(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面上に絶縁膜でなる直線状のストライプパターンで延在する複数の凸部を形成し、
前記絶縁表面及び前記複数の凸部上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射して平坦な表面を有する結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜をエッチングして、前記複数の凸部それぞれの間に形成された凹部に設けられる第１の結晶性半導体領域と、前記凸部及び前記凹部に跨って設けられる第２の結晶性半導体領域とを有する活性層を形成し、
前記複数の凸部のうち、前記活性層の下に形成されている領域以外の部分を除去し、
前記活性層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記第１の結晶性半導体領域を用いてチャネル形成領域が形成されるように前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記絶縁表面と前記複数の凸部の側面とがなす角を、それぞれ１４５±５°または１３５±５°とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、前記絶縁表面は、酸化アルミニウム膜の表面であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記レーザー光としてパルス発振または連続発振のレーザー光を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、前記絶縁膜は、同一測定条件における石英のエッチングレートよりも速いエッチングレートの絶縁膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一において、前記絶縁膜は、同一測定条件における石英の硬度よりも低い硬度の絶縁膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
ガラス基板上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜でなる直線状のストライプパターンで延在する複数の凸部を形成し、
前記第１の絶縁膜及び前記複数の凸部上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射して平坦な表面を有する結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜をエッチングして、前記複数の凸部それぞれの間に形成された凹部に設けられる第１の結晶性半導体領域と、前記凸部及び前記凹部に跨って設けられる第２の結晶性半導体領域とを有する活性層を形成し、
前記複数の凸部のうち、前記活性層の下に形成されている領域以外の部分を除去し、
前記活性層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記第１の結晶性半導体領域を用いてチャネル形成領域が形成されるように前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記第１の絶縁膜と前記複数の凸部の側面とがなす角を、それぞれ１４５±５°または１３５±５°とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
ガラス基板上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜でなる直線状のストライプパターンで延在する複数の凸部を形成し、
前記第１の絶縁膜及び前記複数の凸部を覆うバッファ膜を形成し、
前記バッファ膜上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射して平坦な表面を有する結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜をエッチングして、前記複数の凸部それぞれの間に形成された凹部に設けられる第１の結晶性半導体領域と、前記凸部及び前記凹部に跨って設けられる第２の結晶性半導体領域とを有する活性層を形成し、
前記複数の凸部のうち、前記活性層の下に形成されている領域以外の部分を除去し、
前記活性層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記第１の結晶性半導体領域を用いてチャネル形成領域が形成されるように前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記第１の絶縁膜と前記複数の凸部の側面とがなす角を、それぞれ１４５±５°または１３５±５°とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
ガラス基板上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜でなる直線状のストライプパターンで延在する複数の凸部を形成し、
前記第１の絶縁膜及び前記複数の凸部上に非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜にレーザー光を照射して平坦な表面を有する結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜をエッチングして、前記複数の凸部それぞれの間に形成された凹部に設けられる第１の結晶性半導体領域と、前記凸部及び前記凹部に跨って設けられる第２の結晶性半導体領域とを有する活性層を形成し、
前記複数の凸部のうち、前記活性層の下に形成されている領域以外の部分を除去し、
前記活性層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記第１の結晶性半導体領域を用いてチャネル形成領域が形成されるように前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をマスクとして前記第２の結晶性半導体領域に周期表の１３族に属する元素を添加して、ソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ソース領域に電気的に接続するソース配線、及び前記ドレイン領域に電気的に接続するドレイン配線を形成し、
前記第１の絶縁膜と前記複数の凸部の側面とがなす角を、それぞれ１４５±５°または１３５±５°とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項６または７において、前記レーザー光としてパルス発振または連続発振のレーザー光を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項８において、前記レーザー光として連続発振のレーザー光を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか一において、前記第２の絶縁膜のエッチングレートは、前記第１の絶縁膜のエッチングレートよりも相対的に速いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
請求項６乃至１１のいずれか一において、前記第２の絶縁膜は、同一測定条件における石英のエッチングレートよりも速いエッチングレートの絶縁膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
請求項６乃至１１のいずれか一において、前記第２の絶縁膜は、同一測定条件における石英の硬度よりも低い硬度の絶縁膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一において、前記複数の凸部の直線状のストライプパターンが延在する方向と平行な方向に前記レーザー光を走査することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶構造を有する半導体膜（結晶性半導体膜ともいう。）を用いて形成される半導体素子及びその作製方法並びにその半導体素子を集積化した回路を備えた半導体装置及びその作製方法に関する。特に半導体素子として、絶縁表面上に形成された結晶性半導体膜でチャネル形成領域を形成する薄膜トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスなどの絶縁基板上に形成した結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタなどの半導体素子を形成する技術が開発されている。特に、レーザー光を照射して非晶質半導体膜を結晶化させる技術は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造技術に応用されている。結晶性半導体膜を用いて作製される薄膜トランジスタは、液晶表示装置、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置に代表される平面型表示装置（フラットパネルディスプレイ）に応用されている。
【０００３】
半導体製造プロセスにおいて、レーザー光の光源としては、エキシマレーザーに代表される気体レーザーや、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザーが通常用いられている。レーザー光の照射による非晶質半導体膜の結晶化の一例は、特開昭６２−１０４１１７号公報で開示されているように、レーザー光の走査速度をビームスポット径×５０００／秒以上として高速走査により非晶質半導体膜を完全な溶融状態に至らしめることなく多結晶化するもの、米国特許4,330,363号には島状に形成された半導体膜に、引き延ばされたレーザー光を照射して実質的に単結晶領域を形成する技術が開示されている。或いは特開平８−１９５３５７号公報に開示のレーザー処理装置のように光学系にて線状にビームを加工して照射する方法が知られている。
【０００４】
さらに、特開２００１−１４４０２７号公報に開示されているようにＮｄ：ＹＶＯ4レーザーなど固体レーザー発振装置を用いて、その第２高調波であるレーザー光を非晶質半導体膜に照射して、従来に比べ結晶粒径の大きい結晶性半導体膜を形成し、トランジスタを作製する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平坦な表面上に形成された非晶質半導体膜にレーザー光を照射して結晶化させると結晶は多結晶となり、結晶粒界などの欠陥が任意に形成されて配向の揃った結晶を得ることは困難であった。特に、ガラス基板上にレーザー結晶化技術を用いて配向性の揃った結晶を得ることは困難であった。
【０００６】
結晶粒界には結晶欠陥が含まれ、それがキャリアトラップとなって電子又は正孔の移動度が低下する要因となっている。また、結晶化に伴って起こる半導体膜の体積収縮や下地との熱応力や格子不整合などにより、歪みや結晶欠陥の存在しない半導体膜を形成することは出来なかった。従って、張り合わせＳＯＩ(Silicon on Insulator)など特殊な方法を省いては、絶縁表面上に形成され、結晶化又は再結晶化された結晶性半導体膜をもって、単結晶基板に形成されるＭＯＳトランジスタと同等の品質を得ることはできなかった。
【０００７】
前述の平面型表示装置などは、安価なガラス基板上に半導体膜を形成してトランジスタを作り込むものであるが、任意に形成される結晶粒界を避けるようにトランジスタを配置することは殆ど不可能であった。つまり、トランジスタのチャネル形成領域の結晶性を厳密に制御し、意図せずに含まれてしまう結晶粒界や結晶欠陥を排除することはできなかった。結局、トランジスタの電気特性が劣るばかりでなく、個々の素子特性がばらつく要因となっていた。
