(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に複数の結晶粒で構成される半導体膜を有し、
前記結晶粒の粒径は、幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上であり、
前記基板表面に垂直な方向を第１方向とし、前記第１方向を法線ベクトルとする面を第１面とすると、前記第１面における前記複数の結晶粒で構成される半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛２１１｝方位が４割以上であり、
前記基板表面に平行かつ前記結晶粒の長径方向に平行な方向を第２方向とし、前記第２方向を法線ベクトルとする面を第２面とすると、前記第２面における前記複数の結晶粒で構成される半導体膜の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１０｝方位は５割以上であり、
前記基板表面に平行かつ前記第２方向に垂直な方向を第３方向とし、前記第３方向を法線ベクトルとする面を第３面とすると、前記第３面における前記複数の結晶粒で構成される半導体膜の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１１｝方位は４割以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、前記半導体膜は珪素であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
基板の上方に下地絶縁膜を形成し、
前記下地絶縁膜の上方に半導体膜を形成し、
前記半導体膜の上方にキャップ膜を２００ｎｍ以上の厚さで形成し、
前記キャップ膜を介して前記半導体膜にレーザビームを走査させながら照射して前記半導体膜を結晶化させ、
前記結晶化された半導体膜の結晶粒の粒径は、幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上であり、
前記基板表面に垂直な方向を第１方向とし、前記第１方向を法線ベクトルとする面を第１面とすると、前記第１面における前記結晶化された半導体膜の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内における｛２１１｝方位の割合は４割以上であり、
前記レーザビームの走査方向および前記基板表面に平行な方向を第２方向とし、前記第２方向を法線ベクトルとする面を第２面とすると、前記第２面における前記結晶化された半導体膜の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内における｛１１０｝方位の割合は５割以上であり、
前記レーザビームの走査方向と垂直かつ前記基板表面に平行な方向を第３方向とし、前記第３方向を法線ベクトルとする面を第３面とすると、前記第３面における前記結晶化された半導体膜の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内における｛１１１｝方位の割合は４割以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項３において、前記半導体膜は、珪素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記レーザビームは、連続発振のレーザまたは発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか１項において、前記キャップ膜をゲート絶縁膜として用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項３乃至請求項６のいずれか１項において、前記下地絶縁膜の下方に剥離層を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを半導体膜に照射することにより結晶構造を有する半導体膜を形成する技術及びこの技術を用いて形成した結晶構造を有する半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）等の半導体装置に関する。また、その作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス基板上に形成された非晶質半導体膜にレーザビームを照射し、結晶構造を有する半導体膜（以下、結晶性半導体膜）を形成するレーザ結晶化技術が広く研究されている。結晶性半導体膜を用いるのは、非晶質半導体膜と比較して高い移動度を有するためである。このため、この結晶性半導体膜を用いてＴＦＴを形成し、例えば、１枚のガラス基板上に、画素部用、または、画素部用と駆動回路用のＴＦＴを形成したアクティブマトリクス型の液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等に利用されている。
【０００３】
結晶化方法には、ファーネスアニール炉を用いた熱アニール法や、瞬間熱アニール法（ＲＴＡ法）、レーザアニール法（レーザ照射による結晶化法）等が挙げられるが、熱アニール法などのように固相成長法を用いる場合、６００℃以上の高温処理を行うため、その高熱に耐えうる高価な石英基板が必要になり、製造コストを上昇させる。一方、結晶化にレーザを用いた場合では、基板の温度をあまり上昇させることなく半導体膜にのみ熱を吸収させ結晶化することができる。そのため、基板にガラスやプラスチックなどの融点が低い物質を使用できる。これにより、安価で大面積に加工が容易なガラス基板を用いることができるようになり、生産効率が著しく向上した。
【０００４】
レーザ結晶化方法の一つに、パルスレーザであるエキシマレーザによる結晶化方法がある。エキシマレーザの波長は紫外域に属しており、珪素に対する吸収率が高い。そのため、エキシマレーザを用いると、珪素へ選択的に熱を与えることができる。例えば、エキシマレーザを用いる場合、レーザ発振器から射出される約１０ｍｍ×３０ｍｍの矩形状のレーザビームを、光学系によって、幅が数百μｍで長さが３００ｍｍ以上の線状のビームスポットに加工して基板上の珪素に照射する。ここで、アスペクト比が高い矩形状、または楕円状のことを線状と呼ぶ。線状に加工されたビームスポットを基板上の珪素に対して相対的に走査させながら照射することにより、アニールを行い、結晶性珪素膜を得る。ビームスポットを走査させる方向を、ビームスポットの長さ（長軸）方向に対して直角方向にすることで高い生産性が得られる。
【０００５】
レーザ結晶化方法の別の方法として、連続発振のレーザ（以下、「ＣＷレーザ」と記す。ＣＷ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ）レーザや繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上と高いパルスレーザによる結晶化方法がある。これらのレーザを線状のビームスポットに形成し、このビームスポットを走査しながら半導体膜に照射して、結晶性珪素膜を得る。この方法を用いることにより、エキシマレーザを照射して得られる結晶と比較して、粒径が非常に大きな結晶（以下、大粒径結晶と称する）領域を有する結晶性珪素膜を形成することができる（例えば、特許文献１を参照）。この大粒径結晶をＴＦＴのチャネル領域に使用すると、チャネル方向には結晶粒界がほとんど含まれないため、電子や正孔などのキャリアに対する電気的障壁が低くなる。その結果、移動度１００ｃｍ２／Ｖｓ程度のＴＦＴの作製が可能となる。
【特許文献１】特開２００５−１９１５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のレーザを用いた結晶化で得られる大粒径結晶は、隣接する大粒径結晶間で結晶粒の面方位が全く異なるという特徴を持ち、レーザビームの照射領域内に形成される各大粒径結晶粒の面方位はランダムであり、一方向に制御できていない。したがって、この大粒径結晶からなる半導体膜を活性層としてＴＦＴを作製した場合、チャネルとなる半導体膜の結晶粒の面方位は複数のＴＦＴ間によって異なる。そのため、それぞれのＴＦＴの電気的特性は、結晶粒の面方位の違いを起因とするばらつきを持つ。また、隣接する結晶間で面方位が異なると、結晶粒界におけるトラップ準位が、面方位が同じ場合の粒界と比較して大きくなるため、ＴＦＴの電気的特性を悪化させる。
【０００７】
ＣＷレーザや繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いた結晶化は、レーザ発振器から射出されたレーザビームを光学系によって長さが５００μｍ、幅が２０μｍ程度の線状に整形して、半導体膜上を１０〜２００ｃｍ／ｓｅｃ程度の一定速度で走査させながら照射することで行う。通常、図２（Ｂ）に示すように、基板０１、下地絶縁膜０２上に半導体膜０３が形成されている状態でレーザビームが照射される。このとき、得られる結晶は図２（Ａ）に示すように、レーザのエネルギー密度と密接な関係が存在し、エネルギー密度の上昇とともに、微結晶、小粒径結晶、大粒径結晶と変化していく。
【０００８】
ここでいう小粒径結晶とは、エキシマレーザを照射したときに形成される結晶と同様のものである。エキシマレーザを半導体膜に照射すると、半導体膜の表面層のみが部分的に溶融し、半導体膜と下地絶縁膜との界面に無数の結晶核がランダムに発生する。次に、結晶核から冷え固まる方向、つまり半導体膜と下地絶縁膜の界面から半導体膜の表面に向かう方向に結晶が成長する。よって比較的小さな結晶が無数に形成される。
【０００９】
ＣＷレーザや繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いた結晶化でも、レーザビームの端部が照射された部分のように、小粒径結晶が形成される部分がある。それは、半導体膜が完全溶融するために必要な熱が半導体膜に供給されず、半導体膜が部分的に溶融している結果と理解できる。
【００１０】
次に、半導体膜が完全に溶融する条件、すなわち図２（Ａ）において、エネルギーがＥ３以上のレーザビームを照射して結晶化を行うと、大粒径結晶が形成される。このとき、完全溶融した半導体膜中では無数の結晶核が発生し、固液界面の移動とともにそれぞれの結晶核からレーザビームの走査方向へ結晶成長する。なお、本明細書においては、レーザビームの走査方向を、結晶粒の長径方向とも表記する。また、結晶粒の長径方向に垂直な方向を、結晶粒の短径方向とも表記する。この結晶核の発生する位置は無作為であるため、不均一に結晶核が分布する。そして、互いの結晶粒がぶつかり合ったところで結晶成長が終了するため、結晶粒の位置と大きさ、および結晶粒の面方位はランダムなものとなる。
【００１１】
そこで、結晶粒の位置と大きさ、および結晶粒の面方位の確認をするために、大粒径結晶が形成されている珪素膜を試料にしてＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）測定を行った。ＥＢＳＰとは、走査型電子顕微鏡にＥＢＳＰ検出器を接続し、走査型電子顕微鏡内で高傾斜した試料に収束電子ビームを照射したときに発生する個々の結晶の回折像（ＥＢＳＰ像）の方位を解析し、方位データと測定点の位置情報（ｘ，ｙ）から試料の結晶粒の面方位を測定する方法である。図３にその結果を示す。
【００１２】
図３において、（Ａ）は観察面Ａにおける面方位分布、（Ｂ）は観察面Ｂにおける面方位分布、（Ｃ）は観察面Ｃにおける面方位分布をそれぞれ示し、（Ｄ）は（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）における面方位を示す。また、図３（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）は順に観察面Ａ、観察面Ｂ、観察面Ｃにおける面方位出現度数分布をそれぞれ示し、（Ｈ）は（Ｅ）、（Ｆ）および（Ｇ）における度数である。
【００１３】
ＥＢＳＰ測定の測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．２５μｍである。なお、図３に示す結果は、図４に示すように、基板４１０上に下地絶縁膜４１１を形成し、この下地絶縁膜４１１上に非晶質半導体膜４１７を形成した。非晶質半導体膜４１７にレーザビームを照射して結晶化を行い、互いに垂直な３つのベクトル（ベクトルａ、ベクトルｂ、ベクトルｃ）を法線ベクトルとする３つの面を観察面Ａ４１３、観察面Ｂ４１４、観察面Ｃ４１５とし、観察面の面方位の測定を行った結果である。なお、ここでレーザビームの走査方向４１６とベクトルｃは平行である。この３面からの情報より、高精度で大粒径結晶４１２内の面方位を特定することができる。いずれの観察面から観察した場合でも、面方位、結晶粒の大きさ、および結晶成長の方向にばらつきがあることが確認された。
【００１４】
さらに、大粒径結晶が形成される条件よりも高いエネルギーを半導体膜に与えると、半導体膜がスプリット（はがれ）、またはアブレーション（除去）される。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
結晶粒の位置、大きさ、および結晶粒の面方位がランダムになる理由は、以下に示すような結晶成長が起こるためである。半導体膜に一度に大量の熱が与えられると、半導体膜は完全溶融する。この半導体膜中に大量の結晶核が発生し、これらの結晶核が元となり、無秩序な結晶成長が起こる。本発明者は、無秩序な結晶成長を抑えることが重要であると考えた。
【００１６】
本発明は、上記の問題に鑑み、ＣＷレーザや繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いた結晶化で得られるそれぞれの結晶粒の面方位を、レーザビームの照射領域内で一方向もしくは実質的に一方向とみなせる方向に制御することを目的とするものである。本明細書では、隣接する粒状結晶間の結晶面方位が一方向もしくは実質的に一方向とみなせる方向に制御された結晶を、近似的に単結晶と見なすことができることから準単結晶と呼ぶ。準単結晶中に存在する結晶粒界は、隣接する結晶間で面方位が異なるときの結晶粒界と比較し、粒界に含まれる欠陥の数が少なく、電気的障壁が小さい。
【００１７】
具体的な面方位の制御方法は、以下の通りになる。
【００１８】
まず、半導体膜上に絶縁膜（以下、キャップ膜とする）を形成する。このキャップ膜は、レーザビームの照射によって完全溶融した半導体膜が１つの面方位に配向して結晶成長を行うように膜厚が最適化される。キャップ膜としては、半導体膜に熱が到達し、半導体膜を溶融するのに十分な透過率を持つ材質を用いる。キャップ膜は、固くて緻密な膜であることが好ましい。キャップ膜を形成することによって、レーザビームが半導体膜に吸収され発生する熱を効率的に結晶化に利用でき、より低いエネルギー密度でレーザ結晶化を行うことができる。キャップ膜は溶融した半導体膜の粘性が低下することを抑える効果、反射防止効果や蓄熱効果などがあると考えられる。
【００１９】
また、レーザビームの照射は、照射された領域の半導体膜が完全に溶融する下限のエネルギー密度（以下、Ｅ１とする）よりわずかに高いエネルギーで行う。本発明では、照射された領域の半導体膜が完全に溶融するだけのエネルギーがあればよいので、レーザビームのエネルギーの最低限度はＥ１となる。また、上限は大粒径結晶が形成されはじめるエネルギー（以下、Ｅ２とする）である。つまり、本発明を行うことができるレーザビームのエネルギーをＥとすると、Ｅの範囲は、Ｅ１≦Ｅ＜Ｅ２となる。しかし、半導体膜に与える熱量を必要最小限に抑えることによって、必要以上に結晶核が発生することや、溶融した半導体膜の粘性が低下することを抑えることができる。そのため、Ｅ１≦Ｅ≦｛（Ｅ１＋Ｅ２）／２｝となるように照射するレーザビームのエネルギーＥの範囲を調節することがより好ましい（図１（Ａ））。
【００２０】
このようにレーザビームのエネルギーを制御することによって、加熱による半導体膜の乱流を低減し、安定な結晶成長を促すことができる。以上、図１（Ｂ）に示すように、基板０１、下地絶縁膜０２上に形成され、キャップ膜０４を有する半導体膜０３に、半導体膜０３が完全に溶融をすることが可能なエネルギー密度Ｅ１以上のエネルギーを持つレーザビームを照射すると、半導体膜０３を準単結晶化し、結晶粒の面方位を制御することが可能となる。
【００２１】
本発明を用いて形成された半導体膜の表面は、従来の大粒径結晶より小さい粒径の結晶粒がレーザビームの照射領域に一様に形成されている。個々の結晶粒は、幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上である。隣り合う粒界が互いに平行であることが特徴である。この領域では、レーザビームの走査方向と平行な向きに結晶粒が成長しており、その結晶粒の面方位は一方向に揃っているとみなすことができることを特徴とする。また、±１０°の角度揺らぎの範囲内では、特定の方位に配向している比率が０．４以上であることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明を用いて形成された半導体膜は、レーザラマン分光法による測定で、５１６〜５１８ｃｍ−１にシフトしたピークが観測され（ラマン測定時の入射レーザ光の偏光方向をレーザ結晶化の走査方向に垂直としたとき）、測定範囲内においてピークのばらつきが変動係数２０％以下であることを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体装置は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜を有し、この結晶粒は幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上である。この基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向を法線ベクトルとする面を第１面とすると、第１面における半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛２１１｝方位が４割以上であることを特徴とする。
【００２４】
本発明の半導体装置は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜を有し、この結晶粒は幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上である。この基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向を法線ベクトルとする面を第１面とすると、第１面における半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛２１１｝方位が４割以上である。さらに、基板の表面に平行かつ結晶粒の長径方向に平行な方向を第２の方向とし、この第２方向を法線ベクトルとする面を第２面とすると、第２面における半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１０｝方位は５割以上であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の半導体装置は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜を有し、この結晶粒は幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上である。基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向を法線ベクトルとする面を第１面とすると、第１面における半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛２１１｝方位が４割以上である。さらに、第１の方向および結晶粒の長径方向に垂直な、結晶粒の短径方向を第３方向とし、この第３方向を法線ベクトルとする面を第３面とすると、第３面における半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１１｝方位は４割以上であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の半導体装置は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜を有し、この結晶粒は幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上である。基板の表面に平行かつ結晶粒の長径方向に平行な方向を第２方向とし、この第２方向を法線ベクトルとする面を第２面とすると、第２面における半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１０｝方位が５割以上である。さらに、基板表面に平行かつ第２方向に垂直な方向を第３方向とし、この第３方向を法線ベクトルとする面を第３面とすると、第３面における半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１１｝方位は４割以上であることを特徴とする。
【００２７】
なお、±１０°の角度揺らぎの範囲内とは、ある面方位からのずれが−１０°から＋１０まで範囲ということを示しており、ある面方位がゆらぐ角度の範囲として、±１０°の範囲を許容していることを意味する。例えば、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛２１１｝方位とは、面方位｛２１１｝から−１０°ずれている結晶から＋１０°ずれている結晶までを、面方位｛２１１｝の結晶に含むことを意味する。
【００２８】
上記の半導体装置において、半導体膜は珪素であることを特徴とする。また、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）なども用いることができる。
【００２９】
また、上記の半導体装置において半導体膜の厚さは２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００３０】
また、上記の特性を持つ半導体装置の例として、薄膜トランジスタ、駆動回路、電源回路、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、メモリ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、抵抗素子、コイル、容量素子、インダクタ、画素、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）、センサなどを挙げることができる。
【００３１】
また、上記の特性を持つ半導体装置を用いて、さまざまな電子機器を作製することができる。例えば、薄膜集積回路装置、画像表示装置、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、反射型プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置、携帯型の情報処理端末、ゲーム機器、コンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置などを挙げることができる。
【００３２】
本発明の半導体装置の作製方法は、下地絶縁膜を形成し、この下地絶縁膜上に半導体膜を形成し、この半導体膜にキャップ膜を２００ｎｍ以上の厚さで形成し、このキャップ膜を介して半導体膜にレーザビームを照射することによって、半導体膜を結晶化させることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明の半導体装置の作製方法は、基板上に下地絶縁膜を形成し、この下地絶縁膜上に半導体膜を形成し、この半導体膜上にキャップ膜を２００ｎｍ以上の厚さで形成し、このキャップ膜を介して半導体膜にレーザビームを相対的に走査させながら照射することによって半導体膜を結晶化させることを特徴とする。このようにして形成された半導体膜の結晶粒の粒径は、幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上である。また、基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向を法線ベクトルとする面を第１面とすると、結晶化された半導体膜の第１面における面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛２１１｝方位の割合が４割以上であることを特徴とする。
【００３４】
また、本発明の半導体装置の作製方法は、基板上に下地絶縁膜を形成し、この下地絶縁膜上に半導体膜を形成し、この半導体膜上にキャップ膜を２００ｎｍ以上の厚さで形成し、このキャップ膜を介して半導体膜にレーザビームを相対的に走査させながら照射することによって半導体膜を結晶化させることを特徴とする。このようにして形成された半導体膜の結晶粒の粒径は、幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上である。基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向を法線ベクトルとする面を第１面とすると、第１面における結晶化された半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛２１１｝方位の割合が４割以上である。さらにレーザビームの走査方向および基板の表面に平行な方向を第２方向とし、この第２方向を法線ベクトルとする面を第２面とすると、第２面における結晶化された半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１０｝方位の割合は５割以上であることを特徴とする。
【００３５】
また、本発明の半導体装置の作製方法は、基板上に下地絶縁膜を形成し、この下地絶縁膜上に半導体膜を形成し、この半導体膜上にキャップ膜を２００ｎｍ以上の厚さで形成し、このキャップ膜を介して半導体膜にレーザビームを相対的に走査させながら照射することによって半導体膜を結晶化させることを特徴とする。このようにして形成された半導体膜の結晶粒の粒径は、幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上である。基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、この第１方向を法線ベクトルとする面を第１面とすると、第１面における結晶化された半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛２１１｝方位の割合が４割以上である。さらに、レーザビームの走査方向と垂直かつ基板の表面に平行な方向を第３方向とし、この第３方向を法線ベクトルとする面を第３面とすると、第３面における結晶化された半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内における｛１１１｝方位の割合が４割以上であることを特徴とする。
【００３６】
