(57)【要約】【課題】高い移動度を実現することが可能な半導体装置を容易且つ確実に製造することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体膜３を、幅広領域３ａと幅狭領域３ｂとを有する形状に加工する。次に、半導体膜３の縁を覆う、分離膜（シリコン酸化膜）及び熱伝導率が半導体膜３のそれ以下である保温膜として非晶質シリコン膜５を形成する。次いで、ビームスポットを幅広領域３ａの縁から幅狭領域３ｂに向けて走査しながら、ＣＷレーザ光を半導体膜３に照射することにより、半導体膜３を溶融させた後冷却することによって、半導体膜３に幅狭領域３ｂの長手方向から傾斜した方向に延びる結晶粒を成長させる。この結果、幅狭領域３ｂに単結晶からなる動作半導体膜が形成され、移動度が高いチャネルとして用いることができる。【選択図】  図５
2004253451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方にパターン形成された動作半導体膜と
を備えてなる半導体装置の製造方法であって、
前記基板の上方に前記動作半導体膜となる半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜を、幅広領域と幅狭領域とを有する形状に加工する工程と、
前記半導体膜の縁を覆う、分離膜及び熱伝導率が前記半導体膜のそれ以下である保温膜を形成する工程と、
ビームスポットを前記幅広領域の縁から前記幅狭領域に向けて走査しながら、エネルギビームを前記半導体膜に照射することにより、前記半導体膜を溶融させた後冷却することによって、前記半導体膜に前記幅狭領域の長手方向から傾斜した方向に延びる結晶粒を成長させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記幅狭領域の長手方向に平行な方向に前記ビームスポットを走査することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記幅狭領域の長手方向から傾斜した方向に前記ビームスポットを走査することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記ビームスポットの形状を帯形状又は楕円形状とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記ビームスポットの幅方向と前記幅狭領域の長手方向とのなす角度を３０度乃至６０度とすることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動作半導体膜にソース／ドレインが形成され、チャネル領域上にゲート電極が形成されてなる薄膜トランジスタに適用して好適な動作半導体膜を有する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、極めて薄く微細な動作半導体膜に形成されるものであるため、近時の大面積化の要請を考慮して大画面の液晶パネル等への搭載が期待されている。
【０００３】
ＴＦＴの動作半導体膜としては、非晶質シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）に比してキャリア移動度が高く熱的に安定なことから、多結晶シリコン膜の使用が検討されている。現在のところ、多結晶シリコン膜を用いた動作半導体膜の形成方法としては、以下に示す手法が利用されている。
【０００４】
▲１▼アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜に６００℃〜１１００℃程度の熱処理を加えて結晶化し、多結晶シリコン膜を形成する方法が採用されている。この手法は、熱処理の初期段階に結晶の核を形成させ、これを成長させることにより結晶化を図る。
【０００５】
▲２▼ａ−Ｓｉ膜をレーザのエネルギを加えて溶融させ、冷却時に結晶化させて多結晶シリコン膜を形成する。
【０００６】
▲３▼６００℃以上の温度において化学気相成長法又は物理蒸着法により直接多結晶シリコン膜を形成する。
【０００７】
しかし、▲１▼に述べた結晶成長方法では、６００℃という熱処理温度が必要とされ、この温度はガラスにとって高温度で熱処理することに相当し、ガラスに変形が生じる。また、成長した結晶内には積層欠陥や双晶が多量に含まれており、結晶性の良い多結晶シリコン膜の形成は望めない。得られる移動度は７０ｃｍ２／Ｖｓ程度である。
【０００８】
