(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された非晶質シリコン膜にエネルギーを加えて結晶成長させて結晶性シリコン膜とする結晶性シリコン膜の形成方法であって、
前記基板上に非晶質シリコン膜を２５０〜３５０℃の温度範囲で成膜して、膜中の水素濃度が１０〜２０ａｔ％である非晶質シリコン膜を形成する工程と、
次いで、該非晶質シリコン膜を、所定方向に沿った直線状であって、相互に間隔をあけて設けられた第一主領域及び第二主領域と、該第一主領域と該第二主領域との間に、両者を連結するように設けられ、幅方向の寸法が第一及び第二主領域よりも挟小になっている連結領域とを有するようにパターニングする工程と、
前記第一主領域に、前記非晶質シリコン膜の結晶化を助長する触媒物質が選択的に導入される触媒物質導入領域を形成する工程と、
前記触媒物質導入領域に、前記触媒物質としてニッケルを導入する工程と、
該ニッケルが導入された前記非晶質シリコン膜にエネルギーを与えることによって、該非晶質シリコン膜を、前記基板の垂直方向の結晶方位が大略（１１１）に揃っており、且つ、前記基板の水平方向の結晶方位が大略揃った結晶性シリコンにする工程と、
を包含することを特徴とする結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項２】
前記パターニングする工程において、前記非晶質シリコン膜は、前記連結領域と前記第二主領域とが、滑らかに連続するようにパターニングされる、請求項１に記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項３】
前記基板上に前記非晶質シリコン膜を形成する前に、該基板に、側面と底面とが滑らかに連続する溝部を、前記パターニングする工程においてパターニングされた前記非晶質シリコン膜の形状に対応するように形成する工程をさらに包含し、
前記パターニングする工程において、前記溝部に埋め込まれた前記非晶質シリコン膜以外の前記基板上の非晶質シリコン膜が除去される、請求項１に記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項４】
前記溝部は、前記パターニングする工程においてパターニングされる前記非晶質シリコン膜の前記連結領域と前記第二主領域とが、滑らかに連続するように形成されている、請求項３に記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項５】
前記連結領域の幅方向の寸法は、０．２μｍ〜１０μｍの範囲になるように形成される、請求項１に記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項６】
前記連結領域の長さ方向の寸法は、０．５μｍ〜１００μｍの範囲になるように形成される、請求項１に記載の結晶性シリコン膜の形成方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の結晶性シリコン膜を有する半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置を備えたディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体膜の形成方法及びその形成方法を用いて製造された半導体装置並びにディスプレイ装置に関し、特に、非単結晶絶縁膜上または非単結晶絶縁基板上に形成された非晶質または多結晶等の半導体膜にエネルギーを加えて、結晶欠陥の少ない、大略結晶方位の揃った結晶性半導体膜を得ることができる半導体膜の形成方法及びその形成方法を用いて形成された半導体膜、さらには、その半導体膜を用いた液晶ドライバー、半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置、並びに、これらの半導体装置を用いたディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、基板に形成され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膜を形成し、この半導体膜にエネルギーを加えることにより、この半導体膜を結晶化させる方法が知られている。この方法により結晶方位が揃った結晶性の半導体膜を形成する場合、非晶質等の半導体膜中に不規則な結晶核が発生することを抑制し、結晶方位が制御された結晶核を種結晶として結晶成長させることが重要である。
【０００３】
特開昭５８−８５５１９号公報（以下、従来例１とする）には、図１４に示すように、長方形状の絶縁性基板１上に、所定の形状にＳｉ膜２をパターニングして熱エネルギーを付与する方法が開示されている。この従来例１では、絶縁性基板１における一方の側縁部を除く全面にわたってＳｉ膜２が設けられている。Ｓｉ膜２は、絶縁性基板１の側縁部以外に設けられた主領域２ａと、絶縁性基板１の側縁部の中央部に設けられた挟小領域２ｂとを有しており、主領域２ａは、狭小領域２ｂに連続する側縁部の幅寸法が狭小領域２ｂに接近するにつれて小さくなっている。この従来例１の方法では、Ｓｉ膜２の狭小領域２ｂに形成された結晶核が種結晶となって、この種結晶から主領域２ａに結晶領域が広がり、Ｓｉ膜２の全体が単結晶化される。この場合、挟小領域２ｂに形成される種結晶として、狭小領域２ｂに自然発生した結晶核を用いる場合と、Ｓｉの単結晶片を狭小領域２ｂ上に配置する場合とが提案されている。
【０００４】
米国特許４，５７６，６７６号明細書（以下、従来例２とする）には、図１５に示すように、基板１０上に形成された多結晶シリコン膜１１の薄膜化された領域に、レーザー等の加熱手段を走査する方向に対して直交する方向の長さが小さく形成されたくびれ部１２を形成し、この薄膜化された多結晶シリコン膜１１を一定方向に加熱して溶融することにより、結晶化する方法が提案されている。この従来例２では、溶融による結晶化方向に対して後ろ側となる領域に、結晶方位を選択する結晶方位フィルター１３を設置すると共に、溶融結晶化の走査方向の途中で、溶融方向に対して直交する方向の長さ寸法が小さく形成されたくびれ部１２を通過させることにより、単一の結晶粒のみが選択される。
【０００５】
また、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．８，ｐｐ７４７〜７４９（以下、従来例３とする）には、図１６に示すように、ＳｉＯ2膜が堆積されたＳｉ基板上に形成された薄膜状の多結晶シリコン膜２１に対して、レーザー光照射等による溶融固化を実施する方向２２に対して直交する方向が、一部において狭小になる狭小領域２３をエッチングにより形成し、この薄膜化された多結晶Ｓｉ膜２１を一定方向に加熱して溶融することにより、結晶化する方法が提案されている。図１６において、２４は、エッチングにより多結晶シリコン膜が除去された領域を示している。この従来例３の方法においても、溶融後に結晶化させる工程の途中で、狭小領域２３を通過させることにより、挟小領域２３にて結晶方位が選択される。
【０００６】
