(57)【要約】【課題】  ｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合またはチャネル形成領域の半導体膜の結晶性を良好にし、特性に悪影響を及ぼす不純物濃度を極力低減して、良好な特性の結晶性薄膜半導体装置を作製する。【解決手段】  触媒物質を添加して細線部１内に一つの針状結晶を成長させ、この細線部１内にｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合を有する結晶性薄膜ダイオードを作製するか、細線部１をチャネルとする結晶性薄膜トランジスタを作製する。また、細線部１外に触媒物質をゲッタリングする。この場合、これらのｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合領域またはチャネル領域内に結晶粒界がなく、触媒物質濃度が低くなり、単結晶を用いた場合に近い特性のダイオードやトランジスタを作製することができる。これらの結晶性薄膜半導体装置を用いて、開口率の高い液晶ディスプレイ装置６０や周辺回路を内蔵したディスプレイ装置６０を作製できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、二つの領域間に一または複数の細線部が設けられた非晶質半導体膜を形成する工程と、
熱処理により該非晶質半導体膜の一方の領域から該細線部の長手方向に針状結晶を横方向成長させて該細線部内に該針状結晶を形成する結晶化工程とを有する結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項２】
前記結晶化工程は、
前記非晶質半導体膜上に酸化膜を形成する工程と、
該酸化膜の一部をエッチングして、前記細線部側が該細線部の長手方向に対して所定角度に傾斜した窓領域を形成する窓領域形成工程と、
結晶化を助長する触媒物質を該窓領域から非晶質半導体膜上に添加する工程と、
熱処理により該非晶質半導体膜を結晶化させる熱処理工程とを有する請求項１に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項３】
前記窓領域は、前記二つの領域の一方上にのみ形成する請求項２に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項４】
前記窓領域の細線部側エッジは、その法線方向が前記細線部の長手方向から±３５度±５度の角度で傾斜している請求項２または３に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項５】
前記半導体膜はシリコン材料からなる請求項１〜３のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項６】
前記細線部は、１本または２本の針状結晶が一つの細線部内に結晶成長可能とする幅サイズに設定されている請求項１〜５のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項７】
前記細線部の幅は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下に設定されている請求項６に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項８】
前記針状結晶は、前記非晶質半導体膜の固相成長により形成する請求項１〜７のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項９】
前記固相成長温度は５００℃以上６５０℃以下に設定されている請求項８に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項１０】
前記触媒物質は、前記細線部に対して片側の領域にのみに添加される請求項２〜９のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項１１】
前記触媒物質は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、ＰｄおよびＡｕから選択される金属単体、これら金属を含む化合物、または該金属単体および該金属化合物から選択される複数の組み合わせである請求項２〜１０のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項１２】
前記結晶化工程の後に、少なくとも前記細線部にエネルギービームを照射する再結晶化工程を更に有する請求項１〜１１のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項１３】
前記エネルギービームはレーザ光である請求項１２に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項１４】
前記レーザ光の波長は、結晶化させたい非晶質半導体膜による吸収係数が、それ以外の基板部を構成するいずれの材料の吸収係数よりも大きい波長に設定されている請求項１２または１３に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項１５】
前記結晶化工程の後に、前記触媒物質をゲッタリングする工程を更に有する請求項１〜１４のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項１６】
前記触媒物質は、前記細線部以外の領域にゲッタリングされる請求項１５に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項１７】
前記ゲッタリングは、前記細線部以外の領域に高濃度にドーピングされたリンにより行われる請求項１５または１６に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項１８】
前記ゲッタリングのためにドーピングされるリンの膜厚方向の平均濃度は、５×１０１８個／ｃｍ−３以上である請求項１７に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項１９】
前記ゲッタリングは、前記リンをドーピングした後にエネルギーを付与することにより行われる請求項１７または１８に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項２０】
前記ゲッタリングのためのエネルギー付与は熱処理により行われる請求項１９に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項２１】
前記ゲッタリングのためのエネルギー付与は光照射により行われる請求項１９に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法により得られた細線部内の針状結晶を用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
請求項１〜２１のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法により得られた細線部内の針状結晶にｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部を形成する工程を有する結晶性薄膜ダイオードの製造方法。
【請求項２４】
請求項１〜２１のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法により得られた細線部内の針状結晶に、該針状結晶の長手方向をチャネル長方向とするチャネル領域を形成する工程を有する結晶性薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２５】
請求項１〜２１のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法により作製された結晶性半導体膜。
