(57)【要約】【課題】  電気的特性が良好で、かつ、電気的特性のばらつきを抑制した結晶質半導体膜および前記結晶質半導体膜を容易に製造するための製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の結晶質半導体膜の製造方法は、多結晶半導体膜（１２０）を用意する工程と、多結晶半導体膜（１２０）の少なくとも一部の領域に所定の元素（１３０）を注入することにより、多結晶半導体膜（１２０）の結晶化率よりも低い結晶化率を有する非晶質化領域を多結晶半導体膜（１２０）の少なくとも一部の領域に形成する工程であって、所定のエネルギービーム（１５０）に対する非晶質化領域の吸収率が所定の方向に沿って連続的に変化するように所定の元素（１３０）を注入する、工程と、非晶質化領域に所定のエネルギービーム（１５０）を照射することにより、非晶質化領域を結晶化する工程とを包含する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶半導体膜を用意する工程と、
前記多結晶半導体膜の少なくとも一部の領域に所定の元素を注入することにより、前記多結晶半導体膜の結晶化率よりも低い結晶化率を有する非晶質化領域を前記多結晶半導体膜の前記少なくとも一部の領域に形成する工程であって、所定のエネルギービームに対する前記非晶質化領域の吸収率が所定の方向に沿って連続的に変化するように前記所定の元素を注入する、工程と、
前記非晶質化領域に前記所定のエネルギービームを照射することにより、前記非晶質化領域を結晶化する工程と
を包含する、結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項２】
前記非晶質化領域を形成する工程は、前記非晶質化領域内の前記所定の元素の濃度が前記所定の方向に沿って連続的に変化するように前記所定の元素を注入する工程を含む、請求項１に記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項３】
前記所定の元素を注入する工程は、前記非晶質化領域内の前記所定の元素の濃度が前記所定の方向に沿った前記非晶質化領域の端部付近よりも前記非晶質化領域の中央部付近において低くなるように前記所定の元素を注入する工程を含む、請求項２に記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項４】
前記非晶質化領域を形成する工程は、イオン注入法またはイオンドーピング法によって前記所定の元素を注入する工程を含む、請求項１から３のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項５】
前記非晶質化領域を形成する工程は、前記所定の元素の濃度が前記多結晶半導体膜の厚さ方向全体にわたってほぼ一定になるように加速エネルギーを変化させて前記所定の元素を複数回注入する工程を含む、請求項１から４のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項６】
前記非晶質化領域を形成する工程は、１ＫｅＶ以上２００ＫｅＶ以下のエネルギーで前記所定の元素を注入する工程を含む、請求項１から５のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項７】
前記非晶質化領域を形成する工程は、ドーズ量１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上９×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下の範囲で前記所定の元素を注入する工程を含む、請求項１から６のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項８】
前記非晶質化領域を形成する工程において、前記所定の元素は、前記多結晶半導体膜を構成する材料の元素および希ガスに属する元素のうち少なくともいずれか一つを含む、請求項１から７のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項９】
前記非晶質化領域を結晶化する工程は、前記所定のエネルギービームとして光を用いて結晶化する工程を含む、請求項１から８のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１０】
前記非晶質化領域を形成する工程は、前記非晶質化領域の結晶化率を変化させることにより、前記所定のエネルギービームに対する前記非晶質化領域の吸収率を制御する工程を含む、請求項１から９のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１１】
前記多結晶半導体膜を用意する工程において、前記多結晶半導体膜は珪素を含む、請求項１から１０のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１２】
前記多結晶半導体膜を用意する工程において、前記多結晶半導体膜の厚さは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲である、請求項１から１１のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１３】
前記非晶質化領域を結晶化する工程は、前記所定のエネルギービームとして、波長２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下のレーザー光を用いる工程を含む、請求項１から１２のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１４】
前記非晶質化領域を結晶化する工程は、エネルギー密度が２５０ｍＪ／ｃｍ2以上５００ｍＪ／ｃｍ2以下のパルスレーザー光を前記所定のエネルギービームとして用いる工程を含む、請求項１から１３のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１５】
前記非晶質化領域を結晶化する工程は、結晶を横方向に成長する工程を含む、請求項１から１４のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１６】
前記非晶質化領域を結晶化する工程は、前記非晶質化領域内における前記所定の元素の濃度の低い部分から高い部分に向かって前記非晶質化領域を結晶化する工程を含む、請求項１から１５のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１７】
前記非晶質化領域を結晶化する工程は、前記所定のエネルギービームを前記所定の方向に走査する工程を含む、請求項１から１６のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１８】
前記非晶質化領域を結晶化する工程は、前記所定の方向に沿ったエネルギー密度がほぼ一定なエネルギービームを前記非晶質化領域に照射する工程を含む、請求項１から１７のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項１９】
前記多結晶半導体膜を用意する工程は、前記多結晶半導体膜を基板上に形成する工程を含む、請求項１から１８のいずれか１つに記載の結晶質半導体膜の製造方法。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか１つに記載の製造方法によって製造された結晶質半導体膜。
【請求項２１】