また、▲２▼に述べた結晶成長方法では、柱状結晶が形成され、結晶粒径も小さいために結晶性が十分ではなく、高い移動度を示す結晶を形成できない。得られる移動度は３０ｃｍ２／Ｖｓ程度である。
【０００９】
これらに対し、▲３▼に述べたレーザアニールを利用する方法では、３０ｎｓ程度の短時間パルスのエキシマレーザ結晶化（ＥＬＣ）を利用するため、ガラス基板上のシリコン薄膜領域のみが溶融して高温度になるが、ガラス自身の温度は低くガラスの変形を伴うことなく融液成長を実現することができる。このため、比較的高品質の多結晶シリコンが得られる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１４４３００号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲３▼に述べたレーザアニールを利用する方法では、ガラスの温度が低く保たれるため、シリコン融液の冷却速度が大きくなる。このため、過冷却状態での融液成長になり、多量の結晶核が同時に形成され、結晶粒径が小さい。通常、３００ｎｍから５００ｎｍ程度の結晶粒径である。結晶性がもっとも良いエキシマレーザを利用した多結晶シリコン薄膜を利用した薄膜トランジスタの移動度は１５０〜２００ｃｍ２／Ｖｓ程度である。この値は、単結晶シリコンの移動度（６００ｃｍ２／Ｖｓ程度）よりはるかに小さい。この原因は、結晶粒径が小さく、結晶粒界部分がキャリアの強い散乱体として作用するためである。
【００１２】
このように、従来では、動作半導体膜を多結晶シリコン膜から構成するも、結晶粒界による移動度の低下を抑えることができず、高品質の動作半導体膜を確実に得ることが困難であるという深刻な問題がある。
【００１３】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、高い移動度を実現することが可能な半導体装置を容易且つ確実に製造することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下に示す諸態様を備える。
【００１５】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に動作半導体膜を備えてなる薄膜型の半導体装置の製造方法を対象とする。そして、本発明では、先ず、前記基板の上方に前記動作半導体膜となる半導体膜を形成し、前記半導体膜を、幅広領域と幅狭領域とを有する形状に加工する。次に、前記半導体膜の縁を覆う、分離膜及び熱伝導率が前記半導体膜のそれ以下である保温膜を形成する。次いで、ビームスポットを前記幅広領域の縁から前記幅狭領域に向けて走査しながら、エネルギビームを前記半導体膜に照射することにより、前記半導体膜を溶融させた後冷却することによって、前記半導体膜に前記幅狭領域の長手方向から傾斜した方向に延びる結晶粒を成長させる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な諸実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、半導体装置として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を例示し、その構成について、製造方法とともに説明する。
【００１７】
−動作半導体膜の構造−
当該製造方法について説明するにあたって、先ず本発明の特徴であるＴＦＴの動作半導体膜の構造について説明する。
【００１８】
本発明の特徴である動作半導体膜に要求される最重要ポイントは、当該動作半導体膜のチャネル部位をほぼ単結晶構造とすることである。種結晶が存在しない基板上にかかる構成の動作半導体膜を形成するには、以下のメカニズムを実現することが重要となる。
▲１▼１つの結晶粒を形成するためのメカニズム
▲２▼成長方向を制御するメカニズム
▲３▼成長中に他の結晶粒の発生を抑えるメカニズム
【００１９】
▲１▼について
１つの結晶粒を形成するには、単結晶を形成しようとする領域（チャネル領域）から余分な結晶粒界を排除すればよい。例えば、単結晶を形成しようとする領域の幅よりも大きい結晶粒を成長させて、フィルタ効果によりこの領域への粒界の進入を防止することができる。
【００２０】
▲２▼について
