(57)【要約】【課題】結晶品質を再現性良く評価することにより、結晶欠陥が低減され、結晶性が良好な結晶性半導体膜を得て、電子移動度が高い半導体装置を得る。【解決手段】基板１上に形成された非晶質半導体膜２にエネルギーを加えて結晶成長させることにより結晶性半導体膜を作製する方法において、結晶性半導体膜を構成する各結晶粒が、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下であるものの比率が０．３５以上１以下に制御する。例えば、エキシマレーザー光のエネルギー密度を３８０ｍＪ／ｃｍ２以上４００ｍＪ／ｃｍ２以下に設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた非晶質半導体膜にエネルギーを加えて得られる結晶性半導体膜において、
該結晶性半導体膜を構成する各結晶粒は、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下の少なくとも何れかの範囲内になるように制御されている結晶性半導体膜。
【請求項２】
前記結晶性半導体膜を構成する各結晶粒は、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下の少なくとも何れかの範囲内にあるものの比率が０．３５以上１以下になるように制御されている請求項１に記載の結晶性半導体膜。
【請求項３】
前記結晶性半導体膜を構成する各結晶粒は、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下の少なくとも何れかの範囲内にあるものの比率が最も高くなるように制御されている請求項１に記載の結晶性半導体膜。
【請求項４】
前記結晶性半導体膜はシリコン材料からなっている請求項１〜３の何れかに記載の結晶性半導体膜。
【請求項５】
基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、
該非晶質半導体膜に対して、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下の少なくとも何れかの範囲内になるように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化させる工程とを有する結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項６】
前記エネルギーの密度および供給時間の少なくとも何れかは、前記非晶質半導体膜にエネルギーを加えた後で、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下の少なくとも何れかの範囲内にあるものの比率が０．３５以上１以下になるように制御されている請求項５に記載の結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項７】
前記エネルギーの密度および供給時間の少なくとも何れかは、前記非晶質半導体膜にエネルギーを加えた後で、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下の少なくとも何れかの範囲内にあるものの比率が最も高くなるように制御されている請求項５に記載の結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項８】
前記結晶性半導体膜はシリコン材料からなっている請求項５〜７の何れかに記載の結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項９】
前記エネルギーは強光または荷電粒子によるエネルギーである請求項５に記載の結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項１０】
前記強光は、エキシマレーザ光およびＹＡＧレーザ光の何れかである請求項９に記載の結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項１１】
前記エキシマレーザ光のエネルギー密度は、３８０ｍＪ／ｃｍ２以上４００ｍＪ／ｃｍ２以下である請求項１０に記載の結晶性半導体膜の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜４の何れかに記載の結晶性半導体膜が用いれた半導体装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体装置が用いられた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶ドライバー装置、半導体メモリ装置、半導体論理回路などのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）チャネル領域などとして用いられる結晶性半導体膜とその製造方法、その結晶性半導体膜を用いたＴＦＴなどの半導体装置およびその半導体装置を用いた液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置などの表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、絶縁性表面を持つ基板上に形成された非単結晶絶縁膜または非単結晶絶縁基板などのような絶縁性表面を有する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晶質半導体膜を結晶化させる結晶化方法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、石英基板上に、スパッタリング法を用いて非晶質シリコン膜を１００ｎｍの膜厚に形成した後、この非晶質シリコン膜にエネルギーとしてエキシマレーザ光を照射して非晶質シリコン膜を結晶化させることにより、結晶性シリコン膜を製造する結晶化方法が開示されている。