(57)【要約】    【課題】微細孔を結晶成長の起点として半導体膜の溶融結晶化を行う場合において、結晶粒径の大きい略単結晶を得られる技術を提供する。    【解決手段】本発明にかかる半導体薄膜の製造方法は、基板（１０）上に形成された絶縁膜（１２）に微細孔（１４）を形成する微細孔形成工程と、微細孔（１４）内及び絶縁膜（１２）上に非単結晶半導体膜（１６）を形成する成膜工程と、非単結晶半導体膜（１６）を溶融結晶化させるための第１の熱処理（１８）と、非単結晶半導体膜（１６）の溶融後の温度低下を抑制する第２の熱処理（２０）とを並行して行って結晶性半導体膜（２２）を形成する結晶化工程と、を含む。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された絶縁膜に微細孔を形成する微細孔形成工程と、
前記微細孔内及び前記絶縁膜上に非単結晶半導体膜を形成する成膜工程と、
前記非単結晶半導体膜を溶融結晶化させるための第１の熱処理と、前記非単結晶半導体膜の溶融後の温度低下を抑制する第２の熱処理とを並行して行って結晶性半導体膜を形成する結晶化工程と、
を含む半導体膜の製造方法。
【請求項２】
前記第１の熱処理はレーザ照射によって行われる、請求項１に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項３】
前記第１の熱処理は、前記微細孔以外の領域にある非単結晶半導体膜を略完全溶融状態にすると共に、前記微細孔内の非単結晶半導体膜を部分溶融状態にする条件にして行われる、請求項１又は２に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項４】
前記第２の熱処理は瞬時熱アニール処理である、請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項５】
前記第２の熱処理はレーザ照射によって行われる、請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項６】
前記第１の熱処理は、前記非単結晶半導体膜の一部に対して選択的に熱を加えるものであり、前記第２の熱処理は、前記非単結晶半導体膜のうち少なくとも前記第１の熱処理がなされる部分を加熱するものである、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項７】
前記第１の熱処理は、短パルスレーザによって行い、
前記第２の熱処理は、前記第１の熱処理における前記短パルスレーザよりもパルス幅の長いレーザ又は連続波レーザによって行う、請求項１に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項８】
前記第２の熱処理は、前記非単結晶半導体膜に加わる熱量が漸減するように制御される、請求項１に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項９】
前記熱量を漸減させる制御は、前記第１の熱処理がなされた以降に開始される、請求項８に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の製造方法によって製造される前記結晶性半導体膜を使用して半導体素子を形成する素子形成工程を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を備える集積回路。
【請求項１２】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を備える電気光学装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電気光学装置を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体薄膜及び半導体装置の製造方法に関する。特に、結晶性珪素膜を製造する際に、結晶粒径の大きな略単結晶を得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置に用いられる薄膜トランジスタの電気的特性を向上させるために、略単結晶珪素膜を成長させて半導体薄膜を形成する技術が提案されている（非特許文献１）。この技術は、基板上の絶縁膜に微細孔を開けて、この絶縁膜上及び微細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、上記微細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、略単結晶状態の珪素膜を形成させるものである。  
【０００３】
【非特許文献１】「Single Crystal Thin Film Transistors」， IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug.1993 pp257-258
