(57)【要約】  本発明の結晶性評価方法等は、半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、ガウス関数を用いて、測定したラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数によりラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、第２フィッティング波形の半値幅等を出力する第５工程と、第５工程で出力された半値幅等に基づき、半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含む。
2012120775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法であって、
前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、
ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、
前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、
抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、
前記第４工程の前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、
前記第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含む、
結晶性評価方法。
【請求項２】
基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法であって、
前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、
ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、
前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、
抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数を用いて記述されるラマンスペクトル関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ラマンスペクトル関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、
前記第４工程の前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、
前記第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含み、
前記第４工程では、Ｉｃ（ω）を結晶性シリコン成分のラマンバンド、Ｉμｃ（ω）を微結晶シリコン成分のラマンバンド、Ｉａ（ω）をアモルファスシリコン成分のラマンバンド、σｃを結晶性シリコン成分の体積分率、σｍｃを微結晶シリコン成分の体積分率、σａをアモルファスシリコン成分の体積分率とし、（式Ａ）で表現されるラマンピーク波形解析モデルを作成する工程と、
前記結晶性シリコン成分のラマンバンド、微結晶性シリコン成分のラマンバンド、及びアモルファスシリコン成分のラマンバンドを、Ｌｃをフォノンコヒーレンス長、ａを格子定数、Γ０を単結晶半導体のラマンピークの半値幅、Ｃを規格化定数として、（式Ｂ）及び（式Ｃ）に示すラマンスペクトル関数を記述する工程とを含む、
結晶性評価方法。
【数１】
2012120775.tif 000010
【数２】
2012120775.tif 000011
ただし、
【数３】
2012120775.tif 000012
【請求項３】
前記第６工程では、前記第５工程で出力された前記ピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長と、ルックアップテーブルに予め保存されている参照ピーク値、参照半値幅、または参照ピーク値を示す波長と比較することにより、前記半導体膜の結晶性を評価し、
前記ルックアップテーブルには、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長として、前記第１工程より前に、結晶性半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形を、ローレンツ関数を用いてフィッティングして得られた第３フィッティング波形のピーク値、半値幅または前記ピーク値を示す波長が予め保存されており、
前記ルックアップテーブルには、結晶粒径、結晶粒の存在比率及び移動度を含む当該結晶性半導体膜の結晶性の評価が、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長と紐付けられて保存されている、
請求項１に記載の結晶性評価方法。
【請求項４】
前記第６工程では、前記半値幅が５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項５】
前記半導体膜はシリコンで構成されており、
前記第６工程では、前記半値幅と単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の比が、１．５〜１．８であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項６】
前記半導体膜はシリコンで構成されており、
前記第６工程では、前記半値幅と前記単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の差が１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項７】
前記第６工程では、前記ピーク値と結晶シリコンのラマンバンド半値幅との比が０．１〜０．２であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の結晶性評価方法を用いて、前記結晶性半導体膜の結晶性を評価することにより、所定の結晶性半導体膜の結晶性を示す前記結晶性半導体膜を選別する、
半導体膜の製造方法。
【請求項９】
基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価装置であって、
前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する測定部と、
ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第１生成部と、
前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する抽出部と、
抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第２生成部と、
前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する出力部と、
前記出力部で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する評価部とを備える、
結晶性評価装置。
【請求項１０】
コンピュータ読み取り可能記録媒体に記録された結晶性半導体膜の結晶性を評価するコンピュータソフトであって、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の結晶性評価方法をコンピュータに実行させることにより、前記半導体膜の結晶性の評価を出力するプログラムが組み込まれている、
コンピュータソフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶性半導体膜の結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、以下有機ＥＬと記載）表示装置及び液晶表示装置を用いたテレビジョン受信機等の電子機器がある。この電子機器においては、有機表示装置及び液晶表示装置を構成すべくマトリックス状に配置された発光素子が、複数の薄膜トランジスタ装置（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により駆動される。【０００３】
ＴＦＴは、例えば基板上に、ソース電極及びドレイン電極と、半導体層（チャネル層）と、ゲート電極とが順次積層されることにより構成される。ＴＦＴに用いられるチャネル層は、薄膜状のシリコン半導体を用いるのが一般的である（例えば、特許文献１）。【０００４】
シリコン半導体膜としては、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン：ａ−Ｓｉ）と、結晶性を有するシリコン膜（結晶シリコン膜）とに大別される。結晶シリコン膜は、さらに、多結晶シリコン膜、微結晶シリコン膜、単結晶シリコン膜等に分類できる。【０００５】
このうち、非晶質シリコン膜は化学気相成長法（ＣＶＤ法）などによって、比較的低温で、大面積の基板上に均一に作製可能であることから、現在、大画面の液晶表示素子用チャネル層として、最も一般的に用いられている。しかし、非晶質シリコン膜は、結晶シリコン膜に比べて、キャリアの移動度等の特性が劣る。そのため、より高速駆動且つ高精細なディスプレイを実現するために、結晶シリコン膜からなるＴＦＴの実現が熱望されている。【０００６】
一方、結晶シリコン膜を形成する方法としては、成膜時に結晶シリコン膜を直接成膜する方法（例えば、特許文献２）、または非晶質シリコン膜を成膜後に熱や光エネルギーを印加することで結晶化する方法（例えば、特許文献３）がある。【０００７】
しかしながら、これらの方法によって作製された結晶シリコン膜は、各々全く異なる膜質を有する。また、同一の方法で作製したとしても、結晶化条件によっては、異なる膜質の結晶シリコン膜を有してしまう場合もある。【０００８】
一般的に、結晶性半導体膜を能動層として用いた半導体デバイスでは、その能動層の膜質（例えば、結晶性、欠陥密度など）がデバイス特性に大きな影響を及ぼすことが知られている。つまり、結晶シリコン膜をチャネル層に用いたトランジスタ素子では、例えば、キャリア移動度、閾値電圧、信頼性などの素子特性に結晶シリコン膜の膜質が及ぼす影響が大きい。【０００９】
以上から、結晶性半導体膜を半導体デバイスの能動層として用いるためには、その膜質を評価し、管理することが必要である。膜質管理においては、特に結晶性を管理することが望ましい。【００１０】
結晶性半導体の結晶性を評価する手法としては、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、フォトルミネッセンス（ＰＬ：Ｐｈｏｔｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）法等による方法が一般的に用いられている。しかしながら、これらの手法は、非破壊、短時間、微小領域をインラインで評価することが困難である。【００１１】
そこで、上記の要求（非破壊、短時間、微小領域をインラインで評価）を満たす手法として、ラマン分光法がある。【００１２】
以下、ラマン分光法について、図面を用いて説明する。【００１３】
図２５は、入射光と分子のエネルギー交換によるラマン散乱を模式的に示す図である。【００１４】
ラマン散乱とは、物質中の原子が振動しているときに光と相互作用して引き起こされる現象である。具体的には、原子核が振動数νで振動している物質に振動数ν０の光を照射すると、振動数の異なる二つの波が干渉し、振動数がν０＋νとν０−νの光がν０の光と同時に照射される現象である。【００１５】
ここで、図２５の（ｂ）に示すように、入射光と同じ振動数を与える光散乱をレイリー散乱と呼び、ν０±νを与える光散乱をラマン散乱と呼ぶ。ラマン散乱のうちν０−νの振動数を持つ成分をストークス散乱（図２５の（ａ））、ν０＋νの振動数を持つ成分をアンチストークス散乱（図２５の（ｃ））と呼んで区別する。【００１６】
また、入射光とラマン散乱光との振動数差±νをラマンシフトという。このラマンシフトは物質に固有であることから、物質のキャラクタリゼーションの有力な手がかりとなる。【００１７】
このように、ラマン分光法は、試料にレーザ光を照射し、発生するラマン散乱光を測定することによって、簡便、非破壊・非接触測定、微小領域の評価ができ、微視的な物性を知ることができる手法である。【００１８】
例えば特許文献４には、ラマン分光法により結晶シリコン膜の結晶性を管理して半導体装置を作製する方法が提案されている。特許文献４では、ａ−Ｓｉをレーザ結晶化して作製する際に、その結晶化状態をラマンピークの波形や半値幅を観察しながら結晶化する方法が開示されている。また、例えば特許文献５には、ラマン分光法により計測したラマンスペクトルから結晶シリコン膜の結晶性管理方法が提案されている。特許文献５では、基板上に結晶シリコン膜を形成し、結晶シリコン膜に固有のフォノンに対応したラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定し、このピーク波形の非対称性の程度から結晶性を管理する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平６−３４２９０９号公報
【特許文献２】特開昭６１−１５３２７７号公報
【特許文献３】特許第３５３５２４１号公報
【特許文献４】特開平３−１０９７１９号公報
【特許文献５】特許第３３０５５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上記特許文献４及び上記特許文献５に開示されている方法では、結晶シリコン膜の結晶性を正確に評価（解析）することはできない。【００２１】
具体的には、上記特許文献４に開示されている技術では、結晶シリコン膜のラマンスペクトル波形から結晶性に関する情報として、波形を数学的に解析したピーク強度やピーク強度の半値幅を用いている。しかし、これらのパラメータは、測定条件やサンプルの状態などの影響を受け、必ずしも結晶性のみを反映した値とはならないため、これらのパラメータを用いて結晶性を正確に評価・解析することはできない。【００２２】
また、上記特許文献５に開示されている技術では、結晶シリコン膜のラマンスペクトル波形から結晶性に関する情報として、ピークの非対称性を数学的に解析した情報を用いて、結晶性を管理している。しかし、この解析方法は物理的な根拠が薄弱で、ラマンスペクトルを正確に解析することは困難である。つまり、この解析方法を用いて結晶性を正確に評価（解析）することはできない。【００２３】
さらに、従来よく用いられている複数のフォノンモードによるピークをガウシアン関数などで仮定した解析方法が用いられている。しかしながら、この解析方法においても、実験結果の再現性が良くないという問題がある。つまり、この解析方法を用いて結晶性を正確に評価（解析）することはできない。以下、この解析方法について具体例を挙げて詳しく説明する。【００２４】
図２６は、結晶シリコン膜のラマンスペクトル５００と従来の解析方法による解析結果５０１とを示す図である。図２６において、縦軸は規格化されたラマンピーク強度、横軸はラマンシフト（入射光からの差）を示す。【００２５】
ここで、実測値である結晶シリコン膜のラマンスペクトル５００は、図２６に示すように、結晶シリコン成分５０２（ピーク位置：５２０ｃｍ−１）と、微結晶シリコン成分５０３（ピーク位置：〜５００ｃｍ−１）と、ａ−Ｓｉ成分５０４（ピーク位置：〜４８０ｃｍ−１）との３つの成分により構成されており、各成分のフォノンの分散はガウシアン関数に従うと仮定している。そして、解析結果５０１は、上記仮定を用いてラマンスペクトル５００を解析して描いたフィッティング結果を示している。【００２６】
解析結果５０１は、図２６中の矢印Ａ〜Ｃで示した４００〜５００ｃｍ−１付近において、実測値との不一致が観測される。さらに、各フォノンに対応したピークを見ると、結晶シリコン成分５０２において、物理的に想定される半値幅（測定系に依存するが４ｃｍ−１程度）よりも大きな半値幅によって解析されていることがわかる。つまり、実験結果の再現性が良くない。したがって、上記数学的に実験結果を再現する従来の方法では、正確にラマンスペクトルを解析し、結晶性を管理することは難しい。【００２７】
以上のように、従来の方法では、多結晶状態や非単結晶状態の結晶シリコン膜の結晶性をラマン分光法によって正確に評価及び解析していくことは難しいという課題がある。【００２８】
本発明は、上記従来の課題を解決すべくなされたものであり、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できる結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフト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】
【００２９】
