(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当該微細孔内に半導体膜を確実に堆積させることを可能とする技術を提供すること。【解決手段】本発明の半導体薄膜の製造方法は、基板(10)上に第１の薄膜(11)を形成する第１の薄膜形成工程と、第１の薄膜(11)上に当該第１の薄膜(11)と性質の異なる第２の薄膜(12)を形成する第２の薄膜形成工程と、第２の薄膜(12)を貫通して第１の薄膜(11)に至る微細孔(13)を形成する微細孔形成工程と、第２の薄膜(12)上よりも第１の薄膜(11)上において半導体膜が先行して成膜される条件を含んで第２の薄膜(12)上及び微細孔(13)内に半導体膜(14a,14b)を形成する半導体膜形成工程と、半導体膜(14a,14b)を溶融結晶化させ、微細孔(13)内を起点として結晶性半導体膜(18)を形成する溶融結晶化工程と、を含む【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の薄膜を形成する第１の薄膜形成工程と、
前記第１の薄膜上に当該第１の薄膜と性質の異なる第２の薄膜を形成する第２の薄膜形成工程と、
前記第２の薄膜を貫通して前記第１の薄膜に至る微細孔を形成する微細孔形成工程と、
前記第２の薄膜上よりも前記第１の薄膜上において半導体膜が先行して成膜される条件を含んで前記第２の薄膜上及び前記微細孔内に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
前記半導体膜を溶融結晶化させ、前記微細孔内を起点として結晶性半導体膜を形成する溶融結晶化工程と、を含む半導体薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記第１の薄膜と前記第２の薄膜の性質の違いは、当該第１及び第２の薄膜上への前記半導体膜の成膜開始時期の相違である、請求項１に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記第１の薄膜は二酸化珪素膜よりも酸素含有量の少ない酸化珪素膜からなり、前記第２の薄膜は二酸化珪素膜からなり、前記半導体膜は非晶質珪素膜からなる、請求項１又は２に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記第１の薄膜は組成式ＳｉＯｘ（１．４＜ｘ＜２）で表される酸化珪素膜からなる、請求項３に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記第１の薄膜は組成式ＳｉＯｘ（１．６＜ｘ＜２）で表される酸化珪素膜からなる、請求項３に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記第１の薄膜は組成式Ｓｉ３Ｎｘ（３＜ｘ＜４）で表される窒化珪素膜からなり、前記第２の薄膜は二酸化珪素膜からなる、請求項１又は２に記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記第２の薄膜は前記第１の薄膜に比べて膜厚を薄くして形成される、請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記微細孔の孔径は４５ｎｍ以上１９０ｎｍ以下である、請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記半導体膜形成工程は化学気相堆積法を用いており、第１の圧力で前記半導体膜を形成する工程と、前記第１の圧力よりも高い第２の圧力で前記半導体膜を形成する工程を含む、請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体膜形成工程において成膜される前記半導体膜の膜厚を３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１１】
前記溶融結晶化はレーザ照射によって行われる、請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体薄膜の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の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素子を形成する素子形成工程を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
基板上に形成された半導体素子を含む半導体装置であって、
前記基板上に形成された第１の薄膜と、
前記第１の薄膜上に形成されており、当該第１の薄膜と性質の異なる第２の薄膜と、
前記第２の薄膜を貫通して前記第１の薄膜に至るように形成された微細孔と、前記微細孔を埋設して前記第２の薄膜上に形成され、前記微細孔を起点として溶融結晶化された結晶性半導体膜と、を含み、
前記結晶性半導体膜を用いて前記半導体素子が構成されている、半導体装置。
【請求項１４】
前記結晶性半導体膜は、少なくとも前記半導体素子の形成領域に相当する大きさを有する、請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載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１６】
