(57)【要約】【課題】線状レーザビームの照射により結晶化される半導体膜の結晶粒の面方位を揃える。また、結晶粒の面方位が揃った結晶性半導体を高い歩留まりで作製する。【解決手段】基板上に、下地の絶縁膜、半導体膜及びキャップ膜を形成する。連続発振レーザなどのレーザから発振されるレーザビームを非球面シリンドリカルレンズまたは屈折率分布レンズにより幅が５μｍ以下の線状のレーザビームに集光する。この線状レーザビームを照射して半導体膜を完全溶融させ、かつ線状レーザビームを走査することで、完全溶融した半導体膜をラテラル成長させる。線状ビームの幅が５μｍ以下と非常に細いため、液体状態となっている半導体の幅も狭くなり、液体状態の半導体に乱流が発生することが抑制される。このため、隣り合う結晶粒の成長方向が乱流で乱れることなく、均一化されるため、ラテラル成長した結晶粒の面方位を揃えることができる。【選択図】図２
2008205443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成する半導体膜の結晶化方法であり、
被照射面での前記線状のレーザビームの幅は、前記結晶性半導体の結晶粒の幅と同程度、又は前記結晶粒の幅よりも細いことを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項２】
線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成する半導体膜の結晶化方法であり、
前記半導体膜上にキャップ膜が形成され、
前記キャップ膜を通過させて、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射し、
被照射面での前記線状のレーザビームの幅は、前記結晶性半導体の結晶粒の幅と同程度、又は前記結晶粒の幅よりも細いことを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記線状のレーザビームは、非球面シリンドリカルレンズまたは屈折率分布レンズにより幅方向に集光されていることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項４】
線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成する半導体膜の結晶化方法であり、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が２μｍ未満であることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項５】
少なくとも非球面シリンドリカルレンズを通過させることにより、レーザビームを線状のレーザビームに加工し、
前記線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成する半導体膜の結晶化方法であり、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が２μｍ未満であることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項６】
少なくとも屈折率分布レンズを通過させることにより、レーザビームを線状のレーザビームに加工し、
前記線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成する半導体膜の結晶化方法であり、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が２μｍ未満であることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項７】
線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成する半導体膜の結晶化方法であり、
前記半導体膜上にキャップ膜が形成され、
前記キャップ膜を通過させて、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射し、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が５μｍ以下であることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項８】
少なくとも非球面シリンドリカルレンズを通過させることにより、レーザビームを線状のレーザビームに加工し、
前記線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成する半導体膜の結晶化方法であり、
前記半導体膜上にキャップ膜が形成され、
前記キャップ膜を通過させて、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射し、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が５μｍ以下であることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項９】
少なくとも屈折率分布レンズを通過させることにより、レーザビームを線状のレーザビームに加工し、
前記線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成する半導体膜の結晶化方法であり、
前記半導体膜上にキャップ膜が形成され、
前記キャップ膜を通過させて、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射し、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が５μｍ以下であることを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項において、
連続発振レーザ、又は擬似連続発振レーザから射出されたレーザビームを線状に加工することを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項１１】
基板上に半導体膜を形成し、
線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成し、
前記結晶性半導体が形成された半導体膜を所定の形状に加工して、結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
被照射面での前記線状のレーザビームの幅は、前記結晶性半導体の結晶粒の幅と同程度、又は前記結晶粒の幅よりも細いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
基板上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上にキャップ膜を形成し、
線状のレーザビームを走査しながら、前記キャップ膜を通過させて、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成し、
前記結晶性半導体が形成された半導体膜を所定の形状に加工して、結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
被照射面での前記線状のレーザビームの幅は、前記結晶性半導体の結晶粒の幅と同程度、又は前記結晶粒の幅よりも細いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、
非球面シリンドリカルレンズまたは屈折率分布レンズにより、前記線状のレーザビームは幅方向に集光されている
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
基板上に半導体膜を形成し、
線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成し、
前記結晶性半導体が形成された半導体膜を所定の形状に加工して、結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が２μｍ未満であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
基板上に半導体膜を形成し、
少なくとも非球面シリンドリカルレンズを通過させることにより、レーザビームを線状のレーザビームに加工し、
前記線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成し、
前記結晶性半導体が形成された半導体膜を所定の形状に加工して、結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が２μｍ未満であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
基板上に半導体膜を形成し、
少なくとも屈折率分布レンズを通過させることにより、レーザビームを線状のレーザビームに加工し、
前記線状のレーザビームを走査しながら、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成し、
前記結晶性半導体が形成された半導体膜を所定の形状に加工して、結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が２μｍ未満であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
基板上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上にキャップ膜を形成し、
線状のレーザビームを走査しながら、前記キャップ膜を通過させて、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成し、
前記結晶性半導体が形成された半導体膜を所定の形状に加工して、結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が５μｍ以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
基板上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上にキャップ膜を形成し、
少なくとも非球面シリンドリカルレンズを通過させることにより、レーザビームを線状のレーザビームに加工し、
前記線状のレーザビームを走査しながら、前記キャップ膜を通過させて、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成し、
前記結晶性半導体が形成された半導体膜を所定の形状に加工して、結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が５μｍ以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
基板上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜上にキャップ膜を形成し、
少なくとも屈折率分布レンズを通過させることにより、レーザビームを線状のレーザビームに加工し、
前記線状のレーザビームを走査しながら、前記キャップ膜を通過させて、前記線状のレーザビームを前記半導体膜に照射して、前記半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成し、
前記結晶性半導体が形成された半導体膜を所定の形状に加工して、結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜にチャネル形成領域を有する素子を形成する半導体装置の作製方法であり、
前記線状のレーザビームは、被照射面での幅が５μｍ以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】
請求項１１乃至１９のいずれか１項において、
連続発振レーザ、又は擬似連続発振レーザから射出されたレーザビームを線状に加工することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを照射して半導体膜を結晶化する技術に関する。また、結晶化された半導体膜を用いて半導体装置を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非晶質シリコン膜にレーザビームを照射し、結晶化して結晶性シリコン膜を形成する技術が、広く研究されており、多くの提案がなされている。エキシマレーザで非晶質シリコン膜を結晶化することで得られる多結晶シリコン膜が用いられたアクティブマトリクス型液晶表示装置が、携帯電話などの高精細パネルとして、既に製品化されている。
【０００３】
レーザアニールに用いられるレーザはその発振方法により、パルス発振レーザと連続発振レーザの２種類に大別される。エキシマレーザはパルス発振レーザである。近年では、エキシマレーザのようなパルス発振レーザよりもＮｄ：ＹＶＯ４レーザのような連続発振レーザを用いる方が、大粒径の結晶性シリコンを形成できることが報告されている。例えば、非特許文献１には、結晶性シリコンは、粒界がレーザビームの走査方向に平行になって、３μｍ×２０μｍと非常に大きな粒径になること、（１００）配向が支配的であること、電界効果移動度が５３２ｃｍ２／Ｖｓの薄膜トランジスタを作製したことが記載されている。
【非特許文献１】Ａｋｉｔｏ  Ｈａｒａ、外５名、ＡＭ−ＬＣＤ’０１  ＤＩＧＥＳＴ  ＯＦ  ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＰＡＰＥＲＳ、２００１年、ｐｐ．２２７−２３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、レーザビームの照射により、特性の優れた結晶性半導体膜、究極には非単結晶半導体膜から単結晶半導体膜を作製すべく研究を行っている。その研究の成果として、非単結晶半導体膜から、直交する３面において結晶の面方位が一定の割合以上で揃っている結晶性半導体膜を形成できる方法を見出した。以下、図２２を用いて、その結晶化方法を説明する。
