(57)【要約】基板１０上に半導体薄膜１４を形成する工程と、半導体薄膜又は半導体薄膜上に、半導体薄膜の結晶成長を阻害する部分１６を帯状に形成する工程と、結晶成長を阻害する部分の長手方向に交差する方向に連続波のエネルギービーム１８を走査することにより、半導体薄膜を結晶化する工程とを有している。結晶成長を阻害する部分に交差するようにエネルギービームを走査するため、エネルギービームの照射領域が結晶成長を阻害する部分に交差する際に、結晶成長が引き継がれるのを阻害することができる。従って、島状にパターニングされていないベタ状の半導体薄膜を結晶化する場合であっても、膜の剥がれを防止しつつ、高い歩留りで良好な結晶を有する半導体薄膜を形成することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に半導体薄膜を形成する工程と、
前記半導体薄膜又は前記半導体薄膜上に、前記半導体薄膜の結晶成長を阻害する部分を帯状に形成する工程と、
前記結晶成長を阻害する部分の長手方向に交差する方向に連続波のエネルギービームを走査することにより、前記半導体薄膜を結晶化する工程と
を有することを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記半導体薄膜の結晶成長を阻害する部分を帯状に形成する工程は、前記半導体薄膜にスリットを形成する工程を含み、
前記半導体薄膜を結晶化する工程では、前記スリットの長手方向に交差する方向に前記エネルギービームを走査する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記半導体薄膜の結晶成長を阻害する部分を帯状に形成する工程は、前記半導体薄膜上に誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜にスリットを形成する工程とを含み、
前記半導体薄膜を結晶化する工程では、前記スリットの長手方向に交差する方向に前記エネルギービームを走査する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項４】
請求の範囲第２項又は第３項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記半導体薄膜を結晶化する工程では、前記スリットの長手方向に対してほぼ垂直な方向に前記エネルギービームを走査する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項５】
請求の範囲第２項又は第３項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記スリットを形成する工程では、前記半導体薄膜の一の端部から他の端部まで達するように、前記スリットを連続的に形成する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項６】
請求の範囲第２項又は第３項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記スリットを形成する工程では、前記スリットを断続的に形成する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項７】
請求の範囲第２項又は第３項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記スリットを形成する工程では、複数の前記スリットを前記スリットの長手方向に交差する方向に互いに離間して形成し、
前記半導体薄膜を結晶化する工程では、前記エネルギービームが前記複数のスリットと順次交差するように、前記エネルギービームを走査する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項８】
請求の範囲第１項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記半導体薄膜の結晶成長を阻害する部分を帯状に形成する工程は、前記半導体薄膜の表面を部分的にエッチングすることにより、前記半導体薄膜の表面に前記半導体薄膜より成る帯状パターンを形成する工程を含み、
前記半導体薄膜を結晶化する工程では、前記帯状パターンの長手方向に交差する方向に前記エネルギービームを走査する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項９】
請求の範囲第１項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記半導体薄膜の結晶成長を阻害する部分を帯状に形成する工程は、前記半導体薄膜上に金属膜より成る帯状パターンを形成する工程を含み、
前記半導体薄膜を結晶化する工程では、前記帯状パターンの長手方向に交差する方向に前記エネルギービームを走査する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項１０】
請求の範囲第８項又は第９項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記半導体薄膜を結晶化する工程では、前記帯状パターンの長手方向に対してほぼ垂直な方向に前記エネルギービームを走査する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項１１】
請求の範囲第８項又は第９項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記半導体薄膜に前記帯状パターンを形成する工程では、前記半導体薄膜の一の端部から他の端部まで達するように、前記帯状パターンを連続的に形成する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項１２】
請求の範囲第８項又は第９項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記帯状パターンを形成する工程では、前記帯状パターンを断続的に形成する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項１３】
請求の範囲第８項又は第９項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記帯状パターンを形成する工程では、複数の前記帯状パターンを前記帯状のパターンの長手方向に対して交差する方向に互いに離間して形成し、
前記半導体薄膜を結晶化する工程では、前記エネルギービームが前記複数の帯状のパターンと順次交差するように、前記エネルギービームを走査する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項１４】
請求の範囲第１項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記半導体薄膜を結晶化する工程では、前記エネルギービームの照射領域の軌道が部分的に重なり合うように、前記エネルギービームを複数回走査する
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【請求項１５】
請求の範囲第１項に記載の半導体薄膜の結晶化方法において、
前記エネルギービームは、半導体レーザにより励起されたレーザビームである
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、半導体薄膜の結晶化方法に係り、特に、島状にパターニングすることなく、結晶性が良好な半導体薄膜を高い歩留りで形成しうる半導体薄膜の結晶化方法に関する。
【背景技術】  近時、比較的低温でポリシリコン膜を形成しうる技術が提案されている。このような技術を用いれば、耐熱性の比較的低いガラス基板上にポリシリコン膜を形成することが可能となる。そして、ポリシリコン膜を動作半導体膜として用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ、Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を、ガラス基板上に形成することが可能となる。
ポリシリコン膜を用いた薄膜トランジスタは、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ、Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）の画素用のスイッチング素子として用いることができる。
