(57)【要約】【課題】ＳＬＳ法を利用して形成される半導体膜を有する半導体デバイスであって、該半導体膜のレーザ照射領域中央部における微結晶の発生を軽減し結晶成長長さを長くすることにより、その半導体膜が大粒径の多結晶膜で構成されていることを特徴とする半導体デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】基板上に、少なくとも低熱伝導率薄膜、高熱伝導率薄膜および半導体膜が該順序にて積層形成された半導体デバイスであって、該低熱伝導率薄膜の熱伝導率が該基板の熱伝導率よりも低く、かつ該高熱伝導率薄膜の熱伝導率が該低熱伝導率薄膜の熱伝導率よりも高いことを特徴とする半導体デバイスを提供する。【選択図】　　　　図１
2004055906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも低熱伝導率薄膜、高熱伝導率薄膜および半導体膜が該順序にて積層形成された半導体デバイスであって、
該低熱伝導率薄膜の熱伝導率が該基板の熱伝導率よりも低く、かつ該高熱伝導率薄膜の熱伝導率が該低熱伝導率薄膜の熱伝導率よりも高いことを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
該低熱伝導率薄膜が耐熱性高分子膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項３】
該高熱伝導率薄膜が高熱伝導率絶縁膜であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体デバイス。
【請求項４】
該高熱伝導率薄膜が窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項５】
該高熱伝導率薄膜が窒化シリコンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項６】
該高熱伝導率薄膜が窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項７】
該高熱伝導率薄膜が酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項８】
該高熱伝導率薄膜が酸化セリウムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項９】
該低熱伝導率薄膜と該高熱伝導率薄膜との間にこれら両者のいずれとも異なる薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
該高熱伝導率薄膜の膜厚が１０〜１５０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
基板上に、少なくとも低熱伝導率薄膜、高熱伝導率薄膜および半導体膜が該順序にて積層形成された半導体デバイスの製造方法であって、基板上に、該基板の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導率薄膜を形成する工程と、
該低熱伝導率薄膜上に、該低熱伝導率薄膜の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率薄膜を形成する工程と、
該高熱伝導率薄膜上に、半導体膜を形成する工程と、
該半導体膜上に、パルス放射するスリット状エネルギビームを照射することによって、該半導体膜を結晶化する工程と、
を包含することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
基板上に、少なくとも低熱伝導率薄膜、薄膜、高熱伝導率薄膜および半導体膜が該順序にて積層形成された半導体デバイスの製造方法であって、
基板上に、該基板の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導率薄膜を形成する工程と、
該低熱伝導率薄膜上に、該低熱伝導率薄膜と該高熱伝導率薄膜の両者のいずれとも異なる薄膜を形成する工程と、
該薄膜上に、該低熱伝導率薄膜の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率薄膜を形成する工程と、
該高熱伝導率薄膜上に、半導体膜を形成する工程と、
該半導体膜上に、パルス放射するスリット状エネルギビームを照射することによって、該半導体膜を結晶化する工程と、
を包含することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは、半導体膜における結晶成長長さを著しく長くすることができる半導体デバイスおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アクティブマトリクス方式の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ；Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）が高画質な表示装置として注目されている。そのアクティブマトリクス方式ＬＣＤの画素駆動素子（画素駆動用トランジスタ）として、透明絶縁基板上に形成された多結晶シリコン膜をアクティブチャネル領域に用いた多結晶シリコンＴＦＴの開発が進められている。
【０００３】
多結晶シリコンＴＦＴは、アモルファスシリコン膜をアクティブチャネル領域に用いたアモルファスシリコンＴＦＴに比べ、以下のような利点がある。
【０００４】
まず、多結晶シリコン膜の電界効果移動度はアモルファスシリコン膜に比べて二桁以上大きいので、ＴＦＴゲート幅を小さく微細化しても十分な画素書き込みができる。このため、画面の解像度を上げ画素を細かくしても大きな開口率が得られるので、高精細かつ高輝度な表示装置を提供することができる。
【０００５】
またＴＦＴの動作速度も二桁以上速くなるので画素部（表示部）だけでなく、周辺駆動回路（ドライバ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのメモリやプロセッサまでも同一基板上に一体にして形成することができる。このため、別にドライバＩＣや駆動回路基板を表示装置に実装する必要がなくなるのでコスト低減が可能となる。
【０００６】
この多結晶シリコン膜は、たとえば堆積しているアモルファス又は微結晶シリコンからなる半導体膜をエキシマレーザで結晶化（ＥＬＡ：Ｅｘｃｉｍｅｒ　Ｌａｓｅｒ　Ａｎｎｅａｌ）することにより得られる。ＥＬＡ法は、図５に示すような絶縁性の基板２、酸化シリコンからなる絶縁膜７、半導体膜５から構成された構造（この構造を以下従来構造１と呼ぶ）のサンプルに対し、一定速度で走査しながら長さ２００〜４００ｍｍ、幅０．２〜１．０ｍｍ程度の線状のレーザ８を半導体膜５上に連続的に照射する方法が一般的である。このときレーザを照射した部分の半導体膜は厚さ方向全域にわたって溶融するのではなく、一部の半導体膜領域を残したまま溶融する。このため、未溶融領域と溶融領域との界面全面においていたるところに結晶核が発生するとともに半導体膜最表層に向かって結晶が成長し、ランダムな方位の結晶粒が形成されるため結晶粒径は１００〜２００ｎｍと非常に小さくなる。