エキシマレーザ結晶化（ＥＬＣ）は高速の溶融・凝固の過程による。結晶は融液シリコンと下地との界面で偶然に形成された結晶核から成長する。この結晶核の位置を制御することは極めて困難である。結晶核の数が少ない場合には、結晶粒径はシリコン膜厚よりもはるかに大きく、距離は短いながらもラテラル成長が生じていると見なすことができる。その結晶サイズは隣の結晶核から成長してきた結晶粒の衝突で決まる。このラテラル成長は人為的に制御されたものではなく自然現象による。これに対して、時間に対して連続的にエネルギを出力するエネルギビーム、例えばＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザを利用した結晶化過程では、エネルギビームをスキャンすることにより、成長方向をある程度の距離にわたって制御することが可能である。例えば、ＣＷレーザを用いた結晶化では結晶成長方向が走査方向と実質的に一致することを利用することができる。
【００２１】
▲３▼について
目的とする結晶粒以外の成長を抑制するには、半導体膜の温度勾配を制御すればよい。例えば、保温膜等を用いて単結晶を形成しようとする領域（チャネル領域）の温度勾配を制御することができる。
【００２２】
−動作半導体膜の形成方法−
次に、前記▲１▼〜▲３▼のメカニズムを踏まえ、結晶粒界のチャネル領域への進入を防止するべく、本願発明者が見出した動作半導体膜の形成方法について説明する。図１及び図２は、本発明の実施形態に係る動作半導体膜の形成方法を工程順に示す断面図である。また、図３乃至図５は、同じく実施形態に係る動作半導体膜の形成方法を工程順に示す平面図であり、図１及び図２は、図３乃至図５中のＡ−Ａ線に沿った断面図に相当する。
【００２３】
先ず、図１（ａ）に示すように、ガラス基板１上に膜厚４００ｎｍ程度にバッファ層となるシリコン酸化膜２を形成した後、半導体膜として、ここではアモルファスシリコンからなる非晶質シリコン膜３をＰＥＣＶＤ法で形成する。非晶質シリコン膜３の膜厚は、例えば２００ｎｍ乃至２５０ｎｍ程度とする。次に、水素出しのためにガラス基板１に５５０℃で２時間の熱処理を加える。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、非晶質シリコン膜３を島状に加工する。本形成方法では、図３に示すように、幅広領域３ａと幅狭領域３ｂとを有し、幅狭領域３ｂが幅広領域３ａに対して対称に位置するように連結されてなる形状となるように、フォトリソグラフィ及びドライエッチングによりパターニングする。ここで、幅広領域３ａと幅狭領域３ｂとの境界近傍がネッキング領域となる。幅広領域３ａ及び幅狭領域３ｂの形状及び大きさは特に限定されないが、幅狭領域３ｂの幅を３乃至５μｍ、幅狭領域３ｂの長さを２０μｍとする場合、幅広領域３ａの形状は、例えば一辺の長さが１０μｍ程度の正方形とする。
【００２５】
次いで、図１（ｃ）に示すように、非晶質シリコン膜３の全面（側面及び上面）を覆うように、分離膜となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）４をＰＥＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍ程度となるように形成する。
【００２６】
続いて、図１（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜４を介して非晶質シリコン膜３を覆うように、保温膜となる非晶質シリコン膜５をＰＥＣＶＤ法により膜厚２５０ｎｍ程度となるように形成する。
【００２７】
次に、多結晶シリコン膜５を、幅広領域３ａ及び幅狭領域３ｂの側部位を覆い、幅広領域３ａ及び幅狭領域３ｂの中央部上のシリコン酸化膜４を露出する形状にパターニングする。このとき、平面視で多結晶シリコン膜５が非晶質シリコン膜３と重なり合う領域の幅は、例えば３μｍ程度とする。次いで、図２（ａ）及び図４に示すように、例えばＨＦ溶液を用いて露出したシリコン酸化膜４を除去する。この結果、幅広領域３ａ及び幅狭領域３ｂの表面は、いずれも側部位を除き露出される。
【００２８】
その後、図２（ｂ）に示すように、保温膜として機能する非晶質シリコン膜５によってシリコン酸化膜４を介して幅狭領域３ｂが側面から囲まれた状態で、上面からＣＷレーザ光、ここでは半導体励起（ＬＤ励起）の固体レーザ（ＤＰＳＳレーザ）を照射し、非晶質シリコン膜３を結晶化させ、図２（ｃ）に示すように、動作半導体膜１１とする。ここで、一例として、上記の固体レーザは、波長が５３２ｎｍの第２高調波を用いた半導体ＬＤ励起のＮｄ：ＹＶＯ４レーザであり、出力は１０Ｗである。
【００２９】
このとき、本実施形態では、図５に示すように、ＣＷレーザのビームスポットを、短径が２０μｍ、長径が４００μｍの楕円形状とし、ビームスポットの長軸を幅狭領域３ｂの長手方向から傾斜させた状態、例えば４５度傾斜させた状態を維持しながらスキャン照射する。
【００３０】
