JP2003297749A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 良好な表示を行うために、光リーク電流を低
減する技術を提供する。 【解決手段】 連続粒界結晶のように高い電界効果移動
度を得られるシリコン膜１０２中に、キャリアトラップ
を多く含むポリシリコンなどの微小結晶を分布させ、微
小結晶の不連続結晶粒界及び粒内欠陥を光励起電荷のト
ラップサイトとして機能させることにより高いキャリア
移動度と低い光リーク電流を両立したＴＦＴを実現でき
る技術を提供する。本発明は、ＴＦＴ自体で光感度（光
リーク電流）を低減することができるため、より簡素な
遮光構造を採用することができ、製造コストの低減を実
現することも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶性シリコン膜
を作製する技術に関する。また、本発明を適用して得ら
れた結晶性シリコン膜を含む半導体装置およびその作製
技術に関する。

【０００２】

【従来技術】半導体特性を用いた半導体素子としてトラ
ンジスタ、特に電界効果型トランジスタ、代表的にはＭ
ＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタや薄
膜トランジスタ（Thin film transistor:ＴＦＴ）が挙
げられるが、なかでも特に半導体層（少なくともチャネ
ル形成領域、ソース領域およびドレイン領域を含む）に
結晶性シリコン膜を用いる薄膜トランジスタ（Thin Fil
m Transistor：ＴＦＴ）や、ＴＦＴを組み合わせて回路
を形成しこれを内蔵して駆動回路として用いるアクティ
ブマトリクス型表示装置が広く用いられるようになっ
た。

【０００３】結晶性シリコン膜は、それまでの非晶質シ
リコン膜を用いたＴＦＴの電界効果移動度（０．５〜１
ｃｍ²／Ｖｓ）と比較して高い電界効果移動度（キャリ
アの高速移動）が得られる。この事により結晶性シリコ
ン膜を用いたＴＦＴは高い電流駆動能力を持つことか
ら、ますます高精細化の求められる表示装置に適するだ
けでなく、駆動回路の集積化にも適していると考えら
れ、より結晶性のよいシリコン膜を得るための技術開発
が進められている。

【０００４】例えば特開平１０−２２３５３３号公報に
は、非晶質シリコン膜に金属元素を添加して加熱処理す
るという次に示すような結晶化方法が記載されている。

【０００５】基板上に非晶質シリコン膜を形成する。 表面に付着した不純物や表面に形成された自然酸化膜
を除去するためにフッ酸処理を行った後、酸素雰囲気中
で紫外光を５分間照射して非晶質シリコン膜表面に１〜
５ｎｍの酸化膜を形成し、Ｎｉ濃度が１００ｐｐｍの酢
酸Ｎｉ溶液を滴下してスピンドライを行い、Ｎｉ元素を
塗布する。 窒素雰囲気中で、６００℃、４時間の加熱処理を行
い、結晶性シリコン膜を形成する。 結晶性シリコン膜にレーザ光（例えば、パルス発振型
ＫｒＦレーザ）を照射する。 フッ酸処理して表面の酸化珪素膜を除去した後、シリ
コン膜上に膜厚が１００ｎｍの酸化シリコン膜をプラズ
マＣＶＤ法で堆積する。 酸化シリコン膜をエッチングして開口部を形成しマス
クを形成する。 このマスクを用いて、結晶性シリコン膜に選択的にリ
ンを注入する。ドーズ量は例えば５×１０¹⁴原子／ｃｍ
²とする。 窒素雰囲気中で６００℃、２時間の加熱処理を行う。
この工程によって、マスク下方のＮｉ元素はリンが注入
された領域に不可逆的に移動する（ゲッタリングされ
る）。 次にＮｉ元素が移動してきた領域（ゲッタリング領
域）をパターニングして除去する。

【０００６】上記公報に記載された結晶化方法で得られ
るシリコン膜は、柱状の結晶の集合が多数形成され、一
つの結晶の集合におけるすべての結晶は同じ配向を有し
ている。この膜を高分解能の透過型電子顕微鏡で観察す
ると、結晶粒界において格子の不整合が見られず、連続
的（直線的）に繋がった連続粒界結晶となっている。こ
れは結晶粒界における未結合手がない（少ない）ことを
示し、キャリアをトラップせずに高い移動度を確保でき
る、すなわちこの結晶化方法で得られた結晶性シリコン
膜を用いて作製されたＴＦＴが単結晶シリコン膜を用い
てＴＦＴを作製した場合と同程度の電気特性が得られる
と言われている理由である。

【０００７】上記公報に開示された結晶化方法を適用し
て得られた結晶性シリコン膜を用いてＴＦＴを形成する
と、実際に２００〜３００ｃｍ²／Ｖｓという高い電界
効果移動度を得ることができる。

【０００８】本出願人らは、触媒元素を用いず加熱処理
を行うことにより得られた結晶性シリコン膜（単にポリ
シリコン等と称する）に対して、触媒元素を添加し加熱
処理して得られた結晶性シリコン膜を連続粒界を有する
結晶性シリコン膜（連続粒界結晶、連続粒界シリコン膜
等という）として区別している。なお、触媒元素を添加
し加熱処理することにより発生した核を便宜上、連続粒
界結晶核という。また、本明細書において、ポリシリコ
ンは、連続粒界を有する結晶性シリコン膜と比較してそ
の結晶粒が小さいことから微少結晶粒とも称することと
し、ポリシリコン発生核を微少結晶粒核とも称すること
とする。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した方法を用いて
得られた結晶性シリコン膜を用いて作製されたＴＦＴを
含む表示装置は、例えば図１４に示すような液晶プロジ
ェクターに適用されている。

【００１０】液晶プロジェクターに用いられる光源は、
明るい表示を行うために例えばキセノンアークランプ等
の強烈な光を発生するものであり、光源からの光がＴＦ
Ｔに入射しないように計らってはいるものの、装置内部
での反射・回折などによる迷光がＴＦＴの半導体層に入
射してしまい、この光によってシリコン中でキャリアが
誘起されてしまい、光によるリーク電流が発生してしま
うという問題が生じた。

【００１１】特に連続粒界を有する結晶性シリコン膜
は、結晶粒界の格子の整合性がよいため結晶粒界のエネ
ルギー障壁が小さく、また結晶粒内の結晶欠陥も少ない
ためキャリアライフタイムが長い。このことにより連続
粒界結晶核から成長した結晶性シリコン膜を用いたＴＦ
Ｔは良好な特性を持つ。しかし、一方で光照射下の環境
では光により励起された電子／正孔対（キャリア）のラ
イフタイムも長いことから光励起キャリアによるＴＦＴ
のリーク電流も大きくなってしまう。ＴＦＴのリーク電
流は、表示品質の低下の原因でもあるため、光リーク電
流を低減することは重要な課題である。

