(57)【要約】【課題】半導体薄膜面内の温度勾配を小さくすると共にエネルギービーム照射時の半導体薄膜の溶融時間を長く保持することで結晶粒の大きい半導体薄膜が得られる結晶質半導体薄膜の製造方法を提供する【解決手段】基板１上に第１絶縁膜２を形成する。第１絶縁膜２上に半導体薄膜３を形成する。半導体薄膜３上に第１絶縁膜２よりも熱伝導率が高い第２絶縁膜４を形成する。第２絶縁膜４上からエネルギービーム６を照射することにより半導体薄膜３を結晶化させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜上に半導体薄膜を形成する工程と、
前記半導体薄膜上に前記第１絶縁膜よりも熱伝導率が高い第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜上からエネルギービームを照射することにより前記半導体薄膜を結晶化させる工程と、
を有することを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された結晶質半導体薄膜の製造方法において、
前記第１絶縁膜を熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で形成することを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載された結晶質半導体薄膜の製造方法において、
前記第２絶縁膜を熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で形成することを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載された結晶質半導体薄膜の製造方法において、
前記第１絶縁膜を酸化珪素化合物で形成することを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載された結晶質半導体薄膜の製造方法において、
前記第２絶縁膜を窒化珪素化合物、窒化酸化珪素化合物、酸化アルミニウム化合物、窒化アルミニウム化合物のうち、少なくともいずれか一つを含むものとすることを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載された結晶質半導体薄膜の製造方法において、
前記半導体薄膜をシリコン材料で形成することを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載された結晶質半導体薄膜の製造方法において、
前記第１絶縁膜を膜厚５０ｎｍ以上に形成することを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載された結晶質半導体薄膜の製造方法において、
前記第２絶縁膜を膜厚５０ｎｍ以上に形成することを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載された結晶質半導体薄膜の製造方法において、
前記半導体薄膜を膜厚１０〜２００ｎｍに形成することを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載された結晶質半導体薄膜の製造方法において、
前記エネルギービームを、前記半導体薄膜に照射されるエネルギー密度が２５０〜５００ｍＪ／ｃｍ２であるパルス状のレーザーとすることを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１】
請求項１に記載された結晶質半導体薄膜の製造方法において、
前記エネルギービームを、パルス状のライン状レーザーとし、前記ライン状レーザーで前記第２絶縁膜上を走査することを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２】
基板上に第１絶縁膜を形成するのに続いて、前記第１絶縁膜上に前記第１絶縁膜よりも熱伝導率の高い半導体薄膜を形成し、さらに前記半導体薄膜上に前記第１絶縁膜よりも熱伝導率が高く且つ前記半導体薄膜よりも熱伝導率が低い第２絶縁膜を形成した後、前記第２絶縁膜上からエネルギービームを照射することにより前記半導体薄膜を結晶化させて形成されたことを特徴とする結晶質半導体薄膜。