請求項１２に記載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１７】
請求項１２に記載の製造方法により製造された半導体装置を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体薄膜及び半導体装置の製造方法と当該製造方法を用いて製造される半導体装置、集積回路、電気光学装置、電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置やＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装置などの電気光学装置においては、薄膜トランジスタ等の半導体素子を含んで構成される薄膜回路を用いて画素のスイッチングなどを行っている。従来の薄膜トランジスタは、非晶質硅素（シリコン）膜を用いて、活性領域（チャネル形成領域）を形成している。また、多結晶硅素膜を用いて活性領域を形成した薄膜トランジスタも実用化されている。多結晶硅素膜を用いることにより、非晶質硅素膜を用いた場合に比較して移動度などの電気的特性が向上し、薄膜トランジスタの性能を向上させることができる。
【０００３】
また、薄膜トランジスタの性能を更に向上させるために、大きな結晶粒からなる半導体膜を形成し、薄膜トランジスタの形成領域内に結晶粒界が入り込まないようにする技術が検討されている。例えば、基板上に微細な穴（微細孔）を形成し、この微細孔を結晶成長の起点として半導体膜の結晶化を行うことにより、数μｍ程度の硅素の結晶粒を形成する技術がいくつかの文献において提案されていた（非特許文献１及び非特許文献２）。この従来技術では、基板上及び微細孔内に非晶質硅素膜を形成した後に当該非晶質硅素膜にレーザ照射を行って、微細孔の底部近傍の非晶質硅素膜を非溶融状態に保持しながら、その他の部分の非晶質硅素膜を溶融状態にすることにより、非溶融部分に保持された非晶質硅素を結晶核とした結晶成長を生じさせて、略単結晶状態の硅素膜（結晶性硅素膜）を形成している。当該技術を用いて形成される、大きな結晶粒を含む硅素膜を用いて薄膜トランジスタを形成することにより、移動度等の電気的特性に優れた薄膜トランジスタを実現することが可能になる。
【０００４】
【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 ForLocation Control of Large Grain on Glass 」, R.Ishihara等, proc.SPIE 2001, vol.4295, p.14〜23
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の方法では、微細孔を形成した基板上に非晶質硅素膜を形成する際に、当該微細孔の内部に非晶質硅素膜を確実に堆積させることが重要である。しかしながら従来の方法では、微細孔の内部に十分に非晶質硅素膜が堆積する前に微細孔の上部（開口部）が塞がって微細孔内にボイド（空孔）が生じてしまう場合があった。
【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う場合において当該微細孔内に半導体膜を確実に堆積させることを可能とする技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体薄膜の製造方法は、基板上に第１の薄膜を形成する第１の薄膜形成工程と、第１の薄膜上に当該第１の薄膜と性質の異なる第２の薄膜を形成する第２の薄膜形成工程と、第２の薄膜を貫通して第１の薄膜に至る微細孔を形成する微細孔形成工程と、第２の薄膜上よりも第１の薄膜上において半導体膜が先行して成膜される条件を含んで第２の薄膜上及び微細孔内に半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、半導体膜を溶融結晶化させ、微細孔内を起点として結晶性半導体膜を形成する溶融結晶化工程と、を含む。
【０００７】
かかる製造方法によれば、微細孔の内部（特に底部近傍）に第１の薄膜が露出するので、第１の薄膜上に半導体膜が先行して成膜される条件を含んで半導体膜を成膜することにより、微細孔内に優先的に半導体膜を堆積させることが可能となる。したがって、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当該微細孔内に半導体膜を確実に堆積させることが可能となる。
【０００８】
上述した第１の薄膜と第２の薄膜の性質の違いは、当該第１及び第２の薄膜上への半導体膜の成膜開始時期の相違であることが好ましい。半導体膜の成膜開始時期の相違を利用することにより、第２の薄膜上よりも第１の薄膜が露出する微細孔内に優先的に半導体膜を堆積させることが可能となる。
【０００９】
上述した第１の薄膜は二酸化珪素膜よりも酸素含有量の少ない酸化珪素膜からなり、第２の薄膜は二酸化珪素膜からなり、半導体膜は非晶質珪素膜からなることが好ましい。これにより、半導体膜として非晶質珪素膜を採用する場合に、微細孔内に当該非晶質珪素膜を確実に堆積させることが可能となる。
【００１０】