【００１２】一方で、一般的なポリシリコン膜（非晶質
シリコン膜の加熱処理のみにより得られた結晶性シリコ
ン膜）の場合には、結晶粒界のエネルギー障壁が大き
く、また結晶粒内の欠陥密度も高いために光により励起
された電子／正孔対のライフタイムも短く電子／正孔対
の再結合により失われるため、結果的には光リーク電流
を低減することができる。しかし、光リーク電流の低減
という効果を得られる理由である「エネルギー障壁が大
きいこと」「結晶粒内の欠陥密度が高いこと」がキャリ
アの電界効果移動度の低さ（１００ｃｍ²／Ｖｓ程度）
につながり、結果的にＴＦＴのオン特性自体が低く回路
性能が上がらず、これまでのＴＦＴ特性を得られないと
いう問題があった。

【００１３】以上の問題を鑑み、高いＴＦＴ性能（キャ
リア移動度）を保ちながら、かつ、光リーク電流を低減
し、良好な表示のできる半導体装置を実現する技術を提
供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記した問
題を解決するために、連続粒界結晶のように高い電界効
果移動度を得られるシリコン膜中に、キャリアトラップ
を多く含むポリシリコンなどの微小結晶を分布させ、微
小結晶の不連続結晶粒界及び粒内欠陥を光励起電荷のト
ラップサイトとして機能させることにより高いキャリア
移動度と低い光リーク電流を両立したＴＦＴを実現でき
る技術を提供する。

【００１５】連続粒界結晶からなる結晶性半導体膜中
に、前記連続粒界結晶とは不連続の粒界で囲まれた微少
結晶粒を含む半導体層を有することを特徴としている。

【００１６】また、連続粒界結晶からなる結晶性半導体
膜中に、微少結晶粒を含む半導体層を有することを特徴
としている。

【００１７】上記発明において、前記微少結晶粒の平均
粒径は、０．０１〜１μｍであることを特徴としてい
る。

【００１８】また、絶縁体上に非晶質シリコン膜を形成
する工程と、前記非晶質シリコン膜に金属元素を添加す
る工程と、加熱処理を行い、結晶性シリコン膜を形成す
る工程と、を含むことを特徴としている。

【００１９】また、絶縁体上に５×１０⁶〜５×１０¹¹
個/cm²の密度で結晶核を有する非晶質シリコン膜を形成
する工程と、前記非晶質シリコン膜に金属元素を添加す
る工程と、加熱処理を行い、結晶性シリコン膜を形成す
る工程と、を含むことを特徴としている。

【００２０】また、絶縁体上に非晶質シリコン膜を形成
する工程と、前記非晶質シリコン膜上にマスク絶縁膜を
形成する工程と、前記非晶質シリコン膜の前記マスク絶
縁膜の開口部から露出した選択された領域に金属元素を
添加する工程と、加熱処理を行い、結晶性シリコン膜を
形成する工程と、を含むことを特徴としている。

【００２１】また、絶縁体上に非晶質シリコン膜を形成
する工程と、第１の加熱処理を行い、非晶質シリコン膜
に５×１０⁶〜５×１０¹¹個/cm²の密度で結晶核を発生
させる工程と、前記結晶核を有する非晶質シリコン膜に
金属元素を添加する工程と、第２の加熱処理を行い、結
晶性シリコン膜を形成する工程と、を含むことを特徴と
している。

【００２２】また、絶縁体上に非晶質シリコン膜を形成
する工程と、前記非晶質シリコン膜に金属元素を添加す
る工程と、第１の加熱処理を行い、結晶性シリコン膜を
形成する工程と、前記結晶性シリコン膜上にバリア層、
前記バリア層上に希ガス元素を含む半導体膜を形成する
工程と、第２の加熱処理を行い、前記結晶性シリコン膜
に添加された金属元素を前記半導体膜に移動させる工程
と、を含むことを特徴としている。

【００２３】また、絶縁体上に非晶質シリコン膜を形成
する工程と、前記非晶質シリコン膜上にマスク絶縁膜を
形成する工程と、前記マスク絶縁膜の開口部から露出し
た前記非晶質シリコン膜の選択された領域に金属元素を
添加する工程と、第１の加熱処理を行い、結晶性シリコ
ン膜を形成する工程と、前記マスク絶縁膜の開口部から
露出した前記結晶性シリコン膜の選択された領域にゲッ
タリング作用を有する元素を添加する工程と、第２の加
熱処理を行い、前記金属元素を前記ゲッタリング作用を
有する元素が添加された領域に移動させる工程と、を含
むことを特徴としている。

【００２４】また、上記発明において、前記金属元素
は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕのいずれか一種また
は複数種の元素であることを特徴としている。

【００２５】また、上記発明において微少結晶粒の平均
粒径および密度は連続粒界結晶の特性を損なわずにＴＦ
Ｔの光リークを効果的に抑制できる範囲を与えている。
微小結晶粒のサイズが、作製するＴＦＴのチャネル幅よ
りも有意に小さい場合以外は特性の低い微小結晶粒の特
性がＴＦＴ性能の支配要因となりＴＦＴ性能を落として
しまう。また微小結晶粒の密度が過度に高い場合も同様
であり、一方微小結晶粒密度が過度に低い場合には光励
起キャリアのトラップサイト自体が減少する結果、光リ
ーク電流を低減する効果が薄れてしまう。従って、本発
明のように、適切な微小結晶粒のサイズと密度を設定す
ることによりＴＦＴ性能を保ったままＴＦＴの光リーク
を抑制することが可能となる。

【００２６】このように、予め微小結晶（ポリシリコ
ン）を含む非晶質シリコンに触媒金属を添加し、触媒効
果によりそれ以上のポリシリコンの発生を抑制しながら
連続粒界シリコン結晶を成長させ、連続粒界結晶薄膜中
に微小結晶粒を均一に分布させた薄膜を得ることができ
る。この結晶性薄膜により作成されたＴＦＴは高いキャ
リア移動度を持ちながら、ＴＦＴのオフ時には光励起キ
ャリアが微小粒（ポリシリコン）周辺の不連続粒界また
は結晶粒内の欠陥によりトラップ・再結合により失われ
るため光リーク電流が少ないという特性を併せ持つこと
ができる。

【００２７】

【発明の実施形態】（実施形態１）本発明を用いて、結
晶性シリコン膜を形成する方法について図１を用いて説
明する。

【００２８】基板１００上に下地絶縁膜１０１を形成す
る。下地絶縁膜１０１としては、窒化シリコン膜、酸化
シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を用いることができ
る。なお、基板に石英を用いる場合には、下地絶縁膜１
０１を形成する工程は省略することができる。