【請求項１３】
基板上に第１絶縁膜を形成するのに続いて、前記第１絶縁膜上に前記第１絶縁膜よりも熱伝導率の高い半導体薄膜を形成し、さらに前記半導体薄膜上に前記第１絶縁膜よりも熱伝導率が高く且つ前記半導体薄膜よりも熱伝導率が低い第２絶縁膜を形成した後、前記第２絶縁膜上からエネルギービームを照射することにより前記半導体薄膜を結晶化させて形成された結晶質半導体薄膜を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】
基板上に第１絶縁膜を形成するのに続いて、前記第１絶縁膜上に前記第１絶縁膜よりも熱伝導率の高い半導体薄膜を形成し、さらに前記半導体薄膜上に前記第１絶縁膜よりも熱伝導率が高く且つ前記半導体薄膜よりも熱伝導率が低い第２絶縁膜を形成した後、前記第２絶縁膜上からエネルギービームを照射することにより前記半導体薄膜を結晶化させて形成された結晶質半導体薄膜を備えたことを特徴とするディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶質半導体薄膜の製造方法及びその方法により製造された結晶質半導体薄膜、並びに、その結晶質半導体薄膜を備えた半導体装置及びディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＴＦＴ」という）に代表される薄膜半導体素子が注目されている。薄膜半導体素子は、ＣＶＤ      （Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により絶縁表面を有する基板上に形成された厚さ数十ｎｍ〜数百ｎｍの半導体薄膜を活性層とした絶縁ゲート型電界効果半導体やダイオード等である。このような半導体薄膜素子の応用分野としては、アクティブマトリクス型の液晶電気光学装置が知られている。これは、マトリクス状に配置された数十万以上の画素電極のそれぞれに１つ以上のＴＦＴを配置し、画素電極への電荷の供給をＴＦＴによって制御するものである。
【０００３】
ＴＦＴの活性層に用いられる半導体薄膜としては、成膜が容易である非晶質珪素薄膜を挙げることができる。しかしながら、非晶質珪素薄膜は、その電気的特性が低いという問題がある。そこで、特性の高いＴＦＴの活性層には、多結晶珪素、微結晶珪素等と称される結晶性を有する珪素薄膜が用いられる。
【０００４】
非晶質の半導体薄膜を結晶化させる方法としては、従来から、基板に形成した非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に非晶質または多結晶等の半導体薄膜を形成し、これにエネルギーを加える方法が知られている。中でも、ライン状のレーザーを走査しながら断続的に照射して半導体薄膜の溶融固化を繰り返させ、それによりレーザーの移動方向に略＜００１＞方位をもった結晶半導体薄膜を形成させるライン状エネルギービームを用いた半導体薄膜の結晶化法の研究は各機関で盛んに行われている。
【０００５】
以上のようなレーザーの照射を用いた半導体薄膜の結晶化方法によれば、基板の温度を大きく上昇させずに、非晶質半導体薄膜のみに高いエネルギーを与えることができるため、安価なガラス基板を用いて結晶性の半導体薄膜を得ることができる。また、ライン状のレーザーを用いれば、レーザーの長尺方向に垂直な方向だけの走査で被照射面全体にレーザーの照射を行うことが出来るため、量産性も高い。そのため、このようなレーザーの照射を用いた半導体薄膜の結晶化方法が主流になっている。
【０００６】
ところが、通常このような方法で作製された結晶質半導体薄膜では、結晶粒の位置と大きさが様々、つまり、複数の結晶粒がランダムに存在する。結晶粒の大きさにバラツキがあり、さらに、結晶粒界が多数存在する半導体薄膜でＴＦＴを作製した場合、チャネル領域に結晶粒界が入り込む可能性が大きく、得られるＴＦＴの電気特性が低かったり、そのバラツキを生じる原因となってしまう。
【０００７】