【０００７】
多結晶シリコン膜の結晶粒界には、不対電子が多数存在するためポテンシャル障壁を形成しキャリアの強い散乱体として作用する。従って結晶粒界が少ない、つまり結晶粒径が大きい多結晶シリコン膜で形成されたＴＦＴほど、一般に電界効果移動度は高くなる。
【０００８】
しかしながら、従来のＥＬＡ法では前述のように、未溶融領域と溶融領域との界面のランダムな位置において結晶化が起こる縦方向結晶成長であるので、大粒径の多結晶シリコン膜を得ることは難しく電界効果移動度の高いＴＦＴを得ることが困難であった。
【０００９】
そこで、特表２０００−５０５２４１公報に記載されているように、図４に示すようなレーザ加工装置を用いることによって「基板上の半導体材料の膜に横方向に延在する結晶領域を形成するに当たり、（ａ）半導体材料中に熱を誘導するパルス状の放射を用い、前記膜の第１の部分を露光してその厚さにわたって第１の部分の半導体材料を溶融し、（ｂ）前記第１の部分の半導体を凝固させ、前記第１の部分の境界部分に少なくとも１個の半導体結晶を形成し、この第１の部分を次の処理に対する以前の部分とし、（ｃ）前記以前の部分からステップ移動方向にステップ移動すると共に少なくとも１個の半導体結晶と部分的に重なり合う半導体の別の部分を露光し、（ｄ）前記別の部分の溶融した半導体材料を凝固させ、半導体結晶をステップ移動方向に成長させることにより半導体結晶を拡大させ、（ｅ）工程（ｃ）と（ｄ）の組合せを繰り返し、所望の結晶領域が形成されるまで、各工程の別の部分を次の工程に対して以前の部分とする方法。」、いわゆる連続横方向結晶成長（ＳＬＳ：Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ　Ｌａｔｅｒａｌ　Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法が提案されている。前記公表公報に記載の方法は、微細幅のパルスレーザを半導体膜に照射し、半導体膜をレーザ照射領域の厚さ方向全域にわたって溶融・凝固させて結晶化を行うものである。
【００１０】
上記従来構造１の半導体デバイス（図５）に対し１回のパルス照射で形成された針状結晶組織の模式図を図２（ｂ）に示す。たとえば、２〜１０μｍの微細幅のレーザ照射によってレーザ照射領域が溶融し、未溶融領域と溶融領域との界面から横方向すなわち基板に水平な方向に結晶成長し、溶融領域中央部において発生した微結晶と両側から成長した結晶とが衝突し成長が終了する。
【００１１】
ＳＬＳ法において１回のパルス照射で成長する結晶の長さは、たとえば基板温度３００℃において波長３０８ｎｍのエキシマレーザを照射した場合には、１〜１．２μｍ程度と従来のＥＬＡ法に比べ非常に大きくなることが知られている（応用物理学会結晶工学分科会第１１２回研究会テキストｐ．１９〜２５）。さらにＳＬＳ法において位相シフトマスクを用いるなどして放射照度の分布（ビームプロファイル）を工夫することで結晶成長方向を制御し、結晶粒界の数を減らす方法もある。
【００１２】
また、従来のＥＬＡ法でレーザ照射後の半導体膜の凝固速度を低下させることで大きな結晶粒を得る手法も考案されている（特開平１０−１５０２００号公報）。
【００１３】
この特開平１０−１５０２００号公報に記載の方法は、図６に示すように絶縁性の基板２上に耐熱性高分子膜３を形成し、この耐熱性高分子膜３の上に絶縁膜６を形成し、この絶縁膜６の上に半導体膜５を形成し（この構造を以下従来構造２と呼ぶ）、この半導体膜５にレーザ８を照射して半導体膜を溶融し結晶化させる構成である。耐熱性高分子膜３の熱伝導率が絶縁性の基板２としてよく用いられる石英ガラスの熱伝導率よりも小さいため、耐熱性高分子膜３の断熱効果により、レーザ照射により溶解した半導体膜５の熱エネルギがほとんど絶縁膜６に蓄積され、これにより半導体膜５の凝固速度が従来より低下しその結果として大きな結晶粒の半導体結晶を得ることができる。
【００１４】
しかしながら、ＳＬＳ法において１回のパルス照射を行った際に未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、ＥＬＡ法よりは大きく成長するものの溶融領域中央部から発生した微結晶に阻まれてその成長が抑制されていた（図２（ｂ））。図２（ｂ）においてレーザ照射されたスリット状の領域の中央部には微結晶領域１０が発生しており、結晶９の結晶成長長さ１８はスリットの端から前記微結晶領域までの長さとなっている。
【００１５】
ＳＬＳ法の目的からして一回のレーザ照射による結晶成長長さ１８はできるだけ長い方が望ましい。しかしながら、スリットの幅を広くしても微結晶領域１０の幅が広くなるだけで、結晶成長長さ１８はある程度以上長くなることはできなかった。
【００１６】
つまり、結晶成長長さ１８を長くするためには図２（ａ）のように中央の微結晶１０を発生させないか、あるいはその発生量をできるだけ少なくし、その代わりに結晶成長長さ１８が長くなる方法を考案しなければならなかった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＳＬＳ法を利用して形成される半導体膜を有する半導体デバイスであって、該半導体膜のレーザ照射領域中央部における微結晶の発生を軽減し結晶成長長さを長くすることにより、その半導体膜が大粒径の多結晶膜で構成されていることを特徴とする半導体デバイスおよびその製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、基板上に、少なくとも低熱伝導率薄膜、高熱伝導率薄膜および半導体膜が該順序にて積層形成された半導体デバイスであって、該低熱伝導率薄膜の熱伝導率が該基板の熱伝導率よりも低く、かつ該高熱伝導率薄膜の熱伝導率が該低熱伝導率薄膜の熱伝導率よりも高いことを特徴とする半導体デバイスを提供するものである。
【００１９】
また、本発明の半導体デバイスは、該低熱伝導率薄膜が耐熱性高分子膜であるものとすることができる。
【００２０】
さらに、本発明の半導体デバイスは、該高熱伝導率薄膜が高熱伝導率絶縁膜であるものとすることができる。
【００２１】
ここで、上記の高熱伝導率薄膜は窒化アルミニウムとすることができる。
また、該高熱伝導率薄膜は窒化シリコンとすることもできる。
【００２２】
また、該高熱伝導率薄膜は窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物とすることもできる。
【００２３】
また、該高熱伝導率薄膜は酸化マグネシウムとすることもできる。
また、該高熱伝導率薄膜は酸化セリウムとすることもできる。
【００２４】
一方、本発明の半導体デバイスは、該低熱伝導率薄膜と該高熱伝導率薄膜との間にこれら両者のいずれとも異なる薄膜を形成することができる。
【００２５】
また、本発明の半導体デバイスの高熱伝導率薄膜は、その膜厚が１０〜１５０ｎｍとすることが好ましい。
【００２６】
