(57)【要約】【課題】結晶欠陥が低減されて結晶性が良好な半導体膜の形成方法及びその成方法を用いて製造された半導体装置並びにディスプレイ装置を提供する。【解決手段】ガラス基板１１上に非晶質シリコン膜１２を形成する工程と、非晶質シリコン膜１２の表面に、結晶化を促進する触媒物質であるニッケルを含むニッケル薄膜１３を形成する工程と、非晶質シリコン膜１２を熱処理して、非晶質シリコン膜１２を結晶性シリコン膜１２に結晶化する工程と、結晶性シリコン膜１２に、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が、概略１０°以下あるいは５８°〜６２°を保持する最も高い値になるようなエネルギー密度を有するエキシマレーザーを照射して、結晶性シリコン膜１２の結晶性をさらに向上させて多結晶半導体膜とする工程とを包含する。【選択図】図１
2008193110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜表面を有する基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、
該非晶質半導体膜の表面に、結晶化を促進する触媒物質を導入する工程と、
該非晶質半導体膜に第一のエネルギーを加えることにより、該非晶質半導体膜を結晶性半導体膜に結晶化する工程と、
該結晶性半導体膜に、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が、概略１０°以下あるいは５８°〜６２°になっている比率が０．５〜１となる第二のエネルギーを加えることにより、該結晶性半導体膜の結晶性をさらに向上させて多結晶半導体膜とする工程と、
を包含することを特徴とする半導体膜の形成方法。
【請求項２】
前記第一のエネルギーは、熱エネルギーであり、第二のエネルギーは強光である、請求項１に記載の半導体膜の形成方法。
【請求項３】
前記半導体膜は、シリコン材料により形成されている、請求項１または２に記載の半導体膜の形成方法。
【請求項４】
前記触媒物質は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｕから選択される少なくとも１つの金属、または、これらの金属の少なくとも１つを含む化合物、または、これらの金属から選択される少なくとも１つ及びこれらの金属の少なくとも１つを含む化合物とを組み合わせたものである、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体膜の形成方法。
【請求項５】
前記触媒物質の前記非晶質半導体膜上における表面濃度は、１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の範囲である、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体膜の形成方法。
【請求項６】
前記強光はエキシマレーザー光である、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体膜の形成方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の半導体膜の形成方法によって形成された半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置を備えたディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶半導体膜の形成方法及びその形成方法を用いて製造された半導体装置並びにディスプレイ装置に関し、特に、非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜に、熱エネルギー及び強光照射による光エネルギーを加えて、両エネルギーによって非晶質半導体膜を結晶欠陥が少ない多結晶半導体膜に結晶化する多結晶半導体膜の形成方法及びその形成方法を用いて形成された多結晶半導体膜を用いた液晶ドライバー、半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置、並びに、これらの半導体装置を用いたディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板に形成された非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に、非晶質半導体膜を形成し、この非晶質半導体膜にエネルギーを加えることにより、非単結晶絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる方法が知られている。
【０００３】