また、スキャン方向はビームスポットの短軸に平行な方向とし、１スキャンのビームスポットの軌跡が、幅広領域３ａの任意の側部及び幅狭領域３ｂの全体を含むようにする。本願明細書では、スキャン方向と幅狭領域の長手方向とがなす角度を走査角度φとし、この形成方法では、走査角度を４５度とする。
【００３１】
このようなスキャン照射を行った場合、幅が急激に狭くなる部位であるネッキング領域が、所謂フィルタ効果を奏し、多くの結晶粒界がこの領域で消滅し、結晶粒界の幅狭領域３ｂへの進入が抑止される。このため、幅狭領域３ｂに単結晶シリコン膜が形成され、高い移動度のチャネルを得ることが可能となる。
【００３２】
続いて、図２（ｃ）に示すように、動作半導体膜１１のシリコン酸化膜４及び多結晶シリコン膜５が存在しない部分、即ち動作半導体膜１１の露出している部分をレジスト膜１２で覆う。
【００３３】
そして、図２（ｄ）に示すように、レジスト膜１２をマスクとして多結晶シリコン膜５をドライエッチングして除去した後、レジスト膜１２を灰化処理等により除去し、更にシリコン酸化膜４をＨＦ溶液により除去する。
【００３４】
以上により、島状の動作半導体膜１１が形成される。
【００３５】
ここで、本形成方法におけるＣＷレーザ光照射により単結晶シリコン膜が形成されるメカニズムについて説明する。本願発明者は、本発明に至るに際し、保温膜を幅狭領域３ｂの側方のみに形成して動作半導体膜を形成する方法について検討した。ここでは、この方法を参考例としながら、単結晶シリコン膜が形成される方法について説明する。
【００３６】
図６は、参考例に係る単結晶シリコン膜の形成方法を示す平面図である。この参考例では、図６に示すように、非晶質シリコン膜１３の形状を、幅広領域１３ａと幅狭領域１３ｂとを有し、幅狭領域１３ｂが幅広領域１３ａに対して対称に位置するように連結されてなる形状とする。幅広領域１３ａ及び幅狭領域１３ｂの大きさは、幅狭領域１３ｂの幅を３乃至５μｍ、幅狭領域１３ｂの長さを２０μｍとする場合、大きい方の幅広領域１３ａの形状は、例えば一辺の長さが１００μｍ程度の正方形とする。
【００３７】
次いで、非晶質シリコン膜１３の全面（側面及び上面）を覆うように、分離膜となるシリコン酸化膜（図示せず）及び保温膜となる非晶質シリコン膜１５を形成する。続いて、多結晶シリコン膜１５を、幅狭領域１３ｂの側部位、及び幅広領域３ａの側部位のうち幅狭領域１３ｂと繋がる辺に相当する部位のみを覆う島状の形状にパターニングする。その後、図６に示すように、例えばＨＦ溶液を用いて露出したシリコン酸化膜を除去する。
【００３８】
そして、上述の動作半導体膜の形成方法（実施形態）と同様に、ＣＷレーザ光のレーザ照射の条件を設定して、大きい方の幅広領域１３ａから図６に示すようにスキャン照射を行う。
【００３９】
このような参考例によれば、上記の▲１▼〜▲３▼のメカニズムのうち、▲１▼及び▲２▼のメカニズムにより結晶を成長させることは可能である。しかし、図７（ｂ）に示すように、スキャン照射の際に、最初に非晶質シリコン膜１３が溶融する部分である幅広領域１３ａの側部位に、多量の結晶核が発生する。この結果、これらの結晶核から多量の幅が狭い結晶粒が成長し、幅狭領域１３ｂ内に結晶粒界が入り込みやすく、幅狭領域１３ｂを単結晶化できないことがある。
【００４０】
また、幅狭領域１３ｂを単結晶化できたとしても、幅広領域１３ａをできるだけ大きく確保する必要がある。これは、幅広領域１３ａの縁で発生した結晶核から成長した結晶粒には、走査距離が長いほど大きく成長する傾向があり、幅狭領域１３ａを単結晶化できる程度の大きさの結晶粒を成長させるためには、長い走査距離が必要だからである。
【００４１】
これに対し、本実施形態では、幅広領域３ａの全ての側部位が保温膜たる非晶質シリコン膜５で覆われているため、この部位での冷却速度が低く、図７（ａ）に示すように、少数の大きな結晶粒が成長することとなる。この結果、幅広領域３ａと幅狭領域３ｂとの連結部分であるネッキング領域の手前で、幅狭領域３ｂの幅よりも大きな結晶粒がほぼ確実に成長する。従って、幅狭領域３ｂの入り口付近で種結晶となる巨大結晶粒が極めて高い確率で選択され、幅広領域３ａの面積を大きく確保しなくても、結晶粒界が幅狭領域３ｂ内に入り込む可能性が極めて低い。このように、本発明の実施形態によれば、参考例における▲１▼及び▲２▼のメカニズムだけでなく、▲３▼のメカニズムによっても結晶を成長させることができる。また、省面積の観点からも、本形成方法は参考例よりも優れている。
【００４２】
