(57)【要約】【課題】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。【解決手段】基板１上に光反射膜２を形成する工程と、前記光反射膜２に厚み方向に貫通する孔Ｈ１を形成する工程と、前記孔Ｈ１内及び前記光反射膜２上に前記孔Ｈ１上に厚み方向に細孔Ｈ２を有する絶縁膜３を絶縁材料により形成する工程と、前記細孔Ｈ２内と前記絶縁膜３上に半導体材料を堆積して半導体膜５を形成する工程と、前記半導体膜５に光を照射して前記半導体膜５を溶融状態とするとともに前記細孔Ｈ２内の半導体膜５の少なくとも一部を非溶融状態に保持することにより略単結晶半導体膜４を前記細孔Ｈ２を中心とした領域に形成する工程とを含むことを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に光反射膜を形成する工程と、
前記光反射膜に厚み方向に貫通する孔を形成する工程と、
前記孔内及び前記光反射膜上に前記孔上に厚み方向に細孔を有する絶縁膜を絶縁材料により形成する工程と、
前記細孔内と前記絶縁膜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照射して前記半導体膜を溶融状態と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略単結晶半導体膜を前記細孔を中心とした領域に形成する工程とを含むことを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
基板上に絶縁材料により光反射膜を形成する工程と、
前記光反射膜に厚み方向に貫通する細孔を形成する工程と、
前記細孔内と前記光反射膜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照射して前記半導体膜を溶融状態と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略単結晶半導体膜を前記細孔を中心とした領域に形成する工程とを含むことを特徴とする半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
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または請求項２に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
上記光が少なくとも波長４５０ｎｍ以上の成分を含んでい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】
上記光が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波またはＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波であることを特徴とする請求項３及び請求項４に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
基板上に光反射膜を形成する工程と、
前記光反射膜に厚み方向に貫通する孔を形成する工程と、
前記孔内及び前記光反射膜上に前記孔上に厚み方向に細孔を有する絶縁膜を絶縁材料により形成する工程と、
前記細孔内と前記絶縁膜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照射して前記半導体膜を溶融状態と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略単結晶半導体膜を前記細孔を中心とした領域に形成する工程と、
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むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
基板上に絶縁材料により光反射膜を形成する工程と、
前記光反射膜に厚み方向に貫通する細孔を形成する工程と、
前記細孔内と前記光反射膜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照射して前記半導体膜を溶融状態と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略単結晶半導体膜を前記細孔を中心とした領域に形成する工程と、
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むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
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６または請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
上記光が少なくとも波長４５０ｎｍ以上の成分を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
上記光が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波またはＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波であることを特徴とする請求項８及び請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板上に、光反射膜と絶縁膜と略単結晶半導体膜とをこの順で有し、
前記光反射膜に厚み方向に貫通する孔が設けられるとともに当該孔内が前記絶縁膜の一部により埋め込まれ、
前記絶縁膜表面の前記孔上に厚み方向の細孔が設けられるとともに当該細孔内が前記略単結晶半導体膜により埋め込まれ、
前記略単結晶半導体膜を半導体薄膜として用いてなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
基板上に、絶縁材料からなる光反射膜と略単結晶半導体膜とをこの順で有し、
前記光反射膜に厚み方向に貫通する細孔が設けられるとともに当該細孔内が前記略単結晶半導体膜の一部により埋め込まれ、
前記略単結晶半導体膜を半導体膜として用いてなることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
基板上に光反射膜を形成する工程と、
前記光反射膜に厚み方向に貫通する孔を形成する工程と、
前記孔内及び前記光反射膜上に前記孔上に厚み方向に細孔を有する絶縁膜を絶縁材料により形成する工程と、
前記細孔内と前記絶縁膜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照射して前記半導体膜を溶融状態と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略単結晶半導体膜を前記細孔を中心とした領域に形成する工程と、
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むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
基板上に絶縁材料により光反射膜を形成する工程と、
前記光反射膜に厚み方向に貫通する細孔を形成する工程と、
前記細孔内と前記光反射膜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照射して前記半導体膜を溶融状態と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略単結晶半導体膜を前記細孔を中心とした領域に形成する工程と、
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むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
基板上に、光反射膜と絶縁膜と略単結晶半導体膜とをこの順で有し、
前記光反射膜に厚み方向に貫通する孔が設けられるとともに当該孔内が前記絶縁膜の一部により埋め込まれ、
前記絶縁膜表面の前記孔上に厚み方向の細孔が設けられるとともに当該細孔内が前記略単結晶半導体膜により埋め込まれ、