またさらに、本発明は、基板上に少なくとも低熱伝導率薄膜、高熱伝導率薄膜および半導体膜が該順序にて積層形成された半導体デバイスの製造方法であって、基板上に該基板の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導率薄膜を形成する工程と、該低熱伝導率薄膜上に該低熱伝導率薄膜の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率薄膜を形成する工程と、該高熱伝導率薄膜上に半導体膜を形成する工程と、該半導体膜上にパルス放射するスリット状エネルギビームを照射することによって該半導体膜を結晶化する工程と、を包含することを特徴とする半導体デバイスの製造方法を提供するものである。
【００２７】
また、本発明は、基板上に少なくとも低熱伝導率薄膜、薄膜、高熱伝導率薄膜および半導体膜が該順序にて積層形成された半導体デバイスの製造方法であって、基板上に該基板の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導率薄膜を形成する工程と、該低熱伝導率薄膜上に該低熱伝導率薄膜と該高熱伝導率薄膜の両者のいずれとも異なる薄膜を形成する工程と、該薄膜上に該低熱伝導率薄膜の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導率薄膜を形成する工程と、該高熱伝導率薄膜上に半導体膜を形成する工程と、該半導体膜上にパルス放射するスリット状エネルギビームを照射することによって該半導体膜を結晶化する工程と、を包含することを特徴とする半導体デバイスの製造方法をも提供している。
【００２８】
ここで、本発明が上記の各構成を採用することにより、図２（ａ）のような結晶成長長さ１８が長い状態になる理由を以下に説明する。
【００２９】
一般的に冷却による結晶化は、物体の温度がその融点を下まわった時に起きる。その時に周囲に結晶成長の種となる結晶と結晶成長に必要な時間があれば、前記結晶を種として結晶化し結晶成長する。逆に種となる結晶が存在しないかあるいは冷却速度が早く結晶成長に必要な時間が無い場合は、微結晶となってしまう。
【００３０】
したがって図２（ａ）のように結晶成長長さ１８を長い状態に結晶化させるためには、スリットの端から結晶化が始まり、そこから中央に向けて順次結晶成長が進行し中央が最後に結晶化する必要がある。そのためにはスリットの端が最初に融点を下回り、そこから中央に向けて順次融点を下まわり中央部が最後に融点を下回るように冷却されなければならない。
【００３１】
これに対して従来のＳＬＳ法では、図２（ｂ）に示す如く中央部に微結晶領域１０が存在し結晶成長がそこで止まっている。これは結晶９が中央に向けて結晶成長する前に、あるいは結晶が成長するのとほぼ同時に中央部の温度が融点を下回り、その部分で結晶化してしまったためと考えられる。すなわち、結晶の先端１９が融点を下回るより前に、あるいはこれとほぼ同時に中央部の方が先に融点を下回ったのである。
【００３２】
したがって図２（ａ）のように結晶成長長さ１８を長くするように結晶成長をさせるためには、スリットの端側から速やかに廃熱することによりスリットの端側の温度を早く下げるようにし、且つ端から中央に向けて順次融点を下まわるようにすることが必要となる。
【００３３】
本発明の上記各構成は、このような廃熱条件を制御可能としたものであり、より具体的には、半導体膜（たとえばアモルファスシリコン膜）の下地膜として高熱伝導率薄膜を配置し、半導体膜の熱が前記高熱伝導率薄膜を通じて速やかに廃熱されるようにしたところをひとつの技術的特徴点としている。
【００３４】
またさらに、本発明においてはかかる高熱伝導率薄膜を適切な厚さとするとともに、その下方に耐熱性高分子膜等の熱伝導率の低い物質で構成される低熱伝導率薄膜を配置することによって高熱伝導率薄膜から基板方向に向かって熱が逃げるのを抑止するようにしており、この点も本発明における技術的特徴点である。
【００３５】
本発明においては、このような構成を採用することにより、熱は主に高熱伝導率薄膜の側方から（すなわち高熱伝導率薄膜から基板へ向かう方向と垂直をなす方向へと）廃熱されるようになり、スリット中央部における冷却速度を遅くすることに成功したものである。
【００３６】
すなわち、本発明の半導体デバイスは、その半導体膜を結晶化させる際にスリットの端が最初に融点を下回り、そこから中央に向けて順次融点を下回り中央部が最後に融点を下回ることとなるため、図２（ａ）のように半導体膜の結晶成長長さ１８を著しく長くすることが可能となったものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下に説明する。
【００３８】
本発明の半導体デバイスは図１に示すように、基板２上に低熱伝導率薄膜３を形成し、低熱伝導率薄膜３上に高熱伝導率薄膜４を形成し、高熱伝導率薄膜４上に半導体膜５を形成した構成を有し、この半導体膜５をＳＬＳ法によりレーザ８で結晶化することを特徴としている。
【００３９】
＜薄膜積層形成方法＞
以下、基板２上に前記複数の薄膜を順次積層形成する方法について説明する。
【００４０】
まず、基板２上に低熱伝導率薄膜３を形成する。ここで基板２としては、絶縁性であることが好ましくガラス基板や石英基板等を用いることができるが、安価である点および大面積基板を容易に製造できる点でガラス基板を用いることが好適である。
【００４１】
また、低熱伝導率薄膜３は、膜厚が１００ｎｍ〜５００ｎｍとなるように、塗布法やプラズマエンハンスド化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）などにより積層することができる。かかる低熱伝導率薄膜３としては、熱伝導率が１．０（Ｗ／ｍＫ）以下、好ましくは０．３（Ｗ／ｍＫ）以下であれば特に限定されないが、通常耐熱性高分子膜とすることが好ましい。ここで耐熱性高分子膜とは、後述の半導体膜５を結晶化する際にかけられる熱により劣化しない高分子膜をいい、３００℃以上、好ましくは４００℃以上の耐熱性を有する高分子膜が好ましい。たとえばエチル（Ｃ２Ｈ５）基、プロピル（Ｃ３Ｈ７）基、ブチル（Ｃ４Ｈ９）基、ビニル（Ｃ２Ｈ３）基、フェニル（Ｃ６Ｈ５）基、ＣＦ３基のいずれかを含有する、耐熱性が高く熱伝導率の低い有機置換基含有シリコン酸化物を用いることが好適である。なお、このような低熱伝導率薄膜３はポーラス構造とすることにより、熱伝導率をさらに低下させることが可能となるので好ましい。
【００４２】
次に、低熱伝導率薄膜３上に高熱伝導率薄膜４を形成する。高熱伝導率薄膜４は、膜厚が望ましくは１０〜１５０ｎｍとなるように、蒸着やイオンプレーティング、あるいはスパッタリングなどにより積層される。膜厚が１０ｎｍ未満の場合には十分な熱伝導効果が得られない場合がある一方、膜厚が１５０ｎｍを超える場合には逆に半導体膜５の結晶成長を阻害することになる場合がある。かかる高熱伝導率薄膜４としては、上記の低熱伝導率薄膜３の熱伝導率より高い熱伝導率を有するものであれば特に限定されないが、通常１０（Ｗ／ｍＫ）以上、好ましくは２０（Ｗ／ｍＫ）以上の熱伝導率を有していることが好ましい。また、高熱伝導率薄膜４は、このような熱伝導率を有するとともに絶縁性を示すものが好ましく、このため高熱伝導率絶縁膜とすることが特に好ましい。このような高熱伝導率絶縁膜としては、たとえば窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物、酸化マグネシウム、酸化セリウムなどを用いることが好適である。