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の方法では、レーザ照射によって硅素膜のみを瞬間的に溶融状態として結晶化を行っており、溶融後の膜温度も急速に低下する。このように硅素膜の膜温度が急速に低下すると、結晶粒が大きく成長するために必要な時間を十分に確保しにくく、微小孔を略中心とする結晶粒の更なる大粒径化を図ることが難しかった。このような不都合は、硅素膜の膜厚が薄くなるほどより顕著となるため、硅素膜の薄膜化による半導体素子（特に薄膜トランジスタ）の特性向上を図る際の妨げともなる。
【０００５】
そこで、本発明は、微細孔を結晶成長の起点として半導体膜の溶融結晶化を行い略単結晶の結晶粒を形成する場合において、当該結晶粒の更なる大粒径化を図ることを可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の半導体薄膜の製造方法は、基板上に形成された絶縁膜に微細孔を形成する微細孔形成工程と、上記微細孔内及び上記絶縁膜上に非単結晶半導体膜を形成する成膜工程と、上記非単結晶半導体膜を溶融結晶化させるための第１の熱処理と、上記非単結晶半導体膜の溶融後の温度低下を抑制する第２の熱処理とを並行して行って結晶性半導体膜を形成する結晶化工程と、を含む。
【０００７】
上記方法によれば、第１の熱処理と並行して第２の熱処理を行うことによって、非単結晶半導体膜を溶融させた後の溶融状態をより長く維持することができる。なお、第１の熱処理と第２の熱処理とを同時に行うことが好ましい。微小孔底部の結晶核を中心とする結晶成長は、その成長がある部分に到達した時に当該部分の溶融状態が維持されていないとそれ以上進行することができない。本発明の方法によれば、微小孔を略中心とする略単結晶の結晶粒の成長が十分に進行するように溶融状態に保っておくことが可能となり、当該略単結晶の結晶粒の大粒径化を図ることができる。また、第１の熱処理により溶融された非単結晶半導体膜の温度が急速に下がると、微細孔以外の部分に結晶核がランダムに発生し、その結晶核を中心として結晶粒が大きく成長し、微細孔を略中心とする結晶成長の進行を妨げる場合がある。しかし本発明の方法によって膜温度の低下を抑制することにより、これら微細孔以外の領域における結晶成長を抑制することができる。これにより、微小孔を略中心として成長する略単結晶の結晶粒が、微小孔以外の場所で発生した結晶粒に接してその成長を妨げられにくくなり、略単結晶の結晶粒を十分に成長させることが可能となる。
【０００８】
また、特に、本発明の方法によれば、溶融結晶化の対象となる半導体膜の膜厚が薄い場合でも温度が急速に低下するのを抑制することができるので、略単結晶状態の、特性に優れた半導体膜をより薄く形成することができる。かかる結晶性半導体膜を用いることにより、チャネル形成領域の薄膜化による薄膜トランジスタの電気的特性の向上を図ることが可能となる。さらに、急速な温度変化の無い穏やかな条件下で結晶化が進み、結晶粒の成長に要する時間をより長く確保することもできるので、当該結晶粒の結晶性が向上され、形成される結晶粒中に結晶欠陥が生じにくくなるという利点もある。
【０００９】
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、すなわち、複数の結晶が組み合わせられていてもその数が少なく、半導体薄膜の性質の観点から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。
【００１０】
第１の熱処理はレーザ照射によって行うことが好ましい。これにより、溶融結晶化を効率よく行うことが可能となる。用いるレーザとしてはエキシマレーザ、固体レーザ、バスレーザなどの種々のものが考えられる。
【００１１】
また、本発明にかかる第１の熱処理は、微細孔以外の領域にある非単結晶半導体膜を略完全溶融状態とすると共に、微細孔内の非単結晶半導体膜を部分溶融状態にする条件にして行われることが好ましい。かかる条件により、非溶融状態部分を結晶核として溶融結晶化をより良好に行うことができる。
【００１２】
第２の熱処理は、瞬時熱アニール処理とすることが好ましい。瞬時熱アニール（ＲＴＡ：Rapid Thermal Annealing）処理は、例えばハロゲン光を用いたアニール装置によって行うことができる。シリコン膜は長波長の光を吸収し難いので、短波長の光で加熱することが好ましく、従ってハロゲン光を用いるのが望ましい。そしてアニール装置に備えられたハロゲンランプによって加熱、昇温させるので高精度な温度制御をすることができ、昇降温速度も速いのでスループットを向上させることも可能である。ハロゲンランプに代えて、赤外線ランプ、アークランプ、グラファイトヒータ等を加熱源として用いることもできる。この他第２の熱処理には、熱酸化プロセスに用いられる炉（ファーネス）等、半導体装置の製造に用いられる種々の熱処理装置を用いることが可能である。
【００１３】
また、第２の熱処理は、レーザ照射によって行われることも好ましい。用いるレーザとしてはエキシマレーザ、固体レーザ、ガスレーザなどが考えられ、非単結晶半導体膜が吸収できる波長とする。これにより、非単結晶半導体膜を局所的に加熱することができる。
【００１４】