請求項２０に記載の結晶質半導体膜を備える半導体装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の半導体装置を備える表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質化領域を結晶化した結晶質半導体膜およびその製造方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
近年、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、「ＴＦＴ」と称する場合がある。）やダイオード等に代表される薄膜半導体素子が広く利用されている。ＴＦＴは、例えば絶縁基板上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法等を用いて形成された、厚さ数十ｎｍ〜数百ｎｍの半導体膜を活性層として用いている。ＴＦＴの応用分野としては、アクティブマトリクス型の液晶表示装置がある。アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、行および列（マトリクス）状に配置された数十万以上の画素電極のそれぞれに１つ以上のＴＦＴが配置されており、画素電極に供給される電荷の量がＴＦＴによって制御される。
【０００３】
半導体膜の１つである非晶質（アモルファス）半導体膜は容易に作製できるが、非晶質半導体膜のキャリア移動度が低いため、高速動作が要求されるＴＦＴには、非晶質半導体膜よりも高いキャリア移動度を実現可能な結晶質半導体膜が好適に利用されている。結晶質半導体膜とは、例えば、多結晶半導体膜、微結晶半導体膜である。
【０００４】
多結晶半導体膜を形成する方法として、基板上に設けられた非晶質半導体膜にパルスレーザー光を照射して非晶質半導体膜を結晶化する方法が知られている。この方法では、パルスレーザー光の照射によって非晶質半導体膜の温度が上昇して、非晶質半導体膜は溶融状態になる。パルスレーザー光の照射を停止すると、非晶質半導体膜の温度が低下して、非晶質半導体膜は固化（結晶化）し、これにより、多結晶半導体膜が形成される。この方法によれば、基板の温度を大きく上昇させることなく、非晶質半導体膜のみに高いエネルギーを与えることができるので、基板として安価なガラス基板を用いて多結晶半導体膜を形成することができる。
【０００５】
しかしながら、この方法で作製された多結晶半導体膜における結晶粒の結晶粒径は１μｍ以下であり、この多結晶半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、ＴＦＴのチャネル領域に多くの結晶粒が存在することになる。したがって、このように結晶粒径が小さい場合には、結晶粒界に存在する結晶欠陥がキャリアトラップとなってキャリア移動度が不均一に低下する。
【０００６】
レーザー光を用いる同様の方法として、イオンの注入によって非晶質化された多結晶半導体膜にレーザー光を照射することにより、多晶質半導体膜を再結晶化する方法が知られている。この方法によれば、再結晶化により、結晶粒径は再結晶化前の結晶粒径よりもさらに大きくなる。
【０００７】
特許文献１には、多結晶シリコン膜を再結晶化する方法が開示されている。この方法では、多結晶シリコン膜上にイオン注入マスク（レジストマスク）を設け、多結晶シリコン膜の所定の領域にイオンを選択的に注入して非結晶領域を形成している。次いで、イオン注入マスクを除去し、非結晶領域にレーザー光を照射することにより、非結晶領域を再結晶化している。
【０００８】
特許文献２には、多結晶シリコンを再結晶化する別の方法が開示されている。この方法では、絶縁膜上に面方位異方性を有する多結晶シリコンを形成し、多結晶シリコンの一部をレジストマスクで覆い、多結晶シリコンの所定の領域にイオンを選択的に注入する。便宜上、多結晶シリコンのうちイオンが注入された部分をイオン注入部と称し、多結晶シリコンのうちイオンが注入されていない部分をイオン非注入部と称すると、イオンの注入により、イオン注入部は非晶質化され、イオン注入部の光の吸収係数（吸収率）はイオン非注入部の吸収係数よりも高くなる。
【０００９】
その後、レジストマスクを除去し、イオン非注入部からイオン注入部にわたってレーザー光を走査する。レーザー光を照射すると、光の吸収係数の違いに起因して、イオン非注入部は半溶融状態になり、イオン注入部は完全溶融状態になる。特許文献２に開示されている方法では、レーザー光を走査しており、半溶融状態のイオン非注入部における未溶融シリコンを種結晶とした再結晶化が行われる。未溶融シリコンは面方位異方性を有しているので、再結晶化された結晶に多結晶シリコンの面方位が反映される。
【特許文献１】特開平６−３３３８２７号公報
【特許文献２】特開平１−１４７８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、結晶粒径の大きな結晶粒を形成できない。特許文献１に開示されている方法では、非結晶領域へのレーザー光の照射を停止すると、非結晶領域の熱は外部に向かって拡散し、非結晶領域の温度は非結晶領域の端部から急速に低下する。したがって、非結晶領域の冷却速度が速くなり、結晶粒径の小さな結晶粒が形成される。また、特許文献１に開示されている方法では、結晶は、非結晶領域の端部から非結晶領域の中央に向かって成長するので、非結晶領域の中央において結晶粒が衝突してしまい、大きな結晶粒を形成することができない。上述したように、結晶粒径が小さいと、結晶粒界に存在する結晶欠陥がキャリアトラップとなってキャリア移動度が低下することになる。
【００１１】
また、特許文献１に開示されている方法では、多結晶シリコン膜の所定の領域をイオン注入マスク（レジストマスク）で覆ってイオンを選択的に注入していることから、イオン注入マスクを形成するためのフォトリソグラフィ工程およびイオン注入マスクを除去する工程を行うことが必要となり、結果として、工程数およびコストが増加する。
【００１２】
また、特許文献２に開示されている方法では、結晶化を行うために、レーザー光の走査が必要となる。したがって、結晶化するための時間およびコストが増大する。
【００１３】
また、特許文献２に開示されている方法において結晶化にパルスレーザー光を用いるとすると、パルスレーザー光を多結晶シリコンに１回照射した際に、レーザー光の照射された領域（以下、「照射領域」と称する。）の温度は照射領域の端部から急速に低下するので、パルスレーザー光の１回の照射によって結晶成長した距離（以下、「結晶成長距離」と称する。）が短い。したがって、結晶粒径の大きな結晶粒を形成するためには、パルスレーザー光の１回の照射毎の走査距離を短くすることが必要となり、結晶化を行うための時間およびコストが増大する。
【００１４】
また、イオン注入部の吸収係数はイオン非注入部の吸収係数と大きく異なるので、イオン注入部とイオン非注入部との境界を含む領域にパルスレーザー光を照射すると、イオン注入部とイオン非注入部との境界の温度は急峻に変化する。この場合、結晶成長距離は特に短くなるので、パルスレーザー光の１回の照射毎の走査距離を特に短くする必要がある。
【００１５】
また、特許文献２に開示されている方法では、多結晶シリコンの表面近傍にイオンを注入することによってイオン注入部を形成しており、イオン注入部と下地絶縁膜との間に多結晶シリコンが残存しているおそれがある。この場合、レーザー光を照射すると、横方向に結晶成長が進む前に、残存した結晶のそれぞれが核となって厚さ方向に結晶成長が進んでしまい、大きな結晶粒を形成することができない。