また、第１の薄膜は組成式ＳｉＯｘ（１．４＜ｘ＜２）で表される酸化珪素膜からなることが好ましく、組成式ＳｉＯｘ（１．６＜ｘ＜２）で表される酸化珪素膜からなることが更に好ましい。組成式ＳｉＯｘ（１．４＜ｘ＜２）で表される酸化珪素膜を用いることにより、略透明な状態の第１の薄膜を得ることができる。また、組成式ＳｉＯｘ（１．６＜ｘ＜２）で表される酸化珪素膜を用いることにより、更に透明度が高い第１の薄膜を得ることができる。このような酸化珪素膜を第１の薄膜として採用することにより、本発明にかかる結晶性半導体膜が形成される基板を透過する光に着色が生じる（波長分散が生じる）ことを回避することが可能となる。したがって、本発明にかかる結晶性半導体膜を用いた半導体素子を光透過型の表示装置（液晶表示装置等）に利用する場合に、透過光に着色が生じなくて都合がよい。また、上述した組成式における「ｘ」の値をあまり小さくしすぎると酸化硅素膜が脆くなる傾向があり、この観点からも「ｘ」の値を上記の条件にすることが好適である。
【００１１】
また、第１の薄膜は組成式Ｓｉ３Ｎｘ（３＜ｘ＜４）で表される窒化珪素膜からなり、第２の薄膜は二酸化珪素膜からなるように構成することも好適である。かかる構成によっても、半導体膜として非晶質珪素膜を採用する場合に、下層に位置する窒化硅素膜上から先に半導体膜の堆積が始まり、それ故に微細孔内に当該非晶質珪素膜を確実に堆積させることが可能となる。
【００１２】
上述した第２の薄膜は、第１の薄膜に比べて膜厚を薄くして形成するとよい。これにより、微細孔の内壁の大部分に第１の薄膜が露出するようになり、微細孔内へ半導体膜をより一層確実に堆積させることが可能となる。
【００１３】
上述した微細孔の孔径は、４５ｎｍ以上１９０ｎｍ以下とすることが望ましい。この条件で微細孔を形成することにより、微細孔内で１つの結晶核を優先的に成長させる作用をより確実に得ることが可能となる。
【００１４】
上述した半導体膜形成工程は、減圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）やプラズマ励起化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）等の気相堆積法（ＣＶＤ法）を用いて成膜を行っており、第１の圧力で半導体膜を形成する工程と、当該第１の圧力よりも高い第２の圧力で半導体膜を形成する工程とを含むことが好ましい。例えば、ＬＰＣＶＤ法における原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）を用い、堆積温度を５００℃〜５５０℃程度とした場合であれば、上記第１の圧力は０．１ｍＴｏｒｒ〜３ｍＴｏｒｒ程度とし、上記第２の圧力は５ｍＴｏｒｒ〜１．５Ｔｏｒｒ程度とすることが好適である。また、ＬＰＣＶＤ法における原料ガスとしてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用い、堆積温度を４００℃〜５００℃程度とした場合であれば、上記第１の圧力は１０ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ程度とし、上記第２の圧力は１Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ程度とすることが好適である。このような条件により、第２の薄膜上よりも第１の薄膜上において半導体膜が先行して成膜される状態を実現し、次いで第２の薄膜上においても半導体膜が成膜しやすい状態を実現することが可能となり、半導体膜の成膜を良好に行うことができる。一般にＣＶＤ法ではＣＶＤの種類（減圧、プラズマ励起等）や堆積温度、圧力等の堆積条件に係わらず、堆積速度（成膜速度）が１．５ｎｍ／ｍｉｎ（０．２５Å／ｓｅｃ）程度以下となる条件では堆積の初期に二酸化硅素膜上に半導体膜が堆積しないインキュベーション期間が発生する。本発明はこのインキュベーション期間を利用して表面及び表面近傍に露出した第２の薄膜上に半導体膜を堆積せず、微細孔の下部領域のみに堆積させるので、本発明をより適切に遂行するには半導体膜の成膜速度を少なくとも堆積の初期においては１．５ｎｍ／ｍｉｎ程度以下とするとよい。半導体膜の堆積速度が著しく小さくなると、半導体膜への不純物混入が無視出来なくなるので、高純度の半導体膜を得るとの視点から半導体膜の堆積速度は０．５ｎｍ／ｍｉｎ以上が好ましい。
【００１５】
また、半導体膜形成工程において成膜される半導体膜は、その膜厚を３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好適である。これにより、溶融結晶化の際に結晶化の進む方向をほぼ半導体膜の膜厚方向と略直交する方向のみにし、他の方向へ結晶化が進みにくくすることが可能となり、結晶性半導体膜のより一層の均質化を図ることができる。
【００１６】
上述した溶融結晶化は、レーザ照射によって行われることが好適である。これにより、熱処理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、ガスレーザなど種々のものが考えられる。
【００１７】
また、本発明は、上述した本発明にかかる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素子を形成する素子形成工程を含む半導体装置の製造方法でもある。ここで本発明において「半導体素子」とは、各種トランジスタやダイオード、抵抗、インダクタ、キャパシタ、その他の能動素子・受動素子を問わず、Ｎ型やＰ型半導体の組み合わせにより製造可能な素子を含む。また本発明において「半導体装置」とは、上記半導体素子を含んで構成される装置であり、例えば集積回路等を含む装置である。