【００２９】続いて、下地絶縁膜１０１上に半導体膜と
してシリコン膜１０２を形成する。本実施形態では、減
圧ＣＶＤ法でシリコン膜を形成する。原料ガスとして、
シランもしくはジシランを用い、４５０〜６００℃で膜
厚が２０〜１５０ｎｍのシリコン膜を形成する。本実施
形態では、４６５℃、０．５ｔｏｒｒ、Ｓｉ₂Ｈ₄／Ｈｅ
のガス流量比が２５０／３００ｓｃｃｍという条件で膜
厚５０ｎｍのシリコン膜を形成する。ここで形成された
シリコン膜は、微小結晶粒（ポリシリコン）を５×１０
⁶〜５×１０¹¹個／ｃｍ²で含む非晶質シリコン膜であ
る。

【００３０】続いて、得られた非晶質シリコン膜表面に
付着した不純物や自然酸化膜をフッ酸により除去し清浄
化してから、さらにその表面をオゾン水で処理し、極薄
い（１〜５nm）酸化膜を形成した後、シリコン膜に触媒
となる金属元素、例えばニッケルを５ppmの濃度で含む
酢酸Ｎｉ溶液を塗布して、触媒元素含有層１０３を形成
する。触媒となる金属元素（触媒元素とも言う）として
は、ニッケル（Ｎｉ）以外に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐ
ｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ
のいずれか一種または複数種の元素を適用することが可
能である。

【００３１】また触媒元素の添加方法は、本実施形態で
示したように触媒元素を含む溶液をスピンコート等で塗
布する以外に、スパッタ法や蒸着法を用いて添加する方
法を用いてもよい。

【００３２】次いで、結晶化の工程に先立ち、４００〜
５００℃で１時間程度の加熱処理を行い、シリコン膜中
の水素を脱離させておくことが望ましい。その後、窒素
雰囲気中で５５０℃〜７００℃にて加熱処理を行う。本
実施形態では、５７０℃で１２時間の加熱処理を行うこ
とにより結晶性シリコン膜１０４を形成する。この加熱
処理の際は触媒効果により触媒金属に起因する連続粒界
結晶の成長が優先的に進み新たな微小結晶（ポリシリコ
ン）の発生・成長は起こらない。

【００３３】なお、このようにして得られた結晶性シリ
コン膜に対して、レーザ光を照射することによりさらに
結晶性を向上させることができる。レーザ光としては、
波長４００ｎｍ以下のエキシマレーザやＹＡＧレーザの
第２高調波、第３高調波等を用いればよく、いずれにし
ても繰り返し周波数１０〜１０００Ｈｚ程度のパルスレ
ーザを用いて、レーザ光を光学系にて１００〜４００ｍ
Ｊ／ｃｍ²に集光し、９０〜９５％のオーバーラップ率
をもって結晶性シリコン膜に照射すればよい。

【００３４】以上のような結晶化方法により連続粒界結
晶中に微小結晶粒（ポリシリコン）が均一に分布した結
晶性シリコン薄膜が得られる。

【００３５】（実施形態２）実施形態１とは異なる結晶
性シリコン膜の作製方法の一例について図２を用いて説
明する。

【００３６】基板２００上に下地絶縁膜２０１を形成す
る。下地絶縁膜は、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、
酸化窒化シリコン膜のいずれかを適用すればよく、また
それらの膜を積層して用いてもよい。なお、基板に石英
を用いる場合には、下地絶縁膜３０１を形成する工程は
省略することもできる。

【００３７】下地絶縁膜２０１上に減圧ＣＶＤ法でシリ
コン膜２０２を形成する（図２（Ａ））。原料ガスとし
て、シランもしくはジシランを用い、４５０〜６００℃
で膜厚が２０〜１５０ｎｍのシリコン膜を形成する。本
実施形態では、４６５℃、０．５ｔｏｒｒ、Ｓｉ₂Ｈ₄／
Ｈｅのガス流量比が２５０／３００ｓｃｃｍという成膜
条件で膜厚５０ｎｍのシリコン膜を形成する。ここで形
成されたシリコン膜は、微小結晶（ポリシリコン）を５
×１０⁶〜５×１０¹¹個／ｃｍ²で含む非晶質シリコン膜
である。

【００３８】次いで非晶質シリコン膜２０２表面をフッ
酸処理して清浄化した後、シリコン膜２０２上にＣＶＤ
法等で酸化シリコンを形成し、エッチングにより開口部
を形成してマスク絶縁膜２０３を形成する（図２
（Ｂ））。

【００３９】マスク絶縁膜２０３の開口部から露出した
シリコン膜の表面に付着した不純物や自然酸化膜をフッ
酸等により除去し、その後オゾン水で処理してシリコン
膜表面に膜厚１〜５ｎｍ程度の酸化膜を形成する。そし
て、１００ｐｐｍの濃度のＮｉを含む酢酸Ｎｉ溶液を塗
布してシリコン膜に触媒元素を添加し触媒元素含有層２
０４を形成する。触媒となる金属元素（触媒元素とも言
う）としては、ニッケル以外に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐ
ｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ
のいずれか一種または複数種の元素を適用することが可
能である。

【００４０】また触媒元素の添加方法は、本実施形態で
示したように触媒元素を含む溶液をスピンコート等で塗
布する以外に、スパッタ法や蒸着法を用いて添加する方
法を用いてもよい。

【００４１】次いで、結晶化の工程に先立ち、４００〜
５００℃で１時間程度の加熱処理を行い、シリコン膜中
の水素を脱離させておくことが望ましい。その後、窒素
雰囲気中において、５５０〜６００℃、本実施形態では
５７０℃で１２時間の加熱処理を行うことにより、触媒
元素が添加された領域に連続粒界結晶核が発生し図２
（Ｃ）に示す矢印のように結晶成長し、結晶性シリコン
膜２０５が形成される（図２（Ｃ））。この加熱処理の
際は触媒効果により触媒金属に起因する連続粒界結晶の
成長が優先的に進み新たな微小結晶（ポリシリコン）の
発生・成長は起こらない。

【００４２】なお、このようにして得られた結晶性シリ
コン膜２０５に対して、レーザ光を照射することにより
さらに結晶性を向上させることができる。レーザ光とし
ては、波長４００ｎｍ以下のエキシマレーザやＹＡＧレ
ーザの第２高調波、第３高調波等を用いればよく、いず
れにしても繰り返し周波数１０〜１０００Ｈｚ程度のパ
ルスレーザを用いて、レーザ光を光学系にて１００〜４
００ｍＪ／ｃｍ²に集光し、９０〜９５％のオーバーラ
ップ率をもって結晶性シリコン膜に照射すればよい。

