JPH09246182A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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
ジスタおよびその製造方法等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。上記の方法
により製造された多結晶化シリコン薄膜を活性層に用い
たＴＦＴは高電界効果移動度を有する反面、オフ時のリ
ーク電流が大きい。そのため特公平６−６９０９４号公
報に示されるようにＴＦＴの活性層である多結晶シリコ
ン薄膜全体の膜厚を薄膜化することや、特公平５−３４
８３７号公報あるいは特開平６−１６３９００号公報に
示されるようにチャネル領域の多結晶シリコン薄膜の膜
厚を薄膜化する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の課題
は、第１に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、第
２に上記大粒径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】第１の課題である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もち
いるレーザー光が図７（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７（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７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がなされたり、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】第２の課題であるＴＦＴのオフ時のリーク
電流を低減する方法としては、ソース領域およびドレイ
ン領域に隣接する領域に低濃度の不純物領域を形成する
ＬＤＤ構造やチャネル領域とソース領域およびドレイン
領域の間に不純物が添加されない領域を形成するオフセ
ットゲート構造あるいは多結晶シリコン薄膜による活性
層自体の膜厚を薄膜化する方法等が提案されている。こ
れらの方法のうち、ＬＤＤ構造およびオフセットゲート
構造では低濃度不純物領域における不純物濃度の制御方
法やオフセット長の制御方法が確立されておらず、絶縁
性基板上に均一な特性の多数のＴＦＴを形成するするこ
とは容易ではない。一方、活性層自体の膜厚を薄膜化す
る方法は、絶縁性基板上で活性層の膜厚に多少のばらつ
きが発生する可能性があるものの、その制御はＬＤＤ構
造やオフセットゲート構造に比べてはるかに容易であ
る。この方法によると、活性層自体の膜厚を薄膜化する
ためにソース領域またはドレイン領域とソース電極また
はドレイン電極とのコンタクトが良好に行われない場合
があり、従来は活性層のチャネル領域のみを薄膜化する
ことによりＴＦＴのオフ時のリーク電流を低減し、かつ
ソース領域またはドレイン領域とソース電極またはドレ
イン電極とのコンタクトを良好に保つようにしていた。

【００１０】しかしながら、上述の活性層の膜厚を薄膜
化する方法では、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
め活性層自体の膜厚を薄膜化することによりＴＦＴのオ
フ時のリーク電流を低減すると同時にＴＦＴのオン電流
も減少させてしまうという課題を有していた。

【００１１】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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の特許請求の範囲の請求項１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
上に非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材料を所
定の間隔で配置する工程と、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、比熱
容量の小さい材料間の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る工程と、露出した
結晶性半導体薄膜を膜厚方向に一部分を熱的に酸化させ
る工程と、膜厚方向に一部分を熱的に酸化された領域の
結晶性半導体薄膜を少なくとも半導体素子のチャネル領
域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。

【００１３】また、特許請求の範囲の請求項２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
コン膜上に非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材
料を所定の間隔で配置する工程と、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、チャネル領域を薄膜化しない部分を除き比熱容量の
小さい材料を所定の間隔で配置した領域の比熱容量の小
さい材料間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る工程と、露出した結晶性半導体薄
膜を膜厚方向に一部分を熱的に酸化させる工程と、膜厚
方向に一部分を熱的に酸化された領域の結晶性半導体薄
膜を少なくとも半導体素子のチャネル領域となるように
加工し、それ以外の領域を所定の半導体素子の活性層と
なるように加工する工程を有し、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３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
コン膜上に非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の小さい材
料を所定の間隔で配置する工程と、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、比熱容量の小さい材料間の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る工程と、
露出した結晶性半導体薄膜を膜厚方向に一部分を熱的に
酸化させる工程と、膜厚方向に一部分を熱的に酸化され
た領域の結晶性半導体薄膜を少なくとも半導体素子のチ
ャネル領域となるように加工する工程とを含み、比熱容
量の小さい材料と窒化シリコン膜はエッチングの際の選
択比を有しており、窒化シリコン膜を除去する際、選択
的にエッチングを行うことを特徴とし、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４の半導体
装置は、絶縁性表面を有する基板上に半導体層が形成さ
れ、半導体層のチャネル領域を含む活性層の一部が膜厚
方向に一部分を熱的に酸化され、薄膜化された半導体素
子と、チャネル領域およびソース領域およびドレイン領
域の膜厚がほぼ同一である半導体素子とが形成されてい
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。