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なることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１６】
基板上に、絶縁材料からなる光反射膜と略単結晶半導体膜とをこの順で有し、
前記光反射膜に厚み方向に貫通する細孔が設けられるとともに当該細孔内が前記略単結晶半導体膜の一部により埋め込まれ、
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なることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１７】
請求項１１または請求項１２に記載の半導体装置を備えることを特徴とする集積回路。
【請求項１８】
複数の走査線と、複数のデータ線と、前記走査線と前記データ線の交差に対応して配置された画素電極及びスイッチング素子と、電気光学素子とを有し、前記画素電極を制御することにより前記電気光学素子を駆動する電気光学装置であって、
前記スイッチング素子が、請求項１１または請求項１２に記載の半導体装置を備えることを特徴とする電気光学装置。
【請求項１９】
請求項１１または請求項１２に記載の半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。
【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。特に半導体膜に光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、そして、これらの方法を用いて製造された半導体装置、及びこの半導体装置を用いた薄膜トランジスタ、集積回路、電気光学装置、及び電子機器に関する。
【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）
【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。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、前記両文献に記載されたような従来の方法ではレーザにより溶融状態とされた非晶質珪素膜は絶縁膜上と孔内での温度差があまり大きくないため比較的早く冷却、凝固してしまい、作製可能な結晶粒の大きさは最大でも８μｍ程度である。この場合、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。
【０００６】
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、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。
【０００７】
また、この方法を用いて作製された半導体装置、及びこの半導体装置を用いた薄膜トランジスタ、集積回路、電気光学装置、及び電子機器を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、基板上に光反射膜を形成する工程と、光反射膜に厚み方向に貫通する孔を形成する工程と、孔内及び光反射膜上に孔上に厚み方向に細孔を有する絶縁膜を絶縁材料により形成する工程と、細孔内と絶縁膜上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、半導体膜に光を照射して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ことにより略単結晶半導体膜を細孔を中心とした領域に形成する工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る半導体薄膜の製造方法は、基板上に絶縁材料により光反射膜を形成する工程と、光反射膜に厚み方向に貫通する細孔を形成する工程と、細孔内と光反射膜上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、半導体膜に光を照射して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ことにより略単結晶半導体膜を細孔を中心とした領域に形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
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。
【００１１】
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光を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、光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中心とした領域まで至る。
【００１２】
すなわち、半導体膜にレーザを照射することにより、細孔内の非溶融状態とされた半導体膜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中心とした領域まで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、膜質のばらつきがなく、均一な特性を有する。
【００１３】
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。
【００１４】
そして、この略単結晶半導体膜を半導体薄膜に用いて半導体装置を構成することにより、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可能である。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。
【００１５】
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半導体膜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。
【００１６】
そして、本発明に係る半導体薄膜の製造方法においては、基板と半導体膜との間に光反射膜を形成し、光照射した際に当該光反射膜により半導体膜を透過した光を反射して、再び半導体膜に戻し吸収させることができる。
【００１７】
これにより、光照射後の半導体膜の面内において温度勾配を持たせることができる。すなわち、溶融状態とされた半導体膜の結晶成長が始まる細孔内及び細孔の上部と、その後に結晶成長が広がっていく細孔の周辺部との間に温度勾配を持たせることができる。
【００１８】
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ためには、細孔の周辺部はできるだけ早く凝固・結晶化し、絶縁膜上はできるだけ遅く凝固することが好ましい。横方向、すなわち基板面に平行な方向に温度差があることによって、温度の低い方から高い方へと凝固が進み、結晶が横方向に成長することができる。このために、本発明においては、細孔部分には光反射膜を無くして加熱を少なくし、細孔部分以外の絶縁膜部分では反射光も利用して温度を上げられるように構成されている。
【００１９】
その結果、溶融状態とされた半導体膜の結晶成長が進む間において、細孔の周辺部においては、より長い時間に亘って溶融状態を保持することができるため、細孔の周辺部が略単結晶として結晶成長する時間が長くなり、細孔を中心とするより広い領域を略単結晶として結晶成長させることができる。
【００２０】
したがって、本発明に係る半導体薄膜の製造方法においては、従来の方法と比較して、より広い領域を略単結晶として結晶成長させることが可能であり、従来よりも大きな粒径の結晶粒を有する略単結晶半導体膜を得ることができる。
【００２１】
すなわち、従来の方法では、作製可能な結晶粒の大きさは最大でも８μｍ程度であるのに対して、本発明に係る半導体薄膜の製造方法では、光照射条件や、光反射膜での光反射率等の諸条件を適当に設定することにより、１０μｍ以上の粒径を有する略単結晶半導体膜を容易に形成することが可能であり、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結晶粒を有する略単結晶半導体膜を容易に作製することができる。
【００２２】