また、この特許文献１には、この結晶化方法により得られる結晶性シリコン膜をラマン分光測定し、ラマン・ピークのラマンシフトが５１５ｃｍ−１以上を示す薄膜を用いてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成することによって、電子移動度を高くすることができるということが開示されている。
【０００４】
また、非特許文献１には、ガラス基板上に、ＰＥ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて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光を照射して非晶質シリコン膜を結晶化させることにより、結晶粒径が７００ｎｍという大きな結晶粒の結晶性シリコン膜を製造する結晶化方法が開示されている。また、この非特許文献１には、この結晶化方法により得られた結晶性シリコン膜を用いて作製されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）は、その電子移動度が、結晶粒径が大きくなると共に高くなり、結晶粒径７００ｎｍにおいて、移動度３２０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃが得られたことが開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献２として、高い特性の半導体装置を得るために、非晶質の珪素膜に結晶化を助長する物質を接する工程と、この工程後に珪素膜の一部のみを結晶化する工程と、この結晶化工程後に珪素膜に、エネルギー密度が２００〜４００（ｍＪ／ｃｍ２）の例えば２５０（ｍＪ／ｃｍ２）のＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０ｎｓｅｃ）を照射する工程とを有する半導体装置の作製方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３１１８５７号公報
【非特許文献１】
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
【特許文献２】
特開２０００−１５０３８２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のように、ラマンシフトを測定することによって結晶化状態を評価し、ＴＦＴの電子移動度を制御する結晶化方法では、結晶中の酸素濃度などによってもラマンピーク値が変動するため、電子移動度を再現性良く制御することができないという問題がある。
【０００８】
また、非特許文献１の結晶化方法では、結晶粒径によってＴＦＴの電子移動度を評価しているが、この非特許文献１には結晶粒界の性質は規定されておらず、粒界の性質によって異なる再結合順位については考慮されていない。よって、この非特許文献１のように、結晶粒径によって半導体膜の結晶化条件を制御した場合、再結合準位が高い半導体膜が製造される虞があり、このような半導体膜を用いて製造されたＴＦＴなどの半導体装置は、所望の性能を再現性良く得ることができないという問題がある。また、特許文献２においても、非特許文献１の場合と同様、結晶粒界の性質は規定されておらず、粒界の性質によって異なる再結合準位については考慮されていない。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、結晶品質を再現性良く評価することにより、結晶欠陥を大幅に低減できる結晶性が良好な結晶性半導体膜およびその製造方法、その結晶性半導体膜を用いた半導体装置およびその半導体装置を用いた表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の結晶性半導体膜は、基板上に設けられた非晶質半導体膜にエネルギーを加えて得られる結晶性半導体膜において、該結晶性半導体膜を構成する各結晶粒は、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が概略３４°以上４２°以下または／および５８°以上６２°以下になるように制御されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１１】
また、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜において、結晶性半導体膜を構成する各結晶粒は、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下または／および５８°以上６２°以下であるものの比率が０．３５以上１以下になるように制御されている。
【００１２】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜において、結晶性半導体膜を構成する各結晶粒は、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下または／および５８°以上６２°以下であるものの比率が最も高くなるように制御されている。
