＴにおいては、移動度に加えてオン電流のばらつきをも抑えることができる。
【００４４】
また特許文献１に記載されている通り、経験則により酸素が存在する雰囲気中においてレーザ光を照射すると、半導体膜の表面が荒れる。しかしＡｒ等の雰囲気中でレーザ光を照射することで、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる閾値のばらつきを抑えることができる。
【００４５】
半導体素子として例えばＴＦＴを作製する場合、島状の半導体膜５０７〜５０９を覆うようにゲート絶縁膜を成膜する。ゲート絶縁膜には、例えば酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等を用いることができる。また成膜方法は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。
【００４６】
次に、ゲート絶縁膜上に導電膜を成膜しパターニングすることでゲート電極を形成する。そして、ゲート電極や、あるいはレジストを成膜しパターニングしたものをマスクとして用い、島状の半導体膜５０７〜５０９にｎ型またはｐ型の導電性を付与する不純物を添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域等を形成する。
【００４７】
上記一連の工程によってＴＦＴを形成することができる。なお本発明の半導体装置の作製方法は、島状の半導体膜を形成した後に続く、上述したＴＦＴの作製工程に限定されない。本発明のレーザ光の照射方法を用いて結晶化された半導体膜をＴＦＴの活性層として用いることで、素子間の移動度、閾値及びオン電流のばらつきを抑えることができる。
【００４８】
（実施の形態２）
本実施の形態では実施の形態１とは異なり、本発明のレーザ照射装置による結晶化方法に、触媒元素による結晶化方法を組み合わせた例について説明する。
【００４９】
まず、半導体膜５０２を成膜し、該半導体膜５０２に０族の元素をドーピングを行なう工程まで、実施の形態１の図１（Ａ）までを参照して行なう。次に図２（Ａ）に示すように、半導体膜５０２の表面に、重量換算で１〜１００ｐｐｍのＮｉを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピンコート法で塗布した。なお触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。
【００５０】
次に、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行った。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、基板５００に向かって縦方向に結晶化が促進された半導体膜５２０が形成される（図２（Ａ））。
【００５１】
なお、本実施の形態では触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を用いているが、その以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いても良い。
【００５２】
次に図２（Ｂ）に示すように、半導体膜５２０を本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化する。本実施の形態ではパルス発振のエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ等を用いる。例えばＹＡＧレーザを用いる場合、半導体膜に吸収されやすい第２高調波の波長を用いる。そして発振周波数３０〜３００ｋＨｚ、エネルギー密度を３００〜６００ｍＪ／ｃｍ２（代表的には３５０〜５００ｍＪ／ｃｍ２）とし、任意のポイントに数ショットずつ照射できるように走査速度を設定すると良い。
【００５３】
またレーザ光の照射は、レーザ光の照射はロードロック方式のチャンバー内において、０族のガスが９９．９９％以上、望ましくは９９．９９９９％以上の雰囲気下において行なう。本実施の形態では０族の気体としてＡｒを用いる。
【００５４】
なお、ドーピングする０族元素とレーザ光を照射する際に用いる０族元素とは、必ずしも同じである必要はない。
【００５５】
上述した半導体膜５２０へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜５２１が形成される。
【００５６】
なお図２（Ｂ）に示したように触媒元素を用いて結晶化された半導体膜５２１内には、触媒元素（ここではＮｉ）がおおよそ１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の濃度で含まれていると考えられる。次に、半導体膜５２１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行なう。
【００５７】
まず、図２（Ｃ）に示すように半導体膜５２１の表面に酸化膜５２２を形成する。１〜１０ｎｍ程度の膜厚を有する酸化膜５２２を形成することで、後のエッチング工程において半導体膜５２１の表面がエッチングにより荒れるのを防ぐことができる。
【００５８】
酸化膜５２２は公知の方法を用いて形成することができる。例えば、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液や、オゾン水で、半導体膜５２１の表面を酸化することで形成しても良いし、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理や、加熱処理、紫外線照射等により形成しても良い。また酸化膜を別途、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などで形成しても良い。
【００５９】
次に酸化膜５２２上に、希ガス元素を１×１０２０ ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の濃度で含むゲッタリング用の半導体膜５２３を、スパッタ法を用いて２５〜２５０ｎｍの厚さで形成する。ゲッタリング用の半導体膜５２３は、半導体膜５２１とエッチングの選択比を大きくするため、半導体膜５２１よりも膜の密度の低い方がより望ましい。
【００６０】
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。
【００６１】
次にファーネスアニール法やＲＴＡ法を用いて加熱処理を施し、ゲッタリングを行なう。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。
【００６２】
加熱処理により、半導体膜５２１内の触媒元素が、拡散により矢印に示すようにゲッタリング用の半導体膜５２３に移動し、ゲッタリングされる。
【００６３】
次にゲッタリング用の半導体膜５２３を選択的にエッチングして除去する。エッチングは、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。この時酸化膜５２２によって半導体膜５２１がエッチングされるのを防ぐことができる。
【００６４】
次に酸化膜５２２を、フッ酸により除去する。
【００６５】
次に、酸化膜５２２除去後の半導体膜５２１をパターニングし、島状の半導体膜５２４〜５２６を形成する（図２（Ｄ））。
【００６６】
なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施の形態に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。
【００６７】
次に、島状の半導体膜５２４〜５２６を用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子が形成される。
【００６８】
なお本実施の形態のように、触媒元素による結晶化の後にレーザ光を照射による結晶化を行うことで、実施の形態１の場合に比べてより半導体膜の結晶性を高めることができる。また実施の形態１ではレーザ光の照射後に結晶核がランダムに発生して結晶化が進む。一方本実施の形態の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、実施の形態１の場合に比べて表面の荒れが抑えられる。よって後に形成される半導体素子、代表的にはＴＦＴの特性のばらつきがより抑えられる。
【００６９】
なお本実施の形態では、触媒元素を添加してから加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めている構成について説明した。本発明はこれに限定されず、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光の照射を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。
【００７０】
また本実施の形態では、半導体膜に希ガスをドーピングしてから、触媒元素による結晶化を行なっているが、本発明はこれに限定されない。半導体膜への希ガスのドーピングは、レーザ光による結晶化の前に行なわれていれば良い。よって、触媒元素による結晶化の後に、半導体膜への希ガスのドーピングを行うようにしても良い。
【００７１】
（実施の形態３）
本実施の形態では実施の形態２とは異なり、本発明のレーザ照射装置による結晶化方法に、触媒元素による結晶化方法を組み合わせた例について説明する。
【００７２】
まず、半導体膜５０２を成膜し、該半導体膜５０２に０族の元素をドーピングを行なう工程まで、実施の形態１の図１（Ａ）までを参照して行なう。次に、半導体膜５０２の上に開口部を有するマスク５４０を形成する。そして図３（Ａ）に示すように、半導体膜５０２の表面に重量換算で１〜１００ｐｐｍのＮｉを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピンコート法で塗布した。なお触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。塗布された酢酸ニッケル塩溶液は、マスク５４０の開口部において半導体膜５０２と接する（図３（Ａ））。
【００７３】
次に、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行った。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、実線の矢印で示したように結晶化が促進された半導体膜５３０が形成される（図３（Ａ））。
【００７４】
なお、触媒元素は実施の形態２に列記したものを用いることができる。
【００７５】
次にマスク５４０を除去した後、図３（Ｂ）に示すように、半導体膜５３０を本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化する。本実施の形態ではパルス発振のエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ等を用いる。例えばＹＡＧレーザを用いる場合、半導体膜に吸収されやすい第２高調波の波長を用いる。そして発振周波数３０〜３００ｋＨｚ、エネルギー密度を３００〜６００ｍＪ／ｃｍ２（代表的には３５０〜５００ｍＪ／ｃｍ２）とし、任意のポイントに数ショットずつ照射できるように走査速度を設定すると良い。
【００７６】
またレーザ光の照射は、レーザ光の照射はロードロック方式のチャンバー内において、０族のガスが９９．９９％以上、望ましくは９９．９９９９％以上の雰囲気下において行なう。本実施の形態では０族の気体としてＡｒを用いる。
【００７７】
なお、ドーピングする０族元素とレーザ光を照射する際に用いる０族元素とは、必ずしも同じである必要はない。
【００７８】
上述した半導体膜５３１へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜５３１が形成される。
【００７９】
なお図３（Ｂ）に示したように触媒元素を用いて結晶化された半導体膜５３１内には、触媒元素（ここではＮｉ）がおおよそ１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の濃度で含まれていると考えられる。次に、半導体膜５３１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行なう。
【００８０】
まず図３（Ｃ）に示すように、半導体膜５３１を覆うように、マスク用の酸化シリコン膜５３２を１５０ｎｍの厚さで形成し、パターニングにより開口部を設け、半導体膜５３１の一部を露出させる。そして、リンを添加して、半導体膜５３１にリンが添加された領域５３３を設ける。
【００８１】
この状態で、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行うと、半導体膜５３１にリンが添加された領域５３３がゲッタリングサイトとして働き、半導体膜５３１に残存していた触媒元素が、リンの添加されたゲッタリング領域５３３に偏析する（図３（Ｃ））。
【００８２】
そして、リンが添加された領域５３３をエッチングで除去することにより、半導体膜５３１の残りの領域において、触媒元素の濃度を１×１０１７ａｔｍｓ／ｃｍ３以下にまで低減させることができる。
【００８３】
そして、マスク用の酸化シリコン膜５３２を除去した後、半導体膜５３１をパターニングし、島状の半導体膜５３４〜５３６を形成する（図３（Ｄ））。