また、本発明の半導体装置の作製方法は、基板上に下地絶縁膜を形成し、この下地絶縁膜上に半導体膜を形成し、この半導体膜上にキャップ膜を２００ｎｍ以上の厚さで形成し、このキャップ膜を介して半導体膜にレーザビームを相対的に走査させながら照射することによって半導体膜を結晶化させることを特徴とする。このようにして形成された半導体膜の結晶粒の粒径は、幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上である。レーザビームの走査方向および基板の表面に平行な方向を第２方向とし、この第２方向を法線ベクトルとする面を第２面とすると、第２面における結晶化された半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１０｝方位の割合は５割以上である。さらに、レーザビームの走査方向と垂直かつ基板の表面に平行な方向を第３方向とし、この第３方向を法線ベクトルとする面を第３面とすると、第３面における結晶化された半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内における｛１１１｝方位の割合が４割以上であることを特徴とする。
【００３７】
また、上記の半導体装置の作製方法において、半導体膜は珪素であることを特徴とする。また、半導体膜はシリコンゲルマニウムまたはＳｉＣを用いることもできる。
【００３８】
上記の半導体装置の作製方法において、半導体膜の膜厚は２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることを特徴とする。半導体膜の膜厚が８０ｎｍ以上であると膜厚方向への結晶成長も発生し、面方位が一方向に揃いにくくなる。
【００３９】
上記の半導体装置の作製方法において、連続発振のレーザまたは発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いることを特徴とする。
【００４０】
また、上記の半導体装置の作製方法において、半導体膜上に形成したキャップ膜をゲート絶縁膜として用いてもよいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４１】
本発明により、ガラスやプラスチックなどの融点が低い材質からなる絶縁基板上に、結晶粒径が大きくかつ隣接する結晶粒同士の面方位が一方向もしくは実質的に一方向とみなせる方向にそろった結晶、つまり限りなく単結晶に近い準単結晶の半導体膜を形成することが可能となる。さらに、この準単結晶の半導体膜を用いることにより、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、かつ素子間において特性のばらつきの小さい半導体素子又は半導体素子群を集積して構成される半導体装置及びその作製方法を提供することができる。
【００４２】
さらに、本発明で形成される準単結晶の半導体膜は、結晶欠陥が非常に少ない。この準単結晶をＴＦＴの活性層に用いることにより、高い歩留まりで高品質の半導体装置を作製することができる。
【００４３】
また、本発明が示すように半導体膜上にキャップ膜を形成することにより、レーザビームが半導体膜に吸収され発生する熱を効率的に結晶化に利用でき、より低いエネルギー密度でレーザ結晶化を行うことができるようになる。これはキャップ膜が反射防止効果や蓄熱効果などを持つためであると考えられる。したがって、キャップ膜を形成した半導体膜と、キャップ膜を形成しない半導体膜に同じ規格のレーザ発振器を用いてレーザ結晶化を行うと、キャップ膜を形成した半導体膜を用いる方がキャップ膜を形成しない半導体膜よりも線状のビームスポットの長さを伸ばすことができる。そのため、単位時間当たりに結晶化できる面積を増やすこと、つまりスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下に本発明の実施の様態を、図面を用いて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００４５】
まず、図５（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板１００として、例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板の片面に、下地絶縁膜１０１として厚さ５０ｎｍ乃至１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜する。さらに、下地絶縁膜１０１上に、半導体膜１０２として、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さ、好ましくは２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さで非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。この半導体膜１０２は、後にレーザにより結晶化される。
【００４６】
基板１００は、可視光線に対して吸収率の低いアルミノホウケイ酸ガラスやバリウムホウケイ酸ガラスなどのガラスを材料とした基板や石英基板などを用いる。その他には、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンテレフタラート）、ＰＥＳ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ  ｓｕｌｆｏｎｅ  Ｒｅｓｉｎ：ポリエーテルサルホン樹脂）、ＰＥＮ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンナフタレート）に代表されるプラスチックや、アクリルなどに代表される合成樹脂を原料とする基板を用いることも可能である。
【００４７】
さらに半導体膜１０２のレーザビームに対する耐性を高めるために、５００℃１時間の熱アニールを半導体膜１０２に対して行う。次に、半導体膜１０２上にキャップ膜１０３として厚さ５００ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜する。なお、キャップ膜１０３は、薄すぎると半導体膜１０２を準単結晶とすることが難しくなるため、２００ｎｍ以上の厚さで成膜するのが好ましい。本実施の形態では、モノシラン（ＳｉＨ４）および亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を反応ガスとして、プラズマＣＶＤ法を用いて窒素を含む酸化珪素膜を成膜する。次に、キャップ膜１０３を介して、半導体膜１０２にレーザビームを照射して半導体膜１０２を結晶化する。
【００４８】
ここではキャップ膜１０３に窒素を含む酸化珪素膜を選択しているが、この他には酸化珪素膜を用いることもできる。キャップ膜１０３は、レーザビームの波長に対し十分な透過率を持ち、熱膨張係数などの熱的な値や延性などの値が隣接する半導体膜１０２と近いものを用いればよい。さらに、キャップ膜１０３はゲート絶縁膜と同等の固く緻密な膜であることが好ましい。固く緻密な膜は、例えば成膜レートを低くすることにより形成することができる。本実施の形態ではキャップ膜１０３を４０ｎｍ／ｍｉｎの成膜レートで成膜する。成膜レートは１ｎｍ／ｍｉｎ以上４００ｎｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは１ｎｍ／ｍｉｎ以上１００ｎｍ／ｍｉｎ以下から適宜選択することができる。
【００４９】
本実施の形態では、キャップ膜１０３に窒素を含む酸化珪素膜を一層だけ形成する例を示したが、材料の種類の異なる複数の膜で構成したキャップ膜を用いてもよい。例えば、窒素を含む酸化珪素膜と酸素を含む窒化珪素膜を積層した絶縁膜や、酸化珪素膜と酸素を含む窒化珪素膜を積層した絶縁膜などをキャップ膜として用いることができる。また、キャップ膜１０３を複数層構成にし、かつ、薄膜による光の干渉効果を利用して、半導体膜１０２への光吸収効率が上がるような構成にしてもよい。以上により、後にレーザビームが照射される面、すなわち被照射面２０８（図６参照）を持つ被処理物が完成する。
【００５０】
本実施の形態においては、半導体膜１０２として非晶質珪素膜の例を示したが、多結晶珪素膜を使用してもよい。例えば多結晶珪素膜は、非晶質珪素膜成膜後、非晶質珪素膜にニッケル、パラジウム、ゲルマニウム、鉄、スズ、鉛、コバルト、銀、白金、銅、金等の元素を微量に添加し、その後５５０℃にて４時間の熱処理を施すことによって形成することができる。さらには、珪素とゲルマニウムや炭素の化合物を半導体膜として使用してもよい。また、下地絶縁膜１０１と基板１００との間に剥離層を設け、工程終了後に基板１００から半導体素子を剥離してもよい。
【００５１】
次に、結晶化に用いるレーザ発振器及びビームスポットを形成する光学系に関して説明する。図６に示すように、レーザ発振器２０１ａ、２０１ｂとして、合計の最大出力が２０Ｗ、ＬＤ励起のＣＷレーザ（ＹＶＯ４、第２高調波（波長５３２ｎｍ））を用意する。特にレーザの波長を第２高調波に限定する必要はないが、第２高調波はエネルギー効率の点で、さらに高次の高調波より優れている。
【００５２】
ＣＷレーザを半導体膜に照射すると、連続的に半導体膜にエネルギーが与えられるため、一旦半導体膜を溶融状態にすると、溶融状態を継続させることができる。さらに、ＣＷレーザビームを走査することによって半導体膜の固液界面を移動させ、この移動の方向に沿って一方向に長い結晶粒を形成することができる。また、固体レーザを用いるのは、気体レーザ等と比較して、出力の安定性が高く、安定した処理が見込まれるためである。なお、ＣＷレーザに限らず、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いることも可能である。繰り返し周波数が高いパルスレーザを用いると、半導体膜が溶融してから固化するまでの時間よりもレーザのパルス間隔が短ければ、常に半導体膜を溶融状態にとどめることができ、固液界面の移動により一方向に長い結晶粒で構成される半導体膜を形成することができる。なお、図６の場合ではレーザ発振器を２台用意したが、出力が十分であれば１台でよい。また、繰り返し周波数が高いパルスレーザを用いた場合は、レーザ発振器は１台でもよい。
【００５３】
本実施の形態では、レーザ発振器２０１ａ、２０１ｂにＹＶＯ４レーザを用いたが、その他のＣＷレーザ及び繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを使用することもできる。例えば、気体レーザとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザ等がある。固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ等がある。また、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＹＶＯ４レーザなどのセラミックスレーザがある。金属蒸気レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ等が挙げられる。
【００５４】
また、レーザ発振器２０１ａ及びレーザ発振器２０１ｂにおいて、レーザビームをＴＥＭ００（シングル横モード）で発振して射出すると、被照射面２０８において得られる線状のビームスポットのエネルギー均一性を上げることができるので好ましい。
【００５５】
レーザ照射の概要は以下の通りである。レーザ発振器２０１ａ、２０１ｂからレーザビーム２０２ａ、２０２ｂをそれぞれ同じエネルギーで射出する。レーザ発振器２０１ｂから射出されたレーザビーム２０２ｂは、波長板２０３を通して偏光方向を変える。レーザビーム２０２ｂの偏光方向を変えるのは、偏光子２０４によって互いに偏光方向が異なる２つのレーザビームを合成するためである。波長板２０３にレーザビーム２０２ｂを通した後、ミラー２１２で反射させ、偏光子２０４にレーザビーム２０２ｂを入射させる。そして、偏光子２０４でレーザビーム２０２ａとレーザビーム２０２ｂを合成する。波長板２０３および偏光子２０４を透過した光が適当なエネルギーとなるように波長板２０３と偏光子２０４を調整する。なお、本実施の形態では、レーザビームの合成に偏光子２０４を用いているが、偏光ビームスプリッターなどの他の光学素子を用いてもよい。
【００５６】
偏光子２０４によって合成されたレーザビーム２０２は、ミラー２０５によって反射され、焦点距離が、例えば１５０ｍｍのシリンドリカルレンズ２０６および焦点距離が、例えば２０ｍｍのシリンドリカルレンズ２０７によって、レーザビームの断面形状を被照射面２０８において線状に整形する。ミラー２０５はレーザ照射装置の光学系の設置状況に応じて設ければよい。シリンドリカルレンズ２０６は、被照射面２０８で形成されるビームスポットの長さ方向に作用し、シリンドリカルレンズ２０７は、その幅方向に作用する。これにより、被照射面２０８において、例えば長さが５００μｍで、幅が２０μｍ程度の線状のビームスポットが形成される。なお、本実施の形態では、線状に成形するためにシリンドリカルレンズを用いているが、これには限らず、球面レンズなどのその他の光学素子を用いてもよい。また、シリンドリカルレンズの焦点距離は上記の値に限らず、自由に設定することができる。
【００５７】
また、本実施の形態では、レーザビームの整形を、シリンドリカルレンズ２０６、２０７を用いて行っているが、レーザビームを線状に引き伸ばすための光学系と、被照射面に細く集光するための光学系を別に設けてもよい。例えば、レーザビームの断面を線状にするためにはシリンドリカルレンズアレイ、回折光学素子、光導波路などを用いることができる。また、レーザ結晶の形状が矩形状のものを用いれば射出段階でレーザビームの断面形状を線状にすることも可能である。セラミックレーザは、レーザ結晶の形状を比較的自由に整形することが可能であるため、そのようなレーザの作製に適している。なお、線状に形成されたレーザビームの断面形状は出来るだけ細い方が好ましく、これにより半導体膜におけるレーザビームのエネルギー密度が上がるため、工程時間を短縮できる。
【００５８】
次にレーザビームの照射方法について説明する。半導体膜が形成された被照射面２０８を比較的高速で動作させるため、吸着ステージ２０９に固定する。吸着ステージ２０９は、Ｘ軸用の一軸ロボット２１０とＹ軸用の一軸ロボット２１１により、被照射面２０８に平行な面上をＸＹ方向に動作できる。線状のビームスポットの長さ方向とＹ軸を一致させて配置する。次に、ビームスポットの幅方向、つまりＸ軸に沿って被照射面２０８を動作させ、レーザビームを被照射面２０８に照射する。ここで、Ｘ軸用の一軸ロボット２１０の走査速度を３５ｃｍ／ｓｅｃ、また、２台のレーザ発振器２０１ａ、２０１ｂからそれぞれ７．５Ｗのエネルギーでレーザビームを射出している。合成後のレーザの出力は１５Ｗとなる。
【００５９】
レーザビームが照射されることによって非晶質半導体膜が完全溶融した領域が形成される。固化される過程でひとつの面方位に結晶が成長し、準単結晶化することができる。なお、ＴＥＭ００モードのレーザ発振器から射出されるレーザビームのエネルギー分布は、一般にガウシアン分布となる。このレーザビームを半導体膜の結晶化プロセスに用いると、レーザビームの中央付近の強度が強い部分のみに準単結晶領域が形成される。なお、レーザビームの照射に用いる光学系によって、準単結晶が形成される領域の幅を変えることができる。例えば、シリンドリカルレンズアレイやフライアイレンズなどのレンズアレイ、回折光学素子、光導波路などを用いることによって、レーザビームの強度を均一化することができる。強度が均一化されたレーザビームを半導体膜に照射することにより、レーザビームが照射された領域のほぼ全てを準単結晶の形成に用いることができる。Ｘ軸用の一軸ロボット２１０の走査速度は、数１０〜数１００ｃｍ／ｓｅｃ程度が適当であり、レーザ発振器の出力に合わせて作業者が適宜決定すればよい。
【００６０】
なお、本実施の形態では、Ｘ軸用の一軸ロボット２１０およびＹ軸用の一軸ロボット２１１を用いて、被照射面２０８である非晶質半導体膜を移動させる方式を用いている。これに限らず、レーザビームの走査は、被照射面２０８を固定してレーザビームの照射位置を移動させる照射系移動型、レーザビームの照射位置を固定して被照射面２０８を移動させる被照射面移動型、または上記２つの方法を組み合わせた方法を用いることができる。
【００６１】
なお、上述したように、上記した光学系によって形成されるビームスポットの長軸方向のエネルギー分布はガウシアン分布であるため、その両端のエネルギー密度の低い箇所では小粒径結晶が形成される。そこで、準単結晶を形成するに充分なエネルギーのみが被照射面２０８に照射されるよう、被照射面２０８の手前にスリット等を設けレーザビームの一部を切り取る構成としてもよいし、キャップ膜１０３である窒素を含む酸化珪素膜上にレーザビームを反射する金属膜等を成膜し、準単結晶化したい箇所のみレーザビームが半導体膜に到達するようパターン形成しておいてもよい。また、レーザ発振器２０１ａ及びレーザ発振器２０１ｂから射出されるレーザビームをより効率的に使用するために、レンズアレイや回折光学素子等のビームホモジナイザを用いて、ビームスポットの長さ方向のエネルギーを一様な分布としてもよい。
【００６２】
さらに、形成された準単結晶領域の幅の分だけ、Ｙ軸用の一軸ロボット２１１を移動させ、再度Ｘ軸用の一軸ロボット２１０を３５ｃｍ／ｓｅｃで走査させる。このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を効率よく結晶化することができる。
【００６３】
その後、図５（Ｃ）に示すように、エッチングを行うことによってキャップ膜１０３を除去する。さらに、準単結晶の半導体膜１０４上にレジストを塗布し、レジストを露光し、現像することによって所望の形状にレジストを形成する。さらに、ここで形成したレジストをマスクとしてエッチングを行い、現像によって露出した準単結晶の半導体膜１０４を除去する。この工程によって、島状の半導体膜１０５が形成される（図５（Ｄ））。
【００６４】
本発明を用いて形成された準単結晶半導体膜は、複数の結晶粒で構成されており、この結晶粒の粒径は、幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上である。
【００６５】
また、本発明を用いて形成された準単結晶半導体膜において、基板の表面に垂直な方向を第１方向、レーザビームの走査方向及び基板の表面に平行な方向を第２方向、レーザビームの走査方向と垂直且つ基板の表面に平行な方向を第３方向とする。さらに、上記第１方向、第２方向、第３方向を法線ベクトルとする面をそれぞれ第１面、第２面、第３面とする。このとき、第１面における半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛２１１｝方位が４割以上である。または、第２面における半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１０｝方位は５割以上である。または、第３面における半導体膜の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１１｝方位は４割以上である。
【００６６】
上記のように、本発明を用いて作製した準単結晶半導体膜は、結晶粒の面方位が一方向、または実質的に一方向とみなすことができる方向に揃っている。つまり、性質は単結晶に近い半導体膜である。このような半導体膜を用いると、半導体装置の性能を大幅に向上させることが可能である。
【００６７】
例えば、ＴＦＴを形成した場合、単結晶半導体を用いた半導体装置と同等の電界効果移動度（モビリティ）を得ることが可能である。また、オン電流値（ＴＦＴがオンの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、オフ電流値（ＴＦＴがオフの状態にあるときに流れるドレイン電流の値）、しきい値電圧、Ｓ値および電界効果移動度のばらつきを低減させることが可能になる。このような効果があるため、ＴＦＴの電気的特性は向上し、ＴＦＴを用いた半導体装置の動作特性および信頼性が向上する。従って、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、素子間において特性のばらつきが小さい半導体装置を製作することができる。
【実施例１】
【００６８】
本実施例では、本発明の準単結晶珪素膜を試料とし、ＥＢＳＰ法により面方位を測定した結果について説明する。また、単結晶珪素膜、および大粒径結晶が形成されている珪素膜についても同様にＥＢＳＰ法により面方位を測定し、それぞれ比較した。
【００６９】
結晶構造を持った試料に電子線を入射させると、後方にも非弾性散乱が起こり、試料中でブラッグ回折による結晶方位に特有な線状のパターンも合わせて観察することができる。ここで、この線状のパターンは、一般的に菊池線と呼ばれている。ＥＢＳＰ法は、検出器に映った菊池線を解析することによって、試料の結晶方位を求めている。
【００７０】
多結晶構造の試料は、各結晶粒が異なった結晶方位を持っている。そこで、試料の照射位置を移動させる度に電子線を照射し、照射位置ごとに結晶方位の解析を行う。このようにして、平坦な表面を持つ試料の結晶方位や配向情報を得ることができる。測定領域が広いほど試料全体の結晶方位の傾向を得ることができ、測定点が多いほど測定領域中の結晶方位の情報を詳細に得ることができる。
【００７１】
しかし、結晶内部の面方位は、結晶の一つの表面上の面方位のみで決定することはできない。それは、一観察面のみにおいて面方位が一方向に揃っていたとしても、他の観察面において面方位が揃っていなければ、その結晶内部の面方位が揃っているとは言えないからである。
【００７２】
結晶内の面方位を決定するためには、少なくとも二つの表面からの面方位が必要となり、より多くの面からの情報が多くなるほど精度が高くなる。そのため、測定領域内で３面とも面方位分布がほぼ均一であれば、近似的に単一の結晶、つまり準単結晶と見なすことができる。
【００７３】
実際には、図１０に示すように、基板５１０上に下地絶縁膜５１１を形成し、この下地絶縁膜５１１上に非晶質半導体膜５１７を形成し、さらに非晶質半導体膜５１７上にキャップ膜５１８を形成した。キャップ膜５１８越しに、非晶質半導体膜５１７にレーザビームを照射して結晶化を行い、互いに直交する３つのベクトル（ベクトルａ、ベクトルｂ、ベクトルｃ）がそれぞれ法線ベクトルとなる３面（観察面Ａ５１３、観察面Ｂ５１４、観察面Ｃ５１５）の情報を総合することによって、高精度で結晶内部の面方位を特定することができる。本実施例において、準単結晶珪素膜と大粒径結晶が形成されている珪素膜では、以下のようにベクトルａ〜ｃを設定した。ベクトルｃはレーザビームの走査方向５１６及び基板５１０表面と平行であり、ベクトルａは基板５１０表面及びベクトルｃと垂直であり、ベクトルｂはベクトルａ及びベクトルｃと互いに垂直である。
【００７４】
まず、準単結晶珪素膜５１２の上記３面における面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図８及び図９に示す。
【００７５】
測定に用いた準単結晶珪素膜は、本実施の形態で用いた試料と同様にして形成した。厚さ０．７ｍｍのガラス基板の片面に厚さ１５０ｎｍの下地絶縁膜を成膜した。この下地絶縁膜上に、厚さ６６ｎｍの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜し、さらにキャップ膜として酸化珪素膜を５００ｎｍ形成した。より具体的に、試料の作製方法を示す。
【００７６】
基板は、コーニングス社製の厚さ０．７ｍｍのガラス基板を使用した。
下地絶縁膜として、酸素を含む窒化珪素膜と、窒素を含む酸化珪素膜とを積層した厚さ１５０ｎｍの膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜した。成膜の条件は以下の通りである。
【００７７】
＜酸素を含む窒化珪素膜＞
・厚さ  ５０ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ４（１０ｓｃｃｍ）
ＮＨ３（１００ｓｃｃｍ）
Ｎ２Ｏ  （２０ｓｃｃｍ）
Ｈ２（４００ｓｃｃｍ）
・基板温度  ３００℃
・圧力  ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数  ２７ＭＨｚ
・ＲＦパワー  ５０Ｗ
・電極間距離  ３０ｍｍ
【００７８】
＜窒素を含む酸化珪素膜＞
・厚さ  １００ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ４（４ｓｃｃｍ）
Ｎ２Ｏ  （８００ｓｃｃｍ）
・基板温度  ４００℃
・圧力  ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数  ２７ＭＨｚ
・ＲＦパワー  ５０Ｗ
・電極間距離  １５ｍｍ
【００７９】
下地絶縁膜上に、非晶質珪素膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜した。非晶質珪素膜の成膜の条件は次の通りである。
＜非晶質珪素膜＞
・厚さ  ６６ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ４（２５ｓｃｃｍ）
Ｈ２（１５０ｓｃｃｍ）
・基板温度  ２５０℃
・圧力  ６６．７Ｐａ
・ＲＦ周波数  ２７ＭＨｚ
・ＲＦパワー  ５０Ｗ
・電極間距離  ２５ｍｍ
【００８０】
非晶質珪素膜を形成した後、電気炉内で５００℃、１時間加熱した。この加熱処理は、非晶質珪素膜から水素を出すための処理である。水素を出すのは、レーザビームを照射したときに非晶質珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、非晶質珪素膜に含まれる水素が少なければ省略できる。
【００８１】
非晶質珪素膜の上にキャップ膜として、厚さ５００ｎｍの酸化珪素膜を形成した。成膜の条件は次の通りである。
【００８２】
＜酸化珪素膜＞
・厚さ  ５００ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ４（４ｓｃｃｍ）
Ｎ２Ｏ  （８００ｓｃｃｍ）
・基板温度  ４００℃
・圧力  ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数  ６０ＭＨｚ
・ＲＦパワー  １５０Ｗ
・電極間距離  ２８ｍｍ
【００８３】
表１に、下地絶縁膜、キャップ膜の組成を示す。表１にあげた膜の組成は、加熱処理や、レーザ照射する前の状態の値である。組成比は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｗａｒｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した。測定感度は±２％程度である。
【００８４】
【表１】
0005159081.tif 000002
【００８５】
次に、キャップ膜を介して非晶質珪素膜にレーザビームを照射した。本実施例では、７．５Ｗのエネルギーのレーザビームを２本射出し、光学系を用いて合成した後に幅５００μｍの線状に成形した後に照射した。合成後のレーザビームのエネルギーは１５Ｗである。レーザビームの走査速度は３５ｃｍ／ｓｅｃである。
【００８６】