例えば、電子情報通信学会技術研究報告、信学技報，Ｖｏｌ．１００，Ｎｏ．２，ＥＤ２０００−１４（２０００年４月）ｐｐ．２７〜３２（以下、従来例１と称する）（非特許文献１参照）には、ＰＥ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、ガラス基板上に非晶質シリコン膜を４５〜５０ｎｍの膜厚に形成した後、この非晶質シリコン膜にエキシマレーザー光を照射することにより、結晶粒径が７００ｎｍの多結晶シリコン膜に結晶化されることが記載されている。また、この従来例１には、この方法により得られた多結晶シリコン膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成すると、その移動度が、３２０ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃまで向上することが記載されている。
【０００４】
また、特開２０００−１５０３８１号公報（以下、従来例２と称する）には、触媒元素を非晶質シリコン膜の表面に導入した状態で、加熱処理して結晶化を進行させた後、レーザー光を照射することにより、結晶性がさらに向上した結晶性シリコン膜とする結晶化方法が記載されている（特許文献１参照）。
【０００５】
図７は、従来例２に記載された結晶化方法を説明する概略図である。
【０００６】
従来例２の方法では、まず、ＰＥ−ＣＶＤ法を用いて、ガラス基板１上に厚さ１００ｎｍの非晶質シリコン膜２を形成した後、濡れ性を改善するために、厚さ２ｎｍ程度の酸化珪素膜３を形成する。
【０００７】
次に、結晶化を助長する触媒元素であるニッケルを含有する溶液を塗布した後、スピンドライして、酸化珪素膜３上に溶液膜４を形成する。
【０００８】
次に、この状態で、５５０℃の温度条件として、４時間にわたるアニールを行うことにより、非晶質シリコン膜２を結晶化させる。
【０００９】
次いで、結晶化したシリコン膜２の結晶性をさらに向上させるために、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー光を、２００〜３５０ｍＪ／ｃｍ2のエネルギー密度にて照射する。
【００１０】
このような従来例２の結晶化方法では、触媒元素を用いて結晶化が助長されるため、低温で、且つ、短時間内で結晶性シリコン膜が得られる。
【００１１】
【非特許文献１】信学技報、Ｖｏｌ．１００，Ｎｏ．２，ＥＤ２０００−１４（２０００年４月）ｐｐ．２７〜３２
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−１５０３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、上記従来例１の方法では、非晶質シリコン膜に照射されるレーザー光のレーザー照射条件が最適化されておらず、数μｍ程度の小径な結晶粒径の結晶粒が得られ、多くの結晶粒界を含む多結晶のシリコン膜が得られるおそれがある。結晶粒界には、再結合中心があり、キャリアのトラップ準位として働くので、結晶粒界が多く含まれる多結晶によりＴＦＴを作製すると、移動度が低下する。
【００１４】
また、従来例１の方法では、充分な安定性を有するレーザー光を大面積基板の全面を均一に照射することは容易ではなく、このため、均一な結晶性を有するシリコン膜を形成することは困難であるという問題もある。
【００１５】
また、上記の従来例２の方法では、触媒元素の導入によって結晶化されたシリコン膜２の結晶性をさらに向上させるためにレーザー光を照射しているが、そのレーザー光の照射条件の最適条件については記載されておらず、この方法により形成されたシリコン膜は、結晶欠陥が多くなるおそれがある。
【００１６】
このような結晶欠陥を多く含む結晶化方法により形成された半導体膜を用いて液晶ドライバー、半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置（トランジスタ）を作製した場合、キャリアの移動度が小さく、閾値電圧が大きくなる等の問題が発生し、さらに、液晶ドライバー等に多数形成された各半導体装置（トランジスタ）のキャリアの移動度、閾値電圧のバラツキが大きくなるという問題もある。
【００１７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、結晶欠陥が低減されて結晶性が良好な半導体膜の形成方法及びその形成方法を用いて製造された半導体装置並びにディスプレイ装置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】
【００１８】
本発明の半導体膜の形成方法は、絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、該非晶質半導体膜の表面に、結晶化を促進する触媒物質を導入する工程と、該非晶質半導体膜に第一のエネルギーを加えることにより、該非晶質半導体膜を結晶性半導体膜に結晶化する工程と、該結晶性半導体膜に、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が概略１０°以下あるいは５８°〜６２°になっている比率が０．５〜１となる第二のエネルギーを加えることにより、該結晶性半導体膜の結晶性をさらに向上させて多結晶半導体膜とする工程と、を包含することを特徴とするものである。
【００１９】
前記第一のエネルギーは、熱エネルギーであり、第二のエネルギーは強光であることが好ましい。
【００２０】
前記半導体膜は、シリコン材料により形成されていることが好ましい。