【００１６】
さらに、特許文献２に開示されている方法では、多結晶シリコンの所定の領域をレジストマスクで覆ってイオンを選択的に注入していることから、レジストマスクを形成するためのフォトリソグラフィ工程およびレジストマスクを除去する工程を行うことが必要となり、結果として、工程数およびコストが増加する。
【００１７】
本発明の目的は、電気的特性が良好で、電気的特性のばらつきを抑制した結晶質半導体膜および前記結晶質半導体膜を容易に製造するための製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の結晶質半導体膜の製造方法は、多結晶半導体膜を用意する工程と、前記多結晶半導体膜の少なくとも一部の領域に所定の元素を注入することにより、前記多結晶半導体膜の結晶化率よりも低い結晶化率を有する非晶質化領域を前記多結晶半導体膜の前記少なくとも一部の領域に形成する工程であって、所定のエネルギービームに対する前記非晶質化領域の吸収率が所定の方向に沿って連続的に変化するように前記所定の元素を注入する、工程と、前記非晶質化領域に前記所定のエネルギービームを照射することにより、前記非晶質化領域を結晶化する工程とを包含する。
【００１９】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を形成する工程は、前記非晶質化領域内の前記所定の元素の濃度が前記所定の方向に沿って連続的に変化するように前記所定の元素を注入する工程を含む。
【００２０】
ある実施形態において、前記所定の元素を注入する工程は、前記非晶質化領域内の前記所定の元素の濃度が前記所定の方向に沿った前記非晶質化領域の端部付近よりも前記非晶質化領域の中央部付近において低くなるように前記所定の元素を注入する工程を含む。
【００２１】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を形成する工程は、イオン注入法またはイオンドーピング法によって前記所定の元素を注入する工程を含む。
【００２２】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を形成する工程は、前記所定の元素の濃度が前記多結晶半導体膜の厚さ方向全体にわたってほぼ一定になるように加速エネルギーを変化させて前記所定の元素を複数回注入する工程を含む。
【００２３】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を形成する工程は、１ＫｅＶ以上２００ＫｅＶ以下のエネルギーで前記所定の元素を注入する工程を含む。
【００２４】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を形成する工程は、ドーズ量１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上９×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下の範囲で前記所定の元素を注入する工程を含む。
【００２５】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を形成する工程において、前記所定の元素は、前記多結晶半導体膜を構成する材料の元素および希ガスに属する元素のうち少なくともいずれか一つを含む。
【００２６】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を結晶化する工程は、前記所定のエネルギービームとして光を用いて結晶化する工程を含む。
【００２７】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を形成する工程は、前記非晶質化領域の結晶化率を変化させることにより、前記所定のエネルギービームに対する前記非晶質化領域の吸収率を制御する工程を含む。
【００２８】
ある実施形態において、前記多結晶半導体膜を用意する工程において、前記多結晶半導体膜は珪素を含む。
【００２９】
ある実施形態において、前記多結晶半導体膜を用意する工程において、前記多結晶半導体膜の厚さは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲である。
【００３０】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を結晶化する工程は、前記所定のエネルギービームとして、波長２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下のレーザー光を用いる工程を含む。
【００３１】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を結晶化する工程は、エネルギー密度が２５０ｍＪ／ｃｍ2以上５００ｍＪ／ｃｍ2以下のパルスレーザー光を前記所定のエネルギービームとして用いる工程を含む。
【００３２】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を結晶化する工程は、結晶を横方向に成長する工程を含む。
【００３３】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を結晶化する工程は、前記非晶質化領域内における前記所定の元素の濃度の低い部分から高い部分に向かって前記非晶質化領域を結晶化する工程を含む。
【００３４】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を結晶化する工程は、前記所定のエネルギービームを前記所定の方向に走査する工程を含む。
【００３５】
ある実施形態において、前記非晶質化領域を結晶化する工程は、前記所定の方向に沿ったエネルギー密度がほぼ一定なエネルギービームを前記非晶質化領域に照射する工程を含む。
【００３６】
ある実施形態において、前記多結晶半導体膜を用意する工程は、前記多結晶半導体膜を基板上に形成する工程を含む。
【００３７】
本発明の結晶質半導体膜は、上記の製造方法によって製造される。
【００３８】
本発明の半導体装置は、上記の結晶質半導体膜を備える。
【００３９】
本発明の表示装置は、上記の半導体装置を備える。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、電気的特性が良好で、電気的特性のばらつきを抑制した結晶質半導体膜および前記結晶質半導体膜を容易に製造するための製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、前記結晶質半導体膜を備える半導体装置および表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
（実施形態１）
以下に、図１および図２を参照して、本発明による結晶質半導体膜およびその製造方法の第１の実施形態を説明する。
【００４２】
図１（ａ）に示すように、多結晶半導体膜１２０を用意する。ここでは、基板１１０上に多結晶半導体膜１２０を形成している。例えば、基板１１０はガラス基板などの絶縁基板であり、多結晶半導体膜１２０は珪素からなる多結晶珪素膜である。
【００４３】