ポリシリコン膜を動作半導体膜として用いた薄膜トランジスタは、アモルファスシリコン膜を動作半導体膜として用いた薄膜トランジスタと比較してキャリア移動度が高いため、高速動作を実現することが可能である。このため、ポリシリコン膜を用いた薄膜トランジスタは、画素用のスイッチング素子としてのみならず、周辺回路のスイッチング素子としても用いることが可能である。このため、ポリシリコン膜を比較的低温で形成し得る技術を用いれば、表示部と周辺回路とが同一基板上に形成されて成るシステム・オン・パネルを提供することも可能となる。
また、ポリシリコン膜を動作半導体膜として用いた薄膜トランジスタは、液晶ディスプレイのみならず、有機ＥＬ（ＥｅｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、エレクトロルミネッセンス）ディスプレイにも応用することが期待される。
ガラス基板上に比較的低温でポリシリコン膜を形成しうる技術として、例えば以下のような技術が提案されている。
まず、ガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成する。
次に、アモルファスシリコン膜にパルス状にレーザビームを照射する。レーザビームとしては、例えばエキシマレーザを用いる。
パルス状にレーザビームを照射すると、レーザビームにより溶解されたシリコンが固化する過程でシリコンの結晶が成長し、ポリシリコン膜が形成される。
しかしながら、上記のような方法で形成されるポリシリコン膜では、シリコン結晶の粒径が必ずしも十分に大きくならない。このため、十分に高いキャリア移動度を得ることができなかった。
更に高いキャリア移動度を得ることができる技術として、以下のような技術が提案されている。
まず、ガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成する。
次に、ガラス基板をＸ−Ｙステージ上に載置する。
次に、アモルファスシリコン膜に連続波のレーザビームを照射しながら、Ｘ−Ｙステージによりガラス基板を移動させ、レーザビームを走査する。レーザビームとしては、半導体励起のレーザビームを用いる。
レーザビームを走査すると、レーザビームが照射された領域でアモルファスシリコン膜が溶融し、レーザビームの照射領域から外れた部分でシリコンが固化していく。レーザビームの走査方向に沿ってシリコンの結晶が引き継がれていき、レーザビームの走査方向に沿って長細い結晶が成長する。なお、このような結晶成長の態様は、ラテラル成長と称される。
このようにして結晶化されたシリコン薄膜を動作半導体膜として用い、シリコン結晶の長手方向とキャリアの移動方向とを一致させれば、キャリア移動度の極めて高い薄膜トランジスタを構成することが可能となる。シリコン結晶の長手方向に沿ってキャリアを移動させれば、キャリアの移動が結晶粒界により妨げられないためである。
しかしながら、このような提案されている技術では、ベタ状に形成されたアモルファスシリコン膜の全体を結晶化しようとすると、膜の剥がれが生じてしまうことがあった。図２３は、膜の剥がれを示す図である。図２３に示すように、結晶化されたシリコン薄膜１００の一部に膜の剥がれ１０２が生じている。結晶化された膜の剥がれ１００は、レーザビームの走査を開始した地点の近くでは生じにくいが、レーザビームの走査を開始した地点から離れるに伴って生じやすくなる。膜の剥がれ１０２は、レーザビームの走査に伴って引き継がれていくため、広い範囲に亘って膜が剥がれてしまう。このため、膜の剥がれ１０２が生じた場合には、このシリコン薄膜１００を製品に用いることはできなかった。膜の剥がれ１０２が生じる原因は、必ずしも明らかではないが、膜中に含まれる不純物や溶融したシリコンの表面張力等によるものと考えられる。
膜の剥がれ１０２を防止し得る技術として、アモルファスシリコン膜を予め島状にパターニングしておき、島状にパターニングされたアモルファスシリコン膜に対してレーザビームを走査する技術が提案されている（特許文献１、２参照）。
図２４Ａは、寸法６０×７０μｍの長方形の島状のパターン１０４を配列した場合の例を示している。また、図２４Ｂは、寸法５０μｍ×２００μｍの島状のパターン１０６を配列した場合を示している。島状のパターン１０６は、端部が半円状になっている。なお、島状のパターンの形状や寸法はこれに限定されるものではなく、適宜設定される。
アモルファスシリコン膜を予め島状にパターニングしておけば、一つ一つの島状のパターン１０４ａ、１０４ｂに対してレーザビームが走査する距離が比較的短いため、膜の剥がれは生じにくい。また、一の島状のパターン１０４ａ、１０４ｂにおいて膜の剥がれが生じた場合であっても、膜の剥がれが生じた島状のパターン１０４ａ、１０４ｂと他の島状のパターン１０４ａ、１０４ｂとが互いに分離されているため、他の島状のパターン１０４ａ、１０４ｂに膜の剥がれが引き継がれることはない。
このように、アモルファスシリコン膜を予め島状にパターニングしておけば、歩留りを向上することが可能となる。
しかしながら、島状にパターニングされたアモルファスシリコン膜を結晶化した場合には、島状のパターン１０４のうちの縁部１０６では良好な結晶が成長しない。このため、薄膜トランジスタの動作半導体膜として適する部分は、島状のパターン１０４のうちの中央部分１０８に限られる（図２５Ａ参照）。
このため、図２５Ｂに示すように、島状のパターン１０４を更にパターニングし、島状のパターン１０４のうちの中央部分１０８のみを、薄膜トランジスタの動作半導体膜１１０として用いる。そして、動作半導体膜１１０上にゲート絶縁膜（図示せず）を形成し、ゲート電極１１２を形成することにより薄膜トランジスタ１１４が形成される。このように、薄膜トランジスタ１１４の動作半導体膜１１０として用いることができるのは、島状のパターン１０４のうちの一部のみであった。このため、アモルファスシリコン膜を予め島状にパターニングしておく方法では、薄膜トランジスタ１１４を高密度に形成することができなかった。このため、アモルファスシリコン膜を予め島状にパターニングすることなく、良好な結晶性を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成しうる技術が待望されていた。
【特許文献１】  特開２００３−８６５０５号公報
【特許文献２】  特開２００３−８６５０９号公報
【非特許文献１】  佐々木伸夫、原明人、竹内文代、菅勝行、竹井美智子、吉野健一、千田満、
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低温ポリＳｉ  ＴＦＴ技術」電子情報通信学会論文誌Ｃ，Ｖｏｌ．Ｊ８５−Ｃ，Ｎｏ．８，ｐｐ．６０１−６０８（２００２）．
【非特許文献２】  Ａ．Ｈａｒａ，Ｆ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，ａｎｄ  Ｎ．Ｓａｓａｋｉ，″Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ−ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｒｏｗｔｈ  ａｔ  ｔｈｅ  Ｐｒｅ−ｄｅｆｉｎｅｄ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｒｅｇｉｏｎｓ  ｏｆ  ＴＦＴｓ  ｏｎ  ａ  Ｇｌａｓｓ  ｂｙ  ａ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ＣＷ  Ｌａｓｅｒ  Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ，″ＩＥＥＥ  ＩＥＤＭ  ２０００  Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．２０９−２１２（２０００）．
【非特許文献３】  Ａ．Ｈａｒａ，Ｙ．Ｍｉｓｈｉｍａ，Ｔ．Ｋａｋｅｈｉ，Ｆ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ｍ．Ｔａｋｅｉ，Ｋ．Ｙｏｓｈｉｎｏ，Ｋ．Ｓｕｇａ，Ｍ．Ｃｈｉｄａ，ａｎｄ  Ｎ．Ｓａｓａｋｉ，″Ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴｓ  ｏｎ  ａ  Ｇｌａｓｓ  ｂｙ  ａ  Ｓｔａｂｌｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ＣＷ  Ｌａｓｅｒ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ，″ＩＥＥＥ  ＩＥＤＭ  ２００１  Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．７４７−７５０，（２００１）．