【０００８】
特に、工業的に多用されている無アルカリガラス基板上にレーザー光を用いて結晶性半導体膜を形成する場合、無アルカリガラス基板自体のうねりの影響を受けてレーザー光の焦点がばらつき、結果的に結晶性のばらつきを招くという問題がある。さらに、無アルカリガラス基板はアルカリ金属による汚染を避けるために、絶縁膜等の保護膜を下地膜として設ける必要があり、その上に結晶粒界や結晶欠陥の排除された結晶性半導体膜を大粒径で形成することは殆ど不可能であった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、絶縁表面上、特に安価なガラス基板を支持基体とする絶縁表面上に、少なくともチャネル形成領域において結晶粒界が存在しない結晶性半導体膜を形成し、高速動作が可能で電流駆動能力の高く、且つ複数の素子間においてばらつきの小さい半導体素子又は半導体素子群により構成される安価な半導体装置を提供することを目的とする。
【００１０】
さらに、上記少なくともチャネル形成領域において結晶粒界が存在しない結晶性半導体膜においては、ＥＢＳＰ（Electron Backscatter diffraction Pattern）法にて解析した際に主表面に最も多く現れる結晶面（以下、優勢結晶面という。）を｛１１０｝面にすることを課題とする。なお、ＥＢＳＰ法については、後述する。
【００１１】
なお、結晶面については、ミラー指数を（１１０）で示されるように小括弧で括って表し、（１０１）や（０１１）といった等価な結晶面は｛１１０｝で示されるように大括弧で括って表す。また、結晶方位（結晶軸）については、ミラー指数を[１１０]で示されるようにカギ括弧で括って表し、[１０１]や[０１１]といった等価な結晶方位は＜１１０＞で示されるように山括弧で括って表す。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明は、絶縁表面を有する基板上に直線状のストライプパターンで延在する凹部及び凸部が設けられた絶縁膜を形成し、該絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成し、前記絶縁膜の凹部にあたる部分（以下、単に凹部という。）に半導体膜を溶融して流し込み結晶化させた結晶性半導体膜を形成し、不要な領域をエッチング除去して前記結晶性半導体膜から島状に分割された結晶性半導体膜（後に半導体素子の一部となる。）を形成し、少なくともチャネル形成領域を形成する部位が前述の凹部に形成された結晶性半導体膜となるように、前記結晶性半導体膜上にゲート絶縁膜及びゲート電極を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
このとき、本発明で重要な構成は、前記凹部は底面に向かって幅が狭くなるテーパー形状を有し、該凹部の側面と底面とのなす角（θ）が１４５±５°もしくは１３５±５°の範囲に収まるように形成される点である。この構成は、後に凹部内に形成される結晶性半導体膜の優勢結晶面を｛１１０｝面とするための構成である。
【００１４】
なお、前記凹部または凸部にあたる部分が設けられた絶縁膜のうち、凸部にあたる部分（以下、単に凸部という。）の上に形成された結晶性半導体膜の結晶性は凹部に形成された結晶性半導体膜に比べて劣るが、当該凸部の上に形成された結晶性半導体膜を積極的に電極（薄膜トランジスタであればソース領域もしくはドレイン領域に相当する。）もしくは配線として用いても良い。配線として用いる場合、占有面積についての設計の自由度が高いため、配線長を調節して抵抗として用いたり、形状を屈曲した形状として保護回路としての機能を持たせることも可能である。
【００１５】
前述の凹部は酸化珪素、窒化珪素、又は酸窒化珪素膜などを厚く設け、それをエッチング処理して凹部を形成しても良い。凹部は半導体素子、特にトランジスタのチャネル形成領域を含む島状の半導体膜の配置に合わせて形成し、少なくともチャネル形成領域に合致するように形成されていることが望ましい。また、凹部はチャネル長方向に延在して設けら、その幅（チャネル形成領域とする場合におけるチャネル幅方向）は０．０１μm以上２μm以下（好ましくは０．１〜１μm）で形成するのが好ましく、その深さは、０．０１μm以上３μm以下（好ましくは０．１μm以上２μm以下）で形成するのが好ましい。
【００１６】
勿論、絶縁表面上に島状の絶縁膜を形成し、積極的に凸部を形成することも可能である。その場合、複数の直線状のストライプパターンで延在する凸部は、隣接間で相対的に凹部にあたる部分を形成することになるので、その凹部を半導体素子のチャネル形成領域を含む島状の半導体膜の配置に合わせて形成すれば良いし、幅についても前述の範囲に収めれば良い。
【００１７】
最初の段階において絶縁膜上及び凹部にかけて形成する半導体膜は、公知の方法で形成される非晶質半導体膜、多結晶半導体膜（成膜されたものも固相成長させたものも含む。）または微結晶半導体膜が適用される。代表的には非晶質シリコン膜が適用され、その他に非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などを適用することもできる。
【００１８】
結晶性半導体膜を溶融して結晶化させる手段としては、気体レーザー発振装置、固体レーザー発振装置を光源とするパルス発振又は連続発振レーザー光を適用する。照射するレーザー光は光学系にて線状に集光されたものであり、その強度分布が長手方向において均一な領域を有し、短手方向に分布を持っていても良く、光源として用いるレーザー発振装置は、矩形ビーム固体レーザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザー発振装置が適用される。或いは、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープしたロッドを用いた固体レーザー発振装置であり、特にＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）などの結晶が使用される。スラブレーザーでは、この板状のレーザー媒質の中を、全反射を繰り返しながらジグザグ光路で進む。
【００１９】
また、それに準ずる強光を照射しても良い。例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀灯、メタルハライドランプ、エキシマランプから放射される光を反射鏡やレンズなどにより集光したエネルギー密度の高い光であっても良い。
【００２０】
線状に集光され長手方向に拡張されたレーザー光又は強光は結晶性半導体膜に照射し、且つレーザー光の照射位置と結晶性半導体膜が形成された基板とを相対的に動かして、レーザー光が一部又は全面を走査することにより結晶性半導体膜を溶融させ、その状態を経て結晶化又は再結晶化を行う。レーザー光の走査方向は、絶縁膜に形成され直線状のストライプパターンで延在する凹部の長手方向又はトランジスタのチャネル長方向に沿って行う。これによりレーザー光の走査方向に沿って結晶が成長し、結晶粒界がチャネル長方向と交差することを防ぐことができる。
【００２１】
凹部の深さを半導体膜の厚さと同程度かそれ以上とすることにより、レーザー光又は強光の照射により溶融した半導体膜が表面張力により凹部に凝集して固化する。その結果、絶縁膜の凸部にある半導体膜の厚さは薄くなり、そこに応力歪みを集中させることができる。また凹部の側面は結晶方位をある程度規定する効力を持つ。
【００２２】
半導体膜を溶融状態として、表面張力により絶縁表面上に形成した凹部に凝集させ、凹部の側面部から結晶成長させることにより結晶化に伴い発生する歪みを凹部以外の領域に集中させることができる。即ち、凹部に充填されるように形成した結晶性半導体領域（第１の結晶性半導体領域）を歪みから開放することができる。また、絶縁膜上には結晶粒界や結晶欠陥を含む結晶性半導体領域（第２の結晶性半導体領域）が形成されることになる。
【００２３】
本発明において特徴的な構成は、凹部の側面と底面とのなす角を１４５±５°とし、凹部の側面と平行な面が｛１１１｝面となるように結晶成長させることで、上記第１の結晶性半導体領域の上面を｛１１０｝面とする点である。また、別の特徴的な構成は、凹部の側面と底面とのなす角を１３５±５°とした場合、凹部の側面と平行な面が｛１００｝面となるように結晶成長させることで、上記第１の結晶性半導体領域の上面を｛１１０｝面とする点である。
【００２４】
なお、本発明を実施して得られる第１の結晶性半導体領域は、すべての結晶面が｛１１０｝面となることが理想であるが、実際には凹部側面の僅かな表面形状等の影響を受けて｛１１０｝面に配向しないものも含まれてくると思われる。本出願人が第１の結晶性半導体領域のは結晶面について優勢結晶面が｛１１０｝面であると表現した理由は、その若干のゆらぎを考慮したためである。
【００２５】
そして、凹部に結晶粒界が存在しない結晶性半導体膜を形成した後、半導体素子の活性層（キャリア移動経路として機能する半導体層）をパターニングにより形成し、当該活性層に接するゲート絶縁膜を形成し、さらにゲート電極を形成する。このパターニングの際、活性層の端部にはテーパーを設けることが望ましい。この後は、公知の手法によって電界効果型トランジスタを形成することができる。
【００２６】
上記本発明によって、トランジスタなどの半導体素子、特にそのチャネル形成領域の形成される領域を指定して、結晶粒界が存在しない結晶性半導体領域を当該領域に形成することが可能となる。これにより不用意に介在する結晶粒界や結晶欠陥により特性がばらつく要因を無くすことができる。即ち、高速動作が可能で電流駆動能力の高く、且つ複数の素子間においてばらつきの小さい半導体素子又はその半導体素子群により構成される半導体装置を形成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
[実施の形態１]
本実施の形態では、本発明を実施して薄膜トランジスタを作製する形態について説明する。なお、作製する薄膜トランジスタの個数は実施者が適宜決定すれば良いものでああり、使用する図面はいずれも本発明に制限を与えるものではない。
【００２８】
まず、図１について説明する。図１（Ａ）は上面図であり、図１（Ｂ）はＡ−Ａ’に対応する断面図、図１（Ｃ）はＢ−Ｂ’に対応する断面図である。基板１０１上に第１絶縁膜１０２と直線状のストライプパターン形成された第２絶縁膜１０３が形成された状態を示している。なお、本明細書において、凹部とは１０３ａで示される部分を指し、凸部とは１０３ｂで示される部分を指す。
【００２９】
基板１０１は市販の無アルカリガラス基板、石英基板、サファイア基板、単結晶又は多結晶半導体基板の表面を絶縁膜で被覆した基板、金属基板の表面を絶縁膜で被覆した基板を適用することができる。なお、安価な半導体装置を得るという課題の解決にあたっては、安価な無アルカリガラス基板を用いれば良い。
【００３０】
サブミクロンのデザインルールで直線状のストライプパターンを形成するには、基板表面の凹凸、基板のうねり又はねじれを露光装置（特にステッパ）の焦点深度以下にしておくことが望ましい。具体的には、基板のうねり又はねじれが、１回の露光光照射領域内において１μm以下、好ましくは０．５μm以下とすることが望ましい。この点については、特に支持基体として無アルカリガラスを用いる場合には注意が必要である。
【００３１】