そして、ネッキング領域で選択された単一の結晶粒は、図８（ａ）に示すように、幅狭領域３ｂの結晶化の際における種結晶として作用する。例えばスキャン方向が幅狭領域３ｂの長手方向に平行な場合（走査角度φが０度の場合）、非晶質シリコン膜３の固液界面も幅狭領域３ｂの長手方向に平行な方向に移動する。このとき、結晶化はただ一つの種結晶から進行するため、幅狭領域３ｂには、図８（ｂ）に示すように、単結晶シリコン膜が形成されていく。走査角度（幅狭領域の長手方向に対して走査方向がなす角度）φが異なっていても、根本的な現象は同様である。
【００４３】
ここで、広範囲なチャネル領域を単結晶で形成するには、チャネル領域での結晶核の発生を抑止するとともに、面積の大きい幅広領域３ａ内で成長した結晶粒の境界となる結晶粒界がチャネル領域に侵入することを防止する必要がある。次に、結晶粒界が延びる方向と幅狭領域３ｂが延びる方向との関係について説明する。
【００４４】
上述の実施形態では、ビームスポットの長軸方向を幅狭領域３ｂの長手方向及びそれに垂直な方向（幅方向）から傾斜した方向としている。このようなスキャン照射を行った場合、図９（ａ）に示すように、幅広領域３ａ内の結晶粒界も、幅狭領域３ｂの長手方向及び幅方向から傾斜した方向に延びる。従って、例え、ある結晶核から成長した単一結晶粒の結晶粒界が幅狭領域３ｂ内に侵入したとしても、幅狭領域３ｂ内で、その結晶粒界は幅狭領域３ｂの内部の深くまで進入することなく、ネッキング領域近傍で幅狭領域３ｂの側壁に衝突して消滅する。そして、その結晶粒界を挟む結晶粒の一方が種結晶となり、幅狭領域３ｂが単結晶化される。図９（ｃ）に、実際にＳＥＭにより観察した結果を示す。この画像ではセコエッチングを行い、結晶粒界を顕在化させた様子を示す。
【００４５】
これに対し、長軸方向を幅狭領域３ｂの幅方向と平行な方向とし、スキャン方向を幅狭領域３ｂの長手方向に平行な方向とすると、図９（ｂ）に示すように、幅狭領域３ｂ内に結晶粒界が深く入り込むことがある。
【００４６】
また、幅狭領域３ｂにおいては、レーザによる溶融の後の固化時に、その中央部分で低温、周辺部分で高温となる温度分布が形成される。このため、幅狭領域３ｂの中央部分から周辺部分に向かって温度勾配が形成される。この結果、幅狭領域３ｂに結晶粒界が入り込んでも、この結晶粒界は結晶成長中に周辺部分に向かって進行していく。この点に関しても、上述の実施形態によれば、幅狭領域３ｂは極めて単結晶化されやすい。
【００４７】
更に、上述の実施形態では、幅狭領域３ｂの側面が保温膜たる厚い非晶質シリコン膜５で覆われているため、この保温膜が熱容量の大きい熱浴として機能し、融液の冷却速度が下げられ、かつ非晶質シリコン膜３の温度分布が制御されて、核形成位置及び結晶成長方向が制御される。この結果、幅狭領域３ｂのサイドウォールから結晶核が発生することはなく、確実に大粒径の結晶状態を実現することができる。
【００４８】
このようなメカニズムにより、幅狭領域３ｂが単結晶化されるのである。
【００４９】
ここで、実際に形成した動作半導体膜の結晶状態の光学顕微鏡による写真を図１０に示す。
【００５０】
ここでは、ビームスポットに傾斜角（ビームスポットの幅方向と幅狭領域の長手方向とがなす角度）θを付与して結晶化した時の一例として、傾斜角θ＝４５度（走査角度φ＝０度）としたものを例示する。図１０に示すように、幅狭領域には大きな結晶粒界は無く、単一結晶粒となっていることが確認できる。また、幅狭領域の膜の干渉色にも大きな色の変化が見えないことから、平坦な膜が得られていることが判る。動作半導体膜の平坦性としては、表面粗さ（表面ラフネス）Ｒａが４０ｎｍ程度以下であれば十分に平坦であるとみなすことができ、特に４．０ｎｍ以下であることが好ましい。実際、この幅狭領域の表面粗さＲａをＡＦＭ観察像により調べたところ、Ｒａ＝４．０ｎｍであった。４．０ｎｍ以下の表面粗さＲａは、例えば傾斜角θを３０度乃至６０度とすることにより得ることができる。
【００５１】
次に、図１０に示すの光学顕微鏡写真（傾斜角θ：４５度）と同一領域の幅狭領域をＴＥＭにより観察した結果を図１１に示す。図１１に示すように、電子回折像では転位などの無いきれいなパターンが見られ、５μｍ×２０μｍほどの幅狭領域には結晶粒界が全く見られず、単一結晶粒であることが判る。また、電子回折像からこの幅狭領域の単結晶状態は（１１０）配向であることが判る。
【００５２】
また同様に、単結晶状態として（１００）配向に制御することも可能である。実際に、本発明者が幅狭領域の単結晶状態を調べたところ、傾斜角θが１５度以上４５度未満、好ましくは３０度以上４５度未満であれば（１００）配向、傾斜角θが４５度以上７５度以下、好ましくは４５度以上６０度以下であれば（１１０）配向となり易い傾向にあることが判った。
