(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン化物ガスを含有する雰囲気における熱酸化処理によって、シリコン基板上に熱酸化膜を形成し、
前記熱酸化膜上に、非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜に、触媒元素を添加した領域を形成し、
加熱処理によって、前記非晶質珪素膜を結晶化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、
ハロゲン元素を含有する雰囲気における加熱処理によって、前記結晶化した珪素膜中の前記触媒元素をゲッタリングすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
ハロゲン化物ガスを含有する雰囲気における熱酸化処理によって、シリコン基板上に熱酸化膜を形成し、
前記熱酸化膜上に、非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜に、触媒元素を添加した領域を形成し、
加熱処理によって、前記非晶質珪素膜を結晶化し、
前記結晶化した珪素膜をパターニングすることによって、島状半導体層を形成し、
前記島状半導体層上に、絶縁膜を形成し、
ハロゲン元素を含有する雰囲気における加熱処理によって、前記島状半導体層中の前記触媒元素をゲッタリングす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乃至請求項３のいずれか一項において、
前記非晶質珪素膜中に存在するＣ（炭素）およびＮ（窒素）の濃度が５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、Ｏ（酸素）の濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下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乃至請求項４のいずれか一項において、
前記熱酸化膜は、凹部と凸部との差の平均値が５ｎｍ以下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】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記ハロゲン化物ガスは、ＨＣｌ（塩化水素）であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記触媒元素は、Ｎｉ（ニッケル），Ｃｏ（コバルト），Ｆｅ（鉄），Ｐｄ（パラジウム），Ｐｔ（白金），Ｃｕ（銅），Ａｕ（金），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ｐｂ（鉛），Ｉｎ（インジウム）から選ばれた一種または複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項２または請求項３において、
前記ハロゲン元素は、ＨＣｌ（塩化水素），ＨＦ（フッ化水素），ＮＦ３（三フッ化窒素），ＨＢｒ（臭化水素），Ｃｌ２（塩素），ＣｌＦ３（三フッ化塩素），ＢＣｌ３（三塩化ホウ素），Ｆ２（フッ素），Ｂｒ２（臭素）から選ばれた一種または複数種であ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】
【発明が属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜およびそれを活性層とする半導体装置に関する。特に、半導体薄膜として珪素（シリコン）を主成分とする材料を利用する場合の構成に関する。
【０００２】
また、薄膜トランジスタの如き半導体装置で構成された半導体回路および電気光学装置並びにそれらを搭載した電子機器の構成に関する。
【０００３】
なお、本明細書中では上記薄膜トランジスタ、半導体回路、電気光学装置および電子機器を全て「半導体装置」に範疇に含めて扱う。即ち、半導体特性を利用して機能しうる装置全てを半導体装置と呼ぶ。従って、上記特許請求の範囲に記載された半導体装置は、薄膜トランジスタ等の単体素子だけでなく、それを集積化した半導体回路や電気光学装置およびそれらを部品として搭載した電子機器をも包含する。
【０００４】
【従来の技術】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数十〜数百nm程度）を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタは特に画像表示装置（例えば液晶表示装置）のスイッチング素子としての開発が急がれている。
【０００５】
例えば、液晶表示装置においてはマトリクス状に配列された画素領域を個々に制御する画素マトリクス回路、画素マトリクス回路を制御する駆動回路、さらに外部からのデータ信号を処理するロジック回路（演算回路、メモリ回路、クロックジェネレータなど）等のあらゆる電気回路にＴＦＴを応用する試みがなされている。
【０００６】
現状においては、活性層として非晶質珪素膜（アモルファスシリコン膜）を用いたＴＦＴが実用化されているが、駆動回路やロジック回路などの様に、さらなる高速動作性能を求められる電気回路には、結晶性珪素膜（ポリシリコン膜等）を利用したＴＦＴが必要とされる。
【０００７】
例えば、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成する方法としては、本出願人による特開平7-130652号公報、特開平8-78329 号公報に記載された技術が公知である。これらの公報記載の技術は、非晶質珪素膜の結晶化を助長する触媒元素を利用することにより、500 〜600 ℃、４時間程度の加熱処理によって結晶性の優れた結晶性珪素膜を形成することを可能とするものである。
【０００８】
特に、特開平8-78329 に記載された技術は上記技術を応用して基板面とほぼ平行な結晶成長を行わすものであり、発明者らは形成された結晶化領域を特に横成長領域（またはラテラル成長領域）と呼んでいる。
【０００９】
しかし、この様なＴＦＴを用いて駆動回路を構成してもまだまだ要求される性能を完全に満たすには及ばない。特に、メガヘルツからギガヘルツにかけての極めて高速な動作を要求する高速ロジック回路を従来のＴＦＴで構成することは不可能なのが現状である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、これまで結晶粒界を有する結晶性珪素膜（ポリシリコン膜と呼ばれる）の結晶性を向上させるために様々な思考錯誤を繰り返してきた。セミアモルファス半導体（特開昭57-160121 号公報等）やモノドメイン半導体（特開平8-139019号公報等）などが挙げられる。
【００１１】
上記公報に記載された半導体膜に共通の概念は、結晶粒界の実質的な無害化にある。即ち、結晶粒界を実質的になくし、キャリア（電子または正孔）の移動を円滑に行わせることが最大の課題であった。
【００１２】
しかしながら、上記公報に記載された半導体膜をもってしてもロジック回路が要求する高速動作を行うには不十分と言える。即ち、ロジック回路を内蔵したシステム・オン・パネルを実現するためには、従来にない全く新しい材料の開発が求められているのである。
【００１３】
本願発明は、その様な要求に答えるものであり、従来のＴＦＴでは作製不可能であった様な高速ロジック回路を構成しうる極めて高性能な半導体装置を実現するための半導体薄膜を提供することを課題とする。また、その様な半導体薄膜を利用した半導体装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の構成は、
珪素を主成分とする複数の棒状または偏平棒状結晶の集合体からなる半導体薄膜であって、
主たる配向面は概略｛１１０｝面であり、
膜中に存在するＣ（炭素）及びＮ（窒素）の濃度が 5×1017atoms/cm3 以下、Ｏ（酸素）の濃度が 1×1018atoms/cm3 以下であり、
前記複数の棒状または偏平棒状結晶は互いに回転角をもって接しており、且つ、当該回転角の絶対値が３°以内であることを特徴とする。
【００１５】
また、上記構成において、前記半導体薄膜の電子線回折パターンには｛１１０｝配向による特定の規則性が観測され、
当該電子線回折パターンの任意の回折スポットは概略円状であり、
前記回折スポットの短軸の長さ（ａ）と長軸の長さ（ｂ）との比（ａ／ｂ）が１/1（円形）〜1/1.5 であることを特徴とする。
【００１６】
また、上記構成において、前記半導体薄膜の電子線回折パターンには｛１１０｝配向による特定の規則性が観測され、
当該電子線回折パターンの任意の回折スポットは、電子線照射エリアの中心点に対して同心円状の広がりを有し、
前記電子線照射エリアの中心点から前記回折スポットに対して引いた接線と、前記電子線照射エリアの中心点と前記回折スポットの中心点とを結ぶ線分と、がなす角は±1.5 °以内であることを特徴とする。
【００１７】
以上に示す構成でなる本願発明について、以下に示す実施例をもって詳細な説明を行うこととする。
【００１８】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、本願発明である半導体薄膜およびそれを活性層とした半導体装置（具体的にはＴＦＴ）の作製工程について説明する。
【００１９】
まず、絶縁表面を有する基板としてシリコン基板５０１を準備する。シリコン基板５０１は水素熱処理を施して脱酸素化した基板を用いる。そして、シリコン基板５０１に対してハロゲン化物ガス（本実施例ではＨＣｌ）を含有する雰囲気での熱酸化処理を行い、熱酸化膜５０２を形成する。