また、特開平７−２３１１００号公報には、図１７に示すように、ガラス基板３１上に形成された非晶質シリコン膜３２の表面上に、ニッケルを含むニッケル層を形成し、ニッケルによる結晶化促進作用を利用して結晶化を進行させる結晶化方法が提案されている（以下、従来例４とする）。この従来例４の方法では、非晶質シリコン膜３２の表面には、濡れ性を改善するために、厚さ１００Å程度の酸化珪素膜３３が形成され、この酸化珪素膜３３上に、結晶化を助長する触媒物質であるニッケルを含有する溶液膜３４を塗布し、スピンドライし、非晶質シリコン膜３２の表面にニッケルを含むニッケル層が形成される。続いて、４５０℃〜６５０℃、例えば、５５０℃のアニールを行うことにより非晶質シリコン膜３２を結晶化させる。この方法では、結晶化温度よりも高い温度、例えば、１０００℃のアニールを行うことにより、さらに、結晶化が助長されることが記載されており、この方法を用いることにより、大粒径の結晶性シリコン膜が得られる。
【０００７】
また、従来例４では、非晶質シリコン膜３２の全面にわたってニッケルを導入して、結晶化を助長させる方法であるが、上記の特開平７−２３１１００号公報には、図１８（ａ）示すように、非晶質シリコン膜３２上に形成される酸化珪素膜３５を触媒物質が導入されないマスク層として用い、触媒物質であるニッケルが選択的に導入される触媒物質導入領域３６を形成し、この触媒物質導入領域３６から結晶化を進行させる結晶化方法が提案されている（以下、従来例５とする）。この従来例５の方法では、ガラス基板３１上に形成された非晶質シリコン膜３２上に厚さ１２００Åのマスク用酸化珪素膜３５を形成した後、必要なパターンにエッチングする。エッチングされた非晶質シリコン膜３２の表面には、濡れ性を改善するために、厚さ１００Å程度の酸化珪素膜３３が形成され、この酸化珪素膜３３上に、結晶化を助長する触媒物質であるニッケルを含有する溶液膜３４を塗布し、ガラス基板３１の下方に設置されたスピナー３７を用いてスピンドライし、非晶質シリコン膜３２の触媒物質導入領域３６にニッケルを含む層を形成する。続けて、４５０℃〜６５０℃、例えば、５５０℃のアニールを行うことにより非晶質シリコン膜３２を結晶化させる。このアニールを行う間、非晶質シリコン膜３２中における結晶成長は、図１８（ｂ）に示すように、ニッケルが導入された触媒物質導入領域３６の非晶質シリコン膜３２の領域３２ａからニッケルが導入されなかった領域３２ｂに、横方向に進む。結晶成長が終了すると、酸化珪素膜３５を除去し、結晶化温度よりも高い温度、例えば、１０００℃のアニールを行うことにより、さらに結晶化が助長される。この従来例５の方法によっても、大粒径の結晶性シリコン膜が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来例１の結晶化方法では、狭小領域２ｂに自然発生した結晶核を用いて結晶を成長させる場合には、狭小領域２ｂに発生した一つの結晶方位を有する結晶粒に基づいて、主領域２ａにおける結晶成長が進行することになるが、狭小領域２ｂにて発生する結晶核の方位は、不規則であり、必ずしも、結晶成長し易い方位の結晶核が発生するとは限らない。したがって、狭小領域２ｂにて結晶成長し難い結晶核が発生した場合には、主領域２ａにおいて、他の方位を有する結晶核が発生して、多結晶になるおそれがある。また、図１４に示す形状のＳｉ膜２のパターンを複数形成する場合には、複数の各狭小領域２ｂにて発生する結晶核の結晶方位が一致せず、それぞれの狭小領域２ｂに発生して結晶成長した主領域２ａの結晶方位も一致しない。
【０００９】
一方、Ｓｉの単結晶片を狭小領域２ｂ上に配置して、この単結晶片に基づいて結晶を成長させる場合には、狭小領域２ｂに種結晶とする結晶片を貼り付けるために、貼り付ける結晶片と狭小領域２ｂにおけるＳｉ膜２との貼り付け界面が原子レベルで清浄であることが必要であり、この清浄な界面を形成し、かつ保持することが非常に困難であるという問題がある。
【００１０】
また、上記の従来例２及び３では、溶融化後の結晶化を進める際に、走査方向に対して直交する方向の寸法が小さい狭小領域１２及び２３を通過するときに、基板温度が過度に上昇する。このため、ガラス基板等の安価な基板を用いることができない。
【００１１】
さらに、上記の従来例１〜３では、パターニングしたシリコン膜のエッジ部分の側面部分、底面における交差部分に連続的ではない角部が形成されていると、その部分で不規則な結晶方位を有する結晶核が発生し易いという問題もある。
【００１２】
また、上記の従来例４では、結晶成長させるための結晶核が、非晶質シリコン膜３２の全面にわたって不規則に起こるため、μｍオーダーの結晶粒が得られるに過ぎず、結晶方位の揃った大きな結晶粒または単結晶領域を得ることは困難である。
【００１３】
また、上記従来例５の方法では、ニッケルが導入された触媒物質導入領域３６内で不規則に結晶核が発生し、その結晶核に基づいて、ガラス基板３１の表面に対して横方向に結晶成長を進行させるため、従来例４の方法に比較すれば、より長い結晶粒または単結晶領域が得られる。しかし、この場合でも、μｍオーダーの結晶成長方向に対する幅方向の寸法を有する結晶粒が得られるに過ぎず、さらに大きな結晶粒または単結晶領域を得ることは困難である。
【００１４】
さらに、上記従来例４及び５の方法によって結晶化された半導体膜は、結晶欠陥が多く生じるという問題もある。
【００１５】
このような結晶方位が揃っておらず、また、結晶欠陥を多数有する半導体膜を用いて液晶ドライバー、半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置（トランジスタ）を作製した場合、キャリアの移動度が小さい、閾値電圧が大きい等の問題が発生し、さらに、液晶トライバー等に多数形成された各半導体装置（トランジスタ）のキャリアの移動度、閾値電圧のバラツキが大きくなるという問題もある。
【００１６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、結晶欠陥が少なく、かつ、大略結晶方位が揃った大粒径の結晶粒を有する結晶性半導体膜の形成方法及びその形成方法を用いて製造された半導体装置並びにディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の結晶性シリコン膜の形成方法は、基板上に形成された非晶質シリコン膜にエネルギーを加えて結晶成長させて結晶性シリコン膜とする結晶性シリコン膜の形成方法であって、前記基板上に非晶質シリコン膜を２５０〜３５０℃の温度範囲で成膜して、膜中の水素濃度が１０〜２０ａｔ％である非晶質シリコン膜を形成する工程と、次いで、該非晶質シリコン膜を、所定方向に沿った直線状であって、相互に間隔をあけて設けられた第一主領域及び第二主領域と、該第一主領域と該第二主領域との間に、両者を連結するように設けられ、幅方向の寸法が第一及び第二主領域よりも挟小になっている連結領域とを有するようにパターニングする工程と、前記第一主領域に、前記非晶質シリコン膜の結晶化を助長する触媒物質が選択的に導入される触媒物質導入領域を形成する工程と、前記触媒物質導入領域に、前記触媒物質としてニッケルを導入する工程と、該ニッケルが導入された前記非晶質シリコン膜にエネルギーを与えることによって、該非晶質シリコン膜を、前記基板の垂直方向の結晶方位が大略（１１１）に揃っており、且つ、前記基板の水平方向の結晶方位が大略揃った結晶性シリコンにする工程と、を包含することを特徴とする。
