(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体基板を供給する工程、
上記絶縁体基板上に半導体層を堆積する工程、
ステップアンドスキャン方式のレーザアニール処理を用いて上記半導体層を露光する工程、
上記半導体層の一部を凝集させる工程、
上記半導体層の凝集部分を冷却することによって、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程、および
上記半導体層を堆積する工程の前に、上記絶縁体基板の上面に表面特徴を形成する工程
を含み、
上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記表面特徴によって調整された軸に沿って配向されたストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする配向されたストライプ状半導体結晶を製造する方法。
【請求項２】
上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、１０ｍｍから１０ｃｍの範囲の長さを有する配向されたストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記絶縁体基板の上面上に存在する直線のストライプ軸に沿って整列されたストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記ストライプ状半導体結晶のそれぞれの筋を、上記ストライプ軸を囲む連続した複数の輪の断片によって形成することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記連続した複数の輪の断片によって形成することが、上記レーザアニール処理におけるステップ距離と同一の幅を有する輪の断片を形成することを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記レーザアニール処理における走査速度、ステップ距離、パルス幅およびエネルギー密度に応じた形状を有するストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、半円柱形状および放物線形状からなる群より選ばれる上面の形状を有するストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
上記絶縁体基板の上面に表面特徴を形成する工程において、トレンチ、第１の表面張力を有する領域、および、第１の絶縁物質からなる領域よりなる群から選ばれる表面特徴を形成し、
上記第１の表面張力を有する領域は、全域において第２の表面張力を有する絶縁体基板上に形成されており、
上記第１の絶縁物質からなる領域は、全域において第２の絶縁物質からなる絶縁体基板上に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、単結晶および多結晶からなる群より選ばれる結晶構造を有するストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
上記ステップアンドスキャン方式のレーザアニール処理を用いて上記半導体層を露光する工程は、
互いに平行な複数の開口部を有するマスクを備えて、上記絶縁体基板の上面上に存在する第１の軸に沿った走査を行うことを含み、
上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記第１の軸に対して平行に配向されたストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
上記半導体層を堆積する工程において、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群より選ばれる半導体物質を堆積することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
上記絶縁体基板を供給する工程において、酸化物からなる基板、窒化物からなる基板およびセラミックからなる基板よりなる群から選ばれる基板を供給することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
上記絶縁体基板を供給する工程において、酸化物からなる基板および窒化物からなる基板よりなる群から選ばれる基板であって、第１の物質を含む基板を供給し、
上記半導体層を堆積する工程において、上記第１の物質を含む半導体を堆積することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
上記絶縁体基板上に半導体層を堆積する工程において、二酸化ケイ素基板上に、５０ｎｍのＳｉ前駆膜を堆積し、
上記配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、２．４μｍの幅と、１１μｍのストライプの筋同士の間隔と、２６０ｎｍの高さとを有するストライプ状Ｓｉ結晶を形成することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
絶縁体基板と、
上記絶縁体基板上の、軸に沿った筋状の形状を有する結晶化された半導体物質と、
上記軸を囲む連続した複数の輪の断片とを備えており、
上記絶縁体基板が表面特徴を有しており、
上記軸が、上記表面特徴に沿って整列していることを特徴とする配向された筋状半導体結晶の構造体。
【請求項１６】
上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、１０ｍｍから１０ｃｍの範囲の長さを有することを特徴とする請求項１５に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【請求項１７】
上記軸が、直線であることを特徴とする請求項１５または１６に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【請求項１８】
上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、半円柱形状および放物線形状からなる群より選ばれる上面の形状を有することを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【請求項１９】
