(57)【要約】【課題】（１１０）面の配向度が向上した他結晶シリコン膜を、ニッケル等を添加することなく得る。【解決手段】基板１上に堆積された非晶質半導体膜３の被照射領域１０にレーザー４を照射して、被照射領域１０の一部を溶融領域２０とした後、溶融領域２０の中心方向へ向けて溶融状態にある非晶質半導体膜３の再結晶化させる第１工程と、被照射領域１０を短軸方向に移動させる第２工程と、を交互に繰り返して行う結晶性半導体膜３２の製造方法であって、第１工程は溶融された非晶質半導体膜３が両端部より結晶成長が進行して交わる前に固化した非多結晶領域３６が該照射領域１０の長軸方向に間欠的に存在するようにレーザー４を照射する工程で、第２工程はＮ回目の第１工程で形成された非多結晶領域３６がＮ＋１回目の第１工程で形成される溶融領域２２に含まれるように被照射領域１０を移動させる工程である、ことを特徴とする結晶性半導体膜３２の製造方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に堆積された非晶質半導体膜の帯状の被照射領域にレーザーをパルス照射して該被照射領域の少なくとも一部を溶融領域とした後、該溶融領域の短軸方向における両端縁部から中心方向へ向けて溶融状態にある前記非晶質半導体膜の再結晶化を進行させる第１の工程と、
前記被照射領域を前記短軸方向に移動させる第２の工程と、
を交互に繰り返して行う結晶性半導体膜の製造方法であって、
前記第１の工程は、溶融された前記非晶質半導体膜が前記両端縁部からの再結晶化が中央で交わる前に固化した非多結晶領域が該被照射領域の長軸方向に添って間欠的に形成されるようにレーザーをパルス照射する工程であり、
前記第２の工程は、Ｎ回目（Ｎ≧１）の第１の工程で形成された前記非多結晶領域がＮ＋１回目の第１の工程で形成される前記溶融領域に含まれるように前記被照射領域を移動させる工程である、
ことを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の結晶性半導体膜の製造方法であって、前記非晶質半導体膜の膜厚は３０ｎｍ乃至１００ｎｍであることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の結晶性半導体膜の製造方法であって、前記レーザーの短軸方向の強度分布はガウシアン分布であることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の結晶性半導体膜の製造方法であって、前記レーザーの短軸方向の強度分布は台形状であることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の結晶性半導体膜の製造方法であって、前記レーザーの半値幅が３μｍ乃至１０μｍであることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の結晶性半導体膜の製造方法であって、前記第２の工程において前記被照射領域が前記短軸方向に移動される距離は、前記溶融領域の短軸方向の寸法の略１／３以下かつ略１／１０以上であることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の結晶性半導体膜の製造方法であって、前記第２の工程において前記被照射領域が前記短軸方向に移動される距離は、前記溶融領域の短軸方向の寸法の略１／４であることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の結晶性半導体膜の製造方法であって、前記レーザーの照射強度は、６２５ｍｊ／ｃｍ2乃至６９５ｍｊ／ｃｍ2の範囲内であることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の結晶性半導体膜の製造方法を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶性半導体膜の製造方法、半導体装置の製造方法、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶装置あるいは有機ＥＬ装置等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）におけるスイッチング素子等として用いる半導体装置として、近年はＴＦＴ（薄膜トランジスター）が多用されている。ＴＦＴのチャネル領域等を構成する半導体薄膜としては、非晶質（アモルファス）シリコンと多結晶（ポリ）シリコンとを挙げることができる。