【００１８】
前記パターニングする工程において、前記非晶質シリコン膜は、前記連結領域と前記第二主領域とが、滑らかに連続するようにパターニングされることが好ましい。
【００１９】
前記基板上に前記非晶質シリコン膜を形成する前に、該基板に、側面と底面とが滑らかに連続する溝部を、前記パターニングする工程においてパターニングされた前記非晶質シリコン膜の形状に対応するように形成する工程をさらに包含し、前記パターニングする工程において、前記溝部に埋め込まれた前記非晶質シリコン膜以外の前記基板上の非晶質シリコン膜が除去されることが好ましい。
【００２０】
前記溝部は、前記パターニングする工程においてパターニングされる前記非晶質シリコン膜の前記連結領域と前記第二主領域とが、滑らかに連続するように形成されていることが好ましい。
【００２１】
前記連結領域の幅方向の寸法は、０．２μｍ〜１０μｍの範囲になるように形成されることが好ましい。
【００２２】
前記連結領域の長さ方向の寸法は、０．５μｍ〜１００μｍの範囲になるように形成されることが好ましい。
【００２３】
本発明の半導体装置は、前記結晶性シリコン膜を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明のディスプレイ装置は、前記半導体装置を備えていることを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００３５】
本発明は、非晶質シリコン膜の膜中水素濃度と結晶化後の結晶方位との間に相関関係があることに着目してなされたものである。
【００３６】
すなわち、本願発明者らは、膜中の水素濃度がそれぞれ異なる複数種の非晶質シリコン膜を試料として形成し、それぞれの試料について、エネルギーを印加して結晶化し、得られる結晶性シリコン膜に含まれる結晶方位の種類及び含まれるそれぞれの結晶方位の占有面積率を調べた。本願発明者らは、その実験結果に基づいて、基板の垂直方向の結晶方位が、大略揃った結晶性シリコン膜を得る結晶性シリコン膜の形成方法を実現することができた。
【００３７】
まず、非晶質シリコン膜の膜中水素濃度と結晶化後の結晶方位との間の相関関係について調べた実験結果について、詳細に説明する。
【００３８】
図１０は、各試料として作製される非晶質シリコン膜４１を説明しており、図１０（ａ）は、その断面図、図１０（ｂ）は、その平面図をそれぞれ示している。
【００３９】
試料１として、膜中に含まれる水素濃度が高い非晶質シリコン膜を形成した。この試料１を作製するためには、始めに、ガラス基板４０上に、成膜温度２５０℃で、ＳｉＨ4ガスを用いたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、非晶質シリコン膜４１を５０ｎｍの膜厚で形成した。このように形成した非晶質シリコン膜４１の膜中水素濃度をＦＴＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒｎｓｆｏｒｍ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）測定した結果、１９％であった。
【００４０】
次いで、上記のように形成した非晶質シリコン膜４１上に、ＳｉＯ2膜４２を１００ｎｍの膜厚に形成した後、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いて、ＳｉＯ2膜４２の一部をエッチングにより除去し、触媒物質導入領域４３を形成する。この触媒物質導入領域４３は、図１０（ｂ）に示すように、１０μｍの幅方向寸法を有する線状とした。
【００４１】
次に、スパッタリング法を用いて、触媒物質導入領域４３にニッケル薄膜を形成する。このニッケル薄膜のニッケル表面原子濃度は、１×１０13〜５×１０13個／ｃｍ2とした。
【００４２】
次に、電気炉を用いて５５０℃の加熱処理を４時間にわたって行った。この加熱処理により、触媒物質導入領域４３に導入されたニッケルが、非晶質シリコン膜４１中のシリコンと結合してニッケルシリサイドを形成し、このニッケルシリサイドが結晶核として、非晶質シリコン膜４１の結晶化が促進される。ニッケルシリサイドは、非晶質シリコンを結晶化しながら、横方向に移動し、移動方向の後ろ側には、結晶性シリコン膜が形成される。
【００４３】
次に、膜中に含まれる水素濃度が、上記試料１よりも低減された非晶質シリコン膜を試料２として形成した。
【００４４】
この試料２は、ガラス基板４０上に、成膜温度３５０℃で、ＳｉＨ4ガスを用いたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、非晶質シリコン膜４１を５０ｎｍの膜厚に形成した。他の工程は、上記試料１と同様の手順で作製した。
【００４５】
次に、膜中に含まれる水素濃度が、上記試料２よりもさらに低減された非晶質シリコン膜を試料３として形成した。
【００４６】
この試料３は、ガラス基板４０上に、成膜温度４５０℃で、ＳｉＨ4ガスを用いたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、非晶質シリコン膜４１を５０ｎｍの膜厚に形成した。他の工程は、上記試料１と同様の手順で作製した。
【００４７】
次に、上記のように作製された各試料１〜３の結晶性シリコン膜の結晶方位を、ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）法を用いて測定した。このＥＢＳＰ法は、電子線を試料に照射し、試料によって散乱された電子線によって現れる菊地図によって結晶方位を判定する結晶方位の測定法である。
【００４８】
このＥＢＳＰ法を用いて測定された各試料１〜３の結晶方位面分布について、下記の表１に示す。この表においては、ガラス基板４０の垂直方向の（１１１）、（１１０）各方位近傍の占有面積比率をそれぞれ表示している。また、図１１には、この表１に示される結晶方位分布を、グラフによって示している。
【００４９】
【表１】
0004618957.tif 000002
【００５０】
表１及び図１１のグラフをそれぞれ参照すると、試料１における優先配向結晶方位は（１１１）であり、その占有面積は、６８％である。
【００５１】
膜中水素濃度が試料１より低減された試料２では、優先配向結晶方位は、試料１と同じく（１１１）であるが、その占有面積は５４％であり、試料１の占有面積よりも低下している。
【００５２】
膜中水素濃度が試料２よりも低減された試料３では、優先配向結晶方位は、（１１１）ではなく、（１１０）となっており、その占有面積は４７％となっている。
【００５３】
図１１を参照して明らかなように、膜中水素濃度が低減すると共に、（１１１）の結晶方位が、低減され、（１１０）の結晶方位が増加している。その原因としては、以下のように考えられる。
【００５４】
触媒物質導入領域４３に導入されたニッケルが、非晶質シリコン膜４１中のシリコンと結合して形成されるニッケルシリサイドは、非晶質シリコン膜４１を結晶化させながら横方向に移動し、移動方向の後ろ側には、結晶性のシリコン膜が形成される。このようにして形成される結晶性シリコン膜４１の基板垂直方向の結晶方位は、（１１０）になることが、Ｈａｙｚｅｌｄｅｎ等によってＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．７３，Ｎｏ．１２，１９９３に報告されている。