【０００５】
結晶化する非単結晶半導体膜を用意する。ここでは非晶質珪素膜を結晶化する例を示す。図２２に示すように、ガラス基板１上に、厚さ５０ｎｍ乃至１５０ｎｍ下地となる絶縁膜２を形成し、下地となる絶縁膜２上に、厚さ２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の非晶質珪素膜３を形成する。非晶質珪素膜３上にキャップ膜４を形成する。キャップ膜４は、厚さ２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のレーザビームを透過する膜で形成される。例えば、キャップ膜４は酸化珪素や窒化珪素で形成することができる。キャップ膜４を通過させて線状レーザビーム５を非晶質珪素膜３に照射することで、非晶質珪素膜３を結晶化し、結晶性半導体６を形成する。線状レーザビーム５は、図中の矢印で示すように、その短軸方向に走査される。
【０００６】
線状レーザビーム５は次のようなビームが選択される。出力が数十Ｗ〜百Ｗ程度で、波長が可視光から紫外光で、シングルモード、又はシングルモードと見なせるビームであり、連続発振レーザ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  Ｌａｓｅｒ、以下、「ＣＷレーザ」ともいう。）又は擬似連続発振レーザ（以下、「擬似ＣＷレーザ」ともいう。）から射出されたビームを選択する。このようなレーザビームのビームスポットを、シリンドリカルレンズなどを含む光学系により、線状に整形する。例えば、整形前のビームスポットが２ｍｍ径の円状であれば、焦点距離ｆ＝２０ｍｍのシリンドリカルレンズで整形すると、短軸方向の長さが１０μｍ程度の線状のビームスポットとすることができる。
【０００７】
また、本発明者らの研究により、レーザビームのエネルギーによって、レーザビームの照射により結晶化することで得られる結晶性半導体膜の結晶構造が決定されることが分かっている。図２３を用いて、レーザビームのエネルギーと結晶構造の関係を説明する。レーザビームのエネルギーＥがＥ０よりも低いときは、溶融しないため、結晶構造は変化しない。エネルギーＥが、Ｅ０よりも高くなるに従って、結晶性半導体の結晶粒が大きくなる。Ｅ０以上Ｅ１未満であれば微結晶となり、Ｅ１以上Ｅ２未満であれば小粒径結晶となり、Ｅ３以上Ｅ４未満であれば大粒径結晶となる。Ｅ４以上となると、半導体膜がアブレーションする、あるいはスプリットする。
【０００８】
大粒径結晶に成長させるには、レーザビームのエネルギーＥを、半導体膜を完全溶融させるエネルギーＥ２以上とする必要があることが分かった。また、完全溶融し、大粒径結晶が得られるエネルギーＥの範囲（Ｅ２≦Ｅ＜Ｅ４）において、各結晶粒の結晶の面方位が揃った結晶性半導体が形成できるエネルギーＥの範囲（Ｅ２≦Ｅ＜Ｅ３）があることが分かった。
【０００９】
なお、膜が完全溶融している状態とは、膜が上面から被形成面との界面まで溶融している状態、液体になっている状態をいう。
【００１０】
図２２では、線状レーザビーム５の照射によって、大粒径結晶の結晶性半導体６が形成された状態を示している。線状レーザビーム５に、連続発振レーザ又は擬似連続発振レーザから射出されたビームを選択することで、線状レーザビーム５の走査方向に固液界面が移動し、結晶がラテラル成長する。その結果として、走査方向に長い大粒径結晶でなる結晶性半導体６を形成することができる。なお、図２２において結晶性半導体６の点線が粒界を示している。
【００１１】
本発明者らの研究では、レーザビームの照射により結晶の面方位が揃った結晶性半導体を形成するには、完全溶融した半導体中に必要以上に結晶核が発生することを抑えるために、非晶質珪素膜に与える熱量を必要最小限にするようにレーザビームのビームプロファイルを最適化することが要求されることが分かった。キャップ膜には、溶融した非晶質珪素の粘性が低下することを抑える効果、反射防止効果や蓄熱効果などがあるため、キャップ膜を設けることで、非晶質珪素膜に与える熱量の最適化に有効である。
【００１２】
しかしながら、シングルモードのレーザビームは、レーザから射出したときのビームプロファイルがガウス分布であること、また、実用化されているレーザの出力が小さいなどの要因により、結晶の面方位が揃った結晶性半導体膜が形成されるレーザの出力の範囲は非常に狭く、このような結晶性半導体を高い歩留まりで形成することは困難である。
【００１３】
本発明は、本発明者らのこれまでの研究によって見出されたものであり、本発明の解決すべき課題とは、結晶の面方位が揃った結晶性半導体を歩留まりよく形成する手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
図２２を用いて説明したように、完全溶融させるようにレーザビームを照射して、半導体膜をラテラル成長させることで、粒界がレーザビームの走査方向にのびている大粒径結晶を形成することが可能である。本発明者らの研究において、線状レーザビームの幅が太いほど、大粒径結晶の配向が乱れる傾向があることが分かった。
【００１５】
そこで、本発明者らは、隣り合う結晶粒の面方位が揃わなくなる原因に、液体状態の半導体に乱流が生じているとの見解に達した。溶融状態の半導体膜に乱流が生ずると、位置によって配向しやすい方位が異なり、凝固したときに配向する方位が変わるからである。そのため、線状レーザビームが太いほど、完全溶融している領域が広いので、溶融半導体に乱流が生じやすく、その結果、隣り合う結晶粒の面方位が異なるのである。
【００１６】
本発明は、このような知見から得られたものであり、線状のレーザビームの幅（線状レーザビームの短軸方向の長さ）を細くして、完全溶融された半導体に乱流が発生することを防ぐものである。本発明は、基板上に非単結晶半導体膜を形成し、線状のレーザビームを走査しながら、線状のレーザビームを非単結晶半導体膜に照射して、非単結晶半導体膜を完全に溶融させることで、結晶性半導体を形成する半導体膜の結晶化方法であり、被照射面での線状のレーザビームの幅を、２μｍ未満とすることで、溶融された半導体に乱流が発生することを防いで、レーザビームの照射領域内で無秩序な結晶成長を抑え、隣り合う結晶粒の配向をそろえるというものである。
【００１７】
本発明は、線状のレーザビームの幅が２μｍを越えないようにすることで、溶融した半導体膜に乱流が発生することを抑え、結晶の面方位が揃った結晶性半導体膜を歩留まりよく形成することにある。なお、線状のレーザビームの幅は２μｍ未満０．２μｍ以上の範囲とする。
【００１８】
また、図２２に示したように、キャップ膜を非単結晶半導体膜上面に形成する場合は、キャップ膜により、溶融した半導体膜に乱流が発生することを抑える効果があることから、線状のレーザビームの幅を２．０μｍ以上に広げてもよく、線状のレーザビームの幅の上限を５μｍとすることができる。
【００１９】
レーザビームの形状が線状とは、被照射面でのビームスポットのアスペクト比（長軸の長さ／短軸の長さ）が１０以上の細長い形状であることをいい、理想的な線でなくともよい。例えば、長円状でもよい。被照射面での線状のレーザビームの幅は、被照射面でのビームスポットの短軸の長さのことであり、線状のレーザビームの長さは、被照射面でのビームスポットの長軸の長さのことである。
【００２０】
また、線状レーザビームの幅は、形成される結晶性半導体の結晶粒の幅から決めることもできる。本発明は、線状レーザビームの幅を結晶粒の幅と同程度、又はそれ以下にすることで、溶融された半導体に乱流が発生することを防いで、レーザビームの照射領域内で無秩序な結晶成長を抑え、隣り合う結晶粒の結晶の面方位を揃えるというものである。
【００２１】
なお、結晶性半導体の結晶粒の幅とは、線状のレーザビームの長軸方向における結晶粒の長さであり、その方向の結晶粒界の間隔である。結晶粒の長さとは、線状レーザビームの走査方向の結晶粒の長さであり、線状のレーザビームの短軸方向の結晶粒の長さである。
結晶粒の幅及び長さは、光学顕微鏡、電子顕微鏡で結晶性半導体膜を観察することで測定することができる。また、結晶性半導体膜のＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ；電子後方散乱回折像）からも測定することができる。
【００２２】
本発明において、線状のレーザビーム幅を細くするための集光レンズには、非球面シリンドリカルレンズを用いることが好ましい。非球面シリンドリカルレンズで球面収差を抑えることで、幅方向に線状のレーザビームを極めて細く集光することができる。また、非球面シリンドリカルレンズの代わりに、同様の機能を有する屈折率分布レンズ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｉｎｄｅｘ  ｌｅｎｓ）を用いることもできる。なお、屈折率分布レンズはグリンレンズ（ＧＲＩＮレンズ）とも呼ばれている。
【００２３】
レーザビームが照射される半導体膜の結晶構造は、非単結晶であればよい。例えば、非晶質、微結晶、多結晶構造である。半導体膜は、代表的には、珪素を主成分とする半導体膜、又はゲルマニウムを主成分とする膜であり、例えば、珪素膜、珪素とゲルマニウムの化合物膜（Ｓｉ１−ｘＧｅｘ）、炭化珪素膜（ＳｉＣ）である。これらの半導体膜はＣＶＤ法やスパッタ法で形成することができる。また、半導体膜は、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）等のｎ型の不純物、Ｂ（ボロン）のようなｐ型の不純物を含んでいてもよい。結晶化される前の半導体膜の厚さは１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲である。
【００２４】
レーザビームの波長は２５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲とすることができる。半導体膜の上面又は下面にレーザビームを熱として吸収する、金属のような光吸収層を形成した場合は、波長の範囲は２５０ｎｍ〜１．２μｍとすることができる。また、レーザビームには、レーザの基本波だけでなく、高調波（代表的には、第２高調波、第３高調波）も用いることができる。
【００２５】
レーザビームは横シングルモードが好ましい。横シングルモードのほうが、マルチモードよりもレーザビームのビームプロファイルを均一化しやすく、またビームスポットを絞りやすいからである。
【００２６】
レーザビームを発振するレーザは、連続発振レーザ、擬似連続発振レーザ及びパルス発振レーザのいずれでもよい。パルス発振レーザを用いる場合は、完全溶融させた半導体が横成長するように、線状レーザビームの照射領域が連結するようにする。
【００２７】
本発明に用いられるレーザには、例えば、ＫｒＦレーザなどのエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ等の気体レーザがある。その他、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ等がある。なお、エキシマレーザはパルス発振レーザであるが、ＹＡＧレーザなどの固体レーザには、連続発振レーザにも、擬似連続発振レーザにも、パルス発振レーザにもなるものがある。
【発明の効果】
【００２８】
線状のレーザビーム幅を細くすることで、溶融状態の半導体に乱流が発生することを抑えることができるため、結晶の面方位が揃っている結晶性半導体を高い歩留まりで形成することができる。
【００２９】
結晶の面方位が揃った結晶性半導体をチャネル形成領域とすることで、電界効果移動度が高い、サブスレッショルド値が低い等の優れた電気的特性を有する半導体素子を形成することができる。また、同一の基板上に、優れた電気的特性を有する複数の半導体素子を、電気的特性のばらつきがなく形成することが可能になる。
【００３０】
非球面シリンドリカルレンズ又は屈折率分布レンズを用いて線状レーザビームの幅を細くすることで、線状レーザビームを照射する光学系を非常に簡単な構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、図面を用いて、本発明の半導体膜の結晶化方法、及び半導体装置の作製方法を説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３２】
［実施の形態１］
本実施の形態では、非単結晶半導体膜を結晶化する方法、及び結晶化された半導体膜を用いて半導体装置を作製する方法を説明する。図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、非単結晶半導体膜を結晶化する方法を説明するための断面図である。
【００３３】
まず、図１（Ａ）に示すように、基板１００を用意する。基板１００として、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイヤ基板、及び樹脂基板などの絶縁材料でなる基板、ステンレス基板などの導電性基板、ならびに半導体基板などを用いることができる。なお、半導体装置の作製工程の加熱温度に耐えることができる場合は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ポリプロピレンに代表されるプラスチックでなる基板や、アクリル樹脂などに代表される合成樹脂でなる基板を用いることができる。
【００３４】
ステンレス基板などの導電性基板又は半導体基板を用いる場合は、その基板表面に、下地膜として機能する絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に半導体膜を形成してもよい。また、ガラス基板や樹脂基板など、半導体膜を汚染するような物質を含む基板を用いる場合も、下地膜として機能する絶縁膜で表面を覆い、半導体膜が汚染されないようにするのが好ましい。また、絶縁膜を厚く形成することで、基板に熱を伝わりにくくする効果があり、ガラス基板やプラスチック基板のような耐熱性の低い基板の使用を可能にする。基板の表面に形成される絶縁膜には、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ、ｘ＞ｙ＞０）、窒化酸化珪素（ＳｉＯｘＮｙ、０＜ｘ＜ｙ）などの単層膜又は積層膜を用いることができる。これらの絶縁膜は、ＣＶＤ法やスパッタ法で形成することができる。