非晶質シリコンは６００℃以下の温度で成膜できる。したがって、基板として安価なガラス基板を用いることができコスト面で有利であるものの、電気的特性（キャリア移動度等）が低いためトランジスターとしての性能向上が困難である。一方、多結晶（ポリ）シリコンは電気的特性は高いものの、成膜温度が高いため基板として高価な石英基板を用いる必要がありコスト面では不利である。そのため、近年、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコン膜をレーザーの照射等により加熱して再結晶化させることにより結晶性半導体膜である多結晶シリコン膜とする方法が用いられている。かかる再結晶化技術において、（１１０）面を優先的に成長させてキャリア移動度を増加させることで、ＴＦＴの性能を向上させる技術が特許文献１によって提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−９９３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上述の技術は、結晶成長と配向性を向上させるためにニッケルを添加しており、形成後の多結晶シリコン膜内にニッケルが残留してしまう。かかるニッケル等の金属材料はキャリアの捕獲中心として働くため、電気的特性の向上を妨げる方向に働いてしまうという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］基板上に堆積された非晶質半導体膜の帯状の被照射領域にレーザーをパルス照射して該被照射領域の少なくとも一部を溶融領域とした後、該溶融領域の短軸方向における両端縁部から中心方向へ向けて溶融状態にある上記非晶質半導体膜の再結晶化を進行させる第１の工程と、上記被照射領域を上記短軸方向に移動させる第２の工程と、を交互に繰り返して行う結晶性半導体膜の製造方法であって、上記第１の工程は、溶融された上記非晶質半導体膜が上記両端縁部からの再結晶化が中央で交わる前に固化した非多結晶領域が該被照射領域の長軸方向に添って間欠的に形成されるようにレーザーをパルス照射する工程であり、上記第２の工程は、Ｎ回目（Ｎ≧１）の第１の工程で形成された上記非多結晶領域がＮ＋１回目の第１の工程で形成される上記溶融領域に含まれるように上記被照射領域を移動させる工程である、ことを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【０００７】
このような製造方法であれば、上記非多結晶領域が次のレーザー照射後に結晶化する際の結晶成長速度の差を利用することで、（１１０）面を優先的に形成できる。したがって、製造コストの増加を抑制しつつ、移動度の向上した結晶性半導体膜を製造できる。
【０００８】
［適用例２］上述の結晶性半導体膜の製造方法であって、上記非晶質半導体膜の膜厚は３０ｎｍ乃至１００ｎｍであることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【０００９】
上記非晶質半導体膜が１００ｎｍ以下であれば、レーザーのパルス照射により膜厚方向の全域を溶融させることができる。したがって、溶融状態にある上記非晶質半導体膜の再結晶化を基板面に沿った方向に進行させることができる。また、上記非晶質半導体膜が３０ｎｍ以上であれば安定した溶融状態を形成できる。したがって、かかる範囲の膜厚であれば、移動性等が向上した結晶性半導体膜を高い歩留りで製造できる。
【００１０】
［適用例３］上述の結晶性半導体膜の製造方法であって、上記レーザーの短軸方向の強度分布はガウシアン分布であることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【００１１】
かかる強度分布のレーザーであれば、上記溶融領域の短軸方向の寸法ばらつきを低減できる。したがって、（１１０）面の配向性のばらつきが抑制された結晶性半導体膜を得ることができる。
【００１２】
［適用例４］上述の結晶性半導体膜の製造方法であって、上記レーザーの短軸方向の強度分布は台形状であることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【００１３】
かかる強度分布のレーザーであれば、上記溶融領域の短軸方向の寸法の制御性が向上する。したがって、上記溶融領域の幅の設定が容易となり、上記非多結晶領域を確実に形成できる。
【００１４】
