半導体装置の製造方法、半導体装置、電気光学装置、および電子機器
【課題】三次元半導体装置における特性を向上させることができる製造方法および装置構成を提供する。
【解決手段】第１半導体膜（９）上にカーボンナノチューブを備えるプラグ電極（１５）を形成する工程、形成されたプラグ電極（１５）の周囲に層間絶縁膜（１６，１８）を形成する工程、層間絶縁膜の表面を平滑化してプラグ電極（１５）の頂部を露出させる工程、層間絶縁膜およびプラグ電極の頂部上に非晶質の第２半導体膜を形成する工程、非晶質の第２半導体膜にエネルギーを供給して露出したプラグ電極（１５）を触媒として機能させて非晶質の第２半導体膜を結晶化させ結晶化した第２半導体膜（２３）とする工程を備える。
【解決手段】第１半導体膜（９）上にカーボンナノチューブを備えるプラグ電極（１５）を形成する工程、形成されたプラグ電極（１５）の周囲に層間絶縁膜（１６，１８）を形成する工程、層間絶縁膜の表面を平滑化してプラグ電極（１５）の頂部を露出させる工程、層間絶縁膜およびプラグ電極の頂部上に非晶質の第２半導体膜を形成する工程、非晶質の第２半導体膜にエネルギーを供給して露出したプラグ電極（１５）を触媒として機能させて非晶質の第２半導体膜を結晶化させ結晶化した第２半導体膜（２３）とする工程を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体膜が複数積層された半導体装置の製造方法および半導体装置等に係り、特に、下層の半導体膜と上層の半導体膜とを接続するプラグ電極にカーボンナノチューブを利用する発明に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）装置などの電気光学装置では、画素駆動用のトランジスタとして、又は、パネルを駆動するための駆動回路として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が用いられている。
【０００３】
これらの装置は、低温プロセスによって製造することにより耐熱性の低い安価な基板が使用できるなどのメリットがあるため、低温プロセスを利用した薄膜トランジスタの製造方法が種々開発されている。
【０００４】
なかでも、本発明者らによる下記特許文献１に記載の技術は、半導体膜（半導体装置）が複数積層された立体的な構造の半導体装置（以下「三次元半導体装置」ともいう。）を低温プロセスにより形成する有効な方法である。当該発明によれば、低温プロセスを用いることによるメリットに加え、配線遅延を低減し、半導体装置のチップ面積を削減できる等の三次元半導体装置のメリットも享有することができていた。
【特許文献１】特開２００６−３１０７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本明細書の実施の形態において追って詳細に説明するように、低温プロセスにおいて欠かせない上層の半導体膜をレーザー照射にて結晶化する際、上層の半導体膜と下層の半導体膜とを接続するプラグ電極の金属が半導体膜中に拡散し、上層の半導体膜の結晶化を阻害し、トランジスタ特性を劣化させる可能性があった。また、プラグ電極と上層の半導体膜を構成するシリコンとの間に体積膨張を伴うシリサイドが形成され、その体積変化によってボイドなどが発生し、コンタクト抵抗が増加するといった問題も生じていた。
【０００６】
そこで、本発明は、三次元半導体装置における特性を向上させることができる製造方法および装置構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１―１）上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、複数の半導体膜が積層された半導体装置の製造方法であって、第１半導体膜上にカーボンナノチューブを備えるプラグ電極を形成する工程と、形成されたプラグ電極の周囲に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の表面を平滑化してプラグ電極の頂部を露出させる工程と、層間絶縁膜およびプラグ電極の頂部上に非晶質の第２半導体膜を形成する工程と、非晶質の第２半導体膜にエネルギーを供給して露出したプラグ電極を触媒として機能させて非晶質の第２半導体膜を結晶化させる工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
かかる発明は、カーボンナノチューブに非晶質の半導体膜を接触させエネルギーを印加させると非晶質の半導体膜が結晶化するという発見に基づいて、本願発明者が想到したものである。半導体膜を結晶化させた後のカーボンナノチューブには構造が変化していないため、本発明において、カーボンナノチューブは、いわゆる触媒として機能していると考えられる。上記本発明によれば、半導体膜が複数積層された立体的な構造の三次元半導体装置を製造するにあたり、第１半導体膜にカーボンナノチューブによるプラグ電極が形成され、カーボンナノチューブで形成されたプラグ電極に接触して非晶質の第２半導体膜が形成されている。この状態で、非晶質の第２半導体膜にエネルギーを供給すれば、カーボンナノチューブが触媒として機能し、非晶質の第２半導体膜が結晶化され、トランジスタ等の機能性膜として機能させることが可能となる。
【０００９】
本発明によれば、カーボンナノチューブが触媒として機能するだけなので、半導体膜中にカーボンナノチューブが拡散し、半導体膜の結晶化を阻害するといった問題を生じない。また、本発明によれば、カーボンナノチューブを利用することにより半導体膜の組成物との化合物を生じることがないので、半導体膜に体積変化を起こすことがなく、コンタクト抵抗の増加に伴う半導体膜の特性劣化という問題が生じない。
【００１０】
（１−２）上記の製法により形成された本発明の半導体装置は、第１半導体膜と、第１半導体膜上に形成されたカーボンナノチューブにより形成されているプラグ電極と、電極の周囲に形成されている層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成され、プラグ電極に接続された第２半導体膜と、を含み、第２半導体膜がプラグ電極を触媒として機能させることにより結晶化されていることを特徴とする。
かかる発明の半導体装置では、第２半導体膜の結晶構造を分析すれば、第２半導体膜がプラグ電極を形成するカーボンナノチューブが触媒として機能することにより結晶化したものであることが確認できることになる。
【００１１】
具体的には、本発明は以下の態様を備えることが可能である。
（１−３）まず、本発明の半導体装置の製造方法において、第１半導体膜上にカーボンナノチューブを成長させる金属層を形成する工程と、金属層に高周波プラズマを印加して金属層に核を形成する工程と、金属層からカーボンナノチューブを成長させてプラグ電極を形成する工程と、を備えることは好ましい。
【００１２】
かかる発明によれば、高周波プラズマを印加すると、そのエネルギーにより金属層に核が形成され、カーボンナノチューブを成長させる雰囲気に維持されることで、金属層の核にからカーボンナノチューブの構造体が成長し、導電性を備えるプラグ電極が形成される。
【００１３】
（１−４）ここで、上記金属層は、ニッケル、コバルト、および鉄からなる群から選ばれる金属であることが好ましい。
かかる金属は、カーボンナノチューブを成長させることが可能な核を形成する金属として確認されている金属なのである。
【００１４】
本発明は、好適には以下の工程・構成を備えることが可能である。
（２―１）まず、本発明の製造方法は、第１半導体膜上にプラグ電極を形成する工程の前に、透光性基板上に非晶質の第１半導体膜を形成する工程を備え、プラグ電極を形成する工程の後に、非晶質の第１半導体膜に透光性基板の裏面側からエネルギーを供給して当該第１半導体膜に接しているプラグ電極を触媒として機能させて非晶質の第１半導体膜を結晶化させる工程を備えることが可能である。
【００１５】
かかる発明によれば、透光性基板を用いているので、非晶質の第１半導体膜を形成し、プラグ電極を形成した後、透光性基板の裏面からエネルギーを供給することにより、プラグ電極を触媒として機能させて非晶質の第１半導体膜を結晶化させることができる。よって、最下層の半導体膜であってもカーボンナノチューブを触媒として機能させて半導体膜を結晶化することが可能である。
【００１６】
（２−２）上記の製法により形成された本発明の半導体装置は、第１半導体膜がプラグ電極を触媒として機能させることにより結晶化されていることになる。
かかる発明によれば、第１半導体膜の結晶構造を分析すれば、第１半導体膜がプラグ電極を形成するカーボンナノチューブが触媒として機能することにより結晶化したものであることが確認できることになる。
（２−３）本発明によって形成された半導体装置では、カーボンナノチューブの触媒機能を利用して第１半導体膜を結晶化させた場合には、第１半導体膜の主たる結晶面方位と第２半導体膜の主たる結晶面方位とが同じとなる。
同じカーボンナノチューブで形成されたプラグ電極の触媒機能を利用して結晶化された半導体膜であるため、結晶構造である結晶面方位が同じになるのである。
【００１７】
（１／２）ここで、上記第１および／または第２半導体膜を結晶化させるためのエネルギーは、レーザ光を照射することにより供給されることが好ましい。
かかる発明は、レーザ光を照射することによりカーボンナノチューブのプラグ電極が触媒として機能し、当該プラグ電極に接する半導体膜を結晶化させることができることが確認されていることによるものである。
【００１８】
（３）本発明において、第２半導体膜を結晶化させる工程の後に、上記の半導体装置の製造方法を１以上繰り返して、プラグ電極に接続された３層以上の半導体膜を積層することが可能である。
上記半導体装置の製造方法を適用することにより第１半導体膜上に形成された第２半導体膜を結晶化させることが可能であるため、結晶化された第２半導体膜上にさらにプラグ電極を形成するというように当該半導体装置の製造方法を複数回繰り返せば、３層以上の半導体膜を形成可能なのである。
【００１９】
（４）本発明において、各半導体膜を含む半導体装置を形成する工程を含むことができる。
各半導体膜に対し従来の技術を適用し、個別具体的に半導体装置を製造する趣旨である。いずれの半導体膜を半導体装置に形成するかは任意であり、第２半導体膜のみに半導体装置を形成しても、第１半導体膜のみに半導体装置を形成しても、また双方の半導体膜に半導体装置を形成してもよい。
【００２０】
（５）また本発明は、上記に記載の半導体装置の製造方法で製造された半導体装置、または、上記に記載の半導体装置を有する電気光学装置または電子機器でもある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
【００２２】
（定義）
本明細書における幾つかの用語を以下のように定義する。
「半導体膜」：半導体元素を主成分として含む膜をいい、結晶した半導体のみならず、結晶前の非晶質半導体を含む概念である。「半導体」としては、以下の実施形態ではシリコン（Ｓｉ）を例示するが、カーボンナノチューブの触媒機能により結晶化が可能な元素であれば、ゲルマニウム等他の半導体元素を用いてもよい。
【００２３】
「カーボンナノチューブ」：炭素から形成される微細チューブをいう。通常、六角形や五角形、七角形の多角形網目構造を備えるが、その構造に限定はない。チューブの内部に有機分子等を含むことにより導電性を備えた複合体である場合を含む。金属的な性質を持つアームチェア（Armchair）型や、半導体的な性質を持つジグザグ型・らせん型がある。またシングルウォール（単層）型であるかマルチウォール（多層）型であるかを問わない。内部に所定の分子、例えば有機分子を含んだ場合も含む。
【００２４】
「プラグ電極」：下層の半導体膜と上層の半導体膜または金属層とを接続する柱状の電極という意味である。
【００２５】
「平滑化」：絶縁膜の表面を滑らかにするための処理をいい、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を適用して研磨する場合、エッチング等によりエッチバックする場合等を含む。
【００２６】
「エネルギー」：半導体膜を結晶化するために与えられるパワーであり、レーザ照射による他、熱や電磁波の供給により印加される場合を含む。
【００２７】
「金属層」：カーボンナノチューブを成長させることが確認されている金属元素であり、ニッケル、コバルト、または鉄がある。ただし、カーボンナノチューブを成長させることができる元素であれば金属に限らず本発明に適用可能である。
【００２８】
「半導体装置」：半導体膜の所定の機能を実現するための素子をいい、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や薄膜ダイオードなどの薄膜を用いて構成された機能素子が例示できる。
【００２９】
「触媒として機能」：自ら物理的・化学的に変化することなく他の組成物に物理的・化学的作用を生じさせる機能をいう。
【００３０】