この試料面（即ち、準単結晶珪素膜の表面）に対し、６０°の入射角で電子線を入射し、得られるＥＢＳＰ像から結晶方位を測定した。測定領域は、１００μｍ×５０μｍである。この領域において、縦横０．２５μｍ毎の格子点状に測定を行った。また、ＥＢＳＰ法の測定面は試料表面であるため、珪素膜を最上層とする必要がある。そのため、キャップ膜である窒素を含む酸化珪素膜をエッチングした後に測定を行った。
【００８７】
ベクトルａが法線ベクトルとなる面Ａにおける面方位分布を図８（Ａ）に、同様にベクトルｂが法線ベクトルとなる面Ｂにおける面方位分布を図８（Ｂ）に、ベクトルｃが法線ベクトルとなる面Ｃにおける面方位分布を図８（Ｃ）に示す。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、各測定点がどの面方位かを示す方位マップ像である。この像より、観測面Ａでは｛２１１｝方位に強く配向し、観測面Ｂでは｛１１１｝方位に強く配向し、観察面Ｃでは｛１１０｝方位に強く配向していることが分かる。また、個々の結晶粒の内部は面方位が均一であるため、色と形状によって個々の結晶粒の形状や大きさなどの大まかな情報をつかむことができる。
【００８８】
ここで、図８（Ａ）〜（Ｃ）より、本発明の準単結晶珪素膜は、柱状に長く伸びたドメインで構成されていることが分かる。
【００８９】
また、図８（Ａ）〜（Ｃ）より、本発明の準単結晶珪素膜は、観察面Ａ、Ｂ、Ｃにおいてそれぞれ｛２１１｝方位、｛１１１｝方位、および｛１１０｝方位に強く配向していることが分かる。特定の指数に強く配向していることが分かった場合、その指数近傍にどの程度の結晶粒が集まっているか、その割合を求めることで配向の度合いを把握することができる。
【００９０】
図９（Ａ）は観察面Ａにおける面方位出現度数分布を表す逆極点図である。また、図９（Ｃ）は観察面Ｂにおける面方位出現度数分布を表す逆極点図であり、図９（Ｅ）は観察面Ｃにおける面方位出現度数分布を表す逆極点図である。
【００９１】
図９（Ｂ）は図９（Ａ）の逆極点図の度数を示す。この場合では、観察面Ａにおいて、全ての方位が等しい確率で現れる状態の約４．５倍の頻度で｛２１１｝方位が出現することを示す。同様に、図９（Ｄ）は図９（Ｃ）の逆極点図の度数を示す。この場合では、観察面Ｂにおいて、全ての方位が等しい確率で現れる状態の約１５．４倍の頻度で｛１１１｝方位が出現することを示す。また、図９（Ｆ）は図９（Ｅ）の逆極点図の度数を示す。この場合では、観察面Ｃにおいて、全ての方位が等しい確率で現れる状態の約１４．１倍の頻度で｛１１０｝方位が出現することを示す。
【００９２】
また、図９（Ａ）の逆極点図において、｛２１１｝の角度揺らぎの範囲を±１０°以内と決めて、全ての測定点に対する｛２１１｝の角度揺らぎが±１０°以内に存在する測定点の数の割合を求めることにより、配向率を求めることができる。
【００９３】
その結果を図４５、４６に示す。図４５（Ａ）は観察面Ａにおける配向率を求めた結果であり、図４５（Ｂ）は観察面Ｂにおける配向率を求めた結果であり、図４６は観察面Ｃにおける配向率を求めた結果である。図４５（Ａ）、（Ｂ）および図４６において、全測定点のうち特定の配向を持つ点の比率を求めた値がＰａｒｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒａｃｔｉｏｎの値である。この特定の配向を持つ点のうち、配向付けの信頼性が高い測定点の全測定点に対する配向比率を求めた値がＴｏｔａｌ  Ｆｒａｃｔｉｏｎの値である。また、表２は、図４５（Ａ）、（Ｂ）および図４６のＴｏｔａｌ  Ｆｒａｃｔｉｏｎをまとめた表である。この結果から、本発明の準単結晶珪素膜の観察面Ａにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛２１１｝方位が４２．１％を占める。同様に、観察面Ｂにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１１｝方位の割合が４１．２％を占める。また、同様に観察面Ｃにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において｛１１０｝方位の割合が５２．３％を占める。
【００９４】
【表２】
0005159081.tif 000003
【００９５】
以上に示すように、３つの観察面すべてにおいて結晶粒の面方位が一つの方向に高い割合で揃っている。つまり、結晶化された領域において、結晶粒の面方位が一方向に揃っているとみなすことができる準単結晶が形成されていることがわかる。このようにして、一辺が数十μｍの領域内で、特定の面方位が非常に高い比率を占める準単結晶がガラス基板上に形成されることが確認された。ここで結晶粒の面方位は（１００）、（０１０）、（００１）のように等価な方位群をまとめて｛１００｝と表記しており、他の方位｛１１０｝や｛１１１｝、および｛２１１｝についても同様である。
【００９６】
比較のために、単結晶珪素膜（ＳＩＭＯＸ）のＥＢＳＰ測定結果を示す（図４０）。測定領域は１００μｍ×５０μｍである。この領域内において、縦横１μｍ毎の格子点状に測定を行った。図４０において（Ａ）は観察面Ａおける面方位分布、（Ｂ）は観察面Ｂにおける面方位分布、（Ｃ）は観察面Ｃにおける面方位分布をそれぞれ示し、（Ｄ）は（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の面方位を示す。この測定より、３つの観察面はそれぞれ完全に一様な面方位を持つことが分かった。その面方位は、観察面Ａでは｛００１｝、観察面Ｂおよび観察面Ｃはともに｛１１０｝である。そして、それぞれの観察面では結晶粒を形成しないことが分かる。
【００９７】
さらに、比較のために大粒径結晶が形成されている珪素膜も同様にして測定した。試料の作製方法は以下の通りである。厚さ０．７ｍｍのガラス基板の片面に下地絶縁膜として厚さ１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜し、この下地絶縁膜上に、厚さ６６ｎｍの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜した。非晶質珪素膜を形成後、４Ｗのエネルギーのレーザビームを３５ｃｍ／ｓｅｃの走査速度で照射したものを試料とした。つまり、大粒径結晶を形成する際にはキャップ膜を形成しない点が、本発明の準単結晶珪素膜の作成手順と違う。
【００９８】
この試料のＥＢＳＰ法による測定領域は５０μｍ×５０μｍである。この領域内において、縦横０．２５μｍ毎の格子点状に測定を行った。測定の結果、図３に示されるように、観察面Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、面方位、および結晶成長の方向にばらつきがあることが分かる。また、準単結晶珪素膜より結晶粒径が大きいことが分かる。
【００９９】
以上の実験結果より、本発明の準単結晶珪素膜は粒径と面方位において単結晶珪素膜および大粒径結晶が形成されている珪素膜とは傾向が異なることが分かる。
【実施例２】
【０１００】
本実施例では、本発明の半導体膜の特性を測定した結果について説明する。
【０１０１】
本発明を用いて作製した準単結晶珪素膜の光学顕微鏡写真を図７に示す。試料は、以下の手順で作製した。厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に下地絶縁膜として厚さ１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を形成し、非晶質珪素膜を６６ｎｍの厚さで形成し、さらにキャップ膜として５００ｎｍの厚さの窒素を含む酸化珪素膜を形成した。次に、レーザ発振器を２台用意し、それぞれ７．５Ｗのエネルギーでレーザビームを射出した。光学系を用いてこの２つのレーザビームのエネルギーを合成した後、キャップ膜を介して非晶質珪素膜にレーザビームの照射を行った。合成後のレーザビームのエネルギーは１５Ｗ、走査速度は３５ｃｍ／ｓｅｃである。その後、キャップ膜を除去し、エッチング（セコエッチ：Ｓｅｃｃｏ  ｅｔｃｈｉｎｇ）を行った。
【０１０２】
なお、セコエッチとは、結晶性半導体膜の表面の結晶粒界を顕在化させるために行うエッチングである。このエッチング処理で用いるエッチング液は、ＨＦ対Ｈ２Ｏの割合が２対１のフッ酸水溶液に、二クロム酸カリウムを添加剤として足して作る。実際にはこの液体を水で希釈し、室温でエッチング処理を行った。
【０１０３】
図７（Ａ）は、本発明の準単結晶珪素膜のセコエッチ前の顕微鏡写真である。矢印で示した範囲で結晶の成長方向が揃っているのが分かる。
【０１０４】
図７（Ｂ）は、セコエッチ後の準単結晶珪素膜をさらに拡大したものである。なお、セコエッチを行ったのは、粒界上に残っているアモルファス状の珪素を取り除くためである。図７（Ａ）、図７（Ｂ）より、本実施の形態で説明した方法によって、幅が０．０１μｍ以上、長さが１μｍ以上となる粒界を形成し、隣り合う粒界が互いに平行であることが判明した。
【０１０５】
さらに、本発明の準単結晶珪素の表面形状を測定するために、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定を行った。ＡＦＭは固体試料表面と探針間に働く力を検出物理量として観察する。表３に観察面全体の表面粗さ解析を行った結果を示す。また、図１７に、ＡＦＭ測定像（俯瞰図）を示す。そして、図１７の測定像の３次元表示が図１８である。
【０１０６】
【表３】
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【０１０７】
この測定に用いた試料は、以下の手順で作製した。まず、厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に下地絶縁膜として厚さ１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を形成し、非晶質珪素膜を６６ｎｍの厚さで形成した。次にキャップ膜として４００ｎｍの厚さの窒素を含む酸化珪素膜を形成した。次に、レーザ発振器を２台用意し、それぞれ９．５Ｗのエネルギーでレーザビームを射出した。光学系を用いてこの２つのレーザビームのエネルギーを合成した後、キャップ膜を介して非晶質珪素膜にレーザビームの照射を行った。半導体膜に照射されるレーザビームのエネルギーは１９Ｗ、レーザビームの走査速度は５０ｃｍ／ｓｅｃである。
【０１０８】
本測定の結果、平均面粗さ（Ｒａ）は８．５７７×１０−１ｎｍであった。なお、半導体膜に直にＣＷレーザを照射した場合では、平均面粗さは１〜２．５ｎｍになる。この結果から、本発明によって平均面粗さが直にＣＷレーザを用いた場合の約０．３〜０．９倍となる効果があることが分かった。よって、表面が非常に平坦である準単結晶からなる半導体膜を活性層としてＴＦＴを作製すると、ゲート電極と活性層との間のリーク電流を小さく抑えることができ、ゲート絶縁膜を薄膜化することが可能となる。
【実施例３】
【０１０９】
本発明の半導体膜の評価をラマン分光法によって行った。ラマン分光法は、物質の結晶性を評価する有効な方法の１つであり、レーザ照射によって形成される半導体膜の結晶性を定量化する目的で使用される。一般に、ラマン線のピーク位置や半値全幅からは、結晶性や結晶粒子サイズ、応力に関する情報が、ラマン線の強度や本数からは、面方位に関する情報が得られる。また、作製した膜や結晶粒の面方位が分からない場合、異なる方向から偏光ラマン測定を行うことで、面方位や結晶軸方向を特定することができる。
【０１１０】
まず、図１１（Ａ）に示すように、基板３００として厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用意する。この基板３００上に下地絶縁膜３０１として厚さ１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を形成し、さらに半導体膜３０２として非晶質珪素６６ｎｍの厚さで形成し、絶縁膜３０３として厚さ４００ｎｍ、あるいは５００ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を形成した。
【０１１１】
次に、図１１（Ｂ）に示すように、エネルギーを段階的に変え、絶縁膜３０３で覆われた半導体膜３０２に５００μｍの照射幅でそれぞれレーザビームの照射を行った。なお、本実施例では、出力が等しいレーザ発振器を２台用意し、それぞれ１０．０Ｗ、９．５Ｗ、９．０Ｗ、８．５Ｗ、８．０Ｗ、７．５Ｗ、７．０Ｗ、６．５Ｗ、６．０Ｗ、５．５Ｗ、５．０Ｗ、４．５Ｗのエネルギーでレーザビームを射出した。この２つのレーザビームを光学系によって合成した後に絶縁膜３０３を介して半導体膜３０２に照射した。つまり、合成されたレーザビームのエネルギーは合成前のエネルギーの倍となり、それぞれ２０Ｗ、１９Ｗ、１８Ｗ、１７Ｗ、１６Ｗ、１５Ｗ、１４Ｗ、１３Ｗ、１２Ｗ、１１Ｗ、１０Ｗ、９Ｗとなる。図１１（Ｂ）では、合成後のエネルギーを記載している。合成されたレーザビームの断面における強度分布はガウシアン分布である。この合成されたレーザビームを３５ｃｍ／ｓｅｃ、５０ｃｍ／ｓｅｃ、７５ｃｍ／ｓｅｃ、１００ｃｍ／ｓｅｃの速度で走査して、絶縁膜３０３の上方から照射した。レーザ照射領域の幅は５００μｍである。
【０１１２】
このようにレーザビームを照射した半導体膜を試料として、ラマン分光法による測定を行った。絶縁膜３０３の厚さが４００ｎｍの試料の測定結果を図１４に、絶縁膜３０３の厚さが５００ｎｍの試料の測定結果を図１５にそれぞれ示す。測定の際に入射したレーザ光の偏光の方向は、レーザ結晶化の際に照射したレーザビームの走査方向に対して直角の方向である。縦軸はラマン強度の標準Ｓｉウェハー比、横軸はレーザビームを照射した（＝ラマン測定した）位置を表す。ここで、標準Ｓｉウェハー比とは、単結晶珪素膜のラマン強度をリファレンスとして測定し、このラマン強度を１としたときの割合である。なお、測定は図１１（ｂ）の点線Ａ−Ａ’で示すように各レーザエネルギーのレーザビームの照射領域を横断するようにマッピング測定を行い、測定ピッチは２μｍとした。
【０１１３】
図１５は、絶縁膜３０３、すなわちキャップ膜の厚さが５００ｎｍの結果を示す。図１５（Ａ）は３５ｃｍ／ｓｅｃの走査速度で照射した結果である。ここで、２台のレーザ発振器から射出されるエネルギーがそれぞれ７．５Ｗ（合成後１５Ｗ）結果に注目する。これは、実施例１のＥＢＳＰ測定および実施例２の光学顕微鏡撮影に用いた半導体膜と同一の作製条件で作製した試料のラマン分光法による結果である。実施例１、２より、この作製条件で作製した半導体膜、すなわち本発明の準単結晶半導体膜は、柱状に伸びた結晶粒がレーザビームの照射領域に一様に形成され、結晶粒の面方位は一方向であるとみなすことができることが分かっている。この準単結晶半導体膜をラマン分光法で測定すると、図１５（Ａ）の７．５Ｗ（合成後１５Ｗ）のデータに示されるようにラマン強度は単結晶珪素に比べて小さく、強度の振り幅が小さい特徴を持つことが分かる。
【０１１４】
また、図１４はキャップ膜の厚さが４００ｎｍの結果を示す。図１４（Ａ）は、３５ｃｍ／ｓｅｃの走査速度で照射した結果である。２台のレーザ発振器から射出されるエネルギーがそれぞれ７．０Ｗ（合成後１４Ｗ）と２台のレーザ発振器から射出されるエネルギーがそれぞれ６．５Ｗ（合成後１３Ｗ）以下では傾向が異なっていることが分かる。各レーザビームのエネルギーが６．５Ｗ（合成後１３Ｗ）以下では、ラマン強度が単結晶珪素膜と比較して小さく、強度の振り幅が小さい部分が見られ、図１５（Ａ）の場合と同様に準単結晶が形成されていることが分かる。特に、各レーザビームのエネルギーが５．５Ｗ（合成後１１Ｗ）、および６．０Ｗ（合成後１２Ｗ）でレーザビームを照射した場合、準単結晶が形成されていることが分かる。特に、丸で囲んだ部分が顕著である。この部分では、本発明の準単結晶半導体膜が形成されていることが分かる。一方、各レーザビームのエネルギーが７．０Ｗ（合成後１４Ｗ）以上の場合では、その傾向が変わる。この場合、半導体膜の一部にはラマン強度が小さく、強度の振り幅が小さい部分と、ラマン強度が大きく、振り幅が大きい部分が見られる。この領域には、準単結晶と大粒径結晶が混在して形成されていると推測される。
【０１１５】
図１２（Ａ）は、図１４（Ａ）の結果を拡大したものである。なお、ラマン強度は測定値である。図１２（Ｂ）はラマンシフトを、図１２（Ｃ）はラマン散乱光の強度を半値全幅で割った結果を示している。いずれも、２台のレーザ発振器から射出されるエネルギーがそれぞれ４．５Ｗから７．０Ｗまでの間を０．５Ｗ刻み、すなわち合成後に半導体膜に照射されるレーザビームのエネルギーが９Ｗから１４Ｗまでの間を１Ｗ刻みに測定している。
【０１１６】
ここで、図１２（Ａ）においてラマン強度が小さく、ラマン強度の振り幅が小さい５．５Ｗ（合成後１１Ｗ）、６．０Ｗ（合成後１２Ｗ）の丸で囲んだ部分に注目する。図１２（Ａ）の結果より、５．５Ｗ（合成後１１Ｗ）、および６．０Ｗ（合成後１２Ｗ）でレーザビームを照射した場合、準単結晶が形成されていることが分かる。準単結晶が形成された部分のラマン強度は、変動係数が２０％以下であり、変動係数が３０％を超える大粒径結晶と比較してばらつきが非常に小さい。なお、ここで変動係数（ＣＶ）とは、標準偏差σの平均値Ａｖｅに対する百分率であり（ＣＶ＝（σ／Ａｖｅ）×１００）、ラマンピークのばらつきの大きさを表す。準単結晶のラマンシフトは、図１２（Ｂ）より５１６ｃｍ−１以上５１７ｃｍ−１以下となっており、単結晶珪素のラマンシフト値５２１ｃｍ−１よりも小さい値をとる。また、図１２（Ｃ）より、準単結晶におけるラマン強度と半値全幅との比（ラマン強度／半値全幅）も値が小さく、ばらつきが小さい傾向を持つことが分かる。
【０１１７】
次に、図１４、１５について、半導体膜へ照射するレーザビームの走査速度と半導体膜の結晶化との関係について考察した。準単結晶が形成されたと言えるのは、柱状に伸びた結晶粒がレーザビームの照射領域に一様に形成された領域のうちラマン強度が小さく、ラマン強度のばらつきが小さい領域である。図１４の場合、各レーザビームのエネルギーは、走査速度が３５ｃｍ／ｓｅｃのときは５．５Ｗ以上８．５Ｗ以下（合成後は１１Ｗ以上１７Ｗ以下）、５０ｃｍ／ｓｅｃでは６．５Ｗ以上１０Ｗ以下（合成後は１３Ｗ以上２０Ｗ以下）、７５ｃｍ／ｓｅｃでは９Ｗ以上１０Ｗ以下（合成後は１８Ｗ以上２０Ｗ以下）の範囲で準単結晶が形成された。また、走査速度が１００ｃｍ／ｓｅｃ以上では準単結晶は形成されなかった。つまり、走査速度が低いほど、小さいエネルギーで準単結晶が形成されることが分かる。この傾向は図１５に示されるように、キャップ膜の膜厚を変えても同様である。
【０１１８】
また、それぞれの走査速度に注目する。例として図１４（Ａ）を挙げる。準単結晶が形成される際、照射されるレーザビームのエネルギーが低い方がラマン強度のばらつきが小さいことが分かる。ラマン強度のばらつきが小さいことは面方位が揃っていることを示すため、面方位が揃った準単結晶の半導体膜を形成するためには、半導体膜を溶融することができる最低限度のエネルギーを与えるようにレーザのエネルギーを調節することが好ましい。
【０１１９】
次に、図１４、図１５について、キャップ膜の厚さと半導体膜の結晶化との関係を考察した。一例を挙げると、図１４（Ａ）と図１５（Ａ）は走査速度が同じであり、キャップ膜の膜厚のみがそれぞれ異なっている。ここで、図１４（Ａ）のキャップ膜が４００ｎｍの場合では、５．５Ｗ以上８．８Ｗ以下（合成後は１１Ｗ以上１７Ｗ以下）で準単結晶が形成される。その一方、図１５（Ａ）のキャップ膜が５００ｎｍの場合では、７．０Ｗ以上１０Ｗ以下（合成後は１４Ｗ以上２０Ｗ以下）で準単結晶が形成される。この実験結果からは、同じ走査速度の場合では、キャップ膜が４００ｎｍの方が５００ｎｍの方より低エネルギーで準単結晶が形成されることが結論づけられる。なお、他の走査速度についても同様の結論を得ることができる。
【０１２０】
以上の結果より、レーザビームのエネルギー、キャップ膜の膜厚および走査速度は、準単結晶の形成に影響を与える要因となる。従って、必要に応じてレーザビームのエネルギー、キャップ膜の膜厚およびレーザビームの走査速度を適宜制御することが好ましい。
【実施例４】
【０１２１】
本発明の準単結晶珪素膜、単結晶珪素膜、および大粒径結晶が形成された珪素膜についてラマン分光法による測定を行い、それぞれの相違点について調べた。
【０１２２】
本発明の準単結晶珪素膜は以下の通りに作製した。まず厚さ０．７ｍｍのガラス基板の片面に、下地絶縁膜として厚さ１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜した。さらに、この下地絶縁膜上に、厚さ６６ｎｍの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜した。このようにして形成した試料にキャップ膜として窒素を含む酸化珪素膜を５００ｎｍの厚さで形成した後に、レーザビームを照射した。照射したレーザビームのエネルギーは２０Ｗ、レーザビームの走査速度は３５ｃｍ／ｓｅｃである。このようにして作製した試料のラマンスペクトルを測定した。測定に際し、入射するレーザ光の偏光方向は、レーザ結晶化の走査方向に直角な方向（０°とする）である。
【０１２３】
単結晶珪素膜は、ＳＩＭＯＸ基板を用いた。また、大粒径結晶が形成された珪素膜は、以下の手順で作製した。厚さ０．７ｍｍのガラス基板の片面に、下地絶縁膜として厚さ１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜し、さらに厚さ６６ｎｍの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法で成膜した。その後、キャップ膜を形成せずに２０Ｗのエネルギーのレーザビームを５０ｃｍ／ｓｅｃの走査速度で照射した。これらの試料も同様にしてラマンスペクトルを測定した。
【０１２４】
その結果は図４１に示す通りである。横軸は波数（ｃｍ−１）、縦軸はラマン散乱光の強度（以下、ラマン強度とする）である。このグラフより、本発明の準単結晶珪素膜のラマン強度のピークは５１７〜５１８ｃｍ−１、単結晶珪素膜のラマン強度のピークは５２０〜５２１ｃｍ−１、大粒径結晶が形成された珪素膜のラマン強度のピークは５１５〜５１６ｃｍ−１であることが分かる。ラマン強度のピーク位置が単結晶珪素膜の値に近づくにつれて特性は単結晶珪素膜に近づく。従って、本発明の準単結晶珪素膜は、大粒径結晶が形成された珪素膜と比較すると、より特性が単結晶珪素膜に近いと言える。
【０１２５】
また、ラマン強度の値についてそれぞれ比較すると、本発明の準単結晶珪素膜の強度は単結晶珪素膜や大粒径結晶が形成された珪素膜のラマン強度より小さい。このように、ラマン強度という点からも、本発明の準単結晶珪素膜は単結晶珪素膜や大粒径結晶が形成された珪素膜とは違うことが分かった。
【実施例５】
【０１２６】
本発明の半導体膜をラマン分光法で測定し、スペクトルの偏光特性を調べた。
【０１２７】
試料は、以下の手順で作製した。厚さ０．７ｍｍのガラス基板に下地絶縁膜として厚さ５０ｎｍの窒化酸化珪素膜を形成し、さらに１００ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜した。下地絶縁膜上に半導体膜として、厚さ６６ｎｍの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜した。さらに、キャップ膜として厚さ３００ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を形成した。キャップ膜の形成後、出力が６Ｗ、連続発振の固体レーザ発振器を２つ用意し、これらのレーザ発振器からレーザビームを射出し、光学系を用いて合成した。合成後のレーザビームのエネルギーは１２Ｗである。レーザビームを合成した後に幅５００μｍの線状に成形して半導体膜に照射した。なお、半導体膜へレーザビームを照射する際の走査速度は５０ｃｍ／ｓｅｃである。
【０１２８】
このように形成された第１の試料である準単結晶珪素膜に偏光したレーザ光を入射し、ラマンピークの角度依存性を測定した。偏光方向は、図１３（Ｅ）に示すように、レーザビームの照射方向に対して直角の方向を０°とし、０°、４５°、９０°、１３５°にそれぞれ偏光を入射した。
【０１２９】
図１３（Ａ）〜（Ｄ）は偏光方向がそれぞれ０°、４５°、９０°、１３５°のラマン強度を示す。
【０１３０】
図１３（Ａ）〜（Ｄ）より、レーザビームの中央付近が照射した１００〜４２０μｍの領域（丸で囲った部分）に、ラマン強度が小さく、ラマン強度のばらつきが小さい領域がある。この部分のラマン強度の傾向は、実施例３で説明した準単結晶の特徴と一致している。従って、この部分は準単結晶が形成されていると推測される。
【０１３１】
図１３より、偏光の方向が０°、９０°の場合と４５°、１３５°の場合とでは傾向が異なることが分かる。０°および９０°の場合はそれぞれ同程度の値を取り、４５°および１３５°の場合も同程度の値をとる。しかし、０°および９０°の場合のラマン強度は、４５°および１３５°の場合のラマン強度よりも小さい値をとる。従って、本発明の準単結晶のラマン強度は、９０°の周期構造を有していることが分かる。また、偏光の方向によって準単結晶が形成された領域のラマン強度の大きさは変わるが、ラマン強度のばらつきは小さいことが分かった。このような周期構造は単結晶膜でも観測されるが、面方位が隣接する結晶間でランダムな大粒径結晶では観測されない。従って、前記周期構造を有するということは、準単結晶が、配向が一様に揃い限りなく単結晶に近い結晶状態であることを示していると考えられる。また、図示しないが、準単結晶のラマンシフトにも９０°の同様の周期構造が観測される。
【実施例６】
【０１３２】
本実施例では、さまざまな条件でキャップ膜を介して半導体膜にレーザビームを照射して半導体膜の結晶化を行い、本発明の半導体膜を形成する最適な条件を探した。
【０１３３】
本実施例では、厚さ０．７ｍｍのガラス基板の片面に、下地絶縁膜として厚さ１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜する。さらに、この下地絶縁膜上に、厚さ６６ｎｍの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜した。このようにして形成した試料にキャップ膜として窒素を含む酸化珪素膜を形成した後に、ＣＷレーザを照射した。具体的な照射方法は、ＣＷレーザ発振器を２つ用意し、同じ出力で同時に射出し、光学系を用いて合成した後に、キャップ膜を介して半導体膜に照射した。本実施例で変えた条件は、（１）キャップ膜の厚さ、（２）半導体膜に照射するレーザビームのエネルギー、（３）レーザビームの走査速度、の３つである。キャップ膜の膜厚は、４００ｎｍと５００ｎｍの２種類である。また、レーザ発振器から射出されるエネルギーはそれぞれ４．５Ｗから１０Ｗまでの間を０．５Ｗ刻み（合成後は９Ｗから２０Ｗまでの間を１Ｗ刻み）した１２種類である。また、レーザビームの走査速度は３５ｃｍ／ｓｅｃと５０ｃｍ／ｓｅｃの２種類である。これらの条件を変えてレーザビームの照射を行った後、光学顕微鏡にて表面の状態を観察した。なお、本実施例も他の実施例と同様に、光学系を用いて２つのレーザ発振器から射出したレーザビームを合成し、５００μｍの線状に成形した後に半導体膜に照射した。
【０１３４】