［適用例５］上述の結晶性半導体膜の製造方法であって、上記レーザーの半値幅が３μｍ乃至１０μｍであることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【００１５】
かかる波形のレーザーを用いることで、上記非多結晶領域を間欠的に形成することがより一層容易になる。したがって、かかる製造方法であれば、（１１０）面の配向性のばらつきがより一層抑制された結晶性半導体膜を得ることができる。
【００１６】
［適用例６］上述の結晶性半導体膜の製造方法であって、上記第２の工程において上記被照射領域が上記短軸方向に移動される距離は、上記溶融領域の短軸方向の寸法の略１／３以下かつ略１／１０以上であることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【００１７】
このような製造方法であれば、Ｎ＋１回目の第１の工程で形成される上記溶融領域内に上記非多結晶領域を略確実に位置させることができる。したがって、かかる製造方法であれば、（１１０）面の配向性を確実に向上できる。
【００１８】
［適用例７］上述の結晶性半導体膜の製造方法であって、上記第２の工程において上記被照射領域が上記短軸方向に移動される距離は、上記溶融領域の短軸方向の寸法の略１／４であることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【００１９】
このような製造方法であれば、Ｎ＋１回目の第１の工程で形成される上記溶融領域内の短軸方向における中央近傍に、Ｎ回目の照射で形成された上記非多結晶領域を位置させることができる。したがって、かかる製造方法であれば、（１１０）面の配向性を一層向上できる。
【００２０】
［適用例８］上述の結晶性半導体膜の製造方法であって、上記レーザーの照射強度は、６２５ｍｊ／ｃｍ2乃至６９５ｍｊ／ｃｍ2の範囲内であることを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【００２１】
かかる照射強度のレーザーを用いることで、上記非多結晶領域を確実に間欠的に形成できる。したがって、このような製造方法であれば、（１１０）面の配向性が向上した結晶性半導体膜をより一層確実に得ることができる。
【００２２】
［適用例９］上述の結晶性半導体膜の製造方法を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００２３】
かかる製造方法であれば、電気的特性が向上し消費電力等を低減された半導体装置を得ることができる。
【００２４】
［適用例１０］上述の半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。
【００２５】
このような構成によれば、消費電力や製造コストを上昇させることなく、表示品質が向上した電子機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態の製造方法の概略を示す斜視図。
【図２】実施形態におけるレーザーの強度分布を示す図。
【図３】照射領域の移動を示す図。
【図４】（１１０）面が優先的に形成される機構等の推定を示す図。
【図５】レーザーの照射による非多結晶領域の形成を示す図。
【図６】レーザーの照射による非多結晶領域の形成を示す図。
【図７】レーザーの照射強度と（１１０）面の配向度との関係を示す図。
【図８】半導体装置としてのＴＦＴの工程断面図。
【図９】変形例で用いるレーザーの強度分布を示す図。
【図１０】実施形態にかかる電子機器の一例としての携帯型電話機を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。
＜多結晶シリコン膜の製造方法＞
【００２８】
まず、本実施形態の結晶性半導体膜としての多結晶シリコン膜の製造方法について、図１〜図３を参照して説明する。図１はかかる製造方法の概略を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の多結晶シリコン膜の製造方法はガラスからなる基板１上に下地層としての酸化シリコン膜２を介して形成された非晶質半導体膜としてのアモルファスシリコン膜３にパルスレーザー（以下、単に「レーザー」と称する。）４をパルス照射（以下、単に「照射」とも言う。）して溶融させるものである。
【００２９】
基板１は、図示しない上下、左右に移動可能なステージに載置されており、レーザー４のパルス照射後に同一方向に同一ピッチで移動される。アモルファスシリコン膜３にレーザー４を照射して溶融させる工程が第１の工程であり、レーザー４が照射された後、基板１を移動させる工程が第２の工程である。本実施形態の多結晶シリコン膜の製造方法は、該第１の工程と該第２の工程とを交互に繰り返すものである。