【請求項２６】
請求項２５に記載の結晶性半導体膜を備えた半導体装置。
【請求項２７】
基板上に形成した結晶性半導体膜の一つまたは二つの針状結晶内に、チャネル領域、ｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部を有する半導体装置。
【請求項２８】
基板上に形成した結晶性半導体膜のチャネル領域、ｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部をその内に有する一つまたは二つの針状結晶が複数個並列に接続されている半導体装置。
【請求項２９】
前記二つの針状結晶は、前記チャネル領域、ｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部を構成する部分の長手方向に平行に形成されている請求項２７または２８に記載の半導体装置。
【請求項３０】
請求項２５に記載の結晶性半導体膜にｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部が設けられた結晶性薄膜ダイオード。
【請求項３１】
請求項２５に記載の結晶性半導体膜にチャネル領域が設けられた結晶性薄膜トランジスタ。
【請求項３２】
請求項２６〜２９のいずれか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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば非晶質シリコン膜などの非晶質半導体膜を熱処理により横方向に結晶成長させて結晶性半導体膜を作製する結晶性半導体膜の作製方法、結晶性半導体膜、この方法を用いた半導体装置の製造方法、半導体装置、この結晶性半導体膜にｐ−ｎ接合領域やｐ−ｉ−ｎ接合領域を形成して結晶性薄膜ダイオードを製造する結晶性薄膜ダイオードの製造方法、結晶性薄膜ダイオード、この結晶性半導体膜にチャネル領域を形成して結晶性薄膜トランジスタを製造する結晶性薄膜トランジスタの製造方法、結晶性薄膜トランジスタおよびこれを用いたディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、キャリア移動度が高いこの種の結晶性半導体膜を形成する方法として、基板上に形成された非晶質半導体膜を熱処理したり、エネルギービームを照射することによって、非晶質半導体膜を結晶化させる方法が従来から知られている。
【０００３】
例えば、非晶質半導体膜をその融点以下の温度で熱処理すると、固相成長により結晶成長が起こり、結晶性半導体膜が形成される。このような結晶化方法として、非特許文献１には、固相成長法において、成長温度を低温化させるために触媒物質を添加する方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献１には、触媒物質を添加して結晶成長させた半導体膜上にレーザ光を照射して結晶性を改善し、その半導体膜を用いて薄膜トランジスタなどの薄膜半導体装置を作製する方法が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献２には、触媒物質を添加して半導体膜を結晶成長させる際に、くびれ部を通過させることによって一つの結晶粒のみを選択的に成長させる方法が開示されている。
【０００６】
また、非晶質薄膜にエネルギービームを照射すると、非晶質半導体膜はエネルギービームのエネルギーによって溶融し、非晶質半導体膜が溶融した状態から固化させることによって、非晶質半導体膜が結晶化して、結晶性半導体膜が形成される。このような結晶化方法として、非特許文献２には、ＸｅＣｌエキシマレーザ光を非晶質シリコン膜に照射して結晶化させる方法が開示されている。
【非特許文献１】Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．７３，Ｎｏ．１２，ｐｐ．８２７９〜８２８９
【特許文献１】特開平９−２８９１６５号公報
【特許文献２】特開２０００−２５２２１１号公報
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１２，ｐｐ．２８６８〜２８７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
良好な特性の結晶性薄膜半導体装置を作製するためには、結晶性薄膜ダイオードのｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合が形成される領域、または結晶性薄膜トランジスタのチャネル領域が形成される領域において半導体膜の結晶性を良好にし、また、特性に悪影響を及ぼす不純物濃度を極力低減させる必要がある。
【０００８】
しかしながら、上記非特許文献１に開示されているような固相成長法で作製される結晶は、多くの微小な針状結晶からなり、それらの針状結晶の間には多数の結晶欠陥が含まれている。よって、これらの結晶欠陥が、ｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合またはチャネル領域が形成される領域に多数含まれる結晶性薄膜半導体装置では、良好な特性が得られない。
【０００９】
また、特許文献１に開示されている方法では、レーザ光を照射することによって結晶性を改善させているが、針状結晶間の欠陥領域を完全に無くすことはできない。よって、それらの結晶欠陥が、ｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合またはチャネル領域が形成される領域に多数含まれる結晶性薄膜半導体装置では、その特性が単結晶薄膜を用いて作製されたものに及ばない。
【００１０】
また、特許文献２に開示されている方法では、結晶成長時にくびれ部を通過させることによって一つの結晶粒のみが選択され、それを種結晶として広い面積の結晶性薄膜を成長させているが、くびれ部で選択された結晶粒内には多数の針状結晶が含まれており、この結晶粒を種結晶として成長させた結晶性薄膜も多数の針状結晶からなっている。よって、この結晶性薄膜を用いて結晶性薄膜半導体装置を作製した場合、ｐ−ｎ接合やｐ−ｉ−ｎ接合またはチャネル領域が形成される領域に多数の針状結晶間の欠陥領域が含まれ、その特性は単結晶薄膜を用いて作製したものに及ばない。
【００１１】
非晶質半導体膜にエネルギービームを照射する方法で形成された結晶は、通常の固相成長で形成された結晶と比較して、結晶欠陥の数は減少するが、それでも単結晶に比べて多くの結晶欠陥が含まれており、また、ランダムで微小な多くの結晶粒からなっている。
【００１２】
非特許文献２に開示されているような非晶質シリコン膜上にＸｅＣｌエキシマレーザ光を照射する方法であっても、２００ｎｍ程度の大きさのランダムな結晶粒が成長し、さらに小さな結晶粒も生じる。よって、この方法で作製された結晶性半導体膜を用いて作製された結晶性薄膜半導体装置の特性は、単結晶薄膜を用いて作製されたものに比べて大きく劣るものとなる。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、単結晶を用いた場合に近い良好な特性を得ることができる結晶性半導体膜の作製方法、結晶性半導体膜、この方法を用いた半導体装置の製造方法、半導体装置、この結晶性半導体膜にｐ−ｎ接合領域やｐ−ｉ−ｎ接合領域を形成する結晶性薄膜ダイオードの製造方法、結晶性薄膜ダイオード、この結晶性半導体膜にチャネル領域を形成する結晶性薄膜トランジスタの製造方法、結晶性薄膜トランジスタおよびこれを用いたディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の結晶性半導体膜の作製方法は、基板上に、二つの領域間に一または複数の細線部が設けられた非晶質半導体膜を形成する工程と、熱処理により該非晶質半導体膜の一方の領域から該細線部の長手方向に針状結晶を横方向成長させて該細線部内に該針状結晶を形成する結晶化工程とを有し、そのことにより上記目的が達成される。