第１の熱処理は、非単結晶半導体膜の一部に対して選択的に熱を加えるものとし、第２の熱処理は、非単結晶半導体膜のうち少なくとも第１の熱処理がなされる部分を加熱するものとすることも好ましい。これにより、非単結晶半導体膜の全体を加熱する場合よりも少ないエネルギーで第２の熱処理を行うことができる。
【００１５】
第１の熱処理と第２の熱処理をともにレーザ照射によって行うことも好ましい。その場合には、第１の熱処理を短パルスレーザによって行い、第２の熱処理を第１の熱処理における短パルスレーザよりもパルス幅の長いレーザ又は連続波レーザによって行うことが好ましい。これにより、２種類のレーザを組み合わせる場合における第１及び第２の熱処理を好適に行うことが可能となる。
【００１６】
また、第２の熱処理は、非単結晶半導体膜に加わる熱量が漸減するように制御されることも好ましい。更に好ましくは、当該熱量を漸減させる制御は、第１の熱処理がなされると同時かそれ以降に開始される。かかる制御を行うことにより、結晶化が進む際の半導体膜の温度低下が緩やかになるので、結晶性半導体膜の結晶性をより向上させることが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、上述した半導体薄膜の製造方法によって製造される結晶性半導体膜を使用して半導体装置を形成する素子形成工程を備える半導体装置の製造方法でもある。ここで、本発明において「半導体装置」とは、本発明に係る結晶性半導体膜を備える装置をいい、トランジスタ、ダイオード、抵抗、インダクタ、キャパシタ、その他能動素子、受動素子を問わない単体の素子を含む。上述した本発明に係る結晶性半導体膜を使用することにより、特性の優れた半導体装置を得ることが可能となる。
【００１８】
また、上述した半導体装置の製造方法においては、結晶性半導体膜の微細孔を含まない部分を使用して半導体装置の形成を行うと更に好適である。微細孔近傍では結晶性が若干劣る部分が形成される場合があるため、この部分を含まないようにして半導体装置を形成すると、半導体装置の特性を更に向上させることが可能となる。また、上述した半導体装置の製造方法において、半導体装置として薄膜トランジスタを形成する場合には、微細孔を、当該薄膜トランジスタを形成する位置に対応させて設けることが好ましい。これにより、薄膜トランジスタの形成対象となる領域を的確に選択して当該領域に結晶性半導体膜を形成することが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、上述した製造方法を適用して製造される半導体装置を備える集積回路であり、電気光学装置であり、また電子機器でもある。
【００２０】
ここで「集積回路」とは、一定の機能を奏するように半導体装置及び関連する配線等が集積され配線された回路（チップ）をいう。
【００２１】
本発明は電気光学装置において、複数の画素領域と、画素領域ごとに設けられた半導体装置と、半導体装置により制御される電気光学素子と、を備え、半導体装置は、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造されるものである。
【００２２】
ここで「電気光学装置」とは、本発明に係る半導体装置を備えた、電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変化させる電気光学素子を備えた装置一般をいい、自ら光を発するものと外部からの光の通過を制御するもの双方を含む。例えば電気光学素子として、液晶素子、電気泳動粒子が分散した分散媒体を有する電気泳動素子、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、電界の印加により発生した電子を発光板に当てて発光させる電子放出素子を備えたアクティブマトリクス型の表示装置をいう。
【００２３】
ここで「電子機器」とは、本発明にかかる半導体装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。その構成に特に限定が無いが、例えば、ＩＣカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝広告用ディスプレイ等が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態における半導体薄膜の製造方法を説明する図である。
【００２６】
（微細孔形成工程）
まず、図１（ａ）に示すように、基板１０上に絶縁膜としての酸化珪素膜１２を形成する。基板１０上への酸化珪素膜１２の形成方法としては、プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）や低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）、あるいはスパッタリング法等の物理気相堆積法が挙げられる。例えばＰＥＣＶＤ法により厚さ数１００ｎｍの酸化珪素膜１２を形成できる。
【００２７】