【００５３】
以上のことから、本形成方法によれば、非晶質シリコン膜の幅狭領域を結晶化するに際して、結晶性の優れた単一結晶粒の形成、及び結晶の配向性の制御が可能である。
【００５４】
なお、ビームスポット形状を帯形状としてもよく、スキャン方向を幅狭領域３ｂの長手方向に平行な方向としてもよい。
【００５５】
また、ＣＷレーザ光照射部位は基板表面側に限定したものではなく、裏面側から行っても良い。
【００５６】
更に、ＣＷレーザ光の照射に際して、幅狭領域３ｂに整合させて、連続的にエネルギを出力するＣＷレーザ光をパルス変調にして照射するようにしても良い。
【００５７】
更にまた、前述のように、ＣＷレーザ光は面積の大きい幅広領域３ａから面積の小さい幅狭領域３ｂへ向けて走査されるため、結晶粒は走査距離が長いほど大きく成長する傾向があり、大きな結晶粒が形成されると幅狭領域３ｂに結晶粒界が入りこむ確率も減少する。従って、幅狭領域３ｂの幅は結晶粒の幅よりも狭いことが望ましい。
【００５８】
また、図１６に示すように、保温膜たる非晶質シリコン膜５ａを、分離ＳｉＯ２膜を介して動作半導体膜となる半導体膜たる非晶質シリコン膜３ｃの下方に形成してもよい。
【００５９】
更に、保温膜としては、非晶質シリコン膜以外に、Ｃｒ及びＭｏ等の熱伝導率が非晶質シリコン膜等の半導体膜のそれ以下であるものであれば用いることができる。
【００６０】
−ＴＦＴの作製−
次に、上記の如く形成された動作半導体膜１１を用いて、ＴＦＴ（ｎチャネルＴＦＴ）を製造する方法について説明する。図１２〜図１５は、本実施形態に係るＴＦＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。以下、上述の実施形態により形成された動作半導体膜１１を用いるものとして説明する。
【００６１】
先ず、図１２（ａ）に示すように、ガラス基板２１上にバッファ層となるシリコン酸化膜２２を介して上記の手法により形成された動作半導体膜１１を用意する。ここでは、動作半導体膜１１の幅狭領域１１ｂがチャネルとして機能することになる。
【００６２】
次に、図１２（ｂ）に示すように、動作半導体膜１１上に膜厚１２０ｎｍ程度にゲート酸化膜となるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）２３をＰＥＣＶＤ法により形成する。このとき、他の手法、例えばＬＰＣＶＤ法又はスパッタリング法等を利用しても良い。
【００６３】
次いで、図１２（ｃ）に示すように、膜厚３５０ｎｍ程度となるようにアルミニウム膜（又はアルミニウム合金膜）２４をスパッタリング法により成膜形成する。
【００６４】
その後、図１３（ａ）に示すように、アルミニウム膜２４をフォトリソグラフィ及びそれに続くドライエッチングにより電極形状にパターニングし、ゲート電極２４ａを形成する。
【００６５】
続いて、図１３（ｂ）に示すように、ゲート電極２４ａをマスクとしてシリコン酸化膜２３をパターニングし、ゲート電極２４ａの形状に倣った形状のゲート酸化膜２３ａを形成する。
【００６６】
次に、図１３（ｃ）に示すように、ゲート電極２４ａをマスクとして動作半導体膜１１のゲート電極２４ａの両側部位にイオンドープする。具体的には、ｎ型不純物、ここではリン（Ｐ）を加速エネルギ１０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１５／ｃｍ２の条件でイオンドープし、ソース／ドレイン領域を形成する。
【００６７】
次いで、図１４（ａ）に示すように、ソース／ドレイン領域のリンを活性化するためにエキシマレーザ照射を行った後、図１４（ｂ）に示すように、全面を覆うように膜厚３００ｎｍ程度にＳｉＮを堆積し、層間絶縁膜２５を形成する。
【００６８】
その後、図１５（ａ）に示すように、ゲート電極２４ａ上、動作半導体膜１１のソース／ドレイン領域上をそれぞれ露出させる各コンタクトホール２６を層間絶縁膜２５に開口形成する。
【００６９】
続いて、図１５（ｂ）に示すように、各コンタクトホール２６を埋め込むようにアルミニウム等の金属膜２７を形成した後、図１５（ｃ）に示すように、金属膜２７をパターニングし、それぞれコンタクトホール２６を通じてゲート電極２４ａ、動作半導体膜１１のソース／ドレイン領域と導通する配線２７ａを形成する。
【００７０】
しかる後、全面を覆う保温膜の形成等を経て、ｎ型ＴＦＴを完成させる。
【００７１】
