(57)【要約】【課題】大粒径の半導体薄膜を簡便且つ確実に形成可能な半導体薄膜の製造方法、及びこれを用いた半導体装置の製造方法、並びに薄膜トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体薄膜の製造方法は、少なくとも一方の表面が絶縁性の基板の絶縁性表面２に厚み方向に細孔Ｈを形成する工程と、前記細孔Ｈ内と前記絶縁性表面２上に半導体材料を堆積して半導体膜４を形成する工程と、前記半導体膜４に光を走査照射して前記半導体膜４を溶融・再結晶化するとともに前記細孔Ｈ内の半導体膜４の少なくとも一部を非溶融状態に保持することにより前記半導体膜４の面内の細孔Ｈを起点として該細孔Ｈから光走査の下流方向の領域を略単結晶半導体膜３に変化させる工程とを含み、前記光として連続光を用いることを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の表面が絶縁性の基板の絶縁性表面に厚み方向に細孔を形成する工程と、
前記細孔内と前記絶縁性表面上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜に光を走査照射して前記半導体膜を溶融・再結晶化するとともに前記細孔内の半導体膜の少なくとも一部を非溶融状態に保持することにより前記半導体膜の面内の前記細孔を起点として該細孔から前記光走査の下流方向の領域を略単結晶半導体膜に変化させる工程とを含み、
前記光として連続光を用いることを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記半導体材料が珪素であり、前記半導体膜が珪素膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記連続光は、少なくとも波長が６５０ｎｍ以下の成分を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記連続光が、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波またはＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波であることを特徴とする請求項３に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項５】
少なくとも一方の表面が絶縁性の基板の絶縁性表面に厚み方向に細孔を形成する工程と、
前記細孔内と前記絶縁性表面上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜に光を走査照射して前記半導体膜を溶融・再結晶化するとともに前記細孔内の半導体膜の少なくとも一部を非溶融状態に保持することにより前記半導体膜の面内の前記細孔を起点として該細孔から前記光走査の下流方向の領域を略単結晶半導体膜に変化させる工程と、
前記略単結晶半導体膜を半導体薄膜として用いて半導体装置を形成する工程とを含み、
前記光として連続光を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体材料が珪素であり、前記半導体膜が珪素膜であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記連続光は、少なくとも波長が６５０ｎｍ以下の成分を含んでいることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記連続光が、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波またはＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
少なくとも一方の表面が絶縁性の基板の絶縁性表面に厚み方向に細孔を形成する工程と、
前記細孔内と前記絶縁性表面上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜に光を走査照射して前記半導体膜を溶融・再結晶化するとともに前記細孔内の半導体膜の少なくとも一部を非溶融状態に保持することにより前記半導体膜の面内の前記細孔を起点として該細孔から前記光走査の下流方向の領域を略単結晶半導体膜に変化させる工程と、
前記略単結晶半導体膜をチャネル領域及びソース／ドレイン領域として用いて薄膜トランジスタを形成する工程とを含み、
前記光として連続光を用いることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記光の走査方向とソース−ドレイン方向とを略平行方向とすることを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記略単結晶半導体膜の前記細孔を含まない領域を前記チャネル領域及びソース／ドレイン領域として用いるとともに、細孔、ソース領域、チャネル領域及びドレイン領域を前記略単結晶半導体膜の光走査方向において細孔−ソース領域−チャネル領域−ドレイン領域、または、細孔−ドレイン領域−チャネル領域−ソース領域の順に一直線状に配置することを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記略単結晶半導体膜の前記細孔を含む領域をソース領域またはドレイン領域として用いるとともに、ソース領域、チャネル領域及びドレイン領域を前記略単結晶半導体膜の光走査方向においてソース領域−チャネル領域−ドレイン領域、または、ドレイン領域−チャネル領域−ソース領域の順に一直線状に配置することを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体薄膜の製造方法に関する。特に、半導体膜にレーザ照射を行うことにより基板上の一部に略単結晶半導体膜を製造する半導体薄膜の製造方法に関する。また、これを用いた半導体装置の製造方法、並びに薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を汎用ガラス基板に低温で製造する方法として下記非特許文献１及び非特許文献２の欄に示した文献には、基板上の絶縁膜に孔をあけて、この絶縁膜上及び孔内に非晶質珪素膜を形成した後、この非晶質珪素膜にレーザを照射して、前記孔の底部内の非晶質珪素を非溶融状態に保持しながらその他の部分の非晶質珪素膜を溶融状態にすることにより、非溶融状態に保持された非晶質珪素を結晶核とした結晶成長を生じさせて、非晶質珪素膜の面内における前記孔を中心とした領域を略単結晶珪素膜とする方法が開示されている。
【０００３】
【非特許文献１】
「Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ」（ＩＢＭ  ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＤＩＳＣＬＯＳＵＲＥ  ＢＵＬＬＥＴＩＮ  Ａｕｇ．１９９３  ｐｐ２５７−２５８）