【００４３】以上のような結晶化方法により連続粒界結
晶中にポリシリコンの微小結晶粒が均一に分布した結晶
性シリコン薄膜が得られる。

【００４４】（実施形態３）実施形態１、２とは異なる
結晶性シリコン膜の作製方法の一例について図３、４を
用いて説明する。

【００４５】基板３００、４００上に下地絶縁膜３０
１、４０１を形成する。下地絶縁膜は窒化シリコン膜、
酸化シリコン膜、もしくは酸化窒化シリコン膜を用いて
形成すればよい。続けて膜厚２０〜１００ｎｍの第１の
非晶質シリコン膜３０２、４０２を形成する。なお、下
地絶縁膜３０１、４０１は積層構造としてもよい。ま
た、基板に石英を用いる場合には、下地絶縁膜３０１、
４０１を形成する工程は省略することもできる（図３
（Ａ）、図４（Ａ））。

【００４６】第１の非晶質シリコン膜を形成したら５５
０〜７００℃、本実施形態では６５０℃で１時間加熱処
理を行って、非晶質シリコン膜に微小結晶（ポリシリコ
ン）核を発生させ、微小結晶（ポリシリコン）核を均一
に有する第２の非晶質シリコン膜３０３、４０３を形成
する（図３（Ｂ）、図４（Ｂ））。

【００４７】続いて、均一に微小結晶核（ポリシリコ
ン）を含む第２の非晶質シリコン膜３０３、４０３に触
媒元素を添加し、触媒元素含有層３０４、４０５を形成
する。触媒元素の添加方法としては、実施形態１のよう
に全面に触媒元素含有層３０４を形成する方法または実
施形態２に記載されたマスク絶縁膜４０４を形成し、マ
スク絶縁膜４０４の開口部から露出したシリコン膜の選
択された領域に触媒元素含有層４０５を形成する方法の
いずれかを用いればよい（図３（Ｃ）、図４（Ｃ））。

【００４８】触媒元素を添加した後、加熱処理を行って
結晶性シリコン膜を形成する。本実施形態では、非晶質
シリコン膜に加熱処理を行うことによって微小結晶核
（ポリシリコン）を発生させ、その後さらに触媒元素を
添加して第２の加熱処理を行うことによって連続粒界結
晶核を発生させている。このように処理することで、第
２の加熱処理の際は、触媒効果により触媒金属に起因す
る連続粒界結晶の成長が優先的に進み新たな微小結晶核
（ポリシリコン）の発生・成長は行われず、連続粒界結
晶薄膜中に微小結晶粒（ポリシリコン）が分布した結晶
性シリコン膜３０５、４０６を得ることができる（図３
（Ｄ）、図４（Ｄ））。この際連続粒界結晶とポリシリ
コン微小結晶粒の粒界は不連続粒界となっている。

【００４９】（実施形態４）実施形態１〜３の結晶化方
法を用いて作製された結晶性シリコン膜は、膜中に触媒
元素を１×１０¹⁹／ｃｍ³の濃度で含んでおり、触媒元
素を含んだままでＴＦＴに代表される半導体素子を形成
するとオフ電流の突発的な上昇等の問題が生じてしまう
ため、シリコン膜中に含まれる触媒元素の濃度を低減さ
せることが望ましい。そこで、触媒元素の濃度を低減す
る方法の一例について図５を用いて説明する。

【００５０】実施形態１乃至３のいずれかの方法を用い
て作製された結晶性シリコン膜上に開口部を有するマス
ク絶縁膜１００１を形成する。

【００５１】次いで、開口部から露出した結晶性シリコ
ン膜にゲッタリング作用を有する元素（周期表の１５族
に属する元素、代表的にはリンまたは、周期表の１８族
に属する元素、代表的にはアルゴン）を添加してゲッタ
リング領域（触媒元素が移動してくる領域）１００２を
形成する。

【００５２】例えば、炉を用いて４５０〜８００℃で、
４〜２４時間の加熱処理を施すことにより、触媒元素は
ゲッタリング領域に添加された元素のゲッタリング作用
によって移動し、ゲッタリング領域に捕獲される。これ
により後の素子領域（チャネル形成領域、もしくはチャ
ネル形成領域とソース領域又はドレイン領域との接合領
域）となる領域に含まれる触媒元素の濃度を低減するこ
とができる。このゲッタリング工程により、良質な結晶
質シリコン膜を得ることができる。

【００５３】本実施形態は、実施形態１〜３の結晶化方
法のいずれとも組み合わせて適用することが可能であ
る。

【００５４】（実施形態５）実施形態４とは異なる触媒
元素の濃度を低減する方法の一例について図６を用いて
説明する。

【００５５】実施形態１乃至３のいずれかの方法を用い
て作製された結晶性シリコン膜上にバリア層１１０１を
形成する。このバリア層は、ゲッタリング工程後にゲッ
タリング領域を除去する工程において、結晶性シリコン
膜をエッチャントから保護する（エッチングされない）
ように設けた層であるため、このように称することとす
る。

【００５６】バリア層１１０１の厚さは１〜１０nm程度
とし、簡便にはオゾン水で処理することにより形成され
るケミカルオキサイドをバリア層としても良い。また、
硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶
液で処理しても同様にケミカルオキサイドを形成するこ
とができる。他の方法としては、酸化雰囲気中でのプラ
ズマ処理や、酸素含有雰囲気中での紫外線照射によりオ
ゾンを発生させて酸化処理を行っても良い。また、クリ
ーンオーブンを用い、２００〜３５０℃程度に加熱して
薄い酸化膜を形成しバリア層としても良い。或いは、プ
ラズマＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などで１〜５ｎｍ
程度の酸化膜を堆積してバリア層としても良い。いずれ
にしても、ゲッタリング工程時に、触媒元素がゲッタリ
ングサイト側に移動できて、ゲッタリングサイトの除去
工程時には、エッチング液がしみこまない（結晶性シリ
コン膜をエッチング液から保護する）膜、例えば、オゾ
ン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイ
ド膜、酸化シリコン膜（ＳｉＯx）、または多孔質膜を
用いればよい。

【００５７】次いで、バリア層１１０１上にスパッタ法
でゲッタリングサイトとして、膜中に希ガス元素を１×
１０²⁰/cm³以上の濃度で含む第２の半導体膜（代表的に
は、非晶質シリコン膜）１１０２を２５〜２５０nmの厚
さで形成する。後に除去されるゲッタリングサイト１１
０２は結晶性シリコン膜とエッチングの選択比を大きく
するため、密度の低い膜を形成することが好ましい。

【００５８】なお、ゲッタリングサイト１１０２は、ガ
ス（Ａｒ）流量を５０（sccm）、成膜パワーを３ｋＷ、
基板温度を１５０℃、成膜圧力を０．２〜１．０Ｐａと
して成膜すると、希ガス元素を１×１０¹⁹/cm³〜１×１
０²²/cm³、好ましくは、１×１０²⁰/cm³〜１×１０²¹/c
m³、より好ましくは５×１０²⁰/cm³の濃度で含み、ゲッ
タリング効果が得られる半導体膜をスパッタ法で成膜す
ることができる。