上記表面特徴が、トレンチ、第１の表面張力を有する領域、および、第１の絶縁物質からなる領域よりなる群から選ばれる表面特徴であり、
上記第１の表面張力を有する領域は、全域において第２の表面張力を有する絶縁体基板上に形成されており、
上記第１の絶縁物質からなる領域は、全域において第２の絶縁物質からなる絶縁体基板上に形成されていることを特徴とする請求項１５から１８のいずれか１項に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【請求項２０】
上記絶縁体基板の物質が、酸化物、窒化物およびセラミックからなる群より選ばれる物質であることを特徴とする請求項１５から１９のいずれか１項に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【請求項２１】
上記絶縁体基板の物質が、酸化物および窒化物からなる群より選ばれる物質であって、第１の物質を含む物質であり、
上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、上記第１の物質を含むことを特徴とする請求項１５から２０のいずれか１項に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【請求項２２】
上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、単結晶および多結晶からなる群より選ばれる結晶構造を有することを特徴とする請求項１５から２１のいずれか１項に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【請求項２３】
上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群より選ばれる物質であることを特徴とする請求項１５から２２のいずれか１項に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【請求項２４】
上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、２．４μｍの幅と、２６０ｎｍの高さとを有することを特徴とする請求項１５から２３のいずれか１項に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【請求項２５】
対応する互いに平行な複数の軸に沿って配向された、筋同士の間隔が１１μｍの複数の筋状の結晶をさらに備えていることを特徴とする１５から２４のいずれか１項に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して集積回路（ＩＣ）の製造に関するものであり、より詳しくはストライプ状半導体結晶物質（crystalline semiconductor stripes）およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低欠陥密度の活性シリコン膜の利点は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴｓ）に使用されることでよく知られている。高結晶度シリコンは、より高い移動度およびより急峻なサブスレショールドスロープを有するとともに、素子の均一性および信頼性を改善させる。薄膜トランジスタは通常、ディスプレイ用途に用いられるが、ディスプレイ用途においては、他の製法上の制約に加え、ガラス基板の性質のため熱処理量を抑える必要がある。これら二つの要求、すなわち低欠陥密度および少ない熱処理量のため、レーザ結晶化が、多結晶またはアモルファスのＳｉ活性膜から高性能の薄膜トランジスタを製造するための重要な手法となっている。
【０００３】
しかし、Ｓｉの結晶化／再結晶化のためのレーザアニール工程には問題がないわけではない。生み出される多結晶構造は、典型的には、堆積された膜としての初期状態よりも高い表面粗さを有しており、結晶粒間（粒界）において高欠陥密度領域が存在する。そのため、ＴＦＴの有利な移動度が、表面散乱および界面／バルクトラップ効果の影響を受け得る。そして、素子の不均一性、特に最も重要な移動度の平均からの偏差が、アモルファスＳｉまたは単結晶Ｓｉのトランジスタのどちらよりも非常に高くなり得る。
【０００４】
多くのレーザ結晶化処理のバリエーションが、結晶構造および素子特性の均一性に取り組んでいる。それらのバリエーションは、二つの基本的なカテゴリ：（ａ）レーザビームおよび走査計画のエンジニアリング（ビームプロフィールの形成、逐次的走査およびオーバラップ技術等）ならびに（ｂ）活性膜構造のエンジニアリング（反射防止膜の堆積およびパターニング等）に分類される。
【０００５】
最適化のための変数群の内、レーザエネルギーおよびビームプロフィールは、最良の結晶構造、すなわち再現性のある大粒子を得るために重要である。極端なレーザエネルギーは、高過ぎる場合も低過ぎる場合も、（多数の核生成の産物である）微細粒子または（膜の持続性を妨げる）集塊を生み出すため、好ましくない。静的なフラッド照射条件では、最大の粒径が得られるエネルギーウィンドウは非常に狭く、薄膜の膜に強く依存する。もし、エネルギーが上記の狭いウィンドウ内に設定されるなら、不可避のプロセスばらつきが薄膜の品質の大きなばらつきを生じしめるので、最適以下のエネルギーに設定するか、または重ね走査法（順次横方向結晶化（sequential lateral solidification）のような）が、プロセスの堅牢性（信頼性）を増すために採用される。
【０００６】