【非特許文献２】
「Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｘｃｉｍｅｒ  −Ｌａｓｅｒ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｏｆ  Ｓｉ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｆｏｒ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｌａｒｇｅ  Ｇｒａｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ」（Ｒ．Ｉｓｈｉｈａｒａ等ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ２００１．ｖｏｌ．４２９５  ｐ１４〜２３）
【非特許文献３】
「Ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴｓ  ｏｎ  ａ  Ｇｌａｓｓ  ｂｙ  ａ  Ｓｔａｂｌｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ＣＷ  Ｌａｓｅｒ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ」（Ａ．  Ｈａｒａ等  ＡＭ−ＬＣＤ  ’０１，  Ｄｉｇｅｓｔｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ，  ２００１  Ｔｏｋｙｏ  Ｊａｐａｎ，  ｐ２２７〜２３０）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、多結晶半導体薄膜を用いて薄膜トランジスタを形成する場合、能動層に結晶粒界が含まれると、結晶粒界の存在によりキャリアの移動特性が劣化し、その影響は存在する結晶粒界の数が多いほど大きくなる。特に、その結晶粒界が電流の流れる向きに対して垂直に存在するなど、電流の流路を横切るように存在する場合、その影響は大きくなる。この特性の劣化は、結晶粒界がチャネル領域に含まれた場合のみならず、結晶粒界がソース／ドレイン領域に含まれる場合においても生じる。そして、存在する結晶粒界の数によってその影響の度合いが異なるため、各薄膜トランジスタの特性にばらつきが生じる原因にもなる。
【０００５】
しかしながら、前記非特許文献１及び非特許文献２に記載されたような従来の方法では非晶質珪素膜に照射するレーザとしてパルス発振レーザを使用しており、作製可能な結晶粒の大きさは、最大でも長径が８μｍ程度であり、そのような大粒径の結晶を得るためには非晶質珪素膜を２００ｎｍ程度まで厚く堆積し、さらにレーザ照射時に基板を２００℃程度以上に加熱する必要がある。この場合、非結晶珪素膜の堆積工程やレーザ照射工程でのプロセスの負荷が大きくなると同時に、製造される薄膜トランジスタの性能も半導体膜が厚いことに起因して、良好なものを得ることは難しい。
【０００６】
さらに、従来の方法では上記のような問題を避けるために非晶質珪素膜の膜厚をＴＦＴ性能にとって最適な５０ｎｍ程度まで小さくしたり、レーザ照射時の基板温度を室温程度まで下げたりすると、レーザ照射後の結晶粒が最大でも２μｍ程度までしかできないという問題がある。
【０００７】
さらに、上記のような製造プロセスの負荷を犠牲にして８μｍ程度の結晶粒を形成した場合でも、薄膜トランジスタの製造工程でのマージン等を考慮すると、大きくても４μｍ〜５μｍ程度の大きさの薄膜トランジスタしか作製することができない。そして、これ以上の大きさの薄膜トランジスタを形成する場合には、必ず薄膜トランジスタの能動層に結晶粒界を含むことになり、上述したような問題が生じてしまう。
【０００８】
また、非特許文献３に記載されたような従来の方法によれば数十μｍ程度の大きな結晶粒を形成することができるが、位置を制御することができないため、従来の方法で形成した結晶珪素膜を用いて半導体装置を製造すると、結晶粒界が電流の流路を横切る可能性がある。結晶粒界が電流の流路を横切った半導体装置はそうでない半導体装置と比較して特性が劣るため、高性能な半導体装置を各半導体装置間で均一に製造することができないという問題が生じてしまう。
【０００９】
したがって、本発明は上述した従来の実情に鑑みて創案されたものであり、位置が正確に制御された大粒径の結晶粒を有する半導体薄膜を簡便且つ確実に形成可能な半導体薄膜の製造方法、及びこれを用いた半導体装置の製造方法、並びに薄膜トランジスタの製造方法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】
以上のような目的を達成する本発明に係る半導体薄膜の製造方法は、少なくとも一方の表面が絶縁性の基板の絶縁性表面に厚み方向に細孔を形成する工程と、細孔内と絶縁性表面上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、半導体膜に光を走査照射して半導体膜を溶融・再結晶化するとともに細孔内の半導体膜の少なくとも一部を非溶融状態に保持することにより半導体膜の面内の細孔を起点として該細孔から光走査の下流方向の領域を略単結晶半導体膜に変化させる工程とを含み、光として連続光を用いることを特徴とする。
【００１１】
ここで、本明細書において「半導体材料」とは、非晶質半導体材料と結晶質半導体材料とを総称するものであり、結晶質半導体材料には、多結晶半導体材料と微結晶半導体材料とが含まれる。したがって、前記の半導体材料を堆積して形成された「半導体膜」とは、非晶質半導体材料または結晶質半導体材料を堆積して形成されたものであり、非晶質半導体膜または結晶質半導体膜が該当し、結晶質半導体膜には多結晶半導体膜と微結晶半導体膜とが含まれる。なお、以下の記述においても同様である。
【００１２】
以上のような本発明に係る半導体薄膜の製造方法によれば、半導体膜に所定条件で連続光を走査照射して細孔内の半導体膜の少なくとも一部を非溶融状態に保持したまま、半導体膜を溶融状態とする。これにより、連続光の走査照射後の溶融状態における半導体膜の凝固は、細孔内の非溶融状態に保持された部分から始まり、半導体膜の面内の細孔を起点として該細孔から光走査の下流方向の領域に至る。
【００１３】
すなわち、半導体膜に連続光を走査照射することにより、細孔内の半導体膜の非溶融状態とされた部分を核とした結晶成長を生じさせて、該細孔内から半導体膜の面内の細孔を起点として該細孔から光走査の下流方向の領域を略単結晶半導体膜に変化させることができ、略単結晶半導体膜を簡便且つ確実に連続形成することができる。このようにして作製された略単結晶半導体膜は、結晶粒界に起因した膜質のばらつきがなく、均一な特性を有する。
【００１４】
また、この方法によれば、細孔内の非溶融状態に保持された部分を核として結晶成長させるため、細孔の形成位置を制御することにより、略単結晶半導体膜の形成位置を所望の位置に制御することが可能である。