本実施例では、光学顕微鏡を用いた観察は暗視野反射顕微鏡法で行われた。この方法は、試料に当てた光が直接光学顕微鏡の対物レンズに入射しないようにし、そのときの試料からの反射光、散乱光などを観察する。この観察法では、視野の背景が黒く、凹凸があると光って見える。この観察法を用いることにより、透明な試料を観察することが可能であるだけではなく、光学顕微鏡の解像限界よりも小さな８ｎｍ程度の粒子や凹凸を認識することが可能である。そのため、半導体膜表面の微小なキズや欠陥などの検査に非常に有効であり、工業分野においては標準的な観察方法となっている。本実施例では、１００倍の倍率で表面の凹凸を観察した。
【０１３５】
図４２は、レーザビームの走査速度を３５ｃｍ／ｓｅｃに固定した場合の光学顕微鏡の像をキャップ膜の厚さとレーザビームのエネルギーの相関関係が分かるように並べたものを示す。同様に、図４３はレーザビームの走査速度を５０ｃｍ／ｓｅｃに固定した場合の光学顕微鏡の像をキャップ膜の厚さとレーザビームのエネルギーの相関関係が分かるように並べたものを示す。
【０１３６】
半導体膜の表面の凹凸の状態は、結晶化の条件や結晶の状態によって異なる。微結晶や膜とびが起こる領域では半導体膜に凹凸が形成されるため、試料からの反射光や散乱光が観測される。逆に、準単結晶、大粒径の結晶粒、または微結晶が形成される部分では、半導体膜の表面に凹凸が少ないため、視野が黒くなる。
【０１３７】
図４２、図４３に示された光学顕微鏡の像について、それぞれ形成されているものを確認し、まとめたものが図４４（Ａ）、（Ｂ）である。プロットされたマークは図４４（Ａ）、（Ｂ）ともに共通のものである。＊印は結晶化ができなかった領域、×印は微結晶が形成された領域、黒塗りの三角は微結晶と本発明の準単結晶が混在して形成された領域である。＋印は微結晶、大粒径結晶、および本発明の準単結晶が混在して形成された領域である。黒塗りの丸は本発明の準単結晶が形成された領域である。黒塗りのひし形は大粒径結晶と本発明の準単結晶が混在して形成された領域であり、白抜きのひし形は、大粒径結晶が形成された領域である。また、白抜きの四角は、半導体膜に与えられるエネルギーが過剰であったため、膜とび（半導体膜が剥がれるまたは蒸発などすること）が起こった領域である。
【０１３８】
図４４（Ａ）はレーザビームの走査速度を３５ｃｍ／ｓｅｃに固定した場合の結果を示す。この結果より、キャップ膜の膜厚が２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下で本発明の準単結晶珪素膜が形成されたことが分かる。具体的には、キャップ膜の膜厚が２００ｎｍの場合では、各レーザビームのパワーが６．０Ｗ以上７．５Ｗ以下（合成後１２Ｗ以上１５Ｗ以下）の範囲で本発明の準単結晶珪素膜が形成された。同様にして、キャップ膜の膜厚が３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍの場合では、各レーザビームのパワーがそれぞれ５．０Ｗ以上６．０Ｗ以下（合成後１０Ｗ以上１２Ｗ以下）、５．５Ｗ以上８．５Ｗ以下（合成後１１Ｗ以上１７Ｗ以下）、７．０Ｗ以上１０Ｗ以下（合成後１４Ｗ以上２０Ｗ以下）の範囲で準単結晶珪素膜が形成された。
【０１３９】
キャップ膜の膜厚が２００ｎｍから３００ｎｍにかけては、キャップ膜の膜厚が厚くなっても、準単結晶珪素膜が形成されるエネルギーの最低値が下がる。キャップ膜の膜厚が３００ｎｍ以上になると、キャップ膜の膜厚が厚くなるにつれて準単結晶珪素膜が形成されるエネルギーの最低値が上がる傾向を持つ。
【０１４０】
また、図４４（Ｂ）は、レーザビームの走査速度が５０ｃｍ／ｓｅｃに固定した場合の結果を示す。この結果より、キャップ膜の膜厚が２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下で本発明の準単結晶珪素膜が形成されたことが分かる。具体的には、キャップ膜の膜厚が２００ｎｍの場合では、各レーザビームのパワーが８．０Ｗ以上９．０Ｗ以下（合成後１６Ｗ以上１８Ｗ以下）の範囲で本発明の準単結晶珪素膜が形成される。同様にして、キャップ膜の膜厚が３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍの場合では、各レーザビームのパワーがそれぞれ６．５Ｗ以上７．５Ｗ以下（合成後１３Ｗ以上１５Ｗ以下）、６．５Ｗ以上１０Ｗ以下（合成後１３Ｗ以上２０Ｗ以下）、８．５Ｗ以上１０Ｗ以下（合成後１７Ｗ以上２０Ｗ以下）で準単結晶珪素膜が形成される。
【０１４１】
図４４（Ａ）と同様に、キャップ膜の膜厚が２００ｎｍから３００ｎｍにかけては、キャップ膜の膜厚が厚くなっても準単結晶珪素膜が形成されるエネルギーの最低値が下がるが、３００ｎｍを超えると、キャップ膜の膜厚が厚くなるにつれて、準単結晶珪素膜が形成されるエネルギーの最低値が上がる傾向を持つ。
【０１４２】
また、図４４（Ａ）、（Ｂ）において、準単結晶珪素膜が形成される領域を比較する。レーザビームの走査速度が速くなると、準単結晶珪素膜が形成されるエネルギーの最低値が上がるが、準単結晶珪素膜が形成される領域の分布傾向は、レーザビームの走査速度には関係なく、そのまま保持されることが分かる。
【０１４３】
なお、図１３の準単結晶半導体膜の形成条件と図４４（Ｂ）の結果が合致しないのは、半導体膜に照射したレーザが違うためであると考えられる。
【実施例７】
【０１４４】
本実施例では、本発明の準単結晶を活性層とした半導体装置の一例として、ＴＦＴの作製方法を示し、さらにこのＴＦＴを用いた半導体装置について説明する。なお、本実施例は、半導体膜上に形成したキャップ膜をレーザ結晶化後にエッチングする例である。
【０１４５】
図１９（Ａ）に示すように、絶縁表面を有する基板２０００上に下地絶縁膜２００１を形成する。本実施例では、基板２０００としてガラス基板を用いる。なお、ここで用いる基板には、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミックス基板、ステンレス基板などを用いることができる。また、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮに代表されるプラスチックや、アクリルなどに代表される合成樹脂を原料とする基板は、一般的に他の基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、本工程の処理に耐え得るのであれば用いることができる。
【０１４６】
下地絶縁膜２００１は、基板２０００に含まれるナトリウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が半導体中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。このため、アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体中への拡散を抑えることのできる酸化珪素膜や窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜などの絶縁膜を用いて形成する。また、下地絶縁膜２００１は単層または積層構造のいずれでもよい。本実施例では、プラズマＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）を用いて酸素を含む窒化珪素膜を１０〜４００ｎｍの膜厚になるように成膜する。
【０１４７】
なお、基板２０００として、ガラス基板またはプラスチック基板のようにアルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いている場合には、不純物の拡散を防ぐために下地絶縁膜２００１を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がさほど問題にならない基板を用いる場合には必ずしも下地絶縁膜２００１を設ける必要はない。
【０１４８】
次いで、下地絶縁膜２００１上に非晶質半導体膜２００２を形成する。非晶質半導体膜２００２は、公知の方法（スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法など）により、２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜８０ｎｍ）の厚さで形成する。本実施例では、６６ｎｍの膜厚で作製する。ここで用いる非晶質半導体膜は、珪素やシリコンゲルマニウム、ＳｉＣなどを用いることができるが、本実施例では珪素を用いる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であると好ましい。また、本実施例および他の実施例において半導体膜として非晶質珪素膜の例を示すが、多結晶珪素膜を使用してもよい。例えば多結晶珪素膜は、非晶質珪素膜成膜後、非晶質珪素膜にニッケル、パラジウム、ゲルマニウム、鉄、スズ、鉛、コバルト、銀、白金、銅、金等の元素を微量に添加し、その後５５０℃にて４時間の熱処理を施すことによって形成することができる。さらには、珪素と炭素の化合物を半導体膜として使用してもよい。
【０１４９】
非晶質珪素膜に添加する上記の元素は、結晶成長を助長する触媒元素として機能しているものと考えられる。触媒元素を非晶質珪素膜に添加する具体的な方法は、（１）非晶質珪素膜の表面に、数ｎｍ程度の触媒元素の薄膜をスパッタ法や蒸着法で形成した後、加熱を行うことによって非晶質珪素膜の表面をシリサイド化する方法、（２）触媒元素の単体または化合物を含む溶液を非晶質珪素膜に塗布することによって、非晶質珪素膜の表面に触媒元素を接触させ、加熱によって触媒元素と非晶質珪素膜を反応させて非晶質珪素膜の表面をシリサイド化する方法、などを用いることができる。
【０１５０】
（２）の方法を用いる場合では、触媒元素の単体または化合物を含む溶媒として水、アルコール、酸、アンモニアなどの極性溶媒を用いることができる。極性溶媒を用いた場合、触媒元素は化合物として添加される。例えばニッケルの場合では、酸または塩基とニッケルとの化合物である臭化ニッケル、酢酸ニッケルなどの化合物を溶媒に溶解し、非晶質珪素膜に塗布する。また、ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、クロロホルム、エーテルなどの無極性溶媒を用いた場合では、ニッケルと有機物の化合物であるニッケルアセチルアセトネートなどの化合物を溶媒に溶解し、非晶質珪素膜に塗布する。さらに、ニッケル単体やニッケルの化合物が分散媒中に均一に分散したエマルジョンやペーストを用いてもよい。
【０１５１】
その後、熱処理を施すことによって、シリサイド化した領域からシリサイド化されなかった領域へ向かって結晶成長が行われる。例えば、触媒元素を非晶質珪素膜の表面全面に添加した場合では、非晶質珪素膜の表面から基板に向かって結晶成長が進行する。また、非晶質珪素膜の一部のみに触媒元素を添加した場合では、触媒元素が添加された領域から触媒元素が添加されなかった領域へと基板に平行な方向に結晶成長が行われる。なお、前者は縦成長、後者は横成長とそれぞれ呼ばれている。
【０１５２】
続いて、非晶質半導体膜２００２の上にキャップ膜２００３として厚さ５００ｎｍの酸化珪素膜を成膜する。キャップ膜２００３の材料は酸化珪素膜に限らないが、非晶質半導体膜２００２と熱膨張係数や延性などの値が近いものを用いることが好ましい。また、キャップ膜２００３は単層で形成しても複数層で形成してもよい。
【０１５３】
次に、図１９（Ａ）で示すように、レーザ照射装置を用いてレーザビームを照射して、非晶質半導体膜２００２を準単結晶化させ、準単結晶の半導体膜２００４を形成する。照射したレーザビームのエネルギーは１７Ｗ、レーザビームの走査速度は３５ｃｍ／ｓｅｃとする。
【０１５４】
本実施例で用いるレーザ照射装置を図２０に示す。レーザ結晶に多結晶集合体のセラミック構造のＮｄ：ＹＡＧ結晶（以下、セラミックＮｄ：ＹＡＧとする）を用いており、発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを射出する。なお、このレーザビームの基本波の波長は１０６４ｎｍであるので、非線形光学素子を用いて第２高調波（波長５３２ｎｍ）に変換する。
【０１５５】
本実施例の場合、レーザ結晶にセラミックＹＡＧを用いている。ＹＡＧに限らず、セラミックのレーザ結晶は、単結晶とほぼ同じ光学特性（熱伝導率、破壊強度、吸収断面積）を持つ。また、セラミックであるため、短時間かつ低コストで自由な形状に形成することが可能であり、結晶を非常に大きくすることができる。さらには、Ｎｄ、Ｙｂなどのドーパントの濃度を単結晶よりも高い濃度に添加することが可能である。このようなレーザ結晶を媒体として用いることによって、非常に出力が高いレーザビームを射出することが可能である。したがって、光学系を用いてこのビームを整形することによって、ビームの短軸の長さは１ｍｍ以下で、長軸の長さが数１００ｍｍ〜数ｍの線状ビームを得ることが可能となる。
【０１５６】
また、セラミックＮｄ：ＹＡＧレーザだけには限らず、多結晶（セラミック質）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４にＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａなどのドーパントを添加した結晶を媒質としたレーザを用いることが可能である。
【０１５７】
また、本実施例では、セラミックを用いたレーザだけではなく、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に先述のドーパントを添加した結晶を媒質としたレーザや、Ａｒイオンレーザ、Ｋｒイオンレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどを用いることもできる。これらは連続発振で発振することも可能であり、モード同期などを行って１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。この他に、ＣＯ２レーザ、ヘリウム−カドミウムレーザなどを用いることも可能である。
【０１５８】
具体的には、以下のようにして半導体膜を準結晶化する。レーザ発振器２１０１より射出されたレーザビームは、波長板２１０２、偏光ビームスプリッター２１０３に通す。波長板２１０２および偏光ビームスプリッター２１０３を透過した光が適当なエネルギーとなるように波長板２１０２と偏光ビームスプリッター２１０３を調整することができる。
【０１５９】
この後に、シリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズ、光導波路、回折光学素子などのビームホモジナイザ２１０４によって、レーザビームのエネルギーを均一化すると、レーザビームの照射領域の端部にも準単結晶が形成されるため、より好ましい。本実施例では、ビームホモジナイザ２１０４として回折光学素子を用いる。回折光学素子を用いると、レーザビームのエネルギーの均一化を行うとともに、レーザビームの断面の形状を線状、四角形状、楕円状などの所望の形状に成形することができる。
【０１６０】
次に、このレーザビームはスリット２１０５に通す。スリット２１０５では、レーザビームの長軸方向の両端部分を遮断し、エネルギーの弱い部分を半導体膜の結晶化には用いないようにする。同時にレーザビームの長軸方向の長さを調節する。このように用いることができる構造あるいは形状であれば、スリット２１０５の材質や調節方法などには特に制限はない。
【０１６１】
次に、ミラー２１０７でレーザビームの方向を変えたのちに集光レンズ２１０６で集光を行い、被照射物２１０８に照射する。なお、スリット２１０５と被照射物２１０８が共役の位置にあるように集光レンズ２１０６を設けると、スリット２１０５の回折光が被照射物２１０８に到達して干渉縞を被照射物２１０８に生じさせることがなくなる。このように光学系を配置することで、より強度分布が均一なレーザビームを被照射面に照射することができる。
【０１６２】
被照射物２１０８が形成されている基板は、レーザ照射の際に落ちないように吸着ステージ２１０９に固定されている。吸着ステージ２１０９は、Ｘステージ２１１０、Ｙステージ２１１１を用いて、被照射物２１０８の表面に平行な面上をＸ軸、またはＹ軸の方向に走査を行い、被照射物２１０８の全面にレーザビームを照射する。
【０１６３】
本実施例ではＸステージ２１１０、Ｙステージ２１１１を用いて被照射物２１０８を動かす構成となっているが、レーザビームの走査は、被照射物２１０８を固定してレーザビームの照射位置を移動させる照射系移動型、レーザビームの照射位置を固定して被照射物２１０８を移動させる被処理物移動型、または上記２つの方法を組み合わせた方法を用いることができる。
【０１６４】
このようにすると、被照射物２１０８に照射されるレーザビームの強度分布は均一であり、ビームの端部の強度が不足している部分は除去することができる。このような構成を持つことによって、被照射物２１０８の全面に良好にレーザ照射処理を行うことができる。
【０１６５】
レーザ照射処理の後に、キャップ膜２００３である酸化珪素膜をエッチングにより取り除く（図１９（Ｂ））。次いで、フォトリソグラフィー技術を用いて、珪素でなる準単結晶の半導体膜２００４を所望の形状にパターン形成し、半導体膜２００５を形成する（図１９（Ｃ））。ここでレジストマスクの形成を行う前には、形成された準単結晶の半導体膜２００４を保護するために、オゾン含有水溶液の塗布、または酸素雰囲気でＵＶ照射によって発生されたオゾンを用いて酸化珪素膜を形成するとよい。ここで形成した酸化膜はレジストのぬれ性を向上させる効果もある。
【０１６６】
なお、必要があれば、準単結晶のパターン形成を行う前に、ＴＦＴのしきい値電圧を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを、酸化珪素膜を介して行う。酸化珪素膜を介してドーピングを行った場合には、まずキャップ膜２００３を除去し、再度ＣＶＤ法などを用いて酸化珪素膜を形成するとよい。
【０１６７】
次いで、図１９（Ｄ）に示すように、パターン成形時に発生する不要物（レジスト残りやレジスト剥離液など）を除去する洗浄を行った後、準単結晶珪素膜の表面を覆って、ゲート絶縁膜２００６を形成する。本実施例では、ゲート絶縁膜２００６として酸化珪素膜を形成する。
【０１６８】
ゲート絶縁膜２００６は、上記の酸化珪素膜には限らず、少なくとも酸素または窒素を含む絶縁膜であれば良い。また、ゲート絶縁膜２００６の構造は単層でも複層でもよい。その際の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法を用いることができる。例えば、プラズマＣＶＤ法で酸素を含む窒化珪素膜と、窒素を含む酸化珪素膜を連続成膜して、合計膜厚が１１５ｎｍになるように形成してもよい。なお、チャネル長の長さが１μｍ以下であるようなＴＦＴ（サブミクロンＴＦＴともいう）を形成する場合、ゲート絶縁膜２００６は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さで形成することが望ましい。必要に応じて、キャップ膜２００３を除去した後に、再びゲート絶縁膜２００６を成膜するとよい。
【０１６９】
次いで、ゲート絶縁膜２００６の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜２００６上に導電膜を形成し、所望の部分を残して導電膜を除去することによってゲート電極２００７を形成する。ゲート電極２００７としては、導電性を有するとともに、ヒロックの発生が少ない高融点金属を含む材料を用いることが好ましい。なお、ヒロックの発生が少ない高融点金属は、Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｏなどから選ばれる１種、またはこれらの合金を用いる。また、これらの高融点金属の窒化物（ＷＮ，ＭｏＮ，ＴｉＮ，ＴａＮなど）を用いて２層以上の積層物としてもよい。
【０１７０】
また、このほかの方法として、所定の場所に導電性物質を吐出することが可能な印刷法やインクジェット法に代表される液滴吐出法により、ゲート電極２００７を直接ゲート絶縁膜２００６上に形成してもよい。
【０１７１】
次いで、ゲート電極２００７を形成する際に用いたレジストをマスクとして用い、半導体膜２００５にｎ型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）、ここではリンを適宜添加して、ソース領域及びドレイン領域を形成する。同様に、ｐ型を付与する不純物元素を導入してもよい。この工程により、ソース領域２００８、ドレイン領域２００９、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）領域２０１０などを形成する。また、同一基板上にある複数の半導体膜に、ｎ型を付与する不純物元素とｐ型を付与する不純物元素を選択的に添加してもよい。
【０１７２】
不純物元素を添加した後、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザビームの照射を行う。この処理によって、不純物元素の活性化と同時に、ゲート絶縁膜２００６へのプラズマダメージや、ゲート絶縁膜２００６と半導体膜２００５との界面に発生したプラズマダメージを回復することができる。
【０１７３】
次に、図１９（Ｅ）に示すように、保護膜として第１の絶縁膜２０１４を形成する。この第１の絶縁膜２０１４は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、窒化珪素膜または酸素を含む窒化珪素膜を、単層または積層構造で１００〜２００ｎｍの厚さに形成する。酸素を含む窒化珪素膜と窒素を含む酸化珪素膜を組み合わせる場合では、ガスを切り替えることによって連続成膜をすることが可能である。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を形成した。絶縁膜を設けることにより、酸素や空気中の水分をはじめ、各種イオン性の不純物の侵入を阻止するブロッキング作用を得ることができる。
【０１７４】
次いで、第１の絶縁膜２０１４上に第２の絶縁膜２０１５を形成する。ここでは、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）法またはスピンコート法によって塗布されたポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリル、シロキサン（珪素と酸素との結合で骨格構造が構成され、珪素にフッ素、脂肪族炭化水素、または芳香族炭化水素のうち少なくとも一種が結合した構造を持つ物質）などの有機樹脂膜、無機層間絶縁膜（窒化珪素膜、酸化珪素膜などの珪素を含む絶縁膜）、ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）材料などを用いることができる。第２の絶縁膜２０１５は、ガラス基板上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いため、平坦性に優れた膜が好ましい。
【０１７５】
さらに、フォトリソグラフィー法を用いて、ゲート絶縁膜２００６、第１の絶縁膜２０１４および第２の絶縁膜２０１５を加工して、ソース領域２００８、ドレイン領域２００９に達するコンタクトホールを形成する。
【０１７６】
次に、導電性材料を用いて導電膜を形成し、この導電膜をパターン加工することによって、配線（ソース電極およびドレイン電極）２０１６を形成する。配線２０１６は、Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕから選ばれた元素、または元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料の単層、またはこれらの積層で形成する。例えば、Ｔｉ膜と、純Ａｌ膜と、Ｔｉ膜との３層構造、またはＴｉ膜と、ＮｉとＣを含むＡｌ合金膜と、Ｔｉ膜との３層構造で形成することができる。また、後の工程で層間絶縁膜等を形成することを考慮して、配線２０１６の断面形状をテーパー形状（円錐状に先が細くなる形状）とすることが好ましい。
【０１７７】
その後、保護膜として第３の絶縁膜２０１７を形成すると、図１９（Ｅ）に示すようなＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）２０１１、２０１２、２０１３が完成する。なお、半導体膜にｐ型の不純物元素を添加した場合にはｐチャネル型ＴＦＴが形成される。また、同一基板上にｎ型の不純物元素とｐ型の不純物元素を選択的に導入することによって、同一基板上にｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを形成することもできる。
【０１７８】
本実施例ではトップゲート型ＴＦＴを例として説明したが、ＴＦＴ構造に関係なく本発明を適用することが可能であり、例えばボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴや順スタガ型ＴＦＴに適用することが可能である。
【０１７９】
また、他の実施例で説明したように、本発明の準単結晶は、レーザビームの走査方向と平行な方向に結晶成長し、結晶粒界もレーザビームの走査方向に互いに平行である。そのため、レーザビームの走査方向とソース領域からドレイン領域に向かう方向が合うようにＴＦＴを形成すると、キャリアの移動行程内に結晶粒界が含まれないため好ましい。
【０１８０】
その一例として図２１（Ａ）に示すような画素回路を形成する。図２１（Ａ）、（Ｂ）において、２２０１はソース信号線、２２０２はゲート信号線、２２０３は電流供給線、２２０４はスイッチング用ＴＦＴ、２２０５は駆動用ＴＦＴ、２２０６は容量、２２０７は発光素子である。なお、スイッチング用ＴＦＴ２２０４はｎチャネル型ＴＦＴであり、駆動用ＴＦＴ２２０５はｐチャネル型ＴＦＴで構成されている。
【０１８１】
本実施例では、図２１（Ｃ）に示すように、レーザビームの走査方向の上流側にスイッチング用ＴＦＴ２２０４のドレイン領域を形成し、レーザビームの走査方向の下流側にソース領域を形成する。また、駆動用ＴＦＴ２２０５のキャリアの移動方向を、レーザビームの走査方向と交わるように形成する。本実施例では、駆動用ＴＦＴ２２０５のキャリアの移動方向は、レーザビームの走査方向と直角となるようにしている。なお、図２１（Ｃ）は、スイッチング用ＴＦＴ２２０４と駆動用ＴＦＴ２２０５のチャネル形成領域、および容量２２０６を形成する位置を上面から示しており、これらのＴＦＴのソース領域をＳ、ドレイン領域をＤで示す。
【０１８２】
なお、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを組み合わせて構成する電気回路であれば、特に画素を構成する回路に限定されるものではない。例えば、画素を駆動する駆動回路、電源回路、ＩＣ、メモリ、ＣＰＵを構成する回路など、さまざまな回路に用いることができる。
【０１８３】
スイッチング用ＴＦＴ２２０４は、駆動用ＴＦＴ２２０５のオンとオフを切り替えるＴＦＴである。そのため、スイッチング用ＴＦＴ２２０４は高速駆動が可能であることが求められる。スイッチング用ＴＦＴ２２０４のように、結晶の成長方向に合わせてキャリアが移動するようにソース領域とドレイン領域を形成すると、結晶粒界をキャリアが横切ることなく移動する。つまり、キャリアが結晶粒の粒界に沿って移動することになる。そのため、キャリアの移動度が高く、高速駆動が可能なＴＦＴを得ることができる。
