(57)【要約】  １つの態様によれば、本発明は、制御される微小構造体並びに結晶学的配向を有する多結晶膜を形成する方法を提供する。本方法は、特定の結晶方位の細長い粒子又は単結晶アイランドを形成する。特に、基板上で膜を処理する方法は、１つの好ましい結晶方位に主に向けられた結晶粒子を有する配向膜を提供する段階と、次いで、好ましい結晶方位に向けられた粒子の位置制御成長を可能にする順次横方向固化結晶化法を用いて微小構造体を生成する段階とを含む。【選択図】図８Ｂ
2008521247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上で膜を処理する方法であって、
主に一方向の結晶方位を有する結晶粒子を含む配向膜を提供する段階と、
前記結晶方位に向けられた前記結晶粒子の位置制御成長を可能にする順次横方向固化結晶化を用いて微小構造体を生成する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記順次横方向固化結晶化が、
複数のレーザビームパルスを生成する段階と、
前記複数のレーザビームパルスをマスクを通して誘導し、複数のパターン形成されたレーザビームを生成する段階と、
前記複数のパターン形成されたビームのうちの１つで膜の一部分を照射する段階であって、前記ビームは前記膜の照射部分の全厚を通って溶融するのに十分な強度を有し、前記膜の照射部分は冷却時に横方向に結晶化する段階と、
前記膜の後続の部分が前に照射された部分と重なり合い、前記結晶粒子の更なる横方向成長が可能になるように、前記膜を再配置して、パターン形成されたビームで前記後続部分を照射する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記順次横方向固化結晶化が、
複数のレーザビームパルスを生成する段階と、
前記複数のレーザビームパルスをマスクを通して誘導し、複数のパターン形成されたレーザビームを生成する段階と、
前記複数のパターン形成されたビームのうちの１つで膜の選択領域の一部分を照射する段階であって、前記ビームは前記膜の照射部分を溶融するのに十分な強度を有し、前記膜の照射部分は冷却時に結晶化する段階と、
前記膜の選択領域にわたる前記パターン形成されたビームの１回の横断で前記膜の選択領域が実質的に完全に結晶化されるように、前記選択領域の連続部分がパターン形成されたビームで照射されている間に前記膜を第１の並進経路に沿って移動させ、前記マスクを第２の並進経路に沿って移動させる段階と、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記マスクはドットパターンマスクを含む請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記マスクは、ドット形状区域、六角形形状区域、及び矩形形状区域のうちの少なくとも１つを含む不透明な配列パターンを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記配向膜は、ゾーン溶融再結晶化法、固相最結晶化法、直接堆積法、表面エネルギー駆動二次粒子成長法、及びパルスレーザ結晶化法のうちの１つによって生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記直接堆積法は、化学蒸着、スパッタリング、及び蒸発のうちの１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記パルスレーザ結晶化法は、順次横方向固化及び多パルスＥＬＡプロセスのうちの１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記膜は半導体膜であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記膜は金属膜であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記一方向は、好ましくは前記膜の表面に対し法線方向であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
主な結晶方位が＜１１１＞方位であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記主な結晶方位が＜１００＞方位であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
基板上で膜を処理するためのシステムであって、
複数のレーザビームパルスを生成するための少なくとも１つのレーザと、
少なくとも一方向に移動することができる、前記膜を位置付けるための膜支持体と、
マスク支持体と、
レーザビームパルスの第１のセットを第１のマスクを通して誘導し、配向膜を生成するための光学要素と、
前記配向膜上にレーザビームパルスの第２のセットを第２のマスクを通して誘導するための光学要素と、
レーザビームパルスの前記第１のセット及び第２のセットの周波数に関連して前記膜支持体及びマスク支持体の移動を制御するためのコントローラと、
を備えるシステム。
【請求項１５】
前記配向膜は、ゾーン溶融再結晶化、固相再結晶化、直接堆積法、表面エネルギー駆動二次粒子成長法、及びパルスレーザ結晶化法のうちの１つによって生成されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記直接堆積法は、化学蒸着、スパッタリング、及び蒸発のうちの１つを含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記パルスレーザ結晶化法は、順次横方向固化及び多パルスＥＬＡプロセスのうちの１つを含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記膜は半導体膜であることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記膜は金属膜であることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
周期的に位置付けられた粒子を有し、該粒子の各々が主に１つの結晶方位のものである多結晶薄膜を含むデバイス。
【請求項２１】
前記膜は半導体膜であることを特徴とする請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記膜は金属膜であることを特徴とする請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２３】
主な結晶方位が＜１１１＞方位であることを特徴とする請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２４】
主な結晶方位が＜１００＞方位であることを特徴とする請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記周期的に配置された粒子の微小構造体が、六角形パターン、円形パターン、矩形パターン、又は正方形パターンであることを特徴とする請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記周期的に配置された粒子が細長い粒子の列を形成することを特徴とする請求項２０に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