図１（ｂ）に示すように、多結晶半導体膜１２０に所定の元素１３０を注入する。図１（ｂ）に示した矢印の長さは、多結晶半導体膜１２０に注入される所定の元素１３０のドーズ量に対応しており、矢印が長いほど、所定の元素１３０のドーズ量が多いことを示している。多結晶半導体膜１２０に注入される所定の元素１３０のドーズ量は、所定の方向に沿って多結晶半導体膜１２０の中央部付近で少なく多結晶半導体膜１２０の端部付近で多くなるように、連続的に変化する。なお、この所定の方向は後に結晶が成長する方向と同じ方向であり、本明細書において「結晶化方向」と称する場合がある。ここでは、所定の元素１３０として、多結晶半導体膜１２０を構成する元素と同じ元素（例えば、珪素）を多結晶半導体膜１２０に注入している。この元素は、イオン化されて、イオン注入法またはイオンドーピング法によって多結晶半導体膜１２０に注入される。なお、以下の説明において、所定の元素１３０を非晶質化元素１３０と称する場合がある。
【００４４】
注入装置（図示せず）は、図１（ｃ）に示す注入領域１６０に非晶質化元素１３０を出射し、非晶質化元素１３０は、多結晶半導体膜１２０のうちの注入領域１６０に対応する領域に注入される。注入領域１６０は、結晶化方向に対してほぼ直交する方向に延びた形状をしている。多結晶半導体膜１２０に対して注入領域１６０を相対的に結晶化方向に沿って移動させて、多結晶半導体膜１２０に非晶質化元素１３０が注入される。
【００４５】
ここでは、多結晶半導体膜１２０に対する注入領域１６０の相対速度を変化させて注入領域１６０を移動させるとともに、注入領域１６０に一定量の非晶質化元素１３０を定期的に出射する。相対速度が低い場合、多結晶半導体膜１２０に注入される非晶質化元素１３０のドーズ量が多くなり、相対速度が高い場合、多結晶半導体膜１２０に注入される非晶質化元素１３０のドーズ量が少なくなる。このように相対速度を変化させることにより、多結晶半導体膜１２０の位置に応じて、多結晶半導体膜１２０に注入する非晶質化元素１３０のドーズ量を調整することができる。あるいは、多結晶半導体膜１２０に対する注入領域１６０の相対速度を一定にして注入領域１６０を移動させて、注入領域１６０に出射される非晶質化元素１３０の量を時間的に変化させることにより、多結晶半導体膜１２０に注入する非晶質化元素１３０のドーズ量を調整してもよい。
【００４６】
多結晶半導体膜１２０に非晶質化元素１３０を注入することにより、多結晶半導体膜１２０は非晶質化（アモルファス化）される。より具体的には、多結晶半導体膜１２０に非晶質化元素１３０を注入すると、多結晶半導体膜１２０内の原子間の結合が分断され、多結晶半導体膜１２０の結晶化率が低下して、多結晶半導体膜１２０は非晶質化される。図１（ｃ）を参照して説明したように非晶質化元素１３０のドーズ量は多結晶半導体膜１２０の位置に応じて調整されており、非晶質化の程度は、多結晶半導体膜１２０の位置に応じて異なる。
【００４７】
図１（ｄ）に示すように、多結晶半導体膜１２０の非晶質化により、非晶質化領域１４０が形成される。本明細書において、多結晶半導体膜１２０のうち非晶質化元素１３０が注入された領域を非晶質化領域１４０と称する。図１（ｂ）には、多結晶半導体膜１２０の全面に非晶質化元素１３０を注入することを示しており、それに対応して、図１（ｄ）には、多結晶半導体膜１２０が非晶質化領域１４０となることを示しているが、多結晶半導体膜１２０の所定の領域に非晶質化元素１３０を選択的に注入して、多結晶半導体膜１２０の一部に非晶質化領域１４０を選択的に形成することもできる。
【００４８】
非晶質化領域１４０内の非晶質化元素１３０の濃度は、非晶質化元素１３０のドーズ量に対応するため、図２（ａ）に示すように、所定の方向に沿って非晶質化領域１４０の端部付近で高く非晶質化領域１４０の中央部付近で低くなるように、連続的に変化している。なお、非晶質化領域１４０内の非晶質化元素１３０の濃度は、所定の方向とほぼ直交する方向に沿って、ほぼ一定になっている。
【００４９】
また、非晶質化領域１４０内の非晶質化元素１３０の濃度は、非晶質化領域１４０の表面から厚さ方向にわたってほぼ一定である。厚さ方向にわたって非晶質化領域１４０内の非晶質化元素１３０の濃度をほぼ一定にするために、加速エネルギーを変えて非晶質化元素１３０を複数回注入してもよい。加速エネルギーを大きくすると、非晶質化元素１３０を多結晶半導体膜１２０の比較的深いところに注入することができ、加速エネルギーを小さくすると、非晶質化元素１３０を多結晶半導体膜１２０の比較的浅いところに注入することができる。非晶質化元素１３０を注入するときのエネルギーは、例えば、１ＫｅＶ以上２００ＫｅＶ以下であり、ドーズ量は、例えば、１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上９×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下である。
【００５０】
非晶質化領域１４０内の非晶質化元素１３０の濃度が高い部分ほど、非晶質化が進み、非晶質化領域１４０の結晶化率が低い。したがって、非晶質化領域１４０の結晶化率は、図２（ｂ）に示すように、結晶化方向に沿って非晶質化領域１４０の端部付近で低く中央部付近で高くなるように、緩やかに連続的に変化する。ここで、結晶化率は結晶成分の体積比率を示しており、結晶化率はラマン分光法によって測定される。
【００５１】
非晶質化領域１４０の結晶化率の変化により、所定のエネルギービーム１５０（図１（ｅ）参照）に対する非晶質化領域１４０の吸収率は結晶化方向に沿って緩やかに連続的に変化する。詳細には、非晶質化領域１４０の結晶化率が低い部分ほど（すなわち、非晶質化している部分ほど）、非晶質化領域１４０の吸収率が高い。したがって、図２（ｃ）に示すように、所定のエネルギービーム１５０に対する非晶質化領域１４０の吸収率は、結晶化方向に沿って非晶質化領域１４０の端部付近で高く非晶質化領域１４０の中央部付近で低くなるように、緩やかに連続的に変化する。なお、非晶質化領域１４０の吸収率は、例えば、紫外可視分光光度計を用いて測定される。
【００５２】
図１（ｅ）に示すように、非晶質化領域１４０に所定のエネルギービーム１５０を照射することにより、非晶質化領域１４０を（再）結晶化する。これにより、非晶質化領域１４０は結晶化領域となる。エネルギービーム１５０は、例えば、波長２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下、パルス幅１〜１００ｎｓ（好ましくは、４０ｎｓ）のパルスレーザー光である。ここでは、エネルギービーム１５０のビームプロファイルの結晶化方向に沿った長さは、非晶質化元素１３０を注入した領域の結晶化方向に沿った長さよりも長く、結晶化方向に沿ったエネルギービーム１５０のエネルギー密度はほぼ一定である。なお、エネルギービーム１５０は、エネルギー密度が２５０ｍＪ／ｃｍ2以上５００ｍＪ／ｃｍ2以下のパルスレーザー光であることが好ましい。エネルギービーム１５０のエネルギー密度が２５０ｍＪ／ｃｍ2よりも小さいと、非晶質化領域１４０を充分に溶融させることができず、結晶粒径が小さくなり、また、エネルギービーム１５０のエネルギー密度が５００ｍＪ／ｃｍ2よりも大きいと、非晶質化領域１４０中の一部が飛散するおそれ等がある。
【００５３】
非晶質化領域１４０にエネルギービーム１５０を照射すると、エネルギービーム１５０は非晶質化領域１４０に吸収されて、非晶質化領域１４０の温度が上昇し、これにより、非晶質化領域１４０は溶融状態になる。非晶質化領域１４０の吸収率が高い部分ほど、非晶質化領域１４０によって吸収されるエネルギービーム１５０の量が多く、非晶質化領域１４０の温度が高くなり、非晶質化領域１４０の温度は、図２（ｄ）に示すように、所定の方向に沿って非晶質化領域１４０の中央部付近で低く非晶質化領域１４０の端部付近で高くなるように、緩やかに連続的に変化する。
【００５４】