【００５５】
一方、ガラス基板４０上に、成膜温度３５０℃で、ＳｉＨ4ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を行うことによって膜厚５０ｎｍに形成された非晶質シリコン膜４１を、５７０℃の温度で、２０時間にわたって加熱処理すると、非晶質シリコン膜４１中に自然核が発生し、この自然核に基づいて結晶化が進行する。このように結晶化された試料について、Ｘ線解析測定法により結晶方位を測定したところ、（１１１）の結晶方位に基づく回折ピークのみが観察された。この結果は、自然核及びこの自然核に基づいて成長された結晶は、（１１１）面の結晶方位に優先的に配向することを示す。
【００５６】
上記の試料１及び２では、非晶質シリコン膜４１中に含まれる水素濃度が高いので、加熱処理により水素が抜けた後のダングリングボンドの歪みにより、自然核が発生し易くなっており、この自然核によって、形成される結晶性シリコンの結晶方位が、（１１１）に優先的に配向していると考えられる。この場合、試料１及び２におけるニッケルシリサイドは、結晶化速度を早めるのみの作用を有していると考えられる。
【００５７】
これに対して、試料３では、非晶質シリコン膜４１中に含まれる水素濃度が低くなっているために自然核の発生が少なく、ニッケルシリサイドを結晶核とする結晶化が支配的になっていると考えられる。その結果、ニッケルシリサイドの影響によって、形成される結晶性シリコンの結晶方位が、（１１０）に優先的に配向していると考えられる。
【００５８】
上記に説明したように、試料１では、形成される結晶性シリコン膜は、（１１１）面の占有面積が高く、基板垂直方向の結晶方位は、大略（１１１）に揃えることができる。
【００５９】
ただし、このように、膜中に含まれる水素濃度が高くなるようにして、基板垂直方向の結晶方位を大略（１１１）面に揃えても、基板の横方向（図１０のＸ及びＹ方向）の結晶方位は揃わない。
【００６０】
このため、基板の垂直方向の結晶方位を揃えると共に、基板の横方向にも結晶方位を揃える場合には、図１０（ｃ）のように、結晶の成長方向に対して、直交する方向の寸法が狭小になるようにくびれた連結部を有するように、非晶質シリコン膜をパターニングする。このようにすれば、結晶成長するそれぞれの結晶方位を有する複数の結晶粒のうち、連結部にて、単一の結晶粒が選択され、結晶成長方向に対して連結部の前方部では、選択された単一の結晶粒によって結晶成長された結晶粒界のない単結晶領域を形成することができる。
【００６１】
この場合、結晶成長は、触媒物質によって促進されるため、連結部に過度の温度上昇を生じさせる程の高温熱処理を実施する必要がないので、耐熱性に優れていないガラス基板を用いても、結晶化を行うことができる。
【００６２】
このようにして、基板垂直方向の結晶方位が、大略（１１１）に揃っていると共に、基板の横方向の結晶方位も、大略揃った結晶性のシリコン膜を形成することができる。
【００６３】
以下、本発明の結晶性半導体膜の形成方法の具体的な形態について、図面に基づいて説明する。
【００６４】
（実施の形態１）
図１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本実施の形態１の結晶性半導体膜の形成方法を工程毎に説明する斜視図である。
【００６５】
まず、プラズマＣＶＤ法によって、ガラス基板４０上の全面にわたって、非晶質シリコン膜４１を５０ｎｍの膜厚に均一に形成する。成膜に用いる材料ガスとして、ＳｉＨ4を用い、基板温度は３００℃とする。
【００６６】
次に、ガラス基板４０上に形成された非晶質シリコン膜４１に対して、ＣＦ4ガスとＯ2ガスとを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によって、エッチングし、図１（ａ）に示すように、ガラス基板４０の長手方向に対して直交する幅方向の寸法が一定になっている第一主領域４１ａ及び第二主領域４１ｃの間に、幅方向寸法が狭小になっている連結領域４１ｂを有するようにパターニングする。連結領域４１ｂは、幅方向の寸法が５μｍ、長手方向に沿った長手方向寸法が２０μｍとした。
【００６７】
次に、ＳｉＨ4ガスとＯ2ガスとを用いた常圧ＣＶＤ法によって、非晶質シリコン膜４１を成膜したガラス基板４０の全面にわたって、ＳｉＯ2膜４２を１００ｎｍの膜厚に形成する。続いて、ＲＩＥ法によって、ＳｉＯ2膜４２において、非晶質シリコン膜４１の第一主領域４１ａ上に該当する位置を、図１（ｂ）に示すように、矩形状にエッチングして除去し、触媒物質が導入される触媒物質導入領域４３とする。
【００６８】
次に、スパッタリング法を用いて、全面にわたってニッケル（Ｎｉ）を蒸着する。本実施の形態１では、ニッケルの表面原子濃度は、１×１０13〜５×１０13個／ｃｍ2とした。
【００６９】
次に、電気炉を用いて熱処理を実施する。この熱処理の条件は、例えば、５５０℃、４時間とする。この熱処理により、最初に触媒物質導入領域４３に結晶核が発生し、この結晶核を種として結晶成長が進行する。
【００７０】
本実施の形態１では、ガラス基板４０上に形成された非晶質シリコン膜４１が、３００℃の温度条件で成膜され、膜中に含まれる水素濃度が高くなっているため、基板の垂直方向の結晶方位は、大略（１１１）に揃っている。
【００７１】
また、この触媒物質導入領域４３に発生した多数の結晶核は、横方向に結晶成長が進行する際に、連結領域４１ｂにて、単一の結晶粒が選択される。
【００７２】
したがって、第一主領域４１ａの触媒物質導入領域４３にて発生した結晶核が、連結領域４１ｂを経て、第二主領域４１ｃに結晶成長が進行すると、第二主領域４１ｃでは、ガラス基板４０の垂直方向の結晶方位が、大略（１１１）に揃っており、且つ、ガラス基板４０の横方向の結晶方位も大略揃った結晶性のシリコン膜に結晶化される。
【００７３】
次に、ほぼ全面にわたって形成されたＳｉＯ2膜４２をエッチングにより除去した後、レーザ照射による結晶化を行い、加熱により結晶化されたシリコン膜４１をさらに完全に結晶化する。このレーザ照射に用いられるレーザのエネルギーは、３５０〜４００ｍＪ／ｃｍ2の範囲に設定される。
【００７４】
このようにして形成された結晶性シリコン膜４１の結晶方位をＥＢＳＰ法により測定すると、第二主領域４１ｃにおける結晶性シリコン膜の基板垂直方向の結晶方位は、大略（１１１）に揃っていた。
【００７５】
連結領域４１ｂを設置することによるガラス基板４０の横方向の結晶方位の選択性を向上するためには、第一主領域４１ａにおいて、触媒物質導入領域４３の端部から連結領域４１ｂまでに、所定の間隔が形成される。図２は、この間隔ａを説明するための平面図である。間隔ａは、０．５〜５０μｍに設定される。間隔ａが、０．５μｍより小さい場合には、連結領域４１ｂによる結晶方位の選択性が低くなる。
【００７６】
（実施の形態２）