【００３５】
本実施の形態では、基板１００にガラス基板を用い、基板１００表面に下地膜となる絶縁膜１０１を厚さ５０ｎｍ〜３００ｎｍ形成する。例えば、絶縁膜１０１として厚さ５０ｎｍ〜１５０ｎｍの窒化酸化珪素膜と、厚さ５０ｎｍ〜１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜の積層膜をＣＶＤ法で形成する。この場合、下層の窒化酸化珪素膜は上層の酸化窒化珪素膜よりも窒素の含有量が多くなるように形成することが好ましい。下層の窒化酸化珪素膜は、窒素の含有量を多くすることで汚染防止の効果（パッシべーション効果）が高くなるようにし、上層の酸化窒化珪素膜は、窒素の含有量を抑えて、結晶性半導体膜との界面準位密度が高くならないようにする。なお、下層の窒化酸化珪素膜の代わりに窒化珪素膜を形成することができる。また上層の酸化窒化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を形成することができる。
【００３６】
次に、結晶化の対象となる半導体膜１０２を絶縁膜１０１上に形成する。半導体膜１０２は、珪素又はゲルマニウムを主成分とする半導体で形成することができる。例えば、珪素、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム（Ｓｉ１−ｘＧｅｘ、０＜ｘ＜１）、及び炭化珪素（ＳｉＣ）などの半導体である。これらの半導体でなる膜は、ＣＶＤ法又はスパッタ法で形成することができる。また、半導体膜１０２は、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）のようなｎ型の不純物、又はＢ（ボロン）のようなｐ型の不純物を含んでいてもよい。
【００３７】
レーザビームを照射する前の半導体膜１０２の結晶構造は非単結晶であればよい。例えば、非晶質、微結晶、多結晶構造である。
【００３８】
半導体膜１０２の厚さは、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。半導体膜１０２の厚さは、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さ、より好ましくは１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とする。
【００３９】
なお、下地膜として機能する絶縁膜１０１は、必要に応じて設ければよく、基板１００がガラスの場合は、ガラスからの不純物が半導体膜１０２に拡散することを防止するものであるが、基板１００として石英基板を用いた場合は、下地膜として機能する絶縁膜１０１を設ける必要はない。また、絶縁膜１０１と基板１００との間に剥離層を設け、基板１００上に半導体素子などを形成した後に、剥離層に剥離を生じさせて、基板１００から半導体素子を分離することも可能である。
【００４０】
次に、半導体膜１０２上にキャップ膜１０３を形成する。キャップ膜１０３には、レーザビームの波長に対し十分な透過率を持ち、熱膨張係数や弾性率などの物性値が半導体膜１０２と近い膜を用いることが好ましい。例えば、キャップ膜１０３は、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ、ｘ＞ｙ＞０）、窒化酸化珪素（ＳｉＯｘＮｙ、０＜ｘ＜ｙ）から選ばれた絶縁膜の単層膜又は積層膜で形成することができる。キャップ膜１０３を積層膜とした場合、薄膜による光の干渉効果を利用して半導体膜１０２の光吸収効率を高めることができる。このような積層構造のキャップ膜１０３を用いることにより、レーザビームを効率良く吸収させることができるため、レーザの使用可能な出力範囲を広げることができる。
【００４１】
キャップ膜１０３には、完全溶融した半導体膜１０２の粘性が低下することを抑える効果、蓄熱効果などにより、完全溶融した半導体膜１０２に乱流が発生することを抑制する効果等がある。乱流の抑制効果を得るために、キャップ膜１０３の厚さは１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、より好ましくは２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下とする。
【００４２】
キャップ膜１０３に、上記の酸化珪素など絶縁膜を用いる場合は、ゲート絶縁膜と同等の固く緻密な膜であることが好ましい。このような固く緻密な絶縁膜は、例えば、成膜速度を遅くすることで形成することができる。成膜速度は１ｎｍ／ｍｉｎ以上４００ｎｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは１ｎｍ／ｍｉｎ以上１００ｎｍ／ｍｉｎ以下とする。
【００４３】
次に、図１（Ｂ）に示すように、キャップ膜１０３を介して、線状レーザビーム１０５を走査しながら、線状レーザビーム１０５を半導体膜１０２に照射する。なお、矢印１２０は線状レーザビーム１０５の走査方向を示している。半導体膜１０２において線状レーザビーム１０５が照射されている部分は完全に溶融され、液体状態の半導体１０６となる。線状レーザビーム１０５が基板と相対的に移動することで、半導体膜１０２のそれまで溶融状態であった部分が冷却され、固化した結果、図１（Ｃ）に示すように結晶性半導体１０７が形成される。
【００４４】
図２は、図１（Ｂ）の断面図に対応する斜視図である。線状レーザビーム１０５を走査することにより、半導体膜１０２中を固液界面が走査方向に移動するので、線状レーザビーム１０５の走査方向に結晶が横成長し、図２に示すように走査方向に長い複数の大粒径結晶でなる結晶性半導体１０７が形成される。その結果、結晶性半導体１０７には、走査方向に沿って複数の粒界が形成される。結晶粒の幅（粒界の間隔）は、液体状態の半導体１０６が冷却され固化する時間で決定され、０．０１μｍ以上１０μｍ以下となる。
【００４５】
本発明は、線状レーザビーム１０５の幅Ｗ０を細くすることにより、液体状態の半導体１０６に温度勾配が発生することを抑え、液体状態の半導体１０６に乱流が発生することを抑制する結晶化方法である。液体状態の半導体１０６に乱流を発生させないようにすることにより、隣り合う結晶粒の成長方向、成長距離などが均一化され、その結果として、結晶性半導体１０７の各結晶粒の結晶の面方位を揃えることができる。
【００４６】
従って、本発明において、線状レーザビーム１０５によって完全溶融された半導体に乱流が発生しないようにするために、被照射面において線状レーザビーム１０５の幅Ｗ０は、結晶性半導体１０７の結晶粒の幅（粒界の間隔）と同程度とすることが好ましい。図１に示す結晶化方法では、キャップ膜１０３に乱流の抑制効果があるため、線状レーザビーム１０５の幅Ｗ０は５μｍを越えないようにすればよく、線状レーザビーム１０５の幅Ｗ０の好ましい範囲は５μｍ以下０．２μｍ以上であり、より好ましい範囲は２μｍ未満０．２μｍ以上である。
【００４７】
本発明では、キャップ膜１０３を形成せずに、線状レーザビーム１０５を照射することで、半導体膜１０２をラテラル成長させることができる。この場合は、完全溶融した半導体膜１０２に乱流が発生することを抑制するために、線状レーザビーム１０５の幅Ｗ０は２μｍを越えないことが好ましく、その幅Ｗ０は２μｍ未満０．２μｍ以上とすることが好ましい。線状レーザビーム１０５の幅Ｗ０を２μｍ未満と極細くすることで、半導体膜を完全溶融できるレーザの出力の範囲が広がり、ラテラル成長した結晶性半導体の歩留まりを向上させることできる。また、完全溶融した半導体に乱流が発生することが抑制されるため、結晶化された半導体の結晶の面方位をそろえることが可能になる。
【００４８】
次に、図３を用いて、幅が５μｍ以下の線状レーザビームを照射するためのレーザ照射装置の構成を説明する。図３に、本発明のレーザ照射装置の構成例を示す。図３において、ｘ方向が線状レーザビームの長軸方向であり、半導体膜を結晶化するにはｙ方向に線状レーザビームを走査する。
【００４９】
図３に示すように、レーザ照射装置は、レーザビームを発振するレーザ１５１、基板固定用ステージ１５２、Ｘステージ１５３、Ｙステージ１５４を有する。レーザ１５１には、シングルモード（より具体的にはシングル横モードＴＥＭ００）又はそれに近いモードのレーザが、マルチモードよりも半導体の結晶化に適している。シングルモードのレーザのビームプロファイルがガウス分布であり、マルチモードのレーザよりもビームプロファイルを制御することが容易であるからである。
【００５０】
レーザ１５１には、ＣＷレーザ、擬似ＣＷレーザ又はパルス発振レーザのいずれかの種類のレーザを用いることができる。レーザ１５１には、例えば、ＫｒＦレーザなどのエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ等の気体レーザがある。その他、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ等がある。
【００５１】
レーザ１５１のレーザ媒質から発振されるビームの高調波を用いる場合は、レーザ１５１の基本波を高調波に変換する非線形光学素子を用いる。この非線形光学素子はレーザ１５１に組み込んでいても、レーザ１５１と独立した部品として、レーザ照射装置に設けられていてもよい。
【００５２】
基板固定用ステージ１５２は、線状レーザビームが照射される被処理物Ｏｂを吸着して固定するための装置である。基板固定用ステージ１５２はＸステージ１５３によりｘ方向に移動され、Ｙステージ１５４によりｙ方向に移動される。Ｘステージ１５３、Ｙステージ１５４によって被照射物Ｏｂを移動することにより、被処理物Ｏｂの被照射面における線状レーザビームのビームスポット１５０をｘｙ平面で走査する。
【００５３】
なお、図３のレーザ照射装置は、ビームスポット１５０を固定し、Ｘステージ１５３、Ｙステージ１５４によって被処理物Ｏｂを移動させることで、線状レーザビームを走査する構造であるが、線状レーザビームの走査は、被処理物Ｏｂを固定し、ビームスポット１５０を移動する構造でも、両者の構造を組み合わせてもよい。
【００５４】
図３のレーザ照射装置の光学系は、レーザ１５１の射出側から、スリット１５５、偏向ミラー１５６、投影レンズ１５７、集光レンズ１５８が順次配置されて、構成されている。
【００５５】
偏向ミラー１５６は、光路を偏向する必要がある箇所に適宜配置される。よって、偏向ミラー１５６の位置、及びその数は図３に限定されるものではなく、また偏向ミラー１５６を設けなくともよい。
【００５６】
スリット１５５はレーザビームのビームプロファイルを均一化するための光学部材である。スリット１５５はビームスポット１５０の線状レーザビームのｘ方向の両端を遮蔽するように配置されている。シングルモードのレーザビームのビームプロファイルはガウス分布であり、ビームの端部は、強度が半導体を完全溶融させるには不足する。スリット１５５を通過させることで、レーザビームに強度の弱い部分が被処理物Ｏｂに照射されないようにしている。なお、レーザビームの照射領域の端に小粒径結晶又は微結晶が形成されることが許容される場合は、スリット１５５を設けなくともよい。
【００５７】
投影レンズ１５７はスリット１５５の像を被照射物Ｏｂに投影するためのレンズである。そのため、スリット１５５が被照射面と共役の関係になるように、投影レンズ１５７が配置されている。図３のレーザ照射装置には、投影レンズ１５７に凸型シリンドリカルレンズを用い、ビームスポット１５０をｘ方向に集光するようにこのシリンドリカルレンズが配置されている。凸型シリンドリカルレンズの代わりに、凸型球面レンズでもよい。なお、投影レンズ１５７を集光レンズ１５８の射出側に配置することもできるし、投影レンズ１５７を省いてもよい。
【００５８】
集光レンズ１５８は、ビームスポット１５０を幅方向に集光し、幅が５μｍ以下の線状に加工するためのレンズである。図３のレーザ照射装置には、集光レンズ１５８に凸型の非球面シリンドリカルレンズが用いられ、ビームスポット１５０をｙ方向に集光するように、この非球面シリンドリカルレンズを配置している。非球面シリンドリカルレンズを用いることで、従来のシリンドリカルレンズでは困難であった、幅が５μｍ以下の線状レーザビームを形成することが可能であり、さらに２μｍ未満の極細い線状レーザビームを形成することも可能である。非球面シリンドリカルレンズで極細の線状レーザビームが形成できることは後述する。
【００５９】
上述したように、集光レンズ１５８の他の光学部材は必要に応じて設けることができる部材であり、図３のレーザ照射装置は、集光レンズ１５８を有していればよく、非常に単純な構造の光学系とすることができる。
【００６０】
なお、図３の光学系において、被処理物Ｏｂの表面の凹凸の高低差（表面粗さ）よりも、集光レンズ１５８の焦点深度が浅い場合は、レーザ照射装置にオートフォーカス装置を設け、線状レーザビームを走査しながら、集光レンズ１５８の焦点位置を調節できるようにする。集光レンズ１５８の焦点位置の調節は、集光レンズ１５８の位置を移動する（図３の場合は、集光レンズ１５８をｚ方向に移動する）、又は基板固定用ステージ１５２を上下（ｚ軸方向）に移動することで行うことができる。集光レンズ１５８を動かす装置の方が、移動する対象が軽いため、オートフォーカス装置として好ましい。
【００６１】
図３のレーザ照射装置を用いて、半導体膜を結晶化するには、図１（Ａ）に示す、絶縁膜１０１、半導体膜１０２及びキャップ膜１０３を形成した基板１００を被処理物Ｏｂとして基板固定用ステージ１５２に固定する。基板１００を移動することで線状レーザビームを、その幅方向に走査しながら、レーザビームを半導体膜１０２に照射することができる。走査速度は、使用するレーザ１５１の発振方式、レーザ１５１の出力、半導体膜１０２の材料及びその厚さ、キャップ膜１０３の有無、及び構造及びその厚さなどを考慮することで決定することができる。特にレーザ１５１にパルス発振レーザを用いる場合は、線状レーザビームの照射領域を走査方向に重ねて、半導体膜１０２がラテラル成長するように、走査速度を制御する。
