JP2003309068A

JP2003309068A - 半導体膜の形成方法および半導体膜、並びに半導体装置の製造方法および半導体装置

Info

Publication number: JP2003309068A
Application number: JP2002111298A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Fukuyama; 恵一福山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】プロセスが単純な結晶性半導体膜の形成方法
を提供する。【解決手段】結晶性半導体膜の形成方法は、半導体膜
形成工程と、加熱冷却抑制膜をキャップ領域溶融エネル
ギーがベア領域溶融エネルギーよりも大きくなるような
膜厚にて形成する加熱冷却抑制膜形成工程と、キャップ
領域溶融エネルギーよりも大きいエネルギーによって第
１レーザ光を照射する第１照射工程と、キャップ領域半
導体膜を、ベア領域半導体膜に基づいて結晶化させるキ
ャップ領域結晶化工程と、第２レーザ光をベア領域溶融
エネルギーよりも大きくキャップ領域溶融エネルギーよ
りも小さいエネルギーによって照射する第２照射工程
と、ベア領域半導体膜をキャップ領域半導体膜に基づい
て結晶化させるベア領域結晶化工程と、加熱冷却抑制膜
を半導体膜上から除去する除去工程とを包含する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質絶縁基板上
に形成された非晶質の半導体膜を結晶化して得られる結
晶性半導体膜及びその形成方法、並びにその半導体膜を
使用した半導体装置及びその製造方法に関し、さらに詳
細には、非晶質絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜
にレーザー光を照射することによる熱エネルギーを付与
して、非晶質半導体膜を結晶化して得られる結晶性半導
体膜及びその形成方法、並びにその半導体膜を使用した
半導体装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】非晶質基板上あるいは非晶質絶縁膜上に
非晶質半導体薄膜を形成し、この半導体薄膜に対して局
所的に熱エネルギーを付与して溶融させ、溶融した部分
から結晶化して結晶性の半導体膜とする半導体膜の製造
方法は、既に３０年近い研究の歴史がある。その中で、
熱エネルギー源としてレーザー光を非晶質半導体膜に照
射する方法は、１９８０年代のＳＯＩ基板を形成するた
めに研究が進められ、１９９０年代に入ってからは、低
温ポリシリコン技術による液晶パネルの製造方法の開発
及びその量産化に用いられており、最も実績のある方法
であるといえる。特に、ガラス基板等のように、高温プ
ロセスに耐えることができない安価な基板を用いる場合
には、極めて短時間内に熱エネルギーを付与する必要が
あり、このような熱エネルギー源としては、パルス発振
のレーザーを用いることが唯一の方法となっている。

【０００３】ＩＥＥＥＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖ．Ｌ
ｅｔｔ．，ＥＤＬ−７，２７６，１９８６（鮫島ら、文
献１）には、大出力のエキシマレーザを、ガラス基板上
に形成された非晶質シリコン薄膜上に照射して結晶化す
る方法が開示されている。この文献１に開示された非晶
質シリコン薄膜の結晶化方法は、鮫島らによって始めら
れたものであり、この文献１の中で、非晶質シリコン薄
膜に照射されるレーザー光のエネルギー密度は、シリコ
ン薄膜の上部が部分的に溶融するような値に選択されて
いる。その後の研究により、照射されるレーザー光のエ
ネルギー密度と、形成される結晶半導体膜の結晶粒径と
の関係が詳細に検討され、レーザー光のエネルギー密度
が増加すると、これに伴って結晶粒径が増大することが
明らかにされた。

【０００４】このような結晶粒径の増大については、
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８２，４０８６（文献２）で
詳細に検討されている。この文献２によると、特に、レ
ーザー光の照射によって非晶質半導体膜が溶融される深
さは、シリコン薄膜の膜厚と一致する直前、すなわち、
シリコン薄膜が下層の基板等に達する界面まで溶融する
直前である場合に、数ミクロンに達する巨大な結晶粒が
形成されるということが報告されている。これは、シリ
コン薄膜の下層との界面にわずかに残存する結晶粒が、
結晶固化を開始する際の結晶核となり、大粒径の結晶粒
の成長が可能となるからである。

【０００５】しかし、文献２に記載された結晶化方法で
は、レーザー光のエネルギー密度が、シリコン薄膜の界
面直前まで溶融される値を超えて、シリコン薄膜の下層
に達するまで完全に溶融されると、急激な冷却過程が生
じて、ランダムな核発生が起こり、結晶粒は非常に小さ
いものとなるか、あるいは、再非晶質化が起こる。した
がって、実際上は、レーザー光の出力の揺らぎを考慮し
て、照射されるレーザー光は、完全溶融が起こるエネル
ギー密度よりわずかに小さい値のエネルギーに設定され
る。このため、このようなレーザー光の照射条件に応じ
て、得られる結晶粒の粒径も、数百ｎｍ程度になる。こ
の文献２に基づいたレーザー光の照射条件によって、現
在、低温ポリシリコン形成技術として量産が行われてい
る。この文献２の技術に基づいて製造されたＴＦＴの典
型的なキャリアの移動度としては、ｎチャネル型ＴＦＴ
では、１５０ｃｍ²／Ｖｓ、ｐチャネル型チャネルＴＦ
Ｔで８０ｃｍ²／Ｖｓが得られている。

【０００６】上記のようにパルスレーザー光の照射によ
って結晶化されたポリシリコン半導体膜を用いた半導体
装置を有する液晶パネルが実現されると、ポリシリコン
の半導体薄膜をより高性能にして、さらなる多機能な回
路素子を集積したアクティブマトリックスＴＦＴ基板を
実現するという要望が高くなっている。

【０００７】このような要望に対して、レーザー光の照
射による結晶化を行う際、非晶質シリコン膜を完全に溶
融させ、尚且つ、結晶化にあたってランダム核が発生す
ることを抑制しつつ、横成長を制御することにより、単
結晶基板に匹敵するＴＦＴ特性を得る方法が報告されて
いる。

【０００８】研究段階レベルでは、多種多様な方法が提
案されているが、これらは、シリコン薄膜において、完
全に溶融された領域に接するように、部分的に溶融され
た領域を存在させ、部分溶融された領域に存在する結晶
核を、完全溶融領域の溶融されたシリコン膜が結晶化を
開始する際の核とすることが、基本的な考え方として共
通する。以下、実用レベルに適用可能な方法の例とし
て、２つの方法について説明する。

【０００９】第一の方法として、アスペクト比が極めて
高いレーザービームを形成し、このレーザービームが照
射される照射領域の半導体膜を完全に溶融させ、その
後、レーザービームの照射領域に隣接するレーザービー
ムが照射されない未照射領域に存在する結晶性の半導体
膜から横成長の結晶成長を誘起する方法が、Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ６９１（１９），４Ｎｏｖｅｍ
ｂｅｒ１９９６（文献３）に提案されている。この方
法では、レーザー光は、一回の溶融によって結晶が横成
長できる距離と同程度の距離だけずらした領域に走査し
ながら照射することにより、レーザー光の走査方向に沿
って一方向に成長された結晶粒が得られる。このことか
ら、この結晶化方法は、文献３を記載したＪ．Ｉｍらに
よって、ＳＬＳ（ＳｅｑｕｅｎｔｉａｌＬａｔｅｒａ
ｌＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と名づけられてい
る。

【００１０】この第一の方法を用いた場合には、任意の
長さの結晶粒を全面に隙間なく形成することができると
いう利点がある。

【００１１】第二の方法として、非晶質シリコン薄膜上
にビーム反射膜であるアルミニウム膜をストライプ状に
形成する方法が、ＩＥＥＥＥｌｃｔｒｏｎＤｅｖｉ
ｃｅＭｅｅｔｉｎｇ，ＳａｎＦｒｎｃｉｓｃｏ（文献
４）に記載されている。

【００１２】図１８（ａ）は、文献４に記載された結晶
成長方法を示す断面図、図１８（ｂ）は、この方法によ
り得られる結晶性の半導体膜の平面図をそれぞれ示して
いる。

