(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の結晶粒を有する半導体膜であって、
前記半導体膜の第１の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上１０割未満であり、
前記半導体膜の第２の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞、＜１０１＞、＜２０１＞、＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上１０割未満であり、
前記半導体膜の第３の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞、＜１０１＞、＜２０１＞、＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上１０割未満であり、
前記半導体膜の前記第１の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、前記第１方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の前記第２の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に平行な方向を第２の方向とし、前記第２の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の前記第３の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に垂直な方向を第３の方向とし、前記第３の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の結晶粒の大きさは、幅が０．１〜１０μｍ、長さが５〜５０μｍであることを特徴とする結晶性半導体膜。
【請求項２】
基板上に複数の結晶粒を有する半導体膜であって、
前記半導体膜の第１の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上１０割未満であり、
前記半導体膜の第２の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の方位が６割以上１０割未満であり、
前記半導体膜の第３の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の方位が６割以上１０割未満であり、
前記半導体膜の前記第１の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、前記第１方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の前記第２の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に平行な方向を第２の方向とし、前記第２の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の前記第３の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に垂直な方向を第３の方向とし、前記第３の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の結晶粒の大きさは、幅が０．１〜１０μｍ、長さが５〜５０μｍであることを特徴とする結晶性半導体膜。
【請求項３】
前記半導体膜の半導体はＳｉ又はＳｉ1-xＧｅx（０＜ｘ＜０．１）である請求項１または２に記載の結晶性半導体膜。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の前記結晶性半導体膜を備える半導体素子を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜上に、膜厚が２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、酸素を１０ａｔｏｍｉｃ％以下含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜を形成し、
前記窒化珪素膜を透過する連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザ光を前記非晶質半導体膜に照射して前記非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化することで、幅が０．１〜１０μｍ、長さが５〜５０μｍである結晶粒を形成し、
前記結晶化された半導体膜が第１の面ないし第３の面を有し、
前記第１の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上１０割未満であり、
前記第２の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞、＜１０１＞、＜２０１＞、＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上１０割未満であり、
前記第３の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞、＜１０１＞、＜２０１＞、＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上１０割未満であり、
前記第１の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、前記第１方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記第２の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に平行な方向を第２の方向とし、前記第２の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記第３の面は、前記基板の表面に平行であり、かつ結晶成長方向に垂直な方向を第３の方向とし、前記第３の方向が法線ベクトルとなる面であることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項６】
前記窒化珪素膜は、ＳｉＨ4、ＮＨ3及びＮ2Ｏを含有する雰囲気中でプラズマＣＶＤ法により形成されるものである請求項５に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【請求項７】
前記連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザ光は、前記非晶質半導体膜に吸収される波長である請求項５または６に記載の結晶性半導体膜の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ結晶化技術を用いて形成した結晶構造を有する半導体膜及びそれを備える薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）等の半導体装置、並びにそれらの作製方法に関する。
より詳しくは、本発明は、レーザ結晶化技術を用いて形成した特定の結晶構造を持つ、すなわち直交する３方面の結晶の面方位が一定の割合以上揃う、半導体素子間での電気特性のばらつきが低減された半導体膜、それを備えた半導体装置、及びそれら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おり、多くの提案がなされている。
その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り、その結果、この結晶性半導体膜は、それを用いて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】
その結晶化方法には、前記レーザ結晶化以外に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）もあるが、前記レーザ結晶化を用いた場合には、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、そのため基板にガラスやプラスチック等の融点が低い物質を使用できる特色がある。
その結果、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、そのレーザ結晶化は生産効率を著しく向上させることができ、優れた結晶化技術である。
【０００４】
本出願人は、その結晶化方法の優れた特性に着目し、レーザ結晶化による半導体膜の製造に鋭意努め、その結果多くの技術の開発に成功した。
その成功した技術の中に、酸素、窒素、及び炭素の濃度を低減した非結晶膜にレーザ光を照射し、溶融工程と再結晶化工程を経ることにより、半導体特性、特に高移動度の結晶性半導体膜を得る技術があり（特許文献１）、その技術の提案においては、レーザ照射の際には非結晶膜上に保護膜を形成することが好ましいことも開示されており、かつ、この保護膜の設置により珪素膜中への不純物の混入が回避できることも開示されている。
【特許文献１】特開平５−２９９３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本出願人は、その結晶化技術の開発に満足せず、その後もより特性の優れた結晶性半導体膜、究極には非単結晶半導体膜から単結晶半導体膜を作製すべく研究開発を継続しており、その結果、本発明者は、非単結晶半導体膜から特定の結晶構造を持つ結晶性半導体膜が作製できることを見出したものであり、その半導体膜は、直交する３面において結晶の面方位が一定の割合以上で揃っていることが判明した。
【０００６】
前記のとおりであり、本発明者は、特定の結晶構造を持つ結晶性半導体膜及びその作製方法の開発に成功したものである。
また、それを利用して、前記結晶性半導体膜を備える半導体装置及びその作製方法の開発に結びつけることにも成功した。
したがって、本発明は、単結晶構造に近い特定の結晶構造を持つ半導体膜及びその作製方法を提供すること、並びにその半導体膜を備えることで、単結晶半導体基板を用いるのと同様、電気特性が優れ、かつ半導体素子間での電気特性のバラツキが低減された半導体装置及びその作製方法を提供することを発明の解決すべき課題、すなわち発明の目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記したとおり結晶性半導体膜、半導体装置及びそれらの作製方法を提供するものであり、その結晶性半導体膜及び半導体装置には２つの態様がある。
その結晶性半導体膜の第１の態様は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜であって、前記半導体膜の第１の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第２の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞、＜１０１＞、＜２０１＞、＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第３の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞、＜１０１＞、＜２０１＞、＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第１の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、前記第１方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第２の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に平行な方向を第２の方向とし、前記第２の方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第３の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向を第３の方向とし、前記第３の方向が法線ベクトルとなる面であることを特徴とするものである。
【０００８】
その結晶性半導体膜の第２の態様は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜であって、前記半導体膜の第１の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第２の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第３の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第１の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、前記第１方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第２の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に平行な方向を第２の方向とし、前記第２の方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第３の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向を第３の方向とし、前記第３の方向が法線ベクトルとなる面であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、その半導体装置における第１の態様は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜を備える半導体素子を有する半導体装置であって、前記半導体膜の第１の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第２の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞、＜１０１＞、＜２０１＞、＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第３の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞、＜１０１＞、＜２０１＞、＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第１の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、前記第１方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第２の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に平行な方向を第２の方向とし、前記第２の方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第３の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向を第３の方向とし、前記第３の方向が法線ベクトルとなる面であることを特徴とするものである。
【００１０】
その半導体装置における第２の態様は、基板上に複数の結晶粒で構成された半導体膜を備える半導体素子を有する半導体装置であって、前記半導体膜の第１の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第２の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第３の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の方位が６割以上１０割未満であり、前記半導体膜の第１の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、前記第１方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第２の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に平行な方向を第２の方向とし、前記第２の方向が法線ベクトルとなる面であり、前記半導体膜の第３の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向を第３の方向とし、前記第３の方向が法線ベクトルとなる面であることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、それら半導体膜及び半導体装置にあっては、それぞれの第１の態様において以下のことが好ましい。
（１）前記半導体膜の第１の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が７割以上１０割未満であり、
前記半導体膜の第２の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が７割以上１０割未満であり、
前記半導体膜の第３の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が７割以上１０割未満であること、
（２）前記半導体膜の結晶粒の大きさは、幅が０．１〜１０μｍ、長さが５〜５０μｍであること、
（３）前記半導体はＳｉ、Ｓｉ1-xＧｅx（０＜ｘ＜０．１）であること、
（４）前記半導体素子は、薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、ＣＣＤ、又は光電変換素子であること（半導体装置のみ該当）。
【００１２】
そして、本発明における前記した結晶の面方位について、具体例により以下において述べる。
例えば、面方位＜００１＞とは、［１００］、［０１０］、［００１］、さらには前記面方位それぞれの１が−１である面方位のように等価な方位群をまとめて＜００１＞と表記している。
さらに、面方位＜３０１＞についていえば、［３１０］、［３０１］、［１３０］、［１０３］、［０１３］、［０３１］、さらには前記面方位それぞれの１及び３の一方または両方が負の値である面方位のように等価な方位群をまとめて＜３０１＞と示している。
【００１３】
また、結晶の面方位＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の意味は以下のとおりである。
前記した面方位＜ｘ０１＞とは、面方位＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の配向率の総和を示すのである。
なお、その際には、面方位＜００１＞ないし＜６０１＞を単純に総計すると、各面方位の一部において重複する部分があるので、面方位＜００１＞ないし＜６０１＞のそれぞれの面方位の重複部は、いずれかの面方位一つにおける配向率のみとして計算した結果を面方位＜ｘ０１＞とした。
【００１４】
さらに、前記した「±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°までの範囲ということを示す。
すなわち、ある面方位が揺らぎ角度の範囲として、±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＜００１＞方位とは、面方位＜００１＞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＜００１＞の結晶に含むことを意味するものである。
【００１５】
そして、結晶性半導体膜の作製方法は、基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜上に、膜厚が２００〜１０００ｎｍ、酸素を１０ａｔｏｍｉｃ％以下含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜を形成し、前記窒化珪素膜を透過する連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザ光を前記非晶質半導体膜に照射して前記非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化することを特徴とするものである。
【００１６】
また、半導体装置の作製方法は、基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜上に、膜厚が２００〜１０００ｎｍ、酸素を１０ａｔｏｍｉｃ％以下含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜を形成し、前記窒化珪素膜を透過する連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザ光を前記非晶質半導体膜に照射して前記非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化して結晶性半導体膜を形成し、前記結晶性半導体膜を用いて半導体素子を形成することを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、それらの作製方法にあっては、以下のことが好ましい。
（１）前記酸素を含む窒化珪素は、ＳｉＨ4、ＮＨ3及びＮ2Ｏを含有する雰囲気、又はＳｉＨ4及びＮＨ3雰囲気中においてプラズマＣＶＤ法により形成されるものであること、
（２）前記非晶質半導体膜の膜厚は２０〜８０ｎｍであること、
（３）前記連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザ光は、非晶質半導体膜に吸収される波長であること。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の結晶性半導体膜は、特定の結晶構造を持ち、すなわち直交する３面における結晶の面方位が一定の割合揃っており、それにより優れた半導体特性を発現することができるのである。
具体的には、第１の態様によれば、前記半導体膜の第１の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上１０割未満、好ましくは７割以上１０割未満であり、
前記半導体膜の第２の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上１０割未満、好ましくは７割以上１０割未満であり、
前記半導体膜の第３の面において、結晶の面方位は、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞、＜４０１＞、＜５０１＞又は＜６０１＞のいずれかの方位が６割以上１０割未満、好ましくは７割以上１０割未満であり、
前記半導体膜の第１の面は、前記基板の表面に垂直な方向を第１方向とし、前記第１方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の第２の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に平行な方向を第２の方向とし、前記第２の方向が法線ベクトルとなる面であり、
前記半導体膜の第３の面は、基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向を第３の方向とし、前記第３の方向が法線ベクトルとなる面であることである。
【００１９】
すなわち、本発明の結晶性半導体膜は、前記した結晶構造を有するものであり、本発明は、それにより隣接する半導体素子間において電気特性のバラツキが低減されるという優れた特性を有する薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）等の半導体装置、並びにそれらの作製方法を提供することができるのである。