直線状のストライプパターンに形成される第２絶縁膜１０３の幅（Ｗ１）は０．１〜１０μm（好ましくは０．５〜１μm）で、隣接する第２絶縁膜との間隔（Ｗ２）は０．０１〜２μm（好ましくは０．１〜１μm）であり、第２絶縁膜の厚さ（ｄ）は０．０１〜３μm（好ましくは０．１〜２μm）が好ましい。また、段差形状は規則的な周期パターンである必要はなく、島状の半導体膜の幅に合わせて異なる間隔で配置させても良い。その長さも特に数値的な限定はなく、基板の一端から他端に渡るように長く形成することも可能であるし、例えばトランジスタのチャネル形成領域を形成することができる程度の長さとすることも可能である。
【００３２】
第１絶縁膜１０２は、後に形成する第２絶縁膜との選択比の確保できる材料であれば良いが、代表的には、窒化珪素、酸化珪素、酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙと示す。）、窒酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙと示す。）、窒化アルミニウム（ＡｌｘＮｙと示す。）、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙと示す。）、窒酸化アルミニウム（ＡｌＮｘＯｙと示す。）または酸化アルミニウムから選ばれた材料で、３０〜３００nmの厚さで形成する。特に、酸化アルミニウム膜はナトリウム（Ｎａ）に対するブロッキング効果が期待できるため、ガラス基板からの汚染対策として有効である。
【００３３】
なお、酸窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）膜としては、Ｓｉが２５〜３５原子％、酸素が５５〜６５原子％、窒素が１〜２０原子％、水素が０．１〜１０原子％で含まれるものを用いれば良い。また、窒酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ）膜としては、Ｓｉが２５〜３５原子％、酸素が１５〜３０原子％、窒素が２０〜３５原子％、水素が１５〜２５原子％で含まれるものを用いれば良い。また、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯｘＮｙ）膜としては、Ａｌが３０〜４０原子％、酸素が５０〜７０原子％、窒素が１〜２０原子％で含まれるものを用いれば良い。また、また、窒酸化アルミニウム（ＡｌＮｘＯｙ）膜としては、Ａｌが３０〜５０原子％、酸素が０．０１〜２０原子％、窒素が３０〜５０原子％で含まれるものを用いれば良い。
【００３４】
また、第２絶縁膜１０３は、１０〜３０００nm、好ましくは１００〜２０００nmの厚さの酸化珪素又は酸窒化珪素で形成すれば良い。酸化珪素はオルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Ortho Silicate：ＴＥＯＳ）とＯ2とを混合しプラズマＣＶＤ法で形成することができる。窒酸化珪素膜はＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ又は、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを原料として用いプラズマＣＶＤ法で形成することができる。
【００３５】
図１で示すように、直線状のストライプパターンを二層の絶縁膜で形成する場合には、エッチング加工において第１絶縁膜１０２と第２絶縁膜１０３との間に選択比をもたせる必要がある。実際には、第１絶縁膜１０２よりも第２絶縁膜１０３のエッチング速度が相対的に早くなるように材料及び成膜条件を適宜調整することが望ましい。エッチングの方法としては、緩衝フッ酸を用いたエッチング、又はＣＨＦ3を用いたドライエッチングにより行う。
【００３６】
そして、第２絶縁膜１０３で形成される凹部の底面と側面のなす角（θ）は、１３５±５°もしくは１４５±５°で形成すれば良い。なお、底面と側面のなす角（θ）は底面に平行な面と側面に平行な面のなす角であり、次のように説明される。
【００３７】
図２０（Ａ）、（Ｂ）は、凹部の形状のパターン例が図１のような理想的な形状でない場合の例である。図２０（Ａ）は、第２絶縁膜１０３の形成の際、第１絶縁膜１０２がエッチングされて第２絶縁膜１０３の下に「巣」が出来てしまった場合を想定しているが、この場合、側面に平行な面（点線で示される面）７０１と底面のなす角でθが定義される。また、図２０（Ｂ）は、第２絶縁膜１０３の形成の際、第２絶縁膜１０３の上端部や下端部に丸みが出来てしまった場合を想定しているが、この場合、やはり側面に平行な面（点線で示される面）７０２と底面のなす角でθが定義される。
【００３８】
なお、第２絶縁膜１０３としては、ＣＶＤ法（代表的には、プラズマＣＶＤ法もしくは熱ＣＶＤ法）やＰＶＤ法（代表的には、スパッタ法もしくは蒸着法）によって形成された絶縁膜を用いることが好ましい。これは、非晶質半導体膜を結晶化する際、結晶化に伴う応力を緩和しうる程度の柔らかさを持つことが、良好な結晶性を得るにあたって重要な役割を果たしていると考えられるからである。その理由については、後述する。
【００３９】
次に、図２について説明する。図２（Ａ）は上面図であり、図２（Ｂ）はＡ−Ａ’に対応する断面図、図２（Ｃ）はＢ−Ｂ’に対応する断面図である。第２絶縁膜１０３を覆って非晶質半導体膜１０５を形成し、連続発振の線状レーザー光によって結晶化する様子を示している。
【００４０】
まず、第１絶縁膜１０２と第２絶縁膜１０３から成る表面上および凹部１０３ａを覆うようにバッファ膜１０４を形成し、その後、大気解放することなく連続的に非晶質半導体膜１０５を０．０１〜３μm（好ましくは０．１〜１μm）の厚さに形成する。バッファ膜１０４は、第１絶縁膜１０２及び第２絶縁膜１０３の表面に付着した硼素などの化学汚染の影響の排除と密着性の向上を狙うものであり、薄いものでも十分に効果がある。典型的には、５〜５０ｎｍ（化学汚染のブロッキング効果を高めるには２０ｎｍ以上が好ましい。）とすれば良い。
【００４１】
この時、非晶質半導体膜１０６の膜厚は、第２絶縁膜１０３で形成される凹部の深さ（図１（Ｂ）の段差ｄに相当する。）と同程度かそれ以上の厚さとすることが望ましい。即ち、第２絶縁膜１０３の段差ｄと非晶質半導体膜１０５の凹部１０３ａにおける膜厚ｔ02との関係は、ｄ≧ｔ02であれば良いが、ｄがｔ02に比べて厚すぎると凸部１０３ｂの上に結晶性半導体膜が残存しなくなるので注意が必要である。なお、非晶質半導体膜は珪素、珪素とゲルマニウムの化合物又は合金、珪素と炭素の化合物又は合金を適用することができる。
【００４２】
そして、この非晶質半導体膜１０５を瞬間的に溶融させ結晶化させる。この結晶化はレーザー光又はランプ光源からの放射光を光学系にて半導体膜が溶融する程度のエネルギー密度に集光して照射する。この工程においては、特に連続発振レーザー発振装置を光源とするレーザー光を適用することが好ましい。適用されるレーザー光は光学系にて線状に集光され、長さの長い方向に拡張されたものであり、その強度分布が長さの長い方向において均一な領域を有し、長さの短い方向にある程度の分布を持たせておくことが望ましい。
【００４３】
例えば、結晶化の条件の一例としては、連続発振モードのＹＶＯ4レーザー発振器を用い、その第２高調波（波長５３２nm）の出力５〜１０Wを、光学系にて短手方向に対する長手方向の比が１０以上である線状レーザー光に集光し、且つ長手方向に均一なエネルギー密度分布を有するように集光し、５〜２００cm/secの速度で走査して結晶化させる等が挙げられる。なお、均一なエネルギー密度分布とは、完全に一定であるもの以外を排除するものではなく、エネルギー密度分布において許容される範囲は±１０％の範囲内である。
【００４４】
また、線状に集光されたレーザー光による結晶化は、１回の走査（即ち、一方向）のみで完了させても良いし、より結晶性を高めるためには往復走査しても良い。さらに、レーザー光により結晶化した後、フッ酸などによる酸化物除去、或いは、アンモニア過酸化水素水処理などアルカリ溶液により珪素膜の表面を処理し、エッチング速度の速い品質の悪い部分を選択的に除去して、再度同様の結晶化処理を行っても良い。このようにして、結晶性を高めることができる。
【００４５】
また、結晶化の際、基板の端など後にパターニングのマスク合わせに使用するマーカーを形成する位置は結晶化しないことが好ましい。結晶性半導体膜（特に結晶性珪素膜）は結晶化すると可視光の透過率が上がるため、マーカーとして識別が困難になるからである。ただし、光学的にマーカーの段差によるコントラストの違い等を識別するタイプの位置合わせ制御を行う場合には問題とならない。
【００４６】
レーザー発振装置は、矩形ビーム固体レーザー発振装置が適用され、特に好ましくは、スラブレーザー発振装置が適用される。スラブ材料としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）、Ｎｄ：ＧｓＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）などの結晶が使用される。スラブレーザーでは、この板状のレーザー媒質の中を、全反射を繰り返しながらジグザグ光路で進む。或いは、Ｎｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープしたロッドを用いた固体レーザー発振装置であり、特にＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＮｄ、Ｔｍ、Ｈｏをドープした結晶を使った固体レーザー発振装置にスラブ構造増幅器を組み合わせたものでも良い。
【００４７】
そして、図２中に矢印で示すように、線状レーザー光の照射領域１０６の長さの長い方向（図中、Ｘ軸方向）が直線状のストライプパターンでなる第２絶縁膜１０３の各々に交差するように線状のレーザー光又は強光を走査する。尚、ここでいう線状とは、長さの短い方向（図中、Ｙ軸方向）の長さに対し、長さの長い方向（Ｘ軸方向）の長さの比が１対１０以上のものをもって言う。また、図２では一部しか図示されていないが、線状レーザー光の照射領域１０６の端部は、矩形状となっていても曲率を持った形状となっていても良い。
【００４８】
また、連続発振レーザー光の波長は、非晶質半導体膜の光吸収係数を考慮して４００〜７００nmであることが望ましい。このような波長帯の光は、波長変換素子を用いて基本波の第２高調波、第３高調波を取り出すことで得られる。波長変換素子としてはＡＤＰ（リン酸二水素化アンモニウム）、Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ15（ニオブ酸バリウムナトリウム）、ＣｄＳｅ（セレンカドミウム）、ＫＤＰ（リン酸二水素カリウム）、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、Ｓｅ、Ｔｅ、ＬＢＯ、ＢＢＯ、ＫＢ５などが適用される。特にＬＢＯを用いることが望ましい。代表的な一例は、Ｎｄ:ＹＶＯ4レーザー発振装置（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）を用いる。また、レーザーの発振モードはＴＥＭ00モードであるシングルモードを適用する。
【００４９】
最も適した材料として選ばれる珪素の場合、吸収係数が１０3〜１０4cm-1である領域はほぼ可視光域にある。ガラスなど可視光透過率の高い基板と、珪素により３０〜２００nmの厚さをもって形成される非晶質半導体膜を結晶化する場合、波長４００〜７００nmの可視光域の光を照射することで、当該半導体膜を選択的に加熱して、下地絶縁膜にダメージを与えずに結晶化を行うことができる。具体的には、非晶質珪素膜に対し、波長５３２nmの光の侵入長は概略１００nm〜１０００nmであり、膜厚３０nm〜２００nmで形成される非晶質半導体膜１０５の内部まで十分達することができる。即ち、半導体膜の内側から加熱することが可能であり、レーザー光の照射領域における半導体膜のほぼ全体を均一に加熱することができる。
