JP5307994B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の作製方法、半導体装置及び電子機器に関する。

近年、絶縁表面を有する基板上に半導体薄膜を形成し、該半導体薄膜を用いて半導体装置を作製する技術が広く研究されている。前述の半導体薄膜を用いた半導体装置は様々な分野に用いることができるが、中でも、画像表示装置のスイッチング素子として用いられることが多い。

上記画像表示装置のスイッチング素子としては、主に非晶質半導体膜や多結晶半導体膜が用いられる。非晶質半導体を用いることにより、コストを抑えることができるというメリットがある。また、多結晶半導体を用いる場合には、高性能なスイッチング素子を作製できるというメリットがある。

スイッチング素子を用いる画像表示装置の例としては、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置などが挙げられる。液晶表示装置は、画素電極と対向電極との間に電位差を与えることにより、液晶分子の配向を変化させて表示を行うものである。エレクトロルミネッセンス表示装置は、電極間に設けられた発光素子に電流を生じさせ、キャリアの発光再結合を誘導することにより表示を行うものである。

発光素子にキャリアを流すというその原理上、エレクトロルミネッセンス表示装置のスイッチング素子には高い電流駆動能力が求められる。このため、非晶質半導体と比較して移動度が大きい多結晶半導体が好んで用いられている。多結晶半導体を用いる場合には、経年劣化に伴うしきい値電圧（Ｖ_ｔｈ）のシフトを抑制することができるという点においても好都合である。なお、多結晶半導体の形成手段としては、線状に整形されたエキシマレーザー光によるレーザー結晶化法が用いられることが多い。

画像表示装置のスイッチング素子としては、上記の非晶質半導体や多結晶半導体以外に、微結晶半導体が用いられることがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。微結晶半導体は、多結晶半導体と比較して結晶粒（の大きさ）のばらつきが小さく、また、非晶質半導体より移動度が大きいという特徴を有している。
特開平４−２４２７２４号公報 特開２００５−４９８３２号公報

上述のように、エレクトロルミネッセンス表示装置ではスイッチング素子を流れる電流により発光素子の輝度が決定される。スイッチング素子に用いられる半導体薄膜の結晶性が均一でない場合には、スイッチング素子を流れる電流にばらつきが生じることになり、発光素子ごとに輝度がばらついてしまう。この点、多結晶半導体では結晶粒のばらつきが大きく、流れる電流のばらつきが大きいため、発光素子ごとの輝度のばらつきが大きな問題となる。

上記問題点を解決する方法の一つとして、微結晶半導体を用いてスイッチング素子を作製する方法が挙げられる。微結晶半導体は多結晶半導体と比較して結晶粒のばらつきが小さく、上述の用途に向いていると言える。なお、微結晶半導体を形成する方法は複数存在するが、良好な特性を得るという点においては、レーザー光を照射する方法が好ましい。

レーザー光の照射による結晶化において問題となるのが、レーザー光強度のばらつきである。結晶粒の大きさはレーザー光強度に依存するため、わずかなレーザー光強度の変動が微結晶半導体の品質に大きな影響を及ぼすことになる。特にエキシマレーザーのようなパルスレーザーを用いる場合には、５％から１０％程度の光強度の変動が存在するため、良質な微結晶半導体を作製することは容易ではない。

パルス毎のレーザー光強度のばらつきの影響を低減し、結晶粒の均一性を向上するために、複数のパルスを一領域に照射することも考えられるが、この場合には表面の凹凸が大きくなり、絶縁耐圧が低下するという問題が生じる。また、複数のパルスを照射するため、生産性が低下してしまうという問題もある。ばらつきの小さいレーザー光として連続発振のレーザー光（ＣＷともいう）を用いることも考えられるが、連続発振ではパルス発振ほどのレーザー光強度は望めない。したがって、レーザー光を十分に絞って照射せざるを得ない。また、金属薄膜等による光熱変換層を設けてレーザー光の熱への変換効率を高め、連続発振レーザー光の使用を可能とする方法も考えられるが、光熱変換層の形成及び除去の工程が必要となる。つまり、連続発振のレーザー光を用いる場合には生産性の点で問題が生じる。

このような問題点に鑑み、本発明は特性が均一な微結晶半導体を有する半導体装置を効率良く提供することを課題とする。また、高品質な電子機器を効率良く提供することを課題とする。

本発明では、完全溶融する光強度のパルスレーザー光を半導体に照射する。完全溶融する光強度のレーザー光を照射する場合には、半導体層全体に結晶核が発生するため、結晶粒は非常に小さくなり、レーザー光照射後の半導体層は微結晶半導体となる。また、完全溶融する光強度のレーザー光を照射する場合には、粒径がレーザー光強度に（ほとんど）依存しないため、均一な粒径の微結晶半導体を作製することができる。なお、前述の微結晶半導体を用いて特性が均一な半導体素子を作製するためには、半導体素子をカバーできる大きさのビーム径が必要となる。より詳細には、レーザービームのプロファイル中において完全溶融する光強度が得られる領域が半導体素子の寸法より大きくなくてはならない。この場合、完全溶融する光強度のレーザー光が照射された領域の半導体（以下、「完全溶融領域の半導体」という）を、半導体素子に使用し、完全溶融する光強度のレーザー光が照射されない領域の半導体（以下、「非完全溶融領域の半導体」という）は、半導体素子に使用しない。なお、非完全溶融領域の半導体を、特性の均一性への要求が低い領域（トランジスタの場合には、ソース領域やドレイン領域など）に用いることは可能であるが、半導体素子の特性の向上（例えば、平坦性の向上）という観点からすれば、非完全溶融領域の半導体は使用しないことが好ましい。

本発明の半導体装置の作製方法の一は、絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、半導体層が完全溶融する光強度のパルスレーザー光を照射することにより、微結晶半導体領域を形成することを特徴としている。

本発明の半導体装置の作製方法の他の一は、絶縁表面を有する基板上に非晶質半導体層を形成し、非晶質半導体層が完全溶融する光強度のパルスレーザー光を照射することにより、非晶質半導体層を結晶化させて微結晶半導体領域を形成することを特徴としている。

本発明の半導体装置の作製方法の他の一は、絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、半導体層が完全溶融する光強度のパルスレーザー光を照射することにより、微結晶半導体領域を形成し、パルスレーザー光が照射された半導体層のうち、微結晶半導体領域以外の領域を除去することを特徴としている。

本発明の半導体装置の作製方法の他の一は、絶縁表面を有する基板上に非晶質半導体層を形成し、非晶質半導体層が完全溶融する光強度のパルスレーザー光を照射することにより、非晶質半導体層を結晶化させて微結晶半導体領域を形成し、結晶化された非晶質半導体層のうち、微結晶半導体領域以外の領域を除去することを特徴としている。

上記において、除去する領域には、多結晶半導体が含まれている場合がある。また、パルスレーザー光としては、エキシマレーザー光を用いても良い。また、パルスレーザー光は、線状の形状を有していても良い。

上記により、特性が均一な微結晶半導体領域を有する半導体装置を作製することができ、これを用いて、高品質な電子機器を提供することができる。

なお、上記の半導体装置において、微結晶半導体領域におけるラマンスペクトルのピーク波数の３σ（標準偏差の３倍）が０．５ｃｍ^−１以下（好ましくは０．３ｃｍ^−１以下）であり、ラマンスペクトルの［ピーク強度の３σ］／［ピーク強度の平均値］が０．５以下（好ましくは０．３以下）であり、ラマンスペクトルのピークにおける半値全幅の３σが１．０ｃｍ^−１以下（好ましくは０．５ｃｍ^−１以下）である。なお、３σを求める際の測定位置は、レーザー光の照射領域の中心付近とすることが好ましい。また、３σを求める際の標本の数は少なくとも１０以上とすることが好ましい。

なお、本発明において、微結晶半導体とは結晶粒径が２ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、より好ましくは、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下のものをいう。

また、本発明において、半導体装置とは、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置をはじめとする表示装置、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ、ＲＦタグ、ＲＦチップ、無線プロセッサ、無線メモリ、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）タグ、ＩＣラベル、電子タグ、電子チップ等と呼ばれる無線タグ、中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ））をはじめとするマイクロプロセッサ、集積回路、その他、絶縁性表面上に形成された半導体層を用いる半導体装置全般を言うものとする。

本発明により、特性が均一な微結晶半導体を有する半導体装置を効率良く提供することができる。また、高品質電子機器を効率良く提供することができる。

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いることとする。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の半導体装置の製造方法の一例について、図１乃至５を参照して説明する。

はじめに、本発明の原理について図１を参照して説明する。図１（Ａ）は、レーザー光の強度（照射エネルギー密度）と結晶粒径との関係を模式的に表すものである。ここで、図１（Ａ）中の領域１は半導体層が部分溶融となるエネルギー密度の範囲を表しており、領域２は半導体層が準完全溶融となるエネルギー密度の範囲を表しており、領域３は半導体層が完全溶融となるエネルギー密度の範囲を表している。

図１（Ａ）中の領域１にて表される部分溶融とは、半導体層に対してレーザー光の強度が十分ではなく、基板側の界面まで溶融しない状態である。例えば、上方からレーザー光を照射した場合には、基板（又は下地絶縁層）との界面付近には多数の結晶核が発生して縦成長する。このため、得られる結晶粒は比較的小さく、深さに依存して結晶粒の大きさが異なることになる（図１（Ｂ）参照）。なお、図中において、実線は結晶粒界を模式的に表したものである。破線より下方の領域１００では半導体層は溶融しておらず、破線より上方の領域１０２と比較して結晶粒が小さくなっていることが分かる。

領域２にて表される準完全溶融とは、部分溶融よりエネルギー密度が高いレーザー光を照射することにより、半導体層の大部分が溶融し、基板（又は下地絶縁層）との界面近傍がわずかに融け残る状態である。この場合には、わずかに融け残った領域から結晶核が発生するため、縦方向及び横方向に結晶成長することになる（図１（Ｃ）参照）。なお、図１（Ｃ）において、半導体層表面の結晶粒界が存在する領域にリッジと呼ばれる突起物１０４が形成されている。これは、横方向に結晶成長することで半導体層に歪みが生じることに起因している。

領域３にて表される完全溶融とは、準完全溶融よりさらにエネルギー密度が高いレーザー光を照射することにより、半導体層全体が溶融する状態である。この場合、半導体層全体に結晶核が発生するため、結晶粒は非常に小さくなり、レーザー光照射後の半導体層は微結晶半導体層となる（図１（Ｄ）参照）。なお、微結晶半導体とは、結晶粒径が２ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、より好ましくは、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下のものをいう。

パルスレーザー光を用いた従来の半導体層の作製方法においては、結晶粒を最大にすることを目標に、準完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光照射が試みられてきた。確かに、準完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射した場合には結晶粒が大きくなり、個々の半導体素子の特性は良好になる。しかしながら、準完全溶融となるエネルギー密度の範囲は極めて狭く、レーザー光の強度がわずかに変動した場合であっても、結晶粒のばらつきが大きくなってしまう。つまり、半導体素子ごとに特性のばらつきが生じてしまう。

また、準完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射した場合には、横方向に結晶成長するため、結晶粒界において凹凸が生じてしまう。つまり、これを用いて半導体素子を作製した場合には、特性のばらつきやショートの問題が生じてしまうことになる。このように、準完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射した半導体層は、電流の正確な制御が求められるエレクトロルミネッセンス表示装置の如き目的には向いていない。

また、部分溶融により微結晶半導体層を形成し、個々の特性は低いが、ばらつきを抑えた半導体素子を作製することも検討されている。しかしながら、この場合においても、わずかなレーザー光強度の変動により溶融の深さが変わってしまうため、得られる微結晶半導体層の結晶粒が均一ではなくなってしまうという問題がある。

この点、本発明の如く完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射する場合には、発生する結晶核の密度はレーザー光のエネルギー密度にはほとんど依存しない。したがって、レーザー光強度が変動するエキシマレーザーのようなパルスレーザーを用いる場合であっても、結晶粒が均一な微結晶半導体層を得ることができる。

次に、本発明の半導体装置の製造方法について図２乃至５を用いて説明する。なお、本実施の形態においては、一例として、トップゲート型の薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法について説明する。