【０１８４】
駆動用ＴＦＴ２２０５は発光素子２２０７に電流を流して発光させるためのＴＦＴである。駆動用ＴＦＴ２２０５のオフ電流が大きいと、駆動用ＴＦＴ２２０５をオフにしても発光素子２２０７に電流が流れ、消費電力の増大につながる。そのため、駆動用ＴＦＴ２２０５のオフ電流が小さいことが求められる。図２１（Ｃ）の配置では、駆動用ＴＦＴ２２０５において結晶の粒界を横切るようにキャリアが移動することになる。この場合は、駆動用ＴＦＴ２２０５のオン電流（ＴＦＴをオンにしたときに流れる電流）も小さくなるが、オフ電流（ＴＦＴをオフにしたときに流れる電流）も小さくなる。
【０１８５】
このように、求められる条件に合わせてＴＦＴの形成場所を配置することにより、応答速度がより高く、性能のよい半導体装置を形成することができる。
【０１８６】
一般的に、半導体装置は１つのＴＦＴだけで構成されるものではない。例えば、表示装置のパネルは、複数のＴＦＴを用いて１つの画素回路を形成し、この画素回路を集積することによって作られている。ここで、個々の回路を構成するＴＦＴの特性が均一であることが求められる。それは、ＴＦＴの特性がバラバラであると、表示ムラなどの不都合が発生するからである。本発明を用いて結晶化した半導体膜は、一方向に伸びた柱状の結晶粒が一様に形成されており、結晶粒の面方位は一方向とみなすことができる。そのため、この半導体膜を用いることによって、特性が等しく、表示ムラが格段に起こりにくいパネルを形成することができる。また、この点はパネルに限られたことではなく、全ての半導体装置に言えることである。
【０１８７】
以上の工程で示したように、活性層に本発明の準単結晶の半導体膜を用いたＴＦＴを作製することができる。このＴＦＴは高速動作が可能で、電流駆動能力が高く、かつ複数のＴＦＴ同士でばらつきが小さい。このＴＦＴを用いて、半導体素子又は複数の半導体素子を集積して構成される半導体装置を提供することができる。
【実施例８】
【０１８８】
実施例２ではキャップ膜をレーザ結晶化後にエッチングする例を示したが、本実施例でキャップ膜をそのままゲート絶縁膜として使用する半導体装置を作製する例を示す。
【０１８９】
まず、結晶化する対象である半導体膜の作製方法の例を示す。図２２（Ａ）に示すように、可視光線を透過するガラスなどの絶縁物からなる基板３００１上に下地絶縁膜３００２と半導体膜３００３を形成する。基板３００１は、実施の形態や他の実施例と同じ種類のものを用いることができる。本実施例では、厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に下地絶縁膜３００２として厚さ１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜する。次に、半導体膜３００３として、下地絶縁膜３００２上に厚さ６６ｎｍの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。さらに半導体膜３００３のレーザビームに対する耐性を高めるために、５００℃１時間の熱アニールを行う。
【０１９０】
次いで、図２２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて半導体膜３００３を所望の形状にパターン成形する処理（パターニング）を行い、非晶質珪素でなる半導体膜３００６を形成する。その手法は以下の通りである。
【０１９１】
まず、非晶質珪素でなる半導体膜３００３上に（１）オゾン含有水溶液を塗布する、（２）酸素雰囲気でＵＶを照射してオゾンを発生させる、などの方法を用いて非晶質珪素膜の表面に極薄い酸化膜３００４を形成する。この酸化膜３００４は、非晶質珪素膜を保護する効果と、レジストのぬれ性を向上させる効果を持つ。
【０１９２】
次に、レジストマスク３００５を形成する。まず、酸化膜３００４上にフォトレジストをスピンコーティング法などにより塗布し、露光を行う。次に、フォトレジストに対して加熱処理（プリベーク）を行う。プリベークの温度は５０〜１２０℃とし、後に行われるポストベークより低い温度で行う。本実施例では、加熱温度は９０℃、加熱時間は９０秒とした。
【０１９３】
次に、フォトレジストに現像液を滴下するか、あるいはスプレーノズルから現像液をスプレーすることによって、露光されたフォトレジストを現像（所定の形状に成形）する。
【０１９４】
その後、現像されたフォトレジストを１２５℃、１８０秒で加熱処理を行ういわゆるポストベークを行い、レジストマスク中に残っている水分などを除去し、同時に熱に対する安定性を高める。以上の工程によってレジストマスク３００５が形成される。このレジストマスク３００５を基に非晶質珪素でなる半導体膜３００３をエッチングして、島状に形成された非晶質珪素でなる半導体膜３００６が形成される（図２２（Ｃ））。
【０１９５】
なお、このほかの方法として、所定の場所に材料を吐出することが可能な印刷法やインクジェット法に代表される液滴吐出法により、レジストマスク３００５を直接酸化膜３００４上に形成してもよい。
【０１９６】
なお、必要があれば、半導体膜３００３のパターン形成を行う前に、ＴＦＴのしきい値電圧を制御するために、酸化膜３００４を介して微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行う。ここで、ドーピングを行っておくと、後に行うレーザ照射処理によって、結晶化工程と同時に添加された不純物元素の活性化を行うことができ、工程を削減する効果を有する。なお、酸化膜３００４を介してドーピングを行った後には、酸化膜３００４を除去しておくことが好ましい。
【０１９７】
次いで、図２２（Ｄ）に示すように、半導体膜３００３を所望の形状にパターン成形する際に発生する不要物（レジスト残りやレジスト剥離液など）を除去する洗浄を行った後、島状に形成された半導体膜３００６の表面を覆って、キャップ膜兼ゲート絶縁膜となる窒素を含む酸化珪素を主成分とするゲート絶縁膜３００７を２００ｎｍの厚さで成膜する。なお、ゲート絶縁膜３００７として窒素を含む酸化珪素膜を用いるため、固く緻密な膜を形成することが好ましい。
【０１９８】
上記の酸化珪素膜には限らず、少なくとも酸素または窒素を含む絶縁膜であれば良い。また、ゲート絶縁膜３００７の構造は単層でも複層でもよい。その際の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法を用いることができる。例えば、プラズマＣＶＤ法で窒素を含む酸化珪素膜と酸素を含む窒化珪素膜を連続成膜してもよい。
【０１９９】
次に、実施の形態で示した方法と同様にレーザビームを照射する。これにより、レーザビームが照射され完全溶融した領域の非晶質珪素膜がひとつの面方位に結晶が成長し、準単結晶の半導体膜３００８にすることができる。その後は、ゲート絶縁膜３００７上にゲート電極を形成し、不純物を準単結晶の半導体膜３００８に導入することによってソース領域とドレイン領域を形成する。さらに、絶縁膜を形成し、ソース領域およびドレイン領域とそれぞれ接続する電極を形成することによって、薄膜トランジスタを形成することができる。なお、ゲート電極の形成以降の工程は、他の実施例に記載の方法を用いることができる。
【０２００】
以上の工程で示したように、活性層に準単結晶の半導体膜を用いたＴＦＴを作製することができる。そのため、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、素子間において特性のばらつきの小さい半導体素子を作製することができる。さらに、複数の半導体素子を集積して構成される半導体装置を提供することができる。
【実施例９】
【０２０１】
本実施例において、以上に示した例とは別のレーザ結晶化方法の例を示す。本実施例において、レーザ発振器には、近赤外領域の波長を持つＹｂドープファイバーＣＷレーザを用いる。このレーザは１０ｋＷの出力が可能である。本実施例はこれに限らず、ダイオードレーザやＬＤ励起固体レーザ等を用いても良い。また、本実施例ではＣＷレーザを用いるが、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いてもよい。
【０２０２】
波長が近赤外領域のレーザ発振器を使用するのは、以下の理由による。高調波はレーザ媒質から発振した基本波を非線形光学素子に入射させることで得られる。しかし、レーザの出力が大きくなると、多光子吸収などの非線形光学効果により、非線形光学素子にダメージが与えられ、ブレークダウンにつながるなどの問題がある。よって、現在、生産されている可視域のＣＷレーザ及び繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザは、非線形光学素子の問題から、最大でも１５Ｗ程度である。したがって、より高い出力を持つ基本波のレーザを結晶化に用いることができれば、被照射面におけるビームスポットを長尺化することが可能になるため、効率よくレーザ照射処理を行うことが可能となる。
【０２０３】
レーザ結晶化する対象である半導体膜の作製方法の例を示す。図２３（Ａ）に示すように、基板４００１は、レーザ結晶化に用いるレーザの波長である可視光線を透過するガラスなどの絶縁性の基板を用いる。本実施例では、基板４００１として厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用いる。なお、基板４００１の材質はガラスに限らず、他の実施例に記載された材質を用いることができる。
【０２０４】
基板４００１の片面に下地絶縁膜４００２として厚さ１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜し、その上に半導体膜として厚さ６６ｎｍの非晶質珪素膜４００３をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。下地絶縁膜４００２と非晶質珪素膜４００３は、基板の表面または裏面のどちらに形成してもよいが、本実施例では便宜上、表面としておく。さらに半導体膜のレーザビームに対する耐性を高めるために、５００℃、１時間の熱アニールを半導体膜に対して行う。
【０２０５】
次いで、図２３（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて非晶質珪素膜４００３を所望の形状にパターン成形する処理（パターニング）を行い、非晶質珪素膜４００４を形成する。この処理において、レジストマスク形成を行う前に、非晶質珪素膜４００３を保護するためにオゾン含有水溶液を塗布する方法、または酸素雰囲気でのＵＶ照射によってオゾンを発生させる方法などを用いて酸化膜を形成することができる。ここで形成した酸化膜はレジストのぬれ性を向上させる効果もある。
【０２０６】
なお、必要があれば、パターン形成を行う前に、ＴＦＴのしきい値電圧を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを、この酸化膜を介して行う。ここで、ドーピングを行っておくことによって、後に行うレーザによる結晶化工程によって添加された不純物元素の活性化処理を同時に行うことができ、工程を削減する効果をも有する。なお、この酸化膜を介してドーピングを行った場合には、酸化膜を除去しておいてもよい。
【０２０７】
次いで、パターン成形処理によって発生するレジスト残りやレジスト剥離液などの不要物を除去する洗浄を行った後、島状に形成された非晶質珪素膜４００４の表面を覆って、キャップ膜兼ゲート絶縁膜となるＳｉＯ２を主成分とする絶縁膜４００５を成膜する。さらに、キャップ膜の上に、レーザビームの光吸収層４００６として、タングステン膜を３０ｎｍの厚さで成膜する。
【０２０８】
光吸収層４００６を成膜するのは以下の理由による。上述したように本実施例においては、波長が近赤外領域である基本波のレーザを用いる。しかし、近赤外領域の波長において、珪素の光吸収係数は低い。したがって、波長が近赤外領域である基本波のレーザを用いると、直接珪素を溶融することができない。そこで、近赤外領域において吸収係数が高い光吸収層を設け、レーザビームが光吸収層に吸収されて発生した熱により、間接的に半導体膜の結晶化を行う。
【０２０９】
よって、光吸収層４００６は、近赤外から赤外の波長領域において非晶質珪素膜４００４に比べて吸収率の高いものを用いる。例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｏなどから選ばれる１種、またはこれらの合金、また、これらの高融点金属の窒化物（ＷＮ，ＭｏＮ，ＴｉＮ，ＴａＮなど）を用いて単層または２層以上の積層で形成することができる。
【０２１０】
以上の工程によって形成された被照射物にレーザビームを照射する（図２３（Ｃ））。光吸収層４００６がレーザビームの光を吸収して発生する熱によって非晶質珪素膜４００４を加熱する。その結果、レーザビームが照射され完全溶融した領域の非晶質珪素膜がひとつの面方位に結晶が成長し、非晶質珪素膜４００４を準単結晶４００７とすることができる。
【０２１１】
なお、レーザビームの照射後、光吸収層４００６をエッチングにより取り除いてもよいし、エッチングせずに所望の形状に成形し、ゲート電極４００８として用いてもよい。図２３（Ｄ）では、光吸収層４００６の一部を残してエッチングによって除去している。
【０２１２】
なお、ゲート電極４００８は一層に限らず、複数層でもよい。図２３（Ｅ）に示すように、光吸収層４００６をエッチングによって成形し、さらに光吸収層４００６上に導電膜を形成し、さらにこの導電膜をエッチングによって成形することによって、２層以上のゲート電極４００８を形成することもできる。また、図示しないが、光吸収層４００６をエッチングする前に、導電材料を含む導電膜４０１０を形成し、光吸収層４００６と導電膜４０１０を同時にエッチングすることによってゲート電極４００８を形成することもできる。図２３（Ｅ）では、導電材料を含むペーストを噴射ノズル４００９から吐き出して、導電膜４０１０を直接形成する例を示している。
【０２１３】
導電膜４０１０の材料は、実施の形態や他の実施例で用いた材料を用いることができる。また、その形成方法はＣＶＤ法やスパッタリング法を用いてもよいし、導電材料の微粒子を溶媒によって溶解または分散させた物質を直接ゲート電極の形状に形成する方法を用いてもよい。
【０２１４】
これ以降の工程は、公知の方法を用いることによって、活性層に準単結晶の半導体膜を用いたＴＦＴを作製することができる。この作製方法を用いたＴＦＴは高速動作が可能で電流駆動能力が高く、素子間で特性のばらつきが小さい。このＴＦＴを用いて半導体素子を形成することや、複数の半導体素子を集積して半導体装置を作製することができる。
【０２１５】
なお本実施例においては、光吸収層４００６をキャップ膜の上に形成し、レーザビームを直接光吸収層４００６に照射し、光吸収層４００６が発生する熱を非晶質珪素膜４００４の溶融に利用する例を示したが、必ずしも最上層にある必要はない。例えば、ＴＦＴ等の半導体素子によりＩＣタグを作製する場合では、工程終了後に基板からＩＣタグを剥離するため、剥離する層を半導体膜よりも下層に形成する。この剥離する層を光吸収層として兼用する構造にしてもよい。
【０２１６】
また、本実施例は、半導体膜をエッチングにより所定の形状に加工した後にキャップ膜と光吸収層を形成し、レーザビームを照射するものであるが、半導体膜の形状を加工する前に、キャップ膜と光吸収層を形成し、レーザビームを照射してもよい。
【実施例１０】
【０２１７】
本実施例では、実施の形態や他の実施例とは別のレーザ照射方法の例を示す。なお、本実施例において使用するレーザ発振器は、実施の形態で使用したレーザと同様に、繰り返し周波数が８０ＭＨｚのＹＶＯ４パルスレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いるが、ＣＷレーザを用いてもよい。
【０２１８】
まず、図２４（Ａ）に示すように、本発明の実施の形態で示した方法と同様にして、可視光線に対する透過率が十分に高いガラスなどの基板５００１上に、下地絶縁膜５００２を形成する。さらに、半導体膜として非晶質珪素膜５００３を形成し、非晶質珪素膜５００３上にキャップ膜５００４として酸化珪素膜を成膜する。他の実施例と同様に、基板５００１は絶縁性を有し、可視光線を吸収しない基板であればガラスには限らない。
【０２１９】
次に、レーザ照射方法に関して説明する。実施の形態においては、レーザビームをキャップ膜の上方から照射していたが、本実施例では、図２４（Ｂ）に示すように、基板５００１の裏面側、すなわち基板５００１に何も成膜していない側からレーザビームを照射して、準単結晶５００５を形成する。なお、本実施例の場合では、下地絶縁膜５００２でレーザビームのビームスポットが形成される。レーザビームのビームスポットを線状にする光学系及び被照射物を搭載するロボットは、実施の形態や他の実施例に示したものを用いることができる。
【０２２０】
基板５００１の裏面からレーザビームを照射する点以外は、実施の形態や他の実施例と同様にレーザビームを照射する。これにより、レーザビームの照射によって完全溶融した領域で、非晶質珪素膜が一方向の面方位に結晶成長し、非晶質珪素膜を準単結晶とすることができる。以上に示したレーザ結晶化方法は、例えば、キャップ膜５００４の上に、既に後にゲート電極や配線となるような金属膜等が成膜され、レーザビームを非晶質珪素膜５００３に直接照射できない場合に用いることができる。
【０２２１】
この例を図２４（Ｃ）に示す。ゲート絶縁膜５００６をはじめ、ソース領域５００７やドレイン領域５００８と接続される配線５００９、ゲート電極５０１０は既に形成されている。基板５００１の上面からレーザビームを照射すると、配線５００９やゲート電極５０１０にレーザビームが吸収されるため、ソース領域５００７およびドレイン領域５００８を形成する半導体膜全体にレーザビームを照射することができなくなる。また、配線５００９およびゲート電極５０１０自体にも影響を及ぼす可能性がある。そこで、基板５００１の裏面からレーザを照射することによって、半導体膜全体にレーザビームを照射し、準単結晶化することができる。つまり、本実施例の場合では、下地絶縁膜５００２が、実施の形態や他の実施例におけるキャップ膜に相当する。
【０２２２】
これ以降の工程の半導体装置の作製方法は、他の実施例に記載した方法などの公知の方法を用いることができる。以上の工程を用いると、活性層に準単結晶珪素を用いたＴＦＴを作製することができる。このＴＦＴは、高速動作が可能で電流駆動能力の高く、かつ素子間において特性のばらつきが小さい。このＴＦＴを用いて半導体素子又は複数の半導体素子を集積して構成される半導体装置を提供することができる。
【実施例１１】
【０２２３】
本実施例では、半導体膜にレーザビームが照射されて溶融された状態をより長い時間にすることによって、結晶成長をさらに助長させ、よりドメインの大きい準単結晶を形成する例について説明する。
【０２２４】
溶融された状態を時間的に延ばすには、レーザビームが照射されている領域に、照射されるレーザビーム以外の熱源からの熱を与えるとよい。具体的な方法を以下に示す。
【０２２５】
まず、図２５（Ａ）に示すように、基板６０００上に下地絶縁膜６００１を形成する。代表的には、アルミノホウケイ酸ガラスやバリウムホウケイ酸ガラスなどのガラスを材料とした基板６０００を用いる。基板６０００はガラスに限られるものではなく、可視光線に対して吸収率が低く、本実施例の処理温度に耐えることができる耐熱性を有する材質であれば、自由に選択することができる。例えば、基板６０００の材質として、石英、セラミック、ダイヤモンドなどを用いることも可能である。この基板６０００上に、下地絶縁膜６００１として厚さ１５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜し、その下地絶縁膜６００１上に非晶質半導体膜６００２として、厚さ６６ｎｍの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。
【０２２６】
次に、非晶質半導体膜６００２のレーザビームに対する耐性を高めるために、５００℃で１時間の熱アニールを非晶質半導体膜６００２に対して行う。さらに、非晶質半導体膜６００２上に、キャップ膜６００３として厚さ３００ｎｍの酸化珪素膜を成膜する。
【０２２７】
次に、実施の形態や他の実施例で示した方法と同様にレーザビームをキャップ膜６００３に照射し、同時にレーザビームのビームスポットに重なり合うように高温の気体や熱プラズマを局所的に噴き付ける。
【０２２８】
本実施例では、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザとしてＹＶＯ４レーザを用いたが、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザおよびＣＷレーザのいずれかを使用することもできる。例えば、気体レーザとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザ等があり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、セラミックスレーザ等があり、金属蒸気レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ等が挙げられる。
【０２２９】
高温の気体を噴き付ける方法の例を挙げる。図２５（Ｂ）に示すように、キャップ膜６００３まで成膜された状態の基板６０００をステージ６００４に固定する。そして、不活性気体や空気などの気体を噴射するノズル６００５に気体供給管６００６から気体を供給して噴射させる。ノズル６００５が、レーザビームを透過する材質であれば、特に加工する必要はない。また、ノズル６００５にレーザビームを吸収する材質を用いた場合は、レーザビームが通過する部分だけをくり抜いた形状にすればよい。ノズル６００５は噴出する気体によって浮上させてもよいし、キャップ膜の表面から所定の長さだけ離した状態で予め固定させてもよい。このようにした状態でステージ６００４を移動させると、レーザビームがキャップ膜６００３の全面に照射され、非晶質半導体膜６００２が溶融する。
【０２３０】
また、図２５（Ｃ）に示すように、スプレーガン等の気体排気手段６００７を用いて、キャップ膜６００３上に形成されるビームスポットに斜めから気体を噴き付ける方式にしてもよい。この方法は気体排気手段６００７を取り付けるだけで実施できるため、既存の装置を用いることができる。この状態でステージ６００４を移動させると、レーザビームがキャップ膜６００３の全面に照射され、非晶質半導体膜６００２を溶融することができる。
【０２３１】
高温の気体を吹き付ける場合、気体は窒素やアルゴン等の不活性ガス、あるいは空気やそれらの圧縮気体を用いることができる。本実施例で用いる気体の温度は、３００℃以上１５００℃以下の温度である。この温度範囲の気体を、レーザスポットに十分重なり合う大きさで吹き付けると好ましい。
【０２３２】
なお、気体を加熱する温度は、３００℃未満だと非晶質半導体膜６００２を加熱する効果が小さいので、３００℃以上が好ましい。また代表的な半導体である珪素の融点は１４１４℃である。そのため、１５００℃まで加熱する気体を吹き付ければ、熱量としては充分である。
【０２３３】
また、プラズマを照射する例を挙げる。まず、図２６に示すように、キャップ膜６００３まで成膜された状態の基板６０００をステージ６００４に固定する。レーザビームをキャップ膜６００３に照射するとともに、窒素やアルゴン等の不活性ガス、あるいは空気を処理ガスとして用い、圧力を大気圧または大気圧の近傍の圧力（具体的には１．３×１０１〜１．３１×１０５Ｐａ）にして、パルス電圧を印加する。このようにした状態でステージ６００４を移動させると、レーザビームがキャップ膜６００３の全面に照射され、非晶質半導体膜６００２が溶融する。
【０２３４】
大気圧または大気圧近傍でプラズマを照射する際には、プラズマを射出するノズル６００５を用いればよい。ノズル６００５には、処理に用いる気体を供給する気体供給管６００６と、気体排気手段６００７が接続されている。気体供給管６００６から供給される気体は、ノズル６００５内でプラズマ化して噴出口からキャップ膜６００３に噴きつけられる。その後、気体は気体排気手段６００７により排出される。大気圧または大気圧近傍の圧力で安定して放電を維持するためには、ノズル６００５と被照射面であるキャップ膜６００３表面との間隔は５０ｍｍ以下にすることが好ましい。
【０２３５】
ノズル６００５は、局在的にプラズマ化した気体を照射することが可能な構成であれば円柱状、三角錐状など、自由な形状にすることができる。
【０２３６】
溶融された状態を時間的に延ばして、さらに結晶成長を助長させるために、上記の方法を用いると、ガラス基板全面を同時に高温にさらすことがなく、一時的に局所加熱を行うことができるため、熱による基板の歪みを抑えることができる。また、レーザビームの照射によって溶融した領域の非晶質珪素膜が、キャップ膜と高温の気体照射の効果によって、より緩やかな結晶成長を促すことが可能となり、非晶質珪素膜をよりドメインの大きい準単結晶とすることができる。
【０２３７】
これ以降の工程の半導体装置の作製方法は、公知の方法を用いることができる。以上の工程を用いると、活性層に準単結晶珪素を用いたＴＦＴを作製することができ、高速動作が可能で電流駆動能力の高く、かつ素子間においてばらつきの小さい半導体素子又は複数の半導体素子を集積して構成される半導体装置を提供することができる。
【実施例１２】
【０２３８】
本実施例では、本発明の準単結晶半導体膜を材料とした半導体装置の例として、同一基板上に端子部７０３１と画素部７０３３と駆動回路部７０３２が形成されたアクティブマトリクス型の発光装置およびその作製例を説明する。本発明はパッシブ型の発光装置について適用することはもちろん可能である。
【０２３９】
画素部７０３３には、スイッチング機能として機能する第１のＴＦＴ（以下、スイッチング用ＴＦＴと呼ぶ）と、発光素子への電流を制御する第２のＴＦＴ（以下、駆動用ＴＦＴと呼ぶ）が形成されている。また、駆動回路部７０３２には、画素部７０３３を駆動するＴＦＴが形成されている。本発明の半導体膜を用いて、画素部７０３３のＴＦＴおよび駆動回路部７０３２のＴＦＴを形成することが可能である。
【０２４０】
本発明の半導体膜は、結晶欠陥が少なく、結晶粒の面方位が少なくとも実質的に一方向とみなせる程度に揃っている。従って、この半導体膜を用いることにより、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、かつ素子間で特性のばらつきが小さい半導体素子を作製することが可能になる。この素子を用いて、高品質の半導体装置を作製することが可能になる。
【０２４１】
まず、基板７０００上に下地絶縁膜７００１ａ、７００１ｂを形成する（図２７（Ａ））。本実施例では基板７０００としてガラス基板を用いる。なお、ガラス基板の屈折率は１．５５前後である。
【０２４２】
基板７０００側を表示面として発光を取り出す場合、基板７０００としては、光透過性を有するガラス基板や石英基板を用いればよい。また、プロセス中の処理温度に耐えうる耐熱性を有するのであれば、ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホンなどのプラスチックや、アクリルなどに代表される透光性を持つ合成樹脂を基板の材料として用いることができる。また、基板７０００側とは逆の面を表示面として発光を取り出す場合、基板７０００の材料は、先述の材料に加え、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いることができる。