また、以上の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作製することができる。
【００２３】
また、略単結晶珪素膜を作製する場合は、珪素膜に照射する光が少なくとも波長４５０ｎｍ以上の成分を含んでいることが好ましい。波長４５０ｎｍ以上の光は珪素膜での吸収係数が小さく、例えば一般的なＴＦＴで用いられる５０ｎｍ程度の珪素膜であれば十分反射光も珪素膜の加熱に寄与できる。逆に、これより短い波長だと、光の大半は入射時に珪素膜で吸収されてしまい、光反射膜までほとんど届かなくなるため、反射光が珪素膜の加熱に寄与できなくなる。
【００２４】
ここで、このような珪素膜に照射する光としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波またはＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波を用いることが好ましい。ＹＡＧレーザの第２高調波は、珪素膜での吸収係数があまり大きくないため、適当な量のレーザ光が珪素膜を透過し、光反射膜に達する。そして、光反射膜に達したレーザ光が当該光反射膜により反射されて反射レーザ光として再び珪素膜に戻ることとなる。
【００２５】
これにより、珪素膜は適当な量の反射レーザ光を吸収することができるため、より高温に温められ、且つより長い時間に亘って高温状態が保持され、本発明の効果を十分に得ることができる。
【００２６】
以上の目的を達成する本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に光反射膜を形成する工程と、光反射膜に厚み方向に貫通する孔を形成する工程と、孔内及び光反射膜上に孔上に厚み方向に細孔を有する絶縁膜を絶縁材料により形成する工程と、細孔内と絶縁膜上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、半導体膜に光を照射して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ことにより略単結晶半導体膜を前記細孔を中心とした領域に形成する工程と、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むことを特徴とする。
【００２７】
また、以上の目的を達成する本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に絶縁材料により光反射膜を形成する工程と、光反射膜に厚み方向に貫通する細孔を形成する工程と、細孔内と前記光反射膜上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、半導体膜に光を照射して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ことにより略単結晶半導体膜を細孔を中心とした領域に形成する工程と、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むことを特徴とする。
【００２８】
以上のような本発明に係る半導体装置の製造方法においては、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ため、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、膜質のばらつきがなく、均一な特性を有する。
【００２９】
すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法では、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、多結晶珪素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容易に実現することができる。
【００３０】
そして、この半導体装置の製造方法によれば、基板と半導体膜との間に光反射膜を形成するため、半導体膜に光照射を行った際に、光照射後の溶融状態とされた半導体膜の結晶成長が始まる細孔内及び細孔の上部と、その後に結晶成長が広がっていく細孔の周辺部との間に温度勾配を持たせることができる。
【００３１】
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ためには、細孔の周辺部はできるだけ早く凝固・結晶化し、絶縁膜上はできるだけ遅く凝固することが好ましい。横方向、すなわち基板面に平行な方向に温度差があることによって、温度の低い方から高い方へと凝固が進み、結晶が横方向に成長することができる。このために、本発明においては、細孔部分には光反射膜を無くして加熱を少なくし、細孔部分以外の絶縁膜部分では反射光も利用して温度を上げられるように構成されている。
【００３２】
これにより、従来よりも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。
【００３３】
また、以上の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。
【００３４】
また、略単結晶珪素膜を作製する場合は、珪素膜に照射する光が少なくとも波長４５０ｎｍ以上の成分を含んでいることが好ましい。波長４５０ｎｍ以上の光は珪素膜での吸収係数が小さく、例えば一般的なＴＦＴで用いられる５０ｎｍ程度の珪素膜であれば十分反射光も珪素膜の加熱に寄与できる。逆に、これより短い波長だと、光の大半は入射時に珪素膜で吸収されてしまい、光反射膜までほとんど届かなくなるため、反射光が珪素膜の加熱に寄与できなくなる。
【００３５】
ここで、このような珪素膜に照射する光としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波またはＮｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波を用いることが好ましい。ＹＡＧレーザの第２高調波は、珪素膜での吸収係数があまり大きくないため、適当な量のレーザ光が珪素膜を透過し、光反射膜に達する。そして、光反射膜に達したレーザ光が当該光反射膜により反射されて反射レーザ光として再び珪素膜に戻ることとなる。
【００３６】
これにより、珪素膜は適当な量の反射レーザ光を吸収することができるため、より高温に温められ、且つより長い時間に亘って高温状態が保持され、本発明の効果を十分に得ることができる。
【００３７】
本発明に係る半導体装置は、基板上に光反射膜と絶縁膜と略単結晶半導体膜とをこの順で有し、光反射膜に厚み方向に貫通する孔が設けられるとともに当該孔内が絶縁膜の一部により埋め込まれ、絶縁膜表面の孔上に厚み方向の細孔が設けられるとともに当該細孔内が略単結晶半導体膜により埋め込まれ、略単結晶半導体膜を半導体薄膜として用いてなることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明に係る半導体装置は、基板上に絶縁材料からなる光反射膜と略単結晶半導体膜とをこの順で有し、光反射膜に厚み方向に貫通する細孔が設けられるとともに当該細孔内が略単結晶半導体膜の一部により埋め込まれ、略単結晶半導体膜を半導体膜として用いてなることを特徴とする。
【００３９】
以上のような本発明に係る半導体装置によれば、前記の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置に用いて好適な、良好な品質を有する略単結晶珪素膜を用いて形成されているため、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実現することができる。
【００４０】
また、この半導体装置においては、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て半導体装置を構成しているため、従来は実現が困難であった、結晶粒界に起因にした移動特性の劣化やばらつきがない、均一で良好な特性を有し、且つ大きなサイズの、すなわち５μｍを超える大きさの半導体装置を実現することができる。
【００４１】