【００３０】
上述の基板１の移動の方向、すなわち基板１が載置されているステージの移動の方向がＸ方向であり、基板面に垂直な方向がＺ方向である。該Ｘ方向及び該Ｚ方向に対して垂直な方向がＹ方向である。上述の「帯状の被照射領域」は、Ｙ方向に延在する領域である。したがって、Ｙ方向が被照射領域１０の長軸方向、Ｘ方向が被照射領域１０の短軸方向となる。ここで基板１を基準に考えると、レーザー４の照射が所定の方向に走査されるとも考察される。かかる走査方向がＸ方向すなわち短軸方向である。
【００３１】
溶融されたアモルファスシリコン膜３は固化する際に結晶化して、結晶性半導体膜としての多結晶シリコン膜３２（図３参照）となる。レーザー４の照射エネルギーを好適な値とすることで、かかる結晶化の際に（１１０）面の優先配向を生じさせて、後述する走査方向に垂直なＹＺ面において（１１０）面を主配向とした多結晶シリコン膜を得るものである。
【００３２】
本実施形態におけるアモルファスシリコン膜３の膜厚は略４０ｎｍであるが、３０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲であれば実施は可能である。ただし、１００ｎｍを超える膜厚であっても、照射エネルギーを高くすることで実施は可能となり得る。
【００３３】
レーザー４は図示しない光源で生成された後、同じく図示しない光路系により基板１の基板面に垂直な光軸を有し、かつ帯状の照射面を有する光とされる。そして、図示しない集光レンズにより集光されて基板面に垂直な方向から照射される。したがって、基板面にはパルス照射の度に帯状の被照射領域１０が形成される。ここで帯状とは、互いに平行な線で挟まれた領域を有することであり、両端の形状は任意である。
【００３４】
なお、本実施形態における上述のレーザー４の周波数は１ｋＨｚである。各パルスの照射時間は略５０ｎｓｅｃである。したがって、１ｍｓｅｃの内５０ｎｓｅｃが照射時間であり、基板１は残りの間にＸ方向に移動される。また本実施形態におけるレーザー４の照射エネルギー（単位面積当たりの強度）は、６２５ｍｊ／ｃｍ2乃至６９５ｍｊ／ｃｍ2である。かかる数値については後述する。なお、レーザー４の周波数は上記の値（１ｋＨｚ）に限定されるもではない。しかし、後述するように１μｍのピッチで照射するため、スループットを考えた場合、この程度の周波数が好ましい。
【００３５】
図２は、本実施形態におけるレーザー４の（短軸方向の）強度分布を示す図である。該レーザー４は長軸方向の照射強度は均一である。一方、短軸方向においては、図示するようにガウシアン分布に近い形状の照射強度を有している。半値幅５の幅（短軸方向の長さ）は略４μｍ（正確には４μｍ乃至５μｍ）である。そしてかかる半値は、一回のパルス照射によってアモルファスシリコン膜３を酸化シリコン膜２に達するまで溶融させる強度に設定されている。したがって、アモルファスシリコン膜３は被照射領域内の一部の領域でのみ溶融状態となる。具体的には、長軸方向には全域で溶融されるが短軸方向においては半値幅（本実施形態では略４μｍ）に略一致する限定された領域において溶融状態となる。かかる領域が溶融領域２０である。該領域には、レーザー４の照射毎に溶融シリコン３０（溶融状態にあるシリコン膜）が形成される。そして、照射後の自然冷却により固化する際に結晶化される。
【００３６】
なお、半値幅５の幅（短軸方向の長さ）の範囲は、アモルファスシリコン膜３の膜厚、及びレーザー４の出力等の調整によりかなり広い範囲に設定可能である。要は、後述する非多結晶領域としての非多結晶シリコン領域３６（図４参照）が溶融領域２０内に形成され、該非多結晶シリコン領域の作用により（１１０）面が優先的に形成されればよい。
【００３７】
本実施形態の製造方法の特徴は、溶融シリコン３０が溶融領域２０の全域において結晶化されるのではなく、非結晶状態又は微結晶状態となる領域（後述する非多結晶シリコン領域３６）が長軸方向の中心線上に点在するような条件で、レーザー４の照射と基板１の移動を繰り返すことである。かかる態様により、特定の配向性を示す多結晶シリコン膜を形成できる。以下、かかる配向性の向上の機構について説明する。なお、本実施形態においては、レーザー４の照射領域に対して基板１を載置した（図示しない）ステージを移動させているが、レーザー４の照射領域と基板１とは相対的に移動すればよい。したがって固定された基板１に対してレーザー４の照射領域を移動させる態様も可能である。