【００４３】
次に、高熱伝導率薄膜４上に半導体膜５を形成する。半導体膜５は、膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍとなるように、プラズマエンハンスド化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、蒸着、又はスパッタリングなどにより積層される。かかる半導体膜５としては、半導体特性を示す従来公知のものであれば特に限定されないが、結晶成長長さを長くすることにより種々の特性が顕著に向上するアモルファスシリコン膜とすることが好ましい。しかし、アモルファスシリコンのように非晶質のものばかりに限らず、レーザ照射により結晶化される前の半導体膜５は、微結晶や多結晶などの結晶性半導体膜であってもよい。
【００４４】
なお、本発明においては、所望により低熱伝導率薄膜３と高熱伝導率薄膜４との間にこれら両者のいずれとも異なる薄膜６を形成することができる。薄膜６は、膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍとなるように、プラズマエンハンスド化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、蒸着、又はスパッタリングなどにより積層される。かかる薄膜６としては、絶縁性を示すものが好ましく、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなどから成る単膜またはこれらの積層膜を用いることができる。
【００４５】
＜半導体膜結晶化方法＞
次に、半導体膜５の側から半導体膜５に対し、パルス放射するスリット状エネルギビームを照射し、半導体膜５を結晶化する。パルス放射するスリット状エネルギビームとしては、２〜１０μｍの微細幅の短パルスレーザが好ましく、当該照射は通常室温において行なうことができる。なお、以下の実施の形態では短パルスレーザとして、波長３０８ｎｍ（ＸｅＣｌ），パルス幅３０ｎｓのエキシマレーザを用いているが、レーザであればエキシマレーザに限定されることはなく、各種のレーザ８を用いることができる。
【００４６】
図４は半導体膜５を結晶化するための装置の概念図を示しており、レーザ発振器１１、可変減衰器１２、フィールドレンズ１３、マスク１４、結像レンズ１５、サンプルステージ１６およびいくつかのミラーを含んでいる。さらにこれらはコントローラ１７により制御されている。このレーザ加工装置を用いることにより、ステージ１６上の半導体デバイス１に放射パルスを供給することができる。
【００４７】
以上のようにして本発明の半導体デバイス、すなわち半導体膜の結晶成長長さを著しく長くした半導体デバイスを製造することができる。なお、本発明にいう結晶成長長さ１８とは、図２に示すように半導体膜５中の横方向に成長する結晶の長さをいい、照射されるスリット状エネルギビームのスリット端からその成長が停止した結晶の先端１９までの長さをいう。
【００４８】
＜作用＞
本発明においては前述の構成を採用したことにより半導体膜５における結晶成長は非常に大きなものとなる。本発明がこのように優れた作用を奏するのは、以下のようにその構成と密接に関係している。
【００４９】
すなわち、本発明の高熱伝導率薄膜４の熱伝導率は非常に高く，たとえば窒化アルミニウムの場合その熱伝導率は約３５（Ｗ／ｍＫ）という数値を示す。このように高熱伝導率薄膜４に接する低熱伝導率薄膜３の熱伝導率と比べて非常に高いため、レーザ照射により生じた熱エネルギは高熱伝導率薄膜４内を速やかに横方向に拡散することとなる。しかも、本発明の低熱伝導率薄膜３の熱伝導率は、低熱伝導率薄膜３に接する基板２の熱伝導率（たとえばガラス基板の場合その熱伝導率は０．８（Ｗ／ｍＫ）である）および高熱伝導率薄膜４の熱伝導率と比べて非常に低いため、高熱伝導率薄膜４に拡散してきた熱エネルギが基板方向へ拡散することを抑制できる。
【００５０】
このように本発明においては、高熱伝導率薄膜４と低熱伝導率薄膜３とを接するように積層させた構成を有しているため、従来構造が有していた問題点を更に相乗的に一掃させた作用を有する。すなわち、従来構造１および２においては、レーザ照射によりアモルファスシリコン膜５内で発生した熱エネルギは基板方向へ拡散しにくくなるばかりではなく横方向へも拡散しにくくなるため、レーザ照射後の冷却過程において溶融した部分が凝固する際に放出する潜熱に起因して、溶融領域中央部と凝固領域との界面付近には局所的に温度が高くなる領域が生じる一方、溶融領域中央部では熱エネルギが横方向へ拡散しにくいためほとんど熱勾配が形成されないという問題点が存した。このため、これらの従来構造においては、レーザ照射後の冷却過程において未溶融領域と溶融領域との界面から溶融領域中央部へ向かって凝固温度を下回った領域が順次凝固していくとともに、これとは別に溶融領域中央部でも凝固温度を下回って凝固が起こる領域が生じていた。したがって、この溶融領域中央部では広範囲の溶融領域がほぼ同時に凝固温度を下回ることになるため、発生した結晶核の成長が別に発生した結晶核に阻害されることとなり、結晶粒径の非常に小さい微結晶が大量に発生する原因となっていた。その結果、これらの従来構造においては、１回のパルス照射を行った際に未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、溶融領域中央部において発生した当該微結晶により成長を阻害されることとなりあまり大きく成長することができなかったところ、本発明においてはこの問題点を一掃した作用を有している。
【００５１】
以上要するに、本発明の半導体デバイス１は、基板２の上に低熱伝導率薄膜３が形成され、低熱伝導率薄膜３の上に高熱伝導率薄膜４が形成され、高熱伝導率薄膜４の上に半導体膜５が形成された構造を有するため、レーザ８照射により半導体膜５に生じた熱エネルギは高熱伝導率薄膜４に達した後低熱伝導率薄膜３の断熱効果により基板方向には拡散することができないとともに、高熱伝導率薄膜４の高い熱伝導効果により高熱伝導率薄膜４中を横方向に拡散することとなる。
【００５２】
本発明においては、このような低熱伝導率薄膜３と高熱伝導率薄膜４との相乗効果により、レーザ照射後の冷却過程において高熱伝導率薄膜４に接した半導体膜５は、溶融した部分が凝固する際に放出する潜熱が横方向へ拡散されるため、溶融領域中央部と凝固領域との界面付近に局所的に温度が高くなる領域が生じることがなく、溶融領域中央部から未溶融領域と溶融領域との界面に渡って緩やかに減少する温度勾配となる。このため、１回のパルス照射を行った際の溶融領域中央部における微結晶の発生を抑制することができる。したがって、溶融領域の凝固過程において未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、溶融領域中央部において従来構造１および２で発生していたような微結晶によってその成長を抑制されることがない。この結果、未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は非常に大きくなり、このように１回のパルス照射を行なった際に成長する結晶が大きくなるので、ＳＬＳ法により結晶化することによって大粒径の多結晶シリコン膜を効率よく得ることができる。すなわち、たとえば４μｍのスリット幅であるレーザを照射した場合、従来構造１および２に対してＳＬＳ法により結晶成長させた場合にはその結晶成長長さはせいぜい１〜１．２μｍ程度であるが、本発明の構造を採用することにより結晶成長長さを２μｍ以上とすることができる。