本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に光反射膜を形成する工程と、光反射膜に厚み方向に貫通する孔を形成する工程と、孔内及び光反射膜上に孔上に厚み方向に細孔を有する絶縁膜を絶縁材料により形成する工程と、細孔内と絶縁膜上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、半導体膜に光を照射して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ことにより略単結晶半導体膜を細孔を中心とした領域に形成する工程と、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むことを特徴とする。
【００４２】
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に絶縁材料により光反射膜を形成する工程と、光反射膜に厚み方向に貫通する細孔を形成する工程と、細孔内と光反射膜上に半導体材料を堆積して半導体膜を形成する工程と、半導体膜に光を照射して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ことにより略単結晶半導体膜を細孔を中心とした領域に形成する工程と、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むことを特徴とする。
【００４３】
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、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ため、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、膜質のばらつきがなく、均一な特性を有する。
【００４４】
すなわち、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法では、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。
【００４５】
そして、この薄膜トランジスタの製造方法によれば、基板と半導体膜との間に光反射膜を形成するため、半導体膜に光照射を行った際に、光照射後の溶融状態とされた半導体の結晶成長が始まる細孔内及び細孔の上部と、その後に結晶成長が広がっていく細孔の周辺部との間に温度勾配を持たせることができる。
【００４６】
これにより、従来よりも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。
【００４７】
本発明に係る薄膜トランジスタは、基板上に光反射膜と絶縁膜と略単結晶半導体膜とをこの順で有し、光反射膜に厚み方向に貫通する孔が設けられるとともに当該孔内が絶縁膜の一部により埋め込まれ、絶縁膜表面の孔上に厚み方向の細孔が設けられるとともに当該細孔内が略単結晶半導体膜により埋め込まれ、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なることを特徴とする。
【００４８】
また、本発明に係る薄膜トランジスタは、基板上に絶縁材料からなる光反射膜と略単結晶半導体膜とをこの順で有し、光反射膜に厚み方向に貫通する細孔が設けられるとともに当該細孔内が略単結晶半導体膜の一部により埋め込まれ、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なることを特徴とする。
【００４９】
以上のような本発明に係る薄膜トランジスタによれば、前記の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置に用いて好適な、良好な品質を有する略単結晶半導体膜を用いて形成されているため、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。
【００５０】
また、この薄膜トランジスタにおいては、略単結晶半導体膜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、結晶粒界に起因にした移動特性の劣化やばらつきがない、均一で良好な特性を有し、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を提供することができる。
【００５１】
本発明に係る集積回路は、前記の本発明に係る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ことを特徴とする。これにより、この集積回路においては、低電圧で高速動作に対応可能であり、特性のばらつきのない、均一な特性を有し、低消費電力の集積回路を実現することができる。ここで、本明細書において「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配置された回路（チップ）をいう。
【００５２】
本発明に係る電気光学装置は、前記の本発明に係る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ことを特徴とする。これにより、この電気光学装置においては、高速動作に対応可能であり、均一な特性を有する高性能、高機能、高品質、低消費電力な特性が実現されている。
【００５３】
ここで、本明細書において「電気光学装置」とは、前記の本発明に係る半導体装置と、電気的作用によって発光する素子また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との両者を含むものである。このような電気光学装置としては、例えば電気光学素子として液晶素子、電気泳動素子が分散した分散媒を有する電気泳動素子、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）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などを備えたアクティブマトリクス型の表示装置等が挙げられる。
【００５４】
本発明に係る電子機器は、前記の本発明に係る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ことを特徴とする。これにより、この電子機器においては、高速動作に対応可能であり、均一な特性を有する高性能、高機能、高品質、低消費電力な特性が実現されている。
【００５５】
ここで、本明細書において「電子機器」とは、本発明に係る半導体装置を備え、一定の機能を奏する電子機器一般をいい、例えば前記の電気光学装置を備えて構成されるものである。このような電子機器としては特に構成の限定はなく、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、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、電光掲示板、宣伝広告用ディスプレイなどが挙げられる。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
【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。
【００５９】
（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。
【００６０】
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上に光反射膜２が形成され、当該光反射膜２上に絶縁膜３が形成され、さらにその上に半導体薄膜である略単結晶珪素膜４が形成されている。また、光反射膜２には、当該光反射膜２を厚み方向に貫通する孔Ｈ１が設けられるとともに、当該孔Ｈ１内が絶縁膜３の一部により埋め込まれている。また、絶縁膜３の表面の前記孔Ｈ１の上部には、当該絶縁膜３の厚み方向に細孔Ｈ２が設けられるとともに略単結晶珪素膜４の一部により埋め込まれている。
【００６１】
この略単結晶珪素膜４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４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。
【００６２】
このため、この略単結晶珪素膜４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。例えば、この略単結晶珪素膜４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。