近年、非晶質又は多結晶半導体膜の結晶化、又はその結晶化度の改善について様々な技術が研究されている。この技術は、画像センサ及びディスプレイ、例えばアクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）デバイスなどの様々なデバイスの製造において用いられる。ディスプレイでは、適切な透明基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の規則的なアレイが作製され、各トランジスタはピクセルコントローラの役割を果たす。
【０００２】
半導体膜は、ラインビームＥＬＡとしても知られるエキシマレーザアニーリング（ＥＬＡ）を用いて処理され、ここでは膜のある領域がエキシマレーザによって照射されて膜を部分的に溶融し、結晶化される。図１Ａは、レーザ誘起溶融及び固化によって得ることができる低温ポリシリコン（ポリｓｉ）（ＬＴＰＳ）微小構造体を例示している。このプロセスは通常、基板表面上を連続的に進む細長いビーム形状を使用し、ビームが表面全体にわたる一回の走査で全半導体薄膜を照射することが潜在的にできるようにする。ＥＬＡは小粒状多結晶膜を生成するが、この方法はパルス間のエネルギー密度変動及び／又は不均一なビーム強度プロファイルによって引き起こされる可能性のある微小構造体上の不均一性を生じることが多い。図２は、ＥＬＡから得られるランダムな微小構造体の画像である。均一な粒径を備えたランダムな多結晶膜を生成するためには、Ｓｉ膜は複数回照射される。
【０００３】
エキシマレーザを用いた順次横方向固化（ＳＬＳ）は、大きく均一な粒子を有する高品質多結晶膜を形成するのに使用されてきた１つの方法である。ＳＬＳは、膜上の予め定義された位置において結晶化材料の細長い粒子が得られる結晶化プロセスである。図１Ｂ〜１Ｄは、ＳＬＳによって得ることができる微小構造体を示している。電子流方向で粒界の数が少ないと高い電子移動度が生じることから、大きな粒状多結晶膜はスイッチング特性の改善を示すことができる。ＳＬＳプロセスは粒界の位置を制御する。Ｄｒ．Ｊａｍｅｓ  Ｉｍに付与され、その全開示事項が引用により本明細書に組み込まれる、本出願の同一譲受人に譲渡された米国特許第６，３２２，６２５号、第６，３６８，９４５号、第６，５５５，４４９号、及び第６，５７３，５３１号には、かかるＳＬＳシステム及びプロセスが記載されている。
【０００４】
図３Ａ〜３ＦはＳＬＳプロセスを概略的に例示している。ＳＬＳプロセスでは、最初に非晶質又は多結晶膜（例えば、連続波（ＣＷ）処理済みＳｉ膜、堆積したままの膜、又は固相結晶化膜）を超狭幅レーザビームレットによって照射する。ビームレットは、例えばレーザビームパルスをスロット付きマスクに透過させることによって形成され、シリコン膜の表面上に投影される。ビームレットは非晶質シリコンを溶融し、冷却すると、非晶質シリコン膜は再結晶化して１つ又はそれ以上の結晶を形成する。結晶は最初に照射区域の縁部から中心に向かって内方に成長する。最初のビームレットが膜の一部分を結晶化した後、この最初のビームレットからの「横方向成長長さ」よりも短い位置で第２のビームレットが膜を照射する。新しく照射された膜位置では、前の段階で形成された多結晶材料の種晶から結晶粒子が横方向に成長する。この横方向成長の結果として、結晶はビームレット進行方向に沿って高品質なものとなる。細長い結晶粒子は、狭幅ビームレットの長さにほぼ直角であり、長い粒子軸に対してほぼ平行に延びる粒界によって分離される。
【０００５】
多結晶材料が電子デバイスを作製するのに用いられる場合には、キャリア輸送に対する全抵抗は、キャリアが所与の電位の影響下で移動するときに越える必要のある障壁の組み合せによって影響を受ける。キャリアが多結晶材料の長い粒子軸に直角方向に移動する場合、又はより多数の小粒子全体にわたり進む場合に越える粒界の数が増えることに起因して、キャリアは、長い粒子軸に平行に進む場合に比べてより高い抵抗を受けることになる。従って、ＴＦＴなど、ＳＬＳを用いて形成される多結晶膜上に作製されるデバイスの性能は、主成長方向に一致する長い粒子軸に対するＴＦＴチャンネルの結晶品質及び微小構造体によって決まることになる。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，３２２，６２５号公報
【特許文献２】第６，３６８，９４５号公報
【特許文献３】第６，５５５，４４９号公報
【特許文献４】第６，５７３，５３１号公報
【特許文献５】米国特許出願第１０／９４４，３５０号公報
【特許文献６】米国特許出願第６０／５０３，４１９号公報
【非特許文献１】Ｍ．Ｗ．Ｇｅｉｓ他の「Ｚｏｎｅ−Ｍｅｌｔｉｎｇ  ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉ  ｆｉｌｍｓ  ｗｉｔｈ  ａ  ｍｏｖｅａｂｌｅ−ｓｔｒｉｐ−ｈｅａｔｅｒ  ｏｖｅｎ(可動ストリップヒータオーブンを用いたＳｉ膜のゾーン溶融再結晶化）」、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２９、２８１２（１９８２年）
【非特許文献２】Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍ．Ｐｒｏｃ、３２１、６６５−６７０、（１９９４年）
【非特許文献３】「Ｔａｉｌｏｒｉｎｇ  ｔｅｘｔｕｒｅ  ｉｎ  ｌａｓｅｒ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｓ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ（ガラス上のシリコン薄膜のレーザ結晶化における配向調整）」、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｈｅｎｏｍ．９３、１７３（２００３年）
【非特許文献４】Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ）４、１９５０（１９７１年）におけるＴ．Ｓａｔｏ、Ｙ．Ｔａｋｅｉｓｈｉ、及びＹ．Ｏｋａｍｏｔｏの「Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ  ｉｎ  ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｌａｙｅｒｓ  ｏｎ  ｏｘｉｄｉｚｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｕｒｆａｃｅｓ（酸化シリコン表面上の反転層における電子の移動度の異方性）」
【非特許文献５】ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ＥＤ−１９、１２８０（１９７２年）におけるＭ．Ｈ．Ｗｈｉｔｅ及びＪ．Ｒ．Ｃｒｉｃｃｈｉの「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｉｎ−ｏｘｉｄｅ  ＭＮＯＳ  ｍｅｍｏｒｙ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ（薄い酸化膜のＭＮＯＳメモリトランジスタの特性評価）」
【発明の開示】
【０００７】
多結晶薄膜を利用するデバイスにおいて許容可能なシステム性能を達成するために、結晶粒子の明確な結晶方位をもたらす製造プロセスを最適化する必要性が依然としてある。