上記目的を達成するために、本発明に係る結晶性評価方法の一態様は、基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法であって、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、前記第４工程の前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、前記第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含む。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できる結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における基板準備工程を模式的に示した断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるゲート電極形成工程を模式的に示した断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるゲート絶縁膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における結晶シリコン層形成工程を模式的に示した断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における非晶質シリコン層形成工程を模式的に示した断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における絶縁層形成用膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における凸部形成工程（エッチング工程）を模式的に示した断面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるコンタクト層用膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図２Ｉ】図２Ｉは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるソースドレイン金属膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図２Ｊ】図２Ｊは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるソース電極及びドレイン電極形成工程を模式的に示した断面図である。
【図２Ｋ】図２Ｋは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるパッシベーション膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における結晶性半導体膜の結晶性評価に用いるラマン分光装置の概略図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１におけるラマンスペクトルの解析方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１における結晶シリコン薄膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。
【図６】図６は、結晶性半導体膜の結晶性評価方法と半値幅の値のばらつきとの関係を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のラマン半値幅との関係を示す図である。
【図８】図８は、図７の移動度の絶対値のばらつきを示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコンのラマン半値幅に対する比との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のラマン半値幅及び単結晶シリコンのラマン半値幅の差との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のピーク位置との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態１における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度のラマン半値幅に対する比との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における基板準備工程を模式的に示した断面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるゲート電極形成工程を模式的に示した断面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるゲート絶縁膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における結晶シリコン層形成工程を模式的に示した断面図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における絶縁層形成用膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図１５Ｆ】図１５Ｆは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における絶縁層形成工程を模式的に示した断面図である。
【図１５Ｇ】図１５Ｇは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における非晶質シリコン層形成工程を模式的に示した断面図である。
【図１５Ｈ】図１５Ｈは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるコンタクト層用膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図１５Ｉ】図１５Ｉは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるソースドレイン金属膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図１５Ｊ】図１５Ｊは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるソース電極及びドレイン電極形成工程を模式的に示した断面図である。
【図１５Ｋ】図１５Ｋは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法におけるパッシベーション膜形成工程を模式的に示した断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態２における結晶性半導体膜の膜質解析方法に用いるラマンスペクトルの解析方法を説明するためのフローチャートである。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本発明の実施の形態２におけるフォノンのコヒーレンス長のラマンスペクトル依存性を計算した結果を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本発明の実施の形態２におけるフォノンのコヒーレンス長のラマンスペクトル依存性を計算した結果を示す図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、本発明の実施の形態２におけるフォノンのコヒーレンス長のラマンスペクトル依存性を計算した結果を示す図である。
【図１７Ｄ】図１７Ｄは、本発明の実施の形態２におけるフォノンのコヒーレンス長のラマンスペクトル依存性を計算した結果を示す図である。
【図１７Ｅ】図１７Ｅは、本発明の実施の形態２におけるフォノンのコヒーレンス長のラマンスペクトル依存性を計算した結果を示す図である。
【図１７Ｆ】図１７Ｆは、本発明の実施の形態２におけるフォノンのコヒーレンス長のラマンスペクトル依存性を計算した結果を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明の実施の形態２の実施例１における固相成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明の実施の形態２の実施例１における部分溶融成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、本発明の実施の形態２の実施例１における溶融成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態２の実施例１における固相成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態２の実施例１における部分溶融成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態２の実施例１における溶融成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態２の解析方法と従来の解析方法とを用いて導出した結晶シリコン膜の結晶化率を比較した図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態２の実施例２における結晶シリコン膜の平面電子顕微鏡像を示す図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態２の実施例２におけるＲＴＡ法で結晶化した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。
【図２５】図２５は、入射光と分子のエネルギー交換によるラマン散乱を模式的に示す図である。
【図２６】図２６は、結晶シリコン膜のラマンスペクトルと従来の解析方法による解析結果とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明に係る結晶性評価方法の第一態様は、基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法であって、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、前記第４工程の前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、前記第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含む。
【００３３】
この構成によれば、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できる結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトを実現することができる。
【００３４】
ここで、前記第６工程では、前記第５工程で出力された前記ピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長と、ルックアップテーブルに予め保存されている参照ピーク値、参照半値幅、または参照ピーク値を示す波長と比較することにより、前記半導体膜の結晶性を評価し、前記ルックアップテーブルには、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長として、前記第１工程より前に、結晶性半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形を、ローレンツ関数を用いてフィッティングして得られた第３フィッティング波形のピーク値、半値幅または前記ピーク値を示す波長が予め保存されており、前記ルックアップテーブルには、結晶粒径、結晶粒の存在比率及び移動度を含む当該結晶性半導体膜の結晶性の評価が、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長と紐付けられて保存されているとしてもよい。
【００３５】
また、本発明に係る結晶性評価方法の一態様は、基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法であって、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数を用いて記述されるラマンスペクトル関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ラマンスペクトル関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、前記第４工程の前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、前記第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含み、前記第４工程では、Ｉｃ（ω）を結晶性シリコン成分のラマンバンド、Ｉμｃ（ω）を微結晶シリコン成分のラマンバンド、Ｉａ（ω）をアモルファスシリコン成分のラマンバンド、σｃを結晶性シリコン成分の体積分率、σｍｃを微結晶シリコン成分の体積分率、σａをアモルファスシリコン成分の体積分率とし、（式Ａ）で表現されるラマンピーク波形解析モデルを作成する工程と、前記結晶性シリコン成分のラマンバンド、微結晶性シリコン成分のラマンバンド、及びアモルファスシリコン成分のラマンバンドを、Ｌｃをフォノンコヒーレンス長、ａを格子定数、Γ０を単結晶半導体のラマンピークの半値幅、Ｃを規格化定数として、（式Ｂ）及び（式Ｃ）に示すラマンスペクトル関数を記述する工程とを含む。
【００３６】
【数１】
2012120775.tif 000003
【００３７】
【数２】
2012120775.tif 000004
【００３８】
但し、
【数３】
2012120775.tif 000005
【００３９】
また、前記第６工程では、前記半値幅が５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価するとしてもよい。
【００４０】
また、記半導体膜はシリコンで構成されており、前記第６工程では、前記半値幅と単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の比が、１．５〜１．８であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価するとしてもよい。
【００４１】
また、前記半導体膜はシリコンで構成されており、前記第６工程では、前記半値幅と前記単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の差が１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価するとしてもよい。
【００４２】
また、前記第６工程では、前記ピーク値と結晶シリコンのラマンバンド半値幅との比が０．１〜０．２であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価するとしてもよい。
【００４３】
また、上記の結晶性評価方法を用いて、前記結晶性半導体膜の結晶性を評価することにより、所定の結晶性半導体膜の結晶性を示す前記結晶性半導体膜を選別する。
【００４４】
また、本発明に係る測定装置の一態様は、基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価装置であって、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する測定部と、ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第１生成部と、前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する抽出部と、抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第２生成部と、前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する出力部と、前記出力部で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する評価部とを備える。
【００４５】
また、本発明に係るコンピュータソフトの一態様は、コンピュータ読み取り可能記録媒体に記録された結晶性半導体膜の結晶性を評価するコンピュータソフトであって、上記態様の結晶性評価方法をコンピュータに実行させることにより、前記半導体膜の結晶性の評価を出力するプログラムが組み込まれている。
【００４６】
（実施の形態１）
以下、本発明に係る薄膜トランジスタ装置及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明するが、本発明は、請求の範囲の記載に基づいて特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明する。なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
【００４７】
まず、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００４８】
図１に示す薄膜トランジスタ装置１００は、チャネル保護型でボトムゲート型の薄膜トランジスタであって、基板１０１と、基板１０１上に形成されたゲート電極１０２と、ゲート電極１０２上に形成されたゲート絶縁膜１０３と、ゲート絶縁膜１０３上に形成された結晶シリコン薄膜１０４と、結晶シリコン薄膜１０４上に形成された非晶質シリコン薄膜１０５と、非晶質シリコン薄膜１０５上に形成された絶縁層１０７と、非晶質シリコン薄膜１０５上に絶縁層１０７を挟んで形成されたソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄとを具備する。さらに、本実施の形態における薄膜トランジスタ装置１００は、結晶シリコン薄膜１０４の上方において、非晶質シリコン薄膜１０５とソース電極１０８Ｓ又はドレイン電極１０８Ｄとの間に形成された一対のコンタクト層１０６を備える。以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１００の各構成要素について詳述する。