【００１３】この文献４の方法では、図１８（ａ）に示
すように、絶縁ガラス基板５の表面に形成されたアモル
ファスシリコン薄膜（以下「ａ−Ｓｉ膜」ともいう）２
上の全面にわたってレーザービームを照射した場合に、
ビーム反射膜９１が設けられていない領域９５では、照
射されるレーザー光に対して露出された状態になってい
るために、レーザー光の照射によって非晶質シリコン膜
が完全に溶融する完全溶融領域となり、ビーム反射膜９
１が設けられている領域９６では、レーザー光が照射さ
れないため、非晶質シリコン膜２が溶融しない未溶融部
となる。このような完全溶解部と未溶融部とは、ビーム
反射膜９１がストライプ状に設けられていることによっ
て、互いに繰り返して隣接するように配置される。完全
溶融する領域９５にて溶融されたシリコンは、溶融しな
い領域９６に存在する結晶核に基づいて横方向に結晶成
長がなされ、その結果、図１８（ｂ）に示すように、溶
融領域９５の未溶融領域９６に接する両端側から溶融領
域９５の中央部に向かって、それぞれ結晶成長がなさ
れ、略中央部でそれぞれの結晶粒がぶつかり合った形状
に結晶粒が形成される。

【００１４】また、ＡＭ−ＬＣＤ２０００Ｄｉｇｅ
ｓｔ，ｐ２８１（文献５）には、ビーム反射膜を設ける
代わりに、シリコン薄膜に部分的に厚く形成された領域
を形成する方法が記載されている。この文献５の方法で
は、シリコン薄膜の薄く形成された部分が完全溶融部と
なり、厚く形成された部分が、部分的に溶融する部分溶
融部となる。そして、完全溶融部にて完全溶融されたシ
リコン薄膜は、部分溶融部に存在する結晶核に基づいて
横方向に結晶成長がなされる。

【００１５】これら第二の方法では、シリコン薄膜上に
反射膜を所望の形状にパターニングすることにより、ま
たは、シリコン薄膜に、厚膜に形成された領域を所望の
形状にパターニングすることによって、レーザービーム
の走査方向とは関係なく、結晶粒が伸長する方向を決め
ることができ、結晶粒が伸長する方向が互いに直交した
シリコン膜を同一基板上に混在して形成することが可能
であるという利点がある。

【００１６】しかし、上記の第一及び第二の方法では、
以下で述べるような問題がある。

【００１７】まず、第一の方法では、一回のレーザー光
の照射によって、結晶粒が成長する横成長の長さが、
０．５〜４μｍと微細になるため、この程度の長さにあ
わせた高精細なレーザー光の走査が必要になり、この結
果、結晶化のための処理時間が長くなり、また、レーザ
ー光を照射するための特殊な構造を有する装置を準備す
る必要がある。また、この第一の方法では、レーザー光
の走査方向に沿って長くなった極めて細長い結晶粒が得
られ、このような結晶粒を有する結晶性のシリコン膜に
よってＴＦＴを構成した場合、ＴＦＴのチャネルにおい
て、キャリアが流れる方向と結晶粒が延びる方向とが一
致する場合には、キャリアの移動度が非常に高くなるも
のの、キャリアが流れる方向が結晶粒が延びる方向に直
交する場合には、キャリアが流れる方向と結晶粒が延び
る方向とが一致している場合に比較して、キャリアの移
動度は、約１／３程度に劣化することが知られている。
この方法では、レーザービームの走査方向によって、結
晶粒が伸長する方向が決まるため、高い特性が得られる
のは一方向のみで、他の方向に伸長する結晶粒を同一の
基板上に混在させることができない。したがって、この
方法では、回路素子の設計上の制約を受け好ましくな
い。

【００１８】一方、第二の方法では、結晶粒の長さが、
一回の横成長距離に限られるという問題があり、さら
に、この結晶化方法では、未溶融領域に残存する結晶核
に基づいて結晶成長が開始されるため、溶融領域に隣接
して、所定間隔毎に未溶融領域を形成する必要がある。
完全溶融部において横成長した結晶粒が、未溶融部を挟
んで隣接する他の完全溶融部の結晶粒と出来るだけ近接
するように、未溶融部を微小に形成し過ぎると、完全溶
融部における結晶成長開始時に必要な未溶融部の初期核
がレーザー光照射によって消失し、ランダムな核発生に
よる微小な結晶核が形成されるおそれがあるため、未溶
融部は、ある程度の大きさに形成する必要がある。この
ため、この結晶化方法では、未溶融部を形成するために
要する面積のために素子寸法が増大するという問題があ
る。

【００１９】このような問題を解決するための構成が、
特願２００１−２９２５３８号に開示されている。図１
９および図２０は、従来の他の結晶性半導体膜の形成方
法を説明する断面図である。

【００２０】図１９を参照すると、まず、ガラス基板５
上にベースコート膜６を形成する。そして、ベースコー
ト膜６の上にａ−Ｓｉ膜２を形成する。その後、ａ−Ｓ
ｉ膜２の上に、それぞれが一定の間隔を空けてストライ
プ状に複数の反射防止膜９２を形成する。次に、各反射
防止膜９２の上に反射膜９３を積層する。

【００２１】そして、反射膜９３側からａ−Ｓｉ膜２へ
１回目のレーザ光を照射する。反射防止膜９２によって
覆われない反射防止膜９２の間のベア領域ａ−Ｓｉ膜４
は、照射された１回目のレーザ光によって完全溶融す
る。反射防止膜９２によって覆われたキャップ領域ａ−
Ｓｉ膜３は、反射膜９３によって１回目のレーザ光が反
射されるために溶融しない。照射された１回目のレーザ
光によって完全溶融したベア領域ａ−Ｓｉ膜４は、反射
防止膜９２によって覆われているために溶融していない
キャップ領域ａ−Ｓｉ膜３を核として、ベア領域ａ−Ｓ
ｉ膜４の両端からベア領域ａ−Ｓｉ膜４の中央に向かっ
て横成長し、結晶粒を形成する。

【００２２】図２０を参照すると、次に、反射膜９３を
除去する。そして、反射防止膜９２側からａ−Ｓｉ膜２
へ２回目のレーザ光を照射する。照射された２回目のレ
ーザ光は、反射防止膜９２によって反射が防止され、反
射防止膜９２によって覆われたキャップ領域ａ−Ｓｉ膜
３を完全溶融させる。完全溶融したキャップ領域ａ−Ｓ
ｉ膜３は、１回目のレーザ光を照射したときに形成され
たベア領域ａ−Ｓｉ膜４における結晶粒を核として、キ
ャップ領域ａ−Ｓｉ膜３の両側から中央に向かって横成
長し、結晶粒を形成する。

【００２３】このように上記従来技術によれば、１回の
横成長距離の２倍の長さを有する結晶粒を、すきまを空
けることなく形成することができるとともに、素子寸法
の増大を招くことなく、異なる方向に沿って伸長する結
晶流を同一基板上に形成することができる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図１９お
よび図２０を参照して前述した上記従来技術において
は、反射防止膜９２の上にさらに反射膜９３を積層しな
ければならないために、プロセスが複雑化しコストが増
大するという問題がある。

【００２５】また、１回目のレーザ光を照射した後２回
目のレーザ光を照射する前に、反射防止膜９２の上にさ
らに積層した反射膜９３を除去しなければならないため
に、レーザ装置からガラス基板５を取り出し、反射膜９
３を除去し、反射膜９３を除去したガラス基板５を再び
レーザ装置へセットしなければならない。従って、プロ
セスがさらに複雑化し、コストがさらに増大するという
問題がある。

【００２６】さらに、１回目のレーザ光を照射したとき
に、金属によって構成された反射膜９３が溶融してベア
領域ａ−Ｓｉ膜４上に流れ落ち、または反射膜９３が蒸
発、気化してベア領域ａ−Ｓｉ膜４上に付着するため
に、ａ−Ｓｉ膜２が汚染される結果、このような結晶性
半導体膜を使用して作製した薄膜トランジスタ（以下
「ＴＦＴ」ともいう）の特性が低下し、または特性のば
らつきが増大するという問題がある。