【００１５】
また、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における結晶化工程は、前記非晶質半導体膜上に酸化膜を形成する工程と、該酸化膜の一部をエッチングして、前記細線部側が該細線部の長手方向に対して所定角度に傾斜した窓領域を形成する窓領域形成工程と、結晶化を助長する触媒物質を該窓領域から非晶質半導体膜上に添加する工程と、熱処理により該非晶質半導体膜を結晶化させる熱処理工程とを有する。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における窓領域は、前記二つの領域の一方上にのみ形成する。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における窓領域の細線部側エッジは、その法線方向が前記細線部の長手方向から±３５度±５度の角度で傾斜している。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における半導体膜はシリコン材料からなる。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における細線部は、１本または２本の針状結晶が一つの細線部内に結晶成長可能とする幅サイズに設定されている。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における細線部の幅は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下に設定されている。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における針状結晶は、前記非晶質半導体膜の固相成長により形成する。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における固相成長温度は５００℃以上６５０℃以下に設定されている。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における触媒物質は、前記細線部に対して片側の領域にのみに添加される。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における触媒物質は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、ＰｄおよびＡｕから選択される金属単体、これら金属を含む化合物、または該金属単体および該金属化合物から選択される複数の組み合わせである。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における結晶化工程の後に、少なくとも前記細線部にエネルギービームを照射する再結晶化工程を更に有する。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法におけるエネルギービームはレーザ光である。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法におけるレーザ光の波長は、結晶化させたい非晶質半導体膜による吸収係数が、それ以外の基板部を構成するいずれの材料の吸収係数よりも大きい波長に設定されている。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における結晶化工程の後に、前記触媒物質をゲッタリングする工程を更に有する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法における触媒物質は、前記細線部以外の領域にゲッタリングされる。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法におけるゲッタリングは、前記細線部以外の領域に高濃度にドーピングされたリンにより行われる。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法において、ゲッタリングのためにドーピングされるリンの膜厚方向の平均濃度は、５×１０１８個／ｃｍ−３以上である。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法におけるゲッタリングは、前記リンをドーピングした後にエネルギーを付与することにより行われる。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法において、ゲッタリングのためのエネルギー付与は熱処理により行われる。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の結晶性半導体膜の作製方法において、ゲッタリングのためのエネルギー付与は光照射により行われる。
【００３５】
本発明の半導体装置の製造方法は、請求項１〜２１のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法により得られた細線部内の針状結晶を用いて半導体装置を製造し、そのことにより上記目的が達成される。
【００３６】
本発明の結晶性薄膜ダイオードの製造方法は、請求項１〜２１のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法により得られた細線部内の針状結晶にｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部を形成する工程を有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
本発明の結晶性薄膜トランジスタの製造方法は、請求項１〜２１のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法により得られた細線部内の針状結晶に、該針状結晶の長手方向をチャネル長方向とするチャネル領域を形成する工程を有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００３８】
本発明の結晶性半導体膜は、請求項１〜２１のいずれかに記載の結晶性半導体膜の作製方法により作製され、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
本発明の半導体装置は、請求項２５に記載の結晶性半導体膜を備え、そのことにより上記目的が達成される。
【００４０】
本発明の半導体装置は、基板上に形成した結晶性半導体膜の一つまたは二つの針状結晶内に、チャネル領域、ｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部を有し、そのことにより上記目的が達成される。
【００４１】
本発明の半導体装置は、基板上に形成した結晶性半導体膜のチャネル領域、ｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部をその内に有する一つまたは二つの針状結晶が複数個並列に接続され、そのことにより上記目的が達成される。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置における二つの針状結晶は、前記チャネル領域、ｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部を構成する部分の長手方向に平行に形成されている。
【００４３】
本発明の結晶性薄膜ダイオードは、請求項２５に記載の結晶性半導体膜にｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部が設けられ、そのことにより上記目的が達成される。
【００４４】