【００４９】
基板１０１は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス又は高耐熱性ガラス等のガラス材料からなるガラス基板である。なお、ガラス基板の中に含まれるナトリウムやリン等の不純物が結晶シリコン薄膜１０４に侵入することを防止するために、基板１０１上にシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン（ＳｉＯｙ）又はシリコン酸窒化膜（ＳｉＯｙＮｘ）等からなるアンダーコート層を形成してもよい。また、アンダーコート層は、レーザアニールなどの高温熱処理プロセスにおいて、基板１０１への熱の影響を緩和させる役割を担うこともある。アンダーコート層の膜厚は、例えば、１００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度である。
【００５０】
ゲート電極１０２は、基板１０１上に所定形状でパターン形成される。ゲート電極１０２は、導電性材料及びその合金等の単層構造又は多層構造とすることができる。ゲート電極１０２は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、及びモリブデンタングステン（ＭｏＷ）等によって構成される。ゲート電極１０２の膜厚は、例えば２０ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。なお、レーザアニールなどの高温プロセスを用いる場合、ゲート電極材料としては、モリブデンやタングステンなどの高融点金属からなる材料を用いることが好ましい。
【００５１】
ゲート絶縁膜１０３は、ゲート電極１０２上に形成される。ゲート絶縁膜１０３は、本実施の形態では、ゲート電極１０２を覆うように基板１０１上の全面に形成される。ゲート絶縁膜１０３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｙ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯｙＮｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｚ）又は酸化タンタル（ＴａＯｗ）の単層膜又はこれらの積層膜によって構成される。ゲート絶縁膜１０３の膜厚は、例えば５０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【００５２】
なお、本実施の形態では、チャネル層として結晶シリコン薄膜１０４が含まれているので、チャネル層との界面部分のゲート絶縁膜１０３としては酸化シリコンを用いることが好ましい。これは、薄膜トランジスタ装置１００における良好な閾値電圧特性を維持、及び、高い移動度を実現するためには結晶シリコン薄膜１０４とゲート絶縁膜１０３との界面状態を良好なものにすることが好ましく、これには酸化シリコンが適しているからである。
【００５３】
結晶シリコン薄膜１０４は、本発明の半導体膜に相当し、ゲート絶縁膜１０３上に形成される半導体膜からなる第１チャネル層であって、ゲート電極１０２の電圧によってキャリアの移動が制御される領域である所定のチャネル領域を有する。チャネル領域は、ゲート電極１０２の上方の領域であり、チャネル領域の電荷移動方向の長さはゲート長に対応する。結晶シリコン薄膜１０４は、例えば、非結晶性の非晶質シリコン（アモルファスシリコン）を結晶化することによって形成することができる。
【００５４】
ここで、結晶シリコン薄膜１０４における結晶シリコンの平均結晶粒径は、５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。結晶シリコン薄膜１０４の膜厚は、例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。また、結晶シリコン薄膜１０４が示す結晶性を次のように表すことができる。すなわち、結晶シリコン薄膜１０４の固有のフォノンモードに対応するラマンバンド半値幅（以下ラマン半値幅とも表現）は、５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１である。ここで、結晶シリコン薄膜１０４の固有のフォノンモードとは、ＴＯ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ）フォノンモードである。
【００５５】
また、結晶シリコン薄膜１０４が示す結晶性について別の表現を用いてもよい。例えば、結晶シリコン薄膜１０４のラマン半値幅と単結晶シリコンのラマン半値幅との比は、１．５〜１．８であるとしてもよい。または、結晶シリコン薄膜１０４のラマン半値幅と単結晶シリコン基板のラマン半値幅の差は、１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１であるとしてもよい。さらに、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドのピーク値と、多結晶シリコン薄膜のラマン半値幅との比（ピーク値／ラマン半値幅）は、０．１〜０．２であるとしてもよい。ここで、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドのピーク位置は、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１であり、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅の値は、３．４ｃｍ−１である。
【００５６】
結晶シリコン薄膜１０４の電界効果移動度は、結晶シリコン薄膜１０４が上記のように構成されることで、２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳとなっている。
【００５７】
非晶質シリコン薄膜１０５は、チャネル領域を含む結晶シリコン薄膜１０４上に形成される第２チャネル層である。本実施の形態における非晶質シリコン薄膜１０５は、真性アモルファスシリコン膜によって構成される。なお、本実施の形態における非晶質シリコン薄膜１０５の膜厚は、例えば１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。この非晶質シリコン薄膜１０５の役割は、トランジスタ動作時におけるドレイン端での電界集中を緩和させることである。つまりこの非晶質シリコン薄膜１０５は、電界緩和層として機能する。
【００５８】
絶縁層１０７は、チャネル層（結晶シリコン薄膜１０４及び非晶質シリコン薄膜１０５）を保護する。絶縁層１０７は、一対のコンタクト層１０６を形成するときのエッチング処理時において、非晶質シリコン薄膜１０５がエッチングされてしまうことを防止するためのチャネルエッチングストッパ（ＣＥＳ）層として機能する。絶縁層１０７は、チャネル領域を含む結晶シリコン薄膜１０４の上方であって非晶質シリコン薄膜１０５の上に形成される。
【００５９】
また、絶縁層１０７は、シリコン、酸素及びカーボンを含む有機材料を主として含有する有機材料からなる有機材料層、あるいは、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）又は窒化シリコン（ＳｉＮｙ）等の無機材料からなる無機材料層である。なお、絶縁層１０７は、絶縁性を有し、一対のコンタクト層１０６同士は電気的に接続されていない。
【００６０】
一対のコンタクト層１０６は、不純物を高濃度に含む非晶質半導体膜からなり、結晶シリコン薄膜１０４及び非晶質シリコン薄膜１０５の上方に絶縁層１０７を介して形成される。一対のコンタクト層１０６は、例えば、アモルファスシリコンに不純物としてリン（Ｐ）をドーピングしたｎ型半導体層であって、１×１０１９［ａｔｍ／ｃｍ３］以上の高濃度の不純物を含むｎ＋層である。なお、Ｐ型のＴＦＴを作製する場合、コンタクト層１０６は、ボロン（Ｂ）などの不純物をドープしたＰ型コンタクト層を形成すればよい。
【００６１】
一対のコンタクト層１０６は、絶縁層１０７上において所定の間隔をあけて対向配置されている。一対のコンタクト層１０６のそれぞれは、絶縁層１０７の上面から非晶質シリコン薄膜１０５までを跨るようにして形成されている。本実施の形態において、一対のコンタクト層１０６のうちの一方は、絶縁層１０７の一方の端部及び非晶質シリコン薄膜１０５に跨るようにして形成されており、絶縁層１０７の一方の端部における上部と側面、及び、絶縁層１０７の一方の側面側領域における非晶質シリコン薄膜１０５の上面を覆うように形成される。また、一対のコンタクト層１０６のうちの他方は、絶縁層１０７の他方の端部及び非晶質シリコン薄膜１０５に跨るようにして形成されており、絶縁層１０７の他方の端部における上部と側面、及び、絶縁層１０７の他方の側面側領域における非晶質シリコン薄膜１０５の上面を覆うように形成される。なお、コンタクト層１０６の膜厚は、例えば５ｎｍ〜１００ｎｍとすることができる。
【００６２】
本実施の形態における一対のコンタクト層１０６は、非晶質シリコン薄膜１０５とソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄとの間に形成されているが、非晶質シリコン薄膜１０５の側面及び結晶シリコン薄膜１０４の側面には形成されていない。一対のコンタクト層１０６は、非晶質シリコン薄膜１０５及び結晶シリコン薄膜１０４と面一に形成されている。
【００６３】
なお、一対のコンタクト層１０６は、下層の低濃度の電界緩和層（ｎ−層）と上層の高濃度のコンタクト層（ｎ＋層）との２層から構成されてもよい。低濃度の電界緩和層には１×１０１７［ａｔｍ／ｃｍ３］程度のリンがドーピングされている。上記２層はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置において連続的に形成することができる。
【００６４】
一対のソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄは、結晶シリコン薄膜１０４及び非晶質シリコン薄膜１０５の上方において、所定の間隔をあけて対向配置されるとともに一対のコンタクト層１０６上に当該一対のコンタクト層１０６と面一に形成されている。
【００６５】
ソース電極１０８Ｓは、一方のコンタクト層１０６を介して、絶縁層１０７の一方の端部（一端部）及び非晶質シリコン薄膜１０５に跨るようにして形成されている。また、ドレイン電極１０８Ｄは、他方のコンタクト層１０６を介して、絶縁層１０７の他方の端部（他端部）及び非晶質シリコン薄膜１０５に跨るようにして形成されている。
【００６６】
本実施の形態において、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄは、それぞれ導電性材料又はこれらの合金等からなる単層構造又は多層構造とすることができ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）等の材料により構成される。本実施の形態では、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄは、ＭｏＷ／Ａｌ／ＭｏＷの三層構造によって形成されている。なお、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄの膜厚は、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすることができる。
【００６７】
以上のように、薄膜トランジスタ装置１００は構成される。
【００６８】
この薄膜トランジスタ装置１００では、チャネル層として構成される結晶シリコン薄膜１０４は、固有のフォノンモードに対応するラマンバンドの半値幅が、５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１を満たし、かつ、平均結晶粒径が約５０ｎｍ〜３００ｎｍを満たしている。
【００６９】
それにより、この薄膜トランジスタ装置１００は、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶シリコン薄膜をチャネル層として有することができる。
【００７０】
なお、薄膜トランジスタ装置１００は、後述する製造工程において、本発明の結晶性評価方法、結晶性評価装置またはそのコンピュータソフトによって、選別された結晶シリコン薄膜１０４を用いて形成される。結晶性評価方法等は後述するため、ここでは説明を省略する。後述する製造工程において、本発明の結晶性評価方法等を用いて、少なくとも固有のフォノンモードに対応するラマンバンドの半値幅が、５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１を満たす結晶シリコン薄膜１０４が選別される。
【００７１】
次に、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置１００の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｋを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｋは、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における各工程の構成を模式的に示す断面図である。
【００７２】
まず、図２Ａに示すように、基板１０１を準備する。基板１０１としては、例えば、ガラス基板を用いる。なお、ゲート電極１０２を形成する前に、プラズマＣＶＤ等によって基板１０１上にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、及びシリコン酸窒化膜などからなるアンダーコート層を形成するとしてもよい。
【００７３】
次に、図２Ｂに示すように、基板１０１の上方に所定形状のゲート電極１０２をパターン形成する。例えば、基板１０１上に全面にモリブデンタングステン（ＭｏＷ）等からなるゲート金属膜をスパッタによって成膜する。そして、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングを施すことにより、ゲート金属膜をパターニングして所定形状のゲート電極１０２を形成する。ＭｏＷのウェットエッチングは、例えば、リン酸（ＨＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）及び水を所定の配合で混合した薬液を用いて行う。
【００７４】
次に、図２Ｃに示すように、基板１０１の上方にゲート絶縁膜１０３を形成する。例えば、ゲート電極１０２を覆うようにして、基板１０１の上方の全面に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜１０３をプラズマＣＶＤ等によって成膜する。ここで、酸化シリコンは、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）と亜酸化窒素ガス（Ｎ２Ｏ）とを所定の濃度比で導入することで成膜することができる。
【００７５】
次に、図２Ｄに示すように、ゲート絶縁膜１０３の上に、結晶性シリコンからなる結晶シリコン薄膜１０４を形成する。具体的には、まず、ゲート絶縁膜１０３上に、例えばアモルファスシリコン（非晶質シリコン）からなる非晶質シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ等によって成膜し、脱水素アニール処理を行った後に、非晶質シリコン薄膜をレーザアニールして結晶化させることにより結晶シリコン薄膜１０４を形成する。なお、非晶質シリコン薄膜は、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）とを所定の濃度比で導入することで成膜することができる。また、脱水素アニール処理は、例えば、４５０℃〜５５０℃で、５分〜１時間程度行えばよい。
【００７６】
なお、本実施の形態では、グリーンレーザを用いたレーザアニールによって非晶質シリコン薄膜を結晶化させたが、結晶化の方法としては、波長が３７０ｎｍ〜９００ｎｍ程度のパルスレーザを用いたレーザアニール法、波長が３７０ｎｍ〜９００ｎｍ程度の連続発振レーザを用いたレーザアニール法を用いるとしてもよい。
【００７７】
その後、結晶シリコン薄膜１０４に対して水素プラズマ処理を行うことにより、結晶シリコン薄膜１０４のシリコン原子に対して水素化処理を行う。水素プラズマ処理は、例えばＨ２、Ｈ２／アルゴン（Ａｒ）等の水素ガスを含むガスを原料として高周波（ＲＦ）電力により水素プラズマを発生させて、当該水素プラズマを結晶シリコン薄膜１０４に照射することにより行われる。この水素プラズマ処理によって、シリコン原子のダングリングボンド（欠陥）が水素終端され、結晶シリコン薄膜１０４の結晶欠陥密度が低減して結晶性が向上する。
【００７８】