【００８４】
なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施の形態に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。
【００８５】
次に、図３（Ｄ）に示すように半導体膜５０３をパターニングし、島状の半導体膜５３４〜５３６が形成され、該島状の半導体膜５３４〜５３６用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子が形成される。
【００８６】
本実施の形態のように、触媒元素による結晶化の後にレーザ光を照射による結晶化を行うことで、実施の形態１の場合に比べてより半導体膜の結晶性を高めることができる。また実施の形態１ではレーザ光の照射後に結晶核がランダムに発生して結晶化が進む。一方本実施の形態の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、実施の形態１の場合に比べて表面の荒れが抑えられる。よって後に形成される半導体素子、代表的にはＴＦＴの特性のばらつきがより抑えられる。
【００８７】
なお本実施の形態では、触媒元素を添加してから加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めている構成について説明した。本発明はこれに限定されず、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光の照射を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。
【００８８】
また本実施の形態では、半導体膜に希ガスをドーピングしてから、触媒元素による結晶化を行なっているが、本発明はこれに限定されない。半導体膜への希ガスのドーピングは、レーザ光による結晶化の前に行なわれていれば良い。よって、触媒元素による結晶化の後に、半導体膜への希ガスのドーピングを行うようにしても良い。
【００８９】
（実施の形態４）
本実施の形態では、ロードロック方式のチャンバーを有するレーザ照射装置の構成について説明する。
【００９０】
図４に本実施の形態のレーザ照射装置の構成を示す。レーザ照射室１２０６は隔壁１２３０によって囲まれている。なお、レーザ光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、隔壁１２３０は反射光が不適切な箇所を照射するのを防ぐために、反射光を吸収させる性質を有していることが好ましい。なお、隔壁内に冷却水が循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温度が上昇するのを防ぐようにしても良い。
【００９１】
また図４に示すように、隔壁を加熱する手段（隔壁加熱手段）１２４０を設け、レーザ照射室内を排気する際に、隔壁を加熱するようにしてもよい。
【００９２】
そして、ゲート１２１０は、レーザ照射室１２０６への基板の搬送口に相当する。また、レーザ照射室１２０６は、排気ポート１２１１に接続されている排気系１２３１によって、レーザ照射室１２０６内のガスを排気することができる。
また、供給ポート１２５１に接続されている希ガス供給系１２５０によって、レーザ照射室１２０６内への希ガスの供給を行なうことができる。
【００９３】
１２１２はステージであり、基板１２０３が載置される。位置制御手段１２４２によってステージの位置を動かすことで、基板の位置を制御し、レーザ光の照射位置を動かすことができる。図４に示すように、ステージ１２１２に基板を加熱するための手段（基板加熱手段）１２４１を設けるようにしても良い。
【００９４】
隔壁１２３０に設けられている開口部１２３２は、レーザ光を透過する窓（透過窓）１２３３で覆われている。なお、透過窓１２３３はレーザ光を吸収しにくい材料であることが望ましく、例えば石英等が適している。透過窓１２３３と隔壁１２３０の間にはガスケット１２３６が設けられており、透過窓１２３３と隔壁１２３０の隙間から大気がレーザ照射室内に侵入するのを防ぐことができる。
【００９５】
まず、半導体膜が成膜された基板１２０３が搬送され、ゲート１２１０を閉じた後、排気系１２３１及び希ガス供給系１２５０を用いてレーザ照射室１２０６内を希ガス雰囲気に保つ。
【００９６】
レーザ発振装置１２１３から発振されたレーザ光が光学系１２１４によってそのビームスポットの形状が加工され、基板１２０３に照射される。入射角θは戻り光を防ぐために、また均一な照射を行なうために、０°より大きく、より望ましくは５°〜３０°程度にするのが望ましい。
【００９７】
なお、図４に示すレーザ照射室１２０６は、マルチチャンバーが有するチャンバーの１つであってもよい。半導体膜への希ガス元素のドーピングを行なうチャンバーを設け、希ガス元素のドーピングからレーザ光の結晶化までの一連の工程を大気に曝すことなくマルチチャンバー内で行なうことで、不純物の半導体膜への混入をより効果的に防ぐことができる。
【００９８】
なお上記レーザ照射装置を半導体膜の結晶化に用いることで、半導体膜の結晶性をより均一にすることができる。本発明の半導体装置の製造方法は、集積回路や半導体表示装置の作製方法に用いることができる。特に、液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の半導体表示装置の画素部に設けられたトランジスタ等の半導体素子に用いた場合、画素部において照射されたレーザ光のエネルギーの分布に起因する横縞が、視認されるのを抑えることができる。
【００９９】
（実施の形態５）
図５に本実施の形態のレーザ照射装置の構成を示す。レーザ発振装置１５００から発振されたレーザ光は、偏光子１５０７において直線偏光に変えられ、ビームエキスパンダー１５０８に入射する。一方、レーザ発振装置１５０１から発振されたレーザ光は、偏光子１５０４において直線偏光に変えられた後、偏光板１５０６において偏光角が９０度変えられる。そして、偏光子１５０７により、レーザ発振装置１５００から発振されたレーザ光と共にビームエキスパンダー１５０８に入射する。
【０１００】
なお本実施の形態では、レーザ発振装置１５００と偏光子１５０７との間に、レーザ光を遮るシャッター１５０２が設けられているが、必ずしも設ける必要はない。また、レーザ発振装置１５０１と偏光子１５０４との間に、レーザ光を遮るシャッター１５０３を設けられているが、必ずしも設ける必要はない。
【０１０１】
そして、ビームエキスパンダー１５０８によって、入射してきたレーザ光の広がりを抑え、なおかつ、ビームスポットの大きさを調整することができる。
【０１０２】
ビームエキスパンダー１５０８から出射したレーザ光は、シリンドリカルレンズ１５０９において、ビームスポットの形状が矩形状、楕円状または線状になるように集光される。そして、該集光されたレーザ光は、ミラー１５１０において反射し、レンズ１５１１に入射する。入射したレーザ光はレンズ１５１１によって再び集光され、レーザ照射室１５１３内の基板１５１４に照射される。本実施の形態ではレンズ１５１１としてＦθテレセントリックを用いた。
【０１０３】
本実施の形態においては、偏光子１５０４、１５０７、ビームエキスパンダー１５０８、偏光板１５０６、シャッター１５０２、１５０３、シリンドリカルレンズ１５０９、ミラー１５１０、レンズ１５１１が光学系に含まれる。
【０１０４】
レーザ照射室１５１３内において、基板１５１４はステージ１５１５上に載置されており、該ステージ１５１５は３つの位置制御手段１５１６〜１５１８によってその位置が制御されている。具体的には、φ方向位置制御手段１５１６により、水平面内においてステージ１５１５を回転させることができる。また、Ｘ方向位置制御手段１５１７により、水平面内においてステージ１５１５をＸ方向に移動させることができる。また、Ｙ方向位置制御手段１５１８により、水平面内においてステージ１５１５をＹ方向に移動させることができる。各位置制御手段の動作は、中央処理装置１５１９において制御されている。
【０１０５】
なお本実施の形態のように、ＣＣＤ等の受光素子を用いたモニター１５１２を設け、基板の位置を正確に把握できるようにしても良い。
【０１０６】
なお、照射面に垂直な平面であって、かつビームスポットの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザ光の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザ光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ／２ｄ）を満たすのが望ましい。なお、レーザ光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をθとする。この入射角度θでレーザ光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザ光の照射を行うことができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。
【０１０７】
なお本発明のレーザ照射装置における、光学系は、本実施の形態で示した構成に限定されない。
【０１０８】
（実施の形態６）
本実施の形態では、レーザ光を照射する際に超音波による振動を半導体膜に与えることができる、レーザ照射装置の構成について説明する。
【０１０９】
図６（Ａ）に、本実施の形態のレーザ照射装置の断面図を示す。レーザ照射室６０１は隔壁６０２によって囲まれている。なお、レーザ光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、隔壁６０２は反射光が不適切な箇所を照射するのを防ぐために、反射光を吸収させる性質を有していることが好ましい。なお、隔壁内に冷却水が循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温度が上昇するのを防ぐようにしても良い。また、隔壁を加熱する手段（隔壁加熱手段）を設け、レーザ照射室内を排気する際に、隔壁を加熱するようにしてもよい。
【０１１０】
また、レーザ照射室６０１は、排気ポート６０３に接続されている排気系６０４によって、レーザ照射室６０１内のガスを排気することができる。また、供給ポート６０５に接続されている希ガス供給系６０６によって、レーザ照射室６０１内への希ガスの供給を行なうことができる。
【０１１１】
６０７はステージであり、図６（Ｃ）に示すようにその表面に設けられた孔から０族のガスを噴出できるようになっている。このステージ６０７から噴出されるガスによって、ホバークラフトのように、半導体膜が成膜されている基板６０８を水平に保つことができる。
【０１１２】
また６０９は基板６０８の一方の端を固定する固定手段に相当し、６１０は該固定手段の位置を制御することで基板６０８を走査することができるコンベヤーに相当する。コンベヤー６１０はステージ６０７に固定されている。そして図６（Ｂ）に示すように、コンベヤー６１０による固定手段の移動方向と、ステージ６０７の移動方向とを垂直にすることで、基板６０８全面にレーザ光を照射することが可能である。
【０１１３】
また隔壁６０２には、レーザ光を透過する窓（透過窓）６１２が設けられている。なお、透過窓６１２はレーザ光を吸収しにくい材料であることが望ましく、例えば石英等が適している。
【０１１４】
そして本実施の形態で示すレーザ照射装置は、超音波振動子６１１を用いて、基板６０８に水平方向の超音波による振動を与える。具体的には、超音波振動子６１１によりステージ６０７、コンベヤー６１０または固定手段６０９に水平方向の超音波による振動を与えることで、間接的に基板６０８にも振動を与えることができる。
【０１１５】
超音波振動子６１１として、例えば水晶などで形成される圧電振動子、電歪振動子（ＢａＴｉＯなど）、磁歪振動子（ニッケル，フェライトなど）やその他の振動子を用いることができる。
【０１１６】
基板６０８に与える振動は、１００ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ未満の周波数であることが望ましい。超音波による振動を与えることで、レーザ光の照射の際に半導体膜中に溶融した酸素や窒素などの不純物が、該半導体膜が固化する際に結晶粒界に偏析するのを防ぐことができ、また半導体膜の表面をより平坦にすることができる。
【０１１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１１８】
図７を用いて、本発明のレーザ照射装置を用いて形成される半導体装置の１つである、発光装置の画素の構成について説明する。
【０１１９】
図７において、基板６０００に、下地膜６００１が形成されており、該下地膜６００１上に複数のトランジスタ６００２が形成されている。トランジスタ６００２は活性層６００３と、ゲート電極６００５と、活性層６００３とゲート電極６００５の間に挟まれたゲート絶縁膜６００４と、を有している。
【０１２０】
活性層６００３は、本発明のレーザ照射装置を用いることで結晶化された多結晶半導体膜が用いられている。なお、活性層は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いるようにしても良い。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。また窒化炭素が添加された珪素を用いていても良い。