本発明の結晶性薄膜トランジスタは、請求項２５に記載の結晶性半導体膜にチャネル領域が設けられ、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】
本発明のディスプレイ装置は、請求項２６〜２９のいずれかに記載の半導体装置を備え、そのことにより上記目的が達成される。
【００４６】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４７】
基板上に形成されたシリコン材料などからなる非晶質半導体膜の一部を細線状に細くしてパターニングし、その細線部近傍領域の非晶質半導体膜上に結晶成長を助長する触媒物質を添加して熱処理を行うと、非晶質半導体膜が固相成長され、平均的には触媒物質添加領域のエッジに略平行に結晶成長のフロント（最先端部）が進行する。しかしながら、ミクロな視点で見ると、触媒物質によっては、触媒物質添加領域の細線部側エッジの法線方向から略±３５度だけ傾いた２方向に針状結晶が多数成長する。このような針状結晶の成長方向は＜１１１＞方向になりやすく、針状結晶の成長フロントに触媒物質が高濃度に、またはシリサイドとして存在する領域がある。
【００４８】
そこで、適切な触媒物質を選択し、触媒物質添加領域の細線部側エッジの法線方向を、細線部の長手方向に対して略±３５度傾けておくと、２方向の針状結晶のうち、１方向の針状結晶は細線部の長手方向とほぼ同じ方向に成長が進行する。ここで、細線部の幅が針状結晶の幅と同じであるか、またはそれよりも狭い場合、１本の針状結晶のみが細線部に入り込んで成長を続ける。２本の針状結晶がほぼ同時に一つの細線部に入り込んでしまった場合には、そのまま成長を続けるが、この場合にも、細線部の長手方向に対して垂直な結晶粒界は生じない。個々の針状結晶は、結晶欠陥をほとんど含まない高品質の結晶である。
【００４９】
このような触媒物質としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｕから選択される金属単体、または、これら金属を含む化合物、または、金属単体および金属化合物から選択された複数の組み合わせなどが挙げられる。
【００５０】
触媒物質添加領域の細線部側エッジは、その法線方向が細線部の長手方向から±３５度±５度傾いている部分を有するのが好ましい。これは、触媒物質添加領域の細線部側エッジの法線方向が細線部の長手方向から３５度より５度以上ずれた角度で傾いていると、針状結晶が細線部の中まで成長できなくなるからである。
【００５１】
また、チャネル領域の幅は１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であるのが好ましい。細線部の幅が１０ｎｍ未満では、針状結晶が細線部の中まで成長することができない。逆に、細線部の幅が１００ｎｍよりも広い場合、３本以上の針状結晶が一つの細線部内に成長したり、細線部の長手方向と大きく異なる方向に成長する針状結晶が細線部内に成長してくるおそれがあり、結果的にダイオードやトランジスタの特性低下をもたらすことになる。細線部内に２本の針状結晶が成長して入り込んでしまった場合でも、隣り合う針状結晶間で結晶方位のずれはほとんどないため、接合リークはほとんど生じない。細線部の幅を適切に設定することによって、３本以上の針状結晶が同時に一つの針状結晶内に入り込むことはほとんどない。
【００５２】
さらに、触媒物質の添加は、細線部に対して片側の領域のみに行うのが好ましい。触媒物質の添加を細線部の両側に行うと、結晶成長が細線部の両側から進行し、細線部内で両側から成長してきた２本の針状結晶がぶつかって、その境界に触媒物質濃度が高い領域またはシリサイドが残る領域が生じて、特性が低いダイオードやトランジスタになる。これに対して、細線部に対して片側の領域のみに触媒物質を添加した場合、結晶成長は細線部の片側（触媒物質を添加した側）のみから進行するため、細線部内で針状結晶が完全に成長し終わった後には、針状結晶のフロントに存在する触媒物質の高濃度領域またはシリサイドは、細線部内には存在しないことになる。
【００５３】
非晶質半導体膜は、成膜時に細線部を有するように成膜しても良く、または、全面に成膜した後、フォトリソグラフィー工程およびエッチング工程により細線部を有するようにパターニングしてもよい。
【００５４】
固相成長温度は５００℃以上、６５０℃以下であるのが好ましい。固相成長温度が５００℃よりも低い場合、触媒物質を添加しても結晶成長がほとんど進行しないため、実用的でない。逆に、固相成長温度が６５０℃よりも高い場合、針状結晶以外のランダムな結晶成長が起こるため、好ましくない。
【００５５】
上記細線部内に結晶性薄膜ダイオードのｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合を形成すれば、ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合が一本の針状結晶または幅方向に隣接して成長された二本の針状結晶内に形成されるため、接合部を貫くような結晶粒界が存在せず、かつ、針状結晶内の触媒物質濃度が低い、単結晶を用いた場合に近い特性を有する結晶性薄膜ダイオードを作製することができる。
【００５６】
また、細線部の長手方向をトランジスタのチャネル長方向に設定することによって、チャネル内にトランジスタ特性を低下させるような結晶粒界が存在せず、かつ、チャネル内の触媒物質濃度が低い、単結晶を用いた場合に近い特性を有する結晶性薄膜トランジスタを作製することができる。
【００５７】
さらに、大きな電流を流すことが可能なダイオードやトランジスタを作製する場合には、一本の針状結晶または幅方向に隣接して成長された二本の針状結晶からなる細線状結晶領域を複数個、並列に接続して形成し、各細線状結晶領域内にｐ−ｎ接合、ｐ−ｉ−ｎ接合やチャネル領域を形成してダイオードやトランジスタを作製すればよい。
【００５８】
上記触媒物質は、針状結晶の先端部に局在するため、成長後の針状結晶内にはほとんど含まれない。但し、固溶限以下の濃度の触媒物質は針状結晶中に存在するため、使用中に触媒物質が細線部に再拡散されることを防止するためにも、結晶成長後に、必要に応じて触媒物質のゲッタリング工程を行うことが好ましい。
【００５９】
例えば、細線部以外の領域にリン（Ｐ）を高濃度にドーピングし、熱処理や光照射によりエネルギーを付与することにより、細線部以外の領域に触媒物質をゲッタリングさせることができる。ゲッタリングのためにドーピングされるリンの膜厚方向の平均濃度は、５×１０１８個／ｃｍ−３以上が好ましい。ゲッタリング領域にドーピングされるリンの濃度が５×１０１８個／ｃｍ−３より低いと触媒物質を充分ゲッタリングできなくなる。
【００６０】
さらに、固相成長を行った後に少なくとも細線部にレーザ光などのエネルギービームを照射すると、細線部の結晶性をさらに改善することができる。このときのレーザ光の波長は、結晶化させたい非晶質半導体膜による吸収係数が基板を構成するいずれの材料の吸収係数よりも大きくなるように設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００６１】
本発明によれば、ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合の形成領域に結晶粒界が存在せず、かつ、触媒物質濃度が低い結晶性薄膜ダイオードや、チャネル領域に結晶粒界が存在せず、かつ、触媒物質濃度が低い結晶性薄膜トランジスタを作製することができ、その結果、単結晶を用いた場合に近い良好な特性を有する薄膜ダイオードまたは薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置およびこれを用いたディスプレイ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下に、本発明の結晶性薄膜半導体装置の実施形態１〜５およびこれを用いた本発明のディスプレイ装置の実施形態６について、図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