【００６３】
そして、この略単結晶珪素膜４は、１０μｍ以上の大きな粒径の結晶粒を有して構成されている。したがって、この略単結晶珪素膜４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。
【００６４】
従来の略単結晶珪素膜においては、結晶粒の大きさは、最大でも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。
【００６５】
しかしながら、この略単結晶珪素膜４は長径が１０μｍ以上の粒径を有するため、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。
【００６６】
図２は、上述した略単結晶珪素膜４の製造方法を示す工程図である。この略単結晶珪素膜４を作製するには、まず、ガラス基板１上に光反射膜２を形成する。光反射膜２は、ガラス基板１上に例えばアルミニウム薄膜をスパッタリング法により形成し、パターニングすることにより形成することができる。そして、所定の位置に略円柱型の孔Ｈ１を有するようにパターニングすることにより、図２（ａ）に示すような光反射膜２を形成する。
【００６７】
光反射膜２は、後述するレーザ照射を施した際に、非晶質珪素膜５を透過したレーザ光を反射し、再び非晶質珪素膜５に戻すためのものである。したがって、光反射膜２は、レーザ光を反射して再び非晶質珪素膜５に戻すという反射板としての機能を効果的に発揮可能な材料により形成される。具体的には、後述するようにレーザ照射に用いられるレーザ光に対して良好な光反射率を有する材料により構成される。
【００６８】
このような材料を用いて光反射膜２を形成することにより、後述するレーザ照射を行った際、非晶質珪素膜５を透過した反射レーザ光を確実に非晶質珪素膜５に戻すことができる。
【００６９】
このような材料としては、金属材料が好適であり、金属材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）や、銀とパラジウム（Ｐｄ）との合金などが好ましい。このような金属材料は、可視光域のレーザ光に対して良好な光反射率を有するため、後述する非晶質珪素膜５を透過した反射レーザ光を確実に非晶質珪素膜５に戻すことができる。
【００７０】
なお、光反射膜２を構成する材料は、これらの金属材料に限定されるものではなく、本発明における光反射膜２としての機能を発揮するものはいずれも使用可能である。
【００７１】
また、光反射膜２の厚みも、上述した光反射膜２としての機能を十分に発揮できる厚みであれば特に限定されることはなく、適宜設定することが可能である。
【００７２】
また、光反射膜２は図２（ａ）に示すような単層構造に限られるものではなく、多層構造としても良い。このような例としては、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）と酸化珪素（ＳｉＯ２）との積層体を用いることができる。この場合には、酸化珪素層を基板側に、反射板としての機能を発揮する酸化チタン層を上面、すなわちガラス基板１と反対側に配する。
【００７３】
光反射膜２をこのような酸化チタン（ＴｉＯ２）と酸化珪素（ＳｉＯ２）との積層体により構成することで熱伝導率の低い光反射膜２を構成することができる。これにより、後述する非晶質珪素膜５を透過した反射レーザ光を確実に反射して非晶質珪素膜５に戻すことができるとともに、レーザ光により温められた光反射膜２からのガラス基板１に対する熱伝導を抑制することができ、ガラス基板１における熱の影響を防止することができる。
【００７４】
次に、図２（ｂ）に示すように孔Ｈ１内及び光反射膜２上に絶縁膜３として酸化珪素膜を形成し、且つ絶縁膜３の表面の孔Ｈ１の上部に略円柱状の細孔Ｈ２を形成する。絶縁膜３及び細孔Ｈ２を形成するには、孔Ｈ１内及び光反射膜２上に酸化珪素を堆積させる。ここで、絶縁膜３である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。このとき、孔Ｈ１の内部においては、底面及び孔Ｈ１の内壁にも略均等に酸化珪素が堆積するため、孔Ｈ１の径が略均等に狭められ、絶縁膜３を形成するとともに該絶縁膜３の表面の孔Ｈ１の上部に該孔Ｈ１よりも小さな横断面を有する略円柱状の細孔Ｈ２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、容易に直径が小さく、深さの深い細孔Ｈ２を形成することが可能である。
【００７５】
なお、絶縁膜３及び細孔Ｈ２は次のような手法で形成しても良い。すなわち、まず、図３（ａ）に示すように孔Ｈ１内及び光反射膜２上に絶縁膜３として酸化珪素膜を形成する。絶縁膜３の形成方法は、上述したＣＶＤ法などの気相堆積法を用いることができる。
【００７６】
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３（ｂ）に示すように孔Ｈ１よりも小さな横断面を有する略円柱状の細孔Ｈ２を絶縁膜３である酸化珪素膜の面内であって孔Ｈ１の上部に形成することができる。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。
【００７７】
次に、図２（ｃ）に示すように、例えばＬＰＣＶＤ法により、細孔Ｈ２内及び絶縁膜３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５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Ｈ２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５を絶縁膜３上に容易に形成することができる。
【００７８】
次に、図２（ｄ）に示すように、非晶質珪素膜５に対する光照射として非晶質珪素膜５にレーザ照射Ｌ１を行う。非晶質珪素膜５にレーザ照射Ｌ１を行うと、非晶質珪素膜５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Ｈ２内に形成された非晶質珪素に関しては、少なくとも細孔Ｈ２の底部近傍に位置する非晶質珪素は溶融することなく、非溶融状態を保持する。すなわち、レーザ照射Ｌ１を行う際には、少なくとも細孔Ｈ２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。
【００７９】
したがって、レーザ照射Ｌ１を行うことにより、絶縁膜３上の非晶質珪素膜５の面内は全て溶融状態とされ、細孔Ｈ２内に関しては、少なくとも細孔Ｈ２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。
【００８０】
これにより、レーザ照射Ｌ１後においては、細孔Ｈ２内で非溶融状態に保持された非晶質珪素を核として単結晶成長が始まり、細孔Ｈ２を介して非晶質珪素膜５の面内の細孔Ｈ２を中心とした領域までが略単結晶珪素膜４に変化する。
【００８１】
すなわち、本発明においては非晶質珪素膜５にレーザを照射することにより、細孔Ｈ２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Ｈ２内から非晶質珪素膜５の面内の細孔Ｈ２を中心とした領域までを略単結晶珪素膜４に変化させることができ、略単結晶珪素膜４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４は、膜質のばらつきがなく、均一な特性を有する。
【００８２】
ここで、溶融した略単結晶珪素膜４の結晶成長は、細孔Ｈ２の上部において結晶成長の方向が上方から横方向に変化する。そして、横方向の結晶成長においては、溶融状態の非晶質珪素膜５に温度勾配があることが好ましい。すなわち、横方向の結晶成長においては、溶融された非晶質珪素膜５の細孔Ｈ２の上部よりも、その後に結晶成長が広がっていく細孔Ｈ２の周辺部の温度が高くされていることが好ましい。これにより、結晶成長が進む間において、細孔Ｈ２の周辺部がより長い時間に亘って溶融状態を保持することができるため、細孔Ｈ２の周辺部が略単結晶として結晶成長できる時間が長くなり、細孔Ｈ２を中心とするより広い領域を略単結晶珪素膜４に変化させることができる。
【００８３】