このように結晶粒にバラツキが生じる原因の一つとして、レーザー照射時に溶融した半導体薄膜の冷却時間が短いことが考えられる。パルス状のレーザーを用いた場合、１パルスの照射時間が数十ｎｓ程度と短いので、結晶化したい半導体薄膜と基板との間に大きな温度差が生じ、溶融した半導体薄膜は急速に冷却されて結晶化する。そのため、レーザー照射部全体で無数の結晶核がランダムに発生し、また、各々の結晶核はそれぞれランダムな方向に結晶成長してしまう。その結果、結晶粒径が小さくなって結晶粒界密度が大きくなると共に、結晶粒と結晶粒との間で結晶欠陥が多くなり、結晶粒の大きさのバラツキも生じてしまうのである。
【０００８】
そこで、最近では、レーザーの照射時に、溶融した半導体薄膜内で温度分布を形成させることにより、半導体薄膜内の温度の低い領域で結晶核を発生させ、その領域から冷却の遅い温度の高い領域へと結晶成長させる方法が提案されている。このとき、溶融した半導体薄膜内に温度分布を形成させる方法としては、具体的には、非晶質または多結晶等の半導体薄膜の上層または下層に絶縁膜をパターニングする方法、レーザー自体にエネルギー強度分布を持たせる方法等がある。また、このようにレーザーを用いて溶融した半導体薄膜に温度分布をつけることによって、良質な結晶性半導体薄膜を作製する技術は、特許文献１に開示されている。
【０００９】
特許文献１に開示されている技術では、半導体薄膜と基板との間に保温層を形成すると共にさらに半導体薄膜上にも保温層を形成し、レーザーの照射によって加熱された半導体薄膜の冷却過程を緩やかにし、それによって結晶成長時間を長くして粒径の拡大化を図っている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２６３３１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、半導体薄膜の上層膜も熱伝導率の低い材料を用いているため、半導体薄膜面内に緩やかな温度勾配を形成することができず、結晶粒の大きい半導体薄膜を得ることが難しい。
【００１２】
本発明の目的は、半導体薄膜面内の温度勾配を小さくすると共にエネルギービーム照射時の半導体薄膜の溶融時間を長く保持することで結晶粒の大きい半導体薄膜が得られる結晶質半導体薄膜の製造方法及びその方法により製造された結晶質半導体薄膜、並びに、その結晶質半導体薄膜を備えた半導体装置及びディスプレイ装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜上に半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜上に前記第１絶縁膜よりも熱伝導率が高い第２絶縁膜を形成する工程と、前記第２絶縁膜上からエネルギービームを照射することにより前記半導体薄膜を結晶化させる工程と、を有し、前記半導体薄膜の上層及び下層の絶縁膜の熱伝導率の選択によって、前記半導体薄膜面内に緩やかな温度勾配を形成させると共に前記半導体薄膜の溶融状態を長く保持させ、低い結晶化速度で結晶成長させることにより、結晶粒の大きい結晶質半導体薄膜を得ることを特徴とする結晶質半導体薄膜の製造方法である。
【００１４】
本発明に従えば、半導体薄膜の上層膜である第２絶縁膜には比較的熱伝導率の高い材料を用いているので、エネルギービームを照射したときに第２絶縁膜の面内方向に熱拡散が生じて半導体薄膜の面内方向の温度勾配が小さくなる。また、半導体薄膜の下層膜である第１絶縁膜には比較的熱伝導率の低い材料を用いているので、エネルギービームを照射したときに半導体薄膜に与えられた熱エネルギーは下地の基板へはしばらくは拡散せずに半導体薄膜内に滞留する。よって、エネルギービームを照射したときに半導体薄膜内に緩やかな温度勾配が形成されると共に半導体薄膜の溶融状態が長く保持されるので、結晶粒の大きな結晶質半導体薄膜を得ることができる。
【００１５】
本発明は、前記第１絶縁膜を熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で形成するようにしてもよい。
【００１６】
第１絶縁膜を熱伝導率が５／ｍ・Ｋよりも大きい材料で形成すると、エネルギービームを照射したときに半導体薄膜に与えられた熱エネルギーが早期に下地の基板に拡散するため、半導体薄膜の溶融状態の保持時間が短くなる。しかしながら、第１絶縁膜を熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で形成すれば、半導体薄膜の溶融状態を十分に長く保持させることができる。
