(57)【要約】【課題】従来よりも高性能な結晶質半導体膜及びその製造方法、並びにそれ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。【解決手段】本発明の結晶質半導体膜は複数の結晶粒を含んでおり、この複数の結晶粒のうち、＜００１＞方位が膜面内に規定される所定の方向から±１０°以内にある結晶粒が、面積基準で全体の７０％以上を占めている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の結晶粒を含む結晶質半導体膜であって、
前記複数の結晶粒のうち、＜００１＞方位が膜面内に規定される所定の方向から±１０°以内にある結晶粒が、面積基準で全体の７０％以上を占める、結晶質半導体膜。
【請求項２】
前記複数の結晶粒のそれぞれの間に形成されている粒界の延びる方向が、前記所定の方向から±１０°以内にある、請求項１に記載の結晶質半導体膜。
【請求項３】
３０ｎｍを超える膜厚を有する、請求項１または２に記載の結晶質半導体膜。
【請求項４】
シリコンを含む請求項１から３のいずれかに記載の結晶質半導体膜。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の結晶質半導体膜を備える半導体装置であって、キャリアの移動方向が前記所定の方向に略平行であるように構成されている、半導体装置。
【請求項６】
チャネル方向が前記所定の方向に略平行に配置されたトランジスタを備える、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の半導体装置を備える、表示装置。
【請求項８】
絶縁基板の主面に非晶質状態にある半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜の第１領域にエネルギーを付与することによって、前記第１領域に、複数の結晶粒を形成する第１結晶化工程と、
前記第１結晶化工程の後に、前記第１領域から所定の方向に第１の距離だけ離間した第２領域にエネルギーを付与することによって、前記複数の結晶粒のうちの少なくとも一部の結晶粒を前記所定の方向に成長させる工程であって、前記第１の距離は、前記第１結晶化工程によって形成された前記複数の結晶粒の前記所定の方向の長さよりも短い、第２結晶化工程と、
前記第２結晶化工程の後に、前記第２領域から前記所定の方向に向かって第２の距離ずつ離間した複数の領域のそれぞれに、前記第２領域から前記所定の方向に向かって順次、エネルギーを付与することによって、前記複数の結晶粒のうちの前記少なくとも一部の結晶粒を前記所定の方向にさらに成長させる第３結晶化工程であって、前記第２の距離は、直前の結晶化工程における前記少なくとも一部の結晶粒の前記所定の方向における成長距離よりも短い、第３結晶化工程とを包含し、
前記複数の結晶粒のうちの前記少なくとも一部の結晶粒は、＜００１＞方位が膜面内の前記所定の方向から±１０°以内にある、結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項９】
前記エネルギー付与は、パルスレーザビームを前記所定の方向にステップ走査することによって実行される、請求項８に記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１０】
前記第１および第２の距離は約０．５μｍ以上である、請求項８または９に記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１１】
前記第１領域の前記所定の方向の長さが約３μｍのときに前記第１および第２の距離が約１．５μｍ以下である、請求項８から１０のいずれかに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶質半導体膜及びその製造方法、並びにそれ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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という）に代表される半導体素子が広く利用されている。ＴＦＴに利用される半導体膜として、アモルファスシリコンを用いることは簡便であるが、キャリアの移動度が小さく、高速動作が要求されるＴＦＴに利用できないという問題がある。高いＴＦＴ特性を得るには、結晶質シリコン膜を利用すればよい。
【０００３】
結晶質シリコン膜の１つに多結晶シリコン膜がある。多結晶シリコン膜を形成する方法として、アモルファスシリコン膜を６００℃前後で熱処理することによって結晶成長させる方法（固相成長法）、または、アモルファスシリコン膜をエキシマレーザ照射することによって溶融（再）結晶化させる方法（エキシマレーザアニール法）が知られている。エキシマレーザアニール法による多結晶シリコン膜の形成は、ガラス基板も可能であるため、大面積基板による低温プロセスの多結晶シリコンＴＦＴの製造に実用化されている。