「電気光学装置」：電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変化させる電気光学素子を備えた装置一般をいい、自ら光を発するものと外部からの光の通過を制御するもの双方を含む。例えば、電気光学素子として、液晶素子、電気泳動素子、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、電界の印加により発生した電子を発光板に当てて発光させる電子放出素子などが挙げられる。
【００３１】
「電子機器」：複数の素子または回路の組み合わせにより一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。ここで電子機器は、回路基板を一枚または複数備えることが可能である。その構成に特に限定が無いが、例えば、携帯電話、腕時計、パーソナルコンピュータ、ＩＣカード、ビデオカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が含まれる。
【００３２】
（原理説明）
カーボンナノチューブは、上記定義に記載したように、炭素原子が所定形状の網目構造を形成することにより得られる、例えば、直径０．４〜１００ｎｍの直径を有する微細な管である。本願発明者は、このカーボンナノチューブに非晶質の半導体膜を接触させておき、エネルギーを印加させことにより、非晶質の半導体膜を結晶化させることができるということを発見した。この結晶化ではカーボンナノチューブに物理的・化学的な変化を生じないため、カーボンナノチューブが触媒として機能しているといえる。
【００３３】
カーボンナノチューブが半導体膜を結晶化できる理由は、例えば次のように考えることが可能である。カーボンナノチューブを構成する炭素原子の多角形構造の格子定数が半導体膜の結晶における格子定数と若干異なっている場合、この格子定数の不整合から、カーボンナノチューブを核として結晶成長する半導体膜には強い引っ張り応力が発生することになる。このような引っ張り応力が生じていると、自由エネルギーの関係から半導体膜の結晶化に要するエネルギーが低くなる場合があり、そのような場合には、非晶質（固相または液相）の半導体膜の結晶化が容易に進行することが考えられるのである。
【００３４】
例えば、半導体膜がシリコンである場合を例示すれば、シリコンのダイヤモンド型結晶の格子定数は、０．５４３ｎｍである。一方、アームチェア型と呼ばれるカーボンナノチューブでは、炭素原子により構成される多角形の格子定数が０．２４５４ｎｍである。このとき、アームチェア型のカーボンナノチューブにおける格子定数の２倍のピッチでシリコンがヘテロエピタキシーのように結晶成長するとすれば、約９．６％の格子不整合が存在すると考えられる。これだけの格子不整合が存在すると、結晶成長するシリコン結晶には強い引っ張り応力が導入されると考えられ、この引っ張り応力故に結晶化が促進されるのである。
【００３５】
なお、カーボンナノチューブは、構造体内部に有機分子が挿入されやすく、ナノチューブの内径に近い大きさを持った有機分子がいったん挿入されると非常に安定となる。有機分子が挿入されることによって、挿入された有機分子からナノチューブにキャリヤが供給され、電気伝導度を制御できることが報告されている。
【００３６】
以下、実施形態１では、第１半導体膜上にカーボンナノチューブによるプラグ電極を形成し、そのプラグ電極を触媒として機能させて非晶質の第２半導体膜を結晶化させる製造方法を例示する。また実施形態２では、透光性基板上に第１半導体膜を形成し、カーボンナノチューブを形成した後にそのカーボンナノチューブを触媒として機能させ、第１半導体膜を結晶化させる製造方法を例示する。
【００３７】
（実施形態１）
実施形態１は、第１半導体膜上に形成されたプラグ電極を触媒として機能させ、第２半導体膜を結晶化させる半導体装置の製造方法に関する。
図１〜図６は、本実施形態１の半導体装置の製造方法を説明する製造工程断面図である。本実施形態１に係る半導体装置の第１の製造方法は、大きく以下の工程を備える。
【００３８】
１）第１半導体膜９を備える第１半導体装置１０を形成する工程（図１）、
２）第１半導体膜９上にカーボンナノチューブによるプラグ電極１５を形成する工程（図２）、
３）形成されたプラグ電極１５の周囲に層間絶縁膜１６を形成する工程（図３（Ａ））、
４）層間絶縁膜１６の表面を平滑化してプラグ電極１５の頂部を露出させる工程（図３（Ｂ））、
５）層間絶縁膜１６およびプラグ電極１５の頂部上に非晶質の第２半導体膜２２を形成する工程（図３（Ｃ）〜図５）、
６）非晶質の第２半導体膜２２にエネルギーを供給して露出したプラグ電極１５を触媒として機能させて非晶質の第２半導体膜２２を結晶化させる工程（図６）。
以下詳細に説明する。
【００３９】
（第１半導体装置形成工程）
まず従来のリソグラフィ法等を適用して第１半導体装置を形成する。第１半導体装置としては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を例示する。この半導体装置形成工程はオプショナルなものであり、下層側の第１半導体膜を利用した半導体装置を設ける必要がない場合には第１半導体膜の形成以降の工程は不要である。
図１（Ａ）に示すように、所定の基板（ガラス基板、石英ガラス基板）１上に非晶質のシリコンを堆積させて非晶質シリコン膜を形成する。非晶質シリコン膜の膜厚は、任意である。その形成方法としては、各種ＣＶＤ（化学気相成長、Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法、蒸着法が適用可能である。例えば、ＬＰＣＶＤ( Low Pressure Chemical Vapor Deposition )法を用いて、５４５℃の基板温度においてシラン（ＳｉＨ4）ガスを導入して５０ｎｍ程度の非晶質シリコン膜を堆積することができる。
【００４０】
オプショナルで、基板１と非晶質シリコン膜との間に下地絶縁膜を形成してもよい。この下地絶縁膜は、例えば、酸化シリコン膜よりなり、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００４１】
次いで、非晶質シリコン膜を他の素子と分離し一つの半導体装置のための島状の第１半導体膜３とする。例えば、非晶質シリコン膜上にフォトレジスト膜を形成し、露光・現像することにより島状にフォトレジスト膜を残存させる。次いで、残存するフォトレジスト膜をマスクにドライエッチングすることにより島状のシリコン膜を形成する。その後、残存するフォトレジスト膜をアッシングにより除去する。このフォトレジストの形成、露光・現像およびレジスト除去までの一連の工程を「パターニング」という。このような分離法をメサ分離法という。メサ分離法の他には、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）法やトレンチ分離法などを適用することが可能である。
【００４２】
次に図１（Ｂ）に示すように、第１半導体膜３上にゲート絶縁膜５を形成する。ゲート絶縁膜５の膜厚は任意である。ゲート絶縁膜５の形成方法は、熱酸化法、ＣＶＤ法等の各種絶縁膜の形成方法を適用可能である。例えば、第１半導体膜３の表面を所定の条件下、例えば酸素およびクリプトンＫｒの混合ガス（ガス容量比、酸素Ｏ2：Ｋｒ＝３：９７）を用い、圧力１ｔｏｒｒ、電力３ｋＷ、基板温度４００℃の条件下でプラズマ酸化することにより５ｎｍ程度の膜厚の酸化シリコンによるゲート絶縁膜５を形成することができる。
【００４３】
次に図１（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜５上にゲート電極７を形成し、ゲート電極７をマスクとして不純物イオンを第１半導体膜３に注入（ドーピング）することにより、ソース・ドレイン領域９を形成する。ゲート電極７は、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等を電極材料として用いた単層構造または複数層構造とすることができる。ゲート電極７の形成方法としては、蒸着法やスパッタリング法により金属膜を一様に形成し、その後にフォトリソグラフィ法を用いて金属膜をパターニングするというものである。次いで、不純物イオンの注入により、高濃度不純物領域であるソース・ドレイン領域９を形成する。ソース、ドレイン領域９の間の第１半導体膜３はチャネル領域となる。注入する不純物イオンは、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する場合には、ｎ型不純物（例えば、リンなど）を注入し、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する場合には、ｐ型不純物（例えば、ホウ素など）を注入する。なお、ソース、ドレイン領域を形成する不純物以外に、閾値調整用不純物などの不純物が注入されることがある。
【００４４】
なお、ゲート電極にサイドウォールを形成してから不純物イオンを導入することで不純物濃度が異なる領域を半導体膜に形成することにより、ＬＤＤ(Lightly Doped Drain)構造等の電流漏れ防止構造を有する半導体装置を形成してもよい。
【００４５】
オプショナルで、ソース・ドレイン領域９上にシリサイド膜６を形成する。例えば、第１半導体膜３上にスパッタリング法によりニッケル（Ｎｉ）膜を堆積し、熱処理を施すことにより、ニッケル膜とシリコンである第１半導体膜３との接触部にニッケルシリサイドを形成する。このシリサイド膜６は、コンタクト抵抗の低減のために形成する。未反応のＮｉ膜は除去することが好ましい。
以上の工程により、薄膜トランジスタである第１半導体装置１０が形成される。
【００４６】
（プラグ電極形成工程）
次いで第１半導体膜上にプラグ電極１５を形成する。
まず、図２（Ａ）に示すように、ソース・ドレイン領域９、およびゲート電極７に対してプラグ電極を配置すべき位置に金属層１１を形成する。
【００４７】
金属層１１は、カーボンナノチューブを成長させる触媒層であり、金属材料としてはニッケルを例示する。金属層１１の厚みは、カーボンナノチューブ形成の核となりうる程度の厚みがあれば十分である。金属層１１の形成方法は、金属の成膜方法を種々適用可能である。例えば、基板温度２００℃でアルゴンガス１００％、圧力１５ｍｔｏｒｒという条件において、電力１ｋＷでのスパッタリング法を適用して約８ｎｍまでニッケルを成膜する。
【００４８】
金属層の形成後、パターニングをしてカーボンナノチューブの形成領域の層をパターン化する。すなわち、ソース・ドレイン領域９上のシリサイド膜６およびゲート電極７上のプラグ電極設置位置に金属層１１のパターンを形成する。但し、総ての電極をカーボンナノチューブで形成する必要はなく、例えば、ソース・ドレイン電極の片方または双方のみをカーボンナノチューブ製のプラグ電極とし、ゲートについては通常の金属材料によるプラグ電極としてもよい。具体的には、カーボンナノチューブの成長に必要な直径、例えば１μｍの大きさにパターニングしてプラグ電極のコンタクト領域となる金属層１１を形成する。パターニングのためのエッチング液としては、例えば、硝酸（６５％）：硫酸（９８％）：酢酸：水が、５：５：２：２８の比率の混酸を室温下で用いることができる。
【００４９】
次いで図２（Ｂ）に示すように、高周波プラズマを印加して金属層１１に核を形成する。高周波プラズマはカーボンナノチューブの成長に適する所定条件下で印加する。例えば、高周波プラズマＣＶＤ装置を用いて、基板温度４００℃、アンモニア雰囲気下、圧力０．６４ｔｏｒｒ、印加電力９０Ｗの条件下で、所定時間高周波プラズマ１３を印加する。この処理により金属層１１がナノメータサイズの島状の核を有するように変換される。
【００５０】
なお、シリサイド膜６の表面に直接的にカーボンナノチューブを形成可能なニッケルシリサイドの核が形成されている場合には、当該工程は不要である。また金属層に高周波プラズマを印加しなくてもカーボンナノチューブを成長可能である場合には高周波プラズマ印加は不要である。
【００５１】
次いで図２（Ｃ）に示すように、所定の雰囲気下でカーボンナノチューブを成長させてプラグ電極１５を形成する。カーボンナノチューブは、炭素原子を含むガス（例えばメタン）を用いたＣＶＤ法にて成長可能なことが知られている。例えば、ＰＥＣＶＤ（Plasma-enhanced Physical Vapor Deposition）装置に所定濃度のメタンおよび水素ガス（例えばメタン１０ｓｃｃｍ、水素１００ｓｃｃｍ）を導入し、圧力０．９ｔｏｒｒ、印加電力５０Ｗの条件下で２０分間維持することにより、一定の高さにまでカーボンナノチューブを成長させることが可能である。このときの雰囲気温度は、４００℃程度とする。成長条件および成長時間は、必要とするプラグ電極１５の長さによって決定することが可能である。成長の過程で、カーボンナノチューブ内に有機分子を挿入させるようにしてもよい。その他、レーザ蒸発法を適用してカーボンナノチューブを形成してもよい。