本実施形態１では、本発明の結晶性薄膜半導体装置の一例として結晶性薄膜ダイオードの場合について説明する。
【００６３】
図１は、本実施形態１の結晶性薄膜ダイオードの概略構成例を示す上面図である。
【００６４】
図１に示すように、この結晶性薄膜ダイオード１０は、基板上に形成された二つの広面領域間に細線部１を有する非晶質半導体膜としての非晶質シリコン膜に対して、細線部１の片側の広面領域（図１では左側）に触媒物質が添加されてここから固相成長により結晶成長（一本の針状結晶または幅方向に隣接して成長された二本の針状結晶に成長）が為されて結晶性シリコン膜６が形成され、この結晶性シリコン膜６の細線部１内にｐ−ｎ接合の接合部が形成されている。この結晶性シリコン膜６を覆う二酸化シリコン膜７に形成された各コンタクトホール１３をそれぞれ介して結晶性シリコン膜６に接続する各電極１４がそれぞれ設けられている。即ち、半導体装置としての結晶性薄膜ダイオード１０は、基板上に形成した結晶性半導体膜６（細線部１）の一つまたは二つの針状結晶内にｐ−ｎ接合部を有している。
【００６５】
図２および図３はそれぞれ、図１の結晶性薄膜ダイオード１０を作製する各工程を順次説明するための上面図である。
【００６６】
初めに、本実施形態１の結晶性薄膜ダイオード１０に用いる結晶性シリコン膜６を作製する場合について説明する。
【００６７】
まず、図２（ａ）に示すように、ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガスおよびＮ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ（化学気相成長）法によって、ガラス基板上の全面にわたって窒化シリコン膜を２００ｎｍの膜厚に均一に形成する。次に、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスおよびＯ３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、二酸化シリコン膜３を窒化シリコン膜上の全面にわたって１００ｎｍの膜厚に形成する。これに続いて、Ｓｉ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、二酸化シリコン膜３上の全面にわたって非晶質シリコン膜２を５０ｎｍの膜厚に形成する。さらに、フォトリソグラフィー工程とＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法によって、非晶質シリコン膜２を両広面領域間に５０ｎｍ幅の細線部１を有するようにパターニングする。
【００６８】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスおよびＯ３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、全面にわたって二酸化シリコン膜４を形成する。さらに、フォトリソグラフィー工程とＣＦ４ガスおよびＣＨＦ３ガスを用いたＲＩＥ法とによって、二酸化シリコン膜４の一部をエッチングして窓領域５を形成する。この窓領域５の細線部側エッジの法線方向は、細線部１の長手方向に対して略３５度の角度で傾斜させて形成する。
【００６９】
その後、スパッタリング法によって、全面にわたって、結晶化を助長するための触媒物質としてのＮｉを１ｎｍの厚さに蒸着する。蒸着されたＮｉは、二酸化シリコン膜４の窓領域５の部分では非晶質シリコン膜２上に直に蒸着され、他の部分では二酸化シリコン膜４上に蒸着される。Ｎｉが表面に蒸着された基板部に対して、加熱炉内で摂氏５８０度、３時間の熱処理を行う。非晶質シリコン膜２上に蒸着されたＮｉによって、ＮｉＳｉ２の微小な結晶が形成される。このＮｉＳｉ２の微小な結晶成長は、非晶質シリコン膜２の表面にＮｉが蒸着された窓領域５から、二酸化シリコン膜４に覆われた非晶質シリコン膜２の領域に向かって横方向に結晶成長して移動し、その後に針状のシリコン結晶が形成される。なお、二酸化シリコン膜４上に蒸着されたＮｉは、非晶質シリコン膜２の結晶化には関与しない。
【００７０】
この針状シリコン結晶の成長の様子を図４（ａ）に模式的に示している。ここでは、一部の針状結晶の成長の様子を示しているが、窓領域５の細線部１側エッジ１５の法線方向１６から略３５度傾いた方向に針状のシリコン結晶１７および１８が枝分かれしながら成長する。この針状結晶は、成長方向が＜１１１＞方位を有するシリコン結晶になっている。
【００７１】
ここで、細線部１の長手方向と、窓領域５の細線部１側エッジ１５の法線方向１６とが略３５度傾いて形成しているので、２方向の針状結晶のうち、片方の針状のシリコン結晶１７の成長部分１９が細線部１内に成長を続けていく。針状のシリコン結晶の幅は、１００ｎｍ程度であるので、細線部１の幅をこれよりも狭くしておくことによって、図４（ｂ）に示すように、一つの細線部１には通常１本の針状シリコン結晶１９のみが入り込む。
【００７２】
また、図４（ｃ）に示すように、隣接する２本の針状シリコン結晶１９Ａおよび１９Ｂが細線部１内に同時に入り込んだ場合は、そのまま２本の針状結晶が成長を続ける。この場合、２本の針状結晶の境界は、細線部１の長手方向に伸びるだけであり、細線部１を幅方向に横切ることはない。このため、接合特性を悪化させる要因とはならない。
【００７３】
このようにして作製された結晶性シリコン膜６を用いて、本実施形態１の結晶性薄膜ダイオード１０を作製する場合について説明する。
【００７４】
まず、二酸化シリコン膜４を希弗酸により全面エッチングし、全面にリン（Ｐ）を膜厚方向の平均濃度が１×１０１７個／ｃｍ−３になるように注入する。
【００７５】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＴＥＯＳガスおよびＯ３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、全面に２００ｎｍの二酸化シリコン膜７を形成する。さらに、フォトリソグラフィー工程によりレジスト８をパターニングして、細線部１の一部を含むように細線部１の片側上（図２（ｃ）では左側）の二酸化シリコン膜７を露出させる。次に、レジスト８をマスクとして、二酸化シリコン膜７を通して結晶性シリコン膜６にボロン（Ｂ）を膜厚方向の平均濃度が１×１０２０個／ｃｍ−３になるように注入する。これによって、細線部１内にｐ−ｎ接合が形成される。
【００７６】
さらに、レジスト８を除去した後、図３（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィー工程によりレジスト１１をパターニングして、両広面領域の他方領域（図の右側；触媒添加がされていない領域）に開口部１２を形成する。さらに、レジスト１１をマスクとして、二酸化シリコン膜７を通して結晶性シリコン膜６にＰを膜厚方向の平均濃度が１×１０２０個／ｃｍ−３になるように注入する。レジスト１１を除去した後、炉内で５５０℃、５時間の熱処理を行って、触媒物質としてのＮｉを、Ｐが高濃度に注入された領域にゲッタリングする。
【００７７】
さらに、フォトリソグラフィー工程とＣＦ４ガスおよびＣＨＦ３ガスを用いたＲＩＥ法とによって、二酸化シリコン膜７をエッチングして、図３（ｅ）に示すように、両広面領域の結晶性シリコン膜６上に各コンタクトホール１３をそれぞれ形成する。
【００７８】
その後、図３（ｆ）に示すように、スパッタリング法によってＡｌ膜を全面に形成する。さらに、フォトリソグラフィー工程とＢＣｌ３ガスおよびＣｌ２ガスを用いたＲＩＥ法とによってＡｌ膜をパターニングして電極１４を形成し、結晶性薄膜ダイオード１０を作製する。その後、必要に応じて、多層配線を形成したり、その上に保護膜を形成して、結晶性薄膜半導体装置を作製する。
【００７９】