図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本実施の形態２の結晶性半導体膜の形成方法を説明する斜視図である。
【００７７】
本実施の形態２は、前述の実施の形態１の結晶性半導体膜の形成方法と概略同様の工程にて行われるが、連結領域４１ｂから第二主領域４１ｃにかけて、エッジ形状が生じないように滑らかに連続するように、非晶質シリコン膜４１をパターニングしている点が、実施の形態１と異なっている。
【００７８】
以下、具体的に説明する。
【００７９】
まず、実施の形態１と同様にして、ガラス基板４０上に非晶質シリコン膜４１を５０ｎｍの膜厚に均一に形成する。
【００８０】
次に、ガラス基板４０上に形成された非晶質シリコン膜４１に対して、ＣＦ4ガスとＯ2ガスとを用いたＲＩＥ法によって、エッチングし、図３（ａ）に示すように、ガラス基板４０の長手方向に対して直交する幅方向の寸法が一定になっている第一主領域４１ａ及び第二主領域４１ｃの間に、幅方向寸法が狭小になっている連結領域４１ｂを有するようにパターニングする。連結領域４１ｂは、幅方向の寸法が５μｍ、長手方向に沿った長手方向寸法が２０μｍとした。本実施の形態２では、さらに、連結領域４１ｂから第二主領域４１ｃにかけて、連結領域４１ｂの幅寸法が、滑らかな湾曲形状を形成しながら徐々に幅方向寸法が大きくなっていき、連結領域４１ｂと第二主領域４１ｃとの間でエッジ形状が生じないように非晶質シリコン膜４１をパターニングしている。
【００８１】
図４には、このようにパターニングされた非晶質シリコン膜４１の平面図を示している。このような連結領域４１ｂと第二主領域４１ｃとの間に形成される滑らかな湾曲形状は、例えば、略円周の１／４の湾曲部を２つ連続してつなぎ合わせることにより形成される。
【００８２】
次に、ＳｉＨ4ガスとＯ2ガスとを用いた常圧ＣＶＤ法によって、非晶質シリコン膜４１を成膜したガラス基板の全面にわたって、ＳｉＯ2膜４２を１００ｎｍの膜厚に形成する。続いて、ＲＩＥ法によって、非晶質シリコン膜４１の第一主領域４１ａ上に該当する位置のＳｉＯ2膜４２を、図３（ｂ）に示すように、矩形状にエッチングして、触媒物質が導入される触媒物質導入領域４３とする。
【００８３】
次に、スパッタリング法を用いて、全面にわたってニッケル（Ｎｉ）を蒸着する。本実施の形態２では、ニッケルの表面原子濃度は、１×１０13〜５×１０13個／ｃｍ2とした。
【００８４】
次に、電気炉を使用して熱処理を実施する。この熱処理の条件は、５５０℃、４時間とする。この熱処理により、最初に触媒物質導入領域４３に結晶核が発生し、この結晶核を種として結晶成長が進行する。
【００８５】
本実施の形態２では、ガラス基板４０上に形成された非晶質シリコン膜４１が、３００℃の温度条件で成膜され、膜中に含まれる水素濃度が高くなっているため、基板の垂直方向の結晶方位は、大略（１１１）に揃っている。
【００８６】
また、この触媒物質導入領域４３に発生した多数の結晶核は、横方向に結晶成長が進行するに際して、連結領域４１ｂにて単一の結晶粒が選択される。
【００８７】
したがって、第一主領域４１ａの触媒物質導入領域４３にて発生した結晶核が、連結領域４１ｂを経て、第二主領域４１ｃに結晶成長が進行すると、第二主領域４１ｃでは、基板の垂直方向の結晶方位が、大略（１１１）に揃っており、且つ、基板の横方向の結晶方位も大略揃った結晶性のシリコン膜に結晶化される。
【００８８】
さらに、本実施の形態２では、連結領域４１ｂから第二主領域４１ｃにかけて、連結領域４１ｂの幅寸法が、滑らかな湾曲形状を形成しながら徐々に幅方向寸法が大きくなっていき、連結領域４１ｂと第二主領域４１ｃとの間でエッジ形状が生じないように滑らかに連続しているので、エッジ形状が形成された部分で不規則な結晶核が発生することを抑制することができる。
【００８９】
図５には、本実施の形態２とは異なり、連結領域４１ｂと第二主領域４１ｃとが、滑らかに連続せず、エッジ形状を有するように非晶質シリコン膜４１がパターニングされた場合を示す平面図である。このように、連結領域４１ｂと第二主領域４１ｃとの間で、エッジ形状が生じている場合には、連結領域４１ｂにて、単一の結晶方位を有する結晶粒１０１が選択されても、エッジ部で発生した不規則な核、具体的には、（１１２）面、（１１４）面、（１２３）面、（３３４）面、（３４５）面等の非（１１１）面方位を持った結晶核が発生して、第二主領域４１ｃにおいて、非（１１１）面方位を有する結晶粒１０２と、連結領域４１ｂにて選択された（１１１）面方位を有する結晶粒１０１とが結晶成長して、各結晶粒間に、結晶粒界１０３が発生する。このため、図５に示すように、非晶質シリコン膜４１をパターニングすると、結晶方位が大略揃った結晶性のシリコン膜を得ることができなくなる。
【００９０】
次に、ほぼ全面にわたって形成されたＳｉＯ2膜４２をエッチングにより除去した後、レーザ照射による結晶化を行い、加熱により結晶化されたシリコン膜をさらに完全に結晶化する。
（実施の形態３）
図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本実施の形態３の結晶性半導体膜の形成方法を説明する斜視図である。
【００９１】
本実施の形態３は、前述の実施の形態１の結晶性半導体膜の形成方法と概略同様の工程によって行われるが、結晶化される非晶質シリコン膜が、基板上に形成された溝部に埋め込まれた状態に形成され、非晶質シリコン膜の第一及び第二主領域及び連結領域のそれぞれの側面部と底面部とが滑らかに連続する形状を有している点が、実施の形態１と異なっている。
【００９２】
以下、具体的に説明する。
【００９３】
まず、ＣＦ4ガスを用いたＲＩＥ法と緩衝フッ酸による湿式エッチングとを組み合わせて行うことにより、ガラス基板４０の表面上に、溝部４４を形成する。この溝部４４は、図６（ａ）に示すように、ガラス基板４０の長手方向に対して直交する幅方向の寸法が一定になっている第一主領域４４ａ及び第二主領域４４ｃの間に、幅方向寸法が狭小になっている連結領域４４ｂを有するようにパターニングされて形成される。
【００９４】
図７には、溝部４４が形成されたガラス基板４０の長手方向に直交する方向の断面図を示している。このように形成された溝部４４は、側面部と底面部をが滑らかに連続する湾曲形状に形成される。この溝部４４の湾曲形状は、例えば、溝部４４の側面部を略円周の１／４となるように形成される。
【００９５】
次に、実施の形態１と同様にして、非晶質シリコン膜４１を５０ｎｍの膜厚に均一に形成する。
【００９６】
次に、ガラス基板４０上に形成された非晶質シリコン膜４１に対して、ＣＦ4ガスとＯ2ガスとを用いたＲＩＥ法によってエッチングし、図６（ｂ）に示すように、溝部４４に埋め込まれた状態になっている非晶質シリコン膜４１以外の部分の非晶質シリコン膜を除去する。
【００９７】
次に、ＳｉＨ4ガスとＯ2ガスとを用いた常圧ＣＶＤ法によって、非晶質シリコン膜４１が、ガラス基板４０の表面上に形成された溝部４４に埋め込まれているガラス基板４０の全面にわたって、ＳｉＯ2膜４２を１００ｎｍの膜厚に形成する。続いて、ＲＩＥ法によって、非晶質シリコン膜４１の第一主領域４１ａに該当する位置のＳｉＯ2膜４２を、図６（ｃ）に示すように、矩形状にエッチングして除去し、触媒物質が導入される触媒物質導入領域４３とする。