【００１７】
本発明は、前記第２絶縁膜を熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で形成するようにしてもよい。
【００１８】
第２絶縁膜を熱伝導率が１０／ｍ・Ｋよりも小さい材料で形成すると、エネルギービームを照射したときに半導体薄膜の面内方向に充分な熱拡散が起こらないため、半導体薄膜内に形成される温度勾配が緩やかなものとなり難い。しかしながら、第２絶縁膜を熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で形成すれば、半導体薄膜内に確実に緩やかな温度勾配を形成することができる。
【００１９】
本発明は、前記第１絶縁膜を膜厚５０ｎｍ以上に形成するようにしてもよい。
【００２０】
第１絶縁膜の膜厚が５０ｎｍよりも薄いと、エネルギービームを照射したときの熱エネルギーの拡散が膜厚の薄さに起因して大きなものとなってしまう。しかしながら、第１絶縁膜を膜厚５０ｎｍ以上に形成すれば、膜厚に起因する熱エネルギーの拡散を抑止することができる。
【００２１】
本発明は、前記第２絶縁膜を膜厚５０ｎｍ以上に形成するようにしてもよい。
【００２２】
第２絶縁膜の膜厚が５０ｎｍよりも薄いと、エネルギービームを照射したときに第２絶縁膜の面内方向の熱拡散が充分に起こらないため、半導体薄膜内に形成される温度勾配が緩やかなものとなり難い。しかしながら、第２絶縁膜を膜厚５０ｎｍ以上に形成すれば、半導体薄膜内に確実に緩やかな温度勾配を形成することができる。
【００２３】
本発明は、前記半導体薄膜を膜厚１０〜２００ｎｍに形成するようにしてもよい。
【００２４】
半導体薄膜の膜厚が１０ｎｍよりも薄いと、エネルギービームによる熱エネルギーが充分吸収されないため、半導体薄膜を溶融状態にするのが困難となる。また、半導体薄膜の膜厚が２００ｎｍよりも厚いと、半導体薄膜を溶融させるのに過大な熱エネルギーが必要となり、半導体薄膜を安定して溶融させることができず、また、半導体薄膜内に緩やかな温度勾配を形成するのが難しくなる。しかしながら、半導体薄膜を膜厚１０〜２００ｎｍに形成すれば、半導体薄膜を安定に溶融させることができ、しかも、半導体薄膜内に緩やかな温度勾配を確実に形成させることができる。
【００２５】
本発明は、前記エネルギービームを、前記半導体薄膜に照射されるエネルギー密度が２５０〜５００ｍＪ／ｃｍ２であるパルス状のレーザーとするようにしてもよい。
【００２６】
エネルギービームのエネルギー密度が２５０ｍＪ／ｃｍ２よりも小さいと、エネルギーが小さいため、半導体薄膜を充分に溶融させることが困難となる。一方、エネルギー密度が５００ｍＪ／ｃｍ２よりも大きいと、エネルギーが大きいため、半導体薄膜内の一部に飛散が生じる虞がある。しかしながら、エネルギービームを、半導体薄膜に照射されるエネルギー密度が２５０〜５００ｍＪ／ｃｍ２であるパルス状のレーザーとすれば、半導体薄膜を充分に溶融でき、しかも、飛散が生じない。
【００２７】
本発明は、前記エネルギービームを、パルス状のライン状レーザーとし、前記ライン状レーザーで前記第２絶縁膜上を走査するようにしてもよい。
【００２８】
本発明では、半導体薄膜の溶融状態の保持時間が長いことから結晶成長距離がより大きくなるので、パルス状のライン状レーザーで第２絶縁膜上を走査するようにした場合、レーザーピッチ幅を広くできると共にレーザーショット数を少なくすることができる。
【００２９】
具体的実施態様として、本発明は、前記第１絶縁膜を酸化珪素化合物で形成するようにしてもよい。
【００３０】
また、本発明は、前記第２絶縁膜を窒化珪素化合物、窒化酸化珪素化合物、酸化アルミニウム化合物、窒化アルミニウム化合物のうち、少なくともいずれか一つを含むものとしてもよい。
【００３１】
さらに、本発明は、前記半導体薄膜をシリコン材料で形成してもよい。
【００３２】
本発明により製造された結晶質半導体薄膜は、ディスプレイ装置等の半導体装置に適用することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００３４】
図１及び２は、本発明の実施形態に係る結晶質半導体薄膜１１の製造過程を示す。
【００３５】