はじめに、基板２００上に下地絶縁層２０２を形成し、その後、半導体層２０４を形成する（図２（Ａ）参照）。下地絶縁層２０２は、基板に含まれる不純物（可動イオン等）の半導体層への侵入を防ぐために設ける。なお、基板２００からの汚染が問題とならない場合、例えば、基板２００として単結晶半導体基板や石英基板を用いる場合等には、下地絶縁層２０２を設けない構成としても良い。

基板２００としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラスなどの無アルカリガラス基板、セラミック基板等を用いることができる。耐熱性が許せば、プラスチック基板等を用いてもよい。また、ステンレス合金などの金属基板の表面に絶縁層を設けた基板を用いても良い。もちろん、上述の単結晶半導体基板や石英基板を用いることもできる。基板２００の大きさについては特に限定されず、３２０ｍｍ×４００ｍｍ、３７０ｍｍ×４７０ｍｍ、５５０ｍｍ×６５０ｍｍ、６００ｍｍ×７２０ｍｍ、６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ、１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ、１１５０ｍｍ×１３００ｍｍ、１５００ｍｍ×１８００ｍｍ、１９００ｍｍ×２２００ｍｍ、２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ、２４００ｍｍ×２８００ｍｍ、２８５０ｍｍ×３０５０ｍｍ等の基板を適宜用いることができる。

下地絶縁層２０２としては、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜等を形成すればよい。本実施の形態においては、下地絶縁層２０２として、窒化酸化珪素と酸化窒化珪素の積層構造を用いることにするが、これに限られない。単層としても良いし、３層以上の積層構造としても構わない。なお、本実施の形態においては、窒化酸化珪素膜を５０ｎｍ、酸化窒化珪素膜を１００ｎｍの厚さにて形成した。もちろん、本発明がこれに限定して解釈されるものではない。

ここで、酸化窒化珪素とは窒素よりも酸素の含有量（原子数）が多いものであって、酸素が５５原子％以上６５原子％以下、窒素が１原子％以上２０原子％以下、Ｓｉが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化珪素とは酸素よりも窒素の含有量（原子数）が多いものであって、酸素が１５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上３５原子％以下、Ｓｉが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１５原子％以上２５原子％以下の範囲で含まれるものをいう。

半導体層２０４としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜を形成することができるが、特に限定されない。

半導体層２０４として非晶質半導体膜を形成する場合、特に、非晶質シリコン膜を形成する場合には、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４などの珪素化合物の気体を用いて、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。また、上記珪素化合物の気体を、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈して用いても良い。プラズマＣＶＤ法以外の方法としては、例えば、ターゲットに非晶質半導体を用いたスパッタリング法を用いることができる。スパッタリングの雰囲気としては、水素雰囲気、または希ガス雰囲気が好ましいが、これに限られない。なお、非晶質半導体膜の厚さは、２ｎｍ以上２００ｎｍ以下とするのが好ましいが、これに限られない。

半導体層２０４として微結晶半導体膜を形成する場合には、例えば、周波数が数十ＭＨｚ乃至数百ＭＨｚの高周波プラズマＣＶＤ法や、周波数が１ＧＨｚ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いればよい。微結晶シリコン膜を形成する場合の原料ガスとしては、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４などに代表される珪素化合物を水素で希釈したものを用いることができる。前述の珪素化合物や水素に、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素を添加しても良い。また、微結晶半導体膜の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とするのが好ましいが、これに限られない。

なお、半導体層２０４として、プラズマＣＶＤ法を用いて非晶質シリコン膜を形成する場合には、非晶質シリコン膜から水素を追い出すための熱処理を行うことが好ましい。これは、プラズマＣＶＤ法にて形成した非晶質シリコン膜中には水素が多量に含まれているためである。該水素を除去せずにレーザー光の照射を行った場合には、レーザー光の照射によって得られる半導体層の表面凹凸が極めて大きくなり、また、ピンホールが発生してしまう。このため、水素の除去は極めて重要である。

上記熱処理の条件としては、例えば、５００℃、１時間とすることができるが、これに限られない。基板の耐熱性が許せば、高温、短時間の条件にて加熱処理を行っても良い。なお、半導体層２０４として微結晶シリコン膜を形成した場合には、前述の水素を追い出すための熱処理は不要である。これは、微結晶シリコンの水素含有量が非晶質シリコンの水素含有量と比較して十分に小さいためである。このため、工程数の低減という観点からは、半導体層２０４として微結晶半導体膜を形成することが好ましいといえる。一方で、非晶質半導体膜を形成する場合には、成膜速度を高めることが可能であるから、半導体層を厚めに形成したい場合には非晶質半導体膜を形成するとよい。

本実施の形態においては半導体層２０４として、非晶質シリコン膜を４０ｎｍの厚さとなるように形成した。なお、本発明はこれに限定して解釈されるものではない。

次に、半導体層２０４に完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射する（図２（Ｂ）参照）。該レーザー光の照射には、例えば、パルスレーザー光を用いることができる。

具体的には、パルスレーザー光の発振器として、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、各種のエキシマレーザー、ＣＯ_２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ_４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ_３レーザー、ＧｄＶＯ_４レーザー、Ｙ_２Ｏ_３レーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、銅蒸気レーザー又は金蒸気レーザー等を用いることができる。このようなパルス発振レーザーは、発振周波数を増加させると、連続発振レーザーと同等に扱うことも可能である。

なお、本発明では完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を得る必要があるから、原理的に高い出力が得られるパルス発振のレーザー光を用いることが好ましい。しかしながら、本発明の本質は、完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射することにあるから、所望のエネルギー密度を得ることができるのであれば、連続発振のレーザー光を用いても良い。連続発振レーザー光の発振器としては、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、ＣＯ_２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ_４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ_３レーザー、ＧｄＶＯ_４レーザー、Ｙ_２Ｏ_３レーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー等が挙げられる。

本実施の形態においては、波長３０８ｎｍ、パルス幅２５ｎｓ、出力２０Ｗ、繰り返し周波数６０ＨｚのＸｅＣｌエキシマレーザー光を１５０ｍｍ×２００μｍの線状ビームに加工し、減衰器（アッテネーター：Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を用いて５００ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギー密度としたものを１パルスずつ照射した。本発明においては１パルスにて結晶化の工程が完了するため、所望の領域のみを結晶化することが可能である。つまり、半導体素子を形成する領域のみにレーザー光を照射することが可能であるため、生産性が著しく向上する。また、１パルスにて結晶化の工程が完了するため、多パルスを照射する場合と比較してレーザー発振器の劣化を低減することができる。つまり、生産コストを低減することが可能である。なお、ビームの形状は線状に限定されるものではない。矩形状、楕円状等、面状にしても同様に処理することができる。また、その他の条件に関しても、あくまで一例に過ぎず、本発明がこれらに限定されるものではない。

なお、上述の条件にてレーザー光の照射を行った場合、線状ビームの端部が照射された領域には横成長による大粒径の結晶（いわゆる多結晶半導体）が形成される。これは、線状ビームの端部では、レーザー光のエネルギー密度が低く、準完全溶融又は部分溶融となっているためである（図５（Ａ）参照）。準完全溶融又は部分溶融となるエネルギー密度のレーザー光が照射された場合には、上述のように結晶粒がばらつくという問題がある。また、表面にリッジと呼ばれる突起物５００が生じることにより、平坦性に問題が生じる（図５（Ｂ）参照）。なお、図５（Ｃ）はレーザー光照射後の半導体層２０４の平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ｃ）のＡ−Ｂにおける断面図である。また、図５（Ａ）は図５（Ｂ）の領域に照射されるレーザービームのプロファイル（横軸：座標、縦軸：光強度）を示している。

なお、図５（Ａ）において、領域１は半導体層が部分溶融となるエネルギー密度を表しており、領域２は半導体層が準完全溶融となるエネルギー密度を表しており、領域３は半導体層が完全溶融となるエネルギー密度を表している。図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）の領域ａは微結晶半導体領域であり、領域ｂは多結晶半導体領域（横成長領域と呼んでも良い）である。微結晶半導体領域に接するように多結晶半導体領域が形成されており、該多結晶半導体領域においては、突起物が発生している。

以上のようにして、微結晶半導体領域２０６及び多結晶半導体領域２０８を有する半導体層２０４を得た（図２（Ｂ）参照）。

なお、多結晶半導体や非晶質半導体等、微結晶半導体以外の半導体を用いることが好ましい領域については、前述のレーザー光照射を行わなくとも良い。つまり、求められる特性に応じて、半導体層を作り分けることが可能である。例えば、エレクトロルミネッセンス表示装置を作製する場合において、高速性が第１に求められる駆動回路領域には、準完全溶融又は部分溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射して多結晶半導体層を形成し、画素毎のばらつきを低減する必要がある画素領域には、前述のレーザー光照射によって微結晶半導体層を形成するといったこともできる。

次に、上記の半導体層２０４をパターニングして島状の半導体層２１０を形成する（図２（Ｃ）参照）。この際、多結晶半導体領域２０８が除去されるようにマスクを形成してエッチングを行うとよい。多結晶半導体領域２０８を除去することにより、平坦性が向上し、特性のばらつきを低減することができる。

その後、島状の半導体層２１０を覆うようにゲート絶縁層２１２を形成する（図２（Ｄ）参照）。ゲート絶縁層２１２としては、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて形成された、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜などを用いればよい。本実施の形態においては、ゲート絶縁層２１２として酸化珪素又は酸化窒化珪素と、窒化珪素又は窒化酸化珪素との積層構造を形成する。なお、本実施の形態においてはゲート絶縁層を２層構造としているが、本発明はこれに限定されない。単層としても良いし、３層以上の積層構造としても構わない。

ここで、酸化窒化珪素とは窒素よりも酸素の含有量（原子数）が多いものであって、酸素が５５原子％以上６５原子％以下、窒素が１原子％以上２０原子％以下、Ｓｉが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化珪素とは酸素よりも窒素の含有量（原子数）が多いものであって、酸素が１５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上３５原子％以下、Ｓｉが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１５原子％以上２５原子％以下の範囲で含まれるものをいう。

なお、ゲート絶縁層２１２の形成の際に水素プラズマ処理を行っても良い。ゲート絶縁層に水素プラズマ処理を行うことにより緻密なゲート絶縁層を形成することができる。これは、水素プラズマ処理によって、ゲート絶縁層に存在するダングリングボンドを終端することができるためである。

次に、ゲート絶縁層２１２上に、ゲート電極２１４を形成する（図３（Ａ）参照）。

ゲート電極２１４は、チタン、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅などの金属材料又はその合金材料を用いて形成することができる。ゲート電極２１４は、スパッタリング法や真空蒸着法で形成した導電層を、マスクを用いてエッチングすることにより形成することができる。また、金、銀、銅などの導電性ナノペーストを、インクジェット法により吐出し、焼成することによって形成することもできる。

なお、本実施の形態においては、ゲート電極２１４を単層構造としたが、２層以上の積層構造としても良い。２層構造とする場合には、例えば、モリブデンとアルミニウムの積層構造としても良いし、モリブデンと銅の積層構造としても良い。３層構造とする場合には、例えば、モリブデン、アルミニウム、モリブデンの積層構造としても良いし、モリブデン、銅、モリブデンの積層構造としても良い。また、モリブデンに代えて、窒化チタンや窒化タンタルを用いても良い。積層構造とする場合には、上記のように低抵抗材料と半導体層との間にバリアメタルを設けることで、半導体層中への金属元素の拡散を防止できる。

次に、ゲート電極２１４をマスクとして用いて島状の半導体層２１０に一導電型を付与する不純物元素を添加し、チャネル形成領域２１６及びソース領域又はドレイン領域２１８を形成する（図３（Ｂ）参照）。ここでは、ｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成するために、ｎ型を付与する不純物元素であるリンを添加したが、本発明はこれに限定されない。ｎ型を付与する不純物元素としては、ヒ素などを用いることもできる。ｐチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、ｐ型を付与する不純物元素を適宜添加すればよい。ｐ型を付与する不純物元素としては、ホウ素等が挙げられる。また、チャネル形成領域２１６及びソース領域又はドレイン領域２１８の間にＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ−Ｄｏｐｅｄ−Ｄｒａｉｎ）領域を形成しても良い。

その後、添加された不純物元素を活性化する。活性化の方法としては、ファーネスアニール炉を用いる熱アニール法や、レーザーアニール法、ラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）が挙げられる。熱アニール法を用いる場合には、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００℃以上７００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃以下にて熱処理を行えばよい。本実施の形態においては、５５０℃で４時間の熱処理を行うものとする。