また、その際には、前記非晶質半導体膜上に、最適化された厚さ及び組成比の窒化珪素膜を形成するものであり、その窒化珪素膜を透過して連続発振のレーザ光又は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のレーザ光を非晶質半導体膜に照射し、非晶質半導体膜を溶融させた後結晶化させることにより、直交する３面において結晶の面方位が一定の割合以上揃う結晶性半導体膜を形成することができる。
その結果、電気特性が優れ、かつ隣接する半導体素子間での電気特性のバラツキが低減され、優れた特性を有する半導体装置を作製することができるのである。
なお、第２の態様においても同様のことがいえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下において、本発明について、発明を実施するための最良の形態を含む実施の形態に関し図面を用いて詳細に説明するが、本発明は、その実施の形態によって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって特定されるものであることはいうまでもない。
【００２１】
［実施の形態１］
この実施の形態１においては、まず、本発明の結晶性半導体膜の製造プロセスの概要について図１及び図１８を用いて説明し、次いで結晶構造に関する基礎的事項、本発明の結晶性半導体膜の結晶構造について図２、１９、２０及び２１を用いて具体的に説明する。
但し、本発明は多くの異なる形態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、その態様及び詳細は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、前記したとおり、本発明は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。
【００２２】
まず、図１に図示するとおり、絶縁表面を有する基板１００として、例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用い、その片面に、下地膜として機能する絶縁膜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、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半導体膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜する。
【００２３】
なお、下地膜として機能する絶縁膜１０１は、必要に応じて設ければよく、基板１００がガラスの場合は、ガラスからの不純物が半導体膜１０２に拡散することを防止するものであるが、基板１００として石英基板を用いた場合は、下地膜として機能する絶縁膜１０１を設ける必要はない。
また、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。
【００２４】
その半導体膜１０２については、本実施の形態では非晶質珪素を用いるが、多結晶珪素を用いてもよいし、またシリコンゲルマニウム（Ｓｉ1-xＧｅx（０＜ｘ＜０．１））なども用いることができるし、さらに単結晶がダイヤモンド構造であるシリコンカーバイト（ＳｉＣ）を用いることができる。
【００２５】
また、その半導体膜１０２を形成した後、電気炉内で５００℃、１時間加熱してもよく、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。
なお、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに半導体膜１０２から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、半導体膜１０２に含まれる水素が少なければ省略できる。
本実施の形態においては、半導体膜１０２として非晶質珪素の例を示したが、多結晶珪素を使用してもよく、それは、例えば、非晶質珪素成膜後、非晶質珪素膜にニッケル、パラジウム、ゲルマニウム、鉄、パラジウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金等の元素を微量添加し、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。
【００２６】
次に、半導体膜１０２上にキャップ膜１０３として厚さ２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の酸素を１０ａｔｏｍｉｃ％以下含み、且つ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜を成膜する。
特に注意すべきは、このキャップ膜１０３については、薄すぎると後に形成される結晶性半導体膜の面方位を制御することが難しくなるため、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の厚さで成膜するのが好ましい。
【００２７】
このキャップ膜１０３については、本実施の形態ではモノシラン（ＳｉＨ4）、アンモニア（ＮＨ3）及び亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を反応ガスとして、プラズマＣＶＤ法を用いて、厚さ３００ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜を成膜する。
なお、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）は酸化剤として用いるものであり、その代わりに酸化作用のある酸素を用いてもよい。
【００２８】
そのキャップ膜１０３については、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と近いものであることが好ましい。
さらに、キャップ膜１０３は、後に形成される薄膜トランジスタの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が、そのような固く緻密な膜は、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。
なお、キャップ膜に水素が多く含まれている場合には、半導体膜１０２と同様に、水素を出すための加熱処理を行う。
【００２９】
次に、レーザを非晶質半導体膜に照射して結晶化する際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１８に示すように、レーザ発振器１１ａ、１１ｂとして、半導体膜１０２に数十％以上吸収される波長のレーザを用いる。
代表的には、第２高調波又は第３高調波を用いることができるが、ここでは、合計の最大出力が２０Ｗ、ＬＤ励起（レーザーダイオード励起）の連続発振レーザ（ＹＶＯ4、第２高調波（波長５３２ｎｍ））を用意する。
特に第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。
【００３０】
本発明で用いるレーザパワーは、半導体膜を完全に溶融することが可能な範囲であり、かつ結晶の面方位が揃っている結晶性半導体膜を形成することが可能な範囲である。
この範囲よりも低いレーザパワーを用いると、半導体膜を完全に溶融することができず、結晶の面方位が一定方向に揃わず、結晶粒の小さい結晶性半導体膜が形成されてしまう。よって、図１８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台でもよい。
逆に、この範囲よりも高いレーザパワーを用いると、半導体膜中に大量の結晶核が発生し、当該結晶核から無秩序な結晶成長が生じるため、結晶粒の位置、大きさ及び面方位が不均一な結晶性半導体膜が形成されてしまう。
【００３１】
連続発振レーザを半導体膜１０２に照射すると、連続的に半導体膜１０２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、その状態を継続させることができる。
さらに、連続発振レーザ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。
その際に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、連続発振レーザに限らず、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。
【００３２】
その際に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、常に半導体膜を膜厚方向全体において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ラテラル成長した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。
【００３３】
本実施の形態では、レーザ発振器１１ａ、１１ｂにＹＶＯ4レーザを用いたが、代わりにその他の連続発振レーザや繰り返し周波数が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。
さらに、ＹＡＧレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ＧｄＶＯ4レーザ、ＹＶＯ4レーザ等のセラミックスレーザがあり、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。
【００３４】
また、レーザ発振器１１ａ、１１ｂとしては、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こともでき、このようにすると被照射面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。
【００３５】
これらのレーザ発振器を用いて射出されたレーザの光学的処理の概要は以下の通りである。
レーザ発振器１１ａ、１１ｂからレーザビーム１２ａ、１２ｂをそれぞれ同じエネルギーで射出する。
レーザ発振器１１ｂから射出されたレーザビーム１２ｂは、波長板１３を通して偏光方向を変えるが、それは偏光子１４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。
【００３６】
その波長板１３にレーザビーム１２ｂを通した後、ミラー２２で反射させ、偏光子１４にレーザビーム１２ｂを入射させ、その偏光子１４でレーザビーム１２ａとレーザビーム１２ｂを合成し、レーザビーム１２とする。
その際には波長板１３及び偏光子１４を透過した光が適当なエネルギーとなるように波長板１３と偏光子１４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１４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。
【００３７】
その偏光子１４によって合成されたレーザビーム１２は、ミラー１５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１６及び焦点距離が、例えば２０ｍｍのシリンドリカルレンズ１７によって、レーザビームの断面形状を被照射面１８において線状に整形する。
なお、ミラー１５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。
【００３８】
その際には、シリンドリカルレンズ１６は被照射面１８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１７はその幅方向に作用するものであり、これらにより、被照射面１８において、例えば長さ５００μｍ、幅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し、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。
【００３９】
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１６、１７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、またレーザの媒質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。
【００４０】
本発明では、前記したとおりセラミックレーザを用いることができ、それを用いた場合には、レーザの媒質の形状を比較的自由に整形することが可能であるため、そのようなレーザビーム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。
【００４１】
次に、レーザビームの照射方法について説明する。
キャップ膜１０３に覆われた半導体膜１０２が形成された被照射面１８を比較的高速で動作させるため、吸着ステージ１９に固定する。
吸着ステージ１９は、Ｘ軸用の一軸ロボット２０とＹ軸用の一軸ロボット２１により、被照射面１８に平行な面上をＸＹ方向に動作でき、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。
【００４２】
それに続いて、ビームスポットの幅方向、つまりＸ軸に沿って被照射面１８を動作させ、レーザビームを被照射面１８に照射する。
ここでは、Ｘ軸用の一軸ロボット２０の走査速度を３５ｃｍ／ｓｅｃ、また２台のレーザ発振器からそれぞれ７．０Ｗのエネルギーでレーザを射出しており、合成後のレーザの出力は１４Ｗとなる。
そのレーザビームが照射されることによって半導体が完全溶融した領域が形成され、固化される過程でひとつの面方位に結晶が成長し、本発明の結晶性半導体膜を形成することができる。
【００４３】
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、一般にガウス分布となるが、レーザビームの照射に用いる光学系によって、直交する３面において面方位が制御された結晶粒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。
【００４４】
その強度が均一化されたレーザビームを半導体膜１０２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直交する３面において面方位が制御された結晶粒で形成することができる。
Ｘ軸用の一軸ロボット２０の走査速度は、数ｃｍ／ｓｅｃ〜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。
【００４５】
なお、本実施の形態では、Ｘ軸用の一軸ロボット２０およびＹ軸用の一軸ロボット２１を用いて、被照射面１８である半導体膜１０２を移動させる方式を用いているが、これに限らず、レーザビームの走査は、被照射面１８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１８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も用いることができる。
【００４６】
さらに、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ス分布であるため、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、直交する３面において面方位が制御された結晶を形成するのに充分なエネルギーのみが被照射面１８に照射されるよう、被照射面１８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である酸素を含む窒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、直交する３面において面方位が制御された結晶を形成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。
【００４７】
また、レーザ発振器１１ａ及び１１ｂ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。
さらに、形成された結晶性半導体膜の幅の分だけ、Ｙ軸用の一軸ロボット２１を移動させ、再度Ｘ軸用の一軸ロボット２０を所定の速度、ここでは３５ｃｍ／ｓｅｃで走査させることもでき、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。
【００４８】
次いで、エッチングを行うことによってキャップ膜を除去し、その後結晶性半導体膜の半導体膜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結晶性半導体膜を除去する。
この工程によって、島状の半導体膜が形成され、この島状の半導体膜を用いて薄膜トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、ＣＣＤ等の半導体素子を有する半導体装置を作製することができる。
【００４９】
次に、本実施の形態で作製した結晶性半導体膜の面方位について述べる。
本実施の形態では、エッチングを行うことによってキャップ膜を除去した結晶性半導体膜の、結晶粒の位置と大きさ、および結晶の面方位について、ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ；電子後方散乱回折像）測定を行っており、まずＥＢＳＰの基本的事項を説明し、ついで補足的説明を加えながら結果について説明する。
【００５０】
そのＥＢＳＰとは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）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）から試料の結晶の面方位を測定する方法である。
【００５１】
結晶性半導体膜に電子線を入射させると、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中でブラッグ回折による結晶の面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おり、ＥＢＳＰ法は、検出器に映った菊池線を解析することによって結晶性半導体膜の結晶の面方位を求めるものである。
【００５２】
通常、多結晶構造の試料は、各結晶粒が異なった面方位を持っている。
そこで、結晶性半導体膜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の面方位の解析を行う。
このようにして、平坦な表面を持つ結晶性半導体膜の結晶の面方位や配向情報を得ることができ、測定領域が広いほど結晶性半導体膜全体の面方位の傾向を得ることがでるので、測定点が多いほど測定領域中の結晶の面方位の情報を詳細に得ることができる。
【００５３】
しかし、結晶内部の面方位は、結晶の一つの観察面からの測定による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り、そのため、結晶内部の面方位を決定するには、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。
【００５４】
前記のとおりであり、測定領域内で３面とも面方位の分布が均一であれば、近似的に単一の結晶と見なすことができる。
実際には、図２に示すように、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Ａ、観察面Ｂ、観察面Ｃ）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。
【００５５】
本実施の形態において形成される結晶性半導体膜では、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（即ち、結晶粒の成長方向）及び基板表面と平行であり、ベクトルａは基板表面及びベクトルｃと垂直であり、ベクトルｂは基板の表面に平行であり、かつ結晶粒の結晶成長方向に垂直な方向であって、即ちベクトルａ及びベクトルｃと互いに垂直である。
これら３つの観察面Ａ〜Ｃからの情報より、結晶膜の面方位を高精度に特定することができる。
【００５６】
まず、結晶性半導体膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図１９〜図２１に示す。
本実施の形態において形成される結晶性半導体膜の表面に対し、６０°の入射角で電子線を入射し、得られるＥＢＳＰ像から結晶の面方位を測定した。
その測定範囲は、５０μｍ×５０μｍであり、この領域において、縦横０．１μｍ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、結晶性半導体膜を最上層とする必要があり、そのためキャップ膜である酸素を含む窒化珪素膜をエッチングした後に測定を行った。
【００５７】
ベクトルａが法線ベクトルとなる観察面Ａにおける面方位の分布を図１９（ａ）に、同様にベクトルｂが法線ベクトルとなる観察面Ｂにおける面方位の分布を図１９（ｂ）に、ベクトルｃが法線ベクトルとなる観察面Ｃにおける面方位の分布を図１９（ｃ）に示す。
図１９（ａ）〜（ｃ）は、各測定点がどの面方位かを示す方位マップ像で、図１９（ｄ）は、結晶の各面方位をカラーコード化して表した図であり、図１９（ａ）〜（ｃ）の測定点の面方位は、図１９（ｄ）の面方位に対応する色で示している。
【００５８】
なお、図１９が白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、観察面Ａでは＜００１＞方位に強く配向し、観察面Ｂでは＜３０１＞方位に強く配向し、観察面Ｃでは＜３０１＞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。
さらに、面方位＜４０１＞や＜５０１＞、＜６０１＞は、面方位＜３０１＞と近いため、＜３０１＞とみなしてもよい。
【００５９】
ここで、図１９（ａ）〜（ｃ）より、本実施の形態において形成される結晶性半導体膜の結晶粒は、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り、図１９（ａ）〜（ｃ）においては、ドメインの長さは５〜５０μｍであり、さらには、５０μｍ以上の長さのドメインも見られた。
なお、図１９の測定領域は５０μｍ×５０μｍであるが、より広い範囲では長さが５〜１００μｍのドメインも見られる。
【００６０】
また、図１９（ａ）〜（ｃ）より、本実施の形態において形成される結晶性半導体膜は、観察面Ａ、Ｂ、Ｃにおいてそれぞれ＜００１＞方位、＜３０１＞方位、＜３０１＞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。
【００６１】
図２０（ａ）〜（ｃ）は、図１９に示す観察面Ａ〜Ｃにおける面方位の出現度数分布を表す逆極点図であり、また図２０（ｄ）は面方位の出現度数を示すスケールである。
その図２０では白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、黒に近い領域ほど面方位を有する結晶の割合が高いことを示す。
図２０（ａ）に示す逆極点図から、観察面Ａでは＜００１＞方位ほど黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の１４．０倍以上の頻度で＜００１＞方位が出現することがわかった。
【００６２】
また、図２０（ｂ）に示す逆極点図から、観察面Ｂでは＜３０１＞方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の４．８倍以上の頻度で＜３０１＞方位が出現することがわかった。
さらに、図２０（ｃ）に示す逆極点図から、観察面Ｃでは＜３０１＞方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の４．８倍以上の頻度で＜３０１＞方位が出現することがわかった。
【００６３】
図２０（ａ）〜（ｃ）の逆極点図において出現頻度が高い面方位について配向率を求め、その配向率の計算結果を図２１（ａ）〜（ｃ）に示す。
図２１（ａ）は観察面Ａにおける配向率を求めた結果であり、その配向率は図２０（ａ）の逆極点図において、＜００１＞方位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＜００１＞方位の角度揺らぎが±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求めた。