【００６２】
所定の距離ｙ方向に基板１００の一辺からその対辺まで、線状レーザビームを走査したら、線状レーザビームの長さ又は長さ以上、Ｘステージ１５３により基板１００をｘ方向に移動し、半導体膜１０２の結晶化されていない部分にビームスポット１５０が照射されるように位置あわせを行う。再度、Ｙステージ１５４により基板１００をｙ方向に移動しながら、線状レーザビームを照射する。以上の一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜１０２の所望の部分を結晶化して、結晶性半導体１０７を形成することができる。
【００６３】
次に、図４を用いて、本発明の結晶化方法で形成された結晶性半導体１０７から半導体装置を作製する方法を説明する。
【００６４】
結晶化工程を完了することで、図１（Ｃ）に示すように、基板１００上に結晶性半導体１０７が形成される。次に、半導体装置を製造するために、図４（Ａ）に示すように、エッチング処理によってキャップ膜１０３を除去する。
【００６５】
次に、結晶性半導体１０７上にレジストを塗布する。レジストを露光し、現像することによって所望の形状にレジストを形成する。このレジストをマスクとしてエッチングを行い、結晶性半導体１０７を部分的に除去する。この工程によって、図４（Ｂ）に示すように、絶縁膜１０１上に島状の結晶性半導体膜１０８を形成する。形成された結晶の面方位が揃った結晶性半導体１０７を保護するために、レジストの形成を行う前に、結晶性半導体１０７の表面を酸化するとよい。この酸化膜はレジストのぬれ性を向上させる効果もある。ここでの酸化処理には、例えば、オゾン含有水溶液の塗布、又は酸素雰囲気でＵＶ照射することにより生成されたオゾンによる処理が用いられる。
【００６６】
島状の結晶性半導体膜１０８を用いて薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、コンデンサ、光電変換素子、電荷結合素子等の半導体装置を構成する半導体素子を形成する。ここでは、半導体装置の作製方法の一形態として薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略記する。）を作製する。
【００６７】
なお、ＴＦＴを作製する場合、島状の結晶性半導体膜１０８を形成するためのレジストの形成前に、ＴＦＴのしきい値電圧を制御するために微量な不純物元素（ボロン又はリン）を結晶性半導体１０７にドーピングする。なお、このドーピングは必要に応じて行えばよい。
【００６８】
図４（Ｃ）に示すように、結晶性半導体膜１０８上に絶縁膜１０９を形成する。絶縁膜１０９はＴＦＴのゲート絶縁膜として機能する。例えば、絶縁膜１０９として酸化珪素膜を形成する。
【００６９】
次に、絶縁膜１０９上に導電膜を形成する。この導電膜には、ヒロックの発生が少ないＷ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｏなどから選ばれる高融点金属、及び窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化チタン、窒化タンタルなど高融点金属の化合物を用いることが好ましい。導電膜は単層でも積層でもよい。エッチング処理により、導電膜を所望の形状に加工し、ゲート配線１１０を形成する。
【００７０】
次いで、ゲート配線１１０を形成する際に用いたレジストをマスクとして用い、結晶性半導体膜１０８に導電型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）をドーピングする。ここでは、ｎチャネル型ＴＦＴを製造するため、リン、ヒ素のようなｎ型を付与する不純物元素を添加して、ｎ型不純物領域１１２を形成する。ｎ型不純物領域１１２はソース領域又はドレイン領域として機能する。なお、ｐチャネル型ＴＦＴを製造する場合は、ボロンのようなｐ型を付与する不純物元素を導入する。
【００７１】
導電型を付与する不純物元素を結晶性半導体膜１０８に添加することで、結晶性半導体膜１０８のゲート配線１１０と重なる領域に、チャネル形成領域１１３が形成される。
【００７２】
不純物元素を添加した後、不純物元素を活性化するために加熱処理又はレーザビームの照射を行う。この処理によって、不純物元素の活性化と同時に、絶縁膜１０９へのプラズマダメージや、絶縁膜１０９と結晶性半導体膜１０８との界面に発生したプラズマダメージを回復することができる。
【００７３】
次に、図４（Ｄ）に示すように絶縁膜１１４を形成する。そして、絶縁膜１１４及び絶縁膜１０９をエッチングし、ｎ型不純物領域１１２に達するコンタクトホールを形成する。絶縁膜１１４上に導電膜を形成する。導電膜をエッチングにより所望の形状に加工して、配線１１５を形成する。ここでは、配線１１５はソース配線、又はドレイン配線として機能する。
【００７４】
配線１１５を構成する導電膜は、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた金属、又はこれら金属を主成分とする合金、及びこれら金属を主成分とする化合物から選ばれた材料で形成することができる。また、導電膜は単層でも多層でもよい。導電膜を多層膜とするには、例えば、Ｔｉ膜、Ａｌ膜、Ｔｉ膜の順に積層して形成する。
【００７５】
以上の工程により、図４（Ｄ）に示すように基板１００上にＴＦＴが形成される。結晶性半導体膜１０８は、結晶の面方位が揃った結晶性半導体膜であるため、基板１００上の複数のＴＦＴの電気的特性のばらつきが抑えることができる。また、サブスレッショルド値が小さく、オン電流が大きく、電界効果移動度が高いという優れた電気的特性のＴＦＴを作製することができる。従って、このようなＴＦＴにより、消費電力が低く、高速で動作する集積回路を作製することができる。
【００７６】
本発明の結晶化方法を用いて形成された結晶性半導体膜を用いて、様々な半導体装置を作製することができる。以下、以下の実施の形態において、様々な半導体装置の作製方法を説明する。
【００７７】
［実施の形態２］
本実施の形態では、半導体装置の一例である液晶表示装置の作製方法について、図５、及び図６を用いて説明する。
【００７８】
図５（Ａ）に示すように、実施の形態１と同様に基板１００上に下地膜として機能する絶縁膜１０１を形成し、絶縁膜１０１上に非単結晶構造の半導体膜１０２を形成し、半導体膜１０２上にキャップ膜１０３を形成する。
【００７９】
ここでは、基板１００として、ガラス基板を用いる。絶縁膜１０１としては、厚さ４０〜６０ｎｍの窒化酸化珪素（ＳｉＯｘＮｙ、０＜ｘ＜ｙ）をプラズマＣＶＤ法により形成する。また、半導体膜１０２としてプラズマＣＶＤ法により、ガスにＳｉＨ４及びＨ２を用いて、厚さ１０ｎｍ〜８０ｎｍの非晶質珪素膜を形成する。キャップ膜１０３としては、プラズマＣＶＤ法により厚さ２００〜１０００ｎｍの窒化酸化珪素（ＳｉＯｘＮｙ、０＜ｘ＜ｙ）を形成する。例えば、ガスに、ＳｉＨ４（流量１０ｓｃｃｍ）、ＮＨ３（流量１００ｓｃｃｍ）、Ｎ２Ｏ（流量２０ｓｃｃｍ）、Ｈ２（流量４００ｓｃｃｍ）を用いることで、酸素を１０ａｔｏｍｉｃ％以下含み、かつ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化酸化珪素膜が形成される。
【００８０】
次に、線状レーザビーム１０５を走査しながら、図５（Ｂ）に示すように、キャップ膜１０３から半導体膜１０２に線状レーザビーム１０５を照射する。線状レーザビーム１０５を照射することにより半導体膜１０２が完全溶融し、液体状態の半導体１０６となる。線状レーザビーム１０５を走査することで、完全溶融した半導体膜１０２がラテラル成長して、絶縁膜１０１上に大粒径結晶でなる結晶性半導体１０７が形成される。本発明では線状レーザビーム１０５の幅を５μｍ以下とすることにより、完全溶融された半導体膜１０２に乱流が発生されることが抑制されるため、結晶性半導体１０７を結晶の面方位が揃った結晶性半導体とすることができる。
【００８１】
なお、半導体膜１０２やキャップ膜１０３に水素が含まれている場合、線状レーザビームの照射により水素の噴出を防ぐために、線状レーザビーム１０５の照射前に、加熱処理をして、水素濃度を下げておく。
【００８２】
結晶性半導体１０７を形成した後、キャップ膜１０３を除去する。キャップ膜１０３の除去方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング、研磨等の各種除去方法を用いることができる。ここでは、ドライエッチング法によりキャップ膜１０３を除去する。
【００８３】
次に、図５（Ｃ）に示すように結晶性半導体１０７を選択的にエッチングして半導体層２０１〜２０３を形成する。その結晶性半導体１０７のエッチング方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング等を用いることができるが、ここでは、結晶性半導体１０７上にレジストを塗布した後、露光及び現像を行ってレジストマスクを形成する。その形成されたレジストマスクを用いてＳＦ６：Ｏ２の流量比を４：１５としたドライエッチング法により、結晶性半導体１０７（結晶性珪素）を選択的にエッチングし、その後レジストマスクを除去する。
【００８４】
次いで、図５（Ｄ）に示すように、半導体層２０１〜２０３上に絶縁膜２０４を形成する。この絶縁膜２０４は薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として機能する。その絶縁膜２０４は、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ、ｘ＞ｙ＞０）、窒化酸化珪素（ＳｉＯｘＮｙ、０＜ｘ＜ｙ）などの単層膜又は積層膜で形成する。ここでは、絶縁膜２０４として厚さ１１５ｎｍの酸化窒化珪素をプラズマＣＶＤ法により形成する。
【００８５】
次に、絶縁膜２０４を介して、半導体層２０１〜２０３上にゲート電極２０５〜２０８を形成する。これらゲート電極２０５〜２０８は、金属、合金、金属化合物又は一導電型の不純物を添加した多結晶半導体で形成することができる。
【００８６】
金属を用いる場合は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。さらに、金属を窒化させた金属窒化物を用いることができ、それに加えて当該金属窒化物からなる第１の層と当該金属からなる第２の層とを積層させた構造としても良い。これらの材料はスパッタ法、蒸着法などで形成することができる。
【００８７】
また、液滴吐出法を用いて微粒子を含むペーストをゲート絶縁膜上に吐出し、乾燥・焼成することにより、ゲート電極２０５〜２０８を形成することができる。さらに、絶縁膜２０４上に、微粒子を含むペーストを印刷し、乾燥し、しかる後ペーストを焼成することで、ゲート電極２０５〜２０８を形成することができる。代表的な微粒子には、金、銅、金と銀の合金、金と銅の合金、銀と銅の合金、金と銀と銅の合金等がある。
【００８８】
ここでは、絶縁膜２０４上に、スパッタ法により、膜厚３０ｎｍの窒化タンタル膜及び膜厚３７０ｎｍのタングステン膜の積層膜を形成する。しかる後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いてこの積層膜をエッチングして、窒化タンタル膜の端部がタングステン膜の端部より外側に突き出した構造のゲート電極２０５〜２０８を形成する。
【００８９】
次いで、ゲート電極２０５〜２０８をマスクとして、半導体層２０１〜２０３にｎ型を付与する不純物元素又はｐ型を付与する不純物元素を添加して、高濃度不純物領域２０９〜２１５を形成する。また、ゲート電極２０５〜２０８の一部に重なる低濃度不純物領域２１６〜２２３を形成する。
【００９０】
なお、ここでは、高濃度不純物領域２０９、２１０、２１３、２１４及び２１５、並びに低濃度不純物領域２１６、２１７及び２２０〜２２３に、ｐ型を付与する不純物元素であるボロンをドーピングする。また、高濃度不純物領域２１１、２１２、及び低濃度不純物領域２１８、２１９に、ｎ型を付与する不純物元素であるリンをドーピングする。半導体層２０１〜２０３に不純物元素をドーピングすることにより、自己整合的にチャネル形成領域２０１ｃ〜２０３ｃが形成される。
【００９１】
この後、半導体層２０１〜２０３に添加した不純物元素を活性化するために加熱処理を行うが、ここでは窒素雰囲気で５５０度、４時間の加熱を行う。以上の工程により、薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成する。
【００９２】
なお、薄膜トランジスタ２２５、２２７はｐチャネル型の薄膜トランジスタであり、薄膜トランジスタ２２６はｎチャネル型の薄膜トランジスタである。ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５及びｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６により駆動回路を構成し、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２７は、画素の電極に電圧を印加するスイッチング素子として機能する。なお、画素の薄膜トランジスタ２２７はｎチャネル型のトランジスタとしてもよい。ここでは、駆動回路には、ｎチャネル型及びｐチャネル型両方のトランジスタを形成したが、ｎチャネル型のみ、又はｐチャネル型のみとすることもできる。
【００９３】
次に、図６（Ａ）に示すように、薄膜トランジスタ２２５〜２２７上に第１の層間絶縁膜を形成する。ここでは、第１の層間絶縁膜として酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。
【００９４】
次に、第１の層間絶縁膜の一部である酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７の高濃度不純物領域に接続する配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成する。ここでは、スパッタ法により、Ｔｉ膜１００ｎｍ、Ａｌ膜７００ｎｍ、Ｔｉ膜１００ｎｍを連続的に成膜して積層膜を形成する。次いで、フォトリソグラフィー工程によって形成したレジストマスクを用いて、この積層膜をエッチングし、配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成する。