次に、ゲート電極２１４を覆うように絶縁層２２０を形成する（図３（Ｃ）参照）。絶縁層２２０は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等の無機材料、又は、ポリイミド、ポリアミド、アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等の有機材料を用いて形成することができる。なお、絶縁層２２０を形成する前に保護絶縁層を設けても良い。保護絶縁層を設けることによって、大気中の不純物元素の半導体層への侵入を防止できる。

次に、ゲート絶縁層２１２及び絶縁層２２０をエッチングして開口を形成し、ソース領域又はドレイン領域２１８に達する導電層を形成した後、該導電層をパターニングすることによりソース電極又はドレイン電極２２２を形成する（図３（Ｄ）参照）。なお、上記の導電層は、ゲート電極と同様の材料、同様の積層構造、同様の方法にて形成することができるため、詳細は省略する。

以上の工程により、微結晶半導体層を用いたトップゲート型の薄膜トランジスタを作製することができる（図４参照）。なお、図４（Ａ）は薄膜トランジスタの平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡ−Ｂにおける断面図である。本発明の微結晶半導体層は完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射して形成しているため、レーザー光の出力のばらつきによる悪影響を排除することができる。特に、高出力ではあるが、ばらつきが大きいパルス発振のレーザー光を用いる場合には、デメリットを排除し、メリットのみを享受することができるようになるため、非常に好ましい。

以上のように、本発明の構成を用いることにより、特性が均一な微結晶半導体層を効率よく作製することができるため、該微結晶半導体層を用いた高品質な半導体装置を効率よく作製することができる。

なお、本実施の形態においては、多結晶半導体領域を除去して半導体装置を作製する方法について説明したが、特性のばらつき及び表面の凹凸が許容される領域、例えば、薄膜トランジスタのソース領域又はドレイン領域として、前述の多結晶半導体領域を用いることは可能である。この場合、高い導電性が求められるソース領域又はドレイン領域を、キャリアの移動度が高い多結晶半導体領域を用いて形成することができ、また、特性のばらつきや平坦性が大きな問題となるチャネル形成領域を、微結晶半導体領域を用いて形成することができるため、好適である。また、少なくともチャネル形成領域を微結晶半導体領域を用いて形成すればよいため、多結晶半導体領域を除去する場合と比較して微結晶半導体領域が要求される面積を縮小することができる。つまり、レーザー光を十分に絞って照射することも可能であるため、出力の低いレーザー発振器であっても用いることが可能となる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の半導体装置の製造方法の他の一例について、図６乃至８を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、一例として、ボトムゲート型の薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法について説明する。

はじめに、基板６００上にゲート電極６０２を形成する（図６（Ａ）参照）。なお、基板６００の詳細については実施の形態１を参照することができるため、ここでは省略する。

ゲート電極６０２についても、実施の形態１を参照して形成することができる。なお、チタン、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウムなどの金属材料の窒化物層を、基板６００とゲート電極６０２の間に設けてもよい。これにより、基板６００とゲート電極６０２の密着性を向上させることができる。また、金属材料の拡散を防ぐこともできる。

なお、ゲート電極６０２は、その端部がテーパー形状となるように加工することが好ましい。これにより、ゲート電極６０２上に半導体層や配線等を形成する際の段切れを防止することができる。また、ゲート電極６０２の形成と同じ工程にて、その他の配線を形成することもできる。なお、本実施の形態においては、ゲート電極６０２を単層構造としたが、２層以上の積層構造としても良い。２層構造とする場合には、例えば、アルミニウムとモリブデンの積層構造としても良いし、銅とモリブデンの積層構造としても良い。３層構造とする場合には、例えば、モリブデン、アルミニウム、モリブデンの積層構造としても良いし、モリブデン、銅、モリブデンの積層構造としても良い。また、モリブデンに代えて、窒化チタンや窒化タンタルを用いても良い。積層構造とする場合には、上記のように低抵抗材料と後に形成される半導体層との間にバリアメタルを設けることで、半導体層中への金属元素の拡散を防止できる。

なお、ゲート電極６０２を形成する前に、基板６００上に下地絶縁層を形成しても良い。該下地絶縁層としては、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜等を形成すればよい。一例として、窒化酸化珪素膜と酸化窒化珪素膜との積層構造にて下地絶縁層を形成することができる。

ここで、酸化窒化珪素とは窒素よりも酸素の含有量（原子数）が多いものであって、酸素が５５原子％以上６５原子％以下、窒素が１原子％以上２０原子％以下、Ｓｉが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化珪素とは酸素よりも窒素の含有量（原子数）が多いものであって、酸素が１５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上３５原子％以下、Ｓｉが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１５原子％以上２５原子％以下の範囲で含まれるものをいう。

本実施の形態においては、ゲート電極６０２として、モリブデンを１００ｎｍの厚さに形成して用いた。なお、本発明はこれに限定して解釈されるものではない。

次に、基板６００及びゲート電極６０２を覆うように、ゲート絶縁層６０４を形成する（図６（Ｂ）参照）。ゲート絶縁層６０４の詳細については、実施の形態１を参照することができる。本実施の形態においては、ゲート絶縁層６０４として酸化窒化珪素を１００ｎｍの厚さに形成したが、これに限られるものではない。ゲート絶縁層６０４をゲート電極６０２より厚く形成すると、ゲート電極６０２の被覆を確実に行うことができるため好ましい。なお、本実施の形態においてはゲート絶縁層を単層構造としたが、２層以上の構造としてもよい。例えば、酸化窒化珪素と窒化酸化珪素との積層構造とすることができる。

なお、ゲート絶縁層６０４の形成の際に水素プラズマ処理を行っても良い。ゲート絶縁層に水素プラズマ処理を行うことにより、ゲート絶縁層と半導体層との界面を良好に形成することができる。これは、水素プラズマ処理によって、ゲート絶縁層に存在するダングリングボンドを終端することができるためである。このように、ゲート絶縁層６０４の形成の際にプラズマ処理を行うことにより、得られる半導体素子の特性を向上することができる。

その後、ゲート絶縁層６０４上に、半導体層６０６を形成する（図６（Ｃ）参照）。

半導体層６０６の詳細については実施の形態１を参照することができる。なお、半導体層６０６として、プラズマＣＶＤ法を用いて非晶質シリコン膜を形成した場合には、実施の形態１と同様に、非晶質シリコン膜から水素を追い出すための熱処理を行うことが好ましい。

本実施の形態においては半導体層６０６として、非晶質シリコン膜を１００ｎｍの厚さとなるように形成した。なお、本発明はこれに限定して解釈されるものではない。

次に、半導体層６０６に完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射する（図６（Ｄ）参照）。該レーザー光の照射には、例えば、パルスレーザー光を用いることができる。

具体的には、パルスレーザー光の発振器として、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、各種のエキシマレーザー、ＣＯ_２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ_４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ_３レーザー、ＧｄＶＯ_４レーザー、Ｙ_２Ｏ_３レーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、銅蒸気レーザー又は金蒸気レーザー等を用いることができる。このようなパルス発振レーザーは、発振周波数を増加させると、連続発振レーザーと同等に扱うことも可能である。

なお、本発明では完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を得る必要があるから、原理的に高い出力が得られるパルス発振のレーザー光を用いることが好ましい。しかしながら、本発明の本質は、完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射することにあるから、所望のエネルギー密度を得ることができるのであれば、連続発振のレーザー光を用いても良い。連続発振レーザー光の発振器としては、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、ＣＯ_２レーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ_４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ_３レーザー、ＧｄＶＯ_４レーザー、Ｙ_２Ｏ_３レーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー等を用いることができる。

本実施の形態においては、波長３０８ｎｍ、パルス幅２５ｎｓ、出力２０Ｗ、繰り返し周波数６０ＨｚのＸｅＣｌエキシマレーザー光を１５０ｍｍ×２００μｍの線状ビームに加工し、減衰器（アッテネーター：Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を用いて６００ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギー密度としたものを１パルスずつ照射した。本発明においては１パルスにて結晶化の工程が完了するため、所望の領域のみを結晶化することが可能である。つまり、半導体素子を形成する領域のみにレーザー光を照射することが可能であるため、生産性が著しく向上する。また、１パルスにて結晶化の工程が完了するため、多パルスを照射する場合と比較してレーザー発振器の劣化を低減することができる。つまり、生産コストを低減することが可能である。なお、ビームの形状は線状に限定されるものではない。矩形状、楕円状等、面状にしても同様に処理することができる。また、その他の条件に関しても、あくまで一例に過ぎず、本発明がこれらに限定されるものではない。

なお、上述の条件にてレーザー光の照射を行った場合、実施の形態１の場合と同様に、線状ビームの端部が照射された領域には横成長による大粒径の結晶（いわゆる多結晶半導体）が形成される。これは、線状ビームの端部では、レーザー光のエネルギー密度が低く、準完全溶融又は部分溶融となっているためである。

以上のようにして、微結晶半導体領域６０８及び多結晶半導体領域６１０を有する半導体層６０６を得た（図６（Ｄ）参照）。

なお、多結晶半導体や非晶質半導体等、微結晶半導体以外の半導体を用いることが好ましい領域については、前述のレーザー光照射を行わなくとも良い。つまり、求められる特性に応じて、半導体層を作り分けることが可能である。例えば、エレクトロルミネッセンス表示装置を作製する場合において、高速性が第１に求められる駆動回路領域には、準完全溶融又は部分溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射して多結晶半導体層を形成し、画素毎のばらつきを低減する必要がある画素領域には、前述のレーザー光照射によって微結晶半導体層を形成するといったこともできる。

次に、上記の半導体層６０６をパターニングして島状の半導体層６１２を形成する（図７（Ａ）参照）。この際、多結晶半導体領域６１０が除去されるようにマスクを形成してエッチングを行うとよい。多結晶半導体領域６１０を除去することにより、平坦性が向上し、特性のばらつきを低減することができる。

次に、ゲート絶縁層６０４及び半導体層６１２を覆うように、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４及び導電層６１６を形成する（図７（Ｂ）参照）。

ｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４に添加する不純物元素として、例えば、リンを用いることができる。また、ｐチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、不純物元素として、例えば、ホウ素を用いることができる。一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４は２ｎｍ以上１００ｎｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、より好ましくは４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下）程度の膜厚となるように形成すればよい。また、原料ガス（ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４などに代表される珪素化合物を水素で希釈したもの）に不純物元素を含有するガス（例えば、ＰＨ_３やＢ_２Ｈ_６）を添加し、プラズマＣＶＤ法等を用いて形成することができる。

導電層６１６については、ゲート電極６０２と同様の材料、同様の積層構造、同様の方法にて形成することができるため、詳細は省略する。

次に、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４と導電層６１６とを、同じマスクを用いてエッチングすることで、ソース領域又はドレイン領域６１８、及び、ソース電極又はドレイン電極６２０を形成する（図７（Ｃ）参照）。なお、この際に、半導体層６１２の一部がエッチングされる。

なお、本実施の形態においては、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４と導電層６１６とを、同じマスクを用いてエッチングしたが、本発明はこれに限られない。例えば、半導体層６０６と一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４とを連続的に形成した後、これらを同じマスクを用いてエッチングする構成としても良い。前者の構成を採用する場合には、多結晶半導体領域６１０を除去した後に一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４を形成するため、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４を形成する際に、凹凸による影響を排除することができるというメリットがある。後者の構成を採用する場合には、半導体層６０６と一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４とを連続的に形成することができるため、半導体層６０６と一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４との界面を清浄に保つことができるというメリットがある。

その後、保護絶縁層や、平坦性を向上するための絶縁層等を形成しても良い。

以上の工程により、微結晶半導体層を用いたボトムゲート型の薄膜トランジスタを作製することができる（図８参照）。なお、図８（Ａ）は薄膜トランジスタの平面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＣ−Ｄにおける断面図である。本発明の微結晶半導体層は完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射して形成しているため、レーザー光の出力のばらつきによる悪影響を排除することができる。特に、高出力ではあるが、ばらつきが大きいパルス発振のレーザー光を用いる場合には、デメリットを排除し、メリットのみを享受することができるようになるため、非常に好ましい。