エネルギービーム１５０の照射を停止し、非晶質化領域１４０の温度が融点まで低下すると、非晶質化領域１４０は結晶化（固化）する。図２（ｄ）に示すように、エネルギービーム１５０の照射により、非晶質化領域１４０の温度は、非晶質化領域１４０の中央部付近において最も低く、非晶質化領域１４０の中央部付近から端部付近に向かうほど緩やかに連続的に高いので、非晶質化領域１４０の中央部付近が先に結晶化し、非晶質化領域１４０は中央部付近から端部付近に向かって結晶化（固化）していく。すなわち、非晶質化領域１４０の中央部付近において形成された結晶が種結晶となり、結晶は非晶質化領域１４０の端部に向かって横方向に成長する。このように結晶成長が行われることにより、結晶粒径の大きな結晶粒を有する結晶質半導体膜が作製される。
【００５５】
本実施形態によれば、非晶質化領域１４０の温度が結晶化方向に沿って緩やかに連続的に変化しているので、非晶質化領域１４０の冷却速度が遅くなる。その結果、１回のパルス照射による結晶成長距離が長くなり、結晶粒径を大きくする（例えば、結晶粒径を５μｍ以上にする）ことができる。したがって、本実施形態によれば、結晶粒径の大きな結晶粒を有する結晶質半導体膜を作製することができ、結晶質半導体膜におけるキャリア移動度を高くし、電気的特性のばらつきを抑制することができる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、多結晶半導体膜１２０に対する注入領域１６０の相対速度を変化させることにより、非晶質化領域１４０内の非晶質化元素１３０の濃度を調整しているので、特許文献１および特許文献２に開示されていた方法とは異なり、レジストマスクを設けるためのフォトリソグラフィ工程およびレジストマスクを除去する工程を行う必要がなく、それにより、製造方法を簡略化することができる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、非晶質化領域１４０内における厚さ方向の非晶質化元素１３０の濃度をほぼ一定にしているので、非晶質化領域１４０内に結晶が残存することを防ぐことができ、それにより、結晶が横成長する前に厚さ方向に成長することを防ぐことができる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、非晶質化領域１４０の温度の低い部分、すなわち、非晶質化領域１４０内の非晶質化元素１３０の濃度の低い部分から結晶化するので、非晶質化元素１３０を注入する位置を制御することにより、結晶粒を形成する位置を容易に制御することができる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、非晶質化元素１３０の濃度の低い部分から結晶粒径の大きな結晶粒が形成されるので、非晶質化元素１３０の濃度の低い部分を半導体素子（例えば、ＴＦＴ）の活性層として用いることにより、電気的特性の優れた半導体素子を有する半導体装置を製造することができる。
【００６０】
複数の結晶化領域を形成する場合、１枚の比較的大きな多結晶半導体膜１２０に、平行に延びた複数の非晶質化領域１４０を形成する。各非晶質化領域１４０の結晶化方向に沿った長さは、例えば、１０μｍである。このような非晶質化領域１４０を有する多結晶半導体膜１２０に、例えば、長辺約３００ｍｍ、短辺約０．４ｍｍの長方形状でフラットな強度分布を有するエネルギービームを照射すると、非晶質化領域１４０のそれぞれは結晶化され、結晶粒径の大きな（例えば、結晶粒径５μｍ）結晶粒が形成される。このように複数の非晶質化領域１４０を再結晶化することによって得られた結晶領域は、例えば、複数のＴＦＴの活性層として用いられる。
【００６１】
なお、上述した説明では、１回のエネルギービーム１５０の照射によって非晶質化領域１４０の全体を結晶化したが、本実施形態はこれに限定されない。非晶質化領域１４０内の非晶質化元素１３０の濃度が非晶質化領域１４０の結晶化方向に沿った一方の端部１４０ａから他方の端部１４０ｂに向かって単調増加するように非晶質化元素１３０を注入し、図１（ｆ）に示すように、エネルギービーム１５０を非晶質化領域１４０の一方の端部１４０ａから他方の端部１４０ｂに向かって結晶化方向に沿って走査して、非晶質化領域１４０の結晶化を行ってもよい。ここで、エネルギービーム１５０のビームプロファイルの結晶化方向に沿った長さは、非晶質化領域１４０の結晶化方向に沿った長さよりも短い。例えば、エネルギービーム１５０のビームプロファイルの短辺（結晶化方向に沿った辺）の長さは約２μｍである。一方、エネルギービーム１５０のビームプロファイルの長辺（結晶化方向に沿った辺と直交する辺）の長さを数百ｍｍのオーダであってもよく、長辺の長さは多結晶半導体膜１２０のサイズに応じて設定することができる。このようなエネルギービーム１５０のビームプロファイルを形成するためにスリットを用いてもよい。エネルギービーム１５０は、結晶化方向に沿って１μｍずつ走査される。パルスレーザー光を走査するとき、パルスレーザー光を照射する間隔は、例えば、１〜２０μｍである。
【００６２】
また、上述した説明では、エネルギービームとしてパルスレーザー光を例示したが、本実施形態はこれに限定されない。エネルギービームとしてＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）レーザー光を用いてもよい。あるいは、エネルギービームとしてレーザー光以外のもの（例えばライン状ヒータなどの熱源）を用いてもよい。
【００６３】
また、上述した説明では、多結晶半導体膜１２０として珪素膜を例示したが、本実施形態はこれに限定されない。多結晶半導体膜１２０は、ＳｉＧｅ膜、ＧａＡｓ膜、ＧａＰ膜およびＩｎＰ膜等であってもよい。
【００６４】
また、上述した説明では、非晶質化元素１３０として珪素を例示したが、本実施形態はこれに限定されない。多結晶半導体膜１２０に応じて別の元素を非晶質化元素１３０として用いてもよい。または、非晶質化元素１３０は、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒなどの希ガスに属する元素であってもよい。あるいは、非晶質化元素１３０は、これらの混合物であってもよいし、これらの元素のうち少なくとも一つを含んだものであってもよい。これらの場合も、元素は、イオン化されて、イオン注入法またはイオンドーピング法によって多結晶半導体膜１２０に注入される。
【００６５】
また、多結晶半導体膜１２０の厚さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。一般に、多結晶半導体膜１２０の下に配置された下地膜（基板）は、高い熱伝導率を有するため、多結晶半導体膜１２０が１０ｎｍよりも薄いと、エネルギービーム１５０は多結晶半導体膜１２０から形成された非晶質化領域１４０に充分吸収されず、下地膜（基板）に吸収されてしまい、結果として、非晶質化領域１４０を溶融させることが困難となる。また、多結晶半導体膜１２０が２００ｎｍよりも厚いと、非晶質化領域１４０を溶融させるために過大なエネルギーが必要となり、非晶質化領域１４０を安定して溶融させることができず、非晶質化領域１４０において緩やかな温度変化を生じさせることが困難になる。
【００６６】
本実施形態によれば、結晶粒径の大きい結晶粒を有する結晶質半導体膜を作製することができる。この結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを作製すると、しきい値電圧の低いＴＦＴを得ることができ、消費電力を抑制することができる。また、結晶質半導体膜の電気的特性のばらつきが抑制されているので、この結晶質半導体膜を用いて信頼性の高い半導体素子を製造することができる。