【０００８】
１つの態様によれば、本発明は、制御される微小構造体並びに結晶学的配向を有する多結晶膜を形成する方法を提供する。本方法は、特定の結晶方位の細長い粒子又は単結晶アイランドを形成する。特に、基板上で膜を処理する方法は、１つの好ましい結晶方位に主に向けられた結晶粒子を有する配向膜を提供する段階と、次いで、好ましい結晶方位に向けられた粒子の位置制御成長を可能にする順次横方向固化結晶化法を用いて微小構造体を生成する段階とを含む。結晶方位の１つの好ましい方向は、膜表面に対して法線方向である。
【０００９】
順次横方向固化結晶化法（ＳＬＳ）のプロセスは、複数のレーザビームパルスを生成する段階と、複数のレーザビームパルスをマスクを通して誘導し、複数のパターン形成されたレーザビームを生成する段階と、複数のパターン形成されたビームのうちの１つで膜の選択領域の一部分を照射する段階であって、該ビームは膜の照射部分の全厚を通って溶融するのに十分な強度を有し、膜の照射部分は冷却時に横方向に結晶化する段階とを含む。このプロセスは、後続の部分が前に照射された部分と重なり合い、結晶粒子の更なる横方向成長が可能になるように、膜を再配置してパターン形成されたビームで選択領域の後続の部分を照射する段階を含む。１つの実施形態では、膜の選択領域にわたるパターン形成されたビームの１回の横断で膜が実質的に完全に結晶化されるように、選択領域の連続部分が照射される。「完全に結晶化される」とは、選択領域の更なるレーザ走査が必要とされないように、その選択領域が望ましい微小構造及び結晶方位を有することを意味する。マスクはドットパターンマスクを含み、ドット形状区域、六角形形状区域、及び矩形形状区域のうちの少なくとも１つを含む不透明配列パターンを有する。
【００１０】
本発明の１つの態様によれば、配向膜は、ゾーン溶融再結晶化法、固相最結晶化法、直接堆積法、表面エネルギー駆動の二次粒子成長法、又はパルスレーザ結晶化法のうちの１つによって生成される。直接堆積法は、化学蒸着、スパッタリング、及び蒸発のうちの１つを含む。パルスレーザ結晶化法はＳＬＳ又は多パルスＥＬＡ法を含む。膜は金属膜又は半導体膜とすることができる。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、基板上で膜を処理するためのシステムは、複数のレーザビームパルスを生成するための少なくとも１つのレーザと、少なくとも一方向に移動することができる、膜を位置付けるための膜支持体と、マスク支持体と、にレーザビームパルスの第１のセットを第１のマスクを通して誘導して配向膜を生成するための光学要素と、配向膜上にレーザビームの第２のセットを誘導するための光学要素と、レーザビームパルスの周波数に関連して膜支持体及びマスク支持体の移動を制御するためのコントローラとを含む。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、デバイスは周期的に位置付けられた粒子を有する多結晶薄膜を含み、粒子の各々は主に１つの結晶方位のものである。主な結晶方位は＜１１１＞方位であり、別の実施形態では＜１００＞方位である。周期的に位置付けられた粒子は細長い粒子の列を形成する。
【００１３】
本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面に示す、本発明の実施形態の下記のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
混成順次横方向固化（ＳＬＳ）として定義される、本明細書で説明するプロセス及びシステムは、特定の結晶方位の細長い粒子又は単結晶アイランドをもたらす。本発明の実施形態は、ＳＬＳ中の横方向結晶成長の結晶方位が照射領域の境界での材料の方位に依存する認識に基づく。配向性のある結晶によって定義された固相境界からの材料の横方向結晶成長は、その結晶方位の成長を促進する。
【００１５】
最も基本的には、混成ＳＬＳは図４に例示する２段階プロセスである。第１の段階４２では、配向性前駆体が生成され、又は提供される。配向性膜は、少なくとも単一の方向において主として同じ結晶方位を有する粒子を含むが、これらの粒子は、表面上でランダムに位置し、特定のサイズ（微小構造体）のものではない。より具体的には、薄い多結晶膜のほとんどの結晶子の１つの結晶軸が優先的に所与の方向を示す場合、この微小構造は１軸配向を有すると呼ばれる。本明細書で説明する実施形態では、１軸配向の優先方向は、結晶子表面に対し法線方向である。従って、本明細書で用いる「配向」は、粒子の１軸表面配向を意味する。配向度は、特定の用途に応じて変えることができる。例えば、スイッチ回路用に用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とは対照的に、ドライバ回路で用いられるＴＦＴに対しては配向度が高いのが好ましい。
【００１６】
混成ＳＬＳプロセスの第２段階４４では、ＳＬＳが実施される。横方向結晶化の結果、粒界の「位置制御成長」及び望ましい結晶方位の細長い結晶が生じる。本明細書で言及される位置制御成長は、特定のビームパターン及びマスク（例えばドットパターンマスクなど）を用いて粒子及び粒界の位置が制御されたものとして定義される。
【００１７】
本明細書で既に簡潔に述べたように、順次横方向固化（「ＳＬＳ」）は、膜上の予め定義された位置に結晶化材料の細長い粒子又は単結晶アイランドをもたらす結晶化プロセスである。しかしながらＳＬＳは、これらの粒子の結晶方位を完全に定めることはできない。ＳＬＳプロセスでは、成長は、エピタキシャル成長であるので既存の粒子から始まり、従って、このプロセスは好ましい方位での成長を提供することができない。エピタキシャル成長は、１つの材料の結晶が別の材料の結晶面上で成長し、両方の材料の結晶粒子が同じ構造的方位を有するとみなされる。順次横方向固化では、パルスレーザが放出する順次パルス間の薄膜の小規模な並進によって大きな粒状構造体が生成される。膜が各パルスを吸収すると、膜の小区域が完全に溶融し、固相／溶融界面から横方向に再結晶化して結晶領域を形成する。本明細書で用いる用語「横方向結晶成長」又は「横方向結晶化」とは、膜領域が膜／表面界面まで溶融され、結晶化最前部が基板表面を横方向に横断して移動する際に再結晶化が生じる成長技術を意味する。
【００１８】
薄膜は、金属又は半導体膜とすることができる。例示的な金属には、アルミニウム、銅、ニッケル、チタニウム、金、及びモリブデンが挙げられる。例示的な半導体膜は、シリコン、ゲルマニウム、及びシリコンゲルマニウム等の従来の半導体材料を含む。金属又は半導体膜の下或いは上に位置する追加層が企図される。追加層は、酸化シリコン、窒化シリコン、及び／又は酸化物、窒化物、或いは例えば基板を過熱から保護するための熱絶縁体として、もしくは基板から膜に不純物が拡散するのを防ぐための拡散障壁として使用するのに好適な他の材料の混合物で形成することができる。ＰＣＴ公報第ＷＯ２００３／０８４６８８号では、パルスレーザ誘起溶融及び核形成開始結晶化を用いて制御された結晶方位を有するアルミニウム薄膜をもたらす方法及びシステムが記載されており、その教示全体は引用により本明細書に組み込まれる。
【００１９】