【００２０】
この様にして形成された熱酸化膜５０２は極めて平坦性に優れているという特徴を有する。本実施例では熱酸化条件を最適化することで、凹部と凸部との差の平均値が５nm以下（代表的には３nm以下、好ましくは２nm以下）、或いは１００個の凹凸を調べれば、１００個全ての凹凸の差が10nm以下で、且つ、その内の９０個の凹凸の差が５nm以下である様な熱酸化膜を得られる。
【００２１】
こうして図５（Ａ）に示す様に極めて平坦な絶縁表面を有する基板が得られる。この優れた平坦性が本願発明の半導体薄膜を形成するにあたって重要な役割を果たす。
【００２２】
次に、非晶質珪素膜５０３を形成する。非晶質珪素膜５０３は最終的な膜厚（熱酸化後の膜減りを考慮した膜厚）が10〜75nm（好ましくは15〜45nm）となる様に調節する。本実施例では成膜を減圧熱ＣＶＤ法で行い、下記条件に従って形成する。
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【００２３】
なお、成膜に際して膜中の不純物濃度の管理を徹底的に行うことが重要である。本実施例の場合、非晶質珪素膜５０３中では結晶化を阻害する不純物であるＣ（炭素）及びＮ（窒素）の濃度はいずれも 5×1018atoms/cm3 未満（代表的には 5×1017atoms/cm3 以下、好ましくは 2×1017atoms/cm3 以下）、Ｏ（酸素）は 1.5×1019atoms/cm3 未満（代表的には 1×1018atoms/cm3 以下、好ましくは 5×1017atoms/cm3 以下）となる様に管理する。なぜならば各不純物がこれ以上の濃度で存在すると、後の結晶化の際に悪影響を及ぼし、結晶化後の膜質を低下させる原因となるからである。
【００２４】
ここで本実施例の条件で作製した非晶質珪素膜中の不純物濃度をＳＩＭＳ（質量二次イオン分析）で調べた結果を図１３に示す。なお、試料はシリコンウェハー上に0.5 μｍの膜厚の非晶質珪素膜を成膜したものを用いた。その結果、図１３に示す様にＣ、Ｎ、Ｏいずれの元素も上記濃度範囲内に収まることが確認された。ただし、本明細書中において膜中の元素濃度は、ＳＩＭＳの測定結果における最小値で定義される。
【００２５】
上記構成を得るため、本実施例で用いる減圧熱ＣＶＤ炉は定期的にドライクリーニングを行い、成膜室の清浄化を図っておくことが望ましい。ドライクリーニングは、 200〜400 ℃程度に加熱した炉内に 100〜300sccm のＣｌＦ3 （フッ化塩素）ガスを流し、熱分解によって生成したフッ素によって成膜室のクリーニングを行えば良い。
【００２６】
なお、本発明者らの知見によれば炉内温度300 ℃とし、ＣｌＦ3 （フッ化塩素）ガスの流量を300sccm とした場合、約２μｍ厚の付着物（主に珪素を主成分する）を４時間で完全に除去することができる。
【００２７】
また、非晶質珪素膜５０３中の水素濃度も非常に重要なパラメータであり、水素含有量を低く抑えた方が結晶性の良い膜が得られる様である。そのため、非晶質珪素膜５０３の成膜は減圧熱ＣＶＤ法であることが好ましい。なお、成膜条件を最適化することでプラズマＣＶＤ法を用いることも可能である。
【００２８】
次に、非晶質珪素膜５０３の結晶化工程を行う。結晶化の手段としては本発明者による特開平7-130652号公報記載の技術を用いる。同公報の実施例１および実施例２のどちらの手段でも良いが、本願発明では実施例２に記載した技術内容（特開平8-78329 号公報に詳しい）を利用するのが好ましい。
【００２９】
特開平8-78329 号公報記載の技術は、まず触媒元素の添加領域を選択するマスク絶縁膜５０４を形成する。そして、非晶質珪素膜５０３の結晶化を助長する触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を含有した溶液をスピンコート法により塗布し、Ｎｉ含有層５０５を形成する。（図５（Ｂ））
【００３０】
なお、触媒元素としてはニッケル以外にも、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）等を用いることができる。
【００３１】
また、上記触媒元素の添加工程はスピンコート法に限らず、レジストマスクを利用したイオン注入法またはプラズマドーピング法を用いることもできる。この場合、添加領域の占有面積の低減、横成長領域の成長距離の制御が容易となるので、微細化した回路を構成する際に有効な技術となる。
【００３２】
次に、触媒元素の添加工程が終了したら、450 ℃１時間程度の水素出しの後、不活性雰囲気、水素雰囲気または酸素雰囲気中において 500〜700 ℃（代表的には 550〜650 ℃）の温度で 4〜24時間の加熱処理を加えて非晶質珪素膜５０３の結晶化を行う。本実施例では窒素雰囲気で570 ℃14時間の加熱処理を行う。
【００３３】
この時、非晶質珪素膜５０３の結晶化はニッケルを添加した領域５０６で発生した核から優先的に進行し、基板５０１の基板面に対してほぼ平行に成長した結晶領域５０７が形成される。本発明者らはこの結晶領域５０７を横成長領域と呼んでいる。横成長領域は比較的揃った状態で個々の結晶が集合しているため、全体的な結晶性に優れるという利点がある。（図５（Ｃ））
【００３４】
結晶化のための加熱処理が終了したら、マスク絶縁膜５０４を除去してパターニングを行い、横成長領域５０７のみでなる島状半導体層（活性層）５０８を形成する。次に、珪素を含む絶縁膜でなるゲイト絶縁膜５０９を形成する。ゲイト絶縁膜５０９の膜厚は後の熱酸化工程による増加分も考慮して20〜250nm の範囲で調節すれば良い。また、成膜方法は公知の気相法（プラズマＣＶＤ法、スパッタ法等）を用いれば良い。
【００３５】
次に、図５（Ｄ）に示す様に触媒元素（ニッケル）を除去または低減するための加熱処理（触媒元素のゲッタリングプロセス）を行う。この加熱処理は処理雰囲気中にハロゲン元素を含ませ、ハロゲン元素による金属元素のゲッタリング効果を利用するものである。
【００３６】
なお、ハロゲン元素によるゲッタリング効果を十分に得るためには、上記加熱処理を700 ℃を超える温度で行なうことが好ましい。この温度以下では処理雰囲気中のハロゲン化合物の分解が困難となり、ゲッタリング効果が得られなくなる恐れがある。そのため加熱処理温度を好ましくは800 〜1000℃（代表的には950 ℃）とし、処理時間は 0.1〜 6hr、代表的には 0.5〜 1hrとする。
【００３７】
代表的な実施例としては酸素雰囲気中に対して塩化水素（ＨＣｌ）を0.5 〜10体積％（本実施例では３体積％）の濃度で含有させた雰囲気中において、950 ℃、30分の加熱処理を行えば良い。ＨＣｌ濃度を上記濃度以上とすると、活性層５０８の表面に膜厚程度の凹凸が生じてしまうため好ましくない。
【００３８】
また、ハロゲン元素を含む化合物してはＨＣｌガス以外にもＨＦ、ＮＦ3 、ＨＢｒ、Ｃｌ2 、ＣｌＦ3 、ＢＣｌ3 、Ｆ2 、Ｂｒ2 等のハロゲン元素を含む化合物から選ばれた一種または複数種のものを用いることが出来る。
【００３９】
この工程においては活性層５０８中のニッケルが塩素の作用によりゲッタリングされ、揮発性の塩化ニッケルとなって大気中へ離脱して除去される。そして、この工程により活性層５０８中のニッケルの濃度は 5×1017atoms/cm3 以下（代表的には 2×1017atoms/cm3 以下）にまで低減される。なお、本発明者らの経験によれば、ニッケル濃度が 1×1018atoms/cm3 以下（好ましくは 5×1017atoms/cm3 以下）であればＴＦＴ特性に悪影響はでない。
【００４０】
また、上記ゲッタリング処理はニッケル以外の他の金属元素にも効果的である。珪素膜中に混入しうる金属元素としては、主に成膜チャンバーの構成元素（代表的にはアルミニウム、鉄、クロム等）が考えられるが、上記ゲッタリング処理を行なえば、それら金属元素の濃度も 5×1017atoms/cm3 以下（好ましくは 2×1017atoms/cm3 以下）にすることが可能である。
【００４１】
なお、上記ゲッタリング処理を行うと、活性層５０８中にはゲッタリング処理に使用したハロゲン元素が 1×1015〜 1×1020atoms/cm3 の濃度で残存する。
【００４２】
また、上記加熱処理により活性層５０８とゲイト絶縁膜５０９の界面では熱酸化反応が進行し、熱酸化膜の分だけゲイト絶縁膜５０９の膜厚は増加する。この様にして熱酸化膜を形成すると、非常に界面準位の少ない半導体／絶縁膜界面を得ることができる。また、活性層端部における熱酸化膜の形成不良（エッジシニング）を防ぐ効果もある。
【００４３】
さらに、上記ハロゲン雰囲気における加熱処理を施した後に、窒素雰囲気中で950 ℃ 1時間程度の加熱処理を行なうことで、ゲイト絶縁膜５０９の膜質の向上を図ることも有効である。
【００４４】
なお、このハロゲン元素によるゲッタリング工程は、結晶化工程とゲイト絶縁膜の成膜工程との間に行うこともできる。
【００４５】
次に、図示しないアルミニウムを主成分とする金属膜を成膜し、パターニングによって後のゲイト電極の原型５１０を形成する。本実施例では２wt% のスカンジウムを含有したアルミニウム膜を用いる。なお、これ以外にもタンタル膜、導電性を有する珪素膜等を用いることもできる。（図５（Ｅ））
【００４６】
ここで本発明者らによる特開平7-135318号公報記載の技術を利用する。同公報には、陽極酸化により形成した酸化膜を利用して自己整合的にソース／ドレイン領域と低濃度不純物領域とを形成する技術が開示されている。以下にその技術について簡単に説明する。
