(57)【要約】【課題】  電気絶縁性基板の耐熱性が低い場合でもこの電気絶縁性基板上に高品質の多結晶シリコン膜を形成することが可能な多結晶シリコン膜の製造方法を提供する。【解決手段】  電気絶縁性基板上にスパッタ法によって非晶質シリコン膜を形成し、前記非晶質シリコン膜に該非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーよりも低エネルギー密度の電磁波を照射して、該非晶質シリコン膜に含まれる不活性ガス成分を実質的に全て放散させた後に、前記脱ガス工程を経た非晶質シリコン膜に電磁波を照射して該非晶質シリコン膜を多結晶化することによって解決した。【選択図】      なし            【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性基板上にスパッタ法によって非晶質シリコン膜を形成する成膜工程と、
前記非晶質シリコン膜に該非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーよりも低エネルギー密度の電磁波を照射して、該非晶質シリコン膜に含まれる不活性ガス成分を実質的に全て放散させる脱ガス工程と、
前記脱ガス工程を経た非晶質シリコン膜に電磁波を照射して該非晶質シリコン膜を多結晶化する多結晶化工程と、
を含むことを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。
【請求項２】
前記脱ガス工程で前記非晶質シリコン膜に照射する電磁波がパルス光であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
【請求項３】
前記脱ガス工程で前記非晶質シリコン膜に照射するパルス光の１パルスのエネルギー密度と前記結晶化エネルギーとの差が１０ｍＪ／ｃｍ２ 以内であることを特徴とする請求項２に記載の多結晶シリコン膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多結晶シリコン膜の製造方法に関し、更に詳しくは、電気絶縁性基板上に多結晶シリコン膜を形成する多結晶シリコン膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタやフォトダイオード等の半導体素子の材料としては、今日、シリコンが最も多用されている。例えば、多くの大規模集積回路では単結晶シリコン基板を利用して半導体素子が形成されており、アクティブマトリックス駆動型の表示パネル等では、ガラスや合成樹脂等からなる電気絶縁性基板上に設けられた非晶質シリコン膜又は多結晶シリコン膜を利用して半導体素子が形成されている。
【０００３】
高性能の半導体素子を形成するためには単結晶シリコンを利用することが好ましいが、耐熱性の低い電気絶縁性基板上に単結晶シリコン膜を形成することは困難であるので、このような電気絶縁性基板上に高性能の半導体素子を形成しようとする場合には、多結晶シリコン膜が利用される。
【０００４】
電気絶縁性基板上に高品質の多結晶シリコン膜を形成する方法としては、減圧化学的気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）法、スパッタ法等によって先ず非晶質シリコン膜を成膜し、この非晶質シリコン膜に熱アニール又はレーザアニールを施して多結晶化するという方法が知られている。電気絶縁性基板の耐熱温度が５５０℃程度より低い場合は、通常、電気絶縁性基板上にＰＥＣＶＤ法又はスパッタ法によって非晶質シリコン膜を成膜し、この非晶質シリコン膜にレーザアニールを施して多結晶化する。
【０００５】
ＰＥＣＶＤ法で成膜される非晶質シリコン膜は水素化非晶質シリコン膜であり、比較的多量の水素を含有している。この水素化非晶質シリコン膜をそのままレーザアニールに付すと、レーザアニール時に水素が放出されて膜表面があれるため、通常、膜中の水素を放出させる脱水素処理が予め施される。この脱水素処理は、例えば、真空環境下で４００〜５００℃程度の熱アニールを施すことによって行われる。
【０００６】
一方、スパッタ法により成膜される非晶質シリコン膜は水素を含有していない非晶質シリコン膜であり、例えば非特許文献１に記載されているように、そのままレーザアニールに付される。スパッタ法によれば、成膜時の基板温度を低温にして非晶質シリコン膜を成膜することができるので、電気絶縁性基板として耐熱性の低いものを利用することができる。