【００３８】
図３は、かかる照射領域の移動を示す図である。なお、図３において基板１は図示を省略している。
図３（ａ）は、任意の整数であるＮ回目のレーザー４の照射時の被照射領域（以下、「Ｎ回目の被照射領域１１」と称する。）と、Ｎ回目のレーザー照射により形成される溶融領域（以下「Ｎ回目の溶融領域２１」と称する。）を示す図である。Ｎ回目の溶融領域２１は、Ｎ回目の被照射領域１１が、短軸方向（Ｘ方向）において両側から均等に縮小された領域である。かかる領域において、アモルファスシリコン膜３は、上述したようにレーザー４の照射による熱で、酸化シリコン膜２に達するまで瞬間的に溶融されて、溶融シリコン３０となる。
【００３９】
図３（ｂ）は、かかるＮ回目の溶融領域２１において、溶融シリコン３０が固化して生じた多結晶シリコン膜３２と、アモルファスシリコン膜又は微結晶シリコン膜（以下、「非多結晶シリコン膜３４」と称する）と、を示す図である。上述したように、レーザー４の短軸方向の強度分布はガウシアン分布に近い形状であるため、溶融シリコン３０はＮ回目の溶融領域２１における短軸方向の中央部で最も高い温度となっている。したがって、自然冷却による固化は短軸方向の両側から始まる。その結果、上述の両側から所定の範囲では溶融シリコン３０は完全に結晶化されて多結晶シリコン膜３２となり、上述の中央部においては両側からの結晶成長が進行する前に固化して非多結晶シリコン膜３４となる。
【００４０】
なお、上述の非多結晶シリコン領域３６は、平面的な概念であり、表面から下地層である酸化シリコン膜２に達するまで非多結晶シリコン膜３４（アモルファスシリコン膜又は微結晶シリコン膜）が形成されている領域である。
【００４１】
図３（ｃ）は、次の照射、すなわちＮ＋１回目の照射時の被照射領域（以下、「Ｎ＋１回目の被照射領域１２」と称する。）及び該被照射領域内に生じるＮ＋１回目のレーザー照射によって形成される溶融領域（以下「Ｎ＋１回目の溶融領域２２」と称する。）と、Ｎ回目の照射で形成された非多結晶シリコン膜３４と、の位置関係を示す図である。
【００４２】
図示するように、Ｎ＋１回目の照射は、該照射によって生じるＮ＋１回目の溶融領域２２内にＮ回目の照射で形成された非多結晶シリコン膜３４が位置するように行われる。したがって、本実施形態の多結晶シリコン膜の製造方法においては、溶融領域２０が互いに略隣り合うように形成されるのではなく、短軸方向においてかなりの部分が重なり合うように形成される。すなわち、本実施形態の製造方法においては溶融領域２０が短軸方向においてかなりの部分が重なり合うように、レーザー照射を走査していく。具体的には、Ｎ＋１回目の溶融領域２２の半分の領域、すなわち図３（ｃ）における短軸方向の中心線３７を境界とする左右どちらか一方の領域内に前回の照射により形成された非多結晶シリコン膜３４が位置するように、レーザー照射を走査していく。
【００４３】
走査幅、すなわち被照射領域１０をずらす短軸方向の長さは、溶融領域２０の短軸方向の長さの１／３〜１／１０の範囲である。図示するように、非多結晶シリコン膜３４は溶融領域２０内の短軸方向における中央近傍に形成される。したがって、１／２以上ずらすと非多結晶シリコン膜３４は、Ｎ＋１回目の溶融領域２２内から外れてしまう。一方で、あまり細かいピッチでずらしていくと。非多結晶シリコン膜３４がＮ＋１回目の溶融領域２２の外縁部に位置してしまう。そのため、走査幅は上述の範囲内が好ましい。
【００４４】
より好ましくは、上述の走査幅は、溶融領域２０の短軸方向の長さの略１／４が好ましい。上述したように本実施形態における溶融領域２０の短軸方向の寸法は略４μｍであるため、本実施形態における走査幅は略１μｍである。上述したように非多結晶シリコン膜３４は溶融領域２０内の短軸方向における中央近傍に形成される。したがって、走査幅を溶融領域２０の短軸方向の長さの略１／４とすると、２回目の溶融領域２２の短軸方向における中央を境界とするどちらか一方の領域の中央近傍に非多結晶シリコン膜３４が位置することとなる。かかる条件において（１１０）配向が最も効率的に形成できることが実験的に判明している。そのため、上述したように本実施形態における走査幅を、レーザー４の半値幅及び溶融領域２０の幅の略１／４である略１μｍとしている。
【００４５】