ここで、本実施の形態では、本発明の結晶性評価方法等により、所望の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４を選別する。具体的には、まず、本発明の結晶性評価方法等により、結晶シリコン薄膜１０４の結晶性を示す値（ピーク強度、半値幅、ラマンシフト量など）を評価する。続いて、取得した結晶シリコン薄膜１０４の結晶性を示す値（ピーク強度、半値幅、ラマンシフト量など）に基づき、所望の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４を選別する。例えば、好ましい膜質条件すなわち結晶シリコン薄膜１０４の好ましい結晶性を示す値として、結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマンバンドの半値幅が５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１を満たすかを検査する。そして、検査の際、上記条件をクリアした結晶シリコン薄膜１０４のみを選別する。このようにして、所望の特性として移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４のみを選別して後の工程に送ることができる。なお、このように選別された結晶シリコン薄膜１０４の平均結晶粒径は、５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。
【００７９】
また、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４のみを選別する方法としては、上記に限られない。すなわち、結晶シリコン薄膜１０４の結晶性を示す値として、結晶シリコン薄膜１０４のラマン半値幅と単結晶シリコンのラマン半値幅との比が１．５〜１．８を満たすものを選別するとしてもよいし、結晶シリコン薄膜１０４のラマン半値幅と単結晶シリコン基板のラマン半値幅の差が、１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１を満たすものを選別するとしてもよい。また、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドのピーク値と、多結晶シリコン薄膜のラマン半値幅との比（ピーク値／ラマン半値幅）が、０．１〜０．２を満たすものを選別するとしてもよい。ここで、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドのピーク位置は、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１であり、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅の値は、３．４ｃｍ−１である。
【００８０】
次に、図２Ｅに示すように、結晶シリコン薄膜１０４上に、非晶質シリコン薄膜１０５を形成する。具体的には、結晶シリコン薄膜１０４を形成した後に、プラズマＣＶＤ等を用いて、所定の成膜条件（形成条件）によってアモルファスシリコン膜からなる非晶質シリコン薄膜１０５を成膜する。
【００８１】
次に、図２Ｆに示すように、非晶質シリコン薄膜１０５上に、絶縁層１０７を形成するための絶縁層形成用膜１０７ａを形成する。絶縁層形成用膜１０７ａは、無機材料を用いて形成される。
【００８２】
例えば、絶縁層形成用膜１０７ａが酸化シリコン等の無機材料によって形成される場合、絶縁層形成用膜１０７ａの上に、所定形状の絶縁層１０７を規定するフォトマスクとして、所定幅のレジスト（不図示）を形成する。
【００８３】
次に、レジストをマスクとしてドライエッチングを施すことによって、図２Ｇに示すように、絶縁層形成用膜１０７ａをパターニングして所定形状の絶縁層１０７を形成する。次いで、絶縁層１０７上に形成されているレジストを除去する。これにより、絶縁層１０７の上面が露出する。
【００８４】
次に、図２Ｈに示すように、絶縁層１０７を覆うようにして非晶質シリコン薄膜１０５上に、コンタクト層１０６となるコンタクト層用膜１０６ａを形成する。具体的に、絶縁層１０７の上面から非晶質シリコン薄膜１０５の平坦部までを跨るようにして、例えばプラズマＣＶＤによって、リン等の５価元素の不純物をドープしたアモルファスシリコンからなるコンタクト層用膜１０６ａを成膜する。
【００８５】
なお、コンタクト層用膜１０６ａは低濃度の電界緩和層と高濃度のコンタクト層との２層から構成されてもよい。低濃度の電界緩和層は１×１０１７［ａｔｍ／ｃｍ３］程度のリンをドーピングすることによって形成することができる。上記２層はＣＶＤ装置において連続的に形成することができる。
【００８６】
次に、図２Ｉに示すように、コンタクト層用膜１０６ａを覆うようにして、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄとなるソースドレイン金属膜１０８を形成する。例えば、スパッタによって、ＭｏＷ／Ａｌ／ＭｏＷの三層構造のソースドレイン金属膜１０８を成膜する。
【００８７】
その後、図示しないが、所定形状のソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄを形成するために、ソースドレイン金属膜１０８上にレジスト材料を塗布し、露光及び現像を行って、所定形状にパターニングされたレジストを形成する。
【００８８】
次に、このレジストをマスクとしてウェットエッチングを施してソースドレイン金属膜１０８をパターニングすることにより、図２Ｊに示すように、所定形状のソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄを形成する。なお、このとき、コンタクト層用膜１０６ａがエッチングストッパとして機能する。その後、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄ上のレジストを除去する。また、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄをマスクとしてドライエッチングを施すことにより、コンタクト層用膜１０６ａをパターニングして所定形状の一対のコンタクト層１０６を形成する。なお、ドライエッチングの条件としては、塩素系ガスを用いることができる。
【００８９】
このようにして、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１００を製造することができる。
【００９０】
なお、その後、図２Ｋに示すように、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄの上から全体を覆うようにして、ＳｉＮ等の無機材料からなるパッシベーション膜１０９を形成してもよい。
【００９１】
また、上記では、説明を簡便にするため、一つの薄膜トランジスタ装置の製造方法について説明したが、それに限らない。一つの薄膜トランジスタ装置ではなく、複数の薄膜トランジスタ装置をアレイ状に製造するとしてもよい。その場合には、図２Ｄに示す工程では、アレイ状に形成された複数の結晶シリコン薄膜１０４うちの一つの結晶シリコン薄膜１０４を代表して検査すればよい。そして、検査後、上記条件をクリアした結晶シリコン薄膜１０４を含むアレイのみを選別するとすればよい。それにより、複数の薄膜トランジスタ装置を、ばらつきのない高移動度の特性を有する結晶シリコン薄膜で構成することができるので、この薄膜トランジスタ装置を大画面に用いられる有機ＥＬパネル等に用いることができるという効果を奏する。
【００９２】
続いて、図２Ｄにおいて、本発明の結晶性評価方法等を用いて、所望の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４を選別する方法について説明する。具体的には、本発明の結晶性評価方法、結晶性評価装置、またはそのコンピュータソフトを用いて、結晶シリコン薄膜１０４の結晶性を示す値（ピーク強度、半値幅、ラマンシフト量など）を評価する。そして、所望の特性として移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４のみを選別する方法について説明する。
【００９３】
図３は、本発明の実施の形態１における結晶シリコン薄膜の結晶性評価に用いるラマン分光装置２００の概略図である。つまり、例えば結晶シリコン薄膜１０４における固有のフォノンモードに対応するラマン半値幅などの結晶シリコン薄膜１０４の評価（検査）は、例えば図３に示すラマン分光装置を用いて行われる。以下、図３に示すラマン分光装置２００について説明する。
【００９４】
図３に示すラマン分光装置２００は、光源２０１と、アッテネーター２０２と、フィルター２０３と、ミラー２０４と、ビームスプリッター２０５と、対物レンズ２０６と、ステージ２０８と、スリット２０９と、分光器２１０と、検出器２１１とを備え、試料２０７に対してラマン分光測定を行う。ここで、試料２０７は、上述の製造方法にてゲート電極上に結晶シリコン薄膜が形成されたものまたはそれに相当するものである。
【００９５】
光源２０１には、波長４７０ｎｍ〜７００ｎｍ程度レーザ光が用いられる。例えば、光源２０１は、波長５１４．５ｎｍのアルゴンイオンレーザ、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザなどが用いられる。
【００９６】
アッテネーター２０２は、光源２０１から出射されたレーザ光を、試料２０７に影響が生じない程度に減光する。
【００９７】
フィルター２０３は、アッテネーター２０２で減光された光を、所望の波長以外の光を徐光して通過させる。
【００９８】
なお、本実施の形態では、レーザパワーは、光源２０１及びアッテネーター２０２に構成される各対物レンズの倍率によって、試料２０７のスペクトルの変化がないように調整している。例えば、各対物レンズの倍率を５０倍とする場合、試料２０７上におけるレーザパワーを１ｍＷ〜２０ｍＷに調整する。
【００９９】
ミラー２０４は、フィルター２０３を通過した光の進行方向を制御する。
【０１００】
ビームスプリッター２０５は、ミラー２０４により進行方向が制御された光を、顕微鏡システムの対物レンズ２０６まで導く。また、ビームスプリッター２０５は、試料２０７の試料面で散乱した散乱光であって対物レンズ２０６で集光された散乱光を、スリット２０９を介して分光器２１０に導く。
【０１０１】
対物レンズ２０６は、ビームスプリッター２０５を介して導かれた光を集光し、ステージ２０８上の試料２０７に照射する。ここで、対物レンズ２０６は、その倍率を変化させることで、試料２０７面に照射されるレーザ光の照射スポット（空間分解能）を変化させることができる。例えば、この対物レンズ２０６の倍率を１００倍とした場合、試料２０７の試料面でのレーザ光の照射スポット径を、約０．６μｍとする。
【０１０２】
また、対物レンズ２０６は、試料２０７の試料面で散乱した散乱光を集光して、ビームスプリッター２０５に導く。
【０１０３】
スリット２０９は、その幅（スリット幅）により通過する光のスペクトル分解能を向上させる。ここで、スリット幅は、狭い場合にはスペクトル分解能を向上させるものの、散乱光の強度が減少する。このため、分解能とＳ／Ｎの兼ね合いで、装置毎に適切に設定する必要がある。本実施の形態では、例えば、２０μｍ〜２００μｍ程度に設定される。
【０１０４】
分光器２１０は、光を波長の違いに従って分解し、スペクトル（分散された光）を得るための装置である。分光器２１０は、スリット２０９を介して導かれた光を分散する。分光器２１０は、一般的に、シングルモノクロメーターが用いられる。分光器２１０に構成されるグレーティングの数を増加させると、分解能は向上するものの、スペクトルの取得領域が減少し、散乱光強度が減少する。そのため、測定対象によってグレーティングの数（溝数）を適切に選択する必要がある。本実施の形態では、例えば１８００Ｇ／ｍｍ〜３０００Ｇ／ｍｍ程度の溝数のものを用いる。
【０１０５】
検出器２１１は、分光器２１０で分散された光を、シグナルとして検出することで、ラマンスペクトルを得る。検出器２１１は、例えば光電子倍増管やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いて構成される。ここで、分光器２１０と検出器２１１との距離は、焦点距離と呼ばれる。焦点距離が長いと、スペクトルの波数分解能は向上するものの、散乱光強度が減衰する。そのため、本実施の形態では、焦点距離２５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度としている。
【０１０６】
以上のように、ラマン分光装置２００は構成される。
【０１０７】
次に、上記ラマン分光装置２００を用いて得られたラマンスペクトルを解析する方法について説明する。
【０１０８】
図４は、本発明の実施の形態１におけるラマンスペクトルの解析方法を説明するためのフローチャートである。図５は、本発明の実施の形態１における結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。
【０１０９】
まず、ラマン分光装置２００を用いて、ラマンスペクトルを測定する（Ｓ２０１）。具体的には、半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する。より具体的には、結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する。ここで、ラマン分光法は、ラマンシフトが物質に固有であることを利用する測定方法であり、試料にレーザ光を照射し、発生するラマン散乱光を測定することによって、非破壊・非接触測定で微視的な物性を知ることができる。測定条件としては、測定位置をゲート電極上の結晶シリコン薄膜とし、励起波長を５３２ｎｍとする。また、測定スポット径は１．３μｍΦであり、波数分解能は１．５ｃｍ−１である。
【０１１０】
結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピークは、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１に観測される。なお、結晶シリコン膜は、４５０ｃｍ−１〜５５０ｃｍ−１の領域にシリコンの固有のフォノンに対応するラマンバンドのピークが観測され、微結晶シリコン膜の固有のフォノンに対応するラマンバンドのピークは５００ｃｍ−１〜５１０ｃｍ−１付近、ａ−Ｓｉ膜の固有のフォノンに対応するラマンバンドのピークは４８０ｃｍ−１付近に観測される。本実施の形態では、測定したスペクトル（ラマンスペクトル）のうち、結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形に対して解析を行っている。
【０１１１】
次に、測定したラマンスペクトルのベースラインを補正する（Ｓ２０２）。具体的には、結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形を測定後、測定したピーク波形のベースラインを補正する。例えば、ラマンスペクトルを解析した領域に対して直線近似を行なう方法によりベースラインの補正を行う。ラマンスペクトルは、サンプル（ここでは試料２０７）や測定環境の影響を受けて、ベースラインが傾斜してしまうからである。なお、ベースラインが傾斜していない場合もあり、その場合には、ベースラインの補正を行う必要はない。
【０１１２】
次に、ガウス関数を用いて測定したラマンスペクトルのフィッティングを行う（Ｓ２０３）。具体的には、ガウス関数を用いて、測定したラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する。そして、第１フィッティング波形のピーク値を抽出する。より具体的には、ガウス関数（ガウス分布）を用いてラマンピーク波形解析モデルを生成し、生成したラマンピーク波形解析モデルを高さ方向についてフィッティング（ラマンスペクトルの再現）を行う。そして、フィッティングされたラマンピーク波形解析モデル（第１フィッティング波形）の強度（ピーク値）を抽出する。本実施の形態では、ガウス関数（ガウス分布）を用いて結晶シリコン薄膜のラマンバンドのラマンピーク波形解析モデルを生成する。そして、ベースラインを補正したラマンスペクトルのうち、結晶シリコン薄膜の成分すなわち５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１に観察されるラマンバンドのピークに対してフィッティングを行い、強度（ピーク値）を抽出する。
【０１１３】
次に、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数によりラマンスペクトルのフィッティングを行う（Ｓ２０４）。
【０１１４】
具体的には、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数によりラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する。より具体的には、ローレンツ関数を用いて、別途ラマンピーク波形解析モデルを生成し、生成したラマンピーク波形解析モデルを用いて、結晶シリコン薄膜のラマンバンドの幅方向についてフィッティングを行う。
【０１１５】
つまり、本実施の形態では、ベースラインを補正した結晶シリコン薄膜のラマンバンドに対して、まず、ガウス関数から生成したラマンピーク波形解析モデルを用いてピーク値をフィッティングした後に、ローレンツ関数から生成したラマンピーク波形解析モデルを用いて、さらに幅方向に対してフィッティングを行う。その解析結果を示したものが図５である。
【０１１６】
次に、Ｓ２０４でのラマンスペクトルのフィッティング結果から、パラメータを抽出して出力する。具体的には、第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する。より具体的には、スペクトル解析すなわちＳ２０４でフィティングして得られたラマンピーク波形解析モデルから、パラメータとして各成分におけるピーク位置、半値幅（ラマン半値幅）、ピーク値（ピーク強度）または体積分率（結晶化率）などを抽出して、出力する（Ｓ２０５）。
【０１１７】