【非特許文献１】『Excimer Laser Crystallization and Doping of a-Si Films Sputterd below 100℃』（D.P.Gosain, J.Westwater and S. Usui, AM-LCD '97, pp.51-54；第５１頁右欄下から第２７行〜第５２頁左欄第１０行参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、スパッタ法により成膜された非晶質シリコン膜中には、成膜雰囲気として用いた不活性ガス成分が微量ながらも含有されており、この不活性ガス成分は、非晶質シリコン膜を多結晶化する際に急激に放散して、膜表面を粗面化させる。そして、表面が粗面化された多結晶シリコン膜を利用して形成された半導体素子では、その電気特性が低くなる。非晶質シリコン膜中の不活性ガス成分は、当該非晶質シリコン膜を真空中、３００℃程度以上で熱アニールすることによって放散させることができるが、電気絶縁性基板の耐熱温度がこの熱アニール温度よりも低い場合には、熱アニールによって放散させることはできない。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気絶縁性基板の耐熱性が低い場合でもこの電気絶縁性基板上に高品質の多結晶シリコン膜を形成することが可能な多結晶シリコン膜の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成する本発明の多結晶シリコン膜の製造方法は、電気絶縁性基板上にスパッタ法によって非晶質シリコン膜を形成する成膜工程と、前記非晶質シリコン膜に該非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーよりも低エネルギー密度の電磁波を照射して、該非晶質シリコン膜に含まれる不活性ガス成分を実質的に全て放散させる脱ガス工程と、前記脱ガス工程を経た非晶質シリコン膜に電磁波を照射して該非晶質シリコン膜を多結晶化する多結晶化工程と、を含むことを特徴とする（以下、この製造方法を「製造方法Ｉ」ということがある。）。
【００１０】
ここで、本発明でいう「電磁波」は可視光及び紫外光を包含する。また、本発明でいう「非晶質シリコン膜に含まれる不活性ガス成分を実質的に全て放散させる」とは、非晶質シリコン膜に含まれる不活性ガス成分を、多結晶化工程での不活性ガス成分の急激な放散に起因する膜表面の粗面化が目視では確認できないレベルとなるまで、放散させることを意味する。
【００１１】
本発明の製造方法Ｉでは、スパッタ法により電気絶縁性基板上に非晶質シリコン膜を成膜するので、成膜時の基板温度を容易に低くすることができる。また、上記の脱ガス工程では、例えばビーム状の電磁波を非晶質シリコン膜の１照射スポット当たり極短時間照射することによって不活性ガス成分を放散させることが可能であるので、電気絶縁性基板の耐熱性が低くても、この電気絶縁性基板がその耐熱温度以上に加熱されるのを抑制することができる。さらに、脱ガス工程で非晶質シリコン膜に照射する電磁波のエネルギー密度が非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーよりも低いので、非晶質シリコン膜の溶融を容易に抑えることができ、結果として、不活性ガス成分の急激な放散も容易に抑えることができる。そして、非晶質シリコン膜に含まれる不活性ガス成分を脱ガス工程で実質的に全て放散させるので、多結晶化工程での不活性ガス成分の急激な放散も抑えられる。脱ガス工程及び多結晶化工程で不活性ガス成分の急激な放散を抑制することができれば、膜表面の粗面化も抑えられるので、多結晶化工程を経て得られる多結晶シリコン膜の品質も高くなる。
【００１２】
したがって、本発明の製造方法Ｉによれば、電気絶縁性基板の耐熱性が低い場合でもこの電気絶縁性基板上に高品質の多結晶シリコン膜を形成することが可能になる。
【００１３】
本発明の製造方法Ｉにおいては、（１）前記脱ガス工程で前記非晶質シリコン膜に照射する電磁波がパルス光である（以下、この製造方法を「製造方法II」ということがある。）こと、が好ましい。
【００１４】
本発明の製造方法IIでは、非晶質シリコン膜にパルス光を照射することによって脱ガス工程を行うので、非晶質シリコン膜への照射エネルギーの制御が容易になり、結果として、不活性ガス成分の急激な放散を抑制することも容易になる。したがって、本発明の製造方法IIによれば脱ガス工程での不活性ガス成分の急激な放散を抑制することが容易になるので、高品質の多結晶シリコン膜を製造することが容易になる。
【００１５】
本発明の製造方法IIにおいては、（２）前記脱ガス工程で前記非晶質シリコン膜に照射するパルス光の１パルスのエネルギー密度と前記結晶化エネルギーとの差が１０ｍＪ／ｃｍ２ 以内である（以下、この製造方法を「製造方法III」 ということがある。）こと、が好ましい。
【００１６】