【００１８】
また本発明は、上述した本発明にかかる製造方法を用いて製造される半導体装置でもある。より具体的には、本発明は、基板上に形成された半導体素子を含む半導体装置であって、基板上に形成された第１の薄膜と、第１の薄膜上に形成されており当該第１の薄膜と性質の異なる第２の薄膜と、第２の薄膜を貫通して第１の薄膜に至るように形成された微細孔と、この微細孔を埋設して第２の薄膜上に形成され、微細孔を起点として溶融結晶化された結晶性半導体膜とを含み、当該結晶性半導体膜を用いて半導体素子が構成されている半導体装置である。また、上述した結晶性半導体膜は、少なくとも半導体素子の形成領域に相当する大きさを有することが好ましい。
【００１９】
なお、第１の薄膜と第２の薄膜の性質の違いは、当該第１及び第２の薄膜上への半導体膜の成膜開始時期の相違であることが好ましい。また、第１の薄膜は二酸化珪素膜よりも酸素含有量の少ない酸化珪素膜からなり、第２の薄膜は二酸化珪素膜からなり、半導体膜は非晶質珪素膜からなることが好ましい。より具体的には、第１の薄膜は組成式ＳｉＯｘ（１．４＜ｘ＜２）で表される酸化珪素膜からなることが好ましく、組成式ＳｉＯｘ（１．６＜ｘ＜２）で表される酸化珪素膜からなることが更に好ましい。また、第１の薄膜は組成式Ｓｉ３Ｎｘ（３＜ｘ＜４）で表される窒化珪素膜からなり、第２の薄膜は二酸化珪素膜からなるように構成することも好適である。また、第２の薄膜は第１の薄膜に比べて膜厚を薄くして形成するとよい。これらの構成を採用することによる作用、効果は上述した通りである。
【００２０】
また、本発明は、上述した本発明にかかる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でもある。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】
また、本発明は、上述した本発明にかかる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でもある。本発明にかかる半導体装置を画素駆動用の素子として用いて電気光学装置を構成することにより、性能のよい電気光学装置を得ることが可能となる。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透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気放出素子を備えた表示装置等をいう。
【００２２】
また、本発明は、上述した本発明にかかる製造方法により製造された半導体装置を備える電子機器でもある。ここで「電子機器」とは、本発明に係る半導体装置を備えた一定の機能を有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。その構成には特に限定がないが、例えば、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（携帯型情報端末）、電子手帳、ＩＣカード、電光掲示板、宣伝広告用ディスプレイ等が含まれる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１及び図２は、本実施形態の半導体薄膜の製造方法について説明する図である。
【００２５】
（第１の薄膜形成工程）
図１（ａ）に示すように、ガラス等の絶縁材料からなる基板１０上に二酸化珪素膜（ＳｉＯ２膜）よりも酸素含有量の少ない酸化珪素膜、より具体的には、組成式ＳｉＯｘ（ｘ＜２）で表される酸化珪素膜からなる第１の薄膜１１を形成する。当該第１の薄膜１１は、ＬＰＣＶＤ法、ＰＥＣＶＤ法など各種の成膜法によって形成することができる。上記組成式における「ｘ」の値は、１．４＜ｘ＜２の範囲とすることが好適であり、１．６＜ｘ＜２の範囲であることが更に好適である。これらの条件を採用することにより透明度の高い第１の薄膜１１を形成することができるので、本実施形態の半導体薄膜から形成される半導体素子を液晶表示装置等の光透過型の表示装置に用いる場合に都合がよい。また、第１の薄膜１１が脆くなることを回避する観点からも上記条件を採用することが好適である。
【００２６】
また、第１の薄膜１１の膜厚は、例えば３００ｎｍ〜８００ｎｍ程度にすればよく、後に微細孔を形成した際に微細孔の底部がこの第１の薄膜１１内に位置せねばならない。このような第１の薄膜１１はＰＥＣＶＤ法などで酸素含有化合物と硅素含有化合物とを原料気体として、酸素含有化合物の硅素含有化合物に対する比を化学量論組成よりも小さくすることで形成される。原料気体中の硅素元素に対する酸素元素の比を２未満とする具体例を挙げると、酸素（Ｏ２）とシラン（ＳｉＨ４）からなる原料気体を用いた場合には、Ｏ２：ＳｉＨ４＝ｒ：１とすると当該ｒの範囲を０．６≦ｒ≦１とすることが好適である。例えば、Ｏ２及びＳｉＨ４の流量をそれぞれ８０ｓｃｃｍ及び１００ｓｃｃｍとすることにより上記ｒを０．８に設定することができる。また、酸化窒素（Ｎ２Ｏ）とシラン（ＳｉＨ４）からなる原料気体を用いた場合には、Ｎ２Ｏ：ＳｉＨ４＝２ｒ：１とすると当該ｒの範囲を０．６≦ｒ≦１とすることが好適である。例えば、Ｎ２Ｏ及びＳｉＨ４の流量をそれぞれ２２５ｓｃｃｍ及び１５０ｓｃｃｍとすることにより上記ｒを０．７５に設定することができる。また、酸素（Ｏ２）とＴＥＯＳ（Ｓｉ(ＯＣＨ２ＣＨ３)４）からなる原料気体を用いた場合には、Ｏ２：ＴＥＯＳ＝ｒ：１とすると当該ｒの範囲を０．６≦ｒ≦１とすることが好適である。例えば、Ｏ２及びＴＥＯＳの流量をそれぞれ１９０ｓｃｃｍ及び２００ｓｃｃｍとすることにより上記ｒを０．９５に設定することができる。