【００２１】
前記触媒物質は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｕから選択される少なくとも１つの金属、または、これらの金属の少なくとも１つを含む化合物、または、これらの金属から選択される少なくとも１つ及びこれらの金属の少なくとも１つを含む化合物とを組み合わせたものであることが好ましい。
【００２２】
前記触媒物質の前記非晶質半導体膜上における表面濃度は、１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の範囲であることが好ましい。
【００２３】
前記強光はエキシマレーザー光であることが好ましい。
【００２４】
本発明の半導体装置は、前記半導体膜の形成方法によって形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明のディスプレイ装置は、前記半導体装置を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明の半導体膜は、絶縁性表面を有する基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、該非晶質半導体膜の表面に、結晶化を促進する触媒物質を導入する工程と、該非晶質半導体膜に第一のエネルギーを加えることにより、該非晶質半導体膜を結晶性半導体膜に結晶化する工程と、該結晶性半導体膜に、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が、概略１０°以下あるいは５８°〜６２°になる第二のエネルギーを加えることにより、該結晶性半導体膜の結晶性をさらに向上させて多結晶半導体膜とする工程と、を順次実施することにり、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が、概略１０°以下あるいは５８°〜６２°を保持して、欠陥の少ない多結晶半導体が形成される。このような結晶性が改善された半導体膜をＴＦＴ等の半導体装置に用いることにより、半導体装置の高性能化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、非晶質シリコン膜に結晶化を促進する触媒物質を導入して加熱することにより結晶化した結晶性のシリコン膜に対して、さらにその結晶性を向上させるために、エキシマレーザーを照射する場合に、そのエキシマレーザーの照射条件に適正条件があることに着目してなされたものである。そして、この適正条件により、エキシマレーザーを触媒物質の導入後の加熱処理により結晶化された結晶性シリコン膜に照射すると、多結晶シリコン膜の互いに隣接した結晶粒の結晶方位差が概略１０°以下あるいは５８°〜６２°になり、結晶欠陥が低減された良好な結晶性が得られることが、本願発明者らの実験により明らかとなった。
【００２８】
以下、このような結果を得た実験について詳細に説明する。
【００２９】
まず、始めに、成膜温度を３００℃として、ＳｉＨ4ガスを用いたＰＥ−ＣＶＤ法によって、ガラス基板上に非晶質シリコン膜を５０ｎｍの膜厚に形成した。
【００３０】
次に、スパッタリング法を用いて、非晶質シリコン膜上にニッケル薄膜を形成する。ニッケル薄膜のニッケル表面原子濃度は、１×１０１３〜５×１０１３個／ｃｍ2とした。
【００３１】
次に、電気炉を用いて５５０℃の加熱処理を４時間にわたって行った。この加熱処理により、導入されたニッケルが、非晶質シリコン膜中のシリコンと反応して、非晶質シリコン膜の表面の全面にランダムにニッケルシリサイドが形成される。さらに、このニッケルシリサイドが結晶核となって、非晶質シリコン膜の結晶化が促進される。ニッケルシリサイドは、非晶質シリコンを結晶化しながら横方向に移動し、ニッケルシリサイドが通過した後には、結晶性シリコン膜が形成される。
【００３２】
続いて、ニッケルシリサイドによって結晶化が進められた結晶性シリコン膜の結晶性をさらに向上させるために、ＸｅＣｌエキシマレーザーを照射し、多結晶シリコン膜（本願明細書では、以下の記載において、便宜上、加熱処理後のシリコン膜を結晶性シリコン膜、エキシマレーザー照射後のシリコン膜を多結晶シリコン膜と記載する）を作製した。
【００３３】
このような加熱処理後の結晶性シリコン膜に対して、結晶性を向上させるために照射されるエキシマレーザーのエネルギー密度を、２８０ｍＪ／ｃｍ２〜３８０ｍＪ／ｃｍ２の範囲で種々変化させて、エキシマレーザーのエネルギー密度の適正条件を検討した。
【００３４】
加熱処理によって得られる結晶性シリコン膜及びエキシマレーザーの照射によって得られる多結晶シリコン膜の結晶方位は、ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）法により測定される。ＥＢＳＰ法は、結晶方位を測定する対象となる試料に電子線を照射し、試料によって散乱された電子線によって表れる菊地図によって、角度精度±１°以下で、結晶方位を測定する方法である。
【００３５】