【０１２１】
またゲート絶縁膜６００４は、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素を用いることができる。またそれらを積層した膜、例えばＳｉＯ２上にＳｉＮを積層した膜を、ゲート絶縁膜として用いても良い。またＳｉＯ２は、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とＯ２とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６ＭＨｚ）、電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ２で放電させて、酸化シリコン膜を形成した。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。また窒化アルミニウムをゲート絶縁膜として用いることができる。窒化アルミニウムは熱伝導率が比較的高く、ＴＦＴで発生した熱を効果的に拡散させることができる。またアルミニウムの含まれない酸化珪素や酸化窒化珪素等を形成した後、窒化アルミニウムを積層したものをゲート絶縁膜として用いても良い。また、ＳｉをターゲットとしたＲＦスパッタ法を用いて形成されたＳｉＯ２をゲート絶縁膜として用いても良い。
【０１２２】
またゲート電極６００５として、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ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で形成する。また、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。また単層の導電膜ではなく、複数の層からなる導電膜を積層したものであっても良い。
【０１２３】
例えば、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＷとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＴｉとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＡｌとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＣｕとする組み合わせで形成することが好ましい。
また、第１の導電膜及び第２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や、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【０１２４】
また、２層構造に限定されず、例えば、タングステン膜、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、タングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。なお、導電膜の材料によって、適宜最適なエッチングの方法や、エッチャントの種類を選択することが重要である。
【０１２５】
またトランジスタ６００２は、第１の層間絶縁膜６００６で覆われており、第１の層間絶縁膜６００６上には第２の層間絶縁膜６００７と、第３の層間絶縁膜６００８とが積層されている。第１の層間絶縁膜６００６は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素膜を単層でまたは積層して用いることができる。また酸素よりも窒素のモル比率が高い酸化窒化珪素膜上に、窒素よりも酸素のモル比率が高い酸化窒化珪素膜を積層した膜を第１の層間絶縁膜６００６として用いても良い。なお、第１の層間絶縁膜６００６を成膜した後、加熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと、第１の層間絶縁膜６００６に含まれる水素により、活性層６００３に含まれる半導体のダングリングボンドを終端する（水素化）ことができる。
【０１２６】
また第２の層間絶縁膜６００７は、非感光性のアクリルを用いることができる。第３の層間絶縁膜６００８は、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。
【０１２７】
また図７において６０１０は陽極、６０１１は電界発光層、６０１２は陰極であり、陽極６０１０と電界発光層６０１１と陰極６０１２が重なっている部分が発光素子６０１３に相当する。トランジスタ６００２は、発光素子６０１３に供給する電流を制御する駆動用トランジスタであり、発光素子６０１３と直接、または他の回路素子を介して直列に接続されている。
【０１２８】
電界発光層６０１１は、発光層単独かもしくは発光層を含む複数の層が積層された構成を有している。
【０１２９】
陽極６０１０は第３の層間絶縁膜６００８上に形成されている。また第３の層間絶縁膜６００８上には隔壁として用いる有機樹脂膜６０１４が形成されている。有機樹脂膜６０１４は開口部６０１５を有しており、該開口部において陽極６０１０と電界発光層６０１１と陰極６０１２が重なり合うことで発光素子６０１３が形成されている。
【０１３０】
そして有機樹脂膜６０１４及び陰極６０１２上に、保護膜６０１６が成膜されている。保護膜６０１６は第３の層間絶縁膜６００８と同様に、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。また上述した水分や酸素などの物質を透過させにくい膜と、該膜に比べて水分や酸素などの物質を透過させやすい膜とを積層させて、保護膜として用いることも可能である。
【０１３１】
また有機樹脂膜６０１４は、電界発光層６０１１が成膜される前に、吸着した水分や酸素等を除去するために真空雰囲気下で加熱しておく。具体的には、１００℃〜２００℃、０．５〜１時間程度、真空雰囲気下で加熱処理を行なう。望ましくは３×１０−７Ｔｏｒｒ以下とし、可能であるならば３×１０−８Ｔｏｒｒ以下とするのが最も望ましい。そして、有機樹脂膜に真空雰囲気下で加熱処理を施した後に電界発光層を成膜する場合、成膜直前まで真空雰囲気下に保つことで、信頼性をより高めることができる。
【０１３２】
また有機樹脂膜６０１４の開口部６０１５における端部は、有機樹脂膜６０１４上に一部重なって形成されている電界発光層６０１１に、該端部において穴があかないように、丸みを帯びさせることが望ましい。具体的には、開口部における有機樹脂膜の断面が描いている曲線の曲率半径が、０．２〜２μｍ程度であることが望ましい。
【０１３３】
上記構成により、後に形成される電界発光層や陰極のカバレッジを良好とすることができ、陽極６０１０と陰極６０１２が電界発光層６０１１に形成された穴においてショートするのを防ぐことができる。また電界発光層６０１１の応力を緩和させることで、発光領域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることができ、信頼性を高めることができる。
【０１３４】
なお図７では、有機樹脂膜６０１４として、ポジ型の感光性のアクリル樹脂を用いた例を示している。感光性の有機樹脂には、光、電子、イオンなどのエネルギー線が露光された箇所が除去されるポジ型と、露光された箇所が残るネガ型とがある。本発明ではネガ型の有機樹脂膜を用いても良い。また感光性のポリイミドを用いて有機樹脂膜６０１４を形成しても良い。ネガ型のアクリルを用いて有機樹脂膜６０１４を形成した場合、開口部６０１５における端部が、Ｓ字状の断面形状となる。このとき開口部の上端部及び下端部における曲率半径は、０．２〜２μｍとすることが望ましい。
【０１３５】
陽極６０１０は透明導電膜を用いることができる。ＩＴＯの他、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透明導電膜を用いても良い。図７では陽極６０１０としＩＴＯを用いている。陽極６０１０は、その表面が平坦化されるように、ＣＭＰ法、ポリビニルアルコール系の多孔質体で拭浄で研磨しても良い。またＣＭＰ法を用いた研磨後に、陽極６０１０の表面に紫外線照射、酸素プラズマ処理などを行ってもよい。
【０１３６】
また陰極６０１２は、仕事関数の小さい導電膜であれば公知の他の材料を用いることができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。
【０１３７】
なお図７では、発光素子から発せられる光が基板６０００側に照射される構成を示しているが、光が基板とは反対側に向かうような構造の発光素子としても良い。
【０１３８】
また図７ではトランジスタ６００２の１つと発光素子の陽極６０１０が電気的に接続されているが、本発明はこの構成に限定されず、トランジスタ６００２の１つと発光素子の陰極６００１が接続されていても良い。この場合、陰極は第３の層間絶縁膜６００８上に形成される。そしてＴｉＮ等を用いて形成される。
【０１３９】
なお、実際には図７まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）や透光性のカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。その際、カバー材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば酸化バリウム）を配置したりするとＯＬＥＤの信頼性が向上する。
【０１４０】
なお、本発明の発光装置は上述した作製方法に限定されない。また本発明の半導体装置は発光装置に限定されない。
【０１４１】
【発明の効果】
本発明では、半導体膜中に予めＡｒ等をドーピングしておき、なおかつＡｒ等の雰囲気中でレーザ光を照射することで、半導体膜中に酸素や窒素が入り込むのを効果的に防ぐことができる。したがって、エネルギー密度の揺らぎによって生じる不純物濃度のばらつきを抑え、半導体膜の移動度のばらつきを抑えることができる。また該半導体膜を用いて形成されたＴＦＴにおいては、移動度に加えてオン電流のばらつきをも抑えることができる。
【０１４２】
また特許文献１に記載されている通り、経験則により酸素が存在する雰囲気中においてレーザ光を照射すると、半導体膜の表面が荒れる。しかしＡｒ等の雰囲気中でレーザ光を照射することで、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる閾値のばらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置の作製方法を示す図。
【図２】半導体装置の作製方法を示す図。
【図３】半導体装置の作製方法を示す図。
【図４】ロードロック方式のチャンバーを有するレーザ照射装置の構成を示す図。
【図５】レーザ照射装置の構成を示す図。
【図６】レーザ照射装置の構成を示す図。
【図７】本発明のレーザ照射装置を用いて作製された発光装置の断面図。
【図８】半導体膜への不純物の混入のメカニズムを示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて半導体膜を結晶化する工程を含む半導体装置の作製方法と、該作製方法を用いて作製された半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（多結晶ＴＦＴ）は、非晶質半導体膜を用いたＴＦＴに比べて移動度が２桁以上高く、半導体表示装置の画素部とその周辺の駆動回路を同一基板上に一体形成できるという利点を有している。
【０００３】
多結晶半導体膜は、レーザアニール法を用いることで、安価なガラス基板上に形成することができる。しかし発振器から出力されるレーザ光のエネルギーは、様々な要因によって少なくとも数％の揺らぎを有しており、この揺らぎによって半導体膜の結晶化を均一に行なうことが妨げられている。結晶化が均一に行なわれず、多結晶半導体膜の結晶性にばらつきが生じると、該多結晶半導体膜を活性層として用いるＴＦＴの特性、例えばオン電流、移動度等にばらつきが生じてしまう。
【０００４】
例えば、各画素に発光素子と、該発光素子への電流の供給を制御するＴＦＴとが各画素に設けられたアクティブマトリクス型の発光装置の場合、ＴＦＴのオン電流にばらつきが生じると、発光素子の輝度もそれに合わせてばらついてしまう。
【０００５】
また、大気中においてレーザ光を照射し結晶化を行なった場合、半導体膜の表面に多少なりとも荒れが生じる。この半導体膜の表面の荒れは、レーザ光のエネルギーの強度が強いほど顕著に現れる。そして表面の荒れが著しい領域ほど光が散乱して明るく見えるため、エネルギーの揺らぎに起因する数ミリ間隔の縞状の濃淡が視認される場合がある。
【０００６】
なお、半導体膜の表面状態がレーザ光照射時における雰囲気中の酸素と密接な関連性を有していることが、下記特許文献１に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１３８１８０号公報（第３−４頁）
【０００８】
上記特許文献１には、雰囲気中における酸素の含有量が多い程、レーザ光の照射により結晶化された半導体膜の表面の荒れが著しくなることが記載されており、さらにレーザ光の照射の際にＡｒを半導体膜に吹き付けることが記載されている。
【０００９】