【非特許文献４】  Ｙ．Ｓａｎｏ，Ｍ．Ｔａｋｅｉ，Ａ．Ｈａｒａ，ａｎｄ  Ｎ．Ｓａｓａｋｉ，″Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ  ＴＦＴｓ  ｏｎ  ａ  Ｎｏｎ−Ａｌｋａｌｉ  Ｇｌａｓｓ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，″ＩＥＥＥ  ＩＥＤＭ  ２００２  Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．５６５−５６８（２００２）．
【非特許文献５】  Ｋ．Ｙｏｓｈｉｎｏ，Ｍ．Ｔａｋｅｉ，Ｍ．Ｃｈｉｄａ，Ａ．Ｈａｒａ，ａｎｄ  Ｎ．Ｓａｓａｋｉ，″Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｎ  Ｐｏｌｙ−Ｓｉ  Ｆｉｌｍ  Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ  ａｎｄ  ＴＦＴ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  Ｏｖｅｒｌａｐ  Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｂｙ  ａ  Ｓｔａｂｌｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ＣＷ  Ｌａｓｅｒ，″Ｐｒｏｃ．９ｔｈ  Ｉｎｔ．Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｗｏｒｌｓｈｏｐｓ’０２（Ｈｉｒｏｓｈｉｍａ，Ｄｅｃ．４−６，２００２），ｐｐ．３４３−３４６（２００２）．
本発明の目的は、予め島状にパターニングすることなく、良好な結晶性を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成し得る半導体薄膜の結晶化方法を提供することにある。
【発明の開示】
上記目的は、基板上に半導体薄膜を形成する工程と、前記半導体薄膜又は前記半導体薄膜上に、前記半導体薄膜の結晶成長を阻害する部分を帯状に形成する工程と、前記結晶成長を阻害する部分の長手方向に交差する方向に連続波のエネルギービームを走査することにより、前記半導体薄膜を結晶化する工程とを有することを特徴とする半導体薄膜の結晶化方法により達成される。
本発明によれば、結晶成長を阻害する部分に交差するようにエネルギービームを走査するため、エネルギービームの照射領域が結晶成長を阻害する部分に交差する際に、結晶成長が引き継がれるのを阻害することができる。結晶成長が引き継がれる長さをある程度短く設定すると、膜の剥がれが生じにくくなる傾向があるため、膜の剥がれが生じるのを防止しつつ、良質な結晶を有する半導体薄膜を形成することができる。また、膜の剥がれが生じたとしても、エネルギービームの照射領域が結晶成長を阻害する部分と交差する際に、膜の剥がれが引き継がれるのを阻害することができる。従って、本発明によれば、島状にパターニングされていないベタ状の半導体薄膜を結晶化する場合であっても、膜の剥がれを防止しつつ、高い歩留りで良好な結晶を有する半導体薄膜を形成することができる。本発明によれば、良好な結晶を有する半導体薄膜をベタ状に形成することができるため、電気的特性の良好な薄膜トランジスタを高密度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す断面図及び平面図である。
図２は、本発明の第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
図３は、結晶化装置を示す概略図である。
図４は、レーザビームのスポットの形状を示す平面図、及び、レーザビームを走査することにより得られるシリコンの結晶状態を示す図である。
図５は、本発明の第１実施形態の変形例（その１）による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
図６は、本発明の第１実施形態の変形例（その２）による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
図７は、本発明の第１実施形態の変形例（その３）による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
図８は、本発明の第１実施形態の変形例（その４）による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
図９は、本発明の第１実施形態の変形例（その５）による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
図１０は、本発明の第２実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その１）である。
図１１は、本発明の第２実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その２）である。
図１２は、本発明の第２実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
図１３は、本発明の第３実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その１）である。
図１４は、本発明の第３実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その２）である。
図１５は、本発明の第３実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
図１６は、本発明の第４実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図である。
図１７は、本発明の第４実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
図１８は、本発明の第５実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図である。
図１９は、本発明の第５実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
図２０は、本発明の第６実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その１）である。
図２１は、本発明の第６実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その２）である。
図２２は、本発明の第６実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
図２３は、膜の剥がれを示す図である。
図２４は、島状のパターンを配列した場合を示す平面図である。
図２５は、島状のパターンを結晶化して薄膜トランジスタを形成する場合を示す工程図である。
【発明を実施するための最良の形態】  （第１実施形態）
本発明の第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す断面図及び平面図である。図１Ａ、図１Ｃ、図１Ｅは断面図であり、図１Ｂ、図１Ｄ、図１Ｆは平面図である。図１Ａは、図１ＢのＡ−Ａ′線断面図である。図１Ｃは、図１ＤのＡ−Ａ′線断面図である。図１Ｅは、図１ＦのＡ−Ａ′線断面図である。図２は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
まず、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、例えばプラズマＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、ガラス基板１０上の全面に、バッファ層となるシリコン酸化膜１２を形成する。シリコン酸化膜１２の膜厚は、例えば４００ｎｍとする。