【００５０】
レーザー光は直線状のストライプパターンが延在する方向と平行な方向に走査され、溶融した半導体は表面張力が働いて凹部に流れ込み凝固する。凝固した状態では図２（Ｂ）で示すように表面がほぼ平坦になる。これは半導体が一旦溶融することにより、凸部上であろうと凹部上であろうと、溶融した半導体と気相との界面が平衡状態に達し、平坦な界面が形成されるためである。さらに結晶の成長端や結晶粒界は、第２絶縁膜上（凸部上）に形成される（図中ハッチングで示す領域１１０）。こうして結晶性半導体膜１０７が形成される。なお、１０７ａは凹部に形成された結晶性の高い半導体領域（以下、第１の結晶性半導体領域という。）であり、１０７ｂは凸部に形成された結晶性の劣る結晶性半導体領域（以下、第２の結晶性半導体領域という。）である。
【００５１】
なお、上記結晶化工程の際、第２絶縁膜が柔らかい絶縁膜（密度の低い絶縁膜）であると、結晶化時における半導体膜の収縮等による応力を緩和するという効果が期待できる。逆に、固い絶縁膜（密度の高い絶縁膜）であると、収縮もしくは膨張しようとする半導体膜に逆らう形で応力が発生するため、結晶化後の半導体膜に応力歪み等を残しやすく結晶欠陥の原因ともなりかねない。例えば、公知のグラフォエピタキシ技術（「M.W.Geis,D.C.Flanders,H.I.Smith:Appl.Phys.Lett.35(1979)pp71」）では基板上の凹凸を固い石英に直接形成しているが、この場合においては結晶化に伴う熱収縮や応力発生を緩和することができず、応力による歪みもしくは転位に起因する欠陥の発生等が起こりうる。また、石英は高価であり、安価な半導体装置を作製するという本発明の趣旨に反する技術である。
【００５２】
しかしながら、本出願人はまさにそれらの点を考慮して、安価なガラス基板上に凹部及び凸部を形成するにあたって、ＣＶＤ法やＰＶＤ法で形成した柔らかい絶縁膜を用いているのであり、下地となる第２絶縁膜を石英ガラスよりも柔らかい材質としたことにより、結晶化の際の応力発生の緩和を目的としている点で上記公知のグラフォエピタキシ技術とは基本的に異なる。
【００５３】
なお、石英ガラスよりも柔らかい絶縁膜という意味は、例えば同一測定条件において石英ガラス（工業的に基板として利用されている石英ガラス）よりもエッチングレートの速い絶縁膜もしくは同一測定条件において硬度の低い絶縁膜という意味である。なお、前記エッチングレート及び硬度に関しては、あくまで石英ガラスとの相対比較であれば良いので、エッチングレートの絶対値は問題ではなく、エッチングレートの測定条件や硬度の測定条件に依存しない。
【００５４】
例えば、第２絶縁膜として酸窒化珪素膜を用いるのであれば、ＳｉＨ4ガス、Ｎ2Ｏガスを原料として用いたプラズマＣＶＤ法で成膜した酸窒化珪素膜が好ましい。当該酸窒化珪素膜は、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合水溶液の２０℃におけるエッチングレートが１１０〜１３０ｎｍ/ｍｉｎ（５００℃、１時間＋５５０℃、４時間の熱処理後では、９０〜１００ｎｍ/ｍｉｎ）である。
【００５５】
また、第２絶縁膜として窒酸化珪素膜を用いるのであれば、ＳｉＨ4ガス、ＮＨ3ガス、Ｎ2Ｏガスを原料として用いたプラズマＣＶＤ法で成膜した窒酸化珪素膜が好ましい。当該窒酸化珪素膜は、フッ化水素アンモニウム（ＮＨ4ＨＦ2）を７．１３％とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を１５．４％含む混合水溶液の２０℃におけるエッチングレートが６０〜７０ｎｍ/ｍｉｎ（５００℃、１時間＋５５０℃、４時間の熱処理後では、４０〜５０ｎｍ/ｍｉｎ）である。
【００５６】
以上のように、絶縁膜により凹部及び凸部を有する直線状のストライプパターンを形成し、その上に非晶質半導体膜を堆積し、レーザー光の照射により溶融状態を経て結晶化させることにより凹部に半導体を流し込み凝固させ、凹部以外の領域に結晶化に伴う歪み又は応力を集中させることができ、結晶粒界など結晶性の悪い領域を選択的に形成することが可能となる。そして、結晶性が良く、優勢結晶面を｛１１０｝面とする半導体領域を薄膜トランジスタのチャネル形成領域等のキャリア移動が行われる領域として用いることが本発明の特徴である。
【００５７】
その後、好ましくは５００〜６００℃の加熱処理を行い、結晶性半導体膜に蓄積された歪みを除去すると良い。この歪みは、結晶化によって起こる半導体の体積収縮、下地との熱応力や格子不整合などにより発生するものである。この加熱処理は、通常の熱処理装置を用いて行えば良いが、例えばガス加熱方式の瞬間熱アニール（ＲＴＡ）法を用いて１〜１０分の処理を行えば良い。尚、この工程は本発明において必須な要件ではなく、適宜選択して行えば良いものである。
【００５８】
次に、図３について説明する。図３（Ａ）は上面図であり、図３（Ｂ）はＡ−Ａ’に対応する断面図、図３（Ｃ）はＢ−Ｂ’に対応する断面図、図３（Ｄ）はＣ−Ｃ’に対応する断面図である。結晶性半導体膜１０７上に薄膜トランジスタの活性層となる半導体領域を画定するためのパターニングを施した状態を示している。
【００５９】
図３（Ａ）において、レジストマスク１０８は第２絶縁膜１０３の凹部と凸部に跨って設けられている。これは、第２絶縁膜１０３の凸部に形成された結晶性の劣る結晶性半導体膜であっても、電極として活用する分には何ら問題ないためである。即ち、薄膜トランジスタのソース領域やドレイン領域といった電極として積極的に活用することにより、ソース領域やドレイン領域と各領域に接続される電極（ソース電極もしくはドレイン電極）とのコンタクト部の設計マージンを確保できる。また、こうすることでより薄膜トランジスタの集積度を上げることが可能である。
【００６０】
次に、図４について説明する。図４（Ａ）は上面図であり、図４（Ｂ）はＡ−Ａ’に対応する断面図、図４（Ｃ）はＢ−Ｂ’に対応する断面図、図４（Ｄ）はＣ−Ｃ’に対応する断面図、図４（Ｅ）はＤ−Ｄ’に対応する断面図である。結晶性半導体膜１０７をパターニング後、ドライエッチングもしくはウェットエッチングを行って薄膜トランジスタの活性層１０９を形成した状態を示している。
【００６１】
結晶性半導体膜１０７はフッ素系のガスと酸素とをエッチングガスとして用いることによりバッファ膜１０４と選択性をもってエッチングすることができる。勿論、バッファ膜１０４がエッチングされてしまってもその下にある第１絶縁膜１０２との選択性さえ確保できれば何ら問題はない。なお、エッチングガスとしては、ＣＦ4とＯ2の混合ガスやＮＦ3ガスを用いたプラズマエッチング法により行っても良いし、ＣｌＦ3ガス等のフッ化ハロゲンガスを励起しないで用いたプラズマレスのガスエッチングを行っても良い。プラズマレスのガスエッチングは、結晶性半導体膜にプラズマダメージを与えないで済むので結晶欠陥の抑制により効果的な手法である。
【００６２】
また、活性層１０９を形成する際、活性層の端部（エッジ）にテーパーを設けることが望ましい。テーパー角は、５〜６０°（好ましくは２０〜４０°）で良い。これにより後に形成するゲート絶縁膜のカバレッジ（被覆率）を向上させることができ、ゲート電極の断線や短絡等を防ぐことができる。
【００６３】
ところで、本発明の特徴は、結晶性の高い第１の結晶性半導体領域１０７ａを選択的に薄膜トランジスタのチャネル形成領域として用いることにある。そして、さらなる特徴は、第１の結晶性半導体領域の優勢結晶面が｛１１０｝面となるように制御され、かつ、複数の結晶方位を有しながらも実質的に結晶粒界が形成されていない点にある。
【００６４】
本発明を実施して得た結晶性半導体膜にはセコ・エッチングで明確になるような結晶粒界もしくは欠陥が顕在化しない、換言すれば実質的に存在しない。なお、セコ。エッチングとは、結晶性半導体膜の表面の結晶粒界を顕在化させるために一般的に知られるセコ液（ＨＦ：Ｈ2Ｏ＝２：１に添加剤としてＫ2Ｃｒ2Ｏ7を用いて調合した薬液）を用いたエッチング手法である。本明細書において、セコ液としては、二クロム酸カリウム（Ｋ2Ｃｒ2Ｏ7）２．２ｇを水５０ｃｃに溶かして０．１５ｍｏｌ／ｌの溶液を調製し、当該溶液にフッ酸水溶液１００ｃｃを加えてものを、さらに水で５倍に希釈したものを指し、セコ・エッチングとしては、前述のセコ液を用いて室温（１０〜３０℃）にて７５秒のエッチング処理を施すことを指す。
【００６５】
セコ・エッチングで明確になる結晶粒界は現状において特定できていないが、セコ・エッチングにより積層欠陥や結晶粒界が優先的にエッチングされることは良く知られている事実である。勿論、単結晶ではないため、セコ・エッチングで顕在化しない粒界や欠陥は当然あり得るが、そのような粒界や欠陥は半導体素子を作製した際の電気特性に影響を及ぼすようなものではないため、電気的に不活性と考えられる。通常、電気的に不活性な粒界とは、平面状粒界（低次もしくは高次の双晶又は対応粒界）と呼ばれるものであり、セコ・エッチングで顕在化しない粒界とは、平面状粒界であると推測される。その観点からすると、結晶粒界もしくは欠陥が実質的に存在しないということは、平面状粒界以外の結晶粒界が存在しないと言っても差し支えないと言える。
【００６６】
また、優勢結晶面が何かについては、反射電子回折パターン（ＥＢＳＰ：Electron Backscatter diffraction Pattern）により求めた結果を用いれば良い。ＥＢＳＰは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscopy）に専用の検出器を設け、電子ビームを結晶面に照射してその菊池線からの結晶方位同定をコンピューターで画像認識させることによって、そのミクロな結晶性を表面配向のみならず、結晶の全方向に関して測定するものである（以下、この手法を便宜上ＥＢＳＰ法と呼ぶ）。
【００６７】
なお、本明細書において、優勢結晶面とは、ＥＢＳＰ法で解析した際に最も多く表面に現れた結晶面である。なお、当該結晶面は、少なからず若干のゆらぎ（結晶面に垂直な軸のずれ）を包含するものであり、本明細書では、当該ゆらぎとして±１５°までを許容している。以上のように、本発明を実施して得られた結晶性半導体膜は、ＥＢＳＰ法で解析した際に、優勢結晶面として｛１１０｝面が現れ、その他は｛１００｝面、｛１１１｝面及び｛３１１｝面が混在して現れるということである。
【００６８】
次に、図５について説明する。図５（Ａ）は上面図であり、図５（Ｂ）はＡ−Ａ’に対応する断面図、図５（Ｃ）はＢ−Ｂ’に対応する断面図、図５（Ｄ）はＣ−Ｃ’に対応する断面図、図５（Ｅ）はＤ−Ｄ’に対応する断面図である。活性層１０９を形成した後、ゲート絶縁膜１１０及びゲート電極１１１を形成した状態を示している。
【００６９】
ゲート絶縁膜１１０は、課題を解決するための手段で説明した酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸窒化珪素膜、窒酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、窒酸化アルミニウム膜、酸窒化アルミニウム膜もしくは酸化アルミニウム膜のいずれを用いても良いし、これらを適宜組み合わせた積層膜としても良い。ゲート絶縁膜のカバレッジを良くするためには、酸化珪素膜ならばＴＥＯＳを用いた酸化珪素膜が好ましく、窒酸化アルミニウム膜であればＲＦスパッタ法で形成した窒酸化アルミニウム膜を用いたり、当該窒酸化アルミニウム膜と酸化珪素膜の積層膜（酸化珪素膜は、活性層となる半導体膜を過酸化水素で酸化させたものであっても良い。）を用いたりすると良い。
【００７０】