【００５２】
（層間絶縁膜形成工程）
本実施形態では、以下説明するように、３つのプラグ電極１５のうちゲート電極７とドレイン領域９とに接続しているプラグ電極１５を配線１７に接続し、ソース領域９に接続しているプラグ電極１５を上層の第２半導体膜に接続するものとして説明する。但し、他のゲート電極やドレイン電極についてのプラグ電極を上層の第２半導体膜に接続してもよい。上下層の半導体装置相互の配線構造により任意の電極接続構造を選択すればよい。
【００５３】
まず図３（Ａ）に示すように、プラグ電極１５の周囲に層間絶縁膜１６を形成する。層間絶縁膜１６の厚みは、上記プラグ電極１５の高さに依存するが、上下の半導体膜間の絶縁が十分に果たせる程度の厚みであって、かつ、平滑化の時間が多くなりすぎない程度の厚みの範囲とする。層間絶縁膜１６の形成方法としては、通常の絶縁膜形成方法を適用可能である。例えば、ＴＥＯＳ (tetraethoxysilane)を用いて所定条件にてプラグ電極１５が総て隠れる程度の厚みに層間絶縁膜を形成する。
【００５４】
次いで図３（Ｂ）に示すように、層間絶縁膜１６の表面を所定の方法で平滑化する。平滑化の方法は種々考えられるが、例えばＣＭＰ法等の研磨法、エッチング法が考えられる。例えば、ＣＭＰ法を適用する場合、ＣＭＰ装置の制御パラメーターとして、研磨荷重、定盤の回転速度、ヘッドの回転速度、スラリーの選択・供給方法、コンディショニングの条件・頻度などを適正に設定し、層間絶縁膜の表面を平滑化する。プラグ電極１５の表面が露出する程度に研磨すれば十分である。好ましくは、確実にカーボンナノチューブの表面を出すために、酸素等によるアッシング法を適用し、カーボンナノチューブの残渣を取り除くようにしてもよい。
【００５５】
次いで図３（Ｃ）に示すように、露出したプラグ電極１５に接触するように配線１７を形成する。配線１７は、通常の金属配線形成方法が適用可能である。例えば、アルミニウム等の金属層を形成した後、配線パターンに基づきフォトリソグラフィ法によりパターニングして、ゲート電極７およびドレイン領域９と接続しているプラグ電極１５についての配線１７を形成する。
【００５６】
そして図４（Ａ）に示すように、ソース領域９と接続しているプラグ電極１５については、さらにカーボンナノチューブを再度成長させる。成長条件は上記したとおりである。
【００５７】
次いで図４（Ｂ）に示すように、ソース領域９と接続しているプラグ電極１５の周囲に層間絶縁膜１８を形成する。層間絶縁膜１８の形成は、下層の層間絶縁膜１６と同様である。すなわち、ＴＥＯＳを用いて所定条件にてプラグ電極１５が総て隠れる程度の厚みに層間絶縁膜１８を形成する。
【００５８】
（平滑化工程）
次いで図５（Ａ）に示すように、層間絶縁膜１８の表面を平滑化してプラグ電極１５の頂部を露出させる。平滑化の方法としては研磨法、エッチング法等、種々考えられる。例えば、ＣＭＰ法を適用することにより、プラグ電極１５の頂部が見えるまで研磨する。ＣＭＰ法の詳細については上述のとおりである。アッシング法を適用可能である点も上述のとおりである。
【００５９】
（第２半導体膜形成工程）
次いで図５（Ｂ）に示すように、平滑化した層間絶縁膜１８および露出したプラグ電極１５の頂部上に非晶質の第２半導体膜２２を形成する。悲壮質の第２半導体膜２２の厚みについては、薄膜トランジスタの機能膜として機能することが可能な厚みに形成する。非晶質の第２半導体膜２２の形成方法としては、各種ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法が適用可能である。例えば、ＬＰＣＶＤ( Low Pressure Chemical Vapor Deposition )法を用いる場合、４２５℃の基板温度においてＳｉ2Ｈ6ガスを３０ｓｃｃｍの濃度で導入する条件下で、２５０ｎｍ程度の非晶質のシリコン膜を堆積することが可能である。
【００６０】
（第２半導体膜結晶化工程）
次いで図６（Ａ）に示すように、非晶質の第２半導体膜２２にエネルギーを供給してプラグ電極１５を触媒として機能させ第２半導体膜を結晶化させる。印加するエネルギー源としては加熱、光照射等、種々の方法が考えられるが、特定領域の半導体膜を結晶化させるためには、レーザ光を照射することが好ましい。印加するレーザ光の強度は半導体膜の結晶化に必要な程度とする。例えば、波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いる場合、１．５Ｊ／ｃｍ2の強度で照射する。
【００６１】
このレーザ光の照射により、図６（Ｂ）に示すように、プラグ電極１５の頂部の炭素原子構造を核として非晶質の半導体膜に結晶が成長していき、例えば５μｍ以上のグレインサイズの単結晶を有する結晶化した第２半導体膜２３を形成可能である。
【００６２】
（第２半導体装置形成工程）
次に図７に示すように、第２半導体膜２３を機能層として利用した第２半導体装置２０を形成する。第２半導体装置としては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を例示する。第２半導体装置形成工程はオプショナルな工程であり、半導体装置を形成する必要がない場合には不要な工程である。
【００６３】
第２半導体装置２０の具体的な製法については、従来の半導体装置の製造方法を種々適用可能である。例えば、第２半導体膜２３上にゲート絶縁膜２６、ゲート電極２７を形成し、ゲート電極２７をマスクとして第２半導体膜２３に不純物イオンを導入し、ソース・ドレイン領域２９とする。ゲート電極２７の下層がチャネル領域となる。必要に応じてソース・ドレイン領域２９上にニッケル層を形成し熱処理を施すことにより、ソース・ドレイン領域２９上にシリサイド膜を形成する。以上により、第２半導体装置２０が形成される。
【００６４】
さらに上記第１半導体装置１０について施した製造方法と同様にして、層間絶縁膜３０を形成し、第２半導体装置２０のソース・ドレイン領域２９およびゲート電極２７の電極形成位置にコンタクトホール３１を形成してから金属層を成膜してからパターニングする。この処理によって、第２半導体装置２０のソース・ドレイン領域２９およびゲート電極２７に接続する配線３２が形成される。必要に応じて、層間絶縁膜３０および配線３２上に保護層３３を形成する。
以上の処理により、三次元半導体装置１００が製造される。
【００６５】
以上、実施形態１によれば以下の利点を有する。
１）本実施形態１によれば、カーボンナノチューブを触媒として機能するので、単なるアニール処理をする場合に比べて第２半導体膜の結晶化を大幅に促進することが可能である。
【００６６】
２）本実施形態１によれば、プラグ電極を構成するカーボンナノチューブが半導体膜中の原子（シリコン）と反応を生じにくいため、半導体化合物（シリサイド）が形成されることがなく、その結果、ボイド等を生じることによる体積変化を生じたりすることがない。このため、半導体膜の特性劣化を抑制可能であり、また、プラグ電極と半導体膜とのコンタクト抵抗が増加することを抑制可能である。
【００６７】
３）本実施形態１によれば、プラグ電極を形成するカーボンナノチューブは比較的低い温度、すなわち４００℃程度の低温域で成長可能であるため、プラグ電極形成過程で下層の半導体膜に熱的な悪影響を与える可能性が無く、三次元半導体装置の上下層の接続電極として適している。
【００６８】
４）本実施形態１によれば、プラグ電極を形成するカーボンナノチューブは金属材料に比べても非常に高い融点を有するため、プロセス中の熱によって物理的に安定であり、半導体膜中に電極構成材料が拡散して結晶化を阻害することを防止可能である。
【００６９】
５）本実施形態１によれば、プラグ電極を形成するカーボンナノチューブは金属材料に比べても非常に高い熱伝導率を有するので、層間絶縁膜や半導体膜に囲まれており蓄熱しやすい三次元半導体装置の内部から放熱させるヒートシンクとして機能させることも可能である。
【００７０】
６）本実施形態１によれば、プラグ電極を形成するカーボンナノチューブは金属材料と比べても非常に低い電気伝導度を有するので、プラグ電極を流れる電流による発熱量が些少であり、熱が籠もりやすい三次元半導体装置の内部での熱の発生自体を抑制することが可能である。
【００７１】
７）本実施形態１によれば、金属層１１に高周波プラズマを印加して核を形成してからＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを成長させるので、容易に、かつ、短時間に、所望の高さのプラグ電極１５を形成することが可能である。
【００７２】
（実施形態２）
実施形態２は、下層側の第１半導体膜についてもカーボンナノチューブを触媒として機能させて結晶化する半導体装置の製造方法に関する。
【００７３】
本実施形態２における層構造および製造工程の詳細については、前記実施形態１と同様であるため、同様の工程・構造については同一の符号を付することとし、その説明を省略する。
【００７４】
図８及び図９は、本実施形態１の半導体装置の製造方法を説明する製造工程断面図である。本実施形態２に係る半導体装置の第２の製造方法は、大きく以下の工程を備える。
【００７５】
１）透光性基板１ａ上に非晶質の第１半導体膜２を形成する工程（図８（Ａ））、
２）非晶質の第１半導体膜２上にプラグ電極１５を形成する工程（図８（Ｂ）（Ｃ））、
３）ゲート絶縁膜４を形成する工程（図８（Ｄ））、
４）透光性基板１ａの裏面側からエネルギーを供給して非晶質の第１半導体膜２を結晶化させる工程（図８（Ｅ）、図９（Ａ））、
５）第１半導体装置形成工程（図９（Ｃ））。
以下詳細に説明する。
【００７６】
（非晶質の第１半導体膜形成工程）
まず図８（Ａ）に示すように、透光性基板１ａ上に非晶質の第１半導体膜２を形成する。透光性基板１ａとしては、半導体プロセスの熱に対する耐性・ハンドリングに対する機械的耐性があり、かつ、透過する光の減衰率がなるべく少ない基板であることが望ましい。例えば、ガラス基板、石英ガラス基板を利用可能である。透光性基板１ａの厚みは、耐熱性・耐久性の他に、光減衰率も考慮して決定する。
【００７７】
透光性基板１ａ上に非晶質のシリコンを堆積させる。非晶質シリコン膜の膜厚は、任意である。その形成方法としては、各種ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法が適用可能である。例えば、ＬＰＣＶＤ法を用いて、５４５℃の基板温度においてシラン（ＳｉＨ4）ガスを導入して５０ｎｍ程度の非晶質シリコン膜を堆積することができる。
【００７８】
オプショナルで、基板１と非晶質シリコン膜との間に下地絶縁膜を形成してもよい。この下地絶縁膜は、例えば、酸化シリコン膜よりなり、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００７９】
次いで、非晶質シリコン膜を他の素子と分離する。例えば、フォトリソグラフィ法を適用して、非晶質シリコン膜をパターニングして島状の非晶質の第１半導体膜２を残存させる。ＬＯＣＯＳ法やトレンチ分離法などを適用してもよい。
【００８０】
（プラグ電極形成工程）
次に図８（Ｂ）に示すように、非晶質の第１半導体膜上に金属層１１を島状に形成する。金属層の材料、厚み、形成方法は、上記実施形態１と同様である。オプショナルで、上述したように高周波プラズマを引加し、金属層１１に核を形成してもよい。また、第１半導体膜２上にシリサイド膜を形成してもよい。
【００８１】
次に図８（Ｃ）に示すように、所定の雰囲気下でカーボンナノチューブを成長させてプラグ電極１５を形成する。カーボンナノチューブの形成方法は、上記実施形態１と同様である。
【００８２】
（ゲート絶縁膜形成工程）
次いで図８（Ｄ）に示すように、カーボンナノチューブが若干成長した段階でゲート絶縁膜４を形成する。ゲート絶縁膜の形成方法は、上記実施形態１と同様である。
【００８３】
なお、第１半導体膜を用いて半導体装置を形成しない場合には、当該工程を実施する必要はないが、プラグ電極１５を保護するために層間絶縁膜を形成してから、後述するレーザ照射をすることが好ましい。
【００８４】
（第１半導体膜結晶化工程）
次いで図８（Ｅ）に示すように、透光性基板１ａの裏面側からエネルギーを供給して第１半導体膜２に接しているプラグ電極１５を触媒として機能させて非晶質の第１半導体膜２を結晶化させる。印加するエネルギー源としては加熱、光照射等、種々の方法が考えられるが、特定領域の半導体膜を結晶化させるためには、レーザ光８を照射することが好ましい。印加するレーザ光の強度は半導体膜の結晶化に必要な程度とする。例えば、波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いる場合、１．５Ｊ／ｃｍ2の強度で照射する。当該工程により、非晶質の第１半導体膜２に接触しているプラグ電極１５を核として第１半導体膜２の結晶化が促進され、例えば５μｍ以上のグレインサイズの単結晶を有する結晶化した第１半導体膜３を形成可能である（図９（Ａ））。
【００８５】
（第１半導体装置形成工程）