以上により、本実施形態１によれば、結晶性薄膜ダイオード１０のｐ−ｎ接合部が細線部１に結晶成長された一本の針状結晶または幅方向に隣接して成長された二本の針状結晶内に形成されるため、細線部１の幅方向に接合部を貫くような結晶粒界が存在せず、かつ、針状結晶内の触媒物質濃度が低い、単結晶を用いた場合に近い良好な特性を有する結晶性薄膜ダイオードを作製することができる。
（実施形態２）
本実施形態２では、本発明の結晶性薄膜半導体装置の他の一例として結晶性薄膜トランジスタの場合について説明する。
【００８０】
図５は、本実施形態２の結晶性薄膜トランジスタの概略構成を示す上面図である。
【００８１】
図５に示すように、この結晶性薄膜トランジスタ２０は、基板上に形成された両広面領域間の細線部１を有する非晶質半導体膜としての非晶質シリコン膜に対して、細線部１に接続される片側の広面領域（図５では左側）に触媒物質が添加されて固相成長により結晶成長が為されて結晶性半導体膜としての結晶性シリコン膜６が形成され、この結晶性シリコン膜６の細線部１内にトランジスタ領域としてのチャネル領域が形成されている。各コンタクトホール２５をそれぞれ介して結晶性シリコン膜６に接続するソース電極２６およびドレイン電極２７がそれぞれ設けられている。即ち、半導体装置としての結晶性薄膜トランジスタ２０は、基板上に形成した結晶性シリコン膜６の細線部１内の一つまたは二つの針状結晶内に、チャネル領域を有している。
【００８２】
図６および図７はそれぞれ、図５の結晶性薄膜トランジスタを作製するための各工程を順次説明するための上面図である。
【００８３】
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、上記実施形態１の場合と同様にして、ガラス基板上に細線部１を有する結晶性シリコン膜６を形成する。
【００８４】
このようにして作製された結晶性シリコン膜６を用いて、結晶性薄膜トランジスタ２０を作製する。
【００８５】
まず、二酸化シリコン膜４を希弗酸により全面エッチングし、その上に、図６（ｃ）に示すように、ＴＥＯＳガスおよびＯ３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、全面に５０ｎｍのゲート絶縁膜２１を形成する。さらに、スパッタリング法によってタングステン（Ｗ）膜を厚み４００ｎｍに形成して、フォトリソグラフィー工程とＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを用いたＲＩＥ法とによってエッチングし、細線部１上に交差するようにゲート電極２２を形成する。
【００８６】
次に、図７（ｄ）に示すように、ＴＥＯＳガスおよびＯ３ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって二酸化シリコン膜２３を膜厚１００ｎｍに形成し、その上に、ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガスおよびＮ２ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜２４を膜厚５００ｎｍで形成する。
【００８７】
さらに、ＣＦ４ガスおよびＣＨＦ３ガスを用いたＲＩＥ法によって窒化シリコン膜２４、二酸化シリコン膜２３およびゲート絶縁膜２１の一部をエッチングして、両広面領域の結晶性シリコン膜６上に各コンタクトホール２５をそれぞれ形成する。このコンタクトホール２５に対して、イオンドーピング法によってＰまたはＢを膜厚方向の平均濃度が１×１０２０個/ｃｍ−３になるように注入する。但し、Ｂが注入されたｐ型トランジスタのソース領域およびドレイン領域の一部には、Ｂの注入量以上に、例えばＰを膜厚方向の平均濃度が２×１０２０個/ｃｍ−３になるように注入した領域を形成する。炉内で５５０℃、５時間の熱処理を行って、触媒物質としてのＮｉをＰの注入領域にゲッタリングさせる。
【００８８】
その後、図７（ｅ）に示すように、スパッタリング法によってＡｌ膜を全面に形成する。さらに、フォトリソグラフィー工程とＢＣｌ３ガスおよびＣｌ２ガスを用いたＲＩＥ法とによってＡｌ膜をパターニングしてソース電極２６およびドレイン電極２７を形成し、結晶性薄膜トランジスタ２０を作製する。その後、必要に応じて多層配線を形成したり、更にその上に保護膜を形成して、結晶性薄膜半導体装置を作製する。
【００８９】
本実施形態２によれば、細線部１の長手方向がトランジスタ２０のチャネル長方向に設定されているため、チャネル内にトランジスタ特性を低下させるような結晶粒界が存在せず、かつ、チャネル内の触媒物質濃度が低い、単結晶を用いた場合に近い良好な特性を有する結晶性薄膜トランジスタ２０を作製することができる。
（実施形態３）
本実施形態３では、非晶質半導体膜２の固相成長後に、少なくとも細線部１上にエネルギービームを照射して結晶性を向上させる場合である。
【００９０】
図８（ａ）〜図８（ｃ）はそれぞれ、本実施形態３の結晶性薄膜ダイオードまたは結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置３０を作製する各工程を順次説明するための上面図である。
【００９１】
図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、上記実施形態１，２の場合と同様にして固相成長までを行い、ガラス基板上に細線部１を有する結晶性シリコン膜６を形成する。
【００９２】
次に、図８（ｃ）に示すように、エキシマレーザ光３１を走査方向３２に移動させながら照射して、結晶性シリコン膜６を溶融再結晶化させて、結晶性を向上させる。このときのエキシマレーザ光３１の波長は、結晶化させたい非晶質シリコン膜２による吸収係数が基板部を構成するいずれの材料の吸収係数よりも大きくなるように設定される。このときの照射部は、少なくともｐ−ｎ接合またはチャネル領域が形成される細線部１を含むようにする。
【００９３】
その後、上記実施形態１，２の場合と同様にして、結晶性薄膜ダイオード１０または結晶性薄膜トランジスタ２０などの結晶性薄膜半導体装置３０を作製するかまたは、必要に応じて、多層配線を形成したり、更にその上に保護膜を形成して結晶性薄膜半導体装置３０を作製する。
【００９４】
以上により、本実施形態３によれば、固相成長を行った後にレーザ光などのエネルギービームを照射することにより、結晶性シリコン膜６の結晶性をさらに改善して、特性がより良好な結晶性薄膜半導体装置３０を作製することができる。
（実施形態４）
本実施形態４では、結晶性シリコン膜６の両広面領域間に細線部１を複数個、並列に接続して形成し、大きな電流を流すことが可能な結晶性薄膜ダイオードまたは結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置を作製する場合である。
【００９５】
図９は、本実施形態４の結晶性薄膜半導体装置の要部構成例を示す上面図である。
【００９６】
図９に示すように、まず、上記実施形態１の場合と同様に、ガラス基板上の全面にわたって、窒化シリコン膜を膜厚２００ｎｍと、その上に、二酸化シリコン膜３を膜厚１００ｎｍと、それ上に非晶質シリコン膜２を膜厚５０ｎｍに順次形成する。さらに、両広面領域間に、複数の５０ｎｍ幅の細線部１が並列に接続されるように非晶質シリコン膜２をパターニングして熱処理により固相成長を行い、結晶性シリコン膜６を作製する。このときの細線部１の数は、ダイオードまたはトランジスタに流したい電流によって決定すればよい。
【００９７】
その後、上記実施形態１，２の場合と同様にして、結晶性薄膜ダイオードまたは結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置４０を作製するか、または、必要に応じて、多層配線を形成したり、更にその上に保護膜を形成して結晶性薄膜半導体装置４０を作製する。
【００９８】