また、ゲート電極１１１は、タングステン又はタングステンを含有する合金、タンタル又はタンタルを含有する合金又はアルミニウムもしくはアルミニウム合金などで形成すれば良い。
【００７１】
次に、図６について説明する。図６（Ａ）は上面図であり、図６（Ｂ）はＡ−Ａ’に対応する断面図、図６（Ｃ）はＢ−Ｂ’に対応する断面図、図６（Ｄ）はＣ−Ｃ’に対応する断面図、図６（Ｅ）はＤ−Ｄ’に対応する断面図である。ゲート電極１１１をマスクとして自己整合的（セルフアライン）にソース領域１１２及びドレイン領域１１３を形成した状態を示している。また、本工程によりチャネル形成領域１１４ａ、１１４ｂが画定する。
【００７２】
本実施の形態では、ソース領域１１２及びドレイン領域１１３にｐ型を付与するために周期表の１３族に属する元素（代表的には、ホウ素を用いる。）を添加しているが、ｎ型を付与するために周期表の１５族に属する元素（代表的には、リンもしくはヒ素を用いる。）を添加しても良い。添加方法は公知の手法によれば良い。また、必要に応じて低濃度ドレイン領域（一般的にはＬＤＤ領域と呼ばれる。）を設けても良い。
【００７３】
また、ソース領域１１２及びドレイン領域１１３を形成した後、ファーネスアニール、レーザーアニールもしくはＲＴＡ（ラピッドサーマルアニール）によりソース領域１１２及びドレイン領域１１３の活性化を行う。なお、ＲＴＡは、ランプ光源を用いた赤外光もしくは紫外光によるアニールであっても良いし、加熱ガスによるアニールであっても良い。
【００７４】
次に、図７について説明する。図７（Ａ）は上面図であり、図７（Ｂ）はＡ−Ａ’に対応する断面図、図７（Ｃ）はＢ−Ｂ’に対応する断面図、図７（Ｄ）はＣ−Ｃ’に対応する断面図、図７（Ｅ）はＤ−Ｄ’に対応する断面図である。ソース配線１１７及びドレイン配線１１９まで形成し、ｐチャネル型の薄膜トランジスタが完成した状態を示している。
【００７５】
上記活性化工程が終了したら、ゲート電極１１１等を覆うように保護膜（パッシベーション膜）１１５を形成する。保護膜１１５としては、窒化珪素膜、窒酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜もしくは窒酸化アルミニウム膜の如き窒素含有量の多い絶縁膜を用いることが好ましい。これはアルカリ金属や水分等の影響を排除するためである。
【００７６】
なお、本実施の形態では、保護膜１１５として窒酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ）膜を用い、成膜後に４００〜４５０℃の加熱処理を行う。当該保護膜１１５は、１５〜２５原子％の水素を含むため、加熱処理によって水素が拡散し、例えチャネル形成領域１１４ａ、１１４ｂに不対結合手があったとしても効果的に水素で終端できる。
【００７７】
保護膜１１５を形成したら、層間膜（層間絶縁膜）１１６として、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒酸化珪素膜もしくは酸窒化珪素膜又はこれらの積層膜を形成する。勿論、耐熱性が許せば樹脂膜を用いても良い。膜厚は、特に限定されないが、層間膜１１６の表面が十分に平坦化できる膜厚が好ましい。なお、層間膜１１６の成膜後にＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）等の公知の手段で平坦化を行っても良い。
【００７８】
そして、層間膜１１６等にコンタクトホールを形成し、アルミニウム膜もしくはアルミニウム膜と他の金属膜との積層膜でソース配線１１７及びドレイン配線１１８を形成する。勿論、アルミニウムの代わりに銅その他の低抵抗導体を用いても良い。なお、１１９は、ソース領域１１２とソース配線１１７が接続される領域であり、ソースコンタクトと呼ぶ。また、１２０は、ドレイン領域１１３とドレイン配線１１８が接続される領域であり、ドレインコンタクトと呼ぶ。本実施の形態では、ソース領域及びドレイン領域が第２絶縁膜で形成される凹部及び凸部に跨って形成されているため、ソースコンタクト１１９及びドレインコンタクト１２０を形成するための設計マージンを広くとることができる。
【００７９】
図１７（Ｄ）に示されるｐチャネル型トランジスタは、複数のチャネル形成領域（本実施の形態では２本のチャネル形成領域１１４ａ、１１４ｂ）が並列に配設され、かつ、一対の不純物領域（本実施の形態ではソース領域１１２及びドレイン領域１１３）との間に連接して設けられた構造、即ちマルチチャネル構造のトランジスタである。
【００８０】
ところで、上述のように本発明を実施して得た結晶性半導体膜、具体的にはチャネル形成領域として用いる第１の結晶性半導体領域は、優勢結晶面が｛１１０｝面であることを特徴としている。ここで、優勢結晶面が｛１１０｝面であることの利点について以下に説明する。
【００８１】
単結晶シリコンの結晶面について様々な研究がなされており、一般的に、｛１１０｝面はホール移動度が高いことで知られる。例えば、「ＶＬＳＩデバイスの物理；岸野正剛、小柳光正共著、丸善株式会社（１９９５）第１４５頁」には、結晶面が（０１１）面であるとき、ホール（正孔）の移動方向が＜０１−１＞軸に平行な方向の時に、最大の電界効果移動度（μFE＝約２２５ｃｍ2／Ｖｓ）となることが示されている。即ち、｛１１０｝面の結晶面を有するシリコン基板において、ホールの移動方向を〈０１−１＞軸に一致するようにトランジスタを形成することで、ｐチャネル型トランジスタの電界効果移動度を最も高くすることができる。
【００８２】
ここで本発明者らによれば連続発振のレーザー光を一定方向に走査して結晶化した結晶性半導体膜は、その走査方向に一致する方向が結晶成長の方向となり、かつ、〈１１０〉軸であるという知見が得られている。なお、この〈１１０〉軸には±１５°のゆらぎが含まれている。即ち、本発明を実施して得られる第１の結晶性半導体領域は、連続発振のレーザー光を走査して一定方向に結晶成長がなされ、かつ、直線状のストライプパターンで延在する複数の第２絶縁膜によっても結晶成長が規定されるため、図４（Ｂ）の断面図において、活性層１０９の切断面の結晶面は｛１１０｝面になる。
【００８３】
従って、本実施の形態に記載されたｐチャネル型薄膜トランジスタは、ホールの移動方向と〈１１０〉軸が一致することになり、かつ、優勢結晶面が｛１１０｝面となるため、上記文献に示唆されるように、ｐチャネル型薄膜トランジスタの電界効果移動度を最も効果的に高めることのできる構造となっている。
【００８４】
[実施の形態２]
本発明の結晶性半導体膜の形成において、実施の形態１で示すように非晶質半導体膜にレーザー光を照射して結晶化させる方法の他に、固相成長により結晶化した後さらにレーザー光を照射して溶融再結晶化しても良い。
【００８５】
例えば、図２において非晶質半導体膜１０５を形成した後、当該非晶質半導体膜（例えば非晶質珪素膜）の結晶化温度を低温化させ配向性を向上させるなど、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素としてＮｉを添加する。
【００８６】
当該技術については、本出願人による特開平１１−３５４４４２号等に詳しい。実施の形態１の技術に当該Ｎｉ添加の技術を組み合わせて実施して得た結晶性半導体膜も、優勢結晶面が｛１１０｝面であるという特徴を有し、このような結晶性半導体膜を薄膜トランジスタのチャネル形成領域に用いると、電子移動度とホール移動度が共に大幅に向上し、ひいてはＮチャネル型トランジスタ及びＰチャネル型トランジスタの電界効果移動度が大幅に向上するという特徴を有する。特に、上述のように、ホール移動度の向上に伴うＰチャネル型トランジスタの電界効果移動度の向上は特筆すべきものであり、優勢結晶面を｛１１０｝とする利点の一つである。
【００８７】
また、Ｎｉの添加法に限定はなく、スピン塗布法、蒸着法、スパッタ法などを適用するこができる。スピン塗布法による場合には酢酸ニッケル塩が５ppmの水溶液を塗布して金属元素含有層を形成する。勿論、触媒元素はＮｉに限定されるものではなく、他の公知の材料を用いても良い。
【００８８】
非晶質半導体膜１０５の形成後は、５８０℃にて４時間の加熱処理により非晶質半導体膜１０５を結晶化させ、結晶化した半導体膜に対し、レーザー光又はそれと同等な強光を照射して溶融させ再結晶化する。こうして、図２と同様に表面がほぼ平坦化された結晶性半導体膜を得ることができる。
【００８９】
レーザー光の被照射体として結晶化した半導体膜を用いる利点はその半導体膜の光吸収係数の変動率にあり、結晶化した半導体膜にレーザー光を照射して溶融させたとしても光吸収係数は殆ど変動しない。よって、レーザー照射条件のマージンを広くとることができる。
【００９０】
こうして形成された結晶性半導体膜には金属元素が残存するが、ゲッタリング処理により取り除くことができる。この技術の詳細については、特願２００１−０１９３６７号出願（又は特願２００２−０２０８０１号出願）を参照されたい。また、このゲッタリング処理に伴う加熱処理は、結晶性半導体膜の歪みを緩和するという効果も合わせ持っている。
【００９１】
その後、実施の形態１と同様に凹部の結晶性半導体膜をチャネル形成領域とし、かつ、凸部の結晶性半導体膜をソース領域もしくはドレイン領域として用いた薄膜トランジスタを形成する。凹部の結晶性半導体膜は、複数の結晶方位を有し結晶粒界が形成されていないという特徴を有しているため、高速動作が可能で電流駆動能力の高く、且つ複数の素子間においてばらつきの小さいトランジスタ又はそのトランジスタ群により構成される半導体装置を形成することができる。
【００９２】
[実施の形態３]
本実施の形態では、実施の形態１において、第２絶縁膜１０３で形成された凹部における底面と側面のなす角（θ）の角度を１３５±５°とした例を示す。
【００９３】
図８（Ａ）は、結晶化工程までを終了した上面図であり、２０１は第２絶縁膜、２０２は結晶性半導体膜、２０２ａは凹部に形成された結晶性半導体領域（第１の結晶性半導体領域）、２０２ｂは凸部に形成された結晶性半導体領域（第２の結晶性半導体領域）である。
【００９４】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。図８（Ｂ）に示すように、凹部における底面と側面のなす角（θ）は１３５±５°であり、この角度に規定した状態で非晶質半導体膜の溶融結晶化を行うと、側面に垂直な方向（即ち、〈１００〉軸方向）に向かって結晶成長が起こり、結果的に結晶性半導体膜２０２の表面には｛１１０｝面が現れる。多少のゆらぎの影響を受けてすべて｛１１０｝面になるとは限らないが、優勢結晶面は概ね｛１１０｝面である。
【００９５】
本実施の形態は、実施の形態１に示したプロセスにおいて第２絶縁膜のテーパー角を１３５±５°に設計変更するだけで実施可能であり、その他のプロセスについてはすべて実施の形態１を参考にすれば良い。勿論、実施の形態２との組み合わせも可能であるとともに相乗効果を得ることができる。
【００９６】
[実施の形態４]
本実施の形態では、実施の形態１において、第１絶縁膜１０２を積層膜とした例を示す。図９（Ａ）は、図７（Ａ）をＣ−Ｃ’で切断した断面図に相当する図面であり、図９（Ｂ）は、図７（Ａ）をＤ−Ｄ’で切断した断面図に相当する図面である。
【００９７】
本実施の形態において、絶縁膜１０２ａは酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸窒化珪素膜もしくは窒酸化珪素膜であり、２０〜３０ｎｍの厚さに設けられる。絶縁膜１０２ｂは、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸窒化アルミニウム膜もしくは窒酸化アルミニウム膜であり、１０〜５０ｎｍ（好ましくは２０〜３０ｎｍ）の厚さに設けられる。特に、酸化アルミニウム膜はナトリウム（Ｎａ）に対するブロッキング効果が期待できるため、ガラス基板からの汚染対策として有効である。