本実施形態では、第１半導体膜の結晶化工程においてカーボンナノチューブで形成されたプラグ電極１５を保護するために、以下の工程では二段階のプラグ電極成長を実施している。すなわち、第１半導体膜の結晶化に必要な程度までプラグ電極１５を成長させてから（図８（Ｃ））、一旦ゲート絶縁膜４を形成してプラグ電極１５を保護し（図８（Ｄ））、第１半導体膜の結晶化を行なった後（図８（Ｅ）、図９（Ａ））、再びプラグ電極を成長させる。そのため、第１半導体装置形成工程の他に、ゲート絶縁膜の平滑化工程およびカーボンナノチューブで形成されるプラグ電極再形成工程を有している。但し、カーボンナノチューブの保護が不要な場合には、ゲート絶縁膜の平滑化工程（図９（Ｃ））およびプラグ電極再形成工程（図９（Ｄ））は不要である。
【００８６】
まず図９（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜４上にゲート電極７を形成し、ゲート電極７をマスクとして第１半導体膜３に不純物イオンを導入し、ソース・ドレイン領域９とする。ゲート電極７の下層がチャネル領域となる。必要に応じてソース・ドレイン領域９上にニッケル層を形成し熱処理を施すことにより、ソース・ドレイン領域９上にシリサイド膜を形成する。以上により、第１半導体装置１０が形成される。
【００８７】
次いで図９（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜４の表面を平滑化してプラグ電極１５の頂部を露出させる。平滑化の方法としては研磨法、エッチング法等、種々考えられる。例えば、ＣＭＰ法を適用することにより、プラグ電極１５の頂部が見えるまで研磨する。ＣＭＰ法の詳細については上述のとおりである。アッシング法を適用可能である点も上述のとおりである。
【００８８】
次いで図９（Ｄ）に示すように、露出したプラグ電極１５をさらに成長させる。プラグ電極１５を必要な高さまで成長させた後は、上記実施形態１と同様に、層間絶縁膜形成工程、平滑化工程、第２半導体膜形成工程、第２半導体膜結晶化工程等を実施して、第２半導体装置を形成すればよい。
【００８９】
以上、本実施形態２によれば、透光性基板の裏面側からレーザ光を照射するので、カーボンナノチューブで形成されたプラグ電極１５を触媒として機能させて下層の第１半導体膜２の結晶化を促進することが可能である。
【００９０】
本実施形態２によれば、下層の第１半導体膜２も上層の第２半導体膜２３と同じくカーボンナノチューブの触媒機能を利用して結晶化させるので、第１半導体膜の主たる結晶面方位と第２半導体膜の主たる結晶面方位とを同じにすることが可能である。よって、半導体膜の特性を上下層で揃えることが可能となる。この工程を繰り返すことにより、均一な特性を有する半導体装置を備えた三次元半導体装置を提供することが可能である。
【００９１】
（実施形態３）
本発明の実施形態３は、上記実施形態の製造方法で製造された三次元半導体装置を備える電気光学装置および電子機器に関する。
【００９２】
図１０に、電気光学装置を用いた電子機器の例を示す。図１０（Ａ）は携帯電話への適用例であり、図１０（Ｂ）は、ビデオカメラへの適用例である。また、図１０（Ｃ）は、テレビジョンへ（ＴＶ）の適用例であり、図１０（Ｄ）は、ロールアップ式テレビジョンへの適用例である。
【００９３】
上記実施形態の製造方法で製造された三次元半導体装置は、例えば、電気光学装置（表示部）に用いられる。以下に電気光学装置を備えた電子機器を例示する。
【００９４】
図１０（Ａ）に示すように、携帯電話５３０には、アンテナ部５３１、音声出力部５３２、音声入力部５３３、操作部５３４および電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電子機器に本発明の半導体装置を組み込むことができる。
【００９５】
図１０（Ｂ）に示すように、ビデオカメラ５４０には、受像部５４１、操作部５４２、音声入力部５４３および電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電子機器に本発明の半導体装置を組み込むことができる。
【００９６】
図１０（Ｃ）に示すように、テレビジョン５５０は、電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電子機器に本発明の半導体装置を組み込むことができる。
なお、パーソナルコンピュータ等に用いられるモニタ装置（電気光学装置）にも本発明の半導体装置を組み込むことができる。
【００９７】
図１０（Ｄ）に示すように、ロールアップ式テレビジョン５６０は、電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電子機器に本発明の半導体装置を組み込むことができる。
【００９８】
なお、電気光学装置を有する電子機器としては、上記の他、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電子手帳、電光掲示板、宣伝広告用ディスプレイなどがある。
【００９９】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。すなわち、上記実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施の形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１００】
例えば、上記実施形態では、第１半導体膜についても第２半導体膜についても半導体装置（薄膜トランジスタ）を形成する場合を例示したが、これに限定されない。下層の半導体装置と上層の半導体装置とを異なる種類（例えば薄膜トランジスタとダイオード等）としてもよい。
【０１０１】
また、第１半導体膜および第２半導体膜の一方にだけ半導体装置を形成してもよい。例えば、上層の第２半導体膜にのみ半導体装置を形成する場合には、下層の第１半導体膜を、カーボンナノチューブで形成されたプラグ電極の成長土台、電極、ヒートシンクとして機能させることが可能である。
【０１０２】
さらに、上記実施形態において、第２半導体膜結晶化工程または第２半導体装置形成工程の後に、上記の半導体装置の製造方法を繰り返すことによって、３層以上の半導体膜を備える三次元半導体装置を提供することが可能である。具体的には、結晶化された第２半導体膜２３上にさらにプラグ電極１５を形成するというように当該半導体装置の製造方法を複数回繰り返すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）は第１半導体膜形成工程、（Ｂ）はゲート絶縁膜形成工程、（Ｃ）は第１半導体装置形成工程。
【図２】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）は電極層形成工程、（Ｂ）は高周波プラズマ供給（核形成）工程、（Ｃ）はプラグ電極形成工程。
【図３】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）は層間絶縁膜形成工程、（Ｂ）は平滑化工程、（Ｃ）は配線形成工程。
【図４】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）はプラグ電極再形成工程、（Ｂ）は層間絶縁膜形成工程。
【図５】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）は平滑化工程、（Ｂ）は第２半導体膜形成工程。
【図６】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）は第２半導体膜結晶化工程、（Ｂ）は結晶化後の第２半導体膜。
【図７】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、製造された三次元半導体装置の断面図。
【図８】本発明に係る実施形態２の製造工程断面図であり、（Ａ）は第１半導体膜形成工程、（Ｂ）は電極層形成工程、（Ｃ）はプラグ電極形成工程、（Ｄ）はゲート絶縁膜形成工程、（Ｄ）は第１半導体膜結晶化工程。
【図９】本発明に係る実施形態２の製造工程断面図であり、（Ａ）は結晶化後の第１半導体膜断面図、（Ｂ）は第１半導体装置形成工程、（Ｃ）は平滑化工程、（Ｄ）はプラグ電極再形成工程。
【図１０】実施形態３に係る電子機器の例示であり、（Ａ）は携帯電話、（Ｂ）は腕時計、（Ｃ）は携帯型情報処理装置。
【符号の説明】
【０１０４】
１…基板、１ａ…透光性基板、２…非晶質第１半導体膜、３…結晶化第１半導体膜、４…ゲート絶縁膜、５…ゲート絶縁膜、６…シリサイド膜、７…ゲート電極、９…ソース・ドレイン領域、１０…第１半導体装置、１１…金属層、１５…プラグ電極、１６…層間絶縁膜、１７…配線、１８…層間絶縁膜、２０…第２半導体装置、２２…非晶質第２半導体膜、２３…結晶化第２半導体膜、２６…ゲート絶縁膜、２７…ゲート電極、２９…ソース・ドレイン領域、３０…層間絶縁膜、３２…配線、３３…保護層、５３０…携帯電話、５３１…アンテナ部、５３２…音声出力部、５３３…音声入力部、５３４…操作部、５４０…ビデオカメラ、５４１…受像部、５４２…操作部、５４３…音声入力部、５５０…テレビジョン、５６０…ロールアップ式テレビジョン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体膜が複数積層された半導体装置の製造方法および半導体装置等に係り、特に、下層の半導体膜と上層の半導体膜とを接続するプラグ電極にカーボンナノチューブを利用する発明に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）装置などの電気光学装置では、画素駆動用のトランジスタとして、又は、パネルを駆動するための駆動回路として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が用いられている。
【０００３】
これらの装置は、低温プロセスによって製造することにより耐熱性の低い安価な基板が使用できるなどのメリットがあるため、低温プロセスを利用した薄膜トランジスタの製造方法が種々開発されている。
【０００４】
なかでも、本発明者らによる下記特許文献１に記載の技術は、半導体膜（半導体装置）が複数積層された立体的な構造の半導体装置（以下「三次元半導体装置」ともいう。）を低温プロセスにより形成する有効な方法である。当該発明によれば、低温プロセスを用いることによるメリットに加え、配線遅延を低減し、半導体装置のチップ面積を削減できる等の三次元半導体装置のメリットも享有することができていた。
【特許文献１】特開２００６−３１０７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本明細書の実施の形態において追って詳細に説明するように、低温プロセスにおいて欠かせない上層の半導体膜をレーザー照射にて結晶化する際、上層の半導体膜と下層の半導体膜とを接続するプラグ電極の金属が半導体膜中に拡散し、上層の半導体膜の結晶化を阻害し、トランジスタ特性を劣化させる可能性があった。また、プラグ電極と上層の半導体膜を構成するシリコンとの間に体積膨張を伴うシリサイドが形成され、その体積変化によってボイドなどが発生し、コンタクト抵抗が増加するといった問題も生じていた。
【０００６】
そこで、本発明は、三次元半導体装置における特性を向上させることができる製造方法および装置構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１―１）上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、複数の半導体膜が積層された半導体装置の製造方法であって、第１半導体膜上にカーボンナノチューブを備えるプラグ電極を形成する工程と、形成されたプラグ電極の周囲に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の表面を平滑化してプラグ電極の頂部を露出させる工程と、層間絶縁膜およびプラグ電極の頂部上に非晶質の第２半導体膜を形成する工程と、非晶質の第２半導体膜にエネルギーを供給して露出したプラグ電極を触媒として機能させて非晶質の第２半導体膜を結晶化させる工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
かかる発明は、カーボンナノチューブに非晶質の半導体膜を接触させエネルギーを印加させると非晶質の半導体膜が結晶化するという発見に基づいて、本願発明者が想到したものである。半導体膜を結晶化させた後のカーボンナノチューブには構造が変化していないため、本発明において、カーボンナノチューブは、いわゆる触媒として機能していると考えられる。上記本発明によれば、半導体膜が複数積層された立体的な構造の三次元半導体装置を製造するにあたり、第１半導体膜にカーボンナノチューブによるプラグ電極が形成され、カーボンナノチューブで形成されたプラグ電極に接触して非晶質の第２半導体膜が形成されている。この状態で、非晶質の第２半導体膜にエネルギーを供給すれば、カーボンナノチューブが触媒として機能し、非晶質の第２半導体膜が結晶化され、トランジスタ等の機能性膜として機能させることが可能となる。