【００５９】なお、希ガス元素は半導体膜中でそれ自体
は不活性であるため、結晶質半導体膜１０５に悪影響を
及ぼすことはない。また、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。本発明はゲッタリングサイトを形成
するためにこれら希ガス元素をイオンソースとして用い
ること、またこれら元素が含まれた半導体膜を形成し、
この膜をゲッタリングサイトとすることに特徴を有す
る。

【００６０】ゲッタリングを確実に成し遂げるにはその
後加熱処理をすることが必要となる。加熱処理はファー
ネスアニール法やＲＴＡ法で行う。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６００〜１
０００℃、好ましくは７００〜７５０℃程度にまで加熱
されるようにする。

【００６１】ゲッタリングは、被ゲッタリング領域（捕
獲サイト）にある触媒元素が熱エネルギーにより放出さ
れ、拡散によりゲッタリングサイトに移動する。従っ
て、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温である
ほど短時間でゲッタリングが進むことになる。本発明に
おいて、触媒元素がゲッタリングの際に移動する距離は
図９（ｄ）において矢印で示すように、半導体膜の厚さ
程度の距離であり、比較的短時間でゲッタリングを完遂
することができる。

【００６２】ゲッタリング工程終了後、ゲッタリング領
域１１０２を選択的にエッチングして除去する。エッチ
ングの方法としては、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。この時バリア層１１
０１はエッチングストッパーとして機能する。また、バ
リア層１１０１はその後フッ酸により除去すれば良い。

【００６３】こうして触媒元素の濃度が１×１０¹⁷/cm³
以下にまで低減された結晶性シリコン膜を得ることがで
きる。本実施形態は、実施形態１〜３に示した結晶化方
法のいずれとも組み合わせて用いることができる。

【００６４】（実施形態６）本実施形態では、実施形態
１〜４で示した結晶化の方法を用いてアクティブマトリ
クス基板を形成する工程について図７〜１０を用いて説
明する。なお、本明細書において、アクティブマトリク
ス基板とは、ｎチャネル型ＴＦＴおよびｐチャネル型Ｔ
ＦＴを有する駆動回路と、画素ＴＦＴおよび保持容量を
有する画素部が同一基板上に設けられている基板のこと
をいう。

【００６５】基板５００は、石英基板、ガラス基板、セ
ラミック基板などを用いることができる。また、シリコ
ン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜
を形成した基板を用いてもよい。なお、ガラス基板を用
いる場合には、ガラス歪み点よりも１０〜２０℃低い温
度であらかじめ加熱処理しておいてもよい。

【００６６】基板５００上にポリシリコン膜、ＷＳｉ膜
を成膜し、これらの膜に対してパターニングを施し、下
部遮光膜５０１を形成する。下部遮光膜５０１として
は、ポリシリコン膜やＷＳｉ_X（Ｘ＝２．０〜２．８）
膜、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ等の導電性材料からな
る膜及びその積層構造を用いることができる。本実施例
では、ＷＳｉ_X（膜厚：１００ｎｍ）膜５０１ｂおよび
ポリシリコン膜（膜厚：５０ｎｍ）５０１ａの積層構造
の高い遮光性を持つ導電性材料により所定の間隔で下部
遮光膜５０１を形成した。なお、下部遮光膜５０１はゲ
ート線としての機能を有しているため、以下、下部遮光
膜にあたる部分はゲート線と称する。

【００６７】ゲート線５０１を覆うように第１の絶縁膜
５０２を形成する。第１の絶縁膜５０２は１００ｎｍ程
度の膜厚を有する。この第１の絶縁膜５０２は、プラズ
マＣＶＤ法、またはスパッタ法等で形成されるシリコン
を含む絶縁膜を用いる。また、第１の絶縁膜５０２は、
酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン
膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すれば良
い。

【００６８】次いで、第１の絶縁膜５０２上に、減圧Ｃ
ＶＤ法により非晶質半導体膜を形成する。非晶質半導体
膜の材料に特に限定はなく、本実施形態ではシリコン膜
を用いる。２０〜１５０ｎｍ（好ましくは３０〜８０ｎ
ｍ）の厚さで微小結晶（ポリシリコン）核を均一に含む
半導体膜（非晶質半導体膜、代表的には非晶質シリコン
膜）５０２を、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法で
形成する。本実施形態では、プラズマＣＶＤ法を用い、
成膜温度は２５０〜３５０℃でおこない、本実施例では
例えば３２０℃とし、モノシラン（ＳｉＨ₄）を用い
た。モノシランに限らず、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、また
はトリシラン（Ｓｉ₃Ｈ₈）を用いてもよい。これらをＰ
ＣＶＤ装置内に３Ｐａの圧力で導入し、１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電力を加えて成膜した。この際、高周波電力
は０．０２〜０．１０Ｗ／ｃｍ²が適当であり、本実施
例では０．０５５Ｗ／ｃｍ²を用いた。また、モノシラ
ンの流量は２０ｓｃｃｍとする。以上のようにして、非
晶質シリコン膜５０２を６５ｎｍの厚さに形成した。

【００６９】なお、下地絶縁膜５０１と非晶質シリコン
膜５０２とは同じ成膜法で形成することが可能であるの
で、両者を連続形成しても良い。下地絶縁膜５０１を形
成した後、一旦大気雰囲気に晒さないことでその表面の
汚染を防ぐことが可能となり、作製するＴＦＴの特性バ
ラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる
（図７（Ａ））。

【００７０】次いで、非晶質シリコン膜５０３を結晶化
して結晶質シリコン膜５０４を形成する。まず、微小結
晶（ポリシリコン）核を均一に有する非晶質シリコン膜
５０３表面に付着した不純物や自然酸化膜をフッ酸によ
り除去し清浄化してから、さらにその表面をオゾン水で
処理し、極薄い（１〜５ｎｍ）酸化膜を形成した後、シ
リコン膜に触媒となる金属元素、例えばニッケルを５ｐ
ｐｍの濃度で含む酢酸Ｎｉ溶液を塗布する。なお、触媒
元素の添加方法は上記したスピンコート法以外にもスパ
ッタ法や蒸着法等を用いて添加を行うことができる（図
７（Ｂ））。

【００７１】次いで、結晶化の工程に先立ち、４００〜
５００℃で１時間程度の加熱処理を行い、シリコン膜中
の水素を脱離させておくことが望ましい。その後、窒素
雰囲気中において、５５０〜６００℃、本実施形態では
５７０℃で１２時間の加熱処理を行うことにより、触媒
元素が添加された領域に連続粒界結晶核が発生し成長し
て結晶性シリコン膜が形成される。なお、結晶化工程の
後、結晶質シリコン膜にレーザー照射を行って、結晶質
シリコン膜の結晶性を改善してもよい。