Ｎ回目の照射によって生じた非多結晶シリコン膜３４は、Ｎ＋１回目の照射によって多結晶シリコン膜３２となる。したがって、基板１（図１参照）の表面は、短軸方向の端部に最後の照射によって生じた非多結晶シリコン膜３４が残る以外は、略全て多結晶シリコン膜３２で覆われる。そして、かかる製造方法によれば、結晶化が進む方向すなわちＸ方向に垂直な面において（１１０）面が優先的に形成されて、（１１０）面を主配向とする多結晶シリコン膜を形成できる。かかる（１１０）面が優先的に形成される理由・機構等を図４に示す。
【００４６】
図４（ａ）〜（ｄ）は、溶融領域２０等をＺ方向、すなわち基板１の法線方向から見た図である。
図４（ａ）は、Ｎ回目の溶融領域２１と、該領域においてレーザー照射後の自然冷却によって溶融シリコン３０（図３等参照）が固化する際に結晶が成長する方向を示す線（以下、「結晶成長線３９」と称する。）と、を示す図である。図４（ｂ）は、Ｎ＋１回目の溶融領域２２と、該領域においてレーザー照射後の自然冷却によって溶融シリコン３０が固化する際の結晶成長線３９と、を示す図である。
【００４７】
図４（ｃ）は、Ｎ回目のレーザー照射によって、非多結晶領域としての非多結晶シリコン領域３６が形成される領域を示す図である。なお、非多結晶シリコン領域３６とは、上述したように平面視において非多結晶シリコン膜３４が形成される領域である。図４（ｄ）は、Ｎ回目のレーザー照射によって形成される非多結晶シリコン領域３６の存在によって、Ｎ＋１回目のレーザー照射によって形成される溶融シリコン３０が固化する際の結晶の成長速度に差が生じることを示す図である。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、結晶成長線３９はＮ回目の溶融領域２１の短軸方向における左右から長軸方向の中心線３８の方向に向けて形成される。すなわち、溶融シリコン３０の固化は上述の左右から中心に向けて進行する。そして、溶融シリコン３０の一部は、多結晶化される前に冷却される。すなわち、溶融シリコン３０の一部は、左右から中心に向けて進行する結晶成長線３９が互いに衝突する前に固化する。そのため、上述したように、かつ図４（ｃ）に示すように、該長軸方向の中心線３８上に非多結晶シリコン領域３６が所々、すなわち間欠的に形成される。
【００４９】
図４（ｂ）に示すように、Ｎ＋１回目の溶融領域２２は、Ｎ回目の溶融領域２１と短軸方向において互いに略３／４が重なり合っている。本実施形態においては、略３μｍが重なり合っている。したがって、結晶成長線３９の一部は、Ｎ回目のレーザー照射で形成された非多結晶シリコン領域３６を通過する。その結果、結晶成長速度に差が生じて、（１１０）面を主配向とする多結晶シリコン膜３２が形成される。
【００５０】
図４（ｄ）は、かかる機構を具体的に示す図である。図示するように、Ｎ＋１回目の照射による結晶成長線３９の左右のどちらか一方の一部は、Ｎ回目のレーザー照射によって間欠的に形成された非多結晶シリコン領域３６を通過して（すなわち平面視で重なるように）進行する。
【００５１】
この場合、非多結晶シリコン領域３６を通過する場合は、結晶成長速度が遅くなると考察される。一方、結晶成長線３９が非多結晶シリコン領域３６を通過しない場合、すなわち間欠的に形成された非多結晶シリコン領域３６間を通過する場合は、結晶成長速度は変わらないと考察される。
【００５２】
さらに、この結晶成長速度の差は配向面依存性がある、すなわち配向面によって差があると考察される。具体的には、横方向すなわち基板１の基板面に沿った方向の成長において、（１１０）面が最も速く成長すると考察される。つまり、非多結晶シリコン領域３６を通過せずに成長した結晶（多結晶シリコン）はＹＺ面（図１参照）において（１１０）面が支配的になっていると考察される。そして、結晶成長線３９は短軸方向に直進するのみではなく、図示するように平面視において角度を変えて、非多結晶シリコン領域３６を囲むように回り込む。（１１０）面が優先的に形成され、かつ、該（１１０）面が結晶成長速度が遅い領域を覆うように形成されるため、アモルファスシリコン膜３の溶融と自然冷却による固化（結晶化）を繰り返す度に（１１０）配向が支配的になっていく。
【００５３】
上述したように、レーザー照射は基板面上において１μｍずつずらして行われる。そしてパルス毎に（１１０）配向の支配的な傾向は増大し、所定の回数で該増大は飽和する。したがって、基板１の短軸方向の寸法がかかる１μｍという値に対して充分に大きい場合、一方の端部の極僅かな領域を除く基板１の面上の略全域に、（１１０）面が主配向となっており移動度が向上している多結晶シリコン膜３２（図３参照）が形成される。そして、かかる多結晶シリコン膜３２を用いることで、電気的特性が向上したＴＦＴ等を形成できる。