本発明の製造方法III によれば、脱ガス工程で非晶質シリコン膜に照射するパルス光の１パルスのエネルギー密度と非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーとの差を上記の範囲内としたので、たとえパルス光の１パルスのエネルギー密度が不可避的に変動したとしても、非晶質シリコン膜中の不活性ガス成分の急激な放散を抑制しつつ当該不活性ガス成分を放散させることが容易になる。その結果として、高品質の多結晶シリコン膜を製造することも容易になる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の多結晶シリコン膜の製造方法によれば、電気絶縁性基板の耐熱性が低い場合でもこの電気絶縁性基板上に高品質の多結晶シリコン膜を形成することが可能になるので、多結晶シリコン膜を利用して高性能の半導体素子が形成された回路等を得るための製造コストを低減することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の多結晶シリコン膜の製造方法は、上述のように成膜工程、脱ガス工程、及び多結晶化工程を含んでいる。以下、各工程について詳述する。
【００１９】
（１）成膜工程；
成膜工程では、電気絶縁性基板上にスパッタ法によって非晶質シリコン膜を形成する。上記の電気絶縁性基板としては、石英、単成分ガラス、多成分ガラス、樹脂等によって形成されたものを用いることができる。どのような材質の電気絶縁性基板を用いるかは、製造しようとする多結晶シリコン膜の用途や製造コスト等を考慮して、適宜選択可能である。多結晶シリコン膜を利用して高性能の半導体素子が形成された回路等を低コストの下に得るという観点からは、多成分ガラスや樹脂等によって形成された耐熱温度３００℃程度以下の安価な電気絶縁性基板を用いることが好ましい。
【００２０】
また、電気絶縁性基板の形態は、製造しようとする多結晶シリコン膜の用途等に応じて、板状、シート状、フィルム状等、適宜選定可能である、本発明においては、電気絶縁性材料によって形成された板状物の他に、電気絶縁性材料によって形成されたシート状物やフィルム状物等も「電気絶縁性基板」と称するものとする。
【００２１】
一方、上記のスパッタ法としては、マグネトロンスパッタ法、２極グロースパッタ法、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマスパッタ法、イオンビームスパッタ法等、種々のスパッタ法を適用することができる。成膜時の基板温度をできるだけ低くして大面積の非晶質シリコン膜を成膜しようとする場合には、高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタ法を適用することが好ましい。
【００２２】
スパッタ法での非晶質シリコン膜の成膜は、シリコン製ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを成膜雰囲気として用いて、必要に応じて基板ホルダーを冷却しながら行うことができる。成膜圧力は、適用するスパッタ法の種類に応じて、０．３〜５．０Ｐａ程度の範囲内で適宜選定可能である。成膜する非晶質シリコン膜の膜厚は、製造しようとする多結晶シリコン膜の用途等に応じて、０．０１〜１．０μｍ程度の範囲内で適宜選定可能である。
【００２３】
なお、必要に応じて、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物等によって膜厚１００〜３０００ｎｍ程度の基板保護膜を電気絶縁性基板と非晶質シリコン薄膜との間に設けることができる。この基板保護膜を設けることにより、後述する多結晶化工程での電気絶縁性基板の昇温を抑えることが容易になるので、電気絶縁性基板として耐熱性の低いものを利用することも容易になる。
【００２４】
（２）脱ガス工程；
脱ガス工程では、成膜工程で成膜した非晶質シリコン膜に電磁波を照射して、この非晶質シリコン膜に含まれている不活性ガス成分を実質的に全て放散させる。このとき、非晶質シリコン膜にその結晶化エネルギーよりも高エネルギー密度の電磁波を照射すると、非晶質シリコン膜が溶融し、結晶化すると共に非晶質シリコン膜に含まれていた不活性ガス成分が急激に放散して膜表面が粗面化し、後述する結晶化工程を経て得られる多結晶シリコン膜の品質が低下する。
【００２５】
このため、脱ガス工程では、エネルギー密度が非晶質シリコン膜にその結晶化エネルギーよりも低い電磁波を照射して、不活性ガス成分の急激な放散を防止しつつ当該不活性ガス成分を放散させる。なお、非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーは、５１０〜５２０ｃｍ−１に現れる結晶シリコンのピーク強度をラマン散乱分光法によって測定することにより求めることができ、電磁波のエネルギー密度は、電磁波をパワーメータで測定することによって求めることができる。
【００２６】