【０００９】
本発明によれば、カーボンナノチューブが触媒として機能するだけなので、半導体膜中にカーボンナノチューブが拡散し、半導体膜の結晶化を阻害するといった問題を生じない。また、本発明によれば、カーボンナノチューブを利用することにより半導体膜の組成物との化合物を生じることがないので、半導体膜に体積変化を起こすことがなく、コンタクト抵抗の増加に伴う半導体膜の特性劣化という問題が生じない。
【００１０】
（１−２）上記の製法により形成された本発明の半導体装置は、第１半導体膜と、第１半導体膜上に形成されたカーボンナノチューブにより形成されているプラグ電極と、電極の周囲に形成されている層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成され、プラグ電極に接続された第２半導体膜と、を含み、第２半導体膜がプラグ電極を触媒として機能させることにより結晶化されていることを特徴とする。
かかる発明の半導体装置では、第２半導体膜の結晶構造を分析すれば、第２半導体膜がプラグ電極を形成するカーボンナノチューブが触媒として機能することにより結晶化したものであることが確認できることになる。
【００１１】
具体的には、本発明は以下の態様を備えることが可能である。
（１−３）まず、本発明の半導体装置の製造方法において、第１半導体膜上にカーボンナノチューブを成長させる金属層を形成する工程と、金属層に高周波プラズマを印加して金属層に核を形成する工程と、金属層からカーボンナノチューブを成長させてプラグ電極を形成する工程と、を備えることは好ましい。
【００１２】
かかる発明によれば、高周波プラズマを印加すると、そのエネルギーにより金属層に核が形成され、カーボンナノチューブを成長させる雰囲気に維持されることで、金属層の核にからカーボンナノチューブの構造体が成長し、導電性を備えるプラグ電極が形成される。
【００１３】
（１−４）ここで、上記金属層は、ニッケル、コバルト、および鉄からなる群から選ばれる金属であることが好ましい。
かかる金属は、カーボンナノチューブを成長させることが可能な核を形成する金属として確認されている金属なのである。
【００１４】
本発明は、好適には以下の工程・構成を備えることが可能である。
（２―１）まず、本発明の製造方法は、第１半導体膜上にプラグ電極を形成する工程の前に、透光性基板上に非晶質の第１半導体膜を形成する工程を備え、プラグ電極を形成する工程の後に、非晶質の第１半導体膜に透光性基板の裏面側からエネルギーを供給して当該第１半導体膜に接しているプラグ電極を触媒として機能させて非晶質の第１半導体膜を結晶化させる工程を備えることが可能である。
【００１５】
かかる発明によれば、透光性基板を用いているので、非晶質の第１半導体膜を形成し、プラグ電極を形成した後、透光性基板の裏面からエネルギーを供給することにより、プラグ電極を触媒として機能させて非晶質の第１半導体膜を結晶化させることができる。よって、最下層の半導体膜であってもカーボンナノチューブを触媒として機能させて半導体膜を結晶化することが可能である。
【００１６】
（２−２）上記の製法により形成された本発明の半導体装置は、第１半導体膜がプラグ電極を触媒として機能させることにより結晶化されていることになる。
かかる発明によれば、第１半導体膜の結晶構造を分析すれば、第１半導体膜がプラグ電極を形成するカーボンナノチューブが触媒として機能することにより結晶化したものであることが確認できることになる。
（２−３）本発明によって形成された半導体装置では、カーボンナノチューブの触媒機能を利用して第１半導体膜を結晶化させた場合には、第１半導体膜の主たる結晶面方位と第２半導体膜の主たる結晶面方位とが同じとなる。
同じカーボンナノチューブで形成されたプラグ電極の触媒機能を利用して結晶化された半導体膜であるため、結晶構造である結晶面方位が同じになるのである。
【００１７】
（１／２）ここで、上記第１および／または第２半導体膜を結晶化させるためのエネルギーは、レーザ光を照射することにより供給されることが好ましい。
かかる発明は、レーザ光を照射することによりカーボンナノチューブのプラグ電極が触媒として機能し、当該プラグ電極に接する半導体膜を結晶化させることができることが確認されていることによるものである。
【００１８】
（３）本発明において、第２半導体膜を結晶化させる工程の後に、上記の半導体装置の製造方法を１以上繰り返して、プラグ電極に接続された３層以上の半導体膜を積層することが可能である。
上記半導体装置の製造方法を適用することにより第１半導体膜上に形成された第２半導体膜を結晶化させることが可能であるため、結晶化された第２半導体膜上にさらにプラグ電極を形成するというように当該半導体装置の製造方法を複数回繰り返せば、３層以上の半導体膜を形成可能なのである。
【００１９】
（４）本発明において、各半導体膜を含む半導体装置を形成する工程を含むことができる。
各半導体膜に対し従来の技術を適用し、個別具体的に半導体装置を製造する趣旨である。いずれの半導体膜を半導体装置に形成するかは任意であり、第２半導体膜のみに半導体装置を形成しても、第１半導体膜のみに半導体装置を形成しても、また双方の半導体膜に半導体装置を形成してもよい。
【００２０】
（５）また本発明は、上記に記載の半導体装置の製造方法で製造された半導体装置、または、上記に記載の半導体装置を有する電気光学装置または電子機器でもある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
【００２２】
（定義）
本明細書における幾つかの用語を以下のように定義する。
「半導体膜」：半導体元素を主成分として含む膜をいい、結晶した半導体のみならず、結晶前の非晶質半導体を含む概念である。「半導体」としては、以下の実施形態ではシリコン（Ｓｉ）を例示するが、カーボンナノチューブの触媒機能により結晶化が可能な元素であれば、ゲルマニウム等他の半導体元素を用いてもよい。
【００２３】
「カーボンナノチューブ」：炭素から形成される微細チューブをいう。通常、六角形や五角形、七角形の多角形網目構造を備えるが、その構造に限定はない。チューブの内部に有機分子等を含むことにより導電性を備えた複合体である場合を含む。金属的な性質を持つアームチェア（Armchair）型や、半導体的な性質を持つジグザグ型・らせん型がある。またシングルウォール（単層）型であるかマルチウォール（多層）型であるかを問わない。内部に所定の分子、例えば有機分子を含んだ場合も含む。
【００２４】
「プラグ電極」：下層の半導体膜と上層の半導体膜または金属層とを接続する柱状の電極という意味である。
【００２５】
「平滑化」：絶縁膜の表面を滑らかにするための処理をいい、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を適用して研磨する場合、エッチング等によりエッチバックする場合等を含む。
【００２６】
「エネルギー」：半導体膜を結晶化するために与えられるパワーであり、レーザ照射による他、熱や電磁波の供給により印加される場合を含む。
【００２７】
「金属層」：カーボンナノチューブを成長させることが確認されている金属元素であり、ニッケル、コバルト、または鉄がある。ただし、カーボンナノチューブを成長させることができる元素であれば金属に限らず本発明に適用可能である。
【００２８】
「半導体装置」：半導体膜の所定の機能を実現するための素子をいい、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や薄膜ダイオードなどの薄膜を用いて構成された機能素子が例示できる。
【００２９】
「触媒として機能」：自ら物理的・化学的に変化することなく他の組成物に物理的・化学的作用を生じさせる機能をいう。
【００３０】
「電気光学装置」：電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変化させる電気光学素子を備えた装置一般をいい、自ら光を発するものと外部からの光の通過を制御するもの双方を含む。例えば、電気光学素子として、液晶素子、電気泳動素子、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、電界の印加により発生した電子を発光板に当てて発光させる電子放出素子などが挙げられる。
【００３１】
「電子機器」：複数の素子または回路の組み合わせにより一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。ここで電子機器は、回路基板を一枚または複数備えることが可能である。その構成に特に限定が無いが、例えば、携帯電話、腕時計、パーソナルコンピュータ、ＩＣカード、ビデオカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が含まれる。
【００３２】
（原理説明）
カーボンナノチューブは、上記定義に記載したように、炭素原子が所定形状の網目構造を形成することにより得られる、例えば、直径０．４〜１００ｎｍの直径を有する微細な管である。本願発明者は、このカーボンナノチューブに非晶質の半導体膜を接触させておき、エネルギーを印加させことにより、非晶質の半導体膜を結晶化させることができるということを発見した。この結晶化ではカーボンナノチューブに物理的・化学的な変化を生じないため、カーボンナノチューブが触媒として機能しているといえる。
【００３３】
カーボンナノチューブが半導体膜を結晶化できる理由は、例えば次のように考えることが可能である。カーボンナノチューブを構成する炭素原子の多角形構造の格子定数が半導体膜の結晶における格子定数と若干異なっている場合、この格子定数の不整合から、カーボンナノチューブを核として結晶成長する半導体膜には強い引っ張り応力が発生することになる。このような引っ張り応力が生じていると、自由エネルギーの関係から半導体膜の結晶化に要するエネルギーが低くなる場合があり、そのような場合には、非晶質（固相または液相）の半導体膜の結晶化が容易に進行することが考えられるのである。
【００３４】
例えば、半導体膜がシリコンである場合を例示すれば、シリコンのダイヤモンド型結晶の格子定数は、０．５４３ｎｍである。一方、アームチェア型と呼ばれるカーボンナノチューブでは、炭素原子により構成される多角形の格子定数が０．２４５４ｎｍである。このとき、アームチェア型のカーボンナノチューブにおける格子定数の２倍のピッチでシリコンがヘテロエピタキシーのように結晶成長するとすれば、約９．６％の格子不整合が存在すると考えられる。これだけの格子不整合が存在すると、結晶成長するシリコン結晶には強い引っ張り応力が導入されると考えられ、この引っ張り応力故に結晶化が促進されるのである。
【００３５】
なお、カーボンナノチューブは、構造体内部に有機分子が挿入されやすく、ナノチューブの内径に近い大きさを持った有機分子がいったん挿入されると非常に安定となる。有機分子が挿入されることによって、挿入された有機分子からナノチューブにキャリヤが供給され、電気伝導度を制御できることが報告されている。
【００３６】
以下、実施形態１では、第１半導体膜上にカーボンナノチューブによるプラグ電極を形成し、そのプラグ電極を触媒として機能させて非晶質の第２半導体膜を結晶化させる製造方法を例示する。また実施形態２では、透光性基板上に第１半導体膜を形成し、カーボンナノチューブを形成した後にそのカーボンナノチューブを触媒として機能させ、第１半導体膜を結晶化させる製造方法を例示する。
【００３７】
（実施形態１）
実施形態１は、第１半導体膜上に形成されたプラグ電極を触媒として機能させ、第２半導体膜を結晶化させる半導体装置の製造方法に関する。
図１〜図６は、本実施形態１の半導体装置の製造方法を説明する製造工程断面図である。本実施形態１に係る半導体装置の第１の製造方法は、大きく以下の工程を備える。
【００３８】
１）第１半導体膜９を備える第１半導体装置１０を形成する工程（図１）、
２）第１半導体膜９上にカーボンナノチューブによるプラグ電極１５を形成する工程（図２）、
３）形成されたプラグ電極１５の周囲に層間絶縁膜１６を形成する工程（図３（Ａ））、
４）層間絶縁膜１６の表面を平滑化してプラグ電極１５の頂部を露出させる工程（図３（Ｂ））、
５）層間絶縁膜１６およびプラグ電極１５の頂部上に非晶質の第２半導体膜２２を形成する工程（図３（Ｃ）〜図５）、
６）非晶質の第２半導体膜２２にエネルギーを供給して露出したプラグ電極１５を触媒として機能させて非晶質の第２半導体膜２２を結晶化させる工程（図６）。
以下詳細に説明する。
【００３９】
（第１半導体装置形成工程）
まず従来のリソグラフィ法等を適用して第１半導体装置を形成する。第１半導体装置としては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を例示する。この半導体装置形成工程はオプショナルなものであり、下層側の第１半導体膜を利用した半導体装置を設ける必要がない場合には第１半導体膜の形成以降の工程は不要である。