以上により、本実施形態４によれば、複数個、並列に接続された細線部１にｐ−ｎ接合部またはチャネル領域が形成されているため、大きな電流を流すことが可能な結晶性薄膜ダイオードまたは結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置４０を作製することができる。
（実施形態５）
本実施形態５では、両広面領域間に細線部１が複数個、並列に接続されて形成された非晶質半導体膜２の固相成長後に、少なくとも細線部１にエネルギービームを照射して結晶性を向上させる場合である。
【００９９】
図１０は、本実施形態５の結晶性薄膜半導体装置の要部構成例を示す上面図である。
【０１００】
図１０に示すように、上記実施形態４の場合と同様に、ガラス基板上に窒化シリコン膜、二酸化シリコン膜３および非晶質シリコン膜２を順次形成する。この非晶質シリコン膜２を、両広面領域間に複数の５０ｎｍ幅の細線部１が並列に接続されるようにパターニングして非晶質シリコン膜２の固相成長までを行い、結晶性シリコン膜６を作製する。
【０１０１】
次に、エキシマレーザ光３１を走査方向３２に移動させながら照射して、結晶性シリコン膜６を溶融再結晶化させて、結晶性シリコン膜６の結晶性を向上させる。
【０１０２】
その後、上記実施形態１，２の場合と同様にして、結晶性薄膜ダイオードまたは結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置５０を作製するか、または、必要に応じて、多層配線を形成したり、更にその上に保護膜を形成して結晶性薄膜半導体装置５０を作製する。
【０１０３】
本実施形態５によれば、両広面領域間に複数個並列に接続された細線部１に、ｐ−ｎ接合、ｐ−ｉ−ｎ接合またはチャネル領域が形成されているため、より大きな電流を流すことが可能な結晶性薄膜ダイオードまたは結晶性薄膜トランジスタなどの結晶性薄膜半導体装置５０を作製することができる。また、固相成長を行った後にレーザ光などのエネルギービームを照射することにより、結晶性シリコン膜６の結晶性をさらに改善して、特性がより良好な結晶性薄膜半導体装置５０を作製することができる。
（実施形態６）
本実施形態６では、上記実施形態１〜５のいずれかの方法で作製された結晶性薄膜半導体装置を備えた液晶ディスプレイについて説明する。
【０１０４】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、本実施形態６の液晶ディスプレイの概略構成を説明するための要部断面図である。
【０１０５】
図１１（ａ）に示すように、液晶ディスプレイ６０は、下側の基板部６０Ａと上側の基板部６０Ｂとが対向して配設され、これらの間に液晶層６０Ｃが挟持されて構成されている。
【０１０６】
この基板部６０Ａは、ガラス基板６１上に窒化シリコン膜６２および二酸化シリコン膜３が順次形成され、更にその上にトランジスタを構成する結晶性シリコン膜６が形成されている。さらに、この結晶性シリコン膜６を覆って全面にゲート絶縁膜６３が形成され、このゲート絶縁膜６３を介して結晶性シリコン膜６のチャネル領域と重畳するようにゲート電極６４が形成されている。さらに、このゲート電極６４上を覆うように二酸化シリコン膜６５および窒化シリコン膜６６が形成され、これらのゲート絶縁膜６３、二酸化シリコン膜６５および窒化シリコン膜６６には結晶性シリコン膜６のソース領域およびドレイン領域にそれぞれ達するように各コンタクトホールが形成されている。窒化シリコン膜６６上には互いに離隔されたソース電極６７およびドレイン電極６８が形成されており、ソース電極６７およびドレイン電極６８はそれぞれ、これらのゲート絶縁膜６３、二酸化シリコン膜６５および窒化シリコン膜６６にそれぞれ設けられた各コンタクトホールを介して結晶性シリコン膜６のソース領域およびドレイン領域とそれぞれ接続されている。
【０１０７】
以上により形成された薄膜トランジスタ７０を覆うように全面に樹脂膜６９が形成され、樹脂膜６９にはドレイン電極６８に達するようにスルーホールが形成されている。樹脂膜６９上には画素電極としてＩＴＯ膜７１が形成され、樹脂膜６９に設けられたスルーホールを介してドレイン電極６８と接続されている。ＩＴＯ膜７１上には液晶分子を配向させるための配向膜としてポリイミド膜７２が形成されている。
【０１０８】
基板部６０Ｂは、図７（ｂ）に示すように、ガラス基板７３上に、カラーフィルタ７４、対向電極としてのＩＴＯ膜７５および配向膜としてのポリイミド膜７６がこの順に形成されている。この基板部６０Ｂのポリイミド膜７６と基板部６０Ａのポリイミド膜７２とが液晶層６０Ｃを挟んで対向して配設されている。
【０１０９】
この液晶ディスプレイ６０は、例えば以下のようにして作製することができる。
【０１１０】
まず、上記実施形態１〜５のいずれかの方法によって、ガラス基板６１上に結晶性薄膜半導体装置を作製する。
【０１１１】
次に、図１１（ａ）に示すように、ソース電極６７およびドレイン電極６８を作製した後、全面に樹脂膜６９を形成し、ドレイン電極６８上の樹脂膜６９にスルーホールを形成する。
【０１１２】
このスルーホールを介してドレイン電極６８と接続されるように、スッパタリング法によりＩＴＯ膜７１を形成し、フォトリソグラフィー工程とＨＣＬおよびＦｅＣｌ３を用いたエッチング工程とによりパターニングして画素電極を形成する。このＩＴＯ膜７１上に、配向膜となるポリイミド膜７２をオフセット印刷法を用いて形成し、これにラビング処理を行う。
【０１１３】
一方、図１１（ｂ）に示すように、他のガラス基板７３上にＲ（赤）、Ｇ（緑）および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させた後、フォトリソグラフィ工程によりパターニングを行い、さらに、Ｒ、ＧおよびＢの各感光性樹脂が転写された部分の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７４を作製する。
【０１１４】
このカラーフィルタ７４上に、スパッタリング法によってＩＴＯ膜７５を基板部の全面にわたって形成し、これを対向電極とする。このＩＴＯ膜７５上に、配向膜となるポリイミド膜７６をオフセット印刷法によって形成し、これにラビング処理を行う。
【０１１５】
以上のようにして作製された図１１（ａ）に示す結晶性薄膜トランジスタ７０などの結晶性薄膜半導体装置が形成された素子側基板としての基板部６０Ａと、図７（ｂ）に示すカラーフィルタ７４などが形成された対向側基板としての基板部６０Ｂとを、ラビング処理を施したポリイミド膜７２，７６の各面同士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わせる。この際、２枚の基板部６０Ａ，６０Ｂ間のスペースが一定になるように、基板部６０Ａ，６０Ｂ間にスペーサとして真球状のシリカを散布する。両基板部６０Ａ，６０Ｂ間に表示媒体となる液晶材料を封入した後、両基板部６０Ａ，６０Ｂの液晶層６０Ｃ側とは反対側の面に偏光板などを貼り付けて液晶ディスプレイ６０を作製する。
【０１１６】
したがって、本実施形態６によれば、マトリクス状に配列された各画素部をスイッチングするスイッチング素子としての特性が優れた結晶性薄膜半導体装置（結晶性薄膜トランジスタ７０）を備えているため、表示状態がより良好な液晶ディスプレイ６０などのディスプレイ装置を実現することができる。
【０１１７】
以上により、上記実施形態１〜６によれば、触媒物質を添加して細線部１内に一つまたは二つの針状結晶を成長させ、この細線部１内にｐ−ｎ接合を有する結晶性薄膜ダイオード１０または７０を作製するか、細線部１の少なくとも一部をチャネル領域とする結晶性薄膜トランジスタ２０などを作製する。また、細線部１外に触媒物質をゲッタリングする。この場合、これらのｐ−ｎ接合領域またはチャネル領域内に結晶粒界がなく、触媒物質濃度が低くなり、単結晶を用いた場合に近い特性のダイオードやトランジスタを作製することができる。これらの結晶性薄膜半導体装置を用いて、開口率の高い液晶ディスプレイ装置６０や周辺回路を内蔵したディスプレイ装置６０を作製できる。これによって、ｐ−ｎ接合領域またはチャネル形成領域の半導体膜の結晶性を良好にして、特性に悪影響を及ぼす不純物濃度を極力低減して、良好な特性の結晶性薄膜半導体装置を作製することができる。