なお、本実施の形態においては、チャネル形成領域を構成する半導体層６１２の一部がエッチングされる構成（いわゆるチャネルエッチ型）について説明したが、本発明はこれに限られない。半導体層６１２と一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４との間にチャネル保護層を設ける構成（いわゆるチャネルストップ型）としても良い。なお、この場合には、半導体層６１２、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層６１４、及び導電層６１６を一度にパターニングすることが可能である。

以上のように、本発明の構成を用いることにより、特性が均一な微結晶半導体層を効率よく作製することができるため、該微結晶半導体層を用いた高品質な半導体装置を効率よく作製することができる。

本実施の形態は、実施の形態１と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の半導体装置の製造方法の他の一例について、図９乃至１１を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、ボトムゲート型の薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法の別の例について説明する。なお、本実施の形態に係るボトムゲート型の薄膜トランジスタの作製方法と、実施の形態２にて示したボトムゲート型の薄膜トランジスタの作製方法とは、多くの共通点を有している。したがって、以下においては、特に異なる点、留意すべき点についてのみ詳述する。

はじめに、基板９００上にゲート電極９０２を形成する（図９（Ａ）参照）。ここで、実施の形態２と異なる点は、ゲート電極９０２が、後の活性層が形成される領域の下部全面にわたって存在する点である。その他については、実施の形態１及び２を参照することができる。

なお、ゲート電極９０２を形成する前に、基板９００上に下地絶縁層を形成しても良い。この点についても、実施の形態２を参照することができる。

次に、基板９００及びゲート電極９０２を覆うように、ゲート絶縁層９０４を形成する（図９（Ｂ）参照）。そして、その後、ゲート絶縁層９０４上に、半導体層９０６を形成する（図９（Ｃ）参照）。

次に、半導体層９０６に完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射する（図９（Ｄ）参照）。これにより、微結晶半導体領域９０８及び多結晶半導体領域９１０を有する半導体層９０６が得られる。なお、該レーザー光照射の詳細に関しても、実施の形態１及び２を参照することができる。

その後、半導体層９０６上に、バッファー層９１２、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９１４を順に形成する（図１０（Ａ）参照）。

バッファー層９１２は非晶質半導体を含む層であり、例えば非晶質シリコンを用いて形成することができる。非晶質シリコンは、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ_４などの珪素化合物の気体を用いて、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。また、上記珪素化合物の気体を、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈して用いても良い。さらに、水素を添加して、水素を含む非晶質シリコン層を形成しても良いし、窒素やアンモニアを添加して、窒素を含む非晶質シリコン層を形成しても良いし、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素を含む気体（Ｆ_２、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、Ｉ_２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ等）を用いて、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素を含む非晶質シリコン層を形成しても良い。

また、バッファー層９１２は、ターゲットに非晶質半導体を用いたスパッタリング法により形成することもできる。スパッタリングの雰囲気としては、水素雰囲気、または希ガス雰囲気が好ましいが、これに限られない。さらに、アンモニア、窒素、Ｎ_２Ｏなどを添加することにより、窒素を含む非晶質半導体層を形成することもできる。また、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素を含む気体（Ｆ_２、Ｃｌ_２、Ｂｒ_２、Ｉ_２、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ等）を添加することにより、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素を含む非晶質半導体層を形成することもできる。

バッファー層９１２として半導体層９０６の表面に非晶質半導体層を形成した後、該非晶質半導体層の表面を水素プラズマ、窒素プラズマ、またはハロゲンプラズマ等で処理して、非晶質半導体層の表面を水素化、窒素化、またはハロゲン化してもよい。

バッファー層９１２の厚さは、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは、１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下、より好ましくは２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下とする。バッファー層９１２を厚めに形成するのは、後のソース領域及びドレイン領域の形成プロセス（エッチング）において、その一部を残存させるためである。バッファー層９１２を残存させることにより、薄膜トランジスタのリーク電流（「オフ電流」とも言う）を低減することができる。また、バッファー層が半導体層上に存在することで、チャネル形成領域として機能する半導体層９０６の酸化を防止し、良好な特性を得ることが可能である。なお、ソース領域又はドレイン領域と重なる領域のバッファー層は、前述の膜厚（１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは、１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下、より好ましくは２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下）を有し、絶縁耐圧の向上に寄与する。

なお、オフ電流低減の効果を十分に得るためには、バッファー層９１２中にｎ型を付与する不純物元素とｐ型を付与する不純物元素とが存在しない領域を形成する必要がある。これらの不純物元素が同時に存在する場合には、再結合中心が形成され、リーク電流が生じやすくなる。特に、ｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、バッファー層９１２上には、ｎ型を付与する不純物元素を用いて一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９１４が形成され、また、半導体層９０６には、しきい値電圧を制御するためにｐ型を付与する不純物元素が添加されている場合があるから、意図的に不純物元素が存在しない領域を形成する等の注意が必要である。

ｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９１４に添加する不純物元素として、例えば、リンを用いることができる。また、ｐチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、不純物元素として、例えば、ホウ素を用いることができる。一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９１４は２ｎｍ以上１００ｎｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、より好ましくは４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下）程度の膜厚となるように形成すればよい。作製方法としては、原料ガスに不純物元素を含有するガス（例えば、ＰＨ_３やＢ_２Ｈ_６）を添加したプラズマＣＶＤ法等を用いることができる。

次に、マスクを用いて、半導体層９０６、バッファー層９１２、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９１４をエッチングして、島状の半導体層９１６、バッファー層９１８、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９２０を形成する（図１０（Ｂ）参照）。この際、多結晶半導体領域９１０が除去されるようにマスクを形成してエッチングを行うとよい。多結晶半導体領域９１０を除去することにより、平坦性が向上し、特性のばらつきを低減することができる。

ここで、半導体層９１６、バッファー層９１８、及び一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９２０の端部を、テーパー形状にエッチングすることで、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９２０と半導体層９１６との接触を防止できる。本実施の形態に示す半導体装置において、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９２０と半導体層９１６とが接触した場合、バッファー層９１８の持つ意味が希薄になってしまう。したがって、上記のような対策は非常に有効である。なお、上記テーパー形状のテーパー角は３０°以上９０°以下、好ましくは４５°以上８０°以下とする。

次に、半導体層９１６、バッファー層９１８、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９２０及びゲート絶縁層９０４上に導電層９２２を形成する（図１０（Ｃ）参照）。なお、本実施の形態においては導電層９２２を単層構造としたが、２層以上の積層構造としても良い。

導電層９２２に用いることができる材料としては、タンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、金、銀、銅、クロム、ネオジムから選ばれた元素、又は前記の元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料等が挙げられる。リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体材料や、ＡｇＰｄＣｕ合金などを用いてもよい。作製方法としては、スパッタリング法や真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法等が挙げられる。また、導電層９２２は、導電性ナノペーストを用いたスクリーン印刷法や、インクジェット法などを用いて形成することも可能である。

次に、マスクを用いて導電層９２２をエッチングして、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層９２４を形成する。本実施の形態ではウエットエッチングにより導電層９２４を形成するが、ウエットエッチングはドライエッチングと比較して等方的なエッチングであるため、マスクの端部と、導電層９２４の端部は一致しない。

次に、上記のマスクを用いて一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９２０及びバッファー層９１８をエッチングして、ソース領域又はドレイン領域９２６、バッファー層９２８を形成する（図１０（Ｄ）参照）。そして、その後、マスクを除去する。なお、バッファー層９２８はバッファー層９１８の一部がエッチングされたものであり、半導体層９１６の表面を覆っている。

エッチングにより形成されたバッファー層９２８は溝を有しており、溝の端部は、ソース領域又はドレイン領域９２６の端部とほぼ連続した面を形成している。また、前述の溝は、マスクの開口部と概略一致した領域に形成されている。

バッファー層９２８を有することにより、上でも述べた通り、薄膜トランジスタのリーク電流（「オフ電流」とも言う）を低減することができる。これは、オフ時には、キャリアのパスの主要な部分がバッファー層９２８中に形成されるためである。ただし、オン時には半導体層９１６のみがチャネルとして機能し、バッファー層９２８中にキャリアのパスは形成されない。なお、バッファー層９２８に溝を設けることにより、溝を設けない場合と比較してリーク電流を低減することができる。これは、溝を形成する分だけリークパスが長くなるためである。また、溝が存在する領域において、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９２０を完全に除去することにより、残渣等に含まれる不純物元素等によるリーク電流を低減することができる。また、溝に存在する水素、フッ素等により、酸素等の不純物元素が半導体層９１６に侵入することを防止できる。また、バッファー層９２８が半導体層９１６上に存在することで、チャネル形成領域として機能する半導体層９１６の酸化を防止し、良好な特性を得ることが可能である。

バッファー層９２８には寄生チャネル防止の効果もある。また、バッファー層９２８は、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層９２０をエッチングする際のストッパーとしても機能する。なお、バッファー層９２８を設けない場合には、エッチング時のラジカル反応により半導体層９１６が酸化して、移動度の低下、サブスレッショルド値（Ｓ値）の増大等の結果を招く場合がある。酸化防止対策としてバッファー層９２８を用いる場合には、水素化された非晶質半導体材料、特にａ−Ｓｉ：Ｈ（水素化非晶質シリコン）を用いるのが好適である。これは、表面が水素で終端されていることにより、酸化を抑制することができるためである。

以上の工程により、チャネル形成領域として半導体層９１６を有し、該半導体層９１６上にバッファー層９２８を有するボトムゲート型の薄膜トランジスタを形成することができる。

なお、本発明はレーザー光の照射により微結晶半導体領域９０８を形成するものであるため、ゲート電極が微結晶半導体領域９０８の下部全面にわたって存在していることは好ましい。これは、半導体層からの熱伝導を、場所によらず均一にすることができるためである。この点、局所的にゲート電極が存在する場合と比較して、より均一な結晶粒を形成することができる。

本実施の形態にて作製した薄膜トランジスタの平面図と断面図の対応関係を図１１に示す。なお、図１１（Ａ）乃至（Ｄ）は薄膜トランジスタの平面図であり、図１１（Ｅ）は、図１１（Ａ）乃至（Ｃ）のＥ−Ｆにおける断面図、図１１（Ｆ）は、図１１（Ｄ）のＥ´−Ｆ´における断面図である。

図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、チャネル形成領域がＵ字型の薄膜トランジスタである。このような形状とすることで、チャネル幅を大きくとる場合であっても、トランジスタの大型化を最小限に抑えることができる。ここで、チャネル長を一定に形成するためには、チャネル形成領域が曲線を用いて構成されることが好ましい。なお、チャネル形成領域の形状はＵ字型に限られない。例えば、図１１（Ｃ）の如きＪ字型（又は逆Ｊ字型）としても良い。

図１１（Ｄ）は、チャネル形成領域がＩ字型の薄膜トランジスタである。本発明の薄膜トランジスタでは、チャネル形成領域として微結晶半導体が用いられている。微結晶半導体におけるキャリアの移動度は比較的高く、チャネル幅を小さくしても十分な電流駆動能力を確保できる場合が多い。したがって、図１１（Ｄ）に示すようなＩ字型を採用しても良い。Ｉ字型の薄膜トランジスタは構造がシンプルであるため、複雑な構造を採用する場合と比較して歩留まりが向上するというメリットがある。

なお、本実施の形態においては、チャネル形成領域を構成する半導体層９１６の上部にバッファー層９２８が設けられた構成の薄膜トランジスタについて説明したが、本発明はこれに限られない。バッファー層９２８を設けない通常のチャネルエッチ型の薄膜トランジスタを形成することもできる。また、チャネル保護層を設けてチャネルストップ型の薄膜トランジスタを形成しても良い。

本実施の形態は、実施の形態１及び２と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の半導体装置の製造方法の一例について、図１２乃至１５を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、半導体装置の一例として液晶表示装置を挙げて説明するが、本発明の半導体装置は液晶表示装置に限られるものではない。また、本実施の形態においてはトップゲート型の薄膜トランジスタを用いて液晶表示装置を作製する場合について説明するが、本発明はこれに限られるものではない。

はじめに、実施の形態１に示した方法を用いて、絶縁表面を有する基板上の後の画素領域に微結晶半導体層を形成する。また、後の周辺駆動回路領域に、多結晶半導体層を形成する。本実施の形態においては、後の周辺駆動回路領域に多結晶半導体層を形成する構成としたが、これに限られるものではない。周辺駆動回路領域に微結晶半導体層を形成しても良いし、単結晶半導体層を形成しても良い。なお、レーザー光のエネルギー密度を適宜変更することにより、多結晶半導体と微結晶半導体とを作り分けることができる。