【００４７】
まず、アルミニウム膜のパターニングに使用したレジストマスク（図示せず）を残したまま３％シュウ酸水溶液中で陽極酸化処理を行い、多孔性の陽極酸化膜５１１を形成する。この膜厚が後に低濃度不純物領域の長さになるのでそれに合わせて膜厚を制御する。
【００４８】
次に、図示しないレジストマスクを除去した後、エチレングリコール溶液に３％の酒石酸を混合した電解溶液中で陽極酸化処理を行う。この処理では緻密な無孔性の陽極酸化膜５１２が形成される。膜厚は70〜120 nmで良い。
【００４９】
そして、上述の２回に渡る陽極酸化処理の後に残ったアルミニウム膜５１３が実質的にゲイト電極として機能する。（図６（Ａ））
【００５０】
次にゲイト電極５１３、多孔性の陽極酸化膜５１１をマスクとしてゲイト絶縁膜５０９をドライエッチング法によりエッチングする。そして、多孔性の陽極酸化膜５１１を除去する。こうして形成されるゲイト絶縁膜５１４の端部は多孔性の陽極酸化膜５１１の膜厚分だけ露出した状態となる。（図６（Ｂ））
【００５１】
次に、一導電性を付与する不純物元素の添加工程を行う。不純物元素としてはＮ型ならばＰ（リン）またはＡｓ（砒素）、Ｐ型ならばＢ（ボロン）またはＩｎ（インジウム）を用いれば良い。
【００５２】
この工程では、まず１回目の不純物添加を高加速電圧で行い、ｎ- 領域を形成する。この時、加速電圧が80keV 程度と高いので不純物元素は露出した活性層表面だけでなく露出したゲイト絶縁膜の端部の下にも添加される。さらに、２回目の不純物添加を低加速電圧で行い、ｎ+ 領域を形成する。この時は加速電圧が10keV 程度と低いのでゲイト絶縁膜はマスクとして機能する。
【００５３】
以上の工程で形成された不純物領域は、ｎ+ 領域がソース領域５１５、ドレイン領域５１６となり、ｎ- 領域が一対の低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域とも呼ばれる）５１７となる。また、ゲイト電極直下の領域は不純物元素が添加されず、真性または実質的に真性なチャネル形成領域５１８となる。（図６（Ｃ））
【００５４】
以上の様にして活性層が完成したら、ファーネスアニール、レーザーアニール、ランプアニール等の組み合わせによって不純物元素の活性化を行う。それと同時に添加工程で受けた活性層の損傷も修復される。
【００５５】
次に、層間絶縁膜５１９を500 nmの厚さに形成する。層間絶縁膜５１９としては酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、有機性樹脂膜、或いはそれらの積層膜を用いることができる。
【００５６】
次に、コンタクトホールを形成した後、ソース電極５２０、ドレイン電極５２１を形成する。最後に、基板全体を350 ℃の水素雰囲気で１〜２時間加熱し、素子全体の水素化を行うことで膜中（特に活性層中）のダングリングボンド（不対結合手）を終端する。以上の工程によって、図６（Ｄ）に示す様な構造のＴＦＴを作製することができる。
【００５７】
なお、本願発明は活性層を構成する半導体薄膜に関する技術であるので、その他の構造および構成は何ら本願発明を限定するものではない。従って、本願発明は本実施例以外の構造および構成を有するＴＦＴに対しても容易に適用することが可能である。
【００５８】
（活性層中に含まれる不純物に関する知見）
本実施例の活性層（半導体薄膜）には結晶化を阻害する元素であるＣ（炭素）、Ｎ（窒素）及びＯ（酸素）が存在しない、或いは実質的に存在しない点に特徴がある。これは徹底的な不純物（汚染物）管理によってなしうる構成である。
【００５９】
本実施例の場合、非晶質珪素膜の成膜にあたってＣ（炭素）、Ｎ（窒素）及びＯ（酸素）の混入を徹底的に避けるので、必然的に最終的な半導体膜中に存在するＣ（炭素）及びＮ（窒素）の濃度は少なくとも 5×1018atoms/cm3 未満（代表的には 5×1017atoms/cm3 以下、好ましくは 2×1017atoms/cm3 以下）、Ｏ（酸素）の濃度は少なくとも 1.5×1019atoms/cm3 未満（代表的には 1×1018atoms/cm3 以下、好ましくは 5×1017atoms/cm3 以下）となる。
【００６０】
なお、純粋に珪素だけからなる半導体膜では珪素の濃度が約 5×1022atoms/cm3 であるので、例えば 5×1018atoms/cm3 の不純物元素は約0.01atomic% の濃度で存在することに相当する。
【００６１】
また、望ましくは最終的な半導体膜中に存在するＣ（炭素）、Ｎ（窒素）及びＯ（酸素）の濃度をＳＩＭＳ分析における検出下限以下、さらに望ましくは完全に存在しない状態とすることが優れた結晶性を得るためには必要である。
【００６２】
本発明者らがＳＩＭＳで分析した結果、Ｃ、Ｎ、Ｏの濃度がいずれも上記濃度範囲を満たす非晶質珪素膜を出発膜として用いた場合、完成したＴＦＴの活性層中に含まれるＣ、Ｎ、Ｏの濃度も上記濃度範囲を満たすことが判明している。
【００６３】
〔活性層の結晶構造に関する知見〕
上記作製工程に従って形成した活性層は、微視的に見れば複数の棒状（または偏平棒状）結晶が互いに概略平行に特定方向への規則性をもって並んだ結晶構造を有する。このことはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡法）による観察で容易に確認することができる。
【００６４】
ここで、棒状または偏平棒状結晶同士の結晶粒界を 800万倍に拡大したＨＲ−ＴＥＭ写真を図１７に示す。なお、本明細書中において結晶粒界とは、棒状または偏平棒状結晶が接した境界に形成される粒界を指すものと定義する。従って、例えば横成長領域がぶつかりあって形成される様なマクロな意味あいでの粒界とは区別して考える。
【００６５】
ところで前述のＨＲ−ＴＥＭ（高分解能透過型電子顕微鏡法）とは、試料に対して垂直に電子線を照射し、透過電子や弾性散乱電子の干渉を利用して原子・分子配列を評価する手法である。
【００６６】
ＨＲ−ＴＥＭでは結晶格子の配列状態を格子縞として観察することが可能である。従って、結晶粒界を観察することで、結晶粒界における原子同士の結合状態を推測することができる。なお、格子縞は白と黒の縞模様となって現れるが、コントラストの相違であって原子の位置を示すものではない。
【００６７】
図１７（Ａ）は本願発明で得られる結晶性珪素膜の代表的なＴＥＭ写真であり、異なる二つの結晶粒が写真左上から右下にかけて見られる結晶粒界で接した状態が観察されている。この時、二つの結晶粒は結晶軸に多少のずれが含まれているものの概略｛１１０｝配向であった。
【００６８】
なお、後述するが複数の結晶粒を調べた結果、殆ど全てが概略｛１１０｝配向であることをＸ線回折や電子線回折によって確認している。なお、多数観察した中には（０１１）面や（２００）面などもあるはずだが、それら等価な面はまとめて｛１１０｝面と表すことにする。
【００６９】
ところで、図１７（Ａ）に図示した様に、面内には｛１１１｝面、｛１００｝面に対応する格子縞が観察されている。なお、｛１１１｝面に対応する格子縞とは、その格子縞に沿って結晶粒を切断した場合に断面に｛１１１｝面が現れる様な格子縞を指している。格子縞がどの様な面に対応するかは、簡易的に格子縞と格子縞の間隔から確認できる。
【００７０】
なお、図１７（Ａ）において格子縞の見え方に差が見られるのは、結晶粒の微妙な傾きの違いによるものである。即ち、片方の結晶粒の結晶面に垂直に電子線が照射される様に設定すると、他方の結晶粒は僅かに斜めから電子線が照射される状態になるため、格子縞の見え方が変わるのである。
【００７１】
ここで｛１１１｝面に対応する格子縞に注目する。図１７（Ａ）において粒界を挟んで上側の結晶粒の｛１１１｝面に対応する格子縞は、下側の結晶粒の｛１１１｝面に対応する格子縞と約70°（正確には70.5°）の角度をなして交わっている。
【００７２】
この様な結晶構造（正確には結晶粒界の構造）は、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて整合性よく接合していることを示している。即ち、結晶粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となっている。換言すれば、結晶粒界において結晶格子に連続性があるとも言える。
【００７３】
なお、参考までに従来の高温ポリシリコン膜のＨＲーＴＥＭ写真を図１７（Ｂ）に示す。図１７（Ｂ）の場合、後述するが結晶面に規則性がなく、｛１１０｝面が主体となる配向ではなかった。ただし、ここでは図１７（Ａ）と比較するために｛１１１｝面に対応する格子縞が現れる様な結晶粒を観察した。
【００７４】
図１７（Ｂ）を詳細に観察して見ると、図中において矢印で示す様に、結晶粒界では格子縞が途切れた部分が多数確認できる。この様な部分では未結合手（結晶欠陥と呼べる）が存在することになる、トラップ準位としてキャリアの移動を阻害する可能性が高い。
【００７５】
ただし、確かに本願発明の結晶性珪素膜にも図１７（Ｂ）に示した様な未結合手は存在する。これは本願発明の結晶性珪素膜が多結晶である以上しかたのないことである。しかしながら、本願発明の結晶性珪素膜を広範囲に渡って詳細にＴＥＭ観察した結果、その様な未結合手はごく僅かであることが判明している。
【００７６】
本出願人が調べた限りでは、全体の９０％以上（典型的には９５％以上）の結晶粒界に結晶格子の連続性が見られ、図１７（Ｂ）に示した様な未結合手は殆ど見つけることができなかった。この事からも本願発明の結晶性珪素膜は従来の高温ポリシコンとは明らかに異なる半導体膜であると言えよう。