【０２４３】
また、基板７０００は、必要に応じてＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などにより研磨してから使用してもよい。
【０２４４】
下地絶縁膜７００１ａ、７００１ｂは、酸化珪素膜、窒化珪素膜または窒素を含む酸化珪素膜などの絶縁性物質を材料とし、単層又は２以上の複数層で形成する。そして、下地絶縁膜７００１ａ、７００１ｂはスパッタ法やＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の公知の手段を用いて形成する。本実施例においては、下地絶縁膜７００１ａ、７００１ｂは組成比の異なる窒素を含む酸化珪素膜の２層構造とする。１層目の下地絶縁膜７００１ａは、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４、ＮＨ３、及びＮ２Ｏを反応ガスとして、窒素を含む酸化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝２７％、Ｎ＝２４％、Ｈ＝１７％）を１４０ｎｍの厚さで形成する。続いて、２層目の下地絶縁膜７００１ｂは、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４及びＮ２Ｏを反応ガスとして、窒素を含む酸化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を１００ｎｍの厚さで形成する。なお、本実施例では下地絶縁膜７００１ａ、７００１ｂを２層の積層構造としているが、もちろん単層でも３層以上の複数層でも構わない。また、基板７０００の凹凸や、基板７０００からの不純物拡散が問題にならない場合は、下地絶縁膜を形成しなくてもよい。
【０２４５】
次いで、他の実施例に示した方法を用いて、下地絶縁膜７００１ｂ上に準単結晶化された半導体膜７００２〜７００５を形成する。準単結晶化された半導体膜７００２〜７００５を形成する方法は、大きく分けて２つの方法がある。
【０２４６】
第１の方法は、実施の形態で説明したように、非晶質半導体膜の全面をレーザビームの照射によって準単結晶化した後に所望の形状に形成する方法である。この工程を、図５を用いて簡単に説明する。
【０２４７】
図５（Ａ）に示すように、基板１００上に下地絶縁膜１０１を形成し、さらに半導体膜１０２を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）を用いて２５ｎｍ以上２００ｎｍ以下（好ましくは、３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下）の厚さで形成する。さらに、半導体膜１０２上にキャップ膜１０３として窒素を含む酸化珪素膜を２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さで形成する。次に、図５（Ｂ）に示すように、ＣＷレーザまたは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを照射し、準単結晶の半導体膜１０４を得る。
【０２４８】
より具体的な例を挙げると、半導体膜１０２として非晶質珪素膜を６６ｎｍの厚さで形成し、キャップ膜を５００ｎｍで形成し、１４Ｗ以上２０Ｗ以下のＣＷレーザまたは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを３５ｃｍ／ｓｅｃの走査速度で照射すると、各結晶粒の結晶方位が揃った珪素膜を良好に形成することができる。レーザビームのエネルギーが十分であれば１台のレーザ発振器を用いればよいし、複数のレーザ発振器から射出したレーザビームを、光学系を用いて合成したのちに半導体膜に照射してもよい。
【０２４９】
その後、図５（Ｃ）に示すように、エッチングを行うことによってキャップ膜１０３を除去する。その後、準単結晶の半導体膜１０４上にレジストを塗布する。このレジストを露光し、現像することによって所望の形状にレジストを形成する。さらに、ここで形成したレジストをマスクとしてエッチングを行い、現像によって露出した準単結晶の半導体膜を除去する。この工程によって、島状に形成された準単結晶の半導体膜１０５が形成される（図５（Ｄ））。
【０２５０】
第２の方法は、実施例８で説明したように、非晶質半導体膜を所望の形状に形成した後に、レーザビームの照射によって準単結晶化する方法である。図２２を用いて簡単に説明する。
【０２５１】
第１の方法と同様に、基板３００１上に下地絶縁膜３００２、非晶質珪素でなる半導体膜３００３、酸化膜３００４の形成を行う（図２２（Ａ））。基板および形成した膜の材質や厚さは、上記第１の方法と同じ条件である。次に、レジストを塗布し、露光、現像することによって所望の形状にレジストを形成する（図２２（Ｂ））。形成したレジストをマスクとしてエッチングを行い、現像によって露出した非晶質珪素でなる半導体膜３００３を除去し、非晶質珪素でなる島状の半導体膜３００６を形成する（図２２（Ｃ））。その後、非晶質珪素でなる島状の半導体膜３００６および下地絶縁膜３００２の表面を覆うように、キャップ膜兼ゲート絶縁膜となるゲート絶縁膜３００７として酸化珪素膜を形成する（図２２（Ｄ））。その後、ＣＷレーザまたは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザをゲート絶縁膜３００７に照射すると、半導体膜が溶融し、冷却とともに１つの面方位に結晶が成長し、準単結晶の半導体膜３００８が形成される。
【０２５２】
上記第２の方法を用いると、準単結晶の半導体膜３００８を形成する際のキャップ膜をゲート絶縁膜３００７として用いることが可能になる。なお、本実施例ではこの方法で準単結晶の半導体膜を形成し、キャップ膜をゲート絶縁膜としてそのまま使用する。従って図２７（Ａ）に示す準単結晶化された半導体膜７００２〜７００５上に形成されたゲート絶縁膜７００６はキャップ膜としても機能するものである。
【０２５３】
なお、図５に示したキャップ膜１０３又は図２２に示したゲート絶縁膜３００７として機能するキャップ膜は、上記第１の方法又は第２の方法で用いるレーザの波長に対して十分な透過率を持つことが必要である。また、キャップ膜は非晶質半導体膜に直接接するため、熱膨張係数や延性などの値が非晶質半導体膜の値に近い材料を用いることが望ましい。本実施例では、キャップ膜として窒素を含む酸化珪素を一層だけ形成する例を示すが、一層に限られるものではなく、材料の種類の異なる複数の層でキャップ膜を構成してもよい。
【０２５４】
なお、非晶質珪素膜を形成した後、実施例７に記載したように、ニッケル、パラジウム、ゲルマニウム、鉄、スズ、鉛、コバルト、白金、銀、銅、金などの触媒元素を添加した後に熱処理を行って多結晶珪素膜を形成し、さらにキャップ膜を形成し、レーザビームを照射して、準単結晶の珪素膜を形成してもよい。また、触媒元素を導入したのちに加熱処理を行って結晶化を促進した段階でレーザビームの照射を行ってもよいし、加熱処理の工程を省略してもよい。また、加熱処理を行った後、その温度を保ちつつレーザ処理を行ってもよい。触媒元素を用いることによって、準単結晶の珪素膜を効率よく形成することができる。
【０２５５】
レーザ照射の後、必要に応じて半導体膜にしきい値電圧をコントロールするために微量の不純物添加、いわゆるチャネルドーピングを行ってもよい。要求されるしきい値電圧を得るために、Ｎ型もしくはＰ型を呈する不純物（リン、ボロンなど）をイオンドーピング法などによって添加する。
【０２５６】
図２７（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜７００６上にゲート電極７００７〜７０１０を形成する。ゲート電極７００７〜７０１０は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法を用いて金属膜を形成し、この金属膜を所望の形状にエッチングすることによって形成する。または、所定の方向に材料を吐出することが可能な印刷法やインクジェット法に代表される液滴吐出法により、ゲート電極を直接ゲート絶縁膜上に形成してもよい。
【０２５７】
ゲート電極７００７〜７０１０は、単層でも２層以上の複数層でもよい。ゲート電極の導電材料、構造、作製方法は適宜選択することができる。
【０２５８】
プラズマＣＶＤ法やスパッタ法を用いてゲート電極７００７〜７０１０を形成する場合には、金、銀、白金、銅、タンタル、アルミニウム、モリブデン、タングステン、チタン、クロム、ニオブなどから選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合成材料若しくは化合物材料で形成してもよい。例えば、リンなどのｎ型を付与する不純物がドーピングされたＳｉとＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）との積層構造や、ＴａＮ（窒化タンタル）とＷ（タングステン）の積層構造でゲート電極７００７〜７０１０を形成することや、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてゲート電極７００７〜７０１０を形成することができる。
【０２５９】
液滴吐出法でゲート電極７００７〜７０１０を形成する場合、吐出する材料は、導電体材料を溶媒に溶解または分散させたものを用いる。導電膜となる材料は、金、銀、銅、白金、アルミニウム、クロム、パラジウム、インジウム、モリブデン、ニッケル、鉛、イリジウム、ロジウム、タングステン、カドミウム、亜鉛、鉄、チタン、ジルコニウム、バリウムなどの金属から少なくとも一種類、またはこれらの金属の合金を含むものである。溶媒は、酢酸ブチル、酢酸エチルなどのエステル類、イソプロピルアルコール、エチルアルコールなどのアルコール類、メチルエチルケトン、アセトンなどの有機溶剤などを用いることができる。
【０２６０】
また、液滴吐出法で吐出する組成物の粘度は０．３Ｐａ・ｓ以下とする。これは、乾燥を防止し、吐出口から組成物を円滑に吐出するためである。なお、用いる溶媒や用途に合わせて組成物の粘度や表面張力は適宜調整すると良い。
【０２６１】
続いて、ゲート電極７００７〜７０１０をマスクとして半導体膜に高濃度の不純物を添加する（図２７（Ｃ））。これによって、準単結晶化された半導体膜７００２〜７００５、ゲート絶縁膜７００６、ゲート電極７００７〜７０１０を含む薄膜トランジスタが形成される。
【０２６２】
次に、ゲート電極７００７〜７０１０をマスクとして準単結晶化された半導体膜７００２〜７００５に不純物元素の添加を行う（図２８（Ａ））。不純物元素は半導体膜に一導電型を付与することができる元素であり、ｎ型の導電型を付与する不純物元素としてはリン、ｐ型の導電型を付与する不純物元素としてはホウ素（ボロン）などが代表的に挙げられる。発光素子の第１の電極を陽極として機能させる場合にはｐ型、陰極として機能させる場合にはｎ型となるように不純物元素を選択する。
【０２６３】
その後、ゲート絶縁膜７００６を覆って絶縁膜（水素化膜）７０１１を窒化珪素（ＳｉＮｘ）により形成する（図２８（Ｂ））。絶縁膜（水素化膜）７０１１を形成した後、４８０℃で一時間程度加熱を行い、不純物元素の活性化と半導体膜の水素化を行う。絶縁膜は、窒化珪素に限らず、酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜等の、少なくとも酸素又は窒素を有する絶縁膜を用いればよい。
【０２６４】
さらに、図２９（Ａ）に示すように、絶縁膜（水素化膜）７０１１を覆う層間絶縁膜７０１２を形成し、平坦性を高める。層間絶縁膜７０１２は有機材料や無機材料を用いることができる。有機材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、シロキサンなどを用いることができる。シロキサンとは、−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−で表される珪素と酸素との結合（シロキサン結合）を構成の基本単位とし、珪素にフッ素、脂肪族炭化水素、または芳香族炭化水素などが結合した構造を持つ物質である。無機材料としては、酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜等の、少なくとも酸素又は窒素を有する絶縁膜を用いることができる。また、層間絶縁膜７０１２の材料として、ポリシラザン（−（ＳｉＨ２ＮＨ）−の構成を基本単位とする無機ポリマーで、加熱によってセラミックス質の絶縁体を形成する物質）を用いることもできる。さらに、ポリシラザンと有機物との複合体を形成し、これを層間絶縁膜７０１２として用いてもよい。
【０２６５】
また、層間絶縁膜７０１２は、上記の絶縁膜を積層したものを用いてもよい。特に、有機物を材料にして絶縁膜を形成すると平坦性は高まるが、有機物によって水分や酸素が吸収される場合がある。絶縁膜による水分や酸素の吸収を防ぐために、有機物を材料とした絶縁膜（以下、有機絶縁膜と呼ぶ）上に、無機物を材料とする絶縁膜（以下、無機絶縁膜と呼ぶ）を形成し、これを層間絶縁膜７０１２としてもよい。さらには、有機絶縁膜と無機絶縁膜を交互に積層して３層以上とし、これを層間絶縁膜７０１２としてもよい。
【０２６６】
なお、絶縁膜（水素化膜）７０１１形成後の加熱処理は、層間絶縁膜７０１２の形成後に行っても構わない。
【０２６７】
その後、層間絶縁膜７０１２、絶縁膜（水素化膜）７０１１、ゲート絶縁膜７００６にコンタクトホールを形成し、ソース領域およびドレイン領域と接続する配線７０１３、接続部７０１４、および後に端子電極７０１８となる電極を形成する（図２９（Ａ））。配線７０１３、接続部７０１４、および後に端子電極７０１８となる電極は、アルミニウム、銅、アルミニウムと炭素とニッケルの合金、アルミニウムと炭素とモリブデンの合金などを材料に用いて単層で形成してもよいし、基板側からモリブデン、アルミニウム、モリブデンの積層構造や、チタン、アルミニウム、チタンの積層構造や、チタン、窒化チタン、アルミニウム、チタンの積層構造にしてもよい。
【０２６８】
次に、透光性を有する導電層を形成し、この導電層を加工して薄膜発光素子の第１の電極７０１７（発光素子の陽極または陰極）を形成する。ここで、第１の電極７０１７は接続部７０１４と電気的に接触している。
【０２６９】
第１の電極７０１７の材料を例示すると、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、チタン（Ｔｉ）などの導電性を有する金属、又はアルミニウムとシリコンからなる合金（Ａｌ−Ｓｉ）、アルミニウムとチタンからなる合金（Ａｌ−Ｔｉ）、アルミニウム、シリコン及び銅からなる合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）等それらの合金、または窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属材料の窒化物、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ））、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ（Ｉｎｄｕｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｘｉｄｅ））、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ））等の金属化合物などを挙げることができる。
【０２７０】
なお、発光を取り出す電極は、透明性を有する導電膜を用いることが好ましい。具体的には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの金属化合物の他、アルミニウム、銀などの金属の極薄膜を用いる。本実施例では、第１の電極７０１７から発光を取り出すため、第１の電極７０１７として酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）を用いた。逆に、第１の電極７０１７から発光を取り出さない場合には、第１の電極７０１７は反射率の高い材料（アルミニウムや銀など）を用いて形成することができる。
【０２７１】
なお、配線７０１３、接続部７０１４、および後に端子電極７０１８となる電極を形成した後、第１の電極７０１７を形成する前に、絶縁性無機物を含む絶縁膜７０１６を単層または複数層で形成してもよい（図３０（Ａ））。絶縁膜７０１６は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜などの無機絶縁膜を用いて、スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などを用いて形成することができる。このように絶縁膜７０１６を形成することにより、駆動回路部７０３２のＴＦＴや配線７０１３などを露出することを防ぎ、保護することができる。
【０２７２】
その後、第１の電極７０１７、配線７０１３、層間絶縁膜７０１２を覆って絶縁膜を形成し、得られた絶縁膜をパターン形成することにより、第１の電極７０１７の端部を覆う絶縁膜７０１５を形成する（図２９（Ａ）および図３０（Ａ））。絶縁膜７０１５の材料として、自己平坦性を有するアクリル、ポリイミド、シロキサンなどを用いることができる。本実施例では、シロキサンを絶縁膜７０１５の材料として用いる。
【０２７３】
その後、発光物質を含む層（以下、発光層７０１９と呼ぶ）を形成し、発光層７０１９を覆う第２の電極７０２０（陰極または陽極）を形成する（図２９（Ｂ）および図３０（Ｂ））。これによって、第１の電極７０１７と第２の電極７０２０との間に発光層７０１９を有する構造を持つ発光素子を作製することができる。第２の電極７０２０の形成に用いられる材料は、第１の電極７０１７の材料と同様の材料を用いることができる。本実施例ではアルミニウムを第２の電極７０２０の材料として用いた。
【０２７４】
なお、第１の電極７０１７と第２の電極７０２０は、どちらを陽極にしても陰極にしてもよいが、仕事関数を考慮して材料を選択する必要がある。陽極には仕事関数が大きい（具体的には、４．０ｅＶ以上）材料を用いることが好ましい。逆に、陰極には、仕事関数が小さい（具体的には３．８ｅＶ以下）材料を用いることが好ましい。ただし、高い電子注入性を有する電子注入層を用いることによって、仕事関数の高い材料、つまり、通常は陽極に用いられている原料で陰極を形成することが可能である。
【０２７５】
また、発光層７０１９はインクジェット法に代表される液滴吐出法、蒸着法、スピンコート法、ディップコート法などによって形成される。発光層には、低分子、高分子、低分子と高分子の間の性質を持つ中分子の材料がある。本実施例では、蒸着法によって発光層７０１９を形成するため、低分子材料を使用する。低分子材料も高分子材料も、溶媒に溶かすことでスピンコート法や液滴吐出法により塗布することができる。また、有機材料だけではなく、無機材料との複合材料も使用することができる。
【０２７６】
次に、プラズマＣＶＤ法によって窒素を含む酸化珪素膜を第１のパッシベーション膜７０２９として形成する。窒素を含む酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３から作製される窒素を含む酸化珪素膜、またはＳｉＨ４、Ｎ２Ｏから作製される窒素を含む酸化珪素膜、あるいはＳｉＨ４、Ｎ２ＯをＡｒで希釈したガスから形成される窒素を含む酸化珪素膜を形成すれば良い。
【０２７７】
また、第１のパッシベーション膜７０２９の材料に、ＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ、Ｈ２から作製される酸化窒化水素化珪素膜を適用しても良い。もちろん、第１のパッシベーション膜７０２９は単層構造に限定されるものではなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層構造、もしくは積層構造として用いても良い。また、窒化炭素膜と窒化珪素膜の多層膜やスチレンポリマーの多層膜、窒化珪素膜やダイヤモンドライクカーボン膜を、窒素を含む酸化珪素膜の代わりに形成してもよい。
【０２７８】
次に、発光素子の劣化を促進する水などの物質から発光素子を保護するために、表示部の封止を行う。対向基板７０２１を封止に用いる場合は、絶縁性のシール材７０２２を用いて、外部に接続する端子７０２３が露出するように貼り合わせる。対向基板７０２１と基板７０００との間の空間には、乾燥した窒素などの不活性気体を充填してもよいし、シール材７０２２を全面に塗布した後に対向基板７０２１を貼り合わせてもよい。シール材７０２２には、紫外線硬化樹脂などを用いると好適である。また、乾燥剤や基板間のギャップを一定に保つための粒子をシール材７０２２に混入してもよい。続いて、端子７０２３にフレキシブル配線回路７０２４（ＦＰＣ）を貼り付けることによって、発光装置が完成する。
【０２７９】
なお、図３１は、画素部７０３３の上面図を示しており、図３１中の点線Ａ―Ｂで切断した断面が、図２９（Ｂ）、図３０（Ｂ）における画素部７０３３の駆動用ＴＦＴ７０２５の断面に対応している。また、図３１中の鎖線Ｃ−Ｄで切断した断面が、図２９（Ｂ）、図３０（Ｂ）の画素部７０３３のスイッチング用ＴＦＴ７０２６の断面に対応している。図３１中の７０３０で示した実線は、絶縁膜７０１５の周縁を示している。但し、図２９（Ｂ）、図３０（Ｂ）、および図３１については、本発明を用いて形成した発光装置の一例を示したものであり、レイアウトにより配線などの構造は適宜変更が可能である。
【０２８０】
また、発光装置において、発光装置の発光表示面は一面または両面であってもよい。第１の電極７０１７および第２の電極７０２０を、透光性を有する導電膜で形成した場合、発光素子から発せられた光は、基板および対向基板を通過して両側に取り出される。この場合、基板７０００や対向基板７０２１は透光性を有する材料を用いることが好ましい。
【０２８１】
第１の電極７０１７を金属膜で形成し、第２の電極７０２０を透明導電層で形成した場合、発光素子から発せられた光は、対向基板７０２１を通過して一方に取り出される構造、即ちトップエミッション型となる。この場合、基板７０００は透光性を有する材料を用いなくともよい。
【０２８２】
また、第２の電極７０２０を金属膜で形成し、第１の電極７０１７を透明導電層で形成した場合、発光素子から発せられた光は、基板７０００のみを通過して一方に取り出される構造、即ちボトムエミッション型となる。この場合、対向基板７０２１や充填材７０２８は透光性を有する材料を用いなくともよい。
【０２８３】
本実施例は、実施の形態や、他の実施例と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例１３】
【０２８４】
本実施例では、ＴＦＴを薄膜集積回路装置、または非接触型薄膜集積回路装置（無線ＩＣタグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とも呼ばれる）として用いることもできる。他の実施例で示した作製方法と組み合わせることより、薄膜集積回路装置や非接触型薄膜集積回路装置は、タグやメモリとして利用することができる。
【０２８５】
本発明の準単結晶半導体膜は、結晶粒の面方位が一方向に揃っている。そのため、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、かつ素子間において特性のばらつきが小さい半導体装置を歩留まり良く作製することが可能になる。薄膜集積回路は今後需要が大きくなることが予想されるため、高い性能を持つ製品を歩留まり良く作製することが必要になる。したがって、本発明の準単結晶半導体膜を用いることは非常に有用である。その一例を説明する。
【０２８６】
本実施例では、無線ＩＣタグの集積回路に用いられる半導体素子として絶縁分離されたＴＦＴを用いた例を示す。しかし、無線ＩＣタグの集積回路に用いることができる半導体素子はＴＦＴだけではなく、その他の素子を用いることもできる。例えば、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、抵抗素子、コイル、容量素子、インダクタなどを代表的に挙げることができる。また、これらの素子を本発明の準単結晶半導体膜を用いて形成することもできる。
【０２８７】
以下の図を用いて、無線ＩＣタグの作製方法を説明する。実際には、一辺の長さが１メートルを超える基板に複数の半導体素子を同時に形成した後に、個々の半導体素子に切り離し、それぞれの封止を行うことによって作製する。
【０２８８】
まず、図３２（Ａ）に示すように、第１の基板８０００を用意する。第１の基板８０００として、バリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板等を用いることができる。この他に、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）に代表されるプラスチック、アクリル等の可撓性を有する合成樹脂を用いてもよい。無線ＩＣタグの作製工程における処理温度に耐えることができる合成樹脂であれば、基板として用いることができる。
【０２８９】
第１の基板８０００が、以上に挙げるような材質であれば、その面積や形状に大きな制限はない。そのため、第１の基板８０００として、例えば、１辺が１メートル以上であって、矩形状のものを用いれば、生産性を格段に向上させることができる。このような利点は、円形のシリコン基板を用いる場合と比較すると、大きな優位点である。
【０２９０】
また、上記の材料からなる基板の表面を、ＣＭＰ法などの研磨により平坦化しておいても良い。例えば、ガラス基板、石英基板、または半導体基板を研磨して薄くした基板を用いてもよい。
【０２９１】
第１の基板８０００を準備した後、第１の基板８０００上に絶縁膜８００２を形成する（図３２（Ａ））。絶縁膜８００２としては、酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜等の酸素又は窒素を有する絶縁膜の単層構造または積層構造で設けることができる。本実施例では、絶縁膜８００２として窒素を含む酸化珪素膜を１００ｎｍ成膜する。また、絶縁膜８００２に高密度プラズマ処理を行って、絶縁膜８００２を酸化させたり窒化させたりしてもよい。
【０２９２】
高密度プラズマは、マイクロ波、例えば２．４５ＧＨｚを使うことによって生成される。具体的には、電子密度が１０１１〜１０１３／ｃｍ３かつ電子温度が２ｅＶ以下、イオンエネルギーが５ｅＶ以下の高密度プラズマを用いる。このように低電子温度が特徴である高密度プラズマは、活性種の運動エネルギーが低い。そのため、従来のプラズマ処理に比べると、プラズマダメージが少なく欠陥が少ない膜を形成することができる。プラズマの生成はラジアルスロットアンテナを用いたマイクロ波励起のプラズマ処理装置を用いることができる。マイクロ波を発生するアンテナから第１の基板８０００までの距離を２０ｎｍ以上８０ｍｍ以下（好ましくは２０ｎｍ以上６０ｍｍ以下）とする。
【０２９３】