薄膜は、ＳＬＳを用いて位置制御された細長い粒子多結晶薄膜に処理される。例示的なＳＬＳプロセスは、予め設定されたフルエンスの複数のエキシマレーザパルスを発生させる段階、エキシマレーザパルスのフルエンスを制御可能に調整する段階、レーザパルス平面の強度プロファイルを均質化する段階、各均質化されたレーザパルスをマスクしてパターン形成されたレーザビームを定める段階、レーザビームによって薄膜を照射して薄膜の一部の溶融を生じさせる段階、及び試料を制御可能に連続的に並進させて基板表面全体にわたってパターン化ビームを移動させる段階を含む。試料の順次照射区域が１つの照射／結晶化サイクルから次のサイクルに重なるようにレーザパルス周波数及び試料の動き（速度及び方向）を調節して、大きな粒子を生じさせる横方向結晶成長を提供することができる。パルス周波数及びステージ並びにマスク位置は、コンピュータにより協働及び制御することができる。連続運動の順次横方向固化をもたらすシステム及び方法は、米国特許第６，３６８，９４５号において提供されており、該特許は引用により全体が本明細書に組み込まれる。例示的なＳＬＳプロセスは、米国特許第６，５５５，４４９号、及びドットパターン形成マスクを用いた米国特許出願第１０／９４４，３５０号で説明されており、これらの全教示は引用により本明細書に組み込まれる。
【００２０】
図５Ａは、例示的な２軸投影ＳＬＳシステムを示している。例えばエキシマレーザ５２である光源は、レーザビームを発生し、次いで、該ビームがパルス持続時間延長器５４及び減衰器プレート５６を通過した後、ミラー５８、６２、７０、テレスコープ６０、ホモジナイザ６４、ビームスプリッタ６６及びレンズ７２等の光学素子を通過する。次いで、レーザビームパルスは、マスク７４及び投影光学系８２を通過する。投影光学系は、レーザビームのサイズを縮小し、同時に望ましい位置で基板８８に衝突する光学エネルギー強度を増大させる。基板８８は、基板８８をビームの下に正確に位置付けて、基板上の望ましい位置にレーザビームによって生成されるマスク７４の画像の合焦又は非合焦化を助けることができる精密ｘ−ｙ−ｚステージ上に備えられる。
【００２１】
代替のＳＬＳ法は、様々な実施形態において用いられ、本明細書ではドットパターン形成ＳＬＳプロセスと呼ばれる。図５Ｂは、ポルカドットパターン９２を取り入れたマスク９０を例示している。ポルカドットマスク９０は反転マスクであり、ポルカドット９２がマスク領域に相当し、マスクの残り部分９４は透明である。大きなシリコン結晶を作製するために、試料上でこのような結晶が求められるポイント付近でポルカドットパターンを順次並進させることができる。例えは、図５Ｃに示すように、ポルカドットマスクを第１のレーザパルスの後に正のＹ方向で短距離だけ並進９６し、第２のレーザパルスの後に負のＸ方向で短距離だけ並進９８し、第３のレーザパルスの後に負のＹ方向で短距離だけ並進９９して、大きな結晶の形成を誘起することができる。ポルカドット間の離間距離が横方向成長距離の２倍よりも大きい場合には、結晶が小さな粒状多結晶シリコン領域によって分離される結晶構造体が発生される。核形成を回避するために離間距離が横方向成長距離の２倍以下である場合には、結晶の結晶構造体が生成される。このＳＬＳ法に関する追加の詳細事項は、米国特許第６，５５５，４４９号に記載されており、その教示全体は引用により本明細書に組み込まれる。
【００２２】
本発明の実施形態は、ＳＬＳを配向前駆体上で実施することによってエピタキシーで均一な方位性の材料をもたらす。横方向に成長した粒子は、種晶の方位に適応する。従来技術では、多結晶膜は粒子毎に大幅に異なる。同様の結晶方位（配向）の種晶を選択することによって、同様の結晶方位の位置制御された（微小構造の）大きな粒子を成長させることが可能である。本発明の実施形態は、配向発達技術とＳＬＳプロセスとの特定の組み合せに関するものである。
【００２３】
第１の段階では、ゾーン溶融再結晶化（ＺＭＲ）、固相再結晶化、直接堆積技術（化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、蒸発）、表面エネルギー駆動２次粒子成長（ＳＥＤＳＧＧ）、及びパルスレーザ結晶化（ＳＬＳ、多パルスＥＬＡ）法を含む、前駆体配向膜を得る従来の方法が用いられる。配向前駆体を発生させるために他の配向誘起法を同様に用いることができることも想起される。前駆体配向膜を得る方法は広範な金属及び／又は半導体膜に適用することができるが、半導体産業におけるシリコンの重要性、及び今までシリコンを用いて行ってきた全ての研究による当該産業におけるシリコンの理解レベルに起因して、以下の方法ではシリコン膜に関して説明される。
【００２４】
以下の方法は、後で混成ＳＬＳプロセスにおいて微小構造制御及び結晶方位制御されたポリＳｉ膜を生成するのに用いることができる配向多結晶膜を提供するために、様々な実施形態において使用されている。これらの方法は、非パターン形成平面試料の使用について説明している。グラフォエピタキシー等のパターン形成を用いる方法は、同様に微小構造体のある制御に達する手段として提案されることが多い。但し、ＳＬＳは、非平面又はパターン形成膜に対して常に許容性がある訳ではなく、更に、微小構造制御において優れている可能性が高い。
【００２５】
堆積したままのＣＶＤポリシリコン膜を用いて、結晶膜における（１１０）又は（１００）配向を提供することができる。堆積したままのポリシリコン膜は、圧力及び温度等の堆積プロセスの詳細によっては配向を示す場合がある。通常、これらの膜の配向は、堆積プロセス全体にわたり発達し、すなわち、ＳｉＯ2界面における初期成長はランダムに向けられる。ＳＬＳにおける横方向成長は、ＳｉＯ2界面に位置する未溶融部分の最縁部で始まるので、結晶方位は依然としてランダムとすることができる（これは、＜１１０＞方位のポリＳｉ膜について観測されている）。しかしながら、膜厚全体を通じて配向をもたらす方法が開発され、又は粒子成長を通じて同じ目的を定めるために後処理が実施される（すなわち、他のものを犠牲にして好ましい粒子が成長する）ことが可能である。
【００２６】
イオンチャネリングによる種晶選択（ＳＳＩＣ）を用いて、結晶膜内に（１１０）配向をもたらすことができる。無配向（又は弱い（１１０）配向）の堆積したままのポリシリコン（Ｓｉ）膜は、完全な非晶質化閾値に近い特定のドーズ量でのシリコンの「自己注入」の後に固相結晶化によって、強く（１１０）配向された膜に変換することができる。Ｓｉ粒子における＜１１０＞方向に沿ったイオンチャネリングの作用によって、注入方向に平行なこの方向を有する粒子だけが存続する。注入がＳｉ膜表面に直角である場合には、これは、＜１１０＞面方位の粒子が存続することを意味する。後続の再結晶化の間に、大きな粒子の＜１１０＞方位ポリＳｉ膜が得られる。
【００２７】
表面エネルギー駆動粒子成長（ＳＥＤＧＧ）を用いて、結晶膜内に（１１１）配向を生成することができる。ＳＥＤＧＧは特定の二次粒子成長機構であり、通常、表面エネルギー駆動二次粒子成長（ＳＥＤＳＧＧ）とも呼ばれる。一次又は通常の粒子成長は、材料加熱時（＞１０００℃）に観測され、粒界面積の低減によって駆動される。薄膜の場合、このプロセスは、粒径が膜厚と同程度の値に達すると停止される。このポイントを超えると、二次又は異常粒子成長が発生する可能性がある。このプロセスは、表面及び二次粒子の界面における自由エネルギーの異方性によって駆動される。表面自由エネルギーの大きさは、Ｓｉ−ＳｉＯ2界面の自由エネルギーよりもほぼ確実に大きいので、その最小化はこのプロセスを決定付けることが予測される。Ｓｉの自由表面エネルギーは、（１１１）配向と共に最小化され、二次粒子が主として＜１１１＞であることが実際に観測される。