次に、例えば予めルックアップテーブルに保存されているパラメータとＳ２０５で出力されたパラメータとを比較し、結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値を取得する（Ｓ２０６）。具体的には、出力されたピーク値、半値幅、またはピーク値を示す波長（ラマンシフト量）に基づき、結晶性半導体膜の結晶性を評価する。
【０１１８】
より具体的には、Ｓ２０５で出力されたピーク値、半値幅、またはピーク値を示す波長（ラマンシフト量）と、ルックアップテーブルに予め保存されている参照ピーク値、参照半値幅、または参照ピーク値を示す波長（ラマンシフト量）と比較することにより、前記結晶性半導体膜の結晶性を評価する。
【０１１９】
ここで、結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値とは、例えば、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドの半値幅（ラマン半値幅）である。また、結晶シリコン薄膜１０４のラマン半値幅と単結晶シリコンのラマン半値幅との比の値であってもよく、結晶シリコン薄膜１０４の半値幅と単結晶シリコン基板のラマン半値幅の差の値でもよい。また、例えば、結晶シリコン薄膜１０４のラマンバンドのピーク値と、多結晶シリコン薄膜のラマン半値幅との比（ピーク値／ラマン半値幅）の値であってもよい。
【０１２０】
また、ルックアップテーブルには、参照ピーク値、参照半値幅、または参照ピーク値を示す波長として、Ｓ２０１より前に、結晶性半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形を、ローレンツ関数を用いてフィッティングして得られた第３フィッティング波形のピーク値、半値幅またはピーク値が予め保存されている。また、ルックアップテーブルには、結晶粒径、結晶粒の存在比率及び移動度を含む当該結晶性半導体膜の結晶性の評価が、参照ピーク値、参照半値幅、または参照ピーク値を示す波長と紐付けられて保存されている。
【０１２１】
以上のようにして、ラマン分光装置２００で得られたラマンスペクトルを解析して、結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値を取得する。
【０１２２】
なお、このラマン分光装置２００を用いて得られたラマンスペクトルは、上記の評価方法を実行する評価装置により実行されるとしてもよい。その場合、評価装置は、測定部と、第１生成部と、抽出部と、第２生成部と、出力部と、評価部とを備えるとすればよい。ここで、測定部は、半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する。第１生成部は、ガウス関数を用いて、測定したラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する。抽出部は、第１フィッティング波形のピーク値を抽出する。第２生成部は、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数によりラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する。評価部は、第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、またはピーク値を示す波長を出力する出力部と、出力されたピーク値、半値幅、またはピーク値を示す波長に基づき、半導体膜の結晶性を評価する。
【０１２３】
また、評価装置を構成する処理手段をステップとしてコンピュータに実行させるコンピータソフトとして実現したりしてもよい。つまり、上述した結晶性評価方法を行うプログラムが記録されたコンピュータソフトが組み込まれているコンピュータを実行することで、結晶性を評価してもよい。
【０１２４】
次に、本発明の結晶性半導体膜の結晶性評価方法を用いることにより、結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できることについて説明する。
【０１２５】
図６は、結晶性半導体膜の結晶性評価方法と半値幅の値のばらつきとの関係を示す図である。ここで、縦軸は、同程度に結晶化された組織を１０点以上測定し、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１に観察されるラマンバンドの半値幅（ｃｍ−１）のばらつきすなわちラマン半値幅ばらつきを示している。横軸は、測定したラマンスペクトルのラマン半値幅を評価する方法を示している。具体的には、図６に示す本願は、測定したラマンスペクトルをガウス関数でフィッティングし、ピーク値を得た後、得られたピーク値を初期値として、ローレンツ関数でフィッティングすることでラマン半値幅を得る評価方法を示している。一方、図６に示すＧａｕｓｓは、測定したラマンスペクトルをガウス関数のみでフィッティングしてラマン半値幅を得る評価方法を示している。図６に示すＬｏｒｅｎｔｓは、測定したラマンスペクトルをローレンツ関数のみでフィッティングしてラマン半値幅を得る評価方法を示している。また、図６に示すＭｉｘは、測定したラマンスペクトルをガウス関数とローレンツ関数を複合させた複合関数（Ｖｏｉｔ関数）でフィッティングしてラマン半値幅を得る評価方法を示している。
【０１２６】
図６からわかるように、従来の評価方法（Ｍｉｘ、Ｇａｕｓｓ、Ｌｏｒｅｎｔｓ）に比べると、本願の評価方法を用いると、得られたラマン半値幅のばらつきが小さいことがわかる。つまり、本願の評価方法を用いると、より正確なラマン半値幅（結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値）を得ることができるのがわかる。
【０１２７】
次に、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１００の結晶シリコン薄膜１０４における所望の結晶性を示す値（好ましい膜質条件）について説明する。
【０１２８】
図７は、本発明の実施の形態１における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のラマン半値幅との関係を示す図である。ここで、図７に示す各データ点は、上述の製造方法にてゲート電極上に結晶シリコン薄膜が形成された複数の試料２０７それぞれに対するものである。また、縦軸は、移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示しており、横軸は５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１に観察されるラマンバンドの半値幅（ｃｍ−１）すなわちラマン半値幅を示している。また、図８は、図７の移動度の絶対値のばらつきを示す図である。つまり、図８は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度（図７）の絶対値のばらつきと、その結晶シリコン薄膜のラマン半値幅との関係を示す図である。ここで、縦軸は、結晶シリコン薄膜の移動度のばらつき（％）（３σ／平均値×１００）を示しており、横軸は、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅（ｃｍ−１）を示している。
【０１２９】
図８に示すように、移動度のばらつきが少ない範囲は、ラマン半値幅は、５．２ｃｍ−１〜５．８ｃｍ−１を示す範囲Ｆ２であるのがわかる。
【０１３０】
それにより、図７において、移動度のばらつきが比較的少ない範囲は、移動度が２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示す範囲Ｆ１であるのがわかる。つまり、ラマン半値幅が５．２ｃｍ−１〜５．８ｃｍ−１を示す範囲Ｆ１では、移動度は２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示すことがわかる。
【０１３１】
したがって、好ましい膜質条件として、結晶シリコン薄膜が、そのラマン半値幅として５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１を満たす場合に、所望の特性（結晶シリコン薄膜は移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有する。
【０１３２】
このことからも、好ましい膜質条件として結晶シリコン薄膜のラマン半値幅が５．２ｃｍ−１〜５．８ｃｍ−１を満たす場合に、結晶シリコン薄膜は所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有することがわかる。
【０１３３】
これは、ラマン半値幅が５ｃｍ−１より小さい場合には、結晶シリコン薄膜の粒径が大きく（大粒径）なり、移動度のバラツキが大きくなると解することができる。一方、ラマン半値幅が６ｃｍ−１より大きい場合には、結晶シリコン薄膜の粒径は小さいものの、Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅの結晶状態（微結晶組織と部分的に溶融した組織の混晶）が混ざることで、移動度のバラツキが大きくなると解することができる。
【０１３４】
以上のように、図２Ｄに示す薄膜トランジスタ装置１００の製造工程では、図４のＳ２０６において、結晶シリコン薄膜の固有のフォノンモードに対応するラマン半値幅が、５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１を満たしているか否かを判定することにより、結晶性半導体膜の結晶性を評価する。そして、薄膜トランジスタ装置１００では、上記条件を満たす結晶シリコン薄膜１０４が選別されてチャネル層として構成される。
【０１３５】
なお、上記では、所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有する結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値を、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅を用いて示したが、それに限らない。結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅に対する比で示すとしてもよいし、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコンのラマン半値幅の差の値で評価するとしてもよい。以下、その例について図９及び図１０を用いて説明する。
【０１３６】
図９は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅に対する比との関係を示す図である。ここで、縦軸は、移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示しており、横軸は、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅に対する比を示している。また、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値値は、３．４ｃｍ−１であり、ラマンシフトが５２０ｃｍ−１付近のラマンバンドの半値値である。
【０１３７】
図９において、範囲Ｆ３は、移動度が２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示す範囲である。この範囲Ｆ３では、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅に対する比は、１．５〜１．８を示す。
【０１３８】
したがって、Ｓ２０６において、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅に対する比が、１．５〜１．８を満たすか否かを判定することにより、所望の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性か否かを評価する。そして、上記好ましい膜質条件を満たす場合に、結晶シリコン薄膜は所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有すると評価される。
【０１３９】
図１０は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のラマン半値幅及び単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅の差との関係を示す図である。ここで、縦軸は、移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示しており、横軸は結晶シリコン薄膜のラマン半値幅から単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅を引いた値（ｃｍ−１）を示している。ここで、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）ののラマン半値幅の値は、３．４ｃｍ−１である。
【０１４０】
図１０において、範囲Ｆ４は、移動度が２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示す範囲である。この範囲Ｆ４では、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅と単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅との差は、１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１を示す。
【０１４１】
したがって、Ｓ２０６において、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅と単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）のラマン半値幅との差が、１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１を満たすか否かを判定することにより、所望の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性か否かを評価する。そして、上記好ましい膜質条件を満たす場合に、結晶シリコン薄膜は所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有すると評価される。
【０１４２】
また、上記では、所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有する結晶シリコン薄膜の結晶性を示す値を、結晶シリコン薄膜のラマン半値幅を用いて算出した値を用いて示したが、それに限らない。以下、例示として、結晶シリコン薄膜のラマンバンドのピーク位置またはピーク値（ピーク強度）を用いる場合について説明する。
【０１４３】
まず、図１１を用いて、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１にラマンバンドのピークが観察される結晶シリコン薄膜の移動度について示す。
【０１４４】
図１１は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜のピーク位置との関係を示す図である。ここで、縦軸は、ピーク位置（ｃｍ−１）を示しており、横軸は結晶シリコン薄膜の移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示している。
【０１４５】
図１１に示すように、５１６ｃｍ−１〜５１８ｃｍ−１にラマンバンドのピークが観察される結晶シリコン薄膜では、〜１５０ｃｍ２／ＶＳの高移動度を有することがわかる。
【０１４６】
次に、結晶シリコン薄膜のラマンバンドのピーク位置またはピーク値（ピーク強度）を用いた結晶シリコン薄膜１０４における好ましい膜質条件について説明する。
【０１４７】
図１２は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度との関係を示す図である。ここで、縦軸は、多結晶シリコン薄膜の移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示しており、横軸は、移動度４０ｃｍ２／ＶＳにおける結晶シリコン薄膜のピーク強度で規格化されたピーク強度を示している。
【０１４８】
図１２に示すように、移動度が２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示す範囲では、結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度は、０．５〜１．２を示しているのがわかる。
【０１４９】
したがって、Ｓ２０６において、結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度が、０．５〜１．２を満たすか否かを判定することにより、所望の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性か否かを評価する。そして、上記好ましい膜質条件を満たす場合に、所望の特性（結晶シリコン薄膜は移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有すると評価される。
【０１５０】