図１（Ａ）に示すように、所定の基板（ガラス基板、石英ガラス基板）１上に非晶質のシリコンを堆積させて非晶質シリコン膜を形成する。非晶質シリコン膜の膜厚は、任意である。その形成方法としては、各種ＣＶＤ（化学気相成長、Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法、蒸着法が適用可能である。例えば、ＬＰＣＶＤ( Low Pressure Chemical Vapor Deposition )法を用いて、５４５℃の基板温度においてシラン（ＳｉＨ4）ガスを導入して５０ｎｍ程度の非晶質シリコン膜を堆積することができる。
【００４０】
オプショナルで、基板１と非晶質シリコン膜との間に下地絶縁膜を形成してもよい。この下地絶縁膜は、例えば、酸化シリコン膜よりなり、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００４１】
次いで、非晶質シリコン膜を他の素子と分離し一つの半導体装置のための島状の第１半導体膜３とする。例えば、非晶質シリコン膜上にフォトレジスト膜を形成し、露光・現像することにより島状にフォトレジスト膜を残存させる。次いで、残存するフォトレジスト膜をマスクにドライエッチングすることにより島状のシリコン膜を形成する。その後、残存するフォトレジスト膜をアッシングにより除去する。このフォトレジストの形成、露光・現像およびレジスト除去までの一連の工程を「パターニング」という。このような分離法をメサ分離法という。メサ分離法の他には、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）法やトレンチ分離法などを適用することが可能である。
【００４２】
次に図１（Ｂ）に示すように、第１半導体膜３上にゲート絶縁膜５を形成する。ゲート絶縁膜５の膜厚は任意である。ゲート絶縁膜５の形成方法は、熱酸化法、ＣＶＤ法等の各種絶縁膜の形成方法を適用可能である。例えば、第１半導体膜３の表面を所定の条件下、例えば酸素およびクリプトンＫｒの混合ガス（ガス容量比、酸素Ｏ2：Ｋｒ＝３：９７）を用い、圧力１ｔｏｒｒ、電力３ｋＷ、基板温度４００℃の条件下でプラズマ酸化することにより５ｎｍ程度の膜厚の酸化シリコンによるゲート絶縁膜５を形成することができる。
【００４３】
次に図１（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜５上にゲート電極７を形成し、ゲート電極７をマスクとして不純物イオンを第１半導体膜３に注入（ドーピング）することにより、ソース・ドレイン領域９を形成する。ゲート電極７は、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等を電極材料として用いた単層構造または複数層構造とすることができる。ゲート電極７の形成方法としては、蒸着法やスパッタリング法により金属膜を一様に形成し、その後にフォトリソグラフィ法を用いて金属膜をパターニングするというものである。次いで、不純物イオンの注入により、高濃度不純物領域であるソース・ドレイン領域９を形成する。ソース、ドレイン領域９の間の第１半導体膜３はチャネル領域となる。注入する不純物イオンは、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する場合には、ｎ型不純物（例えば、リンなど）を注入し、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する場合には、ｐ型不純物（例えば、ホウ素など）を注入する。なお、ソース、ドレイン領域を形成する不純物以外に、閾値調整用不純物などの不純物が注入されることがある。
【００４４】
なお、ゲート電極にサイドウォールを形成してから不純物イオンを導入することで不純物濃度が異なる領域を半導体膜に形成することにより、ＬＤＤ(Lightly Doped Drain)構造等の電流漏れ防止構造を有する半導体装置を形成してもよい。
【００４５】
オプショナルで、ソース・ドレイン領域９上にシリサイド膜６を形成する。例えば、第１半導体膜３上にスパッタリング法によりニッケル（Ｎｉ）膜を堆積し、熱処理を施すことにより、ニッケル膜とシリコンである第１半導体膜３との接触部にニッケルシリサイドを形成する。このシリサイド膜６は、コンタクト抵抗の低減のために形成する。未反応のＮｉ膜は除去することが好ましい。
以上の工程により、薄膜トランジスタである第１半導体装置１０が形成される。
【００４６】
（プラグ電極形成工程）
次いで第１半導体膜上にプラグ電極１５を形成する。
まず、図２（Ａ）に示すように、ソース・ドレイン領域９、およびゲート電極７に対してプラグ電極を配置すべき位置に金属層１１を形成する。
【００４７】
金属層１１は、カーボンナノチューブを成長させる触媒層であり、金属材料としてはニッケルを例示する。金属層１１の厚みは、カーボンナノチューブ形成の核となりうる程度の厚みがあれば十分である。金属層１１の形成方法は、金属の成膜方法を種々適用可能である。例えば、基板温度２００℃でアルゴンガス１００％、圧力１５ｍｔｏｒｒという条件において、電力１ｋＷでのスパッタリング法を適用して約８ｎｍまでニッケルを成膜する。
【００４８】
金属層の形成後、パターニングをしてカーボンナノチューブの形成領域の層をパターン化する。すなわち、ソース・ドレイン領域９上のシリサイド膜６およびゲート電極７上のプラグ電極設置位置に金属層１１のパターンを形成する。但し、総ての電極をカーボンナノチューブで形成する必要はなく、例えば、ソース・ドレイン電極の片方または双方のみをカーボンナノチューブ製のプラグ電極とし、ゲートについては通常の金属材料によるプラグ電極としてもよい。具体的には、カーボンナノチューブの成長に必要な直径、例えば１μｍの大きさにパターニングしてプラグ電極のコンタクト領域となる金属層１１を形成する。パターニングのためのエッチング液としては、例えば、硝酸（６５％）：硫酸（９８％）：酢酸：水が、５：５：２：２８の比率の混酸を室温下で用いることができる。
【００４９】
次いで図２（Ｂ）に示すように、高周波プラズマを印加して金属層１１に核を形成する。高周波プラズマはカーボンナノチューブの成長に適する所定条件下で印加する。例えば、高周波プラズマＣＶＤ装置を用いて、基板温度４００℃、アンモニア雰囲気下、圧力０．６４ｔｏｒｒ、印加電力９０Ｗの条件下で、所定時間高周波プラズマ１３を印加する。この処理により金属層１１がナノメータサイズの島状の核を有するように変換される。
【００５０】
なお、シリサイド膜６の表面に直接的にカーボンナノチューブを形成可能なニッケルシリサイドの核が形成されている場合には、当該工程は不要である。また金属層に高周波プラズマを印加しなくてもカーボンナノチューブを成長可能である場合には高周波プラズマ印加は不要である。
【００５１】
次いで図２（Ｃ）に示すように、所定の雰囲気下でカーボンナノチューブを成長させてプラグ電極１５を形成する。カーボンナノチューブは、炭素原子を含むガス（例えばメタン）を用いたＣＶＤ法にて成長可能なことが知られている。例えば、ＰＥＣＶＤ（Plasma-enhanced Physical Vapor Deposition）装置に所定濃度のメタンおよび水素ガス（例えばメタン１０ｓｃｃｍ、水素１００ｓｃｃｍ）を導入し、圧力０．９ｔｏｒｒ、印加電力５０Ｗの条件下で２０分間維持することにより、一定の高さにまでカーボンナノチューブを成長させることが可能である。このときの雰囲気温度は、４００℃程度とする。成長条件および成長時間は、必要とするプラグ電極１５の長さによって決定することが可能である。成長の過程で、カーボンナノチューブ内に有機分子を挿入させるようにしてもよい。その他、レーザ蒸発法を適用してカーボンナノチューブを形成してもよい。
【００５２】
（層間絶縁膜形成工程）
本実施形態では、以下説明するように、３つのプラグ電極１５のうちゲート電極７とドレイン領域９とに接続しているプラグ電極１５を配線１７に接続し、ソース領域９に接続しているプラグ電極１５を上層の第２半導体膜に接続するものとして説明する。但し、他のゲート電極やドレイン電極についてのプラグ電極を上層の第２半導体膜に接続してもよい。上下層の半導体装置相互の配線構造により任意の電極接続構造を選択すればよい。
【００５３】
まず図３（Ａ）に示すように、プラグ電極１５の周囲に層間絶縁膜１６を形成する。層間絶縁膜１６の厚みは、上記プラグ電極１５の高さに依存するが、上下の半導体膜間の絶縁が十分に果たせる程度の厚みであって、かつ、平滑化の時間が多くなりすぎない程度の厚みの範囲とする。層間絶縁膜１６の形成方法としては、通常の絶縁膜形成方法を適用可能である。例えば、ＴＥＯＳ (tetraethoxysilane)を用いて所定条件にてプラグ電極１５が総て隠れる程度の厚みに層間絶縁膜を形成する。
【００５４】
次いで図３（Ｂ）に示すように、層間絶縁膜１６の表面を所定の方法で平滑化する。平滑化の方法は種々考えられるが、例えばＣＭＰ法等の研磨法、エッチング法が考えられる。例えば、ＣＭＰ法を適用する場合、ＣＭＰ装置の制御パラメーターとして、研磨荷重、定盤の回転速度、ヘッドの回転速度、スラリーの選択・供給方法、コンディショニングの条件・頻度などを適正に設定し、層間絶縁膜の表面を平滑化する。プラグ電極１５の表面が露出する程度に研磨すれば十分である。好ましくは、確実にカーボンナノチューブの表面を出すために、酸素等によるアッシング法を適用し、カーボンナノチューブの残渣を取り除くようにしてもよい。
【００５５】
次いで図３（Ｃ）に示すように、露出したプラグ電極１５に接触するように配線１７を形成する。配線１７は、通常の金属配線形成方法が適用可能である。例えば、アルミニウム等の金属層を形成した後、配線パターンに基づきフォトリソグラフィ法によりパターニングして、ゲート電極７およびドレイン領域９と接続しているプラグ電極１５についての配線１７を形成する。
【００５６】
そして図４（Ａ）に示すように、ソース領域９と接続しているプラグ電極１５については、さらにカーボンナノチューブを再度成長させる。成長条件は上記したとおりである。
【００５７】
次いで図４（Ｂ）に示すように、ソース領域９と接続しているプラグ電極１５の周囲に層間絶縁膜１８を形成する。層間絶縁膜１８の形成は、下層の層間絶縁膜１６と同様である。すなわち、ＴＥＯＳを用いて所定条件にてプラグ電極１５が総て隠れる程度の厚みに層間絶縁膜１８を形成する。
【００５８】
（平滑化工程）
次いで図５（Ａ）に示すように、層間絶縁膜１８の表面を平滑化してプラグ電極１５の頂部を露出させる。平滑化の方法としては研磨法、エッチング法等、種々考えられる。例えば、ＣＭＰ法を適用することにより、プラグ電極１５の頂部が見えるまで研磨する。ＣＭＰ法の詳細については上述のとおりである。アッシング法を適用可能である点も上述のとおりである。
【００５９】
（第２半導体膜形成工程）
次いで図５（Ｂ）に示すように、平滑化した層間絶縁膜１８および露出したプラグ電極１５の頂部上に非晶質の第２半導体膜２２を形成する。悲壮質の第２半導体膜２２の厚みについては、薄膜トランジスタの機能膜として機能することが可能な厚みに形成する。非晶質の第２半導体膜２２の形成方法としては、各種ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法が適用可能である。例えば、ＬＰＣＶＤ( Low Pressure Chemical Vapor Deposition )法を用いる場合、４２５℃の基板温度においてＳｉ2Ｈ6ガスを３０ｓｃｃｍの濃度で導入する条件下で、２５０ｎｍ程度の非晶質のシリコン膜を堆積することが可能である。
【００６０】
（第２半導体膜結晶化工程）
次いで図６（Ａ）に示すように、非晶質の第２半導体膜２２にエネルギーを供給してプラグ電極１５を触媒として機能させ第２半導体膜を結晶化させる。印加するエネルギー源としては加熱、光照射等、種々の方法が考えられるが、特定領域の半導体膜を結晶化させるためには、レーザ光を照射することが好ましい。印加するレーザ光の強度は半導体膜の結晶化に必要な程度とする。例えば、波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いる場合、１．５Ｊ／ｃｍ2の強度で照射する。
【００６１】
このレーザ光の照射により、図６（Ｂ）に示すように、プラグ電極１５の頂部の炭素原子構造を核として非晶質の半導体膜に結晶が成長していき、例えば５μｍ以上のグレインサイズの単結晶を有する結晶化した第２半導体膜２３を形成可能である。
【００６２】
（第２半導体装置形成工程）
次に図７に示すように、第２半導体膜２３を機能層として利用した第２半導体装置２０を形成する。第２半導体装置としては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を例示する。第２半導体装置形成工程はオプショナルな工程であり、半導体装置を形成する必要がない場合には不要な工程である。