なお、図２１（ａ）において色が塗られた領域は、＜００１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。
【００６４】
また、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の値であり、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。
この結果から、本実施の形態１において形成される結晶性半導体膜の観察面Ａにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が７１．２％を占める。
なお、結晶の面方位については、前記したとおり［１００］、［０１０］、［００１］、さらには前記面方位それぞれの１が−１である面方位のように等価な面方位群をまとめて＜００１＞と表記している。
【００６５】
図２１（ｂ）、（ｃ）は、図２０（ｂ）及び（ｃ）をもとに、図２１（ａ）と同様に観察面Ｂ及びＣにおける配向率を求めた結果である。
なお、図２１（ｂ）及び（ｃ）の色が塗られた領域は、＜３０１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、実施の形態において形成される結晶性半導体膜の観察面Ｂにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞方位が７１．１％を占める。
【００６６】
本実施の形態１において形成される結晶性半導体膜の観察面Ｃにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜３０１＞方位が７３．９％を占める。
なお、結晶の面方位については、前記したとおり［３１０］、［３０１］、［１３０］、［１０３］、［０１３］、［０３１］、さらには前記面方位それぞれの１及び３の一方または両方が負の値である面方位のように等価な方位群をまとめて＜３０１＞と示している。
また、観察面Ｂ及びＣにおいては、面方位＜３０１＞の割合を示したが、面方位＜３０１＞と近い面方位＜４０１＞や＜５０１＞、＜６０１＞の配向率の割合としてもよい。
【００６７】
以上に示すように、３つの観察面それぞれにおいて結晶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、結晶の面方位が一方向に揃っているとみなすことができる近似的に単一の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結晶がガラス基板上に形成されることが確認された。
【００６８】
なお、本発明において作製された結晶性半導体膜は多結晶である。このため、観察面Ａ〜Ｃそれぞれの面方位の配向率においては、結晶粒界等の結晶欠陥が含まれると、各観察面の面方位の配向率は１０割未満となる。
また、ＥＢＳＰの測定は、例えば薄膜トランジスタのチャネル領域で測定可能である。即ち、ゲート配線及びゲート絶縁膜が覆われる半導体層で測定可能である。
【００６９】
以上の結果より、本実施の形態１で作製した結晶性半導体膜の面方位をＥＢＳＰにより測定すると、観察面Ａにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上１０割未満、好ましくは７割以上１０割未満である。
また、観察面Ｂにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上１０割未満、好ましくは７割以上１０割未満であり、観察面Ｃにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上１０割未満、好ましくは７割以上１０割未満である。
【００７０】
本実施の形態において形成される結晶性半導体膜は、結晶の面方位が一方向、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り、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。
例えば、この結晶性半導体膜を用いて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。
【００７１】
また、そのＴＦＴでは、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、その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、複数の素子間において性能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。
【００７２】
［実施の形態２］
本実施の形態では、半導体装置の一例である液晶表示装置について図３、及び図４を用いて説明する。
図３（Ａ）に示すように、実施の形態１と同様に基板１００上に下地膜として機能する絶縁膜１０１を形成し、絶縁膜１０１上に非晶質半導体膜１０２を形成し、非晶質半導体膜１０２上にキャップ膜１０３を形成する。
【００７３】
ここでは、基板１００として、ガラス基板を用い、絶縁膜１０１としては、厚さ４０〜６０ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜及び厚さ８０〜１２０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜をそれぞれプラズマＣＶＤ法により形成する。
また、非晶質半導体膜１０２としてプラズマＣＶＤ法により厚さ２０〜８０ｎｍの非晶質半導体膜を形成し、キャップ膜１０３としては、プラズマＣＶＤ法により厚さ２００〜１０００ｎｍの酸素を１０ａｔｏｍｉｃ％以下含み、かつ珪素に対する窒素の組成比が１．３以上１．５以下である窒化珪素膜を形成する。
【００７４】
次に、図３（Ｂ）に示すように、キャップ膜１０３から非晶質半導体膜１０２にレーザ光１０４を照射し、その結果、絶縁膜１０１上に結晶性半導体膜１０５を形成することができる。
なお、その際のレーザ光１０４は、非晶質半導体膜１０２を溶融することが可能なエネルギーを持ち、同非晶質半導体膜１０２が吸収することが可能な波長を持つレーザ光を選択する。
また、レーザ光１０４を照射する前に、非晶質半導体膜やキャップ膜に含まれる水素を出すための加熱処理をしてもよい。
【００７５】
ここでは、レーザ光１０４としてＹＶＯ4の第２高調波を用い、その後、キャップ膜１０３を除去する。
キャップ膜１０３の除去方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング、研磨等の各種除去方法を用いることができるが、ここでは、ドライエッチング法によりキャップ膜１０３を除去する。
【００７６】
次に、図３（Ｃ）に示すように結晶性半導体膜１０５を選択的にエッチングして半導体層２０１〜２０３を形成する。
その結晶性半導体膜１０５のエッチング方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング等を用いることができるが、ここでは、結晶性半導体膜１０５上にレジストを塗布した後、露光及び現像を行ってレジストマスクを形成する。
その形成されたレジストマスクを用いてＳＦ6：Ｏ2の流量比を４：１５としたドライエッチング法により、結晶性半導体膜１０５を選択的にエッチングし、その後レジストマスクを除去する。
【００７７】
次いで、図３（Ｄ）に示すように、半導体層２０１〜２０３上にゲート絶縁膜２０４を形成するが、そのゲート絶縁膜は、窒化珪素、酸素を含む窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等の単層又は積層構造で形成する。
ここでは、厚さ１１５ｎｍの窒素を含む酸化珪素をプラズマＣＶＤ法により形成する。
その後、ゲート電極２０５〜２０８を形成するが、そのゲート電極２０５〜２０８は、金属又は一導電型の不純物を添加した多結晶半導体で形成することができる。
【００７８】
金属を用いる場合は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。
さらに、金属を窒化させた金属窒化物を用いることができ、それに加えて当該金属窒化物からなる第１の層と当該金属から成る第２の層とを積層させた構造としても良い。
また、液滴吐出法を用いて微粒子を含むペーストをゲート絶縁膜上に吐出し、乾燥・焼成して形成することができる。
さらに、ゲート絶縁膜上に、微粒子を含むペーストを印刷法により印刷し、乾燥・焼成して形成することができ、その微粒子の代表例としては、金、銅、金と銀の合金、金と銅の合金、銀と銅の合金、金と銀と銅の合金等がある。
【００７９】
ここでは、ゲート絶縁膜２０４上に、膜厚３０ｎｍｍの窒化タンタル膜及び膜厚３７０ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて窒化タンタル膜及びタングステン膜を選択的にエッチングして、窒化タンタル膜の端部がタングステン膜の端部より外側に突き出した形状のゲート電極２０５〜２０８を形成する。
【００８０】
次いで、ゲート電極２０５〜２０８をマスクとして、半導体層２０１〜２０３にそれぞれｎ型を付与する不純物元素及びｐ型を付与する不純物元素を添加して、ソース領域及びドレイン領域２０９〜２１４及び高濃度不純物領域２１５を形成する。
また、ゲート電極２０５〜２０８の一部に重複する低濃度不純物領域２１６〜２２３を形成する。
さらに、ゲート電極２０５〜２０８と重複するチャネル領域２０１ｃ〜２０３ｃ、２０３ｄを形成する。
【００８１】
なお、ここではソース領域及びドレイン領域２０９、２１０、２１３、２１４、高濃度不純物領域２１５、及び低濃度不純物領域２１６、２１７、２２０〜２２３に、ｐ型を付与する不純物元素であるボロンをドーピングする。
また、ソース領域及びドレイン領域２１１、２１２、及び低濃度不純物領域２１８、２１９に、ｎ型を付与する不純物元素であるリンをドーピングする。
【００８２】
この後、半導体層に添加した不純物元素を活性化するために加熱処理を行うが、ここでは窒素雰囲気で５５０度４時間の加熱を行う。
以上の工程により、薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成する。
なお、薄膜トランジスタ２２５、２２７としてはｐチャネル型の薄膜トランジスタを形成し、薄膜トランジスタ２２６としてはｎチャネル型の薄膜トランジスタを形成する。
その際にはｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５及びｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６により駆動回路を構成し、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２７は、画素の電極に電圧を印加する素子として機能する。
【００８３】
次に、図４（Ａ）に示すように、薄膜トランジスタ２２５〜２２７のゲート電極及び配線を絶縁化する第１の層間絶縁膜を形成する。
ここでは、第１の層間絶縁膜として酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。
次に、第１の層間絶縁膜の一部である酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７のソース領域及びドレイン領域に接続する配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成する。
ここでは、スパッタリング法により、Ｔｉ膜１００ｎｍ、Ａｌ膜７００ｎｍ、Ｔｉ膜１００ｎｍを連続形成した後、フォトリソグラフィー工程によって形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして、配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０を形成し、その後、レジストマスクを除去する。
【００８４】
次いで、第１の層間絶縁膜、配線２３４〜２３９、及び接続端子２４０上に、第２の層間絶縁膜２４１を形成するが、その第２の層間絶縁膜２４１としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜（窒素を含む酸化珪素膜又は酸素を含む窒化珪素膜）等の無機絶縁膜を用いることができ、これらの絶縁膜を単層又は２以上の複数層で形成すればよい。
また、無機絶縁膜を形成する方法としてはスパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等を用いればよい。
【００８５】
ここでは、プラズマＣＶＤ法を用い、膜厚１００ｎｍ〜１５０ｎｍの酸素を含む窒化珪素膜を形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて酸素を含む窒化珪素膜を選択的にエッチングして、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９、及び接続端子２４０に達するコンタクトホールを形成すると共に、第２の層間絶縁膜２４１を形成し、その後、レジストマスクを除去する。
本実施の形態２のように、第２の層間絶縁膜２４１を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からＴＦＴを保護することができる。
【００８６】
次に、薄膜トランジスタ２２７の配線２３９に接続する第１の画素電極２４２、及び接続端子２４０と接続する導電層２４４を形成するが、液晶表示装置が透光型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を透光性を有する導電膜で形成する。
また、液晶表示装置が反射型液晶表示装置の場合は、第１の画素電極２４２を反射性を有する導電膜で形成する。
ここでは、第１の画素電極２４２及び導電層２４４は、スパッタリング法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。
【００８７】
次に、配向膜として機能する絶縁膜２４３を形成するが、その絶縁膜２４３は、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物層をロールコート法、印刷法等で形成した後、ラビングすることにより形成することができる。
また、ＳｉＯ2を基板に対して斜めから蒸着して形成することができ、さらに光反応型の高分子化合物に偏光したＵＶ光を照射し光反応型の高分子化合物を重合させて形成することができるが、ここでは、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物層を印刷法により印刷し、焼成した後、ラビングすることで形成する。
【００８８】
次に、図４（Ｂ）に示すように、対向基板２５１に第２の画素電極２５３を形成し、第２の画素電極上に配向膜として機能する絶縁膜２５４を形成する。
なお、対向基板２５１及び画素電極２５３の間に着色層２５２を設けても良い。
その際には、対向基板２５１としては、基板１００と同様のものを適宜選択することができる。
また、第２の画素電極２５３は第１の画素電極２４２と同様に形成することができ、配向膜として機能する絶縁膜２５４は絶縁膜２４３と同様に形成することができる。
さらに、着色層２５２は、カラー表示を行う場合に必要な層であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した染料や顔料が分散された着色層を各画素に対応して形成する。
【００８９】
次に、基板１００及び対向基板２５１をシール材２５７で貼り合わせるが、その基板１００及び対向基板２５１の間に液晶層２５５を形成する。
その液晶層２５５は、毛細管現象を利用した真空注入法により、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４、及びシール材２５７で囲まれた領域に液晶材料を注入することにより形成することができる。
さらに、対向基板２５１の一方にシール材２５７を形成し、シール材に囲まれる領域に液晶材料を滴下した後、対向基板２５１及び基板１００を減圧下においてシール材で圧着することで液晶層２５５を形成することもできる。
【００９０】
シール材２５７としては、熱硬化型のエポキシ樹脂、ＵＶ硬化型のアクリル樹脂、熱可塑方のナイロン、ポリエステル等を、ディスペンサ法、印刷法、熱圧着法等を用いて形成することができる。
なお、シール材２５７にフィラーを散布することにより、基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つことができるが、ここでは、シール材２５７として熱硬化型のエポキシ樹脂を用いて形成する。
【００９１】
また、基板１００及び対向基板２５１の間隔を保つために、配向膜として機能する絶縁膜２４３、２５４の間にスペーサ２５６を設けてもよく、そのスペーサとしては、有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を所望の形状、代表的には柱状又は円柱状にエッチングして形成することができる。
さらに、スペーサとしてビーズスペーサを用いてもよいので、ここではスペーサ２５６としてビーズスペーサを用いる。
また、図示しないが、基板１００、対向基板２５１の一方又は両方に偏光板を設ける。
【００９２】
次に、図４（Ｃ）に示すように、端子部２６３においては、薄膜トランジスタのゲート配線、ソース配線に接続される接続端子（図４（Ｃ）においては、ソース配線またはドレイン配線に接続される接続端子２４０を示す。）が形成されている。
その接続端子２４０に、導電層２４４及び異方性導電膜２６１を介してＦＰＣ（フレキシブルプリント配線）２６２を接続しており、前記接続端子２４０は導電層２４４及び異方性導電膜２６１を介してビデオ信号やクロック信号を受け取る。
【００９３】
駆動回路部２６４においては、ソースドライバやゲートドライバ等の画素を駆動する回路が形成されており、ここでは、ｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６、ｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５が配置されている。
なお、ｎチャネル型の薄膜トランジスタ２２６及びｐチャネル型の薄膜トランジスタ２２５によりＣＭＯＳ回路が形成されている。
【００９４】
画素部２６５には、複数の画素が形成されており、各画素には液晶素子２５８が形成されており、この液晶素子２５８は、第１の画素電極２４２、第２の画素電極２５３及びその間に充填されている液晶層２５５が重なっている部分である。
さらに、その液晶素子２５８が有する第１の画素電極２４２は、薄膜トランジスタ２２７と電気的に接続されている。
【００９５】
以上の工程により液晶表示装置を作製することができ、本実施の形態２で示す液晶表示装置は、駆動回路部２６４や画素部２６５に形成される薄膜トランジスタの半導体層において、結晶の面方位が一定方向に揃っている。
このため、複数の薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能であり、その結果、色むらや欠陥の少ない高精細な表示が可能な液晶表示装置を作製することができる。
【００９６】
［実施の形態３］
本実施の形態では、半導体装置の一例である発光素子を有する発光装置の作製工程について説明する。
図５（Ａ）に示すように、実施の形態２と同様の工程により、基板１００上に絶縁膜１０１を介して薄膜トランジスタ２２５〜２２７を形成し、その薄膜トランジスタ２２５〜２２７のゲート電極及び配線を絶縁化する第１の層間絶縁膜として、酸化珪素膜２３１、窒化珪素膜２３２、及び酸化珪素膜２３３を積層して形成する。
さらに、第１の層間絶縁膜の一部の酸化珪素膜２３３上に薄膜トランジスタ２２５〜２２７の半導体層に接続する配線３０８〜３１３、及び接続端子３１４を形成する。
【００９７】
次に、第１の層間絶縁膜、配線３０８〜３１３、及び接続端子３１４上に、第２の層間絶縁膜３１５を形成し、その後薄膜トランジスタ２２７の配線３１３に接続する第１の電極層３１６、及び接続端子３１４と接続する導電層３２０を形成する。
その第１の電極層３１６及び導電層３２０は、スパッタリング法により膜厚１２５ｎｍの酸化珪素を含むＩＴＯを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。
本実施の形態のように、第２の層間絶縁膜３１５を形成することで、駆動回路部のＴＦＴや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からＴＦＴを保護することができる。
【００９８】
次に、第１の電極層３１６の端部を覆う有機絶縁物膜３１７を形成するが、ここでは、感光性ポリイミドを塗布し焼成した後、露光及び現像を行って駆動回路、画素領域の第１の電極層３１６、及び画素領域の周辺部における第２の層間絶縁膜３１５が露出されるように有機絶縁物膜３１７を形成する。
【００９９】
次に、第１の電極層３１６及び有機絶縁物膜３１７の一部上に蒸着法により発光物質を含む層３１８を形成するが、その発光物質を含む層３１８は、発光性を有する有機化合物、または発光性を有する無機化合物で形成する。
なお、発光物質を含む層３１８は、発光性を有する有機化合物及び発光性を有する無機化合物で形成してもよい。
また、発光物質を含む層３１８を赤色の発光性の発光物質、青色の発光性の発光物質、及び緑色の発光性の発光物質を用いて、それぞれ赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素を形成することができる。
【０１００】
ここでは、赤色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（アセチルアセトナート）（略称：Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）2（ａｃａｃ））が添加されたＮＰＢを３０ｎｍ、Ａｌｑ3を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。
さらに、緑色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、クマリン５４５Ｔ（Ｃ５４５Ｔ）が添加されたＡｌｑ3を４０ｎｍ、Ａｌｑ3を６０ｎｍ、及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。
【０１０１】
また、青色の発光性の発光物質を含む層として、ＤＮＴＰＤを５０ｎｍ、ＮＰＢを１０ｎｍ、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）が添加された、９−［４−（Ｎ−カルバゾリル）］フェニル−１０−フェニルアントラセン（略称：ＣｚＰＡ：）を３０ｎｍ、Ａｌｑ3を６０ｎｍ及びＬｉＦを１ｎｍ積層して形成する。
さらには、白色の発光性の発光物質を用いて発光物質を含む層を形成することで、赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素のほかに、白色の発光性の画素を形成してもよい。
なお、白色の発光性の画素を設けることにより消費電力を削減することが可能である。
【０１０２】
次に、発光物質を含む層３１８、及び有機絶縁物膜３１７上に第２の電極層３１９を形成するが、ここでは、膜厚２００ｎｍのＡｌ膜を蒸着法により形成する。
その結果、第１の電極層３１６、発光物質を含む層３１８、及び第２の電極層３１９により発光素子３２１を構成する。
【０１０３】
ここで、発光素子３２１の構造、使用材料及び機能等について説明する。
発光物質を含む層３１８に、有機化合物を用いた発光機能を担う層（以下、発光層３４３と示す。）を形成することで、発光素子３２１は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子として機能する。