【００９８】
次に、スパッタリング法を用いて、全面にわたってニッケル（Ｎｉ）を蒸着する。本実施の形態３では、ニッケルの表面原子濃度は、１×１０13〜５×１０13個／ｃｍ2とした。
【００９９】
次に、電気炉を用いて熱処理を実施する。この熱処理の条件は、例えば、５５０℃、４時間とする。この熱処理により、最初に触媒物質導入領域４３に結晶核が発生し、この結晶核を種として結晶成長が進行する。
【０１００】
本実施の形態３では、ガラス基板４０上の溝部４４に埋め込まれた非晶質シリコン膜４１が、３００℃の温度条件で成膜され、膜中に含まれる水素濃度が高くなっているため、基板の垂直方向の結晶方位は、大略（１１１）に揃っている。
【０１０１】
また、この触媒物質導入領域４３に発生した多数の結晶核は、横方向に結晶成長が進行する際に、連結領域４１ｂにて、単一の結晶粒が選択される。
【０１０２】
したがって、第一主領域４１ａの触媒物質導入領域４３にて発生した結晶核が、連結領域４１ｂを経て、第二主領域４１ｃに結晶成長が進行すると、第二主領域４１ｃでは、ガラス基板４０の垂直方向の結晶方位が、大略（１１１）に揃っており、且つ、ガラス基板４０の横方向の結晶方位も大略揃った結晶性のシリコン膜に結晶化される。
【０１０３】
さらに、本実施の形態３では、非晶質シリコン膜４１が、ガラス基板４０上に形成された溝部４４に埋め込まれるように形成されており、第一主領域４１ａ及び連結領域４１ｂ及び第二主領域４１ｃの各領域にわたって、その側面部と底面部とが滑らかに連続する湾曲形状に形成されているので、非晶質シリコン膜４１の側面及び底面との連続部でエッジ形状が形成されない。したがって、エッジ形状が形成された部分で不規則な結晶核、具体的には、（１１２）面、（１１４）面、（１２３）面、（３３４）面、（３４５）面等各種面方位を持った結晶核が発生することを抑制することができる。
【０１０４】
次に、ほぼ全面にわたって形成されたＳｉＯ2膜４２をエッチングにより除去した後、レーザ照射による結晶化を行い、加熱により結晶化されたシリコン膜をさらに完全に結晶化する。
（実施の形態４）
図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本実施の形態４の結晶性半導体膜の形成方法を説明する斜視図である。
【０１０５】
本実施の形態４は、前述の実施の形態１の結晶性半導体膜の形成方法と概略同様の工程によって行われるが、結晶化される非晶質シリコン膜が、基板上に形成された溝部に埋め込まれた状態に形成され、非晶質シリコン膜の第一及び第二主領域及び連結領域のそれぞれの側面部と底面部とが滑らかに連続する形状を有している。また、連結領域から第二主領域にかけて、エッジ形状が生じないように滑らかに連続するように、溝部が形成されている。すなわち、本実施の形態４は、前述の実施の形態２と実施の形態３とを組み合わせた非晶質シリコン膜の形状を有するようにしたものである。
【０１０６】
以下、具体的に説明する。
【０１０７】
まず、ＣＦ4ガスを用いたＲＩＥ法と緩衝フッ酸による湿式エッチングを組み合わせて行うことにより、ガラス基板４０の表面上に、溝部４４を形成する。この溝部４４は、図８（ａ）に示すように、ガラス基板４０の長手方向に対して直交する幅方向の寸法が一定になっている第一主領域４４ａ及び第二主領域４４ｃの間に、幅方向寸法が狭小になっている連結領域４４ｂを有するようにパターニングされて形成されている。連結領域４４ｂは、幅方向の寸法が５μｍ、長手方向に沿った長手方向寸法が２０μｍとした。このように形成された溝部４４は、側面部と底面部とが滑らかに連続する湾曲形状に形成され、側面部と底面部との境界部分でエッジ形状が生じない形状になっている。本実施の形態４では、さらに、連結領域４４ｂから第二主領域４４ｃにかけて、連結領域４４ｂの幅寸法が、滑らかな湾曲形状を形成しながら徐々に幅方向寸法が大きくなっていき、連結領域４４ｂと第二主領域４４ｃとの間でエッジ形状が生じないように滑らかに連続するようにパターニングされている。
【０１０８】
次に、実施の形態１と同様にして、非晶質シリコン膜４１を５０ｎｍの膜厚に均一に形成する。
【０１０９】
次に、ガラス基板４０に形成された非晶質シリコン膜４１に対して、ＣＦ4ガスとＯ2ガスとを用いたＲＩＥ法によってエッチングし、図８（ｂ）に示すように、溝部４４に埋め込まれた状態になっている非晶質シリコン膜４１以外の部分の非晶質シリコン膜を除去する。
【０１１０】
次に、ＳｉＨ4ガスとＯ2ガスとを用いた常圧ＣＶＤ法によって、非晶質シリコン膜４１が、ガラス基板４０の表面上に形成された溝部４４に埋め込まれているガラス基板４０の全面にわたって、ＳｉＯ2膜４２を１００ｎｍの膜厚に形成する。続いて、ＲＩＥ法によって、非晶質シリコン膜４１の第一主領域４１ａに該当する位置のＳｉＯ2膜４２を、図８（ｃ）に示すように、矩形状にエッチングして除去し、触媒物質が導入される触媒物質導入領域４３とする。
【０１１１】
次に、スパッタリング法を用いて、全面にわたってニッケル（Ｎｉ）を蒸着する。本実施の形態４では、ニッケルの表面原子濃度は、１×１０13〜５×１０13個／ｃｍ2とした。
【０１１２】
次に、電気炉を用いて熱処理を実施する。この熱処理の条件は、例えば５５０℃、４時間とする。この熱処理により、最初に触媒物質導入領域４３に結晶核が発生し、この結晶核を種として結晶成長が進行する。
【０１１３】
本実施の形態４では、ガラス基板４０上の溝部４４に埋め込まれた非晶質シリコン膜４１が、３００℃の温度条件で成膜され、膜中に含まれる水素濃度が高くなっているため、ガラス基板４０の垂直方向の結晶方位は、大略（１１１）に揃っている。
【０１１４】
また、この触媒物質導入領域４３に発生した多数の結晶核は、横方向に結晶成長が進行する際に、連結領域４１ｂにて、単一の結晶粒が選択される。
【０１１５】
したがって、第一主領域４１ａの触媒物質導入領域４３にて発生した結晶核が、連結領域４１ｂを経て、第二主領域４１ｃに結晶成長が進行すると、第二主領域４１ｃでは、ガラス基板４０の垂直方向の結晶方位が、大略（１１１）に揃っており、且つ、ガラス基板４０の横方向の結晶方位も大略揃った結晶性のシリコン膜に結晶化される。
【０１１６】
さらに、本実施の形態４では、非晶質シリコン膜４１が、ガラス基板４０上に形成された溝部４４に埋め込まれるように形成されており、第一主領域４１ａ及び連結領域４１ｂ及び第二主領域４１ｃの各領域にわたって、その側面部と底面部とが滑らかに連続する湾曲形状に形成されているので、非晶質シリコン膜４１の側面及び底面との連続部でエッジ形状が形成されない。また、連結領域４１ｂから第二主領域４１ｃにかけて、連結領域４１ｂの幅寸法が、滑らかな湾曲形状を形成しながら徐々に幅方向寸法が大きくなっていき、連結領域４１ｂと第二主領域４１ｃとの間でエッジ形状が生じないように、滑らかに連続している。
【０１１７】
したがって、本実施の形態４では、エッジ形状が形成された部分で不規則な結晶核、具体的には、（１１２）面、（１１４）面、（１２３）面、（３３４）面、（３４５）面等の各種面方位を持った結晶核が発生することを抑制することができる。
【０１１８】
次に、ほぼ全面にわたって形成されたＳｉＯ2膜４２をエッチングにより除去した後、レーザ照射による結晶化を行い、加熱により結晶化されたシリコン膜をさらに完全に結晶化する。