【００１３】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜における結晶性半導体膜はシリコン材料からなっている。
【００１４】
本発明の結晶性半導体膜の製造方法は、基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、該非晶質半導体膜に対して、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が概略３４°以上４２°以下または／および５８°以上６２°以下になるように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化させる工程とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１５】
また、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の製造方法に用いるエネルギーの密度および供給時間の少なくとも何れかは、前記非晶質半導体膜にエネルギーを加えた後で、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下または／および５８°以上６２°以下であるものの比率が０．３５以上１以下になるように制御されている。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の製造方法に用いるエネルギーの密度および供給時間の少なくとも何れかは、前記非晶質半導体膜にエネルギーを加えた後で、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下または／および５８°以上６２°以下であるものの比率が最も高くなるように制御されている。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の製造方法における結晶性半導体膜はシリコン材料からなっている。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の製造方法に用いるエネルギーは強光または荷電粒子によるエネルギーである。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の製造方法における強光は、エキシマレーザ光およびＹＡＧレーザ光の何れかである。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の製造方法におけるエキシマレーザ光のエネルギー密度は、３８０ｍＪ／ｃｍ２以上４００ｍＪ／ｃｍ２以下である。
【００２１】
本発明の半導体装置は、請求項１〜４の何れかに記載の結晶性半導体膜を用いており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】
本発明の表示装置は、請求項１２に記載の半導体装置を用いており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
前記比率は０．３７以上０．４０以下である。
【００２４】
上記構成により、以下に、本発明の作用を説明する。
【００２５】
本発明においては、例えば絶縁性表面を有する基板上に形成されたシリコン材料などからなる非晶質半導体膜に、強光や荷電粒子などのエネルギーを加えることにより得られる結晶性半導体膜において、隣接結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下の範囲では、その結晶粒界が低指数のＣＳＬ（Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ  ｓｉｔｅ  ｌａｔｔｉｃｅ）となり格子欠陥が少なくなる。また、その結晶方位角度差が５８°以上６２°以下の範囲では、その結晶構造がツイン構造となり、その結晶粒界に再結合中心が生じない。よって、これらの範囲の比率が例えば０．３５以上１以下、より好ましくは、その比率が最も高くなるように制御することによって、結晶品質が再現性良く評価され、高品質な結晶性半導体膜を得ることが可能となる。
【００２６】
この場合のエネルギーとして強光を用いる場合、薄い非晶質半導体膜を溶融させるためには例えばエキシマレーザ光を用い、厚い非晶質半導体膜を溶融させるためにはＹＡＧレーザ光を用いることが可能となる。
【００２７】
エキシマレーザ光を用いた場合、そのエネルギー密度は、例えば３８０ｍＪ／ｃｍ２以上４００ｍＪ／ｃｍ２以下にする。
【００２８】
このようにして製造された高品質な結晶性半導体膜を用いてＴＦＴなどの半導体装置を製造することが可能となる。これにより、電子移動度が高いＴＦＴなどのトランジスタが得られる。このトランジスタを用いて高性能な液晶ドライバー装置、半導体メモリ装置および半導体論理回路などの半導体装置を得ることが可能となる。この半導体装置を備えた高性能な表示装置をも実現することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
本発明は、絶縁性表面を有する基板上に形成された非晶質半導体領域の非晶質シリコン膜にエネルギーを加えて結晶化させることにより得られる結晶性半導体膜において、そのエネルギーの加え方に適正な条件があることに着目して為されたものである。本発明者らの実験によれば、この適正条件によりエネルギーを非晶質シリコン膜に加えると、得られる結晶性シリコン膜において互いに隣接する結晶粒の結晶方位差は、３４°以上４２°以下または／および５８°以上６２°以下のものの比率が高くなり、結晶欠陥が低減された良好な結晶性を有する結晶性シリコン膜を再現性よく得ることができることが分かった。