【００７２】次いで、結晶質シリコン膜５０５上にバリ
ア層５０６を形成する。本実施形態では、成膜温度４０
０℃、ガス流量ＳｉＨ₄：Ｎ₂Ｏが４／８００ｓｃｃｍ、
圧力０．３９９×１０²Ｐａ、ＲＦパワー密度１０／６
００Ｗ／ｃｍ²として、酸化シリコン膜を形成した。

【００７３】続いて、バリア層５０６上にゲッタリング
領域となる第２の半導体膜５０７を形成する。第２の半
導体膜５０７には、シリコン膜を用いればよい。また、
ゲッタリングが十分に行われるように、第２の半導体膜
５０７には希ガス元素または炭素が１×１０¹⁹〜２×１
０²²／ｃｍ³の濃度で添加されている。なお、希ガス元
素を含む半導体膜の形成方法の一例としては、希ガス元
素を含む雰囲気でシリコンからなるターゲットを用い、
非晶質シリコン膜からなるゲッタリング領域５０７を形
成すればよい。また、希ガス元素としてはヘリウム（Ｈ
ｅ）、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、中でも安価なガスであるアルゴン（Ａｒ）
が好ましい。

【００７４】また、一導電型の不純物元素であるリンを
含むターゲットを用いてゲッタリング領域を形成した場
合、希ガス元素によるゲッタリングに加え、リンのクー
ロン力を利用してゲッタリングを行うこともできる。

【００７５】さらに、第２の半導体膜（ゲッタリング領
域）５０７は、ゲッタリング工程後、エッチングにより
除去するため、除去しやすい、例えば、第１の半導体膜
（結晶質シリコン膜５０５とエッチングの選択比が大き
い膜として非晶質半導体膜を用いるとよい。

【００７６】加熱処理を行い、結晶質シリコン膜５０５
中に残留する触媒元素（ニッケル）をゲッタリング領域
５０７に移動させ、濃度を低減、あるいは除去するゲッ
タリングを行う。ゲッタリングを行う加熱処理として
は、強光を照射する処理または加熱処理を行い、結晶質
シリコン膜５０５に含まれるニッケルがほとんど存在し
ない、即ち膜中のニッケル濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³以
下、望ましくは１×１０^{1 7}／ｃｍ³以下になるように十
分ゲッタリングする（図７（Ｃ））。

【００７７】次いで、バリア層５０６をエッチングスト
ッパーとして、ゲッタリング領域５０７のみをエッチン
グして選択的に除去した後、フッ酸等を用いてバリア層
５０６を除去する。

【００７８】このようにして、連続粒界結晶中にポリシ
リコンの微小結晶粒が均一に分布した結晶性シリコン薄
膜が得られる。その後さらに結晶性シリコン膜５０５の
品質を向上させることを目的として、酸化処理を行う。
減圧ＣＶＤ装置で２０ｎｍ厚の酸化シリコン膜を成膜し
（図示せず）、９５０℃で熱酸化処理を行って、酸化シ
リコン膜／酸化シリコン膜が酸化された部分＝２０：６
０（ｎｍ）の比率で熱酸化膜が形成される。

【００７９】熱酸化膜をエッチングした後、熱酸化処理
によって３５ｎｍ厚になった結晶質シリコン膜５０５を
パターニングし、例えば、図７（Ｄ）に示すような形状
の半導体層５０８〜５１１を形成する。

【００８０】次いで、半導体層５０８〜５１１を覆っ
て、第２の絶縁膜（ゲート絶縁膜）５１２として３０ｎ
ｍ厚の酸化シリコン膜を形成する。次いで、後に保持容
量２０４となる領域の半導体層５１１を保持容量の下部
電極とするために、半導体層５１１の真上の領域のゲー
ト絶縁膜を選択的にエッチングするためのレジストから
なるマスク５１３を形成し、ゲート絶縁膜を除去してリ
ンを添加する（図８（Ａ））。

【００８１】この後、レジストからなるマスク５１３を
除去して、２層目のゲート絶縁膜５１２ｂとして５０ｎ
ｍ厚の酸化シリコン膜を形成する（図８（Ｂ））。

【００８２】半導体層５０８〜５１１を形成した後、Ｔ
ＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボ
ロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。この不
純物添加工程は、半導体膜の結晶化工程の前、半導体膜
の結晶化工程の後、または、ゲート絶縁膜５１２ａを形
成する工程の後のいずれかに行えばよい。

【００８３】この後、第１の絶縁膜５０２およびゲート
絶縁膜５１２に選択的なエッチングを行って、ゲート線
５０１に到達するコンタクトホールを形成する。次い
で、ゲート絶縁膜５１２上に導電膜を形成し、パターニ
ングして各画素のチャネル形成領域上にゲート電極５１
４〜５１６、容量配線（保持容量の上部電極）５１７を
形成する。容量配線５１７が形成される領域のゲート絶
縁膜５１２は、２層目のゲート絶縁膜のみであるため他
の領域より薄くしてあり、保持容量の増大が図られてい
る。また、ゲート電極５１６は、ゲート線５０１とコン
タクトホールを通じて電気的に接続している（図８
（Ｃ））。

【００８４】ゲート電極および容量配線を形成するため
の導電膜は、導電型を付与する不純物元素が添加された
ポリシリコン膜やＷＳｉ_x膜（x＝２．０〜２．８）、Ａ
ｌ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ等の導電性材料およびその積
層構造により３００ｎｍ程度の膜厚で形成しているが、
上記の導電性材料の単層でもよい。

【００８５】次いで、半導体層５０８〜５１１を活性層
としたＴＦＴを形成するため、半導体層に選択的にｎ型
またはｐ型を付与する不純物元素（以下、ｎ型不純物元
素またはｐ型不純物元素という）を添加して、低抵抗の
ソース領域およびドレイン領域、さらに、ＬＤＤ領域を
形成する。このＬＤＤ領域はソース領域及びドレイン領
域と同様に不純物元素が添加されている。

【００８６】こうして半導体層５０８〜５１１にソース
領域とドレイン領域とに挟まれたチャネル形成領域が形
成される（図９（Ａ））。

【００８７】次いで、ゲート電極５１４〜５１６および
容量配線５１７を覆う第３の絶縁膜（第１の層間絶縁
膜）５１８を形成する。この第３の絶縁膜５１８は、酸
化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、
またはこれらの膜を組み合わせた積層膜で７０ｎｍ厚程
度に形成すればよい（図９（Ｂ））。

【００８８】次いで、第４の絶縁膜（第２の層間絶縁
膜）５１９を形成する。第４の絶縁膜は、有機絶縁物材
料膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化
シリコン膜のいずれかを材料として、８００ｎｍ厚で形
成する。