図１（ａ）から（ｃ）は、従来のレーザアニール処理（先行技術）の工程を示す斜視図である。上記処理は、典型的には、一または数層の絶縁ベースコート層がその表面上に堆積されているガラスまたは石英の基板から開始される（図１（ａ））。続いて、アモルファスまたは多結晶シリコンが、通常、化学気相成長（ＣＶＤ）処理により堆積される（図１（ｂ））。このシリコン膜は、レーザ結晶化後もその平均厚さを保っているが、典型的には、その表面粗さが増している。しかし、上記シリコン膜の結晶構造は、堆積された状態の膜よりも著しく改善されている（図１（ｃ））。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、薄膜トランジスタにおける使用のために、従来のレーザアニール処理の産物に比べて、表面粗さが低減された半導体結晶の構造体を形成する技術を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る配向されたストライプ状半導体結晶を製造する方法は、上記課題を解決するために、絶縁体基板を供給する工程、上記絶縁体基板上に半導体層を堆積する工程、ステップアンドスキャン方式のレーザアニール処理を用いて上記半導体層を露光する工程、上記半導体層の一部を凝集させる工程、および上記半導体層の凝集部分を冷却することによって、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程を含むことを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、半導体結晶を島状に凝集し、凝集された半導体結晶の傾斜を持った側壁を形成することができる。その結果、より均一なゲート絶縁膜およびゲート電極領域をもたらし、通常隅部の周辺に存在する高電界部を最小化する。さらに、上記凝集された島の表面粗さはより低くなり、より低い欠陥密度をもたらすことができる。
【００１０】
上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程では、１０ｍｍから１０ｃｍの範囲の長さを有する配向されたストライプ状半導体結晶を形成することが好ましい。
【００１１】
また、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程では、上記絶縁体基板の上面上に存在する直線のストライプ軸に沿って整列されたストライプ状半導体結晶を形成することが好ましい。
【００１２】
また、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記ストライプ状半導体結晶のそれぞれの筋を、上記ストライプ軸を囲む連続した複数の輪の断片によって形成することが好ましい。
【００１３】
また、上記連続した複数の輪の断片によって形成することは、上記レーザアニール処理におけるステップ距離と同一の幅を有する輪の断片を形成することを含むことが好ましい。
【００１４】
また、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程では、上記レーザアニール処理における走査速度、ステップ距離、パルス幅およびエネルギー密度に応じた形状を有するストライプ状半導体結晶を形成することが好ましい。
【００１５】
また、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程では、半円柱形状および放物線形状からなる群より選ばれる上面の形状を有するストライプ状半導体結晶を形成することが好ましい。
【００１６】
また、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程では、単結晶および多結晶からなる群より選ばれる結晶構造を有するストライプ状半導体結晶を形成してもよい。
【００１７】
また、上記ステップアンドスキャン方式のレーザアニール処理を用いて上記半導体層を露光する工程は、（照射光学系に）互いに平行な複数の開口部を有するマスクを備えて、上記絶縁体基板の上面上に存在する第１の軸に沿った走査を行うことを含み、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記第１の軸に対して平行に配向されたストライプ状半導体結晶を形成することが好ましい。
【００１８】
また、上記半導体層を堆積する工程では、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群より選ばれる半導体物質を堆積することが好ましい。
【００１９】
また、上記絶縁体基板を供給する工程では、酸化物からなる基板、窒化物からなる基板およびセラミックからなる基板よりなる群から選ばれる基板を供給することが好ましい。
【００２０】
また、上記絶縁体基板を供給する工程において、酸化物からなる基板および窒化物からなる基板よりなる群から選ばれる基板であって、第１の物質を含む基板を供給し、上記半導体層を堆積する工程において、上記第１の物質を含む半導体を堆積することが好ましい。
【００２１】
また、上記絶縁体基板上に半導体層を堆積する工程において、二酸化ケイ素基板上に、５０ｎｍのＳｉ前駆膜を堆積し、上記配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、約２．４μｍの幅と、約１１μｍのストライプの筋同士の間隔と、約２６０ｎｍの高さとを有するストライプ状Ｓｉ結晶を形成することが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係る方法では、上記半導体層を堆積する工程の前に、上記絶縁体基板の上面に表面特徴を形成する工程をさらに含んでおり、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記表面特徴によって調整された軸に沿って配向されたストライプ状半導体結晶を形成することが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、上記表面特徴により、溶融された半導体物質が上述したようなストライプ形状を形成することを促進することができる。
【００２４】
また、上記絶縁体基板の上面に表面特徴を形成する工程では、トレンチ、第１の表面張力を有する領域、および、第１の絶縁物質からなる領域よりなる群から選ばれる表面特徴を形成し、上記第１の表面張力を有する領域は、全域において第２の表面張力を有する絶縁体基板上に形成されており、上記第１の絶縁物質からなる領域は、全域において第２の絶縁物質からなる絶縁体基板上に形成されていることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る配向された筋状半導体結晶の構造体は、絶縁体基板と、上記絶縁体基板上の、軸に沿った筋状の形状を有する結晶化された半導体物質と、上記軸を囲む連続した複数の輪の断片とを備えていることを特徴としている。
【００２６】
上記の構成によれば、半導体結晶を島状に凝集し、凝集された半導体結晶の傾斜を持った側壁を形成することができる。その結果、より均一なゲート絶縁膜およびゲート電極領域をもたらし、通常隅部の周辺に存在する高電界部を最小化する。さらに、上記凝集された島の表面粗さはより低くなり、より低い欠陥密度をもたらすことができる。