【００２７】
（第２の薄膜形成工程）
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の薄膜１１上に二酸化珪素膜からなる第２の薄膜１２を形成する。第２の薄膜１２についても、上記第１の薄膜１１と同様にＰＥＣＶＤ法など各種の成膜法によって形成することができる。また、当該第２の薄膜１２は上述した第１の薄膜に比べて膜厚を薄く形成することが好ましく、例えば本実施形態では、当該第２の薄膜１２を５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さに形成する。第２の薄膜１２では、酸素含有化合物の硅素含有化合物に対する比を化学量論組成（ＳｉＯ２では２）よりも十分に大きくする。酸素含有気体の硅素含有気体に対する流量比を適宜加減し、硅素（Ｓｉ）に対する酸素の比を３以上とする。本条件は上記ｒを用いると１．５＜ｒと表せる。
【００２８】
（微細孔形成工程）
次に、図１（ｃ）に示すように、第２の薄膜１２を貫通して第１の薄膜１１に至る微細孔１３を形成する。この微細孔１３は、１つの結晶核のみを優先的に成長させる役割を担うためのものである。以降の説明ではこの微細孔を「グレイン・フィルタ」と称することとする。グレイン・フィルタ１３は、例えばグレイン・フィルタ１３の形成位置を露出させる開口部を有するフォトレジスト膜（図示せず）を第２の薄膜１２上に形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして用いて反応性イオンエッチングを行い、その後、第２の薄膜１２上のフォトレジスト膜を除去することによって形成することができる。当該グレイン・フィルタ１３の孔径は４５ｎｍ以上１９０ｎｍ以下とすることが好適である。また、グレイン・フィルタ１３は円筒状に形成することが好適であるが、円筒状以外の形状（例えば、円錐状、角柱状、角錐状など）としてもよい。
【００２９】
（半導体膜形成工程）
次に、減圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）やプラズマ励起化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）等の気相堆積法（ＣＶＤ法）を用いて半導体膜の成膜を行う。本実施形態の半導体膜形成工程は、第１の圧力で半導体膜を形成する工程と、当該第１の圧力よりも高い第２の圧力で半導体膜を形成する工程とを含む。例えば、ＬＰＣＶＤ法における原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）を用い、堆積温度を５００℃〜５５０℃程度とした場合であれば、上記第１の圧力は０．１ｍＴｏｒｒ〜３ｍＴｏｒｒ程度とし、上記第２の圧力は５ｍＴｏｒｒ〜１．５Ｔｏｒｒ程度とすることが好適である。また、ＬＰＣＶＤ法における原料ガスとしてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用い、堆積温度を４００℃〜５００℃程度とした場合であれば、上記第１の圧力は１０ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ程度とし、上記第２の圧力は１Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒ程度とすることが好適である。このような条件により、第２の薄膜上よりも第１の薄膜上において半導体膜が先行して成膜される状態を実現し、次いで第２の薄膜上においても半導体膜が成膜しやすい状態を実現することが可能となり、半導体膜の成膜を良好に行うことができる。
【００３０】
具体的には、まず図１（ｄ）に示すように、第１の圧力をかけながら非晶質珪素膜１４ａを形成する。このとき、グレイン・フィルタ１３の内壁の大部分（特に底部近傍）には酸素含有量の少ない酸化珪素膜からなる第１の薄膜１１が露出しており、この部分が二酸化珪素膜からなる第２の薄膜１２上よりも非晶質珪素膜の堆積が進みやすいため、グレイン・フィルタ１３内に優先的に非晶質珪素膜１４ａを堆積させることが可能となる。
【００３１】
次に、図２（ａ）に示すように、上記第１の圧力よりも高い第２の圧力をかけながら非晶質珪素膜１４ｂを形成する。このように第１の圧力よりも高い第２の圧力をかけることにより、二酸化珪素膜からなる第２の薄膜１２上においても非晶質珪素膜の堆積が進みやすくなり、当該第２の薄膜１２上に非晶質珪素膜１４ｂが形成される。当該非晶質硅素膜１４ｂの膜厚は、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好適である。
【００３２】
ここで、本実施形態における半導体膜形成工程の原理について、更に詳細に説明を行う。