【０００４】
例えば特許文献１は、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコン薄膜に紫外線レーザーをパルス状に照射しながら走査し、レーザービームの照射位置を順次ずらしていくことにより、多結晶シリコン薄膜を得る方法を開示している。また、特許文献２は、アモルファスシリコンに対するレーザビームの照射回数を制御することにより、高いスループットで多結晶シリコン薄膜を得る方法を開示している。
【０００５】
上記２つの特許文献に説明された方法によれば、最終的に得られる多結晶シリコン薄膜は、結晶粒の＜００１＞方位が膜表面の法線方向と略平行であることが説明されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−４１２３４号公報（図１および請求項１）
【特許文献２】
特開２００２−９３８５４号公報（図２および請求項２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の技術の高度化により、より優れた特性を備える半導体装置を作製できる結晶質半導体膜が求められている。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、より高性能な結晶質半導体膜及びその製造方法、並びにそれ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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の結晶質半導体膜は、複数の結晶粒を含む結晶質半導体膜であって、前記複数の結晶粒のうち、＜００１＞方位が膜面内に規定される所定の方向から±１０°以内にある結晶粒が、面積基準で全体の７０％以上を占めており、これにより上記の課題が解決される。
【００１０】
前記複数の結晶粒のそれぞれの間に形成されている粒界の延びる方向が、前記所定の方向から±１０°以内にあることが好ましい。
【００１１】
例えば、上記結晶質半導体膜は３０ｎｍを超える膜厚を有する。
【００１２】
上記結晶質半導体膜は、例えば、シリコンを含んでいる。
【００１３】
本発明の半導体装置は、上述の結晶質半導体膜を備え、キャリアの移動方向が前記所定の方向に略平行であるように構成されていることが好ましい。
【００１４】
チャネル方向が前記所定の方向に略平行に配置されたトランジスタを備えることが好ましい。
【００１５】
本発明の表示装置は、上記半導体装置を備えることが好ましい。
【００１６】
本発明の結晶質半導体膜の製造方法は、絶縁基板の主面に非晶質状態にある半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜の第１領域にエネルギーを付与することによって、前記第１領域に、複数の結晶粒を形成する第１結晶化工程と、前記第１結晶化工程の後に、前記第１領域から所定の方向に第１の距離だけ離間した第２領域にエネルギーを付与することによって、前記複数の結晶粒のうちの少なくとも一部の結晶粒を前記所定の方向に成長させる工程であって、前記第１の距離は、前記第１結晶化工程によって形成された前記複数の結晶粒の前記所定の方向の長さよりも短い、第２結晶化工程と、前記第２結晶化工程の後に、前記第２領域から前記所定の方向に向かって第２の距離ずつ離間した複数の領域のそれぞれに、前記第２領域から前記所定の方向に向かって順次、エネルギーを付与することによって、前記複数の結晶粒のうちの前記少なくとも一部の結晶粒を前記所定の方向にさらに成長させる第３結晶化工程であって、前記第２の距離は、直前の結晶化工程における前記少なくとも一部の結晶粒の前記所定の方向における成長距離よりも短い、第３結晶化工程とを包含し、前記複数の結晶粒のうちの前記少なくとも一部の結晶粒は、＜００１＞方位が膜面内の前記所定の方向から±１０°以内にあり、これにより上記の課題が解決される。
【００１７】
前記エネルギー付与は、パルスレーザビームを前記所定の方向にステップ走査することによって実行されることが好ましい。
【００１８】
前記第１および第２の距離は約０．５μｍ以上であることが好ましい。
【００１９】
例えば前記第１領域の前記所定の方向の長さが約３μｍのとき、前記第１および第２の距離が約１．５μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、シリコン膜を例に本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は、シリコン薄膜に限らず、ゲルマニウム、またはガリウムなどを含む様々な半導体膜に広く適用することができる。