そこで、本発明においては、ガラス基板１上の所定の位置、すなわち結晶成長が広がっていく細孔Ｈ２の周辺部に対応した位置に光反射膜２を配した状態でレーザ照射Ｌ１を行う。このとき、照射されたレーザ光の一部は非晶質珪素膜５により吸収される。そして、非晶質珪素膜５により吸収されずに非晶質珪素膜５を透過したレーザ光は、絶縁膜３を透過するが、絶縁膜３を透過したレーザ光は、光反射膜２が配されている部分においては当該光反射膜２で反射され、再び絶縁膜３を透過して図２（ｅ）に示すように反射レーザ光Ｒ２として非晶質珪素膜５に至る。そして、反射レーザ光Ｒ２の一部は、非晶質珪素膜５により吸収され、残りの反射レーザ光Ｒ２は非晶質珪素膜５を透過する。
【００８４】
このとき、下部に光反射膜２が形成されていない部分の非晶質珪素膜５、すなわち図２（ｅ）に示すように細孔Ｈ２内及びその近傍に形成された非晶質珪素膜５′は、従来の方法と同様に非晶質珪素膜５に直接照射されて吸収されたレーザ光のエネルギーにより温度が上昇する。そして、非晶質珪素膜５′は、細孔Ｈ２内の少なくとも底部近傍の一部を非溶融状態に保持したまま、その他の部分は溶融状態とされる。
【００８５】
そして、レーザ照射Ｌ１後の溶融状態の珪素の凝固は、細孔Ｈ２内の非溶融状態に保持された珪素から始まり、非晶質珪素膜５の面内の細孔Ｈ２を中心とした領域まで至る。すなわち、レーザ照射Ｌ１後の珪素の結晶成長は、細孔Ｈ２内の非溶融状態に保持された珪素から始まり、非晶質珪素膜５の面内の細孔Ｈ２を中心とした領域まで至る。
【００８６】
一方、下部に光反射膜２が形成されている部分の非晶質珪素膜５、すなわち図２（ｅ）に示すように細孔Ｈ２の周辺部に形成された非晶質珪素膜５″は、非晶質珪素膜５に直接照射されて吸収されたレーザ光のエネルギーと、光反射膜２で反射された後に非晶質珪素膜５に吸収された反射レーザ光Ｒ２のエネルギーとにより温められて溶融状態とされる。これにより、下部に光反射膜２が形成されている非晶質珪素膜５″は、下部に光反射膜２が形成されていない非晶質珪素膜５′と比較して、吸収するレーザ光のエネルギーが多いため、より高温に温められ、且つより長い時間に亘って高温状態が保持される。すなわち、下部に光反射膜２が形成されている非晶質珪素膜５″は、下部に光反射膜２が形成されていない非晶質珪素膜５′と比較して、より長い時間に亘って溶融状態が保持される。
【００８７】
これにより、本発明においては、結晶成長が始まる細孔Ｈ２内及び細孔Ｈ２の上部と、その後結晶成長が広がっていく細孔Ｈ２の周辺部との間に温度勾配を持たせることができるため、細孔Ｈ２を中心とするより広い領域を略単結晶珪素膜に変化させることができる。
【００８８】
また、本発明においては、レーザ照射Ｌ１にはレーザを用いるが、このレーザとしては非晶質珪素膜５での吸収係数があまり大きくないレーザを用いることが好ましい。レーザ照射Ｌ１に、非晶質珪素膜５での吸収係数があまり大きくないレーザを用いることにより、適当な量のレーザ光が非晶質珪素膜５で吸収されることなく非晶質珪素膜５を透過して光反射膜２に達する。そして、光反射膜２に達したレーザ光が当該光反射膜２により反射されて反射レーザ光Ｒ２として再び非晶質珪素膜５に戻ることとなる。
【００８９】
これにより、下部に光反射膜２が形成されている非晶質珪素膜５″は、適当な量の反射レーザ光Ｒ２を吸収することができるため、より高温に温められ、且つより長い時間に亘って高温状態が保持され、本発明の効果を十分に得ることができる。
【００９０】
このようなレーザとしては、例えばＹＡＧレーザの第２高調波が好適である。しかしながら、本発明においてはレーザ照射Ｌ１で使用可能なレーザはこれに限定されるものではなく、ＹＡＧレーザの第２高調波などのような略緑色を有する波長域（波長０．５２μｍ〜０．６μｍ）、もしくはこれよりも短い波長を有し、非晶質珪素膜５での吸収係数があまり大きくないパルス発振レーザであれば用いることが可能であり、本発明の効果を得ることができる。また、略単結晶珪素膜を作製する場合のレーザとしては少なくとも波長４５０ｎｍ以上の成分を含んでいることが好ましい。波長４５０ｎｍ以上の光は珪素膜での吸収係数が小さく、例えば一般的なＴＦＴで用いられる５０ｎｍ程度の珪素膜であれば十分反射光も非晶質珪素膜５の加熱に寄与することができる。逆に、これより短い波長だと、レーザの大半は入射時に非晶質珪素膜５で吸収されてしまい、光反射膜までほとんど届かなくなるため、反射レーザが非晶質珪素膜５の加熱に寄与できなくなる。
【００９１】
なお、絶縁膜３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。
【００９２】
また、レーザとしては、パルス発振レーザ、連続発振レーザのいずれも用いることができる。連続発振レーザを用いる場合は、レーザの発振、出射をＯＦＦにした瞬間にはパルス発振レーザと同様な照射状態が得られ、また、高速でスキャンした場合には、それぞれの場所においては瞬間的なＯＮ／ＯＦＦと同じ効果が得られる。また、上述した光照射は、レーザに限らず、ランプ光などを用いることもできる。
【００９３】
以上のようにして図１に示すような略単結晶珪素膜４を連続形成することができる。
【００９４】
上述した方法によれば、結晶成長が始まる細孔Ｈ２内及び細孔Ｈ２の上部と、その後結晶成長が広がっていく細孔Ｈ２の周辺部との間に温度勾配を持たせるようにレーザ照射Ｌ１を行うため、従来の方法と比較して、より広い領域を略単結晶珪素膜４に変化させることが可能であり、従来よりも大きな粒径を有する略単結晶珪素膜４を得ることができる。
【００９５】
すなわち、従来の方法では、作製可能な結晶粒の大きさは最大でも８μｍ程度であるのに対して、上述した方法によれば、レーザ照射Ｌ１に用いるレーザの種類や周波数、光反射膜２でのレーザ光反射率等の諸条件を適当に設定することにより、１０μｍ以上の粒径を有する略単結晶珪素膜４を容易に形成することが可能である。
【００９６】
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からなる略単結晶珪素膜４を容易に作製することができる。
【００９７】
また、この方法によれば、上述したように細孔Ｈ２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４を形成するため、孔Ｈ１及び細孔Ｈ２の形成位置を制御することにより、略単結晶珪素膜４の形成位置を所望の位置に制御することが可能である。
【００９８】
また、前記においては、細孔Ｈ２の形状を略円柱状とした場合について説明したが、細孔Ｈ２の形状はこれに限定されず、細孔Ｈ２の形状は上述したように細孔Ｈ２から結晶成長して該細孔Ｈ２から成長する結晶粒を細孔Ｈ２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Ｈ２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Ｈ２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。
【００９９】
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用いた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用いる場合においても広く適用することが可能である。
【０１００】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、絶縁膜を形成せずに半導体薄膜を形成する場合について説明する。
【０１０１】
図４は、絶縁膜を形成せずに半導体薄膜が形成された状態を示す。図４においては、ガラス基板１上に光反射膜６が形成され、当該光反射膜６上に半導体薄膜である略単結晶珪素膜７が形成されている。また、光反射膜６には、厚み方向に細孔Ｈ３が設けられるとともに、当該細孔Ｈ３内が略単結晶珪素膜７の一部により埋め込まれている。
【０１０２】
ここで、光反射膜６はＴｉＯ２などの絶縁材料により形成されている。この場合は、光反射膜６が絶縁層としても機能するため、第１の実施の形態のように光反射膜６上に絶縁層を設ける必要がなく、光反射膜６に細孔Ｈ３を設ければよい。そして、光反射膜６上及び細孔Ｈ３内に非晶質珪素膜を形成し、第１の実施の形態と同様にレーザ照射を行うことにより略単結晶珪素膜７を得ることができる。
【０１０３】