結晶質半導体薄膜１１の製造に際し、まず、図１（ａ）に示すように、基板１上に第１絶縁膜２を形成する。ここで用いられる基板１としては、例えば、石英基板やガラス基板などの絶縁性の表面を有する基板、或いはシリコンウエハを挙げることができる。また、第１絶縁膜２としては、例えば、ＳｉＯ２膜（熱伝導率約１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）等の酸化珪素化合物を挙げることができる。なお、基板１上に第１絶縁膜２としてのＳｉＯ２膜を形成する方法としては、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  （化学気相成長）法等がある。
【００３６】
続いて、図１（ｂ）に示すように、第１絶縁膜２上に半導体薄膜３を形成する。半導体薄膜３としては、例えば、シリコン材料である非晶質珪素膜（Ｓｉ）やＳｉＧｅ膜、ＧａＡｓ膜、ＧａＰ膜、ＩｎＰ膜等を挙げることができる。なお、半導体薄膜３を形成する方法としては、Ｓｉ２Ｈ６ガスを用いた減圧ＣＶＤ法等がある。
【００３７】
続いて、図１（ｃ）に示すように、半導体薄膜３上に第１絶縁膜２よりも熱伝導率が高い第２絶縁膜４を形成する。第１絶縁膜２をＳｉＯ２膜とすると、第２絶縁膜４としては、例えば、ＳｉＮ膜（熱伝導率約２０Ｗ／ｍ・Ｋ）などの窒化珪素化合物、ＳｉＯＮなどの窒化酸化珪素化合物、Ａｌ２Ｏ３などの酸化アルミニウム化合物、ＡｌＮなどの窒化アルミニウム化合物、或いは、これらのうち少なくともいずれか一つを含む組成物を挙げることができる。なお、第２絶縁膜４を形成する方法としては、プラズマＣＶＤ法等がある。
【００３８】
そして、第２絶縁膜４上からエネルギービーム６を照射することにより半導体薄膜３を結晶化させる。具体的な方法としては、エネルギービーム６として波長４００ｎｍ以下のエキシマレーザーのパルス状のレーザーを例えばレーザー幅２μｍのライン状レーザー６として用い、図２に示すように、そのライン状レーザー６の照射位置をその長尺方向に対して垂直な方向に例えば１μｍずつ移動させて走査しながら繰り返しレーザーを照射する方法を挙げることができる。
【００３９】
図２に示す方法について詳細に説明すると、半導体薄膜３にライン状レーザー６が照射されると、半導体薄膜３にエネルギーが与えられる。このとき、半導体薄膜３内には、ライン状レーザー６のエネルギー密度分布に依存した温度分布が形成される。ライン状レーザー６は移動方向のレーザー幅に対して図３に示すようなエネルギー密度分布をもっているが、このライン状レーザー６を従来のように直接半導体薄膜３に照射すると、半導体薄膜３内には、図４（ａ）に示すように、ライン状レーザー６のエネルギー密度分布と同傾向の温度分布が形成される。しかしながら、上記のように半導体薄膜３の上層膜が熱伝導率の高い第２絶縁膜４であるため、ライン状レーザー６を照射したときに第２絶縁膜４の面内方向に熱拡散が生じ、図４（ｂ）に示すように、半導体薄膜３の面内方向の温度勾配が小さくなり、また、半導体薄膜３の下層膜が熱伝導率の低い第１絶縁膜２であるため、ライン状レーザー６を照射したときに半導体薄膜３に与えられた熱エネルギーは下地の基板１へはしばらくは拡散せずに半導体薄膜３内に滞留する。よって、ライン状レーザー６を照射したときに半導体薄膜３内に緩やかな温度勾配が形成されると共に半導体薄膜３の溶融状態が長く保持されるので、結晶粒の大きな結晶質半導体薄膜１１を得ることができる。また、このように半導体薄膜３の溶融状態の保持時間が長くなることにより、結晶成長距離がより大きくなるので、レーザーピッチ幅を広くすると共にレーザーショット数を少なくすることができる。
【００４０】
以上において、熱伝導率が５／ｍ・Ｋよりも大きい材料で第１絶縁膜２を形成すると、エネルギービーム６を照射したときに半導体薄膜３に与えられた熱エネルギーが早期に下地の基板１に拡散するため、半導体薄膜３の溶融状態の保持時間が短くなる。従って、半導体薄膜３の溶融状態の保持時間が十分に長くするためには、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で第１絶縁膜２を形成することが好ましい。
【００４１】