【００２８】
ＳＥＤＧＧに関する解析は、リン（Ｐ）又はヒ素（Ａｓ）がドープされたＳｉ膜を用いて得られる結果について主として論じている。これらのドーパントは、粒界移動度を高めることによって、二次粒子成長の割合が高まることが知られている。本来備わっている膜は、依然として二次粒子成長を示しており、妥当な成長率、駆動力及び／又は増大をもたらすために、粒界移動度は別の手法で増大される。本明細書のそれぞれの実施例は、膜厚を減少させること、又はアニーリング温度を高めることである。
【００２９】
金属誘起横方向結晶化（ＭＩＬＣ）を用いて、（１１０）配向を有する結晶膜をもたらすことができる。金属誘起結晶化では、金属（最も一般的であるのはニッケル（Ｎｉ））がＳｉ膜と接触して導入された後、加熱することによって急激な膜の結晶化を生じさせる。Ｎｉ−Ｓｉ接触が局所的にのみ（例えばＳｉと金属膜との間に窓付き緩衝層を有することによって）行われる場合には、Ｎｉ残留物が少なく、（１１０）配向度が高い横方向結晶化ポリＳｉ膜が得られる。
【００３０】
このプロセスでは、Ｓｉ膜を通したＮｉ拡散によってＮｉＳｉ2析出物が形成される。ＮｉＳｉ2は、立方格子を有し、ｃ−Ｓｉとの格子不整合は僅か０．４％である。この不整合が小さいことによって、数ｎｍのｃ−Ｓｉが成長し、その後、Ｎｉは表面に移動／拡散して、このプロセスが繰り返される。このプロセスが続くと、長い針状結晶が形成され、これらの針状結晶から側方に何らかの追加の固相結晶化が起こりうる場合には、高い結晶化度に達することができる。ＮｉＳｉ2析出物上の成長は、単一の｛１１１｝面でのみ生じ、従ってこれは１次元である。しかしながら場合によっては、異なる｛１１１｝面が選択され、針状結晶は、１０９°又は７１°回転する。針が膜平面内に留まる（すなわち針が界面表面に当たらない）場合にはこのプロセスを持続することができ、これは、粒子の面方位が＜１１０＞である場合に達成することができる。
【００３１】
部分溶融ＺＭＲを用いて、（１００）配向を有する結晶膜をもたらすことができる。Ｓｉ膜のゾーン溶融再結晶化（ＺＭＲ）の結果、結晶の優先＜１００＞面方位を有する大きな粒状多結晶Ｓｉ膜の形成が生じる。本発明の実施形態は、これらの方位性多結晶膜をＳＬＳを用いた結晶化用の前駆体として用いる。この実施形態は、方位性種晶粒子を使用して一方向に成長した大きな方位性結晶の形成を促進することを含む。このように、多結晶膜のＺＭＲを用いて、（１００）配向された大きな粒子ポリＳｉ膜が得られる。長い（１００）配向粒子の成長は、膜の未溶融区域と完全溶融区域との間の「遷移領域」内に形成される粒子において始まる。これは部分溶融の形態であり（すなわち固体と液体との共存）、この部分溶融は、溶融時にＳｉの反射率の有意な増大（半導体−金属遷移）の結果として、放射加熱されたＳｉ膜内にだけ存在する。この部分溶融の形態では、＜１００＞粒子が優位を占めることが観察され、これはＳｉＯ2−Ｓｉ界面エネルギーにおける結晶学的異方性に関連付けられる現象である。
【００３２】
上記の結果は、数ｍｍ／ｓから１ｍｍ／ｓ未満の走査速度において得られた。より高速（すなわち「急速ＺＭＲ」）では、（１００）配向成長はもはや安定ではなくなり、ランダム方位が得られる。横方向に成長する粒子の結晶方位は、ランダム方位に「ロールオフ」することが観察される。しかしながら、速度の上昇と共に配向度は減少するが、「遷移領域」は強い（１００）配向を示す。部分溶融急速ＺＭＲにおいて配向度を最大にする１つの方法は、＜１１０＞成長用に最大数の種晶を有する前駆体を生成することである。これを行うための１つの手法は、（１００）配向ポリＳｉ膜を堆積することを含む。また、Ｓｉ膜を微小粒子材料に事前に結晶化することもうまく進めることができ、この微小粒子材料は、方位がランダムであれば、例えば、完全溶融結晶化（ＣＭＣ）により有核粒子を生成することを通じて配向（１００）粒子の高い密度を確保する。
【００３３】
連続レーザを用いたゾーン溶融照射は、＜１００＞方位を有するシリコン膜を生成し、これは、Ｍ．Ｗ．Ｇｅｉｓ他の「Ｚｏｎｅ−Ｍｅｌｔｉｎｇ  ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉ  ｆｉｌｍｓ  ｗｉｔｈ  ａ  ｍｏｖｅａｂｌｅ−ｓｔｒｉｐ−ｈｅａｔｅｒ  ｏｖｅｎ(可動ストリップヒータオーブンを用いたＳｉ膜のゾーン溶融再結晶化）」、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２９、２８１２（１９８２年）によって説明されており、その教示全体は引用により本明細書に組み込まれる。図９Ａは、本明細書で前述したようにＣＷレーザを用いた急速ＺＭＲを用いて部分溶融を行った後の（１００）配向前駆体の結晶化膜の画像を示している。（１００）配向は、これにより界面準位の数に関して最高品質のＳｉ／ＳｉＯ2界面が得られるので、電子素子においては好ましいものである。
【００３４】
ほぼ完全な溶融ＥＬＡを用いて、（１１１）配向を有する結晶膜を発生させることができる。部分溶融の形態における多パルスエキシマレーザ結晶化は、主として＜１１１＞面方位の粒子を有する均一なポリＳｉ膜を生成するのに使用される。ポリＳｉ膜の粗面での干渉作用によって、最大粒径の均一性を得ることができる。これによって、例えばＸｅＣｌレーザを用いた３００ｎｍまでの波長にほぼ等しい粒径を有するポリＳｉ膜がもたらされる。若干高いが完全溶融閾値よりも低いエネルギー密度では、粒径は干渉作用によってはもはや安定化されず、主として＜１１１＞面方位の遙かに大きな粒子が得られる。
【００３５】
これらのプロセスが実施されるエネルギー密度が部分溶融形態にあるにも関わらず、膜厚よりも大きな粒子の累積成長を可能にするために、幾らかの完全溶融が局所的に生じる必要がある。局所的に吸収が向上し、及び／又は溶融温度が低下することに起因して、粒界において優先的溶融が生じる可能性があることが示唆される。粒界区域の溶融及び再成長の間は、溶融に対する粒子の耐性又は粒子の横方向成長速度のいずれにおいても、＜１１１＞方位粒子が好ましいことは明らかである。結果として、＜１１１＞方位粒子は異なるような方位の粒子を犠牲にして成長する。
【００３６】
Ｓｉ前駆体膜に関しては、溶融に近い形態におけるエキシマレーザからの多パルス照射は、＜１１１＞方位を有するＳｉ膜を提供し、これは、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍ．Ｐｒｏｃ、３２１、６６５−６７０、（１９９４年）においてＨ．Ｊ．Ｋｉｍ及びＪａｍｅｓ  Ｓ．Ｉｍが説明しており、その教示全体は引用により本明細書に組み込まれる。図７Ａ〜７Ｃは、ＥＬＡを用いた（１１１）配向前駆体の多パルス粒子拡大によって処理された結晶化膜を示している。
【００３７】
ＳＬＳは、（１１０）配向を有する結晶膜を生成するのに用いることができる。ある実施形態における混成ＳＬＳプロセスでは、配向前駆体を生成する第１の段階においてＳＬＳプロセスを用いることができる。第１の段階において用いられるＳＬＳプロセスは、配向誘起ＳＬＳプロセスである。エキシマレーザベースのＳＬＳ（図５Ａを参照）によって得られる方向性ポリＳｉの解析は、プロセスの詳細（膜厚、ステップサイズ、パルス持続時間）に応じて、走査方向で（１００）配向又は（１１０）配向のいずれかが得られることを示している。粒子の面方位については、この解析の結果として、これらの面内方位と同様の一定範囲の方位に対する制約が生じる（例えば（１００）面内配向が存在する場合には、（１１１）面配向は物理的に不可能である）。２ショットＳＬＳにおける弱い配向から観察されるように、面内配向はむしろ急速に発達する。しかしながら、方位の「ロールオフ」に起因して、長走査方向性ＳＬＳにおいても粒子が延伸されたときには配向はあまり強くならない可能性がある。