【００２７】
上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質は、約１０ｍｍから１０ｃｍの範囲の長さを有することが好ましい。
【００２８】
また、上記軸は、直線であることが好ましい。
【００２９】
また、上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質は、半円柱形状および放物線形状からなる群より選ばれる上面の形状を有することが好ましい。
【００３０】
また、上記絶縁体基板の物質は、酸化物、窒化物およびセラミックからなる群より選ばれる物質であることが好ましい。
【００３１】
また、上記絶縁体基板の物質は、酸化物および窒化物からなる群より選ばれる物質であって、第１の物質を含む物質であり、上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、上記第１の物質を含むものであることが好ましい。
【００３２】
また、上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質は、単結晶および多結晶からなる群より選ばれる結晶構造を有することが好ましい。
【００３３】
また、上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質は、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群より選ばれる物質であることが好ましい。
【００３４】
また、上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質は、約２．４μｍの幅と、約２６０ｎｍの高さとを有することが好ましい。
【００３５】
また、上記配向された筋状半導体結晶の構造体は、対応する互いに平行な複数の軸に沿って配向された、筋同士の間隔が約１１μｍの複数の筋状の結晶をさらに備えていることが好ましい。すなわち、上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質を複数備えており、それぞれの上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質は、それぞれに対応する軸を有しており、それらの軸は、互いに平行であり、上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質同士の間隔は、約１１μｍであることが好ましい。
【００３６】
また、上記絶縁体基板が表面特徴を有しており、上記軸が、上記表面特徴に沿って整列していることが好ましい。
【００３７】
上記の構成によれば、上記表面特徴が形成されているので、溶融された半導体物質が上述したような筋状の形状を形成することが促進され、より精度が高く形成された上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質を備えた配向された筋状半導体結晶の構造体を提供することができる。
【００３８】
また、上記表面特徴は、トレンチ、第１の表面張力を有する領域、および、第１の絶縁物質からなる領域よりなる群から選ばれる表面特徴であり、上記第１の表面張力を有する領域は、全域において第２の表面張力を有する絶縁体基板上に形成されており、上記第１の絶縁物質からなる領域は、全域において第２の絶縁物質からなる絶縁体基板上に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係る配向されたストライプ状半導体結晶の構造体およびそれに関連する製造方法によれば、傾斜を持った側壁が形成され、島状に凝集したストライプ状の半導体結晶を形成することができる。その結果、より均一なゲート絶縁膜およびゲート電極領域をもたらし、通常隅部の周辺に存在する高電界部を最小化する。さらに、上記凝集された島の表面粗さは、従来技術に基づいて形成した半導体結晶よりも低くなり、より低い欠陥密度をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）から（ｃ）は、従来のレーザアニール処理（先行技術）の工程を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、配向されたストライプ状半導体結晶の構造体の平面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、当該構造体の部分断面図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、図２（ａ）から（ｃ）に示すストライプ状半導体結晶の第１のバリエーションを示す部分断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、図２（ａ）から（ｃ）に示すストライプ状半導体結晶の第２のバリエーションのそれぞれ平面図および部分断面図である。
【図５】（ａ）から（ｃ）は、本発明のレーザアニール処理の工程を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、基板におけるトレンチ状の表面特徴の結果として形成されるストライプ状半導体結晶の一筋の形成の工程を示す部分断面図である。
【図７】（ａ）から（ｅ）は、薄膜トランジスタ製造処理の工程を示す平面（上面）図である。
【図８】（ａ）から（ｃ）は、様々なエネルギー密度を用いた場合の、石英基板上の厚さ１００ｎｍのＳｉ膜層から形成されたストライプ状のＳｉ結晶の例を示す図である。
【図９】配向されたストライプ状半導体結晶を製造するための方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明は、制御された形状に配向されたストライプ状半導体結晶を形成するためのレーザビームおよび走査計画のエンジニアリング技術を用いる。上記ストライプ状半導体結晶は、活性領域がレーザアニールによって凝集（agglomeratation）されたＳｉである薄膜トランジスタの製造において用いることができる。従来のレーザアニール処理とは異なり、本発明は、凝集されたＳｉの島（island）のテーパ状の側壁を形成するために用いることができる。その結果、より均一なゲート絶縁膜およびゲート電極領域をもたらし、通常隅部の周辺に存在する高電界部を最小化する。さらに、上記凝集された島の表面粗さはより低くなり、より低い欠陥密度をもたらす。