【００６７】
（実施形態２）
以下に、図３および図４を参照して、本発明の結晶質半導体膜およびその製造方法の第２の実施形態を説明する。
【００６８】
図３（ａ）に示すように、ガラス基板１１０上にＳｉＯ2膜１１２を形成する。ＳｉＯ2膜１１２の厚さは、例えば２００ｎｍであり、ＳｉＯ2膜１１２は、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスとＯ3ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって形成される。
【００６９】
図３（ｂ）に示すように、多結晶珪素膜１２０を、ＳｉＯ2膜１１２上の全面に形成する。多結晶珪素膜１２０の厚さは、例えば５０ｎｍであり、多結晶珪素膜１２０は、ＳｉＨ4ガスを用いた減圧ＣＶＤ法によって形成される。
【００７０】
図３（ｃ）に示すように、所定の元素として珪素１３０をイオン注入法またはイオンドーピング法によって多結晶珪素膜１２０に注入する。図１（ｂ）と同様に、図３（ｃ）に示した矢印の長さも、多結晶珪素膜１２０に注入される珪素１３０のドーズ量に対応しており、矢印が長いほど、珪素１３０のドーズ量が多いことを示している。多結晶珪素膜１２０に注入される珪素１３０のドーズ量は、結晶化方向に沿って多結晶珪素膜１２０の中央部付近で少なく端部付近で多くなるように、連続的に変化する。
【００７１】
ここでも図１（ｃ）を参照して説明したのと同様に、注入すべき珪素１３０のドーズ量に応じて多結晶珪素膜１２０に対する注入領域１６０の相対速度を変化させて、珪素イオンが多結晶珪素膜１２０に注入される。珪素１３０のドーズ量は、１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上９×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2の範囲内である。
【００７２】
図３（ｄ）に示すように、珪素１３０の注入により、多結晶珪素膜１２０の結晶化率が低下して、非晶質化領域１４０が形成される。非晶質化領域１４０内の珪素１３０の濃度は、図４（ａ）に示すように、結晶化方向に沿って非晶質化領域１４０の中央部付近で低く端部付近で高くなるように、連続的に変化する。
【００７３】
非晶質化領域１４０内の珪素１３０の濃度が高い部分ほど、非晶質化領域１４０の結晶化率が低下する。したがって、非晶質化領域１４０の結晶化率は、図４（ｂ）に示すように、結晶化方向に沿って非晶質化領域１４０の中央部付近で高く端部付近で低くなるように、緩やかに連続的に変化する。
【００７４】
非晶質化領域１４０の結晶化率が低い部分ほど、所定のエネルギービーム（ここでは、エキシマレーザー光）に対する非晶質化領域１４０の吸収率が高い。したがって、非晶質化領域１４０の吸収率は、図４（ｃ）に示すように、結晶化方向に沿って非晶質化領域１４０の中央部付近で低く、端部付近で高くなるように、緩やかに連続的に変化する。
【００７５】
図３（ｅ）に示すように、所定のエネルギービーム（ここでは、エキシマレーザー光）１５０を非晶質化領域１４０に照射する。エキシマレーザー光１５０の照射により、非晶質化領域１４０の温度は上昇して、非晶質化領域１４０は溶融状態になる。非晶質化領域１４０の吸収率が高い部分ほど、非晶質化領域１４０の温度が高くなり、非晶質化領域１４０の温度は、図４（ｄ）に示すように、結晶化方向に沿って非晶質化領域１４０の中央部付近で低く端部付近で高くなるように、緩やかに連続的に変化する。
【００７６】
エキシマレーザー光１５０の照射を停止し、非晶質化領域１４０の温度が融点まで低下すると、非晶質化領域１４０は結晶化する。これにより、非晶質化領域１４０は結晶化領域となる。エキシマレーザー光１５０の照射により、非晶質化領域１４０の温度は、図４（ｄ）に示すように、結晶化方向に沿って中央部付近で低く端部付近で高くなるように緩やかに連続的に変化しているので、非晶質化領域１４０の中央部付近が先に結晶化し、これが種結晶となり、結晶は結晶化方向に沿って成長する。このように結晶成長が行われることにより、結晶粒径の大きな結晶粒を有する結晶質半導体膜が作製される。
【００７７】
以上のように、本実施形態の結晶質半導体膜には結晶粒径の大きい結晶粒が形成されるので、結晶質珪素膜の電気的特性は良好になり、そのばらつきが抑制される。
【００７８】
また、本実施形態によれば、注入した珪素１３０の濃度の低い部分に種結晶を発生させることができるので、結晶粒の位置を容易に制御することができる。
【００７９】
（実施形態３）
以下に、図５および図６を参照して、本発明による結晶質半導体膜の製造方法の第３の実施形態を説明する。
【００８０】
図５（ａ）に示すように、ガラス基板１１０上にＳｉＯ2膜１１２を形成する。ＳｉＯ2膜１１２の厚さは例えば２００ｎｍであり、ＳｉＯ2膜１１２は、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスとＯ3ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によって形成される。
【００８１】
図５（ｂ）に示すように、非晶質珪素膜１１８を、ＳｉＯ2膜１１２上の全面に形成する。非晶質珪素膜１１８の厚さは例えば５０ｎｍであり、非晶質珪素膜１１８は、ＳｉＨ4ガスを用いた減圧ＣＶＤ法によって形成される。
【００８２】
図５（ｃ）に示すように、非晶質珪素膜１１８に、例えば６００℃で２０時間熱処理を施す。これにより、非晶質珪素膜１１８は結晶化され、多結晶珪素膜１２０が形成される。
【００８３】
図５（ｄ）に示すように、多結晶珪素膜１２０上に、保護膜としてＳｉＯ2膜１２２を形成する。保護膜１２２は薄く、例えば厚さ２０ｎｍである。このように保護膜１２２を形成することにより、後のイオン注入時に多結晶珪素膜１２０に生じるダメージを低減することができる。
【００８４】
図５（ｅ）に示すように、イオン注入法あるいはイオンドーピング法によって所定の元素としてアルゴン１３０を注入する。アルゴン１３０は保護膜１２２を介して多結晶珪素膜１２０に注入される。図１（ｂ）と同様に、図５（ｅ）に示した矢印の長さも、多結晶珪素膜１２０に注入されるアルゴン１３０のドーズ量に対応しており、矢印が長いほど、アルゴン１３０のドーズ量が多いことを示している。多結晶珪素膜１２０に注入されるアルゴン１３０のドーズ量は、結晶化方向に沿って多結晶珪素膜１２０の中央部付近で少なく端部付近で多くなるように、連続的に変化する。
【００８５】
ここでも図１（ｃ）を参照して説明したのと同様に、注入すべきアルゴン１３０のドーズ量に応じて、多結晶珪素膜１２０に対する注入領域１６０の相対速度を変化させて、アルゴンイオンを多結晶珪素膜１２０に注入する。アルゴン１３０のドーズ量は、１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上９×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2の範囲内である。なお、非晶質化領域１４０内のアルゴン１３０の濃度は、例えば、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）によって測定される。非晶質化元素１３０の濃度は、１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることが好ましい。
【００８６】