【００５４】
以下、レーザー照射による非多結晶シリコン領域３６の形成と（１１０）面の配向度の向上結果を具体的に示す。図５（ａ）〜（ｃ）は、レーザーのパルス照射を矢印（⇒）の方向に走査することで多結晶シリコン膜３２が形成された基板面を、紫外線レーザーにより撮影した結果を、照射強度毎に示す図である。図６（ａ）〜（ｃ）は、図５を補足するために、非多結晶シリコン領域３６等を強調して示した図である。
【００５５】
図６において、２４は処理済領域すなわちレーザー４のパルス照射を走査することで多結晶シリコン膜３２が形成された領域、２９は溶融領域２０内において双方からの固化（結晶化）の先端領域である中間領域、２０ｌは最後の照射時の溶融領域、２６はレーザー４が照射されていない未処理領域、である。なお、パルス毎の基板１の移動距離は、（ａ）〜（ｃ）の３図とも１μｍで共通である。基板１上に形成されたアモルファスシリコン膜３の膜厚も、４０ｎｍで共通であり、その他の条件も全て共通である。
【００５６】
双方の（ａ）に示すように、５９０ｍｊ／ｃｍ2の照射強度では、中間領域２９内に非多結晶シリコン領域３６は形成されず、中間領域２９は１本の線になっている。これは、溶融シリコン３０（図３参照）が溶融領域２０（２０ｌ）内で双方からの結晶成長が完全に衝突したことを示している。５９０ｍｊ／ｃｍ2の照射強度では溶融領域２０が若干狭い幅で、（すなわち短軸方向の寸法が短く）形成される。したがって、溶融領域２０の両側から進行する結晶成長が、溶融シリコン３０が冷却によって固化される前に終了するためだと考察される。
【００５７】
また、双方の（ｃ）に示すように、８００ｍｊ／ｃｍ2の照射強度でも、中間領域２９内に非多結晶シリコン領域３６は形成されず、中間領域２９は１本の線になっている。これは、照射により形成される溶融シリコン３０の温度が高いため、溶融シリコン３０は冷却によって固化される前に、結晶化は完全に終了するためだと考察される。
【００５８】
そして図５（ｂ）に示すように、上述の実施形態における照射強度である６６０ｍｊ／ｃｍ2の照射強度では、中間領域２９が二つに分かれた内側に非多結晶シリコン領域３６が、間欠的に形成されている。上記条件では、溶融領域２０の短軸方向の寸法と、溶融シリコン３０の温度とが好適に対応しているためであると考察される。
【００５９】
このように、レーザー照射の照射強度をアモルファスシリコン膜３の膜厚等に合わせて好適に設定することで、溶融領域２０内に非多結晶シリコン領域３６を形成できる。そして、かかる非多結晶シリコン領域３６が次の溶融領域（Ｎ＋１回目の溶融領域２２）に含まれるように次々とレーザー照射を行うことで、上述の（１１０）配向が支配的な移動度が向上した多結晶シリコン膜３２（図３参照）を形成できる。
【００６０】
なお、上記各図において、処理済領域２４内にも縞状の模様が形成されているが、かかる模様は結晶状態の僅かな差に基づくものであり、該領域内には非多結晶シリコン領域３６（図３において示す非多結晶シリコン膜３４）は形成されていない。
【００６１】
図７は、レーザー４の照射強度と、該レーザーの照射によって形成された多結晶シリコン膜３２における（１１０）面の配向度と、の関係を示す図である。配向度の測定はＥＢＳＤ（電子後方散乱回折）法により行っている。図示するように、レーザー４の照射強度が６２５ｍｊ／ｃｍ2乃至６９５ｍｊ／ｃｍ2の範囲において、（１１０）面の配向度は略５０％であり、６００ｍｊ／ｃｍ2以下、及び７３５ｍｊ／ｃｍ2以上の照射強度の場合に比べて非常に高い値を示している。
【００６２】
これは、かかる範囲の照射強度において、上述の図５（ｂ）（及び図６（ｂ））に示すように中間領域２９内に非多結晶シリコン領域３６が間欠的に形成されていることを示している。すなわち、対象であるアモルファスシリコン膜３の膜厚等に合わせてレーザー照射の照射強度を設定することで、（１１０）面の配向度が向上した多結晶シリコン膜３２を形成できることを示している。そして、かかる製造方法で得られた多結晶シリコン膜３２を用いることで性能が向上したＴＦＴを得ることができる。また、かかるＴＦＴをスイッチング素子等に用いることで性能が向上した電子機器を得ることができる。以下、ＴＦＴ及び電子機器について述べる。
【００６３】
なお上述の照射強度は、膜厚が略４０ｎｍのアモルファスシリコン膜３に対して行った結果である。上述したようにアモルファスシリコン膜３は下地層である酸化シリコン膜２に達するまで完全に溶融される必要があるため、該アモルファスシリコン膜が厚膜化されると必要なレーザー４の照射強度も増大する。