このＥＢＳＰ法を用いて、面積４μｍ×１２μｍのシリコン膜に、測定ピッチ０．０５μｍで電子線を照射して、隣接する各測定点間の結晶方位の角度差、すなわちＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎを測定した。
【００３６】
図６は、加熱処理を行うことによって得られる結晶性シリコン膜の結晶方位についてのＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ発生数を長さに換算して示したグラフである。
【００３７】
図６を参照すると、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さは、測定精度の下限値である１°から現れ、約６５°までの間に分布している。Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏ長さは、１°〜１０°の範囲及び５８°〜６２°の範囲で長くなっている。
【００３８】
Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さが１〜１０°の範囲で長くなる結果は、次のように考えられる。
【００３９】
非晶質シリコン膜にニッケルが添加された状態で加熱処理を実施すると、まず、ニッケルとシリコンとが反応して、非晶質シリコン膜の表面全面にランダムにニッケルシリサイドが形成される。このように形成されたニッケルシリサイドは、非晶質シリコン膜の結晶化の結晶核となって、この結晶核から基板横方向に結晶化が進行する。
【００４０】
このニッケルシリサイドを結晶核とする結晶化は、非晶質シリコン膜中において、針状あるいは柱状に結晶が伸びるようにして成長し、その結晶成長の途中で、結晶方位は徐々に変化する。しかし、この結晶方位の変化は、膜内のストレスを緩和するように変化すると考えられ、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ角度も小さいほうが、ストレスが緩和されて安定であり、このため、１°〜１０°のＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さが大きくなったと考えられる。
【００４１】
また、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さが５８〜６２°の範囲で長くなる結果は、次のように考えられる。
【００４２】
非晶質シリコン膜にニッケルが添加された状態で加熱処理を実施して、結晶化した結晶性シリコンの結晶性を更に上げる為、エキシマレーザを照射する。
【００４３】
エキシマレーザーのエネルギー密度が高くなると、結晶性シリコン膜の一部が局所的に溶融し、再結晶化する際に、小さい結晶粒を形成する。この小さい結晶粒が、５８°〜６２°のＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎを形成すると考えられる。尚、５８°〜６２°のＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎの結晶構造を調べた結果、ツイン構造であった。このツイン構造は、〈１１１〉方位を回転軸として５８°〜６２°回転した結晶方位の結晶と、回転する前の結晶方位の結晶によって形成された構造であり、その境界には再結合中心が無い。
【００４４】
下記の表１には、加熱処理後の結晶性シリコン膜に照射されるエキシマレーザーのエネルギー密度２８０ｍＪ／ｃｍ２〜３８０ｍＪ／ｃｍ２の範囲で種々変更した場合に得られる多結晶シリコン膜のＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さを測定した結果を示している。この表１では、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ角度範囲を１°〜１０°、５８°〜６２°及び１°〜６２°の３つの各領域毎に、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さを示している。
【００４５】
また、表１の（ｄ）欄には、各エネルギー密度のエキシマレーザーを照射することにより得られた多結晶シリコン膜を用いて、ＮチャネルＴＦＴを作製し、そのＴＦＴの移動度を測定した結果を示している。
【００４６】
【表１】
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表１を参照すると、エキシマレーザーのエネルギー密度が２８０ｍＪ／ｃｍ２〜３２０ｍＪ／ｃｍ２の範囲である場合、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎの多くは１°〜１０°の範囲にある。Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ角度が低いことは、格子欠陥が少なく、移動度も高くなると考える。エキシマレーザーのエネルギー密度が２８０ｍＪ／ｃｍ２から３２０ｍＪ／ｃｍ２に上がるに伴ってＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さが短くなり、結晶性がよくなっている。さらに、結晶性の向上に伴って、移動度も高くなる傾向がある。