半導体膜の表面が荒れると、半導体膜と、該半導体膜に接して形成されるゲート絶縁膜との界面における界面準位密度が高くなり、閾値電圧がよりノーマリーオフ側へ変化する。よってレーザ光のエネルギーの揺らぎによって半導体膜の表面の状態にむらが生じると、後に形成されるゲート絶縁膜との界面における界面準位密度にばらつきが生じ、ＴＦＴの閾値がばらついてしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題に鑑み、半導体膜の表面の状態や結晶性にむらが生じるのを抑え、ＴＦＴのオン電流、移動度、閾値のばらつきを抑えることができる半導体装置の作製方法と、該作製方法を用いて作製された半導体装置の提供を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
レーザ光のエネルギー密度と半導体膜の結晶性との間には密接不可分な関係があると推測される。しかし本発明者らは、輝度のばらつきが視認されるほどの大きな結晶性のばらつきは、数％のエネルギー密度の揺らぎという原因のみでは説明がつかないと考えた。そこで、エネルギー密度の揺らぎによって生じるだろう、結晶性を左右する２次的な要因について考察した。
【００１２】
本発明者らは、大気中に存在する酸素または窒素の、レーザ光により溶融した半導体膜への混入に着目した。
【００１３】
図８（Ａ）に、空気中においてパルス発振のレーザ光を照射したときの、半導体膜９０００の断面図を示す。半導体膜９０００のレーザ光が照射された領域９００１は、完全に溶融し液相の状態にあるか、もしくは完全に溶融せずとも部分的に液相の状態にあると考えられる。そして溶融したシリコンは空気中の酸素または窒素と反応しやすいため、半導体膜９０００の表面には酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等の、極薄い絶縁膜９００３が形成される。
【００１４】
そして、図８（Ａ）に示した状態からレーザ光を走査したときの、半導体膜９０００の断面図を図８（Ｂ）に示す。パルス発振の場合、レーザ光の照射される領域は非連続的に移動する。そして半導体膜全面にレーザ光を走査する過程において、図８（Ｂ）に示すように、図８（Ａ）においてレーザ光が照射された領域９００１と、図８（Ｂ）においてレーザ光が照射される領域９００２が互いに一部重なる。
【００１５】
図８（Ｂ）では領域９００２がレーザ光の照射により溶融する。レーザ光の照射により瞬間的に溶融した半導体膜は、パルス発振では数十ｍ／ｓ、連続発振では数ｃｍ／ｓの比較的速い速度で再結晶化すると言われており、そのため不純物は熱平衡状態の溶解度以上に半導体膜中に溶解すると推測される。とすると、レーザ光の照射の際に半導体膜に接している絶縁膜中から、半導体膜に不純物が混入しやすいと考えられる。これは特に再結晶化の速度が速い、パルス発振のレーザ光の場合に著しい。
【００１６】
したがって、領域９００１の表面に形成された絶縁膜９００３は、領域９００２と重なる部分が溶融し、酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等の切片として領域９００２の内部に混入すると考えられる。よってパルス発振の場合において、絶縁膜９００３の膜厚はレーザ光のエネルギー密度に依存するので、エネルギー密度の揺らぎは、そのまま不純物濃度のばらつきにつながると予測される。
【００１７】
また、レーザ光の照射により瞬間的に溶融した半導体膜は、パルス発振では数十ｍ／ｓ、連続発振では数ｃｍ／ｓの比較的速い速度で再結晶化すると言われており、そのため空気中の不純物は熱平衡状態の溶解度以上に半導体膜中に溶解すると推測される。
【００１８】
そして、半導体膜の結晶化に用いられるレーザ光の照射時間は、走査速度にも依存するが、パルス発振だと数〜数十ナノ秒程度であるのに対し、連続発振だと数〜数十マイクロ秒程度と比較的長い。そのため連続発振の方がパルス発振よりも、半導体膜が溶融している時間が長いため、空気中の不純物が半導体膜により混入しやすいと考えられる。
【００１９】
そして半導体膜の温度が高いほど気体の溶解度も高まるので、より空気中の不純物が半導体膜中に溶解しやすくなる。よって連続発振の場合において、エネルギー密度の揺らぎにより、半導体膜に与えられる温度に高低差が生じると、半導体膜の不純物の濃度にばらつきが生じると推測される。
【００２０】
大気中から混入した酸素や窒素等の不純物は、溶融した半導体膜中における偏析係数が正であるので、再結晶化の際に粒界に偏析しやすい。この粒界偏析（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ）と呼ばれる現象は、固溶度の小さい不純物ほど起きやすい。偏析した酸素や窒素などの不純物は、シリコンと結合し、酸化珪素、窒化酸化珪素、窒化珪素などの絶縁物を形成しやすい。そして粒界に偏析した該絶縁物が、半導体膜中におけるキャリアの移動を妨げ、移動度低下の原因となる。
【００２１】
よって、上述したようにパルス発振と連続発振では、半導体膜への不純物の混入のメカニズムが異なっていると予測されるが、いずれの場合においても、エネルギー密度の揺らぎによって生じる不純物濃度のばらつきが、半導体膜の移動度のばらつきの原因となっていると考えられる。
【００２２】
そこで本発明者らは、レーザ光の照射による結晶化の前に半導体膜にＡｒをドーピングした後、Ａｒ雰囲気中で該半導体膜にレーザ光を照射して結晶性を高めるようにした。なお、ドーピングする元素はＡｒに限定されず、０族の元素（希ガス元素）であれば良い。またレーザ光を照射する際に必ずしもＡｒ雰囲気にする必要はなく、０族の気体または０族の気体に水素を添加した気体であれば良い。０族の元素は半導体膜中において中性であり、ドーパントととならないということと、シリコンに代表される半導体を構成する元素と化合物を形成しにくいという点で最も適している。特にＡｒは安価であるため、半導体装置の作製工程にかかるコストを抑えることができる。
【００２３】
そして、半導体膜にＡｒをドーピングしてからレーザ光を照射する工程までは、半導体膜を酸素が含まれる雰囲気中に曝さないように、例えばロードロック方式のチャンバー内において行なう。例えば半導体膜を成膜する工程を行なうチャンバーと、半導体膜にＡｒをドーピングする工程を行うチャンバーと、半導体膜にレーザ光を照射するチャンバーとを有するマルチチャンバー方式の製造装置を用いることで、半導体膜を大気に曝すことなく、一連の工程を順に行なうことができる。
【００２４】
一定体積の液体に溶ける気体の質量は、液体に接している気体の分圧に比例する。よって、半導体膜中に予めＡｒ等をドーピングしておき、なおかつＡｒ等の雰囲気中でレーザ光を照射することで、半導体膜中に大気中から酸素や窒素が入り込むのを効果的に防ぐことができる。またレーザ光照射の際に、半導体膜の表面に絶縁膜が形成されるのを防ぐことができ、該絶縁膜の切片が半導体膜中に入り込むのを防ぐことができる。
【００２５】
したがって、エネルギー密度の揺らぎによって生じる不純物濃度のばらつきを抑え、半導体膜の移動度のばらつきを抑えることができる。また該半導体膜を用いて形成されたＴＦＴにおいては、移動度に加えてオン電流のばらつきをも抑えることができる。
【００２６】
また、ＡｒなどのＳｉより原子半径が大きい希ガス元素をドーピングしておくことで、レーザ光により結晶化された半導体膜の配向性を高めることができる。
【００２７】
また上記特許文献１に記載されている通り、経験則により酸素が存在する雰囲気中においてレーザ光を照射すると、半導体膜の表面が荒れることが知られている。しかし本発明の構成によって、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる閾値のばらつきを抑えることができる。
【００２８】
なお本発明では、触媒元素を半導体膜に添加した後、レーザ光の照射を行ない結晶性を高めるようにしても良い。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１を用いて、本発明の半導体装置の作製方法について説明する。
【００３０】
まず図１（Ａ）に示すように、基板５００上に下地膜５０１を成膜する。基板５００には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、ＳＵＳ基板等を用いることができる。また、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
【００３１】
下地膜５０１は基板５００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化酸化珪素膜を１０〜４００ｎｍ（好ましくは５０〜３００ｎｍ）の膜厚になるように成膜する。
【００３２】
なお下地膜５０１は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。またガラス基板、ＳＵＳ基板またはプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がさして問題とならない場合は、必ずしも設ける必要はない。
【００３３】
次に下地膜上に半導体膜５０２を形成する。半導体膜５０２の膜厚は２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）とする。なお半導体膜５０２は、非晶質半導体であっても良いし、多結晶半導体であっても良い。また半導体は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムも用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。
【００３４】
次に、０族元素をイオンドープ法により半導体膜５０２に添加する。本実施の形態では０族の元素としてＡｒを用いた例について説明する。ドーピングする０族の元素として、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等が代表的に挙げられる。０族の元素のドーピングは、半導体膜に導電性を付与するＰやＢのドーピングと同様に、プラズマ化し、多孔電極で加速してドーピングすることができる。そしてＰやＢと異なり法律上の規制がないので、ドーピングするガスを水素で希釈しなくとも良く、スループットは高い。例えばＡｒの場合、半導体膜中の濃度が５×１０１８〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、望ましくは１×１０１８〜５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度となるように添加する。また加速電圧は、半導体膜５０２の厚さ方向におけるＡｒの濃度分布を左右する。よって、膜の表面に向かうほど濃度が高くなるようにするか、膜の基板に近くなるほど濃度が高くなるようにするか、または膜全体の濃度が均一になるようにするかによって、加速電圧を適宜定めるようにする。本実施の形態では加速電圧を３０ｋＶとして行なう。
【００３５】
なお、０族元素に水素を添加したガスの雰囲気下で、レーザ光の照射を行なうようにしても良い。この場合、水素の分圧を１〜３％とする。
【００３６】
次に図１（Ｂ）に示すように、半導体膜５０２を本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化する。レーザは、パルス発振または連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レーザとして、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザなどが挙げられる。固体レーザとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザが適用される。当該レーザの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザ光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００３７】
またさらに、固体レーザから発せられらた赤外レーザ光を非線形光学素子でグリーンレーザ光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザ光を用いることもできる。
【００３８】
本実施の形態ではパルス発振のＹＡＧレーザを用いる。例えばＹＡＧレーザを用いる場合、半導体膜に吸収されやすい第２高調波の波長を用いる。そして発振周波数３０〜３００ｋＨｚ、エネルギー密度を３００〜６００ｍＪ／ｃｍ２（代表的には３５０〜５００ｍＪ／ｃｍ２）とし、任意のポイントに数ショットずつ照射できるように走査速度を設定すると良い。
【００３９】
またレーザ光の照射は、レーザ光の照射はロードロック方式のチャンバー内において、０族のガスが９９．９９％以上、望ましくは９９．９９９９％以上の雰囲気下において行なう。本実施の形態では０族の気体としてＡｒを用いる。
【００４０】
なお、ドーピングする０族元素とレーザ光を照射する際に用いる０族元素とは、必ずしも同じである必要はない。
【００４１】
上述した半導体膜５０２へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜５０３が形成される。
【００４２】
次に、図１（Ｃ）に示すように半導体膜５０３をパターニングし、島状の半導体膜５０７〜５０９が形成され、該島状の半導体膜５０７〜５０９を用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子が形成される。