【００４２】
よって、配向されたストライプ状半導体結晶を製造する方法が提供される。上記方法は、絶縁体基板を供給し、当該絶縁体基板上に半導体層を堆積する。上記半導体層は、当該半導体層を部分的に凝集させるステップアンドスキャン（scanning step-and-repeat）方式のレーザアニール処理により露光される。そして、凝集された半導体物質の冷却により、配向されたストライプ状半導体結晶が、絶縁体基板上に形成される。
【００４３】
上記ストライプ状半導体結晶は、上記絶縁体基板の上面上に存在する直線状のストライプの軸に概ね沿って整列される。上記ストライプ状半導体結晶のそれぞれの筋は、上記ストライプの軸を囲む連続した複数の輪の断片を含んでいる。上記輪の断片の幅は、上記レーザアニール処理のステップの距離とほぼ同じである。上記ストライプ状半導体結晶の上面は、典型的には、半円柱形状（円筒が切り詰められてなる形状（truncated cylinder））か、または放物線形状（断面が放物線状（parabolic cross-section）の形状）を有する。本明細書において、このような上面の形状は、半円柱形状または放物線形状と記述されることもある。一つの観点において、表面特徴（surface feature）が、上記絶縁体基板上に形成され、ストライプ状半導体結晶は、当該表面特徴と整合する軸に沿って配向される。
【００４４】
以下、上述の方法および配向されたストライプ状半導体結晶の構造体のさらなる詳細を説明する。
【００４５】
図２（ａ）は、配向されたストライプ状半導体結晶の構造体の平面図であり、図２（ｂ）および（ｃ）は、当該構造体の部分断面図である。上記ストライプ状半導体結晶は、概ね、製造時に使用されるレーザ走査の方向に沿った制御された様式に従って整列しているため、「配向された」と称される。また、本明細書では、ストライプ状半導体結晶を備える構造体を、ストライプ状半導体結晶の構造体と称する。ストライプ半導体結晶の構造体２００は、絶縁体基板２０２を備えている。結晶化された半導体物質であるストライプ状半導体結晶２０４は、絶縁体基板２０２上において、（平面図の上方から見て）軸２０６に沿っているストライプ形状を有する。一つの実施形態において、（図２（ａ）に示すように）軸２０６は直線である。ストライプ状半導体結晶２０４の形状は、軸２０６を囲む連続した複数の輪の断片２０８を含む。
【００４６】
一つの実施形態において、厚さ５０ｎｍの最初のシリコン膜から開始して、６００から６４０ｍＪ／ｃｍ２の範囲のレーザエネルギーで露光したときに、ストライプ状半導体結晶２０４は、約１０ｍｍから１０ｃｍの範囲の長さ２０９と、約２．４μｍの幅２１２と、約２６０ｎｍの高さ２１４とを有する。一つの実施形態において、ストライプ状半導体結晶２０４は、半円柱形状である（図２（ｃ））か、または放物線形状である（図示せず）上面形状２１０を有する。
【００４７】
絶縁体基板２０２の素材は、酸化物、窒化物またはセラミックであり得る。一つの実施形態において、絶縁体基板２０２の素材は、酸化物または窒化物の何れかであり、第１の材料を含む。この実施形態では、ストライプ状半導体結晶２０４もまた上記第１の材料を含む。例えば、ストライプ状半導体結晶２０４は、Ｓｉであり得、絶縁体基板２０２は酸化ケイ素であり得る。より一般的には、ストライプ状半導体結晶２０４は、Ｓｉ、ＧｅまたはＳｉＧｅであり得る。典型的には、ストライプ状半導体結晶２０４は単結晶または多結晶の何れかの構造を有する。
【００４８】
図３（ａ）から（ｃ）は、図２（ａ）から（ｃ）に示すストライプ状半導体結晶の第１のバリエーションを示す部分断面図である。これらの実施形態において、絶縁体基板２０２は、表面特徴を有しており、ストライプ状半導体結晶２０４のストライプの軸２０６は当該表面特徴に沿って配置される。表面特徴（surface feature）とは、物体の表面が有する特徴を指し、特に限定されないが、例えば、表面のある領域に凹凸が形成されていること、表面のある領域の物質または特性が他の領域とは異なっていること等が挙げられる。図３（ａ）において、上記表面特徴は、トレンチ３００である。図３（ｂ）において、上記表面特徴は、第１の表面張力３０２を有する領域であり、当該領域は、ほぼ全域において第２の表面張力３０４を有する絶縁体基板２０２上に形成されている。図３（ｃ）において、上記表面領域は、第１の絶縁体物質３０６からなる領域であり、当該領域は、ほぼ全域において第２の絶縁体物質３０８からなる絶縁体基板２０２上に形成されている。これらの表面特徴は、図３（ａ）から（ｃ）に示すように、ストライプ状に形成されている。図示しない一つの実施形態において、上記表面特徴は（上方から見て）曲線状の形状を有し得、ストライプ状半導体結晶２０４のストライプは、例え、当該表面特徴の方向がレーザ走査の方向と異なっていたとしても、当該表面特徴に追従する。
【００４９】
図４（ａ）および（ｂ）は、図２（ａ）から（ｃ）に示すストライプ状半導体結晶の第２のバリエーションのそれぞれ平面図および部分断面図である。これらの実施形態は、ストライプ状の結晶の複数の筋２０４ａから２０４ｎを備えている。なお、上記ｎは、いかなる特定の値に限定されるものではない。上記結晶の筋は、それぞれ筋に対応する、複数の互いに平行な軸２０６ａから２０６ｎに従って配向され、筋同士の間隔４００は主に上記最初の半導体膜の厚さおよび上記基板の素材に依存する。一つの実施形態において、酸化ケイ素基板上の厚さ５０ｎｍのシリコン膜の場合、筋同士の間隔４００は、約１１μｍとなる。
【００５０】
〔機能説明〕
図５（ａ）から（ｃ）は、本発明のレーザアニール処理の工程を示す図である。上記処理は、典型的には、一または数層の絶縁ベースコート層がその表面上に堆積されているガラスまたは石英の基板から開始される（図５（ａ））。続いて、アモルファスまたは多結晶シリコンが、通常、化学気相成長（ＣＶＤ）処理により堆積される（図５（ｂ））。得られたシリコン膜は、凝集の臨界に到達する、または超えるまでレーザ露光される。このとき、露光されたＳｉ領域の全体が溶融する。二酸化ケイ素または窒化ケイ素上に溶融シリコンが存在する場合、上記半導体膜と上記基板との間の表面エネルギーの差異により、凝集（基板のいくつかの部分からの溶融膜の完全な退縮および典型的には不連続の表面構造の形成へと向かう物質の移動として定義される）が促進される。これは、上記溶融膜が表面張力が最小化された構造をとることの直接的な結果である。したがって、活性Ｓｉは、上記表面を濡らさないようになり、図１（ａ）から（ｃ）が示す工程とは異なり、図５（ｃ）に示すようなほぼ半円筒形の構造を形成する。これらの構造は、レーザ走査の方向とほぼ平行に形成される。