【００１５】
そして、略単結晶半導体膜は、内部に欠陥が少ないため半導体の電気特性の点で、エネルギーバンド図における禁制帯中央部付近の捕獲準位密度を多結晶半導体膜と比較して少なくさせる効果を有する。また、略単結晶半導体膜には結晶粒界がない、もしくは少ないため、多結晶半導体膜と比較して電子や正孔といったキャリアが流れる際の障壁が大きく低減されている。
【００１６】
このため、この略単結晶半導体膜を半導体薄膜として用いて半導体装置を構成することにより、多結晶半導体膜を用いた半導体装置と比較して結晶粒界や表面に起因した状態密度が小さくなることによって半導体膜中のキャリア密度が大きくなり、且つ、結晶粒界での結晶の周期性の乱れに起因したキャリアの散乱を受けなくなることによってキャリアの移動度が向上するなど、電気的特性に優れ、低電圧で高速動作可能な半導体装置を実現することができる。
【００１７】
例えば、この略単結晶珪素膜を薄膜トランジスタの能動層、すなわちソース／ドレイン領域やチャネル領域に用いることにより、オフ電流や移動度、しきい値電圧に優れ、低電圧で高速動作可能な薄膜トランジスタを容易に実現することができる。したがって、この半導体薄膜の製造方法によれば、半導体装置に用いて好適な良好な品質を有する半導体薄膜を作製することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る半導体薄膜の製造方法においては、半導体膜に対して連続光を走査照射する。本発明は、例えば略単結晶珪素膜の作製に用いて好適であり、上述したような利点を備えた略単結晶珪素膜を作製することができるが、本発明により略単結晶珪素膜を作製する際には、例えば連続発振（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザを非晶質珪素膜に走査照射する。従来の方法では、非晶質珪素膜に照射するレーザとしてはエキシマレーザ、すなわちパルス発振レーザを使用しているが、この場合、作製可能な結晶粒の大きさは、最大でも長径で８μｍ程度である。
【００１９】
しかしながら、本発明においては、非晶質珪素膜に対して連続光、例えばＣＷレーザを走査照射するため、ＣＷレーザの走査方向に沿って、すなわちＣＷレーザの走査方向と略平行方向において大きな粒径の結晶粒を有する略単結晶珪素膜を得ることができる。この方法によれば、レーザの周波数や走査速度等の諸条件を適当に設定することにより、長径が１０μｍ以上の大粒径の略単結晶珪素を容易に形成することができ、最大で長径が略２０μｍ程度の粒径を有する略単結晶珪素を得ることが可能である。
【００２０】
したがって、この半導体薄膜の製造方法によれば、大きなサイズの半導体装置の製造に用いて好適な、所定の方向において大きな粒径の結晶粒を有する半導体薄膜を形成位置を制御して作製することが可能である。
【００２１】
また、上述した本発明に係る半導体薄膜の製造方法においては、半導体材料として珪素を用いて珪素膜を形成することにより、半導体薄膜として上述したような利点を備えた略単結晶珪素膜を提供することができる。
【００２２】
そして、以上のような本発明に係る半導体薄膜の製造方法により略単結晶珪素膜を作製する場合においては、珪素膜に走査照射する連続光は少なくとも波長が６５０ｎｍ以下の成分を含んでいることが好ましい。このような連続光は珪素膜での吸収率が十分高いため、効率よく珪素膜を溶融、再結晶化させることができる。
【００２３】
ここで、このような連続光としては、ＣＷレーザを用いることができ、例えばＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波またはＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波が好適である。Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波は、非晶質珪素膜での吸収率が高い上に、工業的にも大出力のレーザが実用化されているため、スループット、量産性において他のレーザを用いる場合と比較して安定的に大粒径の略単結晶珪素膜を確実に得ることができる。
【００２４】
なお、本発明において連続光とは時間的に連続に発光する光をいうものであり、本発明において用いる連続光は上述したＣＷレーザに限られるものではなく、例えば集光した高エネルギーのランプ光などでもよい。
【００２５】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、少なくとも一方の表面が絶縁性の基板の絶縁性表面に厚み方向に細孔を形成する工程と、細孔内と絶縁性表面上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、半導体膜に光を走査照射して半導体膜を溶融・再結晶化するとともに細孔内の半導体膜の少なくとも一部を非溶融状態に保持することにより半導体膜の面内の細孔を起点として該細孔から光走査の下流方向の領域を略単結晶半導体膜に変化させる工程と、略単結晶半導体膜を半導体薄膜として用いて半導体装置を形成する工程とを含み、光として連続光を用いることを特徴とする。
【００２６】
以上のような本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、上述した本発明に係る半導体薄膜の製造方法を利用する。すなわち、連続光の照射により半導体膜を溶融状態とするとともに細孔内の半導体膜の少なくとも一部を非溶融状態に保持する。そして、半導体膜のうち細孔内の非溶融状態に保持された部分を核として結晶成長させることにより、該細孔内から半導体膜の面内の細孔を起点として該細孔から光走査の下流方向の領域を略単結晶半導体膜に変化させることができ、略単結晶半導体膜を簡便且つ確実に連続形成することができる。このようにして作製された略単結晶半導体膜は、結晶粒界に起因した膜質のばらつきがなく、均一な特性を有する。
【００２７】
これにより、結晶粒界に起因した膜質のばらつきがなく、均一な特性を有する略単結晶半導体膜を簡便且つ確実に連続形成することができる。そして、上述した利点を有する略単結晶半導体膜を半導体薄膜として半導体装置を形成するため、オフ電流や移動度に優れ、高速動作に対応可能な半導体装置を容易に実現することができる。
【００２８】
そして、この半導体装置の製造方法によれば、所定の方向において大きな粒径の結晶粒を有する略単結晶半導体膜を形成することが可能である。したがって、このような略単結晶半導体膜の大粒径の結晶粒部分を半導体薄膜として用いることにより、従来では実現が困難であった良好な特性を有し、且つ大きなサイズの半導体装置を容易に実現することが可能である。
【００２９】
また、上述した本発明に係る半導体装置の製造方法においては、半導体材料として珪素を用いて珪素膜を形成することにより、半導体薄膜として上述したような利点を備えた略単結晶珪素膜を用いた半導体装置を提供することができる。