【００４３】
上述したように本発明では、半導体膜中に予めＡｒ等をドーピングしておき、なおかつＡｒ等の雰囲気中でレーザ光を照射することで、半導体膜中に酸素や窒素が入り込むのを効果的に防ぐことができる。したがって、エネルギー密度の揺らぎによって生じる不純物濃度のばらつきを抑え、半導体膜の移動度のばらつきを抑えることができる。また該半導体膜を用いて形成されたＴＦＴにおいては、移動度に加えてオン電流のばらつきをも抑えることができる。
【００４４】
また特許文献１に記載されている通り、経験則により酸素が存在する雰囲気中においてレーザ光を照射すると、半導体膜の表面が荒れる。しかしＡｒ等の雰囲気中でレーザ光を照射することで、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる閾値のばらつきを抑えることができる。
【００４５】
半導体素子として例えばＴＦＴを作製する場合、島状の半導体膜５０７〜５０９を覆うようにゲート絶縁膜を成膜する。ゲート絶縁膜には、例えば酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等を用いることができる。また成膜方法は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。
【００４６】
次に、ゲート絶縁膜上に導電膜を成膜しパターニングすることでゲート電極を形成する。そして、ゲート電極や、あるいはレジストを成膜しパターニングしたものをマスクとして用い、島状の半導体膜５０７〜５０９にｎ型またはｐ型の導電性を付与する不純物を添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域等を形成する。
【００４７】
上記一連の工程によってＴＦＴを形成することができる。なお本発明の半導体装置の作製方法は、島状の半導体膜を形成した後に続く、上述したＴＦＴの作製工程に限定されない。本発明のレーザ光の照射方法を用いて結晶化された半導体膜をＴＦＴの活性層として用いることで、素子間の移動度、閾値及びオン電流のばらつきを抑えることができる。
【００４８】
（実施の形態２）
本実施の形態では実施の形態１とは異なり、本発明のレーザ照射装置による結晶化方法に、触媒元素による結晶化方法を組み合わせた例について説明する。
【００４９】
まず、半導体膜５０２を成膜し、該半導体膜５０２に０族の元素をドーピングを行なう工程まで、実施の形態１の図１（Ａ）までを参照して行なう。次に図２（Ａ）に示すように、半導体膜５０２の表面に、重量換算で１〜１００ｐｐｍのＮｉを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピンコート法で塗布した。なお触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。
【００５０】
次に、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行った。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、基板５００に向かって縦方向に結晶化が促進された半導体膜５２０が形成される（図２（Ａ））。
【００５１】
なお、本実施の形態では触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を用いているが、その以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いても良い。
【００５２】
次に図２（Ｂ）に示すように、半導体膜５２０を本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化する。本実施の形態ではパルス発振のエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ等を用いる。例えばＹＡＧレーザを用いる場合、半導体膜に吸収されやすい第２高調波の波長を用いる。そして発振周波数３０〜３００ｋＨｚ、エネルギー密度を３００〜６００ｍＪ／ｃｍ２（代表的には３５０〜５００ｍＪ／ｃｍ２）とし、任意のポイントに数ショットずつ照射できるように走査速度を設定すると良い。
【００５３】
またレーザ光の照射は、レーザ光の照射はロードロック方式のチャンバー内において、０族のガスが９９．９９％以上、望ましくは９９．９９９９％以上の雰囲気下において行なう。本実施の形態では０族の気体としてＡｒを用いる。
【００５４】
なお、ドーピングする０族元素とレーザ光を照射する際に用いる０族元素とは、必ずしも同じである必要はない。
【００５５】
上述した半導体膜５２０へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜５２１が形成される。
【００５６】
なお図２（Ｂ）に示したように触媒元素を用いて結晶化された半導体膜５２１内には、触媒元素（ここではＮｉ）がおおよそ１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の濃度で含まれていると考えられる。次に、半導体膜５２１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行なう。
【００５７】
まず、図２（Ｃ）に示すように半導体膜５２１の表面に酸化膜５２２を形成する。１〜１０ｎｍ程度の膜厚を有する酸化膜５２２を形成することで、後のエッチング工程において半導体膜５２１の表面がエッチングにより荒れるのを防ぐことができる。
【００５８】
酸化膜５２２は公知の方法を用いて形成することができる。例えば、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液や、オゾン水で、半導体膜５２１の表面を酸化することで形成しても良いし、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理や、加熱処理、紫外線照射等により形成しても良い。また酸化膜を別途、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などで形成しても良い。
【００５９】
次に酸化膜５２２上に、希ガス元素を１×１０２０ ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の濃度で含むゲッタリング用の半導体膜５２３を、スパッタ法を用いて２５〜２５０ｎｍの厚さで形成する。ゲッタリング用の半導体膜５２３は、半導体膜５２１とエッチングの選択比を大きくするため、半導体膜５２１よりも膜の密度の低い方がより望ましい。
【００６０】
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。
【００６１】
次にファーネスアニール法やＲＴＡ法を用いて加熱処理を施し、ゲッタリングを行なう。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。
【００６２】
加熱処理により、半導体膜５２１内の触媒元素が、拡散により矢印に示すようにゲッタリング用の半導体膜５２３に移動し、ゲッタリングされる。
【００６３】
次にゲッタリング用の半導体膜５２３を選択的にエッチングして除去する。エッチングは、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。この時酸化膜５２２によって半導体膜５２１がエッチングされるのを防ぐことができる。
【００６４】
次に酸化膜５２２を、フッ酸により除去する。
【００６５】
次に、酸化膜５２２除去後の半導体膜５２１をパターニングし、島状の半導体膜５２４〜５２６を形成する（図２（Ｄ））。
【００６６】
なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施の形態に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。
【００６７】
次に、島状の半導体膜５２４〜５２６を用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子が形成される。
【００６８】
なお本実施の形態のように、触媒元素による結晶化の後にレーザ光を照射による結晶化を行うことで、実施の形態１の場合に比べてより半導体膜の結晶性を高めることができる。また実施の形態１ではレーザ光の照射後に結晶核がランダムに発生して結晶化が進む。一方本実施の形態の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、実施の形態１の場合に比べて表面の荒れが抑えられる。よって後に形成される半導体素子、代表的にはＴＦＴの特性のばらつきがより抑えられる。
【００６９】
なお本実施の形態では、触媒元素を添加してから加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めている構成について説明した。本発明はこれに限定されず、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光の照射を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。
【００７０】
また本実施の形態では、半導体膜に希ガスをドーピングしてから、触媒元素による結晶化を行なっているが、本発明はこれに限定されない。半導体膜への希ガスのドーピングは、レーザ光による結晶化の前に行なわれていれば良い。よって、触媒元素による結晶化の後に、半導体膜への希ガスのドーピングを行うようにしても良い。
【００７１】
（実施の形態３）
本実施の形態では実施の形態２とは異なり、本発明のレーザ照射装置による結晶化方法に、触媒元素による結晶化方法を組み合わせた例について説明する。
【００７２】
まず、半導体膜５０２を成膜し、該半導体膜５０２に０族の元素をドーピングを行なう工程まで、実施の形態１の図１（Ａ）までを参照して行なう。次に、半導体膜５０２の上に開口部を有するマスク５４０を形成する。そして図３（Ａ）に示すように、半導体膜５０２の表面に重量換算で１〜１００ｐｐｍのＮｉを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピンコート法で塗布した。なお触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。塗布された酢酸ニッケル塩溶液は、マスク５４０の開口部において半導体膜５０２と接する（図３（Ａ））。
【００７３】
次に、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行った。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、実線の矢印で示したように結晶化が促進された半導体膜５３０が形成される（図３（Ａ））。
【００７４】
なお、触媒元素は実施の形態２に列記したものを用いることができる。
【００７５】
次にマスク５４０を除去した後、図３（Ｂ）に示すように、半導体膜５３０を本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化する。本実施の形態ではパルス発振のエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ等を用いる。例えばＹＡＧレーザを用いる場合、半導体膜に吸収されやすい第２高調波の波長を用いる。そして発振周波数３０〜３００ｋＨｚ、エネルギー密度を３００〜６００ｍＪ／ｃｍ２（代表的には３５０〜５００ｍＪ／ｃｍ２）とし、任意のポイントに数ショットずつ照射できるように走査速度を設定すると良い。
【００７６】
またレーザ光の照射は、レーザ光の照射はロードロック方式のチャンバー内において、０族のガスが９９．９９％以上、望ましくは９９．９９９９％以上の雰囲気下において行なう。本実施の形態では０族の気体としてＡｒを用いる。
【００７７】
なお、ドーピングする０族元素とレーザ光を照射する際に用いる０族元素とは、必ずしも同じである必要はない。
【００７８】
上述した半導体膜５３１へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜５３１が形成される。
【００７９】
なお図３（Ｂ）に示したように触媒元素を用いて結晶化された半導体膜５３１内には、触媒元素（ここではＮｉ）がおおよそ１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の濃度で含まれていると考えられる。次に、半導体膜５３１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行なう。
【００８０】
まず図３（Ｃ）に示すように、半導体膜５３１を覆うように、マスク用の酸化シリコン膜５３２を１５０ｎｍの厚さで形成し、パターニングにより開口部を設け、半導体膜５３１の一部を露出させる。そして、リンを添加して、半導体膜５３１にリンが添加された領域５３３を設ける。
【００８１】
この状態で、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行うと、半導体膜５３１にリンが添加された領域５３３がゲッタリングサイトとして働き、半導体膜５３１に残存していた触媒元素が、リンの添加されたゲッタリング領域５３３に偏析する（図３（Ｃ））。