【００３１】
以下に、本願発明者らがこのような知見を得た実験について、詳細に説明する。
【００３２】
まず、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。
【００３３】
次に、この非晶質シリコン膜に、ＸｅＣｌエキシマレーザ光を照射して結晶化させることにより、結晶性シリコン膜を作製した。このとき、非晶質シリコン膜に対して、結晶化のために照射されるエキシマレーザ光のエネルギー密度を、３６０ｍＪ／ｃｍ２〜４２０ｍＪ／ｃｍ２の範囲で変化させて、エキシマレーザ光のエネルギー密度について、最適条件を検討した。
【００３４】
非晶質シリコン膜に加熱処理を行って得られる結晶性シリコン膜および、非晶質シリコン膜にエキシマレーザ光を照射することによって得られる結晶性シリコン膜の結晶方位は、ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）法により測定することができる。このＥＢＳＰ法は、結晶方位を測定する対象となる試料に対して電子線を照射し、試料によって散乱された電子線によって表される菊地図によって、結晶方位の角度精度±１°以下で、結晶方位の角度を測定する方法である。
【００３５】
このＥＢＳＰ法を用いて、面積６μｍ×６μｍ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＝Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ角度（以下、Ｍ角度という）を測定した。
【００３６】
図１は、非晶質シリコン膜に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、各Ｍ角度の発生数を長さに換算して示したグラフである。
【００３７】
図１を参照すると、Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さ（以下、Ｍ長さという）は、測定精度の下限値であるＭ角度２°から現れ、約６５°までの間に分布している。Ｍ長さは、３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下の範囲で長くなっている。この理由は、次のように考えられる。
【００３８】
非晶質シリコン膜に結晶化のためにはエキシマレーザ光が照射されるが、そのエネルギー密度が高いため、形成された結晶性シリコン膜の一部が局所的に溶融されて、再結晶化される。その際に、小さい結晶粒が形成されるが、この小さい結晶粒のＭ角度が、３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下である場合に、エネルギー的に安定化され、配列しやすくなると考えられる。
【００３９】
本願発明者らがＭ角度が３４°以上４２°以下である結晶粒界を調べたところ、主としてΣ５、Σ７、Σ９という低い指数のＣＳＬ（Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ  ｓｉｔｅ  ｌａｔｔｉｃｅ）であった。例えば、Σ５ＣＳＬは、５個の基本単位格子毎に同じ構造の境界が繰り返されることを表し、Σ７ＣＳＬは、７個の基本単位格子毎に同じ構造の境界が繰り返されることを表し、Σ９ＣＳＬは、９個の基本単位格子毎に同じ構造の境界が繰り返されることを表す。このＣＳＬの数字が小さいことは、格子欠陥が少ないことに対応する。
【００４０】
また、本願発明者らがＭ角度が５８°以上６２°以下であるＭｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎの結晶構造を調べたところ、ツイン構造であった。
下記の表１に、非晶質シリコン膜に対して照射されるエキシマレーザ光のエネルギー密度を３６０ｍＪ／ｃｍ２〜４２０ｍＪ／ｃｍ２の範囲で種々変更した場合について、得られる結晶性シリコン膜のＭ長さを測定した結果を示している。この表１では、（ａ）欄にエキシマレーザ光のレーザエネルギー密度、（ｂ）欄に各エネルギー密度のエキシマレーザ光を照射することにより得られた結晶性シリコン膜（結晶性半導体膜）について、Ｍ角度範囲３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下（表１および図１参照）、２°以上６５°以下（図１参照）の各領域のＭ長さ、（ｃ）欄にＭ角度範囲３４°以上４２°以下、５８°以上６２°以下の各領域の比率とその合計を示している。さらに、（ｄ）欄には、各エネルギー密度のエキシマレーザ光を照射することにより得られた結晶性シリコン膜を用いて、ＮチャネルＴＦＴを作製し、そのＴＦＴの電子移動度を測定した結果を示している。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
エネルギー密度３６０ｍＪ／ｃｍ２および３７０ｍＪ／ｃｍ２でエキシマレーザ光を照射して得られる結晶性シリコン膜は、エキシマレーザ光による非晶質シリコン膜の加熱が不十分であるため、結晶化も不十分となり、Ｍ長さが長く、ＴＦＴの電子移動度も低くなると考えられる。
【００４３】