（第３の実施の形態）
第３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。
【０１０４】
図５（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５（ｂ）は図５（ａ）においてＡ‐Ａ′線で切断した縦断面図である。
【０１０５】
本実施の形態に係る薄膜トランジスタにおいては、図５（ｂ）に示すように、ガラス基板１上に光反射膜２が形成され、当該光反射膜２上に絶縁膜３が形成され、さらにその上に半導体薄膜である略単結晶珪素膜４が形成されている。また、光反射膜２には、当該光反射膜２を厚み方向に貫通する孔Ｈ１が設けられるとともに、当該孔Ｈ１内が絶縁膜３の一部により埋め込まれている。また、絶縁膜３の表面には、当該絶縁膜３の厚み方向に細孔Ｈ２が設けられるとともに略単結晶珪素膜４により埋め込まれている。なお、この略単結晶珪素膜４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、大粒径の結晶粒を有する略単結晶珪素膜４とされている。
【０１０６】
また、図５（ｂ）に示すように、パターニングされた略単結晶珪素膜４の一部がソース／ドレイン領域４′とされ、当該ソース／ドレイン領域４′に挟まれた部分がチャネル領域４″とされている。そして、チャネル領域４″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／ドレイン領域４′及びチャネル領域４″には、略単結晶珪素膜４の大粒径の結晶粒部分が用いられている。
【０１０７】
一方、ソース／ドレイン領域４′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／ドレイン領域４′と接続されている。
【０１０８】
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４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４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４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。
【０１０９】
このため、この略単結晶珪素膜４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。
【０１１０】
そして、この略単結晶珪素膜４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。
【０１１１】
また、この薄膜トランジスタにおいては、略単結晶珪素膜４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。
【０１１２】
図６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６（ａ）に示すように絶縁膜３上に略単結晶珪素膜４を形成する。なお、略単結晶珪素膜４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。
【０１１３】
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４を含む非晶質珪素膜５をパターニングし、図６（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。ここで、略単結晶珪素膜４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には略単結晶珪素膜４の大粒径の結晶粒部分が用いられる。
【０１１４】
次に、図６（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４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。
【０１１５】
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６（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／ドレイン領域４′とチャネル領域４″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。
【０１１６】
その後、ソース／ドレイン領域４′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。
【０１１７】
次に、図６（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／ドレイン領域４′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。
【０１１８】
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４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４を形成することが可能である。
【０１１９】
そして、この略単結晶珪素膜４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。
【０１２０】
そして、この略単結晶珪素膜４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。
【０１２１】
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４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４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形成することができる。
【０１２２】
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の形成位置に対応して複数の光反射膜２及び細孔Ｈ２を形成し、上記と同様にして略単結晶珪素膜４を作製する。
【０１２３】
そして、この略単結晶珪素膜４を用いて薄膜トランジスタを構成することにより、良好な特性を有し、且つ大きなサイズの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。
【０１２４】
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Ｈ２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５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Ｈ２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４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。
【０１２５】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、本発明に係る集積回路及び電気光学装置について説明する。
【０１２６】
図７は、本発明に係る電気光学装置の具体例である電気光学表示装置２０の集積回路構成を示したものであり、本発明に係る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て構成されるものである。図７に示す電気光学表示装置２０においては、各画素領域に電界発光効果により発光可能な発光層ＯＥＬＤと、それを駆動するために電荷を溜める保持容量Ｃを備え、さらにスイッチング素子として半導体装置である薄膜トランジスタＴ１〜Ｔ４を備えて構成されている。
【０１２７】
なお、これらの薄膜トランジスタＴ１〜Ｔ４は、上述した第３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、略単結晶珪素膜４の大粒径の結晶粒部分を能動層として作製されたものである。
【０１２８】