電磁波の照射は、ラインビーム状のパルス光を非晶質シリコン膜上で走査することによって行うことが好ましい。個々の照射スポットでのパルス数は、パルス光の１パルスのエネルギー密度に応じて、適宜選定される。不活性ガス成分の急激な放散を確実に防止するという観点からは、パルス光としてエキシマパルスレーザ光を用いることが特に好ましい。エキシマパルスレーザ光は、エネルギー密度を高め易く、かつ、個々の照射スポットでのパルス数を制御することによって非晶質シリコン膜に所望のエネルギーを短時間のうちに確実に付与し易い。結果として、不活性ガス成分の急激な放散を抑制しつつ短時間のうちに不活性ガス成分を確実に放散させることが容易になる。
【００２７】
パルス光の１パルスのエネルギー密度は、非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーの６０〜９７％程度とすることが好ましい。この値が６０％未満では、非晶質シリコン膜から不活性ガス成分を放散させることが困難になったり、不活性ガス成分を放散させるのに長時間を要するようになったりする。一方、上記の値が９７％を超えると、パルス光の出力のバラツキに起因して、非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーよりも高エネルギー密度のパルス光が照射される危険性が高まり、結果として、不活性ガス成分が急激に放散する危険性も高まる。
【００２８】
パルス光の１パルスのエネルギー密度と非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーとの差が１０ｍＪ／ｃｍ２ 程度以下であれば、１照射スポット当たりのパルス数を少なくしても、非晶質シリコン膜中の不活性ガス成分の急激な放散を抑制しつつ当該不活性ガス成分を放散させることが容易になるので、最終的に高品質の多結晶シリコン膜を短時間で製造することが容易になる。例えば、非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーが１５０ｍＪ／ｃｍ２ 程度である場合には、パルス光の１パルスのエネルギー密度を１５０ｍＪ／ｃｍ２ 未満、１４０ｍＪ／ｃｍ２ 以上とすることが好ましい。
【００２９】
ただし、パルス光の出力のバラツキに起因して非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーよりも高エネルギー密度のパルスが照射されてしまうのを抑制するという観点からは、パルス光の出力のバラツキも考慮して当該パルス光の照射条件を選定することが好ましい。例えば、パルス光の１パルスのエネルギー密度を低めに設定し、各照射スポットに複数パルスずつ照射することにより、パルス光の出力のバラツキに起因して個々の照射スポットに上記の結晶化エネルギーとの差が１０ｍＪ／ｃｍ２ 程度以下のエネルギー密度を有するパルスが１回以上照射され、かつ、上記の結晶化エネルギーより高エネルギー密度のパルスが１回も照射されない、といった条件を選定することが好ましい。
【００３０】
（３）多結晶化工程；
多結晶化工程では、脱ガス工程を経た非晶質シリコン膜に電磁波を照射して溶融、再結晶化させ、この非晶質シリコン膜を多結晶化する。電磁波の照射は、ビーム状の電磁波を非晶質シリコン膜上で走査することによって行うことが好ましい。個々の照射スポットでの電磁波のエネルギー密度を非晶質シリコン膜の結晶化エネルギー以上とすることにより、各照射スポットで非晶質シリコン膜を溶融、再結晶化させて、多結晶シリコン膜を得ることができる。電磁波の照射は、１０Ｐａ程度以下の真空中で行うことが好ましい。
【００３１】
上記の電磁波としては連続波を用いることもできるが、非晶質シリコン膜への照射エネルギーの制御を容易にするという観点からはパルス波を用いることが好ましく、特にエキシマパルスレーザ光を用いることが好ましい。多結晶化工程で用いる電磁波と前述した脱ガス工程で用いる電磁波とを同じ装置により発生させることにより、多結晶シリコン膜の製造コストを抑え易くなる。
【００３２】
なお、多結晶化工程には、必要に応じて、イオン注入法等によって非晶質シリコン膜にドナー又はアクセプタを添加するサブ工程を含ませることができる。このサブ工程を含ませる場合には、サブ工程を行った後の非晶質シリコン膜（ドナー又はアクセプタが添加されたもの）に上述の電磁波を照射して、添加した不純物（ドナー又はアクセプタ）の活性化と非晶質シリコン膜の多結晶化とを行う。あるいは、不純物の活性化を行った後にシリコン膜の多結晶化を行う。
【００３３】
以上説明した成膜工程、脱ガス工程、及び多結晶化工程を順次行うことにより、電気絶縁性基板の耐熱性が低い場合でもこの電気絶縁性基板上に高品質の多結晶シリコン膜を形成することが可能になる。その結果として、多結晶シリコン膜を利用して高性能の半導体素子が形成された回路等を得るための製造コストを低減することも可能になる