図３は、酸化珪素膜（ＳｉＯｘ：但しｘ＜２）上と二酸化珪素膜上における非晶質珪素膜の堆積特性について説明する図である。同図では、横軸が非晶質珪素膜の堆積時間、縦軸が非晶質珪素膜の膜厚にそれぞれ対応しており、酸化珪素膜上と二酸化珪素膜上の両者における非晶質珪素膜の堆積時間と膜厚の関係を示している。図３に示すように、酸化珪素膜（ＳｉＯｘ）上と二酸化珪素膜（ＳｉＯ２）上を比較すると、両者とも堆積の初期段階では非晶質珪素膜がほとんど堆積しないが、ある時期から堆積が急激に進み始める。この堆積が急激に進み始める時期（成膜開始時期）は、図示のように酸化珪素膜上と二酸化珪素膜上で相違しており、その成膜開始時期の差（インキュベーションタイムの差）Ｔrgは成膜条件にも依存するが例えば５〜１５分間程度となる。また図示のように、堆積がある程度進んだ後は、酸化珪素膜上と二酸化珪素膜上のいずれにおいてもほぼ同じ傾きで非晶質珪素膜の堆積が進行する。このグラフより、非晶質珪素膜は、二酸化珪素膜上に比べて酸化珪素膜上の方に堆積しやすい傾向にあることが分かる。これは、酸化珪素膜と二酸化珪素膜の性質の違いに起因するものと考えられる。より具体的には、酸化珪素膜は二酸化珪素膜よりも非晶質珪素膜に膜構造が近づくため、酸化珪素膜上の方が非晶質硅素膜の堆積が進行しやすいものと考えられる。本実施形態はこのような両者の性質の違いに着目しており、第１の薄膜１１として酸化珪素膜を採用し、第２の薄膜１２として二酸化珪素膜を採用することにより、グレイン・フィルタ１３の内部の大部分が酸化珪素膜に囲まれ、グレイン・フィルタ１３の開口部の周囲は二酸化珪素膜に覆われるようにしている。これにより、グレイン・フィルタ１３の内部には非晶質珪素膜が堆積しやすく、グレイン・フィルタ１３の外部には非晶質珪素膜が堆積しにくい状態を実現することが可能となり、グレイン・フィルタ１３の内部に対して非晶質珪素膜を確実に堆積させることが可能となる。
【００３３】
一般にＣＶＤ法ではＣＶＤの種類（減圧、プラズマ励起等）や堆積温度、圧力等の堆積条件に係わらず、堆積速度ＤＲが１．５ｎｍ／ｍｉｎ（０．２５Å／ｓｅｃ）程度以下となる条件では、上述した図３に示すように堆積の初期に二酸化硅素膜上に半導体膜が堆積しないインキュベーション期間が発生する。本実施形態はこのインキュベーション期間を利用して表面及び表面近傍に露出した第２の薄膜１２上に半導体膜を堆積せず、グレイン・フィルタ（微細孔）１３の下部領域のみに堆積させるので、本実施形態における非晶質硅素膜１４ａの堆積をより適切に遂行するには当該非晶質硅素膜１４ａの堆積速度を少なくとも堆積の初期においては１．５ｎｍ／ｍｉｎ程度以下とするとよい。非晶質硅素膜の堆積速度が著しく小さくなると、非晶質硅素膜への不純物混入が無視出来なくなるので、高純度の非晶質硅素膜を得るとの視点から非晶質硅素膜の堆積速度ＤＲは０．５ｎｍ／ｍｉｎ以上が好ましい。したがって本実施形態では、第１の圧力下で非晶質硅素膜１４ａを形成する際の堆積速度ＤＲ（第１の堆積速度）は、０．５ｎｍ／ｍｉｎ≦ＤＲ≦１．５ｎｍ／ｍｉｎに設定する。また、第２の圧力下での非晶質硅素膜１４ｂの堆積速度ＤＲ（第２の堆積速度）は、１．５ｎｍ／ｍｉｎ＜ＤＲに設定する。
【００３４】
（溶融結晶化工程）
次に、図２（ｂ）に示すように、非晶質珪素膜１４ａ及び１４ｂに対してレーザ照射による熱処理を加えて溶融結晶化させ、グレイン・フィルタ１３を起点として結晶性珪素膜を形成する。これにより、図２（ｃ）に示すようにグレイン・フィルタ１３を中心とした大粒径の結晶粒からなる略単結晶の珪素膜（結晶性珪素膜）１８を形成することができる。ここで、本明細書において「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さっ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。
【００３５】
上述したレーザ照射は、例えば波長３０８ｎｍ、パルス幅２０〜３０ｎｓのＸｅＣｌパルスエキシマレーザを用いて、エネルギー密度が０．４〜１．５Ｊ／ｃｍ２ 程度となるようにして行うことが好適である。このような条件でレーザ照射を行うことにより、照射したレーザはそのほとんどが表面付近で吸収される。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の吸収係数が０．１３９ｎｍ−１と比較的に大きいためである。このようにしてレーザ照射の条件を適宜に選択することにより、非晶質珪素膜１４ａ及び１４ｂをグレイン・フィルタ１３内には非溶融状態の部分が残りそれ以外の部分については略完全溶融状態となるようにする。これにより、レーザ照射後の珪素膜の結晶成長はグレイン・フィルタ１３の底部近傍で先に始まり、その後表面付近、すなわち略完全溶融状態の部分へ進行する。このとき、グレイン・フィルタ１３の底部ではいくつかの結晶粒が発生するが、グレイン・フィルタ１３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、グレイン・フィルタ１３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。これにより、非晶質珪素膜１４ａ及び１４ｂの略完全溶融状態の部分ではグレイン・フィルタ１３の上部に到達した１個の結晶粒を核として結晶成長が進行するようになり、グレイン・フィルタ１３を略中心とした領域に略単結晶状態の珪素膜を形成することができる。