図１３は、本実施の形態における製造方法によって形成された結晶シリコン薄膜の移動度と、その結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度のラマン半値幅に対する比との関係を示す図である。ここで、縦軸は、結晶シリコン薄膜の移動度（ｃｍ２／ＶＳ）を示しており、横軸は、移動度４０ｃｍ２／ＶＳにおける結晶シリコン薄膜のピーク強度で規格化されたラマン半値幅を示している。
【０１５１】
図１３に示すように、移動度が２０ｃｍ２／ＶＳ〜５０ｃｍ２／ＶＳを示す範囲では、結晶シリコン薄膜の規格化されたラマン半値幅は、０．１〜０．２を示す。
【０１５２】
したがって、Ｓ２０６において、結晶シリコン薄膜の規格化されたピーク強度のラマン半値幅に対する比が０．１〜０．２を満たすか否かを判定することにより、所望の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性か否かを評価する。そして、上記好ましい膜質条件を満たす場合に、結晶シリコン薄膜は所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有すると評価される。
【０１５３】
以上のように、本実施の形態によれば、本発明の結晶性評価方法等を用いて、所望の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４を選別し、選別された結晶シリコン薄膜１０４をチャネル層として薄膜トランジスタ装置を構成する。それにより、所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有する結晶シリコン薄膜をチャネル層に用いる薄膜トランジスタ装置を実現することができる。
【０１５４】
なお、本実施の形態の薄膜トランジスタ装置では、チャネル保護層が、非結晶質シリコン薄膜上にされているとして説明したがそれに限られない。結晶質シリコン薄膜上に形成され、チャネル保護層上に非晶質シリコン薄膜が形成されるとしてもよい。以下、それを変形例として説明する。
【０１５５】
（変形例）
図１４は、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の構成を模式的に示す断面図である。なお、図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【０１５６】
図１４に示す薄膜トランジスタ装置１５０は、実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１００に対して、非晶質シリコン薄膜１５５と絶縁層１５７との構成が異なる。
【０１５７】
絶縁層１５７は、チャネル層（結晶シリコン薄膜１０４）を保護する。絶縁層１５７は、一対の非晶質シリコン薄膜１５５とコンタクト層１５６を形成するときのエッチング処理時において、非晶質シリコン薄膜１５５がエッチングされてしまうことを防止するためのチャネルエッチングストッパ（ＣＥＳ）層として機能する。絶縁層１５７は、チャネル領域を含む結晶シリコン薄膜１０４の上に形成される。なお、絶縁層１５７の材料等は、絶縁層１０７と同様であるため、説明を省略する。
【０１５８】
一対の非晶質シリコン薄膜１５５は、チャネル領域を含む結晶シリコン薄膜１０４と絶縁層１５７との上方に形成される。一対の非晶質シリコン薄膜１５５は、絶縁層１５７上において所定の間隔をあけて対向配置されている。一対の非晶質シリコン薄膜１５５のそれぞれは、絶縁層１５７の上面から結晶シリコン薄膜１０４までを跨るようにして形成されている。本変形例において、一対の非晶質シリコン薄膜１５５のうちの一方は、絶縁層１５７の一方の端部及び結晶シリコン薄膜１０４に跨るようにして形成されており、絶縁層１５７の一方の端部における上部と側面、及び、絶縁層１５７の一方の側面側領域における結晶シリコン薄膜１０４の上面を覆うように形成される。また、一対の非晶質シリコン薄膜１５５のうちの他方は、絶縁層１５７の他方の端部及び結晶シリコン薄膜１０４に跨るようにして形成されており、絶縁層１５７の他方の端部における上部と側面、及び、絶縁層１５７の他方の側面側領域における結晶シリコン薄膜１０４の上面を覆うように形成される。なお、一対の非晶質シリコン薄膜１５５の材料等は、非晶質シリコン薄膜１０５と同様であるため、説明を省略する。
【０１５９】
一対のコンタクト層１５６は、絶縁層１５７上において所定の間隔をあけて対向配置されている。一対のコンタクト層１５６のそれぞれは、非晶質シリコン薄膜１５５上に形成されている。なお、一対のコンタクト層１５６の材料等は、コンタクト層１０６と同様であるため、説明を省略する。
【０１６０】
以上のように、薄膜トランジスタ装置１５０は構成される。
【０１６１】
次に、以上のように構成される薄膜トランジスタ装置１５０の製造方法について説明する。図１５Ａ〜図１５Ｋは、本発明の実施の形態１の変形例に係る薄膜トランジスタ装置の製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。
【０１６２】
図１５Ａ〜図１５Ｄは、図２Ａ〜図２Ｄと同じ工程であるため、説明を省略する。
【０１６３】
次に、図１５Ｅに示すように、結晶シリコン薄膜１０４上に、絶縁層１５７を形成するための絶縁層形成用膜１５７ａを形成する。絶縁層形成用膜１５７ａは、無機材料を用いて形成される。ここでは、例えば、絶縁層形成用膜１５７ａが酸化シリコン等の無機材料によって形成されるとする。
【０１６４】
次に、絶縁層形成用膜１５７ａの上に、所定形状の絶縁層１５７を規定するフォトマスクとして、所定幅のレジストを形成する。その後、レジストをマスクとしてドライエッチングを施すことによって、絶縁層形成用膜１５７ａをパターニングして所定形状の絶縁層１５７を形成する。次いで、絶縁層１５７上に形成されているレジストを除去する。これにより、図１５Ｆに示すように、絶縁層１５７の上面を露出させる。
【０１６５】
次に、図１５Ｇに示すように、絶縁層１５７及び結晶シリコン薄膜１０４上に、非晶質シリコン薄膜１５５を形成する。具体的には、絶縁層１５７を形成した後に、プラズマＣＶＤ等を用いて、所定の成膜条件（形成条件）によってアモルファスシリコン膜からなる非晶質シリコン薄膜１５５を成膜する。
【０１６６】
次に、図１５Ｈに示すように、非晶質シリコン薄膜１５５上に、コンタクト層１５６となるコンタクト層用膜１５６ａを形成する。具体的には、非晶質シリコン薄膜１５５上に、例えばプラズマＣＶＤによって、リン等の５価元素の不純物をドープしたアモルファスシリコンからなるコンタクト層用膜１５６ａを成膜する。
【０１６７】
なお、コンタクト層用膜１５６ａは低濃度の電界緩和層と高濃度のコンタクト層との２層から構成されてもよい。低濃度の電界緩和層は１×１０１７［ａｔｍ／ｃｍ３］程度のリンをドーピングすることによって形成することができる。上記２層はＣＶＤ装置において連続的に形成することができる。
【０１６８】
次に、図１５Ｉに示すように、コンタクト層用膜１５６ａを覆うようにして、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄとなるソースドレイン金属膜１０８を形成する。例えば、スパッタによって、ＭｏＷ／Ａｌ／ＭｏＷの三層構造のソースドレイン金属膜１０８を成膜する。
【０１６９】
その後、図示しないが、所定形状のソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄを形成するために、ソースドレイン金属膜１０８上にレジスト材料を塗布し、露光及び現像を行って、所定形状にパターニングされたレジストを形成する。
【０１７０】
次に、図１５Ｊに示すように、レジストをマスクとしてウェットエッチングを施してソースドレイン金属膜１０８をパターニングすることにより、所定形状のソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄを形成する。なお、このとき、コンタクト層用膜１０６ａがエッチングストッパとして機能する。その後、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄ上のレジストを除去する。続いて、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄをマスクとしてドライエッチングを施すことにより、コンタクト層用膜１５６ａと非晶質シリコン薄膜１５５をパターニングして所定形状の一対のコンタクト層１５６と非晶質シリコン薄膜１５５を形成する。なお、ドライエッチングの条件としては、塩素系ガスを用いることができる。
【０１７１】
このようにして、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ装置１５０を製造することができる。
【０１７２】
なお、その後、図１５Ｋに示すように、ソース電極１０８Ｓ及びドレイン電極１０８Ｄの上から全体を覆うようにして、ＳｉＮ等の無機材料からなるパッシベーション膜１０９を形成してもよい。
【０１７３】
以上のように、本発明の結晶性評価方法等を用いて、所望の特性を有する結晶シリコン薄膜１０４を選別し、選別した結晶シリコン薄膜１０４をチャネル層として用いて薄膜トランジスタ装置を構成する。それにより、所望の特性（移動度のばらつきもなく高移動度の特性）を有する結晶シリコン薄膜をチャネル層に用いる薄膜トランジスタ装置を実現することができる。
【０１７４】
このように、本実施の形態によれば、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できる結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトを実現することができる。
【０１７５】
なお、本実施の形態の薄膜トランジスタ装置は、有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置だけでなく、液晶表示装置等、アクティブマトリクス基板が用いられる他の表示装置にも適用することができる。また、このように構成される表示装置については、フラットパネルディスプレイとして利用することができ、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、携帯電話などのあらゆる表示パネルを有する電子機器に適用することができる。
【０１７６】
以上、本実施の形態に係る結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明に係る結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトは、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
【０１７７】
例えば、上記の実施の形態では、絶縁層（チャネル保護膜）を用いたチャネル保護型の薄膜トランジスタ装置を構成する結晶性半導体膜の評価について説明したが、本発明は、絶縁層（チャネル保護膜）を用いないチャネルエッチング型の薄膜トランジスタ装置を構成する結晶性半導体膜の評価にも適用することができる。
【０１７８】
また、例えば、本実施の形態に係る結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトにおいて、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数によりラマンスペクトルのフィッティングを行う（Ｓ２０４）としたがそれに限られない。ローレンツ関数そのものでなく、ローレンツ関数から記述される関数（例えば後述するラマンスペクトル関数）によりラマンスペクトルのフィッティングを行うとしてもよい。その場合、ラマンスペクトルに対してより再現性のあるフィッティング波形を得られる効果を奏する。
【０１７９】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における半導体膜の結晶性評価方法（以下、膜質解析方法と記載）、について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【０１８０】
本実施の形態において、結晶シリコン膜に対するラマン分光測定は、図３に示すラマン分光装置を用いて、試料３０７（不図示）に対して行う。
【０１８１】
ここで、試料３０７は、ガラス基板上に、ベースコート層及び非結晶シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）が形成され、その後に、非晶質シリコン膜を結晶化させることで結晶シリコン膜が形成されたものである。ベースコート膜としては、例えば、膜厚１００ｎｍ〜１μｍ程度のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの熱伝導率の小さい膜が用いられている。非結晶シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）は、例えば、膜厚２０〜２００ｎｍ程度の膜をプラズマＣＶＤ法で堆積されている、非晶質シリコン膜を結晶化させる方法としては、レーザや熱を用いる。なお、レーザを用いて結晶化する場合（レーザー結晶化方法）においては、波長２００〜１０００ｎｍ、パルス発振及び連続発振の光源で結晶化を行う。なお、レーザを用いて結晶化を行う前に、非晶質シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）の突沸を防ぐために、４００〜６００℃の温度で脱水素アニールを行うとしてもよい。
【０１８２】
次に、ラマン分光装置２００で得られたラマンスペクトルを解析する方法について説明する。
【０１８３】
図１６は、本実施の形態における結晶性半導体膜の膜質解析方法に用いるラマンスペクトルの解析方法を説明するためのフローチャートである。
【０１８４】
まず、ラマン分光装置２００を用いて、ラマンスペクトルを測定する（Ｓ３０１）。具体的には、結晶性半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する。例えば、図２６に示すように、結晶性半導体膜である結晶シリコン膜においては、４５０〜５５０ｃｍ−１の領域にシリコン膜固有のフォノンに対応するラマンピークが観測される。上述したように結晶シリコン膜固有のラマンピークは５２０ｃｍ−１、微結晶シリコン膜固有のラマンピークは５００〜５１０ｃｍ−１付近、ａ−Ｓｉ膜固有のラマンピークは４８０ｃｍ−１付近に観測される。後述する実施例では、上記の領域に観測されるラマンピークに対して本解析方法を用いて解析を行った。
【０１８５】
次に、測定したラマンスペクトルのベースラインを補正する（Ｓ３０２）。具体的には、ピーク波形の測定後、当該ピーク波形のベースラインを補正する。例えば、スペクトルを解析した領域に対して直線近似を行なう方法によりベースラインの補正を行う。なぜなら、ラマンスペクトルは、サンプル（ここでは試料３０７）や測定環境の影響を受けて、ベースライン傾斜してしまうことがあるからである。これは、例えば、図２６にも示されており、入射光（レーリー光）の影響でベースラインが傾斜している。なお、ベースラインが傾斜していない場合もあり、その場合には、ベースラインの補正を行う必要はない。
【０１８６】
次に、ラマン強度関数（ラマンスペクトル関数）を用いてラマンスペクトルのフィッティングを行う（Ｓ３０３）。
【０１８７】
具体的には、ラマンピーク波形解析モデルを生成し、生成したラマンピーク波形解析モデルを用いて、ピーク波形を再現する。詳細は、後述するが、ベースラインを補正したラマンスペクトルに対して、結晶シリコン成分、微結晶シリコン成分、ａ−Ｓｉ成分の３つの成分が存在すると仮定し、ラマンスペクトルの解析を行うことで、ラマンスペクトルのフィッティング（ラマンスペクトルの再現）を行う。
【０１８８】
次に、ラマンスペクトルのフィッティング結果から、パラメータを抽出する（Ｓ３０４）。具体的には、スペクトル解析によって得られたラマンピーク波形解析モデルから、パラメータとして各成分におけるピーク位置、半値幅、ピーク強度、体積分率などを抽出する。
【０１８９】
以上のようにして、ラマン分光装置２００で得られたラマンスペクトルを解析する。
【０１９０】
次に、上述のＳ３０３におけるラマンスペクトルの解析方法において、詳細に説明する。
【０１９１】
従来、各固有フォノンの分散を表す関数を、ガウス関数、ローレンツ関数、及びその複合関数（Ｖｏｉｔ関数）を用いて表現できると仮定して解析されてきた。一方、本発明では、各固有のフォノン分散を表す関数としてフォノンのコヒーレンス長を考慮したラマンスペクトル関数を用いて解析する。以下の（式１）及び（式２）に、本発明で用いるラマンスペクトル関数を示す。
【０１９２】
【数４】
2012120775.tif 000006
【０１９３】
【数５】
2012120775.tif 000007
【０１９４】
ここで、Ｌｃはフォノンコヒーレンス長、ａは格子定数（結晶シリコン：０．５３ｎｍ）、Γ０は結晶シリコンのラマンピークの半値幅（測定系に依存）、Ｃは規格化定数、ｆ（ｑ）は重み付け関数である。
【０１９５】
通常、ラマン散乱は光の非弾性散乱であるため、選択則に従えば運動エネルギーが０であるとき、ＴＯフォノンのラマンピーク（５２０．６ｃｍ−１）のみが観測される。ところが、結晶シリコン膜の結晶性が乱れると、上記の選択則が崩れ、他のフォノンモードもラマン活性となりある程度観測されるようになる。
【０１９６】
図１７Ａ〜図１７Ｆは、本発明の実施の形態２におけるフォノンのコヒーレンス長のラマンスペクトル依存性を計算した結果を示す図である。図において、縦軸は規格化されたラマンピーク強度、横軸はラマンシフト（入射光からの差）を示す。図１７Ａ〜図１７Ｆは、それぞれＬｃを５０、１０、５、２、１．５、１．０ｎｍと変化させてラマンスペクトルを計算した結果を示している。