なお、本実施形態では、半導体膜として非晶質シリコン膜を利用しているが、非晶質シリコン膜以外に多結晶シリコン膜を利用しても良い。また、この多結晶シリコン膜は金属誘起固相成長で形成しても良い。また結晶化の際には、基板温度を上昇させて結晶品質を改良したり、熱歪みを緩和しても好適である。また、シリコンとゲルマニウムの混合物（化合物）を利用してもよい。
【００７２】
更に、本実施形態で説明した半導体装置は、ＴＦＴを備えた周辺回路一体型の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、システムオンパネル、システムオンガラス、システムオンＬＣＤ及びＳＯＩ素子として適用することが可能である。
【００７３】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００７４】
（付記１）  基板と、
前記基板の上方にパターン形成された動作半導体膜と
を備えてなる半導体装置の製造方法であって、
前記基板の上方に前記動作半導体膜となる半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜を、幅広領域と幅狭領域とを有する形状に加工する工程と、
前記半導体膜の縁を覆う、分離膜及び熱伝導率が前記半導体膜のそれ以下である保温膜を形成する工程と、
ビームスポットを前記幅広領域の縁から前記幅狭領域に向けて走査しながら、エネルギビームを前記半導体膜に照射することにより、前記半導体膜を溶融させた後冷却することによって、前記半導体膜に前記幅狭領域の長手方向から傾斜した方向に延びる結晶粒を成長させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００７５】
（付記２）  前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記幅狭領域の長手方向に平行な方向に前記ビームスポットを走査することを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【００７６】
（付記３）  前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記幅狭領域の長手方向から傾斜した方向に前記ビームスポットを走査することを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【００７７】
（付記４）  前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記ビームスポットの形状を帯形状又は楕円形状とすることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００７８】
（付記５）  前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記ビームスポットの幅方向と前記幅狭領域の長手方向とのなす角度を３０度乃至６０度とすることを特徴とする付記４に記載の半導体装置の製造方法。
【００７９】
（付記６）  前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記ビームスポットの幅方向と前記幅狭領域の長手方向とのなす角度を３０度以上４５度未満として、表面が実質的に（１００）面である結晶粒を前記幅狭領域に成長させることを特徴とする付記５に記載の半導体装置の製造方法。
【００８０】
（付記７）  前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記ビームスポットの幅方向と前記幅狭領域の長手方向とのなす角度を４５度以上６０度以下として、表面が実質的に（１１０）面である結晶粒を前記幅狭領域に成長させることを特徴とする付記５に記載の半導体装置の製造方法。
【００８１】
（付記８）  前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記ビームスポットの幅方向に平行な方向に前記ビームスポットを走査することを特徴とする付記４乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８２】
（付記９）  前記エネルギビームを、時間に対して連続的にエネルギを出力するＣＷレーザ光とするとともに、
前記幅狭領域に整合させて、前記ＣＷレーザ光をパルス変調にして照射することを特徴とする付記１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８３】
（付記１０）  前記ＣＷレーザ光が半導体励起の固体レーザ光であることを特徴とする付記９に記載の半導体装置の製造方法。
【００８４】