また、エネルギー密度が３８０ｍＪ／ｃｍ２〜４００ｍＪ／ｃｍ２でエキシマレーザ光を照射して得られる結晶性シリコン膜は、エキシマレーザ光による非晶質シリコン膜の加熱が適切であり、充分に結晶化されるため、Ｍ長さが短く、ＴＦＴの電子移動度も高くなると考えられる。即ち、表１では、レーザエネルギー密度を適宜設定してＭ角度が「３４°〜４２°」および「５８°〜６２のものの比率が０．３７〜０．４０の範囲内にあるときに「移動度」が高くなっている。
【００４４】
さらに、エネルギー密度が４１０ｍＪ／ｃｍ２以上では、結晶性シリコン膜が完全溶融された後、冷却中に極微結晶として析出していると考えられる。このため、Ｍ長さが長く、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の電子移動度が低下したと考えられる。
【００４５】
上記表１によれば、ＴＦＴの電子移動度２００ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上を得るための適正条件は、エキシマレーザ光のエネルギー密度が、３８０ｍＪ／ｃｍ２以上４００ｍＪ／ｃｍ２以下の範囲であるということが分かる。このような条件でエキシマレーザ光を照射して得られる結晶性シリコン膜のＭ長さは、Ｍ角度３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下（図１参照）で長くなっている。その中には、再結合中心として作用する結晶格子欠陥が含まれる３４°以上４２°以下のＭ角度も存在するが、実用上は許容できる範囲である。
【００４６】
上記表１において、隣接する結晶粒の結晶方位差の比率は、下記の式（１）によって求めたものである。
（隣接する結晶粒の結晶方位差３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下であるものの比率）＝｛（Ｍ角度３４°以上４２°以下であるもののＭ長さ）＋（Ｍ角度５８°以上６２°以下であるもののＭ長さ）｝／（Ｍ角度２°以上６５°以下であるもののＭ長さ）・・・・・・・・式（１）
上記表１によれば、エキシマレーザ光のエネルギー密度が、３８０ｍＪ／ｃｍ２以上４００ｍＪ／ｃｍ２以下（表１参照）の範囲である場合、隣接する結晶粒の結晶方位差３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下であるものの比率は、０．３５以上１以下（表１では０．３７以上０．４０以下）になっている。
従って、隣接する結晶粒の結晶方位差３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下であるものの比率が０．３５以上１以下であることが好ましいことが分かる。
【００４７】
また、ＴＦＴの電子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が３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下であるものの比率も最も高くなっている。したがって、隣接する結晶粒の結晶方位差が３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下であるものの比率が最も高くなるように、エキシマレーザ光のエネルギー密度を制御することによって、結晶性が良好な結晶性シリコン膜が得られ、移動度が高いＴＦＴが得られることが分かる。
【００４８】
以下に、本発明の結晶性半導体膜とその製造方法、その結晶性半導体膜を用いた半導体装置およびそれを用いた表示装置の具体例について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明では、以下の各具体例（実施形態１〜３）に限定されるものではない。
【００４９】
（実施形態１）
本実施形態１では、絶縁性表面を有する基板としてのガラス基板上に、非晶質半導体膜としての非晶質シリコン膜を形成し、その非晶質シリコン膜に対して、エネルギーとしてエキシマレーザ光を照射することにより、結晶性半導体膜として結晶性シリコン膜を作製する場合である。
【００５０】
図２は、本発明の結晶性半導体膜の実施形態１とその製造方法について説明するための要部断面図である。
【００５１】
図２に示すように、まず、ＰＥ−ＣＶＤ法によって、ガラス基板１上の全面にわたって、非晶質シリコン膜２を５０ｎｍの膜厚に形成する。この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。
【００５２】
次に、ＸｅＣｌエキシマレーザ光を非晶質シリコン膜２上に照射して、非晶質シリコン膜２を結晶化させる。このときのエキシマレーザ光のエネルギー密度は、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下であるものの比率が最も高くなるように、３８０ｍＪ／ｃｍ２以上４００ｍＪ／ｃｍ２以下の範囲内に設定する。
【００５３】
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３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下であるものの比率が０．３５以上１以下に制御された結晶性シリコン膜が作製される。
【００５４】