次に、例えばプラズマＣＶＤ法により、全面に、アモルファスシリコン膜１４を形成する。アモルファスシリコン膜１４の膜厚は、例えば５０〜２００ｎｍとする。
次に、水素出しのために、例えば４５０℃、２時間の熱処理を行う。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、アモルファスシリコン膜１４に複数のスリット１６を形成する。スリット１６の幅Ｗは、例えば５μｍとする。スリットのピッチＰＸは、例えば２００μｍとする。図２に示すように、スリット１６は、アモルファスシリコン膜１４の一方の端部から他方の端部まで達するように連続的に形成する。
次に、レーザビーム１８を走査することにより、アモルファスシリコン膜１４を結晶化する。
ここで、アモルファスシリコン膜１４を結晶化する際に用いられる結晶化装置を図３を用いて説明する。図３は、結晶化装置を示す概略図である。
図３に示すように、結晶化装置は、レーザビーム１８を出射するレーザ光源部２０と、レーザ光源部２０から出射されるレーザビーム１８の形状を成形する凹レンズ２２と、凹レンズ２２により成形されたレーザビーム１８を所定の方向に反射するミラー２４と、ミラー２４により反射されたレーザビーム１８の形状を成形するシリンドリカルレンズ２６と、シリンドリカルレンズ２６の長手方向に対して直交するように設けられ、シリンドリカルレンズ２６により成形されたレーザビーム１８の形状を更に成形するシリンドカルレンズ２８と、シリンドリカルレンズ２６により成形されたレーザビーム１８の形状を更に成形する凸レンズ３０と、ガラス基板１０をＸＹ方向に移動するＸ−Ｙステージ３２とを有している。
レーザ光源部２０には、例えば、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）を励起光源とする半導体励起の連続波（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）発振する固体レーザを用いる。このような固体レーザとしては、例えば、波長５３２ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４レーザを用いることができる。固体レーザの出力は例えば６Ｗとする。なお、半導体励起の固体レーザを用いているのは、半導体励起の固体レーザは気体レーザと比較して、安定したレーザビーム１８が得られるためである。
レーザ光源部２０から出射されるレーザビーム１８が上記のような光学系を通ると、レーザビーム１８のスポットの形状、即ち、照射領域１８ａの形状は、図３及び図４に示すように楕円形となる。図４Ａは、レーザビームのスポットの形状を示す平面図である。
図４Ａに示すように、レーザビーム１８のスポット１８ａの形状は、細長い形状である。より具体的には、レーザビーム１８のスポット１８ａの形状は、長軸ＬＡの長さが例えば４００μｍ程度、短軸ＬＢの長さが例えば２０μｍ程度の楕円形である。レーザビーム１８のうちの中央部は、強度が強い部分である。レーザビーム１８の強度が強い部分の長手方向の長さＬＣは、例えば１５０μｍ程度である。一方、レーザビーム１８のうちの中央部を除く部分は、強度があまり強くない部分である。
このような結晶化装置を用い、以下のようにして、アモルファスシリコン膜１４に対してレーザビーム１８を走査する。
まず、Ｘ−Ｙステージ３２上にガラス基板１０を載置する。この際、スリット１６の長手方向とレーザビーム１８の照射領域１８ａの長手方向とが平行になるように、ガラス基板１０を載置する。
次に、アモルファスシリコン膜１４にレーザビーム１８を照射しながら、Ｘ−Ｙステージ３２によりガラス基板１０を移動させることにより、レーザビーム１８の照射領域１８ａをスリット１６の長手方向に対して垂直な方向、即ちＸ方向に走査する。レーザビーム１８の走査速度は、例えば５０ｃｍ／秒とする。
図１Ｃ乃至図１Ｆに示すように、レーザビーム１８を走査すると、レーザビーム１８の照射領域１８ａでアモルファスシリコン膜１４が溶融し、レーザビーム１８の照射領域１８ａから外れた部分でシリコンが固化していく。レーザビーム１８の走査方向に沿ってシリコンの結晶が引き継がれていき、レーザビーム１８の走査方向に沿うように長細い結晶粒が成長する。
レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット１６に交差する際には、シリコンの結晶成長は引き継がれない。結晶成長が引き継がれる長さをある程度短く設定すると、膜の剥がれが生じにくくなる傾向がある。このため、本実施形態によれば、予め島状にパターニングされていないベタ状のアモルファスシリコン膜を結晶化する場合であっても、膜の剥がれを防止しつつ、良好に結晶化することができる。
図４Ｂは、レーザビームを走査することにより得られるシリコンの結晶状態を示す図である。
図４Ｂに示すように、レーザビーム１８が走査された領域のうちの中央部分３４ａにおいては、レーザビーム１８の走査方向、即ちＸ方向に沿って、シリコン結晶が長細く成長している。このような結晶成長の態様は、ラテラル成長と称されている。なお、レーザビーム１８が走査された領域のうちの中央部分３４ａにおいて良好な結晶が得られるのは、レーザビームの強度が比較的強いためである。
一方、レーザビーム１８が走査された領域のうちの中央部分を除く部分３４ｂにおいては、結晶粒径があまり大きくないシリコン結晶が成長している。なお、レーザビーム１８が走査された領域のうちの中央部分を除く領域３４ｂにおいて結晶粒径が小さくなるのは、レーザビームの強度が比較的弱いためである。
良好な結晶が得られる領域は、レーザビーム１８が走査された領域のうちの中央部分のみであるため、レーザビーム１８を１回走査しただけでは、アモルファスシリコン膜１４の全体を結晶化することはできない。このため、図２に示すように、レーザビーム１８の走査Ｓｎを複数回行うことにより、アモルファスシリコン膜１４の全体を結晶化する。
レーザビーム１８の走査Ｓｎを複数回行う際には、レーザビーム１８の照射領域１８ａの軌道が部分的にオーバーラップするように、レーザビーム１８を走査する。
レーザビーム１８の照射領域１８ａの軌道を部分的にオーバーラップさせる理由は、以下の通りである。
即ち、レーザビーム１８の照射領域１８ａの軌道を部分的にオーバーラップさせることなく、単にレーザビーム１８の走査を複数回行った場合には、レーザビーム１８が走査された領域のうちの中央部分３４ａ（図４参照）においてのみ良好な結晶が得られ、レーザビーム１８が走査された領域のうちの中央部を除く領域３４ｂでは、粒径の大きいシリコン結晶が得られない。
このため、本実施形態では、レーザビーム１８の照射領域１８ａの軌道が部分的にオーバーラップするように、レーザビーム１８の走査を行う。これにより、アモルファスシリコン膜１４の全体を良好に結晶化することができる。
このように本実施形態によれば、レーザビーム１８をスリット１６に交差するように走査するため、レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット１６と交差する際に、結晶成長が引き継がれるのを阻害することができる。
結晶成長が引き継がれる長さをある程度短く設定すると、膜の剥がれが生じにくくなる傾向があるため、膜の剥がれが生じるのを防止しつつ、良質な結晶を有する半導体薄膜を形成することができる。また、膜の剥がれが生じたとしても、レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット１６と交差する際に、膜の剥がれが引き継がれるのを阻害することができる。
従って、本実施形態によれば、島状にパターニングされていないベタ状のアモルファスシリコン膜を結晶化する場合であっても、膜の剥がれを防止しつつ、高い歩留りで良好な結晶を有する半導体薄膜を形成することができる。本実施形態によれば、良好な結晶を有する半導体薄膜をベタ状に形成することができるため、電気的特性の良好な薄膜トランジスタを高密度に形成することができる。
（変形例（その１））
次に、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法の変形例（その１）を図５を用いて説明する。図５は、本変形例による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
本変形例による半導体薄膜の結晶化方法は、長手方向の長さが比較的短い複数のスリット１６ａが、互いにずらして形成されていることに主な特徴がある。