熱伝導率が１０／ｍ・Ｋよりも小さい材料で第２絶縁膜４を形成すると、エネルギービーム６を照射したときに半導体薄膜３の面内方向に充分な熱拡散が起こらないため、半導体薄膜３内に形成される温度勾配が緩やかなものとなり難い。従って、半導体薄膜３内に確実に緩やかな温度勾配を形成させるためには、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で第２絶縁膜４を形成することが好ましい。
【００４２】
第１絶縁膜２の膜厚が５０ｎｍよりも薄いと、エネルギービーム６を照射したときの熱エネルギーの拡散が膜厚の薄さに起因して大きなものとなってしまう。従って、膜厚に起因する熱エネルギーの拡散を抑止するためには、第１絶縁膜２を膜厚５０ｎｍ以上に形成することが好ましい。
【００４３】
第２絶縁膜４の膜厚が５０ｎｍよりも薄いと、エネルギービーム６を照射したときに第２絶縁膜４の面内方向の熱拡散が充分に起こらないため、半導体薄膜３内に形成される温度勾配が緩やかなものとなり難い。従って、半導体薄膜３内に確実に緩やかな温度勾配を形成させるためには、第２絶縁膜４を膜厚５０ｎｍ以上に形成することが好ましい。
【００４４】
半導体薄膜３の膜厚が１０ｎｍよりも薄いと、エネルギービーム６による熱エネルギーが充分吸収されないため、半導体薄膜３を溶融状態にするのが困難となる。一方、半導体薄膜３の膜厚が２００ｎｍよりも厚いと、半導体薄膜３を溶融させるのに過大な熱エネルギーが必要となり、半導体薄膜３を安定して溶融させることができず、また、半導体薄膜３内に緩やかな温度勾配を形成するのが難しくなる。従って、半導体薄膜３を安定に溶融でき、しかも、半導体薄膜３内に緩やかな温度勾配を確実に形成させるためには、半導体薄膜３を膜厚１０〜２００ｎｍに形成することが好ましい。
【００４５】
エネルギービーム６のエネルギー密度が２５０ｍＪ／ｃｍ２よりも小さいと、エネルギーが小さいため、半導体薄膜３を充分に溶融させることが困難となる。一方、エネルギー密度が５００ｍＪ／ｃｍ２よりも大きいと、エネルギーが大きいため、半導体薄膜３内の一部に飛散が生じる虞がある。従って、エネルギービーム６を、半導体薄膜３に照射されるエネルギー密度が２５０〜５００ｍＪ／ｃｍ２であるパルス状のレーザーとすれば、半導体薄膜３を充分に溶融でき、しかも、飛散が生じない。
【００４６】
なお、本実施形態では、エネルギービーム６としてエキシマレーザーのパルス状のレーザーを用いた例を示したが、特にこれに限定されるものではなく、半導体薄膜３の溶融状態を長く保持できるため結晶成長距離を大きくできるので、レーザーの１ショットで半導体薄膜３の結晶化を行うようにしてもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、エネルギービーム６としてエキシマレーザーのパルス状のレーザーを用いた例を示したが、特にこれに限定されるものではなく、他のパルス状レーザーやパルス光、パルス状荷電粒子等を用いてもよい。
【００４８】
上記で製造された結晶質半導体薄膜１１は、ＴＦＴ等を有する液晶表示装置用ドライバや半導体メモリ、半導体論理回路等を構成する半導体装置に用いられる。
【００４９】
次に、本実施形態の結晶質半導体薄膜１１が半導体装置に適用された例について説明する。
【００５０】
図５は、その半導体装置３０の部分的な断面を示す。
【００５１】
この半導体装置３０は、基板１上に結晶質半導体薄膜１１により形成された半導体素子３１が一体に構成されたものであり、基板１上に、第１絶縁膜２、結晶質半導体薄膜１１、ゲート絶縁膜１２、ゲート電極１３、絶縁膜１４、金属配線１５及び保護膜１６が順に積層された構造となっている。
【００５２】
半導体装置３０を作製するに際しては、まず、上記の基板１上に第１絶縁膜２、結晶質半導体薄膜１１及び第２絶縁膜４が順に積層された構造体における第２絶縁膜４をＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスとを用いた反応性イオンエッチンング法（ＲＩＥ法）等によりエッチングして全面除去する。
【００５３】
続いて、結晶質半導体薄膜１１をＣＦ４ガスとＯ２ガスとを用いたＲＩＥ法等によりエッチングして所定形状にパターニングする。
【００５４】