【００５３】
以下、具体的な実施の形態を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５４】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図１、図２を用いて以下に詳細に説明する。
【００５５】
本実施の形態１では、高熱伝導率薄膜４として高熱伝導率絶縁膜である窒化アルミニウム膜４を用いることを特徴としており、ガラスの基板２上に低熱伝導率薄膜３として耐熱性高分子膜３を積層形成し、該低熱伝導率薄膜３上にこの高熱伝導率薄膜４を積層形成し、該高熱伝導率薄膜４上に半導体膜５としてアモルファスシリコン膜５を積層形成させることにより半導体デバイス１（図１）としたものである。
【００５６】
そしてこの半導体膜５であるアモルファスシリコン膜５に対しレーザを１回照射した後にＳＥＣＯエッチングを行ないＳＥＭ観察した。そのＳＥＭ観察結果を模式的に示したものが図２（ａ）である。図２（ａ）より明らかなように、半導体膜５中のシリコンの結晶成長長さ１８が従来構造１（図２（ｂ））のものや従来構造２（図２（ｃ））のものと比べ非常に長く成長しており、結晶粒が大きく成長していることがわかる。この結晶成長長さ１８は、たとえば４μｍのスリット幅であるレーザを照射した場合、約２μｍの長さとなりレーザ照射中央部で衝突して成長が完了する。
【００５７】
窒化アルミニウム膜４の熱伝導率は約３５（Ｗ／ｍＫ）という数値を示し、窒化アルミニウム膜４に接する低熱伝導率薄膜３である耐熱性高分子膜３の熱伝導率（約０．３（Ｗ／ｍＫ））と比べて非常に高い。このため、レーザ照射により生じた熱エネルギは窒化アルミニウム膜４に達した後、耐熱性高分子膜３の断熱効果により基板方向には拡散せずに、窒化アルミニウム膜４の高い熱伝導効果により窒化アルミニウム膜４中を横方向に拡散する。したがって、レーザ照射後の冷却過程において窒化アルミニウム膜４に接したアモルファスシリコン膜５は、溶融領域中央部から未溶融領域と溶融領域との界面に渡って緩やかに減少する温度勾配となるため、１回のパルス照射を行なった際の溶融領域中央部における微結晶の発生を抑制することができる。このため、溶融領域の凝固過程において未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、溶融領域中央部において従来構造で発生していたような微結晶によってその成長を抑制されることがない。この結果、未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は非常に大きくなる。
【００５８】
図８に窒化アルミニウム膜４の膜厚を様々に変えたサンプルに対して、４μｍのスリット幅であるレーザを照射した際の結晶成長長さ１８の測定結果を示す。図８中結晶成長長さ１８が２μｍ以上と大きく成長した場合については「○」を記入してある。図８から明らかなように、窒化アルミニウム膜４の膜厚が１０〜１５０ｎｍであるとき大きく結晶成長していることがわかる。
【００５９】
このように本発明の実施の形態１によると、レーザ８照射により生じた熱エネルギの横方向への拡散を促進することで、ＳＬＳ法を利用してさらに大粒径の多結晶シリコン膜（半導体膜５）を得ることができる。
【００６０】
このようにして形成した膜について適当な処理を行うことでトランジスタを形成することができ、液晶パネルなどの表示素子として用いることが可能である。
【００６１】
この場合、本発明によれば結晶粒が従来の場合より格段に大きいためトランジスタのチャネルを流れるキャリアの移動度が高く、高性能の素子が得られる。
【００６２】
＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２について、図１、図２を用いて以下に詳細に説明する。
【００６３】
本実施の形態２では、高熱伝導率薄膜４として高熱伝導率絶縁膜である窒化シリコン膜４を用いることを特徴としており、ガラスの基板２上に低熱伝導率薄膜３として耐熱性高分子膜３を積層形成し、該低熱伝導率薄膜３上にこの高熱伝導率薄膜４を積層形成し、該高熱伝導率薄膜４上に半導体膜５としてアモルファスシリコン膜５を積層形成させることにより半導体デバイス１（図１）としたものである。
【００６４】
そしてこの半導体膜５であるアモルファスシリコン膜５に対しレーザを１回照射した後にＳＥＣＯエッチングを行ないＳＥＭ観察した。そのＳＥＭ観察結果を模式的に示したものが図２（ａ）である。図２（ａ）より明らかなように、半導体膜５中のシリコンの結晶成長長さ１８が従来構造１（図２（ｂ））のものや従来構造２（図２（ｃ））のものと比べ非常に長く成長しており、結晶粒が大きく成長していることがわかる。この結晶成長長さ１８は、たとえば４μｍのスリット幅であるレーザを照射した場合、約２μｍの長さとなりレーザ照射中央部で衝突して成長が完了する。
【００６５】
窒化シリコン膜４の熱伝導率は約１０（Ｗ／ｍＫ）という数値を示し、窒化シリコン膜４に接する低熱伝導率薄膜３である耐熱性高分子膜３の熱伝導率（約０．３（Ｗ／ｍＫ））と比べて非常に高い。このため、レーザ照射により生じた熱エネルギは窒化シリコン膜４に達した後、耐熱性高分子膜３の断熱効果により基板方向には拡散せずに、窒化シリコン膜４の高い熱伝導効果により窒化シリコン膜４中を横方向に拡散する。したがって、レーザ照射後の冷却過程において窒化シリコン膜４に接したアモルファスシリコン膜５は、溶融領域中央部から未溶融領域と溶融領域との界面に渡って緩やかに減少する温度勾配となるため、１回のパルス照射を行った際の溶融領域中央部における微結晶の発生を抑制することができる。このため、溶融領域の凝固過程において未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、溶融領域中央部において従来構造で発生していたような微結晶によってその成長を抑制されることがない。この結果、未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は非常に大きくなる。
【００６６】
図８に窒化シリコン膜４の膜厚を様々に変えたサンプルに対して、４μｍのスリット幅であるレーザを照射した際の結晶成長長さ１８の測定結果を示す。図８中結晶成長長さ１８が２μｍ以上と大きく成長した場合については「○」を記入してある。図８から明らかなように、窒化シリコン膜４の膜厚が１０〜１５０ｎｍであるとき大きく結晶成長していることがわかる。