【００３０】
また、略単結晶珪素膜を用いた半導体装置を作製する場合においては、珪素膜に走査照射する連続光は少なくとも波長が６５０ｎｍ以下の成分を含む連続光を用いることが好ましい。このような連続光は珪素膜での吸収率が十分高いため、効率よく珪素膜を溶融、再結晶化させることができる。
【００３１】
そして、このような連続光としては、ＣＷレーザを用いることができ、例えばＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波またはＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波が好適である。Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波は、非晶質珪素膜での吸収率が高い上に、工業的にも大出力のレーザが実用化されているため、スループット、量産性において他のレーザを用いる場合と比較して安定的に大粒径の略単結晶珪素膜を確実に得ることができ、良好な特性を有し、且つ大きなサイズの半導体装置を容易に、且つ安定して提供することができる。
【００３２】
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、少なくとも一方の表面が絶縁性の基板の絶縁性表面に厚み方向に細孔を形成する工程と、細孔内と絶縁性表面上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、半導体膜に光を走査照射して半導体膜を溶融・再結晶化するとともに細孔内の半導体膜の少なくとも一部を非溶融状態に保持することにより半導体膜の面内の細孔を起点として該細孔から光走査の下流方向の領域を略単結晶半導体膜に変化させる工程と、略単結晶半導体膜をチャネル領域及びソース／ドレイン領域として用いて薄膜トランジスタを形成する工程とを含み、光として連続光を用いることを特徴とする。
【００３３】
以上のような本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、上述した本発明に係る半導体薄膜の製造方法を利用する。すなわち、連続光の走査照射により半導体膜を溶融状態とするとともに細孔内の半導体膜の少なくとも一部を非溶融状態に保持する。そして、半導体膜のうち細孔内の非溶融状態に保持された部分を核として結晶成長させることにより、該細孔内から半導体膜の面内の細孔を起点として該細孔から光走査の下流方向の領域を略単結晶半導体膜に変化させることができ、略単結晶半導体膜を簡便且つ確実に連続形成することができる。このようにして作製された略単結晶半導体膜は、結晶粒界に起因した膜質のばらつきがなく、均一な特性を有する。
【００３４】
これにより、結晶粒界に起因した膜質のばらつきがなく、均一な特性を有する略単結晶半導体膜を簡便且つ確実に連続形成することができる。そして、上述した利点を有する略単結晶半導体膜を薄膜トランジスタの能動層として用いて薄膜トランジスタを形成するため、オフ電流や移動度、しきい値電圧に優れ、低電圧で高速動作可能な薄膜トランジスタを容易に実現することができる。
【００３５】
そして、この薄膜トランジスタの製造方法によれば、所定の方向において大きな粒径の結晶粒を有する略単結晶半導体膜を形成することが可能である。したがって、このような略単結晶半導体膜の大粒径の結晶粒部分を薄膜トランジスタの能動層として用いることにより、従来では実現が困難であった良好な特性を有し、且つ大きなサイズの薄膜トランジスタを容易に実現することが可能である。
【００３６】
また、以上のような本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法においては、光の走査方向とソース−ドレイン方向とを略平行方向とすることが好ましい。これにより、薄膜トランジスタの能動層においてソース−ドレイン方向と交わる結晶粒界をなくす、もしくはその数を極力減らすことができるため、能動層のソース−ドレイン方向における抵抗を低減することができ、良好な移動度を実現することが可能となる。
【００３７】
また、以上のような本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法においては、略単結晶半導体膜の前記細孔を含まない領域を半導体薄膜として用いるとともに、細孔、ソース領域、チャネル領域及びドレイン領域を略単結晶半導体膜の光走査方向において細孔−ソース領域−チャネル領域−ドレイン領域、または、細孔−ドレイン領域−チャネル領域−ソース領域の順に一直線状に配置することが好ましい。
【００３８】
本発明においては、細孔を起点として該細孔から光走査の下流方向の領域に大きな粒径の結晶粒を有する略単結晶半導体膜が作製される。したがって、単結晶半導体膜の細孔上には前記の大きな粒径の結晶粒と光走査方向とは反対側に形成された結晶との結晶粒界が存在する。しかしながら、上述したような構成とすることにより、該結晶粒界をチャネル領域及びソース／ドレイン領域に含まないため、結晶粒界に起因したキャリア移動特性の劣化が防止され、良好なキャリア移動特性を備えた薄膜トランジスタを実現することができる。
【００３９】
また、以上のような本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法においては、略単結晶半導体膜の細孔を含む領域をソース領域またはドレイン領域として用いるとともに、ソース領域、チャネル領域及びドレイン領域を略単結晶半導体膜の光走査方向においてソース領域−チャネル領域−ドレイン領域、または、ドレイン領域−チャネル領域−ソース領域の順に一直線状に配置しても良い。
【００４０】
このような構成とした場合、ソース領域またはドレイン領域のどちらか一方に上述したような細孔上の結晶粒界を含むことになるが、構成された薄膜トランジスタの能動層に含まれる結晶粒界を該結晶粒界のみとでき、従来の薄膜トランジスタと比較して結晶粒界に起因したキャリア移動特性の劣化が大幅に抑制され、良好なキャリア移動特性を備えた薄膜トランジスタを実現することができる。
【００４１】
そして、この薄膜トランジスタの製造方法を用いて薄膜トランジスタの集積回路を形成することにより、単結晶珪素ＬＳＩに匹敵する性能を有する集積回路を形成することが可能である。
【００４２】
なお、本発明において「略単結晶」とは、結晶粒が単一である場合のみならず、これに近い状態も含むものである。具体的には、複数の結晶が組み合わさっていても、その結晶の大きさが大きく、且つその数が少ないものとされ、半導体薄膜の性質の観点からはほぼ単結晶により形成された半導体薄膜と同等の性質を備えている場合も含むものである。
【００４３】