【００５１】
図６（ａ）および（ｂ）は、基板におけるトレンチ状の表面特徴の結果として形成されるストライプ状半導体結晶の一筋の形成の工程を示す部分断面図である。基板２０２には、活性Ｓｉを堆積する前にパターン（トレンチ３００）が形成されている。活性Ｓｉ膜は、結晶化の前に、上記基板の地形に追従する（図６（ａ））。そして、凝集後、上記活性Ｓｉ膜は、基板２０２を濡らさないようになり、トレンチ３００の領域に限定され得る。他の実施形態において、上記活性Ｓｉ膜が、所望の位置において凝集するように、基板上に他の地形を形成したり、アニール前に上記活性Ｓｉ膜の上部をパターニングしたりすることができる。いくつかの実施形態において、ストライプ状半導体結晶の一部を、アニール後に除去することができる。アニール後においても、半導体物質が基板上の望ましくない領域に残存していた場合は、活性層のパターニングを行う上記の工程において、ストライプ状の結晶の傾斜を持った側壁を損なうことなく、当該残存していた物質を取り除くことができる。
【００５２】
図７（ａ）から（ｅ）は、ＴＦＴ製造処理の工程を示す平面（上面）図である。一例として、本発明に係る方法は、多結晶ＳｉのＴＦＴｓの活性領域のためのＳｉ膜を選択的に凝集するために用いることができる。トップゲート構造のＴＦＴの製造処理において、活性シリコンは、ＣＶＤのような通常の技術を用いて、パターニングされた（図３（ａ）から（ｃ））、またはパターニングされていない（図２（ａ）から（ｃ））基板上に堆積される。そして、ストライプ状の結晶が適切な領域に形成された後は、トップゲート構造の、ＴＦＴの自己整合製造手順が、通常のＳｉを主体とした処理にならって進行される。
【００５３】
図７（ａ）において、活性Ｓｉ層７００が堆積される。図７（ｂ）において、上記活性Ｓｉはレーザ露光によって凝集され、凝集された島またはストライプ状シリコン結晶（ストライプ状半導体結晶２０４）を形成する。上記ストライプ状シリコン結晶は、図７（ｃ）においてパターニングされる。図７（ｄ）は、ゲート絶縁膜およびゲート電極７０４の堆積とパターニングとを示す。図７（ｅ）において、メタルコンタクト７０６は、ＴＦＴのドレイン／ソース領域に形成される。一つの実施形態（図示せず）において、図７（ｂ）に示すシリコン構造の形成を促進するために、図７（ａ）に示す工程より前に、基板上にトレンチがエッチングされる。
【００５４】
上記ストライプ状半導体結晶の構造体に影響を及ぼす変数として、レーザエネルギー密度、活性Ｓｉの厚さ、パルス並進幅（between-pulse translation steps）、ならびに熱伝導係数、親水性および疎水性のような基板の特性を含むいくつかの変数が知られている。
【００５５】
図８（ａ）から（ｃ）は、様々なエネルギー密度を用いた場合の、石英基板上の厚さ１００ｎｍのＳｉ膜層から形成されたストライプ状のＳｉ結晶の例を示す図である。図８（ｃ）の構造は、ストライプ状の結晶が、直線軸に沿って平行に形成されている点において好適である。上記ストライプ状の結晶の厚さは、典型的には、堆積された状態の膜から大幅に異なる。生み出されるストライプは、堆積された状態での膜厚および下層の基板の表面エネルギーに応じた構造を有する。
【００５６】
図９は、配向されたストライプ状半導体結晶を製造するための方法を示すフロー図である。上記方法は、明確さのために番号付けされた構成の連なりとして示されているが、当該番号は必ずしもこれらの工程の順序を指示するものではない。これらの工程のうちのいくつかの工程は、省略したり、同時に実施したり、手順の厳密な順序を維持する必要性無しに実施したりし得ることを理解すべきである。上記方法は、ステップ９００において開始する。
【００５７】
ステップ９０２は、絶縁体基板を供給する工程である。上記絶縁体基板は、例えば、酸化物、窒化物またはセラミックであり得る。ステップ９０４は、上記絶縁体基板上に半導体層を堆積する工程である。上記半導体は、典型的には、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＳｉＧｅである。ステップ９０６は、ステップアンドスキャン方式のレーザアニール処理を用いて上記半導体層を露光する工程である。ステップ９０８は、上記半導体層の部分を凝集する工程である。ステップ９１０は、凝集された半導体物質を冷却することによって、上記絶縁体基板上に配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程である。ステップ９１０において形成されたストライプ状半導体結晶は、レーザアニール処理（ステップ９０６）における走査速度、ステップ距離、パルス幅およびエネルギー密度に応じた形状を有する。
【００５８】
一つの実施形態において、ステップ９１０における、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成することには、約１０ｍｍから１０ｃｍの範囲の長さを有する配向されたストライプ状半導体結晶を形成することが含まれる。他の実施形態において、ステップ９１０は、上記絶縁体基板の上面上に存在する直線のストライプ軸にほぼ沿って整列されたストライプ状半導体結晶を形成する工程である。また別の実施形態において、ステップ９１０は、ストライプ状半導体結晶のそれぞれの筋を、上記ストライプ軸を囲む連続した複数の輪の断片によって形成する工程である。典型的には、上記輪の断片は、上記レーザアニール処理のステップ距離にほぼ等しい幅を有する。上記ステップ距離は、ステップアンドスキャン方式のレーザアニール工程における各「ステップ」でのレーザアニールのマスク（または基板）の移動量である。他の実施形態において、ステップ９２０は、上記ストライプ状半導体結晶は、半円柱形状または放物線形状である上面形状を有する。上記ストライプ状半導体結晶は、典型的には、単結晶構造または多結晶構造を有する。
【００５９】