【００２１】
本実施形態の結晶質シリコン膜は複数の結晶粒を含んでいる。この結晶粒のうち、＜００１＞方位が膜面内に規定される所定の方向から±１０°以内にある結晶粒は、面積基準で全体の７０％以上を占めている。すなわち、本実施形態の結晶質シリコン膜は、＜００１＞方位が一方向に優先配向している。優先配向する方向は、典型的にはエキシマレーザの走査方向である。
【００２２】
なお後述するが、１枚の基板の上に複数の結晶質半導体膜を形成してもよい。すなわち、例えば基板上に形成された非晶質半導体膜に、エキシマレーザの照射によって本実施形態の結晶質シリコン膜を作製する場合、領域ごとにエキシマレーザの走査方向を異ならせることによって、同一基板上に優先配向方向のそれぞれ異なる複数の結晶質半導体膜を形成してもよい。
【００２３】
本実施形態の結晶質シリコン膜を用いて、キャリアの移動方向が上記所定の方向に略平行であるように半導体装置を構成すれば、従来の多結晶シリコン膜を用いた場合に比べて、キャリアの移動度が高く、しきい値電圧の低い、高性能な半導体装置を得ることができる。例えば本実施形態の結晶質シリコン膜は、優先配向方向に約６００〜７００ｃｍ２／Ｖｓの電子移動度を有する。これは、一般的な低温多結晶シリコンの電子移動度（約５０〜１００ｃｍ２／Ｖｓ）の約６〜１０倍の大きさである。
【００２４】
具体的には、本実施形態の結晶質シリコン膜を用いて、チャネル方向が上記所定の方向に略平行に配置されるようにトランジスタを作製することによって、従来よりも高性能なトランジスタを得ることができる。
【００２５】
好ましい実施形態では、隣接する結晶粒の間に形成されている粒界の延びる方向は、上記所定の方向から±１０°以内にある。すなわち、結晶質シリコン膜に形成される粒界の延びる方向が一定の狭い範囲内に制御されている。従って、１枚の結晶質シリコン膜を用いて、特性のばらつきが抑制された、高性能な半導体素子を高密度で作製することができる。この結晶質シリコン膜は、例えば表示装置に好適に利用される。例えば、この結晶質シリコン膜は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素ＴＦＴや、駆動回路のＴＦＴを作製するのに好適に用いられる。また、特に、高性能なＴＦＴを高密度で作製することができるため、高精細な表示装置や、液晶ドライバＩＣ、コントローラー、およびは電源用ＩＣ等の様々な機能部品を同一パネル上に形成したシステム液晶表示装置に好適に用いられる。
【００２６】
以下、図１を参照しながら、本実施形態の結晶質シリコン膜の好ましい製造方法を説明する。以下の説明では、パルスレーザビームを用いてシリコン膜にエネルギーを付与する例を示すが、これに限られず、他の光源（例えば紫外線ランプ）や荷電粒子ビーム（例えば電子線）などを用いることもできる。
【００２７】
まず図１（ａ）に示すように、絶縁基板２の主面に非晶質状態にあるシリコン膜６を所定の膜厚で形成する。基板２には例えばガラス基板を使用することができる。また、基板２とシリコン膜６との間に保護膜としてＳｉＯ２膜を形成してもよい。
【００２８】
ＳｉＯ２膜は例えば、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法により、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスおよびＯ３ガスを用いて、ガラス基板上の全面にわたって２００ｎｍの膜厚で均一に形成される。続いて、例えばプラズマＣＶＤ法により、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを用いて、ＳｉＯ２膜の全面に非晶質シリコン膜が形成される。後述するが、例えばシリコン膜の膜厚を３０ｎｍを超えるように形成した場合、優れた特性を備える結晶質シリコン膜を作製できる。また、膜厚が大きいほど結晶成長が安定化し、結晶質シリコン膜の特性をより向上できる。
【００２９】
次に、図１（ｂ）に示すように、例えば長方形状のビームプロファイルを有するレーザビーム８を、シリコン膜６の所定の領域（第１領域）１０Ａに照射する。レーザとして、例えばＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）が使用される。上記長方形状のビームプロファイルは例えばスリットを用いて形成され、短辺の長さは例えば約３μｍである。長辺の長さは一般に基板のサイズに応じて設定され、例えば数１００ｍｍのオーダーである。このレーザビーム８の照射により、長方形状の第１領域１０の端辺（短辺および長辺）は溶融領域と非溶融領域との境界となり、端辺から第１領域１０の中央に向かって上昇するような温度分布が形成される。より低温部分から固化（結晶化）が起こるため、例えば、第１領域１０の長辺近傍から結晶粒１４が形成される（第１結晶化工程）。