もちろん、本発明は周辺駆動回路を一体に形成することに限られるものではない。シリコン基板やＳＯＩ基板を用いた駆動回路を別途用意して、電気的に接続する構成としても良い。

本実施の形態では、絶縁表面を有する基板１２００の上に下地絶縁層１２０２を形成し、その後、多結晶半導体層１２０４及び微結晶半導体層１２０６を設けた構成を用いて説明する（図１２（Ａ）参照）。

下地絶縁層１２０２は、窒化シリコン層と酸化シリコン層の積層構造にて形成されている。下地絶縁層１２０２を設けることで、多結晶半導体層１２０４及び微結晶半導体層１２０６の可動イオンによる汚染を防止できる。なお、窒化シリコン層に換えて、窒化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層を適用しても良い。

次に、多結晶半導体層１２０４及び微結晶半導体層１２０６を所望の形状にパターニングして、島状の半導体層を形成する。

なお、パターニングの際のエッチング加工としては、プラズマエッチング（ドライエッチング）、ウエットエッチングのどちらを採用しても良いが、大面積基板を処理するにはプラズマエッチングが適している。エッチングガスとしては、ＣＦ_４、ＮＦ_３、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、などのフッ素系又は塩素系のガスを用い、ＨｅやＡｒなどの不活性ガスを適宜加えても良い。また、大気圧放電のエッチング加工を適用すれば、局所的な放電加工も可能であり、基板の全面にマスク層を形成する必要はない。

多結晶半導体層１２０４及び微結晶半導体層１２０６をパターニングした後には、しきい値電圧を制御するために、ホウ素、アルミニウム、ガリウムなどのｐ型不純物を添加すると良い。例えば、ｐ型不純物として、ホウ素を５×１０^１７ｃｍ^−３以上１×１０^１８ｃｍ^−３以下の濃度で添加することができる。

次に、島状の半導体層を覆うようにゲート絶縁層１２０８を形成する（図１２（Ｂ）参照）。なお、ここでは便宜上、パターニングによって形成された島状の半導体層をそれぞれ多結晶半導体層１２１０、多結晶半導体層１２１２、微結晶半導体層１２１４と呼ぶことにする。ゲート絶縁層１２０８はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法などを用い、厚さを１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下として珪素を含む絶縁膜で形成する。具体的には、窒化珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素に代表される珪素の酸化物材料又は窒化物材料等の材料で形成すればよい。なお、ゲート絶縁層１２０８は単層構造であっても良いし、積層構造としても良い。さらに、多結晶半導体層とゲート絶縁層との間、及び、微結晶半導体層とゲート絶縁層との間に、膜厚１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上５ｎｍ以下の薄い酸化珪素膜を形成してもよい。なお、低い温度でリーク電流の少ないゲート絶縁膜を形成するために、アルゴンなどの希ガス元素を反応ガスに含ませても良い。

次に、ゲート絶縁層１２０８上にゲート電極層として用いる第１の導電膜と第２の導電膜とを積層して形成する。第１の導電膜の膜厚は２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下程度、第２の導電膜の膜厚は１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下程度とすれば良い。また、第１の導電膜及び第２の導電膜は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等の手法により形成することができる。第１の導電膜及び第２の導電膜は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）から選ばれた元素、又は前記の元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料等を用いて形成すればよい。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合金などを用いてもよい。なお、本実施の形態においては２層構造を用いて説明しているが、本発明はこれに限定されない。３層以上の積層構造としても良いし、単層構造であっても良い。

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト材料からなるマスク１２１６ａ、マスク１２１６ｂ、マスク１２１６ｃ、マスク１２１６ｄ、及びマスク１２１６ｅを形成する。そして、前記のマスクを用いて第１の導電膜及び第２の導電膜を所望の形状に加工し、第１のゲート電極層１２１８ａ、第１のゲート電極層１２１８ｂ、第１のゲート電極層１２１８ｃ、第１のゲート電極層１２１８ｄ、第１の導電層１２１８ｅ、導電層１２２０ａ、導電層１２２０ｂ、導電層１２２０ｃ、導電層１２２０ｄ、及び導電層１２２０ｅを形成する（図１２（Ｃ）参照）。

ここで、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節することにより、所望のテーパー形状となるようにエッチングを行うことができる。また、マスクの形状によって、テーパーの角度等を制御することもできる。なお、エッチング用ガスとしては、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４もしくはＣＣｌ_４などを代表とする塩素系ガス、ＣＦ_４、ＳＦ_６もしくはＮＦ_３などを代表とするフッ素系ガス、又はＯ_２を適宜用いることができる。本実施の形態では、ＣＦ_４、Ｃｌ_２、Ｏ_２からなるエッチング用ガスを用いて第２の導電膜のエッチングを行い、連続してＣＦ_４、Ｃｌ_２からなるエッチング用ガスを用いて第１の導電膜をエッチングする。

次に、マスク１２１６ａ、マスク１２１６ｂ、マスク１２１６ｃ、マスク１２１６ｄ、及びマスク１２１６ｅを用いて、導電層１２２０ａ、導電層１２２０ｂ、導電層１２２０ｃ、導電層１２２０ｄ、及び導電層１２２０ｅを所望の形状に加工する。このとき、導電層を形成する第２の導電膜と、第１のゲート電極層及び第１の導電層を形成する第１の導電膜との選択比が高いエッチング条件でエッチングする。このエッチングによって、第２のゲート電極層１２２２ａ、第２のゲート電極層１２２２ｂ、第２のゲート電極層１２２２ｃ、第２のゲート電極層１２２２ｄ、及び第２の導電層１２２２ｅを形成する。本実施の形態では、第２のゲート電極層及び第２の導電層もテーパー形状を有しているが、そのテーパー角は、第１のゲート電極層１２１８ａ、第１のゲート電極層１２１８ｂ、第１のゲート電極層１２１８ｃ、第１のゲート電極層１２１８ｄ、及び第１の導電層１２１８ｅの有するテーパー角より大きい。なお、テーパー角とは対象物の底面と側面とが作る角度を言うものとする。よって、テーパー角が９０度の場合、導電層は底面に対して垂直な側面を有することになる。テーパー角を９０度未満とすることにより、積層される膜の被覆性が向上するため、欠陥を低減することが可能となる。なお、本実施の形態では、第２のゲート電極層及び第２の導電層を形成するためのエッチング用ガスとしてＣｌ_２、ＳＦ_６、Ｏ_２を用いる。

以上の工程によって、周辺駆動回路領域１２８０に、ゲート電極層１２２４ａ、ゲート電極層１２２４ｂ、画素領域１２９０に、ゲート電極層１２２４ｃ、ゲート電極層１２２４ｄ、及び導電層１２２４ｅを形成することができる（図１２（Ｄ）参照）。なお、マスク１２１６ａ、マスク１２１６ｂ、マスク１２１６ｃ、マスク１２１６ｄ、及びマスク１２１６ｅは、上記工程の後に除去する。

次に、ゲート電極層１２２４ａ、ゲート電極層１２２４ｂ、ゲート電極層１２２４ｃ、ゲート電極層１２２４ｄをマスクとして、ｎ型を付与する不純物元素を添加し、第１のｎ型不純物領域１２２６ａ、第１のｎ型不純物領域１２２６ｂ、第１のｎ型不純物領域１２２８ａ、第１のｎ型不純物領域１２２８ｂ、第１のｎ型不純物領域１２３０ａ、第１のｎ型不純物領域１２３０ｂ、第１のｎ型不純物領域１２３０ｃを形成する（図１３（Ａ）参照）。本実施の形態では、不純物元素を含むドーピングガスとしてホスフィン（ＰＨ_３）を用いてドーピングを行う。ここでは、第１のｎ型不純物領域に、ｎ型を付与する不純物元素であるリン（Ｐ）が１×１０^１７／ｃｍ^３以上５×１０^１８／ｃｍ^３以下程度の濃度で含まれるようにする。

次に、多結晶半導体層１２１０、微結晶半導体層１２１４の一部を覆うマスク１２３２ａ、マスク１２３２ｂ、マスク１２３２ｃを形成する。そして、マスク１２３２ａ、マスク１２３２ｂ、マスク１２３２ｃ、及び第２のゲート電極層１２２２ｂをマスクとしてｎ型を付与する不純物元素を添加する。これにより、第２のｎ型不純物領域１２３４ａ、第２のｎ型不純物領域１２３４ｂ、第３のｎ型不純物領域１２３６ａ、第３のｎ型不純物領域１２３６ｂ、第２のｎ型不純物領域１２４０ａ、第２のｎ型不純物領域１２４０ｂ、第２のｎ型不純物領域１２４０ｃ、第３のｎ型不純物領域１２４２ａ、第３のｎ型不純物領域１２４２ｂ、第３のｎ型不純物領域１２４２ｃ、第３のｎ型不純物領域１２４２ｄが形成される。本実施の形態では、不純物元素を含むドーピングガスとしてホスフィン（ＰＨ_３）を用いてドーピングを行う。ここでは、第２のｎ型不純物領域にｎ型を付与する不純物元素であるリン（Ｐ）が５×１０^１９／ｃｍ^３以上５×１０^２０／ｃｍ^３以下程度の濃度で含まれるようにする。第３のｎ型不純物領域１２３６ａ、第３のｎ型不純物領域１２３６ｂには、第３のｎ型不純物領域１２４２ａ、第３のｎ型不純物領域１２４２ｂ、第３のｎ型不純物領域１２４２ｃ、第３のｎ型不純物領域１２４２ｄと同程度、もしくは少し高めの濃度でｎ型を付与する不純物元素が添加される。また、チャネル形成領域１２３８、チャネル形成領域１２４４ａ及びチャネル形成領域１２４４ｂが形成される（図１３（Ｂ）参照）。

第２のｎ型不純物領域は高濃度不純物領域であり、ソース又はドレインとして機能する。一方、第３のｎ型不純物領域は低濃度不純物領域であり、いわゆるＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域となる。第３のｎ型不純物領域１２３６ａ、第３のｎ型不純物領域１２３６ｂは、第１のゲート電極層１２１８ｂと重なる領域に形成されている。これにより、ソース又はドレイン近傍の電界を緩和して、ホットキャリアによるオン電流の劣化を防止することができる。一方、第３のｎ型不純物領域１２４２ａ、第３のｎ型不純物領域１２４２ｂ、第３のｎ型不純物領域１２４２ｃ、第３のｎ型不純物領域１２４２ｄはゲート電極層１２２４ｃ、ゲート電極層１２２４ｄと重なっておらず、オフ電流を低減する効果がある。

次に、マスク１２３２ａ、マスク１２３２ｂ、マスク１２３２ｃを除去し、多結晶半導体層１２１２、微結晶半導体層１２１４を覆うマスク１２４６ａ、マスク１２４６ｂを形成する。そして、マスク１２４６ａ、マスク１２４６ｂ、ゲート電極層１２２４ａをマスクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加する。これにより、第１のｐ型不純物領域１２４８ａ、第１のｐ型不純物領域１２４８ｂ、第２のｐ型不純物領域１２５０ａ、第２のｐ型不純物領域１２５０ｂが形成される。本実施の形態では、不純物元素を含むドーピングガスとしてジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を用いてドーピングを行う。ここでは、第１のｐ型不純物領域、及び第２のｐ型不純物領域にｐ型を付与する不純物元素であるホウ素（Ｂ）が１×１０^２０／ｃｍ^３以上５×１０^２１／ｃｍ^３以下程度の濃度で含まれるようにする。また、チャネル形成領域１２５２が形成される（図１３（Ｃ）参照）。

第１のｐ型不純物領域は高濃度不純物領域であり、ソース又はドレインとして機能する。一方、第２のｐ型不純物領域は低濃度不純物領域であり、いわゆるＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域となる。

その後、マスク１２４６ａ、マスク１２４６ｂを除去する。マスクを除去した後に、ゲート電極層の側面を覆うように絶縁膜を形成してもよい。該絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）法を用いて形成することができる。また、不純物元素を活性化するために、加熱処理、強光の照射、レーザー光の照射等を行ってもよい。