【００１６】また、特許請求の範囲の請求項５の半導体
装置の製造方法は、請求項１乃至２の半導体装置の製造
方法において、窒化シリコン膜を除去する工程は比熱容
量の小さい材料をマスクとした裏面露光により自己整合
的に行われたレジストを利用することを特徴とし、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６の半導体
装置の製造方法は、請求項１乃至３の半導体装置の製造
方法において、厚方向に一部分を熱的に酸化された領域
は比熱容量の小さい材料の間隔に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。

【００１８】また、特許請求の範囲の請求項７の半導体
装置の製造方法は、請求項１乃至３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、Ｔａ、Ｔ
ｉ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗまたはこれらの合金あるいは
シリサイド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。

【００１９】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
薄膜と窒化シリコン膜を堆積した後、窒化シリコン膜上
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シリコン薄
膜の熔融再結晶化を行うようにしているため、比熱容量
の小さい材料の存在する領域と存在しない領域との間で
再結晶化の際の結晶成長距離に差を生じさせることがで
き、そのため、基板全体にわたって選択的に結晶粒界の
極めて少ない良好な大粒径の結晶を得ることができる。
また、絶縁性基板の裏面側からレーザー光を照射するた
め半導体薄膜表面の凹凸が低減され、半導体薄膜とゲー
ト絶縁膜界面の界面準位密度を小さくすることができ
る。

【００２０】その後、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シリコン膜の表
面を露出させ、その領域を膜厚方向に一部分を熱的に酸
化させることにより、ＴＦＴのチャネル領域となる領域
を薄膜化することができるため、ソース領域およびドレ
イン領域とソース電極およびドレイン電極とのコンタク
トを良好に保ちながら、オン電流を殆ど減少させること
なく、オフ時のリーク電流が極めて少ないＴＦＴを実現
することができる。

【００２１】また、本発明の半導体装置は、半導体層の
チャネル領域を含む活性層の一部が膜厚方向に一部分を
熱的に酸化され、薄膜化された半導体素子と、チャネル
領域およびソース領域およびドレイン領域の膜厚がほぼ
同一である半導体素子とが形成されているので、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。

【００２２】また、窒化シリコン膜の除去を比熱容量の
小さい材料によるパターンをエッチングマスクとして用
い、裏面露光あるいは選択的エッチングにより行うた
め、余分なフォトマスクを用いる必要がない。

【００２３】以上のように本発明は結晶性に優れた高い
電界効果移動度を持つ高性能のＴＦＴを実現でき、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。

【００２４】

【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６（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６（ｂ）は同平面図、図
６（ｃ）はＴＦＴの構造を示す断面図である。

【００２５】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２
０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１４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。

【００２６】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８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８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。

【００２７】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９
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。

【００２８】図９（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９（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。

【００２９】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１０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２１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２２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２３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２４内のステージ２５の上の基板２６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。

【００３０】（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）〜（ｅ）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。

【００３１】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１００〜１５０ｎｍ、例えば約１５
０ｎｍの膜厚で堆積させる。次に窒化シリコン膜（以下
ＳｉＮ_x膜と呼ぶ）４を堆積させる。本発明の実施の形
態ではＳｉＮ_x膜４を例えば約１００ｎｍ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
せることができると共に製造工程も短縮することがで
き、スループットが大幅に向上するという利点がある。