（付記１１）  前記幅狭領域の表面を実質的に平坦面とすることを特徴とする付記１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８５】
（付記１２）  前記結晶粒を成長させた後の前記幅狭領域のＡＦＭ観察像による表面ラフネスＲａを４０ｎｍ以下とすることを特徴とする付記１乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８６】
（付記１３）  前記半導体膜に前記エネルギビームを照射するに際して、
前記ビームスポットの幅方向と前記幅狭領域の長手方向とのなす角度を３０度乃至６０度として、前記結晶粒を成長させた後の前記幅狭領域のＡＦＭ観察像による表面ラフネスＲａを４ｎｍ以下とすることを特徴とする付記１乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８７】
（付記１４）  前記幅狭領域を前記動作半導体膜のチャネルとなるように形成することを特徴とする付記１乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８８】
（付記１５）  前記幅狭領域をその幅が前記結晶粒の幅よりも狭くなるように形成することを特徴とする付記１乃至１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００８９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ガラス基板等の基板上に、高い移動度の半導体装置を容易且つ確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る動作半導体膜の形成方法を工程順に示す断面図である。
【図２】図１に引き続き、本発明の実施形態に係る動作半導体膜の形成方法を工程順に示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る動作半導体膜の形成方法を示す平面図である。
【図４】図３に引き続き、本発明の実施形態に係る動作半導体膜の形成方法を示す平面図である。
【図５】図４に引き続き、本発明の実施形態に係る動作半導体膜の形成方法を示す平面図である。
【図６】参考例に係る単結晶シリコン膜の形成方法を示す平面図である。
【図７】結晶粒界が発生する様子を示す平面図である。
【図８】結晶成長の様子を参考例と共に示す平面図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は幅狭領域３ｂでの結晶成長の様子を参考例と共に示す平面図であり、（ｃ）は幅狭領域３ｂに成長した単結晶を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図１０】完成した動作半導体膜の結晶状態を示す光学顕微鏡写真である。
【図１１】図１０に示す光学顕微鏡写真と同一の幅狭領域を示す透過型電子顕微鏡写真である。
【図１２】本発明の実施形態に係るＴＦＴの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１３】図１２に引き続き、本発明の実施形態に係るＴＦＴの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１４】図１３に引き続き、本発明の実施形態に係るＴＦＴの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１５】図１４に引き続き、本発明の実施形態に係るＴＦＴの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１６】保温膜を半導体膜の下方に形成する本発明の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１；ガラス基板
２；ＳｉＯ２膜
３、３ｃ、１３；非晶質シリコン膜（半導体膜）
３ａ、１３ａ；幅広領域
３ｂ、１３ｂ；幅狭領域
４；分離ＳｉＯ２膜
５、１５；非晶質シリコン膜（保温膜）
１１；動作半導体膜
１２；レジスト膜
２１；ガラス基板
２２；シリコン酸化膜
２３；シリコン酸化膜
２３ａ；ゲート酸化膜
２４；Ａｌ膜
２４ａ；ゲート電極
２５；層間絶縁膜
２６；コンタクトホール
２７；金属膜
２７ａ；配線
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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