アルゴン１３０の注入により、多結晶珪素膜１２０の結晶化率が低下して、図５（ｆ）に示すように、非晶質化領域１４０が形成される。非晶質化領域１４０内のアルゴン１３０の濃度は、図６（ａ）に示すように、結晶化方向に沿って非晶質化領域１４０の中央部付近で低く端部付近で高くなるように、連続的に変化する。
【００８７】
非晶質化領域１４０内のアルゴン１３０の濃度が高い部分ほど、非晶質化領域１４０の結晶化率が低いので、非晶質化領域１４０の結晶化率は、図６（ｂ）に示すように、結晶化方向に沿って非晶質化領域１４０の中央部付近で高く端部付近で低くなるように、緩やかに連続的に変化する。
【００８８】
非晶質化領域１４０の結晶化率が低い部分ほど、所定のエネルギービーム（ここでは、エキシマレーザー光）に対する非晶質化領域１４０の吸収率が高い。したがって、非晶質化領域１４０の吸収率は、図６（ｃ）に示すように、結晶化方向に沿って非晶質化領域１４０の中央部付近で低く端部付近で高くなるように、緩やかに連続的に変化する。
【００８９】
図５（ｇ）に示すように、所定のエネルギービーム（ここでは、エキシマレーザー光）１５０を非晶質化領域１４０に照射する。エキシマレーザー光１５０の照射により、非晶質化領域１４０の温度は上昇して、非晶質化領域１４０は溶融状態になる。非晶質化領域１４０の吸収率が高い部分ほど非晶質化領域１４０の温度は高くなるので、非晶質化領域１４０の温度は、図６（ｄ）に示すように、結晶化方向に沿って非晶質化領域１４０の中央部付近で低く端部付近で高くなるように、緩やかに連続的に変化する。
【００９０】
エキシマレーザー光１５０の照射を停止し、非晶質化領域１４０の温度が融点まで低下すると、非晶質化領域１４０は結晶化する。これにより、非晶質化領域１４０は結晶化領域となる。図６（ｄ）に示すように、非晶質化領域１４０の温度は結晶化方向に沿って中央部付近で低く端部付近で高くなるように緩やかに連続的に変化しているので、非晶質化領域１４０の中央部付近が先に結晶化し、これが種結晶となり、結晶は結晶化方向に沿って成長する。このように結晶成長が行われることにより、結晶粒径の大きな結晶粒を有する結晶質半導体膜が形成される。
【００９１】
以上のように、本実施形態の結晶質半導体膜には結晶粒径の大きい結晶粒が形成されるので、結晶質珪素膜の電気的特性は良好になり、そのばらつきが抑制される。
【００９２】
また、本実施形態によれば、注入したアルゴン１３０の最も濃度の低い部分に種結晶を発生させることができるので、結晶粒の位置を容易に制御することができる。
【００９３】
（実施形態４）
以下に、図７を参照して、本発明による結晶質半導体膜を用いた半導体装置の実施形態を説明する。本実施形態の半導体装置は、実施形態１〜３のいずれかの結晶質半導体膜を用いて形成された複数のＴＦＴを有しているが、図７には、例示として１つのＴＦＴ１８０を示している。半導体装置は、以下に示すように作製される。
【００９４】
まず、実施形態１〜３のいずれかの結晶質珪素膜１７０を用意する。ここで、結晶質珪素膜１７０は、基板１１０およびＳｉＯ2膜１１２上に形成されており、ＣＦ4ガスとＯ2ガスとを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いて所定の形状にパターニングされている。
【００９５】
結晶質珪素膜１７０およびＳｉＯ2膜１１２の上に、ＴＥＯＳガスとＯ3ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ2膜を堆積する。後にこのＳｉＯ2膜を用いて、結晶質珪素膜１７０の所定の領域の上に設けられたゲートＳｉＯ2膜１７１、および、結晶質珪素膜１７０の両端およびＳｉＯ2膜１１２の上に設けられたＳｉＯ2膜１７２が形成される。
【００９６】
スパッタリング法によってＷＳｉ2／多結晶Ｓｉを堆積し、これをＣＦ4ガスとＯ2ガスとを用いたＲＩＥ法によってパターニングすることにより、ゲートＳｉＯ2膜１７１となる部分の上にＷＳｉ2／多結晶Ｓｉゲート電極１７３を形成する。
【００９７】
ＴＥＯＳガスとＯ3ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ2膜を堆積した後、堆積したＳｉＯ2膜をＣＦ4ガスとＣＨＦ3ガスとを用いたＲＩＥ法によってエッチングすることにより、結晶質珪素膜１７０の上でゲートＳｉＯ2膜１７１およびＷＳｉ2／多結晶Ｓｉゲート電極１７３を覆うＳｉＯ2膜１７４、および、ＳｉＯ2膜１７２の上に設けられたＳｉＯ2膜１７５を形成する。このエッチングにより、先に堆積されたＳｉＯ2膜も除去されてゲートＳｉＯ2膜１７１とＳｉＯ2膜１７２とが分離して形成され、結晶質珪素膜１７０の一部を露出するコンタクトホールが形成される。
【００９８】
コンタクトホールを介して露出された結晶質珪素膜１７０には、ＴＦＴ１８０においてソースおよびドレインとして機能するように、イオンドーピング法で、ＴＦＴ１８０の型に応じてＰ（リン）またはＢ（ボロン）を注入する。
【００９９】
結晶質珪素膜１７０およびＳｉＯ2膜１７５の上にＡｌ配線１７６を形成する。Ａｌ配線１７６は、スパッタリング法によってＡｌをコンタクトホールに充填するとともにＳｉＯ2膜１７５の上に堆積させ、堆積したＡｌをＢＣｌ3ガスとＣｌ2ガスとを用いたＲＩＥ法によってパターニングすることにより、形成される。
【０１００】
次いで、ＳｉＨ4ガス、ＮＨ3ガス及びＮ2ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によってＳｉＮ膜を堆積し、ＣＦ4ガスとＣＨＦ3ガスとを用いたＲＩＥ法によって堆積したＳｉＮ膜をエッチングすることにより、Ａｌ配線１７６およびＷＳｉ2／多結晶Ｓｉゲート電極１７３の上にＳｉＮ保護膜１７７を形成する。このようにして、ＴＦＴ１８０を有する半導体装置を作製することができる。
【０１０１】
本実施形態では、上述した実施形態１〜３のいずれかによる結晶質珪素膜１７０をＴＦＴ１８０の活性層に用いている。結晶質珪素膜１７０のキャリア移動度が高いので、高速応答可能で、しきい値電圧が低いＴＦＴ１８０が形成される。また、本実施形態によれば、ＴＦＴ１８０間の電気的特性（例えば、しきい値電圧）のばらつきを抑制することができる。このようなＴＦＴ１８０は、例えば、液晶表示装置のドライバー（駆動回路）、半導体メモリー、半導体論理回路等の半導体装置に用いられる。
【０１０２】
なお、ここでは、結晶質半導体膜を用いたＴＦＴを有する半導体装置について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。上述した実施形態１〜３のいずれかの結晶質珪素膜を用いて、ＴＦＴ以外の半導体素子を有する半導体装置を作製することもできる。
【０１０３】
（実施形態５）
以下に、図８を参照して、本発明による半導体装置を用いた表示装置の実施形態を説明する。ここでは、表示装置の例示として液晶表示装置３００を説明する。液晶表示装置３００は、図７を参照して説明した実施形態４による半導体装置を用いて作製されたアクティブマトリクス基板１９０と、対向基板２００と、アクティブマトリクス基板１９０と対向基板２００との間に配置された液晶層２１０とを備える。
【０１０４】
まず、アクティブマトリクス基板１９０を説明する。実施形態４の半導体装置のＳｉＮ保護膜１７７の上に樹脂膜１９１を形成する。樹脂膜１９１は、ＳｉＮ保護膜１７７上に樹脂膜を堆積し、堆積した樹脂膜およびＳｉＮ保護膜１７７を貫通するようにスルーホールを形成することにより、形成される。また、スルーホールを形成することにより、スルーホールを介してＡｌ配線１７６が露出される。
【０１０５】