【００３２】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スパッタ法等により非晶質シリコン
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、例えば金属膜５を形成する。金属膜５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１００〜５００
ｎｍ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、所定の形状にパターニングし
た。金属膜５のパターン間隔は液晶表示装置の表示電極
をスイッチングするＴＦＴのチャネル領域の幅と同程度
またはそれ以上とした。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金
属膜５のパターンの間隔はチャネル領域の幅よりもやや
広めに設定する方が好ましい。本発明の実施の形態では
５μｍ〜１０μｍ、例えば８μｍ程度とした。金属膜の
パターンの間隔は製造するＴＦＴの形状、大きさによっ
て適宜決定すればよく、金属膜のパターンの間隔が２μ
ｍ〜３μｍあるいは２０μｍ〜３０μｍであっても本発
明の効果を損なうものではない。金属膜のパターンは結
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、図５に示すような島状であっても同様の効
果を得ることができる。図５（ａ）は断面図、図５
（ｂ）は平面図を示す。金属膜としては耐熱性のあるＣ
ｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ等もしくはこれ
らの合金あるいはシリサイド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】次に図１（ｂ）に示すように絶縁性基板の
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３０８ｎ
ｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、Ａ
ｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）、ＸｅＦエキ
シマレーザー（波長３５３ｎｍ）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２
００〜４００ｍＪ／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）に示すように金属膜５上に
フォトレジスト７によるパターンを形成する。フォトレ
ジスト７によるパターンは絶縁性基板１の裏面側から露
光８することにより金属膜５に自己整合的に形成する。
そのためフォトレジスト７を形成するためのフォトマス
クは必要ない。次いで露出しているＳｉＮ_x膜４、即ち
金属膜５が形成されていない領域のＳｉＮ_x膜４を除去
して結晶性シリコン薄膜９の表面を露出させる。ＳｉＮ
_x膜４はＨＦ（フッ化水素）＋ＨＮＯ₃（硝酸）、混合比
１：１００によるエッチング液あるいはＢＨＦ（緩衝フ
ッ酸）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。また、ＣＦ₄（四フッ化炭素）＋Ｏ₂ガスを用いたド
ライエッチングにより除去することも可能である。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。最適なエッチング液
の混合比等は実験的に求めることができる。

【００３５】次に図１（ｄ）に示すように金属膜を除去
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を露出した表面側から厚さ方向に一部を
熱酸化させ熱酸化によるＳｉＯ₂膜１０を形成した。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１〜２時間程度保持した。
これにより結晶性シリコン薄膜９の膜厚の２／３〜１／
２程度が熱酸化され、結晶性シリコン薄膜９は薄膜化さ
れることになる。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。尚、上述の熱酸化の条件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。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。加熱温度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℃の範囲内が好ましく、その範囲
内で適宜決定すればよい。

【００３６】次に図１（ｅ）に示すようにＳｉＮ_x膜４
を除去し、結晶性シリコン薄膜９を半導体素子の活性層
１１となるように所定の形状にパターニングする。ゲー
ト絶縁膜は前工程で形成した熱酸化によるＳｉＯ₂膜１
０を用いる。続いてゲート電極１２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１３を形成する。ゲート電極１２の下方領域はチャネ
ル領域１４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１５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ｎ
ｍ〜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１
５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１６を形成する。ソース及びドレイン電極１６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Ａ
ｌに比べて段差被覆性に優れている。

【００３７】以上、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
形成することができ、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。

【００３８】（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
１００〜１５０ｎｍ、例えば約１５０ｎｍの膜厚で堆積
させる。次にＳｉＮ_x膜４を例えば約１００ｎｍの膜厚
で堆積させる。下地膜２、非晶質シリコン薄膜３、Ｓｉ
Ｎ_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と共に製造工程も短縮すること
ができ、スループットが大幅に向上するという利点があ
る。