次に、図１（ａ）に示すように、酸化珪素膜１２の所定位置に微細孔１４を形成する。例えばフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行うことにより、酸化珪素膜１２の面内の所定の位置に、断面が直径０．１μｍ程度の円形である微細孔１４を開口できる。例えばエッチング方法としてＣＨＦ3ガスのプラズマを用いた反応性イオンエッチングを採用することができる。上記微細孔１４の直径が０．５μｍ程度の場合は、当該微細孔１４を有する基板全面に新たな酸化珪素膜を堆積することにより、微細孔１４の直径を０．１μｍ程度にすることができる。
【００２８】
（成膜工程）
次に、図１（ｂ）に示すように、酸化珪素膜１２上および微細孔１４内に、非単結晶半導体膜として非晶質珪素膜１６を形成する。非晶質珪素膜はＰＥＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、常圧化学気相堆積法（ＡＰＣＶＤ法）、スパッタリング法などによって形成することができ、５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度の膜厚とすることが好適である。なお、非晶質珪素膜に代えて、多晶質珪素膜を形成してもよい。
【００２９】
（結晶化工程）
次に、図１（ｃ）に示すように、非晶質珪素膜１６に対する第１の熱処理としてレーザ１８の照射を行い、これと同時に第２の熱処理としてハロゲンランプ２０を用いた瞬時熱アニール処理を行う。
【００３０】
レーザ１８としては、ＸｅＣｌパルスエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓｅｃ）を用い、エネルギー密度：０．４〜１．５Ｊ／ｃｍ2（非晶質珪素膜１６の膜厚が５０ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜２５０ｎｍに対応）でレーザ照射を行うことが好適である。
【００３１】
ここで、照射されたＸｅＣｌパルスエキシマレーザは非晶質珪素膜１６の表面近傍でほとんどが吸収される。これはＸｅＣｌパルスエキシマレーザの波長（３０８ｎｍ）における非晶質珪素および結晶性珪素の吸収係数がそれぞれ０．１３９ｎｍ-1、０．１４９ｎｍ-1と大きいためである。また、酸化珪素膜１２は、上記レーザに対して略透明であって、このレーザ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しない。これにより、微細孔１４以外の領域にある非晶質珪素膜１６は膜厚方向全域に渡ってほぼ完全に溶融した状態となる。また、微細孔１４内にある非晶質珪素膜１６は表面が溶融し微細孔１４の底部では溶融しない状態（部分溶融状態）となる。
【００３２】
レーザ照射後の珪素の凝固は、微細孔１４の内部で先に始まり、その後非晶質珪素膜１６の略完全溶融状態となっている部分（表面側の部分）に至る。このとき、微細孔１４の底部近傍ではいくつかの結晶粒が発生するが、微細孔１４の断面寸法（本実施形態では、円の直径）を１個の結晶粒と同程度か少し小さい程度にしておくことにより、微細孔１４の上部（開口部）には１個の結晶粒のみが到達するようになる。この微細孔１４の開口部に到達した結晶粒を核として、略単結晶の結晶成長が開始される。
【００３３】
一方、非晶質珪素膜１６は、レーザ１８の照射と同時にハロゲンランプ２０によって加熱され、溶融後の温度低下が抑制される。ハロゲンランプに代えて、レーザ１８とは別のレーザ照射を用いて第２の熱処理を行うことも可能である。第２の熱処理にレーザを用いる場合は、非晶質珪素膜１６のうちレーザ１８の照射により溶融される部分のみを選択的に加熱することができて効率がよい。
【００３４】
第２の熱処理を行うことにより、微細孔１４の底部で発生した結晶粒が開口部に到達し、更にこの結晶粒を種結晶として略単結晶の結晶成長が十分に進行するように膜の溶融状態を維持することができる。これにより、図１（ｄ）に示すように、微小孔を略中心とする結晶粒の成長が矢印の方向に十分に時間をかけて進み、該結晶粒の大粒径化を図ることができる。
【００３５】
また、膜温度が維持されることにより、図２に示すような微細孔１４以外の場所に存在する結晶核を中心とした結晶２３の形成が進まず、このような結晶に微細孔１４を略中心とする略単結晶状の珪素膜（結晶性珪素膜）２２の成長が妨げられることもない。
【００３６】
さらに、非晶質珪素膜１６の膜厚が薄い場合、レーザ１８の照射のみでは急速に膜温度が低下して結晶粒が小さくなる傾向があるが、ハロゲンランプ２０で同時に加熱することによって、このような問題も回避することが可能である。
【００３７】
また、急速な温度変化の無い穏やかな条件下で十分に時間をかけて結晶化が進むため、結晶性珪素膜２２（結晶性半導体膜）に結晶欠陥が生じることを極力回避して結晶性の向上を図ることが可能となるという効果も得られる。
【００３８】
（素子形成工程）
次に、薄膜トランジスタを例にして、上述した製造方法により製造される結晶性半導体膜２２を用いて半導体素子を形成する工程を説明する。
【００３９】
図３は、素子形成工程について説明する図である。まず図３（ａ）に示すように、結晶性半導体膜２２をパターニングし、薄膜トランジスタの形成に不要となる部分を除去して整形する。
【００４０】