以下において、その発光素子３２１の構造を図面を用いて詳述し、さらにそれに使用する材料及び機能等についても詳細に説明する。
【０１０４】
発光性の有機化合物としては、例えば、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、クマリン３０、クマリン６、クマリン５４５、クマリン５４５Ｔ、ペリレン、ルブレン、ペリフランテン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡ）、５，１２−ジフェニルテトラセン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−［２−（ジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＭ）等が挙げられる。
【０１０５】
また、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ2’］（ピコリナト）イリジウム（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス｛２−［３’，５’−ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ピリジナト−Ｎ，Ｃ2’｝（ピコリナト）イリジウム（略称：Ｉｒ（ＣＦ3ｐｐｙ）2（ｐｉｃ））、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）3）、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ2’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）2（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−チエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ3’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｔｈｐ）2（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ2’）イリジウム（略称：Ｉｒ（ｐｑ）2（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［２−（２’−ベンゾチエニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ3’］イリジウム（略称：Ｉｒ（ｂｔｐ）2（ａｃａｃ））などの燐光を放出できる化合物を用いることもできる。
【０１０６】
また、図６（Ａ）に示すように、第１の電極層３１６上に正孔注入材料で形成される正孔注入層３４１、正孔輸送性材料で形成される正孔輸送層３４２、発光性の有機化合物で形成される発光層３４３、電子輸送性材料で形成される電子輸送層３４４、電子注入性材料で形成される電子注入層３４５により形成された発光材料を含む層３１８、及び第２の電極層３１９で図５に示す発光素子３２１を形成してもよい。
【０１０７】
正孔輸送性材料は、フタロシアニン（略称：Ｈ2Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジルフタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）の他、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、１，３，５−トリス［Ｎ，Ｎ−ジ（ｍ−トリル）アミノ］ベンゼン（略称：ｍ−ＭＴＤＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢ）、４，４’−ビス｛Ｎ−［４−ジ（ｍ−トリル）アミノ］フェニル−Ｎ−フェニルアミノ｝ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ビフェニリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＢＰＢ）、４，４’，４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）などが挙げられる。
【０１０８】
正孔輸送性材料については、前記したとおりのものが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、上述した化合物の中でも、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、ｍ−ＭＴＤＡＢ、ＴＰＤ、ＮＰＢ、ＤＮＴＰＤ、ＢＢＰＢ、ＴＣＴＡなどに代表される芳香族アミン化合物は、正孔を発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。ここに述べた物質は、主に１０-6ｃｍ2／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。
【０１０９】
正孔注入性材料は、上記正孔輸送性材料の他、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）やポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）などを用いることもできる。
また、酸化モリブデン（ＭｏＯx）、酸化バナジウム（ＶＯx）、酸化ニッケル（ＮｉＯx）などの無機半導体の薄膜や、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などの無機絶縁体の超薄膜も有効である。
【０１１０】
ここで、電子輸送性材料は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ3）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ2）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料を用いることができる。
さらに、この他、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）2）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）2）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。
【０１１１】
また、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。
ここに述べた物質は、主に１０-6ｃｍ2／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。
【０１１２】
電子注入材料としては、上述した電子輸送性材料の他に、ＬｉＦ、ＣｓＦなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、ＣａＦ2のようなアルカリ土類ハロゲン化物、Ｌｉ2Ｏなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。
また、リチウムアセチルアセトネート（略称：Ｌｉ（ａｃａｃ）や８−キノリノラト−リチウム（略称：Ｌｉｑ）などのアルカリ金属錯体も有効であり、さらに、上述した電子輸送性材料と、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃｓ等の仕事関数の小さい金属とを共蒸着等により混合した材料を使用することもできる。
【０１１３】
また、図６（Ｂ）に示すように、第１の電極層３１６と、発光性の有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層３４６と、発光性の有機化合物で形成される発光層３４３と、発光性の有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層３４７により形成された発光材料を含む層３１８と、第２の電極層３１９で図５に示す発光素子３２１を形成してもよい。
【０１１４】
発光性の有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層３４６は、有機化合物として、上記した正孔輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。
また、無機化合物として、有機化合物から電子を受け取りやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、周期表第４族乃至第１２族のいずれかの遷移金属酸化物が電子受容性を示しやすく好適である。
【０１１５】
具体的には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウム、酸化ルテニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。
その上述した金属酸化物の中でも、周期表第４族乃至第８族のいずれかの遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、好ましい一群であり、特に酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。
【０１１６】
発光性の有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層３４７は、有機化合物として上記した電子輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。
また、無機化合物としては、有機化合物に電子を与えやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物、アルカリ金属窒化物、アルカリ土類金属窒化物、希土類金属窒化物が電子供与性を示しやすく好適である。
具体的には、酸化リチウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化エルビウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム、窒化イットリウム、窒化ランタンなどが挙げられる。特に酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。
【０１１７】
発光性の有機化合物及び無機化合物で形成される電子輸送層３４７又は正孔輸送層３４６は、電子注入・輸送特性が優れているため、第１の電極層３１６、第２の電極層３１９共に、ほとんど仕事関数の制限を受けることなく、種々の材料を用いることができる。
さらに、駆動電圧を低減することが可能である。
【０１１８】
また、発光物質を含む層３１８として、無機化合物を用いた発光機能を担う層（以下、発光層３４９という。）を有することで発光素子３２１は無機ＥＬ素子として機能する。
その無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類され、前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光物質を含む層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる発光物質を含む層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。
【０１１９】
さらに、得られる発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光と、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光とがある。
一般的に、分散型無機ＥＬではドナー−アクセプター再結合型発光、薄膜型無機ＥＬ素子では局在型発光である場合が多い。以下に、無機ＥＬ素子の構造について示す。
【０１２０】
本実施の形態３で用いることのできる発光材料は、母体材料と発光中心となる不純物元素とで構成され、含有させる不純物元素を変化させることで、様々な色の発光を得ることができる。
発光材料の作製方法としては、固相法や液相法（共沈法）などの様々な方法を用いることができ、また、それには噴霧熱分解法、複分解法、プレカーサーの熱分解反応による方法、逆ミセル法やこれらの方法と高温焼成を組み合わせた方法、凍結乾燥法などの液相法なども用いることができる。
【０１２１】
固相法は、母体材料と、不純物元素又はその化合物とを秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱、焼成を行い反応させ、母体材料に不純物を含有させる方法である。
焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましく、温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。
なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましく、比較的高温での焼成を必要とするが、簡単な方法であるため、生産性がよく大量生産に適している。
【０１２２】
液相法（共沈法）は、母体材料又はその化合物と、不純物元素又はその化合物とを溶液中で反応させ、乾燥させた後、焼成を行う方法であり、発光材料である母体材料の粒子が均一に分布し、粒径が小さく低い焼成温度でも反応が進むことができる。
発光材料に用いる母体材料としては、硫化物、酸化物、窒化物を用いることができる。
【０１２３】
その硫化物としては、例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化イットリウム（Ｙ2Ｓ3）、硫化ガリウム（Ｇａ2Ｓ3）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化バリウム（ＢａＳ）等を用いることができ、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）等を用いることができる。
【０１２４】
また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等を用いることができる。
さらに、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）等も用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム（ＣａＧａ2Ｓ4）、硫化ストロンチウム−ガリウム（ＳｒＧａ2Ｓ4）、硫化バリウム−ガリウム（ＢａＧａ2Ｓ4）等の３元系の混晶であってもよい。
【０１２５】
局在型発光の発光中心として、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）などを用いることができる。
なお、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。
【０１２６】
一方、ドナー−アクセプター再結合型発光の発光中心として、ドナー準位を形成する第１の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第２の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。
第１の不純物元素は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができ、第２の不純物元素としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等を用いることができる。
【０１２７】
ドナー−アクセプター再結合型発光の発光材料を固相法を用いて合成する場合、母体材料と、第１の不純物元素又はその化合物と、第２の不純物元素又はその化合物とをそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。
その際の焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましく、温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。
なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。
【０１２８】
その母体材料としては、上述した母体材料を用いることができ、第１の不純物元素又はその化合物としては、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、硫化アルミニウム（Ａｌ2Ｓ3）等を用いることができる。
また、第２の不純物元素又はその化合物としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、硫化銅（Ｃｕ2Ｓ）、硫化銀（Ａｇ2Ｓ）等を用いることができる。
【０１２９】
また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第１の不純物元素と第２の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよく、この場合、不純物元素が拡散されやすく、固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。
さらに、余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。
その際の第１の不純物元素と第２の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、塩化銅（ＣｕＣｌ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）等を用いることができる。
なお、これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ａｔｏｍ％であればよく、好ましくは０．０５〜５ａｔｏｍ％の範囲であればよい。
【０１３０】
図６（Ｃ）は、発光物質を含む層３１８が第１の絶縁層３４８、発光層３４９、及び第２の絶縁層３５０で構成される無機ＥＬ素子の断面を示す。
なお、無機ＥＬ発光素子は、発光物質を含む層を挟持する一対の電極層間に電圧を印加することで発光が得られるが、直流駆動又は交流駆動のいずれにおいても動作することができる。
薄膜型無機ＥＬの場合、発光層３４９は、上記発光材料を含む層であり、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いて形成することができる。
【０１３１】
第１の絶縁層３４８及び第２の絶縁層３５０は、特に限定されることはないが、絶縁耐性が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。
例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）等やこれらの混合膜又は２種以上の積層膜を用いることができる。
【０１３２】
第１の絶縁層３４８及び第２の絶縁層３５０は、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等により成膜することができ、膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍの範囲である。
なお、本実施の形態３の発光素子は、必ずしもホットエレクトロンを必要とはしないため、薄膜にすることもでき、駆動電圧を低下できる長所を有する。
好ましくは、５００ｎｍ以下の膜厚、より好ましくは１００ｎｍ以下の膜厚であることがよい。
【０１３３】
なお、図示しないが、発光層３４９と絶縁層３４８、３５０、又は発光層３４９と電極層３１６、３１９の間にバッファー層を設けてもよく、このバッファー層はキャリアの注入を容易にし、かつ両層の混合を抑制する役割をもつ。
そのバッファー層としては、特に限定されることはないが、例えば、発光層の母体材料であるＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＳｒＳ、ＢａＳ、ＣｕＳ、Ｃｕ2Ｓ、ＬｉＦ、ＣａＦ2、ＢａＦ2、又はＭｇＦ2等を用いることができる。
【０１３４】
また、図６（Ｄ）に示すように、発光物質を含む層３１８が発光層３４９及び第１の絶縁層３４８で構成されてもよく、この場合、図６（Ｄ）においては、第１の絶縁層３４８は第２の電極層３１９及び発光層３４９の間に設けられている形態を示す。
なお、第１の絶縁層３４８は第１の電極層３１６及び発光層３４９の間に設けられていてもよい。
さらには、発光物質を含む層３１８が、発光層３４９のみで構成されてもよい。即ち、第１の電極層３１６、発光物質を含む層３１８、第２の電極層３１９で発光素子３２１を構成してもよい。
【０１３５】
分散型無機ＥＬの場合、粒子状の発光材料をバインダ中に分散させ膜状の発光物質を含む層を形成するが、発光材料の作製方法によって、十分に所望の大きさの粒子が得られない場合は、乳鉢等で粉砕などによって粒子状に加工すればよい。
なお、そのバインダとは、粒状の発光材料を分散した状態で固定し、発光物質を含む層としての形状に保持するための物質であり、発光材料は、バインダによって発光物質を含む層中に均一に分散し固定される。
【０１３６】
分散型無機ＥＬの場合、発光物質を含む層の形成方法は、選択的に発光物質を含む層を形成できる液滴吐出法や、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷など）、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。
その際における層の膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。
また、発光材料及びバインダを含む発光物質を含む層において、発光材料の割合は５０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下とするのがよい。
【０１３７】
図６（Ｅ）における素子は、第１の電極層３１６、発光物質を含む層３１８、第２の電極層３１９を有し、発光物質を含む層３１８は、発光材料３５２がバインダ３５１に分散された発光層及び絶縁層３４８で構成される。
なお、絶縁層３４８は、図６（Ｅ）においては、第２の電極層３１９に接する構造となっているが、第１の電極層３１６に接する構造でもく、さらには、第１の電極層３１６及び第２の電極層３１９それぞれに接する絶縁層を形成してもよい。
さらには、素子は、第１の電極層３１６及び第２の電極層３１９に接する絶縁層を有さなくてもよい。
【０１３８】
本実施の形態３に用いることのできるバインダとしては、有機材料や無機材料の絶縁材料を用いることができ、有機材料及び無機材料の混合材料を用いてもよい。
有機絶縁材料としては、シアノエチルセルロース系樹脂のように、比較的誘電率の高いポリマーや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、シリコーン樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ビニリデンなどの樹脂を用いることができる。
また、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）などの耐熱性高分子を用いてもよい。
【０１３９】
なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当し、そのシロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。
その置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素基）が用いられ、フルオロ基を用いてもよく、さらには置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
【０１４０】