【００３９】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スパッタ法等により非晶質シリコン
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、例えば金属膜５を形成する。金属膜５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１００〜５００
ｎｍ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、所定の形状にパターニングし
た。金属膜５のパターン間隔は液晶表示装置の表示電極
をスイッチングするＴＦＴのチャネル領域の幅と同程度
またはそれ以上とした。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金
属膜５のパターンの間隔はチャネル領域の幅よりもやや
広めに設定する方が好ましい。本発明の実施の形態では
５μｍ〜１０μｍ、例えば８μｍ程度とした。その他は
上述の実施の形態１と同様である。本発明の実施の形態
では、左側半分が周辺駆動回路部分に対応し、右側半分
が表示部電極に対応する。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。

【００４０】次に図２（ｂ）に示すように絶縁性基板の
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。

【００４１】次に図２（ｃ）に示すように金属膜５上に
フォトレジスト７によるパターンを形成する。次いで露
出しているＳｉＮ_x膜４、即ち金属膜５が形成されてい
ない領域のＳｉＮ_x膜４を除去して結晶性シリコン薄膜
９の表面を露出させる。ＳｉＮ_x膜４はＨＦ（フッ化水
素）＋ＨＮＯ₃（硝酸）、混合比１：１００によるエッ
チング液あるいはＢＨＦ（緩衝フッ酸）によるエッチン
グ液あるいはＨＦ（フッ化水素）＋ＨＮＯ₃＋ＣＨ₃ＣＯ
ＯＨ（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。また、ＣＦ₄（四フ
ッ化炭素）＋Ｏ₂ガスを用いたドライエッチングにより
除去することも可能である。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。最適なエッチング液の混合比等は実験的に
求めることができる。

【００４２】次に図２（ｄ）に示すようにフォトレジス
ト７及び金属膜５を除去した後、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を露出した表面
側から厚さ方向に一部を熱酸化させ熱酸化によるＳｉＯ
₂膜１０を形成した。本発明の実施の形態では例えば１
０％の水蒸気を含む１気圧、６００℃の酸素雰囲気に１
〜２時間程度保持した。これにより結晶性シリコン薄膜
９の膜厚の２／３〜１／２程度が熱酸化され、結晶性シ
リコン薄膜９は薄膜化されることになる。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。上述の工程で左側半分の結晶
性シリコン薄膜９はＳｉＮ_x膜４によって被覆されてい
るため熱酸化されない。尚、上述の熱酸化の条件は一例
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。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。加熱温度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℃の範囲内が好
ましく、その範囲内で適宜決定すればよい。

【００４３】次に図２（ｅ）に示すように残存するＳｉ
Ｎ_x膜４を除去し、結晶性シリコン薄膜９を半導体素子
の活性層１１となるように所定の形状にパターニングす
る。ゲート絶縁膜は前工程で形成した熱酸化によるＳｉ
Ｏ₂膜１０を用いる。熱酸化によるＳｉＯ₂膜が形成され
ていない領域にのみ別途ＳｉＯ₂膜によるゲート絶縁膜
１７を形成する。以下実施の形態１と同様の工程でＴＦ
Ｔを製造する。

【００４４】以上、本発明の実施の形態では絶縁基板上
に選択的に活性層、特にチャネル領域を薄膜化したＴＦ
Ｔを形成することができるため、駆動回路を同一基板上
に一体形成した液晶表示装置を製造する場合に有効であ
る。一般的に駆動回路を同一基板上に一体形成した液晶
表示装置、いわゆるドライバモノリシック型液晶表示装
置の場合、表示部のＴＦＴはオフ時のリーク電流を低減
することが必要であり、周辺駆動回路は高オン電流ある
いは高移動度を有する必要がある。本発明の実施の形態
のように金属膜５を形成した領域の結晶性を良好なシリ
コン薄膜を液晶表示装置の表示部のＴＦＴ１８の活性
層、特にチャネル領域として用い、かつ熱酸化によりチ
ャネル領域を薄膜化することにより、オフ時のリーク電
流が大幅に低減できる。また、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形成すること
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。一方、金属膜５を形成しない領域
のシリコン薄膜はほぼ成膜当初の膜厚を維持しているた
め、それを液晶表示装置の周辺駆動回路のＴＦＴ１９の
活性層として用いることにより、高いオン電流を得るこ
とができる。