一つの実施形態において、ステップ９０３は、上記絶縁体基板の上面に表面特徴を形成する工程である。上記表面特徴は、トレンチ、ほぼ全域において第２の表面張力を有する絶縁体基板上に形成されている、第１の表面張力を有する領域、またはほぼ全域において第２の絶縁物質からなる絶縁体基板上に形成されている、第１の絶縁物質の領域であり得る。そして、ステップ９１０における、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成することには、上記表面特徴によって調整された軸に沿って配向されたストライプ状半導体結晶を形成することが含まれる。
【００６０】
他の実施形態において、ステップ９０６における、ステップアンドスキャン方式のレーザアニール処理を用いて上記半導体層を露光する工程には、サブ工程が含まれる。ステップ９０６ａは、互いに平行なストライプ状の開口部を有するマスクを供給するサブ工程である。ステップ９０６ｂは、上記絶縁体基板の上面上に存在する第１の軸に沿った走査を行うサブ工程である。ステップ９１０における、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成することには、上記第１の軸に対して平行に配向されたストライプ状半導体結晶を形成することが含まれる。
【００６１】
一つの実施形態において、ステップ９０２における、絶縁体基板を供給することには、酸化物または窒化物のいずれかであって第１の物質をさらに含有する基板を供給することが含まれる。そして、ステップ９０４における、半導体層を堆積することには、上記第１の物質を含有する半導体を堆積することが含まれる。
【００６２】
例えば、ステップ９０４における、上記絶縁体基板上に半導体層を堆積することは、二酸化ケイ素基板上に、５０ｎｍのＳｉ前駆膜を堆積することを含み得る。そして、ステップ９１０における、配向されたストライプ状半導体結晶を形成することには、約２．４μｍの幅と、約１１μｍのストライプの筋同士の間隔と、約２６０ｎｍの高さとを有するストライプ状Ｓｉ結晶を形成することが含まれる。
【００６３】
ストライプ状半導体結晶および関連する製造処理が開示された。具体的な構造、物質および処理の詳細は、本発明を説明するために示されたものである。しかしながら、本発明は、これらの例にのみ限定されるものではない。本発明の他のバリエーションおよび実施形態を当業者は思いつくだろう。
【００６４】
１．絶縁体基板を供給する工程、
上記絶縁体基板上に半導体層を堆積する工程、
ステップアンドスキャン方式のレーザアニール処理を用いて上記半導体層を露光する工程、
上記半導体層の一部を凝集させる工程、および、
上記半導体層の凝集部分を冷却することによって、上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程
を含むことを特徴とする配向されたストライプ状半導体結晶を製造する方法。
【００６５】
２．上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、約１０ｍｍから１０ｃｍの範囲の長さを有する配向されたストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする１．に記載の方法。
【００６６】
３．上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記絶縁体基板の上面上に存在する直線のストライプ軸にほぼ沿って整列されたストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする請求項１．に記載の方法。
【００６７】
４．上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記ストライプ状半導体結晶のそれぞれの筋を、上記ストライプ軸を囲む連続した複数の輪の断片によって形成することを特徴とする１．に記載の方法。
【００６８】
５．上記連続した複数の輪の断片によって形成することが、上記レーザアニール処理におけるステップ距離と略同一の幅を有する輪の断片を形成することを含むことを特徴とする４．に記載の方法。
【００６９】
６．上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記レーザアニール処理における走査速度、ステップ距離、パルス幅およびエネルギー密度に応じた形状を有するストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする４．に記載の方法。
【００７０】
７．上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、概ね半円筒形の形状および切断面が放物線状である形状からなる群より選ばれる上面の形状を有するストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする１．に記載の方法。
【００７１】
８．上記絶縁体基板の上面に表面特徴を形成する工程をさらに含んでおり、
上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記表面特徴によって調整された軸に沿って配向されたストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする１．に記載の方法。
【００７２】
９．上記絶縁体基板の上面に表面特徴を形成する工程において、トレンチ、第１の表面張力を有する領域、および、第１の絶縁物質からなる領域よりなる群から選ばれる表面特徴を形成し、
上記第１の表面張力を有する領域は、ほぼ全域において第２の表面張力を有する絶縁体基板上に形成されており、
上記第１の絶縁物質からなる領域は、ほぼ全域において第２の物質からなる絶縁体基板上に形成されていることを特徴とする８．に記載の方法。
【００７３】
１０．上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、単結晶および多結晶からなる群より選ばれる結晶構造を有するストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする１．に記載の方法。
【００７４】
１１．上記ステップアンドスキャン方式のレーザアニール処理を用いて上記半導体層を露光する工程は、
互いに平行な開口部を有するマスクを供給すること、および、