【００３０】
以下の説明では、レーザビーム８の走査方向に対するビームプロファイルの後部に形成される溶融領域と非溶融領域との境界（第１領域の一方の長辺。「トレーリングエッジ」）に形成される結晶粒１４だけについて説明するが、実際には結晶粒１４は、ビームプロファイルの後部および前部の両方に形成される溶融領域と非溶融領域との境界（第１領域の対向する２つの長辺）近傍から形成される。図２（ａ）では、最初に照射したレーザビーム８のトレーリングエッジ１２近傍に最初に形成された結晶粒１４だけを図示している。
【００３１】
なお、図２では簡単のために膜面内の方向を示しているが、図２（ａ）の場合、結晶粒１４の＜００１＞方位は実際には、３次元的にほぼランダムな方向を向いている。図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）では、各結晶粒１４の＜００１＞方位を各結晶粒１４内の矢印１６の向く方向で示している。図２（ａ）では、結晶粒１４の＜００１＞方位を示す矢印１６が、ビームプロファイルの短辺方向だけでなく、その他の様々の方向を向いていることを示している。
【００３２】
次に、図１（ｃ）に示すように、レーザビーム８を第１領域１０から所定の方向（矢印１８の方向。以下、レーザビームの走査方向１８と称する場合がある。）に所定の距離２０だけ相対的に移動させて、第１領域１０から方向１８に距離２０だけ離間した第２領域１０Ｂにレーザビーム８を照射する。方向１８は、例えばレーザビーム８のビームプロファイルの短辺に平行な方向である。このレーザビーム８の照射により、図２（ｂ）に示すように、上述の第１結晶化工程によって形成された結晶粒１４のうちの少なくとも一部の結晶粒を、レーザビーム８の走査方向１８と平行な方向に成長させる（第２結晶化工程）。このとき、第１領域１０Ａと第２領域１０Ｂとの離間距離２０（以下、走査ピッチ２０と称する場合がある。）は、第１結晶化工程によって形成された結晶粒１４の長さ（レーザビームの走査方向１８）よりも短くなるように設定されている。
【００３３】
本実施形態では第２結晶化工程において、図２（ａ）に示した第１結晶化工程で最初に形成された結晶粒１４の一部分を溶融するようにレーザビームを照射する。溶融した部分が結晶化する際、トレーリングエッジ１２付近から結晶化が進行し、最初に形成された結晶粒１４が成長する。従って、図２（ｂ）に示したように、最初に形成された結晶粒１４の結晶方位を維持した状態で、それぞれの結晶粒がレーザビーム８の走査方向１８と平行な方向に成長する。
【００３４】
次に、図１（ｄ）に示すように、第２領域１０Ｂから上記所定の方向１８に向かってレーザビーム８を上記所定の距離２０ずつステップ走査する。このレーザビーム８のステップ走査により、第２領域１０Ｂから上記所定の距離２０ずつ離間した領域１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ・・・１０Ｉのそれぞれに、第２領域１０Ｂから所定の方向１８に向かって順次、レーザビーム８を照射する。レーザビーム８の照射により、図２（ｃ）に示すように、結晶粒１４をレーザビームの走査方向１８にさらに成長させる（第３結晶化工程）。結晶粒の（００１）面の成長速度は他の結晶面よりも大きいので、図２（ｃ）に示すように、見かけ上、複数の結晶粒１４のうち、＜００１＞方位が膜面内の所定の方向１８である結晶粒１４Ａが優先的に成長する。このメカニズムは不明であるが、結晶粒の（００１）面の単位面積あたりの原子密度が、他の結晶面に比べて小さいためであると推測される。
【００３５】
例えばＳｉＯ２膜４を表面に形成したガラス基板２上にシリコン膜６を形成し、レーザビーム８のビームプロファイルの短辺の長さを約３μｍとした場合、走査ピッチ２０は約１．５μｍ以下に設定されることが好ましい。走査ピッチの下限値は、スループットを考慮すると約０．５μｍに設定することが好ましい。
【００３６】
以上の工程により、＜００１＞方位が、膜面内に規定される所定の方向１８から±１０°以内にある結晶粒１４Ａが、面積基準で全体の７０％以上を占める結晶質シリコン膜が得られる。
【００３７】
得られた結晶質シリコン膜において、最初に照射したビームプロファイルのトレーリングエッジ１２付近は結晶粒の配向状態が不均一であるため、この不均一な領域以外の領域を用いて、半導体素子などを作製することが好ましい。
【００３８】