【００４７】
また、エネルギー密度を３２０ｍＪ／ｃｍ２から３３０ｍＪ／ｃｍ２に上げた部分で、５８°〜６２°のＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎが急激に増加した。この結果は、３３０ｍＪ／ｃｍ２のエネルギー密度を与えることにより、結晶性シリコン膜が局所的に表面から基板界面まで完全に溶融し、再結晶化する現象が現れ始めたためであると考えられる。
【００４８】
エキシマレーザーのエネルギー密度が、３３０ｍＪ／ｃｍ2〜３６０ｍＪ／ｃｍ2の場合には、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎの多くは、１°〜１０°あるいは５８°〜６２°の範囲にある。どちらも、再結合中心が少ない結晶構造であり、電気的特性を下げないので、移動度も高い値となる。
【００４９】
結晶性シリコン膜が局所的に表面から基板界面まで完全に溶融し始めるより少し低いレーザエネルギー密度、表１の場合３２０ｍＪ／ｃｍ２のレーザを照射した多結晶シリコン膜は、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さも短く、最も品質が高いと考えられる。移動度も最も高い値となっている。
【００５０】
エネルギー密度が、３７０ｍＪ／ｃｍ2を超えた場合、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ角度１°〜６２°のＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さが大きくなっているにもかかわらず、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ角度１°〜１０°及び５８°〜６２°のＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さはほぼ同じである。この結果は、結晶性シリコンが完全溶融した後、冷却中に極微結晶として析出していることが考えられる。この場合、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ角度１°〜１０°及び５８°〜６２°以外のＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎが多いため、再結合中心が多い状態であり、再結合中心がキャリアのトラップ準位として働き、ＴＦＴの移動度が低下したと考えられる。
【００５１】
ＴＦＴの移動度２００ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃを得るためには、上記表１から、エキシマレーザーのエネルギー密度は、３００ｍＪ／ｃｍ2〜３５０ｍＪ／ｃｍ2の範囲が適正となっている。このような条件でエキシマレーザーを照射して結晶化した多結晶シリコン膜のＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎは、角度１〜１０°あるいは５８°〜６２°が多く存在している。
【００５２】
隣接する結晶粒の結晶方位差の比率を、下記の（１）式で表し、その比率を上記表１に示している。
【００５３】
上記エキシマレーザーのエネルギー密度が、３００ｍＪ／ｃｍ2〜３５０ｍＪ／ｃｍ2の範囲にある場合、隣接する結晶粒の結晶方位差１°〜１０°あるいは５８°〜６２°の比率は、０．５以上になっている。したがって、この０．５〜１が適正値である。
【００５４】
また、移動度が最も高い最適条件では、隣接する結晶粒の結晶方位差１°〜１０°及び５８°〜６２°の比率が最も高くなっている。
【００５５】
【数１】
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以下、本発明の多結晶半導体膜の形成方法の具体的な形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明の多結晶半導体膜の形成方法は、以下の実施の形態１〜４に限定されるものではない。
【００５６】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
【００５７】
まず、ＰＥ−ＣＶＤ法によって、ガラス基板１１上の全面にわたって、非晶質シリコン膜１２を５０ｎｍの膜厚に形成する。成膜に用いる材料ガスとしては、ＳｉＨ4ガスを用い、基板温度は、３００℃とする。
【００５８】
次に、スパッタリング法を用いて、全面にわたってニッケル（Ｎｉ）を蒸着してニッケル薄膜１３を形成する。本実施の形態１では、ニッケル薄膜１３におけるニッケルの表面原子濃度は、１×１０13個／ｃｍ2とした。
【００５９】
次に、電気炉を用いて熱処理を実施する。この熱処理の条件は、例えば、５５０℃、４時間とする。この熱処理により、最初にニッケル薄膜１３のニッケルと非晶質シリコン膜１２のシリコンとが反応してニッケルシリサイドが形成され、このニッケルシリサイドを結晶核として結晶化が進行する。
【００６０】