また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、オキサゾール樹脂（ポリベンゾオキサゾール）等の樹脂材料を用いてもよく、また光硬化型などを用いることができる。
さらに、これらの樹脂にチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）やチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）等の高誘電率の微粒子を適度に混合して誘電率を調整することもできる。
【０１４１】
また、バインダに用いる無機材料としては、酸化珪素（ＳｉＯx）、窒化珪素（ＳｉＮx）、酸素及び窒素を含む珪素、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸素及び窒素を含むアルミニウム、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）、ニオブ酸鉛（ＰｂＮｂＯ3）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、タンタル酸バリウム（ＢａＴａ2Ｏ6）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、ＺｎＳその他の無機材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。
有機材料に、誘電率の高い無機材料を含ませる（添加等によって）ことによって、発光材料及びバインダよりなる発光物質を含む層の誘電率をより制御することができ、より誘電率を大きくすることができる。
【０１４２】
作製工程において、発光材料はバインダを含む溶液中に分散されるが、本実施の形態に用いることのできるバインダを含む溶液の溶媒としては、バインダ材料が溶解し、かつ発光層を所望の膜厚に形成するために適した粘度の溶液を作製できるような溶媒を適宜選択すればよい。
それには、有機溶媒等を用いることができ、例えばバインダとしてシロキサン樹脂を用いる場合は、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡともいう）、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール（ＭＭＢともいう）などを用いることができる。
【０１４３】
次に、図５（Ｂ）に示すように、第２の電極層３１９上に保護膜３２２を形成する。
その保護膜は、発光素子３２１や保護膜３２２に水分や酸素等が侵入することを防ぐためのものであり、保護膜３２２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などの薄膜形成法を用い、窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒素含有炭素（ＣＮ）、その他の絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。
【０１４４】
さらに、シール材３２３で封止基板３２４を基板１００上に形成される第２の層間絶縁膜３１５と貼り合わせることにより、基板１００、封止基板３２４、およびシール材３２３で囲まれた空間３２５に発光素子３２１が備えられた構造になっている。
なお、空間３２５には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材３２３で充填される場合もある。
【０１４５】
なお、シール材３２３にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましく、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。
また、封止基板３２４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０１４６】
次に、図５（Ｃ）に示すように、実施の形態２と同様に異方性導電層３２６を用いてＦＰＣ３２７を接続端子３１４に接する導電層３２０と貼りつける。
以上の工程により、アクティブマトリクス型発光素子を有する半導体装置を形成することが出来る。
【０１４７】
ここで本実施の形態３において、フルカラー表示する場合の画素における等価回路図を図７に示す。
その図７において、破線で囲まれる薄膜トランジスタ３３１が図５（Ａ）の駆動用の薄膜トランジスタ２２７をスイッチングする薄膜トランジスタに対応しており、破線で囲まれる薄膜トランジスタ３３２が発光素子を駆動する薄膜トランジスタに対応している。
なお、発光素子としては、発光物質を含む層を発光性の有機化合物を含む層で形成した有機ＥＬ素子（以下、ＯＬＥＤと示す。）を用いた形態を説明する。
【０１４８】
赤色を表示する画素は、薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域に赤色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｒが接続され、ソース領域には赤色アノード側電源線３３７Ｒが設けられている。
また、ＯＬＥＤ３３４Ｒには、カソード側電源線３３３が設けられており、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。
なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、赤色アノード側電源線３３７Ｒに接続された容量素子３３８と接続している。
【０１４９】
また、緑色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域に緑色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｇが接続され、ソース領域には緑色アノード側電源線３３７Ｇが設けられている。
また、ＯＬＥＤ３３４Ｇには、カソード側電源線３３３が設けられており、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。
なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、緑色アノード側電源線３３７Ｇに接続された容量素子３３８と接続している。
【０１５０】
また、青色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のドレイン領域に青色を発光するＯＬＥＤ３３４Ｂが接続され、ソース領域には青色アノード側電源線３３７Ｂが設けられている。
また、ＯＬＥＤ３３４Ｂには、カソード側電源線３３３が設けられており、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１はゲート配線３３６に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ３３２のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域に接続される。
なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ３３１のドレイン領域は、青色アノード側電源線３３７Ｂに接続された容量素子３３８と接続している。
【０１５１】
それぞれ色の異なる画素には発光物質を含む層の材料に応じて異なる電圧をそれぞれ印加する。
なお、ここでは、ソース配線３３５とアノード側電源線３３７Ｒ、３３７Ｇ、３３７Ｂとを平行に形成しているが、これに限られず、ゲート配線３３６とアノード側電源線３３７Ｒ、３３７Ｇ、３３７Ｂとを平行に形成してもよい。
更には、駆動用の薄膜トランジスタ３３２をマルチゲート電極構造としてもよい。
【０１５２】
また、発光装置において、画面表示の駆動方法は特に限定されず、例えば、点順次駆動方法や線順次駆動方法や面順次駆動方法などを用いればよく、代表的には、線順次駆動方法とし、時分割階調駆動方法や面積階調駆動方法を適宜用いればよい。
その発光装置のソース線に入力する映像信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよく、適宜、映像信号に合わせて駆動回路などを設計すればよい。
【０１５３】
また、ビデオ信号がデジタルの発光装置においては、画素に入力されるビデオ信号が定電圧（ＣＶ）のものと、定電流（ＣＣ）のものとがあり、ビデオ信号が定電圧のもの（ＣＶ）には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの（ＣＶＣＶ）と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの（ＣＶＣＣ）とがある。
そのビデオ信号が定電流のもの（ＣＣ）には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの（ＣＣＣＶ）と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの（ＣＣＣＣ）とがある。
さらに、発光装置において、静電破壊防止のための保護回路（保護ダイオードなど）を設けてもよい。
【０１５４】
以上の工程によりアクティブマトリクス型発光素子を有する発光装置を作製することが出来る。
本実施の形態で示す発光装置は、駆動回路や画素部に形成される薄膜トランジスタの半導体層において、結晶の面方位が一定方向に揃っており、そのため、発光素子を駆動する薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能である。
この結果、発光素子の輝度のばらつきを低減することが可能であり、色むらや欠陥の少ない高精細な表示が可能な発光装置を作製することができる。
【０１５５】
［実施の形態４］
本実施の形態では、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の作製工程を図８〜１１を用いて説明する。
また、半導体装置の構成について図１２を用いて説明し、更に本実施の形態で示す半導体装置の用途を図１３を用いて説明する。
【０１５６】
図８（Ａ）に示すように、基板４０１上に剥離膜４０２を形成する。
次に、実施の形態１及び２と同様に剥離膜４０２上に絶縁膜４０３を形成し、絶縁膜４０３上に薄膜トランジスタ４０４を形成する。
続いて、その薄膜トランジスタ４０４を構成する導電膜を絶縁する層間絶縁膜４０５を形成し、薄膜トランジスタ４０４の半導体層に接続するソース電極及びドレイン電極４０６を形成する。
【０１５７】
その後薄膜トランジスタ４０４、層間絶縁膜４０５、ソース電極及びドレイン電極４０６を覆う絶縁膜４０７を形成し、絶縁膜４０７を介してソース電極またはドレイン電極４０６に接続する導電膜４０８を形成する。
なお、基板４０１としては、基板１００と同様のものを用いることができる。
基板としては金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁膜を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いることができるが、ここでは、基板４０１としてガラス基板を用いる。
【０１５８】
剥離膜４０２は、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、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）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、珪素（Ｓｉ）から選択された元素、又は元素を主成分とする合金材料、又は元素を主成分とする化合物材料からなる層を、単層又は積層して形成する。
なお、剥離層４０２である珪素を含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。
【０１５９】
その剥離膜４０２が単層構造の場合には、好ましくは、タングステン層、モリブデン層、若しくはタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。
又は、タングステンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、又はモリブデンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物若しくは酸化窒化物を含む層を形成する。
なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。
【０１６０】
その剥離膜４０２が積層構造の場合には、好ましくは、１層目としてタングステン層、モリブデン層、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、２層目として、タングステン、モリブデン又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物、窒化物、酸化窒化物又は窒化酸化物を形成する。
その剥離膜４０２として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁膜を形成することで、タングステン層と絶縁膜との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。
【０１６１】
さらには、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、Ｎ2Ｏプラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理、水素が添加された水での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。
これは、タングステンの窒化物、酸化窒化物及び窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様であり、タングステンを含む層を形成後、その上層に窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層を形成するとよい。
【０１６２】
タングステンの酸化物は、ＷＯxで表される。ｘは２≦ｘ≦３の範囲内にあり、ｘが２の場合（ＷＯ2）、ｘが２．５の場合（Ｗ2Ｏ5）、ｘが２．７５の場合（Ｗ4Ｏ11）、ｘが３の場合（ＷＯ3）などがある。
ここでは、スパッタリング法により厚さ２０〜１００ｎｍ、好ましくは４０〜８０ｎｍのタングステン膜を形成する。
なお、上記の工程によると、基板４０１に接するように剥離膜４０２を形成しているが、本発明はこの工程に制約されることはなく、基板４０１に接するように下地となる絶縁膜を形成し、その絶縁膜に接するように剥離膜４０２を設けてもよい。
【０１６３】
剥離膜上に形成される絶縁膜４０３は、絶縁膜１０１と同様に形成することができるが、ここでは、Ｎ2Ｏガスを流しながらプラズマを発生させて剥離膜４０２表面に酸化タングステン膜を形成した後、プラズマＣＶＤ法により、窒素を含む酸化珪素膜を形成する。
薄膜トランジスタ４０４は、実施の形態２に示す薄膜トランジスタ２２５〜２２７と同様に形成することができる。
ソース電極及びドレイン電極４０６は、実施の形態２に示す配線２３４〜２３９と同様に形成することができる。
【０１６４】
それらソース電極及びドレイン電極４０６を覆う層間絶縁膜４０５及び絶縁膜４０７は、ポリイミド、アクリル、またはシロキサンポリマーを塗布し焼成して形成することができるが、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、無機化合物を用いて単層又は積層で形成してもよい。
その無機化合物の代表例としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素がある。
【０１６５】
次に、図８（Ｂ）に示すように、導電膜４０８上に導電膜４１１を形成する。
ここでは、印刷法により金粒子を有する組成物を印刷し、２００℃で３０分加熱して組成物を焼成して導電膜４１１を形成する。
【０１６６】
続いて、図８（Ｃ）に示すように、絶縁膜４０７及び導電膜４１１の端部を覆う絶縁膜４１２を形成するが、ここでは、絶縁膜４０７及び導電膜４１１の端部を覆う絶縁膜４１２を、エポキシ樹脂を用いて形成する。
その際には、エポキシ樹脂の組成物をスピンコート法により塗布し、１６０℃で３０分加熱した後、導電膜４１１を覆う部分の絶縁膜を除去して、導電膜４１１を露出すると共に、厚さ１〜２０μｍ、好ましくは５〜１０μｍの絶縁膜４１２を形成する。
なお、ここでは、絶縁膜４０３から絶縁膜４１２までの積層体を素子形成層４１０とする。
【０１６７】
次に、図８（Ｄ）に示すように、後の剥離工程を容易に行うために、レーザ光４１３を絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２に照射して、図８（Ｅ）に示すような開口部４１４を形成し、その後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせる。
その開口部４１４を形成するために照射するレーザ光としては、絶縁膜４０３、４０５、４０７、または絶縁膜４１２が吸収する波長を有するレーザ光が好ましく、代表的には、紫外領域、可視領域、又は赤外領域のレーザ光を適宜選択して照射する。
【０１６８】
このようなレーザ光を発振することが可能なレーザ発振器としては、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ等のエキシマレーザ発振器、Ｈｅ、Ｈｅ−Ｃｄ、Ａｒ、Ｈｅ−Ｎｅ、ＨＦ、ＣＯ2等の気体レーザ発振器、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ4、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶、ガラス、ルビー等の固体レーザ発振器、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の半導体レーザ発振器を用いることができる。
なお、その固体レーザ発振器においては基本波〜第５高調波を適宜適用するのが好ましい。
【０１６９】
レーザ照射の結果、絶縁膜４０３、４０５、４０７、４１２がレーザ光４１３を吸収し溶融して開口部が形成される。
なお、レーザ光４１３を絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２に照射する工程を省くことで、スループットを向上させることが可能である。
【０１７０】
次に、図９（Ａ）に示すように、剥離膜４０２及び絶縁膜４０３の界面に形成される金属酸化物膜において、剥離膜を有する基板４０１及び素子形成層の一部４２１を物理的手段により剥離する。
その際の物理的手段とは、力学的手段または機械的手段を指し、何らかの力学的エネルギー（機械的エネルギー）を変化させる手段を指しており、その手段は、代表的には機械的な力を加えること（例えば人間の手や把治具で引き剥がす処理や、ローラーを支点としてローラーを回転させながら分離する処理）である。
【０１７１】
以上の剥離工程は、熱処理で収縮しない層と、熱処理で収縮する層と、その中間の層とを有し、剥離工程の完了時または剥離工程中に熱処理を行うことにより、過ストレス状態を中間層又はその近傍領域で有せしめ、その後刺激を与えることにより中間層またはその近傍領域で剥離せしめることを特徴とする。
そのようにすると、非晶質珪素膜の結晶化や、不純物の活性化、水素出し等の加熱処理において、剥離膜４０２は収縮しないが、絶縁膜４０３及び絶縁膜４１２は収縮し、さらに剥離膜４０２及び絶縁膜４０３の界面に酸化タングステン層（ＷＯx、２≦ｘ≦３）が形成される。
その酸化タングステン層は脆いため、上記物理的手段により分離されやすく、その結果、上記物理的手段により素子形成層の一部４２１を基板４０１から剥離することができる。
【０１７２】
本実施の形態４においては、剥離膜と絶縁膜の間に金属酸化膜を形成し、物理的手段により、素子形成層４１０を剥離する方法を用いたがこれに限られない。
基板に透光性を有する基板を用い、剥離膜に水素を含む非晶質珪素層を用い、図８（Ｅ）の工程の後、基板側からレーザ光を照射して非晶質珪素膜に含まれる水素を気化させて、基板と剥離膜との間で剥離する方法を用いることができる。
【０１７３】
また、図８（Ｅ）の工程の後、基板を機械的に研磨し除去する方法や、基板をＨＦ等の溶液を用いて溶解し基板を除去する方法を用いることができ、この場合、剥離膜を用いなくともよい。
さらに、図８（Ｅ）において、粘着部材４１５を絶縁膜４１２に貼りあわせる前に、開口部４１４にＮＦ3、ＢｒＦ3、ＣｌＦ3等のフッ化ガスを導入し、剥離膜をフッ化ガスでエッチングし除去した後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせて、基板から素子形成層の一部４２１を剥離する方法を用いることができる。
【０１７４】
また、図８（Ｅ）において、粘着部材４１５を絶縁膜４１２に貼りあわせる前に、開口部４１４にＮＦ3、ＢｒＦ3、ＣｌＦ3などのフッ化ガスを導入し、剥離膜の一部をフッ化ガスでエッチングし除去した後、絶縁膜４１２に粘着部材４１５を貼りあわせて、基板から素子形成層の一部４２１を物理的手段により剥離する方法を用いることができる。
【０１７５】
次に、図９（Ｂ）に示すように、素子形成層の一部４２１の絶縁膜４０３に、可撓性基板４２２を貼り付け、その後粘着部材４１５を素子形成層の一部４２１から剥す。
ここでは、可撓性基板４２２として、キャスト法によりポリアニリンで形成されたフィルムを用い、その後、図９（Ｃ）に示すように、可撓性基板４２２をダイシングフレーム４３２のＵＶシート４３１に貼り付けるが、このＵＶシート４３１は粘着性を有するためＵＶシート４３１上に可撓性基板４２２が固定される。
この後、導電膜４１１にレーザ光を照射して、導電膜４１１と導電膜４０８の間の密着性を高めてもよい。
続いて、図９（Ｄ）に示すように、導電膜４１１上に接続端子４３３を形成する。
この接続端子４３３を形成することで、後にアンテナとして機能する導電膜との位置合わせ及び接着を容易に行うことが可能である。
【０１７６】
次に、図１０（Ａ）に示すように、素子形成層の一部４２１を分断する。
ここでは、素子形成層の一部４２１及び可撓性基板４２２にレーザ光４３４を照射して、図１０（Ｂ）に示すように、素子形成層の一部４２１を複数に分断する。
このレーザ光４３４は、レーザ光４１３に例示のレーザ光を適宜選択して適用することができるが、ここでは、絶縁膜４０３、４０５、４０７、及び絶縁膜４１２、並びに可撓性基板４２２が吸収可能なレーザ光を選択することが好ましい。
なお、ここでは、レーザカット法を用いて素子形成層の一部を複数に分断したが、この方法の代わりにダイシング法、スクライビング法等を適宜用いることができ、その結果、分断された素子形成層を薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂと示す。
【０１７７】
次に、図１０（Ｃ）に示すように、ダイシングフレーム４３２のＵＶシートにＵＶ光を照射して、ＵＶシート４３１の粘着力を低下させた後、ＵＶシート４３１をエキスパンダ枠４４４で支持する。
その際、ＵＶシート４３１を伸ばしながらエキスパンダ枠４４４で支持することで、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの間に形成された溝４４１の幅を拡大することができる。
なお、拡大された溝４４６は、後に薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂに貼りあわせられるアンテナ基板の大きさにあわせることが好ましい。
【０１７８】
次に、図１１（Ａ）に示すように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６と、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いて貼りあわせる。
なお、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６には、導電膜４５２ａ、４５２ｂの一部が露出するように、開口部が設けられている。