図５に示すように、アモルファスシリコン膜１４には、長手方向の長さＬＳが比較的短い複数のスリット１６ａが形成されている。複数のスリット１６ａの長手方向が互いに平行になるように形成されている。スリット１６ａの長手方向の長さＬＳは、例えば２００μｍである。スリットの幅Ｗは、上記と同様に、例えば５μｍである。スリット１６ａは、Ｘ方向にずらして形成されている。スリット１６ａのＸ方向のずれＤＸは、例えば２０μｍである。スリット１６ａはＹ方向にオーバーラップように形成されている。スリット１６ａのＹ方向のオーバーラップの距離ＤＹは、例えば２０μｍである。長手方向に配列された複数のスリット１６ａにより、全体として断続的なスリットが構成されている。
このようなアモルファスシリコン膜１４に対してレーザビーム１８の走査Ｓｎを行った場合には、レーザビーム１８の照射領域１８ａはいずれかのスリット１６ａと交差する。
このため、本変形例によっても、レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット１６ａと交差する際に、結晶成長が引き継がれるのを阻害することができる。
従って、本変形例によっても、アモルファスシリコン膜を島状にパターニングすることなく、良好な結晶を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成することができる。
（変形例（その２））
次に、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法の変形例（その２）を図６を用いて説明する。図６は、本変形例による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
本変形例による半導体薄膜の結晶化方法は、スリット１６ｂがレーザビーム１８の照射領域１８ａの長手方向の長さより短く形成されていることに主な特徴がある。
図６に示すように、アモルファスシリコン膜１４には、複数のスリット１６ｂが形成されている。複数のスリット１６ｂは、長手方向に揃っている。長手方向に配列された複数のスリット１６ｂにより、全体として断続的なスリットが構成されている。スリット１６ｂの長手方向の長さＬＳは例えば１００μｍである。レーザビーム１８の照射領域１８ａのうちのビーム強度が強い部分の長手方向の長さＬＣは、例えば１５０μｍである。スリット１６ｂの長手方向の長さＬＳは、レーザビーム１８の照射領域１８ａのうちのビーム強度が強い部分の長手方向の長さＬＣより短い。スリット１６ｂの幅Ｗは、例えば５μｍである。Ｘ方向におけるスリット１６ｂの配置間隔ＰＸは、例えば２００μｍである。Ｙ方向におけるスリット１６ｂの配置間隔ＰＹは、例えば１２０μｍである。
このようなアモルファスシリコン膜１４に対してレーザビーム１８の走査Ｓｎを行った場合には、レーザビーム１８の照射領域１８ａの一部のみがスリット１６ａと交差する。
本変形例では、レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット１６ｂと交差する際に、レーザビーム１８の照射領域１８ａの全体がスリット１６ｂと交差するわけではないが、レーザビーム１８の照射領域１８ａの少なくとも一部がスリット１６ｂと交差すれば、結晶成長が引き継がれるのを阻害することが可能である。
このため、本変形例によっても、膜の剥がれを防止しつつ、良好な結晶を成長することができる。また、膜の剥がれが生じた場合であっても、剥がれが引き継がれるのをスリット１６ｂにより阻害することができる。
従って、本変形例によっても、アモルファスシリコン膜１４を島状にパターニングすることなく、良好な結晶を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成することができる。
（変形例（その３））
次に、本実施形態の変形例（その３）による半導体薄膜の結晶化方法を図７を用いて説明する。図７は、本変形例による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
本変形例による半導体薄膜の結晶化方法は、スリット１６ｃの長手方向の長さＬＳが、レーザビーム１８の照射領域１８ａの長手方向の長さＬＡより長いことに主な特徴がある。
図７に示すように、アモルファスシリコン膜１４には、複数のスリット１６ｃが形成されている。スリット１６ｃの長手方向の長さＬＳは例えば５００μｍである。レーザビーム１８の照射領域１８ａのうちのビーム強度が強い部分の長手方向の長さＬＣは、上述したように、例えば１５０μｍである。スリット１６ｃの長手方向の長さＬＳは、レーザビーム１８の照射領域１８ａのうちのビーム強度が強い部分の長手方向の長さＬＣより長くなっている。スリット１６ｃの幅Ｗは、例えば５μｍである。Ｘ方向におけるスリット１６ａどうしの配置間隔ＰＸは、例えば２０μｍである。Ｙ方向におけるスリット１６ａどうしの配置間隔ＰＹは、例えば２００μｍである。長手方向に配列された複数のスリット１６ｃにより、全体として断続的なスリットが構成されている。
このようなアモルファスシリコン膜１４に対してレーザビーム１８を走査した場合には、レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット１６ｃと交差する際に、レーザビーム１８の照射領域１８ａの全部又は一部がスリット１６ｃと交差する。レーザビーム１８の照射領域１８ａの少なくとも一部がスリット１６ｃと交差する際に、結晶成長が引き継がれるのが阻害されるため、膜の剥がれを防止することができる。また、上記と同様に、膜の剥がれが生じた場合であっても、レーザビーム１８の照射領域１８ａの少なくとも一部がスリット１６ｃと交差する際に、膜の剥がれが引き継がれるのが阻害される。
従って、本変形例によっても、アモルファスシリコン膜１４を島状にパターニングすることなく、良好な結晶を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成することができる。
（変形例（その４））
次に、本実施形態の変形例（その４）による半導体薄膜の結晶化方法を図８を用いて説明する。図８は、本変形例による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
本変形例による半導体薄膜の結晶化方法は、長手方向の長さが比較的短い複数のスリット１６ｄが、レーザビーム１８の走査方向、即ちＸ方向に対して斜めに形成されていることに主な特徴がある。
図８に示すように、アモルファスシリコン膜１４には、複数のスリット１６ｄが形成されている。スリット１６ｄは、レーザビーム１８の走査方向に対して斜めに形成されている。レーザビーム１８の走査方向とスリット１６ｄの長手方向との為す角度θは、例えば４５°である。スリット１６ｄの幅Ｗは、例えば５μｍである。スリット１６ｄの長手方向の長さＬＳは、例えば３００μｍである。複数のスリット１６ｄは、Ｘ方向に互いにずらして形成されている。スリット１６ｄのＸ方向のずれＤＸは、例えば２０μｍである。複数のスリット１６ｄはＹ方向に互いにオーバーラップように形成されている。スリット１６ａのＹ方向のオーバーラップの距離ＤＹは、例えば２０μｍである。長手方向に配列された複数のスリット１６ｄにより、全体として断続的なスリットが構成されている。
このようなスリット１６ｄが形成されたアモルファスシリコン膜１４に対してレーザビーム１８を走査した場合には、レーザビーム１８の照射領域１８ａはスリット１６ｄの長手方向に対して斜めに交差する。レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット１６ｄの長手方向に対して斜めに交差する場合であっても、レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット１６ｄに交差する際に、結晶成長が引き継がれるのが阻害される。また、膜の剥がれが生じた場合であっても、レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット１６ｄに交差する際に、膜の剥がれが引き継がれるのが阻害される。
従って、本変形例によっても、アモルファスシリコン膜１４を島状にパターニングすることなく、良好な結晶を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成することができる。
（変形例（その５））