【００９５】
次いで、配線２３４〜２３９及び接続端子２４０上に第２の層間絶縁膜２４１を形成する。第２の層間絶縁膜２４１は、酸化珪素、窒化珪素又は酸化窒化珪素（窒素を含む酸化珪素又は酸素を含む窒化珪素）等の無機絶縁材料の単層膜又は積層膜で形成すればよい。このような無機絶縁材料でなる膜を形成する方法には、スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、又はプラズマＣＶＤ法等を用いればよい。
【００９６】
ここでは、プラズマＣＶＤ法を用い、膜厚１００ｎｍ〜１５０ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜を形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて酸素を含む窒化珪素膜を選択的にエッチングして、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９、及び接続端子２４０に達するコンタクトホールを形成すると共に、第２の層間絶縁膜２４１を形成し、その後、レジストマスクを除去する。本実施の形態のように、第２の層間絶縁膜２４１を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、汚染を回避することができる。
【００９７】
次に、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９に接続する第１の画素電極２４２、及び接続端子２４０と接続する導電層２４４を形成する。液晶表示装置が透過型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を透光性を有する導電膜で形成する。また、液晶表示装置が反射型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を反射性を有する導電膜で形成する。また、半透過型とする場合は、第１の画素電極２４２の一部を透光性を有する導電膜で形成し、残りの部分を反射性を有する導電膜で形成する。
【００９８】
ここでは、液晶表示装置を透過型とする。スパッタ法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜する。フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて、このＩＴＯ膜をエッチングして、第１の画素電極２４２及び導電層２４４を形成する。
【００９９】
次に、配向膜として機能する絶縁膜２４３を形成する。なお、配向膜は必要に応じて形成すればよい。絶縁膜２４３は、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物層をロールコート法、印刷法等で形成した後、ラビングすることにより形成することができる。また、基板に対して斜めからＳｉＯ２を蒸着することで絶縁膜２４３を形成することができる。また、光反応型の高分子化合物に偏光したＵＶ光を照射し光反応型の高分子化合物を重合させることでも、絶縁膜２４３の形成が可能である。ここでは、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物層を印刷し、焼成した後、ラビングすることで形成する。
【０１００】
次に、図６（Ｂ）に示すように、対向基板２５１に、透光性の導電膜でなる第２の画素電極２５３を形成し、第２の画素電極２５３上に配向膜として機能する絶縁膜２５４を形成する。対向基板２５１としては、基板１００と同様のものを適宜選択することができる。また、第２の画素電極２５３は第１の画素電極２４２と同様に形成することができ、配向膜として機能する絶縁膜２５４は絶縁膜２４３と同様に形成することができる。なお、対向基板２５１及び第２の画素電極２５３の間に、カラーフィルターとして機能する着色層２５２は必要に応じて設ければよい。ＲＧＢ方式のカラー表示を行う場合は、着色層２５２として、赤、緑、青の各色に対応した染料や顔料が分散された着色層を画素に対応して形成する。
【０１０１】
次に、基板１００及び対向基板２５１をシール材２５７で貼り合わせ、その基板１００及び対向基板２５１の間に液晶層２５５を形成する。その液晶層２５５は、毛細管現象を利用した真空注入法により、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４、及びシール材２５７で囲まれた領域に液晶材料を注入することにより形成することができる。さらに、対向基板２５１の一方の表面にシール材２５７を形成し、シール材２５７に囲まれる領域に液晶材料を滴下した後、減圧下において基板１００と対向基板２５１を圧着させ、シール材２５７で２枚の基板の隙間を封止することで、液晶層２５５を形成することもできる。
【０１０２】
シール材２５７には、熱硬化型のエポキシ樹脂、ＵＶ硬化型のアクリル樹脂、熱可塑型のナイロン樹脂及びポリエステル樹脂等を用いることができる。なお、基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つために、シール材２５７にフィラーを含ませることが好ましい。
【０１０３】
また、基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つために、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４の間にスペーサ２５６を設けてもよく、そのスペーサ２５６としては、有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を所望の形状、代表的には柱状又は円柱状にエッチングして形成することができる。さらに、スペーサ２５６としてビーズスペーサを用いてもよいので、ここではスペーサ２５６としてビーズスペーサを用いる。また、図示しないが、基板１００、対向基板２５１の一方又は両方に偏光板を設ける。
【０１０４】
次に、図６（Ｃ）に示すように、端子部２６３においては、薄膜トランジスタのゲート配線、ソース配線に接続される接続端子（図６（Ｃ）においては、ソース配線又はドレイン配線に接続される接続端子２４０を示す。）が形成されている。その接続端子２４０に、導電層２４４及び異方性導電膜２６１を介してＦＰＣ（フレキシブルプリント配線）２６２を接続しており、接続端子２４０には導電層２４４及び異方性導電膜２６１を介してビデオ信号やクロック信号が入力される。
【０１０５】
駆動回路部２６４には、ソースドライバやゲートドライバ等の画素を駆動する回路が形成されており、ここでは、ｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６及びｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５によりＣＭＯＳ回路が形成されている。
【０１０６】
画素部２６５には、複数の画素が形成されており、各画素には液晶素子２５８が形成されており、この液晶素子２５８は、第１の画素電極２４２、第２の画素電極２５３及びその間に充填されている液晶層２５５が重なっている部分である。さらに、その液晶素子２５８が有する第１の画素電極２４２は、薄膜トランジスタ２２７と電気的に接続されている。
【０１０７】
以上の工程により液晶表示装置を作製することができ、本実施の形態で示す液晶表示装置は、駆動回路部２６４や画素部２６５に形成される薄膜トランジスタの半導体層において、結晶の面方位が一定方向に揃っている。このため、複数の薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能であり、その結果、色むらや欠陥のない液晶表示装置を作製することができる。
【０１０８】
さらに、上記のような電気的特性に優れた薄膜トランジスタを形成できるため、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の低消費電力化、高精細化を実現することができる。
【０１０９】
［実施の形態３］
本実施の形態では、半導体装置の一例である発光素子を有する発光装置の作製工程について説明する。
【０１１０】
実施の形態１と同様の工程により、基板１００上に絶縁膜１０１を介して結晶性半導体を形成する。そして、図７（Ａ）に示すように、実施の形態２と同様の工程により、この結晶性半導体を用いて、薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成する。
【０１１１】
その薄膜トランジスタ２２５〜２２７のゲート電極上に、第１の層間絶縁膜として、酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。さらに、第１の層間絶縁膜の一部の酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７の半導体層に接続する配線３０８〜３１３、及び接続端子３１４を形成する。
【０１１２】
次に、第１の層間絶縁膜、配線３０８〜３１３及び接続端子３１４上に、第２の層間絶縁膜３１５を形成する。その後、薄膜トランジスタ２２７の配線３１３に接続する第１の電極層３１６、及び接続端子３１４と接続する導電層３２０を形成する。その第１の電極層３１６及び導電層３２０は、スパッタ法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。本実施の形態のように、第２の層間絶縁膜３１５を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、駆動回路を汚染物質から保護することができる。
【０１１３】
次に、第１の電極層３１６の端部を覆う有機絶縁物膜３１７を形成する。ここでは、感光性ポリイミドを塗布し焼成した後、露光及び現像を行って、駆動回路部、画素部の第１の電極層３１６、及び画素部の周辺部における第２の層間絶縁膜３１５が露出されるように有機絶縁物膜３１７を形成する。
【０１１４】
次に、第１の電極層３１６及び有機絶縁物膜３１７の一部上に蒸着法により発光物質を含む層３１８を形成するが、その発光物質を含む層３１８は、発光性を有する有機化合物、又は発光性を有する無機化合物で形成する。なお、発光物質を含む層３１８は、発光性を有する有機化合物及び発光性を有する無機化合物で形成してもよい。また、発光物質を含む層３１８を赤色の発光性の発光物質、青色の発光性の発光物質、及び緑色の発光性の発光物質を用いて、それぞれ赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素を形成することができる。
【０１１５】
ここでは、赤色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（アセチルアセトナート）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ））が添加されたＮＰＢを３０ｎｍ、Ａｌｑ３を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。さらに、緑色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、クマリン５４５Ｔ（Ｃ５４５Ｔ）が添加されたＡｌｑ３を４０ｎｍ、Ａｌｑ３を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。
【０１１６】
また、青色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）が添加された、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ）を３０ｎｍ、Ａｌｑ３を６０ｎｍ及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。さらには、白色の発光性の発光物質を用いて発光物質を含む層を形成することで、赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素のほかに、白色の発光性の画素を形成してもよい。なお、白色の発光性の画素を設けることにより消費電力を削減することが可能である。
【０１１７】
次に、発光物質を含む層３１８、及び有機絶縁物膜３１７上に第２の電極層３１９を形成するが、ここでは、膜厚２００ｎｍのＡｌ膜を蒸着法により形成する。その結果、第１の電極層３１６、発光物質を含む層３１８、及び第２の電極層３１９により発光素子３２１が構成される。
【０１１８】
発光物質を含む層３１８に、有機化合物でなる発光層を形成する場合には、この発光層の他に、正孔注入性材料で形成される正孔注入層、正孔輸送性材料で形成される正孔輸送層、電子輸送性材料で形成される電子輸送層、電子注入性材料で形成される電子注入層を適宜形成することができる。
【０１１９】
また、発光物質を含む層３１８として、無機化合物を用いた発光層を形成することもできる。この場合は、発光素子３２１は無機ＥＬ素子として機能する。この場合、発光層と電極層３１６、３１９の間にバッファー層を設けてもよく、このバッファー層はキャリアの注入を容易にし、かつ両層の混合を抑制する役割をもつ。
【０１２０】
その無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類され、前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光物質を含む層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる発光物質を含む層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。本発明では、無機ＥＬ素子の構成に特段の限定はない。
【０１２１】