また、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを覆う絶縁膜４５３が可撓性基板４５６上に形成される。
【０１７９】
このため、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂの接続端子とが、異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂに含まれる導電性粒子４５４ａ、４５４ｂとで接続されるように、位置合わせしながら貼りあわせる。
ここでは、アンテナとして機能する導電膜４５２ａと薄膜集積回路４４２ａとが、異方性導電接着剤４５５ａ中の導電性粒子４５４ａによって接続され、アンテナとして機能する導電膜４５２ｂと薄膜集積回路４４２ｂとが、異方性導電接着剤４５５ｂ中の導電性粒子４５４ｂによって接続される。
【０１８０】
次に、図１１（Ｂ）に示すように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとが形成されない領域において、絶縁膜４５３及び可撓性基板４５６を分断する。
ここでは、絶縁膜４５３及び可撓性基板４５６にレーザ光４６１を照射するレーザカット法により分断を行う。
以上の工程により、図１１（Ｃ）に示すように、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置４６２ａ、４６２ｂを作製することができる。
【０１８１】
なお、図１１（Ａ）において、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂを有する可撓性基板４５６と、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを異方性導電接着剤４５５ａ、４５５ｂを用いて貼りあわせた後、可撓性基板４５６と薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとを封止するように可撓性基板４６３を設け、図１１（Ｂ）のように、アンテナとして機能する導電膜４５２ａ、４５２ｂと、薄膜集積回路４４２ａ、４４２ｂとが形成されない領域において、レーザ光４６１を照射して、図１１（Ｄ）に示すような半導体装置４６４を作製してもよい。
この場合、分断された可撓性基板４５６、４６３によって、薄膜集積回路が封止されるため、薄膜集積回路の劣化を抑制することが可能である。
【０１８２】
以上の工程により、薄型で軽量な半導体装置を歩留まり高く作製することが可能である。
また、半導体装置の薄膜トランジスタの半導体層の結晶の面方位を一定方向にそろえることが可能であるため、薄膜トランジスタの電気特性のばらつきを抑えることが可能である。
このため、信頼性の高い半導体装置を作製することができる。
【０１８３】
次に上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の構成について、図１２を参照して説明する。
本実施の形態４の半導体装置は、大別して、アンテナ部２００１、電源部２００２、ロジック部２００３から構成される。
そのアンテナ部２００１は、外部信号の受信とデータの送信を行うためのアンテナ２０１１からなり、また半導体装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。
なお、その伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければよい。
【０１８４】
電源部２００２は、アンテナ２０１１を介して外部から受信した信号により電源を作る整流回路２０２１と、作りだした電源を保持するための保持容量２０２２と、定電圧回路２０２３からなる。
ロジック部２００３は、受信した信号を復調する復調回路２０３１と、クロック信号を生成するクロック生成・補正回路２０３２と、コード認識及び判定回路２０３３と、メモリからデータを読み出すための信号を受信信号により作り出すメモリコントローラ２０３４と、符号化した信号を受信信号にのせるための変調回路２０３５と、読み出したデータを符号化する符号化回路２０３７と、データを保持するマスクＲＯＭ２０３８とを有する。
なお、変調回路２０３５は変調用抵抗２０３６を有する。
【０１８５】
コード認識及び判定回路２０３３が認識・判定するコードは、フレーム終了信号（ＥＯＦ：ｅｎｄ  ｏｆ  ｆｒａｍｅ）、フレーム開始信号（ＳＯＦ：ｓｔａｒｔ  ｏｆ  ｆｒａｍｅ）、フラグ、コマンドコード、マスク長（ｍａｓｋ  ｌｅｎｇｔｈ）、マスク値（ｍａｓｋ  ｖａｌｕｅ）等である。
また、コード認識及び判定回路２０３３は、送信エラーを識別する巡回冗長検査（ＣＲＣ：ｃｙｃｌｉｃ  ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ  ｃｈｅｃｋ）機能も含む。
【０１８６】
次に、上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途について図１３を用いて示す。
上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置９２１０の用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類（運転免許証や住民票等、図１３（Ａ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等、図１３（Ｃ）参照）、記録媒体（ＤＶＤソフトやビデオテープ等、図１３（Ｂ）参照）、乗物類（自転車等、図１３（Ｄ）参照）、身の回り品（鞄や眼鏡等）、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札（図１３（Ｅ）、図１３（Ｆ）参照）等の物品に設けて使用することができる。
【０１８７】
本実施の形態４の半導体装置９２１０は、プリント基板に実装したり、表面に貼ったり、埋め込んだりして、物品に固定される。
例えば、本なら紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりして、各物品に固定される。
本実施の形態の半導体装置９２１０は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。
【０１８８】
また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本実施の形態４の半導体装置９２１０を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。
また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本実施の形態の半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。
【０１８９】
［実施の形態５］
上記実施の形態２ないし４に示される半導体装置を有する電子機器として、テレビジョン装置（単にテレビ、又はテレビジョン受信機ともよぶ）、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話装置（単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ）、ＰＤＡ等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コンピュータ用のモニター、コンピュータ、カーオーディオ等の音響再生装置、家庭用ゲーム機等の記録媒体を備えた画像再生装置等が挙げられる。
その具体例について、図１４を参照して実施の形態５として説明する。
【０１９０】
図１４（Ａ）に示す携帯情報端末は、本体９２０１、表示部９２０２等を含んでおり、表示部９２０２に、上記実施の形態２及び３に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯情報端末を安価に提供することができる。
図１４（Ｂ）に示すデジタルビデオカメラは、表示部９７０１、表示部９７０２等を含んでおり、表示部９７０１に、上記実施の形態２及び３に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なデジタルビデオカメラを安価に提供することができる。
図１４（Ｃ）に示す携帯端末は、本体９１０１、表示部９１０２等を含んでおり、表示部９１０２に、上記実施の形態２及び３に示すものを適用することにより、信頼性の高い携帯端末を安価に提供することができる。
【０１９１】
図１４（Ｄ）に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体９３０１、表示部９３０２等を含んでいる。表示部９３０２に、上記実施の形態２及び３に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯型のテレビジョン装置を安価に提供することができる。
このようなテレビジョン装置は携帯電話などの携帯端末に搭載する小型のものから、持ち運びをすることができる中型のもの、また、大型のもの（例えば４０インチ以上）まで、幅広く適用することができる。
【０１９２】
図１４（Ｅ）に示す携帯型のコンピュータは、本体９４０１、表示部９４０２等を含んでおり、その表示部９４０２に、上記実施の形態２及び３に示すものを適用することにより、高画質な表示が可能な携帯型のコンピュータを安価に提供することができる。
図１４（Ｆ）に示すテレビジョン装置は、本体９５０１、表示部９５０２等を含んでおり、表示部９５０２に、上記実施の形態２及び３に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を安価に提供することができる。
【０１９３】
ここで、テレビジョン装置の構成について、図１５を用いて説明するが、その図１５は、テレビジョン装置の主要な構成を示すブロック図である。
チューナ９５１１は映像信号と音声信号を受信し、映像信号は、映像検波回路９５１２と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路９５１３と、その映像信号をドライバＩＣの入力仕様に変換するためのコントロール回路９５１４により処理される。
【０１９４】
コントロール回路９５１４は、表示パネル９５１５の走査線駆動回路９５１６と信号線駆動回路９５１７にそれぞれ信号が出力するものであり、デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路９５１８を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成としても良い。
チューナ９５１１で受信した信号のうち、音声信号は音声検波回路９５２１に送られ、その出力は音声信号処理回路９５２２を経てスピーカー９５２３に供給される。
制御回路９５２４は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部９５２５から受け、チューナ９５１１や音声信号処理回路９５２２に信号を送出する。
【０１９５】
このテレビジョン装置は、表示パネル９５１５を含んで構成されることにより、テレビジョン装置の低消費電力を図ることが可能であり、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を作製することが可能である。
なお、本発明はテレビ受像機に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。
【０１９６】
次に、本発明の半導体装置を実装した電子機器の一態様として、携帯電話機を図１６を用いて説明する。
携帯電話機は、筐体２７００、２７０６、パネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３、操作ボタン２７０４、バッテリ２７０５を有し（図１６参照）、パネル２７０１はハウジング２７０２に脱着自在に組み込まれ、ハウジング２７０２はプリント配線基板２７０３に嵌着される。
ハウジング２７０２はパネル２７０１が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。
【０１９７】
プリント配線基板２７０３には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの１つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。
プリント配線基板２７０３に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。
【０１９８】
パネル２７０１は、接続フィルム２７０８を介して、プリント配線基板２７０３に接続される。
上記のパネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３は、操作ボタン２７０４やバッテリ２７０５と共に、筐体２７００、２７０６の内部に収納され、パネル２７０１が含む画素領域２７０９は、筐体２７００に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。
【０１９９】
パネル２７０１は、画素部と一部の周辺駆動回路（複数の駆動回路のうち動作周波数の低い駆動回路）を基板上にＴＦＴを用いて一体形成し、一部の周辺駆動回路（複数の駆動回路のうち動作周波数の高い駆動回路）をＩＣチップ上に形成してもよい。
そのＩＣチップをＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）でパネル２７０１に実装してもよく、あるいは、そのＩＣチップをＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）やプリント基板を用いてガラス基板と接続してもよい。
【０２００】
なお、一部の周辺駆動回路を基板上に画素部と一体形成し、他の周辺駆動回路を形成したＩＣチップをＣＯＧ等で実装したパネルの構成の一例を図１７（Ａ）に示す。
なお、図１７（Ａ）のパネルは、基板３９００、信号線駆動回路３９０１、画素部３９０２、走査線駆動回路３９０３、走査線駆動回路３９０４、ＦＰＣ３９０５、ＩＣチップ３９０６、ＩＣチップ３９０７、封止基板３９０８、シール材３９０９を有する。
このような構成とすることで、表示装置の低消費電力化を図り、携帯電話機の一回の充電による使用時間を長くすることができる。
また、携帯電話機の低コスト化を図ることができる。
【０２０１】
また、さらに消費電力の低減を図るため、図１７（Ｂ）に示すように基板上にＴＦＴを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をＩＣチップ上に形成し、そのＩＣチップをＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）などで表示パネルに実装してもよい。
なお、図１７（Ｂ）の表示パネルは、基板３９１０、信号線駆動回路３９１１、画素部３９１２、走査線駆動回路３９１３、走査線駆動回路３９１４、ＦＰＣ３９１５、ＩＣチップ３９１６、ＩＣチップ３９１７、封止基板３９１８、シール材３９１９を有する。
【０２０２】
上記の通り、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体２７００、２７０６内部の限られた空間を有効に利用することができる。
また、コスト削減が可能であり、信頼性の高い半導体装置を有する電子機器を作製することができる。
【実施例１】
【０２０３】
以下において、本発明に関し実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもないことである。
なお、実施例に加えて比較例をあげ、本発明の結晶性珪素膜の作製方法と、結晶学的な物性について説明する。
【０２０４】
実施例１の結晶性珪素膜の作製方法を図１８を用いて説明する。
実施の形態１で、図１を用いて既に説明したように、基板１００上に、下地膜（絶縁膜）１０１、非晶質半導体膜１０２、キャップ膜１０３を形成した。
図１（Ｂ）に示すように、キャップ膜１０３を介して非晶質半導体膜１０２にレーザ光１０４を照射して、非晶質半導体膜１０２を結晶化させて、結晶性半導体膜１０５を形成した。
基板１００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。
絶縁膜１０１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膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜した。
【０２０５】
その際の成膜条件は以下の通りである。
＜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
・電極面積  ６１５．７５ｃｍ2
【０２０６】
＜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
・電極面積  ６１５．７５ｃｍ2
【０２０７】
非晶質半導体膜１０２として、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
・電極面積  ６１５．７５ｃｍ2
【０２０８】
前記した成膜条件下で非晶質半導体膜を形成した後、電気炉内で５００℃、１時間加熱した後、５５０℃で４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り、それを行うのはレーザビームを照射した際に、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る。
その加熱処理後、７０秒のフッ酸処理を行って非晶質半導体膜１０２表面に形成される酸化膜を除去した後、非晶質半導体膜１０２上にキャップ膜１０３として酸素を含む窒化珪素膜を平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて形成した。
【０２０９】
その際の成膜の条件は次の通りである。
＜酸素を含む窒化珪素膜＞
・厚さ  ３００ｎｍ
・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
・電極面積  ６１５．７５ｃｍ2
【０２１０】
得られた絶縁膜１０１、キャップ膜１０３の組成を表１に示す。
その表１には、後述する比較例のキャップ膜の組成も示しており、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。
その組成比は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｏｒｙ）及び、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｗａｒｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｔ）を用いて測定した。
その測定感度は±２％程度である。
【０２１１】
【表１】
0005311754.tif 000002
【０２１２】
キャップ膜１０３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、キャップ膜である酸素を含む窒化珪素膜から水素を出すための処理であり、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに酸素を含む窒化珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためである。
【０２１３】
レーザ照射装置により、キャップ膜１０３を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。
その際に使用したレーザ照射装置については、実施の形態１において既に説明しているところではあるが、その概要をここにおいても重ねて図１８を用いて示す。
その図１８に示すように、２つのレーザ発振器１１ａ、１１ｂを備えており、それぞれのレーザ発振器１１ａ、１１ｂから射出されたレーザビーム１２ａ、１２ｂを合成したレーザビーム１２を照射できるようになっている。
【０２１４】
レーザ発振器１１ｂから射出されたレーザビーム１２ｂは、波長板１３を通り、偏光方向を変えるが、それは、偏光子１４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。
レーザビーム１２ｂは波長板１３を通った後、ミラー２１２で反射され、偏光子１４に入射し、偏光子１４でレーザビーム１２ａとレーザビーム１２ｂが合成され、その合成されたレーザビーム１２が適当なエネルギーとなるように波長板１３と偏光子１４を調整する。
【０２１５】
その偏光子１４によって合成されたレーザビーム１２は、ミラー１５によって反射され、シリンドリカルレンズ１６及びシリンドリカルレンズ１７を通ることにより、断面が線状に成形される。
シリンドリカルレンズ１６は、照射面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１７は、その幅方向に作用する。
【０２１６】
レーザ照射装置は、被照射面１８を固定する吸着ステージ１９を備えており、吸着ステージ１９は、Ｘ軸用の一軸ロボット２０とＹ軸用の一軸ロボット２１により、ＸＹ方向に移動することできる。
上記のように、絶縁膜１０１、非晶質半導体膜１０２及びキャップ膜１０３を形成した基板１を吸着ステージ１９に固定し、線状のレーザビームの長さ方向とＹ軸を一致させ、ビームスポットの幅方向、つまりＸ軸に沿って基板１を移動しながら、レーザビームを照射した。
【０２１７】
この実施例では、基板の移動速度を３５ｃｍ／ｓｅｃとした。
また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ4レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。
レーザビームは、照射面における強度が１４Ｗであり、形状は、照射面において、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
【０２１８】
＜結晶性珪素膜の測定＞
結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、ＥＢＳＰ測定を行った。
ＥＢＳＰ測定を行うために、結晶性珪素膜の表面からキャップ膜１０３をエッチングで除去している。
ＥＢＳＰ測定は、結晶性珪素膜の表面に対して６０°の入射角で電子線を入射させ得られるＥＢＳＰ像から結晶の面方位を測定した。
【０２１９】
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．１μｍとし、図２に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。
図２のベクトルａ〜ｃは、それぞれ観察面Ａ〜Ｃの法線ベクトルを表す。
観察面Ａは、基板の表面に平行な面であり、結晶性珪素膜の上面に対応し、観察面Ｃは、法線ベクトルｃがレーザビームの走査方向と平行となる面であり、これら３つの観察面Ａ〜Ｃからの情報より、結晶膜の面方位を高精度に特定することができる。
【０２２０】
結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図１９〜図２１に示す。
図１９（ａ）〜（ｃ）は、５０μｍ×５０μｍの測定領域における面方位の分布を示す方位マップ像であり、各マップ図の一辺の長さが５０μｍである。
図１９（ｄ）は単結晶珪素の逆極点図であり、配色が方位を表している。
【０２２１】
その図１９は、白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、カラー表示では、観察面Ａでは＜００１＞方位に強く配向し、観察面Ｂでは＜３０１＞方位に強く配向し、観察面Ｃでは＜３０１＞方位に強く配向していることがわかった。
さらに、図１９（ａ）〜（ｃ）のパターンの形状、色から、実施例１の結晶性珪素膜は、柱状に長く伸びたドメインで構成されていることがわかった。