【００６７】
窒化シリコンは窒化アルミニウムより熱伝導率は低いものの、構成元素がシリコンであり積層するアモルファスシリコンとの整合性がよいこと、プロセス的に窒化シリコンもアモルファスシリコンもともにＣＶＤで成膜できること、あるいは同一のシリコンターゲットを用いて反応性スパッタリングにより窒化シリコンを通常のスパッタリングによりアモルファスシリコンを作成する等簡略化が可能となる。
【００６８】
このように本発明の実施の形態２によると、レーザ８照射により生じた熱エネルギの横方向への拡散を促進することで、ＳＬＳ法を利用してさらに大粒径の多結晶シリコン膜（半導体膜５）を得ることができる。
【００６９】
このようにして形成した膜について適当な処理を行うことでトランジスタを形成することができ、液晶パネルなどの表示素子として用いることが可能である。
【００７０】
この場合、本発明によれば結晶粒が従来の場合より格段に大きいためトランジスタのチャネルを流れるキャリアの移動度が高く、高性能の素子が得られる。
【００７１】
＜実施の形態３＞
本発明の実施の形態３について、図１、図２を用いて以下に詳細に説明する。
【００７２】
本実施の形態３では、高熱伝導率薄膜４として高熱伝導率絶縁膜である窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物からなる膜４を用いることを特徴としており、ガラスの基板２上に低熱伝導率薄膜３として耐熱性高分子膜３を積層形成し、該低熱伝導率薄膜３上にこの高熱伝導率薄膜４を積層形成し、該高熱伝導率薄膜４上に半導体膜５としてアモルファスシリコン膜５を積層形成させることにより半導体デバイス１（図１）としたものである。
【００７３】
そしてこの半導体膜５であるアモルファスシリコン膜５に対しレーザを１回照射した後にＳＥＣＯエッチングを行ないＳＥＭ観察した。そのＳＥＭ観察結果を模式的に示したものが図２（ａ）である。図２（ａ）より明らかなように、半導体膜５中のシリコンの結晶成長長さ１８が従来構造１（図２（ｂ））のものや従来構造２（図２（ｃ））のものと比べ非常に長く成長しており、結晶粒が大きく成長していることがわかる。この結晶成長長さ１８は、たとえば４μｍのスリット幅であるレーザを照射した場合、約２μｍの長さとなりレーザ照射中央部で衝突して成長が完了する。
【００７４】
窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物からなる膜４の熱伝導率は約２０（Ｗ／ｍＫ）という数値を示し、窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物からなる膜４に接する低熱伝導率薄膜３である耐熱性高分子膜３の熱伝導率（約０．３（Ｗ／ｍＫ））と比べて非常に高い。このため、レーザ照射により生じた熱エネルギは窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物からなる膜４に達した後、耐熱性高分子膜３の断熱効果により基板方向には拡散せずに、窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物からなる膜４の高い熱伝導効果により窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物からなる膜４中を横方向に拡散する。したがって、レーザ照射後の冷却過程において窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物からなる膜４に接したアモルファスシリコン膜５は、溶融領域中央部から未溶融領域と溶融領域との界面に渡って緩やかに減少する温度勾配となるため、１回のパルス照射を行った際の溶融領域中央部における微結晶の発生を抑制することができる。このため、溶融領域の凝固過程において未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、溶融領域中央部において従来構造で発生していたような微結晶によってその成長を抑制されることがない。この結果、未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は非常に大きくなる。
【００７５】
図８に窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物からなる膜４の膜厚を様々に変えたサンプルに対して、４μｍのスリット幅であるレーザを照射した際の結晶成長長さ１８の測定結果を示す。図８中結晶成長長さ１８が２μｍ以上と大きく成長した場合については「○」を記入してある。図８から明らかなように、窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物からなる膜４の膜厚が１０〜１５０ｎｍであるとき大きく結晶成長していることがわかる。
【００７６】
窒化アルミニウムと窒化シリコンの混合物からなる膜４は、その組成比率に従って熱伝導率を自由に設計することが可能であるためレーザ発振装置に対応したデバイスの膜厚や構成等を設計することが可能になる。
【００７７】
このように本発明の実施の形態３によると、レーザ８照射により生じた熱エネルギの横方向への拡散を促進することで、ＳＬＳ法を利用してさらに大粒径の多結晶シリコン膜（半導体膜５）を得ることができる。
【００７８】
このようにして形成した膜について適当な処理を行うことでトランジスタを形成することができ、液晶パネルなどの表示素子として用いることが可能である。
【００７９】
この場合、本発明によれば結晶粒が従来の場合より格段に大きいためトランジスタのチャネルを流れるキャリアの移動度が高く、高性能の素子が得られる。
【００８０】
＜実施の形態４＞
本発明の実施の形態４について、図１、図２を用いて以下に詳細に説明する。
【００８１】
実施の形態４では、高熱伝導率薄膜４として高熱伝導率絶縁膜である酸化マグネシウム膜４を用いることを特徴としており、ガラスの基板２上に低熱伝導率薄膜３として耐熱性高分子膜３を積層形成し、該低熱伝導率薄膜３上にこの高熱伝導率薄膜４を積層形成し、該高熱伝導率薄膜４上に半導体膜５としてアモルファスシリコン膜５を積層形成させることにより半導体デバイス１（図１）としたものである。
【００８２】
そしてこの半導体膜５であるアモルファスシリコン膜５に対しレーザを１回照射した後にＳＥＣＯエッチングを行ないＳＥＭ観察した。そのＳＥＭ観察結果を模式的に示したものが図２（ａ）である。図２（ａ）より明らかなように、半導体膜５中のシリコンの結晶成長長さ１８が従来構造１（図２（ｂ））のものや従来構造２（図２（ｃ））のものと比べ非常に長く成長しており、結晶粒が大きく成長していることがわかる。この結晶成長長さ１８は、たとえば４μｍのスリット幅であるレーザを照射した場合、約２μｍの長さとなりレーザ照射中央部で衝突して成長が完了する。
【００８３】