次に、ＸｅＣｌエキシマレーザーを照射して、加熱により結晶化されたシリコン膜の結晶性をさらに向上させる。このエキシマレーザーの照射におけるエキシマレーザーのエネルギー密度は、３００〜３５０ｍＪ／ｃｍ2の範囲内に設定する。
【００６１】
以上の工程により、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が概略１０°以下あるいは５８°〜６２°に制御された多結晶シリコン膜が形成される。
【００６２】
（実施の形態２）
図２は、本実施の形態２の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
【００６３】
まず、図２（ａ）に示すように、ＳｉＨ4ガスを用いたＰＥ−ＣＶＤ法によって、ガラス基板１１上の全面にわたって、非晶質シリコン膜１２を５０ｎｍの膜厚に形成する。
【００６４】
次に、非晶質シリコン膜１２上の全面にわたってＳｉＯ2膜１４を１００ｎｍの膜厚に形成した後、ＲＩＥ法によって、ＳｉＯ2膜１４の所定部分をエッチングにより除去し、触媒物質導入領域１５とする。この触媒物質導入領域１５は、例えば、幅１０μｍの線状に形成する。
【００６５】
次に、スパッタリング法を用いて、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2膜１４上にニッケル薄膜１３を形成する。本実施の形態２では、ニッケル薄膜１３におけるニッケルの表面原子濃度は、５×１０13個／ｃｍ2とした。
【００６６】
次に、電気炉を用いて熱処理を実施する。この熱処理の条件は、５５０℃、４時間とする。この熱処理により、触媒物質導入領域１５のニッケルとシリコンとが反応してニッケルシリサイドが形成され、このニッケルシリサイドを結晶核として結晶化が進行する。ニッケルシリサイドは、非晶質シリコン膜１２のシリコンを結晶化させながら、基板面に対して横方向に移動し、移動方向の後ろ側に、結晶性シリコン膜を形成する。
【００６７】
次いで、熱処理により結晶性シリコンとされたシリコン膜１２上に形成されたＳｉＯ2膜１４をエッチングにより除去する。
【００６８】
次に、ＸｅＣｌエキシマレーザーを照射して、加熱により結晶化されたシリコン膜１２の結晶性をさらに向上させる。このエキシマレーザーの照射におけるエキシマレーザーのエネルギー密度は、３００〜３５０ｍＪ／ｃｍ2の範囲内に設定する。
【００６９】
以上の工程により、隣接する結晶粒の結晶方位角度差が概略１０°以下あるいは５８°〜６２°に制御された多結晶シリコン膜が形成される。
【００７０】
（実施の形態３）
図３は、本実施の形態３の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
【００７１】
まず、ＰＥ−ＣＶＤ法によって、石英基板１１上の全面にわたって、非晶質シリコン膜１２を５０ｎｍの膜厚に形成する。成膜に用いる材料ガスとしては、ＳｉＨ4ガスを用い、基板温度は、３００℃とする。
【００７２】
次に、スパッタリング法を用いて、全面にわたってニッケル（Ｎｉ）を蒸着してニッケル薄膜１３を形成する。本実施の形態３では、ニッケル薄膜１３におけるニッケルの表面原子濃度は、１×１０13個／ｃｍ2とした。
【００７３】
次に、熱処理を実施する。この熱処理の条件は、例えば、５５０℃、４時間とする。この熱処理により、最初にニッケルとシリコンが反応してニッケルシリサイドが形成され、このニッケルシリサイドを結晶核として結晶化が進行する。
【００７４】
続いて、９００〜１０００℃の高温熱処理を実施して、結晶性シリコン膜１２の結晶性をさらに向上させる。高温熱処理は、レーザエネルギーの代わりに熱エネルギーを加えて、結晶性を良くする処理である。高温熱処理では、Ｓｉは溶融しておらず、レーザエネルギー密度３００ｍＪ／ｃｍ２〜３２０ｍＪ／ｃｍ２のエキシマレーザを照射した多結晶シリコンと同じＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ分布である。
【００７５】
以上の工程により、隣接する結晶粒の結晶方位角度差が概略１０°以下あるいは５８°〜６２°に制御された多結晶シリコン膜が形成される。
【００７６】
（実施の形態４）
図４は、本実施の形態４の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００７７】
本実施の形態４では、上述した実施の形態１〜３のいずれかにおいて説明した結晶性シリコン膜によって薄膜トランジスタ等の半導体装置を製造する方法について説明する。本実施の形態４の製造方法により製造された半導体装置は、液晶ドライバー、半導体メモリー、半導体論理回路等に用いることが可能である。
【００７８】
以下、具体的に図４を参照しながら説明する。
【００７９】
まず、ガラス基板２１上に、上述した実施の形態１〜３のいずれかに記載の結晶性半導体膜の形成方法により、多結晶シリコン膜を形成し、続いて、この多結晶シリコン膜をＣＦ4ガスとＯ2ガスとを用いたＲＩＥ法によって、所定形状にパターニングし、島状の多結晶シリコン膜２２を形成する。その後、この多結晶シリコン膜２２が形成された基板面の全体にわたってＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスとＯ3ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって、ゲートＳｉＯ2膜２３を形成する。