【実施例】
【００３４】
＜実施例１＞
（成膜工程）；
まず、電気絶縁性基板として厚さ１．１ｍｍの青板ガラス（ソーダライムガラス板）を用意し、この青板ガラスの片面に膜厚５００ｎｍのシリコン酸化物膜をＲＦマグネトロンスパッタ法により成膜した。シリコン酸化物膜は基板保護膜として利用するものであり、成膜にあたっては酸化シリコンをターゲットとして用い、成膜雰囲気はアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ２ ）ガスとの混合雰囲気（酸素ガスの割合は２５体積％）とした。また、成膜圧力は０．５Ｐａとし、投入電力は２．０ｋＷとし、基板温度は室温とした。
【００３５】
次に、シリコン製ターゲットを用いたＲＦマグネトロンスパッタ法により、上記のシリコン酸化物膜上に膜厚５０ｎｍの非晶質シリコン膜を成膜した。このとき、成膜雰囲気はＡｒガス雰囲気とし、成膜圧力０．２Ｐａ、投入電力２．０ｋＷ、基板温度室温の条件の下に成膜を行った。得られた非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーをラマン散乱分光法により求めたところ、１３０ｍＪ／ｃｍ２ であった。
【００３６】
（脱ガス工程）；
上記の非晶質シリコン膜にパルス幅が３０ｎ秒のＸｅＣｌエキシマパルスレーザ光を照射して、この非晶質シリコン膜に含まれる不活性ガス（Ａｒガス）成分を放散させた。このとき、非晶質シリコン膜に照射される１パルス当たりのレーザ光のエネルギー密度が平均で１２０ｍＪ／ｃｍ２ となるように条件設定し、１照射スポット当たり５パルスのレーザ光を照射した。
【００３７】
（多結晶化工程）；
脱ガス工程を経た非晶質シリコン膜にパルス幅が３０ｎ秒のＸｅＣｌエキシマパルスレーザ光を照射して、この非晶質シリコン膜を多結晶化した。このとき、非晶質シリコン膜に照射される１パルス当たりのレーザ光のエネルギー密度が平均で２５０ｍＪ／ｃｍ２ となるように条件設定し、１照射スポット当たり５パルスのレーザ光を照射した。この多結晶化工程まで行うことにより、多結晶シリコン膜が得られた。
【００３８】
＜実施例２＞
脱ガス工程で非晶質シリコン膜に照射するＸｅＣｌエキシマパルスレーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度を平均で１００ｍＪ／ｃｍ２ とし、かつ１照射スポット当たり５０パルスのレーザ光を照射した以外は実施例１と同じ条件の下に成膜工程、脱ガス工程、及び多結晶化工程を行って、多結晶シリコン膜を得た。
【００３９】
＜比較例１〜２＞
脱ガス工程で非晶質シリコン膜に照射するＸｅＣｌエキシマパルスレーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度を平均で１５０ｍＪ／ｃｍ２ 又は２５０ｍＪ／ｃｍ２ とした以外は実施例１と同じ条件の下に、成膜工程及び脱ガス工程を行った。脱ガス工程後にシリコン膜の結晶性をラマン散乱分光法により確認したところ多結晶であったので、多結晶化工程は省略した。
【００４０】
＜比較例３〜４＞
脱ガス工程で非晶質シリコン膜に照射するＸｅＣｌエキシマパルスレーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度を平均で１００ｍＪ／ｃｍ２ 又は１３０ｍＪ／ｃｍ２ とした以外は実施例１と同じ条件の下に成膜工程、脱ガス工程、及び多結晶化工程を行って、多結晶シリコン膜を得た。
【００４１】
＜評価１＞
実施例１〜２及び比較例１〜４で得られた各多結晶シリコン膜を目視により観察して、表面の平滑性及び白濁の有無を評価した。また、脱ガス工程後、及び多結晶化工程後（ただし、比較例１〜２については脱ガス工程後のみ）にラマン散乱分光法により膜の結晶性を測定した。これらの結果を、脱ガス工程及び多結晶化工程それぞれでのレーザ光の照射条件と共に表１に示す。
【００４２】
【表１】
2005327925.tif 000002
【００４３】
表１から明らかなように、実施例１〜２で得られた各多結晶シリコン膜は、膜表面が平滑で、かつ白濁が認められない良好なものである。これに対し、脱ガス工程で非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーよりも高エネルギー密度のレーザ光を照射した比較例１〜２の各多結晶シリコン膜は、前述のように脱ガス工程で多結晶化してしまい、膜表面の凹凸に起因する白濁が明確に認められるものであった。これは、脱ガス工程で不活性ガス（Ａｒガス）成分が急激に放散したことに起因するものと考えられる。
【００４４】