＜半導体装置＞
【００６４】
図８は、上述の製造方法で得られた多結晶シリコン膜を有する、半導体装置としてのＴＦＴの製造方法を示す工程断面図である。なお、該ＴＦＴはソース・ドレイン電極の形成までを図示している。
【００６５】
図８（ａ）は、基板１上に下地層としての酸化シリコン膜２を介して、上述の製造方法により形成された多結晶シリコン膜３２を示す図である。上述したように基板としては安価なガラス基板を用いることができる。
【００６６】
図８（ｂ）は、多結晶シリコン膜３２を島状にパターニングした後、基板１上全面を覆うようにゲート絶縁膜７３を形成した状態を示す図である。ゲート絶縁膜７３は酸化シリコン又は窒化シリコン等を用いることができＣＶＤ法等により形成することができる。
【００６７】
図８（ｃ）は、ゲート絶縁膜７３上の所定の領域にゲート電極７４を形成した後、イオンインプランテーション法によりＰ（燐）等の不純物を注入した状態を示す図である。かかる不純物の注入によりソース領域７３ａ、及びドレイン領域７３ｂが形成される。上記双方の領域に挟まれた領域がチャネル領域７３ｃである。なお、ゲート電極７４の形成材料としては、多結晶シリコンあるいはＴａ（タンタル）、Ａｌ（アルミニウム）等の金属材料を用いることができる。
【００６８】
図８（ｄ）は、基板１上全面に層間絶縁膜７５を形成後、該層間絶縁膜の所定の領域をエッチングにより除去してコンタクトホール７６を形成し、さらに、該コンタクトホールを介してソース領域７３ａと導通するソース電極７８と、同じく該コンタクトホールを介してドレイン領域７３ｂと導通するドレイン電極７７を形成した状態を示す図である。以上の工程により、半導体装置としてのＴＦＴ１００を得ることができる。
【００６９】
かかるＴＦＴ１００は、チャネル領域を（１１０）面の配向性が揃い、移動度が向上した多結晶シリコン膜で形成しているため電気的特性が向上している。したがって、安定した動作が可能であり消費電力等を低減できる。
＜電子機器＞
【００７０】
図１０は、本実施形態にかかる電子機器の一例としての携帯型電話機を示す斜視図である。図１０に示す携帯型電話機９０は、上述のＴＦＴ１００をスイッチング素子等として用いた液晶装置を表示部９２として備え、複数の操作ボタン９４、受話口９６、及び送話口９８を備えて構成されている。配向性が揃ったＴＦＴを用いているため表示ばらつきが低減されており、表示品質の向上が消費電力や製造コストを上昇させることなく実現されている。
【００７１】
（変形例）
上述の実施形態では、非晶質シリコン膜を溶融させるレーザー４に短軸方向のエネルギー分布がガウシアン分布に近い形状のレーザーを用いていた。しかし、本発明の実施の形態はかかる態様に限定されるものではなく、種々の変更や改良を加えることも可能である。図９は、変形例で用いるレーザーの短軸方向の強度分布を示す図である。図示するように、本変形例で用いるレーザーの強度分布は、ガウシアン分布ではなく台形に近い形状である。
【００７２】
かかるエネルギー分布形状のレーザーを用いた場合でも、溶融領域の短軸方向の中央部は両側の領域に比べて固化するまでに時間を要する。したがって、長軸方向に沿って非多結晶シリコン領域３６を形成でき、高い（１１０）配向性を示す多結晶シリコン膜を形成できる。
【符号の説明】
【００７３】
１…基板、２…下地層としての酸化シリコン膜、３…非晶質半導体膜としてのアモルファスシリコン膜、４…レーザー、５…半値幅、１０…被照射領域、１１…Ｎ回目の被照射領域、１２…Ｎ＋１回目の被照射領域、２０…溶融領域、２１…Ｎ回目の溶融領域、２２…Ｎ＋１回目の溶融領域、２０ｌ…最後の照射時の溶融領域、２４…処理済領域、２６…未処理領域、２９…中間領域、３０…溶融シリコン、３２…結晶性半導体膜としての多結晶シリコン膜、３４…非多結晶シリコン膜、３６…非多結晶領域としての非多結晶シリコン領域、３７…短軸方向の中心線、３８…長軸方向の中心線、３９…結晶成長線、７３…ゲート絶縁膜、７３ａ…ソース領域、７３ｂ…ドレイン領域、７３ｃ…チャネル領域、７４…ゲート電極、７５…層間絶縁膜、７６…コンタクトホール、７７…ドレイン電極、７８…ソース電極、９０…電子機器としての携帯型電話機、９２…表示部、９４…操作ボタン、９６…受話口、９８…送話口、１００…ＴＦＴ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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