上記の説明では、第２結晶化工程におけるレーザビームの走査ピッチ（図１（ｃ）の走査ピッチ２０）と、第３結晶化工程におけるレーザビームの走査ピッチ（図１（ｄ）の走査ピッチ２０）とを同一の大きさとし、さらに、第３結晶化工程におけるレーザビームの走査ピッチの全てを同一の大きさとする場合を例示したが、これに限られない。例えば、第２結晶化工程におけるレーザビームの走査ピッチと、第３結晶化工程におけるレーザビームの走査ピッチとが異なっていても良い。また第３結晶化工程において例えば、最初に照射したビームプロファイルのトレーリングエッジ１２から走査方向１８に進むにつれて、レーザビームの走査ピッチを段階的に大きくしても良い。
【００３９】
また、上記の説明では、最初に照射したレーザビーム８の走査方向に対するビームプロファイルの後部に形成されたトレーリングエッ１２近傍に形成された結晶粒１４を成長させる場合を例示したが、ビームプロファイルの前部に形成されたトレーリングエッジ近傍に形成される結晶粒を成長させてもよい。
【００４０】
また、上記の説明では、基板の全面を、同一方向にレーザビームを走査させて、１枚の結晶質シリコン膜を作製する場合を例示したが、本実施形態の製造方法はこれに限られない。同一基板上の領域ごとにエキシマレーザの走査方向を異ならせることによって、同一基板上に優先配向方向のそれぞれ異なる複数の結晶質半導体膜を形成してもよい。
【００４１】
面内に複数の所定の方向が規定されている結晶質シリコン膜を用いれば、チャネル方向の互いに異なる高性能なＴＦＴを形成できる。具体的には、アクティブマトリクス型液晶表示装置に用いる場合、複数のＴＦＴがマトリクス状に形成される画素領域と、駆動回路のＴＦＴが形成される端子領域とで、上記所定の方向１８が異なるように形成することができる。
【００４２】
なお、上記の説明では結晶質シリコン膜の製造方法を例示したが、この方法を適用することにより、シリコン以外の様々な結晶質半導体膜を製造することができる。
【００４３】
次に、上述の製造方法を用いて得られた結晶質シリコン膜をより具体的に説明する。以下に例示する本実施形態の結晶質シリコン膜は、膜厚がそれぞれ３０ｎｍ、および５０ｎｍの２種類の結晶質シリコン膜である。これらの結晶質シリコン膜はいずれも、膜厚２００ｎｍのＳｉＯ２膜４を表面に有するガラス基板２上に形成されている。これらの結晶質シリコン膜の製造に際しては、短辺が３μｍ、長辺が数１００ｍｍの長方形のビームプロファイルを有するエキシマレーザビーム（波長３０８ｎｍ）を、ピッチ０．５μｍで走査した。なお、比較のために、上記と同様の条件を用いて製造された膜厚１００ｎｍの結晶質シリコン膜についても説明する。
【００４４】
上記３種類の結晶質シリコン膜をＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｐａｔｔｅｎ）法によって解析した。
【００４５】
まず、ＥＢＳＰ法を簡単に説明する。
【００４６】
ＥＢＳＰ法は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）に専用の検出器を設け、一次電子の後方散乱から結晶方位を分析する手法である。結晶中に入射した電子線が非弾性散乱すると、そこから球面波電子線が発生し、このうちブラッグの回折条件を満たす結晶面で弾性散乱されて菊池線が形成される。菊地パターンは結晶構造や結晶方位を鋭敏に反映するので、菊地パターンを解析することにより、結晶方位を解析することができる。
【００４７】
次に、図３から図６を参照しながら、各結晶質シリコン膜の解析結果を説明する。なお、図３に示す結晶質シリコン膜の解析範囲は幅８μｍ、長さ２０μｍの長方形状の領域であり、図４、５および６に示す結晶質シリコン膜の解析範囲は幅５μｍ、長さ２０μｍの長方形状の領域である。上記幅はビームプロファイルの長辺方向に対応し、長さは、最初に照射したレーザビームによって形成されたトレーリングエッジからレーザビームの走査方向１８に対応している。
【００４８】
図３（ａ）は、膜厚５０ｎｍの結晶質シリコン膜のＳＥＭ写真であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に対応する領域の結晶方位分布を表示している。図３（ｂ）は、レーザビームの走査方向１８と平行な方向の結晶方位を表示しており、レーザビームの走査方向１８と平行な方向の結晶方位が＜００１＞方位である領域のみを白色で表示している。図中の矢印の方向はレーザビームの走査方向を示している。図３（ａ）および（ｂ）の最上端部は、最初に照射したレーザビームによって形成されたトレーリングエッジに対応している。
【００４９】
図３（ｂ）より、最初に照射したレーザビームによって形成されたトレーリングエッジ近傍では、レーザビームの走査方向１８と平行な方向の結晶方位が＜００１＞方位でない結晶粒が多く形成されていることがわかる。また、結晶粒のサイズが小さく、粒界の数が多い。
【００５０】
一方、上記トレーリングエッジからレーザビームの走査方向１８に進むにつれて、レーザビームの走査方向と平行な方向の結晶方位が＜００１＞方位である結晶粒が、優先的に、レーザビームの走査方向と平行な方向に長く延びて形成されていることがわかる。