【００２７】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、その目的は、プロセスが単純な結
晶性半導体膜の形成方法および結晶性半導体膜、並びに
半導体装置の製造方法および半導体装置を提供すること
にある。

【００２８】本発明の他の目的は、コストが低い結晶性
半導体膜の形成方法および結晶性半導体膜、並びに半導
体装置の製造方法および半導体装置を提供することにあ
る。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る結晶性半導
体膜の形成方法は、半導体膜を結晶化させた結晶性半導
体膜の形成方法であって、絶縁基板上に該半導体膜を形
成する半導体膜形成工程と、該半導体膜上にそれぞれが
等しい所定の膜厚の複数の加熱冷却抑制膜をそれぞれが
一定の間隔を空けてストライプ状に形成する加熱冷却抑
制膜形成工程と、該加熱冷却抑制膜によって覆われるキ
ャップ領域半導体膜と該加熱冷却抑制膜によって覆われ
ないベア領域半導体膜とが完全溶融するように第１レー
ザ光を該加熱冷却抑制膜側から該半導体膜へ照射する第
１照射工程と、完全溶融した該キャップ領域半導体膜を
該ベア領域半導体膜に基づいて結晶化させるキャップ領
域結晶化工程と、該キャップ領域結晶化工程の後で、該
ベア領域半導体膜のみが完全溶融するように第２レーザ
光を該加熱冷却抑制膜側から該半導体膜へ照射する第２
照射工程と、完全溶融した該ベア領域半導体膜を該キャ
ップ領域半導体膜に基づいて結晶化させるベア領域結晶
化工程と、該加熱冷却抑制膜を該半導体膜上から除去す
る除去工程とを包含することを特徴とし、そのことによ
り上記目的が達成される。

【００３０】各加熱冷却抑制膜の所定の膜厚は、前記キ
ャップ領域半導体膜を完全溶融させるために必要なキャ
ップ領域完全溶融エネルギーが、前記ベア領域半導体膜
を完全溶融させるために必要なベア領域完全溶融エネル
ギーよりも大きくなるような膜厚であり、前記第１レー
ザ光は、該キャップ領域完全溶融エネルギーよりも大き
いエネルギーを有しており、前記第２レーザ光は、該ベ
ア領域完全溶融エネルギーよりも大きく該キャップ領域
完全溶融エネルギーよりも小さいエネルギーを有してい
てもよい。

【００３１】前記第１および前記第２レーザ光は、波長
λをそれぞれ有しており、前記加熱冷却抑制膜の屈折率
をｎとすると、前記加熱冷却抑制膜の膜厚は、（３λ）
／（８ｎ）以上になるように設定されていてもよい。

【００３２】前記加熱冷却抑制膜は、シリコン酸化膜に
よって構成されていてもよい。

【００３３】前記加熱冷却抑制膜は、シリコン窒化膜と
シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の積層膜とのいず
れかによって構成されていてもよい。

【００３４】前記キャップ領域結晶化工程において結晶
化する前記キャップ領域半導体膜は、該キャップ領域半
導体膜を構成する半導体結晶粒が、前記キャップ領域半
導体膜が隣接するベア領域半導体膜に接する該キャップ
領域半導体膜の両端から該キャップ領域半導体膜の中央
に向かってそれぞれ横成長することによって結晶化し、
前記ベア領域結晶化工程において結晶化する前記ベア領
域半導体膜は、該ベア領域半導体膜を構成する半導体結
晶粒が、前記ベア領域半導体膜が、隣接するキャップ領
域半導体膜に接する該ベア領域半導体膜の両端から該ベ
ア領域半導体膜の中央に向かってそれぞれ横成長するこ
とによって結晶化してもよい。

【００３５】本発明に係る結晶性半導体膜は、本発明に
係る結晶性半導体膜の形成方法によって形成され、その
ことにより上記目的が達成される。

【００３６】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体膜を結晶化させた結晶性半導体膜をチャネル領域と
して構成する半導体装置の製造方法であって、絶縁基板
上に該半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、該半導
体膜上にそれぞれが等しい所定の膜厚の複数の加熱冷却
抑制膜をそれぞれが一定の間隔を空けてストライプ状に
形成する加熱冷却抑制膜形成工程と、該加熱冷却抑制膜
によって覆われるキャップ領域半導体膜と該加熱冷却抑
制膜によって覆われないベア領域半導体膜とが完全溶融
するように第１レーザ光を該加熱冷却抑制膜側から該半
導体膜へ照射する第１照射工程と、完全溶融した該キャ
ップ領域半導体膜を該ベア領域半導体膜に基づいて結晶
化させるキャップ領域結晶化工程と、該キャップ領域結
晶化工程の後で、該ベア領域半導体膜のみが完全溶融す
るように第２レーザ光を該加熱冷却抑制膜側から該半導
体膜へ照射する第２照射工程と、完全溶融した該ベア領
域半導体膜を該キャップ領域半導体膜に基づいて結晶化
させるベア領域結晶化工程と、該加熱冷却抑制膜を該半
導体膜上から除去する除去工程とを包含することを特徴
とし、そのことにより上記目的が達成される。

【００３７】本発明に係る半導体装置の他の製造方法
は、半導体膜を結晶化させた結晶性半導体膜をチャネル
領域として構成する半導体装置の製造方法であって、絶
縁基板上に該半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
該半導体膜上の第１領域にそれぞれが等しい所定の膜厚
の複数の第１加熱冷却抑制膜をそれぞれが一定の間隔を
空けてストライプ状に形成するとともに、該半導体膜上
の第２領域に該第１加熱冷却抑制膜と交差する方向に沿
ってそれぞれが等しい所定の膜厚の複数の第２加熱冷却
抑制膜をそれぞれが一定の間隔を空けてストライプ状に
形成する加熱冷却抑制膜形成工程と、該第１および該第
２加熱冷却抑制膜によって覆われるキャップ領域半導体
膜と該第１および該第２加熱冷却抑制膜のいずれによっ
ても覆われないベア領域半導体膜とが完全溶融するよう
に第１レーザ光を該第１および該第２加熱冷却抑制膜側
から該半導体膜へ照射する第１照射工程と、完全溶融し
た該キャップ領域半導体膜を該ベア領域半導体膜に基づ
いて結晶化させるキャップ領域結晶化工程と、該キャッ
プ領域結晶化工程の後で、該ベア領域半導体膜のみが完
全溶融するように第２レーザ光を該第１および該第２加
熱冷却抑制膜側から該半導体膜へ照射する第２照射工程
と、完全溶融した該ベア領域半導体膜を該キャップ領域
半導体膜に基づいて結晶化させるベア領域結晶化工程
と、該第１および該第２加熱冷却抑制膜を該半導体膜上
から除去する除去工程とを包含することを特徴とし、そ
のことにより上記目的が達成される。

【００３８】本発明に係る半導体装置は、本発明に係る
半導体装置の製造方法によって製造され、そのことによ
り上記目的が達成される。

【００３９】本発明の半導体膜は、横成長された半導体
結晶粒の結晶粒界の一部が、非結晶半導体膜と接してい
ることを特徴とする。

【００４０】また、本発明の半導体膜は、横成長された
半導体結晶粒同士が結晶粒界において接しており、隣接
する結晶粒界の距離が、半導体結晶粒が横成長する距離
の２倍以下になっていることを特徴とする。

【００４１】本発明の半導体装置は、非晶質絶縁性基板
上に、該非晶質絶縁性基板の表面に沿って半導体結晶粒
が横成長された結晶性半導体膜が設けられており、該結
晶性半導体膜を活性領域として構成される半導体装置で
あって、該結晶性半導体膜は、横成長された半導体結晶
粒の結晶粒界の一部が非結晶半導体膜と接していること
を特徴とする。

【００４２】また、本発明の半導体装置は、非晶質絶縁
性基板上に、該非晶質絶縁性基板の表面に沿って半導体
結晶粒が横成長された結晶性半導体膜が設けられてお
り、該結晶性半導体膜を活性領域として構成される半導
体装置であって、該結晶性半導体膜は、横成長された半
導体結晶粒同士が結晶粒界において接しており、隣接す
る結晶粒界の距離が、半導体結晶粒が横成長する距離の
２倍以下になっていることを特徴とする。