【００７７】
次に、本願発明の半導体薄膜を電子線回折によって調べた結果を図１（Ａ）に示す。また、リファレンスとして従来の高温ポリシリコン膜の電子線回折パターンを図１（Ｂ）に示す。なお、図１（Ａ）、（Ｂ）において電子線の照射エリアの径はそれぞれ4.25μｍ、1.35μｍである。本実施例では複数箇所を測定したうちの代表的な写真を示す。
【００７８】
図１（Ａ）の場合、〈１１０〉入射に対応する回折スポット（回折斑点）が比較的きれいに現れており、電子線の照射エリア内では殆ど全ての結晶粒が｛１１０｝配向していることが確認できる。
【００７９】
なお、本出願人は特開平７−３２１３３９号公報に記載した手法に従ってＸ線回折を行い、本願発明の半導体薄膜について配向比率を算出した。同公報では下記数１に示す様な算出方法で配向比率を定義している。
【００８０】
【数１】
0004318768.tif 000003
【００８１】
本願発明の半導体薄膜の配向性をＸ線回折で調べた結果、Ｘ線回折パターンには（２２０）面に相当するピークが現れた。勿論、（２２０）は｛１１０｝と等価であることは言うまでもない。この測定の結果、｛１１０｝面が主たる配向面であり、配向比率は0.7 以上（典型的には0.9 以上）であることが判明した。
【００８２】
一方、図１（Ｂ）に示す従来の高温ポリシリコン膜の場合、回折スポットには明瞭な規則性が見られず、ほぼランダムに配向している、換言すれば｛１１０｝面以外の面方位の結晶粒が不規則に混在することが判明した。
【００８３】
なお、各回折スポットは同心円上の広がりを僅かにもっているが、これは結晶軸を中心にある程度の回転角の分布をもつためと予想される。この事について以下に説明する。
【００８４】
図１（Ａ）に示した電子線回折パターンの一部を模式的に図２（Ａ）に示す。図２（Ａ）において、２０１で示される複数の揮点は〈１１０〉入射に対応する回折スポットである。複数の回折スポット２０１は照射エリアの中心点２０２を中心にして同心円状に分布している。
【００８５】
ここで、点線で囲まれた領域２０３を拡大したものを図２（Ｂ）に示す。図２（Ｂ）に示す様に、図１（Ａ）に示す電子線回折パターンを詳細に観察すると、照射エリアの中心点２０２に対して回折スポット２０１が約±1.5 °の広がり（ゆらぎ）を持っていることが判る。
【００８６】
即ち、電子線照射エリアの中心点２０２から回折スポット２０１に対して引いた接線２０４と、電子線照射エリアの中心点２０２と回折スポットの中心点２０５とを結ぶ線分と、がなす角（回転角の１／２に相当する）は1.5 °以下となることを意味している。この時、接線は２本引けるので、回折スポット２０１の広がりは結局±1.5 °以内の範囲に収まることになる。
【００８７】
この傾向は図１（Ａ）に示した電子線回折パターンの全域で見受けられ、全体としては±2.5 °以内（典型的には±1.5 °以内、好ましくは±0.5 °以内）に収まっている。前述の「各回折スポットは同心円上の広がりを僅かにもっている」という言葉はこの事を指している。
【００８８】
また、半導体薄膜の下地を限りなく平坦にすることで、回折スポット２０１の短軸の長さ（ａ）と長軸の長さ（ｂ）との比（ａ／ｂ）を１/1（円形を意味する）〜1/1.5 としうる。これは、回折スポットが円形または実質的に円形になることを意味している。
【００８９】
回折スポットが円形になるためには複数の結晶粒間に存在する回転角を非常に小さくしなければならない。単結晶の電子線回折パターンでは回折スポットが完全に円形になることを考えれば、回折スポットが円形になるという事は本願発明の半導体薄膜が限りなく単結晶に近づくことに他ならない。
【００９０】
また、図３（Ａ）は面方位が｛１１０｝である場合の結晶軸と、結晶面内に含まれる軸の関係を表している。この様に、結晶面が｛１１０｝配向であれば結晶軸は〈１１０〉軸であり、その結晶面内には〈１１１〉軸、〈１００〉軸などが含まれる。
【００９１】
また、以前に本発明者らがＨＲ−ＴＥＭを利用して上記棒状結晶の成長方向を調べた結果、概略〈１１１〉軸方向に向かって成長することが確かめられている（特開平7-321339号公報参照）。従って、本願発明の半導体薄膜の一部を拡大すると図３（Ｂ）の様になっていると考えられる。
【００９２】
図３（Ｂ）において、３０１〜３０３はそれぞれ異なる棒状結晶であり、個々の結晶粒の結晶軸は概略〈１１０〉軸である。また、結晶成長は平均的には概略〈１１１〉軸方向に向かって進行するので、棒状結晶の延在する方向と〈１１１〉軸方向とはほぼ一致する。なお、点線で示されるのは結晶粒界である。
【００９３】
この時、任意の結晶粒３０１の面内に含まれる〈１１１〉軸３０４を基準軸とすると、近傍に存在する他の棒状結晶３０２、３０３の面内に含まれる〈１１１〉軸３０５、３０６は、基準軸３０４に一致するか、若しくはそれぞれ僅かづつずれて基準軸３０４に対してある程度の角度を持つ様になる。本明細書中ではこの角度を回転角と呼んでいる。
【００９４】
なお、前述の回折スポットの広がりが±2.5 °以内（典型的には±1.5 °以内、好ましくは±0.5 °以内）に収まっているという事は、換言すれば回転角の絶対値が５°以内（典型的には３°以内、好ましくは１°以内）に収まっているという事と同義である。
【００９５】
この関係を判りやすく図３（Ｃ）にまとめると、本願発明の半導体薄膜では軸３０５が基準軸３０４となす角（α）および軸３０６が基準軸３０４となす角（β）が回転角である。そして、この回転角が少なくとも５°以内に収まっているのである。
【００９６】
そして、図３（Ｂ）の様に微妙な回転角を有する個々の結晶粒はそれぞれ異なる回折スポットとして電子線回折パターン上に現れる。例えば、結晶粒３０２、３０３の回折スポットは、結晶粒３０１の回折スポットから回転角α、β分だけ同心円上にずれて現れる。
【００９７】
即ち、電子線の照射エリア内に複数の結晶粒が存在すれば、同心円上に複数の結晶粒に対応する回折スポットが連続的に並ぶことになり、回折スポットは見かけ上、楕円に近い形状を示す様になる。これが図１（Ａ）の電子線回折パターンに回折スポットの広がりが見られた理由である。
【００９８】
なお、本実施例では〈１１１〉等の様に表記しているが、その中には［１１１］や［１−１１］など等価な複数の軸が含まれる（マイナス記号は反転を意味する）。即ち、等価な軸全てに対応して回折スポットが現れ、その結果として図１（Ａ）の様な電子線回折パターンを形成しているので、結晶粒が回転角分だけ回転すれば電子線回折パターンも全体的に回転角分だけ回転する。そのため、全ての回折スポットが同心円上に広がりを持つ。
【００９９】
以上の様に、本願発明の半導体薄膜を電子線回折で調べた結果として図１（Ａ）の様な回折パターンが得られたのは、電子線の照射エリア内に複数の棒状結晶が存在し、それぞれが僅かに異なる回転角を有するためと解釈できる。また、その回折スポットの広がり具合から、回転角の絶対値は５°以内（典型的には３°以内、好ましくは１°以内）と考えられる。
【０１００】
これは、本願発明の半導体薄膜を構成する全結晶粒のうち、最も大きな回転角を有する二つの結晶粒間においても、任意の基準軸のずれが少なくとも５°以内に収まっていることを意味している。
【０１０１】
ここで、一般的に行われている結晶粒界の分類に乗っ取り、本願発明の半導体薄膜における各種結晶粒界の存在度について説明する。次に示す表は、本願発明の半導体薄膜に関するデータを考慮したものである。
【０１０２】
【表１】
0004318768.tif 000004
【０１０３】
なお、表１に示した形態の結晶粒界は電子線回折、ＨＲ−ＴＥＭ、断面ＴＥＭ等を駆使することで識別が可能であり、さらにはより詳細な情報を得ることができる。なお、本明細書で取り扱う回転角の値は、上記手法を組み合わせて様々な角度から結晶粒界を解析することで測定している。
【０１０４】
前述の結晶軸まわりの回転は「粒界面に含まれる方位についての回転」であるので小傾角粒界に含まれる。この様なを結晶粒界を形成する場合、模式的には図４（Ａ）に示す様な関係で二つの結晶粒は接している。この場合、二つの結晶粒の接する面が粒界面である。しかしながら、本願発明の半導体薄膜では結晶軸まわりの回転角が±2.5 °以内と極めて小さいので図４（Ａ）の様な粒界は殆ど存在しないと見なすことができる。。
【０１０５】
また、小傾角粒界には図４（Ｂ）に示す様な場合もある。図４（Ｂ）の形態の場合、回転軸となる軸が図４（Ａ）とは異なっている。しかし、粒界面に含まれる軸を中心にして二つの結晶粒がある回転角を有する関係にある点は図４（Ａ）と同様である。本願発明の半導体薄膜では、この場合の回転角も±2.5 °以内（典型的には±1.5 °以内、好ましくは0.5 °以内）であるので、この様な結晶粒界も殆ど存在しないと見なすことができる。
【０１０６】
また、図４（Ａ）、（Ｂ）に示した小傾角粒界とは区別されるが、同じ低角粒界の分類にねじれ粒界と呼ばれる形態がある。これは図４（Ｃ）に示す様に、粒界面に垂直な方位について回転した場合に相当する。
【０１０７】
この場合も、二つの結晶粒がある回転角を有する関係にある点は小傾角粒界と同様であり、本願発明の半導体薄膜では回転角が±2.5 °以内（典型的には±1.5 °以内、好ましくは0.5 °以内）に収まっている。即ち、ねじれ粒界も殆ど存在しないと見なすことができる。
【０１０８】
以上の様に、本願発明の半導体薄膜には一般的に低角粒界と呼ばれる電気的に活性な結晶粒界がない又は実質的にないと考えられる。なお、「電気的に活性」とはキャリアにとってトラップとして機能しうることを意味している。
【０１０９】