また、本発明において「連続形成」とは、結晶粒界を生ずることなく結晶が成長することをいう。また、結晶粒界が生じても、その数が少ないものとされ、半導体薄膜の性質の観点からは結晶粒界がなく形成された半導体薄膜とほぼ同等の性質を備えている場合も含むものである。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００４５】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、本発明に係る半導体薄膜の製造方法について説明する。
【００４６】
図１に、絶縁膜上に本発明を適用して半導体薄膜が形成された状態を示す。図１においては、ガラス基板１上に絶縁膜２が形成され、当該絶縁膜２上に半導体薄膜である略単結晶珪素膜３及び結晶質珪素膜５が形成されている。また、絶縁膜２の表面には、当該絶縁膜２の厚み方向に細孔Ｈが設けられている。
【００４７】
この略単結晶珪素膜３は、内部に欠陥が少ないため、半導体の電気特性の点で、エネルギーバンド図における禁制帯中央部付近の捕獲準位密度を多結晶珪素膜と比較して少なくさせる効果がある。また、この略単結晶珪素膜３には結晶粒界がない、もしくは少ないため、多結晶珪素膜と比較して電子や正孔といったキャリアが流れる際の障壁が大きく低減されている。
【００４８】
このため、この略単結晶珪素膜３を半導体薄膜として用いて半導体装置を構成することにより、多結晶半導体膜を用いた半導体装置と比較して結晶粒界や表面に起因した状態密度が小さくなることによって半導体膜中のキャリア密度が大きくなり、且つ、結晶粒界での結晶の周期性の乱れに起因したキャリアの散乱を受けなくなることによってキャリアの移動度が向上するなど、電気的特性に優れ、低電圧で高速動作可能な半導体装置を実現することができる。
【００４９】
例えば、この略単結晶珪素膜３を薄膜トランジスタの能動層、すなわちソース／ドレイン領域やチャネル領域に用いることにより、オフ電流や移動度、しきい値電圧に優れ、低電圧で高速動作可能な薄膜トランジスタを容易に実現することができる。
【００５０】
そして、この略単結晶珪素膜３は、細長の形状を有し、長径が１０μｍ以上の粒径を有する大きな単結晶珪素粒により構成されている。したがって、この略単結晶珪素膜３を用いて半導体装置を構成することにより、従来の略単結晶珪素膜では実現が困難であった良好な特性を有し、且つ大きなサイズの半導体装置を容易に実現することが可能である。
【００５１】
従来の略単結晶珪素膜においては、薄膜トランジスタに用いて良好な特性を均一に安定して得られる結晶粒の大きさは、最大でも長径で８μｍ程度である。この従来の略単結晶珪素膜を用いて薄膜トランジスタを作製する場合、薄膜トランジスタの製造工程でのマージン等を考慮すると、大きくても４μｍ〜５μｍ程度の大きさの薄膜トランジスタしか作製することができない。そして、このような略単結晶珪素膜を用いてこれ以上の大きさの薄膜トランジスタを形成する場合には、薄膜トランジスタの能動層に必ず結晶粒界を含むことになり、キャリアの移動特性の劣化やばらつきが生じてしまう。
【００５２】
また、数十μｍ程度の大きな結晶粒を形成できても、形成位置を制御することができないため、半導体装置を製造した場合には結晶粒界が電流の流路を横切る可能性がある。そして、これはキャリア移動特性の劣化の原因となるため、信頼性の高い高性能な半導体装置を各半導体装置間で均一に製造することができない。
【００５３】
しかしながら、この略単結晶珪素膜３は長径が１０μｍ以上の粒径の結晶粒を有するため、上述したような問題を生じることなく、大きなサイズ、例えば５μｍよりも大きなサイズの半導体装置の製造に用いて好適な半導体薄膜が実現されている。
【００５４】
図２は、上述した略単結晶珪素膜３の製造方法を示す工程図である。この略単結晶珪素膜３を作製するには、まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１上に絶縁膜２として酸化珪素膜を例えば２００ｎｍの膜厚で形成する。ここで、ガラス基板１上への酸化珪素膜の形成方法としては、例えば、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）、低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）、スパッタリング法などの気相堆積法を用いることができる。
【００５５】
そして、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を行うことにより、図２（ｂ）に示すように細孔Ｈを絶縁膜２である酸化珪素膜の面内に形成する。酸化珪素膜のエッチングは、例えばＣＦ４ガスとＨ２ガスのプラズマを用いた反応性イオンエッチングにより行うことができる。
【００５６】
なお、基板としてガラス、石英、セラミックス、その他少なくとも表面が絶縁性の基板を使用し、絶縁膜を形成しない場合は、基板の絶縁性表面に直接細孔Ｈを形成する。
【００５７】
ここで、細孔Ｈは、例えば直径５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、深さ５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の直径が十分に小さく、且つ深さの深い略円柱状とする。細孔Ｈの直径が大きく、また深さが浅い場合には、後の工程で溶融状態の珪素が結晶成長する際に細孔Ｈからランダムに複数の結晶粒が成長してしまい、その結果、細孔Ｈを起点として形成される珪素膜が複数の結晶粒を持つ多結晶膜となる恐れがある。
【００５８】
そこで、このように細孔Ｈを径が十分小さく、深さがある程度深い形状とすることにより、細孔Ｈから成長する結晶粒を細孔Ｈと同じ方向に成長した結晶粒一つだけにフィルタリングすることが可能となり、確実に略単結晶珪素膜を作製することができる。
【００５９】
また、このような細く深い孔をフォトリソグラフィとエッチングとで形成するのは一般的には難しく、高度なプロセスが必要とされるが、以下に説明する方法でも細孔Ｈを所望の形状及び大きさに形成することができる。
【００６０】
すなわち、最初に基板上にフォトリソグラフィとエッチングとにより所望の形状であり、所望の直径よりも大きく、深い孔を形成してからＣＶＤで絶縁材料を堆積する。これにより、絶縁材料は基板上に堆積するとともに孔の中にも堆積される。このとき、孔の内部においては、底面及び孔の内壁にも略均等に絶縁材料が堆積するため、孔の径が略均等に狭められ、絶縁膜を形成するとともに直径の細い細孔を形成することができる。この方法によれば、高度なプロセスを用いることなく、容易に上述したような直径が小さく、深さの深い細孔Ｈを形成することが可能である。
【００６１】
次に、図２（ｃ）に示すように、例えばＬＰＣＶＤ法により、細孔Ｈ内及び絶縁膜２上に非晶質珪素を堆積して、膜厚が５０ｎｍ〜２５０ｎｍ程度の非晶質珪素膜４を形成する。ＬＰＣＶＤ法を用いて酸化珪素膜上に非晶質珪素を堆積することにより、細孔Ｈ内に非晶質珪素を確実に埋め込みつつ、高純度の非晶質珪素膜４を絶縁膜２上に容易に形成することができる。また、ここでは、絶縁膜２上及び細孔Ｈ内に非晶質珪素を堆積して非晶質珪素膜４を形成したが、ここで形成する珪素膜は結晶質珪素膜として多結晶珪素膜または微結晶を形成しても構わない。