次に、図３（ｂ）に示すように、酸化珪素膜１２および結晶性珪素膜２２の上に酸化珪素膜２４を形成する。例えば、酸化珪素膜２４は、電子サイクロトロン共鳴ＰＥＣＶＤ法（ＥＣＲ−ＣＶＤ法）またはＰＥＣＶＤ法にて形成できる。この酸化珪素膜２４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。
【００４１】
次に、図３（ｃ）に示すように、タンタルまたはアルミニウム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って、ゲート電極２６を形成する。次に、このゲート電極２６をマスクとしてドナーまたはアクセプターとなる不純物イオンを打ち込み、ソース／ドレイン領域２８とチャネル形成領域３０をゲート電極２６に対して自己整合的に作製する。ＮＭＯＳトランジスタを作製する場合、例えば、不純物元素としてリン（Ｐ）を１×１０16ｃｍ-2の濃度でソース／ドレイン領域に打ち込む。その後、ＸｅＣｌエキシマレーザを照射エネルギー密度４００ｍＪ／ｃｍ2程度で照射するか、２５０℃〜４５０℃程度の温度で熱処理することにより不純物元素の活性化を行う。
【００４２】
次に、図３（ｄ）に示すように、酸化珪素膜２４およびゲート電極２６の上面に、酸化珪素膜３２を形成する。例えば、ＰＥＣＶＤ法で約５００ｎｍの酸化珪素膜３２を形成する。次に、ソース／ドレイン領域２８に至るコンタクトホールを酸化珪素膜２４、３２に開けて、コンタクトホール内および酸化珪素膜３２上のコンタクトホールの周縁部にソース／ドレイン電極３４を形成する。ソース／ドレイン電極３４は、例えばスパッタリング法によりアルミニウムを堆積して形成するとよい。また、ゲート電極２６に至るコンタクトホールを酸化珪素膜３２に開けて、ゲート電極２６用の端子電極を形成する。以上で、本発明に係る半導体装置としての薄膜トランジスタＴが作製できる。
【００４３】
なお、図３に示す例では説明の便宜上、微細孔１４が薄膜トランジスタの真下に位置するように図示されているが、微細孔１４の形成位置を薄膜トランジスタＴの真下から外すようにすることも好適である。この場合には、上記図３（ａ）において説明したパターニング工程において、薄膜トランジスタＴの活性領域３０等となるべき部分をパターニングする際に微細孔１４の形成位置を外すようにすればよい。
【００４４】
このように、本実施形態では、レーザ１８による溶融結晶化とハロゲンランプ２０による加熱を同時に行うことで、略単結晶の大粒径化を実現することができる。こうして得られた結晶性珪素膜２２内には結晶粒界がほぼ無いと見なせるため、電子や正孔といったキャリアが流れる際の障壁を大きく減少できる効果が得られる。本発明により得られた結晶性半導体膜２２を薄膜トランジスタの活性領域に用いることにより、オフ電流が少なく移動度の大きい高性能な薄膜トランジスタを形成することができる。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
上述した第１の実施形態では、第２の熱処理としてハロゲンランプを用いた瞬時熱アニール処理を行う場合について主に説明していたが、この第２の熱処理についてもレーザ照射によって行うことができる。以下、その場合の好適な実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態と重複する内容については適宜説明を省略する。
【００４６】
図４は、第２の実施形態における半導体薄膜の製造方法を説明する図である。
【００４７】
（微細孔形成工程）
まず、図４（ａ）に示すように、基板１０上に絶縁膜としての酸化珪素膜１２を形成し、当該酸化珪素膜１２の所定位置に微細孔１４を形成する。具体的な形成方法については第１の実施形態と同様である。
【００４８】
（成膜工程）
次に、図４（ｂ）に示すように、酸化珪素膜１２上および微細孔１４内に、非単結晶半導体膜として非晶質珪素膜１６を形成する。具体的な形成方法については第１の実施形態と同様である。
【００４９】
（結晶化工程）
次に、図４（ｃ）に示すように、非晶質珪素膜１６に対する第１の熱処理としてレーザ１８の照射を行い、これと同時に第２の熱処理としてレーザ１９の照射を行う。
【００５０】
第１の熱処理にかかるレーザ１８としては、第１の実施形態と同様に短パルスレーザを用いることが好ましい。本例においても、レーザ１８としてＸｅＣｌパルスエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓｅｃ程度）を用い、エネルギー密度：０．４〜１．５Ｊ／ｃｍ2（非晶質珪素膜１６の膜厚が５０ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜２５０ｎｍに対応）でレーザ照射を行う。
【００５１】
また、第２の熱処理にかかるレーザ１９としては、第１の熱処理における短パルスレーザよりもパルス幅の長いレーザ又は連続波レーザを用いることが好ましい。本例では半導体膜が珪素からなるので、当該珪素膜に吸収されて熱を加えることが可能な波長のレーザであれば如何なるものもレーザ１９として採用し得る。例えば、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）をレーザ１９として用いると好適である。そして、パルス幅については第１の熱処理にかかるレーザ光よりも十分に長いパルス幅（例えば、１００〜１０００倍程度）にするか、あるいは連続波とするとよい。かかる波長域のレーザを用いることにより、非晶質硅素膜１６に対して必要十分な熱量を与えることができる。なお、第２の熱処理にかかるレーザ１９を基板１０の裏面側から行ってもよい。