次に、本実施形態の変形例（その５）による半導体薄膜の結晶化方法を図９を用いて説明する。図９は、本変形例による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。
本変形例による半導体薄膜の結晶化方法は、レーザビーム１８の走査方向に対してスリット１６ｅが斜めに形成されており、しかも、スリット１６ｅがアモルファスシリコン膜１４の一の端部から他の端部まで達するように連続的に形成されていることに主な特徴がある。
図９に示すように、アモルファスシリコン膜１４には、レーザビーム１８の走査方向に対して斜めにスリット１６ｅが形成されている。レーザビーム１８の照射領域１８ａの長手方向とスリット１６ｅの長手方向との為す角度θは、例えば４５°である。スリット１６ｅの幅Ｗは、例えば５μｍである。
このようなスリット１６ｅが形成されたアモルファスシリコン膜１４に対してレーザビーム１８を走査した場合にも、レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット１６ｅに交差する際に、結晶成長が引き継がれるのが阻害される。また、膜の剥がれが生じた場合であっても、レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット１６ｅに交差する際に、膜の剥がれが引き継がれるのが阻害される。
従って、本変形例によっても、アモルファスシリコン膜１４を島状にパターニングすることなく、良好な結晶を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成することができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による半導体薄膜の結晶化方法について図１０乃至図１２を用いて説明する。図１０は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その１）である。図１０は、断面図である。図１１は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その２）である。図１１Ａ、図１１Ｃ、図１１Ｅは断面図であり、図１１Ｂ、図１１Ｄ、図１１Ｆは平面図である。図１１Ａは、図１１ＢのＡ−Ａ′線断面図である。図１１Ｃは、図１１ＤのＡ−Ａ′線断面図である。図１１Ｅは、図１１ＦのＡ−Ａ′線断面図である。図１２は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。なお、第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同一の構成要素については同一の符号を付して、説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法は、アモルファスシリコン膜１４に溝３６を形成し、溝３６に交差するようにレーザビーム１８を走査することに主な特徴がある。
まず、第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同様にして、ガラス基板１０上の全面に、シリコン酸化膜１２及びアモルファスシリコン膜１４を順次形成する。この後、第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同様にして、水素出しのための熱処理を行う（図１０Ａ参照）。
次に、図１０Ｂに示すように、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜３８を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜３８にアモルファスシリコン膜１４に達する開口部４０を形成する。開口部４０は、アモルファスシリコン膜１４の一方の端部から他方の端部まで達するように形成する。
次に、図１０Ｃに示すように、フォトレジスト膜３８をマスクとして、アモルファスシリコン膜１４をエッチングする。この際、アモルファスシリコン膜１４をエッチングする深さは、アモルファスシリコン膜１４の表面から例えば３０ｎｍの深さとする。こうして、図１２に示すように、アモルファスシリコン膜１４の一方の端部から他方の端部まで達するように溝３６が連続的に形成される。溝３６の幅Ｗは、例えば５μｍとする。
次に、図１１Ａに示すように、フォトレジスト膜３８を除去する。
次に、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示すように、溝３６に交差するようにレーザビーム１８を走査する。溝３６が形成されている箇所ではアモルファスシリコン膜１４が一部で不連続になっているため、結晶成長が引き継がれるのがある程度阻害される。
結晶成長が引き継がれる長さをある程度短く設定すると、上述したように、膜の剥がれが生じにくくなる傾向があるため、膜の剥がれが生じるのを防止しつつ、良質な結晶を有する半導体薄膜を形成することができる。また、膜の剥がれが生じたとしても、レーザビーム１８の照射領域１８ａが溝３６と交差する際に、膜の剥がれが引き継がれるのを阻害することができる。
従って、本実施形態によっても、アモルファスシリコン膜１４を島状にパターニングすることなく、良好な結晶を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成することができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による半導体薄膜の結晶化方法について図１３乃至図１５を用いて説明する。図１３は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その１）である。図１３は、断面図である。図１４は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その２）である。図１４Ａ、図１４Ｃ、図１４Ｅは断面図であり、図１４Ｂ、図１４Ｄ、図１４Ｆは平面図である。図１４Ａは、図１４ＢのＡ−Ａ′線断面図である。図１４Ｃは、図１４ＤのＡ−Ａ′線断面図である。図１４Ｅは、図１４ＦのＡ−Ａ′線断面図である。図１５は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。なお、第１又は第２実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同一の構成要素については同一の符号を付して、説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法は、アモルファスシリコン膜１４の表面を部分的にエッチングすることにより、アモルファスシリコン１４の表面にアモルファスシリコン膜１４より成る帯状のパターン４２を形成し、帯状のパターン４２に交差するように、レーザビーム１８を走査することに主な特徴がある。
まず、第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同様にして、ガラス基板１０上の全面に、シリコン酸化膜１２を形成する。
次に、例えばプラズマＣＶＤ法により、全面に、アモルファスシリコン膜１４を厚めに形成する。アモルファスシリコン膜１４の膜厚は、例えば３００ｎｍとする。
次に、第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同様にして、水素出しのための熱処理を行う（図１３Ａ参照）。
次に、図１３Ｂに示すように、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜４２を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜４２を帯状にパターニングする。フォトレジスト膜４２は、アモルファスシリコン膜１４の一方の端部から他方の端部まで達するように連続的に形成する。
次に、図１３Ｃに示すように、フォトレジスト膜４２をマスクとして、アモルファスシリコン膜１４をアモルファスシリコン膜１４の表面から２００ｎｍの深さまでエッチングする。こうして、アモルファスシリコン膜１４の表面にアモルファスシリコン膜１４より成る帯状のパターン４４が形成される。帯状のパターン４４の幅Ｗは、例えば１０μｍとする。帯状のパターン４４はアモルファスシリコン膜１４の一方の端部から他方の端部まで達するように連続的に形成される。
次に、図１４Ａに示すように、フォトレジスト膜４２を除去する。