【００６２】
次に、図２（ｄ）に示すように、非晶質珪素膜４に対して所定の方向にレーザ走査照射Ｌ１を行う。非晶質珪素膜４にレーザ走査照射Ｌ１を行うと、非晶質珪素膜４はレーザ光を吸収し、吸収したレーザ光のエネルギーにより温められて溶融状態となる。このとき、細孔Ｈ内に形成された非晶質珪素に関しては、少なくとも細孔Ｈの底部近傍に位置する非晶質珪素は溶融することなく、非溶融状態を維持する。すなわち、レーザ走査照射Ｌ１を行う際には、少なくとも細孔Ｈの底部近傍に位置する非晶質珪素は溶融せず、部分的に非溶融状態を保持するような照射条件で照射を行う。
【００６３】
したがって、レーザ走査照射Ｌ１を行うことにより、絶縁膜２上の非晶質珪素膜４の面内は全て溶融状態とされ、細孔Ｈ内に関しては、少なくとも細孔Ｈの底部近傍に位置する非晶質珪素は部分的に非溶融状態を保持する。
【００６４】
これにより、レーザ走査照射Ｌ１後においては、細孔Ｈ内で非溶融状態の非晶質珪素を核として単結晶成長が始まり、溶融状態の非晶質珪素膜４の面内における細孔Ｈを起点として該細孔Ｈからレーザ走査照射Ｌ１の下流方向の領域が略単結晶珪素膜３に変化する。
【００６５】
すなわち、非晶質珪素膜４にレーザを所定の方向に走査照射することにより、細孔Ｈ内の非溶融状態の珪素を核とした結晶成長を生じさせて、該細孔Ｈ内から非晶質珪素膜４の面内における細孔Ｈを起点として該細孔Ｈからレーザ走査照射Ｌ１の下流方向の領域を略単結晶珪素膜３に変化させることができ、略単結晶珪素膜３を簡便且つ確実に連続形成することができる。このようにして作製された略単結晶珪素膜３は、膜質のばらつきがなく、均一な特性を有する。
【００６６】
ここで、本実施の形態においては、レーザ走査照射Ｌ１にはＣＷレーザ（ＣＷＬ）を用い、該ＣＷレーザを所定の方向に走査照射することにより行う。非晶質珪素膜４に対してＣＷレーザを所定の方向に走査照射することにより、ＣＷレーザの走査方向に沿って、すなわちＣＷレーザの走査方向と略平行方向において大きな粒径の結晶粒を有する略単結晶珪素膜３を形成することができる。
【００６７】
従来の方法では、非晶質珪素膜４に対するレーザ照射には、パルス発振レーザであるエキシマレーザが用いられている。そして、この場合、作製可能な結晶粒の大きさは、最大でも長径で８μｍ程度である。
【００６８】
しかしながら、本実施の形態においては、非晶質珪素膜４に対してＣＷレーザを走査照射するため、非晶質珪素膜４に対してレーザ光のエネルギーを連続的に供給することができる。これにより、ＣＷレーザの走査方向に沿って、すなわちＣＷレーザの走査方向と略平行方向において大きな粒径の結晶粒を有する略単結晶珪素３を得ることができる。
【００６９】
そして、この方法によれば、レーザの周波数や走査速度等の諸条件を適当に設定することにより、ＣＷレーザの走査方向に沿った長径が１０μｍ以上の粒径を有する略単結晶珪素膜３を容易に形成することが可能であり、諸条件を最適設定することによりＣＷレーザの走査方向に沿った長径が略２０μｍ程度の粒径を有する略単結晶珪素膜３を得ることが可能である。
【００７０】
したがって、この半導体薄膜の製造方法によれば、大きなサイズ、例えば５μｍよりも大きなサイズの半導体装置に用いて好適な大粒径の略単結晶珪素を有する略単結晶珪素膜３を容易に作製することができる。
【００７１】
前記のように本発明により略単結晶珪素膜３を作製する場合、非晶質珪素膜４に走査照射するＣＷレーザとしては、珪素膜での吸収率が大きいレーザが好ましい。珪素膜での吸収率が大きいＣＷレーザを用いることにより、レーザ走査照射Ｌ１を行った際に非晶質珪素膜４がより多くのレーザ光を吸収することができるため、より確実に、且つ効率的に非晶質珪素膜４を溶融状態とすることができる。
【００７２】
このようなＣＷレーザとしては、少なくとも波長が６５０ｎｍ以下の成分を含んでいることが好ましい。このようなＣＷレーザは珪素膜での吸収率が十分高いため、効率よく珪素膜を溶融、結晶化させることができる。そして、このようなＣＷレーザとしては、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの２倍高調波（波長５３２ｎｍ）やＮｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波（波長５３２ｎｍ）が好適である。しかしながら、本発明においては、ＣＷレーザはこれに限定されるものではなく、これらと同等もしくはこれよりも短い波長を有し、珪素膜での吸収率が大きいＣＷレーザであればいずれも用いることが可能である。
【００７３】
また、レーザ走査照射Ｌ１におけるＣＷレーザのエネルギー密度は、非晶質珪素膜の膜厚５０ｎｍ〜２５０ｎｍに対応するように０．４Ｊ／ｃｍ２〜１．５Ｊ／ｃｍ２程度として行う。
【００７４】
そして、レーザ走査照射Ｌ１におけるＣＷレーザの走査速度は、珪素の結晶化速度、すなわち凝固界面の移動速度に合わせることが好ましく、例えば２０ｃｍ／ｓｅｃ〜５０ｃｍ／ｓｅｃ程度が好適である。
【００７５】
なお、絶縁膜２である酸化珪素膜は、前記レーザ光に対して略透明な特性を有し、このレーザ光のエネルギーを吸収しないため、レーザ照射によって溶融することはない。また、絶縁膜２を酸化珪素以外の材質で構成する場合には、酸化珪素膜を用いる場合と同様にレーザ光に対して透明な膜か、珪素に比較して十分に融点の高い材質を選べばよい。
【００７６】
以上のようにして図１に示すような略単結晶珪素膜３を連続形成することができる。
【００７７】
上述した方法によれば、非晶質珪素膜４にＣＷレーザを走査照射することにより細孔Ｈ内の非溶融状態の珪素を核として結晶成長させて略単結晶珪素膜３を形成するため、所定の方向、すなわちＣＷレーザの走査方向と略平行方向において大きな粒径の結晶粒を有する略単結晶珪素３を形成することが可能である。
【００７８】
また、この方法によれば、上述したように細孔Ｈ内の非溶融状態の珪素を核として結晶成長させて略単結晶珪素膜３を形成するため、細孔Ｈの形成位置を制御することにより、略単結晶珪素膜３の形成位置を所望の位置に制御することが可能である。
【００７９】
また、前記においては、細孔Ｈの形状を略円柱状とした場合について説明したが、細孔Ｈの形状はこれに限定されず、細孔Ｈの形状は上述したように細孔Ｈから結晶成長して該細孔Ｈから成長する結晶粒を細孔Ｈと同じ方向に成長した結晶粒一つだけにフィルタリングすることができればよく、例えば、細孔Ｈの形状は略直方体型などの形状としても良い。このような構成の場合も、絶縁膜２上の非晶質珪素膜４は溶融し、且つ少なくとも細孔Ｈ内の一部の非晶質珪素は溶融せずに非溶融状態を保持するような照射条件でレーザ照射を行えば良い。
【００８０】