【００６３】
第２半導体装置２０の具体的な製法については、従来の半導体装置の製造方法を種々適用可能である。例えば、第２半導体膜２３上にゲート絶縁膜２６、ゲート電極２７を形成し、ゲート電極２７をマスクとして第２半導体膜２３に不純物イオンを導入し、ソース・ドレイン領域２９とする。ゲート電極２７の下層がチャネル領域となる。必要に応じてソース・ドレイン領域２９上にニッケル層を形成し熱処理を施すことにより、ソース・ドレイン領域２９上にシリサイド膜を形成する。以上により、第２半導体装置２０が形成される。
【００６４】
さらに上記第１半導体装置１０について施した製造方法と同様にして、層間絶縁膜３０を形成し、第２半導体装置２０のソース・ドレイン領域２９およびゲート電極２７の電極形成位置にコンタクトホール３１を形成してから金属層を成膜してからパターニングする。この処理によって、第２半導体装置２０のソース・ドレイン領域２９およびゲート電極２７に接続する配線３２が形成される。必要に応じて、層間絶縁膜３０および配線３２上に保護層３３を形成する。
以上の処理により、三次元半導体装置１００が製造される。
【００６５】
以上、実施形態１によれば以下の利点を有する。
１）本実施形態１によれば、カーボンナノチューブを触媒として機能するので、単なるアニール処理をする場合に比べて第２半導体膜の結晶化を大幅に促進することが可能である。
【００６６】
２）本実施形態１によれば、プラグ電極を構成するカーボンナノチューブが半導体膜中の原子（シリコン）と反応を生じにくいため、半導体化合物（シリサイド）が形成されることがなく、その結果、ボイド等を生じることによる体積変化を生じたりすることがない。このため、半導体膜の特性劣化を抑制可能であり、また、プラグ電極と半導体膜とのコンタクト抵抗が増加することを抑制可能である。
【００６７】
３）本実施形態１によれば、プラグ電極を形成するカーボンナノチューブは比較的低い温度、すなわち４００℃程度の低温域で成長可能であるため、プラグ電極形成過程で下層の半導体膜に熱的な悪影響を与える可能性が無く、三次元半導体装置の上下層の接続電極として適している。
【００６８】
４）本実施形態１によれば、プラグ電極を形成するカーボンナノチューブは金属材料に比べても非常に高い融点を有するため、プロセス中の熱によって物理的に安定であり、半導体膜中に電極構成材料が拡散して結晶化を阻害することを防止可能である。
【００６９】
５）本実施形態１によれば、プラグ電極を形成するカーボンナノチューブは金属材料に比べても非常に高い熱伝導率を有するので、層間絶縁膜や半導体膜に囲まれており蓄熱しやすい三次元半導体装置の内部から放熱させるヒートシンクとして機能させることも可能である。
【００７０】
６）本実施形態１によれば、プラグ電極を形成するカーボンナノチューブは金属材料と比べても非常に低い電気伝導度を有するので、プラグ電極を流れる電流による発熱量が些少であり、熱が籠もりやすい三次元半導体装置の内部での熱の発生自体を抑制することが可能である。
【００７１】
７）本実施形態１によれば、金属層１１に高周波プラズマを印加して核を形成してからＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを成長させるので、容易に、かつ、短時間に、所望の高さのプラグ電極１５を形成することが可能である。
【００７２】
（実施形態２）
実施形態２は、下層側の第１半導体膜についてもカーボンナノチューブを触媒として機能させて結晶化する半導体装置の製造方法に関する。
【００７３】
本実施形態２における層構造および製造工程の詳細については、前記実施形態１と同様であるため、同様の工程・構造については同一の符号を付することとし、その説明を省略する。
【００７４】
図８及び図９は、本実施形態１の半導体装置の製造方法を説明する製造工程断面図である。本実施形態２に係る半導体装置の第２の製造方法は、大きく以下の工程を備える。
【００７５】
１）透光性基板１ａ上に非晶質の第１半導体膜２を形成する工程（図８（Ａ））、
２）非晶質の第１半導体膜２上にプラグ電極１５を形成する工程（図８（Ｂ）（Ｃ））、
３）ゲート絶縁膜４を形成する工程（図８（Ｄ））、
４）透光性基板１ａの裏面側からエネルギーを供給して非晶質の第１半導体膜２を結晶化させる工程（図８（Ｅ）、図９（Ａ））、
５）第１半導体装置形成工程（図９（Ｃ））。
以下詳細に説明する。
【００７６】
（非晶質の第１半導体膜形成工程）
まず図８（Ａ）に示すように、透光性基板１ａ上に非晶質の第１半導体膜２を形成する。透光性基板１ａとしては、半導体プロセスの熱に対する耐性・ハンドリングに対する機械的耐性があり、かつ、透過する光の減衰率がなるべく少ない基板であることが望ましい。例えば、ガラス基板、石英ガラス基板を利用可能である。透光性基板１ａの厚みは、耐熱性・耐久性の他に、光減衰率も考慮して決定する。
【００７７】
透光性基板１ａ上に非晶質のシリコンを堆積させる。非晶質シリコン膜の膜厚は、任意である。その形成方法としては、各種ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法が適用可能である。例えば、ＬＰＣＶＤ法を用いて、５４５℃の基板温度においてシラン（ＳｉＨ4）ガスを導入して５０ｎｍ程度の非晶質シリコン膜を堆積することができる。
【００７８】
オプショナルで、基板１と非晶質シリコン膜との間に下地絶縁膜を形成してもよい。この下地絶縁膜は、例えば、酸化シリコン膜よりなり、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００７９】
次いで、非晶質シリコン膜を他の素子と分離する。例えば、フォトリソグラフィ法を適用して、非晶質シリコン膜をパターニングして島状の非晶質の第１半導体膜２を残存させる。ＬＯＣＯＳ法やトレンチ分離法などを適用してもよい。
【００８０】
（プラグ電極形成工程）
次に図８（Ｂ）に示すように、非晶質の第１半導体膜上に金属層１１を島状に形成する。金属層の材料、厚み、形成方法は、上記実施形態１と同様である。オプショナルで、上述したように高周波プラズマを引加し、金属層１１に核を形成してもよい。また、第１半導体膜２上にシリサイド膜を形成してもよい。
【００８１】
次に図８（Ｃ）に示すように、所定の雰囲気下でカーボンナノチューブを成長させてプラグ電極１５を形成する。カーボンナノチューブの形成方法は、上記実施形態１と同様である。
【００８２】
（ゲート絶縁膜形成工程）
次いで図８（Ｄ）に示すように、カーボンナノチューブが若干成長した段階でゲート絶縁膜４を形成する。ゲート絶縁膜の形成方法は、上記実施形態１と同様である。
【００８３】
なお、第１半導体膜を用いて半導体装置を形成しない場合には、当該工程を実施する必要はないが、プラグ電極１５を保護するために層間絶縁膜を形成してから、後述するレーザ照射をすることが好ましい。
【００８４】
（第１半導体膜結晶化工程）
次いで図８（Ｅ）に示すように、透光性基板１ａの裏面側からエネルギーを供給して第１半導体膜２に接しているプラグ電極１５を触媒として機能させて非晶質の第１半導体膜２を結晶化させる。印加するエネルギー源としては加熱、光照射等、種々の方法が考えられるが、特定領域の半導体膜を結晶化させるためには、レーザ光８を照射することが好ましい。印加するレーザ光の強度は半導体膜の結晶化に必要な程度とする。例えば、波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いる場合、１．５Ｊ／ｃｍ2の強度で照射する。当該工程により、非晶質の第１半導体膜２に接触しているプラグ電極１５を核として第１半導体膜２の結晶化が促進され、例えば５μｍ以上のグレインサイズの単結晶を有する結晶化した第１半導体膜３を形成可能である（図９（Ａ））。
【００８５】
（第１半導体装置形成工程）
本実施形態では、第１半導体膜の結晶化工程においてカーボンナノチューブで形成されたプラグ電極１５を保護するために、以下の工程では二段階のプラグ電極成長を実施している。すなわち、第１半導体膜の結晶化に必要な程度までプラグ電極１５を成長させてから（図８（Ｃ））、一旦ゲート絶縁膜４を形成してプラグ電極１５を保護し（図８（Ｄ））、第１半導体膜の結晶化を行なった後（図８（Ｅ）、図９（Ａ））、再びプラグ電極を成長させる。そのため、第１半導体装置形成工程の他に、ゲート絶縁膜の平滑化工程およびカーボンナノチューブで形成されるプラグ電極再形成工程を有している。但し、カーボンナノチューブの保護が不要な場合には、ゲート絶縁膜の平滑化工程（図９（Ｃ））およびプラグ電極再形成工程（図９（Ｄ））は不要である。
【００８６】
まず図９（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜４上にゲート電極７を形成し、ゲート電極７をマスクとして第１半導体膜３に不純物イオンを導入し、ソース・ドレイン領域９とする。ゲート電極７の下層がチャネル領域となる。必要に応じてソース・ドレイン領域９上にニッケル層を形成し熱処理を施すことにより、ソース・ドレイン領域９上にシリサイド膜を形成する。以上により、第１半導体装置１０が形成される。
【００８７】
次いで図９（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜４の表面を平滑化してプラグ電極１５の頂部を露出させる。平滑化の方法としては研磨法、エッチング法等、種々考えられる。例えば、ＣＭＰ法を適用することにより、プラグ電極１５の頂部が見えるまで研磨する。ＣＭＰ法の詳細については上述のとおりである。アッシング法を適用可能である点も上述のとおりである。
【００８８】
次いで図９（Ｄ）に示すように、露出したプラグ電極１５をさらに成長させる。プラグ電極１５を必要な高さまで成長させた後は、上記実施形態１と同様に、層間絶縁膜形成工程、平滑化工程、第２半導体膜形成工程、第２半導体膜結晶化工程等を実施して、第２半導体装置を形成すればよい。
【００８９】
以上、本実施形態２によれば、透光性基板の裏面側からレーザ光を照射するので、カーボンナノチューブで形成されたプラグ電極１５を触媒として機能させて下層の第１半導体膜２の結晶化を促進することが可能である。
【００９０】
本実施形態２によれば、下層の第１半導体膜２も上層の第２半導体膜２３と同じくカーボンナノチューブの触媒機能を利用して結晶化させるので、第１半導体膜の主たる結晶面方位と第２半導体膜の主たる結晶面方位とを同じにすることが可能である。よって、半導体膜の特性を上下層で揃えることが可能となる。この工程を繰り返すことにより、均一な特性を有する半導体装置を備えた三次元半導体装置を提供することが可能である。
【００９１】
（実施形態３）
本発明の実施形態３は、上記実施形態の製造方法で製造された三次元半導体装置を備える電気光学装置および電子機器に関する。
【００９２】
図１０に、電気光学装置を用いた電子機器の例を示す。図１０（Ａ）は携帯電話への適用例であり、図１０（Ｂ）は、ビデオカメラへの適用例である。また、図１０（Ｃ）は、テレビジョンへ（ＴＶ）の適用例であり、図１０（Ｄ）は、ロールアップ式テレビジョンへの適用例である。
【００９３】
上記実施形態の製造方法で製造された三次元半導体装置は、例えば、電気光学装置（表示部）に用いられる。以下に電気光学装置を備えた電子機器を例示する。
【００９４】
図１０（Ａ）に示すように、携帯電話５３０には、アンテナ部５３１、音声出力部５３２、音声入力部５３３、操作部５３４および電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電子機器に本発明の半導体装置を組み込むことができる。
【００９５】
図１０（Ｂ）に示すように、ビデオカメラ５４０には、受像部５４１、操作部５４２、音声入力部５４３および電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電子機器に本発明の半導体装置を組み込むことができる。
【００９６】
図１０（Ｃ）に示すように、テレビジョン５５０は、電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電子機器に本発明の半導体装置を組み込むことができる。
なお、パーソナルコンピュータ等に用いられるモニタ装置（電気光学装置）にも本発明の半導体装置を組み込むことができる。
【００９７】
図１０（Ｄ）に示すように、ロールアップ式テレビジョン５６０は、電気光学装置（表示部）５００を備えている。この電子機器に本発明の半導体装置を組み込むことができる。
【００９８】
なお、電気光学装置を有する電子機器としては、上記の他、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電子手帳、電光掲示板、宣伝広告用ディスプレイなどがある。