次に、図１４Ｂ及び図１４Ｃに示すように、帯状のパターン４４に交差するように、レーザビーム１８を走査する。帯状のパターン４４が形成されている領域では、帯状のパターン４４によりアモルファスシリコン膜１４の膜厚が厚くなっているため、熱容量が大きくなっている。このため、帯状のパターン４４が形成されている領域では、アモルファスシリコン膜１４が溶融しない。このため、レーザビーム１８の照射領域１８ａが帯状のパターン４４に交差する際に、結晶成長が引き継がれるのが阻害される。
結晶成長が引き継がれる長さをある程度短く設定すると、上述したように、膜の剥がれが生じにくくなる傾向があるため、膜の剥がれが生じるのを防止しつつ、良質な結晶を有する半導体薄膜を形成することができる。また、膜の剥がれが生じたとしても、レーザビーム１８の照射領域１８ａが帯状のパターン４４と交差する際に、膜の剥がれが引き継がれるのを阻害することができる。
従って、本実施形態によっても、アモルファスシリコン膜１４を島状にパターニングすることなく、良好な結晶を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成することができる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による半導体薄膜の結晶化方法について図１６及び図１７を用いて説明する。図１６は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図である。図１６Ａ、図１６Ｃ、図１６Ｅは断面図であり、図１６Ｂ、図１６Ｄ、図１６Ｆは平面図である。図１６Ａは、図１６ＢのＡ−Ａ′線断面図である。図１６Ｃは、図１６ＤのＡ−Ａ′線断面図である。図１６Ｅは、図１６ＦのＡ−Ａ′線断面図である。図１７は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。なお、第１乃至第３実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同一の構成要素については同一の符号を付して、説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法は、アモルファスシリコン膜１４の上方に金属膜より成る帯状のパターン４６を形成し、帯状のパターン４６に交差するように、レーザビーム１８を走査することに主な特徴がある。
まず、第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同様にして、ガラス基板１０上の全面に、シリコン酸化膜１２、アモルファスシリコン膜１４を順次形成する。
次に、例えばＣＶＤ法により、アモルファスシリコン膜１４上に、シリコン酸化膜４５を形成する。シリコン酸化膜４５の膜厚は、例えば１００ｎｍとする。シリコン酸化膜４５は、アモルファスシリコン膜１４と金属膜より成る帯状のパターン４６とを分離するためのものである。
次に、第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同様にして、水素出しのための熱処理を行う。
次に、例えばスパッタ法により、金属膜を形成する。金属膜としては、例えばモリブデン膜やタングステン膜等の高融点金属膜を用いることができる。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、金属膜を帯状にパターニングする（図１６Ａ参照）。帯状のパターンは、アモルファスシリコン膜１４の一方の端部から他方の端部まで達するように連続的に形成する（図１７参照）。パターンの幅Ｗは、例えば１０μｍとする。こうして、金属膜よりなる帯状のパターン４６が形成される。
次に、図１６Ｂ及び図１６Ｃに示すように、金属膜より成る帯状のパターン４６に交差するように、レーザビーム１８を走査する。金属膜より成る帯状のパターン４６が形成されている領域では、帯状のパターン４６によりレーザビーム１８が反射される。このため、帯状のパターン４６が形成されている領域では、アモルファスシリコン膜１４が溶融しない。このため、レーザビーム１８の照射領域１８ａが帯状のパターン１４に交差する際に、結晶成長が引き継がれるのが阻害される。
結晶成長が引き継がれる長さをある程度短く設定すると、上述したように、膜の剥がれが生じにくくなる傾向があるため、膜の剥がれが生じるのを防止しつつ、良質な結晶を有する半導体薄膜を形成することができる。また、膜の剥がれが生じたとしても、レーザビーム１８の照射領域１８ａが帯状のパターン４６と交差する際に、膜の剥がれが引き継がれるのを阻害することができる。
従って、本実施形態によっても、アモルファスシリコン膜１４を島状にパターニングすることなく、良好な結晶を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成することができる。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による半導体薄膜の結晶化方法について図１８及び図１９を用いて説明する。図１８は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図である。図１８Ａ、図１８Ｃ、図１８Ｅは断面図であり、図１８Ｂ、図１８Ｄ、図１８Ｆは平面図である。図１８Ａは、図１８ＢのＡ−Ａ′線断面図である。図１８Ｃは、図１８ＤのＡ−Ａ′線断面図である。図１８Ｅは、図１８ＦのＡ−Ａ′線断面図である。図１９は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。なお、第１乃至第４実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同一の構成要素については同一の符号を付して、説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法は、アモルファスシリコン膜１４上にスリット５０が形成された誘電体膜４８を形成し、スリット４８に交差するようにレーザビーム１８を走査することに主な特徴がある。
まず、第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同様にして、ガラス基板１０上の全面に、シリコン酸化膜１２、アモルファスシリコン膜１４を順次形成する。
次に、例えばＣＶＤ法により、全面に、誘電体膜４８を形成する。誘電体膜４８としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。誘電体膜４８の膜厚ｄ１は、λ／４ｎ、又は、λ（ｍ＋１）／４ｎとする。ここで、ｎは、誘電体膜の屈折率である。誘電体膜４８がシリコン酸化膜の場合には、屈折率ｎは１．４２である。λは、レーザビームの波長である。レーザビームの波長λは、例えば５３２ｎｍである。ｍは、正の整数である。誘電体膜４８の膜厚をこのように設定すると、誘電体膜４８が形成されている領域におけるレーザビーム１８の反射率は極小値となる。従って、誘電体膜４８の膜厚をこのように設定することにより、アモルファスシリコン膜１４に対してレーザビーム１８を十分に供給することができる。
次に、第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同様にして、水素出しのための熱処理を行う。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、誘電体膜４８にスリット５０を形成する（図１８Ａ参照）。スリット５０は、アモルファスシリコン膜１４の一方の端部から他方の端部まで達するように連続的に形成する（図１９参照）。スリット５０の幅Ｗは、例えば１０μｍとする。
レーザビーム１８の反射率が極大値となるような誘電体膜４８の膜厚ｄ２は、０、又は、λｍ／２ｎである。本実施形態では、スリット５０が形成されている領域では誘電体膜４８の膜厚ｄ２は０ｎｍであるため、スリット５０が形成されている領域においてレーザビーム１８を大きな反射率で反射することができる。
次に、図１８Ｂ及び図１８Ｃに示すように、スリット５０に交差するように、レーザビーム１８を走査する。この際、誘電体膜４８が形成されている領域ではアモルファスシリコン膜１４が溶融し、スリット５０が形成されている領域ではアモルファスシリコン膜１４が溶融しないように、レーザビーム１８の強度や走査速度を適宜設定する。従って、本実施形態によれば、レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット５０に交差する際に、結晶成長が引き継がれるのが阻害される。