【００９８】
上記絶縁膜１０２ａ及び絶縁膜１０２ｂの組み合わせは如何なる組み合わせであっても可能であるが、少なくとも絶縁膜１０２ｂはその上に設けられる第２絶縁膜１０３との選択比を大きくとることのできる材料であることが望ましい。また、レーザー光による結晶化工程等の際に放熱し過ぎないような材料が好ましい。そういった観点からも現状においては酸化アルミニウム膜が好ましいと考えられる。
【００９９】
なお、本実施の形態では二層にした例を示しているが、三層以上の複数層にしても良いことは言うまでもない。さらに、本実施の形態は、実施の形態１だけでなく、実施の形態２及び３との組み合わせも可能である。
【０１００】
[実施の形態５]
実施の形態１において、トランジスタはシングルドレイン構造で示されているが、低濃度ドレイン（ＬＤＤ）を設けても良い。図１０はＬＤＤ構造を持ったｎチャネル型の薄膜トランジスタの一例を示している。
【０１０１】
図１０（Ａ）で示すトランジスタの構造はゲート電極を窒化チタン又は窒化タンタルなど窒化物金属３０１ａとタングステン又はタングステン合金など高融点金属３０１ｂで形成する一例であり、ゲート電極３０１ｂの側面にスペーサ３０２を設けている。スペーサ３０２は酸化珪素などの絶縁体で形成しても良いし、導電性を持たせるためにｎ型の多結晶珪素で形成しても良く、異方性ドライエッチングにより形成する。ＬＤＤ領域３０３ａ、３０３ｂはこのスペーサを形成する前に形成することにより、ゲート電極３０１ｂに対し自己整合的に形成することができる。スペーサを導電性材料で形成した場合には、ＬＤＤ領域３０３ａ、３０３ｂが実質的にゲート電極と重畳するゲート・オーバーラップＬＤＤ(Gate-Overlapped LDD)構造とすることができる。
【０１０２】
一方、図１０（Ｂ）はゲート電極３０１ａを設けない構造であり、この場合はＬＤＤ構造となる。
【０１０３】
図１０（Ｃ）は、ソース領域１１２及びドレイン領域１１３に隣接してそれぞれＬＤＤ領域３０３ａ、３０３ｂが形成されている。このときゲート電極は下層側ゲート電極３０４ａ、上層側ゲート電極３０４ｂの二層構造からなり、ソース領域１１２、ドレイン領域１１３及びＬＤＤ領域３０３ａ、３０３ｂを自己整合的に形成することができる。このようなゲート電極と不純物領域、及びその作製方法の詳細については、特願２０００−１２８５２６号出願又は特願２００１−０１１０８５号出願を参照されたい。
【０１０４】
本実施の形態に示したようなゲート構造により自己整合的にＬＤＤ領域を形成する構造は、特にデザインルールを微細化する場合において有効である。なお、ここでは単極性のトランジスタ構造を示したが、ｎチャネル型トランジスタとｐチャネル型トランジスタを作りわけ、相補型に組み合わせてＣＭＯＳ回路を形成することもできる。
【０１０５】
なお、本実施の形態は、実施の形態１だけでなく、実施の形態２〜４のいずれの形態との組み合わせも可能である。
【０１０６】
[実施の形態６]
本実施の形態は、実施の形態１における活性層１０９の形状に関する他の例であり、チャネル形成領域となる半導体領域が、多角形（具体的には六角形）をなしていることを特徴とする。図１１（Ａ）は、図３（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図に相当する図面であり、図１１（Ｂ）は、図４（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図に相当する図面（ただし、レジストマスクを残したままの状態）であり、図１１（Ｃ）は、図５（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図に相当する図面である。
【０１０７】
図１１（Ａ）において、レジストマスク４０１は第２絶縁膜１０３に重畳するように形成される。この状態で結晶性半導体膜１０７をテーパー状にエッチングしていくと図１１（Ｂ）に示すように、六角形状の半導体領域４０２ａ、４０２ｂを得ることができる。さらに、図１１（Ｃ）に示すように、六角形状の半導体領域４０２ａ、４０２ｂの上にゲート絶縁膜４０３及びゲート電極４０４を形成する。なお、ゲート絶縁膜４０３及びゲート電極４０４を構成する材料は、実施の形態１を参照すれば良い。
【０１０８】
チャネル形成領域となる半導体領域を本実施の形態に示す形状とした場合、チャネル形成領域となる半導体領域４０２ａ、４０２ｂを乗り越えるための段差を緩和することができ、ゲート絶縁膜及びゲート電極のカバレッジ（被覆率）を改善することが可能である。なお、本実施の形態は、実施の形態１〜５のいずれの形態とも組み合わせることが可能であり、組み合わせた効果として前述のカバレッジの改善効果を各実施の形態に付与することができる。
【０１０９】
[実施の形態７]
本実施の形態では、実施の形態１において、薄膜トランジスタの活性層１０９を形成する工程の前に結晶性半導体膜１０７の一部（後にチャネル形成領域となる部分）をエッチングして薄膜化する例を示す。なお、図１２（Ａ）は結晶性半導体膜１０７の薄膜化後の上面図であり、図１２（Ｂ）〜（Ｅ）は、図１２（Ａ）をそれぞれＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’で切断した断面図である。
【０１１０】
まず実施の形態１に示した作製方法に従って、図２に示すように結晶性半導体膜１０７を形成する。次に、結晶性半導体膜１０７のうち、後にソース領域またはドレイン領域となる半導体領域の上にレジストマスク５０１を形成する（図１２（Ａ））。
【０１１１】
そして、レジストマスク５０１をマスクとしてドライエッチング法またはウェットエッチング法により結晶性半導体膜１０７をエッチングし、第２絶縁膜１０３（もしくはその上のバッファ膜１０４）を露出させる。この工程により凹部のみに選択的に結晶性半導体膜５０２を残存させることができる。また、レジストマスク５０１の下には元の膜厚で結晶性半導体膜５０３が残存する。本実施の形態は、結晶性半導体膜５０２を薄膜トランジスタのチャネル形成領域として用い、元の膜厚で残存した結晶性半導体膜５０３を薄膜トランジスタのソース領域またはドレイン領域として用いることを特徴とする。
【０１１２】
なお、上記エッチング工程は、化学的手法だけでなく、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）の如き機械的研磨法を用いても良い。また、化学的手法及び機械的手法を併用しても構わない。
【０１１３】
本実施の形態によれば、第２絶縁膜１０３により自己整合的にチャネル形成領域を形成することができるため、パターンずれによって第２絶縁膜の凸部に誤ってチャネル形成領域が形成されることを防ぐことができ、チャネル形成領域内に結晶粒界が含まれてしまうような事態を減らすことができる。
【０１１４】
これ以降の工程については、実施の形態１に記載の工程を参照にすれば良いので、本実施の形態での説明は省略する。なお、本実施の形態は、実施の形態１〜５のいずれの形態とも自由に組み合わせることが可能である。
【０１１５】
[実施の形態８]
本実施の形態では、実施の形態１において、活性層１０９を形成した後に、第２絶縁膜１０３を除去した例を示す。なお、図１３（Ａ）は本実施の形態を実施した場合における薄膜トランジスタの上面図であり、図１４（Ａ）〜（Ｅ）は、図１３（Ａ）をそれぞれＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’、Ｅ−Ｅ’で切断した断面図である。また、各図面の符号は、実施の形態１に用いた図面の符号を参照すれば良い。
【０１１６】
本実施の形態の特徴として、活性層１０９の下以外の領域において第２絶縁膜１０３が除去されている点と、それにより基板面上において不必要な段差が低減される点が挙げられる。即ち、ゲート配線、ソース配線及びドレイン配線とった引き回し配線が段差を乗り越える回数を減らすことができるため、乗り越え不良に起因する断線などの不良を防ぐことが可能である。
【０１１７】
なお、本実施の形態は、実施の形態１〜５のいずれの形態とも自由に組み合わせることが可能である。
【０１１８】
[実施の形態９]
本実施の形態では、実施の形態１に示したプロセスに公知のＣＭＯＳ形成技術を組み合わせてＣＭＯＳ回路を形成した例を示す。なお、図１５（Ａ）は本実施の形態を実施した場合におけるＣＭＯＳ回路の上面図であり、図１５（Ｂは、図１５（Ａ）を模式的に示した回路図である。
【０１１９】
図１５（Ａ）において、６０１はｎチャネル型ＴＦＴ、６０２はｐチャネル型ＴＦＴである。これらＴＦＴは図１５（Ｂ）に示すように接続されて相補型回路（具体的にはＣＭＯＳ回路）を構成している。
【０１２０】
図１５（Ａ）において、６０３はｎチャネル型ＴＦＴ６０１の活性層、６０４はｐチャネル型ＴＦＴ６０２の活性層、６０５はゲート電極、６０６はｎチャネル型ＴＦＴ６０１のソース配線、６０７はｐチャネル型ＴＦＴ６０２のソース配線、６０８はｎチャネル型ＴＦＴ６０１及びｐチャネル型ＴＦＴ６０２に共通のドレイン配線である。
【０１２１】
実施の形態１によって作製されたｐチャネル型ＴＦＴは、優勢結晶面を｛１１０｝面としているため、ホール移動度が高く、結果的にｐチャネル型ＴＦＴとしての電界効果移動度が高いという特徴を有する。従来、ｎチャネル型ＴＦＴに比べてｐチャネル型ＴＦＴの電気特性がかなり劣っていたため、ＣＭＯＳ回路を構成した際に特性バランスが悪く動作性能が低くなるということもあった。しかしながら、本発明を用いて作製したｐチャネル型ＴＦＴをｎチャネル型ＴＦＴと組み合わせて使用した場合、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴの特性バランスが良くなるため、動作性能の高いＣＭＯＳ回路を構成することが可能となる。
【０１２２】
なお、本実施の形態は、実施の形態１〜８のいずれの形態とも自由に組み合わせることが可能である。
【０１２３】
[実施の形態１０]
本実施の形態では、実施の形態９に示したＣＭＯＳ回路とは異なる形態を示す。なお、図面は図１６を用いるが、図１５と同一の符号については、実施の形態９を参考にすれば良い。
【０１２４】
本実施の形態では、ｐチャネル型ＴＦＴ８０１とｎチャネル型ＴＦＴ８０２でＣＭＯＳ回路を構成しており、８０３はｐチャネル型ＴＦＴの活性層、８０４はｎチャネル型ＴＦＴの活性層、８０５はｐチャネル型ＴＦＴのゲート電極、８０６はｎチャネル型ＴＦＴのゲート電極である。
【０１２５】
このとき、ｐチャネル型ＴＦＴ８０１の活性層８０３は、ホールの移動方向と第１の半導体領域の結晶成長の方向（即ち、レーザー光の走査方向又は〈１１０〉軸の方向）とが一致するようにチャネル形成領域が形成される一方、ｎチャネル型ＴＦＴ８０２の活性層８０４は、電子の移動方向と第１の半導体領域の結晶成長の方向（即ち、レーザー光の走査方向又は〈１１０〉軸の方向）とが直交するようにチャネル形成領域が形成される。
【０１２６】
実施の形態１で述べた文献である「ＶＬＳＩデバイスの物理；岸野正剛、小柳光正共著、丸善株式会社（１９９５）第１４５頁」によれば、結晶面が｛１１０｝面となるシリコン基板において、〈１１０〉軸方向に平行な方向はホール移動度が高く、〈１１０〉軸方向に垂直な方向は電子移動度が高いことがわかる。即ち、本実施の形態は、ｐチャネル型ＴＦＴ８０１では〈１１０〉軸に平行な方向にホールが流れるようにし、ｎチャネル型ＴＦＴ８０２では〈１１０〉軸に垂直な方向に電子が流れるようにした点に特徴がある。
【０１２７】