発光素子３２１を形成した後、図７（Ｂ）に示すように、第２の電極層３１９上に保護膜３２２を形成する。その保護膜３２２は、発光素子３２１に水分や酸素等が侵入することを防ぐためのものである。保護膜３２２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタ法などの薄膜形成法を用い、窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、又は酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素（ＣＮ）、その他の絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。
【０１２２】
さらに、シール材３２３で封止基板３２４を基板１００上に形成される第２の層間絶縁膜３１５と貼り合わせることにより、基板１００、封止基板３２４、及びシール材３２３で囲まれた空間３２５に発光素子３２１が備えられた構造になっている。空間３２５には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材３２３などの樹脂材料で充填することもできる。
【０１２３】
なお、シール材３２３にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましく、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板３２４に用いる材料としてガラス基板、石英基板または樹脂基板を用いることができる。例えば樹脂基板としては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ポリエステル系樹脂又はアクリル系樹脂等からなる基板がある。
【０１２４】
次に、図７（Ｃ）に示すように、実施の形態２と同様に異方性導電層３２６を用いてＦＰＣ３２７を接続端子３１４に接する導電層３２０と貼りつける。以上の工程により、アクティブマトリクス型の発光装置を形成することができる。
【０１２５】
本実施の形態で示す発光装置は、駆動回路部や画素部に形成される薄膜トランジスタの半導体層（特にチャネル形成領域）は、結晶の面方位が一定方向に揃っている。そのため、発光素子を駆動する薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能であり、その結果として、発光素子の輝度のばらつきが低減され、色むらや欠陥の少ない高精細な表示が可能で発光装置を作製することができる。
【０１２６】
さらに、結晶の面方位が一定方向に揃っているため、Ｓ値が低い、電界効果移動度が高いなど電気的特性に優れた薄膜トランジスタを形成できるため、表示装置を低消費電力化、高精細化することができる。
【０１２７】
［実施の形態４］
本実施の形態では、本発明の半導体装置を有する電子機器の具体例について説明する。本実施の形態では、実施の形態２及び３に示される表示装置を表示部に有する電子機器について説明する。このような電子機器として、例えば、テレビジョン装置（単にテレビ、又はテレビジョン受信機ともよぶ）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話装置（単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ）、ＰＤＡ等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コンピュータ用のモニター、コンピュータ、カーオーディオ等の音響再生装置、家庭用ゲーム機等の記録媒体を備えた画像再生装置等が挙げられる。また、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤なども挙げられる。
【０１２８】
以下、図８を参照して、電子機器の具体例について説明する。図８（Ａ）〜図８（Ｆ）は電子機器の外観図である。
【０１２９】
図８（Ａ）に示す携帯情報端末は、本体９２０１、表示部９２０２等を備えている。表示部９２０２に、実施の形態２及び実施の形態３に示す表示装置を適用することにより、高精細な表示が可能な携帯情報端末を安価に提供することができる。
【０１３０】
図８（Ｂ）に示すデジタルビデオカメラは、表示部９７０１、表示部９７０２等を備えている。表示部９７０１に、実施の形態２及び実施の形態３に示す表示装置を適用することにより、高精細な表示が可能なデジタルビデオカメラを安価に提供することができる。
【０１３１】
図８（Ｃ）に示す携帯電話は、本体９１０１、表示部９１０２等を備えている。表示部９１０２に、実施の形態２及び実施の形態３に示す表示装置を適用することにより、信頼性の高い携帯電話を安価に提供することができる。
【０１３２】
図８（Ｄ）に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体９３０１、表示部９３０２等を備えている。表示部９３０２に、実施の形態２及び実施の形態３に示す表示装置を適用することにより、高精細な表示が可能な携帯型のテレビジョン装置を安価に提供することができる。
【０１３３】
図８（Ｅ）に示す携帯型のコンピュータは、本体９４０１、表示部９４０２等を備えている。その表示部９４０２に、実施の形態２及び実施の形態３に示す表示装置を適用することにより、高画質な表示が可能な携帯型のコンピュータを安価に提供することができる。
【０１３４】
図８（Ｆ）に示すテレビジョン装置は、本体９５０１、表示部９５０２等を備えている。表示部９５０２に、実施の形態２及び実施の形態３に示す表示装置を適用することにより、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を安価に提供することができる。
【０１３５】
ここで、図８（Ｃ）の携帯電話のより具体的な構成を図９を用いて説明する。図９は携帯電話の分解図である。
【０１３６】
図９に示すように、携帯電話は、筐体２７００、２７０６、パネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３、操作ボタン２７０４、バッテリ２７０５を有する。パネル２７０１はハウジング２７０２に脱着自在に組み込まれ、ハウジング２７０２はプリント配線基板２７０３に嵌着される。ハウジング２７０２はパネル２７０１が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。
【０１３７】
プリント配線基板２７０３には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの１つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板２７０３に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。
【０１３８】
パネル２７０１は、接続フィルム２７０８を介して、プリント配線基板２７０３に接続される。上記のパネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３は、操作ボタン２７０４やバッテリ２７０５と共に、筐体２７００、２７０６の内部に収納され、パネル２７０１が含む画素領域２７０９は、筐体２７００に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。パネル２７０１に実施の形態２又は実施の形態３の表示装置が用いられる。
【０１３９】
次に、図１０を用いて、図８（Ｄ）及び図８（Ｆ）に示すテレビジョン装置の構成例を説明する。図１０は、テレビジョン装置の主要な構成を示すブロック図である。
【０１４０】
チューナ９５１１は映像信号と音声信号を受信する。映像信号は、映像検波回路９５１２と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路９５１３と、その映像信号をドライバＩＣの入力仕様に変換するためのコントロール回路９５１４により処理される。
【０１４１】
コントロール回路９５１４は、表示パネル９５１５の走査線駆動回路９５１６及び信号線駆動回路９５１７それぞれに信号を出力する回路である。なお、デジタル駆動する場合には、コントロール回路９５１４の信号線駆動回路９５１７への出力側に信号分割回路９５１８を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成とすることができる。
【０１４２】
チューナ９５１１で受信した音声信号は音声検波回路９５２１に送られ、その出力は音声信号処理回路９５２２を経てスピーカ９５２３に供給される。制御回路９５２４は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部９５２５から受け、チューナ９５１１や音声信号処理回路９５２２に信号を出力する。
【０１４３】
［実施の形態５］
本実施の形態では、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置について説明する。
【０１４４】
まず、図１１を参照して、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の構成を、説明する。図１１は、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の構成例を示すブロック図である。本実施の形態の半導体装置は、大別して、アンテナ部２００１、電源部２００２、ロジック部２００３から構成される。
【０１４５】
そのアンテナ部２００１は、外部信号の受信とデータの送信を行うためのアンテナ２０１１からなり、また半導体装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式又はマイクロ波方式等を用いることができる。なお、その伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択し、伝送方式に最適なアンテナ２０１１が設けられる。
【０１４６】
電源部２００２は、整流回路２０２１、保持容量２０２２、及び定電圧回路２０２３からなる。整流回路２０２１は、アンテナ部２００１で受信された電波から電圧を作る回路である。保持容量２０２２は、整流回路２０２１で生成された電圧を保持するための回路である。定電圧回路２０２３は、整流回路２０２１で生成された電圧を一定の大きさにするための回路である。
【０１４７】
ロジック部２００３は、受信した信号を復調する復調回路２０３１と、クロック信号を生成するクロック生成・補正回路２０３２と、各コード認識及び判定回路２０３３と、メモリからデータを読み出すための信号を受信信号により作り出すメモリコントローラ２０３４と、符号化した信号を受信信号にのせるための変調回路２０３５と、読み出したデータを符号化する符号化回路２０３７と、データを保持するマスクＲＯＭ２０３８とを有する。変調回路２０３５は変調用抵抗２０３６を有する。
【０１４８】
各コード認識及び判定回路２０３３が認識・判定するコードは、フレーム終了信号（ＥＯＦ：ｅｎｄ  ｏｆ  ｆｒａｍｅ）、フレーム開始信号（ＳＯＦ：ｓｔａｒｔ  ｏｆ  ｆｒａｍｅ）、フラグ、コマンドコード、マスク長（ｍａｓｋ  ｌｅｎｇｔｈ）、マスク値（ｍａｓｋ  ｖａｌｕｅ）等である。また、各コード認識及び判定回路２０３３は、送信エラーを識別する巡回冗長検査（ＣＲＣ：ｃｙｃｌｉｃ  ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ  ｃｈｅｃｋ）機能も含む。
【０１４９】
次に、図１２〜図１５を参照して、アンテナ部２００１、電源部２００２、ロジック部２００３を有する半導体装置の作製方法を説明する。図１２〜図１５は、本実施の形態の半導体装置の作製方法を説明するための断面図である。なお、図１２〜図１５において、電源部２００２、ロジック部２００３として代表的に薄膜トランジスタを図示している。電源部２００２及びロジック部２００３には、薄膜トランジスタの他、ダイオード、抵抗素子、容量素子又は記憶素子など回路の機能に応じて各種の半導体素子が形成される。
【０１５０】
また、本実施の形態では、半導体装置の作製方法として、半導体素子を基板上に作製した後、作製時に用いた基板を半導体素子から剥離し、半導体素子を別の基板に転置する技術を説明する。この技術を適用することで、本実施の形態の半導体装置のみでなく、実施の形態２及び実施の形態３で説明した表示装置など他の半導体装置を作製することも可能である。
【０１５１】
まず、図１２（Ａ）に示すように、基板４００を用意する。基板４００には金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁膜を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いることができるが、ここでは、基板４００としてガラス基板を用いる。
【０１５２】
次に、下地となる絶縁膜４０１を形成する前に、基板４００上に剥離膜４０２を形成する。剥離膜４０２に剥離を生じさせることによって、基板４００を半導体素子から分離する。
【０１５３】
剥離膜４０２は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、珪素（Ｓｉ）から選択された元素でなる材料、元素を主成分とする合金材料、及びこれら元素を主成分とする化合物材料から選択された材料でなる単層膜、又は積層膜でなる。なお、珪素を含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。これらの材料でなる膜はスパッタ法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により形成することができる。
【０１５４】
その剥離膜４０２が単層構造の場合には、好ましくは、タングステン層、モリブデン層、又はタングステンとモリブデンの混合物でなる層を形成する。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。あるいは単層の剥離膜４０２に化合物材料を用いる場合は、タングステン酸化物、タングステン酸化窒化物、モリブデン酸化物、モリブデン酸化窒化物、タングステン酸化物とモリブデン酸化物の混合物、又はタングステン酸化窒化物とモリブデン酸化窒化物の混合物が好ましい。