【００８９】次いで、ゲート絶縁膜５１２、第３の絶縁
膜５１８および第４の絶縁膜５１９に、半導体層５０８
〜５１０に通じるコンタクトホールを形成する。そして
第４の絶縁膜５１９上にコンタクトホールを通じて半導
体層５０８〜５１１に達する導電膜を形成しパターニン
グすることでそれぞれのＴＦＴを電気的に接続するため
の接続配線およびソース線５２０〜５２５を形成する。
これらの配線を形成するための導電膜はＡｌ、Ｗ、Ｔ
ｉ、ＴｉＮを主成分とする膜、またはそれらの積層構造
（本実施例では、Ｔｉを含むＡｌ膜をＴｉで挟み込んだ
３層構造としている）を有する導電膜を厚さ５００ｎｍ
となるように形成し、パターニングしている。なお、ソ
ース線５２５は保持容量上部を通って、半導体層５１０
と電気的に接続されている（図９（Ｃ））。

【００９０】次いで、接続配線を覆う第５の絶縁膜５２
６をアクリル等の有機絶縁膜から１０００ｎｍ厚に形成
する（図１０（Ａ））。第５の絶縁膜５２６上にＡｌ、
Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、または黒色樹脂等の高い遮光性を持つ
膜をパターニングして遮光膜５２７を形成する。この遮
光膜５２７は画素の開口部以外を遮光するように網目状
に配置する。さらに、この遮光膜５２７を覆うように第
５の絶縁膜５２６と同じ材料からなる第６の絶縁膜５２
８を形成し、接続配線５２４に通じるコンタクトホール
を第５の絶縁膜５２６および第６の絶縁膜５２８に形成
する。

【００９１】次いで、ＩＴＯ等の透明導電膜を１００ｎ
ｍ厚形成し、パターニングすることで画素電極５２９を
形成する（図１０（Ｂ））。

【００９２】図１１は、ここまで形成された状態の上面
図を示したものであり、図中のＡ−Ａ'線に沿った概略
断面図が図１０（Ｂ）のＡ−Ａ'線部分に相当し、Ｂ−
Ｂ'線に沿った概略断面図が図１０（Ｂ）のＢ−Ｂ'線部
分に相当する。

【００９３】こうして形成されたアクティブマトリクス
基板に液晶層を配向させる配向膜を形成し、公知のセル
組み技術を用いて対向電極および配向膜が形成された対
向基板とアクティブマトリクス基板とを貼り合わせた
後、液晶を注入して封止することでアクティブマトリク
ス型液晶表示装置を完成させた。

【００９４】（実施形態７）本実施形態では、実施形態
６で作製されたアクティブマトリクス型液晶表示装置の
構成を説明する。

【００９５】図８において、アクティブマトリクス基板
は基板５００上に形成された画素部と駆動回路６０５と
その他の信号処理回路とで構成される。画素部には画素
ＴＦＴ６０３と保持容量６０４とが設けられ、画素部の
周辺に設けられる駆動回路はＣＭＯＳ回路を基本として
構成されている。

【００９６】容量配線５１７は、ソース線５２３と平行
な方向に設けられ、保持容量６０４の上部電極として機
能している。

【００９７】駆動回路６０５からは、それぞれゲート線
５０１、ソース線５２３が画素部に延在し、画素ＴＦＴ
６０３に接続している。また、フレキシブルプリント配
線板（Flexible Printed Circuit :FPC）７０１が外部
入力端子７０２に接続していて画像信号などを入力する
のに用いる。ＦＰＣ７０１は補強樹脂によって強固に接
着されており、接続配線で、それぞれの駆動回路に接続
している。また、対向基板７００には図示していない
が、遮光膜や透明電極が設けられている。本実施形態
は、実施形態１〜３で開示されたいずれかの方法を用い
て形成されたアクティブマトリクス基板を用いて作製す
ることができる。

【００９８】（実施形態８）本発明を実施して形成され
たＣＭＯＳ回路や画素部はアクティブマトリクス型液晶
ディスプレイ（液晶表示装置）に用いることができる。
即ち、それら液晶表示装置を表示部に組み込んだ電気器
具全てに本発明を実施できる。

【００９９】その様な電気器具としては、プロジェクタ
ーを挙げることができる。プロジェクターの一例を図１
３、１４に示す。

【０１００】まず、図１３（Ａ）では単板式のプロジェ
クターの一例を示す。図１３（Ａ）に示すプロジェクタ
ーは、光源光学系２５０１、液晶表示装置２５０２、投
射光学系２５０３、位相差板２５０４を有している。投
射光学系２５０３は、投射レンズを備えた複数の光学レ
ンズで構成される。なお、投射光学系２５０３は１つの
投射レンズで構成されていても良い。また、図示してい
ないが、表示をカラー化するために液晶表示装置２５０
２にはカラーフィルターが形成されている。

【０１０１】また、図１３（Ｂ）に示した単板式のプロ
ジェクターは、図１３（Ａ）の応用例であって、画素に
カラーフィルターを設ける代わりにＲＧＢ回転カラーフ
ィルター円盤２５０５を用いて表示映像のカラー化を行
っている例である。

【０１０２】また、図１３（Ｃ）に示した単板式のプロ
ジェクターは、カラーフィルターレス単板式プロジェク
ターとよばれており、液晶表示装置２５１６にマイクロ
レンズアレイ２５１５を設け、Ｂ用ダイクロイックミラ
ー２５１２、Ｇ用ダイクロイックミラー２５１３、Ｒ用
ダイクロイックミラー２５１４を用いて表示映像のカラ
ー化を行っている。投射光学系２５１７は投射レンズを
備えた複数の光学レンズで構成される。なお、一つのレ
ンズから構成されていてもよい。

【０１０３】続いて、図１４（Ａ）ではフロント型プロ
ジェクターを示す。フロント型プロジェクターは、投射
装置２６０１、スクリーン２６０２等を含む。

【０１０４】図１４（Ｂ）はリア型プロジェクターであ
り、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０
３、スクリーン２７０４等を含む。

【０１０５】なお、図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）及び
図１４（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の
構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７
０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０
４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズ
ム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０
９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８
１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。図１４
（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光
学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調
節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設け
てもよい。

【０１０６】また、図１４（Ｄ）は、図１４（Ｃ）中に
おける光源光学系２８０１の構造の一例を示した図であ
る。本実施形態では、光源光学系２８０１は、リフレク
ター２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、
２８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６
で構成される。なお、図１４（Ｄ）に示した光源光学系
は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系
に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィ
ルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の
光学系を設けてもよい。

【０１０７】ただし、図１４に示したプロジェクターに
おいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示して
おり、反射型の液晶表示装置の適用例は図示していな
い。