続いて、通常のＴＦＴの製造と同様、その上層にＴＥＯＳガスとＯ３ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法等により絶縁膜（例えばＳｉＯ２膜）を形成し、さらにその上層にスパッタリング法等によりＷＳｉ２／多結晶半導体膜を形成した後、積層された両方の膜をＣＦ４ガスとＯ２ガスを用いたＲＩＥ法等によりエッチングしてゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３を結晶質半導体薄膜１１上にパターニングする。
【００５５】
続いて、結晶質半導体薄膜１１のソース部分、ドレイン部分にイオンドーピング法等によりＰ、Ｂをイオン注入する。
【００５６】
続いて、その上層にＴＥＯＳガスとＯ３ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法等により絶縁膜（例えばＳｉＯ２膜）１４を形成した後、その絶縁膜１４をＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスを用いたＲＩＥ法等によりエッチングしてコンタクトホール７をゲート電極１３を挟むように形成する。
【００５７】
続いて、その上層にスパッタリング法等により金属膜（例えばＡｌ膜）を形成た後、その金属膜をＢＣｌ３ガスとＣｌ２ガスを用いたＲＩＥ法等によりエッチングして金属配線１５をパターニングする。以上によって基板１上に半導体素子３１が構成される。
【００５８】
最後に、その上層にＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス及びＮ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法等により保護膜（例えばＳｉＮ）１６を形成した後、その保護膜１６の一部をＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスを用いたＲＩＥ法等によりエッチングして窓開けする。
【００５９】
そして、以上のよう加工された基板１が抵抗、キャパシタ等と組み合わされることにより半導体装置３０が構成される。
【００６０】
次に、本実施形態の結晶質半導体薄膜１１が液晶ディスプレイ装置に適用された例について説明する。
【００６１】
図６は、その液晶ディスプレイ装置４０の部分的な断面を示す。
【００６２】
この液晶ディスプレイ装置４０は、アクティブマトリクス基板４１と、それに対向する対向基板４２と、それらの両基板間に設けられた液晶層４３と、を備えた構成のものである。
【００６３】
図７（ａ）及び（ｂ）は、その液晶ディスプレイ装置４０を構成するアクティブマトリクス基板４１及び対向基板４２の部分的な断面を示す。
【００６４】
アクティブマトリクス基板４１は、基板１上に、第１絶縁膜２、結晶質半導体薄膜１１、ゲート絶縁膜１２、ゲート電極１３、絶縁膜１４、金属配線１５、絶縁膜１７、画素電極１８、保護膜１６及び配向膜２０が順に積層された構造となっている。アクティブマトリクス基板４１では、その他に相互に並行して延びる複数のゲート線、及び、ゲート線に直交する方向に相互に並行して延びる複数のソース線が設けられている。画素電極１８は、一対のゲート線と一対のソース線とで囲われる各領域毎に設けられて全体としてマトリクスを構成している。そして、画素電極１８はゲート線にスイッチング素子を介して接続されており、そのスイッチング素子として基板１上に構成された半導体素子（ＴＦＴ等）３１が用いられている。
【００６５】
対向基板４２は、基板２１上にカラーフィルタ２２、共通電極２３及び配向膜２４が順に積層された構造となっている。
【００６６】
この液晶ディスプレイ装置４０は、１つの画素電極１８、それに対応した共通電極２３の部分及びそれらに挟まれた液晶層４３の部分によって１つの画素が規定され、各画素において、ゲート線にゲート信号を送って半導体素子３１からなるスイッチング素子をオン状態とし、そのときにソース線にソース信号を送って画素電極１８に所定の電荷を書き込むことにより画素電極１８と共通電極２３との間の液晶層４３に所定電圧を印加し、それによって液晶層４３の液晶分子の配向状態を変調させて光の透過度を調節することにより表示を行うように構成されている。
【００６７】