【０１５５】
その剥離膜４０２が積層構造の場合には、好ましくは、１層目にタングステン層、モリブデン層、又はタングステンとモリブデンの混合物でなる層のいずれかを形成する。２層目に、タングステン層、モリブデン層、タングステン又はモリブデンの酸化物層、タングステン又はモリブデンの窒化物層、タングステン又はモリブデンの酸化窒化物層、タングステン酸化物とモリブデン酸化物の混合物でなる層のいずれかを形成する。
【０１５６】
その剥離膜４０２として、タングステン層とタングステン酸化物層の積層膜を形成するには、タングステン層を形成し、その上層に酸化物でなる絶縁膜（代表的には、酸化珪素膜）を形成することで、タングステン層と絶縁膜との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを利用することができる。この方法を利用して、２層目に窒化物、酸化窒化物を形成する場合は、タングステンを含む層を形成した後、その上層に窒化珪素層、酸化窒化珪素層又は窒化酸化珪素層を形成するとよい。
【０１５７】
あるいは、タングステン層の表面に対して、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、Ｎ２Ｏプラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理、水素が添加された水での処理等を行って、タングステン酸化物層を形成することもできる。
【０１５８】
以上の形成方法は、剥離膜４０２として、モリブデン層と、酸化物などのモリブデン化合物でなる層との積層膜を形成する場合にも適用できる。
【０１５９】
なお、タングステンの酸化物は、ＷＯｘで表される。本実施の形態の場合、ｘは２≦ｘ≦３の範囲内にあり、ｘが２の場合（ＷＯ２）、ｘが２．５の場合（Ｗ２Ｏ５）、ｘが２．７５の場合（Ｗ４Ｏ１１）、ｘが３の場合（ＷＯ３）などがある。
【０１６０】
本実施の形態の剥離膜４０２及び絶縁膜４０１の形成方法として、ここでは、スパッタ法により厚さ２０〜１００ｎｍ、好ましくは４０〜８０ｎｍのタングステン膜を形成する。その後、Ｎ２Ｏガスを流しながらプラズマを発生させて剥離膜４０２表面を酸化させ、酸化タングステン膜を形成する。しかる後、プラズマＣＶＤ法により窒化酸化珪素膜と、酸化窒化珪素膜の積層膜を形成する。この積層膜が下地の絶縁膜４０１である。
【０１６１】
次に、実施の形態１及び２と同様に剥離膜４０２上に絶縁膜４０１を形成し、絶縁膜４０１上に薄膜トランジスタ４０４を形成する。薄膜トランジスタ４０４は、実施の形態２で説明した薄膜トランジスタの作製方法を用いることができ、実施の形態２の薄膜トランジスタ２２５〜２２７と同様に形成することができる。
【０１６２】
続いて、その薄膜トランジスタ４０４を覆う層間絶縁膜４０５を形成し、層間絶縁膜４０５上に薄膜トランジスタ４０４に電気的に接続する配線４０６を形成する。配線４０６は、例えば、実施の形態２に示す配線２３４〜２３９と同様に形成することができる。次に、配線４０６を覆う絶縁膜４０７を形成し、絶縁膜４０７上に配線４０６に接続する導電膜４０８を形成する。
【０１６３】
層間絶縁膜４０５及び絶縁膜４０７は樹脂材料で形成することができる。例えば、ポリイミド、アクリル、又はシロキサンポリマーを塗布し焼成して形成することができる。また、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、無機化合物を用いて単層又は積層で形成してもよい。その無機化合物の代表例としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素がある。
【０１６４】
次に、図１２（Ｂ）に示すように、導電膜４０８上に積層して導電膜４１１を形成する。  ここでは、印刷法により金粒子を有する組成物を印刷し、２００℃で３０分加熱して組成物を焼成して導電膜４１１を形成する。また、蒸着法やスパッタ法で導電膜を形成し、エッチングにより所望の形状に加工することで、導電膜４１１を形成することもできる。
【０１６５】
続いて、図１２（Ｃ）に示すように、絶縁膜４０７上に厚さ１〜２０μｍ、好ましくは５〜１０μｍの絶縁膜４１２を形成する。ここでは、絶縁膜４１２を、エポキシ樹脂を用いて形成する。その際には、エポキシ樹脂の組成物を含む溶液をスピンコート法により塗布し、１６０℃で３０分加熱して溶液を硬化させてエポキシ樹脂を硬化させる。しかる後、導電膜４１１を覆う部分のエポキシ樹脂を除去して、導電膜４１１の上面を露出するが、導電膜４０８及び導電膜４１１の周囲がエポキシ樹脂に覆われているようにする。
【０１６６】
ここでは、絶縁膜４０１から絶縁膜４１２までの積層体を素子形成層４１０ということとする。
【０１６７】
次に、図１２（Ｄ）に示すように、後の剥離工程を容易に行うために、レーザビーム４１３を絶縁膜４０１、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２に照射して、図１２（Ｅ）に示すような開口部４１４を形成する。レーザビーム４１３を照射することにより、絶縁膜４０１、４０５、４０７、４１２がレーザビーム４１３を吸収し溶融して開口部４１４が形成される。開口部４１４は基板４００の周囲を囲むように形成される。開口部４１４を形成した後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせる。なお、開口部４１４を形成しなくとも、素子形成層４１０を基板４００から容易に分離することができる場合は、レーザビーム４１３の照射を省略することができる。
【０１６８】
次に、剥離膜４０２及び絶縁膜４０１の界面に形成されている金属酸化物層（ここでは、タングステン酸化物層）において剥離を生じさせ、図１３（Ａ）に示すように、基板４００から素子形成層４１０を分離する。この工程で、粘着部材４１５は、基板４００から分離された素子形成層４１０を支持するための支持部材として機能する。
【０１６９】
剥離膜４０２に形成されているタングステン酸化物層は脆いため、力学的な力を加えることで剥離が生じ、素子形成層４１０を基板４００から分離することができる。素子形成層４１０を基板４００から分離する方法として、代表的には、人間の手や把治具で素子形成層４１０を剥す方法、ローラーを有する剥離装置を用いる方法などがある。
【０１７０】
なお、本実施の形態では、素子形成層４１０と基板４００を分離するために、剥離膜４０２を形成する方法を用いたが、剥離膜４０２を形成しない方法を用いることもできる。例えば、図１２（Ｅ）の工程の後、基板４００を機械的に研削及び研磨し除去する方法や、基板４００をＨＦ等の溶液を用いて溶解する方法を用いることができる。
【０１７１】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、素子形成層４１０の絶縁膜４０１に、可撓性基板４２２を貼り付け、その後、粘着部材４１５を素子形成層４１０から剥す。ここでは、可撓性基板４２２として、キャスト法によりポリアニリンで形成されたフィルムを用いる。
【０１７２】
その後、図１３（Ｃ）に示すように、可撓性基板４２２をダイシングフレーム４３２のＵＶシート４３１に貼り付ける。ＵＶシート４３１は粘着性を有するため、ＵＶシート４３１上に可撓性基板４２２が固定される。この後、導電膜４１１にレーザビームを照射して、導電膜４１１と導電膜４０８の間の密着性を高めてもよい。
【０１７３】
続いて、図１３（Ｄ）に示すように、導電膜４１１上に接続端子４３３を形成する。
この接続端子４３３を形成することで、後にアンテナとして機能する導電膜との位置合わせ及び素子形成層４１０との電気的な接続を容易に行うことが可能である。
【０１７４】
次に、図１４（Ａ）に示すように素子形成層４１０及び可撓性基板４２２にレーザビーム４３４を照射して、図１４（Ｂ）に示すように、素子形成層４１０を複数に分断する。これは、１枚の基板４００上に、半導体装置を構成する複数の回路が形成されているため、素子形成層４１０を１つの装置ごとに分割するための工程である。なお、素子形成層４１０の分割にレーザカット法を用いたが、ダイシング法、スクライビング法等を用いることができる。なお、ここでは、装置ごとに分断された素子形成層４１０を薄膜集積回路という。なお、図１４（Ｂ）には、素子形成層４１０を２つの薄膜集積回路４４２ａ、薄膜集積回路４４２ｂに分割した例を示しているが、薄膜集積回路の数は２に限定されるものではない。
【０１７５】
次に、ダイシングフレーム４３２のＵＶシート４３１にＵＶ光を照射して、ＵＶシート４３１の粘着力を低下させた後、ＵＶシート４３１をエキスパンダ枠４４４で支持する。その際、ＵＶシート４３１を伸ばした状態でエキスパンダ枠４４４で支持する。その結果、図１４（Ｃ）に示すように、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの間に形成された溝４４１の幅を拡大することができる。なお、拡大された溝４４６は、後に薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂに貼りあわせられるアンテナ基板の大きさにあわせることが好ましい。
【０１７６】
次に、アンテナ基板４５７を用意する。アンテナ基板４５７は、可撓性基板４５６と、可撓性基板４５６上に形成されたアンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと、導電膜４５２ａ、４５２ｂを封止している絶縁膜４５３でなる。なお、可撓性基板４５６には、薄膜集積回路に対応して、アンテナとして機能する導電膜が形成されており、かつアンテナとして機能する導電膜の一部が露出するように、開口部が設けられている。
【０１７７】
そして、異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いて、アンテナ基板４５７を薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂに貼りあわせる。この結果、図１５（Ａ）に示すように、導電膜４５２ａ、４５２ｂが、それぞれ、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの接続端子４３３に、異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂに含まれる導電性粒子４５４ａ、４５４ｂによって電気的に接続される。
【０１７８】
次に、図１５（Ｂ）に示すように、導電膜４５２ａ、４５２ｂ、及び薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂが形成されていない領域で、アンテナ基板４５７を分断する。ここでは、レーザビーム４６１を用いたレーザカット法により分断を行う。以上の工程により、図１５（Ｃ）に示すように、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置４６２ａ、４６２ｂを作製することができる。
【０１７９】
なお、素子形成層４１０及びアンテナ基板４５７の分割は次のように行ってもよい。異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いてアンテナ基板４５７を薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂに貼りあわせた状態で（図１５（Ａ）の状態で）、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂを封止するように可撓性基板４６３を設ける。次いで、レーザカット法で、アンテナ基板４５７を分割することで、図１５（Ｄ）に示すような薄膜集積回路が可撓性基板４６３に封止されている半導体装置４６４が作製できる。図１５（Ｃ）の半導体装置４６４では、可撓性基板４６３とアンテナ基板４５７の可撓性基板４５６によって、薄膜集積回路が封止されるため、図１５（Ｄ）の半導体装置４６２ａ、４６２ｂよりも薄膜集積回路の劣化を抑制する効果が高い。
【０１８０】
以上の工程により、薄型で軽量で、かつ撓めることが可能な半導体装置を作製することが可能である。また、半導体装置の薄膜トランジスタの半導体層（特に、チャネル形成領域）の結晶の面方位が揃っているため、薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能である。このため、高性能で信頼性の高い半導体装置を作製することができる。
【０１８１】
次に、上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途について図１６を用いて示す。
【０１８２】
本実施の形態の半導体装置５００は、物品の表面に固定する、物品に埋め込む等の方法で用いられる。例えば、本等の紙が用いられている物品なら、半導体装置５００を紙に埋め込む又は漉き込む。有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に半導体装置５００を埋め込み、電子機器などのプリント基板に実装する。
【０１８３】
図１６（Ａ）は、本実施の形態の半導体装置５００を用いたＩＤラベルの構成例を示す図である。ラベル台紙５０１（セパレート紙）上に複数のＩＤラベル５０２が形成されている。各ＩＤラベル５０２は、無線通信が可能なアンテナと薄膜集積回路を有する半導体装置５００を内包している。ＩＤラベル５０２は、ボックス５０３に収納されている。ＩＤラベル５０２には、その商品や役務に関する情報（商品名、ブランド、商標、商標権者、販売者、製造者等）が記されている。一方、内蔵されている半導体装置５００の薄膜集積回路には、その商品（又は商品の種類）固有のＩＤナンバーが記憶されている。半導体装置５００の集積回路には、ＩＤラベル５０２の表面に明記しきれない多大な情報、例えば、商品の産地、販売地、品質、原材料、効能、用途、数量、形状、価格、生産方法、使用方法、生産時期、使用時期、賞味期限、取扱説明、商品に関する知的財産情報等が記憶されている。