【０１０８】以上の様に、本発明を用いて作製された液
晶表示装置はプロジェクターに適用することができる。

【０１０９】

【発明の効果】本発明により得られる結晶性シリコン膜
は、連続粒界結晶からなる結晶性半導体膜中に、微小結
晶粒（ポリシリコン）を含んでおり、これがキャリアの
トラップサイトとして機能するため、半導体層に光が照
射されてキャリアが励起されたとしても、電子／正孔対
のライフタイムを短くすることができ、光リーク電流を
低くすることができ、かつ高い電界効果移動度を保つこ
とができる。

【０１１０】このような結晶性シリコン膜を例えば表示
装置の画素部のスイッチング素子（スイッチングＴＦ
Ｔ）に用いれば、もし装置の構造上内部で迷光が発生し
ＴＦＴの半導体層に入射してキャリアが誘起されてしま
ったとしても、光リーク電流を抑制することができる。
また、ＴＦＴ自体で光感度（光リーク電流）を低減する
ことができるため、より簡素な遮光構造を採用すること
ができ、製造コストの低減を実現することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を用いた結晶化方法の一例を示す図
（実施形態１）。

【図２】 本発明を用いた結晶化方法の一例を示す図
（実施形態２）。

【図３】 本発明を用いた結晶化方法の一例を示す図
（実施形態３）。

【図４】 本発明を用いた結晶化方法の一例を示す図
（実施形態３）。

【図５】 実施の形態の一例を示す図（実施形態４）。

【図６】 実施の形態の一例を示す図（実施形態５）。

【図７】 本発明を用いて表示装置を作製するプロセス
を示す図（その１）。

【図８】 本発明を用いて表示装置を作製するプロセス
を示す図（その２）。

【図９】 本発明を用いて表示装置を作製するプロセス
を示す図（その３）。

【図１０】 本発明を用いて表示装置を作製するプロセ
スを示す図（その４）。

【図１１】 本発明を用いて作製された表示装置の上面
図。

【図１２】 本発明を用いて作製されたアクティブマト
リクス型液晶表示装置の構成を示す図。

【図１３】 本発明を適用して得られた表示装置を用い
た電気器具の一例を示す図。

【図１４】 本発明を適用して得られた表示装置を用い
た電気器具の一例を示す図。

【符号の説明】

１００ 基板 １０１ 下地絶縁膜 １０２ 微小結晶（ポリシリコン）核を均一に含む非晶
質シリコン膜 １０３ 触媒元素含有層 １０４ 自然発生核および連続粒界結晶核から成長した
結晶粒を均一に含む結晶性シリコン膜

フロントページの続き (72)発明者 上田 徹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H092 JA25 JA29 JA33 JA38 JA42 JA46 JB13 JB38 JB42 JB51 JB63 JB69 MA07 MA12 MA29 MA35 MA37 5F052 AA02 AA11 AA17 BA02 BB02 BB07 DA01 DA02 DB02 EA16 FA06 FA19 JA01 5F110 AA01 AA21 BB02 BB04 CC02 DD01 DD02 DD03 DD05 DD13 DD14 DD15 DD17 DD25 EE03 EE04 EE05 EE09 EE14 FF02 FF09 GG02 GG13 GG14 GG25 GG32 GG45 GG47 GG51 GG58 GG60 HL01 HL03 HL04 HL06 HL12 HM15 NN03 NN04 NN22 NN23 NN24 NN27 NN42 NN44 NN46 NN47 NN48 NN49 NN72 NN73 PP01 PP03 PP04 PP05 PP10 PP13 PP23 PP29 PP34 PP35 QQ09 QQ28

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続粒界結晶からなる結晶性半導体膜中
   に、微少結晶粒を含む半導体層を有することを特徴とす
   る半導体装置。
2. 【請求項２】連続粒界結晶からなる結晶性半導体膜中
   に、前記連続粒界結晶とは不連続の粒界で囲まれた微少
   結晶粒を含む半導体層を有することを特徴とする半導体
   装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記微
   少結晶粒の平均粒径は、０．０１〜１μｍであることを
   特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】絶縁体上に非晶質シリコン膜を形成する工
   程と、 前記非晶質シリコン膜に金属元素を添加する工程と、 加熱処理を行い、結晶性シリコン膜を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
5. 【請求項５】絶縁体上に５×１０⁶〜５×１０¹¹個／ｃ
   ｍ²の密度で結晶核を有する非晶質シリコン膜を形成す
   る工程と、 前記非晶質シリコン膜に金属元素を添加する工程と、 加熱処理を行い、結晶性シリコン膜を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
6. 【請求項６】絶縁体上に非晶質シリコン膜を形成する工
   程と、 前記非晶質シリコン膜上にマスク絶縁膜を形成する工程
   と、 前記非晶質シリコン膜の前記マスク絶縁膜の開口部から
   露出した選択された領域に金属元素を添加する工程と、 加熱処理を行い、結晶性シリコン膜を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
7. 【請求項７】絶縁体上に非晶質シリコン膜を形成する工
   程と、 第１の加熱処理を行い、非晶質シリコン膜に５×１０⁶
   〜５×１０¹¹個／ｃｍ²の密度で結晶核を発生させる工
   程と、 前記結晶核を有する非晶質シリコン膜に金属元素を添加
   する工程と、 第２の加熱処理を行い、結晶性シリコン膜を形成する工
   程と、を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
8. 【請求項８】絶縁体上に非晶質シリコン膜を形成する工
   程と、 前記非晶質シリコン膜に金属元素を添加する工程と、 第１の加熱処理を行い、結晶性シリコン膜を形成する工
   程と、 前記結晶性シリコン膜上にバリア層、前記バリア層上に
   希ガス元素を含む半導体膜を形成する工程と、 第２の加熱処理を行い、前記結晶性シリコン膜に添加さ
   れた金属元素を前記半導体膜に移動させる工程と、を含
   むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
9. 【請求項９】絶縁体上に非晶質シリコン膜を形成する工
   程と、 前記非晶質シリコン膜上にマスク絶縁膜を形成する工程
   と、 前記マスク絶縁膜の開口部から露出した前記非晶質シリ
   コン膜の選択された領域に金属元素を添加する工程と、 第１の加熱処理を行い、結晶性シリコン膜を形成する工
   程と、 前記マスク絶縁膜の開口部から露出した前記結晶性シリ
   コン膜の選択された領域にゲッタリング作用を有する元
   素を添加する工程と、 第２の加熱処理を行い、前記金属元素を前記ゲッタリン
   グ作用を有する元素が添加された領域に移動させる工程
   と、を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
10. 【請求項１０】請求項４乃至請求項９のいずれか一項に
    おいて、前記金属元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐ
    ｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ
    のいずれか一種または複数種の元素であることを特徴と
    する半導体装置の作製方法。