また、「実質的にない」とは、例えば５μｍ平方の範囲に含まれる結晶粒界を調べた時に、該当する粒界（例えば低角粒界等）が、観察されても１つや２つである様な場合を指す。
【０１１０】
また、特殊な高角粒界では双晶粒界とその他の対応粒界とがあるが、本願発明の半導体薄膜の殆どがこの双晶粒界であることが確認されている。この対応粒界は例え存在しても電気的に不活性（キャリアのトラップとして機能しない）であることが判っている。
【０１１１】
特に、本願発明の半導体薄膜はΣ３の対応粒界（｛１１１｝双晶粒界）が全体の９０％以上（典型的には９５％以上）を占めており、極めて整合性の良い結晶粒界が形成されていることが広い範囲において証明されている。
【０１１２】
なお、Σ値は対応粒界の整合性の程度を示す指針となるパラメータであり、Σ値が小さいほど整合性の良い結晶粒界であることが知られている。Σ値の定義については「材料評価のための高分解能電子顕微鏡法；進藤大輔，平賀賢二共著，pp.54 〜60，共立出版株式会社，1996」に詳しい。
【０１１３】
二つの結晶粒の間に形成された結晶粒界において、両方の結晶の面方位が｛１１０｝である場合、｛１１１｝面に対応する格子縞がなす角をθとすると、θ＝70.5°の時にΣ３の対応粒界となることが知られている。
【０１１４】
従って、図１（Ａ）のＴＥＭ写真に示された結晶粒界では、隣接する結晶粒の各格子縞が70.5°の角度で連続しており、この結晶粒界は｛１１１｝双晶粒界であると容易に推察することができる。
【０１１５】
なお、θ＝ 38.9 °の時にはΣ９の対応粒界となるが、この様な他の対応粒界も若干ながら存在した。
【０１１６】
この様な対応粒界は、同一面方位の結晶粒間にしか形成されない。即ち、本願発明の半導体薄膜は面方位が概略｛１１０｝で揃っているからこそ、広範囲に渡ってこの様な対応粒界を形成しうるのである。この特徴は、面方位が不規則な他のポリシリコン膜ではあり得ることではない。
【０１１７】
また、ランダムな高角粒界とは有意な方位関係を持たずに不規則な方位の結晶粒が並んだだけの半導体薄膜に見られる粒界であり、従来の高温ポリシリコンなどの様な半導体薄膜に多く見られる。本願発明の半導体薄膜では、当然、高角粒界は殆ど存在しない。
【０１１８】
表１に示した低角粒界、ランダムな高角粒界の双方がない又は極めてその数が少ない場合、活性な結晶粒界は存在しないと見なせる。即ち、その様な結晶構造を有する半導体薄膜は実質的に結晶粒界のない単結晶又は実質的な単結晶と見なすことができる。
【０１１９】
以上の様に、本願発明の半導体薄膜は、薄膜を構成する個々の結晶粒（棒状結晶）が互いに完全に一致する方位関係にあるか、ある程度の回転角を有した関係にある。そして、その回転角は±2.5 °以内という非常に小さなものであり、実質的に活性な結晶粒界を形成しないと見なして良いレベルである。
【０１２０】
本発明者らは、この様な半導体薄膜が得られた理由として、下地の平坦性を重要視している。本発明者らの経験では、下地に凹凸があるとそれが結晶成長の際に大きく影響する。即ち、下地の凹凸等によって結晶粒にひずみ等が発生し、結晶軸のずれなどを引き起こすことになる。
【０１２１】
本願発明の半導体薄膜は、本実施例に示した様な方法で形成された非常に平坦性の高い下地膜上に形成されている。従って、結晶成長を阻害する要因を極力排除した状態で成長させることができるため、非常に高い結晶性を維持したまま結晶粒同士が接合する。その結果として、前述の様に実質的に単結晶と見なせる結晶性を有する半導体薄膜が得られたものと考えられる。
【０１２２】
なお、本発明の半導体薄膜を形成するにあたって結晶化温度以上の温度でのアニール工程（本実施例の場合、図５（Ｄ）に示す工程）は、結晶粒内の欠陥低減に関して重要な役割を果たしている。その事について説明する。
【０１２３】
図１４（Ａ）は図５（Ｃ）に示した結晶化工程までを終了した時点での結晶シリコン膜を２５万倍に拡大したＴＥＭ写真であり、結晶粒内（黒い部分と白い部分はコントラストの差に起因して現れる）に矢印で示される様なジグザグ状に見える欠陥が確認される。
【０１２４】
この様な欠陥は主としてシリコン結晶格子面の原子の積み重ね順序が食い違っている積層欠陥であるが、転位などの場合もある。図１４（Ａ）は｛１１１｝面に平行な欠陥面を有する積層欠陥と思われる。その事は、ジグザグ状に見える欠陥が約７０°の角をなして折れ曲がっていることから推測できる。
【０１２５】
一方、図１４（Ｂ）に示す様に、同倍率で見た本発明の結晶シリコン膜は、結晶粒内には殆ど積層欠陥や転位などに起因する欠陥が見られず、非常に結晶性が高いことが確認できる。この傾向は膜面全体について言えることであり、欠陥数をゼロにすることは現状では困難であるが、実質的にゼロと見なせる程度にまで低減することができる。
【０１２６】
即ち、図１４（Ｂ）に示す結晶シリコン膜は結晶粒内の欠陥が殆ど無視しうる程度にまで低減され、且つ、結晶粒界が高い連続性によってキャリア移動の障壁になりえないため、単結晶または実質的に単結晶と見なせる。
【０１２７】
この様に、図１４（Ａ）と（Ｂ）の写真に示した結晶シリコン膜は結晶粒界はほぼ同等の連続性を有しているが、結晶粒内の欠陥数には大きな差がある。本発明の結晶シリコン膜が図１４（Ａ）に示した結晶シリコン膜よりも遙に高い電気特性を示す理由はこの欠陥数の差によるところが大きい。
【０１２８】
本出願人は、図５（Ｄ）の工程によって起こる現象について次の様なモデルを考えている。まず、図１４（Ａ）に示す状態では結晶粒内の欠陥（主として積層欠陥）には触媒元素（代表的にはニッケル）が偏析している。即ち、Si-Ni-Siといった形の結合が多数存在していると考えられる。
【０１２９】
しかしながら、触媒元素のゲッタリングプロセスを行うことで欠陥に存在するNiが除去されると、Si-Ni 結合は切れる。そのため、シリコンの余った結合手はすぐにSi-Si 結合を形成して安定する。こうして欠陥が消滅する。
【０１３０】
勿論、高い温度での熱アニールによって結晶シリコン膜中の欠陥が消滅することは知られているが、本発明ではニッケルとの結合が切れて未結合手が多く発生するためシリコンの再結合がさらにスムーズに行われると推測できる。
【０１３１】
また、同時に結晶シリコン膜が熱酸化される際に発生する余剰シリコン原子が欠陥へと移動し、Si-Si 結合の生成に大きく寄与していると考えられる。この概念はいわゆる高温ポリシリコン膜の結晶粒内に欠陥が少ない理由として知られている。
【０１３２】
また、本出願人は結晶化温度を超える温度（代表的には 700〜1100℃）で加熱処理を行うことで結晶シリコン膜とその下地との間が固着し、密着性が高まることで欠陥が消滅するというモデルを考えている。
【０１３３】
結晶シリコン膜と下地膜となる酸化珪素膜とでは、熱膨張係数に１０倍近くの差がある。従って、非晶質シリコン膜から結晶シリコン膜に変成した段階（図１４（Ａ））では、結晶シリコン膜が冷却される時に非常に大きな応力が結晶シリコン膜にかかる。
【０１３４】
この事について、図１５を用いて説明する。図１５（Ａ）は結晶化工程後の結晶シリコン膜にかかる熱履歴を示している。まず、温度（ｔ1 ）で結晶化された結晶シリコン膜は冷却期間（ａ）を経て室温まで冷やされる。
【０１３５】
ここで図１５（Ｂ）に示すのは冷却期間（ａ）にある時の結晶シリコン膜であり、３０は石英基板、３１は結晶シリコン膜である。この時、結晶シリコン膜３１と石英基板３０との界面３２における密着性はあまり高くなく、それが原因となって多数の粒内欠陥を発生していると考えられる。
【０１３６】
即ち、熱膨張係数の差によって引っ張られた結晶シリコン膜３１は石英基板３０上で非常に動きやすく、引っ張り応力などの力によって積層欠陥や転位などの欠陥３３を容易に生じてしまうと考えられる。
【０１３７】
こうして得られた結晶シリコン膜が図１４（Ａ）に示した様な状態となるのである。そしてその後、図１５（Ａ）に示す様に温度（ｔ2 ）で触媒元素のゲッタリング工程が施され、その結果、結晶シリコン膜中の欠陥が前述の理由によって消滅する。
【０１３８】
ここで重要なことは触媒元素のゲッタリング工程が行われると同時に結晶シリコン膜石英基板に固着され、石英基板との密着性が高まる点である。即ち、このゲッタリング工程は結晶シリコン膜と石英基板（下地）との固着工程を兼ねていると考えられる。
【０１３９】
こうしてゲッタリング＋固着工程を終了すると冷却期間（ｂ）を経て室温まで冷やされる。ここで結晶化工程の後の冷却期間（ａ）と異なる点は、石英基板３０とアニール後の結晶シリコン膜３４との界面３５が非常に密着性の高い状態となっている点である。（図１５（Ｃ））
【０１４０】
この様に密着性が高いと石英基板３０に対して結晶シリコン膜３４が完全に固着されるので、結晶シリコン膜の冷却段階において結晶シリコン膜に応力が加わっても欠陥を発生するには至らない。即ち、再び欠陥が発生する様なことを防ぐことができる。
【０１４１】
なお、図１５（Ａ）では結晶化工程後に室温まで下げるプロセスを例にとっているが、結晶化が終了したらそのまま温度を上げてゲッタリング＋固着工程を行うこともできる。その様なプロセスを経ても本発明の結晶シリコン膜を得ることは可能である。
【０１４２】
こうして得られた本発明の結晶シリコン膜（図１４（Ｂ））は、単に結晶化を行っただけの結晶シリコン膜（図１４（Ａ））に較べて格段に結晶粒内の欠陥数が少ないという特徴を有している。
【０１４３】