次いで、樹脂膜１９１の上に画素電極１９２を形成する。画素電極１９２は、スパッタリング法によってＩＴＯ膜をスルーホールに充填させるとともに樹脂膜１９１の上に堆積させ、ＨＣｌとＦｅＣｌ3とを用いて堆積したＩＴＯ膜をパターニングすることによって、形成される。
【０１０６】
次いで、画素電極１９２の上に配向膜１９３を形成する。配向膜１９３は、オフセット印刷法で形成したポリイミド膜にラビング処理を行うことによって、形成される。このようにして、アクティブマトリクス基板１９０は形成される。
【０１０７】
次に、対向基板２００を説明する。別のガラス基板２０１に、カラーフィルタ２０２を形成する。カラーフィルタ２０２は、赤、緑、青の各感光性樹脂薄膜の付いたフィルムを熱圧着して転写し、フォトリソグラフィによってパターニングすることによって形成される。次いで、赤、緑、青の各感光性樹脂薄膜間のスペースにブラックマトリクス部が同様に形成される。
【０１０８】
次いで、カラーフィルタ２０２の上にスパッタリング法でＩＴＯ膜２０３を形成する。次いで、オフセット印刷法で形成されたポリイミド膜にラビング処理を行い、配向膜２０４を形成する。このようにして、対向基板２００は形成される。
【０１０９】
その後、アクティブマトリクス基板１９０と対向基板２００とをシール樹脂で貼り合わせる。この際、アクティブマトリクス基板１９０と対向基板２００との間のスペースを一定にするため、真球状のシリカを散布する。次いで、アクティブマトリクス基板１９０と対向基板２００との間に液晶を注入して、液晶層２１０を形成する。次いで、アクティブマトリクス基板１９０のガラス基板１１０および対向基板２００のガラス基板２０１に必要に応じて偏光板を貼り付け、アクティブマトリクス基板１９０の上に駆動回路等を実装する。このようにして、液晶表示装置３００を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の結晶質半導体膜は、高いキャリア移動度を有し、電気的特性のばらつきが抑制されている。したがって、このような結晶質半導体膜を薄膜トランジスタ等の半導体素子の活性層に用いることにより、高速応答可能な半導体素子を作成することができる。また、複数の半導体素子を有する半導体装置において、各半導体素子の電気的特性のばらつきを抑制することができる。このような半導体装置は、液晶表示装置のアクティブマトリクス基板、液晶表示装置のドライバー（駆動回路）、半導体メモリー、半導体論理回路等に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】（ａ）、（ｂ）および（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ、本発明による結晶質半導体膜の製造方法の第１の実施形態を説明するための模式的な断面図であり、（ｃ）は、第１の実施形態を説明するための斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、第１の実施形態の結晶質半導体膜の製造方法を説明するためのグラフであり、（ａ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と非晶質化元素の濃度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と非晶質化領域の結晶化率との関係を示すグラフであり、（ｃ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と所定のエネルギービームに対する非晶質化領域の吸収率との関係を示すグラフであり、（ｄ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と所定のエネルギービームを照射した際の非晶質化領域の温度との関係を示すグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、本発明による結晶質半導体膜の製造方法の第２の実施形態を説明するための模式的な断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、第２の実施形態の結晶質半導体膜の製造方法を説明するためのグラフであり、（ａ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と非晶質化元素の濃度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と非晶質化領域の結晶化率との関係を示すグラフであり、（ｃ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と所定のエネルギービームに対する非晶質化領域の吸収率との関係を示すグラフであり、（ｄ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と所定のエネルギービームを照射した際の非晶質化領域の温度との関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ、本発明による結晶質半導体膜の製造方法の第３の実施形態を説明するための模式的な断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、第３の実施形態の結晶質半導体膜の製造方法を説明するためのグラフであり、（ａ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と非晶質化元素の濃度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と非晶質化領域の結晶化率との関係を示すグラフであり、（ｃ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と所定のエネルギービームに対する非晶質化領域の吸収率との関係を示すグラフであり、（ｄ）は、結晶化方向に沿った非晶質化領域の位置と所定のエネルギービームを照射した際の非晶質化領域の温度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態４による半導体装置を示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の実施形態５による表示装置を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１１０    基板、ガラス基板
１１２    ＳｉＯ2膜
１１８    非晶質珪素膜
１２０    多結晶半導体膜、多結晶珪素膜
１３０    非晶質化元素、珪素、アルゴン
１４０    非晶質化領域
１５０    エネルギービーム、エキシマレーザー光
１７０    結晶質珪素膜
１７１    ゲートＳｉＯ2膜
１７２    ＳｉＯ2膜
１７３    ゲート電極
１７４    ＳｉＯ2膜
１７５    ＳｉＯ2膜
１７６    Ａｌ配線
１７７    ＳｉＮ保護膜
１８０    ＴＦＴ
１９０    アクティブマトリクス基板
１９１    樹脂膜
１９２    画素電極
１９３    配向膜
２００    対向基板
２０１    ガラス基板
２０２    カラーフィルタ
２０３    ＩＴＯ膜
２０４    配向膜
２１０    液晶層
３００    液晶表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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