【０１９７】
結晶が乱れた系やフォノンが閉じ込められた系ではフォノンのコヒーレンス長が制限されることが知られている。また、図１７Ａ〜図１７Ｆの結果から、Ｌｃの減少と共に、ラマンピークの半値幅が広がり、低波数側にピーク位置がシフトしていくことがわかる。また、Ｌｃが５ｎｍ以下になると、ラマンスペクトルの形状がＬｃに大きく依存していくことがわかる。
【０１９８】
したがって、ａ−Ｓｉ成分、微結晶シリコン成分、結晶シリコン成分のラマンスペクトル関数は、フォノンコヒーレンス長によって特徴付けることができる。それ故に、測定した結晶シリコン膜のラマンスペクトルは、以下の（式３）、（式４）によって表すことができる。
【０１９９】
【数６】
2012120775.tif 000008
【０２００】
ただし、
【数７】
2012120775.tif 000009
【０２０１】
ここで、σａ、σｍｃ及びσｃはそれぞれ、ａ−Ｓｉ成分、微結晶シリコン成分及び結晶シリコン成分の体積分率を示し、Ｉａ（ω）、Ｉμｃ（ω）及びＩｃ（ω）はそれぞれ、ａ−Ｓｉ成分、微結晶シリコン成分及び結晶シリコン成分のラマンスペクトル関数を示す。
【０２０２】
以上から、Ｓ３０３では、まず、Ｉｃ（ω）を結晶性シリコン成分のラマンバンド、Ｉμｃ（ω）を微結晶シリコン成分のラマンバンド、Ｉａ（ω）をアモルファスシリコン成分のラマンバンド、σｃを結晶シリコン成分の体積分率、σｍｃを微結晶シリコン成分の体積分率、σａをアモルファスシリコン成分の体積分率とする。続いて、（式３）で表現されるラマンピーク波形解析モデルを作成する第１工程と、結晶シリコン成分のラマンバンド、微結晶シリコン成分のラマンバンド、及びアモルファスシリコン成分のラマンバンドを、Ｌｃをフォノンコヒーレンス長、ａを格子定数、Γ０を単結晶半導体のラマンピークの半値幅、Ｃを規格化定数として（式２）に示すラマンスペクトル関数を記述する第２工程と、前記ラマンスペクトル関数を用いてラマンピーク波形解析モデルを生成し、生成した前記ラマンピーク波形解析モデルを用いて、前記ピーク波形を再現する第３工程と、を含む。第１工程〜第３工程により、ラマンスペクトル関数を用いてラマンスペクトルのフィッティング（ピーク波形の再現）を行う。
【０２０３】
つまり、本実施の形態の解析方法では、それぞれの成分のフォノンコヒーレンス長及び体積分率をパラメータとして、実験結果（ラマンスペクトル）に対してフィッティングを行なう。そして、ピーク位置、半値幅、結晶化率などのパラメータの抽出をする。
【０２０４】
ここで、結晶化率とは結晶シリコン膜の膜質を表す指標として用いられ、以下の（式５）に示すように定義される。
【０２０５】
結晶化率＝σｍｃ＋σｃ                        （式５）
【０２０６】
次に、様々な手法によって作製した結晶シリコン膜について、上述した本実施の形態の解析方法を用いて解析した例を実施例として説明する。
【０２０７】
（実施例１）
本実施例では、連続発振（ＣＷ）レーザを用いてａ−Ｓｉ膜を結晶化した結晶シリコン膜のラマンスペクトルを解析した結果について説明する。
【０２０８】
試料（試料３０７）は、ガラス基板上に、約２００ｎｍのシリコン窒化膜（ベースコート層）及び約５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜を形成し、その後ＣＷレーザを用いて結晶化したものである。ａ−Ｓｉの結晶化は、波長５３２ｎｍ、パワー密度７０Ｋｗ／ｃｍ２のＣＷレーザを用いて行った。
【０２０９】
また、試料３０７として、結晶組織を変化させるためにレーザのスキャン速度を変化させたサンプルを作製した。具体的には、固相成長、部分溶融成長、及び溶融成長した結晶性シリコン膜を有するサンプルを作製した。なお、固相成長、部分溶融成長、及び溶融成長した結晶性シリコン膜を形成するために、それぞれのサンプルにおいて、４４０、３６０、２６０ｍｍ／ｓのスキャン速度でレーザ照射を行った。
【０２１０】
図１８Ａ〜図１８Ｃは、実施例１における結晶性シリコン膜の平面電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図である。図１８Ａ〜図１８Ｃは、それぞれ、上記方法により、固相成長、部分溶融成長、及び溶融成長した結晶性シリコン膜のＳＥＭ像を示している。固相成長した結晶性シリコンの粒径は、図１８Ａから約３０ｎｍであることが観測される。部分溶融成長した結晶性シリコンの粒径は、図１８Ｂから約４０ｎｍ〜５０ｎｍであり、溶融成長した結晶性シリコン膜の粒径は、図１８Ｃから約１００−２００ｎｍであることが観測される。
【０２１１】
図１９は、実施例１における固相成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。図２０は、実施例１における部分溶融成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。図２１、実施例１における溶融成長した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。
【０２１２】
図１９〜図２１から、固相成長、部分溶融成長、及び溶融成長した結晶シリコン膜の結晶化率は、それぞれ、４３％、８５％、１００％と抽出することができた。この結果は、図１８Ａ〜図１８Ｃで確認した結晶性とも定性的に一致した結果であるといえる。
【０２１３】
また、図１９〜図２１に示すように、測定結果と解析結果を比較すると、従来の解析方法に比べて、よく一致していることが確認できる。特に、低波数側のフィッティング精度が著しく向上していることが確認できる。これは、上述した（式３）に示されるように各成分のスペクトルにフォノンコヒーレンス長による重み付けを行っているため、各成分の分散を波数に対して非対称にすることができるためである。また、各成分のスペクトルは物性値であるコヒーレンス長を反映させているため、物理的な意味をもつ。
【０２１４】
図２２は、本実施の形態の解析方法と従来の解析方法とを用いて導出した結晶シリコン膜の結晶化率を比較した図である。図２２では、縦軸は、ラマンスペクトル解析によって導出した結晶化率、横軸は規格化したレーザ出力を示す。また、図２２では、同じラマンスペクトルを本実施の形態の解析方法及び従来の解析方法（各成分の分散をガウス関数と仮定）によって抽出した結晶化率をプロットしている。
【０２１５】
レーザ結晶化において、レーザ出力の上昇とともに結晶粒径が大きくなることで知られている。また、図２２においても、レーザ出力の上昇とともに結晶化率が増加していることがわかる。以上を鑑みると、本実施の形態の解析方法は、従来の解析方法と比べて、結晶化率を低く見積もり、さらに、レーザ出力に対する傾きが急である、すなわち、結晶性に対して敏感であることがわかる。
【０２１６】
以上の結果に示されるように、本実施の形態の解析方法は、結晶シリコン膜のラマンスペクトルをより正確に解析することができる。したがって、得られたパラメータは、従来に比べて、物理的に意味のあるものとなる。また、結晶シリコン膜の結晶性を高感度で解析することが可能となる。それ故に、本実施例からわかるように、得られたパラメータを用いることで、より正確に結晶シリコン膜の膜質を管理することが可能となる。
【０２１７】
（実施例２）
本実施例では、急速熱アニール（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を用いてａ−Ｓｉ膜を結晶化した結晶シリコン膜のラマンスペクトルを解析した結果について説明する。
【０２１８】
試料（試料３０７）は、石英基板上に、約２００ｎｍのシリコン窒化膜（ベースコート層）及び約５０ｎｍのａ−Ｓｉ膜を形成し、ＲＴＡ法を用いて結晶化したものである。ａ−Ｓｉの結晶化は、７５０℃、５分間の処理により行なった。本実施例では、例示していないが、アニール温度、保持時間、冷却速度などを制御することで、結晶シリコン膜の結晶性を制御することができる。
【０２１９】
図２３は、実施例２における結晶シリコン膜の平面電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す図である。図２３は上記のＲＴＡ法を用いて結晶化された結晶シリコン膜を示している。図２３に示す結晶シリコン膜は、部分溶融成長した結晶であり、その粒径は約４０−５０ｎｍであることが観測される。
【０２２０】
図２４は、実施例２におけるＲＴＡ法で結晶化した結晶シリコン膜のラマンスペクトルとその解析結果を示す図である。図２４に示す解析結果から、結晶シリコン膜の結晶化率は、６６％と抽出することができた。図２４において、測定結果と解析結果とを比較すると、従来の解析方法に比べて、よく一致していることが確認できる。
【０２２１】
結晶シリコン膜は、結晶化の手法によって、結晶組織の状態が異なることで知られている。そこから、本実施例においてＲＴＡ法で形成した部分溶融成長した結晶シリコン膜の結晶化率が、実施例１の結晶シリコン膜（結晶組織）の結晶化率と異なるのは、結晶化手法による結晶組織の違いを反映している可能性が高い。
【０２２２】
以上の結果に示されるように、本実施の形態の解析方法は、ＲＴＡ法によって作製した結晶シリコン膜においても、そのラマンスペクトルをより正確に解析することができる。
【０２２３】
それ故に、本実施例からわかるように、得られたパラメータを用いることで、より正確に結晶シリコン膜の膜質を管理することが可能となる。
【０２２４】
以上、本実施の形態によれば、結晶性半導体膜の膜質を物理実態に基づいたモデルを用いることができるので、結晶性半導体膜の膜質を正確に評価及び解析できる結晶性半導体膜の膜質解析方法を実現できる。
【０２２５】
具体的には、結晶シリコン、微結晶シリコン及びａ−Ｓｉのフォノンモードにおいて、フォノンコヒーレンス長を考慮したラマンスペクトル関数を用いたスペクトル分離方法を用いることで、実測スペクトルの再現性を向上させることができる。さらに、物理実態に基づいたモデルを用いることで、抽出したパラメータの信頼性が向上し、正確な結晶性を評価・解析することが可能となる。
【０２２６】
なお、本実施の形態の結晶性半導体膜の膜質解析方法は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０２２７】
例えば、本実施の形態に係る結晶性半導体膜の膜質解析方法において、生成されるラマンスペクトル関数を、実施の形態１の結晶性評価方法に適用してもよい。例えば、例えば、本実施の形態に係る結晶性評価方法、及び結晶性評価コンピュータソフトにおいて、抽出したピーク値を用いて、ラマンスペクトル関数によりラマンスペクトルのフィッティングを行うとしてもよい。このラマンスペクトル関数は、ローレンツ関数そのものではないが、ローレンツ関数から記述される関数である。したがって、Ｓ２０４において、ローレンツ関数そのものでなく、ラマンスペクトル関数によりラマンスペクトルのフィッティングを行うこともできるので、この形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０２２８】
より具体的には、基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法として以下の工程を含むとしてよい。すなわち、半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形をラマン分光法により測定する第１工程と、ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第２工程と、第１フィッティング波形のピーク値を抽出する第３工程と、抽出したピーク値を用いて、ローレンツ関数を用いて記述されるラマンスペクトル関数によりラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ラマンスペクトル関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第４工程と、第４工程の第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する第５工程と、第５工程で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、半導体膜の結晶性を評価する第６工程と、を含み、第４工程では、Ｉｃ（ω）を結晶性シリコン成分のラマンバンド、Ｉμｃ（ω）を微結晶シリコン成分のラマンバンド、Ｉａ（ω）をアモルファスシリコン成分のラマンバンド、σｃを結晶性シリコン成分の体積分率、σｍｃを微結晶シリコン成分の体積分率、σａをアモルファスシリコン成分の体積分率とし、（式３）で表現されるラマンピーク波形解析モデルを作成する工程と、結晶性シリコン成分のラマンバンド、微結晶性シリコン成分のラマンバンド、及びアモルファスシリコン成分のラマンバンドを、Ｌｃをフォノンコヒーレンス長、ａを格子定数、Γ０を単結晶半導体のラマンピークの半値幅、Ｃを規格化定数として、（式１）及び（式４）に示すラマンスペクトル関数を記述する工程とを含むとしてもよい。
【０２２９】
また、例えば、本実施の形態において、上述のようなラマンスペクトルの解析方法によって、結晶性半導体膜のラマンバンド波形を解析するが、これらの解析はコンピュータを用いて行うことができる。従って、本発明の基板上に形成された結晶性半導体膜の膜質解析を行うために、ラマン分光法により得られるラマンバンド波形を解析するプログラムが組み込まれたコンピュータソフトが、本発明に関するものとなる。
【０２３０】
また、本実施の形態において、上述のようなラマンスペクトルの解析方法によって、結晶性半導体膜のラマンバンド波形を解析するが、これらの解析結果から抽出したパラメータを用いて、結晶性半導体膜の膜質管理を行うことができる。従って、本発明の基板上に形成された結晶性半導体膜の膜質解析を行ない、デバイスプロセスの工程管理を行う方法も本発明に関するものとなる。
【０２３１】
それにより、本実施の形態の解析方法を搭載したコンピュータソフト及びこの解析方法を用いてインラインで迅速に膜質管理する方法を実現できる。
【０２３２】
以上、本実施の形態によれば、結晶性半導体膜の膜質を物理実態に基づいたモデルを用いることができるので、結晶性半導体膜の膜質を正確に評価及び解析できる結晶性半導体膜の膜質解析方法、結晶性半導体膜の膜質解析コンピュータソフト、及びそれを用いた管理方法を実現できる。
【０２３３】
以上、本発明によれば、移動度のばらつきもなく高移動度の特性を有する結晶性半導体膜の結晶性を正確に評価できる結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトを実現することができる。
【０２３４】
以上、本発明の結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。  その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２３５】
本発明は、半導体膜の結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトに利用でき、特に液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンステレビなどの表示装置等に用いられる薄膜トランジスタ装置（ＴＦＴ）を製造する際の結晶シリコン膜の結晶性を正確に評価する結晶性評価方法、結晶性評価装置、及びそのコンピュータソフトに利用することができる。
【符号の説明】
【０２３６】
１００、１５０  薄膜トランジスタ装置
１０１  基板
１０２  ゲート電極
１０３  ゲート絶縁膜
１０４  結晶シリコン薄膜
１０５、１５５  非晶質シリコン薄膜
１０６、１５６  コンタクト層
１０６ａ、１５６ａ  コンタクト層用膜
１０７、１５７  絶縁層
１０７ａ、１５７ａ  絶縁層形成用膜
１０８  ソースドレイン金属膜
１０８Ｓ  ソース電極
１０８Ｄ  ドレイン電極
１０９  パッシベーション膜
２００  ラマン分光装置
２０１  光源
２０２  アッテネーター
２０３  フィルター
２０４  ミラー
２０５  ビームスプリッター
２０６  対物レンズ
２０７、３０７  試料
２０８  ステージ
２０９  スリット
２１０  分光器
２１１  検出器
５００  ラマンスペクトル
５０１  解析結果
５０２  結晶シリコン成分
５０３  微結晶シリコン成分
５０４  ａ−Ｓｉ成分
【図１】
2012120775.tif 000013
【図２Ａ】
2012120775.tif 000014
【図２Ｂ】
2012120775.tif 000015
【図２Ｃ】
2012120775.tif 000016
【図２Ｄ】
2012120775.tif 000017
【図２Ｅ】
2012120775.tif 000018
【図２Ｆ】
2012120775.tif 000019
【図２Ｇ】
2012120775.tif 000020
【図２Ｈ】
2012120775.tif 000021
【図２Ｉ】
2012120775.tif 000022
【図２Ｊ】
2012120775.tif 000023
【図２Ｋ】
2012120775.tif 000024
【図３】
2012120775.tif 000025
【図４】
2012120775.tif 000026
【図５】
2012120775.tif 000027
【図６】
2012120775.tif 000028
【図７】
2012120775.tif 000029
【図８】
2012120775.tif 000030
【図９】
2012120775.tif 000031
【図１０】
2012120775.tif 000032