【００８０】
次に、スパッタリング法によって、ゲートＳｉＯ2膜２３が形成されたガラス基板２１の全面にわたってＷＳｉ2層を形成した後、ＣＦ4ガスとＯ2ガスとを用いたＲＩＥ法によって、結晶性シリコン膜２２上の略中央部分にのみＷＳｉ2層が残るようなパターニングとなるようなエッチングを行い、ＷＳｉ2多結晶ゲート電極２４を形成する。
【００８１】
次に、薄膜トランジスタのソース・ドレイン領域を形成するために結晶性シリコン膜２２上に不純物をイオンドーピング法により導入する。本実施の形態４の場合、上記のＷＳｉ2多結晶ゲート電極２４が不純物を導入する際のマスクとなっており、ＷＳｉ2多結晶ゲート電極２４が設けられた部分以外の結晶シリコン膜２２に不純物が導入される。ｎ型のトランジスタを形成する場合には、導入される不純物は、リン（Ｐ）であり、ｐ型のトランジスタを形成する場合には、導入される不純物は、ホウ素（Ｂ）である。
【００８２】
次に、ＴＥＯＳガスとＯ3ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって、ガラス基板２１の全面にわたって、ＳｉＯ2膜２５を形成した後、ＣＦ4ガスとＣＨＦ3ガスとを用いたＲＩＥ法によって、ソース・ドレイン領域とされる結晶性シリコン膜２２上にコンタクトホール２６を形成する。
【００８３】
次に、スパッタリング法を用いて基板面の全面にＡｌを積層した後、ＢＣｌ3ガスとＣｌ2ガスとを用いたＲＩＥ法によって、ＳｉＯ2膜２５に形成されたコンタクトホール２６を介して結晶性シリコン膜２２に導通するＡｌ配線２７とする。
【００８４】
次に、ＳｉＨ4ガスとＮＨ3ガスまたはＮ2ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって、基板面の全体にわたって、ＳｉＮ保護膜２８を形成し、最後にＳｉＮ保護膜２８の一部をＣＦ4ガスとＣＨＦ3ガスとを用いたエッチングによって、Ａｌ配線２７に導通可能なようにスルーホール２９を形成して、半導体トランジスタ、抵抗、キャパシタ等の半導体装置が完成する。
【００８５】
（実施の形態５）
図５は、実施の形態４の半導体装置を用いたディスプレイ装置の製造方法を示す断面図である。
【００８６】
本実施の形態５では、上記の実施の形態４と同様の方法で作製した半導体装置を用いて液晶ディスプレイ装置等のディスプレイ装置を製造する方法を説明する。
【００８７】
以下、本実施の形態５について、図５（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。
【００８８】
まず、上記の実施の形態４の製造方法によりガラス基板等の絶縁基板２１上に半導体装置を製造する。なお、この絶縁基板２１上に形成された半導体装置の各構成については、実施の形態４と同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００８９】
次に、ＳｉＮ保護膜２８が形成された基板面の全体にわたってＩＴＯ膜を形成し、続いて、ＨＣｌガスとＦｅＣｌ3ガスとを用いてエッチングを行いパターニングして、ＳｉＮ保護膜２８に形成されたスルーホール２９を介して半導体装置のＡｌ配線２７に導通する画素電極３０を形成する。
【００９０】
次に、ＳｉＨ4ガスとＮＨ3ガスまたはＮ2ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって、基板面の全面にわたってＳｉＮ膜３１を形成する。さらに、このＳｉＮ膜３１上に、配向膜となるポリイミド膜３２をオフセット印刷法を用いて形成し、ラビング処理を行う。
【００９１】
一方、図５（ｂ）に示すように、別のガラス基板４１上に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各感光性樹脂膜を付したフィルムを熱圧着により転写を行った後、フォトリソグラフィ工程によるパターニングを行い、さらに、Ｒ、Ｇ、Ｂの各感光性樹脂が転写された部分間に、遮光性を有するブラックマトリクス部を形成して、カラーフィルター４２を作製する。
【００９２】
このカラーフィルター４２上には、スパッタリング法によってＩＴＯ膜を基板の全面にわたって形成し、対向電極４３とする。さらに、この対向電極４３上に、配向膜であるポリイミド膜４４をオフセット印刷法によって形成して、ラビング処理を行う。
【００９３】
以上のように形成された図５（ｂ）に示すカラーフィルター４２等が形成されたガラス基板４１と、図５（ａ）に示す半導体装置等が形成されたガラス基板２１とを、ラビング処置を施した面が互いに対向するように配置して、シール樹脂によって貼り合わせる。この際、２枚の各ガラス基板間のスペースが一定になるように、ガラス基板間に真球状のシリカを散布する。そして、両基板間に表示媒体となる液晶を注入した後、両ガラス基板の両外側にそれぞれ偏光板を貼り付け、さらに、その周辺にドライバーＩＣ等を実装して液晶ディスプレイが完成する。