【００３８】
特定の（１００）配向を得るための１つの方法は、互いに対して直角な一定の面内配向を２回生成する特定のＳＬＳプロセスを含む。このプロセスの詳細は、Ｊ．Ｓ．Ｉｍによる名称「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ  ｗｉｔｈ  ａ  ｕｎｉｆｏｒｍ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ（均一な結晶方位を有する結晶薄膜を生成するための方法及びシステム）」の米国特許出願第６０／５０３，４１９号において説明されており、その教示全体は引用により本明細書に組み込まれる。これによって面方位性材料の形成をもたらすことができ、方位がｘ方向及びｙ方向の両方において制御される場合、自明のこととしてｚ方向の方位も同様に制御される。
【００３９】
ＳＬＳを用いて（１１１）配向を有する結晶膜を生成することができる。パルス固体レーザ（周波数逓倍Ｎｄ：ＹＶＯ4）を用いたＳＬＳの解析は、「Ｔａｉｌｏｒｉｎｇ  ｔｅｘｔｕｒｅ  ｉｎ  ｌａｓｅｒ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｓ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ（ガラス上のシリコン薄膜のレーザ結晶化における配向調整）」、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｈｅｎｏｍ．９３、１７３（２００３年）においてＭ．Ｎｅｒｄｉｎｇ他によって説明されており、その内容全体は、引用により本明細書に組み込まれる。基本的にはエキシマレーザと同様のプロセスであるが、粒子方位に影響を及ぼす可能性のある幾つかの相違点がある。これらのうちで最も顕著なものは波長（５３２ｎｍ）であるが、空間プロファイル（ガウス）及びパルス持続時間（２０ｎｓ）もこのプロセスにおいて役割を果たすことができる。しかしながら、ＳｉＮXバッファ層が用いられる場合、少なくともおよそ１５０ｎｍの膜厚において強い（１１１）面方位が得られる。
【００４０】
１つの実施形態では、シリコン（Ｓｉ）キャリア上のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等のＩＩＩ−Ｖ半導体のエピタキシャル成長によって、両方の材料の利点を組み合せた製品が可能となり、例えば、Ｓｉ内に形成された電気回路と組み合せたＧａＡｓ内に形成される発光ダイオード（ＬＥＤ）である。これに加えて、Ｓｉがガラス等の非半導体基板の頂部にある堆積膜である場合には、これらの利点を低価格で大面積及び／又は透明の基板上で有することができる。
【００４１】
但し、適正なエピタキシーは、高品質（すなわち欠陥が無い）であることに加えて均一な方位性の材料であることの両方を必要とする。高品質であることは、順次横方向固化（ＳＬＳ）法、最も重要なことには、位置制御された単結晶アイランドを生成するのに用いることができるプロセスによって達成することができる。詳細には、本明細書で説明される混成ＳＬＳプロセスの実施形態は、エピタキシャル成長を活用し、すなわち、性能レベルの異方性はあるが移動度及び界面欠陥密度の両方による均一性をＴＦＴに提供し、更に材料品質による均一性をＴＦＴに提供するので、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）産業では有用である。電界効果デバイスであるＴＦＴの均一性の作用の詳細は、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ）４、１９５０（１９７１年）におけるＴ．Ｓａｔｏ、Ｙ．Ｔａｋｅｉｓｈｉ、及びＹ．Ｏｋａｍｏｔｏの「Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ  ｉｎ  ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｌａｙｅｒｓ  ｏｎ  ｏｘｉｄｉｚｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｓｕｒｆａｃｅｓ（酸化シリコン表面上の反転層における電子の移動度の異方性）」、及びＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ＥＤ−１９、１２８０（１９７２年）におけるＭ．Ｈ．Ｗｈｉｔｅ及びＪ．Ｒ．Ｃｒｉｃｃｈｉの「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｉｎ−ｏｘｉｄｅ  ＭＮＯＳ  ｍｅｍｏｒｙ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ（薄い酸化膜のＭＮＯＳメモリトランジスタの特性評価）」によって説明されており、これらの教示全体は引用により本明細書に組み込まれる。
【００４２】
１つの実施形態では、本明細書で上述した高エネルギー密度ＥＬＡプロセスが用いられ、その結果として、より大きな平均粒径膜が得られる。これらの膜は、選択されたＥＬＡプロセス、すなわち異なる方位の粒子の溶融及び固化における異方性に関連する可能性が高いプロセスの条件に応じて、強い（１１１）又は（１００）配向のいずれかを有することができる。非常に高い配向度は、商業的に入手可能なラインビームＥＬＡシステムによって得られる。これらの前駆体配向膜は、微小構造体のランダム性に起因して、ＴＦＴ製造又はエピタキシャルプロセスでは使用されない。
【００４３】
図６Ａ及び６Ｂは、本発明の実施形態による、上述の高エネルギーＥＬＡプロセスを用いた配向前駆体の生成後（図６Ａ）、及びこれに続くＳＬＳプロセス後（図６Ｂ）のそれぞれの＜１１１＞アイランドの混成ＳＬＳプロセスから生じた結晶化膜の画像を示している。図６Ａ及び６Ｂのデータは、結晶方位のマッピングのための走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に基づく方法である電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）を用いて収集された。図６Ａは、ＴＦＴ（すなわち図６Ｂに示す）の製造において一般的に使用されるものよりも若干高いエネルギー密度の多パルスＥＬＡを用いた、プロセスの段階１の後の膜のマップ及びその対応する逆極点図（ＩＰＦ）（図６Ａ−１）を示している。マップ１００はランダムな高角粒界を示し、一方ＩＰＦは、これらの（１１１）粒子における強い配向を示している。図６Ｂ及びその対応するＩＰＦ（図６Ｂ−１）は、ドットパターンマスクを有するＳＬＳプロセス（本明細書ではドットＳＬＳとも呼ぶ）実施後の膜の画像を示しており、これは、米国特許出願第１０／９４４，３５０号で記載されており、その教示全体は引用により本明細書に組み込まれる。微小構造体は適切に制御され（すなわち位置制御単結晶領域）、配向が維持される。
【００４４】