【０１８４】
図１６（Ｂ）は、ＩＤタグ５０４の構成例を示す図である。ＩＤタグ５０４には、紙やプラスチックのタグに半導体装置５００を内蔵している。無線通信可能なＩＤタグ５０４を商品に備え付けることにより、商品の流通経路をたどることができるため商品管理が容易になる。
【０１８５】
図１６（Ｃ）は、ＩＤカード５０５の構成例を示す図である。ＩＤカード５０５は、２枚のプラスチックカードの間に半導体装置５００が挟まれている。ＩＤカード５０５としては、キャッシュカード、クレジットカード、プリペイドカード、電子乗車券、電子マネー、テレフォンカード、会員カード等のあらゆるカード類が含まれる。
【０１８６】
図１６（Ｄ）には、紙に半導体装置５００を内包した物品の構成例を示し、その物品の具体例として無記名債券５０６を示す。無記名債券５０６には、半導体装置５００が埋め込まれている。無記名債券５０６には、切手、切符、チケット、入場券、商品券、図書券、文具券、ビール券、おこめ券、各種ギフト券、各種サービス券等が含まれる。
【０１８７】
また、図１６（Ｂ）に示すＩＤタグ５０４を物品に取り付ける代わりに、物品に半導体装置５００を取り付けることもできる。包装紙、包装箱、ボトルなどの包装用資材又は梱包用資材（例えば、図１６（Ｅ）のボトル５０７参照）、自転車、自動二輪車などの乗物類（図１６（Ｆ）の自転車５０８参照）、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本実施の形態の半導体装置５００を設けることにより、検品システム等のシステムの効率をあげることができる。
【実施例１】
【０１８８】
本実施例では、幅が２μｍ以下の線状レーザビームを得るための非球面シリンドリカルレンズについて説明する。
【０１８９】
非球面シリンドリカルレンズを設計するため、ビームスポットを直径２μｍの円状に集光することができる回転対称非球面レンズを設計した。回転対称非球面レンズの光学設計には、汎用的な光学設計ソフトウエアの１つである「ＺＥＭＡＸ」（ＺＥＭＡＸ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製）を用いた。レンズのサーフェスタイプ（Ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｙｐｅ）は、ＺＥＭＡＸで用意されている偶数次非球面（Ｅｖｅｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ）を用いた。偶数次非球面は、コーニック定数を用いて記述される非球面をベースに、半径座標ｒの偶数次の多項式で記述される。その面のサグ（ｓａｇ）は、下記式（１）ｄで記述される。
【０１９０】
【数１】
2008205443.tif 000003
【０１９１】
なお、式（１）において、ｃは曲率半径の逆数であり、ｋはコーニック定数であり、ｒは球面の半径であり、α１、α２、α３、・・・α８は非球面係数である。
【０１９２】
本実施例では、式（１）において、ｒの６次以上の非球面係数α３、α４、α５、・・・α８をゼロとし、多項式の第１項乃至第３項のみを用いた。
【０１９３】
図１７〜図２１は、回転対称非球面レンズを設計したときのＺＥＭＡＸのウインドウ画面である。図１７は、式（１）のパラメータの入力画面であり、回転対称非球面レンズのレンズデータが示されている。図１８は回転対称非球面レンズの回転中心軸を含む面で切断した断面図を示す画面である。図１８に示すように、設計した回転対称非球面レンズは平凸レンズである。
【０１９４】
図１９、図２０及び図２１はスポットダイアグラム（Ｓｐｏｔ  ｄｉａｇｒａｍｓ）を示す画面である。図１９〜図２１のスポットダイアグラムから、図１７のレンズデータで設計された回転対称非球面レンズにより、ビームスポットを直径２μｍ以下に集光できることが分かる。
【０１９５】
図１７のレンズデータで記述される曲面を有する回転対称非球面レンズは、球面収差が非常に小さいため、ビームスポットを直径２μｍ以下に集光できる。よって、図１７のレンズデータで記述される回転対称非球面を基に、一軸方向のみに屈折率を有する回転対称非球面シリンドリカルレンズを設計することで、ビームスポットを幅２μｍ程度の極細い線状に集光するレンズを作製することができる。
【０１９６】
なお、図１７のレンズデータをもとに設計される回転対称非球面シリンドリカルレンズは焦点深度が±２μｍ程度となる。そのため、この焦点深度の範囲よりも表面粗さが大きい半導体膜を結晶化する場合は、オートフォーカス装置を用いて、ピントを調節しながら、レーザビームを照射することが好ましい。
【０１９７】
非球面シリンドリカルレンズは球面収差が小さいため、図１９〜図２１に示すように、非球面シリンドリカルレンズによってビーム幅が２μｍ以下の極細い線状に集光することが可能である。また、本実施例の非球面シリンドリカルレンズと同じように通過するビームを屈折して、ビームを幅が２μｍ以下の極細い線状に集光する屈折率分布レンズを設計することも可能である。屈折率分布レンズを設計するには、レンズ媒質の屈折率の勾配を決定することで可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１９８】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）本発明の半導体膜の結晶化方法を説明する断面図。
【図２】図１（Ｂ）に対応する斜視図。
【図３】本発明の半導体膜の結晶化方法に用いられるレーザ照射装置の構成を示す図。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）本発明によって形成された結晶性半導体膜を用いて、薄膜トランジスタを作製する方法を説明するための断面図。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）本発明の半導体装置の作製方法を説明するための断面図であり、アクティブマトリクス型液晶表示装置の作製方法を説明する断面図。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）図５（Ｄ）に続く工程を説明するための断面図。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）本発明の半導体装置の作製方法を説明するための断面図であり、アクティブマトリクス型発光装置の作製方法を説明する断面図。
【図８】本発明の半導体装置を表示部に有する電子機器の外観図。（Ａ）携帯情報端末、（Ｂ）デジタルビデオカメラ、（Ｃ）携帯電話、（Ｄ）携帯型のテレビジョン装置、（Ｅ）携帯型のコンピュータ、（Ｆ）テレビジョン装置。
【図９】図８（Ｃ）の携帯電話の分解図。
【図１０】図８（Ｄ）及び図８（Ｆ）のテレビジョン装置の構成例を示すブロック図。
【図１１】本発明の非接触でデータの伝送が可能な半導体装置のブロック図。
【図１２】（Ａ）〜（Ｅ）本発明の半導体装置の作製方法を説明するための断面図であり、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の作製方法を説明する断面図。
【図１３】（Ａ）〜（Ｄ）図１２（Ｅ）に続く工程を説明するための断面図。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）図１３（Ｄ）に続く工程を説明するための断面図。
【図１５】（Ａ）〜（Ｄ）図１４（Ｃ）に続く工程を説明するための断面図。
【図１６】（Ａ）〜（Ｆ）本発明の非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途を説明する図。
【図１７】回転対称非球面レンズの設計に用いたソフトウエアのウインドウ画面であり、レンズデータが示されたウインドウ画面。
【図１８】回転対称非球面レンズの設計に用いたソフトウエアのウインドウ画面であり、回転対称非球面レンズの断面が示されたウインドウ画面。
【図１９】回転対称非球面レンズの設計に用いたソフトウエアのウインドウ画面であり、回転対称非球面レンズのスポットダイアグラムが示されたウインドウ画面。
【図２０】回転対称非球面レンズの設計に用いたソフトウエアのウインドウ画面であり、回転対称非球面レンズのスポットダイアグラムが示されたウインドウ画面。
【図２１】回転対称非球面レンズの設計に用いたソフトウエアのウインドウ画面であり、回転対称非球面レンズのスポットダイアグラムが示されたウインドウ画面。
【図２２】発明者らが開発した半導体膜の結晶化方法を説明するための斜視図。
【図２３】発明者らが開発した半導体膜の結晶化方法において、レーザビームのエネルギーと半導体膜の結晶構造の関係を示す図。
【符号の説明】
【０１９９】
Ｏｂ    被照射物
Ｗ０    線状レーザビームの幅
１    ガラス基板
２    絶縁膜
３    非晶質珪素膜
４    キャップ膜
５    線状レーザビーム
６    結晶性半導体
１００    基板
１０１    絶縁膜
１０２    半導体膜
１０３    キャップ膜
１０５    線状レーザビーム
１０６    液体状態の半導体
１０７    結晶性半導体
１０８    結晶性半導体膜
１０９    絶縁膜
１１０    ゲート配線
１１２    ｎ型不純物領域
１１３    チャネル形成領域
１１４    絶縁膜
１１５    配線
１５０    ビームスポット
１５１    レーザ
１５２    基板固定用ステージ
１５３    Ｘステージ
１５４    Ｙステージ
１５５    スリット
１５６    偏向ミラー
１５７    投影レンズ
１５８    集光レンズ
２０１、２０２、２０３    半導体層
２０１ｃ、２０２ｃ、２０３ｃ    チャネル形成領域
２０４    絶縁膜
２０５〜２０８    ゲート電極
２０９〜２１５    高濃度不純物領域
２１６〜２２３    低濃度不純物領域
２２５〜２２７    薄膜トランジスタ
２３１    酸化珪素膜（第１の層間絶縁膜）
２３２    窒化珪素膜（第１の層間絶縁膜）
２３３    酸化珪素膜（第１の層間絶縁膜）
２３４〜２３９    配線
２４０    接続端子
２４１    第２の層間絶縁膜
２４２    画素電極
２４３    絶縁膜
２４４    導電層
２５１    対向基板
２５２    着色層
２５３    画素電極
２５４    絶縁膜
２５５    液晶層
２５６    スペーサ
２５７    シール材
２５８    液晶素子
２６１    異方性導電膜
２６２    ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線）
２６３    端子部
２６４      駆動回路部
２６５    画素部
３０８〜３１３    配線
３１４    接続端子
３１５    第２の層間絶縁膜
３１６    電極層
３１７    有機絶縁物膜
３１８    発光物質を含む層
３１９    電極層
３２０    導電層
３２１    発光素子
３２２    保護膜
３２３    シール材
３２４    封止基板
３２５    空間
３２６    異方性導電層
３２７    ＦＰＣ
４００    基板
４０１    絶縁膜
４０２    剥離膜
４０４    薄膜トランジスタ
４０５    層間絶縁膜
４０６    配線
４０７    絶縁膜
４０８    導電膜
４１０    素子形成層
４１１    導電膜
４１２    絶縁膜
４１３    レーザビーム
４１４    開口部
４１５    粘着部材
４２２    可撓性基板
４３１    ＵＶシート
４３２    ダイシングフレーム
４３３    接続端子
４３４    レーザビーム
４４１    溝
４４２ａ、４４２ｂ    薄膜集積回路
４４４    エキスパンダ枠
４４６    溝
４５２ａ、４５２ｂ    導電膜
４５３    絶縁膜
４５４ａ、４５４ｂ    導電性粒子
４５５ａ、４５５ｂ    異方性導電接着剤
４５６    可撓性基板
４５７    アンテナ基板
４６１    レーザビーム
４６２ａ、４６２ｂ    半導体装置
４６３    可撓性基板
４６４    半導体装置
５００    半導体装置
５０１    ラベル台紙
５０２    ＩＤラベル
５０３    ボックス
５０４    ＩＤタグ
５０５    ＩＤカード
５０６    無記名債券
５０７    ボトル
５０８    自転車
２００１    アンテナ部
２００２    電源部
２００３    ロジック部
２０１１    アンテナ
２０２１    整流回路
２０２２    保持容量
２０２３    定電圧回路
２０３１    復調回路
２０３２    クロック生成・補正回路
２０３３    判定回路
２０３４    メモリコントローラ
２０３５    変調回路
２０３６    変調用抵抗
２０３７    符号化回路
２０３８    マスクＲＯＭ
２７００    筐体
２７０１    パネル
２７０２    ハウジング
２７０３    プリント配線基板
２７０４    操作ボタン
２７０５    バッテリ
２７０８    接続フィルム
２７０９    画素領域
９１０１    本体
９１０２    表示部
９２０１    本体
９２０２    表示部
９３０１    本体
９３０２    表示部
９４０１    本体
９４０２    表示部
９５０１    本体
９５０２    表示部
９５１１    チューナ
９５１２    映像検波回路
９５１３    映像信号処理回路
９５１４    コントロール回路
９５１５    表示パネル
９５１６    走査線駆動回路
９５１７    信号線駆動回路
９５１８    信号分割回路
９５２１    音声検波回路
９５２２    音声信号処理回路
９５２３    スピーカ
９５２４    制御回路
９５２５    入力部
９７０１    表示部
９７０２    表示部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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