この欠陥数の差は電子スピン共鳴分析（Electron Spin Resonance ：ＥＳＲ）によってスピン密度の差となって現れる。現状では本発明の結晶シリコン膜のスピン密度は少なくとも 5×1017spins/cm3 以下（好ましくは 3×1017spins/cm3 以下）であることが判明している。ただし、この測定値はは現存する測定装置の検出限界に近いので、実際のスピン密度はさらに低いと予想される。
【０１４４】
以上の様な結晶構造を有する本発明の結晶シリコン膜を、本出願人は連続粒界結晶シリコン（Continuous Grain Silicon：ＣＧＳ）と呼んでいる。
【０１４５】
（対応粒界に関する知見）
先に説明した様な対応粒界は、同一面方位の結晶粒間にしか形成されない。即ち、本願発明の半導体薄膜は面方位が概略｛１１０｝で揃っているからこそ、広範囲に渡ってこの様な対応粒界を形成しうるのである。この特徴は、面方位が不規則な他のポリシリコン膜ではあり得ることではない。
【０１４６】
ここで、本願発明の半導体薄膜を１万５千倍に拡大したＴＥＭ写真（暗視野像）を図１８（Ａ）に示す。白く見える領域と黒く見える領域とが存在するが、同色に見える部分は配向性が同一であることを示している。
【０１４７】
図１８（Ａ）で特筆すべきはこれだけ広範囲の暗視野像において、白く見える領域がかなりの割合で連続的にまとまっている点である。これは配向性の同じ結晶粒がある程度の方向性をもって存在し、隣接する結晶粒同士で殆ど同一の配向性を有していることを意味している。
【０１４８】
他方、従来の高温ポリシリコン膜を１万５千倍に拡大したＴＥＭ写真（暗視野像）を図１８（Ｂ）に示す。従来の高温ポリシリコン膜では同一面方位の部分はばらばらに点在するのみであり、図１８（Ａ）に示す様な方向性のあるまとまりは確認できない。これは隣接する結晶粒同士の配向性が全く不規則であるためと考えられる。
【０１４９】
また、後述する実施例４の技術でニッケルのゲッタリング処理を行った本願発明の半導体薄膜を明視野で観察した場合のＴＥＭ写真を図１９に示す。また、図１９中においてPoint １を３０万倍に拡大した写真を図２０（Ａ）に、２００万倍に拡大した写真を図２０（Ｂ）に示す。なお、図２０（Ａ）内において四角で囲まれた領域が図２０（Ｂ）に相当する。また、Point １における電子線回折パターン（スポット径 1.7μｍφ）を図２０（Ｃ）に示す。
【０１５０】
さらに、Point １と全く同条件でPoint ２とPoint ３を観察した。Point ２の観察結果を図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）、図２１（Ｃ）に、Point ３の観察結果を図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）、図２２（Ｃ）に示す。
【０１５１】
これらの観察結果から、任意の結晶粒界において結晶格子に連続性が保たれており、平面状粒界が形成されていることが判る。なお、本出願人はここに示した測定点以外にも多数の領域に渡って観察と測定を繰り返し、ＴＦＴを作製するのに十分な広い領域において、結晶粒界における結晶格子の連続性が確保されていることを確認している。
【０１５２】
〔実施例２〕
実施例１では平坦性に優れた下地を得るために、シリコン基板をハロゲン化物（例えばＨＣｌ）を含む雰囲気中で熱酸化する例を示した。本実施例では他の基板を利用する例を示す。
【０１５３】
本実施例では、まず安価な低級グレードの石英基板を用意する。次に、その石英基板をＣＭＰ（化学機械研磨）等の手法により理想状態（凹凸部の差の平均値が５nm以内、代表的には３nm以内、好ましくは２nm以内）にまで研磨する。
【０１５４】
この様に、安価な石英基板であっても研磨によって優れた平坦性を有する絶縁性基板として利用することができる。石英基板を用いると非常に下地が緻密となるので下地／半導体薄膜界面の安定度が高い。また、基板からの汚染の影響も殆どないので非常に利用価値が高い。
【０１５５】
〔実施例３〕
実施例１では半導体膜として珪素膜を用いる例を示したが、ＳｉX Ｇｅ1-X （０＜Ｘ＜１、好ましくは0.05≦Ｘ≦0.95）で示される様にゲルマニウムを１〜１０％含有した珪素膜を用いることも有効である。
【０１５６】
この様な化合物半導体膜を用いた場合、Ｎ型ＴＦＴおよびＰ型ＴＦＴを作製した際にしきい値電圧を小さくできる。また、電界効果移動度（モビリティと呼ばれる）を大きくすることができる。
【０１５７】
〔実施例４〕
実施例１では珪素の結晶化を助長する触媒元素をゲッタリングする工程においてハロゲン元素を用いる例を示した。本願発明では、触媒元素のゲッタリング工程にリン元素を用いることも可能である。
【０１５８】
リン元素を用いる場合、活性層となる領域以外の領域にリンを添加し、 400〜1050℃（好ましくは 600〜750 ℃）の温度で、１min 〜20hr（典型的には30min 〜３hr）の加熱処理を行えば良い。この加熱処理によりリンを添加した領域に触媒元素がゲッタリングされるので、活性層中の触媒元素の濃度は 5×1017atoms/cm3 以下にまで低減される。
【０１５９】
こうしてゲッタリング工程を終えたら、リンを添加した領域以外の領域を利用して活性層を形成する。後は、実施例１の工程に従えば実施例１と同じ特徴を有する半導体装置が得られる。
【０１６０】
勿論、ゲイト絶縁膜となる熱酸化膜を形成する際にハロゲン元素を含む雰囲気中で加熱処理を行えば、本実施例のリン元素によるゲッタリング効果とハロゲン元素によるゲッタリング効果との相乗効果が得られる。
【０１６１】
〔実施例５〕
本実施例では実施例１に示した半導体装置を利用して反射型液晶パネルを構成する場合の例を示す。図７に示すのはアクティブマトリクス型液晶パネルの断面図であり、ドライバー回路やロジック回路を構成する領域にはＣＭＯＳ回路を、画素マトリクス回路を構成する領域には画素ＴＦＴを示している。
【０１６２】
ＣＭＯＳ回路はＮチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴとを相補的に組み合わせて作製する。ＣＭＯＳ回路を構成する個々のＴＦＴの構成および作製方法は実施例１で説明したので省略する。
【０１６３】
また、画素ＴＦＴはドライバー回路等を構成するＴＦＴにさらに工夫を加える必要がある。図７において７０１は窒化珪素膜であり、ＣＭＯＳ回路のパッシベーション膜を兼ねると同時に、補助容量を構成する絶縁体として機能する。
【０１６４】
窒化珪素膜７０１上にはチタン膜７０２が形成され、チタン膜７０２とドレイン電極７０３との間で補助容量が形成される。この時、絶縁体は比誘電率の高い窒化珪素膜であるので、容量を大きくすることができる。また、反射型では開口率を考慮する必要がないので、図７の様な構造としても問題がない。
【０１６５】
次に、７０４は有機性樹脂膜でなる層間絶縁膜であり、本実施例ではポリイミドを用いている。この層間絶縁膜７０４は膜厚を２μｍ程度と厚くして十分な平坦性を確保しておくことが好ましい。こうすることで、優れた平坦性を持つ画素電極７０５を形成することができる。
【０１６６】
画素電極７０５はアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料で構成する。なるべく反射率の高い材料を用いる方が良い。また、優れた平坦性を確保しておくことで画素電極表面での乱反射損失を低減することができる。
【０１６７】
画素電極７０５の上には配向膜７０６を形成する。配向膜７０６はラビングによって配向力を持たせる。以上がＴＦＴ側基板（アクティブマトリクス基板）の構成に関する説明である。
【０１６８】
一方、対向基板側は、透過性基板７０７上に透明導電膜７０８、配向膜７０９を形成して構成される。これ以外にも必要に応じてブラックマスクやカラーフィルターを設けることもできる。
【０１６９】
そして、スペーサ散布、シール材印刷を行った後、液晶層７１０を封入して図７に示す様な構造の反射型液晶パネルが完成する。液晶層７１０は液晶の動作モード（ＥＣＢモード、ゲストホストモード等）によって自由に選定することができる。
【０１７０】
また、図７に示した様な反射型液晶パネルを構成するアクティブマトリクス基板の外観を図８に簡略化して示す。図８において、８０１は実施例１の工程に従って熱酸化膜を設けたシリコン基板、８０２は画素マトリクス回路、８０３はソースドライバー回路、８０４はゲイトドライバー回路、８０５はロジック回路である。
【０１７１】
ロジック回路８０５は広義的にはＴＦＴで構成される論理回路全てを含むが、ここでは従来から画素マトリクス回路、ドライバー回路と呼ばれている回路と区別するため、それ以外の信号処理回路（メモリ、Ｄ／Ａコンバータ、クロックジェネレータ等）を指す。
【０１７２】
また、こうして形成された液晶パネルには外部端子としてＦＰＣ（Flexible Print Circuit）端子が取り付けられる。一般的に液晶モジュールと呼ばれるのはＦＰＣを取り付けた状態の液晶パネルである。
【０１７３】
〔実施例６〕
本実施例では実施例１に示した半導体装置を利用して透過型液晶パネルを構成する例を図９に示す。ただし、基本的な構造は実施例４に示した反射型液晶パネルと同じであるので、構成の異なる点を特に説明する。
【０１７４】
図９に示す透過型液晶パネルの場合、ブラックマスク９０１の構成が反射型液晶パネルと大きく異なる。即ち、透過型では開口率を稼ぐ必要があるのでＴＦＴ部および配線部以外は極力ブラックマスク９０１が重ならない様な構成とすることが重要である。
【０１７５】
そのため、本実施例ではＴＦＴ部の上にドレイン電極９０２が重なる様に形成しておき、その上でブラックマスク９０１との間に補助容量を形成する。この様に、広い面積を占めやすい補助容量をＴＦＴの上に形成することで開口率を広くすることが可能である。