【００４３】前記半導体結晶粒の横成長の方向が直交す
る複数の領域が設けられている。

【００４４】

【発明の実施の形態】本実施の形態に係る結晶性半導体
膜の形成方法においては、ガラス基板上に多結晶シリコ
ン膜を形成する。

【００４５】（実施の形態１）図１は、実施の形態１に
係る結晶性半導体膜の形成方法においてアモルファスシ
リコン膜を形成する工程を説明する断面図である。ま
ず、ガラス基板５上に、シリコン酸化膜によって構成さ
れるベースコート膜６をＰ−ＣＶＤ法によって３００ｎ
ｍの厚さに形成する。ガラス基板５は、Ｃｏｕｒｎｉｎ
ｇ１７３７によって構成されている。そして、ベースコ
ート膜６上にａ−Ｓｉ膜２をＰ−ＣＶＤ法によって４５
ｎｍの厚さに形成する。次に、ａ−Ｓｉ膜２およびベー
スコート膜６が形成されたガラス基板５を電気炉の中の
窒素雰囲気中において５００℃で１時間加熱することに
よって、ａ−Ｓｉ膜２の脱水素を行う。

【００４６】図２は、結晶性半導体膜の形成方法におい
て加熱冷却抑制膜を形成する工程を説明する断面図であ
り、図３は、その斜視図である。脱水素が行われたａ−
Ｓｉ膜２上に、シリコン酸化膜をＰ−ＣＶＤ法によって
形成する。その後、ａ−Ｓｉ膜２上に形成されたシリコ
ン酸化膜をＢＨＦ１１０を使用したエッチングによって
パターニングすることによって、膜幅２ミクロンの複数
の加熱冷却抑制膜１を２ミクロンの間隔を空けてストラ
イプ状に形成する。

【００４７】ここで、加熱冷却抑制膜１によって覆われ
た領域におけるａ−Ｓｉ膜２をキャップ領域ａ−Ｓｉ膜
３と呼び、加熱冷却抑制膜１によって覆われない加熱冷
却抑制膜１の間のａ−Ｓｉ膜２をベア領域ａ−Ｓｉ膜４
と呼ぶことにする。

【００４８】図４は、加熱冷却抑制膜の膜厚とキャップ
領域完全溶融エネルギーとの関係を示すグラフである。
横軸は、ａ−Ｓｉ膜２上に形成された加熱冷却抑制膜１
の膜厚を示しており、縦軸は、シリコン酸化膜によって
構成された加熱冷却抑制膜１によって覆われたキャップ
領域ａ−Ｓｉ膜３を完全溶融させるために必要なレーザ
エネルギー（以下「キャップ領域完全溶融エネルギー」
という）を示している。

【００４９】加熱冷却抑制膜１の反射率はその膜厚によ
って変化するため、加熱冷却抑制膜１によって覆われた
キャップ領域ａ−Ｓｉ膜３へ到達するレーザ光のエネル
ギーは加熱冷却抑制膜１の膜厚によって変化する。この
ため、キャップ領域完全溶融エネルギーは、加熱冷却抑
制膜１の膜厚によって変化する。キャップ領域完全溶融
エネルギーは、加熱冷却抑制膜１の反射率の膜厚に対す
る変化を反映して、加熱冷却抑制膜１の膜厚に対してコ
サインカーブ状に変化する。

【００５０】シリコン酸化膜のような熱容量の大きな材
料によって加熱冷却抑制膜１を構成すると、加熱冷却抑
制膜１の膜厚が厚くなるに従って、照射されたレーザ光
のエネルギーのうち加熱冷却抑制膜１に吸収されて加熱
冷却抑制膜１の温度上昇に費やされるエネルギーが増え
る。このため、図４に示すように、コサインカーブ状に
変化するキャップ領域完全溶融エネルギーは加熱冷却抑
制膜１の膜厚が厚くなるに従って右肩上がりとなる曲線
によって表される。右肩上がりとなる曲線によって表さ
れるキャップ領域完全溶融エネルギーは、加熱冷却抑制
膜１の膜厚が厚くなるに従って、加熱冷却抑制膜１によ
って覆われないベア領域ａ−Ｓｉ膜４を完全溶融させる
ために必要なレーザエネルギー（以下「ベア領域完全溶
融エネルギー」という）を超える場合がある。

【００５１】このようにキャップ領域完全溶融エネルギ
ーがベア領域完全溶融エネルギーよりも大きくなるため
の条件は、加熱冷却抑制膜１の膜厚ｄが、（３λ）／
（８ｎ）以上になることである。ここで、 λ：照射するレーザ光の波長、ｎ：加熱冷却抑制膜１の屈折率、である。

【００５２】ａ−Ｓｉ膜２上に形成する加熱冷却抑制膜
１の膜厚は、キャップ領域完全溶融エネルギーがベア領
域完全溶融エネルギーよりも大きくなるような膜厚、例
えば、約２０３ｎｍの厚さにて形成する。このような約
２０３ｎｍの厚さの加熱冷却抑制膜１によって覆われた
キャップ領域ａ−Ｓｉ膜３をＸｅＣｌレーザによって完
全溶融させるためのキャップ領域完全溶融エネルギー
は、予備実験によれば、約５５０ｍＪ／ｃｍ²であっ
た。加熱冷却抑制膜１によって覆われないベア領域ａ−
Ｓｉ膜４をＸｅＣｌレーザによって完全溶融させるため
のベア領域完全溶融エネルギーは、予備実験によれば、
約４４０ｍＪ／ｃｍ²であった。

【００５３】図５は、第１レーザ光を照射する工程を説
明する断面図である。キャップ領域完全溶融エネルギー
５５０ｍＪ／ｃｍ²よりも大きい５９０ｍＪ／ｃｍ²のエ
ネルギー密度を有する１回目のレーザ光７を３０８ｎｍ
の波長を有するＸｅＣｌレーザによって加熱冷却抑制膜
１側からａ−Ｓｉ膜２へ照射する。レーザ光７のビーム
サイズは０．５ｍｍ×１００ｍｍであり、Ｒｅｐｅｔｉ
ｔｉｏｎＲｅｔｉｏは８０Ｈｚであり、ステージ送り
速度は４０ｍｍ／秒である。

【００５４】キャップ領域完全溶融エネルギーよりも大
きいエネルギーを有する第１レーザ光７が照射される
と、加熱冷却抑制膜１によって覆われたキャップ領域ａ
−Ｓｉ膜３と加熱冷却抑制膜１によって覆われないベア
領域ａ−Ｓｉ膜４とは共に完全融解する。

【００５５】図６は、キャップ領域結晶化工程を説明す
る斜視図であり、図７は、その平面図である。図５、図
６および図７を参照すると、加熱冷却抑制膜１は熱容量
の大きいシリコン酸化膜によって構成されているため
に、完全融解したキャップ領域ａ−Ｓｉ膜３は、キャッ
プ領域ａ−Ｓｉ膜３を覆う加熱冷却抑制膜１によって冷
却が抑制される。このため、ベア領域ａ−Ｓｉ膜４は加
熱冷却抑制膜１によって冷却が抑制されたキャップ領域
ａ−Ｓｉ膜３よりも先に固化する。

【００５６】キャップ領域Ｓｉ膜３を構成する結晶粒
は、先に固化したベア領域Ｓｉ膜４に存在する結晶核に
基づいて、図５〜図７に示すように、キャップ領域Ｓｉ
膜３の両側から中央に向かって横方向に結晶成長して結
晶化する。

【００５７】図８は、第２レーザ光を照射する工程を説
明する断面図である。ベア領域完全溶融エネルギー４４
０ｍＪ／ｃｍ²よりも大きくキャップ領域完全溶融エネ
ルギー５５０ｍＪ／ｃｍ²よりも小さい４５０ｍＪ／ｃ
ｍ²のエネルギー密度を有する２回目のレーザ光８を３
０８ｎｍの波長を有するＸｅＣｌレーザによって加熱冷
却抑制膜１側からＳｉ膜２へ照射する。レーザ光８のビ
ームサイズは、前述した１回目のレーザ光７と同様に、
０．５ｍｍ×１００ｍｍであり、Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ
Ｒｅｔｉｏは８０Ｈｚであり、ステージ送り速度は４
０ｍｍ／秒である。