【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
１００〜１５０ｎｍ、例えば約１５０ｎｍの膜厚で堆積
させる。

【００４６】その後、絶縁性基板を成膜装置のチャンバ
ーより取り出して非晶質シリコン薄膜３を島状にパター
ニングする。続いてプラズマＣＶＤ法等により島状にパ
ターニングした非晶質シリコン薄膜３を覆うようにＳｉ
Ｎ_x膜４を例えば約１００ｎｍの膜厚で堆積させる。そ
の後、絶縁性基板をＣＶＤ装置のチャンバーより取り出
してスパッタ法等により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、例えば金属
膜５を形成する。金属膜５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、所定の形状にパターニングした。金属膜５のパ
ターン間隔はＴＦＴのチャネル領域の幅と同程度または
それ以上とした。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金属膜５
のパターンの間隔はチャネル領域の幅よりもやや広めに
設定する方が好ましい。本発明の実施の形態では５μｍ
〜１０μｍ、例えば８μｍ程度とした。その他は上述の
実施の形態１と同様である。

【００４７】次に図３（ｂ）に示すように絶縁性基板の
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。

【００４８】次に図３（ｃ）に示すように金属膜５上に
フォトレジスト７によるパターンを形成する。フォトレ
ジスト７によるパターンは絶縁性基板１の裏面側から露
光８することにより金属膜５に自己整合的に形成する。
そのためフォトレジスト７を形成するためのフォトマス
クは必要ない。次いで露出しているＳｉＮ_x膜４、即ち
金属膜５が形成されていない領域のＳｉＮ_x膜４を除去
して結晶性シリコン薄膜９の表面を露出させる。ＳｉＮ
_x膜４はＨＦ（フッ化水素）＋ＨＮＯ₃（硝酸）、混合比
１：１００によるエッチング液あるいはＢＨＦ（緩衝フ
ッ酸）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。また、ＣＦ₄（四フッ化炭素）＋Ｏ₂ガスを用いたド
ライエッチングにより除去することも可能である。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。最適なエッチング液
の混合比等は実験的に求めることができる。

【００４９】次に図３（ｄ）に示すようにフォトレジス
ト７及び金属膜５を除去した後、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を露出した表面
側から厚さ方向に一部を熱酸化させ熱酸化によるＳｉＯ
₂膜１０を形成した。本発明の実施の形態では例えば１
０％の水蒸気を含む１気圧、６００℃の酸素雰囲気に１
〜２時間程度保持した。これにより結晶性シリコン薄膜
９の膜厚の２／３〜１／２程度が熱酸化され、結晶性シ
リコン薄膜９は薄膜化されることになる。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。尚、上述の熱酸化の条件は一
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。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。加熱温度を一定とすれば結
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℃の範囲内が
好ましく、その範囲内で適宜決定すればよい。

【００５０】次に図３（ｅ）に示すように残存するＳｉ
Ｎ_x膜４を除去し、実施の形態１と同様の工程でＴＦＴ
を製造する。ゲート絶縁膜は前工程で形成した熱酸化に
よるＳｉＯ₂膜１０を用いる。本発明の実施の形態では
非晶質シリコン薄膜を堆積した後に半導体素子の活性層
となるように島状にパターニングしているため、この段
階では結晶性シリコン薄膜９を半導体素子の活性層１１
となるように所定の形状にパターニングする必要はな
い。

【００５１】以上、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
形成することができ、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。