次に、剥離層８００４を形成する（図３２（Ａ））。剥離層８００４は金属膜や金属膜と金属酸化膜の積層構造等を用いることができる。金属膜としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、鉛（Ｐｂ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）から選択された元素または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる膜を単層又は積層して形成する。また、これらの材料は、公知の手段（スパッタ法やプラズマＣＶＤ法等の各種ＣＶＤ法）を用いて形成することができる。なお、本実施例では、プラズマＣＶＤ法でタングステンを３０ｎｍ成膜する。
【０２９４】
剥離層８００４を形成するとき、表面に酸化物、窒化物、または窒化酸化物が形成される。これらの化合物はエッチングガス、特に３フッ化塩素（ＣｌＦ３）との反応速度が高く、簡便かつ短時間に剥離することができる。つまり、エッチングガスによって金属、金属酸化物、金属窒化物、又は金属の窒化酸化物のいずれかが除去されれば、剥離が可能である。
【０２９５】
また、剥離層８００４の表面に酸化物、窒化物、又は窒化酸化物が形成されるときに、化学的な状態に変化が生じることがある。例えば、Ｗを有する酸化膜が形成される場合、酸化タングステン（ＷＯｘ（ｘ＝２〜３））は、価数に変化が生じる。その結果、物理的手段により剥離しやすい状態となる。化学的手段と物理的手段を併用すると、より簡便に、短時間で除去することができる。
【０２９６】
剥離層８００４を形成した後に、下地絶縁膜として機能する絶縁膜８００６を形成する。本実施例では、スパッタ法を用いて酸化珪素膜を２００ｎｍ成膜する。
【０２９７】
次に、半導体膜８００８を形成する。半導体膜８００８としては、非晶質半導体膜を形成すればよいが、微結晶半導体膜や結晶性半導体膜でもよい。また、半導体膜の材料に限定はないが、好ましくは珪素またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を用いるとよい。本実施例では、非晶質珪素膜を６６ｎｍ形成する。なお、半導体膜８００８の形成後に、半導体膜８００８に含まれる水素を除去する工程を行っても良い。具体的には、５００℃で１時間加熱すればよい。
【０２９８】
さらに、キャップ膜８００９として窒素を含む酸化珪素膜を３００ｎｍ形成する。なお、キャップ膜８００９は酸化珪素膜を用いてもよい。形成方法は他の実施例と同様に、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法を用いることができる。
【０２９９】
ここで、レーザ照射装置を用いて半導体膜８００８にレーザビームを照射して、半導体膜８００８の準単結晶化を行う（図３２（Ｂ））。本実施例では、１０Ｗ、第２高調波、ＴＥＭ００モード（シングル横モード）発振のＮｄ：ＹＶＯ４レーザを用いる。光学系を用いてこのレーザを集光および線状に成形し、走査速度を１０〜数１００ｃｍ／ｓｅｃ程度として照射する。
【０３００】
この方法を用いることにより、レーザビームが照射された領域の半導体膜８００８が完全に溶解する。そして、冷却される段階で１つの面方位に結晶が成長し、準単結晶を形成する。
【０３０１】
図３２（Ｂ）では、キャップ膜８００９側からレーザビームを照射している様子を示しているが、実施例１０に記載したように第１の基板８０００側からレーザビームを照射してもよい。この場合は、剥離層８００４が光吸収層となり、剥離層８００４がレーザビームを吸収して発生した熱により、間接的に半導体膜８００８の結晶化を行う。
【０３０２】
ここで用いることができるレーザの種類は、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザなどの気体レーザ、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数を用いることができる。
【０３０３】
なお、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Ｑスイッチ動作やモード同期などを行うことによって１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。１０ＭＨｚ以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体膜がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
【０３０４】
レーザの媒質としてセラミック（多結晶）を用いると、短時間かつ低コストで自由な形状に媒質を形成することが可能である。単結晶を用いる場合、通常、直径が数ｍｍ、長さが数十ｍｍの円柱状の媒質が用いられているが、セラミックを用いる場合はさらに大きいものを作ることが可能である。
【０３０５】
発光に直接寄与する媒質中のＮｄ、Ｙｂなどのドーパントの濃度は、単結晶中でも多結晶中でも大きくは変えられないため、濃度を増加させることによるレーザの出力向上にはある程度限界がある。しかしながら、セラミックの場合、単結晶と比較して媒質の濃度を高くすることができるため大幅な出力向上が実現できる。
【０３０６】
さらに、セラミックの場合では、平行六面体形状や直方体形状の媒質を容易に形成することが可能である。このような形状の媒質を用いて、発振光を媒質の内部でジグザグに進行させると、発振光路を長くとることができる。そのため、増幅が大きくなり、大出力で発振させることが可能になる。また、このような形状の媒質から射出されるレーザビームは射出時の断面形状が四角形状であるため、丸状のビームと比較すると、線状ビームに整形するのに有利である。このように射出されたレーザビームを、光学系を用いて整形することによって、短辺の長さが１ｍｍ以下、長辺の長さが数ｍｍ〜数ｍの線状ビームを容易に得ることが可能となる。また、励起光を媒質に均一に照射することにより、線状ビームは長辺方向にエネルギー分布の均一なものとなる。
【０３０７】
なお、本実施例のレーザ結晶化方法に、結晶化を助長する金属元素（ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）など）を用いる結晶化方法を組み合わせると、より結晶化が良好に行われる。
【０３０８】
次に、キャップ膜８００９をエッチングによって除去し、準単結晶膜８０１０にｐ型の導電型を付与する不純物元素をドーピングする。ここでは、不純物元素としてホウ素（Ｂ）をドーピングする（図３２（Ｃ））。
【０３０９】
次に、準単結晶膜８０１０を選択的にエッチングして、第１の半導体膜８０１２、第２の半導体膜８０１４を形成する（図３２（Ｄ））。
【０３１０】
次に、第１の半導体膜８０１２を覆うようにレジストマスク８０１６を形成した後、第２の半導体膜８０１４に対してｐ型の導電型を付与する不純物元素をドーピングする（図３３（Ａ））。本実施の例では、不純物元素としてボロン（Ｂ）をドーピングする。
【０３１１】
次に、レジストマスク８０１６を除去し、第１の半導体膜８０１２、第２の半導体膜８０１４に対してプラズマ処理を行い酸化または窒化させることによって、第１の半導体膜８０１２および第２の半導体膜８０１４の表面に、第１の絶縁膜８０１８、８０２０（酸化膜または窒化膜）を形成する（図３３（Ｂ））。本実施例では、酸素を含む雰囲気中でプラズマ処理を行い、第１の半導体膜８０１２、第２の半導体膜８０１４を酸化し、第１の絶縁膜８０１８、８０２０として酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜を形成する。第１の絶縁膜８０１８、８０２０として窒化珪素膜を形成する場合には、窒素雰囲気下でプラズマ処理を行えばよい。
【０３１２】
一般的に、ＣＶＤ法やスパッタ法により形成した酸化珪素膜または窒素を含む酸化珪素膜は、膜の内部に欠陥を含んでいるため膜質が十分でない。そのため、酸素雰囲気下中で、第１の半導体膜８０１２および第２の半導体膜８０１４にプラズマ処理を行い、表面を酸化することによって、第１の半導体膜８０１２および第２の半導体膜８０１４上に、ＣＶＤ法やスパッタ法等により形成した絶縁膜より緻密な絶縁膜を形成することができる。
【０３１３】
また、第１の半導体膜８０１２および第２の半導体膜８０１４の上方にＣＶＤ法やスパッタ法等を用いて設けられた絶縁膜を介して導電膜を設ける場合、第１の半導体膜８０１２および第２の半導体膜８０１４の端部において絶縁膜の段切れ等による被覆不良が生じ半導体膜と導電膜間でショート等が発生する恐れがある。しかし、あらかじめ第１の半導体膜８０１２および第２の半導体膜８０１４の表面に、プラズマ処理を用いて酸化または窒化をすることによって、第１の半導体膜８０１２および第２の半導体膜８０１４の端部で絶縁膜の被覆不良が発生することを抑制することができる。
【０３１４】
次に、第１の絶縁膜８０１８、８０２０を覆うように第２の絶縁膜８０２２を形成する。第２の絶縁膜８０２２の材料は、窒化珪素（ＳｉＮｘ）または酸素を含む窒化珪素膜である。ここでは、第２の絶縁膜８０２２として窒化珪素膜を４〜２０ｎｍの厚さで形成する（図３３（Ｃ））。
【０３１５】
次に、第２の絶縁膜８０２２に対して酸素雰囲気中でプラズマ処理を行い、第２の絶縁膜８０２２の表面を酸化させ第３の絶縁膜８０２４を形成する（図３３（Ｃ））。なお、プラズマ処理は上述した条件下で行うことができる。ここではプラズマ処理により、第２の絶縁膜８０２２の表面に第３の絶縁膜８０２４として酸化珪素膜または窒素を含む酸化珪素膜を、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下で形成される。
【０３１６】
次に、第１の半導体膜８０１２、第２の半導体膜８０１４の上方にゲート電極として機能する導電膜８０２６、８０２８を形成する（図３３（Ｄ））。なお、ここでは導電膜８０２６、８０２８は、第１の導電膜８０２６ａ、８０２８ａと第２の導電膜８０２６ｂ、８０２８ｂとの積層構造で設けられている。ここでは、第１の導電膜８０２６ａ、８０２８ａとして窒化タンタルを用い、第２の導電膜８０２６ｂ、８０２８ｂとしてタングステンを用いて積層構造で設ける。なお、ゲート電極として用いることができる導電膜は、単層で形成しても良い。また、導電膜の材料も、上記の材料に限定されるものではなく、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）等から選択された一種類の元素または複数種含む合金、若しくはこれらの元素を含む化合物を用いることができる。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成することもできる。また、結晶性半導体膜でゲート電極を形成することもできる。その場合、本発明の準単結晶半導体膜を用いることもできる。
【０３１７】
次に、導電膜８０２６をマスクとして第１の半導体膜８０１２にｐ型を付与する不純物元素を導入し、導電膜８０２８をマスクとして第２の半導体膜８０１４にｎ型を付与する不純物元素を導入する。この工程によって、ソース領域およびドレイン領域を形成する。その後、導電膜８０２６、８０２８を覆って絶縁膜８０３０を形成する（図３４（Ａ））。
【０３１８】
第１の半導体膜８０１２のソース領域またはドレイン領域と電気的に接続するように絶縁膜８０３０上に導電膜８０３２を形成する。第１の半導体膜８０１２をチャネル形成領域として利用するｐ型の薄膜トランジスタ８０３４、第２の半導体膜８０１４をチャネル形成領域として利用するｎ型の薄膜トランジスタ８０３６が設けられる（図３４（Ａ））。なお、本実施例ではトップゲート型（プラナー型）ＴＦＴを作製する例を示したが、ボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴなどのＴＦＴを作製する際にも、本発明を用いることができる。
【０３１９】
ここで、第１の半導体膜８０１２、第２の半導体膜８０１４およびこれらの半導体膜と同時に形成される導電膜８０３２（すなわち配線）は、第１の基板８０００の上面から見た場合に、角部が丸くなるように形成するのが好ましい。配線などの角を丸めて形成された状態について図３７に模式的に示す。
【０３２０】
図３７（Ａ）は従来の形成方法を示した図であり、配線ａ７００、配線ｂ７０１、配線ｃ７０２や半導体膜の角が角張っている。図３７（Ｂ）は配線ａ７００、配線ｂ７０１、配線ｃ７０２や半導体膜の角を丸めて形成した状態を示した図である。図３７（Ｂ）に示すように角部を丸くすると、配線形成時に発生するゴミが配線の角部に残ることを抑制することができる。したがって、半導体装置のゴミによる不良を低減し、歩留まりを向上させることができる。なお、図３７（Ａ）および図３７（Ｂ）中の丸印はコンタクトホール７０３を表す。
【０３２１】
次に、導電膜８０３２を覆うように絶縁膜８０３８を形成し、この絶縁膜８０３８上にアンテナとして機能する導電膜８０４０を形成し、さらに導電膜８０４０を覆うように絶縁膜８０４２を形成する（図３４（Ｂ））。なお、ここで薄膜トランジスタ８０３４、８０３６の上方に設けられた導電膜等（点線で囲まれた領域）をまとめて素子群８０４４と記す。
【０３２２】
絶縁膜８０３０、８０３８、８０４２は、それぞれ単層でも複数層でも良く、それぞれ同じ材料を用いて形成しても、別々の材料を用いて形成してもよい。その材料として、（１）酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜、窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜等の酸素または窒素を有する絶縁膜、（２）ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の炭素を含む膜、（３）エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料、およびシロキサン系材料、などを挙げることができる。
【０３２３】
また、上記の（３）で挙げた材料は、スピンコーティング法、液滴吐出法または印刷法等を用いることによって形成することができるため、平坦化を効率的に行い、処理時間の短縮を図ることができる。さらに、絶縁膜８０３０、８０３８、８０４２にプラズマ処理を行い、酸化または窒化をさせることも可能である。
【０３２４】
導電膜８０４０としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、炭素（Ｃ）等の金属、上記の金属を含んだ金属化合物を１つまたは複数有する導電材料を用いることができる。
【０３２５】
次に、素子群８０４４を避けた領域に、レーザ照射などの方法によって開口部８０４６を形成して剥離層８００４を露出させ、この開口部８０４６からエッチャントを導入することによって剥離層８００４を除去する（図３５（Ａ））。また、剥離層８００４は、全て除去してもよいし、完全に除去せずに一部残してもよい。剥離層８００４を残すことによって、エッチャントによって剥離層８００４を除去した後であっても、第１の基板８０００上に薄膜トランジスタ８０３４、８０３６を保持することができ、後の工程において取扱いが簡便となる。エッチャントとしては、三フッ化塩素ガス等のフッ化ハロゲンまたはハロゲンを含む気体や液体を使用することができる。例えば、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｆ２等を用いることもできる。
【０３２６】
次に、絶縁膜８０４２に接着性を有する第１のシート材８０４８を接着させて、第１の基板８０００から素子群８０４４を剥離させる（図３５（Ｂ））。
【０３２７】
第１のシート材８０４８を接着する目的は、この後の工程で剥離される素子群８０４４の機械的強度を保持するためである。このため、第１のシート材８０４８の厚みは５０μｍ以上あると好ましい。第１のシート材８０４８は、可撓性のフィルムを利用することができ、少なくとも一方の面に粘着剤を有する面が設けてある。第１のシート材８０４８の一例として、ポリエステルを基材とし、接着面に粘着剤が設けてあるものを利用することができる。粘着剤としては、アクリル樹脂等を含んだ樹脂材料、または合成ゴム材料を含む材料を用いることができる。
【０３２８】
次に、剥離させた素子群８０４４を、可撓性を有するフィルムで封止する。ここでは、第２のシート材８０５０に素子群８０４４を貼り付け、さらに、第３のシート材８０５２を用いて素子群８０４４を封止する（図３６（Ａ）、（Ｂ））。
【０３２９】
第２のシート材８０５０、第３のシート材８０５２は、可撓性のフィルムを利用することができ、例えば、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなるフィルム、紙、基材フィルム（ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等）と接着性合成樹脂フィルム（アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂等）との積層フィルム等を利用することができる。また、フィルムは、フィルムの最表面に設けられた接着層か、または最外層に設けられた層（接着層ではない）を加熱処理によって溶かし、加圧により接着することができるものが好ましい。また、第１のシート材８０４８と第２のシート材８０５０とで素子形成層を封止する場合には、第１のシート材８０４８も同様の材料を用いればよい。
【０３３０】
以上の工程により、記憶素子を有し、非接触でデータのやりとりが可能である半導体装置を得ることができる。また、本実施の例で示した半導体装置は、可撓性を有している。素子群８０４４を可撓性のある基板に貼り合わせると、厚さが薄く、軽く、落下しても壊れにくい半導体装置が完成する。安価な可撓性基板を用いると、安価に半導体装置を提供することができる。さらに、曲面や異形の形状を持つ物体に貼り合わせることも可能になる。さらに、第１の基板８０００を再利用することによって、低コストで半導体装置を作製することができる。
【０３３１】
なお、本実施例は、実施の形態および他の実施例と自由に組み合わせることができる。
【実施例１４】
【０３３２】
本実施例では、本発明を用いて作製した半導体膜を用いて、非接触でデータの送受信が可能である無線ＩＣタグとして利用した場合を説明する。
【０３３３】
なお、本発明を用いて作製した準単結晶半導体膜は、結晶粒の面方位が一方向、または実質的に一方向とみなせる方向に揃っている。つまり、限りなく性質は単結晶に近い半導体膜である。従って、この半導体装置を用いると、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、素子間において特性のばらつきが小さい半導体装置を製作することができる。
【０３３４】
無線ＩＣタグ９００１は、非接触でデータを送受信する機能を有し、電源回路９００２、クロック発生回路９００３、９００４、他の回路を制御する制御回路９００５、インターフェイス回路９００６、メモリ９００７、データバス９００８、アンテナ（アンテナコイル）９００９を有する（図３８（Ａ））。
【０３３５】
電源回路９００２は、アンテナ９００９から入力された交流信号を基に、半導体装置内にあるそれぞれの回路に供給する各種電源を生成する回路である。クロック発生回路９００３は、アンテナ９００９から入力された交流信号を基に、半導体装置内のそれぞれの回路に供給する各種クロック信号を生成する回路である。クロック発生回路９００４は、リーダライタ９０１０と送受信するデータを、復調／変調する機能を有する。制御回路９００５は、メモリ９００７を制御する機能を有する。アンテナ９００９は、電波の送受信を行う機能を有する。リーダライタ９０１０は、半導体装置との送受信、制御および送受信や制御したデータに関する処理を制御する。なお、無線ＩＣタグは上記の構成に制約されない。例えば、電源電圧のリミッタ回路や暗号処理専用ハードウェアといった他の要素を追加した機能であってもよい。
【０３３６】
また、無線ＩＣタグ９００１において、各回路への電源電圧の供給方法は、（１）電源（バッテリー）を搭載せず、アンテナで電波を受信することによって電源電圧を供給する方法、（２）アンテナの代わりに電源（バッテリー）を搭載して電源電圧を供給する方法、（３）電波と電源によって電源電圧を供給する方法、のいずれも用いることができる。
【０３３７】
本発明の半導体装置を無線ＩＣタグ等に利用した場合、非接触で通信を行う点、複数読取りが可能である点、データの書き込みが可能である点、様々な形状に加工可能である点、選択する周波数によっては、指向性が広く、認識範囲が広い点等の利点を有する。無線ＩＣタグは、非接触による無線通信で人や物の個々の情報を識別可能なタグ、ラベル加工を施して目標物への貼り付けを可能としたラベル、イベントやアミューズメント向けのリストバンド等に適用することができる。また、無線ＩＣタグを樹脂材料で成型加工してもよい。さらに、無線ＩＣタグは、入退室管理、精算、在庫管理などのシステムの運用に活用することができる。
【０３３８】
本発明を用いて作製した半導体装置を無線ＩＣタグとして実際に用いるときの一形態について説明する。表示部９０２０を有する携帯端末９０２１の側面には、リーダライタ９０２２が設けられ、品物９０２４の側面には無線ＩＣタグ９０２６が設けられる（図３８（Ｂ））。品物９０２４に設けられた無線ＩＣタグ９０２６にリーダライタ９０２２をかざすと、表示部９０２０に品物９０２４の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等、更に品物９０２４の説明等の商品に関する情報が表示される。
【０３３９】
また、品物９０３０をベルトコンベアにより搬送する際に、リーダライタ９０３２と、品物９０３０に設けられた無線ＩＣタグ９０３４を用いて、品物９０３０の検品を行うことができる（図３８（Ｃ））。このように、システムに無線ＩＣタグを活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加価値化を実現する。さらに、在庫管理や出荷システムと連動させることによって、余剰在庫の減少や棚卸しの簡略化というメリットも生まれる。
【０３４０】
なお、本実施例は、実施の形態および他の実施例と自由に組み合わせることができる。
【実施例１５】
【０３４１】
本実施例は、液晶表示装置の構成について図面を参照して説明する。
【０３４２】
図１６において、基板６１０上に下地絶縁膜６１１を形成する。基板６１０としては、光透過性を有するガラス基板や石英基板を用いればよい。また、処理温度に耐えうる耐熱性を有する光透過性のプラスチック基板を用いてもよい。また、反射型の液晶表示装置の場合には、前述の基板の他にシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。ここでは基板６１０としてガラス基板を用いる。
【０３４３】
下地絶縁膜６１１としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜を形成する。ここでは下地絶縁膜６１１が単層の例を示すが、絶縁膜を２層以上積層させた構造を用いても良い。なお、基板の凹凸や、基板からの不純物拡散が問題にならないのであれば、特に下地絶縁膜６１１を形成しなくてもよい。
【０３４４】
また、マイクロ波で励起され、電子温度が２ｅＶ以下、イオンエネルギーが５ｅＶ以下、電子密度が１０１１〜１０１３／ｃｍ３程度である高密度プラズマで、ガラス基板の表面を直接処理しても良い。プラズマの生成はラジアルスロットアンテナを用いたマイクロ波励起のプラズマ処理装置を用いることができる。このとき、窒素（Ｎ２）、またはアンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）などの窒化物気体を導入すると、ガラス基板の表面を窒化することができる。このガラス基板の表面に形成された窒化物層は、窒化珪素を主成分とするので、ガラス基板側から拡散してくる不純物のブロッキング層として利用することができる。この窒化物層の上に酸化珪素膜または酸窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で形成して下地絶縁膜６１１としても良い。
【０３４５】
次いで、下地絶縁膜６１１上に半導体層を形成する。半導体層は、非晶質構造を有する半導体膜をスパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法などにより成膜する。なお、プラズマＣＶＤ法を用いれば、下地絶縁膜と、非晶質構造を有する半導体膜とを大気に触れることなく連続的に積層することができる。この半導体膜の厚さは２５ｎｍ以上８０ｎｍ以下（好ましくは３０〜７０ｎｍ）の厚さで形成する。非晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成すると良い。
【０３４６】
次に、キャップ膜として酸化珪素膜または窒素を含む酸化珪素膜を形成する。キャップ膜の膜厚は２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする。また、このキャップ膜は固くて緻密であることが好ましい。このような膜は、例えば成膜レートを低くすることにより形成することができる。
【０３４７】
その後、キャップ膜を介して半導体膜にレーザビームを照射することによって半導体膜を準単結晶化させ、準単結晶の半導体膜とする。例えば、キャップ膜として５００ｎｍの酸化珪素膜を形成する場合では、１７Ｗのレーザビームを３５ｃｍ／ｓｅｃで走査すればよい。レーザビームは、ＣＷレーザや繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いることができる。
【０３４８】
レーザ照射処理ののちに、キャップ膜をエッチング法によって取り除く。次に、フォトリソグラフィー技術を用いて、準単結晶の半導体膜を所望の形状にパターン成形し、半導体膜６１３を形成する。
【０３４９】
半導体膜６１３に対して、必要があればＴＦＴのしきい値電圧を制御するために、微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを半導体層に対して行う。例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法を用いることができる。
【０３５０】
次いで、フッ酸を含むエッチャントで半導体膜６１３表面の酸化膜を除去すると同時に半導体膜６１３の表面を洗浄する。そして、半導体膜６１３を覆う絶縁膜６１５を形成する。絶縁膜６１５はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１ｎｍ以上２００ｎｍ以下とする。好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下と薄くしてシリコンを含む絶縁膜の単層または積層構造で形成した後、マイクロ波によるプラズマを用いた表面窒化処理を行う。この場合において、絶縁膜６１５の表面を、前述と同様に、マイクロ波で励起され、電子温度が２ｅＶ以下、イオンエネルギーが５ｅＶ以下、電子密度が１０１１〜１０１３／ｃｍ３程度である高密度プラズマ処理によって酸化又は窒化処理して緻密化しても良い。この処理は絶縁膜６１５の成膜に先立って行っても良い。すなわち、半導体膜６１３の表面に対してプラズマ処理を行う。このとき、基板温度を３００〜４５０℃とし、酸化雰囲気（Ｏ２、Ｎ２Ｏなど）又は窒化雰囲気（Ｎ２、ＮＨ３など）で処理することにより、その上に堆積する絶縁膜６１５と良好な界面を形成することができる。絶縁膜６１５は、後に形成されるＴＦＴのゲート絶縁膜として機能する。