【０１１９】
また、本実施の形態４では、ガラス基板４０の表面上に形成された溝部４４が、連結領域４４ｂから第二主領域４４ｃにかけて、連結領域４４ｂの幅寸法が、滑らかな湾曲形状を形成しながら徐々に幅方向寸法が大きくなっていき、連結領域４４ｂと第二主領域４４ｃとの間でエッジ形状が生じないように滑らかに連続するように形成されているが、このような滑らかな湾曲形状は、図９に示すように、第一主流域４４ａから連結領域４４ｂにかけた部分にも形成してもよい。このようにすれば、さらに、エッジ形状が低減されて、不規則な結晶核の発生を抑制することができる。
（実施の形態５）
図１２は、本実施の形態５の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【０１２０】
本実施の形態５では、上述した実施の形態１〜４のいずれかにおいて説明した結晶性半導体膜によって薄膜トランジスタ等の半導体装置を製造する方法について説明する。本実施の形態５の製造方法により製造された半導体装置は、液晶ドライバー、半導体メモリー、半導体論理回路等に用いることが可能である。
【０１２１】
以下、具体的に図１２を参照しながら説明する。
【０１２２】
まず、ガラス基板５１上に、上述した実施の形態１〜４のいずれかに記載の結晶性半導体膜の形成方法により、結晶性のシリコン膜を５０ｎｍの膜厚に形成し、続けて、この結晶性シリコン膜をＣＦ4ガスとＯ2ガスとを用いたＲＩＥ法によって、所定形状にパターニングし、島状の結晶性シリコン膜５２を形成する。その後、この結晶性シリコン膜５２が形成された基板面の全体にわたって、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法によって、ゲートＳｉＯ2膜５３を形成する。
【０１２３】
次に、スパッタリング法によって、ゲートＳｉＯ2膜５３が形成されたガラス基板５１の全面にわたって、ＷＳｉ2層を成膜した後、ＣＦ4ガスとＯ2ガスとを用いたＲＩＥ法によって、結晶性シリコン膜５２上の略中央部分にのみＷＳｉ2層が残るようなパターニングとなるようなエッチングを行い、ＷＳｉ2多結晶ゲート電極５４を形成する。
【０１２４】
次に、薄膜トランジスタのソース・ドレイン領域を形成するために結晶性シリコン膜５２上に不純物を導入する。本実施の形態５の場合、上記のＷＳｉ2多結晶ゲート電極５４が不純物を導入する際のマスクとなっており、ＷＳｉ2多結晶ゲート電極５４が設けられた部分以外の結晶性シリコン膜５２に不純物が導入される。ｎ型のトランジスタを形成する場合には、導入される不純物は、リン（Ｐ）であり、ｐ型のトランジスタを形成する場合には、導入される不純物はホウ素（Ｂ）となる。
【０１２５】
次に、ＴＥＯＳガスとＯ3ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって、ガラス基板５１の全面にわたって、ＳｉＯ2膜５５を形成した後、ＣＦ4ガスとＣＨＦ3ガスとを用いたＲＩＥ法によって、ソース・ドレイン領域とされる結晶性シリコン膜５２上にコンタクトホール５６を形成する。
【０１２６】
次に、スパッタリング法を用いて基板面の全面にＡｌを積層した後、ＢＣｌ3ガスとＣｌ2ガスとを用いたＲＩＥ法によって、ＳｉＯ2膜５５に形成されたコンタクトホール５６を介して結晶性のシリコン膜５２に導通するＡｌ配線５７とする。
【０１２７】
次に、ＳｉＨ4ガスとＮＨ3ガスまたはＮ2ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって、基板面の全体にわたって、ＳｉＮ保護膜５８を形成し、最後にＳｉＮ保護膜５８の一部をＣＦ4ガスとＣＨＦ3ガスとを用いたエッチングによって、Ａｌ配線５７の一方側の部分に導通可能なようにスルーホール５９を形成して、半導体トランジスタ、抵抗、キャパシタ等の半導体装置が完成される。
（実施の形態６）
図１３は、本実施の形態６の半導体装置を用いたディスプレイ装置の製造方法を示す断面図である。
【０１２８】
本実施の形態６では、上記の実施の形態５と同様の方法で作製した半導体装置を用いて液晶ディスプレイ装置等のディスプレイ装置を製造する方法を説明する。
【０１２９】
以下、本実施の形態６について、図１３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。
【０１３０】
まず、上記の実施の形態５の製造方法によりガラス基板等の絶縁基板５１上に半導体装置を製造する。なお、この絶縁基板５１上に形成される半導体装置の各構成については、実施の形態５と同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【０１３１】
次に、ＳｉＮ保護膜５８が形成された基板面の全体にわたってＩＴＯ膜を形成し、続けてＨＣｌとＦｅＣｌ3ガスとを用いてエッチングを行いパターニングして、ＳｉＮ保護膜５８に形成されたスルーホール５９を介して半導体装置のＡｌ配線５７に導通する画素電極６０を形成する。
【０１３２】
次に、ＳｉＨ4ガスとＮＨ3ガスまたはＮ2ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって、基板面の全面にわたってＳｉＮ膜６１を形成する。さらに、このＳｉＮ膜６１上に、配向膜となるポリイミド膜６２をオフセット印刷法を用いて形成し、ラビング処理を行う。
【０１３３】
一方、図１３（ｂ）に示すように、別のガラス基板７１上に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各感光性樹脂膜を付したフィルムを熱圧着により転写を行った後、フォトリソグラフィ工程によるパターニングを行い、さらに、Ｒ、Ｇ、Ｂの各感光性樹脂が転写された部分間に、遮光性を有するブラックマトリクス部を形成して、カラーフィルター７２を作製する。
【０１３４】
このカラーフィルター７２上には、スパッタリング法によってＩＴＯ膜を基板の全面にわたって形成し、対向電極７３とする。さらに、この対向電極７３上に、配向膜であるポリイミド膜７４をオフセット印刷法によって形成して、ラビング処理を行う。
【０１３５】
以上のように形成された図１３（ｂ）に示すカラーフィルター７２等が形成されたガラス基板７１と、図１３（ａ）に示す薄膜トランジスタ等の半導体装置が形成されたガラス基板５１とを、ラビング処理を施した面が互いに対向するように配置して、シール樹脂によって貼り合せる。この際、２枚のガラス基板間のスペースが一定になるように、ガラス基板５１及び７１間に真球状のシリカを散布する。そして、両基板間に表示媒体となる液晶を注入した後、両ガラス基板５１及び７１の両外側にそれぞれ偏光板等を貼り付け、さらに、その周辺にドライバーＩＣ等を実装して液晶ディスプレイが完成される。
【０１３６】
次に、本発明の適用範囲について説明する。
【０１３７】
図９には、ガラス基板４０に形成される溝部４４の形状が示されていると共に、非晶質シリコン膜４１の連結領域４１ｂの長さ方向の寸法Ｌ及び幅方向の寸法Ｗが示されている。
【０１３８】