また、脱ガス工程で非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーよりも低エネルギー密度のレーザ光を照射した比較例３の多結晶シリコン膜は、脱ガス工程を行った段階では良好な膜であったが、結晶化工程後においては膜表面の凹凸に起因する白濁が僅かに認められる膜となった。これは、脱ガス工程での不活性ガス（Ａｒガス）成分の放散が不十分で、多結晶化工程において不活性ガス成分が急激に放散したことに起因するものと考えられる。
【００４５】
そして、脱ガス工程で非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーと同等のエネルギー密度のレーザ光を照射した比較例４の多結晶シリコン膜は、脱ガス工程を行った段階で膜表面の凹凸に起因する白濁が僅かに認められる膜となり、多結晶化工程後においても同様の性状のままであった。これは、脱ガス工程で不活性ガス（Ａｒガス）成分が急激に放散したことに起因するものと考えられる。
【００４６】
＜実施例３＞
（成膜工程）；
非晶質シリコン膜を成膜するにあたっての成膜圧力を１．０Ｐａにすると共に投入電力を１．０ｋＷにし、他は実施例１と同じ条件の下に成膜工程を行って、青板ガラス上に基板保護膜を介して非晶質シリコン膜を形成した。この非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーをラマン散乱分光法により求めたところ、１５０ｍＪ／ｃｍ２ であった。
【００４７】
（脱ガス工程及び多結晶化工程）；
脱ガス工程で非晶質シリコン膜に照射するＸｅＣｌエキシマパルスレーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度を平均で１４０ｍＪ／ｃｍ２ とし、他は実施例１と同じ条件の下に脱ガス工程及び多結晶化工程を行って、多結晶シリコン膜を得た。
【００４８】
＜実施例４＞
脱ガス工程で非晶質シリコン膜に照射するＸｅＣｌエキシマパルスレーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度を平均で１２０ｍＪ／ｃｍ２ とし、かつ１照射スポット当たり５０パルスのレーザ光を照射した以外は実施例３と同じ条件の下に成膜工程、脱ガス工程、及び多結晶化工程を行って、多結晶シリコン膜を得た。
【００４９】
＜比較例５＞
脱ガス工程で非晶質シリコン膜に照射するＸｅＣｌエキシマパルスレーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度を平均で２５０ｍＪ／ｃｍ２ とした以外は実施例３と同じ条件の下に、成膜工程及び脱ガス工程を行った。脱ガス工程後にシリコン膜の結晶性をラマン散乱分光法により確認したところ結晶質であったので、多結晶化工程は省略した。
【００５０】
＜比較例６〜７＞
脱ガス工程で非晶質シリコン膜に照射するＸｅＣｌエキシマパルスレーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度を平均で１２０ｍＪ／ｃｍ２ 又は１５０ｍＪ／ｃｍ２ とした以外は実施例３と同じ条件の下に成膜工程、脱ガス工程、及び多結晶化工程を行って、多結晶シリコン膜を得た。
【００５１】
＜評価２＞
実施例３〜４及び比較例５〜７で得られた各多結晶シリコン膜を目視により観察して、表面の平滑性を評価した。また、脱ガス工程後、及び多結晶化工程後（ただし、比較例５については脱ガス工程後のみ）にラマン散乱分光法により膜の結晶性を測定した。これらの結果を、脱ガス工程及び多結晶化工程それぞれでのレーザ光の照射条件と共に表２に示す。
【００５２】
【表２】
2005327925.tif 000003
【００５３】
表２から明らかなように、実施例３〜４で得られた各多結晶シリコン膜は、膜表面が平滑で、かつ白濁が認められない良好なものである。これに対し、脱ガス工程で非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーよりも高エネルギー密度のレーザ光を照射した比較例５の多結晶シリコン膜は、前述した比較例１〜２の各多結晶シリコン膜と同様に脱ガス工程で多結晶化してしまい、膜表面の凹凸に起因する白濁が明確に認められるものであった。
【００５４】
また、脱ガス工程で非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーよりも低エネルギー密度のレーザ光を照射した比較例６の多結晶シリコン膜は、前述した比較例３の多結晶シリコン膜と同様に、膜表面の凹凸に起因する白濁が僅かに認められる膜となった。そして、脱ガス工程で非晶質シリコン膜の結晶化エネルギーと同等のエネルギー密度のレーザ光を照射した比較例７の多結晶シリコン膜も、前述した比較例４の多結晶シリコン膜と同様に、膜表面の凹凸に起因する白濁が僅かに認められる膜となり、多結晶化工程後においても同様の性状のままであった。