【００８２】
そして、リンが添加された領域５３３をエッチングで除去することにより、半導体膜５３１の残りの領域において、触媒元素の濃度を１×１０１７ａｔｍｓ／ｃｍ３以下にまで低減させることができる。
【００８３】
そして、マスク用の酸化シリコン膜５３２を除去した後、半導体膜５３１をパターニングし、島状の半導体膜５３４〜５３６を形成する（図３（Ｄ））。
【００８４】
なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施の形態に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。
【００８５】
次に、図３（Ｄ）に示すように半導体膜５０３をパターニングし、島状の半導体膜５３４〜５３６が形成され、該島状の半導体膜５３４〜５３６用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子が形成される。
【００８６】
本実施の形態のように、触媒元素による結晶化の後にレーザ光を照射による結晶化を行うことで、実施の形態１の場合に比べてより半導体膜の結晶性を高めることができる。また実施の形態１ではレーザ光の照射後に結晶核がランダムに発生して結晶化が進む。一方本実施の形態の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、実施の形態１の場合に比べて表面の荒れが抑えられる。よって後に形成される半導体素子、代表的にはＴＦＴの特性のばらつきがより抑えられる。
【００８７】
なお本実施の形態では、触媒元素を添加してから加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めている構成について説明した。本発明はこれに限定されず、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光の照射を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。
【００８８】
また本実施の形態では、半導体膜に希ガスをドーピングしてから、触媒元素による結晶化を行なっているが、本発明はこれに限定されない。半導体膜への希ガスのドーピングは、レーザ光による結晶化の前に行なわれていれば良い。よって、触媒元素による結晶化の後に、半導体膜への希ガスのドーピングを行うようにしても良い。
【００８９】
（実施の形態４）
本実施の形態では、ロードロック方式のチャンバーを有するレーザ照射装置の構成について説明する。
【００９０】
図４に本実施の形態のレーザ照射装置の構成を示す。レーザ照射室１２０６は隔壁１２３０によって囲まれている。なお、レーザ光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、隔壁１２３０は反射光が不適切な箇所を照射するのを防ぐために、反射光を吸収させる性質を有していることが好ましい。なお、隔壁内に冷却水が循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温度が上昇するのを防ぐようにしても良い。
【００９１】
また図４に示すように、隔壁を加熱する手段（隔壁加熱手段）１２４０を設け、レーザ照射室内を排気する際に、隔壁を加熱するようにしてもよい。
【００９２】
そして、ゲート１２１０は、レーザ照射室１２０６への基板の搬送口に相当する。また、レーザ照射室１２０６は、排気ポート１２１１に接続されている排気系１２３１によって、レーザ照射室１２０６内のガスを排気することができる。
また、供給ポート１２５１に接続されている希ガス供給系１２５０によって、レーザ照射室１２０６内への希ガスの供給を行なうことができる。
【００９３】
１２１２はステージであり、基板１２０３が載置される。位置制御手段１２４２によってステージの位置を動かすことで、基板の位置を制御し、レーザ光の照射位置を動かすことができる。図４に示すように、ステージ１２１２に基板を加熱するための手段（基板加熱手段）１２４１を設けるようにしても良い。
【００９４】
隔壁１２３０に設けられている開口部１２３２は、レーザ光を透過する窓（透過窓）１２３３で覆われている。なお、透過窓１２３３はレーザ光を吸収しにくい材料であることが望ましく、例えば石英等が適している。透過窓１２３３と隔壁１２３０の間にはガスケット１２３６が設けられており、透過窓１２３３と隔壁１２３０の隙間から大気がレーザ照射室内に侵入するのを防ぐことができる。
【００９５】
まず、半導体膜が成膜された基板１２０３が搬送され、ゲート１２１０を閉じた後、排気系１２３１及び希ガス供給系１２５０を用いてレーザ照射室１２０６内を希ガス雰囲気に保つ。
【００９６】
レーザ発振装置１２１３から発振されたレーザ光が光学系１２１４によってそのビームスポットの形状が加工され、基板１２０３に照射される。入射角θは戻り光を防ぐために、また均一な照射を行なうために、０°より大きく、より望ましくは５°〜３０°程度にするのが望ましい。
【００９７】
なお、図４に示すレーザ照射室１２０６は、マルチチャンバーが有するチャンバーの１つであってもよい。半導体膜への希ガス元素のドーピングを行なうチャンバーを設け、希ガス元素のドーピングからレーザ光の結晶化までの一連の工程を大気に曝すことなくマルチチャンバー内で行なうことで、不純物の半導体膜への混入をより効果的に防ぐことができる。
【００９８】
なお上記レーザ照射装置を半導体膜の結晶化に用いることで、半導体膜の結晶性をより均一にすることができる。本発明の半導体装置の製造方法は、集積回路や半導体表示装置の作製方法に用いることができる。特に、液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の半導体表示装置の画素部に設けられたトランジスタ等の半導体素子に用いた場合、画素部において照射されたレーザ光のエネルギーの分布に起因する横縞が、視認されるのを抑えることができる。
【００９９】
（実施の形態５）
図５に本実施の形態のレーザ照射装置の構成を示す。レーザ発振装置１５００から発振されたレーザ光は、偏光子１５０７において直線偏光に変えられ、ビームエキスパンダー１５０８に入射する。一方、レーザ発振装置１５０１から発振されたレーザ光は、偏光子１５０４において直線偏光に変えられた後、偏光板１５０６において偏光角が９０度変えられる。そして、偏光子１５０７により、レーザ発振装置１５００から発振されたレーザ光と共にビームエキスパンダー１５０８に入射する。
【０１００】
なお本実施の形態では、レーザ発振装置１５００と偏光子１５０７との間に、レーザ光を遮るシャッター１５０２が設けられているが、必ずしも設ける必要はない。また、レーザ発振装置１５０１と偏光子１５０４との間に、レーザ光を遮るシャッター１５０３を設けられているが、必ずしも設ける必要はない。
【０１０１】
そして、ビームエキスパンダー１５０８によって、入射してきたレーザ光の広がりを抑え、なおかつ、ビームスポットの大きさを調整することができる。
【０１０２】
ビームエキスパンダー１５０８から出射したレーザ光は、シリンドリカルレンズ１５０９において、ビームスポットの形状が矩形状、楕円状または線状になるように集光される。そして、該集光されたレーザ光は、ミラー１５１０において反射し、レンズ１５１１に入射する。入射したレーザ光はレンズ１５１１によって再び集光され、レーザ照射室１５１３内の基板１５１４に照射される。本実施の形態ではレンズ１５１１としてＦθテレセントリックを用いた。
【０１０３】
本実施の形態においては、偏光子１５０４、１５０７、ビームエキスパンダー１５０８、偏光板１５０６、シャッター１５０２、１５０３、シリンドリカルレンズ１５０９、ミラー１５１０、レンズ１５１１が光学系に含まれる。
【０１０４】
レーザ照射室１５１３内において、基板１５１４はステージ１５１５上に載置されており、該ステージ１５１５は３つの位置制御手段１５１６〜１５１８によってその位置が制御されている。具体的には、φ方向位置制御手段１５１６により、水平面内においてステージ１５１５を回転させることができる。また、Ｘ方向位置制御手段１５１７により、水平面内においてステージ１５１５をＸ方向に移動させることができる。また、Ｙ方向位置制御手段１５１８により、水平面内においてステージ１５１５をＹ方向に移動させることができる。各位置制御手段の動作は、中央処理装置１５１９において制御されている。
【０１０５】
なお本実施の形態のように、ＣＣＤ等の受光素子を用いたモニター１５１２を設け、基板の位置を正確に把握できるようにしても良い。
【０１０６】
なお、照射面に垂直な平面であって、かつビームスポットの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザ光の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザ光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ／２ｄ）を満たすのが望ましい。なお、レーザ光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をθとする。この入射角度θでレーザ光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザ光の照射を行うことができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。
【０１０７】
なお本発明のレーザ照射装置における、光学系は、本実施の形態で示した構成に限定されない。
【０１０８】
（実施の形態６）
本実施の形態では、レーザ光を照射する際に超音波による振動を半導体膜に与えることができる、レーザ照射装置の構成について説明する。
【０１０９】
図６（Ａ）に、本実施の形態のレーザ照射装置の断面図を示す。レーザ照射室６０１は隔壁６０２によって囲まれている。なお、レーザ光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、隔壁６０２は反射光が不適切な箇所を照射するのを防ぐために、反射光を吸収させる性質を有していることが好ましい。なお、隔壁内に冷却水が循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温度が上昇するのを防ぐようにしても良い。また、隔壁を加熱する手段（隔壁加熱手段）を設け、レーザ照射室内を排気する際に、隔壁を加熱するようにしてもよい。
【０１１０】
また、レーザ照射室６０１は、排気ポート６０３に接続されている排気系６０４によって、レーザ照射室６０１内のガスを排気することができる。また、供給ポート６０５に接続されている希ガス供給系６０６によって、レーザ照射室６０１内への希ガスの供給を行なうことができる。
【０１１１】
６０７はステージであり、図６（Ｃ）に示すようにその表面に設けられた孔から０族のガスを噴出できるようになっている。このステージ６０７から噴出されるガスによって、ホバークラフトのように、半導体膜が成膜されている基板６０８を水平に保つことができる。
【０１１２】
また６０９は基板６０８の一方の端を固定する固定手段に相当し、６１０は該固定手段の位置を制御することで基板６０８を走査することができるコンベヤーに相当する。コンベヤー６１０はステージ６０７に固定されている。そして図６（Ｂ）に示すように、コンベヤー６１０による固定手段の移動方向と、ステージ６０７の移動方向とを垂直にすることで、基板６０８全面にレーザ光を照射することが可能である。
【０１１３】
また隔壁６０２には、レーザ光を透過する窓（透過窓）６１２が設けられている。なお、透過窓６１２はレーザ光を吸収しにくい材料であることが望ましく、例えば石英等が適している。
【０１１４】
そして本実施の形態で示すレーザ照射装置は、超音波振動子６１１を用いて、基板６０８に水平方向の超音波による振動を与える。具体的には、超音波振動子６１１によりステージ６０７、コンベヤー６１０または固定手段６０９に水平方向の超音波による振動を与えることで、間接的に基板６０８にも振動を与えることができる。
【０１１５】
超音波振動子６１１として、例えば水晶などで形成される圧電振動子、電歪振動子（ＢａＴｉＯなど）、磁歪振動子（ニッケル，フェライトなど）やその他の振動子を用いることができる。
【０１１６】
基板６０８に与える振動は、１００ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ未満の周波数であることが望ましい。超音波による振動を与えることで、レーザ光の照射の際に半導体膜中に溶融した酸素や窒素などの不純物が、該半導体膜が固化する際に結晶粒界に偏析するのを防ぐことができ、また半導体膜の表面をより平坦にすることができる。
【０１１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１１８】
図７を用いて、本発明のレーザ照射装置を用いて形成される半導体装置の１つである、発光装置の画素の構成について説明する。
【０１１９】
図７において、基板６０００に、下地膜６００１が形成されており、該下地膜６００１上に複数のトランジスタ６００２が形成されている。トランジスタ６００２は活性層６００３と、ゲート電極６００５と、活性層６００３とゲート電極６００５の間に挟まれたゲート絶縁膜６００４と、を有している。
【０１２０】