【００９９】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。すなわち、上記実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施の形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１００】
例えば、上記実施形態では、第１半導体膜についても第２半導体膜についても半導体装置（薄膜トランジスタ）を形成する場合を例示したが、これに限定されない。下層の半導体装置と上層の半導体装置とを異なる種類（例えば薄膜トランジスタとダイオード等）としてもよい。
【０１０１】
また、第１半導体膜および第２半導体膜の一方にだけ半導体装置を形成してもよい。例えば、上層の第２半導体膜にのみ半導体装置を形成する場合には、下層の第１半導体膜を、カーボンナノチューブで形成されたプラグ電極の成長土台、電極、ヒートシンクとして機能させることが可能である。
【０１０２】
さらに、上記実施形態において、第２半導体膜結晶化工程または第２半導体装置形成工程の後に、上記の半導体装置の製造方法を繰り返すことによって、３層以上の半導体膜を備える三次元半導体装置を提供することが可能である。具体的には、結晶化された第２半導体膜２３上にさらにプラグ電極１５を形成するというように当該半導体装置の製造方法を複数回繰り返すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）は第１半導体膜形成工程、（Ｂ）はゲート絶縁膜形成工程、（Ｃ）は第１半導体装置形成工程。
【図２】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）は電極層形成工程、（Ｂ）は高周波プラズマ供給（核形成）工程、（Ｃ）はプラグ電極形成工程。
【図３】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）は層間絶縁膜形成工程、（Ｂ）は平滑化工程、（Ｃ）は配線形成工程。
【図４】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）はプラグ電極再形成工程、（Ｂ）は層間絶縁膜形成工程。
【図５】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）は平滑化工程、（Ｂ）は第２半導体膜形成工程。
【図６】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、（Ａ）は第２半導体膜結晶化工程、（Ｂ）は結晶化後の第２半導体膜。
【図７】本発明に係る実施形態１の製造工程断面図であり、製造された三次元半導体装置の断面図。
【図８】本発明に係る実施形態２の製造工程断面図であり、（Ａ）は第１半導体膜形成工程、（Ｂ）は電極層形成工程、（Ｃ）はプラグ電極形成工程、（Ｄ）はゲート絶縁膜形成工程、（Ｄ）は第１半導体膜結晶化工程。
【図９】本発明に係る実施形態２の製造工程断面図であり、（Ａ）は結晶化後の第１半導体膜断面図、（Ｂ）は第１半導体装置形成工程、（Ｃ）は平滑化工程、（Ｄ）はプラグ電極再形成工程。
【図１０】実施形態３に係る電子機器の例示であり、（Ａ）は携帯電話、（Ｂ）は腕時計、（Ｃ）は携帯型情報処理装置。
【符号の説明】
【０１０４】
１…基板、１ａ…透光性基板、２…非晶質第１半導体膜、３…結晶化第１半導体膜、４…ゲート絶縁膜、５…ゲート絶縁膜、６…シリサイド膜、７…ゲート電極、９…ソース・ドレイン領域、１０…第１半導体装置、１１…金属層、１５…プラグ電極、１６…層間絶縁膜、１７…配線、１８…層間絶縁膜、２０…第２半導体装置、２２…非晶質第２半導体膜、２３…結晶化第２半導体膜、２６…ゲート絶縁膜、２７…ゲート電極、２９…ソース・ドレイン領域、３０…層間絶縁膜、３２…配線、３３…保護層、５３０…携帯電話、５３１…アンテナ部、５３２…音声出力部、５３３…音声入力部、５３４…操作部、５４０…ビデオカメラ、５４１…受像部、５４２…操作部、５４３…音声入力部、５５０…テレビジョン、５６０…ロールアップ式テレビジョン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体膜が積層された半導体装置の製造方法であって、
第１半導体膜上にカーボンナノチューブを備えるプラグ電極を形成する工程と、
形成された該プラグ電極の周囲に層間絶縁膜を形成する工程と、
該層間絶縁膜の表面を平滑化して該プラグ電極の頂部を露出させる工程と、
該層間絶縁膜および該プラグ電極の頂部上に非晶質の第２半導体膜を形成する工程と、
該非晶質の第２半導体膜にエネルギーを供給して露出した該プラグ電極を触媒として機能させて該非晶質の第２半導体膜を結晶化させる工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１半導体膜上に前記カーボンナノチューブを成長させる金属層を形成する工程と、
該金属層に高周波プラズマを印加して該金属層に核を形成する工程と、
該金属層から該カーボンナノチューブを成長させて前記プラグ電極を形成する工程と、
を備える請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記金属層は、ニッケル、コバルト、および鉄からなる群から選ばれる金属である、
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１半導体膜上にプラグ電極を形成する工程の前に、
透光性基板上に非晶質の前記第１半導体膜を形成する工程を備え、
前記プラグ電極を形成する工程の後に、
該非晶質の第１半導体膜に該透光性基板の裏面側からエネルギーを供給して当該第１半導体膜に接している前記プラグ電極を触媒として機能させて該非晶質の第１半導体膜を結晶化させる工程を備える、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１半導体膜の主たる結晶面方位と前記第２半導体膜の主たる結晶面方位とが同じである、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記エネルギーは、レーザ光を照射することにより供給される、
請求項１または４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２半導体膜を結晶化させる工程の後に、請求項１に記載の半導体装置の製造方法を１以上繰り返して、前記プラグ電極に接続された３層以上の半導体膜を積層する、
半導体装置の製造方法。
【請求項８】
各前記半導体膜を含む半導体装置を形成する工程を含む、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
第１半導体膜と、
該第１半導体膜上に形成されたカーボンナノチューブにより形成されているプラグ電極と、
該電極の周囲に形成されている層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上に形成され、該プラグ電極に接続された第２半導体膜と、を含み、
該第２半導体膜が該プラグ電極を触媒として機能させることにより結晶化されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記第１半導体膜が該プラグ電極を触媒として機能させることにより結晶化されている、
請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１半導体膜の主たる結晶面方位と前記第２半導体膜の主たる結晶面方位とが同じである、
請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法で製造された半導体装置、または、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の半導体装置を有する、電気光学装置。
【請求項１３】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法で製造された半導体装置、または、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の半導体装置を有する、電子機器。
【請求項１】
複数の半導体膜が積層された半導体装置の製造方法であって、
第１半導体膜上にカーボンナノチューブを備えるプラグ電極を形成する工程と、
形成された該プラグ電極の周囲に層間絶縁膜を形成する工程と、
該層間絶縁膜の表面を平滑化して該プラグ電極の頂部を露出させる工程と、
該層間絶縁膜および該プラグ電極の頂部上に非晶質の第２半導体膜を形成する工程と、
該非晶質の第２半導体膜にエネルギーを供給して露出した該プラグ電極を触媒として機能させて該非晶質の第２半導体膜を結晶化させる工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１半導体膜上に前記カーボンナノチューブを成長させる金属層を形成する工程と、
該金属層に高周波プラズマを印加して該金属層に核を形成する工程と、
該金属層から該カーボンナノチューブを成長させて前記プラグ電極を形成する工程と、
を備える請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記金属層は、ニッケル、コバルト、および鉄からなる群から選ばれる金属である、
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１半導体膜上にプラグ電極を形成する工程の前に、
透光性基板上に非晶質の前記第１半導体膜を形成する工程を備え、
前記プラグ電極を形成する工程の後に、
該非晶質の第１半導体膜に該透光性基板の裏面側からエネルギーを供給して当該第１半導体膜に接している前記プラグ電極を触媒として機能させて該非晶質の第１半導体膜を結晶化させる工程を備える、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１半導体膜の主たる結晶面方位と前記第２半導体膜の主たる結晶面方位とが同じである、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記エネルギーは、レーザ光を照射することにより供給される、
請求項１または４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２半導体膜を結晶化させる工程の後に、請求項１に記載の半導体装置の製造方法を１以上繰り返して、前記プラグ電極に接続された３層以上の半導体膜を積層する、
半導体装置の製造方法。
【請求項８】
各前記半導体膜を含む半導体装置を形成する工程を含む、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
第１半導体膜と、
該第１半導体膜上に形成されたカーボンナノチューブにより形成されているプラグ電極と、
該電極の周囲に形成されている層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上に形成され、該プラグ電極に接続された第２半導体膜と、を含み、
該第２半導体膜が該プラグ電極を触媒として機能させることにより結晶化されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記第１半導体膜が該プラグ電極を触媒として機能させることにより結晶化されている、
請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１半導体膜の主たる結晶面方位と前記第２半導体膜の主たる結晶面方位とが同じである、
請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法で製造された半導体装置、または、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の半導体装置を有する、電気光学装置。
【請求項１３】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法で製造された半導体装置、または、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の半導体装置を有する、電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２８３８１９（Ｐ２００９−２８３８１９Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３６４７７（Ｐ２００８−１３６４７７）
【出願日】平成２０年５月２６日（２００８．５．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２６日（２００８．５．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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