このようにして、作製された結晶性シリコン膜は、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下であるものは結晶欠陥が少なく、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が５８°以上６２°以下であるものは再結合中心として作用しないため、良好な結晶性を有する結晶シリコン膜を得ることができる。
【００５５】
（実施形態２）
本実施形態２では、上述した実施形態１において説明した結晶性シリコン膜を用いて、半導体装置としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を製造する場合である。
【００５６】
図３は、本発明の半導体装置の実施形態２とその製造方法について説明するための断面図である。
【００５７】
図３において、本発明の半導体装置としてのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）は、ガラス基板１１上に結晶性シリコン膜１２が設けられ、結晶性シリコン膜１２に設けられたチャネル領域上に、ＳｉＯ２膜からなるゲート絶縁膜１３を介して、結晶性ＷＳｉ２膜からなるゲート電極１４が設けられている。結晶性シリコン膜１２の両側のソース領域およびドレイン領域はそれぞれ、ＳｉＯ２膜からなるゲート絶縁膜１３および層間絶縁膜１５に設けられた各コンタクトホール１６をそれぞれ介して、Ａｌ膜からなる各配線１７とそれぞれ電気的に接続されている。この各配線１７は、ＳｉＮ膜からなる保護膜１８の各スルーホール１９によって外部との各電気的接続が可能となっている。
【００５８】
上記構成の薄膜トランジスタを、以下のようにして製造することができる。
【００５９】
まず、ガラス基板１１上に、上記実施形態１で説明したように、結晶性シリコン膜を形成し、次に、この結晶性シリコン膜を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することによって、島状の結晶性シリコン膜１２を形成する。
【００６０】
その後、この結晶性シリコン膜１２が形成されたガラス基板１１の全面にわたって、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、ＳｉＯ２膜からなるゲート絶縁膜１３を形成する。
【００６１】
次に、スパッタリング法によって、ゲート絶縁膜１３が形成されたガラス基板１１の全面にわたって結晶性ＷＳｉ２膜を形成した後、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１２上の略中央部分にのみＷＳｉ２膜が残るようにエッチングを行ってパターニングすることにより、結晶性ＷＳｉ２膜からなるゲート電極１４を形成する。
【００６２】
さらに、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）のソース領域およびドレイン領域となる結晶性シリコン膜１２の所定部分に不純物をイオンドーピング法により導入する。本実施形態２では、上記結晶性ＷＳｉ２膜からなるゲート電極１４が不純物を導入する際のマスクとして作用するため、ゲート電極１４が設けられた部分以外の結晶シリコン膜１２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、導入される不純物としてリン（Ｐ）が用いられ、ｐ型のトランジスタを形成する場合には、導入される不純物としてホウ素（Ｂ）が用いられる。
【００６３】
さらに、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１１の全面にわたって、ＳｉＯ２膜からなる層間絶縁膜１５を形成した後、ＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスとを用いたＲＩＥ法によって、ソース領域およびドレイン領域とされる結晶性シリコン膜１２上の層間絶縁膜１５に各コンタクトホール１６をそれぞれ形成する。
【００６４】
さらに、スパッタリング法を用いて基板の全体にわたってＡｌ層を積層した後、ＢＣｌ３ガスとＣｌ２ガスとを用いたＲＩＥ法によって、層間絶縁膜１５に形成された各コンタクトホール１６をそれぞれ介して結晶性シリコン膜１２に導通するＡｌ配線１７とする。
【００６５】
さらに、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、ガラス基板１１の全面にわたって、ＳｉＮ膜からなる保護膜１８を形成し、最後に、保護膜１８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膜からなるＡｌ配線１７上に電気的に接続可能なように各スルーホール１９を保護膜１８にそれぞれ形成することによって、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が完成する。
【００６６】
このようにして作製されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）は、結晶性シリコン膜１２において、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下であるものは結晶欠陥が少なく、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が５８°以上６２°以下であるものは再結合中心として作用しないため、移動度が高いＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を得ることができる。このＴＦＴ（薄膜トランジスタ）は、半導体装置として、液晶ドライバー装置、半導体メモリ装置および半導体論理回路などに用いることが可能である。