【００５８】ベア領域完全溶融エネルギーよりも大きく
キャップ領域完全溶融エネルギーよりも小さいエネルギ
ーを有する２回目のレーザ光８が照射されると、キャッ
プ領域Ｓｉ膜３への加熱が加熱冷却抑制膜１によって抑
制されるために、ベア領域Ｓｉ膜４のみが完全溶融す
る。

【００５９】図９はベア領域結晶化工程を説明する斜視
図であり、図１０はその平面図である。図８、図９およ
び図１０を参照すると、完全融解したベア領域Ｓｉ膜４
は、加熱冷却抑制膜１によって加熱が抑制されたキャッ
プ領域Ｓｉ膜３に存在する結晶核に基づいて、図８〜図
１０に示すように、ベア領域Ｓｉ膜４の両側から中央に
向かって横方向に結晶成長して結晶化する。

【００６０】そして、ＢＨＦ１１０を使用したエッチン
グによって加熱冷却抑制膜１をＳｉ膜２から除去する。

【００６１】図１１は、実施の形態１に係る結晶性半導
体膜を模式的に示す平面図である。図１１は、加熱冷却
抑制膜１を除去した後、ＳＥＭによって観察した結晶性
シリコン膜９の結晶状態を示している。キャップ領域Ｓ
ｉ膜３を構成する結晶粒は、キャップ領域Ｓｉ膜３が隣
接するベア領域Ｓｉ膜４に接するキャップ領域Ｓｉ膜３
の両端からキャップ領域Ｓｉ膜３の中央に向かってそれ
ぞれ横成長している。キャップ領域Ｓｉ膜３の両端から
中央に向かって成長した結晶粒は、キャップ領域Ｓｉ膜
３の中央において互いにぶつかりあい、キャップ領域Ｓ
ｉ膜３の中央において、キャップ領域Ｓｉ膜３の長手方
向に沿って結晶粒界を形成する。

【００６２】ベア領域Ｓｉ膜４を構成する結晶粒は、ベ
ア領域Ｓｉ膜４が隣接するキャップ領域Ｓｉ膜３に接す
るベア領域Ｓｉ膜４の両端からベア領域Ｓｉ膜４の中央
に向かってそれぞれ横成長している。ベア領域Ｓｉ膜４
の両端から中央に向かって成長した結晶粒は、ベア領域
Ｓｉ膜４の中央において互いにぶつかりあい、ベア領域
Ｓｉ膜４の中央において、ベア領域Ｓｉ膜４の長手方向
に沿って結晶粒界を形成する。

【００６３】このように、結晶性シリコン膜９には、横
方向に成長した結晶粒がすきまなく形成されている。

【００６４】次に、このようにして形成された結晶性シ
リコン膜９を使用して、幅方向に沿ってチャネルが配置
されたｎチャネル薄膜トランジスタおよび結晶成長方向
に沿ってチャネルが配置されたｎチャネル薄膜トランジ
スタを作製する。幅方向に沿ってチャネルが配置された
ｎチャネル薄膜トランジスタにおいては、キャリアの移
動度が１１０ｃｍ²／Ｖｓであった。

【００６５】結晶成長方向に沿ってチャネルが配置され
たｎチャネル薄膜トランジスタにおいては、キャリアの
移動度が３００ｃｍ²／Ｖｓであった。閾値電圧のばら
つきによって定義される不良率は、０／１００であり、
結晶成長方向に沿ってチャネルが配置された１００個の
ｎチャネル薄膜トランジスタの閾値電圧を測定した結
果、不良はなかった。

【００６６】以上のように実施の形態１に係る結晶性半
導体膜の形成方法は、ガラス基板５上にａ−Ｓｉ膜２を
形成する半導体膜形成工程と、それぞれが一定の間隔を
空けてストライプ状にａ−Ｓｉ膜２上に配置される複数
の加熱冷却抑制膜１を、加熱冷却抑制膜１によって覆わ
れるキャップ領域ａ−Ｓｉ膜３を完全溶融させるために
必要なキャップ領域完全溶融エネルギーが、加熱冷却抑
制膜１によって覆われないベア領域ａ−Ｓｉ膜４を完全
溶融させるために必要なベア領域完全溶融エネルギーよ
りも大きくなるような膜厚にて形成する加熱冷却抑制膜
形成工程と、キャップ領域ａ−Ｓｉ膜３とベア領域ａ−
Ｓｉ膜４とが完全溶融するように、キャップ領域完全溶
融エネルギーよりも大きいエネルギーを有するレーザ光
７を加熱冷却抑制膜１側からａ−Ｓｉ膜２へ照射する第
１照射工程と、完全溶融したキャップ領域ａ−Ｓｉ膜３
を、加熱冷却抑制膜１によって冷却が抑制されたキャッ
プ領域ａ−Ｓｉ膜３よりも先に固化したベア領域Ｓｉ膜
４に基づいて結晶化させるキャップ領域結晶化工程と、
キャップ領域結晶化工程の後で、キャップ領域Ｓｉ膜３
への加熱が加熱冷却抑制膜１によって抑制されることに
よってベア領域Ｓｉ膜４のみが完全溶融するように、ベ
ア領域完全溶融エネルギーよりも大きくキャップ領域完
全溶融エネルギーよりも小さいエネルギーを有するレー
ザ光８を加熱冷却防止膜１側からＳｉ膜２へ照射する第
２照射工程と、完全溶融したベア領域Ｓｉ膜４をキャッ
プ領域Ｓｉ膜３に基づいて結晶化させるベア領域結晶化
工程と、加熱冷却抑制膜１をＳｉ膜２から除去する除去
工程とを包含している。

【００６７】このため、Ｓｉ膜２の上には加熱冷却抑制
膜１のみを設ければよく、図１９および図２０を参照し
て前述した従来技術のように反射防止膜９２と反射膜９
３とをａ−Ｓｉ膜２の上に積層する必要がない。従っ
て、結晶性半導体膜の形成方法におけるプロセスを単純
にすることができ、コストを低く抑えることができる。

【００６８】さらに、１回目のレーザ光を照射した後２
回目のレーザ光を照射する前に、反射防止膜９２の上に
積層した反射膜９３を除去するために、レーザ装置から
ガラス基板５を取り出し、反射膜９３を除去し、反射膜
９３を除去したガラス基板５を再びレーザ装置へセット
する必要もない。従って、結晶性半導体膜の形成方法に
おけるプロセスをさらに単純にすることができ、コスト
をさらに低く抑えることができる。

【００６９】なお、前述した実施の形態１においては、
加熱冷却抑制膜１をシリコン酸化膜によって構成する例
を示したが、本発明はこれに限定されない。加熱冷却抑
制膜１は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜およびシリ
コン窒化膜の積層膜とのいずれかによって構成してもよ
い。

【００７０】次に、実施の形態１に係る結晶性半導体膜
の他の形成方法を説明する。図１〜図１１を参照して前
述した結晶性半導体膜の形成方法と異なる点は、加熱冷
却抑制膜１の膜厚を１０１ｎｍとした点、加熱冷却抑制
膜１の膜厚を１０１ｎｍとしたためにキャップ領域完全
溶融エネルギーが約４８０ｍＪ／ｃｍ²となる点、およ
び１回目のレーザ光７のエネルギー密度がキャップ領域
完全溶融エネルギー４８０ｍＪ／ｃｍ²よりも大きい５
１０ｍＪ／ｃｍ²である点であり、その他の点は前述し
た結晶性半導体膜の形成方法と同一であるので、詳細な
説明は省略する。