次いで、ゲート電極層、及びゲート絶縁層を覆う層間絶縁層を形成する。本実施の形態では、絶縁膜１２５４と絶縁膜１２５６の積層構造とする（図１４（Ａ）参照）。絶縁膜１２５４として窒化酸化珪素膜を膜厚１００ｎｍにて形成し、絶縁膜１２５６として酸化窒化珪素膜を膜厚９００ｎｍにて形成する。本実施の形態においては、２層の積層構造としたが、単層構造でも良く、３層以上の積層構造としても良い。本実施の形態では、絶縁膜１２５４及び絶縁膜１２５６をプラズマＣＶＤ法を用いて連続的に形成する。なお、絶縁膜１２５４及び絶縁膜１２５６は上記材料に限定されるものではない。

絶縁膜１２５４、絶縁膜１２５６は他に、酸化珪素や窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素膜その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料を用いて形成することができる。また、シロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂をいう。シロキサンは、シリコンと酸素との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、アリール基）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、ポリシラザン等の有機絶縁性材料を用いることもできる。

次いで、レジスト材料からなるマスクを用いて絶縁膜１２５４、絶縁膜１２５６、ゲート絶縁層１２０８に半導体層及びゲート電極層に達するコンタクトホール（開口部）を形成する。エッチングは、用いる材料の選択比によって、一回で行っても複数回行っても良い。本実施の形態では、酸化窒化珪素膜である絶縁膜１２５６と、窒化酸化珪素膜である絶縁膜１２５４及びゲート絶縁層１２０８と選択比が取れる条件で、第１のエッチングを行い、絶縁膜１２５６を除去する。次に、第２のエッチングによって、絶縁膜１２５４及びゲート絶縁層１２０８を除去し、ソース又はドレインに達する開口部を形成する。

その後、開口部を覆うように導電膜を形成し、該導電膜をエッチングする。これにより、各ソース領域又はドレイン領域の一部とそれぞれ電気的に接続するソース電極層又はドレイン電極層１２５８ａ、ソース電極層又はドレイン電極層１２５８ｂ、ソース電極層又はドレイン電極層１２６０ａ、ソース電極層又はドレイン電極層１２６０ｂ、ソース電極層又はドレイン電極層１２６２ａ、ソース電極層又はドレイン電極層１２６２ｂを形成する。ソース電極層又はドレイン電極層には、アルミニウム、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ネオジム、クロム、ニッケル、白金、金、銀、銅、マグネシウム、スカンジウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、ニオブ、シリコン、リン、ホウ素、ヒ素、ガリウム、インジウム、錫から選択された一つ又は複数の元素、または、前記元素を成分として含有する化合物や合金材料（例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化珪素を添加したインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、酸化亜鉛、アルミネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）、マグネシウム銀（Ｍｇ−Ａｇ）など）、もしくは、これらの化合物を組み合わせた物質等が用いられる。その他にも、シリサイド（例えば、アルミシリコン、モリブデンシリコン、ニッケルシリサイド）や、窒素を含有する化合物（例えば、窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデン）、リン（Ｐ）等の不純物元素をドーピングしたシリコン（Ｓｉ）等を用いることもできる。

以上の工程で周辺駆動回路領域１２８０にｐチャネル型薄膜トランジスタ１２６４、及びｎチャネル型薄膜トランジスタ１２６６を、画素領域１２９０にｎチャネル型薄膜トランジスタ１２６８、容量配線１２７０が形成される（図１４（Ｂ）参照）。

次に第２の層間絶縁層として絶縁膜１２７２を形成する。絶縁膜１２７２としては酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒素含有量が酸素含有量よりも多い窒化酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素膜、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）、アルミナ膜、ポリシラザン、その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。また、シロキサン樹脂を用いてもよい。ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン等の有機絶縁性材料を用いることもできる。

本実施の形態では、平坦化のために設ける層間絶縁層としては、耐熱性および絶縁性が高く、且つ、平坦化率の高いものが要求されるため、スピンコート法に代表される塗布法を用いて形成することが好ましい。

次に、画素領域１２９０の絶縁膜１２７２にコンタクトホールを形成し、画素電極層１２７４を形成する（図１４（Ｃ）参照）。画素電極層１２７４は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウムに酸化亜鉛を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに酸化珪素を混合した導電性材料、有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、又はタングステン、モリブデン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、コバルト、ニッケル、チタン、白金、アルミニウム、銅、銀等の金属又はその合金、若しくはその金属窒化物を用いて形成することができる。

また、画素電極層１２７４としては導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いることもできる。導電性組成物は、薄膜におけるシート抵抗が１００００Ω／ｓｑ．以下であることが好ましい。また、光透過性を有する画素電極層として薄膜を形成する場合には、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、含まれる導電性高分子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

上記の導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、又は、これらの共重合体等があげられる。

共役系導電性高分子の具体例としては、ポリピロール、ポリ（３−メチルピロール）、ポリ（３−ブチルピロール）、ポリ（３−オクチルピロール）、ポリ（３−デシルピロール）、ポリ（３，４−ジメチルピロール）、ポリ（３，４−ジブチルピロール）、ポリ（３−ヒドロキシピロール）、ポリ（３−メチル−４−ヒドロキシピロール）、ポリ（３−メトキシピロール）、ポリ（３−エトキシピロール）、ポリ（３−オクトキシピロール）、ポリ（３−カルボキシルピロール）、ポリ（３−メチル−４−カルボキシルピロール）、ポリＮ−メチルピロール、ポリチオフェン、ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリ（３−ブチルチオフェン）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ（３−デシルチオフェン）、ポリ（３−ドデシルチオフェン）、ポリ（３−メトキシチオフェン）、ポリ（３−エトキシチオフェン）、ポリ（３−オクトキシチオフェン）、ポリ（３−カルボキシルチオフェン）、ポリ（３−メチル−４−カルボキシルチオフェン）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリアニリン、ポリ（２−メチルアニリン）、ポリ（２−オクチルアニリン）、ポリ（２−イソブチルアニリン）、ポリ（３−イソブチルアニリン）、ポリ（２−アニリンスルホン酸）、ポリ（３−アニリンスルホン酸）等が挙げられる。

上記の導電性高分子を、単独で用いても良いし、膜の特性を調整するために有機樹脂を添加して使用しても良い。

なお、有機樹脂は、導電性高分子と相溶または混合分散可能であれば熱硬化性樹脂であってもよく、熱可塑性樹脂であってもよく、光硬化性樹脂であってもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のポリイミド系樹脂、ポリアミド６、ポリアミド６，６、ポリアミド１２、ポリアミド１１等のポリアミド樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル等のビニル樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、アラミド樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリウレア系樹脂、メラミン樹脂、フェノール系樹脂、ポリエーテル、アクリル系樹脂及びこれらの共重合体等が挙げられる。

さらに、導電性組成物にアクセプタ性のドーパントやドナー性のドーパントをドーピングすることで、共役導電性高分子の共役電子の酸化還元電位を変化させ、電気伝導度を調節してもよい。

アクセプタ性のドーパントとしては、ハロゲン化合物、ルイス酸、プロトン酸、有機シアノ化合物、有機金属化合物等を使用することができる。ハロゲン化合物としては、塩素、臭素、ヨウ素、塩化ヨウ素、臭化ヨウ素、フッ化ヨウ素等が挙げられる。ルイス酸としては五フッ化燐、五フッ化ヒ素、五フッ化アンチモン、三フッ化硼素、三塩化硼素、三臭化硼素等が挙げられる。プロトン酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホウフッ化水素酸、フッ化水素酸、過塩素酸等の無機酸と、有機カルボン酸、有機スルホン酸等の有機酸が挙げられる。有機カルボン酸及び有機スルホン酸としては、前記カルボン酸化合物及びスルホン酸化合物を使用することができる。有機シアノ化合物としては、共役結合に二つ以上のシアノ基を含む化合物が使用できる。例えば、テトラシアノエチレン、テトラシアノエチレンオキサイド、テトラシアノベンゼン、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノアザナフタレン等を挙げることができる。

ドナー性ドーパントとしては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、４級アミン化合物等が挙げられる。

上述の如き導電性組成物を水または有機溶剤（アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、炭化水素系溶剤、芳香族系溶剤など）に溶解させて、塗布法、コーティング法、液滴吐出法（インクジェット法ともいう）、印刷法等の湿式法により画素電極層１２７４となる薄膜を形成することができる。

次に、画素電極層１２７４及び絶縁膜１２７２を覆うように、配向膜と呼ばれる絶縁層１５０２を形成する（図１５（Ｂ）参照）。絶縁層１５０２は、スクリーン印刷法やオフセット印刷法を用いて形成することができる。なお、図１５は、半導体装置の平面図及び断面図を示しており、図１５（Ａ）は半導体装置の平面図、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）のＧ−Ｈにおける断面図である。半導体装置には、外部端子接続領域１２７６、封止領域１２７８、周辺駆動回路領域１２８０、画素領域１２９０が設けられる。

絶縁層１５０２を形成した後、ラビング処理を行う。配向膜として機能する絶縁層１５０６についても、絶縁層１５０２と同様にして形成することができる。

その後、対向基板１５００と、絶縁性表面を有する基板１２００とを、シール材１５１４及びスペーサ１５１６を介して貼り合わせ、その空隙に液晶層１５０４を設ける。なお、対向基板１５００には、配向膜として機能する絶縁層１５０６、対向電極として機能する導電層１５０８、カラーフィルターとして機能する着色層１５１０、偏光子１５１２（偏光板ともいう）等が設けられている。なお、絶縁性表面を有する基板１２００にも偏光子１５１８（偏光板）を設けるが、本発明はこれに限られない。例えば、反射型の液晶表示装置においては、偏光子は、一方に設ければ良い。

続いて、画素領域と電気的に接続されている端子電極層１５２０に、異方性導電体層１５２２を介して、ＦＰＣ１５２４を接続する。ＦＰＣ１５２４は、外部からの信号を伝達する役割を担う。上記の工程により、液晶表示装置を作製することができる。

本発明では、微結晶半導体を用いて画素領域のトランジスタを作製している。これにより、非晶質半導体や多結晶半導体を用いて画素領域のトランジスタを作製した場合と比較して、開口率が向上するというメリットがある。

例えば、画素領域のトランジスタに非晶質半導体を用いた場合には、移動度の低さを補うためにチャネル幅を大きくとらなくてはならない。すなわち、開口率が低下してしまう。また、チャネル幅が大きくなることに起因して、ゲート電極と、ソース電極又はドレイン電極との間に形成される寄生容量が大きくなってしまう。つまり、画素の電位がゲート電位の変動の影響を大きく受けてしまうことになる。これを解消するためには保持容量を大きくしなくてはならないが、これによっても開口率は低下してしまう。

また、画素領域のトランジスタに多結晶半導体を用いた場合には、移動度の高さに起因して、リーク電流が大きくなるという問題がある。この影響を低減するためには、チャネル長、又は保持容量を大きくとる必要がある。すなわち、この場合においても開口率は低下してしまうことになる。

本発明のように、画素領域のトランジスタに微結晶半導体を用いる場合には、非晶質半導体を用いる場合の問題点と、多結晶半導体を用いる場合の問題点のいずれをも解消することが可能である。

さらに、本発明においては、半導体層の表面に完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射することにより、微結晶半導体層の特性を均一にしている。また、高出力のパルス発振レーザー光を用いることができるため、生産性を向上させることが可能である。また、平坦性に難のある多結晶領域を除去して薄膜トランジスタを形成することにより、一層の特性向上を図ることができる。

本発明の薄膜トランジスタを、液晶表示装置における画素領域のトランジスタとすることにより、開口率を向上させることができる。すなわち、優れた性能を有する液晶表示装置を生産性良く作製することができる。

なお、本実施の形態においては液晶表示装置を作製する方法について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。本実施の形態は、実施の形態１乃至３と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明に係る発光素子を有する半導体装置（エレクトロルミネッセンス表示装置）について説明する。薄膜トランジスタの作製方法の詳細については、実施の形態４等を参照することができるため、ここでは省略する。

なお、発光素子を有する半導体装置には、下面放射、上面放射、両面放射のいずれかの方式が用いられる。本実施の形態では、下面放射方式を用いた半導体装置について、図１６を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。