酸化マグネシウム膜４の熱伝導率は約６０（Ｗ／ｍＫ）という数値を示し、酸化マグネシウム膜４に接する低熱伝導率薄膜３である耐熱性高分子膜３の熱伝導率（約０．３（Ｗ／ｍＫ））と比べて非常に高い。このため、レーザ照射により生じた熱エネルギは酸化マグネシウム膜４に達した後、耐熱性高分子膜３の断熱効果により基板方向には拡散せずに、酸化マグネシウム膜４の高い熱伝導効果により酸化マグネシウム膜４中を横方向に拡散する。したがって、レーザ照射後の冷却過程において酸化マグネシウム膜４に接したアモルファスシリコン膜５は、溶融領域中央部から未溶融領域と溶融領域との界面に渡って緩やかに減少する温度勾配となるため、１回のパルス照射を行った際の溶融領域中央部における微結晶の発生を抑制することができる。このため、溶融領域の凝固過程において未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、溶融領域中央部において従来構造で発生していたような微結晶によってその成長を抑制されることがない。その結果、未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は非常に大きくなる。
【００８４】
図８に酸化マグネシウム膜４の膜厚を様々に変えたサンプルに対して、４μｍのスリット幅であるレーザを照射した際の結晶成長長さ１８の測定結果を示す。図８中結晶成長長さ１８が２μｍ以上と大きく成長した場合については「○」を記入してある。図８から明らかなように、酸化マグネシウム膜４の膜厚が１０〜１５０ｎｍであるとき大きく結晶成長していることがわかる。
【００８５】
酸化マグネシウムは、熱伝導率が高いだけでなく多結晶ながら非常に結晶配向性が高く、図３に示すようにたとえば（１１１）方向のみに配向させることが可能である。このため、レーザ照射した際酸化マグネシウムの配向性の影響を受けてシリコンが同一方向に結晶化され、結晶性に優れた多結晶シリコン膜を得ることができる可能性が高くなる。従って、得られた結晶化領域をチャネルとして使用すればより移動度の高いものが得られる可能性がある。
【００８６】
このように本発明の実施の形態４によると、レーザ８照射により生じた熱エネルギの横方向への拡散を促進することで、ＳＬＳ法を利用してさらに大粒径の多結晶シリコン膜（半導体膜５）を得ることができる。
【００８７】
このようにして形成した膜について適当な処理を行うことでトランジスタを形成することができ、液晶パネルなどの表示素子として用いることが可能である。
【００８８】
この場合、本発明によれば結晶粒が従来の場合より格段に大きいためトランジスタのチャネルを流れるキャリアの移動度が高く、高性能の素子が得られる。
【００８９】
＜実施の形態５＞
本発明の実施の形態５について、図１、図２を用いて以下に詳細に説明する。
【００９０】
実施の形態５では、高熱伝導率薄膜４として高熱伝導率絶縁膜である酸化セリウム膜４を用いることを特徴としており、ガラスの基板２上に低熱伝導率薄膜３として耐熱性高分子膜３を積層形成し、該低熱伝導率薄膜３上にこの高熱伝導率薄膜４を積層形成し、該高熱伝導率薄膜４上に半導体膜５としてアモルファスシリコン膜５を積層形成させることにより半導体デバイス１（図１）としたものである。
【００９１】
そしてこの半導体膜５であるアモルファスシリコン膜５に対しレーザを１回照射した後にＳＥＣＯエッチングを行ないＳＥＭ観察した。そのＳＥＭ観察結果を模式的に示したものが図２（ａ）である。図２（ａ）より明らかなように、半導体膜５中のシリコンの結晶成長長さ１８が従来構造１（図２（ｂ））のものや従来構造２（図２（ｃ））のものと比べ非常に長く成長しており、結晶粒が大きく成長していることがわかる。この結晶成長長さ１８は、たとえば４μｍのスリット幅であるレーザを照射した場合、約２μｍの長さとなりレーザ照射中央部で衝突して成長が完了する。
【００９２】
酸化セリウム膜４の熱伝導率は約１０（Ｗ／ｍＫ）という数値を示し、酸化セリウム膜４に接する低熱伝導率薄膜３である耐熱性高分子膜３の熱伝導率（約０．３（Ｗ／ｍＫ））と比べて非常に高い。このため、レーザ照射により生じた熱エネルギは酸化セリウム膜４に達した後、耐熱性高分子膜３の断熱効果により基板方向には拡散せずに、酸化セリウム膜４の高い熱伝導効果により酸化セリウム膜４中を横方向に拡散する。したがって、レーザ照射後の冷却過程において酸化セリウム膜４に接したアモルファスシリコン膜５は、溶融領域中央部から未溶融領域と溶融領域との界面に渡って緩やかに減少する温度勾配となるため、１回のパルス照射を行った際の溶融領域中央部における微結晶の発生を抑制することができる。このため、溶融領域の凝固過程において未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、溶融領域中央部において従来構造で発生していたような微結晶によってその成長を抑制されることがない。この結果、未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は非常に大きくなる。
【００９３】
図８に酸化セリウム膜４の膜厚を様々に変えたサンプルに対して、４μｍのスリット幅であるレーザを照射した際の結晶成長長さ１８の測定結果を示す。図８中結晶成長長さ１８が２μｍ以上と大きく成長した場合については「○」を記入してある。図８から明らかなように、酸化セリウム膜４の膜厚が１０〜１５０ｎｍであるとき大きく結晶成長していることがわかる。
【００９４】
酸化セリウムは、熱伝導率が高いだけでなく酸化マグネシウムと同じように同一方向のみに配向させることが可能であり、さらにその格子定数が５．４１Åとシリコンの格子定数５．４３Åに非常に近いため、シリコンと整合性よく成長させられる可能性がある。このため、結晶性に優れた多結晶シリコン膜を得ることができる可能性が高くなる。従って、得られた結晶化領域をチャネルとして使用すればより移動度の高いものが得られる可能性がある。
【００９５】
このように本発明の実施の形態５によると、レーザ８照射により生じた熱エネルギの横方向への拡散を促進することで、ＳＬＳ法を利用してさらに大粒径の多結晶シリコン膜（半導体膜５）を得ることができる。
【００９６】
このようにして形成した膜について適当な処理を行うことでトランジスタを形成することができ、液晶パネルなどの表示素子として用いることが可能である。
【００９７】
この場合、本発明によれば結晶粒が従来の場合より格段に大きいためトランジスタのチャネルを流れるキャリアの移動度が高く、高性能の素子が得られる。
【００９８】
＜実施の形態６＞
本発明の実施の形態６について、図２、図７を用いて以下に詳細に説明する。
【００９９】
実施の形態６では図７に示すように、絶縁性の基板２上に低熱伝導率薄膜３である耐熱性高分子膜３を積層形成し、耐熱性高分子膜３上に薄膜６である絶縁膜６を積層形成し、絶縁膜６上に高熱伝導率薄膜４である高熱伝導率絶縁膜４を積層形成し、高熱伝導率絶縁膜４上に半導体膜５であるアモルファスシリコン膜５を積層形成した後、アモルファスシリコン膜５をＳＬＳ法によりレーザ結晶化することを特徴としている。
【０１００】