活性層６００３は、本発明のレーザ照射装置を用いることで結晶化された多結晶半導体膜が用いられている。なお、活性層は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いるようにしても良い。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。また窒化炭素が添加された珪素を用いていても良い。
【０１２１】
またゲート絶縁膜６００４は、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素を用いることができる。またそれらを積層した膜、例えばＳｉＯ２上にＳｉＮを積層した膜を、ゲート絶縁膜として用いても良い。またＳｉＯ２は、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とＯ２とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６ＭＨｚ）、電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ２で放電させて、酸化シリコン膜を形成した。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。また窒化アルミニウムをゲート絶縁膜として用いることができる。窒化アルミニウムは熱伝導率が比較的高く、ＴＦＴで発生した熱を効果的に拡散させることができる。またアルミニウムの含まれない酸化珪素や酸化窒化珪素等を形成した後、窒化アルミニウムを積層したものをゲート絶縁膜として用いても良い。また、ＳｉをターゲットとしたＲＦスパッタ法を用いて形成されたＳｉＯ２をゲート絶縁膜として用いても良い。
【０１２２】
またゲート電極６００５として、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ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で形成する。また、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。また単層の導電膜ではなく、複数の層からなる導電膜を積層したものであっても良い。
【０１２３】
例えば、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＷとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＴｉとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＡｌとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＣｕとする組み合わせで形成することが好ましい。
また、第１の導電膜及び第２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や、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【０１２４】
また、２層構造に限定されず、例えば、タングステン膜、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、タングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。なお、導電膜の材料によって、適宜最適なエッチングの方法や、エッチャントの種類を選択することが重要である。
【０１２５】
またトランジスタ６００２は、第１の層間絶縁膜６００６で覆われており、第１の層間絶縁膜６００６上には第２の層間絶縁膜６００７と、第３の層間絶縁膜６００８とが積層されている。第１の層間絶縁膜６００６は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素膜を単層でまたは積層して用いることができる。また酸素よりも窒素のモル比率が高い酸化窒化珪素膜上に、窒素よりも酸素のモル比率が高い酸化窒化珪素膜を積層した膜を第１の層間絶縁膜６００６として用いても良い。なお、第１の層間絶縁膜６００６を成膜した後、加熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと、第１の層間絶縁膜６００６に含まれる水素により、活性層６００３に含まれる半導体のダングリングボンドを終端する（水素化）ことができる。
【０１２６】
また第２の層間絶縁膜６００７は、非感光性のアクリルを用いることができる。第３の層間絶縁膜６００８は、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。
【０１２７】
また図７において６０１０は陽極、６０１１は電界発光層、６０１２は陰極であり、陽極６０１０と電界発光層６０１１と陰極６０１２が重なっている部分が発光素子６０１３に相当する。トランジスタ６００２は、発光素子６０１３に供給する電流を制御する駆動用トランジスタであり、発光素子６０１３と直接、または他の回路素子を介して直列に接続されている。
【０１２８】
電界発光層６０１１は、発光層単独かもしくは発光層を含む複数の層が積層された構成を有している。
【０１２９】
陽極６０１０は第３の層間絶縁膜６００８上に形成されている。また第３の層間絶縁膜６００８上には隔壁として用いる有機樹脂膜６０１４が形成されている。有機樹脂膜６０１４は開口部６０１５を有しており、該開口部において陽極６０１０と電界発光層６０１１と陰極６０１２が重なり合うことで発光素子６０１３が形成されている。
【０１３０】
そして有機樹脂膜６０１４及び陰極６０１２上に、保護膜６０１６が成膜されている。保護膜６０１６は第３の層間絶縁膜６００８と同様に、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。また上述した水分や酸素などの物質を透過させにくい膜と、該膜に比べて水分や酸素などの物質を透過させやすい膜とを積層させて、保護膜として用いることも可能である。
【０１３１】
また有機樹脂膜６０１４は、電界発光層６０１１が成膜される前に、吸着した水分や酸素等を除去するために真空雰囲気下で加熱しておく。具体的には、１００℃〜２００℃、０．５〜１時間程度、真空雰囲気下で加熱処理を行なう。望ましくは３×１０−７Ｔｏｒｒ以下とし、可能であるならば３×１０−８Ｔｏｒｒ以下とするのが最も望ましい。そして、有機樹脂膜に真空雰囲気下で加熱処理を施した後に電界発光層を成膜する場合、成膜直前まで真空雰囲気下に保つことで、信頼性をより高めることができる。
【０１３２】
また有機樹脂膜６０１４の開口部６０１５における端部は、有機樹脂膜６０１４上に一部重なって形成されている電界発光層６０１１に、該端部において穴があかないように、丸みを帯びさせることが望ましい。具体的には、開口部における有機樹脂膜の断面が描いている曲線の曲率半径が、０．２〜２μｍ程度であることが望ましい。
【０１３３】
上記構成により、後に形成される電界発光層や陰極のカバレッジを良好とすることができ、陽極６０１０と陰極６０１２が電界発光層６０１１に形成された穴においてショートするのを防ぐことができる。また電界発光層６０１１の応力を緩和させることで、発光領域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることができ、信頼性を高めることができる。
【０１３４】
なお図７では、有機樹脂膜６０１４として、ポジ型の感光性のアクリル樹脂を用いた例を示している。感光性の有機樹脂には、光、電子、イオンなどのエネルギー線が露光された箇所が除去されるポジ型と、露光された箇所が残るネガ型とがある。本発明ではネガ型の有機樹脂膜を用いても良い。また感光性のポリイミドを用いて有機樹脂膜６０１４を形成しても良い。ネガ型のアクリルを用いて有機樹脂膜６０１４を形成した場合、開口部６０１５における端部が、Ｓ字状の断面形状となる。このとき開口部の上端部及び下端部における曲率半径は、０．２〜２μｍとすることが望ましい。
【０１３５】
陽極６０１０は透明導電膜を用いることができる。ＩＴＯの他、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透明導電膜を用いても良い。図７では陽極６０１０としＩＴＯを用いている。陽極６０１０は、その表面が平坦化されるように、ＣＭＰ法、ポリビニルアルコール系の多孔質体で拭浄で研磨しても良い。またＣＭＰ法を用いた研磨後に、陽極６０１０の表面に紫外線照射、酸素プラズマ処理などを行ってもよい。
【０１３６】
また陰極６０１２は、仕事関数の小さい導電膜であれば公知の他の材料を用いることができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。
【０１３７】
なお図７では、発光素子から発せられる光が基板６０００側に照射される構成を示しているが、光が基板とは反対側に向かうような構造の発光素子としても良い。
【０１３８】
また図７ではトランジスタ６００２の１つと発光素子の陽極６０１０が電気的に接続されているが、本発明はこの構成に限定されず、トランジスタ６００２の１つと発光素子の陰極６００１が接続されていても良い。この場合、陰極は第３の層間絶縁膜６００８上に形成される。そしてＴｉＮ等を用いて形成される。
【０１３９】
なお、実際には図７まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）や透光性のカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。その際、カバー材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば酸化バリウム）を配置したりするとＯＬＥＤの信頼性が向上する。
【０１４０】
なお、本発明の発光装置は上述した作製方法に限定されない。また本発明の半導体装置は発光装置に限定されない。
【０１４１】
【発明の効果】
本発明では、半導体膜中に予めＡｒ等をドーピングしておき、なおかつＡｒ等の雰囲気中でレーザ光を照射することで、半導体膜中に酸素や窒素が入り込むのを効果的に防ぐことができる。したがって、エネルギー密度の揺らぎによって生じる不純物濃度のばらつきを抑え、半導体膜の移動度のばらつきを抑えることができる。また該半導体膜を用いて形成されたＴＦＴにおいては、移動度に加えてオン電流のばらつきをも抑えることができる。
【０１４２】
また特許文献１に記載されている通り、経験則により酸素が存在する雰囲気中においてレーザ光を照射すると、半導体膜の表面が荒れる。しかしＡｒ等の雰囲気中でレーザ光を照射することで、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる閾値のばらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置の作製方法を示す図。
【図２】半導体装置の作製方法を示す図。
【図３】半導体装置の作製方法を示す図。
【図４】ロードロック方式のチャンバーを有するレーザ照射装置の構成を示す図。
【図５】レーザ照射装置の構成を示す図。
【図６】レーザ照射装置の構成を示す図。
【図７】本発明のレーザ照射装置を用いて作製された発光装置の断面図。
【図８】半導体膜への不純物の混入のメカニズムを示す図。
Claims (11)
- 絶縁表面上に形成された半導体膜に、イオンドーピング法を用いて希ガスを添加し、前記希ガスが添加された半導体膜にレーザ光を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において、
前記希ガスはＡｒであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項２において、
前記第１の希ガスの濃度は、５×１０１８〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 絶縁表面上に形成された半導体膜に、イオンドーピング法を用いて第１の希ガスを添加し、
第２の希ガスの雰囲気下において、前記第１の希ガスが添加された半導体膜にレーザ光を照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 絶縁表面上に形成された半導体膜に、イオンドーピング法を用いて第１の希ガスを添加し、
第２の希ガスの雰囲気下において、前記第１の希ガスが添加された半導体膜にレーザ光を照射する半導体装置の作製方法であって、
前記レーザ光の照射の際に、前記第１の希ガスが添加された半導体膜に超音波による振動を与えることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項５において、
前記超音波による振動の周波数は、１００ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ未満であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項４乃至請求項６のいずれか１項において、
前記第１または前記第２の希ガスはＡｒであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項４乃至請求項７のいずれか１項において、