図１６の半導体装置は、下方（図中の矢印の方向）に光を放射する。ここで、図１６（Ａ）は半導体装置の平面図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のＩ−Ｊにおける断面図である。図１６において半導体装置は、外部端子接続領域１６３０、封止領域１６３２、駆動回路領域１６３４、画素領域１６３６を有している。なお、本発明の微結晶半導体を用いた薄膜トランジスタは画素領域１６３６に用いられている。微結晶半導体を用いた薄膜トランジスタを駆動回路領域１６３４に用いることも可能であるが、本発明では、多結晶半導体を用いた薄膜トランジスタを駆動回路領域１６３４に用いることとする。この場合、レーザー光のエネルギー密度を適宜変更することにより、多結晶半導体と微結晶半導体とを作り分けることができる。もちろん、本発明は駆動回路を一体に形成することに限られるものではない。シリコン基板やＳＯＩ基板を用いた駆動回路を別途用意して、電気的に接続する構成としても良い。

図１６に示す半導体装置は、素子基板１６００、絶縁膜１６０２、薄膜トランジスタ１６５０、薄膜トランジスタ１６５２、薄膜トランジスタ１６５４、薄膜トランジスタ１６５６、発光素子１６６０、絶縁層１６６８、充填材１６７０、シール材１６７２、配線層１６７４、端子電極層１６７６、異方性導電層１６７８、ＦＰＣ１６８０、封止基板１６９０によって構成されている。なお、発光素子１６６０は、第１の電極層１６６２と発光層１６６４と第２の電極層１６６６とを含む。

第１の電極層１６６２としては、発光層１６６４より放射する光を透過できるように、光透過性を有する導電性材料を用いる。一方、第２の電極層１６６６としては、発光層１６６４より放射する光を反射することができる導電性材料を用いる。

第１の電極層１６６２としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物等を用いることができる。勿論、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）等を用いても良い。

また、第１の電極層１６６２としては、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いることもできる。

第２の電極層１６６６としては、チタン、タングステン、ニッケル、金、白金、銀、銅、タンタル、モリブデン、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、リチウム、およびそれらの合金からなる導電膜などを用いることができる。可視光の領域で反射性が高い物質を用いることがよく、本実施の形態では、アルミニウム膜を用いることとする。

なお、上面放射、両面放射の各方式を用いる場合には、適宜電極層の設計を変更してやれば良い。具体的には、上面放射の場合には、反射性を有する材料を用いて第１の電極層１６６２を形成し、光透過性を有する材料を用いて第２の電極層１６６６を形成する。両面放射の場合には、光透過性を有する材料を用いて第１の電極層１６６２及び第２の電極層１６６６を形成すれば良い。なお、下面放射、上面放射においては、光透過性を有する材料を用いて一方の電極層を形成し、光透過性を有する材料と光反射性を有する材料の積層構造にて、他方の電極層を形成する構成としても良い。電極層に用いることができる材料は下面放射の場合と同様であるため、ここでは省略する。

なお、光透過性を有さない金属膜のような材料であっても、膜厚を薄く（５ｎｍ以上３０ｎｍ以下程度）することにより、光を透過する状態にすることができる。これにより、上述の光反射性材料を用いて、光を透過する電極層を作製することも可能である。

封止基板１６９０にカラーフィルター（着色層）を形成する構成としてもよい。カラーフィルター（着色層）は、蒸着法や液滴吐出法によって形成することができる。また、色変換層を用いる構成であっても良い。

本発明では、半導体層の表面に完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射することにより、微結晶半導体層の特性を均一にしている。また、高出力のパルス発振レーザー光を用いることができるため、生産性を向上させることが可能である。また、平坦性に難のある多結晶領域を除去して薄膜トランジスタを形成することにより、一層の特性向上を図ることができる。

本発明の如き薄膜トランジスタを、エレクトロルミネッセンス表示装置における電流制御用のトランジスタとすることにより、トランジスタ特性のばらつきに起因する発光素子毎の輝度むらを低減することができる。すなわち、優れた性能を有するエレクトロルミネッセンス表示装置を生産性良く作製することができる。

なお、本実施の形態ではエレクトロルミネッセンス表示装置を用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではない。本実施の形態は、実施の形態１乃至４と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態１乃至３における多結晶半導体領域を除去して島状の半導体層を形成する方法の詳細について、図１７及び１８を用いて説明する。

はじめに、レーザー光の照射痕を用いて半導体層をパターニングする方法について、図１７を参照して説明する。なお、図１７はあくまで模式図であり、本発明は図１７の構成に限定されるものではない。

まず、実施の形態１乃至３にて示す方法に従って、基板１７００上に微結晶半導体領域１７０２及び多結晶半導体領域１７０４を有する半導体層を形成する（図１７（Ａ）参照）。図１７（Ａ）にて示すように、基板の上方から見た場合には、微結晶半導体領域が周期的に配列した構造となっている。レーザー光照射領域と非照射領域との結晶性の違いや、レーザー光照射領域の端部に生じる表面凹凸等を利用して、レーザー光の照射痕を検知することができる。

次に、半導体層上にレジスト材料を塗布して露光し、レジストマスク１７０６を形成する（図１７（Ｂ）参照）。露光の際に用いるメタルマスクと、レーザー光の照射痕との位置合わせには、ＣＣＤカメラ等を用いることができる。なお、メタルマスクは半導体層における多結晶半導体領域１７０４が除去されるようなパターンに形成されている。本実施の形態においては、メタルマスクを用いてレジストマスク１７０６を作製する方法について説明しているが、本発明はこれに限られない。インクジェット法に代表される液滴吐出法を用いて形成しても良い。この際にも、レーザー光照射領域と非照射領域との結晶性の違いや、レーザー光照射領域の端部に生じる表面凹凸等を利用して、位置合わせを行うことができる。

次に、レジストマスク１７０６を用いて半導体層をエッチングして、島状の半導体層１７０８を形成する（図１７（Ｃ）参照）。ここでは、多結晶半導体領域１７０４が除去されるようにレジストマスクを形成しているため、多結晶半導体領域１７０４を除去することができる。つまり、結晶性が均一であり、平坦性に優れた微結晶半導体領域１７０２のみを用いて半導体装置を作製することができる。なお、エッチングにより島状の半導体層１７０８を形成した後には上記のレジストマスク１７０６は除去する。

次に、アライメント用のパターンを形成して半導体層をパターニングする方法について、図１８を参照して説明する。

トップゲート型のトランジスタを作製する場合には、基板１８００上に半導体層を形成した後にアライメント用のパターン１８１０を形成するとよい（図１８（Ａ）参照）。なお、非晶質珪素を半導体層として用いた場合には、半導体層から水素を追い出した後にアライメント用のパターン１８１０を形成することが好ましい。アライメント用のパターン１８１０は、エッチングによって形成しても良いし、レーザー光照射によるマーキングにより形成しても良い。ボトムゲート型のトランジスタを作製する場合には、ゲート電極を作製する際に、同時にアライメント用のパターンを形成することもできる。

次に、アライメント用のパターン１８１０に合わせてレーザー光の照射領域を調節し、微結晶半導体領域１８０２及び多結晶半導体領域１８０４を有する半導体層を形成する（図１８（Ｂ）参照）。この際、半導体装置を作製しない領域に試験的にレーザー光照射を行い、該レーザー光の照射痕を用いて、レーザー照射位置等の微調整を行っても良い。その他の詳細については実施の形態１乃至３を参照することができる。なお、図１８（Ｂ）においても、微結晶半導体領域が周期的に配列した構造となっている。

次に、半導体層上にレジスト材料を塗布して露光し、レジストマスク１８０６を形成する（図１８（Ｃ）参照）。露光の際に用いるメタルマスクの位置合わせは、アライメント用のパターン１８１０を用いて行うことができる。本実施の形態においては、メタルマスクを用いてレジストマスクを作製する方法について説明しているが、本発明はこれに限られない。インクジェット法に代表される液滴吐出法を用いて形成しても良い。

次に、上記のレジストマスクを用いて半導体層をエッチングして、島状の半導体層１８０８を形成する（図１８（Ｄ）参照）。ここでは、多結晶半導体領域１８０４が除去されるようにレジストマスクを形成しているため、多結晶半導体領域１８０４を除去することができる。つまり、結晶性が均一であり、平坦性に優れた微結晶半導体領域１８０２のみを用いて半導体装置を作製することができる。なお、エッチングにより島状の半導体層１８０８を形成した後には上記のレジストマスク１８０６は除去する。

本実施の形態は、実施の形態１乃至５と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の半導体装置、特に表示装置を用いた電子機器について、図１９を参照して説明する。

本発明の半導体装置を用いて作製される電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。

図１９（Ａ）はテレビ受像器又はパーソナルコンピュータのモニタである。筺体１９０１、支持台１９０２、表示部１９０３、スピーカー部１９０４、ビデオ入力端子１９０５等を含む。表示部１９０３には、本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、高性能なテレビ受像器又はパーソナルコンピュータのモニタを安価に提供することができる。

図１９（Ｂ）はデジタルカメラである。本体１９１１の正面部分には受像部１９１３が設けられており、本体１９１１の上面部分にはシャッターボタン１９１６が設けられている。また、本体１９１１の背面部分には、表示部１９１２、操作キー１９１４、及び外部接続ポート１９１５が設けられている。表示部１９１２には、本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、高性能なデジタルカメラを安価に提供することができる。

図１９（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータである。本体１９２１には、キーボード１９２４、外部接続ポート１９２５、ポインティングデバイス１９２６が設けられている。また、本体１９２１には、表示部１９２３を有する筐体１９２２が取り付けられている。表示部１９２３には、本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、高性能なノート型パーソナルコンピュータを安価に提供することができる。

図１９（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体１９３１、表示部１９３２、スイッチ１９３３、操作キー１９３４、赤外線ポート１９３５等を含む。表示部１９３２にはアクティブマトリクス表示装置が設けられている。表示部１９３２には、本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、高性能なモバイルコンピュータを安価に提供することができる。

図１９（Ｅ）は画像再生装置である。本体１９４１には、表示部Ｂ１９４４、記録媒体読み込み部１９４５及び操作キー１９４６が設けられている。また、本体１９４１には、スピーカー部１９４７及び表示部Ａ１９４３それぞれを有する筐体１９４２が取り付けられている。表示部Ａ１９４３及び表示部Ｂ１９４４それぞれには、本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、高性能な画像再生装置を安価に提供することができる。

図１９（Ｆ）は電子書籍である。本体１９５１には操作キー１９５３が設けられている。また、本体１９５１には複数の表示部１９５２が取り付けられている。表示部１９５２には、本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、高性能な電子書籍を安価に提供することができる。

図１９（Ｇ）はビデオカメラであり、本体１９６１には外部接続ポート１９６４、リモコン受信部１９６５、受像部１９６６、バッテリー１９６７、音声入力部１９６８、操作キー１９６９が設けられている、また、本体１９６１には、表示部１９６２を有する筐体１９６３が取り付けられている。表示部１９６２には、本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、高性能なビデオカメラを安価に提供することができる。

図１９（Ｈ）は携帯電話であり、本体１９７１、筐体１９７２、表示部１９７３、音声入力部１９７４、音声出力部１９７５、操作キー１９７６、外部接続ポート１９７７、アンテナ１９７８等を含む。表示部１９７３には、本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、高性能な携帯電話を安価に提供することができる。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。なお、本実施の形態は、実施の形態１乃至６と適宜組み合わせて用いることができる。

本実施例では、半導体層に照射するレーザー光のエネルギー密度を変化させて、ラマンスペクトルが変化する様子を観察した。なお、本実施例ではレーザー光としてエキシマレーザー光を用いているが、本発明はこれに限られるものではない。

はじめに、ガラス基板上に、窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、非晶質珪素膜を積層して形成した。なお、窒化酸化珪素膜の膜厚は５０ｎｍ、酸化窒化珪素膜の膜厚は１００ｎｍ、非晶質珪素膜の膜厚は５０ｎｍであった。

次に、上記の非晶質珪素膜に対して、波長３０８ｎｍ、パルス幅２５ｎｓ、出力２０Ｗ、繰り返し周波数６０ＨｚのＸｅＣｌエキシマレーザー光を、１２５ｍｍ×５００μｍの線状ビームに加工して照射した。エネルギー密度は、減衰器（アッテネーター：Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を用いて、適宜設定している。詳細には、２５０ｍＪ／ｃｍ^２から５０ｍＪ／ｃｍ^２ステップで８５０ｍＪ／ｃｍ^２までエネルギー密度（ピーク値）を変化させた。つまり、１３通りの試料を作製した。