【００５２】
図５は、第２の熱処理としてのレーザの照射時間の制御について概略的に説明する図である。同図では、横軸が時間、縦軸がレーザの強度（任意単位）にそれぞれ対応している。
【００５３】
図５に示すように、第１の熱処理としてのレーザ１８がある時刻ｔ１において照射されるとすると（グラフＨ１参照）、第２の熱処理としてのレーザ１９の照射は少なくとも当該時刻ｔ１と略同時に開始され、レーザ１８の照射が終了した後もしばらく照射が続けられていればよい。更に好ましくは、図示のように時刻ｔ１より以前からレーザ１９の照射が開始されているとよい（グラフＨ２、Ｈ３又はＨ４参照）。これにより、非晶質硅素膜１６に十分な熱量を与えて結晶粒の大粒径化を図ることができる。また、レーザ１９の照射強度を徐々に小さし、非晶質硅素膜に加わる熱量が漸減するように制御することも好適である（グラフＨ３又はＨ４参照）。この場合には、熱量を漸減させる制御は時刻ｔ１以降、すなわちレーザ１８による第１の熱処理がなされると同時かそれ以降に開始されると更に好適である。かかる制御を行うことにより、結晶化が進む際の珪素膜の温度低下が緩やかになるので、結晶性珪素膜の結晶性をより向上させることが可能となる。
【００５４】
（素子形成工程）
その後、上述した第１の実施形態と同様にして、結晶性半導体膜２２を用いて半導体素子を形成する（図３参照）。
【００５５】
このように、第２の実施形態においても、第１の熱処理としてのレーザ１８による溶融結晶化と第２の熱処理としてのレーザ１９による加熱を同時に行うことで、略単結晶の大粒径化を実現することができる。こうして得られた結晶性珪素膜２２内には結晶粒界がほぼ無いと見なせるため、電子や正孔といったキャリアが流れる際の障壁を大きく減少できる効果が得られる。本発明により得られた結晶性半導体膜２２を薄膜トランジスタの活性領域に用いることにより、オフ電流が少なく移動度の大きい高性能な薄膜トランジスタを形成することができる。
【００５６】
特に本実施形態では、珪素膜に対して吸収されやすい波長のレーザ１９を用いて第２の熱処理を行うので、硅素膜の部分に対して優先的に熱量を与えて、基板１０等には熱量をほとんど与えないという選択的な加熱を行うことが可能となる。これにより、基板１０として比較的に安価で不純物の含有量の多いガラス基板を用いる場合であっても、加熱によるガラス基板から硅素膜への不純物の移動を抑制することが可能となる。
【００５７】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置等を備えた電気光学装置について説明する。
【００５８】
図６は、第２の実施形態における電気光学装置１００の接続図を示す図である。本実施形態の電気光学装置（表示装置）１００は、各画素領域に電界発光効果により発光可能な発光層ＯＥＬＤ、それを駆動するための電流を記憶する保持容量を備え、さらに本発明の製造方法によって製造される半導体装置、ここでは薄膜トランジスタＴ１〜Ｔ４を備えて構成されている。ドライバ領域１０１からは、走査線Ｖsel及び発光制御線Ｖgpが各画素領域に供給されている。ドライバ領域１０２からは、データ線Ｉdataおよび電源線Ｖddが各画素領域に供給されている。走査線Ｖselとデータ線Ｉdataとを制御することにより、各画素領域に対する電流プログラムが行われ、発光部ＯＥＬＤによる発光が制御可能になっている。
【００５９】
なお、上記駆動回路は、発光要素に電界発光素子を使用する場合の回路の一例であり他の回路構成も可能である。また、ドライバ領域１０１、１０２のそれぞれを構成する集積回路を本発明に係る半導体装置によって形成することも好適である。
【００６０】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態は、本発明の半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置等を備えた電子機器に関する。
【００６１】
図７は、第３の実施形態における電子機器の例を示す図である。図７（ａ）は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載された携帯電話の例であり、当該携帯電話２３０は、電気光学装置（表示パネル）１００、アンテナ部２３１、音声出力部２３２、音声入力部２３３及び操作部２３４を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル１００や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。図７（ｂ）は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたビデオカメラの例であり、当該ビデオカメラ２４０は、電気光学装置（表示パネル）１００、受像部２４１、操作部２４２及び音声入力部２４３を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル１００や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。