ここで耐熱性高分子膜３の上に１０ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚で形成される薄膜６である絶縁膜６としては、該低熱伝導率薄膜３と該高熱伝導率薄膜４の両者のいずれとも異なるものであれば特に限定されることはなく、通常プラズマエンハンスド化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、蒸着、又はスパッタリングなどにより積層された酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなどから成る単膜またはこれらの積層膜を用いることができる。
【０１０１】
また、絶縁膜６上に高熱伝導率絶縁膜４を形成するには、高熱伝導率絶縁膜４の膜厚が望ましくは１０〜１５０ｎｍとなるように、蒸着、イオンプレーティング、又はスパッタリングなどにより積層形成する。
【０１０２】
次に、高熱伝導率絶縁膜４上にアモルファスシリコン膜５を形成するには、アモルファスシリコン膜５の膜厚が１０ｎｍ〜１００ｎｍとなるように、プラズマエンハンスド化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、蒸着、又はスパッタリングなどにより積層形成する。
【０１０３】
以上のように作成した半導体デバイスのアモルファスシリコン膜（半導体膜）５に対し前述の方法でレーザを１回照射した後にＳＥＣＯエッチングを行ないＳＥＭ観察した。そのＳＥＭ観察結果を模式的に示したものが図２（ａ）である。図２（ａ）より明らかなように、半導体膜５中のシリコンの結晶成長長さ１８が従来構造１（図２（ｂ））のものや従来構造２（図２（ｃ））のものと比べ非常に長く成長しており、結晶粒が大きく成長していることがわかる。この結晶成長長さ１８は、たとえば４μｍのスリット幅であるレーザを照射した場合、約２μｍの長さとなりレーザ照射中央部で衝突して成長が完了する。
【０１０４】
本実施の形態６では、耐熱性高分子膜３上に絶縁膜６が形成されているため、デバイス形成時の耐熱性高分子膜３に対するダメージが抑制されるとともに耐熱性高分子膜３の耐熱性をさらに向上させることができ、耐熱性高分子膜３の断熱効果が増加する。その結果、レーザ照射により生じた熱エネルギの横方向への拡散をさらに促進することができるので、より大粒径の結晶を得ることができる。
【０１０５】
このように本発明の実施の形態６によると、レーザ８照射により生じた熱エネルギの横方向への拡散を促進することで、ＳＬＳ法を利用してさらに大粒径の多結晶シリコン膜（半導体膜５）を得ることができる。
【０１０６】
このようにして形成した膜について適当な処理を行うことでトランジスタを形成することができ、液晶パネルなどの表示素子として用いることが可能である。
【０１０７】
この場合、本発明によれば結晶粒が従来の場合より格段に大きいためトランジスタのチャネルを流れるキャリアの移動度が高く、高性能の素子が得られる。
【０１０８】
＜実施の形態７＞
本発明の実施の形態７について、図４を用いて説明する。
【０１０９】
半導体デバイス１の構成は、実施の形態１〜６記載の何れかのものと同様であるのでここでは説明を省略する。
【０１１０】
図４はアモルファスシリコン膜５を結晶化するための装置の概念図を示しており、レーザ発振器１１、可変減衰器１２、フィールドレンズ１３、パターン化された投影マスク１４、結像レンズ１５、サンプルステージ１６およびいくつかのミラーを含んでいる。さらにこれらはコントローラ１７により制御されている。このレーザ加工装置を用いることにより、ステージ１６上の半導体デバイス１に放射パルスを供給することができる。なお本実施の形態ではレーザ発振器として、波長３０８ｎｍ（ＸｅＣｌ），パルス幅３０ｎｓのエキシマレーザを用いているが、レーザ発振器であれば上記エキシマレーザに限定されない。
【０１１１】
この装置により、１回前のレーザ照射で形成された針状結晶の一部に重複するように順次レーザパルスを照射していくと、既に成長した結晶を引継いでさらに長い針状の結晶が成長し、結晶の成長方向に方位の揃った長結晶を得ることが可能となる。
【０１１２】
さらに、本実施の形態の手順によれば高熱伝導率薄膜４は、絶縁性の基板２上の全面に渡って成膜されるので、高熱伝導率薄膜４を部分的に成膜する工程を含んだ技術よりも製造工程（結晶化プロセス）を短縮化できる。
【０１１３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明の半導体デバイス１は、基板２上に低熱伝導率薄膜（耐熱性高分子膜）３が形成され、低熱伝導率薄膜３の上に高熱伝導率薄膜（高熱伝導率絶縁膜）４が形成され、高熱伝導率薄膜４の上に半導体膜（アモルファスシリコン膜）５が形成された構造を有するため、レーザ照射により半導体膜５中に生じた熱エネルギは、高熱伝導率薄膜４に達した後低熱伝導率薄膜３の断熱効果により基板２方向には拡散せずに、高熱伝導率薄膜４の高い熱伝導効果により高熱伝導率薄膜４中を横方向に拡散することとなる。この低熱伝導率薄膜３と高熱伝導率薄膜４との相乗効果により、未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は、溶融領域中央部において従来構造で発生していたような微結晶によってその成長を抑制されることがない。このため、未溶融領域と溶融領域との界面から横方向に成長する結晶は非常に大きくなる。したがって、１回のパルス照射を行った際に成長する結晶が大きくなるので、ＳＬＳ法により結晶化することによって大粒径の多結晶シリコン膜（半導体膜５）を効率よく得ることができる。
【０１１５】
このようにして形成した膜について適当な処理を行うことでトランジスタを形成することができ、液晶パネルなどの表示素子として用いることが可能である。この場合、本発明によれば結晶粒が従来の場合より格段に大きいためトランジスタのチャネルを流れるキャリアの移動度が高く、高性能の素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体デバイスの概略断面図である。
【図２】半導体デバイスの半導体膜の表面結晶状態を示す概略図である。（ａ）は本発明の半導体デバイス、（ｂ）は従来構造１の半導体デバイス、（ｃ）は従来構造２の半導体デバイスをそれぞれ表す。
【図３】実施の形態４の酸化マグネシウムの結晶方位を説明するＸＲＤ測定結果である。
【図４】半導体膜を結晶化するためのレーザ加工装置の概念図である。
【図５】従来構造１の半導体デバイスの概略断面図である。
【図６】従来構造２の半導体デバイスの概略断面図である。
【図７】実施の形態６の半導体デバイスの概略断面図である。
【図８】レーザ照射した際の結晶成長長さの高熱伝導率薄膜の膜厚依存性を示す図である。
【符号の説明】
１　半導体デバイス、２　基板、３　低熱伝導率薄膜、４　高熱伝導率薄膜、５　半導体膜、６　薄膜、７　絶縁膜、８　レーザ、９　結晶、１０　微結晶領域、１１　レーザ発振器、１２　可変減衰器、１３　フィールドレンズ、１４　マスク、１５　結像レンズ、１６　サンプルステージ、１７　コントローラ、１８　結晶成長長さ、１９　結晶の先端。
【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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