【００７１】このような結晶性半導体膜の他の形成方法
によって形成された結晶性シリコン膜をＳＥＭによって
観察すると、前述した結晶性半導体膜の形成方法によっ
て形成された結晶性シリコン膜９と同様に、図１１に示
すように、キャップ領域Ｓｉ膜３を構成する結晶粒は、
キャップ領域Ｓｉ膜３が隣接するベア領域Ｓｉ膜４に接
するキャップ領域Ｓｉ膜３の両端からキャップ領域Ｓｉ
膜３の中央に向かってそれぞれ横成長していた。キャッ
プ領域Ｓｉ膜３の両端から中央に向かって成長した結晶
粒は、キャップ領域Ｓｉ膜３の中央において互いにぶつ
かりあい、キャップ領域Ｓｉ膜３の中央において、キャ
ップ領域Ｓｉ膜３の長手方向に沿って結晶粒界を形成し
ていた。

【００７２】ベア領域Ｓｉ膜４を構成する結晶粒は、ベ
ア領域Ｓｉ膜４が隣接するキャップ領域Ｓｉ膜３に接す
るベア領域Ｓｉ膜４の両端からベア領域Ｓｉ膜４の中央
に向かってそれぞれ横成長していた。ベア領域Ｓｉ膜４
の両端から中央に向かって成長した結晶粒は、ベア領域
Ｓｉ膜４の中央において互いにぶつかりあい、ベア領域
Ｓｉ膜４の中央において、ベア領域Ｓｉ膜４の長手方向
に沿って結晶粒界を形成していた。

【００７３】このように、結晶性シリコン膜には、横方
向に成長した結晶粒がすきまなく形成されていた。

【００７４】次に、このようにして形成された結晶性半
導体膜の他の形成方法に係る結晶性シリコン膜を使用し
て、幅方向に沿ってチャネルが配置されたｎチャネル薄
膜トランジスタおよび結晶成長方向に沿ってチャネルが
配置されたｎチャネル薄膜トランジスタを作製した。幅
方向に沿ってチャネルが配置されたｎチャネル薄膜トラ
ンジスタにおいては、キャリアの移動度が１００ｃｍ²
／Ｖｓであった。

【００７５】結晶成長方向に沿ってチャネルが配置され
たｎチャネル薄膜トランジスタにおいては、キャリアの
移動度が２９５ｃｍ²／Ｖｓであった。閾値電圧のばら
つきによって定義される不良率は、０／１００であり、
結晶成長方向に沿ってチャネルが配置された１００個の
ｎチャネル薄膜トランジスタの閾値電圧を測定した結
果、不良はなかった。

【００７６】次に、比較例に係る結晶性半導体膜の形成
方法を説明する。図１２は、比較例に係る結晶性半導体
膜を模式的に示す平面図である。図１〜図１１を参照し
て前述した実施の形態１に係る結晶性半導体膜の形成方
法と異なる点は、加熱冷却抑制膜１の膜厚をキャップ領
域完全溶融エネルギーがベア領域完全溶融エネルギーよ
りも小さくなるような膜厚である５３ｎｍとした点、お
よび、このためにキャップ領域完全溶融エネルギーがベ
ア領域完全溶融エネルギー４４０ｍＪ／ｃｍ²よりも小
さい約３６０ｍＪ／ｃｍ²となる点である。１回目のレ
ーザ光７のエネルギー密度は、ベア領域完全溶融エネル
ギー４４０ｍＪ／ｃｍ²とキャップ領域完全溶融エネル
ギー３６０ｍＪ／ｃｍ²とのいずれよりも大きい４５０
ｍＪ／ｃｍ²とし、２回目のレーザ光８のエネルギー密
度は、キャップ領域完全溶融エネルギー３６０ｍＪ／ｃ
ｍ²よりも大きくベア領域完全溶融エネルギー４４０ｍ
Ｊ／ｃｍ²よりも小さい４００ｍＪ／ｃｍ²とした。その
他の点は前述した結晶性半導体膜の形成方法と同一であ
るので、詳細な説明は省略する。

【００７７】このような比較例に係る結晶性半導体膜の
形成方法によって形成された結晶性シリコン膜をＳＥＭ
によって観察すると、図１２に示すように、キャップ領
域Ｓｉ膜３を構成する結晶粒は、キャップ領域Ｓｉ膜３
が隣接するベア領域Ｓｉ膜４に接するキャップ領域Ｓｉ
膜３の両端からキャップ領域Ｓｉ膜３の中央に向かって
それぞれ横成長していた。

【００７８】しかしながらベア領域Ｓｉ膜４において
は、結晶粒が横成長していない微結晶領域となってい
た。この理由は、以下に述べるとおりである。加熱冷却
抑制膜１の膜厚５３ｎｍが実施の形態１に係る加熱冷却
抑制膜１の膜厚２０３ｎｍ、１０１ｎｍよりも薄いの
で、１回目のレーザ光７を照射した後に、加熱冷却抑制
膜１がキャップ領域ａ−Ｓｉ膜３の冷却抑制膜として機
能しない。このため、ベア領域ａ−Ｓｉ膜４がキャップ
領域ａ−Ｓｉ膜３よりも先に固化せず、キャップ領域ａ
−Ｓｉ膜３は、先に固化したベア領域Ｓｉ膜４に基づい
て横成長することができない。この状態において、キャ
ップ領域完全溶融エネルギーよりも大きくベア領域完全
溶融エネルギーよりも小さいエネルギーを有する２回目
のレーザ光を照射すると、キャップ領域Ｓｉ膜３のみが
完全溶融する。完全溶融したキャップ領域Ｓｉ膜３は、
ベア領域Ｓｉ膜４に基づいて横成長する。このような理
由によって、図１２に示すように、キャップ領域Ｓｉ膜
３においてのみ結晶粒が横成長し、ベア領域Ｓｉ膜４に
おいては結晶粒が横成長していない微結晶領域となり、
結晶粒が横成長した領域と微結晶領域とが交互に形成さ
れた。

【００７９】次に、他の比較例に係る結晶性半導体膜の
形成方法を説明する。図１３および図１４は、他の比較
例に係る結晶性半導体膜の形成方法を説明する断面図で
ある。図１３を参照すると、まず、ガラス基板５上にシ
リコン酸化膜によって構成されるベースコート膜６をＰ
−ＣＶＤ法によって３００ｎｍの厚さに形成する。そし
て、ベースコート膜６上にａ−Ｓｉ膜２をＰ−ＣＶＤ法
によって４５ｎｍの厚さに形成する。次に、ａ−Ｓｉ膜
２およびベースコート膜６が形成されたガラス基板５を
電気炉の中の窒素雰囲気中において５００℃で１時間加
熱することによって、ａ−Ｓｉ膜２の脱水素を行う。

【００８０】図１４を参照すると、その後、ａ−Ｓｉ膜
２の上にＰ−ＣＶＤ法によってシリコン酸化膜を５３ｎ
ｍの厚さに形成する。そして、シリコン酸化膜の上にス
パッタ法によってアルミニウム膜を３００ｎｍの厚さに
蒸着する。次に、ＢＣｌ₃を使用したドライエッチング
によってシリコン酸化膜の上に形成されたアルミニウム
膜をパターニングして反射膜９３を形成する。その後、
パターニングして形成された反射膜９３をマスクとして
ＢＨＦ１１０を使用したエッチングによってシリコン酸
化膜をパターニングして反射防止膜９２を形成する。こ
のようにして、反射防止膜９２と反射膜９３との積層膜
が、それぞれが２ミクロンの間隔を空けて２ミクロンの
幅を有するストライプ状にａ−Ｓｉ膜２の上に形成され
る。

【００８１】次に、４５０ｍＪ／ｃｍ²のエネルギー密
度を有する１回目のレーザ光を３０８ｎｍの波長を有す
るＸｅＣｌレーザによって反射防止膜９２と反射膜９３
との積層膜側からａ−Ｓｉ膜２へ照射する。その後、燐
酸と酢酸とを使用したＳＬＡエッチャントによって、反
射膜９３をエッチングして除去する。そして、３９０ｍ
Ｊ／ｃｍ²のエネルギー密度を有する２回目のレーザ光
を反射防止膜９２側からａ−Ｓｉ膜２へ照射する。１回
目レーザ光および２回目のレーザ光ともに、ビームサイ
ズは０．５ｍｍ×１００ｍｍであり、Ｒｅｐｅｔｉｔｉ
ｏｎＲｅｔｉｏは８０Ｈｚであり、ステージ送り速度
は４０ｍｍ／秒である。そして、ＢＨＦ１１０を使用し
たエッチングによって反射防止膜９２をａ−Ｓｉ膜２か
ら除去する。