この実施形態の実験条件［（１１１）配向、ＳＬＳ（１５０ｎｍＳｉ）］は、図５Ａに関して説明したＳＬＳシステムを用いて実施される、単位面積当たり１２５パルス数となる４μｍのパルス間並進で５００×５００μｍ2の走査を含む。別の実施形態では商業的に入手可能なＥＬＡシステムを用いることができ、望ましい配向度に達するためには、単位面積当たりより少ないパルス数で十分とすることができる。ＳＬＳプロセスの第２の段階では、８μｍの正方格子内に配置された１．８μｍまでの大きな影領域を用いた４ショットドットＳＬＳシステムが使用される。
【００４５】
その内容全体が引用により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１０／９４４，３５０号に記載されるように、ＥＬＡ事前処理をＳＬＳプロセスと組み合せることによって、ＩＩＩ〜Ｖ半導体のエピタキシャル成長、又は低コスト大面積の透明基板上の均一なＴＦＴにおいて有用とすることができる＜１１１＞方位を有する位置制御単結晶アイランドがもたらされる。
【００４６】
図８Ａ及び８Ｂは、本発明の実施形態による、それぞれ、前述のＥＬＡプロセスを用いた配向前駆体の生成後（図８Ａ）、及びＳＬＳプロセス後（図８Ｂ）の＜１００＞結晶アイランドにおける混成ＳＬＳプロセスから生じた結晶方位のマッピングについての結晶化膜の画像を示している。図８Ａ及び８Ｂにおける画像のデータは、結晶方位のマッピングのための電子後方散乱回折法を用いて収集される。図８Ａは、ＴＦＴ製造において一般的に使用されるものよりも若干高いエネルギー密度の多パルスＥＬＡを用いて実施されたプロセスの段階１の後の膜のマップ及びその対応する逆極点図（ＩＰＦ）（図８Ａ−１）を示している。図８Ｂ及びその対応するＩＰＦ（図８Ｂ−１）は、ドットＳＬＳプロセス実行後の画像を示している。この実施形態の実験条件は、１ｃｍ／ｓで走査された薄いビーム（数１００μｍ長、〜１０又は数１０μｍ幅）に成形された周波数逓倍（５３２ｎｍ）Ｎｄ：ＹＶ０4連続波レーザの使用を含む。図８Ｂは、３．３ｃｍ／ｓ走査に続いて図５Ａで説明したシステムを用いた４ショットドットＳＬＳを用いる。
【００４７】
図１０Ａ〜１０Ｃは、大部分が＜１１０＞、＜１１１＞、及び＜１００＞方位のアイランドの電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像をそれぞれ示している。図１１Ａ〜１１Ｃは、図１０Ａに示す画像に対応する、大部分が＜１１０＞方位のアイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示している。図１２Ａ〜１２Ｃは、図１０Ｂに示す画像に対応する大部分が＜１１１＞方位のアイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示している。図１３Ａ〜１３Ｃは、図１０Ｃに示す画像に対応する大部分が＜１００＞方位のアイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示している。
【００４８】
図１０Ａ〜１０Ｃでは、主な平面欠陥がシグマ３境界であることが観察される。シグマ３境界は、図６Ａ、６Ｂ、８Ａ、及び８Ｂに関して本明細書で上記のＥＢＳＤ結果で示したランダムな高角粒界とは対照的に、対応格子（ＣＳＬ）によって記述される一連の特別な高角粒界の１つである。その最も特殊な形式では、これらの境界は二重境界であり、電気活性がない場合があることを意味する。一般に、ＣＳＬ境界は低い欠陥密度を有する傾向があり、従って、電気特性において有害性が低い。これらの境界は前駆体内に存在するのではなく、結晶化の間に形成されることが観察される。図１０Ａは、面方位がシグマ３平面欠陥の形成時に変化し、アイランドが多数の欠陥を含むことを示している。図１０Ｂでは、＜１１１＞面方位は欠陥が少なく、面方位における変化がない（エピタキシー及びＴＦＴ等の面方位が重大となる用途では重要である）。図１０Ｃでは、＜１００＞面方位は平面欠陥がほとんど無い。
【００４９】
特にドットＳＬＳ（ドットパターンマスクを処理する）を用いる実施形態では、＜１１１＞及び＜１００＞アイランドを得ることができ、＜１００＞方位を有するアイランドは最も小さな欠陥密度を有し、＜１１１＞がこれに続く。これらの２つの観察は、特に＜１００＞に対する優先度、及び＜１１１＞方位に対するより低い優先度を示している。これらの観察は、一般条件（すなわち５０〜２５０ｎｍのＳｉ膜、３０〜３００ｎｓのパルス持続時間、室温等）での動作時に当てはまる。異なる条件での動作を含む別の実施形態は、シグマ３境界の形成を抑えることができ、これはあらゆる方位の欠陥無しアイランドが得られることを意味する。
【００５０】
本発明の原理を適用できる広範な実施形態を鑑みて、例証された実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものとして認識すべきではない点を理解されたい。例えば、図の各段階は、説明されたもの以外の順序を取ることができ、更に図においてより多くの要素又はより少ない要素を用いることができる。実施形態の様々な要素がソフトウェア内に実装されるように説明してきたが、ハードウェア又はファームウェア実装の他の実施形態を代わりに用いることができ、その逆もまた同様である。
【００５１】
結晶方位制御のポリシリコン膜作成に関する方法は、コンピュータ利用可能媒体を含むコンピュータプログラム製品内に具現化することができる点は当業者には明らかであろう。例えば、かかるコンピュータ利用可能媒体は、ハードドライブデバイス、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、又はコンピュータディスケット等の読取り可能メモリデバイスを含むことができ、これらにコンピュータ読取り可能プログラムコードセグメントを記憶させる。コンピュータ読取り可能媒体はまた、プログラムコードセグメントをデジタル又はアナログデータ信号として保持させる、光学、有線、又は無線のいずれかのバス又は通信リンク等の通信又は伝送媒体を含むことができる。
【００５２】
他の態様、修正、及び実施形態は添付の請求項の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】レーザ誘起溶融及び固化において得られる低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）微小構造体を示す図である。
【図１Ｂ】順次横方向固化（ＳＬＳ）によって得られる微小構造体を示す図である。
【図１Ｃ】順次横方向固化（ＳＬＳ）によって得られる微小構造体を示す図である。
【図１Ｄ】順次横方向固化（ＳＬＳ）によって得られる微小構造体を示す図である。
【図２】エキシマレーザアニーリング（ＥＬＡ）から生じる微小構造体のランダム方位の画像である。
【図３Ａ】順次横方向固化（ＳＬＳ）に含まれるプロセスを概略的に示す図である。
【図３Ｂ】順次横方向固化（ＳＬＳ）に含まれるプロセスを概略的に示す図である。
【図３Ｃ】順次横方向固化（ＳＬＳ）に含まれるプロセスを概略的に示す図である。
【図３Ｄ】順次横方向固化（ＳＬＳ）に含まれるプロセスを概略的に示す図である。
【図３Ｅ】順次横方向固化（ＳＬＳ）に含まれるプロセスを概略的に示す図である。
【図３Ｆ】順次横方向固化（ＳＬＳ）に含まれるプロセスを概略的に示す図である。