【００６７】
（実施形態３）
本実施形態３では、上記の実施形態２で説明した半導体装置を用いて液晶表示装置などの表示装置を構成する場合である。
【００６８】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、本発明の表示装置の実施形態３とその製造方法について説明するための断面図である。なお、図４では、上記実施形態２で説明したＴＦＴについては、図３と同じ符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００６９】
図４（ａ）に示すように、表示装置としての液晶表示装置を構成する一方の基板部（アクティブマトリクス基板）は、ガラス基板１１上にＴＦＴおよび画素電極２０が設けられている。
【００７０】
画素電極２０は、保護膜１８上に設けられており、スルーホール１９を介してＴＦＴの配線１７と電気的に接続されている。また、画素電極２０上にはＳｉＮからなる保護膜２１が設けられており、その上にポリイミド膜からなる配向膜２２が設けられている。なお、図４（ａ）では、１画素分だけが示されており、ガラス基板１１上には、複数のＴＦＴおよび複数の画素電極２０が縦方向および横方向にマトリックス状に設けられてそれぞれ電気的に接続されている。
【００７１】
図３（ｂ）に示すように、表示装置としての液晶表示装置を構成する他方の基板部（対向基板）は、ガラス基板３１上に、カラーフィルタ３２、対向電極３３およびポリイミド膜からなる配向膜３４が設けられている。
【００７２】
両基板部はそれぞれ、所定の間隔を開けて対向配置（間に液晶層を挟んで配向膜２２，３４が互いに対向配置）されており、両基板の間隙には液晶層が挟持される。
【００７３】
この液晶表示装置は、例えば以下のようにして製造することができる。
【００７４】
図４（ａ）に示すように、一方の基板部は、まず、上記実施形態２に説明したように、ガラス基板などの絶縁性基板１１上に半導体装置としてのＴＦＴを製造する。
【００７５】
次に、保護膜１８が形成されたガラス基板１１の全面にわたって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ってパターニングすることにより、保護膜１８に形成されたスルーホール１９を介してＴＦＴの配線１７に電気的に接続される画素電極２０を形成する。
【００７６】
さらに、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、ガラス基板１１の全面にわたってＳｉＮ膜からなる保護膜２１を形成する。
【００７７】
その後、この保護膜２１上に、ポリイミド膜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ことによって所定の配向膜２２を形成する。
【００７８】
一方、他方の基板部は、図４（ｂ）に示すように、まず、ガラス基板３１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した後、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３２を作製する。
【００７９】
このカラーフィルター３２上に、スパッタリング法によってＩＴＯ膜をガラス基板３１の全面にわたって形成し、これを対向電極３３とする。
【００８０】
その後、この対向電極３３上にポリイミド膜をオフセット印刷法によって形成し、この液晶層側の面のラビング処理を行うことによって配向膜３４を形成する。
【００８１】
以上のようにして作製された図４（ｂ）に示すカラーフィルタ３２などが形成されたガラス基板３１を有する対向基板と、図４（ａ）に示すＴＦＴなどが形成されたガラス基板１１を有するアクティブマトリクス基板とを、ラビング処理が施された配向膜２２，３４の各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１１，３１間の間隙が一定になるように、ガラス基板１１，３１間に真球状のシリカからなるスペーサーを散布する。両基板１１，３１間の間隙に表示媒体となる液晶を注入した後、両ガラス基板１１，３１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などを実装することによって、液晶表示装置が完成する。
【００８２】
このようにして作製された液晶表示装置は、結晶性シリコン膜１２において、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が３４°以上４２°以下であるものは結晶欠陥が少なく、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が５８°以上６２°以下であるものは再結合中心として作用せず、移動度が高いＴＦＴを備えているため、良好な表示状態の液晶表示装置を得ることができる。
【００８３】
以上により、上記実施形態１〜３では、絶縁性表面を有する基板１上に形成された非晶質半導体膜２にエネルギーを加えて結晶成長させることにより結晶性半導体膜を製造する結晶性半導体膜の製造方法において、結晶性半導体膜を構成する各結晶粒が、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が概略３４°以上４２°以下および５８°以上６２°以下であるものの比率が０．３５以上１以下に制御する。例えば、エキシマレーザ光のエネルギー密度を３８０ｍＪ／ｃｍ２以上４００ｍＪ／ｃｍ２以下に設定する。これによって、結晶品質を再現性良く評価することにより、結晶欠陥をより低減でき、結晶性が良好な結晶性半導体膜を得ることができて、電子移動度が高い半導体装置および、表示が良好な表示装置を得ることができる。