また、前記においては、非晶質珪素膜４にＣＷレーザを走査照射する場合について説明したが、本発明においては非晶質珪素膜４には連続光を走査照射すればよく、例えば集光した高エネルギーのランプ光などでもよい。ここで連続光とは時間的に連続に発光する光をいう。
【００８１】
なお、前記においては半導体薄膜として略単結晶珪素膜を形成する場合について説明したが、本発明はゲルマニウム膜やシリコン・ゲルマニウム膜など他の半導体膜を形成する場合においても広く適用することが可能である。
【００８２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、本発明に係る半導体装置の製造方法について、薄膜トランジスタを例に説明する。
【００８３】
図３（ａ）は、本発明を適用して作製した半導体装置である薄膜トランジスタの構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）においてＡ‐Ａ′線で切断した縦断面図である。
【００８４】
本実施の形態に係る薄膜トランジスタにおいては、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板１上に絶縁膜２が形成され、当該絶縁膜２上に半導体薄膜である略単結晶珪素膜３が形成されている。また、絶縁膜２の表面には、当該絶縁膜２の厚み方向に細孔Ｈが設けられている。なお、この略単結晶珪素膜３は、上述した第１の実施の形態において説明した方法により作製されたものであり、大粒径の略単結晶珪素を有する略単結晶珪素膜３とされている。
【００８５】
また、図３（ｂ）に示すように、パターニングされた略単結晶珪素膜３の一部がソース領域３１、ドレイン領域３３とされ、当該ソース領域３１、ドレイン領域３３に挟まれた部分がチャネル領域３２とされている。そして、チャネル領域３２の上部には、酸化珪素膜１０を介してゲート電極１１が形成され、さらに酸化珪素膜１２が形成されている。なお、ソース領域３１、ドレイン領域３３及びチャネル領域３２には、略単結晶珪素膜３の大粒径の結晶粒部分が用いられている。
【００８６】
一方、ソース領域３１、ドレイン領域３３の上部には、酸化珪素膜１０及び酸化珪素膜１２を介してソース／ドレイン電極１３が形成されている。なお、ソース／ドレイン電極１３は、コンタクトホールＣを介してソース領域３１、ドレイン領域３３と接続されている。
【００８７】
上述したように本実施の形態に係る薄膜トランジスタにおいては、略単結晶珪素膜３を半導体薄膜として用いて薄膜トランジスタを形成している。この略単結晶珪素膜３は、内部に欠陥が少ないため、半導体の電気特性の点で、エネルギーバンド図における禁制帯中央部付近の捕獲準位密度を多結晶珪素膜と比較して少なくさせる効果がある。また、この略単結晶珪素膜３には結晶粒界がないため、多結晶珪素膜と比較して電子や正孔といったキャリアが流れる際の障壁が大きく低減されている。
【００８８】
このため、この略単結晶珪素膜３を半導体薄膜として用いて半導体装置を構成することにより、多結晶半導体膜を用いた半導体装置と比較して結晶粒界や表面に起因した状態密度が小さくなることによって半導体膜中のキャリア密度が大きくなり、且つ、結晶粒界での結晶の周期性の乱れに起因したキャリアの散乱を受けなくなることによってキャリアの移動度が向上するなど、電気的特性に優れ、低電圧で高速動作可能な半導体装置を実現することができる。
【００８９】
そして、この略単結晶珪素膜３を薄膜トランジスタの能動層、すなわちソース領域３１、ドレイン領域３３やチャネル領域３２に用いて構成した本実施の形態に係る薄膜トランジスタにおいては、オフ電流や移動度、しきい値電圧に優れ、低電圧で高速動作可能な薄膜トランジスタが実現されている。
【００９０】
また、この薄膜トランジスタにおいては、略単結晶珪素膜３の大粒径の結晶粒部分を能動層として用いて薄膜トランジスタを構成しているため、従来は実現が困難であった良好な特性を有し、且つ大きなサイズの、すなわち５μｍを超える大きさの薄膜トランジスタが実現されている。
【００９１】
そして、この薄膜トランジスタにおいては、略単結晶珪素膜３を用いて構成したチャネル領域のチャネル方向、すなわち電流の流れる方向であるソース−ドレイン方向がＣＷレーザの走査方向、すなわち結晶粒界の長径方向と略平行方向とされている。
【００９２】
さらに、この薄膜トランジスタにおいては、略単結晶珪素膜３をパターニングして半導体膜を形成する際に、細孔Ｈの位置から外れた位置に半導体膜が形成されている。すなわち、この薄膜トランジスタにおいては、略単結晶珪素膜３の細孔を含まない領域を能動層として用いている。そして、細孔Ｈ、ソース領域３１、チャネル領域３２及びドレイン領域３３が略単結晶珪素膜３のＣＷレーザの走査方向において細孔Ｈ−ソース領域３１−チャネル領域３２−ドレイン領域３３の順に一直線状に配置されている。
【００９３】
本発明においては、細孔Ｈを基点としてＣＷレーザの走査方向に長径を有する大きな粒径の結晶粒が作製される。したがって、単結晶珪素膜３の細孔上にはこの大きな粒径の結晶粒とＣＷレーザの走査方向とは反対側に形成された結晶との結晶粒界が存在する。しかしながら、上述したような構成とすることにより、該結晶粒界を能動層、すなわちチャネル領域及びソース／ドレイン領域に含まない構成とすることができ、結晶粒界に起因したキャリア移動特性の劣化が防止され、良好なキャリア移動特性を備えた薄膜トランジスタが実現されている。
【００９４】
これにより、この薄膜トランジスタにおいては、能動層においてソース−ドレイン方向と交わる結晶粒界がない、もしくはその数が極力減らされた状態とされているため、能動層のソース−ドレイン方向における抵抗が低減されており、良好な移動度を実現することが可能となる。
【００９５】
なお、前記において細孔Ｈ、ソース領域３１、チャネル領域３２及びドレイン領域３３を略単結晶半導体膜３のＣＷレーザ走査方向において細孔Ｈ−ドレイン領域３１−チャネル領域３２−ソース領域３３の順に配置した構成としても良い。この場合においても上記と同様の効果が得られる。
【００９６】
図４は、上述した薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図である。このような薄膜トランジスタを作製するには、まず、図４（ａ）に示すように絶縁膜２上に略単結晶珪素膜３を形成する。なお、略単結晶珪素膜３を形成するまでの工程は、第１の実施の形態と同様であるため、第１の実施の形態における説明を参照することとし、ここでは詳細な説明は省略する。
【００９７】
次に、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を行うことにより、略単結晶珪素膜３を含む結晶質珪素膜５をパターニングし、図４（ｂ）に示すように薄膜トランジスタ用の半導体薄膜を形成する。このとき、略単結晶珪素膜３の長径方向、すなわち、ＣＷレーザの走査方向が薄膜トランジスタのソース−ドレイン方向と略平行方向となるようにパターニングする。また、略単結晶珪素膜３の大粒径の結晶粒部分を能動層として用いるため、パターニング後の半導体薄膜は略単結晶珪素膜３の大粒径の結晶粒部分が用いられる。