上記絶縁体基板の上面上に存在する第１の軸に沿った走査を行うことを含み、
上記絶縁体基板上に、配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、上記第１の軸に対して平行に配向されたストライプ状半導体結晶を形成することを特徴とする１．に記載の方法。
【００７５】
１２．上記半導体層を堆積する工程において、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群より選ばれる半導体物質を堆積することを特徴とする１．に記載の方法。
【００７６】
１３．上記絶縁体基板を供給する工程において、酸化物からなる基板、窒化物からなる基板およびセラミックからなる基板よりなる群から選ばれる基板を供給することを特徴とする１．に記載の方法。
【００７７】
１４．上記絶縁体基板を供給する工程において、酸化物からなる基板および窒化物からなる基板よりなる群から選ばれる基板であって、第１の物質を含む基板を供給し、
上記半導体層を堆積する工程において、上記第１の物質を含む半導体を堆積することを特徴とする１．に記載の方法。
【００７８】
１５．上記絶縁体基板上に半導体層を堆積する工程において、二酸化ケイ素基板上に、５０ｎｍのＳｉ前駆膜を堆積し、
上記配向されたストライプ状半導体結晶を形成する工程において、約２．４μｍの幅と、約１１μｍのストライプの筋同士の間隔と、約２６０ｎｍの高さとを有するストライプ状Ｓｉ結晶を形成することを特徴とする１．に記載の方法。
【００７９】
１６．絶縁体基板と、
上記絶縁体基板上の、軸に沿った筋状の形状を有する結晶化された半導体物質と、
上記軸を囲む連続した複数の輪の断片とを備えていることを特徴とする配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００８０】
１７．上記筋状の形状を有する結晶が、約１０ｍｍから１０ｃｍの範囲の長さを有することを特徴とする１６．に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００８１】
１８．上記軸が、直線であることを特徴とする１６．に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００８２】
１９．上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、略かまぼこ状の形状、および断面が放物線状である形状からなる群より選ばれる上面の形状を有することを特徴とする１６．に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００８３】
２０．上記絶縁体基板が表面特徴を有しており、
上記軸が、上記表面特徴に沿って整列していることを特徴とする１６．に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００８４】
２１．上記表面特徴が、トレンチ、第１の表面張力を有する領域、および、第１の絶縁物質からなる領域よりなる群から選ばれる表面特徴であり、
上記第１の表面張力を有する領域は、ほぼ全域において第２の表面張力を有する絶縁体基板上に形成されており、
上記第１の絶縁物質からなる領域は、ほぼ全域において第２の物質からなる絶縁体基板上に形成されていることを特徴とする２０．に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００８５】
２２．上記絶縁体基板の物質が、酸化物、窒化物およびセラミックからなる群より選ばれる物質であることを特徴とする１６．に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００８６】
２３．上記絶縁体基板の物質が、酸化物および窒化物からなる群より選ばれる物質であって、第１の物質を含む物質であり、
上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、上記第１の物質を含むことを特徴とする１６．に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００８７】
２４．上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、単結晶および多結晶からなる群より選ばれる構造を有することを特徴とする１６．に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００８８】
２５．上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｉＧｅからなる群より選ばれる物質であることを特徴とする１６．に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００８９】
２６．上記筋状の形状を有する結晶化された半導体物質が、約２．４μｍの幅と、約２６０ｎｍの高さとを有することを特徴とする１６．に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００９０】
２７．対応する互いに平行な複数の軸に沿って配向された、筋同士の間隔が約１１μｍの複数の筋状の結晶をさらに備えていることを特徴とする１６．に記載の配向された筋状半導体結晶の構造体。
【００９１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、集積回路の製造分野において利用可能である。
【符号の説明】
【００９３】
２００        ストライプ状半導体結晶の構造体
２０２        絶縁体基板
２０４        ストライプ状半導体結晶
２０６        軸
２１０        上面形状
３００        トレンチ
３０２        第１の表面張力
３０４        第２の表面張力
３０６        第１の絶縁体物質
３０８        第２の絶縁体物質
７００        活性Ｓｉ層
７０４        ゲート電極
７０６        メタルコンタクト
【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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