前記第１の希ガスの濃度は、５×１０１８〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であ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８のいずれか１項において、
前記レーザ光はパルス発振で出力されてい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８のいずれか１項において、
前記レーザ光は連続発振で出力されてい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１０に記載の前記作製方法を用いることで形成された半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002343258A JP2004179356A (ja) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | 半導体装置の作製方法及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002343258A JP2004179356A (ja) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | 半導体装置の作製方法及び半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004179356A true JP2004179356A (ja) | 2004-06-24 |
| JP2004179356A5 JP2004179356A5 (ja) | 2005-12-08 |
Family
ID=32705071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002343258A Withdrawn JP2004179356A (ja) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | 半導体装置の作製方法及び半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004179356A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093677A (ja) * | 2004-08-23 | 2006-04-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置およびその作製方法 |
| US7067403B2 (en) | 2002-11-08 | 2006-06-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing a semiconductor device that includes adding noble gas to a semiconductor film and then irradiating the semiconductor film with laser light in the presence of a magnetic field |
| US7160762B2 (en) | 2002-11-08 | 2007-01-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and laser irradiation apparatus |
| JP2009094496A (ja) * | 2007-09-21 | 2009-04-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置、及びその作製方法 |
| JP2012049397A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Sumco Corp | シリコンウェーハの製造方法 |
| US8304313B2 (en) | 2004-08-23 | 2012-11-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and its manufacturing method |
| US8395084B2 (en) | 2005-05-02 | 2013-03-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus and laser irradiation method |
| US9296068B2 (en) | 2004-03-26 | 2016-03-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation method and laser irradiation apparatus |
-
2002
- 2002-11-27 JP JP2002343258A patent/JP2004179356A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7067403B2 (en) | 2002-11-08 | 2006-06-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing a semiconductor device that includes adding noble gas to a semiconductor film and then irradiating the semiconductor film with laser light in the presence of a magnetic field |
| US7160762B2 (en) | 2002-11-08 | 2007-01-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and laser irradiation apparatus |
| US7585714B2 (en) | 2002-11-08 | 2009-09-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and laser irradiation apparatus |
| US7629235B2 (en) | 2002-11-08 | 2009-12-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing a semiconductor device that includes adding noble gas to a semiconductor film and then irradiating the semiconductor film with laser light in the presence of a magnetic field |
| US7842589B2 (en) | 2002-11-08 | 2010-11-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus with means for applying magnetic field |
| US9296068B2 (en) | 2004-03-26 | 2016-03-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation method and laser irradiation apparatus |
| JP2006093677A (ja) * | 2004-08-23 | 2006-04-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置およびその作製方法 |
| US8304313B2 (en) | 2004-08-23 | 2012-11-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and its manufacturing method |
| US8395084B2 (en) | 2005-05-02 | 2013-03-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus and laser irradiation method |
| JP2009094496A (ja) * | 2007-09-21 | 2009-04-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置、及びその作製方法 |
| US8633590B2 (en) | 2007-09-21 | 2014-01-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| JP2012049397A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Sumco Corp | シリコンウェーハの製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4429586B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| US7253032B2 (en) | Method of flattening a crystallized semiconductor film surface by using a plate | |
| US7291523B2 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
| US7585714B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and laser irradiation apparatus | |
| JP5106136B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP2003051446A (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP2002324808A (ja) | 半導体装置およびその作製方法 | |
| JP2003017411A (ja) | レーザ照射装置、並びに半導体装置の作製方法 | |
| JP4230160B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP2004179356A (ja) | 半導体装置の作製方法及び半導体装置 | |
| JP4860055B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP2003173969A (ja) | 半導体膜、半導体装置及びこれらの作製方法 | |
| JP2004072086A (ja) | レーザー照射方法及びレーザー照射装置 | |
| JP4212844B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP2004172610A (ja) | 半導体装置の作製方法、半導体装置及びレーザ照射装置 | |
| JP2004022900A (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP5132637B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP5005881B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP4837871B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP4176366B2 (ja) | 半導体装置の作製方法 | |
| JP2003332342A (ja) | 半導体装置の作製方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20051024 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051024 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080612 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20080708 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20080716 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20080716 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20080819 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090428 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Effective date: 20090716 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 |