ドライバ領域２１からは、走査線Ｖｓｅｌ及び発光制御線Ｖｇｐが各画素領域Ｇに供給されている。また、ドライバ領域２２からは、データ線Ｉｄａｔａ及び電源線Ｖｄｄが各画素領域Ｇに供給されている。そして、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Ｇ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となっている。
【０１２９】
以上のような電気光学表示装置２０は、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置、すなわち薄膜トランジスタを備えている。そして、この薄膜トランジスタは、オフ電流値が小さく、またキャリア移動度が大きく、且つ特性のばらつきのない、均一な特性を有するなどの優れた特性を持ち合わせているため、これにより構成された半導体集積回路は低電圧で高速動作に対応可能であり、且つ、低消費電力であり、また、これにより構成された電気光学表示装置は高性能、高機能、高品質、低消費電力な特性が実現されている。
【０１３０】
また、これらの薄膜トランジスタは、能動層に結晶粒界を含んでいないため、各薄膜トランジスタによって結晶粒界に起因した移動特性の劣化やばらつきがなく、均一な特性を備えた薄膜トランジスタが実現されている。したがって、電気光学表示装置２０においては、安定して動作する高品質な電気光学装置が実現されている。
【０１３１】
なお、前記において説明した駆動回路は、発光要素に電流発光素子を使用する場合の回路の一例であり、他の回路構成とすることも可能である。また、発光要素には電流発光素子以外にも液晶表示素子を用いることも可能であり、この場合は液晶表示素子に対応して回路構成を変更すればよい。
【０１３２】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態では、本発明に係る電子機器について説明する。
【０１３３】
図８（ａ）〜図８（ｆ）は、本発明に係る電子機器の具体例を示したものであり、本発明に係る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て構成されるものである。
【０１３４】
図８（ａ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置が搭載された携帯電話３０であり、当該携帯電話３０は、電気光学装置（表示パネル）３１、音声出力部３２、音声入力部３３、操作部３４、及びアンテナ部３５などを備えて構成されている。携帯電話３０においては、本発明に係る半導体装置の製造方法は、例えば表示パネルや、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。
【０１３５】
図８（ｂ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置が搭載されたビデオカメラ４０であり、当該ビデオカメラ４０は、電気光学装置（表示パネル）４１、操作部４２、音声入力部４３、及び受像部４４などを備えて構成されている。ビデオカメラ４０においては、本発明に係る半導体装置の製造方法は、例えば表示パネルや、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。
【０１３６】
図８（ｃ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置が搭載された携帯型パーソナルコンピュータ５０であり、当該携帯型パーソナルコンピュータ５０は、電気光学装置（表示パネル）５１、操作部５２、及びカメラ部５３などを備えて構成されている。携帯型パーソナルコンピュータ５０においては、本発明に係る半導体装置の製造方法は、例えば表示パネルや、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。
【０１３７】
図８（ｄ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置が搭載されたヘッドマウントディスプレイ６０であり、当該ヘッドマウントディスプレイ６０は、電気光学装置（表示パネル）６１、光学系収納部６２、及びバンド部６３などを備えて構成されている。ヘッドマウントディスプレイ６０においては、本発明に係る半導体装置の製造方法は、例えば表示パネルや、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。
【０１３８】
図８（ｅ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置が搭載されたリア型プロジェクター７０であり、当該リア型プロジェクター７０は、電気光学装置（光変調器）７１、光源７２、光学系７３、ミラー７４、ミラー７５、及びスクリーン７７などを筐体内７６に備えて構成されている。リア型プロジェクター７０においては、本発明に係る半導体装置の製造方法は、例えば光変調器や、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。
【０１３９】
図８（ｆ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置が搭載されたフロント型プロジェクター８０であり、当該フロント型プロジェクター８０は、電気光学装置（画像表示源）８１及び光学系８２などを筐体内８３に備えて構成されており、画像をスクリーン８４に表示可能とされている。フロント型プロジェクター８０においては、本発明に係る半導体装置の製造方法は、例えば画像表示源や、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。
【０１４０】
以上のような電子機器は、本発明に係る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ている。そして、この半導体装置は、オフ電流値が小さく、またキャリア移動度が大きく、且つ特性のばらつきのない、均一な特性を有するなどの優れた特性を持ち合わせているため、これにより構成された半導体集積回路は高速動作に対応可能であり、且つ、低消費電力であり、また、これにより構成された電子機器は高性能、高機能、高品質、低消費電力な特性が実現されている。
【０１４１】
なお、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記の電子機器に限らず、あらゆる電子機器の製造に適用可能である。例えば、前記の他にも、腕時計、ＩＣカード、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、電光掲示板、宣伝広告用ディスプレイなどの製造にも適用可能であり、高品質な電子機器が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る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】細孔Ｈ２の製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明に係る半導体薄膜を示す図である。
【図５】本発明に係る薄膜トランジスタを示す図である。
【図６】薄膜トランジスタの製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明に係る電気光学装置の例を示す構成図である。
【図８】本発明に係る電気機器の例を示す図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板、２  光反射膜、３  絶縁膜、４  略単結晶珪素膜、４′  ソース／ドレイン領域、４″  チャネル領域、５  非晶質珪素膜、６  光反射膜、７略単結晶珪素膜、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
【図１】
2004179400.tif 000003
【図２】
2004179400.tif 000004
【図３】
2004179400.tif 000005
【図４】
2004179400.tif 000006
【図５】
2004179400.tif 000007
【図６】
2004179400.tif 000008
【図７】
2004179400.tif 000009
【図８】
2004179400.tif 000010