【００９８】
次に、図４（ｃ）に示すように、電子サイクロトロン共鳴ＰＥＣＶＤ法（ＥＣＲ‐ＣＶＤ法）、平行平板ＰＥＣＶＤ法、またはＬＰＣＶＤ法などの方法により、略単結晶珪素膜３上に酸化珪素膜１０を形成する。なお、この酸化珪素膜１０は、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として機能するものである。
【００９９】
次に、タンタルまたはアルミニウムなどの金属薄膜をスパッタリング法により形成した後、パターニングすることにより、図４（ｄ）に示すようにゲート電極１１を形成する。そして、このゲート電極１１をマスクとして用いて、ドナーまたはアクセプターとなる不純物イオンのイオン注入ＩＩを行うことにより、ソース領域３１、ドレイン領域３３とチャネル領域３２とをゲート電極１１に対して自己整合的に形成する。ｎＭＯＳトランジスタを作製する場合には、不純物イオンとしてリン（Ｐ）を例えば１×１０１６ｃｍ−２の濃度でソース／ドレイン領域に打ち込む。
【０１００】
その後、ソース領域３１、ドレイン領域３３に打ち込まれた不純物元素の活性化を行う。不純物元素の活性化は、例えば照射エネルギー密度２００ｍＪ／ｃｍ２〜４００ｍＪ／ｃｍ２程度でのＸｅＣｌエキシマレーザの照射や、２５０℃から４５０℃程度の温度の熱処理により行うことができる。
【０１０１】
次に、図４（ｅ）に示すように、ＰＥＣＶＤ法などにより、例えば膜厚が略５００ｎｍの酸化珪素膜１２を、酸化珪素膜１０及びゲート電極１１上に形成する。そして、ソース領域３１、ドレイン領域３３に至るコンタクトホールＣを酸化珪素膜１２、１０に開口し、スパッタリング法などによりコンタクトホールＣ内及び酸化珪素膜１２上のコンタクトホールＣの周縁部に例えばアルミニウムを堆積し、パターニングすることによりソース／ドレイン電極１３を形成する。このようにして薄膜トランジスタが完成する。
【０１０２】
上述した薄膜トランジスタの製造方法においては、第１の実施の形態で説明した方法を用いて略単結晶珪素膜３を作製するため、ガラス基板１上において、形成位置を制御して大粒径を有する略単結晶珪素膜３を形成することが可能である。
【０１０３】
そして、この略単結晶珪素膜３を能動層として用いて薄膜トランジスタを作製するため、オフ電流や移動度、しきい値電圧に優れ、低電圧で高速動作可能な薄膜トランジスタを容易に、且つ確実に作製することができる。
【０１０４】
そして、この略単結晶珪素膜３の大粒径の結晶粒部分を能動層として用いて薄膜トランジスタを作製するため、能動層に結晶粒界を含まず、結晶粒界に起因した移動特性の劣化やばらつきがない、均一な特性を備えた薄膜トランジスタを作製することができる。したがって、上述した薄膜トランジスタの製造方法によれば、従来の方法では実現が困難であった、良好な特性を有し、且つ大きなサイズの薄膜トランジスタを容易に作製することができる。
【０１０５】
また、この薄膜トランジスタの製造方法においては、略単結晶珪素膜３の形成位置を予め薄膜トランジスタの形成位置に合わせて制御することが可能である。これにより、薄膜トランジスタを精度良く作製することができ、また、略単結晶珪素膜３の形成位置に起因した不良の発生を防止することができ、効率良く、高品質な薄膜トランジスタを作製することができる。
【０１０６】
そして、この薄膜トランジスタの製造方法を用いて薄膜トランジスタの集積回路を形成することにより、単結晶珪素ＬＳＩに匹敵する性能を有する集積回路を形成することが可能である。
【０１０７】
また、前記においては、１つの薄膜トランジスタを作製する場合について説明したが、複数の薄膜トランジスタを作製する場合には、各薄膜トランジスタ用に形成した複数の細孔Ｈに対して、細孔Ｈから各薄膜トランジスタのチャネル領域がある方向と平行方向にＣＷレーザを走査照射して略単結晶珪素膜３を作製する。
【０１０８】
そして、この略単結晶珪素膜３におけるＣＷレーザの走査方向を能動層におけるソース−ドレイン方向と略平行方向として薄膜トランジスタを構成することにより、均一な特性を有し、且つ移動度の大きい複数の薄膜トランジスタを容易に作製することができる。
【０１０９】
なお、上述した薄膜トランジスタの製造方法においては、形成する細孔Ｈは、１個の薄膜トランジスタにつき、１個のみとした場合について説明した。これにより、非晶質珪素膜４に対するレーザ照射後において結晶成長の核が１個の薄膜トランジスタにつき複数存在することを防止できる。すなわち、細孔Ｈを１個の薄膜トランジスタにつき１個のみ形成することにより、結晶成長の基点を一カ所のみとすることが可能となり、略単結晶珪素膜３を確実に連続形成することができるため、良好な特性を有する薄膜トランジスタを作製することができる。
【０１１０】
また、前記においては、略単結晶珪素膜３の細孔を含まない領域を能動層として用いた場合について説明したが、図３（ｂ）に示すように略単結晶珪素膜の細孔Ｈ′上にソース領域３１を配するとともに、ソース領域３１、チャネル領域３２及びドレイン領域３３を略単結晶珪素膜３のＣＷレーザの走査方向においてソース領域３１−チャネル領域３２−ドレイン領域３３の順に一直線状に配置した構成とすることもできる。
【０１１１】
このような構成とした場合、ソース領域３１に上述したような細孔Ｈ′上の結晶粒界を含むことになるが、構成された薄膜トランジスタの能動層に含まれる結晶粒界を該結晶粒界のみとでき、従来の薄膜トランジスタと比較して結晶粒界に起因したキャリア移動特性の劣化が大幅に抑制され、良好なキャリア移動特性を備えた薄膜トランジスタを実現することができる。
【０１１２】
また、略単結晶珪素膜の細孔Ｈ′上にドレイン領域３３を配するとともに、ソース領域３１、チャネル領域３２及びドレイン領域３３を略単結晶珪素膜３のＣＷレーザの走査方向においてドレイン領域３３−チャネル領域３２−ソース領域３１の順に一直線状に配置した構成とすることもできる。この場合も、上述した効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により形成された半導体薄膜を示す図である。
【図２】半導体薄膜の製造方法を示す工程図である。
【図３】薄膜トランジスタを示す図である。
【図４】薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板、２  絶縁膜、３  略単結晶珪素膜、４  非晶質珪素膜、１０  酸化珪素膜、１１  ゲート電極、１２  酸化珪素膜、１３  ソース／ドレイン電極、３１  ソース領域、３２  チャネル領域、３３  ドレイン領域
【図１】
2004158779.tif 000003
【図２】
2004158779.tif 000004
【図３】
2004158779.tif 000005
【図４】
2004158779.tif 000006