【０１１８】
なお、上記実施形態１〜５では、細線部１の形成をフォトリソグラフィー工程とエッチング工程により行っているが、レーザービームによる光ＣＶＤ法などを用いて、成膜時に非晶質半導体膜を細線状に成膜してもよい。
【０１１９】
また、上記実施形態１〜５では、半導体膜にシリコン材料を用いているが、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＰなどの半導体膜でもよく、また、これらの混晶であってもよい。
【０１２０】
さらに、上記実施形態ではｐ−ｎ接合を形成したが、高速のダイオードを作製したい場合や、感度の高い受光デバイスを形成したい場合等には、ｐ−ｎ接合に代えてｐ−ｉ−ｎ接合を形成してもよい。
【０１２１】
さらに、上記実施形態３，５では、固相成長後のエネルギービーム照射にエキシマレーザ光を用いたが、他のレーザ光でもよく、また、パルスレーザ光や連続波レーザ光などでもよい。さらに、レーザ光以外のエネルギー密度の高い光であってもよい。
【０１２２】
さらに、上記実施形態６では、ディスプレイ装置として液晶ディスプレイ６０について説明したが、有機薄膜ＥＬディスプレイなど、他のディスプレイ装置にも本発明は適用可能である。また、上記実施形態６では、スイッチング素子を構成する結晶性薄膜半導体装置として薄膜トランジスタ７０を作製したが、薄膜ダイオードを用いてもよい。
【０１２３】
なお、上記実施形態では、本発明の結晶性半導体膜を備えた半導体装置、例えば結晶性薄膜ダイオードや結晶性薄膜トランジスタについて説明したが、この場合に、結晶性薄膜ダイオードのｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部、結晶性薄膜トランジスタのチャネル領域については、細線部内の針状結晶に設けるように構成したが、これに限らず、細線部外の結晶性半導体膜であっても、単結晶を用いた場合に近い良好な特性を得るという本発明の目的を達成できれば、結晶性薄膜ダイオードとして、本発明の結晶性半導体膜（細線部内外を含む）にｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部を設けてもよいし、また、結晶性薄膜トランジスタとして、本発明の結晶性半導体膜（細線部内外を含む）にチャネル領域を設けてもよい。例えば細線部外の結晶性半導体膜やこれを含むように、例えば細線部と広面部の付け根位置に広面部側に膨れた平面視曲線形状のｐ−ｎ接合部またはｐ−ｉ−ｎ接合部や、チャネル領域を設けることは可能である。
【０１２４】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜６を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜６に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜６の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、例えば非晶質シリコン膜などの非晶質半導体膜を熱処理により横方向に結晶成長させる結晶性半導体膜の作製方法、結晶性半導体膜、この方法を用いた半導体装置の製造方法、半導体装置、この結晶性半導体膜を用いてｐ−ｎ接合領域やｐ−ｉ−ｎ接合領域を形成する結晶性薄膜ダイオードの製造方法、結晶性薄膜ダイオード、この結晶性半導体膜を用いてチャネル領域を形成する結晶性薄膜トランジスタの製造方法、結晶性薄膜トランジスタおよびこれを用いたディスプレイ装置の分野において、ｐ−ｎ接合領域またはｐ−ｉ−ｎ接合領域に結晶粒界がなく、かつ、触媒物質濃度が低い結晶性薄膜ダイオードや、チャネル領域に結晶粒界がなく、かつ、触媒物質濃度が低い結晶性薄膜トランジスタを作製でき、その結果、単結晶を用いた場合に近い特性の薄膜ダイオードや薄膜トランジスタなどの半導体装置を作製できる。この半導体装置を用いて、開口率の高い液晶ディスプレイ装置や周辺回路を内蔵したディスプレイ装置など得ることができて、モニタ部や表示部を備えた電子機器（電子情報機器）に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本実施形態１の結晶性薄膜ダイオードの概略構成を示す上面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１の結晶性薄膜ダイオードを作製する各工程（その１）を順次説明するための上面図である。
【図３】（ｄ）〜（ｆ）は、図１の結晶性薄膜ダイオードを作製する各工程（その２）を順次説明するための上面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図２（ｂ）で針状シリコン結晶の成長の様子を示す模式図である。
【図５】本実施形態２の結晶性薄膜トランジスタの概略構成を示す上面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図５の結晶性薄膜トランジスタを作製する各工程（その１）を順次説明するための上面図である。
【図７】（ｄ）および（ｅ）は、図５の結晶性薄膜トランジスタを作製する各工程（その２）を順次説明するための上面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態３の結晶性薄膜半導体装置を作製する各工程を順次説明するための上面図である。
【図９】本実施形態４の結晶性薄膜半導体装置の要部構成例を示す上面図である。
【図１０】本実施形態５の結晶性薄膜半導体装置の要部構成例を示す上面図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態６の液晶ディスプレイの概略構成を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１  細線部
２  非晶質シリコン膜
３，４，７  二酸化シリコン膜
５  二酸化シリコン膜の窓領域
６  結晶性シリコン膜
８，１１  レジスト
１０  結晶性薄膜ダイオード
１２  開口部
１３  コンタクトホール
１４  電極
１５  窓領域の細線部側エッジ
１６  窓領域の細線部側エッジの法線方向
１７  ＜１１１＞方位に成長された針状のシリコン結晶
１８  別の＜１１１＞方位に成長された針状のシリコン結晶
１９  針状結晶の成長部分
１９Ａ，１９Ｂ  針状シリコン結晶
２０，７０  結晶性薄膜トランジスタ
２１  ゲート絶縁膜
２２  ゲート電極
２３  二酸化シリコン膜
２４  窒化シリコン膜
２５  コンタクトホール
２６  ソース電極
２７  ドレイン電極
３０，４０，５０  結晶性薄膜半導体装置
３１  エキシマレーザ光
３２  エキシマレーザ光の走査方向
６０  液晶ディスプレイ
６０Ａ，６０Ｂ  基板部
６１，７３  ガラス基板
６２  窒化シリコン膜
６３  ゲート絶縁膜
６４  ゲート電極
６５  二酸化シリコン膜
６６  窒化シリコン膜
６７  ソース電極
６８  ドレイン電極
６９  樹脂膜
７１，７５  ＩＴＯ膜
７２，７６  ポリイミド膜
７４  カラーフィルタ
【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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【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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