【００８２】図１５は、他の比較例に係る結晶性半導体
膜を模式的に示す平面図である。図１５は、反射防止膜
９２を除去した後、ＳＥＭによって観察した結晶性シリ
コン膜の結晶状態を示している。キャップ領域Ｓｉ膜３
を構成する結晶粒は、キャップ領域Ｓｉ膜３の両端から
中央に向かってそれぞれ横成長している。ベア領域Ｓｉ
膜４を構成する結晶粒は、ベア領域Ｓｉ膜４の両端から
中央に向かってそれぞれ横成長している。しかしなが
ら、シミ状の斑点９４が所々に形成されている。これ
は、１回目のレーザ光を照射したときに、金属によって
構成された反射膜９３が溶融してベア領域Ｓｉ膜４上に
流れ落ち、または反射膜９３が蒸発、気化してベア領域
Ｓｉ膜４上に付着するために、Ｓｉ膜２が汚染された結
果である。

【００８３】次に、このようにして形成された結晶性シ
リコン膜９を使用して、幅方向に沿ってチャネルが配置
されたｎチャネル薄膜トランジスタおよび結晶成長方向
に沿ってチャネルが配置されたｎチャネル薄膜トランジ
スタを作製する。幅方向に沿ってチャネルが配置された
ｎチャネル薄膜トランジスタにおいては、キャリアの移
動度が１００ｃｍ²／Ｖｓであった。結晶成長方向に沿
ってチャネルが配置されたｎチャネル薄膜トランジスタ
においては、キャリアの移動度が２９５ｃｍ²／Ｖｓで
あった。

【００８４】しかしながら、閾値電圧のばらつきは実施
の形態１に係る薄膜トランジスタの閾値電圧のばらつき
よりも大きく、閾値電圧のばらつきによって定義される
不良率は、１３／１００であり、結晶成長方向に沿って
チャネルが配置された１００個のｎチャネル薄膜トラン
ジスタの閾値電圧を測定した結果、１３個の不良があっ
た。

【００８５】（実施の形態２）実施の形態２において
は、実施の形態１に係る結晶性半導体膜の形成方法によ
って形成された結晶性半導体膜をチャネル領域として構
成する半導体装置の製造方法を説明する。図１６は、実
施の形態２に係る結晶性半導体膜をチャネル領域として
構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明する平面図
である。図１７は、結晶性半導体膜をチャネル領域とし
て構成する薄膜トランジスタの平面図である。

【００８６】まず、前述した実施の形態１と同様に、ガ
ラス基板上に、ベースコート膜を形成する。そして、ベ
ースコート膜上にａ−Ｓｉ膜を形成する。次に、ａ−Ｓ
ｉ膜およびベースコート膜が形成されたガラス基板を電
気炉の中において加熱することによって、ａ−Ｓｉ膜の
脱水素を行う。

【００８７】ａ−Ｓｉ膜は、図１６に示すように、互い
に隣接するように設けられた略長方形状をした領域１０
および領域１１を有している。領域１０には、図１６に
おける左右方向に沿ってストライプ状に一定の間隔を空
けて配置される複数の加熱冷却抑制膜１を形成する。領
域１１には、領域１０に形成された加熱冷却抑制膜１の
長手方向に垂直な図１６における上下方向に沿ってスト
ライプ状に一定の間隔を空けて配置される複数の加熱冷
却抑制膜１を形成する。

【００８８】このように、領域１０に形成された加熱冷
却抑制膜１が延伸する方向は、領域１１に形成された加
熱冷却抑制膜１が延伸する方向と直交している。領域１
０におけるキャップ領域Ｓｉ膜およびベア領域Ｓｉ膜の
結晶粒が成長する方向は、領域１０に形成された加熱冷
却抑制膜１が延伸する図１６における左右方向に対して
垂直な上下方向である。領域１１におけるキャップ領域
Ｓｉ膜およびベア領域Ｓｉ膜の結晶粒が成長する方向
は、領域１１に形成された加熱冷却抑制膜１が延伸する
図１６における上下方向に対して垂直な左右方向であ
る。従って、領域１１における結晶粒は、領域１１にお
ける結晶粒が成長する方向と垂直な方向に沿って成長す
る。

【００８９】このため、図１７に示すように、領域１０
においては領域１０における結晶粒が成長する上下方向
に沿ってソース領域１３およびドレイン流域１４を設け
たＴＦＴ１２を形成し、領域１１においては領域１１に
おける結晶粒が成長する左右方向に沿ってソース領域１
３およびドレイン領域１４を設けたＴＦＴ１２を形成す
ると、キャリア移動度の高いチャネル領域を有するＴＦ
Ｔを形成することができる。このため、高い性能のＴＦ
Ｔを得ることができる。

【００９０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、プロセス
が単純な結晶性半導体膜の形成方法および結晶性半導体
膜、並びに半導体装置の製造方法および半導体装置を提
供することができる。

【００９１】また本発明によれば、コストが低い結晶性
半導体膜の形成方法および結晶性半導体膜、並びに半導
体装置の製造方法および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】実施の形態１に係る結晶性半導体膜の形成方法
においてアモルファスシリコン膜を形成する工程を説明
する断面図である。

【図２】実施の形態１に係る結晶性半導体膜の形成方法
において加熱冷却抑制膜を形成する工程を説明する断面
図である。

【図３】実施の形態１に係る結晶性半導体膜の形成方法
において加熱冷却抑制膜を形成する工程を説明する斜視
図である。

【図４】実施の形態１に係る加熱冷却抑制膜の膜厚とキ
ャップ領域完全溶融エネルギーとの関係を示すグラフで
ある。

【図５】実施の形態１に係る結晶性半導体膜の形成方法
において第１レーザ光を照射する工程を説明する断面図
である。

【図６】実施の形態１に係る結晶性半導体膜の形成方法
においてキャップ領域結晶化工程を説明する斜視図であ
る。

【図７】実施の形態１に係る結晶性半導体膜の形成方法
においてキャップ領域結晶化工程を説明する平面図であ
る。

【図８】実施の形態１に係る結晶性半導体膜の形成方法
において第２レーザ光を照射する工程を説明する断面図
である。

【図９】実施の形態１に係る結晶性半導体膜の形成方法
においてベア領域結晶化工程を説明する斜視図である。

【図１０】実施の形態１に係る結晶性半導体膜の形成方
法においてベア領域結晶化工程を説明する平面図であ
る。

【図１１】実施の形態１に係る結晶性半導体膜を模式的
に示す平面図である。

【図１２】実施の形態１における比較例に係る結晶性半
導体膜を模式的に示す平面図である。

【図１３】実施の形態１における他の比較例に係る結晶
性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。