【０３５１】
次いで、絶縁膜６１５上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜とを積層形成する。本実施例では、絶縁膜６１５上に膜厚５０ｎｍの窒化タンタル膜、膜厚３７０ｎｍのタングステン膜を順次積層し、ゲート電極６１７を形成する。本実施例では、フォトマスクまたはレチクルを用いて、ゲート電極６１７を形成する。
【０３５２】
なお、本実施例ではゲート電極６１７を窒化タンタル（ＴａＮ）膜とタングステン（Ｗ）膜との積層としたが、特に限定されず、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料の積層で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、２層構造に限定されず、例えば、膜厚５０ｎｍのタングステン膜、膜厚５００ｎｍのアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、膜厚３０ｎｍの窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。
【０３５３】
第１の導電膜及び第２の導電膜のエッチング（第１のエッチング処理および第２のエッチング処理）にはＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いると良い。ＩＣＰエッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節することによって所望のテーパー形状に膜をエッチングすることができる。
【０３５４】
次いで、ｎ型を付与する不純物元素を半導体膜６１３に添加するため、ゲート電極６１７をマスクとして全面にドーピングする第１のドーピング処理を行う。第１のドーピング処理はイオンドープ法、もしくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１．５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とし、加速電圧を５０〜１００ｋＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いる。
【０３５５】
次いで、レジストからなるマスクを形成した後、半導体膜６１３にｎ型を付与する不純物元素を高濃度にドープするための第２のドーピング工程を行う。マスクは、画素部６５６のｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域と、画素部６５６のｎチャネル型ＴＦＴの一部と、駆動回路部６５７のｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域と、を保護するために設ける。第２のドーピング工程におけるイオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とし、加速電圧を６０〜１００ｋｅＶとして行う。
【０３５６】
次いで、半導体膜６１３にｐ型を付与する不純物元素（代表的にはボロン）を高濃度にドープするための第３のドーピング工程を行う。マスクは、画素部６５６のｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域と、駆動回路部６５７のｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域と、を保護するために設ける。
【０３５７】
以上までの工程で、それぞれの半導体膜６１３にｎ型またはｐ型の導電型を有する不純物領域が形成される。
【０３５８】
次いで、スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等を用いて、水素を含む絶縁膜６１９を成膜する。絶縁膜６１９は、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンで形成する。絶縁膜６１９は、半導体層の汚染を防ぐ保護膜としての機能を含んでいる。この絶縁膜６１９を堆積した後に、水素ガスを導入して前述のようにマイクロ波で励起された高密度プラズマ処理をすることで、絶縁膜６１９の水素化を行っても良い。または、アンモニアガスを導入して、絶縁膜６１９の窒化と水素化を行っても良い。または、酸素、ＮＯ２ガスなどと水素ガスを導入して、酸化窒化処理と水素化処理を行っても良い。この方法により、窒化処理、酸化処理若しくは酸化窒化処理を行うことにより絶縁膜６１９の表面を緻密化することができる。それにより保護膜としての機能を強化することができる。この絶縁膜６１９に導入された水素は、その後４００〜４５０℃の熱処理をすることにより、絶縁膜６１９を形成する窒化シリコンから水素を放出させて、半導体膜６１３の水素化をすることができる。
【０３５９】
次いで、スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等を用いて第１層間絶縁膜６２１を形成する。第１層間絶縁膜６２１としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜の単層または積層を用いる。第１層間絶縁膜６２１の膜厚は６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下とする。次いで、フォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、第１層間絶縁膜６２１を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。
【０３６０】
次いで、スパッタ法により金属膜を積層した後、フォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、選択的に金属積層膜をエッチングして、ＴＦＴのソース電極またはドレイン電極として機能する電極６２３を形成する。なお、金属積層膜は、同じメタルスパッタ装置内で連続して形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。
【０３６１】
以上の工程で、同一基板上にポリシリコン膜を活性層とするトップゲート型のＴＦＴ６２５、６２７、６２９が作製できる。
【０３６２】
なお、画素部６５６に配置されるＴＦＴ６２９は、一つのＴＦＴに複数のチャネル形成領域を有するｎチャネル型ＴＦＴである。ＴＦＴ６２９は、マルチゲート型のＴＦＴである。
【０３６３】
また、駆動回路部６５７に配置されるＴＦＴ６２７はゲート電極と重なる低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域とも呼ぶ）を備えたｎチャネル型ＴＦＴであり、ＴＦＴ６２５はｐチャネル型ＴＦＴである。いずれもシングルゲート構造のＴＦＴである。駆動回路部６５７においては、ＴＦＴ６２７とＴＦＴ６２５を相補的に接続することでＣＭＯＳ回路を構成し、様々な種類の回路を実現することができる。また、必要であれば、マルチゲート構造のＴＦＴとすることができる。
【０３６４】
第２層間絶縁膜６３１は、ポリイミド、アクリル樹脂などの有機樹脂絶縁材料を用い、スピン塗布法で形成する。この第２層間絶縁膜６３１は、下地表面の凹凸の影響を表面に反映させないようにする、平坦化膜としての機能を有している。
【０３６５】
第２層間絶縁膜６３１に、下層に位置するｎチャネル型ＴＦＴ６２９に接続する配線６３３を露出させるコンタクトホールを形成し、画素電極６３５を形成する。画素電極６３５としては、透光性を有する導電性材料からなる透明導電膜を用いればよく、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いることができる。勿論、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化ケイ素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）なども用いることができる。
【０３６６】
透光性を有する導電性材料の、組成比例を述べる。酸化タングステンを含むインジウム酸化物の組成比は、酸化タングステン１．０ｗｔ％、インジウム酸化物９９．０ｗｔ％とすればよい。酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物の組成比は、酸化タングステン１．０ｗｔ％、酸化亜鉛０．５ｗｔ％、インジウム酸化物９８．５ｗｔ％とすればよい。酸化チタンを含むインジウム酸化物は、酸化チタン１．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、インジウム酸化物９９．０ｗｔ％〜９５．０ｗｔ％とすればよい。インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の組成比は、酸化錫１０．０ｗｔ％、インジウム酸化物９０．０ｗｔ％とすればよい。インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）の組成比は、酸化亜鉛１０．７ｗｔ％、インジウム酸化物８９．３ｗｔ％とすればよい。酸化チタンを含むインジウム錫酸化物の組成比は、酸化チタン５．０ｗｔ％、酸化錫１０．０ｗｔ％、インジウム酸化物８５．０ｗｔ％とすればよい。上記組成比は例であり、適宜その組成比の割合は設定すればよい。
【０３６７】
画素電極６３５の上には、配向膜６３７を形成する。また、対向基板６３９にも同様に、透光性を有する導電性材料からなる透明導電膜で対向電極６４１、配向膜６４３を形成する。
【０３６８】
次いで、基板６１０と対向基板６３９とを間隔をもってシール材６４５で固定する。この両基板の間隔は、スペーサ６４７によって保持する。基板６１０と対向基板６３９との間には、液晶層６４９を形成する。液晶層６４９は、滴下方式によって、対向基板６３９を固定する前に形成しても良い。
【０３６９】
最後にＦＰＣ６５１を異方性導電膜６５３により公知の方法で端子電極６５５と貼りつける（図１６参照）。なお、端子電極６５５は、ゲート電極６１７と同じ工程で得られる。
【０３７０】
以上の工程によって、画素部６５６と駆動回路部６５７と端子部６５８とを同一基板上に形成することができる。本実施例は実施の形態および他の実施例と自由に組み合わせることができる。
【実施例１６】
【０３７１】
本発明の半導体膜を用いてＴＦＴなどの半導体装置を作製し、この作製した半導体装置を用いてさまざまな電子機器を完成することができる。本発明の準単結晶半導体膜は、結晶粒の面方位が一方向に揃っているため、高速動作が可能で電流駆動能力が高く、かつ素子間において特性のばらつきが小さい半導体素子を歩留まり良く作製することが可能になる。さらに、この半導体素子を用いて、さまざまな半導体装置を作製することができる。本実施例では、図を用いて具体的な例を説明する。
【０３７２】
図３９（Ａ）は表示装置であり、筐体１０００１、支持台１０００２、表示部１０００３、スピーカー部１０００４、ビデオ入力端子１０００５などを含む。この表示装置は、他の実施例で示した作製方法により形成したＴＦＴを駆動ＩＣや表示部１０００３などに用いることにより作製される。なお、表示装置には液晶表示装置、発光表示装置などがあり、用途別にはコンピュータ用、テレビ受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。具体的には、ディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、反射型プロジェクターなどを挙げることができる。
【０３７３】
図３９（Ｂ）はコンピュータであり、筐体１００１１、表示部１００１２、キーボード１００１３、外部接続ポート１００１４、ポインティングマウス１００１５などを含む。本発明を用いて形成されたＴＦＴは、表示部１００１２の画素部だけではなく、表示用の駆動ＩＣ、本体内部のＣＰＵ、メモリなどの半導体装置にも適用が可能である。
【０３７４】
また、図３９（Ｃ）は携帯電話であり、携帯用の情報処理端末の１つの代表例である。この携帯電話は筐体１００２１、表示部１００２２、操作キー１００２３などを含む。本発明を用いて形成されたＴＦＴは表示部１００２２の画素部やセンサ部１００２４だけではなく、表示用の駆動ＩＣ、メモリ、音声処理回路などに用いることができる。センサ部１００２４は光センサ素子を有しており、センサ部１００２４で得られる照度に合わせて表示部１００２２の輝度コントロールを行うことや、センサ部１００２４で得られる照度に合わせて操作キー１００２３の照明を抑えることによって、携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【０３７５】
上記の携帯電話を初めとして、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ、情報携帯端末）、デジタルカメラ、小型ゲーム機、携帯型の音響再生装置などの電子機器に、本発明を用いて形成した半導体材料を用いることもできる。例えば、ＣＰＵ、メモリ、センサなどの機能回路を形成することや、これらの電子機器の画素部や、表示用の駆動ＩＣにも適用することが可能である。
【０３７６】
また、図３９（Ｄ）、（Ｅ）はデジタルカメラである。なお、図３９（Ｅ）は、図３９（Ｄ）の裏側を示す図である。このデジタルカメラは、筐体１００３１、表示部１００３２、レンズ１００３３、操作キー１００３４、シャッター１００３５などを有する。本発明を用いて形成されたＴＦＴは、表示部１００３２の画素部、表示部１００３２を駆動する駆動ＩＣ、メモリなどに用いることができる。
【０３７７】
図３９（Ｆ）はデジタルビデオカメラである。このデジタルビデオカメラは、本体１００４１、表示部１００４２、筐体１００４３、外部接続ポート１００４４、リモコン受信部１００４５、受像部１００４６、バッテリー１００４７、音声入力部１００４８、操作キー１００４９、接眼部１００５０などを有する。本発明を用いて形成されたＴＦＴは、表示部１００４２の画素部、表示部１００４２を制御する駆動ＩＣ、メモリ、デジタル入力処理装置などに用いることができる。
【０３７８】
この他にも、ナビゲーションシステム、音響再生装置、記録媒体を備えた画像再生装置などに用いることが可能である。これらの表示部の画素部や、表示部を制御する駆動ＩＣ、メモリ、デジタル入力処理装置、センサ部などの用途に、本発明を用いて形成されたＴＦＴを用いることができる。
【０３７９】
以上のように、本発明により作製された半導体装置の適用範囲は極めて広く、本発明の半導体膜を材料として、あらゆる分野の電子機器に用いることができる。なお、これらの電子機器に使われる表示装置は、大きさや強度、または使用目的に応じて、ガラス基板だけでなく耐熱性の合成樹脂基板を用いることも可能である。それによってより一層の軽量化を図ることができる。
【実施例１７】
【０３８０】
本実施例では、本発明の準単結晶半導体膜を材料として作製したＴＦＴの特性について、ＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ）を用いて測定した結果を示す。
【０３８１】
ＴＥＧはＴＦＴ基板上に設けられたテスト用のパターンであり、本実施例ではレーザ走査方向に隣接して配置された（縦隣接）２つのＴＦＴのしきい値電圧を測定し、その２つの差を求めた。なお、それぞれのＴＦＴはレーザ走査方向とソース、ドレインを結ぶ方向とが平行になるように配置した。
【０３８２】
図４７（Ａ）、図４７（Ｂ）は、非晶質半導体膜として非晶質珪素膜を６６ｎｍの厚さで形成し、キャップ膜を５００ｎｍで形成し、７．２ＷのエネルギーでＣＷレーザビームを３５ｃｍ／ｓｅｃの走査速度、５００μｍの照射幅で照射したときのｎチャネル型ＴＦＴにおけるしきい値電圧の差の面内分布（図４７（Ａ））、およびｐチャネル型ＴＦＴにおけるしきい値電圧の差の面内分布（（図４７（Ｂ））である。なお、本実施例のｎチャネル型ＴＦＴ又はｐチャネル型ＴＦＴのチャネル長（Ｌ）とチャネル幅（Ｗ）との比は、Ｌ／Ｗ＝４／４０である。また、本実施例では、ＣＷレーザとしてＹＶＯ４レーザ（波長５３２ｎｍ）を用いた。
【０３８３】
また、図４７（Ｃ）、図４７（Ｄ）は、非晶質半導体膜として非晶質珪素膜を６６ｎｍの厚さで形成し、比較としてキャップ膜を形成せず、８．３ＷのエネルギーでＣＷレーザビームを３５ｃｍ／ｓｅｃの走査速度、５００μｍの照射幅で照射したときのｎチャネル型ＴＦＴにおけるしきい値電圧の差の面内分布（図４７（Ｃ））、およびｐチャネル型ＴＦＴにおけるしきい値電圧の差の面内分布（（図４７（Ｄ））である。
【０３８４】
５インチのＴＦＴ基板において、１０×８（縦×横）の８０カ所の格子点で２つのＴＦＴのしきい値電圧の差を求めた。なお、測定の格子ピッチの大きさは１０．５ｍｍ×１０ｍｍ（縦×横）であった。
【０３８５】
ｎチャネル型ＴＦＴにおけるしきい値電圧の差の面内分布を比較すると、キャップ膜ありの場合（図４７（Ａ））は、キャップ膜なしの場合（図４７（Ｃ））に比べてしきい値電圧の差のばらつきが小さかった。また、ｐチャネル型ＴＦＴにおけるしきい値電圧の差の面内分布を比較すると、ｎチャネル型ＴＦＴにおける場合と同様に、キャップ膜ありの場合（図４７（Ｂ））は、キャップ膜なしの場合（図４７（Ｄ））に比べてしきい値電圧の差のばらつきが小さかった。
【０３８６】
さらに、図４７の測定結果を正規確率分布図に表した（図４８、図４９）。正規確率分布図の横軸はしきい値電圧の差、縦軸は累積度数を示す。また、正規確率分布図においてしきい値電圧の差のばらつきが小さいほど、グラフの傾きが大きくなる。
【０３８７】
図４８は、ｎチャネル型ＴＦＴにおける測定結果の正規確率分布図である。黒塗りの丸印はキャップ膜ありの場合の測定結果、×印はキャップ膜なしの場合の測定結果をそれぞれ示す。２つのグラフを比べると、キャップ膜ありの場合のグラフの方が、キャップ膜なしの場合のグラフよりも傾きが大きい。このことから、キャップ膜ありの方がしきい値電圧の差のばらつきが小さいことがわかる。また、図４９は、ｐチャネル型ＴＦＴにおける測定結果の正規確率分布図である。黒塗りの丸印はキャップ膜ありの場合の測定結果、×印はキャップ膜なしの場合の測定結果をそれぞれ示す。２つのグラフを比べると、ｎチャネル型ＴＦＴにおける場合と同様に、キャップ膜ありの場合のグラフの方が、キャップ膜なしの場合のグラフよりも傾きが大きい。このことから、キャップ膜ありの方がしきい値電圧の差のばらつきが小さいことがわかる。
【０３８８】
以上の結果より、非晶質半導体膜状にキャップ膜を形成してレーザビームを照射すると、特性のばらつきの小さいＴＦＴを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【０３８９】
【図１】半導体膜上にキャップ膜を形成した場合において、レーザビームの強度と、レーザビームが照射された半導体膜の状態の関係を示す図である。
【図２】半導体膜にキャップ膜を形成しない場合において、レーザビームの強度と、レーザビームが照射された半導体膜の状態の関係を示す図である。
【図３】大粒径結晶のＥＢＳＰ測定結果を示す図である。
【図４】図３の測定方向を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態を説明する図である。
【図６】本発明の結晶性半導体膜の作製に用いるレーザ照射装置の一例を示す図である。
【図７】本発明の結晶性半導体膜の顕微鏡写真である。
【図８】本発明の結晶性半導体膜のＥＢＳＰ測定結果を示す図である。
【図９】本発明の結晶性半導体膜のＥＢＳＰ測定結果を示す図である。
【図１０】図８、９の測定方向を説明する図である。
【図１１】本発明の結晶性半導体膜のラマン分光法の測定方法を説明する図である。
【図１２】本発明の結晶性半導体膜のラマン分光法による測定結果を示す図である。
【図１３】本発明の結晶性半導体膜のラマン分光法による測定結果を示す図である。
【図１４】本発明の結晶性半導体膜のラマン分光法による測定結果を示す図である。
【図１５】本発明の結晶性半導体膜のラマン分光法による測定結果を示す図である。
【図１６】本発明を用いた液晶表示装置の例を説明する図である。
【図１７】本発明の結晶性半導体膜を原子間力顕微鏡による分析結果を示す図である。
【図１８】本発明の結晶性半導体膜を原子間力顕微鏡による分析結果を示す図である。
【図１９】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図２０】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図２１】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図２２】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図２３】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図２４】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図２５】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図２６】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図２７】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図２８】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図２９】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図３０】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図３１】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図３２】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図３３】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図３４】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図３５】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図３６】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図３７】本発明を用いた半導体装置の作製方法の一例を説明する図である。
【図３８】本発明を用いて作製した半導体装置の使用例を説明する図である。
【図３９】本発明を用いて作製した半導体装置の例を説明する図である。
【図４０】単結晶珪素膜のＥＢＳＰ法による測定結果を示す図である。
【図４１】本発明の準単結晶珪素膜、単結晶珪素膜、および大粒径結晶が形成された珪素膜のラマン分光法による結果を示す図である。
【図４２】レーザビームの走査速度を固定し、キャップ膜の膜厚とレーザのエネルギーを変えて結晶化させた半導体膜の光学顕微鏡による像である。
【図４３】レーザビームの走査速度を固定し、キャップ膜の膜厚とレーザのエネルギーを変えて結晶化させた半導体膜の光学顕微鏡による像である。
【図４４】図４２、４３をまとめたグラフである。
【図４５】図３、４のＥＢＳＰ法による結果を示す図である。
【図４６】図３、４のＥＢＳＰ法による結果を示す図である。
【図４７】縦隣接間ＴＥＧのしきい値電圧の差の面内分布を示す図である。
【図４８】図４７のｎチャネル型ＴＦＴにおける測定結果の正規確率分布図である。
【図４９】図４７のｐチャネル型ＴＦＴにおける測定結果の正規確率分布図である。
【符号の説明】
【０３９０】
０１    基板
０２    下地絶縁膜
０３    半導体膜
０４    キャップ膜
【図１】
0005159081.tif 000005
【図２】
0005159081.tif 000006
【図４】
0005159081.tif 000007
【図５】
0005159081.tif 000008
【図６】
0005159081.tif 000009
【図１０】
0005159081.tif 000010
【図１１】
0005159081.tif 000011
【図１２】
0005159081.tif 000012
【図１４】
0005159081.tif 000013
【図１５】
0005159081.tif 000014
【図１６】
0005159081.tif 000015
【図１９】
0005159081.tif 000016
【図２０】
0005159081.tif 000017
【図２１】
0005159081.tif 000018
【図２２】
0005159081.tif 000019
【図２３】
0005159081.tif 000020
【図２４】
0005159081.tif 000021
【図２５】
0005159081.tif 000022
【図２６】
0005159081.tif 000023
【図２７】
0005159081.tif 000024
【図２８】
0005159081.tif 000025
【図２９】
0005159081.tif 000026
【図３０】
0005159081.tif 000027
【図３１】
0005159081.tif 000028
【図３２】
0005159081.tif 000029
【図３３】
0005159081.tif 000030
【図３４】
0005159081.tif 000031
【図３５】
0005159081.tif 000032
【図３６】
0005159081.tif 000033
【図３７】
0005159081.tif 000034
【図３８】
0005159081.tif 000035
【図３９】
0005159081.tif 000036
【図４１】
0005159081.tif 000037
【図４４】
0005159081.tif 000038
【図４５】
0005159081.tif 000039
【図４６】
0005159081.tif 000040
【図４７】
0005159081.tif 000041
【図４８】
0005159081.tif 000042
【図４９】
0005159081.tif 000043
【図３】
0005159081.tif 000044
【図７】
0005159081.tif 000045
【図８】
0005159081.tif 000046
【図９】
0005159081.tif 000047
【図１３】
0005159081.tif 000048
【図１７】
0005159081.tif 000049
【図１８】
0005159081.tif 000050
【図４０】
0005159081.tif 000051
【図４２】
0005159081.tif 000052
【図４３】
0005159081.tif 000053