【００８４】
なお、上記実施形態１〜３では、絶縁性表面を有する基板として、ガラス基板１１，３１を用いたが、石英基板を用いてもよい。また、ＳｉウェハにＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜などを形成したものなどを用いてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態１〜３では、作製される結晶性半導体膜の具体例として、結晶性シリコン膜を形成する方法を示したが、本発明の結晶性半導体膜の製造方法としては、結晶性シリコン膜を形成する場合に限らず、ＳｉＧｅ膜（結晶性ＳｉＧｅ膜）などを形成する場合についても適用することができる。
【００８６】
また、上記実施形態１〜３では、非晶質半導体膜（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法を用いたが、Ｓｉ２Ｈ６ガスを用いた減圧ＣＶＤ法、スパッタ法などの他の方法を用いてもよい。
【００８７】
さらに、上記実施形態１〜３では、形成される非晶質半導体膜の膜厚を５０ｎｍとしたが、５０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲であれば、本発明の結晶性半導体膜の製造方法を適用することができる。
【００８８】
この非晶質半導体膜に照射されるレーザ光として、紫外光の波長域を有するエキシマレーザ光、可視・紫外光の波長域を有するＹＡＧレーザ光などが挙げられるが、これらは、半導体膜の種類および膜厚によって使い分けることができる。例えば、紫外光の吸収係数はシリコン材料に対して高いので、薄いシリコン膜を溶融させるためには、紫外光の波長域を有するエキシマレーザ光が適している。また、可視・紫外光の吸収係数はシリコン材料に対して低いので、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レーザ光が適している。上記実施形態１〜３では、５０ｎｍの薄膜のシリコン膜を用いたので、エキシマレーザー光が適している。
【００８９】
なお、非晶質半導体膜を結晶化させるためのエネルギーとしてはレーザ光以外の強光によるエネルギーであってもよく、また、荷電粒子によるエネルギーであってもよい。
【００９０】
また、上記実施形態１〜３では、レーザエネルギー密度が、非晶質半導体膜にエネルギーを加えた後で、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が所定範囲（略３４°以上４２°以下または／および５８°以上６２°以下）であるものの比率が０．３５以上１以下になる（または最も高くなる）ように制御する場合について説明したが、レーザ照射条件として、レーザエネルギー密度の他にレーザ照射時間（エネルギー供給時間）があり、レーザエネルギー密度が一定でレーザ照射時間を変化させたり、レーザエネルギー密度およびレーザ照射時間を共に変化させたりすることにより、隣接する結晶粒同士の結晶方位角度差が所定範囲であるものの比率が０．３５以上１以下になる（または最も高くなる）ように制御していもよい。
【００９１】
【発明の効果】
以上により、本発明によれば、基板上に形成された非晶質半導体膜に、隣接する各結晶粒の結晶方位角度差が概略３４°以上４２°以下または／および５８°以上６２°以下に制御されたエネルギーを加えることにより、高品質な結晶性半導体膜を得ることができる。このような結晶性が良好な結晶性半導体膜をＴＦＴなどの半導体装置に用いることにより、移動度が高い、高性能な半導体装置を得ることができる。また、このような高性能な半導体装置を用いることにより、表示状態が良好な表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ照射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Ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ長さを示すグラフである。
【図２】本発明の結晶性半導体膜の実施形態１とその製造方法を説明するための基板部の断面図である。
【図３】図１の結晶性シリコン膜を用いた本発明の半導体装置の実施形態２とその製造方法を説明するための基板部の断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の表示装置の実施形態３とその製造方法を説明するための各基板部の断面図である。
【符号の説明】
１，１１，３１  ガラス基板
２  非晶質シリコン膜
１２  結晶性シリコン膜
１３  ゲート絶縁膜
１４  ゲート電極
１５  層間絶縁膜
１６  コンタクトホール
１７  配線
１８，２１  保護膜
１９  スルーホール
２０  画素電極
２２，３４  配向膜
３２  カラーフィルタ
３３  対向電極
【図１】
2004349351.tif 000004
【図２】
2004349351.tif 000005
【図３】
2004349351.tif 000006
【図４】
2004349351.tif 000007