【０１７６】
また、９０３は画素電極となる透明導電膜である。透明導電膜９０３としてはＩＴＯが最も多用されるが、他の材料（酸化スズ系など）を用いても良い。
【０１７７】
本実施例の画素構造において画素ＴＦＴの部分に注目した上面図を図２３（Ａ）に示す。図２３（Ａ）において、５１は活性層、５２はソース線、５３はゲイト線、５４はドレイン電極、５５はブラックマスク、５６はドレイン電極５４と画素電極５７とを接続するためのコンタクトホールである。
【０１７８】
本実施例の特徴は、画素ＴＦＴの上方においてドレイン電極５４とブラックマスク５５との間で補助容量を形成する点にある。
【０１７９】
また、図２３（Ａ）をＡ−Ａ’で示される破線で切断した時に見られる断面構造を図２３（Ｂ）に示す。なお、図２３（Ａ）と図２３（Ｂ）には共通の符号を用いている。さらに、図２３（Ｂ）に相当する断面を実際に撮影したＴＥＭ写真を図２４に示す。
【０１８０】
この様に、ゲイト線５３と重なる様な配置でドレイン電極５５が形成され、誘電体５８を挟んで対向するブラックマスク５５との間に補助容量が形成されている。なお、本実施例ではドレイン電極５５としてチタン膜をアルミニウム膜で挟んだ三層構造を採用している。
【０１８１】
本実施例の場合、ドレイン電極５５を形成した後で窒化珪素膜／酸化珪素膜／アクリル膜の三層構造でなる層間絶縁膜を形成し、その上にブラックマスク５５を形成する。
【０１８２】
この時、ブラックマスク５５の形成前に、後に補助容量となる領域のアクリル膜のみを除去して開口部を形成しておく。すると、開口部の底には酸化珪素膜と窒化珪素膜しか残らず、この二層構造でなる絶縁層が補助容量の誘電体５８として機能するのである。
【０１８３】
〔実施例７〕
本実施例は、ゲイト電極として導電性を有する珪素膜を用いた、いわゆるシリコンゲイトＴＦＴに適用した場合の例である。基本的な構成は実施例１で作製したＴＦＴとほぼ同様であるので、相違点のみに着目して説明する。
【０１８４】
図１０において、１１はＮチャネル型ＴＦＴのゲイト電極、１２はＰチャネル型ＴＦＴのゲイト電極、１３は画素ＴＦＴのゲイト電極である。ゲイト電極１１〜１３はリンまたは砒素を添加したＮ型ポリシリコン膜、或いはボロンまたはインジウムを添加したＰ型ポリシリコンを用いる。
【０１８５】
また、ＣＭＯＳ回路ではＮチャネル型ＴＦＴにＮ型ポリシリコンゲイトを用い、Ｐチャネル型ＴＦＴにＰ型ポリシリコンゲイトを用いたデュアルゲイト型ＣＭＯＳ回路を構成しても良い。
【０１８６】
この様にゲイト電極として珪素膜を用いる利点としては、耐熱性が高いこと、珪素膜であるので扱いが容易であることなどが挙げられる。また、金属膜との反応を利用してサリサイド構造（ポリサイド構造も含む）をとることができる。
【０１８７】
そのためには、ゲイト電極１１〜１３を形成した後にサイドウォール１４〜１６を形成する。そして、チタン、タングステン等の金属膜（図示せず）を成膜し、加熱処理を行って金属シリサイド１７〜１９を形成する。金属シリサイド１７〜１９はソース／ドレイン領域およびゲイト電極の一部に形成される。
【０１８８】
この様にサイドウォール等を用いて自己整合的に金属シリサイドを形成する構造をサリサイド構造と呼ぶ。この様な構造とすると取り出し電極（ソース／ドレイン電極等）とのオーミック接触が良好なものとなるので有効である。
【０１８９】
〔実施例８〕
本実施例では非晶質珪素膜の結晶化に際して触媒元素としてゲルマニウムを用いる場合について図１６を用いて説明する。まず、基板４１として石英基板を用意する。必要に応じて酸化珪素膜等の絶縁膜を下地として設けても良い。
【０１９０】
次に、非晶質珪素（アモルファスシリコン）膜４２を形成する。非晶質珪素膜の成膜は減圧熱ＣＶＤ法で行い、成膜ガスとしてはジシラン（Si2H6 ）を用いる。また、本実施例では非晶質珪素膜の膜厚を75nmとする。
【０１９１】
次に、非晶質珪素膜４２の結晶化工程を行う。本実施例では非晶質珪素膜の結晶化に際して、結晶化を助長する触媒元素としてゲルマニウムを用いる。本実施例の場合、まず成膜した非晶質珪素膜４２上にプラズマＣＶＤ法によりゲルマニウム膜４３を形成する。
【０１９２】
成膜ガスとしては、ゲルマン（GeH4）ガスを水素又はヘリウムで５〜１０倍に希釈したものを用いる。そして、 100〜300 ℃の成膜温度で、20〜50mW/cm2で放電して 1〜50nm（代表的には 10 〜20nm）の膜厚のゲルマニウム膜を成膜することができる。
【０１９３】
また、ゲルマニウム膜４３の成膜方法は減圧熱ＣＶＤ法で行うことも可能である。ゲルマンは非常に分解しやすいガスであるので、450 ℃程度の低温で容易に分解してゲルマニウム膜を形成することができる。
【０１９４】
こうして図１６（Ａ）の状態が得られる。次に、 450〜650 ℃（好ましくは 500〜550 ℃）の加熱処理を行い、非晶質珪素膜４２を結晶化させる。 600℃を上限としたのは、これを超えると自然核発生が増加してしまい、ゲルマニウムを核とした結晶と混在して結晶性が乱れるからである。（図１６（Ｂ））
【０１９５】
なお、この結晶化工程はファーネスアニール、ランプアニール、レーザーアニールのいずれの手段を用いても良い。本実施例では形成された膜の均質性を重視してファーネスアニールを用いる。
【０１９６】
こうして得られた結晶性珪素膜（結晶シリコン膜またはポリシリコン膜）４４は 500℃程度の低温で形成されたにも拘わらず、優れた結晶性を有している。
【０１９７】
次に、結晶性珪素膜４４上に残存するゲルマニウム膜を硫酸過水溶液（H2SO4 ：H2O2＝１：１）で除去した後、結晶シリコン膜４４に対して少なくとも前述の結晶化の際の温度よりも高い温度（代表的には 800〜1050℃）での熱処理工程を行う。本実施例ではこの熱処理工程を酸化性雰囲気で行う。（図１６（Ｃ））
【０１９８】
なお、本実施例の様にシリコンの結晶化を助長する触媒元素としてゲルマニウムを用いる場合、特にゲルマニウムをゲッタリングして除去する必要はない。ゲルマニウムはシリコンと同族の半導体であり、互いに相性が良いのでシリコンの半導体特性に悪影響を与えないと考えられる。
【０１９９】
この熱処理工程によって高い結晶性を有する結晶性珪素膜４５が形成される。また、結晶性珪素膜４５上には熱処理工程によって熱酸化膜４６が形成される。この熱酸化膜４６はＴＦＴ作製時にそのままゲイト絶縁膜として利用することも可能である。
【０２００】
なお、ゲルマニウム膜を残したまま熱処理を行うこともできるが、その場合は高い濃度で膜中にゲルマニウムが存在した状態となる。いずれにしてもこの熱処理工程を終えた結晶性珪素膜４５中には拡散によって 1×1014〜 5×1019atoms/cm3 （代表的には 1×1015〜 1×1016atoms/cm3 ）の濃度でゲルマニウムが存在する。
【０２０１】
そのため、本実施例で得られた結晶性珪素膜４５の表面近傍はシリコン原子とゲルマニウム原子が置換された結合を多く含み、SiX Ge1-X （0<X<1 ）で表されるシリコンゲルマニウム半導体に近い半導体薄膜になると考えられる。
【０２０２】
この時、本実施例の作製工程では結晶性珪素膜上における酸化シリコンの異常成長が全く起こらないという利点がある。即ち、本実施例のプロセスで形成された結晶シリコン膜４５は、酸化性雰囲気中に触れた状態で熱酸化されても酸化シリコンの異常成長が発生しない。
【０２０３】
本出願人によれば、結晶化の触媒としてニッケルを用いた場合、その後の熱処理条件によっては酸化シリコンの異常成長を生じることが確認されている。これは結晶シリコン膜中に存在するニッケルシリサイドが集中的に酸化されることに起因する。本実施例ではその様な異常成長が起こらないのである。
【０２０４】
また、さらに図１６（Ｃ）に示した熱処理工程によって結晶シリコン膜４４の内部に存在していた粒内欠陥をほぼ完全に除去することができる。結晶化を終えた状態、即ち図１６（Ｂ）に示した状態の結晶シリコン膜４４は、結晶粒内に多くの欠陥（積層欠陥や転位欠陥など）を含んでいる。ところが、図１６（Ｃ）の工程後に得られた結晶シリコン膜４５は、結晶粒内に殆ど欠陥を含まない。
【０２０５】
本出願人は、このことについてほぼ実施例１で説明したモデルと同様のことが起こっているのであろうと推測している。ただし、触媒元素にニッケルを用いていないので、欠陥が消滅するのはもっぱら熱酸化によって生じた余剰シリコン原子の影響によるところが大きいと思われる。
【０２０６】
以上の様に、本実施例の工程を採用することで、結晶性珪素膜の異常酸化が防止されるため結晶性珪素膜の熱処理に際して工程を煩雑にすることがない。また、結晶性珪素膜中の粒内欠陥が除去され、非常に結晶性の高い結晶性珪素膜を得ることができる。
【０２０７】
なお、結晶化温度以上の温度とは、代表的には 800〜1050℃( 好ましくは 850〜900 ℃）の温度であり、その様な高い温度で熱処理を行う点に特徴がある。この工程では熱酸化機構が粒内欠陥の低減に大きく寄与すると思われるので、熱酸化が起こりやすい条件であることが望ましい。
【０２０８】
従って、スループットを考えると熱処理の下限温度は 800℃が好ましく、上限は基板（本実施例では石英）の耐熱性を考慮して 1050 ℃が好ましい。ただし、ゲルマニウムの融点が 930〜940 ℃であるので、より好ましくは 900℃を上限とすると良い。
【０２０９】
また、熱処理雰囲気は酸化性雰囲気であることが好ましいが、不活性雰囲気であっても構わない。酸化性雰囲気とする場合、ドライ酸素（O2）雰囲気、ウェット酸素（O2＋H2）雰囲気、ハロゲン元素を含む雰囲気（O2＋HCl 等）のいずれかとすれば良い。