本実施の形態により同じ結晶面を有する結晶性半導体領域を用いつつｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴの特性をそれぞれ向上させるに適した構造のＣＭＯＳ回路を形成することが可能となる。なお、本実施の形態の構成は、実施の形態１〜９のいずれの構成とも組み合わせることが可能である。
[実施の形態１１]
本発明は様々な半導体装置に適用できるものであり、実施の形態１乃至１０に基づいて作製される表示パネルの形態を説明する。なお、本実施の形態に示す表示パネルの具体例としては、液晶表示パネル、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示パネル、ＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）用表示パネルといった半導体素子としてトランジスタを用いる表示パネルが挙げられる。勿論、これら表示パネルは、モジュールとして市場に流通するものを含む。
【０１２８】
図１７は基板９００には画素部９０２、ゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃ、入出力端子部９０８、配線又は配線群９１７が備えられている。
【０１２９】
シールパターン９４０は、対向基板９２０と基板９００との間に密閉空間を作るためのパターンであり、液晶表示パネルなら液晶を封入し、ＥＬパネルならＥＬ材料（特に有機ＥＬ材料）を外気から保護する役割を果たす。ゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃ及び当該駆動回路部と入力端子とを接続する配線又は配線群９１７と一部が重なっていても良い。このようにすると、表示パネルの額縁領域（画素部の周辺領域）の面積を縮小させることができる。外部入力端子部には、ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）９３６が固着されている。
【０１３０】
さらに、本発明を実施して得たトランジスタを用いて各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディアプロセッサ／ＤＳＰ(Digital Signal Processor)、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩ、アンプなどが形成されたチップ９５０が実装されていても良い。これらの機能回路は、画素部９０２、ゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃとは異なるデザインルールで形成されるものであり、具体的には１μm以下のデザインルールが適用される。なお、上記外部入力端子部やチップ９５０は樹脂（モール樹脂等）９３７によって保護しておくと良い。また、実装の方法に限定はなく、ＴＡＢテープを用いた方式やＣＯＧ（チップオングラス）方式などが適用することができる。
【０１３１】
なお、本実施の形態において、トランジスタのゲート構造としては、図１０（Ａ）、（Ｂ）などが適している。例えば、画素部９０２のスイッチング素子として、さらにゲート信号側駆動回路９０１ａ、９０１ｂ、データ信号側駆動回路９０１ｃを構成する能動素子として適用することができる。勿論、本実施の形態は、本発明を実施して得た表示パネルの一例を示すものであり、図１７の構成に限定されるものではない。
【０１３２】
[実施の形態１２]
本発明を用いて様々な電子装置を完成させることができる。その一例は、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話など)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ受像器、携帯電話などが挙げられる。それらの一例を図１８に示す。なお、ここで示す電子装置はごく一例であり、これらの用途に限定するものではない。
【０１３３】
図１８(Ａ)は本発明を適用してテレビ受像器を完成させる一例であり、筐体３００１、支持台３００２、表示部３００３などにより構成されている。本発明により作製されるトランジスタは表示部３００３の他に、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明によりテレビ受像器を完成させることができる。
【０１３４】
図１８(Ｂ)は本発明を適用してビデオカメラを完成させた一例であり、本体３０１１、表示部３０１２、音声入力部３０１３、操作スイッチ３０１４、バッテリー３０１５、受像部３０１６などにより構成されている。本発明により作製されるトランジスタは表示部３０１２の他に、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明によりビデオカメラを完成させることができる。
【０１３５】
図１８(Ｃ)は本発明を適用してノート型のパーソナルコンピュータを完成させた一例であり、本体３０２１、筐体３０２２、表示部３０２３、キーボード３０２４などにより構成されている。本発明により作製されるトランジスタは表示部３０２３の他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明によりパーソナルコンピュータを完成させることができる。
【０１３６】
図１８(Ｄ)は本発明を適用してＰＤＡ(Personal Digital Assistant)を完成させた一例であり、本体３０３１、スタイラス３０３２、表示部３０３３、操作ボタン３０３４、外部インターフェース３０３５などにより構成されている。本発明により作製されるトランジスタは表示部３０３３の他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明によりＰＤＡを完成させることができる。
【０１３７】
図１８(Ｅ)は本発明を適用して音響再生装置を完成させた一例であり、具体的には車載用のオーディオ装置であり、本体３０４１、表示部３０４２、操作スイッチ３０４３、３０４４などにより構成されている。本発明により作製されるトランジスタは表示部３０４２の他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩ、増幅回路など様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明によりオーディオ装置を完成させることができる。
【０１３８】
図１８(Ｆ)は本発明を適用してデジタルカメラを完成させた一例であり、本体３０５１、表示部(Ａ)３０５２、接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部(Ｂ)３０５５、バッテリー３０５６などにより構成されている。本発明により作製されるトランジスタは表示部(Ａ)３０５２および表示部(Ｂ)３０５５の他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明によりデジタルカメラを完成させることができる。
【０１３９】
図１８(Ｇ)は本発明を適用して携帯電話を完成させた一例であり、本体３０６１、音声出力部３０６２、音声入力部３０６３、表示部３０６４、操作スイッチ３０６５、アンテナ３０６６などにより構成されている。本発明により作製されるトランジスタは表示部３０６４の他、各種論理回路、高周波回路、メモリ、マイクロプロセッサ、メディアプロセッサ、グラフィクス用ＬＳＩ、暗号ＬＳＩ、携帯電話用ＬＳＩなど様々な集積回路がガラス上に形成し組み込むことができ、本発明により携帯電話を完成させることができる。
【０１４０】
[実施の形態１３]
本実施の形態では、本発明の実施に用いられるレーザー照射装置の構成について、図１９を用いて説明する。１１はレーザー発振装置である。なお、図１９では２台のレーザー発振装置を用いているが、レーザー発振装置はこの数に限定されず、３台でも４台でも良いし、それ以上であっても良い。
【０１４１】
また、レーザー発振装置１１は、チラー１２を用いてその温度を一定に保つようにしても良い。チラー１２は必ずしも設ける必要はないが、レーザー発振装置１１の温度を一定に保つことで、出力されるレーザー光のエネルギーが温度によってばらつくのを抑えることができる。
【０１４２】
また、１４は光学系であり、レーザー発振装置１１から出力された光路を変更したり、そのレーザービームの形状を加工したりして、レーザー光を集光することができる。さらに、図１９のレーザー照射装置では、光学系１４によって、複数のレーザー発振装置１１から出力されたレーザー光のレーザービームを互いに一部を重ね合わせることで、合成することができる。
【０１４３】
なお、レーザー光を一次的に完全に遮蔽することができるＡＯ変調器１３を、被処理物である基板１６とレーザー発振装置１１との間の光路に設けても良い。また、ＡＯ変調器の代わりに、アテニュエイター（光量調整フィルタ）を設けて、レーザー光のエネルギー密度を調整するようにしても良い。
【０１４４】
また、被処理物である基板１６とレーザー発振装置１１との間の光路に、レーザー発振装置１１から出力されたレーザー光のエネルギー密度を測定する手段（エネルギー密度測定手段）２０を設け、測定したエネルギー密度の経時変化をコンピューター１０において監視するようにしても良い。この場合、レーザー光のエネルギー密度の減衰を補うように、レーザー発振装置１０からの出力を高めるようにしても良い。
【０１４５】
合成されたレーザービームは、スリット１５を介して被処理物である基板１６に照射される。スリット１５は、レーザー光を遮ることが可能であり、なおかつレーザー光によって変形または損傷しないような材質で形成するのが望ましい。そして、スリット１５はスリットの幅が可変であり、該スリットの幅によってレーザービームの幅を変更することができる。
【０１４６】
なお、スリット１５を介さない場合の、レーザー発振装置１１から発振されるレーザー光の基板１６におけるレーザービームの形状は、レーザーの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。
【０１４７】
基板１６はステージ１７上に載置されている。図１９では、位置制御手段１８、１９が、被処理物におけるレーザービームの位置を制御する手段に相当しており、ステージ１７の位置が、位置制御手段１８、１９によって制御されている。図１９では、位置制御手段１８がＸ方向におけるステージ１７の位置の制御を行っており、位置制御手段１９はＹ方向におけるステージ１７の位置制御を行う。
【０１４８】
また図１９のレーザー照射装置は、メモリ等の記憶手段及び中央演算処理装置を兼ね備えたコンピューター１０を有している。コンピューター１０は、レーザー発振装置１５１の発振を制御し、レーザー光の走査経路を定め、なおかつレーザー光のレーザービームが定められた走査経路にしたがって走査されるように、位置制御手段１８、１９を制御し、基板を所定の位置に移動させることができる。
【０１４９】
なお、図１９では、レーザービームの位置を、基板を移動させることで制御しているが、ガルバノミラー等の光学系を用いて移動させるようにしても良いし、その両方であってもよい。
【０１５０】
さらに図１９では、コンピューター１０によって、スリット１５の幅を制御し、マスクのパターン情報に従ってレーザービームの幅を変更することができる。なおスリットは必ずしも設ける必要はない。
【０１５１】
さらにレーザー照射装置は、被処理物の温度を調節する手段を備えていても良い。また、レーザー光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、ダンパーを設けて、反射光が不適切な箇所に照射されるのを防ぐようにしても良い。ダンパーは、反射光を吸収させる性質を有していることが望ましく、ダンパー内に冷却水を循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温度が上昇するのを防ぐようにしても良い。また、ステージ１５７に基板を加熱するための手段（基板加熱手段）を設けるようにしても良い。