【００３６】
（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珪素膜１８を用いて半導体素子を形成する際の工程（素子形成工程）を説明する。本発明に係る結晶性珪素膜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。
【００３７】
図４は、素子形成工程について説明する図である。まず、図４（ａ）に示すように、少なくとも薄膜トランジスタの形成領域に相当する大きさを有するように形成された結晶性珪素膜１８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。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、第２の薄膜１２および結晶性珪素膜１８の上面に二酸化珪素膜２０を形成する。この二酸化珪素膜２０は薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として機能する。二酸化珪素膜２０は、例えば電子サイクロトロン共鳴ＰＥＣＶＤ法（ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ法）またはＰＥＣＶＤ法等の成膜法によって形成することができる。
【００３９】
次に、図４（ｃ）に示すように、スパッタリング法などの成膜法によってタンタル、アルミニウム等の導電体薄膜を形成した後にパターニングを行うことによってゲート電極２２及びゲート配線膜（図示せず）を形成する。次にゲート電極２２をマスクとしてドナーまたはアクセプタとなる不純物元素を打ち込む、いわゆる自己整合イオン打ち込みを行うことにより結晶性硅素膜１８にソース／ドレイン領域２４及び活性領域２６を形成する。例えば本実施形態では、不純物元素としてリン（Ｐ）を打ち込み、その後、ＸｅＣｌエキシマレーザを４００ｍＪ／ｃｍ２ 程度のエネルギー密度に調整して照射して不純物元素を活性化することによってＮ型の薄膜トランジスタを形成する。なお、レーザ照射の代わりに２５０℃〜４００℃程度の温度で熱処理を行うことにより不純物元素の活性化を行ってもよい。
【００４０】
次に、図４（ｄ）に示すように、二酸化珪素膜２０およびゲート電極２２の上面に二酸化珪素膜２８を形成する。本実施形態では、ＰＥＣＶＤ法などの成膜法によって５００ｎｍ程度の膜厚の二酸化珪素膜２８を形成する。次に、二酸化珪素膜２０、２８のそれぞれを貫通してソース／ドレイン領域２４のそれぞれに至るコンタクトホールを形成し、これらのコンタクトホール内にスパッタリング法などの成膜法によってアルミニウム、タングステン等の導電体を埋め込んでパターニングすることにより、ソース／ドレイン電極３０を形成する。これにより、図４（ｄ）に示すようにグレイン・フィルタ１３を起点として溶融結晶化が行われて形成された結晶性珪素膜１８を用いて活性領域２６等が形成された薄膜トランジスタＴが得られる。
【００４１】
なお、図４に示す例では説明の便宜上、グレイン・フィルタ１３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、グレイン・フィルタ１３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４（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２６等となるべき部分をパターニングする際にグレイン・フィルタ１３の形成位置を外すようにすればよい。
【００４２】
このように、本実施形態では、グレイン・フィルタ（微細孔）１３の内壁の大部分に二酸化硅素膜よりも酸素含有量の少ない酸化硅素膜からなる第１の薄膜１１が露出するので、当該第１の薄膜１１上に半導体膜が先行して成膜される条件を含んで半導体膜を成膜することにより、微細孔１３内に優先的に半導体膜を堆積させることが可能となる。したがって、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当該微細孔内に半導体膜を確実に堆積させることが可能となる。
【００４３】
次に、本発明の製造方法によって製造される薄膜トランジスタの適用例について説明する。本発明の製造方法により得られる薄膜トランジスタは、例えば、ＥＬ表示装置や液晶表示装置などの電気光学装置に含まれて画素のスイッチングに用いられるスイッチング素子や、当該スイッチング素子を駆動する駆動回路（集積回路）の形成に用いることができる。
【００４４】
図５は、一実施形態の電気光学装置の接続状態を示す図である。本実施形態の電気光学装置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（有機ＥＬ層）ＯＥＬＤと、それを駆動するための電流を記憶する保持容量などを備え、さらに本発明に係る製造方法によって製造される薄膜トランジスタ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 および発光制御線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Ｇ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て発光層ＯＥＬＤによる発光が制御可能になっている。