【０２１０】
特に、ハロゲンを含む雰囲気で熱処理を行うと、ハロゲン元素のゲッタリング効果により結晶性珪素膜の格子間に存在する余分なゲルマニウムが揮発性のGeCl4 の形で除去される。そのため、格子歪みの少ない結晶性珪素膜を得るためには有効な手段である。
【０２１１】
なお、本実施例は他のどの実施例とも組み合わせることができる。
【０２１２】
〔実施例９〕
本願発明のＴＦＴは実質的に単結晶と見なせる半導体薄膜を活性層として利用しているため、単結晶シリコンを用いたＭＯＳＦＥＴに匹敵する電気特性を示す。本発明者らが試作したＴＦＴからは次に示す様なデータが得られている。
【０２１３】
（１）ＴＦＴのスイッチング性能（オン／オフ動作の切り換えの俊敏性）の指標となるサブスレッショルド係数が、Ｎチャネル型ＴＦＴおよびＰチャネル型ＴＦＴともに60〜100mV/decade（代表的には60〜85mV/decade ）と小さい。
（２）ＴＦＴの動作速度の指標となる電界効果移動度（μFE）が、Ｎチャネル型ＴＦＴで200 〜650cm2/Vs （代表的には250 〜300cm2/Vs ）、Ｐチャネル型ＴＦＴで100 〜300cm2/Vs （代表的には150 〜200cm2/Vs ）と大きい。
（３）ＴＦＴの駆動電圧の指標となるしきい値電圧（Ｖth）が、Ｎチャネル型ＴＦＴで-0.5〜1.5 Ｖ、Ｐチャネル型ＴＦＴで-1.5〜0.5 Ｖと小さい。
【０２１４】
以上の様に、本発明で得られるＴＦＴは極めて優れたスイッチング特性および高速動作特性を有している。そのため、これまでＭＯＳＦＥＴで構成されてきたＬＳＩなどの集積化回路をＴＦＴで構成することが可能となる。
【０２１５】
さらには、薄膜を用いるＴＦＴの利点を生かして三次元構造の半導体装置（半導体回路）を構成することも可能となる。
【０２１６】
図１１に示す半導体回路は、本願発明のＴＦＴを用いた三次元構造の半導体回路の一例を示している。図１１（Ａ）は下側にＴＦＴ層、上側にイメージセンサを積層した三次元回路である。また、図１１（Ｂ）は上層及び下層にＴＦＴ層を配置した三次元回路である。
【０２１７】
図１１（Ａ）において、２１は光電変換層であり非晶質珪素膜等を用いることができる。その上には上部電極（透明導電膜）２２が設けられ、光を受光して電気信号に変換する受光部を構成している。
【０２１８】
なお、ＴＦＴの作製行程は実施例１で既に説明したので省略する。また、三次元回路を構成するための積層技術は、公知の手段を用いれば良い。ただし、上側のＴＦＴ層を形成する場合、下層のＴＦＴの耐熱性を考慮する必要がある。
【０２１９】
例えば、下層を本願発明のＴＦＴで構成し、上層を従来の低温形成のＴＦＴとする構成でも良い。また、下層のＴＦＴを耐熱性の高い材料で形成しておき、上層に本願発明のＴＦＴを形成する様な構造としても良い。
【０２２０】
また、上層となるイメージセンサは受光部だけで構成した下層のＴＦＴで上層の受光部を制御する構成としても良い。
【０２２１】
次に、図１１（Ｂ）において、下層はシリコンゲイト構造を用いたＴＦＴ層であり、上層はシリコンゲイト構造または他の金属膜（アルミニウムを主成分とする膜等）をゲイト電極として用いた構造のＴＦＴ層である。なお、図１１（Ｂ）もＴＦＴ構造の説明は省略する。
【０２２２】
この様な構造においても、上層のＴＦＴを形成する際に下層のＴＦＴの耐熱性を十分の考慮した上で作製することが必要である。
【０２２３】
また、図１１（Ａ）、（Ｂ）のどちらも、下層のＴＦＴを形成した後に厚めに層間絶縁膜２３、２４を形成し、それをＣＭＰ（化学機械研磨）等で研磨して平坦化した後に上層のＴＦＴを形成することが望ましい。
【０２２４】
以上の様に、本願発明のＴＦＴを用いて三次元構造の半導体回路を構成することで、非常に機能性に富んだ半導体回路を構成することが可能である。なお、本明細書中において、半導体回路とは半導体特性を利用して電気信号の制御、変換を行う電気回路という意味で用いている。
【０２２５】
また、本願発明のＴＦＴを用いてＬＣＤドライバ回路や携帯機器用の高周波回路（ＭＭＩＣ：マイクロウェイブ・モジュール・ＩＣ）などを構成することもできる。即ち、本願発明のＴＦＴを用いることで従来のＩＣチップやＬＳＩチップをＴＦＴで作製することが可能である。
【０２２６】
〔実施例１０〕
本願発明は液晶表示装置以外にも、アクティブマトリクス型のＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やＥＣ（エレクトロクロミクス）表示装置等の他の電気光学装置を作製することも可能である。また、イメージセンサやＣＣＤを作製することも可能である。
【０２２７】
なお、電気光学装置とは電気信号を光学的信号に変換する装置またはその逆を行う装置という意味で用いている。
【０２２８】
〔実施例１１〕
本実施例では、本発明を利用した電気光学装置を利用する電子機器（応用製品）の一例を図１２に示す。なお、電子機器とは半導体回路および／または電気光学装置を搭載した製品のことを意味している。
【０２２９】
本願発明を適用しうる電子機器としてはビデオカメラ、電子スチルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、ＰＨＳ（パーソナルハンディフォンシステム）等）などが挙げられる。
【０２３０】
図１２（Ａ）は携帯電話であり、本体２００１、音声出力部２００２、音声入力部２００３、表示装置２００４、操作スイッチ２００５、アンテナ２００６で構成される。本願発明は音声出力部２００２、音声出力部２００３、表示装置２００４等に適用することができる。
【０２３１】
図１２（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示装置２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６で構成される。本願発明は表示装置２１０２、音声入力部２１０３、受像部２１０６等に適用することができる。
【０２３２】
図１２（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示装置２２０５で構成される。本願発明はカメラ部２２０２、受像部２２０３、表示装置２２０５等に適用できる。
【０２３３】
図１２（Ｄ）はヘッドマウントディスプレイであり、本体２３０１、表示装置２３０２、バンド部２３０３で構成される。本発明は表示装置２３０２に適用することができる。
【０２３４】
図１２（Ｅ）はリア型プロジェクターであり、本体２４０１、光源２４０２、表示装置２４０３、偏光ビームスプリッタ２４０４、リフレクター２４０５、２４０６、スクリーン２４０７で構成される。本発明は表示装置２４０３に適用することができる。
【０２３５】
図１２（Ｆ）はフロント型プロジェクターであり、本体２５０１、光源２５０２、表示装置２５０３、光学系２５０４、スクリーン２５０５で構成される。本発明は表示装置２５０３に適用することができる。
【０２３６】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、電気光学装置や半導体回路を必要とする製品であれば全てに適用できる。
【０２３７】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明によれば、実質的に単結晶と見なせる結晶性を有する半導体薄膜を形成することができる。そして、その様な半導体薄膜を利用することで単結晶上に作製したＭＯＳＦＥＴに匹敵する、或いは凌駕しうる高い性能を有したＴＦＴを実現することができる。
【０２３８】
以上の様なＴＦＴを用いて構成される半導体回路や電気光学装置およびそれらを搭載した電子機器は、極めて高い性能を有し、機能性、携帯性、信頼性の面で非常に優れた製品となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    半導体薄膜の電子回折パターンを示す写真。
【図２】    電子線回折パターンを模式的に表した図。
【図３】    半導体薄膜の方位関係を説明するための図。
【図４】    結晶粒界の形態を示す図。
【図５】    半導体装置の作製工程を示す図。
【図６】    半導体装置の作製工程を示す図。
【図７】    電気光学装置の断面を示す図。
【図８】    アクティブマトリクス基板の外観を示す図。
【図９】    アクティブマトリクス基板の断面を示す図。
【図１０】  アクティブマトリクス基板の断面を示す図。
【図１１】  半導体回路の一例を示す図。
【図１２】  電子機器の一例を示す図。
【図１３】  ＳＩＭＳ測定結果を示す図。
【図１４】  結晶シリコン膜の結晶粒を示すＴＥＭ写真。
【図１５】  欠陥の生成および消滅に関するモデルを説明するための図。
【図１６】  半導体装置の作製工程を示す図。
【図１７】  半導体薄膜の結晶粒を示すＴＥＭ写真。
【図１８】  半導体薄膜の暗視野像を示すＴＥＭ写真。
【図１９】  半導体薄膜の明視野像を示すＴＥＭ写真。
【図２０】  半導体薄膜の結晶粒界の様子を示すＴＥＭ写真。
【図２１】  半導体薄膜の結晶粒界の様子を示すＴＥＭ写真。
【図２２】  半導体薄膜の結晶粒界の様子を示すＴＥＭ写真。
【図２３】  画素ＴＦＴの上面及び断面構造を示す図。
【図２４】  画素ＴＦＴの断面構造を示すＴＥＭ写真。
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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