【０１５２】
なお、マーカーをレーザーで形成する場合、マーカー用のレーザー発振装置を設けるようにしても良い。この場合、マーカー用のレーザー発振装置の発振を、コンピューター１０において制御するようにしても良い。さらにマーカー用のレーザー発振装置を設ける場合、マーカー用のレーザー発振装置から出力されたレーザー光を集光するための光学系を別途設ける。なおマーカーを形成する際に用いるレーザーは、代表的にはＹＡＧレーザー、ＣＯ2レーザー等が挙げられるが、無論この他のレーザーを用いて形成することは可能である。
【０１５３】
またマーカーを用いた位置合わせのために、ＣＣＤカメラ２１を１台、場合によっては数台設けるようにしても良い。なおＣＣＤカメラとは、ＣＣＤ（電荷結合素子）を撮像素子として用いたカメラを意味する。また、マーカーを設けずに、ＣＣＤカメラ２１によって絶縁膜または半導体膜のパターンを認識し、基板の位置合わせを行うようにしても良い。この場合、コンピューター１０に入力されたマスクによる絶縁膜または半導体膜のパターン情報と、ＣＣＤカメラ２１において収集された実際の絶縁膜または半導体膜のパターン情報とを照らし合わせて、基板の位置情報を把握することができる。この場合マーカーを別途設ける必要がない。
【０１５４】
また、基板に入射したレーザー光は該基板の表面で反射し、入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光となるが、該戻り光はレーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす。そのため、前記戻り光を取り除きレーザの発振を安定させるため、アイソレータを設置するようにしても良い。
【０１５５】
なお、図１９では、レーザー発振装置を複数台設けたレーザー照射装置の構成について示したが、こうすることで光学系の設計が容易となるメリットがある。本発明は、非晶質半導体膜の溶融に際して特に線状レーザー光を用いることがスループット向上の観点からも好ましい。しかしながら、長さの長い方向（図２におけるＸ軸方向）が長くなるとその光学設計が非常に精密になるため、複数の線状レーザー光を重ね合わせて用いることで光学設計の負担を軽減することができる。
【０１５６】
例えば、複数のレーザー発振装置から発振される複数のレーザー光を光学的に複合して一つの線状レーザー光を形成することが可能である。図２０（Ａ）に示したのは、個々のレーザー光の照射断面である。ここではレーザー光の照射領域が楕円形状となる場合を例に挙げているが、形状による違いはない。
【０１５７】
レーザー光の形状はレーザーの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。例えば、ラムダ社製のＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）Ｌ３３０８から射出されたレーザー光の形状は、１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）の矩形状である。また、ＹＡＧレーザーから射出されたレーザー光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。このようなレーザー光を光学系により、さらに成形することにより、所望の大きさのレーザー光をつくることもできる。
【０１５８】
図２０（Ｂ）に図２０（Ａ）に示したレーザー光の長軸方向（Ｘ軸方向）におけるレーザー光のエネルギー密度の分布を示す。図２０（Ａ）に示すレーザー光は、図２０（Ｂ）におけるエネルギー密度のピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域に相当する。レーザー光が楕円形状であるレーザー光のエネルギー密度の分布は、楕円の中心Ｏに向かうほど高くなっている。このように図２０（Ａ）に示したレーザー光は、中心軸方向におけるエネルギー密度がガウス分布に従っており、エネルギー密度が均一だと判断できる領域が狭くなる。
【０１５９】
次に、図２０（Ａ）に示したレーザー光を二つ合成したときの線状レーザー光の照射断面形状を図２０（Ｃ）に示す。なお、図２０（Ｃ）では二つのレーザー光を重ね合わせることで１つの線状のレーザー光を形成した場合について示しているが、重ね合わせるレーザー光の数はこれに限定されない。
【０１６０】
図２０（Ｃ）に示すように、各レーザー光は、各楕円の長軸が一致し、なおかつ互いにレーザー光の一部が重なることで合成され、１つの線状レーザー光３０が形成されている。なお以下、各楕円の中心Ｏを結ぶことで得られる直線をレーザービーム３０の中心軸とする。
【０１６１】
図２０（Ｄ）に、図２０（Ｃ）に示した合成後の線状レーザー光の中心軸ｙ方向におけるエネルギー密度の分布を示す。なお、図２０（Ｃ）に示すレーザー光は、図２０（Ｂ）におけるエネルギー密度のピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域に相当する。合成前の各レーザー光が重なり合っている部分において、エネルギー密度が加算される。例えば図示したように重なり合ったレーザー光のエネルギー密度Ｌ１とＬ２を加算すると、個々のレーザー光のエネルギー密度のピーク値Ｌ３とほぼ等しくなり、各楕円の中心Ｏの間においてエネルギー密度が平坦化される。
【０１６２】
なお、Ｌ１とＬ２を加算するとＬ３と等しくなるのが理想的だが、現実的には必ずしも等しい値にはならない。Ｌ１とＬ２を加算した値とＬ３との値のずれの許容範囲は、設計者が適宜設定することが可能である。
【０１６３】
レーザー光を単独で用いると、エネルギー密度がガウス分布に従っているので、絶縁膜の平坦な部分に接している半導体膜全体に均一なエネルギー密度のレーザー光を照射することが難しい。しかし、図２０（Ｄ）からわかるように、複数のレーザー光を重ね合わせてエネルギー密度の低い部分を互いに補い合うようにすることで、複数のレーザー光を重ね合わせないで単独で用いるよりも、エネルギー密度の均一な領域が拡大され、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる。
【０１６４】
なお、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’におけるエネルギー密度の分布は、Ｂ−Ｂ’の方がＣ−Ｃ’よりも弱冠小さくなっているが、ほぼ同じ大きさとみなすことができ、合成前のレーザー光のピーク値の１／ｅ2のエネルギー密度を満たしている領域における合成された線状レーザー光の形状は、線状と言って差し支えない。
【０１６５】
なお、合成された線状レーザー光３０の照射領域の外縁近傍にはエネルギー密度の低い領域が存在する。当該領域を用いると結晶性を却って損なう可能性もあるため、図１９においてスリット１５を用いたように、線状レーザー光の外縁を用いない方が好ましい形態と言える。
【０１６６】
本実施の形態で説明したレーザー照射装置は、本発明のレーザー光照射を実施するにあたって用いることができ、実施の形態１〜１０のいずれの形態を実施するに際しても使用することができる。また、合成して線状レーザー光を得るメリットはあるものの光学系やレーザー発振装置のコストは増加してしまうため、１台のレーザー発振装置及び１組みの光学系で所望の線状レーザー光を得ることができれば、そのようなレーザー照射装置を本発明の実施に使用することに何ら問題はない。
【０１６７】
【発明の効果】
以上説明したように、絶縁膜により凹凸形状を有する直線状のストライプパターンを形成し、その上に非晶質半導体膜を堆積し、レーザー光の照射により溶融状態を経て結晶化させることにより凹部に半導体を流し込み凝固させ、凹部以外の領域に結晶化に伴う歪み又は応力を集中させることができ、結晶粒界など結晶性の悪い領域を選択的に形成することが可能となる。その際、凹部において底面と側面とのなす角が１３５±５°もしくは１４５±５°となるように制御することにより結晶性半導体膜の優勢結晶面を｛１１０｝面とすることができ、特にｐチャネル型ＴＦＴを作製するにあたって有効な技術である。
【０１６８】
そして、トランジスタなどの半導体素子、特にそのチャネル形成領域の場所を指定して、結晶粒界が存在しない結晶性半導体膜を形成することができる。これにより不用意に介在する結晶粒界や結晶欠陥により特性がばらつく要因を無くすことができ、特性ばらつきの小さいトランジスタ又はトランジスタ素子群を形成することができる。
【０１６９】
以上のように、本発明は、結晶性の良好な結晶半導体膜をチャネル形成領域として用い、かつ、当該チャネル形成領域の優勢結晶面を｛１１０｝面とすることにより高速動作が可能で電流駆動能力の高く、且つ複数の素子間においてばらつきの小さい半導体素子又は該半導体素子群を集積して構成される半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図２】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図３】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図４】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図５】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図６】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図７】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図８】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図９】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する縦断面図。
【図１０】  本発明のトランジスタにおいて適用することができるゲート構造の一例を示す縦断面図。
【図１１】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する縦断面図。
【図１２】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する上面図及び縦断面図。
【図１３】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する上面図。
【図１４】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する縦断面図。
【図１５】  本発明のトランジスタをＣＭＯＳ回路に適用した例を説明する上面図及び回路図。
【図１６】  本発明のトランジスタをＣＭＯＳ回路に適用した例を説明する上面図。
【図１７】  本発明の半導体装置の外観図の一例を示す図。
【図１８】  本発明の電子装置の具体例を示す図。
【図１９】  本発明の実施に使用するレーザー照射装置を示す図。
【図２０】  本発明の実施に使用するレーザー光の構成を示す図。
【図２１】  本発明のトランジスタの作製工程を説明する縦断面図。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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