図１９（ａ）〜（ｃ）においては、ドメインの長さは５〜５０μｍであり、さらには５０μｍ以上の長さのドメインも見られた。
【０２２２】
図２０（ａ）〜（ｃ）は、観察面Ａ〜Ｃにおける面方位の出現度数分布を表す逆極点図であり、図２０（ｄ）は度数を示すスケールである。
その図２０も白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、図２０（ａ）の逆極点図から、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１４．０倍以上の頻度で＜００１＞方位が出現することがわかった。
また、図２０（ｂ）に示す逆極点図から、観察面Ｂでは＜３０１＞方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の４．８倍以上の頻度で＜３０１＞方位が出現することがわかった。
さらに、図２０（ｃ）に示す逆極点図から、観察面Ｃでは＜３０１＞方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の４．８倍以上の頻度で＜３０１＞方位が出現することがわかった。
【０２２３】
図２０（ａ）〜（ｃ）の逆極点図において出現頻度が高い方位について、配向率を求め、配向率の計算結果を図２１（ａ）〜（ｃ）に示す。
図２１（ａ）は、図２０（ａ）を基に観察面Ａにおける配向率を求めた結果である。
図２０（ａ）の逆極点図において、＜００１＞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＜００１＞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、配向率を求めた。
【０２２４】
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の値であり、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。
この結果から、本発明の観察面Ａにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が７１．２％を占めることがわかった。
【０２２５】
同様に、図２１（ｂ）、（ｃ）は、図２０（ｂ）、（Ｃ）の逆極点図をもとに測定面Ｂ及びＣにおける＜３０１＞の配向率を求めた結果であり、＜３０１＞の角度揺らぎの範囲を±１０°に決め、配向率を求めている。
観察面Ｂ、観察面Ｃでは、＜３０１＞方位が７１．１％、７３．９％を占めることがわかった。
なお、観察面Ｂ及びＣにおいては、面方位＜３０１＞の割合を示したが、それは面方位＜３０１＞と近い面方位＜４０１＞や＜５０１＞、＜６０１＞の配向率としてもよい。
【０２２６】
［比較例］
比較例として、キャップ膜１０３の材料を変えて、結晶性珪素膜を形成した。
その比較例では、キャップ膜１０３として、酸化珪素膜を平行平板型プラズマＣＶＤ装置で厚さ５００ｎｍ形成した。
絶縁膜１０１及び非晶質半導体膜１０２の成膜条件は実施例と同じであり、キャップ膜１０３の具体的な成膜条件は、次の通りである。
【０２２７】
＜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
【０２２８】
この比較例では、非晶質珪素膜からの水素を出す加熱処理は実施例と同様に行ったが、キャップ膜１０３に含まれる水素が少ないため、キャップ膜１０３から水素を出す加熱処理は行わなかった。
また、照射するレーザビームの強度を１５Ｗ、基板の移動速度は３５ｃｍ／ｓｅｃとした。
他は、実施例と同様に結晶性珪素膜を形成した。
得られた結晶性珪素膜について、実施例と同様にＥＢＳＰ測定をした。
比較例では、測定領域は、１００μｍ×５０μｍであり、この領域において、０．２５μｍピッチの格子点ごとに測定を行ったが、観察面Ａ〜Ｃは実施例１と同様である。
【０２２９】
図２２は、観察面Ａ〜Ｃの面方位を示す方位マップ図であり、図２３は逆極点図であり、図２４は、配向率を計算した結果である。
図２３（ａ）〜（ｃ）は、図２２に示す観察面Ａ〜Ｃにおける面方位の出現度数分布を表す逆極点図であり、また、図２３（ｄ）は面方位の出現度数を示すスケールである。
図２３も図２０と同様に、黒に近い領域ほど面方位を有する結晶の割合が高いことを示す。
【０２３０】
図２３（ａ）に示す逆極図から、観察面Ａでは＜２１１＞方位ほど黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の３．９倍以上の頻度で＜２１１＞方位が出現することがわかった。
また、図２３（ｂ）に示す逆極点図から、観察面Ｂでは＜１１１＞方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の９．７倍以上の頻度で＜１１１＞方位が出現することが分かった。
【０２３１】
また、図２３（ｃ）に示す逆極点図から、観察面Ｃでは＜１０１＞方位が最も黒に近く、具体的には、全ての方位が等しい確率で現れる状態の９．７倍以上の頻度で＜１０１＞方位が出現することが分かった。
図２４（ａ）において色が塗られた領域は＜２１１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。
また、図２４（ｂ）において色が塗られた領域は、＜１１１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、図２４（ｃ）において色が塗られた領域は、＜１０１＞方位の角度のゆらぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。
【０２３２】
比較例では、図２３から分かるように、観察面Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、それぞれ＜２１１＞、＜１１１＞、＜１０１＞方位に強く配向している。
また、図２４から分かるように、観察面Ａにおける＜２１１＞の配向率は４２．１％であり、観察面Ｂにおける＜１１１＞配向率は４１．２％であり、観察面Ｃにおける＜１０１＞の配向率が５２．３％であった。
なお、結晶の面方位は［１０１］、［０１１］、［１１０］のように等価な面方位群をまとめて＜１０１＞と表記している。
【０２３３】
（実施例と比較例の対比）
図１９及び図２２の方位マップ像を比較すると、実施例、比較例とも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が、実施例の方が、結晶の大きさ（長さ、幅）が非常に大きいことがわかった。
さらに、図２１及び図２４で示した、実施例と比較例の観察面Ａ〜Ｃの配向率の計算結果を表２にまとめる。
【０２３４】
その表２からわかるように、各観察面Ａ〜Ｃで、出現頻度が高い面方位が実施例と比較例で異なっていることがわかった。
その実施例では、３つの観察面すべてにおいて、面方位が一つの方向に、７０％以上という非常に高い割合で揃っていることがわかった。
つまり、結晶化された領域において、結晶の面方位が一方向に揃っているとみなすことができる結晶性半導体が形成されていることがわかった。
【０２３５】
【表２】
0005311754.tif 000003
【実施例２】
【０２３６】
本実施例では、実施例１に示す試料の観察面Ｂ及びＣにおいて、＜３０１＞及びそれ以外の面方位の配向率を図２５及び図２６を用いて示す。
図２５（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、観察面Ｂの５０μｍ×５０μｍの測定領域における面方位＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、及び＜３０１＞の分布を示す方位マップ像であり、各マップ図の一辺の長さが５０μｍである。なお、測定ピッチを０．１μｍとした。
図２５（Ａ）〜（Ｄ）では、着色部にそれぞれ＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。
【０２３７】
図２５（Ｅ）〜（Ｈ）において、色が塗られた領域は、それぞれ＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、図２５（Ｅ）〜（Ｈ）に、その面方位の配向率を求めた結果を示す。配向率は、各面方位において、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求めた。
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の値であり、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。
【０２３８】
各面方位における配向率を表３に示す。なお、小数点以下は四捨五入した。
表３から観察面Ｂにおける結晶の面方位＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、及び＜３０１＞それぞれの配向率は、６割以上であることがわかる。
【０２３９】
【表３】
0005311754.tif 000004
【０２４０】
図２６（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、実施例１に示す試料の観察面Ｃの５０μｍ×５０μｍの測定領域における面方位＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞の分布を示す方位マップ像であり、各マップ像の一辺の長さが５０μｍである。なお、測定ピッチを０．１μｍとした。
図２６（Ａ）〜（Ｄ）では、着色部にそれぞれ＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。
【０２４１】
図２６（Ｅ）〜（Ｈ）において、色が塗られた領域は、それぞれ＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、図２６（Ｅ）〜（Ｈ）に、その面方位の配向率を求めた結果を示す。配向率は、各面方位において、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求めた。
各面方位における配向率を表４に示す。なお、小数点以下は四捨五入した。
【０２４２】
【表４】
0005311754.tif 000005
【０２４３】
表４から観察面Ｃにおける面方位＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、及び＜３０１＞それぞれの配向率は、６割以上であることがわかる。
以上から、観察面Ｂ及びＣにおいては、面方位＜３０１＞以外の＜６０１＞、＜５０１＞、及び＜４０１＞でも配向率が、６割以上であることがわかる。
【実施例３】
【０２４４】
本実施例においては、実施例１と比較してレーザビームのエネルギー及び走査速度、並びにキャップ膜の膜厚を変えて結晶性珪素膜を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図２７及び図２８を用いて説明する。
【０２４５】
まず、実施例３の結晶性珪素膜の作製方法を、図１８を用いて説明する。
実施例１に示す基板と同様の基板上に、実施例１と同様の条件で絶縁膜１０１である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膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜した。次に、実施例１と同様の条件で非晶質半導体膜１０２として、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。
【０２４６】
次に、電気炉内で基板を５００℃で１時間加熱した。
その加熱処理後、加熱により非晶質半導体膜１０２の表面に形成された酸化膜をフッ酸で除去した。このときのフッ酸処理を９０秒とした。この後、非晶質半導体膜１０２上にキャップ膜１０３として酸素を含む窒化珪素膜を平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて形成した。
【０２４７】
その際の成膜の条件は次の通りである。なお、厚さ以外の成膜条件は実施例１と同様である。
＜酸素を含む窒化珪素膜＞
・厚さ  ４００ｎｍ
・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
・電極面積  ６１５．７５ｃｍ2
【０２４８】
キャップ膜１０３を形成した後、電気炉内で６００℃、４時間加熱した。
この加熱処理は、キャップ膜である酸素を含む窒化珪素膜から水素を出すための処理であり、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに酸素を含む窒化珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためであり、キャップ膜に含まれる水素が少なければ省略できる。
【０２４９】
レーザ照射装置により、キャップ膜１０３を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。
この実施例では、基板の移動速度を２０ｃｍ／ｓｅｃとした。
また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ4レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。
レーザビームは、照射面における強度が８．４Ｗであり、形状は、照射面において、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
【０２５０】
＜結晶性珪素膜の測定＞
結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、ＥＢＳＰ測定を行った。
ＥＢＳＰ測定を行うために、結晶性珪素膜の表面からキャップ膜１０３をエッチングで除去している。
ＥＢＳＰ測定は、結晶性珪素膜の表面に対して６０°の入射角で電子線を入射させてＥＢＳＰ像を得た。得られたＥＢＳＰ像から結晶の面方位を測定した。
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図２に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。
【０２５１】
結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図２７乃ないし図３０に示す。
図２７は、観察面Ａにおける、面方位の出現度数分布を表す逆極点図（図示しない。）において出現頻度が高い面方位について、配向率を求めたときの配向率の計算結果を示す。なお、色が塗られた領域は、面方位＜１０１＞の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。
図２７から、本実施例の観察面Ａにおいては、±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位は８０％であり、６割以上を占めることがわかった。
【０２５２】
図２８は、観察面Ｂにおける、面方位の出現度数分布を表す逆極点図（図示しない。）において出現頻度が高い面方位について、配向率を求めたときの配向率の計算結果を示す。図２８（Ａ）において、色が塗られた領域は、面方位＜００１＞である結晶の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜００１＞である結晶の配向率を示し、図２８（Ｂ）において、色が塗られた領域は、面方位＜６０１＞の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜６０１＞である結晶の配向率を示し、図２８（Ｃ）において、色が塗られた領域は、面方位＜５０１＞の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜５０１＞である結晶の配向率を示し、図２８（Ｄ）において、色が塗られた領域は、面方位＜４０１＞の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜４０１＞である結晶の配向率を示し、図２８（Ｅ）において、色が塗られた領域は、面方位＜３０１＞の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、面方位＜３０１＞である結晶の配向率を示し、図２８（Ｆ）において、色が塗られた領域は、面方位＜２０１＞の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜２０１＞である結晶の配向率を示し、図２８（Ｇ）において、色が塗られた領域は、面方位＜１０１＞の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜１０１＞である結晶の配向率を示す。また、各面方位における配向率を表５にまとめた。なお、小数点以下は四捨五入した。
【０２５３】
【表５】
0005311754.tif 000006
【０２５４】
図２９は、観察面Ｃにおける、面方位の出現度数分布を表す逆極点図（図示しない。）において出現頻度が高い方位について、配向率を求めたときの配向率の計算結果を示す。図２９（Ａ）において、色が塗られた領域は、＜００１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜００１＞である結晶の配向率を示し、図２９（Ｂ）において、色が塗られた領域は、＜６０１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜６０１＞である結晶の配向率を示し、図２９（Ｃ）において、色が塗られた領域は、＜５０１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜５０１＞である結晶の配向率を示し、図２９（Ｄ）において、色が塗られた領域は、＜４０１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜４０１＞である結晶の配向率を示し、図２９（Ｅ）において、色が塗られた領域は、＜３０１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜３０１＞である結晶の配向率を示し、図２９（Ｆ）において、色が塗られた領域は、＜２０１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その面方位＜２０１＞である結晶の配向率を示し、図２９（Ｇ）において、色が塗られた領域は、＜１０１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域であり、その配面方位＜１０１＞である結晶の配向率を示す。また、各面方位における配向率を表６にまとめた。なお、小数点以下は四捨五入した。
【０２５５】
【表６】
0005311754.tif 000007
【０２５６】
表５に示す面方位＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の配向率の合計は２１８．３％である。また、表６に示す面方位＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の配向率の合計は２４４．４％である。＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞それぞれの面方位の重複部は、いずれかの面方位一つにおける配向率のみとして計算した結果を図３０に示す。
【０２５７】
なお、＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞それぞれの面方位の重複部は、いずれかの面方位一つにおける配向率のみとして計算した、＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞全ての配向率の総和を前記したとおり＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）と示す。
【０２５８】
図３０（Ａ）は、５０μｍ×５０μｍの測定領域における観察面Ａの面方位＜００１＞の分布を示す方位マップ像であり、図３０（Ｂ）は、５０μｍ×５０μｍの測定領域における観察面Ｂの面方位＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の分布を示す方位マップ像であり、図３０（Ｃ）は、５０μｍ×５０μｍの測定領域における観察面Ｃの面方位＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の分布を示す方位マップ像である。各マップ図の一辺の長さが５０μｍである。
【０２５９】
白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、図３０（Ａ）では、着色部に＜００１＞の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。図３０（Ｂ）及び（Ｃ）では、着色部に＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。特にカラー表示では、観察面Ｂ及び観察面Ｃそれぞれ＜２０１＞方位及び＜３０１＞方位に強く配向していることが分かる。
【０２６０】
図３０（Ｄ）は、観察面Ａの面方位＜００１＞である結晶の配向率を求めた結果であり、色が塗られた領域は、＜００１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。
【０２６１】
図３０（Ｅ）は、観察面Ｂの面方位＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が、＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。また、白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、ｘの値ごとに領域の色を変えており、＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。
【０２６２】
図３０（Ｆ）は観察面Ｃの面方位＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が、＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。また、図３０（Ｅ）と同様、ｘの値ごとに各面方位に対応する領域を区分している。
【０２６３】
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率、及び＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の配向率（即ち、重複部を除いた＜００１＞、＜６０１＞、＜５０１＞、＜４０１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞方位の配向率の総和）を表７に示す。なお、小数点以下は四捨五入した。
【０２６４】
【表７】
0005311754.tif 000008
【０２６５】
表７から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）が６割以上を占めることがわかる。さらに、観察面Ｃにおける＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）が６割以上を占めることがわかる。さらには、観察面Ｂ及びＣにおいて、ｘが１の面方位を除いた＜ｘ０１＞（ｘ＝０、２、３、４、５、６）の配向率も６割以上を占めることがわかる。
【実施例４】
【０２６６】
本実施例においては、実施例１と比較してレーザビームのエネルギー及び走査速度、並びにキャップ膜の膜厚を変えて結晶性珪素膜を形成した際の結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図３１を用いて説明する。
【０２６７】