【図１１】
2012120775.tif 000033
【図１２】
2012120775.tif 000034
【図１３】
2012120775.tif 000035
【図１４】
2012120775.tif 000036
【図１５Ａ】
2012120775.tif 000037
【図１５Ｂ】
2012120775.tif 000038
【図１５Ｃ】
2012120775.tif 000039
【図１５Ｄ】
2012120775.tif 000040
【図１５Ｅ】
2012120775.tif 000041
【図１５Ｆ】
2012120775.tif 000042
【図１５Ｇ】
2012120775.tif 000043
【図１５Ｈ】
2012120775.tif 000044
【図１５Ｉ】
2012120775.tif 000045
【図１５Ｊ】
2012120775.tif 000046
【図１５Ｋ】
2012120775.tif 000047
【図１６】
2012120775.tif 000048
【図１７Ａ】
2012120775.tif 000049
【図１７Ｂ】
2012120775.tif 000050
【図１７Ｃ】
2012120775.tif 000051
【図１７Ｄ】
2012120775.tif 000052
【図１７Ｅ】
2012120775.tif 000053
【図１７Ｆ】
2012120775.tif 000054
【図１８Ａ】
2012120775.tif 000055
【図１８Ｂ】
2012120775.tif 000056
【図１８Ｃ】
2012120775.tif 000057
【図１９】
2012120775.tif 000058
【図２０】
2012120775.tif 000059
【図２１】
2012120775.tif 000060
【図２２】
2012120775.tif 000061
【図２３】
2012120775.tif 000062
【図２４】
2012120775.tif 000063
【図２５】
2012120775.tif 000064
【図２６】
2012120775.tif 000065
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月5日(2012.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法であって、
ラマン分光法により前記半導体膜のラマンスペクトルを測定し、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピークが位置する波長域の波形である、ラマンバンドのピーク波形を得る工程と、
ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する工程と、
前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する工程と、
抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する工程と、
前記第２フィッティング波形を生成する工程の前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する工程と、
前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する工程と、を含む、
結晶性評価方法。
【請求項２】
基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法であって、
ラマン分光法により前記半導体膜のラマンスペクトルを測定し、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピークが位置する波長域の波形である、ラマンバンドのピーク波形を得る工程と、
前記ピーク波形を用いて、ローレンツ関数を用いて記述されるラマンスペクトル関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ラマンスペクトル関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する工程と、
前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する工程と、
前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する工程と、を含み、
前記第２フィッティング波形を生成する工程では、Ｉｃ（ω）を結晶性シリコン成分のラマンバンド、Ｉμｃ（ω）を微結晶シリコン成分のラマンバンド、Ｉａ（ω）をアモルファスシリコン成分のラマンバンド、σｃを結晶性シリコン成分の体積分率、σｍｃを微結晶シリコン成分の体積分率、σａをアモルファスシリコン成分の体積分率とし、（式Ａ）で表現されるラマンピーク波形解析モデルを作成する工程と、
前記結晶性シリコン成分のラマンバンド、微結晶性シリコン成分のラマンバンド、及びアモルファスシリコン成分のラマンバンドを、Ｌｃをフォノンコヒーレンス長、ａを格子定数、Γ０を単結晶半導体のラマンピークの半値幅、Ｃを規格化定数として、（式Ｂ）及び（式Ｃ）に示すラマンスペクトル関数を記述する工程とを含む、
結晶性評価方法。
【数１】
2012120775.tif 000066
【数２】
2012120775.tif 000067
ただし、
【数３】
2012120775.tif 000068
【請求項３】
前記半導体膜の結晶性を評価する工程では、前記ピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長と、ルックアップテーブルに予め保存されている参照ピーク値、参照半値幅、または参照ピーク値を示す波長と比較することにより、前記半導体膜の結晶性を評価し、
前記ルックアップテーブルには、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長として、前記ラマンバンドのピーク波形を得る工程より前に、結晶性半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形を、ローレンツ関数を用いてフィッティングして得られた第３フィッティング波形のピーク値、半値幅または前記ピーク値を示す波長が予め保存されており、
前記ルックアップテーブルには、結晶粒径、結晶粒の存在比率及び移動度を含む当該結晶性半導体膜の結晶性の評価が、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長と紐付けられて保存されている、
請求項１に記載の結晶性評価方法。
【請求項４】
前記半導体膜の結晶性を評価する工程では、前記半値幅が５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項５】
前記半導体膜はシリコンで構成されており、
前記半導体膜の結晶性を評価する工程では、前記半値幅と単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の比が、１．５〜１．８であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項６】
前記半導体膜はシリコンで構成されており、
前記半導体膜の結晶性を評価する工程では、前記半値幅と前記単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の差が１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項７】
前記半導体膜の結晶性を評価する工程では、前記ピーク値と結晶シリコンのラマンバンド半値幅との比が０．１〜０．２であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の結晶性評価方法を用いて、前記結晶性半導体膜の結晶性を評価することにより、所定の結晶性半導体膜の結晶性を示す前記結晶性半導体膜を選別する、
半導体膜の製造方法。
【請求項９】
基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価装置であって、
ラマン分光法により前記半導体膜のラマンスペクトルを測定し、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピークが位置する波長域の波形である、ラマンバンドのピーク波形を得る測定部と、
ガウス関数を用いて、測定した前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ガウス関数によりフィッティングされた波形である第１フィッティング波形を生成する第１生成部と、
前記第１フィッティング波形のピーク値を抽出する抽出部と、
抽出した前記ピーク値を用いて、ローレンツ関数により前記ラマンバンドのピーク波形をフィッティングすることで、前記ローレンツ関数によるフィッティングされた波形である第２フィッティング波形を生成する第２生成部と、
前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する出力部と、
前記出力部で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する評価部とを備える、
結晶性評価装置。
【請求項１０】
コンピュータ読み取り可能記録媒体に記録された結晶性半導体膜の結晶性を評価するコンピュータソフトであって、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の結晶性評価方法をコンピュータに実行させることにより、前記半導体膜の結晶性の評価を出力するプログラムが組み込まれている、
コンピュータソフト。
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月17日(2013.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価方法であって、
ラマン分光法により前記半導体膜のラマンスペクトルを測定し、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピークが位置する波長域の波形である、ラマンスペクトルのピーク波形を得る工程と、
Ｉｃ（ω）を結晶性シリコン成分のラマンバンド、Ｉμｃ（ω）を微結晶シリコン成分のラマンバンド、Ｉａ（ω）をアモルファスシリコン成分のラマンバンド、σｃを結晶性シリコン成分の体積分率、σｍｃを微結晶シリコン成分の体積分率、σａをアモルファスシリコン成分の体積分率とし、（式Ａ）で表現されるラマンピーク波形解析モデルを作成する工程と、
前記結晶性シリコン成分のラマンバンドＩｃ（ω）、微結晶性シリコン成分のラマンバンドＩμｃ（ω）、及びアモルファスシリコン成分のラマンバンドＩａ（ω）を、Ｌｃを前記結晶性シリコン成分のコヒーレンス長、Ｌμｃを前記微結晶性シリコン成分のコヒーレンス長Ｌμｃ、Ｌａを前記アモルファスシリコン成分のコヒーレンス長、ａを格子定数、Γ０を単結晶半導体のラマンピークの半値幅、Ｃを規格化定数として、（式Ｂ）に示すラマンスペクトル関数を記述する工程と、
前記ラマンスペクトル関数を用いて、前記ピーク波形を得る工程において得られた前記ラマンスペクトルに対してフィッティングを行うことで前記ラマンピーク波形解析モデルを生成し、前記ラマンスペクトルのピーク波形を再現した第２フィッティング波形を生成する工程と、
前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する工程と、
前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する工程と、
を含む、
結晶性評価方法。
【数１】
2012120775.tif 000069
【数２】
2012120775.tif 000070
ただし、
【数３】
2012120775.tif 000071
【請求項２】
前記半導体膜の結晶性を評価する工程では、前記ピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長と、ルックアップテーブルに予め保存されている参照ピーク値、参照半値幅、または参照ピーク値を示す波長と比較することにより、前記半導体膜の結晶性を評価し、
前記ルックアップテーブルには、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長として、前記ラマンバンドのピーク波形を得る工程より前に、結晶性半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピーク波形を、ローレンツ関数を用いてフィッティングして得られた第３フィッティング波形のピーク値、半値幅または前記ピーク値を示す波長が予め保存されており、
前記ルックアップテーブルには、結晶粒径、結晶粒の存在比率及び移動度を含む当該結晶性半導体膜の結晶性の評価が、前記参照ピーク値、前記参照半値幅、または前記参照ピーク値を示す波長と紐付けられて保存されている、
請求項１に記載の結晶性評価方法。
【請求項３】
前記半導体膜の結晶性を評価する工程では、前記半値幅が５．０ｃｍ−１〜６．０ｃｍ−１であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１又は２のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項４】
前記半導体膜はシリコンで構成されており、
前記半導体膜の結晶性を評価する工程では、前記半値幅と単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の比が、１．５〜１．８であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１又は２のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項５】
前記半導体膜はシリコンで構成されており、
前記半導体膜の結晶性を評価する工程では、前記半値幅と単結晶シリコンのラマンバンドの半値幅の差が１．８ｃｍ−１〜２．４ｃｍ−１であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１又は２のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項６】
前記半導体膜はシリコンで構成されており、
前記半導体膜の結晶性を評価する工程では、前記ピーク値と結晶シリコンのラマンバンド半値幅との比が０．１〜０．２であるか否かを判定することにより、前記半導体膜の結晶性を評価する、
請求項１又は２のいずれか１項に記載の結晶性評価方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の結晶性評価方法を用いて、前記結晶性半導体膜の結晶性を評価することにより、所定の結晶性半導体膜の結晶性を示す前記結晶性半導体膜を選別する、
半導体膜の製造方法。
【請求項８】
基板上に形成された半導体膜の結晶性を評価する結晶性評価装置であって、
ラマン分光法により前記半導体膜のラマンスペクトルを測定し、前記半導体膜に固有のフォノンモードに対応するラマンバンドのピークが位置する波長域の波形である、ラマンスペクトルのピーク波形を得る測定部と、
前記ラマンスペクトルのピーク波形を再現した第２フィッティング波形を生成する生成部と、
前記第２フィッティング波形のピーク値、半値幅、または前記ピーク値を示す波長を出力する出力部と、
前記出力部で出力された前記ピーク値、前記半値幅、または前記ピーク値を示す波長に基づき、前記半導体膜の結晶性を評価する評価部とを備え、
前記生成部は、
Ｉｃ（ω）を結晶性シリコン成分のラマンバンド、Ｉμｃ（ω）を微結晶シリコン成分のラマンバンド、Ｉａ（ω）をアモルファスシリコン成分のラマンバンド、σｃを結晶性シリコン成分の体積分率、σｍｃを微結晶シリコン成分の体積分率、σａをアモルファスシリコン成分の体積分率とし、（式Ａ）で表現されるラマンピーク波形解析モデルを作成し、
前記結晶性シリコン成分のラマンバンドＩｃ（ω）、微結晶性シリコン成分のラマンバンドＩμｃ（ω）、及びアモルファスシリコン成分Ｉａ（ω）のラマンバンドを、Ｌcを前記結晶性シリコン成分のコヒーレンス長、Lμｃを前記微結晶性シリコン成分のコヒーレンス長Lμｃ、Lａを前記アモルファスシリコン成分のコヒーレンス長、ａを格子定数、Γ０を単結晶半導体のラマンピークの半値幅、Ｃを規格化定数として、（式Ｂ）に示すラマンスペクトル関数を記述し、
前記ラマンスペクトル関数を用い、前記ピーク波形を得る工程において得られた前記ラマンスペクトルに対してフィッティングを行うことで前記ラマンピーク波形解析モデルを生成する
結晶性評価装置。
【数４】
2012120775.tif 000072
【数５】
2012120775.tif 000073
ただし、
【数６】
2012120775.tif 000074
【請求項９】
コンピュータ読み取り可能記録媒体に記録された結晶性半導体膜の結晶性を評価するコンピュータソフトであって、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の結晶性評価方法をコンピュータに実行させることにより、前記半導体膜の結晶性の評価を出力するプログラムが組み込まれている、
コンピュータソフト。
【国際調査報告】
2012120775.tif 000075
2012120775.tif 000076
2012120775.tif 000077
2012120775.tif 000078