【００６２】
図７（ｃ）は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載された携帯型パーソナルコンピュータの例であり、当該コンピュータ２５０は、電気光学装置（表示パネル）１００、カメラ部２５１及び操作部２５２を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル１００や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。図７（ｄ）は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたヘッドマウントディスプレイの例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ２６０は、電気光学装置（表示パネル）１００、バンド部２６１及び光学系収納部２６２を備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば表示パネル１００や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。
【００６３】
図７（ｅ）は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたリア型プロジェクターの例であり、当該プロジェクター２７０は、電気光学装置（光変調器）１００、光源２７２、合成光学系２７３、ミラー２７４、２７５を筐体２７１内に備えている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば光変調器１００や内蔵される回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。図７（ｆ）は本発明の製造方法によって製造される半導体装置等が搭載されたフロント型プロジェクターの例であり、当該プロジェクター２８０は、電気光学装置（画像表示源）１００及び光学系２８１を筐体２８２内に備え、画像をスクリーン２８３に表示可能になっている。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば画像表示源１００や内蔵される集積回路に設けられる半導体装置の製造に適用される。
【００６４】
上記例に限らず本発明に係る半導体装置の製造方法は、あらゆる電子機器の製造に適用可能である。例えば、この他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ、ＩＣカードなどにも適用することができる。
【００６５】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で種々に変形、変更実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、半導体膜の一例として珪素膜を採り上げて説明していたが、半導体膜はこれに限定されるものではない。また、上述した実施形態では、本発明に係る結晶性半導体膜を用いて形成される半導体素子の一例として薄膜トランジスタを採り上げて説明していたが、半導体素子はこれに限定されるものではなく、他の素子（例えば、薄膜ダイオード等）を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１の実施形態の半導体薄膜の製造方法を説明する図である。
【図２】ランダムに発生した結晶核を中心とした結晶粒に、略単結晶上の結晶性珪素膜の成長が妨げられる比較例を示す図である。
【図３】素子形成工程について説明する図である。
【図４】第２の実施形態の半導体薄膜の製造方法を説明する図である。
【図５】第２の熱処理としてのレーザの照射時間の制御について概略的に説明する図である。
【図６】第３の実施の形態における電気光学装置の接続図である。
【図７】第４の実施の形態における電子機器の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０…基板、  １２、２４、３２…酸化珪素膜、  １４…微細孔、  １６…非晶質珪素膜、  １８…レーザ（第１の熱処理）、１９…レーザ（第２の熱処理）、  ２０…ハロゲンランプ、２２…結晶性珪素膜、  ２６…ゲート電極、  ２８…ソース／ドレイン領域、  ３０…チャネル形成領域、  ３４…ソース／ドレイン電極、  １００…電気光学装置、  Ｔ…薄膜トランジスタ
【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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