【００５１】
図４は、３種の結晶質シリコン膜の配向比率をレーザビームの走査方向と平行な方向に測定した結果を示す。横軸は、最初に照射したレーザビームによって形成されたトレーリングエッジからの距離を示し、縦軸は＜００１＞方位がレーザビームの走査方向と平行である結晶粒の占める面積比率（配向比率）を示している。
【００５２】
図４より、膜厚が５０ｎｍおよび１００ｎｍの結晶質シリコン膜は、上記トレーリングエッジからレーザビームの走査方向と平行な方向に向かうに従って、＜００１＞方位がレーザビームの走査方向と平行である結晶粒の占める面積比率が急激に高くなっていることが分かる。
【００５３】
図５および図６は、それぞれ、膜厚が５０ｎｍの結晶質シリコン膜および膜厚が３０ｎｍのシリコン膜の結晶方位の分布を示すグラフである。横軸は、レーザビームの走査方向１８に対する結晶粒の＜００１＞方位の角度であり、縦軸は測定面積に対する面積比率（配向比率、１が１００％を示す）を示している。
【００５４】
図５より、膜厚が５０ｎｍの結晶質シリコン膜の場合、結晶質シリコン膜に含まれる結晶粒のうち、＜００１＞方位がレーザビームの走査方向から±１０°以内にある結晶粒が、面積基準で全体の約９０％を占めていることがわかる。膜厚１００ｎｍの結晶質シリコン膜の測定結果は図示しないが、図５に示した膜厚５０ｎｍの結晶質シリコン膜に比べてさらに良好な結果が得られた。
【００５５】
一方、図６より、膜厚が３０ｎｍのシリコン膜の場合、シリコン膜に含まれる結晶粒のうち、＜００１＞方位がレーザビームの走査方向から±１０°以内にある結晶粒は、面積基準で全体の約５％以下を占めるにすぎないことがわかる。
【００５６】
なお、溶融したシリコンが冷却固化する際の温度分布、冷却速度分布は、結晶粒の（００１）面の成長が優先的に起こるか否かに影響していると考えられる。すなわち、所望の配向度を有する結晶質シリコン膜を得るための好ましいレーザビームの条件（強度プロファイル、大きさ、またはステップ間隔など）は、下地膜４の膜厚や、基板２の温度変化などに影響されて変化する。例えば溶融したシリコンが冷却固化する際の速さを遅くすれば、レーザビームのステップ間隔を大きくすることができる。なお、溶融したシリコンが冷却固化する際の速さを遅くするには、例えばレーザ光によってシリコン膜を局所的に加熱することが好ましい。この場合、シリコン膜全体を加熱するよりも、スループットの低下を抑制できる。以上説明したように、レーザビームの最適な条件は、例えば図３から図６を参照して説明したように実験的に求められる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明により、従来よりも高性能な結晶質半導体膜及びその製造方法、並びにそれ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が提供される。
【００５８】
本発明によると、優れた特性を備える結晶質半導体膜が得られるので、表示装置の画素ＴＦＴや駆動回路のＴＦＴをはじめ、ダイオード、メモリなど、半導体膜を用いる種々の素子の特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）は、本実施形態の結晶質シリコン膜の製造方法を説明するための図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本実施形態の結晶質シリコン膜の製造方法を説明するための図である。
【図３】（ａ）は本実施形態の結晶質シリコン膜のＳＥＭ写真であり、（ｂ）は（ａ）に対応する領域の結晶方位分布を示す図である。
【図４】本実施形態および比較例の結晶質シリコン膜の配向比率を測定した結果を示す図である。
【図５】本実施形態の結晶質シリコン膜の結晶方位の分布を示すグラフである。
【図６】比較例のシリコン膜の結晶方位の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
２  絶縁基板
４  ＳｉＯ２膜
６  シリコン膜
８  レーザビーム
１０  第１領域
１２  トレーリングエッジ
１４  結晶粒
１６  結晶粒の＜００１＞方位
１８  レーザビームの走査方向、所定の方向
２０  走査ピッチ、所定の距離
【図１】
2004186559.tif 000003
【図２】
2004186559.tif 000004
【図３】
2004186559.tif 000005
【図４】
2004186559.tif 000006
【図５】
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【図６】
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