【００５２】（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
１００〜１５０ｎｍ、例えば約１５０ｎｍの膜厚で堆積
させる。次にＳｉＮ_x膜４を例えば約１００ｎｍの膜厚
で堆積させる。下地膜２、非晶質シリコン薄膜３、Ｓｉ
Ｎ_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と共に製造工程も短縮すること
ができ、スループットが大幅に向上するという利点があ
る。

【００５３】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スパッタ法等により非晶質シリコン
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、例えば金属膜５を形成する。金属膜５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１００〜５００
ｎｍ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、所定の形状にパターニングし
た。金属膜５のパターン間隔は液晶表示装置の表示電極
をスイッチングするＴＦＴのチャネル領域の幅と同程度
またはそれ以上とした。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金
属膜５のパターンの間隔はチャネル領域の幅よりもやや
広めに設定する方が好ましい。本発明の実施の形態では
５μｍ〜１０μｍ、例えば８μｍ程度とした。本発明の
実施の形態では金属膜にＭｏを用いた。その他は上述の
実施の形態１と同様である。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。

【００５４】次に図４（ｂ）に示すように絶縁性基板の
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。

【００５５】次に図４（ｃ）に示すように金属膜５が形
成されていない領域のＳｉＮ_x膜４を除去して結晶性シ
リコン薄膜９の表面を露出させる。ＳｉＮ_x膜４はＢＨ
Ｆ（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。これらのエッチング液ではＭｏ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
際にチャフォトレジストによるマスクを形成する必要が
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。最適なエ
ッチング液の混合比等は実験的に求めることができる。

【００５６】次に図４（ｄ）に示すように金属膜５を除
去した後、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を露出した表面側から厚さ方向に一部
を熱酸化させ熱酸化によるＳｉＯ₂膜１０を形成した。
本発明の実施の形態では金属膜５に用いたＭｏの除去に
はＨ₂ＳＯ₄（硫酸）＋ＨＮＯ₃＋Ｈ₂Ｏ、混合比１：１：
３によるエッチング液あるいはＥＤＴＡ（エチレンジア
ミン四酢酸）＋Ｈ₂Ｏ₂（過酸化水素）＋ＮＨ₃（アンモ
ニア）、混合比１：２４：８によるエッチング液を用い
ることができる。これらのエッチング液では結晶性シリ
コン膜は殆どエッチングされない。従って金属膜５を除
去する際にフォトレジストによるマスクを形成する必要
がない。また、フォトレジストを使用しないことで、露
出した結晶性シリコン薄膜の表面を清浄に保ち、不純物
の影響を最小限に押さえることで、ＴＦＴの特性を良好
に保つことが可能となる。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。最適なエッチング液の混合比等は実験的に求
めることができる。本発明の実施の形態における熱酸化
の条件等は上述の発明の実施の形態１と同様である。

【００５７】次に図４（ｅ）に示すようにＳｉＮ_x膜４
を除去する。ＳｉＮ_x膜４の除去にはＢＨＦによるエッ
チング液を用いた。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を除去する際にフォトレジストによるマスクを形成
する必要がない。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。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ＳｉＮ_x
膜４の除去をフォトレジストを用いない選択エッチング
で行うことで、半導体薄膜への不純物の影響を最小限に
抑えることができる。更に熱酸化により形成したＳｉＯ
₂膜で高品質のゲート絶縁膜を形成するため、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。

【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ため、選択的に大粒径の結晶粒を得
ることができる。その後、比熱容量の小さい材料が形成
されていない領域の結晶性シリコン薄膜を膜厚方向に一
部熱酸化して薄膜化する。即ち、大粒径の結晶粒が成長
した領域を一部熱酸化して薄膜化し、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のオン電流を極端に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、結晶性シリコン薄膜を熱酸化させる際のマスクとな
る窒化膜によるマスクパターンの形成を、非晶質シリコ
ン薄膜に絶縁性基板の裏面側からレーザー光を照射して
結晶化させた後、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あるいは選択的エッチ
ングにより行うため、新たにそのためのフォトマスクを
用いることなく、比熱容量の小さい材料に自己整合的に
窒化膜によるマスクパターンを形成することができる。