まず、実施例４の結晶性珪素膜の作製方法について図１８を用いて説明する。
実施例１に示す基板と同様の基板上に、実施例１と同様の条件で絶縁膜１０１である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膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜した。次に、実施例１と同様の条件で非晶質半導体膜１０２として、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。
その成膜後前記した成膜条件下で非晶質半導体膜を形成し、その後電気炉内で５００℃、１時間加熱し、更に５５０℃で４時間加熱した。
【０２６８】
次いで、加熱により非晶質半導体膜１０２の表面に形成された酸化膜をフッ酸で除去した。このときのフッ酸処理を９０秒とした。この後、オゾンを含む水溶液で非晶質半導体膜１０２に酸化膜を形成し、その後、当該酸化膜をフッ酸で除去した。これは、非晶質珪素膜表面の不純物を十分に除去するためである。このときのオゾンを含む水溶液の処理時間を４０秒、フッ酸処理を９０秒とした。次に、非晶質半導体膜１０２上にキャップ膜１０３として酸素を含む窒化珪素膜を平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて形成した。
【０２６９】
その際の成膜の条件は次の通りである。なお、厚さ以外の成膜条件は実施例１と同様である。
＜酸素を含む窒化珪素膜＞
・厚さ  ４００ｎｍ
・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
・電極面積  ６１５．７５ｃｍ2
【０２７０】
キャップ膜１０３を形成した後、電気炉内で６００℃、４時間加熱した。
この加熱処理は、キャップ膜である酸素を含む窒化珪素膜から水素を出すための処理であり、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに酸素を含む窒化珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためである。
【０２７１】
レーザ照射装置により、キャップ膜１０３を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。
この実施例では、基板の移動速度を１０ｃｍ／ｓｅｃとした。
また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ4レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。
レーザビームは、照射面における強度が６．４Ｗであり、形状は、照射面において、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
【０２７２】
＜結晶性珪素膜の測定＞
結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、ＥＢＳＰ測定を行った。
ＥＢＳＰ測定を行うために、結晶性珪素膜の表面からキャップ膜１０３をエッチングで除去している。
ＥＢＳＰ測定は、結晶性珪素膜の表面に対して６０°の入射角で電子線を入射させた。得られたＥＢＳＰ像から結晶の面方位を測定した。
【０２７３】
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図２に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。
結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図３１に示す。
【０２７４】
図３１（Ａ）は、５０μｍ×５０μｍの測定領域における観察面Ａの面方位＜００１＞の分布を示す方位マップ像であり、図３１（Ｂ）は、５０μｍ×５０μｍの測定領域における観察面Ｂの面方位＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の分布を示す方位マップ像であり、図３１（Ｃ）は、５０μｍ×５０μｍの測定領域における観察面Ｃの面方位＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の分布を示す方位マップ像である。各マップ像の一辺の長さが５０μｍである。
【０２７５】
白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、図３１（Ａ）では、着色部に＜００１＞の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。図３１（Ｂ）及び（Ｃ）では、着色部に＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。特に、カラー表示では、観察面Ｂ及び観察面Ｃそれぞれ＜２０１＞方位に強く配向していることが分かる。
【０２７６】
図３１（Ｄ）は、観察面Ａの面方位＜００１＞である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域が＜００１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。
【０２７７】
図３１（Ｅ）は、観察面Ｂの面方位＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が、＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）面方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。また、白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、ｘの値ごとに面方位の色を変えており、各色により＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、＜１０１＞の面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。
【０２７８】
図３１（Ｆ）は、観察面Ｃの面方位＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。また、図３１（Ｅ）と同様、ｘの値ごとに各面方位に対応する領域を区分している。
【０２７９】
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率、並びに観察面Ｂ及びＣの面方位における＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）の配向率（即ち、重複部を除いた＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞方位の配向率の総和）を表８に示す。なお、小数点以下は四捨五入した。
【０２８０】
【表８】
0005311754.tif 000009
【０２８１】
表８から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上の７６％を占めることがわかる。さらに、観察面Ｂにおける＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）が６割以上の７２％を占めることがわかる。
なお、同様の計算により観察面Ｂにおける＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の配向率を求めると、６割以上の７９％を占める。
【０２８２】
また、観察面Ｃにおける＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）が６割以上の８６％を占めることがわかる。
なお、同様の計算により観察面Ｃにおける＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の配向率を求めると、６割以上の８８％を占める。
つまり、＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）の配向率は６割以上であり、＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の配向率は、＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）を上回るものである。
さらには、観察面Ｂ及びＣにおいて、ｘが１の面方位を除いた＜ｘ０１＞（ｘ＝０、２、３）の配向率も６割以上を占めることがわかる。
【実施例５】
【０２８３】
本実施例においては、実施例１と比較してレーザビームのエネルギー及び走査速度、並びにキャップ膜組成及び膜厚を変えて結晶性珪素膜を形成したときの、結晶性珪素膜の面方位の配向率について、図３２を用いて説明する。
【０２８４】
まず、実施例５の結晶性珪素膜の作製方法を、図１８を用いて説明する。
実施例１に示す基板と同様の基板１００上に、絶縁膜１０１である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膜を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置で成膜した。
なお、その際の基板１００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。
【０２８５】
その際の成膜条件は以下の通りである。
＜酸素を含む窒化珪素膜＞
・厚さ  ５０ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ4（１５ｓｃｃｍ）
ＮＨ3（１５０ｓｃｃｍ）
Ｎ2Ｏ（２０ｓｃｃｍ）
Ｈ2（１２００ｓｃｃｍ）
・基板温度  ３３０℃
・圧力  ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数  １３．５６ＭＨｚ
・ＲＦパワー  ２５０Ｗ
・電極間距離  ２４．５ｍｍ
・電極面積  ２９７２．８ｃｍ2
【０２８６】
＜窒素を含む酸化珪素膜＞
・厚さ  １００ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ4（３０ｓｃｃｍ）
Ｎ2Ｏ（１２００ｓｃｃｍ）
・基板温度  ３３０℃
・圧力  ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数  １３．５６ＭＨｚ
・ＲＦパワー  ５０Ｗ
・電極間距離  ２４．５ｍｍ
・電極面積  ２９７２．８ｃｍ2
【０２８７】
次に、非晶質半導体膜１０２として、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（２８０ｓｃｃｍ）
Ｈ2（３００ｓｃｃｍ）
・基板温度  ３３０℃
・圧力  １７０Ｐａ
・ＲＦ周波数  １３．５６ＭＨｚ
・ＲＦパワー  ２５０Ｗ
・電極間距離  ２４．５ｍｍ
・電極面積  ２９７２．８ｃｍ2
【０２８８】
次いで、非晶質半導体膜１０２上にキャップ膜１０３としてＳＩＭＳの分析では測定限界濃度未満の酸素を含む窒化珪素膜を平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて形成した。
その際の成膜の条件は次の通りである。
＜測定限界濃度未満の酸素を含む窒化珪素膜＞
・厚さ  ３００ｎｍ
・ガスの種類（流量）
ＳｉＨ4（１５ｓｃｃｍ）
ＮＨ3（１５０ｓｃｃｍ）
Ｈ2（１２００ｓｃｃｍ）
・基板温度  ３３０℃
・圧力  ４０Ｐａ
・ＲＦ周波数  １３．５６ＭＨｚ
・ＲＦパワー  ２５０Ｗ
・電極間距離  ２４．５ｍｍ
・電極面積  ２９７２．８ｃｍ2
【０２８９】
成膜されたキャップ膜１０３中の酸素濃度を図３３に示す。図３３にあげた膜の酸素濃度は、加熱処理や、レーザ照射する前の状態の値である。
その酸素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定した。
図３３から、本実施例５のキャップ膜１０３の酸素濃度は、殆ど現状のＳＩＭＳ分析の測定限界以下であるので、実際にはさらに低い濃度（１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下）であると考えられる。
【０２９０】
キャップ膜１０３を形成した後、電気炉内で５００℃１時間加熱の後、５５０℃４時間加熱した。
この加熱処理は、キャップ膜である測定限界濃度未満の酸素を含む窒化珪素膜から水素を出すための処理であり、その水素を出すのは、レーザビームを照射したときに測定限界濃度未満の酸素を含む窒化珪素膜から水素ガスが噴出することを防ぐためである。
【０２９１】
レーザ照射装置により、キャップ膜１０３を介して、レーザビームを照射して、非晶質珪素膜を結晶化し、結晶性珪素膜を形成した。
この実施例では、基板の移動速度を２０ｃｍ／ｓｅｃとした。
また、２台のレーザ発振器に、ＬＤ励起のＹＶＯ4レーザを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を照射した。
レーザビームは、照射面における強度が９．６Ｗであり、形状は、照射面において、長さ５００μｍ、幅２０μｍ程度の線状とした。
【０２９２】
＜結晶性珪素膜の測定＞
結晶性珪素膜の結晶粒の位置と大きさ、及び結晶の面方位の確認をするために、ＥＢＳＰ測定を行った。
ＥＢＳＰ測定を行うために、結晶性珪素膜の表面からキャップ膜１０３をエッチングで除去している。
ＥＢＳＰ測定は、結晶性珪素膜の表面に対して６０°の入射角で電子線を入射させ得られるＥＢＳＰ像から結晶の面方位を測定した。
【０２９３】
測定領域は５０μｍ×５０μｍ、測定ピッチは０．５μｍとし、図２に示すように、互いに直交する３つの観察面Ａ〜ＣについてＥＢＳＰ像を測定した。
結晶性珪素膜の面方位（観察面に垂直な方向の結晶軸方位）を解析した結果を図３２に示す。
【０２９４】
図３２（Ａ）は、５０μｍ×５０μｍの測定領域における観察面Ａの面方位＜００１＞の分布を示す方位マップ像であり、図３２（Ｂ）は、５０μｍ×５０μｍの測定領域における観察面Ｂの面方位＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の分布を示す方位マップ像であり、図３２（Ｃ）は、５０μｍ×５０μｍの測定領域における観察面Ｃの面方位＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の分布を示す方位マップ像である。各マップ像の一辺の長さが５０μｍである。
【０２９５】
図３２（Ａ）では、白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、着色部に＜００１＞の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。図３２（Ｂ）及び（Ｃ）では、着色部に＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の面方位を有する結晶性珪素膜が形成されている。特に、カラー表示では、観察面Ｂ及び観察面Ｃそれぞれ＜００１＞方位に強く配向していることが分かる。
【０２９６】
図３２（Ｄ）は、観察面Ａの面方位＜００１＞である結晶の配向率を求めた結果であり、色が塗られた領域は、＜００１＞方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。
【０２９７】
図３２（Ｅ）は観察面Ｂの面方位＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が、＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。また、白黒のため明度のみの表示となっていて判別が難しいが、ｘの値ごとに領域の色を変えており、各色により＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞の面方位に対応する領域を区分している。ここでは、面方位の重複部は除いている。
【０２９８】
図３２（Ｆ）は観察面Ｃの面方位＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞及び＜１０１＞である結晶の配向率を求めた結果である。色が塗られた領域全体が、＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）方位の角度揺らぎが±１０°以内である結晶を示す領域である。
また、図３２（Ｅ）と同様、ｘの値ごとに各面方位に対応する領域を区分している。
【０２９９】
観察面Ａ〜Ｃの各面方位における配向率、並びに観察面Ｂ及びＣの面方位における＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）の配向率（即ち、重複部を除いた＜００１＞、＜３０１＞、＜２０１＞、及び＜１０１＞方位の配向率の総和）を表９に示す。なお、小数点以下は四捨五入した。
【０３００】
【表９】
0005311754.tif 000010
【０３０１】
表９から観察面Ａにおける結晶の面方位は±１０°の角度揺らぎの範囲内において＜００１＞方位が６割以上の６８％を占めることがわかる。また、観察面Ｂにおける＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）が６割以上の７２％を占めることがわかる。
なお、同様の計算により観察面Ｂにおける＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の配向率を求めると６割以上の８１％を占める。
【０３０２】
さらに、観察面Ｃにおける＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）が６割以上の８１％を占めることがわかる。
なお、同様の計算により観察面Ｃにおける＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の配向率を求めると、６割以上の８５％を占める。
つまり、＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）の配向率は６割以上であり、＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３、４、５、６）の配向率は、＜ｘ０１＞（ｘ＝０、１、２、３）を上回るものである。
さらには、観察面Ｂ及びＣにおいて、ｘが１の面方位を除いた＜ｘ０１＞（ｘ＝０、２、３）の配向率も６割以上を占めることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【０３０３】
【図１】本発明の結晶性半導体膜の作製方法を説明する断面図である。
【図２】本発明の結晶性半導体膜の面方位を説明する斜視図である。
【図３】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図６】本発明に適応可能な発光素子の構造を説明する断面図である。
【図７】本発明に適応可能な発光素子の等価回路を説明する図である。
【図８】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図１１】本発明の半導体装置の作製方法を説明する断面図である。
【図１２】本発明の半導体装置の構成を説明する図である。
【図１３】本発明の半導体装置の用途を説明する図である。
【図１４】本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する図である。
【図１５】本発明の半導体装置を用いた電子機器の構成を説明する図である。
【図１６】本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する展開図である。
【図１７】本発明の半導体装置を説明する上面図である。
【図１８】本発明に適用可能なレーザ照射装置の概要を示す図である
【図１９】ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図である。
【図２０】ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の逆極点図である。
【図２１】逆極点図により得られた、実施例の結晶性珪素膜の配向率を示す図である。
【図２２】ＥＢＳＰ測定により得られた、比較例の結晶性珪素膜の方位マップ図である。
【図２３】ＥＢＳＰ測定により得られた、比較例の結晶性珪素膜の逆極点図である。
【図２４】逆極点図により得られた、比較例の結晶性珪素膜の配向率を示す図である。
【図２５】ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。
【図２６】ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。
【図２７】ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の配向率を示す図である。
【図２８】ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の配向率を示す図である。
【図２９】ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の配向率を示す図である。
【図３０】ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。
【図３１】ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。
【図３２】ＥＢＳＰ測定により得られた、実施例の結晶性珪素膜の方位マップ図及び配向率を示す図である。
【図３３】ＳＩＭＳ測定により得られた、実施例のキャップ膜の酸素濃度を示す図である。
【符号の説明】
【０３０４】
１００      基板
１０１      絶縁膜
１０２      非晶質半導体膜
１０３      キャップ膜
１０４      レーザ光
１０５      結晶性半導体膜
【図１】
0005311754.tif 000011
【図２】
0005311754.tif 000012
【図３】
0005311754.tif 000013
【図４】
0005311754.tif 000014
【図５】
0005311754.tif 000015
【図６】
0005311754.tif 000016
【図７】
0005311754.tif 000017
【図８】
0005311754.tif 000018
【図９】
0005311754.tif 000019
【図１０】
0005311754.tif 000020
【図１１】
0005311754.tif 000021
【図１２】
0005311754.tif 000022
【図１３】
0005311754.tif 000023
【図１４】
0005311754.tif 000024
【図１５】
0005311754.tif 000025
【図１６】
0005311754.tif 000026
【図１７】
0005311754.tif 000027
【図１８】
0005311754.tif 000028
【図３３】
0005311754.tif 000029
【図１９】
0005311754.tif 000030
【図２０】
0005311754.tif 000031
【図２１】
0005311754.tif 000032
【図２２】
0005311754.tif 000033
【図２３】
0005311754.tif 000034
【図２４】
0005311754.tif 000035
【図２５】
0005311754.tif 000036
【図２６】
0005311754.tif 000037
【図２７】
0005311754.tif 000038
【図２８】
0005311754.tif 000039
【図２９】
0005311754.tif 000040
【図３０】
0005311754.tif 000041
【図３１】
0005311754.tif 000042
【図３２】
0005311754.tif 000043