【図１４】実施の形態１における他の比較例に係る結晶
性半導体膜の形成方法を説明する断面図である。

【図１５】実施の形態１における他の比較例に係る結晶
性半導体膜を模式的に示す平面図である。

【図１６】実施の形態２に係る結晶性半導体膜をチャネ
ル領域として構成する薄膜トランジスタの製造方法を説
明する平面図である。

【図１７】実施の形態２に係る結晶性半導体膜をチャネ
ル領域として構成する薄膜トランジスタの平面図であ
る。

【図１８】（ａ）は、従来の結晶性半導体膜の形成方法
を説明する断面図であり、（ｂ）は、その平面図であ
る。

【図１９】従来の他の結晶性半導体膜の形成方法を説明
する断面図である。

【図２０】従来の他の結晶性半導体膜の形成方法を説明
する断面図である。

【符号の説明】

１加熱冷却抑制膜２アモルファスシリコン膜３キャップ領域アモルファスシリコン膜４ベア領域アモルファスシリコン膜５ガラス基板６ベースコート膜７、８レーザ光９多結晶シリコン膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体膜を結晶化させた結晶性半導体膜
の形成方法であって、絶縁基板上に該半導体膜を形成する半導体膜形成工程
と、該半導体膜上にそれぞれが等しい所定の膜厚の複数の加
熱冷却抑制膜をそれぞれが一定の間隔を空けてストライ
プ状に形成する加熱冷却抑制膜形成工程と、該加熱冷却抑制膜によって覆われるキャップ領域半導体
膜と該加熱冷却抑制膜によって覆われないベア領域半導
体膜とが完全溶融するように第１レーザ光を該加熱冷却
抑制膜側から該半導体膜へ照射する第１照射工程と、完全溶融した該キャップ領域半導体膜を該ベア領域半導
体膜に基づいて結晶化させるキャップ領域結晶化工程
と、該キャップ領域結晶化工程の後で、該ベア領域半導体膜
のみが完全溶融するように第２レーザ光を該加熱冷却抑
制膜側から該半導体膜へ照射する第２照射工程と、完全溶融した該ベア領域半導体膜を該キャップ領域半導
体膜に基づいて結晶化させるベア領域結晶化工程と、該加熱冷却抑制膜を該半導体膜上から除去する除去工程
とを包含することを特徴とする結晶性半導体膜の形成方
法。
【請求項２】各加熱冷却抑制膜の所定の膜厚は、前記
キャップ領域半導体膜を完全溶融させるために必要なキ
ャップ領域完全溶融エネルギーが、前記ベア領域半導体
膜を完全溶融させるために必要なベア領域完全溶融エネ
ルギーよりも大きくなるような膜厚であり、前記第１レーザ光は、該キャップ領域完全溶融エネルギ
ーよりも大きいエネルギーを有しており、前記第２レーザ光は、該ベア領域完全溶融エネルギーよ
りも大きく該キャップ領域完全溶融エネルギーよりも小
さいエネルギーを有している、請求項１記載の結晶性半
導体膜の形成方法。
【請求項３】前記第１および前記第２レーザ光は、波
長λをそれぞれ有しており、前記加熱冷却抑制膜の屈折
率をｎとすると、前記加熱冷却抑制膜の膜厚は、（３λ）／（８ｎ）以上
になるように設定されている、請求項１記載の結晶性半
導体膜の形成方法。
【請求項４】前記加熱冷却抑制膜は、シリコン酸化膜
によって構成されている、請求項１記載の結晶性半導体
膜の形成方法。
【請求項５】前記加熱冷却抑制膜は、シリコン窒化膜
とシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の積層膜とのい
ずれかによって構成されている、請求項１記載の結晶性
半導体膜の形成方法。
【請求項６】前記キャップ領域結晶化工程において結
晶化する前記キャップ領域半導体膜は、該キャップ領域
半導体膜を構成する半導体結晶粒が、前記キャップ領域
半導体膜が隣接するベア領域半導体膜に接する該キャッ
プ領域半導体膜の両端から該キャップ領域半導体膜の中
央に向かってそれぞれ横成長することによって結晶化
し、前記ベア領域結晶化工程において結晶化する前記ベア領
域半導体膜は、該ベア領域半導体膜を構成する半導体結
晶粒が、前記ベア領域半導体膜が、隣接するキャップ領
域半導体膜に接する該ベア領域半導体膜の両端から該ベ
ア領域半導体膜の中央に向かってそれぞれ横成長するこ
とによって結晶化する、請求項１記載の結晶性半導体膜
の形成方法。
【請求項７】請求項１記載の結晶性半導体膜の形成方
法によって形成された結晶性半導体膜。
【請求項８】半導体膜を結晶化させた結晶性半導体膜
をチャネル領域として構成する半導体装置の製造方法で
あって、絶縁基板上に該半導体膜を形成する半導体膜形成工程
と、該半導体膜上にそれぞれが等しい所定の膜厚の複数の加
熱冷却抑制膜をそれぞれが一定の間隔を空けてストライ
プ状に形成する加熱冷却抑制膜形成工程と、該加熱冷却抑制膜によって覆われるキャップ領域半導体
膜と該加熱冷却抑制膜によって覆われないベア領域半導
体膜とが完全溶融するように第１レーザ光を該加熱冷却
抑制膜側から該半導体膜へ照射する第１照射工程と、完全溶融した該キャップ領域半導体膜を該ベア領域半導
体膜に基づいて結晶化させるキャップ領域結晶化工程
と、該キャップ領域結晶化工程の後で、該ベア領域半導体膜
のみが完全溶融するように第２レーザ光を該加熱冷却抑
制膜側から該半導体膜へ照射する第２照射工程と、完全溶融した該ベア領域半導体膜を該キャップ領域半導
体膜に基づいて結晶化させるベア領域結晶化工程と、該加熱冷却抑制膜を該半導体膜上から除去する除去工程
とを包含することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】半導体膜を結晶化させた結晶性半導体膜
をチャネル領域として構成する半導体装置の製造方法で
あって、絶縁基板上に該半導体膜を形成する半導体膜形成工程
と、該半導体膜上の第１領域にそれぞれが等しい所定の膜厚
の複数の第１加熱冷却抑制膜をそれぞれが一定の間隔を
空けてストライプ状に形成するとともに、該半導体膜上
の第２領域に該第１加熱冷却抑制膜と交差する方向に沿
ってそれぞれが等しい所定の膜厚の複数の第２加熱冷却
抑制膜をそれぞれが一定の間隔を空けてストライプ状に
形成する加熱冷却抑制膜形成工程と、該第１および該第２加熱冷却抑制膜によって覆われるキ
ャップ領域半導体膜と該第１および該第２加熱冷却抑制
膜のいずれによっても覆われないベア領域半導体膜とが
完全溶融するように第１レーザ光を該第１および該第２
加熱冷却抑制膜側から該半導体膜へ照射する第１照射工
程と、完全溶融した該キャップ領域半導体膜を該ベア領域半導
体膜に基づいて結晶化させるキャップ領域結晶化工程
と、該キャップ領域結晶化工程の後で、該ベア領域半導体膜
のみが完全溶融するように第２レーザ光を該第１および
該第２加熱冷却抑制膜側から該半導体膜へ照射する第２
照射工程と、完全溶融した該ベア領域半導体膜を該キャップ領域半導
体膜に基づいて結晶化させるベア領域結晶化工程と、該第１および該第２加熱冷却抑制膜を該半導体膜上から
除去する除去工程とを包含することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
【請求項１０】請求項８記載の半導体装置の製造方法
によって製造された半導体装置。
【請求項１１】請求項９記載の半導体装置の製造方法
によって製造された半導体装置。
【請求項１２】横成長された半導体結晶粒の結晶粒界
の一部が、非結晶半導体膜と接していることを特徴とす
る半導体膜。
【請求項１３】横成長された半導体結晶粒同士が結晶
粒界において接しており、隣接する結晶粒界の距離が、
半導体結晶粒が横成長する距離の２倍以下になっている
ことを特徴とする半導体膜。
【請求項１４】非晶質絶縁性基板上に、該非晶質絶縁
性基板の表面に沿って半導体結晶粒が横成長された結晶
性半導体膜が設けられており、該結晶性半導体膜を活性
領域として構成される半導体装置であって、該結晶性半導体膜は、横成長された半導体結晶粒の結晶
粒界の一部が非結晶半導体膜と接していることを特徴と
する半導体装置。
【請求項１５】非晶質絶縁性基板上に、該非晶質絶縁
性基板の表面に沿って半導体結晶粒が横成長された結晶
性半導体膜が設けられており、該結晶性半導体膜を活性
領域として構成される半導体装置であって、該結晶性半導体膜は、横成長された半導体結晶粒同士が
結晶粒界において接しており、隣接する結晶粒界の距離
が、半導体結晶粒が横成長する距離の２倍以下になって
いることを特徴とする半導体装置。
【請求項１６】前記半導体結晶粒の横成長の方向が直
交する複数の領域が設けられている請求項１４または１
５に記載の半導体装置。