【図４】本発明の実施形態による混成順次横方向固化（ＳＬＳ）法のフロー線図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態によるＳＬＳのために用いられる２軸投影照射システムの概略図である。
【図５Ｂ】ポルカドットパターンを有するマスクを示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｂのマスクを用いたマスク並進移動の図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による、＜１１１＞アイランドにおける混成ＳＬＳプロセスから生じる結晶方位をマッピングするために電子後方散乱回折法を用いた、配向前駆体の作成後の結晶化膜の例示的画像である。
【図６Ａ−１】図６Ａの逆極点図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による、＜１１１＞アイランドにおける混成ＳＬＳプロセスから生じる結晶方位をマッピングするために電子後方散乱回折法を用いた、ＳＬＳプロセス後の結晶化膜の例示的画像である。
【図６Ｂ−１】図６Ｂの逆極点図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に従ってＥＬＡを用いた（１１１）配向前駆体の多パルス粒子拡大化によって処理された結晶化膜を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に従ってＥＬＡを用いた（１１１）配向前駆体の多パルス粒子拡大化によって処理された結晶化膜を示す図である。
【図７Ｃ】本発明の実施形態に従ってＥＬＡを用いた（１１１）配向前駆体の多パルス粒子拡大化によって処理された結晶化膜を示す図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態による、配向前駆体の生成後の＜１００＞アイランドにおける混成ＳＬＳプロセスから生じた結晶方位をマッピングするために電子後方散乱回折法を用いた結晶化膜の例示的画像である。
【図８Ａ−１】図８Ａの逆極点図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態による、ＳＬＳプロセス後の＜１００＞アイランドにおける混成ＳＬＳプロセスから生じた結晶方位をマッピングするために電子後方散乱回折法を用いた結晶化膜の例示的画像である。
【図８Ｂ−１】図８Ｂの逆極点図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態による、連続波（ＣＷ）レーザを用いる急速溶融再結晶化（ＺＭＲ）を用いた（１００）配向前駆体の結晶化膜の例示的な画像である。
【図１０Ａ】大部分が＜１１０＞方位のアイランドの透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の例示的画像である。
【図１０Ｂ】大部分が＜１１１＞方位のアイランドの透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の例示的画像である。
【図１０Ｃ】大部分が＜１００＞方位のアイランドの透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の例示的画像である。
【図１１Ａ】図１０Ａに例示している画像に対応する、大部分が＜１１０＞方位のアイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）例示的画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示す図である。
【図１１Ｂ】図１０Ａに例示している画像に対応する、大部分が＜１１０＞方位のアイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の例示的画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示す図である。
【図１１Ｃ】図１０Ａに例示している画像に対応する、大部分が＜１１０＞方位の結晶アイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の例示的画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示す図である。
【図１２Ａ】図１０Ｂに例示している画像に対応する、大部分が＜１１＞方位の結晶アイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の例示的画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示す図である。
【図１２Ｂ】図１０Ｂに例示している画像に対応する、大部分が＜１１＞方位の結晶アイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の例示的な画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示す図である。
【図１２Ｃ】図１０Ｂに例示している画像に対応する、大部分が＜１１＞方位の結晶アイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）例示的な画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示す図である。
【図１３Ａ】図１０Ｃに例示している画像に対応する、大部分が＜１００＞方位の結晶アイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）例示的な画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示す図である。
【図１３Ｂ】図１０Ｃに例示している画像に対応する、大部分が＜１００＞方位の結晶アイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）例示的な画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示す図である。
【図１３Ｃ】図１０Ｃに例示している画像に対応する、大部分が＜１００＞方位の結晶アイランドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）例示的な画像及び電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）データを示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ａ−１】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｂ−１】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ａ−１】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｂ−１】
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【図９Ａ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【国際調査報告】
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