結晶成長が引き継がれる長さをある程度短く設定すると、上述したように、膜の剥がれが生じにくくなる傾向があるため、膜の剥がれが生じるのを防止しつつ、良質な結晶を有する半導体薄膜を形成することができる。また、膜の剥がれが生じたとしても、レーザビーム１８の照射領域１８ａがスリット５０と交差する際に、膜の剥がれが引き継がれるのを阻害することができる。
従って、本実施形態によっても、アモルファスシリコン膜１４を島状にパターニングすることなく、良好な結晶を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成することができる。
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態による半導体薄膜の結晶化方法について図２０乃至図２２を用いて説明する。図２０は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その１）である。図２０は、断面図である。図２１は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す工程図（その２）である。図２１Ａ、図２１Ｃ、図２１Ｅは断面図であり、図２１Ｂ、図２１Ｄ、図２１Ｆは平面図である。図２１Ａは、図２１ＢのＡ−Ａ′線断面図である。図２１Ｃは、図２１ＤのＡ−Ａ′線断面図である。図２１Ｅは、図２１ＦのＡ−Ａ′線断面図である。図２２は、本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法を示す平面図である。なお、第１乃至第５実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同一の構成要素については同一の符号を付して、説明を省略し又は簡略にする
本実施形態による半導体薄膜の結晶化方法は、アモルファスシリコン膜１４上に溝５２が形成された誘電体膜４８を形成し、溝５２に交差するようにレーザビーム１８を走査することに主な特徴がある。
まず、第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同様にして、ガラス基板１０上の全面に、シリコン酸化膜１２、アモルファスシリコン膜１４を順次形成する。
次に、例えばＣＶＤ法により、全面に、誘電体膜４８を形成する。誘電体膜４８としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。誘電体膜４８の膜厚ｄ１は、λ／４ｎ、又は、λ（ｍ＋１）／４ｎとする。上述したように、誘電体膜４８の膜厚をこのように設定すると、誘電体膜４８が形成されている領域におけるレーザビーム１８の反射率は極小値となる。従って、誘電体膜４８の膜厚をこのように設定することにより、アモルファスシリコン膜１４に対してレーザビーム１８を十分に供給することができる。
次に、第１実施形態による半導体薄膜の結晶化方法と同様にして、水素出しのための熱処理を行う。
次に、図２０Ｂに示すように、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜５２を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜５２に誘電体膜４８に達する開口部５４を形成する。開口部５４は、アモルファスシリコン膜１４の一方の端部から他方の端部まで達するように連続的に形成する。
次に、図２０Ｃに示すように、フォトレジスト膜５２をマスクとして、誘電体膜４８をエッチングすることにより、溝５６を形成する。レーザビーム１８の反射率が極大値となるような誘電体膜４８の膜厚は、上述したように、０、又は、λｍ／２ｎである。本実施形態では、溝５６の直下の誘電体膜４８の膜厚がλｍ／２ｎとなるように、溝５６の深さを設定する。図２２に示すように、溝５６は、アモルファスシリコン膜１４の一方の端部から他方の端部まで達するように形成する。溝５６の幅Ｗは、例えば１０μｍとする。
次に、図２１Ａに示すように、フォトレジスト膜５２を除去する。
次に、図２２に示すように、溝５６に交差するように、レーザビーム１８を走査する。この際、溝５６が形成されていない領域ではアモルファスシリコン膜１４が溶融し、溝５６が形成されている領域ではアモルファスシリコン膜１４が溶融しないように、レーザビーム１８の強度や走査速度を適宜設定する。従って、本実施形態によれば、レーザビーム１８の照射領域１８ａが溝５６に交差する際に、結晶成長が引き継がれるのが阻害される。
結晶成長が引き継がれる長さをある程度短く設定すると、上述したように、膜の剥がれが生じにくくなる傾向があるため、膜の剥がれが生じるのを防止しつつ、良質な結晶を有する半導体薄膜を形成することができる。また、膜の剥がれが生じたとしても、レーザビーム１８の照射領域１８ａが溝５６と交差する際に、膜の剥がれが引き継がれるのを阻害することができる。
従って、本実施形態によっても、アモルファスシリコン膜１４を島状にパターニングすることなく、良好な結晶を有する半導体薄膜を高い歩留りで形成することができる。
（変形実施形態）
本発明の上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、ガラス基板の表面側からレーザビームを照射する場合を例に説明したが、ガラス基板の裏面側からレーザビームを照射してもよい。
また、上記実施形態では、基板としてガラス基板を用いる場合を例に説明したが、基板はガラス基板に限定されるものではなく、あらゆる基板を適宜用いることができる。
また、第２乃至第５実施形態では、溝３６、５６、帯状のパターン４４、４６、又はスリット５０を、アモルファスシリコン膜１４の一方の端部から他方の端部まで達するように形成する場合を例に説明したが、溝３６、５６、帯状のパターン４４、４６、又はスリット５０の平面形状はこれに限定されるものではなく、第１実施形態の変形例（その１）乃至変形例（その５）で示すように、溝３６、５６、帯状のパターン４４、４６、又はスリット５０の平面形状を適宜設定してもよい。
また、上記実施形態では、アモルファスシリコン膜を結晶化することによりシリコンより成る半導体薄膜を形成する場合を例に説明したが、結晶化する膜の材料はシリコンに限定されるものではなく、他のあらゆる材料よりなる膜を結晶化して半導体薄膜を形成する場合にも適用することができる。
また、上記実施形態では、レーザとしてＮｄ：ＹＶＯ４レーザを用いる場合を例に説明したが、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザに限定されるものではなく、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＩＤレーザ等を用いてもよい。
また、上記実施形態では、誘電体膜４８としてシリコン酸化膜を用いたが、誘電体膜４８はシリコン酸化膜に限定されるものではなく、他のあらゆる材料より成る誘電体膜を形成してもよい。
また、上記実施形態では、ガラス基板１０とアモルファスシリコン膜１４との間にシリコン酸化膜１２を形成したが、ガラス基板１０とアモルファスシリコン膜１４との間に形成する膜はシリコン酸化膜に限定されるものではない。例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜をガラス基板１０とアモルファスシリコン膜１４との間に形成してもよい。
また、上記実施形態では、Ｘ−Ｙステージ３２によりガラス基板１０を移動させることにより、レーザビーム１８の照射領域１８ａを走査したが、レーザビーム１８側を移動させることにより、レーザビーム１８の照射領域１８ａを走査してもよい。
また、上記実施形態では、レーザビーム１８のスポット１８ａの形状、即ち照射領域１８ａの形状が楕円形である場合を例に説明したが、レーザビーム１８の照射領域１８ａの形状は楕円形に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【産業上の利用の可能性】
本発明による半導体薄膜の結晶化方法は、島状にパターニングすることなく、結晶性の良好な半導体薄膜を高い歩留りで形成するのに有用である。
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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