【００４５】
なお、上述した画素領域を構成する画素回路は一例でありこの構成に限定されるものではない。また、ドライバ領域１０１、１０２のそれぞれに含まれる集積回路について、本発明に係る半導体装置を用いて構成してもよい。また、図５では自発光型の電気光学素子の一例として有機ＥＬ等を用いた電気光学装置を示していたが、他の自発光型の電気光学素子を用いた電気光学装置や、液晶素子などの非自発光型の電気光学素子を用いた電気光学装置に対しても本発明を適用可能である。
【００４６】
次に、本発明に係る電気光学装置１００を適用して構成される種々の電子機器について説明する。図６は、電気光学装置１００を適用可能な電子機器の例を示す図である。図６（ａ）は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話２３０はアンテナ部２３１、音声出力部２３２、音声入力部２３３、操作部２３４、および本発明の表示装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は表示部として利用可能である。図６は（ｂ）ビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ２４０は受像部２４１、操作部２４２、音声入力部２４３、および本発明の表示装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置はファインダや表示部として利用可能である。図６（ｃ）は携帯型パーソナルコンピュータ（いわゆるＰＤＡ）への適用例であり、当該コンピュータ２５０はカメラ部２５１、操作部２５２、および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は表示部として利用可能である。
【００４７】
図６（ｄ）はヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ２６０はバンド２６１、光学系収納部２６２および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は画像表示源として利用可能である。図６（ｅ）はリア型プロジェクターへの適用例であり、当該プロジェクター２７０は筐体２７１に、光源２７２、合成光学系２７３、ミラー２７４、２７５、スクリーン２７６、および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は画像表示源として利用可能である。図６（ｆ）はフロント型プロジェクターへの適用例であり、当該プロジェクター２８０は筐体２８２に光学系２８１および本発明に係る電気光学装置１００を備え、画像をスクリーン２８３に表示可能になっている。このように本発明に係る電気光学装置は画像表示源として利用可能である。また、本発明に係る電気光学装置１００は、上述した例に限らず有機ＥＬ表示装置や液晶表示装置などの表示装置を適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。例えばこれらの他に、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、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用することができる。
【００４８】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、基板１０上に二酸化珪素膜よりも酸素含有量の少ない酸化珪素膜からなる第１の薄膜を形成していたが、酸化珪素膜に代えて珪素と窒素を含む化合物（シリコンナイトライド）からなる薄膜を第１の薄膜として採用することも可能である。具体的には、第１の薄膜としては組成式Ｓｉ３Ｎｘ（３＜ｘ＜４）で表される窒化珪素膜からなる薄膜を形成することが好適である。また、第２の薄膜としては二酸化珪素膜を形成することが好適である。かかる構成によっても、半導体膜として非晶質珪素膜を採用する場合に、下層に位置する窒化硅素膜上から先に半導体膜の堆積が始まり、それ故に微細孔内に当該非晶質珪素膜を確実に堆積させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体薄膜の製造方法について説明する説明図である。
【図２】半導体薄膜の製造方法について説明する説明図である。
【図３】酸化珪素膜上と二酸化珪素膜上における非晶質珪素膜の堆積特性について説明する図である。
【図４】素子形成工程について説明する図である。
【図５】電気光学装置の接続状態を示す図である。
【図６】電気光学装置を適用可能な電子機器の例を示す図である。
【符号の説明】
１０…基板、  １１…第１の薄膜（酸化硅素膜）、  １２…第２の薄膜（二酸化硅素膜）、  １３…微細孔（グレイン・フィルタ）、  １４ａ、１４ｂ…非晶質硅素膜、  １８…結晶性硅素膜、  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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