【００９４】
次に、本発明の適用範囲について説明する。
【００９５】
上記実施の形態１〜３では、半導体膜を形成する基板として、ガラス基板または石英基板を用いているが、ＳｉウエハにＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜を形成したもの等を用いてもよい。
【００９６】
また、上記実施の形態１〜３では、製造される半導体膜の具体例として、シリコン膜を形成する方法を示しているが、本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、シリコン膜を形成する場合に限られず、ＳｉＧｅ膜等を形成する場合にも適用することができる。
【００９７】
また、上記実施の形態１〜３では、非晶質シリコン膜を形成する方法として、ＳｉＨ4ガスを用いたＰＥ−ＣＶＤ法を用いているが、Ｓｉ2Ｈ6ガスを用いた減圧ＣＶＤ法、スパッタ法等の他の方法を用いてもよい。
【００９８】
また、上記実施の形態１〜３では、形成される半導体の膜厚を５０ｎｍとしているが、５０〜１５０ｎｍの範囲であれば、本発明の半導体膜の形成方法を適用することができる。
【００９９】
また、上記実施の形態１〜３では、触媒物質であるニッケルの導入は、スパッタリング法を用いた蒸着法により導入しているが、真空蒸着法、メッキ法、イオンドーピング法、ＣＶＤ法、スピンコート法等の他の方法を用いてもよい。スピンコート法を用いて触媒物質を導入する場合、触媒物質を含む溶液として、水、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノ−ル、アセトンからなる群から選ばれた少なくとも一種類の溶媒を含むことが望ましい。また、触媒物質として、ニッケルを用いる場合、酢酸ニッケルを上記溶媒に溶解することによって、ニッケルを絶縁基板上または非晶質シリコン膜上に塗布することができる。
【０１００】
また、上記実施の形態１〜３では、結晶化を促進する触媒物質として、ニッケルを用いたが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｕから選択される少なくとも１つの金属、または、これらの金属の少なくとも１つを含む化合物、または、これらの金属から選択される少なくとも１つ及びこれらの金属の少なくとも１つを含む化合物とを組み合わせたものを用いることができる。
【０１０１】
また、半導体膜に照射するレーザとしては、紫外光の波長域を有するエキシマレーザ、可視・紫外光の波長域を有するＹＡＧレーザーがあるが、これらは、半導体膜の種類及び膜厚によって使い分けられる。例えば、紫外光の吸収係数は、シリコンに対して高いので、薄いシリコン膜を溶融させるには、紫外光の波長域を有するエキシマレーザが適している。また、可視・紫外光の吸収係数は低いので、厚いシリコン膜を溶融させるためには、可視・紫外光の波長域を有するＹＡＧレーザが適している。上記実施の形態１〜３では、５０ｎｍの薄膜のシリコン膜としたので、エキシマレーザーが適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】実施の形態１の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施の形態２の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
【図３】実施の形態３の結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
【図４】実施の形態４の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施の形態４の半導体装置を用いたディスプレイ装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】加熱処理を行うことによって得られる結晶性シリコン膜の結晶方位についてのＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さを示すグラフである。
【図７】従来例２に記載された結晶化方法を説明する概略図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１１  ガラス基板
１２  非晶質シリコン膜
１３  ニッケル薄膜
１４  ＳｉＯ2膜
１５  触媒物質導入領域
１６  石英基板
２１  ガラス基板
２２  多結晶シリコン膜
２３  ゲートＳｉＯ2膜
２４  ＷＳｉ2多結晶ゲート電極
２５  ＳｉＯ2膜
２６  コンタクトホール
２７  Ａｌ配線
２８  ＳｉＮ保護膜
２９  スルーホール
３０  画素電極
３１  ＳｉＮ膜
３２  ポリイミド膜
４１  ガラス基板
４２  カラーフィルター
４３  対向電極
４４  ポリイミド膜
【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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