【００５９】更に、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
ＳｉＯ₂膜となり、ＴＦＴの活性層と良好な界面状態を
形成すると同時にＴＦＴの活性層は薄膜化される。従っ
てゲート絶縁膜であるＳｉＯ₂膜とＴＦＴの活性層との
界面状態が良好となることと、ＴＦＴの活性層を薄膜化
するとによる相乗効果によって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。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。

【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。

【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。

【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。

【図５】金属膜の形状の一例を示す図。

【図６】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】レーザー光の強度分布を示す図。

【図８】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。

【図９】本発明における半導体薄膜の温度分布を示す
図。

【図１０】レーザーアニール装置の概念図。

【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 ４ ＳｉＮ_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ＴＦＴ １９ 周辺駆動回路部のＴＦＴ ２０ 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/336

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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上に前記非晶質半導体薄膜よりも比
   熱容量の小さい材料を所定の間隔で配置する工程と、 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、 前記比熱容量の小さい材料間の領域の前記窒化シリコン
   膜を除去して結晶性半導体薄膜の表面を露出させる工程
   と、 前記露出した前記結晶性半導体薄膜を膜厚方向に一部分
   を熱的に酸化させる工程と、 前記膜厚方向に一部分を熱的に酸化された領域の結晶性
   半導体薄膜を少なくとも半導体素子のチャネル領域とな
   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。
2. 【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上に前記非晶質半導体薄膜よりも比
   熱容量の小さい材料を所定の間隔で配置する工程と、 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、 チャネル領域を薄膜化しない部分を除き、前記比熱容量
   の小さい材料を所定の間隔で配置した領域の比熱容量の
   小さい材料間の前記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る工程と、 前記露出した前記結晶性半導体薄膜を膜厚方向に一部分
   を熱的に酸化させる工程と、 前記膜厚方向に一部分を熱的に酸化された領域の結晶性
   半導体薄膜を少なくとも半導体素子のチャネル領域とな
   るように加工し、それ以外の領域を所定の半導体素子の
   活性層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。
3. 【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上に前記非晶質半導体薄膜よりも比
   熱容量の小さい材料を所定の間隔で配置する工程と、 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、 前記比熱容量の小さい材料間の領域の前記窒化シリコン
   膜を除去して結晶性半導体薄膜の表面を露出させる工程
   と、 前記露出した前記結晶性半導体薄膜を膜厚方向に一部分
   を熱的に酸化させる工程と、 前記膜厚方向に一部分を熱的に酸化された領域の結晶性
   半導体薄膜を、少なくとも半導体素子のチャネル領域と
   なるように加工する工程とを含み、前記比熱容量の小さ
   い材料と前記窒化シリコン膜はエッチングの際の選択比
   を有しており、前記窒化シリコン膜を除去する際、選択
   的にエッチングを行うことを特徴とする半導体装置の製
   造方法。
4. 【請求項４】 前記絶縁性表面を有する基板上に半導体
   層が形成され、前記半導体層のチャネル領域を含む活性
   層の一部が膜厚方向に一部分を熱的に酸化され、薄膜化
   された半導体素子と、チャネル領域およびソース領域お
   よびドレイン領域の膜厚がほぼ同一である半導体素子と
   が形成されていることを特徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】 前記窒化シリコン膜を除去する工程は前
   記比熱容量の小さい材料をマスクとした裏面露光により
   自己整合的に行われたレジストを利用することを特徴と
   する請求項１乃至２記載の半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記膜厚方向に一部分を熱的に酸化され
   た領域は前記比熱容量の小さい材料の間隔に自己整合的
   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。
7. 【請求項７】 前記非晶質半導体薄膜よりも比熱容量の
   小さい材料は金属膜であり、その金属膜はＣｒ、Ｔａ、
   Ｔｉ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗまたはこれらの合金あるい
   はシリサイド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。