上記の実施の形態１〜４の半導体膜の形成方法において、非晶質シリコン膜４１の連結領域４１ｂの寸法は、連結領域４１ｂの上面の幅Ｗは、０．２μｍ〜１０μｍの範囲に形成すれば、結晶粒を選択する効果が確実になる。また、連結領域４１ｂの上面の長さＬは、０．５μｍ〜１００μｍの範囲に形成すれば、結晶粒を選択する効果が確実になる。
【０１３９】
連結領域４１の上面の幅方向の寸法Ｗが０．２μｍより小さい場合、または、連結領域４１の上面の長さＬが１００μｍより大きい場合には、触媒物質導入領域４３にて発生した結晶核が、連結領域４１ｂを通過して、連結領域４１ｂに対して結晶成長の前方側の第二主領域４１ｃまで結晶方位を引き継いで成長しなくなる。逆に、連結領域４１ｂの上面の幅方向の寸法が１０μｍより大きい場合、または、連結領域４１ｂの上面の長さが０．５μｍより小さい場合には、触媒物質導入領域４３にて発生した複数の結晶粒が、連結領域４１ｂにて単一の結晶粒に選択されず、複数の結晶粒が連結領域４１ｂを通過して、連結領域４１ｂに対して結晶成長の前方側にある第二主領域４１ｃに複数の結晶粒が成長し、結晶方位が揃った大きな結晶粒からなる結晶性半導体膜を形成することができなくなる。
【０１４０】
上記の実施の形態１〜４の半導体膜の形成方法では、３００℃の成膜温度として、プラズマＣＶＤ法により、非晶質シリコン膜４１を成膜し、膜中の水素濃度を１０〜２０ａｔ％としたが、この非晶質シリコン膜４１は、イオン注入法により形成してもよい。また、膜中の水素濃度が１０〜２０ａｔ％とするために、成膜温度は、２５０〜３５０℃の範囲に設定することが好適である。
【０１４１】
また、上記の実施の形態１〜４の結晶性半導体膜の形成方法では、製造される半導体膜の具体例として、シリコン膜を形成する方法を示しているが、本発明の結晶性半導体膜の形成方法は、シリコン膜に限られず、ＳｉＧｅ膜等を成膜する場合にも適用することができる。
【０１４２】
また、上記実施の形態１〜４では、半導体膜を形成する基板として、ガラス基板を用いているが、石英基板、ＳｉウエハにＳｉＯ2膜、ＳｉＮ膜を形成したものを用いてもよい。
【０１４３】
また、上記実施の形態１〜４では、触媒物質導入領域４３に導入されるニッケルの表面濃度は、１×１０13〜５×１０13個／ｃｍ2としたが、この濃度は、１×１０11〜１×１０16個／ｃｍ2の範囲であればよい。また、ニッケルは、スパッタリング法を用いた蒸着により触媒物質導入領域４３に導入されているが、真空蒸着法等の他の蒸着法によって導入してもよく、また、蒸着法以外に、ニッケルを含む溶液を塗布する方法、イオン注入法、ＣＶＤ法等の他の方法を用いてもよい。
【０１４４】
また、上記実施の形態１〜４では、結晶化を促進する触媒物質として、ニッケルを用いたが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｕ等の金属、または、これらの金属を含む化合物、さらには、これらの金属及び金属を含む化合物を組み合わせたものを用いることができる。
【０１４５】
【発明の効果】
本発明の半導体膜の形成方法は、基板上に形成された半導体膜に、該半導体膜を溶融するエネルギーを与え、溶融後の結晶化により結晶成長させて結晶性半導体膜とする半導体膜の形成方法であって、該基板上に、膜中の水素濃度が１０〜２０ａｔ％である半導体膜を形成する工程と、半導体膜の結晶化を助長する触媒物質を導入する工程と、該触媒物質が導入された半導体膜にエネルギーを与える工程と、を包含することを特徴としている。
【０１４６】
このように、膜中の水素濃度が１０〜２０ａｔ％である半導体膜に触媒物質を導入した後、エネルギーを与えることにより結晶成長させると、（１１１）近傍に配向比率が高い結晶性半導体膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施の形態１の結晶性半導体膜の形成方法を工程毎に説明する斜視図である。
【図２】触媒物質導入領域の端部から連結領域までの間隔ａを説明する平面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施の形態２の結晶性半導体膜の形成方法を説明する斜視図である。
【図４】連結領域から第二領域が滑らかに連続するようにパターニングされた非晶質シリコン膜を示す平面図である。
【図５】連結領域と第二主領域とが、滑らかに連続せず、エッジ形状を有するようにパターニングされた非晶質シリコン膜を示す平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施の形態３の結晶性半導体膜の形成方法を説明する斜視図である。
【図７】溝部が形成されたガラス基板の長手方向に直交する方向の断面図を示している。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施の形態４の結晶性半導体膜の形成方法を説明する斜視図である。
【図９】実施の形態４の結晶性半導体膜の形成方法において、基板に形成される溝部の他の例を示す斜視図である。
【図１０】試料として作製される非晶質シリコン膜を説明しており、（ａ）は、その断面図、（ｂ）は、その平面図、（ｃ）は、連結部を形成した場合の平面図をそれぞれ示している。
【図１１】表１に示される結晶方位分布を示すグラフである。
【図１２】実施の形態５の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施の形態６の半導体装置を用いたディスプレイ装置の製造方法を示す断面図である。
【図１４】従来例１の半導体膜の形成方法を説明する平面図である。
【図１５】従来例２の半導体膜の形成方法を説明する斜視図である。
【図１６】従来例３の半導体膜の形成方法を説明する平面図である。
【図１７】従来例４の半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、従来例５の半導体膜の形成方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
４０ガラス基板
４１  非晶質シリコン膜
４２  ＳｉＯ2膜
４３  触媒物質導入領域
４４  溝部
５１  ガラス基板
５２  結晶性シリコン膜
５３  ゲートＳｉＯ2膜
５４  ＷＳｉ2多結晶ゲート電極
５５  ＳｉＯ2膜
５６  コンタクトホール
５７  Ａｌ配線
５８  ＳｉＮ保護膜
５９  スルーホール
６０  画素電極
６１  ＳｉＮ膜
６２  ポリイミド膜
７１  ガラス基板
７２  カラーフィルター
７３  対向電極
７４  ポリイミド膜
１０１  結晶粒
１０２  結晶粒
１０３  結晶粒界
【図１】
0004618957.tif 000003
【図２】
0004618957.tif 000004
【図３】
0004618957.tif 000005
【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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【図１７】
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【図１８】
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