アクティブマトリクス基板４１の作製に際しては、まず、上記の半導体装置３０の作製過程における金属配線１５をパターニングしたものの上層にＴＥＯＳガスとＯ３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法等により絶縁膜（例えばＳｉＯ２膜等）１７を形成した後、その絶縁膜１７をＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスとを用いたＲＩＥ法によりエッチングしてスルーホール８を形成する。
【００６８】
続いて、その上層にスパッタリング法等により透明な電極膜（ＩＴＯ膜）を形成した後、その電極膜をＨＣｌやＦｅＣｌ３等を用いてエッチングして画素電極１８をパターニングする。
【００６９】
続いて、その上層にＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス及びＮ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法等により保護膜（例えばＳｉＮ膜）１９を形成する。
【００７０】
続いて、その上層にポリイミド膜等をオフセット印刷法により形成した後、それにラビング処理を施して配向膜２０を形成する。
【００７１】
一方、対向基板４２の作製に際しては、まず、ガラス基板等の絶縁基板に赤、緑、青の各感光性樹脂薄膜の付いたフィルムを熱圧着して転写し、フォトリソグラフィー工程により所定のパターニングを行い、さらに赤、緑、青間のスペースにブラックマトリクス部を同様に作成してカラーフィルタ２２を形成する。
【００７２】
続いて、その上層にスパッタリング法等により共通電極（例えばＩＴＯ膜）２３を形成し、さらにその上層にポリイミド膜等をオフセット印刷法により形成した後、それにラビング処理を施して配向膜２４を形成する。
【００７３】
そして、以上のようにして作製されたアクティブマトリクス基板４１と対向基板４２とをシール樹脂で張り合わせる。このとき、それらの基板間の間隔が一様となるようにそれらの基板の対向面に予め真球状のシリカのスペーサーを散布しておく。
【００７４】
最後に、両基板間に液晶を注入した後に両側に偏光板を張り付け、周辺にドライバーＩＣ等の各種部品を実装することにより液晶ディスプレイ装置４０が構成される。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エネルギービームを照射したときに半導体薄膜内に緩やかな温度勾配が形成されると共に半導体薄膜の溶融状態が長く保持されるので、結晶粒の大きな結晶質半導体薄膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法の第１絶縁膜、半導体薄膜及び第２絶縁膜の形成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体薄膜の製造方法のエネルギービームの照射を示す説明図である。
【図３】エキシマレーザーのエネルギー密度分布を示すグラフである。
【図４】（ａ）は従来の製造方法による半導体薄膜内の温度分布を示すグラフであり、（ｂ）は本発明の実施形態に係る製造方法による半導体薄膜内の温度分布を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置の部分的な断面図である。
【図７】（ａ）はアクティブマトリクス基板の断面図であり、（ｂ）は対向基板の断面図である。
【符号の説明】
１，２１  基板
２  第１絶縁膜
３  半導体薄膜
４  第２絶縁膜
６  エネルギービーム（ライン状レーザー）
７  コンタクトホール
８  スルーホール
１１  結晶質半導体薄膜
１２  ゲート絶縁膜
１３  ゲート電極
１４，１７  絶縁膜
１５  金属配線
１６，１９  保護膜
１８  画素電極
２０，２４  配向膜
２２  カラーフィルタ
２３  共通電極
３０  半導体装置
３１  半導体素子
４０  液晶ディスプレイ装置
４１  アクティブマトリクス基板
４２  対向基板
４３  液晶層
【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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