図２０に、照射エネルギー密度が５５０ｍＪ／ｃｍ^２の試料を用いて測定した、ラマン散乱光の強度（任意単位：ａ．ｕ．（ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｕｎｉｔ））と、レーザー光照射領域における座標（μｍ）との関係を示す。ラマン強度は、照射したレーザー光のプロファイルに依存するから、図２０は、ラマン強度とビームプロファイルとの関係を表しているとも言える。ここでは、レーザー光の照射領域（約５００μｍ）に対して２０μｍ間隔で測定点を移動させて、ラマン強度を測定した。なお、縦軸の強度としては、対象座標におけるラマンスペクトル（「波数」と「散乱光強度」との関係）のピーク強度を採用している。なお、ラマンスペクトルがピーク強度をとる波数（以下、単にピーク波数ともいう）は、いずれの座標においても５１６ｃｍ^−１付近であった。

図２０から、レーザー光照射領域の中央付近では、散乱光の強度がほぼ一定であることが分かる。散乱光の強度は結晶性や表面凹凸に依存するから、これが一定であるということは、結晶性のばらつき及び表面凹凸が小さいということになる。一方で、レーザー光照射領域の周辺部分にはピークが存在している。これは、エネルギー密度が低いレーザー光の端部が照射された領域において、横成長による大粒径の結晶粒が発生したためと考えられる。

図２１に、２５０ｍＪ／ｃｍ^２から８５０ｍＪ／ｃｍ^２まで、５０ｍＪ／ｃｍ^２ステップでエネルギー密度を変化させて作製した各試料のラマンスペクトルを示す。ここで、横軸は波数（ｃｍ^−１）であり、縦軸はラマン散乱光の強度（ａ．ｕ．）である。なお、図２１のラマンスペクトルは、レーザー光照射領域の中央付近（例えば、図２０における０μｍ付近に相当する領域）にて測定したものである。図２１からは、エネルギー密度が５００ｍＪ／ｃｍ^２の場合に、ピーク強度が最大となっているのが分かる。つまり、本実施例において用いた試料では、５００ｍＪ／ｃｍ^２付近のエネルギー密度で結晶性が最も高くなっており、準完全溶融に近くなっているといえる。

さらに、２５０ｍＪ／ｃｍ^２から５００ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度では、ピーク強度がエネルギー密度に依存して変化することが分かる。これは、２５０ｍＪ／ｃｍ^２から４５０ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度では部分溶融であり、エネルギー密度のわずかな変化で結晶粒の様子が変化することによる。

一方で、５５０ｍＪ／ｃｍ^２から８５０ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度では、ピーク強度に大きな変化は見られない。つまり、これらのエネルギー密度において、結晶粒の状態に大きな違いはないと言える。完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射する場合には、エネルギー密度のばらつきが許容されることが分かる。

図２２（Ａ）に、照射エネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ^２）と、ラマンスペクトルのピーク波数（ｃｍ^−１）との関係を示す。なお、本測定は、各エネルギー密度のレーザー光を照射した試料に対して、レーザー光照射領域の中央付近の１１点をランダムに抽出して行ったものである。図２２（Ａ）中において、丸印は各データ点を示すものであり、実線は各エネルギー密度におけるデータ点の平均値を示すものである。図２２（Ｂ）には、図２２（Ａ）のデータを元に、標準偏差σの三倍（３σ）（単位はｃｍ^−１）を算出して示している。なお、正規分布の場合には、平均値±３σの範囲内に全標本の９９．７４％が存在する。このため、３σは、データのばらつきを示す指標として用いられる。

図２２（Ａ）から、５５０ｍＪ／ｃｍ^２から８５０ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度では、ピーク波数は５１５ｃｍ^−１から５１６ｃｍ^−１であり、エネルギー密度依存は小さいといえる。一方で、２５０ｍＪ／ｃｍ^２から５００ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度では、ピーク波数のエネルギー密度依存が大きい。

図２２（Ｂ）から、５５０ｍＪ／ｃｍ^２から８５０ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度では、同一の試料におけるピーク位置のばらつきは十分に小さくなっていることが分かる。ピーク位置のばらつきが小さいということは、同一の試料における応力のばらつきが小さいということを意味する。この点において、完全溶融となるエネルギー密度のレーザー光を照射した場合には、良好な微結晶半導体が得られるといえる。

図２３（Ａ）に、照射エネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ^２）と、ラマンスペクトルのピーク強度（ａ．ｕ．）との関係を示す。なお、本測定は、各エネルギー密度のレーザー光を照射した試料に対して、レーザー光照射領域の中央付近の１１点をランダムに抽出して行ったものである。図２２（Ａ）中において、丸印は各データ点を示すものであり、実線は各エネルギー密度におけるデータ点の平均値を示すものである。図２３（Ｂ）には、図２３（Ａ）のデータを元に、標準偏差σの三倍（３σ）を各エネルギー密度におけるピーク強度の平均値で除した値（単位無し）を示している。ここで３σを平均値で割っているのは、ピーク強度に依存する３σよりも、３σを平均値で割った値のほうが、ばらつきの評価に適しているためである。

図２３（Ａ）から分かるように、５５０ｍＪ／ｃｍ^２から８００ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度では、ピーク強度に大きな変化は見られない。ピーク強度は、結晶性や表面凹凸を表すから、結晶性や表面の平坦性について、エネルギー密度依存はほとんど見られないといえる。一方で、２５０ｍＪ／ｃｍ^２から５００ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度では、ピーク強度が大きく変化している。つまり、結晶性や表面凹凸のエネルギー密度依存が大きい。図２３（Ｂ）からは、５５０ｍＪ／ｃｍ^２から８００ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度で、同一試料中のばらつきが十分に小さくなっていることが分かる。

図２４（Ａ）に、エネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ^２）と、ラマンピークの半値全幅（ｃｍ^−１）との関係を示す。なお、本測定についても、各エネルギー密度のレーザー光を照射した試料に対して、レーザー光照射領域の中央付近の１１点をランダムに抽出して行っている。図２２（Ａ）中において、丸印は各データ点を示すものであり、実線は各エネルギー密度におけるデータ点の平均値を示すものである。図２４（Ｂ）には、図２４（Ａ）のデータを元に、標準偏差σの三倍（３σ）（単位はｃｍ^−１）を算出して示している。

図２４（Ａ）から分かるように、５５０ｍＪ／ｃｍ^２から８５０ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度では、半値全幅は６ｃｍ^−１程度であり、エネルギー密度による半値全幅の変化は小さい。半値全幅は結晶性のばらつきを表すから、半値全幅の変化が小さいということは、結晶性ばらつきのエネルギー密度依存が小さいということを意味する。一方で、２５０ｍＪ／ｃｍ^２から５００ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度では、半値全幅の変化が大きく、結晶性ばらつきのエネルギー密度依存が大きいといえる。

図２４（Ｂ）から、５５０ｍＪ／ｃｍ^２から８５０ｍＪ／ｃｍ^２までのエネルギー密度では、同一試料内での結晶性ばらつきが小さいことが分かる。一方で、２５０ｍＪ／ｃｍ^２から５００ｍＪ／ｃｍ^２、特に、２５０ｍＪ／ｃｍ^２、３００ｍＪ／ｃｍ^２、５００ｍＪ／ｃｍ^２では、同一試料内における結晶性ばらつきが非常に大きい。

以上の結果を簡単にまとめると、半導体材料として珪素を用いる場合には、図２２（Ｂ）より、ピーク波数の３σが０．５ｃｍ^−１以下（好ましくは０．３ｃｍ^−１以下）、図２３（Ｂ）より、［ピーク強度の３σ］／［ピーク強度の平均値］が０．５以下（好ましくは０．３以下）、図２４（Ｂ）より、半値全幅の３σが１．０ｃｍ^−１以下（好ましくは０．５ｃｍ^−１以下）であれば、完全溶融する光強度のレーザー光が照射されたものとみなすことができる。

本実施例は、実施の形態１乃至７と適宜組み合わせて用いることができる。

本発明の原理を示す図である。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図である。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図である。 本発明の半導体装置の平面図及び断面図である。 本発明の半導体層の状態を示す図である。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図である。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図である。 本発明の半導体装置の平面図及び断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図である。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図である。 本発明の半導体装置の平面図及び断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図である。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図である。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図である。 本発明の半導体装置の平面図及び断面図である。 本発明の半導体装置の平面図及び断面図である。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図である。 本発明の半導体装置の作製工程を示す図である。 本発明の半導体装置を用いた電子機器を示す図である。 実施例における測定結果を示す図である。 実施例における測定結果を示す図である。 実施例における測定結果を示す図である。 実施例における測定結果を示す図である。 実施例における測定結果を示す図である。

符号の説明

１００ 領域
１０２ 領域
１０４ 突起物
２００ 基板
２０２ 下地絶縁層
２０４ 半導体層
２０６ 微結晶半導体領域
２０８ 多結晶半導体領域
２１０ 半導体層
２１２ ゲート絶縁層
２１４ ゲート電極
２１６ チャネル形成領域
２１８ ドレイン領域
２２０ 絶縁層
２２２ ドレイン電極
５００ 突起物
６００ 基板
６０２ ゲート電極
６０４ ゲート絶縁層
６０６ 半導体層
６０８ 微結晶半導体領域
６１０ 多結晶半導体領域
６１２ 半導体層
６１４ 半導体層
６１６ 導電層
６１８ ドレイン領域
６２０ ドレイン電極
９００ 基板
９０２ ゲート電極
９０４ ゲート絶縁層
９０６ 半導体層
９０８ 微結晶半導体領域
９１０ 多結晶半導体領域
９１２ バッファー層
９１４ 半導体層
９１６ 半導体層
９１８ バッファー層
９２０ 半導体層
９２２ 導電層
９２４ 導電層
９２６ ドレイン領域
９２８ バッファー層

Claims (6)

1. 絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、
   前記半導体層が完全溶融する第１の光強度と前記第１の光強度より強度が低い第２の光強度を有するパルスレーザー光を照射することにより、前記半導体層を結晶化させて微結晶半導体領域及び多結晶半導体領域を形成し、
   結晶化された前記半導体層をパターニングして、前記多結晶半導体領域は除去するとともに、チャネル形成領域となる前記微結晶半導体領域を有する島状の半導体層を形成する工程において、
   前記微結晶半導体領域は前記半導体層に前記第１の光強度を有するパルスレーザー光部分を照射することにより形成し、前記多結晶半導体領域は前記半導体層に前記第２の光強度を有するパルスレーザー光部分を照射することにより形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
2. 絶縁表面を有する基板上に非晶質半導体層を形成し、
   前記非晶質半導体層が完全溶融する第１の光強度と前記第１の光強度より強度が低い第２の光強度を有するパルスレーザー光を照射することにより、前記非晶質半導体層を結晶化させて微結晶半導体領域及び多結晶半導体領域を形成し、
   結晶化された前記非晶質半導体層をパターニングして、前記多結晶半導体領域は除去するとともに、チャネル形成領域となる前記微結晶半導体領域を有する島状の半導体層を形成する工程において、
   前記微結晶半導体領域は前記非晶質半導体層に前記第１の光強度を有するパルスレーザー光部分を照射することにより形成し、前記多結晶半導体領域は前記非晶質半導体層に前記第２の光強度を有するパルスレーザー光部分を照射することにより形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
3. 請求項１において、
   前記基板上に金属材料又は合金材料を含むゲート電極を形成し、
   前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して前記半導体層を形成し、
   前記パターニングにより、前記島状の半導体層を形成する工程において、
   前記島状の半導体層は前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極が前記島状の半導体層の下部全面にわたって位置するよう形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
4. 請求項２において、
   前記基板上に金属材料又は合金材料を含むゲート電極を形成し、
   前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して前記非晶質半導体層を形成し、
   前記パターニングにより、前記島状の半導体層を形成する工程において、
   前記島状の半導体層は前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極が前記島状の半導体層の下部全面にわたって位置するよう形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一において、
   前記島状の半導体層上に、順に、バッファー層、一導電型を付与する不純物元素が添加された半導体層、ソース電極又はドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一において、
   前記パルスレーザー光のビーム形状は線状であり、
   前記第２の光強度を有するパルスレーザー光部分は、前記パルスレーザー光の短軸方向の端部であることを特徴とする半導体装置の作製方法。

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